JP2016004664A - 照明装置 - Google Patents
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本発明の一態様に係る照明装置は、複数の発光ダイオード及びこれらの複数の発光ダイオードが実装されるプリント配線板を有する光源モジュールと、この光源モジュールが接着剤層を介して積層される金属基材と、この金属基材に上記複数の発光ダイオードを覆うよう付設され、外形が部分回転体状の光拡散カバーとを備える照明装置であって、上記金属基材が側面傾斜角55°以上85°以下の直角錐又は直角錐台の凸部をその中心軸が上記光拡散カバーの部分回転体の回転軸と略一致するよう有し、上記光源モジュールの複数の発光ダイオードが金属基材の凸部の側面のみに略均等に配設され、上記接着剤層の少なくとも一部が熱伝導性接着剤から構成されている。
以下、本発明の実施形態に係る照明装置について図面を参照しつつ詳説する。なお、フレキシブルプリント配線板の「表裏」は、絶縁フィルムの厚さ方向のうち、発光ダイオード実装側を表、発光ダイオード実装側と反対側を裏とする方向を意味し、当該照明装置の使用状態における表裏を意味するものではない。
光源モジュール3は、図3に示すようにフレキシブルプリント配線板2及びこのフレキシブルプリント配線板2に実装された複数の発光ダイオード1及びコネクタ8を有する。ここで図3は光源モジュール3を後述する金属基材5の凸部に沿って積層する前の平面状の展開図を示している。
フレキシブルプリント配線板2は、図4に示すように裏面に配設される絶縁フィルム2a及び表面に配設される複数のランド部2bを含む導電パターン2cを主に備える。また、上記複数のランド部2bには発光ダイオード1が実装され、上記絶縁フィルム2aの裏面には接着剤層4が積層される。
上記フレキシブルプリント配線板2を構成する絶縁フィルム2aは、絶縁性及び可撓性を有するシート状部材で構成されている。この絶縁フィルム2aを構成するシート状部材としては、具体的には樹脂フィルムを採用可能である。この樹脂フィルムの主成分としては、ポリイミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、又はポリエチレンナフタレートが好適に用いられる。なお、絶縁フィルム2aは、充填材、添加剤等を含んでもよい。
導電パターン2cは、複数のランド部2b及びそれらに接続される配線を有しており、絶縁フィルム2aの表面に積層された金属層をエッチングすることによって所望の平面形状(パターン)に形成されている。ランド部2bは、絶縁フィルム2aの各台形部分に1か所ずつ設けられ、発光ダイオード1がそれぞれのランド部2bに実装されている。配線部は、これらの複数のランド部2b及びコネクタ8を直列に接続するように形成されている。なお、導電パターン2cは絶縁フィルム2aの表面に塗工された接着剤を介して積層されていてもよい。
フレキシブルプリント配線板2の表面の発光ダイオード1が実装される部分(ランド部2b)を除いた部分には、カバーレイ2dが積層される。このカバーレイ2dは絶縁機能及び接着機能を有し、絶縁フィルム2a及び導電パターン2cの表面に接着される。カバーレイ2dが絶縁層と接着層とを有する場合、絶縁層としては、絶縁フィルム2aと同じ材質を用いることができ、平均厚さも絶縁フィルム2aと同様とすることができる。また、カバーレイ2dの接着層を構成する接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤等が好適に用いられる。カバーレイ2dの接着層の平均厚さは、特に限定されるものではないが、12.5μm以上40μm以下が好ましい。
発光ダイオード1は、フレキシブルプリント配線板2のランド部2bに実装されている。この発光ダイオード1としては、多色発光タイプ又は単色発光タイプで、チップ型又は合成樹脂等でパッケージされた表面実装型の発光ダイオードを用いることができる。また、本発明の効果を高める観点から、レンズを備えていない発光ダイオードを用いることが好ましい。また、発光ダイオード1のランド部2bへの接続方法としては、例えば導電性ペーストを用いたダイボンディング、金属線を用いたワイヤボンディング、半田によるパッケージの実装等を用いることができる。
コネクタ8は、複数の発光ダイオード1を当該照明装置に電力を供給する電源回路と電気的に接続するための部材である。このコネクタ8は、フレキシブルプリント配線板2のランド部2bに実装され、導電パターン2cの端部及びリード線と接続されている。このリード線は金属基材5の貫通孔5aを貫通し、発光ダイオード1に点灯用の電力を供給する。
接着剤層4は、光源モジュール3と金属基材5とを接着可能な接着剤を含有する層である。また、接着剤層4は少なくともその一部が熱伝導性接着剤から構成される。
金属基材5は、金属製の部材であり、平面視円状に形成され、中央に直角錐台状の凸部を有する。この凸部に沿って上記光源モジュール3が積層されることで、直角錐台部Zが構成されている。また、複数の発光ダイオード1から生じた熱は、第1接着剤部4aを介して金属基材5に伝わる。即ち、金属基材5は複数の発光ダイオード1の発熱を逃がす放熱体としての機能も奏する。
直角錐台部Zは、底面(直角錐台部Zの高さ方向に対向する2面のうち、面積の大きい面)が正多角形の直角錐台状の部位である。直角錐台部Zは、その底面が金属基材5側となり、かつ底面及び上面(底面との対向面)が金属基材5の表面と略平行となるように形成されている。また、上記複数の発光ダイオード1は、フレキシブルプリント配線板2の表面における直角錐台部Zの側面を形成する領域に配設されている。ここで、「ある面と他の面とが略平行」とは、ある面の法線と他の面の法線とがなす角が5°以内であることを意味する。
光拡散カバー6は、いわゆるドーム状のカバー形状を有する。具体的には、光拡散カバー6は、外形が部分回転体状であり、赤道面Eより金属基材5側の基底部6bと先端側の前頭部6aとを有する。光拡散カバー6の部分回転体の回転軸は金属基材5の凸部(直角錐台部Z)の中心軸と略一致する。なお、光拡散カバーとは、分散度(受光角0°の透過光量に対する相対透過率が50%となる受光角度)が10°以上となるカバーである。
放熱体7は、当該照明装置を支持し、また発光ダイオード1の熱を金属基材5を介して外部へと伝える機能を果たす。放熱体7の材質としては、アルミニウム等が好適に用いられる。また、放熱体7の端部口金(図示せず)が取付けられる。
平面上に発光ダイオードを設置した従来の照明装置では配光角は約120°であり、これより大きな配光角が求められている。そのため、当該照明装置の配光角の下限としては300°が好ましい。もちろん光源の取り付け部があるため360°の配光角の実現は難しいが、360°の配光角が実現できればより好ましい。当該照明装置は配光角が290°以上であることで、高配光型照明として好適に用いられる。
当該照明装置は、例えば光源モジュール3を製造する工程と、この光源モジュール3に接着剤層4を積層する工程と、この光源モジュール3を接着剤層4を介して金属基材5の表面側に凸部に沿うように積層する工程と、この積層体に光拡散カバー6を装着する工程とを備える製造方法によって製造することができる。
光源モジュール製造工程では、図6Aに示すようにフレキシブルプリント配線板2の複数のランド部2bに発光ダイオード1の複数の端子を接続し、発光ダイオード1をフレキシブルプリント配線板2に実装する。発光ダイオード1のランド部2bへの接続方法は、例えば半田リフロー、導電性ペーストを用いたダイボンディング、金属線を用いたワイヤボンディング等を用いることができる。なお、図6A〜図6Dでは半田9で発光ダイオード1を実装した例を示している。
接着剤層積層工程では、例えば図6B〜図6Dに示すように、光源モジュール3の発光ダイオード1の複数のランド部2bの投影領域を少なくとも覆う第1領域Aで絶縁フィルム2aを除去する工程と、この絶縁フィルム2aの裏面に上記第1領域Aを覆う第2領域Bの相当部分を除いた接着剤層4(第2接着剤部4b)を積層する工程と、上記絶縁フィルム2a及び第2接着剤部4bの除去部分に熱伝導性接着剤を充填し第1接着剤部4aを形成する工程とを主に備える。
絶縁フィルム除去工程では、図6Bに示すように発光ダイオード1の複数のランド部2bの投影領域を少なくとも覆う第1領域Aで絶縁フィルム2aを除去する。絶縁フィルム2aの除去方法としては、例えば第1領域A以外をマスクした上でエッチング液に浸漬する方法、第1領域Aにレーザーを照射する方法等を用いることができる。
接着剤層部分積層工程では、図6Cに示すように上記第1領域Aを覆う第2領域Bの相当部分を除いた第2接着剤部4bを絶縁フィルム2aに積層する。この工程は、例えば以下の手順で実施できる。まず、離型フィルム、この離型フィルムの表面に塗工により積層されたBステージ状態(半硬化状態)の接着剤、及びこの接着剤の表面に積層された離型フィルムを有する接着剤シートを用意する。次に、この接着剤シートの第2領域Bに相当する部分を離型フィルムごと打抜き加工等で除去する。その後、上記接着剤シートの一方の離型フィルムを剥がし、接着剤シートの除去部分(第2領域B相当部分)が絶縁フィルム2aの除去領域を覆うように、接着剤シートの接着剤表出面を絶縁フィルム2aの裏面に向けて積層(仮貼り)する。なお、接着剤シートを絶縁フィルム2aに積層後、第2領域B相当部分を除去してもよいが、打抜き加工が利用できないため、上述した方法を用いた方が作業性がよい。また、接着剤シートを用いるほか、接着剤を絶縁フィルム2aの裏面に塗工等することで接着剤層4を形成してもよい。
熱伝導性接着剤充填工程では、図6Dに示すように上記絶縁フィルム2a及び第2接着剤部4bの除去部分に熱伝導性接着剤を充填し第1接着剤部4aを形成する。熱伝導性接着剤の充填方法としては、例えばスクリーン印刷によって熱伝導性接着剤を印刷する方法、ディスペンサで熱伝導性接着剤を吐出する方法、熱伝導性接着剤を離型フィルムに積層した接着シートを貼付する方法等を用いることができる。なお、接着剤層部分積層工程と熱伝導性接着剤充填工程とは順序を入れ替えて行ってもよい。
本工程は、図7に示すように光源モジュール3の裏面に金属基材を積層する。具体的には、上記第2接着剤部4b及び第1接着剤部4aの裏面側(フレキシブルプリント配線板2と反対側)の離型フィルムを剥がし、金属基材5に積層(仮貼り)して積層体を得る。その後、例えば真空容器中でこの積層体を比較的低温で加圧し、仮圧着する。仮圧着後、上記積層体を高温で加熱することで接着剤層4が硬化し、光源モジュール3が金属基材5に接着される。
本工程では、光源モジュール3及び金属基材5からなる積層体に光拡散カバー6を装着する。上記光拡散カバー6の装着方法としては、例えば接着剤や、ネジ等の機械要素によって上記積層体と光拡散カバー6とを固定する方法を挙げることができる。
当該照明装置は、複数の発光ダイオード1を上述のような直錐体(直角錐又は直角錐台)状の凸部の側面のみに略均等に等方配置しているため、主に凸部頂点側(照明装置正面側)における光源(発光ダイオード1群)との相対位置による光度の変動を低下させることができ、光度の均一性を格段に向上することができる。さらに、当該照明装置は、発光ダイオード1の発光面と一定の位置関係を有する光拡散カバー6を備えるため発光ダイオード1から発せられる光線を背面側(発光ダイオード1実装面と反対側)に効果的に拡散して配光角を著しく向上することができる。つまり、当該照明装置は、レンズやプリズム等の部材を設けることなく、低コストで配光角の向上と光度の変動抑制とを達成できる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
<No.1〜4>
図1の照明装置において、直角錐台部の底面形状、直角錐台部Zの側面の底面に対する傾斜角、発光ダイオードの配設位置における対向する側面間の距離、及び発光ダイオードの発光面の中心の基底部底面からの高さ、直角錐台部の各側面における発光ダイオードの配設数、光拡散カバーの前頭部の短軸半径r1及び赤道半径r2、基底部の底面直径、高さ並びに短軸半径R1及び赤道半径R2をそれぞれ表1に示す値とし、No.1〜4の照明装置モデルを形成した。No.1〜4における光拡散カバーの前頭部の扁平比率(赤道半径r2の短軸半径r1に対する比、r2/r1)及び基底部の扁平比率(赤道半径R2の短軸半径R1に対する比、R2/R1)を表1に併せて示す。なお、直角錐台部の各側面における発光ダイオードの配設数については、行(高さ方向)及び列(水平方向)の積で表す。例えば、No.1においては、高さ方向に2枚、水平方向に2枚の計4枚の発光ダイオードが配設される。
上記No.1〜4の照明装置について、光度の分布(配光角)を以下の手順で算出した。まず、直角錐台部の底面中心を原点とし、この原点を通り直角錐台部の底面と平行な1つの軸を基準軸とする。次に、直角錐台部の中心軸に対する角度がθ(°)である方向において、直角錐台部の中心軸方向から見て上記基準軸を中心に左右に−90°から90°の範囲の光度の平均値を算出する。この光度平均値をθが0°から360°の範囲で算出した結果を図8A〜図8Dに示す。なお、図8A〜図8Dでは、直角錐台部の中心軸上で直角錐台部の底面の裏側(発光ダイオードの発光面と反対側)に位置する方向をθ=0°としている。この光度は、1個の発光ダイオードの光度分布がランバート配光となることを前提としており、解析ソフトウェア「ZEMAX」を用いて発光ダイオード1本あたりの光線本数を1億本とし、non−sequential、Far Fieldで照明解析をすることより算出したものである。なお、光拡散カバーの基底部の底面では光が散乱(反射)するものとした。No.1〜4の配光角を表1に併せて示す。
<No.5>
まず、ポリイミドを主成分とする平均厚さ25μmの絶縁フィルムと、銅箔製の平均厚さ35μmの導電パターンと、ポリイミドを主成分とする平均厚さ25μmの絶縁層及び平均厚さ30μmの接着層を有するカバーレイとを裏面側からこの順に積層したフレキシブルプリント配線板を用意する。なお、このフレキシブルプリント配線板は表面(カバーレイの表面)に白色コートを有する。また、このフレキシブルプリント配線板は導電パターンにLED(発光ダイオード)が実装可能なランド部を有し、このランド部に沿ってカバーレイに開口が設けられている。
まず、フレキシブルプリント配線板の絶縁フィルムの平均厚さを13μm、導電パターンの平均厚さを18μm、カバーレイの絶縁層の平均厚さを13μm、カバーレイの接着層の平均厚さを20μmとし、エッチング液の代わりにレーザーによって絶縁フィルムのLED実装予定領域の投影領域を除去する以外は上記No.5と同様のフレキシブルプリント配線板を用意する。このフレキシブルプリント配線板に、厚さ100μmのメタルマスクを用いる以外はNo.5と同様の手順でLEDを実装する。さらに、上記No.5と同様の接着シート(切抜き部分を有するもの)を用意する。
まず、上記No.5と同様のLED実装フレキシブルプリント配線板及び接着シート(切抜き部分を有するもの)を用意し、このフレキシブルプリント配線板の裏面にNo.5と同様の手順で接着シートを仮貼りする。
まず、上記No.5と同様のLED実装フレキシブルプリント配線板を用意する。次に、離型フィルムの表面にエポキシ系接着剤を塗工し、乾燥により接着剤を平均厚さが20μmのBステージ状態とする。さらにこの接着剤の表面に離型フィルムを積層し、接着シートを作成する。この接着シートのLED実装領域の投影領域に相当する部分を切抜くことなく、上記フレキシブルプリント配線板の外形に合わせて打抜く。その後、接着シートの一方の離型フィルムを剥がし、上記フレキシブルプリント配線板の裏面に接着シートを仮貼りする。
まず、熱伝導率3W/mK、平均厚さ80μmの熱伝導性接着剤を介して、アルミニウム製の平均厚さ1mmのベース材に銅箔製の平均厚さ35μmの導電パターンが積層されたプリント配線板を用意する。このプリント配線板は導電パターンにLEDが実装可能なランド部を有する。
上記No.5〜8及び参考例の光源モジュール及び金属基材の積層体について以下の放熱試験を行った。まず、以下の手順で上記積層体の温度特性を求めた。最初に、リード線を接続した状態で上記積層体を恒温槽中に配置する。次に、恒温槽が30℃、40℃、50℃及び60℃の各温度に到達毎に30分以上保持して恒温槽及び上記積層体の温度を安定させ、LEDの温度が自己発熱で上昇しないよう上記積層体に微小電流(例えば4mAの電流)を通電させた時の電圧を測定する。このようにして得た電圧と温度との関係を最小二乗法で直線近似することで、LEDの温度特性が約−1.4mV/℃であることが導出される。
2 フレキシブルプリント配線板
2a 絶縁フィルム
2b ランド部
2c 導電パターン
2d カバーレイ
3 光源モジュール
4 接着剤層
4a 第1接着剤部
4b 第2接着剤部
5 金属基材
5a 貫通孔
6 光拡散カバー
6a 前頭部
6b 基底部
7 放熱体
8 コネクタ
9 半田
A 第1領域
B 第2領域
Z 直角錐台部
Claims (9)
- 複数の発光ダイオード及びこれらの複数の発光ダイオードが実装されるプリント配線板を有する光源モジュールと、
この光源モジュールが接着剤層を介して積層される金属基材と、
この金属基材に上記複数の発光ダイオードを覆うよう付設され、外形が部分回転体状の光拡散カバーと
を備える照明装置であって、
上記金属基材が側面傾斜角55°以上85°以下の直角錐又は直角錐台の凸部をその中心軸が上記光拡散カバーの部分回転体の回転軸と略一致するよう有し、
上記光源モジュールの複数の発光ダイオードが金属基材の凸部の側面のみに略均等に配設され、
上記接着剤層の少なくとも一部が熱伝導性接着剤から構成されている照明装置。 - 上記プリント配線板が、裏面に配設される絶縁フィルムと、表面に配設され、上記複数の発光ダイオードが実装される複数のランド部とを有し、上記発光ダイオード毎の複数のランド部の投影領域を少なくとも覆う第1領域で上記絶縁フィルムが除去されており、上記絶縁フィルムの除去部分に上記熱伝導性接着剤が充填されている請求項1に記載の照明装置。
- 上記複数の発光ダイオードの発光面の中心が上記光拡散カバーの赤道面と略一致若しくは下方に位置する請求項1又は請求項2に記載の照明装置。
- 上記光拡散カバーが赤道面より金属基材側の基底部と先端側の前頭部とを有し、上記前頭部の外形が真球状であり、基底部の外面の扁平比率が1以上である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の照明装置。
- 隣接する発光ダイオード又は発光ダイオード群の発光面の法線の上記凸部の底面への投影線の成す角が全て等しく、かつ72°以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 上記プリント配線板がフレキシブルプリント配線板であり、上記金属基材がプレス成型、ダイカスト、冷間鍛造又は切削加工により形成される上記直角錐又は直角錐台状の凸部を有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の照明装置。
- 上記金属基材がアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金から形成される請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の照明装置。
- 上記光拡散カバーが、ガラス、セラミック又は合成樹脂を主成分とし、複数の光拡散粒子を有する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の照明装置。
- 電球として用いられる請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の照明装置。
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