JP2008518384A - 発光モジュール、照明装置及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】照明装置は、ヒートシンク70とソケット10とLEDモジュール60とを備える。LEDモジュール60は、絶縁板と金属板とからなる金属ベース基板63の表側の中央部に発光部62を有する。このLEDモジュール60は、その中央部が発光部62と反対側、つまり、ヒートシンク70側に突出するように反っている。ソケット10は、押圧部14T,14L,14Dを備え、この押圧部14T,14L,14DによりLEDモジュール60の発光部62の周囲を押圧した状態でLEDモジュール60をヒートシンク70に装着する。このとき、LEDモジュール60は、発光部62の周囲を押圧されているので、LEDモジュール60の反りの中心部分が確実にヒートシンク70に接触する。
【選択図】図5
Description
LEDモジュールの基板は、絶縁板と金属板(熱伝導板)とを積層した構成を有し、発光部は、絶縁板の表面の中央域に実装されている複数のLED素子から構成される。なお、金属板は、LEDモジュールの剛性を確保すると共に、発光部、つまりLED素子の発光時に発生する熱をヒートシンク側に伝える作用を有している。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、発光時の放熱特性を向上させることができる発光モジュール、照明装置及び表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る発光モジュールは、ヒートシンクに装着されて使用される発光モジュールであって、絶縁板と熱伝導板とを重ねて構成されている基板と、前記絶縁板の中央域に設けられている発光部とを備え、前記基板は、その中央部は熱伝導板側である前記ヒートシンク側に突出するように反っていることを特徴としている。
また、本発明に係る照明装置は、基板の中央部がヒートシンク側に突出するように反っている発光モジュールをソケットによってヒートシンクに装着すると、発光モジュールの熱伝導部材における発光時に高温となる部分(の近傍)がヒートシンクと接触するので、発光時の熱が熱伝導部材を介してヒートシンクに効率良く伝わり、発光モジュールの放熱特性を向上させることができる。
1.照明装置の構成
図1は、実施の形態における照明装置の分解状態を示す斜視図である。
照明装置1は、図1に示すように、LEDモジュール(本発明の「発光モジュール」に相当する。)60と、ヒートシンク70と、LEDモジュール60をヒートシンクに装着するソケット10とを備える。
図2(a)は、LEDモジュールの平面図であり、図2(b)は、図2(a)のX−X線での断面を矢印A方向から見た図であり、図2(c)は、図2(a)のY−Y線での断面を矢印B方向から見た図である。また、図3(a)はLEDモジュールの縦断面図であり、図3(b)は図3(a)の破線部分の拡大図である。
反射板602は、LED素子6010から発せられた光を所望方向に反射させるためのものであり、ここでは、表側(絶縁板632と反対側)が広くなるラッパ状の反射孔603を有している。なお、反射孔603の形状をラッパ状としているのは、LED素子6010から発せられた光を表側に効率良く反射させるためである。
なお、ここでは、図2(a)に示すように、発光モジュール60は、平面視長方形状をし、また、発光部62も平面視略正方形をしているので、発光部62の4辺に対応して4つの縁部65a,65b,65c,65dが絶縁板632の表面にあり、特に、縁部を場所に関係なく説明する際には、図面に現れていないが、符号65を用いる。
ヒートシンク70は、伝熱性に優れる直方体の金属部材(例えば、アルミニウム部材)からなる。ヒートシンク70におけるLEDモジュール60を装着する側と反対側には多数の櫛歯状フィン72が形成され、放熱効果を高めている。
LEDモジュール60が装着される平坦面71は、図1に示すように、ソケット10を固定するビス800,801,802,803のためのビス穴710,711,712,713(713は不図示)が穿設されている。
(3)ソケットの構成
図4はソケットの裏側の構成を示す図である。
なお、ソケット本体11の材料としては、ステンレス鋼鈑の他に黄銅等の放熱特性に優れるものを用いることができる。
これらの押圧部14R,14L,14T,14Dは、開口110を打ち抜き加工する際に、開口周縁と繋がるT字状をしたT字部を残しておき、このT字部をその後折り曲げて形成される。押圧部14R,14L,14T,14Dは、立設バー140R,140L,140T,140D(140Lは不図示)と、これら立設バーに支持される横設バー141R,141L,141T,141Dと、これら横設バーの各両端を円弧状に整えてなる押圧接触部142R,143R,142L,143L,142T,143T,142D,143Dとから構成される。
一方、ソケット本体11の天壁12の内面であって側壁がない辺側には、LEDモジュール60の給電端子61に対応する箇所に給電端子ユニット16が設けられている。この給電端子ユニット16は、図4に示すように、液晶ポリマー、または耐熱性難燃材料等である樹脂材料からなる端子保持部材150(絶縁ハウジング)に、電気伝導性、挿抜(挿入抜去)耐久性に優れるリン青銅からなる外部端子16−n(nは、1〜16の整数であり、発光モジュール60の給電端子61−nの「n」に対応している。)が保持された構成を持つ。
なお、LEDモジュール60の取り外し・交換は、図1に示すように前記ビス800,801,802,803を取り外すことで行う。
図5は、LEDモジュールの装着を説明するための図である。
上記構成のLEDモジュール60を、図5のA工程に示すように、ヒートシンク70の平坦面71に載置する。そして、ソケット10の押圧部14R,14L,14T,14D(14Rは図には現れていない)をLEDモジュール60の側にして、LEDモジュール60の上方からソケット10を下降させる。この状態のLEDモジュール60は、金属ベース基板63の中央部631bがヒートシンク側に突出するように金属ベース基板63が反っており、金属板631の略中央部631bでヒートシンク70と接触している。
3.実施例
LEDモジュール60の寸法は、図2(a)に示すように、短手方向の寸法L1が23.5(mm)で、長手方向の寸法L2は28.5(mm)である。金属ベース基板63を構成する金属板631には、厚さ1(mm)のアルミニウム板が用いられ、一方の絶縁板632は、フィラー入りの熱硬化性樹脂により構成され、その厚みが0.1(mm)である。絶縁板632には、10(μm)の厚みの銅箔を用いてエッチング等により配線パターンが形成されている。樹脂には、エポキシ樹脂が用いられている。
なお、反射板602には、アルミニウム等の金属板以外に、他の材料の金属板や、白色の樹脂、さらには表面(特に、反射孔を構成する周面)がメッキされた樹脂等を用いることができる。また、反射板602にアルミニウム材料を用いた場合、例えば、アルマイト処理により酸化膜を、反射孔603を構成する周面に形成すると、反射板602の反射率を向上させることができると共に、電気的な絶縁性も確保できる。
図6は、LEDモジュールの反り量の測定結果を示す図である。
LEDモジュール60の反り、つまり、金属ベース基板63の金属板631の面(絶縁板632と反対側の面)における短手方向及び長手方向に対する厚み方向Z1、Z2の変位は、中央部631bを基準にした場合、短手方向及び長手方向に移動するにしたがって、徐々に凹入している。つまり、LEDモジュール60は、図2(a)に示す矢印A方向、B方向の両方向から見ても、金属ベース基板63の略中央部631bが絶縁板632と反対側に、2次放物線状に突出するような形状の凸曲面を有している。
図7は、LEDモジュールの製造工程を説明する図である。
先ず、金属ベース基板63を用意する。この金属ベース基板63は、図7(a)に示すように、金属板631の中央部631bが絶縁板632と反対側に突出するように、既に反った形状をしている。金属ベース基板63が反っている理由について説明する。
LEDモジュール60に使用する金属ベース基板63は、図8(a)に示すような大判の元基板63aを打ち抜き加工して得られる。この元基板63aは、長方形をしており、例えば、金属ベース基板63が、長手方向に5個、短手方向に4個の合計20個得られる大きさをしている。
ここで、元金属板631aと元絶縁板632aとの一体化は、元絶縁板632aを構成する樹脂が硬化する前の段階のものを元金属板631aの表面に張り合わせ、硬化前の樹脂を過熱・加圧して硬化させることにより行う。これにより、元絶縁板632aの成形と元金属板631aへの固着が同時に行える。
元絶縁板632aにおける各金属ベース基板63に相当する位置には、各金属ベース基板63の配線パターンと同じパターンが形成されている。この配線パターンの形成は、元絶縁板632aに銅箔を貼着し、この銅箔をパターン形状にエッチングすることで行う。なお、ここで説明した元基板63a、配線パターンの形成は、一例であり、他の方法を用いても実施できる。
打ち抜き加工機は、上型650と下型660とがあり、例えば、下型660には、元基板63aの打抜領域633に相当する部分が凹入する凹入部661があり、逆に上型650には、打抜領域633に相当する部分が凸出する凸出部651がある。そして、例えば、上型650は上下方向に移動可能であり、上型650を下降させたときに、凸出部651が下型660の凹入部661に進入するようになっている。
次に、図8(d)に示すように、上型650を上昇させて、凹入部661に進入していた凸出部651を抜く。これにより、大判の元基板63aから20個の金属ベース基板63が得られる。この打ち抜かれた金属ベース基板63は、図8(d)に示すように、上に凸状に湾曲している。つまり、金属ベース基板63は、この時点で、金属板631の中央部631bが絶縁板632と反対側に突出するように反っているのである。
次に、反射板602を、図7(c)に示すように、その反射孔603が樹脂体6020(LED素子)に対応するように、樹脂体6020が形成されている金属ベース基板63に取り付ける。反射板602の取り付けは、上述のように、白色のエポキシ樹脂層(樹脂シート)を利用して反射板602と金属ベース基板63とを貼着する。
上記構成のLEDモジュール60を発光させたときに、発光部62の略中央位置が高温になる傾向にある。本発明に係るLEDモジュール60では、金属板631における前記高温となる部分に近い中央部631bがヒートシンク70に接触しているため、金属ベース基板の縁部で接触していた従来のLEDモジュールよりもヒートシンク側に伝わる熱量が多い。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を実施することができる。
発光(LED)モジュールは、上記実施の形態で説明した構成に限定するものではなく、以下のようなモジュールでも良い。
(1)レンズ部
実施の形態では、反射板602の反射孔603に対応する部分に半球状に突出するレンズ部604を備え、隣接するレンズ部604同士が当該レンズ部604と同じ樹脂で連結された構想のレンズ部材601を用いたが、例えば、隣接するレンズ部を連結させずに各レンズ部を独立して設けても良い。
(2)反射板
実施の形態では反射板602を備えていたが、反射板はなくても良い。しかしながら、反射板を備えない場合は、レンズ部材を成形する前の状態である金属ベース基板の剛性が低いため、実施の形態で説明したレンズ部材をトランスファーモールド法で形成すると、その金属ベース基板とレンズ部材の樹脂との熱膨張係数の違いによって発生する反りの量が大きくなる可能性がある。
(1)基板
実施に形態における基板(金属ベース基板)は、樹脂部材からなる絶縁板と、金属板からなる熱伝導板とを一体成形(半硬化状態の絶縁板の成形と熱伝導板への貼着とを同時に行っている)しているが、絶縁板を構成する樹脂を予め硬化しておき、硬化した絶縁板を熱伝導板に貼着しても良い。
実施の形態における絶縁板は、フィラー入りの熱硬化性樹脂により構成されていたが、他の材料、例えば、ガラスエポキシにより構成しても良い。当然、絶縁板を構成する層は、実施の形態で説明した1層に限定するものでなく、多層であっても良い。また、多層構造の絶縁板を用いた場合、当該絶縁板の配線パターンは、表層に形成しても良いし、全層に亘って形成しても良いし、多層の内、複数の層に形成しても良い。
実施の形態では、熱伝導板として金属板に、具体的には、アルミニウム板を用いたが、他の材料、例えば、銅、スチール、マグネシウム等であっても良い。さらには、金属板以外の材料、例えば、セラミック材料、樹脂材料を用いても良い。但し、セラミック材料を用いる場合は、前記セラミックの高い熱伝導率を放熱効果に生かすためには絶縁板もセラミックとすることが好ましい。
(4)発光部
実施の形態での発光部は、発光素子の一例であるLED素子を絶縁板表面の配線パターンに実装して構成されていたが、他の発光素子を用いても良い。このような発光素子としては、例えば、レーザダイオード(LD)等がある。但し、レーザダイオードから発せられる光は、指向性が強いために、例えば、その光を拡散するための拡散レンズ等が必要となる場合も生じる。
図9は、発光体としてサブマウントを用いた例を示す図である。なお、第1の実施の形態と同じ部分については同じ符号を用い、その説明を省略する。
サブマウント6120は、例えば、シリコン基板(以下、「Si基板」という。)6121と、このSi基板6121の上面に実装された発光素子、例えば、LED素子6010と、LED素子6010を封入する樹脂体6021とを備える。
サブマウント6120の金属ベース基板63への実装は、例えば、銀ペースト6125を用いてダイボンドされ、Si基板6121の下面の第1の端子が絶縁板632の表面の配線パターンに前記銀ペースト6125を介して接続され、また、Si基板6121の上面の第2の端子がワイヤ6126を介して絶縁板632の配線パターンにワイヤボンディングされる。
このため、例えば、検査済みのサブマウント6120を金属ベース基板63に実装することができ、LEDモジュールとしての製造歩留まりを向上させることができる等の効果が得られる。また、サブマウント6120から発せられる光色にバラツキがある場合、色の近いサブマウント6120を選別して使用したり、より要望に見合った色の光を出すものを集めて実装したりできるメリットがある。
また、LED素子に関しては、ベアチップの他、砲弾型LEDや所謂SMDタイプのLED、モジュール化されたLEDであっても良い。なお、これらのLED素子についての実装方法についても、フリップチップ実装の他、ダイスボンド実装、ワイヤボンド実装、さらには、ダイスボンドとワイヤボンドとを組み合わせた実装等であっても構わない。
実施の形態におけるソケット10は、LEDモジュール60(発光モジュール)を被覆したときに、発光部62から発せられた光を通過させる光通過部、具体的には、開口110が発光部62に対応して設けられた構造をしている。しかしながら、発光モジュールにおける絶縁板の発光部62の両側に位置する縁部(少なくとも発光部を挟んで対向する縁部)をヒートシンク側に相対的に押圧できる構造であれば、他の構造であっても良い。
本変形例におけるソケット910は、同図に示すように、発光モジュール(60)をヒートシンク70の平坦面71に沿って移動させることにより、ヒートシンク70に押し付けるようにして装着する点で、実施の形態と大きく異なる。
ソケット910の形状は、基本的には、実施の形態で説明したソケット10の形状を有しているが、ここでは、スライドする発光モジュール(60)を受け入れるための受入口920が設けられている。この受入口920は、実施の形態のソケット10における給電端子ユニット16に対向する部分、つまり、ソケットの短辺であって給電端子ユニット16と反対側に形成されている。
このような構成を持つソケット910でも実施の形態と略同様の効果が奏される。つまり、本例でも、押圧部でソケット10をヒートシンク70に押し付けているため、発光モジュール(60)における裏面の金属板の中央部がヒートシンク70に接触する。
4.押圧手段
実施の形態における押圧手段は、弾性変形可能なばね構造としていたが、弾性変形しないようなものであっても良い。つまり、押圧手段は、発光モジュールをヒートシンクに装着した際に、発光モジュールをヒートシンクに押圧できれば良く、その形状・構造等を特に限定するものではない。
実施の形態における照明装置は、ヒートシンクにおける発光モジュール装着面が平坦で、発光モジュールがその中央部がヒートシンク側に突出するように反っていたが、逆の構成を有していても良い。つまり、発光モジュールにおけるヒートシンクとの接触面が平坦で、ヒートシンクがその中央部が発光モジュール側に突出するように反っていてもよい。
本変形例における照明装置は、同図に示すように、ヒートシンク950と、発光モジュール960と、図示省略しているソケットとを備える。
一方、発光モジュール960は、基本的には、第1の実施の形態で説明したLEDモジュール60と同じ構成をしているが、ヒートシンク950に装着される側の面(金属ベース基板964)が、本変形例では平坦になっている点で、実施の形態と大きく異なる。
6.その他
(1)発光モジュールの反り量について
反り量としては、発光モジュールの所定方向の寸法(長さ)1mm当たり、0.5(μm)〜10(μm)の範囲内、さらに好ましくは、1(μm)〜5(μm)の範囲内が良い。これは、実現が比較的容易で、比較的高い放熱効果が得られるからである。
(2)ヒートシンクの反り量について
反り量としては、ヒートシンクの所定方向の寸法(長さ)1mm当たり、0.5(μm)〜10(μm)の範囲内、さらに好ましくは、1(μm)〜5(μm)の範囲内が良い。これは、実現が比較的容易で、比較的高い放熱効果が得られるからである。
実施の形態及び変形例では、ヒートシンクの方がソケットより大きく、ソケットがヒートシンクに取り付けられる構造を有し、発光モジュールがソケットによってヒートシンクに押圧される構造となっている。
しかしながら、例えば、ソケットが照明装置の装置本体に取着されており、ヒートシンクが装置本体に装着されるような構造の場合、ヒートシンクがソケットに保持された発光モジュールを裏側(熱伝導板側)から押圧することなる。このような場合、発光モジュールは相対的に押圧されることになり、実施の形態と同様の効果が得られるのは言うまでもない。この場合、発光モジュールとヒートシンクとを密着させるための押圧手段は、ソケット側になくても良く、例えば、装置本体側にあっても良い。
(4)発光モジュールの形状
実施形態及び変形例における発光モジュールの平面視形状は、矩形状であったが、他の形状、例えば、正方形状、楕円形状、円形状、5角形状等の多角形状であっても良い。このような場合においても、押圧手段は、発光モジュールを平面視したときに、発光部を挟むようにその両側を押圧するようにソケット或いはその他の部位に設けられておれば良い。
実施の形態におけるLEDモジュール60(発光モジュール)を8行8列の表示装置として使用することも可能である。但し、この場合、各LED素子(発光体)を個別に点灯させるように配線パターンを変更すると共に、個別にLED素子を点灯させて文字、記号等を表示する公知の点灯制御回路等が必要となる。
10 ソケット
14R,14L,14D,14T 押圧部
60 LEDモジュール
62 発光部
70 ヒートシンク
71 主面
Claims (13)
- ヒートシンクに装着されて使用される発光モジュールであって、
絶縁板と熱伝導板とを重ねて構成されている基板と、前記絶縁板の中央域に設けられている発光部とを備え、
前記基板は、その中央部は熱伝導板側である前記ヒートシンク側に突出するように反っている
ことを特徴とする発光モジュール。 - 前記熱伝導板の裏面が凸曲面をしている
ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記発光部は、複数の発光体からなり、当該発光体から発せられた光を反射させる反射板を前記絶縁板の表面に備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記発光部は、複数の発光体からなり、当該発光体から発せられた光を反射させる反射板を前記絶縁板の表面に備えている
ことを特徴とする請求項2に記載の発光モジュール。 - 前記発光部から発せられた光の配光を制御するレンズを、前記絶縁板の表側に備えている
ことを特徴とする請求項3に記載の発光モジュール。 - 前記発光部から発せられた光の配光を制御するレンズを、前記絶縁板の表側に備えている。
ことを特徴とする請求項4に記載の発光モジュール。 - ヒートシンクと、絶縁板と熱伝導部材とから基板が構成され、前記絶縁板の中央域に発光部が設けられている発光モジュールと、前記発光モジュールを、前記発光部を表側として前記ヒートシンクに装着するソケットとを備える照明装置であって、
前記発光モジュールは、前記ヒートシンクに装着された状態で、中央部が前記ヒートシンク側に突出するように反っている
ことを特徴とする照明装置。 - 前記発光モジュールは、前記ヒートシンクに装着された状態で、前記基板の裏面が凸曲面をしている
ことを特徴とする請求項7に記載の照明装置。 - 前記ソケットは、前記絶縁板を押圧する押圧手段を備え、
前記基板は、略矩形状をし、前記押圧手段は、前記矩形状の対向する2辺に隣接する縁部を少なくとも押圧している
ことを特徴とする請求項7に記載の照明装置。 - 前記ソケットは、前記絶縁板を押圧する押圧手段を備え、
前記基板は、略矩形状をし、前記押圧手段は、前記矩形状の対向する2辺に隣接する縁部を少なくとも押圧している
ことを特徴とする請求項8に記載の照明装置。 - 前記ヒートシンクの少なくとも前記発光モジュールの装着予定領域の略中央部が、前記発光モジュール側に突出するように反っている
ことを特徴とする請求項7に記載の照明装置。 - ヒートシンクと、絶縁板と熱伝導部材とから基板が構成され、前記絶縁板の中央域に発光部が設けられている発光モジュールと、前記発光モジュールを、前記発光部を表側として前記ヒートシンクに装着するソケットとを備える照明装置であって、
前記ヒートシンクの少なくとも前記発光モジュールの装着予定領域の略中央部が、前記発光モジュール側に突出するように反っている
ことを特徴とする照明装置。 - ヒートシンクと、絶縁板と熱伝導部材とから基板が構成され、前記絶縁板の中央域に発光部が設けられている発光モジュールと、前記発光モジュールを、前記発光部を表側として前記ヒートシンクに装着するソケットとを備える表示装置であって、
前記発光モジュールは、前記ヒートシンクに装着された状態で、中央部が前記ヒートシンク側に突出するように反っている
ことを特徴とする表示装置。
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