JP2013222888A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光モジュールの小型化が容易で、かつ、放熱性が高い照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、ＬＥＤモジュール２０、放熱部材、反射板４０を備える。ＬＥＤモジュール２０は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１が実装される基板２２とを有する。放熱部材は、基板２２に接触してＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から発生する熱を放熱する。反射板４０は、基板２２に装着され、ネジにより放熱部材に固定される。反射板４０は、ＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から照射される光の配光を制御する。反射板４０は、ＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から発生する熱により膨張して基板２２を放熱部材に押し付ける構造になっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明装置に関するものである。

ＬＥＤを光源とした照明器具は、ＬＥＤを少量実装した光量の少ない小型照明器具から、近年ではＬＥＤを数多く実装した大光量の照明器具まで、数多く開発されてきている。この中で近年のものは多数のＬＥＤを基板に実装することから、基板サイズが大型化してきている。そのＬＥＤモジュールの形状は円形や矩形状等、様々な形状である。

ＬＥＤモジュールには、ＬＥＤの寿命特性の向上や発光効率の向上のため放熱フィンや照明器具筐体等の金属にＬＥＤモジュールの基板裏面を密着させＬＥＤから発生した熱を伝熱により放熱することが必要とされる。ＬＥＤモジュールの基板を放熱フィンや照明器具筐体に密着させることから、基板の裏面に電極が出ない表面実装型のＬＥＤが照明用ＬＥＤとして一般的に用いられている。

ＬＥＤモジュールに使用される基板は熱伝導性の優れた鉄基板やアルミ基板等の金属基板でもよいが、金属基板は高価であるため、一般的にはガラスエポキシ基板やガラスコンポジット基板等の樹脂基板であることが多い。樹脂基板はリフローによりＬＥＤを実装した際に電気的な接続を施している銅による配線パターンと基板材の樹脂との熱膨張の差からソリが出て変形してしまう。この状態のまま放熱フィンや照明器具筐体に密着させようとしても基板裏面の一部分しか接することができないという課題があった。基板のソリによる変形を抑制する方法として、基板にスリットを設け、熱膨張を吸収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１０６５９号公報

前述したように、ＬＥＤモジュールでは放熱のため基板を放熱フィンや照明器具筐体等の金属に密着させるが、特許文献１に示された基板の変形を抑制する方法では基板上にスリットを設ける必要があるため、スリットと基板表面の配線パターンとの間に一定の沿面距離を確保しなければならない。そのため、基板サイズが大きくなるという課題があった。また、ＬＥＤモジュールの基板では、ＬＥＤから発生する熱を放熱する目的からＬＥＤを実装している表面に施された配線パターンの銅箔を基板全体にできるだけ大きく広げることが望ましい。しかし、特許文献１に示されたように基板上にスリットを設ける方法では、ＬＥＤの熱を基板表面に拡散させるための配線パターンを十分に広げられないという課題があった。

本発明は、例えば、発光モジュールの小型化が容易で、かつ、放熱性が高い照明装置を提供することを目的とする。

本発明の一の態様に係る照明装置は、
発光素子と前記発光素子が実装される基板とを有する発光モジュールと、
前記基板に接触して前記発光素子の点灯時に前記発光モジュールから発生する熱を放熱する放熱部材と、
前記基板に装着され、前記発光素子の点灯時に前記発光モジュールから照射される光の配光を制御する配光制御部材であって、前記発光素子の点灯時に前記発光モジュールから発生する熱により膨張して前記基板を前記放熱部材に押し付ける配光制御部材とを備える。

本発明の一の態様によれば、照明装置の配光制御部材が発光素子の点灯時に発光モジュールから発生する熱により膨張して基板を放熱部材に押し付けるため、発光モジュールの小型化が容易で、かつ、放熱性が向上する。

実施の形態１に係る照明装置の斜視図。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールと反射板とカバーとを組み合わせた状態の平面図。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールと反射板とカバーとを組み合わせた状態の断面図。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの平面図。 実施の形態１に係る反射板の表側の平面図。 実施の形態１に係る反射板の裏側の平面図。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールと反射板及びカバーとを組み合わせる前の状態の断面図。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールと反射板とカバーとを組み合わせた状態の部分拡大断面図。 実施の形態２に係るＬＥＤモジュールと反射板とカバーとを組み合わせた状態の部分拡大断面図。 実施の形態３に係るＬＥＤモジュールと反射板とカバーとを組み合わせた状態の部分拡大断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明装置１０の斜視図である。図２は、照明装置１０のＬＥＤモジュール２０と反射板４０とカバー５０とを組み合わせた状態の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図、即ち、ＬＥＤモジュール２０と反射板４０とカバー５０とを組み合わせた状態の断面図である。なお、断面図において、断面のハッチングは省略している（他の断面図についても同様である）。

照明装置１０は、天井等に取り付けて使用される。照明装置１０が天井に取り付けられる場合、図１や図３では上下方向が逆向きになり、図２に示した面は下方を向くことになる。

照明装置１０は、ＬＥＤモジュール２０、筐体３０、反射板４０、カバー５０を備える。図示していないが、照明装置１０は、さらに、電源装置を備える。

ＬＥＤモジュール２０は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１が実装される基板２２とを有する。本実施の形態では、長手状の基板２２において１２個の白色のＬＥＤ２１が基板２２の長手方向に沿って１列に直線状に配置されている。なお、ＬＥＤ２１の個数、発光色、配置等は、照明装置１０の用途等に合わせて適宜変更することができる。基板２２の形状等も、照明装置１０の用途等に合わせて適宜変更することができる。また、ＬＥＤモジュール２０は、発光モジュールの例であり、有機ＥＬ等、ＬＥＤ２１以外の発光素子を有するものに変更してもよい。

電源装置は、ＬＥＤモジュール２０と電気的に接続され、ＬＥＤ２１を点灯させる。

筐体３０は、ＬＥＤモジュール２０、電源装置、反射板４０、カバー５０を収納する。筐体３０は、少なくとも一部が金属で形成されており、その金属部分が基板２２に接触してＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から発生する熱を放熱する。即ち、筐体３０は、放熱部材を兼ねている。なお、照明装置１０は、放熱部材として、アルミや鉄等の金属材料で構成された放熱フィン等を別途備えていてもよい。また、照明装置１０は、ＬＥＤモジュール２０と反射板４０とカバー５０との組み合わせを複数備えていてもよく、この場合、筐体３０は、ＬＥＤモジュール２０、反射板４０、カバー５０を複数収納することになる。

反射板４０は、例えばポリカーボネート等の樹脂でできている。反射板４０は、基板２２に装着され、ネジ１１により筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に固定される。反射板４０は、ＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から照射される光の配光を制御する。後述するように、反射板４０は、ＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から発生する熱により膨張して基板２２を筐体３０の金属部分（放熱部材）に押し付ける構造になっている。なお、反射板４０は、配光制御部材の例であり、上記のような構造になっているものであれば、レンズ等、他の配光制御部材に変更してもよい。また、反射板４０は、ネジ１１以外の固定具により筐体３０に固定されてもよい。

カバー５０は、例えばアクリル等の透光性樹脂でできている。カバー５０は、反射板４０に着脱自在に装着される。カバー５０は、ＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から照射される光（反射板４０により配光が制御された光）を拡散させる。なお、カバー５０に、ＬＥＤモジュール２０から照射される光の波長を変換する波長変換材料（例えば、蛍光体）が含まれていてもよい。また、照明装置１０が配光制御部材として反射板４０の代わりにレンズを備える場合、カバー５０はなくてもよい。

図４は、ＬＥＤモジュール２０の平面図である。

照明装置１０が天井に取り付けられる場合、図４に示した面は下方を向くことになる。

ＬＥＤモジュール２０は、ＬＥＤ２１及び基板２２のほかに、配線パターン２３とコネクタ２４とを有する。

配線パターン２３は、例えば銅箔で形成されており、ＬＥＤ２１同士を電気的に接続するとともに、ＬＥＤ２１及びコネクタ２４間を電気的に接続している。

コネクタ２４は、照明装置１０が備える電源装置とケーブル等により電気的に接続される。ＬＥＤ２１は、このコネクタ２４を介して電源装置から給電されることにより点灯する。

基板２２の長手方向の両端部には、平面視で円形状の基板押さえ穴２５が４個設けられている。基板押さえ穴２５は、基板２２の長手方向の中心軸に対して対称となる位置に１個ずつ設けられている。なお、基板押さえ穴２５の形状、個数、配置等は、適宜変更することができる。

基板２２は、筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）にネジ等で固定してもよいし、筐体３０に位置決めピン等を設けて取り付け位置を固定できるようにしてもよい。

基板２２の長手方向の中央付近には、ネジ１１を通すための略半円形状の切り欠き２６が設けられている。

図５は、反射板４０の表側の平面図である。図６は、反射板４０の裏側の平面図である。

照明装置１０が天井に取り付けられる場合、図５に示した面は下方を向き、図６に示した面は上方を向くことになる。

反射板４０は、基板２２の長手方向に沿って延びるように長手状に形成されており、基板２２におけるＬＥＤ２１の実装位置に対応する位置に開口部４１が１個ずつ設けられている。本実施の形態では、１２個のＬＥＤ２１が基板２２に実装されているため、開口部４１も１２個設けられている。それぞれの開口部４１の周囲には、ＬＥＤ２１の点灯時に開口部４１から出射される光の一部を反射する反射部４２が設けられている。

反射板４０の長手方向の中央付近には、反射板４０をネジ１１により筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に固定するための反射板固定穴４３が設けられている。なお、反射板固定穴４３の個数、位置等は、適宜変更することができる。例えば、反射板４０の長手方向の左端と中央との中間付近、中央と右端との中間付近に反射板固定穴４３が１個ずつ設けられていてもよい。

反射板４０の長手方向の両端部には、基板２２の方向（反射板４０の裏側）に突出する基板押さえ部４４（突起）が設けられている。基板押さえ部４４は、基板２２の基板押さえ穴２５に対応する位置に１個ずつ設けられている。本実施の形態では、４個の基板押さえ穴２５が基板２２に形成されているため、基板押さえ部４４も４個設けられている。

図７は、図３のＬＥＤモジュール２０と反射板４０及びカバー５０とを分離した状態を示す図、即ち、ＬＥＤモジュール２０と反射板４０及びカバー５０とを組み合わせる前の状態の断面図である。

ＬＥＤモジュール２０の基板２２は、筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）が接触する側（裏側）と逆側（表側）に反射板４０が装着される。このとき、基板２２の長手方向の両端部に設けられた基板押さえ穴２５に、反射板４０の長手方向の両端部に設けられた基板押さえ部４４が挿入される。

図８は、図３の一部を拡大した図、即ち、ＬＥＤモジュール２０と反射板４０とカバー５０とを組み合わせた状態の部分拡大断面図である。

反射板４０の基板押さえ部４４の先端には、基板２２の長手方向に傾斜する傾斜部４４ａが形成されている。即ち、基板押さえ部４４には、反射板４０の外側に向かって傾斜部４４ａが施されている。本実施の形態では、基板押さえ穴２５が円形状であるため、基板押さえ部４４の先端が円錐台状になっており、その外周壁のうち、基板２２の長手方向における外側（図８では左側）の一部が傾斜部４４ａに相当する。

基板２２の基板押さえ穴２５の端縁には、傾斜部４４ａと当接する当接部２５ａが形成されている。本実施の形態では、基板押さえ穴２５が円形状になっており、その内周壁のうち、基板２２の長手方向における外側（図８では左側）の一部が当接部２５ａに相当する。

反射板４０は、樹脂製であるため、ＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から発生する熱により膨張する。特に、反射板４０は、長手方向の中央付近のみがネジ１１により固定されているため、基板２２の長手方向に膨張しやすい。基板２２の当接部２５ａは、反射板４０が基板２２の長手方向に膨張するに従って反射板４０の基板押さえ部４４の傾斜部４４ａにより徐々に筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）の方向に押される。よって、基板２２は、反射板４０がＬＥＤ２１の点灯時にＬＥＤモジュール２０から発生する熱により膨張するに従って筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に押し付けられる。これにより、ＬＥＤ２１の点灯開始時に基板２２の長手方向の略中央部のみが筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に接触するように基板２２が固定されていたとしても、ＬＥＤ２１の点灯後は基板２２の長手方向の端部も筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に接触するようになり、放熱性が向上する。

このように、本実施の形態では、放熱性が高い照明装置１０を提供することが可能となり、しかも、変形を抑制するためのスリットを基板２２に設ける必要がないため、ＬＥＤモジュール２０の小型化が容易である。

なお、本実施の形態では、基板押さえ穴２５が円形状であるため、基板押さえ部４４の先端を円錐台状としているが、基板押さえ部４４の先端の形状は、基板押さえ穴２５の形状に合わせて適宜変更することができる。例えば、基板押さえ穴２５が平面視で長方形状であれば、基板押さえ部４４の先端は角錐台状等とすることが望ましい。

前述したように、本実施の形態では、基板押さえ部４４が基板押さえ穴２５に挿入されることにより、反射板４０の取り付け位置が決定される。反射板４０は、反射板４０の中央付近に設けられた反射板固定穴４３を介してネジ１１により筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に固定される。このとき、ＬＥＤモジュール２０の基板２２の裏側の中心付近は、反射板４０の反射板固定穴４３を締め付けることにより、筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に密着するため、効率的な放熱が可能である。しかし、基板２２の端部付近は、ＬＥＤ２１やコネクタ２４をはんだ付けするリフロー工程で発生したソリ等により筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）から浮いた状態となっている。

このため、ＬＥＤ２１を点灯させた直後は基板２２の中央付近のみで放熱され、ＬＥＤモジュール２０のその他の部分や、反射板４０等、ＬＥＤモジュール２０の周辺部材は温度が高くなる。仮に、このように温度が高くなった部分が放熱されないままでＬＥＤ２１が点灯し続けると、反射板４０を固定している反射板固定穴４３の周辺部において油脂等によるクレージングが発生しやすくなってしまう。

本実施の形態では、反射板４０の中央付近はネジ１１により固定されているが、長手方向では応力がフリーとなっている。また、ポリカーボネート等の樹脂でできている反射板４０はＬＥＤモジュール２０のガラスエポキシ材やアルミ材等でできている基板２２より熱膨張率が大きい。そのため、ＬＥＤモジュール２０の点灯直後に、発熱したＬＥＤモジュール２０を通して反射板４０の温度が上昇すると、反射板４０が長手方向に向かって伸びる。

反射板４０のＬＥＤモジュール２０側となる裏面に設けられた基板押さえ部４４は基板２２に設けられた基板押さえ穴２５を横方向に押す。このとき、基板押さえ部４４に形成された傾斜部４４ａは基板押さえ穴２５のエッジ部（当接部２５ａ）を押し、基板２２の端部を筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に押し付ける。

このように、本実施の形態では、取り付け時にはＬＥＤモジュール２０の中央部のみが筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に密着しているが、ＬＥＤ２１を点灯させることによる発熱で熱膨張した反射板４０により基板２２の端部を押し付ける力が発生し、ＬＥＤモジュール２０の裏面全体が均等に筐体３０（又は放熱フィン等の放熱部材）に密着し、良好な放熱が可能となる。なお、樹脂である基板押さえ部４４にはＬＥＤ２１の熱と応力がかかることになるが、反射板４０の内部であるため外部環境からの油脂による影響は受けにくい。

以上説明したように、本実施の形態では、ＬＥＤ２１及びコネクタ２４を複数実装したＬＥＤモジュール２０と樹脂材料でできている反射板４０とを備える照明装置１０において、反射板４０の内側端部にＬＥＤモジュール２０の基板２２を熱膨張により放熱部材に押し付ける構造を採用している。これにより放熱特性に優れた発光効率の良好な照明装置１０を提供することが可能となる。また、反射板４０の取り付け時には使用するネジ１１も少ないことから照明装置１０の組み立て工程の簡略化も可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態では、基板押さえ部４４の先端の形状が実施の形態１のものと異なる。

図９は、図８に対応する図、即ち、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール２０と反射板４０とカバー５０とを組み合わせた状態の部分拡大断面図である。

図９に示すように、基板押さえ部４４の先端は、外周全体が傾斜していなくてもよく、例えば、基板２２の長手方向における外側（図９では左側）の一部のみが傾斜していてもよい。この傾斜している部分の全体又は一部が傾斜部４４ａに相当する。

実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態では、基板２２の長手方向の両端部に、実施の形態１における基板押さえ穴２５の代わりに、凹部２５’が４個設けられている。

図１０は、図８に対応する図、即ち、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール２０と反射板４０とカバー５０とを組み合わせた状態の部分拡大断面図である。

図１０に示すように、基板２２の長手方向の両端部に設けられた凹部２５’に、反射板４０の長手方向の両端部に設けられた基板押さえ部４４が挿入されてもよい。

基板２２の凹部２５’の端縁には、実施の形態１における基板押さえ穴２５と同様に、傾斜部４４ａと当接する当接部２５ａが形成されている。本実施の形態では、凹部２５’が平面視で円形状になっており、その内周壁のうち、基板２２の長手方向における外側（図１０では左側）の一部が当接部２５ａに相当する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１０ 照明装置、１１ ネジ、２０ ＬＥＤモジュール、２１ ＬＥＤ、２２ 基板、２３ 配線パターン、２４ コネクタ、２５ 基板押さえ穴、２５’ 凹部、２５ａ 当接部、２６ 切り欠き、３０ 筐体、４０ 反射板、４１ 開口部、４２ 反射部、４３ 反射板固定穴、４４ 基板押さえ部、４４ａ 傾斜部、５０ カバー。

Claims (4)

1. 発光素子と前記発光素子が実装される基板とを有する発光モジュールと、
   前記基板に接触して前記発光素子の点灯時に前記発光モジュールから発生する熱を放熱する放熱部材と、
   前記基板に装着され、前記発光素子の点灯時に前記発光モジュールから照射される光の配光を制御する配光制御部材であって、前記発光素子の点灯時に前記発光モジュールから発生する熱により膨張して前記基板を前記放熱部材に押し付ける配光制御部材と
   を備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記配光制御部材には、前記基板の長手方向に傾斜する傾斜部が形成され、
   前記基板は、前記放熱部材が接触する側と逆側に前記配光制御部材が装着され、
   前記基板には、前記傾斜部と当接する当接部であって、前記配光制御部材が前記基板の長手方向に膨張するに従って前記傾斜部により徐々に前記放熱部材の方向に押される当接部が形成されていることを特徴とする請求項１の照明装置。
3. 前記配光制御部材の長手方向の端部には、先端に前記傾斜部が形成され、前記基板の方向に突出する突起が設けられ、
   前記基板は、長手方向の略中央部が前記放熱部材に接触するように固定され、
   前記基板の長手方向の端部には、端縁に前記当接部が形成され、前記突起が挿入される穴又は凹部が設けられていることを特徴とする請求項２の照明装置。
4. 前記配光制御部材は、樹脂製の反射板であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの照明装置。

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