JP2011150926A - 高効率ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱効果及び電気絶縁効果に優れたＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】
交流電流用ＬＥＤモジュールと放熱灯座から構成され、上記ＬＥＤモジュールは、熱伝導部と電気接続部を備え、放熱灯座は、放熱性の優れた非金属で多孔性構造に一体成型され、ＬＥＤモジュールを収納する孔部があり、上記ＬＥＤモジュールの熱伝導部が、穴部に結合され、電気接続部に、外部電源が接続され、また、熱伝導シートが、ＬＥＤモジュール熱伝導部と放熱灯座との間に設置され、ＬＥＤが点灯する場合、発生する熱が伝導され、また、熱伝導シートと放熱灯座との間において、熱伝導と熱対流作用により、熱伝導シート上の熱が、放熱灯座に伝導されて放熱される。放熱灯座は一体成型で、放熱や電気絶縁の機能が発揮でき、直接に、従来のバルブの代わりに利用することができ、放熱効果だけでなく、灯具全体ではなくバルブだけを交換することにより組立てが可能である。
【選択図】 図５

Description

本発明は、高効率ＬＥＤランプに関するものであり、さらに詳しくは、優れた放熱及び電気絶縁の効果が得られるだけでなく、灯具全体の交換を要することなく、バルブのみの交換で組立て可能なＬＥＤランプに関するものである。

ＬＥＤは、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の略語であり、半導体材料から作製された固体発光素子であって、材料として、ＩＩＩ−Ｖ族化学元素（例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等が用いられる。発光原理は、電気エネルギーを光に交換するものであり、化合物半導体に電流を印加すると、電子とホールとの結合により、過剰のエネルギーが、光として解放され、発光効果が得られるものである。これは、低温発光に属し、寿命が、十万時間以上にもなる。ＬＥＤの最大の特長は、アイドリング時間（ｉｄｌｉｎｇ ｔｉｍｅ）を必要としないことや反応が早いこと、体積が小さいこと、電力の節約、耐震、低汚染、量産に適合すること、高信頼性及び必要に応じて非常に小さい素子やアレイ式素子に作製できることなどの利点が得られる点にある。

しかしながら、ＬＥＤが固形照明であるため、チップに通電することにより、量子が励起状態になってエネルギー（光）を解放するようになるが、発光の過程において、チップ内の光エネルギーが、外部へ完全に伝送されず、外部へ出されなかった光のエネルギーが、チップの内部やパッケージ内において、吸収されて熱が形成される。一般的には、ＬＥＤの変換効率が約１０％〜３０％であるため、１Ｗの電力について、０．２Ｗ未満が可視光に変換され、その他が熱になるので、放熱しなければ、それらの熱量が蓄積し、チップ効率や寿命に悪影響を与えることになる。

そのため、高効率のＬＥＤを、照明設備に適用する場合、まず、放熱の問題を解消しなければならない。従来の高パワーＬＥＤバブルの放熱構造は、主として、口金に、ベース基板が固定され、上記ベース基板の上面に、少なくとも一つのヒートパイプが支持されて固定され、ヒートパイプに、複数の放熱フィンと上基板が嵌設され、上基板の上面に、ヒートパイプの数に対応する高パワーＬＥＤが設けられ、上記高パワーＬＥＤの底面が、ヒートパイプの上端によって支持するように構成されている。

また、発光ダイオードパッケージの放熱モジュールは、ＬＥＤ回路ボードと複数の放熱フィンを有する放熱ブロック及び上記ＬＥＤ回路ボードを、上記放熱ブロック上に固定するための放熱ゴムが含まれ、また、上記ＬＥＤ回路ボードと上記放熱ブロックとの間に、金属基板が設置される。更に、他に、多孔性材料層と、上記多孔性材料層表面に形成された熱伝導層と、チップが設置された上記熱伝導層とが備えられる高放熱発光ダイオードがあり、上記熱伝導層により、上記チップから発生した熱量を、上記多孔性材料層に伝導して、上記多孔性材料層で、対流により、上記熱量が外部へ放熱される構造とされている。

前記のように、従来のＬＥＤの放熱は、金属放熱フィンを利用するか、またはヒートパイプや冷却チップ、放熱板、放熱ファン等を結合して行なっているが、一般的には、放熱効果がよくない、放熱が遅い、放熱モジュールの構造が複雑である、コストが高い、そして、電気絶縁性が安全基準に満たすことが難しい等の問題が残され、また、利用する放熱構造が、規格化設計ではないため、専用の灯具を設計しなければならないという問題もある。

上述のように、既存の技術には、多数の欠点が存在するので、それらの欠点を解消することが緊喫の課題である。

かかる状況下において特許文献１によれば、散熱機能として、ラジアル型散熱フィンを有する散電モジュールを使用することが開示されている。

しかし、かかる提案においても構造上複雑な点もあり、また、散熱効率についても未だ解決すべきことが指摘されている。
特開２００９−６４９４３号公報

従って、本発明の課題は、ＬＥＤランプにおいて、発生する熱が迅速に放熱灯座に伝導されて放熱され、また、放熱と電気絶縁性能を発揮することが可能な高効率ＬＥＤランプを提供する点にある。

そこで、本発明者は、上記の本発明の課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、ＬＥＤモジュールの熱伝導部に熱伝導シートを、さらに熱伝導板を積層し、また、一体成形された放熱灯座により放熱と電気絶縁機能が発揮されることに着目し、かかる知見に基づいて本発明に想到するに至った。

すなわち、本発明の主な目的は、ＬＥＤランプが点灯されている場合、発生する熱が、迅速に放熱灯座によって伝導されて放熱され、また、一体成型された放熱灯座により、放熱と電気絶縁機能が発揮され、従来のバルブの代わりに利用されることができ、より優れた放熱効果が得られるだけでなく、灯具全体を交換しなくとも、バルブだけを交換することで済む高効率ＬＥＤランプを提供することにある。

なお、本明細書において、交流電流用ＬＥＤモジュールとは、交流電流による定電流駆動方式のＬＥＤモジュールを意味するものとして使用している。

かくして、本発明によれば、
請求項１において、主として、交流電流用ＬＥＤモジュールと放熱灯座とからなる高効率ＬＥＤランプであって、上記交流電流用ＬＥＤモジュールは、熱伝導部と電気接続部を有し、熱伝導部が、放熱灯座に結合され、電気接続部に、外部電源が連結されるものであり、
上記放熱灯座は、一体成型されて、放熱性の優れた多孔性構造である非金属から構成され、交流電流用ＬＥＤモジュールを収納する孔部が設けられてなることを特徴とする高効率ＬＥＤランプが提供される。

請求項２に係る発明によれば、更に、熱伝導性が優れた金属から構成される熱伝導シートが、交流電流用ＬＥＤモジュールの熱伝導部と放熱灯座との間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。

請求項３に係る発明によれば、上記熱伝導シートと放熱灯座との間に、熱伝導性の優れた金属から構成される伝導板が設置されてなることを特徴とする請求項２に記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。

請求項４に係る発明によれば、上記放熱灯座の外縁に、バルブの金属係合部、絶縁部及び電源接触シートが設置され、上記金属係合部と電源接触シートが、交流電流用ＬＥＤモジュールの電気接続部に電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。

請求項５に係る発明によれば、上記交流電流用ＬＥＤモジュールの電気接続部に、放熱灯座の底部外縁から突出する投射灯座の接続端子が設置されてなることを特徴とする請求項１に記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。
請求項５に係る発明において、上記交流電流用ＬＥＤモジュールが、組立てられた後に、熱伝導部材に結合されることが好ましい。

請求項６に係る発明によれば、主として、交流電流用ＬＥＤモジュールと、熱伝導部材と、放熱灯座とからなる高効率ＬＥＤランプであって、上記交流電流用ＬＥＤモジュールは、それぞれ、熱伝導部と電気接続部を有し、熱伝導部が、熱伝導部材に結合され、電気接続部に、外部電源が連結される所定の量のものであり、
上記放熱灯座は、一体成型されて、放熱性の優れた多孔性構造である非金属から構成されてなることを特徴とする記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。
請求項６に係る発明において、上記放熱灯座上に、反射ディスクが設置されることが好ましい。
また、請求項６に係る発明において、上記放熱灯座上に、反射ディスクが固定された固定板が設置されることが好ましい。
また、請求項６に係る発明において、上記熱伝導部材が、熱伝導率の高い非金属から構成たものであることが好ましい。

請求項７に係る発明によれば、熱伝導部材に、直接に、交流電流用ＬＥＤモジュールが実装されることを特徴とする請求項６に記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。

請求項８に係る発明によれば、上記熱伝導部材により、放熱灯座上において、金属熱伝導層が形成されることを特徴とする請求項６に記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。
請求項８に係る発明において、上記放熱灯座に、放熱表面積を増大するための木理を形成することが好ましい。

請求項９に係る発明によれば、上記放熱灯座に熱伝導部材が収納される内凹部が形成されることを特徴とする請求項６に記載の高効率ＬＥＤランプが提供される。

請求項１０に係る発明によれば、上記固定板に、所定数の貫通孔が設けられることが好ましい。さらに、上記放熱灯座に、放熱表面積を増大するための木理が形成されることが好ましい。

本発明は、上記の構成からなり、熱伝導に優れ、一体成型された放熱灯座により放熱および絶縁性に優れた高効率ＬＥＤランプを提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、具体的に説明する。もっとも、それらの図面等は、参考や説明のためのものであり、本発明は、それらによって限定されるものではない。

図１乃至図３に示すように、本発明に係るＬＥＤランプは、主として、規格化製品であり、熱伝導部１０と電気接続部１１を有する。交流電流用ＬＥＤモジュール１の熱伝導部１０が、放熱灯座２に結合され、電気接続部１１が、外部電源に接続される交流電流用ＬＥＤモジュール１と、放熱性の優れた多孔性構造（多孔性構造は、高比表面積構造である。）である非金属から構成され、例えば、高熱伝導率の非金属粉体から作製される（例えば、射出成型等）。高熱伝導率の非金属粉体として、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や酸化ジルコニウム（Ｚｒ_２Ｏ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、石墨（Ｃ）、結晶炭化ケイ素或いは再結晶炭化ケイ素（ＲＳｉＣ）等を利用でき、その中で、窒化アルミニウムや炭化ケイ素が好ましい。また、一体成型により形成され、前記交流電流用ＬＥＤモジュール１が収納される孔部２０を有する放熱灯座２と、が備えられ、ＬＥＤランプが点灯する場合、発生する熱が、素早く放熱灯座２によって伝導されて放熱される。また、本発明の放熱灯座２は、一体成型により形成され、放熱や電気絶縁の機能が発揮され、従来のバルブの代わりに利用することができ、より優れた放熱効果が得られるだけでなく、灯具全体を交換しなくとも、バルブだけを交換することで済む。

また、図４と図５によれば、本発明に係るＬＥＤランプには、更に、熱伝導シート３が備えられ、上記熱伝導シート３は、熱伝導性の優れた金属から構成される。熱伝導の優れた金属として、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタン、マンガン等が挙げられる。それらは、交流電流用ＬＥＤモジュールの熱伝導部１０と放熱灯座２との間に設置され、ＬＥＤランプが点灯する場合、発生する熱が、迅速に熱伝導シート３によって伝導され、また、熱伝導シート３と放熱灯座２との間において、熱伝導と熱対流により、熱伝導シート３上の熱が迅速に放熱灯座２に伝導されて放熱される。

また、図６と図７に示すように、放熱効率を向上させるために、前記熱伝導シート３と放熱灯座２との間に、更に、伝導板３０が設けられる。上記伝導板３０は、熱伝導性の優れた金属から構成される。熱伝導の優れた金属として、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタン、マンガン等が挙げられ、熱伝導シート３の熱が、急速に放熱灯座２に伝導されて放熱される。

本発明に係る放熱灯座２は、一体成型で、放熱と電気絶縁の機能が発揮でき、従来のバルブの代わりに利用することができ、より優れた放熱効果が得られるだけでなく、灯具全体を交換しなくても、バルブだけを交換することで済む。即ち、本発明に係るＬＥＤランプは、直接に既存の灯具に使用することができる。また、図１乃至図７によれば、上記放熱灯座２の外縁に、バルブ専用の金属係合部２１と絶縁部２２及び電源接触シート２３が設置される。上記バルブ専用の金属係合部２１と絶縁部２２及び電源接触シート２３は、国際通用規格であって、例えば、Ｅ−２７やＥ−１４等が該当する。上記金属係合部２１と電源接触シート２３は、更に、交流電流用ＬＥＤモジュール１の電気接続部１１と電気的に接続する。また、放熱灯座２上に、灯笠２４が設置されて、ＬＥＤバブルを構成してもよく、これにより、本発明に係るＬＥＤランプを直接に従来のバルブの灯具上に螺合して使用することができるので、既存の灯具を交換しなくても済む。

また、図８乃至図１２によれば、本発明に係る交流電流用ＬＥＤモジュール１の電気接続部１１に、投射灯座専用の接続端子２５が接続する。上記投射灯座専用の接続端子２５は、國際通用規格であって、例えば、ＭＲ１６等であり、上記接続端子２５が、放熱灯座２の底部外縁から突出し、放熱灯座２上に反射ディスク２６が設けられて、ＬＥＤ投射灯が構成され、これにより、直接に従来の投射灯具上に挿設して使用でき、既存の投射灯具を交換しなくても済む。

本発明に係る放熱灯座２には、放熱表面積を増大するための木理２７が形成される。
本発明に係るＬＥＤランプの他の実施例は、図１３と図１５のように、主として、
所定の量が、本実施例において、一個で、規格化製品であり、それに、熱伝導部１０と電気接続部１１があり、交流電流用ＬＥＤモジュール１の熱伝導部１０が、熱伝導部材４に結合され、電気接続部１１が、外部電源に接続される。熱伝導部材４が、熱伝導性の優れた金属から構成され、熱伝導性の優れた金属として、金や銀、銅、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタン、マンガン等が挙げられる。

また、高熱伝導率の非金属から構成されてもよく、高熱伝導率の非金属として、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３や酸化ジルコニウムＺｒ_２Ｏ窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化ケイ素ＳｉＮ、窒化ホウ素ＢＮ、炭化タングステンＷＣ、炭化ケイ素ＳｉＣ、石墨Ｃ、結晶炭化ケイ素、再結晶炭化ケイ素ＲＳｉＣ等が挙げられ、また、窒化アルミニウムや炭化ケイ素の方が好ましい。交流電流用ＬＥＤモジュール１と、一体成型で、放熱性の優れた多孔性構造（多孔性構造は、高比表面積構造である。）である非金属から構成され、例えば、高熱伝導率の非金属粉体から作製され（例えば、射出成型等）、高熱伝導率の非金属粉体として、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３や酸化ジルコニウムＺｒ_２Ｏ、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化ケイ素ＳｉＮ、窒化ホウ素ＢＮ、炭化タングステンＷＣ、炭化ケイ素ＳｉＣ、石墨Ｃ、結晶炭化ケイ素、再結晶炭化ケイ素ＲＳｉＣ等が挙げられ、その中、窒化アルミニウムや炭化ケイ素が好ましく、放熱灯座５と、が備えられる。

ＬＥＤランプが点灯する場合、発生する熱が、急速に熱伝導部材４によって伝導され、また、熱伝導部材４と放熱灯座５との間において、熱伝導や熱対流により、熱伝導部材４上の熱が急速に放熱灯座５に伝導されて放熱される。

本発明に係る前記熱伝導部材４と交流電流用ＬＥＤモジュール１の結合は、交流電流用ＬＥＤモジュール１を実装してから熱伝導部材４を結合しても良く、図１３に示すように、熱伝導部材４上に、直接に交流電流用ＬＥＤモジュール１’を実装しても良い。

本発明に係る熱伝導部材４が、直接に、放熱灯座５上に形成されても良く、図１６のように、印刷や塗布等の方式により、直接に、放熱灯座５の結合部上に、金属熱伝導層４０が形成されると、部材点数を低減でき、コストを低下できる。

また、図１７と図１８に示すように、本発明の前記放熱灯座５に、熱伝導部材４が収納される内凹部５０が設けられる。

本発明に係る放熱灯座５は、一体成型で、放熱機能が発揮でき、直接に従来のバルブの代わりに使用でき、より優れた放熱と電気絶縁の効果が得られるだけでなく、灯具全体を交換しなくても、バルブだけを交換することで済む。即ち、本発明に係るＬＥＤランプは、直接に、既存の灯具に適用できる。また、上記放熱灯座５の外縁には、バルブ専用の金属係合部５１と絶縁部５２及び電源接触シート５３が設けられる。上記バルブ専用の金属係合部５１と絶縁部５２及び電源接触シート５３は、國際通用規格であり、例えば、Ｅ−２７やＥ−１４等が挙げられる。上記金属係合部５１と電源接触シート５３は、更に、交流電流用ＬＥＤモジュール１の電気接続部１１に電気的に接続される。また、放熱灯座５上に、灯笠５４が設けられてＬＥＤバブルを構成しても良く、これにより、本発明を直接に従来のバルブの灯具上に螺合して使用でき、既存の灯具を交換する必要がない。

また、図１９乃至図２１によれば、本発明に係る交流電流用ＬＥＤモジュール１の電気接続部１１に、投射灯座専用の接続端子５５が接続され、上記投射灯座専用の接続端子５５は、國際通用規格、例えばＭＲ１６等であり、上記接続端子５５が、放熱灯座５の底部外縁から突出し、放熱灯座５上に、反射ディスク５６が固定された固定板５８が設けられて、ＬＥＤ投射灯を構成し、これにより、本発明を、直接に従来の投射灯具上に挿設して使用でき、既存の投射灯具を交換しなくても済む。

本発明の前記固定板５８に、所定の数の貫通孔５９が形成され、対流作用により、放熱機能を向上させることができる。また、放熱灯座２に、放熱表面積を増大するための木理５７が形成される。

以上は、本発明のより良い実施例を開示したものであり、本発明は、それらによって限定されるものではなく、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の範囲内のものであることは明らかである。

本発明のバルブ式の実施例によるＬＥＤランプの斜視図である。 本発明のバルブ式の第一実施例によるＬＥＤランプ分解斜視図である。 本発明のバルブ式の第一実施例によるＬＥＤランプの断面図である。 本発明のバルブ式の第二実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明のバルブ式の第二実施例によるＬＥＤランプの断面図である。 本発明のバルブ式の第三実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明のバルブ式の第三実施例によるＬＥＤランプの断面図である。 本発明の投射灯式の実施例によるＬＥＤランプの斜視図である。 本発明の投射灯式の第一実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明の投射灯式の第一実施例によるＬＥＤランプの断面図である。 本発明の投射灯式の第二実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明の投射灯式の第二実施例によるＬＥＤランプの断面斜視図である。 本発明のバルブ式の第四実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明のバルブ式の第五実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明のバルブ式の第四実施例によるＬＥＤランプの断面図である。 本発明のバルブ式の第六実施例によるＬＥＤランプの断面図である。 本発明のバルブ式の第七実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明のバルブ式の第七実施例によるＬＥＤランプの断面図である。 本発明の投射灯式の第三実施例によるＬＥＤランプの斜視図である。 本発明の投射灯式の第三実施例によるＬＥＤランプの分解斜視図である。 本発明の投射灯式の第三実施例によるＬＥＤランプの断面図である。

１、１’交流電流用ＬＥＤモジュール
１０ 熱伝導部
１ 電気接続部
２ 放熱灯座
２０ 孔部
２１ 金属係合部
２２ 絶縁部
２３ 電源接触シート
２４ 灯笠
２５ 接続端子
２６ 反射ディスク
２７ 木理
２８ 固定板
２９ 貫通孔
３ 熱伝導シート
３０ 伝導板
４ 熱伝導部材
４０ 熱伝導層
５ 放熱灯座
５０ 内凹部
５１ 金属係合部
５２ 絶縁部
５３ 電源接触シート
５４ 灯笠
５５ 接続端子
５６ 反射ディスク
５７ 木理
５８ 固定板
５９ 貫通孔

Claims (10)

1. 主として、交流電流用ＬＥＤモジュールと放熱灯座とからなる高効率ＬＥＤランプであって、
   上記交流電流用ＬＥＤモジュールは、熱伝導部と電気接続部を有し、熱伝導部が、放熱灯座に結合され、電気接続部に、外部電源が連結されるものであり、
   上記放熱灯座は、一体成型されて、放熱性の優れた多孔性構造である非金属から構成され、交流電流用ＬＥＤモジュールを収納する孔部が設けられてなることを特徴とする高効率ＬＥＤランプ。
2. 更に、熱伝導性が優れた金属から構成される熱伝導シートが、交流電流用ＬＥＤモジュールの熱伝導部と放熱灯座との間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の高効率ＬＥＤランプ。
3. 上記熱伝導シートと放熱灯座との間に、熱伝導性の優れた金属から構成される伝導板が設置されることを特徴とする請求項２に記載の高効率ＬＥＤランプ。
4. 上記放熱灯座の外縁に、バルブの金属係合部、絶縁部及び電源接触シートが設置され、 上記金属係合部と電源接触シートが、交流電流用ＬＥＤモジュールの電気接続部に電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の高効率ＬＥＤランプ。
5. 上記交流電流用ＬＥＤモジュールの電気接続部に、放熱灯座の底部外縁から突出する投射灯座の接続端子が設置されてなることを特徴とする請求項１に記載の高効率ＬＥＤランプ。
6. 主として、交流電流用ＬＥＤモジュールと、熱伝導部材と、放熱灯座とからなる高効率ＬＥＤランプであって、
   上記交流電流用ＬＥＤモジュールは、それぞれ、熱伝導部と電気接続部を有し、熱伝導部が、熱伝導部材に結合され、電気接続部に、外部電源が連結される所定の量のものであり、
   上記放熱灯座は、一体成型されて、放熱性の優れた多孔性構造である非金属から構成されてなることを特徴とする記載の高効率ＬＥＤランプ。
7. 熱伝導部材に、直接に、交流電流用ＬＥＤモジュールが実装されることを特徴とする請求項６に記載の高効率ＬＥＤランプ。
8. 上記熱伝導部材により、放熱灯座上において、金属熱伝導層が形成されることを特徴とする請求項６に記載の高効率ＬＥＤランプ。
9. 上記放熱灯座に、熱伝導部材が収納される内凹部が形成されることを特徴とする請求項６に記載の高効率ＬＥＤランプ。
10. 上記固定板に、所定の数の貫通孔が設けられることを特徴とする請求項９に記載の高効率ＬＥＤランプ。