特表-14097535IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2014年6月26日
【発行日】2017年1月12日
(54)【発明の名称】照明用光源及び照明装置
(51)【国際特許分類】
   F21S 2/00 20160101AFI20161216BHJP
   F21V 29/00 20150101ALI20161216BHJP
   F21V 23/02 20060101ALI20161216BHJP
   F21V 23/00 20150101ALI20161216BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20161216BHJP
【FI】
   F21S2/00 222
   F21V29/00 111
   F21V23/02
   F21V23/00 200
   F21Y101:02
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】30
【出願番号】特願2014-515397(P2014-515397)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2013年11月11日
(11)【特許番号】特許第5793721号(P5793721)
(45)【特許公報発行日】2015年10月14日
(31)【優先権主張番号】特願2012-278576(P2012-278576)
(32)【優先日】2012年12月20日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区城見2丁目1番61号
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(74)【代理人】
【識別番号】100137235
【弁理士】
【氏名又は名称】寺谷 英作
(74)【代理人】
【識別番号】100131417
【弁理士】
【氏名又は名称】道坂 伸一
(72)【発明者】
【氏名】田上 直紀
【住所又は居所】日本国大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 健太
【住所又は居所】日本国大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】大村 考志
【住所又は居所】日本国大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】合田 和生
【住所又は居所】日本国香川県綾歌郡綾川町山田下3601番地 パナソニックライティング香川株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】松田 次弘
【住所又は居所】日本国大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
【テーマコード(参考)】
3K014
3K243
【Fターム(参考)】
3K014AA01
3K014LA01
3K014LB04
3K243MA01
(57)【要約】
照明用光源の一例である電球形ランプ(1)は、グローブ(10)と、グローブ(10)の内方に向かって延設された支柱(30)と、支柱(30)の一端に接続されたLEDモジュール(20)と、支柱(30)の他端に接続された支持部材(40)と、開口部(70a)に支持部材(40)が嵌め込まれたヒートシンク(70)と、主面が支柱(30)の軸と交差するように配置された回路基板(51)と、回路基板(51)に実装された複数の回路素子(52)と、回路素子(52)を囲むように構成された回路ケース(60)と、回路ケース(60)の一部に接続された口金(90)とを備え、主としてLEDモジュール(20)で発生する熱によって温度上昇する第1領域Aと、主として複数の回路素子(52)で発生する熱によって温度上昇する第2領域Bとが、回路基板(51)によって分離されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
グローブと、
前記グローブの内方に向かって延設された支柱と、
前記支柱の一端に接続された発光モジュールと、
前記支柱の他端に接続された支持部材と、
開口部を有し、当該開口部に前記支持部材が嵌め込まれたヒートシンクと、
主面が前記支柱の軸と交差するように配置された回路基板と、
前記回路基板に実装された複数の回路素子と、
前記回路素子を囲むように構成された回路ケースと、
前記回路ケースの一部に接続された口金とを備え、
前記支柱の軸に沿って、前記発光モジュール、前記回路基板及び前記口金の順に位置しており、
主として前記発光モジュールで発生する熱によって温度上昇する第1領域と、主として前記複数の回路素子で発生する熱によって温度上昇する第2領域とが、前記回路基板によって分離されている
照明用光源。
【請求項2】
前記ヒートシンクは、前記口金に向かって延設されており、
前記第2領域は、高温領域と低温領域とからなり、
前記高温領域は、前記ヒートシンクに囲まれる領域であり、
前記低温領域は、前記ヒートシンクに囲まれてない領域であって、前記高温領域よりも低温の領域である
請求項1に記載の照明用光源。
【請求項3】
前記複数の回路素子のうち耐熱性が高い第1回路素子は、前記高温領域に位置し、
前記複数の回路素子のうち第1回路素子よりも耐熱性が低い第2回路素子は、前記低温領域に位置する
請求項2に記載の照明用光源。
【請求項4】
前記第2回路素子は、電解コンデンサである
請求項3に記載の照明用光源。
【請求項5】
前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域は前記第2領域よりも温度上昇する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の照明用光源。
【請求項6】
前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域の温度は90℃以上であり、前記第2領域の前記低温領域の温度は60℃以下である
請求項2に記載の照明用光源。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明用光源を備える
照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照明用光源及び照明装置に関し、特に、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を用いた電球形ランプ及びこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
LED等の半導体発光素子は、小型、高効率及び長寿命であることから、様々な製品の光源として期待されている。中でも、電球形LEDランプ(LED電球)は、従来から知られる電球形蛍光灯や白熱電球に代替する照明用光源として開発が進められている(特許文献1)。
【0003】
電球形LEDランプは、例えば、光源となるLEDモジュールと、LEDモジュールを覆うグローブと、LEDモジュールを支持する支持部材と、LEDモジュールに電力を供給する駆動回路と、駆動回路を囲むように構成された外郭筐体と、電力を受電する口金とを備える。LEDモジュールは、基板と、基板上に実装された複数のLED(発光素子)とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006−313717号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、配光特性や外観を白熱電球に模した構成の電球形LEDランプが検討されている。例えば、白熱電球に用いられるような透明ガラスからなるグローブ(クリアバルブ)を用いて、当該グローブ内の中心位置にLEDモジュールを中空に保持する構成の電球形LEDランプが提案されている。この場合、例えば、グローブの開口からグローブの中心に向かって延設された支柱を用いて、この支柱の頂部にLEDモジュールを固定する。
【0006】
LEDモジュールに実装されるLEDは、発光によってLED自身から熱が発生し、これによりLEDの温度が上昇して光出力が低下する。つまり、LEDは、自身が発する熱によって、発光効率が低下する。
【0007】
また、電球形LEDランプではさらなる高光束化が要求されており、LEDが多用された高出力タイプのLEDランプの研究開発が進められている。例えば、40Wや60W相当の明るさの電球形LEDランプが検討されている。このような高ワット化に伴って、LEDモジュールの発熱量が増加するので、LEDモジュールの放熱対策は極めて重要である。
【0008】
この対策の一つとして、外郭筐体の内部にヒートシンクを配置し、LEDモジュール(LED)で発生する熱を効率良く放熱することも考えられている。
【0009】
一方、LEDモジュールの発光時には駆動回路からも熱が発生する。この駆動回路で発生する発熱によって、駆動回路を構成する回路素子(回路部品)が劣化する。特に、回路素子の中には、耐熱性が低いものも存在する。したがって、駆動回路の放熱対策も重要である。
【0010】
しかしながら、LEDモジュールの放熱用にヒートシンクを用いた場合、LEDモジュールの熱引きによって高温となるヒートシンクが駆動回路を囲う構造となるので、駆動回路が高温環境下に置かれることになる。したがって、この場合、回路素子を耐熱限界付近温度でしか動作させることができず、さらなる高ワット化が困難となっていた。
【0011】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ヒートシンクを用いた場合であっても、LED(発光素子)の放熱性を向上するとともに駆動回路の放熱性も向上することのできる照明用光源及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成するために、本発明に係る照明用光源の一態様は、グローブと、前記グローブの内方に向かって延設された支柱と、前記支柱の一端に接続された発光モジュールと、前記支柱の他端に接続された支持部材と、開口部を有し、当該開口部に前記支持部材が嵌め込まれたヒートシンクと、主面が前記支柱の軸と交差するように配置された回路基板と、前記回路基板に実装された複数の回路素子と、前記回路素子を囲むように構成された回路ケースと、前記回路ケースの一部に接続された口金とを備え、前記支柱の軸に沿って、前記発光モジュール、前記回路基板及び前記口金の順に位置しており、主として前記発光モジュールで発生する熱によって温度上昇する第1領域と、主として前記複数の回路素子で発生する熱によって温度上昇する第2領域とが、前記回路基板によって分離されていることを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る照明用光源の一態様において、前記ヒートシンクは、前記口金に向かって延設されており、前記第2領域は、高温領域と低温領域とからなり、前記高温領域は、前記ヒートシンクに囲まれる領域であり、前記低温領域は、前記ヒートシンクに囲まれてない領域であって、前記高温領域よりも低温の領域である、としてもよい。
【0014】
また、本発明に係る照明用光源の一態様において、前記複数の回路素子のうち耐熱性が高い第1回路素子は、前記高温領域に位置し、前記複数の回路素子のうち第1回路素子よりも耐熱性が低い第2回路素子は、前記低温領域に位置する、としてもよい。
【0015】
また、本発明に係る照明用光源の一態様において、前記第2回路素子は、電解コンデンサである、としてもよい。
【0016】
また、本発明に係る照明用光源の一態様において、前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域は前記第2領域よりも温度上昇する、としてもよい。
【0017】
また、本発明に係る照明用光源の一態様において、前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域の温度は90℃以上であり、前記第2領域の前記低温領域の温度は60℃以下である、としてもよい。
【0018】
また、本発明に係る照明装置の一態様は、上記いずれかの照明用光源を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、LED(発光素子)の放熱性の向上と駆動回路の放熱性の向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1図1は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの外観斜視図である。
図2図2は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。
図3図3は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの断面図である。
図4図4(a)は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおけるLEDモジュールの平面図であり、図4(b)は、図4(a)のA−A’線における同LEDモジュールの断面図であり、図4(c)は、図4(a)のB−B’線における同LEDモジュールの断面図である。
図5図5は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプのLEDモジュールにおけるLED(LEDチップ)周辺の拡大断面図である。
図6図6は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける支柱及び支持部材の構成を示す斜視図である。
図7図7は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける回路ケースの構成を示す断面斜視図である。
図8図8は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおけるヒートシンクの構成を示す斜視図である。
図9図9は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける放熱経路を説明するための図である。
図10図10は、本発明の実施の形態に係る照明装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態に係る照明用光源及び照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【0022】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
【0023】
以下の実施の形態では、照明用光源の一例として、電球形LEDランプ(LED電球)について説明する。
【0024】
(電球形ランプの全体構成)
まず、本実施の形態に係る電球形ランプ1の全体構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの外観斜視図である。また、図2は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの分解斜視図である。なお、図2では、リード線53a〜53dは省略している。
【0025】
図1及び図2に示すように、本実施の形態に係る電球形ランプ1は、電球形蛍光灯又は白熱電球の代替品となる電球形ランプであって、グローブ10と、光源であるLEDモジュール20と、支柱30と、支持部材40と、駆動回路50と、回路ケース60と、ヒートシンク70と、外郭筐体80と、口金90とを備える。
【0026】
なお、電球形ランプ1は、グローブ10と外郭筐体80と口金90とによって外囲器が構成されている。
【0027】
以下、本実施の形態に係る電球形ランプ1の各構成要素について、図2を参照しながら、図3を用いて詳細に説明する。図3は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプの断面図である。
【0028】
なお、図3において、紙面上下方向に沿って描かれた一点鎖線は電球形ランプ1のランプ軸J(中心軸)を示しており、本実施の形態において、ランプ軸Jは、グローブ軸と一致している。また、ランプ軸Jとは、電球形ランプ1を照明装置(不図示)のソケットに取り付ける際の回転中心となる軸であり、口金90の回転軸と一致している。また、図3において、駆動回路50は断面図ではなく側面図で示されている。
【0029】
(グローブ)
図3に示すように、グローブ10は、LEDモジュール20から放出される光をランプ外部に取り出すための略半球状の透光性カバーである。本実施の形態におけるグローブ10は、可視光に対して透明なシリカガラス製のガラスバルブ(クリアバルブ)である。したがって、グローブ10内に収納されたLEDモジュール20は、グローブ10の外側から視認することができる。
【0030】
LEDモジュール20は、グローブ10によって覆われている。これにより、グローブ10の内面に入射したLEDモジュール20の光は、グローブ10を透過してグローブ10の外部へと取り出される。本実施の形態において、グローブ10は、LEDモジュール20を収納するように構成されている。
【0031】
グローブ10の形状は、一端が球状に閉塞され、他端に開口部11を有する形状である。具体的には、グローブ10の形状は、中空の球の一部が、球の中心部から遠ざかる方向に伸びながら狭まったような形状であり、球の中心部から遠ざかった位置に開口部11が形成されている。このような形状のグローブ10としては、一般的な電球形蛍光灯や白熱電球と同様の形状のガラスバルブを用いることができる。例えば、グローブ10として、A形、G形又はE形等のガラスバルブを用いることができる。
【0032】
また、グローブ10の開口部11は、支持部材40の表面に載置される。この状態で、支持部材40と外郭筐体80との間にシリコーン樹脂等の接着剤を塗布することによってグローブ10が固定される。
【0033】
なお、グローブ10は、必ずしも可視光に対して透明である必要はなく、グローブ10に光拡散機能を持たせてもよい。例えば、シリカや炭酸カルシウム等の光拡散材を含有する樹脂や白色顔料等をグローブ10の内面又は外面の全面に塗布することによって乳白色の光拡散膜を形成することができる。このように、グローブ10に光拡散機能を持たせることにより、LEDモジュール20からグローブ10に入射する光を拡散させることができるので、ランプの配光角を拡大することができる。
【0034】
また、グローブ10の形状としては、A形等に限らず、回転楕円体又は偏球体であってもよい。グローブ10の材質としては、ガラス材に限らず、アクリル(PMMA)やポリカーボネート(PC)等の樹脂等を用いてもよい。この場合、樹脂に光拡散材を含有させてもよい。
【0035】
(LEDモジュール)
LEDモジュール20は、発光素子を有する発光モジュールであって、白色等の所定の色(波長)の光を放出する。図3に示すように、LEDモジュール20は、グローブ10の内方に配置されており、グローブ10によって形成される球形状の中心位置(例えば、グローブ10の内径が大きい径大部分の内部)に配置されることが好ましい。このように、グローブ10の中心位置にLEDモジュール20が配置されることにより、従来のフィラメントコイルを用いた白熱電球と近似した配光特性を実現することができる。
【0036】
また、LEDモジュール20は、支柱30によってグローブ10内に中空に保持されており、リード線53a及び53bを介して駆動回路50から供給される電力によって発光する。本実施の形態では、LEDモジュール20の基板21が支柱30によって支持されている。
【0037】
ここで、本発明の実施の形態に係るLEDモジュール20の各構成要素について、図4を用いて説明する。図4(a)は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおけるLEDモジュールの平面図であり、図4(b)は、図4(a)のA−A’線における同LEDモジュールの断面図である。図4(c)は、図4(a)のB−B’線における同LEDモジュールの断面図である。
【0038】
図4の(a)〜(c)に示すように、LEDモジュール20は、基板21と、LED22と、封止部材23と、金属配線24と、ワイヤー25と、端子26a及び26bとを有する。本実施の形態におけるLEDモジュール20は、ベアチップが基板21上に直接実装されたCOB(Chip On Board)構造である。以下、LEDモジュール20の各構成要素について詳述する。
【0039】
まず、基板21について説明する。基板21は、LED22を実装するための実装基板であり、LED22が実装される面である第1主面(表側面)と、当該第1主面に対向する第2主面(裏側面)とを有する。図4(a)に示すように、基板21は、例えば、平面視(グローブ10の頂部から見たとき)が長方形の矩形板状の基板である。
【0040】
基板21は、支柱30の一端に接続される。具体的には、基板21の第2主面と支柱30の第1固定面30aとが面接触するようにして接続される。
【0041】
基板21としては、LED22から発せられる光に対して光透過率が低い基板、例えば全透過率が10%以下の白色アルミナ基板等の白色基板又は樹脂被膜された金属基板(メタルベース基板)等を用いることができる。このように、光透過率が低い基板を用いることにより、基板21を透過して第2主面から光が出射することを抑制することができ、色ムラを抑制することができる。また、安価な白色基板を用いることができるので、低コスト化を実現することができる。
【0042】
一方、基板21として、光透過率が高い透光性基板を用いることもできる。透光性基板を用いることにより、LED22の光は、基板21の内部を透過し、LED22が実装されていない面(裏側面)からも出射される。したがって、LED22が基板21の第1主面(表側面)だけに実装された場合であっても、第2主面(裏側面)からも光が出射されるので、白熱電球と近似した配光特性を得ることが可能となる。また、LEDモジュール20から全方位に光を放出させることができるので、全配光特性を実現することも可能となる。
【0043】
透光性基板としては、例えば、可視光に対する全透過率が80%以上の基板、又は、可視光に対して透明な(すなわち透過率が極めて高く向こう側が透けて見える状態)透明基板を用いることができる。このような透光性基板としては、多結晶のアルミナや窒化アルミニウムからなる透光性セラミックス基板、ガラスからなる透明ガラス基板、水晶からなる水晶基板、サファイアからなるサファイア基板又は透明樹脂材料からなる透明樹脂基板等を用いることができる。
【0044】
本実施の形態では、透光性を有する基板21として、焼結アルミナからなる白色の多結晶セラミックス基板を用いた。例えば、厚さ1mmで光の反射率が94%の白色アルミナ基板、又は、厚さ0.635mmで光の反射率が88%の白色アルミナ基板を用いることができる。
【0045】
なお、基板21としては、樹脂基板、フレキシブル基板、又はメタルベース基板を用いることもできる。また、基板21の形状としては、長方形に限らず、正方形又は円形等の他の形状のものを用いることもできる。
【0046】
また、基板21には、2本のリード線53a及び53bとの電気的接続を行うために、2つの貫通孔27a及び27bが設けられている。リード線53a(53b)は、先端部が貫通孔27a(27b)に挿通されて基板21に形成された端子26a(26b)と半田接続されている。
【0047】
次に、LED22について説明する。LED22は、発光素子の一例であって、所定の電力により発光する半導体発光素子である。基板21上の複数のLED22は全て同じものが用いられており、LED22はVf特性が全て同じとなるように選定されている。また、各LED22は、いずれも単色の可視光を発するベアチップである。本実施の形態では、通電されれば青色光を発する青色LEDチップを用いている。青色LEDチップとしては、例えばInGaN系の材料によって構成された、中心波長が440nm〜470nmの窒化ガリウム系の半導体発光素子を用いることができる。
【0048】
また、LED22は、基板21の第1主面(表側面)のみに実装されており、基板21の長辺方向に沿って複数の列をなすようにして複数個実装されている。本実施の形態では、60W相当の明るさを実現するために、48個のLED22を12直4並で接続しており、一列が12個のLED22からなる素子列を4列並行するように設けている。
【0049】
なお、本実施の形態では、複数のLED22を実装したが、LED22の実装数は、電球形ランプの用途に応じて適宜変更すればよい。例えば、豆電球等に代替する低出力タイプのLEDランプの場合、LED22は1個としてもよい。一方、高出力タイプのLEDランプの場合は、1つの素子列内におけるLED22の実装数をさらに増やしてもよい。また、LED22の素子列は、4列に限らず、1〜3列としてもよいし、5列以上としてもよい。
【0050】
また、基板21上に実装された複数のLED22は、そのうちの一部が支柱30の直上に位置するように配置されていてもよい。この場合、複数のLED22のうちの半分以上が支柱30の直上に位置することが好ましい。つまり、図4(a)に示すように、平面視において、LED22のうちの半分以上が支柱30と重なるように配置されることが好ましい。このようにLED22を配置することによって、LEDモジュール20全体としての放熱性を向上させることができる。
【0051】
ここで、本実施の形態で用いられるLED22について、図5を用いて説明する。図5は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプのLEDモジュールにおけるLED(LEDチップ)周辺の拡大断面図である。
【0052】
図5に示すように、LED22は、サファイア基板22aと、当該サファイア基板22a上に積層された、互いに異なる組成からなる複数の窒化物半導体層22bとを有する。
【0053】
窒化物半導体層22bの上面の両端部には、カソード電極22cとアノード電極22dとが設けられている。また、カソード電極22c及びアノード電極22dの上には、ワイヤーボンド部22e及び22fがそれぞれ設けられている。
【0054】
互いに隣り合うLED22において、一方のLED22のカソード電極22c及び他方のLED22のアノード電極22dのそれぞれは、ワイヤー25によって金属配線24とワイヤーボンディングされることで接続されている。なお、後述するように、金属配線24を介さずに、隣り合うLED22の電極同士を直接ワイヤー25によって接続してもよい。
【0055】
各LED22は、サファイア基板22a側の面が基板21の第1主面と対向するように、透光性のチップボンディング材22gにより基板21の上に実装されている。チップボンディング材22gには、酸化金属からなるフィラーを含有したシリコーン樹脂などを用いることができる。チップボンディング材22gに透光性材料を使用することにより、LED22の側面から出る光の損失を低減することができ、チップボンディング材22gによる影の発生を抑制することができる。
【0056】
図4に戻り、次に、封止部材23について説明する。封止部材23は、例えば樹脂からなり、LED22を覆うように基板21上に形成されている。封止部材23は、複数のLED22の一列分を一括封止するように形成されている。本実施の形態では、LED22の素子列が4列設けられているので、4本の封止部材23が形成される。4本の封止部材23の各々は、複数のLED22の並び方向(列方向)に沿って基板21の第1主面上に直線状に設けられている。
【0057】
封止部材23は、主として透光性材料からなるが、LED22の光の波長を所定の波長に変換する必要がある場合には、波長変換材が透光性材料に混入される。
【0058】
本実施の形態における封止部材23は、波長変換材として蛍光体を含み、LED22が発する光の波長(色)を変換する波長変換部材である。このような封止部材23としては、例えば、蛍光体粒子を含有する絶縁性の樹脂材料(蛍光体含有樹脂)によって構成することができる。蛍光体粒子は、LED22が発する光によって励起されて所望の色(波長)の光を放出する。
【0059】
封止部材23を構成する樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。また、封止部材23には、光拡散材を分散させてもよい。なお、封止部材23は、必ずしも樹脂材料によって形成する必要はなく、フッ素系樹脂などの有機材のほか、低融点ガラスやゾルゲルガラス等の無機材によって形成してもよい。
【0060】
封止部材23に含有させる蛍光体粒子としては、例えば、LED22が青色光を発光する青色LEDである場合、白色光を得るために、例えばYAG系の黄色蛍光体粒子を用いることができる。これにより、LED22が発した青色光の一部は、封止部材23に含まれる黄色蛍光体粒子によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体粒子に吸収されなかった青色光と、黄色蛍光体粒子によって波長変換された黄色光とは、封止部材23中で拡散及び混合されることにより、封止部材23から白色光となって出射される。また、光拡散材としては、シリカなどの粒子が用いられる。
【0061】
本実施の形態における封止部材23は、シリコーン樹脂に所定の蛍光体粒子を分散させた蛍光体含有樹脂としており、ディスペンサーによって基板21の第1主面に塗布して硬化させることで形成することができる。この場合、封止部材23の長手方向に垂直な断面における形状は、略半円形となる。
【0062】
なお、封止部材23は、直線状ではなく、平面視が矩形状となるように形成してもよい。この場合、封止部材23は、例えば、基板21上の全てのLED22を一括封するように形成してもよい。あるいは、封止部材23は、各LED22を個別に覆うように形成してもよい。この場合、封止部材23は、例えば、略半球状に形成することができる。
【0063】
また、基板21の裏面側に向かう光(漏れ光)を波長変換するために、LED22と基板21との間あるいは基板21の第2主面(裏側面)に、第2波長変換部材として、蛍光体粒子とガラス等の無機結合材(バインダー)とからなる焼結体膜等の蛍光体膜(蛍光体層)又は基板21の表面と同じ蛍光体含有樹脂をさらに形成しても構わない。このように、基板21の第2主面に第2波長変換部材をさらに形成することにより、第2主面から光が漏れる場合であっても、基板21の両面から白色光を放出することができる。
【0064】
次に、金属配線24について説明する。金属配線24は、LED22を発光させるための電流が流れる導電性配線であって、基板21の表面上に、所定形状にパターン形成される。図4(a)に示すように、金属配線24は、基板21の第1主面に形成される。金属配線24によって、リード線53a及び53bからLEDモジュール20に給電された電力が各LED22に供給される。
【0065】
金属配線24は、各LED素子列における複数のLED22同士を直列接続するために形成されている。例えば、金属配線24は、隣り合うLED22の間に島状に形成されている。また、金属配線24は、各素子列同士を並列接続するために形成されている。各LED22は、ワイヤー25を介して金属配線24と電気的に接続されている。なお、LED22の間の島状の金属配線24は設けなくても構わない。この場合。隣り合うLED22同士は、chip−to−chipでワイヤーボンディングされる。
【0066】
金属配線24は、例えば、金属材料からなる金属膜をパターニングしたり、印刷したりすることによって形成することができる。金属配線24の金属材料としては、例えば、銀(Ag)、タングステン(W)、銅(Cu)又は金(Au)等を用いることができる。
【0067】
また、封止部材23から露出する金属配線24については、端子26a及び26bを除いて、ガラス材によるガラス膜(ガラスコート膜)又は樹脂材による樹脂膜(樹脂コート膜)によって被覆することが好ましい。これにより、LEDモジュール20における絶縁性を向上させたり、基板21の表面の反射率を向上させたりすることができる。
【0068】
ワイヤー25は、例えば金ワイヤー等の電線である。図4(b)に示すように、ワイヤー25は、LED22と金属配線24とを接続する。図5で説明したように、ワイヤー25により、LED22の上面に設けられたカソード電極22c(又はアノード電極22d)とLED22の両側に隣接して形成された金属配線24とがワイヤーボンド部22e(又は22f)を介してワイヤーボンディングされている。
【0069】
なお、本実施の形態のように、ワイヤー25は、封止部材23から露出しないように、全体が封止部材23の中に埋め込まれている。これにより、露出するワイヤー25によって光が吸収されたり反射したりすることを防止できる。
【0070】
次に、端子26a及び26bについて説明する。端子26a及び26bは、LED22を発光させるための直流電力を、LEDモジュール20の外部から受電するための外部接続端子である。本実施の形態において、端子26a及び26bは、リード線53a及び53bとの半田接続される。
【0071】
端子26a及び26bは、貫通孔27a及び27bを囲むように基板21の第1主面に所定形状で形成される。端子26a及び26bは、金属配線24と連続して形成されており、金属配線24と電気的に接続されている。なお、端子26a及び26bは、金属配線24と同じ金属材料を用いて、金属配線24と同時にパターン形成される。
【0072】
また、端子26a及び26bは、LEDモジュール20の給電部であり、リード線53a及び53bから受電した直流電力は、金属配線24とワイヤー25とを介して各LED22に供給される。
【0073】
(支柱)
図3に示すように、支柱30は、グローブ10の開口部11の近傍からグローブ10の内方に向かって延設された長尺状部材である。本実施の形態において、支柱30は、当該支柱30の軸がランプ軸Jに沿って延設されている。つまり、支柱30の軸とランプ軸Jとは平行である。
【0074】
支柱30は、LEDモジュール20を支持する支持部材として機能し、支柱30の一端にはLEDモジュール20が接続されている。このように、グローブ10の内方に向かって延伸する支柱30にLEDモジュール20が取り付けられることにより、白熱電球と同様の広配光角の配光特性を実現することができる。一方、支柱30の他端には支持部材40が接続されている。
【0075】
また、支柱30は、LEDモジュール20(LED22)で発生する熱を放熱させるための放熱部材(ヒートシンク)としても機能する。したがって、支柱30は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)又は鉄(Fe)等を主成分とする金属材料又は熱伝導率の高い樹脂材料によって構成することが好ましい。これにより、支柱30を介してLEDモジュール20で発生した熱を効率良く支持部材40に伝導させることができる。なお、支柱30の熱伝導率は、基板21の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。本実施の形態において、支柱30は、アルミニウムを用いて成形されている。
【0076】
支柱30は、LEDモジュール20と支持部材40との間に挟まれた構成となっている。支柱30のグローブ10の頂部側の一端はLEDモジュール20の基板21の中央部に接続されており、支柱30の口金側の他端は支持部材40の中央部に接続されている。
【0077】
ここで、図6を用いて、支柱30の詳細構成について説明する。図6は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける支柱及び支持部材の構成を示す斜視図である。
【0078】
図6に示すように、支柱30の一端には、LEDモジュール20の基板21との接続部分として、基板21が固定される第1固定面30aが形成されている。本実施の形態において、第1固定面30aは、基板21の第2主面(裏面)と接触する接触面である。LEDモジュール20の基板21と支柱30の第1固定面30aとは、例えばシリコーン樹脂等の接着剤によって固着される。したがって、基板21と第1固定面30aとの間には接着剤が存在する場合もある。また、基板21と支柱30とは、ねじによって固定されていてもよい。
【0079】
一方、支柱30の他端には、支持部材40との接続部分として、支持部材40が固定される第2固定面30bが形成されている。本実施の形態において、第2固定面30bは、支持部材40の表面と接触する接触面である。支持部材40と支柱30とは、例えば、接着剤やねじ等の固定部材を用いたり、支柱30を支持部材40に圧入したりすることによって固定することができる。
【0080】
支柱30としては、図6に示すように、断面積(支柱30の軸を法線とする平面で切断したときの断面における面積)が一定である中実構造の円柱を用いることができる。つまり、支柱30の任意の断面積が同じであり、支柱30の断面積は、支柱30の長手方向における位置に依らず一定である。この場合、第1固定面30aと第2固定面30bとは円形であり、その面積は同じである。本実施の形態における支柱30は、直径が15mmの円柱である。
【0081】
なお、支柱30としては、円柱以外に、四角柱や三角柱等の多角柱を用いることもできる。また、支柱30の形状については、断面積が一定のものに限らず、円柱と角柱とを組み合わせたようなもの等、途中で断面積が変化するような形状であってもよい。
【0082】
(支持部材)
支持部材40は、支柱30を支持する支持台である。図3に示すように、支持部材40は、グローブ10の開口部11を塞ぐように構成されている。また、支持部材40は、ヒートシンク70に接続されている。本実施の形態では、支持部材40は、支持部材40の外周がヒートシンク70の内面に接触するように、ヒートシンク70の第1開口部70aに嵌め込まれている。
【0083】
支持部材40は、LEDモジュール20(LED22)で発生する熱を放熱させるための放熱部材(ヒートシンク)としても機能する。したがって、支持部材40は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)又は鉄(Fe)等を主成分とする金属材料又は熱伝導率の高い樹脂材料によって構成することが好ましい。これにより、支柱30からの熱を効率良くヒートシンク70に伝導させることができる。本実施の形態において、支持部材40はアルミニウムを用いて成形されている。
【0084】
ここで、図3及び図6を参照して、支持部材40の詳細な構成について説明する。図3及び図6に示すように、支持部材40は、段差部を有する円盤状部材であって、直径が小さい径小部41と直径が大きい径大部42とによって構成されている。また、径小部41と径大部42とで段差部が構成されている。例えば、径小部41は、厚さが3mmで直径が18mm程度とすることができ、径大部42は、厚さが3mmで直径が42mm程度とすることができる。なお、段差部の高さは、例えば4mm程度とすることができる。
【0085】
径小部41は、支柱30との接続部を構成し、径小部41の中央部の上面には支柱30が接続されている。なお、径小部41には、リード線53a及び53bを挿通するための2つの貫通孔が設けられている。
【0086】
径大部42は、ヒートシンク70との接続部を構成し、ヒートシンク70と嵌め合わされる。図3に示すように、支持部材40は、径大部42の外周面がヒートシンク70の内周面に接触するようにしてヒートシンク70の第1開口部70aに嵌め込まれている。これにより、支持部材40の熱をヒートシンク70に効率良く伝導させることができる。
【0087】
また、径大部42には、ヒートシンク70の一部をかしめる時のガイド穴として4つの凹部42aが形成されている。凹部42aは、径大部42の上端部の一部を切り欠くようにして形成されている。径大部42の上面にはグローブ10の開口部11が当接し、グローブ10の開口部11が塞がれる。なお、支持部材40とヒートシンク70とは、かしめによって固定するのではなく、シリコーン樹脂等の接着剤を用いて固定することもできる。
【0088】
(駆動回路)
図3に示すように、駆動回路(回路ユニット)50は、LEDモジュール20(LED22)を発光(点灯)させるための点灯回路であって、LEDモジュール20に所定の電力を供給する。例えば、駆動回路50は、一対のリード線53c及び53dを介して口金90から供給される交流電力を直流電力に変換し、一対のリード線53a及び53bを介して当該直流電力をLEDモジュール20に供給するための電源回路である。
【0089】
駆動回路50は、回路基板51と、回路基板51に実装された複数の回路素子(電子部品)52とによって構成されている。
【0090】
回路基板51は、金属配線がパターン形成されたプリント配線基板であり、当該回路基板51に実装された複数の回路素子52同士を電気的に接続する。回路基板51は、主面がランプ軸Jと交差する姿勢で(主面が支柱30の軸と交差するように)配置されている。本実施の形態において、回路基板51は、主面がランプ軸Jと直交する姿勢で(主面が支柱30の軸と直交するように)配置されている。
【0091】
回路素子52は、例えば、電解コンデンサやセラミックコンデンサ等の容量素子、抵抗素子、整流回路素子、コイル素子、チョークコイル(チョークトランス)、ノイズフィルタ、ダイオード又は集積回路素子等の半導体素子等の回路部品である。回路素子52の多くは、回路基板51の口金側の主面に実装されている。
【0092】
回路素子52には、耐熱性が高いもの(第1回路素子)と耐熱性が低いもの(第2回路素子)とがある。耐熱性が低い回路素子52としては、電解コンデンサが挙げられる。
【0093】
このように構成される駆動回路50は、回路ケース60内に収納されている。本実施の形態では、回路基板51は、ケース本体部61の内面に設けられた突出部(基板保持部)61a1に載置されており、また、回路基板51の主面にはキャップ部62に設けられた突起62aが当接している。これにより、回路基板51が回路ケース60に保持されている。なお、駆動回路50には、調光回路や昇圧回路などを適宜選択して組み合わせてもよい。
【0094】
駆動回路50とLEDモジュール20とは、一対のリード線53a及び53bによって電気的に接続されている。また、駆動回路50と口金90とは、一対のリード線53c及び53dによって電気的に接続されている。これら4本のリード線53a〜53dは、例えば合金銅リード線であり、合金銅からなる芯線と当該芯線を被覆する絶縁性の樹脂被膜とからなる。
【0095】
本実施の形態において、リード線53aは、駆動回路50からLEDモジュール20に高圧側電圧(正電圧)を供給するための導線(プラス側出力端子線)であり、リード線53bは、駆動回路50からLEDモジュール20に低圧側電圧(負電圧)を供給するための導線(マイナス側出力端子線)である。リード線53a及び53bは、支持部材40に設けられた貫通孔に挿通されてLEDモジュール側(グローブ10内)に引き出されている。
【0096】
なお、リード線53a(53b)の各々の一端(芯線)は、LEDモジュール20の基板21の貫通孔27a(27b)に挿通されて端子26a及び26bと半田接続されている。一方、リード線53a及び53bの各々の他端(芯線)は、回路基板51の金属配線と半田等によって電気的に接続されている。
【0097】
また、リード線53c及び53dは、LEDモジュール20を点灯させるための電力を、口金90から駆動回路50に供給するための電線である。リード線53c及び53dの各々の一端(芯線)は、口金90(シェル部91又はアイレット部93)と電気的に接続されるとともに、各々の他端(芯線)は、回路基板51の電力入力部(金属配線)と半田等によって電気的に接続されている。
【0098】
(回路ケース)
図3に示すように、回路ケース60は、駆動回路50を収納するための絶縁ケースであって、駆動回路50を囲むように構成されている。具体的に、回路ケース60は、回路基板51及び回路素子52を囲むように構成されている。また、回路ケース60は、ヒートシンク70及び口金90内に収納される。
【0099】
ここで、図3を参照しながら、図7を用いて回路ケース60の詳細構成について説明する。図7は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける回路ケースの構成を示す断面斜視図である。なお、図7において、回路素子は図示していない。
【0100】
図7に示すように、回路ケース60は、ケース本体部61とキャップ部62とによって構成されている。
【0101】
ケース本体部61は、両側が開口を有する絶縁性のケース(筐体)である。ケース本体部61の内面の複数箇所(例えば3箇所)には、回路基板51を載置するために突出部(基板保持部)61a1が設けられている。突出部61a1の上面に回路基板51が載置される。ケース本体部61は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の絶縁性樹脂材料等を用いて構成することができる。
【0102】
本実施の形態において、ケース本体部61は、ヒートシンク70と略同形の大径円筒状の第1ケース部61aと、当該第1ケース部61aに連結され、口金90と略同形の小径円筒状の第2ケース部61bとで構成されている。
【0103】
図3に示すように、グローブ側に位置する第1ケース部61aはヒートシンク70内に収納されている。駆動回路50の大部分は、この第1ケース部61aによって覆われている。
【0104】
一方、口金側に位置する第2ケース部61bは口金90に接続されている。具体的には、第2ケース部61bが口金90内に収納されるように、第2ケース部61bには口金90が外嵌されている。これにより、回路ケース60(ケース本体部61)の口金側の開口が塞がれる。本実施の形態では、第2ケース部61bの外周面には口金90と螺合するための螺合部が形成されており、口金90は第2ケース部61bにねじ込まれることによって回路ケース60(ケース本体部61)に固定される。
【0105】
図7に示すように、キャップ部62は、キャップ状に構成された絶縁性の略有底円筒部材である。キャップ部62の蓋部の内面には、回路基板51の主面に向かって突出する複数の突起62aが設けれている。これにより、キャップ部62をケース本体部61に嵌め込んだときに、図3に示すように、キャップ部62の突起62aの先端が回路基板51の表面に当接する。
【0106】
キャップ部62も、ケース本体部61と同様に、例えばPBT等の絶縁性樹脂材料等を用いて構成することができる。
【0107】
このように構成される回路ケース60は、回路ケース60内の領域が、回路基板51を境界として2つの空間領域に分離されている。本実施の形態において、回路基板51は、ケース本体部61とキャップ部62との間に挟持されているので、回路ケース60は、キャップ部62と回路基板51とで囲まれる領域と、ケース本体部61と回路基板51とで囲まれる領域とに二分されている。
【0108】
なお、本実施の形態において、回路ケース60にはキャップ部62を設けたが、キャップ部62を設けずに、ケース本体部61のみによって回路ケース60を構成しても構わない。
【0109】
(ヒートシンク)
ヒートシンク70は、放熱部材であり、支持部材40に接続されている。これにより、LEDモジュール20で発生した熱は、支柱30及び支持部材40を介してヒートシンク70に伝導する。これにより、LEDモジュール20の熱を放熱させることができる。
【0110】
本実施の形態において、ヒートシンク70は、口金90に向かって延設されており、駆動回路50を囲むように構成されている。すなわち、ヒートシンク70の内方には駆動回路50が配置されている。駆動回路50は回路ケース60に囲まれているので、ヒートシンク70は、回路ケース60を囲むように構成されている。
【0111】
また、本実施の形態において、ヒートシンク70は、回路ケース60の第1ケース部61aと第2ケース部61bとの境界部分にまで延設されている。つまり、第1ケース部61aはヒートシンク70に囲まれているが、第2ケース部61bはヒートシンク70に囲まれていない。
【0112】
ヒートシンク70は、熱伝導率が高い材料によって構成することが好ましく、例えば、金属製の金属部材とすることができる。本実施の形態におけるヒートシンク70は、アルミニウムを用いて成形されている。なお、ヒートシンク70は、金属ではなく、樹脂等の非金属材料を用いて形成されていてもよい。この場合、ヒートシンク70は、熱伝導率の高い非金属材料を用いることが好ましい。
【0113】
本実施の形態において、ヒートシンク70は、支持部材40と嵌め合わされるように構成されており、本実施の形態では、ヒートシンク70の内周面と支持部材40の外周面とが周方向全体において面接触している。
【0114】
ここで、図8を用いてヒートシンク70の詳細構成について説明する。図8は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおけるヒートシンクの構成を示す斜視図である。
【0115】
図8に示すように、ヒートシンク70は、グローブ側の開口部(第1開口部)70aと口金側の開口部(第2開口部)70bとを有する筒体であり、グローブ側の開口部70aは口金側の開口部70bよりも大きくなるように構成されている。具体的に、ヒートシンク70は、肉厚が一定で、内径及び外径が漸次変化する略円筒部材であり、例えば内面及び外面が円錐台の表面となるようにスカート状に構成されている。本実施の形態におけるヒートシンク70は、第1開口部70aから第2開口部70bに向かって内径及び外径が小さくなるように構成されている。したがって、ヒートシンク70の内周面及び外周面は、ランプ軸Jに対して傾斜するように構成されたテーパ面(傾斜面)となっている。
【0116】
このように構成されるヒートシンク70は、回路ケース60(第1ケース部61a)及び外郭筐体80との間に所定の隙間を空けるようにして、回路ケース60と外郭筐体80との間に配置されている。つまり、ヒートシンク70の内周面と回路ケース(第1ケース部61a)の外周面との間、及び、ヒートシンク70の外周面と外郭筐体80の内周面との間には、空気層が存在する。これにより、回路ケース60又は外郭筐体80とヒートシンク70とが接触している場合に、回路ケース60又は外郭筐体80とヒートシンク70との線膨張係数の差によって回路ケース60又は外郭筐体80に発生するクラックを抑制することができる。
【0117】
また、図8に示すように、本実施の形態において、ヒートシンク70は、当該ヒートシンク70の円筒部材の内方に向かって折れ曲がるように設けられた屈曲部を有する。ヒートシンク70の屈曲部は、ヒートシンク70の円筒部材の口金側の開口端部に設けられている。さらに、図3に示すように、外郭筐体80も、当該外郭筐体80の円筒部材の内方に向かって折れ曲がるように設けられた屈曲部を有する。さらに、回路ケース60も、当該回路ケース60の円筒部材の内方に向かって折れ曲がるように設けられた屈曲部を有する。ヒートシンク70の屈曲部は、外郭筐体80の屈曲部と回路ケース60の屈曲部とによって挟持されている。
【0118】
(外郭筐体)
図3に示すように、外郭筐体80は、ヒートシンク70の周囲を囲むように構成された外郭部材である。外郭筐体80の外面は、ランプ外部(大気中)に露出している。外郭筐体80は、絶縁材料によって構成された絶縁性を有する絶縁性カバーである。絶縁性の外郭筐体80によって金属製のヒートシンク70を覆うことによって、電球形ランプ1の絶縁性を向上させることができる。外郭筐体80は、例えば、PBT等の絶縁性樹脂材料によって構成することができる。
【0119】
外郭筐体80は、肉厚一定で、内径及び外径が漸次変化する略円筒部材であり、例えば内面及び外面が円錐台の表面となるようにスカート状に構成することができる。本実施の形態において、外郭筐体80は、口金側に向かって漸次内径及び外径が小さくなるように構成されている。
【0120】
(口金)
口金90は、LEDモジュール20(LED22)を発光させるための電力をランプ外部から受電する受電部である。口金90は、例えば、照明器具のソケットに取り付けられる。これにより、口金90は、電球形ランプ1を点灯させる際に、照明器具のソケットから電力を受けることができる。口金90には、例えばAC100Vの商用電源から交流電力が供給される。本実施の形態における口金90は二接点によって交流電力を受電し、口金90で受電した電力は、一対のリード線53c及び53bを介して駆動回路50の電力入力部に入力される。
【0121】
口金90は、金属製の有底筒体形状であって、外周面が雄ネジとなっているシェル部91と、シェル部91に絶縁部92を介して装着されたアイレット部93とを備える。口金90の外周面には、照明器具のソケットに螺合させるための螺合部が形成されている。また、口金90の内周面には、回路ケース60のケース本体部61(第2ケース部61b)の螺合部に螺合させるための螺合部が形成されている。
【0122】
口金90の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態では、ねじ込み型のエジソンタイプ(E型)の口金を用いている。例えば、口金90として、E26形又はE17形、あるいはE16形等が挙げられる。なお、口金90としては、差し込み型の口金等、他のタイプの口金を用いてもよい。
【0123】
(本発明の特徴構成)
以下、本実施の形態に係る電球形ランプ1の特徴について、図9を用いて説明する。図9は、本発明の実施の形態に係る電球形ランプにおける放熱経路を説明するための図である。
【0124】
図9に示すように、本実施の形態における電球形ランプ1では、ランプ軸J(支柱30の軸)に沿って、LEDモジュール20、支柱30、支持部材40、回路基板51、回路素子52及び口金90が、この順で配置されている。
【0125】
この場合、図9に示すように、ランプ軸JおけるLEDモジュール20と回路基板51との間の領域を第1領域Aとし、ランプ軸Jおける回路基板51と口金90の先端との間の領域を第2領域Bとすると、第1領域Aは、LEDモジュール20の発光時において、主としてLEDモジュール20で発生する熱によって温度上昇する領域であり、第2領域Bは、LEDモジュール20の発光時において、主として回路素子52で発生する熱によって温度上昇する領域である。
【0126】
このように、第1領域Aと第2領域Bとは、回路基板51を隔壁として物理的に分離された領域であるとともに、温度分布的に分離された領域となっている。
【0127】
回路基板51を基準にしてLEDモジュール20側の第1領域Aは、LEDモジュール20で発生する熱によって温度上昇するので高温領域となる。つまり、第1領域Aでは、LEDモジュール20で発生する熱が支配的となる。例えば、LEDモジュール20の発光時において、第1領域Aにおける支柱30及び支持部材40の温度は約95℃であり、第1領域Aにおけるヒートシンク70の温度は約90℃である。また、第1領域Aにおける空間領域も、LEDモジュール20から伝導した熱によって熱せられた支柱30、支持部材40及びヒートシンク70からの輻射熱によって温度上昇し、90℃以上の領域となっている。
【0128】
一方、回路基板51を基準にして口金90側の第2領域Bは、回路素子52で発生する熱によって温度上昇するが、第1領域Aよりも低い温度の領域である低温領域となる。つまり、第2領域Bでは、LEDモジュール20の発熱温度よりも低い温度で発熱する回路素子52から放射される熱が支配的となる。例えば、LEDモジュール20の発光時において、第2領域Bにおける口金90温度は約60℃である。また、第2領域Bにおける空間領域も、回路素子52が発する熱によって温度上昇するが、最大でも85℃程度であり、90℃以下の領域となっている。
【0129】
このように、第1領域Aは、LEDモジュール20の発光時において、第2領域Bよりも温度上昇して90℃以上の高温領域である。一方、第2領域Bは、LEDモジュール20の発光時において、第1領域Aよりも温度は上がらず、90℃以下の中高温領域である。
【0130】
第2領域Bは、さらに、高温領域Bと、当該高温領域Bよりも低温の領域である低温領域Bとに分離することができる。高温領域Bは、ヒートシンク70に囲まれる領域であり、低温領域Bは、ヒートシンク70に囲まれてない領域である。
【0131】
高温領域Bでは、回路素子52による発熱によって温度上昇するとともに、ヒートシンク70によって囲まれているのでヒートシンク70に伝導したLEDモジュール20の熱の影響も若干受けて温度上昇する。この結果、高温領域Bの空間領域の温度は、80℃前後の高温領域となる。
【0132】
また、低温領域Bは、ヒートシンク70によって囲まれていないので、LEDモジュール20で発生した熱の影響はほとんど受けず、ほぼ回路素子52で発生する低温の熱によって温度上昇する。この結果、低温領域Bにおける口金90の温度は最大でも60℃となり、低温領域Bにおける空間領域は60℃以下となる。
【0133】
このように、本実施の形態における電球形ランプ1は、回路基板51によってランプ内部の空間領域が第1領域Aと第2領域Bとに分離されている。
【0134】
したがって、LEDモジュール20で発生した熱は、図9の黒矢印で示されるように、LEDモジュール20→支柱30→支持部材40→ヒートシンク70→外郭筐体80と伝導して外部に放熱される。
【0135】
この場合、回路基板51によって第1領域Aと第2領域Bとが仕切られているので、LEDモジュール20で発生した熱は、第2領域Bにほとんど伝導することなく、第1領域Aを放熱経路(熱伝達経路)として外部に放熱される。つまり、熱は、熱抵抗の低い方へと拡散するので、LEDモジュール20で発生した熱は、熱抵抗の高い回路基板51の方ではなく、熱抵抗の低い金属製の部材(支柱30、支持部材40、ヒートシンク70)の方へと拡散する。この結果、LEDモジュール20で発生した熱は、第1領域Aにおける金属製の部材を介して放熱されることになる。
【0136】
一方、回路素子52は回路基板51の口金側に実装されているので、回路素子52で発生した熱は、図9の白矢印で示されるように、ケース本体部61内の空間領域内を下方に向かって伝導し、ケース本体部61(第2ケース部61b)の口金側の開口から口金90に伝導する。また、回路素子52で発生した熱はケース本体部61にも伝導し、このうち第1ケース部61aに伝導した熱はヒートシンク70及び外郭筐体80を介して外部に放熱され、また、第2ケース部61bに伝導した熱は口金90に伝導する。なお、LEDモジュール20の発光時には口金90が照明器具に装着されているので、口金90に伝導した熱は照明器具を介して効率良く放熱される。
【0137】
つまり、回路素子52で発生した熱は、第2領域Bを放熱経路(熱伝達経路)として外部に放熱される。この場合、回路素子52で発生した熱は、第2領域Bの高温領域Bを放熱経路として放熱される熱と、第2領域Bの低温領域Bを放熱経路として放熱される熱とがある。
【0138】
以上、本実施の形態によれば、ヒートシンク70を用いた構造であっても、LEDモジュール20で発生する熱と回路素子52で発生する熱とを、第1領域Aと第2領域Bとの異なる放熱経路で放熱させることができる。したがって、LEDモジュール20(LED22)の放熱性の向上と駆動回路50の放熱性の向上との両立を図ることができる。
【0139】
また、本実施の形態において、回路基板51に実装された複数の回路素子52のうちの耐熱性が高い回路素子(第1回路素子)は、第2領域Bの高温領域Bに位置するように実装することが好ましい。また、複数の回路素子52のうちの第1回路素子よりも耐熱性が低い回路素子(第2回路素子)は、第2領域Bの低温領域Bに位置するように実装することが好ましい。電解コンデンサは、耐熱性が低い回路素子であるので、図9に示すように、容量部分が第2領域Bの低温領域Bに位置するように実装することが好ましい。例えば、図9に示すように、リード形電解コンデンサの場合、リード端子を他の回路素子52よりも長くすることによって、電解コンデンサを容易に第2領域Bの低温領域Bに配置することができる。
【0140】
このように、電解コンデンサ等の耐熱性の低い回路素子52を第2領域Bの低温領域Bに配置することにより、高温領域Bに配置する場合と比べて、当該回路素子52の部品温度を5℃程度低下させることができる。これにより、回路素子52の劣化を抑制し、回路素子52の長寿命化を図ることができる。
【0141】
(照明装置)
また、本発明は、このような電球形ランプとして実現することができるだけでなく、電球形ランプを備える照明装置としても実現することができる。以下、本発明の実施の形態に係る照明装置について、図10を用いて説明する。図10は、本発明の実施の形態に係る照明装置の概略断面図である。
【0142】
図10に示すように、本発明の実施の形態に係る照明装置2は、例えば、室内の天井に装着されて使用され、上記の実施の形態に係る電球形ランプ1と、点灯器具3とを備える。
【0143】
点灯器具3は、電球形ランプ1を消灯及び点灯させるものであり、天井に取り付けられる器具本体4と、電球形ランプ1を覆う透光性のランプカバー5とを備える。
【0144】
器具本体4は、ソケット4aを有する。ソケット4aには、電球形ランプ1の口金90がねじ込まれる。このソケット4aを介して電球形ランプ1に電力が供給される。
【0145】
(変形例等)
以上、本発明に係る電球形ランプ及び照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【0146】
例えば、上記の実施の形態において、LEDモジュール20は基板21上に発光素子としてLEDチップを直接実装したCOB型の構成としたが、これに限らない。その他のLEDモジュールとしては、発光素子として、凹部(キャビティ)を有する樹脂製の容器と、凹部の中に実装されたLEDチップと、凹部内に封入された封止部材(蛍光体含有樹脂)とからなるパッケージ型のLED素子(SMD型LED素子)を用いて、このLED素子を金属配線が形成された基板21上に複数個実装することで構成されたSMD型のLEDモジュールを用いても構わない。
【0147】
また、上記の実施の形態において、LEDモジュール20の基板21としては、1枚の白色基板を用いたが、表面にLED22及び封止部材23を形成した2枚の白色基板の裏側の面同士を貼り合わせることで、1つのLEDモジュール20を構成しても構わない。
【0148】
また、上記の実施の形態において、LEDモジュール20は、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって白色光を放出するように構成したが、これに限らない。例えば、演色性を高めるために、黄色蛍光体に加えて、さらに赤色蛍光体や緑色蛍光体を混ぜても構わない。また、黄色蛍光体を用いずに、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂を用いて、これと青色LEDチップとを組み合わせることによりに白色光を放出するように構成することもできる。
【0149】
また、上記の実施の形態において、LEDチップは、青色以外の色を発光するLEDチップを用いても構わない。例えば、紫外線発光のLEDチップを用いる場合、蛍光体粒子としては、三原色(赤色、緑色、青色)に発光する各色蛍光体粒子を組み合わせたものを用いることができる。さらに、蛍光体粒子以外の波長変換材を用いてもよく、例えば、波長変換材として、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用いてもよい。
【0150】
また、上記の実施の形態において、発光素子としてLEDを例示したが、半導体レーザ等の半導体発光素子、有機EL(Electro Luminescence)又は無機EL等、その他の固体発光素子を用いてもよい。
【0151】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0152】
本発明は、従来の白熱電球等に代替される電球形ランプとして有用であり、照明装置等において広く利用することができる。
【符号の説明】
【0153】
1 電球形ランプ
2 照明装置
3 点灯器具
4 器具本体
4a ソケット
5 ランプカバー
10 グローブ
11 開口部
20 LEDモジュール
21 基板
22 LED
22a サファイア基板
22b 窒化物半導体層
22c カソード電極
22d アノード電極
22e、22f ワイヤーボンド部
22g チップボンディング材
23 封止部材
24 金属配線
25 ワイヤー
26a、26b 端子
27a、27b 貫通孔
30、30A 支柱
30a 第1固定面
30b 第2固定面
40 支持部材
41 径小部
42 径大部
42a 凹部
50 駆動回路
51 回路基板
52 回路素子
53a、53b、53c、53d リード線
60 回路ケース
61 ケース本体部
61a 第1ケース部
61a1 突出部
61b 第2ケース部
62 キャップ部
62a 突起
70 ヒートシンク
70a、70b 開口部
80 外郭筐体
90 口金
91 シェル部
92 絶縁部
93 アイレット部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10

【手続補正書】
【提出日】2014年4月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
グローブと、
前記グローブの内方に向かって延設された支柱と、
前記支柱の一端に接続された発光モジュールと、
前記支柱の他端に接続された支持部材と、
開口部を有し、当該開口部に前記支持部材が嵌め込まれたヒートシンクと、
主面が前記支柱の軸と交差するように配置された回路基板と、
前記回路基板に実装された複数の回路素子と、
前記回路素子を囲むように構成された回路ケースと、
前記回路ケースの一部に接続された口金とを備え、
前記支柱の軸に沿って、前記発光モジュール、前記回路基板及び前記口金の順に位置しており、
主として前記発光モジュールで発生する熱によって温度上昇する第1領域と、主として前記複数の回路素子で発生する熱によって温度上昇する第2領域とが、前記回路基板によって分離されており、
前記第1領域は、前記第2領域よりも高い温度の領域である
照明用光源。
【請求項2】
前記ヒートシンクは、前記口金に向かって延設されており、
前記第2領域は、高温領域と低温領域とからなり、
前記高温領域は、前記ヒートシンクに囲まれる領域であり、
前記低温領域は、前記ヒートシンクに囲まれてない領域であって、前記高温領域よりも低温の領域である
請求項1に記載の照明用光源。
【請求項3】
前記複数の回路素子のうち耐熱性が高い第1回路素子は、前記高温領域に位置し、
前記複数の回路素子のうち第1回路素子よりも耐熱性が低い第2回路素子は、前記低温領域に位置する
請求項2に記載の照明用光源。
【請求項4】
前記第2回路素子は、電解コンデンサである
請求項3に記載の照明用光源。
【請求項5】
前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域は前記第2領域よりも温度上昇する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の照明用光源。
【請求項6】
前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域の温度は90℃以上であり、前記第2領域の前記低温領域の温度は60℃以下である
請求項2に記載の照明用光源。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明用光源を備える
照明装置。

【手続補正書】
【提出日】2015年2月10日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
グローブと、
前記グローブの内方に向かって延設された支柱と、
前記支柱の一端に接続された発光モジュールと、
前記支柱の他端に接続された支持部材と、
開口部を有し、当該開口部に前記支持部材が嵌め込まれたヒートシンクと、
前記ヒートシンクを囲むように構成された外郭筐体と、
主面が前記支柱の軸と交差するように配置された回路基板と、
前記回路基板に実装された複数の回路素子と、
前記ヒートシンクの内方に配置され、前記回路素子を囲むように構成された回路ケースと、
前記回路ケースの一部に接続された口金とを備え、
前記支柱の軸に沿って、前記発光モジュール、前記回路基板及び前記口金の順に位置しており、
主として前記発光モジュールで発生する熱によって温度上昇する第1領域と、主として前記複数の回路素子で発生する熱によって温度上昇する第2領域とが、前記回路基板によって分離されている
照明用光源。
【請求項2】
前記支柱は、前記支柱の軸に並行な面を有し、
前記第1領域は、さらに、前記支持部材を境界として、前記支柱が配置されている領域と、前記支持部材から前記回路基板までの間の領域とに分かれている
請求項1に記載の照明用光源。
【請求項3】
前記ヒートシンクは、前記口金に向かって延設されており、
前記第2領域は、高温領域と低温領域とからなり、
前記高温領域は、前記ヒートシンクに囲まれる領域であり、
前記低温領域は、前記ヒートシンクに囲まれてない領域であって、前記高温領域よりも低温の領域である
請求項1又は2に記載の照明用光源。
【請求項4】
前記複数の回路素子のうち耐熱性が高い第1回路素子は、前記高温領域に位置し、
前記複数の回路素子のうち第1回路素子よりも耐熱性が低い第2回路素子は、前記低温領域に位置する
請求項に記載の照明用光源。
【請求項5】
前記第2回路素子は、電解コンデンサである
請求項に記載の照明用光源。
【請求項6】
前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域は前記第2領域よりも温度上昇する
請求項1〜のいずれか1項に記載の照明用光源。
【請求項7】
前記発光モジュールの発光時において、前記第1領域の温度は90℃以上であり、前記第2領域の前記低温領域の温度は60℃以下である
請求項に記載の照明用光源。
【請求項8】
請求項1〜のいずれか1項に記載の照明用光源を備える
照明装置。
【国際調査報告】