JP2012033558A - Ｌｅｄユニット - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤの発熱を効率的に放熱でき、しかも、室内の天井面や壁面に容易に固定することができるＬＥＤユニットを提供する。
【解決手段】透光カバー７の筒状部７Ａをユニット基板１の内周の嵌合固定部１Ａに固定し、この筒状部７Ａを室内の天井面Ｗ１または壁面Ｗ２に取付けることで、ＬＥＤユニットは、各ＬＥＤパッケージ２が室内に向く状態で天井面に容易に固定される。ここで、各ＬＥＤパッケージ２の点灯による発熱は、ユニット基板１の他方の面に一体に形成された複数の放熱フィン１Ｂから効率的に放熱される。その結果、各ＬＥＤパッケージ２の高温化が抑制されて各ＬＥＤパッケージ２の寿命が延びる。
【選択図】図５

Description

本発明は、発光源となる複数のＬＥＤ（発光ダイオード）がユニット基板の一方の面に沿って実装されたＬＥＤユニットに関し、詳しくは、室内照明用に好適なＬＥＤユニットに関するものである。

近年、照明機器の分野では、省エネルギー対策として、ＬＥＤを発光源とする各種の照明機器が開発されており、例えば、特許文献１には、ＬＥＤを発光源としたＬＥＤ電球が開示されている。

このＬＥＤ電球は、円形の電子部品用実装基板（１２）上に複数のＬＥＤ素子（１１）を実装してなるＬＥＤ光源部（１０）と、このＬＥＤ光源部（１０）の発熱が伝導されるようにＬＥＤ光源部（１０）を保持するアルミニウム製の放熱部材（３０）と、口金（５０）側から供給される電源を電子部品用実装基板（１２）に供給する電源回路部（２０）とを備えており、放熱部材（３０）は、ＬＥＤ光源部（１０）および電源回路部（２０）を囲む大きな円筒状に形成されている。

特開２００９−９３９２６号公報

ところで、特許文献１に記載のＬＥＤ電球を構成する放熱部材（３０）は、電子部品用実装基板（１２）と面接触する水平隔壁部（３２）を有することで、ＬＥＤ光源部（１０）の発熱を電子部品用実装基板（１２）から水平隔壁部（３２）へと熱伝導させ、この水平隔壁部（３２）と一体の筒状部（３１）から放熱させるものであり、ＬＥＤ光源部（１０）の発熱を効率的に放熱させることが難しく、各ＬＥＤ素子（１１）の寿命低下も懸念される。

本発明は、このような従来技術の問題点に対応してなされたものであり、複数のＬＥＤの発熱を効率的に放熱でき、しかも、室内の天井面や壁面に容易に固定することができるＬＥＤユニットを提供することを課題とする。

このような課題を解決するため、本発明に係るＬＥＤユニットは、発光源となる複数のＬＥＤがユニット基板の一方の面に沿って実装されたＬＥＤユニットであって、ユニット基板は、高熱伝導樹脂またはセラミックスにより環状に形成されており、その内周には天井面または壁面への取付け部材を固定するための嵌合固定部が形成され、その一方の面には各ＬＥＤに給電するための回路パターンが導電メッキ層により形成され、その他方の面には複数の放熱フィンが一体に形成されていることを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤユニットは、環状のユニット基板の内周に形成された嵌合固定部に取付け部材を固定し、この取付け部材を例えば室内の天井面または壁面に取付けることで、発光源となる複数のＬＥＤが室内に向く状態で天井面または壁面に容易に固定することができ、各ＬＥＤの点灯により室内を照明することができる。

本発明のＬＥＤユニットでは、各ＬＥＤが点灯して発熱すると、その発熱は、ユニット基板の他方の面に一体に形成された複数の放熱フィンから効率的に放熱される。その結果、各ＬＥＤは高温化が抑制されて寿命が延びる。

本発明のＬＥＤユニットは、ユニット基板が高熱伝導樹脂またはセラミックスで構成されているため、複数の放熱フィンを射出成型により容易に形成でき、回路パターンも導電メッキ層により容易に形成することができるから、ＬＥＤユニットの構造がユニット基板を母体とした部品点数の少ない簡素な構造となる。

本発明のＬＥＤユニットにおいて、ユニット基板の一方の面には、回路パターンに接続するコネクタが付設されているのが好ましい。また、ユニット基板の内周の嵌合固定部に固定される天井面または壁面への取付け部材は、ユニット基板の一方の面を覆う透光カバーの中央部に形成された筒状突部とすることができる。

本発明のＬＥＤユニットにおいて、ユニット基板の一方の面が凸球面状に形成されている場合には、その一方の面に沿って実装された各ＬＥＤの点灯光を広範囲に拡散させて照射させることができる。これに対し、ニット基板の一方の面が凹球面状に形成されている場合には、その一方の面に沿って実装された各ＬＥＤの点灯光を狭い範囲に集束させてスポット的に照射させることができる。

本発明に係るＬＥＤユニットは、環状のユニット基板の内周に形成された嵌合固定部に取付け部材を固定し、この取付け部材を例えば室内の天井面または壁面に取付けることで、発光源となる複数のＬＥＤが室内に向く状態で天井面または壁面に容易に固定することができる。

本発明のＬＥＤユニットでは、ユニット基板が高熱伝導樹脂またはセラミックスで構成されているため、複数の放熱フィンを射出成型により容易に形成でき、回路パターンも導電メッキ層により容易に形成することができる。その結果、ＬＥＤユニットの構造をユニット基板を母体とした部品点数の少ない簡素な構造とすることができる。

そして、本発明のＬＥＤユニットによれば、各ＬＥＤの点灯による発熱をユニット基板の他方の面に一体に形成された複数の放熱フィンから効率的に放熱させることができ、各ＬＥＤの高温化を抑制してその高寿命化を達成することができる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤユニットの使用例を示す室内の斜視図である。 図１に示したＬＥＤユニットの構成を示す斜視図である。 図２に示した各ＬＥＤパッケージの給電用の回路図である。 図２に示したユニット基板の他方の面を示す斜視図である。 図２に示したＬＥＤユニットの天井面または壁面への固定状態を示す断面図である。 図２に示したユニット基板の第１の変形例を示す斜視図である。 図２に示したユニット基板の第２の変形例を示す斜視図である。 図２に示したユニット基板の第３の変形例を示す斜視図である。 図８に示した各ＬＥＤパッケージの給電用の回路図である。 図４に示した複数の放熱フィンの異なる変形例を示す平面図であって、（ａ）は第１の変形例を示し、（ｂ）は第２の変形例を示す。 図４に示した複数の放熱フィンの異なる変形例を示す平面図であって、（ａ）は第３の変形例を示し、（ｂ）は第４の変形例を示す。

以下、添付の図面を参照して本発明に係るＬＥＤユニットの実施の形態を説明する。一実施形態のＬＥＤユニットは、室内照明用に好適なものであり、例えば図１に示すように、室内の天井面Ｗ１または壁面Ｗ２に固定可能なユニット基板１を備えている。

ユニット基板１は、成形可能な高熱伝導樹脂またはセラミックスにより、図２に示すような環状の平面形状に成形されている。このユニット基板１を構成する高熱伝導樹脂は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）であって、耐熱性があり、かつ、熱伝導性が高く、その熱伝導率は２〜１０Ｗ／（ｍ・ｋ）に達する。なお、この高熱伝導樹脂は、ポリカーボネート（ＰＣ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）、あるいはポリフタリルアミド（ＰＰＡ）やポリアミド（ＰＡ）などであってもよい。

また、ユニット基板１を構成するセラミックスは、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）であって、耐熱性があり、かつ、熱伝導性が高く、その熱伝導率は３〜２７０Ｗ／（ｍ・ｋ）に達する。なお、このセラミックスは、ステアタイト（ＭｇＯ−ＳｉＯ₂）やフォルステライト（２ＭｇＯ−ＳｉＯ₂）、あるいは窒化アルミ（ＡｌＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）などであってもよい。

環状のユニット基板１の一方の面（符号省略）には、その周方向に沿って６個のＬＥＤパッケージ２が実装されている。各ＬＥＤパッケージ２は、ポリカーボネート（ＰＣ）やセラミックスからなる薄型ボックス状のキャビティ基体２Ａに形成されたリフレクタ凹部（符号省略）の底部にＬＥＤチップ（図示省略）が配置され、このＬＥＤチップがリフレクタ凹部に充填された封入樹脂（符号省略）により封入された構造を有するものであり、ＬＥＤチップの発光により、例えば白色に点灯する。

そして、ユニット基板１の一方の面（符号省略）には、６個のＬＥＤパッケージ２に給電するための回路パターン３が導電メッキ層により形成されている。この導電メッキ層は、例えば、銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），銀（Ａｇ）のメッキ層を順次積層した３層構造とされている。なお、この導電メッキ層は、銀（Ａｇ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），銀（Ａｇ）のメッキ層を順次積層した５層構造としてもよい。

回路パターン３は、例えば６個のＬＥＤパッケージ２を２個づつ並列に接続し、これらを相互に直列に接続するパターンで形成されている（図３参照）。そして、この回路パターン３の一端部および他端部には、コネクタ４が半田付けにより接続されている（図２参照）。

コネクタ４は、図３の回路図に示す定電流ユニット５およびスイッチ６を介して交流電源に接続される。定電流ユニット５には、交流を直流に変換するダイオードブリッジ回路などの整流回路や、整流された直流の電圧を所定電圧に制御する電圧制御回路、過電流を遮断するヒューズを有する保護回路などが組み込まれている。

定電流ユニット５は、各ＬＥＤパッケージ２の電力を０．５Ｗとしたとき、例えば１２Ｖの直流電圧をコネクタ４に供給する。一実施形態において、スイッチ６は、例えば図１に示す壁面Ｗ２に設置されたスイッチボックスＳＢに付設されており、定電流ユニット５は、例えばこのスイッチボックスＳＢ内に配置される。

ここで、図２および図４に示すよう、環状のユニット基板１の内周には、嵌合固定部１Ａが形成されている。この嵌合固定部１Ａは、図１に示した天井面Ｗ１または壁面Ｗ２への取付け部材を固定するための部位であり、ユニット基板１の一方の面、すなわち、各ＬＥＤパッケージ２が実装される一方の面側が大径となる緩い内テーパ面として構成されている。

そして、環状のユニット基板１の他方の面（符号省略）には、各ＬＥＤパッケージ２の発熱を放熱するための複数の放熱フィン１Ｂが一体に形成されている。各放熱フィン１Ｂは、所定の間隔を空けて相互に平行に形成されている。

ここで、図５に示すように、環状のユニット基板１には、その一方の面側を覆う透光カバー７が固定される。この透光カバー７は、各ＬＥＤパッケージ２の点灯光を透過させるカバー部材であって、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル樹脂などの透明樹脂に適宜の光拡散剤を混入して成形されており、いわゆるすりガラス状の外観を呈する。

透光カバー７は、平面視（または正面視）の形状が円形に形成されており、その中央部には、ハット型の断面形状を呈する筒状突部７Ａが一体に形成されている。この筒状突部７Ａは、平坦な先端部７Ｂが図１に示した天井面Ｗ１または壁面Ｗ２に取り付けられる取付け部材を構成するものであり、筒状突部７Ａの外周には、ユニット基板１の内周に形成された嵌合固定部１Ａの緩いに内テーパ面に嵌合する緩い外テーパ面が形成されている。

以上のように構成された一実施形態に係るＬＥＤユニットは、例えば図５に示すように、透光カバー７の中央部に形成された筒状突部７Ａの外周の外テーパ面がユニット基板１の内周に形成された嵌合固定部１Ａの緩い内テーパ面に嵌合されることで、透光カバー７と一体化される。そして、この透光カバー７の筒状突部７Ａの平坦な先端部７Ｂが天井面Ｗ１または壁面Ｗ２にねじ止めなどの適宜の手段で固定されることにより、一実施形態のＬＥＤユニットは、例えば図１に示すように、透光カバー７と共に室内の天井面Ｗ１または壁面Ｗ２に固定されて室内の照明用に使用される。

ここで、図３に示したスイッチ６のオンにより定電流ユニット５からコネクタ４および回路パターン３を介して各ＬＥＤパッケージ２に所定電圧（例えば１２Ｖ）の直流電流が供給されると、６個のＬＥＤパッケージ２が例えば白色に点灯し、その点灯光が透光カバー７を通して室内を照明する。その際、各ＬＥＤパッケージ２の点灯による発熱は、ユニット基板１の他方の面側に露出する複数の放熱フィン１Ｂにより効率的に放熱される。その結果、各ＬＥＤパッケージ２の高温化が抑制されて各ＬＥＤパッケージ２の寿命が延びる。

ここで、一実施形態のＬＥＤユニットにおいては、ユニット基板１が高熱伝導樹脂またはセラミックスで構成されているため、複数の放熱フィン１Ｂを射出成型により容易に形成でき、回路パターン３も導電メッキ層により容易に形成することができるから、ＬＥＤユニットの構造がユニット基板を母体とした部品点数の少ない簡素な構造となる。

すなわち、一実施形態のＬＥＤユニットによれば、透光カバー７と共に室内の天井面Ｗ１や壁面Ｗ２に容易に固定することができ、各ＬＥＤパッケージ２の点灯により透光カバー７を通して室内を照明することができる。そして、各ＬＥＤパッケージ２の点灯による発熱を複数の放熱フィン１Ｂにより効率的に放熱することができ、各ＬＥＤパッケージ２の高温化を抑制してその高寿命化を達成することができる。

本発明のＬＥＤユニットは、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図２に示したＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤパッケージ２が実装されるユニット基板１の一方の面が平坦面とされているが、ユニット基板１の一方の面は、図６に示すような凸球面としてもよい。この場合、凸球面に沿って実装される各ＬＥＤパッケージ２の点灯光を広範囲に拡散させて照射させることができる。

また、ユニット基板１の一方の面は、図７に示すような凹球面としてもよい。この場合、凹球面に沿って実装される各ＬＥＤパッケージ２の点灯光を狭い範囲に集束させてスポット的に照射させることができる。

さらに、図２に示したユニット基板１の一方の面に実装される各ＬＥＤパッケージ２は、図８に示すように、ユニット基板１に形成された例えば６個のリフレクタ凹部１Ｃの底部にそれぞれＬＥＤチップ８が配置され、これらのＬＥＤチップ８がリフレクタ凹部１Ｃに充填された封入樹脂（符号省略）により封入された構造に変更することができる。

また、図２に示した各ＬＥＤパッケージ２に給電する回路パターン３は、図８に示した各ＬＥＤチップ８に給電する回路パターン３、すなわち、図９に示すように各ＬＥＤチップ８を相互に直列に接続する回路パターン３に変更することができる。

ここで、ユニット基板１の他方の面に一体に形成される複数の放熱フィン１Ｂは、平面視において図１０の（ａ）に示すように放射方向に直線状に延びるものや、図１０の（ｂ）に示すように放射方向に湾曲して延びるものとしてもよい。あるいは、図１１の（ａ）に示すような同心円状のものや、図１１の（ｂ）に示すような格子状のものとしてもよい。また、これらの形態の各放熱フィン１Ｂは、基端部から突出端部まで同じ肉厚の断面形状であってもよいが、基端部から突出端部に向かって肉厚が漸次減少する断面形状としてもよい。

図１０の（ａ），（ｂ）あるいは図１１の（ａ），（ｂ）に示したような放熱フィン１Ｂの構造によれば、ユニット基板１周りの空気の流れ方向に影響が生じ、その結果、放熱フィン１Ｂによる各ＬＥＤパッケージ２の放熱効果にも影響が生じるため、本発明のＬＥＤユニットは、その設置環境に応じて、最適な構造の放熱フィン１Ｂを選定することが肝要である。

ここで、放熱フィン１Ｂの表面は、放熱面積が増大するように、例えば細かい波形などの形状が連続する断面形状に形成されているのが好ましい。また、同様の理由から、放熱フィン１Ｂの表面は、ショットブラストなどにより疎面化されているのが好ましい。

１ ：ユニット基板
１Ａ：嵌合固定部
１Ｂ：放熱フィン
１Ｃ：リフレクタ凹部
２ ：ＬＥＤパッケージ
２Ａ：キャビティ基体
３ ：回路パターン
４ ：コネクタ
５ ：定電流ユニット
６ ：スイッチ
７ ：透光カバー
７Ａ：筒状突部
７Ｂ：先端部
８ ：ＬＥＤチップ
Ｗ１：天井面
Ｗ２：壁面
ＳＢ：スイッチボックス

Claims (5)

1. 発光源となる複数のＬＥＤがユニット基板の一方の面に沿って実装されたＬＥＤユニットであって、
   前記ユニット基板は、高熱伝導樹脂またはセラミックスにより環状に形成されており、その内周には天井面または壁面への取付け部材を固定するための嵌合固定部が形成され、その一方の面には前記各ＬＥＤに給電するための回路パターンが導電メッキ層により形成され、その他方の面には複数の放熱フィンが一体に形成されていることを特徴とするＬＥＤユニット。
2. 前記ユニット基板の一方の面には、前記回路パターンに接続するコネクタが付設されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤユニット。
3. 前記ユニット基板の内周の嵌合固定部には、ユニット基板の一方の面を覆う透光カバーの中央部に形成された筒状突部が前記取付け部材として固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤユニット。
4. 前記ユニット基板の一方の面が凸球面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の請求項に記載のＬＥＤユニット。
5. 前記ユニット基板の一方の面が凹球面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の請求項に記載のＬＥＤユニット。