JP2011228130A - Ｌｅｄ電球 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤモジュールのＬＥＤ素子が発する熱と通信用ドライバモジュールの回路が発する熱を同時に放熱して効率的な放熱を行う。
【解決手段】ＬＥＤ電球１は、複数のＬＥＤ素子１２が素子基板１１上に実装されて放熱板１３に取り付けられたＬＥＤモジュール２と、無線リモコンにより双方向に無線通信するための通信用ドライバモジュール４を含む回路モジュールと、ＬＥＤモジュール２と回路モジュールが取り付けられ、複数のＬＥＤ素子１２の熱を放熱板１３を介して放熱するためのヒートシンク３と、複数のＬＥＤ素子１２を覆うようにヒートシンク３に取り付けられるグローブ９とを備え、回路モジュールの基板の一部をヒートシンク３と熱的に結合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体発光素子として複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を用いたＬＥＤ電球に関する。

近年、半導体発光素子であるＬＥＤ素子の低消費電力（白熱電球の１／１０）、長寿命（白熱電球の４０倍）の利点が時代の要請に応えられ、白熱電球に代わってＬＥＤ素子を光源として用いたＬＥＤ電球の市場が急速に立ち上がっている。

この種の光源にＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ電球としては、例えば下記特許文献１に開示されるものが知られている。図５に示すように、特許文献１に開示されるＬＥＤ電球５１は、ヒートシンク５２と、ヒートシンク５２に装着された基板５３と、基板５３におけるヒートシンク５２と反対側主面に実装されたＬＥＤ素子５４と、ヒートシンク５２に装着され且つＬＥＤ素子５４を含めて基板５３を覆うガラス製のバルブ５５とを備えている。また、バルブ５５の内面には、バルブ５５の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する透光性材料によって形成され透光性層５６の一部５６ａが、透光性層５６の熱伝導率と同等以上の熱伝導率を有する伝熱材料によって構成された伝熱部５７を介してヒートシンク５２に接続されている。

ところが、この種のＬＥＤ電球では、白熱電球等と同等の発光光束を確保しようとすると、ＬＥＤ素子への投入電力が大きくなり、これに伴って点灯時のＬＥＤ素子の温度が上昇することになる。そして、ＬＥＤ素子の温度が高くなると、ＬＥＤ素子の発光効率が低下して動作しなくなる恐れがあるため、ＬＥＤ素子の熱を放熱させる必要があった。そこで、従来のＬＥＤ電球では、ＬＥＤ素子が実装された基板をヒートシンク上に装着し、ＬＥＤ素子の熱を基板を介してヒートシンクに逃がしていた。

特開２０１０−１６２２３号公報

この種のＬＥＤ電球では、ＬＥＤ素子が実装される基板の直下に位置するヒートシンクに収容部を形成し、無線リモコンを用いた双方向の無線通信によりＬＥＤ素子を駆動制御するための通信用ドライバモジュールおよび電源回路モジュールを収容部に収容し、１つの無線リモコンで複数のＬＥＤ電球のオン・オフ制御やＬＥＤ電球の光の調整（調光・調色）が行える構成が望まれていた。

しかしながら、ＬＥＤ電球のヒートシンクの収容部に通信用ドライバモジュールおよび電源回路モジュールを収容した場合、これらの回路（特に、通信用ドライバモジュールのＩＣチップ）から熱が発生するため、ＬＥＤ素子の熱のみでなく、回路から発する熱も放熱する必要があった。

また、ヒートシンクの収容部に通信用ドライバモジュールおよび電源回路モジュールを収容した構成では、アンテナが接続される通信用ドライバモジュールがアルミ等の金属からなるヒートシンクと基板とで覆われてしまい、そのままの構成では無線リモコンとの間で双方向に良好な無線通信を行うのが困難であった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、効率的な放熱が行え、また良好な無線通信が行えるＬＥＤ電球を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載されたＬＥＤ電球は、複数のＬＥＤ素子が基板上に実装されて放熱板に取り付けられたＬＥＤモジュールと、
無線リモコンにより双方向に無線通信するための通信用ドライバモジュールを含む回路モジュールと、
前記ＬＥＤモジュールと前記回路モジュールが取り付けられ、前記複数のＬＥＤ素子の熱を前記放熱板を介して放熱するためのヒートシンクと、
前記複数のＬＥＤ素子を覆うように前記ヒートシンクに取り付けられるグローブとを備えたＬＥＤ電球であって、
前記回路モジュールの基板の一部が前記ヒートシンクと接触して熱的に結合されることを特徴とする。

本発明に係る請求項２に記載されたＬＥＤ電球は、請求項１のＬＥＤ電球において、
ＬＥＤ電球の外形を保った状態で、前記通信用ドライバモジュールのアンテナ線が前記ＬＥＤ素子の発光の妨げにならいない位置まで導出されることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤモジュールの放熱板だけでなく、回路モジュールの基板の一部もヒートシンクと接触して熱的に結合されるので、ＬＥＤ素子の熱のみならず回路が発する熱も同時に放熱することができ、効率的な放熱を行うことができる。

また、ＬＥＤ電球の外形を保った状態で、通信用ドライバモジュールのアンテナ線がＬＥＤ素子の発光の妨げにならいない位置まで導出されるので、十分な放熱を行いつつ外部の無線リモコンとの間で双方向に良好な無線通信を行うことができる。

本発明に係るＬＥＤ電球の外観を示す側面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球のグローブを外した状態の平面図である。 本発明に係るＬＥＤ電球の側断面図である。 （ａ）本発明に係るＬＥＤ電球の通信用ドライバモジュールの回路基板の概略を示す平面図である。 （ｂ）本発明に係るＬＥＤ電球の電源回路モジュールの回路基板の概略を示す平面図である。 特許文献１に開示される従来のＬＥＤ電球の構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係るＬＥＤ電球の外観を示す側面図、図２は同ＬＥＤ電球のグローブを外した状態の平面図、図３は同ＬＥＤ電球の側断面図、図４（ａ）は同ＬＥＤ電球の通信用ドライバモジュールの回路基板の概略を示す平面図、図４（ｂ）は同ＬＥＤ電球の電源回路モジュールの回路基板の概略を示す平面図である。

本発明に係るＬＥＤ電球は、外部の１つの無線リモコンで複数のＬＥＤ電球のオン・オフ制御やＬＥＤ電球の光の調整（調光・調色）が行え、例えばホテル、レストラン、映画館、イベント会場等の照明システムに採用される。

本例のＬＥＤ電球１は、効率的な放熱や良好な無線通信を実現するべく、図１〜図４に示すように、ＬＥＤモジュール２、ヒートシンク３、通信用ドライバモジュール４、電源回路モジュール５、口金モジュール６、接続部材７、結合部材８、グローブ９を備えて概略構成される。

ＬＥＤモジュール２は、所望の出射光を得るためのモジュールであり、図２に示すように、素子基板１１、ＬＥＤ素子１２、放熱板１３を備えて構成される。

素子基板１１は、例えばアルミ基板や白色アルミナ基板等からなる略矩形状をなしている。素子基板１１の一方の面である表面１１ａには、所定高さを有する矩形状の区画部１４が形成される。区画部１４は、例えば白色シリコーンゴム等のダム材からなり、図２に示すような矩形平面状の発光面１５の領域を画定するとともに、光を効率的に反射するリフレクタとしても機能する。区画部１４内には、区画部１４と略同一高さまで蛍光体樹脂１６が充填される。蛍光体樹脂１６は、例えばシリケート系の黄色蛍光体と透明シリコーンゴムとからなる。

尚、蛍光体樹脂１６が充填される区画部１４の表面（発光面１５）は、平坦面に限るものではない。例えば蛍光体入来１６が充填される区画部１４の表面（発光面１５）を凸状面や凹状面に形成すれば、出射光を拡散させたり絞り込むことができる。また、図示はしないが、素子基板１１の表面１１ａには、複数色のＬＥＤ素子１２の配置に合せて所定パターン形状の配線パターンが形成される。

ＬＥＤ素子１２は、区画部１４内の素子基板１１の表面１１ａに形成された配線パターン（不図示）上に実装される複数色の半導体発光素子からなる。素子基板１１に実装される複数色のＬＥＤ素子１２は、例えば赤、青の２色の素子を１ユニットとして構成することができる。これら２色の素子からなるＬＥＤ素子１２は、複数ユニットのＬＥＤ素子１２が各色ごとに回路的に分離するように、ワイヤボンディングや厚膜抵抗器による立体配線を用いて区画部１４の内側から外側に一箇所にまとめて導出された配線パターンを介してコネクタ１７の端子部に接続される。コネクタ１７は、口金モジュール６から電源回路モジュール５を介しての電源供給により駆動される通信用ドライバモジュール４に配線接続される。そして、外部の無線リモコンと通信用ドライバモジュール４のアンテナ線４ｂとの間での双方向の無線通信に基づくＬＥＤ素子１２の駆動制御により、赤、青の単色光、電球色、昼白色などの光を得ることができる。

尚、素子基板１１の表面１１ａに実装される複数色のＬＥＤ素子１２としては、赤、青の２色に限定されるものではなく、例えば赤、緑、青、アンバーの４色の素子を１ユニットとして用い、各ユニットのＬＥＤ素子１２が各色ごとに回路的に分離するように、コネクタ１７の端子部に配線接続しても良い。そして、外部の無線リモコンと通信用ドライバモジュール４のアンテナ線４ｂとの間での双方向の無線通信に基づいてＬＥＤ素子１２を駆動制御すれば、赤、緑、青、アンバーの単色光、これらを組み合わせた中間色、電球色、昼白色など、あらゆる色素の光を発光させて混色性、配光性が良好な光を得ることができる。

放熱板１３は、ＬＥＤ素子１２が発する熱を放熱するもので、例えばアルミ板からなり、図３に示すように、素子基板１１が表面にネジ止め固定（図２の例では４箇所）して実装される。また、図２および図３に示すように、放熱板１３には、通信用ドライバモジュール４からのアンテナ線４ｂを放熱板１３上に導出するための開口穴１３ａが形成される。さらに、放熱板１３の外周部分は、Ｌ字状の係止片１３ｂを形成している。

ヒートシンク３は、例えば材料としてアルミを用いたアルミダイカストで形成され、互いに平行な端面３ａ，３ｂを有する裁頭円錐状をなしている。図３に示すように、ヒートシンク３の内周面には、通信用ドライバモジュール４の回路基板４ａと電源回路モジュール５の回路基板５ａを載置しネジ止めして取り付けるための取付部３ｃが一体形成される。ヒートシンク３は、大径部側の端面３ａの外周部分が放熱板１３の係止片１３ｂの厚さに合せた段付き部３ｄを形成しており、この段付き部３ｄに係止片１３ｂを係止した状態でＬＥＤモジュール２が配置され、ＬＥＤモジュール２が放熱板１３を介してヒートシンク３に熱的に結合される。また、ヒートシンク３における放熱板１３の下方の空間部分は、通信用ドライバモジュール４と電源回路モジュール５を収容するための収容部３ｅを形成している。

尚、本例では、材料としてアルミを用い、アルミダイカストでヒートシンク３を形成した場合を図示して説明しているが、これに限定されるものではない。例えばアルミの絞り加工でヒートシンク３を形成することもできる。この場合、図示はしないが、後述する通信用ドライバモジュール４の回路基板４ａと電源回路モジュール５の回路基板５ａは、例えば銅片などの熱伝導性の良好な部材を介してヒートシンク３の内面にネジ止め固定される。

また、ヒートシンク３の材料もアルミに限定されるものではない。例えばアルミナ等の絶縁材料からなるセラミックスでヒートシンク３を形成することもできる。この場合、ヒートシンク３自身が絶縁材料で構成されるので、電源回路モジュール５を絶縁材料からなる保護部材で別途覆う必要がなく、構成部品を削減して構成の簡略化が図れる。

通信用ドライバモジュール４は、Ｚ−Ｗａｖｅ無線通信規格に対応しており、円形の回路基板４ａにＣＰＵを含むＩＣチップが実装される。回路基板４ａは、熱伝導性の良好な材料を多く含む基板、例えばＣｕ箔層の多い４層ガラスエポキシ基板で構成される。回路基板４ａは、放熱板１３の直下に位置した状態で、ヒートシンク３の取付部３ｃにネジ止め固定して収容部３ｅに収容される。これにより、通信用ドライバモジュール４は、回路基板４ａの一部がヒートシンク３と熱的に結合され、回路基板４ａの回路が発する熱が回路基板４ａからヒートシンク３に伝わる。そして、ヒートシンク３の温度が上昇すると、ヒートシンク３と外気との接触による自然空冷によりヒートシンク３の表面から熱輻射として放熱される。

また、通信用ドライバモジュール４には、Ｚ−Ｗａｖｅ無線通信規格に対応した外部の無線リモコンとの間で双方向に無線通信するべく、使用する周波数に応じた長さのアンテナ線４ｂが接続される。アンテナ線４ｂは、例えば同軸ケーブルからなり、通信用ドライバモジュール４の回路基板４ａから放熱板１３の開口穴１３ａを通して放熱板１３上に導出され、結合部材８の取付溝８ｂ内に取り付けられる。通信用ドライバモジュール４は、口金モジュール６から電源回路モジュール５を介して供給される電源により駆動し、アンテナ線４ｂを介して無線リモコンとの間で双方向に無線通信し、複数のＬＥＤ電球１を同時または個別にオン・オフ制御したり、ＬＥＤ素子１１を各色ごとに独立して駆動制御し、光の調整（調光・調色）を行っている。

電源回路モジュール５は、円形の回路基板５ａに直流交流変換器を含む電源回路が実装され、通信用ドライバモジュール４と口金モジュール６にそれぞれ配線接続される。回路基板５ａは、熱伝導性の良好な材料を多く含む基板、例えばＣｕ箔層の多い４層ガラスエポキシ基板で構成される。電源回路モジュール５は、口金モジュール６から供給される電力により、ＬＥＤ素子１２の駆動に必要な電源や外部の無線リモコンとの双方向無線通信に必要な電源を通信用ドライバモジュール４に供給している。

また、電源回路モジュール５の回路基板５ａは、通信用ドライバモジュール４の直下に位置した状態で、ヒートシンク３の取付部３ｃにネジ止め固定して収容部３ｅに収容される。これにより、電源回路モジュール５は、回路基板５ａの一部がヒートシンク３と熱的に結合され、回路基板５ａの回路が発する熱が回路基板５ａからヒートシンク３に伝わる。そして、ヒートシンク３の温度が上昇すると、ヒートシンク３と外気との接触による自然空冷によりヒートシンク３の表面から熱輻射として放熱される。尚、電源回路モジュール５は、絶縁材料からなる不図示の保護部材によって保護される。また、本例では、上述した通信用ドライバモジュール４と電源回路モジュール５とをまとめて回路モジュールと称している。

口金モジュール６は、例えばＥ形（エジソンタイプ）のＥ２６が用いられ、電源回路モジュール５に配線接続される。

接続部材７は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）等の絶縁材料により所定の厚みを有してリング状に形成される。接続部材７は、一端面７ａにヒートシンク３が接続され、他端面７ｂに口金モジュール６が接続される。これにより、ヒートシンク３と口金モジュール６との間が接続部材７を介して接続される。

結合部材８は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）等の絶縁材料によりリング状に形成される。結合部材８は、ヒートシンク３の大径部側の段付き部３ｂに放熱板１３の係止片１３ｂを係止して放熱板１３をヒートシンク３との間に挟み込んだ状態で、ヒートシンク３の内周面に設けられる不図示の取付部にネジ止めすることにより放熱板１３に固定して取り付けられる。また、結合部材８の表面側の周面には、グローブ９の周端部を嵌め込んでグローブ９を装着するための嵌合溝８ａが全周にわたって形成される。さらに、嵌合溝８ａの内周側には、通信用ドライバモジュール４から放熱板１３の開口穴１３ａを通して導出されたアンテナ線４ｂを取り付けるための取付溝８ｂが全周にわたって形成される。

グローブ９は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）等の絶縁材料からなり、内面に拡散材が塗布されて半球状に形成される。グローブ９は、結合部材８の嵌合溝８ａに嵌合して取り付けられる。

このように、本例のＬＥＤ電球１によれば、ＬＥＤモジュール２の放熱板１３の一部がヒートシンク３と接触して熱的に結合されるとともに、回路モジュールである通信用ドライバモジュール４および電源回路モジュール５の回路基板４ａ，５ａの一部もヒートシンク３と接触して熱的に結合される構成なので、ＬＥＤ素子１２の熱のみならず通信用ドライバモジュール４や電源回路モジュール５の回路が発する熱も同時に放熱することができ、効率的な放熱を行うことができる。

また、ＬＥＤ電球１の外形を保った状態で、通信用ドライバモジュール４のアンテナ線４ｂがＬＥＤ素子１２の発光の妨げにならいない位置まで導出される構成なので、十分な放熱を行いつつ外部の無線リモコンとの間で双方向に良好な無線通信を行うことができる。

さらに、通信用ドライバモジュール４の回路基板４ａと電源回路モジュール５の回路基板５ａを円形に形成し、これら回路基板４ａ，５ａをヒートシンク３内の収容部３ｅに上下に配置して取り付けた構成なので、ヒートシンク３の空間部分を効率的に利用でき、回路部品を実装する面積を十分に確保することができる。

ところで、図示の例では、結合部材８の取付溝８ｂ内にアンテナ線４ｂを取り付けた構成について説明したが、この構成に限定されるものではない。アンテナ線４ｂは、ＬＥＤ電球１の外形を保った状態で光学的に邪魔にならない位置まで通信用ドライバモジュール４から導出される構成であれば良い。例えば放熱板１３の表面に取付溝を形成し、この取付溝内に絶縁層を介してアンテナ線４ｂを取り付ける構成、グローブ９の内周面に取付溝を形成し、この取付溝内にアンテナ線４ｂを取り付ける構成、アンテナ線４ｂの絶縁材料からなる被覆材を厚くしてアンテナ線４ｂを素子基板１１や放熱板１３に例えば接着して取り付ける構成としても良い。これらの構成によれば、結合部材８が省け、構成部品を削減して構成の簡略化を図ることができる。

１ ＬＥＤ電球
２ ＬＥＤモジュール
３ ヒートシンク
３ａ，３ｂ 端面
３ｃ 取付部
３ｄ 段付き部
３ｅ 収容部
４ 通信用ドライバモジュール
４ａ 回路基板
４ｂ アンテナ線
５ 電源回路モジュール
５ａ 回路基板
６ 口金モジュール
７ 接続部材
７ａ 一端面
７ｂ 他端面
８ 結合部材
８ａ 嵌合溝
８ｂ 取付溝
９ グローブ
１１ 素子基板
１１ａ 表面
１２ ＬＥＤ素子
１３ 放熱板
１３ａ 開口穴
１３ｂ 係止片
１４ 区画部
１５ 発光面
１６ 蛍光体樹脂
１７ コネクタ

Claims (2)

1. 複数のＬＥＤ素子が基板上に実装されて放熱板に取り付けられたＬＥＤモジュールと、
   無線リモコンにより双方向に無線通信するための通信用ドライバモジュールを含む回路モジュールと、
   前記ＬＥＤモジュールと前記回路モジュールが取り付けられ、前記複数のＬＥＤ素子の熱を前記放熱板を介して放熱するためのヒートシンクと、
   前記複数のＬＥＤ素子を覆うように前記ヒートシンクに取り付けられるグローブとを備えたＬＥＤ電球であって、
   前記回路モジュールの基板の一部が前記ヒートシンクと接触して熱的に結合されることを特徴とするＬＥＤ電球。
2. ＬＥＤ電球の外形を保った状態で、前記通信用ドライバモジュールのアンテナ線が前記ＬＥＤ素子の発光の妨げにならいない位置まで導出されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ電球。

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