JP6392637B2 - Ledモジュール及びled照明器具 - Google Patents
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Description
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係るLEDモジュールは、複数の発光ダイオードを備えるLEDモジュールであって、上記複数の発光ダイオードが直円錐、直角錐、直円錐台又は直角錐台の側面上のみに配設され、上記直円錐、直角錐、直円錐台又は直角錐台の底面の全周から一定長さ延出し、上記発光ダイオードの発する光の少なくとも一部を反射又は散乱する光放射面を有する。
以下、本発明に係るLEDモジュール及びLED照明器具の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。なお、LEDモジュールの実施形態における「表裏」は、フレキシブルプリント配線板のベースフィルムの厚さ方向のうち、発光ダイオード積層側を表、発光ダイオード積層側と反対側を裏とする方向を意味し、当該LEDモジュールの使用状態における表裏を意味するものではない。
基材5は、バルク状又は板状の部材であり、中央部に配設される凸部及びその周囲に配設される光放射板4を備える。この凸部は、直角錐台部2と略同形状であり、この凸部に沿ってフレキシブルプリント配線板6を積層することで直角錐台部2が形成されている。また、光放射板4は、上記基材5の一部として形成されている。すなわち、上記基材5の凸部の周囲の表面が上記発光ダイオード3の発する光の少なくとも一部を反射及び散乱により放射する光放射面4aである。さらに、上記凸部と光放射板4とは一体成形されている。
上述のように光放射面4aは、当該LEDモジュール1の基材5の凸部の周囲の表面に形成されている。
フレキシブルプリント配線板6は、図5A及び図6Aに示すように可撓性及び絶縁性を有するベースフィルム6aと、ベースフィルム6aの表面側に積層される導電パターン6bと、ベースフィルム6a及び導電パターン6bの表面に積層されるカバーレイ6eとを主に有する。この導電パターン6bは、複数のランド部6cと、このランド部6cに接続される配線部6dとを有し、このランド部6cには発光ダイオード3が半田3aを介して電気的に接続されるように配設(実装)されている。また、カバーレイ6eには複数のランド部6cに対応する位置に開口が形成されている。なお、図5Aはフレキシブルプリント配線板6を基材5の凸部に沿って積層する前の平面状の展開図を示している。また、見易くするために図5Aではカバーレイ6eを省略している。
上記フレキシブルプリント配線板6を構成するベースフィルム6aは、絶縁性及び可撓性を有するシート状部材で構成されている。このベースフィルム6aを構成するシート状部材としては、具体的には樹脂フィルムを採用可能である。この樹脂フィルムの主成分としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等が好適に用いられる。なお、ベースフィルム6aは、充填材、添加剤等を含んでもよい。ここで、「主成分」とは、50質量%以上含有される成分を意味する。
導電パターン6bは、複数のランド部6c及びこのランド部6cに接続する配線部6dを有しており、ベースフィルム6aの表面に積層された金属層をエッチングすることによって所望の平面形状(パターン)に形成されている。ランド部6cは、ベースフィルム6aの各台形部分に1組(1の発光ダイオード3が実装可能な単位)ずつ設けられ、発光ダイオード3がそれぞれのランド部6cに実装されている。配線部6dは、これらの複数のランド部6c及びコネクタ8を直列に接続するように形成されている。
上記フレキシブルプリント配線板6は、ベースフィルム6aの裏面に積層される接着剤層6hをさらに有し、この接着剤層6hにより基材5に接着される。この接着剤層6hは、ベースフィルム6aを基材5に接着可能な接着剤を主成分とする層である。この接着剤としては特に限定されず、例えばエポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤等の熱硬化性接着剤を用いることができる。接着剤層6hには、必要に応じて添加剤を含有させることができる。ただし、当該LEDモジュール1は後述する熱伝導性接着剤層11a、11bを備えるため、接着剤層6hに熱伝導性を付与する必要はない。
当該LEDモジュール1は、上記フレキシブルプリント配線板6の裏面のうち、1の発光ダイオード3が実装される複数のランド部6cの投影領域の少なくとも一部に導電パターン6b裏面に至る凹部10を有する。また、図6Bに示すように、この凹部10内で、上記フレキシブルプリント配線板6の表面に略垂直な平面視で上記複数のランド部6cにおける配線部6dとの接続縁L1と対向する周縁L2を含む残存領域Pにベースフィルム6aが残存している。この残存領域Pは、1対のランド部6cの間の領域でもある。このようにベースフィルム6aを残存させることで、フレキシブルプリント配線板6を基材5に貼り付ける際に、ランド部6cの配線部6dとの接続縁L1と対向する周縁L2が押圧でフレキシブルプリント配線板6の裏面側に落ち込んでも残存領域Pのベースフィルム6aによってランド部6cと基材5との短絡を防止することができる。なお、図6Bではカバーレイ6eの図示を省略している。また「配線部との接続縁」とは、配線部とランド部との境界線を意味し、「配線部との接続縁と対向する周縁」とは、ランド部の周縁のうち、接続縁上の点とランド部の幾何学的重心とを通る仮想直線が交差する部分を意味する。
当該LEDモジュール1は、熱伝導性接着剤層11a、11bを備える。熱伝導性接着剤層11a、11bは、凹部10に充填され、導電パターン6bと基材5とを接着する。具体的には、この熱伝導性接着剤層11a、11bは、導電パターン6bの裏面に積層され、凹部10の表面側に充填される第一熱伝導性接着剤層11aと、この第一熱伝導性接着剤層11aの裏面に積層され、凹部10の裏面側に充填される第二熱伝導性接着剤層11bとからなる。このように熱伝導性接着剤層11a、11bを2層に分けて形成することで、1層目(第一熱伝導性接着剤層11a)の形成後、ボイドの有無を確認してから2層目(第二熱伝導性接着剤層11b)を形成できるため、接着剤の充填を確実にすることで熱伝導性及び接着力の低下を防止することができる。
フレキシブルプリント配線板6の表面の発光ダイオード3が実装される部分(ランド部6c)を除いた部分には、カバーレイ6eが積層される。このカバーレイ6eは絶縁機能及び接着機能を有し、ベースフィルム6a及び導電パターン6bの表面に接着される。カバーレイ6eが図6Aに示すように絶縁層6fと接着層6gとを有する場合、絶縁層6fとしては、ベースフィルム6aと同じ材質を用いることができ、平均厚さもベースフィルム6aと同様とすることができる。また、カバーレイ6eの接着層6gを構成する接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤等が好適に用いられる。接着層6gの平均厚さとしては、特に限定されるものではないが、12.5μm以上25μm以下が好ましい。
導電パターン6bの両端にはコネクタ8が接続されている。このコネクタ8は、複数の発光ダイオード3を当該LEDモジュール1に電力を供給する電源回路と電気的に接続するための部材であり、導電パターン6bのランド部6cに実装されている。このコネクタ8には、貫通孔5aを貫通したリード線が接続され、発光ダイオード3に点灯用の電力を供給する。
直角錐台部2は、底面が正多角形の直角錐台状の部位である。直角錐台部2の側面の底面に対する傾斜角(図3中のθ)の下限としては、55°が好ましく、60°がより好ましく、65°がさらに好ましく、68°が特に好ましい。また、直角錐台部2の側面の底面に対する傾斜角の上限としては、82°が好ましく、80°がより好ましく、75°がさらに好ましく、74°が特に好ましい。上記傾斜角が上記下限未満である場合、フレキシブルプリント配線板6の表面側(直角錐台部2の突出側)において、浅い角度方向の光度が頂点方向の光度に対して大きく低減し、照度分布の均一化が不十分となるおそれがある。上記傾斜角が上記上限を超える場合、フレキシブルプリント配線板6の表面側において、頂点方向の光度が浅い角度方向の光度に対して大きく低減し、照度分布の均一化が不十分となるおそれがある。
発光ダイオード3は、フレキシブルプリント配線板6のランド部6cに半田3aを介して実装されている。この発光ダイオード3としては、多色発光タイプ又は単色発光タイプで、チップ型又は合成樹脂等でパッケージされた表面実装型の発光ダイオードを用いることができる。また、本発明の効果を高める観点から、レンズを備えていない発光ダイオードを用いることが好ましい。つまり、当該LEDモジュール1では、光度分布がランバート分布を示す発光ダイオードを用いることが好ましい。発光ダイオード3のランド部6cへの接続方法としては、半田に限らず、例えば導電性ペーストを用いたダイボンディング、金属線を用いたワイヤボンディング等を用いることもできる。
ヒートシンク7は、基材5の裏面側に積層される放熱部材である。ヒートシンク7は、中空又は中実の柱状の部材であり、基材5の平面形状と同様の底面を有する。
上記直角錐台部2の底面中心を原点、かつ中心軸頂点方向を基準とし、この基準方向から左右に−90°から90°の範囲における光度が最大となる方向の基準方向からのなす角度の絶対値(最大光度方向)の下限としては、40°が好ましく、45°がより好ましい。また、上記最大光度方向の上限としては、80°が好ましく、75°がより好ましい。上記最大光度方向が上記下限未満である場合、反射光が頂点方向へ向かう傾向が強まり、配光角が小さくなるおそれがある。一方、上記最大光度方向が上記上限を超える場合、光度が強くなる角度が浅くなり過ぎ、全体の照度が不十分となるおそれがある。
当該LEDモジュール1は、例えば図7に示すように、基材5の凸部の周囲の表面に発光ダイオード3の光を反射又は散乱する光放射面4aを形成する工程と、基材5の表面側に凸部に沿うようにフレキシブルプリント配線板6を積層する工程と、基材5の裏面側にヒートシンク7を積層する工程とを備える製造方法によって製造することができる。なお、フレキシブルプリント配線板6の積層工程と、ヒートシンク7の積層工程とはどちらを先に行ってもよく、また同時に行ってもよい。
当該LEDモジュール1は、複数の発光ダイオード3を直角錐台部2の側面上のみに配設することで、上記直角錐台部2の底面中央を中心とする頂点側の半球状の全方位(LEDモジュール1の正面側)において、光度の均一性を格段に向上することができ、配光分布(配光角)を大きくできる。さらに、当該LEDモジュール1は、上記発光ダイオード3から発せられる光が光放射板4により反射又は散乱され、反射又は散乱した光が上記配光分布に組み入れられることにより、特定方向、特に浅い角度方向の光度を大きくできる。つまり、当該LEDモジュール1は、レンズやプリズム等の部材を設けることなく、低コストで特定方向の光度を大きくできる。
次に、当該LEDモジュール1を用いたLED照明器具について説明する。図8のLED照明器具は、例えば体育館や工場の高位置の天井に設置して用いる高出力のLED照明器具である。当該LED照明器具は、当該LEDモジュール1と、放熱スペース21と、筐体22と、口金23とを主に備える。図8のLED照明器具は、例えば天井に発光ダイオード実装面が下向きになるように設置する場合の向きを示しており、当該LEDモジュール1を最下部に備え、発光ダイオード3が下方に、ヒートシンク7が上方になるように配設されている。このヒートシンク7は、放熱性を向上させるためにフィンを形成して表面積を大きくするとよい。
当該LED照明器具は、当該LEDモジュール1を備えるため、低コストで特定方向の光度を大きくでき、LED照明器具の設置密度が低い場合でも、空間全体の照度を均一に保つことができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
2 直角錐台部
2a 正二十角錐台
2b 正十角錐台
3 発光ダイオード
3a 半田
4 光放射板
4a、4b 光放射面
5 基材
5a 貫通孔
6 フレキシブルプリント配線板
6a ベースフィルム
6b 導電パターン
6c ランド部
6d 配線部
6e カバーレイ
6f 絶縁層
6g 接着層
6h 接着剤層
7 ヒートシンク
8 コネクタ
9 貫通孔
10 凹部
11a、11b 熱伝導性接着剤層
12 貫通孔
21 放熱スペース
22 筐体
23 口金
M 中心軸
P 残存領域
H 開口部
Claims (15)
- 複数の発光ダイオードを備えるLEDモジュールであって、
上記複数の発光ダイオードが直円錐、直角錐、直円錐台又は直角錐台の側面上のみに配設され、
上記直円錐、直角錐、直円錐台又は直角錐台の底面の全周から一定長さ延出し、上記発光ダイオードの発する光の少なくとも一部を反射又は散乱する光放射面を有し、
上記複数の発光ダイオードがフレキシブルプリント配線板に実装され、
上記フレキシブルプリント配線板が、ベースフィルムと、このベースフィルムの表面側に積層され、かつ1又は複数のランド部及びこのランド部に接続する配線部を含む導電パターンと、上記導電パターンの表面に積層され、上記1又は複数のランド部に対応する位置に開口が形成されたカバーレイとを有し、
上記フレキシブルプリント配線板の裏面のうち、上記発光ダイオードが実装される1又は複数のランド部の投影領域の少なくとも一部に上記導電パターン裏面に至る凹部を有し、
この凹部に充填される熱伝導性接着剤をさらに備え、
上記熱伝導性接着剤が、上記凹部の表面側に充填される第一熱伝導性接着剤層と、上記凹部の裏面側に充填される第二熱伝導性接着剤層とを含むLEDモジュール。 - 上記底面と光放射面とのなす平均角度が0°以上30°未満である請求項1に記載のLEDモジュール。
- 上記直円錐、直角錐、直円錐台又は直角錐台の中心軸を含む面において、上記発光ダイオードの中心及び上記光放射面の端部を結ぶ直線と上記中心軸とのなす底面側からの平均角度が45°以上120°以下である請求項1又は請求項2に記載のLEDモジュール。
- 上記光放射面の平均延出長さが3mm以上150mm以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載のLEDモジュール。
- 上記光放射面の反射率が50%以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のLEDモジュール。
- 上記光放射面の放射光全体に対する散乱光の割合が0%以上50%以下である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のLEDモジュール。
- 中央部に配設される上記直円錐、直角錐、直円錐台又は直角錐台状の凸部と、この凸部の周囲に配設され、表面が上記光放射面を形成する光放射板とを有する基材をさらに備え、
上記フレキシブルプリント配線板が少なくとも上記基材の凸部の表面に配設されている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のLEDモジュール。 - 上記凸部と光放射板とが一体成形されている請求項7に記載のLEDモジュール。
- 上記凸部と光放射板とが着脱可能に形成されている請求項7に記載のLEDモジュール。
- 上記光放射板が金属製である請求項7から請求項9のいずれか1項に記載のLEDモジュール。
- 上記側面の上記底面に対する傾斜角が55°以上82°以下である請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のLEDモジュール。
- 上記直円錐、直角錐、直円錐台又は直角錐台の底面中心を原点、かつ中心軸頂点方向を基準とし、この基準方向から左右に−90°から90°の範囲における光度が最大となる方向の基準方向からのなす角度の絶対値が40°以上80°以下である請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のLEDモジュール。
- 上記基準方向の光度に対する上記範囲における光度の最大値の比が1以上3以下である請求項12に記載のLEDモジュール。
- 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載のLEDモジュールを備えるLED照明器具。
- 電球として用いられる請求項14に記載のLED照明器具。
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