JP2012109405A - 構造体および構造体を備える照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率よく放熱できるとともに工数の増加を防止でき、コスト面で有利にできるとともに品質の低下を防止できる構造体および構造体を備える照明装置を提供する。
【解決手段】 構造体１０および構造体１０を備える照明装置２１は、放熱筺体１１と、基材１３にＬＥＤチップ１４が実装されたＬＥＤパッケージ１２と、熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備え、放熱筺体１１にＬＥＤパッケージ１２を取り付ける際に放熱筺体１１とＬＥＤパッケージ１２との間に介在される材料１６と、熱伝導率の高い粒子を添加した塑性流体１８または接着剤とから構成され、材料１６は、外形がＬＥＤパッケージ１２の外形よりも小さく、ＬＥＤパッケージ１２を密着させる面において余分な塑性流体１８または接着剤を逃がすための溝１９を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放熱筺体にＬＥＤパッケージを固定する構造体および構造体を備える照明装置に関する。

従来より、造営物に取り付けられる金属製取付部材と、ＬＥＤパッケージから放射される光を制御する制光体と、基板が金属製取付部材と制光体とにより挟持されるカバー体とを備える構造体および構造体を備える照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−７１７１１号公報（図３、請求項１）

特許文献１に記載の構造体および構造体を備える照明装置は、ＬＥＤパッケージからの熱を放熱でき、基板を所定の位置に位置決めできる。
ところで、図１３に示すように、前述した特許文献１に記載された構造体および構造体を備える照明装置と同様に、ＬＥＤパッケージ１５１がはんだ付けにより樹脂製や金属製の基材１５２に実装され、これらを筺体１５３上に取り付けた構造体１５０が提案されている。
また、図１４に示すように、前述した特許文献１に記載された構造体および構造体を備える照明装置と同様に、基材１６１にＬＥＤチップ１６２を実装したＬＥＤパッケージ１６３がはんだ付けにより実装され、これらを熱伝導シート１６４や接着剤等により筺体１６５に取り付けた構造体１６０が提案されている。

しかし、このような従来の構造体１５０，１６０は、筺体１５３，１６５が放熱性を上げるためにアルミニウム等の金属製であり、基材１５２，１６１がガラスエポキシ等の樹脂製である場合、基材１５２，１６１の熱伝導率が悪く、筺体１５３，１６５に熱が効率よく伝わらないために、ＬＥＤパッケージ１５１，１６３の温度が上昇してＬＥＤパッケージ１５１，１６３の発光効率が低下する問題がある。

このような従来の問題を解決するために、銅やアルミニウムの材料を用いた金属製の基材を適用した場合、ＬＥＤパッケージの放熱性能は改善されるものの、基材の絶縁層の厚みが薄いために、耐電圧性能が劣るものになる。
そして、このような場合、耐電圧が高い熱伝導シートを基材の裏面に取り付けるようにするが、この熱伝導シートは、それ自体が柔らかいために、ねじの固定部分とねじの固定部分ではない部分との間に撓みが生じ、それにより、基材に歪を発生させることになって長期的な信頼性の問題になる。加えて、耐電圧が高い熱伝導シートは、熱伝導率が高くないために、熱伝導の妨げになることがある。

ＬＥＤパッケージは、消費電力が低い場合、さほど問題にならないが、消費電力が高くなるとともにＬＥＤパッケージを機械的に固定すると、ＬＥＤパッケージの発熱に伴って金属製の材料自体に熱膨張による伸びが発生し、熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備えた硬体材料との間に微小な隙間が生じ、空気の断熱効果により放熱が妨げられる。
さらに、強固な機械的な固定に伴い、熱膨張による伸びが抑制されていたとしても、金属製の基材のわずかな歪等により微小な隙間が生じ、放熱が妨げられる。
このような問題を改善するために、微小な隙間を埋めるように熱伝導率の高い粒子を添加した塑性流体または接着剤を用いることが考えられるが、余分な塑性流体または接着剤がＬＥＤパッケージの外形からはみ出すために、後工程においてふき取る等の追加工程が必要になって工数が増加する。
加えて、従来の構造体１５０，１６０は、基材１５２，１６１へはんだ付けする際に、専用のリフロー装置等の大掛かりな設備が必要である。
従って、従来の構造体１５０，１６０は、コスト面で不利である。
さらに、従来の構造体１５０，１６０は、リフローにおいて、２６０℃程度の熱履歴がかかる。
従って、従来の構造体１５０，１６０は、ＬＥＤパッケージ１５１，１６３を構成する部材の熱劣化により、ＬＥＤパッケージ１５１，１６３の初期光束が落ちて品質が低下することがある。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、効率よく放熱できるとともに工数の増加を防止でき、コスト面で有利にできるとともに品質の低下を防止できる構造体および構造体を備える照明装置を提供することにある。

本発明に係る構造体は、放熱筺体と、基材にＬＥＤチップが実装されたＬＥＤパッケージと、熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備え、前記放熱筺体に前記ＬＥＤパッケージを取り付ける際に前記放熱筺体と前記ＬＥＤパッケージとの間に介在される材料と、熱伝導率の高い粒子を添加した塑性流体または接着剤とから構成され、前記材料は、外形が前記ＬＥＤパッケージの外形よりも小さく、前記ＬＥＤパッケージを密着させる面において余分な前記塑性流体または前記接着剤を逃がすための溝を有する。

本発明に係る構造体は、前記材料が、熱輻射性を兼ね備える。

本発明に係る構造体は、前記材料が、セラミクスである。

本発明に係る構造体は、前記材料が、樹脂である。

本発明に係る構造体は、前記材料が、表面に絶縁処理を施された金属である。

本発明に係る構造体は、前記ＬＥＤパッケージの電気充電部と前記放熱筺体との沿面距離が１．２ｍｍ以上である。

本発明に係る照明装置は、構造体を搭載した。

本発明に係る構造体および構造体を備える照明装置によれば、効率よく放熱できるとともに工数の増加を防止でき、コスト面で有利にできるとともに品質の低下を防止できるという効果を奏する。

本発明に係る第１実施形態の構造体を備える照明装置の縦断面図 本発明に係る第１実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第１実施形態のＬＥＤパッケージの材料への取付手順を説明する縦断面図 本発明に係る第２実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第３実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第４実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第５実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第６実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第７実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第８実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第９実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 本発明に係る第１０実施形態の照明装置の構造体周りの縦断面図 従来の構造体の縦断面図 図１３とは異なる従来の構造体の縦断面図

以下、本発明に係る複数の実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の構造体（ＬＥＤモジュール）１０を搭載する照明装置２１は、器具本体２２と、器具本体２２の内側に取り付けられた反射板２３と、器具本体２２の前面に取り付けられた透明や乳白色等の樹脂製のパネル２４と、放熱筺体１１上に取り付けられる構造体１０と、構造体１０に給電するための電線２５と、構造体１０を放熱筺体１１に取り付けるためのねじ２６とを備える。

図２に示すように、構造体１０は、放熱筺体１１と、メタル基材１３上にＬＥＤチップ１４が実装されて封止材１５により封止されたＬＥＤパッケージ１２と、放熱筺体１１とＬＥＤパッケージ１２との間に介在される熱伝導性および電気絶縁性を兼ね備えた材料部材（材料）１６と、ＬＥＤパッケージ１２の回路パターンである電気充電部１７と、熱伝導率の高い粒子を添加していて接合性を有する塑性流体１８とから構成される。電気充電部１７には、電線２５がはんだ付けにより電気的に接続されている。
なお、塑性流体１８に代えて、接着剤を適用することもできる。

構造体１０は、ＬＥＤパッケージ１２の電気充電部１７と放熱筺体１１との沿面距離が１．２ｍｍ以上である。
従って、ＬＥＤパッケージ１２の電気充電部１７と放熱筺体１１との沿面距離が１．２ｍｍ以上であるために、電気用品上で十分な絶縁性を取得できる。

材料部材１６は、外形寸法Ｌ１がＬＥＤパッケージ１２の外形寸法Ｌ２よりも小さく、ＬＥＤパッケージ１２を密着させる上面において余分な塑性流体１８を逃がすための溝１９を有する。溝１９は、予め定められた深さおよび幅を有し、円形や四角形の無端状に形成される。

材料部材１６は、熱輻射性、すなわち、熱放射性が高い。
従って、熱伝導に加えて気中への熱輻射ができるために、ＬＥＤパッケージ１２自体の発熱を抑制できる。

図３に示すように、ＬＥＤパッケージ１２を材料部材１６に取り付けるに際しては、メタル基材１３と材料部材１６との間に塑性流体１８を封入させてから、ＬＥＤパッケージ１２を材料部材１６に圧着させることにより、塑性流体１８によりＬＥＤパッケージ１２と材料部材１６とが接合される。
従って、メタル基材１３と材料部材１６とが、熱伝導率の高い粒子を添加した塑性流体１８を介して熱的に接続されるために、効率よく放熱できる。
このとき、ＬＥＤパッケージ１２を材料部材１６に圧着させた際に、塑性流体１８がメタル基材１３と材料部材１６との間において流動していき、余分な塑性流体１８が溝１９に入り込む。
従って、材料部材１６の溝１９の外形寸法Ｌ１がＬＥＤパッケージ１２の外形寸法Ｌ２よりも小さいために、余分な塑性流体１８が溝１９に入り込んでＬＥＤパッケージ１２の外形からはみ出さないので、後工程においてふき取る等の追加工程を実施する必要がなく、工数を大幅に減少できる。

このような構造体１０は、専用のリフロー装置等の大掛かりな設備が不要である。
従って、構造体１０は、コスト面で有利にできる。
また、このような構造体１０は、リフローにおいて、熱履歴がかからない。
従って、構造体１０は、ＬＥＤパッケージ１２を構成する部材の熱劣化により、ＬＥＤパッケージ１２の初期光束が落ちることがなく、品質の低下を防止できる。

以上、説明したように第１実施形態の構造体１０によれば、材料部材１６の溝１９の外形寸法Ｌ１がＬＥＤパッケージ１２の外形寸法Ｌ２よりも小さいために、材料部材１６とＬＥＤパッケージ１２との接合時に余分な塑性流体１８が溝１９に入り込んでＬＥＤパッケージ１２の外形からはみ出さないので、後工程においてふき取る等の追加工程を実施する必要がなく、工数を大幅に減少できる。また、第１実施形態の構造体１０によれば、メタル基材１３と材料部材１６とが、熱伝導率の高い粒子を添加した塑性流体１８を介して熱的に接続されるために、効率よく放熱できる。そして、第１実施形態の構造体１０によれば、専用のリフロー装置等の大掛かりな設備が不要であるために、コスト面で有利にできる。さらに、第１実施形態の構造体１０によれば、リフローにおいて、熱履歴がかからないために、ＬＥＤパッケージ１２を構成する部材の熱劣化により、ＬＥＤパッケージ１２の初期光束が落ちることがなく、品質の低下を防止できる。さらに、第１実施形態の構造体１０によれば、熱伝導率の高い粒子を添付した塑性流体（接着剤）は、一般的に高価であるが、メタル基材１３と材料部材１６との微小な隙間に封入されるために、使用する量はわずかでよく、そのために、製造費を抑えることができる。このとき、比較的熱伝導率の低い粒子を添付した塑性流体（接着剤）を適用したとしても、封入される隙間が微小であるために、熱伝導に影響を与えることはない。

また、第１実施形態の構造体１０によれば、材料部材１６が、熱輻射性、すなわち、熱放射性が高いために、熱伝導に加えて気中への熱輻射ができるので、ＬＥＤパッケージ１２自体の発熱を抑制できる。

そして、第１実施形態の構造体１０によれば、ＬＥＤパッケージ１２の電気充電部１７と放熱筺体１１との沿面距離が１．２ｍｍ以上であるために、電気用品上で十分な絶縁性を取得できる。

第１実施形態の照明装置２１によれば、効率よく放熱できるとともに工数の増加を防止でき、コスト面で有利にできるとともに品質の低下を防止できる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
なお、以下の各実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図４に示すように、本発明に係る第２実施形態の照明装置３０に装備される構造体３１は、アルミナ系セラミクス製の材料部材３２を備える。

第２実施形態の構造体３１によれば、アルミナ系セラミクスは、耐電圧破壊性能が高く、寸法変化の原因となる経年劣化がないために、材料部材３２の信頼性を長期的に確保できる。また、第２実施形態の構造体３１によれば、ＬＥＤパッケージ１２が発熱したとしても、メタル基材１３と材料部材３２との間の微小な隙間が熱伝導率の高い粒子を添加した塑性流体１８を介して熱的に接続されるために、効率よく放熱できる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図５に示すように、本発明に係る第３実施形態の照明装置４０に装備される構造体４１は、樹脂製の材料部材４２を備える。

第３実施形態の構造体４１によれば、熱伝導性および電気絶縁性を兼ね備える材料部材４２が樹脂製であることにより、成形を容易にできる。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図６に示すように、本発明に係る第４実施形態の照明装置５０に装備される構造体５１は、表面にアルマイト処理等の絶縁処理を施された金属製の材料部材５２を備える。

第４実施形態の構造体５１によれば、熱伝導性および電気絶縁性を兼ね備える材料部材５２が表面に絶縁処理を施された金属製であることにより、コスト面で有利にできる。

（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図７に示すように、本発明に係る第５実施形態の照明装置６０に装備される構造体６１は、アルミナ系セラミクス製の材料部材６２を備え、メタル基材１３側から材料部材６２にねじ込まれたねじ６３により、ＬＥＤパッケージ１２が材料部材６２に取り付けられる。

（第６実施形態）
次に、本発明に係る第６実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図８に示すように、本発明に係る第６実施形態の照明装置７０に装備される構造体７１は、アルミナ系セラミクス製の材料部材７２を備え、材料部材７２側からメタル基材１３を貫通させたボルト７３にナット７４がねじ込まれることにより、ＬＥＤパッケージ１２が材料部材６２に取り付けられる。

（第７実施形態）
次に、本発明に係る第７実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図９に示すように、本発明に係る第７実施形態の照明装置８０に装備される構造体８１は、アルミナ系セラミクス製の材料部材８２を備え、メタル基材１３側から材料部材８２を貫通させたボルト８３にナット８４がねじ込まれることにより、ＬＥＤパッケージ１２が材料部材８２に取り付けられる。

（第８実施形態）
次に、本発明に係る第８実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図１０に示すように、本発明に係る第８実施形態の照明装置９０に装備される構造体９１は、アルミナ系セラミクス製の材料部材９２を備え、この材料部材９２を貫通して放熱筺体１１にねじ９３がねじ込まれることにより、構造体９１が放熱筺体１１に取り付けられる。

（第９実施形態）
次に、本発明に係る第９実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図１１に示すように、本発明に係る第９実施形態の照明装置１００に装備される構造体１０１は、アルミナ系セラミクス製の材料部材１０２を備え、接着剤１０３を介して材料部材１０２が放熱筺体１１に接合される。

（第１０実施形態）
次に、本発明に係る第１０実施形態の構造体および構造体を備える照明装置について説明する。
図１２に示すように、本発明に係る第１０実施形態の照明装置１１０に装備される構造体１１１は、アルミナ系セラミクス製の材料部材１１２を備え、メタル基材１３の端部を押えるカバー１１３がねじ１１４の放熱筺体１１へのねじ込みにより放熱筺体１１に固定されることにより、構造体１１１が放熱筺体１１に取り付けられる。

なお、本発明の構造体および構造体を備える照明装置は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。

１０，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１ 構造体
１１ 放熱筺体
１２ ＬＥＤパッケージ
１３ メタル基材（基材）
１４ ＬＥＤチップ
１６，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２，１０２，１１２ 材料部材（材料）
１７ 電気充電部
１８ 塑性流体（接着剤）
１９ 溝
２１，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０ 照明装置

Claims (7)

1. 放熱筺体と、
   基材にＬＥＤチップが実装されたＬＥＤパッケージと、
   熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備え、前記放熱筺体に前記ＬＥＤパッケージを取り付ける際に前記放熱筺体と前記ＬＥＤパッケージとの間に介在される材料と、
   熱伝導率の高い粒子を添加した塑性流体または接着剤とから構成され、
   前記材料は、外形が前記ＬＥＤパッケージの外形よりも小さく、前記ＬＥＤパッケージを密着させる面において余分な前記塑性流体または前記接着剤を逃がすための溝を有する構造体。
2. 請求項１に記載の構造体において、
   前記材料が、熱輻射性を兼ね備える構造体。
3. 請求項１に記載の構造体において、
   前記材料が、セラミクスである構造体。
4. 請求項１に記載の構造体において、
   前記材料が、樹脂である構造体。
5. 請求項１に記載の構造体において、
   前記材料が、表面に絶縁処理を施された金属である構造体。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の構造体において、
   前記ＬＥＤパッケージの電気充電部と前記放熱筺体との沿面距離が１．２ｍｍ以上である構造体。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１項に記載の構造体を搭載した照明装置。

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