JP4740682B2

JP4740682B2 - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP4740682B2
Application number: JP2005223247A
Authority: JP
Inventors: 秀樹福田; 卓生村井; 康雄今井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-08-01
Also published as: JP2007042755A

Description

この発明は、ＬＥＤ素子を実装した基板と照明装置筐体の取り付けに関して放熱効果を高めるとともに、取り付けを容易にしたＬＥＤ照明装置に関するものである。

ＬＥＤ素子を用いた照明装置において、一般に、放電ランプや白熱灯などの一般照明装置と同等の光量を確保するために、複数のＬＥＤ素子を集合させて使用するとともに、ＬＥＤ素子に流す電流を大きくして１個あたりの光量を増加させる必要がある。

このとき、ＬＥＤ素子より発生する熱は、ＬＥＤ素子の数や電流の増加につれて大きくなり、半導体であるＬＥＤ素子の寿命特性や発光効率が悪化すると共に、ＬＥＤ素子周辺に充填した樹脂も劣化し、照明用光源として必要とされる光量を確保しにくくなる。

このため、ＬＥＤを実装した基板の発光面裏側にフィンを設けて表面積を増やす構造、および基板を熱伝導率のより高い部材へ取り付ける構造により、放熱効果を高めたＬＥＤ照明装置が提案されている。

第１の従来技術として、ＬＥＤ素子がセラミック基板実装され、基板の裏面にフィンを設けて表面積を増大させ、ＬＥＤ素子の発する熱を効率よく外部に放熱している。また、セラミック基板の嵌合凸部は金属部材の嵌合凹部に対して幅寸法が若干大きく設定されている。基板と金属部材を高温雰囲気中に放置すると、金属部材の方がセラミック製の基板に比較して熱膨張率が大きいため、金属部材の嵌合凹部の幅寸法が基板の嵌合凸部の幅寸法よりも大きくなる。そして、この状態で基板の嵌合凸部を金属部材の嵌合凹部内に挿入し、さらに雰囲温度を高温から常温に戻せば、基板並びに金属部材が収縮して嵌合凸部と嵌合凹部とが嵌合して基板１を熱伝導率のより高い金属部材へ固定させるものである（例えば、特許文献１参照）。

第２の従来技術として、ＬＥＤ素子が基板に実装され、基板の下面が放熱固定板の上面に接するようにし、放熱カバーが基板を覆うように設けられ、これらをネジで樹脂ケースに固定し、ＬＥＤ素子の発する熱を効率よく外部に放熱している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−２４３７１８号（段落番号００１４、図１、段落番号００３１、図５）特開２００２−２９９７００号（段落番号００１５、図５）

しかしながら、上記従来のＬＥＤ照明装置では、基板の裏面に対してフィンが下方へ向けて垂直に設置されているため、これらを他の部材へ取り付ける際には、ネジおよび接着剤での固定、または熱膨張を利用しての固定などが必要であった。

また、接着剤や熱膨張を利用した固定では、基板を交換する際などに取り外しが困難なため、メンテナンス性に問題があった。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ＬＥＤ素子から発生した熱を効率よく放熱するとともに、照明装置筺体への取り付けが容易なためメンテナンス性の良いＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

この発明に係るＬＥＤ照明装置は、反射材が設けられた凹部を前面に有する基板と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記基板の裏側に同心円状に形成された複数のフィンと、該複数のフィンのうち、最も外側のフィンの外側面に螺旋状に形成され該フィンの一部をなす係止部と、該係止部が嵌合される螺旋状に形成された溝部を有する照明装置筐体と、を備えたものである。

以上のように、この発明によれば、基板の裏側に同心円状に形成された複数のフィンと、該複数のフィンのうち、最も外側のフィンの外側面に螺旋状に形成され該フィンの一部をなす係止部と、該係止部が嵌合される螺旋状に形成された溝部を有する照明装置筐体と、を備えたので、熱伝導率のより高い照明装置筐体との接触面積が大きくなり、ＬＥＤ素子より発生する熱を効率よく外部へ放熱し、ＬＥＤ素子の寿命特性や発光効率の悪化を防ぐと共に、ＬＥＤ素子周辺に充填した樹脂の劣化も防ぐことにより、信頼性を高くすることができ、また、基板に形成したフィンの一部を利用して、照明装置筐体への取り付けが可能であり、取り付けが容易でメンテナンス性を良くすることができる。

実施の形態１．
図１(ａ)、図１(ｂ)は実施の形態１を示すＬＥＤ照明装置の断面図、図２は図１(ａ)の分解斜視図である。
図１、図２において、ＬＥＤ照明装置は、表面に反射材２が設けられた凹部７を前面に有する基板１と、凹部７の底面に実装されたＬＥＤ素子３と、ＬＥＤ素子を包み込むように溝部へ充填された樹脂４と、基板１の裏面に設けられた複数のフィン１ａと、これらのフィン１ａに対応して断面が凹凸形状に形成され、この凹状の溝部５ａにフィン１ａが各々着脱可能に嵌合される照明装置筐体５が設けられている。

図１（ａ）に示すＬＥＤ照明装置は、基板１の裏面に設けられた複数のフィン１ａの内、両外側のフィン１ａの端部の外側面に断面四辺形状の係止部１ｂが形成され、これらの係止部１ｂに対応する照明装置筐体５の溝部５ａの内、これらの係止部１ｂに対応する両外側の溝部５ａに係止部１ｂに係止される被係止部５ｂが形成されている。
また、基板１の各フィン１ａ、各係止部１ｂ及びこれらに対応する各溝部５ａ、各被係止部５ｂは基板の凹部７の中心軸に対して左右対称であり、また、図２に示すように長手方向に沿って長い形状である。

図１（ｂ）に示すＬＥＤ照明装置は、基板１の裏面に設けられた複数のフィン１ａの内、外側から２番目のフィン１ａの側面に断面三角形状の係止部１ｃが形成され、照明装置筐体５の溝部５ａの内、これらの係止部１ｃに対応する外側から２番目の溝部５ａに係止部１ｃに係止される被係止部５ｃが形成されている。
また、基板１の各フィン１ａ、各係止部１ｃ及びこれらに対応する各溝部５ａ、各被係止部５ｃは、基板の凹部７の中心軸に対して左右対称であり、また、長手方向に沿って長い形状である。

照明装置筐体５は熱伝導率の高い材料であり、基板１は例えばセラミック基板である。その凹部７は底部が平面であり、前面から底部にかけて狭くなる連続斜面を有する。また、凹部７の表面に配置した反射材２は例えば銀であり、可視光領域での反射率が高く、凹部７の外へ光を効率よく発光することが可能となる。

ＬＥＤ素子３は例えばサファイア基板上に窒化ガリウム系の発光層から形成され、各層に接合された電極を前記溝部の底面に配置された配線部と電気的に接続することにより電力を提供する。さらに、ＬＥＤ素子３を包み込むように凹部へ充填された樹脂４は、エポキシ材やシリコン材などからなる透明あるいは半透明の樹脂であり、特に、紫外光などに対して劣化速度が緩やかなものなど耐候性の強いものが良い。

次に、基板１と照明装置筐体５の取り付けについて図１、図２により説明する。
基板１を照明装置筐体５に取り付けるときは、図２に示すように、基板１のフィン１ａ、係止部１ｂを照明装置筐体５の溝部５ａ、被係止部５ｂを各々合わせて、基板１を照明装置筐体５の横方向から挿入して嵌合させる。このとき、基板１のフィン１ａ、係止部１ｂ及び照明装置筐体５の溝部５ａ、被係止部５ｂの各々の嵌合部に、熱伝導率の高いグリスを塗布する。また、基板１の両外側のフィン１ａの外側面の係止部１ｂが、照明装置筐体５の両外側の溝部５ａの被係止部５ｂに係止されて、基板１と照明装置筐体５を固定する。

図１（Ｂ）の場合も同様に、基板１のフィン１ａ、係止部１ｃを照明装置筐体５の溝部５ａ、被係止部５ｃを各々合わせて、基板１を照明装置筐体５の横方向から挿入嵌合させると、基板１の外側から２番目のフィン１ａの外側面に形成された係止部１ｃが、照明装置筐体５の溝部５ａの被係止部５ｃに係止されて、基板１と照明装置筐体５を固定する。

以上のように、基板１の裏側に設けられた複数のフィン１ａと、これらのフィン１ａが各々着脱可能に嵌合される溝部５ａを有する照明装置筐体５と、フィン１ａの側面側に突設されフィンの一部をなす係止部１ｂ、１ｃと、照明装置筐体５の溝部５ａに形成され、係止部１ｂ、１ｃに係止されて前記基板と前記照明装置筐体を固定する被係止部５ｂ、５ｃとを備えたので、熱伝導率のより高い照明装置筐体との接触面積が大きくなり、ＬＥＤ素子より発生する熱を効率よく外部へ放熱し、ＬＥＤ素子の寿命特性や発光効率の悪化を防ぐと共に、ＬＥＤ素子周辺に充填した樹脂の劣化も防ぐことにより、信頼性を高くすることができ、また、基板に形成したフィンの一部を利用して、照明装置筐体への取り付けが可能であり、取り付けが容易でメンテナンス性を良くすることができる。
また、嵌合部には熱伝導率の高いグリスを塗布することにより、基板１で発生した熱をより効率的に照明装置筐体５へ放熱することができる。
また、係止部１ｂ、１ｃは、基板１の凹部７の中心軸に対して左右対称に設けられたので、工作性を良くすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、基板１の各フィン１ａ、各係止部１ｂ及び照明装置筐体５の溝部５ａ、被係止部５ｂの側面の形状は、基板の凹部７の中心軸に対して、左右対称であるが、
本実施の形態は、基板１の凹部７の中心軸に対して、左右非対称としたものである。

図３の(ａ)(ｂ)はこの発明の実施の形態２を示すＬＥＤ照明装置の断面図である。図において、実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付け説明を省略する。

図３（ａ）は基板１の両外側のフィン１ａの一方の端部の外側面に突設した断面四辺形状の係止部１ｂを形成し、他方の端部の内側面に突設した断面四辺形状の係止部１ｄを形成している。これらの係止部１ｂ、１ｄに対応して照明装置筐体５の溝部５ａには、被係止部５ｂ、５ｄを各々形成している。
また、基板１の各係止部１ｂ、１ｄ及びこれらに対応する各被係止部５ｂ、５ｄは基板の凹部７の中心軸に対して左右非対称である。
図３（ｂ）は基板１の一方の外側から２番目のフィン１ａと他方の外側から１番目のフィン１ａの外側面に断面三角形状の係止部１ｃ、１ｅを各々形成し、これらの係止部１ｃ、１ｅに対応して照明装置筐体５の溝部５ａには、被係止部５ｃ、５ｅを各々形成している。
また、基板１の各係止部１ｃ、１ｅ及びこれらに対応する各被係止部５ｃ、５ｅは基板の凹部７の中心軸に対して各々非左右対称である。

次に、基板１と照明装置筐体５の取り付けを説明する。
図３（ａ）の場合は、基板１の両外側のフィン１ａの一方の端部の外側面に突設した係止部１ｂを照明装置筐体５の溝部５ａの一方の被係止部５ｂに合わせ、また、基板１の他方の端部の内側面に突設した係止部１ｄを照明装置筐体５の溝部５ａの他方の被係止部５ｄに合わせて、基板１を照明装置筐体５の横方向から挿入して嵌合させる。このとき、基板１の係止部１ｂ、１ｄが、照明装置筐体５の被係止部５ｂ、５ｄに各々係止されて、基板１と照明装置筐体５を固定する。

図３（ｂ）の場合は、基板１の一方の外側から２番目のフィン１ａと基板１の他方の外側から２番目のフィン１ａの端部の外側面に突設した各々の係止部１ｃ、１ｅを、被係止部５ｃ、５ｅに合わせ、基板１を照明装置筐体５の横方向から挿入して嵌合させる。このとき、基板１の係止部１ｃ、１ｅが照明装置筐体５の被係止部５ｃ、５ｅに各々係止されて、基板１と照明装置筐体５を固定する。

以上のように、係止部１ｂ、１ｄ、または、係止部１ｃ、１ｅを、基板１の凹部７の中心軸に対して、各々左右非対称としたので、基板１を照明装置筐体５へ取り付ける際の方向性を確定することができる。このことにより、基板１の誤挿入などを防止することができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３を示すＬＥＤ照明装置の斜視図である。図において、実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付け説明を省略する。

本実施の形態は、実施の形態１の図１（ａ）、図２に示した基板１の両側のフィン１ａの一部である係止部１ｂを、図４に示すように各々長手方向に沿った長さが短い係止部１ｆとし、照明装置筐体５の被係止部５ｆに基板１の係止部１ｆが係止する係止位置とは異なった位置に、係止部１ｆが差し込まれる差し込み口５ｇを設けたものである。
図４では基板１と照明装置筐体５の一端部を示しているが、他端部も同じ構成である。

基板１を照明装置筐体５に取り付けるときは、基板１の両外側のフィン１ａの係止部１ｆを、照明装置筐体５の被係止部５ｆに設けられた差し込み口５ｇに合わせて、基板１を照明装置筐体５の上方向から挿入し、挿入後、横方向にずらして照明装置筐体５の被係止部５ｆに基板１の係止部１ｆを係止させる。

以上のように、照明装置筐体５の被係止部５ｆに、フィン１ａに設けた係止部１ｆが係止される係止位置とは異なった位置に、係止部１ｆが差し込まれる差し込み口５ｇを設けたので、基板１を照明装置筐体５へ取り付ける作業を容易にすることができ、メンテナンス性を良くすることができる。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４を示すＬＥＤ照明装置の断面図である。図において、実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付け説明を省略する。

図５において、ＬＥＤ素子３が実装される基板１の凹部７に近いのフィン１ａの両側面とこのフィン１ａが嵌合される照明装置筐体の溝部５ａの両側面に、相互に接触するようにＬＥＤ素子３の通電用の電極６が設けられている。

この構成において、基板１を照明装置筐体５に取り付けると同時に、基板１のフィン１ａの両側面と照明装置筐体の溝部５ａの両側面に設けられた各々設けられた電極が接続される。

以上のように、フィン１ａとこのフィン１ａが嵌合される照明装置筐体５の溝部５ａに、相互に接触するようにＬＥＤ素子３の通電用の電極を備えたので、基板１と照明装置筐体５の取り付けと同時に電気的接続がされ、電気的接続作業を省くことができる。

実施の形態５．
図６の(ａ)(ｂ)はこの発明の実施の形態５を示すＬＥＤ照明装置の断面図、図７は図６(ａ)の分解斜視図である。図において、実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付け説明を省略する。

図６(ａ)に示すＬＥＤ照明装置は、基板１の側面に突設されたフィン１ａ及びこのフィン１ａに対応する照明装置筐体５の溝部５ａが螺旋状に形成されており、フィン１ａは係止部１ｈを兼ね、溝部５ａは被係止部５ｈを兼ねている。
図６の(ｂ)に示すＬＥＤ照明装置は、基板１の裏側に複数のフィン１ａが設けられ、フィン１ａの内、外側のフィン１ａの側面に断面三角形状の係止部１ｈが螺旋状に形成され、照明装置筐体５の外側の溝部５ａに係止部１ｈに係止される被係止部５ｈが螺旋状に形成されている。

基板１を照明装置筐体５に取り付けるときは、基板１のフィン１ａ（係止部１ｈ）を、照明装置筐体５の溝部５ａ（被係止部５ｈ）にねじ込んで固定する。

以上のように、フィン１ａの一部をなす係止部１ｈを、螺旋状に形成したので、基板１を照明装置筐体５へ取り付ける作業を容易にするとともに、基板１を確実に装着することができる。
なお、本実施の形態では、係止部１ｈを外側に設け、断面三角形状としたが、外側から例えば２番目でもよく、断面を４辺形状としてもよい。

この発明の実施の形態１を示すＬＥＤ照明装置の断面図である。この発明の実施の形態１を示すＬＥＤ照明装置の分解斜視図である。この発明の実施の形態２を示すＬＥＤ照明装置の断面図である。この発明の実施の形態３を示すＬＥＤ照明装置の分解斜視図である。この発明の実施の形態４を示すＬＥＤ照明装置の断面図である。この発明の実施の形態５を示すＬＥＤ照明装置の断面図である。この発明の実施の形態５を示すＬＥＤ照明装置の分解斜視図である。

符号の説明

１基板、１ａフィン、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｈ係止部、２反射材、３ＬＥＤ素子、４樹脂、５照明装置筐体、５ａ溝部、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｈ被係止部、５ｇ差し込み口、６電極。

Claims

反射材が設けられた凹部を前面に有する基板と、
前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、
前記基板の裏側に同心円状に形成された複数のフィンと、
該複数のフィンのうち、最も外側のフィンの外側面に螺旋状に形成され該フィンの一部をなす係止部と、
該係止部が嵌合される螺旋状に形成された溝部を有する照明装置筐体と、
を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。