JP2009302186A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光モジュールの熱をより一層効率よく放熱部材に伝達させる。
【解決手段】基板１０と、基板１０の第一の面１１に設けられ、複数の開口部１３が形成されたリフレクタ１２と、リフレクタ１２の開口部１３のそれぞれに配置されたＬＥＤ１４と、基板１０の第一の面１１と反対側の第二の面１６に接しているヒートシンク２と、基板１０を貫通し、一端がリフレクタ１２に達し、他の一端がヒートシンク２に達しているネジ３１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関するものであり、特に放熱手段を備えた発光装置に関するものである。

近年、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と呼ぶ場合もある。）などの発光素子を光源とする発光装置が多数開発されている。それら発光装置の中には、発光素子の温度を所定温度以下に維持するために、ヒートシンクなどの放熱手段を備えたものもある。

例えば特許文献１には、複数の発光素子が二次元的に配置された基板の裏面とヒートシンクの表面とを接触させるとともに、基板の裏面に形成された凸状部をヒートシンクの表面に形成された凹状部に挿入された発光装置が記載されている。そして特許文献１には、ヒートシンクよりも格段に熱抵抗の高い空気層や絶縁体などが基板裏面とヒートシンク表面との間に介在されていないので、基板からヒートシンクへ熱が直接伝わり、より効率的に放熱を行うことができる旨が記載されている。さらに、凸状部が凹状部に挿入されていることにより、凸状部側壁と凹状部側壁とが互いに接する部分からもより多くの熱をヒートシンクに逃がすことができる旨が記載されている。そして、特許文献１には、上記凸状部が発光素子を覆っている被覆樹脂層と同一材料で形成されていることが好ましい旨が記載されている。
特開２００２−３３０１１号公報（[0023][0027][0030]図１）

確かに、基板裏面とヒートシンク表面とを接触させるだけでなく、基板裏面に形成された凸状部をヒートシンク表面に形成された凹状部に挿入すれば、ヒートシンクへの伝熱効率は向上する。しかし、特許文献１に開示されている発光装置では、基板裏面に形成された凸状部が樹脂製であり、必ずしも熱伝導率は高くない。

本発明は、発光素子の周囲にリフレクタが設けられていることを前提として、発光モジュールの熱を一層効率的に放熱部材へ伝熱可能な構造を有する発光装置を実現することを目的とする。

本発明の発光装置は、基板と、基板の第一の面に設けられ、複数の開口部が形成されたリフレクタと、リフレクタの開口部のそれぞれに配置された発光素子と、基板の第一の面と反対側の第二の面に接している放熱部材と、基板を貫通し、一端がリフレクタに達し、他の一端が放熱部材に達している伝熱部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、発光モジュールの熱が伝熱部材を介して効率よく放熱部材に伝熱される。

(実施形態１)
以下、本発明の発光装置の実施形態の一例について図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る発光装置の構造を示す模式的断面図である。

本実施形態に係る発光装置は、発光モジュール１と、発光モジュール１の熱を放熱する放熱部材としてのヒートシンク２とを有する。

発光モジュール１は、基板１０と、基板１０の第一の面１１の上に設けられたリフレクタ１２と、リフレクタ１２に形成されている開口部１３内に配置されたＬＥＤ１４とを有する。基板１０は、発光モジュール１を構成する基本的部材の一つである。また、基板１０は、ＬＥＤ１４から発せられる熱をヒートシンク２に伝える伝熱手段としての役割を果たすと共に、ＬＥＤ１４から発せられる熱を空気中に放熱する放熱手段としての役割も果たす。かかる伝熱性や放熱性の観点からは、基板１０の材料は熱伝導率の高い金属材料であることが好ましく、例えば、アルミニウム（239W/mk）、銅（392W/mk）またはこれらの合金などが適している。

基板１０の第一の面１１には、図示は省略されているが、絶縁層と配線層と保護層とがこの順で積層されている。絶縁層は、エポキシ樹脂中にガラス繊維を分散させてなるガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料により形成されている。配線層は、絶縁層の上に描かれた配線パターンからなる層である。配線パターンは、導電性材料（例えば銅）によって描かれている。保護層は耐熱性樹脂などの絶縁材料によって形成されている。さらに、保護層は所定パターンでエッチングされており、下層の配線層が部分的に露出している。

基板１０の第一の面１１の上（より具体的には、上記保護層の表面）には、リフレクタ１２が設けられている。リフレクタ１２は、アルミニウム、銅またはこれらの合金などからなる金属製の部材である。リフレクタ１２には、複数（本例では２つ）の開口部１３が隣接して形成されており、各開口部１３内にＬＥＤ１４がそれぞれ配置されている。さらに、リフレクタ１２の各開口部１３の内周面は、基板１０から離れるに従って外広がりとなるように傾斜したテーパ面となっている。換言すれば、ＬＥＤ１４が配置されている各開口部１３は、基板１０から離れるに従って（上方に向けて）拡径するすり鉢状の形状を有している。

さらに、各開口部１３には、ＬＥＤ１４から発せられる光によって励起され、ＬＥＤ１４から発せられる光とは異なる波長の光を発する蛍光物質（不図示）を含有する透明樹脂１５が充填されている。よって、ＬＥＤ１４から発せられ、蛍光物質によって波長変換された光は、そのまま開口部１３の外に出射する他、開口部１３の内周面によって反射面されて開口部１３の外に出射する。すなわち、開口部１３の内周面は、反射面としての役割を有する。よって、開口部１３の内周面に白色塗料を塗布するなどして光反射率を高めてもよい。

ヒートシンク２は、発光モジュール１が搭載される平坦な搭載面２１を有し、搭載面２１とは反対側の面には複数のフィン２２が突設されている。ヒートシンク２は、アルミニウム、マグネシウム、銅、鉄またはこれらの合金などによって作られている。発光モジュール１は、ヒートシンク２の搭載面２１に搭載され、ヒートシンク２と一体化されている。具体的には、発光モジュール１は、基板１０の第二の面１６（第一の面１１と反対側の面）がヒートシンク２の搭載面２１と密着するようにヒートシンク２に搭載されている。

さらに、リフレクタ１２、基板１０およびヒートシンク２には、これらを貫通する貫通孔３０が形成されており、発光モジュール１とヒートシンク２とは、貫通孔３０に螺合された金属製のネジ３１によって固定されている。より具体的には、貫通孔３０の内周面には雌ネジが形成されており、ネジ３１の軸部に形成されている雄ネジが貫通孔内周面の雌ネジに螺合されている。この結果、発光モジュール１の熱は、リフレクタ１２→ネジ３１→ヒートシンク２という経路で伝達される。換言すれば、発光モジュール１の熱が基板１０を経由することなくヒートシンク２に伝達される。もちろん、発光モジュール１の熱は、リフレクタ１２→基板１０→ヒートシンク２といった経路によっても伝達される。しかし、リフレクタ１２と基板１０との間や基板１０とヒートシンク２との間には接触熱抵抗が存在する。したがって、基板１０を経由することなくヒートシンク２に伝熱可能な本例の発光装置では、発光モジュール１の熱をより効率的にヒートシンク２に伝達させて放熱させることができる。

さらに、発光モジュール１の主要な熱源はＬＥＤ１４である。そこで、本例の発光装置では、ＬＥＤ１４が配置されている２つの開口部１３の間にネジ３１を貫通させてある。より具体的には、それぞれのＬＥＤ１４から等距離の位置にネジ３１を貫通させてある。これにより、各ＬＥＤ１４から発せられた熱がネジ３１を介してより一層効率的にヒートシンク２に伝えられる。加えて、ネジ３１が貫通している上記位置は、基板１０の中心であると共に、基板１０の第二の面１６とヒートシンク２の搭載面２１とは固定されていない。換言すれば、基板１０は、その中心を貫通する１本のネジ３１によってヒートシンク２に固定されている。したがって、熱によって基板１０が膨張する場合、基板１０はネジ３１の貫通位置を中心に外側に向かって膨張する。つまり、基板１０とヒートシンク２との熱膨張率が異なったとしても基板１０の膨張が妨げられることがなく、基板１０の反りやヒートシンク２との密着性の低下といった不具合が生じない。

これまでの説明から、ネジ３１は、発光モジュール１とヒートシンク２とを一体化させる固定部材としての役割と、発光モジュール１の熱をヒートシンク２へ伝える伝熱部材としての役割との少なくとも２つの役割を果たすことが理解できるはずである。

なお、本実施形態に係る発光装置では、ネジ３１が発光モジュール１側からヒートシンク２側に向けて貫通孔３０に螺合されているが、ヒートシンク２側から発光モジュール１側に向けて螺合してもよい。また、ネジ３１をタッピングネジとしてもよい。この場合、貫通孔３０の内周面に予め雌ネジを形成しておく必要はない。

また、基板１０の第二の面１６とヒートシンク２の搭載面２１との間に放熱グリスなどを塗布してもよい。基板１０とヒートシンク２の熱膨張率が略同一の場合や、基板１０とヒートシンク２との固定強度を重視する場合には、基板１０の第二の面１６とヒートシンク２の搭載面２１とを接着剤などによって固定してもよい。本実施形態に係る発光装置では、熱伝導率を可及的に高めるべく、リフレクタ１２、基板１０、ネジ３１の全てを金属製としたが、全てを金属製とすることは必須ではない。

(実施形態２)
以下、本発明の発光装置の実施形態の他例について図２を参照しながら詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る発光装置の構造を示す模式的断面図である。なお、本実施形態に係る発光装置の基本的な構造は、実施形態１に係る発光装置と同一である。そこで、実施形態１に係る発光装置と同一の構成には、図２中に同一の符号を付すことで説明に代える。

本実施形態に係る発光装置を構成している発光モジュール１には、基板１０およびリフレクタ１２を貫く貫通穴４０が形成されており、この貫通穴４０にヒートシンク２の搭載面２１から突出している凸部４１が挿入されている。凸部４１はヒートシンク２の一部として一体成形されたものである。したがって、発光モジュール１の熱は、リフレクタ１２から凸部４１を介してヒートシンク２の全体に伝達されて放熱される。すなわち、本実施形態にかかる発光装置においても、発光モジュール１の熱が基板１０を経由することなくヒートシンク２に伝熱される。

また、凸部４１は、図１に示すネジ３１と同じように、ＬＥＤ１４が配置されている２つの開口部１３の間を貫通している。より具体的には、それぞれのＬＥＤ１４から等距離の位置において凸部４１が基板１０およびリフレクタ１２を貫通しており、その位置は基板１０の中心と一致している。

本実施形態にかかる発光装置では、基板１０とヒートシンク２の周縁部同士が固定ネジ４２によって固定されている。固定ネジ４２による固定と共に、または固定ネジ４２による固定に代えて、基板１０の第二の面１６とヒートシンク２の搭載面２１とを接着剤などで固定してもよい。また、基板１０の第二の面１６とヒートシンク２の搭載面２１との間に放熱グリスなどを塗布してもよい。

一方、ネジや接着剤などによって基板１０とヒートシンク２とを固定しないことも可能である。この場合、基板１０とヒートシンク２は、基板１０の中心を貫通する凸部４１によってのみ連結されることになる。すなわち、基板１０とヒートシンク２との熱膨張率が異なったとしても基板１０の膨張が妨げられることがない。

(実施形態３)
以下、本発明の発光装置の実施形態の他例について図３を参照しながら詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る発光装置の構造を示す模式的断面図である。なお、本実施形態に係る発光装置の基本的な構造は、実施形態１に係る発光装置と同一である。そこで、実施形態１に係る発光装置と同一の構成には、図３中に同一の符号を付すことで説明に代える。

本実施形態に係る発光装置を構成している発光モジュール１には、基板１０およびヒートシンク２を貫く貫通穴５０が形成されており、この貫通穴５０にリフレクタ２の底面から突出している凸部５１が挿入されている。凸部５１はリフレクタ２の一部として一体成形されたものである。したがって、発光モジュール１の熱は、凸部５１を介してヒートシンク２に伝達されて放熱される。すなわち、本実施形態にかかる発光装置においても、発光モジュール１の熱が基板１０を経由することなくヒートシンク２に伝熱される。

また、凸部５２は、図１に示すネジ３１と同じように、ＬＥＤ１４が配置されている２つの開口部１３の間に配置されている。より具体的には、それぞれのＬＥＤ１４から等距離の位置において凸部５２が基板１０を貫通してヒートシンク２に達しており、その位置は基板１０の中心と一致している。

本実施形態にかかる発光装置では、基板１０とヒートシンク２の周縁部同士が固定ネジ４２によって固定されている。固定ネジ４２による固定と共に、または固定ネジ４２による固定に代えて、基板１０の第二の面１６とヒートシンク２の搭載面２１とを接着剤などで固定してもよい。また、基板１０の第二の面１６とヒートシンク２の搭載面２１との間に放熱グリスなどを塗布してもよい。

一方、ネジや接着剤などによって基板１０とヒートシンク２とを固定しないことも可能である。この場合、基板１０とヒートシンク２は、基板１０の中心を貫通する凸部５１によってのみ連結されることになる。すなわち、基板１０とヒートシンク２との熱膨張率が異なったとしても基板１０の膨張が妨げられることがない。

実施形態１に係る発光装置の構造を示す模式的断面図である。 実施形態２に係る発光装置の構造を示す模式的断面図である。 実施形態３に係る発光装置の構造を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 発光モジュール
２ ヒートシンク
１０ 基板
１１ 第一の面
１２ リフレクタ
１３ 開口部
１４ ＬＥＤ
３１ ネジ
４１、５１ 凸部

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の第一の面に設けられ、複数の開口部が形成されたリフレクタと、
   前記リフレクタの前記開口部のそれぞれに配置された発光素子と、
   前記基板の前記第一の面と反対側の第二の面に接している放熱部材と、
   前記基板を貫通し、一端が前記リフレクタに達し、他の一端が前記放熱部材に達している伝熱部材とを有することを特徴とする発光装置。
2. 前記リフレクタが金属製であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記伝熱部材が前記基板と前記放熱部材とを固定するための金属製のネジであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 前記伝熱部材が前記放熱部材の一部として該放熱部材と一体成形された凸部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
5. 前記伝熱部材が前記リフレクタの一部として該リフレクタと一体成形された凸部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
6. 前記リフレクタに達している前記伝熱部材の前記一端が隣接する前記開口部の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記伝熱部材が前記基板の中央を貫通していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。

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