JP2009267292A - 発光装置及び照明器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】受電端子と給電端子との電気的接続を安定的に保ち、実使用状態においても安全性を確保し得る発光装置及び照明器具を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、金属を主体とするベース板2aを有し、複数の発光素子3が配設された基板2と、この基板2に固定され、発光素子3と電気的に接続された受電端子5aと、前記基板2と熱的に結合された基板2と略同一の線膨張率を有する取付部材4に固定され、前記受電端子5aと対向して電気的に接続された給電端子5bと、前記基板2のベース板2aの発光素子3側に設けられるとともに、取付部材4と給電端子5bとの間に設けられる基板2及び取付部材4よりも線膨張率が大きい部材からなる電気絶縁層2b、4cとを具備する発光装置1である。
【選択図】図2
【解決手段】本発明は、金属を主体とするベース板2aを有し、複数の発光素子3が配設された基板2と、この基板2に固定され、発光素子3と電気的に接続された受電端子5aと、前記基板2と熱的に結合された基板2と略同一の線膨張率を有する取付部材4に固定され、前記受電端子5aと対向して電気的に接続された給電端子5bと、前記基板2のベース板2aの発光素子3側に設けられるとともに、取付部材4と給電端子5bとの間に設けられる基板2及び取付部材4よりも線膨張率が大きい部材からなる電気絶縁層2b、4cとを具備する発光装置1である。
【選択図】図2
Description
本発明は、LED等の発光素子を用いた発光装置及び照明器具に関する。
従来、この種、LEDを用いた発光装置において、基板側接続部を、基板から垂直に突出する接続用の2本のピンを離間して設け、また、器具本体に電源側接続部を設け、この電源側接続部を差込穴により構成し、ピンを差込穴に差し込むことにより、基板側接続部と電源側接続部とが電気的に接続されるようになっているものが知られている(特許文献1参照)。
特開2002−304902号公報(図5等)
しかしながら、特許文献1に示されたような構成では、LEDの点灯、消灯を繰り返すと、LEDから発生する熱により基板が熱膨張、収縮を繰り返し、その線膨張率が器具本体と相違するため、すなわち、基板側接続部のピンと電源側接続部の差込穴との位置的変化量が異なるため、接続部に隙間が生じ、接触不良や機械的損傷が生じる恐れがある。
また、基板側接続部の2本のピンを同一端部側に近接して配設することにより前記接触不良や機械的損傷を抑制できるが、2本のピンの間隙は絶縁距離を確保することが必要となるため、電気的接続部分の領域が大きくなってしまい基板が大形化してしまう課題がある。
本発明は、上記問題点を解消すべくなされたもので、受電端子と給電端子との電気的接続を安定的に保ち、実使用状態においても安全性を確保し得る発光装置及び照明器具を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発光装置は、金属を主体とするベース板を有し、複数の発光素子が配設された基板と;この基板に固定され、発光素子と電気的に接続された受電端子と;前記基板と熱的に結合された基板と略同一の線膨張率を有する取付部材に固定され、前記受電端子と対向して電気的に接続された給電端子と;前記基板のベース板の発光素子側に設けられるとともに、取付部材と給電端子との間に設けられる基板及び取付部材よりも線膨張率が大きい部材からなる電気絶縁層と;を具備することを特徴とする。
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次による。発光素子とは、LEDや有機EL等である。発光素子の配設は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって配設されたものが好ましいが、本発明の性質上、配設方式は特に限定されない。また、発光素子の配設個数に特段制限はない。金属を主体とするベース板とは、金属そのもの又は金属に他の材料を混入する等によりベース板を構成することを意味する。ベース板には、アルミニウム、銅等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。受電端子及び給電端子は、形状や形式に限定されない。要は、受電端子は基板に固定され、給電端子は取付部材に固定され、これらが電気的に接続されるものであればよい。取付部材は、照明器具の本体、ケースあるいはカバー等と指称されるものを含み、また、放熱部材を兼用してもよい。要は、給電端子が固定される部材を意味する。さらに、取付部材は、放熱部材として機能することが好適であって、この場合は、アルミニウム、銅等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。
請求項2に記載の照明器具は、器具本体と;この器具本体に配設された請求項1に記載の発光装置と;を具備したことを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、基板のベース板と取付部材とが熱による変化量が略同一になるとともに、前記ベース板と取付部材の変化に電気絶縁層が容易に追随することができるので、発光素子を点灯する使用状態であっても受電端子と給電端子との電気的接続を安定的に保ち、安全性を確保し得る発光装置を提供できる。
請求項2記載の発明によれば、前記発光装置の効果を奏する照明器具を提供することができる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る発光装置について図1及び図2を参照して説明する。図1は、基板を示す平面図、図2は、発光装置を示す縦断面図である。発光装置1は、基板2と、この基板2に配設された複数の発光素子としてのLEDチップ3・・・と、取付部材としての放熱部材4と、給電手段5とを備えている。
基板2は、ベース板2a、電気絶縁層2b及び回路パターン層2cから構成されている。ベース板2aは、金属、例えば、熱伝導性が良好で放熱性に優れたアルミニウム製の円形状平板からなる。ベース板2aの一面には、無機フィラー入エポキシ樹脂として、セラミックス粒子を混合したエポキシ樹脂からなる電気絶縁層2bが形成されている。因みに、電気絶縁層2bの熱膨張に伴う線膨張率は、エポキシ樹脂にセラミックス粒子を混合しているので、エポキシ樹脂単独よりも小さく30〜50×10−6/℃に調整されている。なお、電気絶縁層2bには、ガラスエポキシ樹脂等の材料を用いることができる。電気絶縁層2bの上には、回路パターンを構成する回路パターン層2cが形成されている。回路パターン層2cは、LEDチップ3に電源からの電力を供給するために、銅箔等の導電性の材料で形成されている。また、基板2上には、その外周縁に沿って円形状の樹脂性枠体2dが固着されている。なお、基板2のベース板2a厚みに対し、電気絶縁層2bの厚みは、薄く構成するのが好ましく、例えば、ベース板2aの厚みに対し、電気絶縁層2bの厚みは1/3以下とし、具体的には、ベース板2aの厚み1.5mm、電気絶縁層2bの厚み0.5mm以下に設定されている。
LEDチップ3・・・は、基板2の表面に複数個マトリクス状に接着して配設されている。LEDチップ3・・・は、例えば、InGaN系の素子であり、透光性のサファイア素子基板に発光層が積層されており、発光層は、n型窒化物半導体層と、InGaN発光層と、p型窒化物半導体層とが順次積層されて形成されている。そして、発光層に電流を流すための電極は、p型窒化物半導体層上にp型電極パッドで形成されたプラス側電極と、n型窒化物半導体層上にn型電極パッドで形成されたマイナス側電極とで構成されている。これら、電極は、ボンディングワイヤにより回路パターン層2cに電気的に接続されている。
複数のLEDチップ3・・・が配設された樹脂性枠体2d内には、封止部材2eが形成されている。封止部材2eは、LEDチップ3・・・等の保護のため、外気から遮断して封止するもので、熱硬化性のエポキシ系やシリコーン系の透明又は半透明の透光性樹脂が用いられる。そして、必要に応じこれらの樹脂に蛍光体を混練したものが使用される。本実施形態では、LEDチップ3・・・の青色発光により励起されて黄色に発光する蛍光体を用いており、この場合、黄色発光と青色発光とが合成されて白色光を放射するようになっている。
取付部材としての放熱部材4は、前記基板2のベース板2aと同様に、熱伝導性が良好で放熱性に優れたアルミニウム製であり、略円盤状をなし、基部4aと当接部4bとから構成されている。そして、基部4aの上面には、前記基板2の電気絶縁層2bと同様に、後述する給電端子5bの電気的絶縁をなすセラミックス粒子を混合したエポキシ樹脂からなる電気絶縁層4cがリング状に形成されている。また、当接部4bの上表面は、基板2の裏面、すなわち、ベース板2aに密着して配置されている。なお、この当接部4bとベース板2aとの間には、これらの密着性を高めるため、熱伝導性の接着剤を介在させてもよい。接着剤を用いる場合には、シリコーン樹脂系の接着剤に金属酸化物等を混合した熱伝導性が良好な材料を用いるのが好ましい。さらに、放熱部材4と基板2のベース板2aとは、同一材料によって構成されており、熱膨張に伴う線膨張率が略同一のものとなっている。加えて、基板2は、外周縁2箇所をねじ6によって放熱部材4に固定されている。
次に、給電手段5は、基板2の外周縁に対向して一対配置されており、導電性の受電端子5aと給電端子5bとを備えている。受電端子5aは、樹脂性枠体2dから連なる端子設置円筒5aaに配置固定されており、ピン形状であり、基板2の回路パターン層2cに接続され、基板の表面側から裏面側へ垂直に突出してプラグ形式をなしている。一方、給電端子5bは、前記受電端子5aと対向し、放熱部材4の基部4a上面に固着された樹脂製の端子設置円筒5bb内に弾性的に係合して取付けられてソケット形式をなしている。なお、給電端子5bには、電源側と接続される図示しないリード線が接続されている。したがって、受電端子5aが給電端子5bに差し込まれると、受電端子5aと給電端子5bとが接触し、基板2側と電源側とが電気的に接続されるようになっている。
上記のように構成された発光装置1によれば、電源側から給電端子5b、受電端子5a、回路パターン層2cを順次介して複数のLEDチップ3・・・に電力が供給され、基板2面から白色光が放射される。また、LEDチップ3・・・の発光に伴い熱が発生するが、これらの熱は主とて、基板2の電気絶縁層2b、ベース板2a、放熱部材4の当接部4b、基部4aを経由して放熱される。また、基板2から受電端子5aへ伝導する熱は、給電端子5b、放熱部材4の電気絶縁層4c、放熱部材4の基部4aを経由して放熱される。
ここで、受電端子5aが固定されている基板2及び給電端子5bが固定されている放熱部材4は、熱膨張により長さ方向に伸びるが(図示矢印)、基板2のベース板2aと放熱部材4は、ともにアルミニウム製であり、その線膨張率が略同一で、温度条件も略同じになるので、長さ方向の伸び、つまり、位置的変化量が同じになり、変化が同期するので、受電端子5aと給電端子5bとにずれが生じることなく、接続を安定的に保つことができ、変化量が相違するために発生する接続部の隙間や接触不良、機械的損傷を防ぐことができる。さらに、アルミニウム製のベース板2a及び放熱部材4の線膨張率より電気絶縁層2b、4cの線膨張率の方が大きいので、ベース板2aと放熱部材4の変化に電気絶縁層2b、4cが容易に追随することができる。これは、電気絶縁層2b、4cが所定の柔軟性を有することや厚みが薄く構成されることによって促進される。
また、基板2は、アルミニウム製のベース板2aに電気絶縁層2bを形成してあり、放熱部材4にも電気絶縁層4cを形成してあるので、双方の構成部材が同一化されており、線膨張率の同一化に適する構成となっている。さらに、基板2のベース板2aの厚みに対し、電気絶縁層2bの厚みは、薄く構成されており、ベース板2aと電気絶縁層2bの線膨張率の相違に起因して、熱による電気絶縁層2bの伸縮がベース板2aに与える影響を減少させることができ、基板2の反りや変形を抑制することができる。
しかも、電気絶縁層2bの線膨張率は、エポキシ樹脂にセラミックス粒子を混合して、30〜60×10−6/℃に調整されているので、基板2の線膨張率に近づけることができ、これによっても、基板2の反りや変形を抑制することができる。すなわち、アルミニウム製のベース板2aの線膨張率は、約23×10−6/℃であり、エポキシ樹脂の線膨張率は、約50〜80×10−6/℃である。そこで、これらの線膨張率の差を縮小すべく、エポキシ樹脂にセラミックス粒子を混合して線膨張率を30〜60×10−6/℃に調整したものである。これにより、基板2と電気絶縁層2bとの熱膨張に伴う伸縮の追随性を改善でき、基板2の反りや変形を抑制することができる。なお、線膨張率の調整は、セラミックス粒子の混合割合を変えることにより行うことができ、また、セラミックス粒子に限らず、他の無機フィラーを用いてもよい。
以上のように本実施形態によれば、受電端子5aを固定した基板2と、給電端子5bを固定した放熱部材4との線膨張率を略同一にしたので、受電端子5aと給電端子5bとの電気的接続を安定的に保ち、安全性を確保することができる。また、ベース板2aと放熱部材4の変化に電気絶縁層2b、4cが容易に追随することができるので、このことによっても受電端子5aと給電端子5bとの電気的接続の安定性が高まる。
また、取付部材を放熱部材4で兼用しているので構成が簡単となり、基板2と放熱部材4との線膨張率を同一に設定し易くなる効果を奏する。さらに、基板2のベース板2aと放熱部材4とをアルミニウム製の同一材料で形成したので線膨張率を同一化し易い構成となり、加えて、ベース板2aに電気絶縁層2bを形成し、放熱部材4にも電気絶縁層4cを形成してあるので、線膨張率の同一化に適する構成が得られる。また、基板2及び電気絶縁層2bの厚み、電気絶縁層2bの線膨張率を調整することにより、基板2の反りや変形を抑制することができる。そして、給電手段5は、基板2の外周縁に対向して一対配置されているので、電気的絶縁距離を確保でき、安全性の向上を図ることができる。また、基板2を上から放熱部材4に向けて配置することにより、受電端子5aが給電端子5bに接続されるようになっているので組立作業の効率化が可能である。
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光装置について図3を参照して説明する。図3は、発光装置を示す縦断面図である。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。本実施形態では、取付部材としての放熱部材4-21をドーナツ状に構成したものである。そして、主たる放熱部材4-22は、円筒状をなし、ドーナツ状の放熱部材4-21の中央空間部に配置されており、基板2の裏面、すなわち、ベース板2aに密着して配置されている。したがって、基板2からの熱は、主として放熱部材4-22へ伝導され、基板2から受電端子5aへ伝導する熱は、給電端子5b、電気絶縁層4c、放熱部材4-21を経由して放熱される。
以上のように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、受電端子5aと給電端子5bとの電気的接続を安定的に保ち、安全性を確保することができる。また、放熱部材4-22は、放熱部材4-21とは異なる材料で形成することも可能である。
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光装置について図4を参照して説明する。図4(a)は、基板を示す一部平面図、図4(b)は、発光装置を示す一部縦断面図である。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。第1の実施形態とは、一対の給電手段5-2の配置が異なっている。すなわち、一対の給電手段5-2を基板2の外周縁の一方側に並べて配置したものである。
本実施形態によっても、受電端子5aを固定した基板2と、給電端子5bを固定した放熱部材4との線膨張率を略同一にすることにより、所期の効果を奏することが可能となる。
以上のように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、受電端子5aと給電端子5bとの電気的接続を安定的に保ち、安全性を確保することができる。
続いて、本発明の照明器具の実施形態について説明する。図示は省略するが、上記実施形態の発光装置1は、器具本体に組込み、照明器具として構成できる。例えば、屋内又は屋外で使用される照明器具に適用可能である。よって、このような照明器具によれば、上記実施形態の発光装置1の効果を奏する照明器具を提供できる。
次に、他の実施形態に係る発光装置について図5を参照して説明する。図5は、発光装置を示す縦断面図である。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。本実施形態では、前述の各実施形態とは、基板、取付部材の構成が異なる。まず、基板2-3は、ガラスエポキシ樹脂のベース板2-3aに回路パターン層2cを形成して構成されている。取付部材4-31は、ドーナツ状に形成されており、基板2-3のベース板2-3aと同様に、ガラスエポキシ樹脂によって形成されている。そして、放熱部材4-32は、円筒状をなし、ドーナツ状の取付部材4-31の中央空間部に、取付部材4-31の内周面とその外周面が接触するように配置されており、かつ、基板2-3の裏面、すなわち、ベース板2-3aに密着して配置されている。したがって、基板2-3からの熱は、主として放熱部材4-32へ伝導され、基板2-3から受電端子5aへ伝導する熱は、給電端子5b、取付部材4-31を介して放熱部材4-32へ伝導され放熱される。
本実施形態によれば、受電端子5aを固定した基板2-3と、給電端子5bを固定した取付部材4-31との線膨張率を略同一にすることができ、受電端子5aと給電端子5bとの電気的接続を安定的に保ち、安全性を確保することができる。
同様に、他の実施形態に係る発光装置について図6を参照して説明する。図6は、発光装置を示す縦断面図である。なお、前記他の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。本実施形態では、基板2-3は、ガラスエポキシ樹脂のベース板2-3aに回路パターン層2cを形成して構成されている。取付部材4-41は、基板2-3のベース板2-3aと同様に、ガラスエポキシ樹脂によって形成されている。そして、基板2-3と取付部材4-41との間には、アルミニウム製の第1の放熱部材4-42が狭持されるように配置されており、取付部材4-41の下面側には、同じくアルミニウム製の第2の放熱部材4-43が密着するように配置されている。したがって、基板2-3からの熱は、主として第1の放熱部材4-42、取付部材4-41を介して第2の放熱部材4-43へ伝導され、基板2-3から受電端子5aへ伝導する熱は、給電端子5b、取付部材4-41を介して第2の放熱部材4-43へ伝導され放熱される。
以上のように本実施形態によれば、受電端子5aを固定した基板2-3と、給電端子5bを固定した取付部材4-41との線膨張率を略同一にすることができ、受電端子5aと給電端子5bとの電気的接続を安定的に保ち、安全性を確保することができる。加えて、第1の放熱部材4-42と第2の放熱部材4-43とを異なる材料で形成することも可能となる。
1・・・発光装置、2・・・基板、2a・・・ベース板、2b・・・基板の電気絶縁層、3・・・発光素子(LEDチップ)、4・・・取付部材、
4c・・・取付部材の電気絶縁層、5a・・・受電端子、5b・・・給電端子、
4c・・・取付部材の電気絶縁層、5a・・・受電端子、5b・・・給電端子、
Claims (2)
- 金属を主体とするベース板を有し、複数の発光素子が配設された基板と;
この基板に固定され、発光素子と電気的に接続された受電端子と;
前記基板と熱的に結合された基板と略同一の線膨張率を有する取付部材に固定され、前記受電端子と対向して電気的に接続された給電端子と;
前記基板のベース板の発光素子側に設けられるとともに、取付部材と給電端子との間に設けられる基板及び取付部材よりも線膨張率が大きい部材からなる電気絶縁層と;
を具備することを特徴とする発光装置。 - 器具本体と;
この器具本体に配設された請求項1に記載の発光装置と;
を具備したことを特徴とする照明器具。
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