JPWO2013084407A1 - ランプ及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
LEDランプ(100)は、LEDを備えるLEDモジュール(5)、LEDモジュール(5)を覆うグローブ(7)、グローブ(7)の後方側に取着されたケース(9)、ケース(9)の後方側の開口端部に被着された口金(11)、グローブ(7)における後方側の開口を塞ぐ蓋部材(13)、口金(11)から受電してLEDを発光させるための回路ユニット(15)、LEDモジュール(5)をグローブ(7)の内部に支持する支持部材(17)を備える。グローブ(7)の開口が蓋部材(13)により塞がれてなる容器(14)の容積が250[cm3]以下である。
Description
本発明は、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を光源とするランプ及び照明装置に関する。
近年、省エネルギーの観点から、白熱電球に代替する電球形ランプとして、高効率・長寿命なLEDを利用するランプ(以下、LEDランプと記載する。)が提案されている。
LEDランプは、例えば、多数のLEDを実装する実装基板がケースの端部に装着され、LEDを覆うグローブがケースの端部に装着されている(特許文献1〜2)。
LEDは発光時に熱を発生する。この熱によりLEDが過度に加熱されると、LEDの発光効率が低下したり、LEDの寿命が短くなったりする。
このようなことから、発光時のLEDの過度な温度上昇を防止するために種々の対策が施されている。特許文献2では、ケースの表面に放熱溝を設け、発光時に実装基板からケースへと伝わった熱を効率良く放熱させるようにしている。非特許文献1では、ケースを良熱伝導材料である金属で形成して、発光時のLEDの熱をケースから口金へと伝えてケースに熱が蓄積しないようにしている。
「ランプ総合カタログ 2010」発行:パナソニック株式会社 ライティング社他
近年、LEDランプへの高輝度化の要望が強くなっており、上記技術ではこの要望に答えることができない。つまり、高輝度化に伴ってLEDの発熱量が増大し、この熱を放出・伝熱するために、ケースが大型化するのである。ケースの大型化はLEDランプの大型化につながり、既存の照明装置に適用できない。
本発明は、ランプの大型化を招くことなく、高輝度化に対応し得る新規構成のランプ及び照明装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係るランプは、グローブ開口が蓋部材により塞がれてなる容器内に光源としての半導体発光素子が支持部材により支持されているランプであって、前記容器内には空気よりも高い熱伝導性を有する流体が封入され、前記容器の容積が250cm3以下であることを特徴とするランプ。
ここでいう「容積」とは、半導体発光素子及び支持部材を格納した状態の容器内に1気圧の状態の流体が入り得る量を意味する。具体的には、容器(内面を基準とする。)の体積から半導体発光素子及び支持部材の体積を引いたものとなる。
また、「半導体発光素子が支持部材により支持されている」には、半導体発光素子が支持部材に直接実装されて支持される場合、半導体発光素子が他部材(例えば実装基板)を介して支持部材により支持される場合を含む。
上記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、ランプと、前記ランプを装着して点灯させる照明器具とを備え、前記ランプは、上記構成を有することを特徴としている。
上記の構成によれば、空気よりも高い熱伝導率を有する流体が容器内に封入されているので、発光素子から発生した熱を流体により容器へ伝導させることができる。これにより、ランプの大型化を招くことなく、放熱特性を向上させることができ、高輝度化に対応可能となる。特に、容器内の容積を250[cm3]としているので、発光素子の温度上昇を効率的に抑制することができる。
前記支持部材における前記流体と接触する部分の表面積が18cm2以上であることを特徴とし、あるいは、前記流体はヘリウムガスであることを特徴とし、さらには、前記支持部材における前記流体と接触する部分が金属材料で構成されていることを特徴とする。
≪第1の実施形態≫
1.全体構成
図1は、第1の実施形態に係るLEDランプ100の構造を示す斜視図である。図2は、図1に示すLEDランプ100のA−A’線矢視断面図であり、図3は、LEDランプ100のB−B’線矢視断面図である。なお、図3においては、LEDランプ100の一部断面図としている。
1.全体構成
図1は、第1の実施形態に係るLEDランプ100の構造を示す斜視図である。図2は、図1に示すLEDランプ100のA−A’線矢視断面図であり、図3は、LEDランプ100のB−B’線矢視断面図である。なお、図3においては、LEDランプ100の一部断面図としている。
図2,3において、紙面上下方向に沿って描かれた一点鎖線は、LEDランプ100のランプ軸Jを示しており、紙面上方がLEDランプ100の前方(「上方」または「上」と表現する場合もある。)であって、紙面下方がLEDランプ100の後方(「下方」または「下」と表現する場合もある。)である。ここで、「ランプ軸」とは、グローブ7を前方側から平面視した時のグローブ7の中心、ならびに、口金11を後方側から平面視した時の口金11の中心を通る仮想線を指す。
図1〜3に示すように、LEDランプ100は、その主な構成として、LEDを備えるLEDモジュール5、LEDモジュール5を覆うグローブ7、グローブ7の後方側に取着されたケース9、ケース9の後方側の開口端部に被着された口金11、グローブ7における後方側の開口を塞ぐステム(本発明の「蓋部材」に相当する。)13、口金11から受電してLEDを発光させるための回路ユニット15、LEDモジュール5をグローブ7の内部に支持する支持部材17を備える。ここで、グローブ7の開口がステム(蓋部材)13により塞がれたものが容器14となり、容器14の容積が250[cm3]以下である。
以下、図1〜3中の各部分について説明する。
2.各部構成
(1)LEDモジュール
図4は、LEDモジュール5の構造を示す図である。図4(a)は、LEDランプ100の前方側から見たLEDモジュール5の平面図であり、図4(b)は、図4(a)におけるC−C’線矢視断面図である。
2.各部構成
(1)LEDモジュール
図4は、LEDモジュール5の構造を示す図である。図4(a)は、LEDランプ100の前方側から見たLEDモジュール5の平面図であり、図4(b)は、図4(a)におけるC−C’線矢視断面図である。
図1,2、4に示すように、LEDモジュール5は、実装基板21と、実装基板21における前方側の面に実装された複数のLED3と、LED3を被覆する封止体23とを備える。
実装基板21は、図4(a)に示すように、平面視形状が矩形状をしている。実装基板21は、複数のLED3を電気的に接続(直列接続又は/及び並列接続である。)したり、回路ユニット15と接続したりするための配線パターン22を基板本体の表面に有している。
実装基板21の基板本体及び配線パターン22を構成する材料として、透光性を有する材料が利用される。これにより、LED3から発せられた光は、LEDランプ100の前方側へ出射されるだけでなく、実装基板21を透過して後方側へも出射させることができる。
実装基板21の基板本体の材料として、例えば、ガラス、アルミナ、サファイア、樹脂等が挙げられ、配線パターン22の材料として、例えばITO等が挙げられる。
LED3は、ベアチップの状態で実装基板に所定の間隔をおいて複数実装されており、ここでは、実装基板21の長手方向に沿って直線状に2列に配置されている。なお、LED3の個数、配列等は、LEDランプ100に要求される輝度等により適宜決定される。
封止体23は、LED3への空気、水分の侵入を防止する機能、さらに、ここではLED3からの光の波長を変換する波長変換機能も有している。封止体23は、1列分のLED3を被覆している。
封止体23は、主に透光性材料で構成されている。ここでは、封止体23の透光性材料は、例えばシリコーン樹脂を利用することができる。また、例えば、LED3が青色光を発する場合、例えば、青色光を黄色光に変換する蛍光体粒子を波長変換材料として透光性材料を混入することで、LED3から出射された青色光と、蛍光体粒子により波長変換された黄色光とにより混色された白色光がLEDモジュール5(LEDランプ100)から発せられることとなる。
実装基板21は、図4(a),(b)に示すように、回路ユニット15からLED3へ給電するためのリード線49,51(図1,2)を挿通させるための貫通孔26を給電端子22a,22bの周面(周辺)に有している。
実装基板21(LEDモジュール5)とリード線49,51との接続は、リード線49,51の一端が半田24により配線パターン22の給電端子22a,22bと接続されることにより行われる。なお、リード線49,51の他端は、図2に示すように、回路ユニット15に接続されている。
実装基板21は、支持部材17の凸部17a(図2,3)との結合に用いられる貫通孔25を略中央に有している。
本実施形態に係るLEDランプ100では、グローブ7内であって、白熱電球の光源(フィラメント)位置に対応した位置(例えば略同じ位置である。)にLEDモジュール5を設けている。これにより、白熱電球を装着した際の配光特性と近い特性を得ることができる。
(2)グローブ
グローブ7は、図1〜3に戻り、白熱電球のバルブと同じようなタイプ、つまりAタイプである。グローブ7は、透光性材料により構成されている。使用可能な透光性材料としては、例えば、ガラス材料や樹脂材料等があり、本実施形態では、ガラス材料が利用されている。
(2)グローブ
グローブ7は、図1〜3に戻り、白熱電球のバルブと同じようなタイプ、つまりAタイプである。グローブ7は、透光性材料により構成されている。使用可能な透光性材料としては、例えば、ガラス材料や樹脂材料等があり、本実施形態では、ガラス材料が利用されている。
グローブ7は、図2に示すように、中空の球状をした球状部7aと、筒状をした筒状部7bとを有している。筒状部7bは球状部7aから離れるに従って縮径し、球状部7aと反対側の端部(グローブ7における後方側の端部)が開口する。
(3)ケース
ケース9は、図1〜3に示すように、白熱電球のバルブの口金側に近い部分と同じような形状をしている。ケース9は、例えば金属材料、樹脂材料等により構成され、ここでは、樹脂材料(例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)である。)により構成されている。
(3)ケース
ケース9は、図1〜3に示すように、白熱電球のバルブの口金側に近い部分と同じような形状をしている。ケース9は、例えば金属材料、樹脂材料等により構成され、ここでは、樹脂材料(例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)である。)により構成されている。
ケース9は、内部に回路ユニット15を格納する機能の他、点灯時に回路ユニット15から発生する熱を外部に放出する機能や、ステム13を介して伝達してきた発光時のLEDモジュール5の熱を放出する機能を有している。なお、放熱は、ケース9から外気や口金11への熱伝導、外気による対流、輻射により行われる。
ケース9は、図2に示すように、ランプ軸J方向における前方側半分に大径部9aを、後方側半分に小径部9bをそれぞれ有する。また、大径部9aと小径部9bとの間には、図2における左下に示す拡大図のように段差部9cが形成されている。
ケース9の大径部9aは、図2に示すように、グローブ7とステム13とが一体化してなる容器14の下端部を覆うようにして、前記下端部と接合している。接合は、ここでは、接着剤57を利用して固着されている。接着剤57としては、例えば、樹脂等の有機系接着剤や無機系接着剤を用いることができる。
ケース9の大径部9aには、容器14の下端部を安定した状態で保持するために、段差部9eが形成されている。
ケース9の小径部9b、すなわち、ケース9におけるグローブ7と反対側に開口端部には、エジソンタイプの口金11が被着されている。図2に示すように、小径部9bの外周は雄ネジとなっており、このネジ部分が口金11内にねじ込まれることにより、口金11とケース9とが結合される。
また、ケース9の小径部9bには、ケース9の中心軸と平行に延伸する溝9dが形成されている。この溝9dは、後述する口金11と回路ユニット15とを接続するリード線33を固定する(リード線33の移動を規制する)ものである。
(4)口金
口金11は、照明器具のソケットから電力を受けるためのものである。口金11の種類は、特に限定するものではないが、本実施形態においてはエジソンタイプが使用されている。口金11は、図2に示すように、筒状であって周壁がネジ状をしたシェル部27と、シェル部27に絶縁材料29を介して装着されたアイレット部31とからなる。
(4)口金
口金11は、照明器具のソケットから電力を受けるためのものである。口金11の種類は、特に限定するものではないが、本実施形態においてはエジソンタイプが使用されている。口金11は、図2に示すように、筒状であって周壁がネジ状をしたシェル部27と、シェル部27に絶縁材料29を介して装着されたアイレット部31とからなる。
口金11と回路ユニット15との電気的接続は、シェル部27はリード線33を介して、アイレット部31はリード線35を介してそれぞれ行われる。なお、リード線33は、ケース9の小径部9bの内側から下端の開口を経由して外側へと引き出されてケース9の溝9dに嵌められた状態で、シェル部27に覆われている。これにより、ケース9の外周とシェル部27の内周とにリード線35が挟まれ、リード線35と口金11とが電気的に接続される。
(5)ステム
ステム13は、グローブ7と同様に、透光性材料で構成されており(例えばガラス材料である。)、グローブ7とで容器14を構成する。つまり、ステムの外周部分をグローブ7の開口周辺に当接させた状態で、当接部分を加熱して溶融・溶着し、ステム13とグローブ7とを一体化して容器14を構成する。なお、溶融・溶着した部分の符号を「13b」として図示している。
(5)ステム
ステム13は、グローブ7と同様に、透光性材料で構成されており(例えばガラス材料である。)、グローブ7とで容器14を構成する。つまり、ステムの外周部分をグローブ7の開口周辺に当接させた状態で、当接部分を加熱して溶融・溶着し、ステム13とグローブ7とを一体化して容器14を構成する。なお、溶融・溶着した部分の符号を「13b」として図示している。
容器14の内部には、空気よりも高い熱伝導性を有する流体が封入されている。これにより、LED3の点灯時に発生した熱を、LEDモジュール5からグローブ7へ効率良く伝導させることが可能となる。
ここでは、流体として、ヘリウム(He)ガスが利用されている。なお、ヘリウムガスを用いる利点としては、不活性であること、安価であること、他部材への腐食性、還元性が極めて小さいこと等が挙げられる。
ステム13は、いわゆる、フレアステムであり、図3に示すように、排気管59が気密状に設けられている。排気管59は、容器14内を真空にしたり、ヘリウムを封入したりするのに利用される。
なお、図3での排気管59は、容器14内のある端部は開口61を有したままであり、ヘリウムガスを封入した後、容器14内を密閉するために、容器14の外側にある端部が焼き切られた(チップオフ封止された)状態を示している。
また、ステム13には、一対のリード線49,51が貫通する状態で封着されている。これにより、容器14からは一対のリード線49,51と排気管59とが延出することとなり、容器14が気密状に保持される。
(6)回路ユニット
回路ユニット15は、口金11を介して受電した商用電力をLED3点灯用電力に変換する。回路ユニット15は、図2に示すように、回路基板41と、回路基板41に実装された各種の電子部品43,45とから構成されている。
また、ステム13には、一対のリード線49,51が貫通する状態で封着されている。これにより、容器14からは一対のリード線49,51と排気管59とが延出することとなり、容器14が気密状に保持される。
(6)回路ユニット
回路ユニット15は、口金11を介して受電した商用電力をLED3点灯用電力に変換する。回路ユニット15は、図2に示すように、回路基板41と、回路基板41に実装された各種の電子部品43,45とから構成されている。
回路ユニット15の回路構成としては、主に、商用電力(交流)を整流する整流回路と、整流された直流電力を平滑化する平滑回路が含まれる。本実施形態においては、整流回路はダイオードブリッジ45により、平滑回路はコンデンサ43により構成されている。ダイオードブリッジ45は回路基板41のグローブ7側の主面に実装されている。コンデンサ43は、回路基板41の口金11側の主面に実装され、口金11の内部に位置する。
回路基板41は、ケース9の内部に係止構造を利用して固定される。具体的には、図2における左下の拡大図に示すように、ケース9の内部の段差部9cに回路基板41の裏面の周縁部分が当接し、大径部9aの内面の係止部47により回路基板41の表面が係止されている。
係止部47は、周方向に間隔(例えば、等間隔である。)をおいて複数個(例えば4個である。)形成されている。係止部47は、段差部9cに近づくに従ってケース9の中心軸側に張り出す形状をし、係止部47と段差部9cとの距離は、回路基板41の厚みに相当する。
なお、回路基板41(回路ユニット15)を装着する際には、回路ユニット15をケース9の大径部9a側から挿入し、回路基板41の下面(口金11側の面)が係止部47に到達すると、回路基板41をさらに押し込んで係止部47を通過させる。これにより、回路基板41が係止部47により係止され、回路ユニット15がケース9に装着される。
(7)支持部材
支持部材17は、図1〜3に示すように、容器14内においてLEDモジュール5を支持する。支持部材17は、LEDモジュール5の支持具としての機能、LEDランプ100の発光時には放熱部材としての機能を有する。
(7)支持部材
支持部材17は、図1〜3に示すように、容器14内においてLEDモジュール5を支持する。支持部材17は、LEDモジュール5の支持具としての機能、LEDランプ100の発光時には放熱部材としての機能を有する。
支持部材17は、例えば棒状をし、上端部はLEDモジュール5に結合され、下端部は接着剤19によりステム13に取着されている。
支持部材17の中間領域は、断面が円形状をした円柱部17bとなっている。支持部材17の上側領域は、矩形状の実装基板21の短手方向に偏平な(短手方向の厚みが薄い)形状をした偏平部17cとなっている。
これにより、支持部材17の偏平部17cにおいては、LEDモジュール5を安定に保持しつつ、円柱部17bにおいては、LED3から後方へと発せられた光をなるべく遮らないような構成としている。
支持部材17は、例えば、金属材料や樹脂材料等で構成される。支持部材17を、例えばアルミニウムで構成すると、LEDモジュール5からの熱も伝達でき、しかも、LEDランプ100の軽量化も図ることができる。
接着剤19としては、熱伝導性の高いものが望ましい。このようにすることで、LED3で発生した熱を、LEDモジュール5の実装基板21、支持部材17を介して、ステム13へ伝導するのを促進することが可能である。ステム13へ伝導した熱はグローブ7へ伝わり、グローブ7からLEDランプ100の外部へ放出される。熱伝導性の高い接着剤としては、例えば、セラミックス、セメント等の無機材料系の接着剤、放熱性シリコーン等の有機材料系の接着剤が挙げられる。
支持部材17とLEDモジュール5との結合は係合構造や接着剤を利用している。具体的には、支持部材17の上面には凸部17aが形成されており、この凸部17aがLEDモジュール5の実装基板21の略中央の貫通孔25(図3)に挿入(嵌合)された状態で、凸部17aと貫通孔25との間に接着剤を充填することで、支持部材17とLEDモジュール5とが結合される。
放熱部材としての機能は、LED3の点灯時に発生した熱であって、支持部材17に伝わってきた熱をグローブ7内に含まれるヘリウムガスや空気に伝導させることで達成される。
なお、支持部材17とステム13との接合に接着剤19を用いることにより、支持部材17の下端面およびステム13のステムヘッド13b(図2,3)の両方が平坦な面でない場合の固着にも対応することができる。
3.容器の容積について
図5は、容器の容積と、点灯時のLEDの温度(ジャンクション温度である。)との関係を示す解析結果である。図6は、解析に用いた容器を説明する図であり、図7は、解析に用いた支持部材を説明する図である。図8は、点灯時のランプの温度分布の解析結果を示す図である。なお、図8は、最高温度と室温との温度差を10段階で示し、最高温度の領域が小さいため図中では9段階が示されている。
3.容器の容積について
図5は、容器の容積と、点灯時のLEDの温度(ジャンクション温度である。)との関係を示す解析結果である。図6は、解析に用いた容器を説明する図であり、図7は、解析に用いた支持部材を説明する図である。図8は、点灯時のランプの温度分布の解析結果を示す図である。なお、図8は、最高温度と室温との温度差を10段階で示し、最高温度の領域が小さいため図中では9段階が示されている。
解析試験に用いた容器の大きさは、104[cm3]、181[cm3]、252[cm3]、335[cm3]、426[cm3]の5種類である。なお、ここでの容積は、グローブとステムとから構成される容器の容積からLEDモジュールと支持部材の各体積を引いたものである。
容器の形状は、図6に示すように、容積が104[cm3]の容器151が白熱電球の形状に近いAタイプであり、容積が426[cm3]の容器153がボール形状に近いGタイプであり、容積が増加するに従って、容器の形状がAタイプからGタイプに近づいていく。
各容器を構成するステム(蓋部材)155は、図6に示すように、容器の容積に関係なく、円板状をした、いわゆるボタンステムである。なお、ステム155の大きさはすべての容器で同じである。
容器(151,153等)は、グローブの大きさ・形状が異なるが、図6に示すように、グローブ157,159の開口を塞ぐステム155の大きさ・形状は同じであり、容積が大きくなるに従って、グローブ(157,159)の形状がAタイプの茄子形状からGタイプの球形状に近づいている。
また、解析に用いた支持部材の形状は、図7に示すように、Xタイプ(163)、Yタイプ(165)、Zタイプ(167)の3種類がある。
Xタイプの支持部材163は円柱形状であってステム155に近い側の大径部分163aとLEDモジュール169に近い側の小径部分163bとを結合したような段付き形状をしている。Yタイプの支持部材165はステム155から離れるに従って外径が小さくなる先細り状の円柱形状をしている。Zタイプの支持部材167は円柱形状あってステム155に近い側の円柱部分167aとLEDモジュール169に近い側の円錐台部分167bとを結合したような形状をしている。
解析に用いた支持部材の表面積(ヘリウムと接する面積である。)は、Xタイプ(163)が16.7[cm2]、Yタイプ(165)が18.5[cm2]、Zタイプ(167)24.1[cm2]の3種類である。
各タイプの支持部材163,165,167は、下面(ステム側である。)の直径D1が等しく、上面(ステムと反対側である。)の直径D2も等しくなっている。つまり、すべてのタイプの支持部材163,165,167の下面及び上面の面積が等しくなっている。これは、LEDモジュール169から支持部材163,165,167に伝わる熱量と、支持部材163,165,167からステム155(容器)に伝わる熱量とを各タイプとも同じにするためである。なお、高さH1も等しくなっている。
解析に用いたLEDモジュール169はすべて同じものであり、また、図6に示すように、容器(151,153等)と接合されるケース171、口金173がすべて同じもので解析されている。
LEDのジャンクション温度は、各タイプの支持部材163,165,167において容器の容積が大きくなるに従って下降し、各タイプとも容器の容積が252[cm3]以上になるとほとんど低下しなくなる。つまり、容積が252[cm3]未満、例えば、250[cm3]以下であれば、LEDのジャンクション温度を有効に低下させることができる。
この理由は、LEDのジャンクション温度の降下に寄与するのは、LEDモジュール5と支持部材17の近傍にある気体(ヘリウムガスや空気)のみであり、ある一定の容積以上の容器を設けても、LEDモジュール5から離れた位置にある気体は、ジャンクション温度の降下にほとんど寄与しないためであると考えられる。
また、LEDのジャンクション温度は、支持部材163,165,167が、Xタイプ、Yタイプ、Zタイプの順で低くなっている。この順は、支持部材163,165,167の表面積が大きくなる順である。つまり、支持部材の表面積が大きくなるに従って、LEDのジャンクション温度が低くなることが分かる。この理由は、支持部材からヘリウムガスへの熱伝導は、支持部材の表面から周囲のヘリウムガスへと行われるためである。
また、容器内のヘリウムガスの温度分布は、図8に示すように、熱源であるLEDモジュール169の周辺のA領域が最も高く、次にLEDモジュール169と支持部材163の小径部分163を含む略全体であるB領域が高く、当該領域Bを離れるに従ってヘリウムガスの温度が低くなっている。領域Bは、LEDモジュール169と支持部材163の上半分を含んでいたが、領域Cは支持部材163の全体を含む。
つまり、LEDモジュール169で発生した熱は、当該LEDモジュール169の周辺でヘリウムガスへと伝熱してA領域の温度が高くなり、支持部材163の略全体に伝熱する。このため、支持部材163の上部を含むB領域での温度が高く、また、支持部材163全体を含むC領域でも温度が高くなる。
支持部材169からヘリウムガスへの熱伝導は、支持部材169の表面全体から行われ、D領域、E領域の温度も高くなっているが、H領域やI領域ではLEDモジュールの熱はほとんど伝達していない。特に、LEDモジュール169に対して、上方(支持部材と反対側である。)に離れた位置では、ランプ周囲の雰囲気温度と差が少なく、LEDモジュールの熱が伝導していないことが分かる。
上記温度分布から、LEDモジュール169及び支持部材163の外表面から10[cm]以内(この領域がA領域からE領域である。)で、ヘリウムガスへの熱伝導が盛んに行われており、LEDモジュール169と容器との間隔、支持部材163と容器との間隔が少なくとも10[mm]以上あるのが好ましい。
さらに、LEDモジュール169と支持部材163のうち、最も温度の高い位置を中心とする半径(図中の「K」である。)40[mm]の外側では、LEDモジュール169からの熱がほとんど伝わっていない。このため、LEDモジュール169と支持部材163のうち、最も温度の高い位置を中心とする半径40[mm]の内側にヘリウムガスが存在することが好ましい。
≪第2の実施形態≫
図9は、第2の実施形態に係るLEDランプ200の構造を示す斜視図である。図10は、図9に示すLEDランプ200のD−D’線矢視断面図である。なお、図9,10において、第1の実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
図9は、第2の実施形態に係るLEDランプ200の構造を示す斜視図である。図10は、図9に示すLEDランプ200のD−D’線矢視断面図である。なお、図9,10において、第1の実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施形態におけるLEDランプ200において、第1の実施形態に係るLEDランプ100と相違する点は、LEDモジュール81、支持部材83、ステム85の構成である。なお、容器86は、グローブ7とステム85とにより構成され、容器86の容積が250[cm3]以下である。
具体的に説明すると、図10に示すように、支持部材83を中空の部材とし、支持部材83の内部にリード線49,51を挿通させる構成とした。支持部材83は、図9、10に示すように、第1の実施形態における支持部材17の外観形状をそのままに、中空構造としたものである。したがって、支持部材83は、第1の実施形態における支持部材17と同様に円柱部83bと偏平部83cを有する。
なお、支持部材83の内部にリード線49,51を挿通させるのに伴って、ステム85におけるリード線49,51が挿通する位置がランプ軸J側に寄っている。また、リード線49,51が支持部材83の内部に収容されるのに伴って、リード線49,51とLEDモジュール81の実装基板91とを接続する半田87の位置がランプ軸J側に寄った構成となっている。
図10に示すように、ステム85とグローブ7は一体的に成形されているため、ステム85とグローブ7との界面は気密状に接合(封止)されている。
支持部材83とLEDモジュール81との固着には、接着剤89が用いられている。接着剤89としては、例えば、上記の接着剤19で挙げたものを用いることができる。
本実施形態においては、リード線49,51が支持部材83の内部に収容されている。したがって、第1の実施形態と比較して、LEDモジュール81から発せられた光のうち、後方へ発せられた光をより遮らないような構成となっている。
≪第3の実施形態≫
図11は、第3の実施形態に係るLEDランプ300の構造を示す斜視図である。図12は、図11に示すLEDランプ300の断面図である。なお、図11、12において、第1〜第2の実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
図11は、第3の実施形態に係るLEDランプ300の構造を示す斜視図である。図12は、図11に示すLEDランプ300の断面図である。なお、図11、12において、第1〜第2の実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施形態におけるLEDランプ300において、第1の実施形態に係るLEDランプ100と相違する点は、ステム(本発明の「蓋部材」である。)111の構成である。なお、容器112は、グローブ7とステム111とにより構成され、容器112の容積が250[cm3]以下である。
具体的には、ステム111はドーム形状をしており、ランプ軸Jと交差する付近に凹部111aを有する形状である。この凹部111aにおいて、支持部材17とステム111とが接着剤19により固着される。
このような構成にすることで、第1の実施形態のように凸状のステムヘッド13bに支持部材17が固着されている場合と比較して、安定にLEDモジュール5をグローブ7の内部に支持することが可能である。
なお、図11,12に示すように、ステム111とグローブ7は一体的に成形されているため、ステム111とグローブ7との界面は、気密状に接合されている。
≪第4の実施形態≫
実施形態等では、特に、LEDランプについて説明したが、本発明は、上記LEDランプを利用した照明装置にも適用できる。
≪第4の実施形態≫
実施形態等では、特に、LEDランプについて説明したが、本発明は、上記LEDランプを利用した照明装置にも適用できる。
第4の実施形態では、第1の実施形態に係るLEDランプ100を照明器具(ダウンライトタイプである。)に装着する場合について説明する。
図14は、第4の実施形態に係る照明装置の概略図である。
照明装置401は、例えば、天井402に装着されて使用される。
照明装置401は、図14に示すように、LEDランプ(例えば、第1の実施形態で説明したLEDランプ1である。)100と、LEDランプ100を装着して点灯・消灯をさせる照明器具403とを備える。
照明器具403は、例えば、天井402に取着される器具本体405と、器具本体405に装着され且つLEDランプ100を覆うカバー407とを備える。カバー407は、ここでは開口型であり、LEDランプ100から出射された光を所定方向(ここでは下方である。)に反射させる反射膜411を内面に有している。
器具本体405には、LEDランプ100の口金11が取着(螺着)されるソケット409を備え、このソケット409を介してLEDランプ100に給電される。
本実施形態では、照明器具403に装着されるLEDランプ100のLED3(LEDモジュール5)の配置位置が白熱電球のフィラメントの配置位置に近いため、LEDランプ100における発光中心と、白熱電球における発光中心とが近いものとなる。
このため、白熱電球が装着されていた照明器具(403)にLEDランプ100を装着しても、ランプとしての発光中心の位置が似ているため、白熱電球に似た配光特性が得られる。
なお、ここでの照明器具は、一例であり、例えば、開口型のカバー407を有さずに、閉塞型のカバーを有するものであっても良いし、LEDランプが横を向くような姿勢(ランプの中心軸が水平となるような姿勢)や傾斜する姿勢(ランプの中心軸が照明器具の中心軸に対して傾斜する姿勢)で点灯させるような照明器具でも良い。
また、照明装置は、天井や壁に接触する状態で照明器具が装着される直付タイプであったが、天井や壁に埋め込まれた状態で照明器具が装着される埋込タイプであっても良いし、照明器具の電気ケーブルにより天井から吊り下げられる吊下タイプ等であっても良い。
さらに、ここでは、照明器具は、装着される1つのLEDランプを点灯させているが、複数、例えば、3個のLEDランプが装着されるようにものであっても良い。
≪変形例≫
以上、本発明の構成を、第1〜第4の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、第1〜第4の実施形態に係るLEDランプや照明装置の部分的な構成および下記の変形例に係る構成を、適宜組み合わせてなるLEDランプであっても良い。
以上、本発明の構成を、第1〜第4の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、第1〜第4の実施形態に係るLEDランプや照明装置の部分的な構成および下記の変形例に係る構成を、適宜組み合わせてなるLEDランプであっても良い。
また、上記実施形態に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、LEDランプや照明装置の構成に適宜変更を加えることは可能である。
1.容器
実施形態では、容器14,84,112をグローブ7と蓋部材(ステム)13,83,111とで構成し、グローブと蓋部材とをガラス材料で構成していたが、容器内の気密性を保持することができれば、他の材料を用いても良い。
1.容器
実施形態では、容器14,84,112をグローブ7と蓋部材(ステム)13,83,111とで構成し、グローブと蓋部材とをガラス材料で構成していたが、容器内の気密性を保持することができれば、他の材料を用いても良い。
他の材料としては、樹脂材料がある。この場合、例えば、熱可塑性材料を用いると、グローブとステムとの接合部分を加熱溶融させることで実施できるし、熱硬化性樹脂を用いると、接着剤を利用することで実施できる。さらに、ガスバリアー用の樹脂を用いると、さらに気密性を高めることができる。
(1)グローブ
実施形態では、グローブ7(容器14,84,112)をAタイプの形状としたが、他のタイプ、例えばGタイプ、Rタイプ等の形状であっても良いし、電球等の形状と全く異なるような形状であっても良い。
(1)グローブ
実施形態では、グローブ7(容器14,84,112)をAタイプの形状としたが、他のタイプ、例えばGタイプ、Rタイプ等の形状であっても良いし、電球等の形状と全く異なるような形状であっても良い。
実施形態では、グローブの内面について特に説明しなかったが、例えば、LEDモジュール5から発せられた光を拡散させる拡散処理(例えば、シリカや白色顔料等による処理)が施されていても良い。また、グローブは透光性材料により構成されていれば良く、例えば、透明・不透明は特に関係ない。
実施形態では、グローブ7は一体であった(1つのものとして製造されている)が、例えば、複数の部材を組み合わせた(接合させた)ものであっても良い。
(2)蓋部材
実施形態では、蓋部材(ステム)13,83,111をフレアタイプとしていたが、例えば、円盤状をしたボタンタイプ等の他のタイプであっても良い。また、ステムにおける容器内に位置する面に対して、LEDモジュールからの光をグローブ先端側(開口とは反対側である。)に反射させる反射処理(例えば、反射膜等の塗布による処理)等が施されていても良い。
(3)グローブと蓋部材との接合
実施形態では、グローブと蓋部材とがガラス材料で構成され、両者における接合部分を加熱・溶融させて接合している。この場合、接合方法は、いわゆるドロップシール方式でも良く、いわゆるバットシール方式でも良い。
2.流体
実施形態では、容器14内に流体としてヘリウムガスが封入されていたが、空気よりも熱伝導率が高い他の種類のガス(気体)を封入しても良い。他のガスとしては水素、窒素、ネオン等がある。
(2)蓋部材
実施形態では、蓋部材(ステム)13,83,111をフレアタイプとしていたが、例えば、円盤状をしたボタンタイプ等の他のタイプであっても良い。また、ステムにおける容器内に位置する面に対して、LEDモジュールからの光をグローブ先端側(開口とは反対側である。)に反射させる反射処理(例えば、反射膜等の塗布による処理)等が施されていても良い。
(3)グローブと蓋部材との接合
実施形態では、グローブと蓋部材とがガラス材料で構成され、両者における接合部分を加熱・溶融させて接合している。この場合、接合方法は、いわゆるドロップシール方式でも良く、いわゆるバットシール方式でも良い。
2.流体
実施形態では、容器14内に流体としてヘリウムガスが封入されていたが、空気よりも熱伝導率が高い他の種類のガス(気体)を封入しても良い。他のガスとしては水素、窒素、ネオン等がある。
また、流体として、ガス(気体)以外に液体を利用することもできる。空気よりも熱伝導率が高い液体としては、シリコーンオイル、水等である。なお、水素ガスを用いる場合には、バルブ内に酸素が含まれないようにする必要がある。また、水を使用する場合には、錆による劣化を防止するため、リード線49,51を樹脂等でコーティングしておく必要がある。
3.LEDモジュール
(1)発光素子
実施形態では、発光素子はLED3であったが、例えば、LD(レーザダイオード)であっても良く、EL素子(エレクトリックルミネッセンス素子)であっても良い。
3.LEDモジュール
(1)発光素子
実施形態では、発光素子はLED3であったが、例えば、LD(レーザダイオード)であっても良く、EL素子(エレクトリックルミネッセンス素子)であっても良い。
また、LED3はベアチップの状態で実装基板21に実装されていたが、LEDは例えば、表面実装タイプ(いわゆる、SMDである。)や砲弾タイプで実装基板に実装されても良い。さらに、複数のLEDは、チップタイプと表面実装タイプとの混合であっても良い。
(2)実装基板
実施形態での実装基板21は平面視において矩形状をしている。しかしながら、実装基板は、他の形状を例えば、正方形状、5角形等の多角形(正多角形状を含む。)、楕円形状、円形状、環状等であっても良い。
(2)実装基板
実施形態での実装基板21は平面視において矩形状をしている。しかしながら、実装基板は、他の形状を例えば、正方形状、5角形等の多角形(正多角形状を含む。)、楕円形状、円形状、環状等であっても良い。
また、実装基板数も1個に限定するものでなく、2以上の複数個であっても良い。さらに、実施形態では、実装基板21の表面にLED3を実装していたが、裏面にもLEDを実装するようにしても良い。
(3)封止体
実施形態では、封止体23は2列状に配されたLED3を列単位で被覆していたが、2列分をまとめて被覆しても良いし、複数の一定数のLED群に対して1つの封止体で被覆しても良いし、すべてのLEDに対して1つの封止体で被覆しても良い。
(4)LEDの配置
実施形態では、複数のLED3は2列状に配されていたが、平面視において、四角形の4辺上に位置するように配されていても良いし、楕円(円を含む)の円周上に位置するように配されていても良い。さらには、マトリクス状に配されても良いし、他の配置でも良い。
(5)その他
LEDモジュール5は、青色光を出射するLED3と、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体粒子とを利用することで白色光を出射するようにしていたが、例えば、紫外線発光の半導体発光素子と三原色(赤色、緑色、青色)に発光する各色蛍光体粒子とを組み合わせたものでも良い。
(3)封止体
実施形態では、封止体23は2列状に配されたLED3を列単位で被覆していたが、2列分をまとめて被覆しても良いし、複数の一定数のLED群に対して1つの封止体で被覆しても良いし、すべてのLEDに対して1つの封止体で被覆しても良い。
(4)LEDの配置
実施形態では、複数のLED3は2列状に配されていたが、平面視において、四角形の4辺上に位置するように配されていても良いし、楕円(円を含む)の円周上に位置するように配されていても良い。さらには、マトリクス状に配されても良いし、他の配置でも良い。
(5)その他
LEDモジュール5は、青色光を出射するLED3と、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体粒子とを利用することで白色光を出射するようにしていたが、例えば、紫外線発光の半導体発光素子と三原色(赤色、緑色、青色)に発光する各色蛍光体粒子とを組み合わせたものでも良い。
さらに、波長変換材料として半導体、金属錯体、有機染料、顔料など、ある波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含んでいる材料を利用しても良い。
4.ケース
実施形態等では、ケース9は樹脂材料により構成していたが、他の材料で構成することもできる。他の材料として、金属材料を利用する場合、口金との絶縁性を確保する必要がある。口金との絶縁性は、例えば、ケースの小径部に絶縁膜を塗布したり、小径部に対して絶縁処理をしたりすることで確保できる他、ケースのグローブ側を金属材料により、ケースの口金側を樹脂材料によりそれぞれ構成(2以上部材を結合する。)することでも確保できる。
4.ケース
実施形態等では、ケース9は樹脂材料により構成していたが、他の材料で構成することもできる。他の材料として、金属材料を利用する場合、口金との絶縁性を確保する必要がある。口金との絶縁性は、例えば、ケースの小径部に絶縁膜を塗布したり、小径部に対して絶縁処理をしたりすることで確保できる他、ケースのグローブ側を金属材料により、ケースの口金側を樹脂材料によりそれぞれ構成(2以上部材を結合する。)することでも確保できる。
上記実施形態では、ケース9の表面について特に説明しなかったが、例えば、放熱フィンを設けても良いし、輻射率を向上させるための処理を行っても良い。
5.容器とケースの結合
第1の実施形態では、容器14とケース9とが接着剤57により固着されている。このため、点灯時に容器14の熱がケース9にも伝わるような構成となっている。しかしながら、容器内に熱伝導率の高い流体を封入すると、容器の温度が上がり、その熱がケースに伝わりケースの温度が上昇するおそれもある。このような場合、ケース内の回路ユニットへの熱負荷を削減するために、容器とケースとの間に熱伝導率の低い材料を介在させて、両者を接合しても良い。
6.口金
実施形態では,エジソンタイプの口金11を利用したが、他のタイプ、例えば、ピンタイプ(具体的にはGY、GX等のGタイプである。)を利用しても良い。
5.容器とケースの結合
第1の実施形態では、容器14とケース9とが接着剤57により固着されている。このため、点灯時に容器14の熱がケース9にも伝わるような構成となっている。しかしながら、容器内に熱伝導率の高い流体を封入すると、容器の温度が上がり、その熱がケースに伝わりケースの温度が上昇するおそれもある。このような場合、ケース内の回路ユニットへの熱負荷を削減するために、容器とケースとの間に熱伝導率の低い材料を介在させて、両者を接合しても良い。
6.口金
実施形態では,エジソンタイプの口金11を利用したが、他のタイプ、例えば、ピンタイプ(具体的にはGY、GX等のGタイプである。)を利用しても良い。
また、上記実施形態では、口金11は、シェル部の雌ネジを利用してケース9のネジ部に螺合させることで、ケース9に装着(接合)されていたが、他の方法でケースと接合されても良い。他の方法としては、接着剤による接合、カシメによる接合、圧入による接合等があり、これらの方法を2つ以上組合せても良い。
7.ランプ
実施形態では、ランプとして、ケース内に回路ユニットを格納するランプ(いわゆる、電球型ランプである。)について説明したが、ケース内に回路ユニットを格納していないランプ、例えば、コンパクト電球を代替とするようなランプにも適用できる。さらには、従来にないようなランプ、例えば、照明器具に直接組みこまれているようなランプであっても良い。
7.ランプ
実施形態では、ランプとして、ケース内に回路ユニットを格納するランプ(いわゆる、電球型ランプである。)について説明したが、ケース内に回路ユニットを格納していないランプ、例えば、コンパクト電球を代替とするようなランプにも適用できる。さらには、従来にないようなランプ、例えば、照明器具に直接組みこまれているようなランプであっても良い。
1 LEDランプ
3 LED
5 LEDモジュール
7 グローブ
9 ケース
11 口金
13 ステム(蓋部材)
14 容器
17 支持部材
3 LED
5 LEDモジュール
7 グローブ
9 ケース
11 口金
13 ステム(蓋部材)
14 容器
17 支持部材
Claims (5)
- グローブ開口が蓋部材により塞がれてなる容器内に光源としての半導体発光素子が支持部材により支持されているランプであって、
前記容器内には空気よりも高い熱伝導性を有する流体が封入され、
前記容器の容積が250cm3以下である
ことを特徴とするランプ。 - 前記支持部材における前記流体と接触する部分の表面積が18cm2以上である
ことを特徴とする請求項1に記載のランプ。 - 前記流体はヘリウムガスである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のランプ。 - 前記支持部材における前記流体と接触する部分が金属材料で構成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のランプ。 - ランプと、前記ランプを装着して点灯させる照明器具とを備える照明装置において、
前記ランプは、請求項1〜4のいずれか1項に記載のランプである
ことを特徴とする照明装置。
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