JP2003100110A

JP2003100110A - 照明装置および電球形ｌｅｄランプ

Info

Publication number: JP2003100110A
Application number: JP2001291092A
Authority: JP
Inventors: Iwatomo Moriyama; 厳與森山
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、装置全体として放熱性を向上させ、
発光効率を向上させることのできる照明装置を提供する
ことを目的とするものである。【解決手段】請求項１の発明は、基板１と；発光部が前
記基板の一面側に配設され、リード線端部が前記基板の
他面側に露出して配設されて前記基板に実装された発光
ダイオード２と；前記基板の他面側に配設された点灯回
路部品３と；前記発光ダイオードのリード線端部および
点灯回路部品を覆い、前記リード線端部に接するように
設けられた熱伝導性グラファイト４と；前記熱伝導性グ
ラファイトに直接または間接的に設けられた放熱体５
と；を具備していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光源、例え
ば発光ダイオードを使用した照明装置に関する。

【０００１】

【従来の技術】従来、発光ダイオードを使用した照明装
置は、表示板、交通信号機および車両用ランプ等で応用
されている。そして、この種の発光ダイオードは、その
使用中に発熱量が比較的多く、この熱および点灯回路の
輻射熱により発光ダイオードの温度が上昇して発光特性
が低下することがある。

【０００２】この点を改善するものとして、実開平１−
１５３５８６号公報に記載されているような技術があ
る。すなわち、この公報に記載された表示灯は、樹脂製
ケース内に多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を配置して
樹脂製キャップで覆ったものであり、上記ケース内部お
よび外部に放熱板を設置するとともに、両者を連結した
ものである。しかしながら、このような構成では、ＬＥ
Ｄを構成する二本のリード線が直接放熱板に接続されて
熱伝導されているものではなく、ＬＥＤひとつ一つから
効率よく、十分に放熱できるものではないと考えられ
る。

【０００３】一方、発光ダイオード（ＬＥＤ）の放熱性
を向上させるようにしたものではないが、特開平１１−
３１２４０３号公報には、図４に示すような照明装置が
開示されている。すなわち、この発光ダイオードを有す
る照明装置は、開口部Ａ１を有する器具本体Ａと、この
器具本体の中に配設されたプリント基板Ｂと、このプリ
ント基板に実装されて前記開口側に向かって光を放射す
る半導体光源（発光ダイオード）Ｄと、この半導体光源
から導出された通電端子Ｄ１およびプリント基板を被覆
して保護する保護樹脂Ｅと、前記器具本体の開口部に設
けられた照射レンズＦとで構成されている。したがっ
て、上記保護樹脂は、例えば、シリコン樹脂で形成され
た場合、前記通電端子およびプリント基板からある程度
の熱を伝導、放熱することができるものと考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の照明装置で
は、発光ダイオードの熱はシリコン樹脂を介して器具本
体へ熱伝導し、外部に放熱されるものである。しかしな
がら、器具本体の熱伝導性がよくないとやはり器具本体
内部に熱がこもりやすい。また、シリコン樹脂の熱伝導
性には限界があり、さらに熱伝導性のよいものが要望さ
れている。さらにまた、発光ダイオード点灯回路の輻射
熱の放熱性を考慮しないと、照明装置全体として放熱性
を向上させ、発光効率を向上させることはできないもの
である。

【０００５】そこで、本発明は、装置全体として放熱性
を向上させ、発光効率を向上させることのできる照明装
置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
と；発光部が前記基板の一面側に配設され、リード線端
部が前記基板の他面側に露出して配設されて前記基板に
実装された発光ダイオードと；前記基板の他面側に配設
された点灯回路部品と；前記発光ダイオードのリード線
端部および点灯回路部品を覆い、前記リード線端部に接
するように設けられた熱伝導性グラファイトと；前記熱
伝導性グラファイトに直接または間接的に設けられた放
熱体と；を具備していることを特徴とする。

【０００７】ここで、基板は、アルミニウム、銅、銀ま
たはこれらを組合せた熱伝導性のよい基板を使用するこ
とができる。また、基板の他面側に露出されたリード線
端部は、全部または一部が半田で覆われていてもよい。
そして、この端部は熱伝導性グラファイトの表面に対
し、ほぼ点状に接触しているので、ここの部分から面状
に放熱させることができる。なお、リード線端部は、熱
伝導率グラファイトに埋め込まれていてもよい。また、
点灯回路部品は点灯回路を構成する全ての部品であって
も一部であってもよい。さらにまた、放熱体は、何らか
の熱伝導性部材を介して間接的に熱伝導性グラファイト
から熱伝導させてもよいし、直接、熱伝導性グラファイ
トから熱伝導させてもよい。さらに、放熱体は、ヒート
シンク、ペルチエ素子、ファン、ヒートパイプまたはこ
れらの組合せてもよい。

【０００８】また、発光ダイオードの発光部は、インジ
ウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）、ガリウ
ム・リン（ＧａＰ）、アルミニウム・インジウム・ガリ
ウム・リン（ＡｌＩｎＧａＰ）とガリウム・リン（Ｇａ
Ｐ）またはインジウム・ガリウム・ナイトライド（Ｉｎ
ＧａＮ）とＹＡＧ構造を有する蛍光体からなる発光ダイ
オード、またはインジウム・ガリウム・ナイトライド
（ＩｎＧａＮ）と蛍光体からなる発光ダイオード、また
はジンク・セレン（ＺｎＳｅ）からなる発光ダイオード
を複数個直列または並列に接続したものであってもよ
い。

【０００９】以下に上記発光ダイオードの組合せ例を示
す。まず、青色、緑色、黄色、赤色および白色の発光さ
せるためには、インジウム・ガリウム・ナイトライド
（ＩｎＧａＮ）およびアルミニウム・インジウム・ガリ
ウム・リン（ＡｌＩｎＧａＰ）とガリウム・リン（Ｇａ
Ｐ）のそれぞれの発光ダイオードを使用することができ
る。また、青色から緑色を発光させるためには、インジ
ウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）の発光ダ
イオードを使用することができる。また、黄色から赤色
を発光させるためには、アルミニウム・インジウム・ガ
リウム・リン（ＡｌＩｎＧａＰ）とガリウム・リン（Ｇ
ａＰ）のそれぞれの発光ダイオードを使用することがで
きる。赤色から赤外線を発光させるためには、ガリウム
・リン（ＧａＰ）に亜鉛（Ｚｎ）をドープした発光ダイ
オードを使用することができる。白色を発光させるため
には、インジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａ
Ｎ）とＹＡＧ構造を有する蛍光体からなる発光ダイオー
ドの周囲にＹＡＧ構造を有する蛍光体（主波長：黄色）
を塗布してチップ化した発光ダイオード、または紫外線
発光するインジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧ
ａＮ）と蛍光体を組合せてなる発光ダイオード、または
ジンク・セレン（ＺｎＳｅ）の発光ダイオードを使用す
ることができる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の照明装
置において、さらに前記基板および熱伝導性グラファイ
トを収容する器具本体と；前記熱伝導性グラファイトか
らの熱を器具本体外に伝導するように器具本体に設けら
れた外部放熱体と；を具備することを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の照明装置において、さらに前記基板の他面と熱伝導性
グラファイトとの間に配設されたシリコーン樹脂と；を
具備することを特徴とする。なお、シリコーン樹脂は、
例えばジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン、
アルキル変性シリコーンまたはフロロシリコーンにアル
ミナ等の金属酸化物を配合したもの等で形成される。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれか一記載の照明装置において、前記熱伝導性グラフ
ァイトの熱伝導率は４．０Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であること
を特徴とする。

【００１３】請求項５の発明は、請求項１ないし４のい
ずれか一記載の照明装置において、前記発光ダイオード
は、印加電圧が２〜４Ｖの範囲において２００〜２５０
ｍＡの電流を流すことができることを特徴とする。

【００１４】ここで、この種の発光ダイオードは、大電
流形発光ダイオード（ＬＥＤ）と呼ばれるものであり、
従来のＬＥＤと比べ、半導体チップの面積を拡大したも
のである。このため、従来タイプのＬＥＤと比較して、
大電流を流すことができ、高輝度な光を放射することが
できる。大電流形ＬＥＤでは従来のＬＥＤに対して約１
０倍の電流を流すことができ、光量も約１０倍に増える
ことから、放射角を約１２０°の広角配光することがで
きる。したがって、このような大電流形ＬＥＤを用いる
ことにより、必要な光量を十分に確保することができ
る。

【００１５】請求項６の発明は、前記請求項１ないし５
のいずれか一記載の照明装置と；照明装置の一端に配設
されたエジソンベースと；を具備していることを特徴と
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関する実施の形態
の照明装置について、図面を参照して説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）

【００１８】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
照明装置の一部切欠側面図である。図において、照明装
置は、基板１と、発光部２ａが前記基板１の一面側に配
設され、リード線２ｂ端部が基板１の他面側に露出して
配設されて基板１に実装された発光ダイオード２と、基
板１の他面側に配設された点灯回路部品３と、発光ダイ
オード２のリード線２ｂ端部および点灯回路部品３を覆
い、リード線２ｂ端部を埋め込むように設けられた熱伝
導性グラファイト４と、熱伝導性グラファイト４に直接
または間接的に設けられた放熱体５とで構成されてい
る。なお、熱伝導性グラファイトは、GRAF TECK社製ま
たは松下電器産業社製のものを使用してよい。

【００１９】さらに、本実施の形態の照明装置において
は、基板１および熱伝導性グラファイト３を収容する器
具本体６と、熱伝導性グラファイト３からの熱を器具本
体６外に伝導するように器具本体６に設けられた外部放
熱体５とを有している。なお、器具本体１と外部放熱体
５を兼用してもよい。熱伝導性グラファイトの熱伝導率
は４．０Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であるとともに、弾力性があ
るものであったほうがよく、リード線２ｂ端部をその周
囲から包み込むように変形して効率よく面状に熱伝導さ
せることができる。

【００２０】また、発光ダイオードは、印加電圧が２〜
４Ｖの範囲において２００〜２５０ｍＡの電流を流すこ
とができる。さらに、複数の発光ダイオード２は、外部
衝撃等からの保護または放熱のために、その発光部の一
部までシリコン樹脂７で覆われており、さらに、器具本
体１前面にはカバー８が装着されている。このカバー
は、所定の光学特性を有するようにレンズ機能を有して
いてもよい。

【００２１】本実施の形態の照明装置によると、主とし
て発光ダイオード２から発生した熱は、リード線２ｂか
ら熱伝導性グラファイト４に伝導する。この熱は熱伝導
性グラファイト４において、面状に伝導して直接に接触
している放熱体である器具本体１に伝導し、その後、装
置外に放熱される。また、熱伝導性グラファイト４から
の熱は、取りつけネジ５ａを介して下方の器具本体１に
伝導し、その後、装置外に放熱されるルートもある。

【００２２】また、発熱体である発光ダイオードと熱伝
導性グラファイト４との密着性が向上し空気層が存在し
にくくなることから、熱伝導率を向上させることができ
る。そのため、発光ダイオードの点灯時間が増大しても
発熱による発光ダイオードの光変換効率の低下を抑制す
ることができる。また、少々の温度上昇では、発光ダイ
オードに流れる順方向電流が増大しなくなり、発光ダイ
オード素子が破壊、不点灯になりにくくなる。

【００２３】図２は、本実施の形態の照明装置の相対光
出力を示すグラフである。このグラフは、周囲温度２５
℃のときの発光ダイオードの光出力を１００％としたと
き、発光ダイオード（ＬＥＤ）のジャンクション温度の
上昇による相対光出力の変化を示したものであり、熱伝
導性グラファイトを使用すると、シリコーンのみ使用し
た場合と比較して、ジャンクション温度２０℃以上低下
したことが分かった。したがって、上述したような効果
を得ることができるものである。

【００２４】（第２の実施の形態）

【００２５】図３は、本発明の第２の実施の形態を示す
照明装置の一部切欠側面図である。図において、第２の
実施の形態を示す照明装置は、基板１の他面と熱伝導性
グラファイト４との間に配設されたシリコーン樹脂９と
を具備している。なお、第１の実施の形態と同一または
類似の構成要素については、同一の符号を付してその詳
細な説明を省略する。このシリコーンは熱伝導性が高
く、ＧＥ東芝シリコーン社製のTSE3080またはTSE3081、
信越シリコーン社製のKE1863またはKE1223などが有効で
ある。

【００２６】本実施の形態の照明装置によると、シリコ
ーン樹脂９により発光ダイオード１と熱伝導性グラファ
イト４との密着性を向上させ、効果的に熱伝導をするこ
とができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１および２の発明によると、発光
ダイオードのリード線端部および点灯回路部品を覆い、
前記リード線端部を埋め込むように設けられた熱伝導性
グラファイトおよび熱伝導性グラファイトに直接または
間接的に設けられた放熱体を有しているので、装置全体
として放熱性を向上させ、発光効率を向上させることが
できる。

【００２８】請求項３の発明によると、基板の他面と熱
伝導性グラファイトとの間に配設されたシリコーン樹脂
を有するので、シリコーン樹脂により発光ダイオードと
熱伝導性グラファイトとの密着性を向上させ、効果的に
熱伝導をすることができる。

【００２９】請求項４の発明によると、熱伝導性グラフ
ァイトの熱伝導率は４．０Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であり、効
果的に熱伝導をすることができる。

【００３０】請求項５の発明によると、発光ダイオード
は、印加電圧が２〜４Ｖの範囲において２００〜２５０
ｍＡの電流を流すことができ、電流増大による発光ダイ
オードの破壊が防止できる。

【００３１】請求項６の発明によると、照明装置はエジ
ソンベースを有しているので、白熱電球に代る長寿命の
電球形ＬＥＤランプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す照明装置の一
部切欠側面図。

【図２】同じく、照明装置の相対光出力を示すグラフ。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す照明装置の一
部切欠側面図。

【図４】従来の発光ダイオードを使用した照明装置の断
面図。

【符号の説明】

１…基板２…発光ダイオード３…点灯回路部品４…熱伝導性グラファイト５…放熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｆ２１Ｗ 111:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｓ 1/02 Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と；発光部が前記基板の一面側に配設
され、リード線端部が前記基板の他面側に露出して配設
されて前記基板に実装された発光ダイオードと；前記基
板の他面側に配設された点灯回路部品と；前記発光ダイ
オードのリード線端部および点灯回路部品を覆い、前記
リード線端部に接するように設けられた熱伝導性グラフ
ァイトと；前記熱伝導性グラファイトに直接または間接
的に設けられた放熱体と；を具備していることを特徴と
する照明装置。
【請求項２】前記基板および熱伝導性グラファイトを収
容する器具本体と；前記熱伝導性グラファイトからの熱
を器具本体外に伝導するように器具本体に設けられた外
部放熱体と；を具備することを特徴とする請求項１記載
の照明装置。
【請求項３】前記基板の他面と熱伝導性グラファイトと
の間に配設されたシリコーン樹脂と；を具備することを
特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
【請求項４】前記熱伝導性グラファイトの熱伝導率は
４．０Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項
１ないし３のいずれか一記載の照明装置。
【請求項５】前記発光ダイオードは、印加電圧が２〜４
Ｖの範囲において２００〜２５０ｍＡの電流を流すこと
ができることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
一記載の照明装置。
【請求項６】前記請求項１ないし５のいずれか一記載の
照明装置と；照明装置の一端に配設されたエジソンベー
スと；を具備していることを特徴とする電球形ＬＥＤラ
ンプ。