JP6726643B2

JP6726643B2 - 照明装置、ヒートシンク及び発光素子基板

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Publication number: JP6726643B2
Application number: JP2017118227A
Authority: JP
Inventors: 克行沖村
Original assignee: Hotalux Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: JP2017174828A

Description

本発明は、照明装置、ヒートシンク及び発光素子基板に関する。

近年、従来の白熱電球及び蛍光ランプを代替する照明装置として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた電球が、種々開発されている。このようなＬＥＤ電球では、従来の照明装置との置き換えを考慮する必要があるため、その大きさに制限がある場合が多い。このため、前記ＬＥＤ電球では、その性能を満足させるための放熱を、決められた大きさの中で行う必要がある。

特に、白熱電球代替用のＬＥＤ電球の場合、置き換える白熱電球の大きさは規定されている上、置き換えた際の違和感を抑えるために発光面積を増大させる必要があり、放熱に使用できる面積が限られている。

この放熱の問題を解決するものとして、ヒートシンクと送風装置を組み合わせた効率的なＬＥＤ冷却手段を備えた照明装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１２−１９９１８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置では、放熱効果は充分であるものの、長手方向の寸法が増大する。

そこで、本発明は、充分な放熱効果を得ながら、全長の増大を抑制可能な照明装置、並びにそれに用いられるヒートシンク及び発光素子基板を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の照明装置は、
発光素子基板と、ヒートシンクと、送風機とを含み、
前記発光素子基板には、発光素子が実装され、
前記ヒートシンクは、両端に開口を備えた筒状であり、
前記ヒートシンクの少なくとも外側面に、前記発光素子基板が配置され、
前記送風機により、前記ヒートシンクの一方の開口から他方の開口に送風可能とされている
ことを特徴とする。

本発明のヒートシンクは、
前記本発明の照明装置に用いられ、
両端に開口部を備えた筒状である
ことを特徴とする。

本発明の発光素子基板は、
発光素子、電極及び基板を含み、
前記基板は、複数の発光素子配置部及び電極配置部を含み、
前記発光素子及び前記電極は、回路で接続され、
前記複数の発光素子配置部は、夫々前記電極から離れる一端に向かって次第に幅が狭くなるように形成されるとともに並列的に隣同士が連結した状態で配置され、
前記発光素子配置部の並列的に配置された方向の両端を接近させることで、前記基板を両端が開口するとともに、側面が前記一端側の頂部に向かって先細り状に傾斜した略筒状に湾曲可能である
ことを特徴とする。

本発明によれば、充分な放熱効果を得ながら、全長の増大を抑制可能な照明装置、並びにそれに用いられるヒートシンク及び発光素子基板を提供することができる。

図１（Ａ）は、本発明のヒートシンクの一例を示す上方向から見た斜視図であり、図１（Ｂ）は、本発明のヒートシンクの一例を示す下方向から見た斜視図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のヒートシンクのその他の例を示す上方向から見た斜視図である。図３（Ａ）は、本発明の発光素子基板の一例の略筒状に湾曲する前の状態を示す概略平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す発光素子基板を図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すヒートシンクに取付けた状態を示す上方向から見た斜視図である。図４（Ａ）は、本発明の照明装置の構成の一例を示す分解側面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す照明装置のＩ−Ｉ方向から見た断面図である。

以下、本発明の照明装置、ヒートシンク及び発光素子基板について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の説明に限定されない。なお、以下の図１から図４において、同一部分には、同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。

［ヒートシンク］
まず、本発明のヒートシンクについて説明する。本発明のヒートシンクは、後述の本発明の照明装置に用いられる。図１（Ａ）は、本発明のヒートシンクの一例を示す上方向から見た斜視図である。図１（Ｂ）は、本発明のヒートシンクの一例を示す下方向から見た斜視図である。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、このヒートシンク１は、両端に開口を備えた筒状である。本発明のヒートシンク１は、両端に開口を備えた筒状であることで、一方（図１（Ａ）及び（Ｂ）において、上方又は下方）の開口からヒートシンク１内部に外気を取り込み、他方（図１（Ａ）及び（Ｂ）において、下方又は上方）の開口から排気することができ、放熱効果に優れる。

ヒートシンク１の形成材料としては、例えば、アルミニウム及びその合金、マグネシウム及びその合金、鉄及びその合金、銅及びその合金、チタン及びその合金等があげられる。マグネシウム及びその合金を用いれば、より軽量化することが可能となる。鉄及びその合金を用いれば、製造コストをより低減可能となる。銅及びその合金を用いれば、放熱特性をより向上可能となる。チタン及びその合金を用いれば、強度をより向上可能となる。また、ヒートシンク１の形成材料は、例えば、熱伝導性フィラーを含有させた樹脂でもよい。前記樹脂としては、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等があげられる。

本発明のヒートシンク１は、図１（Ｂ）に示すように、側面の少なくとも一部が、傾斜しており、前記傾斜した側面の内壁から突出した熱拡散部材１ａを有することが好ましい。熱拡散部材１ａを有することで、ヒートシンク１の表面積が増大し、放熱効果により優れる。図１（Ｂ）では、熱拡散部材１ａとして複数のピン部材を示しているが、熱拡散部材１ａは、フィン（羽）部材等であってもよい。また、本発明のヒートシンク１は、後述の本発明の照明装置に用いられ、両端に開口を備えた筒状でありさえすればよく、図２（Ａ）に示す円筒形であってもよいし、図２（Ｂ）に示す円筒と円錐の一部とを組み合わせた形状であってもよいし、図２（Ｃ）に示す多面体状であってもよい。

［発光素子基板］
つぎに、図３を参照して、本発明の発光素子基板について説明する。図３（Ａ）は、本発明の発光素子基板の一例の略筒状に湾曲する前の状態を示す概略平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す発光素子基板を図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すヒートシンク１に取付けた状態を示す上方向から見た斜視図である。

図３（Ａ）に示すように、この発光素子基板２は、発光素子２１と、電極（陽極２２及び陰極２３）と、基板２４とを含む。基板２４は、８つの発光素子配置部２５ａ〜２５ｈ並びに２つの電極配置部２６ａ及び２６ｂを含む。発光素子２１及び前記電極は、回路で接続されている（図示省略）。８つの発光素子配置部２５ａ〜２５ｈは、並列的に隣同士が連結した状態で配置されている。電極配置部２６ａ及び２６ｂの形成箇所は、特に制限されないが、図３（Ａ）に示すように、基板２４の中央部であることが好ましい。本発明の発光素子基板において、発光素子配置部及び電極配置部の数は、図３（Ａ）に示す例に限定されない。図３（Ａ）に示す例では、陽極２２及び陰極２３が、それぞれ独立した電極配置部２６ａ及び２６ｂに配置されているが、陽極２２及び陰極２３は、一つの電極配置部にまとめて配置されていてもよい。

基板２４は、後述のように、両端が開口した略筒状に湾曲可能であれば、いかなる材料を用いて形成してもよい。基板２４の形成材料としては、例えば、ポリイミド、シリコーン等があげられ、ポリイミドであることが特に好ましい。

発光素子２１としては、例えば、ＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬ等があげられ、ＬＥＤであることが好ましい。ＬＥＤは、特に限定されず、従来公知のものを使用できるが、白色ＬＥＤであることが好ましい。発光素子２１は、熱伝導性に優れた基板２４に形成された配線パターン上に実装されている。発光素子基板２では、発光素子２１が、例えば、シリコーン樹脂等に内包され、前記シリコーン樹脂中に蛍光体が分散されていてもよい。このような態様においては、例えば、発光素子２１を、青色ＬＥＤとし、前記蛍光体を、黄色蛍光体又は赤・緑蛍光体の組み合わせとすることで、白色光を得ることができる。また、発光素子２１を、近紫外ＬＥＤ（ＵＶ−ＬＥＤ）とし、前記蛍光体を、赤・緑・青蛍光体の組み合わせ（ＲＧＢ蛍光体）とすることでも、白色光を得ることができる。

本発明の発光素子基板２は、発光素子配置部の並列的に配置された方向の両端を接近させることで、図３（Ｂ）に示すように、両端が開口した略筒状に湾曲して、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すヒートシンク１に取付け可能である。発光素子基板２のヒートシンク１への取付け方法は、特に限定されず、例えば、両面テープ、接着剤等を用いて取付け可能である。例えば、発光素子基板１の裏面に発光素子基板１と略同形状の両面テープを貼りつけておき、ヒートシンク１に巻きつけることで、容易に取付け可能である。

［照明装置］
つぎに、図４を参照して、図３（Ｂ）に示す発光素子基板２が取付けられたヒートシンク１（以下、「ヒートシンク１」と言う。）を用いた場合を例にとり、本発明の照明装置について説明する。図４（Ａ）は、本発明の照明装置の構成の一例を示す分解側面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す照明装置のＩ−Ｉ方向から見た断面図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、この照明装置１０は、筐体（口金６、電力供給用部材カバー５及び光学カバー７）と、ヒートシンク１と、送風機３と、電力供給用部材４とを含む。前記筐体及び電力供給用部材４は任意の構成部材であり、照明装置１０に含まれなくてもよいが、含まれることが好ましい。

前記筐体は、口金６、電力供給用部材カバー５及び光学カバー７がこの順で配置されることで構成されている。電力供給用部材カバー５の一端（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下端）は、口金６に嵌合している。電力供給用部材カバー５の他端（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、上端）は、光学カバー７の一端（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下端）と嵌合している。光学カバー７は、光透過性材料を用いて形成されている。電力供給用部材カバー５は、光透過性材料を用いて形成されていてもよいし、光透過性材料以外の材料を用いて形成されていてもよい。光学カバー７及び電力供給用部材カバー５は、光透過性材料を用いて一部材として形成されていてもよい。光学カバー７、電力供給用部材カバー５及び口金６としては、公知の照明装置用のカバー及び口金を用いてよい。

電力供給用部材カバー５の内部には、口金６側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下側）から順に、電力供給用部材４及びヒートシンク１の一端側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下側）の一部が配置され、送風機３が、ヒートシンク１の一端側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下側）内部に配置されている。ヒートシンク１の他端側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、上側）は、電力供給用部材カバー５の口金６と反対側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、上側）に突出している。この電力供給用部材カバー５から突出したヒートシンク１の他端側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、上側）を覆うように光学カバー７が配置されることで、照明装置１０が構成されている。ただし、送風機３は、ヒートシンク１の一方の開口から他方の開口に送風可能であれば前記筐体内部のいかなる箇所に配置してもよく、例えば、ヒートシンク１の口金６と反対側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、上側）に配置してもよい。

電力供給用部材４は、照明装置１０の外部から口金６に供給された電力を発光素子２１及び送風機３に供給するための部材であり、公知の照明装置用の電力供給用部材を用いてよい。前述のとおり、電力供給用部材４は、任意の構成部材であり、照明装置１０の外部から供給された電力を口金６から発光素子２１及び送風機３に直接供給する場合には、本発明の照明装置に含まれなくともよい。送風機３については、後述する。

電力供給用カバー５は、口金６と反対側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、上側）の側壁に周方向に並んだ複数の開口５１を有し、かつ、口金６側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下側）の側壁に周方向に並んだ複数の開口５２を有する。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す照明装置１０において、送風機３を動作させて口金６側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下側）に送風すると、図４（Ｂ）に矢印で示すように、照明装置１０外部の大気が開口５１から照明装置１０内部へと流入し、それにより、光学カバー７内部の気体がヒートシンク１の口金６と反対側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、上側）の開口からヒートシンク１内部へと送り込まれる。ヒートシンク１の内部に送り込まれた前記気体は、熱拡散部材１ａにより放熱された発光素子の発した熱により温められ、ヒートシンク１の口金６側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下側）の開口から送風機３へと送られる。送風機３に送られた前記気体は、電力供給用部材４を通過して、開口５２から照明装置１０外部へと排出される。

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記筐体の側壁が、ヒートシンク１内部と連通する二箇所以上の開口５１及び５２を有することが、放熱効果がより高まることから好ましい。ただし、前記筐体側壁の開口は、照明装置１０内部の気体と照明装置１０外部の大気とを入れ替え可能であることから、一つでもよい。

送風機３としては、例えば、市販品を用いてよい。送風機３は、一定時間毎に送風方向を逆向きにできるものであることが好ましい。このような送風機３を用いることで、図４（Ｂ）に矢印で示すのと逆向きの気流を生じさせることができ、これにより、電力供給用部材カバー５内部の口金６側（図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、下側）に塵埃が堆積するのを抑制できる。

ヒートシンク１及び送風機３を用いた本発明の照明装置によれば、充分な放熱効果を得ながら、全長の増大を抑制することが可能である。例えば、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す照明装置１０では、全長を、市販の７５形ミニクリプトンランプの全長８１ｍｍよりも短い７７ｍｍとし、全光束を７５形ミニクリプトンランプと同等の１０００ｌｍとすることが可能である。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

本発明によれば、充分な放熱効果を得ながら、全長の増大を抑制可能な照明装置を提供することができる。本発明の照明装置は、幅広い用途に用いることが可能である。

１ヒートシンク
１ａ熱拡散部材
２発光素子基板
３送風機
４電力供給用部材
５電力供給用部材カバー
６口金
７光学カバー
１０照明装置
２１発光素子
２２、２３電極
２４基板
２５ａ〜２６ｈ発光素子配置部
２６ａ、２６ｂ電極配置部

Claims

発光素子、電極及び基板を含み、
前記基板は、複数の発光素子配置部及び電極配置部を含み、
前記発光素子及び前記電極は、回路で接続され、
前記複数の発光素子配置部は、夫々前記電極から離れる一端に向かって次第に幅が狭くなるように形成されるとともに並列的に隣同士が連結した状態で配置され、
前記発光素子配置部の並列的に配置された方向の両端を接近させることで、前記基板の前記一端側及びその他端側が開口するとともに、側面が前記一端側の頂部に向かって先細り状に傾斜した略筒状に湾曲可能である
ことを特徴とする発光素子基板。
前記電極配置部が、前記基板の前記両端間の中央部に形成されている、
請求項１記載の発光素子基板。
前記発光素子が、ＬＥＤである、
請求項１又は２記載の発光素子基板。