JP2012222108A - 光源ユニット及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源ユニットの製造コストを抑えつつ、高い放熱効率を得る。
【解決手段】光源部品１１０は、光源素子１１１と、パッケージ１１２と、２つの端子１１３とを有する。プリント配線板１２０は、貫通穴１２２と、ランド１２５とを有する。光源部品１１０は、端子１１３がランド１２５に固定されて電気接続している。光源素子１１１が発した光は、貫通穴を通して実装面と反対側へ向けて放射される。伝熱材１３０は、プリント配線板１２０の実装面側に配置され、光源部品１１０のパッケージ１１２に密着して、光源部品１１０で発生した熱を伝導する。
【選択図】図２

Description

この発明は、光源ユニットに関する。

ＬＥＤ素子などの光源素子は、温度上昇により、発光特性が劣化し、寿命が短くなる場合がある。このため、光源素子が発光する際に発生する熱を効率よく放熱する必要がある。

特開２００７−３１７７７８号公報 特開２００８−７８５８４号公報

従来の技術では、必ずしも高い放熱効率を得ることはできず、あるいは、高い放熱効率を得るために製造コストが高くなる場合がある。
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、光源ユニットの製造コストを抑えつつ、高い放熱効率を得ることを目的とする。

この発明にかかる光源ユニットは、光を発する光源素子と、上記光源素子を内蔵し上記光源素子が発する光を所定の放射方向を中心とする方向に放射させるパッケージと、上記パッケージの上記放射方向と反対側の端を基準として上記放射方向に対して略垂直な方向に位置し上記光源素子を発光させる電力を入力する２つの端子とを有する光源部品と、上記光源部品のパッケージを挿入可能な貫通穴と、実装面の上記貫通穴の近傍に位置する２つのランドとを有するプリント配線板と、熱を伝導するシート状の伝熱材とを有し、上記光源部品は、上記２つの端子が上記２つのランドにそれぞれ固定されて電気接続し、上記貫通穴を通して上記実装面と反対側へ向けて光を放射する位置に配置され、上記伝熱材は、上記プリント配線板の実装面側に配置され、上記光源部品のパッケージ及び端子の少なくともいずれかに密着して、上記光源部品で発生した熱を伝導することを特徴とする。

この発明にかかる光源ユニットによれば、光源素子で発生した熱を、光源部品のパッケージから伝熱材へ伝導して放熱するので、光源ユニットの製造コストを抑えつつ、高い放熱効率を得ることができる。

実施の形態１における照明装置８００の外観を示す斜視図。 実施の形態１における光源ユニット１００の構造を示す正面図及び断面図及び部分拡大断面図。 実施の形態１におけるプリント配線板１２０の実装面を示す図。 比較例における光源ユニットの構造を示す部分拡大断面図。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図４を用いて説明する。

図１は、この実施の形態における照明装置８００の外観を示す斜視図である。
照明装置８００（照明器具）は、例えば、光源部品１１０と、筐体８１０と、反射カバー８２０とを有する。
光源部品１１０は、例えばＬＥＤパッケージであり、電力により発光する光源素子を有する。筐体８１０（外部筐体）は、光源部品１１０を搭載した光源ユニットや、光源部品１１０に対して電力を供給する電源ユニット（電源装置）などを内蔵する。反射カバー８２０（ＬＥＤモジュールカバー）は、光源ユニットを覆い、光源部品１１０を露出させる窓や、窓から露出した光源部品１１０が放射した光を反射する反射部などを有する。また、反射カバー８２０は、例えば筐体８１０との間に光源ユニットを挟んで、光源ユニットを固定する。

図２は、この実施の形態における光源ユニット１００の構造を示す正面図及び断面図及び部分拡大断面図である。
光源ユニット１００（ＬＥＤモジュールユニット）は、例えば、光源部品１１０と、プリント配線板１２０と、伝熱材１３０と、放熱部１４０とを有する。
光源部品１１０（ＬＥＤ）は、光源素子１１１と、パッケージ１１２と、２つの端子１１３とを有する。光源素子１１１は、例えばＬＥＤ素子であり、電気エネルギーにより光を発する。パッケージ１１２（ＬＥＤ発光部）は、例えば略直方体箱状であり、光源素子１１１を内蔵している。パッケージ１１２は、光源素子１１１が発した光を、放射方向５０１を中心とする方向へ向けて放射する。放射方向は、例えば、パッケージ１１２の厚み方向に対して略平行な方向である。２つの端子１１３は、パッケージ１１２の放射方向５０１とは反対側の面（底面）から、放射方向５０１に対して略垂直な方向に位置する。２つの端子１１３は、パッケージ１１２を中心として、反対側に位置する。２つの端子１１３（導電部、ＬＥＤ電極部）は、光源素子１１１を発光させるための電力を入力する電極であるとともに、パッケージ１１２をはんだ付けなどにより物理的にプリント配線板１２０に固定するための部分でもある。光源部品１１０は、表面実装部品（フラットパッケージ）であり、パッケージ１１２の底面と、２つの端子１１３とが、ほぼ同一平面上に位置する。
プリント配線板１２０（配線基板）は、例えば、基板１２１と、プリント配線１２３と、レジスト１２４とを有する。基板１２１は、例えば紙フェノール基板やガラスエポキシ基板などである。基板１２１は、貫通穴１２２を有する。貫通穴１２２（挿入孔）は、光源部品１１０のパッケージ１１２とほぼ同じ大きさであり、光源部品１１０のパッケージ１１２を挿入可能である。プリント配線１２３（配線パターン）は、基板１２１の実装面に設けられている。プリント配線１２３は、例えば、基板１２１の表面に設けられた銅箔などの一部をエッチングなどにより削り取ることにより形成されている。レジスト１２４は、プリント配線１２３の上に塗布され、不要な部分にはんだ１５０が付かないようにするとともに、絶縁を確保する。ランド１２５は、プリント配線１２３のうちレジスト１２４が塗布されずに露出している部分である。ランド１２５は、はんだ１５０により、光源部品１１０の端子１１３を物理的に固定するとともに、端子１１３と電気接続する。この状態で、光源部品１１０の光源素子１１１は、貫通穴１２２のなかに位置し、プリント配線板１２０の実装面とは反対の方向へ向けて光を放射する。
伝熱材１３０（放熱材）は、プリント配線板１２０の実装面側に位置し、光源部品１１０のパッケージ１１２の底面や端子１１３に面接触し密着している。伝熱材は、熱伝導率が高く、電気抵抗が大きい材料で形成されている。伝熱材１３０は、例えば、２つの伝熱層１３１，１３２を有する。伝熱層１３１，１３２は、例えば、重ねて配置された伝熱シートである。伝熱層１３１は、プリント配線板１２０に近い側に位置し、光源部品１１０のパッケージ１１２の底面や端子１１３に密着している。伝熱層１３１（第一の伝熱層）は、伝熱層１３２（第二の伝熱層）よりも凹凸追従性が高く、プリント配線板１２０に実装された光源部品１１０などの部品により生じる凹凸にも関わらず、光源部品１１０のパッケージ１１２の底面や端子１１３、プリント配線板１２０の実装面などに密着する。伝熱層１３２は、伝熱層１３１より電気絶縁性が高く、伝熱層１３１及び放熱部１４０に密着している。伝熱層１３１は、光源部品１１０で発生した熱を、伝熱層１３２に伝導する。伝熱層１３２は、伝熱層１３１が伝導した熱を、放熱部１４０に伝導する。なお、伝熱層１３１は、シリコーングリスなど半固体状の伝熱材である構成でもよい。これに対し、伝熱層１３２は、絶縁性の固体材料であるほうが、ピンホールなどの発生を防ぐことができるので、好ましい。
放熱部１４０は、例えばアルミニウムなど、熱伝導率が高い材料で形成されている。放熱部１４０は、例えば板状であり、伝熱材１３０が伝導した熱を照明装置８００の外部へ放熱する。なお、放熱部１４０は、放熱性能を高めるため、例えば放熱フィンなどを有する構成であってもよい。また、放熱部１４０は、筐体８１０の一部であってもよい。

図３は、この実施の形態におけるプリント配線板１２０の実装面を示す図である。
ランド１２５（電気的接続部）は、貫通穴１２２の両側すぐ脇に設けられている。光源部品１１０のパッケージ１１２を貫通穴１２２に挿入すると、貫通穴１２２の両脇に設けられた２つのランド１２５に光源部品１１０の２つの端子１１３が当接し、当接したランド１２５と端子１１３とがはんだ付けされる。すなわち、貫通穴１２２の幅は、光源部品１１０のパッケージ１１２の幅よりも広く、貫通穴１２２を挟んで対向している一対のランド１２５の間の距離は、２つの端子１１３の先端の間の距離よりも短い。
この例において、プリント配線板１２０は、５つの貫通穴１２２を有し、５つの光源部品１１０を実装できる。プリント配線１２３は、異なる貫通穴１２２の近傍に設けられたランド１２５の間を電気接続し、プリント配線板１２０に実装される５つの光源部品１１０を直列に電気接続する。
２つのランド１２６は、例えばコネクタを実装する部分である。コネクタは、例えばハーネスと係合し、ハーネスを介して電源ユニットと電気接続して、光源部品１１０を発光させる電力を入力する。

光源部品１１０の光源素子１１１が発光するときに発生する熱は、光源部品１１０のパッケージ１１２の裏面や端子１１３から、伝熱層１３１，１３２を介して、放熱部１４０に伝導して放熱される。
なお、伝熱材１３０は、１枚の伝熱層である構成であってもよいし、３枚以上の伝熱層を重ねた構成であってもよい。
それぞれの伝熱層の熱抵抗をＲ_ｉ（ｉは、伝熱層の番号。）とすると、伝熱材１３０全体の合成熱抵抗は、それぞれの伝熱層の熱抵抗の総和Σ_ｉ［Ｒ_ｉ］である。

図４は、比較例における光源ユニットの構造を示す部分拡大断面図である。
なお、この実施の形態における光源ユニット１００と共通する部分には、同一の符号を付す。
比較例の光源ユニットにおいて、光源部品１１０は、プリント配線板１２０の実装面に実装されている。光源部品１１０が光を放射する放射方向５０１は、プリント配線板１２０の実装面が向いている方向と同じ方向である。
光源部品１１０の光源素子１１１が発光するときに発生する熱は、光源部品１１０のパッケージ１１２の裏面や端子１１３から、基板１２１を介して、放熱部１４０に伝導して放熱される。
この場合の熱抵抗は、基板１２１の熱抵抗Ｒ_Ｂである。

したがって、Σ_ｉ［Ｒ_ｉ］がＲ_Ｂより小さければ、この実施の形態における光源ユニット１００のほうが、比較例よりも放熱効率がよい。熱抵抗Ｒ_Ｂが小さい基板１２１は、高価である。
この実施の形態における光源ユニット１００は、放熱経路に基板１２１が含まれないので、基板１２１の材料として、紙フェノールなど熱伝導率が低く安価な材料を使うことができ、光源ユニット１００や照明装置８００の製造コストを抑えることができる。
この実施の形態における光源ユニット１００は、光源素子１１１で発生した熱を効率よく放熱できるので、光源素子１１１の温度上昇による発光特性の劣化や寿命の短縮を防ぐことができる。

また、比較例の光源ユニットは、プリント配線板１２０上に光源部品１１０が載るので、最低でも、プリント配線板１２０の厚みと光源部品１１０の高さとを合計した厚さになるのに対し、この実施の形態の光源ユニット１００は、光源部品１１０がプリント配線板１２０の貫通穴１２２のなかに入っているので、薄型化することができる。

１００ 光源ユニット、１１０ 光源部品、１１１ 光源素子、１１２ パッケージ、１１３ 端子、１２０ プリント配線板、１２１ 基板、１２２ 貫通穴、１２３ プリント配線、１２４ レジスト、１２５，１２６ ランド、１３０ 伝熱材、１３１，１３２ 伝熱層、１４０ 放熱部、１５０ はんだ、５０１ 放射方向、８００ 照明装置、８１０ 筐体、８２０ 反射カバー。

Claims (4)

1. 光を発する光源素子と、上記光源素子を内蔵し上記光源素子が発する光を所定の放射方向を中心とする方向に放射させるパッケージと、上記パッケージの上記放射方向と反対側の端を基準として上記放射方向に対して略垂直な方向に位置し上記光源素子を発光させる電力を入力する２つの端子とを有する光源部品と、
   上記光源部品のパッケージを挿入可能な貫通穴と、実装面の上記貫通穴の近傍に位置する２つのランドとを有するプリント配線板と、
   熱を伝導する伝熱材とを有し、
   上記光源部品は、上記２つの端子が上記２つのランドにそれぞれ固定されて電気接続し、上記貫通穴を通して上記実装面と反対側へ向けて光を放射する位置に配置され、
   上記伝熱材は、上記プリント配線板の実装面側に配置され、上記光源部品のパッケージ及び端子の少なくともいずれかに密着して、上記光源部品で発生した熱を伝導することを特徴とする光源ユニット。
2. 上記伝熱材は、複数の伝熱層を有し、
   第一の伝熱層は、第二の伝熱層よりも凹凸追従性が高く、上記光源部品のパッケージに密着して、上記光源部品で発生した熱を伝導し、
   第二の伝熱層は、上記第一の伝熱層よりも絶縁性が高く、上記第一の伝熱層が伝導した熱を伝導することを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 上記光源ユニットは、
   上記伝熱材に密着し、上記伝熱材が伝導した熱を外部に放熱する放熱部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源ユニット。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の光源ユニットと、
   上記光源ユニットに対して、上記光源素子を発光させる電力を供給する電源装置とを有することを特徴とする照明装置。

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