JP6200654B2 - 発光モジュール、発光装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光を発する発光モジュール、発光装置および照明装置に関する。

従来、発光モジュールを有する発光装置と放熱体とを組み合わせて構成した照明装置がある。

発光モジュールは、基板に発光素子が実装されて発光部が形成され、この基板を透光性のカバーで覆っている。カバーは発光部からの熱の影響を受けにくくするために発光部から離して配置されており、発光部とカバーとの間には空気層が形成されている。そして、発光部が発する光が空気層およびカバーを透過して照明空間に照射され、また、発光部の熱が主に基板から放熱体に熱伝導されて放熱される。

特開２０１３−３０４０１号公報

しかしながら、発光部とカバーとの間に空気層があるため、この空気層が断熱層となって発光部の熱をカバーに効率よく伝えるこができず、カバーからの放熱が期待できなかった。

また、発光部と空気層との屈折率差、空気層とカバーとの屈折率差がそれぞれ大きくなるため、発光部と空気層との境界で一部の光が反射して発光部から出射されなかったり、カバーの内面で一部の光が反射してカバーから出射されないことがあり、発光モジュールの光取出効率が低下する原因となっている。

本発明が解決しようとする課題は、放熱性および光取出効率を向上できる発光モジュール、発光装置および照明装置を提供することである。

実施形態の発光モジュールは、基板、カバー、枠体および樹脂層を備える。基板には、発光素子を有する発光部を設ける。カバーは、透光性を有し、発光部に対向する。枠体は、発光部より大径でかつ基板より小径の円環状であり、発光部の周囲で発光部と基板とカバーとの間に介在され、発光部とカバーが接触しないよう、基板とカバーの間隔を保持する。樹脂層は、透光性を有し、発光部およびカバーに接して発光部とカバーとの間に介在する。

本発明によれば、発光部の熱をカバーに効率よく伝えることができて放熱性が向上するとともに、発光部の光をカバーに効率よく入射させることができて光取出効率が向上することが期待できる。

第１の実施形態を示す発光モジュールおよび発光装置の断面図である。 同上発光モジュールおよび発光装置の斜視図である。 同上発光装置を用いた照明装置の斜視図である。 第２の実施形態を示す発光モジュールおよび発光装置の断面図である。 第３の実施形態を示す発光モジュールおよび発光装置の断面図である。 第４の実施形態を示す発光モジュールおよび発光装置の断面図である。 第５の実施形態を示す発光モジュールおよび発光装置の断面図である。 第６の実施形態を示す発光モジュールおよび発光装置の断面図である。 第７の実施形態を示す発光モジュールおよび発光装置の斜視図である。 同上発光装置の断面図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図３を参照して説明する。

図３に照明装置を示す。照明装置10は、放熱体11、およびこの放熱体11に着脱可能に取り付けられる発光装置12を備えている。

放熱体11は、例えば天井などに設置される器具本体の一部を構成するものである。放熱体11は、アルミニウムなどの金属材料によって形成され、下面には発光装置12を熱的に接続された状態に取り付ける平面状の取付面15が形成され、上面には複数の放熱フィン16が突設されている。

図１および図２に示すように、発光装置12は、発光モジュール20、発光モジュール20を熱的に接続する放熱板21、発光モジュール20を収容するケース22、および放熱板21に取り付けられる放熱シート23を備えている。

発光モジュール20は、発光体26、発光体26を覆うカバー27、発光体26とカバー27との間に介在された枠体28、および発光体26とカバー27と枠体28との間に密に形成された樹脂層29を備えている。

発光体26は、基板31、およびこの基板31の一面（前面）である実装面に設けられた発光部32を備えている。基板31は、例えば金属、セラミックスあるいは樹脂などの熱伝導性に優れた材料で平板状に形成され、実装面には配線パターンが形成されている。なお、基板31が金属の場合には基板31と配線パターンとの間に絶縁層が形成される。

発光部32は、基板31に実装された複数の発光素子33、複数の発光素子33の周囲を囲む壁部34、および壁部34の内側で複数の発光素子33を一体に封止する封止樹脂35を有している。すなわち、発光部32にはＣＯＢ（Chip On Board）方式が採用されており、封止樹脂35の表面が円形の発光面36として形成されている。発光素子33には青色光を発するＬＥＤ素子が用いられ、封止樹脂35には青色光によって励起されて黄色光を発する蛍光体を含有した例えばシリコーン樹脂などの透光性を有する樹脂材料が用いられている。発光部32の光出力は、２０００lm以上の高出力である。なお、発光素子としては、ＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージを用いてもよいし、あるいはＬＥＤ素子に限らず、ＥＬ（Electro Luminescence）素子などを用いてもよい。

カバー27は、可視光の透光性を有し、耐熱温度が１００℃以上の樹脂、ガラスあるいはセラミックスなどの材料で、発光部32および基板31より大径の平円板状に形成されている。

枠体28は、弾性を有する例えばシリコーン樹脂などの樹脂材料やばね材などの金属材料で、発光部32より大径でかつ基板31より小径の円環状に形成されている。枠体28は、基板31の実装面で発光部32の周囲に配置され、基板31とカバー27との間に介在されて基板31とカバー27とにそれぞれ接触され、基板31とカバー27との間隔を保持している。

樹脂層29は、例えばシリコーン樹脂などの透明な樹脂材料で、発光体26の基板31および発光部32とカバー27と枠体28との間に空気層が存在しないように形成されている。すなわち、樹脂層29は、発光部32およびカバー27にそれぞれ密着されている。樹脂層29と発光部32の封止樹脂35との屈折率差および樹脂層29とカバー27との屈折率差は０〜０．２以内にあるように各材料を選択することが好ましい。また、樹脂層29の形成方法としては、枠体28の内側で発光部32上に硬化する前の流動性を有する状態の樹脂材料を充填し、カバー27を樹脂材料に押し付けて密着させた後、樹脂材料を硬化させることで樹脂層29を形成する。なお、樹脂層29は、少なくとも発光部32とカバー27との間に形成されていればよい。

カバー27の硬度をh1、枠体28の硬度をh2、封止樹脂35の硬度をh3、樹脂層29の硬度をh4とすると、h1≧h2≧h3≧h4の関係を有する（より好ましい関係はh1＞h2＞h3＞h4である）。すなわち、枠体28の硬度h2は、樹脂層29の硬度h4以上である。カバー27の硬度h1は、樹脂層29の硬度h4以上である。カバー27の硬度h1は、枠体28の硬度h2以上である。封止樹脂35の硬度h3は、樹脂層29の硬度h4以上である。

また、放熱板21は、例えばヒートスプレッダであり、基板31およびカバー27より大径の平円板状に形成されている。放熱板21の一面に基板31の実装面とは反対側の裏面が接触される。

また、ケース22は、例えば樹脂材料によって形成され、一面である前面には円形の開口部38が形成され、前面とは反対側の裏面には放熱板21との間に発光モジュール20を収容する円形の収容部39が開口されている。開口部38の直径は収容部39の直径より小さく、開口部38と収容部39との間に段部40が形成されている。開口部38の直径は、カバー27の直径より小さい寸法に形成されている。

また、放熱シート23は、熱伝導性に優れた材料によって形成されている。

そして、ケース22の収容部39に発光モジュール20が収容され、カバー27が段部40に当接し、段部40と放熱板21との間で発光モジュール20が挟み込まれて保持され、発光装置12が形成されている。

また、図３に示すように、発光装置12の放熱板21が放熱シート23を介して放熱体11の取付面15に面接触する状態に取り付けられる。なお、放熱体11を含む器具本体側には電源装置が配置され、この電源装置と発光装置12とが接続手段によって電気的に接続されている。そして、電源装置から複数の発光素子33を発光させる電力を発光モジュール20に供給する。

発光装置12の複数の発光素子33が発光すると、発光部32の発光面36から出射する光が、樹脂層29に入射し、樹脂層29内を透過してカバー27に入射し、カバー27の前面から照明空間に放射される。このとき、発光部32とカバー27との間に樹脂層29が密に形成されていて空気層が介在せず、発光部32の封止樹脂35と樹脂層29との屈折率差、および樹脂層29とカバー27との屈折率差がそれぞれ小さくなる。そのため、発光部32の封止樹脂35と樹脂層29との境界での光の反射が少なくなるとともに樹脂層29とカバー27との境界での反射が少なくなって、発光部32の封止樹脂35から樹脂層29内に光が入射しやすいとともに樹脂層29からカバー27に光が入射しやすくなり、カバー27の前面から出射する光が増加し、発光モジュール20の光取出効率が向上する。

また、複数の発光素子33が発生する熱の一部は、基板31、放熱板21および放熱シート23を経て放熱体11に熱伝導され、放熱体11から大気中に放熱される。

さらに、複数の発光素子33が発生する熱の一部は、封止樹脂35、壁部34および基板31から樹脂層29に熱伝導されるとともに、樹脂層29からカバー27に熱伝導され、カバー27の前面から大気中に放熱される。そのため、発光部32の熱をカバー27に効率よく伝えることができて放熱性を向上できる。

また、枠体28の硬度h2は、樹脂層29の硬度h4以上であるため、カバー27の前面から外力が加わっても、枠体28でカバー27を支え、樹脂層29で外力を吸収し、発光部32に外力が加わるのを軽減できる。

カバー27の硬度h1は、樹脂層29の硬度h4以上であるため、カバー27の前面から外力が加わっても、カバー27が外力に対して強く、樹脂層29で外力を吸収し、発光部32への負荷を軽減できる。

カバー27の硬度h1は、枠体28の硬度h2以上であるため、カバー27の前面から外力が加わっても、カバー27が外力に対して強く、発光部32への負荷を軽減できる。

封止樹脂35の硬度h3は、樹脂層29の硬度h4以上であるため、カバー27の前面から外力が加わっても、樹脂層29で外力を吸収し、封止樹脂35が外力に対して強く、発光部32への負荷を軽減できる。

また、ケース22の開口部38の寸法は、カバー27の外形より小さいため、仮にカバー27が発光モジュール20から外れたとしても、カバー27がケース22の開口部38から脱落するのを防止できる。

また、カバー27がガラスである場合、ガラスに樹脂層29が密着しているため、発光装置12の取り扱い中に落すなどしてガラスが割れても、ガラスが飛散するのを防止できる。

次に、図４に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成および作用効果については同じ符号を用いてその説明を省略する。

発光部32とカバー27との間に充填された樹脂層29の樹脂材料の一部が、枠体28の外側にはみ出して基板31やカバー27に接着されている。これは、枠体28の内側で発光部32上に硬化する前の流動性を有する状態の樹脂材料を充填する充填量を多くし、カバー27を樹脂材料に押し付けて密着させたときに、樹脂材料の一部が枠体28の外側にはみ出すようにすることにより、樹脂層29の樹脂材料の一部が枠体28の外側にはみ出して基板31やカバー27に接着される。

このように、樹脂層29の樹脂材料の一部が枠体28の外側にはみ出すことにより、枠体28を基板31およびカバー27に対して強固に固定できる。しかも、樹脂層29の樹脂材料の一部が枠体28の外側にはみ出す際に、気泡を樹脂材料とともに枠体28の外側に押し出すことができ、発光部32とカバー27との間に気泡が残るのを低減できる。

次に、図５に第３の実施形態を示す。なお、各実施形態と同じ構成および作用効果については同じ符号を用いてその説明を省略する。

発光部32とカバー27との間に充填された樹脂層29と枠体28との間に、隙間45が形成されている。

カバー27の前面から外力が加わった際に、カバー27と発光部32との間で押しつぶされて変形する樹脂層29が隙間45に逃げるのを可能とし、樹脂層29で外力を吸収しやすくし、発光部32に加わる外力を軽減できる。

次に、図６に第４の実施形態を示す。なお、各実施形態と同じ構成および作用効果については同じ符号を用いてその説明を省略する。

カバー27の前面とは反対側の裏面に樹脂層29側に突出する突出部48が設けられている。突出部48は、カバー27の裏面中央に突出する円錐部49によって形成されている。したがって、カバー27は、中央部から周辺部へ向けて厚みが薄くなるように形成されている。

そして、枠体28の内側で発光部32上に硬化する前の流動性を有する状態の樹脂材料を充填し、カバー27を樹脂材料に押し付けて密着させる際、まず、円錐部49の先端が樹脂材料に接触し、その後、樹脂材料との接触が円錐部49の先端から周辺部に移り、円錐部49の周辺部へ円錐部49と樹脂材料との間の空気が押し出される。

そのため、カバー27と樹脂層29との間に空気が残りにくくなり、カバー27と樹脂層29とが密着し、光取出効率の向上、および熱伝導性の向上に寄与できる。

次に、図７に第５の実施形態を示す。なお、各実施形態と同じ構成および作用効果については同じ符号を用いてその説明を省略する。

カバー27の裏面に樹脂層29側に突出する突出部48が設けられている。突出部48は、カバー27の裏面に複数の溝51が平行に形成されることによって複数の溝51間に突出する複数の突条52によって形成されている。溝51の深さは例えば０．３〜０．６ｍｍである。

そして、樹脂層29が密着するカバー27の裏面が凹凸形状に形成されているため、カバー27と樹脂層29との結合を強固にでき、カバー27の脱落防止効果を向上できるとともに、カバー27がガラスである場合のガラスが割れた際の飛散防止効果を向上できる。

次に、図８に第６の実施形態を示す。なお、各実施形態と同じ構成および作用効果については同じ符号を用いてその説明を省略する。

発光体26の発光素子33として複数のＳＭＤパッケージ55を用いる。基板31の実装面に複数のＳＭＤパッケージ55は実装され、これら複数のＳＭＤパッケージ55によって発光部32が形成されている。基板31の実装面からは複数のＳＭＤパッケージ55が突出されている。

ＳＭＤパッケージ55は、パッケージ内にＬＥＤ素子が配置され、パッケージ前面に光が出射するドーム形の発光面55aが形成されている。

そして、樹脂層29を形成するには、カバー27の裏面を上に向けてその裏面上に枠体28を形成し、枠体28の内側に硬化する前の流動性を有する状態の樹脂材料を充填し、樹脂材料に複数のＳＭＤパッケージ55を沈み込ませるように発光体26を枠体28上に押し付け、樹脂材料を硬化させて樹脂層29を形成する。このとき、複数のＳＭＤパッケージ55が突出しているため、少なくとも発光面55aと樹脂材料との間から空気が押し出されやすい。そのため、複数のＳＭＤパッケージ55の発光面55aと樹脂層29との間に空気が残りにくくなり、複数のＳＭＤパッケージ55の発光面55aと樹脂層29とが密着し、光取出効率の向上、および熱伝導性の向上に寄与できる。

また、基板31の実装面に配線パターンを通じて複数のＳＭＤパッケージ55と電気的に接続されたコネクタ56が実装されている。コネクタ56は、発光モジュール20をケース22に収容した状態でケース22の側面の切り欠かれた部分から外方に露出され、照明装置10の電源回路からケーブルをコネクタ接続できるようになっている。

次に、図９および図１０に第７の実施形態を示す。なお、各実施形態と同じ構成および作用効果については同じ符号を用いてその説明を省略する。

放熱板21とケース22との間に、発光モジュール20とともに、この発光モジュール20の基板31を放熱板21に押える押え部材59が配置される。

押え部材59は、板ばね材によって形成されており、中央にはカバー27の直径より小さい円形の開口部60が形成され、周辺部には基板31側へ向けて突出する複数の押え部61が設けられている。押え部材59は、ケース22の収容部39に嵌め込まれて固定されている。

そして、押え部材59が固定されたケース22の収容部39に発光モジュール20を収容し、ケース22と放熱板21との間で発光モジュール20を挟み込む。このとき、押え部材59の複数の押え部61が基板31に当接し、基板31を放熱板21に押し付けて保持する。これにより、基板31と放熱板21との密着性を高め、熱伝導性を良好にし、放熱性を向上できる。

また、押え部材59の開口部60の寸法は、カバー27の外形より小さいため、仮にカバー27が発光モジュール20から外れたとしても、カバー27が押え部材59の開口部60から脱落するのを防止できる。なお、ケース22に押え部材59が固定されているため、押え部材59の開口部60はケース22の開口部38に相当しており、カバー27がケース22の開口部38から脱落するのを防止できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 照明装置
11 放熱体
12 発光装置
20 発光モジュール
21 放熱板
22 ケース
27 カバー
28 枠体
29 樹脂層
31 基板
32 発光部
33 発光素子
35 封止樹脂
38 開口部
45 隙間
48 突出部
59 押え部材

Claims (9)

1. 発光素子、および蛍光体を含有し前記発光素子を封止する封止樹脂を有する発光部が設けられた平板状の基板と； 前記発光部に対向する透光性を有する平板状のカバーと； 前記発光部より大径でかつ前記基板より小径の環状であり、前記発光部の周囲で前記基板と前記カバーとの間に介在され、前記基板と前記カバーとにそれぞれ接触され、前記発光部と前記カバーが接触しないよう、前記基板と前記カバーの間隔を保持する枠体と； 前記発光部および前記カバーに接して、前記発光部と前記カバーと前記枠体とで形成された空間内であって、前記発光部および前記カバーとの間に介在された透光性を有する樹脂層と；
   を具備し、
   前記カバーの硬度は、前記樹脂層の硬度以上であり、前記枠体の硬度は、前記樹脂層の硬度以上である
   ことを特徴とする発光モジュール。
2. 前記カバーの硬度は、前記枠体の硬度以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
3. 前記封止樹脂の硬度は、前記樹脂層の硬度以上である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の発光モジュール。
4. 前記カバーは、前記樹脂層側に突出する突出部を有している
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の発光モジュール。
5. 前記樹脂層の一部は、前記枠体の外側にはみ出している
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の発光モジュール。
6. 前記枠体と前記樹脂層との間に隙間が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の発光モジュール。
7. 請求項１ないし６いずれか一記載の発光モジュールと；
   前記基板を配置する放熱板と；
   前記カバーに対向する開口部を有し、前記放熱板との間に前記発光モジュールを配置するケースと；
   前記放熱板に前記基板を押える押え部材と；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
8. 請求項１ないし７いずれか一記載の発光モジュールと；
   前記基板を配置する放熱板と；
   前記カバーの外形より小さく前記カバーが対向する開口部を有し、前記放熱板との間に前記発光モジュールを配置するケースと；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
9. 放熱体と；
   前記放熱体に前記放熱板が接するように取り付けられる請求項７または８記載の発光装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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