(57)【要約】【課題】実施形態は、放熱および配光特性の両方を改善することが可能な照明装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  実施形態に係る照明装置は、発光素子を含む発光部と、発光部に電力を供給する電力制御部と、電力制御部と外部電源とをつなぐ外部端子と、電力制御部を内蔵し、一端側に発光部が装着され、他端側に外部端子が装着されたセラミック筐体であって、発光素子の放射する光の少なくとも一部を透過するセラミック筐体と、を備える。【選択図】図１
2013196900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を含む発光部と、
前記発光部に電力を供給する電力制御部と、
前記電力制御部と外部電源とをつなぐ外部端子と、
前記電力制御部を内蔵し、一端側に前記発光部が装着され、他端側に前記外部端子が装着されたセラミック筐体であって、前記発光素子の放射する光の少なくとも一部を透過するセラミック筐体と、
を備えた照明装置。
【請求項２】
前記セラミック筐体の形状は、筒状である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記発光部の装着部に設けられ、前記セラミック筐体に前記発光部を固定する係合部をさらに備えた請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記係合部は、前記セラミック筐体に埋め込まれたネジ受けであり、
前記発光部は、前記セラミック筐体にネジ止めされた請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記セラミック筐体は、肉厚部を有し、
前記発光部の装着部は、前記肉厚部の端面である請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項６】
前記セラミック筐体は、円筒状に設けられ、
前記一端の直径は、前記他端の直径よりも大きい請求項１〜５のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項７】
前記セラミック筐体は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ＹＡＧおよびイットリウム酸化物から選択された少なくとも１つを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項８】
前記セラミック筐体の肉厚は、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下である請求項１〜７のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項９】
前記セラミック筐体は、６０％以上、９５％以下の光透過率を有する請求項１〜８のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１０】
前記セラミック筐体に接続されて前記発光部を覆い、前記発光素子の放射する光の少なくとも一部を透過するセラミック材を含んだカバーを具備する請求項１〜９のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記カバーは、前記セラミック筐体と同じセラミック材を含む請求項１０記載の照明装置。
【請求項１２】
前記発光部は、少なくとも１以上の前記発光素子と、前記発光素子が固着されたベースと、を有し、
前記ベースは、前記発光素子の放射する光の少なくとも一部を透過する請求項１〜１１のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１３】
前記電力制御部は、回路基板と、その上に実装された電子部品と、を有し、
前記回路基板は、前記発光素子の放射する光の少なくとも一部を透過する請求項１〜１２のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１４】
筒状に成形されたセラミック筐体の一端に設けられた穴に係合部材を挿入し、前記セラミック筐体を焼成することにより前記係合部材を前記一端に固定する照明装置の製造方法。
【請求項１５】
前記係合部材は、ネジ受けであり、発光素子を含む発光部を前記セラミック筐体の前記一端にネジ止めする請求項１４記載の照明装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、照明装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）などの固体発光素子を光源とする照明装置の普及が進んでいる。固体発光素子は、消費電力が小さく長寿命であるため、様々な用途の照明装置に用いることができる。一方、固体発光素子は、動作温度の上昇とともに発光効率が低下する特性を有する。また、高温の環境下で動作させると寿命も短くなる。このため、固体発光素子を用いる照明装置では、放熱設計が重要である。
【０００３】
しかしながら、放熱を優先した設計では、筐体が大きくなり配光特性を制限することがある。そこで、放熱および配光特性の両方を改善することが可能な照明装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７２３７９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４９３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、放熱および配光特性を改善することが可能な照明装置およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る照明装置は、発光素子を含む発光部と、発光部に電力を供給する電力制御部と、電力制御部と外部電源とをつなぐ外部端子と、電力制御部を内蔵し、一端側に発光部が装着され、他端側に外部端子が装着されたセラミック筐体であって、発光素子の放射する光の少なくとも一部を透過するセラミック筐体と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態によれば、放熱および配光特性を改善した照明装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る照明装置を表す模式断面図である。
【図２】実施形態に係る照明装置の外形を表す模式図である。
【図３】実施形態に係る照明装置の筐体を表す模式図である。
【図４】実施形態に係る照明装置の係合部を模式的に表す部分断面図である。
【図５】実施形態に係る照明装置の設置例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。
【００１０】
図１および図２を参照して、実施形態に係る照明装置１００を説明する。照明装置１００は、固体発光素子を含む電球形ランプである。図１（ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、発光部１０が取り付けられた上面を示す。図１（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２は、照明装置１００の外形を示す模式図である。
【００１１】
照明装置１００は、発光素子１３を含む発光部１０と、発光部１０に電力を供給する電力制御部３０と、電力制御部３０と図示しない外部電源とをつなぐ外部端子４０と、を備える。そして、電力制御部３０を内蔵するセラミック筐体２０と、発光部１０を覆うカバー６０をさらに備える。
【００１２】
セラミック筐体２０は、発光部１０の装着部２３と、外部端子４０の装着部２５と、を有する。また、カバー６０は、セラミック筐体２０の一端に接続され、発光部１０を覆う。セラミック筐体２０およびカバー６０は共に透光性を有し、発光素子１３の放射する光の少なくとも一部を透過する。
【００１３】
発光部１０は、少なくとも１以上の発光素子１３と、発光素子１３が固着されたベース１５と、を有する。ベース１５は、発光素子１３の放射する光の少なくとも一部を透過することが望ましい。また、発光素子１３は、蛍光体を含む樹脂で封止される。例えば、青色ＬＥＤをＹＡＧ蛍光体を含む樹脂で封じることにより、白色光源とすることができる。
【００１４】
発光素子１３としては、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を用いることができる。活性層の材料として、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を用いると、波長５００ナノメータ以下の短波長光が得られる。ただし、活性層の材料は、窒化ガリウム系化合物半導体に限られるものではない。
【００１５】
また、発光素子１３としては、発光ダイオードのほかにも、例えば、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：ＯＬＥＤ）や、無機エレクトロルミネッセンス（Inorganic ElectroLuminescence）発光素子、有機エレクトロルミネッセンス（Organic ElectroLuminescence）発光素子、あるいはその他の電界発光型の発光素子などを用いることができる。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、発光素子１３は、円形のベース１５の上に固着される。ベース１５には、熱伝導率の大きな材料を用いることが好ましい。例えば、透光性の樹脂基板およびセラミック基板を用いることができる。また、サファイア基板、ＳｉＣ基板などを用いても良い。
【００１７】
ベース１５の上面には、図示しない配線パターンが形成され、その配線パターン上に４個の発光素子１３が実装される。発光素子１３は、例えば、ＬＥＤチップであり、銀（Ａｇ）ペーストまたは接着剤を用いて固着され、金属ワイヤを介して配線に接続される。また、発光素子１３は、ＳＭＤ（Surface Mount Device）など、パッケージに収容された形態であっても良い。
【００１８】
発光部１０は、例えば、ネジ等の固定部材１９を用いて、セラミック筐体２０の装着部２３に固定する。そして、発光部１０には、電力制御部３０を接続する。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、電力制御部３０はセラミック筐体２０の内部に配置され、リード線３７を介して発光部１０に電気的に接続される。電力制御部３０は、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータであり、交流電圧１００Ｖを直流電圧２４Ｖに変換し、発光素子１３に所定の駆動電流を供給する。
【００２０】
電力制御部３０は、回路基板３３と、その上に実装される電子部品３５と、を有する。そして、好ましくは、回路基板３３は、発光素子１３の放射する光の少なくとも一部を透過する。回路基板３３には、例えば、透光性の樹脂基板およびセラミック基板を用いることができる。また、サファイア基板、ＳｉＣ基板などを用いても良い。また、電力制御部３０は、トランジスタ等を含む能動回路に限らず、例えば、発光素子１３の駆動電圧に合わせて電源電圧を下げる抵抗であっても良い。
【００２１】
電力制御部３０は、例えば、リード線３９を介してセラミック筐体２０に付設された外部端子４０に電気的に接続される。外部端子４０は、例えば、外部電源につながるソケットに係合する口金である。外部端子４０は、例えば、エジソンタイプＥ１７形の口金であり、ねじ山を備えた銅板製の筒状のシェル部４１と、電気絶縁部４３を介して設けられた導電性のアイレット部４５を備えている。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、セラミック筐体２０の装着部２５に沿ってシェル部４１を外側から嵌め込み、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の接着剤による接着、もしくは、カシメなどの手段により固定する。そして、シェル部４１およびアイレット部４５には、リード線３９が接続され、電力制御部３０に電気的に接続される。
【００２３】
このように、本実施形態では、セラミック筐体２０を用いることにより、照明装置１００の構造を簡略化することができる。すなわち、アルミニウムなどの金属を用いた筐体では、電力制御部３０と、筐体と、の間を絶縁するための絶縁ケースや、外部端子４０と、筐体と、の間の絶縁性のジョイントが必要となる。これに対し、絶縁性のセラミック筐体２０では、電力制御部３０および外部端子４０を直接装着することが可能であり、部品点数を少なくして製造効率を向上させることができる。
【００２４】
さらに、照明装置１００は、発光部１０を覆うカバー６０を備える。カバー６０は、電球形ランプの所謂グローブであり、例えば、ポリカーボネイトなどの樹脂、あるいは、ガラスを用いることができる。さらに好ましくは、透光性セラミック材を用いる。例えば、カバー６０は、サファイヤ、透光性多結晶アルミナセラミック（アルミニウム酸化物）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、イットリウム酸化物（ＹＯＸ）およびアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）から選択される少なくとも１つの材料を含む。
【００２５】
カバー６０に透光性セラミックを用いることにより、照明装置１００の放熱性を向上させることができる。例えば、透光性セラミックは、ポリカーボネイトあるいはガラスよりも熱伝導率が高く、カバー６０からの放熱を大きくすることができる。
【００２６】
また、セラミック筐体２０およびカバー６０の両方に透光性セラミックを用いることにより、両者の接合部における耐久性を向上させることができる。すなわち、両者を同じ種類の材料、または、同一の材料とすることにより、線熱膨張係数の値を近づけることが可能となり、その接合部に加わる熱応力を小さくすることができる。例えば、点灯・消灯繰り返しによって生じるヒートサイクルによる接合部の劣化を抑制することができる。
【００２７】
図２は、照明装置１００の外形を表す模式図である。セラミック筐体２０の一方の端に略半球形のカバー６０が取り付けられ、他方の端に外部端子４０が取り付けられている。
【００２８】
セラミック筐体２０およびカバー６０の両方が透光性材料により形成されているため、例えば、発光素子１３から放射された光Ｌ１は、カバー６０を透過して外部に放出される（Ｌ２）。一方、カバー６０で反射もしくは散乱されセラミック筐体２０の方向へ伝播する光Ｌ３も、セラミック筐体２０を透過して外部に放出される。
【００２９】
ここで言う透過とは、図２中に示す光の直線的な伝播に限らず、例えば、散乱されながら筐体内を伝播し外部に放出される場合を含む。
【００３０】
このように、透光性セラミックを用いることにより、筐体による遮光を低減することができる。また、透光性セラミックの熱伝導率は、金属よりも低いが、樹脂やガラスなどに比べると大きく十分な放熱を確保できる。また、筐体内に絶縁ケースなどの絶縁体を配置する金属筐体に比べると構造が単純であり、構成部品間の接合面を少なくすることができる。この観点からも、放熱性の向上が可能である。
【００３１】
すなわち、本実施形態では、透光性のセラミック筐体２０を用いることにより、放熱性および配光性の両方を向上させた照明装置を実現することができる。
【００３２】
図３は、実施形態に係るセラミック筐体２０を表す模式図である。図３（ａ）は、発光部１０を取り付ける一方の端面を表す平面図であり、図３（ｂ）は、側面図である。
【００３３】
セラミック筐体２０は筒状に設けられ、その一方の端２０ａに発光部１０の装着部２３を有し、他方の端２０ｂに外部端子４０の装着部２５を有する。本実施形態では、セラミック筐体２０は円筒状に設けられ、その一方の端２０ａの直径Ｒ１は、他方の端２０ｂの直径Ｒ２よりも大きい。
【００３４】
セラミック筐体２０は、透光性を有し、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ＹＡＧおよびイットリウム酸化物から選択された少なくとも１つを含む。
【００３５】
セラミック筐体２０の肉厚は、望ましくは０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下である。肉厚が、０．５ｍｍ以下であれば、成形過程の歩留まりが低下しコストが上昇する。一方、３．０ｍｍ以上になると、透過率が低下する。また、材料費が高くなりコストも上昇する。
【００３６】
例えば、セラミック材は、その内部に存在する粒界およびポア（気孔）により光が散乱され、また、不純物により光が吸収されることにより、遮光性を備える。すなわち、セラミック材は、材料の光学的異方性を低減し、ポアの数を減らすことにより光散乱を抑制する。さらに、材料に含まれる不純物を低減することにより光吸収を抑制し、透明性を高めることができる。
【００３７】
本実施形態では、セラミック筐体２０を透過した光を外部に放出させることにより、配光を改善する。したがって、セラミック筐体２０の内部を伝播する光の散乱は許容することができる。一方、セラミック材の光吸収は低く抑え、セラミック筐体２０の透過率を向上させることが望ましい。
【００３８】
例えば、セラミック筐体２０の光透過率は、６０％以上、９５％以下とすることが望ましい。そのためには、セラミック筐体２０の肉厚を、例えば、０．５mm以上、３．０mm以下の範囲で薄くしたり、透光性セラミック材料の光吸収係数を調整したりする。
【００３９】
また、セラミック筐体２０は肉厚部５３を有し、発光部１０の装着部２３は、その肉厚部５３の端面である。そして、図３（ａ）に示すように、装着部２３には、開口５１が設けられる。
【００４０】
セラミック筐体２０の成形過程では、円筒状のボディ５０が１次成形され、例えば、その一端２０ａに開口５１を切削加工する。
【００４１】
続いて、図３（ｂ）に示すように、係合部材２７を開口５１に挿入し焼成する。そして、その過程においてボディ５０が収縮することにより、開口５１の内部に係合部材２７が固定される。
【００４２】
係合部材２７は、例えば、ネジ受けであり、発光部１０を固定するネジに係合する。上記の過程により固定された係合部材２７は、例えば、点灯・消灯繰り返しによって生じるヒートサイクルに対して安定であり、接着剤等を用いて接続した場合よりも信頼性が高い。
【００４３】
さらに、セラミック筐体２０の端２０ａには、その外周に沿ってフレーム５７が形成される。フレーム５７は、カバー６０の端に係合し、カバー６０をセラミック筐体２０に固定する。
【００４４】
また、セラミック筐体２０の内面には、回路基板３３を支持するガイド５５が設けられる。ガイド５５は、例えば、セラミック筐体２０の内面に設けられた２つの溝であり、回路基板３３の端部がそれぞれに挿入される。
【００４５】
図４は、発光部１０とセラミック筐体２０とを係合する係合部を模式的に表す部分断面図である。
【００４６】
セラミック筐体２０の一方の端２０ａに設けられた発光部１０の装着部２３には、係合部材２７が埋め込まれる。そして、発光部１０は、係合部材２７に係合する固定部材１９により、装着部２３の上に固定される。
【００４７】
具体的には、係合部材２７は、例えば、ネジ受けであり、固定部材１９であるネジにより発光部１０の端を固定する。図４に示すように、発光部１０のベース１５の裏面は装着部２３に面接触し、ベース１５からセラミック筐体２０への熱の移動が確保される。上述したように、係合部材２７は、セラミック筐体２０に設けられた開口５１に挿入され固定される。このため、発光部１０とセラミック筐体２０との間における接続の信頼度は高く、発光部１０からセラミック筐体２０への安定した放熱が確保される。
【００４８】
また、図４に示すように、カバー６０の端部６３は、フレーム５７に係合し、例えば、接着剤により固定される。フレーム５７は、セラミック筐体２０の端２０ａの外周に沿って設けられ、その全周においてカバー６０の端部６３に接触する。これにより、セラミック筐体２０からカバー６０への放熱性を向上できる。
【００４９】
図５は、実施形態に係る照明装置１００の設置例を示す模式図である。同図に示すように、照明装置１００は、例えば、ダウンライト式の照明器具３００に取り付けられる。照明器具３００は、下方に開口７７を有する金属製のミラー部７５と、ソケット７３と、を備える。照明装置１００は、その外部端子４０（口金）をソケット７３にねじ込むことにより、外部電源に接続される。
【００５０】
ソケット７３に通電し、照明装置１００を点灯させた場合、カバー６０から放出された光Ｌ４は、ミラー部７５の内面で反射され下方を照明する。また、セラミック筐体２０が透光性を有するため、ミラー部７５で反射された後、セラミック筐体２０の方向に伝播する光Ｌ５もセラミック筐体２０を透過し、下方を照明する。
【００５１】
このように、筐体２０に透光性を持たせたことにより配光特性が改善され、例えば、照明器具３００では、筐体の陰が生じない均一な照明を実現することができる。
【００５２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１０・・・発光部、  １３・・・発光素子、  １５・・・ベース、  １９・・・固定部材、  ２０・・・セラミック筐体、  ２０ａ、２０ｂ・・・筐体の端、  ２３、２５・・・装着部、  ２７・・・係合部材、  ３０・・・電力制御部、  ３３・・・回路基板、  ３５・・・電子部品、  ３７、３９・・・リード線、  ４０・・・外部端子、  ４１・・・シェル部、  ４３・・・電気絶縁部、  ４５・・・アイレット部、  ５０・・・ボディ、  ５１・・・開口、  ５３・・・肉厚部、  ５５・・・ガイド、  ５７・・・フレーム、  ６０・・・カバー、  ６３・・・カバー端部、  ７３・・・ソケット、  ７５・・・ミラー部、  ７７・・・ミラー部の開口、  １００・・・照明装置、  ３００・・・照明器具
【図１】
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【図２】
2013196900.tif 000004
【図３】
2013196900.tif 000005
【図４】
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【図５】
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