JP5487505B2

JP5487505B2 - Ｌｅｄランプ

Info

Publication number: JP5487505B2
Application number: JP2010127178A
Authority: JP
Inventors: 秦文隆
Original assignee: 秦文隆
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: JP2011253731A

Description

本発明は、高効率のＬＥＤランプに関するものであり、さらに詳しくは、照明装置として用い、放熱効果及び電気絶縁効果が高い上、ランプ全体を交換する必要がなくＬＥＤのみを交換することができるＬＥＤランプに関するものである。

発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、半導体材料で製作される固体発光素子である。この材料には、ＩＩＩ−Ｖ族化学元素（例えば、ＧａＰ、ＧａＡｓなど）が用いられ、ＬＥＤの発光原理は、電気エネルギーを光に変換するものであり、化合物半導体に電流を供給すると、電子と正孔とが結合し、残余のエネルギーが光となって放出され、発光する。発光ダイオードは、コールドライトに属し、寿命は１０万時間以上である。

ＬＥＤの最大の特長は、アイドリング時間（ｉｄｌｉｎｇｔｉｍｅ）が必要なく、高速反応、小体積、低消費電力、耐振動性、低汚染性、大量生産が可能であり、信頼性が高く、必要に応じて超小型又はアレイ状のデバイスを製作することができる点である。ＬＥＤは固体照明であるため、チップに通電し、量子の励起が回復してエネルギー（光）を放射するが、発光の過程において、チップ内の光エネルギーが外部へ完全に伝わらず、出力されない光エネルギーがチップ内部及びパッケージ内で吸収されて熱が発生することがある。一般に、ＬＥＤの変換効率は、約１０〜３０％にすぎないため、１Ｗの電力で、０．２Ｗ以下が可視光に変換され、残余が熱になるとされている。従って、このような場合に、放熱処理が行われないと、熱が溜まってチップの効率及び寿命に悪影響を与えるようになるため、高効率のＬＥＤを照明設備に利用できるように、放熱問題を解決する必要がある。

本発明者は、かかるＬＥＤランプの放熱問題の解決に強い関心をもち、従来から多数の開発技術を提案してきた。例えば、特開２００９−２５９７３８号公報（以下、「特許文献１」という。）により、熱伝導性の良い金属から構成される実装基板上に取り付けられたＬＥＤモジュールを用いるＬＥＤランプを開示した。しかし、ＬＥＤ照明装置の開発に伴ない、さらに改良されたＬＥＤランプの提供が切望されている。
特開２００９−２５９７３８号公報

従って、本発明の主な課題は、照明装置として用い、放熱効果及び電気絶縁効果が高い上、ランプ全体を交換する必要がなくＬＥＤのみを交換することができるＬＥＤランプ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鋭意検討を重ねた結果、ＬＥＤモジュールと放熱シートとランプベースを組み合せ、放熱シートとして、特定の非金属製材料をランプベースとして特定の非金属製材料を用い、特定の構造とすることにより、前課題を解決できることに着目し、かかる知見に基いて本発明に想到した。

前記課題を解決するために、本発明の第１の実施形態によれば、ＬＥＤモジュール、放熱シート及びランプベースを備えるＬＥＤランプであって、前記ＬＥＤモジュールは、前記放熱シートに接続される伝熱部と、外部電源に接続される電気接続部とを有し、前記放熱シートは、放熱性が良好な多孔質構造を有する非金属材料からなり、一方の端面が前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と接続され、他方の端面が前記ランプベースの内側支持部と接続され、前記ランプベースは、非金属製材料により一体成形され、前記放熱シートを収納する内側支持部を有し、前記放熱シートは、前記ＬＥＤランプが点灯したときに発生する熱を放熱させることを特徴とするＬＥＤランプが提供される。

前記第一の実施形態において、前記ランプベースは、プラスチック射出成形により形成されることが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記ランプベースは、放熱性が良好な多孔質構造を有する非金属材料からなることが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記ＬＥＤモジュールは、側部に設けられた前記伝熱部を有し、前記放熱シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部に対応した箇所に設けられたサーマルビアを有し、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部は、前記サーマルビア中に収納され、前記ＬＥＤモジュールの熱を前記伝熱部から前記放熱シートに伝熱して放熱することが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と前記放熱シートとの間には、前記サーマルビアが設けられていることが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記放熱シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部に接続する面に設けられた金属熱伝導層を有することが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記ＬＥＤモジュールは、貫通孔を有し、前記放熱シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記貫通孔に対応した箇所に設けられた貫通孔を有し、前記放熱シートの下方には、貫通孔を有する固定片が配置され、前記ＬＥＤモジュールの前記貫通孔、前記放熱シートの前記貫通孔及び前記固定片の前記貫通孔に固定部材を挿入し、前記ＬＥＤモジュール、前記放熱シート及び前記固定片を固定させ、前記ランプベースの底面から挿入した固定棒を前記固定片の固定孔へ貫設し、前記ランプベースへ前記ＬＥＤモジュール及び前記放熱シートを固定することが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と前記放熱シートとの間には、熱伝導シートが配置され、前記熱伝導シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記貫通孔に対応した箇所に設けられた貫通孔を有し、前記ＬＥＤモジュールの前記貫通孔、前記熱伝導シートの前記貫通孔、前記放熱シートの前記貫通孔及び前記固定片の前記貫通孔に前記固定部材を挿入し、前記ＬＥＤモジュール、前記熱伝導シート、前記放熱シート及び前記固定片を固定させることが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記固定棒は、金属材料からなり、前記ＬＥＤモジュールを外部電源に接続させることが好ましい。

前記第一の実施形態において、プラスチックにより一体成形され、前記放熱シートの係合部と係合するように、底部に係合部が設けられたランプカバーをさらに備えることが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と前記放熱シートとの間には、熱伝導シートが配置され、プラスチックにより一体成形され、前記放熱シートの係合部と係合するように、底部に係合部が設けられたランプカバーをさらに備えることが好ましい。

前記第一の実施形態において、前記ランプベースの外縁には、導電金属層、絶縁スリーブ及び電源接触シートが設けられ、前記導電金属層及び前記電源接触シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記電気接続部と電気的に接続されていることが好ましい。

本発明のＬＥＤランプは、照明装置として用い、放熱効果及び電気絶縁効果が高い上、ランプ全体を交換する必要がなくＬＥＤだけを交換することができる。

本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプを示す分解斜視図である。本発明の第２実施形態によるＬＥＤランプを示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプの熱伝導シートを示す分解斜視図である。本発明の第２実施形態によるＬＥＤランプの熱伝導シートを示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプを示す断面図である。本発明の第２実施形態によるＬＥＤランプを示す断面図である。本発明の第３実施形態によるＬＥＤランプを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１を参照する。図１に示すように、本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプは、ＬＥＤモジュール１、放熱シート２及びランプベース３を含む。ＬＥＤモジュール１は、規格化された製品であり、伝熱部１０及び電気接続部１１を有する。ＬＥＤモジュール１の伝熱部１０は、例えば、接着、螺着などの方式により、放熱シート２と接続され、電気接続部１１が外部電源と接続されている。

放熱シート２は、放熱性が良好な多孔質構造（即ち、比表面積が高い構造）を有する非金属材料からなる。例えば、熱伝導率の高い非金属の粉末からなる。熱伝導率が高い非金属粉末は、ＡｌＮ及びＳｉＣからなることが好ましいが、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃ、結晶ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ（ＲＳｉＣ）などでもよい。

ランプベース３は、非金属材料により直接成形され、放熱シート２を収納するために用いる内側支持部３０を有する。

放熱シート２は、ＬＥＤが点灯されたときに発生する熱を迅速に放熱するために用いる。

第１実施形態のランプベース３は、一般の非金属製材料からなってもよく、例えば、プラスチック射出成形により製作され、電気絶縁特性を備える。ランプベース３は、放熱性が良好な多孔質構造（即ち、比表面積が高い構造）を有する非金属材料からなる。例えば、熱伝導率が高い非金属粉末で製造され（例えば、射出成形など）、熱伝導率が高い非金属粉末とは、ＡｌＮ及びＳｉＣであることが好ましいが、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃ、結晶ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣなどでもよい。さらに、ランプベース３は、直接外形を形成して電気絶縁及び放熱の機能を得てもよい。ランプベース３は、一般のランプベースの形状に直接成形し、従来の電球に代替することができる。また、一部のＬＥＤを交換することができるため、灯具全体を交換する必要がない（即ち、本発明は、従来の灯具に直接使用することができる）。

（第２実施形態）
図２を参照する。図２に示すように、本発明の第２実施形態によるＬＥＤランプのＬＥＤモジュール１は、伝熱部１０が側部に設けられている。第２実施形態の放熱シート２は、ＬＥＤモジュールの伝熱部１０に対応した箇所にサーマルビア２０が設けられ、ＬＥＤモジュールからの熱を伝熱部１０を介して放熱シート２へ伝熱し、放熱シート２から放熱する。

図３及び図４を参照する。図３及び図４に示すように、本発明の一実施形態によるＬＥＤランプは、熱伝導シート４をさらに含む。この熱伝導シート４は、ＬＥＤモジュールの伝熱部１０と放熱シート２との間に配置され、熱伝導率が高い金属（例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタン、マンガンなど）からなる。ＬＥＤランプを点灯したときに生じる熱は、熱伝導シート４により迅速に伝達され、熱伝導シート４と放熱シート２との間の熱伝導作用により、熱伝導シート４の熱が放熱シート２へ迅速に伝達し、放熱シート２により放熱を行う。本実施形態では、放熱シート２上に熱伝導シート４が直接形成されているため（図５に示すように、放熱シート２とＬＥＤモジュール１との結合部上へ、直接印刷したり塗布したりして金属熱伝導層４１を形成する）、部品を減らしてコストを下げることができる。

図１〜図４を参照する。図１〜図４に示すように、本実施形態のランプベース３の外縁には、放熱表面積を増やすために模様３１が設けられている。

図５を参照する。図５に示すように、本実施形態のランプベース３は、内側支持部３０と外部とを連通するように穿設された放熱孔３２を有し、ランプベース３内部に発生する熱を放熱させるとともに、対流作用により放熱効果を向上させることができる。

図１を参照する。図１に示すように、第１実施形態のＬＥＤモジュール１は、貫通孔１２を有する。放熱シート２は、ＬＥＤモジュール１の貫通孔１２に対応した箇所に設けられた貫通孔２１を有する。放熱シート２の下方には、貫通孔５０が設けられた固定片５が配置され、ＬＥＤモジュール１の貫通孔１２、放熱シート２の貫通孔２１及び固定片５の貫通孔５０に挿入し、ＬＥＤモジュール１、放熱シート２及び固定片５を固定させるために用いる固定部材Ａ（例えば、ネジ、ピンなど）をさらに含む。本実施形態では、ランプベース３の底面から固定片５の固定孔５１へ固定棒Ｂ（例えば、ネジ、ピンなど）を挿入し、ランプベース３へＬＥＤモジュール１、放熱シート２などを固定する。前述の固定棒Ｂは、金属材料からなり、ＬＥＤモジュール１を外部電源へ接続するために用いてもよい。

図３を参照する。図３に示すように、本実施形態の熱伝導シート４は、ＬＥＤモジュール１の貫通孔１２に対応した箇所に設けられた貫通孔４０を有し、ＬＥＤモジュールの貫通孔１２、熱伝導シート４の貫通孔４０、放熱シート２の貫通孔２１及び固定片５の貫通孔５０へ固定部材Ａを挿入し、ＬＥＤモジュール１、熱伝導シート４、放熱シート２及び固定片５を固定する。

図２を参照する。図２に示すように、本実施形態の放熱シート２には貫通孔２１が設けられ、放熱シート２の下方には、貫通孔５０を有する固定片５が配置されている。固定部材Ａは、例えば、ネジ、ピンなどであり、ＬＥＤモジュール１の貫通孔１２、放熱シート２の貫通孔２１及び固定片５の貫通孔５０に挿入し、ＬＥＤモジュール１、放熱シート２及び固定片５を固定する。本実施形態の固定片５は、さらに設けられた固定孔５１を利用し、ランプベース３の底面から固定片５の固定孔５１へ固定棒Ｂ（例えば、ネジ、ピンなど）を挿入することにより、ランプベース３へＬＥＤモジュール１、放熱シート２などを固定する。前述の固定棒Ｂは、金属材料からなり、ＬＥＤモジュール１を外部電源へ接続するために用いてもよい。

図４を参照する。図４に示すように、本実施形態の熱伝導シート４に設けた貫通孔４０を利用し、熱伝導シート４の貫通孔４０、放熱シート２の貫通孔２１及び固定片５の貫通孔５０へ固定部材Ａを挿入し、熱伝導シート４、放熱シート２及び固定片５を固定する。

図１〜図６を参照する。図１〜図６に示すように、本実施形態のＬＥＤランプは、ランプカバー６をさらに含む。このランプカバー６は、プラスチックにより一体成形され、底部に設けられた係合部６０の位置は、放熱シート２に設けられた係合部２２（図１、図２及び図４に示す）に対応して互いに係合したり、熱伝導シート４に設けられた係合部４２（図３に示す）に対応するように互いに係合したりする。このように、ランプカバー６、ランプベース３などを全体的に固定することにより、粘着方式では強固に固定することができず、安全基準で定めた牽引力テストを通過することができない欠点を改善することができる。

また、図１〜４に示すように、ランプベース３の外縁には、電球専用の金属スリーブＣ、絶縁スリーブＤ及び電源接触シートＥが設けられている（電球専用の金属スリーブＣ、絶縁スリーブＤ及び電源接触シートＥは、Ｅ２７、Ｅ１４などの国際標準規格を満たす）。金属スリーブＣ及び電源接触シートＥは、ＬＥＤモジュールの電気接続部１１と電気的に接続され、従来のランプ灯具に使用する。図６に示すように、前述の金属スリーブＣは、ランプベース３の外縁に対応するようにメッキ膜、被覆などの方式により形成された導電金属層Ｆを有する。

（第３実施形態）
図７を参照する。図７に示すように、ＬＥＤモジュールの電気接続部１１には、プロジェクタ型ランプベース専用の接続端子Ｇ（例えば、ＭＲ１６などの国際標準規格）が接続されている。接続端子Ｇは、ランプベース３の底部の外縁に凸設され、ランプベース３上には反射カバー７が設けられ、ＬＥＤプロジェクタ型ランプが構成されている。このように、本発明のＬＥＤランプは、元の古いプロジェクタ型灯具を交換する必要がなく、従来のプロジェクタ型灯具上に直接挿着して使用することができる。

以上の説明により、本発明の好適な実施形態について前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。

１ＬＥＤモジュール
２放熱シート
３ランプベース
４熱伝導シート
５固定片
６ランプカバー
７反射カバー
１０伝熱部
１１電気接続部
１２貫通孔
２０サーマルビア
２１貫通孔
２２係合部
３０内側支持部
３１模様
３２放熱孔
４０貫通孔
４１金属熱伝導層
４２係合部
５０貫通孔
５１固定孔
６０係合部
Ａ固定部材
Ｂ固定棒
Ｃ金属スリーブ
Ｄ絶縁スリーブ
Ｅ電源接触シート
Ｆ導電金属層
Ｇ接続端子

Claims

ＬＥＤモジュール、放熱シート及びランプベースを備えるＬＥＤランプであって、
前記ＬＥＤモジュールは、前記放熱シートに接続される伝熱部と、外部電源に接続される
電気接続部とを有し、
前記放熱シートは、放熱性が良好な多孔質構造を有する非金属材料からなり、一方の端
面が前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と接続され、他方の端面が前記ランプベースの内
側支持部と接続され、
前記ランプベースは、非金属製材料により一体成形され、前記放熱シートを収納する内
側支持部を有し、
前記放熱シートは、前記ＬＥＤランプが点灯したときに発生する熱を放熱させるＬＥＤランプにおいて、
前記ＬＥＤモジュールは、貫通孔を有し、
前記放熱シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記貫通孔に対応した箇所に設けられた貫
通孔を有し、
前記放熱シートの下方には、貫通孔を有する固定片が配置され、前記ＬＥＤモジュール
の前記貫通孔、前記放熱シートの前記貫通孔及び前記固定片の前記貫通孔に固定部材を挿
入し、前記ＬＥＤモジュール、前記放熱シート及び前記固定片を固定させ、
前記ランプベースの底面から挿入した固定棒を前記固定片の固定孔へ貫設し、前記ラン
プベースへ前記ＬＥＤモジュール及び前記放熱シートを固定することを特徴とするＬＥＤランプ。
前記ランプベースは、プラスチック射出成形により形成されることを特徴とする請求項
１に記載のＬＥＤランプ。
前記ランプベースは、放熱性が良好な多孔質構造を有する非金属材料からなることを特
徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記ＬＥＤモジュールは、側部に設けられた前記伝熱部を有し、
前記放熱シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部に対応した箇所に設けられたサ
ーマルビアを有し、
前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部は、前記サーマルビア中に収納され、前記ＬＥＤモ
ジュールの熱を前記伝熱部から前記放熱シートに伝熱して放熱することを特徴とする請求
項１に記載のＬＥＤランプ。
前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と前記放熱シートとの間には、前記サーマルビアが
設けられていることを特徴とする請求項１又は４に記載のＬＥＤランプ。
前記放熱シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部に接続する面に設けられた金属
熱伝導層を有することを特徴とする請求項１又は４に記載のＬＥＤランプ。
前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と前記放熱シートとの間には、熱伝導シートが配置
され、
前記熱伝導シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記貫通孔に対応した箇所に設けられた
貫通孔を有し、
前記ＬＥＤモジュールの前記貫通孔、前記熱伝導シートの前記貫通孔、前記放熱シート
の前記貫通孔及び前記固定片の前記貫通孔に前記固定部材を挿入し、前記ＬＥＤモジュー
ル、前記熱伝導シート、前記放熱シート及び前記固定片を固定させることを特徴とする請
求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記固定棒は、金属材料からなり、前記ＬＥＤモジュールを外部電源に接続させること
を特徴とする請求項1に記載のＬＥＤランプ。
プラスチックにより一体成形され、前記放熱シートの係合部と係合するように、底部に
係合部が設けられたランプカバーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥ
Ｄランプ。
前記ＬＥＤモジュールの前記伝熱部と前記放熱シートとの間には、熱伝導シートが配置
され、
プラスチックにより一体成形され、前記放熱シートの係合部と係合するように、底部に
係合部が設けられたランプカバーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥ
Ｄランプ。
前記ランプベースの外縁には、導電金属層、絶縁スリーブ及び電源接触シートが設けら
れ、
前記導電金属層及び前記電源接触シートは、前記ＬＥＤモジュールの前記電気接続部と
電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。