JP5582633B2

JP5582633B2 - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP5582633B2
Application number: JP2009255075A
Authority: JP
Inventors: 淳高島; 守山川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: JP2011100653A

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージを筐体に取り付けるＬＥＤパッケージの取付構造を用いたＬＥＤ照明装置に関するものである。

従来より、発光ダイオード（以後、「ＬＥＤ」という）を用いたＬＥＤ照明装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
図８に示すように、特許文献１に記載のＬＥＤ照明装置１００は、プリント配線板である基板１０１、金属製取付部材１０２、制光体１０３およびカバー体１０４を有する。基板１０１の前面側には、複数個のＬＥＤ１０５が実装され、背面側にはＬＥＤ駆動回路１０６が配設されてＬＥＤパッケージ１０７を構成している。

金属製取付部材１０２はＬＥＤパッケージ１０７を取り付けるための部材であり、熱伝導性のある金属板で形成されている。金属製取付部材１０２は、天井面等の取付け部にネジ等により取り付けるためのリング板状の取付面１０８と、取付面１０８の内周縁から立ち上がる立上片１０９を有する。立上片１０９の外周面には、複数個の凸部１１０が設けられている。
カバー体１０４は樹脂によりリング状に形成されており、内周面上部に金属製取付部材１０２の凸部１１０に係止される係止部１１１を有し、内周面下部に制光体１０３の外周面を保持する保持部１１２を有する。

従って、基板１０１は、金属製取付部材１０２の凸部１１０によって係止されたカバー体１０４が制光体１０３を保持することにより、金属製取付部材１０２と制光体１０３によって挟持される。これにより、ＬＥＤ１０５が発した熱は、実装されている基板１０１を伝導し、基板１０１に当接している金属製取付部材１０２を介して取付面に放熱される。

特開２００５−７１７１１号公報（第４頁、図３）

ところで、ＬＥＤパッケージを筐体に取り付ける際に、ＬＥＤパッケージを半田付けにより基材に実装し、この基材を筐体に取り付けることが行われる場合がある。
すなわち、図９に示すように、ＬＥＤ照明装置１２０では、ＬＥＤチップ１２１が実装され封止材１２２により封止されたＬＥＤパッケージ１２３を、実装基板１２４に半田１２５により実装してＬＥＤモジュール１２６を形成し、ＬＥＤモジュール１２６を照明装置等の筐体である金属製の放熱筐体１２７に取り付けている。

また、図１０に示すように、ＬＥＤ照明装置１３０では、ＬＥＤチップ１３１が実装され封止材１３２により封止されて金属放熱板１３８に取り付けられたＬＥＤパッケージ１３３を、実装基板１３４に半田１３５により実装してＬＥＤモジュール１３６を形成し、ＬＥＤモジュール１３６を放熱筐体１３７に接着剤１３９で取り付けている。

しかしながら、図９および図１０に示したＬＥＤ照明装置１２０、１３０においては、放熱性をあげるために、筐体として例えばアルミのような金属製のものが用いられている
が、基材が例えばガラスエポキシのような樹脂系の場合、基材の熱伝導率が悪く、また、基材と筐体の接触面で熱抵抗が大きい。このため、効率よく筐体に熱が伝わらないので、ＬＥＤの温度が上昇し、ＬＥＤの発光効率が低下するという問題があった。

また、基材に銅やアルミ等の金属製の部材を用いる場合には、放熱性能は改善されるが、基材の絶縁層の厚さが薄いため、耐電圧性能が低下する。このため、耐電圧が高い熱伝導シートを基材の裏に設けることが一般的であるが、シート自身が柔らかいため、例えば、ネジ固定部とそうでない部分との間に歪が生じ、結果として基材に歪を発生させて、長期信頼性を低下させるという問題がある。さらに、耐電圧性が高いシートは、熱伝導率があまり高くないため、熱伝導の妨げになるという問題もある。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、ＬＥＤパッケージが発する熱を効率よく発熱筐体に伝達することにより、ＬＥＤパッケージの温度上昇を回避して、ＬＥＤパッケージの発光効率の低下を防止することができるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ照明装置は、金属基材と、前記金属基材上において前記金属基材から外側に突出することなく設けられている、回路パターンを有する回路基板と、を有し、前記金属基材にマウント部材を介することなくＬＥＤチップが実装され、前記ＬＥＤチップが前記回路基板の前記回路パターンに接続され、前記ＬＥＤチップ、前記回路基板の一部および前記回路パターンの一部が封止材で封止され、前記回路パターンの端部は前記封止材で封止されることなく、前記金属基材上に設けられている前記回路基板上で露出しており、かつ、前記回路パターンの端部には電線が接続されているＬＥＤパッケージと、金属製の放熱筐体と、前記金属製の放熱筐体上に設けられると共に、前記ＬＥＤパッケージが取付けられた、熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備え、かつ熱輻射性を有し、前記ＬＥＤパッケージからの熱を前記放熱筐体に伝達する機能と、前記ＬＥＤパッケージと前記放熱筐体との間の絶縁状態を保持して耐電圧性能を確保する機能と、前記ＬＥＤパッケージからの熱を輻射により空気中に放熱する機能と、前記ＬＥＤパッケージの歪を抑制する機能と、を併せ持つ部材である、セラミックス製の硬体部材と、を有し、前記回路パターンの端部の側面の位置から前記金属基材の端部の側面の位置までの水平距離である第１距離と、前記金属基材の端部の側面の位置から前記セラミックス製の硬体部材の端部の側面の位置までの水平距離である第２距離と、前記回路基板の厚さに相当する第３距離と、前記金属基材の厚さに相当する第４距離と、前記セラミックス製の硬体部材の厚さに相当し、かつ、前記第１距離〜第４距離の各々よりも大きな距離である第５距離と、を合計してなる、前記回路パターンと前記放熱筐体との間の、構造体の表面に沿った最短距離である沿面距離が１．２ｍｍ以上に設定されているＬＥＤパッケージの取付構造、を備えた構成を有している。

この構成により、ＬＥＤパッケージと放熱筐体との間に、熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた硬体部材を介在させたので、ＬＥＤパッケージによって発せられた熱を、硬体部材を介して放熱筐体に伝達して放熱することができる。また、硬体部材は電気絶縁性を有するので、ＬＥＤパッケージと放熱筐体との間の絶縁状態を保持して、耐電圧性能を確保することができる。また、硬体部材は硬く変形しにくいので、ＬＥＤパッケージの歪を抑えることにより、ＬＥＤパッケージの長期信頼性を保持することができる。

この構成により、硬体部材が熱輻射性を有し、熱放射率が高いので、ＬＥＤパッケージによって発せられた熱を硬体部材を介して輻射により空気中へ放熱することができ、ＬＥＤパッケージの発熱を抑えることができる。

この構成により、硬体部材がセラミックス製なので、耐電圧破壊性能が高く、また、経年変化がないので寸法の変化がなく、歪を抑えてＬＥＤパッケージの長期信頼性を確保できる。

この構成により、ＬＥＤパッケージの電気充電部と放熱筐体との間の沿面距離を１．２ｍｍ以上としたので、電気充電部と放熱筐体との間の絶縁を確保することができる。

この構成により、前述したＬＥＤパッケージの取付構造を用いているので、ＬＥＤパッケージと放熱筐体との間に熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた硬体部材を介在させ、ＬＥＤパッケージによって発せられた熱を、硬体部材を介して放熱筐体に伝達して放熱することができる。また、硬体部材は電気絶縁性を有するので、ＬＥＤパッケージと放熱筐体との間の絶縁状態を保持して、耐電圧性能を確保することができる。また、ＬＥＤパッケージの歪を抑えることにより、ＬＥＤパッケージの長期信頼性を保持することができる。

本発明は、ＬＥＤパッケージと放熱筐体との間に、熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた硬体部材を介在させたので、ＬＥＤパッケージによって発せられた熱を、硬体部材を介して放熱筐体に伝達して放熱することができる。また、硬体部材は電気絶縁性を有するので、ＬＥＤパッケージと放熱筐体との間の絶縁状態を保持して、耐電圧性能を確保することができる。また、ＬＥＤパッケージの歪を抑えることにより、ＬＥＤパッケージの長期信頼性を保持することができるという効果を有するＬＥＤ照明装置を提供できる。

本発明に係る第１実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造を示す断面図ＬＥＤモジュールと放熱筐体との取付方法を示す断面図であり、（Ａ）はセラミックスをネジで筐体に取付けた場合の図、（Ｂ）は接着剤で取付けた場合の図電気充電部と放熱筐体との間の沿面距離の説明図本発明に係る第２実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造を示す断面図本発明に係る第３実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造を示す断面図であり、（Ａ）はネジの頭部をセラミックスの凹部に配した場合の図、（Ｂ）はナットをセラミックスの凹部に配した場合の図本発明に係る第４実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造を示す断面図本発明に係る第５実施形態のＬＥＤ照明装置を示す断面図従来のＬＥＤパッケージの取付構造を用いたＬＥＤ照明装置の断面図従来のＬＥＤパッケージの取付構造を示す断面図従来のＬＥＤパッケージの取付構造の別の例を示す断面図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造について、図面を用いて説明する。
図１に示すように、本発明に係るＬＥＤパッケージの取付構造２０では、ＬＥＤチップ２１を金属基材２３に実装して回路基板２２の回路パターン２２１に接続し、シリコーン樹脂等の封止材２４で封止して、ＬＥＤパッケージ２５を形成する。回路パターン２２１は、所定の位置で半田２６によって電線２７に接続されている。

ＬＥＤパッケージ２５における金属基材２３には、熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた硬体部材であるセラミックス２８（例えば、アルミナ系セラミックス）が、接着剤２９で取付けられてＬＥＤモジュール３１が形成されている。ＬＥＤモジュール３１は、例えば、ＬＥＤ照明装置の筐体である金属製の放熱筐体１１に取付けられる。すなわち、ＬＥＤパッケージ２５と放熱筐体１１との間に、セラミックス２８が介在することになる。

ＬＥＤモジュール３１と放熱筐体１１との間の接合は、図２（Ａ）に示すように、ネジ３２によって行うことができる。あるいは、図２（Ｂ）に示すように、接着剤３３によってＬＥＤモジュール３１を放熱筐体１１に取り付けることができる。

このとき、ＬＥＤパッケージ２５の電気充電部である回路パターン２２１と放熱筐体１１との沿面距離Ｌを１．２ｍｍ以上とする。ここで、沿面距離Ｌとは、２つの導電性部分間（すなわち、回路パターン２２１と放熱筐体１１との間）の絶縁物の表面に沿った最短距離いう。図３に示すように、回路パターン２２１の端部２２２と金属基材２３の端部２３１までの水平距離をＬ１、回路基板の厚さをＬ２、金属基材２３の厚さをＬ３、金属基材２３の端部２３１からセラミックス２８の端部２８１までの水平距離をＬ４、セラミックス２８の厚さをＬ５とすると、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＞１．２ｍｍとする。

以上、説明した本発明に係る第１実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造２０によれば、ＬＥＤパッケージ２５を、加熱を伴わない接着剤２９により硬体部材であるセラミックス２８に取付けてＬＥＤモジュール３１を形成するので、従来のようにＬＥＤモジュールを形成する際に半田を用いる必要がない。このため、リフロー装置のような大掛かりの設備がなくても、容易にＬＥＤパッケージを支持することができる。また、実装時におけるリフローの際に生じる２６０℃程度の熱履歴に伴う熱劣化を回避することができ、初期光束の低下を防止することができる。

また、放熱筐体１１とＬＥＤパッケージ２５との間に熱伝導性を備えたセラミックス２８を介在させたので、ＬＥＤパッケージ２５によって発せられた熱を、セラミックス２８を介して放熱筐体１１に伝達して放熱することができる。また、セラミックス２８は電気絶縁性を有するので、ＬＥＤパッケージ２５と放熱筐体１１との間の絶縁状態を保持して、耐電圧性能を確保することができる。また、セラミックス２８が硬体であるので、ＬＥＤパッケージ２５の歪を抑えることにより、ＬＥＤモジュール３１の長期信頼性を保持することができる。

また、セラミックス２８は熱輻射性を有するので、ＬＥＤパッケージ２５によって発せられた熱を、セラミックス２８を介して輻射により空気中へ放熱することができ、ＬＥＤパッケージ２５の発熱を抑えることができる。
また、ＬＥＤパッケージ２５の電気充電部である回路パターン２２１と放熱筐体１１との間の沿面距離を１．２ｍｍ以上としたので、回路パターン２２１と放熱筐体１１との間の絶縁を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造を図４に示す。なお、前述した第１実施形態に係るＬＥＤパッケージの取付構造と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
図４に示すように、第２実施形態にかかるＬＥＤパッケージの取付構造２０Ｂでは、第１実施形態にかかるＬＥＤパッケージの取付構造２０において、ＬＥＤパッケージ２５をセラミックス２８に接合する際に用いた接着剤２９に代わって、ネジ３４によりＬＥＤパッケージ２５をセラミックス２８に接合してＬＥＤモジュール３１を形成した。なお、ＬＥＤモジュール３１の放熱筐体１１への接合は、第１実施形態の場合と同様である。

以上、説明した本発明に係る第２実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造２０Ｂによれば、前述した第１実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造２０と同様の作用・効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造を図５に示す。なお、前述した第１実施形態および第２実施形態に係るＬＥＤパッケージの取付構造と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

図５に示すように、第３実施形態にかかるＬＥＤパッケージの取付構造２０Ｃでは、第２実施形態にかかるＬＥＤパッケージの取付構造２０Ｂにおいて、ＬＥＤパッケージ２５をセラミックス２８に接合する際に用いたネジ３４に代わって、ボルト３５およびナット３６を用いてＬＥＤパッケージ２５をセラミックス２８に接合してＬＥＤモジュール３１を形成した。
図３（Ａ）では、セラミックス２８に設けた凹部２８２にボルト３５の頭部を埋め込んで接合した場合を示し、図３（Ｂ）には、セラミックス２８の凹部２８２にナット３６を埋め込んだ場合を示す。

以上、説明した本発明に係る第３実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造２０Ｃによれば、前述した第１実施形態および第２実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造２０Ａ，２０Ｂと同様の作用・効果を得ることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造を図６に示す。なお、前述した第１実施形態ないし第３実施形態に係るＬＥＤパッケージの取付構造と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

図６に示すように、第４実施形態にかかるＬＥＤパッケージの取付構造２０Ｄでは、ＬＥＤパッケージ２５を接合することなくセラミックス２８の上に重ね、ＬＥＤパッケージ２５の金属基材２３をカバー３７で押さえて、カバー３７をネジ３８により放熱筐体１１に締結した。すなわち、金属基材２３をカバー３７で押さえて固定することにより、ＬＥＤパッケージ２５とセラミックス２８を同時に放熱筐体１１に取り付けた。

以上、説明した本発明に係る第４実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造２０Ｄによれば、前述した第１実施形態ないし第３実施形態のＬＥＤパッケージの取付構造２０Ａ〜２０Ｃと同様の作用・効果を得ることができる。さらに、ＬＥＤパッケージ２５とセラミックス２８を接合する工程がないので、作業効率を向上させることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態のＬＥＤ照明装置を図７に示す。なお、前述した第１実施形態ないし第４実施形態に係るＬＥＤパッケージの取付構造２０Ａ〜２０Ｄと共通す
る部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

図７に示すように、ＬＥＤ照明装置１０は、被取付部である例えば天井面１２に取付けられる器具本体である放熱筐体１１を有し、放熱筐体１１には例えば円筒形状のフレーム１３が取付けられている。フレーム１３の内部には円錐形状をした反射板１４を有し、反射板１４の照射方向前面には例えば樹脂製の透明なパネル１５を有する。ＬＥＤチップ２１を実装したＬＥＤパッケージ２５は、前述したＬＥＤパッケージの取付構造２０により、反射板１４の頂部に対応して放熱筐体１１に取付けられている。

図７には、ＬＥＤパッケージ２５をネジ３４でセラミックス２８に取付けてＬＥＬＤモジュール３１を形成し（図４参照）、このＬＥＤモジュール３１をネジ３２によって放熱筐体１１に取付けた場合（図２参照）が示されているが、これに限るものではない。
また、図７に示したＬＥＤ照明装置１０では、ＬＥＤモジュール３１が１個だけ設けられているが、複数個のＬＥＤモジュール３１を設けるのが一般的である。

なお、本発明のＬＥＤパッケージの取付構造２０およびこれを用いたＬＥＤ照明装置１０は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した各実施形態において、硬体部材としてセラミックス２８を用いた場合について例示したが、硬体部材として、樹脂や、表面に絶縁処理を施した金属を用いることも可能である。

１０ＬＥＤ照明装置
１１放熱筐体
２０ＬＥＤパッケージの取付構造
２１ＬＥＤチップ
２２１回路パターン（電気充電部）
２３金属基材
２５ＬＥＤパッケージ
２８セラミックス（硬体部材）

Claims

金属基材と、前記金属基材上において前記金属基材から外側に突出することなく設けられている、回路パターンを有する回路基板と、を有し、前記金属基材にマウント部材を介することなくＬＥＤチップが実装され、前記ＬＥＤチップが前記回路基板の前記回路パターンに接続され、前記ＬＥＤチップ、前記回路基板の一部および前記回路パターンの一部が封止材で封止され、前記回路パターンの端部は前記封止材で封止されることなく、前記金属基材上に設けられている前記回路基板上で露出しており、かつ、前記回路パターンの端部には電線が接続されているＬＥＤパッケージと、
金属製の放熱筐体と、
前記金属製の放熱筐体上に設けられると共に、前記ＬＥＤパッケージが取付けられた、熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備え、かつ熱輻射性を有し、前記ＬＥＤパッケージからの熱を前記放熱筐体に伝達する機能と、前記ＬＥＤパッケージと前記放熱筐体との間の絶縁状態を保持して耐電圧性能を確保する機能と、前記ＬＥＤパッケージからの熱を輻射により空気中に放熱する機能と、前記ＬＥＤパッケージの歪を抑制する機能と、を併せ持つ部材である、セラミックス製の硬体部材と、
を有し、
前記回路パターンの端部の側面の位置から前記金属基材の端部の側面の位置までの水平距離である第１距離と、前記金属基材の端部の側面の位置から前記セラミックス製の硬体部材の端部の側面の位置までの水平距離である第２距離と、前記回路基板の厚さに相当する第３距離と、前記金属基材の厚さに相当する第４距離と、前記セラミックス製の硬体部材の厚さに相当し、かつ、前記第１距離〜第４距離の各々よりも大きな距離である第５距離と、を合計してなる、前記回路パターンと前記放熱筐体との間の、構造体の表面に沿った最短距離である沿面距離が１．２ｍｍ以上に設定されているＬＥＤパッケージの取付構造、
を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。