JP2006059930A

JP2006059930A - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP2006059930A
Application number: JP2004238721A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yoshima; 政志吉間
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】ＬＥＤを冷却するためにペルチエ素子に、別途放熱フィンなどを設けることなく、ＬＥＤを冷却することができるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ１が実装される平板状の配線基板２と、配線基板２の上側に実装されるＬＥＤ１と、配線基板２の下側であってＬＥＤ１が実装されている位置に略対応する位置に実装される平板状のペルチエモジュール３と、を備え、ペルチエモジュール３の側辺に電極３ａを設けるとともに、配線基板２の下側に電極３ａよりも面積の大きい配線パターン２ａを設け、電極３ａを配線パターン２ａと直接接続している。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に発光ダイオード（ＬＥＤ）を設けてなるＬＥＤ照明装置に関する。

この種の従来例として、特開平１１−１６３４１０号公報に記載のものが挙げられる。このＬＥＤ照明装置においては、図５に示すように、基板Ｊ２のＬＥＤチップＪ１が実装されていない側の面にペルチエ冷却モジュールＪ１４を貼り合わせてＬＥＤモジュールＪＭを構成している。そして、基板Ｊ２には極力放熱性の高い金属製のものやＭＩＤ基板で厚みを薄く成形したものなどを用いており、ペルチエ冷却モジュールＪ１４は薄い板状に形成されたペルチエ素子Ｊ１４ａの片面に放熱フィンＪ１４ｂを取着して構成している。

このように構成されたＬＥＤ照明装置においては、基板Ｊ２上に実装されたＬＥＤチップＪ１から発生した熱が基板Ｊ２を通してペルチエ素子Ｊ１４ａに伝わり、ペルチエ素子Ｊ１４ａによりその熱を電気的に放熱フィンＪ１４ｂに移動させて基板Ｊ２を冷却することができる。

また、ペルチエ素子Ｊ１４ａの電流制御を行うとペルチエ冷却モジュールＪ１４における冷却性能を制御することができ、基板Ｊ２を任意の一定温度に保つことができ、安定した光量の照明が実現できる。
特開平１１−１６３４１０号公報（図８）

ところが、上記の従来例においては、ペルチエ素子Ｊ１４ａを冷却するために、別途放熱フィンＪ１４ｂを設けなければならず、ＬＥＤ照明装置のコストアップの要因となっていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、ＬＥＤを冷却するためにペルチエ素子に、別途放熱フィンなどを設けることなく、ＬＥＤを冷却することができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。

請求項１に記載のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤが実装される平板状の配線基板と、配線基板の上側に実装されるＬＥＤと、配線基板の下側であってＬＥＤが実装されている位置に略対応する位置に実装される平板状のペルチエモジュールと、を備え、ペルチエモジュールの側辺に電極を設けるとともに、配線基板の下側に電極よりも面積の大きい配線パターンを設け、電極を配線パターンと直接接続したことを特徴とする。

請求項２に記載のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤとペルチエモジュールとを直列に接続し、ペルチエモジュールをＬＥＤに流れる電流を限流する抵抗素子と兼用することを特徴とする。

以上、本発明のＬＥＤ照明装置においては、配線基板の下側であってＬＥＤが実装されている位置に略対応する位置に実装される平板状のペルチエモジュールを備え、ペルチエモジュールの側辺に電極を設けるとともに、配線基板の下側に電極よりも面積の大きい配線パターンを設け、電極を配線パターンと直接接続しているので、ＬＥＤからの発熱をペルチエモジュールと配線パターンとの両方から放熱することができる。

また、ペルチエモジュールをＬＥＤからの発熱を冷却する素子として用いるとともに、ＬＥＤに流れる電流を限流する抵抗素子として用いる、すなわち、両者を兼用しているので、ＬＥＤ照明装置の部品数を削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図１から図５までを参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は本ＬＥＤ照明装置の要部を上から見た上面図及び断面から見た断面図を示しており、図２はペルチエモジュール３の断面図を示している。また、図３は本ＬＥＤ照明装置の外観斜視図を示しており、図４は本ＬＥＤ照明装置の分解斜視図を示している。さらに、図５は本ＬＥＤ照明装置の回路図を示している。

以下、各部の構成を説明する。

ＬＥＤ１は、本ＬＥＤ照明装置の光源となるものであり、配線基板２上に配線基板２のある直径の方向と平行方向に複数列のＬＥＤチップが、略等間隔に配置されている。このＬＥＤは、発光色が、たとえば、赤色、緑色、及び青色の３色からなり、この赤色、緑色、及び青色の組合せで、各発光色が混合して色調を適宜変化させることができる。また、このＬＥＤチップの各々は、概ね０．３ｍｍ角程度のベアチップであり、配線基板２上の導電性金属パターン上（図示しない）に実装されている。

配線基板２は、ＬＥＤ１やペルチエモジュール３などが実装され、ＬＥＤ１やペルチエモジュール３などに対する基体となるものであり、平板円状であって、該平板の上側にＬＥＤ１などが実装され、図１（ｂ）に示すように、下側にペルチエモジュール３が実装されている。配線基板２の材質としては、熱伝導性の高い材料、たとえば、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕなどの金属や、アクリル樹脂、ポリカーボネート、デルリンなどの高分子材料や、セラミック、ガラスなどの非金属無機材料などが用いられる。

また、配線基板２の上側を、たとえば、鏡面仕上げした凹面に絶縁膜を形成して電極パターンを形成してもよい。この絶縁膜は、たとえば、１ｍｍ以下のプラスチックフィルムシートの貼り付け、熱酸化、絶縁材料のメッキ、蒸着あるいはスパッタリング等により形成される。そして、電極パターンは、たとえば、ＩＴＯ膜等からなる透明電極や、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の金属からなる導電パターンにより形成される。

さらに、配線基板２の下側には、図１（ａ）に示すように、熱伝導性の高い材料であるＣｕ箔や、Ａｌ箔によって略方形状の配線パターン２ａが形成されている。この配線パターン２ａの面積は、ペルチエモジュール３が有する略方形状の電極３ａの面積よりも大きくしており、また、電極３ａと配線パターン２ａとを半田付けなどにより直接半田付けによって接続し、ペルチエモジュール３からの熱が電極３ａを介して配線パターン２ａに効率よく伝達されるようにしている。このようにして、配線パターン２ａから熱が外部に効率的に放出される。

配線パターン２ａや電極３ａの形状は、略方形状のものには限られない。特に、パターンを形成する外辺の長さをできるだけ長くし、放熱効果を少しでも向上させようとする観点から、配線パターン２ａは、多角形状にしたり、外辺を湾曲させたり、くし型構造にしてもよい。また、配線パターン２ａ内に複数の穴部を穿設してもよい。

ペルチエモジュール３は、ＬＥＤ１からの発熱を吸熱するものであり、配線基板２の下側であってＬＥＤ１が実装されている位置に略対応する位置にそれぞれ密着固定して実装されている。このペルチエモジュール３においては、図２に示すように、Ｐ型半導体４ａ、Ｎ型半導体４ｂ、一方及び他方の金属ブリッジ４ｃ及び４ｄからなるペルチエ素子４が、π型構造となるように構成されており、このπ型構造に構成されたペルチエ素子４が複数個、直列に結合されている。このペルチエモジュール３は、面実装型の抵抗器などと同様のいわゆる面実装型のモジュールである。したがって、モジュール全体の厚みは面実装型の抵抗器などと同様に、非常に薄くなっている。

そして、ペルチエモジュール３の側辺に相当する一方の金属ブリッジ４ｃの両側辺には、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕなどの金属からなる電極３ａがそれぞれ延在して設けられており、一方の金属ブリッジ４ｃと電極３ａとは電気的に接続されている。また、電極３ａは配線基板２と半田付けによって電気的に接続されており、したがって、一方の金属ブリッジ４ｃ側が配線基板２の下側に接触していることとなる。さらに、各ペルチエ素子４の他方の金属ブリッジ４ｄ側を、セラミック板５でそれぞれ固定して保持している。このように構成されたペルチエモジュール３に電流を流すと、ペルチエ効果によって、一方の金属ブリッジ４ｃ側は冷却面となって周囲のエネルギーを吸収し、他方の金属ブリッジ４ｄ側は放熱面となる。

本ＬＥＤ照明装置においては、ＬＥＤ１やペルチエモジュール３を実装した配線基板２が図４に示すように、略円筒状の器具本体６に納められ、配線基板２が納められた状態で器具本体６に配線基板２の上からレンズ部７が被せられる。ここで、レンズ部７には、配線基板２上のＬＥＤ１に対応した位置にそれぞれ、レンズ７ａが設けられている。そして、レンズ部７を器具カバー８で器具本体６に固定している。

配線基板２において、ＬＥＤ１とペルチエモジュール３とは、図５に示す回路図のように直列に接続されている。すなわち、商用交流電源ＡＣを整流平滑した直流電源から供給される電力をペルチエモジュール３を介して、直列接続された複数個のＬＥＤ１に電力を供給している。

ここで、フューズＦ、サージアブゾーバＺＮＲ、フィルムコンデンサＣ１は、商用交流電源ＡＣからの雑音などを防止する雑音防止回路を構成している。また、雑音防止回路の出力に一端には、商用交流電源ＡＣからの電圧を降圧するための降圧コンデンサＣＡが接続されている。そして、降圧コンデンサＣＡからの出力電圧がダイオードブリッジＤＢによって整流され、この整流された電圧が、平滑コンデンサＣＢによって平滑され、直流電源が形成されている。さらに、各ＬＥＤ１の直列回路にはそれぞれ直列に、ＬＥＤに流れる電流を限流する限流抵抗Ｒ１、Ｒ２が設けられている。

このように、ＬＥＤ１とペルチエモジュール３とを直列に接続し、ペルチエモジュール３をＬＥＤ１に流れる電流を限流する限流抵抗として使用すると、ペルチエモジュール３をＬＥＤ１からの熱を吸収する冷却素子として使用することができるとともに、限流素子としても使用することができる。

なお、ペルチエモジュール３の抵抗値は、ペルチエモジュール３を構成するペルチエ素子４の数を増減させることや複数のペルチエ素子４間の接続態様を適宜調整することによって、調整することができる。

以上、本発明によれば、配線基板２の下側であってＬＥＤ１が実装されている位置に略対応する位置に実装される平板状のペルチエモジュール３を備え、ペルチエモジュール３の側辺に電極３ａを設けるとともに、配線基板２の下側に電極３ａよりも面積の大きい配線パターン２ａを設け、電極３ａを配線パターン２ａと直接接続しているので、ＬＥＤ１からの発熱をペルチエモジュール３と配線パターン２ａとの両方から放熱することができる。

また、ペルチエモジュール３をＬＥＤ１からの発熱を冷却する素子として用いるとともに、ＬＥＤ１に流れる電流を限流する抵抗素子として用いる、すなわち、両者を兼用しているので、ＬＥＤ照明装置の部品数を削減することができる。

本ＬＥＤ照明装置の要部を上から見た上面図、及び断面から見た断面図である。ペルチエモジュールを示す断面図である。本ＬＥＤ照明装置の外観を示す斜視図である。本ＬＥＤ照明装置の分解した状態を示す分解斜視図である。本ＬＥＤ照明装置の回路図である。従来例のＬＥＤ照明装置を示す断面図である。

符号の説明

１ＬＥＤ
２配線基板
２ａ配線パターン
３ペルチエモジュール
３ａ電極

Claims

ＬＥＤが実装される平板状の配線基板と、配線基板の上側に実装されるＬＥＤと、配線基板の下側であってＬＥＤが実装されている位置に略対応する位置に実装される平板状のペルチエモジュールと、を備え、ペルチエモジュールの側辺に電極を設けるとともに、配線基板の下側に電極よりも面積の大きい配線パターンを設け、電極を配線パターンと直接接続したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
ＬＥＤとペルチエモジュールとを直列に接続したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。