JP5102455B2

JP5102455B2 - Ｌｅｄ発光装置

Info

Publication number: JP5102455B2
Application number: JP2006059871A
Authority: JP
Inventors: 昌順池田; 和貴吉田; 悦雄谷辺
Original assignee: Idec Corp
Current assignee: Idec Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007242711A

Description

本発明は、ＮＣ旋盤機などの機械装置に組み込まれる機内照明や読書灯などの照明器具に使用されるＬＥＤ発光装置に関するものである。

従来、ＮＣ旋盤機などの機械装置に組み込まれる機内照明や読書灯などの照明器具に使用されるＬＥＤ発光装置１’として、図８及び図９に示すように複数のＬＥＤ素子２をプリント基板３上に整列配置したものがある。図８のＬＥＤ発光装置１’は、ＬＥＤ素子２として指向角３０〜４０°程度の砲弾型ＬＥＤを使用したものであり、図９のＬＥＤ発光装置１’は、ＬＥＤ素子２として指向角１１０〜１２０°程度の面実装型ＬＥＤを使用したものである。

図８及び図９に示す従来のＬＥＤ発光装置１’は、１つのＬＥＤ素子２に１つのＬＥＤチップ（図示略）しか搭載していないため、単位面積あたりの光度が小さいという問題がある。そこで、本発明者らは、複数（例えば８個）のＬＥＤチップを搭載したＬＥＤ素子２を使用することで単位面積あたりの光度を大きくしようと考えた。ところが、複数のＬＥＤチップを搭載したＬＥＤ素子２を使用すると、ＬＥＤチップが増加した分だけ発熱量が大きくなるため、ＬＥＤ素子２の光度劣化が激しく短寿命になるという問題が生じた。

従来は、プリント基板３としてガラスエポキシなどの樹脂製のものを使用していたため、ＬＥＤ素子２の放熱性が低く短寿命になるという問題があった。そこで、プリント基板３として金属製のものを使用することにより、ＬＥＤ素子２の放熱性を高めて長寿命化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−０５７４４６号公報

金属製のプリント基板３を使用すると、ＬＥＤ素子２の放熱性は高まる反面、ＬＥＤ素子２をプリント基板３に半田付けする際に半田熱がプリント基板３に奪われるので半田付けの作業性が低下する。また、金属製のプリント基板３は、ガラスエポキシなどの樹脂性のプリント基板３に比べて高価であるため、ＬＥＤ素子２の配列などのバリエーション展開が容易ではない。

本発明は斯かる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、バリエーション展開が容易な樹脂製のプリント基板を使用しつつＬＥＤ素子の放熱作用を向上させることにより、ＬＥＤ素子の光度劣化を抑制し長寿命化を図ったＬＥＤ発光装置を提供することにある。

本発明に係るＬＥＤ発光装置は、上記目的を達成するため、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップが表面側に実装される本体部と該本体部から延出し途中で折り曲げられて本体部の底部側に延びるリード部とを備えたリードフレームと、前記本体部の表面側を少なくともＬＥＤチップを含んで被覆すると共に本体部の裏面全体を被覆する樹脂製のハウジングとを備えたＬＥＤ素子と、前記リード部の折曲部が接続され前記ＬＥＤ素子が実装されるプリント基板と、を備えたＬＥＤ発光装置であって、前記ＬＥＤ素子のハウジング底部に装着される放熱ピンと、プリント基板に穿設された挿通孔に放熱ピンを挿し通して放熱ピンの先端が接続される放熱板とを備え、前記放熱板は、放熱ピン、ＬＥＤ素子及びプリント基板を収容するケーシングであることを特徴とする。

上記のＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤチップにて発生した熱がＬＥＤ素子から放熱ピンを介して放熱板に伝達され、放熱板から外部へ放熱される。このように、ＬＥＤチップにて発生した熱を放熱させることで、ＬＥＤ素子の蓄熱が抑制され、ＬＥＤ素子の光度劣化を抑制して長寿命化を図ることができる。

また、本発明に係るＬＥＤ発光装置は、前記ＬＥＤ素子のハウジング底部に凹部を設け、該凹部に充填した熱伝導性接着剤にて前記放熱ピンを前記ＬＥＤ素子に装着したことを特徴とする。

上記のＬＥＤ発光装置は、前記ＬＥＤ素子の底部に凹部を設けて凹部の形成箇所を可能な限り薄く形成してある。そして、凹部に熱伝導性接着剤を充填することで、ＬＥＤ素子の凹部を除く他の部分よりも凹部の熱伝導効率を高めてある。このような凹部に放熱ピンを接続することでＬＥＤチップから凹部に充填した熱伝導性接着剤を介して放熱ピンへ熱を逃がしやすくなる。

また、本発明に係るＬＥＤ発光装置は、前記放熱ピンが、プリント基板の挿通孔に挿し通す挿通部と、ＬＥＤ素子に接続される接続部とを有し、接続部を挿通部よりも大径としたことを特徴とする。

上記のＬＥＤ発光装置は、前記放熱ピンの接続部を挿通部よりも大径とすることで、放熱ピンの集熱作用が増大するので、ＬＥＤ素子から放熱ピンへ熱を逃がしやすくなる。

また、本発明に係るＬＥＤ発光装置は、前記放熱ピンの挿通部先端が熱伝導性接着剤にて放熱板に接続されていることを特徴とする。
また、本発明に係るＬＥＤ発光装置は、前記プリント基板と放熱板との間に絶縁体からなるスペーサを介在させ、前記放熱ピンの挿通部がプリント基板及びスペーサを挿し通し、放熱ピンが外部に露出することなく放熱板と熱的結合していることを特徴とする。

上記のＬＥＤ発光装置は、プリント基板と放熱板との間に絶縁体からなるスペーサを介在させることで、プリント基板と放熱板との間の絶縁性を担保してある。したがって、プリント基板と放熱板の相互間距離を絶縁距離よりも短くすることができ、ＬＥＤ発光装置の小型化を図ることができる。また、スペーサによって、プリント基板と放熱板とのガタツキを抑制することができ、ＬＥＤ発光装置の指向性を高めることもできる。

本発明によれば、ＬＥＤチップにて発生した熱が放熱ピンを介して放熱板に伝達され、ＬＥＤ素子の蓄熱を抑制できるので、ＬＥＤ素子の光度劣化を抑制できると共に長寿命化を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るＬＥＤ発光装置の実施形態について説明する。

図１は本発明に係るＬＥＤ発光装置１の一実施形態を示す平面図で、図２は図１のＡ−Ａ線側から見た側面図で、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図で、図４は図１のＡ−Ａ線と平行な線であって、ＬＥＤ素子２を通る線における断面図である。各図に示すように、このＬＥＤ発光装置１は、複数のＬＥＤ素子２が整列配置された樹脂製のプリント基板３を放熱板としてのケーシング５に取り付けたものである。

ＬＥＤ素子２は、図４に示すように、複数のＬＥＤチップ４が配置されたリードフレーム６と、リードフレーム６をモールドする樹脂製のハウジング７と、リードフレーム６上に配置されたＬＥＤチップ４を被覆する蛍光体８と、ハウジング７の底部に装着される放熱ピン９とを主要な構成要素として備え、絶縁ワッシャ１０を介してプリント基板３に装着される。

リードフレーム６は、複数のＬＥＤチップ４が配置される本体部６ａと、本体部６ａから延び出た一対のリード部６ｂ，６ｂとからなる。本体部６ａは、例えば円板状とされ、その上面に複数のＬＥＤチップ４が適宜整列配置される。この実施形態では、例えば図５に示すように、８個のＬＥＤチップ４を楕円周上に配置すると共に２個のＬＥＤチップ４を前記楕円の中央部であって楕円の短径方向に所定の間隔を隔てて配置してある。各リード部６ｂ，６ｂは、プリント基板３に接続される部位であって、細線状に形成され、本体部６ａから折り曲げてＬＥＤ素子２の底面側へ延在させてある。そして、各リード部６ｂ，６ｂは、プリント基板３に穿設された挿通孔３ａ，３ａに挿し通して半田付けされる。

ハウジング７は、リードフレーム６の本体部６ａの表面側であってＬＥＤチップ４が配置される中央部を除く周縁部を被覆すると共に、本体部６ａの裏面全体を被覆する構成とされる。ハウジング７の表面側は擂鉢状に形成され、この擂鉢部７ａの傾斜角により、ＬＥＤ素子２の指向角が設定される。ハウジング７の擂鉢部７ａには蛍光体８が充填され、リードフレーム６のＬＥＤチップ４が配置される中央部を封止してある。蛍光体８は、所望の色（例えば黄色）に着色された樹脂（例えばシリコン樹脂やエポキシ樹脂など）からなっている。こうすることで、蛍光体８の色とＬＥＤチップ４の発光色（例えば青色）が合成され、ＬＥＤ素子２の蛍光体８部分が所望の色（例えば白色）に光るようになっている。

ハウジング７の底部には、放熱ピン９を植設するための凹部１１を形成してある。この凹部１１は、放熱ピン９を嵌合させる大径孔１１ａと、大径孔１１ａの中央部に穿設された小径孔１１ｂとからなる異径孔構造とされ、小径孔１１ｂに充填した接着剤１２ａにて放熱ピン９が固着される。接着剤１２ａとしては、シリコン等の熱伝導性に優れたものが使用される。

放熱ピン９は、ＬＥＤチップ４にて発生した熱をケーシング５へ逃がすための部材で、例えば金属（アルミニウムや銅など）やセラミックなどの熱伝導性に優れた材料からなっている。プリント基板３には、各リード部６ｂ，６ｂを挿し通す挿通孔３ａ，３ａの相互間に、前記挿通孔３ａ，３ａよりも大径の挿通孔３ｂを形成してある。放熱ピン９は、この大径の挿通孔３ｂに挿し通す挿通部９ａと、ＬＥＤ素子２のハウジング７の底部に接続される接続部９ｂとを有し、接続部９ｂを挿通部９ａよりも大径に形成してある。接続部９ｂは、ハウジング７の底部の大部分に渡って形成された大径孔１１ａに嵌合される。詳しくは、リードフレーム６のＬＥＤチップ４が配置される領域と対応するように該領域の真下に形成された大径孔１１ａに接続部９ｂが嵌合される。このように放熱ピン９の接続部９ｂをＬＥＤチップ４が配置される領域と対応するように形成することで、放熱ピン９の集熱作用が向上し、ＬＥＤチップ４にて発生した熱を逃がしやすくなる。しかも、本実施形態の場合は、接続部９ｂをハウジング７に嵌合させて接触面積を大きくとっているので、放熱ピン９の集熱作用がより一層向上する。ちなみに、ハウジング７の小径孔１１ｂは、放熱ピン９の挿通部９ａとほぼ同径でかつ挿通部９ａの延長上に形成してある。ハウジング７において最も熱が集中するのはその中央部であり、また、放熱ピン９において最も熱伝導経路が短くなるのは、接続部９ｂの中央部から挿通部９ａに至る部分である。かかる観点から、ハウジング７の中央部に小径孔１１ｂを形成してハウジング７の中央部の肉厚を薄く形成すると共に、小径孔１１ｂにハウジング７を構成する樹脂よりも熱伝導性に優れたシリコン系接着剤１２ａを充填することにより、ＬＥＤチップ４にて発生した熱が放熱ピン９に伝わりやすくなる。

上記の如く構成されたＬＥＤ素子２は、絶縁ワッシャ１０を介してプリント基板３の挿通孔３ｂに放熱ピン９を挿し通すと共に、プリント基板３の挿通孔３ａ，３ａに挿し通したリード部６ｂ，６ｂを半田付けすることによりプリント基板３に装着される。プリント基板３の表面には、図１に示すように、適宜の電極パターン３ｃを設けてある。複数のＬＥＤ素子２が装着されたプリント基板３は、スペーサ１３を介してケーシング５に装着される。

ケーシング５は、ＬＥＤチップ４にて発生した熱をＬＥＤ発光装置１の外部へ逃がすための部材で、各ＬＥＤ素子２から延び出した放熱ピン９の挿通部９ａの先端が接続される。この実施形態では、ケーシング５としてアルミニウムからなる樋状のものを使用している。ケーシング５には、放熱ピン９の挿通部９ａを接続する貫通孔５ａを設けてあり、貫通孔５ａに充填した接着剤１２ｂにて放熱ピン９が固着される。接着剤１２ｂとしては、シリコン等の熱伝導性に優れたものが使用される。スペーサ１３は、ゴムや樹脂等の絶縁体からなり、プリント基板３とケーシング５の間に介在させて、プリント基板３とケーシング５の絶縁性を担保するものである。また、スペーサ１３によって、プリント基板３とケーシング５とのガタツキを抑制することができ、ＬＥＤ発光装置１の指向性を高めることもできる。

本実施形態のＬＥＤ発光装置１は、上記の如く構成され、ＬＥＤチップ４にて発生した熱が放熱ピン９を介してケーシング５に伝達され、ケーシング５から外部へ放熱される。このように、ＬＥＤチップ４にて発生した熱を放熱させることで、ＬＥＤ素子２の蓄熱が抑制され、ＬＥＤ素子２の光度劣化を抑制して長寿命化を図ることができる。また、ハウジング７の底部に凹部１１を設けてハウジング７の一部を薄く形成し、かつ、該凹部１１の小径孔１１ｂに熱伝導性接着剤１２ａを充填することで、ＬＥＤ素子２から放熱ピン９への熱伝導効率を高めてある。さらに、放熱ピン９をハウジング７の底部に形成した凹部１１の大径孔１１ａに植設し、ハウジング７と放熱ピン９の接触面積を増加させることによっても、ＬＥＤ素子２から放熱ピン９へ熱を逃がしやすくなる。さらにまた、放熱ピン９の接続部９ｂを挿通部９ａよりも大径に形成することで、放熱ピン９の製造コストを抑制しつつ集熱作用を向上させることもできる。

以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。上記実施形態では、ＬＥＤ素子２が外部に露出されているが、例えば図６に示すように、ケーシング５の開口部を拡散板１４にて閉塞し、ＬＥＤ素子２が外部に露出されないようにしても構わない。図６では、ケーシング５の各壁部５ｂ，５ｂの内面に設けた溝５ｃ，５ｃに拡散板１４を嵌め付けてケーシング５の開口部を閉塞してある。拡散板１４は、ケーシング５の開口部を閉塞する蓋として機能するほか、拡散板１４の全域からほぼ一様に光が照射されるように複数のＬＥＤ素子２の光を拡散させる機能も有する。また図６では、ケーシング５の底面の両端にレール（例えばＤＩＮレール）５ｄ，５ｄを設けてあり、このレール５ｄ，５ｄに図示外の電源や端子台をワンタッチで取り付けられるようにしてある。

また、上記実施形態では、放熱板としてのケーシング５を樋状に形成してあるが、ケーシング５は平板状の底部分だけでも放熱板としての機能を十分に発揮することができる。例えば図７に示すＬＥＤ発光装置１は、平板状に形成された放熱板５にプリント基板３を装着したものであって、該ＬＥＤ発光装置１をガラス管１５に封入してある。ガラス管１５の内部には、ＬＥＤ発光装置１と共に定電流電源１６が収容され、ガラス管１５の開口部をゴム栓１７にて閉塞してある。また、放熱板５の端部には、ゴム栓１７に挿し通してガラス管１５の外部に延在させる放熱部５ｅを設けてある。このようにＬＥＤ発光装置１をガラス管１５に封入して防水・防油構造とすることで、水や油を使用する機械装置の機内照明としても使用することができる。

本発明に係るＬＥＤ発光装置の一実施形態を示す平面図である。本発明に係るＬＥＤ発光装置の一実施形態を示す側面図であって、図１のＡ−Ａ線方向から見た図である。本発明に係るＬＥＤ発光装置の一実施形態を示す縦断面図であって、図１のＢ−Ｂ線断面図である。本発明に係るＬＥＤ発光装置の一実施形態を示す縦断面図であって、図１のＡ−Ａ線と平行でかつＬＥＤ素子を通る線における断面図である。ＬＥＤ素子の平面図である。本発明に係るＬＥＤ発光装置の第１の変形例を示す縦断面図である。本発明に係るＬＥＤ発光装置の第２の変形例を示す平面図である。砲弾型ＬＥＤ素子を使用した従来のＬＥＤ発光装置の一例を示す側面図である。面実装型ＬＥＤ素子を使用した従来のＬＥＤ発光装置の一例を示す側面図である。

符号の説明

１ＬＥＤ発光装置
２ＬＥＤ素子
３プリント基板
３ａ，３ａ挿通孔
３ｂ挿通孔
４ＬＥＤチップ
５ケーシング（放熱板）
６リードフレーム
６ａ本体部
６ｂ，６ｂリード部
７ハウジング
８蛍光体
９放熱ピン
９ａ挿通部
９ｂ接続部
１０絶縁ワッシャ
１１凹部
１２ａ，１２ｂ接着剤
１３スペーサ

Claims

ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップが表面側に実装される本体部と該本体部から延出し途中で折り曲げられて本体部の底部側に延びるリード部とを備えたリードフレームと、前記本体部の表面側を少なくともＬＥＤチップを含んで被覆すると共に本体部の裏面全体を被覆する樹脂製のハウジングとを備えたＬＥＤ素子と、
前記リード部の折曲部が接続され前記ＬＥＤ素子が実装されるプリント基板と、
を備えたＬＥＤ発光装置であって、
前記ＬＥＤ素子のハウジング底部に装着される放熱ピンと、プリント基板に穿設された挿通孔に放熱ピンを挿し通して放熱ピンの先端が接続される放熱板とを備え、
前記放熱板は、放熱ピン、ＬＥＤ素子及びプリント基板を収容するケーシングであることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
前記ＬＥＤ素子のハウジング底部に凹部を設け、該凹部に充填した熱伝導性接着剤にて前記放熱ピンを前記ＬＥＤ素子に装着したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
前記放熱ピンが、プリント基板の挿通孔に挿し通す挿通部と、ＬＥＤ素子に接続される接続部とを有し、接続部を挿通部よりも大径としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。
前記放熱ピンの挿通部先端が熱伝導性接着剤にて放熱板に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ発光装置。
前記プリント基板と放熱板との間に絶縁体からなるスペーサを介在させ、前記放熱ピンの挿通部がプリント基板及びスペーサを挿し通し、放熱ピンが外部に露出することなく放熱板と熱的結合していることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。