JP2011003340A

JP2011003340A - Ｌｅｄやｌｅｄｓｍｄ電球と電灯の有効な放熱構造

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Publication number: JP2011003340A
Application number: JP2009143994A
Authority: JP
Inventors: Wun Song Hu; 胡文松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】本発明は、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ電球及び電灯の有効な放熱構造を提供する。
【解決手段】ランプソケットからランプ台が伸び、ランプ台の上端の内径から下の適当な位置にリング状ステージが設けられ、上記リング状ステージに、基板が設置され、基板の上端平面の中央において、適当な位置に一つ乃至複数のＬＥＤやＳＭＤＬＥＤが設置され、また、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤの周りに、集光環が設けられる。また、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤの底部熱伝導座に対応する基板に、一つ乃至複数の直径がＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ熱伝導座に近似する穴が設けられる。また、上記基板の下面に、放熱体が設置され、放熱体の上端面において、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ熱伝導座の基板の穴に対応する位置に突出柱が形成されてもよく、上記突出柱の上面が、基板の穴に通し、直接にＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ底部の熱伝導座に密着する。より有効な放熱効果が得られる。
【選択図】図８

Description

本発明は、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ電球及び電灯の有効な放熱構造に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、耐用寿命が最も長く、熱度が最も低く、化学汚染が最も少なく、消費電力が最も低い光源であるため、ＬＥＤは、既存の光照明において、最も省エネルギー且つ環境保護である。

ＬＥＤを照明灯としても、次の欠点が残され、
１、既存のＬＥＤ照明灯の光源が、点光源であるため、ハレーションが発生し、ハロゲン球やタングステン電球が線光源であると異なり、また、高圧ナトリウム灯や蛍光灯（省電力電球）或いはＨＩＤ電球が、電圧でナトリウムや水銀或いはキセノン等の元素を励起して面光源が形成されると異なるため、ＬＥＤ点光源の投光により形成された投射面内の照度（ｌｕｘ）が、一致ではない。特に、読書照明用灯として、蛍光灯や省エネルギー電球及びタングステン電球に比すると、均一度が不足になる（図１乃至図４のように）。
２、既存のＬＥＤ照明灯では、一つや複数のＬＥＤを、一つや複数のＶ形状凹槽である放熱座に埋め込み、Ｖ形状槽を利用して必要とする投射角度が形成され、ＬＥＤの広角光が、必要とする投射角光に変換されるが、出射角度外の投射光が、Ｖ形状凹槽の槽壁に投射して不規則の屈折光になり、均一光の形成に不利になる（図５と図６のように）。
３、既存の高輝度ＬＥＤ照明灯や電灯は、放熱座を増設して熱伝導を行い、その中、低ワット数のＬＥＤ（例えば、１Ｗ）、放熱座を増設することにより、有効な放熱や熱伝導が実現されるが（図５と図６のように）、高ワット数のＬＥＤ（例えば、３Ｗや５Ｗ）や複数の１ＷのＬＥＤが一つの小さい基板に実装される場合、発生した高熱は、既存の熱伝導銅基板やアルミニウム基板に放熱座構造を増設しても、有効に放熱できないため、温度が、ＬＥＤチップの耐える上限温度（６０〜６５℃）以下に維持することができなく、ＬＥＤチップの機能が悪化して、ＬＥＤの耐用寿命が短縮される。

本発明者は、上記欠点を解消するため、慎重に研究し、また、学理を活用して、有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である本発明を提案する。

本発明の主な目的は、ランプソケットからランプ台が伸び、ランプ台の上端の内径から下の適当な位置にリング状ステージが設けられ、上記リング状ステージに、基板が設置され、基板の上端平面の中央において、適当な位置に一つ乃至複数のＬＥＤやＳＭＤＬＥＤが設置され、また、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤの周りに、集光環が設けられるＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ電球及び電灯の有効な放熱構造を提供する。また、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤの底部熱伝導座に対応する基板に、一つ乃至複数の直径がＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ熱伝導座に近似する穴が設けられても良い。また、上記基板の下面に、放熱体が設置され、放熱体の上端面において、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ熱伝導座の基板の穴に対応する位置に突出柱が形成されてもよく、上記突出柱の上面が、基板の穴に通し、直接にＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ底部の熱伝導座に密着しても良い。突出柱の側面が、基板の穴の内径に密着するため、より有効な放熱効果が得られる。

請求項１の発明は、ランプソケットと、上端の内径から下へリング状ステージが延び、もう一端がランプソケットに結合されるランプ台と、上記ランプ台のリング状ステージに設置され、上方に一つ乃至複数のＬＥＤやＳＭＤが実装され、上記ＬＥＤやＳＭＤの底部熱伝導座の下方に対応する位置に、一つ乃至複数の穴が形成される基板と、基板の下方に組立てられ、基板の穴に通してＬＥＤやＳＭＤの底部熱伝導座に密着する一つ乃至複数の突出柱が設けられる放熱体と、が含有される、ことを特徴とするＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造である。

請求項２の発明は、上記放熱体の突出柱の高さが、基板の厚さより大きく、また放熱体の突出柱の外径が、基板の穴の内径よりやや小さくて、直接にＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ底部の熱伝導座に密着することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造である。

請求項３の発明は、上記放熱体の突出柱の上部と外径表面に、熱伝達ゲルが塗布されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造である。

請求項４の発明は、上記放熱体に、更に、上記基板の穴と断面が十字形である熱伝導柱を構成する穴が形成されて、柱身が放熱体の穴に位置し、柱頂が基板の穴に通して、ＬＥＤ熱伝導座の下面に密着することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造である。

請求項５の発明は、上記放熱体や熱伝導柱、突出柱或いはランプ台は、アルミニウム材や銅材、或いはナノ鉄セラマグネットで、一体成型により構成されるか、嵌設により構成されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造である。

請求項６の発明は、単一ランタン構造である車投射灯や前照灯セット投射照明灯上の遠投射灯、補助投射灯、フォグライト、デイライト（ＤａｙＬｉｇｈｔ）、二方向投射光の電球、単レセプタクルチューブ、双レセプタクルチューブ、双街灯ＬＥＤ灯及びビュー投射灯ＬＥＤ灯に組み立てられることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造である。

以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本発明は、それによって制限されることが無い。

図７乃至図９を参照しながら、本発明に係るＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ電球及び電灯の有効な放熱構造は、ランプソケット１からランプ台２が伸び、上記ランプソケット１の内部に、変圧駆動器１１が設置され、上記ランプ台２の上端の内径から下へ適当な位置にリング状ステージ２１が伸び、上記リング状ステージ２１に基板３が設置され、基板３の上端平面の中央において、適当な位置に一つ乃至複数のＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１が設置され、また、基板３に、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１底部の熱伝導座３１１に対応する一つ乃至複数の直径がＬＥＤ熱伝導座３１１に近似する穴３２が設けられ、上記基板３の下面に、放熱体４が設置され、放熱体４が、任意の外型や厚さである熱伝導材質からなる。また、図８の放熱体４の上端面に、基板の穴３２に通してＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１底部の熱伝導座３１１に対応する高熱伝導の突出柱４１が形成され、上記突出柱４１の高さが、基板３の厚さよりもやや高く、突出柱４１の外径が、基板３の穴３２の内径より小さく、また、突出柱４１の上面と外周面に熱伝達ゲルが塗布され、放熱体４が、基板３に設置され、図１２と図１２の１ように、また、一つや複数のＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１のまわりの基板３に、集光環３３を設置しても良く、集光環３３が、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１の配列に合わせて任意の形状に形成され、集光環３３の内周面が傾斜面で、傾斜面の上端が、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１より高く、傾斜面の底端が、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１の端面より低く、集光環３３の底端面が、基板３に位置し、また、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１と、集光環３３との間に、光ガイドゲル３４が塗布され、光ガイドゲル３４の塗布面が、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１よりも高くなる。これにより、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１の点光源は、光ガイドゲル３４と集光環３３の内縁反射により、原型面光源に集光されて、照度や均一度が向上され、また、上記ランプ台２の上端に、調光レンズ５が設けられ、上記調光レンズ５が、図７のように、その上端面が、凸面５１であり、その下面が、凹面５２であるが、或いは、図９のように、その内面が平面５３で、上記凹面５２や平面５３の表面を、霧化処理するか、霧化紙を貼り付き、そして、調光レンズ５とＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１との距離Dを調整し（図７と図９のように）、例えば、（図１６と図１６の１のように）、調光レンズ５の下面と、上記ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１との距離Ｄ２、Ｄ３が、３〜１０ｍｍの範囲にあると、集合灯機能を発揮でき、図１５のように、調光レンズ５の下面と、上記ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１との距離Ｄ１が、０〜２．５ｍｍの範囲にすると、広角照明灯機能が発揮できる。更に、図９の１のように、本発明に係る構造は、単レセプタクルチューブに組立てられても良いし、図９の２の双レセプタクルチューブに組立てられても良い。

また、図１０のように、上記調光レンズ５の上端面の凸面５１の辺縁に、平面ステージ５１１が形成されてもよく、上記凸面５１と平面ステージ５１１とが、鋭角５１２で接してもよい。これにより、照射角の周りの照度が増加される。

図１１のように、前記高熱伝導突出柱４１を有する放熱体４を、分割して設置してもよく、即ち、上記放熱体４に、上記基板３の穴３２に対応する穴４２を形成し、また、上記二つの上下穴３２、４２の間に、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１の熱伝導座３１１と放熱体４との境面として、快速に放熱できるための、断面が十字形である柱型の熱伝導柱４１’を形成する。前記の十字柱型である熱伝導柱４１’は、熱伝導性のより良い放熱材料からなり、放熱体４は、熱伝導性がやや悪い放熱材料からなる。これにより、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１の熱度が、高熱伝導材質である熱伝導柱４１’の立体表面を介して、大面積の輻射状に放熱でき、また、放熱体４を利用して、大面積の放熱処理を行う。一般の、ＬＥＤが、基板に対して、小点面の熱伝導と異なり、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の面で、ＬＥＤの高熱を、有効的に且つ快速的に、熱伝導や放熱を行える。

また、図１３のように、ランプ台２全体を、金属放熱座に形成し、また、拡大された熱伝導柱４１”が内蔵され、これにより、最も大きい面積の放熱体積と放熱面積が得られ、よりパワーである高照度が実現され、また、大数量のＬＥＤやＳＭＤ３１の放熱処理が実現される。

前記のランプソケット１は、ネジ式や係合式、ソケット式或いはＴ字型螺合式（例えば、蛍光灯駆動器のＴ字型螺合）等である。

前記の放熱体４や突出柱４１、熱伝導柱４１’、４１”或いはランプ台２は、放熱材料が、アルミニウム材や銅材、或いはナノ鉄セラマグネット等である。

図１７を参照しながら、本発明に係るＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球及び電灯の有効な放熱構造が、単一ランタン構造前照灯１０に組立てられたものであり、また、図１８と図１８の１を参照しながら、本発明が、前照灯セット電灯１０’上の遠投射灯６や補助投射灯７、フォグライト８或いはデイライト（ＤａｙＬｉｇｈｔ）９に組み立てられたものである。

また、図１９と図１９の１を参照しながら、本発明は、二方向投射光構造に組立てられても良い。

そして、本発明も、組立て式ＬＥＤ灯に組立てられてもよく、例えば、ＬＥＤ街灯セットやビュー投射灯ＬＥＤ灯等に組立てられても良い（例えば、図２０や図２０の１及び図２０の２のように）。

以上のように、本発明に係るＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ電球及び電灯の有効な放熱構造は、次の利点が得られ、
１、有効に、高ワット数であるＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１の駆動熱度を、有効に熱伝導して放熱でき、高ワット数であるＬＥＤやＳＭＤ３１が、正常に作動でき、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１の耐用寿命が向上され、ＬＥＤ電球や電灯がより経済的になる。
２、集光環３３の構造により、一つ乃至複数のＬＥＤやＳＭＤ３１がパッケージされ、集光して、面光源に近似する光源が得られる（図１２のように）。
３、内平面や内凹面構造を有する調光レンズ５により、面光源に近似する投射光が、拡大されて、光源を二次集光でき、また、霧化処理により、調光レンズの投射アイリスの周りに発生する黒影段差が消滅されて、残余光面になり、これにより、面光源や強光、均一光及び定射光角度の機能が実現され、ハレーションが、消滅され、均一光や強光の最大照明効果が得られる。
４、凸面と平面により形成された鋭角は、投射光が最も弱い辺縁において、ベゼルが形成されて、その辺縁の照度が増加され、また、霧化処理により均一光が形成される。そして、投射中心の照度に合わせて投射面の均一度が増加される。
５、ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ３１と調光レンズ５との間隔Ｄを利用して、二段階で、射光照射角度を調整でき、また、輝度や均一度が向上され（例えば、図１４や図１５、図１６及び図１６の１のように）、また、ダイの開発を低減できコストを節約できる。

そのため、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

蛍光灯の均一光比の側面図と上面図タングステン電球の均一光比の側面図と上面図螺旋省エネルギー電球の均一光比の側面図と上面図ＬＥＤの均一光比の正面図と上面図単一ＬＥＤが、放熱座に埋め込まれた状態の投光正面図多数のＬＥＤが、放熱座に埋め込まれた状態のの投光正面図本発明のスポットライト実施例の断面図本発明に係るＬＥＤと基板及び放熱体の分解図本発明の広角照明灯実施例の断面図本発明がチューブに組立てられる状態の概念図本発明が双レセプタクルチューブに組立てられる状態の概念図本発明の調光レンズの平面ステージと上記凸面とが鋭角で接する状態の実施例本発明に係る放熱体と突出柱が分割部材である輻射式熱伝導放熱実施例本発明の複数のＬＥＤやＳＭＤＬＥＤの周りに集光環が形成される状態の局部断面図本発明の複数のＬＥＤやＳＭＤＬＥＤの周りに集光環が形成される状態の底面図本発明に係るランプ台が金属放熱座である実施例本発明のＬＥＤやＳＭＤＬＥＤバブルの照度や均一光比の概念図本発明の調光レンズと上記ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤの間隔を調整して、広角照明灯とする状態の均一光比と照度の概念図本発明の調光レンズと上記ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤとの間隔を調整して、広角照明灯とする状態の均一光比と照度の概念図本発明の調光レンズと上記ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤとの間隔を調整して、集合灯とする状態の均一光比と照度の概念図本発明を単一ランタン構造である車投射照明灯に組立てる時の概念図本発明を前照灯セット投射照明灯に組立てる時の概念図本発明を前照灯セット投射照明灯に組立てる時のＡ−Ａ’断面図本発明を二方向投射光に組立てる時の概念図図１９の局部断面図本発明を街灯やビュー投射灯に組立てる時の断面図本発明を街灯やビュー投射灯に組立てる時の底面図本発明を街灯やビュー投射灯に組立てる時の断面図

１ランプソケット
１０単一ランタン構造車投射照明灯
１０’ 前照灯セット投射照明灯
１１変圧駆動器
２ランプ台
２１ステージ
３
基板
３１ＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ
３１１熱伝導座
３２穴
３３集光環
３４光ガイドゲル
４放熱体
４１突出柱
４１’、４１” 熱伝導柱
４２穴
５調光レンズ
５１凸面
５１１平面ステージ
５１２鋭角
５２凹面
５３内平面
６遠投射灯
７補助投射灯
８フォグライト
９デイライト

Claims

ランプソケットと、
上端の内径から下へリング状ステージが延び、もう一端がランプソケットに結合されるランプ台と、
上記ランプ台のリング状ステージに設置され、上方に一つ乃至複数のＬＥＤやＳＭＤが実装され、上記ＬＥＤやＳＭＤの底部熱伝導座の下方に対応する位置に、一つ乃至複数の穴が形成される基板と、
基板の下方に組立てられ、基板の穴に通してＬＥＤやＳＭＤの底部熱伝導座に密着する一つ乃至複数の突出柱が設けられる放熱体と、
が含有される、
ことを特徴とするＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造。
上記放熱体の突出柱の高さが、基板の厚さより大きく、また放熱体の突出柱の外径が、基板の穴の内径よりやや小さくて、直接にＬＥＤやＳＭＤＬＥＤ底部の熱伝導座に密着することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造。
上記放熱体の突出柱の上部と外径表面に、熱伝達ゲルが塗布されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造。
上記放熱体に、更に、上記基板の穴と断面が十字形である熱伝導柱を構成する穴が形成されて、柱身が放熱体の穴に位置し、柱頂が基板の穴に通して、ＬＥＤ熱伝導座の下面に密着することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造。
上記放熱体や熱伝導柱、突出柱或いはランプ台は、アルミニウム材や銅材、或いはナノ鉄セラマグネットで、一体成型により構成されるか、嵌設により構成されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造。
単一ランタン構造である車投射灯や前照灯セット投射照明灯上の遠投射灯、補助投射灯、フォグライト、デイライト（ＤａｙＬｉｇｈｔ）、二方向投射光の電球、単レセプタクルチューブ、双レセプタクルチューブ、双街灯ＬＥＤ灯及びビュー投射灯ＬＥＤ灯に組み立てられることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤやＬＥＤＳＭＤ電球と電灯の有効な放熱構造。