JP2011129470A

JP2011129470A - 照明器具

Info

Publication number: JP2011129470A
Application number: JP2009289562A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Kataoka; 高明片岡
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】ＬＥＤパッケージの側面に当接して実装基板の実装面側を被覆する放熱シートを介して、ＬＥＤの熱を効率的に放熱し、ＬＥＤを長寿命化することができる照明器具を提供する。
【解決手段】ＬＥＤパッケージ２１が実装される基板２２は、ＬＥＤパッケージ２１が実装される実装面２２ａ側の少なくとも一部が、ＬＥＤパッケージ２１の側面に当接する放熱シート２３Ｓで被覆されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明器具に関し、より詳細には、ＬＥＤパッケージの熱を効率的に放熱してＬＥＤ発光輝度の劣化を防止し、長寿命化を図った照明器具に関する。

ＬＥＤは、高い光変換効率を有して消費電力が小さいと共に、蛍光灯などのように水銀を使用しないなど、環境性能に優れることから、近年、照明用光源として注目されており、照明器具として実用化されている。照明用のＬＥＤは、樹脂やセラミックなどの絶縁容器内にＬＥＤ素子や蛍光体を配置したＬＥＤパッケージとして一般に使用されている。

このような従来の照明器具としては、発光面側がレンズで包囲されて基板に実装された発光ダイオードを備え、発光ダイオードとレンズとの光軸が一致するように器具本体に取付け可能とした照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、発光素子が実装される素子実装基板と、放熱性の高いＳｉＣ，ＡｌＮ，又はセラミックスで形成された配線基板とを接合し、更に素子実装基板および配線基板にそれぞれ形成された放熱ビア同士を接続して、発光素子の熱を配線基板から放熱し、温度上昇を抑制するようにした照明装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

更に、放熱板と基板との間に熱伝導パッドを挟んで積層し、放熱板上に配置した多数の発光ダイオードの端子を、放熱板および熱伝導パッドを貫通させて基板に接合して、発光ダイオードから発生する熱を放熱するようにした発光ダイオードランプの放熱構造が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００６−２４３８１号公報特開２００９−２２４４６９号公報実用新案登録第３１１２５５５号公報

特許文献１に記載の照明器具は、支持部材を基板側から器具本体に取付けて、発光ダイオードと光制御体との光軸合わせを容易に行えるようにすることを目的としたものであり、ＬＥＤの放熱に関しての記述はないものの、基板側では該基板を介して器具本体から放熱し、また、発光面側では空気への熱放射によって放熱するものと推定される。しかし、両者とも熱伝導率は低く、効果的に放熱することはできない。

また、特許文献２に記載の照明装置は、それぞれ放熱ビアが設けられた素子実装基板、及び配線基板を接合する構成となっているため、機構が複雑であるばかりでなく、配線基板を放熱性の高いＳｉＣ，ＡｌＮ，またはセラミックスとする必要があり、製作コストが嵩む虞がある。

更に、特許文献３に記載の発光ダイオードランプの放熱構造は、発光ダイオードから発生する熱を、発光ダイオードの端子から熱伝導パッド全面に拡散し、さらに放熱板の全面に伝えて、広い面積の放熱面から放熱するようにしたものであるが、すべての発光ダイオードの端子を、放熱板、熱伝導パッド、及び基板に形成されたそれぞれの挿通孔に挿通させなければならず、多くの組付け工数を要する問題があった。また、放熱板、熱伝導パッド、及び基板に熱を伝導する発光ダイオードの端子が細く、熱伝導面積が小さいため、効率的に発光ダイオードの熱を伝達するためには改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤパッケージの外郭に当接する放熱シートで基板の実装面側を被覆し、ＬＥＤの熱を効率的に放熱して、ＬＥＤを長寿命化することができる照明器具を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）少なくとも一つのＬＥＤパッケージと、前記ＬＥＤパッケージが実装される基板とを具備した照明器具であって、
前記基板は、前記ＬＥＤパッケージが実装される実装面側の少なくとも一部が放熱シートで被覆された照明器具。
（２）上記（１）に記載の照明器具であって、
前記放熱シートは、前記ＬＥＤパッケージの側面に当接するように前記実装面側に貼着される照明器具。
（３）上記（１）または（２）に記載の照明器具であって、
前記放熱シートは熱伝導性層と絶縁性の接着層との２層構造体である照明器具。
（４）上記（３）に記載の照明器具であって、
前記放熱シートは、グラファイトシートと絶縁層と接着層との３層構造体である照明器具。

本発明の照明器具によれば、ＬＥＤパッケージが実装される基板の実装面側の少なくとも一部が、放熱シートで被覆されているため、放熱シートを介してＬＥＤの熱を効率よく放熱することができ、ＬＥＤパッケージを冷却することができる。またこれによって、ＬＥＤ発光輝度の劣化を防止して、長寿命化することができる。更に、基板の実装面側に形成されている配線パターンが放熱シートによって覆われるため、ＬＥＤパッケージを収容する筺体が透明な樹脂などで形成されていても、配線パターンが外から見えなくなって基板の見栄えを損なう虞がない。

また、放熱シートは、ＬＥＤパッケージの側面に当接するように実装面側に貼着されるため、ＬＥＤの熱が、直接、ＬＥＤパッケージから放熱シートに伝導されて、効率よく放熱することができる。

更に、放熱シートは熱伝導性層と絶縁性の接着層との２層構造体であるため、基板との絶縁性を確保した状態で実装面に密着させて貼着することができ、また作業性が向上する。

また、放熱シートは、グラファイトシートと絶縁層と接着層との３層構造体であるため、放熱シートが高い熱伝導性を有すると共に、基板との絶縁性を確保した状態で実装面に密着させて容易に貼着することができる。

本発明に係る照明器具の外観斜視図である。図１に示す照明器具本体の外観側面図（上半分）、及び断面図（下半分）である。基板にＬＥＤパッケージが実装されたＬＥＤユニットの斜視図である。配線パターンが形成された基板の平面図である。図４に示す基板にＬＥＤパッケージが実装されたＬＥＤユニットの平面図である。図５に示すＬＥＤユニットの回路図である。ＬＥＤパッケージの側面に当接する放熱シートによって、ＬＥＤパッケージの熱が照明器具の筺体に伝達されると共に、空気中に放熱される状態を示す断面図である。（ａ）はＬＥＤパッケージの熱によって生じる基板の温度勾配を示す図であり、（ｂ）は放熱シートを設けた場合の基板の温度勾配を示す図である。

以下、本発明に係る照明器具の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の一実施例である照明器具１０は、天井や壁面等に配設される照明装置であり、照明器具本体１１と、一端に設けられたフランジ１３がネジによって天井や壁面に固定されるアーム１２とを備え、照明器具本体１１とアーム１２の他端とは、回動可能な連結部材１４によって連結されており、アーム１２に対して照明器具本体１１の向きを任意の角度に設定できる。フランジ１３からは、照明器具本体１１内に配設されたＬＥＤパッケージ２１に接続された電源線１５が導出する。

図２に示すように、照明器具本体１１は、ＬＥＤパッケージ２１と、実装基板２２と、放熱シート２３Ｓと、レンズ２４と、筺体２５とを備える。ＬＥＤパッケージ２１は、種々の形態のものが提示されているが、例えば、ＬＥＤが、樹脂やセラミックなどで形成された立方体の絶縁容器内に蛍光体と共に配置された構成を有する。ＬＥＤとして青色発光ダイオードが使用される場合、青色発光ダイオードからの青色光を黄色光に変換する蛍光体を配置することにより、青色光を吸収する蛍光体が黄色光を発し、この黄色光と、吸収されなかった青色光とにより白色光の出射光が得られる。上記構成以外にも、紫外線発光ダイオードからの紫外光を受けて赤色、緑色、青色発光する蛍光体を有する構成であってもよい。立方体形状のＬＥＤパッケージ２１の一面は、実装基板２２への実装面であり、この実装面と反対側の面は、ＬＥＤからの光を放射する発光面となる。筺体２５は、例えば、熱伝導率の高いアルミニウムなどで形成された本体部４３と、ＡＢＳ樹脂などで形成され、本体部４３に固定されてＬＥＤパッケージ２１やレンズ２４などを覆う前カバー４４とからなる。

本発明の照明器具１０で用いられる実装基板２２は、後述するように熱伝導率が高い素材である必要がなく、例えば、絶縁性が高く、熱収縮による半田接合面のストレスが少なく、且つコストが安価なガラスエポキシ樹脂基板で製作されている。図３及び図４に示すように、実装基板２２は、片面実装基板であり、該実装基板２２上にＬＥＤパッケージ２１が実装される。実装基板２２は、略６角形状のガラスエポキシ樹脂のベース２６上に、銅ベースの配線パターン２７ａ、２７ｂが形成されている。

各配線パターン２７ａ、２７ｂには、ＬＥＤパッケージ２１のアノード電極、及びカソード電極（いずれも図示せず）が半田付けによって接続される電極用端子２８ａ、２８ｂ、及び電源線１５（図１参照）に接続される給電端子２９ａ、２９ｂが形成され、更にコンデンサ４１が接続されるコンデンサ端子３０ａ、３０ｂ、及びダイオード４２が接続されるダイオード端子３１ａ、３１ｂが設けられている。

配線パターン２７ａ、２７ｂは、各端子２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ以外の部分がレジストによって覆われて保護されている。尚、配線パターン２７ａ、２７ｂは、放熱効果を最大限にするため、できる限り広い面積とすることが好ましい。

実装基板２２は、図５に示すように、配線パターン２７ａ、２７ｂ上にＬＥＤパッケージ２１が載せられ、半田付けにより電極用端子２８ａ、２８ｂにＬＥＤパッケージ２１のアノード電極、及びカソード電極が接続され、コンデンサ端子３０ａ、３０ｂにコンデンサ４１が接続され、ダイオード端子３１ａ、３１ｂにダイオード４２が接続される。これにより、図６に示す照明用の電気回路が構成される。

図７も参照して、このようにＬＥＤパッケージ２１が実装された実装基板２２の実装面２２ａ側には、ＬＥＤパッケージ２１の発光面以外の部分に、放熱シート２３Ｓが貼着される。このとき、放熱シート２３Ｓは、ＬＥＤパッケージ２１の側面（４側面が望ましい）に当接すると共に、実装基板２２に密着するように貼着するのが効果的に冷却する上で好ましい。ＬＥＤパッケージ２１の側面は、発光面としての機能を有しないため、該側面に放熱シート２３Ｓが当接しても配光に対して影響を及ぼすことはない。これにより、実装基板２２にＬＥＤパッケージ２１が実装されたＬＥＤユニット４０が形成される（図３、図５参照）。

放熱シート２３Ｓから周辺の空気中へ放射される放熱量は、放熱シート２３Ｓの表面積に比例するため、放熱効率を向上させるためには、放熱シート２３Ｓの表面積を実装基板２２の表面積より広くすることが好ましい。また、放熱シート２３Ｓを実装基板２２の外方にまで延設し、その一端２３ａを、アルミニウムなど熱伝導率が高い材料で形成された照明器具１０の筺体２５（本体部４３、及び前カバー４４）で狭持するようにすれば（図２参照）、ＬＥＤパッケージ２１の熱を、更に放熱シート２３Ｓを介して筺体２５に伝導することができ、冷却効率が高まる。

放熱シート２３Ｓは、例えば、シリコーン樹脂に金属フィラーを含有する熱伝導性層と、アクリル粘着剤などの絶縁性を有する接着層と、からなる２層構造体とすることができる。また、放熱シート２３Ｓは、例えば、黒鉛で作られたグラファイトシートからなる熱伝導性層と、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）層からなる絶縁層と、アクリル粘着剤などの接着層とからなる３層構造体であってもよい。実装基板２２の実装面２２ａ側は、絶縁性を有する放熱シート２３Ｓによって覆われるため、実装基板２２の耐電圧性能が向上する。

また、図７に示すように、実装基板２２の裏面側と照明器具１０の筺体２５（本体部４３）との間に、第２の放熱シート４５を配置して、実装基板２２を筺体２５に取り付けるようにすれば、実装基板２２の熱を第２の放熱シート４５を介して筺体２５に伝導することができるため更に好ましい。なお、第２の放熱シート４５は、熱伝導率が高い素材であれば限定されず、放熱シート２３Ｓと同一のシートが使用可能である。なお、放熱シート２３ＳによるＬＥＤパッケージ２１の冷却効果が十分であり、且つ実装基板２２で絶縁がとれている場合には、必ずしも第２の放熱シート４５を設けなくてもよい。

ＬＥＤユニット４０は、図２に示すように、前面側にレンズ２４が取り付けられて、筺体２５に収容される。レンズ２４は、例えばポリカーボネート樹脂などの透明素材によって、中心軸ＣＬに対称な略放物体状に形成されており、前面が平坦面２４ａとされ、裏面（ＬＥＤパッケージ２１側）に略円弧状のレンズ面を備える凹部２４ｂが設けられている。ＬＥＤパッケージ２１から放射された光は、凹部２４ｂのレンズ面に入射し、前面の平坦面２４ａから略平行光となって出射される。

本実施形態の作用を説明する。図８は放熱シート２３Ｓの有無によって実装基板２２に生じる温度勾配を模式的に示す図であり、図８（ａ）に示すように、放熱シート２３Ｓを備えない場合、実装基板２２には、熱源であるＬＥＤパッケージ２１との当接部の温度が最も高い、勾配の急な温度勾配が生じる。この熱は、実装基板２２を介する熱伝導、及び実装基板２２の表面から周辺空気への熱放射によって放熱されるが、効果的に放熱するには、実装基板２２を熱伝導率が高い、高価なアルミニウムなどの金属製基板で製作する必要がある。

一方、図８（ｂ）に示すように、放熱シート２３Ｓが実装基板２２に貼着された場合、ＬＥＤパッケージ２１の熱は、ＬＥＤパッケージ２１の側面から放熱シート２３Ｓに矢印Ａ方向に伝導され、また、実装基板２２の熱が、放熱シート２３Ｓに矢印Ｂ方向に伝導され、該放熱シート２３Ｓの表面から周辺空気に放射される（矢印Ｃ方向）と共に、放熱シート２３Ｓを介して不図示の放熱部材（例えば、筺体２５）に効率的に伝導される（矢印Ｄ方向）。これにより、実装基板２２に生じる温度勾配は緩やかなものとなる。なお、図８は、理解を容易にするため、放熱シート２３Ｓを実装基板２２の一部に設けたものとして示している。

図２及び図７に示すように、本実施形態の照明器具１０は、ＬＥＤパッケージ２１で発生する熱が、ＬＥＤパッケージ２１の側面に当接して実装基板２２の実装面２２ａ側に貼着された放熱シート２３Ｓに伝導され（矢印Ｅ方向）、放熱シート２３Ｓの広い表面積から周辺空気に放射される（矢印Ｆ方向）。また、放熱シート２３Ｓに伝導された熱は、一端２３ａを狭持する筺体２５（本体部４３、及び前カバー４４）に伝導されて拡散する（矢印Ｇ方向）。更に、実装基板２２伝導された熱は、第２の放熱シート４５を介して熱容量の大きな筺体２５（本体部４３、及び前カバー４４）に伝導される（矢印Ｈ方向）。これにより、効率的にＬＥＤパッケージ２１を冷却することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０照明器具
２１ＬＥＤパッケージ
２２実装基板（基板）
２２ａ実装面
２３Ｓ放熱シート

Claims

少なくとも一つのＬＥＤパッケージと、前記ＬＥＤパッケージが実装される基板とを具備した照明器具であって、
前記基板は、前記ＬＥＤパッケージが実装される実装面側の少なくとも一部が放熱シートで被覆された照明器具。
請求項１に記載の照明器具であって、
前記放熱シートは、前記ＬＥＤパッケージの側面に当接するように前記実装面側に貼着される照明器具。
請求項１または２に記載の照明器具であって、
前記放熱シートは熱伝導性層と絶縁性の接着層との２層構造体である照明器具。
請求項３に記載の照明器具であって、
前記放熱シートは、グラファイトシートと絶縁層と接着層との３層構造体である照明器具。