JP2006244725A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＬＥＤの熱抵抗を小さくし、実装工程が簡単であり、また要求される指向性に応じてＬＥＤを立体的に配置することのできるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】展開したときに平面となる放射状のＦＰＣ１にＬＥＤ２を複数実装し、各ＬＥＤ２を印刷配線で接続し、端子３，４に引き出したものを熱伝導性の高い材質からなるコア５の表面に、接着したＬＥＤ照明装置。ＬＥＤ２のＰＮ接合部で発生する熱は、ＦＰＣ１、熱伝導性接着剤を介してコア５に伝達される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を用いて、輝度の高い光を発生することのできるＬＥＤ照明装置に関する。
白色ＬＥＤが商品化されて以来、ＬＥＤを照明の光源として使用する試みがなされている。ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯に比べて熱エネルギーによる損失が少なく、また高寿命である。近年では、高光度の白色ＬＥＤが提供されており、従来の電球や蛍光灯等の光源に代わる照明装置への適用がさらに現実的になってきた。
従来の電球や蛍光灯の照度や演色性を得るためには、点光源に近いＬＥＤ単体を複数個、面状に配置することが必要である。
ところで、ＬＥＤを使用する場合、ＬＥＤの特性を十分に引き出すためには、放熱設計が必要となる。放熱が十分でないと、寿命の著しい低下や破壊につながる。
ＬＥＤが使用できる最大温度は、ＰＮ接合部の温度であるジャンクション温度（Ｔｊ）によって決まる。このジャンクション温度が、ジャンクション温度の最大規格を超えないような設計とする必要がある。ジャンクション温度Ｔｊ（℃）は、周辺温度をＴａ（℃）、ＰＮ接合部から放熱部までの熱抵抗をＲｊａ（℃／Ｗ）、ＬＥＤに投入された電力をＷ（Ｗ）とすると、次式で表される。
Ｔｊ＝Ｔａ＋Ｒｊａ・Ｗ
ジャンクション温度Ｔｊを下げるには、周辺温度Ｔａを下げるか、熱抵抗Ｒｊａを下げるか、投入する電力Ｗを下げるかが必要である。周辺温度Ｔａを下げるには、冷却ファン等を用いて空冷することが考えられるが、通常の照明装置では非現実的である。投入する電力Ｗを下げるのも、照度が下がることになるので、意味がない。したがって、放熱設計により熱抵抗Ｒｊａを下げる工夫が必要である。
ＬＥＤ照明装置の場合、一般的には、複数のＬＥＤを実装した基板を放熱板などに熱的に接合して外部への放熱を高めるようにしている。
例えば特許文献１には、一端に口金が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状金属放熱部と、このラッパ状金属放熱部の開口部に取り付けられた透光性カバーと、ラッパ状金属放熱部と透光性カバーにより形成された略球体の内部に設けられた板状の金属基板と、この金属基板の透光性カバーに対向する外面に実装されたＬＥＤ素子とを備えたＬＥＤ電球が開示されており、金属基板をラッパ状金属放熱部の開口に絶縁性を有する高熱伝導部材を介して固着している。
特許文献２には、複数の発光ダイオードが一方の面に配列された基板と、その基板を取り付ける樹脂ケースとを有し、その基板が底部に放熱固定板を介して取り付けられ、放熱固定板の基板が取り付けられた面と対向する面に樹脂ケースの底部との接触面積を増大させるように凸部が形成されたＬＥＤ照明装置が開示されている。
特許文献３には、複数の発光ダイオードを凹面上に配列して、発光ダイオードの発光を集光するようにし、発光ダイオードの基板の裏側に密着して冷却部を設けた発光ダイオード照明装置が開示されている。
特許文献４には、ＬＥＤチップが実装される実装基板と、底部と筒部を一体にした形状であって内部に実装基板が設置される器具本体と、単数又は複数のレンズを有してＬＥＤチップの前方に設けられるレンズユニットと、レンズユニットを器具本体に保持させるレンズユニット保持部とを有する照明器具において、レンズユニット保持部を筒部の内側に取り付けることにより、器具本体の筒部を外部に露出させた照明器具が開示されている。
特開２００１−２４３８０９号公報 特開２００２−２９９７００号公報 特開２００３−３１００５号公報 特開２００４−３２７１３８号公報
上述した特許文献１に開示されたＬＥＤ電球においては、板状の金属基板の周囲をラッパ状金属放熱部の開口部に高熱伝導部材を介して固着して放熱を行うようにしているが、金属基板とラッパ状金属放熱部との接合面積が小さいので、熱抵抗を小さくすることに限界がある。
また、特許文献２に開示されたＬＥＤ照明装置では、放熱固定板に形成された凸部が冷却フィンを構成するものであるが、基板が剛体で平面であるので、ＬＥＤも、平面的に配列するしかなく、指向性が狭いという問題がある。
特許文献３に開示された発光ダイオード照明装置では、凹面の内部に複数の発光ダイオードを配列しているが、発光ダイオードを実装する基板も曲面であるので、実装工程が複雑になるという問題がある。
特許文献４に開示された照明装置では、特許文献２と同様に基板が剛体で平面であるので、ＬＥＤも、平面的に配列するしかなく、指向性が狭いという問題がある。
本発明は、これら従来の問題を解決して、ＬＥＤの熱抵抗を小さくし、実装工程が簡単であり、また要求される指向性に応じてＬＥＤを立体的に配置することのできるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明のＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤが実装され、平面に展開可能なフレキシブル回路基板を、曲面で構成された熱伝導率の大きな材料からなる光源取付部の表面に、密着して取り付けたことを特徴とする。
本発明においては、フレキシブル回路基板を平面に展開した状態で複数のＬＥＤを実装し、これを、曲面で構成された光源取付部に密着して取り付ける。光源取付部は金属等の熱伝導率の大きな材料であるので、各ＬＥＤの発熱部で発生する熱は光源取付部に直接伝熱され、熱抵抗を極力小さくすることができる。なお、ここでいう「曲面」とは、滑らかなカーブのみならず、多角形などの非平面を意味するものとする。
前記光源取付部は、照明装置の中心部のコアとすることができる。これにより、複数のＬＥＤがそれぞれ外側を向くので、指向性が広い照明装置となる。
前記光源取付部は、反射器とすることができる。これにより、反射器の焦点方向に指向性を有する照明装置となる。
前記フレキシブル回路基板と前記光源取付部との間を熱伝導性接着剤で接着することができる。これにより、ＬＥＤを光源取付部に固着することができるとともに、ＬＥＤの発熱部からの熱が、光源取付部に伝わりやすくなる。
本発明のＬＥＤ照明装置によれば、複数のＬＥＤが実装され、平面に展開可能なフレキシブル回路基板を、曲面で構成された熱伝導率の大きな材料からなる光源取付部の表面に、密着して取り付けたことにより、ＬＥＤの熱抵抗を小さくし、実装工程が簡単であり、また要求される指向性に応じてＬＥＤを立体的に配置することができる。
光源取付部を、照明装置の中心部のコアとすることにより、指向性が広い照明装置が得られる。
また光源取付部を、反射器とすることにより、反射器の焦点方向に指向性を有する照明装置が得られる。
フレキシブル回路基板と光源取付部との間を熱伝導性接着剤で接着することにより、ＬＥＤを光源取付部に固着することができるとともに、熱抵抗を小さくして、放熱性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す斜視図、図２は本実施の形態１におけるフレキシブル回路基板の平面図、図３は本実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の断面図である。
本実施の形態１のＬＥＤ照明装置は、図２に示すように、展開したときに平面となる放射状のフレキシブル回路基板（Flexible Printed Circuit board、以下「ＦＰＣ」という）１にＬＥＤ２を複数実装し、各ＬＥＤ２を印刷配線で例えば直列接続し、端子３，４に引き出したものを使用する。ＦＰＣ１としては、厚みが薄いエポキシ基板等を使用することができる。このＦＰＣ１を、本実施の形態では外形が八角柱形のアルミニウム製のコア５の表面に、熱伝導性接着剤、例えば放熱用シリコーン樹脂を用いて接着する。コア５の頭部は截頭八角錐となっており、その角錘部と角柱部にＬＥＤ２が位置するようにしている。
コア５の内部は空洞となっており、内部に電源回路基板６が収納されていて、商用電源電圧の交流１００Ｖを、ＬＥＤ２を駆動するための電圧に変換するようにしている。電源回路基板６とＦＰＣ１の端子３，４とは、電線７により接続されている。コア５の基端部には絶縁体からなる取付ベース８が設けられており、この取付ベース８に、口金９が固着されている。取付ベース８としては、プラスチックやセラミックスが使用できるが、高熱伝導性プラスチックを使用すると、放熱効果が向上する。口金９と半田部１０は内部において電線１１により電源回路基板６に接続されている。
コア５には、複数のＬＥＤ２を囲むキャップ１２を被せたものとすることができる。キャップ１２は透明または半透明なガラスまたはプラスチックで構成することができる。透明にした場合は、複数のＬＥＤ２がそれぞれ点光源として見えるが、半透明ないし乳白色とすると、乱反射の作用により、キャップ１２の全面が発光しているように見える。このキャップ１２の内部は、白熱電球のように真空にする必要はないが、内部にゴミや湿気が入らないように乾燥した空気か不活性の窒素ガスなどを封入することが好ましい。
なお、ＦＰＣ１がコア５の表面に露出しているままでもいいが、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤ２の位置に対応する箇所に窓１３ａを設けたカバー１３をコア５に被せて図４（ａ）のようにすると、ＦＰＣ１が隠れてＬＥＤ２のみが露出するので、意匠性が向上する。
以上の構成のＬＥＤ照明装置を、白熱電球用のソケットに装着すると、口金９と半田部１０に１００Ｖの商用電源が供給される。その電源は電源回路基板６に供給され、そこでＬＥＤ２を駆動するための電圧に変換されてＦＰＣ１に実装されたＬＥＤ２に適正な電流が供給される。ＬＥＤ２のＰＮ接合部で発生する熱は、ＦＰＣ１、熱伝導性接着剤を介してコア５に伝達され放熱される。コア５の基端部は、図示していないが、フィンを形成することもできる。このように、厚みが薄いＦＰＣ１と表面積が大きなコア５により熱抵抗が小さくなり、ＬＥＤ２によって発生する熱は効率的に放熱される。これにより、高光度のＬＥＤを複数用いても、ＬＥＤのジャンクション温度を最大ジャンクション温度よりも低い状態で使用でき、長寿命というＬＥＤの特性を活かすことができる。
［実施の形態２］
図５は本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す斜視図、図６はその正面図、図７はその断面図である。
本実施の形態２のＬＥＤ照明装置は、展開したときに平面となる放射状のＦＰＣ２１にＬＥＤ２２を複数実装し、各ＬＥＤ２２を印刷配線で例えば直列接続し、端子２３，２４に引き出したものを使用する。ＦＰＣ２１としては、厚みが薄いエポキシ基板等を使用することができる。このＦＰＣ２１を、アルミニウム製の反射器２５の内面に、熱伝導性接着剤、例えば放熱用シリコーン樹脂を用いて接着する。反射器２５の基部には筒部２６が連設されており、放熱用の穴２６ａが設けられている。筒部２６の内部には、ＦＰＣ２１の端子２３，２４に接続された電線２７が引き出されており、外部の電源に接続される。なお、実施の形態１と同様に、筒部２６の内部に電源回路基板を内蔵してもよい。
以上の構成のＬＥＤ照明装置に、電線２７から電流を流すと、ＦＰＣ２１に実装されたＬＥＤ２２が点灯する。その光は反射器２５内部で反射してある程度収束し、反射器２５の前方より放射される。ＬＥＤ２２のＰＮ接合部で発生する熱は、ＦＰＣ２１、熱伝導性接着剤を介して反射器２５に伝達され、反射器２５の外面および反射器２５に連設されている筒部２６の外面より外気に放熱される。このように、厚みが薄いＦＰＣ１と表面が外気に接している反射器２５および筒部２６により熱抵抗が小さくなり、ＬＥＤ２２によって発生する熱は効率的に放熱される。これにより、高光度のＬＥＤを複数用いても、ＬＥＤのジャンクション温度を最大ジャンクション温度よりも低い状態で使用でき、長寿命というＬＥＤの特性を活かすことができる。
本発明は、ＬＥＤの熱抵抗が小さく、実装工程が簡単であり、また要求される指向性に応じてＬＥＤを立体的に配置することのできる高光度のＬＥＤ照明装置に利用することができる。
本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるフレキシブル回路基板の平面図である。 本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の断面図である。 本発明の実施の形態１において、カバーを被せた状態のコアの斜視図およびカバーの斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の正面図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の断面図である。
符号の説明
１ フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）
２ ＬＥＤ
３，４ 端子
５ コア
６ 電源回路基板
７ 電線
８ 取付ベース
９ 口金
１０ 半田部
１１ 電線
１２ キャップ
１３ カバー
１３ａ 窓
２１ ＦＰＣ
２２ ＬＥＤ
２３，２４ 端子
２５ 反射器
２６ 筒部
２６ａ 穴
２７ 電線

Claims (4)

  1. 複数のＬＥＤが実装され、平面に展開可能なフレキシブル回路基板を、曲面で構成された熱伝導率の大きな材料からなる光源取付部の表面に、密着して取り付けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
  2. 前記光源取付部は、中心部のコアである請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  3. 前記光源取付部は、反射器である請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
  4. 前記フレキシブル回路基板と前記光源取付部との間を熱伝導性接着剤で接着したことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のＬＥＤ照明装置。
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