JPWO2010004702A1 - 電球形照明用光源 - Google Patents
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Abstract
Description
<構成>
図1は、本発明の実施形態に係る照明用光源の構成を示す分解斜視図である。図2は、本発明の実施形態に係る照明用光源の構成を示す断面図である。
<検証>
発明者らは、まず実装基板の下面に配設されたヒートシンク部材の包絡体積を変化させたときの放熱特性の変化に関する実験を行った。
(1)実施形態では、電極パッド27が実装基板21の上面に設けられており、配線19は実装基板21の上面の電極パッド27に接続されている。しかしながら本発明はこれに限られない。例えば、図9に示すように、実装基板21の下面に電極パッド27を設け、配線パターン29と電極パッド27とをスルーホールにて電気的に接続し、配線19を実装基板21の下面の電極パッド27に接続することとしてもよい。このようにすることで、図10に示すように実装基板21の上面における発光部が配設されていない領域を広げることができ、実装基板21の四辺にヒートシンク部材31を面接触させることができる。また図11に示すように、実装基板21の上面から下面にかけて貫通孔を穿設し、この貫通孔に配線19を通すこととしてもよい。
(2)実施形態では、ヒートシンク部材31にはフィンが設けられていないが、本発明はこれに限られない。例えば、図12(a)に示すように、ヒートシンク部材31の側部にフィン36を設けることとしてもよい。また実施の形態では、ヒートシンク部材11には側部にフィンが設けられているが、本発明はこれに限られない。例えば、図12(b)に示すように、ヒートシンク部材11の内部にフィン12を設けることとしてもよい。
(3)実施形態では、グローブ41を電球形に類似した形状としているが、本発明はこれに限られない。例えば、図13に示すように、グローブ41をできるだけ小さくして、ヒートシンク部材31が外気に触れる部分を大きくしてもよい。
(4)実施形態では、ヒートシンク部材31の開口の内周はどこでも一定であるが、本発明はこれに限られない。例えば、図14に示すように、開口がヒートシンク部材上面に近づくにつれて次第に広がる内周面37を有することとしてもよい。これにより光の取出し効率を高めることができる。
(5)実施形態では、金属ベースの実装基板を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、アルミナ基板等のセラミックス基板でも同様の効果を得ることができる。
(6)実施形態では、ヒートシンク部材11の上面が平坦面であり、ヒートシンク部材31の下面が実装基板21を収容するための凹入部をもつが、本発明はこれに限られない。例えば、ヒートシンク部材11の上面に実装基板21を収容するための凹入部を設け、ヒートシンク部材31には発光部24を収容して光を取出すための開口のみを設けることとしてもよい。またヒートシンク部材11の上面およびヒートシンク部材31の下面の両方に凹入部を設け、両方の凹入部で実装基板21を収容することとしてもよい。
(7)実施形態では、発光部24はヒートシンク部材31の開口に完全に収容されているが、本発明はこれに限られない。例えば、図15に示すように、発光部24の頂部の面39がヒートシンク部材31の表面38よりも絶縁基板21に垂直な方向に突出していてもよい。そうすることで光取出し効率を高めることができる。なお、この場合においても、ヒートシンク部材31の厚みT2を実装基板21の厚みT1よりも大きくしておくことにより、ヒートシンク部材31の剛性を高めて実装基板21の反りを規制する効果を確保することができる。
(8)実施形態では、グローブ41の内部空間のガスについて言及していないが、空気でもよいし窒素ガスを封入することとしてもよい。窒素ガスは空気に比べて熱伝導性が良いので、窒素ガスを封入した場合にはさらに良好な放熱特性を得ることができる。また、LEDおよび蛍光体が吸湿することにより発光特性が劣化してしまうことを防止することができる。
(9)実施形態では、LED25はシリコーン樹脂成形体26により封止されているが、本発明は、これに限らない。例えば、図18に示すように、LED25が露出していてもよい。この場合、グローブ41の内面に蛍光体層44を設けることにより、実施形態同様に白色光を得ることができる。また、LEDおよび蛍光体が吸湿することを防止するため、グローブ41の内部空間に窒素ガスや乾燥空気を封入するか、内部のガスを排気して真空状態にしておくのが望ましい。
11 ヒートシンク部材
12 フィン
13 貫通孔
14 上面
15 ケース
16 E型口金
17 プリント配線板
18 電源回路
19 配線
21 実装基板
22 金属基板
23 絶縁層
24 発光部
25 LED
26 シリコーン樹脂成形体
27 電極パッド
28 周縁部
29 配線パターン
31 ヒートシンク部材
32 開口
33 貫通孔
34 凹入部
35 周縁部
36 フィン
37 次第に広がる内周面
38 ヒートシンク部材の表面
39 発光部の頂部の面
41 グローブ
42 封止弁
43 封止部材
44 蛍光体層
61 ヒートシンク部材
62 実装基板
64 発光部
<構成>
図1は、本発明の実施形態に係る照明用光源の構成を示す分解斜視図である。図2は、本発明の実施形態に係る照明用光源の構成を示す断面図である。
図3は、ヒートシンク部材および実装基板の接触部分を説明するための上面図である。
本実施形態では、実装基板21とヒートシンク部材31との接触面積は、発熱源である発光部24が配設された面積よりも広い。このように実装基板21とヒートシンク部材31との接触面積を広く取ることで、発光部24の温度上昇を大幅に抑制することができる。
実装基板21には、下面を起点としてヒートシンク部材11に熱を伝導し(符号51)、ヒートシンク部材11から自然空冷する(符号52)経路、上面を起点としてヒートシンク部材31に熱を伝導し(符号53)、ヒートシンク部材31から自然空冷する(符号54)経路、および、上面を起点としてヒートシンク部材31に熱を伝導し(符号53)、ヒートシンク部材31からヒートシンク部材11に熱を伝導し(符号55)、ヒートシンク部材11から自然空冷する(符号52)経路が形成される。このように本実施形態では実装基板21の下面のみならず上面を起点とする放熱経路が形成される。
<検証>
発明者らは、まず実装基板の下面に配設されたヒートシンク部材の包絡体積を変化させたときの放熱特性の変化に関する実験を行った。
LEDモジュールのサンプルは、実装基板62に発光部64を配設して作製されている。実装基板62の下面にはヒートシンク部材61が配設されている。実装基板62にはアルミナ基板を採用し、発光部64の発光素子には1.0mm角のLEDチップを採用している。アルミナ基板には12個のLEDチップがフリップチップ実装されている。
バージョン1とバージョン2,3とを比較すると、ヒートシンク部材の包絡体積を200cm3から300cm3にするとサンプル上面の温度が低下することが分かる。さらにバージョン2とバージョン3とを比較すると、ヒートシンク部材の包絡体積が同じ300cm3であっても、実装基板の下面のみにヒートシンク部材を配設したバージョン2に比べて実装基板の上面および下面にヒートシンク部材を配設したバージョン3のほうがサンプル上面の温度が低下することが分かる。すなわち実装基板の上面を起点とする放熱経路(熱伝導経路)を確保した場合には、単に実装基板の下面に配設されたヒートシンクの包絡体積を大きくした場合よりも良好な放熱特性を得ることができることが分かる。
(1)実施形態では、電極パッド27が実装基板21の上面に設けられており、配線19は実装基板21の上面の電極パッド27に接続されている。しかしながら本発明はこれに限られない。例えば、図9に示すように、実装基板21の下面に電極パッド27を設け、配線パターン29と電極パッド27とをスルーホールにて電気的に接続し、配線19を実装基板21の下面の電極パッド27に接続することとしてもよい。このようにすることで、図10に示すように実装基板21の上面における発光部が配設されていない領域を広げることができ、実装基板21の四辺にヒートシンク部材31を面接触させることができる。また図11に示すように、実装基板21の上面から下面にかけて貫通孔を穿設し、この貫通孔に配線19を通すこととしてもよい。
(2)実施形態では、ヒートシンク部材31にはフィンが設けられていないが、本発明はこれに限られない。例えば、図12(a)に示すように、ヒートシンク部材31の側部にフィン36を設けることとしてもよい。また実施の形態では、ヒートシンク部材11には側部にフィンが設けられているが、本発明はこれに限られない。例えば、図12(b)に示すように、ヒートシンク部材11の内部にフィン12を設けることとしてもよい。
(3)実施形態では、グローブ41を電球形に類似した形状としているが、本発明はこれに限られない。例えば、図13に示すように、グローブ41をできるだけ小さくして、ヒートシンク部材31が外気に触れる部分を大きくしてもよい。
(4)実施形態では、ヒートシンク部材31の開口の内周はどこでも一定であるが、本発明はこれに限られない。例えば、図14に示すように、開口がヒートシンク部材上面に近づくにつれて次第に広がる内周面37を有することとしてもよい。これにより光の取出し効率を高めることができる。
(5)実施形態では、金属ベースの実装基板を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、アルミナ基板等のセラミックス基板でも同様の効果を得ることができる。
(6)実施形態では、ヒートシンク部材11の上面が平坦面であり、ヒートシンク部材31の下面が実装基板21を収容するための凹入部をもつが、本発明はこれに限られない。例えば、ヒートシンク部材11の上面に実装基板21を収容するための凹入部を設け、ヒートシンク部材31には発光部24を収容して光を取出すための開口のみを設けることとしてもよい。またヒートシンク部材11の上面およびヒートシンク部材31の下面の両方に凹入部を設け、両方の凹入部で実装基板21を収容することとしてもよい。
(7)実施形態では、発光部24はヒートシンク部材31の開口に完全に収容されているが、本発明はこれに限られない。例えば、図15に示すように、発光部24の頂部の面39がヒートシンク部材31の表面38よりも絶縁基板21に垂直な方向に突出していてもよい。そうすることで光取出し効率を高めることができる。なお、この場合においても、ヒートシンク部材31の厚みT2を実装基板21の厚みT1よりも大きくしておくことにより、ヒートシンク部材31の剛性を高めて実装基板21の反りを規制する効果を確保することができる。
(8)実施形態では、グローブ41の内部空間のガスについて言及していないが、空気でもよいし窒素ガスを封入することとしてもよい。窒素ガスは空気に比べて熱伝導性が良いので、窒素ガスを封入した場合にはさらに良好な放熱特性を得ることができる。また、LEDおよび蛍光体が吸湿することにより発光特性が劣化してしまうことを防止することができる。
グローブ41の内部空間の封止は、例えば、図16,17,18に示す態様により実現可能である。図16では、ヒートシンク11に設けられた貫通孔13の開口を封止材43で封止し、かつ、グローブ41に封止弁42を設けることとしている。図17では、貫通孔13の開口に封止弁42を設けることとしている。また、図18では、貫通孔33の開口に封止弁42を設けることとしている。封止弁42としては、例えば、機械的な真空バルブ等が利用可能である。封止材43としては、ガラス、樹脂、セメント等が利用可能である。
(9)実施形態では、LED25はシリコーン樹脂成形体26により封止されているが、本発明は、これに限らない。例えば、図18に示すように、LED25が露出していてもよい。この場合、グローブ41の内面に蛍光体層44を設けることにより、実施形態同様に白色光を得ることができる。また、LEDおよび蛍光体が吸湿することを防止するため、グローブ41の内部空間に窒素ガスや乾燥空気を封入するか、内部のガスを排気して真空状態にしておくのが望ましい。
11 ヒートシンク部材
12 フィン
13 貫通孔
14 上面
15 ケース
16 E型口金
17 プリント配線板
18 電源回路
19 配線
21 実装基板
22 金属基板
23 絶縁層
24 発光部
25 LED
26 シリコーン樹脂成形体
27 電極パッド
28 周縁部
29 配線パターン
31 ヒートシンク部材
32 開口
33 貫通孔
34 凹入部
35 周縁部
36 フィン
37 次第に広がる内周面
38 ヒートシンク部材の表面
39 発光部の頂部の面
41 グローブ
42 封止弁
43 封止部材
44 蛍光体層
61 ヒートシンク部材
62 実装基板
64 発光部
Claims (10)
- 口金を通じて電力供給を受ける電球形照明用光源であって、
口金が突設形成されていると共に内部に電源回路を収容している椀状ケースと、
前記椀状ケースの開口を封塞する状態で固定された第1のヒートシンク部材と、
前記第1のヒートシンク部材の開口封塞面に対向する表面に面接触させて配置された実装基板と、
前記実装基板の前記第1のヒートシンク部材への接触面に対向する表面に実装され、前記電源回路から電力供給を受けて発光する発光素子および当該発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換部材を含む発光部と、
少なくとも前記発光部の光射出方向を覆うグローブと、
実装基板の前記表面における前記発光部が配設されていない領域に面接触する第1部分と前記第1のヒートシンク部材に面接触する第2部分とを有する第2のヒートシンク部材と
を備えることを特徴とする電球形照明用光源。 - 前記第2のヒートシンク部材の少なくとも一部は、前記グローブに覆われずに外部に露出していること
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。 - 前記第2のヒートシンク部材は、平板であり、その一方の主面が前記第2の部分であり、前記主面の一部が凹入されて前記第1の部分が形成されていると共に、凹入部の一部が他方の主面まで貫通する開口に形成され、当該開口に前記発光部が収容されていること
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。 - 前記開口の内周は、前記他方の主面に近づくにつれて次第に広がること
を特徴とする請求項3に記載の電球形照明用光源。 - 前記第2のヒートシンク部材と前記実装基板との接触面積は、前記発光部と前記実装基板との接触面積よりも広いこと
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。 - 前記第2のヒートシンク部材における前記第1部分は、実装基板の前記表面における周縁部全周にわたり面接触しており、または、実装基板の前記表面に配された電極パッド付近を除いて全周にわたり面接触していること
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。 - 前記第2のヒートシンク部材における前記第1部分の厚みは、前記実装基板の厚みよりも大きいこと
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。 - 前記実装基板は、前記第1のヒートシンク部材の開口封塞面に対向する表面に面接触させて配置された金属基板と、当該金属基板の前記第1のヒートシンク部材への接触面に対向する表面の一部領域に積層された絶縁層とから構成され、
前記発光部は、前記絶縁層に配設されており、
前記第2のヒートシンク部材における前記第1部分は、前記金属基板の前記表面における前記絶縁層が積層されていない領域に面接触していること
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。 - 前記グローブは、前記第2のヒートシンク部材に設けられたねじ溝にねじ嵌めされ、または、熱伝導性接合材で接合されて、前記第2のヒートシンク部材に連結されていること
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。 - 前記発光部の頂部は、前記第2のヒートシンク部材の表面よりも実装基板に垂直な方向に突出していること
を特徴とする請求項1に記載の電球形照明用光源。
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