(57)【要約】【課題】従来の蛍光ランプに置き換え可能な、光源に固体発光素子を用いた照明装置を提供するだけでなく、照度が高く、各種照明装置として好適に使用することのできる照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１を、複数の固体発光素子２２と、外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換して前記複数の固体発光素子に供給する電圧変換手段２１，２３と、複数の固体発光素子２２を実装する実装用基板２４と、実装用基板２４における固体発光素子２２が実装されない側の面を覆う保護用金属板３とを備えたものとした。実装用基板２４と保護用金属板３は、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属で形成して互いに接触するように配置し、複数の固体発光素子２２の順電圧の総和と電圧変換手段２１，２３で変換された直流電圧とが略等しくなるように設定した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体発光素子と、
外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換して前記複数の固体発光素子に供給する電圧変換手段と、
前記複数の固体発光素子を実装する実装用基板と、
実装用基板における前記固体発光素子が実装されない側の面を覆う保護用金属板とを備え、
実装用基板と保護用金属板は、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属で形成されるとともに互いに接触して配置され、
前記複数の固体発光素子の順電圧の総和と電圧変換手段で変換された直流電圧とが略等しくなるように設定されことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記固体発光素子は、１個当たりの電力容量が１Ｗ以上の発光ダイオードである請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記発光ダイオードは、表面実装型のものである請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記固体発光素子の発光色は、ＪＩＳＺ９１１２「蛍光ランプの光源色及び演色性による区分」の４．２「色度範囲」に規定された昼光色、昼白色、白色、温白色又は電球色である請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記固体発光素子は、ピーク波長が４００〜５００ｎｍの光を発光するものである請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
電圧変換手段は、ダイオードブリッジ回路を備えたものである請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
電圧変換手段は、前記複数の固体発光素子の電気特性のばらつきを補正するための補正手段を備えたものである請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
ＪＩＳＣ７６１７−２「直管蛍光ランプ−第２部：性能規定」の２．３．１「データシートのリスト」に規定された直管蛍光ランプのいずれかと同一寸法である請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
実装用基板における前記固体発光素子が実装された側の面が透光性を有する保護用透光板で覆われた請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１０】
保護用透光板は、ガラス又はアクリル樹脂により形成された請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記固体発光素子から出射された光を拡散するための凹凸が保護用透光板の表面又は裏面に形成された請求項９又は1０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記固体発光素子から出射された光を拡散するための拡散シートが保護用透光板の表面又は裏面に配された請求項1０に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源に発光ダイオードなどの固体発光素子を用いた照明装置に関する。特に、従来用いられてきた蛍光ランプと置き換え可能な照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に家庭においてはもとより、工場などの産業利用施設などで広く蛍光ランプが用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。蛍光ランプは、白熱電球に対し、効率、寿命などにおいて優れている。それ故、幅広く利用が行われている。
【０００３】
しかしながら、蛍光ランプには微量ではあるが水銀が使用されている。水銀を妊娠中に摂取した場合には胎児に悪影響が出ることが報告されている。また、一般の人が水銀を摂取した場合には、神経障害が発生することも報告されている。
【０００４】
それ故、近年の環境意識の向上に基づき、ヨーロッパにおいてはＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｕｓｅ  ｏｆ  ｃｅｒｔａｉｎ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）指令が発効され、水銀の使用が制限され始めている。
【０００５】
また、蛍光ランプは、白熱電球より寿命が長いものの、６０００時間程度とその寿命は必ずしも十分ではなく、しばしばその交換が必要である。特に、前述の工場などの産業利用施設においては、蛍光ランプが取り付けられている天井は、概して非常に高く、蛍光ランプの交換にかかるコスト、また作業危険性は高くなる。このような状況を鑑みてか、光源に発光ダイオードを利用した照明装置も提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献２においては、従来の蛍光ランプに置き換え可能な、発光ダイオードを光源とした照明装置が提案されている。この照明装置は、ダイオードＯＲ回路を用いたことによって、左右逆に蛍光ランプ用灯具に装着することがあっても故障しないものとなっている。
【０００７】
しかしながら、特許文献２の照明装置は、１個当たりの消費電力が０．３Ｗ程度の発光ダイオードを使用するものとなっている。このように消費電力の小さな発光ダイオードは、輝度が低く、これを用いた照明装置から実用的な照度が得られるかどうかについては疑問が残る。また、この照明装置には定電流制御回路や点灯制御回路が使用されている。そのため、照明装置が複雑な構造となり、コストが高くなる危険性をはらんでいる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１２７６３１号公報
【特許文献２】特開２００６−１０００３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従来の蛍光ランプに置き換え可能な、光源に固体発光素子を用いた照明装置を提供するだけでなく、照度が高く、各種照明装置として好適に使用することのできる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、複数の固体発光素子と、外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換して前記複数の固体発光素子に供給する電圧変換手段と、前記複数の固体発光素子を実装する実装用基板と、実装用基板における前記固体発光素子が実装されない側の面を覆う保護用金属板とを備え、実装用基板と保護用金属板は、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属で形成されるとともに互いに接触して配置され、前記複数の固体発光素子の順電圧の総和と電圧変換手段で変換された直流電圧とが略等しくなるように設定されことを特徴とする照明装置を提供することによって解決される。
【００１１】
これにより、商用電力などから供給された外部電力により、前記固体発光素子を安定して駆動することのできる照明装置を簡素な構造で実現することが可能になる。また、実装用基板と保護用金属板とを熱伝導率のよい材質で形成したために、照明装置を放熱性に優れたものとして、前記固体発光素子の劣化を防止することも可能である。
【００１２】
ここで、「前記複数の固体発光素子の順電圧の総和と電圧変換手段で変換された直流電圧とが略等しくなる」とは、前記複数の固体発光素子の順電圧の総和（ΣＶｆ）と、電圧変換手段で変換された直流電圧（Ｖ）とが下記式１を満たすことをいう。前記複数の固体発光素子の順電圧の総和（ΣＶｆ）と、電圧変換手段で変換された直流電圧（Ｖ）は、下記式２を満たしていると好ましく、下記式３を満たしているとより好ましい。
０．８×ΣＶｆ  ≦  Ｖ  ≦  １．２×ΣＶｆ          ・・・式１
０．９×ΣＶｆ  ≦  Ｖ  ≦  １．１×ΣＶｆ          ・・・式２
０．９５×ΣＶｆ  ≦  Ｖ  ≦  １．０５×ΣＶｆ      ・・・式３
【００１３】
上記の照明装置において、前記固体発光素子は、１個当たりの電力容量（固体発光素子を安全に（破損させることなく）発光させることのできる電力の最大値）が１Ｗ以上の発光ダイオードであると好ましく、表面実装型のものであるとより好ましい。電力容量が１Ｗ以上の発光ダイオードは、ハイパワー発光ダイオードと呼ばれ、発光輝度が高く照明装置用として好適である。なお、ハイパワー発光ダイオードは、消費電力が大きく、熱として放出されるエネルギーも大きい。そのため、構造的に放熱性に優れた表面実装型のハイパワー発光ダイオードを使用すると効果的である。
【００１４】
前記固体発光素子の発光色は、特に限定されないが、ＪＩＳＺ９１１２「蛍光ランプの光源色及び演色性による区分」の４．２「色度範囲」に規定された昼光色、昼白色、白色、温白色又は電球色であると好ましい。このような発光色を選択することにより、従来の蛍光ランプと比較して色度的に違和感のない照明装置を提供することができる。
【００１５】
また、前記固体発光素子に、ピーク波長が４００〜５００ｎｍの光を発光するものを用いることも好ましい。これにより、本発明の照明装置を防犯用途などの特殊用途に使用することも可能になる。
【００１６】
さらに、電圧変換手段を、ダイオードブリッジ回路を備えたものとすることも好ましい。これにより、簡素な構造で交流電圧を直流電圧に変換することができる。
【００１７】
さらにまた、電圧変換手段に、前記複数の固体発光素子の電気特性のばらつきを補正するための補正手段を備えることも好ましい。これにより、前記複数の固体発光素子の電気特性にばらつきがある場合であっても、前記複数の固体発光素子を均一に発光させることが可能になる。
【００１８】
照明装置の寸法は、特に限定されないが、ＪＩＳＣ７６１７−２「直管蛍光ランプ−第２部：性能規定」の２．３．１「データシートのリスト」に規定された直管蛍光ランプのいずれかと同一寸法であると好ましい。これにより、照明装置を規格に則ったものとして、従来の蛍光ランプからの置き換えが容易なものとすることができる。
【００１９】
実装用基板における固体発光素子が実装された側の面が透光性を有する保護用透光板で覆われていることも好ましい。これにより、固体発光素子などを保護したり、照明装置の内部に埃などが入り込むのを防止することが可能になる。保護用透光板は、前記金属ケースと一体的に組み合わせることのできる構造のものであると好ましい。
【００２０】
保護用透光板は、透明な材料で形成されたものであれば特に限定されないが、ガラス又はアクリル樹脂により形成されたものであると好ましい。このとき、保護用透光板の表面又は裏面に、前記固体発光素子から出射された光を拡散するための凹凸を形成したり、前記固体発光素子から出射された光を拡散するための拡散シートを配することも好ましい。これにより、固体発光素子からの光の拡散を促し、広い面積を照らす照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によって、従来の蛍光ランプに置き換え可能な、光源に固体発光素子を用いた照明装置を提供するだけでなく、照度が高く、各種照明装置として好適に使用することのできる照明装置を提供することが可能となる。固体発光素子は、長寿命、水銀レスといった特徴を有しているために、これらの特長を生かした、メンテナンス性のよい照明装置を提供することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の照明装置１を、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明の照明装置１を下方から見た状態を示した図である。図２は、図１に示された照明装置１をＡ−Ａ’面で切断した状態を示した断面図である。図３は、図１に示された照明装置１を直管蛍光ランプ用の支持具３１に取り付けた状態を正面から見た図である。
【００２３】
照明装置１は、図１に示すように、電極（口金）２、保護用金属板３、保護用透光板４から構成される。さらに、照明装置１の内部には、図２に示すように、ダイオードブリッジ回路２１及び調整用可変抵抗２３で構成された電圧変換手段と、発光ダイオード（固体発光素子）２２と、実装用基板２４が備えられている。保護用金属板３と保護用透光板４は、それぞれ略ハーフパイプ形状に形成し、それぞれを一体的に組み合わせた際に円筒形状となるものであってもよい。しかしながら、本実施例では、保護用金属板３は断面略コの字形状に、保護用透光板４は平板状に形成し、両者を一体的に組み合わせた際に断面略四角形状となるようになっている。
【００２４】
照明装置１は、ＪＩＳＣ７６１７−２「直管蛍光ランプ−第２部：性能規定」の２．３．１「データシートのリスト」に規定された直管蛍光ランプのいずれかと同一寸法とされており、一般的な直管蛍光ランプと同寸法になっている。電極２も、一般的な直管蛍光ランプに用いられている電極（口金）と同機構で同寸法のものとなっている。電極２は、照明装置１の外部から内部へ電力を導入するためだけでなく、照明装置１を図３に示すような支持具３１などに固定する際の口金としても機能するようになっている。したがって、照明装置１は、図３に示すように、一般的な直管蛍光灯ランプ用の支持具３１にそのまま取り付けて使用することが可能なものとなっている。
【００２５】
保護用金属板３は、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属により形成され、通常、アルミニウムで形成されたものを用いる。その理由としては、安価であること、成形が行いやすいこと、熱伝導率が前述の条件を満たし、さらには放熱特性が良いことなどが挙げられる。保護用透光板４は、透明なガラスやアクリル樹脂により形成され、その表面には、表面処理が施され、微細な凹凸が不均一に形成されている。この表面処理は、例えばサンドブラスト法を適用することにより容易に行うことができる。保護用透光板４は、照明装置１の内部に配置される発光ダイオード２２などを保護するとともに、発光ダイオード２２から発せられた光を拡散する役目を担う。発光ダイオード２２から発せられた光は、指向性が強く、局所的に照射される傾向にある。このため、発光ダイオード２２から発せられた光を表面処理された保護用透光板４により拡散することによって、光の指向性を弱め、広い面積に均一に光を照射することができるようにしている。
【００２６】
ダイオードブリッジ回路２１は、電圧変換手段として設けたものであり、電極２から供給された交流電力を全波整流し、直流電力に変換する。発光ダイオード２２は直流駆動素子であるために、交流電力を直流電力に変換する電圧変換手段が必要となる。
【００２７】
発光ダイオード２２は、１個当たりの消費電力が１Ｗ以上のいわゆるハイパワー発光ダイオードであって、表面実装型のものである。ハイパワー発光ダイオードは、輝度が高く照明装置用途に好適である。照明装置１を一般的な証明として使用する場合、使用する発光ダイオード２２の発光色は、昼光色、昼白色、白色、温白色又は電球色などが好適である。この他、使用する発光ダイオード２２の発光色をピーク波長４００〜５００ｎｍの青色とすることにより、照明装置１を防犯灯として使用することもできる。青色は、精神的興奮を抑える効果があるといわれている。そのため、青色を発光する照明装置１は、防犯灯として好適である。
【００２８】
また、使用する発光ダイオード２２は、直列に接続されている。このとき、使用する発光ダイオード２２の個数は、各発光ダイオード２２の順電圧（Ｖｆ）の総和（ΣＶｆ）とダイオードブリッジ回路２１から供給される電圧（Ｖ）とが、略等しくなるように選択する。本実施例では、このことを鑑み、発光ダイオード２２の個数を２６個とした。
【００２９】
調整用可変抵抗２３は、電圧変換手段における補正手段として設けたものであり、発光ダイオード２２の順電圧（Ｖｆ）のばらつきを吸収するためのものとなっている。具体的には、発光ダイオード２２の順電圧（Ｖｆ）には、発光ダイオード２２の製造時などにおいて、不可避的なばらつきが生じてしまう。そのため、その総和（ΣＶｆ）が変動してしまい、故にダイオードブリッジ回路２１から供給される電圧（Ｖ）とのバランスが崩れてしまう。このことを回避するために、調整用可変抵抗２３により補正を行う。
【００３０】
実装用基板２４は、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属により構成されている。通常においては、アルミニウムで形成されたものを用いる。その理由としては、安価であること、熱伝導率が前述の条件を満たし、さらには放熱特性が良いことなどが挙げられる。また、アルミニウムより熱伝導率が高い銅を用いて形成することも効果的である。
【００３１】
ここで、発光ダイオード２２は、前述のようにハイパワー発光ダイオードである。ハイパワー発光ダイオードは、消費電力が大きく、その分、熱として放出されるエネルギーも大きい。この熱が、発光ダイオード２２の近傍に蓄積すると、輝度低下や、寿命特性の劣化等を招く。したがって、この熱を適切に処理することが肝要である。
【００３２】
このようなことを鑑み、発光ダイオード２２は表面実装型のものを使用する。表面実装型の発光ダイオード２２は、自身の電極面積が大きく、故に実装用基板２４に接触する面積が大きくなる。そのため、発光ダイオード２２で発生した熱を効率的に実装用基板２４に拡散させることができる。ただし、実装用基板２４が熱伝導性の良い材料で形成されてなければ、やはり発光ダイオード２２の近傍に熱が蓄積してしまう。そこで、照明装置１では実装用基板２４の材料としてアルミニウム又は銅を採用している。さらには、保護用金属板３もアルミニウムで形成している。これらの素材は、熱伝導性がよい。そのため発光ダイオード２２で発生した熱を、実装用基板２４を介して保護用金属板３から大気中に効率的に放熱することができる。
【００３３】
ここで、実装用基板２４と保護用金属板３は、互いに接触させることが肝要である。これは、実装用基板２４と、保護用金属板３との間に、空気が入ることにより、実装用基板２４から保護用金属板３への熱伝導が阻害され、よって効率的な熱処理ができなくなるためである。
【００３４】
本発明の照明装置１の性能と蛍光ランプ４１の性能とを比較するため、図４に示すように、照明装置１と蛍光ランプ４１を支持具３１に取り付けて直下の照度を測定した。具体的には、照明装置１及び蛍光ランプ４１から５０ｃｍ離れた点Ｐ１における照度と、１００ｃｍ離れた点Ｐ２における照度と、１５０ｃｍ離れた点Ｐ３における照度と、２００ｃｍ離れた点Ｐ４における照度をそれぞれ計測した。なお、このときの両者を取り付けた支持具３１は同一性能であり、また両者の消費電力は同一である。結果を下記表１に示す。下記表１における各値は、蛍光ランプ４１の点Ｐ４における照度を１として規格化したものである。
【表１】
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【００３５】
上記表１を見ると、本発明の照明装置１では、２００ｃｍ離れた点Ｐ４で蛍光ランプ４１の１．６倍の照度を得ることができており、その他の点Ｐ１〜Ｐ３においても、蛍光ランプ４１の１．７〜２．３倍程度の照度を得られることが分かる。本発明の照明装置１は、蛍光ランプ４１の代替光源として十分な照度を得ることができるものである。
【００３６】
また、発光ダイオード２２は、発光強度が初期時の７０％以下に低下するまでの時間が２００００時間以上と非常に長く、これを採用した照明装置１は、蛍光ランプ４１（寿命６０００時間）と比較して非常に長寿命である。そのため、支持具３１が高所に設けられており、蛍光ランプ４１を交換する際のコストが高価になりやすく、また作業の安全性が危惧される場合（一般的には、工場等産業施設）に、本発明の照明装置１を使用すると効果的である。
【００３７】
さらには、蛍光装置１は水銀レスであり、水銀がわずかながら含まれる蛍光ランプ４１と比較して環境負荷が小さいといえる。なぜなら、水銀は胎児や、成人の神経系に重大な悪影響を及ぼすためである。
【００３８】
ここで、本発明の照明装置１は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変形して実施することができる。例えば、保護用金属板３に冷却ファン（図示省略）を設けることも好ましい。これにより、照明装置１の放熱性をさらに向上させることができる。また、光を拡散する拡散シート５（図１を参照）を保護用透光板４に貼付することも好ましい。このようにすることにより、発光ダイオード２２から発せられた光の指向性をより弱めることができる。また、保護用金属板３や保護用透光板４を円環状に形成することにより、照明装置１を環形蛍光ランプの代替光源とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の照明装置１を下方から見た状態を示した図である。
【図２】図１に示された照明装置をＡ−Ａ’面で切断した状態を示した断面図である。
【図３】図１に示された照明装置１を直管蛍光ランプ用の支持具３１に取り付けた状態を正面から見た図である。
【図４】照度を測定した点を表した正面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  照明装置
２  電極（口金）
３  保護用金属板（ケース金属部）
４  保護用透光板（ケース透光部）
５  拡散シート
２１  ダイオードブリッジ回路（電圧変換手段）
２２  発光ダイオード（固体発光素子）
２３  調整用可変抵抗（電圧変換手段、補正手段）
２４  実装用基板
３１  支持具
４１  蛍光ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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