JP2015011936A - 長寿命化ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】低廉かつ簡易な構造で、ＬＥＤランプの発熱を効率的に放熱して、ＬＥＤランプ及び電子回路を長寿命化したＬＥＤランプを提供する。【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、ソケットに螺合する口金と、前記口金に接続するフードと、前記フード内に設置されたＬＥＤ実装基板と、前記ＬＥＤ実装基板に実装されたＬＥＤと、少なくとも前記ＬＥＤ実装基板のＬＥＤ発光部の実装側を前記ＬＥＤの発光上面を残し被覆すると共に前記フードと前記ＬＥＤ実装基板の隙間を封止する熱伝導樹脂とからなることを特徴とする長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤランプの発熱を効率的に放熱し、ＬＥＤランプ及び電子回路を長寿命化したＬＥＤランプに関する。

ＬＥＤランプは、例えば特許文献１、非特許文献（図１０）等多数の技術が開示されている。長寿命化に関しては、特許文献２が開示されている。特許文献２のＬＥＤランプは、Ｌ
ＥＤランプにおいて、基板及びレンズ体を収容するケースを備えており、ケースとして熱伝導が良好な金属製のものが使用されていることを特徴とする（請求項３）と、いうものである。

また、特許文献３の発明も開示されている。特許文献３のＬＥＤランプは、ＬＥＤモジュール装置の放熱特性を改善するため、配線基板は、配線を形成したガラスエポキシ基板によって構成する。ＬＥＤパッケージ基板は、平板状底部と、該底部端の両側からそれぞれ立ち上がる壁部を形成するように曲げ加工した金属プレートの上に、５μｍ〜４０μｍの範囲にある膜厚を有するポリイミド樹脂からなる絶縁層を挟んで金属箔を接合した積層構成である。平板状底部上面に、ＬＥＤチップを装着すると共に、透明樹脂を充填することによりＬＥＤパッケージを構成する。このＬＥＤパッケージの平板状底部裏面を放熱体に固着すると共に、ＬＥＤパッケージの壁部上部をガラスエポキシ基板に対して接着し、かつ、この接着部の上で外部接続電極をガラスエポキシ基板の配線と接続し、ＬＥＤランプを取り巻く樹脂を改良するものである。

ＬＥＤランプは、従来の白熱電球から比べて格段に寿命が長いとされている。また、ＬＥＤの光は、熱として感じる赤外線を発しないため熱さを感じない。

しかし、ＬＥＤランプの光にならないエネルギーは、ＬＥＤ素子から自己発生熱となって放出される。その熱を伝熱、放熱で冷却するため、従来では、ＬＥＤ実装基板、絶縁ケースにアルミニウムを使用するなどして、伝熱でアルミケーシングに伝達して、ＬＥＤ素子の放熱を外部に放出していた（図１０）。とはいえ、従来のＬＥＤランプ１１は、ガラスカバー１４が備えられているため、冷却効率はあまり良くない。

ＬＥＤ素子の放熱設計に不備があると、電子回路のコンデンサなどを劣化させ、ＬＥＤランプを取り巻く樹脂材料の透明度がＬＥＤの発熱で低下し、輝度が低下し、ＬＥＤランプの寿命が短くなることが知られている。

特願２０１３−２６１９８号公報 特願２００５−８５９１２号公報 特願２０１２−１２４４９８号公報

http://www.sharp.co.jp/corporate/rd/36/pdf/101_05.pdf

そこで、本発明は、低廉かつ簡易な構造で、ＬＥＤランプの発熱を効率的に放熱して、ＬＥＤランプ及び電子回路を長寿命化したＬＥＤランプを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、
（１）
ソケットに螺合する口金と、前記口金に接続するフードと、前記フード内に設置されたＬＥＤ実装基板と、前記ＬＥＤ実装基板に実装されたＬＥＤと、少なくとも前記ＬＥＤ実装基板のＬＥＤ発光部の実装側を前記ＬＥＤの発光上面を残し被覆すると共に前記フードと前記ＬＥＤ実装基板の隙間を封止する熱伝導樹脂とからなることを特徴とする長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（２）
前記ＬＥＤ実装基板（前記ＬＥＤを除く）を、前記熱伝導樹脂で埋没させたことを特徴とする（１）に記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（３）
前記フードが、凸凹状のアルミ製ヒートシンク構造でなく、フラット形状で金属製であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（４）
前記フードが、アルミ製であることを特徴とする（１）〜（３）の何れかに記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（５）
前記フードを、プレス成形又は絞り成形で製造したことを特徴とする（３）又は（４）に記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（６）
前記熱伝導樹脂が、樹脂に熱伝導粉末を添加したことを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（７）
前記微粉末が、アルミナ、シリコンカーバイト、酸化亜鉛の内から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする（６）に記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（８）
熱伝導樹脂の熱伝導率が、１〜６Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であることを特徴とする（１）〜（７）の何れかに記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（９）
前記ＬＥＤを含むＬＥＤ回路に、定電圧定電流回路を組み込んだことを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（１０）
前記ＬＥＤを含むＬＥＤ回路に、前記ＬＥＤへの通電時間に対応してＬＥＤを点滅させる点滅回路を組み込んだことを特徴とする（１）〜（９）の何れかに記載の長寿命化ＬＥＤランプの構成とした。
（１１）
（１）〜（１０）の何れかに記載の長寿命化ＬＥＤランプを、植物栽培ハウスまたは露地に設置し、照射時間を制御して作物を栽培することを特徴とするＬＥＤランプを用いた、作物の花芽抑制栽培方法、および光合成を促す植物の成長促進栽培方法、さらに花芽を多くする花の花芽分化方法の構成とした。

本発明は、上記構成であるので、以下の効果を発揮する。即ち、本発明は、熱伝導樹脂を採用することで、効果的に、ＬＥＤの発熱をフードに伝熱し、放熱することができる。加えて、熱伝導樹脂で、ＬＥＤ実装基板を被覆或いは埋没するため、防水性も高まる。

熱伝導樹脂で、ＬＥＤ実装基板を被覆或いは埋没し、防水性を高めたため、ガラスカバーを備える必要がなく、熱伝導樹脂から外部に直接熱を放出することも可能である。その結果、ＬＥＤランプの寿命を飛躍的に長くすることに成功した。

加えて、本発明は、熱伝導樹脂により放熱効果が極めて高いため、フードを従来のような凹凸を備えたアルミ製ヒートシンクとする必要がなく、電球の傘のように、フラット面からなるフードで十分である。したがって、フードの製造費用は格段に低廉になる。なお、アルミ製フードにすれば一層放熱効果が高まる。さらに、凹凸のヒートケーシングとしても勿論よい。

本発明は、輝度の低下が少なく、長時間使用できるため、日照時間、照度管理が極めて重要な電照菊栽培の利用にも耐える。従来のＬＥＤランプは輝度低下等により白熱電灯の置換が不可能であったが、本発明によりＬＥＤランプによる電照菊の栽培を可能にした。その結果、従来の白熱電灯による電気代は、約１／１５になる。

白熱電灯の２０倍の使用時間に耐える。電照菊の場合には、ＬＥＤランプの発光色は、赤〜オレンジ色が好適である。ＬＥＤランプであれば、不必要な波長の光が発生しないため、害虫が集まりにくい。本発明のＬＥＤランプは、その他の植物の抑制栽培にも利用できる。その他、光合成を促す植物の成長促進栽培方法、さらに花芽を多くする花芽分化方法に使用できる。

本発明である長寿命化ＬＥＤランプの底面図である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプの図１Ａ−Ａ線の部分断面模式図である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプの正面図である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプの平面図である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプの熱伝導樹脂を除いた斜視模式図である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプの熱伝導樹脂を除いた底面模式図である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプの熱伝導樹脂を除いた部分断面模式図である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプの熱伝導樹脂を除いた部分断面模式図である。 熱伝導樹脂の性能を示す表である。 従来のＬＥＤランプの説明図である。（Ａ）は側面図、（Ｂ）は断面模式図、（Ｃ）は斜視写真である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプに用いられる定電圧定電流回路の一例である。 本発明である長寿命化ＬＥＤランプに用いられる寿命指示（点滅）回路の一例である。

以下、添付の図面を参照し、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

図１〜４に示すように、本発明である長寿命化ＬＥＤランプ１は、口金２と、フード３と、ＬＥＤ実装基板４と、ＬＥＤ５と、熱伝導樹脂６と、からなる。さらに、必要に応じて、カバー７、シール７ａを備える。図５〜８に、熱伝導樹脂を除いたときの各種模式図を示した。

口金２は、ソケットに螺合する部分で、中心に中心電極２ａを備える。

フード３は、口金２に接続するとともに、内部にＬＥＤ実装基板４及びＬＥＤ５、リード線４ａ、４ｂ等の発光のための電子回路、熱伝導樹脂６、絶縁のための絶縁ケース８を備える。フード３と口金２の接続部は、防水性を高めるため、シール７ａすることが望ましい。

本発明では、熱伝導樹脂６を備えることにより、ＬＥＤ５の発熱を効率的に放熱できるため、フード３は、従来の凸凹状のアルミ製ヒートシンク１３のような構造を備える必要がない。勿論、採用したとしても本発明の技術的範囲である。フード３の形状としては、白熱電球等に用いられ碗を逆さにした形状、傘状、図２のような鏡餅状など、平坦面かなる形状（フラット形状）をしたものが採用できる。

フード３は、アルミ製ヒートシンク１３構造である必要がないため、成形コストは極めて低廉である。従来のアルミ製ヒートシンク１３構造は、削り出し（切削）加工、鋳造成型としていたため、製造コストが高く、ＬＥＤランプの販売価格も高額であった。

他方、本発明のフード３は、例えば、円板をプレス加工してフード３形状を形成しても、絞り加工で成形してもよいので、極めて低廉に、本発明のフード３を入手することができる。フード３の端部にバリなどが発生する場合には、フード３端部をゴム製のカバー７で覆うとよい。放熱、成形の観点から、フード３は金属製が望ましく、さらにアルミ製とすると放熱効果が高い。

ＬＥＤ実装基板４及びＬＥＤ５（発光ダイオード）は、従来のものを採用できる。ＬＥＤ実装基板４は、ネジ４ｃなどの留め具で、フード３内部の絶縁ケース８に固定された上で、リード線４ａ、４ｂで口金２及び中心電極２ａに接続される。ＬＥＤ５の発光色、設置個数は、使用目的に応じて、適宜選択される。

熱伝導樹脂６は、少なくともＬＥＤ実装基板４のＬＥＤ発光部５ａの実装側をＬＥＤ５の発光上面５ｂを残し被覆すると共にフード３とＬＥＤ実装基板４の隙間３ａを封止する。さらに、望ましくは、ＬＥＤ実装基板４のＬＥＤ５の発光上面５ｂを除き側面は埋没させ、埋没させる。絶縁ケース８の端部は、リード線４ａ、４ｂを通す穴を備える封止板８ａが固定され、熱伝導樹脂６は、フード３内のＬＥＤ実装基板４以外の各種電子回路４ｄを収納する絶縁ケース８内には充填されない。

本発明に好適な熱伝導樹脂６の性質を図９の表にまとめた。ＬＥＤランプを組み立て後に、熱伝導樹脂６をＬＥＤ実装基板４上に充填するため、粘度、融点、硬化温度など、適宜、ＬＥＤランプの仕様に併せて選択する。

熱伝導樹脂６は、熱を伝えやすい樹脂である。従来の樹脂の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低い値であるが、樹脂に熱を伝えやすい微粉を添加することに１〜６Ｗ／ｍ・Ｋ程度まで熱伝導率を引き上げることができる。

熱を伝えやすい微粉としては、アルミナ、シリコンカーバイト、酸化亜鉛等がある。導電性物質であってもよい場合には、アルミ粉、銅粉、銀粉等が例示できる。

熱伝導樹脂６の熱伝導以外の特性としては、柔軟性が挙げられる。膨張係数が異なる材料を接合（フード３と熱伝導樹脂６）すると、温度差による膨張、収縮が生じるので、熱伝導樹脂６に柔軟性を持たせることが望ましい。

防湿性は、電子機器にとって大切であるが、熱伝導樹脂６は、耐湿機能を持たせることにより外部水分或いは湿気を一切遮断する機能を発揮する。

その他、必要に応じて、熱伝導樹脂６に、難燃性、絶縁性を付与することができる。難燃性規格については電気安全法のグローワイヤ試験をクリアしており、絶縁抵抗も１４乗Ω以上の破壊抵抗を有している。

図１１に、本発明である長寿命化ＬＥＤランプに用いられる定電圧定電流回路の一例を示す。ＬＥＤ用定電圧定電流回路２１は、整流回路２２と、ＬＥＤ回路２３ｄを備える定電圧定電流回路２３とからなる。

整流回路２２は、従来のＬＥＤ回路同様、ダイオードブリッジ２２ａを備えて、交流を直流に整流する。

定電圧定電流回路２３は、従来の定電流回路のように、電解コンデンサを備えず、ＬＥＤ回路３ｄ、三端子レギュレータ２３ａ、ツェナーダイオード２３ｂを備える。

ＬＥＤ回路３ｄは、ＬＥＤ５が直列（図１１）、或いは並列に接続される。ＬＥＤ５は、目的に応じて、色調、個数は適宜選択される。

定電圧定電流回路２３は、三端子レギュレータ２３ａの入力端子（Ｖ_ｉｎ）にＬＥＤ回路３ｄが接続し、三端子レギュレータ２３ａの出力端子（Ｖ_ｏｕｔ）に抵抗２３ｅが接続し、抵抗２３ｅの他端はダイオードブリッジ２２ａに接続し、三端子レギュレータ２３ａのグランド（ＧＮＤ）はダイオードブリッジ２２ａと抵抗２３ｅの間にグランド配線２３ｆで接続し、ツェナーダイオード２３ｂはＬＥＤ５と三端子レギュレータ２３ａの入力端子（Ｖ_ｉｎ）の間に接続するとともに抵抗２３ｅとダイオードブリッジ２２ａの間にダイオードブリッジ２２ａと並列かつ逆バイアスに接続してなる。

ツェナーダイオード２３ｂは、電気回路に供給される電圧を安定化するために用いられ、非安定の電圧源と並列に逆バイアスになるように接続し、その電圧が降伏電圧を超えた時にツェナー効果が起き、定電圧を維持する。

図１１に示すように、三端子レギュレータ２３ａの入力端子（Ｖ_ｉｎ）側にツェナーダイオード２３ｂを上回る電圧がかかった場合、ツェナーダイオード２３ｂが作用し、定電圧化する。また、三端子レギュレータ２３ａの出力端子（Ｖ_ｏｕｔ）側の電圧は一定値であるため、抵抗２３ｅに流れる電流は定電流である。したがって、ＬＥＤ５にかかる電圧及び電流は、入力電圧に関係なく一定となる。よって、ＬＥＤ５の明るさも一定になる。

図１２に、本発明である長寿命化ＬＥＤランプの交換時期を知らせるため、所定時間の通電後、ＬＥＤ５を点滅させる点滅回路を備えたＬＥＤ用定電圧定電流回路２１ａをした。

整流回路２２は、実施例２のＬＥＤ用定電圧定電流回路２１と同じである。本実施例の点滅回路２４を備えたＬＥＤ用定電圧定電流回路１ａは、実施例２の定電圧定電流回路２３に、電界効果型トランジスタ２４ａ、例えばＦＥＴを直列に組み込み、ＬＥＤ回路２３ｄの通電時間を計測可能なカウンタＩＣ２４ｂ、例えばピック（マイクロチップ・テクノロジー社製「ＰＩＣ」コントローラ）を、電界効果型トランジスタ４ａと並列に備える。なお、カウンタＩＣ２４ｂの機能性を向上するために、カウンタＩＣ２４ｂと並列にコンデンサ、例えば電解コンデンサを組み込むとよい。

そして、カウンタＩＣ２４ｂの通電時間のカウントが所定時間以上になったとき、カウンタＩＣ２４ｂが電界効果型トランジスタ２４ａに断続的に電気信号を出力し、電界効果型トランジスタ２４ａがＬＥＤ回路２３ｄの通電のオンオフをスイッチングし、ＬＥＤ５を点滅させる点滅回路２４を備える。

このように、所定通電時間の経過をＬＥＤ５の点滅で知らせることでＬＥＤランプの交換時期（使用時間）が確実に把握でき、ＬＥＤランプを交換することで一層ＬＥＤランプの明るさを一定に保つことができる。所定時間は、採用するＬＥＤ５の経年劣化特性に基づいて、適宜決定される。

このように、三端子レギュレータ２３ａ、ツェナーダイオード２３ｂ、点滅回路２４で、ＬＥＤランプの明るさを一定に維持することで、従来ＬＥＤランプを利用できないとされていた、電照菊栽培に代用される抑制栽培においても、ＬＥＤランプを利用することができるようになった。

１ 長寿命化ＬＥＤランプ
２ 口金
３ フード
３ａ 隙間
４ ＬＥＤ実装基板
４ａ リード線
４ｂ リード線
４ｃ ネジ
４ｄ 各種電子回路
５ ＬＥＤ
５ａ 発光部
５ｂ 発光上面
６ 熱伝導樹脂
７ カバー
７ａ シール
８ 絶縁ケース
８ａ 封止板
１１ 従来のＬＥＤランプ
１２ 口金
１２ａ 中心電極
１３ アルミ製ヒートシンク
１４ ガラスカバー
２１ ＬＥＤ用定電圧定電流回路
２１ａ 点滅回路を備えたＬＥＤ用定電圧定電流回路
２２ 整流回路
２２ａ ダイオードブリッジ
２３ 定電圧定電流回路
２３ａ 三端子レギュレータ
２３ｂ ツェナーダイオード
２３ｄ ＬＥＤ回路
２３ｅ 抵抗
２３ｆ グランド配線
２４ 点滅回路
２４ａ 電界効果型トランジスタ
２４ｂ カウンタＩＣ

Claims (11)

1. ソケットに螺合する口金と、前記口金に接続するフードと、前記フード内に設置されたＬＥＤ実装基板と、前記ＬＥＤ実装基板に実装されたＬＥＤと、少なくとも前記ＬＥＤ実装基板のＬＥＤ発光部の実装側を前記ＬＥＤの発光上面を残し被覆すると共に前記フードと前記ＬＥＤ実装基板の隙間を封止する熱伝導樹脂とからなることを特徴とする長寿命化ＬＥＤランプ。
2. 前記ＬＥＤ実装基板（前記ＬＥＤを除く）を、前記熱伝導樹脂で埋没させたことを特徴とする請求項１に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
3. 前記フードが、凸凹状のアルミ製ヒートシンク構造でなく、フラット形状で金属製であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
4. 前記フードが、アルミ製であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
5. 前記フードを、プレス成形又は絞り成形で製造したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
6. 前記熱伝導樹脂が、樹脂に熱伝導粉末を添加したことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
7. 前記微粉末が、アルミナ、シリコンカーバイト、酸化亜鉛の内から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項６に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
8. 熱伝導樹脂の熱伝導率が、１〜６Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
9. 前記ＬＥＤを含むＬＥＤ回路に、定電圧定電流回路を組み込んだことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
10. 前記ＬＥＤを含むＬＥＤ回路に、前記ＬＥＤへの通電時間に対応してＬＥＤを点滅させる点滅回路を組み込んだことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の長寿命化ＬＥＤランプ。
11. 請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載の長寿命化ＬＥＤランプを、植物栽培ハウスまたは露地に設置し、照射時間を制御して作物を栽培することを特徴とするＬＥＤランプを用いた、作物の花芽抑制栽培方法、および光合成を促す植物の成長促進栽培方法、さらに花芽を多くする花の花芽分化方法。