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

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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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