JP2011113746A

JP2011113746A - Ｌｅｄ発光構造体

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Publication number: JP2011113746A
Application number: JP2009267953A
Authority: JP
Inventors: Yu-Lin Chu; 朱裕麟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】照射範囲が広く、かつ放熱構造の優れたＬＥＤ発光構造体を提供する。
【解決手段】
少なくとも、主として、基板、発光体及び透過層からなるＬＥＤ光源装置であって、該基板が、円弧状の断面を有し、金属で一体成形された板材であり、該基板の外観が、球体に類似し、基板の円弧状の外側に、複数の発光体が設置され、その発光体が、晶粒状のＬＥＤであり、基板と発光体の最外側に、透過層が覆われ、また、基板の内縁壁に、複数の熱伝導フィンが設置されてなるＬＥＤ光源装置から構成されたＬＥＤ発光構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード。以下、本明細書において同じ。）発光構造体に関するものであり、さらに詳しくはＬＥＤ光源装置の構造に関し、特に、照明灯として使用可能なＬＥＤ灯具及び灯具光源に関するものである。

従来のＬＥＤ灯具は、灯具枠体と発光セットからなるものである。灯具枠体の内部は、複数の組立て空間に区画されたものであり、発光セットは、組立てフレームと回路板及び光ガイド板とを組立てたものからなるものである。回路板には、複数の発光体が設置され、一側に、電源線が接続され、光ガイド板の端面に、回路板の発光体に合わせて、複数の光ガイド弧面が設けられてある。該光ガイド弧面には、第一光ガイド面と第二光ガイド面があり、光ガイド弧面の底端において、中央に、貫通孔が貫設されてある。また、発光セットに応じて、変圧器が設置される。

以上のように、従来のＬＥＤ灯具は、複数の発光セットを灯具の枠体に組立て、発光セットの光ガイド板は、二つの反射角の光ガイド弧面を有し、光ガイド弧面の第一光ガイド面と第二光ガイド面の設置により、発光体が出射した光束が、より広い照射範囲になって、発光体の発光効率の向上が図られている。

しかし、前記のようなＬＥＤ灯具は、該発光体が、第一光ガイド面と第二光ガイド面により、比較的に広い照射範囲を実現することができるが、かかる第一光ガイド面と第二光ガイド面を作製するためのコストが高くなり、該第一光ガイド面と第二光ガイド面による照射範囲も、比較的限られたものである。また、かかる構造のＬＥＤ灯具によれば、放熱構造については十分とはいえない。

さらに、一般市販の白熱電球は、発光のパワーが高ければ、電球球体も、大きくなるため、広い空間を要し、無駄なスペースを要することになる。

かかる状況下において、発光ダイオードを光源とするＬＥＤ灯具及び照明装置については多数提案されており、例えば、特開２００９−１８７８８８号公報によれば、ＬＥＤ光源、受光素子、電流制御部とからなるＬＥＤ照明灯が提案されている。また、米国公開特許和文抄録（公開番号：２００２／０１２６５０３）によれば、発光ダイオードを用いるリニアＬＥＤ照明灯が提案されている。

さらに、特開２００２−４３７７１号公報によれば、ＬＥＤ発光体をマウントしてなる基盤を基体に装着してなるＬＥＤ発光灯が提案されている。

しかしながら、かかる提案によっても照明範囲は限られた構造のものであり、さらに放熱構造を組み込みコンパクトに構成されたＬＥＤ発光構造体については開示されていない。
特開２００９−１８７８８８号公報米国公開特許和文抄録特開２００２−４３７７１号公報

従って、本発明の課題は、ＬＥＤ光源装置を用いるＬＥＤ発光構造体であって、コンパクトな構造で照射範囲が広範囲であり、効率的な放熱可能な放熱構造を有するＬＥＤ発光構造体を提供することにある。

そこで、本発明者は、前記の本発明の課題を解決するために、鋭意検討を重ねたところ、ＬＥＤの晶粒発光体を断面が円弧状の基板に嵌設したＬＥＤ光源装置を用いることにより、放射状に照射させることができ、また、特定の金属材質の組み合せにより効率的な放熱構造を提供できることに着目し、かかる知見に基いて本発明の完成に想到した。

すなわち、本発明の主な目的は、主として、ＬＥＤの晶粒発光体を、断面が円弧状である基板に嵌設し、また、該円弧の中心角が、約２７０°であるＬＥＤ光源装置を提供し、これにより、該発光体による照射範囲が、放射状の照明領域及び照射する範囲がより広くなり、従来技術によるＬＥＤ灯具と一般市販の白熱電球より、本発明のＬＥＤ光源装置の作製コストが、比較的に低いが、より広い照射範囲が得られ、また、光源球体を交換しなくても、より大きい発光パワーを得ることにある。

かくして、本発明によれば、
請求項１において、
少なくとも、主として、基板、発光体及び透過層からなるＬＥＤ光源装置であって、基板が円弧状の断面を有し、金属からなる材料により一体成形された板材であり、該基板の外観が、球体に類似したものであり、円弧状の外側に、複数の発光体が設置され、該発光体が、晶粒状のＬＥＤであり、前記基板と前記発光体の最外側に、前記透過層が被覆され、前記基板の内縁壁に、複数の熱伝導フィンが設置されてなるＬＥＤ光源装置から構成されたことを特徴とするＬＥＤ発光構造体が提供される。

請求項２によれば、
前記ＬＥＤ光源装置の基板の内壁の裏側に、さらに、放熱装置が接続され、該放熱装置が、主として、熱伝導管、熱伝導板、放熱部材及び放熱片からなり、前記熱伝導管、熱伝導板、放熱部材及び放熱片が、ともに、金属からなり、前記熱伝導管が、複数の管体を集合してなり、前記熱伝導管の先端が、基板の円弧状内に挿入して、基板の内縁壁に設けてある熱伝導フィンと該熱伝導管とが直接に接触し、前記熱伝導管の末端に前記熱伝導板が固定され、前記放熱部材の一端において、中心に、貫通孔が形成され、該貫通孔の口径の大きさが、前記熱伝導板を収納して、前記貫通孔の内壁と直接に接触できるように調整され、前記放熱部材の外側にも、囲むように、複数の前記放熱片が設置されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光構造体が提供される。

請求項３によれば、
前記放熱装置の熱伝導管は、複数の多角形管材を集合してからなる蜂巣状の管体であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体が提供される。

請求項４によれば、
前記ＬＥＤ光源装置の基板と放熱装置の熱伝導管、熱伝導板、放熱部材及び放熱片は、金属材質からなり、前記基板に使用された金属材質の比熱値が、前記熱伝導管に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しく、該熱伝導管に使用された金属材質の比熱値が、前記熱伝導板に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しく、該熱伝導板に使用された金属材質の比熱値が、前記放熱部材に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しく、該放熱部材に使用された金属材質の比熱値が前記放熱片に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しいことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体が提供される。

請求項５によれば、
前記放熱装置の前記放熱部材は、末端に継手が設置され、該継手が、一般の灯座に螺入されることができることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体が提供される。

本発明は、少なくとも、主として、基板や発光体及び透過層からなり、該基板が、円弧状の断面を有し、金属から一体成形された板材であり、該基板の外観が、球体に類似し、基板の円弧状の外側に、複数の発光体が設置され、その発光体が、晶粒状のＬＥＤで、基板と発光体の最外側に、透過層が覆われ、また、基板の内縁壁に、複数の熱伝導フィンが設置されるＬＥＤ光源装置から構成される、ＬＥＤ発光構造体に関するものである。

本発明は、前記の構成からなり、コンパクトなＬＥＤ光源装置であるにも拘らず、照射範囲が広く、また、放熱装置を組み合わせた場合には放熱効率が優れ、著しく顕著な効果を奏する。

以下、図面を参照しながら、本発明の特徴及び技術内容について、詳しく説明する。もっとも、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本発明は、それらによって限定されるものではない。

本発明は図１に示すように、ＬＥＤ発光構造体に関するものであり、少なくとも、ＬＥＤ光源装置１と放熱装置２とから構成されるものである。

ＬＥＤ光源装置１は、図１のＡ−Ａ断面図である図２で示すように、主として、基板１１と発光体１２、透過層１３及び熱伝導フィン１４から構成されたものである。

基板１１は、金属材質であり、その断面が円弧状で一体成形された板材である。基板１１の断面円弧の中心角が、約２７０°に設定されてある。これにより、該基板１１の外観が、球体に類似したものとなる。球体内には、放熱空間１１１が設けてある。

また、基板１１の円弧状の外側に、複数の発光体１２が嵌設されてある。その発光体１２が、晶粒状のＬＥＤであり、基板１１と発光体１２の最外側は、透過層１３で被覆されてある。該透過層１３は、耐熱性樹脂の透過性ゲルからなる。また、基板１１の内縁壁に、複数の熱伝導フィン１４が固定され、該熱伝導フィン１４が、更に、放熱装置２の熱伝導管２１に接触するように、貼り付けてある。

ＬＥＤ発光体としては、半導体発光素子、例えば、現在、ＧａＡｓ（赤）、ＧａＡｓＰ（赤）、ＧａＰ（赤、黄、緑）、ＧａＮ（青）、２‐４族のＺｎＳｅ_ｘＴｅ_１-ｘ、Ｚｎ_ｘＣｄ_１−ｘＴｅ、３‐５族のＧａＳｂ、ＩｎＡｓ等が知られているので、適宜使用することができるが、これらに限定されるものではない。

放熱装置２は、図１に示すように、ＬＥＤ光源装置１の基板１１の内壁裏側に設置され、主として、熱伝導管２１と熱伝導板２２、放熱部材２３、放熱片２４及び継手２５からなる。熱伝導管２１、熱伝導板２２、放熱部材２３及び放熱片２４が、ともに、金属からなる。熱伝導管２１は、図３で示すように、複数の多角形管材を集合した蜂巣状の管体である。

また、該熱伝導管２１の先端が、基板１１の放熱空間１１１内に挿入し、基板１１の内縁壁にある熱伝導フィン１４と熱伝導管２１により、図４のように、その放熱空間１１１が完全に充填される。

また、熱伝導管２１の先端だけが、放熱空間１１１に挿入して熱伝導フィン１４の一端に接触し、これにより、基板１１内に、より多い放熱空間１１１が保留される。熱伝導管２１の末端に、熱伝導板２２が接続し、放熱部材２３が設置され、該放熱部材２３の一端において、中心に、貫通孔２３１が形成される。貫通孔２３１の口径の大きさは、熱伝導板２２を収納して、該熱伝導板２２が、放熱部材２３の貫通孔２３１の内壁に直接に接触するように調整される。

また、放熱部材２３の外側にも、囲むように、多数の放熱片２４が設置され、該放熱片２４により、快速的に熱エネルギーを伝導できる薄いシートで、放熱部材２３の末端に、更に、継手２５が設置され、該継手２５を、一般の電球ソケットに螺入することができる。

図５を参照する。ＬＥＤ光源装置１の発光体１２によって発光する場合、熱エネルギーが発生する時、ＬＥＤ光源装置１の基板１１の内縁壁に設置された熱伝導フィン１４により、直接に、基板１１上の熱エネルギーが、放熱装置２の熱伝導管２１へ伝導される。

また、熱伝導管２１により、熱エネルギーが、放熱装置２の熱伝導板２２と放熱部材２３へ順に伝導され、最後に、放熱部材２３の外側を囲む放熱片２４から放熱される。

前記の基板１１、熱伝導管２１、熱伝導板２２、放熱部材２３及び放熱片２４等が、ともに金属材料からなるため、その放熱が、よりスムーズに且つ迅速に行われる。

本発明によれば、前記各構成に、それぞれ、異なる比熱値を有する金属を使用し、また、熱伝導率の順に、先に熱エネルギーに接触する構成金属の比熱値が、後から熱エネルギーに接触する構成金属の比熱値より大きくするか又は等しくなるように、調整される。例えば、基板１１に、比熱値：９００のアルミニウムが使用されると、熱伝導管２１に、比熱値：３８５の銅が使用されると、熱エネルギーが、比熱値の比較的に低い金属での伝導速度が、比熱値の比較的に高い金属より速いという特性により、該金属材質設定により、本発明のＬＥＤ光源装置１は、図４のように、より効率的に放熱することができる。

そして、熱伝導管２１の先端だけを、放熱空間１１１内に挿入して熱伝導フィン１４の一端に接触させることにより、基板１１内に、より多い放熱空間１１１が保留されるので、該発光体１２の基板１１上に発生した熱エネルギーの一部が、熱伝導フィン１４の一端を介して、熱伝導管２１へ伝達される。

また、一部のエネルギーが、放熱空間１１１内の気体により、熱伝導管２１へ伝導され、これは、気体の比熱値が、金属材質より高いため、上記の放熱効果が得られる。

本発明に係るＬＥＤ発光装置によれば、図５のように、該ＬＥＤ光源装置１の基板１１上に設けてある発光体１２によって発光する場合、基板１１の断面の円弧の中心角が約２７０°に設定されてあるため、光線を該ＬＥＤ光源装置１の照射範囲として設定された照射空間の各隅に、平均的に照射することができる。

また、該基板１１の断面の円弧角度が、約２７０°に設定されているので、同時に、該発光体１２により発生した熱エネルギーが、直接に、基板１１へ伝導される。基板１１上の熱エネルギーが、続いて、基板１１の内縁壁に設置されたＬＥＤ光源装置１の放熱フィン１４へ伝導され、放熱フィン１４により、更に、熱エネルギーが、放熱装置２の熱伝導管２１へ伝導される。その熱エネルギーが、熱伝導管２１に沿って放熱装置２の熱伝導板２２へ伝導される。

そして、熱伝導板２２により伝導された熱エネルギーが、更に、放熱装置２の放熱部材２３へ伝導され、放熱部材２３を囲む放熱片２４により、放熱部材２３によって受けた熱エネルギーを分散して放熱する放熱効果を奏することができる。

また、図６に示すように、ＬＥＤ光源装置１の基板１１の断面の円弧の中心角が約１２０°に設定した場合、図７のように、円弧の中心角が２７０°である基板１１に比較すると、その照射範囲が、比較的に狭くなり集光した状態となる。

本発明に係るＬＥＤ発光構造体は、図４のように、ＬＥＤ光源装置１の発光体１２を、中心角が２７０°である断面円弧状の基板１１の外側に沿って嵌設してあるので、該発光体１２による照射範囲が、放射状の照射領域に照射し、照射する範囲をより拡大することができる。

また、ＬＥＤ光源装置１の裏端に、放熱装置２が設置されるため、発光体１２が発光することにより基板１１に発生した熱エネルギーを有効に放熱することができる。

また、放熱装置２の末端に、継手２５が設置され、該継手２５が、一般電球のソケットに螺合できるため、従来の白熱電球の代わりに、本発明に係るＬＥＤ発光構造体を使用することができる。また、本発明によれば、図２のように、基板１１と発光体１２の最外側に、透過層１３が被覆されたものである。該透過層１３が、耐熱可能な透過ゲルからなるため、透過片が不要になり、コストを節約することができる。また、有効に照射範囲を増大できるＬＥＤ発光構造体を提供することができる。

以上は、本発明のより好ましい実施例であり、本発明は、それらによって限定されるものではなく、また、本発明に係わる特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれることは明らかである。

本発明の一実施形態によるＬＥＤ発光灯の分解斜視図である。図１で示すＬＥＤ発光灯のＬＥＤ灯源のＡ-Ａ断面概念図である。本発明の一実施形態によるＬＥＤ発光灯の一部断面斜視図である。本発明の一実施形態によるＬＥＤ発光灯のＬＥＤ灯源が中空である場合を示す断面概念図である。本発明に係る一実施形態によるＬＥＤ発光灯のＬＥＤ灯源が発光する場合を示す断面概念図である。本発明の他の実施形態によるＬＥＤ発光灯の分解斜視図である。本発明の他の実施形態によるＬＥＤ発光灯のＬＥＤ灯源が発光する場合を示す断面図である。

１ＬＥＤ光源装置
１１基板
１１１放熱空間
１２発光体
１３透過層
１４放熱フィン
２放熱装置
２１熱伝導管
２２熱伝導板
２３放熱部材
２３１貫通孔
２４放熱片
２５継手

Claims

少なくとも、主として、基板、発光体及び透過層からなるＬＥＤ光源装置であって、基板が円弧状の断面を有し、金属からなる材料により一体成形された板材であり、該基板の外観が、球体に類似したものであり、円弧状の外側に、複数の発光体が設置され、該発光体が、晶粒状のＬＥＤであり、前記基板と前記発光体の最外側に、前記透過層が被覆され、前記基板の内縁壁に、複数の熱伝導フィンが設置されてなるＬＥＤ光源装置から構成されたことを特徴とするＬＥＤ発光構造体。
前記ＬＥＤ光源装置の基板の内壁の裏側に、さらに、放熱装置が接続され、該放熱装置が、主として、熱伝導管、熱伝導板、放熱部材及び放熱片からなり、前記熱伝導管、熱伝導板、放熱部材及び放熱片が、ともに、金属からなり、前記熱伝導管が、複数の管体を集合してなり、前記熱伝導管の先端が、基板の円弧状内に挿入して、基板の内縁壁に設けてある熱伝導フィンと該熱伝導管とが直接に接触し、前記熱伝導管の末端に前記熱伝導板が固定され、前記放熱部材の一端において、中心に、貫通孔が形成され、該貫通孔の口径の大きさが、前記熱伝導板を収納して、前記貫通孔の内壁と直接に接触できるように調整され、前記放熱部材の外側にも、囲むように、複数の前記放熱片が設置されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光構造体。
前記放熱装置の熱伝導管は、複数の多角形管材を集合してからなる蜂巣状の管体であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体。
前記ＬＥＤ光源装置の基板と放熱装置の熱伝導管、熱伝導板、放熱部材、及び放熱片は、それぞれ金属材質からなり、前記基板に使用された金属材質の比熱値が、前記熱伝導管に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しく、該熱伝導管に使用された金属材質の比熱値が、前記熱伝導板に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しく、該熱伝導板に使用された金属材質の比熱値が、前記放熱部材に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しく、該放熱部材に使用された金属材質の比熱値が前記放熱片に使用された金属材質の比熱値より大きいか又は等しいことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体。
前記放熱装置の前記放熱部材は、末端に継手が設置され、該継手が、一般の灯座に螺入されることができることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ発光構造体。