JP2012074148A - 発光装置及びそれを備えた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置において、回路基板と放熱部材とを接着材を用いなくとも密着して接合するようにし、しかも、固体発光素子で発生される熱の放熱効果を高くする。
【解決手段】発光装置１は、ＬＥＤチップ３が表面に実装された回路基板４と、回路基板４の背面に設けられる放熱部材としての器具本体５と、回路基板４の表面に取付けられる放熱板７とを備える。放熱板７は、ＬＥＤチップ３の投光面を露出させる開口部７１を有しており、器具本体５にビス８により係止される。放熱板７は、器具本体５に係止された状態で、回路基板４を器具本体５に押圧する。このとき、放熱板７と器具本体５の間に回路基板４が挟持され、器具本体５及び放熱板７に回路基板４を密着させることができ、取付け作業が容易となる。また、回路基板４の表面側は放熱板７を通じて効率良く熱放出することができるため、ＬＥＤの放熱特性を向上できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子を用いた発光装置、及びそれを備えた照明器具に関する。

従来より、この種の発光装置において、ＬＥＤ素子を表面に実装した回路基板と、回路基板の背面に設けられた放熱部材とを備え、ＬＥＤ素子の発光により発生した熱を放熱部材を通じて放散させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２８７７５１号公報

ところで、上記のような発光装置においては、回路基板には汎用性の高いフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）が用いられるが、ＦＰＣは低剛性であることから、回路基板と放熱部材とは接着材を用いて接合される。このとき、回路基板と放熱部材との間に熱抵抗が生じないように接合するには、治具を用いて基板全面を放熱部材に均等な力で押し付けて接着する必要があり、取付けに手間がかかっていた。また、回路基板の表面側は、周囲雰囲気（空気層）への直接的な熱放出しか行うことができず、ＬＥＤ素子の熱を十分に放熱することができないことがあった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、回路基板と放熱部材とを接着材を用いなくとも密着して接合することができ、しかも、固体発光素子で発生される熱の放熱効果を高めることができる発光装置及びそれを備えた照明器具を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、固体発光素子が表面に実装された回路基板を備える発光装置において、前記回路基板の背面に設けられる第１の放熱部材と、前記回路基板の表面に取付けられ、前記固体発光素子の投光面を露出させる開口部を有した第２の放熱部材と、前記第１の放熱部材に前記第２の放熱部材を係止する係止部材とを備え、前記第２の放熱部材は、前記係止部材により前記第１の放熱部材に係止された状態で、前記回路基板を前記第１の放熱部材に押圧して該回路基板を第１の放熱部材との間で挟持することを特徴とする。

この発光装置において、前記第２の放熱部材の開口部は、光の導出方向に向けて開口面積が広がるように形成され、該開口部の内周面が反射面となっていることが好ましい。

この発光装置において、前記第２の放熱部材の開口部に、前記固体発光素子からの光を拡散又は集光させる光学部材が配置されたことが好ましい。

本発明の照明器具は、上記の発光装置を備えたことを特徴とする。

本発明の発光装置によれば、回路基板を第１及び第２の放熱部材により挟持して、これら放熱部材に回路基板を密着させることができるので、回路基板と放熱部材とを接着により接合する必要がなくなり、取付け作業が容易となる。また、回路基板の表面側は、第２の放熱部材を通じて効率良く熱放出することができるため、ＬＥＤの放熱特性を向上できる。

本発明の一実施形態に係る発光装置を備える照明器具を天井に装着した状態を下方から視た外観図。 同照明器具の部分断面側面図。 上記発光装置の光出射側を上方から視た斜視図。 同発光装置の、ＬＥＤチップを実装した回路基板の側断面図。 （ａ）は同回路基板を器具本体に載置した状態での側断面図、（ｂ）は器具本体に放熱板をビスにより係止した状態での側断面図。 同発光装置の他の構成を示す斜視図。 同発光装置のさらに他の構成を示す側断面図。 同発光装置のさらに他の構成を示す側断面図。

本発明の一実施形態に係る発光装置について図１乃至図５を参照して説明する。図１乃至図３において、発光装置１は照明器具２に実装されている。照明器具２は、ダウンライト型の照明器具であり、オフィスや工場など建物の天井部分に埋設されて使用される。発光装置１は、ＬＥＤチップ３（固体発光素子）が表面に実装された回路基板４と、回路基板４を保持する熱伝導性の器具本体５（第１の放熱部材）と備える。器具本体５は、回路基板４の背面に放熱部として取付けられ、ＬＥＤチップ３から発生した熱を放散させる。器具本体５は、ＬＥＤチップ３から出射される光を反射する反射板６を備える。

また、発光装置１は、回路基板４の表面に取付けられる放熱板７（第２の放熱部材）と、この放熱板７を器具本体５に係止するビス８（係止部材）とを備える。ここに、照明器具２は、器具を天井９に固定するための保持具１０を有し、天井９の取付け穴９ａに器具を挿入したときに保持具１０により取付け穴９ａの周縁を挟持するようになっている。この保持具１０は、反射板６の光出射側の外縁部分に設けられている。

ＬＥＤチップ３は、略方形のチップから成り、ここでは、回路基板４の表面中央部に配置されている。ＬＥＤチップ３の個数は特に限定されるものでなく、単数であっても複数であっても構わない。ＬＥＤチップ３は、例えば、白色に発光するＬＥＤパッケージを用いることができ、この場合、青色のＬＥＤ素子に、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を封止したものを用いるとよい。ＬＥＤチップ３の発光色は白色に限定されず、例えば、黄色や橙色などであってもよい。

回路基板４は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）で構成され、ここでは、円板状のものを用いている。回路基板４に用いるＦＰＣは、ＬＥＤチップ３への導電部が１層構造である場合、厚みが２５０μｍ以下のものが好ましく、導電部が多層構造である場合、厚みが５００μｍ以下のものが好ましい。このようなＦＰＣを用いれば、基板を設置面に沿って柔軟に配置できるので、回路基板４と器具本体５とを、空気層を介在させることなく当接してこれら境界面での熱抵抗を低減することが可能となる。回路基板４は、ＦＰＣに限られず、例えば、アルミ基板やＦＲ基板などを用いることもできる。回路基板４の表面側には、ＬＥＤチップ３を保護するカバー４ａ（図２参照）が設けられていてもよい。

器具本体５は、放熱性に優れた部材、例えばアルミニウム、銅などを用いて形成される。器具本体５にアルミ材料を用いる場合、器具本体５の形成方法にはアルミダイキャスト法を用いることができる。器具本体５は、略円錐台状の外形を有した筐体から成り、その底部５１が回路基板４の取付け面となっている。この器具本体５の底部５１には、ビス８用のネジ穴が形成されている。器具本体５の外周には、放熱用のフィン５２が複数設けられている。器具本体５の天板部分５３には、ＬＥＤチップ３を点灯させるための電源装置１１が設けられ、この電源装置１１は、電源線１２により回路基板４と接続される。

放熱板７は、ＬＥＤチップ３の投光面を露出させる開口部７１を有する。放熱板７は、熱伝導性の高い材料、例えば、アルミ板から成り、回路基板４より平面視外形が大きなものとされている。放熱板７に用いる材料は、アルミなどの金属に限られず、樹脂材料に熱伝導性の金属フィラーを混ぜたものであってもよい。放熱板７は、回路基板４の平面視外形より外側部分に、ビス８の通る貫通孔を有する。放熱板７は、ビス８により器具本体５に係止された状態で、ＬＥＤチップ３を開口部７１から露出させ、回路基板４を器具本体５に押圧して器具本体５との間で回路基板４を挟持する。放熱板７及び回路基板４の器具本体５への取付けは、上記構成に限られず、回路基板４にビス用貫通孔を形成し、放熱板７をビス８により回路基板４を通して器具本体５に係止するものであってもよい。

図４に示すように、回路基板４は、絶縁性の樹脂フィルムから成る基材４１と、この基材４１上に形成した銅箔層４２と、この銅箔層４２上に接着層４３を用いて被覆形成した絶縁層４４とを有する。基材４１は、例えば、ポリイミドフィルムにより構成される。銅箔層４２は、ＬＥＤチップ３に給電するための回路パターンであり、ＬＥＤチップ３の電極部３１とスルーホール４５を介して電気接続される。絶縁層４４は、例えば、ポリイミド樹脂から成り、基板４の上面から端面部分に亘って形成されたものとなっている。このような回路基板４を用いることにより、汎用のアルミ基板やＦＲ基板に比し、回路基板４と他の構成部品（器具本体５、放熱板７など）の絶縁性を容易に確保できる。特に、放熱板７が、金属フィラーを添加した樹脂材料により形成された場合、放熱板７の導電性が高くなるので、上記のように基板端面が絶縁性を確保していることが好ましい。

次に、上記のように構成された発光装置１において器具本体５に回路基板４と放熱板７とを取付ける手順を図５を用いて説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ３を実装した回路基板４を、器具本体５の底部５１の取付け面に載置する。このとき、回路基板４と器具本体５との間に接着層を介在させるようにすれば、回路基板４と器具本体５間での熱抵抗を軽減することができる。この接着層は必ずしも設ける必要なく、器具の仕様等に応じて適宜用いればよい。次に、放熱板７をその開口部７１にＬＥＤチップ３を通して回路基板４上に配置し、図５（ｂ）に示すように、ビス８を放熱板７の貫通穴に通してビス８の締め付けを行う。この締め付けにより、回路基板４は放熱板７により器具本体５に均等な力で押し付けられ、回路基板４と器具本体５の間に挟持される。

このように本実施形態に係る発光装置１によれば、回路基板４を器具本体５と放熱板７とで挟持して、器具本体５及び放熱板７に回路基板４を密着させることができるので、回路基板４を従来のように接着により接合する必要がなくなり、取付け作業が容易となる。また、回路基板４の表面側は、放熱板７を通じて効率良く熱放出することができるため、ＬＥＤの放熱特性を向上できる。

次に、図６を用いて発光装置１の他の構成例を説明する。この発光装置１は、放熱板７に放熱用のフィン７２を備えている。フィン７２は、放熱板７の回路基板４とは反対側の面に配置されている。フィン７２は、放熱板７と一体形成されていてもよいし、放熱板７とは別途形成されてもよい。この発光装置１によれば、放熱板７の熱放出能力が高まり、ＬＥＤから発生した熱を効率よく放熱することができる。

次に、図７を用いて発光装置１のさらに他の構成例を説明する。この発光装置１においては、放熱板７の開口部７１は、光の導出方向に向けて開口面積が広がるように形成され、この開口部７１の内周面が反射面となっている。放熱板７は、このような開口部７１を形成するため、上記したものより、厚みが大きなものを用いている。

この発光装置１によれば、ＬＥＤチップ３からの出射光を開口部７１の内周面で反射させ、任意に配光することができるので、例えば、発光装置１の光取り出し効率を向上することができる。

次に、図８を用いて発光装置１のさらに他の構成例を説明する。この発光装置１は、放熱板７の開口部７１に、ＬＥＤチップ３からの光を拡散又は集光する透光性の光学部材１３を有している。光学部材１３は、開口部７１の内周面に沿う形状を有し、ＬＥＤチップ３の上方を覆うように配置されている。光学部材１３には、例えば、拡散レンズや集光レンズなどの各種レンズ体、光拡散板などを用いることができる。

この発光装置１によれば、ＬＥＤチップ３の出射光を光学部材１３により任意に配光することができ、照明器具への使用用途を広げることができる。また、ここでは、放熱板７の開口部７１が光の導出方向に向けて広がるものを示したが、これに限定されず、例えば、開口部７１の内周面が傾斜していないもの（図５参照）であってもよく、開口部７１内に光学部材１３が配置されるものであればよい。また、放熱板７の開口部７１の内周面が、反射面であるかどうかは問わない。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記では、器具本体５を放熱部材として構成した例を示したが、これに限られず、放熱部材を器具本体５とは別に設けるようにしてもよい。

１ 発光装置
２ 照明器具
３ ＬＥＤチップ（固体発光素子）
４ 回路基板
５ 器具本体（第１の放熱部材）
７ 放熱板（第２の放熱部材）
７１ 開口部
７２ フィン
８ ビス（係止部材）
１３ 光学部材

Claims (4)

1. 固体発光素子が表面に実装された回路基板を備える発光装置において、
   前記回路基板の背面に設けられる第１の放熱部材と、
   前記回路基板の表面に取付けられ、前記固体発光素子の投光面を露出させる開口部を有した第２の放熱部材と、
   前記第１の放熱部材に前記第２の放熱部材を係止する係止部材とを備え、
   前記第２の放熱部材は、前記係止部材により前記第１の放熱部材に係止された状態で、前記回路基板を前記第１の放熱部材に押圧して該回路基板を第１の放熱部材との間で挟持することを特徴とする発光装置。
2. 前記第２の放熱部材の開口部は、光の導出方向に向けて開口面積が広がるように形成され、該開口部の内周面が反射面となっていることを特徴する請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第２の放熱部材の開口部に、前記固体発光素子からの光を拡散又は集光させる光学部材が配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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