JP2010182796A - Ledランプ - Google Patents

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Abstract

【課題】水銀灯の代替えとして用いることのできるLEDランプを提供する。
【解決手段】本発明によって提供されるLEDランプA1は、水銀灯の代替えとして用いられ、複数のLEDチップ21と、複数のLEDチップ21を支持するためのLED基板1と、複数のLEDチップ21にLED基板1を通じて電力を供給するための口金7と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光ダイオードを光源とし、水銀灯の代替として用いることができるLEDランプに関する。
従来、水銀灯(たとえば特許文献1参照)は、構造が比較的容易で廉価に製造できることから、たとえば街灯、体育館および工場などの照明に広く用いられている。水銀灯は、たとえばガラス管内に封入された水銀蒸気中でアーク放電を生じさせ、その放電によって発生した光を放射するものである。水銀灯は、放電により発生した光を放射することにより、遠方まで光を届かせることができるため、上記したような広範囲の領域を照らす場合によく適用される。
しかしながら、一般に、水銀灯は、消費電力が高く寿命が比較的短いといった欠点を有している。そのため、水銀灯は、その使用期間が比較的短くなるため、交換を頻繁に行う必要があった。特に、体育館や工場などの照明に用いられている場合、天井近傍に設置された水銀灯の交換に手間がかかるといった問題点があった。
また、水銀灯は、上記アーク放電の際、ガラス管内の水銀が完全に蒸発して安定するまでにたとえば数分を要するため、良好な点灯状態になるまでに所定の時間を必要とする。また、消灯した直後の再点灯時には、水銀の蒸気圧が高くなっているため、ガラス管が冷えるまで再点灯することができないといった問題点もあった。
特開平11−135071号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、水銀灯の代替えとして用いることのできるLEDランプを提供することをその課題とする。
本発明によって提供されるLEDランプは、水銀灯の代替えとして用いられるLEDランプであって、複数のLEDチップと、上記複数のLEDチップを支持するための導通支持部材と、上記複数のLEDチップに上記導通支持部材を通じて電力を供給するための口金と、を備えることを特徴としている。
このような構成によれば、上記口金がたとえば水銀灯の取付器具に嵌合できるタイプのものであれば、上記LEDランプを水銀灯に代えて当該取付器具に取り付けることができる。また、上記LEDランプは、点灯すべき光源が複数のLEDチップで構成されているため、比較的消費電力が少なくて済み、照明装置として長寿命とすることができる。そのため、LEDランプの使用期間が延びることから、交換の手間を可及的に抑制することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記導通支持部材は、細長板状に形成された複数の板状基板を含み、上記板状基板は、上記LEDチップの支持面が外方を向き、かつ隣り合う板状基板の一辺同士が互いに沿うように配置されている。このような構成によれば、LEDチップから発せられる光をたとえば周囲側方に好適に放射することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記導通支持部材は、多角形状に形成された一つの多角形基板を含み、上記多角形基板は、上記LEDチップの支持面が外方を向き、かつ各辺が上記板状基板の一辺に沿うように配置されている。このような構成によれば、LEDチップから発せられる光をたとえば周囲上方に好適に放射することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記導通支持部材には、上記複数のLEDチップで生じる熱を放散させるための放熱部材が接合されており、上記放熱部材は、その表面が外部に露出されている。このような構成によれば、LEDチップで生じる熱を導通支持部材から放熱部材へスムーズに伝達し、速やかに外部に放散させることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記放熱部材の表面には、上記板状部材の長手方向に延びた複数の突起片が形成されている。また、上記放熱部材の表面には、上記板状部材の短手方向に延びた複数の突起片が形成されていてもよい。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第1実施形態にかかるLEDランプを示す斜視図である。 図1のII−II線に沿う要部断面図である。 図1のIII−III線に沿う要部断面図である。 LEDモジュールの実装状態を示す断面図である。 LEDモジュールの電気的構成を示す図である。 本発明の第2実施形態にかかるLEDランプを示す側面図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図1ないし図3は、本発明の第1実施形態にかかるLEDランプの一例を示す図である。図1はLEDランプの要部斜視図であり、図2は図1におけるII−II線に沿う要部断面図であり、図3は図1におけるIII−III線に沿う要部断面図である。
このLEDランプA1は、複数のLED基板1、複数のLEDモジュール2、複数の電源基板3、基板支持部材4、放熱部材5、ケース6、および口金7を備えている。LEDランプA1は、JIS規格 C7604に定められた、たとえば80W型の水銀灯の代替として用いられるものであり、その全体形状が略円柱形状とされている。LEDランプA1は、その全長がたとえば180mm程度とされ、ケース6の直径は60mm程度とされている。なお、特許請求の範囲に記載の導通支持部材は、複数のLED基板1、複数の電源基板3、および基板支持部材4に相当する。
LED基板1は、複数のLEDモジュール2を実装することにより、複数のLEDモジュール2を支持するものである。LED基板1は、たとえばAlからなり、鉛直方向に延び細長の板状に形成された複数(本実施形態では6つ)の板状基板11と、図1における上面視でほぼ正六角形状に形成された1つの六角基板12とによって構成されている。
複数の板状基板11は、それぞれの実装面11aが鉛直方向に沿うように、かつ放射状に側方を向くように設けられている。すなわち、板状基板11は、隣り合う板状基板11と長手方向の一辺同士が互いに沿うように配置されている。板状基板11は、図2に示すように、その実装面11aに直交する方向と、隣り合う板状基板11における実装面11aに直交する方向とのなす角αがたとえば60度になるように配置されている。各板状基板11の上端には、六角基板12が設けられている。六角基板12は、その実装面12aが水平方向に沿うように設けられている。すなわち、六角基板12は、その各片が各板状基板11の上端辺と合わさるように配置されている。
これらの板状基板11および六角基板12の各実装面11a,12aには、複数のLEDモジュール2に電力を供給するためのたとえばCuからなる配線パターンが形成されている。図4は、板状基板11におけるLEDモジュール2の実装状態を示す断面であるが、板状基板11は、実装面11aに形成され互いに離間する金属配線層13,14を備えている。また、板状基板11は、金属配線層13,14の一部を覆うことによりそれらを保護する保護層15を備えている。六角基板12におけるLEDモジュール2の実装状態は、図示していないが、板状基板11における実装状態と同様であり、六角基板12は、金属配線層13,14および保護層15を備えている。
LEDモジュール2は、図1に示すように、板状基板11および六角基板12の実装面11a,12a上に縦横に並ぶように複数個配置されている。LEDモジュール2は、図4に示すように、LEDチップ21、互いに離間する金属製のリード22,23、ワイヤ24、および樹脂パッケージ25を備えている。各LEDモジュール2は、LEDチップ21の光の主出射方向が板状基板11および六角基板12の実装面11a,12aと直交する方向と一致するように設置されている。
LEDチップ21は、たとえばn型半導体およびp型半導体と、これらに挟まれた活性層(いずれも図示せず)とが積層した構造とされている。LEDチップ21は、たとえばGaN系半導体からなる場合、青色光を発することができる。LEDチップ21は、その下面および上面に2つの電極を備えている。LEDチップ21は、図4に示すように、リード22の表面に搭載されており、リード22の裏面は、LED基板1の金属配線層13に接合されている。これにより、LEDチップ21の下面の電極は、金属配線層13と導通している。一方、LEDチップ21の上面の電極は、ワイヤ24を介してリード23に接続されており、リード23は、金属配線層14に接合されている。これにより、LEDチップ21の上面の電極は、金属配線層14と導通している。
樹脂パッケージ25は、LEDチップ21およびワイヤ24を保護するためのものである。樹脂パッケージ25は、LEDチップ21から発せられる光に対して透光性を有するたとえばシリコン樹脂を用いて形成されている。また、樹脂パッケージ25に、青色光によって励起されることにより黄色光を発する蛍光材料を混入すれば、LEDモジュール2から白色光を出射させることが可能となる。なお、上記黄色光を発する蛍光材料に代えて、緑色光および赤色光を発する蛍光材料を混入するようにしてもよい。
複数のLEDモジュール2は、板状基板11および六角基板12の実装面11a,12a上に形成された、図示しない配線パターンによって、たとえば図5に示すような構成で電気的に接続されている。本実施形態におけるLEDモジュール2の数は、たとえば296個とされている(なお、図1に示すLEDモジュール2の配列構成は、一例であり、このLEDモジュール2の個数とは必ずしも一致していない)。これらのLEDモジュール2は、互いに並列に接続された4個のLEDモジュール2ごとに、たとえば74個のグループ2Aに分けられている。これらの74個のグループ2Aは、互いに直列に接続されている。
図5に示したLEDモジュール2の電気的な接続構成は、図示していないが、このLEDランプA1に接続され、LEDランプA1における点灯を安定させるための安定器の仕様やLEDチップ21に流すべき電流などに基づいて、実験などによって決定されたものである。すなわち、LEDランプA1が点灯される上で、より好ましい消費電力、および目標となる光束数(たとえば3500lm(ルーメン))が得られるように、上記LEDモジュール2の直並列の接続数が求められている。
図1に戻り、電源基板3は、各板状基板11に対応して各板状基板11の下方にそれぞれ配置されて設けられている。電源基板3は、たとえばガラスエポキシ樹脂からなり、板状に形成されている。電源基板3には、図示しない複数のたとえばコンデンサ、抵抗器および整流ダイオードなどの電源部品が実装されている。複数の電源部品は、LEDモジュールを点灯させるための、整流平滑回路、定電流回路および保護回路などとして機能するものである。なお、電源基板3は、板状基板11と一体的に形成されていてもよい。
基板支持部材4は、たとえばAlからなり、図2および図3に示すように、LED基板1および電源基板3を支持するように設けられている。基板支持部材4は、表面(LED基板1および電源基板3に接する面)に絶縁処理が施されている。
基板支持部材4は、板状基板11の長手方向に沿って延びる略六角柱形状とされており、長手方向に貫通する断面円形の空隙部41を有している。基板支持部材4の各側面には、板状基板11および電源基板3がそれぞれ接着により固着されている。基板支持部材4の上面には、空隙部41を覆うように六角基板12が接着により固着されている。
基板支持部材4の下端には、略リング状のフランジ42が形成されている。フランジ42の外周縁には、段差43が形成されており、この段差43にケース6の下端が固定されることにより、ケース6がフランジ42に支持されている。
なお、基板支持部材4は、表面に絶縁処理を施すことにより、LEDモジュール2を直接的に実装し支持するものであってもよい。すなわち、LED基板1を省略してもよい。この場合、LEDモジュール2とたとえば絶縁機能を有する絶縁シート(図示せず)との間に、配線パターンが形成される。この構成によれば、基板支持部材4とは別に、LEDモジュール2を実装するためのLED基板1を用意する必要がないので、部品コストの削減化を図ることができる。
放熱部材5は、LEDモジュール2で生じた熱をLED基板1および基板支持部材4を介して放散させるためものである。放熱部材5は、たとえばAlからなり、基板支持部材4の下面に接合されている。なお、放熱部材5は、基板支持部材4に一体的に形成されていてもよい。
放熱部材5は、その表面が外部に露出しており、表面には耐食性を有するように、および熱放射性を高める目的でたとえば黒色アルマイト加工が施されている。放熱部材5は、略円筒形状の軸体51と、この軸体51の表面から放射状に延びた複数の突起片52を有している。軸体51は、断面円形の空隙部53を有している。各突起片52は、上下方向に長い板状であり、隣り合う突起片52と所定の間隔を隔てて配置されている。
ケース6は、LED基板1、電源基板3および基板支持部材4などを収容するためのものであり、図1に示すように、円形断面を有し、一方端が閉塞された略円筒形状とされている。ケース6は、たとえばポリカーボネートなどの合成樹脂からなり、押出成形によって一体形成される。
口金7は、たとえば水銀灯の取付器具のソケット(図示せず)に装着することにより、商用電源から交流電力を供給するためのものである。口金7は、口金のサイズとして一般的なE26型が採用されており、ソケット嵌合用のねじ山が形成された負側電極部71と、絶縁体72を介して設けられた正側電極部73とを備えている。
負側電極部71は、口金7の内部および空隙部41,53を通る接続ケーブル74を介して電源基板3に接続されている。一方、正側電極部73も口金7の内部および空隙部41,53を通る接続ケーブル75を介して電源基板3に接続されている。接続ケーブル74,75は、電源基板3に対して交流電力を供給するためのものである。
次に、LEDランプA1の作用について説明する。
本第1実施形態によれば、従来の水銀灯に代えて、上記したLEDランプA1を適用することができる。すなわち、上述したLEDランプA1は、口金7のサイズが一般的なE26型とされているため、水銀灯を設置するための取付器具に支障なく取り付けることができ、水銀灯と置き換えて用いることができる。
また、LEDランプA1は、点灯すべき光源が複数のLEDモジュール2で構成されているため、比較的消費電力が少なくて済み、照明装置として長寿命とすることができる。そのため、LEDランプA1の使用期間が延びることから、交換の手間を可及的に抑制することができる。
また、従来の水銀灯は、十分に点灯するまでに時間を要するといった問題点があったが、LEDランプA1では、交流電力を供給することにより瞬時に点灯することができるので、点灯時または消灯直後の再点灯時に余計な時間を費やすことがない。
LEDランプA1によれば、放熱効果を高めることができる。すなわち、LEDモジュール2が点灯されると、LEDチップ21から光が出射されることにより、LEDチップ21では熱が生じる。この熱は、LED基板1を介して基板支持部材4に伝達され、さらに、基板支持部材4から放熱部材5に伝達されて外部に放散される。
すなわち、基板支持部材4および放熱部材5は、熱伝導性の高いAlからなり、基板支持部材4は、放熱部材5と接合されている、あるいは放熱部材5と一体的に形成されているため、LEDチップ21で生じた熱がLED基板1から即座に伝達される。また、放熱部材5は、外部に直接露出しているため、伝達された熱を効果的に外部に放散させることができる。したがって、放熱効果の高いLEDランプA1とすることができる。
図6は、本発明の第2実施形態にかかるLEDランプを示す側面図である。なお、この図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
この第2実施形態のLEDランプA2は、放熱部材5の形状が第1実施形態のLEDランプA1と異なっている。第2実施形態のLEDランプA2では、放熱部材5に形成される複数の突起片52Aが水平方向(板状基板11の短手方向)に平行に配置されて設けられている。より詳細には、各突起片52Aは、上面視で略リング状とされ、軸体51の表面に上下方向(板状基板11の長手方向)において所定の間隔を隔てて配置されている。すなわち、第1実施形態のLEDランプA1では、突起片52が上下方向に平行に延びていたが、この第2実施形態のLEDランプA2では、突起片52Aが水平方向に平行に延びている。
このように、第2実施形態のLEDランプA2によれば、放熱部材5の突起片52Aが水平方向に平行に延びているため、たとえばLEDランプA2を横方向に寝かせるように設置された場合には、複数の突起片52Aが横風を受け易くなり、LEDモジュール2で生じた熱を好ましく放散させることができる。
本発明に係るLEDランプは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るLEDランプの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、LED基板1(板状基板11および六角基板12)、基板支持部材4、および放熱部材5などは、その形状、大きさ、数量などが上記したものに限るものではない。また、LEDモジュール2の実装数は、上記した数に限るものではない。
また、上記実施形態では、複数の板状基板11が略六角柱の形状になるように設けられていたが、この構成に代えて、複数のLEDモジュール2を実装したフレキシブル配線基板が略円筒状になるように設けられていてもよい。また、上記実施形態では、LEDランプは、JIS規格 C7604に定められた水銀灯の代替えとして用いられるものとしたが、これに限るものではない。
A1,A2 LEDランプ
1 LED基板
11 板状基板
12 六角基板
13,14 金属配線層
15 保護層
2 LEDモジュール
21 LEDチップ
22,23 リード
24 ワイヤ
25 樹脂パッケージ
3 電源基板
4 基板支持部材
41 空隙部
42 フランジ
5 放熱部材
51 軸体
52 突起片
6 ケース
7 口金
71 負側電極部
73 正側電極部

Claims (6)

  1. 水銀灯の代替えとして用いられるLEDランプであって、
    複数のLEDチップと、
    上記複数のLEDチップを支持するための導通支持部材と、
    上記複数のLEDチップに上記導通支持部材を通じて電力を供給するための口金と、
    を備えることを特徴とする、LEDランプ。
  2. 上記導通支持部材は、細長板状に形成された複数の板状基板を含み、
    上記板状基板は、上記LEDチップの支持面が外方を向き、かつ隣り合う板状基板の一辺同士が互いに沿うように配置されている、請求項1に記載のLEDランプ。
  3. 上記導通支持部材は、多角形状に形成された一つの多角形基板を含み、
    上記多角形基板は、上記LEDチップの支持面が外方を向き、かつ各辺が上記板状基板の一辺に沿うように配置されている、請求項2に記載のLEDランプ。
  4. 上記導通支持部材には、上記複数のLEDチップで生じる熱を放散させるための放熱部材が接合されており、
    上記放熱部材は、その表面が外部に露出されている、請求項1ないし3のいずれかに記載のLEDランプ。
  5. 上記放熱部材の表面には、上記板状部材の長手方向に延びた複数の突起片が形成されている、請求項4に記載のLEDランプ。
  6. 上記放熱部材の表面には、上記板状部材の短手方向に延びた複数の突起片が形成されている、請求項4に記載のLEDランプ。
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