JP2018125164A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性に優れたホルダーを用いているにもかかわらず点灯不良が生じ難い光源装置を提供する。【解決手段】光源装置１００は、発光モジュール１３０と、カバー１４０と、樹脂製のホルダー１１０とを備える。発光モジュール１３０は、半導体発光素子１３２と、半導体発光素子１３２が第１の主面１３１ａに実装された実装基板１３１とを有する。カバー１４０は、実装基板１３１の第１の主面１３１ａ側に配置され、発光モジュール１３０を覆う。ホルダー１１０は、実装基板１３１の第２の主面１３１ｂ側に配置され、発光モジュール１３０を保持する。発光モジュール１３０およびホルダー１１０を第１の主面１３１ａ側から見た場合に、ホルダー１１０におけるカバー１４０内に位置する部分が、発光モジュール１３０によって覆われている。【選択図】図８

Description

本開示は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を光源として備える光源装置に関する。

従来から、半導体発光素子を光源とする光源装置が、白熱灯や蛍光灯の代替品として利用されている。このような光源装置は、一般に、半導体発光素子を有する発光モジュールと、その発光モジュールを保持する樹脂製のホルダーとを備えている。

特開２０１２−２３０９１２号公報

近年、光源装置の高ワット化に伴い、発光時の半導体発光素子の温度上昇がより顕著になったため、ホルダーには高い耐熱性が求められるようになってきている。それ故、光源装置には、耐熱性の高いホルダーが採用され始めている。耐熱性の高いホルダーとしては、例えば難燃剤を含有する合成樹脂製のものが挙げられる。

ところで、耐熱性の高いホルダーを採用した場合に、これまでには無かったような問題が新たに生じるおそれがある。例えば、経年劣化による点灯不良のような問題が新たに生じるおそれがある。

本開示は、上記の課題に鑑み、耐熱性に優れたホルダーを用いているにもかかわらず点灯不良が生じ難い光源装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る光源装置は、発光モジュールと、カバーと、樹脂製のホルダーとを備える。発光モジュールは、半導体発光素子と、半導体発光素子が第１の主面に実装された実装基板とを有する。カバーは、実装基板の第１の主面側に配置され、発光モジュールを覆う。ホルダーは、実装基板の第２の主面側に配置され、発光モジュールを保持する。発光モジュールおよびホルダーを第１の主面側から見た場合に、ホルダーにおけるカバー内に位置する部分が、発光モジュールによって覆われている。

本開示に係る光源装置は、発光モジュールおよびホルダーを第１の主面側から見た場合に、ホルダーにおけるカバー内に位置する部分が、発光モジュールによって覆われている。そのため、半導体発光素子からの出射光がホルダーに届き難く、その出射光がホルダーに当たり難い。したがって、ホルダーが高温になる光源装置であってもホルダーから臭素が発生し難く、その結果、経年劣化による点灯不良が発生し難い。

実施の形態に係る光源装置を示す斜視図 実施の形態に係る光源装置を示す分解斜視図 実施の形態に係る光源装置のホルダーを示す平面図 実施の形態に係る光源装置の発光モジュールを示す平面図 実施の形態に係る光源装置のカバーを外した状態を示す平面図 図５におけるＡ−Ａ線断面図 図５におけるＢ−Ｂ線断面図 実施の形態に係る光源装置のカバーと発光モジュールとホルダーの配置関係を説明するための模式図 変形例１に係る光源装置のカバーと発光モジュールとホルダーとの配置関係を説明するための模式図 変形例２に係る光源装置のカバーと発光モジュールとホルダーとの配置関係を説明するための模式図

以下、本開示に係る光源装置の実施の形態を、図面に基づき説明する。なお、下記に開示される実施の形態はすべて例示であって、本開示に係る光源装置に制限を加える意図はない。

また、下記に開示される実施の形態では、必要以上の詳細な説明を省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項についての詳細な説明や、実質的に同一の構成についての重複する説明を、省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になるのを避けることで、当業者の理解を容易にするためである。

（全体構成）
図１は、実施の形態に係る光源装置を示す斜視図である。図１に示すように、実施の形態に係る光源装置１００は、丸型蛍光灯の代替品として使用される円盤形のＬＥＤランプである。光源装置１００は、例えば、照明器具（不図示）に取り付けて、ダウンライト、ウォールライト、スポットライトなどして使用される。

図２は、実施の形態に係る光源装置を示す分解斜視図である。図２に示すように、光源装置１００は、ホルダー１１０、ヒートシンク１２０、発光モジュール１３０、カバー１４０等を備える。

（ホルダー）
ホルダー１１０は、発光モジュール１３０に対して実装基板１３１の下面（第２の主面）１３１ｂ側に配置されており、発光モジュール１３０を保持している。

図３は、実施の形態に係る光源装置のホルダーを示す平面図である。

図３に示すように、ホルダー１１０は、底板部１１１と、一対の口金部１１２と、周壁部１１３とを有する。

底板部１１１は、略円形板状であって、その上面１１４には複数のねじ穴部１１５が設けられている。

一対の口金部１１２は、底板部１１１の周縁の２箇所に、底板部１１１を挟んで対向するように設けられている。各口金部１１２は、それぞれが有底の円筒形状であって、筒底部分にそれぞれ一対の口金ピン１５１が設けられている。一方の口金部１１２に設けられた一対の口金ピン１５１と、他方の口金部１１２に設けられた一対の口金ピン１５１とは、互いが平行かつ反対側に向けて突出するように設けられている。

周壁部１１３は、底板部１１１の上面１１４に、底板部１１１の周縁に沿って設けられている。周壁部１１３で囲繞された第１空間１１６内には、ヒートシンク１２０が収容されている。また、周壁部１１３の外周面には複数の爪部１１７が設けられており、周壁部１１３の内周面には１つの突起部１１８が設けられている。

ホルダー１１０の周壁部１１３は、一箇所において内側に窪んだ窪み部１１３ａを有する。窪み部１１３ａで三方を囲まれた第２空間１１９は、後述する電子部品１３３を収容するための空間である。

ホルダー１１０は、樹脂製である。具体的には、ホルダー１１０は、エンジニアリングプラスチック或いはシリコン樹脂等の合成樹脂製である。そして、その合成樹脂は、臭素系の難燃剤を含有しており、耐熱性を有する。より具体的には、ホルダー１１０は、エンジニアリングプラスチックの一例としてのポリブチレンテレフタレート樹脂製であって、ポリブチレンテレフタレート樹脂は臭素系の難燃剤を含有している。このような、臭素系の難燃剤を含有する合成樹脂製のホルダー１１０は、耐熱性に優れており、発光時に半導体発光素子の温度が高くなる高ワットタイプの光源装置１００に好適である。

（ヒートシンク）
図２に戻って、ヒートシンク１２０は、略円形板状であって、ホルダー１１０と発光モジュール１３０との間に配置されている。より具体的には、ホルダー１１０の底板部１１１と、ホルダー１１０周壁部１１３と、発光モジュール１３０の実装基板１３１とで囲まれた空間内に配置されている。

ヒートシンク１２０の上面１２１は、グリース（不図示）を介して発光モジュール１３０の実装基板１３１の下面１３１ｂと面接触している。ヒートシンク１２０と発光モジュール１３０とは、それらの間に介在するグリースを介して熱的に接続されている。

ヒートシンク１２０の下面１２２は、グリース（不図示）を介してホルダー１１０の底板部１１１と面接触している。ヒートシンク１２０とホルダー１１０とは、それらの間に介在するグリースを介して熱的に接続されている。

ヒートシンク１２０は、例えば、アルミニウム製である。なお、ヒートシンク１２０は、アルミニウム製のものに限定されないが、熱伝導性が良くかつ軽量であることが好ましい。

ヒートシンク１２０には、上面１２１から下面１２２まで貫通する複数の貫通孔１２３が設けられている。また、ヒートシンク１２０の上面１２１には、互いに形状の異なる２つの突起部１２４ａ，１２４ｂが設けられている。

さらに、ヒートシンク１２０の周縁の一箇所には、ホルダー１１０の突起部１１８の形状に合わせた形状の窪み部１２５が設けられている。ヒートシンク１２０がホルダー１１０の第１空間１１６内に収容された状態において、ホルダー１１０の突起部１１８とヒートシンク１２０の窪み部１２５とは嵌合している。これにより、第１空間１１６内におけるヒートシンク１２０のガタツキが抑えられている。

ヒートシンク１２０の周縁の一箇所には切欠部１２６が設けられている。この切欠部１２６は、後述する電子部品１３３を収容するための空間である。

（発光モジュール）
図４は、実施の形態に係る光源装置の発光モジュールを示す平面図である。図５は、実施の形態に係る光源装置のカバーを外した状態を示す平面図である。図６は、図５におけるＡ−Ａ線断面図である。図７は、図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。

図４〜図７に示すように、発光モジュール１３０は、実装基板１３１と、複数の半導体発光素子１３２と、複数の電子部品１３３，１３４とを有する。

実装基板１３１は、例えば、セラミックや熱伝導樹脂等からなる絶縁層とアルミニウム等からなる金属層との２層構造を有し、略円形板状である。実装基板１３１の上面（第１の主面）１３１ａには、複数の半導体発光素子１３２と、複数の電子部品１３３，１３４とが実装されている。また、実装基板１３１には配線パターン（不図示）と、配線パターンと電気的に接続された複数の接続端子１３５，１３６とが設けられている。各半導体発光素子１３２および各電子部品１３３，１３４は、配線パターンおよび各接続端子１３５，１３６を介して、各口金ピン１５１に接続された電源線１５２と電気的に接続されている。

図２に示すように、実装基板１３１には、ヒートシンク１２０の貫通孔１２３と対応する位置に、貫通孔１３７が設けられている。貫通孔１３７および貫通孔１２３に貫通させたねじ１６１を、ねじ穴部１１５のねじ穴にねじ込むことによって、発光モジュール１３０およびヒートシンク１２０はホルダー１１０固定されている。なお、発光モジュール１３０およびヒートシンク１２０は、接着剤や係合構造を利用してホルダー１１０に取り付けられていてもよい。

実装基板１３１には、ヒートシンク１２０の突起部１２４ａ，１２４ｂと対応する位置に、貫通孔１３８ａ，１３８ｂが設けられている。光源装置１００を組立てた状態において、貫通孔１３８ａと突起部１２４ａとが嵌合し、貫通孔１３８ｂと突起部１２４ｂとが嵌合する。嵌合箇所を２箇所設けることによって、ヒートシンク１２０に対して実装基板１３１がずれ動かないようになっている。また、形状の異なる貫通孔１３８ａ，１３８ｂおよび突起部１２４ａ，１２４ｂを設けることによって、ヒートシンク１２０に対して実装基板１３１の向きを間違えないようになっている。

実装基板１３１の周縁の一箇所には切欠部１３９が設けられている。この切欠部１３９は、電子部品１３３を収容するための空間である。

図５〜図７に示すように、ホルダー１１０の第２空間１１９と、ヒートシンク１２０の切欠部１２６と、実装基板１３１の切欠部１３９とは、ホルダー１１０に対しヒートシンク１２０および実装基板１３１を位置合わせした状態で全て重なる。ホルダー１１０の第２空間１１９と、ヒートシンク１２０の切欠部１２６と、実装基板１３１の切欠部１３９とは、形状が略一致している。

各半導体発光素子１３２は、ＬＥＤであって、それぞれの主出射方向をカバー１４０に向けた状態でマトリクス状に配列されている。なお、半導体発光素子１３２は、ＬＥＤに限定されず、例えばＬＤ（レーザダイオード）、ＥＬ素子（エレクトリックルミネッセンス素子）等であってもよい。また、半導体発光素子１３２のパッケージの構造は、砲弾型、表面実装（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＭＤ）型、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）型、パワーＬＥＤ型などいずれの構造であってもよい。

各半導体発光素子１３２で生じた熱は、実装基板１３１を介してヒートシンク１２０に伝導し、さらにヒートシンク１２０からホルダー１１０に伝導し、ホルダー１１０から外部へ放熱される。上述したように、実装基板１３１とヒートシンク１２０、および、ヒートシンク１２０とホルダー１１０が、それぞれグリースを介して面接触しているため、光源装置１００は高い放熱特性を有している。

なお、発光モジュール１３０とヒートシンク１２０とを電気的に絶縁するために、発光モジュール１３０とヒートシンク１２０との間に絶縁シート（不図示）などの絶縁部材を介在させてもよい。

複数の電子部品１３３，１３４は、点灯回路の各機能を達成するための部品である。点灯回路の機能としては、商用電源から供給された交流電力を直流電力に整流する整流回路としての機能や、整流回路により整流された直流電力の電圧値を調整する電圧調整回路としての機能がある。

点灯回路は、口金ピン１５１および半導体発光素子１３２と電気的に接続されており、口金ピン１５１を介して照明器具（不図示）から受電し、半導体発光素子１３２を発光させる。

複数の電子部品１３３，１３４のうち最も背が高いのは、本実施の形態においては電子部品１３３である。電子部品１３３は、例えば平滑回路を構成する電解コンデンサである。なお、電子部品１３３以外の電子部品１３４としては、チョークコイル、ＩＣ、ノイズフィルタ、抵抗、スイッチング素子（トランジスタ等）、コイル等が挙げられる。

（カバー）
図２に戻って、カバー１４０は、実装基板１３１の上面１３１ａ側に配置されており、発光モジュール１３０の上方を覆っている。

カバー１４０は、円形板状の本体部１４１と、本体部１４１の周縁から後方に向けて延出する短筒形状の周壁部１４２とを有し、全体として皿形状である。なお、カバー１４０の形状は上記に限定されず、ホルダー１１０の形状に合わせてどのような形状であってもよい。

カバー１４０は、例えば、アクリル樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、シリコン樹脂等の樹脂やガラス等の透光性材料製であって、白色半透明である。なお、カバー１４０は、半透明に限定されず透明であってもよく、色は無色であっても有色であってもよい。さらに、カバー１４０の表面には、出射光を拡散させるための複数の凹凸が設けられた光拡散加工が施されていてもよい。

カバー１４０は、発光モジュール１３０の上方を覆った状態で、ホルダー１１０の周壁部１１３に取り付けられている。カバー１４０の周壁部１４２の内周面には、ホルダー１１０の周壁部１１３に設けられた爪部１１７を係止させるための爪係止部（不図示）が形成されている。カバー１４０は、ホルダー１１０の爪部１１７を爪係止部に係止させることによって、ホルダー１１０に固定されている。

なお、本実施の形態では、爪部１１７と爪係止部とによる係止構造によってカバー１４０をホルダー１１０に固定しているが、固定方法は、ねじ止め、接着、圧入などであってもよいし、複数の方法を組み合わせてもよい。

（要部構成）
図８は、実施の形態に係る光源装置のカバーと発光モジュールとホルダーの配置関係を説明するための模式図である。図８に示すように、実装基板１３１の上面１３１ａ側から見た場合に、ホルダー１１０におけるカバー１４０内に位置する部分１１０Ａは、発光モジュール１３０によって覆われている。

ホルダー１１０におけるカバー１４０内に位置する部分１１０Ａについて、詳細に説明する。ホルダー１１０の周壁部１１３は、部分１１０Ａに含まれる。また、底板部１１１について、第１空間１１６に対応する部分１１１ａと、第２空間１１９に対応する部分１１１ｂと、周壁部１１３に対応する部分１１１ｃも、部分１１０Ａに含まれる。さらに、ねじ穴部１１５と、爪部１１７と、突起部１１８も、部分１１０Ａに含まれる。一方、底板部１１１における周壁部１１３より外側の部分１１１ｄと、口金部１１２とは、部分１１０Ａに含まれない。

部分１１０Ａが発光モジュール１３０によって覆われていることについて、より具体的に説明すると、部分１１０Ａのうちの、第２空間１１９に対応する部分１１１ｂは、発光モジュール１３０の電子部品１３３によって覆われている。一方、部分１１０Ａのうちの、第２空間１１９に対応する部分１１１ｂ以外の部分は、発光モジュール１３０の実装基板１３１によって覆われている。

上述したように、部分１１０Ａが発光モジュール１３０によって覆われているため、半導体発光素子１３２からの出射光が部分１１０Ａに届き難い。したがって、半導体発光素子１３２からの出射光が部分１１０Ａに当たり難い。

ここで、ホルダー１１０は、臭素系の難燃剤を含有する合成樹脂製である。ホルダー１１０が臭素系の難燃剤を含有する合成樹脂製の場合、ホルダー１１０が高温になっている状態においてホルダー１１０に高強度の光が長時間当たると、ホルダー１１０の表面に臭素成分が集まる。そして、ホルダー１１０の表面から遊離臭素が発生する。さらに、発生した遊離臭素が周囲の湿度の影響により臭素イオンに変化し、この臭素イオンによって銀製の配線パターンが腐食する。銀は腐食により導電性の悪い臭化銀へと変化するため、腐食が進むと配線パターンが断線する。すなわち、経年劣化により光源装置１００が点灯不良になる。このことを発明者はつきとめた。

これに対して、本実施の形態に係る光源装置１００の場合、ホルダー１１０におけるカバー１４０内に位置する部分１１０Ａに半導体発光素子１３２からの出射光が当たり難い。そのため、ホルダー１１０が高温になったとしても、ホルダー１１０から遊離臭素が発生し難い。したがって、経年劣化による点灯不良が発生し難い。

なお、寸法誤差程度の僅かな範囲であれば、ホルダー１１０におけるカバー１４０内に位置する部分１１０Ａの一部が、発光モジュール１３０からはみ出していてもよい。僅かな範囲であれば、半導体発光素子１３２からの出射光が当たっても、発生する遊離臭素の量は微々たるものであり、その発生によって配線パターンが断線することはないからである。

次に、ヒートシンクについてであるが、本開示に係る光源装置において、ヒートシンクを備えることは必須ではない。ただし、本開示の構成によって得られる効果は、ヒートシンクを備える光源装置においてより顕著である。なぜなら、ヒートシンクを備える光源装置の場合、半導体発光素子の熱が実装基板を介してホルダーへ伝わり易いため、ホルダーが高温になりやすいからである。

ところで、本実施の形態に係る光源装置１００では、部分１１０Ａの一部がヒートシンクの周縁からはみ出している。具体的には、周壁部１１３と、底板部１１１における部分１１１ｂと、底板部１１１における部分１１１ｃと、爪部１１７と、突起部１１８とがヒートシンクの周縁からはみ出している。そのようなヒートシンク１２０からはみ出した部分には、半導体発光素子１３２からの出射光が当たり易い。しかしながら、光源装置１００では、そのはみ出した部分が実装基板１３１によって覆われているため、そのはみ出した部分であっても半導体発光素子１３２からの出射光が当たり難い。したがって、そのはみ出した部分から遊離臭素が発生することがなく、光源装置１００が経年劣化により点灯不良になり難い。

［変形例］
以上、本開示の構成を、実施形態に基づいて説明したが、本開示は上記実施の形態に限られない。また、上記実施の形態に記載した材料、数値などは好適なものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本開示の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、光源装置の構成に適宜変更を加えることは可能である。

本開示に係る光源装置において、ホルダーの形状は任意である。発光モジュールおよびホルダーを実装基板の第１の主面側から見た場合に、ホルダーにおけるカバー内に位置する部分が、発光モジュールによって覆われていればよい。

例えば、図９に示す変形例１に係る光源装置２００のホルダー２１０は、周壁部を有しておらず、全体がカバー２４０内に位置する構成であるが、このような形状のホルダー２１０であってもよい。ホルダー２１０は、カバー２４０内に位置する部分のうちの中央部２１０ａがヒートシンク２２０に覆われており、周縁部２１０ｂがヒートシンク２２０の周縁からはみ出している。このようなホルダー２１０でも、ヒートシンク２２０に覆われていない周縁部２１０ｂが発光モジュール２３０の実装基板２３１に覆われているため、半導体発光素子２３２からの出射光が周縁部２１０ｂに当たり難くなっている。したがって、ホルダー２１０が臭素系の難燃剤を含有する合成樹脂製であっても、点灯不良が生じ難い。

また、本開示に係る光源装置は、上述したように、ヒートシンクを備えていなくてもよい。例えば、図１０に示す変形例２に係る光源装置３００はヒートシンクを備えていない。光源装置３００のホルダー３１０は、その全体がカバー３４０内に位置する。そして、ホルダー３１０の全体が発光モジュール３３０の実装基板３３１に覆われている。そのため、ホルダー３１０に半導体発光素子３３２からの出射光が当たり難くなっている。したがって、ホルダー３１０が臭素系の難燃剤を含有する合成樹脂製であっても、点灯不良が生じ難い。

本開示に係る光源装置は、照明用途全般に広く利用可能である。

１００，２００，３００ 光源装置
１１０，２１０，３１０ ホルダー
１１０Ａ ホルダーにおけるカバー内に位置する部分
１１１ 底板部
１１１ａ 第１空間に対応する部分
１１１ｂ 第２空間に対応する部分
１１１ｃ 周壁部に対応する部分
１１１ｄ 周壁部より外側の部分
１１２ 口金部
１１３ 周壁部
１１３ａ 窪み部
１１４ 上面
１１５ ねじ穴部
１１６ 第１空間
１１７ 爪部
１１８ 突起部
１１９ 第２空間
１２０，２２０ ヒートシンク
１２１ 上面
１２２ 下面
１２３ 貫通孔
１２４ａ 突起部
１２４ｂ 突起部
１２５ 窪み部
１２６ 切欠部
１３０，２３０，３３０ 発光モジュール
１３１，２３１，３３１ 実装基板
１３１ａ 上面（第１の主面）
１３１ｂ 下面（第２の主面）
１３２，２３２，３３２ 半導体発光素子
１３３ 電子部品
１３４ 電子部品
１３５，１３６ 接続端子
１３７ 貫通孔
１３８ａ 貫通孔
１３８ｂ 貫通孔
１３９ 切欠部
１４０，２４０，３４０ カバー
１４１ 本体部
１４２ 周壁部
２１０ａ 中央部
２１０ｂ 周縁部

Claims (5)

1. 半導体発光素子と前記半導体発光素子が第１の主面に実装された実装基板とを有する発光モジュールと、前記実装基板の前記第１の主面側に配置され前記発光モジュールを覆うカバーと、前記実装基板の第２の主面側に配置され前記発光モジュールを保持する樹脂製のホルダーとを備え、
   前記発光モジュールおよび前記ホルダーを前記第１の主面側から見た場合に、前記ホルダーにおける前記カバー内に位置する部分が、前記発光モジュールによって覆われている
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記発光モジュールは、電子部品をさらに備え、
   前記発光モジュールおよび前記ホルダーを前記第１の主面側から見た場合に、前記ホルダーにおける前記カバー内に位置する部分が、前記実装基板および前記電子部品によって覆われている
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記発光モジュールと前記ホルダーとの間に配置されたヒートシンクをさらに備え、
   前記ヒートシンクおよび前記ホルダーを前記第１の主面側から見た場合に、前記ホルダーにおける前記カバー内に位置する部分の一部が、前記ヒートシンクの周縁からはみ出している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記ホルダーは、板状の底板部と、前記底板部に前記底板部の周縁に沿って設けられた周壁部とを有し、
   前記ヒートシンクは、前記周壁部の内側に配置されており、
   前記発光モジュールおよび前記ホルダーを前記第１の主面側から見た場合に、前記周壁部が前記実装基板によって覆われている
   ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記ホルダーは、臭素系の難燃剤を含有する合成樹脂製である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光源装置。

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