JP2009135026A - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュールを光源とし、複数のＬＥＤからの熱を効率的に放熱できるＬＥＤ照明器具を提供することである。
【解決手段】
複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュール１４を放熱部１３に取り付け、ＬＥＤモジュール１４を包み込んで絶縁性の透明部材１５でモールドする。ＬＥＤモジュール１４のＬＥＤからの放射光は絶縁性の透明部材１５を通って外表面から出射され、ＬＥＤの熱は放熱部１３及び透明部材１５で放熱する。口金１１は放熱部１３の透明部材１５の反対側に設けられ、ＬＥＤモジュール１４のＬＥＤを点灯する点灯回路に電気的に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュールを光源とするＬＥＤ照明器具に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光効率の向上により、一般照明用あるいは装飾用の光源としてＬＥＤを採用する電球形ランプや点灯ユニット等のＬＥＤ照明器具が商品化されてきている。特に、電球代替えを目的とした電球口金付きで、ガラスバルブ内にＬＥＤを配置するとともに、内部に点灯回路を設けた一体型のＬＥＤ電球形ランプの開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。

ＬＥＤは、温度が上昇するに従い光出力の低下とともに寿命も短くなることから、ＬＥＤを光源とするランプでは、ＬＥＤの温度上昇を抑制することが求められている。そこで、ＬＥＤより発生する熱を放熱するための放熱部を設けるように構成されている。

また、口金の内部に口金を通して通電するＬＥＤを設け、そのＬＥＤをバルブとして成形される透明もしくは半透明のモールド材でモールド密閉し、モールド材を口金にも充填してバルブと口金とを一体化し内部に空洞の無い電球に仕上げ、衝撃や水に強く長寿命で悪環境下でも問題なく使用できるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−３１３７１７号公報 特開２００２−２４５８１９号公報

しかし、特許文献１の電球代替えを目的とした電球形ランプの場合、光源として例えば複数のパワーＬＥＤを使用しても数Ｗ程度であり、電球の明るさを確保するのは容易ではない。一般電球のような配光を得て照度も保つためには、複数のＬＥＤを採用してランプ全体を光らせる必要がある。そうした場合には、ＬＥＤの個数が増え高価となり、電球の配光を得るための拡散部も通すので光の効率が悪くなる。また、ミニクリプトンサイズの電球の発光光源素子に白色ＬＥＤを用いた場合、発光素子より発生する熱を放熱するための十分な放熱部を確保することが困難である。

また、特許文献２のものでは、１個の砲弾型ＬＥＤをバルブとして成形される透明もしくは半透明のモールド材でモールド密閉し、モールド材を口金にも充填してバルブと口金とを一体化し内部に空洞の無い電球に仕上げているので、衝撃や水に強く長寿命で悪環境下でも問題なく使用できるが、光源部であるＬＥＤの個数が増えた場合にはＬＥＤの熱を放熱させるための対策が必要となる。

本発明の目的は、複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュールを光源とし、複数のＬＥＤからの熱を効率的に放熱できるＬＥＤ照明器具を提供することである。

請求項１の発明に係るＬＥＤ照明器具は、複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュールと；前記ＬＥＤモジュールが取り付けられ前記ＬＥＤの熱を放熱する放熱部と；前記ＬＥＤモジュールを包み込んでモールドされ前記ＬＥＤからの放射光を導光して外表面から外部に出射する絶縁性の透明部材と；前記放熱部の前記透明部材の反対側に設けられ、前記ＬＥＤを点灯する点灯回路に電気的に接続された口金と；を備えたことを特徴とする。

本発明及び以下の発明において用語の定義及び技術的意味は以下による。ＬＥＤモジュールとは、平板状のモジュールの一面に複数のＬＥＤが面実装された光源部をいう。ＬＥＤモジュールのＬＥＤが面実装された面を外向きにして、例えば、四角筒や三角筒などの多角筒を形成するようにＬＥＤモジュールを放熱部に配置する。また、ＬＥＤモジュールで十字を形成するように放熱部に配置するようにしてもよい。

放熱部はＬＥＤの熱を放熱するものであり、例えば、熱伝導率のよい金属部材が用いられ、放熱フィンを有していてもよい。

絶縁性の透明部材は、例えば透明シリコーンであり、ＬＥＤモジュールを包み込んでモールドされる。例えば、通常の電球のグローブ形状または蛍光ランプの外観形状に準ずる形状をした型に液体状の透明シリコーンを流し込み、その中に、ＬＥＤモジュールを挿入させ、シリコーンを熱処理してあるいは自然硬化させ、その後に型から取り出すことで電球のグローブ部分または蛍光ランプの外観形状に準ずる形状に成型する。

口金は放熱部の透明部材の反対側に設けられる。また、ＬＥＤを点灯する点灯回路は、例えば、放熱部または口金の内部空洞に配置され、口金に電気的に接続される。

請求項２の発明に係るＬＥＤ照明器具は、請求項１の発明において、前記透明部材は、熱伝導性のフィラーを入れた層と前記フィラーを入れていない層との少なくとも二層から形成され、表面部位は前記フィラーを入れていない層としたことを特徴とする。

ＬＥＤモジュールのＬＥＤからの発熱を放熱しやすくするために、透明部材のＬＥＤモジュールの近傍はフィラーを入れた層とする。フィラーを入れると熱伝導性は向上するが脆くなり絶縁性が劣るので、ＬＥＤモジュールの配線の絶縁性を保てる範囲内でフィラーを入れる。

また、ＬＥＤモジュールの配線の絶縁性を保つために、ＬＥＤモジュールと接触する部位はフィラーを入れない層とし、その外側にフィラーを入れた層を形成し、表面部位はフィラーを入れていない層の三層に形成してもよい。

請求項３の発明に係るＬＥＤ照明器具は、請求項１または２の発明において、前記透明部材の表面部位に凹凸を施したことを特徴とする。

透明部材の表面部位に凹凸を施すことで、ＬＥＤモジュールのＬＥＤからの光を外表面から外部に出射する際に拡散させる。

請求項１の発明によれば、透明部材の中にＬＥＤモジュールを埋め込むことで、本来放熱が難しかったＬＥＤ上面の廃熱を配光などを考慮することなく透明部材を通じて行うことが可能となる。また、ＬＥＤモジュールは放熱部に取り付けられているので、放熱部からも廃熱が行われる。これにより、複数個のＬＥＤを使用したＬＥＤモジュールを光源とする場合であっても効率よくＬＥＤの熱を放熱できる。

請求項２の発明によれば、透明部材の層を多層にして放熱を促進できるので、より効率よくＬＥＤの熱を放熱できる。

請求項３の発明によれば、透明部材の凹凸によりＬＥＤからの光が拡散され、フロスト処理を施さなくてもＬＥＤからの光のグレアを簡便に低減できる。

図１は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の正面図である。口金１１に絶縁部１２を介して放熱部１３を形成し、放熱部１３に光源部１０を形成するＬＥＤモジュール１４を配置する。そして、放熱部１３または口金１１の空洞内に図示省略の点灯回路を装着し、点灯回路をＬＥＤモジュール１４と口金１１とに電気的に接続する。このように形成されたＬＥＤ照明器具本体のＬＥＤモジュール１４を包み込んで絶縁性の透明部材１５でモールドされる。

そして、通常の電球のグローブ形状または蛍光ランプの外観形状に準ずる形状をした型に液体状の透明シリコーンを流し込み、その中に、上述のように形成したＬＥＤ照明器具本体のＬＥＤモジュール１４を挿入させ、透明部材１５を熱処理して硬化あるいは自然硬化させ、その後に型から取り出す。これにより、図１に示すように、電球のグローブ部分の外観形状に準ずる形状に成型する。

図２はＬＥＤモジュール１４で形成された光源部１０の一例を示す説明図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤモジュール１４ａ、１４ｂは幅方向の両側近傍にＬＥＤ１６を互いに直列に接続した発光部１９が互いに幅方向に離間されてそれぞれ形成されている。また、このＬＥＤモジュール１４ａ、１４ｂには、発光部１９間である幅方向の略中心位置に長手方向(上下方向)に沿って切込部である細長孔状のスリット２０が形成されている。

各発光部１９は、ＬＥＤモジュール１４ａ、１４ｂの一端側である上端側から、他端側である下端側へと長手状に形成され、各発光部１９の他端部近傍のＬＥＤモジュール１４ａ、１４ｂ上にチップ抵抗器２１がそれぞれ実装されている。そして、ＬＥＤモジュール１４ａ、１４ｂの発光部１９は、定電圧電源に対して互いに並列に接続されており、ＬＥＤ照明器具のＬＥＤモジュール１４ａ、１４ｂどうしの発光部１９も定電圧電源に対して互いに並列に接続される。

そして、２個のＬＥＤモジュール１４ａ及び２個のＬＥＤモジュール１４ｂを互いに背中合わせにして、スリット２０に勘合させ、合計４個のＬＥＤモジュール１４で光源部１０を形成している。すなわち、図２ではＬＥＤモジュール１４を十字型に形成した場合を示している。

図３はＬＥＤモジュール１４で形成された光源部１０の他の一例を示す斜視図である。図３では、４個のＬＥＤモジュール１４で四角筒を形成して光源部１０を構成した場合を示している。各々のＬＥＤモジュール１４は、平板状のモジュールの一面に複数のＬＥＤ１６が面実装されて構成され、各々のＬＥＤモジュール１４のＬＥＤ１６が面実装された面が外向きになるように四角筒を形成している。そして、各々のＬＥＤモジュール１４の配線１７は上部から引き出され、四角筒の内部を通って図示省略の点灯回路に電気的に接続されている。なお、点灯回路は口金１１に電気的に接続される。

以上の説明では、４個のＬＥＤモジュール１４で四角筒を形成して光源部１０を構成したが、３個のＬＥＤモジュール１４で三角筒を形成して光源部１０を構成してもよいし、それ以外の多角形筒を形成してもよい。

図４は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材の一例を示す平面図である。図４では図３に示した光源部１０である場合を示している。図４に示すように、ＬＥＤモジュール１４で形成された光源部１０は、絶縁性の透明部材１１、例えばシリコーンで包み込まれてモールドされる。そして、ＬＥＤモジュール１４のＬＥＤからの光は透明部材１５を通して外表面から出射される。透明部材１５であるシリコーンの中にＬＥＤが埋め込まれるので、シリコーンとＬＥＤ上面とが密着する。従って、本来放熱が難しかったＬＥＤ上面の廃熱を配光などを考慮することなくシリコーンを通じて行うことが可能となる。

図５は図４に示した透明部材１５を有したＬＥＤ照明器具の温度試験データのグラフである。図５の曲線Ｐ１は本発明の実施の形態における透明部材１５のＬＥＤ近傍の温度、曲線Ｐ２は本発明の実施の形態における透明部材１５の表面温度、曲線Ｓ１は従来の中空ガラスグローブ中のＬＥＤ近傍の温度、曲線Ｓ２は従来の中空ガラスグローブの表面温度である。

図４に示した透明部材１５を有した本発明の実施の形態におけるＬＥＤ照明器具と、ＬＥＤを中空ガラスグローブに封入した従来のＬＥＤ電球とを用意し、ＬＥＤを点灯して、透明部材１５にモールドされたＬＥＤ近傍の温度Ｐ１、透明部材１５の表面温度Ｐ２、中空ガラスグローブ中のＬＥＤ近傍の温度Ｓ１、中空ガラスグローブの表面温度Ｓ２を測定した。

図５から分かるように、ＬＥＤを中空ガラスグローブに封入した従来のＬＥＤ電球の場合には、ＬＥＤ点灯してから約１９分経過後には、中空ガラスグローブ中のＬＥＤ近傍の温度Ｓ１は約３０℃から約１３５℃に上昇し、中空ガラスグローブの表面温度Ｓ２は約３０℃から約５０℃に上昇する。従って、約１９分経過後には、中空ガラスグローブ中のＬＥＤ近傍の温度Ｓ１と中空ガラスグローブの表面温度Ｓ２との温度差は約８５℃である。

これに対し、図４に示した透明部材１５を有した本発明の実施の形態におけるＬＥＤ照明器具の場合は、ＬＥＤ点灯してから約１９分経過後には、透明部材１５にモールドされたＬＥＤ近傍の温度Ｐ１は約３０℃から約８０℃に上昇し、透明部材１５の表面温度Ｐ２は約３０℃から約７０℃に上昇する。従って、約１９分経過後には、透明部材１５にモールドされたＬＥＤ近傍の温度Ｐ１と透明部材１５の表面温度Ｐ２との温度差は約１０℃である。

このことから、透明部材１５でＬＥＤモジュールをモールドした場合には、ＬＥＤの熱が透明部材１５の表面に効率よく伝導していることが分かる。このように、透明部材の中にＬＥＤモジュールを埋め込むことで、透明部材とＬＥＤモジュールのＬＥＤ上面とを密着させ、本来放熱が難しかったＬＥＤ上面の廃熱を配光などを考慮することなく透明部材を通じて行うことが可能となる。

図６は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材の他の一例を示す平面図である。この一例は、図４に示した一例に対し、透明部材１５を二層構造としたものである。ＬＥＤモジュール１４のＬＥＤからの発熱を放熱しやすくするために、透明部材１５のＬＥＤモジュールの近傍は熱伝導性のフィラーを入れた層１５ｂとし、透明部材１５の表面部位はフィラーを入れていない層１５ａとしている。フィラーを入れると熱伝導性は向上するが脆くなり絶縁性が劣るので、ＬＥＤモジュールの配線１７の絶縁性を保てる範囲内でフィラーを入れることになる。また、透明部材１５の表面は、安全性を確保するため絶縁性を保っておく必要があるのでフィラーを入れない。これにより、ＬＥＤからの熱は透明部材の表面部位により伝導しやすくなり放熱を促進できるので、より効率よくＬＥＤの熱を放熱できる。

図７は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材の別の他の一例を示す平面図である。この一例は、図６に示した一例に対し、透明部材１５を三層構造としたものである。前述したように、フィラーを入れると熱伝導性は向上するが脆くなり絶縁性が劣る。そこで、ＬＥＤモジュール１４の配線と接触する部分の透明部材１５は、フィラーを入れていない層１５ｃとし、その層の外側にフィラーを入れた層１５ｂを形成し、透明部材１５の表面部位はフィラーを入れていない層１５ａとする。これにより、ＬＥＤモジュールの配線１７の絶縁性を保ち、より効率よくＬＥＤの熱を放熱できる。

図８は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材のさらに別の他の一例を示す平面図である。この一例は、図４に示した一例に対し、透明部材１５の表面部位に凹凸１８を施したものである。これにより、ＬＥＤからの光が拡散され、フロスト処理を施すことなく、ＬＥＤの光の問題点の一つであるグレアを簡便に低減できる。また、透明部材１５の表面部位に凹凸１８を施すことで、完成したＬＥＤ照明器具のグローブに相当する透明部材１５の表面に凹凸の模様が刻まれることとなり、優れたデザイン性を発揮できる。

ここで、ガラスグローブの部分やその内部の真空または中空部分は、白熱電球の場合にはフィラメントの赤熱発光のために必要であり、蛍光ランプの場合には紫外線を蛍光物質によって可視光線に変換するために必要な部位であるが、ＬＥＤが光源である場合には、ＬＥＤの保護と既存光源との外観上の整合性を得る以外さしたる重要性はない。

そこで、本発明の実施の形態では、それらの部材の代わりに、透明部材１５を電球のグローブ部分または蛍光ランプの外観形状に準ずる形状に成型し、ＬＥＤを包み込むように中空部分にも透明部材１５を充填させる。

本発明の実施の形態によれば、透明部材１５の中にＬＥＤモジュール１４を埋め込むことで、透明部材１５とＬＥＤモジュール１４のＬＥＤ上面とを密着させ、本来放熱が難しかったＬＥＤ上面の廃熱を配光などを考慮することなく透明部材１５を通じて行うことが可能となる。また、ＬＥＤモジュール１４は放熱部１３に取り付けられているので、放熱部１３からも廃熱が行われる。

これにより、複数個のＬＥＤを使用したＬＥＤモジュール１４を光源とする場合であっても効率よくＬＥＤの熱を放熱できる。従って、ＬＥＤモジュール１４のＬＥＤに、より大きな電力投入が可能となり、放熱部を小型化できるので、より少ない非発光放熱面積によるＬＥＤ照明器具を提供できる。

また、透明部材１５として弾力性に富んだ部材（シリコーン）を選択した場合、最大の暴露部分であるガラスグローブの外部からの衝撃や不時落下などによる破壊を防止できる。これにより、特性上の寿命以前の不点や破損飛散したガラス部位による受傷の可能性を少なくすることが可能となり、定格寿命を満たし安全性を大きく増進させたＬＥＤ照明器具を実現できる。

また、透明部材１５の製作時の型に適切な凹凸を施すことで、完成した透明部材１５の表面に凹凸１８の模様が刻まれることとなるので、ＬＥＤからの光がこの凹凸１８が拡散され、フロスト処理を施すことなくＬＥＤ光の問題点の一つであるグレアを簡便に低減することができる。

本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の正面図。 本発明の実施の形態におけるＬＥＤモジュールで形成された光源部の一例の説明図。 本発明の実施の形態におけるＬＥＤモジュールで形成された光源部の他の一例の斜視図。 本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材の一例を示す平面図。 図４に示した透明部材１５を有したＬＥＤ照明器具の温度試験データのグラフ。 本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材の他の一例を示す平面図。 本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材の別の他の一例を示す平面図。 本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明器具の透明部材のさらに別の他の一例を示す平面図。

符号の説明

１０…光源部、１１…口金、１２…絶縁部、１３…放熱部、１４…ＬＥＤモジュール、１５…透明部材、１６…ＬＥＤ、１７…配線、１８…凹凸

Claims (3)

1. 複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュールと；
   前記ＬＥＤモジュールが取り付けられ前記ＬＥＤの熱を放熱する放熱部と；
   前記ＬＥＤモジュールを包み込んでモールドされ前記ＬＥＤからの放射光を導光して外表面から外部に出射する絶縁性の透明部材と；
   前記放熱部の前記透明部材の反対側に設けられ、前記ＬＥＤを点灯する点灯回路に電気的に接続された口金と；
   を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明器具。
2. 前記透明部材は、熱伝導性のフィラーを入れた層と前記フィラーを入れていない層との少なくとも二層から形成され、表面部位は前記フィラーを入れていない層としたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明器具。
3. 前記透明部材の表面部位に凹凸を施したことを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ照明器具。

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