WO2010117027A1 - 発光モジュール及び照明器具 - Google Patents

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博明 渡邉
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting module and a luminaire that transmit heat generated in a light emitting element to a light irradiation side to dissipate heat from the light transmitting cover side.
  • LEDs light emitting diodes
  • LEDs As light emitting diodes (LEDs) increase in output and efficiency, it is possible to output a luminous flux equivalent to that of a fluorescent lamp. As such LEDs become widespread, lighting fixtures such as LED base lights and LED downlights using LEDs as light sources have been developed.
  • LED as a light source has a feature that it has a longer life than the light source of the conventional technology. Since the replacement frequency of the light source or the luminaire is reduced, it is advantageous in terms of maintenance. In addition, since one LED is small, the degree of freedom is high in terms of optical design. And if a more efficient LED is developed, the lighting fixture of the form different from the past will also be devised.
  • a light-emitting module or lighting fixture that uses LEDs as a light source must be designed in consideration of how to dissipate the heat generated by the LEDs.
  • a single LED itself is small and lightweight, a lighting fixture that uses an LED as a light source is limited in structure and the like.
  • JP 2004-253478 A A lighting apparatus using an LED as a light source is described in Japanese Patent Application Publication No. “JP 2004-253478 A”.
  • This luminaire includes a substrate on which a plurality of LEDs are arranged, and a reflector having a reflecting surface that individually surrounds each LED.
  • a luminaire of the type embedded in the ceiling has a structure that radiates heat from the back side to the back of the ceiling.
  • the lighting fixture of the type attached to a ceiling provides the clearance gap through which air distribute
  • the type of lighting equipment that radiates heat from the back side is bulky because it has a mechanism for radiating heat behind it. Moreover, when attaching this lighting fixture to the ceiling made of the material which has a heat insulation function, in order to improve heat dissipation performance, the structure of a lighting fixture will be further bulky. Therefore, the present invention provides a light emitting module and a lighting fixture that can maintain heat dissipation performance even when directly attached to a ceiling having heat insulation performance.
  • the light emitting module includes a substrate, a light emitting element, a light distribution control member, and a light transmitting cover.
  • the substrate has a heat conduction portion and a wiring pattern formed on the first surface.
  • the light emitting element is thermally connected to the heat conducting portion and electrically joined to the wiring pattern, and generates heat during light emission.
  • the light distribution control member is thermally joined to the heat conducting portion around the light emitting element, and a ridge is formed on the light emission side of the light emitted from the light emitting element, and controls light distribution from the light emitted from the light emitting element.
  • the translucent cover is thermally bonded to the ridge portion and transmits light emitted from the light emitting element.
  • an insulating material when employed as the substrate, a ceramic material or a synthetic resin material having relatively good heat dissipation characteristics and excellent durability can be applied.
  • An example of the synthetic resin material employed as the substrate is a glass epoxy resin.
  • substrate it is preferable to employ
  • the “thermal conduction part” means a part having at least a thermal conductivity equal to or higher than that of the substrate, and is preferably composed of a member having a thermal conductivity equal to or higher than that of the substrate.
  • This “heat conducting portion” is preferably made of a metal such as copper or aluminum.
  • the substrate when the substrate is a metal substrate, the substrate can be configured as a heat conducting unit. Copper, aluminum, or a silicon substrate can be employed as a member having good thermal conductivity.
  • the light emitting element is preferably a light emitting element using a semiconductor as a light source, such as a light emitting diode, an organic EL, or a semiconductor laser.
  • a semiconductor such as a light emitting diode, an organic EL, or a semiconductor laser.
  • the light emitting element may be composed of an element that emits white light, or may be composed of red, blue, green, or a combination thereof depending on the application.
  • Thermal joining means that the heat of the members is directly transmitted at the joint, and the members may only be in contact with each other, and the contact area is expanded. Therefore, it may be connected via an adhesive or the like.
  • the members are thermally coupled, it is preferable that the members are pressed against each other or the air layer between the joining surfaces is filled with a silicone resin or an adhesive.
  • the wiring pattern is a conductive member such as a wiring print formed on the substrate in order to supply power to the light emitting element mounted on the substrate.
  • the mounting portion of the light emitting element that is electrically connected to the wiring pattern refers to a portion that makes the light emitting element conductive with respect to the wiring pattern. For example, when the light emitting element is attached to the wiring pattern with a soft brazing material such as Sn—Ag—Cu solder, the soldered portion is the mounting portion.
  • the substrate 1 has a heat conductive member and a copper foil 2 as a wiring pattern on the first surface 1a.
  • the substrate 1 is made of glass epoxy resin.
  • the copper foil 2 is laid out in accordance with the arrangement of the LEDs 3 in the portions serving as the heat conduction portion and the wiring pattern.
  • the copper foil 2 is formed in a hatched range in FIG. Further, the copper foil 2 on the substrate 1 may have a portion that is electrically insulated from the wiring pattern.
  • the copper foil 2 is formed about 70% or more with respect to the area of the first surface 1a of the substrate 1 as a whole.
  • the LEDs 3 are arranged in a square array on the first surface 1a of the substrate 1 as shown in FIGS. In the case of the light emitting module 10 of the present embodiment, a total of 16 LEDs 3 are arranged in 4 rows and 4 columns. As shown in FIGS. 2 and 4, each LED 3 is thermally and electrically bonded to the copper foil 2 by solder 6 and mounted on the substrate 1.
  • the portion where the solder 6 is formed is a mounting portion, which is a first joint portion between the light emitting element and the heat conducting portion.

Abstract

　発光モジュール１０は、基板１と、ＬＥＤ（発光素子）３と、反射板（配光制御部材）４と、透光性カバー５とを備える。基板１は、第１の面上に銅箔（熱伝導部および配線パターン）２が形成される。ＬＥＤ３は、熱伝導部へ熱的に接続されかつ配線パターンへ電気的に接合されており、発光中に発熱を伴う。反射板４は、ＬＥＤ３の周囲の熱伝導部に熱的に接合され、ＬＥＤ３が放射する光の出射側に稜部４ｅが形成され、ＬＥＤ３から放射された光を配光制御する。透光性カバー５は、稜部４ｅに熱的に接合され、ＬＥＤ３から放射された光を透過させる。

Description

発光モジュール及び照明器具
　本発明は、発光素子で発生した熱を光照射側へ伝達して透光カバー側から放熱する発光モジュール及び照明器具に関する。
　発光ダイオード（ＬＥＤ）が高出力化及び高効率化されるのに伴い、蛍光灯と同程度の光束を出力できるようになってきている。このようなＬＥＤが普及されるのにつれて、ＬＥＤを光源とするＬＥＤベースライトやＬＥＤダウンライトといったような照明器具が開発されている。
　光源としてのＬＥＤは、これまでの技術の光源に比べて長寿命であることが特徴である。光源または照明器具の交換頻度が減るので、メンテナンスの面で有利である。また、１つのＬＥＤは、小形であるため、光学設計の点において自由度が高い。そして、さらに効率の良いＬＥＤが開発されると、従来とは異なる形態の照明器具も考案されるであろう。
　ところで、ＬＥＤは、点灯中に発生する熱によって光束や発光効率が低下したり、寿命が短くなったりするという影響を受ける。したがって、ＬＥＤを光源とする発光モジュール又は照明器具は、どのようにしてＬＥＤが発生する熱を放熱させるか検討して設計しなければならない。単体のＬＥＤそのものは、小形かつ軽量であるにもかかわらず、ＬＥＤを光源として利用する照明器具は、構造等に制約を受ける。
　ＬＥＤを光源とする照明器具は、日本国特許出願公開公報番号「特開２００４－２５３４７８号公報」に記載されている。この照明器具は、複数のＬＥＤを配置した基板と、各ＬＥＤを個々に囲む反射面を具備した反射板と、を備える。このような照明器具の場合、一般的に照明する側に対して反対側となる背面側から放熱させる構造を有していなければならない。例えば天井に埋め込まれるタイプの照明器具は、背面側から天井裏に放熱する構造を有している。また、天井に取り付けるタイプの照明器具は、空気が流通する隙間を天上面とこの照明器具の背面との間に設けている。
特開２００４－２５３４７８号公報
　背面側から放熱させるタイプの照明器具は、放熱させるための機構を背後に備えている分だけ嵩高い。また、断熱機能を有する材料で作られた天井にこの照明器具を取り付ける場合、放熱性能を向上させるためにさらに照明器具の構造が嵩張ることになる。そこで、本発明は、断熱性能を有する天井に直接取り付ける場合であっても、放熱性能を維持することができる発光モジュール及び照明器具を提供する。
　本発明の一形態の発光モジュールは、基板と、発光素子と、配光制御部材と、透光性カバーとを備える。基板は、第１の面上に熱伝導部および配線パターンが形成される。発光素子は、熱伝導部へ熱的に接続されかつ配線パターンへ電気的に接合されており、発光中に発熱を伴う。配光制御部材は、発光素子の周囲の熱伝導部に熱的に接合され、発光素子が放射する光の出射側に稜部が形成され、発光素子から放射された光を配光制御する。透光性カバーは、稜部に熱的に接合され、発光素子から放射された光を透過させる。
　この場合、基板として絶縁材を採用する場合、放熱特性が比較的良好で耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。基板として採用される合成樹脂材料の一例は、ガラスエポキシ樹脂である。また、基板として金属製の材料を採用する場合、アルミニウムや銅等の熱伝導性及び放熱性に優れた材料を採用するのが好ましい。
　この明細書中において、「熱伝導部」とは、少なくとも基板と同等以上の熱伝導率を有する部位をいい、望ましくは基板以上の熱伝導率を有する部材で構成する。この「熱伝導部」は、好適には銅やアルミニウム等の金属で構成する。例えば、基板を金属基板とする場合、基板を熱伝導部として構成することができる。熱伝導率が良い部材として、銅やアルミニウム、または、シリコン基板を採用することができる。
　発光素子は、発光ダイオード、有機ＥＬ、半導体レーザなど半導体を発光源とした発光素子が好適である。これらの他に基板に実装可能な小形の光源であれば特に限定されない。また、発光素子は、白色に発光する素子で構成してもよいし、用途に応じて赤色、青色、緑色、あるいはこれらを組合せて構成してもよい。
　「熱的に接合する」とは、接合部において部材どうしの熱が直接的に伝達されるように構成されていることを意味し、互いに当接されているだけでもよいし、接触面積を広げるために接着材等を介して接続してもよい。部材どうしを熱的に結合する場合、互いを強く押し当てるか、シリコーン樹脂や接着材等によって接合面の間の空気層を埋めることが好ましい。
　配線パターンは、基板に実装される発光素子に電力を供給するために基板上に形成された配線プリント等の導電部材である。配線パターンに電気的に接続される発光素子の実装部とは、発光素子を配線パターンに対して導通状態にする部分を言う。例えば、発光素子がＳｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだ等の軟ロウ材で配線パターンに取付けられる場合、ハンダ付け部が実装部である。
　稜部は、発光素子から放射される光が出射される側の配光制御部材の端部である。複数の発光素子が基板の第１の面上に配置される場合、稜部は、各発光素子の外周を囲うように、発光素子どうしの間に設けられる。この場合、稜部は、発光素子の外周を囲う全周にわたって透光性カバーと熱的に接合される。
　配線パターンは、熱伝導部を兼ねてもよい。この場合、発光素子は、配線パターンに対して電気的にかつ熱的に接合される。熱伝導部が配線パターンを兼ねる場合、熱伝導部は、配線パターンと一続きに形成される。また、熱伝導部は、基板の第１の面の面積の７０％以上に形成される。
　発光素子と熱伝導部との第１の接合部、熱伝導部、熱伝導部と配光制御部材との第２の接合部、配光制御部材、稜部と透光性カバーとの第３の接合部、透光性カバーは、入熱部となる第１の接合部から、放熱部となる透光性カバーの出射面まで、の温度差が１５Ｋ以下となるように、それぞれの伝熱特性を設定される。
　また、本発明の照明器具は、基板と発光素子と配光制御部材と透光性カバーと本体と点灯回路とを備える。基板と発光素子と配光制御部材と透光性カバーとは、上述の発光モジュールと同様に構成される。本体は、少なくとも基板を保持する。点灯回路は、基板の第１の面上に形成された配線パターンに接続されて発光素子を点灯制御する。
　この照明器具の場合、発光素子は、放熱部となる透光性カバーの出射面の単位面積あたりの入力電力が４００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする。透光性カバーの出射面は、発光素子から放射された光が出射される側の面である。
　本発明の発光モジュールによれば、発光素子と熱伝導部、熱伝導部と配光制御部材、配光制御部材と透光性カバーがそれぞれ熱的に接合されているので、発光素子で発生した熱は、放熱部となる透光性カバーの出射面から放熱させることができる。また、発光素子の外周を囲う全周に渡って稜部が透光性カバーと接合されている発光モジュールによれば、１つの発光素子から放射される熱を均等に透光性カバーへ伝達できる。熱伝導部が配光パターンを兼ねている発光モジュールによれば、発光素子が発生する熱を熱伝導部で回収しやすく、放熱効率が向上する。熱伝導部が基板の第１の面の面積の７０％以上に形成されている発光モジュールによれば、基板の温度を全体的に均等にすることを促進させる。したがって、熱は、発光素子から透光性カバー側へより確実に伝達される。熱伝達経路にしたがって入力部から放熱部までの温度差が１５Ｋ以下になるように第１の接合部、熱伝導部、第２の接合部、配光制御部材、第３の接合部、透光性カバーが構成された発光モジュールによれば、第１の接合部の温度が上がり過ぎるのを抑制する。
　本発明の照明器具によれば、上述の発光モジュールの効果を含む照明器具を提供できる。発光素子から放射される光と同じ方向へ発光素子で発生した熱を放出するので、背面側に熱がこもる心配が無い。したがって、照明器具を天井など壁に埋め込む場合や壁に取り付ける場合、本体の背面側の排熱について配慮する必要が無い。つまり、光の出射方向へ、照明器具の厚みを小さくすることができる。
　また、放熱部となる透光性カバーの出射面の単位面積当たりに対する発光素子への入力電力を４００Ｗ／ｍ２以下にする照明器具によれば、周囲の環境温度を２５℃、透光性カバーの出射側の熱伝達係数を１０Ｗ／ｍ２Ｋとすると、第１の接合部の温度が周囲の環境温度に対して５５Ｋ以上上昇することが抑制される。照明器具は、長期使用されるのに対して十分な信頼性を確保することができる。また、発光素子に対する入力電力が規制されるので、透光性カバーの単位面積当たりから出射される光は、一定値以下となる。この照明装置は、出射面の輝度が規制されるので、快適な照明環境を提供できる。
図１は、本発明の発光モジュールを出射側から見た平面図である。 図２は、図１中のＡ－Ａ線に沿う発光モジュールの一部を拡大した断面図である。 図３は、図２に示した熱伝導部と配光制御部材の接合部、及び、配光制御部材と透光性カバーの接合部を拡大した断面図である。 図４は、図２に示した基板に設けられる配線パターン及び熱伝導部のレイアウトの平面図である。 図５は、図１に示した発光モジュールを備える本発明の照明器具の正面図である。 図６は、図５に示した照明器具を天井に取付け状態の断面図である。
　本発明の一実施形態の発光モジュール１０は、図１～４を参照して説明する。図１に示すように、発光モジュール１０は、平面視が四角形状に形成されている。発光モジュール１０は、図２に示すように基板１と、発光素子となる発光ダイオード（ＬＥＤ）３と、配光制御部材となる反射板４と、透光性カバー５とを備える。
　基板１は、熱伝導部材および配線パターンとしての銅箔２を第１の面１ａに有している。基板１は、ガラスエポキシ樹脂で形成されている。この銅箔２は、図４に示すように熱伝導部および配線パターンとなる部分がＬＥＤ３の配置に合わせてそれぞれレイアウトされている。銅箔２は、図４中においてハッチングが施された範囲に形成されている。また、基板１上の銅箔２は、電気的に配線パターンと絶縁された部位を有していてもよい。銅箔２は、全体として基板１の第１の面１ａの面積に対して約７０％以上形成されている。
　ＬＥＤ３は、図１および図４に示すように、基板１の第１の面１ａ上に正方配列に並べて配置されている。本実施形態の発光モジュール１０の場合、ＬＥＤ３は、４行４列に合計１６個が配置されている。各ＬＥＤ３は、図２および図４に示すように、ハンダ６によって熱的及び電気的に銅箔２に対して接合され、基板１に実装されている。ハンダ６が形成された部位は、実装部であり、発光素子と熱伝導部との第１の接合部である。
　反射板４は、耐熱性および電気絶縁性を有する合成樹脂、本実施形態では、白色のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）により成形されている。反射板４は、各ＬＥＤから放射された光を配光制御するために設けられている。個々のＬＥＤ３に対応する反射板４の一つ一つのカップ４１は、出射側から見て逆ピラミッド形に作られている。言い換えると、カップ４１は、図２に示すように矩形状のいわゆる「すり鉢型」の凹部４ａを形成し、その底部の開口４ｂの中央に、上述のごとく配列されたＬＥＤ３がそれぞれ位置する。
　図２に示すように、反射板４は、各ＬＥＤ３を囲むように設けられている。配光制御部材の入射側となる反射板４の各カップ４１の開口４ｂの縁に形成された周縁部４ｃは、図３に示すように銅箔２に対して接着材Ｇ２によって熱的に接合されている。接着材Ｇ２によって接合された部分は、銅箔（熱伝導部）２と反射板（配光制御部材）４との第２の接合部である。
　また、反射板４は、図２に示すようにＬＥＤ３から放射される光を出射するための矩形状の開口部４ｄを各ＬＥＤ３に対応して有している。この開口部４ｄは、基板１の厚み方向に開口４ｂと反対側に形成されている。各開口部４ｄは、図２および図３に示すように互いに隣接するものどうしの間に一定の高さの稜部４ｅを形成している。
　透光性カバー５は、基板１に対して反射板４が配置されたのと同じ第１の面１ａ側で、反射板４の出射側に設けられている。透光性カバー５は、ＬＥＤ３から放射された光を出射面となる外面５ａから出射する。反射板４に面した透光性カバー５の内面５ｂは、図３に示すように、反射板４の稜部４ｅに接着材Ｇ３によって熱的に接合されている。接着材Ｇ３によって接合された部分は、反射板（配光制御部材）４と透光性カバー５との第３の接合部である。
　また、反射板４の稜部４ｅは、個々のＬＥＤ３の外周を囲う全周に渡って、透光性カバー５に接合されている。第２の接合部に用いられる接着材Ｇ２および第３の接合部に用いられる接着材Ｇ３は、例えば、シリコーン樹脂である。
　透光性カバー５は、本実施形態では、透明なアクリルで形成されている。透光性カバー５は、光を透過するのであれば白色や乳白色であってもよいし、チャフや光ファイバなど透過する光を拡散させる細かい粒子が混ぜられていてもよい。また、透光性カバー５の表面に光を拡散させる加工が施されていてもよい。
　以上のように構成された結果、発光モジュール１０は、発光素子であるＬＥＤ３の一つ一つから透光性カバー５の外面５ａまで、各々熱伝達経路が形成される。熱伝達経路は、第１の接合部となるハンダ６、熱伝達部かつ配線パターンである銅箔２、第２の接合部となる接着材Ｇ２、配光制御部材である反射板４、第３の接合部となる接着材Ｇ３、透光性カバー５で構成され、この順番にＬＥＤ３から透光性カバー５まで熱を伝達する。この熱伝達経路は、入熱部となるハンダ６から放熱部となる透光性カバー５の外面５ａまでの温度差が１５Ｋ以下となるように、伝熱特性が設定される。ここでいう伝熱特性とは、各部材間での熱伝達率および各部材内の熱伝導率、部材どうしの接触面積、および熱伝達経路としての物理的な経路長さおよび断面積など、熱を伝える上で関係する変数によって決定されるものを言う。
　次に本実施形態の作用について説明する。
　発光モジュール１０のＬＥＤ３に電力を供給して点灯させると、ＬＥＤ３から放射された光は、反射板４によって配光制御されて、透光性カバー５を通って外面５ａから出射される。また、ＬＥＤ３は、電気エネルギーを光に変換する際に熱を発生する。ＬＥＤ３で発生した熱は、ハンダ６を介してまたはＬＥＤ３が直接接触する部分から、銅箔２に伝わる。この場合、銅箔２は、基板１の第１の面の面積の７０％以上に形成されている。また、銅箔２は、熱伝導率が高い。したがって、ＬＥＤ３が点灯または消灯された直後であっても、基板１は、全体の温度分布を平均化させやすい。
　銅箔２に伝達された熱は、基板１及び反射板４に伝わる。このとき、基板１に比べて熱抵抗が少ない反射板４に、接着材Ｇ２を介して熱が主に伝わることになる。熱は、接着材Ｇ３を介して反射板４の稜部４ｅから透光性カバー５へ伝達されると、透光性カバー５の外面５ａから放熱される。このように、この発光モジュール１０は、透光性カバー５が放熱部として機能する。
　ＬＥＤ３を点灯させた後、一定時間が経過すると発光モジュール１０の熱分布は、安定する。本発明の発明者らは、実験の結果、入熱部となるハンダ６と放熱部となる透光性カバー５の外面５ａとの温度差を１５Ｋ（ケルビン）以下とすることによって、熱伝達経路をＬＥＤ３から容赦される光と同じ側に熱伝達経路を設定できることを見出した。例えば、銅箔２と反射板４、反射板４と透光性カバー５をそれぞれ熱的に接合しない場合、ハンダ６と透光性カバー５との間の温度差は、３０Ｋ程度となる。この場合、熱は、銅箔２から反射板４側へ伝達されるよりも、銅箔２から基板１側へ伝達された方が、伝わりやすい。そのため、熱は、基板１の裏側から主に放熱されることになる。
　したがって、本実施形態ではハンダ６から透光性カバー５の外面５ａまでの温度差を１５Ｋ以下となるように熱伝達経路を構成している。ＬＥＤ３によって発生する熱が、ＬＥＤ３によって放射される光と同じおもて側へ伝達される方が、基板１の裏側へ伝達されるよりも、伝達されやすく構成されていればよい。つまり、温度差の設定は、１５Ｋ以下に限定されない。ただし、光が出射される側に熱が伝わりやすいように熱伝達経路を構成した場合でも、温度差が大きくなると、ハンダ６や第２の接合部の接着材Ｇ２に熱的な負荷が掛かる。そのため、ハンダ６から透光性カバー５までの温度差は、ハンダ６や接着材Ｇ２の健全性が保たれる範囲内で設定される。
　なお、上述の実施形態ではガラスエポキシ樹脂の基板１に銅箔２を形成した場合について説明した。基板１としてガラスエポキシ樹脂の代わりに金属基板を採用し、基板１自体を熱伝導部として構成しても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。金属基板として採用される材料は、銅やアルミニウムのほかに、シリコン基板も含まれる。これらの金属基板を採用する場合、基板１が熱伝導部として機能する。この場合、銅箔２は、配線パターンとして少なくとも機能すればよいので、各ＬＥＤ３へ電力を供給するために最小限に形成されていればよい。
　また、上述の実施形態で採用しているガラスエポキシ樹脂の基板１である場合においても、銅箔２は、熱伝導部と配線パターンとに分けてレイアウトしてもよい。この場合、熱伝導部と配線パターンとは、両方とも銅箔で形成してもよいし、用途に合わせて互いに異なる材料で形成してもよい。熱伝導部と配線パターンとを分けて形成する場合、同一面上に並ぶレイアウトでもよいし、絶縁層を挟んで重なっていてもよい。
　次に、上述の発光モジュール１０を用いた照明器具２０は、図５および図６を参照して説明する。照明器具２０は、図５に示すように、図１に示した発光モジュール１０を４つ備えている。４つの発光モジュール１０は、２行２列に配列されている。図６に示すように、この照明器具２０は、さらに本体２１と点灯回路２２と取付部２３を備えている。４つ隣接して設けられた発光モジュール１０は、全体で四角形状の発光面を構成するように取付部２３に固定される。このとき、各発光モジュール１０の反射板４の外周どうしに隙間が生じないように各発光モジュール１０を位置決めして取付けることが好ましい。
　本体２１は、アルミニウム合金製のダイカストまたは押出し成形によって形成され、枠部２１ａ及びフランジ部２１ｂを有している。本体２１は、少なくとも基板１を保持する。本実施形態では、図５および図６に示すように、発光モジュール１０全体を取り囲んでいる。本体２１は、枠部２１ａとフランジ部２１ｂとで構成される。枠部２１ａは、図５に示すように、４つの発光モジュール１０全体を取り囲む四角い枠形に作られている。枠部２１ａは、４つの発光モジュール１０を外縁どうし密接させた状態の外周、および取付部２３よりも若干広く形成されている。枠部２１ａは、発光モジュール１０及び取付部２３を内部に収納する。
　フランジ部２１ｂは、図６に示すように発光モジュール１０の光が出射される側の枠部２１ａの縁から内側に向かって突出形成されている。フランジ部２１ｂによって囲まれた窓は、発光モジュール１０を４つ組み合わせたときの外形寸法よりもわずかに小さく形成されている。したがって、発光モジュール１０を枠部２１ａに嵌めた場合、フランジ部２１ｂに引っかかる。
　照明器具２０は、図６に示すように、発光モジュール１０の裏側となる本体２１の固定側が天井Ｃに当接するように一般的な取付機構によって固定されている。点灯回路２２は、各発光モジュール１０の配線パターンとなる銅箔２に接続され、ＬＥＤ３を点灯制御する。取付部２３は、アルミニウム製であって、四角形の平板で構成されている。取付部２３は、発光モジュール１０が取り付けられた側と反対側に点灯回路２２が組み付けられている。
　照明器具２０は、以下の手順で組み立てられる。まず、発光モジュール１０を取付部２３に固定する。このとき、透光性カバー５は、各発光モジュール１０に取り付けてもよいし、４つの発光モジュール１０に対し１つで構成してもよい。取付部２３は、発光モジュール１０を取り付けた側から先に、固定側から出射側に向かって枠部２１ａに挿入することで、発光モジュール１０がフランジ部２１ｂに引っかかる。
　この状態で次に、取付部２３と枠部２１ａとを一般的な方法で固定することによって、発光モジュール１０を本体２１に対して組み付ける。点灯回路２２と発光モジュール１０とを接続したのち、点灯回路２２を取付部２３に取付ける。これによって照明器具２０は、組み立てが完了する。
　本実施形態の照明器具２０において、放熱部となる透光性カバー５の外面５ａの単位面積あたりのすべてのＬＥＤ３に対する入力電力は、４００Ｗ／ｍ２（ワット毎平方メートル）以下であるように構成されている。これは、例えば、透光性カバー５の外面５ａの面積が１ｍ２である照明器具２０のＬＥＤ３に対して４００Ｗの電力が入力されることに相当する。
　本実施形態の照明器具２０の場合、透光性カバー５と周囲雰囲気との間の熱伝達係数は、１０Ｗ／ｍ２Ｋ（ワット毎平方メートルケルビン）程度と見積もる。透光性カバー５の外面５ａの単位面積当たりのＬＥＤ３に対する入力電力が４００Ｗ／ｍ２である場合、透光性カバー５の温度は、４００Ｗ／ｍ２÷１０Ｗ／ｍ２Ｋ＝４０Ｋ上昇する。
　本願発明の発光モジュール１０において、入熱部であるハンダ６と放熱部である透光性カバー５の外面５ａとの温度差は、１５Ｋ以下である。したがって、ハンダ６部の温度は、４０Ｋ＋１５Ｋ＝５５Ｋとなり、上がっても５５Ｋ以内となる。つまり、照明器具２０が設置される場所の環境温度を２５℃と想定すると、ハンダ６の温度は、８０℃以下である。
　ハンダの温度が大きく上昇すると、ハンダ部分に接触不良等の不具合が発生するかもしれないし、ＬＥＤ自体の発光効率が低下したり寿命が縮んだりするかもしれない。本実施形態の照明器具２０であれば、ハンダ６部分の温度は、上昇しても５５Ｋ以内に抑制される。つまり、環境温度が２５℃の場合、ハンダ６の温度を８０℃以下に管理することができる。本発明の照明器具２０は、使用中の信頼性を確保することができる。
　また、上記構成の照明器具２０の場合、入力電力を４００Ｗ／ｍ２、照明器具２０の総合効率を８０［ｌｍ／Ｗ（ルーメン毎ワット）］とすると、単位面積当たりの器具光束は、４００Ｗ／ｍ２×８０ｌｍ／Ｗ＝３２０００ｌｍ／ｍ２（ルーメン毎平方メートル）となり、一辺が６００ｍｍの正方形の照明器具では、３２０００ｌｍ／ｍ２×０．３６ｍ２＝１１５２０［ｌｍ（ルーメン）］の器具光束が得られる。同様に、一辺が３５５ｍｍの正方形の照明器具の場合、器具光束は、４０００ｌｍとなる。
　これらは、ベースライトの所要光量としては十分な光束である。また、透光性カバー５から出射される単位面積当たりの光量、つまり光束発散度は、設定された値以下となる。この照明器具２０は、出射面の輝度が規制されるので快適な照明環境を提供することができる。
　光束発散度として設定される値は、例えば、４００００ｌｍ／ｍ２以下、望ましくは３５０００ｌｍ／ｍ２以下であることが好ましい範囲である。光束発散度がこれ以上の場合、出射面の輝度が高くなり過ぎて、グレアを感じやすくなる。
　なお、本実施形態において、発光モジュール１０及び照明器具２０は、四角形状の場合を例に説明したが、それぞれの外形は特に限定されるものではなく、例えば丸形や多角形のものであってもよい。また、この明細書では本発明の好適な実施形態を説明した。したがって、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更を行ったものも含む。例えば、発光素子となるＬＥＤの数、ＬＥＤの配列、基板１や発光モジュール１０および照明器具２０の外形形状などの変更を行った程度のものは、本発明に含まれる。

Claims (7)

  1. 　第１の面上に熱伝導部および配線パターンが形成される基板と；
    　前記熱伝導部へ熱的に接合されかつ前記配線パターンへ電気的に接合され、発光中に発熱を伴う発光素子と；
    　前記発光素子の周囲の前記熱伝導部に熱的に接合され、前記発光素子が放射する光の出射側に稜部が形成され、前記発光素子から放射された光を配光制御する配光制御部材と；
    　前記稜部に熱的に接合され、前記発光素子から放射された光を透過させる透光性カバーと；
    を具備したことを特徴とする発光モジュール。
  2. 　前記稜部は、前記発光素子の外周を囲う全周にわたって前記透光性カバーと接合されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 　前記熱伝導部は、前記配線パターンを兼ねており、
    　前記発光素子は、前記熱伝導部に対して電気的にかつ熱的に接合される
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  4. 　前記熱伝導部は、前記基板の前記第１の面の面積の７０％以上に形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
  5. 　前記発光素子と前記熱伝導部との第１の接合部、前記熱伝導部、前記熱伝導部と前記配光制御部材との第２の接合部、前記配光制御部材、前記稜部と前記透光性カバーとの第３の接合部、前記透光性カバーは、入熱部となる前記第１の接合部から、放熱部となる前記透光性カバーの出射面まで、の温度差が１５Ｋ以下となるように構成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  6. 　第１の面上に熱伝導部および配線パターンが形成される基板と；
    　前記熱伝導部へ熱的に接合されかつ前記配線パターンへ電気的に接合され、発光中に発熱を伴う発光素子と；
    　前記発光素子の周囲の前記熱伝導部に熱的に接合され、前記発光素子が放射する光の出射側に稜部が形成され、前記発光素子から放射された光を配光制御する配光制御部材と；
    　前記稜部に熱的に接合され、前記発光素子から放射された光を透過させる透光性カバーと；
    　少なくとも前記基板を保持する本体と；
    　前記配線パターンに接続され前記発光素子を点灯制御する点灯回路と；
    　を具備したことを特徴とする照明器具。
  7. 　前記発光素子は、放熱部となる前記透光性カバーの出射面の単位面積あたりの入力電力が４００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする請求項６に記載の照明器具。
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