JP2015162271A - 照明モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを使用した照明モジュールにおいて、長時間使用しても輝度の低下の少ない照明モジュールを提供する。【解決手段】照明モジュール１０は、ＬＥＤ発光体３０とプリント基板１２とモジュールケース２０とモジュール封止部材１３とモジュールレンズ１４を有する。ＬＥＤ発光体３０は、ＬＥＤチップ３６と素子基板３１とＬＥＤチップ封止部材３７とＬＥＤチップレンズ３８を有する。ＬＥＤチップレンズ３８及び素子基板３１と、モジュール封止部材１３の間にはモジュール空間１５が設けられる。モジュールケース２０とプリント基板１２を貫通してモジュール空間１５と連通する貫通孔２１を設け、貫通孔２１をシリコン系樹脂からなる貫通孔封止材２４で封止した。【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を使用した照明モジュールに関するものであり、特にＬＥＤ発光体の劣化を防止することができる照明モジュールに関するものである。

従来、照明装置としては、白熱電灯や蛍光灯等が使用されてきた。しかしながら、近年省エネルギーの観点から、ＬＥＤを使用した照明モジュールが使用されるようになってきた。このＬＥＤを使用した照明モジュールは、発光効率がよく、発光寿命も長いため急速に普及している。

このＬＥＤを使用した照明モジュール１１０は、例えば、素子基板の上に、プリント基板を置き、その上にＬＥＤチップをのせて、ＬＥＤチップを、蛍光体を含有した封止部材で覆うものがある。更に、ＬＥＤチップに発光量も大きくなり、ＬＥＤ発光体の発光方向に、光の屈折を利用して、配光を制御するための光学レンズを設けている。（例えば、特許文献１参照。）。

また、このＬＥＤを使用した照明モジュール１１０は、例えば、図９と図１０に示すように、ＬＥＤチップ１３６を有するＬＥＤ発光体１３０と、ＬＥＤ発光体１３０を搭載するプリント基板１１２と、プリント基板１１２を収納するモジュールケース１２０と、ＬＥＤ発光体１３０とプリント基板１１２をモジュールケース１２０に封止するモジュール封止部材１１３と、ＬＥＤ発光体１３０からの発光を通過させるモジュールレンズ１１４を有するものがある。

この照明モジュール１１０は、防水性を高めて、屋外照明等にも使用されるようになってきた。この照明モジュール１１０のモジュール封止部材１１３は、防水性を高めるために、エポキシ樹脂やウレタン樹脂を使用している。

この場合には、ＬＥＤ発光体１３０と、モジュール封止部材１１３の間には屈折率の関係で、空間１１５が設けられている。
そして、図１０に示すように、ＬＥＤ発光体１３０は、ＬＥＤチップ１３６と、ＬＥＤチップ１３６を搭載する素子基板１３１と、ＬＥＤチップ１３６を覆い、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材１３７と、ＬＥＤチップ封止部材１３７とＬＥＤチップ１３６を覆うＬＥＤチップレンズ１３８を有するものもある。なお、ＬＥＤチップレンズ１３８を有しないものもある。

特開２０１３−３３８９０号公報

この場合に、照明モジュール１１０を長期間使用すると、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材１３７が、劣化して黒色を帯びて、照明モジュール１１０の輝度が低下するという問題が生じることとなった。この黒化現象は、空間１１５の気密状態、或いは加圧状態を解放することにより、回避できることが実験により確認することができた。

本発明は、ＬＥＤ発光体が搭載された空間と外部との気体の流通を可能にすると、ＬＥＤチップ封止部材１３７が、劣化を防止できるという実験結果に基づいて、ＬＥＤを使用した照明モジュール１１０において、防水性が高く、黒化現象を回避できる、長時間使用しても輝度の低下の少ない照明モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１の本発明は、ＬＥＤを発光素子として使用する照明モジュールにおいて、
照明モジュールは、ＬＥＤ発光体と、ＬＥＤ発光体を搭載するプリント基板と、プリント基板を収納するモジュールケースと、ＬＥＤ発光体とプリント基板をモジュールケースに封止するモジュール封止部材と、ＬＥＤ発光体からの発光を通過させるモジュールレンズを有し、
ＬＥＤ発光体は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを搭載する素子基板と、ＬＥＤチップを覆い、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材と、ＬＥＤチップ封止部材とＬＥＤチップを覆うＬＥＤチップレンズを有し、
ＬＥＤチップレンズ及び素子基板と、モジュール封止部材の間にはモジュール空間が設けられ、
モジュールケースとプリント基板を貫通してモジュール空間と連通する貫通孔を設け、貫通孔をシリコン系樹脂からなる貫通孔封止材で封止したことを特徴とする照明モジュールである。

請求項１の本発明では、照明モジュールは、ＬＥＤ発光体と、ＬＥＤ発光体を搭載するプリント基板と、プリント基板を収納するモジュールケースと、ＬＥＤ発光体とプリント基板をモジュールケースに封止するモジュール封止部材と、ＬＥＤ発光体からの発光を通過させるモジュールレンズを有する。このため、ＬＥＤ発光体をプリント基板で保持して通電させ、モジュールケースでプリント基板を保持して、モジュール封止部材でＬＥＤ発光体を防水保護することができる。

ＬＥＤ発光体は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを搭載する素子基板と、ＬＥＤチップを覆い、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材と、ＬＥＤチップ封止部材とＬＥＤチップを覆うＬＥＤチップレンズを有する。このため、ＬＥＤチップから発光した光を蛍光体で波長を変換して、ＬＥＤチップレンズで集光して取出すことができる。また、素子基板をＬＥＤチップ封止部材でカバーすることができる。

ＬＥＤチップレンズ及び素子基板と、モジュール封止部材の間にはモジュール空間が設けられている。このため、ＬＥＤチップレンズ、空気とモジュールレンズとが屈折率が異なるため、所定の角度で光を屈曲させて、配光制御をおこない、集光して取出すことができる。

モジュールケースとプリント基板を貫通してモジュール空間と連通する貫通孔を設け、貫通孔をシリコン系樹脂からなる貫通孔封止材で封止した。このため、貫通孔のシリコン系樹脂からなる貫通孔封止材を通して、若干の気体がモジュール空間から外部に流出することができ、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材の劣化による黒色化を防止することができる。シリコン系樹脂からなる貫通孔封止材を使用するため、気体の流出を可能としつつ、防水性を保持して、他の水分や埃等の侵入を防止することができる。

請求項２の本発明は、貫通孔は、中央部の径が小さくなるように中央部が括れた形状である照明モジュールである。

請求項２の本発明では、貫通孔は、中央部の径が小さくなるように中央部が括れた形状であるため、貫通孔に封止された貫通孔封止材が中央部で括れた形状となり、貫通孔の中央部の括れ部分で係止されて、貫通孔から脱落することがなく、防水性を確保することができる。

請求項３の本発明は、貫通孔の入口部の直径は、０．５〜２．０ｍｍである照明モジュールである。

請求項３の本発明では、貫通孔の入口部の直径は、０．５〜２．０ｍｍであるため、貫通孔を通して、モジュール空間と外部との気体の流通を確実に行うことができるとともに、外部からの水分や埃等の侵入を防止することができる。直径が０．５ｍｍ未満では、外部との気体の流通が不充分となり、直径が２．０ｍｍを超える場合には、外部からの水分や埃等の侵入の恐れが増大する。

請求項４の本発明は、貫通孔は、ＬＥＤ発光体に近接した部分に形成された照明モジュールである。

請求項４の本発明では、貫通孔は、ＬＥＤ発光体に近接した部分に形成されたため、ＬＥＤ発光体が発光するときに生じる熱により生じた気体を確実に外部へ流出させることができる。

請求項５の本発明は、ＬＥＤチップレンズは、シリコン系樹脂で形成された照明モジュールである。

請求項５の本発明では、ＬＥＤチップレンズは、シリコン系樹脂で形成されたため、防水性に優れて、ＬＥＤチップの発光による発熱に対して、ＬＥＤチップレンズの劣化が少なく長期間使用することができる。

請求項６の本発明は、素子基板の裏面に電極とダイヒートシンクが設けられた照明モジュールである。

請求項６の本発明では、素子基板の裏面に電極とダイヒートシンクが設けられたため、ＬＥＤチップの発光による発熱をダイヒートシンクにより外部へ確実に放出することができる。両方の電極が同じ下面に形成されているため、電極をプリント基板に接続することも容易である。

請求項７の本発明は、モジュールレンズは、アクリル樹脂で形成された照明モジュールである。

請求項７の本発明では、モジュールレンズは、アクリル樹脂で形成されたため、強度が大きく、ＬＥＤ発光体を保護することができ、光透過性に優れて、レンズ効果も優れている。

請求項８の本発明は、ＬＥＤ発光体は、蛍光体により白色又は電球色に発光する照明モジュールである。

請求項８の本発明では、ＬＥＤ発光体は、蛍光体により白色又は電球色に発光するため、白色又は電球色を効果的に放出することができ、照明モジュールを照明等に幅広く使用することができる。

モジュールケースとプリント基板を貫通してモジュール空間と連通する貫通孔を設け、貫通孔をシリコン系樹脂からなる貫通孔封止材で封止したため、防水性に優れて、貫通孔のシリコン系樹脂からなる貫通孔封止材を通して、若干の気体がモジュール空間から外部に流出することができ、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材の劣化による黒色化を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る、照明モジュールの平面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明モジュールに使用するＬＥＤ発光体の平面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明モジュールに使用するＬＥＤ発光体の断面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明モジュールに使用する他のＬＥＤ発光体の断面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明モジュールのプリント基板に貫通孔をあけた状態の平面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明モジュールのモジュールケースに貫通孔をあけた状態の平面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明モジュールの貫通孔の部分の拡大断面図である。 従来の照明モジュールの断面図である。 従来の照明モジュールのＬＥＤ発光体の断面図である。

本発明の実施の形態の照明モジュール１０を図１と図２に基づき説明する。
本発明の実施の形態の照明モジュール１０は、図１と図２に示すように、ＬＥＤ発光体３０と、ＬＥＤ発光体３０を搭載し、ＬＥＤ発光体３０に通電するプリント基板１２と、プリント基板１２を収納するモジュールケース２０と、ＬＥＤ発光体３０とプリント基板１２をモジュールケース２０に封止するモジュール封止部材１３と、ＬＥＤ発光体３０からの発光を通過させるモジュールレンズ１４を有する。

モジュールケース２０は、下面にＬＥＤチップ３６から発生する熱の放熱のための放熱凹部２２が複数個形成されている。モジュールケース２０には、後述する貫通孔２１が形成されている。更に、放熱凹部２２を覆うようにシリコン製のシート１１が取付けられている。

モジュールケース２０の両側の側面には、図１に示すように、コード１６（図６に記載）を取付けるコード接続部２５が設けられている。両側のコード接続部２５にコード１６を接続して、照明モジュール１０を複数個連続的に接続して、照明部材に取付けることができる。
モジュールケース２０の上面には、図２に示すように、素子基板であるプリント基板１２を収納するプリント基板保持凹部２３が形成されている。

プリント基板１２は、プリント基板保持凹部２３に嵌め込まれるように板状に形成されて、上面にはＬＥＤ発光体３０が半田付けされている。後述する、アノード電極３２とカソード電極３３がプリント基板１２と接続されている。ＬＥＤ発光体３０については後述する。プリント基板１２にもモジュールケース２０と連続して形成される貫通孔２１が形成されている。プリント基板１２には、コード１６が接続されて、ＬＥＤ発光体３０に通電することができる。プリント基板保持凹部２３は、プリント基板１２の形状に合わせて形成されているため、プリント基板１２が安定して保持される。

プリント基板１２の上面は、モジュール封止部材１３がプリント基板１２をモジュールケース２０に封止するように一面に設けられている。これにより、照明モジュール１０の防水性を確保できる。モジュール封止部材１３とＬＥＤ発光体３０の周囲には隙間であるモジュール空間１５が設けられている。これにより、それぞれ屈折率が異なるため、後述するＬＥＤチップレンズ３８から出た光を、モジュール空間１５の空気で屈折させ、更に、後述するモジュールレンズ１４で屈折させて、所定の角度で光を集光して、取出すことができる。

モジュール封止部材１３は、ウレタン樹脂で形成することが好ましい。ウレタン樹脂により、プリント基板１２を固定して、外部から空気や水分等の侵入を防止することができる。モジュール封止部材１３に上面にはモジュールレンズ１４がモジュール封止部材１３により固定されている。

本実施の形態のモジュールレンズ１４は、透光性の合成樹脂で作成され、アクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂を使用することができる。モジュールレンズ１４は、アクリル樹脂で形成することが好ましい。アクリル樹脂は透明度が高く、硬度が大きく、傷付き難くすることができる。

また、モジュールレンズ１４の形状は、使用目的に応じて適宜、変形することができる。モジュールレンズ１４の形状を変化させることにより、照明モジュール１０から放出される光の角度とパターンを変化させることができる。
さらに、モジュールレンズ１４は、着色して合成樹脂やガラスを使用すれば、照明モジュール１０から放出される光の色を変えることができる。

ＬＥＤ発光体３０は、図３と図４に示すように、ＬＥＤチップ３６と、ＬＥＤチップ３６を中央上面に搭載する素子基板３１と、ＬＥＤチップ３６の上面を覆い、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材３７と、ＬＥＤチップ封止部材３７とＬＥＤチップ３６をレンズ状に覆うＬＥＤチップレンズ３８を有する。

本実施の形態のＬＥＤ発光体３０は、白色又は電球色のものが使用される。このＬＥＤ発光体３０は、青色発光のＬＥＤの表面に蛍光体である蛍光塗料を塗って、白色又は電球色を発光させるものである。蛍光体は、青色を発光するＬＥＤチップ３６の光の色を白色に変化させるもので、本実施の形態では黄色系の蛍光体を使用して、ＬＥＤチップ３６の発する青色の光と蛍光体の発する黄色の光が混合されて白色の光を発するものである。その白色光や昼色光をＬＥＤチップレンズ３８で集光して、上方へ取出すことができる。
この白色又は電球色のＬＥＤチップ３６以外にも、赤色又は緑色等の各種のＬＥＤを使用することができる。

図５に示すように、蛍光体をＬＥＤチップ封止部材３７に混ぜ込んで使用することもできる。ＬＥＤチップ封止部材３７で蛍光体を外気から遮断して、蛍光体の耐久性を向上させることができる。
ＬＥＤチップ封止部材３７は、シリコン系樹脂で形成されることが好ましい。また、ＬＥＤチップレンズ３８もシリコン樹脂で形成することが好ましい。シリコン樹脂であるため、防水性とＬＥＤチップ３６からの発熱耐性に優れている。

素子基板３１は、絶縁材料であるセラミック、例えば、窒化アルミニウム等を使用することができる。素子基板３１の裏面には、アノード電極３２とカソード電極３３が設けられている。アノード電極３２とカソード電極３３は、ＬＥＤチップ３６のそれぞれの電極と接続されるとともに、プリント基板１２に半田付けされている。

図３に示すように、カソード電極３３には、コーナー部にカソードマーク３４が設けられている。カソードマーク３４は、ＬＥＤ発光体３０をプリント基板１２に取付けるときに、ＬＥＤ発光体３０をプリント基板１２に組付ける装置がアノード電極３２とカソード電極３３を識別するために設けられている。

更に、素子基板３１の裏面には、ダイヒートシンク３５が設けられている。ダイヒートシンク３５は、金属箔で形成されて、例えば、銅箔に銀メッキや金めっきが施されたものを使用している。ダイヒートシンク３５は、放熱のため設けられて、ＬＥＤチップ３６の発熱を、プリント基板１２を経由してモジュールケース２０に伝達している。なお、ダイヒートシンク３５を有しないＬＥＤ発光体３０もある。

図２及び図６〜図８に示すように、モジュールケース２０とプリント基板１２を貫通してモジュール空間１５と連通する貫通孔２１が設けられている。貫通孔２１は、シリコン系樹脂からなる貫通孔封止材２４で封止されている。貫通孔封止材２４は、シリコン系樹脂で形成されているため、防水性を維持しつつ、貫通孔封止材２４を通して、若干の気体がモジュール空間１５から外部に流出することができる。図６は、プリント基板１２に貫通孔２１を設けたものであり、図７は、モジュールケース２０に貫通孔２１を設けたものである。

このため、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材３７の劣化による黒色化を防止することができる。これは、ＬＥＤ発光体３０において、シリコン系樹脂からなる貫通孔封止材２４を使用するため、ＬＥＤチップ３６点灯時に生じる気体の流出を可能としたためと考えられている。また、貫通孔封止材２４により、貫通孔２１から他の水分や埃等の侵入を防止することができる。

貫通孔２１は、図８（ａ）に示すように、中央部の径が小さくなるように中央部が括れた貫通孔中央括れ部２１ａを設けることが好ましい。この場合は、貫通孔２１に封止された貫通孔封止材２４が貫通孔中央括れ部２１ａで係止されて、貫通孔２１から脱落することがない。貫通孔封止材２４は、貫通孔２１に流動状態で注入されて、貫通孔２１内部で固化することにより形成することができる。
また、 貫通孔２１は、図８（ｂ）に示すように、下側が階段状で、上側が漏斗状に形成され、中央部が括れた貫通孔中央括れ部２１ａを設けることもできる。

貫通孔２１の入口部の直径は、０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。本実施の形態では、直径が１ｍｍである。貫通孔２１の入口部の直径は、０．５〜２．０ｍｍ程度である場合には、モジュール空間１５と外部との気体の流通を確実に行うことができるとともに、外部からの水分や埃等の侵入を防止することができる。直径が０．５ｍｍ未満では、外部との気体の流通が不充分となり、直径が２．０ｍｍを超える場合には、外部からの水分や埃等の侵入の恐れが増大する。

また、貫通孔２１は、ＬＥＤ発光体３０に近接した部分に形成することが好ましい。この場合には、ＬＥＤ発光体３０が発光するときに生じる熱により生じた気体を、貫通孔２１を経由して、確実に外部へ流出させることができる。

１０ 照明モジュール
１２ プリント基板
１３ モジュール封止部材
１４ モジュールレンズ
１５ モジュール空間
２０ モジュールケース
２１ 貫通孔
２４ 貫通孔封止材
３０ ＬＥＤ発光体
３６ ＬＥＤチップ

Claims (8)

1. ＬＥＤを発光素子として使用する照明モジュールにおいて、
   該照明モジュールは、ＬＥＤ発光体と、該ＬＥＤ発光体を搭載するプリント基板と、該プリント基板を収納するモジュールケースと、上記ＬＥＤ発光体とプリント基板を上記モジュールケースに封止するモジュール封止部材と、上記ＬＥＤ発光体からの発光を通過させるモジュールレンズを有し、
   上記ＬＥＤ発光体は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを搭載する素子基板と、上記ＬＥＤチップを覆い、蛍光体を含有するＬＥＤチップ封止部材と、該ＬＥＤチップ封止部材とＬＥＤチップを覆うＬＥＤチップレンズを有し、
   上記ＬＥＤチップレンズ及び上記素子基板と、上記モジュール封止部材の間にはモジュール空間が設けられ、
   上記モジュールケースと上記プリント基板を貫通して上記モジュール空間と連通する貫通孔を設け、該貫通孔をシリコン系樹脂からなる貫通孔封止材で封止したことを特徴とする照明モジュール。
2. 上記貫通孔は、中央部の径が小さくなるように中央部がくびれた形状である請求項１に記載の照明モジュール。
3. 上記貫通孔の入口部の直径は、０．５〜２．０ｍｍである請求項１又は請求項２に記載の照明モジュール。
4. 上記貫通孔は、上記ＬＥＤ発光体に近接した部分に形成された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明モジュール。
5. 上記ＬＥＤチップレンズは、シリコン系樹脂で形成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明モジュール。
6. 上記素子基板の裏面に電極とダイヒートシンクが設けられた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明モジュール。
7. 上記モジュールレンズは、アクリル樹脂で形成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明モジュール。
8. 上記ＬＥＤ発光体は、蛍光体により白色又は電球色に発光する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明モジュール。