JP2015079644A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
セラミック基板を有する発光モジュールの位置合わせが容易であるとともに、光取出し効率が向上する照明装置を提供する。
【解決手段】
照明装置11は、装置本体20と、透光性のセラミック基板58およびセラミック基板58の一面58a側に設けられた発光素子57を有し、装置本体20内に配置される発光モジュール23と、発光モジュール23が熱伝導可能に接続される発光モジュール接続部38を有する放熱体21と、発光モジュール接続部38と発光モジュール23との間に介在される絶縁性を有する熱伝導シート60と、熱伝導シート60とセラミック基板58の他面58b側との間に介在され、光反射性および滑性を有する反射部材27と、を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発光モジュールに発生する熱が放熱体を介して放熱される照明装置に関する。

従来、例えばＧＨ７６ｐ形口金を用いたランプ装置など、フラット形のランプ装置が提案されている。このランプ装置では、一端側に開口部が設けられた筐体（装置本体）内に発光モジュールおよび点灯装置が配置され、筐体の他端側に放熱部材（放熱体）が取り付けられている。発光モジュールは、放熱部材に熱的に接続されており、発光モジュールに発生する熱を放熱部材に熱伝導させるとともに、この放熱部材から照明器具側に熱伝導させて放熱させている。発光モジュールは、モジュール基板およびこのモジュール基板に実装された発光素子例えばＬＥＤ素子を有して形成されている。モジュール基板は、高熱伝導率を有する金属板例えばアルミニウム板やセラミック板が用いられている。セラミック板は、その絶縁性によりＬＥＤ素子を直接実装できるので、モジュール基板としての利便性が高くなっている。

そして、発光モジュールに発生した熱をモジュール基板から放熱部材に効率よく熱伝導させるために、モジュール基板と放熱部材との間に熱伝導シートを介在させているものがある。熱伝導シートは、クッション性（弾性）を有し、モジュール基板および放熱部材にそれぞれ接触面積が大きくなるように密接している。そして、熱伝導シートおよびモジュール基板は、ホルダ（取付台）および放熱部材に挟み込まれて設けられている（例えば特許文献１参照。）。

特開２０１３−８５８２号公報（段落番号００１６、００１８、第２図）

発光モジュールは、筐体の開口部の中心線上に位置するように設けられる。熱伝導シートは、モジュール基板および放熱部材の両方に密着するように弾性を有しているので、モジュール基板を熱伝導シート上で移動させて、または、モジュール基板および熱伝導シートを放熱部材の表面で移動させて、発光モジュールを筐体の開口部の中心線上に位置合わせすることは容易でないという欠点を有する。

また、モジュール基板に透光性のセラミック板を用いると、セラミック基板を透過して熱伝導シートに入射するＬＥＤ素子の放射光は、熱伝導シートの反射率の低さによって、筐体の開口部側への反射光が減少する。これにより、ランプ装置の光取出し効率が低下するという欠点を有する。

本実施形態は、セラミック基板を有する発光モジュールの位置合わせが容易であるとともに、光取出し効率が向上する照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の照明装置は、装置本体、発光モジュール、放熱体、熱伝導シートおよび反射部材を有して構成される。

発光モジュールは、装置本体内に配置されるものであり、透光性のセラミック基板およびセラミック基板の一面側に設けられた発光素子を有してなる。放熱体は、発光モジュール接続部を有し、この発光モジュール接続部に発光モジュールが熱伝導可能に接続される。

熱伝導シートは、絶縁性を有するものであり、放熱体の発光モジュール接続部と発光モジュールとの間に介在される。反射部材は、光反射性および滑性を有し、熱伝導シートと発光モジュールのセラミック基板の他面側との間に介在される。

本実施形態の照明装置によれば、反射部材は、発光モジュールに発生した熱をセラミック基板から熱伝導シートを介して放熱体に熱伝導するとともに、その光反射性により、セラミック基板を透過した発光素子からの光を発光モジュール側に効率よく反射し、その滑性により、発光モジュールが反射部材の表面で容易に移動可能となり、所定の照射方向に対する発光モジュールの位置合わせが容易となることが期待できる。

本発明の一実施形態を示す照明装置の概略断面図である。 同上、照明装置の一部の概略断面図である。 同上、照明装置の概略分解斜視図である。 同上、照明装置の下側から見た概略斜視図である。 同上、照明装置の上側から見た概略斜視図である。 同上、照明装置を用いた照明器具の概略断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図６を参照して説明する。

図６において、照明器具10は、ダウンライトなどの埋込形照明器具である。この照明器具10は、照明装置11およびこの照明装置11を着脱可能に装着する器具装置12を備えている。本実施形態において、照明装置11は、フラット形のランプ装置であり、以下、ランプ装置11と称して説明する。

ランプ装置11は、図１ないし図５に示すように構成されている。図３において、ランプ装置11は、装置本体としての筐体20、放熱体21、取付台22、発光モジュール23、反射体24、点灯装置25、透光カバー26および反射部材27などを備えている。なお、以下、ランプ装置11の一端側であって光照射側を下側とし、他端側であって光照射方向に対して反対側を上側として説明する。

筐体20は、例えば合成樹脂などの絶縁性を有する材料で円筒状に形成され、周面部28、この周面部28の下側の開口部29および周面部28の上側の閉塞部30を有している。閉塞部30の中央には、上下方向に開口する挿通口31を形成する円筒状の挿通部32が筐体20内に突設されている。閉塞部30の周辺部と挿通部32との間には、放熱体21が取り付けられる環状の突出部33が上方へ突設されている。筐体20の内側で、閉塞部30の周辺部および挿通部32の外周部には、図１に示すように、点灯装置25（回路基板70）を位置決め配置する回路基板設置部34が形成され、さらに、挿通部32の外周部には、回路基板設置部34との間に点灯装置25（回路基板70）を係止する係止部35が設けられている。

また、放熱体21は、例えばアルミダイカストなどの金属材料にて一体に形成されている。放熱体21は、円柱状の支持部37、支持部37の下側に形成された発光モジュール接続部38および支持部37の上側に形成された外部放熱部39を備えている。

支持部37の下部側には挿通部32に挿通可能な円柱部40が形成され、円柱部40の下部周囲には段部41が形成されている。支持部37の上部側には断面積が上方の外部放熱部39に向けて大きくなるテーパー部42が形成され、このテーパー部42の傾斜角度は例えば４５°に設定されている。

発光モジュール接続部38は、支持部37の先端面に平面状に形成された円形の接触面であり、その面積は支持部37の断面積より小さいとともに外部放熱部39の面積より小さい。

外部放熱部39は、支持部37および発光モジュール接続部38より大径の円板状に形成され、周辺部が突出部33よりも外径方向に突出する状態で突出部33上に配置されている。外部放熱部39の周辺部には、図４に示すように、複数個のキー溝44と複数個のキー45とがそれぞれ所定の位置に配設されている。外部放熱部39の上面には、図５に示すように、熱伝導シート46が取り付けられている。

図３において、支持部37の周囲には取付台22をねじ止めするための複数のボス47が設けられ、外部放熱部39の周辺部には筐体20にねじ止めするための複数のボス48が設けられている。そして、筐体20の内側から放熱体21の複数のボス48に複数のねじ49を螺着することにより、筐体20と放熱体21とが固定されている。

そして、筐体20の突出部33を含む上側および放熱体21の外部放熱部39などにより、所定の規格寸法の口金部50が構成されている。

また、取付台22は、例えば合成樹脂などの絶縁性を有する材料によって形成されている。取付台22の中央には発光モジュール接続部38が挿通される孔部52が形成され、取付台22の周辺部には放熱体21にねじ止めするための複数の取付孔53が形成されているとともに反射体24をねじ止めするための複数の取付孔54が形成されている。そして、取付台22は、孔部52が発光モジュール接続部38に挿通され、発光モジュール接続部38の周囲に配置された状態で、複数のねじ55が取付孔53から放熱体21の複数のボス47に螺着されることにより、放熱体21に固定されている。取付台22を放熱体21に固定した状態では、図２に示すように、取付台22の取付面22aよりも発光モジュール接続部38が突出されている。取付台22の取付面22aからの発光モジュール接続部38の突出量ｈは、わずかな寸法であり、例えば発光モジュール23が備えるセラミック基板58の厚みより小さい寸法とすることが好ましい。

また、発光モジュール23は、複数個の発光素子57およびこの発光素子57を実装したセラミック基板58を備えている。

発光素子57には、例えばＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージが用いられている。発光素子57は、セラミック基板58の一面58a側に任意の配列で密集配置されている。なお、発光素子57としては、セラミック基板58上に複数個のＬＥＤチップを実装して蛍光体を含有した封止樹脂で一体に封止するＣＯＢ（Chip On Board）方式を用いてもよく、あるいはＥＬ素子など、他の半導体発光素子を用いてもよい。

セラミック基板58は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの金属酸化物で略四角形の形状に形成されており、透光性を有し、熱伝導性に優れている。そして、発光素子57を実装するセラミック基板58の一面58a側には、発光素子57を電気的に接続する不図示のパターンが形成されている。セラミック基板58のパターン上には、点灯装置25を電気的に接続するためのコネクタ59（図３に示す。）が実装されている。

発光モジュール23のセラミック基板58の他面58b側は、反射部材27および熱伝導シート60を介して発光モジュール接続部38および取付台22に接するように配置される。そして、複数個の発光素子57は、下方から見て、発光モジュール接続部38の領域内に配置されている。

熱伝導シート60は、例えばシリコーン系樹脂からなり、熱伝導性および絶縁性を有するとともに弾性を有しており、発光モジュール接続部38およびセラミック基板58よりも大形に形成されている。熱伝導シード60が発光モジュール接続部38および取付台22とセラミック基板58との間に挟み込まれた際、発光モジュール接続部38と取付台22との段差を絶縁シート60の圧縮量の違いで吸収し、発光モジュール23に応力が加わるのを緩和する。

反射部材27は、例えば１０〜３０μｍの膜厚を有する金属箔からなり、熱伝導シート60と発光モジュール23のセラミック基板58の他面58b側との間に介在されている。反射部材27は、セラミック基板58よりも大形であって熱伝導シート60以下の大きさに形成されている。そして、反射部材27は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）の少なくとも一つの単体または金属化合物からなる金属箔に形成され、少なくとも発光モジュール23側の表面27aが光反射性および滑性を有するように形成されている。

なお、反射部材27は、熱伝導シート60に例えば貼り付けて一体に設けてもよい。これにより、熱伝導シート60を発光モジュール接続部38と発光モジュール23との間に介在させるのみで、反射部材27がセラミック基板58の他面58b側に設けることができる。また、反射部材27は、金属箔に限らず、平板状の薄い金属板に形成されてもよい。

反射体24は、例えば合成樹脂などの絶縁性を有する材料で形成されている。反射体24の中央には、セラミック基板58の外形より小さく、発光素子57が挿通可能な窓孔62が形成されている。反射体24の上面には、セラミック基板58を嵌め込んで位置決めする窪み状の位置決め部63が形成されている。窓孔62の周縁部から反射体24の周辺部に亘り下方へ向けて拡開する反射面64が形成されている。反射体24の周辺部には、図３に示すように、筐体20に支持される複数個の支持片65が設けられている。反射面64には、反射体24を取付台22にねじ止めするための複数の取付孔66が形成されている。

そして、取付孔66を挿通するねじ67を取付台22の取付孔54に螺着して締め付けることにより、反射体24は、セラミック基板58を発光モジュール接続部38へ向けて押し付けた状態で保持する。このとき、発光モジュール接続部38および取付台22とセラミック基板58との間に挟み込まれる熱伝導シート60が圧縮することにより、発光モジュール接続部38と取付台22との段差を熱伝導シート60の圧縮量の違いで吸収し、発光モジュール23に応力が加わるのを緩和する。また、反射体24は、筐体20の開口部29と発光モジュール23との間に配置され、発光素子57の光が点灯装置25に照射されないように点灯装置25を覆っている。

こうして、図１に示すように、発光モジュール23は、筐体20内に配置され、反射体24は、放熱体21の発光モジュール接続部38との間で発光モジュール23を保持している。また、発光モジュール接続部38には、発光モジュール23が反射部材27および熱伝導シート60を介して熱伝導可能に接続されるものである。ここで、発光モジュール23は、複数個の発光素子57が反射体24の窓孔62内に位置するように設けられる。厳密に言えば、発光素子57の実装領域の中心が窓孔62のほぼ中心となるように設けられる。セラミック基板58の他面58b側が接する反射部材27の表面27aは、滑性を有するので、反射体24の位置決め部63内において、発光モジュール23を反射部材27の表面27aで容易に移動させることができる。反射体24は、発光モジュール23の位置が窓孔62となるように規制している。なお、反射体24は、窓孔62の中心が筐体20の開口部29に設けられた透光カバー26の出射面のほぼ中心上となるように、取付台22にねじ67により取り付けられている。

そして、反射体24は、発光モジュール23から放射された光の一部を反射して、透光カバー26から外部空間に出射させる。発光素子57は、全方位に光を放射するので、セラミック基板58に入射した光は、セラミック基板58を透過して反射部材27に入射する。ここで、反射部材27の表面27aは、光反射性を有するので、入射光は、セラミック基板58側に反射され、セラミック基板58を透過して、透光カバー26から外部空間に出射される。このように、反射部材27は、発光モジュール23の位置合わせのときの発光モジュール23のスライドを容易にするとともに、ランプ装置11の光取出し効率を向上させるものである。

点灯装置25は、例えば、商用交流電源を整流平滑して直流電源に変換する電源回路、その直流電源をスイッチング素子のスイッチング動作により所定の直流出力として発光素子57に供給し点灯させるＤＣ／ＤＣコンバータ、スイッチング素子の発振を制御する制御ＩＣなどを備えている。調光対応の点灯装置25の場合には、発光素子57の電流を検出して調光信号に応じた基準値と比較し、制御ＩＣによりスイッチング素子のスイッチング動作を制御する機能を備えている。

点灯装置25は、回路基板70およびこの回路基板70に実装された複数の電子部品である回路部品71を備えている。

回路基板70は、環状に形成されていて、回路基板70の中央部には筐体20の挿通部32が挿通する円形の嵌合孔72が形成されている。回路基板70の下面が回路部品71のうちのリード線を有するリード部品を実装する実装面70aであり、上面がリード部品のリード線をはんだで接続するとともに回路部品71のうちの面実装部品を実装する配線パターンを形成した配線パターン面あるいははんだ面としての配線面70bである。

回路基板70は、配線面70bが上方に向けられて筐体20の閉塞部30に対向する状態で、筐体20内の上側位置に配置されている。回路基板70の実装面70aに実装された回路部品71は、筐体20の周面部28および挿通部32と取付台22と反射体24との間に配置されている。

図３において、回路基板70の電源入力側は電源用の一対のランプピン73に電気的に接続され、点灯出力側は発光モジュール23に電気的に接続されている。電源用の一対のランプピン73は、図５に示すように、筐体20の閉塞部30から垂直に突出されている。なお、点灯装置25が調光対応の場合には、電源用とは別に調光用の複数のランプピン73も筐体20の閉塞部30から垂直に突出される。

透光カバー26は、例えば透光性を有する合成樹脂によって円板状に形成されており、図１に示すように、開口部29を覆って筐体20に取り付けられている。発光モジュール23に対向する透光カバー26の内面（上面）には、ランプ装置11から出射する光を所定の配光に制御するためのフレネルレンズ75が形成されている。フレネルレンズ75は、径方向にのこぎり状の断面形状を有し、同心円状に形成されている。透光カバー26の下面周辺部には、器具装置12（ソケット）に対して着脱するランプ装置11の回動操作を容易にするための指掛け部76が突設されている。なお、透光カバー26の内面には、フレネルレンズ75を設けなくてもよく、光を拡散する拡散面などを設けてもよい。

次に、図６に示すように、器具装置12は、下方へ向けて拡開開口された器具反射体81、この器具反射体81の上部に取り付けられた器具本体としての器具放熱体82、この器具放熱体82の下部に取り付けられたソケット83、器具放熱体82の上部に取付板84によって取り付けられた端子台85および器具放熱体82の周囲に取り付けられた天井取付用の不図示の複数個の取付ばねなどを備えている。

器具反射体81は、下方へ向けて拡開する円筒状に形成されている。また、器具放熱体82は、例えばアルミダイカストなどの金属、セラミックス、放熱性に優れた樹脂などの材料によって形成されている。器具放熱体82は、円板状の基部87およびこの基部87の上面から突出する複数個の放熱フィン88を有している。基部87の下面には、器具反射体81内に露出する平面状の接触面89が形成されている。

また、ソケット83は、絶縁性を有する合成樹脂製で環状に形成されたソケット本体91およびこのソケット本体91に配置された図示しない電源用の一対の端子を備えている。なお、調光対応の場合には、調光用の複数の端子も備えている。

ソケット本体91の中央には、ランプ装置11の口金部50（突出部33）が挿通する円形の挿通孔92が形成されている。ソケット本体91の下面には、ランプ装置11のランプピン73が挿入される不図示の複数個の接続孔が周方向に沿って長孔状に形成されている。各接続孔の上側に端子が配置されており、接続孔に挿入されたランプ装置11のランプピン73が端子に電気的に接続される。

ソケット本体91の内周面には、不図示の複数個のキーが突出形成されているとともに、不図示の複数個の略Ｌ字形のキー溝が形成されている。ソケット83のキーおよびキー溝とランプ装置11のキー溝44およびキー45とはそれぞれ対応する位置に設けられている。そして、ランプ装置11のキー45およびキー溝44をソケット83のキー溝およびキーに合わせてランプ装置11の口金部50をソケット83に挿入し、ランプ装置11を回動させることによりランプ装置11をソケット83に着脱可能に装着することができる。

ソケット83は、支持機構によって器具放熱体82に支持されている。この支持機構では、ソケット83にランプ装置11の口金部50が装着されることにより、その口金部50の上面すなわち放熱体21の外部放熱部39を器具放熱体82の接触面89に押し付けて熱伝導性を高めるように構成されている。また、端子台85は、ソケット83の端子と電気的に接続されている。

このように、ランプ装置11と器具装置12とで構成される照明器具10において、ランプ装置11を器具装置12に装着するには、口金部50のキー45およびキー溝44をソケット83のキー溝およびキーに合わせて口金部50をソケット83に挿入し、ランプ装置11をソケット83に対して所定角度回動させることにより、口金部50のキー45がソケット83のキー溝に係止され、ランプ装置11をソケット83に取り付けることができる。これにより、口金部50のランプピン73がソケット83の各端子に電気的に接続され、また、口金部50の上面、すなわち放熱体21の外部放熱部39が熱伝導シート46を介して器具放熱体82の接触面89に押し付けられて密着し、放熱体21から器具放熱体82に効率よく熱伝導可能となる。

そして、ランプ装置11の点灯時には、商用交流電源がランプ装置11の点灯装置25に供給され、この点灯装置25により商用交流電力を所定の直流電力に変換して発光モジュール23の複数個の発光素子57に供給し、発光素子57が点灯する。点灯した発光素子57の光は、透光カバー26を透過して所定の照射方向へ照射される。ここで、発光素子57から透光カバー26側に放射された光は、直接的にまたは反射体24の反射面64で反射されて透光カバー26に入射し、透光カバー26を透過して照射される。また、発光素子57から放熱体21側に放射された光は、透光性のセラミック基板58を透過して反射部材27の光反射性を有する表面27aでセラミック基板58側に反射され、再びセラミック基板58を透過して透光カバー26に入射し、透光カバー26を透過して照射される。発光素子57から放射された光の多くが透光カバー26から所定の方向に照射されるので、ランプ装置11の光取出効率が向上される。

また、発光モジュール23は、放熱体21の発光モジュール接続部38と反射体24との間で保持されるときに、反射体24の位置決め部63において、滑性を有する反射部材27の表面27aでスライド（移動）できるので、複数個の発光素子57を反射体24の窓孔62に容易に位置させて、筐体20内に配置される。

そして、ランプ装置11の点灯時において、発光モジュール23の発光素子57が発生する熱は、主に、セラミック基板58から反射部材27および熱伝導シート60を介して放熱体21の発光モジュール接続部38、支持部37および外部放熱部39に熱伝導されるとともに、外部放熱部39から熱伝導シート46を介して器具放熱体82に熱伝導され、この器具放熱体82の複数個の放熱フィン88から空気中に放熱される。これにより、発光素子57は、温度上昇が抑制されて長寿命化される。また、ランプ装置11の点灯時において、点灯装置25が発生する熱は、筐体20などに伝達され、筐体20などの表面から空気中に放熱される。

本実施形態のランプ装置11は、反射部材27の光反射性により、セラミック基板58を透過した発光素子57からの光が反射部材27で発光モジュール23側に反射されて透光カバー26から外部空間に出射されるので、発光素子57の放射光に対する光取出し効率を向上できるとともに、反射部材27の滑性により、発光モジュール23が反射部材27の表面27aで容易に移動可能となり、複数個の発光素子57を反射体24の窓孔62に容易に位置合わせすることができて、これにより、製造時における省力化を図ることができ、発光素子57の放射光を所定の照射方向に容易に設定できるという効果を有する。

また、反射体24は、放熱体21の発光モジュール接続部38との間で、熱伝導シート60、反射部材27および発光モジュール23を保持するように取付台22に取り付けられるので、簡易な構成により、発光素子57が窓孔62に位置するように発光モジュール23の位置を規制して、発光モジュール23を筐体20内に固定できるという効果を有する。

そして、反射部材27は、熱伝導シート60に一体に設けられることにより、反射部材27および熱伝導シート60を放熱体21の発光モジュール接続部38および反射体24の間に容易に設けることができて、製造時における省力化を図ることができる。

なお、本実施形態において、照明装置11は、ランプ装置に構成したが、これに限らず、照明器具に構成してもよい。

また、本発明の上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

11…照明装置としてのランプ装置、 20…装置本体としての筐体、 21…放熱体、 23…発光モジュール、 24…反射体、 27…反射部材、 38…発光モジュール接続部、 57…発光素子、 58…セラミック基板、 60…熱伝導シート

Claims (3)

1. 装置本体と；
   透光性のセラミック基板およびこのセラミック基板の一面側に設けられた発光素子を有し、前記装置本体内に配置される発光モジュールと；
   この発光モジュールが熱伝導可能に接続される発光モジュール接続部を有する放熱体と；
   前記発光モジュール接続部と前記発光モジュールとの間に介在される絶縁性を有する熱伝導シートと；
   この熱伝導シートと前記セラミック基板の他面側との間に介在され、光反射性および滑性を有する反射部材と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。
2. 前記反射部材は、前記熱伝導シートに一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記発光モジュール接続部との間で前記発光モジュールを保持するとともに、前記発光モジュールの位置を規制する反射体と；
   を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。

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