| 【発明の名称】 |
照明装置および電球形ＬＥＤランプ |
| 【発明者】 |
【氏名】森山 厳與
【住所又は居所】東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝ライテック株式会社内
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| 【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。 |
【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２〜４Ｖ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。
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【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、ＬＥＤ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（ＧａＰ）またはインジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）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（ＧａＰ）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（ＧａＰ）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（ＩｎＧａＮ）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（ＩｎＧａＮ）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２００〜２５０ｍＡ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１０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２００〜２５０ｍＡ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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３７５７
【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社
【住所又は居所】東京都品川区東品川四丁目３番１号
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| 【出願日】 |
平成１３年９月２５日（２００１．９．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０１８３４
【弁理士】
【氏名又は名称】和泉 順一
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１００１１０（Ｐ２００３−１００１１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月４日（２００３．４．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２９１０９２（Ｐ２００１−２９１０９２） |
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