JP2014116526A - Substrate, led unit and the same, and lighting device including led unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板、LEDユニット及び当該基板、LEDユニットを備えた照明器具に関する。 The present invention relates to a board, an LED unit, and the lighting fixture including the board and the LED unit.
一般家屋、事務所、工場、商店、屋外用等に設置される照明器具の長寿命化や消費電力の抑制を図るため、従来の白熱電球や蛍光灯に代えて、LED照明が用いられるようになってきている。 LED lighting will be used instead of conventional incandescent bulbs and fluorescent lamps in order to extend the life of lighting fixtures installed in general houses, offices, factories, shops, outdoors, etc. and to reduce power consumption. It has become to.
LED照明の寿命はLEDの温度上昇と相関があることが知られている。LEDは、使用時に低電圧大電流をかけて高輝度発光を行うため、発熱によってLEDの劣化が進むとされている。そして、最悪の場合はLEDが損傷を受けることにより、長寿命化を実現することが困難となる。LEDが発熱により損傷を受けることを回避するためには、LEDの半導体部分の温度、即ちジャンクション温度を規定値以下に抑える必要がある。 It is known that the lifetime of LED lighting correlates with an increase in LED temperature. It is said that the LED is deteriorated due to heat generation because the LED emits high luminance light by applying a low voltage and large current during use. In the worst case, the LED is damaged, and it is difficult to realize a long life. In order to avoid the LED from being damaged by heat generation, it is necessary to keep the temperature of the semiconductor portion of the LED, that is, the junction temperature below a specified value.
また、LED照明はLEDチップが小さく、単位面積当りの発熱量が極めて大きくなる。これらの要因から、基板、LEDユニット及び当該基板、LEDユニットを備えた照明器具にあっては、高い放熱性が求められている。 Also, LED lighting has a small LED chip, and the amount of heat generated per unit area is extremely large. From these factors, a substrate, an LED unit, and a lighting fixture including the substrate and the LED unit are required to have high heat dissipation.
しかしながら、図14に示すように一般的なプリント基板100は厚さ35μmの銅箔からなる電極101とエポキシ樹脂からなる基台102等とからなる構成は熱伝導性が不十分であるため、LED103が発生する熱を十分に放熱することができなかった。そのため、LED103のジャンクション温度を規定値以下に抑えることができず、LEDの寿命が短くなるなどの不具合が生じていた。
However, as shown in FIG. 14, a general printed
そこで、LED照明器具に、特許文献1に開示されているような大型のヒートシンク等を設けることにより、LEDが発生する熱を放熱する構成とし、必要な放熱性を確保していた。一方、ヒートシンク等を設けることにより、LED照明器具の大型化、且つ重量化が避けられなかった。 Therefore, by providing the LED lighting apparatus with a large heat sink as disclosed in Patent Document 1, the heat generated by the LED is radiated to ensure necessary heat dissipation. On the other hand, by providing a heat sink or the like, it is inevitable to increase the size and weight of the LED lighting fixture.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明器具の小型化、且つ軽量化を実現すると共に、LEDが発生する熱を効率良く放熱することができる基板、LEDユニット、及び当該基板、LEDユニットを備えた照明器具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a reduction in size and weight of a lighting fixture, and an LED unit that can efficiently dissipate heat generated by an LED. Another object of the present invention is to provide a lighting fixture including the substrate and the LED unit.
上記課題を解決するためになされた本発明の基板は、高熱伝導樹脂から形成された基台と、前記基台上に設けられた複数の電極とを有し、前記電極が、銅板、又は銅合金板から形成されると共に、前記電極間に所定の間隔が設けられることを特徴とする。
この構成により、例えば当該基板にLEDを設けた場合、LEDが発生する熱を効率良く放熱することができる。
The board | substrate of this invention made | formed in order to solve the said subject has a base formed from highly heat conductive resin, and the some electrode provided on the said base, The said electrode is a copper plate or copper It is formed from an alloy plate, and a predetermined interval is provided between the electrodes.
With this configuration, for example, when an LED is provided on the substrate, the heat generated by the LED can be efficiently radiated.
また、本発明の基板は、前記基板は前記電極が連結部により連結された電路板と前記基台とを同時成形することにより設けられ、前記同時成形の際に前記連結部が切断されることを特徴とする。
この構成により、熱伝導率が高く、高い放熱性を有する基板を容易な工程により製造することが可能となる。
In the substrate of the present invention, the substrate is provided by simultaneously molding an electric circuit board in which the electrodes are connected by a connecting portion and the base, and the connecting portion is cut during the simultaneous forming. It is characterized by.
With this configuration, a substrate having high thermal conductivity and high heat dissipation can be manufactured by an easy process.
また、本発明の基板は、前記電極が複数列に配列され、隣り合う列の前記電極同士が列方向に相互にずれた位置に配列されることを特徴とする。
この構成により、LEDを配置した場合、LEDから照射される光をより均一化することが可能となる。
In the substrate of the present invention, the electrodes are arranged in a plurality of rows, and the electrodes in adjacent rows are arranged at positions shifted from each other in the row direction.
With this configuration, when the LEDs are arranged, the light emitted from the LEDs can be made more uniform.
また、本発明の基板は、前記電極が階段形状に形成され、前記電極が同一方向に並ぶように配列されることを特徴とする。
この構成により、基板の曲げに対する剛性を向上させることが可能であり、基板の板厚をより薄くすることができる。
Further, the substrate of the present invention is characterized in that the electrodes are formed in a step shape and the electrodes are arranged in the same direction.
With this configuration, the rigidity against bending of the substrate can be improved, and the thickness of the substrate can be further reduced.
また、本発明の半導体発光素子ユニットは、請求項1〜4の何れかに記載の基板と、前記電極間に配置された半導体発光素子と、前記基板に電力を供給する端子台とを有することを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子ユニット、即ちLEDユニットは、半導体発光素子であるLEDが発生する熱を効率良く放熱することができる。
Moreover, the semiconductor light emitting element unit of this invention has the board | substrate in any one of Claims 1-4, the semiconductor light emitting element arrange | positioned between the said electrodes, and the terminal block which supplies electric power to the said board | substrate. It is characterized by.
With this configuration, the semiconductor light emitting element unit, that is, the LED unit, can efficiently dissipate heat generated by the LED that is the semiconductor light emitting element.
また、本発明の照明器具は、請求項5記載の半導体発光素子ユニットと、前記半導体発光素子ユニットに固定された金属製の放熱台と、を有することを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子、例えばLEDから発生される熱を半導体発光素子ユニットを介して、放熱台へと伝導させ、より効率良く放熱させることが可能となる。
Moreover, the lighting fixture of this invention has the semiconductor light-emitting device unit of Claim 5, and the metal heat radiation stand fixed to the said semiconductor light-emitting device unit, It is characterized by the above-mentioned.
With this configuration, heat generated from a semiconductor light-emitting element, for example, an LED can be conducted to the heat radiating table via the semiconductor light-emitting element unit, and can be radiated more efficiently.
また、本発明の照明器具は、前記放熱台が金属製の照明器具本体に固定されることを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子、例えばLEDから発生される熱を半導体発光素子ユニット及び放熱台を介して、照明器具本体へと伝導させることにより、さらに効率良く放熱させることが可能となる。
Moreover, the lighting fixture of this invention is characterized by the said heat sink being fixed to a metal lighting fixture main body.
With this configuration, it is possible to dissipate heat more efficiently by conducting heat generated from a semiconductor light emitting element, for example, an LED, to the luminaire main body through the semiconductor light emitting element unit and the heat radiating stand.
また、本発明の基板の製造方法は、銅板、又は銅合金板から形成され、複数の電極が連結部により連結された電路板を形成する工程と、前記電路板を所定の型枠にセットし、前記所定の型枠内に溶融した高熱伝導樹脂を充填する工程とを有し、前記溶融高熱伝導樹脂を充填する際、前記連結部が切断されることを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子であるLEDが発生する熱を効率良く放熱させることができる基板の製造工程を簡易にすると共に、製造コストを低減することができる。
Further, the substrate manufacturing method of the present invention includes a step of forming an electric circuit board formed of a copper plate or a copper alloy plate and having a plurality of electrodes connected by a connecting portion, and the electric circuit board is set in a predetermined formwork. And filling the melted high thermal conductive resin into the predetermined mold, and the filling portion is cut when the molten high thermal conductive resin is filled.
With this configuration, it is possible to simplify the manufacturing process of the substrate that can efficiently dissipate the heat generated by the LED, which is a semiconductor light emitting element, and to reduce the manufacturing cost.
本発明によれば、LED照明が発生する熱を効率良く放熱させることができると共に、LED照明器具の小型化、及び軽量化も実現することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to thermally radiate the heat | fever which LED lighting generate | occur | produces efficiently, it also becomes possible to implement | achieve size reduction and weight reduction of a LED lighting fixture.
以下、本発明の実施形態の基板、LEDユニット及び当該基板、LEDユニットを備えた照明器具を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the board | substrate, LED unit of the embodiment of this invention, the said lighting apparatus provided with the said board | substrate, and LED unit are demonstrated based on drawing.
先ず、本実施形態の基板の構成を図1〜図6に基づいて説明する。尚、図1は、本実施形態の基板の全体構成を示した模式図である。図2は、本実施形態の基板の部品展開図である。 First, the structure of the board | substrate of this embodiment is demonstrated based on FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the substrate of this embodiment. FIG. 2 is a component development view of the board of this embodiment.
基板10は、高熱伝導樹脂から形成された基台11と、基台11上に設けられた複数の電極21を有する。
The
基台11は、射出成形材料、且つ絶縁材料から形成される。例えば、基台11は、高熱伝導性樹脂から形成されるとよい。本実施形態では、基台11は、図示しない型枠内に、溶融した高熱伝導樹脂を充填することにより形成される。尚、基台11は、電極21が配列されていない側の面を平面とすることも可能である。
The
基台11の変形例として、LEDから照射される光を集光し、平行光とする反射部を同時成形により一体的に設ける構成としてもよい。例えば、基台11の第1変形例として、図3(a)に示す基台11aは、カップ状の反射部12aが突出した構成としてもよい。反射部12aは、基台11aに用いる材料の使用量を抑えることができる。
As a modification of the
また、基台11の第2変形例として、図3(b)に示す基台11bは、カップ状にくり抜いた反射部12bを有する構成としてもよい。反射部12bは、反射部12aのカップ形状より形状が容易であることから、成形金型の製作工程も容易となると共に、製造コストを低減することができる。
As a second modification of the
基台11の第3変形例として、図4(a)に示す基台11cは、基台11cの側面13から外方へ突出した係合部14・14を形成する構成とする。係合部14・14は図示しない固定台に係合し、基板10cを固定することができる。そして、基台10cが固定されていることにより後述するLED32をスムーズに半田付けすることが可能となる。
As a third modification of the
また、基台11の第4変形例として、図4(b)に示す基台11dは、後述する電極21と係合する突起部15を設ける構成としてもよい。突起部15は、電極21が所定の位置からずれることを防止することができる。
As a fourth modification of the
さらに、基台11の第5変形例として、図4(c)に示す基台11eは、後述する端子台32と保持する保持部16を形成してもよい。保持部16は、端止部32を確実に保持するため、基板10を後述する放熱台41に固定する際、端止部32を外れ難くし、固定作業を容易にする。
Furthermore, as a fifth modification of the
電極21は、銅板、又は銅合金板から形成されると共に、電極21間に所定の間隔が設けられる。本実施形態では、電極21は、板厚0.2〜0.4mmの銅板、又は銅合金板から形成される。電極21の左右側面の両側から外側へ突出するように接続片22が形成される。接続片22は、後述するLED31と半田付けされることにより、電極21はLED31と電気的に接続される。
The
また、本実施形態では、電極21は、矩形状に形成される。また、複数の電極21からなる電極21の列は、一の電極21の接続片22と他の電極21の接続片22とが互いに向き合うようにして、基台11上に並列に配置される。尚、電極21は、矩形状でなく、他の形状としてもよく、又は一列のみ配置する構成としてもよい。尚、電極21の裏面側に突出する突出部23を設けてもよい。突出部23は、電極21が所定の位置からずれる不具合を防止する(図5を参照)。
In the present embodiment, the
電極21の第1変形例として、図6(a)に示すように、複数の電極21aからなる複数列に配列され、隣り合う列の電極21a・21a同士が列方向にずれた位置に配列される。電極21aの接続片22・22間に半田付けされるLED31が隣り合う列間でずれて配置される構成となり、LED31から照射される光の均一化が図られる。
As a first modification of the
電極21の第2変形例として、図6(b)に示すように、電極21bが階段状に形成され、且つ電極21bが同一列に並ぶように配列させ、電極21b同士を離間させて配置する構成とする。具体的には、電極21bは、第1段差部211と、第2段差部212と、第3段差部213とを有し、階段状に形成される。一の電極21bの第1段差部211と他の電極21bの第1段差部211とが同一列に並ぶように配列される。同様に、一の電極21bの第2段差部212と他の電極21bの第2段差部212とも同一列に並ぶように配列される。さらに、一の電極21bの第3段差部213と他の電極21bの第3段差部213とも同一列に並ぶように配列される。即ち一の電極21bと他の電極21bは道路等に敷設されたレンガや外壁等に積まれたコンクリートブロックのように配列される。このような配列により、基板10bの列方向に対する垂直方向の断面において、必ず電極21bを通過する構成になる。この構成により、基板10bの曲げ強度を高めることができ、基板10bの板厚を薄くすることが可能となることから、基板10bの軽量化を図ることができる。
As a second modification of the
また、基板10の表面全体に、絶縁層26を設ける構成とすることができる(図11を参照)。例えば、絶縁層26は、基板10の電極21が設けられた側の表面にシルクスクリーン印刷により被着される。本実施形態では、絶縁層26は、電極21の接続片22を除き、基板10の表面全体に形成される。また、絶縁層26として、絶縁性の樹脂が、基板10の電極21が設けられた側の表面を覆う構成とすることも可能である。一方、絶縁層26を設けない構成とすることも可能である。
Further, the insulating
基板10の製造手順の一例について、以下説明する。
An example of the manufacturing procedure of the
先ず、図示しない銅板、又は銅合金板をプレス加工し、複数の電極21が連結部24を介して連結された電路板25を成形する。
First, a copper plate or a copper alloy plate (not shown) is pressed to form an
成形された電路板25を図示しない型枠にセットした後、その型枠内に溶融した高熱伝導樹脂を充填し、基台11が形成されることにより、基板10が同時成形される。尚、同時成形の際、電極21間の連結部24は図示しない切断機により切断される。
After the molded
同時成形された基板10の表面にシルクスクリーン印刷により絶縁層26を被着する。本実施形態では、絶縁層26は、電極21の接続片22を除き、基板10の表面全体に被着される。
An insulating
次に、本実施形態のLEDユニット30の構成を図7に基づいて説明する。尚、図7(a)は本実施形態のLEDユニット30の全体構成を示した模式図であり、図7(b)は本実施形態のLEDユニット30の部品展開図である。
Next, the structure of the
LEDユニット30は、基板10と、電極21間に配置された半導体発光素子であるLED31と、基板10に電力を供給する端子台32とを有する。
The
LED31は、一般的なLEDチップと、電極21に電気的に接続可能な端子とを有する。ここで、一般的なLEDチップとは、青色LEDの光を黄色蛍光体に通過させることにより白色発光、又は電球色発光させるLEDチップである。また、一般的なLEDチップには、青色、赤色、緑色の3色を混色することにより、白色発光、又は電球色発光させるLEDチップ等も含まれる。さらに、LED31は、一の電極21の接続片22と、他の電極21の接続片22とに半田付けされることにより電気的に接続される。
The
端子台32は、電極21と電気的に接続可能な端子33と、図示しない電源と電気的に接続可能な電気コード34と、電気コード34から供給された交流を直流に変換する端子台本体35とを有する。図7に示すように端子台32が基板10の所定の位置に配置され、端子33は電極21と電気的に接続する。
The
尚、LEDユニット30はネジ43により後述する放熱台41に固定される。また、LEDユニット30の基台11が放熱台41に密着するようにして固定される。
The
LEDユニット30の製造手順について、以下説明する。
The manufacturing procedure of the
電極21が設けられる側を表側にして、基板10が図示しない固定台に固定される。そして、LED31の端子が電極21の接続片22・22間に半田付けされる。また端子台32が端子33を電極21に接続するように、基板10の所定の位置に配置される。
The
さらに、本実施形態の照明器具40の構成を図8〜図11に基づいて説明する。また、図8(a)は本実施形態の照明器具の全体図であり、図8(b)は本実施形態の照明器具の部分拡大図である。図9(a)は本実施形態のLEDユニットに放熱台を固着する前の状態を示す模式図であり、図9(b)は本実施形態のLEDユニットに放熱台を固着した後の状態を示す模式図である。図10は本実施形態の照明器具の部分断面図である。
Furthermore, the structure of the
照明器具40は、放熱台41が金属製の照明器具本体42に固定される。照明器具40は、例えば天井に設置可能な円板状の照明器具である。
As for the
放熱台41は、金属製、特に熱伝導率が高く、且つ軽量である、アルミニウム製であるとよい。放熱台41には、LEDユニット30が固定される。また、放熱台41は照明器具本体42の所定の位置に固定される。本実施形態では、放熱台41は、放射状に配置される。
The heat radiating table 41 is preferably made of metal, particularly aluminum having high thermal conductivity and light weight. The
また、照明器具本体42は、金属製、特に熱伝導率が高く、且つ軽量である、アルミニウム製であるとよい。照明器具本体42は、放熱性を確保し、照明器具の軽量化を図るために、長孔等が設ける構成としてもよい。
The luminaire
照明器具40の製造手順について、以下説明する。
The manufacturing procedure of the
LEDユニット30が電極21が配列されていない面、即ち基板10の裏面を密着するように放熱台41に固定される。本実施形態では、LEDユニット30はネジ43により放熱台41に螺合される。基板10の裏面が平面に形成されていることにより、基板10と放熱台41が容易に密着可能である。具体的には、図11に示すように、LED31から発生した熱が、電極21から基台11へと、基台11から放熱台41へと伝導することによって、LEDユニット30の熱伝導率がより向上し、十分な放熱性を確保しやすくなる。
The
LEDユニット30が固定された放熱台41は、照明器具本体42に固定される。本実施形態では、放熱台41は、放射状に配置するように照明器具本体42に固定される。
The
本実施形態の基板10を構成する電極21は、銅板、又は銅合金板から形成され、その板厚が銅箔と比して、極めて大きい。この構成により、LED31が発生する熱が電極21の水平方向だけでなく、垂直方向にも伝導するため、電極21は銅箔からなる電極より熱伝導率が高い。即ち電極21は、熱伝導率が高いため、十分な放熱性を確保できる。
The
また、本実施形態の基板10を構成する基台11は、高熱伝導性樹脂から成形されているため、LED31が発生する熱を効率良く伝導することができ、十分な放熱性を確保することができる。
Moreover, since the base 11 which comprises the board |
本実施形態のLEDユニット30は、放熱台41が、LEDから発生される熱を効率良く伝導し、放熱性を高めることが可能となる。また、LEDユニット30は、軽量であるため、照明器具に配置可能な数を増やすことが可能であり、照明器具の発光強度を高めることが可能である。さらに、LEDユニット30は、十分な放熱性を確保しているため、より発光強度が高いLEDを使用することが可能となる。
In the
本実施形態の照明器具40は、放熱台41、及び照明器具本体42がアルミニウム製であることにより、LEDが発生する熱を効率良く伝導することができるため、より確実に放熱することが可能となる。
Since the
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible within the range of the summary.
本実施形態の基板10は、基台11の電極21が設けられていない面、即ち裏面の形状を凹凸部を設ける構成としてもよい。この凹凸部により、十分な放熱性を確保することができ、放熱台41が不要となる。さらに加えて、凹凸部が設けられた基板10を直接、照明器具本体42に取付することができる。
The
図12に示すように、本実施形態の接続片22を、内側へ屈曲させた接続片22aとし、LED31を一の接続片22aと他の接続片22aとの間に圧入する構成としてもよい。接続片22aのバネ特性によりLED31が仮固定される。その後の接続片22aとLED31との半田付けの際におけるLED31のずれを防止することができる。尚、接続片22aとLED31との半田付けを行わない構成とすることも可能である。
As shown in FIG. 12, the
図13に示すように、本実施形態の電極21の両側の接続片22・22の一方を、凸部とする構成としてもよい。LED31が所定の傾きをもって半田付けされることによって、LED31の照射方向を任意の方向に傾けることが可能となる。
As shown in FIG. 13, one of the
また、本実施形態の基板10を同時成形する際、電極21の表面側に基台11の電極21が設けられていない面、即ち裏面の形状を凹凸形状に形成する構成としてもよい。この凹凸形状により、十分な放熱性を確保することができ、放熱台41が不要となり、基板10を直接、照明器具本体42に取付可能となる。
Further, when the
10…基板
11、11a、11b、11c、11d、11e…基台
12a、12b…反射部
13…側面
14…係合部
15…突起部
16…保持部
21、21a、21b…電極
22、22a…接続片
23…突出部
24…連結部
25…電路板
26…絶縁層
30…LEDユニット
31…LED
32…端子台
33…端子
34…電気コード
35…端子台本体
40…照明器具
41…放熱台
42…照明器具本体
100…プリント基板
101…電極
102…基台
103…LED
211…第1段差部
212…第2段差部
213…第3段差部
DESCRIPTION OF
32 ...
211 ...
Claims (8)
前記基台上に設けられた複数の電極と、
を有し、
前記電極が、銅板、又は銅合金板から形成されると共に、前記電極間に所定の間隔が設けられることを特徴とする基板。 A base formed from a high thermal conductive resin;
A plurality of electrodes provided on the base;
Have
The substrate is formed of a copper plate or a copper alloy plate, and a predetermined interval is provided between the electrodes.
前記電極間に配置された半導体発光素子と、
前記基板に電力を供給する端子台と、
を有することを特徴とする半導体発光素子ユニット。 A substrate according to any one of claims 1 to 4,
A semiconductor light emitting device disposed between the electrodes;
A terminal block for supplying power to the substrate;
A semiconductor light emitting element unit comprising:
前記半導体発光素子ユニットに固定された金属製の放熱台と、
を有することを特徴とする照明器具。 The semiconductor light-emitting element unit according to claim 5;
A metal heat sink fixed to the semiconductor light emitting element unit;
The lighting fixture characterized by having.
前記電路板を所定の型枠にセットし、前記所定の型枠内に溶融した高熱伝導樹脂を充填する工程とを有し、
前記溶融高熱伝導樹脂を充填する際、前記連結部を切断することを特徴とする基板の製造方法。 Forming a circuit board formed of a copper plate or a copper alloy plate and having a plurality of electrodes connected by a connecting portion;
Setting the electrical circuit board in a predetermined mold, and filling the melted high thermal conductive resin in the predetermined mold,
The substrate manufacturing method is characterized in that the connecting portion is cut when the molten high thermal conductive resin is filled.
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