JP2017174725A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置の放熱性を高めること。【解決手段】実施形態に係る照明装置は、回路基板と、放熱器と、接着部とを有する。回路基板は、第一の面と、第一の面に対向する第二の面とを有し、回路基板の第一の面には発光素子が搭載される。放熱器は、ベース板を有し、回路基板の第二の面に対向して配置され、発光素子が回路基板を介して発する熱を放散する。接着部は、金属粒子を含み、回路基板の第二の面と放熱器のベース板とを接着する。接着部は、回路基板の第二の面に接する第一の領域と、放熱器のベース板に接する第二の領域とを有し、第一の領域の熱伝導率が、第二の領域の熱伝導率より高い。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

近年、発光素子としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用した照明装置（以下では「ＬＥＤ照明装置」と呼ぶことがある）が主流となっており、スポットライトや、投光器等の高出力の照明装置としても、ＬＥＤ照明装置を用いることが検討されている。

また、ＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤが搭載される基板（以下では「ＬＥＤ基板」と呼ぶことがある）と、ＬＥＤが発する熱を放散する放熱器とを接合する接合剤として、一般的に、シリコーングリスが用いられている。

特開２０１６−０２５０６３号公報

しかしながら、シリコーングリスは熱抵抗値が大きくて熱伝導率が低いため、ＬＥＤ基板と放熱器との接合剤にシリコーングリスを用いると、ＬＥＤが発する熱が放熱器に伝わり難くなって、ＬＥＤ基板が高温になってしまうことがある。特に、高出力の照明装置としてＬＥＤ照明装置を用いる場合にＬＥＤ基板と放熱器との接合剤にシリコーングリスを用いると、ＬＥＤ基板が非常に高温になってしまう。このため、ＬＥＤ照明装置の高出力化にあたっては、放熱性を高めることが重要となる。

本発明が解決しようとする課題は、照明装置の放熱性を高めることである。

実施形態に係る照明装置は、回路基板と、放熱器と、接着部とを有する。回路基板は、第一の面と、第一の面に対向する第二の面とを有し、回路基板の第一の面には発光素子が搭載される。放熱器は、ベース板を有し、回路基板の第二の面に対向して配置され、発光素子が回路基板を介して発する熱を放散する。接着部は、金属粒子を含み、回路基板の第二の面と放熱器のベース板とを接着する。接着部は、回路基板の第二の面に接する第一の領域と、放熱器のベース板に接する第二の領域とを有し、第一の領域の熱伝導率が、第二の領域の熱伝導率より高い。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置の構造の一例を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。 図３は、第１の実施形態に係る照明装置の断面図である。 図４は、第１の実施形態に係る接着部の拡大断面図である。 図５は、第１の実施形態に係る照明装置の製造工程の一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係る照明装置の製造工程の一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係る照明装置の製造工程の一例を示す図である。 図８は、第２の実施形態に係る照明装置の断面図である。 図９は、第２の実施形態に係る接着部の拡大断面図である。 図１０は、第２の実施形態に係る照明装置の製造工程の一例を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係る照明装置の製造工程の一例を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る照明装置１は、ＬＥＤ基板１３と、放熱器２０と、接着部３０とを有する。ＬＥＤ基板１３の上面には、ＬＥＤ１１１が搭載される。放熱器２０は、ベース板２３を有し、ＬＥＤ基板１３の下面に対向して配置され、ＬＥＤ１１１がＬＥＤ基板１３を介して発する熱を放散する。接着部３０は、金属粒子を含み、ＬＥＤ基板１３の下面とベース板２３とを接着する。接着部３０は、領域３１と領域３３とを有する。領域３１は、ＬＥＤ基板１３の下面に接し、領域３３は、ベース板２３に接する。そして、領域３１の熱伝導率は、領域３３の熱伝導率より高い。

また、以下で説明する実施形態では、例えば、接着部３０における金属粒子は銀粒子であって、領域３１の熱伝導率を領域３３の熱伝導率より高くするために、領域３１における銀粒子の密度が、領域３３における銀粒子の密度より大きいと良い。

また、以下で説明する実施形態では、領域３１の熱伝導率を領域３３の熱伝導率より高くするために、領域３１が、銀粒子を含む一方で樹脂成分を含まず、領域３３が、銀粒子及び樹脂成分を含むと良い。

また、以下で説明する実施形態に係る照明装置１は、ＬＥＤ基板１３と、放熱器２０と、接着部５０とを有する。ＬＥＤ基板１３の上面には、ＬＥＤ１１１が搭載される。放熱器２０は、ベース板２３を有し、ＬＥＤ基板１３の下面に対向して配置され、ＬＥＤ１１１が発する熱を放散する。接着部５０は、金属粒子を含み、ＬＥＤ基板１３の下面とベース板２３とを接着する。接着部５０は、領域５１と領域５３とを有する。領域５１は、ＬＥＤ基板１３の下面に接する。領域５３は、ベース板２３に接する。そして、領域５１の熱伝導率は、領域５３の熱伝導率より高い。

また、以下で説明する実施形態では、領域５１及び領域５３の双方が、銀粒子及び樹脂成分を含む。

以下、図面を参照して、実施形態に係る照明装置を説明する。以下では、発光素子の一例としてＬＥＤを挙げて説明するが、発光素子はＬＥＤに限定されない。また、各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

（第１の実施形態）
［照明装置の構造］
図１は、第１の実施形態に係る照明装置の構造の一例を示す斜視図である。図１に示す照明装置１は、ＬＥＤモジュール１０と、放熱器２０とを有する。ＬＥＤモジュール１０は、発光部１１と、ＬＥＤ基板１３とを有する。ＬＥＤ基板１３は、回路基板の一例であり、例えば、セラミック製の基板（つまり、セラミック基板）である。放熱器２０は、放熱フィン２１と、ベース板２３とを有する。

ＬＥＤ基板１３にはＬＥＤ（図示省略）が搭載される。ＬＥＤ基板１３に搭載されたＬＥＤが樹脂によって覆われることにより発光部１１が形成される。つまり、ＬＥＤ基板１３は、上面（つまり、第一の面）と下面（つまり、第一の面に対向する第二の面）とを有し、ＬＥＤ基板１３の上面にはＬＥＤが搭載される。ＬＥＤ基板１３の上面に搭載されたＬＥＤは、動作時に（つまり、点灯時に）発熱する。ＬＥＤからの熱はＬＥＤ基板１３を介して放熱器２０へ伝わる。

放熱器２０は、ＬＥＤ基板１３の下面に対向して配置される。放熱器２０において、放熱フィン２１は、ベース板２３に接してベース板２３の下面に配置され、ＬＥＤ基板１３上のＬＥＤがＬＥＤ基板１３を介して発する熱を照明装置１の外部へ放散する。

図２は、第１の実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。図２に示すように、ＬＥＤ基板１３の下面とベース板２３の上面とが融着され、かつ、ベース板２３の下面と放熱フィン２１の上面とが融着されることにより照明装置１が形成される。

図３は、第１の実施形態に係る照明装置の断面図である。図３において、ＬＥＤ基板１３に搭載されたＬＥＤ１１１が樹脂１１３によって覆われることにより発光部１１が形成される。

ＬＥＤ基板１３の下面とベース板２３の上面とは、接着部３０によって接着される。

また、ＬＥＤ基板１３の下面にはメッキが施されてメッキ層４１が形成されている。ＬＥＤ基板１３の下面に施されるメッキは、金メッキまたは銀メッキであることが好ましい。

よって、接着部３０は、ＬＥＤ基板１３の下面においてメッキ層４１と接するとともに、ベース板２３の上面と接することにより、ＬＥＤ基板１３の下面とベース板２３の上面とを接着する。

図４は、第１の実施形態に係る接着部の拡大断面図である。図４において、接着部３０は、ＬＥＤ基板１３側においてＬＥＤ基板１３の下面に接する領域３１と、ベース板２３側においてベース板２３の上面に接する領域３３とを有する。

領域３１及び領域３３の部材は、金属粒子を含むペーストであり、領域３１における金属粒子の密度は、領域３３における金属粒子の密度より大きい。よって、領域３１の熱伝導率は、領域３３の熱伝導率より高い。また、領域３１のＺ方向における長さ（つまり、領域３１の厚さ）は、領域３３のＺ方向における長さ（つまり、領域３３の厚さ）より大きいことが好ましい。

領域３１の部材は、例えば、銀ナノ粒子ペーストであることが好ましい。領域３１の部材としての銀ナノ粒子ペーストには、ナノメートルオーダーの銀粒子ＡＧ１と、溶剤とが含まれる。一方で、銀ナノ粒子ペーストには、エポキシ等の樹脂成分ＲＳが含まれないことが好ましい。

また、領域３３の部材は、例えば、銀粒子ペーストであることが好ましい。銀粒子ペーストには、銀ナノ粒子ペーストよりも粒子サイズが大きい銀粒子ＡＧ２と、エポキシ等の樹脂成分ＲＳと、溶剤とが含まれる。また、銀粒子ペーストにおける銀粒子ＡＧ２の密度は、銀ナノ粒子ペーストにおける銀粒子ＡＧ１の密度よりも小さい。

［照明装置の製造工程］
図５、図６及び図７は、第１の実施形態に係る照明装置の製造工程の一例を示す図である。

まず、図５に示すように、ＬＥＤモジュール１０の発光部１１側を鉛直下方、及び、ＬＥＤモジュール１０のメッキ層４１側を鉛直上方へ向けた状態で、メッキ層４１上に、領域３１の部材としての銀ナノ粒子ペーストを平らに塗布する。銀ナノ粒子ペーストの塗布後、銀ナノ粒子ペーストを半硬化させる。

また、図６に示すように、ベース板２３のＬＥＤモジュール１０側の面、つまり、ベース板２３の上面に、領域３３の部材としての銀粒子ペーストを平らに塗布する。銀粒子ペーストの塗布後、銀粒子ペーストを半硬化させる。

次いで、図７に示すように、メッキ層４１上に塗布されて半硬化した銀ナノ粒子ペーストの表面Ｓ１（図５）と、ベース板２３上に塗布されて半硬化した銀粒子ペーストの表面Ｓ２（図６）とを貼り合わせて、ＬＥＤモジュール１０とベース板２３とを接着する。ＬＥＤモジュール１０とベース板２３との接着時には、ＬＥＤモジュール１０の上方及びベース板２３の下方から圧力を加えるのが好ましい。

［第１の実施形態の効果］
上記のように、接着部３０が金属粒子を含むことにより、接着部３０の熱伝導率を高めることができる。また、領域３１の熱伝導率を領域３３の熱伝導率より高くすることにより、接着部３０において、熱源であるＬＥＤ１１１により近い領域の熱拡散性を高めることができる。一般に、放熱性を高めるには、熱源に近い領域の熱拡散性を高めて早期に熱を拡散させることが有効であることが知られている。よって、第１の実施形態によれば、照明装置１の放熱性を高めることができる。

領域３１の熱伝導率を領域３３の熱伝導率より高くするためには、例えば、領域３１における銀粒子の密度が、領域３３における銀粒子の密度より大きいと良い。

また例えば、領域３１の熱伝導率を領域３３の熱伝導率より高くするためには、領域３１が、銀粒子を含む一方で樹脂成分を含まず、領域３３が、銀粒子及び樹脂成分を含むと良い。

（第２の実施形態）
［照明装置の構造］
図８は、第２の実施形態に係る照明装置の断面図である。図８において、ＬＥＤ基板１３の下面とベース板２３の上面とは、接着部５０によって接着される。つまり、接着部５０は、ＬＥＤ基板１３の下面と接するとともに、ベース板２３の上面と接することにより、ＬＥＤ基板１３の下面とベース板２３の上面とを接着する。

図９は、第２の実施形態に係る接着部の拡大断面図である。図９において、接着部５０は、ＬＥＤ基板１３側においてＬＥＤ基板１３の下面に接する領域５１と、ベース板２３側においてベース板２３の上面に接する領域５３とを有する。

領域５１及び領域５３の部材は、金属粒子を含むペーストであり、第１の実施形態と同様に、領域５１における金属粒子の密度は、領域５３における金属粒子の密度より大きい。よって、領域５１の熱伝導率は、領域５３の熱伝導率より高い。また、領域５１のＺ方向における長さ（つまり、領域５１の厚さ）は、領域５３のＺ方向における長さ（つまり、領域５３の厚さ）より大きいことが好ましい。

但し、第２の実施形態では、領域５１及び領域５３の双方の部材（つまり、接着部５０全体の部材）が銀粒子ペーストであることが第１の実施形態と相違する。上記のように、銀粒子ペーストには、銀ナノ粒子ペーストよりも粒子サイズが大きい銀粒子ＡＧ２と、エポキシ等の樹脂成分ＲＳと、溶剤とが含まれる。

［照明装置の製造工程］
図１０及び図１１は、第２の実施形態に係る照明装置の製造工程の一例を示す図である。

まず、図１０に示すように、ＬＥＤモジュール１０の発光部１１側を鉛直下方、及び、ＬＥＤモジュール１０のＬＥＤ基板１３側を鉛直上方へ向けた状態で、ＬＥＤ基板１３の下面に、接着部５０の部材としての銀粒子ペーストを平らに塗布する。銀粒子ペーストの塗布後、銀粒子ペーストを半硬化させる。

銀粒子ペーストが半硬化に至る過程において、図１１に示すように、多数の銀粒子ＡＧ２が接着部５０の鉛直下方に集まって、接着部５０における銀粒子ＡＧ２の密度が、鉛直上方側より鉛直下方側において大きくなる。これにより、接着部５０において、領域５１における金属粒子の密度が、領域５３における金属粒子の密度より大きくなる（図９）。

次いで、上記図８に示すように、ベース板２３上に塗布されて半硬化した銀粒子ペーストの表面Ｓ３（図１１）をベース板２３の上面に貼り合わせて、ＬＥＤモジュール１０とベース板２３とを接着する。ＬＥＤモジュール１０とベース板２３との接着時には、ＬＥＤモジュール１０の上方及びベース板２３の下方から圧力を加えるのが好ましい。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態では、領域５１及び領域５３の双方が、銀粒子及び樹脂成分を含むことで、接着部５０の部材として、銀ナノ粒子ペーストよりも安価な銀粒子ペーストだけを用いて、第１の実施形態と同様に、領域５１の熱伝導率を領域５３の熱伝導率より高くすることができる。よって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得た上で、第１の実施形態よりも、照明装置１の製造コストを低減させることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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。

１ 照明装置
１１ 発光部
１３ ＬＥＤ基板
２１ 放熱フィン
２３ ベース板
３０，５０ 接着部
４１ メッキ層
１１１ ＬＥＤ
１１３ 樹脂

Claims (4)

1. 第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有し、前記第一の面に発光素子が搭載された回路基板と、
   ベース板を有し、前記回路基板の前記第二の面に対向して配置され、前記発光素子が前記回路基板を介して発する熱を放散する放熱器と、
   金属粒子を含み、前記回路基板の前記第二の面と、前記放熱器の前記ベース板とを接着する接着部と、を具備し、
   前記接着部は、前記回路基板の前記第二の面に接する第一の領域と、前記放熱器の前記ベース板に接する第二の領域とを有し、
   前記第一の領域の熱伝導率が、前記第二の領域の熱伝導率より高いことを特徴とする、
   照明装置。
2. 前記接着部における前記金属粒子は銀粒子であって、前記第一の領域における前記銀粒子の密度が、前記第二の領域における前記銀粒子の密度より大きいことを特徴とする、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第一の領域は、銀粒子を含む一方で樹脂成分を含まず、
   前記第二の領域は、前記銀粒子及び前記樹脂成分を含むことを特徴とする、
   請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記第一の領域及び前記第二の領域の双方が、銀粒子及び樹脂成分を含むことを特徴とする、
   請求項１または２に記載の照明装置。

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