JP4337310B2 - Led点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、LED素子を光源として使用したLED点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のLED点灯装置としては、特開2001−243809に開示されたものがあり、図9はその一部を切り欠いた側面図である。このLED点灯装置は、給電機能を備え、開口部を有した有底円筒状の口金11と、基端の開口部から先端の開口部にむけてラッパ状に広がり、基端の開口部が口金11の開口部の内部壁面に絶縁体を介して取付けられた放熱手段、具体的には、ラッパ状金属放熱部12と、ラッパ状金属放熱部12の基端の開口部よりやや先端側の内面にリング状に設けられた絶縁性を有する高熱伝導部材14と、高熱伝導部材14に基端が固着されラッパ状金属放熱部12の内側に設けられたLED実装基板、具体的には、筒状金属基板18と、筒状金属基板18に実装されたLED素子1と、筒状金属基板18の内側に設けられた交流を直流に変換する直流電源回路4と、直流電源回路4が取付けられ筒状金属基板18に固定された取付け板10と、LED素子1を覆うようにしてラッパ状金属放熱部12の先端の開口部に取付けられた透光性の透光性カバー16と、を備えて構成されている。
【0003】
筒状金属基板18を詳しく述べると、筒状金属基板18は、基端が口金11に開口した有底筒状をなした金属基板であり、この筒状金属基板18の先端部分の外面にLED素子1が実装されている。
【0004】
このLED点灯装置を点灯させるとLED素子1が光を放射し所定の照度が得られる。また、これと同時にLED素子1や直流電源回路4からは、熱が発生する。しかし、LED素子1から発生した熱は、透光性カバー16やラッパ状金属放熱部12と筒状金属基板18の間に形成された空間Yで生じる気体の対流により、透光性カバー16やラッパ状金属放熱部12を介して外部に放熱されるほか、筒状金属基板18から高熱伝導部材14を介してラッパ状金属放熱部12に伝達され外部に放熱される。また、直流電源回路4から発生した熱は、筒状金属基板18から高熱伝導部材14を介してラッパ状金属放熱部12に伝達され外部に放熱されるほか、筒状金属基板18の内部の空間Xで生じる気体の対流により口金1を通じて外部に放熱されたり、筒状金属基板18から空間Yに放熱されたりする。このようにして、LED素子1や直流電源回路4の熱が外部に放出され、LED素子1や直流電源回路4に使われている部品の許容温度を超えない範囲で使用されている。
【0005】
また、このものを電球形状からスポットライトの形状にした場合は、図10のようなものが考えられる。このLED点灯装置は、LED素子1が実装されたLED実装基板2と、商用電源を受けて所定の直流電圧を出力する直流電源回路4と、LED実装基板2と直流電源回路4とを収納する片面に開口を有した円筒状のカバー5とカバーの開口面に取付けられたレンズ7と、を備えて構成させている。
【0006】
このLED点灯装置を点灯させるとLED素子1が光を放射し所定の光束が得られる。また、これと同時にLED素子1や直流電源回路4からは、熱が発生する。しかし、LED素子1から発生した熱は、レンズ7とカバー5とLED実装基板2との間に形成された空間で生じる気体の対流により、レンズ7とカバー5を介して外部に放熱されるほか、LED実装基板2からカバー5に伝達され外部に放熱されたり、LED実装基板2とカバー5と直流電源回路4との間に形成された空間Xで生じる気体の対流により、外部に放熱される。また、直流電源回路4から発生した熱は、前記と同様に空間Xで生じる気体の対流により、外部に放熱されるほか、直流電源回路4からカバー5に伝達され外部に放熱される。このようにして、LED素子1や直流電源回路4から発生した熱が外部に放出され、LED素子1や直流電源回路4に使われている部品の温度を所定の値に下げている。
【0007】
さらに、直流電源回路4は、備えてはいないが、LED素子1から生じた熱を放熱するものとしては、特開2002−93206に開示されたもののように、LED素子1が実装されたプリント基板の裏面に絶縁シートを介して、アルミ放熱フィンなどの放熱手段を設けた構成のものがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したLED点灯装置は、LED素子1と直流電源回路4とが、空間Xを介して互いに熱的に影響を及ぼしあっている。例えば、LED点灯装置の光出力を増加させるために、LED素子1の数を増やすことやLED素子1に流す電流を増やすことなどを行うと、LED素子1の発熱量が増え、この熱が直流電源回路4に影響を及ぼすことがあった。また、直流電源回路4は、LED素子1に供給する電流を増加させる必要があるため、自身の発熱量が増え、この熱が、空間Xを介し金属基板18やLED実装基板2に伝わり、それに実装されたLED素子1の温度を上げることがあった。
【0009】
さらに、図10のものにおいては、LED素子1の温度を下げるためにLED実装基板2にアルミ放熱フィンなどの放熱手段を設けても空間Xの温度が上がってしまう。このため直流電源回路4の温度も上がってしまうので、直流電源回路4は、より熱的ストレスの強いものを使用する必要があった。
【0010】
このようにLED素子1の発熱量が増えるとその熱は、直流電源回路4に影響を及ぼし、また、直流電源回路4からの熱もLED素子1に影響を及ぼし合ってしまう。従って、LED素子1から発生した熱を効率よく外部に放熱し、さらに、LED素子1と直流電源回路4とが、お互いに影響を及ぼしあうことの少ないものに改善する余地があった。
【0011】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、LED素子から発生する熱をより効率良く外部に放熱することができ、直流電源回路への熱の影響も緩和できるLED点灯装置を供給することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、LED素子が実装されたLED実装基板と、LED実装基板に直接接して設けられ、所定の面積を有する放熱手段と、商用電源を受けて所定の直流電圧を出力する直流電源回路と、前記LED実装基板と放熱手段と直流電源回路とを収納するカバーと、を備えたLED点灯装置において、前記カバーは、LED実装基板と放熱手段とを収納する光源部収納カバーと、直流電源回路を収納する電源部収納カバーと、により分離するように構成され、光源部収納カバーが熱伝達手段であるとともに,前記放熱手段の面積よりも大きい板状の底板を有し、かつ、前記放熱手段及び前記カバーに直接接する熱伝達手段を設け,さらに底板の周囲を前記カバーに直接接したことを特徴とする。
【0015】
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記光源部収納カバーの一部が放熱手段であることを特徴とする。
【0017】
請求項3に係る発明は、請求項1乃至2において、前記放熱手段とLED素子とは、熱伝導性のよい接着剤を介して接合させたことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態を図1〜図4を用いて説明する。図1はLED点灯装置の断面図、図2は熱伝達手段の図で図2(a)は正面図、図2(b)はその一部を切り欠いた側面図、図3はレンズの正面図、図4はLED実装基板で図4(a)は正面図、図4(b)は側面図である。
【0019】
このLED点灯装置は、LED素子1が実装されたLED実装基板2と、LED実装基板2に設けられた放熱手段3と、商用電源を受けて所定の直流電圧を出力する直流電源回路4と、LED実装基板2と放熱手段3と直流電源回路4とを収納するカバー5とカバーの開口面に取付けられたレンズ7と、を備えて構成されている。
【0020】
LED素子1は、チップ素子とワイヤーボンディングと蛍光体とからなる、順方向のON電圧が3.6Vの青色発光ダイオードである。チップ素子は、底面が0.5mm×0.5mmで高さ0.3mmの直方体で、下層の絶縁層と上層の半導体層とで形成されている。上層の半導体層には、その対角方向にアノードとカソードの電極が配置され、その各々からワイヤーボンディングにより、LED実装基板2に配線がなされている。
【0021】
LED実装基板2は、熱伝導のよいプリント配線板を円板状に加工したもので12ケのLED素子1とこれを制御する電子部品20(トランジスタ、抵抗、コンデンサ、ダイオードなどのチップ部品)がその一面に図4のように実装されている。このLED実装基板2へのLED素子1の実装をさらに詳しく述べると、LED素子1は、LED実装基板2に、チップ素子よりも深く、すり鉢状に設けられた窪みの底の部分に、接着剤を介して実装されている。つまりチップ素子の絶縁層が接着剤と接合されて実装される。そして、チップ素子を覆うように、光を青から白に変えることのできる蛍光体が、LED実装基板2に設けられた窪みに充填されている。
【0022】
放熱手段3は、アルミなどの金属材料をLED実装基板2と略同等の円板状に加工したもので、LED素子1が放熱されやすいよう、LED実装基板2の裏面にLED実装基板2と一体化して取付けられている。
【0023】
直流電源回路4は、商用電源のAC100Vを入力して直流の24Vを出力するもので、LED実装基板2と略同等の円板状をなしたプリント配線板に実装されている。また、カバー5は、樹脂材料により上方に開口部を有した略有底円筒状に形成され、その底面部の下側には商用電源を受ける電源端子台が設けられており、底面部の中央には、電源端子台からの電源線を引き込む孔が設けられている。そして、カバー5の底面部と開口との略中間部分には、直流電源回路4が取付けられ、その上方には、LED実装基板2と放熱手段3とがLED実装面を上にして取付けられている。そして、カバー5の開口部には、レンズ7が取付けられている。
【0024】
ここで重要なことは、放熱手段3の熱をカバーに伝達し得る熱伝達手段6を設けたことである。具体的には、この熱伝達手段6は、アルミなどの金属材料を加工したもので放熱手段3と直流電源回路4との間に設けている。そして、熱伝達手段6は、図2に示すように、放熱手段3より一回り大きい円板状をなし、その中央には直流電源回路4からの電源供給線を通すための孔が設けられた底板6aと、底板6aの周囲に立ち上がった壁部6bと、壁部6bの対向する位置に設けられたカバー5への取付け固定部6cと、により構成している。そして、熱伝達手段6の壁部6b側の底板6aには、LED実装基板2と一体化された放熱手段3を取付けている。
【0025】
このように構成したLED点灯装置を点灯させると、LED素子1が光を放射し所定の光束が得られる。また、これと同時にLED素子1や直流電源回路4からは、熱が発生する。しかし、LED素子1から発生した熱は、レンズ7とカバー5とLED実装基板2との間に形成された空間で生じる気体の対流により、レンズ7とカバー5を介して外部に放熱されるほか、LED実装基板2から放熱手段3を経由して、熱伝達手段6に伝わり、熱伝達手段6の壁部6b並びに取付け固定部6cよりカバー5を通じて外部に放熱されたり、熱伝達手段6とカバー5と直流電源回路4との間に形成された空間Xで生じる気体の対流により、外部に放熱される。
【0026】
この実施の形態によると、底板6aの周囲に立ち上がった壁部6bを有した熱伝達手段6を取付け固定部6cによりカバー5に取付けることにより、従来、LED実装基板2を直接カバー5に取付けしていたものに比べ、カバー5との接触面積が増加するので、LED実装基板2からの熱は、より効率よくカバー5に伝達され放熱される、また、壁部6bをLED素子側に設けたこと並びに放熱手段3と直流電源回路4との間に熱伝達手段6を設けたことにより、LED素子1からの熱が直流電源回路4に伝わりにくくなっている。この結果、LED素子1から発生する熱をより効率良く外部に放熱することができるので、LED素子1の温度が下がり、直流電源回路4への熱の影響も緩和できる。
なお、LED実装基板2にLED素子1が貫通するLED実装孔を設け、LED素子1を熱伝導性のよい接着剤を介して放熱手段3に接合し、実装してもよい。これにより、LED素子1の熱がよりすみやかに放熱手段3に伝わり、よりLED素子1の温度を低くすることができる。
【0027】
また、図5は、第1の実施の形態の応用例で、図はLED点灯装置の断面図である。この応用例は、前述した、熱伝達手段6の構成を変えたものである。すなわち熱伝達手段6は、放熱手段3の近傍に位置するカバー5から連設された連設部により形成されている。そして、カバー5全体を熱伝導のよいアルミ材などの金属材料で構成している。この応用例によると、構成部材の部品点数が削減でき、カバー5全体をアルミ材などの金属材料で構成したので、第1の実施の形態で説明したものよりLED点灯装置としての放熱性が上がるので、LED素子1と直流電源回路4との温度をさらに下げることができる。
【0028】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態を図6、図7を用いて説明する。図6はLED点灯装置の断面図、図7は、このものを分離した側面図である。このものは、第1の実施の形態におけるカバー5の形状を変えたものである。図において、カバー5は、LED実装基板2と放熱手段3とを収納する光源部収納カバー5aと、直流電源回路4を収納する電源部収納カバー5bと、により構成され、熱伝達手段6を光源部収納カバー5aにて形成している。
【0029】
光源部収納カバー5aは、熱伝導のよいアルミ材などの金属材料により上方に開口部を有した略有底円筒状に形成され、その底面部の中央には直流電源回路4からの電源供給線を通すための孔が設けられている。そして、この底面部にLED実装基板2と一体化された放熱手段3がLED実装面を上にして取付けられている。また光源部収納カバー5aの開口部には、レンズ7が取付けられている。
【0030】
電源部収納カバー5bは、樹脂材料により上面部と底面部を有した略円筒状に形成され、底面部の下側には商用電源を受ける電源端子台が設けられており、その中央には、電源端子台からの電源線を引き込む孔が設けられている。そして、カバー5の内部、上方には、直流電源回路4が取付けられており、その中央には直流電源回路4の電源供給線を通すための孔が設けられている。その他の第1の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【0031】
このように構成されたLED点灯装置を点灯させるとLED素子1が光を放射し所定の照度が得られる。また、これと同時にLED素子1や直流電源回路4からは、熱が発生する。しかし、LED素子1から発生した熱は、レンズ7とカバー5とLED実装基板2との間に形成された空間で生じる気体の対流により、レンズ7とカバー5を介して外部に放熱されるほか、LED実装基板2から放熱手段3を経由して、光源部収納カバー5aの底面部で形成された熱伝達手段6に伝わり、光源部収納カバー5aを通じて外部に放熱される。
【0032】
この実施の形態によると、従来、LED実装基板2を直接カバー5に取付けしていたものに比べ、カバー5との接触面積が増加するので、LED実装基板2からの熱は、より効率よくカバー5に伝達され外部に放熱される、従って、LED素子1の温度が下がり、直流電源回路4への熱の影響も緩和できる。また、ケース5をLED実装基板2と放熱手段3とを収納する光源部収納カバー5aと、直流電源回路4を収納する電源部収納カバー5bと、に分離したことにより、第1の実施の形態で説明したものよりもさらに、LED素子1からの熱が直流電源回路4に伝わりにくくなっている。
【0033】
なお、図8は第2の実施の形態の応用例で、図はLED点灯装置の断面図である。この応用例は、前述した、光源部収納カバー5aの底面部を変えたものである。図において、光源部収納カバー5aの底面部は、放熱手段3により構成され、これが光源部収納カバー5aの側面に固定されている。
【0034】
この応用例によると、光源部収納カバー5aの放熱部材の使用量を削減できる。
【0035】
【発明の効果】
請求項1記載の発明にあっては、LED素子が実装されたLED実装基板と、LED実装基板に直接接して設けられ、所定の面積を有する放熱手段と、商用電源を受けて所定の直流電圧を出力する直流電源回路と、前記LED実装基板と放熱手段と直流電源回路とを収納するカバーと、を備えたLED点灯装置において、前記カバーは、LED実装基板と放熱手段とを収納する光源部収納カバーと、直流電源回路を収納する電源部収納カバーと、により分離するように構成され、光源部収納カバーが熱伝達手段であるとともに,前記放熱手段の面積よりも大きい板状の底板を有し、かつ、前記放熱手段及び前記カバーに直接接する熱伝達手段を設け,さらに底板の周囲を前記カバーに直接接したことにより、LED実装基板とカバーとの接触面積が増加するので、LED素子から発生する熱がより効率よく外部に放熱される。また,LED素子からの熱が直流電源回路に伝わりにくくなり、直流電源回路への熱の影響が緩和できる。この結果、LED素子の温度が下がり、直流電源回路への熱の影響も緩和することができる。
【0038】
請求項2記載の発明にあっては、前記光源部収納カバーの一部が放熱手段であることにより、請求項1に記載の効果を奏するうえに、構成部材の部品点数が削減できる。
【0040】
請求項3記載の発明にあっては、前記放熱手段とLED素子とは、熱伝導性のよい接着剤を介して接合させたことにより、請求項1乃至請求項2に記載した効果を奏するうえに、LED素子の熱がよりすみやかに放熱手段に伝わるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るLED点灯装置の断面図である。
【図2】同上のLED点灯装置の熱伝達手段を示す図で、図2(a)は正面図、図2(b)は一部を切り欠いた側面図である。
【図3】同上のLED点灯装置のレンズの正面図である。
【図4】同上のLED点灯装置のLED実装基板を示す図で、図4(a)は正面図、図4(b)は側面図である。
【図5】同上のLED点灯装置の応用例を示す断面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係るLED点灯装置の断面図である。
【図7】同上のLED点灯装置を分離した側面図である。
【図8】同上のLED点灯装置の応用例を示す断面図である。
【図9】第1の従来例に係るLED点灯装置の一部を切り欠いた側面図である。
【図10】第2の従来例に係るLED点灯装置の断面図である。
【符号の説明】
1 LED素子
2 LED実装基板
3 放熱手段
4 直流電源回路
5 カバー
5a 光源部収納カバー
5b 電源部収納カバー
6 熱伝達手段
7 レンズ
Claims (3)
- LED素子が実装されたLED実装基板と、LED実装基板に直接
接して設けられ、所定の面積を有する放熱手段と、商用電源を受けて所定の直流電圧を出力する直流電源回路と、前記LED実装基板と放熱手段と直流電源回路とを収納するカバーと、を備えたLED点灯装置において、前記カバーは、LED実装基板と放熱手段とを収納する光源部収納カバーと、直流電源回路を収納する電源部収納カバーと、により分離するように構成され、光源部収納カバーが熱伝達手段であるとともに,前記放熱手段の面積よりも大きい板状の底板を有し、かつ、前記放熱手段及び前記カバーに直接接する熱伝達手段を設け,さらに底板の周囲を前記カバーに直接接したことを特徴とするLED点灯装置。 - 前記光源部収納カバーの一部が放熱手段であることを特徴とする請求項1記載のLED点灯装置。
- 前記放熱手段とLED素子とは、熱伝導性のよい接着剤を介して接合させたことを特徴とする請求項1乃至2記載のLED点灯装置。
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