JP5057081B2

JP5057081B2 - 照明装置

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Publication number: JP5057081B2
Application number: JP2008076766A
Authority: JP
Inventors: 寛和大武; 敏行平岡; 恵一清水; 信雄柴野; 潔西村; 友広三瓶
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009231134A

Description

本発明は、ＬＥＤを点灯させる照明装置に関する。

従来、この種の照明装置は、ＬＥＤの点灯回路に、商用交流電源を整流する整流素子、ＬＥＤの点灯制御用のトランジスタなどの制御素子、および、コンデンサなどの電子部品を備え、これら電子部品などが基板に実装されて配置されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−１６５０１６号公報(第３−５頁、図１)

ところで、近年、照明装置全体の薄型化に対応するために、各種電子部品を基板内に埋め込んだものが用いられるようになってきている。

特に、点灯回路にコモンモードチョークやチョッパチョーク、トランスなどのインダクタを含む場合には、これらインダクタが実装スペースおよび厚みを取ることから、ＬＥＤの発光面積を確保することが容易でなく、また、より一層の薄型化が望まれている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、薄型化に対応しつつＬＥＤの発光面積を確保できる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の照明装置は、多層に形成された基板と；この基板内に埋め込まれて配置された磁性材料、および、基板にて磁性材料の周囲に巻回された配線部を備えたインダクタと；基板内に埋め込まれインダクタとともに点灯回路を形成する電子部品と；基板の表面側に、インダクタで発生する漏れ磁束の影響を受けない位置にて導体を介して実装され、点灯回路により点灯制御されるＬＥＤと；を具備しているものである。

基板は、例えば、例えば樹脂系やセラミック系などの絶縁物を主体とした多層基板などである。

磁性材料は、例えばフェライトなどが用いられる。

配線部は、例えば配線パターンやビアホールなどを用いることで磁性材料の周囲に螺旋状に巻回される。

インダクタは、例えばコモンモードチョーク、あるいはチョッパチョークなどであるが、これらに限定されるものではない。

電子部品は、例えば抵抗、コンデンサ、あるいは所定のパワー素子などの半導体部品などを用いることができる。

そして、基板に磁性材料を埋め込み、この磁性材料の周囲にて基板に配線部を巻回してインダクタを形成するとともに、この基板の表面側に、インダクタで発生する漏れ磁束の影響を受けない位置にて導体を介してＬＥＤを実装することにより、薄型化に対応しつつ、ＬＥＤを基板の表面全体に亘って配置することが可能になり、ＬＥＤの発光面積が確保されるとともに、漏れ磁束により導体に渦電流が発生することによるＬＥＤの温度上昇が抑制される。

請求項２記載の照明装置は、請求項１記載の照明装置において、導体は、インダクタに対向する位置を除く位置に配置されているものである。

そして、ＬＥＤを実装するための導体を、インダクタに対向する位置を除く位置に配置することで、導体がインダクタで発生する漏れ磁束の影響を確実に受けないようにできる。

請求項３記載の照明装置は、請求項１または２記載の照明装置において、配線部は、磁性材料に対して多重螺旋状に巻回されているものである。

多重螺旋状とは、例えば、略同一平面内にて渦巻状に多重に巻回された状態が螺旋状に連続することをいう。

そして、配線部を磁性材料に対して多重螺旋状に巻回することで、充分な巻数に対応しつつ配線部が省スペース化される。

請求項４記載の照明装置は、請求項３記載の照明装置において、配線部は、磁性材料に対して基板の正面側に位置するいずれかの層に形成された第１配線パターンと、この第１配線パターンが形成された層よりも磁性材料側に位置する層に形成された第２配線パターンと、磁性材料に対して基板の背面側に位置するいずれかの層に形成された第３配線パターンと、この第３配線パターンが形成された層に対して磁性材料と反対側に位置する層に形成された第４配線パターンと、第１配線パターンと第４配線パターンとを電気的に接続する第１ビアホールと、第４配線パターンと第２配線パターンとを電気的に接続する第２ビアホールと、第２配線パターンと第３配線パターンとを電気的に接続する第３ビアホールとを備えているものである。

各配線パターンは、例えば銅箔などにより基板の各層に形成されている。

各ビアホールは、例えば基板の各層間を接続するように形成されている。

そして、第１配線パターンと第４配線パターンとを第１ビアホールで電気的に接続し、第４配線パターンと第２配線パターンとを第２ビアホールで電気的に接続し、第２配線パターンと第３配線パターンとを第３ビアホールで電気的に接続することで、配線部が磁性材料に対して容易に多重螺旋状に巻回される。

請求項５記載の照明装置は、請求項１または２記載の照明装置において、配線部は、磁性材料の周囲に渦巻状に巻回されているものである。

そして、配線部を磁性材料の周囲に多重螺旋状に巻回することで、充分な巻数に対応しつつ配線部が省スペース化されるとともに、配線部が基板のコアの配線パターンとして容易に形成される。

請求項６記載の照明装置は、請求項１ないし５いずれか一記載の照明装置において、基板を貫通しＬＥＤからの発熱を導く放熱用孔部と；この放熱用孔部に接触して基板の背面側に配置された放熱部材と；を具備しているものである。

放熱用孔部は、例えば、基板を形成する際のビアホールなどと同様の工程で形成されている。

放熱部材は、例えば放熱性に優れた金属部材などにより形成されたヒートシンクなどである。

そして、ＬＥＤからの発熱を、放熱用孔部を介して放熱部材により放熱することで、ＬＥＤの温度上昇がより確実に抑制される。

請求項１記載の照明装置によれば、基板に磁性材料を埋め込み、この磁性材料の周囲にて基板に配線部を巻回してインダクタを形成するとともに、この基板の表面側に、インダクタで発生する漏れ磁束の影響を受けない位置にて導体を介してＬＥＤを実装することにより、ＬＥＤを基板の表面全体に亘って配置でき、ＬＥＤの発光面積を確保できるとともに、漏れ磁束により導体に渦電流が発生することによるＬＥＤの温度上昇を抑制できる。

請求項２記載の照明装置によれば、請求項１記載の照明装置の効果に加えて、ＬＥＤを実装するための導体を、インダクタに対向する位置を除く位置に配置することで、導体がインダクタで発生する漏れ磁束の影響を確実に受けないようにできる。

請求項３記載の照明装置によれば、請求項１または２記載の照明装置の効果に加えて、配線部を磁性材料に対して多重螺旋状に巻回することで、充分な巻数に対応しつつ配線部を省スペース化できる。

請求項４記載の照明装置によれば、請求項３記載の照明装置の効果に加えて、第１配線パターンと第４配線パターンとを第１ビアホールで電気的に接続し、第４配線パターンと第２配線パターンとを第２ビアホールで電気的に接続し、第２配線パターンと第３配線パターンとを第３ビアホールで電気的に接続することで、配線部を磁性材料に対して容易に多重螺旋状に巻回できる。

請求項５記載の照明装置によれば、請求項１または２記載の照明装置の効果に加えて、配線部を磁性材料に対して多重螺旋状に巻回することで、充分な巻数に対応しつつ配線部を省スペース化できるとともに、配線部を基板のコアの配線パターンとして容易に形成できる。

請求項６記載の照明装置によれば、請求項１ないし５いずれか一記載の照明装置の効果に加えて、ＬＥＤからの発熱を、放熱用孔部を介して放熱部材により放熱することで、ＬＥＤの温度上昇をより確実に抑制できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１ないし図６に第１の実施の形態を示し、図１は照明装置の要部の説明断面図、図２は照明装置のインダクタを示し、(a)は一のインダクタの斜視図、(b)は他のインダクタの斜視図、図３は各インダクタの要部を示す拡大斜視図、図４は照明装置の回路図、図５は照明装置の平面図、図６は照明装置の側面図である。

図１および図６において、11は照明装置としてのＬＥＤ照明装置である電球形のＬＥＤランプであり、このＬＥＤランプ11は、基板装置としての発光装置12と、この発光装置12を支持する支持部13と、発光装置12を覆って支持部13に取り付けられるグローブであるカバー14とを備えている。

発光装置12は、図１、図５および図６に示すように、基板21と、この基板21に実装された複数のＬＥＤ22とを有している。

基板21は、ビルドアップ法により製造された多層基板であり、複数、例えば４つのコア25，26，27，28と、コア25，26間、コア26，27間、および、コア27，28間にそれぞれ形成された絶縁層であるエポキシ層32，33，34とを有している。また、基板21には、コア25〜28のいずれかの間に、各層間を電気的に接続するためのビアホールが多数形成されている。さらに、基板21には、コア25ないしコア28を貫通して、放熱用孔部であるサーマルビア35が形成されている。これらサーマルビア35は、好ましくはＬＥＤ22の近傍などにそれぞれ形成する。

コア25〜28は、それぞれ絶縁材製の多層樹脂基板であり、例えば平面視で円形状に形成されている。また、コア25，26，28は略等しい厚みに形成されているとともに、コア27は、コア25，26，28よりも厚みが大きく形成されている。

第１のコア25は、ＬＥＤ実装層とも呼び得るもので、基板21の正面を形成しており、正面側の主面である表面に、所定のパターンで設けられた導体である配線パターン37を備えている。また、この第１のコア25は、その表面でのＬＥＤ22の光反射性能を得るために、白色の樹脂で形成することが好ましい。

配線パターン37は、例えば銅箔などにより、第１のコア25の表面側に形成されている。また、この配線パターン37は、ＬＥＤ22のそれぞれに対応してパターン形成され、これらＬＥＤ22が表面側に実装されてこれらＬＥＤ22と電気的に接続されている。

第２のコア26は、配線層とも呼び得るもので、第１のエポキシ層32を介して第１のコア25に対して絶縁されている。この第２のコア26の正面側の主面には、配線パターン39が、例えば銅箔などにより形成されている。

第３のコア27は、回路実装層とも呼び得るもので、第２のエポキシ層33を介して第２のコア26に対して絶縁され、所定のパターンで設けられた配線パターン41を表面側に備え、これら配線パターン41に、電子部品42がそれぞれ実装されている。また、第３のコア27の背面側には、所定のパターンで設けられた配線パターン43が形成されている。

配線パターン41は、例えば銅箔などにより、第３のコア27の表面側に形成されている。

電子部品42は、例えば抵抗、コンデンサ、インダクタ、あるいは電界効果トランジスタおよびダイオードなどの半導体素子などであり、第２のエポキシ層33内に埋め込まれている。

配線パターン43は、例えば銅箔などにより、第３のコア27の背面側に形成されている。

第４のコア28は、基板21の背面を形成しており、第３のエポキシ層34を介して第３のコア27に対して絶縁され、銅箔などにより形成された導熱層45により覆われている。この導熱層45は、各種電子部品42などから発生した熱を、図示しない放熱部へと導くものである。また、第４のコア28には、所定のパターンで設けられた配線パターン46が形成されている。そして、配線パターン37，39，41，43，46および電子部品42などによって、ＬＥＤ22を点灯制御する点灯回路47が形成されている。

点灯回路47は、図４に示すように、商用交流電源ｅに対してノイズカット用の電子部品42であるインダクタとしてのコモンモードチョークL1およびコンデンサC1を介して電子部品42である全波整流素子としてのブリッジダイオードなどの整流素子RECの入力端子が接続され、この整流素子RECの出力端子間には、平滑用のコンデンサC2を介して、降圧チョッパ用のスイッチング素子である電界効果トランジスタＱと、インダクタとしてのチョッパチョークL2と、複数のＬＥＤ22との直列回路が接続されているとともに、電界効果トランジスタＱのドレインとチョッパチョークL2との接続点に回生用のダイオードＤが並列に接続され、かつ、チョッパチョークL2とＬＥＤ22との接続点に平滑用のコンデンサC3が並列に接続されている。そして、電界効果トランジスタＱのゲートには、この電界効果トランジスタＱをスイッチング動作させる制御回路48が接続されている。

コモンモードチョークL1は、図２(a)に示すように、エポキシ層33に埋め込まれたフェライトなどの磁性材料51の外周に、配線部52，53を巻回することで構成されている。同様に、チョッパチョークL2は、図２(b)に示すように、エポキシ層33に埋め込まれたフェライトなどの磁性材料55の外周に、配線部56を巻回することで構成されている。

磁性材料51は、例えば四角形枠状に形成されており、軸方向が基板21の厚み方向に沿うようにこの基板21に埋め込まれている。また、この磁性材料51は、互いに対向する辺部51a，51bに、配線部52，53が巻回されている。

配線部52は、例えばコモンモードチョークL1の一次側となるものである。また、配線部53は、例えばコモンモードチョークL1の二次側となるものである。さらに、これら配線部52，53は、例えば５０ターンないし１００ターン程度に構成されている。

また、磁性材料55は、例えば直方体状に形成されており、軸方向が基板21の厚み方向に対して略垂直となるようにこの基板21に埋め込まれている。

配線部56は、例えば１００ターン程度に構成されている。

具体的に、配線部52，53，56は、図３に示すように、第１のコア25に形成され配線パターン37の一部をなす第１配線パターン61と、第２のコア26に形成され配線パターン39の一部をなす第２配線パターン62と、第３のコア27に形成され配線パターン41の一部をなす第３配線パターン63と、第４のコア28に形成され配線パターン46の一部をなす第４配線パターン64とを、第１ビアホール65、第２ビアホール66、第３ビアホール67および第４ビアホール68により電気的に接続して形成されている。

第１配線パターン61、第２配線パターン62および第４配線パターン64は、例えば略同一平面上に位置して形成されている。また、第３配線パターン63は、一端側が配線パターン61，62，64が形成された平面上に位置し、他端側がこの平面に対して、配線部52，53，56の軸方向に沿って傾斜して形成されている。

第１ビアホール65は、コア25とコア28とを電気的に接続するように基板21を貫通して直線状に形成されている。

第２ビアホール66は、第４配線パターン64と第２配線パターン62とを電気的に接続するように基板21に穿設されている。

第３ビアホール67は、第２配線パターン62と第３配線パターン63とを電気的に接続するように基板21に穿設されている。

第４ビアホール68は、第３配線パターン63とコア25側とを電気的に接続するように基板21に穿設されている。

そして、第１ビアホール65ないし第３ビアホール67は、配線パターン61，62，64と略同一の平面上に位置して形成されている。また、第４ビアホール68は、第１ビアホール65ないし第３ビアホール67が形成された平面に対して配線部52，53，56の軸方向に沿って傾斜した第３配線パターン63の端部とコア25側とを接続するように形成されている。この第４ビアホール68をコア25の次の第１配線パターン61に連続するように接続することで、配線部52，53，56が、磁性材料51，55に対して、多重螺旋(二重螺旋)状、すなわち立体状に巻回されている。

また、ＬＥＤ22は、例えば青色の光を発する青色ＬＥＤチップと、この青色ＬＥＤチップを覆う樹脂部とを備えている。そして、この樹脂部内には、青色ＬＥＤチップが発する青色光の一部により励起されて青色の補色である黄色の光を主として放射する蛍光体が混入されており、各ＬＥＤ22が白色系の照明光を得られるように構成されている。さらに、これらＬＥＤ22は、チョークL1，L2からの漏れ磁束の影響を受けない位置、具体的には、チョークL1，L2と対向する位置を除く位置に配置されている。

また、図６に示すように、支持部13は、ＬＥＤ22などから発生する熱を放熱するヒートシンクである放熱部材71に、絶縁部材72を介して口金73が接続されて構成されている。

放熱部材71は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性に優れた部材により形成されている。また、この放熱部材71の内部には、点灯回路47側と口金73側とを電気的に接続する図示しない配線を挿通する挿通孔が設けられている。さらに、この放熱部材71は、基板21と密着しており、サーマルビア35および導熱層45を介してＬＥＤ22から発生する熱を放熱するように構成されている。

口金73は、図示しないソケットにねじ込まれることで商用交流電源ｅ(図４)に対して電気的に接続される。

カバー14は、透光性を有し、放熱部材71に対して螺合されて固定されている。

次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。

基板21を形成する際には、ビルドアップの際に、基板21に各電子部品42を埋め込むとともに、配線パターン37，39，41，43，46などを形成する。

特に、チョークL1，L2を形成する際には、基板21に磁性材料51，55を埋め込むとともに、所定の配線パターン61〜64およびビアホール65〜68を形成して磁性材料51，55の周囲に配線部52，53，56を巻回する。

この後、ＬＥＤ22をコア25上に配線パターン37を介して実装して発光装置12を形成し、この発光装置12を支持部13に支持するとともにカバー14で覆い、各種配線を接続してＬＥＤランプ11を完成する。

そして、このＬＥＤランプ11は、口金73をソケットなどにねじ込んだ状態で、商用交流電源ｅから給電され、コモンモードチョークL1によりノイズが除去され、整流素子RECにより整流され、この整流された電圧を、電界効果トランジスタＱと回生用のダイオードＤ、チョッパチョークL2およびコンデンサC3によって所定の直流電圧に変換され、ＬＥＤ22が点灯する。

ＬＥＤ22の点灯により発生する熱は、サーマルビア35を介して放熱部材71により放熱される。

以上のように、基板21に磁性材料51，55を埋め込み、この磁性材料51，55の周囲にて基板21に配線部52，53，56を巻回してチョークL1，L2を形成するとともに、この基板21の表面側にＬＥＤ22を実装することにより、基板21の表面にチョークL1，L2などを実装するスペースを要さず、薄型化に対応しつつ、ＬＥＤ22を基板21の表面全体に亘って配置でき、ＬＥＤ22の発光面積を確保できる。

また、基板21に埋め込んだ磁性材料51，55の周囲に配線部52，53，56を巻回して構成したチョークL1，L2で発生する漏れ磁束の影響を受けない位置にて基板21に対して配線パターン37を介してＬＥＤ22を実装することにより、チョークL1，L2および電子部品42を基板21に埋め込んだ埋め込み形の構成に対応しつつ、漏れ磁束により配線パターン37に渦電流が発生することによるＬＥＤ22の温度上昇を抑制できる。

さらに、ＬＥＤ22からの発熱を、サーマルビア35を介して放熱部材71により放熱することで、ＬＥＤ22の温度上昇をより確実に抑制できる。

そして、ＬＥＤ22の温度上昇を防止できることにより、ＬＥＤ22の発光効率の低下、および、ＬＥＤ22の色の変化などを防止できる。特に、ＬＥＤ22を複数用いる場合には、ＬＥＤ22の色の変化に起因する色むらなどをも防止できる。

また、ＬＥＤ22を実装するための配線パターン37を、チョークL1，L2に対向する位置を除く位置に配置することで、配線パターン37がチョークL1，L2で発生する漏れ磁束の影響を確実に受けないようにできる。

さらに、配線部52，53，56を磁性材料51，55に対して多重螺旋状(二重螺旋状)に巻回することで、充分な巻数に対応しつつ同じ巻数を通常の螺旋状に形成する場合と比較して、配線部52，53，56を省スペース化できる。

また、第１配線パターン61と第４配線パターン64とを第１ビアホール65で電気的に接続し、第４配線パターン64と第２配線パターン62とを第２ビアホール66で電気的に接続し、第２配線パターン62と第３配線パターンと63を第３ビアホール67で電気的に接続することで、配線部52，53，56を磁性材料51，55に対して容易に多重螺旋状に巻回できる。

しかも、電界効果トランジスタＱ、チョッパチョークL2およびコンデンサC3などにより構成されたレギュレータ回路を基板21に埋め込んでいるので、このレギュレータ回路がＬＥＤ22の発光に与える影響を低減でき、損失が少ないＬＥＤランプ11とすることができる。

なお、上記第１の実施の形態において、磁性材料が配線部の巻数を充分に取れる程度の長さを有している場合、あるいは基板21に配線部用の充分な形成スペースがある場合には、配線部を多重螺旋状にする必要はない。

次に、図７および図８に第２の実施の形態を示し、図７は照明装置のインダクタ近傍の説明断面図、図８はインダクタの平面図である。

この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、例えばチョッパチョークL2などのインダクタを、磁性材料としての鉄芯81の周囲に、配線部82を渦巻状に巻回して形成したものである。

鉄芯81は、例えば直方体状に形成され、基板21中に形成されたコア84〜86間に亘って埋め込まれて形成されている。

コア84〜86は、それぞれエポキシ層87〜90を介して他の層に対して絶縁されている。

配線部82は、例えばコア85の正面側に平面視で渦巻状に形成されこのコア85上の配線パターンの一部となる配線部82aと、コア86の正面側に平面視で渦巻状に形成されこのコア86上の配線パターンの一部となる配線部82bとを備え、これら配線部82a，82bが、コア85からコア86へとエポキシ層89を貫通して設けられたビアホール92によって電気的に接続されて形成されている。すなわち、配線部82は、コア85，86にて、それぞれ鉄芯81に対して多重に巻回されている。

そして、このように構成することで、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、配線部82をコア85，86上の配線パターンとして容易に形成できる。

なお、上記各実施の形態において、磁性材料51，55、鉄芯81、および配線部52，53，56，82は、基板21のスペースなどにより、任意に構成できる。

さらに、点灯回路47は、上記構成に限定されるものではなく、点灯回路47中にインダクタを有する場合には、上記チョークL1，L2と同様に形成することで基板21に埋め込むことが可能になる。

本発明の第１の実施の形態を示す照明装置の要部の説明断面図である。同上照明装置のインダクタを示し、(a)は一のインダクタの斜視図、(b)は他のインダクタの斜視図である。同上各インダクタの要部を示す拡大斜視図である。同上照明装置の回路図である。同上照明装置の平面図である。同上照明装置の側面図である。本発明の第２の実施の形態を示す照明装置のインダクタ近傍の説明断面図である。同上インダクタの平面図である。

11 照明装置としてのＬＥＤランプ
21 基板
22 ＬＥＤ
35 放熱用孔部であるサーマルビア
37 導体である配線パターン
42 電子部品
47 点灯回路
51，55 磁性材料
52，53，56，82 配線部
61 第１配線パターン
62 第２配線パターン
63 第３配線パターン
64 第４配線パターン
65 第１ビアホール
66 第２ビアホール
67 第３ビアホール
71 放熱部材
81 磁性材料としての鉄芯
L1 インダクタとしてのコモンモードチョーク
L2 インダクタとしてのチョッパチョーク

Claims

多層に形成された基板と；
この基板内に埋め込まれて配置された磁性材料、および、基板にて磁性材料の周囲に巻回された配線部を備えたインダクタと；
基板内に埋め込まれインダクタとともに点灯回路を形成する電子部品と；
基板の表面側に、インダクタで発生する漏れ磁束の影響を受けない位置にて導体を介して実装され、点灯回路により点灯制御されるＬＥＤと；
を具備していることを特徴とする照明装置。
導体は、インダクタに対向する位置を除く位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
配線部は、磁性材料に対して多重螺旋状に巻回されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
配線部は、
磁性材料に対して基板の正面側に位置するいずれかの層に形成された第１配線パターンと、
この第１配線パターンが形成された層よりも磁性材料側に位置する層に形成された第２配線パターンと、
磁性材料に対して基板の背面側に位置するいずれかの層に形成された第３配線パターンと、
この第３配線パターンが形成された層に対して磁性材料と反対側に位置する層に形成された第４配線パターンと、
第１配線パターンと第４配線パターンとを電気的に接続する第１ビアホールと、
第４配線パターンと第２配線パターンとを電気的に接続する第２ビアホールと、
第２配線パターンと第３配線パターンとを電気的に接続する第３ビアホールとを備えている
ことを特徴とする請求項３記載の照明装置。
配線部は、磁性材料の周囲に渦巻状に巻回されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
基板を貫通しＬＥＤからの発熱を導く放熱用孔部と；
この放熱用孔部に接触して基板の背面側に配置された放熱部材と；
を具備していることを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載の照明装置。