(57)【要約】【課題】絶縁層を有する回路基板を用いた場合でもＬＥＤの高出力化を可能にする。【解決手段】ベース金属板４４の面上に絶縁層４６を形成し、当該絶縁層４６の上に配線パターン回路４８が形成された基板３０にＬＥＤ６を設けたＬＥＤユニット２２であって、前記ＬＥＤ６は、ＬＥＤチップ３６と、当該ＬＥＤチップ３６が載置されたヒートシンク４０と、これらＬＥＤチップ３６及びヒートシンク４０を収めたパッケージケース３５とを備え、前記パッケージケース３５の底面から前記ヒートシンク４０の熱を放熱可能に構成され、前記基板３０は、前記ＬＥＤ６のヒートシンク４０の直下に位置する箇所に、前記絶縁層４６が取り除かれて前記ベース金属板４４を露出させた金属露出面５０が設けられ、当該金属露出面５０には、絶縁性及び熱伝導性を有するシート状の熱伝導シート５２を設ける構成とした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース金属板の面上に絶縁層を形成し、当該絶縁層の上に回路が形成された基板にＬＥＤを設けたＬＥＤユニットであって、
前記ＬＥＤは、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが載置されたヒートシンクと、これらＬＥＤチップ及びヒートシンクを収めたケースとを備え、前記ケースの底面から前記ヒートシンクの熱を放熱可能に構成され、
前記基板は、前記ＬＥＤのヒートシンクの直下に位置する箇所に、前記絶縁層が取り除かれて前記ベース金属板を露出させた金属露出面が設けられ、当該金属露出面には、絶縁性及び熱伝導性を有するシート状の熱伝導性部材を設けた
ことを特徴とするＬＥＤユニット。
【請求項２】
前記ＬＥＤが前記熱伝導性部材を押圧して密着するとともに、当該押圧により前記熱伝導性部材が変形して前記金属露出面との間の隙間を埋めることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤユニット。
【請求項３】
前記金属露出面は、前記ケースの底面に収まり、かつ、前記ヒートシンクよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を基板に実装してなるＬＥＤユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種回路素子を実装する回路基板として、回路素子から発生する熱を放散させる機能を備えた回路基板が知られている。この種の回路基板としては、高熱伝導性のベース金属板と、この上の少なくとも一主面上に形成された絶縁層と、この絶縁層の上に回路が積層された構成が知られている（例えば、特許文献１）。この回路基板では、ベース金属板はアルミニウムやアルミニウム合金等により形成され、絶縁層は各種セラミック、無機粉体又は無機繊維を含有する高分子樹脂又は耐熱性高分子樹脂により形成され、回路は銅等により形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−６４９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の回路基板には絶縁層が設けられているため、回路素子からベース金属板への熱の放散性が悪くなる。したがって、ＬＥＤのように発熱が大きな回路素子を実装した場合には、当該ＬＥＤの入力電力を小さくして、すなわち光出力を小さくして発熱を抑える必要があり、当該金属ベース絶縁基板を用いて高出力なＬＥＤユニットを構成することが困難である、という問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、絶縁層を有する回路基板を用いた場合でもＬＥＤの高出力化が可能なＬＥＤユニット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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ベース金属板の面上に絶縁層を形成し、当該絶縁層の上に回路が形成された基板にＬＥＤを設けたＬＥＤユニットであって、前記ＬＥＤは、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが載置されたヒートシンクと、これらＬＥＤチップ及びヒートシンクを収めたケースとを備え、前記ケースの底面から前記ヒートシンクの熱を放熱可能に構成され、前記基板は、前記ＬＥＤのヒートシンクの直下に位置する箇所に、前記絶縁層が取り除かれて前記ベース金属板を露出させた金属露出面が設けられ、当該金属露出面には、絶縁性及び熱伝導性を有するシート状の熱伝導性部材を設けたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、上記ＬＥＤユニットにおいて、前記ＬＥＤが前記熱伝導性部材を押圧して密着するとともに、当該押圧により前記熱伝導性部材が変形して前記金属露出面との間の隙間を埋めることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記ＬＥＤユニットにおいて、前記金属露出面は、前記ケースの底面に収まり、かつ、前記ヒートシンクよりも大きく形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＬＥＤユニットの基板は、ＬＥＤのヒートシンクの直下に位置する箇所に、絶縁層が取り除かれてベース金属板を露出させた金属露出面が設けられ、当該金属露出面には、絶縁性及び熱伝導性を有するシート状の熱伝導性部材が設けられている。これにより、ＬＥＤと基板の絶縁を図りつつ、熱伝導性部材を介してＬＥＤの発熱がベース金属板に伝えられるため、ＬＥＤの冷却性を高め、ＬＥＤの高出力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態にかかるＬＥＤ光源装置の平面、正面及び左右測面を示す図である。
【図２】ＬＥＤ光源装置の内部構成を示す透視図である。
【図３】ＬＥＤユニットの平面、正面、底面及び左側面の透視図である。
【図４】ＬＥＤ及び基板を拡大して示す図である。
【図５】ＬＥＤが実装された基板の構成を示す平面図である。
【図６】冷却ユニットの平面、正面、底面及び左側面の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかるＬＥＤ光源装置１の平面、正面及び左右測面を示す図である。
同図に示すように、ＬＥＤ光源装置１は、細長い箱型の金属製の筐体２を有し、この筐体２の上面２Ａには、長手方向の細長い矩形状に開口した照射開口４が設けられている。照射開口４には、多数のＬＥＤ６が一列に連接配置されて、ライン光を照射する線状光源が構成されている。筐体２の右側面２Ｂには、電源入力端子台８や、ＲＳ２３２Ｃ規格に準じた制御線が接続されるコネクター１０、ＬＥＤ６を調光する調光ボリューム１２が配設されている。また、筐体２の正面２Ｃの右端部側には吸気スリット１４が形成され、左側面２Ｄには排気ファン１６が設けられている。
【００１１】
図２は、ＬＥＤ光源装置１の内部構成を示す透視図である。
筐体２の中には、右端部に、上記電源入力端子台８やコネクター１０、調光ボリューム１２が接続される制御回路１８が設けられ、当該制御回路１８と隣接して吸気ファン２０が設けられている。そして、吸気ファン２０及び排気ファン１６の間に、多数のＬＥＤ６が直線状に配置されている。より具体的には、一列に配置された５個のＬＥＤ６を備えるＬＥＤユニット２２が、吸気ファン２０及び排気ファン１６の間に、並びに複数配置されて、上記線状光源が構成されている。
【００１２】
図３は、ＬＥＤユニット２２の平面、正面、底面及び左側面の透視図である。
ＬＥＤユニット２２は、複数のＬＥＤ６を有するＬＥＤモジュール２４と、これらのＬＥＤ６を冷却する冷却ユニット２６とを備えている。
ＬＥＤモジュール２４は、矩形の金属製の基板３０を備え、この基板３０の上面には上記ＬＥＤ６と反射体３２が設けられ、基板３０の底面には制御基板３４が設けられている。
【００１３】
図４はＬＥＤ６及び基板３０を拡大して示す図であり、図５はＬＥＤ６が実装された基板３０の平面図である。
ＬＥＤ６には、１０Ｗ（ワット）以上の高出力な表面実装型（ＳＭＤ）のパッケージ化されたデバイスが用いられている。すなわち、ＬＥＤ６は、図４及び図５に示すように、環状のパッケージケース３５を備え、このパッケージケース３５には、ＬＥＤチップ３６と、このＬＥＤチップ３６が実装され放熱手段としても機能するヒートシンク４０とが収められ、さらに、ＬＥＤチップ３６に電流を供給するリードフレーム３８が設けられ、ＬＥＤチップ３６の上部を覆う樹脂体４２を備えている。
ＬＥＤチップ３６は青色（波長４７０ｎｍ前後）の光を発し、樹脂体４２には当該青色の光の照射により黄色（波長５７０ｎｍ）を青色の補色光として発光する蛍光体が混合されており、これらの青色及び黄色の光が混ざることにより、ＬＥＤ６が白色に発光する。
【００１４】
基板３０は、ＬＥＤ６から発生する熱を放散させる機能を有する。すなわち、基板３０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の高熱伝導性材から形成されたベース金属板４４と、このベース金属板４４の面上に形成された絶縁層４６と、この絶縁層４６の上に形成された配線パターン回路４８（図５）とを備えている。
絶縁層４６は各種セラミック、無機粉体又は無機繊維を含有する高分子樹脂又は耐熱性高分子樹脂により形成され、また、配線パターン回路４８は銅等により形成される。
【００１５】
そして、基板３０の上には、上述の通り、ＬＥＤ６が略等間隔で１列に並んで配置される。このとき、基板３０のベース金属板４４の上には絶縁層４６が形成されているため、ＬＥＤ６の発熱がベース金属板４４に放散され難くなり、ＬＥＤ６の温度が上昇し易くなる。特に、ＬＥＤ６が高出力になるほど発熱が大きくなるため、光出力が不安定になったり、ＬＥＤチップ３６の劣化が顕著になる。
そこで、本実施形態では、図４に示すように、基板３０に対して、ＬＥＤ６が実装される各箇所に、基板３０の表面から絶縁層４６を取り除いてベース金属板４４を露出させた金属露出面５０を形成している。この金属露出面５０は、少なくともＬＥＤ６のパッケージケース３５の底面内に収まり、かつ、ヒートシンク４０よりも大きく形成されている。この金属露出面５０には、絶縁層４６の除去による凹部分に熱伝導シート５２が埋め込まれている。
【００１６】
熱伝導シート５２は、例えば熱伝導シリコンを、シート状に形成したものであり、絶縁性と共に高い熱伝導性を有する。さらに、熱伝導シート５２は、絶縁層４６の除去によって金属露出面５０にできた凹の深さよりも若干厚く形成されており、ＬＥＤ６によって上から押圧させることで、当該ＬＥＤ６のヒートシンク４０に隙間無く密着する。また熱伝導シート５２はＬＥＤ６の押圧によって変形して拡がることで金属露出面５０との間に隙間が無くなる。
これにより、熱伝導シート５２を介してＬＥＤ６の発熱がベース金属板４４に伝えられるため、ＬＥＤと基板の絶縁を図りつつＬＥＤ６の冷却性を高めることができる。さらに、熱伝導シート５２と金属露出面５０との間に隙間無く拡がるように変形することで、当該金属露出面５０の内部に空気溜まりが生じ難くなるから、ＬＥＤ６から発生する熱を基板３０に良好に放散されることになる。
また、金属露出面５０がＬＥＤ６のパッケージケース３５の底面内に収まるから、基板３０の配線パターン回路４８やリードフレーム３８と基板３０のベース金属板４４の間で短絡或いは放電することが防止される。
【００１７】
図３に示す上記反射体３２は、直方体形状の例えばアルミニウム材に、長手方向に沿ってＬＥＤ６の配置間隔で回転楕円面或いは回転方物面の凹部を反射面５６として形成したものである。反射面５６の底部には開口部５８が形成されている。この反射体３２を基板３０に重ねて配置することで、反射体３２の開口部５８からＬＥＤ６の樹脂体４２が反射面５６内に挿入され、各ＬＥＤ６から放射された光が反射面５６によって略平行光化されて放射される。
【００１８】
かかる反射体３２は、ＬＥＤモジュール２４に設けられ、基板３０と結合された角型支持体６０に支持され、当該角型支持体６０の上端両側内方に形成された押圧片６２によって基板３０側に押し付けられている。これにより、反射体３２の底部によって、ＬＥＤ６のパッケージケース３５が押圧され、当該ＬＥＤ６の押圧によって、上述した熱伝導シート５２（図４）との密着が図られることとなる。
これら基板３０及び角型支持体６０が断面コ字状のフレーム体６４の内側底部に配置されて、上記ＬＥＤモジュール２４が構成されている。また、フレーム体６４には、上記反射体３２を覆い透過光の波形を成形する波形整形フィルター６６が配置されている。上記フレーム体６４は、例えばアルミニウム等の高熱伝導性の金属から形成されており、基板３０の熱が良好にフレーム体６４に伝導される。
また、フレーム体６４の下側には、上記ＬＥＤ６の点灯を制御する制御基板３４が離間して配置されている。
そして、フレーム体６４の底面には、上記冷却ユニット２６が密着して設けられている。
【００１９】
図６は、冷却ユニット２６の平面、正面、底面及び左側面の透視図である。
冷却ユニット２６は、ＬＥＤモジュール２４の底面に螺子止めされて密着し、当該底面の間に風路を形成し、この風路に空気（ドライエアー）を循環させることで、当該ＬＥＤモジュール２４が備える基板３０を裏側から冷却する。
より具体的には、冷却ユニット２６は、図６に示すように、ケース体を構成する１枚の金属板材７０を備える。この金属板材７０は、その上面７０Ａに、平面視コ字状に溝（凹部）７２が形成されている。そして、この金属板材７０の上面７０ＡをＬＥＤモジュール２４の底面に密接させることで溝７２が、上記基板３０の背面側に当該背面に沿って形成された風路７３として機能する。
この溝７２の端部のそれぞれには、吸気口７４及び排気口７６が開口し、それぞれに略Ｌ字状の管継手７８が取り付けられる。吸気口７４及び排気口７６の管継手７８のそれぞれには空気を流通させる空気流通チューブ８０（図２）が接続される。このとき、吸気口７４及び排気口７６の管継手７８のチューブ接続口７９は、互いに反対に向けられており、上記空気流通チューブ８０が互いに略平行に延在可能になされている。
【００２０】
また、吸気口７４及び排気口７６の開口面積のそれぞれは、風路７３の断面積と同程度とされている。これにより、風路７３への空気導入／排出に伴う流路抵抗が小さくなることから、空気流が阻害されることなく、空気流による良好な冷却性能が維持される。
【００２１】
吸気口７４から冷却ユニット２６の中への空気導入により、溝７２による風路７３に空気流が生じ、当該空気流によってＬＥＤモジュール２４の底面が冷却される。図３に示したように、ＬＥＤモジュール２４の内の基板３０と上記冷却ユニット２６とは、それぞれ金属から成る高熱伝導性のフレーム体６４の表裏に密接しているため、ＬＥＤモジュール２４の底面の冷却に伴って基板３０が冷却され、これにより、当該基板３０に実装された各ＬＥＤ６が良好に冷却される。
【００２２】
ここで、冷却ユニット２６の金属板材７０においては、図６の平面図に示す通り、ＬＥＤ６の直下に対応する箇所に接触するＬＥＤ直下接触部７１を有し、このＬＥＤ直下接触部７１の周囲を囲むように上記溝（凹部）７２による風路７３が形成されている。かかる構成により、ＬＥＤ６から発生する熱がＬＥＤ直下接触部７１に伝えられ、当該ＬＥＤ直下接触部７１が風路７３の空気流に曝されることで、ＬＥＤモジュール２４の底面の冷却に加えてＬＥＤ６の冷却効果が相乗的に高められる。
【００２３】
さて、図２に示すように、ＬＥＤ光源装置１においては、筐体２の中に、かかる冷却ユニット２６を備えたＬＥＤユニット２２が横並びに一列に配列されており、各冷却ユニット２６の吸気口７４及び排気口７６の管継手７８同士が空気流通チューブ８０により直列に接続されている。このように直列接続されてなる空気流通経路の空気導入側端部は、筐体２の右側面に設けられた空気導入口８２に接続され、また、空気排出側端部は、筐体２の左側面に設けられた空気排出開口８４に面して配置される。そして、外部から空気導入口８２に空気を送り込むことで、各ＬＥＤユニット２２の冷却ユニット２６を空気が循環し、各ＬＥＤユニット２２のＬＥＤ６が均等かつ効率的に冷却されることとなる。このとき、ＬＥＤユニット２２の後段側（空気流通経路の下流側）で空気温度が高くＬＥＤユニット２２の冷却性能が不十分になる場合には、これらＬＥＤユニット２２を前段と後段の２系統に分け、各系統に並列に空気を送り込む構成としても良い。これにより、ＬＥＤユニット２２の数が多くなり、ＬＥＤ光源装置１の全長が長くなる場合でも、各ＬＥＤユニット２２を均等かつ効率的に冷却することができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤユニット２２の基板３０が、ＬＥＤ６のヒートシンク４０の直下に位置する箇所に、絶縁層４６が取り除かれてベース金属板４４を露出させた金属露出面５０が設けられ、当該金属露出面５０には、絶縁性及び熱伝導性を有するシート状の熱伝導シート５２を設ける構成とした。これにより、ＬＥＤ６と基板３０の絶縁を図りつつ、熱伝導シート５２を介してＬＥＤ６の発熱がベース金属板４４に伝えられるため、ＬＥＤ６の冷却性を高めることができ、ＬＥＤ６の高出力化が可能になる。
【００２５】
また本実施形態によれば、ＬＥＤ６が熱伝導シート５２を押圧して密着するとともに、当該押圧により熱伝導シート５２が変形して金属露出面５０との間の隙間を埋める構成とした。この構成により、金属露出面５０の内部に空気溜まりが生じ難くなるから、ＬＥＤ６から発生する熱を基板３０に良好に放散させることができる。
【００２６】
さらに本実施形態によれば、金属露出面５０は、パッケージケース３５の底面に収まり、かつ、ＬＥＤ６のヒートシンク４０よりも大きく形成されている。これにより、ＬＥＤ６のヒートシンク４０からベース金属板４４への熱の放散性を高めつつ、金属露出面５０がＬＥＤ６のパッケージケース３５の底面内に収まるから、基板３０の配線パターン回路４８やリードフレーム３８と基板３０のベース金属板４４の間で短絡或いは放電することが防止される。
【００２７】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ＬＥＤ光源装置
６  ＬＥＤ
２２  ＬＥＤユニット
２４  ＬＥＤモジュール
２６  冷却ユニット
３０  基板
３２  反射体
３５  パッケージケース（ケース）
４０  ヒートシンク
４４  ベース金属板
４６  絶縁層
４８  配線パターン回路
５０  金属露出面
５２  熱伝導シート（熱伝導性部材）
７０  金属板材
７２  溝（凹部）
７３  風路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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