JP2007311760A - Ｌｅｄモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体であるＬＥＤからの熱による悪影響を抑止することで、ＬＥＤの劣化を抑制し、ＬＥＤを長時間発光させても高輝度を維持することが可能なＬＥＤモジュールを提供する。
【解決手段】窓部１１４が設けられた配線基板１１と、窓部１１４に配置され、配線基板１１の裏面側に形成された配線パターン１１２に接続されたＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２の底面に接続されたヒートシンク１３とを備え、ヒートシンク１３には、ＬＥＤ１２のリード部１２３の接合部分を確保するためにリード用凹部１３３が設けられていることで、
リード用凹部１３３以外の接続面１３１部分が、配線基板１１の裏面に接続する凸部となっている。このヒートシンク１３は、ＬＥＤ１２のリード部１２３が接続する配線パターン１１２に接続している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤを、配線パターンが形成された基板に接続し、ＬＥＤを冷却する放熱体を備えたＬＥＤモジュールに関する。

表示装置や照明装置の光源は、低消費電力、長寿命という利点を生かしＬＥＤ化が進んでいる。しかし、ＬＥＤは、蛍光灯や白熱電球とは異なり、高温になると劣化が生じたり輝度低下を招いたりする。従って、ヒートシンクなどの放熱体で発熱源であるＬＥＤからの熱を放散して冷却する必要がある。このような放熱体を備えた従来のＬＥＤモジュールが特許文献１，２に記載されている。

特許文献１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールは、樹脂製の基板と、基板の表面に設けられたＬＥＤパッケージと、基板の裏面に設けられ、ＬＥＤパッケージ表面と接する突出部を有する金属放熱板（放熱体）とを備えたものである。

特許文献２に記載の照明装置は、接続基板の裏側にＬＥＤチップを搭載したセラミック基板が接続され、このセラミック基板の発光面側とは反対側の面（裏面）に放熱素子（放熱体）が直に接合され、接続基板にＬＥＤ素子基板からの光を透過させるための窓部が設けられている。

特開２００５−１６６７７５号公報 特開２００４−３１１７９１号公報

特許文献１に記載の発光ダイオードモジュールや、特許文献２に記載の照明装置では、金属放熱板が、直接ＬＥＤパッケージの表面に接しているので、パッケージを介して伝わる熱を、効率よく金属放熱板から放熱できるものと思われる。

しかし、特許文献１に記載の発光ダイオードモジュールは、金属放熱板が、直接ＬＥＤパッケージの表面に接しているが、半田付け部分である電極からの熱は基板の厚みを通じて伝導することになるので、基板に金属放熱板が接していても伝熱しにくい。従って、基板が蓄熱してしまい、結果としてＬＥＤが高温となるおそれがある。

従って、ＬＥＤモジュールを継続して発光させるような、例えば照明装置や表示装置に用いる場合、高輝度を維持しつつ、寿命の劣化を抑止するためには発熱の問題は重大である。

そこで本発明は、発熱体であるＬＥＤからの熱による悪影響を抑止することで、ＬＥＤの劣化を抑制し、ＬＥＤを長時間発光させても高輝度を維持することが可能なＬＥＤモジュールを提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤモジュールは、絶縁基板の裏面側に配線パターンが形成され、窓部が設けられた配線基板と、前記窓部に配置され、前記配線パターンに電極が接続されたＬＥＤと、前記ＬＥＤの底面に接続する接続面、および前記配線基板の裏面にも接続する接続面が設けられた放熱体とを備えたことを特徴とする。

放熱体は、絶縁基板の窓部に配置されたＬＥＤの底面に接続する接続面が設けられているので、ＬＥＤからの熱を直接伝導させることができる。ＬＥＤは、絶縁基板の裏面に形成された配線パターンに電極が接続しているので、ＬＥＤからの熱は電極を経由して基板裏面に形成された配線パターンに伝導する。ＬＥＤの電極および配線パターンは導体なので熱伝導率が比較的高い。そして放熱体は、配線基板の裏面に接続する接続面が設けられているので、ＬＥＤからの熱が電極および配線パターンを経由して放熱体へ伝導する。つまりＬＥＤからの熱は、ＬＥＤの底面からだけでなく、電極および配線パターンを介して放熱体へ伝導するので、高い放熱効果を得ることができる。

前記放熱体と前記配線基板との間に、少なくとも、前記ＬＥＤの底面と共に、前記ＬＥＤの電極が接続した前記配線基板の配線パターンを含む大きさの弾性変形可能なシート状の伝熱材が設けられていると、ＬＥＤの底面とＬＥＤの電極とが、弾性変形する伝熱材に密着して、ＬＥＤから放熱体へより効果的に伝熱させることができる。

また、前記配線基板には、前記配線パターンに接続するベタパターンが設けられていると、ＬＥＤの電極から配線パターンに伝わった熱を、ベタパターンに伝わり放熱させることができるので、更に高い放熱効果を得ることができる。

前記配線基板には、その裏面に形成された配線パターンと接続する他の部品が搭載され、前記放熱体の接続面が、前記他の部品を避けるように前記基板の裏面に接続していると、基板の表面側は、ＬＥＤを含む部品を搭載しない状態とすることができる。更に、前記ＬＥＤには、前記配線基板の窓部から突出したレンズ部が設けられていることで、ＬＥＤからの配光を広くすることができる。そして、前記配線基板の表面側を光反射面とすることで、ＬＥＤからの光を反射させることができる。

前記配線基板の表面側は、赤外線放射性材料で形成された放熱面とするのが望ましい。配線基板の表面側を、赤外線放射性材料で形成することで、ＬＥＤからの熱を配線基板の裏面側の放熱体へ伝導できるだけでなく、表面側からも周囲に放散させることができる。従って、ＬＥＤから配線基板に伝わった熱を、赤外線として周囲に放熱することができるので、更に高い放熱効果を得ることができる。

本発明のＬＥＤモジュールは、ＬＥＤからの熱が、ＬＥＤの底面からだけでなく、電極および配線パターンを介して放熱体へ伝導するので、高い放熱効果を得ることができる。よって、発熱体であるＬＥＤからの熱による悪影響を抑止することができるので、ＬＥＤの劣化を抑制し、ＬＥＤを長時間発光させても高輝度を維持することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤモジュールを図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの分解斜視図である。図２は、図１に示すＬＥＤモジュールの要部拡大断面図である。図３は、基板の窓部を裏面側から見た斜視図である。

図１から図３に示すように、ＬＥＤモジュール１０は、略円盤状に形成された配線基板１１と、表面実装型のＬＥＤ１２と、略円柱状に形成されたヒートシンク１３とを備えている。

配線基板１１は、ガラスエポキシ樹脂で形成された絶縁基板１１１の裏面に配線パターン１１２が形成されると共に、配線パターン１１２への短絡防止および保護のためにレジスト膜１１３が形成されている。また配線基板１１には、ＬＥＤ１２を配置するための窓部１１４がＬＥＤ１２の数に対応させて設けられている。本実施の形態１では、ＬＥＤ１２を６個備えたＬＥＤモジュールなので、窓部１１４も６箇所に設けられている。窓部１１４は、略円形状に形成された絶縁基板１１１の中心の周囲に、円を描くように等間隔に配置されている。絶縁基板１１１の表面側には、ＬＥＤ１２からの光を拡散反射する白色塗料または白色系塗料が塗布されて塗膜となることで、光反射面１１５を形成している。この光反射面１１５は、配線パターンが形成されていないために、白色塗料または白色系塗料を塗布する以外に、金属箔を直接貼り付けてもよいし、金属光沢を有する塗料を塗布してもよい。絶縁基板１１１の表面側には、配線パターンや部品が搭載されていないので、様々な反射機能を有するものを容易に設けることが可能である。

ＬＥＤ１２からの光を配線基板１１全体で反射させるためには、配線基板１１の表面側に、ＬＥＤ１２を点灯させるための部品やヒートシンクなどを搭載しない方が望ましい。ここで、光反射面１１５を、赤外線放射率の高い赤外線放射性材料で形成していると、ＬＥＤ１２からの光を反射して輝度を向上させることができると共に、ＬＥＤ１２から絶縁基板１１１に伝導した熱を、ヒートシンク１３から放熱できるだけでなく、配線基板１１の表面側からも、赤外線として周囲に放散させることができるので、更に高い放熱効果を得ることができる。

赤外線放射性材料としては、白色系塗料にセラミックを含有した塗料などが使用できる。この塗料を塗布して塗膜とすることで光反射面１１５としつつ、赤外線放射面とすることができる。また、赤外線放射性材料をシート状にして絶縁基板１１１に貼り付けることで、光反射面１１５とすることも可能である。

ＬＥＤ１２は、モールド製の半円球状のレンズ部１２１および直方体状の台部１２２と、金属製のリード部１２３，１２３とを有し、内部に光源となる半導体発光素子が設けられている。リード部１２３，１２３は、台部１２２から両側方にそれぞれに突出して裏面側に屈曲され、更にその先部を外側に屈曲させて両外側にそれぞれに伸びるように形成された電極である。配線基板１１の配線パターン１１２には、リード部１２３の先部が半田付けにより接続されている。ＬＥＤ１２は、レンズ部１２１が配線基板１１の窓部１１４から突出するように配置されている。

図１に示すように、ヒートシンク１３は、放熱体の一例であり、厚みのある略円盤状に形成され、銅や、アルミや、またはそれらを複合させて形成することができるが、熱伝導率の高い金属であれば他の金属で形成することもできる。ヒートシンク１３には、ＬＥＤ１２へ電源を供給する電源ケーブル１４とトランジスタ１５とを配置するための切欠部１３２が厚み方向に沿って設けられている。ヒートシンク１３は、接続面１３１に放熱グリスや放熱性接着剤などが塗布され、図示しないネジにより当接状態で、配線基板１１の裏側面に取り付けられている。また、ヒートシンク１３の接続面１３１側には、ＬＥＤ１２のリード部１２３の接合箇所を確保するためのリード用凹部１３３が設けられている。本実施の形態１では、ＬＥＤ１２が表面実装型であるため、ＬＥＤ１２を窓部１１４に配置すると、ＬＥＤ１２の底面と配線基板１１の裏面とが同じ位置となる。従って、ヒートシンク１３の接続面１３１は、同一平面上で、配線基板１１の裏面に接続されると共に、ＬＥＤ１２の底面にも接続される。そしてＬＥＤ１２の底面が接続する領域（図１中、点線で示される領域）がＬＥＤ１２の熱が直接伝導するＬＥＤ伝熱部１３４となる。
なお、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１０をＬＥＤ照明器具に組み込む場合に、照明器具本体をアルミ、銅など熱伝導率の高い金属で形成すれば、照明器具本体をヒートシンク１３の代わりとすることもできる。

本実施の形態１では、表面実装型のＬＥＤ１２を採用しているため、ＬＥＤ１２の底面と配線基板１１の裏面とが同じ位置であるが、ＬＥＤの底面が、配線基板１１の裏面よりも低く位置するときには、ＬＥＤを収納する凹部をヒートシンクに設けることで対応することができる。そうすることで、ＬＥＤの底面と配線基板の裏面とにそれぞれ接続する接続面を確保することができる。また、リード用凹部１３３を設ける代わりに、ＬＥＤの底面に接続する凸部や、配線基板の裏面に接続する凸部などを形成するようにしてもよいが、広い接続面積を確保するために、本実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１０のように、リード部１２３の接合箇所を避けるためにリード用凹部１３３を設け、それ以外を接続面１３１とするのが望ましい。
またヒートシンク１３の接続面１３１側には、他の部品を収納する部品用凹部１３５が設けられている。

ここで、ＬＥＤモジュール１０の回路構成について図４に基づいて説明する。図４は、図１に示すＬＥＤモジュールの回路図である。

図４に示すように、ＬＥＤ１２は、直列に６個接続され、アノードが配線基板１１に設けられた電源端子Ｖｃｃに接続されている。電源端子Ｖｃｃは、抵抗１６およびツェナーダイオード１７を介在させてグランド端子ＧＮＤに接続されている。抵抗１６およびツェナーダイオード１７の接続点は、トランジスタ１５のベースに接続され、トランジスタ１５のコレクタはＬＥＤ１２のカソードに接続され、そしてエミッタは抵抗１８に接続されている。

つまり、他の部品としては、トランジスタ１５と、ツェナーダイオード１７と、抵抗１６，１８とがあるが、トランジスタ１５は、図２に示すようにリードが配線基板１１のスルーホール部に挿通するように半田付けされ、トランジスタ本体がヒートシンク１３の側面にネジ止めされているので、部品用凹部１３５には収納されていない。部品用凹部１３５に収納される配線基板１１の裏面には、ツェナーダイオード１７と、抵抗１６，１８とが搭載されている。

以上のように構成される本発明の実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１０の使用状態を説明する。

図４に示すように、外部から電源ケーブル１４を介して配線基板１１の電源端子Ｖｃｃおよびグランド端子ＧＮＤに電源が供給される。電源端子Ｖｃｃに電源が供給されることで、抵抗１６およびツェナーダイオード１７に電流が流れる。電流が流れることで、抵抗１６およびツェナーダイオード１７との接続点の電圧はツェナーダイオード１７により所定電圧となり、トランジスタ１５のベースに供給される。トランジスタ１５のベースに電圧が供給されることでトランジスタ１５がオンとなる。トランジスタ１５がオンとなることで、電源端子Ｖｃｃから直列接続された６個のＬＥＤ１２に電流が流れ、ＬＥＤ１２が発光する。
このとき、ツェナーダイオード１７の働きによりトランジスタ１５のベースの電位が一定となるので、トランジスタ１５のエミッタの電位も一定となる。トランジスタ１５のエミッタは抵抗１８を介してグランドに接地されているので、抵抗１８の両端にかかる電圧も一定になり、その結果、抵抗１８に流れる電流が一定になる。抵抗１８に流れる電流はトランジスタ１５のベース電流とコレクタ電流の和であり、トランジスタ１５のコレクタ電流とベース電流の比率はトランジスタ１５の電流増幅率と一致し、一定であるので、コレクタ電流も一定となる。その結果、６個のＬＥＤ１２は定電流で駆動されることになる。

図２に示すように、ＬＥＤ１２が発光することでＬＥＤ１２が発熱する。ＬＥＤ１２が発熱すると、この熱は、ＬＥＤ１２の台部１２２の底面から、この底面にＬＥＤ伝熱部１３４が接続するヒートシンク１３に伝導し、周囲へ放熱される。

また、ＬＥＤ１２の熱は、リード部１２３を介して配線パターン１１２へ伝導する。そして配線パターン１１２に伝導した熱は、レジスト膜１１３を介して配線基板１１の裏面に接続されたヒートシンク１３へ伝導する。つまり、ＬＥＤ１２のリード部１２３からもヒートシンク１３へ、金属で熱伝導率のよい配線パターン１１２と、厚みの薄いレジスト膜１１３を介してＬＥＤ１２の熱を伝導させることができるので、リード部１２３の接合箇所に近接させてヒートシンク１３を配線基板１１に接続すれば、熱伝導率が悪く、かつ厚い絶縁基板１１１を介して熱を伝導させることがなく、ヒートシンク１３へ熱を伝えられ、高い放熱効率を得ることができる。

このように、ＬＥＤ１２からの熱が、ＬＥＤ１２の底面からヒートシンク１３へ直接伝導する以外に、リード部１２３および配線パターン１１２を介してヒートシンク１３へ伝熱するので、発熱体であるＬＥＤ１２からの熱による悪影響を抑止することができる。従って、ＬＥＤ１２の劣化を抑制し、ＬＥＤ１２を長時間発光させても高輝度を維持することが可能である。

また発熱量の多いトランジスタ１５は、直接ヒートシンク１３に取り付けられているので、効率よくヒートシンク１３に伝熱させ、ヒートシンク１３から放熱させることができる。

発光したＬＥＤ１２の光は、レンズ部１２１から出射される。レンズ部１２１が窓部１１４より突出しているので、前方へ出射する以外に横方向へも出射される。特に、本実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１０では、ＬＥＤ１２として、リード部１２３を配線基板１１に接続したときに、レンズ部１２１が全て配線基板１１の表面より突出するような表面実装型を採用している。従って、ＬＥＤ１２から横方向へ出射される光は、窓部１１４の壁面に阻害されることなく進行させることができる。また、ツェナーダイオード１７と抵抗１６，１８とが配線基板１１の裏面に搭載されているので、ＬＥＤ１２から横方向へ出射された光を、これらの部品に阻害されることなく進行させることができ、光反射面１１５で反射させることができる。従って、配線基板１１を囲うように、かつ前方へ向かって徐々に開口面積が広がるようなリフレクタを設ければ、無駄なくＬＥＤ１２からの光を前方へ配光させることができる。

次に、本発明の実施の形態２に係るＬＥＤモジュールを図５および図６に基づいて説明する。図５および図６は、本発明の実施の形態２に係るＬＥＤモジュールを示す部分拡大断面図である。なお図５および図６においては、図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

図５に示すＬＥＤモジュール２０は、トランジスタ１５をヒートシンク１３の底面に取り付けたものである。また、図６に示すＬＥＤモジュール３０は、ヒートシンク３１の形状をヒートシンク１３（図２参照）より大きくし、トランジスタ１５のリードを光反射面１１５側から挿入して、配線基板１１の外側にトランジスタ１５を配置し、ヒートシンク３１の上面に取り付けたものである。

このようにトランジスタ１５のリードの長さを変更することで、図２に示すようにヒートシンク１３の側面に配置したり、図５に示すようにヒートシンク１３の底面に配置したり、図６に示すようにヒートシンク３１の上面に配置したりすることができる。いずれもヒートシンク１３，３１に直接接続していることで高い放熱効果を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態３に係るＬＥＤモジュールを図面に基づいて説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係るＬＥＤモジュールの分解斜視図である。図８は、図７に示すＬＥＤモジュールの要部拡大断面図である。図９は、図７に示すＬＥＤモジュールの伝熱および放熱の状態を示す要部拡大断面図である。なお、図７から図９においては、図１および２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、本実施の形態３に係るＬＥＤモジュール４０は、配線基板４１と、放熱体であるヒートシンク４２との間に、弾性変形可能なシート状の伝熱材４３が設けられていると共に、配線基板４１の表面側にはベタパターン４１６が設けられていることを特徴としたものである。

図７および図８に示すように、配線基板４１は、ガラスエポキシ樹脂で形成された絶縁基板４１１の裏面に配線パターン４１２が形成されると共に、配線パターン４１２への短絡防止および保護のためにレジスト膜４１３が形成されている。また配線基板４１には、ＬＥＤ１２を配置するための窓部４１４がＬＥＤ１２の数に対応させて６箇所に設けられている。更に、配線基板４１には、絶縁基板４１１の貫通するスルーホール部４１５が、ＬＥＤ１２のリード部１２３，１２３と配線パターン４１２との接続部の近辺に設けられている。

スルーホール部４１５は、絶縁基板４１１に貫通孔を形成した後に、貫通孔の内側周面に金属めっきを施すことで形成されている。従って、スルーホール部４１５は、高い熱伝導性を有している。

そして、このスルーホール部４１５と接続するベタパターン４１６が、絶縁基板４１１の表側に設けられている。このベタパターン４１６上には、絶縁性のレジスト膜４１７が設けられ、更にレジスト膜４１７上には、ＬＥＤ１２からの光を拡散反射する白色塗料または白色系塗料や、金属光沢を有する塗料が塗布されて塗膜となることで、実施の形態１に係る光反射面１１５と同様の光反射面４１８が形成されている。また、光反射面４１８を、白色塗料または白色系塗料や金属光沢を有する塗料とする以外に、赤外線放射性材料で形成することも可能である。光反射面４１８を、赤外線放射率の高い赤外線放射性材料で形成していると、ＬＥＤ１２からの光を反射して輝度を向上させることができるだけでなく、絶縁基板４１１やベタパターン４１６に伝導した熱を、赤外線として周囲に放散させることができるので、更に高い放熱効果を得ることができる。

本実施の形態３では、レジスト膜４１７と光反射面４１８とを別々に形成しているが、白色のレジスト膜とすることで、一度に形成することも可能である。なお、ＬＥＤ１２からの照射光を調整するために、それぞれのＬＥＤ１２の周囲に筒状の反射体を設けるなどする場合には、絶縁基板４１１の表面に、白色と比較して反射率の低い、例えば緑色のレジスト膜などを用いても、絶縁性さえ確保できれば問題はない。

ベタパターン４１６は、配線パターン４１２と同様に、金属めっきを施した銅箔で形成され、ＬＥＤ１２同士（アノードとカソード）を、裏面側で接続する配線パターン４１２と共に表面側で接続し、絶縁基板４１１の表面側のほぼ全面に、僅かな隙間を空けた状態で形成されている。なお、本実施の形態２では、ベタパターン４１６を、絶縁基板４１１の表面側に設けているが、裏面のみ、または両面とすることができる。つまり、絶縁基板４１１に可能な限りベタパターンを形成する方が、放熱性の観点から望ましい。

ヒートシンク４２は、厚みのある略円盤状に形成されている。ヒートシンク４２は、ＬＥＤ１２のリード部１２３（図２参照）の接合箇所を確保するためのリード用凹部１３３が設けられていない以外は、実施の形態１に係るヒートシンク１３（図１参照）と同様である。

伝熱材４３は、弾性変形可能な矩形状に形成された約１ｍｍ厚のシートで、ＬＥＤ１２の位置に合わせて、配線基板４１とヒートシンク４２との間に設けられている。伝熱材４３は、高い熱伝導率を有すると共に絶縁性を有するものが適しており、例えば、アクリル系樹脂により形成された住友スリーエム株式会社製などのものが使用できる。この伝熱材４３は、少なくとも、ＬＥＤ１２の底面と共に、ＬＥＤ１２のリード部１２３，１２３が接続した配線基板４１の配線パターン４１２を含む大きさがあればよいが、本実施の形態３では、伝熱材４３を矩形状に形成されたシートとすることで、それより広い大きさに形成されている。

なお、伝熱材を、配線基板４１全体の広さに形成されたものすると、配線基板４１全体からの熱をヒートシンク４２へ伝導することができるので望ましい。しかし、伝熱材４３の良好な伝熱性によって、ＬＥＤ１２の底面からの熱と、ＬＥＤ１２のリード部１２３，１２３が接続した配線基板４１の配線パターン４１２からの熱とを、ヒートシンク４２へ伝導することで、ＬＥＤ１２の劣化を抑制することができ、ＬＥＤを長時間発光させても高輝度を維持できるような熱特性が得られれば、本実施の形態３に係る伝熱材４３のような部分的な大きさとしてもよい。

以上のように構成される本発明の実施の形態３に係るＬＥＤモジュール４０の使用状態を、図９に基づいて説明する。

図９に示すように、ＬＥＤ１２のリード部１２３と配線パターン４１２との接合箇所により配線基板４１に膨らみができても、伝熱材４３が弾性変形することで、伝熱材４３をＬＥＤ１２の底面や配線基板４１の裏面側と伝熱材４３とを密着させることができる。従って、伝熱材４３のリード部１２３との接合箇所が弾性変形することで、ヒートシンク４２側に、リード部１２３の接合箇所を避けるためのリード用凹部１３３（図１参照）を設ける必要がないので、ヒートシンク４２の作製工程を大幅に短縮することができる。

本実施の形態３では、伝熱材４３の厚さを約１ｍｍとしたが、伝熱性が低下することを避けるため薄い伝熱材を使用した場合に、リード部１２３の接合箇所の弾性変形が不足して、ＬＥＤ１２の底面や配線基板４１と伝熱材との間に隙間ができるようであれば、ヒートシンク４２にリード部１２３の接合箇所を避けるためのリード用凹部を設けてもよい。

このようにＬＥＤ１２に密着した伝熱材４３は、ＬＥＤ１２の底面からの熱をヒートシンク４２へ伝導する。また、ＬＥＤ１２のリード部１２３からの熱は、配線パターン４１２との接合箇所から伝熱材４３へ伝わったり、配線パターン４１２を伝熱して順次伝熱材４３へ伝わったりすることで、ＬＥＤ１２に蓄熱することを防止することができる。

また、配線パターン４１２に伝導した熱は、スルーホール部４１５を介してベタパターン４１６へ伝わる。そして、ベタパターン４１６から光反射面４１８を形成するレジスト膜を介して周囲へ放熱する。このように配線基板４１の裏面側の配線パターン４１２だけでなく、表側のベタパターン４１６からＬＥＤ１２からの熱を放散させることができるので、更に高い放熱効果を得ることができる。

このように、配線基板４１とヒートシンク４２との間に、ＬＥＤ１２の底面と共に、ＬＥＤ１２のリード部１２３と配線パターン４１２との接合部分とに密着する弾性変形可能なシート状の伝熱材４３が設けられていることで、配線基板４１およびＬＥＤ１２と、ヒートシンク４２とを放熱グリスや放熱性接着剤で接触させるより、密着度を向上させることができるので、ＬＥＤ１２からの熱を、より効果的に伝導させることができる。

なお、本実施の形態３に係るＬＥＤ１２は、その底面と配線基板４１の裏面とが同じ位置となっているが、ＬＥＤの底面が配線基板４１の裏面よりも低く位置することで、配線基板４１より裏面側に出っ張っても、伝熱材４３の弾性変形により配線基板４１と伝熱材４３との間に隙間ができないようであれば、ヒートシンクにＬＥＤを収納する凹部を設ける必要がない。従って、伝熱材４３は、数あるＬＥＤの中から最適なＬＥＤを選択するための条件を緩和させることができる。また、ＬＥＤ１２の取付誤差によって多少下方にずれたとしても、伝熱材４３が弾性変形するので、ＬＥＤ１２や配線基板４１と伝熱材４３との密着性を確保することができる。

次に、本発明の実施の形態４に係るＬＥＤモジュールを図面に基づいて説明する。図１０は、本発明の実施の形態４に係るＬＥＤモジュールの分解斜視図である。なお、図１０においては、図７と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図１０に示すように、本実施の形態４に係るＬＥＤモジュール５０は、ＬＥＤ照明器具に組み込まれている。ＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤモジュール５０の他に、レンズ押さえ枠５１、レンズアレイ５２と、図示しない端子ボックスとを備えている。ＬＥＤモジュール５０は、放熱体として機能する照明器具本体５３と、ＬＥＤ１２が実装された配線基板５４と、伝熱材４３とを備えている。

レンズ押さえ枠５１は、リング状の枠部５１１と、脚部５１２とを備え、レンズアレイ５２と配線基板５４とを照明器具本体５３に固定する金具である。レンズアレイ５２は、表面側が花心の回りに６枚の花弁を有する花びらのように形成され、それぞれの花弁にＬＥＤ１２へ伸びる導光部５２１が設けられている。この導光部５２１には、下部にＬＥＤ１２のレンズ部１２１を覆う凹部が設けられている。導光部５２１は、レンズ部１２１からの光を、内側面で全反射させながら表面側から出射するように下部から上部に向かって徐々に広がるように形成されている。

照明器具本体５３は、円筒形状に形成された周壁部５３１の内周下部に、円盤状の底面部５３２が設けられている。この底面部５３２においては、レンズ押さえ枠５１の脚部５１２をネジ止めするための貫通孔が設けられている以外、実施の形態３におけるヒートシンク４２（図７参照）と同じである。この照明器具本体５３は、全体をアルミ、銅など熱伝導率の高い金属で形成したり、底面部５３２のみを金属で形成し、周壁部５３１を樹脂製としたりすることで、ＬＥＤ１２からの熱の放散に寄与する。つまり、照明器具本体５３は、発熱源であるＬＥＤ１２の裏面と配線基板５４の裏面とに接続する接続面から伝導する熱を周囲に放散させる放熱体として機能するものである。照明器具本体５３は、ＬＥＤ１２の熱を放散する放熱体としての機能を有していれば、有底の筒状とする以外に、様々な形状とすることが可能である。照明器具本体５３を放熱体として機能させるために、金属で形成する以外、アルミナ系セラミックスや窒化アルミニウムなどで形成することも可能である。アルミナ系セラミックスや窒化アルミニウムであれば、高い絶縁性を有しているので、配線基板５４の裏面に直接接触させても問題はない。

配線基板５４は、レンズ押さえ枠５１の脚部５１２を通すための切欠が設けられている以外は、実施の形態３の配線基板４１と同じである。従って、配線基板５４の表面に、光反射面としての機能と赤外線放射面としての機能を備えさせることができる。しかし、本実施の形態４に係るＬＥＤ照明器具には、ＬＥＤ１２からの光を周囲に拡散させることなく進行させるレンズアレイ５２が設けられているので、配線基板５４の表面は、光反射面としての機能が不要である。従って、配線基板５４の表面を、白色塗料または白色系塗料や、金属光沢を有する塗料で塗膜を形成するより赤外線放射率が高い、黒色系塗料を塗布して塗膜とすることで、更に高い放熱効果を得ることができる。

本発明は、発熱体であるＬＥＤからの熱による悪影響を抑止することで、ＬＥＤの劣化を抑制し、ＬＥＤを長時間発光させても高輝度を維持することが可能なので、ＬＥＤを配線パターンが形成された基板に接続し、ＬＥＤを冷却するヒートシンクを備えた表示装置や照明装置に用いられるＬＥＤモジュールに好適である。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの分解斜視図である。 図１に示すＬＥＤモジュールの要部拡大断面図である。 基板の窓部を裏面側から見た斜視図である。 図１に示すＬＥＤモジュールの回路図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤモジュールを示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤモジュールを示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態３に係るＬＥＤモジュールの分解斜視図である。 図７に示すＬＥＤモジュールの要部拡大断面図である。 図７に示すＬＥＤモジュールの伝熱および放熱の状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態４に係るＬＥＤモジュールの分解斜視図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤモジュール
１１ 配線基板
１１１ 絶縁基板
１１２ 配線パターン
１１３ レジスト膜
１１４ 窓部
１１５ 光反射面
１２ ＬＥＤ
１２１ レンズ部
１２２ 台部
１２３ リード部
１３ ヒートシンク
１３１ 接続面
１３２ 切欠部
１３３ リード用凹部
１３４ ＬＥＤ伝熱部
１３５ 部品用凹部
１４ 電源ケーブル
１５ トランジスタ
１６，１８ 抵抗
１７ ツェナーダイオード
２０，３０ ＬＥＤモジュール
３１ ヒートシンク
４０ ＬＥＤモジュール
４１ 配線基板
４１１ 絶縁基板
４１２ 配線パターン
４１３ レジスト膜
４１４ 窓部
４１５ スルーホール部
４１６ ベタパターン
４１７ レジスト膜
４１８ 光反射面
４２ ヒートシンク
４３ 伝熱材
５０ ＬＥＤモジュール
５１ レンズ押さえ枠
５１１ 枠部
５１２ 脚部
５２ レンズアレイ
５２１ 導光部
５３ 照明器具本体
５３１ 周壁部
５３２ 底面部
５４ 配線基板
ＧＮＤ グランド端子
Ｖｃｃ 電源端子

Claims (7)

1. 絶縁基板の裏面側に配線パターンが形成され、窓部が設けられた配線基板と、
   前記窓部に配置され、前記配線パターンに電極が接続されたＬＥＤと、
   前記ＬＥＤの底面に接続する接続面、および前記配線基板の裏面にも接続する接続面が設けられた放熱体とを備えたことを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 前記放熱体と前記配線基板との間に、少なくとも、前記ＬＥＤの底面と共に、前記ＬＥＤの電極が接続した前記配線基板の配線パターンを含む大きさの弾性変形可能なシート状の伝熱材が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記配線基板には、前記配線パターンに接続するベタパターンが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記配線基板には、その裏面に形成された配線パターンと接続する他の部品が搭載され、
   前記放熱体の接続面は、前記他の部品を避けるように前記配線基板の裏面に接続している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モジュール。
5. 前記ＬＥＤのレンズ部は、前記配線基板の窓部から突出するように設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記配線基板の表面側を光反射面としたことを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載のＬＥＤモジュール。
7. 前記配線基板の表面側を赤外線放射性材料で形成された放熱面としたことを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載のＬＥＤモジュール。

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