JP2011096594A - 電球型ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】
ＬＥＤを光源とした電球型ＬＥＤランプに関して、ＬＥＤ光源の発熱を効率よく放熱し、発光照射範囲をタングステン電球と同等にする構造を得ること。
【解決手段】
複数個のＬＥＤをひとつのＬＥＤ発光素子モジュールとし、そのモジュール形状を凹状もしくは凸状に形成し、ランプ筐体の形状に密着させることにより、放熱特性を損なうことなく、ランプの発光照射範囲を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個のＬＥＤをひとつのＬＥＤ発光素子モジュールとし、発光光源として用いた電球型ＬＥＤランプに関して、特に発光照射範囲を向上させるための構造、ならびに容易にＬＥＤ発光素子モジュールを交換できる構造を提供するものである。

近年、青色ＬＥＤ（発光ダイオード）と蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤの性能アップが急速に進み、照明分野での光源としての商品化が盛んになってきている。特に従来のタングステンをフィラメントとして使った電球（タングステン電球）には、発光効率が悪く省エネには向かない、フィラメントが断線し製品寿命が短いといった課題が多く、その課題を解決するべく、タングステン電球と置き換えができるＬＥＤを光源とした電球型ランプ（電球型ＬＥＤランプ）が数多く製品化されてきている。

しかしながら、ＬＥＤの光源においても、ＬＥＤ光源の発熱によるＬＥＤの性能の劣化やＬＥＤ光源の発光照射角が狭いという短所があり、これらを解決することが求められている。

ＬＥＤ光源の発熱によるＬＥＤの劣化を防ぐためには、電球型ＬＥＤランプに熱を外部に放出するための放熱部を備え、放熱部にＬＥＤで発生する熱を効率よく伝える構造、部材を形成し、また放熱部から空気中や接続器具に熱を伝える構造、部材を使用する方法が知られている。例えば特許文献１（特開２００１−２４３８０９公報）や特許文献２（特開２００６−３１３７１７公報）には、外部に熱を逃がしやすい放熱部の構造や放熱部に高熱伝導部材を使用する方法が記載されている。

しかしながら、上記の文献などで記載されている技術を用いた電球型ＬＥＤランプは従来のタングステン電球の形状よりも大きくなり、また重量が重くなり、タングステン電球を使用しているすべての電灯器具に使用できないといった課題が出てきている。

また、ＬＥＤ光源は発光照射角が狭いため、タングステン電球のように指向性のない照明とするために、各方向にＬＥＤ光源を向け形成するマルチＬＥＤ光源構造を使用する方法が知られている。例えば特許文献３（特許４０７６３２９公報）には、複数の帯状フレキシブル基板の上にＬＥＤ光源を複数個形成し、電球カバー内に立体上にＬＥＤ光源を配置する方法が記載されている。

しかしながら、上記の文献で記載されている技術は、安定してＬＥＤ光源を配置することが困難であり、製造しにくいといった問題がある。また、ＬＥＤ光源からの熱が放熱部に伝達しにくく、ＬＥＤ光源の特性劣化が著しく加速するといった課題がある。

特開２００１−２４３８０９号公報 特開２００６−３１３７１７号公報 特許４０７６３２９号公報 国際公開Ｗ０２００７／１２６０７４号公報

本発明はＬＥＤを光源とした電球型ＬＥＤランプに関して、複数個のＬＥＤをひとつのＬＥＤ発光素子モジュールとし、そのモジュール形状を凹状もしくは凸状に形成し、放熱特性を損なうことなく、電球型ＬＥＤランプの発光照射範囲を向上させるための構造、ならびに容易にＬＥＤ発光素子モジュールを交換できる構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明は、下記の通りである。
（１）脱着可能な投光性カバーを持ち、内部光源がＬＥＤ発光素子モジュールで形成された電球型ＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤ発光素子モジュールは、凹状または凸状の形状をもち、脱着可能なモジュールであることを特徴とする電球型ＬＥＤランプ。
（２）脱着可能な透光性のカバー部と、このカバー部と接続する外部に露出する筐体部と、この筐体部に一体に形成された光源取り付け部と、この光源取り付け部に密着する凹状または凸状の形状をもつＬＥＤ発光素子モジュールと、前記筐体部内に設けられた点灯回路部と、口金部を有し、前記光源取り付け部が、前記ＬＥＤ発光素子モジュールと形状が対になるように、凹状または凸状の面を一体形成することを特徴とする（１）記載の電球型ＬＥＤランプ。
（３）前記ＬＥＤ発光素子モジュールは、金属板の上に配線を形成、その後ＬＥＤチップ及び封止材料を実装し、前記ＬＥＤチップに前記配線を接続した基板を、折り曲げることにより、凹状または凸状の形状となることを特徴とする（１）または（２）に記載の電球型ＬＥＤランプ。
（４）前記基板において、金属板の厚さは２ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
（５）前記ＬＥＤ発光素子モジュールおよび前記光源取り付け部において、脱着を可能とする接続端子を形成することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
（６）前記ＬＥＤ発光素子モジュールは、熱伝導シートを介して、前記光源取り付け部に密着させることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
（７）前記熱伝導シートにおいて、熱伝導率は１．５Ｗ／ｍ・Ｋ（ＡＳＴＭ Ｄ５４７０）以上、厚さは２ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
（８）前記カバー部はガラスであり、前記筐体部とは金属の口金とＯリングで接続され、かつ内部に窒素を加圧充填し、密封状態であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。

本発明により、ＬＥＤ発光素子の特性を損なうことなく、ＬＥＤ発光素子モジュールを立体にすることができ、電球型ＬＥＤランプの発光照射範囲をタングステン電球と同等の範囲まで広げることが可能となる。また、ＬＥＤ発光素子モジュールの凹状、凸状の形状を変化させることにより、発光照射範囲を制御することも可能となる。また、ＬＥＤ発光素子モジュールを簡便に交換できるため、電球型ＬＥＤランプの放熱部を大きくする必要がなく、タングステン電球と同等の形状とすることができ、タングステン電球を使用しているすべての電灯器具において使用可能な電球型ＬＥＤランプが簡便に実現することが可能となる。

本発明の第１の実施態様に係る電球型ＬＥＤランプの概略図。 図１に示した電球型ＬＥＤランプの構造を説明する為の縦方向断面図。 本発明のＬＥＤ発光素子モジュールの製造方法の説明図。 本発明の第２の実施態様に係る電球型ＬＥＤランプの構造を説明する為の縦方向断面図。

以下、本発明の実施態様を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施態様に係る電球型ＬＥＤランプの概略図である。便宜的にカバー部をはずした状態で図示している。また図２は図１に示した電球型ＬＥＤランプの構造を説明する為の縦方向断面図である。図１および図２中符号１は電球型ＬＥＤランプ（以下、「ランプ」と略称する。）を示している。このランプ１は、投光性をもったカバー部２と、金属性の筐体部３と、この筐体部３と一体に形成された光源取り付け部４と、この光源取り付け部４に密着するＬＥＤ発光素子モジュール５と、前記筐体部３内に設けられた点灯回路部６と、口金部７とを具備している。

光源取り付け部４は、凸状に形成されており、筐体部３と同一の金属で一体で形成されるため、任意の形状に安定して製造しやすく、また同一の金属のため光源取り付け部４に発生した熱は均一に筐体部３に広がり、外部への熱の放散がしやすい構造となっている。凸状の形状は、使用するＬＥＤ発光素子の発光放射角で決定でき、また凸状の側面の形状は垂直から順方向テーパー状まで、任意の側面角度を形成することができる。従って、ＬＥＤ発光素子の発光照射方向を制御することも可能となり、ランプの発光照射範囲を制御できる。

ＬＥＤ発光素子モジュール５は、光源取り付け部４の凸状の形状に密着するように、凸状に加工をされた金属板にＬＥＤ発光素子が実装されたモジュールである。

図３（Ａ）並びに（Ｂ）はＬＥＤ発光素子モジュール５の製造方法を示している。立体構造が可能なＬＥＤ発光素子モジュールは、特許文献４（ＪＰ Ｗ０２００７／１２６０７４）で好適なモジュールが開示されている。ここでは、特許文献４の構造と製造方法を簡単に説明する。始めに（Ａ）に示すように、熱伝導性の高い、例えば鉄と銅、鉄とアルミニウムの合金などを用いた平面状の金属板５１の上に絶縁層を介して配線（図示せず）を形成し、その後、金属板５１の上にＬＥＤチップ（図示せず）及び蛍光体を含有した封止材料を実装した発光部５２を任意の位置に形成することで、平面状のＬＥＤ発光素子モジュールを作成する。金属板５１の一部には、電気接続用の端子５３を形成する。次に（Ｂ）に示すように、この平面状のＬＥＤ発光素子モジュールの一部を折り曲げることにより、任意の凸状の形状をもったＬＥＤ発光素子モジュール５を得る。もちろん凹状の形状も形成可能である。

特許文献４で開示されている技術を用いることにより、立体形状にしても信頼性の高いＬＥＤ発光素子モジュールを得ることができる。

また、使用するＬＥＤチップの種類、蛍光体の種類を自由に選択することができ、組み合わせにより、発光部の色や明るさを調整することも可能である。特に金属板５１の厚さを２ｍｍ以下にすることにより、加工精度が安定し、光取り付け部４の凸形状とほぼ一致する凸形状をもったＬＥＤ発光素子モジュール５を得ることができる。

前記の製造方法で作成した凸形状をもったＬＥＤ発光素子モジュール５を光源取り付け部４に密着させることにより、ＬＥＤ発光素子モジュール５で発生した熱を効率よく光源取り付け部４に伝達している。また、ＬＥＤ発光素子モジュールに電気接続用の端子５３を用意し、光源取り付け部４に形成した電気接続用の端子４１と接続することで口金部７、点灯回路部６から電力を供給している。

本実施態様で説明した構造により、ＬＥＤ発光素子の特性を損なうことなく、ＬＥＤ発光素子モジュールを立体にすることができ、ランプの発光照射範囲をタングステン電球と同等の範囲まで広げることが可能となった。また、ＬＥＤ発光素子モジュールの形状を変化させることにより、発光照射範囲を制御することも可能となった。

次に図４に本発明の第２の実施態様に係るランプの縦方向断面図を示す。図４中符号１１は、第２の実施様態の電球型ＬＥＤランプを示している。このランプ１１の第１の実施態様との違いは、光源取り付け部４並びにＬＥＤ発光素子モジュール５の形状を凹状にしていることである。

ＬＥＤ発光素子モジュール５は、前述の製造方法の特徴により、凸状、凹状にかかわらず、自由な形状に加工することが可能である。しかしながら、従来のタングステン電球には各種の大きさがあり、小さいものでは外形３５ｍｍ、長さ６７ｍｍといったミニ電球があり、第1の実施様態で示した凸状の光源取り付け部では、ランプの大きさが大きくなり、ミニ電球の置き換えが困難である。

この課題を解決するために光源取り付け部４およびＬＥＤ発光素子モジュール５を凹状にして、ランプの大きさが大きくならないような構造としている。

また、ランプの大きさを小さくすると、筐体部３の大きさが小さくなり、筐体部の放熱特性が悪くなることから、本実施態様では、カバー部２をガラスとし、カバー部２内に窒素を加圧充填し、筐体部３とＯリング９で封じることで、熱対流を用いたガラス表面からの放熱効果を向上させている。

さらに、ＬＥＤ発光素子モジュール５は、熱伝導シート９をはさんで、光源取り付け部４に接触させることにより、ＬＥＤ発光素子モジュール５から光源取取り付け部４への熱の伝達特性が低下しないようにしている。

本実施態様で説明した構造により、ＬＥＤ発光素子の特性を損なうことなく、ランプの発光照射範囲をタングステン電球と同等の範囲まで広げることが可能となった。また、タングステン電球と同等の形状とすることができるため、タングステン電球を使用しているすべての電灯器具において使用可能な電球型ＬＥＤランプが簡便に実現することが可能となった。

第２の実施態様で示したランプの放熱特性を向上させる技術は、第１の実施態様で示した構造にも好適に使用可能である。

また、前記実施態様において、カバー部２は取り外しが可能な構造としてある。本願で開示した技術をもってしても、ランプの使用環境や使用条件においては、設計寿命以前にランプが不点灯になる場合がある。カバー部２とＬＥＤ発光素子モジュール５を簡便に取り外し、交換可能な構造とすることにより、タングステン電球を使用しているすべての電灯器具において使用可能な電球型ＬＥＤランプが簡便に実現することが可能となった。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。各実施様態に記載したランプの形状、大きさ、色、明るさ、ＬＥＤや基板材料の種類などは、好適に選択が可能である。

上述した実施形態は、本発明に係る技術思想を具現化するため一例を示したにすぎないものであり、他の実施形態でも本発明に係る技術思想を適用することが可能である。

さらにまた、本発明を用いて生産される装置、方法、システムが、その２次的生産品に搭載されて商品化された場合であっても、本発明の価値は何ら減ずるものではない。

本発明は、近年製品化が盛んになってきている電球型ＬＥＤランプにおいて、タングステン電球を使用しているすべての電灯器具において使用可能な電球型ＬＥＤランプを提供していくものであり、低消費電力、省コスト、環境に負荷を与えない照明の普及に必要なものと考える。従って、広く社会全般に対して大きな有益性をもたらすものである。

１、１１・・・電球型ＬＥＤランプ、２・・・カバー部、３・・・筐体部、４・・・光源取り付け部、５・・・ＬＥＤ発光素子モジュール、６・・・点灯回路部、７・・・口金部、８・・・Ｏリング、９・・・熱伝導シート、４１、５３・・・端子、５１・・・金属板、５２・・・発光部

Claims (8)

1. 脱着可能な投光性カバーを持ち、内部光源がＬＥＤ発光素子モジュールで形成された電球型ＬＥＤランプにおいて、
   前記ＬＥＤ発光素子モジュールは、凹状または凸状の形状をもち、脱着可能なモジュールであることを特徴とする電球型ＬＥＤランプ。
2. 脱着可能な透光性のカバー部と、このカバー部と接続する外部に露出する筐体部と、この筐体部に一体に形成された光源取り付け部と、この光源取り付け部に密着する凹状または凸状の形状をもつＬＥＤ発光素子モジュールと、前記筐体部内に設けられた点灯回路部と、口金部とを有し、
   前記光源取り付け部が、前記ＬＥＤ発光素子モジュールと形状が対になるように、凹状または凸状の面を一体形成することを特徴とする請求項１記載の電球型ＬＥＤランプ。
3. 前記ＬＥＤ発光素子モジュールは、金属板の上に配線を形成、その後ＬＥＤチップ及び封止材料を実装し、前記ＬＥＤチップに前記配線を接続した基板を、折り曲げることにより、凹状または凸状の形状となることを特徴とする請求項１または２に記載の電球型ＬＥＤランプ。
4. 前記基板において、金属板の厚さは略２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
5. 前記ＬＥＤ発光素子モジュールおよび前記光源取り付け部において、脱着を可能とする接続端子を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
6. 前記ＬＥＤ発光素子モジュールは、熱伝導シートを介して、前記光源取り付け部に密着させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
7. 前記熱伝導シートにおいて、熱伝導率は略１．５Ｗ／ｍ・Ｋ（ＡＳＴＭ Ｄ５４７０）以上、厚さは略２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。
8. 前記カバー部はガラスであり、前記筐体部とは金属の口金とＯリングで接続され、かつ内部に窒素を加圧充填し、密封状態であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電球型ＬＥＤランプ。