(57)【要約】【課題】高光束で高効率であるＬＥＤ照明装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る照明装置は、交流発生装置と当該交流発生装置に接続された給電用コイルとを有する給電部と、大きさが異なるドーナッツ形状の複数の基板と、前記複数の基板に配置されたＬＥＤと、前記基板の上に配置されるとともにＬＥＤに接続され、前記給電用コイルと電磁結合する受電用コイルとを備えることにより、高光束で高効率であるＬＥＤを用いた照明装置を得ることができる。【選択図】図１
2005216648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発生装置と当該交流発生装置に接続された給電用コイルとを有する給電部と、
大きさが異なるドーナッツ形状の複数の基板と、
前記複数の基板に配置されたＬＥＤと、
前記基板の上に配置されるとともにＬＥＤに接続され、前記給電用コイルと電磁結合する受電用コイルと、を備える照明装置。
【請求項２】
前記給電用コイルの中心点と前記受電用コイルの中心点とが同軸上に配置されている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記受電用コイルは、前記給電用コイル側に近い方が前記受電用コイルで囲まれる面積が大きくなるように配置されている、請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記基板は、当該基板の中心点を同軸上に並べた場合、それぞれの前記基板の他の前記基板に対する投射が重ならない、請求項１から３までの何れか一つに記載の照明装置。
【請求項５】
前記受電用コイルは、前記ＬＥＤの配置面の裏面に配置され、
前記受電用コイルと前記ＬＥＤとの間に電磁波シールド部材が配置されている請求項１から３までの何れか一つに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般照明および、検査装置など高光束の出力を可能とする照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の照明装置に似た構成の従来の照明装置として、ドーナツ形状の基板上に指向性の異なるＬＥＤを混在させて配置するものがあった（例えば、特許文献１）。図４は、特許文献１に記載された従来の照明装置を示すものである。
【０００３】
図４において、基板３上に、単極指向特性の発光ダイオード４と双極指向特性の発光ダイオード５が収納固定されている。
【特許文献１】特開２００３−１７９２６５号公報（図２を参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図４の構成では、高光束を得るために、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）を高密度で実装すると、ＬＥＤからの放熱によってＬＥＤ素子の発光効率の低下が発生するといった課題を有していた。また、ＬＥＤ１個あたりの光束が少ないために、大光束を得ようとすると、多数のＬＥＤを配線接続する必要があり、配線部の信頼性が低下するといった課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、高光束で、信頼性の高く、高効率であるＬＥＤを用いた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来の課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、交流発生装置と当該交流発生装置に接続された給電用コイルとを有する給電部と、大きさが異なるドーナッツ形状の複数の基板と、前記複数の基板に配置されたＬＥＤと、前記基板の上に配置されるとともにＬＥＤに接続され、前記給電用コイルと電磁結合する受電用コイルと、を備える。
【０００７】
好適な実施形態として、前記給電用コイルの中心点と前記受電用コイルの中心点とが同軸上に配置されている。
【０００８】
好適な実施形態として、前記受電用コイルは、前記給電用コイル側に近い方が前記受電用コイルで囲まれる面積が大きくなるように配置されている。
【０００９】
好適な実施形態として、前記基板は、当該基板の中心点を同軸上に並べた場合、それぞれの前記基板の他の前記基板に対する投射が重ならない。
【００１０】
好適な実施形態として、前記受電用コイルは、前記ＬＥＤの配置面の裏面に配置され、前記受電用コイルと前記ＬＥＤとの間に電磁波シールド部材が配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明に係る照明装置は、交流発生装置と当該交流発生装置に接続された給電用コイルとを有する給電部と、大きさが異なるドーナッツ形状の複数の基板と、前記複数の基板に配置されたＬＥＤと、前記基板の上に配置されるとともにＬＥＤに接続され、前記給電用コイルと電磁結合する受電用コイルとを備えることにより、高光束で高効率であるＬＥＤを用いた照明装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における照明装置１０１を示すものである。図１において、（ａ）は、照明装置１０１の中央断面図であり図１（ｂ）のＸ線上での断面図である。（ｂ）は、ＬＥＤ照射面（（ａ）の下から）照明装置１０１を見た図である。照明装置１０１は、給電部と受電部で構成されている。給電部は、交流発生装置１１０と、交流発生装置に接続された給電用コイル１０９とを有しており、交流発生装置１１０からは、約２０ｋＨｚの三角波がコイル１０９に供給される構成となっている。次に、受電部は、大きさが異なるドーナッツ形状（本実施形態では、径の異なるリング形状）の各基板１０２〜１０５と、その基板１０２〜１０５の上に配置されたＬＥＤ１０６と、基板１０２〜１０５の上に配置されるとともにＬＥＤ１０６に接続されて給電用コイル１０９と電磁結合する受電用コイルと、を有する。各基板１０２〜１０５の中心点は、略同軸上に配置されている。これらの基板は、それぞれの基板の中心点を同軸上に並べた場合、それぞれの基板の他の基板に対する投影が重ならないように設計されている。なお、ここで「重ならない」とは、全く重ならないのではなく、ＬＥＤ１０６の光を遮らない程度の重なりを含む概念である。
【００１４】
また、受電用コイル１０７は、基板１０２〜１０５のＬＥＤが実装された面の裏面に配置されていおり、図３で示す回路図のように各基板上で接続されている。また、受電用コイル１０７は、各基板１０２〜１０５の大きさに収まるように、各受電用コイル１０７の直径も基板１０２〜１０５に合わせて変化させてある。また、受電用コイル１０７は、給電用コイル１０９に近い方が受電用コイル１０７で囲まれる面積が大きくなるように配置されている。また、給電用コイル１０９の中心点と受電用コイル１０７の中心点は同軸上に配置されている。
【００１５】
また、ＬＥＤ１０６は、単位基板面積あたり６個／ｃｍ２以上の密度で実装されていることが好ましい。本実施の形態の照明装置では、１ｃｍ角当たり４×４個配置されており、１６個／ｃｍ２の密度で実装されている。また、これらのＬＥＤに供給される電力は、単位基板面積あたり１．４Ｗ／ｃｍ２以上であることが好ましい。本実施の形態の照明装置では、ＬＥＤ１個あたり、３．６Ｖ×０．０４Ａ＝０．１４４Ｗの電力が供給されるため、単位基板面積あたり２．３Ｗ／ｃｍ２である。
【００１６】
また、ＬＥＤ１０６は、図２に示すような構成である。金属をベースとした（本実施の形態の場合はアルミニウム、以下Ａｌと記載する）基板２０２上にＬＥＤチップ２０６がフィリップチップ実装され、リードワイヤのない構成となっている。また、ＬＥＤチップ２０６の周囲に金属製の反射板２０３が形成されている。本実施の形態では、反射板２０３はＡｌを材料としている。また、ＬＥＤチップ２０６の周囲には蛍光体を含む樹脂２０４（例えば、シリコン樹脂）が形成されている。また、これらの部材を覆うように透明な樹脂２０５（例えば、エポキシ樹脂）によって、ＬＥＤチップ２０６は封止されている。なお、樹脂２０５はレンズ形状で、ＬＥＤからの放射光をある程度集光する構造となっているが、目的とする配光特性によって設計されるべきであり、この例に限定されない。
【００１７】
なお、本実施形態では、給電用コイル１０７は略円形であるので、有効径は直径と考えることが出来る。また、他の実施形態として給電用コイル１０７が四角などの場合には、同一面積の円に換算した場合の円の直径として考えることで、有効径を求めることが出来る。給電コイル１０７が四角の場合は、基板１０２〜１０５の形状も略四角形のドーナツ形状とすることが有効である。このように、有効径を用いれば略円形以外のコイル形状の場合でも適用できる。このようにして、各基板およびコイルの大きさを決定することが出来る。
【００１８】
また、送風手段１０８によって、基板１０２〜１０５および、コイル１０７に送風が行われる構造になっている。
【００１９】
以上のように構成された照明装置１０１について、以下その動作、作用を説明する。
【００２０】
給電装置内の交流発生装置１１０から発生された三角波は、給電用のコイル１０９によって、交番磁界を発生させる。その、磁界中にある基板１０２〜１０５は、基板裏面にある受電用コイル１０７が磁界の変化に合わせて、電磁誘導の原理で電圧を発生する。次に、図３に示すように、全波整流回路を通り直流に整流された後に、ＬＥＤ１０６に供給される。このような構成のため、複数にわたる各基板１０２〜１０５にそれぞれ電力を供給する必要がなくなり、電気的な接点などがなくなるため照明装置の信頼性が向上する。また、各受電用コイル１０７の中心点が給電用コイル１０９と略同軸上に配置されているために、給電部からの電磁波のエネルギーが効率的に受電部の受電用コイル１０７に伝達できる。
【００２１】
また、基板基板１０２〜１０５をドーナツ状にし、基板１０２〜１０５の中心点を同軸上に配置し、それぞれの基板１０２〜１０５の他の基板１０２〜１０５への投射が重ならないように設計されているので、ＬＥＤ１０６からの放射光を各基板１０２〜１０５によって遮られる事無く、効率良くＬＥＤ１０６からの放射光を照射できる。
【００２２】
また、それぞれの基板１０２〜１０５の大きさに合わせて受電用コイル１０７の大きさが決められているため、面積の大きい基板ほど、大きな起電力が発生することとなる。このため、大きな基板にはより多くのＬＥＤ１０６を点灯させることが出来るため、多くのＬＥＤ１０６を実装することが出来る。つまり、面積あたりの実装密度を基板の大きさにかかわらず一定に出来るという効果を有することができる。
【００２３】
また、給電部コイル１０９から発生する電磁波は、給電用コイル１０６から離れると弱くなる。そこで、給電部に近いほど、受電部コイル１０７で囲まれる面積を大きくすることにより、大きな受電用コイル１０７ほど給電効率を上げる。このような構成によって、より多くのＬＥＤ１０６が実装された基板に、より優先的に給電することによって、効率的にＬＥＤ１０６に給電することが出来る。
【００２４】
また、本実施の形態では、示していないが、ＬＥＤ１０６と受電用コイル１０７の間、たとえば基板１０２〜１０５の表面に電磁波シールド部材（例えば、防磁シート）を設けることによって、給電用コイル１０７からの電磁波をＬＥＤ１０６など他の部材に伝えることなく給電出来るので、電磁波が照明装置内で完結し、外部へ漏れることのない電磁波の遮断された照明装置を得ることが出来る。
【００２５】
また、交流発生装置１１１からは、三角波が供給されることが好ましい。なぜなら、コイル１０９で発生する電圧は、磁界の変化率に比例するため、三角波のように磁束変化率が一定であれば、給電コイル１０９で発生する電圧は一定となり、光出力の変動がないため一定した光出力を得たい場合は、平滑回路などが不要となるためである。また、点灯周波数が高いほど給電用コイル１０９と受電用コイル１０７との結合が高くなり、給電効率が向上する。具体的には、およそ１０ｋＨｚ以上で点灯すれば、結合効率が実用上問題ないレベルとなる。
【００２６】
さらに、本実施の形態では、ＬＥＤ１０６は、金属を含んだ基板２０２にワイヤレスで直接ＬＥＤチップ２０６をフリップチップ実装しているため、ＬＥＤチップ２０６からの熱は効率よく基板２０２上の金属に伝えることが出来る。例えば本実施の形態のように、特に熱の問題が発生する場合に特に有効に放熱することの出来る照明装置となる。特に、ＬＥＤが実装された部分の実装密度が、単位基板面積あたり６個／ｃｍ２以上で配置される場合のように、高密度で密集した場合、もしくは、ＬＥＤに供給される電力が、単位基板面積あたり１．４Ｗ／ｃｍ２以上である場合に特に有効である。
【００２７】
また、送風手段１０８によって、基板１０２〜１０５を冷却する構成となっているため、ＬＥＤ１０６からの熱は、コイル１０７によって、さらに拡散され上記送風手段によって、効率的に放熱される構成となっている。このような手段を設けることによって、単位基板面積あたり３Ｗ／ｃｍ２以上の電力密度に対応できる。送風手段１０８の風は、各基板の裏面を通り、効率的に基板１０２〜１０５の裏面の受電用コイル１０７と基板１０２〜１０５を冷却する。つまり、受電用コイル１０７は、ヒートシンクの役割と、受電用コイルとの役割をかねることが出来る。つまり、高密度に密集したＬＥＤ１０６の点灯した場合に発生する熱の問題を、ヒートシンクなしで解決できるといった特別な効果を有する。以上のように、上記構成によって、より簡単な構成で、放熱効率の高い照明装置を得ることが出来る。
【００２８】
さらに、加えて、複数の基板１０２〜１０５にＬＥＤ１０６を分散させているために、基板１０２〜１０５への熱負荷が分散され、放熱効率も向上する。また、送風手段１０８からの送風は、基板１０２〜１０５裏面にくまなく当たり効率的に、受電用コイル１０７および基板１０２〜１０５を冷却できる。このため、ＬＥＤチップ２０６の温度上昇時の効率劣化などの問題点を低減できる。
【００２９】
また、図１にします本実施の形態のように給電用コイル１０９と受電用コイル１０７がともに、ＬＥＤ１０６の光照射方向の裏側にあるので、ＬＥＤ１０６の放射光を遮らずにより高効率の光を放射できる。
【００３０】
また、図２に示すようにフリップチップ構造で、ＬＥＤチップ２０６をワイヤレス実装しているために、基板２０２と発熱部であるＬＥＤチップ２０６の発光部とが非常に近い構成となるために放熱が非常に効率的に行われるという効果を有する。また、ワイヤレス構造のために、高密度に実装できるので反射鏡、レンズを含めた実質光学系を小さく出来る効果も有することとなる。上記構成によって、高密度でかつ放熱効率の高いＬＥＤ実装を実現できる。また、蛍光体を含んだ樹脂部分をＬＥＤチップ２０６周辺に設けたことによって、より高効率に波長変換が行える。また、ＬＥＤ２０６に直接触れている樹脂部分２０４が、シリコン樹脂であるために、柔軟性に富むためＬＥＤ２０６からの発熱によって、樹脂２０４が膨張してＬＥＤ２０６に負荷がかかり、ＬＥＤ２０６破損の原因になるといった信頼性にかかわる問題を抑制できる。
【００３１】
なお、本実施の形態のコイルは、基板１０２〜１０５上に受電用コイル１０７を設置した場合について記載したが、基板１０２〜１０５上に受電用コイル１０７のループパタンを形成することにおいても、受電用コイル１０７の役割を果たすことが出来る。このときは、受電用コイル１０７を別に形成する場合と比べて、放熱性が落ちるため、上記のように基板面積あたりのＬＥＤ１０６密度が高いときもしくは、ＬＥＤ１０６の電力密度が高いときには送風装置１０８が必要となる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の照明装置は、高光束高効率であるＬＥＤを用いた照明装置なので、一般照明用途および高光束を必要とする検査装置に用いる照明装置用途等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１における照明装置の断面図（ｂ）は本発明の実施の形態１における照明装置のＬＥＤ１０６の光照射方向から見た概略図
【図２】本発明の実施の形態１における照明装置のＬＥＤ１０６部分の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１における照明装置の受電部の回路図
【図４】従来の照明装置の概略図
【符号の説明】
【００３４】
１０１    照明装置
１０２，１０３，１０４，１０５    基板
１０６    ＬＥＤ
１０７    受電用コイル
１０８    送風装置
１０９    給電用コイル
１１０    交流発生装置
２０２    基板
２０３    反射板
２０４    蛍光体を含む樹脂
２０５    透明樹脂
２０６    ＬＥＤチップ
【図１】
2005216648.tif 000003
【図２】
2005216648.tif 000004
【図３】
2005216648.tif 000005
【図４】
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