JP2009267292A

JP2009267292A - 発光装置及び照明器具

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Publication number: JP2009267292A
Application number: JP2008118291A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nishimura; 潔西村; Tomohiro Sanpei; 友広三瓶; Toshiyuki Hiraoka; 敏行平岡; Hirokazu Otake; 寛和大武; Nobuo Shibano; 信雄柴野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-12

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

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。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置の基板を示す平面図である。同発光装置を示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態に係る発光装置を示す縦断面図である。同第３の実施形態に係る発光装置を示す縦断面図である。他の実施形態に係る発光装置を示す縦断面図である。他の実施形態に係る発光装置を示す縦断面図である。

符号の説明

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、

Claims

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。