JP5414859B2 - 電球形ランプおよび照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子を備える電球形ランプおよびこの電球形ランプを備える照明装置に関する。
半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、従来の照明光源に比べて、小型、高効率および長寿命である。近年の省エネあるいは省資源に対する市場ニーズが追い風となり、フィラメントコイルを用いた従来の白熱電球の代替えとなる、ＬＥＤを用いた電球形ランプ（以下、単に「ＬＥＤ電球」ともいう）の需要が増加している。
ＬＥＤは、その温度が上昇するに伴って光出力が低下するとともに、寿命が短くなることが知られている。そこで、ＬＥＤの温度上昇を抑制するために、従来のＬＥＤ電球では、半球状のグローブと口金との間に金属製の筐体が設けられている（例えば、特許文献１を参照）。
以下、特許文献１に開示された従来の電球形ＬＥＤランプについて、図４を用いて説明する。図４は、従来に係る電球形ＬＥＤランプの断面図である。
図４に示すように、従来の電球形ＬＥＤランプ１１は、半球状のグローブである透光性のカバー１２、受電用の口金１３および金属製筐体である外郭部材１４を備える。
外郭部材１４は、外部に露出する周部１５と、この周部１５に一体に形成された円板状の光源取り付け部１６と、周部１５の内側に形成された凹部１７とを有する。光源取り付け部１６の上面には、複数のＬＥＤで構成されるＬＥＤモジュール１８が取り付けられている。なお、凹部１７の内面には、その内面形状に沿って形成された絶縁部材１９が設けられており、絶縁部材１９の内部には、ＬＥＤを点灯させるための点灯回路２０が収容されている。
このように構成された従来の電球形ＬＥＤランプ１１によれば、光源取り付け部１６と周部１５とが一体に成形された外郭部材１４を用いているので、ＬＥＤで発生した熱を光源取り付け部１６から周部１５に向かって効率良く熱伝導させることができる。これにより、ＬＥＤの温度上昇が抑制されるので、ＬＥＤの光出力の低下を防止することができる。
特開２００６−３１３７１７号公報
しかし、特許文献１に開示された従来に係る電球形ＬＥＤランプでは、外郭部材（金属製筐体）１４における円板状の光源取り付け部１６上にＬＥＤモジュール１８が設けられているため、口金１３側への光が外郭部材１４によって遮られ、白熱電球とは光の広がり方が異なってしまう。つまり、従来のＬＥＤ電球では、フィラメントコイルを有する白熱電球と同様の配光特性を得ることが難しい。
そこで、ＬＥＤ電球において、白熱電球と同様の構成とすることが考えられる。つまり、白熱電球の２本のリード線間に架設されたフィラメントコイルを、ＬＥＤモジュールに置き換えたＬＥＤ電球が考えられる。この場合、ＬＥＤモジュールは、グローブ内の空中で保持される。したがって、ＬＥＤで生じた光が従来のように金属製筐体によって遮られないので、ＬＥＤ電球において白熱電球と同様の配光特性を得ることも可能となる。
このように構成されるＬＥＤ電球では、明るさを向上させようとする際にはチップ数を増やす必要がある。しかし、ＬＥＤモジュール１枚に搭載するチップ数を増やすためにはＬＥＤ基板の外径を大きくする必要がある。ＬＥＤモジュールの外径が大きくなるとグローブの大きさも大きくする必要があるためＬＥＤランプ自体も大型化することとなってしまう。
ＬＥＤ電球が大型化すると、従来の白熱電球と同様の外観形状を保てない等、外観品質が低下したり、照明器具への装着率が低下したりすることがあるため好ましくない。そこで、ＬＥＤモジュールとして、複数枚組み合わせて立体構造としたもの（例えば三枚の長方形の基板を用いて、それらの長辺同士をつなぎ合わせて断面をコの字状としたものや、六面体のサイコロ状としたものや、この六面体の底面を除いた五面体の箱型状としたもの）を用いることにより、ＬＥＤ電球の形状を大きくすることなくグローブ内にＬＥＤモジュールを多数配置すること等が考えられる。
しかしながら、このような立体構造としたものでは、配光制御が難しくなる。また、ＬＥＤモジュールを、多面体として立体に組み立てなくてはならないなど、生産性も好ましくない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、従来の白熱電球と同様の外観形状とすることができるとともに、形状を大きくすることなくＬＥＤチップを増やすことができて明るさを向上でき、また、配光制御も簡単に行うことができ、かつ生産性も良好な、明るく長寿命な電球形ランプを提供することを目的とする。
本発明の電球形ランプは、開口部を有する中空のグローブと、前記グローブ内に収納され、光源である半導体発光素子を有する複数の発光モジュールと、前記複数の発光モジュールを支持し、前記グローブの前記開口部から前記グローブ内に向かって延びるように設けられたステムとを備え、前記ステムは、前記複数の発光モジュールのうち少なくとも１枚を貫通しているとともに、前記複数の発光モジュールは前記ステムの軸上に所定の間隔を開けて設けられた構成を有する。
本発明によれば、ステムが複数の発光モジュールをいわば串刺すように支持しているため、形状を大きくすることなく従来の白熱電球と同様の外観形状とすることができるとともに、熱的に接続されたステムによって複数の発光モジュールの放熱性を向上させることができるので、複数の発光モジュールを使用することができ、電球形ランプの明るさを向上させることができる。また、照射方向の明るさを向上できるとともに口金側に位置する発光モジュールから発する光の一部を対向するグローブ側の発光モジュールの裏面で反射させランプ側方や後方に向けて反射させることができるので、広い配光が実現できる。また、複数の発光モジュールのそれぞれが、上記のような立体構造ではないので、配光制御も簡単に行うことができる。これにより、生産性が良好で、明るく長寿命な電球形ランプを得ることができる。
また、上記の構成において、前記ステムには、前記発光モジュールモジュールの位置合わせをするための突起部が設けられているのが好ましい。
これにより、ステムに発光モジュールを設ける予定箇所への位置あわせが容易となるので、接着剤での固定を容易に行うことができる。また、量産時の位置ばらつきも低減することができる。また、発光モジュールとステムとの接触面積が大きくなるので、発光モジュールで生じた熱をより効率良くステムに伝導させることができる。
また、上記の構成において、前記ステムは、前記発光モジュールを構成する基台の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料で構成されているのが好ましい。
これにより、発光モジュールで生じた熱をステムに伝えて放熱することができるので、温度上昇に伴う発光モジュール（半導体発光素子）の発光特性の低下および寿命の低下を防止することができる。
また、上記の構成において、さらに、前記半導体発光素子を発光させるための電力を受電する口金と、少なくとも前記ステムと前記口金とを絶縁するとともに、前記半導体発光素子を点灯させるための点灯回路を収納するケースとを備えているのが好ましい。
これにより、ステムや点灯回路、口金等をケースによって絶縁することができる。
また、本発明に係る照明装置は、上記の電球形ランプと、ソケットを有する器具とを有し、前記電球形ランプが前記器具の前記ソケットに取り付けられた構成を有する。
これにより、電球形ランプの熱を、口金を介して器具のソケットに伝え放熱させることができるので、温度上昇に伴うＬＥＤの発光特性の低下を防止することができる。また、フィラメントコイルを有する従来の白熱電球と同様の外観形状を備えた電球形ランプを備える照明装置として実現することができる。
本発明によれば、ステムが複数の発光モジュールをいわば串刺すように支持しているため、形状を大きくすることなく従来の白熱電球と同様の外観形状とすることができるとともに、熱的に接続されたステムによって複数の発光モジュールの放熱性を向上させることができるので、半導体発光素子としてのＬＥＤチップを増やすことができ、電球形ランプの明るさを向上させることができる。また、照射方向の明るさを向上できるとともに口金側に位置する発光モジュールから発する光の一部を、対向するグローブ側の発光モジュールの裏面で反射させランプ側方や後方に向けて反射させることができるので、広い配光が実現できる。また、発光モジュールを複雑な立体構造としていないので、配光制御も簡単に行うことができる。これにより、生産性が良好で、明るく長寿命な電球形ランプを得ることができる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電球形ランプの斜視図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る照明装置の概略断面図である。 図４は、従来の電球形ＬＥＤランプの断面図である。
以下に、本発明の実施の形態に係る電球形ランプおよび照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。また、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
まず、本実施の形態に係る電球形ランプ１の全体構成について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。
本発明の一実施の形態である電球形ランプ１は、図１および図２に示すように、白熱電球に代替する電球形のＬＥＤランプであって、透光性のグローブ２と、光源である半導体発光素子を有するＬＥＤモジュール３と、電力を受電する口金４と、ステム５と、点灯回路９を収納する樹脂製のケース６と、リード線７と、点灯回路９とを備える。本実施形態においては、ステム５はステム部５ａと支持部材５ｂとを有している。
本実施形態における電球形ランプ１は、グローブ２と、ケース６と、口金４とで外囲器８が構成されている。
図１および図２に示すように、グローブ２は、ＬＥＤモジュール３を収納するとともに、ＬＥＤモジュール３からの光をランプ外部に透光する透光部材である。グローブ２は、可視光に対して透明なシリカガラス製の中空部材で構成されている。したがって、グローブ２内に収納されたＬＥＤモジュール３は、グローブ２の外側から視認することができる。この構成により、ＬＥＤモジュール３からの光がグローブ２によって損失することを抑制することができる。さらに、グローブ２は、樹脂製ではなくガラス製であるので、グローブ２は高い耐熱性を有する。
グローブ２の形状は、一端が球状に閉塞され、他端に開口部を有する形状である。言い換えると、グローブ２の形状は、一端は半球状を有し、他端は中空の球の一部が、球の中心部から遠ざかる方向に伸びながら狭まったような形状であり、球の中心部から遠ざかった位置に開口部が形成されている。本実施の形態では、グローブ２の形状は、一般的な白熱電球と同様のＡ形（ＪＩＳ Ｃ７７１０）である。
なお、グローブ２の形状は、必ずしもＡ形である必要はない。例えば、グローブ２の形状は、Ｇ形またはＥ形等であっても良い。また、グローブ２は、必ずしも可視光に対して透明である必要はなく、シリカガラス製である必要もない。例えば、グローブ２は、シリカを塗布し乳白色の拡散膜を形成してもよいし、アクリル等の樹脂製の部材を用いてもよい。
ＬＥＤモジュール３は、発光モジュールであって、図１に示すように、グローブ２内に収納される。好ましくは、ＬＥＤモジュール３は、グローブ２によって形成される球形状の中心位置（例えば、グローブ２の内径が大きい径大部分の内部）に配置される。このように中心位置にＬＥＤモジュール３が配置されることにより、電球形ランプ１は、点灯時に従来のフィラメントコイルを用いた一般白熱電球と近似した全方位配光特性を得ることができる。また、ＬＥＤモジュール３は、ステム５によって、グローブ２内の空中に（本実施形態ではグローブ２の径大部分内に）位置するように中空保持されている。
本実施形態においてＬＥＤモジュール３は、図１および図２に示すように、２枚のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂで構成される。ＬＥＤモジュール３ａは、グローブ２の頂部側に、ＬＥＤモジュール３ｂは、口金４側に配置される。また、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂは、ステム５のステム部５ａの軸に沿ってほぼ平行に所定の間隔で保持されている。なお、ＬＥＤモジュール３は、２枚である必要はなく、３枚以上の複数枚であっても良い。
ＬＥＤモジュール３（ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂ）は、矩形状の平板状である。しかしながら、これに限らず、五角形や八角形等のＬＥＤモジュールや、形状の異なる平板状のＬＥＤモジュール３を複数組み合わせて使用しても良い。また、ＬＥＤモジュール３は透光性であっても不透光性であっても良いが、照射方向（口金を上方に置いて点灯した場合の、口金とは反対の下方方向）の明るさを向上させることができるので、透光性のＬＥＤモジュール３を用いるのが好ましい。この場合、透光性のＬＥＤモジュールに用いられている基台３ｄは、透光率の高い（例えば９０％以上）材料で構成することが好ましい。また、使用するＬＥＤモジュール３は、発光色を異ならせても良い。例えば、ＬＥＤモジュール３を３枚使用し、それぞれ赤色、緑色、青色と発光色の異なるチップを使用して発光させ、混色させて使用しても良い。また、ＬＥＤモジュール３を個々に点灯させたり、点滅させたりするなどして、イルミネーション等として使用することもできる。また、外径の異なるＬＥＤモジュール３を組み合わせて使用することもできる。
ＬＥＤモジュール３ｂは、図２に示すように、中央部に貫通孔１０が設けられてステム部５ａが先端部５ｇから挿入され貫通している。一方、先端部５ｇにはＬＥＤモジュール３ａが載置されて固定されている。すなわち、複数のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの少なくとも１枚がステム部５ａに貫通されている。複数のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂはステム部５ａの軸上に所定の間隔を開けて設けられている。複数のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂ同士の間隔は少なくともＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの一辺の長さ分、開けることが好ましい。本実施形態においては、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの間隔は１８ｍｍ開けて設けた。複数のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂ同士の間隔は、近づけすぎると、口金側に設けられているＬＥＤモジュール３ｂから放出された光が、照射方向である前方のＬＥＤモジュール３ａによって吸収されてしまい、光を有効に取り出せなくなる。また、広げすぎると、側方や後方へ反射される光が多くなるため、照射方向である前方の明るさが低下してしまう。このためＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの間隔はＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの一辺の長さ分開けることが好ましい。あるいはＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの間隔は、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの一辺の長さに対して３０％の幅で所望の特性が得られるよう適宜調整してもよい。
ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂはシリコーン接着剤（図示せず）でステム部５ａにそれぞれ固定しても良い。ＬＥＤモジュール３ａは先端部５ｇの先端面に載置したが、ＬＥＤモジュール３ａにも貫通孔を設け先端部５ｇを貫通させた後、先端部５ｇ付近においてシリコーン接着剤でステム部５ａに固定したり、ねじによって先端部５ｇの先端面に固定したりしても良い。この場合、ＬＥＤモジュール３として貫通孔を設けたものと、貫通孔を設けていないものとをそれぞれ用意する必要が無くなるという利点がある。
接着剤としては、シリコーン樹脂からなる接着剤を用いることができるが、ＬＥＤモジュール３の熱をステム部５ａに効率良く伝導させるために、高熱伝導率の接着剤を用いることが好ましい。例えば、シリコーン樹脂に金属微粒子を分散させること等によって熱伝導率を高くすることができる。なお、接着剤としては、両面テープを用いても良い。
ステム部５ａのＬＥＤモジュール３ｂを設ける予定箇所に、図２のような中空円柱構造である鍔のような突起部５ｆを設けることによって位置あわせが容易となり、量産時の位置ばらつきの発生を低減でき、また接着剤での固定を容易に行うことができる。これにより、ＬＥＤモジュール３ｂとステム部５ａとの接触面積が大きくなるので、ＬＥＤモジュール３ｂで生じた熱をより効率良くステム部５ａに伝導させることができる。
ＬＥＤモジュール３（ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂ）は、グローブ２の球形状のほぼ中心に位置して設けられている。この際、中心位置とは例えば、グローブ２の内径が大きい径大部分の内部に配置される。このように中心位置にＬＥＤモジュール３が配置されることにより、電球形ランプ１は、点灯時に従来のフィラメントコイルを用いた一般白熱電球と近似した全方位配光特性を得ることができる。
ステム５は、ステム部５ａと支持部材５ｂとが別部材であっても良いし、一体成型で形成されたものであってもよい。ステム部５ａはグローブ２の開口部からグローブ内に向かって延びるように設けられている。
図１および図２に示すように、ステム部５ａは円柱状であり、口金４側から先端部５ｇに向かって外径が細くなっている。すなわち、ステム部５ａは、支持部材５ｂからステム部５ａに向かって太さが変化したものを用いている。ステム部５ａのＬＥＤモジュール３ａ，３ｂを支持している第１ステム部５ｃは約５ｍｍの外径を有している。ステム部５ａの支持部材５ｂ側である第２ステム部５ｄは約１３ｍｍの太さを有している。第１ステム部５ｃと第２ステム部５ｄとを結ぶ箇所には略円錐形の傾斜部５ｅを備えている。第１ステム部５ｃが細いとＬＥＤモジュール３ｂに形成する貫通孔１０の径が小さくできるため、ＬＥＤモジュール３ｂ上のＬＥＤチップ３ｃの搭載数を増やすことができる。なお、第１ステム部５ｃが細すぎると放熱が不十分となるため、第１ステム部５ｃは適正な太さを見極める必要がある。本実施形態においては、ＬＥＤチップ３ｃを環状に配置しているため、ＬＥＤチップ３ｃを線状に配置したＬＥＤモジュール３とは異なり、ＬＥＤモジュール３の中央部の基板領域を広く確保することができるため、第１ステム部５ｃの太さの増減の自由度を大きくとることができる。
ステム部５ａの太さは放熱性に寄与するため、太ければ太い程良いが、あまり太いとグローブ２内へ挿入することができないため、グローブ２の開口部の内径よりも小さい外径を有することが好ましい。なお、本実施形態においてはグローブ２の開口部の内径は３３ｍｍのものを用いたので、ステム部５ａは３３ｍｍ以下が好ましい。しかしながら、あまり太いと重量が重くなることや、従来の白熱電球と同等の外観品質が保てないなどの課題が生じるため、ステム部５ａの太さは、適宜検討される必要がある。
ステム部５ａの傾斜部５ｅは、ＬＥＤモジュール３から口金４側に放射される光を反射する反射面である。すなわち、傾斜面によって、口金４側に向かう光を、口金４側の後方側面やランプの側面方向に反射させることができ、さらに、傾斜面の傾斜角を適宜変更することによって、傾斜面で反射した反射光について所望の配光調整を行うことができる。なお、傾斜面を白塗装することによって反射面を構成することができる。また、その他として、表面研磨等により鏡面仕上げによって反射面を構成することもできる。また、支持部材５ｂのステム部５ａ側である第１支持部５ｈの表面に傾斜をつけたり、表面研磨仕上げ等を施したりして、同様に、反射面として機能させ所望の配光制御を行うことができる。
なお、本実施の形態において、第１ステム部５ｃ、第２ステム部５ｄおよび傾斜部５ｅは、リード線７の挿通孔を除き、材料がつまった中実構造としているが、厚み一定の中空構造にしても構わない。
ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂは、２本のリード線７、ＬＥＤモジュール間のリード線７ａおよび電源入力用のリード線７ｂによって電気的に接続される。
２本のリード線７の一端はＬＥＤモジュール３ｂの対角上の隅に設けられた２つの給電端子にそれぞれ半田等で接続されており、他端はステム部５ａの傾斜部５ｅから第１支持部５ｈの内部を通りケース６内の点灯回路９に接続されている。点灯回路９は口金４と２本の電源入力用のリード線７ｂで接続されている。なお、リード線７は、第２ステム部５ｄの内部を通さずにＬＥＤモジュール３ｂと接続しても良い。
ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂはＬＥＤモジュール間のリード線７ａでそれぞれの給電端子に半田等で接続されており、口金４から電力が供給されることにより、点灯回路９やリード線７、電源入力用のリード線７ｂを介してＬＥＤモジュール３ａ，３ｂが発光する。なお、リード線７やＬＥＤモジュール間のリード線７ａの給電端子側の端部にコの字状の接続端子を設け、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの給電端子を挟むように設けて、ＬＥＤモジュール間のリード線７ａとＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの給電端子とが半田付けするようにして接続されていても良い。また、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂのそれぞれの給電端子に貫通孔を設け、リード線７を貫通させて、リード線７の中間部をＬＥＤモジュール３ｂのそれぞれの給電端子に半田等で接続し、リード線７の一端とＬＥＤモジュール３ａのそれぞれの給電端子とが半田等で接続するようにしてもよい。なお、この場合、リード線７として被覆リード線を用いる場合は、中間部の被覆は剥がしておくことは言うまでもない。
ＬＥＤモジュール３ａは、図２に示すように、複数のＬＥＤチップ３ｃと、複数のＬＥＤチップ３ｃが実装される一枚の基台３ｄと、ＬＥＤチップ３ｃを封止する封止材３ｅとを有する。そして、ＬＥＤモジュール３ａは、複数のＬＥＤチップ３ｃが実装された面をグローブ２の頂部に向けて配置される。なお、ＬＥＤモジュール３ｂの構成も、貫通孔１０が設けられている以外は同様である。また、ＬＥＤモジュール３ｂの配置についても、複数のＬＥＤチップ３ｃが実装された面をグローブ２の頂部に向けて配置される。ＬＥＤモジュール３ｂは、複数のＬＥＤチップ３ｃが実装された面はステムの先端部側に取り付けられたＬＥＤモジュール３ａの裏面（ＬＥＤチップ３ｃが実装されている面の裏面）に対向するように設けられている。
基台３ｄは、ＬＥＤチップ３ｃを実装するためのＬＥＤ実装基板であって、可視光に対して透光性を有する平板部材で構成されている。本実施の形態では、透過率が９６％で、長さが２２ｍｍ、幅が１８ｍｍ、厚さが１．０ｍｍの矩形状の透光性を有するアルミナ基板を用いた。なお、基台３ｄの形状は、五角形や八角形などの多角形あるいは円形であってもよい。
また、基台３ｄは、可視光の透過率が高い部材であることが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ３ｃの光は、基台３ｄの内部を透過し、ＬＥＤチップ３ｃが実装されていない面からも出射される。したがって、ＬＥＤチップ３ｃが基台３ｄの一方の面（表側の面）だけに実装された場合であっても、他方の面（裏側の面）からも光が出射され、白熱電球と近似した全方位配光特性を得ることが可能となる。なお、基台３ｄは、不透光性を有していても良い。また、ＬＥＤチップ３ｃは、基台３ｄの複数の面に実装されてもよい。
また、基台３ｄは、放熱性を高めるために熱伝導率および熱放射の放射率が高い部材であることが好ましい。具体的に、基台３ｄは、例えば、ガラスやセラミックを称して一般に硬脆材と呼ばれる材料の部材であることが好ましい。ここで放射率とは、黒体（完全放射体）の熱放射に対する比率で表され、０から１の値となる。ガラスあるいはセラミックの放射率は、０．７５〜０．９５であり、黒体に近い熱放射が実現される。実用上は、基台の熱放射率は、好ましくは０．８以上であり、より好ましくは０．９以上である。
本実施形態におけるＬＥＤチップ３ｃは、半導体発光素子の一例であって、単色の可視光を発するベアチップである。本実施形態では、通電されれば青色光を発する青色発光ＬＥＤチップ３ｃが用いられる。ＬＥＤチップ３ｃは、基台３ｄの一方の面に実装されている。本実施の形態において、複数のＬＥＤチップ３ｃは、環状に配置されている。環状に配置することで、ＬＥＤチップ３ｃの配置されていない基台３ｄの中央部領域を放熱に利用することができる。すなわち、ステム部５ａの太さを太くし、この中央部領域に接触させることで放熱性を向上させることができる。
封止材３ｅは、複数のＬＥＤチップ３ｃを覆うように環状に形成されている。本実施の形態では、４本の封止材３ｅが形成される。また、封止材３ｅは、光波長変換材である蛍光体を含み、ＬＥＤチップ３ｃからの光を波長変換する波長変換層としても機能する。封止材３ｅは、シリコーン樹脂に所定の蛍光体粒子と光拡散材と分散させた蛍光体含有樹脂を用いることができる。
蛍光体粒子としては、ＬＥＤチップ３ｃが青色光を発光する青色発光ＬＥＤチップ３ｃである場合、白色光を得るために、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、などのＹＡＧ系の黄色蛍光体粒子を用いることができる。これにより、ＬＥＤチップ３ｃが発した青色光の一部は、封止材３ｅに含まれる黄色蛍光体粒子によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体粒子に吸収されなかった青色光と、黄色蛍光体粒子によって波長変換された黄色光とは、封止材３ｅ中で拡散し、混合されることにより、封止材から白色光となって出射される。
光拡散材としては、シリカなどの粒子が用いられる。本実施形態では、透光性を有する基台３ｄを用いているので、封止材３ｅから出射された白色光は、基台３ｄの内部を透過し、ＬＥＤチップ３ｃが実装されていない基台３ｄの面からも出射される。なお、封止材３ｅに含まれる波長変換材は、例えば、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｓｒ３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋などの黄色蛍光体であってもよい。また、波長変換材は、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋などの緑色蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２（Ｓｉ，Ａｌ）５（Ｎ，Ｏ）８：Ｅｕ２＋などの赤色蛍光体とを組み合わせて用いても構わない。
また、封止材３ｅは、必ずしもシリコーン樹脂からなる必要はなく、フッ素系樹脂など有機材のほか、低融点ガラス、ゾルゲルガラス等の無機材からなる部材であってもよい。無機材は有機材に比べ耐熱特性が優れているので、無機材からなる封止材３ｅは、高輝度化に有利である。
また、封止材３ｅは、ＬＥＤチップ３ｃが実装されていない基台３ｄの面にも形成して構わない。例えば、基台３ｄの裏面、側面等である。これにより、基台３ｄ内を透過してＬＥＤチップ３ｃが実装されていない基台３ｄの面から出射される青色光も黄色光に波長変換される。したがって、ＬＥＤチップ３ｃが実装されていない基台３ｄの面から出射される光の色を、ＬＥＤチップ３ｃが実装された基台３ｄの面から出射される光の色に近づけることができる。
なお、基台３ｄのＬＥＤチップ３ｃ実装面には、配線パターンが形成されているが、この配線パターンは、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性導電材により形成してもよい。
口金４は、図１および図２に示すように、ＬＥＤモジュール３のＬＥＤを発光させるための電力を器具のソケット（図示せず）から受電する受電部であって、本実施の形態では、二接点によって交流電力を受電する。本実施の形態において、口金４は、Ｅ２６形であり、その外周面には、商用の交流電源と接続された照明装置のＥ２６口金用ソケットに螺合させるための螺合部が形成されている。また、口金４の内周面には、ケース６に螺合させるための螺合部が形成されている。なお、口金４は、金属性の有底筒体形状である。また、口金４は、必ずしもＥ２６形の口金である必要はなく、Ｅ１７形など異なる大きさの口金であってもよい。また、口金４は、必ずしもネジ込み形の口金である必要はなく、例えばピン端子を用いた差し込み形等の異なる形状の口金であってもよい。
ステム部５ａは、ＬＥＤモジュール３の基台３ｄの熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料で構成されている。さらに、ステム部５ａは、ガラスの熱伝導率（１．０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度）よりも大きい熱伝導率の材料で構成することが好ましい。例えば、金属材料またはセラミックス等の無機材料によって構成することができる。本実施の形態において、ステム部５ａは、熱伝導率が２３７［Ｗ／ｍ・Ｋ］であるアルミニウムで構成した。
このように、ステム部５ａがＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの基台３ｄの熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料で構成されているので、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの熱は基台３ｄを介してステム部５ａに効率良く伝導する。これにより、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの熱を口金４側に逃がすことができる。この結果、温度上昇によるＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの発光効率の低下および寿命の低下を抑制することができる。
支持部材５ｂは、グローブ２の開口部に接続され、グローブ２の開口を塞ぐとともに、ステム部５ａを支持する部材である。本実施の形態において、支持部材５ｂは、ケース６に嵌合されて固定されている。
支持部材５ｂは、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの基台３ｄの熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料で構成されている。さらに、支持部材５ｂは、ガラスの熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料で構成することが好ましい。例えば、金属材料またはセラミックス等の無機材料によって構成することができる。さらに、ステム部５ａの熱を支持部材５ｂに効率良く伝導させるために、支持部材５ｂの材料は、ステム部５ａの熱伝導率以上の熱伝導率の材料で構成することが好ましい。本実施の形態において、支持部材５ｂは、ステム部５ａと同じ材料で構成した。すなわち、熱伝導率が２３７［Ｗ／ｍ・Ｋ］であるアルミニウムによって支持部材５ｂを構成した。
このように、支持部材５ｂが熱伝導率の大きい材料で構成されているので、ステム部５ａに熱伝導したＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの熱は、支持部材５ｂに効率良く伝導する。この結果、温度上昇によるＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの発光効率の低下および寿命の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態において、支持部材５ｂは、円形の板状部材で構成され、第１支持部５ｈと、第１支持部５ｈより径が大きい第２支持部５ｉとからなる。また、第１支持部５ｈと第２支持部５ｉとの境界には段差部５ｊが形成されている。
第１支持部５ｈにはステム部５ａが固定されており、第２支持部５ｉの側面は、ケース６の内面が当接して固定されている。段差部５ｊには、グローブ２の開口部が位置する。接着剤で段差部５ｊを埋めることにより、グローブ２とケース６とは固着される。
このように、支持部材５ｂがグローブ２に接続されているので、支持部材５ｂに伝導したＬＥＤモジュール３の熱は、口金４やケース６、外囲器８を構成するグローブ２の外表面から大気中に放熱される。
なお、本実施の形態のように、グローブ２がガラスで構成されている場合、グローブ２の熱伝導率はケース６の熱伝導率よりも高くなる。したがって、この場合、グローブ２は外気と接する面積が大きいので、一層効率良く放熱することができる。
ケース６は、口金４とステム５とを絶縁するとともに、点灯回路９を収納するための樹脂製のケースである。本実施の形態において、ケース６は、ガラス繊維を５〜１５％含有してなる熱伝導率が０．３５［Ｗ／ｍ・Ｋ］のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）によって成形されている。
点灯回路９は、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂを点灯させるための回路であり、ケース６内に収納されている。具体的には、点灯回路９は、複数の回路素子と、各回路素子が実装される回路基板とを有する。本実施の形態では、点灯回路９は、口金４から受電した交流電力を直流電力に変換し、リード線７およびＬＥＤモジュール間のリード線７ａを介してＬＥＤモジュール３ａ，３ｂに直流電力を供給する。なお、電球形ランプ１は、必ずしも点灯回路９を備えなくてもよい。例えば、照明器具あるいは電池などから直接直流電力が供給される場合には、電球形ランプ１は、点灯回路９を備えなくてもよい。また、点灯回路９は、平滑回路に限られるものではなく、調光回路、昇圧回路などを適宜選択、組み合わせることもできる。
また、支持部材５ｂはケース６に収納したが、絶縁処理を行えば外気に露出させてもよい。これによって、支持部材５ｂが外気に触れるため放熱性が向上する。この場合、アルミニウムで構成される支持部材５ｂの露出部分は、放熱性を向上させるためにアルマイト加工を施しても良い。
以上、本実施の形態に係る電球形ランプ１によれば、ステム部５ａが２枚のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂをいわば串刺すように支持しているため、形状を大きくすることなく従来の白熱電球と同様の外観形状とすることができるとともに、熱的に接続されたステム部５ａによって２枚のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの放熱性を向上させることができるので、半導体発光素子としてのＬＥＤチップ３ｃを増やすことができ、電球形ランプ１の明るさを向上させることができる。また、口金４を上にして電球形ランプ１を点灯させた場合において、口金４側のＬＥＤモジュール３ｂからの光がグローブ２の頂側のＬＥＤモジュール３ａを透過して、ＬＥＤモジュール３ａからの光と合わさることにより、照射方向である鉛直方向の明るさを向上させることができるとともに、口金４側に位置するＬＥＤモジュール３ｂから発する光の一部を、対向するグローブ２の頂部側のＬＥＤモジュール３ａの裏面で反射させ、電球形ランプ１の側方や後方（口金４側）に向けて反射させることができるので、広い配光が実現できる。また、平板状のＬＥＤモジュール３ａ，３ｂによって、配光制御も簡単に行うことができる。これにより、生産性が良好で、明るく長寿命な電球形ランプを得ることができる。
また、ＬＥＤモジュール３がグローブ２内の空中に配置されているので、ＬＥＤモジュール３の光がケース６等の筐体によって遮られることがない。したがって、従来の白熱電球と同様の配光特性を得ることが可能となる。
さらに、本実施の形態に係る電球形ランプ１によれば、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂがステム５に固定されているため、ＬＥＤモジュール３ａ，３ｂの熱を、ステム５等を介してグローブ２やケース６、口金４等で効率良く外部へ放熱させることができる。
以上、本発明の一態様に係る電球形ランプについて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、または異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、半導体発光素子としてＬＥＤを例示したが、半導体レーザ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）または無機ＥＬであってもよい。
また、本発明に係る電球形ランプ１は例えば、室内の天井に設けられた、ソケットを有する器具に取り付けられて照明装置として使用される。以下、本発明の一態様に係る照明装置について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の一態様に係る照明装置２００の概略断面図である。
図３に示すように、本発明の実施の形態に係る照明装置２００は、例えば、室内の天井３００に装着されて使用され、上記の本発明の実施形態に係る電球形ランプ１と、点灯器具２２０とを備える。
点灯器具２２０は、電球形ランプ１を消灯および点灯させるものであり、天井３００に取り付けられる器具本体２２１と、電球形ランプ１を覆うランプカバー２２２とを備える。
器具本体２２１は、ソケット２２１ａを有する。ソケット２２１ａには、電球形ランプの口金４が螺合される。このソケット２２１ａを介して電球形ランプ１に電力が供給される。
なお、ここで示した照明装置２００は、本発明の一態様に係る照明装置２００の一例である。本発明の一態様に係る照明装置は、電球形ランプ１を保持するとともに、電球形ランプ１に電力を供給するためのソケットを少なくとも備えればよい。また、図３に示す照明装置２００は、１つの電球形ランプ１を備えていたが、複数の電球形ランプ１を備えてもよい。
これにより、電球形ランプ１の熱を、口金４を介して器具本体２２１のソケット２２１ａに伝え放熱させることができる。また、温度上昇に伴うＬＥＤモジュール３の発光特性の低下を防止することができる。さらに、フィラメントコイルを有する従来の白熱電球と同様の外観形状を備えた電球形ランプ１を備える照明装置２００として実現することができる。
本発明は、従来の白熱電球等を代替する電球形ランプ、特に、電球形ＬＥＤ電球およびこれを備える照明装置等として有用である。
１ 電球形ランプ
２ グローブ
３、３ａ、３ｂ、１８ ＬＥＤモジュール
３ｃ ＬＥＤチップ
３ｄ 基台
３ｅ 封止材
４、１３ 口金
５ ステム
５ａ ステム部
５ｂ 支持部材
５ｃ 第１ステム部
５ｄ 第２ステム部
５ｅ 傾斜部
５ｆ 突起部
５ｇ 先端部
５ｈ 第１支持部
５ｉ 第２支持部
５ｊ 段差部
６ ケース
７ リード線
７ａ ＬＥＤモジュール間のリード線
７ｂ 電源入力用のリード線
８ 外囲器
９、２０ 点灯回路
１０ 貫通孔
１１ 電球形ＬＥＤランプ
１２ カバー
１４ 外郭部材
１５ 周部
１６ 光源取り付け部
１７ 凹部
１９ 絶縁部材
２００ 照明装置
２２０ 点灯器具
２２１ 器具本体
２２１ａ ソケット
２２２ ランプカバー
３００ 天井

Claims (9)

  1. 開口部を有する中空のグローブと、
    各々が、平板状の基台と当該基台の一方の面に実装された半導体発光素子とを有し、前記グローブ内に収納された複数の発光モジュールと、
    前記複数の発光モジュールを支持し、前記グローブの前記開口部から前記グローブ内に向かって延びるように設けられたステムと、
    前記複数の発光モジュール電力を供給する２本のリード線と、
    前記半導体発光素子を発光させるための電力を受電する口金とを備え、
    前記ステムは、前記複数の発光モジュールのうち少なくとも１枚を貫通しているとともに、前記複数の発光モジュールは、前記ステムの軸上に所定の間隔を開けて設けられており、
    前記複数の発光モジュールのうち前記グローブの頂部側に位置する一の発光モジュールは、前記半導体発光素子が実装された前記一方の面を前記グローブの頂部に向けて配置されており、
    前記複数の発光モジュールのうち前記一の発光モジュールに対して前記口金側に位置する他の発光モジュールは、前記半導体発光素子が実装された前記一方の面を前記グローブの頂部に向けて配置される
    電球形ランプ。
  2. 前記平板状の基台は、平面視が矩形状であり、
    前記複数の発光モジュール同士の間隔は、少なくとも前記基台の前記矩形の一辺の長さ分開けられている
    請求項１に記載の電球形ランプ。
  3. 開口部を有する中空のグローブと、
    各々が、平板状の基台と当該基台の一方の面に実装された半導体発光素子とを有し、前記グローブ内に収納された複数の発光モジュールと、
    前記複数の発光モジュールを支持し、前記グローブの前記開口部から前記グローブ内に向かって延びるように設けられたステムと、
    前記複数の発光モジュール電力を供給する２本のリード線とを備え、
    前記ステムは、前記複数の発光モジュールのうち少なくとも１枚を貫通しているとともに、前記複数の発光モジュールは、前記ステムの軸上に所定の間隔を開けて設けられており、
    前記複数の発光モジュールのうち前記グローブの頂部側に位置する一の発光モジュールは、前記半導体発光素子が実装された前記一方の面を前記グローブの頂部に向けて配置されており、
    前記平板状の基台は、平面視が矩形状であり、
    前記リード線の一端は、前記発光モジュールの対角上の隅に設けられた給電端子に半田接続されている
    電球形ランプ。
  4. 前記半導体発光素子は、光波長変換材を含む封止材によって覆われている
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の電球形ランプ。
  5. 前記基台は、透光性を有し、
    前記封止材は、前記基台における前記半導体発光素子が実装されていない面にも形成される
    請求項４に記載の電球形ランプ。
  6. 前記ステムには、前記発光モジュールの位置合わせをするための突起部が設けられている
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の電球形ランプ。
  7. 前記ステムは、前記基台の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料で構成される
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の電球形ランプ。
  8. さらに、前記半導体発光素子を点灯させるための点灯回路を収納するケースを備える
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の電球形ランプ。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電球形ランプと、ソケットを有する器具とを有し、
    前記電球形ランプが前記器具の前記ソケットに取り付けられている
    照明装置。
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