JP5682586B2

JP5682586B2 - 発光装置

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Publication number: JP5682586B2
Application number: JP2012065853A
Authority: JP
Inventors: 加藤　英昭; 英昭加藤; 下西　正太; 正太下西
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: US9249961B2; JP2013197038A; US20130249401A1

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来の発光装置として、プリント基板の表面にＬＥＤを備え、裏面に温度ヒューズを備えたＬＥＤ照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１によれば、ＬＥＤ照明装置のコントローラの誤動作や故障等によりＬＥＤが通電常態に固定されて、プリント基板が所定の温度に達したときに、温度ヒューズによりＬＥＤへの通電を遮断して、ＬＥＤ照明装置の過熱を防止して信頼性の向上を図ることができる。

また、従来の温度ヒューズとして、ヒューズホルダにより回路に接続されるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２によれば、温度ヒューズを第１のヒューズホルダに接続した後、基板に固定された第２のヒューズホルダに第１のヒューズホルダを接続することにより、温度ヒューズを回路に接続する。

特開２００７−３０５５１２号公報実公昭６２−４６１８７号公報

特許文献１に記載のＬＥＤ照明装置においては、プリント基板の裏面にヒューズを備えているため、プリント基板の裏面に設置する放熱部材の面積が制限され、放熱部材による放熱効果が低下する。

そこで、本発明の目的は、装置の信頼性を向上させ、且つ放熱部材の放熱効果を低下させない温度ヒューズを備えた発光装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、第１の面上に金属膜を有する基板と、前記基板の前記第１の面上に搭載され、前記金属膜に接続された発光素子と、前記基板の前記第１の面上に搭載され、前記金属膜に接続された熱感知電流遮断器と、前記熱感知電流遮断器を覆い、前記発光素子から発せられて前記熱感知電流遮断器へ向かう光を遮断して前記熱感知電流遮断器の受光による温度上昇に基づく作動を防ぐ遮光カバーと、前記基板の前記第１の面と反対側の第２の面に形成され、前記基板の熱を放熱する放熱部材と、を有する発光装置を提供する。

上記発光装置において、前記熱感知電流遮断器は、接触型コネクタを介して前記金属膜に接続される温度ヒューズであってもよい。

上記発光装置において、前記熱感知電流遮断器は、両端が前記金属膜に接触し、前記両端の間に前記金属膜に接触しない凸部を有する導電板と、前記導電板の前記両端を前記金属膜に固定する可溶部と、前記導電板の前記凸部と前記金属膜との間に圧縮された状態で保持される弾性部と、前記導電板の前記凸部の底面の一部に接触するコンタクトピンと、を有してもよい。

上記発光装置において、前記熱感知電流遮断器は、バイメタル又は形状記憶合金からなり、温度変化により変形する部材と、前記部材の変形前に前記部材と接触していて、変形後に接触しなくなる電極とを有してもよい。

本発明によれば、装置の信頼性を向上させ、且つ放熱部材の放熱効果を低下させない温度ヒューズを備えた発光装置を提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図２は、図１の線分Ａ−Ａにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。図３は、第２の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図３の線分Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。図５は、第３の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図６は、図５の線分Ｄ−Ｄにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図２は、図１の線分Ａ−Ａにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。

発光装置１０は、基板１と、基板１の第１の面（図１の紙面の表側の面）上に搭載された発光素子２と、基板１の第１の面上に搭載された熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂと、熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂを覆い、発光素子２から発せられて熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂへ向かう光を遮る遮光カバー１２ａ、１２ｂと、基板１の第１の面と反対側の第２の面に形成され、基板１の熱を放熱する放熱部材５、を有する。なお、図１においては、遮光カバー１２ａ、１２ｂの図示を省略し、輪郭を鎖線で示す。

基板１は、例えば、セラミック基板、樹脂基板、又は金属板を絶縁体で覆ったメタルコア基板である。基板１は、第１の面上に所定のパターンを有する金属膜３（３ａ〜３ｄ）を有する。また、基板１は、第１の面上に、抵抗、コンデンサ等の受動素子や、電流制御回路等の能動素子、能動回路を有してもよい。

発光素子２は、例えば、ＬＥＤチップ又はＥＬ発光素子である。発光素子２は、金属膜３に接続され、金属膜３を介して電圧が印加される。図１には、一例として、フリップチップ型のＬＥＤチップである発光素子２を示している。発光素子２の個数や配置は、図１に示されるものに限られない。

また、図１に示されるように、発光素子２の周りに、発光素子２から発せられる光を反射するリフレクター４が形成されてもよい。リフレクター４の材料として、白色系のシリコーン等の樹脂を用いることができる。基板１上には、リフレクター４に囲まれた発光素子２から構成される発光素子パッケージが、複数形成されてもよい。

照明として用いられる発光装置１０の発光効率は、例えば、５０〜１５０ｌｍ／Ｗであり、発光強度が２０００ｌｍ程度の照明として用いられる場合、消費電力は１３〜４０Ｗとなる。基板１上の発光素子２や金属膜３等に供給される電力の一部は、熱として基板１に吸収される。放熱部材５は、この基板１の熱を外部に放出するための部材であり、例えば、金属膜パターン、放熱板、放熱フィン、ヒートパイプ等である。

熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂは、回路ショートや回路部品の故障により基板１が過熱した場合や、放熱部材５の故障などにより基板１の熱を十分に放出することができなくなった場合に、過熱を感知して回路を遮断する。本実施の形態においては、熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂは、内部の可溶体の温度が上昇して融点を超えたときに可溶体が溶断する温度ヒューズである。

熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂは、それぞれコネクタ１４ａ、１４ｂを介して金属膜３ａ、３ｂに接続され、コネクタ１５ａ、１５ｂを介してリード線１３ａ、１３ｂに接続される。

外部から供給される電流は、リード線１３ａ、１３ｂの一方から発光装置１０に流入し、発光素子２に供給された後、リード線１３ａ、１３ｂの他方から流出する。このため、基板１の過熱時に熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂのいずれかが溶断することにより、回路が遮断され、発光素子２への給電が止まる。このため、発光装置１０の信頼性を向上させることができる。

なお、発光装置１０は、熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂのいずれか一方を有してもよい。また、発光装置１０は、３個以上の熱感知電流遮断器を有してもよい。また、発光装置１０の配置は図１に示されるものに限られず、基板１の第１の面上において発光素子２を動作させるための回路に接続されていればよい。

コネクタ１４ａ、１４ｂ及びコネクタ１５ａ、１５ｂは接触型コネクタであり、熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂは、コネクタ１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂに嵌め込まれることにより回路に接続されるため、回路への接続に半田付けを必要としない。このため、半田付けの際の熱により熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂが溶断するおそれがない。

遮光カバー１２ａ、１２ｂは、発光素子２から発せられて熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂへ向かう光を遮り、発光素子２から発せられる光による熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂの溶断を防ぐため、反射率及び温度抵抗が高い材料からなる。遮光カバー１２ａ、１２ｂの材料としては、反射率の高い金属材料や樹脂材料を用いることができる。金属材料としては、例えば、アルミ、ステンレスや、銀めっきを施した銅材料を用いることができる。樹脂材料としては、ポリアミド（ＰＡ６６、ＰＡ６ナイロン）耐熱性ポリアミド樹脂（ＰＡ９Ｔ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、飽和ポリエステル（ＰＢＴ）等を用いることができる。また、リフレクター４と同じ樹脂を用いてもよい。金属材料を用いる場合は、絶縁が必要な箇所に絶縁樹脂を施すことや、温度抵抗を高めるために熱感知電流遮断器１１ａ、１１ｂ側の部分を樹脂材料で覆うことが好ましい。樹脂材料を用いる場合は、発光素子２側の面に光反射率の高い金属薄膜を設置することができる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、熱感知電流遮断器の構成において第１の実施の形態と異なる。第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

図３は、第２の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図３の線分Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。

発光装置２０は、基板１と、基板１の第１の面（図３の紙面の表側の面）上に搭載された発光素子２と、基板１の第１の面上に搭載された熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂと、熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂを覆い、発光素子２から発せられて熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂへ向かう光を遮る遮光カバー２２ａ、２２ｂと、基板１の第１の面と反対側の第２の面に形成され、基板１の熱を放熱する放熱部材５、を有する。なお、図３においては、遮光カバー２２ａ、２２ｂの図示を省略し、輪郭を鎖線で示す。

熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂは、金属膜３ａ、３ｂ上にそれぞれ接続される。熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂは、両端が金属膜３ａ、３ｂに接触し、その間に金属膜３ａ、３ｂに接触しない凸部を有する導電板２１１と、導電板２１１の両端を前記金属膜３ａ、３ｂに固定する可溶部２１２と、導電板２１１の凸部と金属膜３ａ、３ｂとの間に圧縮された状態で保持されるバネ、ゴム等の弾性体からなる弾性部２１３と、導電板２１１の凸部の底面の一部に接触するコンタクトピン２１４と、を有する。導電板２１１は、コンタクトピン２１４と金属膜３ａ、３ｂを電気的に接続する。

熱感知電流遮断器２１ａのコンタクトピン２１４には、リード線２３ａが接続される。同様に、図示しないが、熱感知電流遮断器２１ｂのコンタクトピン２１４には、リード線２３ｂが接続される。

可溶部２１２は、所定の温度で融解する低温半田材料等の材料からなる。低温半田材料としては、例えば、固相線温度２０６℃、液相線温度２１７℃のＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎ、固相線温度１３９℃、液相線温度１３９℃のＳｎ−５８Ｂｉ、固相線温度１３６℃、液相線温度１３８℃のＳｎ−５８Ｂｉ−１Ａｇを用いることができる。

熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂにおいては、可溶部２１２の温度が上昇して融点を超えたときに可溶部２１２が溶け、弾性部２１３の弾性力により導電板２１１が元の位置から外れ、それによってコンタクトピン２１４と金属膜３ａ、３ｂとの電気的接続が遮断される。なお、弾性部２１３の弾性力により、導電板２１１と金属膜３ａ、３ｂの接続は瞬間的に切断されるため、可溶部２１２においてアーク放電が発生するおそれはほとんどない。

外部から供給される電流は、リード線２３ａ、２３ｂの一方から発光装置１０に流入し、発光素子２に供給された後、リード線２３ａ、２３ｂの他方から流出する。このため、基板１の過熱時に熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂのいずれかの可溶部２１２が溶けることにより、回路が遮断され、発光素子２への給電が止まる。このため、発光装置２０の信頼性を向上させることができる。

なお、発光装置２０は、熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂのいずれか一方を有してもよい。また、発光装置２０の配置は図３に示されるものに限られず、基板１の第１の面上において発光素子２を動作させるための回路に接続されていればよい。

遮光カバー２２ａ、２２ｂは、発光素子２から発せられて熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂへ向かう光を遮り、発光素子２から発せられる光により熱感知電流遮断器２１ａ、２１ｂの可溶部２１２が溶けることを防ぐ。遮光カバー２２ａ、２２ｂは、第１の実施の形態の遮光カバー１２ａ、１２ｂと同様の材料から形成することができる。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、熱感知電流遮断器の構成において第１の実施の形態と異なる。第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

図５は、第３の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図６は、図５の線分Ｄ−Ｄにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。

発光装置３０は、基板１と、基板１の第１の面（図５の紙面の表側の面）上に搭載された発光素子２と、基板１の第１の面上に搭載された熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂと、熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂを覆い、発光素子２から発せられて熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂへ向かう光を遮る遮光カバー３２ａ、３２ｂと、基板１の第１の面と反対側の第２の面に形成され、基板１の熱を放熱する放熱部材５、を有する。なお、図５においては、遮光カバー３２ａ、３２ｂの図示を省略し、輪郭を鎖線で示す。

熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂは、バイメタルや形状記憶合金等の温度変化により変形する導電材料からなる変形部材３１１と、電極３１２を有する。熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂの変形部材３１１は、それぞれ金属膜３ａ、３ｂに接続される。熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂの電極３１２は、それぞれリード線３３ａ、３３ｂに接続される。

熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂにおいては、変形部材３１１と電極３１２は、通常時は、図６に示されるように接触し、電気的に接続されている。変形部材３１１は、所定の温度を超えると電極３１２から離れるように変形し、それによって変形部材３１１と電極３１２との電気的接続が遮断される。

外部から供給される電流は、リード線３３ａ、３３ｂの一方から発光装置１０に流入し、発光素子２に供給された後、リード線３３ａ、３３ｂの他方から流出する。このため、基板１の過熱時に熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂのいずれかの変形部材３１１が変形することにより、回路が遮断され、発光素子２への給電が止まる。このため、発光装置３０の信頼性を向上させることができる。

なお、発光装置３０は、熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂのいずれか一方を有してもよい。また、発光装置３０の配置は図５に示されるものに限られず、基板１の第１の面上において発光素子２を動作させるための回路に接続されていればよい。

遮光カバー３２ａ、３２ｂは、発光素子２から発せられて熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂへ向かう光を遮り、発光素子２から発せられる光により熱感知電流遮断器３１ａ、３１ｂの変形部材３１１が変形することを防ぐ。遮光カバー３２ａ、３２ｂは、第１の実施の形態の遮光カバー１２ａ、１２ｂと同様の材料から形成することができる。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、熱感知電流遮断器を発光基板が搭載される基板の表面に形成することにより、裏面に大面積の放熱部材を設置し、発光装置の放熱性能を向上させることができる。また、熱感知電流遮断器を遮光カバーで覆うことにより、熱感知電流遮断器が発光素子からの直接光を吸収して回路を切断することを防止できる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０、２０、３０発光装置
１基板
２発光素子
３（３ａ〜３ｄ）金属膜
５放熱部材
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ熱感知電流遮断器
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ遮光カバー
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂリード線
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂコネクタ
２１１導電板
２１２可溶部
２１３弾性部
２１４コンタクトピン
３１１変形部材
３１２電極

Claims

第１の面上に金属膜を有する基板と、
前記基板の前記第１の面上に搭載され、前記金属膜に接続された発光素子と、
前記基板の前記第１の面上に搭載され、前記金属膜に接続された熱感知電流遮断器と、
前記熱感知電流遮断器を覆い、前記発光素子から発せられて前記熱感知電流遮断器へ向かう光を遮断して前記熱感知電流遮断器の受光による温度上昇に基づく作動を防ぐ遮光カバーと、
前記基板の前記第１の面と反対側の第２の面に形成され、前記基板の熱を放熱する放熱部材と、を有する発光装置。
前記熱感知電流遮断器は、前記遮光カバーで覆われた、接触型コネクタを介して前記金属膜に接続される温度ヒューズである、
請求項１に記載の発光装置。
前記熱感知電流遮断器は、両端が前記金属膜に接触し、前記両端の間に前記金属膜に接触しない凸部を有する導電板と、前記導電板の前記両端を前記金属膜に固定する可溶部と、前記導電板の前記凸部と前記金属膜との間に圧縮された状態で保持される弾性部と、前記導電板の前記凸部の底面の一部に接触するコンタクトピンと、を有する、
請求項１に記載の発光装置。
前記熱感知電流遮断器は、バイメタル又は形状記憶合金からなり、温度変化により変形する部材と、前記部材の変形前に前記部材と接触していて、変形後に接触しなくなる電極とを有する、請求項１に記載の発光装置。