(57)【要約】【課題】発光素子で発生した熱を光の照射方向側へ伝導させることによって、天井直付けしても放熱性能を維持することができる発光モジュール及び照明器具を提供する。【解決手段】発光素子３と；一面側に前記発光素子３が実装され、この一面側の表面に熱伝導部２が形成された基板１と；前記基板１の熱伝導部２と熱的に結合するとともに、前記発光素子３から照射された光を配光制御する配光制御部材４と；前記発光素子３から照射された光を外方に透過するように設けられ、前記発光素子３が発光しているときに、外方側表面と前記発光素子３の実装部６との温度差が１５K以下となるように配光制御部材４に熱的に結合する透光性カバー５と；を具備したことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と；
一面側に前記発光素子が実装され、この一面側の表面に熱伝導部が形成された基板と；
前記基板の熱伝導部と熱的に結合するとともに、前記発光素子から照射された光を配光制御する配光制御部材と；
前記発光素子から照射された光を外方に透過するように設けられ、前記発光素子が発光しているときに、外方側表面と前記発光素子の実装部との温度差が１５K以下となるように配光制御部材に熱的に結合する透光性カバーと；
を具備したことを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記熱伝導部は、基板の一面側の７０％以上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
【請求項３】
器具本体と；
前記器具本体に配設される請求項１または２記載の発光モジュールと；
前記発光モジュールの発光素子を点灯制御する点灯回路と；
を具備したことを特徴とする照明器具。
【請求項４】
前記透光性カバー外面側の単位面積あたりの入力電力が４００W/m2以下であることを特徴とする請求項３に記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子で発生した熱を光照射方向へ伝導させ、カバー表面で放熱することができる発光モジュール及び照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年LEDの高出力化、高効率化及び普及化に伴い、蛍光灯を用いた器具と同等の光束を有するLEDベースライトやLEDダウンライトが開発されている。
【０００３】
LEDは、従来光源に比べて長寿命であることが特徴であり、光源または器具の交換頻度を減らすことができるため、メンテナンスの面で有利である。
【０００４】
また、LEDは小形であるため光学設計の自由度が高く、さらなる高効率化が進めば従来とは異なる形態の照明器具も考えられる。
【０００５】
一方、LEDは点灯に伴い発生した熱によって光束や効率の低下、短寿命化という影響があり、発光モジュール又はLEDを光源とする照明器具は放熱性を検討しなければならず、LED自身が小形軽量であるにもかかわらず、器具としての構造等に制約があった。
【０００６】
例えば、LEDを光源とした照明器具としては、複数のLEDを基板に配設し、各LEDを囲む反射部を具備した反射板を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の照明器具は、器具の背面側から放熱させることが一般的であり、例えば埋め込み形器具として、器具の背面から天井裏に放熱するか、あるいは器具を天井面に取り付ける場合には天上面と器具背面側との間に空気が流通する隙間を設けたような器具構造をとることが必要であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２５３４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、断熱性能を有する天井材に直付けする場合であっても、放熱性能を維持することができる発光モジュール及び照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発光モジュールは、発光素子と；一面側に前記発光素子が実装され、この一面側の表面に熱伝導部が形成された基板と；前記基板の熱伝導部と熱的に結合するとともに、前記発光素子から照射された光を配光制御する配光制御部材と；前記発光素子から照射された光を外方に透過するように設けられ、前記発光素子が発光しているときに、外方側表面と前記発光素子の実装部との温度差が１５K以下となるように配光制御部材に熱的に結合する透光性カバーと；を具備したことを特徴とする。
【００１１】
発光素子は、発光ダイオード、有機ELや半導体レーザなど半導体を発光源とした発光素子が好適であるが、その他基板に実装可能な小形の光源であれば特に限定されない。
【００１２】
発光素子は、白色で発光するように構成してもよいし、用途に応じて赤色、青色、緑色等、あるいはこれらを組合せて構成してもよい。
【００１３】
基板の材料は、絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。合成樹脂材料を用いる場合には、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で形成される。また、金属製とする場合にはアルミニウムや銅等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。
【００１４】
熱伝導部とは、少なくとも基板と同等以上の熱伝導率を有する部位をいい、望ましくは基板以上の熱伝導率を有する部材で構成するのが好ましい。
【００１５】
熱伝導部は、好適には銅やアルミニウム等の金属で構成するのがよいが、熱伝導率が良い部材であればシリコン等であってもよい。例えば、絶縁材で構成された基板上に形成した銅箔や基板を金属基板とする場合には基板自体を熱伝導部として構成することができる。
【００１６】
熱伝導部と配光制御部材及び配光制御部材と透光性カバーを熱的に結合とは、結合部で部材同士の熱が伝導可能に構成されていればよく、互いに当接してもよいし、熱の伝導が可能となるように接着材等を介して接続したものであってもよい。
【００１７】
部材同士を熱的に結合する場合、互いを強固に当接させるか、間に空気層が形成されないようにシリコンや接着材等で間を埋めるようにした構成が好ましい。
【００１８】
発光素子の実装部とは、発光素子が基板に取付けられる部分をいい、例えば、発光素子がSn-Ag-Cuはんだ等の軟ロウ材で基板に取付けられる場合には、このはんだ付け部である。
【００１９】
発光素子の実装部との温度差が１５K以下となるとは、少なくとも透光性カバー外表面の一部と発光素子の実装部との温度差が１５K以下となるような関係が存在すればよい。
【００２０】
請求項２記載の発光モジュールは、請求項１において、前記熱伝導部は、基板の一面側の７０％以上に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
熱伝導部が基板の７０％以上に形成されているとは、基板の一面側の面積の７０％以上に熱伝導部が形成されていることをいう。
【００２２】
請求項３記載の照明器具は、器具本体と；前記器具本体に配設される請求項１または２記載の発光モジュールと；前記発光モジュールの発光素子を点灯制御する点灯回路と；を具備したことを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の照明器具は、請求項３において、前記透光性カバー外面側の単位面積あたりの入力電力が４００W/m2以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の発光モジュールによれば、発光素子で発生した熱の放熱経路が光出射側となり、透光性カバーの外表面から主に放熱することができる。
【００２５】
請求項２記載の発光モジュールによれば、基板の一面側に設けた熱伝導部によって、基板全体の均熱化を促進させ、発光素子から透光性カバー側への放熱をより確実に行うことができる。
【００２６】
請求項３記載の照明器具によれば、請求項１または２に記載の発光モジュールの効果を有する照明器具を提供することができる。
【００２７】
請求項４記載の照明器具によれば、実装部の温度が周囲温度に対して５５K以上上昇することを抑制することができ、長期の使用に対して十分な信頼性を確保することができるとともに、透光性カバーの単位面積当たりから出射される光量が一定値以下となるので、出射面の輝度が規制されて快適な照明環境を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の発光モジュールの平面図。
【図２】図１の発光モジュールの一部拡大断面図である。
【図３】本発明の照明器具の正面図である。
【図４】本発明の照明器具の取付け状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１及び図２に本発明に係る発光モジュールの実施の形態を示し、図１は発光モジュールの平面図、図２は図１のAA断面を示す一部拡大図である。図２は、図面右側は省略しており、左側が発光モジュールの外周側を示している。
【００３１】
図１及び図２において、発光モジュール１０は、平面視が四角形状の平板状の基板１、基板１の一面側に設けられた熱伝導部材としての銅箔２、基板１に実装される発光素子としてのLED３、LED３から照射された光を配光制御するとともに、銅箔２と熱結合する配光制御部材としての反射板４、LEDと対向するように設けられ、反射板４と熱結合する透光性カバー５とを有している。
【００３２】
基板１は、ガラスエポキシ樹脂で形成され、一面側に銅箔２が設けられている。この銅箔２はLED３の配線パターンとして構成されており、LED３と電気的及び熱的に結合している。
【００３３】
また、基板１上の銅箔２は電気的にはパターンと絶縁された部位を有していてもよく、全体として基板１の面積に対して約７０％以上形成されている。
【００３４】
LED３は、基板１上に所定間隔毎に計１６個、はんだ６によって銅箔２と熱的及び電気的に接続されることで基板１に実装されている。なお、このはんだ６が形成された部位が実装部となる。
【００３５】
反射板４は、耐熱性および電気絶縁性を有する合成樹脂、本実施例では、白色のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）により、外観がピラミッド形をなし、横断面が矩形状をなす「すり鉢状」の凹部４aを形成し、その底部の開口4ｂの中心に、上記に配列された各ＬＥＤ３が位置し各ＬＥＤ３を囲むようにして配設されるとともに、開口４ｂの周縁に形成された周縁部４ｃが銅箔２に対して接着材によって熱的に結合されている。
【００３６】
反射板４には、ＬＥＤ３からの光を外方へ放射するための矩形状の開口部４ｄが形成され、各開口部４ｄが隣接し稜部４eを形成している。
【００３７】
透光性カバー５は、基板１の一面側に設けられており、LED３から照射された光を外表面５aから外方に向かって照射可能に光性され、内表面５b側が反射板４の稜部４eと接着材によって熱的に結合している。
【００３８】
透光性カバー５は、本実施形態では、透明なアクリルで形成されているが、光を透過可能であれば白色や、乳白色であってもよいし、表面加工等によって拡散性を有していてもよい。
【００３９】
次に本実施形態の作用について説明する。
【００４０】
発光モジュール１０のLED３を点灯させると、LED３から照射された光は反射板４によって配光制御されて、透光性カバー５から外方に放射される。
【００４１】
また、LED３は電気エネルギーを光に変換する際に熱が発生するが、LED３で発生した熱は、はんだ６を介し又は直接銅箔２に伝わる。
【００４２】
このとき、銅箔２は基板１の一面側の７０％以上に形成されており、熱伝導率が高いため基板１全体の温度を均熱化させることができる。
【００４３】
そして、銅箔２に伝導された熱は基板１及び銅箔２に熱的に結合された反射板４に伝わるが、基板１に比べて熱抵抗が少ない反射板４側に主に熱が伝わることになる。
【００４４】
さらに、反射板４の稜部４ｄと熱的に結合された透光性カバー５に熱が伝わり、透光性カバー５の外方側表面である外表面５aから放熱され、いわば透光性カバー５が放熱部材として機能することになる。
【００４５】
そして、LED３の点灯後一定時間が経過すると発光モジュール１０の熱分布は定常状態となるが、本実施形態ではこのときLED３の実装部であるはんだ６付け部と透光性カバー５の外表面５aとの温度差が１５K以下となるように構成されている。
【００４６】
本発明者らは、実験の結果、はんだ６付け部と透光性カバー５の外表面５aとの温度差を１５K以下とすることによって、放熱経路をLED３から照射方向側にすることができることを見出した。
【００４７】
例えば、銅箔２と反射板４及び反射板４と透光性カバー５を熱的に結合しない場合は、上記温度差３０K程度となり、放熱経路は基板１の裏側から主に放熱されることになる。
【００４８】
なお、上記実施例ではガラスエポキシ樹脂の基板１に銅箔２を形成した場合について説明したが、基板１を金属基板とし、基板１自体を熱伝導部として構成しても同様の効果を得ることができる。
【００４９】
図３及び図４を用いて、発光モジュール１０を用いた照明器具２０について説明する。
【００５０】
図３は、照明器具２０の正面図、図４は、照明器具２０を天井に直付けしたときの断面図である。
【００５１】
照明器具２０は、４つの発光モジュール１０、発光モジュール１０が配設される器具本体２１、LED３を点灯制御する点灯回路２２、各発光モジュール１０及び点灯回路２２が取付けられる四角形の平板で構成されたアルミニウム製の取付部２３を具備している。
【００５２】
器具本体２１は、アルミダイカストによって形成され、四角枠状の枠部２１a及び枠部２１aの一端縁部から内側に向かって突出形成されたフランジ部２１bを有している。
【００５３】
照明器具２０は、枠部２１aの他端側が天井面に当接するように図示しない取付手段によって天井材Cに取付けられている。
【００５４】
発光モジュール１０は４つ隣接して設けられ、全体で四角形状の発光面を構成するように取付部２３に固定される。このとき、各発光モジュールの反射板４の外周同士に隙間が生じないように各発光モジュール１０を位置決めして取付けることが好ましい。
【００５５】
枠部２１aは、取付部２３及び発光モジュール１０を４つ隣接させたときの外周部よりも若干広く形成されており、発光モジュール１０及び取付部２３を内部に収容可能に構成されている。
【００５６】
また、フランジ部２１ｂによって囲まれた空間は、発光モジュール１０を４つ隣接させたときの外周よりもわずかに小さく形成され、すなわち発光モジュール１０を載置可能な寸法になっている。
【００５７】
照明器具２０の組み立ては、まず、発光モジュール１０を固定した取付部２３を発光モジュール１０側を枠部２１aの他端側から一端側に向かって挿入することで、発光モジュール１０がフランジ部２１bに配置される。
【００５８】
次に、この状態で取付部２３と枠部２１aとを図示しない固定手段で固定することによって、発光モジュール１０を器具本体２１へ取付ける。
【００５９】
そして、点灯回路２２と発光モジュール１０とを接続し、点灯回路２２を取付部２３に取付けることで照明器具２０の組み立てが完了する。
【００６０】
なお、透光性カバー５は、各発光モジュール１０毎に形成してもよいし、４つの発光モジュール１０に対し１つで構成してもよい。
【００６１】
また、本実施形態の照明器具２０は、透光性カバー５の外表面５aの単位面積あたりの入力電力が４００W/m2以下であるように構成されている。
【００６２】
すなわち、透光性カバー５と周囲雰囲気との間の熱伝導係数は１０W/
m2K程度と見積もることができる。
【００６３】
ここで、１m2あたり４００Wの熱負荷がかかった場合、透光性カバー５の温度上昇は、４００W÷１０W/
m2K＝４０Kとなる。
【００６４】
従って、実装部であるはんだ付け部の温度上昇は、本願発明の発光モジュール１０において、実装部と透光性カバー５の外面側の温度との差が１５K以下であるから、４０K＋１５K＝５５Kとなり、はんだ付け部の温度上昇は５５K以下となる。よって、周囲温度を２５℃とすると、はんだ付け部の温度は８０℃以下となる。
【００６５】
はんだ付け部の温度上昇が大きくなるとはんだ部分に接触不良等の不具合が発生し、また、LED自体の発光効率の低下や短寿命化を招来する恐れがある。しかし、本実施形態の照明器具によればはんだ付け部の温度上昇は５５K以下とすることができ、周囲温度２５℃においては、はんだ付け部の温度を８０℃以下とすることができるため、器具としての信頼性を確保することができる。
【００６６】
また、上記構成の照明器具２０によると、例えば器具の総合効率を８０ｌｍ/Wとすると、器具光束は１m2あたり４００W×８０ｌｍ/W＝３２０００ｌｍ/
m2となり、一辺が６００ｍｍのスクエア器具では、３２０００ｌｍ/ｍ２×０．３６m2＝１１５２０ｌｍの器具光束が得られる。
【００６７】
また、同様の計算で一辺３５５ｍｍのスクエア器具では４０００ｌｍとなる。
【００６８】
これらは、ベースライトの所要光量としては十分な光束であり、また、透光性カバー５の単位面積当たりから放射される光量、つまり光束発散度が所定値以下となり、出射面の輝度が規制されて快適な照明環境を提供することができる。
【００６９】
光束発散度が所定値以下とは、例えば、４００００ｌｍ/
m2以下、望ましくは３５０００ｌｍ/
m2以下が好ましい範囲であり、これ以上は出射面の輝度が高くなり、グレアを感じやすくなる。
【００７０】
なお、本実施例において、四角形状の発光モジュール１０及び照明器具２０について説明したが、それぞれの外形は特に限定されるものではなく、例えば丸形や多角形のものであってもよい。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…基板、２…熱伝導部、３…発光素子、４…配光制御部材、５…透光性カバー、６…実装部としてのはんだ、１０…発光モジュール、２１…器具本体、２２…点灯回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010250962.tif 000006