(57)【要約】【課題】ＣＯＢモジュールを光源とした場合でも、ＣＯＢモジュールの底面と基台との熱的な接続を安定化させながら放熱性を改善できる発光装置を提供する。【解決手段】ホルダ１１の内壁には、上から庇部２１、段部２２、端部２３が形成されている。庇部２１の底面２１ｂ及び段部２２の側面２２ａを含むＣＯＢモジュール収納部２５にＣＯＢモジュール２５が収納され、段部２２の底面２２ｂ及び端部２３の側面２３ａを含む熱伝導シート収納部２５に熱伝導シート１３が収納される。熱伝導シート１３の厚さは、熱伝導シート収納部２５の高さと一致する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯＢモジュールと、前記ＣＯＢモジュールを覆うホルダと、前記ホルダを取り付ける基台と、前記ＣＯＢモジュールと前記基台との間に配置される熱伝導シートとを備えた発光装置において、
前記ホルダは、開口と、前記開口の周囲に設けられた庇部と、前記庇部の下方に設けられた段部と、前記段部の下方に設けられた端部を有し、
前記ＣＯＢモジュールは、前記庇部の底面及び前記段部の側面を含むＣＯＢモジュール収納部に収納され、
前記熱伝導シートは、前記段部の底面及び前記端部の側面を含む熱伝導シート収納部に収納され、
前記熱伝導シートの厚さは、前記ホルダを前記基台に取り付ける前は前記熱伝導シート収納部の高さより大きく、前記ホルダを前記基台に取り付けた後は前記熱伝導シート収納部の高さと等しくなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記熱伝導シートは、ゲルであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記熱伝導シート及び前記熱伝導シート収納部の平面形状は、それぞれ円であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記熱伝導シートの周辺部は、前記ホルダに貼り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源となるＣＯＢモジュールと、ＣＯＢモジュールを覆うホルダと、ホルダを取り付ける基台とを備え、ＣＯＢモジュールの底面と基台との間に熱伝導シートが配された発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のＬＥＤダイをサブマウント基板に実装し、当該ＬＥＤダイを蛍光樹脂等で被覆したＣＯＢ（チップオンボード）モジュールを光源とする発光装置が上市されている。この発光装置は、ＣＯＢモジュールを、基台にネジ止めしたり、ホルダで基台に押し付けたりして固定することが多い。このとき、ＣＯＢモジュールの底面と基台との間に熱伝導グリースや熱伝導シートが配される。
【０００３】
上記発光装置の例として、特許文献１の図８に示された発光装置を、本願の図７に引用し説明する。図７は、従来例として示す発光装置１の断面図である。発光装置１は、基台３（ヒートシンク）にホルダ１ａ（コネクタ）でＣＯＢモジュール２（ＬＥＤモジュール基板）を固定し、ＣＯＢモジュール２の底面と基台３との間に熱伝導シート３０（熱伝導性絶縁シート）を配した構成となっている。なお、引用に当たり、一部の符号の追加及び変更を行うとともに、基台３を描き加えている。（）には、引用文献１で使われている用語を示した。
【０００４】
図７に示すように、ホルダ１ａは、ＣＯＢモジュール２を載置する下カバー部材２０ａと、ＣＯＢモジュール２の給電パッドに接続する端子１６ａを備えた上カバー部材１０ａからなり、下カバー部材２０ａにＣＯＢモジュール２を載置させた状態で、下カバー部材２０ａの底面を基台３に固定している。下カバー部材２０ａは、下部に熱伝導シート３０が配され、上カバー部材１０ａは、ＣＯＢモジュール２から発光される光が外部に照射されるようになっている。
【０００５】
熱伝導シート３０は、下カバー部材２０ａの開口部を底面側から塞ぐように貼り付けられている。下カバー部材２０ａの底面と熱伝導シート３０の底面は、高さが一致している。このように熱伝導シート３０は、下カバー部材２０ａの底面側から貼り付けられることにより、サブアッシーとして熱伝導シート３０にＣＯＢモジュール２を保持させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４―１２７３１２号公報（図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、熱伝導シートは、薄くすることにより熱抵抗を下げることができる。図７に示した発光装置１も熱伝導シート３０を薄くすれは熱抵抗が下がる。しかしながら、発光装置１は、ＣＯＢモジュール２に含まれるサブストレート基板が温度変化などを原因として反ったりすると、ＣＯＢモジュール２の底面と熱伝導シート３０との間に隙間が生じ放熱性が劣化する。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、ＣＯＢモジュールの底面と基台との熱的な接続を安定化させながら放熱性を改善できる発光装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の発光装置は、ＣＯＢモジュールと、前記ＣＯＢモジュールを覆うホルダと、前記ホルダを取り付ける基台と、前記ＣＯＢモジュールと前記基台との間に配置される熱伝導シートとを備えた発光装置において、前記ホルダは、開口と、前記開口の周囲に設けられた庇部と、前記庇部の下方に設けられた段部と、前記段部の下方に設けられた端部を有し、前記ＣＯＢモジュールは、前記庇部の底面及び前記段部の側面を含むＣＯＢモジュール収納部に収納され、前記熱伝導シートは、前記段部の底面及び前記端部の側面を含む熱伝導シート収納部に収納され、前記熱伝導シートの厚さは、前記ホルダを前記基台に取り付ける前は前記熱伝導シート収納部の高さより大きく、前記ホルダを前記基台に取り付けた後は前記熱伝導シート収納部の高さと等しくなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の発光装置に含まれるホルダは、上部から下部に至る貫通孔を備えた枠状体である。貫通孔の内壁には、上から庇部、段部、端部が形成されている。この貫通孔において、庇部の底面及び段部の側面を含む空間がＣＯＢモジュール収納部となり、段部の底面及び端部の側面を含む空間が熱伝導シート収納部となる。ＣＯＢモジュール収納部にはＣＯＢモジュールが収納され、熱伝導シート収納部には熱伝導シートが収納される。
【００１１】
ホルダが基台に取り付けられる前、熱伝導シートの厚さは、熱伝導シート収納部の高さより大きくなるよう設定しておく。このとき、熱伝導シート収納部に収納された熱伝導シートは、一部分がホルダからはみ出す。同時に、熱伝導シートの平面サイズは、熱伝導シート収納部の平面サイズより小さくなるよう設定しておく。つまり、熱伝導シートの体積は、熱伝導シート収納部の容積が等しくなっている状態を基準とし、熱膨張を加味して決める。ホルダを基台に取り付けると、熱伝導シートは、圧縮され、広がるように変形して、熱伝導シート収納部に全て収納される。
【００１２】
前記熱伝導シートは、ゲルであっても良い。
【００１３】
前記熱伝導シート及び前記熱伝導シート収納部の平面形状は、それぞれ円であっても良い。
【００１４】
前記熱伝導シートの周辺部は、前記ホルダに貼り付けられていても良い。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の発光装置は、ホルダを基台に取り付けたとき、熱伝導シートが熱伝導シート収納部に圧縮された状態で収納される。このとき、熱伝導シートの厚さは、熱伝導シート収納部の高さと一致し、ホルダの締め付け具合など不確定な要因の影響を受けない。すなわち、熱伝導シートは、加圧により厚さを容易に変化させられるため、ホルダを基台に取り付ける前よりも薄い所定の厚さとなる。また、温度変化などによりサブマウント基板が反っても、熱伝導シートは、加圧されているので、反りに追従して変形し、ＣＯＢモジュールの底面全体及び基台表面に密着し、ＣＯＢモジュール及び基台との熱的接続を確保する。この結果、ＣＯＢモジュールを光源とする本発明の発光装置は、ＣＯＢモジュールの底面と基台との熱的な接続を安定化させながら放熱性を改善できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態として示す発光装置の斜視図である。
【図２】図１に示す発光装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示す発光装置の断面図である。
【図４】図１に示す発光装置に含まれるホルダの断面図である。
【図５】図１に示す発光装置から基台を除いた状態の断面図である。
【図６】熱抵抗と熱伝導シートの厚さの関係を示すグラフである。
【図７】従来技術として示す発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１〜６を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態として示す発光装置１０の斜視図である。図１に示すように、発光装置１０では、基台１４にホルダ１１が取り付けられている。基台１４は、金属からなり、ヒートシンクとして機能する。ホルダ１１は、プラスチックからなり、内壁に凹凸形状を有する中空円筒である。ホルダ１１の上部の開口からは、庇部２１（図４参照）の上面２１ｃとＣＯＢモジュール１２の発光部１２ａが観察される。また、ホルダ１１の上面には、４か所にネジ穴１１ａがあり、各ネジ穴１１ａからネジ１５の頭部が観察される。
【００１９】
図２は、図１に示した発光装置１０の分解斜視図である。なお、図２において、基台１４及びネジ１５は図示していない。図２に示すように、ホルダ１１にＣＯＢモジュール１２と熱伝導シート１３が順に挿入される。
【００２０】
熱伝導シート１３は、アスカーＣ（ＡＳＫＥＲ  Ｃ）が２０以下であるゲルタイプのシリコーンからなり、厚さが０．３ｍｍ、平面形状が半径２１ｍｍの円である。なお、ゲルタイプのシリコーンは、流動性はないが、外力に対して大きく変形する。図２に描かれた熱伝導シート１３は、基板１４を描いていないだけで、熱伝導シート１３にはホルダ１１と基台１４から圧力が掛っている。このため、熱伝導シート１３は、無加圧の状態から広がっている。後述するように、基台１４がない場合、すなわち、ホルダ１１を基台１４に取り付ける前の状態では、熱伝導シート１３は、厚さが０．５ｍｍ、平面形状が半径１６ｍｍの円になる。
【００２１】
ＣＯＢモジュール１２は、平面形状が正方形であるサブマウント基板１２ｃと、サブマウント基板１２ｃ上に形成された円形の発光部１２ａと、サブマウント基板１２ｃ上に形成され、発光部１２ａを囲む環状のダム材１２ｂとからなる。サブマウント基板１２ｃは、ベース材がアルミナからなる白色のセラミクスであり、厚さが３００μｍ程度である。サブマウント基板１２ｃのベース材は、表面を反射処理した窒化アルミや、表面に絶縁層を備えたアルミニウムであっても良い。発光部１２ａでは、多数の青色ＬＥＤダイがサブマウント基板１２ｃ上に実装され、その上部を蛍光樹脂が覆っている。蛍光樹脂は、蛍光体を含有したシリコーン樹脂であり、厚さが４００〜７００μｍ程度である。ダム材１２ｂは、白色のシリコーン樹脂からなり、太さが０．７〜１．０ｍｍ、高さが０．５〜０．８ｍｍである。その他、図示していないが、サブマウント基板１２ｃの上面には、Ｃｕ上にＮｉ，Ａｕを積層した電極配線及び電力供給端子がある。
【００２２】
図３は、図１のＡＡ´線に沿って描いた発光装置１０の断面図である。発光装置１０では、ホルダ１１は、ネジ１５で基台１４に固定されている。ホルダ１１の貫通孔内には、ＣＯＢモジュール１２と熱伝導シート１３が嵌め込まれている。このとき、熱伝導シート１３は、圧縮されており、ＣＯＢモジュール１２の底面と基台１４の上面は、熱伝導シート１３を介して熱的に接触している。
【００２３】
図４は、図３からホルダ１１だけを取り出した断面図である。ホルダ１１の貫通孔の内
壁には、上から庇部２１、段部２２、端部２３が形成されている。庇部２１は、上面２１ｃ、側面２１ａ及び底面２１ｂ、段部２２は、側面２２ａ及び底面２２ｂ、端部２３は、側面２３ａを有する。ホルダ１１の貫通孔において、庇部２１の側面２１ａ、底面２１ｂ及び段部２２の側面２２ａを含む空間がＣＯＢモジュール収納部２４となる。同様に、段部２２の底面２２ｂ及び端部２３の側面２３ａを含む空間が熱伝導シート収納部２５となる。なお、庇部２１の側面２１ａで囲まれる空間及び端部２３の側面２３ａで囲まれる空間は、平面形状が円となる。これに対し、段部２２の側面２２ａで囲まれる空間は、平面形状が正方形となる。
【００２４】
図５は、図３の状態から基台１４を外した状態の断面図である。すなわち、図５は、ＣＯＢモジュール１２と熱伝導シート１３を備えたホルダ１１を基台１４に取り付ける直前の状態を示している。図５に示すように、ＣＯＢモジュール収納部２４にはＣＯＢモジュール１２が収納され、熱伝導シート収納部２５には熱伝導シート１３が収納される。熱伝導シート収納部２５は、高さが０．３ｍｍである。一方、熱伝導シート１３は、厚さが０．５ｍｍである。このため、熱伝導シート１３は、０．２ｍｍだけ熱伝導シート収納部２５からはみ出している。
【００２５】
前述のように、熱伝導シート収納部２５の平面形状は、半径２１ｍｍの円であった。ゲルタイプの熱伝導シート１３は、圧縮して広がるように変形しても体積がほとんど変わらない。そこで、熱伝導シート収納部２５の容積と、初期値を熱伝導シート１３の体積を等しいものとしたうえで、熱膨張を加味し、最終的に熱伝導シート１３の平面形状を半径１６ｍｍの円とした。
【００２６】
また、組み立て時の取り扱い性を向上させるため、発光装置１０では、段部２２の底面２２ｂに接着部２６を設け、ホルダ１１に熱伝導シート１３を貼り付けている。なお、ホルダ１１は、主たる放熱経路ではないので、接着部２６は、放熱特性にほとんど影響しない。
【００２７】
図６は、熱伝導シート１３を加圧し、厚さ変化させることにより、熱抵抗と厚さの関係を求めたグラフである（３０Ｗにて測定）。前述のように、試料とした熱伝導シート１３は、シリコーンからなるゲルタイプの樹脂シートであり、加圧前の厚さが０．５ｍｍ、加圧前の平面形状が半径１６ｍｍの円である。図６によれば、熱伝導シート１３を加圧していくと、熱抵抗は、厚さが０．１ｍｍになるまで減少し、その後上昇する。発光装置１０では、厚さを０．３ｍｍとしているので、熱伝導シート１３の熱抵抗は、約０．０３６℃／Ｗとなる。
【００２８】
以上のように、発光装置１０において熱伝導シート１３は、ホルダ１１を基台１４に取り付けたとき、熱伝導シート収納部２５に圧縮された状態で収納される。このとき、熱伝導シート１３の厚さは、熱伝導シート収納部２５の高さ０．３ｍｍと一致し、ホルダ１１の締め付け具合など不確定な要因の影響を受けない。すなわち、熱伝導シート１３は、所定の厚さ（０．３ｍｍ）となる。また、温度変化によりサブマウント基板１２ｃが反っても、熱伝導シート１３は、加圧されているので、反りに追従して変形し、ＣＯＢモジュール１２の底面全体及び基台２の表面に密着する。この結果、ＣＯＢモジュール１２を光源とする発光装置１０は、ＣＯＢモジュール１２の底面と基台２との熱的な接続を安定化させながら放熱性を改善できる。
【００２９】
なお、熱伝導シート１３をもっと薄くし小さな熱抵抗を得ようとする場合は、熱伝導シート収納部２５の高さを小さくするとともに、加圧前の熱伝導シート１３の平面サイズを小さくする。例えば、加圧時の厚さを０．１ｍｍとする場合、熱伝導シート１３の平面サイズをさらに小さくする必要がある。このとき、熱伝導シート１３をホルダ１１に貼り付
けることができなくなる。その場合、ＣＯＢモジュール１２をホルダ１１に貼り付けても良い。前述のように、ホルダ１１は、主たる放熱経路ではないので、ＣＯＢモジュール１２をホルダ１１に貼り付けても、放熱特性は、ほとんど影響を受けない。
【００３０】
発光装置１０では、熱伝導シート１３及び熱伝導シート収納部２５の平面形状を円とした。これらの平面形状は、円に限られず、例えば、正方形でも良い。この場合、パテタイプの熱伝導シートを採用すると良い。パテタイプの熱伝導シートは、自重で形状が維持できないほど柔らかいためセパレータに付着されて供給される。そこで、この熱伝導シートをセパレータごと所望の平面形状に加工し、ＣＯＢモジュール底面に貼り付けてから、セパレータを取り外して使用する。しかしながら、熱伝導シート１３及び熱伝導シート収納部２５の平面形状を円とすると、形状が保持されているため取り扱いやすいゲルタイプの熱伝導シート１３を採用しやすくなり、これを薄くまで圧縮変形しても、変形の方向依存性が減っているため安定した接続特性が得られる。
【００３１】
ホルダ１１を基台１４に取り付けた状態では、熱伝導シート１３の平面サイズがＣＯＢモジュール１２の平面サイズよりも大きくなっている。これにより、発光装置１０は、ＣＯＢモジュール１２と基台１４の間において、熱抵抗を小さくするとともに、ＣＯＢモジュール１２の沿面距離を大きくし絶縁耐圧を改善している。
【符号の説明】
【００３２】
１０…発光装置、
１１…ホルダ、
１１ａ…ネジ穴、
１２…ＣＯＢモジュール、
１２ａ…発光部、
１２ｂ…ダム材、
１２ｃ…サブマウント基板、
１３…熱伝導シート、
１４…基台、
１５…ネジ、
２１…庇部、
２１ａ、２２ａ、２３ａ…側面、
２１ｂ、２２ｂ…底面、
２１ｃ…上面、
２２…段部、
２３…端部、
２４…ＣＯＢモジュール収納部、
２５…熱伝導シート収納部、
２６…接着部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019186015.tif 000006
【図５】
2019186015.tif 000007
【図６】
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【図７】
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