JP2015065114A

JP2015065114A - 発光モジュール

Info

Publication number: JP2015065114A
Application number: JP2013199448A
Authority: JP
Inventors: ベジ佐々木; Beji Sasaki
Original assignee: Freesia Makurosu Kk
Current assignee: Freesia Makurosu Kk
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】発光素子を効率良く冷却することができるとともに、発光素子が発する光が障害物によって邪魔されることなく外に出てくる発光モジュールを提供する。【解決手段】厚さ方向の一方の面４に発光素子９が設けられた板状の吸熱側部材３と、板状の吸熱側部材３の厚さ方向の他方の面６に吸熱面１１が接して、板状の吸熱側部材３に設けられた熱電素子５と、厚さ方向の一方の面８が熱電素子５の放熱面１３に接して、熱電素子５に設けられた放熱側部材７とを有する発光モジュール１である。【選択図】図１

Description

本発明は、発光モジュールに係り、ペルチェ素子等の冷却素子を用いて冷却されるものに関する。

従来、基板上の電子素子からの熱を放熱する放熱構造が知られている（たとえば特許文献１参照）。

上記従来の放熱構造では、板状の基板に設けられた電子素子の表面に、冷却素子の吸熱面を接触させてあり、冷却素子の発熱面（放熱面）を板状の台座に接触させている。そして、基板に設けられた電子素子を、冷却素子によって冷却している。

特開２０１２−１０４５５４号公報

しかしながら、従来の放熱構造では、電子素子と冷却素子とが板状の基板と板状の台座とで挟まれている。したがって、電子素子がＬＥＤ等の発光素子である場合、発光素子が発した光が基板や台座に邪魔されて、外に出にくくなっているという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、発光素子を効率良く冷却することができるとともに、発光素子が発する光が障害物によって邪魔されることなく外に出てくる発光モジュールを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、厚さ方向の一方の面に発光素子が設けられた板状の吸熱側部材と、前記板状の吸熱側部材の厚さ方向の他方の面に吸熱面が接して、前記板状の吸熱側部材に設けられた熱電素子と、厚さ方向の一方の面が前記熱電素子の放熱面に接して、前記熱電素子に設けられた放熱側部材とを有する発光モジュールである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光モジュールにおいて、前記吸熱側部材の前記熱電素子が設けられている面を覆っている吸熱側部材側断熱材と、前記放熱側部材の前記熱電素子が設けられている面を覆っている放熱側部材側断熱材とを有する発光モジュールである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発光モジュールにおいて、前記熱電素子の側面を覆っている熱電素子部断熱材とを有する発光モジュールである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光モジュールにおいて、前記放熱側部材の厚さ方向の他方の面には、放熱効率を高めるための凹凸部が形成されており、前記放熱側部材の厚さ方向の他方の面には、前記発光モジュールをプリント基板に設置するための台座が設けられている発光モジュールである。

本発明によれば、発光素子を効率良く冷却することができるとともに、発光素子が発する光が障害物によって邪魔されることなく外に出てくる発光モジュールを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る発光モジュールの概略構成を示す平面図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。図２に対応した図であって、本発明の実施形態に係る発光モジュールをプリント基板に設置した状態を示す図である。図２に対応した図であって、本発明の実施形態に係る発光モジュールの変形例を示す図である。図２に対応した図であって、本発明の実施形態に係る発光モジュールの別の変形例を示す図である。

本発明の実施形態に係る発光モジュール１は、図１および図２で示すように、吸熱側部材３と熱電素子５と放熱側部材７とを備えて構成されている。

吸熱側部材３は、たとえば、無酸素の圧延銅によって構成されており、平板状に形成されている。なお、吸熱側部材３が、酸素銅、その他の銅、銅合金、アルミミウム、アルミニウム合金等の金属、もしくは、金属と同等か金属以上の高い熱伝導率の材料単体、もしくは、金属以上の高い熱伝導率の複数種類の材料を組み合わせて構成されていてもよい。

吸熱側部材３の厚さ方向の一方の面４には、発光素子９が一体的に設けられている。発光素子９は、たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されている。なお、発光素子９として、電圧を加えることで可視光線を発生するものだけなく、赤外線もしくは紫外線等の電磁波を発生するものを採用してもよい。

熱電素子（冷却素子）５は、電圧を加えることで一方の側が吸熱し他方の側が放熱するものであり、たとえば、ペルチェ素子で構成されている。

ペルチェ素子５は、板状の吸熱側部材３の厚さ方向の他方の面６に吸熱面１１が接して、板状の吸熱側部材３に一体的に設けられている。

放熱側部材７は、たとえば、吸熱側部材３と同様な部材で構成されており、平板状に形成されている。放熱側部材７の厚さ方向の一方の面８が、ペルチェ素子５の放熱面１３に接して、放熱側部材７が、ペルチェ素子５に一体的に設けられている。

また、発光モジュール１には、吸熱側部材側断熱材１５と放熱側部材側断熱材１７と熱電素子部断熱材１９とが設けられている。各断熱材１５，１７，１９は、たとえば、エポキシ樹脂等の合成樹脂で構成されている。

吸熱側部材側断熱材１５は、たとえば、層状になって、吸熱側部材３のペルチェ素子５が設けられている面６を覆っている。放熱側部材側断熱材１７は、たとえば、層状になって、放熱側部材７のペルチェ素子５が設けられている面８を覆っている。熱電素子部断熱材１９は、ペルチェ素子５の側面のたとえば全周を覆っている。

なお、各断熱材１５，１７，１９のうちのいずれかを削除した構成であってもよい。すなわち、吸熱側部材側断熱材１５を削除し、もしくは、放熱側部材側断熱材１７を削除し、もしくは、熱電素子部断熱材１９を削除した構成であってもよいし、吸熱側部材側断熱材１５のみを設け、もしくは、放熱側部材側断熱材１７のみを設け、もしくは、熱電素子部断熱材１９のみを設けた構成であってもよい。

発光モジュール１についてさらに詳しく説明する。

吸熱側部材３と放熱側部材７とは、たとえば矩形な平板状に形成されており、吸熱側部材３の厚さ方向と放熱側部材７の厚さ方向とはお互いが一致している。

ペルチェ素子５は、たとえば、吸熱側部材３や放熱側部材７よりも小さい矩形な平板状に形成されている。

吸熱側部材３と放熱側部材７との厚さ方向（発光モジュール１の厚さ方向）から見ると、吸熱側部材３の総てと放熱側部材７の総てとが、たとえば、お互いに重なっており、ペルチェ素子５は、吸熱側部材３および放熱側部材７よりも小さくなっており、お互いが所定の間隔をあけて、たとえば碁盤目状に複数設けられている。

また、発光モジュール１の厚さ方向から見ると、ＬＥＤ９も、吸熱側部材３および放熱側部材７よりも小さくなっており、お互いが所定の間隔をあけて、たとえば碁盤目状に複数設けられている。

吸熱側部材３と放熱側部材７とは、複数のペルチェ素子５を間にしてお互いが平行になって展開している。換言すれば、吸熱側部材３と放熱側部材７とは、複数のペルチェ素子５をスペーサとして、ペルチェ素子５の厚さだけ間隔をあけて、お互いが平行になって展開している。

ペルチェ素子５の側面とは、ペルチェ素子５の厚さ方向の両面（吸熱側部材３に接している面１１と放熱側部材７に接している面１３）以外の面である。発光モジュール１の厚さ方向から見ると、熱電素子部断熱材１９は、「ロ」字状になって各ペルチェ素子５の側面に接して各ペルチェ素子５を囲んでいる。

吸熱側部材側断熱材１５は、吸熱側部材３の厚さ方向の他方の面（ペルチェ素子５と熱電素子部断熱材１９とが設けられている部位を除く全面）６を覆っている。放熱側部材側断熱材１７は、放熱側部材７の厚さ方向の一方の面（ペルチェ素子５と熱電素子部断熱材１９とが設けられている部位を除く全面）８を覆っている。

吸熱側部材側断熱材１５と放熱側部材側断熱材１７とは、お互いが平行になって展開している吸熱側部材３と放熱側部材７との間の空間２１に設けられているのであるが、吸熱側部材側断熱材１５の厚さ寸法と放熱側部材側断熱材１７の厚さ寸法との和が吸熱側部材と放熱側部材との間の空間２１の厚さ寸法より小さくなっているので、吸熱側部材３と放熱側部材７との間には、断熱材が存在しない空隙２３が形成されている。この空隙２３は、連続してつながっており、空隙２３内に空気が流れるようになっている。

なお、図４で示すように、吸熱側部材３と放熱側部材７との間の空間２１の総てを断熱材２５で満たすことで空隙が存在しないようにしてもよい。

また、放熱側部材７の厚さ方向の他方の面１０には、図２や図３で示すように、放熱効率を高めるための凹凸部（たとえば、微細な凹凸部）２７が形成されている。凹凸部２７は、たとえば、エッチングによって形成されている。これにより、放熱側部材７の厚さ方向の他方の面１０は梨地状になっている。

また、発光モジュール１には、図３で示すように、台座２９が複数設けられている。台座２９は、発光モジュール１をプリント基板（ＰＥＢ；プリント配線板）に設置するために設けられている。また、台座２９は、放熱側部材７の厚さ方向の他方の面１０に一体的に設けられている。

台座２９を用いて発光モジュール１をプリント基板３１に設けることで、発光モジュール１（吸熱側部材３、放熱側部材７）とプリント基板３１とは、吸熱側部材３および放熱側部材７の場合と同様にして、お互いが平行に展開する。そして、放熱側部材７とプリント基板３１との間の空隙３３を空気が流れるようになっており、この空気の流れが放熱側部材７の凹凸部２７にぶつかり、放熱側部材７が効率よく冷却されるようになっている。

なお、台座２９は、合成樹脂等の絶縁性材料で構成されている。これにより、発光モジュール１とプリント基板３１との間の絶縁性が確保されるようになっている。

なお、発光モジュール１の厚さ方向から見ると、台座２９は、ペルチェ素子５やＬＥＤ９の大きさと同程度がそれらよりも小さくなっており、台座２９の数は、ペルチェ素子５やＬＥＤ９の数よりも少なくなっている。たとえば、各台座２９は、４つ設けられており、お互いが離れており、放熱側部材７の４つの角部の近傍に存在している。

これにより、放熱側部材７とプリント基板３１との間は、吸熱側部材３と放熱側部材７との間よりも大きな空隙（体積が大きいか、もしくは、発光モジュールの厚さ方向から見たときの面積が大きい空隙）３３が形成されており、放熱側部材７の冷却効率が高められている。

なお、発光モジュール１において、ペルチェ素子５をこの厚さ方向で直列に重ねた構成にしてもよい。吸熱側部材３とペルチェ素子５との接合、および、ペルチェ素子５と放熱側部材７との接合は、たとえば、熱伝導性接着剤を用いてなされている。ＬＥＤ９やペルチェ素子５への給電は、たとえば、プリント基板３１から延びている配線（図示せず）によってなされるようになっている。

また、発光モジュール１では、熱によるハウリングを起こしにくい形態になっている。たとえば、ＬＥＤ９が一時的にペルチェ素子５の冷却性能よりも多くの発熱をしても、この発熱量を吸収することができる程度の熱容量を、吸熱側部材３と放熱側部材７とが備えている。

さらに、図５で示すように、吸熱側部材３や放熱側部材７を、平板状のグラファイト層３７を、平板状の一対の銅３５で挟み込んだ構成にしてもよい。

次に発光モジュール１の動作について説明する。発光モジュール１に電力が供給されるとＬＥＤ９が発光するとともに発熱し、この熱が、吸熱側部材３に伝導される。ペルチェ素子５は、吸熱側部材３から熱量を奪いこの奪った熱量が放熱側部材７に伝導される。放熱側部材７へ伝導された熱量は、放熱側部材７の厚さ方向の他方の面１０に設けられている凹凸部２７から空気中に発散される。これにより、ＬＥＤ９の冷却がなされる。

発光モジュール１によれば、ぺルチェ素子５の一方の側に吸熱側部材３が設けられ他方の側に放熱側部材７が設けられており、ペルチェ素子５の吸熱面（冷却面）１１が吸熱側部材３に係合し、ペルチェ素子５の放熱面（発熱面）１３が放熱側部材７が係合しており、ＬＥＤ９が、ぺルチェ素子５が設けられている面とは反対側の面で吸熱側部材３に設けられているので、ＬＥＤ９を効率良く冷却することができるとともに、ＬＥＤ９が発する光が障害物によって邪魔されることなく発光モジュール１の外に出射されるようなっている。

また、発光モジュール１では、ＬＥＤ９と吸熱側部材３とペルチェ素子５と放熱側部材７とが一体化してモジュール化されているので、発光モジュール１のプリント基板３１への設置や交換が容易になっている。

また、発光モジュール１によれば、吸熱側部材側断熱材１５と放熱側部材側断熱材１７とが設けられているので、温度の高い放熱側部材７から温度の低い吸熱側部材３への熱量の移動が抑制され、ＬＥＤ９を一層効率良く冷却することができる。

また、吸熱側部材側断熱材１５と放熱側部材側断熱材１７との間に空隙２３が設けられており、この空隙２３に空気が流れることで、ＬＥＤ９をさらに一層効率良く冷却することができる。

また、発光モジュール１によれば、熱電素子部断熱材１９がペルチェ素子５の側面を覆っているで、ペルチェ素子５自体が発した熱が、温度の低い吸熱側部材３に移動することを抑制することができる。

また、発光モジュール１によれば、放熱側部材７の厚さ方向の他方の面に凹凸部２７が形成されており、放熱側部材７の厚さ方向の他方の面には、発光モジュール１をプリント基板３１に設置するための台座２９が設けられているので、放熱側部材７を一層効率良く冷却することができる。

なお、発光モジュール１は、たとえば、水銀灯、メタルハイドランプもしくは白熱球に代わる照明装置として使用される。

１発光モジュール
３吸熱側部材
４吸熱側部材の一方の面
５熱電素子（ペルチェ素子）
６吸熱側部材の他方の面
７放熱側部材
８放熱側部材の一方の面
９発光素子（ＬＥＤ）
１１吸熱面
１３放熱面
１５吸熱側部材側断熱材
１７放熱側部材側断熱材
１９熱電素子部断熱材
２７凹凸部
２９台座
３１プリント基板

Claims

厚さ方向の一方の面に発光素子が設けられた板状の吸熱側部材と、
前記板状の吸熱側部材の厚さ方向の他方の面に吸熱面が接して、前記板状の吸熱側部材に設けられた熱電素子と、
厚さ方向の一方の面が前記熱電素子の放熱面に接して、前記熱電素子に設けられた放熱側部材と、
を有することを特徴とする発光モジュール。
請求項１に記載の発光モジュールにおいて、
前記吸熱側部材の前記熱電素子が設けられている面を覆っている吸熱側部材側断熱材と、
前記放熱側部材の前記熱電素子が設けられている面を覆っている放熱側部材側断熱材と、
を有することを特徴とする発光モジュール。
請求項１または請求項２に記載の発光モジュールにおいて、
前記熱電素子の側面を覆っている熱電素子部断熱材とを有することを特徴とする発光モジュール。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光モジュールにおいて、
前記放熱側部材の厚さ方向の他方の面には、放熱効率を高めるための凹凸部が形成されており、
前記放熱側部材の厚さ方向の他方の面には、前記発光モジュールをプリント基板に設置するための台座が設けられていることを特徴とする発光モジュール。