JP2006244726A

JP2006244726A - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP2006244726A
Application number: JP2005054643A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ishibashi; 和雄石橋
Original assignee: Atex Co Ltd
Current assignee: Atex Co Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】ＬＥＤ単体の放熱設計を考慮するのみで、照明装置全体としてのＬＥＤの放熱設計がほとんど不要であり、設計の自由度を高めることのできるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】円筒状の筒状体１を複数本、円板状保持材２で所定間隔を持たせて保持し、周囲に外筒３を設けてＬＥＤ照明装置を構成する。筒状体１の内部には、筒状体１の長手方向と直交する面に平行な基板取付部１ａが形成されており、そこに単体のＬＥＤ１０を実装した放熱回路基板１１が、放熱シリコーン樹脂接着剤１２で接着されている。単体の筒状体に１個のＬＥＤ基板を収納した発光ユニット毎に放熱条件を満たすように設計することにより、発光ユニットを集合させても照明装置全体としての放熱条件が満たされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を用いて、輝度の高い光を発生することのできるＬＥＤ照明装置に関する。

白色ＬＥＤが商品化されて以来、ＬＥＤを照明の光源として使用する試みがなされている。ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯に比べて熱エネルギーによる損失が少なく、また高寿命である。近年では、高光度の白色ＬＥＤが提供されており、従来の電球や蛍光灯等の光源に代わる照明装置への適用がさらに現実的になってきた。

従来の電球や蛍光灯の照度や演色性を得るためには、点光源に近いＬＥＤ単体を複数個、面状に配置することが必要である。

ところで、ＬＥＤを使用する場合、ＬＥＤの特性を十分に引き出すためには、放熱設計が必要となる。放熱が十分でないと、寿命の著しい低下や破壊につながる。

ＬＥＤが使用できる最大温度は、ＰＮ接合部の温度であるジャンクション温度（Ｔｊ）によって決まる。このジャンクション温度が、ジャンクション温度の最大規格を超えないような設計とする必要がある。ジャンクション温度Ｔｊ（℃）は、周辺温度をＴａ（℃）、ＰＮ接合部から放熱部までの熱抵抗をＲｊａ（℃／Ｗ）、ＬＥＤに投入された電力をＷ（Ｗ）とすると、次式で表される。
Ｔｊ＝Ｔａ＋Ｒｊａ・Ｗ・・・・式１

ジャンクション温度Ｔｊを下げるには、周辺温度Ｔａを下げるか、熱抵抗Ｒｊａを下げるか、投入する電力Ｗを下げるかが必要である。周辺温度Ｔａを下げるには、冷却ファン等を用いて空冷することが考えられるが、通常の照明装置では非現実的である。投入する電力Ｗを下げるのも、照度が下がることになるので、意味がない。したがって、放熱設計により熱抵抗Ｒｊａを下げる工夫が必要である。

ＬＥＤ照明装置の場合、一般的には、複数のＬＥＤを実装した基板を放熱板などに熱的に接合して外部への放熱を高めるようにしている。

例えば特許文献１には、一端に口金が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状金属放熱部と、このラッパ状金属放熱部の開口部に取り付けられた透光性カバーと、ラッパ状金属放熱部と透光性カバーにより形成された略球体の内部に設けられた板状の金属基板と、この金属基板の透光性カバーに対向する外面に実装されたＬＥＤ素子とを備えたＬＥＤ電球が開示されており、金属基板をラッパ状金属放熱部の開口に絶縁性を有する高熱伝導部材を介して固着している。

特許文献２には、複数の発光ダイオードが一方の面に配列された基板と、その基板を取り付ける樹脂ケースとを有し、その基板が底部に放熱固定板を介して取り付けられ、放熱固定板の基板が取り付けられた面と対向する面に樹脂ケースの底部との接触面積を増大させるように凸部が形成されたＬＥＤ照明装置が開示されている。

特許文献３には、複数の発光ダイオードを凹面上に配列して、発光ダイオードの発光を集光するようにし、発光ダイオードの基板の裏側に密着して冷却部を設けた発光ダイオード照明装置が開示されている。

特許文献４には、ＬＥＤチップが実装される実装基板と、底部と筒部を一体にした形状であって内部に実装基板が設置される器具本体と、単数又は複数のレンズを有してＬＥＤチップの前方に設けられるレンズユニットと、レンズユニットを器具本体に保持させるレンズユニット保持部とを有する照明器具において、レンズユニット保持部を筒部の内側に取り付けることにより、器具本体の筒部を外部に露出させた照明器具が開示されている。

特開２００１−２４３８０９号公報特開２００２−２９９７００号公報特開２００３−３１００５号公報特開２００４−３２７１３８号公報

上述した特許文献１に開示されたＬＥＤ電球においては、板状の金属基板の周囲をラッパ状金属放熱部の開口部に高熱伝導部材を介して固着して放熱を行うようにしているが、金属基板とラッパ状金属放熱部との接合面積が小さいので、熱抵抗を小さくすることに限界がある。

また、特許文献２に開示されたＬＥＤ照明装置では、放熱固定板に形成された凸部が冷却フィンを構成するものであるが、基板が剛体で平面であるので、ＬＥＤも、平面的に配列するしかなく、指向性が狭いという問題がある。

特許文献３に開示された発光ダイオード照明装置では、凹面の内部に複数の発光ダイオードを配列しているが、発光ダイオードを実装する基板も曲面であるので、実装工程が複雑になるという問題がある。

特許文献４に開示された照明装置では、特許文献２と同様に基板が剛体で平面であるので、ＬＥＤも、平面的に配列するしかなく、指向性が狭いという問題がある。

これらの従来の技術に共通して言えることは、複数のＬＥＤを搭載した照明装置では、ＬＥＤ全体の発熱量がまちまちであり、放熱設計を照明装置毎に行わなければならないということである。
そこで本発明は、ＬＥＤ単体の放熱設計を考慮するのみで、照明装置全体としてのＬＥＤの放熱設計がほとんど不要であり、設計の自由度を高めることのできるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明のＬＥＤ照明装置は、高熱伝導率の材料からなる単体の筒状体の内部に、ＬＥＤを１個実装した基板を、前記ＬＥＤのＰＮ接合部からの熱が前記筒状体に伝熱されるように取り付けて発光ユニットを形成し、前記発光ユニットを複数個集合させて照明装置を構成したものである。
本発明においては、単体の筒状体に１個のＬＥＤ基板を収納した発光ユニット毎に、その筒状体の形状や長さがＬＥＤの放熱条件を満たすように設計する。そのように設計された発光ユニットを任意の数集合させて照明装置を構成する。このようにすると、発光ユニット単体で放熱条件を満たしているので、これを集合させても照明装置全体としての放熱条件が満たされることになる。
なお、「筒状体」とは、内部に、ＬＥＤから放射された光が外部に導かれる空洞部を有する形状を持つものをいい、外形が円形状、角柱状、扇形状等、各種の形状とすることができる。
前記筒状体の表面に放熱フィンを形成することができる。冷却手段として用いる筒状体に放熱フィンを形成することにより放熱性を高め、筒状体の長さを短くすることができる。

本発明によれば、高熱伝導率の材料からなる単体の筒状体の内部に、ＬＥＤを１個実装した基板を、前記ＬＥＤのＰＮ接合部からの熱が前記筒状体に伝熱されるように取り付けて発光ユニットを形成し、前記発光ユニットを複数個集合させて照明装置を構成したことにより、ＬＥＤ単体の放熱設計を考慮するのみで、照明装置全体としてのＬＥＤの放熱設計がほとんど不要であり、設計の自由度を高めることができる。
また、筒状体の表面に放熱フィンを形成することにより放熱性を高め、筒状体の長さを短くすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
［実施の形態１］

図１は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置を示す斜視図、図２はその断面図である。
本実施の形態１では、円筒状の筒状体１を複数本（本例では４本）、円板状保持材２で所定間隔を持たせて保持し、周囲に外筒３を設けてＬＥＤ照明装置を構成している。筒状体１，円板状保持材２は高熱伝導性の素材、例えばアルミニウムで構成され、外筒３はプラスチックあるいはアルミニウムで構成されている。

筒状体１の内部には、筒状体１の長手方向と直交する面に平行な基板取付部１ａが形成されており、そこに単体のＬＥＤ１０を実装した放熱回路基板１１が、放熱シリコーン樹脂接着剤１２で接着されている。放熱回路基板１１からのリード線１３は、基板取付部１ａに設けた穴を通して筒状体１の基端部側に引き出され、図示しない電源回路に接続されている。筒状体１の内面は光の反射面となっており、ＬＥＤ１０で放射された光は筒状体１の内面を反射しながら筒状体１の先端から放射される。基板取付部１ａの位置を筒状体１の先端に近くすると、指向性が弱くなり、奥にすると指向性が強くなる。

このように、筒状体１の内部に単体のＬＥＤ１０を実装した放熱回路基板１１を取り付けた発光ユニットについて、前記の式１の熱抵抗となるように、筒状体１の長さ、径等を設計する。一旦、各発光ユニットについての熱特性が決まれば、発光ユニットを任意の個数集合させても、照明装置全体としての放熱特性がほぼ満たされると言える。本実施の形態ではさらに、円板状保持材２および外筒３による放熱効果が十分期待できるので、各ＬＥＤ１０における発熱が抑制され、長寿命化が図れる。
［実施の形態２］

図３は本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置を示す斜視図、図４はその正面図である。
本実施の形態２では、円筒状の筒状体２１を複数個（本例では４個）、間隔保持部２２で連結するとともに、外筒２３と一体成型したものである。これらの筒状体２１，間隔保持部２２，外筒２３は高熱伝導性の素材、例えばアルミニウムで構成されている。筒状体２１の内部には、実施の形態１と同様に、ＬＥＤ１０を実装した放熱回路基板１１が取り付けられている。

この実施の形態２では、間隔保持部２２が筒状体２１の長手方向と平行であり、内部に空気放熱自然対流用穴２４が形成されるため、そこを流れる空気により各筒状体２１の外周が効率的に冷却される利点がある。
［実施の形態３］

図５は本発明の実施の形態３を示すもので、（ａ）は三角形状筒状体の斜視図、（ｂ）は同筒状体を組み合わせたＬＥＤ照明装置の斜視図である。
本実施の形態では、三角形状の筒状体３１を用いて、これを保持体３２により放射状に組み合わせることにより花弁状のＬＥＤ照明装置を構成している。筒状体３１と保持体３２とは、一体成型で作ることもできる。
［実施の形態４］

図６は本発明の実施の形態４を示すもので、（ａ）は四角形状筒状体の斜視図、（ｂ）は同筒状体を組み合わせたＬＥＤ照明装置の斜視図である。
本実施の形態では、四角形状の筒状体４１を用いて、これを保持体４２により升目状に組み合わせることにより四角形のＬＥＤ照明装置を構成している。筒状体４１と保持体４２とは、一体成型で作ることもできる。
［実施の形態５］

図７は本発明の実施の形態５を示す斜視図である。この実施の形態では、四角形状の筒状体４１を直線状に並べて保持体４３で一体化して線光源状のＬＥＤ照明装置を構成している。これにより、蛍光灯のような光源を実現することができる。
［実施の形態６］

図８は本発明の実施の形態６を示す斜視図である。この実施の形態では、四角形状の筒状体４１を保持体４４で連結して直線状に一体化したＬＥＤ照明装置を構成している。これにより、実施の形態５と同様に蛍光灯のような光源を実現することができる。
［実施の形態７］

図９は、本発明の実施の形態７を示す斜視図である。この実施の形態では、円筒状の筒状体５０の表面にフィン５１を形成して表面積を広げ、これにより熱抵抗を小さくしている。このようにフィン５１を形成することにより、筒状体５０の長さｌを短くでき、ＬＥＤ照明装置を小型化することができる。

なお、以上の実施の形態１〜７において、筒状体の形状を例示したが、これらの形状に限定されるものではなく、各種の形状とすることが可能である。

本発明は、照明装置全体としてのＬＥＤの放熱設計がほとんど不要であり、設計の自由度を高めることのできるＬＥＤ照明装置として好適に利用することができる。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の断面図である。本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置を示す斜視図である。本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の正面図である。本発明の実施の形態３を示すもので、（ａ）は三角形状筒状体の斜視図、（ｂ）は同筒状体を組み合わせたＬＥＤ照明装置の斜視図である。本発明の実施の形態４を示すもので、（ａ）は四角形状筒状体の斜視図、（ｂ）は同筒状体を組み合わせたＬＥＤ照明装置の斜視図である。本発明の実施の形態５を示す斜視図である。本発明の実施の形態６を示す斜視図である。本発明の実施の形態７を示す斜視図である。

符号の説明

１筒状体
１ａ基板取付部
２円板状保持材
３外筒
１０ＬＥＤ
１１放熱回路基板
１２放熱シリコーン樹脂接着剤
１３リード線
２１筒状体
２２間隔保持部
２３外筒
２４空気放熱自然対流用穴
３１筒状体
３２保持体
４１筒状体
４２，４３，４４保持体
５０筒状体
５１フィン

Claims

高熱伝導率の材料からなる単体の筒状体の内部に、ＬＥＤを１個実装した基板を、前記ＬＥＤのＰＮ接合部からの熱が前記筒状体に伝熱されるように取り付けて発光ユニットを形成し、前記発光ユニットを複数個集合させて照明装置を構成したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記筒状体の表面に放熱フィンを形成した請求項１記載のＬＥＤ照明装置。