JP6085459B2

JP6085459B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP6085459B2
Application number: JP2012266580A
Authority: JP
Inventors: 雄太郎松本; 照夫亀井
Original assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: JP2014112495A

Description

本発明は、半導体発光素子を固定した固定板を備える照明装置に関する。

従来、光源として用いられてきた蛍光灯又は白熱灯などに比べて、省電力及び長寿命という点で優れ、さらに高輝度化が進むにつれて、発光ダイオードが光源として様々な分野で使用されている。

このような発光ダイオードは、一対の端子電極が形成された本体基板、本体基板の略中央部に実装された発光素子、発光素子と端子電極部とを接続するボンディングワイヤ、及び発光素子を封止する透光性の樹脂体などを備えている。そして、発光ダイオードは、端子電極をマザーボード等の実装基板上に直接載置した状態で導通接続することができる（特許文献１参照）。

特開２０１１−８２２８５号公報

しかしながら、特許文献１の発光ダイオードを照明装置に使用する場合、マザーボード又はプリント基板のような実装基板に発光ダイオードを実装し、発光ダイオードが実装された実装基板を、ビス等を用いて照明装置の取付板又は固定板などに固定する必要があった。また、実装基板に電線を接続するためのコネクタが必要であった。そして、発光ダイオードの寸法（例えば、高さ寸法）に比べて、実装基板の厚み、ねじ等の固定部材の寸法、コネクタの寸法は無視することができない程度の大きさがあり、照明装置の薄型化を図ることができなかった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、薄型化を図ることができる照明装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る照明装置は、半導体発光素子を固定した固定板を備える照明装置であって、前記固定板は、一面に配線パターンを形成してあり、他面に溝を有する放熱部を形成してあり、前記一面に前記半導体発光素子を設けてあり、該半導体発光素子は、基板と、該基板の一面に形成された半導体発光層と、前記基板の一面に形成され、前記半導体発光層に接続された電極とを備え、該電極を前記配線パターンに接続してあり、前記基板の他面から光を取り出すようにしてあり、前記固定板の周縁に設けられ、該固定板と一体成形された枠部と、該枠部に嵌合し、前記半導体発光素子からの光を透過する透過板とをさらに備えることを特徴とする。

第２発明に係る照明装置は、第１発明において、前記固定板の前記一面に、透光性であって前記半導体発光素子を封止する封止部を設けてあることを特徴とする。

第３発明に係る照明装置は、第１発明又は第２発明において、前記固定板は、高熱伝導性の合成樹脂製であることを特徴とする。

第１発明にあっては、固定板は、一面に配線パターンを形成してあり、他面に溝を有する放熱部を形成してある。固定板の一面に半導体発光素子を設けてあり、半導体発光素子は、基板と、基板の一面に形成された半導体発光層と、基板の一面に形成され、半導体発光層に接続された電極とを備える。電極を配線パターンに接続してあり、基板の他面から光を取り出す。すなわち、一面に配線パターンを形成し、他面に放熱部を有する固定板の当該一面に半導体発光素子を直接実装してある。これにより、半導体発光素子を実装するための実装基板が不要となり、また、実装基板を照明装置に固定するねじ等、及び実装基板に設けたコネクタなどの部品が不要となるので、これらの部材によって占められた寸法（高さ寸法）だけ小さくすることができ、照明装置の薄型化を図ることができる。また、実装基板の取付工程が不要となり、部品コスト及び製造コストを低減することができる。
また、固定板の周縁に設けられた枠部と、枠部に嵌合し、半導体発光素子からの光を透過する透過板とを備える。これにより、固定板と透過板とを対設させ、周りを枠部で囲んだ薄型の照明装置を実現することができる。

第２発明にあっては、固定板の一面に、透光性であって半導体発光素子を封止する封止部を設けてある。固定板の一面に封止部を形成してあるので、半導体発光素子及び封止部などを含む発光部の寸法（高さ寸法）を小さくすることができ、照明装置の薄型化を図ることができる。

第３発明にあっては、固定板は、高熱伝導性の合成樹脂製である。固定板が高熱伝導性を有するため、固定板の一面に実装した半導体発光素子の熱を、固定板の他面の放熱部を介して効率良く外部へ放熱させることができる。

本発明によれば、実装基板が不要となり、薄型化を図ることができる。

本実施の形態の照明装置の構成の一例を示す外観斜視図である。本実施の形態の照明装置の構成の一例を示す要部断面図である。固定板の一例を示す要部平面図である。固定板に実装されたＬＥＤチップの構成の一例を示す断面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の照明装置１００の構成の一例を示す外観斜視図であり、図２は本実施の形態の照明装置１００の構成の一例を示す要部断面図であり、図３は固定板１０の一例を示す要部平面図である。図１乃至図３に示すように、照明装置１００は、矩形状であって板状の固定板１０、固定板１０の周縁に設けられた枠部２０、固定板１０と対向し、枠部２０に嵌合する透過板３０、固定板１０に直接実装された半導体発光素子としてのＬＥＤチップ４０などを備える。

ＬＥＤチップ４０からの光が透過板３０を透過して外部へ放出される。透過板３０は、透明でもよく、また半透明でもよく、光を拡散させる拡散性を有してもよい。透過板３０は照明装置１００の発光面となる。また、照明装置１００の厚みは、枠部２０の厚み（高さ寸法）とすることができる。

固定板１０は、高熱伝導性の合成樹脂製である。固定板１０は、高熱伝導性として、例えば、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下程度の熱伝導率を有し、かつ絶縁性を有する。高熱伝導性の合成樹脂として、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。固定板１０の厚みは、例えば、２〜３ｍｍ程度とすることができるが、厚み寸法はこれに限定されるものではなく、固定板１０の形状又は大きさに応じて、５ｍｍ、１０ｍｍ程度とすることもできる。

図３に示すように、固定板１０の一面には、配線パターン１５を形成してある。配線パターン１５は、例えば、スクリーン印刷などの手法を用いて固定板１０に形成することができる。なお、配線パターン１５の形成方法は適宜の方法を用いることができる。

固定板１０の配線パターン１５が形成された一面には、複数のＬＥＤチップ４０を実装してある。また、固定板１０の他の面には放熱部１１を設けている。なお、放熱部１１は、ＬＥＤチップ４０の実装領域に応じて、例えば、固定板１０の全面に設けてもよく、あるいは固定板１０の他面の一部に設けてもよい。

放熱部１１は、突状の放熱フィン１１１と、放熱フィン１１１の間に形成された溝１１２とを有する。溝１１２の形状は、固定板１０の平面視において、例えば、細長い矩形状であって、列状に複数設けられ、固定板１０の断面視において、例えば、略Ｕ字状をなす。なお、溝１１２の形状は、これに限定されるものではなく、例えば、格子状に形成してもよく、また断面形状は、半円状、三角形状などであってもよい。

枠部２０は、固定板１０の周りに周設してある。なお、枠部２０は、固定板１０と一体成形してもよく、あるいは固定板１０とは別個の部材とすることもできる。枠部２０は、固定板１０の一面に対して傾斜した傾斜面を有する側部２２、及び透過板３０の周縁を嵌合する嵌合部２１などを有する。

固定板１０の一面（ＬＥＤチップ４０の実装面）及び側部２２の傾斜面には、例えば、高反射白色レジストなどの高反射部材を塗布又は貼付してある。これにより、ＬＥＤチップ４０からの光を効率よく透過板３０の方へ反射させることができる。また、従来のような反射板をねじ等で固定する必要がない。

図４は固定板１０に実装されたＬＥＤチップ４０の構成の一例を示す断面図である。図４に示すように、ＬＥＤチップ４０は、基板４１、ｎ型半導体層４２、ｐ型半導体層４３、電極４４、絶縁層４５などを有する。なお、図４では簡便のため放熱部１１は省略している。また、図４においては、簡便のため、ｎ型半導体層４２及びｐ型半導体層４３と電極４４とを繋ぐ配線は省略している。

ＬＥＤチップ４０は、例えば、平面視が矩形状の基板４１の一面４１１にｎ型半導体層４２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層４３を積層した半導体発光層（ＬＥＤ構造）を形成してある。また、基板４１の一面４１１には、基板４１の両側に、固定板１０に形成された配線パターン１５に半田付け等で電気的に接続するための一対の電極４４を形成してある。また、ＬＥＤチップ４０の一面４１１側は、電極４４の表面を除いて絶縁層４５で被覆してある。半導体発光層から放出された光は、主に基板４１の他面４１２側から外部へ放出される。

固定板１０の一面には、透光性であってＬＥＤチップ４０を封止する封止部６０を設けてある。封止部６０は、蛍光体を含有してもよく、含有していなくてもよい。蛍光体を含有する場合、例えば、黄色蛍光体を用いることができる。黄色蛍光体は、例えば、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲の波長の光を吸収して５４０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲にピークを有する黄色（黄緑色、及び黄色に近い橙色も含む）の光を発光する。これにより、演色性の優れた白色光源を実現することができる。なお、蛍光体は、黄色蛍光体に限定されるものではなく、他の蛍光体でもよく、所要の発光色を実現するために適宜異なる蛍光体を用いることができる。蛍光体の材質を変えることにより所望の発光色を得ることができる。また、蛍光体を含有した封止部６０を設ける代わりに、基板４１の他面４１２上に蛍光体を含有したシートを設けることで封止部としてもよい。また、封止部６０の表面に蛍光体を含有したシートを設けて、当該シートを含めて封止部６０とすることもできる。

ＬＥＤチップ４０は、電極４４と配線パターン１５とは、半田７０により電気的に接続してある。ＬＥＤチップ４０の厚み（高さ）は、例えば、約２００μｍであり、封止部６０の高さは、例えば、１ｍｍ程度である。

上述のように、本実施の形態の照明装置１００では、固定板１０は、一面に配線パターン１５を形成してあり、他面に凹状の溝１１２を有する放熱部１１を形成してある。固定板１０の一面にＬＥＤチップ４０を設けてあり、ＬＥＤチップ４０は、基板４１と、基板４１の一面４１１に形成された半導体発光層（４２、４３）と、基板４１の一面４１１に形成され、半導体発光層に接続された電極４４とを備える。電極４４を配線パターン１５に接続してあり、基板４１の他面４１２から光を取り出す。すなわち、一面に配線パターン１５を形成し、他面に放熱部１１を有する固定板１０の当該一面にＬＥＤチップ４０を直接実装してある。これにより、ＬＥＤチップ４０を実装するための実装基板が不要となり、また、実装基板を照明装置に固定するねじ等、及び実装基板に設けたコネクタなどの部品が不要となるので、これらの部材によって占められた寸法（例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度）だけ薄くすることができ、照明装置の薄型化を図ることができる。また、実装基板の取付工程が不要となり、実装基板及びコネクタなどの部品コスト及び製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態の照明装置１００では、ＬＥＤチップ４０の電極４４を半田７０で直接配線パターン１５に接続してあり、従来のＬＥＤチップのようなボンディングワイヤを用いていないので、当該ボンディングワイヤと封止樹脂との熱膨張率の差により、周囲温度が変化した場合に、ワイヤの断線又はワイヤの接点箇所の剥がれなどの異常が発生することもない。

また、本実施の形態の照明装置１００では、固定板１０の一面に直接ＬＥＤチップ４０を実装するので、ＬＥＤチップ４０を実装した実装基板の照明装置への取付、実装基板への配線の接続、実装基板を複数設ける場合には、実装基板同士の接続などの従来の照明装置において必要であった品質保証上のチェック項目及び故障の要因となる箇所がなくなり、品質向上を図ることができる。

また、本実施の形態の照明装置１００では、実装基板が不要であるので、従来であれば実装基板の形状などの制約によりＬＥＤチップ４０の位置が制約されていたという問題もなく、固定板１０の任意の箇所に配線パターンを形成し、ＬＥＤチップ４０の位置を比較的自由に設定することが可能となる。

また、固定板１０の材料として、高熱伝導性樹脂（高放熱性樹脂）を用いることにより、照明装置本体を絶縁性にすることができ、絶縁性能を比較的容易に確保することができる。なお、固定板１０は、アルミニウムなどの金属製であってもよい。この場合には、ＬＥＤチップ４０を実装する面に必要に応じて絶縁膜を塗布すればよい。

また、本実施の形態の照明装置１００では、固定板１０の一面に、透光性であってＬＥＤチップ４０を封止する封止部６０を設けてある。固定板１０の一面に封止部６０を形成してあるので、ＬＥＤチップ４０及び封止部６０などを含む発光部の寸法（高さ寸法）を小さくすることができ、照明装置の超薄型化を図ることができる。

また、固定板１０は、高熱伝導性を有するため、固定板１０の一面に実装したＬＥＤチップ４０の熱を、固定板１０の他面の放熱部１１を介して効率良く外部へ放熱させることができる。

また、本実施の形態の照明装置１００では、固定板１０の周縁に設けられた枠部２０と、枠部２０に嵌合し、ＬＥＤチップ４０からの光を透過する透過板３０とを備える。これにより、固定板１０と透過板３０とを対設させ、周りを枠部２０で囲んだ薄型の照明装置を実現することができる。

照明装置の形状は、図１に例示したものに限定されるものではない。本実施の形態は、天井又は壁等の取付孔に取り付ける埋込形の照明装置、ダウンライト、壁面などに取り付けるものなど種々のタイプの照明装置に適用することができる。

１０固定板
１１放熱部
１５配線パターン
２０枠部
３０透過板
４０ＬＥＤチップ
４１基板
４２ｎ型半導体層
４３ｐ型半導体層
４４電極
６０封止部

Claims

半導体発光素子を固定した固定板を備える照明装置であって、
前記固定板は、
一面に配線パターンを形成してあり、
他面に溝を有する放熱部を形成してあり、
前記一面に前記半導体発光素子を設けてあり、
該半導体発光素子は、
基板と、
該基板の一面に形成された半導体発光層と、
前記基板の一面に形成され、前記半導体発光層に接続された電極と
を備え、
該電極を前記配線パターンに接続してあり、
前記基板の他面から光を取り出すようにしてあり、
前記固定板の周縁に設けられ、該固定板と一体成形された枠部と、
該枠部に嵌合し、前記半導体発光素子からの光を透過する透過板と
をさらに備えることを特徴とする照明装置。
前記固定板の前記一面に、透光性であって前記半導体発光素子を封止する封止部を設けてあることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記固定板は、
高熱伝導性の合成樹脂製であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。