(57)【要約】      （修正有）【課題】光源部の発熱が５０℃を超えないヒートシンクの構造を有するＬＥＤ光源を提供する。【解決手段】発光ダイオードを、エポキシ系接着剤によってアルミニウム薄板のヒートシンクに直接接着させる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード、エポキシ系接着剤、アルミニウム薄板のヒートシンクにより構成された新規なヒートシンク構造を有するＬＥＤ光源
【請求項２】
ヒートシンク構造として、熱伝導性に優れたアルミニウム薄板を放射状に配列させ、その上に、基板を省略した発光ダイオードを直接接着させた請求項１のＬＥＤ光源
【請求項３】
ヒートシンク構造として、熱伝導性に優れたアルミニウム薄板を平行に配列させ、その上に基板を省略した発光ダイオードを直接接着させた請求項１のＬＥＤ光源
【請求項４】
発光ダイオードの基板を省略し、熱伝導性に優れたアルミニウム薄板を直接接着し、シャーシとして使用した請求項１のＬＥＤ光源
【請求項５】
光反射性に優れたアルミニウム薄板をシャーシとして使用し、その上に発光ダイオードを直接接着した請求項１のＬＥＤ光源
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、蛍光灯照明に変わって普及しようとしているＬＥＤ照明の新規な放熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  青色発光ダイオードの開発により光の３原色である赤、緑、青のＬＥＤ光源が揃い、省エネ照明器具としての利用が拡大している。しかし、５万時間の耐久性があると言われているＬＥＤの寿命が、４万時間以下に留まっている。これは半導体チップが、５０℃以上に昇温することにより、その寿命を短縮しているのが原因である。現行のＬＥＤ光源のヒートシンク構造に問題が残されていることを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】  ＬＥＤ及びヒートシンクをキーワードとして、過去１０年間の公開特許公報と公開実用新案公報について、公報テキスト検索をすると、１４６件が検索できた。その中で、発明の名称又は要約の中に、放熱構造体或いはヒートシンクがあるものが、９件あった。高熱伝導層と低熱膨張率層を積層した薄板状の構造体のヒートシンク技術があり、熱を蓄積しない工夫が見られる（特許文献１）。帯状の金属板を巻物状に巻いて、その端から空気を取り込む構造にした空冷方式のヒートシンクである（特許文献２）。また、ヒートシンクにヒートパイプを接続した放熱構造体が提案されている（特許文献３）。ヒートシンクとリードフレームを絶縁樹脂により接合されたヒートシンク付きＬＥＤパッケージの製造方法が公開されている（特許文献４）。自動車用ではあるが、熱伝導性の本体部に、電気絶縁性の連結部を介して、ＬＥＤを取付けた特許も公開されている（特許文献５）。【０００４】  さらに古い特許の中には、歯科の光硬化装置に使用されている光源の発熱を放散させるヒートシンクが提案されている。熱を硬化装置の先端から離れた所へ放散させるものである（特許文献６）。スタンドの白熱電球のような形状のＬＥＤランプで、光を指向させるリフレクターを有し、外側のシェルとの間に空気を通過させる構造にして冷却している特許もある（特許文献７）。穴のある板状部材を張り合わせて、冷却流体を供給して排出することで冷却するヒートシンクやヒートシンクを内蔵したネジ式のＬＥＤランプで、ヒートシンク部分が、ネジの芯にある特徴ある技術が公開されている（特許文献８、特許文献９）。しかし、本考案に類似の先行技術は見当たらなかった。【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７４１２２
【特許文献２】特開２００９−１６６７４
【特許文献３】特開２００９−４６８８
【特許文献４】特開２００６−３２４４３８
【特許文献５】特開２００６−３２３４６
【特許文献６】特開２００５−１９３０５４
【特許文献７】特開２００５−１５８７４６
【特許文献８】特開２００４−１３４７９７
【特許文献９】特開２００４−１２８４３３
【非特許文献】
【０００６】  本考案に関連するヒートシンク構造を示す具体的な非特許文献は見当たらない。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】  本考案が解決しようとしている課題の第一は、ＬＥＤ光源の半導体部分の温度を、５０℃以上に上昇させないことである。第二の課題は、これまでのＬＥＤランプの冷却構造が複雑であり、製造コストも高いものとなっていた。立証実験によって、温度上昇の少ないヒートシンク構造を見出すことである。第三の課題は軽量化である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  表１は、理化学辞典で見た各種材料の比重、熱伝導度、ヤング率である。熱伝導度は、Ｗ／ｍ．Ｋの単位の数字である。ヤング率は、１０９Ｎ／ｍ２の単位で表示してある。
【表１】
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表１から、放熱のために熱伝導率の高いものを、軽量化のために比重の低いものの採用を考えると、アルミニウムが最適である。金属の変形のし易さや成型性を考えると、ヤング率の低い錫とアルミニウムが適している。錫はハンダによる接着ができるメリットもある。【０００９】  また、アルミニウムは、色々の断面を有するロッドとして押出し成型することができ、所定の長さに切断してヒートシンクに使用できる。アルミニウムのヒートシンクと金属との接合には、エポキシ接着剤が使用できる。エポキシ樹脂とポリアミドアミンの二液性の常温硬化性の接着剤の使用が適している。【００１０】  さらに、従来から発光ダイオードのベースに、銅やアルミニウムの薄板と絶縁層が積層されたものが基板として使用され、我々の実験では、これが熱伝導を著しく損なっていることを認めた。立証実験の結果、発光ダイオードの下の基板を省略して、直接ヒートシンクにエポキシ樹脂で、発光ダイオードを接着して、放熱効果を上げることとする。
【考案の効果】
【００１１】  アルミニウムヒートシンクの構造として、基板を省略して、発光ダイオードを直接ヒートシンクに接合すると、アルミニウムの薄板が周辺に放射状にあるヒートシンクを使用すると、半導体チップの温度は、５０℃程度にとどまり、ＬＥＤ光源の寿命の５万時間が保証できる。さらに、各種のヒートシンク構造を追及した結果、放射状の形状の他に、アルミニウムの薄板を一定間隔に積層したものも５０℃を超えなかった。出力の低いものでは、一枚の光反射性のシャーシへの接着により、十分な放熱が達成できることを認めた。【００１２】  また、別の実験の結果、アルミニウムの伝導性の良いシャーシによって、優れたヒートシンク性を認めた。シャーシのみで放熱できれば、第二の課題と第三の課題が、一度に解決できる効果がある。【００１３】  ＬＥＤ光源の長寿命化が実現できれば、家庭や工場の照明のみならず、デパートの商品のスポットライトに使用することができる。ハロゲンランプに代わって、照射角度を絞ったスポットライトとして、ショウウインドウの中の省エネタイプの長時間連続照明に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ａ放射状構造のヒートシンクを有するＬＥＤ光源の側面模式図  ｂ放射状構造のヒートシンクを有するＬＥＤ光源のヒートシンクの断面模式図
【図２】積層構造のヒートシンク構造を有するＬＥＤ光源の斜視図
【図３】ａシャーシを放熱部としたＬＥＤ光源の側面模式図  ｂ反射性アルミニウムをヒートシンクとした一灯用ＬＥＤ光源の断面模式図  ｃ三灯タイプのＬＥＤ光源の断面模式図
【考案を実施するための形態】
【００１５】  本考案を実施する形態について、図を使用して説明する。図１ａは、下部にアルミニウムのヒートシンクを有するＬＥＤ光源である。１は発光ダイオード、２は発光ダイオードを保護カバーしている透明樹脂、３は発光ダイオードが乗っているベースであり、周辺を樹脂で固めている金属板である。これら１，２，３はセットになってＬＥＤ光源として取引されている。本考案でもこの組合せを発光ダイオードと称している。図１ａに見られるように、３の下に基板はない。４はアルミニウムのヒートシンクの全体の模式図である。５は放射状の断面を有する薄板である。１０は、発光ダイオードとヒートシンクの間の接着剤層である。この層は薄いほどよい。
【００１６】  図１ｂは、ヒートシンク部の断面模式図である。アルミニウムのフィンは、５で示すように、放射状に並び途中で、二枚に枝分かれしている。冷却効率が良いためアルミニウムを成型する時に、この構造に押出して製造し、５ｃｍ程度にカットして接着剤で取付けている。このフィン構造により発光部の熱が、効率的に放熱され、発光部の温度上昇を防いでいる。アルミニウム薄板の構造は、これに限定するものではない。
【００１７】  図２は、別のヒートシンク構造を示している。１，２，３は、ＬＥＤ光源部であり、発生する熱を６で示す層状のフィンで放熱する構造である。この構造も放熱には効果的であり光源の耐久性向上に寄与する構造である。
【００１８】  図３は、より簡便な冷却構造であり、ａはシャーシを放熱部としたＬＥＤ光源部の側面模式図である。ＬＥＤ光源部から発生する熱は、７を伝播して放熱され、光源部が５０℃を上回ることはない。ｂは、アルミニウムの光沢のある反射板のシャーシの中に、一灯のＬＥＤ光源を取付けた構造である。反射性アルミニウムがヒートシンクとしての効果が十分あった。ｃは、三灯タイプのアルミニウムシャーシであり、９で示すシェードがあっても８の光反射性のアルミニウムシェードにより放熱される構造である。
【実施例】
【００１９】  図１で説明する。１，２及び３で示すＬＥＤ光源の点灯により発熱する熱をアルミニウムのヒートシンク４で放熱する構造である。３の金属板には錫の合金を使用した。５は、アルミニウムを押出し成型により製造し、長さを５ｃｍに切断したヒートシンクである。エポキシ樹脂を主剤として、硬化剤のポリアミドアミンを等量加えて攪拌し、極めて薄い膜として、ヒートシンクに塗布して、ＬＥＤ光源部とヒートシンクの上部を接着した。１０が接着剤層である。これで、衣料のショウウインドウのスポットライトを製造したが、効果的に放熱ができ、ＬＥＤ光源部が、６０℃に達することはなかった。コストダウンと軽量化にも成功した。
【産業上の利用可能性】
【００２０】  ＬＥＤ光源部の発熱が抑えられ、光源として使用時に、５０℃程度以下に押えられれば、目標の５万時間の寿命が実現できる。ＬＥＤ光源が高価でも、耐久性の点で、白熱光源や蛍光灯に対抗でき、家庭、工場のエコロジー照明として、普及すると期待している。
【符号の説明】
【００２１】  １  発光ダイオード
２  樹脂レンズ
３  周辺を保護した金属板
４  ヒートシンク
５  途中から２枚に分かれて放射状にあるアルミニウムの薄板
６  積層構造のアルミニウムの薄板
７  ＬＥＤ光源を取付けたシャーシ
８  光反射性のアルミニウムシャーシ
９  三灯タイプのＬＥＤ光源のシェード
１０  ＬＥＤ光源部とアルミニウム製のヒートシンクを接着しているエポキシ系の接着剤の薄層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年8月17日(2010.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
発光ダイオードをエポキシ系接着剤によってアルミニウム薄板のヒートシンクに直接接着させた新規なヒートシンク構造を有するＬＥＤ光源
【手続補正２】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
発光ダイオードの基板を省略し、熱伝導性に優れたアルミニウム薄板に、発光ダイオードを直接接着し、シャーシとして使用した請求項１のＬＥＤ光源
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月19日(2010.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
発光ダイオードをエポキシ系接着剤によってアルミニウム薄板のヒートシンクに直接接着させた新規なヒートシンク構造を有するＬＥＤ光源
【手続補正２】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
発光ダイオードの基板を省略し、熱伝導性に優れたアルミニウム薄板に、発光ダイオードを直接接着し、シャーシとして使用した請求項１のＬＥＤ光源