(57)【要約】【課題】  ヒートパイプを放熱体として使用し、発光効率及び放熱効率が良く製造工程が容易なＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】  長方形のヒートパイプの先端部分を素子実装部とし、中間部を基板配設部とし、下端部を放熱部とする支持体を構成し、前記素子実装部には複数のＬＥＤ素子を実装し、前記基板配設部には接続電極を有する配線部材を配設して、前記配線電極に前記素子実装部に実装されたＬＥＤ素子の引出電極を接続し、前記下端部をヒートシンクに固定した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形のヒートパイプの先端部分を素子実装部とし、中間部を基板配設部とし、下端部を放熱部とする支持体を構成し、前記素子実装部には複数のＬＥＤ素子を実装し、前記基板配設部には接続電極を有する配線部材を配設して、前記配線電極に前記素子実装部に実装されたＬＥＤ素子の引出電極を接続し、前記下端部をヒートシンクに固定したことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
前記素子実装部に実装された複数のＬＥＤ素子は上電極型のＬＥＤ素子であり、各ＬＥＤ素子間はワイヤーによって接続され、両端のＬＥＤ素子はワイヤーによって配線部材の配線電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤ素子を実装した素子実装部は蛍光樹脂によって封止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発光装置。
【請求項４】
前記基板配設部の配線部材にはＬＥＤ素子の接続電極と電源接続電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項５】
前記支持体の下端部は放熱フインを有するヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートパイプを支持体として用いることにより、高輝度の照明が可能で、放熱特性に優れたＬＥＤ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子としてのＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、表示装置のバックライトや照明装置等に広く利用されるようになってきている。
【０００３】
特に近年、複数のＬＥＤを実装し、高輝度の照明が可能で、優れた放熱特性を有するＬＥＤ発光装置に用いるための、ヒートパイプ用いて放熱特性を改良したＬＥＤ発光装置の提案がある（例えば特許文献１、特許文献２,特許文献３）。
【０００４】
以下従来のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本発明にそろえている。特許文献１には放熱性を改良したＬＥＤ発光装置が記載されている。図９は特許文献１に記載されたＬＥＤ発光装置１００の断面図であり、図９に記載されたＬＥＤ発光装置１００は一方のリード電極を兼ねた長方形のヒートパイプ（ヒートパイプリード）１０２の上部に形成された素子実装部１０２ａにＬＥＤ１０１が実装されており、このＬＥＤ１０１の上部電極は、ヒートパイプ１０２に併設された金属電極（リードフレーム）１０３にワイヤー１０４により接続されている。
【０００５】
上記ヒートパイプ１０２の素子実装部１０２ａに実装されたＬＥＤ１０１の部分は点線で示す如く蛍光樹脂１０５が充填され、さらにＬＥＤ１０１が実装され、蛍光樹脂１０５が充填された発光部分は透明なモールド樹脂１０６により封止されている。またヒートパイプ１０２の下部分は放熱部材であるヒートシンク１０７に固着されておる。
【０００６】
上記ＬＥＤ発光装置１００の動作は、一方のリード電極であるヒートパイプ１０２と他方のリード電極である金属電極１０３に駆動電圧を供給することによってＬＥＤ１０１が発光し、蛍光樹脂１０５の波長変換によって白色発光装置として動作する。そしてＬＥＤ１０１による発熱はヒートパイプ１０２によって下部分に移送されヒートシンク１０７によって冷却されることにより放熱される。
【０００７】
図１０、図１１は特許文献２に記載されたＬＥＤ発光装置を示し、図１０はＬＥＤ発光装置２００の断面図、図１１はＬＥＤ発光装置２００の回路基板２０３の展開図である。ＬＥＤ発光装置２００は電球型の発光装置であり、全体の外形形状としては、本体部２１０・口金２１１、電球部２１２を有し、発光装置の部分が角柱形状のヒートパイプ２０２の周囲に回路基板２０３を貼り付け、この回路基板２０３に設けられた配線電極に複数のＬＥＤ２０１が実装されている。なお、回路基板２０３の形状は図１１に示す如くフレキシブルプリンテドサーキットのような薄型の回路基板２０３がヒートパイプ２０２の４方の周囲と上部を覆うように曲げ加工されて、接着されている。そしてヒートパイプ２０２の下部分は本体部２１０に設けられた放熱部２０７に挿入固定されている。なお、図示は省略されているが口金２からの交流電圧が電源装置２１４によって複数のＬＥＤ２０１の駆動電圧に変換されＬＥＤ２０１を点灯させている。また各ＬＥＤ２０１の発熱はヒートパイプ２０２によって下部分に移送されヒートシンク２０７によって冷却されることにより放熱される。
【０００８】
図１２は特許文献３に記載されたＬＥＤ発光装置３００の要部を示す断面図である。図１２においてＬＥＤ発光装置３００は基本的に特許文献２に記載されたＬＥＤ発光装置２００と近似した構成であり、ＬＥＤ発光装置３００がＬＥＤ発光装置２００と異なる部分は、ＬＥＤ発光装置２００はヒートパイプ２０２の面状に直接回路基板２０３を被着していたのに対し、ＬＥＤ発光装置３００はヒートパイプ３０２に金属製の支持体３１０を被せ、この支持体３１０の表面に回路基板３０３を貼りつけたことである。
【０００９】
この構成はヒートパイプ３０２を円柱形状としているため、多面体（実施例では６面体）の支持体３１０を介在させて回路基板３０３を平面的に貼りつけたものである。またヒートパイプ３０２と支持体３１０の間隙及びヒートパイプ３０２とヒートシンク３０７の間隙に熱伝導性の良いグリース３１１等を充填している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８―５１３９９４号公報
【特許文献２】特開２０１０―５５９９３号公報
【特許文献１】特開２０１１―１４６２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に記載された従来のＬＥＤ発光装置は、ヒートパイプ以外に、他のリード電極として金属電極を必要としており、また構造的に複数（多数）
のＬＥＤを実装することが困難であり、ＬＥＤ発光装置としての発光輝度が制限される問題がある。
【００１２】
また、引用文献２、引用文献３に記載されたＬＥＤ発光装置は何れもヒートパイプの面上に回路基板を貼りつけてＬＥＤを実装しているため、回路基板の熱伝導性の悪さが作用してＬＥＤの発熱を十分ヒートパイプに伝達出来ないという問題があり、この結果ＬＥＤの放熱が十分に行われないことによる発光効率の低下を招くことになる。
【００１３】
そこで本発明の目的は、上記従来例の欠点を解消し、ヒートパイプを効率良く活用した支持体を用いてＬＥＤの放熱特性を改善し、かつＬＥＤの配線構造が容易なＬＥＤ発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため本発明におけるＬＥＤ発光装置の構成は、下記の通りである。長方形のヒートパイプの先端部分を素子実装部とし、中間部を基板配設部とし、下端部を放熱部とする支持体を構成し、前記素子実装部には複数のＬＥＤ素子を実装し、前記基板配設部には接続電極を有する配線部材を配設して、前記配線電極に前記素子実装部に実装されたＬＥＤ素子の引出電極を接続し、前記下端部をヒートシンクに固定したことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【００１５】
上記構成によれば、長方形のヒートパイプの先端部分を素子実装部とし、中間部を基板配設部とし、下端部を放熱部として３分割し、先端部分には複数のＬＥＤを集中的に実装することで、高い位置に強い発光源が構成され、中間部に設けた基板部材により配線が単純化せれ、さらに下端部をヒートシンクに固定して強力に放熱できるので、発光効率及び放熱効率が良く製造工程が容易なＬＥＤ発光装置が提供できる。
【００１６】
前記素子実装部に実装された複数のＬＥＤ素子は上電極型のＬＥＤ素子であり、各ＬＥＤ素子間はワイヤーによって接続され、両端のＬＥＤ素子はワイヤーによって配線部材の配線電極に接続されていると良い。
【００１７】
上記構成によれば、上電極型のＬＥＤ素子を用いることによって、ＬＥＤを直接ヒートパイプに接着することができるため、ＬＥＤの放熱特性が極めて良好になり、また各ＬＥＤ素子間をワイヤーによって接続し、両端のＬＥＤ素子はワイヤーによって配線部材の配線電極に接続されことで、素子実装部の基板配線をなくすことができる。
【００１８】
前記複数のＬＥＤ素子を実装した素子実装部は蛍光樹脂によって封止されていると良い。
【００１９】
前記基板配設部の配線部材にはＬＥＤ素子の接続電極と電源接続電極が設けられていると良い。
【００２０】
前記支持体の下端部は放熱フインを有するヒートシンクに固定されていると良い。
【発明の効果】
【００２１】
上記の如く本発明によれば、長方形のヒートパイプの先端部分を素子実装部とし、中間部を基板配設部とし、下端部を放熱部として３分割し、先端部分には複数のＬＥＤを集中的に実装することで、高い位置に強い発光源が構成され、中間部に設けた基板部材により配線が単純化せれ、さらに下端部をヒートシンクに固定して強力に放熱できるので、発光効率及び放熱効率が良く製造工程が容易なＬＥＤ発光装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の側面図である。
【図４】図１に示すＬＥＤ発光装置におけるヒートパイプの斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の正面図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の側面図である。
【図８】ヒートパイプと金属部材との熱抵抗特性を比較した特性図である。
【図９】特許文献１に示す従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図１０】特許文献２に示す従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図１１】図１０に示すＬＥＤ発光装置における回路基板の展開図である。
【図１２】特許文献３に示す従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１、図２、図３、図４は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示し、図１はＬＥＤ発光装置１０の斜視図、図２はＬＥＤ発光装置１０の正面図、図３は側面図であり、図４はＬＥＤ発光装置１０に使用されているヒートパイプ２の斜視図である。
【００２４】
まず、ＬＥＤ発光装置１０の説明に先立ち、図４によりヒートパイプ２の構成について説明する。密閉型のヒートパイプは引用した各特許文献にも記載されている如く公知の構成であり、熱伝導性に優れたＣｕ，Ａｌ等の金属よりなる密閉容器内に多孔質部材や繊維部材等のウイックと、流動体としてのアルコールやアンモニア等の熱交換媒体が収納されており、ヒートパイプの一端の加熱部で加熱されることにより気化された流動体がヒートパイプの他端側の冷却部に移動し、冷却部で冷却されることによって、再び液体化したものがウイックにより加熱部に移動し、再度加熱気化して冷却部へ移行されるサイクルにより加熱部の発熱を効率良く冷却部から放熱する構成である。
【００２５】
本発明においては、ヒートパイプ２として長方形の角柱形状を有し、発熱部となる先端部を素子実装部２ａとし、下端部を放熱部材へ接合する放熱部２ｃとし、中間の熱移送部を配線部材を配設する基板配設部２ｂとして３分割構成としている。
【００２６】
以下、上記ヒートパイプ２を冷却装置として用いたＬＥＤ発光装置について説明する。図１０に示すＬＥＤ発光装置１０は素子実装部２ａに複数の上電極型のＬＥＤ１が実装されており、ＬＥＤ実装部は蛍光樹脂５で被覆されている。また基板配設部２ｂには配線部材である回路基板３が被着されており、この回路基板３には配線電極として、２個のＬＥＤ接続電極３ａと２個の電源接続電極３ｂが設けられており、それぞれＬＥＤ接続電極３ａと電源接続電極３ｂとは接続電極３ｃによって接続されている。そして、各ＬＥＤ１はその上電極どうしがワイヤー４によって直列接続されており、両端のＬＥＤ１ａは引出ワイヤー４ａによって回路基板２のＬＥＤ接続電極３ａに接続されている。
【００２７】
図２はＬＥＤ発光装置１０の正面図であり、ヒートパイプ２の下端部の放熱部２ｃは下部に多数の放熱用のフイン７ａを有するヒートシンク７の凹部７ｂに挿入固定されている。また図３はＬＥＤ発光装置１０の側面図であり、角柱形状のヒートパイプ２の先端部における素子実装部２ａの両面にＬＥＤ１が対象的に配設されており、またヒートパイプ２の基板配設部２ｂの両面にも回路基板３が対象的に配設されている。そして素子実装部２ａの両面に実装された複数のＬＥＤ１は全て上電極がワイヤー４によって直列接続され、一番下側のＬＥＤ１ａは引出ワイヤー４ａによって回路基板３のＬＥＤ接続電極３ａに接続されている。なお、図１〜図３においては構成を分かりやすくするため、蛍光樹脂５の内部におけるＬＥＤ１とワイヤー４とは実線で示し、ヒートパイプ２は点線でそれぞれ示している。
【００２８】
（第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の動作）
ＬＥＤ発光装置１０の動作としては、図１、図２に示す回路基板３の２個の電源接続電極３ｂに、ＬＥＤ１の駆動電圧を供給すると接続電極３ｃ、ＬＥＤ接続電極３ａを介して直列接続された複数の（実施形態では８個）ＬＥＤ１が発光し、蛍光樹脂５によって波長変換された出射光が発光される。本実施形態においてはＬＥＤ１として青色ＬＥＤを使用し、蛍光樹脂５としてＹＡＧ蛍光樹脂を使用した場合に付いて説明すると、青色ＬＥＤの青色光とＹＡＧ蛍光樹脂の黄色光との混色により、白色光が出射される。また、８個の直列接続されたＬＥＤに供給される電圧は３ボルト×８個で２４ボルトであり、２個の電源接続電極３ｂに供給される駆動電圧は２４Ｖである。
【００２９】
また、図３に示す如くヒートパイプ２の素子実装部２ａの両面に複数のＬＥＤ１が対象的に配設されており、基板配設部２ｂの両面にも回路基板３が対象的に配設されているので、ＬＥＤ発光装置１０としては、ヒートパイプ２の両面から白色光を出射することになる。そしてヒートパイプ２の素子実装部２ａの両面に実装された１６個のＬＥＤ１からの発熱によって気化した流動体はヒートパイプ２によって放熱部２ｃに移動され、ヒートシンク７を通じて強力に冷却放熱される。そして冷却によって液体に変換された流動体がウイックを通じてヒートパイプ２の素子実装部２ａに移動することを繰り返してＬＥＤ１の冷却が行われる。
【００３０】
（第２実施形態）
以下図面により、本発明の第２実施形態を説明する。図５、図６、図７は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示し、図５はＬＥＤ発光装置２０の斜視図、図６はＬＥＤ発光装置２０の正面図、図７は側面図である。第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の基本的構成は、第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】
２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の図５の斜視図、図６の正面図、図７の側面図は、各々第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の図１の斜視図、図２の正面図、図３の側面図に対応しており、ＬＥＤ発光装置２０のＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、ＬＥＤ発光装置１０ではヒートパイプ２の基板配設部２ｂに、回路基板３を貼り付けていたのに対し、ＬＥＤ発光装置２０ではヒートパイプ２の基板配設部２ｂに、樹脂成型体よりなる回路枠体２３がはめ込まれており、この回路枠体２３の両面には回路基板３と同様のＬＥＤ接続電極３ａ、電源接続電極３ｂ、接続電極３ｃが設けられている。
【００３２】
（第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の動作）
ＬＥＤ発光装置２０の基本的な発光動作及び冷却動作は、ＬＥＤ発光装置１０と同じなので、重複する説明は省略するが、ＬＥＤ発光装置２０の場合、基板部材として、両面にＬＥＤ接続電極３ａ、電源接続電極３ｂ、接続電極３ｃを設けた回路枠体２３をヒートパイプ２に被せて固着するだけで良いので、ＬＥＤ発光装置１０のように２枚の回路基板３をヒートパイプ２に貼り付けるより組み立て工数が減少する。また回路枠体２３は立体構成であるため、ヒートパイプ２をヒートシンク７の凹部に押し込む時の位置規制用に利用できる。
【００３３】
（金属製の支持体とヒートパイプによる支持体との放熱特性比較）
図８は支持体として熱伝導性の良い銅製のパイプを用いた場合と、本発明のヒートパイプを用いた場合との放熱特性を比較した特性図である。横軸に支持体の長さをとり、縦軸に熱抵抗をとっており、５Ｗの電力供給を行い、許容温度を点線Ｈで示す７０℃として比較した。また各パイプの角径を１ｍｍ□、２ｍｍ□、３ｍｍ□の３種類とし、銅の１ｍｍ□をＢ１、２ｍｍ□をＢ２、３ｍｍ□をＢ３として点線で示し、ヒートパイプの１ｍｍ□をＡ１、２ｍｍ□をＡ２、３ｍｍ□をＡ３として実線で示している。
【００３４】
図８に示す如く、支持体の長さを５０ｍｍにした場合、銅製のパイプにおいては３ｍｍ□のＢ３がかろうじて許容温度７０℃をクリヤーしているのに対し、ヒートパイプでは１ｍｍ□のＡ１でも許容温度７０℃をクリヤーし、２ｍｍ□のＡ２、３ｍｍ□のＡ３では余裕を持って許容温度７０℃をクリヤーしている。このようにヒートパイプの支持体は、金属製の支持体に比べて極めて優れた放熱特性を示すことが分かる。
【００３５】
上記の如く本発明においては放熱用のヒートパイプを、上部の集中的に発光を行う素子実装部と、中間の回路基板を設けて配線の仲介を行う基板配設部と、下部のＬＥＤの発熱を集中的に冷却する放熱部の３部位に分けて使用しているため、電球等の照明形状に合わせて、発光と放熱を行うことができ、かつＬＥＤ実装用のＦＰＣや、金属製のリード部材等の余分な部材を必要としないので、製造価格の点においても効果がある。
【００３６】
また、各ＬＥＤ発光装置の実施形態においては、角柱形状のヒートパイプの対向する２面にＬＥＤ群を配置する構成を示したが、これに限定されるものではなく、ヒートパイプの４面にＬＥＤ群を配置しても良く、さらにヒートパイプの上面にもＬＥＤを配置しても良い。さらに、実施形態においては各ＬＥＤ群を直列接続する実施例を示したが、各ＬＥＤ群を直並列の組み合わせで接続しても良いことは当然である。
【００３７】
さらに各実施形態においては、最高の放熱特性を得るために上面電極型のＬＥＤを直接ヒートパイプに固着して、ワイヤーによる接続を行う実施例を示したが、これに限定されるものではなくヒートパイプの素子実装部に放熱を妨げない材質及び薄さの絶縁膜を設け、その絶縁膜上に配線パターンを形成することで、下面電極型のＬＥＤをフリップチップ実装しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１、１ａ、１０１、２０１，３０１              ＬＥＤ
２、１０２，２０２，３０２                    ヒートパイプ
２ａ、１０２ａ                                素子実装部
２ｂ                                          基板配設部
２ｃ                                          放熱部
３、２０３、３０３                            回路基板
３ａ                                          ＬＥＤ接続電極
３ｂ                                          電源接続電極
３ｃ                                          接続電極
４、１０４                                    ワイヤー
４ａ                                          引出ワイヤー
５、１０５                                    蛍光樹脂
７、１０７、２０７、３０７                    ヒートシンク
１０、２０、１００、２００、３００            ＬＥＤ発光装置
２３                                          回路枠体
１０３                                        金属電極
１０６                                        モールド樹脂
２１０                                        本体部
２１１                                        口金
２１２                                        電球部
２１４                                        電源装置
３１０                                        支持体
３１１                                        グリース
【図１】
2013118289.tif 000003
【図２】
2013118289.tif 000004
【図３】
2013118289.tif 000005
【図４】
2013118289.tif 000006
【図５】
2013118289.tif 000007
【図６】
2013118289.tif 000008
【図７】
2013118289.tif 000009
【図８】
2013118289.tif 000010
【図９】
2013118289.tif 000011
【図１０】
2013118289.tif 000012
【図１１】
2013118289.tif 000013
【図１２】
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