JP5531209B2 - LED substrate, LED lighting unit and LED lighting device - Google Patents
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Description
この発明は、LEDを装着した基板(以下、LED基板という)、このLED基板を用いたLED照明ユニット及び該LED照明ユニットを複数個連接して構成したLED照明装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate on which an LED is mounted (hereinafter referred to as an LED substrate), an LED illumination unit using the LED substrate, and an LED illumination device configured by connecting a plurality of the LED illumination units.
近年、発光ダイオード(以下、LEDという)の研究、技術開発が凄まじい勢いで進み、その成果として、より範囲の広い用途で使用可能なLEDが開発されて、最近では、照明技術の分野においても、このLEDが光源として使用されるようになって来ている。
LEDが照明技術に使用されると、LEDは、これまでの白熱電球、蛍光灯などの光源と比べて、エネルギ効率が極めて高く、そのLED素子の寿命も長く、消費電力が少ないなどの特質を備え、しかもLED素子単体が非常に小さいので、小スペースに実装できるなどのメリットがある。
このLEDは、消費電力が小さいと云えども高出力のものになると、LEDに熱が蓄熱されてLED素子の温度が上昇する。特に、狭い実装スペースに高出力のLEDを多数個配設すると、その温度上昇が速く異常過熱されることがある。このLEDは、半導体デバイスであることから異常過熱されると、その特性が変化して、例えば発光効率が低下するなどの障害が発生する。この対策として、照明装置に使用されるLED照明用基板には、LEDから発生する熱を効率よく外部へ放熱させる放熱手段が設けられている。
In recent years, research and technology development of light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) has progressed tremendously, and as a result, LEDs that can be used in a wider range of applications have been developed. Recently, in the field of lighting technology, This LED has come to be used as a light source.
When LEDs are used in lighting technology, they have characteristics such as extremely high energy efficiency, long life of LED elements, and low power consumption compared to conventional light sources such as incandescent bulbs and fluorescent lamps. In addition, since the LED element alone is very small, there is an advantage that it can be mounted in a small space.
Even if this LED has low power consumption, but becomes high output, heat is stored in the LED, and the temperature of the LED element rises. In particular, when a large number of high-power LEDs are arranged in a narrow mounting space, the temperature rises quickly and abnormal overheating may occur. Since this LED is a semiconductor device, when it is abnormally overheated, its characteristics change, causing a failure such as a decrease in luminous efficiency. As a countermeasure, the LED lighting substrate used in the lighting device is provided with a heat radiating means for efficiently radiating the heat generated from the LED to the outside.
図8は、既に公知のLED照明用基板を示し、図8(a)は概略平面図、図8(b)は側面図である。
このLED照明用基板40は、LED41と、このLEDが装着される矩形状のプリント配線基板40と、一対の第1、第2の電気コネクタ46A、46Bとを備え、前記プリント配線基板40は、その表面の略中央部にLED41及び同じ面の一端に第1の電気コネクタ46A及び他端に第2の電気コネクタ46Bが配設されて、これらがプリント配線基板表面に設けられた絶縁被膜上の配線パターン45A、45B、45Cによって電気的に接続された構成となっている。LED41は、内部に複数個の発光素子が内蔵され、外部に複数本の端子が導出されて、これらの端子が配線パターン45A、45Bに接続されている。すなわち、複数個の発光素子は、配線パターン45A、45B間に直列接続されている。
プリント配線基板40は、対向する長辺及びこの長辺端を互いに連結した短辺を有する矩形状の比較的肉厚の厚いアルミニウムからなる基材43と、この基材の上面に塗布された絶縁被膜層44と、この絶縁被覆層44上に配線された配線パターン45A、45B、45Cとで形成されている。また、このプリント配線基板40は四隅近傍に機器などに取付ける取付け孔421が形成されている。このプリント配線基板40への部品の取付けは、まず、基板中央部の絶縁被覆層44の上に形成されたランド45D上にLED41の底面が半田により固定され、LED41の両端子が配線パターン45A、45Bに電気的接続がなされる。一方の短辺側には、第1の電気コネクタ46Aが固定されて、該電気コネクタ内の端子がLED41に接続された配線パターンに電気的に接続される。他方の短辺側には、第2の電気コネクタ46Bが固定されて、該電気コネクタ内の端子がLED41に接続された配線パターンに電気的に接続される。第1の電気コネクタ46Aは、不図示の電源に接続され、第2の電気コネクタ46Bは連接される他のLED照明用基板(図示省略)に接続される。
FIG. 8 shows an already known LED illumination substrate, in which FIG. 8 (a) is a schematic plan view and FIG. 8 (b) is a side view.
The
The printed
また、下記特許文献1には、所定大きさのダイヤモンド基板を用いて、このダイヤモンド基板上にLEDを接着剤で固定したLED面発光装置が開示されている。
さらに、下記特許文献2には、フレキシブルプリント基板を用い、このフレキシブルプリント基板にLEDを固定した面状照明装置が開示されている。
Further,
上記公知のLED照明基板40は、LEDがプリント配線基板上に搭載され、このプリント配線基板が高価なものとなるので、基板全体のコスト低減が困難になっている。特に、LED照明基板が照明ユニットに装着されて、この照明ユニットが多数個併設された照明装置になると、その装置全体のコストが高騰する。また、LEDはプリント配線基板に設けられた絶縁層の上に形成された導電パターンであるランド上に固定されるので、LEDからの熱が基材に伝導し難く、そのために放熱効果が悪くなる。さらに、LEDが装着された配線基板の表面に一対の電気コネクタが装着されているので、このLED用基板が照明ハウジングに収容されると、ハウジング内での光反射の障害になり、しかも拡散パネルなどにその形状が写し出されて照明品質が低下するなどの課題がある。
In the known
また、上記特許文献1のLED面発光装置は、ダイヤモンドが電気的に絶縁体でありながら熱伝導率が非常に高いので、LEDから発生した熱が接着層を介してダイヤモンド基板に伝達されて外部へ効率よく放出される。しかしながら、このLED基板は、高価なダイヤモンドを使用しなければならないので、LED基板の価格が高騰し、例示されている手術用照明装置などの特殊用途以外にはその使用が難しいものとなっている。さらに、上記特許文献2の面状照明装置は、導光パネルを使用するエッジ型のバックライトに好適であるが、一般の照明装置に使用することができない。近年、様々なタイプのLEDが開発されて来ているが、特殊構造のものは一般にその価格が高く、一般の照明装置に使用すると装置価格が高騰しコストの低減ができない課題がある。
Further, the LED surface light emitting device of
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、汎用性が高く比較的安価なLEDを用いて、このLEDからの発熱を効率よく放熱でき、しかも基板を安価に構成できるLED基板を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記目的を備えたLED基板を用いて、均一な照明光を得ることができるとともに薄型で安価なLED照明ユニット及びこのLED照明ユニットを備えたLED照明装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and the object of the present invention is to use an LED that is versatile and relatively inexpensive, and can efficiently dissipate heat generated from the LED. And it is providing the LED board which can comprise a board | substrate cheaply.
Another object of the present invention is to provide a thin and inexpensive LED lighting unit and an LED lighting device including the LED lighting unit, which can obtain uniform illumination light by using an LED substrate having the above object. There is.
前記課題を解決するために、本願のLED基板に係る発明は、発光ダイオード(以下、LEDという)と、前記LEDが装着される取付け基板と、前記取付け基板面に配設される配線基板とを備え、前記取付け基板は、所定の肉厚及び面積を有する放熱板からなり、前記配線基板は、LED接続線が配設された絶縁シート からなり、前記取付け基板は、前記放熱板の一面が所定面積の第1、第2のエリアが区画されて、前記第1、第2のエリアのいずれか一方のエリアに前記配線基 板が配設され、他のエリアに電気導電層が設けられ、該電気導電層又は空きスペースに前記LEDが放熱面により直接に固定され、前記LEDの一方の端子が前記LED接続線に、他方の端子が前記電気導電層にそれぞれ接続され、前記配線基板には、連接される他のLED照明基板へ直列接続される送り線が配設され、前記配線基板の前記LED接続線及び送り線は、各配線の端部に外部配線に接続される配線端子が設けられて、前記取付け基板は、前記配線基板の配線端子に対応する箇所に該取付け基板を貫通する貫通孔又は細溝が形成されて、前記配線基板が配設される面と反対面に位置する貫通孔又は細溝を囲む箇所に電気コネクタが装着されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, an invention related to an LED substrate of the present application includes a light emitting diode (hereinafter referred to as LED), a mounting substrate on which the LED is mounted, and a wiring substrate disposed on the mounting substrate surface. The mounting board is made of a heat sink having a predetermined thickness and area, the wiring board is made of an insulating sheet provided with LED connection lines, and the mounting board has a predetermined surface on the heat sink. First and second areas are divided, the wiring board is disposed in one of the first and second areas, and an electrically conductive layer is disposed in the other area. The LED is directly fixed to the electrically conductive layer or the empty space by the heat dissipation surface, one terminal of the LED is connected to the LED connection line, the other terminal is connected to the electrically conductive layer, and the wiring board includes: Articulated A feed line connected in series to another LED lighting board is provided, and the LED connection line and the feed line of the wiring board are provided with a wiring terminal connected to an external wiring at an end of each wiring, The mounting board is formed with a through hole or a narrow groove penetrating the mounting board at a position corresponding to the wiring terminal of the wiring board, and a through hole or a surface located on a surface opposite to the surface on which the wiring board is disposed. An electrical connector is attached to a portion surrounding the narrow groove .
上記のLED基板は、前記電気導電層が、前記放熱板の一面全面に設けられて、前記電気導電層上に前記配線基板及び前記LEDが設けられていることを特徴とする。 The LED substrate is characterized in that the electrically conductive layer is provided on the entire surface of the heat radiating plate, and the wiring substrate and the LED are provided on the electrically conductive layer.
上記のLED基板は、前記放熱板は、アルミニウム、前記電気導電層は銅又は金などの金属材で形成されていることを特徴とする。 In the LED substrate, the heat dissipation plate is formed of aluminum, and the electric conductive layer is formed of a metal material such as copper or gold.
本願のLED照明ユニットに係る発明は、LEDと、前記LEDが底部に装着されて開口を有し内壁面が反射材で形成されたハウジングと、前記ハウジングの開口を覆い高い反射率を有する光学反射板とを備え、前記光学反射板は、前記LEDの真上部分に所定面積の中央反射部及び該中央反射部の外周囲に外方反射部が形成されて、前記ハウジングは、前記底部に前記LEDの発光部を露出させる露出孔及び該露出孔の周囲付近の底部背面壁に該底部材と一体形成の係止手段が設けられて、前記係止手段で上記のLED基板が固定されていることを特徴とする。 The invention relating to the LED lighting unit of the present application includes an LED, a housing in which the LED is mounted on the bottom and having an opening and an inner wall surface formed of a reflective material, and an optical reflection having high reflectivity covering the opening of the housing. The optical reflection plate has a central reflection portion having a predetermined area directly above the LED, and an outer reflection portion formed on the outer periphery of the central reflection portion, and the housing is formed on the bottom portion of the optical reflection plate. The exposure hole that exposes the light emitting part of the LED and a locking means integrally formed with the bottom member are provided on the bottom back wall near the periphery of the exposure hole, and the LED board is fixed by the locking means. It is characterized by that.
上記のLED照明ユニットは、前記中央反射部は、前記LED真上に設けられ、光透過率が低く且つ高光反射率の小面積の中心反射エリアと、前記中心反射エリアの周囲に設けられ、光透過率が低い中心周辺反射エリアとからなり、前記外方反射部は、前記中心周辺反射エリアから放射方向へ向かうにしたがって開口面積を大きくした複数個の反射光を通過させる開口で形成されていることを特徴とする。 In the LED lighting unit, the central reflecting portion is provided directly above the LED, and is provided in a small central reflection area with low light transmittance and high light reflectance, and around the central reflection area. It consists of a central peripheral reflection area with low transmittance, and the outward reflection part is formed with an opening through which a plurality of reflected light whose opening area is increased from the central peripheral reflection area toward the radial direction. It is characterized by that.
上記のLED照明ユニットは、前記LEDに対向する前記光学反射板の放射面の中心から該放射面に沿って前記開口までの最小距離をx、前記LEDから前記光学反射板までの光軸方向の離間距離をd、前記開口の開口寸法をa、前記外方反射部の厚さをtとしたとき、
d/x<t/a
の関係を有することを特徴とする。
In the LED illumination unit, the minimum distance from the center of the radiation surface of the optical reflector facing the LED to the opening along the radiation surface is x, and the optical axis direction from the LED to the optical reflector is When the separation distance is d, the opening dimension of the opening is a, and the thickness of the outer reflection portion is t,
d / x <t / a
It has the relationship of these.
上記のLED照明ユニットは、前記透孔は、前記外方反射部の反射面及び放射面に前記開口を有し、前記放射面側の開口が中央反射部側へ及び反射面側の開口が該中央反射部側から離れる方向へ偏在した傾斜孔で形成されていることを特徴とする。 In the LED illumination unit, the through hole has the opening on the reflection surface and the radiation surface of the outer reflection portion, the opening on the radiation surface side is on the central reflection portion side, and the opening on the reflection surface side is on the reflection surface side. It is characterized by being formed with inclined holes that are unevenly distributed in the direction away from the central reflecting portion side.
上記のLED照明ユニットは、前記透孔は、前記中心周辺反射エリアから放射方向へ向かうにしたがって傾斜が緩勾配になっていることを特徴とする。 The LED illumination unit is characterized in that the through hole has a gradually inclined slope from the center peripheral reflection area toward the radial direction.
上記のLED照明ユニットは、予め設定した基準面積に対する前記開口の面積和の比率を開口率A(所定部分の前記開口の面積/基準面積)とし、
b、cを定数、xを前記点光源に対向する前記光学反射板の放射面の中心から該放射面に沿って前記開口までの最小距離としたとき、概略
A=bx2+c
の関係を有することを特徴とする。
Said LED illumination unit makes the ratio of the area sum of the said opening with respect to the preset reference area the opening ratio A (area of the opening of the predetermined part / reference area),
When b and c are constants and x is the minimum distance from the center of the radiation surface of the optical reflector facing the point light source to the opening along the radiation surface, approximately A = bx 2 + c
It has the relationship of these.
本願のLED照明装置に係る発明は、上記のLED照明ユニットを複数配置することによって構成されることを特徴とする。 The invention relating to the LED lighting device of the present application is characterized by being configured by arranging a plurality of the LED lighting units described above.
上記のLED基板に係る発明によれば、汎用性が高く比較的安価なLED及び安価な放熱板を使用可能なLED照明装置に好適なLED基板を提供できる。すなわち、このようなLEDを使用しても、放熱板にLEDを直接固定できるので、LEDからの熱が放熱板に効率よく伝達されて、LEDの異常過熱を防止できる。また、必要最小限の大きさの配線基板を用いたので、放熱板に大面積の高価な配線基板を使用することなくLED基板を安価に作製できる。 According to the invention related to the LED substrate, it is possible to provide an LED substrate suitable for an LED lighting device that can use a versatile and relatively inexpensive LED and an inexpensive heat sink. That is, even if such an LED is used, the LED can be directly fixed to the heat radiating plate, so that heat from the LED is efficiently transmitted to the heat radiating plate, and abnormal overheating of the LED can be prevented. Further, since the wiring board having the minimum necessary size is used, the LED board can be manufactured at low cost without using an expensive wiring board having a large area as the heat sink.
また、この発明によれば、送り線により、複数個のLED照明基板の電気的接続が容易になる。 Moreover, according to this invention, electrical connection of a some LED illumination board becomes easy with a feed wire.
また、この発明によれば、電気導電層を利用して、LEDの固定及び電気的接続が簡単になる。 Further, according to the present invention, the fixing and electrical connection of the LED are simplified by using the electrically conductive layer.
この発明によれば、電気コネクタは取付け基板の背面壁に固定されるので、照明ハウジングに収容されても光反射に障害を与えることがない。 According to the present invention, since the electrical connector is fixed to the back wall of the mounting board, even if it is accommodated in the illumination housing, it does not impede light reflection.
この発明によれば、安価な放熱板を使用して、LED基板のコストを低減できる。 According to the present invention, the cost of the LED substrate can be reduced by using an inexpensive heat sink.
上記のLED照明ユニットに係る発明によれば、底部材と一体形成の係止手段でLEDが装着された基板の取付けができるので、LEDの取付けが簡単になる。また、部品点数も少なくなる。 According to the invention related to the LED lighting unit, since the board on which the LED is mounted can be attached by the locking means integrally formed with the bottom member, the LED can be easily attached. Also, the number of parts is reduced.
上記の発明によれば、中央反射部をLED真上の小面積の中心反射エリアと、この中心反射エリアの周囲に設けた中心周辺反射エリアとで構成し、外方反射部を中心周辺反射エリアから放射方向へ向かうにしたがって開口面積を大きくした複数個の開口で形成するので、LEDからの光を高い効率で利用しながら、LEDの放射方向の厚みを増大させることなく、しかも、該LEDの真上部分に明るいスポットを残すことなく、また反対にこの真上部分を暗くさせることもなく、広い面積で均一な照明光を得ることができる。 According to the above invention, the central reflection portion is constituted by the small central reflection area directly above the LED and the central peripheral reflection area provided around the central reflection area, and the outer reflection portion is formed by the central peripheral reflection area. Since the plurality of openings having an opening area that increases in the radiation direction from the light source to the light emission direction, the light from the LED is used with high efficiency, and without increasing the thickness of the LED in the radiation direction. It is possible to obtain uniform illumination light over a wide area without leaving a bright spot in the upper portion and without darkening the upper portion.
上記の発明によれば、LEDから放射された光は、少なくとも1回はハウジング内及び/又は光学反射板で反射して開口を通過することになる。すなわち、LEDから放射された光が直接に開口部を通過することがなくなる。これにより、反射を利用することでLEDから光を高い効率で利用することができる。 According to said invention, the light radiated | emitted from LED reflects in a housing and / or an optical reflecting plate at least once, and passes an opening. That is, the light emitted from the LED does not pass directly through the opening. Thereby, light can be utilized from LED with high efficiency by utilizing reflection.
上記のLED照明装置に係る発明によれば、複数個のLED照明ユニットを連接して、大型のLED照明装置を構成できる。 According to the invention relating to the LED illumination device described above, a large LED illumination device can be configured by connecting a plurality of LED illumination units.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのLED基板、このLED基板を用いたLED照明ユニット及び該LED照明ユニットを複数個連接して構成したLED照明装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies an LED board for embodying the technical idea of the present invention, an LED lighting unit using the LED board, and an LED lighting device configured by connecting a plurality of the LED lighting units. However, it is not intended to limit the invention to these, but is equally applicable to other embodiments within the scope of the claims.
図1〜図3を参照して、本発明の実施形態に係るLED基板を説明する。なお、図1は本発明の実施形態に係るLED基板の概略上面図、図2は図1のLED基板を分解した分解斜視図、図3は図2の配線基板の分解図である。
本発明の実施形態に係るLED基板1は、図1、図2に示すように、LED2と、このLEDが装着される取付け基板3と、この取付け基材の表面に載置して固定される肉薄な配線基板6と、取付け基板3の背面壁に取付けられる2個の電気コネクタ11、12とで構成されている。
With reference to FIGS. 1-3, the LED board which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. 1 is a schematic top view of an LED substrate according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the LED substrate of FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded view of the wiring substrate of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
LED2は、図2に示すように、金属製の基台2aと、この基台上に固定された1つの一つの発光ダイオード或いは複数の発光ダイオードからなる発光ダイオード群(以下、これらを総称して、LED素子という)と、このLED素子を覆うレンズ2bとを有し、LED素子から導出された端子21、22とを有している。このLEDには、カソード放熱型及びアノード放熱型があり、いずれのタイプのものも使用できる。なお、アノード放熱型を採用した場合は、放熱コンタクトを後述する取付け基板に直接固定できる。このLED2は、表面実装型LEDと呼ばれ、極めて汎用性が高く、比較的安価なものが使用される。
As shown in FIG. 2, the
取付け基板3は、図2に示すように、所定の肉厚及び大きさを有する矩形状の放熱板4と、この放熱板の表面に設けられた電気導電層5とを有している。
放熱板4は、一対の対向する辺4a、4b及び他の対向する辺4c、4dを有する矩形状をなし肉厚が比較的厚い板材で形成されている。この放熱板4には、所定の熱伝導率を有し放熱作用を有し比較的安価な材料、例えば金属材が使用される。金属材は、導電性を有するものが好ましいが、必ずしも導電性を有することが必須でなく、例えば鉄材、その他の材料でもよい。銅材を使用すると鉄、アルミニウムなどと比べて高価になるので、安価なアルミニウム及びアルミニウム合金などが好ましい。この実施形態では、アルミニウム或いはアルミニウム合金(以下、アルミニウムという)を用いたもので説明する。
アルミニウムで放熱板4を形成すると、アルミニウム表面が酸化して電気導電性が悪く,しかも半田固定も難しくなる。そこで、このアルミニウムからなる放熱板4の一面に良好な電気導電性を有する材料、例えば銅材からなる電気導電層5が形成される。この電気導電層5の形成は、公知の方法、例えば、肉薄の銅板とアルミニウムとを高圧力を掛けて貼り合せる複合板、すなわちクラッド材で形成、或いはメッキ処理などで形成する。この電気導電層5を設けることにより、この電気導電層5にLED2を半田で固定することができる。なお、この電気導電層5は、放熱板4の一面全面に設けることなく、電気的接続などが必要なエリアだけ、例えば、後述するLEDエリア3A或いは、このLEDエリア3Aと貫通孔33を連絡するエリア3AB(図2参照)に限定して設けてもよい。これにより、高価な材料の使用量を減らすことができる。また、LEDエリア3Aに、電気導電層5を設けることにより、LED2の底面との半田付けが容易になるとともに、LED2が直接基板に固定されるのでLED2からの熱を効率よく基材に伝熱して、放熱させることができる。
As shown in FIG. 2, the mounting
The heat radiating plate 4 has a rectangular shape having a pair of opposing
If the heat radiating plate 4 is formed of aluminum, the aluminum surface is oxidized, the electrical conductivity is poor, and it is difficult to fix the solder. Therefore, an electrically
取付け基板3は、図2に示すように、その表面にLED2が固定されるLEDエリア3Aと、配線基板6が載置・固定される基板エリア3Bとに区画される。LEDエリア3Aは、LED2の底面の大きさと同じか、若干広い面積に区画される。
As shown in FIG. 2, the mounting
基板エリア3Bは、配線基板6と略同じ面積に区画されて、四隅にそれぞれ第1、第2の電気コネクタ11、12のそれぞれの端子ピン11a、11b及び12a、12bが挿通される貫通孔31、32と33、34とが穿孔されている。これらの貫通孔31、32と34は、その内部の内壁に絶縁部材が装着されて、各端子ピン11a、11b及び12bが取付け基板3に電気的に接触しないようになっている。なお、絶縁部材を装着することなく、各端子ピン11a、11b及び12bの太さより大きい直径の孔で形成し、各端子ピンが貫通孔内で電気的に接触しないようにしてもよい。
The
配線基板6は、図3に示すように、一対の対向する長辺及びこれらの長辺端を連結する一対の対向する短辺を有する矩形状で薄肉のフレキシブル基板で形成されている。
この配線基板6は、例えばポリイミドなどからなるベースフィルム7に、例えば銅箔などにより配線パターン及びランド部が形成され、その上に、同様のポリイミドなどからなるカバーフィルム10を積層して貼り合せることによって形成される。カバーフィルム10はなくともよい。ベースフィルム7は、その表面に2本の第1、第2の配線パターン8、9が長手方向に所定の間隔をあけて配設されている。
第1の配線パターン8は、両端に第1、第2のコネクタ11、12の一方の端子ピン11b、12bが挿通されて固定されるランド部8a、8bが設けられている。各ランド部には、各端子ピン11b、12bの先端が挿通される挿通孔81、81が形成されている。ランド部8a、8bには、それぞれ端子ピン11b、12bが挿通されて、半田により電気的に接続される。この第1の配線パターン8は、隣接して設けられる他のLED用照明基板の同様の配線パターンに電気的に接続される送り線となっている。第2の配線パターン9は、途中までが第1の配線パターン8と平行に配設されて、一端に第1のコネクタ11の一方の端子ピン11aが固定されるランド部9a、他端にLED2の一方の端子が接続されるランド部9bが設けられている。ランド部9aには挿通孔91が形成されている。このランド部9aには、端子ピン11aが挿通されて、半田により電気的に接続される。他方のランド部9bには、LED2の一方の端子が半田により電気的に接続される。この第2の配線パターン9は、LED2の一方の端子が電気接続されるので、特許請求の範囲では、LED接続線と表現されている。また、カバーフィルム10には、各ランド8a、8b、9a、9bに対応する箇所に、それぞれ各ランド部を露出させる大きさの開口101、102が形成されている。この配線基板6は、第1、第2の配線パターン8、9が配設されたベースフィル7上に、カバーフィルム10が積層して貼り合わされる。この貼り合せにより、配線基板6は、カバーフィルム10の各開口101、102から各ランド8a、8b、9a、9bが露出される。
As shown in FIG. 3, the
In this
The first wiring pattern 8 is provided with
LED基板1の組立ては、まず、取付け基板3を準備し、この取付け基板のLEDエリア3AにLED2を半田で固定するとともに、LED2の一方の端子21を電気導電層5の表面に半田接続する。次いで、第1、第2のコネクタ11、12の各端子ピン11a、11bと12a、12bとを取付け基板3のそれぞれ貫通孔31、32と33、34とに挿通して、これらコネクタを取付け基板3の背面壁に固定する。続いて、基板エリア3Bに配線基板6を載置する。このとき、配線基板6の各挿通孔81、91及び81、92を第1、第2のコネクタ11、12の各端子ピン11a、11bと12a、12bに挿通する。これにより、複数本の端子ピン11a、11b、12a、12bのうち、端子ピン11a、11b及び12bは、配線基板6の各ランド部9a、8a及び8bと接触し得る状態となり、また残りの端子ピン12aは導電層4に接触し得る状態となる。その後、配線基板の開口101に半田を注入して半田接続するとともに、LED2の他方の端子22を開口102から露出しているランド部9bに半田接続して、組立てを完了する。
Assembly of
このLED基板1によれば、汎用性が高く比較的安価なLED及び安価な放熱板を使用することができる。このようなLEDを使用しても、このLEDを取付け基板に直接固定できるので、LEDからの熱が放熱板に効率よく伝達されて、LEDの異常過熱を防止できる。また、配線基板を用いたので、放熱板に電気導電性の材料を使用することなく安価な金属材の使用が可能になりLED基板を安価に作製できる。さらに、電気コネクタは取付け基板の背面壁に固定されるので、照明ハウジングに収容されても光反射に障害を与えることがない。
According to the
以上、実施形態に係るLED基板を説明したが、このものに限定されることなく、種々変更できるものである。例えば、配線基板に2本の配線パターン、すなわちLED接続線及び送り線を設けたが、この配線基板にはLED接続線だけを配設して、送り線をLED基板から離したところに設けてもよい。また、取付け基板の貫通孔は、細溝で形成してもよい。さらに、電気コネクタを使用せずリード線で接続してもよい。 Although the LED substrate according to the embodiment has been described above, the present invention is not limited to this and can be variously changed. For example, the wiring board is provided with two wiring patterns, that is, an LED connection line and a feed line. However, only the LED connection line is provided on this wiring board, and the feed line is provided away from the LED board. Also good. Further, the through hole of the mounting substrate may be formed by a narrow groove. Furthermore, it may be connected by a lead wire without using an electrical connector.
図4〜図7を参照して、このLED基板を用いたLED照明ユニット及びLED照明装置を説明する。なお、図4は本発明の実施形態に係るLED照明ユニットを分解した分解斜視図である。
本発明の実施形態に係るLED照明ユニット13は、図4に示すように、LED2が搭載されたLED基板1と、上方が開口し底部14bの略中心部にLED2の発光部が露出される貫通孔141を有する偏平な箱型のハウジング14と、このハウジングの開口を塞ぎLED2からの光を均一に照明する光学反射板15とを備え、光学反射板15は、ハウジング14の開口縁に所定の隙間をあけて固定される構成となっている。
With reference to FIGS. 4-7, the LED illumination unit and LED illumination apparatus using this LED substrate are demonstrated. FIG. 4 is an exploded perspective view of the LED lighting unit according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the
ハウジング14は、一辺の長さがそれぞれ同一の正四角形の底板14bと、この底板の周囲縁から略直角に所定高さだけ立設された側板14c〜14fとを有し、各側板14c〜14f〜の上方が開口14aした偏平な箱型体で構成されている。このハウジング14は、高光反射率を有し、低光透過率及び低光吸収率の材料、例えば超微細発泡光反射板で形成されている。なお、この超微細発泡光反射板には、反射率98%、光透過率1%、光吸収率1%のものがある。その他の材料として、チタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを使用してもよい。なお、これらの材料をハウジングに塗布或いはスクリーン印刷により設けてもよい。
The
底板14bは、その略中心部にLED2の発光部が露出される貫通孔141が穿設されている。また、この底板14bは、その背面壁の貫通孔141の周辺に、取付け基板3が固定される複数個の固定部142が設けられている。これらの固定部142は、底板14bの一部を所定形状に切起した切起し爪で形成するのが好ましい。切起し爪にすることによって、工具を使用することなく、取付け基板3を手作業で簡単に取付けできる。勿論、取外しも簡単にできる。
The
ハウジング14の開口14aの周縁、すなわち、4枚の側板14c〜14fの各頂部辺は、平坦辺となっており、それぞれの平坦辺にこれらの平坦辺から上方で突出した複数本、この実施形態では3本の係止爪が所定の規則性を持たせた位置に配設されている。すなわち、対向する側板14c、14dは、その一方の側板14cの頂部辺に、頂部辺の中央部に係止爪14N、この係止爪14Nの両側に異なる距離離して左右の係止爪14L、14Rが形成され、他方の側板14dの頂部辺に、頂部辺の中央部に突起爪14N、この突起爪14Nの両側に異なる距離離して左右の突起爪14L'、14R'が形成されて、両側板14e、14fの対向する左右の突起爪14L、14Rと14L'、14R'とが所定距離離れた位置に配設されている。すなわち、左係止爪14Lと14L'とは、同じ距離だけ離れ(ズレ)ている。他の右突起爪14Rと14R'も同じ距離ズレている。また、他の対向する側板14e、14fも対向する左右の突起爪14L、14Rと14L'、14R'とが所定距離離れた位置に配設されている。これらの突起爪14L'、14R'は、それぞれ所定距離だけズラしてあるので、規則性を持った配置となっている。この実施形態では係止爪を3本としたが、この本数に限定されるものではない。
The peripheral edge of the
各側板14c〜14fの係止爪は、全て同じ形状となっている。この突起爪は、頂部辺から所定の幅長で上方へ所定高さ立設した基台部と、この基台部の頂部から所定幅長で上方へ所定高さ立設した柱状部と、この柱状部上方の鉤部とを有している。この突起爪は、基台部と柱状部との連結部に段部(以下、肩部ともいう)を有し、ハウジング14へ光学反射板15が装着されたときに、光学反射板15の背面が肩部上に支えられて、ハウジング14の開口14aの周縁、すなわち、4枚の側板14c〜14fの各頂部辺と光学反射板15の背面との間に、基台部の高さの隙間が形成される。この隙間は、LED2からの光を通過(漏れ)させる光通過路(漏れ通路)となり、この光通過路により、ハウジング14の開口縁部分が遮られることなく光が到達し、暗くなるのを防止できる。この光通過路は、複数個のLED照明ユニットを連接して面照明装置を作製するときに、連接箇所を暗くさせることなく、均一な照明にすることが可能になる。また、柱状部の高さは、光学反射板15の板厚となっている。さらに、鉤部は、光学反射板15の係合溝に係止される。
The locking claws of the
次に、図5を参照して、光学反射板を説明する。なお、図5は図4の光学反射板の平面図、図6(a)は図5のVI−VI線の断面図、図6(b)は図6の開口を説明する説明図である。
光学反射板15は、図5に示すように、所定の肉厚を有し一辺の長さがそれぞれ同一長の正四角形の板状体で形成されている。すなわち、対向する辺15c、15dと15e、15fとがそれぞれ同じ長さになっている。光学反射板15の長さは、ハウジング14の長さと同じになっている。その肉厚はtとなっている。光学反射板15は、ハウジング14の材料と同じ、高光反射率を有し、低光透過率及び低光吸収率の材料、例えば超微細発泡光反射板などで形成されている。ハウジング及び光学反射板を高光反射率、低光透過率及び低光吸収率の材料で構成することにより、光源から光ロスを少なくし、ハウジングと光学反射板との間で光の多重反射が高効率で行われて光の利用率が高くなる。
Next, the optical reflector will be described with reference to FIG. 5 is a plan view of the optical reflector in FIG. 4, FIG. 6A is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5, and FIG. 6B is an explanatory view for explaining the opening in FIG.
As shown in FIG. 5, the optical reflecting
この光学反射板15は、四辺15c〜15fにハウジング14の各係止爪が係合される係合溝と、中心部に中央反射部17Aと、この中央反射部の外周囲に外部反射部17Bとが設けられている。光学反射板15は、四隅にハウジング14を支持部材にネジ留めする工具(ドライバー)を挿入できる工具挿入孔150が形成されている。
四辺15c〜15fの係合溝は、15L、15N、15Rと、15L'、15N、15R'となっている。これらの係合溝は、ハウジング14の各突起爪14L、14N、14Rと、14L'、14N、14R'とにそれぞれが係合される。ハウジング14への光学反射板15の取付けは、これらの係止爪と係合溝との係止となるので、光学反射板15は正規位置に確実に取付けられる。これにより、光学反射板15は、正確に位置決めされて正規の取付けがなされ、この正規取付け以外の取付け、例えば、表裏面を逆さまにした取付け、或いは、左右前後を違えた組立て結合ができない。この実施形態では、係合溝を光学反射板、係止爪をハウジングに設けたが、逆にして、係合溝をハウジング、係止爪を光学反射板に設けてもよく、更に、これらの係合溝と係止爪とをミックスしてハウジング乃至光学反射板に設けてもよい。
The optical reflecting
Engaging groove four
中央反射部17Aは、ハウジング14の開口14aに光学反射板15が取付けられたときに、LED2の真上部分にあって、発光部の垂直直上部分と対向する箇所に、小面積の中心反射エリア17aと、この中心反射エリアを中心にして該中心から所定距離離れた範囲内のエリア、すなわち中心周辺反射エリア17bとで形成されている。LED2は、その分光曲線から、中心反射領域17aに最も強い光が照射され、続いて中心周辺反射エリア17bに次に強い光が照射される。そこで、中心反射エリア17aは、光透過率が低く且つ光反射率が高くなるように設計される。この設計は、光学反射板材の選択、この材料の加工(例、ハーフ溝の形成、板厚の調整)などとなる。中心周辺反射エリア17bは、中心反射エリア17aに次いで光反射率を高くする一方で、一部の光を透過させる設計とする。光の透過は、小孔或いはスリット、細溝などである。小孔の場合は、中央反射部17Aの面積が小さいので、後述する開口18のピッチに比べて、そのピッチを小さく、例えば半分のピッチになっている。また、中心周辺反射エリア17bの小孔は、図5に示すように、格子状に等間隔に配列し、しかも、中心反射エリア17aが略円形になるように、境界隅部に小孔を1つ増やし、一方、外方反射部17Bの開口をこの小孔にする。これにより、中央反射部17Aは明るいスポットを残すことなく、また反対にこの真上部分を暗くさせることもなく、均一な照明光を得ることができる。
The central reflecting
外部反射部17Bは、中央反射部17Aの中心周辺反射エリア17bから各辺15c〜15fに向かって所定の規則性をもって配設された複数個の開口181〜18i〜18N(以下、これの開口を総称したものを符号18で示す)で構成されている。この開口18は、外方反射部17Bを貫通する透孔の開口となっている。すなわち、この開口は反射面及び放射面の開口となっている。これらの開口18は図5図示の状態において、辺15cに平行な平行線と、この辺15cと直角の辺15eに平行な垂直線とをそれぞれ所定の間隔でそれぞれ複数本配列して、各垂直線と各平行線とが交差する箇所に形成されている。この間隔は同じになっている。したがって、複数個の開口18は、等間隔でマトリクス(格子)状の規則性を持って配列されることになる。規則性配列には、一段目の開口の間に二段目の開口が位置するように配列する、いわゆる俵積み状の配列もあるが、この配列に比べて、この格子状の配列は、4辺縁の開口を一様に配列することができる。
なお、この実施形態では、間隔が同じになっているが、異ならせてもよい。これらの開口18は、所定の直径を有する円形孔からなり、その大きさは中央反射部から離れるに従って、その径が大きくなるように設定されている。すなわち、これらの開口18は、予め設定した基準面積に対する開口部の面積和の比率を開口率A(所定部分の開口18の面積/基準面積)とし、b、cを定数、x(mm)(図6参照)をLED2に対向する光学反射板5の放射面の中心から該放射面に沿った開口18までの最小距離としたとき、概略
A=bx2+c
の関係を有するように形成される。すなわち、開口率Aは、LED2に対向する光学反射板5の放射面15aの中心Oから放射面15aに沿って外方に遠ざかるに従い距離の2乗に比例して大きくなっている。
The
In this embodiment, the intervals are the same, but may be different. These
It is formed to have the relationship of That is, the aperture ratio A increases in proportion to the square of the distance as the distance from the center O of the radiation surface 15a of the optical reflecting
開口18を有する透孔は、放射面側の開口が中央反射部17A側へ及び反射面側の開口がこの中央反射部側から離れる方向へ偏在した傾斜孔にするのが好ましい。また、この透孔は、中心周辺反射エリアから放射方向へ向かうにしたがって傾斜が緩勾配にするのが好ましい。透孔を傾斜孔にすることにより、LEDからの光が少なくとも1回は、ハウジング14内又は/及び光学反射板15で反射した後に開口18から通過されて、直接、開口部から照射されることがなくなる。
The through hole having the
これは、図6(b)に示すように、横軸に距離xをとり縦軸に開口率Aをとると、いわゆる2次曲線となる。なお、開口率A=1は全開の状態を意味している。
この図6(b)で、本実施形態では、b=0.000375とし、また、定数cは、例えばLED2に対向する光学反射板15の放射面15aの中心Oに、例えば未貫通孔があればc=0.04に設定しておく。これにより、x=0の点の開口率A=0.04となる。
As shown in FIG. 6B, this is a so-called quadratic curve when the distance x is on the horizontal axis and the aperture ratio A is on the vertical axis. The aperture ratio A = 1 means a fully open state.
In FIG. 6B, in this embodiment, b = 0.000375, and the constant c is, for example, a non-through hole at the center O of the radiation surface 15a of the
また、この光学反射板5は、LED2からの光が直接に開口18から通過されないように形成されている。すなわち、LEDからの光が少なくとも1回は、ハウジング14内又は/及び光学反射板15で反射した後に開口18から通過するように形成されている。具体的には、開口18の大きさは、次の条件を満足するように形成されている。すなわち、LED2に対向する光学反射板5の放射面の中心から該放射面に沿った開口18までの最小距離をx、LED2から光学反射板15までの放射方向の距離をd、開口18の直径をa、外方反射部17Bの厚さをtとしたときに、これらの関係は、d/x<t/aに設定される。これにより、LED2から放射された光が直接的に開口18を通過するのを防止され、光源からの光は、少なくとも1回はハウジング14内又は/及び光学反射板15で反射した後に開口18から通過、すなわち反射光のみ通過させることになる。これにより、外方反射部17Bを通過した光(反射光)により、光学反射板から所定距離離れた位置での光の分布が均一になる。すなわち、光源から放射された光が直接に開口部から通過することがないように構成されている。これにより、均一な照明光を得ることができる。また、反射を利用することで光源からの光を高い効率で利用することができる。もし光源から放射された光が開口部18を直接通過すると、光学反射板15を通過した光の光束が強すぎることになるため、光学反射板15から光の放射方向に所定距離離間した位置での光の分布を均一にするのは困難となる。
The
この実施形態では、開口を円形孔にしたが、他の形状、例えば三角形、四角形、星形、或いは各種のキャラクタ形などにしてもよい。いずれの形状にしても、上記の条件を満たせば所期の目的を達成することができる。また、開口を各種のキャラクタ形にすると、デザイン性が向上することになる。 In this embodiment, the opening is a circular hole, but other shapes such as a triangle, a quadrangle, a star, or various character shapes may be used. Regardless of the shape, the desired purpose can be achieved if the above conditions are satisfied. In addition, when the opening has various character shapes, the design is improved.
以上、本発明の実施形態に係るLED照明ユニット13を説明したが、このLED照明ユニットを複数個用意して、これらを連接することによって、所望の大型のLED照明装置を作製することができる。
図7は、LED照明装置を示している。このLED照明装置10は、3個のLED照明ユニット13A〜13Cを連接したものとなっている。これらの連接は、各LED照明ユニット13A〜13Cの背面に支持部材を設け、各LED照明ユニットの工具挿入孔から工具を挿入して、各ハウジングを支持部材に固定する。一方、各LED照明ユニット13A〜13Cは、背面壁に固定された電気コネクタがそれぞれリード線L1、L2に接続されたコネクタによって接続される。
As described above, the
FIG. 7 shows an LED lighting device. This
1 LED基板、2 LED、3 取付け基板、4 放熱板、5 電気導電層、6 配線基板、7 ベースフィルム、8 送り線、9 LED接続線、10 カバーフィルム、11、12 電気コネクタ、13、13A〜13C LED照明ユニット、14 ハウジング、15 光学反射板、17A 中央反射部、17B 外方反射部、18、181〜18i〜18N 開口
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記取付け基板は、所定の肉厚及び面積を有する放熱板からなり、前記配線基板は、LED接続線が配設された絶縁シートからなり、
前記取付け基板は、前記放熱板の一面が所定面積の第1、第2のエリアが区画されて、前記第1、第2のエリアのいずれか一方のエリアに前記配線基板が配設され、他のエリアに電気導電層が設けられ、該電気導電層又は空きスペースに前記LEDが放熱面により直接に固定され、前記LEDの一方の端子が前記LED接続線に、他方の端子が前記電気導電層にそれぞれ接続され、
前記配線基板には、連接される他のLED照明基板へ直列接続される送り線が配設され、
前記配線基板の前記LED接続線及び送り線は、各配線の端部に外部配線に接続される配線端子が設けられて、
前記取付け基板は、前記配線基板の配線端子に対応する箇所に該取付け基板を貫通する貫通孔又は細溝が形成されて、前記配線基板が配設される面と反対面に位置する貫通孔又は細溝を囲む箇所に電気コネクタが装着されていることを特徴とするLED基板。 A light emitting diode (hereinafter referred to as LED), a mounting board on which the LED is mounted, and a wiring board disposed on the mounting board surface;
The mounting board is made of a heat sink having a predetermined thickness and area, and the wiring board is made of an insulating sheet provided with LED connection lines,
The mounting board includes a first area and a second area having a predetermined area on one side of the heat sink, and the wiring board is disposed in one of the first and second areas. An electrically conductive layer is provided in the area, and the LED is directly fixed to the electrically conductive layer or an empty space by a heat dissipation surface, one terminal of the LED is connected to the LED connection line, and the other terminal is the electrically conductive layer. Each connected to
The wiring board is provided with a feed line connected in series to another LED lighting board connected to the wiring board,
The LED connection line and the feed line of the wiring board are provided with wiring terminals connected to external wiring at the end of each wiring,
The mounting board is formed with a through hole or a narrow groove penetrating the mounting board at a position corresponding to the wiring terminal of the wiring board, and a through hole or a surface located on a surface opposite to the surface on which the wiring board is disposed. An LED substrate , wherein an electrical connector is attached to a portion surrounding the narrow groove .
前記光学反射板は、前記LEDの真上部分に所定面積の中央反射部及び該中央反射部の外周囲に外方反射部が形成されて、前記ハウジングは、前記底部に前記LEDの発光部を露出させる露出孔及び該露出孔の周囲付近の底部背面壁に該底部材と一体形成の係止手段が設けられて、前記係止手段で請求項1〜3のいずれかに記載のLED基板が固定されていることを特徴とするLED照明ユニット。 An LED, a housing in which the LED is mounted on the bottom and having an opening and an inner wall surface formed of a reflective material, and an optical reflector that covers the opening of the housing and has a high reflectivity;
The optical reflection plate has a central reflection part having a predetermined area directly above the LED and an outer reflection part around the central reflection part. The housing has a light emitting part of the LED at the bottom. The LED substrate according to any one of claims 1 to 3 , wherein a locking means that is integrally formed with the bottom member is provided on an exposure hole to be exposed and a bottom back wall in the vicinity of the periphery of the exposure hole, and the LED board according to any one of claims 1 to 3. An LED lighting unit that is fixed.
d/x<t/a
の関係を有する
ことを特徴とする請求項4に記載のLED照明ユニット。 X is the minimum distance from the center of the radiation surface of the optical reflector facing the LED to the opening along the radiation surface, d is the distance in the radial direction from the LED to the optical reflector, and When the opening dimension is a and the thickness of the outer reflection part is t,
d / x <t / a
The LED lighting unit according to claim 4 , wherein:
b、cを定数、xを前記LEDに対向する前記光学反射板の放射面の中心から該放射面に沿った前記開口までの最小距離としたとき、概略
A=bx2+c
の関係を有する
ことを特徴とする請求項4に記載のLED照明ユニット。 The ratio of the area sum of the openings to a preset reference area is defined as an aperture ratio A (the area of the opening of the predetermined portion / reference area)
When b and c are constants and x is the minimum distance from the center of the radiation surface of the optical reflector facing the LED to the opening along the radiation surface, approximately A = bx 2 + c
The LED lighting unit according to claim 4 , wherein:
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