(57)【要約】【課題】新たな放熱経路を確保することにより高出力化、即ち、更なる輝度の向上を図れるランプを提供する。【解決手段】ランプ１は、透光性材料により形成され且つ内部に気体が密封された密閉容器７０と、ＬＥＤモジュール５を有し、密閉容器７０の外表面の一部に熱的に結合してＬＥＤモジュール５が配置されるとともに、気体は、吸熱解離性ガス（Ｎ２Ｏ４）と、Ｎ２Ｏ４ガスが熱解離することにより生成される解離ガス（ＮＯ２）とを含み、点灯中において、密閉容器７０はＬＥＤモジュール５を発熱源とする温度分布を有し、Ｎ２Ｏ４ガスとＮＯ２ガスとは可逆平衡の関係にある。【選択図】図１
2013182899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料により形成され且つ内部に気体が密封された密閉容器と、半導体発光素子からなるＬＥＤモジュールを有し、密閉容器の外表面の一部に熱的に結合してＬＥＤモジュールが配置されるとともに、前記気体は、化学平衡をもたらす少なくとも２種の化学種からなるガスを含み、点灯中において、密閉容器はＬＥＤモジュールを発熱源とする温度分布を有する
ことを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記化学平衡をもたらす少なくとも２種の化学種からなるガスは、吸熱解離性ガスと、吸熱解離性ガスが熱解離することにより生成される解離ガスとからなり、吸熱解離性ガスと解離ガスとは温度依存の可逆平衡の関係にある
ことを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項３】
前記吸熱解離性ガスは、温度差が５０℃であるときの解離度の差（百分率）が２０％以上、望ましくは４０％以上の熱解離能力を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のランプ。
【請求項４】
前記吸熱解離ガスは、四酸化二窒素分子であり、
前記解離ガスは、二酸化窒素分子である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５】
透光性材料により形成され且つ内部に気体が密封されたバルブと、半導体発光素子を有し、前記バルブ内に配置されたＬＥＤモジュールとを備え、前記気体は、無色で化学的に不活性な一量体からなる解離ガスと、二部の解離ガスが反応して一部の二量体となる吸熱解離性ガスとを含み、点灯中において前記バルブはＬＥＤモジュールを発熱源とする温度分布を有し、吸熱解離性ガスと解離ガスとは温度依存の可逆平衡の関係にある
ことを特徴とするランプ。
【請求項６】
前記化学平衡をもたらす少なくとも２種の化学種からなるガスは、分子基底状態のエネルギー準位が相互に異なる２種異性体ガスの組み合わせからなり、相互の化学構造変化が温度依存の可逆平衡の関係にある
ことを特徴とする請求項１記載のランプ。
【請求項７】
透光性材料により形成され且つ内部に気体が密封されたバルブと、半導体発光素子を有し、前記バルブ内に配置されたＬＥＤモジュールとを備え、前記気体は、無色で化学的に不活性な分子基底状態のエネルギー準位が相互に異なる２種異性体ガスの組み合わせからなり、点灯中において前記バルブはＬＥＤモジュールを発熱源とする温度分布を有し、相互の化学構造変化が温度依存の可逆平衡の関係にある
ことを特徴とするランプ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のランプを備える
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を用いたランプと、それを用いた照明装置に関し、特に放熱性向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）は、一定レベルの光出力および発光効率が達成され、ランプ用途として使用されつつある。
ところで、ＬＥＤは、温度が上昇すると発光効率が低下してしまうため、温度が高ければ供給電力が同じでも輝度は低下してしまう。従って、このＬＥＤを用いたランプでは、ＬＥＤの温度上昇を抑制するためにランプの放熱特性の向上が求められている。
【０００３】
特に、照明メーカとしては、デバイスメーカが作製したＬＥＤモジュール（ＬＥＤ素子）の発光効率以上にその値を向上させることはできない。従って、そのような状況下では、ランプの放熱特性を向上させることが重要となってくる。
これに対して、従来から、ＬＥＤモジュールで発生した熱を、主として、筐体や口金に伝導させて後、筐体の外表面から外部へ放出されたり、口金からソケットを介して照明器具側へ放出させたりするランプが提案されている（特許文献１参照）。
【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】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、一定レベル以上の輝度向上のためにＬＥＤモジュールへの供給電力を増加させた場合、放熱が十分ではなく、ＬＥＤの温度上昇を十分に抑制できず、ＬＥＤの発光効率が低下してしまう。従って、輝度向上のためには、ランプの放熱経路として、口金からソケットを介して照明器具側へ至る経路を太くしたり、その他に新たな放熱経路を確保したりする必要がある。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、新たな放熱経路を確保することにより高出力化、即ち、更なる輝度の向上を図れるランプ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るランプは、バルブ内に透光性材料により形成され且つ内部に気体が密封された密閉容器と、半導体発光素子からなるモジュール（ＬＥＤモジュール）を有し、密閉容器の外表面の一部に熱的に結合したＬＥＤモジュールが配置されるとともに、気体が、吸熱解離性ガスと、吸熱解離性ガスが熱解離することにより生成される解離ガスとを含み、点灯中において密閉容器はＬＥＤモジュールを発熱源とする温度分布を有し、吸熱解離性ガスと解離ガスとは温度依存の可逆平衡の関係にある。
【発明の効果】
【０００８】
本構成によれば、密閉容器内の領域の温度差に起因して、二箇所の高低温度領域の吸熱解離性ガスと解離ガスのそれぞれは、解離平衡理論に基づいた分圧差を生じ、両者はそれぞれその分圧差が解消される方向に物質移動を始めることができる。両者ガスはそれぞれの分子構造に依存した熱容量を有するので、物質移動は即ち熱の移動でもある。ＬＥＤモジュールに近い高温域の熱量は密閉容器の低温域まで運ばれ、基台を通じての熱伝導で筐体外部に放出される。同時に、密閉容器内低温域の熱量は、高温域まで運ばれ、ＬＥＤモジュールの冷却に寄与する。
【０００９】
つまり、本構成では、ＬＥＤモジュールで発生した熱の放出は、封入気体の熱伝導や対流に依存するだけではなく、気体に含まれる化学的な解離平衡ドリフトを駆動源とする物質移動によっても達成される。これにより、ＬＥＤモジュールで発生した熱をランプ外部にまで輸送する能力を向上させることができるので、ＬＥＤモジュールへの供給電力を増加させてもＬＥＤモジュールの温度上昇を抑制でき、ＬＥＤモジュールの発光効率の低下を抑制でき、またＬＥＤの素子破壊を抑制できる。その結果、ＬＥＤモジュールの高出力化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るランプの斜視図。
【図２】実施の形態１に係るランプの断面図。
【図３】実施の形態１に係るＬＥＤモジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図。
【図４】実施の形態１に係る気体について、Ｎ２Ｏ４分子の解離度の気体温度依存性を示す図。
【図５】実施の形態１に係るランプについて、（ａ）は放熱モデルを説明するための模式図を示し、（ｂ）と（ｃ）は（ａ）における密閉容器内の領域Ｓに介在するＮＯ２ガスおよびＮ２Ｏ４ガスの分圧を示す図。
【図６】比較例に係るランプの斜視図。
【図７】実施の形態２に係るランプの斜視図。
【図８】実施の形態２に係るランプの断面図。
【図９】実施の形態２に係るＬＥＤモジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図。
【図１０】実施の形態１に係るランプについて、（ａ）は放熱モデルを説明するための模式図を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＬＥＤモジュールとバルブの内周面との間の領域Ｓに介在するＮＯ２ガスおよびＮ２Ｏ４ガスの分圧を示す図。
【図１１】実施の形態１に係るランプにおける、Ｎ２Ｏ４分子およびＮＯ２分子の濃度拡散の様子を示す図。
【図１２】実施の形態３に係る照明装置の一部破断した側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
＜１＞構成
本実施の形態に係るランプ１の全体構成について、図１および図２を参照しながら説明する。ここで、図１は、ランプ１の斜視図、図２は、ランプ１の断面図である。
図１および図２に示すように、本実施の形態に係るランプ１は、白熱電球に代替する電球形のＬＥＤランプであって、光源であるＬＥＤモジュール５と、バルブ７と、基台６１と、電力を受電する口金１１とを備える。さらに、本実施の形態に係るランプ１は、ケース（筐体）９と、一対のリード線４９、５１と、回路ユニット１５とを備える。
【００１２】
この図１および図２に示すような、ＬＥＤモジュール５をランプ１の中央に配置し、透光性のバルブ７を介して光を四方八方に放出するタイプの電球形ＬＥＤランプは、その優れた照明心理効果（クリア白熱電球を模したきらめき感）が照明利用者に受け入れられており、照明利用者の間で注目を集めている。
＜１−１＞ＬＥＤモジュール
図３は、ＬＥＤモジュール５の構造を示す図である。図３（ａ）は、ＬＥＤモジュール５の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【００１３】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＥＤモジュール５は、実装基板２１と、実装基板２１の表面に実装された複数のＬＥＤチップ（半導体発光素子）２２と、ＬＥＤチップ２２を封止する封止体２３を備える。
実装基板２１は、平面視形状が円形状をしており、中央部を挟んで対向する両端部それぞれに平面視円形状の貫通孔２６が形成されている。また、実装基板２１上には、ＬＥＤチップ２２同士を電気的に接続（直列接続又は／及び並列接続である。）したり、ＬＥＤチップ２２と回路ユニット１５とを電気的に接続するための配線パターンが形成されたりしている。この配線パターンには、各貫通孔２６の外周部に形成された給電端子２４ａ，２４ｂが含まれる。ここで、各貫通孔２６は、ＬＥＤチップ２２と回路ユニット１５とを電気的に接続するリード線４９、５１の端部を挿通するためのものである。
【００１４】
実装基板２１は、ＬＥＤチップ２２から発せられた光のうち、後方へ発せられた光を遮らないように、透光性材料により構成されている。つまり、実装基板２１の上面側のＬＥＤチップ２２で発せられて実装基板２１に向かう光が、そのまま実装基板２１を透過してバルブ７から出射するように、実装基板２１を透光性材料により構成している。この透光性材料としては、例えば、ガラスやアルミナ等がある。また、ＬＥＤチップ２２から後方へ発せられた光の利用を考慮すると、配線パターンも透光性の材料で構成されるのが好ましく、このような透光性の材料としてはＩＴＯ等がある。なお、実装基板２１としては、例えば、金属板と、当該金属板のＬＥＤチップ２２の実装される面側に貼り付けられた絶縁シートとからなるものを採用してもよい。
【００１５】
ＬＥＤチップ２２は、複数あり、間隔（例えば、等間隔である。）をおいて、円形状の実装基板２１上に２列に配置されている。このＬＥＤチップ２２は、ＧａＮ系半導体から形成されたいわゆる青紫色発光ダイオードである。なお、このＬＥＤチップ２２の個数、配置等は、ランプ１に要求される輝度等により適宜変更してもよい。
封止体２３は、主に、透光性材料からなる。封止体２３は、ＬＥＤチップ２２への空気や水分の侵入を防止する機能を有する。ここでは、複数のＬＥＤチップ２２が直線状に配されている列単位で、当該列を構成するＬＥＤチップ２２を被覆している。
【００１６】
封止体２３は、空気等の侵入防止機能の他、ＬＥＤチップ２２から発せられた光の波長を当該光の波長とは異なる波長に変換する必要がある場合は、ＬＥＤチップ２２からの光の波長を変換する波長変換機能も有する。なお、波長変換機能は、例えば、蛍光体材料を透光性材料に混入することにより実現できる。
封止体２３を構成する透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂を利用することができる。また、波長変換機能を持たせる場合には、変換材料としては例えば蛍光体粒子を利用することができる。前述のように、ＬＥＤチップ２２は青色光を発光色とするものである場合、透光性材料に青紫色光を黄色光に変換する黄色蛍光体粒子を分散させると、ＬＥＤチップ２２から出射された青紫色光と、蛍光体粒子により波長変換された黄色光とにより混色された白色光が発せられる。また、演色性を向上させるため、それ以外の発光色の蛍光体粒子を含めても良い。
【００１７】
＜１−２＞バルブ
図１および図２に示すように、バルブ７は、白熱電球のバルブ（ガラスバルブとも言う。）と同じような形状をしている。バルブ７は、ここでは、一般白熱電球（フィラメントを有する電球）と似た形状をした、いわゆるＡタイプである。なお、バルブ７の形状は、必ずしもＡ形である必要はない。例えば、バルブ７の形状は、Ｇ形等であってもよい。
【００１８】
バルブ７は、中空の球状をした球状部７ａと、筒状をした筒状部７ｂとを備える。筒状部７ｂは、球状部７ａから離れるに従って縮径している。
バルブ７は、透光性材料であるソーダ石灰ガラスから形成されている。なお、バルブ７は、例えば、透光性の樹脂材料や透光性セラミックス等から形成してもよい。また、バルブ７内は大気圧になっている。なお、バルブ７内部の気密性は要求されない。
【００１９】
＜１−３＞基台
基台６１は、略円板状の形状を有し、中央部に密閉容器７０の排気管封止部７０ａが嵌合する貫通孔６１ｃが形成されている。そして、基台６１は、有底円筒状部７０の排気管封止部７０ａが嵌合された状態で有底円筒状部７０を支持している。また、基台６１は、その周面がケース９の内周面に接触した状態でケース９に固定されている。基台６１における中央部を挟んだ２箇所それぞれには、回路ユニット１５からＬＥＤモジュール５０５に電力を供給するためのリード線４９，５１を挿通するための貫通孔６１ｂが貫設されている。また、基台６１の周部全体には、段部６１ｃが形成されており、基台６１がケース９に固定された状態で段部６１ｃとケース９の周壁との間に生じる隙間にバルブ７の開口側端部７ｃが位置した状態で、シリコーン樹脂からなる接着剤により固着されている。基台６１は、アルミニウム等の金属から形成されている。
【００２０】
＜１−４＞口金
口金１１は、ランプ１が照明装置に取り付けられ点灯された際に、照明装置のソケットから電力を受けるための部材である。口金１１の種類は、特に限定されるものではないが、例えばエジソンタイプであるＥ２６口金やＥ１７口金が挙げられる。図２に示すように、口金１１は、略円筒形状であって外周面が雄螺子となっているシェル部２７と、シェル部２７に絶縁部２９を介して装着されたアイレット部３１とを備える。ここで、シェル部２７には、リード線３３が接続され、アイレット部３１には、リード線３５が接続されている。そして、口金１１で受電した電力は、２本のリード線３３，３５を介して回路ユニット１５に入力される。また、口金１１の内周面には、ケース９に螺合させるための螺合部が形成されている。
【００２１】
＜１−５＞ケース
ケース９は、回路ユニット１５を収納するためのケースである。図２に示すように、ケース９は、円筒状の第１ケース部９ａと、これに連なる円筒状の第２ケース部９ｂとからなる。
第１ケース部９ａは、内径がバルブ７の開口部７ｃ側の外径とほぼ同じであり、内表面がバルブ７と接着剤を介して接触するように構成されている。また、第１ケース部９ａの下端部には、周壁の全周に亘って溝部９ｃが形成されており、後述の回路基板４１の周部がこの溝部９ｃに嵌合した形で、回路ユニット１５が第１ケース部９ａに固定される。従って、回路ユニット１５で発生した熱は、後述の回路基板４１の周部から第１ケース部９ａに伝導する。そして、第１ケース部９ａの外表面は外気に露出しており、ケース９に伝導した熱は、第１ケース部９ａの外表面から外部に放熱される。
【００２２】
第２ケース部９ｂは、外周面が口金１１の内周面と接触するように構成されており、第２ケース部９ｂの外周面には口金１１と螺合するための螺合部が形成されている。この螺合部によって、第２ケース部９ｂと口金１１とが接触している。従って、回路ユニット１５からケース９に伝導した熱は、第２ケース部９ｂを介して口金１１にも伝導し、口金１１の外表面からも放熱される。また、第２ケース部９ｂの外壁の一部には、リード線３３の先端部が嵌め込まれる溝部９ｄが形成されている。
【００２３】
このケース９は、射出成形によって一体的に成形される。また、このケース９は、ガラス繊維を５乃至１５％含有してなる熱伝導率が０．３５［Ｗ／ｍ・Ｋ］のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）によって成形されている。
ところで、バルブ７と基台６１で構成される構造体は、ケース９の第１ケース部９ａに固着されている。ここで、この構造体と第１ケース部９ａとの間には、断熱性樹脂からなる接着剤が介在している。これにより、回路ユニット１５で発生しケース９に伝導した熱が、バルブ７と基台６１へは伝導しない。回路ユニット１５で発生した熱がＬＥＤモジュール５０５に伝導してしまうことを防止できるから、ＬＥＤモジュール５０５の温度上昇を抑制することができる。
【００２４】
＜１−６＞回路ユニット
回路ユニット１５は、口金１１を介して受電した電力を、ＬＥＤモジュール５に供給する。回路ユニット１５は、回路基板４１と、当該回路基板４１に実装された各種の回路素子４３から構成されている。
回路基板４１は、ケース９の第１ケース部９ａ内部の係止構造を利用して固定される。具体的には、第１ケース部９ａの内部の溝部９ｃに回路基板４１の周縁部が嵌合した形で係止されている。
【００２５】
回路ユニット１５は、口金１１からリード線３３，３５を介して受電した交流を整流した後に平滑化する整流平滑回路と、整流平滑回路からの入力電圧を昇降圧してＬＥＤモジュール５に出力する電力変換回路とを備えている。なお、この回路ユニット１５は、更に、調光回路等の他の回路を適宜組み合わせて構成してもよい。ただし、本実施例ではこの回路ユニット１５を駆動させず、外部ＤＣ電源からの電力供給でＬＥＤモジュール５を点灯させる構成を採った。
【００２６】
＜１−７＞リード線
リード線４９，５１は、回路ユニット１５からＬＥＤモジュール５に電力を供給するためのものである。
リード線４９は、その一端部がＬＥＤモジュール５の給電端子２４ａと導電性接合部材９０を介して電気的に接続されており、他端部が回路ユニット１５の高電位側の出力端と電気的に接続されている。また、リード線５１は、その一端部が給電端子２４ｂと導電性接合部材９０を介して電気的に接続されており、他端部が回路ユニット１５の低電位側の出力端と電気的に接続されている。ここで、リード線４９，５１の上記一端部は、貫通孔２６に挿通された状態で、導電性接合部材９０により給電端子２４ａ，２４ｂに固着されている。上述したように、本実施例におけるリード線４９，５１は、外部ＤＣ電源に接続された。
【００２７】
＜１−９＞密閉容器
密閉容器７０は、中心軸方向の両端側が閉塞されている。この密閉容器７０は、バルブ７内に配置されている。そして、密閉容器７０の中心軸方向における一端側には、ＬＥＤモジュール５の一部を構成する実装基板２１が接着剤により固着されている。また、密閉容器７０の中心軸方向における他端側には、ガス封入管封止部７０ａが突設されている。
【００２８】
ところで、この密閉容器７０の内部の領域Ｓは、密閉されている。この領域Ｓには、熱解離性ガスを構成する四酸化二窒素分子（以下、「Ｎ２Ｏ４分子」と称す。）と、熱解離性ガスが熱解離することにより生成される解離ガスを構成する二酸化窒素分子（以下、「ＮＯ２分子」と称す。）とからなる気体が充填されている。また、密閉容器７０は、アルミナセラミックス等の透光性材料から形成されている。なお、吸熱解離性ガスとしては、温度差が５０℃であるときの解離度の差（百分率）が２０％以上、望ましくは４０％以上の熱解離能力を有するものであればＮ２Ｏ４ガスに限定されるものではない。
【００２９】
＜２＞ランプの放熱特性について
＜２−１＞ランプの放熱モデル
まず、ＮＯ２分子とＮ２Ｏ４分子とからなる気体の解離平衡に関する温度依存性について説明する。
ＮＯ２分子とＮ２Ｏ４分子との間には、式（１）に示すような反応式が成立する。
【００３０】
【数１】
2013182899.tif 000003
【００３１】
式（１）で言えることは、ある温度で、Ｎ２Ｏ４はその一部を吸熱解離しＮＯ２を生じさせて（ＮＯ２の分圧を上げて）新しい平衡状態に至るのであるが、その温度より高い温度条件下では、この吸熱解離反応は引き続き式（１）の右側に進行する方向付けを得てＮＯ２の分圧はさらに増すことになる。それとは逆に、より低い温度条件下でこの吸熱解離反応は左側に進行する方向付けを得て、Ｎ２Ｏ４が増える（Ｎ２Ｏ４の分圧は増す）ことになる。こうした分子解離平衡の挙動は、ファント・ホッフの式（表式では示さず）から導かれる結論であって、ル・シャトリエの平衡移動の原理からも説明できる。
【００３２】
この反応式（１）について、詳述する。式（１）の両者化学種がつくるガス分圧の合計を全圧ｐとし、解離度をα（＝０〜１）とすれば、平衡時のＮ２Ｏ４の分圧ｐ（Ｎ２Ｏ４）について、式（２）が成立する。
【００３３】
【数２】
2013182899.tif 000004
【００３４】
またＮＯ２の分圧ｐ（ＮＯ２）については、式（３）が成立する。
【００３５】
【数３】
2013182899.tif 000005
【００３６】
そして、圧平衡定数をＫｐとおけば、その平衡定数Ｋｐについて、式（４）が成立する。
【００３７】
【数４】
2013182899.tif 000006
【００３８】
ただし、Ｐ０はＮ２Ｏ４の標準圧力である。この解離度αの温度依存性は図４に示すような数値で与えられるから、ファント・ホッフの表式に代えて、圧平衡定数Ｋｐの温度変化は式（４）より求めることができる。
本実施の形態に係るランプ１の模式図を図５（ａ）に示す。ＬＥＤモジュール５と基台６１との間に設置された密閉容器７０には、熱伝達体となるＮＯ２ガスおよびＮ２Ｏ４ガスが内封されている。
【００３９】
今、ランプ１を点灯した比較的初期の過渡応答時の、密閉容器７０高温域の温度は１１０℃、低温域の温度は４０℃であったと想定する。そうすると、解離度αは高温域で約０．９２、低温域で約０．３２であるから、全圧ｐを仮に１気圧（室温時）とすれば、分圧ｐ（Ｎ２Ｏ４）は高温域で０．０９気圧、低温域で０．５２気圧、また分圧ｐ（ＮＯ２）は高温域で０．９６気圧、低温域で０．４９気圧と与えられる。その概略の様子を図５（ｂ）に示す。すなわち、同じ密閉容器７０内で１つの化学種が２つの分圧を有するということは、その化学種は分圧の高い方から低い方に物質移動をすることを意味し、図５（ｂ）内に示す矢印の方向（双方向）に２つの化学種、ＮＯ２とＮ２Ｏ４はそれぞれ移動する。両物質（３原子以上の非直線性分子）のモル熱容量は他の希ガス原子のそれよりも略２倍大きく、物質移動に伴う高温から低温へのあるいはその逆の移動熱量も大きく、このシステムによるＬＥＤモジュール５を放熱する能力は極めて高いといえる。
【００４０】
その結果として、次に、点灯後しばらく時間が経過して、密閉容器内の高温域の温度が１００℃、低温域の温度が７０℃になったと想定する。このときも上述と同様の計算を行うことができて、図５（ｃ）に示すような概略図を得ることができる。高温域と低温域のそれぞれで２つの化学種が太矢印に示される方向に各分圧はシフトしたと言えて、高温域と低温域の温度差を縮小しながら、新しい温度条件下にて、そうした分圧シフトを解消する方向（太矢印とは逆方向）に、すなわち圧平衡定数Ｋｐに基づいて解離平衡点を元に戻す方向に動作する。こうした化学的物質移動のポンピング動作は、原理的に密閉容器内の温度差が解消されるまで続くことになる。
【００４１】
ところで、図４の解離度αは、測定対象ガス（Ｎ２Ｏ４とＮＯ２）のうちＮＯ２ガスの有色性を利用して温度毎のガス吸光度を測定し、その結果から求めた。なお、解離度αが上がりＮＯ２ガス濃度が増し過ぎると吸光度から解離度αを求めることは困難となる。そうした場合には、測定対象ガスを無色の窒素ガスで希釈し、その容積比を押さえつつ正確な吸光度を測定した。
【００４２】
＜２−２＞本実施の形態の場合
次に、本実施の形態に係るランプ１と比較例に係るランプとで点灯状態におけるＬＥＤモジュール５近傍の温度を測定した結果を述べる。本実施の形態では、Ｎ２Ｏ４とＮＯ２からなるガスを室温下にて容積比（１：２０）の窒素ガスで希釈したガスを熱伝達体５７０として用いた。
【００４３】
図６に比較例に係るランプ３０１の斜視図を示す。図６に示すように、ランプ３０１は、本実施の形態に係るランプ１と略同様の構成を有するものの、密閉容器７０がなく、支持部材３１７を備え、バルブ７内に空気が充填されている点のみが相違している。また、モジュール基板２１には、モジュール基板２１を支持部材３１７に固定するための貫通孔２５が形成されている。また、ランプ１および比較例に係るランプそれぞれへの供給電力は外部ＤＣ電源により、その値を６．５Ｗとした。
【００４４】
比較例に係るランプの場合、点灯状態において、基台６１の温度が約８８．４℃であるのに対して、ＬＥＤモジュール５近傍の温度は、１０７℃であった（基台６１とＬＥＤモジュール５近傍の温度差が１８．６℃）。
一方、本実施の形態に係るランプ１の場合、点灯状態において、基台６１の温度が８８．７℃であるのに対して、ＬＥＤモジュール５近傍の温度は、約９８．４℃であった（基台６１とＬＥＤモジュール５近傍との温度差が９．７℃）。
【００４５】
本実験の結果をまとめたものを表１に示す。
【００４６】
【表１】
2013182899.tif 000007
【００４７】
つまり、本実施の形態に係るランプ１では、比較例に係るランプに比べてＬＥＤモジュール５近傍の温度と基台６１の温度との差が縮小しており、熱抵抗値の縮小効果が認められている。このような結果が得られたメカニズムは、上述した放熱モデルを用いて説明できる。
＜３＞まとめ
本実施の形態に係るランプ１では、密閉容器７０内の領域の温度差に起因して、二箇所の高低温度領域の吸熱解離性ガス（Ｎ２Ｏ４）と解離ガス（ＮＯ２）のそれぞれは、解離平衡理論に基づいた分圧差を生じ、両者はそれぞれその分圧差を解消する方向に物質移動を始めることができる。両者ガスはそれぞれの分子構造に依存する比較的大きい熱容量を有するので、物質移動は即ち熱の移動であると理解してよい。ＬＥＤモジュールに近い高温域の熱量は密閉容器の低温域まで運ばれ、基台を通じての熱伝導で筐体外部に放出される。同時に、密閉容器内低温域の熱量は高温域まで運ばれ、ＬＥＤモジュールの冷却に寄与する。
【００４８】
つまり、本構成では、ＬＥＤモジュールで発生した熱の放出は、封入気体の熱伝導や対流に依存するだけではなく、気体に含まれる化学的な解離平衡ドリフトを駆動源とする物質移動によっても達成される。すなわち、ＬＥＤモジュールで発生した熱をランプ外部にまで輸送する能力を向上させることができる。これにより、ＬＥＤモジュールへの供給電力を増加させてもＬＥＤモジュールの温度上昇を抑制できるので、ＬＥＤモジュールの発光効率の低下を抑制でき、またＬＥＤの素子破壊を抑制できる。その結果、ＬＥＤモジュールの高出力化が達成できる。
＜実施の形態２＞
本実施の形態に係るランプ２０１の全体構成について、図７および図８を参照しながら説明する。ここで、図７は、ランプ２０１の斜視図、図８は、ランプ２０１の断面図である。この実施の形態２は、上述の形態１の熱伝達材５７０のＮ２Ｏ４ガスとＮＯ２ガスは化学的侵食性が強く、さらにＮＯ２ガスは有色（茶褐色）であるという欠点があって、そうした課題を解決した無色で化学的侵食性に乏しいガスが新しい熱伝達材５７０として採用されること（変形例を参照）を前提としている。
【００４９】
図７および図８に示すように、本実施の形態に係るランプ２０１は、白熱電球に代替する電球形のＬＥＤランプであって、光源であるＬＥＤモジュール２０５と、バルブ７と、ステムガラス部１３と、電力を受電する口金１１と、支持部材１７とを備える。ここで、図８に示すように、ＬＥＤモジュール２０５は、実装基板２２１と、実装基板２２１上に設けられた封止体２３とからなる外観を呈する。また、実装基板２２１の長手方向における両端部には、リード線４９，５１を実装基板２２１に接続するための導電性接合部材９０が見えている。さらに、本実施の形態に係るランプ１は、ケース（筐体）９と、一対のリード線４９、５１と、回路ユニット１５とを備える。なお、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００５０】
図９は、ＬＥＤモジュール２０５の構造を示す図である。図９（ａ）は、ＬＥＤモジュール２０５の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＥＤモジュール２０５は、実装基板２２１と、実装基板２２１の表面に実装された複数のＬＥＤチップ（半導体発光素子）２２と、ＬＥＤチップ２２を封止する封止体２３を備える。なお、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００５１】
実装基板２２１は、平面視形状が長方形状をしており、長手方向における両端部それぞれに平面視円形状の貫通孔２２６が形成されるとともに略中央部に平面視矩形状の貫通孔２２５が形成されている。また、実装基板２２１上には、ＬＥＤチップ２２同士を電気的に接続（直列接続又は／及び並列接続である。）したり、ＬＥＤチップ２２と回路ユニット１５とを電気的に接続するための配線パターンが形成されたりしている。この配線パターンには、各貫通孔２２６の外周部に形成された給電端子２２４ａ，２２４ｂが含まれる。ここで、各貫通孔２２６は、ＬＥＤチップ２２と回路ユニット１５とを電気的に接続するリード線４９、５１の端部を挿通するためのものである。また、貫通孔２２５は、実装基板２１と支持部材１７との結合に用いられるものである。
【００５２】
支持部材１７は、ステムガラス１３のマウント部１３ａの上面（バルブ７の内側を臨む面）からバルブ７の内方に向かって延出する支柱であり、先端部でＬＥＤモジュール５を保持する。この支持部材１７は、略棒状形状であり、一端側に形成された頂部１７ｃの上面にＬＥＤモジュール５が載置され、他端側がマウント部１３ａに埋設され固着されている。これにより、ＬＥＤモジュール５の支持部材１７による保持強度は確保される。
【００５３】
また、支持部材１７の頂部１７ｃの上面が、平坦であり、この頂部１７ｃの上面に支持部材１７の延出方向に突出する平面視矩形状の凸部１７ｄが設けられている。この凸部１７ｄの平面視形状は、ＬＥＤモジュール５の実装基板２２１における貫通孔２２５の平面視形状と一致しており、凸部１７ｄと貫通孔２２５とが嵌合した状態で支持部材１７の頂部１７ｃの上面にＬＥＤモジュール５が載置される。これにより、ＬＥＤモジュール５が、支持部材１７の頂部１７ｃの上面で支持部材１７の延出方向を軸として回転するのを抑止できる。
【００５４】
支持部材１７は、ニッケル線からなる。なお、支持部材１７は、他の金属材料等により形成してもよい。
また、図８に示すように、ステムガラス１３のフレア部１３ｃは、その周部がバルブ７の開口部７ｃの周部と融着（ガラス封止）し、マウント部１３ａおよびマウント部１３ａに融着したガス封入管１３ｂ（円筒形状、図７参照）とともに、熱伝達体５７０が充填されるべき密閉空間を構成している。なお、マウント部１３ａの外表面には、ガス封入口１３ａ２が開口している（ガス封入後はガス封入管１３ｂ封止部を通じて閉塞）。
【００５５】
ところで、バルブ７の内側とステムガラス１３とで囲まれた領域Ｓ２は密閉されている。この領域Ｓ２にはＮ２Ｏ４分子と、Ｎ２Ｏ４分子が解離して生成されたＮＯ２分子に代わる無色で化学的侵食性に乏しいガス（たとえば両者ガスをそれぞれＸ２とＸとおく）からなる熱伝達体５７０が充填されている。
次に、本実施の形態に係るランプ２０１の熱伝達材５７０は、実施の形態１のそれ（Ｎ２Ｏ４分子とＮＯ２分子の窒素希釈ガス）と同様の化学平衡の機能を有することを前提にして、その放熱特性について説明する。
【００５６】
この場合、本実施例の形態の熱伝達材５７０は無色で化学的に不活性であるから、実施の形態１で採用したような密閉容器７０の内部の領域Ｓに熱伝達材５７０を閉じ込めておく必要はなく、ＬＥＤモジュール２０５と共通の空間であるバルブ７の内部の領域Ｓ２に熱伝達材５７０を配置しても良い。すなわち、本実施例の形態の熱伝達材５７０がＬＥＤモジュール２０５を化学的に侵食し劣化させることはなくＬＥＤ素子の短寿命に悩まされたり、ガスが有色であることによる発光色の質的劣化に悩まされたりすることもない。
【００５７】
そして、領域Ｓを領域Ｓ２に変えるだけで、温度分布を有するその領域内での熱伝達材５７０の熱的挙動にのみに注目すれば良いのであるから、図５の模式図で得た物質循環経路で表現した放熱モデルはバルブ７内の領域Ｓ２に対しても同様に考えることができる（図１０参照）。したがって、本実施の形態に係るランプ２０１の点灯状態におけるＬＥＤモジュール５近傍とバルブ７周壁の温度は、基台６１をバルブ７周壁に読み替えるだけで表１と類似の傾向の放熱効果を期待することができる。しかも、バルブ７の表面積は密閉容器７０の低温域のそれを相対的に上回るから、図１１に示すように物質循環経路の数（イメージ）を増やして考えることができ、更なる放熱効果が期待できる。さらには、バルブ７の外表面を強制空冷すれば、バルブ７の周壁近傍のガス温度を下げることができ、結果として化学的物質移動のポンピング動作を強めることができて、それは更なるＬＥＤモジュール２０５温度の低下へと結びつけることができる。
【００５８】
＜実施の形態３＞
本実施の形態に係る照明装置について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、本実施の形態に係る照明装置１００の一部破断した側面図である。
図１２に示すように、照明装置１００は、例えば、室内の天井Ｃに装着されて使用され、前述の実施の形態１に係るランプ１と、点灯器具１０２とを備える。
【００５９】
点灯器具１０２は、天井Ｃに取り付けられる器具本体１０３と、ランプ１を覆う椀状のランプカバー１０４とを備える。
器具本体１０３は、ソケット１０３ａを有する。ソケット１０３ａには、ランプ１の口金１１が螺着される。外部電源からは、このソケット１０３ａを介してランプ１に電力が供給される。
【００６０】
なお、図１２に示した照明装置１００は、一例であって、ランプ１を保持するとともに、ランプ１に電力を供給するためのソケットを少なくとも備えていればよい。また、図１２に示す照明装置１００は、１つのランプ１を備えていたが、複数のランプ１を備えるものであってもよい。或いは、実施の形態２に係るランプ２を備えるものであってもよい。
＜変形例＞
（１）実施の形態１では、領域ＳにＮ２Ｏ４分子およびＮＯ２分子を含む気体が充填されたランプ１の例について説明したが、これに限定されるものではなく、化学平衡を生じる他の気体を充填したものであってもよい。
【００６１】
例えば、ヨウ化水素（ＨＩ）やアンモニア（ＮＨ３）等を対象にして触媒系の開発が検討されてもよいし、Ｎ２Ｏ４の関連物質、例えば、Ｎ２Ｏ２（ＯＸ）２（ここで、Ｘは酸素と共有結合する原子あるいは化学基である）等の材料開発が検討されるのであってもよい。
（２）実施の形態１の放熱モデルでは、領域ＳにＮ２Ｏ４分子およびＮＯ２分子からなる気体が充填されたランプ１の例について説明したが、これに限定されるものではなく、Ｎ２Ｏ４分子およびＮＯ２分子からなる気体のほかに希釈を主目的としてバッファガスを充填したものであってもよい。
【００６２】
Ｎ２Ｏ４分子からなる気体は無色であるが、ＮＯ２分子からなる気体は褐色に着色している。従って、密閉容器内のＬＥＤモジュール５近傍のＮＯ２分子の濃度が高い領域を中心にして気体が褐色に着色してしまい、ＬＥＤモジュール５から放射された光の一部が吸収される結果、照明光のバルブ７外部への取り出し効率が低下したり演色性が低下したりしてしまうおそれがある。
【００６３】
そこで、実施の形態１の＜２−２＞では、Ｎ２Ｏ４分子およびＮＯ２分子からなる気体以外にバッファガスとして窒素Ｎ２が充填された。この窒素の充填量は、ＬＥＤモジュール５近傍におけるＮＯ２による着色度合いが製品許容範囲内となるように決定すればよい。なお、バッファガスとしては、Ｎ２に限定されるものではなく、例えば、アルゴンＡｒ等を用いてもよい。なお、無色の解離性気体が将来開発された場合（実施の形態２）には、当該解離性気体をそのまま採用してもよい。
【００６４】
（３）実施の形態１の熱伝達体５７０の構成物質の１つＮＯ２ガスは、化学的活性（腐食性）が強く有色性（茶褐色）の解離ガスであったが、それに代わる温度依存性の化学平衡機能
を有する無色で化学的侵食性の小さいガス体（熱伝達材５７０）として、例えば温度依存性の化学平衡機能を有する無色で化学的侵食性の小さいガス体として、例えばノルマルブタンとイソブタンの組み合わせを熱伝達材５７０として採用してもよい。ノルマルブタンとイソブタンは構造異性体の関係にあって、イソブタンの分子基底状態のエネルギー準位はノルマルブタンのそれよりも高い。この分子基底状態のエネルギー準位の差はボルツマン分布に従って圧平衡定数Ｋｐの決定に関与している。
【００６５】
すなわち、構造異性体として平衡状態にあるノルマルブタンとイソブタンの関係は、吸熱解離平衡状態をつくるＮ２Ｏ４分子およびＮＯ２分子の関係に近い。したがって、温度分布を有する密閉の領域に配置されたノルマルブタンとイソブタンからなる熱伝達体５７０は、実施の形態１の放熱モデルで説明したことと同様の物質循環経路を高温域と低温域の間で形成することができ、当該ガスが可燃性ガスである点に注意を払えば、実施の形態２の図７に相当する放熱特性の非常に優れたランプを構築できる可能性が高い。
【００６６】
（４）実施の形態１では、白熱電球に代替する電球形のＬＥＤランプの例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＨＩＤランプ代替のＬＥＤ高出力形や直管形蛍光灯に代替するＬＥＤ直管形の、気密容器ないしは気密バルブを備え、当該気密容壁内に化学平衡をもたらす少なくとも２種以上の化学種からなるガスを含む気体が充填されたＬＥＤランプであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係るランプは、照明用途全般に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１，２０１，３０１  ランプ
５，２０５  ＬＥＤモジュール
７，５７  グローブ
９      ケース
９ａ    第１ケース部
９ｂ    第２ケース部
１１    口金
１３    ステムガラス
１３ａ  マウント部
１３ｃ  フレア部
１３ｂ  ガス封入管
１４    接着部
１５    回路ユニット
１７    支持部材
２１，２２１  実装基板
２２    ＬＥＤチップ
２３    封止体
２４ａ，２４ｂ  給電端子
２６    貫通孔
２７    シェル部
２９    絶縁部
３１    アイレット部
３３，３５，４９，５１  リード線
４１    回路基板
４３    回路素子
５７ａ  筒状部
５８    伝熱部
６３    第２支持部材
６７    第１支持部材
７０    密閉容器
９０    導電性接合部材
１００  照明装置
１０２  点灯器具
１０３    器具本体
１０３ａ  ソケット
１０４    ランプカバー
２０５    ＬＥＤモジュール
５７０  熱伝達材
【図１】
2013182899.tif 000008
【図２】
2013182899.tif 000009
【図３】
2013182899.tif 000010
【図４】
2013182899.tif 000011
【図５】
2013182899.tif 000012
【図６】
2013182899.tif 000013
【図７】
2013182899.tif 000014
【図８】
2013182899.tif 000015
【図９】
2013182899.tif 000016
【図１０】
2013182899.tif 000017
【図１１】
2013182899.tif 000018
【図１２】
2013182899.tif 000019