JP5376264B2 - Led電球及び照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、LEDを光源とするLED電球及び照明器具に関する。
発光ダイオード(LED)の発光効率の向上により、一般照明用あるいは装飾用の光源としてLEDを採用する電球形ランプや点灯ユニット等のLED電球が商品化されてきている。特に、電球代替えを目的とした電球口金付きで、ガラスバルブ内にLEDを配置するとともに、内部に点灯回路を設けた一体型のLED電球の開発が行われている(例えば、特許文献1参照)。この場合、白色光を得るにあたり、青色LED素子を光源とし黄色蛍光体を通して白色光を得るようにしている。そのため、青色LED素子を封止体で封止し青色LED素子の近傍に黄色蛍光体を一体形成している。
図7は複数の青色LED素子と黄色蛍光体とを一体形成したLEDモジュールを光源とするLED電球の一例を示す正面図である。複数のLEDが面実装されたLEDモジュール11は、放熱部12の放熱板13に接触して取り付けられている。また、放熱部12の放熱板13には、LEDモジュール11を覆ってグローブ14が取り付けられ、LEDモジュール11のLEDからの放射光を外部に出射する。一方、放熱部12のグローブ14の反対側には絶縁部材15を介して口金16が取り付けられている。放熱部12の内部は中空となっており、この放熱部12の中空部にLEDを点灯する点灯回路が内蔵されている。LEDモジュール11のLEDの熱は放熱板13を通って放熱部12の外表面に伝熱され放熱される。
図8は図7に示したLED電球のLEDモジュール11の構成図である。LEDモジュール11は、平板状の直方体の基板18の一面に複数の青色LED素子19が面実装され、側面部から配線20が引き出されている。そして、青色LED素子19の前面部には透明樹脂からなるコーティング層21が形成されており、このコーティング層21の中に黄色蛍光体22が分散されている。黄色蛍光体22は、青色LED素子19からの光を黄色蛍光体22を通して出射しLEDモジュール11として白色光を得るようにしている。LEDモジュール11は、LEDモジュール11の青色LED素子19が面実装された面をグローブ14側の向きにして放熱部12の放熱板13に配置される。
一方、LEDを封止部材で封止し、LEDに近接して蛍光体を含む塗料を塗布したLED電球としては、真空引きして密閉したガラスバルブ内にLEDを設置し、蛍光体層はガラスバルブの内面に塗布してLEDと組み合わせる前の工程で蛍光体層を焼成して蛍光体以外の成分を取り除くようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。これにより、封止部材の劣化や蛍光体の劣化を抑制するとともに透過率の低下や着色による色ズレを抑制する。
特開2006−313717号公報 特開2005−5546号公報
しかし、特許文献1の電球代替えを目的としたLED電球の場合、光源として例えば複数のパワーLEDを使用しても数W程度であり、電球の明るさを確保するのは容易ではない。一般電球のような配光を得て照度を保つためには、複数のLEDを採用してランプ全体を光らせる必要がある。そうした場合には、LEDの個数が増え高価となる。
また、図7に示したLED電球では、青色LED素子を封止体で封止し青色LED素子の前面部に黄色蛍光体を一体形成しているので、青色LED素子からの光の一部が黄色蛍光体で拡散し、LEDモジュールからの白色光の取り出し効率が低下する。また、青色LED素子の放熱が黄色蛍光体により阻害されLEDモジュール11の温度が上昇し、黄色蛍光体の白色光への変換効率が低下する。これらにより、LEDモジュールの発光効率が低下する。
一方、特許文献2のものでは、蛍光体層はガラスバルブの内面に塗布しているので、LEDからの熱による蛍光体の劣化を抑制でき、また、LEDから発生した紫外線はほとんどロスすることなく蛍光体層に到達するので周囲環境の影響も受けにくいものであるが、複数のLEDを採用したものではないので、LEDからの熱による発光効率の低下についての考慮がない。
本発明の目的は、LEDモジュールを光源とし、LED素子からの熱を効率的に放熱でき、発光効率を高めたLED電球及び照明器具を提供することである。
請求項1の発明に係るLED電球は、LEDモジュールと;一端側に取付面を備え、この取付面にLEDモジュールが取り付けられた基体部と;LEDモジュールを覆って基体部の一端に取り付けられたグローブと;基体部に設けられ、取付面よりも一端側に向けて立上り、かつ、少なくとも一部がグローブの内部および外部の空間に接するように、グローブの肉厚方向に亘って設けられてグローブの内部と外部とを繋ぐ放熱フィンと;LEDモジュールのLEDを点灯する点灯回路と;基体部の他端側に設けられ点灯回路と電気的に接続された口金と;を具備していることを特徴とする。
請求項2の発明に係るLED電球は、LEDモジュールと;一端側に取付面を備え、この取付面にLEDモジュールを取付けられた基体部と;LEDモジュールを覆って基体部の一端に取り付けられたグローブと;基体部に設けられ、取付面よりも一端側に沿って立上り、少なくとも一部がグローブの内部にグローブの肉厚方向に亘って挿入されてグローブの内部空間と外部の空間とを接続する複数個の放熱フィンと;LEDモジュールのLEDを点灯する点灯回路と;基体部の他端側に設けられ点灯回路と電気的に接続された口金と;を具備していることを特徴とする。
請求項3の発明に係る照明器具は、請求項1または2記載のLED電球と;このLED電球が装着された器具本体と;を具備していることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、放熱フィンによりグローブの内部と外部とを繋ぐことにより点灯中の放熱効果を向上させることが可能になる。
請求項2の発明によれば、複数個の放熱フィンがグローブの内部空間と外部の空間とを接続するので、点灯中の放熱効果を向上させることが可能になる。
請求項3の発明によれば、請求項1または2の効果を有する照明器具を提供できる。
本発明の参考例となるLED電球の一例を示す正面図。 図1に示したLED電球のLEDモジュールの構成図。 図1に示した参考例のLED電球及び図7に示した従来例のLED電球の試験データのグラフ。 本発明の参考例となるLED電球の他の一例を示す正面図。 本発明の参考例となるLED電球の別の他の一例を示す正面図。 本発明の実施の形態に係るLED電球を示す正面図。 複数の青色LED素子と黄色蛍光体とを一体形成したLEDモジュールを光 源とする従来のLED電球の一例を示す正面図。 図7に示したLED電球のLEDモジュールの構成図。
図1は本発明の参考例に係るLED電球の一例を示す正面図である。この参考例は、図7に示した従来例に対し、黄色蛍光体22をグローブ14に塗布して、光源部であるLEDモジュール11Aの青色LED素子と黄色蛍光体22とを分離したものである。図7と同一要素には同一符号を付して説明する。
LEDモジュール11Aは、黄色発光体が一体形成されていない複数の青色LED素子が面実装されたLEDモジュールであり、青色LED素子の発光により青色光を放射する。LEDモジュール11Aは、基体部としての放熱部12の放熱板13に接触して取り付けられ、放熱部12の放熱板13には、LEDモジュール11Aを覆ってグローブ14が取り付けられている。グローブ14の内表面には黄色発光体22が塗布され、LEDモジュール11Aの青色LED素子からの青色光を黄色発光体22で白色光に変換しグローブ14の外部に白色光が放射される。
なお、グローブ14の外観形状は、ほぼ球体形状となっているが、回転楕円体形状を一部に有するものを採用してもよい。この回転楕円体形状グローブを用いる場合には、LED電球の中心軸を回転軸とし、この回転軸に楕円の短軸が位置するような向きの回転体形状にすると、LED電球の側方に配光が広がるため、LED電球を横置き(水平配設)するダウンライト等の照明器具に適用する際に有利である。
一方、放熱部12のグローブ14の反対側には合成樹脂製の絶縁部材15が設けられており、この絶縁部材15を介して口金16が取り付けられている。放熱部12の内部は中空となっており、この放熱部12の中空部に青色LED素子を点灯する点灯回路が内蔵されている。放熱部12の側面部には複数の放熱フィン17が設けられ、LEDモジュール11Aの青色LED素子の熱は放熱板13を介して複数の放熱フィン17に伝熱され、複数の放熱フィン17から放熱される。
図2は図1に示したLED電球のLEDモジュール11Aの構成図である。LEDモジュール11Aは、平板状の直方体の基板18の一面に複数の青色LED素子19が面実装されて構成され、側面部から配線20が引き出されている。LEDモジュール11Aは、LEDモジュール11Aの青色LED素子19が面実装された面をグローブ14側の向きにして放熱部12の放熱板13に配置される。
図3は、図1に示した本発明の参考例のLED電球及び図7に示した従来例のLED電球の試験データのグラフである。曲線S1は本発明の参考例によるLED電球の光束、曲線S2は従来のLED電球の光束を示している。
本発明の参考例によるLED電球(青色LED素子モジュール11A/黄色蛍光体グローブ方式)と、従来のLED電球(白色LEDモジュール11/シリカグローブ方式)とを用意した。すなわち、試験用LEDモジュールとして、大きさが約23mmのアルミ基板で、LEDとしてミドルチップ30p(30個のLED)が配列されたものを用意した。そして、一方は青色LED素子モジュール11A(黄色蛍光体なし)、他方は白色LEDモジュール11(黄色蛍光体あり)を用意し、青色LED素子モジュール11A及び白色LEDモジュール11を同時に点灯した。
点灯時点のグローブ14からの光束を測定し比較すると、本発明の参考例によるLED電球の光束を100%としたとき、従来の従来のLED電球の光束は約80%であった。これは、従来のLED電球の白色LEDモジュール11では、青色LED素子からの光の一部が黄色蛍光体22で拡散し、LEDモジュール11からの白色光の取り出し効率が低下しているためと判断される。
このように、温度特性を考慮しない場合(点灯直後)には、本発明の参考例によるLED電球の方が従来のLED電球より、発光効率が約2割高いことが確認された。
次に、温度特性を知るために、青色LED素子モジュール11A及び白色LEDモジュール11の基板温度及び光束を測定した。その結果、点灯10分後において、白色LEDモジュールの基板温度は約90℃、青色LED素子モジュールの基板温度は約65℃となった。また、光束は、それぞれ点灯直後の光束と比較して、白色LEDモジュールは約80%、青色LED素子モジュールで約97%となった。これは、白色LEDモジュールの場合は、黄色蛍光体が青色LED素子の近傍に一体形成されており、青色LED素子の放熱が黄色蛍光体により阻害され、白色LEDモジュール11の温度が上昇して黄色蛍光体の白色光への変換効率が低下するためであると判断される。
このように、温度特性を考慮した場合には、本発明の参考例によるLED電球の方が従来のLED電球より、発光効率が約1.5倍{97%/(80%×80%)}となることが確認された。
ここで、図1に示した本発明の参考例では、グローブ14に黄色蛍光体を塗布することから、グローブ14に塗布された黄色蛍光体22の色味が青色LED素子モジュール11Aの消灯のときに目立つことになり、人によっては違和感を与えることがある。そこで、グローブ14の外表面にフロスト処理等の拡散加工を施し、青色LED素子が消灯のときのグローブに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和する。
拡散加工は光を拡散させるための処理であればよく、例えば、グローブ14の外表面にシリカを塗布したり、グローブの外表面を粗面加工して、グローブ14への外部光を拡散させ、青色LED素子が消灯のときのグローブ14に塗布された黄色蛍光体の色味を緩和する。また、グローブ14に微少な反射材料が混入された透光性光学薄膜のようにキラキラ感を演出する機能膜を施すようにしてもよい。
図4は本発明の参考例であるLED電球の他の一例を示す正面図である。この一例では、グローブはほぼ球体形であり内面に黄色蛍光体が塗布されているが、外表面には微少なファセット平面(ポリゴン)が形成された多面体で構成されている。
このようにグローブ外表面が微少な多面体になっていることにより、消灯時に生じるグローブに塗布した蛍光体の色味を緩和することができる。また、多面体のプリズム効果により微少なポリゴン内で分光した虹色がグローブ外表面に浮き出されるので、LED電球の高級感を演出することが可能となる。
なお、図面では微少なファセット平面で構成された多面体を示しているが、正五角形と正六角形で構成された準正多面体(切隅二十面体)としてもよいし、これ以外に正三角形の組み合わせや、ブリリアンカットのように異なる形状の組み合わせてあってもよい。
また、図5に示すように、グローブ14を内側のグローブ14Aと拡散グローブ14Bとの2層構造とし、内側のグローブ14Aに黄色蛍光体22を塗布し、その内側のグローブ14Aの外側に内側のグローブ14Aを覆うように、黄色蛍光体22を塗布しない拡散グローブ14Bを設け、青色LED素子が消灯のときの内側のグローブ14Aに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和するようにしてもよい。
本発明の参考例であるこれらの一例によれば、黄色蛍光体22をグローブ14に塗布して、光源部であるLEDモジュール11Aの青色LED素子19と黄色蛍光体22とを分離するので、LEDモジュール11Aの青色LED素子19からの光が黄色蛍光体22で拡散することを避けることができる。従って、発光効率を向上させることができ、LEDモジュール11Aの放熱も促進できる。
また、グローブ14に拡散加工を施した場合には、グローブ14に照射される外部光を拡散できるので、LEDモジュール11Aの青色LED素子19が消灯のときのグローブ14に塗布された黄色蛍光体22の色味を緩和でき、グローブ14の外観の見栄えをよくすることができる。
また、グローブ14を内側のグローブ14Aと拡散グローブ14Bとの2層構造とし、内側のグローブ14Aに黄色蛍光体22を塗布し、その内側のグローブ14Aを覆って拡散グローブ14Bを設けることにより、LEDモジュール11Aの青色LED素子19が消灯のときの内側のグローブ14Aに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和できる。これにより、グローブ全体の外観の見栄えをよくすることができる。
以上説明した参考例を参照して、本発明の一実施形態を図6を参照して説明する。図6において、参考例と同じまたは対応する部分には同じ符号を付してある。本実施形態では、放熱フィン17は、ほぼ球面形状のグローブ14に沿ってグローブ14の最大径部付近まで伸びている。このような放熱フィン17によれば、放熱フィン17の放熱面積が大きくなり、放熱効果を高くすることができ、またグローブ14から放射される光量が低下することも抑えられる。
例えば、ミニクリプトン電球代替えのLED電球を実現しようとした場合、必要な光学性能を得るためのLEDチップ及び蛍光体より発生する熱を放熱するための十分なヒートシンクを、ミニクリプトン電球のサイズ内に確保することは容易ではない。まず、ミニクリプトン電球の光束は40W形で500lm、60W形で800lmであるが、このためには5〜10Wの投入電力が必要となる。一方、この電力分を放熱するためのヒートシンクは、口金16からグローブ14のネック部だけに留まらず、発光部であるグローブ14の球形部分にまで及ぶ面積が必要となる。
しかしながら、この場合、本来の発光部である部分が非発光部になるため、配光がミニクリプトン電球と異なってしまう問題が生じる。通常の電球は、口金部分を除いて、放射状にほぼ360°の配光であるが、極端な例を挙げれば、球形の半分付近までヒートシンクで構成すると、電球の口金側半分が非発光部になり、180°程度の配光となってしまう。このクリプトン電球の場合、照明器具に組み込まれるときの点灯方向は必ずしも鉛直下向きではなく、
横向きや斜め下向きなど様々である。従って、電球の配光が違えば、電球を照明器具に組み込んだ場合の配光も違うものとなり、代替えできない。
しかしながら、本実施形態では、ヒートシンクとしての放熱フィン17によって口金側の発光部の光放射を大きく遮断することがないので、ミニクリプトン電球とほぼ同じ配光を実現できる。そしてさらに、この放熱フィン17の先端部分とグローブ内とを空間的に繋げている。すなわち、放熱フィン17がグローブ14の内部および外部の空間に接するように設けられている。例えば、放熱フィン17の先端部分に対向する穴をグローブ14に形成し、この穴に放熱フィン17の先端を挿入して空間的な接続を図り、これによって、放熱フィン17がグローブ14の内部空間および外部空間の何れにも接するようにすることができる。
このように、グローブ内部に放熱フィン17を挿入することによって、LED電球点灯中のLEDモジュールの回路基板の温度を図1の参考例より10℃低減することが可能となる。なお、グローブ内部に放熱フィン17を挿入することに代えて、放熱フィン17を熱的に接続された金属製メッシュをグローブ全体を覆うようにして、このメッシュを放熱部として作用させてもよい。このように、メッシュを配置することによって放熱面積を大きくすることができ、またグローブ14の光放射が損なわれることがない。
11…LEDモジュール、12…放熱部、13…基体部としての放熱板、14…グローブ、15…絶縁部材、16…口金、17…放熱フィン、18…基板、19…青色LED素子、20…配線、21…コーティング層、22…黄色蛍光体

Claims (3)

  1. LEDモジュールと;
    一端側に取付面を備え、この取付面にLEDモジュールが取り付けられた基体部と;
    LEDモジュールを覆って基体部の一端に取り付けられたグローブと;
    基体部に設けられ、取付面よりも一端側に向けて立上り、かつ、少なくとも一部がグローブの内部および外部の空間に接するように、グローブの肉厚方向に亘って設けられてグローブの内部と外部とを繋ぐ放熱フィンと;
    LEDモジュールのLEDを点灯する点灯回路と;
    基体部の他端側に設けられ点灯回路と電気的に接続された口金と;
    を具備していることを特徴とするLED電球。
  2. LEDモジュールと;
    一端側に取付面を備え、この取付面にLEDモジュールを取付けられた基体部と;
    LEDモジュールを覆って基体部の一端に取り付けられたグローブと;
    基体部に設けられ、取付面よりも一端側に沿って立上り、少なくとも一部がグローブの内部にグローブの肉厚方向に亘って挿入されてグローブの内部空間と外部の空間とを接続する複数個の放熱フィンと;
    LEDモジュールのLEDを点灯する点灯回路と;
    基体部の他端側に設けられ点灯回路と電気的に接続された口金と;
    を具備していることを特徴とするLED電球。
  3. 請求項1または2記載のLED電球と;
    このLED電球が装着された器具本体と;
    を具備していることを特徴とする照明器具。
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