JP4492486B2 - Ｌｅｄを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを用いた照明器具に関するものである。

近年、白色ＬＥＤの高出力化に伴って、光源として白色ＬＥＤを用いた照明器具の開発が進められている（例えば特許文献１参照）。

この種の照明器具では、所望の光出力を得るために複数個のＬＥＤを用いており、図７に示すように被照射面の明るさを均一にするために、円板状のプリント配線板３０の表面に、プリント配線板３０の中心位置を中心とする複数の同心円周上に同一ピッチ角で複数個のＬＥＤ３１を配置している。
実開平３−１１２８１８号公報

上記構成の照明器具では、高出力のＬＥＤ３１を用いているため、ＬＥＤ３１への投入電力が大きく、そのためＬＥＤ３１の発熱が増大していた。ここで、明るさを均一にするために、図７に示すように複数のＬＥＤ３１を略一定の間隔でプリント配線板３０に配置した場合、空気層に熱が逃げやすい周辺部に比べて、中央部は周りに配置された他のＬＥＤ３１の温度の影響を受けて温度が上昇しやすく、その結果中央部に配置されたＬＥＤ３１の発光効率が低下して、輝度むらが発生するという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献１に示される照明器具では、ＬＥＤが実装されるプリント配線板を複数枚に分割し、複数枚のプリント配線板の間に隙間が形成されるように、複数枚のプリント配線板を厚み方向において位置をずらして配置しており、プリント配線板の間の隙間を通して空気を対流させることで、中央部に配置されたＬＥＤの温度上昇を抑制しているが、プリント配線板の枚数が増えるために、組立作業の作業性が悪化するという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、組立作業が簡単で、輝度の均一な照明光が得られるＬＥＤを用いた照明器具を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数のＬＥＤと、一方の主表面に複数のＬＥＤが均一に配置される取付基板と、取付基板における他方の主表面に取着された放熱器とを備え、取付基板における一方の主表面は平板形状に形成されるとともに、取付基板における他方の主表面は、ＬＥＤの取付範囲における中央部から周辺部へ行くほど厚み寸法が厚くなるような凹曲面に形成され、放熱器における取付基板側の表面は、取付基板の他方の主表面に面接触する凸曲面に形成され、放熱器における他方の表面は、中央部に行くほど突出量が大きくなるような凸曲面に形成されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、取付基板は、ＬＥＤの取付範囲における中央部の材料を、周辺部の材料に比べて、放熱性又は輻射性の内少なくとも何れか一方が高い材料としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、取付基板は、ＬＥＤの取付範囲における中央部の熱容量が、周辺部の熱容量に比べて小さくなるので、取付範囲の中央部に配置されたＬＥＤの発熱が、取付基板の他方の主表面に伝導しやすくなり、その結果中央部のＬＥＤの発熱を放熱しやすくなるから、取付範囲における中央部と周辺部との温度差が小さくなり、中央部に配置されたＬＥＤの発光効率の低下を抑制して、輝度が均一な照明光が得られる。しかも、取付基板自体が、ＬＥＤの取付範囲における中央部の放熱性を周辺部の放熱性よりも高くなるように形成されているので、取付基板を複数枚の基板に分割した場合に比べて、部品点数が少なくなり、組立の手間を簡単にできる。

請求項２の発明によれば、取付範囲の中央部に配置されたＬＥＤの発熱を放熱しやすくなるから、取付範囲における中央部に配置されたＬＥＤと周辺部に配置されたＬＥＤとの温度差が小さくなり、中央部に配置されたＬＥＤの発光効率の低下を抑制して、輝度が均一な照明光を得ることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（基本構成）
本発明の基本構成を図１〜図４に基づいて説明する。この照明器具は、複数のＬＥＤモジュール１と、複数のＬＥＤモジュール１が配置される取付基板２とを備え、図示しない電源装置から各ＬＥＤモジュール１に直流電源が供給されて、各ＬＥＤモジュール１が発光するようになっている。

各ＬＥＤモジュール１は、図３に示すように、矩形板状のＬＥＤチップ１０と、導電材料により略Ｔ形に形成され、幅広部１１ａにＬＥＤチップ１０が搭載されたチップ搭載部材１１と、導電材料により略Ｔ形に形成され、幅広部１２ａがチップ搭載部材１１の幅広部１１ａに離間して配置された端子板１２と、ＬＥＤチップ１０を囲むように配置されＬＥＤチップ１０の側面から放射された光をＬＥＤチップ１０の前方（図１中の左側）に放射させるリフレクタ１３と、透光性を有する合成樹脂によりドーム形に形成されＬＥＤチップ１０を覆うようにしてリフレクタ１３の前方に配置される保護カバー１４とを備えている。ここで、リフレクタ１３は、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材１７を介してチップ搭載部材１１および端子板１２に取着されており、固着材１７の中央にはＬＥＤチップ１０を露出させる丸孔１７ａが貫設されている。

チップ搭載部材１１および端子板１２は金属板（例えば銅板など）からなるリードフレームを用いて形成され、絶縁性を有する合成樹脂により矩形枠状に成形された保持枠１５に同時一体に成形されている。チップ搭載部材１１および端子板１２の幅広部１１ａ，１２ａは保持枠１５の内側に配置され、保持枠１５の外側に突出するチップ搭載部材１１および端子板１２の部位がそれぞれ外部接続端子１１ｂ，１２ｂとなる。また、チップ搭載部材１１および端子板１２と取付基板２との間にはグリーンシートからなる絶縁シート１６が介在しており、チップ搭載部材１１および端子板１２と取付基板２との間を電気的に絶縁するとともに、熱的に結合している。尚、絶縁シート１６はグリーンシートのようなシート状に成形したセラミックの未燒結体に限らず、例えば熱硬化性の固着材（例えばエポキシ樹脂など）を用いても良い。

ＬＥＤチップ１０は一表面側にアノード電極が形成されるとともに、他表面側にカソード電極が形成されており、アノード電極又はカソード電極の内の一方の電極が導電性のサブマウント部材１８を介してチップ搭載部材１１の幅広部１１ａに電気的に接続され、他方の電極が金属細線（例えば金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１９を介して端子板１２の幅広部１２ａに電気的に接続されている。

取付基板２は、例えばアルミニウムや銅などの熱伝導率が高い金属により略円板形に形成されている。取付基板２の一方の主表面２ａには、取付基板２の中心点を中心とする複数の同心円周上に同一ピッチ角で複数個のＬＥＤモジュール１が取着され、各ＬＥＤモジュール１の間は図示しないリード線を介して直列に接続され、電源回路から電力が供給されて点灯するようになっている。尚、上述の照明器具では複数個のＬＥＤモジュール１を直列接続しているが、複数個のＬＥＤモジュール１の接続関係は直列接続に限定されるものではなく、複数個のＬＥＤモジュール１を並列接続しても良いし、直列接続と並列接続とを組み合わせても良い。また複数個のＬＥＤモジュール１の配置は図２の配置に限定されるものではなく、照明器具の使用用途などに合わせて適宜配置を設定すれば良い。

一方、取付基板２の他方の主表面２ｂは、図１に示すように取付基板２の中心位置から外周部へ行くほど厚み寸法が厚くなるような凹曲面に形成されており、取付基板２の熱容量は中央部から周辺部に行くほど小さくなっている。ここで、取付基板２の一方の主表面２ａには複数個のＬＥＤモジュール１を均一に配置しており、ＬＥＤモジュール１の取付範囲において中央部に配置されたＬＥＤモジュール１は、他のＬＥＤモジュール１によって周りを囲まれているため放熱性が悪く、中央部のＬＥＤモジュール１の温度上昇が、周辺部のＬＥＤモジュール１の温度上昇に比べて大きくなるが、取付基板２の熱容量を中央部から周辺部へ行くほど小さくしているので、主表面２ａの中央部に配置されたＬＥＤモジュール１の発熱は、周辺部に配置されたＬＥＤモジュール１に比べて効率良く反対側の主表面２ｂに伝導して放熱され、中心付近のＬＥＤモジュール１の温度上昇を抑制することができる。したがって、取付基板２の主表面２ａにおいて中心付近に配置されたＬＥＤモジュール１と、周辺部に配置されたＬＥＤモジュール１の温度上昇のばらつきを低減でき、発光効率のばらつきが抑制されるから、輝度むらを低減することができる。

ところで、取付基板２の主表面２ｂを、取付基板２の中心位置から外周部へ行くほど厚み寸法が厚くなるような凹曲面に形成する代わりに、図４（ａ）に示すように取付基板２の背面側（主表面２ａと反対側）に取付基板２の発熱を放熱する放熱部３を一体に設けても良い。放熱部３は取付基板２の背面側に突設された複数の板状の放熱フィン３ａを備えている。ここで、取付基板２の径方向の断面において、複数の放熱フィン３ａの先端を結んでできる曲線が包絡線となるように、中央の放熱フィン３ａほど突出量が大きく形成されており、周辺部から中央部にいくほど放熱部３の放熱性が高くなっている。この放熱部３は取付基板２と一体に設けられているので、取付基板２の中央部（すなわちＬＥＤモジュール１の取付範囲の中央部）の熱を放熱部３により効率良く放熱させることができ、中央部に配置されたＬＥＤモジュール１の温度上昇を抑制して、輝度むらを低減することができる。

なお、図４（ａ）に示す形態では取付基板２の背面に板状の放熱フィンを複数突設しているが、図４（ｃ）に示すように放熱部３を取付基板２の背面に突設された複数本のロッド状の放熱フィン３ｂで構成し、取付基板２の中心位置に近い放熱フィン３ｂほど長さを長くすることで、中央部の放熱性を高めても良い。

（実施形態１）
図４（ｂ）は本発明の実施形態を示し、図１に示す取付基板２の他方の主表面２ｂに、取付基板２の発熱を放熱する放熱器３’を取着してある。この放熱器３’は例えばアルミニウム等の熱伝導率の良好な金属材料により形成され、一方の表面が取付基板２の主表面２ｂに面接触する凸曲面に形成されるとともに、他方の主表面が中央部に行くほど突出量が大きくなるような凸曲面に形成されており、放熱器３の放熱性が周辺部から中央部にいくほど高くなっているから、取付基板２の中央部の発熱を効率良く、放熱させることができる。

（参考例１）
本発明の参考例１を図５（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。基本構成で説明した照明器具では、取付基板２の他方の主表面２ｂを、取付基板２の中心位置から外周部へ行くほど厚み寸法が厚くなるような凹曲面に形成しているのに対して、本照明器具では他方の主表面２ｂを、一方の主表面２ａに対して所定角度傾斜するような傾斜面に形成してある。この主表面２ｂには、傾斜方向に沿って延びる複数の突壁２１が略一定の間隔を開けて突設してあり、隣接する突壁２１の間に傾斜方向に沿って延びる溝２２が複数形成される。尚、主表面２ｂの形状以外は基本構成で説明した照明器具と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

ここで、図５（ａ）に示すように、取付基板２における一方の主表面２ａの法線方向が鉛直方向と直交し、且つ、鉛直上側ほど取付基板２の厚みが厚くなるように、取付基板２を配置した場合、下側のＬＥＤモジュール１の発熱によって上側のＬＥＤモジュール１ほど温度上昇が大きくなるが、取付基板２の厚みは上側ほど厚くなっているので、上側のＬＥＤモジュール１ほど放熱性が高くなって温度上昇が低減されるから、温度上昇による発光効率の低下が抑制されて、照明器具の輝度を均一にすることができる。また、主表面２ｂには傾斜方向に沿って延びる突壁２１が複数突設され、隣接する突壁２１の間に傾斜方向に沿って延びる溝２２が形成されるので、溝２２内部を空気が通過することによって空気の流れが整流され、空気の対流が起きやすくなり、放熱性を向上させることができる。尚、図５中の矢印は空気の流れを示している。

（参考例２）
本発明の参考例２について説明する。基本構成で説明した照明器具では、取付基板２の主表面２ｂを凹曲面に形成することによって、ＬＥＤモジュール１の取付範囲における中央部の放熱性が周辺部の放熱性よりも高くなるように形成しているが、本参考例では、図６に示すように取付基板２の主表面２ｂを平面形状に形成し、中央に丸孔２３が貫設された円環部２４と、円環部２４の丸孔２３内に嵌合される小径の芯部２５とを一体に結合して取付基板２を構成している。尚、取付基板２の形状以外は基本構成で説明した照明器具と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

上述のように取付基板２は、ＬＥＤモジュール１の取付範囲における中心部（芯部２５）と周辺部（円環部２４）とが別々の材料により形成されており、芯部２５は、円環部２４に比べて放熱性又は熱伝導率が高い材料、或いは、円環部２４に比べて輻射性が高い材料で形成しているので、取付基板２の周辺部に比べて中央部の放熱性又は輻射性を高めることができる。円環部２４および芯部２５の材料として例えば表１に示すような材料を用いることができ、これらの材料の中から熱伝導率が相対的に高い材料を芯部２５に、熱伝導率が相対的に低い材料を円環部２４に用いれば良い。また、黒化処理を施したＣｕや陽極酸化処理を施したＡｌを芯部２５として用いたり、芯部２５に黒色塗料を塗布しても良く、取付基板２の中心部ほど色を黒くすることで、中心部の熱輻射性を高めることができる。また、円環部２４および芯部２５は、それぞれ、単一の材料で形成しても良いし、複数の材料からなるものを組み合わせることで、放熱性や熱輻射性が取付基板２の中心部ほど高くなるように傾斜を持たせても良い。なお、円環部２４および芯部２５の材料や寸法は、ＬＥＤモジュール１の点灯状態における取付基板２の温度分布等を考慮して、適宜設定すれば良い。

ここで、取付基板２の一方の主表面２ａには複数個のＬＥＤモジュール１を均一に配置しており、ＬＥＤモジュール１の取付範囲において中央部に配置されたＬＥＤモジュール１は、他のＬＥＤモジュール１によって周りを囲まれているため放熱性が悪く、中央部のＬＥＤモジュール１の温度上昇が、周辺部のＬＥＤモジュール１の温度上昇に比べて大きくなるが、取付基板２は、芯部２５の材料が、円環部２４の材料に比べて放熱性および輻射性が高い材料で形成されているので、主表面２ａの中央部に配置されたＬＥＤモジュール１の発熱は、周辺部に配置されたＬＥＤモジュール１に比べて効率良く反対側の主表面２ｂに伝導されて、放熱されるから、中央部のＬＥＤモジュール１の温度上昇を抑制することができる。したがって、取付基板２の主表面２ａにおいて中心付近に配置されたＬＥＤモジュール１と、周辺部に配置されたＬＥＤモジュール１の温度上昇のばらつきを低減でき、発光効率のばらつきを低減して、輝度が均一な照明光を得ることができる。

なお、基本構成、実施形態１及び参考例１で説明した照明器具において、本参考例と同様に円環部２４と芯部２５とを結合して取付基板２を形成し、芯部２５の材料を円環部２４に比べて放熱性又は輻射性の内少なくとも何れか一方が高い材料を用いても良く、中央部のＬＥＤモジュール１の温度上昇を抑制し、取付基板２における熱分布を均一にできる。

なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。

本発明に係る照明器具の基本構成を示す要部断面図である。 同上の要部の外観斜視図である。 同上に用いるＬＥＤモジュールの分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上の他の構成を示す要部断面図である。 参考例１の照明器具を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は取付基板の背面図である。 参考例２の照明器具を示す要部断面図である。 従来の照明器具に用いるプリント配線板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下側から見た側面図である。

１ ＬＥＤモジュール
２ 取付基板
２ａ 主表面

Claims (2)

1. 複数のＬＥＤと、一方の主表面に前記複数のＬＥＤが均一に配置される取付基板と、取付基板における他方の主表面に取着された放熱器とを備え、前記取付基板における前記一方の主表面は平板形状に形成されるとともに、前記取付基板における他方の主表面は、前記ＬＥＤの取付範囲における中央部から周辺部へ行くほど厚み寸法が厚くなるような凹曲面に形成され、前記放熱器における前記取付基板側の表面は、前記取付基板の前記他方の主表面に面接触する凸曲面に形成され、前記放熱器における他方の表面は、中央部に行くほど突出量が大きくなるような凸曲面に形成されたことを特徴とするＬＥＤを用いた照明器具。
2. 前記取付基板は、前記ＬＥＤの取付範囲における中央部の材料を、周辺部の材料に比べて、放熱性又は輻射性の内少なくとも何れか一方が高い材料としたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤを用いた照明器具。

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