JP2009170114A

JP2009170114A - Ｌｅｄ電球及び照明器具

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Publication number: JP2009170114A
Application number: JP2008003667A
Authority: JP
Inventors: Erika Takenaka; 絵梨果竹中; Kozo Ogawa; 光三小川; Akiko Saito; 明子斉藤; Masahiro Izumi; 昌裕泉; Toshiya Tanaka; 敏也田中; Shigeru Osawa; 滋大澤; Kazuto Morikawa; 和人森川
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】複数の青色ＬＥＤ素子が面実装されたＬＥＤモジュールを光源とし、黄色蛍光体を通して白色光を得るにあたり、複数の青色ＬＥＤ素子からの熱を効率的に放熱でき、発光効率を高めることである。
【解決手段】
複数の青色ＬＥＤ素子が面実装されたＬＥＤモジュール１１Ａを基体部としての放熱部１２に取り付け、基体部としての放熱部１２はＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子の熱を放熱する。また、グローブ１４には黄色蛍光体２２が塗布され、黄色蛍光体２２を塗布したグローブ１４でＬＥＤモジュール１１Ａを覆って青色ＬＥＤ素子からの放射光を黄色蛍光体２２を通して白色光に変換して外部に出射する。口金１６は放熱部１２のグローブ１４の反対側に設けられ、青色ＬＥＤ素子を点灯する点灯回路に電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の青色ＬＥＤ素子が面実装されたＬＥＤモジュールを光源とするＬＥＤ電球及び照明器具に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光効率の向上により、一般照明用あるいは装飾用の光源としてＬＥＤを採用する電球形ランプや点灯ユニット等のＬＥＤ電球が商品化されてきている。特に、電球代替えを目的とした電球口金付きで、ガラスバルブ内にＬＥＤを配置するとともに、内部に点灯回路を設けた一体型のＬＥＤ電球の開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。この場合、白色光を得るにあたり、青色ＬＥＤ素子を光源とし黄色蛍光体を通して白色光を得るようにしている。そのため、青色ＬＥＤ素子を封止体で封止し青色ＬＥＤ素子の近傍に黄色蛍光体を一体形成している。

図７は複数の青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体とを一体形成したＬＥＤモジュールを光源とするＬＥＤ電球の一例を示す正面図である。複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュール１１は、放熱部１２の放熱板１３に接触して取り付けられている。また、放熱部１２の放熱板１３には、ＬＥＤモジュール１１を覆ってグローブ１４が取り付けられ、ＬＥＤモジュール１１のＬＥＤからの放射光を外部に出射する。一方、放熱部１２のグローブ１４の反対側には絶縁部材１５を介して口金１６が取り付けられている。放熱部１２の内部は中空となっており、この放熱部１２の中空部にＬＥＤを点灯する点灯回路が内蔵されている。ＬＥＤモジュール１１のＬＥＤの熱は放熱板１３を通って放熱部１２の外表面に伝熱され放熱される。

図８は図７に示したＬＥＤ電球のＬＥＤモジュール１１の構成図である。ＬＥＤモジュール１１は、平板状の直方体の基板１８の一面に複数の青色ＬＥＤ素子１９が面実装され、側面部から配線２０が引き出されている。そして、青色ＬＥＤ素子１９の前面部には透明樹脂からなるコーティング層２１が形成されており、このコーティング層２１の中に黄色蛍光体２２が分散されている。黄色蛍光体２２は、青色ＬＥＤ素子１９からの光を黄色蛍光体２２を通して出射しＬＥＤモジュール１１として白色光を得るようにしている。ＬＥＤモジュール１１は、ＬＥＤモジュール１１の青色ＬＥＤ素子１９が面実装された面をグローブ１４側の向きにして放熱部１２の放熱板１３に配置される。

一方、ＬＥＤを封止部材で封止し、ＬＥＤに近接して蛍光体を含む塗料を塗布したＬＥＤ電球としては、真空引きして密閉したガラスバルブ内にＬＥＤを設置し、蛍光体層はガラスバルブの内面に塗布してＬＥＤと組み合わせる前の工程で蛍光体層を焼成して蛍光体以外の成分を取り除くようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。これにより、封止部材の劣化や蛍光体の劣化を抑制するとともに透過率の低下や着色による色ズレを抑制する。
特開２００６−３１３７１７号公報特開２００５−５５４６号公報

しかし、特許文献１の電球代替えを目的としたＬＥＤ電球の場合、光源として例えば複数のパワーＬＥＤを使用しても数Ｗ程度であり、電球の明るさを確保するのは容易ではない。一般電球のような配光を得て照度を保つためには、複数のＬＥＤを採用してランプ全体を光らせる必要がある。そうした場合には、ＬＥＤの個数が増え高価となる。

また、図７に示したＬＥＤ電球では、青色ＬＥＤ素子を封止体で封止し青色ＬＥＤ素子の前面部に黄色蛍光体を一体形成しているので、青色ＬＥＤ素子からの光の一部が黄色蛍光体で拡散し、ＬＥＤモジュールからの白色光の取り出し効率が低下する。また、青色ＬＥＤ素子の放熱が黄色蛍光体により阻害されＬＥＤモジュール１１の温度が上昇し、黄色蛍光体の白色光への変換効率が低下する。これらにより、ＬＥＤモジュールの発光効率が低下する。

一方、特許文献２のものでは、蛍光体層はガラスバルブの内面に塗布しているので、ＬＥＤからの熱による蛍光体の劣化を抑制でき、また、ＬＥＤから発生した紫外線はほとんどロスすることなく蛍光体層に到達するので周囲環境の影響も受けにくいものであるが、複数のＬＥＤを採用したものではないので、ＬＥＤからの熱による発光効率の低下についての考慮がない。

本発明の目的は、複数の青色ＬＥＤ素子が面実装されたＬＥＤモジュールを光源とし、黄色蛍光体を通して白色光を得るにあたり、複数の青色ＬＥＤ素子からの熱を効率的に放熱でき、発光効率を高めたＬＥＤ電球及び照明器具を提供することである。

請求項１の発明に係るＬＥＤ電球は、複数の青色ＬＥＤ素子が面実装されたＬＥＤモジュールと；前記ＬＥＤモジュールが取り付けられた基体部と；黄色蛍光体が塗布されるとともに前記ＬＥＤモジュールを覆って基体部に取り付けられ前記青色ＬＥＤ素子からの放射光を前記黄色蛍光体を通して白色光に変換し外部に出射するグローブと；前記基体部内に設けられ、前記青色ＬＥＤ素子を点灯する点灯回路と；前記基体部の前記グローブの反対側の端部に設けられ前記点灯回路と電気的に接続された口金と；を備えたことを特徴とする。

本発明及び以下の発明において用語の定義及び技術的意味は以下による。

ＬＥＤモジュールとは、平板状の直方体の一面に複数の青色ＬＥＤ素子が面実装された光源部をいう。ＬＥＤモジュールの青色ＬＥＤ素子が面実装された面を外向きにして、ＬＥＤモジュールを基体部に配置する。基体部はＬＥＤの熱を放熱するものであり、例えば、熱伝導率のよい金属部材が用いられるのが好ましい。

黄色蛍光体とは、青色ＬＥＤ素子からの放射光を白色光に変換する黄色の蛍光体をいう。グローブの内面または外面にはこの黄色蛍光体が塗布され、ＬＥＤモジュールを覆って青色ＬＥＤ素子からの放射光を黄色蛍光体で白色光に変換して外部に出射する。口金とは電源に接続するための接続部品をいい、口金は基体部のグローブの反対側に設けられる。また、青色ＬＥＤ素子を点灯する点灯回路は、例えば、基体部内に形成された中空部に配置され口金に電気的に接続される。

請求項２の発明に係るＬＥＤ電球は、請求項１の発明において、前記グローブに拡散加工が施されていることを特徴とする。

拡散加工とは光を拡散させるための処理をいう。例えば、グローブの外表面にシリカを塗布したり、グローブの外表面を削ったりすることをいう。この拡散加工により、青色ＬＥＤ素子が消灯のときのグローブに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和する。

請求項３の発明に係るＬＥＤ電球は、請求項１の発明において、拡散加工が施されるとともに前記グローブの外側を覆うように配設され、前記グローブから放射された光を拡散して外部に出射する拡散グローブを備えたことを特徴とする。

本発明は、請求項１の発明に対し、グローブを蛍光体が塗布された内側のグローブと拡散グローブの２層構造としたものである。拡散グローブを設けることにより、青色ＬＥＤ素子が消灯のときの内側のグローブに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和する。

請求項４の発明に係るＬＥＤ電球は、請求項１ないし３のいずれか一記載の発明において、前記基体部の外表面には放熱フィンが配設されていることを特徴とする。

請求項５の発明に係る照明器具は、請求項１ないし４のいずれか一記載のＬＥＤ電球と；このＬＥＤ電球が装着された器具本体と；を具備していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、黄色蛍光体をグローブに塗布して、光源部であるＬＥＤモジュールに面実装された複数の青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体とを分離するので、ＬＥＤモジュールの青色ＬＥＤ素子からの光が黄色蛍光体で拡散することを避けることができる。従って、ＬＥＤモジュールの放熱を促進でき、ＬＥＤモジュールの発光効率を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、グローブに拡散加工を施しグローブに照射される外部光を拡散できるので、ＬＥＤモジュールの青色ＬＥＤ素子が消灯のときのグローブに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和し、グローブの外観の見栄えをよくすることができる。

請求項３の発明によれば、拡散グローブを設けることにより、ＬＥＤモジュールの青色ＬＥＤ素子が消灯のときの内側のグローブに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和し、グローブ全体の外観の見栄えをよくすることができる。

請求項４の発明によれば、放熱フィンを設けたことにより、より放熱が促進される。

請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかの効果を有する照明器具を提供できる。

図１は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球の一例を示す正面図である。この実施の形態は、図７に示した従来例に対し、黄色蛍光体２２をグローブ１４に塗布して、光源部であるＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体２２とを分離したものである。図７と同一要素には同一符号を付して説明する。

ＬＥＤモジュール１１Ａは、黄色発光体が一体形成されていない複数の青色ＬＥＤ素子が面実装されたＬＥＤモジュールであり、青色ＬＥＤ素子の発光により青色光を放射する。ＬＥＤモジュール１１Ａは、基体部としての放熱部１２の放熱板１３に接触して取り付けられ、放熱部１２の放熱板１３には、ＬＥＤモジュール１１Ａを覆ってグローブ１４が取り付けられている。グローブ１４の内表面には黄色発光体２２が塗布され、ＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子からの青色光を黄色発光体２２で白色光に変換しグローブ１４の外部に白色光が放射される。

なお、グローブ１４の外観形状は、ほぼ球体形状となっているが、回転楕円体形状を一部に有するものを採用してもよい。この回転楕円体形状グローブを用いる場合には、ＬＥＤ電球の中心軸を回転軸とし、この回転軸に楕円の短軸が位置するような向きの回転体形状にすると、ＬＥＤ電球の側方に配光が広がるため、ＬＥＤ電球を横置き（水平配設）するダウンライト等の照明器具に適用する際に有利である。

一方、放熱部１２のグローブ１４の反対側には合成樹脂製の絶縁部材１５が設けられており、この絶縁部材１５を介して口金１６が取り付けられている。放熱部１２の内部は中空となっており、この放熱部１２の中空部に青色ＬＥＤ素子を点灯する点灯回路が内蔵されている。放熱部１２の側面部には複数の放熱フィン１７が設けられ、ＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子の熱は放熱板１３を介して複数の放熱フィン１７に伝熱され、複数の放熱フィン１７から放熱される。

図２は図１に示したＬＥＤ電球のＬＥＤモジュール１１Ａの構成図である。ＬＥＤモジュール１１Ａは、平板状の直方体の基板１８の一面に複数の青色ＬＥＤ素子１９が面実装されて構成され、側面部から配線２０が引き出されている。ＬＥＤモジュール１１Ａは、ＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子１９が面実装された面をグローブ１４側の向きにして放熱部１２の放熱板１３に配置される。

図３は、図１に示した本発明の実施の形態のＬＥＤ電球及び図７に示した従来例のＬＥＤ電球の試験データのグラフである。曲線Ｓ１は本発明の実施の形態によるＬＥＤ電球の光束、曲線Ｓ２は従来のＬＥＤ電球の光束を示している。

本発明の実施の形態によるＬＥＤ電球（青色ＬＥＤ素子モジュール１１Ａ／黄色蛍光体グローブ方式）と、従来のＬＥＤ電球（白色ＬＥＤモジュール１１／シリカグローブ方式）とを用意した。すなわち、試験用ＬＥＤモジュールとして、大きさが約２３ｍｍのアルミ基板で、ＬＥＤとしてミドルチップ３０ｐ（３０個のＬＥＤ）が配列されたものを用意した。そして、一方は青色ＬＥＤ素子モジュール１１Ａ（黄色蛍光体なし）、他方は白色ＬＥＤモジュール１１（黄色蛍光体あり）を用意し、青色ＬＥＤ素子モジュール１１Ａ及び白色ＬＥＤモジュール１１を同時に点灯した。

点灯時点のグローブ１４からの光束を測定し比較すると、本発明の実施の形態によるＬＥＤ電球の光束を１００％としたとき、従来の従来のＬＥＤ電球の光束は約８０％であった。これは、従来のＬＥＤ電球の白色ＬＥＤモジュール１１では、青色ＬＥＤ素子からの光の一部が黄色蛍光体２２で拡散し、ＬＥＤモジュール１１からの白色光の取り出し効率が低下しているためと判断される。このように、温度特性を考慮しない場合（点灯直後）には、本発明の実施の形態によるＬＥＤ電球の方が従来のＬＥＤ電球より、発光効率が約２割高いことが確認された。

次に、温度特性を知るために、青色ＬＥＤ素子モジュール１１Ａ及び白色ＬＥＤモジュール１１の基板温度及び光束を測定した。その結果、点灯１０分後において、白色ＬＥＤモジュールの基板温度は約９０℃、青色ＬＥＤ素子モジュールの基板温度は約６５℃となった。また、光束は、それぞれ点灯直後の光束と比較して、白色ＬＥＤモジュールは約８０％、青色ＬＥＤ素子モジュールで約９７％となった。これは、白色ＬＥＤモジュールの場合は、黄色蛍光体が青色ＬＥＤ素子の近傍に一体形成されており、青色ＬＥＤ素子の放熱が黄色蛍光体により阻害され、白色ＬＥＤモジュール１１の温度が上昇して黄色蛍光体の白色光への変換効率が低下するためであると判断される。

このように、温度特性を考慮した場合には、本発明の実施の形態によるＬＥＤ電球の方が従来のＬＥＤ電球より、発光効率が約１．５倍｛９７％／（８０％×８０％）｝となることが確認された。

ここで、図１に示した本発明の実施の形態では、グローブ１４に黄色蛍光体を塗布することから、グローブ１４に塗布された黄色蛍光体２２の色味が青色ＬＥＤ素子モジュール１１Ａの消灯のときに目立つことになり、人によっては違和感を与えることがある。そこで、グローブ１４の外表面にフロスト処理等の拡散加工を施し、青色ＬＥＤ素子が消灯のときのグローブに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和する。

拡散加工は光を拡散させるための処理であればよく、例えば、グローブ１４の外表面にシリカを塗布したり、グローブの外表面を粗面加工して、グローブ１４への外部光を拡散させ、青色ＬＥＤ素子が消灯のときのグローブ１４に塗布された黄色蛍光体の色味を緩和する。また、グローブ１４に微少な反射材料が混入された透光性光学薄膜のようにキラキラ感を演出する機能膜を施すようにしてもよい。

図４は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球の他の一例を示す正面図である。この一例では、グローブはほぼ球体形であり内面に黄色蛍光体が塗布されているが、外表面には微少なファセット平面（ポリゴン）が形成された多面体で構成されている。

このようにグローブ外表面が微少な多面体になっていることにより、消灯時に生じるグローブに塗布した蛍光体の色味を緩和することができる。また、多面体のプリズム効果により微少なポリゴン内で分光した虹色がグローブ外表面に浮き出されるので、ＬＥＤ電球の高級感を演出することが可能となる。

なお、図面では微少なファセット平面で構成された多面体を示しているが、正五角形と正六角形で構成された準正多面体（切隅二十面体）としてもよいし、これ以外に正三角形の組み合わせや、ブリリアンカットのように異なる形状の組み合わせてあってもよい。

また、図５に示すように、グローブ１４を内側のグローブ１４Ａと拡散グローブ１４Ｂとの２層構造とし、内側のグローブ１４Ａに黄色蛍光体２２を塗布し、その内側のグローブ１４Ａの外側に内側のグローブ１４Ａを覆うように、黄色蛍光体２２を塗布しない拡散グローブ１４Ｂを設け、青色ＬＥＤ素子が消灯のときの内側のグローブ１４Ａに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和するようにしてもよい。

本発明の実施の形態のこれらの一例によれば、黄色蛍光体２２をグローブ１４に塗布して、光源部であるＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子１９と黄色蛍光体２２とを分離するので、ＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子１９からの光が黄色蛍光体２２で拡散することを避けることができる。従って、発光効率を向上させることができ、ＬＥＤモジュール１１Ａの放熱も促進できる。

また、グローブ１４に拡散加工を施した場合には、グローブ１４に照射される外部光を拡散できるので、ＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子１９が消灯のときのグローブ１４に塗布された黄色蛍光体２２の色味を緩和でき、グローブ１４の外観の見栄えをよくすることができる。

また、グローブ１４を内側のグローブ１４Ａと拡散グローブ１４Ｂとの２層構造とし、内側のグローブ１４Ａに黄色蛍光体２２を塗布し、その内側のグローブ１４Ａを覆って拡散グローブ１４Ｂを設けることにより、ＬＥＤモジュール１１Ａの青色ＬＥＤ素子１９が消灯のときの内側のグローブ１４Ａに塗布された黄色蛍光体の色味を緩和できる。これにより、グローブ全体の外観の見栄えをよくすることができる。

図６は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球のさらに別の他の一例を示す正面図である。この一例では、放熱フィン１７は、ほぼ球面形状のグローブ１４に沿ってグローブ１４の最大径部付近まで伸びている。このような放熱フィン１７によれば、放熱フィン１７の放熱面積が大きくなり、放熱効果を高くすることができ、またグローブ１４から放射される光量が低下することも抑えられる。

ミニクリプトン電球代替えのＬＥＤ電球を実現しようとした場合、必要な光学性能を得るためのＬＥＤチップ及び蛍光体より発生する熱を放熱するための十分なヒートシンクを、ミニクリプトン電球のサイズ内に確保することは容易ではない。まず、ミニクリプトン電球の光束は４０Ｗ形で５００ｌｍ、６０Ｗ形で８００ｌｍであるが、このためには５〜１０Ｗの投入電力が必要となる。一方、この電力分を放熱するためのヒートシンクは、口金１６からグローブ１４のネック部だけに留まらず、発光部であるグローブ１４の球形部分にまで及ぶ面積が必要となる。

しかしながら、この場合、本来の発光部である部分が非発光部になるため、配光がミニクリプトン電球と異なってしまう問題が生じる。通常の電球は、口金部分を除いて、放射状にほぼ３６０°の配光であるが、極端な例を挙げれば、球形の半分付近までヒートシンクで構成すると、電球の口金側半分が非発光部になり、１８０°程度の配光となってしまう。このクリプトン電球の場合、照明器具に組み込まれるときの点灯方向は必ずしも鉛直下向きではなく、横向きや斜め下向きなど様々である。従って、電球の配光が違えば、電球を照明器具に組み込んだ場合の配光も違うものとなり、代替えできない。

しかしながら、この一例の場合には、ヒートシンクとしての放熱フィン１７によって口金側の発光部の光放射を大きく遮断することがないので、ミニクリプトン電球とほぼ同じ配光を実現できる。なお、この放熱フィン１７の先端部分とグローブ内とを空間的に繋げてもよい。例えば、放熱フィン１７の先端部分に対向する穴をグローブ１４に形成し、この穴に放熱フィン１７の先端を挿入して空間的な接続を図ればよい。

このように、グローブ内部に放熱フィン１７を挿入することによって、ＬＥＤ電球点灯中の回路基板の温度を１０℃低減することが可能となる。なお、グローブ内部に放熱フィン１７を挿入することに代えて、放熱フィン１７を熱的に接続された金属製メッシュをグローブ全体を覆うようにして、このメッシュを放熱部として作用させてもよい。このように、メッシュを配置することによって放熱面積を大きくすることができ、またグローブ１４の光放射が損なわれることがない。

本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球の一例を示す正面図。図１に示したＬＥＤ電球のＬＥＤモジュールの構成図。図１に示した本発明の実施の形態のＬＥＤ電球及び図７に示した従来例のＬＥＤ電球の試験データのグラフ。本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球の他の一例を示す正面図。本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球の別の他の一例を示す正面図。本発明の実施の形態に係るＬＥＤ電球のさらに別の他の一例を示す正面図。複数の青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体とを一体形成したＬＥＤモジュールを光源とする従来のＬＥＤ電球の一例を示す正面図。図７に示したＬＥＤ電球のＬＥＤモジュールの構成図。

符号の説明

１１…ＬＥＤモジュール、１２…放熱部、１３…基体部としての放熱板、１４…グローブ、１５…絶縁部材、１６…口金、１７…放熱フィン、１８…基板、１９…青色ＬＥＤ素子、２０…配線、２１…コーティング層、２２…黄色蛍光体

Claims

複数の青色ＬＥＤ素子が面実装されたＬＥＤモジュールと；
前記ＬＥＤモジュールが取り付けられた基体部と；
黄色蛍光体が塗布されるとともに前記ＬＥＤモジュールを覆って基体部に取り付けられ前記青色ＬＥＤ素子からの放射光を前記黄色蛍光体を通して白色光に変換し外部に出射するグローブと；
前記基体部内に設けられ、前記青色ＬＥＤ素子を点灯する点灯回路と；
前記基体部の前記グローブの反対側の端部に設けられ前記点灯回路と電気的に接続された口金と；
を備えたことを特徴とするＬＥＤ電球。
前記グローブに拡散加工が施されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ電球。
拡散加工が施されるとともに前記グローブの外側を覆うように配設され、前記グローブから放射された光を拡散して外部に出射する拡散グローブを備えたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ電球。
前記基体部の外表面には放熱フィンが配設されてい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ＬＥＤ電球。
請求項１ないし４のいずれか一記載のＬＥＤ電球と；
このＬＥＤ電球が装着された器具本体と；
を具備していることを特徴とする照明器具。