(57)【要約】【課題】ＬＥＤ光源モジュールの放熱効果を向上させた照明装置を提供する。【解決手段】実施形態の照明装置は、放熱体と、前記放熱体の上に設けられた発光部であって、基板と、前記基板の上に設けられた発光素子と、前記発光素子の上に設けられた蛍光体層と、を含む発光部と、前記放熱体と前記発光部との間に設けられ、フレーク状のフィラー部材を含む樹脂層と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱体と、
前記放熱体の上に設けられた発光部であって、基板と、前記基板の上に設けられた発光素子と、前記発光素子の上に設けられた蛍光体層と、を含む発光部と、
前記放熱体と前記発光部との間に位置し、フレーク状のフィラー部材を、含む樹脂層と、
を備えた照明装置。
【請求項２】
前記フィラー部材を含む前記樹脂層のＪＩＳＫ６２５３に基づくデュロメータ硬さは、１０以上、６０以下である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記フィラー部材を含む前記樹脂層の熱伝導率は、２．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上、７．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下である請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記樹脂層に含まれる前記フィラー部材の含有率は、２０（ｖｏｌ％）以上、７０（ｖｏｌ％）以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項５】
前記フィラー部材を含む前記樹脂層の厚さは、１０μｍ以上、１０００μｍ以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項６】
前記フィラー部材は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ホウ素、および窒化ホウ素の少なくとも１つを含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置に含まれるＬＥＤ（Light Emitting Device）光源モジュールは、熱を発する。この熱は、ＬＥＤ光源モジュールの下に設けられたヒートシンクに放熱される。この熱を効率よくヒートシンクに放熱させる方法として、ＬＥＤ光源モジュールとヒートシンクとの間に、液状グリースまたはシート状の放熱材を設ける方法がある。
【０００３】
しかし、液状グリースを長時間、使用し続けると、そのオイル成分が揮発する場合がある。一方、シート状の放熱材は、液状グリースに比べて熱抵抗が高く、被接触面との間に空気が入り込む場合がある。これらの要因によって、ＬＥＤ光源モジュールとヒートシンクとの間の熱伝導性が悪くなる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０６７５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤ光源モジュールの放熱を向上させた照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の照明装置は、放熱体と、前記放熱体の上に設けられた発光部であって、基板と、前記基板の上に設けられた発光素子と、前記発光素子の上に設けられた蛍光体層と、を含む発光部と、前記放熱体と前記発光部との間に設けられ、フレーク状のフィラー部材を、含む樹脂層と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＬＥＤ光源モジュールの放熱が向上した照明装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る照明装置を表す模式的断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線Ｐで囲む領域の模式図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｆ）は、隣り合うフィラー部材が接触し合う状態を説明する模式的である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、フィラー部材を含む樹脂層が放熱体に挟まれた状態を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【００１０】
図１（ａ）は、本実施形態に係る照明装置を表す模式的断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線Ｐで囲む領域の模式図である。
【００１１】
本実施形態に係る照明装置１００は、第１放熱体１０と、第２放熱体１１と、発光部２０と、フィラー部材３１を含む樹脂層３０と、を備える。発光部２０は、基板２１と、複数の発光素子２２と、蛍光体層２３と、バンク部２４と、を含む。
【００１２】
第１放熱体１０は、例えば、放熱フィンを有するヒートシンクである。複数の発光素子２２から放出される熱は、第１放熱体１０を経由して外部に放出される。第２放熱体１１は、樹脂層３０を介して、第１放熱体１０の上に設けられている。第２放熱体１１は、例えば、板状の金属板を含むヒートスプレッダである。複数の発光素子２２と第１放熱体１０との間に、第２放熱体１１が介設されることにより、発光素子２２から放出される熱は、第２放熱体１１内において一旦、分散し、効率よく第１放熱体１０に伝導する。第２放熱体１１を設けず、樹脂層３０に発光部２０の基板２１が接した構造も本実施形態に含まれる。第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれは、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）のいずれかを含む。
【００１３】
発光部２０は、第１放熱体１０および第２放熱体１１の上に設けられている。発光部２０は、所謂、ＣＯＢ（Chip On Board）モジュールである。また、発光部２０は、ＬＥＤ光源モジュールとも称される。
【００１４】
発光部２０の中、基板２１は、板状基板である。基板２１は、アルミナ等のセラミックを含む。ここで、基板２１の主面に対して平行な１つの方向をＸ軸方向とする。基板２１の主面に対して平行で、Ｘ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、換言すれば、上下方向である。
【００１５】
基板２１の主面に対して平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）に基板２１を投影した形状は、例えば、矩形である。すなわち、基板２１をＺ軸方向に見た形状は、例えば、矩形である。基板２１の形状は、矩形に限ることなく、他の多角形でもよく、円形、楕円形などでもよい。基板２１は、例えば、アルミナなどのセラミックを含む。基板２１には、配線パターン（図示しない）が設けられている。
【００１６】
複数の発光素子２２は、例えば、基板２１の上に二次元マトリクス状に実装されている。発光素子２２としては、例えば、ＬＥＤチップが用いられる。発光素子２２は、基板２１上の配線パターンに実装されている。外部から配線パターンを通じて発光素子２２に電力が供給されると、発光素子２２は、例えば、青色光を発する。発光素子２２から放出される光の波長は、４３０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下である。複数の発光素子２２は、蛍光体層２３によって封止されている。
【００１７】
蛍光体層２３は、基板２１の上および発光素子２２の上に設けられている。蛍光体層２３は、発光素子２２から照射される光に対して透過性である。蛍光体層２３は、例えば、光透過性の樹脂と、この樹脂に分散された複数の蛍光体粒子と、を含む。光透過性の樹脂３は、例えば、透明なシリコーン樹脂を含む。
【００１８】
蛍光体粒子には、例えば、緑色、赤色等の複数色の光を放出する蛍光体が用いられる。蛍光体は、発光素子２２から放出された光の一部を吸収して、発光素子２２から放出される光とは異なる波長の光を放出する。
【００１９】
バンク部２４は、基板２１の上に設けられている。バンク部２４は、複数の発光素子２２を囲む。バンク部２４は、蛍光体層２３に接し、蛍光体層２３を封止する領域を決定する。バンク部２４は、樹脂材料を含む。バンク部２４には、例えば、シリコーン樹脂などが用いられる。バンク部２４は、必要に応じて設けられ、省略可能である。
【００２０】
樹脂層３０は、第１放熱体１０と発光部２０との間に位置する。樹脂層３０には、複数のフィラー部材３１が含有されている。図１（ａ）、（ｂ）に示す例では、第２放熱体１１が樹脂層３０と発光部２０との間に設けられている。すなわち、フィラー部材３１を含む樹脂層３０は、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれに接している。本実施形態は、第２放熱体１１が除かれ、樹脂層３０が第１放熱体１０と発光部２０とに接する構造も含む。
【００２１】
樹脂層３０は、例えば、所定の時間が経過したり、加熱をしたりすると、その粘性が低下して固化する硬化型の樹脂である。例えば、硬化する前の樹脂層３０の粘度は、５０（Ｐａ・ｓ）以上、５００（Ｐａ・ｓ）以下である。樹脂層３０は、例えば、シリコーンを含む。
【００２２】
複数のフィラー部材３１の少なくとも１つは、フレーク状になっている。ここで、「フレーク状」とは、例えば、薄片状、薄板状、スライス状、扁平状、および鱗片状のいずれかの意味で用いられる。具体的に、フレーク状のフィラー部材３１とは、所定の厚さがあり、平面形状の外形が多角形、円、および無定形のいずれかの部材を意味する。また、フレーク状のフィラー部材３１とは、立体形状のものが押しつぶされた形状であってもよい。複数のフィラー部材３１のそれぞれにおいて、その厚さは均一であってもよく、不均一であってもよい。また、１つのフィラー部材３１において、その厚さは均一であってもよく、不均一であってもよい。フレーク状のフィラー部材３１の表面は凹凸を形成してもよい。また、複数のフィラー部材３１のそれぞれの外形、厚さは揃ってなくてもよい。
【００２３】
フィラー部材３１は、無機材料の中でも熱伝導率が比較的高い無機物を含む。例えば、フィラー部材３１は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ホウ素、および窒化ホウ素の少なくとも１つを含む。ここで、複数のフィラー部材３１のいずれかのフィラー部材３１の最大厚さＤ１は、５μｍ以上、５０μｍ以下である。複数のフィラー部材３１のいずれかのフィラー部材３１の最大長さＬｍａｘは、１０μｍ以上、１５０μｍ以下である。この最大長さＬｍａｘまたは最大厚さＤ１は、例えば、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）像の画像処理によって算出される。
【００２４】
樹脂層３０内において、複数のフィラー部材３１のそれぞれの向きは、例えば、ランダムになっている。複数のフィラー部材３１の中、隣り合うフィラー部材３１同士は、互い接触していてもよく、離れていてもよい。隣り合うフィラー部材３１同士が接触する場合は、それぞれの面と面、面と端部、または、端部と端部とが接している（後述）。また、１つのフィラー部材３１に、２つ以上のフィラー部材３１が接していてもよい。また、複数のフィラー部材３１同士が直列に接してもよく、三次元状に接してもよい。
【００２５】
このようなフィラー部材３１を含む樹脂層３０は、第１放熱体１０と第２放熱体１１との間の接合部材および熱伝導部材として機能する。また、第２放熱体１１を設けない場合は、フィラー部材３１を含む樹脂層３０は、第１放熱体１０と発光部２０との間の接合部材および熱伝導部材として機能する。フィラー部材３１を含む樹脂層３０においては、熱伝導率が高いフィラー部材３１同士の接触面積が増えることにより、その熱伝導が向上している（後述）。
【００２６】
例えば、フィラー部材３１を含む樹脂層３０のＪＩＳＫ６２５３に基づくデュロメータ硬さは、１０以上、６０以下であることが好ましい。このデュロメータ硬さは、樹脂層３０の材料の成分または樹脂層３０に含まれるフィラー部材３１の含有率によって適宜調整される。
【００２７】
このデュロメータ硬さが１０未満であると、フィラー部材３１を含む樹脂層３０の流動性が増し、第１放熱体１０上の第２放熱体１１が固定されない。すなわち、フィラー部材３１を含む樹脂層３０は、その上下間の部材を接合する接合部材でもある。一方、デュロメータ硬さが６０より大きくなると、フィラー部材３１を含む樹脂層３０の弾性が低下し、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれの熱応力がフィラー部材３１を含む樹脂層３０に吸収され難くなる。これにより、熱履歴が増すにつれ、樹脂層３０と第１放熱体１０との界面、または樹脂層３０と第２放熱体１１との界面が剥がれ易くなる。
【００２８】
本実施形態に係る照明装置１００においては、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれの熱応力がフィラー部材３１を含む樹脂層３０に吸収され易く、樹脂層３０と第１放熱体１０との界面、または樹脂層３０と第２放熱体１１との界面が剥がれ難くなる。
【００２９】
また、フィラー部材３１を含む樹脂層３０の熱伝導率は、２．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上、７．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。この熱伝導率は、樹脂層３０の材料の成分または樹脂層３０に含まれるフィラー部材３１の含有率によって適宜調整される。この熱伝導率の範囲において、発光部２０から放出される熱が効率よく、第１放熱体１０にまで伝導する。
【００３０】
樹脂層３０に含まれるフィラーの含有率は、２０（ｖｏｌ％）以上、７０（ｖｏｌ％）以下であり、好ましくは、３０（ｖｏｌ％）以上、６０（ｖｏｌ％）以下であり、より好ましくは、４０（ｖｏｌ％）以上、５０（ｖｏｌ％）以下である。
【００３１】
樹脂層３０に含まれるフィラー部材３１の含有率が２０（ｖｏｌ％）未満、または、３０（ｖｏｌ％）未満、または、４０（ｖｏｌ％）未満になると、所望の熱伝導率が得られなくなる。一方、樹脂層３０に含まれるフィラーの含有率が７０（ｖｏｌ％）より大きく、または、６０（ｖｏｌ％）より大きく、または、５０（ｖｏｌ％）より大きくなると、フィラー部材３１を含む樹脂層３０の弾性が低下し、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれの熱応力がフィラー部材３１を含む樹脂層３０に吸収され難くなる。これにより、熱履歴が増すにつれ、樹脂層３０と第１放熱体１０との界面、または樹脂層３０と第２放熱体１１との界面が剥がれ易くなる。または、フィラー部材３１と樹脂層３０との間に空間が形成され易くなる。
【００３２】
フィラー部材３１を含む樹脂層３０の厚さは、１０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
この厚さが１０μｍ未満であると、フィラー部材３１を含む樹脂層３０の弾性が低下し、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれの熱応力がフィラー部材３１を含む樹脂層３０に吸収され難くなる。これにより、熱履歴が増すにつれ、樹脂層３０と第１放熱体１０との界面、または樹脂層３０と第２放熱体１１との界面が剥がれ易くなる。一方、この厚さが１０００μｍを超えると、第１放熱体１０と第２放熱体１１との間の距離が増して、第１放熱体１０と第２放熱体１１との間の熱伝導性が低下する。
【００３４】
ここで、第１放熱体１０と第２放熱体１１との間の熱伝導性を向上させる方法の１つに、第１放熱体１０と第２放熱体１１との間に、液状グリースを設ける方法がある。この液状グリースにはフィラー部材３１が含まれていない。
【００３５】
液状グリースを用いた場合、第１放熱体１０と第２放熱体１１との間の熱伝導性を上げるために、一般的には、その厚さを薄く形成する。例えば、液状グリースの厚さは、３０μｍ以上、５０μｍ以下に設定される。
【００３６】
しかし、液体グリースは、粘性を保持し、その厚さが３０μｍ以上、５０μｍ以下である。これにより、液体グリースでは、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれの熱応力が吸収され難くなる。例えば、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれの温度が高くなったり、低くなったりすると、第１放熱体１０または第２放熱体１１の熱伸縮によって液体グリースが第１放熱体１０と第２放熱体１１との間からはき出される（ポンプアウト現象）。また、上述したように、液体グリースのオイル成分が揮発して、液状グリースと第１放熱体１０との間、または液状グリースと第２放熱体１１との間の接触面積が低減してしまう。また仮に、液状グリースにフィラー部材３１を混在させると、液状グリースの表面張力が低減して、液状グリースと第１放熱体１０との間、または液状グリースと第２放熱体１１との間の接触面積が低減してしまう。つまり、樹脂層３０としては、硬化型の樹脂層を用いることが好ましい。
【００３７】
さらに、液体グリースを用いた場合、液体グリースと第１放熱体１０との密着力、および液体グリースと第２放熱体１１との密着力を高めるために、ネジ等の固定部材で第１放熱体１０と第２放熱体１１との間を止める場合がある。
【００３８】
これに対して、本実施形態の樹脂層３０は、硬化型の樹脂であり、樹脂層３０自体が第１放熱体１０と第２放熱体１１とを接合する接合材として機能する。これにより、固定部材は不要になる。
【００３９】
さらに、フィラー部材としては、フレーク状のフィラー部材３１の他に、針状のフィラー結晶、または球状のフィラー部材がある。
【００４０】
図２（ａ）〜図２（ｆ）は、隣り合うフィラー部材が接触し合う状態を説明する模式的である。
【００４１】
例えば、図２（ａ）、（ｂ）には、第１参考例として、針状のフィラー結晶３２ａ、３２ｂが隣り合った状態が例示されている。針状のフィラー結晶３２ａ、３２ｂ同士が接する場合、フィラー結晶３２ａ、３２ｂは針状であるために、それぞれが点接触してしまう。この結果、フィラー結晶３２ａ、３２ｂ間の接触面積は小さくなり、フィラー結晶を含む樹脂層３０においては、本実施形態ほどの高い熱伝導率が得られない。
【００４２】
また、図２（ｃ）には、第２参考例として、球状のフィラー部材３３ａ、３３ｂが隣り合った状態が例示されている。球状のフィラー部材３３ａ、３３ｂ同士が接する場合、フィラー部材３３ａ、３３ｂはそれぞれ球状であるために、それぞれが点接触する。この結果、フィラー部材３３ａ、３３ｂ間の接触面積は小さく、フィラー部材３３ａ、３３ｂを樹脂層３０においては、本実施形態ほどの高い熱伝導率が得られない。
【００４３】
一方、図２（ｄ）〜図２（ｆ）には、本実施形態に係る隣り合うフレーク状のフィラー部材３１ａ、３１ｂが例示されている。
【００４４】
例えば、図２（ｄ）に表すように、隣り合うフィラー部材３１ａ、３１ｂ同士は、点接触ではなく、互いの端部同士で接触することができる。また、図２（ｅ）に表すように、隣り合うフィラー部材３１ａ、３１ｂ同士は、点接触ではなく、端部と面同士で接触することができる。さらに、図２（ｆ）に表すように、隣り合うフィラー部材３１ａ、３１ｂ同士は、点接触ではなく、互いの面同士で接触することができる。
【００４５】
これにより、フレーク状のフィラー部材３１を用いた場合は、針状のフィラー結晶、および球状のフィラー部材に比べて、フィラー部材３１間の接触面積が増加する。これにより、フレーク状のフィラー部材３１を含む樹脂層３０は、高い熱伝導率を示す。
【００４６】
また、フィラー部材３１間の接触面積が増加するので、樹脂層３０に含まれるフィラー部材３１の含有率を下げたとしても、フィラー部材３１を含む樹脂層３０は、高い熱伝導率を保つ。例えば、第１参考例および第２参考例に比べて、樹脂層３０に含まれるフィラー部材３１の含有率を下げたとしても、フィラー部材３１を含む樹脂層３０は、第１参考例および第２参考例に比べて、高い熱伝導率を示す。
【００４７】
これにより、フィラー部材３１に比べて樹脂層３０の量を増加させることができ、フィラー部材３１を含む樹脂層３０の弾性率はさらに増加する。つまり、本実施形態に係る照明装置１００においては、第１放熱体１０および第２放熱体１１のそれぞれの熱応力がフィラー部材３１を含む樹脂層３０にさらに吸収され易くなる。これにより、樹脂層３０と第１放熱体１０との界面、または樹脂層３０と第２放熱体１１との界面が剥がれ難くなる。
【００４８】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、フィラー部材を含む樹脂層が放熱体に挟まれた状態を表す模式図である。
【００４９】
図３（ａ）には、球状のフィラー部材３３を含む樹脂層３０が第１放熱体１０と第２放熱体１１との間に挟まれた状態が表されている。樹脂層３０中のフィラー部材３３が第１放熱体１０と第２放熱体１１に接触した場合、フィラー部材３３が第１放熱体１０と第２放熱体１１との押圧により、破壊したり、亀裂が入ったりする可能性がある。
【００５０】
一方、図３（ｂ）には、フレーク状のフィラー部材３１を含む樹脂層３０が第１放熱体１０と第２放熱体１１との間に挟まれた状態が表されている。樹脂層３０中のフィラー部材３１が第１放熱体１０および第２放熱体１１に接触し、フィラー部材３１が第１放熱体１０と第２放熱体１１とに押圧されたとしても、フィラー部材３１は薄く、所定の弾性があるので、フィラー部材３１自体が変形する（図３（ｃ））これにより、フィラー部材３１が第１放熱体１０と第２放熱体１１とに押圧されたとしても、フィラー部材３１は、破壊し難く、亀裂が入り難くなっている。
【００５１】
このように、フレーク状のフィラー部材３１を含む樹脂層３０を用いた照明装置１００は、発光部２０の放熱性が増し、耐熱性が向上している。
【００５２】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００５３】
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  第１放熱体、  １１  第２放熱体、  ２０  発光部、  ２１  基板、  ２２  発光素子、  ２３  蛍光体層、  ２４  バンク部、  ３０  樹脂層、  ３１、３１ａ、３１ｂ  フィラー部材、  ３２ａ、３２ｂ  フィラー結晶、  ３３、３３ａ、３３ｂ  フィラー部材、  １００  照明装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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