JP5845053B2 - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明は複数のＬＥＤ素子を備えたＬＥＤランプに関するものであり、詳しくは２個の長方形の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化した支持柱に複数のＬＥＤ素子を実装し、この支持柱をランプ本体部に内蔵された電源部に接続固定することで、高輝度の照明が可能で、放熱特性が良く、且つ照明の方向性を自由に制御できるＬＥＤランプに関する。

近年、半導体発光素子としてのＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、表示装置のバックライトや照明装置等に広く利用されるようになってきており、特に従来の白熱電球と同じ口金部の取り付け構成を有する、高輝度で低電力型のＬＥＤランプが広く普及してきた。

特に近年、複数のＬＥＤを実装し、高輝度の照明が可能で、放熱特性を改良したＬＥＤランプがいろいろと提案されている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３）。また放熱特性を考慮したＬＥＤモジュールの提案もある（例えば特許文献４）。さらにＬＥＤランプの取り付け状態に従って出射方向を制御したＬＥＤランプが提案されている（例えば特許文献５）。

以下従来のＬＥＤランプに付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本願にそろえている。図１３は特許文献１におけるＬＥＤランプ１００Ｌの断面図を示し、図１４は図１３におけるＬＥＤモジュール１００の斜視図である。図１３においてＬＥＤランプ１００Ｌは放熱部１０３、絶縁部１０４、口金部１０２を有し、従来の白熱電球と同じ口金部の取り付け構成よりなるＬＥＤランプであるが、放熱部１０３の上部には複数のＬＥＤを実装したＬＥＤモジュール１００が取り付けられ、このＬＥＤモジュール１００を包み込んで絶縁性の透明樹脂１０５でモールドし、このモールドした透明樹脂１０５が球形状をなして、従来の電球と同じ形状となっている。

図１４は図１３に示すＬＥＤモジュール１００の斜視図であり、複数のＬＥＤ１１１を実装した４枚のモジュール基板１１２を四角形状に組み立てＬＥＤモジュール１００を構成し、各モジュール基板１１２上で配線されたＬＥＤ群をモジュール基板１１２の裏面側に設けた引出電極１１３を介して放熱部１０３、絶縁部１０４の内部に設けられた電源部（図示せず）に接続している。そしてこのＬＥＤモジュール１００を透明樹脂１０５でランプ形状にモールドしている。

上記ＬＥＤランプ１００Ｌの動作は、口金部１０２から供給される電力によってＬＥＤモジュール１００が発光し、透明樹脂１０５を通過して外部に放射される。またＬＥＤ１１１からの多量の発熱は放熱部１０３及び透明樹脂１０５を経由して放熱される。

また、特許文献２及び特許文献３については図示を省略したが、両者とも口金部構成のＬＥＤランプであり、それぞれＬＥＤモジュールの構成に特徴がある。
特許文献２のＬＥＤランプにおけるＬＥＤモジュールは中空の金属製支持筒の外側にＬＥＤを実装した回路基板を貼り付け、ＬＥＤによる発熱を回路基板を介して支持筒に伝導させ、支持筒の周囲を流れる空気によって冷却効果を高めるようにしている。
また、特許文献３のＬＥＤランプにおけるＬＥＤモジュールは、支持部材として金属製の支持柱を設け、この支持柱の表面に絶縁処理を施した後に接続配線を施し、この接続配線に複数のＬＥＤを実装してＬＥＤモジュールとしている。

特許文献４には放熱性を改良したＬＥＤモジュールが記載されている。図１５、図１６は、何れも特許文献４に記載されたＬＥＤモジュール２００，３００の斜視図であり、図１５に記載されたＬＥＤモジュール２００は２個の長方形の金属部材２０３を絶縁部材２０２を間に挟んで一体化して積層体２０５を形成し、前記２個の金属部材２０３を電極としてＬＥＤ２１１をフリップチップ実装してＬＥＤモジュール２００を構成している。また図１６に記載されたＬＥＤモジュール３００は２個の金属部材３０３を絶縁部材３０２を間に挟んで一体化して積層体３０５を形成し、積層体３０５の２辺にＬＥＤ３１１をフリップチップ実装してＬＥＤモジュール３００を構成している。

さらに特許文献５には、横向きタイプの照明器具用のＰＥＤランプが記載されており、口金付きのランプ構成で本体部の上面に、平面状態で実装されたＬＥＤと、このＬＥＤの周囲を所定の反射角度を有して回転自在に取り付けられた反射板を有し、ＬＥＤランプを口金によって取り付けた状態で、反射板を回転させて任意の方向に照明光を出射させるＬＲＤランプとなっている。

特開２００９−１３５０２６号公報 特開２０１０−１３５１８１号公報 特開２００８−１０３１１２号公報 再公表特許―ＷＯ２００６−０７０４５７号公報 特開２０１１−１８１３４５号公報

しかし、特許文献１に記載された従来のＰＥＤランプは、ＬＥＤモジュールとして複数のＬＥＤを回路基板に実装し、この回路基板を放熱部に接触させた放熱経路とモールドした透明樹脂を経由しての放熱経路によって放熱を行っているが、回路基板に実装されたＬＥＤからの放熱は、回路基板の熱伝導性があまり良くないため、十分な放熱が行われない欠点がある。また、特許文献２に記載された従来のＰＥＤランプは、ＬＥＤモジュールとして複数のＬＥＤを実装いた回路基板を金属製の支持筒に貼りつけて放熱を行っているが、やはり回路基板の熱伝導性があまり良くないため、十分な放熱が行われない欠点がある。

また、特許文献３に記載された従来のＰＥＤランプは、支持部材として金属製の支持柱を設け、この支持柱の表面に絶縁処理を施した後に接続配線を施し、この接続配線に複数のＬＥＤを実装してＬＥＤモジュールとしているため、複数のＬＥＤからの発熱は金属製の支持柱によって良好に行われるが、金属製の支持柱に絶縁処理を行なったり、また配線電極を形成する等の複雑な製造工程を必要とし、製造価格が高くつくという欠点がある。
さらに、特許文献４に記載された従来のＬＥＤモジュールは、２個の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化して積層体を形成し、前記２個の金属部材を電極としてＬＥＤをフリップチップ実装しているので、ＬＥＤを金属部材に直接実装しているため、すぐれた放熱特性を有し、かつ構成も簡単となる長所を有するが、ＬＥＤモジュールとしての構成が提案されているだけで、ＬＥＤランプとしての構成に付いてはなんの記載もない。

また、特許文献５に記載された従来のＬＰＥＤランプは、任意の方向に照明光を出射させるメリットがあるが、回転自在に取り付けられた反射板を回転させて任意の方向に照明光を出射させる構成なので、ＬＥＤランプの内部に複雑な回転機構を作り込む必要があり、形状が大きくなる等の欠点がある。

そこで本発明の目的は、上記各従来例の技術を応用するとともに、それぞれの欠点を解消し、構成が単純で、放熱特性に優れ、かつ照明方向の自由度も得られるＬＥＤランプを提供することである。

上記目的を達成するため本発明におけるＬＥＤランプの構成は、下記の通りである。
本体部と、該本体部の上面に取り付けられた透明カバーと、前記本体部の下面に取り付けられた口金部とを有するＬＥＤランプにおいて、少なくとも２個の長方形の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化して支持柱を形成し、前記支持柱の上方をＬＥＤを実装する素子実装部とし、前記支持柱の下方を電源部に接続固定する支持部とし、前記支持柱の素子実装部には、絶縁部材を挟んだ２個の金属部材の対向した両面に複数のＬＥＤを並べて実装し、また前記支持柱の素子実装部の上面部にもＬＥＤを実装するとともに、前記支持柱の支持部を前記本体部に内蔵された電源部に接続固定したことを特徴とするＬＥＤランプ。

上記構成によれば、２個の金属部材を絶縁部材に挟んで一体化した支持柱に、複数のＬＥＤを実装したＬＥＤユニットを電源部に接続するとともに、放熱機能を有する本体部に取り付ける構成であるため、構成が簡単で、放熱特性に優れたＬＥＤランプを提供することが出来る。

前記支持柱の支持部を前記本体部に内蔵された電源部に設けたコネクターに挿入固定すると良い。

前記支持柱の素子実装部の対向する２面に実装されているＬＥＤの数が異なると良い。

前記本体部の上面に絶縁性の回路基板を固着し、この回路基板上に設けた配線電極に、前記支持柱の支持部の両側の金属部材を半田によって固定すると良い。

前記支持柱の支持部に対して素子実装部が傾斜している良い。

前記ＬＥＤは２個の接続電極を有する実装基板に実装されたＬＥＤパッケージ構成を有すると良い。

上記の如く本発明によれば、２個の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化して支持柱を構成し、この支持柱に複数のＬＥＤを実装したＬＥＤユニットを、さらに放熱機能を有する本体部に取り付ける構成であるため、構成が簡単で、放熱特性に優れ、且つ照明方向を選択することが可能なＬＥＤランプを提供することが出来る。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。 図１に示すＬＥＤランプにおけるＬＥＤユニットの詳細図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。 本発明の第４実施形態におけるＬＥＤランプの断面図である。 図５に示すＬＥＤランプにおけるＬＥＤユニットの平面図である。 図１に示すＬＥＤランプの取り付け状態を示す断面図である。 図４に示すＬＥＤランプの取り付け状態を示す断面図である。 図４に示すＬＥＤランプの取り付け状態を示す断面図である。 図５に示すＬＥＤランプの取り付け状態を示す断面図である。 本発明におけるＬＥＤユニットの他の実施形態を示す詳細図である。 本発明におけるＬＥＤユニットの他の実施形態を示す詳細図である。 従来のＬＥＤランプの断面図である。 図１３に示す従来のＬＥＤランプにおけるＬＲＤユニットの斜視図である。 従来のＬＥＤユニットの斜視図である。 従来のＬＥＤユニットの斜視図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１、図２は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤランプを示し、図１はＬＥＤランプ１０Ｌの断面図、図２は図１に示すＬＥＤランプ１０Ｌに使用されるＬＥＤモジュール１０の詳細図である。図１においてＬＥＤランプ１０Ｌの基本構成は口金部２が取り付けられた放熱機能を有する金属製の本体部３の上部に、透明カバー５が取り付けられた、従来のランプ構成を有している。そして本体部３の内部には電源回路６とコネクター７が収納されており、透明カバー５の内部には後述する複数のＬＥＤ１１を実装したＬＥＤモジュール１０が、コネクター７に挿入されて配設されている。

上記構成において、ＬＥＤランプ１０Ｌは口金部２から供給される交流電圧を電源部６によってＬＥＤ１１を駆動する電圧に変換し、コネクター７を介してＬＥＤモジュール１０に供給することによってＬＥＤ１１が点灯して照明が行われる。また多数のＬＥＤ１１の点灯による発熱は、後述するＬＥＤモジュール１０を構成する金属部材から直接放熱するとともに、金属部材からコネクター７の外壁を介して本体部３に伝導され、本体部３より強力に放熱されて行く。

図２はＬＥＤモジュール１０の詳細を示し、（ａ）はＬＥＤモジュール１０の斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）はＬＥＤ１１の側面図と底面図である。図２（ａ）においてＬＥＤモジュール１０は２個の長方形の金属部材１３を絶縁部材１４を間に挟んで一体化して支持柱１５を形成し、前記支持柱１５の上方（矢印Ａ−Ａで示す）をＬＥＤ１１を実装する素子実装部１５ａとし、前記支持柱１５の下方を電源部６に接続固定する支持部１５ｂとし、前記支持柱１５の素子実装部１５ａには、絶縁部材１４を挟んだ２個の金属部材１３にＬＥＤ１１を電気的に取り付けるとともに、前記支持柱１５の支持部１５ｂを電源部６に設けられたコネクター７に挿入固定する。

なお、本実施形態におけるＬＥＤ１１は（ｄ）に側面図及び底面図を示す如く、２個の実装電極１１ａ、１１ｂを有するフリップチップ実装（以後ＦＣ実装と略記する）型のＬＥＤであり、（ｂ）（ｃ）に示すごとく、絶縁部材１４を挟んだ２個の金属部材１３を電極としてＦＣ実装され、その対向した両面に複数のＬＥＤ１１を並べて実装し、また上部にもＬＥＤ１１を実装している。図示の如く、絶縁部材１４を挟んだ２個の金属部材１３によって構成された簡単な構成の支持柱１５に多数のＬＥＤ１１を並列接続で実装することができ、明るい照明装置を実現できる。

（第２実施形態）
次に図３により第２実施形態のＬＥＤランプを説明する。図３は第２実施形態のＬＥＤランプ２０Ｌの断面図であり、基本的構成は図１に示したＬＥＤランプ１０Ｌと同じなので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第２実施形態のＬＥＤランプ２０Ｌと第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌとの違いは、ＬＥＤモジュール１０の取り付け構造である。すなわちＬＥＤランプ１０Ｌの場合はコネクター７を設け、このコネクター７にＬＥＤモジュール１０の支持部１５ｂを差し込んで接続と固定を行っていたのに対し、ＬＥＤランプ２０Ｌの場合は、コネクター７を設けずに、本体部３の上面に絶縁性で反射性の良い回路基板２１を固着し、この回路基板２１上に設けた配線電極２２に、ＬＥＤモジュール１０の支持部１５ｂの両側の金属部材１３を半田２３によって固定している。

上記ＬＥＤランプ２０Ｌは図示を省略したたが、電源部６に対して配線電極２２と口金部２とは電気的に接続されており、口金部２から供給される交流電圧を電源部６によってＬＥＤ１１を駆動する電圧に変換し、配線電極２２を介してＬＥＤモジュール１０に供給することによってＬＥＤ１１が点灯して照明がおこなわれる。また多数のＬＥＤ１１の点灯による発熱は、ＬＥＤモジュール１０を構成する金属部材３から直接放熱するとともに、金属部材３から半田２３及び回路基板２１を介して本体部３に伝導され、本体部３より強力に放熱されて行く。

（第３実施形態）
次に図４により第３実施形態のＬＥＤランプを説明する。図４は第３実施形態のＬＥＤランプ３０Ｌの断面図であり、基本的構成は図１に示したＬＥＤランプ１０Ｌと同じなので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第３実施形態のＬＥＤランプ３０Ｌと第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌとの違いは、ＬＥＤモジュールの構造の違いであり、ＬＥＤモジュール１０では支持柱１５の対向面に実装されたＬＥＤ１１の数が同数であったのに対し、ＬＥＤランプ３０ＬのＬＥＤモジュール３０は支持柱１５の対向面に実装されたＬＥＤ１１の数が異なっており、実施形態では左側のＬＥＤ１１の数が少なくなっている。このＬＥＤランプ３０Ｌの取り付け構造及び発光状態に付いては後述するが、基本的に片側照明装置として利用されるものである。

（第４実施形態）
次に図５、図６により第４実施形態のＬＥＤランプを説明する。図５は第４実施形態のＬＥＤランプ４０Ｌの断面図、図６はＬＥＤランプ４０Ｌに取り付けられたＬＥＤモジュール４０の平面図であり、基本的構成は図１に示したＬＥＤランプ１０Ｌと同じなので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第４実施形態のＬＥＤランプ４０Ｌと第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌとの違いは、ＬＥＤモジュールの形状の違いであり、ＬＥＤランプ１０ＬのＬＥＤモジュール１０は支持柱１５が直線形状であったのに対し、ＬＥＤランプ４０ＬのＬＥＤモジュール４０の支持柱４５は屈曲形状となっていることである。このＬＥＤランプ４０Ｌの取り付け構造及び発光状態に付いては後述するが、基本的に片側照明装置として利用されるものである。

図６はＬＥＤモジュール４０の平面図であり、支持柱４５は素子実装部４５ａと支持部４５ｂの間において屈曲しており、支持部４５ｂを第１実施形態におけるコネクター７に差し込むか、または第２実施形態における回路基板１の配線電極２２に半田２３にて固定すると、図５に示す如くＬＥＤモジュール４０が傾斜して取り付けられる。

（ＬＥＤランプの取り付け構造）
次に図７〜図１０により、各ＬＥＤランプの取り付け構造と照明方向について説明する。図７はＬＥＤランプ１０Ｌまたは２０Ｌを天井に取り付けた構造を示しており、その照明方向は放射光線Ｐで示す如く下側全方位になるので部屋の中央に取り付けると良い。図８はＬＥＤランプ３０Ｌを天井に取り付けた構造を示しており、その照明方向は放射光線Ｐで示す如く下側斜め方向となるので、部屋や廊下のコーナーに取り付けると良い。

図９は同じくＬＥＤランプ３０Ｌを壁に取り付けた場合であり、その照明方向は放射光線Ｐで示す如く下側斜め方向となるので卓上や玄関の照明に適している。さらの図１０はＬＥＤランプ４０Ｌを壁に取り付けた場合であり、その照明方向は放射光線Ｐで示す如く下側斜め方向となるので卓上や玄関の照明に適している。

（ＬＥＤモジュールの他の実施形態）
図１１、図１２はＬＥＤモジュールの他の実施形態であり、図１１は実装タイプのＬＥＤモジュール５０を示し、図１１（ａ）はＬＥＤモジュール５０の斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図，（ｄ）は実装ＬＥＤの断面図である。なお、図１１に示すＬＥＤモジュール５０の基本的構成は図２に示すＬＥＤモジュール１０と同じであり同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。ＬＥＤモジュール１０とＬＥＤモジュール５０との違いは、ＬＥＤモジュール１０に実装されたＬＥＤ１１が単体のＬＥＤだったのに対し、ＬＥＤモジュール５０に実装されたＬＥＤは（ｄ）に示す如く、ＬＥＤ１１が素子基板５２に実装され、さらに封止樹脂５３で封止された実装ＬＥＤ５１となっていることである。

この構造は、第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌ及び第２実施形態のＬＥＤランプ２０Ｌのいずれにも採用が可能であり、この実装ＬＥＤ５１の場合にはＬＥＤ１１として青色ＬＥＤを用い、封止樹脂５３にＹＡＧ蛍光樹脂を採用することによって、白色発光装置として使用することができる。

図１２はワイヤー実装ＬＥＤモジュール６０を示し、図１２（ａ）はＬＥＤモジュール６０の斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。なお、図１２に示すＬＥＤモジュール６０の基本的構成は図２に示すＬＥＤモジュール１０と同じであり同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。ＬＥＤモジュール１０とＬＥＤモジュール６０との違いは、ＬＥＤモジュール１０に実装されたＬＥＤ１１がＦＣ実装タイプのＬＥＤだったのに対し、ＬＥＤモジュール６０に実装されたＬＥＤ６１はワイヤーボンディングタイプのＬＥＤであり、図１２（ａ）（ｂ）に示す如く、上面に電極を有するＬＥＤ６１を支持柱１５の素子実装部１５ａに逆向きに接着し、支持柱１５を構成する２個の金属部材１３にワイヤー６２により接続している。このＬＥＤモジュール６０も、第１実施形態のＬＥＤランプ１０Ｌ及び第２実施形態のＬＥＤランプ２０Ｌのいずれにも採用が可能である。

なお本発明の各実施形態においては、ランプ形状として、従来の電球と同様の球形としたが、これに限定されるものではなく、筒状や矩形形状等のランプ形状も含まれることは当然である。また、金属部材としてはＬＤＥの発熱を放熱するための熱伝導性の良い材質で有ることに加えて、ＬＥＤを実装するためのボンディング性に優れた材料であることが必要であり、金属材料の表面にボンディング性の良い金属皮膜をメッキ形成しておくと良い。

２、１０２ 口金部
３ 本体部
５ 透明カバー
６ 電源部
７ コネクター
１０、３０，４０、 ＬＥＤモジュール
１００、２００、３００ ＬＥＤモジュール
１０Ｌ、２０Ｌ，３０Ｌ，４０Ｌ、ＬＥＤランプ
１００Ｌ、 ＬＥＤランプ
１１、１１１，２１１，３１１ ＬＥＤ
１１ａ、１１ｂ 実装電極
１３、２０３，３０３ 金属部材
１４，１０４，２０４，３０４ 絶縁部材
１５、４５ 支持柱
１５ａ、４５ａ 素子実装部
１５ｂ、４５ｂ 支持部
２１ 回路基板
２２ 配線電極
２３ 半田
５１ 実装ＬＥＤ
５２ 素子基板
５３ 封止樹脂
６１ ワイヤー実装ＬＥＤ
６２ ワイヤー
１０３ 放熱部
１０５ 透明樹脂
１１２ モジュール基板
１１３ 引出電極
２０５、３０５ 積層体

Claims (6)

1. 本体部と、該本体部の上面に取り付けられた透明カバーと、前記本体部の下面に取り付けられた口金部とを有するＬＥＤランプにおいて、少なくとも２個の長方形の金属部材を絶縁部材を間に挟んで一体化して支持柱を形成し、前記支持柱の上方をＬＥＤを実装する素子実装部とし、前記支持柱の下方を電源部に接続固定する支持部とし、前記支持柱の素子実装部には、絶縁部材を挟んだ２個の金属部材の対向した両面に複数のＬＥＤを並べて実装し、また前記支持柱の素子実装部の上面部にもＬＥＤを実装するとともに、前記支持柱の支持部を前記本体部に内蔵された電源部に接続固定したことを特徴とするＬＥＤランプ。
2. 前記支持柱の支持部を前記本体部に内蔵された電源部に設けたコネクターに挿入固定したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記本体部の上面に絶縁性の回路基板を固着し、この回路基板上に設けた配線電極に、前記支持柱の支持部の両側の金属部材を半田によって固定することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記支持柱の素子実装部の対向する２面に実装されているＬＥＤの数が異なることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
5. 前記支持柱の支持部に対して素子実装部が傾斜している請求項１から４の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。
6. 前記ＬＥＤは２個の接続電極を有する実装基板に実装されたＬＥＤパッケージ構成を有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のＬＥＤランプ。