(57)【要約】【課題】半導体発光素子、例えばＬＥＤが発生する熱を効率良く放熱することができる基板、ＬＥＤユニット及び当該基板、ＬＥＤユニットを備える照明器具を提供する。【解決手段】高熱伝導樹脂から形成された基台１１と、基台１１上に設けられた複数の電極２１とを有し、電極２１が、銅板、又は銅合金板から形成されると共に、電極２１間に所定の間隔が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導樹脂から形成された基台と、
前記基台上に設けられた複数の電極と、
を有し、
前記電極が、銅板、又は銅合金板から形成されると共に、前記電極間に所定の間隔が設けられることを特徴とする基板。
【請求項２】
前記基板は前記電極が連結部により連結された電路板と前記基台とを同時成形することにより設けられ、前記同時成形の際に前記連結部が切断されることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記電極が複数列に配列され、隣り合う列の前記電極同士が列方向に相互にずれた位置に配列されることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の基板。
【請求項４】
前記電極が階段形状に形成され、前記電極が同一方向に並ぶように配列されることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の基板。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の基板と、
前記電極間に配置された半導体発光素子と、
前記基板に電力を供給する端子台と、
を有することを特徴とする半導体発光素子ユニット。
【請求項６】
請求項５記載の半導体発光素子ユニットと、
前記半導体発光素子ユニットに固定された金属製の放熱台と、
を有することを特徴とする照明器具。
【請求項７】
前記放熱台が、金属製の照明器具本体に固定されることを特徴とする請求項６記載の照明器具。
【請求項８】
銅板、又は銅合金板から形成され、複数の電極が連結部により連結された電路板を形成する工程と、
前記電路板を所定の型枠にセットし、前記所定の型枠内に溶融した高熱伝導樹脂を充填する工程とを有し、
前記溶融高熱伝導樹脂を充填する際、前記連結部を切断することを特徴とする基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板、ＬＥＤユニット及び当該基板、ＬＥＤユニットを備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家屋、事務所、工場、商店、屋外用等に設置される照明器具の長寿命化や消費電力の抑制を図るため、従来の白熱電球や蛍光灯に代えて、ＬＥＤ照明が用いられるようになってきている。
【０００３】
ＬＥＤ照明の寿命はＬＥＤの温度上昇と相関があることが知られている。ＬＥＤは、使用時に低電圧大電流をかけて高輝度発光を行うため、発熱によってＬＥＤの劣化が進むとされている。そして、最悪の場合はＬＥＤが損傷を受けることにより、長寿命化を実現することが困難となる。ＬＥＤが発熱により損傷を受けることを回避するためには、ＬＥＤの半導体部分の温度、即ちジャンクション温度を規定値以下に抑える必要がある。
【０００４】
また、ＬＥＤ照明はＬＥＤチップが小さく、単位面積当りの発熱量が極めて大きくなる。これらの要因から、基板、ＬＥＤユニット及び当該基板、ＬＥＤユニットを備えた照明器具にあっては、高い放熱性が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５１２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１４に示すように一般的なプリント基板１００は厚さ３５μｍの銅箔からなる電極１０１とエポキシ樹脂からなる基台１０２等とからなる構成は熱伝導性が不十分であるため、ＬＥＤ１０３が発生する熱を十分に放熱することができなかった。そのため、ＬＥＤ１０３のジャンクション温度を規定値以下に抑えることができず、ＬＥＤの寿命が短くなるなどの不具合が生じていた。
【０００７】
そこで、ＬＥＤ照明器具に、特許文献１に開示されているような大型のヒートシンク等を設けることにより、ＬＥＤが発生する熱を放熱する構成とし、必要な放熱性を確保していた。一方、ヒートシンク等を設けることにより、ＬＥＤ照明器具の大型化、且つ重量化が避けられなかった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明器具の小型化、且つ軽量化を実現すると共に、ＬＥＤが発生する熱を効率良く放熱することができる基板、ＬＥＤユニット、及び当該基板、ＬＥＤユニットを備えた照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の基板は、高熱伝導樹脂から形成された基台と、前記基台上に設けられた複数の電極とを有し、前記電極が、銅板、又は銅合金板から形成されると共に、前記電極間に所定の間隔が設けられることを特徴とする。
この構成により、例えば当該基板にＬＥＤを設けた場合、ＬＥＤが発生する熱を効率良く放熱することができる。
【００１０】
また、本発明の基板は、前記基板は前記電極が連結部により連結された電路板と前記基台とを同時成形することにより設けられ、前記同時成形の際に前記連結部が切断されることを特徴とする。
この構成により、熱伝導率が高く、高い放熱性を有する基板を容易な工程により製造することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の基板は、前記電極が複数列に配列され、隣り合う列の前記電極同士が列方向に相互にずれた位置に配列されることを特徴とする。
この構成により、ＬＥＤを配置した場合、ＬＥＤから照射される光をより均一化することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の基板は、前記電極が階段形状に形成され、前記電極が同一方向に並ぶように配列されることを特徴とする。
この構成により、基板の曲げに対する剛性を向上させることが可能であり、基板の板厚をより薄くすることができる。
【００１３】
また、本発明の半導体発光素子ユニットは、請求項１〜４の何れかに記載の基板と、前記電極間に配置された半導体発光素子と、前記基板に電力を供給する端子台とを有することを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子ユニット、即ちＬＥＤユニットは、半導体発光素子であるＬＥＤが発生する熱を効率良く放熱することができる。
【００１４】
また、本発明の照明器具は、請求項５記載の半導体発光素子ユニットと、前記半導体発光素子ユニットに固定された金属製の放熱台と、を有することを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子、例えばＬＥＤから発生される熱を半導体発光素子ユニットを介して、放熱台へと伝導させ、より効率良く放熱させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の照明器具は、前記放熱台が金属製の照明器具本体に固定されることを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子、例えばＬＥＤから発生される熱を半導体発光素子ユニット及び放熱台を介して、照明器具本体へと伝導させることにより、さらに効率良く放熱させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の基板の製造方法は、銅板、又は銅合金板から形成され、複数の電極が連結部により連結された電路板を形成する工程と、前記電路板を所定の型枠にセットし、前記所定の型枠内に溶融した高熱伝導樹脂を充填する工程とを有し、前記溶融高熱伝導樹脂を充填する際、前記連結部が切断されることを特徴とする。
この構成により、半導体発光素子であるＬＥＤが発生する熱を効率良く放熱させることができる基板の製造工程を簡易にすると共に、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＬＥＤ照明が発生する熱を効率良く放熱させることができると共に、ＬＥＤ照明器具の小型化、及び軽量化も実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の基板の全体構成を示した模式図である。
【図２】本実施形態の基板の部品展開図である。
【図３】（ａ）は本実施形態の基台の第１変形例を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態の基台の第２変形例を示す模式図である。
【図４】（ａ）は本実施形態の基台の第３変形例を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態の基台の第４変形例を示す模式図であり、（ｃ）は本実施形態の基台の第５変形例を示す模式図である。
【図５】本実施形態の電路板の部分拡大図である。
【図６】（ａ）は本実施形態の電極の第１変形例を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態の電極の第２変形例を示す模式図である。
【図７】（ａ）は本実施形態のＬＥＤユニットの全体構成を示した模式図であり、（ｂ）は本実施形態のＬＥＤユニットの部品展開図である。
【図８】（ａ）は本実施形態の照明器具の全体図であり、（ｂ）は本実施形態の照明器具の部分拡大図である。
【図９】（ａ）は本実施形態のＬＥＤユニットに放熱台を固着する前の状態を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態のＬＥＤユニットに放熱台を固着した後の状態を示す模式図である。
【図１０】本実施形態の照明器具の部分断面図である。
【図１１】本実施形態のＬＥＤユニットを説明するための断面模式図である。
【図１２】本実施形態の接続片の一の変形例を説明するための断面模式図である。
【図１３】本実施形態の接続片の別の変形例を説明するための断面模式図である。
【図１４】従来技術のＬＥＤユニットを説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態の基板、ＬＥＤユニット及び当該基板、ＬＥＤユニットを備えた照明器具を図面に基づいて説明する。
【００２０】
先ず、本実施形態の基板の構成を図１〜図６に基づいて説明する。尚、図１は、本実施形態の基板の全体構成を示した模式図である。図２は、本実施形態の基板の部品展開図である。
【００２１】
基板１０は、高熱伝導樹脂から形成された基台１１と、基台１１上に設けられた複数の電極２１を有する。
【００２２】
基台１１は、射出成形材料、且つ絶縁材料から形成される。例えば、基台１１は、高熱伝導性樹脂から形成されるとよい。本実施形態では、基台１１は、図示しない型枠内に、溶融した高熱伝導樹脂を充填することにより形成される。尚、基台１１は、電極２１が配列されていない側の面を平面とすることも可能である。
【００２３】
基台１１の変形例として、ＬＥＤから照射される光を集光し、平行光とする反射部を同時成形により一体的に設ける構成としてもよい。例えば、基台１１の第１変形例として、図３（ａ）に示す基台１１ａは、カップ状の反射部１２ａが突出した構成としてもよい。反射部１２ａは、基台１１ａに用いる材料の使用量を抑えることができる。
【００２４】
また、基台１１の第２変形例として、図３（ｂ）に示す基台１１ｂは、カップ状にくり抜いた反射部１２ｂを有する構成としてもよい。反射部１２ｂは、反射部１２ａのカップ形状より形状が容易であることから、成形金型の製作工程も容易となると共に、製造コストを低減することができる。
【００２５】
基台１１の第３変形例として、図４（ａ）に示す基台１１ｃは、基台１１ｃの側面１３から外方へ突出した係合部１４・１４を形成する構成とする。係合部１４・１４は図示しない固定台に係合し、基板１０ｃを固定することができる。そして、基台１０ｃが固定されていることにより後述するＬＥＤ３２をスムーズに半田付けすることが可能となる。
【００２６】
また、基台１１の第４変形例として、図４（ｂ）に示す基台１１ｄは、後述する電極２１と係合する突起部１５を設ける構成としてもよい。突起部１５は、電極２１が所定の位置からずれることを防止することができる。
【００２７】
さらに、基台１１の第５変形例として、図４（ｃ）に示す基台１１ｅは、後述する端子台３２と保持する保持部１６を形成してもよい。保持部１６は、端止部３２を確実に保持するため、基板１０を後述する放熱台４１に固定する際、端止部３２を外れ難くし、固定作業を容易にする。
【００２８】
電極２１は、銅板、又は銅合金板から形成されると共に、電極２１間に所定の間隔が設けられる。本実施形態では、電極２１は、板厚０．２〜０．４ｍｍの銅板、又は銅合金板から形成される。電極２１の左右側面の両側から外側へ突出するように接続片２２が形成される。接続片２２は、後述するＬＥＤ３１と半田付けされることにより、電極２１はＬＥＤ３１と電気的に接続される。
【００２９】
また、本実施形態では、電極２１は、矩形状に形成される。また、複数の電極２１からなる電極２１の列は、一の電極２１の接続片２２と他の電極２１の接続片２２とが互いに向き合うようにして、基台１１上に並列に配置される。尚、電極２１は、矩形状でなく、他の形状としてもよく、又は一列のみ配置する構成としてもよい。尚、電極２１の裏面側に突出する突出部２３を設けてもよい。突出部２３は、電極２１が所定の位置からずれる不具合を防止する（図５を参照）。
【００３０】
電極２１の第１変形例として、図６（ａ）に示すように、複数の電極２１ａからなる複数列に配列され、隣り合う列の電極２１ａ・２１ａ同士が列方向にずれた位置に配列される。電極２１ａの接続片２２・２２間に半田付けされるＬＥＤ３１が隣り合う列間でずれて配置される構成となり、ＬＥＤ３１から照射される光の均一化が図られる。
【００３１】
電極２１の第２変形例として、図６（ｂ）に示すように、電極２１ｂが階段状に形成され、且つ電極２１ｂが同一列に並ぶように配列させ、電極２１ｂ同士を離間させて配置する構成とする。具体的には、電極２１ｂは、第１段差部２１１と、第２段差部２１２と、第３段差部２１３とを有し、階段状に形成される。一の電極２１ｂの第１段差部２１１と他の電極２１ｂの第１段差部２１１とが同一列に並ぶように配列される。同様に、一の電極２１ｂの第２段差部２１２と他の電極２１ｂの第２段差部２１２とも同一列に並ぶように配列される。さらに、一の電極２１ｂの第３段差部２１３と他の電極２１ｂの第３段差部２１３とも同一列に並ぶように配列される。即ち一の電極２１ｂと他の電極２１ｂは道路等に敷設されたレンガや外壁等に積まれたコンクリートブロックのように配列される。このような配列により、基板１０ｂの列方向に対する垂直方向の断面において、必ず電極２１ｂを通過する構成になる。この構成により、基板１０ｂの曲げ強度を高めることができ、基板１０ｂの板厚を薄くすることが可能となることから、基板１０ｂの軽量化を図ることができる。
【００３２】
また、基板１０の表面全体に、絶縁層２６を設ける構成とすることができる（図１１を参照）。例えば、絶縁層２６は、基板１０の電極２１が設けられた側の表面にシルクスクリーン印刷により被着される。本実施形態では、絶縁層２６は、電極２１の接続片２２を除き、基板１０の表面全体に形成される。また、絶縁層２６として、絶縁性の樹脂が、基板１０の電極２１が設けられた側の表面を覆う構成とすることも可能である。一方、絶縁層２６を設けない構成とすることも可能である。
【００３３】
基板１０の製造手順の一例について、以下説明する。
【００３４】
先ず、図示しない銅板、又は銅合金板をプレス加工し、複数の電極２１が連結部２４を介して連結された電路板２５を成形する。
【００３５】
成形された電路板２５を図示しない型枠にセットした後、その型枠内に溶融した高熱伝導樹脂を充填し、基台１１が形成されることにより、基板１０が同時成形される。尚、同時成形の際、電極２１間の連結部２４は図示しない切断機により切断される。
【００３６】
同時成形された基板１０の表面にシルクスクリーン印刷により絶縁層２６を被着する。本実施形態では、絶縁層２６は、電極２１の接続片２２を除き、基板１０の表面全体に被着される。
【００３７】
次に、本実施形態のＬＥＤユニット３０の構成を図７に基づいて説明する。尚、図７（ａ）は本実施形態のＬＥＤユニット３０の全体構成を示した模式図であり、図７（ｂ）は本実施形態のＬＥＤユニット３０の部品展開図である。
【００３８】
ＬＥＤユニット３０は、基板１０と、電極２１間に配置された半導体発光素子であるＬＥＤ３１と、基板１０に電力を供給する端子台３２とを有する。
【００３９】
ＬＥＤ３１は、一般的なＬＥＤチップと、電極２１に電気的に接続可能な端子とを有する。ここで、一般的なＬＥＤチップとは、青色ＬＥＤの光を黄色蛍光体に通過させることにより白色発光、又は電球色発光させるＬＥＤチップである。また、一般的なＬＥＤチップには、青色、赤色、緑色の３色を混色することにより、白色発光、又は電球色発光させるＬＥＤチップ等も含まれる。さらに、ＬＥＤ３１は、一の電極２１の接続片２２と、他の電極２１の接続片２２とに半田付けされることにより電気的に接続される。
【００４０】
端子台３２は、電極２１と電気的に接続可能な端子３３と、図示しない電源と電気的に接続可能な電気コード３４と、電気コード３４から供給された交流を直流に変換する端子台本体３５とを有する。図７に示すように端子台３２が基板１０の所定の位置に配置され、端子３３は電極２１と電気的に接続する。
【００４１】
尚、ＬＥＤユニット３０はネジ４３により後述する放熱台４１に固定される。また、ＬＥＤユニット３０の基台１１が放熱台４１に密着するようにして固定される。
【００４２】
ＬＥＤユニット３０の製造手順について、以下説明する。
【００４３】
電極２１が設けられる側を表側にして、基板１０が図示しない固定台に固定される。そして、ＬＥＤ３１の端子が電極２１の接続片２２・２２間に半田付けされる。また端子台３２が端子３３を電極２１に接続するように、基板１０の所定の位置に配置される。
【００４４】
さらに、本実施形態の照明器具４０の構成を図８〜図１１に基づいて説明する。また、図８（ａ）は本実施形態の照明器具の全体図であり、図８（ｂ）は本実施形態の照明器具の部分拡大図である。図９（ａ）は本実施形態のＬＥＤユニットに放熱台を固着する前の状態を示す模式図であり、図９（ｂ）は本実施形態のＬＥＤユニットに放熱台を固着した後の状態を示す模式図である。図１０は本実施形態の照明器具の部分断面図である。
【００４５】
照明器具４０は、放熱台４１が金属製の照明器具本体４２に固定される。照明器具４０は、例えば天井に設置可能な円板状の照明器具である。
【００４６】
放熱台４１は、金属製、特に熱伝導率が高く、且つ軽量である、アルミニウム製であるとよい。放熱台４１には、ＬＥＤユニット３０が固定される。また、放熱台４１は照明器具本体４２の所定の位置に固定される。本実施形態では、放熱台４１は、放射状に配置される。
【００４７】
また、照明器具本体４２は、金属製、特に熱伝導率が高く、且つ軽量である、アルミニウム製であるとよい。照明器具本体４２は、放熱性を確保し、照明器具の軽量化を図るために、長孔等が設ける構成としてもよい。
【００４８】
照明器具４０の製造手順について、以下説明する。
【００４９】
ＬＥＤユニット３０が電極２１が配列されていない面、即ち基板１０の裏面を密着するように放熱台４１に固定される。本実施形態では、ＬＥＤユニット３０はネジ４３により放熱台４１に螺合される。基板１０の裏面が平面に形成されていることにより、基板１０と放熱台４１が容易に密着可能である。具体的には、図１１に示すように、ＬＥＤ３１から発生した熱が、電極２１から基台１１へと、基台１１から放熱台４１へと伝導することによって、ＬＥＤユニット３０の熱伝導率がより向上し、十分な放熱性を確保しやすくなる。
【００５０】
ＬＥＤユニット３０が固定された放熱台４１は、照明器具本体４２に固定される。本実施形態では、放熱台４１は、放射状に配置するように照明器具本体４２に固定される。
【００５１】
本実施形態の基板１０を構成する電極２１は、銅板、又は銅合金板から形成され、その板厚が銅箔と比して、極めて大きい。この構成により、ＬＥＤ３１が発生する熱が電極２１の水平方向だけでなく、垂直方向にも伝導するため、電極２１は銅箔からなる電極より熱伝導率が高い。即ち電極２１は、熱伝導率が高いため、十分な放熱性を確保できる。
【００５２】
また、本実施形態の基板１０を構成する基台１１は、高熱伝導性樹脂から成形されているため、ＬＥＤ３１が発生する熱を効率良く伝導することができ、十分な放熱性を確保することができる。
【００５３】
本実施形態のＬＥＤユニット３０は、放熱台４１が、ＬＥＤから発生される熱を効率良く伝導し、放熱性を高めることが可能となる。また、ＬＥＤユニット３０は、軽量であるため、照明器具に配置可能な数を増やすことが可能であり、照明器具の発光強度を高めることが可能である。さらに、ＬＥＤユニット３０は、十分な放熱性を確保しているため、より発光強度が高いＬＥＤを使用することが可能となる。
【００５４】
本実施形態の照明器具４０は、放熱台４１、及び照明器具本体４２がアルミニウム製であることにより、ＬＥＤが発生する熱を効率良く伝導することができるため、より確実に放熱することが可能となる。
【００５５】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。
【００５６】
本実施形態の基板１０は、基台１１の電極２１が設けられていない面、即ち裏面の形状を凹凸部を設ける構成としてもよい。この凹凸部により、十分な放熱性を確保することができ、放熱台４１が不要となる。さらに加えて、凹凸部が設けられた基板１０を直接、照明器具本体４２に取付することができる。
【００５７】
図１２に示すように、本実施形態の接続片２２を、内側へ屈曲させた接続片２２ａとし、ＬＥＤ３１を一の接続片２２ａと他の接続片２２ａとの間に圧入する構成としてもよい。接続片２２ａのバネ特性によりＬＥＤ３１が仮固定される。その後の接続片２２ａとＬＥＤ３１との半田付けの際におけるＬＥＤ３１のずれを防止することができる。尚、接続片２２ａとＬＥＤ３１との半田付けを行わない構成とすることも可能である。
【００５８】
図１３に示すように、本実施形態の電極２１の両側の接続片２２・２２の一方を、凸部とする構成としてもよい。ＬＥＤ３１が所定の傾きをもって半田付けされることによって、ＬＥＤ３１の照射方向を任意の方向に傾けることが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態の基板１０を同時成形する際、電極２１の表面側に基台１１の電極２１が設けられていない面、即ち裏面の形状を凹凸形状に形成する構成としてもよい。この凹凸形状により、十分な放熱性を確保することができ、放熱台４１が不要となり、基板１０を直接、照明器具本体４２に取付可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…基板
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ…基台
１２ａ、１２ｂ…反射部
１３…側面
１４…係合部
１５…突起部
１６…保持部
２１、２１ａ、２１ｂ…電極
２２、２２ａ…接続片
２３…突出部
２４…連結部
２５…電路板
２６…絶縁層
３０…ＬＥＤユニット
３１…ＬＥＤ
３２…端子台
３３…端子
３４…電気コード
３５…端子台本体
４０…照明器具
４１…放熱台
４２…照明器具本体
１００…プリント基板
１０１…電極
１０２…基台
１０３…ＬＥＤ
２１１…第１段差部
２１２…第２段差部
２１３…第３段差部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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