JP4100946B2 - 照明装置 - Google Patents
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- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色や白色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）を利用した照明装置に対して、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等か、それ以上の照度と長寿命化が期待されている。
【０００３】
ＬＥＤ素子は、一般に、φ３ｍｍ程度の砲弾型の樹脂パッケージに封止された形態や、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×１．６ｍｍ程度の表面実装型の樹脂パッケージに封止されて市販されている。そして、こうしたＬＥＤ素子を利用した照明装置が、足下灯や誘導灯として商品化されている。
【０００４】
従来の白熱電球（６０Ｗ）１個あたりの光束は、約８５０ｌｍ程度であるのに対し、白色のＬＥＤ素子１個あたりの光束は、約２ｌｍとかなり低いため、ＬＥＤによって、この白熱電球相当のランプを実現するには、照明装置１個当たり、４００個以上のＬＥＤ素子が必要となる。
【０００５】
ＬＥＤ素子を利用した一般照明用の照明装置において、ＬＥＤ素子１個の大きさは、０．３ｍｍ程度と極めて小さいため、例えば、ＬＥＤ素子を４００個、０．３ｍｍ間隔で平坦に敷き詰めて樹脂で封じ、十数ｍｍ角程度の大きさのパッケージ内に収納すれば、小型化は可能と考えられる。
【０００６】
ところが、ＬＥＤ素子からの発熱による、発光効率の低下と封止樹脂の劣化を防止するため、ＬＥＤ素子の実装間隔を広げる必要があることから、ＬＥＤ素子の実装領域が、ほぼ照明装置の大きさと等しくなっていた。このため、ＬＥＤ素子の交換に要する作業量が、照明装置自体の交換に要する作業量とほぼ等しくなり、その取扱いは極めて悪いものであった。
【０００７】
こうした問題に対して、例えば、特開２０００−３０５２１号公報に、ＬＥＤ素子を利用した照明装置の熱伝導素子として、真空状態のパイプ中に適量の蒸留水やアルコール類等の作動液を封入したヒートパイプを用いることにより、照明装置の放熱効率を高め、ＬＥＤ素子の実装領域を狭める技術が開示されている。
【０００８】
この技術によれば、ヒートパイプの一端に設けられた吸熱部がＬＥＤ素子の発熱によって加熱され、内部に封入された作動液が蒸発する。また、ヒートパイプの内部で圧力差が生じ、作動液がヒートパイプの他端に設けられた放熱部に移動して冷却され、冷却後の作動液が再度吸熱部に環流される。こうした熱力学的サイクルにより、一般的な放熱用銅板の数千倍の熱伝導率を実現し、照明装置の小型化を図っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この技術においては、ヒートパイプの放熱部に、別途放熱フィンを設ける必要がある等、照明装置の小型化を実現するに当たり、制約を生じていた。
【００１０】
また、ヒートパイプ自体の熱伝導性が極めて高く、銀蝋や半田の溶解が不十分となり易く、通常の溶接接合によってはヒートパイプを照明装置に固定することが困難となっていた。
【００１１】
本発明の目的は、従来技術におけるこのような問題点を解決し、光源として光半導体素子を利用した、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を有する小型の照明装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、光源を有する発光体と、光源から発生する光束を反射して外部に照射する光反射体とを備える。そして、当該光反射体は、その内部に外気に開放された空隙が形成されており、当該発光体は、管状又は平板状の熱伝導体の一端と接合され、当該熱伝導体は、その内部を伝導する熱が、光反射体の空隙から外部に放散されるように当該空隙に延設されている。
【００１３】
この構成により、光源からの発熱が、伝熱面積の大きな光反射体を通じて効率よく外部に放散され、照明装置の小型化が実現される。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、前記光反射体の内部に、外気に開放された空隙が形成され、当該空隙内に前記熱伝導体が延設されているのが好ましい。
【００１５】
この構成により、光源からの発熱が、伝熱面積の大きな光反射体を通じてさらに効率よく外部に放散される。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、発光体に接合された熱伝導体が、光反射体に設けられた凹部に嵌装されることで、当該光反射体に固定されていることが好ましい。
【００１９】
この構成により、銀蝋や半田を使用した溶接が不要となり、発光体に接合された熱伝導体を容易かつ安定に照明装置に固定することができる。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、熱伝導体が、内部に水、フレオン、又はアルコールが封入されたヒートパイプであって、当該ヒートパイプに沿って前記発光体に通電するための導線が付設されていることが好ましい。
【００２３】
この構成により、光反射体への熱伝導効率がさらに高められ、導線による照明装置の照度の低下が防止できる。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、ヒートパイプの先端部に設けられた凸部に、発光体に設けられた凹部が嵌合されることで、発光体がヒートパイプに固定されていることが好ましい。
【００２５】
この構成により、光源からの熱が効率的に熱伝導体に伝導されると共に、発光体とヒートパイプとの着脱も容易となり、発光体のみを簡単な操作により交換して照明装置を延命化することができる。
【００２６】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、ヒートパイプの先端部に第一の端子が、発光体の凹部内に第二の端子がそれぞれ設けられ、第一の端子と、第二の端子が電気的に接続されることで、発光体に通電されるように構成されていることが好ましい。
【００２７】
この構成により、ヒートパイプに発光体を着装することのみで光源と回路ユニットとの電気的接続が成立するようになり、発光体と回路ユニットとの電気的配線が容易になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態における照明装置を示す。図１（ａ）は照明装置の外観図であり、図１（ｂ）は照明装置の本体部の断面図である。
【００３０】
１は放物面形状をしたアルミ製の天蓋（厚さ０．５ｍｍ、高さ１５ｃｍ）であり、リベット（図示せず）で互いに固定された内壁材１ａと外壁材１ｂから構成されている。内壁材１ａの表面には白色の塗装がされ、反射面５が形成されている。２は内部に熱媒として蒸留水が封入されたヒートパイプ（φ８ｍｍ）であり、内壁材１ａと外壁材１ｂに螺旋状に設けられたガイド溝中に嵌装されている。なお、熱媒としては、蒸留水以外に、熱容量と熱伝導性の大きな液体、例えば、フレオン、アルコール類等も使用できる。これにより、銀蝋や半田を使用した溶接が不要となり、発光体に接合された熱伝導体を容易かつ安定に照明装置に固定することができる。
【００３１】
３はＬＥＤ素子が実装された発光体であり、ヒートパイプ２の先端部に固定され、天蓋１の放物面の焦点部分に配置されている。このため、発光体３から発生した光束９は反射面５によって効率よく反射されて外部に照射される。天蓋１の上部には、発光体３の駆動用回路ユニット６が設置されている。そして、照明装置の本体は、給電ケーブル７を介して、引掛け埋込みローゼット用ソケット８と接合されている。
【００３２】
図２（ａ）に、発光体３の外観図を示す。発光体３は、一辺の長さ１０ｍｍ、高さ１５ｍｍの正六角柱形状であり、その内部には雌ネジが切られて電気ソケット１０が形成されている。
【００３３】
図２（ｂ）に、発光体３の側面において一点鎖線Ａで示した部分（ネジ部の下部に相当する）における横断面図を示す。１１は中央部電極であり、１２はネジ部電極である。１３はＬＥＤ素子が実装されたシリコン基板（縦８ｍｍ×横６ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）であり、透光性を有するエポキシ系樹脂１５で被覆され、発光体３の各面内に１枚づつ配置され、発光体３に計６枚配置されている。透光性を有するエポキシ系樹脂１５としては、例えば、岸本産業社製、EpiFine（商品名）が使用できる。１４は絶縁性を有する、アルミナ微粒子を含むエポキシ樹脂製のヒートシンクであり、シリコン基板１３において、ＬＥＤ素子が実装された側と反対面側に接している。
【００３４】
図３（ａ）に、シリコン基板１３の平面図を示す。２３はＬＥＤ素子であり、所定の距離を置いて、シリコン基板１３上に複数個配置されている。２１、２２はそれぞれアノード電極、カソード電極であり、ここから給電がなされてＬＥＤ素子２３が駆動される。
【００３５】
図３（ｂ）に、シリコン基板１３の一点鎖線Ｂで示した部分における矢視断面図を示す。ＬＥＤ素子２３（縦０．３ｍｍ×横０．３ｍｍ×厚さ０．２ｍｍ）は、ボンディングパッド２３ａを介して、シリコン基板１３を被覆するＳｉＯ2膜２５（厚さ０．０２ｍｍ）上に固定されている。２４は透光性を有するエポキシ系樹脂であり、シリコン基板１３上のＬＥＤ素子２３を被覆して固定している。
【００３６】
図４（ａ）に、ＬＥＤ素子２３の斜視断面図を示す。サファイア基板３０上に、ｎ型ＧａＮバッファ層（図示せず）（厚さ３０ｎｍ）を介して、ｎ型ＧａＮ層３１（厚さ３μｍ）が形成されている。さらにその上から、ｎ型ＡｌＧａＮ層３２（厚さ５０ｎｍ）、ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる活性層３３（厚さ２０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層３４（厚さ５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層３５（厚さ０．１μｍ）がこの順で積層されている。また、ｐ型ＧａＮ層３５上にアノード電極３６、ｎ型ＧａＮ層３１をエッチングにより露出させた領域にカソード電極３７がそれぞれ配置されている。この状態でＬＥＤ素子２３を駆動すると、活性層３３から波長４７０ｎｍの青色光が発生する。
【００３７】
図４（ｂ）に、ＬＥＤ素子２３の実装状態を示す。ＬＥＤ素子２３は、アノード電極３６とカソード電極３７において、金バンプ３８とボンディングパッド２３ａを介してシリコン基板１３上に実装されている。３９は透光性を有するエポキシ系樹脂であり、その中に（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｅｕ）2ＳｉＯ4蛍光体が混入されている。活性層３３から発生した青色光は、サファイア基板３０を透過してエポキシ系樹脂３９に射出され、活性層３３からの青色光の一部が蛍光体によって波長５７０ｎｍの黄色光に変換される。これにより、エポキシ系樹脂３９において、青色光と黄色光が混ざり合い、発光体３から白色光が放出される。
【００３８】
なお、発光体３から白色光を発生させるに当たり、上述した構成の代りに、赤、緑、青色の各ＬＥＤ素子を用いても良いし、また、紫外の発光をするＬＥＤ素子と赤、緑、青色蛍光体を組み合わせて用いても良い。
【００３９】
図５に、シリコン基板１３上における、ＬＥＤ素子２３の回路配置図を示す。ＬＥＤ素子２３は、アノード端子２１ａとカソード端子２２ａに対して７直列、１０並列の状態で接続され、シリコン基板１３は、発光体３に６枚設置されているため、発光体３には、合計４２０個のＬＥＤ素子２３が実装されている。
【００４０】
図６（ａ）に、ヒートパイプ２と発光体３の接合状態の外観図を示す。５０は回路ユニット６（図１）に接続された配電ケーブルである。このように、ヒートパイプ２の先端の雄ネジ４１と発光体３の電気ソケット１０とが接続される。これにより、ヒートパイプ２と発光体３との接触面積が増え、光源からの熱が効率的に熱伝導体に伝導されると共にヒートパイプと発光体との着脱も容易となり、照明装置を延命化することができる。
【００４１】
なお、ヒートパイプ２と発光体３は、こうしたネジを利用した接合以外に、例えば、図７に示すように、ヒートパイプ２側に設けた突起５１を、発光体３に設けた孔５２と嵌合させ、この後ヒートパイプ２を回転して接合しても良い。これにより、ヒートパイプと発光体との着脱がさらに容易となり、発光体のみを簡単な操作により交換できる。
【００４２】
図６（ｂ）に、ヒートパイプ２と発光体３の接合状態の断面図を示す。ヒートパイプ２側において、４２はプラス電極、４３はマイナス電極であり、それぞれ回路ユニット６（図１）から引き出されたプラス用とマイナス用の配電ケーブル５０と接続されている。また、発光体３において、４２ａはプラス電極、４３ａは電気ソケット１０を兼ねたマイナス電極であり、それぞれシリコン基板１３のアノード電極２１、カソード電極２２（図３）と接続されている。ヒートパイプ２と発光体３が接合されると、ヒートパイプ２側のプラス電極４２、マイナス電極４３は、それぞれ発光体３のプラス電極４２ａ、マイナス電極４３ａと接続される。これにより、ヒートパイプに発光体を着装することのみで発光体３と回路ユニット６との電気的接続が成立するようになり、発光体３と回路ユニット６との電気的配線が容易になる。
【００４３】
ヒートパイプ２と発光体３を接合した状態で、回路ユニット６（図１）から、ＤＣ２４Ｖ／１．２Ａ（約３０Ｗ）を供給すると、シリコン基板１３上のＬＥＤ素子２３の１個当たり、３．４Ｖ／２０ｍＡの電力が供給されて光束約２ｌｍの白色光が発生する。そして、発光体３から、光束約８４０ｌｍの白色光が放出される。このとき、発光体３において約２５Ｗの熱が発生するが、この熱は、ヒートパイプ２内に封入された蒸留水を介して速やかに天蓋１に伝熱され、伝熱面積の大きな天蓋１から外部に放散される。この結果、周囲温度が２５℃の場合、ＬＥＤ素子２３の温度は常時８０℃以下に保たれるようになる。、
本実施の形態によれば、光源としてＬＥＤ素子２３を用い、ＬＥＤ素子２３を有する発光体が、ヒートパイプ２の一端と接合され、さらに、ヒートパイプ２は、その内部を伝導した熱が外部に放散されるように天蓋１に延設されていることで、光源からの発熱が伝熱面積の大きな天蓋１を通じて効率よく外部に放散され、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を有しながら、照明装置の小型化を実現することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図８に、本実施の形態における照明装置を示す。図８（ａ）は照明装置の外観図であり、図８（ｂ）は照明装置の本体部の断面図である。
【００４５】
１０１は円錐面形状をしたアルミ製の天蓋（厚さ１０ｍｍ、高さ１５ｃｍ）であり、内壁材１０１ａと外壁材１０１ｂから構成されている。その他、実施の形態１と共通する部位については同じ符号を付してその説明を省略する。また、本実施の形態において、発光体３の構成と、発光体３から白色光が発生する機構については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４６】
図８に示すように、内壁材１０１ａと外壁材１０１ｂは、その間に外気に開放された空隙が形成されるように、互いに平行に設置されている。そして、その間にヒートパイプ２が螺旋状に配設されている。
【００４７】
本実施の形態によれば、照明装置の天蓋１０１の内部に外気と通じた空隙が形成され、その中にヒートパイプ２が配設されていることから、図中矢印で示すように、天蓋１０１の下部から外気が吸い込まれ、天蓋１０１の上部からヒートパイプ２により暖められた空気が排出されて対流が生じ、これにより、発光体３において発生した熱が、さらに効率良く外部に放散されるようになる。
【００４８】
なお、実施の形態１、２では、複数個のＬＥＤ素子２３が実装されたシリコン基板を用いて発光体を構成したが、例えば、図９に示すように、単一のＬＥＤ素子をサファイア基板に到達する分離溝６０で電気的に分離して、シリコン基板に複数個のＬＥＤ素子が実装された状態としても良い。これにより、ＬＥＤ素子の照明装置への実装時間が短縮され、同時に実装面積を縮小することも可能となる。
【００４９】
また、実施の形態１、２では、ヒートパイプを照明装置の天蓋に延設したが、照明装置の形状や大きさに応じて、光源からの発熱が効率よく放散される筐体や口金に延設しても良い。
【００５０】
また、実施の形態１、２では、光源にＬＥＤ素子を用いたが、その他、本発明は、半導体レーザやエレクトロルミネッセンスダイオード等の発熱量の大きな光半導体素子を光源に用いた照明装置に適用することで、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を実現しながら、照明装置の小型化を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、光源としてＬＥＤ素子等の光半導体素子を用いた照明装置において、光源からの発熱が、伝熱面積の大きな光反射体を通じて効率よく外部に放散されることで、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を有する小型の照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における照明装置の外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図２】 実施の形態１における照明装置の発光体の外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図３】 実施の形態１におけるシリコン基板の平面図（ａ）と断面図（ｂ）
【図４】 実施の形態１におけるＬＥＤ素子の外観図（ａ）とその実装状態を示す断面図（ｂ）
【図５】 実施の形態１におけるＬＥＤ素子の回路図
【図６】 実施の形態１におけるヒートパイプと発光体の接合状態を示す外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図７】 ヒートパイプと発光体の別の接合状態を示す外観図
【図８】 実施の形態２における照明装置の外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図９】 ＬＥＤ素子の別の実装状態を示す断面図
【符号の説明】
１、１０１ 天蓋
１ａ、１０１ａ 内壁材
１ｂ、１０１ｂ 外壁材
２ ヒートパイプ
３ 発光体
５ 反射面
６ 回路ユニット
７ 給電ケーブル
８ ソケット
９ 光束
１０ 電気ソケット
１１ 中央部電極
１２ ネジ部電極
１３ シリコン基板
１４ ヒートシンク
１５ エポキシ系樹脂
２１、３６ アノード電極
２１ａ アノード端子
２２、３７ カソード電極
２２ａ カソード端子
２３ ＬＥＤ素子
２３ａ ボンディングパッド
２４、３９ エポキシ系樹脂
２５ ＳｉＯ2膜
３０ サファイア基板
３１ ｎ型ＧａＮ層
３２ ｎ型ＡｌＧａＮ層
３３ 活性層
３４ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３５ ｐ型ＧａＮ層
３８ 金バンプ
４１ 雄ネジ
４２、４２ａ プラス電極
４３、４３ａ マイナス電極
５０ 配電ケーブル
５１ 凸部
５２ 孔
６０ 分離溝
１０１ａ 内壁材
１０１ｂ 外壁材
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色や白色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）を利用した照明装置に対して、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等か、それ以上の照度と長寿命化が期待されている。
【０００３】
ＬＥＤ素子は、一般に、φ３ｍｍ程度の砲弾型の樹脂パッケージに封止された形態や、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×１．６ｍｍ程度の表面実装型の樹脂パッケージに封止されて市販されている。そして、こうしたＬＥＤ素子を利用した照明装置が、足下灯や誘導灯として商品化されている。
【０００４】
従来の白熱電球（６０Ｗ）１個あたりの光束は、約８５０ｌｍ程度であるのに対し、白色のＬＥＤ素子１個あたりの光束は、約２ｌｍとかなり低いため、ＬＥＤによって、この白熱電球相当のランプを実現するには、照明装置１個当たり、４００個以上のＬＥＤ素子が必要となる。
【０００５】
ＬＥＤ素子を利用した一般照明用の照明装置において、ＬＥＤ素子１個の大きさは、０．３ｍｍ程度と極めて小さいため、例えば、ＬＥＤ素子を４００個、０．３ｍｍ間隔で平坦に敷き詰めて樹脂で封じ、十数ｍｍ角程度の大きさのパッケージ内に収納すれば、小型化は可能と考えられる。
【０００６】
ところが、ＬＥＤ素子からの発熱による、発光効率の低下と封止樹脂の劣化を防止するため、ＬＥＤ素子の実装間隔を広げる必要があることから、ＬＥＤ素子の実装領域が、ほぼ照明装置の大きさと等しくなっていた。このため、ＬＥＤ素子の交換に要する作業量が、照明装置自体の交換に要する作業量とほぼ等しくなり、その取扱いは極めて悪いものであった。
【０００７】
こうした問題に対して、例えば、特開２０００−３０５２１号公報に、ＬＥＤ素子を利用した照明装置の熱伝導素子として、真空状態のパイプ中に適量の蒸留水やアルコール類等の作動液を封入したヒートパイプを用いることにより、照明装置の放熱効率を高め、ＬＥＤ素子の実装領域を狭める技術が開示されている。
【０００８】
この技術によれば、ヒートパイプの一端に設けられた吸熱部がＬＥＤ素子の発熱によって加熱され、内部に封入された作動液が蒸発する。また、ヒートパイプの内部で圧力差が生じ、作動液がヒートパイプの他端に設けられた放熱部に移動して冷却され、冷却後の作動液が再度吸熱部に環流される。こうした熱力学的サイクルにより、一般的な放熱用銅板の数千倍の熱伝導率を実現し、照明装置の小型化を図っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この技術においては、ヒートパイプの放熱部に、別途放熱フィンを設ける必要がある等、照明装置の小型化を実現するに当たり、制約を生じていた。
【００１０】
また、ヒートパイプ自体の熱伝導性が極めて高く、銀蝋や半田の溶解が不十分となり易く、通常の溶接接合によってはヒートパイプを照明装置に固定することが困難となっていた。
【００１１】
本発明の目的は、従来技術におけるこのような問題点を解決し、光源として光半導体素子を利用した、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を有する小型の照明装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、光源を有する発光体と、光源から発生する光束を反射して外部に照射する光反射体とを備える。そして、当該光反射体は、その内部に外気に開放された空隙が形成されており、当該発光体は、管状又は平板状の熱伝導体の一端と接合され、当該熱伝導体は、その内部を伝導する熱が、光反射体の空隙から外部に放散されるように当該空隙に延設されている。
【００１３】
この構成により、光源からの発熱が、伝熱面積の大きな光反射体を通じて効率よく外部に放散され、照明装置の小型化が実現される。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、前記光反射体の内部に、外気に開放された空隙が形成され、当該空隙内に前記熱伝導体が延設されているのが好ましい。
【００１５】
この構成により、光源からの発熱が、伝熱面積の大きな光反射体を通じてさらに効率よく外部に放散される。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、発光体に接合された熱伝導体が、光反射体に設けられた凹部に嵌装されることで、当該光反射体に固定されていることが好ましい。
【００１９】
この構成により、銀蝋や半田を使用した溶接が不要となり、発光体に接合された熱伝導体を容易かつ安定に照明装置に固定することができる。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、熱伝導体が、内部に水、フレオン、又はアルコールが封入されたヒートパイプであって、当該ヒートパイプに沿って前記発光体に通電するための導線が付設されていることが好ましい。
【００２３】
この構成により、光反射体への熱伝導効率がさらに高められ、導線による照明装置の照度の低下が防止できる。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、ヒートパイプの先端部に設けられた凸部に、発光体に設けられた凹部が嵌合されることで、発光体がヒートパイプに固定されていることが好ましい。
【００２５】
この構成により、光源からの熱が効率的に熱伝導体に伝導されると共に、発光体とヒートパイプとの着脱も容易となり、発光体のみを簡単な操作により交換して照明装置を延命化することができる。
【００２６】
また、上記目的を達成するために、本発明の照明装置においては、ヒートパイプの先端部に第一の端子が、発光体の凹部内に第二の端子がそれぞれ設けられ、第一の端子と、第二の端子が電気的に接続されることで、発光体に通電されるように構成されていることが好ましい。
【００２７】
この構成により、ヒートパイプに発光体を着装することのみで光源と回路ユニットとの電気的接続が成立するようになり、発光体と回路ユニットとの電気的配線が容易になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態における照明装置を示す。図１（ａ）は照明装置の外観図であり、図１（ｂ）は照明装置の本体部の断面図である。
【００３０】
１は放物面形状をしたアルミ製の天蓋（厚さ０．５ｍｍ、高さ１５ｃｍ）であり、リベット（図示せず）で互いに固定された内壁材１ａと外壁材１ｂから構成されている。内壁材１ａの表面には白色の塗装がされ、反射面５が形成されている。２は内部に熱媒として蒸留水が封入されたヒートパイプ（φ８ｍｍ）であり、内壁材１ａと外壁材１ｂに螺旋状に設けられたガイド溝中に嵌装されている。なお、熱媒としては、蒸留水以外に、熱容量と熱伝導性の大きな液体、例えば、フレオン、アルコール類等も使用できる。これにより、銀蝋や半田を使用した溶接が不要となり、発光体に接合された熱伝導体を容易かつ安定に照明装置に固定することができる。
【００３１】
３はＬＥＤ素子が実装された発光体であり、ヒートパイプ２の先端部に固定され、天蓋１の放物面の焦点部分に配置されている。このため、発光体３から発生した光束９は反射面５によって効率よく反射されて外部に照射される。天蓋１の上部には、発光体３の駆動用回路ユニット６が設置されている。そして、照明装置の本体は、給電ケーブル７を介して、引掛け埋込みローゼット用ソケット８と接合されている。
【００３２】
図２（ａ）に、発光体３の外観図を示す。発光体３は、一辺の長さ１０ｍｍ、高さ１５ｍｍの正六角柱形状であり、その内部には雌ネジが切られて電気ソケット１０が形成されている。
【００３３】
図２（ｂ）に、発光体３の側面において一点鎖線Ａで示した部分（ネジ部の下部に相当する）における横断面図を示す。１１は中央部電極であり、１２はネジ部電極である。１３はＬＥＤ素子が実装されたシリコン基板（縦８ｍｍ×横６ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）であり、透光性を有するエポキシ系樹脂１５で被覆され、発光体３の各面内に１枚づつ配置され、発光体３に計６枚配置されている。透光性を有するエポキシ系樹脂１５としては、例えば、岸本産業社製、EpiFine（商品名）が使用できる。１４は絶縁性を有する、アルミナ微粒子を含むエポキシ樹脂製のヒートシンクであり、シリコン基板１３において、ＬＥＤ素子が実装された側と反対面側に接している。
【００３４】
図３（ａ）に、シリコン基板１３の平面図を示す。２３はＬＥＤ素子であり、所定の距離を置いて、シリコン基板１３上に複数個配置されている。２１、２２はそれぞれアノード電極、カソード電極であり、ここから給電がなされてＬＥＤ素子２３が駆動される。
【００３５】
図３（ｂ）に、シリコン基板１３の一点鎖線Ｂで示した部分における矢視断面図を示す。ＬＥＤ素子２３（縦０．３ｍｍ×横０．３ｍｍ×厚さ０．２ｍｍ）は、ボンディングパッド２３ａを介して、シリコン基板１３を被覆するＳｉＯ2膜２５（厚さ０．０２ｍｍ）上に固定されている。２４は透光性を有するエポキシ系樹脂であり、シリコン基板１３上のＬＥＤ素子２３を被覆して固定している。
【００３６】
図４（ａ）に、ＬＥＤ素子２３の斜視断面図を示す。サファイア基板３０上に、ｎ型ＧａＮバッファ層（図示せず）（厚さ３０ｎｍ）を介して、ｎ型ＧａＮ層３１（厚さ３μｍ）が形成されている。さらにその上から、ｎ型ＡｌＧａＮ層３２（厚さ５０ｎｍ）、ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる活性層３３（厚さ２０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層３４（厚さ５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層３５（厚さ０．１μｍ）がこの順で積層されている。また、ｐ型ＧａＮ層３５上にアノード電極３６、ｎ型ＧａＮ層３１をエッチングにより露出させた領域にカソード電極３７がそれぞれ配置されている。この状態でＬＥＤ素子２３を駆動すると、活性層３３から波長４７０ｎｍの青色光が発生する。
【００３７】
図４（ｂ）に、ＬＥＤ素子２３の実装状態を示す。ＬＥＤ素子２３は、アノード電極３６とカソード電極３７において、金バンプ３８とボンディングパッド２３ａを介してシリコン基板１３上に実装されている。３９は透光性を有するエポキシ系樹脂であり、その中に（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｅｕ）2ＳｉＯ4蛍光体が混入されている。活性層３３から発生した青色光は、サファイア基板３０を透過してエポキシ系樹脂３９に射出され、活性層３３からの青色光の一部が蛍光体によって波長５７０ｎｍの黄色光に変換される。これにより、エポキシ系樹脂３９において、青色光と黄色光が混ざり合い、発光体３から白色光が放出される。
【００３８】
なお、発光体３から白色光を発生させるに当たり、上述した構成の代りに、赤、緑、青色の各ＬＥＤ素子を用いても良いし、また、紫外の発光をするＬＥＤ素子と赤、緑、青色蛍光体を組み合わせて用いても良い。
【００３９】
図５に、シリコン基板１３上における、ＬＥＤ素子２３の回路配置図を示す。ＬＥＤ素子２３は、アノード端子２１ａとカソード端子２２ａに対して７直列、１０並列の状態で接続され、シリコン基板１３は、発光体３に６枚設置されているため、発光体３には、合計４２０個のＬＥＤ素子２３が実装されている。
【００４０】
図６（ａ）に、ヒートパイプ２と発光体３の接合状態の外観図を示す。５０は回路ユニット６（図１）に接続された配電ケーブルである。このように、ヒートパイプ２の先端の雄ネジ４１と発光体３の電気ソケット１０とが接続される。これにより、ヒートパイプ２と発光体３との接触面積が増え、光源からの熱が効率的に熱伝導体に伝導されると共にヒートパイプと発光体との着脱も容易となり、照明装置を延命化することができる。
【００４１】
なお、ヒートパイプ２と発光体３は、こうしたネジを利用した接合以外に、例えば、図７に示すように、ヒートパイプ２側に設けた突起５１を、発光体３に設けた孔５２と嵌合させ、この後ヒートパイプ２を回転して接合しても良い。これにより、ヒートパイプと発光体との着脱がさらに容易となり、発光体のみを簡単な操作により交換できる。
【００４２】
図６（ｂ）に、ヒートパイプ２と発光体３の接合状態の断面図を示す。ヒートパイプ２側において、４２はプラス電極、４３はマイナス電極であり、それぞれ回路ユニット６（図１）から引き出されたプラス用とマイナス用の配電ケーブル５０と接続されている。また、発光体３において、４２ａはプラス電極、４３ａは電気ソケット１０を兼ねたマイナス電極であり、それぞれシリコン基板１３のアノード電極２１、カソード電極２２（図３）と接続されている。ヒートパイプ２と発光体３が接合されると、ヒートパイプ２側のプラス電極４２、マイナス電極４３は、それぞれ発光体３のプラス電極４２ａ、マイナス電極４３ａと接続される。これにより、ヒートパイプに発光体を着装することのみで発光体３と回路ユニット６との電気的接続が成立するようになり、発光体３と回路ユニット６との電気的配線が容易になる。
【００４３】
ヒートパイプ２と発光体３を接合した状態で、回路ユニット６（図１）から、ＤＣ２４Ｖ／１．２Ａ（約３０Ｗ）を供給すると、シリコン基板１３上のＬＥＤ素子２３の１個当たり、３．４Ｖ／２０ｍＡの電力が供給されて光束約２ｌｍの白色光が発生する。そして、発光体３から、光束約８４０ｌｍの白色光が放出される。このとき、発光体３において約２５Ｗの熱が発生するが、この熱は、ヒートパイプ２内に封入された蒸留水を介して速やかに天蓋１に伝熱され、伝熱面積の大きな天蓋１から外部に放散される。この結果、周囲温度が２５℃の場合、ＬＥＤ素子２３の温度は常時８０℃以下に保たれるようになる。、
本実施の形態によれば、光源としてＬＥＤ素子２３を用い、ＬＥＤ素子２３を有する発光体が、ヒートパイプ２の一端と接合され、さらに、ヒートパイプ２は、その内部を伝導した熱が外部に放散されるように天蓋１に延設されていることで、光源からの発熱が伝熱面積の大きな天蓋１を通じて効率よく外部に放散され、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を有しながら、照明装置の小型化を実現することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図８に、本実施の形態における照明装置を示す。図８（ａ）は照明装置の外観図であり、図８（ｂ）は照明装置の本体部の断面図である。
【００４５】
１０１は円錐面形状をしたアルミ製の天蓋（厚さ１０ｍｍ、高さ１５ｃｍ）であり、内壁材１０１ａと外壁材１０１ｂから構成されている。その他、実施の形態１と共通する部位については同じ符号を付してその説明を省略する。また、本実施の形態において、発光体３の構成と、発光体３から白色光が発生する機構については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４６】
図８に示すように、内壁材１０１ａと外壁材１０１ｂは、その間に外気に開放された空隙が形成されるように、互いに平行に設置されている。そして、その間にヒートパイプ２が螺旋状に配設されている。
【００４７】
本実施の形態によれば、照明装置の天蓋１０１の内部に外気と通じた空隙が形成され、その中にヒートパイプ２が配設されていることから、図中矢印で示すように、天蓋１０１の下部から外気が吸い込まれ、天蓋１０１の上部からヒートパイプ２により暖められた空気が排出されて対流が生じ、これにより、発光体３において発生した熱が、さらに効率良く外部に放散されるようになる。
【００４８】
なお、実施の形態１、２では、複数個のＬＥＤ素子２３が実装されたシリコン基板を用いて発光体を構成したが、例えば、図９に示すように、単一のＬＥＤ素子をサファイア基板に到達する分離溝６０で電気的に分離して、シリコン基板に複数個のＬＥＤ素子が実装された状態としても良い。これにより、ＬＥＤ素子の照明装置への実装時間が短縮され、同時に実装面積を縮小することも可能となる。
【００４９】
また、実施の形態１、２では、ヒートパイプを照明装置の天蓋に延設したが、照明装置の形状や大きさに応じて、光源からの発熱が効率よく放散される筐体や口金に延設しても良い。
【００５０】
また、実施の形態１、２では、光源にＬＥＤ素子を用いたが、その他、本発明は、半導体レーザやエレクトロルミネッセンスダイオード等の発熱量の大きな光半導体素子を光源に用いた照明装置に適用することで、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を実現しながら、照明装置の小型化を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、光源としてＬＥＤ素子等の光半導体素子を用いた照明装置において、光源からの発熱が、伝熱面積の大きな光反射体を通じて効率よく外部に放散されることで、従来の白熱電球やハロゲン電球と同等以上の照度を有する小型の照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における照明装置の外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図２】 実施の形態１における照明装置の発光体の外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図３】 実施の形態１におけるシリコン基板の平面図（ａ）と断面図（ｂ）
【図４】 実施の形態１におけるＬＥＤ素子の外観図（ａ）とその実装状態を示す断面図（ｂ）
【図５】 実施の形態１におけるＬＥＤ素子の回路図
【図６】 実施の形態１におけるヒートパイプと発光体の接合状態を示す外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図７】 ヒートパイプと発光体の別の接合状態を示す外観図
【図８】 実施の形態２における照明装置の外観図（ａ）と断面図（ｂ）
【図９】 ＬＥＤ素子の別の実装状態を示す断面図
【符号の説明】
１、１０１ 天蓋
１ａ、１０１ａ 内壁材
１ｂ、１０１ｂ 外壁材
２ ヒートパイプ
３ 発光体
５ 反射面
６ 回路ユニット
７ 給電ケーブル
８ ソケット
９ 光束
１０ 電気ソケット
１１ 中央部電極
１２ ネジ部電極
１３ シリコン基板
１４ ヒートシンク
１５ エポキシ系樹脂
２１、３６ アノード電極
２１ａ アノード端子
２２、３７ カソード電極
２２ａ カソード端子
２３ ＬＥＤ素子
２３ａ ボンディングパッド
２４、３９ エポキシ系樹脂
２５ ＳｉＯ2膜
３０ サファイア基板
３１ ｎ型ＧａＮ層
３２ ｎ型ＡｌＧａＮ層
３３ 活性層
３４ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３５ ｐ型ＧａＮ層
３８ 金バンプ
４１ 雄ネジ
４２、４２ａ プラス電極
４３、４３ａ マイナス電極
５０ 配電ケーブル
５１ 凸部
５２ 孔
６０ 分離溝
１０１ａ 内壁材
１０１ｂ 外壁材
Claims (6)
- 光源を有する発光体と、前記光源から発生する光束を反射して外部に照射する光反射体とを備えた照明装置であって、前記光反射体は、その内部に外気に開放された空隙が形成されており、前記発光体は、管状又は平板状の熱伝導体の一端と接合され、
当該熱伝導体は、その内部を伝導する熱が、前記光反射体の前記空隙から外部に放散されるように前記空隙に延設されていることを特徴とする照明装置。 - 前記熱伝導体が、前記光反射体に設けられた凹部に嵌装されることで、当該光反射体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 前記熱伝導体が、内部に水、フレオン、又はアルコールが封入されたヒートパイプであって、当該ヒートパイプに沿って前記発光体に通電するための導線が付設されていることを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の照明装置。
- 前記ヒートパイプの先端部に設けられた凸部に前記発光体に設けられた凹部が嵌合されることで、前記発光体が前記ヒートパイプに固定されることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
- 前記ヒートパイプの先端部に設けられたネジと前記発光体に設けられたネジ孔が螺合されることで、前記発光体が前記ヒートパイプに固定されることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
- 前記ヒートパイプの先端部に第一の端子が、前記発光体の凹部内に第二の端子がそれぞれ設けられ、前記第一の端子と、前記第二の端子が電気的に接続されることで、前記発光体に通電されるようにしたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の照明装置。
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