ＬＥＤランプ
【課題】新規な冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプを提供すること
【解決手段】このＬＥＤランプ(10)は、複数個のＬＥＤ素子(18)と、前記ＬＥＤ素子を包囲するガラス製密封容器(6)とを備え、該ガラス製密封容器には低分子量ガスが封入されている。前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス、ネオンガス又はこれらの混合ガスのいずれかである。前記ガラス製密封容器(6)の端部には口金(2)が形成され、容器の内部と外部の間は気密状態が保持されている。
【解決手段】このＬＥＤランプ(10)は、複数個のＬＥＤ素子(18)と、前記ＬＥＤ素子を包囲するガラス製密封容器(6)とを備え、該ガラス製密封容器には低分子量ガスが封入されている。前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス、ネオンガス又はこれらの混合ガスのいずれかである。前記ガラス製密封容器(6)の端部には口金(2)が形成され、容器の内部と外部の間は気密状態が保持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明用ランプは、概して、白熱電球、蛍光灯、ＨＩＤランプ、ＬＥＤランプと開発され、実用化されてきた。ＬＥＤランプは、発光ダイオード素子を光源として利用したランプであり、青色ＬＥＤ素子の開発により白色の発光が可能となり、最近、照明用ランプとして利用が拡がりつつある。
【０００３】
図１は、このような現在広く販売されているＬＥＤランプの一例を示す図である。これらのＬＥＤランプ１００は、一般に、出力が１０Ｗ以下（典型的には７Ｗ程度）のランプである。図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ランプ形状は種々あるが、基本的に、口金１０２、放熱部１０４及びグローブ１０６から成っている。放熱部１０４は、アルミニウムのダイキャストから形成され、多くの場合、外周面に放熱フィンの形状に形成されている。グローブ１０６は、透光性の樹脂から成る。一部に、ガラス製のグローブも見られる。アルミダイキャスト部分１０４とグローブ１０６との間は、適当な接着剤で固定されている。従って、アルミダイキャスト部分１０４とグローブ１０６とで形成される内部空間は、ランプ外部との間で気密封止になってない。
【０００４】
本発明者等は、次の先行特許文献が存在することを承知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003-016805「ライト及びライトの製造方法」、出願人：今井紘一（公開日：2003/01/17）
【特許文献２】特開2004-296245「ＬＥＤランプ」、出願人：松下電工株式会社（公開日：2004/10/21）
【特許文献３】特開2009-259813「メタルハライドランプ外囲部からのヘリウム漏れを防止または低減する方法」、出願人：ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ（公開日：2009/11/05）
【特許文献４】特開2010-135181「照明装置」、出願人：シャープ株式会社（公開日：2010/06/17） 以下に説明する本願のＬＥＤランプと比較すると、上記先行特許文献のランプは次の点で相違する。先ず、本願のＬＥＤランプは、ＬＥＤ素子をガラス製密封容器で覆い、ガラス製密封容器内には冷却・放熱手段として低分子量ガスが封入されている。
【０００６】
特許文献１は、ケース部材として樹脂及びガラスを例示し、ガラスを使用した場合は内部の発光ダイオードが外部環境から保護され、更にガラス容器内を水分を有しないガス（実施例では窒素ガス）を封入した場合には水分が残留せずガラスが曇らない効果を開示する。しかし、ここには、冷却・放熱手段としての低分子量ガスに関する記載・示唆は無い。
【０００７】
特許文献２は、ＬＥＤランプを収納するバルブは樹脂材料から形成され、図１に関連して説明した気密封止に関する記載・示唆は無い。
【０００８】
特許文献３は、メタルハライドランプに関する発明であり、ＬＥＤ素子に関する記載・示唆は無い。
【０００９】
特許文献４は、透光性カバーはポリカーボネート樹脂製であり、放熱部はアルミ等の金属製である。図１に例示したＬＥＤランプに該当し、気密封止に関する記載・示唆は無い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＬＥＤ素子は、半導体から成り、半導体の接合部の温度と素子寿命が密接な関係にある。即ち、使用時の接合部の温度が比較的低い場合には素子寿命は長期間となるが、温度が高くなるにつれ素子寿命は急激に短くなる。従って、ＬＥＤランプでは、ＬＥＤ素子の温度が高いとランプ寿命が短縮化し、ランプ照度も劣化する。
【００１１】
半導体素子を使用した電子機器においては冷却・放熱手段が重要事項であるのと同様に、ＬＥＤランプにおいても冷却・放熱手段が重要事項となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題に鑑みて、本発明は、新規な冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明に係るＬＥＤランプは、複数個のＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を包囲するガラス製密封容器とを備え、該ガラス製密封容器の内部には低分子量ガスが封入されている。
【００１４】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス、ネオンガス又はこれらの任意の組み合わせの混合ガスのいずれかを含んでいてもよい。
【００１５】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記ガラス製密封容器の端部には口金が形成され、容器の内部と外部との間は気密状態が保持されていてもよい。
【００１６】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、軸線方向に沿って貫通孔を有する棒状体の光源支持体を備え、前記複数個のＬＥＤ素子は、前記光源支持体の側面に固定され、前記光源支持体の開孔は、前記低分子量ガスが流れるガス流路を形成していてもよい。
【００１７】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、断面形状が多角形であってよい。
【００１８】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記光源支持体の貫通孔の上端、下端又はその両方の近傍にガス流加速ファンを備えていてもよい。
【００１９】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、少なくとも、アルミニウム、銅、又は熱伝導樹脂を含む良好な熱伝導性を有する部材から成っていてもよい。
【００２０】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定されていてもよい。
【００２１】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記実装基板は、金属ベース基板又は金属コア基板であってもよい。
【００２２】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、複数枚の矩形の基板を備え、前記基板は、全体としてガス流路を形成するように側端部を相互接続し、前記複数個のＬＥＤ素子は、前記複数枚の矩形の基板の表面に夫々搭載されていてもよい。
【００２３】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記口金とは反対側である前記ガラス製密封容器のトップ部内側に、前記光源支持体に対して固定された熱伝導樹脂から成る伝熱器を備え、該光源支持体には、前記開口を流れるガス流の出入り可能な孔が形成されていてもよい。
【００２４】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記ガラス製密封容器のトップ部外側に、前記伝熱器に前記ガラス製密封容器を挟んで熱的伝導関係にある追加熱放熱器を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、新規な冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、現在広く販売されているＬＥＤランプの一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤランプを説明する図である。
【図３】図３は、図２（Ａ）のＬＥＤランプの光源支持体及び実装基板の二つの例を説明する図である。
【図４】図４は、図２（Ａ）に示すＬＥＤランプの製造方法のフローであり、各ステップの右側にその段階の簡単なランプの図を示している。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る伝熱器及び第４実施形に係る追加放熱器を説明する図である。
【図６】図６は、図２（Ａ）に示すＬＥＤランプに封入ガスとしてヘリウムガスを用い、光源支持体として銅を用いた試作品における「ＬＥＤ素子の電力−ＬＥＤ素子温度」の測定結果のグラフである。比較例として、ヘリウムガスの代わりに空気を用いた測定結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に付いて、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。また、以下に説明する実施形態は、例示であって、本発明の範囲を限定するものではないことを承知されたい。
【００２８】
［第１実施形態］
（ＬＥＤランプの構成）
図２は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１０を説明する図である。このＬＥＤランプ１０は、図１で説明した現在広く宣伝・販売されている７Ｗ程度の低出力ＬＥＤランプではなく、主として高出力の２０Ｗ程度のＬＥＤランプを対象としている。このため、冷却・放熱手段が更に重要な検討事項となる。
【００２９】
図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０は、一端が口金２で気密封止された外球６の内部に、複数個のＬＥＤ素子１８が配置されている。複数個のＬＥＤ素子１８は、実装基板１６に適当な間隔で搭載され、この実装基板は光源支持体１４に固定されている。
【００３０】
更に、この光源支持体１４は、外球６の一端に固着されたステム８から延在する支柱２０によって、外球６の内部の適当な箇所に位置決め支持されている。光源支持体１４に隣接する支柱２０の部分には、絶縁性チューブ１２が被せられ、光源支持体１４と支柱２０との間の電気絶縁性を確保している。光源支持体１４及び実装基板１６に関しては、後で、図３を参照しながら説明する。
【００３１】
更に、口金２に近い外球６の内部には、熱遮蔽部材２４が設けられている。図２（Ｂ）に示すように、熱遮蔽部材２４は、外球６の内部形状に適合する概して円板状の部材であり、電気リード線及び支柱２０を通す開口２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成されている。熱遮蔽部材２４は、例えば、セラミック、金属板、マイカ板等で形成されている。熱遮蔽部材２４の機能に関しては、後で、図４の製造方法に関連して説明する。
【００３２】
外球６の内部空間２２には、低分子量ガスが封入されている。本出願書類で「低分子量ガス」とは、比熱が大きく、熱伝導性が良好なガスであり、典型的にはヘリウムガスである。更に、ネオンガス、水素ガス、又はこれらの混合ガスであってもよい。特に、水素ガスは反応性が高いため、これを抑制した水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスとしてもよい。
【００３３】
光源支持体１４の下方には、所望により、ガス流加速用ファン３２を設けてもよい。このガス流加速用ファン３２は、光源支持体１４の上方に設けてもよく、下方と上方の両方に設けてもよい。低分子量ガス及びガス流加速用ファン３２に関しては、後で、図６に関連して説明する。
【００３４】
（各構成要素の説明）
図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０の各要素に関して説明する。
【００３５】
口金２は、白熱電球やＨＩＤランプで使用されているねじ込みタイプや差し込みタイプであってよい。外球６は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性の硬質ガラスから成るＢＴ管である。しかし、外球６の形状はこれに限定されず、任意の形状であってよい。外球６は、透明タイプ又は拡散タイプ（外球内表面を梨地状に処理した曇りガラスのタイプ）のいずれであってもよい。公知の白熱電球やＨＩＤランプと同様に、口金２と外球６との間は気密封止され、外球内部と外部との間は気密封止状態となっている。
【００３６】
図３の（Ａ）と（Ｂ）に、光源支持体１４及び実装基板１６の二つの例を示して、説明する。光源支持体１４は、熱伝導性の良好な材質から成り、例えば、銅、アルミニウム、熱伝導樹脂等から成る。熱伝導樹脂は、樹脂に金属粉・金属片を混入して熱伝導係数を高くしたものである。
【００３７】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、光源支持体１４の外形は、棒状体であり、軸線方向に沿って貫通孔１５ａ，１５ｂが形成されている。図示する光源支持体１４の軸線に直交する断面形状は、四角形であるが、これに限定されない。しかし、光源支持体１４に対して実装基板１６を面接触状態で固定するため、断面形状は多角形であることが好ましい。即ち、三角形、五角形、…等の任意の多角形であってよい。断面形状を円形、楕円形等にする場合には、光源支持体１４と実装基板１６との間に適当な熱伝導性の良好な介在物を設けることが好ましい。
【００３８】
良好な熱伝導性の角材１４ａに、軸線に沿って円形の貫通孔１５ａを形成して光源支持体としてもよく（図３（Ａ）参照）、角材１４ｂに四角形の貫通孔１５ｂを形成してもよい（図３（Ｂ）参照）。或いは、角材に貫通孔を形成するのではなく、板状体を９０度ずつ三回折り曲げ両端部を接続して形成してもよく、４片の矩形の板状体を用意し、端部を適当な方法で相互に接続して、図３（Ｂ）に図示するような形状にしてもよい。
【００３９】
光源支持体１４の外周側面には、実装基板１６が固定されている。所望により、光源支持体１４の外周側面と実装基板１６の間に、熱伝導シート２１を介在配置してもよい。光源支持体１４の断面形状がｎ角形であれば、ｎ個の外周側面の全てに実装基板１６が夫々固定される。
【００４０】
各実装基板１６には、複数個のＬＥＤ素子（例えば、１８−１〜１８−４）が搭載されている。実装基板１６は、プリント配線板から成り、ＬＥＤ素子に給電するための必要な回路パターが形成されている。ＬＥＤ素子１８の放熱・冷却効果を高めるため、実装基板１６は、板厚を比較的薄くするか、或いは金属ベース基板又は金属コア基板として形成することが好ましい。プリント配線板の技術分野に於いて、金属ベース基板又は金属コア基板自体は公知の技術である。通常のプリント配線板が、ガラスエポキシ樹脂製のコア基板に銅の回路パターンが形成されているのに対して、金属ベース基板は一方の面が金属板（銅、アルミニウム等）で、他方の面は絶縁性樹脂で被覆されている。金属コア基板は、金属板に所望により開孔を形成し、表裏及び開孔内を絶縁性樹脂で被覆されている。いずれかの基板の絶縁性樹脂層の上に回路パターンを形成する。金属の良好な熱伝導性により、著しい放熱・冷却効果が期待できる。
【００４１】
実装基板１６に対するＬＥＤ素子１８の搭載は、半田付け等の公知の方法によって行われる。複数個のＬＥＤ素子は、全て直列接続され、その両端がリード線を介して口金２につながっている。口金２は、ソケット（図示せず。）にねじ込み又は差し込まれ、各ＬＥＤ素子に所定の電圧が印加されるように所定の電圧源（図示せず。）に接続される。ガス流加速用ファン３２を用いる場合も、同じ電圧源により駆動される。
【００４２】
（ＬＥＤランプの製造方法）
図４は、図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０の製造方法のフローであり、各ステップの右側にその段階の簡単なランプの図を示している。
【００４３】
ステップＳ１のマウント組立て工程で、ＬＥＤ素子１８を実装基板１６に搭載し、これを光源支持体１４に固定し、光源支持体を支柱２０に取り付けてマウントを形成、下端にステム８を取り付ける。
【００４４】
ステップＳ２の封止工程で、マウントを外球６の内部に挿入し、マウントの下部のステム８と外球６とをバーナーで熱して、封着する。
【００４５】
ステップＳ３の排気行程で、封止済みの外球内部を排気管を通じて一度真空状態に排気する。その後、低分子量ガスを封入し、チップオフ（排気管をバーナーで溶かして封着すること）する。
【００４６】
ステップＳ４の口金付け工程で、口金２のトップ部及びサイド部を半田付けする。
【００４７】
ステップＳ５の点灯試験、検査を経て、ＬＥＤランプ１０が完成する。
【００４８】
ここで、ステップＳ２〜Ｓ４では、口金、外球の取り付け部、ステム等がバーナーによって１０００℃近くの高温に熱せられる。この熱が、外球内部のＬＥＤ素子に伝わって損傷しないようにするため、熱遮蔽部材２４（図２（Ｂ）参照）が、外球の口金取り付け部分とＬＥＤ素子との間に設けられている。
【００４９】
［第２実施形態］
第２実施形態は、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を採用する点で、第１実施形態と異なる。即ち、第１実施形態では、光源支持体１４と実装基板１６とを別物としている。ここで、実装基板１６は、好ましくは金属ベース基板又は金属コア基板である。従って、光源支持体１４を実装基板１６の金属部材と兼用して、光源支持体１４を実装基板１６の一部にすることができる。
【００５０】
図に示していないが、具体的には、予め、回路パターンを形成した矩形の金属ベース基板又は金属コア基板を４枚用意する。４枚の基板を、全体としてガス流路を形成するように金属部材の端部を相互に適当な方法で接続して、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を形成する。断面形状がｎ角形であれば、ｎ枚の実装基板を相互接続して、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を形成する。光源支持体兼実装基板へのＬＥＤ素子１８の搭載は、この相互接続の前後のいずれであってもよい。
【００５１】
或いは、断面形状が多角形で軸線方向に貫通孔が形成された熱伝導性の良好な棒状体（例えば、銅、アルミニウム、熱伝導樹脂）を用意する。所望により、側面に開孔を設けてもよい。この棒状体の外周面（更に、必要に応じて開口内周面）に、適当な方法で絶縁層を形成し、その上に化学銅メッキ、電解銅メッキ等を施して導体層を形成し、導体層をパターニングして回路パターンを形成して、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を形成してもよい。その後、所定箇所にＬＥＤ素子を半田付けする。
【００５２】
以上により、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を実現することが出来る。
【００５３】
［第３実施形態］
第３実施形態は、伝熱器を採用する点で、第１及び第２実施形態と異なる。即ち、第３実施形態では、図５（Ａ）に示すように、外球内部に伝熱器２８を形成することにより、更に冷却・放熱性能の向上を図っている。
【００５４】
具体的には、外球内に、熱伝導樹脂を流し込み、硬化させて伝熱器２８を形成する。ランプの製造方法で説明したように、外球６の口金２の近傍は加熱され高温に曝されるが、外球トップ部はこのような熱に曝されることはない。従って、予め形成された伝熱器２８が、その後の製造工程で熱の影響を受けることはない。
【００５５】
試作段階では、伝熱器２８は、シリコンにカーボンファイバーを混入した熱伝導樹脂を用いて作成した。しかし、他の熱伝導樹脂（樹脂に金属粉・金属片を混入したもの）を使用してもよい。この伝熱器２８に対して、光源支持体１４の端部を直接固定する。この場合、光源支持体１４の貫通孔１５ａ，１５ｂを流れるガス流の出入りを確保するため、例えば、光源支持体の端部に切り欠き、穴等を設けたり、端部を複数本の脚部状にしたりして、貫通孔を流れるガス流の出入り可能な開口（図示せず。）を形成する。伝熱器２８に対して、光源支持体１４の端部を直接固定することで、ＬＥＤ素子の発熱が光源支持体１４から伝熱器２８に高い効率で熱伝導され、冷却・放熱効果が向上する。
【００５６】
［第４実施形態］
第４実施形態は、追加放熱器３０の採用を採用する点で、第３実施形態と異なる。図４（Ｂ）に示すように、第３実施形態の伝熱器２８対して、第４実施形態では外球外部に追加放熱器３０を形成している。外球トップ部の外形形状に合致するように追加放熱器３０を形成し、外球トップ部に圧入し又は適当な接着剤で固着する。
【００５７】
外球内の伝熱器２８と外球外部の追加放熱器３０とは、外球のガラスを介して熱的伝導関係にあるため、伝熱器２８の熱は追加放熱器３０を介して効率良く外気に放出されることになる。
【００５８】
［本実施形態の利点・効果］
（冷却・放熱効果）
（１）図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０を、冷却・放熱の観点から説明する。発熱源であるＬＥＤ素子１８は、板厚の薄いプリント配線板或いは所望により良好な熱伝導性の金属ベース基板又は金属コア基板１６に搭載されている。実装基板１６は、熱伝導性の良好な光源支持体１４に面接触状態で固定されている。このため、ＬＥＤ素子の発熱は、実装基板１６を介して光源支持体１４まで高い効率で熱伝導される。
【００５９】
光源支持体１４には、軸線方向に貫通孔１５が形成されているため、貫通孔１５の内部の熱くなったガスは貫通孔を上方へ移動し光源支持体１４から放出され、代わりに貫通孔１５の下方から新たな冷たいガスが流入する。このため、図２（Ａ）の矢印２３に示すようなガス流の循環が発生する。（なお、ランプ１０を上下反転して口金２を下側にした場合は、ガス流の循環は矢印２３と逆方向となる。）ガス流の循環２３により、光源支持体１４の外周面及び貫通孔１５の内周面、並びに実装基板１６及びＬＥＤ素子１８は、循環ガス流２３により冷却・放熱される。即ち、光源支持体１４は、ＬＥＤ素子１８の支持体、ＬＥＤ素子の発熱の伝導体、及び循環ガスの流路形成体として機能している。
【００６０】
外球６の内部には、ヘリウム等の低分子量ガスが充填されているので熱伝導率が高く、ＬＥＤ素子１８，光源支持体１４等の熱は高い効率で外球内部の循環ガス流２３によって冷却・放熱される。外球６の周囲は外気に曝されているので、循環ガス流２３の熱は最終的に外気に向かって放熱される。
【００６１】
図６は、図２（Ａ）に示す第１実施形態に係るＬＥＤランプに封入ガスとしてヘリウムガスを用い、銅製の光源支持体１４にＬＥＤ素子１８を取り付けた試作品における「ＬＥＤ素子の電力−ＬＥＤ素子温度」の測定結果のグラフである（図中●（黒丸））。比較例として、ヘリウムガスの代わりに空気を用いた測定結果を示す（図中▲（黒三角））。グラフから、典型的な電力２０Ｗで両者を比較すると、空気を使用した場合のＬＥＤ素子温度は約１２８℃を示しているのに対して、ヘリウムガスを使用した場合のＬＥＤ素子温度は約１０８℃にとどまる。従って、空気に比べて、ヘリウムガスによる冷却・放熱効果は、約２０℃の温度低下となって現れている。
【００６２】
ここで、外気常温を２０℃とすると、空気を使用した場合のＬＥＤ素子の発熱分は、外気常温との差分（１２８−２０＝）１０８℃であり、ヘリウムガスを使用した場合のＬＥＤ素子の発熱分は（１０８−２０＝）８８℃である。両者の比は８８／１０８＝８１％となり、空気に換えてヘリウムガスを使用することにより、冷却・放熱効果としてＬＥＤ素子の温度を１９％抑制することができる。
【００６３】
約２０℃の温度低下により、ＬＥＤ素子の寿命の長期化が図れる。或いは、ＬＥＤ素子の寿命を同程度に設定した場合には、２０℃の温度上昇が許容され、更なる出力のアップが可能となる。図６を参照すると、ＬＥＤ素子温度を１００℃とすると、空気を用いた場合は１４Ｗまで、ヘリウムガスを用いた場合は１８Ｗまで、ランプ内にＬＥＤ素子を配置することが許容される。各ＬＥＤ素子が１Ｗの場合、空気を用いた場合にはＬＥＤ素子は最大１４個までしか封入できないが、ヘリウムガスを用いることによりＬＥＤ素子を最大１８個まで封入することができる。これにより、一層明るいＬＥＤランプを実現できる。
【００６４】
（２）外球内部に伝熱器２８を形成し、光源支持体１４を固定・接続することにより、ＬＥＤ素子１８からの熱伝導の効率を向上できる。
【００６５】
（３）外球外に追加放熱器３０を形成し、外球内の伝熱器２８と熱的伝導関係にすることにより、伝熱器２８からの熱伝導の効率を向上できる。
【００６６】
（その他の効果）
（ａ）口金２と外球６との間は気密封止され、外球内部と外部の間は気密状態となっている。そのため、外球外部からの湿気、水分、化学工場等における腐食性ガス等が外球内部へ侵入することはない。そのため、ＬＥＤ素子１８、関連する回路パターン、その他の構成部材が腐食等することがない。
【００６７】
（ｂ）外球内部は、低分子量ガスで満たされているため、酸素は存在しなく、ＬＥＤ素子１８、関連する回路パターン、その他の構成部材が酸化、腐食することもない。
【００６８】
（ｃ）口金２と外球６との間を気密封止構造に形成することは、本出願人が長年の白熱電球、ＨＩＤランプ等で培った製造技術を利用できる。
【００６９】
（ｄ）ランプ１０を屋外で使用した場合、図１に示すような樹脂製グローブ１０６は、紫外線により劣化し、変色、ひび割れしたりする。しかし、本実施形態に係るＬＥＤランプは、外球に硬質ガラスを使用しているため、紫外線による劣化は無く、屋外での長期間の使用に耐える。
【００７０】
（ｅ）ランプを海岸付近で使用した場合、図１に示すようなアルミダイキャスト１０４は、塩害により、表面の変色、腐食が発生する。そのため、塗装等の表面処理で対応する必要がある。しかし、本実施形態にかかるＬＥＤランプ外球の硬質ガラスは、塩害の影響は受けず、海岸付近での長期間の使用に耐える。
【００７１】
［まとめ］
以上により、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に付いて説明したが、これらは例示であって、本発明を限定するものではない。当業者が容易に成し得る実施形態に対する追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００７２】
２：口金、 ６：外球、 ８：ステム、 １０：ＬＥＤランプ、 １２：絶縁性チューブ、 １４：光源支持体、 （１４，１６）：光源支持体兼実装基板、 １５ａ，１５ｂ：貫通孔、 １６：実装基板、 １８，１８−１，１８−２，１８−３，１８−４：ＬＥＤ素子、 ２０：支柱、 ２１：熱伝導シート、 ２２：内部空間、 ２４：熱遮蔽部材、 ２８：伝熱器、 ３０：追加放熱器、 ３２：ガス流加速用ファン、 １００：ＬＥＤランプ、 １０２：口金、 １０４：放熱部，アルミダイキャスト部分、 １０６：グローブ、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明用ランプは、概して、白熱電球、蛍光灯、ＨＩＤランプ、ＬＥＤランプと開発され、実用化されてきた。ＬＥＤランプは、発光ダイオード素子を光源として利用したランプであり、青色ＬＥＤ素子の開発により白色の発光が可能となり、最近、照明用ランプとして利用が拡がりつつある。
【０００３】
図１は、このような現在広く販売されているＬＥＤランプの一例を示す図である。これらのＬＥＤランプ１００は、一般に、出力が１０Ｗ以下（典型的には７Ｗ程度）のランプである。図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ランプ形状は種々あるが、基本的に、口金１０２、放熱部１０４及びグローブ１０６から成っている。放熱部１０４は、アルミニウムのダイキャストから形成され、多くの場合、外周面に放熱フィンの形状に形成されている。グローブ１０６は、透光性の樹脂から成る。一部に、ガラス製のグローブも見られる。アルミダイキャスト部分１０４とグローブ１０６との間は、適当な接着剤で固定されている。従って、アルミダイキャスト部分１０４とグローブ１０６とで形成される内部空間は、ランプ外部との間で気密封止になってない。
【０００４】
本発明者等は、次の先行特許文献が存在することを承知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003-016805「ライト及びライトの製造方法」、出願人：今井紘一（公開日：2003/01/17）
【特許文献２】特開2004-296245「ＬＥＤランプ」、出願人：松下電工株式会社（公開日：2004/10/21）
【特許文献３】特開2009-259813「メタルハライドランプ外囲部からのヘリウム漏れを防止または低減する方法」、出願人：ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ（公開日：2009/11/05）
【特許文献４】特開2010-135181「照明装置」、出願人：シャープ株式会社（公開日：2010/06/17） 以下に説明する本願のＬＥＤランプと比較すると、上記先行特許文献のランプは次の点で相違する。先ず、本願のＬＥＤランプは、ＬＥＤ素子をガラス製密封容器で覆い、ガラス製密封容器内には冷却・放熱手段として低分子量ガスが封入されている。
【０００６】
特許文献１は、ケース部材として樹脂及びガラスを例示し、ガラスを使用した場合は内部の発光ダイオードが外部環境から保護され、更にガラス容器内を水分を有しないガス（実施例では窒素ガス）を封入した場合には水分が残留せずガラスが曇らない効果を開示する。しかし、ここには、冷却・放熱手段としての低分子量ガスに関する記載・示唆は無い。
【０００７】
特許文献２は、ＬＥＤランプを収納するバルブは樹脂材料から形成され、図１に関連して説明した気密封止に関する記載・示唆は無い。
【０００８】
特許文献３は、メタルハライドランプに関する発明であり、ＬＥＤ素子に関する記載・示唆は無い。
【０００９】
特許文献４は、透光性カバーはポリカーボネート樹脂製であり、放熱部はアルミ等の金属製である。図１に例示したＬＥＤランプに該当し、気密封止に関する記載・示唆は無い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＬＥＤ素子は、半導体から成り、半導体の接合部の温度と素子寿命が密接な関係にある。即ち、使用時の接合部の温度が比較的低い場合には素子寿命は長期間となるが、温度が高くなるにつれ素子寿命は急激に短くなる。従って、ＬＥＤランプでは、ＬＥＤ素子の温度が高いとランプ寿命が短縮化し、ランプ照度も劣化する。
【００１１】
半導体素子を使用した電子機器においては冷却・放熱手段が重要事項であるのと同様に、ＬＥＤランプにおいても冷却・放熱手段が重要事項となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題に鑑みて、本発明は、新規な冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明に係るＬＥＤランプは、複数個のＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を包囲するガラス製密封容器とを備え、該ガラス製密封容器の内部には低分子量ガスが封入されている。
【００１４】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス、ネオンガス又はこれらの任意の組み合わせの混合ガスのいずれかを含んでいてもよい。
【００１５】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記ガラス製密封容器の端部には口金が形成され、容器の内部と外部との間は気密状態が保持されていてもよい。
【００１６】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、軸線方向に沿って貫通孔を有する棒状体の光源支持体を備え、前記複数個のＬＥＤ素子は、前記光源支持体の側面に固定され、前記光源支持体の開孔は、前記低分子量ガスが流れるガス流路を形成していてもよい。
【００１７】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、断面形状が多角形であってよい。
【００１８】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記光源支持体の貫通孔の上端、下端又はその両方の近傍にガス流加速ファンを備えていてもよい。
【００１９】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体は、少なくとも、アルミニウム、銅、又は熱伝導樹脂を含む良好な熱伝導性を有する部材から成っていてもよい。
【００２０】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定されていてもよい。
【００２１】
更に、上記ＬＥＤランプでは、前記実装基板は、金属ベース基板又は金属コア基板であってもよい。
【００２２】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、複数枚の矩形の基板を備え、前記基板は、全体としてガス流路を形成するように側端部を相互接続し、前記複数個のＬＥＤ素子は、前記複数枚の矩形の基板の表面に夫々搭載されていてもよい。
【００２３】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記口金とは反対側である前記ガラス製密封容器のトップ部内側に、前記光源支持体に対して固定された熱伝導樹脂から成る伝熱器を備え、該光源支持体には、前記開口を流れるガス流の出入り可能な孔が形成されていてもよい。
【００２４】
更に、上記ＬＥＤランプでは、更に、前記ガラス製密封容器のトップ部外側に、前記伝熱器に前記ガラス製密封容器を挟んで熱的伝導関係にある追加熱放熱器を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、新規な冷却・放熱手段を備えたＬＥＤランプを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、現在広く販売されているＬＥＤランプの一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤランプを説明する図である。
【図３】図３は、図２（Ａ）のＬＥＤランプの光源支持体及び実装基板の二つの例を説明する図である。
【図４】図４は、図２（Ａ）に示すＬＥＤランプの製造方法のフローであり、各ステップの右側にその段階の簡単なランプの図を示している。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る伝熱器及び第４実施形に係る追加放熱器を説明する図である。
【図６】図６は、図２（Ａ）に示すＬＥＤランプに封入ガスとしてヘリウムガスを用い、光源支持体として銅を用いた試作品における「ＬＥＤ素子の電力−ＬＥＤ素子温度」の測定結果のグラフである。比較例として、ヘリウムガスの代わりに空気を用いた測定結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に付いて、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。また、以下に説明する実施形態は、例示であって、本発明の範囲を限定するものではないことを承知されたい。
【００２８】
［第１実施形態］
（ＬＥＤランプの構成）
図２は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１０を説明する図である。このＬＥＤランプ１０は、図１で説明した現在広く宣伝・販売されている７Ｗ程度の低出力ＬＥＤランプではなく、主として高出力の２０Ｗ程度のＬＥＤランプを対象としている。このため、冷却・放熱手段が更に重要な検討事項となる。
【００２９】
図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０は、一端が口金２で気密封止された外球６の内部に、複数個のＬＥＤ素子１８が配置されている。複数個のＬＥＤ素子１８は、実装基板１６に適当な間隔で搭載され、この実装基板は光源支持体１４に固定されている。
【００３０】
更に、この光源支持体１４は、外球６の一端に固着されたステム８から延在する支柱２０によって、外球６の内部の適当な箇所に位置決め支持されている。光源支持体１４に隣接する支柱２０の部分には、絶縁性チューブ１２が被せられ、光源支持体１４と支柱２０との間の電気絶縁性を確保している。光源支持体１４及び実装基板１６に関しては、後で、図３を参照しながら説明する。
【００３１】
更に、口金２に近い外球６の内部には、熱遮蔽部材２４が設けられている。図２（Ｂ）に示すように、熱遮蔽部材２４は、外球６の内部形状に適合する概して円板状の部材であり、電気リード線及び支柱２０を通す開口２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成されている。熱遮蔽部材２４は、例えば、セラミック、金属板、マイカ板等で形成されている。熱遮蔽部材２４の機能に関しては、後で、図４の製造方法に関連して説明する。
【００３２】
外球６の内部空間２２には、低分子量ガスが封入されている。本出願書類で「低分子量ガス」とは、比熱が大きく、熱伝導性が良好なガスであり、典型的にはヘリウムガスである。更に、ネオンガス、水素ガス、又はこれらの混合ガスであってもよい。特に、水素ガスは反応性が高いため、これを抑制した水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスとしてもよい。
【００３３】
光源支持体１４の下方には、所望により、ガス流加速用ファン３２を設けてもよい。このガス流加速用ファン３２は、光源支持体１４の上方に設けてもよく、下方と上方の両方に設けてもよい。低分子量ガス及びガス流加速用ファン３２に関しては、後で、図６に関連して説明する。
【００３４】
（各構成要素の説明）
図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０の各要素に関して説明する。
【００３５】
口金２は、白熱電球やＨＩＤランプで使用されているねじ込みタイプや差し込みタイプであってよい。外球６は、例えば、ホウケイ酸ガラス等の透光性の硬質ガラスから成るＢＴ管である。しかし、外球６の形状はこれに限定されず、任意の形状であってよい。外球６は、透明タイプ又は拡散タイプ（外球内表面を梨地状に処理した曇りガラスのタイプ）のいずれであってもよい。公知の白熱電球やＨＩＤランプと同様に、口金２と外球６との間は気密封止され、外球内部と外部との間は気密封止状態となっている。
【００３６】
図３の（Ａ）と（Ｂ）に、光源支持体１４及び実装基板１６の二つの例を示して、説明する。光源支持体１４は、熱伝導性の良好な材質から成り、例えば、銅、アルミニウム、熱伝導樹脂等から成る。熱伝導樹脂は、樹脂に金属粉・金属片を混入して熱伝導係数を高くしたものである。
【００３７】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、光源支持体１４の外形は、棒状体であり、軸線方向に沿って貫通孔１５ａ，１５ｂが形成されている。図示する光源支持体１４の軸線に直交する断面形状は、四角形であるが、これに限定されない。しかし、光源支持体１４に対して実装基板１６を面接触状態で固定するため、断面形状は多角形であることが好ましい。即ち、三角形、五角形、…等の任意の多角形であってよい。断面形状を円形、楕円形等にする場合には、光源支持体１４と実装基板１６との間に適当な熱伝導性の良好な介在物を設けることが好ましい。
【００３８】
良好な熱伝導性の角材１４ａに、軸線に沿って円形の貫通孔１５ａを形成して光源支持体としてもよく（図３（Ａ）参照）、角材１４ｂに四角形の貫通孔１５ｂを形成してもよい（図３（Ｂ）参照）。或いは、角材に貫通孔を形成するのではなく、板状体を９０度ずつ三回折り曲げ両端部を接続して形成してもよく、４片の矩形の板状体を用意し、端部を適当な方法で相互に接続して、図３（Ｂ）に図示するような形状にしてもよい。
【００３９】
光源支持体１４の外周側面には、実装基板１６が固定されている。所望により、光源支持体１４の外周側面と実装基板１６の間に、熱伝導シート２１を介在配置してもよい。光源支持体１４の断面形状がｎ角形であれば、ｎ個の外周側面の全てに実装基板１６が夫々固定される。
【００４０】
各実装基板１６には、複数個のＬＥＤ素子（例えば、１８−１〜１８−４）が搭載されている。実装基板１６は、プリント配線板から成り、ＬＥＤ素子に給電するための必要な回路パターが形成されている。ＬＥＤ素子１８の放熱・冷却効果を高めるため、実装基板１６は、板厚を比較的薄くするか、或いは金属ベース基板又は金属コア基板として形成することが好ましい。プリント配線板の技術分野に於いて、金属ベース基板又は金属コア基板自体は公知の技術である。通常のプリント配線板が、ガラスエポキシ樹脂製のコア基板に銅の回路パターンが形成されているのに対して、金属ベース基板は一方の面が金属板（銅、アルミニウム等）で、他方の面は絶縁性樹脂で被覆されている。金属コア基板は、金属板に所望により開孔を形成し、表裏及び開孔内を絶縁性樹脂で被覆されている。いずれかの基板の絶縁性樹脂層の上に回路パターンを形成する。金属の良好な熱伝導性により、著しい放熱・冷却効果が期待できる。
【００４１】
実装基板１６に対するＬＥＤ素子１８の搭載は、半田付け等の公知の方法によって行われる。複数個のＬＥＤ素子は、全て直列接続され、その両端がリード線を介して口金２につながっている。口金２は、ソケット（図示せず。）にねじ込み又は差し込まれ、各ＬＥＤ素子に所定の電圧が印加されるように所定の電圧源（図示せず。）に接続される。ガス流加速用ファン３２を用いる場合も、同じ電圧源により駆動される。
【００４２】
（ＬＥＤランプの製造方法）
図４は、図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０の製造方法のフローであり、各ステップの右側にその段階の簡単なランプの図を示している。
【００４３】
ステップＳ１のマウント組立て工程で、ＬＥＤ素子１８を実装基板１６に搭載し、これを光源支持体１４に固定し、光源支持体を支柱２０に取り付けてマウントを形成、下端にステム８を取り付ける。
【００４４】
ステップＳ２の封止工程で、マウントを外球６の内部に挿入し、マウントの下部のステム８と外球６とをバーナーで熱して、封着する。
【００４５】
ステップＳ３の排気行程で、封止済みの外球内部を排気管を通じて一度真空状態に排気する。その後、低分子量ガスを封入し、チップオフ（排気管をバーナーで溶かして封着すること）する。
【００４６】
ステップＳ４の口金付け工程で、口金２のトップ部及びサイド部を半田付けする。
【００４７】
ステップＳ５の点灯試験、検査を経て、ＬＥＤランプ１０が完成する。
【００４８】
ここで、ステップＳ２〜Ｓ４では、口金、外球の取り付け部、ステム等がバーナーによって１０００℃近くの高温に熱せられる。この熱が、外球内部のＬＥＤ素子に伝わって損傷しないようにするため、熱遮蔽部材２４（図２（Ｂ）参照）が、外球の口金取り付け部分とＬＥＤ素子との間に設けられている。
【００４９】
［第２実施形態］
第２実施形態は、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を採用する点で、第１実施形態と異なる。即ち、第１実施形態では、光源支持体１４と実装基板１６とを別物としている。ここで、実装基板１６は、好ましくは金属ベース基板又は金属コア基板である。従って、光源支持体１４を実装基板１６の金属部材と兼用して、光源支持体１４を実装基板１６の一部にすることができる。
【００５０】
図に示していないが、具体的には、予め、回路パターンを形成した矩形の金属ベース基板又は金属コア基板を４枚用意する。４枚の基板を、全体としてガス流路を形成するように金属部材の端部を相互に適当な方法で接続して、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を形成する。断面形状がｎ角形であれば、ｎ枚の実装基板を相互接続して、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を形成する。光源支持体兼実装基板へのＬＥＤ素子１８の搭載は、この相互接続の前後のいずれであってもよい。
【００５１】
或いは、断面形状が多角形で軸線方向に貫通孔が形成された熱伝導性の良好な棒状体（例えば、銅、アルミニウム、熱伝導樹脂）を用意する。所望により、側面に開孔を設けてもよい。この棒状体の外周面（更に、必要に応じて開口内周面）に、適当な方法で絶縁層を形成し、その上に化学銅メッキ、電解銅メッキ等を施して導体層を形成し、導体層をパターニングして回路パターンを形成して、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を形成してもよい。その後、所定箇所にＬＥＤ素子を半田付けする。
【００５２】
以上により、光源支持体兼実装基板（１４，１６）を実現することが出来る。
【００５３】
［第３実施形態］
第３実施形態は、伝熱器を採用する点で、第１及び第２実施形態と異なる。即ち、第３実施形態では、図５（Ａ）に示すように、外球内部に伝熱器２８を形成することにより、更に冷却・放熱性能の向上を図っている。
【００５４】
具体的には、外球内に、熱伝導樹脂を流し込み、硬化させて伝熱器２８を形成する。ランプの製造方法で説明したように、外球６の口金２の近傍は加熱され高温に曝されるが、外球トップ部はこのような熱に曝されることはない。従って、予め形成された伝熱器２８が、その後の製造工程で熱の影響を受けることはない。
【００５５】
試作段階では、伝熱器２８は、シリコンにカーボンファイバーを混入した熱伝導樹脂を用いて作成した。しかし、他の熱伝導樹脂（樹脂に金属粉・金属片を混入したもの）を使用してもよい。この伝熱器２８に対して、光源支持体１４の端部を直接固定する。この場合、光源支持体１４の貫通孔１５ａ，１５ｂを流れるガス流の出入りを確保するため、例えば、光源支持体の端部に切り欠き、穴等を設けたり、端部を複数本の脚部状にしたりして、貫通孔を流れるガス流の出入り可能な開口（図示せず。）を形成する。伝熱器２８に対して、光源支持体１４の端部を直接固定することで、ＬＥＤ素子の発熱が光源支持体１４から伝熱器２８に高い効率で熱伝導され、冷却・放熱効果が向上する。
【００５６】
［第４実施形態］
第４実施形態は、追加放熱器３０の採用を採用する点で、第３実施形態と異なる。図４（Ｂ）に示すように、第３実施形態の伝熱器２８対して、第４実施形態では外球外部に追加放熱器３０を形成している。外球トップ部の外形形状に合致するように追加放熱器３０を形成し、外球トップ部に圧入し又は適当な接着剤で固着する。
【００５７】
外球内の伝熱器２８と外球外部の追加放熱器３０とは、外球のガラスを介して熱的伝導関係にあるため、伝熱器２８の熱は追加放熱器３０を介して効率良く外気に放出されることになる。
【００５８】
［本実施形態の利点・効果］
（冷却・放熱効果）
（１）図２（Ａ）に示すＬＥＤランプ１０を、冷却・放熱の観点から説明する。発熱源であるＬＥＤ素子１８は、板厚の薄いプリント配線板或いは所望により良好な熱伝導性の金属ベース基板又は金属コア基板１６に搭載されている。実装基板１６は、熱伝導性の良好な光源支持体１４に面接触状態で固定されている。このため、ＬＥＤ素子の発熱は、実装基板１６を介して光源支持体１４まで高い効率で熱伝導される。
【００５９】
光源支持体１４には、軸線方向に貫通孔１５が形成されているため、貫通孔１５の内部の熱くなったガスは貫通孔を上方へ移動し光源支持体１４から放出され、代わりに貫通孔１５の下方から新たな冷たいガスが流入する。このため、図２（Ａ）の矢印２３に示すようなガス流の循環が発生する。（なお、ランプ１０を上下反転して口金２を下側にした場合は、ガス流の循環は矢印２３と逆方向となる。）ガス流の循環２３により、光源支持体１４の外周面及び貫通孔１５の内周面、並びに実装基板１６及びＬＥＤ素子１８は、循環ガス流２３により冷却・放熱される。即ち、光源支持体１４は、ＬＥＤ素子１８の支持体、ＬＥＤ素子の発熱の伝導体、及び循環ガスの流路形成体として機能している。
【００６０】
外球６の内部には、ヘリウム等の低分子量ガスが充填されているので熱伝導率が高く、ＬＥＤ素子１８，光源支持体１４等の熱は高い効率で外球内部の循環ガス流２３によって冷却・放熱される。外球６の周囲は外気に曝されているので、循環ガス流２３の熱は最終的に外気に向かって放熱される。
【００６１】
図６は、図２（Ａ）に示す第１実施形態に係るＬＥＤランプに封入ガスとしてヘリウムガスを用い、銅製の光源支持体１４にＬＥＤ素子１８を取り付けた試作品における「ＬＥＤ素子の電力−ＬＥＤ素子温度」の測定結果のグラフである（図中●（黒丸））。比較例として、ヘリウムガスの代わりに空気を用いた測定結果を示す（図中▲（黒三角））。グラフから、典型的な電力２０Ｗで両者を比較すると、空気を使用した場合のＬＥＤ素子温度は約１２８℃を示しているのに対して、ヘリウムガスを使用した場合のＬＥＤ素子温度は約１０８℃にとどまる。従って、空気に比べて、ヘリウムガスによる冷却・放熱効果は、約２０℃の温度低下となって現れている。
【００６２】
ここで、外気常温を２０℃とすると、空気を使用した場合のＬＥＤ素子の発熱分は、外気常温との差分（１２８−２０＝）１０８℃であり、ヘリウムガスを使用した場合のＬＥＤ素子の発熱分は（１０８−２０＝）８８℃である。両者の比は８８／１０８＝８１％となり、空気に換えてヘリウムガスを使用することにより、冷却・放熱効果としてＬＥＤ素子の温度を１９％抑制することができる。
【００６３】
約２０℃の温度低下により、ＬＥＤ素子の寿命の長期化が図れる。或いは、ＬＥＤ素子の寿命を同程度に設定した場合には、２０℃の温度上昇が許容され、更なる出力のアップが可能となる。図６を参照すると、ＬＥＤ素子温度を１００℃とすると、空気を用いた場合は１４Ｗまで、ヘリウムガスを用いた場合は１８Ｗまで、ランプ内にＬＥＤ素子を配置することが許容される。各ＬＥＤ素子が１Ｗの場合、空気を用いた場合にはＬＥＤ素子は最大１４個までしか封入できないが、ヘリウムガスを用いることによりＬＥＤ素子を最大１８個まで封入することができる。これにより、一層明るいＬＥＤランプを実現できる。
【００６４】
（２）外球内部に伝熱器２８を形成し、光源支持体１４を固定・接続することにより、ＬＥＤ素子１８からの熱伝導の効率を向上できる。
【００６５】
（３）外球外に追加放熱器３０を形成し、外球内の伝熱器２８と熱的伝導関係にすることにより、伝熱器２８からの熱伝導の効率を向上できる。
【００６６】
（その他の効果）
（ａ）口金２と外球６との間は気密封止され、外球内部と外部の間は気密状態となっている。そのため、外球外部からの湿気、水分、化学工場等における腐食性ガス等が外球内部へ侵入することはない。そのため、ＬＥＤ素子１８、関連する回路パターン、その他の構成部材が腐食等することがない。
【００６７】
（ｂ）外球内部は、低分子量ガスで満たされているため、酸素は存在しなく、ＬＥＤ素子１８、関連する回路パターン、その他の構成部材が酸化、腐食することもない。
【００６８】
（ｃ）口金２と外球６との間を気密封止構造に形成することは、本出願人が長年の白熱電球、ＨＩＤランプ等で培った製造技術を利用できる。
【００６９】
（ｄ）ランプ１０を屋外で使用した場合、図１に示すような樹脂製グローブ１０６は、紫外線により劣化し、変色、ひび割れしたりする。しかし、本実施形態に係るＬＥＤランプは、外球に硬質ガラスを使用しているため、紫外線による劣化は無く、屋外での長期間の使用に耐える。
【００７０】
（ｅ）ランプを海岸付近で使用した場合、図１に示すようなアルミダイキャスト１０４は、塩害により、表面の変色、腐食が発生する。そのため、塗装等の表面処理で対応する必要がある。しかし、本実施形態にかかるＬＥＤランプ外球の硬質ガラスは、塩害の影響は受けず、海岸付近での長期間の使用に耐える。
【００７１】
［まとめ］
以上により、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に付いて説明したが、これらは例示であって、本発明を限定するものではない。当業者が容易に成し得る実施形態に対する追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００７２】
２：口金、 ６：外球、 ８：ステム、 １０：ＬＥＤランプ、 １２：絶縁性チューブ、 １４：光源支持体、 （１４，１６）：光源支持体兼実装基板、 １５ａ，１５ｂ：貫通孔、 １６：実装基板、 １８，１８−１，１８−２，１８−３，１８−４：ＬＥＤ素子、 ２０：支柱、 ２１：熱伝導シート、 ２２：内部空間、 ２４：熱遮蔽部材、 ２８：伝熱器、 ３０：追加放熱器、 ３２：ガス流加速用ファン、 １００：ＬＥＤランプ、 １０２：口金、 １０４：放熱部，アルミダイキャスト部分、 １０６：グローブ、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を包囲するガラス製密封容器とを備え、該ガラス製密封容器の内部には低分子量ガスが封入されている、ＬＥＤランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス、ネオンガス又はこれらの任意の組み合わせの混合ガスのいずれかを含む、ＬＥＤランプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記ガラス製密封容器の端部には口金が形成され、容器の内部と外部との間は気密状態が保持されている、ＬＥＤランプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
軸線方向に沿って貫通孔を有する棒状体の光源支持体を備え、
前記複数個のＬＥＤ素子は、前記光源支持体の側面に固定され、
前記光源支持体の貫通孔は、前記低分子量ガスが流れるガス流路を形成している、ＬＥＤランプ。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、断面形状が多角形である、ＬＥＤランプ。
【請求項６】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記光源支持体の貫通孔の上端、下端又はその両方の近傍にガス流加速ファンを備えている、ＬＥＤランプ。
【請求項７】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、少なくとも、アルミニウム、銅、又は熱伝導樹脂を含む良好な熱伝導性を有する部材から成る、ＬＥＤランプ。
【請求項８】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定されている、ＬＥＤランプ。
【請求項９】
請求項８に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記実装基板は、金属ベース基板又は金属コア基板である、ＬＥＤランプ。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
複数枚の矩形の基板を備え、
前記基板は、全体としてガス流路を形成するように側端部を相互接続し、
前記複数個のＬＥＤ素子は、前記複数枚の矩形の基板の表面に夫々搭載されている、ＬＥＤランプ。
【請求項１１】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記口金とは反対側である前記ガラス製密封容器のトップ部内側に、前記光源支持体に対して固定された熱伝導樹脂から成る伝熱器を備え、該光源支持体には、前記貫通孔を流れるガス流の出入り可能な開口が形成されている、ＬＥＤランプ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記ガラス製密封容器のトップ部外側に、前記伝熱器に前記ガラス製密封容器を挟んで熱的伝導関係にある追加熱放熱器を備えている、ＬＥＤランプ。
【請求項１】
複数個のＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を包囲するガラス製密封容器とを備え、該ガラス製密封容器の内部には低分子量ガスが封入されている、ＬＥＤランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記低分子量ガスは、ヘリウムガス、水素ガス、ネオンガス又はこれらの任意の組み合わせの混合ガスのいずれかを含む、ＬＥＤランプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記ガラス製密封容器の端部には口金が形成され、容器の内部と外部との間は気密状態が保持されている、ＬＥＤランプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
軸線方向に沿って貫通孔を有する棒状体の光源支持体を備え、
前記複数個のＬＥＤ素子は、前記光源支持体の側面に固定され、
前記光源支持体の貫通孔は、前記低分子量ガスが流れるガス流路を形成している、ＬＥＤランプ。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、断面形状が多角形である、ＬＥＤランプ。
【請求項６】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記光源支持体の貫通孔の上端、下端又はその両方の近傍にガス流加速ファンを備えている、ＬＥＤランプ。
【請求項７】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体は、少なくとも、アルミニウム、銅、又は熱伝導樹脂を含む良好な熱伝導性を有する部材から成る、ＬＥＤランプ。
【請求項８】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記光源支持体には、前記複数個のＬＥＤが搭載された実装基板が固定されている、ＬＥＤランプ。
【請求項９】
請求項８に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記実装基板は、金属ベース基板又は金属コア基板である、ＬＥＤランプ。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
複数枚の矩形の基板を備え、
前記基板は、全体としてガス流路を形成するように側端部を相互接続し、
前記複数個のＬＥＤ素子は、前記複数枚の矩形の基板の表面に夫々搭載されている、ＬＥＤランプ。
【請求項１１】
請求項４に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記口金とは反対側である前記ガラス製密封容器のトップ部内側に、前記光源支持体に対して固定された熱伝導樹脂から成る伝熱器を備え、該光源支持体には、前記貫通孔を流れるガス流の出入り可能な開口が形成されている、ＬＥＤランプ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＬＥＤランプにおいて、更に、
前記ガラス製密封容器のトップ部外側に、前記伝熱器に前記ガラス製密封容器を挟んで熱的伝導関係にある追加熱放熱器を備えている、ＬＥＤランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１５６０３６（Ｐ２０１２−１５６０３６Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８４１（Ｐ２０１１−１４８４１）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
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