JP5914839B2

JP5914839B2 - 発光装置及びそれを備えた照明器具

Info

Publication number: JP5914839B2
Application number: JP2010239112A
Authority: JP
Inventors: 高明片岡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: JP2012094305A

Description

本発明は、光源として固体発光素子を用いた発光装置及びそれを備えた照明器具に関する。

従来から、光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）といった固体発光素子を用いた発光装置において、ＬＥＤを含むパッケージを実装するための基板に、屈曲性を有するフレキシブル回路基板（以下、ＦＰＣ基板）を用いたものが知られている。この種のものとして、例えば、ＦＰＣ基板の一方の面に複数のＬＥＤが実装され、ＬＥＤが実装されていない他方の面を、全面開口部を有する本体部の内面に対面させた照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１８４２０９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の照明装置は、ＦＰＣ基板が湾曲した本体部の内面に沿って設けられ、ＦＰＣ基板に実装された複数のＬＥＤの一部が互いに向かい合っているので、ＬＥＤの出射光の一部が全面開口側へ出射されず、利用光のロスが生じていた。また、本体部の湾曲した箇所では、ＬＥＤからの熱がＦＰＣ基板を介して本体部へ伝わり難くなり、放熱性が低下する虞があった。

本発明は、上記問題を解決するものであり、光の利用効率が良く、固体発光素子からの熱を効率的に放熱することができる発光装置及びそれを備えた照明器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の発光装置は、固体発光素子と、前記固体発光素子が実装されたフレキシブル回路基板と、前記フレキシブル回路基板が配設されるベース部材と、を備え、前記ベース部材は、前記固体発光素子からの光の導出方向に従って開口面積が大きくなるように形成された凹部を有し、前記フレキシブル回路基板は、前記ベース部材の形状に密着する形状に形成されており、前記固体発光素子が前記凹部の底部に位置するように配設されると共に、前記固体発光素子の実装面が光反射機能を有することを特徴とする。

上記発光装置において、前記凹部は、前記固体発光素子に対して斜光角を有することが好ましい。

上記発光装置において、前記ベース部材は、複数の凹部を有し、前記フレキシブル回路基板には、複数の固体発光素子が実装されていることが好ましい。

上記発光装置は、照明器具に備えられることが好ましい。

本発明によれば、固体発光素子からの光が、フレキシブル回路基板の実装面で反射されるので光が効率的に導出され、光の利用効率が良くなる。また、固体実装素子が実装されたフレキシブル回路基板がベース部材の凹部の底部に位置するので、固体発光素子で発生した熱をフレキシブル回路基板を介して効率的にベース部材に伝えることができ、放熱性が良くなる。

本発明の一実施形態に係る発光装置を用いた照明器具（ベースライト）の分解斜視図。同ベースライトの側断面図。（ａ）は同発光装置の分解斜視図、（ｂ）は同側断面図。図３（ｂ）の一点鎖線で囲んだ部分を拡大した側断面図。同発光装置に用いられるＬＥＤパッケージの側断面図。同ベースライトの動作を説明する側断面図。

本発明の一実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の発光装置１は、天井、壁面等に埋め込まれる埋込型の照明器具（ベースライト）１０に組み込まれている。ベースライト１０は、発光装置１を点灯させる電源ユニット１１と、天井Ｃ１に形成された開口部Ｃ２に嵌め込まれ、発光装置１を収容する本体部１２と、を備える。電源ユニット１１には、商用電源から電源供給を受けるための電源線１３が接続される。

本体部１２は、発光装置１が固定される底面１４と、この底面１４と対向する面が開口した開口部１５とを有する筐体であり、開口部１５の周縁に天井Ｃ１と係止する鍔部１６が形成されている。この本体部１２は、例えば、鋼板を上述した形状にプレス加工したものであり、その表面が白色塗料等によりコーティングされている。開口部Ｃ２の天井裏側には埋込吊ボルト１７が配置され、この埋込吊ボルト１７が、本体部１２の底面１４に設けられた固定孔１８にネジ固定されることによって、ベースライト１０は天井に埋め込み固定される。なお、ベースライト１０の固定には、天井等に固定するための適宜の取付バネ（不図示）等が用いられてもよい。また、開口部１５には適宜にアクリル樹脂等から形成される保護カバー（不図示）等が設けられてもよい。

電源ユニット１１は、ベースライト１０が天井に設置された状態で室内側から視認できないように、本体部１２の底面１４のうち、発光装置１が固定される面とは反対側の面に配置される。また、底面１４には、配線（後述する引出し部）を挿通させるための挿通孔（不図示）が設けられており、電源ユニット１１と発光装置１の正極電源ライン及び負極電源ラインとが夫々電気的に接続される。

発光装置１は、固体発光素子を含むＬＥＤパッケージ（以下、ＬＥＤパッケージ）２と、ＬＥＤパッケージ２が実装されたフレキシブル回路基板（以下、ＦＰＣ基板）３と、ＦＰＣ基板３が配設されるベース部材４と、を備える。ベース部材４は、ＬＥＤパッケージ２からの光の導出方向に従って開口面積が大きくなるように形成された凹部４１を有し、ＦＰＣ基板３は、ＬＥＤパッケージ２が凹部４１の底部４２に位置するように密着配設されている。図３（ａ）（ｂ）に示すように、凹部４１のうち、開口面積が最大となる部分が開口部４３であり、その位置を図中の破線で示す。ＦＰＣ基板３の表面のうち、ＬＥＤパッケージ２が実装される面（以下、実装面）は、全面又は所定箇所が光反射機能を有する。また、凹部４１のうち、底部４２よりも開口部４３側に位置する面は、好ましくは、ＬＥＤパッケージ２に対して斜光角を有する斜光面４４となるように形成されている。

ベース部材４は、アルミ基板等の放熱性に優れた薄板から成り、底部４２と、断面三角形状に折り込まれた一対の斜光面４４とが一方向に連続的に、且つそれらが一定の間隔で設けられるように、折り曲げ形成されている。図例では、４列の底部４２、及びそれらの間に挟まれる３対の斜光面４４が形成された構成を示すが、これらは、発光装置１が適用されるベースライト１０の大きさや用途等によって適宜に画定され、特に限定されるものではない。底部４２と斜光面４４との折目の間隔、すなわち底部４２の幅は、ＬＥＤパッケージ２を実装できる幅があれば特に限定されないが、好ましくは、ＬＥＤパッケージ２と当該折目との間に若干の隙間が設けられるように設定される。また、図例では、ベース部材４の両端側に底部４２が配設された構成を示すが、これら両端側の底部４２の更に外側に一辺の斜光面４４が夫々配設されてもよい。

ＦＰＣ基板３は、プレス加工等によってベース部材４の形状に密着する形状に形成されている。これにより、ＦＰＣ基板３の実装面は、底部４２及び斜光面４４が連続的に形成されたベース部材４の形状と略同一の形状となる。ＬＥＤパッケージ２は、図例のように、ＦＰＣ基板３の実装面のうち、底部４２上に複数個、一定間隔で実装されていることが望ましいが、凹部４１の開口部４３よりも底部４２側に位置していればよく、斜光面４４に設けられていてもよい。ＦＰＣ基板３の実装面は、全面が光反射機能を有していてもよいが、少なくとも凹部４１の底部４２よりも開口部４３側に位置する面が光反射機能を有していればよい。

図４に示すように、ＦＰＣ基板３は、導体層３０と、絶縁層３１と、接着層３２と、を備える。導体層３０は、例えば、銅箔等から形成され、接着層３２を介して、例えば、ポリイミド樹脂等の可撓性及び絶縁性を有する樹脂材料から形成された絶縁層３１よって覆われている。図例では、接着層３２が、導体層３０の実装面側にのみ設けられた構成を示すが、導体層３０と絶縁層３１とを確実に接着させることができれば、接着層３２はいずれの面に設けられてもよく、導体層３０の両面に設けられてもよい。導体層３０からはリード部３０ａ，３０ｂが分岐されており、これらリード部３０ａ，３０ｂが、例えば、半田（不図示）等を介して、ＬＥＤパッケージ２の外部接続電極に接続される。ＬＥＤパッケージ２には、出射光の配光を制御するためのレンズ部材５が適宜に設けられてもよい。

導体層３０には、正極電源ライン及び負極電源ラインを含む少なくとも一対の電源ラインが存在し、図例の側断面図では、いずれの電源ラインであるかを限定せずに、導体層３０を模式的に示している。また、リード部３０ａ，３０ｂは、夫々別の電源ラインに接続される。ＦＰＣ基板３の一端部には、導体層３０を電源ユニット１１（図１（ａ）（ｂ）参照）に接続するための引出し部（不図示）が延設されており、この引出し部がベース部材４の側端部を回りこむように配置される。なお、ベース部材４に貫通孔を設けておき、ＦＰＣ基板３の裏面から引出し部を挿通させてもよい。

また、ＦＰＣ基板３の実装面、具体的には、表面側の絶縁層３１が、光反射機能を有するように、絶縁層３１を構成する樹脂材料に、例えば、酸化チタン等の光反射性に優れ、絶縁性を有する金属粉末材料を配合した高反射白色剤が含有される。なお、ＦＰＣ基板３の実装面のうち、斜光面４４に位置する箇所に、光反射機能を有するシートを貼り付けてもよく、また、当該箇所に適宜にアルミ蒸着を行ってもよい。光反射機能を実現するための構成は、絶縁性を有するものであることが望ましいが、導電性を有するものが用いられる場合、この構成が、ＬＥＤパッケージ２の実装箇所の近傍を避けるように設けられる、又はＬＥＤパッケージ２が別途の絶縁性材料を介して実装される。このように構成されたＦＰＣ基板３は、熱伝導性の高い接着部材３３によってベース部材４に接着固定される。

図５に示すように、ＬＥＤパッケージ２は、断面矩形状のパッケージ基材２０と、パッケージ基材２０上に実装されたＬＥＤチップ２１と、ＬＥＤチップ２１を取り囲む凹部を有する枠体２２と、枠体２２に充填される充填材２３と、を備える。充填材２３には、シリコン等が用いられ、ＬＥＤチップ２１からの出射光の波長を変換する蛍光体２４が含有される。パッケージ基材２０の一側面にはカソード電極２５が、他側面にはアノード電極２６が設けられ、パッケージ基材２０の下面両端部に形成された外部接続電極２７，２８に夫々接続される。また、カソード電極２５及びアノード電極２６は、ワイヤ２９によってＬＥＤチップ２１の各電極端子（不図示）に夫々接続される。枠体２２の内周面は、光の導出方向に開口した円錐面として形成されており、円錐面の表面は光反射機能を有する。ＬＥＤチップ２１には、好ましくは、青色光を出射する青色ＬＥＤ素子が用いられ、蛍光体２４には、青色光によって励起されて黄色光を発光する黄色蛍光体が用いられる。この場合、外部接続電極２７，２８間に電圧が印加されたとき、ＬＥＤパッケージ２は白色光を出射する。

次に、発光装置１を組み込んだベースライト１０の組立手順について、上述した図１及び図２を参照して説明する。まず、ＬＥＤパッケージ２が実装されたＦＰＣ基板３が、ベース部材４の底部４２（図３も参照）に位置するように、ＦＰＣ基板３はベース部材４に隙間無く接着固定される。このようにして、発光装置１が作製される。発光装置１は、ＬＥＤ実装基板として配線回路（導体層３０、図４参照）を内装するＦＰＣ基板３を用いているので、基板に複数のＬＥＤパッケージ２を実装させる場合であっても、各ＬＥＤパッケージ２間のコネクトや配線が不要となる。また、ＦＰＣ基板３は、導体層３０が絶縁層３１によって被覆されているので、回路部端面を露出させない加工が可能となり、装置の絶縁性を確保することが容易である。また、ＬＥＤパッケージ２が実装されたＦＰＣ基板３が、ベース部材４の底部４２に位置するので、ＬＥＤパッケージ２とＦＰＣ基板３との密着面積が大きく、ＬＥＤパッケージ２の熱が効率的にＦＰＣ基板３に伝わる。しかも、ＦＰＣ基板３は、形状加工が容易なので、ＬＥＤパッケージ２を実装させない面の全面をベース部材４と密着させることができ、ＦＰＣ基板３とベース部材４との間の熱伝導性が良くなる。更に、ベース部材４が折り曲げ加工されているので、一般的な平面基板よりも表面積が大きくなり、大気へ効率的に放熱することができる。その結果、ＬＥＤパッケージ２で発生した熱をＦＰＣ基板３を介して効率的にベース部材４に伝えることができ、装置の放熱性が良くなる。

続いて、発光装置１は、ベース部材４の底部４２の裏面側が、例えば、熱接着等の公知の手法により、本体部１２の底面１４に固定される。このとき、ＦＰＣ基板３の導体層３０（図４参照）が、上述した引出し部を介して電源ユニット１１と電気的に接続される。このようにして、ベースライト１０が組み立てられる。電源ユニット１１は、好ましくは、コネクタを介して電源線１３に接続される。電源線１３の接続後、ベースライト１０は、埋込吊ボルト１７によって天井に埋め込み固定される。

次に、発光装置１を組み込んだベースライト１０の動作について、図６を参照して説明する。電源ユニット１１からＦＰＣ基板３の導体層３０を介して所定の直流電流が各ＬＥＤパッケージ２に供給されると、各ＬＥＤパッケージ２が発光する。このとき、ＬＥＤパッケージ２の実装面と概ね直交する方向に出射された光Ｒ１は、そのまま開口部４３へ向かい、ベースライト１０から出射される。また、ＬＥＤパッケージ２から広角に出射された光Ｒ２は、ＦＰＣ基板３の実装面のうち、凹部４１の底部４２よりも開口部４３側に位置する光反射機能を有する面によって反射される。その結果、ＬＥＤパッケージ２からの出射光は、開口部４３側へ光が効率的に導出される。また、斜光面４４が形成されることにより、室内側からＬＥＤパッケージ２を直視できる角度が制限されるので、グレアカット機能を有するものとなる。

一般的な平面基板に反射部材等を取り付けた場合、基板と反射部材との間の隙間に入射した光がロスしてしまうことがあった。また、製造過程において、反射部材によって基板表面が傷つかないように、クリアランスやパッキン等を設置することは作業負担が多く、生産性が悪かった。これに対して、発光装置１においては、ＦＰＣ基板３の実装面が連続的に存在し、隙間等が形成されないので、上述したようなロスが生じることもなく、光利用効率を高めることができる。また、別途の反射部材を設ける必要がないので、作業負担が少なく、生産性が良い。

また、凹部４１は、ＬＥＤパッケージ２に対して斜光角を有する斜光面４４を有するので、より効率的にＬＥＤパッケージ２からの光を開口部４３側へ導出することができる。しかも、上述したように、発光装置１は、ＬＥＤパッケージ２で発生した熱をＦＰＣ基板３を介して効率的にベース部材４に伝えることができるので、ＬＥＤパッケージ２が蓄熱し難く、長期間に亘って高出力の発光が可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。上述した実施形態においては、ベース部材４において、底部４２と一対の斜光面４４とが一方向に連続的に形成された構成を示したが、ベース部材４の形状は、光の導出方向に開口面積が大きくなるように形成された凹部４１を有していればよく、必ずしもそれらが一方向に連続している必要はない。また、ＦＰＣ基板３は、任意の配線が可能であるため、ＬＥＤパッケージ２は、ＦＰＣ基板３のいずれの箇所にも実装可能であり、底部４２に限らず、例えば、斜光面４４に位置する箇所にも実装されていてもよい。更に、例えば、ＦＰＣ基板３には、発光色が異なる複数のＬＥＤパッケージ２が実装されてもよい。

１発光装置
１０ベースライト（照明器具）
２ＬＥＤパッケージ（固体発光素子）
３ＦＰＣ基板（フレキシブル回路基板）
４ベース部材
４１凹部
４２底部
４３開口部

Claims

固体発光素子と、前記固体発光素子が実装されたフレキシブル回路基板と、前記フレキシブル回路基板が配設されるベース部材と、を備え、
前記ベース部材は、前記固体発光素子からの光の導出方向に従って開口面積が大きくなるように形成された凹部を有し、
前記フレキシブル回路基板は、前記ベース部材の形状に密着する形状に形成されており、前記固体発光素子が前記凹部の底部に位置するように配設されると共に、前記固体発光素子の実装面が光反射機能を有することを特徴とする発光装置。
前記凹部は、前記固体発光素子に対して斜光角を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記ベース部材は、複数の凹部を有し、
前記フレキシブル回路基板には、複数の固体発光素子が実装されてい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。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置を備えた照明器具。