JP2010045030A - 発光ダイオード照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れ寿命の長いＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１１０、発光ダイオード（ＬＥＤ）の光源１２０、および電源ユニット１３０を有するＬＥＤ照明装置１００を提供する。ハウジング１１０は、光源収容空間１１２、電源収容空間１１４、および、外気に連通する第１熱的隔離チャネル１１６を有し、この第１熱的隔離チャネル１１６は、光源収容空間１１２と電源収容空間１１４との間に配設する。ＬＥＤ光源１２０を光源収容空間１１２に配置し、電源ユニット１３０を電源収容空間１１４に配置する。断熱チャネルは、ＬＥＤ光源１２０と電源ユニット１３０との間における熱的干渉を回避することができる。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置に関し、とくに、放熱効率の優れたＬＥＤ照明装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は半導体素子であり、ＬＥＤの発光チップを形成する材料としては、主に、第III〜Ｖ族から選択された化学元素、例えば燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、および他の化合物半導体がある。発光の原理は、電気エネルギーを光に変換する、即ち、電流を化合物半導体に通電すると、電子および正孔の組み合わせにより、余剰エネルギーが光として放出され、発光効果を得る。ＬＥＤの発光現象は加熱や放電に起因するものでないため、ＬＥＤの寿命は１０００００時間を超え、また、アイドルタイムも節約される。さらに、ＬＥＤは、応答速度が速く（約１０^-９秒）、サイズがコンパクトであり、消費電力が少なく、低汚染性で、信頼性が高く、かつ、大量生産可能であるなどの利点を有する。このため、ＬＥＤの適用範囲は極めて広く、例えば超大型野外用ディスプレイボード、交通信号灯、携帯電話、スキャナーの光源、照明器具等にも適用できる。

近年、ＬＥＤの輝度および発光効率が改良され、白色ＬＥＤの大量生産が成功したのに伴い、室内照明や野外照明などの照明器具に白色ＬＥＤが使用されることが多くなりつつある。一般的に、高出力ＬＥＤは放熱に関して問題を抱える。ＬＥＤが過度な高温下で作動する場合、ＬＥＤ照明装置の輝度は低減し、ＬＥＤの寿命は縮まる恐れがある。このため、ＬＥＤ照明装置用の適切な放熱システムをどのように設計するかが、この分野の研究者および設計者の関心事となっている。従来型ＬＥＤ照明装置の放熱システムの設計によれば、光源および電源はほぼ同一温度内で作動する。しかし、光源と電源とでは、最適な作動温度は互いに異なるものである。従来型放熱デザインでは、光源および電源にとって最適な作動温度にすることはできない。したがって、ＬＥＤ照明装置の寿命に影響を及ぼすことになる。

したがって、本発明の課題は、放熱効率に優れ、寿命の長いＬＥＤ照明装置を得ることにある。

本発明ＬＥＤ照明装置には、ハウジング、ＬＥＤ光源、および電源ユニットを設ける。ハウジングには、光源収容空間、電源収容空間、および、外気に連通する第１熱的隔離チャネルを設け、第１熱的隔離チャネルは、光源収容空間と電源収容空間との間に配設する。ＬＥＤ光源は光源収容空間内に配置し、電源ユニットは電源収容空間内に配置する。

本発明の一実施形態において、ハウジングには電球ケースを設ける。

本発明の一実施形態において、電球ケースには、上側ハウジング、電極部分、底部ハウジング、および光透過部分を設ける。上側ハウジングは、電源ユニットを収容する電源収容空間を画定する。電極部分は上側ハウジングの一方の端部に連結し、また、この電極部分は電源ユニットと電気的に接続する。底部ハウジングの一方の端部は上側ハウジングの他方の端部と連結し、また、この底部ハウジングは第１熱的隔離チャネルを画定する。光透過部分は、底部ハウジングの他方の端部と連結し、また、この底部ハウジングと光透過部分とが共に、ＬＥＤ光源を収容する光源収容空間を画定する。

本発明の一実施形態において、上側ハウジングは断熱ハウジングとする。

本発明の一実施形態において、底部ハウジングは熱伝導ハウジングとする。

本発明の一実施形態において、底部ハウジングには複数のヒートシンクを設ける。

本発明の一実施形態において、光透過部分はつや消しの光透過部分、または透明な光透過部分とする。

本発明の一実施形態において、ハウジングは街灯カバーとする。

本発明の一実施形態において、街灯カバーには、上側ランプカバー、底部ランプカバー、および光透過部分を設ける。上側ランプカバーは、電源ユニットを収容する電源収容空間を画定し、また、この上側ランプカバーには複数の通気孔を設ける。底部ランプカバーの一方の端部は上側ランプカバーの他方の端部と連結し、第１熱的隔離チャネルは、上側ランプカバーと底部ランプカバーとの間に配置し、通気孔は第１熱的隔離チャネルに連通するものとする。光透過部分は底部ランプカバーの他方の端部と連結し、底部ランプカバーおよび光透過部分が共に、ＬＥＤ光源を収容する光源収容空間を画定する。

本発明の一実施形態において、街灯カバーには、さらに上側ランプカバーと連結した遮蔽板を設け、この遮蔽板は電源ユニットの上方に配置する。

本発明の一実施形態において、街灯カバーには、さらに第２熱的隔離チャネルを設け、この第２熱的隔離チャネルは遮蔽板と上側ランプカバーとの間に配置する。

本発明の一実施形態において、ＬＥＤ光源に、回路基板、および複数のＬＥＤチップを設ける。これらのＬＥＤチップは回路基板に配置し、この回路基板と電気的に接続させる。

本発明の一実施形態において、ＬＥＤ照明装置には、さらに、第１熱的隔離チャネルを通過し、電源ユニットおよびＬＥＤ光源と電気的に接続する接続ワイヤを設ける。

本発明の一実施形態において、第１熱的隔離チャネルに熱的隔離材料を充填し、これにより電源ユニットおよびＬＥＤ光源の放熱システム間の干渉を防ぐ。

本発明ＬＥＤ照明装置は、放熱のための外気に連通する熱的隔離チャネルを有するため、ＬＥＤ照明装置全体の作動温度は許容範囲に維持される。熱的隔離チャネルを設けることで、ＬＥＤ光源および電源ユニットは、それぞれ最適な温度で機能することができる。

以下、本発明の上述した特徴や利点、またはその他の特徴および利点を、よりよく理解できるように、いくつかの実施形態を図面につき詳述する。

添付の図面は本発明をよりよく理解するためのものであり、本明細書の一部とみなされる。図面は本発明の実施形態を示し、図面の記載と共に、本発明の原理を説明するものである。

本発明の第１実施形態によるＬＥＤ照明装置の線図的斜視図である。 図１Ａに示すＬＥＤ照明装置の線図的断面図である。 本発明の第２実施形態によるＬＥＤ照明装置の線図的断面図である。 本発明の第３実施形態によるＬＥＤ照明装置の線図的断面図である。

第１実施形態
図１Ａは、本発明の第１実施形態によるＬＥＤ照明装置の線図的斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示すＬＥＤ照明装置の線図的断面図である。図１Ａおよび図１Ｂににつき説明すると、ＬＥＤ照明装置１００には、ハウジング１１０、ＬＥＤ光源１２０、および電源ユニット１３０を設ける。ハウジング１１０には、光源収容空間１１２、電源収容空間１１４、および外気に連通する第１熱的隔離チャネル１１６を設け、この第１熱的隔離チャネル１１６は光源収容空間１１２と電源収容空間１１４との間に配設する。ＬＥＤ光源１２０および電源ユニット１３０は、それぞれ、光源収容空間１１２および電源収容空間１１４に配置する。

ハウジング１１０、ＬＥＤ光源１２０、および電源ユニット１３０は、様々な形態とすることができる。図１Ａおよび図１Ｂに示す構造は、本発明を当業者が理解および具現化する上での単なる１つの例にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１実施形態におけるＬＥＤ照明装置１００はＬＥＤ電球とする。ＬＥＤ電球は、例えばＥ２７電球、Ｅ２６電球、Ｅ１４電球、または他のタイプの電球とする。とくに、この実施形態におけるハウジング１１０には電球ケース１４０を設け、電球ケース１４０は、上側ハウジング１４２、電極部分１４４、底部ハウジング１４６、および光透過部分１４８を有する。上側ハウジング１４２は、電源ユニット１３０を収容するための電源収容空間１１４を画定する。電極部分１４４は上側ハウジング１４２の一方の端部に連結し、また、この電極部分１４４および電源ユニット１３０を電気的に接続する。底部ハウジング１４６の一方の端部は上側ハウジング１４２の他方の端部に連結し、また、底部ハウジング１４６は第１熱的隔離チャネル１１６を画定する。光透過部分１４８は底部ハウジング１４６の他方の端部に連結し、また、この底部ハウジング１４６および光透過部分１４８は共に、ＬＥＤ光源１２０を収容するための光源収容空間１１２を画定する。さらに、光透過部分１４８はつや消しの光透過部分とし、ＬＥＤ光源１２０が発する光を透過させて照明を行うようにすることができる。しかし、他の実施形態において、光透過部分１４８は透明な光透過部分とすることができる。同様に、ＬＥＤ光源１２０が発する光は、透明な光透過部分を通過して照明を行うことができる。さらに、この実施形態における電極部分１４４は、例えば、Ｅ２７型ランプソケット、Ｅ２６型ランプソケット、Ｅ１４型ランプソケット、または他の種類のランプソケットとすることができる。

使用者の安全を考慮して、上側ハウジング１４２は、通常、絶縁材料（例えば、プラスチック）で形成し、電気ショックを防止するようにする。例示的な実施形態において、上側ハウジング１４２は、例えば酸化亜鉛によりドープ処理した絶縁材料で形成する。酸化亜鉛でドープ処理した絶縁材料は電磁波干渉を遮蔽する特性（ＥＭＩ遮蔽）を有するため、酸化亜鉛を含む上側ハウジング１４２は、ＬＥＤ照明装置１００から発生する電磁波を効果的に遮蔽し、使用者の電磁波被害をも減じる。さらに上側ハウジング１４２は射出成形技術により製造しても良い。絶縁材料を酸化亜鉛でドープ処理するため、上側ハウジング１４２を離型するときに深刻な変形はほとんど生ずることがない。この結果、上側ハウジング１４２の生産収率は向上し、上側ハウジング１４２の放熱効率も向上する。さらに、この実施形態においては、上側ハウジング１４２を、例えば１ピース構成として形成する。しかし、他の実施形態においては、上側ハウジング１４２を、２ピース構成として形成することができる。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、底部ハウジング１４６に複数のヒートシンク１４７を設ける。第１熱的隔離チャネル１１６の２個の端部を、例えば、隣接する２個のヒートシンク１４７間に配置する。図１Ｂに示される通気経路Ｐに沿って第１熱的隔離チャネル１１６に流れこむ空気は、ＬＥＤ照明装置１００の放熱を促進する。光源収容空間１１２と電源収容空間１１４との間における第１熱的隔離チャネル１１６は、装置１００の放熱を促進する熱交換領域を増やすだけでなく、電源ユニット１３０およびＬＥＤ光源１２０の熱が、熱伝導により互いに干渉し合うのを防ぎ、さらに熱遮蔽作用が得られる。さらに、電源ユニット１３０およびＬＥＤ光源１２０を接続ワイヤによって電気的に接続するとき、第１熱的隔離チャネル１１６を通過する接続ワイヤの一部に防水処理を施こすことができ、こうすることで、漏電を防ぐことができる。この実施形態において、底部ハウジング１４６は単一材料又は多数のタイプの材料から形成する。一般的に言えば、底部ハウジング１４６の材料としては、銅、アルミニウム、合金、またはセラミックなどの他の熱伝導材料がある。さらに、上側ハウジング１４２および底部ハウジング１４６には放熱塗料を被覆（コーティング）し、これによりハウジングの放熱効果を高めることができる。

図１Ｂに示すように、ＬＥＤ光源１２０は、例えばＬＥＤパッケージとする。ＬＥＤパッケージは、例えば、チップオンボードタイプのパッケージ、または他のタイプのパッケージとする。より詳細に説明すると、ＬＥＤ光源１２０は、回路基板１２２および複数のＬＥＤチップ１２４を有する。ＬＥＤチップ１２４は回路基板１２２に配置し、かつこの回路基板１２２と電気的に接続して、ＬＥＤアレイを形成する。回路基板１２２は、例えば、単層回路または多層回路を有し、また有利な熱伝導性を有するものとする。さらに、胴、アルミニウム、セラミック等で形成した回路基盤は、回路基板１２２が有利な熱伝導性を備えるように製造するのに適する。他の実施形態において、単一ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ照明装置１００のＬＥＤ光源１２０として機能し得る。この実施形態において、ＬＥＤ光源１２０は、底部ハウジング１４６にはんだ材料により溶接し、これにより、ＬＥＤ光源１２０が発生する熱を底部ハウジング１４６に効果的に伝達可能となる。また、この実施形態においては、熱ペーストまたは他のタイプの熱伝導材料を、ＬＥＤ光源１２０と底部ハウジング１４６とを接合するねじに関連させることも可能である。

第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態によるＬＥＤ照明装置の線図的断面図である。図２につき説明すると、この実施形態におけるＬＥＤ照明装置１００ｂは、第１実施形態における照明装置と類似し、ハウジング１１０、ＬＥＤ光源１２０、および電源ユニット１３０を有する。この実施形態において、ハウジング１１０は、街灯カバー１４０ｂであり、上側ランプカバー１４２ｂ、底部ランプカバー１４６ｂ、および光透過部分１４８ｂを有する。

とくに、上側ランプカバー１４２ｂは、電源ユニット１３０を収容するための電源収容空間１１４を規定する。この上側ランプカバー１４２ｂには複数の通気孔１４９ｂを設ける。底部ランプカバー１４６ｂの一方の端部を上側ランプカバー１４２ｂの他方の端部に連結する。また、第１熱的隔離チャネル１１６を、上側ランプカバー１４２ｂと底部ランプカバー１４６ｂとの間に配置し、通気孔１４９ｂは第１熱的隔離チャネル１１６と連通する。光透過部分１４８ｂを底部ランプカバー１４６ｂの他方の端部に連結し、この底部ランプカバー１４６ｂおよび光透過部分１４８ｂは共に、ＬＥＤ光源１２０を収容する光源収容空間１１２を画定する。

上側ランプカバー１４２ｂに第１熱的隔離チャネル１１６および通気孔１４９ｂを設けているため、外部からの気体が第１熱的隔離チャネル１１６の両側の端部から導入され、上側ランプカバー１４２ｂと底部ランプカバー１４６ｂとの間を通過し、通気孔１４９ｂを経てＬＥＤ照明装置１００ｂから外部に放出される。これが、通気経路Ｐ′である。この実施形態によれば、ＬＥＤ光源１２０および電源ユニット１３０から発生した熱を効果的に放出することができ、これにより、ＬＥＤ照明装置１００ｂの放熱を促進する。さらに、底部ランプカバー１４６ｂには、第１熱的隔離チャネル１１６に面する表面１１８を設ける。この表面１１８は、ＬＥＤ照明装置１００ｂを野外で使用する場合の排水性を良くするために、湾曲表面として形成することができる。

図２によれば、ＬＥＤ光源１２０には、回路基板１２２および複数のＬＥＤチップ１２４を設ける。ＬＥＤチップ１２４は回路基板１２２に配置し、この回路基板１２２と電気的に接続し、ＬＥＤアレイを形成する。回路基板１２２は、例えば単層回路または多層回路を有し、好適な熱伝導性を有するものとする。さらに、銅、アルミニウム、またはセラミック等から形成される回路基盤は、回路基板１２２が好適な熱伝導性を有するものとして製造するのに適する。単一ＬＥＤモジュールは、照明装置１００ｂのＬＥＤ光源１２０として機能し得る。

さらに、この実施形態におけるＬＥＤ照明装置１００ｂは、複数の独立素子よりなるアセンブリとして設計することができる。このとき、もし、ＬＥＤ照明装置１００ｂの素子のうちいくつかがダメージを受ける場合、例えば電源ユニット１３０がオーバーヒートを起こして故障する場合、ダメージを受けた素子のみ交換すればよい。照明装置全体を取り替える必要がないため、保守コストを節約できる。

第３実施形態
図３は、本発明の第３実施形態によるＬＥＤ照明装置の線図的断面図である。図３ににつき説明すると、この実施形態における照明装置１００ｃは、第２実施形態におけるＬＥＤ照明装置１００ｂと類似する。これら装置間の主な違いは、この実施形態における街灯カバー１４０ｂに、さらに、電源ユニット１３０の上方に配置した遮蔽板Ｓを設けた点にある。この遮蔽板Ｓは上側ランプカバー１４２ｂに連結し、遮蔽板Ｓと上側ランプカバー１４２ｂとの間に第２熱的隔離チャネル１１６′を形成する。

ＬＥＤ照明装置１００ｃを野外で使用するとき、遮蔽板Ｓは、電源ユニット１３０を、電源ユニット１３０にオーバーヒートをもたらしダメージを与える強い日差しから遮蔽する。さらに、第２熱的隔離チャネル１１６′は、第１熱的隔離チャネル１１６に類似する機能を持ち、電源ユニット１３０の放熱および断熱を促進する。通常、遮蔽板Ｓの材料としては、銅、アルミニウム、合金、または他の熱伝導材料がある。

上記のほか、本発明ＬＥＤ照明装置の素子は、他の構成にすることもできる。このため、上記の実施形態は本発明の素子の構成を限定するものではない。

上述したように、本発明ＬＥＤ照明装置には、装置の放熱を促進するための熱的隔離チャネルを設ける。本発明のいくつかの実施形態においては、ＬＥＤ照明装置には通気孔および熱的隔離チャネルを設ける。したがって、照明装置の作動温度は許容範囲内に効果的に維持される。

以上、実施形態につき本発明を説明してきたが、当業者には、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更を加え得ることが明らかであろう。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定義されるものであって、上述の詳細な説明により定義されるものではない。

１００ ＬＥＤ照明装置
１００ｂ ＬＥＤ照明装置
１００ｃ ＬＥＤ照明装置
１１０ ハウジング
１１２ 光源収容空間
１１４ 電源収容空間
１１６ 第１熱的隔離チャネル
１１６´第１熱的隔離チャネル
１１８ 表面
１２０ ＬＥＤ光源
１２２ 回路基板
１２４ ＬＥＤチップ
１３０ 電源ユニット
１４０ 電球ケース
１４０ｂ 街灯カバー
１４２ 上側ハウジング
１４２ｂ 上側ランプカバー
１４４ 電極部分
１４６ 底部ハウジング
１４６ｂ 底部ランプカバー
１４７ 放熱板
１４８ 光透過部分
１４８ｂ 光透過部分
Ｓ 遮蔽板
Ｐ 通気経路
Ｐ´通気経路

Claims (14)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置において、
   光源収容空間、電源収容空間、および、外気に連通する第１熱的隔離チャネルを設けたハウジングであって、前記第１熱的隔離チャネルを、前記光源収容空間と電源収容空間との間に配設した該ハウジングと、
   前記光源収容空間に配置したＬＥＤ光源と、
   前記電源収容空間に配置した電源ユニットと、
   を備えたＬＥＤ照明装置。
2. 請求項１記載のＬＥＤ照明装置において、前記ハウジングには電球ケースを設けたＬＥＤ照明装置。
3. 請求項２記載のＬＥＤ照明装置において、前記電球ケースは、
   前記電源ユニットを収容するための前記電源空間を画定する上側ハウジングと、
   前記上側ハウジングの一方の端部に連結し、前記電源ユニットと電気的に接続する電極部分と、
   前記上側ハウジングの他方の端部に連結した端部を設け、前記第１熱的隔離チャネルを画定する底部ハウジングと、
   前記底部ハウジングの前記他方の端部に連結した光透過部分であって、前記底部ハウジングおよび前記光透過性部分の双方で前記ＬＥＤ光源を収容する前記光源収容空間を画定する、該光透過性部分と、
   を有する構成としたＬＥＤ照明装置。
4. 請求項３記載のＬＥＤ照明装置において、前記上側ハウジングを断熱ハウジングとしたＬＥＤ照明装置。
5. 請求項３記載のＬＥＤ照明装置において、前記底部ハウジングを熱伝導ハウジングとしたＬＥＤ照明装置。
6. 請求項３記載のＬＥＤ照明装置において、前記底部ハウジングに複数のヒートシンクを設けたＬＥＤ照明装置。
7. 請求項３記載のＬＥＤ照明装置において、前記光透過部分を、つや消しの光透過部分、または透明な光透過部分としたＬＥＤ照明装置。
8. 請求項１記載のＬＥＤ照明装置において、前記ハウジングを街灯カバーとしたＬＥＤ照明装置。
9. 請求項８記載のＬＥＤ照明装置において、前記街灯カバーは、
   前記電源ユニットを収容するための前記電源収容空間を規定し、複数の通気孔を有する上側ランプカバーと、
   前記上側ランプカバーの前記他方の端部と連結した端部を備えた底部ランプカバーであって、前記第１的隔離チャネルは、前記上側ランプカバーと前記底部ランプカバーとの間に配置し、前記通気孔は前記第１熱的隔離チャネルと通じるものとした該底部ランプカバーと、
   前記底部ランプカバーの前記他方の端部と連結した光透過部分であって、前記底部ランプカバーおよび前記光透過性部分の双方で前記ＬＥＤ光源を収容する前記光源収容空間を画定する、該光透過部分と、
   を有する構成としたＬＥＤ照明装置。
10. 請求項９記載のＬＥＤ照明装置において、さらに前記街灯カバーに前記上側ランプカバーと連結した遮蔽板を設け、該遮蔽板を前記電源ユニットの上方に配置したＬＥＤ照明装置。
11. 請求項１０記載のＬＥＤ照明装置において、さらに前記街灯カバーに第２熱的隔離チャネルを設け、前記第２熱的隔離チャネルを前記遮蔽板と前記上側ランプカバーとの間に配置したＬＥＤ照明装置。
12. 請求項１記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ光源は、
    回路基板と、
    前記回路基板上に配置し、前記回路基板と電気的に接続した複数のＬＥＤチップと、
    を有する構成としたＬＥＤ照明装置。
13. 請求項１記載のＬＥＤ照明装置において、さらに、前記第１熱的隔離チャネルを通過し、前記電源ユニットおよび前記ＬＥＤ光源と電気的に接続する接続ワイヤを設けたＬＥＤ照明装置。
14. 請求項１記載のＬＥＤ照明装置において、さらに、該熱的隔離素材を前記光源収容空間と前記電源収容空間との間の前記第１熱的隔離チャネルに充填した熱的隔離材料を備え、前記電源ユニットおよび前記ＬＥＤ光源の放熱システム間の干渉を防止する、ＬＥＤ照明装置。

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