JP2013098060A

JP2013098060A - Ｌｅｄランプ

Info

Publication number: JP2013098060A
Application number: JP2011240738A
Authority: JP
Inventors: Sadato Imai; 貞人今井
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-05-20
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: JP5883270B2; US9599289B2; US20130106301A1

Abstract

【課題】構成が簡単で、放熱特性に優れ、且つ照明効率の高いＬＥＤランプが求められていた。
【解決手段】本体部と、該本体部の上面に取り付けられた透明カバーと、前記本体部の下面に取り付けられた口金部とを有するＬＥＤランプにおいて、少なくとも２個の互いに対応した凹凸形状を有する長形の金属部材を、前記凹凸形状に対応した蛇行形状の絶縁部材を間に挟んで一体化して支持柱を形成し、前記支持柱の上方をＬＥＤを実装する素子実装部とし、前記支持柱の下方を電源部に取り付ける支持部とし、前記支持柱の素子実装部にはＬＥＤの２個の電極を２個の金属部材の凸部同士に電気的に取り付けるとともに、前記支持柱の支持部を前記本体部に内蔵された電源部に接続固定した。
【選択図】図１

Description

本発明は複数のＬＥＤ素子を備えたＬＥＤランプに関するものであり、詳しくは２個の長方形の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化した支持柱に複数のＬＥＤ素子を実装し、この支持柱をランプ本体部に内蔵された電源部に接続固定することで、高輝度の照明が可能で、放熱特性が良いＬＥＤランプに関する。

近年、半導体発光素子としてのＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、表示装置のバックライトや照明装置等に広く利用されるようになってきており、特に従来の白熱電球と同じ口金部の取り付け構成を有する、高輝度で低電力型のＬＥＤランプが広く普及してきた。

特に近年、複数のＬＥＤを実装し、高輝度の照明が可能で、放熱特性を改良したＬＥＤランプがいろいろと提案されている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３）。また放熱特性を考慮したＬＥＤモジュールの提案もある（例えば特許文献４）。

以下従来のＬＥＤランプに付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本願にそろえている。図８は特許文献１におけるＬＥＤランプ１００Ｌの断面図を示し、図９は図８におけるＬＥＤモジュール１００の斜視図である。図８においてＬＥＤランプ１００Ｌは放熱部１０３、絶縁部１０４、口金部１０２を有し、従来の白熱電球と同じ口金部の取り付け構成よりなるＬＥＤランプであるが、放熱部１０３の上部には複数のＬＥＤを実装したＬＥＤモジュール１００が取り付けられ、このＬＥＤモジュール１００を包み込んで絶縁性の透明樹脂１０５でモールドし、このモールドした透明樹脂１０５が球形状をなして、従来の電球と同じ形状となっている。

図９は図８に示すＬＥＤモジュール１００の斜視図であり、複数のＬＥＤ１１１を実装した４枚のモジュール基板１１２を四角形状に組み立てＬＥＤモジュール１００を構成し、各モジュール基板１１２上で配線されたＬＥＤ群をモジュール基板１１２の裏面側に設けた引出電極１１３を介して放熱部１０３、絶縁部１０４の内部に設けられた電源部（図示せず）に接続している。そしてこのＬＥＤモジュール１００を透明樹脂１０５でランプ形状にモールドしている。

上記ＬＥＤランプ１００Ｌの動作は、口金部１０２から供給される電力によってＬＥＤモジュール１００が発光し、透明樹脂１０５を通過して外部に放射される。またＬＥＤ１１１からの多量の発熱は放熱部１０３及び透明樹脂１０５を経由して放熱される。

また、特許文献２及び特許文献３については図示を省略したが、両者とも口金部構成のＬＥＤランプであり、それぞれＬＥＤモジュールの構成に特徴がある。
特許文献２のＬＥＤランプにおけるＬＥＤモジュールは中空の金属製支持筒の外側にＬＥＤを実装した回路基板を貼り付け、ＬＥＤによる発熱を回路基板を介して支持筒に伝導させ、支持筒の周囲を流れる空気によって冷却効果を高めるようにしている。
また、特許文献３のＬＥＤランプにおけるＬＥＤモジュールは、支持部材として金属製の支持柱を設け、この支持柱の表面に絶縁処理を施した後に接続配線を施し、この接続配線に複数のＬＥＤを実装してＬＥＤモジュールとしている。

特許文献４には放熱性を改良したＬＥＤモジュールが記載されている。図１０、図１１は、何れも特許文献４に記載されたＬＥＤモジュール２００，３００の斜視図であり、図１０に記載されたＬＥＤモジュール２００は２個の長方形の金属部材２０３を絶縁部材２０２を間に挟んで一体化して積層体２０５を形成し、前記２個の金属部材２０３を電極としてＬＥＤ２１１をフリップチップ実装（以後ＦＣ実装と略記する）してＬＥＤモジュール２００を構成している。また図１１に記載されたＬＥＤモジュール３００は２個の金属部材３０３を絶縁部材３０２を間に挟んで一体化して積層体３０５を形成し、積層体３０５の２辺にＬＥＤ３１１をＦＣ実装してＬＥＤモジュール３００を構成している。

特開２００９−１３５０２６号公報特開２０１０−１３５１８１号公報特開２００８−１０３１１２号公報再公表特許―ＷＯ２００６−０７０４５７号公報

しかし、特許文献１に記載された従来のＰＥＤランプは、ＬＥＤモジュールとして複数のＬＥＤを回路基板に実装し、この回路基板を放熱部に接触させた放熱経路とモールドした透明樹脂を経由しての放熱経路によって放熱を行っているが、回路基板に実装されたＬＥＤからの放熱は、回路基板の熱伝導性があまり良くないため、十分な放熱が行われない欠点がある。また、特許文献２に記載された従来のＰＥＤランプは、ＬＥＤモジュールとして複数のＬＥＤを実装いた回路基板を金属製の支持筒に貼りつけて放熱を行っているが、やはり回路基板の熱伝導性があまり良くないため、十分な放熱が行われない欠点がある。

また、特許文献３に記載された従来のＰＥＤランプは、支持部材として金属製の支持柱を設け、この支持柱の表面に絶縁処理を施した後に接続配線を施し、この接続配線に複数のＬＥＤを実装してＬＥＤモジュールとしているため、複数のＬＥＤからの発熱は金属製の支持柱によって良好に行われるが、金属製の支持柱に絶縁処理を行なったり、また配線電極を形成する等の複雑な製造工程を必要とし、製造価格が高くつくという欠点がある。
さらに、特許文献４に記載された従来のＬＥＤモジュールは、２個の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化して積層体を形成し、前記２個の金属部材を電極としてＬＥＤをＦＣ実装しているので、ＬＥＤを金属部材に直接実装しているため、すぐれた放熱特性を有し、かつ構成も簡単となる長所を有するが、ＬＥＤモジュールとしての構成が提案されているだけで、ＬＥＤランプとしての構成に付いてはなんの記載もない。

そこで本発明の目的は、上記各従来例の技術を応用するとともに、それぞれの欠点を解消し、構成が単純で、放熱特性及び放射特性に優れたＬＥＤランプを提供することである。

上記目的を達成するため本発明におけるＬＥＤランプの構成は、下記の通りである。
本体部と、該本体部の上面に取り付けられた透明カバーと、前記本体部の下面に取り付けられた口金部とを有するＬＥＤランプにおいて、少なくとも２個の互いに対応した凹凸形状を有する長形の金属部材を、前記凹凸形状に対応した蛇行形状の絶縁部材を間に挟んで一体化して支持柱を形成し、前記支持柱の上方をＬＥＤを実装する素子実装部とし、前記支持柱の下方を電源部に取り付ける支持部とし、前記支持柱の素子実装部にはＬＥＤの２個の電極を２個の金属部材の凸部同士に電気的に取り付けるとともに、前記支持柱の支持部を前記本体部に内蔵された電源部に接続固定したことを特徴とする。

上記構成によれば、２個の金属部材を絶縁部材に挟んで一体化した支持柱に、複数のＬＥＤを実装したＬＥＤユニットを電源部に接続するとともに、放熱機能を有する本体部に取り付ける構成であるため、構成が簡単で、放熱特性及び放射特性に優れたＬＥＤランプを提供することが出来る。

前記支持柱の素子実装部には絶縁部材を間に挟んだ２個の金属部材が形成している実装面の、対向する２面にＬＥＤが実装されていると良い。

前記支持柱の素子実装部の上面部にもＬＥＤが実装されていると良い。上記構成の如く、支持柱の先端部に設けられた素子実装部にＬＥＤを集中して設けることにより、光の放射範囲が広くなって放射特性が向上する。

前記ＬＥＤは２個の接続電極を有する素子基板に実装されたＬＥＤパッケージ構成を有すると良い。

前記ＬＥＤランプは、金属製の本体部と、該本体部の上面に取り付けられた透明カバーと、前記本体部の下面に取り付けられた口金部とを有し、前記本体部内に内蔵された電源部に前記支持柱の支持部が挿入固定され、前記透明カバー内に支持柱の素子実装部が配設されていると良い。

上記の如く本発明によれば、２個の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化して支持柱を構成し、この支持柱に複数のＬＥＤを実装したＬＥＤユニットを、さらに放熱機能を有する本体部に取り付ける構成であるため、構成が簡単で、放熱特性に優れたＬＥＤランプを提供することが出来る。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。図１に示すＬＥＤランプの側面図である。図１に示すＬＥＤランプにおけるＬＥＤユニットの詳細図である。本発明の第２実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。図４に示すＬＥＤランプにおけるＬＥＤユニットの詳細図である。本発明の第３実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。本発明の第４実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。従来のＬＥＤランプの断面図である。図８に示す従来のＬＥＤランプにおけるＬＲＤユニットの斜視図である。従来のＬＥＤユニットの斜視図である。従来のＬＥＤユニットの斜視図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１、図２、図３は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤランプを示し、図１はＬＥＤランプ１０Ｌの断面図、図２は図１に示すＬＥＤランプ１０Ｌの側面図、図３は図１に示すＬＥＤランプ１０Ｌに使用されるＬＥＤモジュール１０の詳細図である。図１においてＬＥＤランプ１０Ｌの基本構成は口金部２が取り付けられた放熱機能を有する金属製の本体部３の上部に、透明カバー５が取り付けられた、従来のランプ構成を有している。そして本体部３の内部には電源部６とコネクター７が収納されており、透明カバー５の内部には複数のＬＥＤ１１を設けたＬＥＤモジュール１０が、コネクター７に挿入されて配設されている。

上記図１の構成において、ＬＥＤランプ１０Ｌは口金部２から供給される交流電圧を電源部６によってＬＥＤ１１を駆動する電圧に変換し、コネクター７を介してＬＥＤモジュール１０に供給することによってＬＥＤ１１が点灯して照明が行われる。また多数のＬＥＤ１１の点灯による発熱は、後述するＬＥＤモジュール１０を構成する金属部材から直接放熱するとともに、金属部材からコネクター７の外壁を介して本体部３に伝導され、本体部３より強力に放熱されて行く。また図２に示す如く、ＬＥＤモジュール１０にはその両面に各２個のＬＥＤ１１が設けられ、さらに上部にも１個のＬＥＤ１１が設けられているごとく、ＬＥＤモジュール１０の先端部にＬＥＤ１１を集中して配設しているので、ＬＥＤランプ１０Ｌの周囲及び上部の全体に照明光は出射され出射効率が向上する。

図３はＬＥＤモジュール１０の詳細を示し、（ａ）はＬＥＤモジュール１０の斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）はＬＥＤ１１の側面図及び底面図である。図２（ａ）においてＬＥＤモジュール１０は２個の金属部材１３、１４を絶縁部材１５を間に挟んで一体化して支持柱１６を形成し、前記支持柱１６の上方（矢印Ａ−Ａで示す）をＬＥＤ１１を実装する素子実装部１６ａとし、前記支持柱１６の下方を電源部６に接続固定する支持部１６ｂとし、前記支持柱１６の素子実装部１６ａには、絶縁部材１５を挟んだ２個の金属部材１３、１４にＬＥＤ１１を電気的に取り付けるとともに、図１に示す如く支持柱１６の支持部１６ｂを電源部６に設けられたコネクター７に挿入固定する。

ＬＥＤモジュール１０の具体的構成としては、（ｂ）に示す如く、２個の金属部材１３、１４は、各々凸部１３ａ、１４ａと凹部１３ｂ，１４ｂを対応する位置に有し、組み合わせると略長方形を構成する形状となっている。また２個の金属部材１３、１４間には、各々の凹凸形状に係合するような陀行形状の絶縁部材１５が挟まれて一体化されており、２個の金属部材１３、１４における絶縁部材１５を挟んで対応する凸部１３ａ，１４ａのそれぞれにはＬＥＤ１１がフＦＣ実装されている。またＬＥＤモジュール１０の上部においても絶縁部材１５を挟んで対応する２個の金属部材１３、１４間にＬＥＤ１１がＦＣ実装されている。また、（ｃ）の側面図に示すごとく、ＬＥＤ１１は（ｂ）に示したＬＥＤモジュール１０におけるＬＥＤ実装面の対向面にも同じ位置にＬＥＤ１１がＦＣ実装されている。

また、（ｄ）に側面及び底面を示す如く本実施形態におけるＬＥＤ１１は２個の突起電極１１ａ、１１ｂを有するＦＣ実装構造となっており、（ｂ）（ｃ）に示すごとく、絶縁部材１５を挟んだ２個の金属部材１３、１４の凸部１３ａ，１４ａを電極としてＦＣ実装されている。またその対向面にも複数のＬＥＤ１１がＦＣ実装されており、さらに上部にもＬＥＤ１１を実装している。図示の如く、ＬＥＤ１１の実装方向としては絶縁部材１５を挟んだ２個の金属部材１３、１４による支持柱１６の長手方向と平行に実装することにより、支持柱１６の側面方向への光の放射が制限されなくなることで、明るい照明装置を実現できる。

（第２実施形態）
次に図４により第２実施形態のＬＥＤランプを説明する。図４は第２実施形態のＬＥＤランプ２０Ｌの断面図であり、基本的構成は図１に示したＬＥＤランプ１０Ｌと同じなので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第２実施形態のＬＥＤランプ２０Ｌと第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌとの違いは、ＬＥＤモジュール１０の取り付け構造である。すなわちＬＥＤランプ１０Ｌの場合はコネクター７を設け、このコネクター７にＬＥＤモジュール１０の支持部１６ｂを差し込んで接続と固定を行っていたのに対し、ＬＥＤランプ２０Ｌの場合は、コネクター７を設けずに、本体部３の上面に絶縁性で反射性の良い回路基板２１を固着し、この回路基板２１上に設けた配線電極２２に、ＬＥＤモジュール１０の支持部１６ｂの両側の金属部材１３、１４を半田２３によって固定している。

上記ＬＥＤランプ２０Ｌは図示を省略したたが、電源部６に対して配線電極２２と口金部２とは電気的に接続されており、口金部２から供給される交流電圧を電源部６によってＬＥＤ１１を駆動する電圧に変換し、配線電極２２を介してＬＥＤモジュール１０に供給することによってＬＥＤ１１が点灯して照明がおこなわれる。また多数のＬＥＤ１１の点灯による発熱は、ＬＥＤモジュール１０を構成する金属部材３から直接放熱するとともに、金属部材３から半田２３及び回路基板２１を介して本体部３に伝導され、本体部３より強力に放熱されて行く。

（第３実施形態）
次に図５により第３実施形態のＬＥＤランプを説明する。図５は第３実施形態のＬＥＤランプ３０Ｌの断面図であり、基本的構成は図１に示したＬＥＤランプ１０Ｌと同じなので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第３実施形態のＬＥＤランプ３０Ｌと第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌとの違いは、実装されるＬＥＤの構造の違いであり、ＬＥＤランプ１０ＬではＬＥＤモジュール１０に単体のＬＥＤ１１をＦＣ実装していたのに対し、ＬＥＤランプ３０Ｌでは、後述する素子基板にＬＥＤ１１を組み込んだ実装ＬＥＤ３１をＬＥＤモジュール３０にＦＣ実装していることである。

図６はＬＥＤモジュール３０の詳細を示し、（ａ）はＬＥＤモジュール３０の斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は実装ＬＥＤ３１の断面図である。
なお、図６に示すＬＥＤモジュール３０の詳細は第１実施形態のＬＥＤランプ１０ＬにおけるＬＥＤモジュール１０の詳細と基本的に共通しており、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。すなわちＬＥＤの構成として図６（ｄ）に示すように２個の接続電極３１ａ，３１ｂを有する素子基板３１ｃにＬＥＤ１１をＦＣ実装した後に、蛍光樹脂３１ｄで封止して実装ＬＥＤ３１を構成している。そして図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す如く、この実装ＬＥＤ３１をＬＥＤモジュール３０にＦＣ実装している。この構成においては、ＬＥＤ１１が実装封止されているため、経時変化等の信頼性が高まるとともに、ＬＥＤ１１の発光と蛍光樹脂３１ｄとの組み合わせによる各色光の発光、特に白色光の発光が行える等の効果がある。

（第４実施形態）
次に図７により第４実施形態のＬＥＤランプを説明する。図７は第４実施形態のＬＥＤランプ４０Ｌの断面図であり、基本的構成は図１に示したＬＥＤランプ１０Ｌと同じなので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第４実施形態のＬＥＤランプ４０Ｌと第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌとの違いは、ＬＥＤの構成の違いであり、第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌでは下面に突起電極を有するＦＣ実装型のＬＥＤ１１を使用していたのに対し、第４実施形態のＬＥＤランプ４０Ｌではワイヤーボンディング型のＬＲＤ４１を使用しており、上面に電極を有するＬＥＤ４１を支持柱１６に逆向きに接着し、支持柱１６を構成する２個の金属部材１３、１４にワイヤー４２により接続している。このＬＥＤモジュール４０は、第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌ及び第２実施形態のＬＥＤランプ２０Ｌのいずれの取り付け構造にも採用が可能である。

なお本発明の各実施形態においては、ランプ形状として、従来の電球と同様の球形としたが、これに限定されるものではなく、筒状や矩形形状等のランプ形状も含まれることは当然である。また、金属部材としてはＬＤＥの発熱を放熱するための熱伝導性の良い材質で有ることに加えて、ＬＥＤを実装するためのボンディング性に優れた材料であることが必要であり、金属材料の表面にボンディング性の良い金属皮膜をメッキ形成しておくと良い。

２、１０２口金部
３本体部
５透明カバー
６電源部
７コネクター
１０、３０，４０、ＬＥＤモジュール
１００、２００、３００ＬＥＤモジュール
１０Ｌ、２０Ｌ，３０Ｌ，４０Ｌ、ＬＥＤランプ
１００Ｌ、ＬＥＤランプ
１１、４１、１１１，２１１，３１１ＬＥＤ
１１ａ、１１ｂ突起電極
１３、１４、２０３，３０３金属部材
１３ａ、１４ａ凸部
１３ｂ、１４ｂ凹部
１５，１０４，２０４，３０４絶縁部材
１６、４５支持柱
１６ａ、４５ａ素子実装部
１６ｂ、４５ｂ支持部
２１回路基板
２２配線電極
２３半田
３１実装ＬＥＤ
３１ａ，３１ｂ接続電極
３１ｃ素子基板
３１ｄ蛍光樹脂
４２ワイヤー
１０３放熱部
１０５透明樹脂
１１２モジュール基板
１１３引出電極
２０５、３０５積層体

Claims

本体部と、該本体部の上面に取り付けられた透明カバーと、前記本体部の下面に取り付けられた口金部とを有するＬＥＤランプにおいて、少なくとも２個の互いに対応した凹凸形状を有する長形の金属部材を、前記凹凸形状に対応した蛇行形状の絶縁部材を間に挟んで一体化して支持柱を形成し、前記支持柱の上方をＬＥＤを実装する素子実装部とし、前記支持柱の下方を電源部に取り付ける支持部とし、前記支持柱の素子実装部にはＬＥＤの２個の電極を２個の金属部材の凸部同士に電気的に取り付けるとともに、前記支持柱の支持部を前記本体部に内蔵された電源部に接続固定したことを特徴とするＬＥＤランプ。
前記支持柱の素子実装部には絶縁部材を間に挟んだ２個の金属部材が形成している実装面の、対向する２面にＬＥＤが実装されている請求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記支持柱の素子実装部の上面部にもＬＥＤが実装されている請求項１または２項に記載のＬＥＤランプ。
前記ＬＥＤは２個の接続電極を有する素子基板に実装された実装ＬＥＤパッケージ構成を有する請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
前記ＬＥＤランプは、金属製の本体部と、該本体部の上面に取り付けられた透明カバーと、前記本体部の下面に取り付けられた口金部とを有し、前記本体部内に内蔵された電源部に前記支持柱の支持部が挿入固定され、前記透明カバー内に支持柱の素子実装部が配設されている請求項１から４の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。