(57)【要約】【課題】ＬＥＤを光源とし波長変換により一様な色の光を放出させることができ、かつ、放熱性に優れ、高輝度発光が可能なＬＥＤ照明灯を提供する。【解決手段】本発明は、ベース体２上に設置された発光ダイオード素子５と、ベース体上に発光ダイオード素子の光出力面を半球面状に覆うように設置された光透過性のＬＥＤカバー４と、ＬＥＤカバーの内面側に形成された、発光ダイオード素子からの光の波長を変換する蛍光体層３と、ベース体の裏面側に貼着されたＳｉＣ製の放熱体６と、ベース体の発光ダイオード素子の直下位置において当該ベース体を貫通するように形成されたサーマルビア９とを備えたＬＥＤ照明灯１を特徴とする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース体上に設置された複数個の発光ダイオード素子と、
前記ベース体上に前記発光ダイオード素子各々の光出力面を半球面状に覆うように設置された複数個の光透過性のＬＥＤカバーと、
前記ＬＥＤカバー各々の内面側に形成された、前記発光ダイオード素子からの光の波長を変換する蛍光体層とを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明灯。
【請求項２】
前記ベース体の前記発光ダイオード素子各々の直下位置において当該ベース体を貫通するように形成されたサーマルビアを備えたことを特徴とする請求項1に記載のＬＥＤ照明灯。
【請求項３】
前記ベース体の裏面側に貼着されたＳｉＣ製の放熱体を備えたことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明灯。
【請求項４】
前記蛍光体層は、前記ＬＥＤカバーの周縁部分から頂点に行くに従って漸次層厚を増加させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明灯。
【請求項５】
前記発光ダイオード素子は、青色発光するものであり、
前記蛍光体層は、前記発光ダイオード素子からの青色光を白色光に変換するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長変換型のＬＥＤ照明灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発光ダイオードＬＥＤは所定の波長の光のみを放出する単色性を有する。そこで、ＬＥＤを光源として白色光を得るＬＥＤ照明灯として、例えば、特開２００９−３８３０４号公報（特許文献１）に記載されているような、青色若しくは紫外線発光する複数個のＬＥＤ素子を基板上に実装し、それらのＬＥＤ素子の発光面を１個のＬＥＤカバーにて覆い、ＬＥＤカバーの内面に各ＬＥＤ素子からの光の波長を変換する蛍光体層を形成した構成のＬＥＤ照明灯が知られている。
【０００３】
従来のＬＥＤ照明灯は、複数個のＬＥＤ素子を１個のＬＥＤカバーにて覆う構成であるために、個々のＬＥＤ素子をＬＥＤカバーにて覆う場合に比べてＬＥＤカバーが大径になり、各ＬＥＤ素子からＬＥＤカバーまでの距離が不必要に長くなる。その結果、各ＬＥＤ素子からの光がＬＥＤカバーに到達するまでに光量ロスが発生し、蛍光体層による蛍光発光量も低くなり、総じて高輝度の発光が期待できない問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３８３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、ＬＥＤ素子を光源として波長変換により一様な色の光を放出させることができ、かつ、高輝度発光が可能なＬＥＤ照明灯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】
【０００６】
本発明は、ベース体上に設置された複数個の発光ダイオード素子と、前記ベース体上に前記発光ダイオード素子各々の光出力面を半球面状に覆うように設置された複数個の光透過性のＬＥＤカバーと、前記ＬＥＤカバー各々の内面側に形成された、前記発光ダイオード素子からの光の波長を変換する蛍光体層とを備えたＬＥＤ照明灯を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＬＥＤ照明灯によれば、ベース体上に設置された複数個の発光ダイオード素子各々の光出力面を半球面状に覆うように複数個の光透過性のＬＥＤカバー各々を設置し、ＬＥＤカバー各々の内面側に発光ダイオード素子からの光の波長を変換する蛍光体層を形成したので、個々のＬＥＤカバーに小径のものを採用でき、それによって各ＬＥＤ素子からＬＥＤカバーまでの距離を短くでき、その結果、各ＬＥＤ素子からの光がＬＥＤカバーに到達するまでの光量ロスが少なくなり、蛍光体層による蛍光発光量を大きくでき、総じて高輝度に発光できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１つの実施の形態のＬＥＤ照明灯に用いるベース体の平面図。
【図２】上記実施の形態のＬＥＤ照明灯に用いるベース体とその上に実装した発光ダイオード素子を示す平面図。
【図３】上記の実施の形態のＬＥＤ照明灯に用いるベース体の底面図。
【図４】上記の実施の形態のＬＥＤ照明灯の断面図。
【図５】上記実施の形態のＬＥＤ照明灯の斜視図。
【図６】上記実施の形態のＬＥＤ照明灯に採用したＬＥＤカバーの製造工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１〜図５は、本発明の１つの実施の形態のＬＥＤ照明灯１を示している。本実施の形態のＬＥＤ照明灯１は、多孔質のアルミナセラミックスから成るベース体２の上面に実装した複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子５と、複数個のＬＥＤ素子５各々を覆うドーム状のＬＥＤカバー４と、ベース体２の底面に貼着した炭化ケイ素ＳｉＣ製の放熱体６とで構成している。
【００１０】
ベース体２の表面の中央部に複数個、ここでは４個のＬＥＤ素子４をマウントし、直列に接続するための配線パターン７が形成してあり、この配線パターン７の素子マウント部７ａにＬＥＤ素子５を固定し、また、発光ダイオード素子５の表面に形成した電極と配線パターン７のリボン接合部７ｂとの間を金製リボン８で接続している。
【００１１】
ベース体２の各発光ダイオード素子５のマウント部と他の適切な複数箇所には、貫通孔に金属を充填した構造のサーマルビア９を形成している。発光ダイオード素子５をマウントする位置のサーマルビア９それぞれについては、その上面に発光ダイオード素子５の裏面をダイボンディングして、発光ダイオード素子５の裏面とサーマルビア９の上面とを高熱伝導ペーストを介して接続している。
【００１２】
各ＬＥＤ素子５の発光面を覆うＬＥＤカバー４は、ベース体２に対して接着してある。このＬＥＤカバー４の内面には、例えば、白色発光用のシリケート系蛍光体の蛍光体層３が形成してある。ＬＥＤカバー４の内側の空間は空気層１０である。
【００１３】
図４に示したように、蛍光体層３はＬＥＤカバー４の周縁部分から頂点に行くに従って漸次層厚が増加するようになっている。ベース体２上に設置されたＬＥＤ素子５はその発光面から直上方向に放出される光の輝度が高く、水平方向に至るに従って輝度が低まる輝度分布特性（配光特性）を有している。そこで、本実施の形態では、ＬＥＤ素子５からの光の輝度が高いＬＥＤカバー４の頂点部分では蛍光体層３の層厚を厚くし、ＬＥＤ素子５からの光の輝度が低い周縁部分に行くに従って蛍光体層３の層厚を薄くすることで蛍光体層３により波長変換されてＬＥＤカバー４から放出される光の量と波長変換されずにＬＥＤカバー４を透過する光の量との割合が同等になるようにしている。
【００１４】
ベース体２の各ＬＥＤ素子５のマウント部と他の適切な複数箇所には、貫通孔に金属を充填した構造のサーマルビア９を形成している。ＬＥＤ素子５をマウントする位置のサーマルビア９それぞれについては、その上面にＬＥＤ素子５の裏面をダイボンディングして、ＬＥＤ素子５の裏面とサーマルビア９の上面とを高熱伝導ペーストを介して接続している。ベース体２の裏面には炭化ケイ素ＳｉＣ製の放熱体６を貼着している。
【００１５】
ベース体２は、多孔質のアルミナセラミックス製であり、反射板として機能する。ベース体２の裏面に貼着した放熱体６は、炭化ケイ素ＳｉＣである。実寸法を例示すれば、ベース体２は縦×横×厚さ＝１３×１５×０．５［ｍｍ］であり、放熱体６の厚みは３［ｍｍ］である。
【００１６】
放熱体６の素材である炭化ケイ素は、高硬度で耐熱性に優れ、かつ、熱を伝えやすい性質を持っている。そのため、サーマルビア９にて伝熱されるＬＥＤ素子５の熱を効果的に放熱し、ＬＥＤカバー４内に熱がこもらないようにしてＬＥＤ素子５の温度上昇を抑制する。
【００１７】
本実施の形態で採用する炭化ケイ素製の放熱体６の特性は次である。
【００１８】
商品名：イビデン社製のＳＣＲ−３０２
組織：Ｓｉ＋ＳｉＣの緻密質、黒色。
【００１９】
物性：密度３．０５［ｇ／ｃｍ３］、気孔率０％、硬度２０Ｈｖ［ＧＰａ］、曲げ強度（Ｒ・Ｔ）２８０［ＭＰａ］、ヤング率（Ｒ・Ｔ）３４０［ＧＰａ］、熱膨張率（Ｒ・Ｔ〜８００℃）４．４［×１０−６／℃］、熱伝導率（Ｒ・Ｔ）２２０［Ｗ／ｍ・ｋ］、最高使用温度（不活性雰囲気）１２００［℃］、比熱（Ｒ・Ｔ）６６０［Ｊ／Ｋｇ・Ｋ］、体積固有抵抗１００〜１０１。
【００２０】
特徴：超高熱伝導、高剛性、耐熱衝撃。
【００２１】
ＬＥＤカバー４に対して不等厚の蛍光体層３を形成する方法は、次による。図６（ａ）に示すように、ＬＥＤカバー４の凹面側を上向きにして、蛍光体粉末３′を溶かし込んだ溶剤１２をＬＥＤカバー４の凹面内に満たす。
【００２２】
ここで、蛍光体粉末３′には、白色光を取り出すためにはシリケート系蛍光体の粉末を用い、溶剤１２としては、例えば、ミクニペイント株式会社製の超耐候性塗料「スプラ」シリーズの中の次のものを用いることができる。
【００２３】
硬化剤：Ｎｏ．９１６−１６２、ＮＹクリヤーＳＰ  ［Ｐ］
密着性向上剤：Ｎｏ．９−９９４５、密着性向上剤ＨＮ
希釈剤：Ｎｏ．９−００４８、ＮＹシンナー
次に、ＬＥＤカバー４の凹面内に蛍光体粉末３′を溶かし込んだ溶剤１２を満たした後、溶剤１２を乾燥させる。図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、溶剤１２の乾燥工程で、溶剤１２は水平な液面から漸次気化、消散してゆく。このとき、溶剤１２の消散が進み、その液面が低くなって行くに従い蛍光体粉末３′の濃度が漸次に濃くなってゆく。この結果として、図６（ｄ）に示すように、溶剤１２が完全に気化、消散した乾燥状態でＬＥＤカバー４の内面に残った蛍光体粉末３′は、ＬＥＤカバー４の周縁部分から頂点部分に行くのに従って重力の影響で漸次層厚が増して行く形の層厚分布をなす蛍光体層３となる。
【００２４】
上記実施の形態のＬＥＤ照明灯１によれば、次のような効果を奏する。ＬＥＤカバー４の内面に形成された蛍光体層３の層厚をＬＥＤカバー４の周縁部分から頂点部分に至るまで均一にした場合、ＬＥＤ素子５からの光の輝度が高いＬＥＤカバー４の頂点部分と輝度が低い周縁部分とで蛍光体層３により波長変換される光の量と波長変換されずに透過する光の量との割合が異なることになり、その結果として、各ＬＥＤ素子５を外から見たときに中央部分と周縁部分とで光の色が異なり、一様な色の光が得られないことがある。これに対して、本実施の形態ＬＥＤ照明灯１では、全ＬＥＤ素子５を発光させると、配光特性１１は図４に示したものとなる。すなわち、各ＬＥＤ素子５の光は蛍光体層３により波長変換されてＬＥＤカバー４から放出される光の量と波長変換されずにＬＥＤカバー４を透過する光の量との割合が同等になり、各ＬＥＤ素子５を外から見ると、真上から見ても横方向から見てもほぼ同じ白色で発光しているように見せることができる。そしてＬＥＤ照明灯１の全体の配光特性１１は図４に示すものとなり、ＬＥＤ照明灯１の全体としても真上から見ても横方向から見てもほぼ同じ白色で発光しているように見える。
【００２５】
また、上記実施の形態のＬＥＤ照明灯１によれば、ベース体２上に設置された複数個の発光ダイオード素子５各々の光出力面を半球面状に覆うように複数個の光透過性のＬＥＤカバー４各々を設置し、ＬＥＤカバー４各々の内面側に発光ダイオード素子５からの光の波長を変換する蛍光体層３を形成したので、個々のＬＥＤカバーに小径のものを採用でき、それによって各ＬＥＤ素子５からＬＥＤカバー４までの距離を短くでき、その結果、各ＬＥＤ素子５からの光がＬＥＤカバー４に到達するまでの光量ロスが少なくなり、蛍光体層３による蛍光発光量を大きくでき、総じて高輝度に発光できる。その上、複数個のＬＥＤ素子５各々に小径のＬＥＤカバー４各々を被せているので、大径のＬＥＤカバーを全ＬＥＤ素子に同時に被せる構成に比べてＬＥＤカバー４全体の表面積を広くでき、発光面積が広くでき、その点からも輝度の向上が図れる。
【００２６】
また、高輝度発光のためには多数個のＬＥＤ素子５をベース体２上に実装する必要があるが、多チップ実装になればその点灯のために大電流を流す必要があり、結果的に発熱が大きくなる。しかしながら、本実施の形態のＬＥＤ照明灯１によれば、ＬＥＤ素子５を実装したベース体２の裏面に放熱性に優れたＳｉＣ製の放熱体６を貼着しているので、サーマルビア９にてＬＥＤ素子５の熱を放熱体６に熱伝導させ効果的に放熱させることができ、放熱特性が良好な分、温度上昇を抑制でき、大電流を流すことができ、高輝度発光が可能になる。
【００２７】
尚、上記の実施の形態では白色発光のＬＥＤ照明灯１について説明したが、発光色は白色に限られることはなく、用いるＬＥＤの種類と蛍光体の種類に応じて他の種々の色を発光させることができる。また光透過性のＬＥＤカバーについても、それがカバーするＬＥＤ素子５の数と配置により略トンネル穴状にすることもあり得る。そしてトンネル穴状の場合にも頂点部分で蛍光体層厚を厚くし、周縁部分で層厚を薄くする。また、上記実施の形態では不等厚に蛍光体層３を形成したＬＥＤカバー４を採用したが、構成を簡素化するためにはこの蛍光体層３を等厚分布のものとすることも許容される。
【符号の説明】
【００２８】
１  ＬＥＤ照明灯
２  ベース体
３  蛍光体層
４  ＬＥＤカバー
５  発光ダイオード素子
６  放熱体
７  配線パターン
８  金製リード
９  サーマルビア
１１  配光特性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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