JP5567699B2 - 発光ダイオード基板の保持装置 - Google Patents

Description

この発明は、発光ダイオード基板の保持装置に関する。

従来、発光ダイオード基板の保持装置としては、特開２０１１−１８７１６１号公報（特許文献１）に記載のものがある。この従来の発光ダイオード基板の保持装置は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも言う。）を有する発光ダイオード基板を絶縁ハウジングに取り付け、この発光ダイオード基板を絶縁ハウジングと共に放熱ハウジングに取り付けていて、発光ダイオード基板の上面が熱伝導率の低い空気に接している。そして、上記発光ダイオード基板は、基板に発光ダイオードをピン挿入方式（Through Hole Mounting）またはＳＭＴ（表面実装：Surface Mount Technology）で搭載している。

ところで、ＬＥＤライト（照明装置）の進化に伴い、その構造が大きく変化し、単一型のＬＥＤライト(２０ｍＡ)が２００５年以降は組み合わせ型に変わった。

これにより、ＬＥＤライトの発光量も０.１Ｗ〜１Ｗから３Ｗ,５Ｗへと大きくなった。さらに、２０１０年以降は１Ｗの発光ダイオードを２５個組み合わせた２５Ｗのものや、５０Ｗ,１００Ｗ,２００Ｗと大きくなり、これにより、ＬＥＤライトが、一般のハロゲンライトやＨＩＤ(高輝度放電)ランプに取って代わりつつある。

ところで、ＬＥＤライトが多数のＬＥＤを含み、特に、多数のＬＥＤが基板にＣＯＢ（Chip On Board）実装されたＣＯＢタイプのＬＥＤ基板は、多数のＬＥＤの出力に比例して発熱量が増大する。例えば、ＬＥＤライトの出力が１０Ｗ以上になると、発熱量が大きくなり、特に、２５Ｗ〜１００Ｗになると９０℃以上にまで温度上昇する。

しかしながら、上記従来の発光ダイオード基板の保持装置では、発光ダイオード基板の上面が熱伝導率の低い空気に接しているため、放熱性が不十分であり、特に、ＣＯＢタイプの発光ダイオード基板等の高出力の発光ダイオード基板に適用できないと言う問題がある。

特開２０１１−１８７１６１号公報

そこで、この発明の課題は、多数のＬＥＤを有するＣＯＢタイプのＬＥＤ基板等の高出力のＬＥＤ基板等にも適用できる十分な放熱性を有する発光ダイオード基板の保持装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の第１のアスペクトの発光ダイオード基板の保持装置は、
発光ダイオード基板の発光ダイオードを露出させる貫通穴を有すると共に、背面に、上記発光ダイオード基板の額縁部を押圧する押圧部と、電源配線が通る配線用溝とを有し、かつ、熱伝導率の高い材料からなる略板状の第１ケースを備え、
上記発光ダイオード基板の背面を第１ケースに向けて押圧する熱伝導率の高い材料からなる略板状の第２ケースを備え、
上記発光ダイオード基板を第１ケースと第２ケースで挟んでおり、
上片と下片と基部とを有する止め金具を備え、
上記上片と下片とは、上記第１ケースおよび第２ケースを弾性的に挟み、上記基部は、ネジで固定される
ことを特徴としている。

上記構成の発光ダイオード基板の保持装置によれば、熱伝導率の高い材料からなる略板状の第１ケースの背面の押圧部が、発光ダイオード基板の額縁部を押圧するから、発光ダイオード基板の額縁部を押圧する熱伝導率の高い第１ケースの押圧部を通して、発光ダイオード基板からの熱が第１ケースの前面および背面から外部に放出される。

したがって、この発光ダイオード基板の保持装置によれば、ＣＯＢタイプの発光ダイオード基板のような高出力の発光ダイオード基板に対しても、十分な放熱効果を得ることができて、発光ダイオードの耐久性を向上できる。また、上記発光ダイオード基板を、前面側の第１ケースと背面側の第２ケースとで挟み、この第１ケースおよび第２ケースが熱伝導率の高い材料からなるから、発光ダイオード基板からの熱を第１ケースおよび第２ケースを介して表面側と背面側とから効果的に外部に放出することができる。また、上記第１ケースおよび第２ケースが、例えば、比較的脆いアルミナセラミックスからなっていても、第１ケースおよび第２ケースを止め金具で弾性的に挟んで、基部をヒートシンクや本体にネジで固定することによって、第１ケース１１および第２ケース２１の破損を防止して、保護できる。

この明細書で、熱伝導率の高い材料とは、アルミナセラミックスの熱伝導率と同等以上の熱伝導率を有する材料を言い、より正確には、２０°Ｃで、熱伝導率が２３Ｗ／ｍ・ｋ以上の材料を言う。

１実施形態では、
上記第１ケースの押圧部は、上記発光ダイオード基板の額縁部を収容する凹部である。

上記実施形態によれば、上記第１ケースの凹部に発光ダイオード基板の額縁部を収容して押圧するから、発光ダイオード基板の位置決めが容易である。

また、上記第１ケースを直接ヒートシンク等に取り付けて、第１ケースの背面を直接ヒートシンク等に密着させることも可能である。したがって、汎用性が高くなる。

この発明の第２のアスペクトの発光ダイオード基板の保持装置は、
上記第１ケースと第２ケースの周辺部において、第１ケースと第２ケースを回転可能に連結する回転軸を有する。

上記第２のアスペクトによれば、上記第１ケースと第２ケースとを回転軸を中心として相対回転させて、第１ケースと第２ケースとをずらして、第１ケースの凹部に発光ダイオード基板を収容して、再び、第１ケースと第２ケースとを回転軸を中心として相対回転させて、第１ケースと第２ケースとを重ね合わせると、簡単に、発光ダイオード基板を第１ケースと第２ケースとで挟むことができる。

したがって、発光ダイオードライトの組立工数を低減することができる。

この発明の第３のアスペクトの発光ダイオード基板の保持装置では、
上記第２ケースは、上記発光ダイオード基板のバリを収容可能な溝を有する。

上記第３のアスペクトによれば、発光ダイオード基板のダイシング時等に生じたバリがあっても、このバリを第２ケースの溝に収容して、発光ダイオード基板のソリを防止して、発光ダイオード基板の背面を、放熱グリースを用いなくても、第２ケースに密着させることができる。

したがって、発光ダイオード基板から、第２ケースを介しての放熱性が向上して、発光ダイオードの耐久性が向上し、かつ、放熱グリースの塗布工程の削減が可能で、発光ダイオードライトの組立工数を低減して、製造コストを低減することができる。

この発明によれば、発光ダイオード基板の額縁部を押圧する熱伝導率の高い材料からなる第１ケースの押圧部を通して、発光ダイオード基板からの熱を、第１ケースの前面および背面から外部に放出するから、十分な放熱効果を得ることができ、発光ダイオードの耐久性を向上することができる。

この発明の第１実施形態の発光ダイオード基板（ＬＥＤ基板）の保持装置を備えるＬＥＤライトの平面図である。 図１の第１ケースを、ＬＥＤ基板を装着した状態で、背面から見た図である。 図１のＬＥＤライトのＡ−Ａ線半断面図である。 図１のＬＥＤライトのＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＬＥＤライトのＣ−Ｃ線断面図である。 第２実施形態のＬＥＤライトの斜視図である。 第２実施形態のＬＥＤライトの第１および第２ケースを相対回転させた状態を示す斜視図である。 図７を背面側から見た斜視図である。 第３実施形態のＬＥＤライトの平面図である。 第３実施形態のＬＥＤライトの断面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１および３に示すように、この第１実施形態のＬＥＤライト１００は、ＬＥＤ基板１と、ＬＥＤ基板１の保持装置１０とを備える。

このＬＥＤ基板１は、略矩形の基板２の表面（前面）に、多数のＬＥＤ３を円板状の領域にＣＯＢ実装してなるＣＯＢタイプのＬＥＤ基板１である。

上記ＬＥＤ基板１の保持装置１０は、略円環状の板材からなる第１ケース１１と、この第１ケース１１と略同径の略円板状の第２ケース２１からなり、第１ケース１１および第２ケース２１は、２０°Ｃで熱伝導率が２３Ｗ／ｍ・ｋ以上である熱伝導率の高い材料の一例としてのアルミナセラミックスからなる。もっとも、第１ケース１１および第２ケース２１は、熱伝導率の高い材料の他の例としてのステアタイト、アルミニュウム、銅、ジルコニュウム、耐熱型でカーボン等を混入した合成樹脂等からなっていてもよい。

上記第１ケース１１は、中央にＬＥＤ基板１のＬＥＤ３を露出させる円形の貫通穴１２を有し、背面に、図１〜４に示すように、ＬＥＤ基板１の額縁部５を収容して押圧する略矩形の凹部１５と電源配線１７が通る配線用溝１８とを有する。上記凹部１５は、ＬＥＤ基板１の額縁部５を押圧する押圧部の一例である。

上記第１ケース１１の凹部１５内にＬＥＤ基板１の額縁部５を配置し、第１ケース１１と第２ケース２１とでＬＥＤ基板１および電源配線１７を挟んでいる。上記電源配線１７は、図４に示すように、接触端子２７とバネ性の有する接点２８を介して、ＬＥＤ基板１の額縁部５に有る図示しないプリント配線に接続している。

上記第２ケース２１のＬＥＤ基板１の周縁部に対応する箇所には、図１，３〜５に示すように、ＬＥＤ基板１のダイシング時に生じるバリを収容可能な溝２２を設けている。この溝２２にバリを収容することによって、ＬＥＤ基板１を第２ケース２１に面接触させて密着させるようにして、ＬＥＤ基板１のソリや、第２ケース２１とＬＥＤ基板１との間に隙間が生じることを防止して、ＬＥＤ基板１の放熱性をよくしている。

一方、上記ＬＥＤ基板１の貫通穴１２の周りの表面には、軸直角平面に対して３０°以下のテーパ面１４を形成し、このテーパ面１４で、ＬＥＤ３から側方に出射された光を前方に反射して集光するようにしている。このテーパ面１４には、反射率を高くするため、銀、アルミニュウム、高分子材料、樹脂等の反射率の高い膜を蒸着、メッキ、塗布等で設けてもよく、あるいは、テーパ面１４を研磨等で鏡面にしてもよい。

上記第１ケース１１と第２ケース２１とは、対角位置に配置したプラスネジ３１とマイナスネジ３２で固定して、一体化している。

図１〜３に示すように、上記第１ケース１１および第２ケース２１を、止め金具３５で、対角位置で弾性的に挟んでいる。この止め金具３５は、１つの上片３６と２つの下片３７とで、第１ケース１１および第２ケース２１を弾性的に挟み、基部３８を図示しないヒートシンクや本体にネジ４２で固定している。したがって、第１ケース１１および第２ケース２１が比較的脆いアルミナセラミックスからなっていても、第１ケース１１および第２ケース２１を止め金具３５で弾性的に挟んで、基部３８をヒートシンクや本体にネジ４２で固定することによって、第１ケース１１および第２ケース２１の破損を防止して、保護できる。

なお、図１，２および５において、４１は取り付け用に使用できる貫通孔であり、図５において、４５と４６は第１ケース１１および第２ケース２１に設けた位置決め用の嵌合凸部と嵌合凹部である。

上記構成のＬＥＤライト１００によれば、略板状の第１ケース１１の背面の凹部１５に、ＬＥＤ基板１の額縁部５が収容されて、このＬＥＤ基板１の額縁部５が第１ケース１１と第２ケース２１とで挟まれて押圧されており、この第１ケース１１と第２ケース２１は熱伝導率の高いアルミナセラミックスからなる、
したがって、ＬＥＤ基板１がＣＯＢタイプのＬＥＤ基板のように高出力のＬＥＤ基板であっても、第１ケース１１を介しての前面側への放熱と、第１ケース１１および第２ケース２１を介しての背面側への放熱とを効果的に行うことができて、ＬＥＤ３，ＬＥＤ基板１ひいてはＬＥＤライト１００の耐久性を向上できる。

また、この第１実施形態では、第１ケース１１の凹部１５にＬＥＤ基板１の額縁部５を収容しているから、ＬＥＤ基板１の位置決めを容易にできる。

さらに、上記第２ケース２１を削除して、凹部１５にＬＥＤ基板１の額縁部５を収容した状態の第１ケース１１を直接ヒートシンク等に簡単に取り付けることも可能である。したがって、この第１実施形態のＬＥＤ基板１の保持装置１０は汎用性が高い。

また、この第１実施形態のＬＥＤ基板１の保持装置１０は、第１ケース１１および第２ケース２１をアルミナセラミックスで形成しているから、放熱性、耐放電性、耐電圧、耐防水性、耐絶縁性、耐紫外線、耐経年変化、耐薬品性、耐熱性に優れており、かつ、生産性、製造コストの点でも有利である。

また、この第１実施形態では、ＬＥＤ基板１の周縁部に対応する第２ケース２１の箇所に設けられた溝２２に、ＬＥＤ基板１のダイシング時に生じるバリが収容されることによって、ＬＥＤ基板１が第２ケース２１に面接触して密着するので、ＬＥＤ基板１のソリや、第２ケース２１とＬＥＤ基板１との間に隙間が生じるのを防止できる。

したがって、ＬＥＤ基板１の放熱性をよくして、耐久性を向上できる。また、ＬＥＤ基板１の背面を、放熱グリースを用いなくても、第２ケース２１に密着させることができるから、放熱グリースの塗布工程の削減が可能で、組立工数を低減して、製造コストを低減することができる。

この第１実施形態では、第１ケース１１の背面にＬＥＤ基板１の額縁部５を収容する凹部１５を設けているが、この凹部１５を設けなくてもよい。図示しないが、この状態で、第１ケースと第２ケースとでＬＥＤ基板を挟んでもよく、あるいは、第２ケースを除去して、第１ケースとヒートシンク等とでＬＥＤ基板を挟むようにしてもよい。

このように、第２ケースを削除して、第１ケースのみでも使用できるから、この保持装置は汎用性が高い。

また、図示しないが、貫通穴を有する第１ケースの背面に、ＬＥＤ基板１の額縁部５を収容する凹部を設けないで、第１ケースの背面に、ＬＥＤ基板１の額縁部５に対向する押圧部としての平坦部を設け、第２ケースにＬＥＤ基板１を収容する凹部を設けてもよい。

（第２実施形態）
図６，７および８は、第２実施形態のＬＥＤライト２００の動作を説明する斜視図である。図６〜８において、図１〜５に示す第１実施形態のＬＥＤライト１００の構成部と同一または類似の構成部については、図１〜５の構成部と同一参照番号を付して、それらの構成および作用の説明を省略し、異なる構成部のみについて、以下に説明する。

この第２実施形態のＬＥＤライト２００は、ＬＥＤ３を有するＬＥＤ基板１と、ＬＥＤ基板１の保持装置７０とを備える。

上記ＬＥＤ基板１の保持装置７０は、略円環状の板材からなる第１ケース１１と、この第１ケース１１と略同径の略円板状の第２ケース２１とを備え、第１ケース１１と第２ケース２１の周辺部において、第１ケース１１と第２ケース２１とを回転軸の一例としての鳩目ピン５１で回転可能に連結している。

図６において、６１は第１ケース１１と第２ケース２１とを挟んで固定するためのクリップであり、図７において、２２は第２ケース２１に設けられたＬＥＤ基板１のバリを収容するための溝である。また、図８において、１は第１ケース１１の凹部１５（図２および３を参照）に収容されたＬＥＤ基板１の背面を示す。

上記構成のＬＥＤライト２００において、図７および８に示すように、第１ケース１１と第２ケース２１とを鳩目ピン５１を中心として相対回転させて、第１ケース１１と第２ケース２１とをずらした状態で、第１ケース１１の凹部１５にＬＥＤ基板１を収容して装着する。

そして、再び、第１ケース１１と第２ケース２１とを鳩目ピン５１を中心として相対回転させて、図６に示すように、第１ケース１１と第２ケース２１とを重ね合わせると、簡単に、ＬＥＤ基板１を第１ケース１１と第２ケース２１とで挟むことができる。

したがって、この第２実施形態によれば、ＬＥＤライト２００の組立工数を低減することができる。

上記第２実施形態では、回転軸の一例として鳩目ピン５１を用いたが、回転軸として穴に緩く嵌合するリベット等を用いてもよい。

（第３実施形態）
図９および１０は、第３実施形態のＬＥＤライト３００を示す斜視図である。図９および１０において、図１〜８に示す第１および第２実施形態のＬＥＤライト１００，２００の構成部と同一または類似の構成部については、図１〜８の構成部と同一参照番号を付して、それらの構成および作用の説明を省略し、異なる構成部のみについて、以下に説明する。

図９および１０に示すように、この第３実施形態のＬＥＤ基板１の保持装置８０は、第１ケース８１の構成のみが第１、第２実施形態と異なる。この第１ケース８１は、アルミナセラミックスから形成された略円環形状であり、鳩目ピン５１によって、第１および第２ケース８１，２１の周辺部において、第１および第２ケース８１，２１を回転軸の一例としての鳩目ピン５１で回転自在に連結している。そして、第２実施形態と同様に、第１および第２ケース８１，２１を、鳩目ピン５１を中心にして相対回転させて、第１ケース８１と第２ケース２１との間に、ＬＥＤ基板１を挟んで、ＬＥＤライト３００の組立工数を低減できるようにしている。

また、上記第１ケース８１には、外周からＵ字形状の切欠き８２，８２を設け、この切欠き８２，８２に露出する第２ケース２１をヒートシンク等にネジ８３，８３で固定している。

このネジ８３，８３の頭は、第１ケース８１が第２ケース２１に対して回転しようとすると、第１ケース８１の切欠き８２，８２の周壁に係止して、第１ケース８１が第２ケース２１に対して回転するのを防止する役目をする。

上記第１〜第３実施形態では、第１および第２ケース１１，８１，２１をアルミナセラミックスで形成したが、アルミナセラミックスにカーボンや炭素繊維を混入して、さらに、放熱効果を向上するようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、第１および第２ケース１１，８１，２１をアルミナセラミックスで形成したが、アルミナセラミックスに代えて、ステアタイト、アルミニュウム、銅、ジルコニュウム、耐熱型でカーボン等を混入した合成樹脂等で形成してもよい。

第１〜第３実施形態では、ＣＯＢタイプのＬＥＤ基板１を用いたが、ＳＭＴ（表面実装：Surface Mount Technology）タイプのＬＥＤ基板を用いてもよい。

第１〜第３実施形態で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、削除あるいは選択してもよいのは、勿論である。

１ ＬＥＤ基板
３ ＬＥＤ
５ 額縁部
１０，７０，８０ 保持装置
１１，８１ 第１ケース
１２ 貫通穴
１５ 凹部
１７ 電源配線
１８ 配線用溝
２１ 第２ケース
２２ 溝
５１ 鳩目ピン
１００，２００，３００ ＬＥＤライト

Claims (5)

1. 発光ダイオード基板の発光ダイオードを露出させる貫通穴を有すると共に、背面に、上記発光ダイオード基板の額縁部を押圧する押圧部と、電源配線が通る配線用溝とを有し、かつ、熱伝導率の高い材料からなる略板状の第１ケースを備え、
   上記発光ダイオード基板の背面を第１ケースに向けて押圧する熱伝導率の高い材料からなる略板状の第２ケースを備え、
   上記発光ダイオード基板を第１ケースと第２ケースで挟んでおり、
   上片と下片と基部とを有する止め金具を備え、
   上記上片と下片とは、上記第１ケースおよび第２ケースを弾性的に挟み、上記基部は、ネジで固定される
   ことを特徴とする発光ダイオード基板の保持装置。
2. 請求項１に記載の発光ダイオード基板の保持装置において、
   上記第１ケースの押圧部は、上記発光ダイオード基板の額縁部を収容する凹部であることを特徴とする発光ダイオード基板の保持装置。
3. 発光ダイオード基板の発光ダイオードを露出させる貫通穴を有すると共に、背面に、上記発光ダイオード基板の額縁部を押圧する押圧部と、電源配線が通る配線用溝とを有し、かつ、熱伝導率の高い材料からなる略板状の第１ケースを備え、
   上記発光ダイオード基板の背面を第１ケースに向けて押圧する熱伝導率の高い材料からなる略板状の第２ケースを備え、
   上記発光ダイオード基板を第１ケースと第２ケースで挟んでおり、
   上記第１ケースと第２ケースの周辺部において、第１ケースと第２ケースを回転可能に連結する回転軸を有することを特徴とする発光ダイオード基板の保持装置。
4. 発光ダイオード基板の発光ダイオードを露出させる貫通穴を有すると共に、背面に、上記発光ダイオード基板の額縁部を押圧する押圧部と、電源配線が通る配線用溝とを有し、かつ、熱伝導率の高い材料からなる略板状の第１ケースを備え、
   上記発光ダイオード基板の背面を第１ケースに向けて押圧する熱伝導率の高い材料からなる略板状の第２ケースを備え、
   上記発光ダイオード基板を第１ケースと第２ケースで挟んでおり、
   上記第２ケースは、上記発光ダイオード基板のバリを収容可能な溝を有することを特徴とする発光ダイオード基板の保持装置。
5. 請求項３に記載の発光ダイオード基板の保持装置において、
   上記第２ケースは、上記発光ダイオード基板のバリを収容可能な溝を有することを特徴とする発光ダイオード基板の保持装置。

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