JP2011524615A - 組合せ放熱構造を備えるｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】合理的に放熱装置を装備することで放熱効率を高め、放熱装置を利用してＬＥＤの光出射角度を改善すると共に、ガラス筐体との接合によりＬＥＤの光出力特性及び均一特性を大きく改善できる、組合せ放熱構造を備えるＬＥＤのランプを提供する。
【解決手段】本発明により提供される発光ダイオードＬＥＤランプは、組合せ放熱構造を備えるものであって、光を発生する少なくとも一つのＬＥＤチップ（２）と、ＬＥＤチップ（２）を駆動するための駆動回路と、放熱片を有する第１の基材（３）と、第１の基材上に設けられ放熱片を有し、第１の基材（３）の放熱片と接触する第２の基材（４）と、第１の基材（３）上に設けられ、第２の基材（４）を覆うガラス筐体（１）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、組合せ放熱構造を備える発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）のランプに関するものであり、特に、組合せ的な放熱構造を利用し、伝導、対流、放射により放熱効果を高めるとともに、ＬＥＤの光出力角度及び均一性を改善できるＬＥＤランプに関するものである。

ＬＥＤ技術の素早い発展に伴い、ＬＥＤ光源は、環境保護及び省エネにおける優れた特長を有するため、ますます注目される。従来の半導体ＬＥＤランプは、体積が小さく、かつ消費電力が集中するため、高い放熱性能が求められる。ＬＥＤランプの熱をどのように高効率で発散できるかという問題は、依然としてＬＥＤ光源の発展を制約する重大な問題になる。現在、市場で売られる多くのＬＥＤランプは、ＬＥＤランプの放熱問題を解決するため、主にその外表面に対して放熱設計を行うようになる。多くの放熱体は、体積が膨大であると共に、構造が比較的に簡単である。

中国実用新案特許公告ＣＮ２０１０４５４７４Ｙ

だが、内部構造に対した構造設計は、殆ど行ないため、ＬＥＤランプの大部分は、パワーの低いＬＥＤランプのみにおいて必要とされる放熱条件が満たされる。
また、先行技術において、放熱効果に達するため、通常、ＬＥＤランプの放熱体は比較的に大きな寸法で製造される。この場合、ＬＥＤが均一的な光を出力することが不可能になる。他方、ＬＥＤランプの寸法を適切にし、均一的な光を出力させようとする場合には、放熱条件が満足できないことにより、ＬＥＤのパワーが制限され、光束密度が小さすぎるので、照明の目的を達することが不可能である。

また、従来の放熱技術は、いずれも放熱構造を直接にＬＥＤチップと接合させ、放熱構造は空気の対流、輻射によって放熱効果を達することになる。この場合、ガラス製のガラス筐体との接続をつり合いが取られない。また、すべて平面光出射効果となり、配光角度が小さくなる。通常照明領域に適用できず、ガラス筐体を備えるＬＥＤランプに対する設計は、一層少なくなる。

上記の問題に鑑み、従来のＬＥＤランプは、十分な光束密度に達することができない。光束密度を向上させるには、放熱部分の体積を増大しなければならないため、大きくて重くなることや、装飾の外観が美しくないことなどの問題が生じるため、日常家庭用または事務用の照明器具に適されない。そして、光は、均一的に出力されず、局部において光線が強すぎ、人の目に傷をつけることなどの問題が生じるため、ＬＥＤの寿命及び光電の性能に影響を与えてしまう。

本発明は、合理的に放熱装置を装備することで放熱効率を高め、放熱装置を利用してＬＥＤの光出射角度を改善すると共に、ガラス筐体との接合によりＬＥＤの光出力特性及び均一特性を大きく改善できる、組合せ放熱構造を備えるＬＥＤのランプを提供することを目的としている。

本発明の一面は、組合せ放熱構造を備える発光ダイオードのＬＥＤランプであって、光を発生する少なくとも一つのＬＥＤチップと、上記ＬＥＤチップを駆動する駆動回路と、放熱するための第１の基材と、上記第１の基材上に設けられ、上記第１の基材と接触する放熱するための第２の基材と、上記第１の基材上に設けられ、上記第２の基材を覆うガラス筐体とを備えるＬＥＤランプを提供する。

また、上記第１の基材と上記第２の基材の少なくとも一つが放熱片を備えることが好ましい。

本発明のＬＥＤランプによれば、ＬＥＤチップを載せる部材構造及び配置ガラス筐体を改善することにより、光出力角度及び出力均一度の問題を良く解決でき、ユーザの安全使用を守り、適切かつ均一的な照明を提供することができる。また、内外に接続する二つの放熱基材によって、ＬＥＤランプが発生する熱を、効率よく伝導して発散させ、ＬＥＤチップ作動時の性能と安全などの特性を保証できる。

また、本発明のＬＥＤランプは、現在広く使用している口金を利用することができ、その外形は、白熱電球に十分に類似するため、低い効率の白熱電球を直接的に代替することができる。よって、エネルギーを有効的に節約することができる。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、以下に示す実施形態の説明を、以下のような添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかとなるであろう。

本発明の第１の実施例にかかる組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプの断面図である。 本発明の第２の実施例にかかる組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプの断面図である。 本発明にかかる、組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプの全体外観を示す模式図である。 第１の基材の構造を示す俯瞰図である。 本発明の第３の実施例にかかる組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプの断面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。その際、本発明に対する理解の混乱を避けるため、発明の記述において、本発明にとって不必要な細かい部分及び機能についての説明を省略した。

以下は、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例を説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例にかかる組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプの断面図である。第１の実施例によれば、組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプは、図１に示すように、ガラス筐体１と、ＬＥＤチップ２と、第１の基材（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）３と、第２の基材４と、口金５と、接続部材６とを備える。接続部材６は、内外のねじ山によって、それぞれ第２の基材４及び口金５と接続する。なお、本発明はこれに限らず、接続部材６は、その他の方式で第２の基材４及び口金６と接続することも可能である。接続部材６は、第２の基材４の下部と接続する。また、第１の基材３は、第２の基材４の下部に設置され、第１の基材３の放熱鰭片は、第２の基材４の下部を囲むようになる。換言すれば、第２の基材４の下部の外表面は、第１の基材３の放熱鰭片と接触する。第１の基材３は、ガラス筐体１の外部に設置され、ガラス筐体１の下部に位置する。ガラス筐体１は、第１の基材３及び第２の基材４上に設置されたスロットによって、第１の基材３及び第２の基材４と挿入接合する。第２の基材４は、ガラス筐体１の内部に設置される。また、本発明は、上記のような放熱片を有する第１の基材及び第２の基材に限るものではない。例えば、第１の基材及び第２の基材は放熱片を有しないことも可能である。また、両者のうち少なくとも一つは、放熱片を備えることも可能である。

図３に示すように、本発明の好ましい実施例によれば、第１の基材３は、逆円柱錐台形状の構造であることが可能である。なお、本発明は、上記の構造に限らず、例えば、円柱状や多角柱状になってもよい。第１の実施例において、第１の基材３は、上部が円柱状であり、その下部が逆円錐台形状である。換言すれば、円錐台の下表面の直径は、その上表面の直径より小さい。第１の基材の円周に沿って、隣接する二つの放熱鰭片が空間を隔てるように、複数の放熱鰭片を間隔的に設置することで、空気の流動を促進し、放熱面を増大させることができる。放熱鰭片は、均一的に放熱するように、第１の基材３の円周に沿って均一的に設置される。ＬＥＤチップの駆動回路は、第１の基材３の内部に設置される（図に示していない）。

図４は、第１の基材の１実例を示す俯瞰図である。図４に示すように、第１の基材３の円周に沿って、隣接する二つ放熱鰭片が空間を隔てるように、複数の放熱鰭片４１を間隔的に設置し、放熱通路４２を構成することで空気の流動を促進し、放熱面を増大させる。各放熱鰭片４１の外側エッジに近い部分において、スロット４３が設置される。各放熱鰭片４１のスロット４３を組み合わせることによって、ガラス筐体１が挿入するための環状スロットが形成される。なお、組み合わせたスロットの形状は、環状の形状に限らず、第１の基材３の上部から見た形状と一致する形状であればよい。例えば、組み合わせたスロット形状は、多角形であってもよい。

図１に戻って、第２の基材４は、円錐台形状であってもよく、円錐台の内部が中空のキャビティになる。キャビティの寸法は、円錐台の内部において、異なってもよい。例えば、直径が小さい第２の基材４の上部において、その内部のキャビティの寸法は、直径が大きい下部キャビティの寸法より小さくすることもできる。第２の基材４の下部に近い底部の内部は、接続部材６の外部と連通する。第２の基材４の円錐台上部の円柱部分において、第２の基材の軸方向に沿って複数の放熱片が設置される。円錐台の側面から見ると、これらの放熱片は、交互に凹凸となるように構成される。換言すれば、隣接する放熱片の間に、内へ窪んだ空間が形成されるため、放熱面積は増大された。第２の基材４の円形断面から見ると、放熱片は、円柱の軸方向に沿って形成された円形片形状となり、その円形片形状の間は均一的間隔を空いている。なお、本発明によると、第２の基材４の形状は円錐台状に限らず、多角柱状であってもよい。第１の基材３の形状に相応する形状であればよい。

第２の基材４のトップは、ＬＥＤチップ２を載せる基材である。本実施例において、トップにあるＬＥＤチップ基材は、ピラミッド状（錐状）となる。一般のＬＥＤチップは、そのチップ自身の光出射角度が制限されるため、チップ基材をピラミッド状として設置することは、ＬＥＤチップの光出射角度の最大化に有利である。使用された異なるＬＥＤチップに基づいて計算を行うことにより、チップ基材の斜面と水平面との傾斜角度αが０度〜９０度であることが得られる。この角度は、ＬＥＤチップ及び求められる光出力特性によって変更される。

チップ基材上には、一つのＬＥＤチップが配置されてもよい。または、適宜な光強度及び光均一性を得るため、光強度の要求に応じて、チップ基材の斜面に沿って、一つ以上の複数のＬＥＤチップを配置してもよい。これは、照明システムの設計に有利である。現在で比較的に少ない、大角度光出力ＬＥＤチップや、角度が非常に小さい斜面のピラミッド基材に対して上記と同様に複数のチップを配置した場合も、最善の効果に達することも可能である。

第２の基材４は、第１の基材３の上に設置され、第１の基材３の放熱鰭片を介して、第１の基材３の内外と連接する。第１の基材３及び第２の基材４は、共にガラス筐体内のＬＥＤチップにより生じる発熱量を、第２の基材４を介して空気と接触する第１の基材３に伝導する。その後、第１の基材３は、熱を、空気への伝導、対流や輻射によって発散する。

ガラス筐体１は、第１の基材３の上面に設置され、第２の基材４を覆うようになる。ガラス筐体１の製造に用いる材料は、透明ガラスを採用してもよいし、磨りガラスを採用することも可能である。これによって、ＬＥＤランプの外観上の調和性及び美観性を高めることができると共に、光出力にある程度の散乱性を与えることができる。特に、磨りガラス筐体を使用する場合、より高い放熱効果が得られると同時に、光出力の均一効果を高めることもできる。

なお、よりよい光出射角度を獲得するため、チップ基材の最高点は、ガラス筐体１の球形部分の水平中心軸線（例えば、図１に示す線）より高いことが好ましい。
本実施例にかかる組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプによれば、有効的な放熱形態を提供したと共に、ＬＥＤチップはガラス筐体内に覆われる。ＬＥＤチップによって発生した熱は、まず、第２の基材４上に伝導する。第２の基材４上の放熱片は、有効的に放熱面積を増大したため、熱を分散させることによって熱の集中を避けた。第２の基材４の表面は、ガラス筐体１内の空気に熱伝導することもできるため、一部の放熱効果を奏する。次に、大部分の熱は、第２の基材４を介して第１の基材３に直接熱伝導される。第１の基材３の表面においては、表面積を増大させるように、鰭片形状の放熱片を採用するため、第１の基材３が空気との直接的作用を最大限に達するようにされ、対流、伝導や熱輻射などの方式によって熱を、外部空気中へ発散する。したがって、本発明にかかる組合せ放熱構造は、基材の熱平衡を維持することが可能でありながら、ＬＥＤチップに安定した作動温度を提供し、安全かつ有効的にＬＥＤチップの特性を発揮すると共に光の利用効率を増大し、エネルギーを節約することができる。

（第２の実施例）
以下は、図２を参照しながら、本発明の第２の実施例にかかる組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプの説明を行う。第２の実施例にかかるＬＥＤランプは、上記の第１の実施例にかかるＬＥＤランプの部材と同じ機能を有する部材に対し、同じ部材番号で示し、その説明を省略する。第２の実施例のＬＥＤランプは、上記の第１の実施例のＬＥＤランプとの区別として、ＬＥＤチップ基材がピラミッド状の傾斜面の基材ではなく平面基材を採用する。

同様に、ＬＥＤチップの平面基材は、ガラス筐体１の球形部分の水平中心軸線（例えば、図２に示す線）より高いことが好ましい。また、光出力効果、すなわち配光特性を改善し、光出力角度及び均一性を最大限に向上するため、複数のＬＥＤチップを平面基材上に配置してもよい。

（第３の実施例）
図５は、本発明の第３の実施例にかかる組合せ放熱構造を備えるＬＥＤランプの断面図である。以下、図５を参照して第３の実施例のＬＥＤランプを説明する。第３の実施例にかかるＬＥＤランプは、上述第１及び第２の実施例にかかるＬＥＤランプの部材と同じ機能を有する部材に対して、同じ部材番号で示し、その説明を省略する。

第１と第２の実施例において、ＬＥＤチップは第２の基材上に配置される。この場合、第２の基材４をＬＥＤチップ２の基材とすることが可能である。
第３の実施例におけるＬＥＤランプは、ＬＥＤチップ２が第２の基材４上に直接に実装されず、第２の基材４と一体化に構成されない第３の基材７に実装される点が、上記の第１及び第２の実施例におけるＬＥＤランプと異なる。第３の実施例において、第３の基材７は、多面体の形状であり、第２の基材４上に設置される。第３の基材７の形状は、第１の実施例におけるピラミッド形状の基材及び第２の実施例における平面状の基材と異なる。図５は、第３の基材７の断面形状が六角形の例を示す。六角形のある面は、第３の基材７を固定するように、第２の基材４に接触して第２の基材４のトップに実装される。本領域の技術者であれば、第３の基材７の断面形状は図５に示す六角形に限らないことを理解できる。その断面形状は、ＬＥＤチップの光出射角度を増大し、光出力効果を改善できるあらゆる多角形であればよい。

なお、第３の実施例において、第３の基材７が第２の基材４と一体化に構成されない例を説明したが、これは、ただ加工の便利を図るものであって、特別な限定ではない。このような多面体の形状である第３の基材７は、第２の基材４と一体化に構成することも可能である。ここで、第２の基材と第３の基材と一体化に構成されるか否かは、ＬＥＤランプの照明効果に特別な影響を与えない。

第３の基材７は、水平方向の寸法（図５に示す水平方向上の幅）が第２の基材４の水平方向の寸法または幅より大きくしてもよい。この場合、第２の基材４により、第３の基材７上に斜下方向に向けて配置されたＬＥＤチップからの光出射方向が遮断されることを回避できる。

第３の基材７の他の平面上にＬＥＤチップを設置することによって、ＬＥＤチップをより多くの方向に照明させ、よりよい光出射角度を獲得し、光出力効果すなわち配光特性を改善することができる。

本発明の第１、第２と第３の実施例によれば、口金５は、従来広く使用されている口金を採用することが可能であり、その外形は白熱電球に十分に類似しているため、低い効率の白熱電球を直接に取り代えるができ、効率よくエネルギーを節約できる。

本発明によれば、ＬＥＤチップを載せる基材構造及び配置ガラス筐体を改善することにより、光出力角度及び光出力均一度に関する問題をうまく解決した。また、内から外まで接続される放熱基材を利用して、熱を高い効率で外部に伝導し発散させられ、ＬＥＤチップ作動時の性能及び安全などの特性を保証できた。

ここまで、本発明について好ましい実施例を合わせて説明した。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、様々な変更、交換及び追加を行ってもよいことが理解される。そこで、本発明の範囲は前記特定の実施例に限られるものと理解してはならず、添付した請求項の範囲によって限定されるものである。

Claims (22)

1. 組合せ放熱構造を備える発光ダイオードのＬＥＤランプであって、
   光を発生する少なくとも一つのＬＥＤチップと、
   上記ＬＥＤチップを駆動するための駆動回路と、
   放熱するための第１の基材と、
   上記第１の基材上に設けられ、上記第１の基材と接触する放熱するための第２の基材と、
   上記第１の基材上に設けられ、上記第２の基材を覆うガラス筐体とを備えることを特徴とするＬＥＤランプ。
2. 上記第１の基材と上記第２の基材の少なくとも一つが、放熱片を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 上記駆動回路は、上記第１の基材の内部に設置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
4. 上記ＬＥＤチップを載せるためのＬＥＤチップ基材が、上記第２の基材のトップに設置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
5. 上記ＬＥＤチップ基材は、錐状構造であり、上記錐状構造の斜面が水平面となす傾斜角度αは、０度〜９０度であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤランプ。
6. 上記ＬＥＤチップ基材の最高点は、上記ガラス筐体の球形部分の水平中心軸線より高いことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤランプ。
7. 上記ＬＥＤチップ基材の最高点は、上記ガラス筐体の球形部分の水平中心軸線より高いことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤランプ。
8. 上記ＬＥＤチップ基材は、平面構造であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤランプ。
9. 上記ＬＥＤチップ基材の平面は、ガラス筐体の球形部分の水平中心軸線より高いことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤランプ。
10. 複数の上記ＬＥＤチップが、上記ＬＥＤチップ基材上に配置されることを特徴とする請求項４〜９の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
11. 隣接する二つの放熱片が空間を隔てるように、上記第１の基材の円周に沿って複数の放熱片を間隔的に設置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
12. 上記第１の基材は、円柱状または多角柱状であることを特徴とする請求項１、２及び９の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
13. 上記第２の基材の軸方向に沿って複数の放熱片を間隔的に設置し、上記第２の基材の側面から見る場合、上記複数の放熱片が、間隔的に凹凸になることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
14. 上記第２の基材は、円柱状または多角柱状であることを特徴とする請求項１、２及び１３の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
15. 上記ガラス筐体は、透明ガラスまたは磨りガラスにより作成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
16. 接続部材は、それぞれ、口金と、上記第２の基材の下部の内側と接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
17. 上記第２の基材の下部の外表面が、上記第１の基材の放熱片の内外と接触することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤランプ。
18. 上記第２の基材上に、上記ＬＥＤチップを載せるための第３の基材が設置され、
    上記第３の基材は、多面体形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
19. 組合せ放熱構造を備える発光ダイオードのＬＥＤランプであって、
    光を発生する少なくとも一つのＬＥＤチップと、
    上記ＬＥＤチップを駆動するための駆動回路と、
    放熱するための第１の基材と、
    上記第１の基材上に設けられ、上記第１の基材と接触する放熱するための第２の基材と、
    上記第２の基材上に設けられ、上記ＬＥＤチップを載せるための第３の基材と、
    上記第１の基材上に設けられ、上記第２の基材、上記第３の基材及び上記ＬＥＤチップを覆うガラス筐体とを備えることを特徴とするＬＥＤランプ。
20. 上記第３の基材は、多面体形状であることを特徴とする請求項１９に記載のＬＥＤランプ。
21. 上記第３の基材の水平方向の寸法は、上記第２の基材の水平方向の寸法より大きいことを特徴とする請求項１９または２０に記載のＬＥＤランプ。
22. 上記ＬＥＤチップは、上記第３の基材における複数の表面上に配置されることを特徴とする請求項１９または２０に記載のＬＥＤランプ。

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