特許 7176684 発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-14

(45)【発行日】2022-11-22

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20221115BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20221115BHJP

   H01L 33/64 20100101ALI20221115BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20221115BHJP

   F21V 29/67 20150101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 377

H01L33/00 L

H01L33/64

F21V29/503

F21V29/67 100

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018174956

(22)【出願日】2018-09-19

(65)【公開番号】P2020047470

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390032573

【氏名又は名称】丸茂電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】武田 重郎

(72)【発明者】

【氏名】下西 正太

(72)【発明者】

【氏名】加藤 英昭

(72)【発明者】

【氏名】麻奥 正城

【審査官】上尾 敬彦

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００２７２７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０７７１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－３０２０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２３９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９７１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７５７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３１４１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０６５１４２６６（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０１Ｌ ３３／６４

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

Ｆ２１Ｖ ２９／６７

Ｆ２１Ｙ １０５／１４

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の発光素子チップを、蛍光体を含む封止樹脂で封止した発光モジュールと、
前記発光モジュールが実装される実装面を有する板状のベース、及び前記ベースの実装面と反対側の面である背面から延出された複数の放熱フィンを有するヒートシンクと、
少なくとも前記実装面に沿って前記発光モジュールの近傍へと送風する送風ファンと、
前記発光モジュールの前記封止樹脂の側方を囲むように設けられ、前記送風ファンからの風が前記封止樹脂にあたらないように風を遮る遮風板と、
前記実装面と平行に設けられ前記発光モジュールからの光を通す開口が形成されたフロントパネルと、前記フロントパネルの両側から延出され前記ベースに連結される一対のサイドパネルとを有する整流板と、
を備え、
前記送風ファンは、前記フロントパネル、前記一対のサイドパネル、及び前記ベースの実装面の間の空間へと送風するように設けられ
前記整流板の前記フロントパネルと、前記遮風板との間には、前記送風ファンから送風された風の一部を通す隙間が形成されている、
発光装置。

【請求項2】

前記送風ファンは、前記実装面と平行な方向に送風するように設けられると共に、前記ベースの前記実装面側と前記背面側の両方に送風を行うように設けられている、
請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記遮風板は、前記発光モジュールから離れるほど拡径される開口を有するテーパ部を有し、前記テーパ部の小径側の端部が、前記発光モジュールまたは前記発光モジュールの周縁の前記ベースに当接している、
請求項１又は２に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

舞台照明用のスポットライト等として用いられる発光装置として、ＣＯＢ（Chip On Board）型の発光モジュールを用いた発光装置が知られている。ＣＯＢ型の発光モジュールとしては、複数のＬＥＤチップを、蛍光体を含む封止樹脂で封止したものが知られている。

【0003】

このような発光装置においては、発光モジュールの高出力化に伴い、蛍光体の発熱による封止樹脂の温度上昇が問題になっている。例えば、３００Ｗクラスの発光装置では、封止樹脂の温度が２００℃を超え、高温により封止樹脂が割れてしまう場合があった。

【0004】

特許文献１では、ＬＥＤに向かって送風する送風機構を備えた発光装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－２０６６９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ＬＥＤチップを封止している封止樹脂に直接冷却用の気体をあてると、封止樹脂に割れが発生してしまうおそれや、埃等の異物が付着してしまうおそれがある。

【0007】

本発明の目的は、発光モジュールを十分に冷却しつつも、封止樹脂の割れや異物の付着を抑制可能な発光装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［５］の発光装置を提供する。

【0009】

［１］複数の発光素子チップを、蛍光体を含む封止樹脂で封止した発光モジュールと、前記発光モジュールが実装される実装面を有する板状のベース、及び前記ベースの実装面と反対側の面である背面から延出された複数の放熱フィンを有するヒートシンクと、少なくとも前記実装面に沿って前記発光モジュールの近傍へと送風する送風ファンと、前記発光モジュールの前記封止樹脂の側方を囲むように設けられ、前記送風ファンからの風が前記封止樹脂にあたらないように風を遮る遮風板と、を備えた、発光装置。

【0010】

［２］前記送風ファンは、前記実装面と平行な方向に送風するように設けられると共に、前記ベースの前記実装面側と前記背面側の両方に送風を行うように設けられている、［１］に記載の発光装置。

【0011】

［３］前記実装面と平行に設けられ前記発光モジュールからの光を通す開口が形成されたフロントパネルと、前記フロントパネルの両側から延出され前記ベースに連結される一対のサイドパネルとを有する整流板を有し、前記送風ファンは、前記フロントパネル、前記一対のサイドパネル、及び前記ベースの実装面の間の空間へと送風するように設けられている、［１］または［２］に記載の発光装置。

【0012】

［４］前記遮風板は、前記発光モジュールから離れるほど拡径される開口を有するテーパ部を有し、前記テーパ部の小径側の端部が、前記発光モジュールまたは前記発光モジュールの周縁の前記ベースに当接している、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の発光装置。

【0013】

［５］前記整流板の前記フロントパネルと、前記遮風板との間には、前記送風ファンから送風された風の一部を通す隙間が形成されている、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の発光装置。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、発光モジュールを十分に冷却しつつも、封止樹脂の割れや異物の付着を抑制可能な発光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置を示す破断面図である。

【図2】図２（ａ）は、図１の発光装置における発光部を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、発光モジュールとヒートシンクの斜視図である。

【図3】図３（ａ）は、発光モジュールの平面図であり、図３（ｂ）は、発光モジュールの回路の一例を示す回路図である。

【図4】図４（ａ）は、遮風板の斜視図であり、図４（ｂ）は、遮風板の平面図であり、図４（ｃ）は遮風板の側面図である。

【図5】図５（ａ）は、整流板の斜視図であり、図５（ｂ）は、整流板の平面図であり、図５（ｃ）は整流板の上面図である。

【図6】送風ファンからの風の流れを説明する説明図である。

【図7】送風ファンからの風の流れを説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置を示す破断面図である。図２（ａ）は、図１の発光装置における発光部を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、発光モジュールとヒートシンクの斜視図である。

【0018】

図１及び図２に示すように、発光装置１は、発光部２と、発光部２を収容する筐体３と、を備えている。筐体３には、発光部２に電源を供給する電源ユニット３１が設けられている。筐体３には、発光部２からの光を集光するレンズ等の集光手段が設けられていてもよい。

【0019】

発光部２は、ＣＯＢ（Chip On Board）型の発光モジュール５と、発光モジュール５で生じた熱を放熱するためのヒートシンク６と、発光モジュール５及びヒートシンク６を強制冷却するための送風ファン７と、を有している。

【0020】

図３（ａ），（ｂ）に示すように、発光モジュール５は、アノード電極５２ａとカソード電極５２ｂとの間に、発光素子チップとしてのＬＥＤチップ５１を多数直並列に接続して構成されている。ここでは、３２２個のＬＥＤチップ５１を直並列に接続した回路を２系統用い、合計６４４個のＬＥＤチップ５１を用いた３００Ｗクラスの高出力の発光モジュール５を用いた。

【0021】

複数のＬＥＤチップ５１は、配線用基板５３に搭載されており、蛍光体を含む封止樹脂５４で封止されている。ＬＥＤチップ５１は、例えば青色あるいは紫色の光を発光するものであり、蛍光体は、例えば、ＬＥＤチップ５１からの光により励起され黄色の光を発光するＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系のもの等を用いることができる。封止樹脂５４としては、例えばシリコーン樹脂を用いることができる。なお、封止樹脂５４や蛍光体の材質、封止樹脂５４に含まれる蛍光体の種類数等は、特に限定されるものではない。本実施の形態では、５種の蛍光体を用いた演色性の高い発光モジュール５を用いた。発光モジュール５は、高出力であり、また蛍光体の使用量が多いため、発熱量が大きい。

【0022】

発光モジュール５において、封止樹脂５４の表面からは、ＬＥＤチップ５１からの光と蛍光体からの光とが混色された光が放射される。以下、封止樹脂５４の表面を発光部５５と呼称する。発光部５５は、正面視で、略円形状に形成されており、配線用基板５３の略中央部に搭載されている。

【0023】

配線用基板５３は略矩形状に形成されており、その４隅の近傍には、発光モジュール５をヒートシンク６に固定するねじを通すための貫通孔５３ａがそれぞれ形成されている。この貫通孔５３ａに通したねじをヒートシンク６（ベース６１）に形成されたねじ穴（不図示）に螺合させることで、発光モジュール５がヒートシンク６（ベース６１）に固定される。

【0024】

図１，２に戻り、ヒートシンク６は、発光モジュール５が実装される実装面６１ａを有する板状のベース６１と、ベース６１の実装面６１ａと反対側の面である背面６１ｂから延出された複数の放熱フィン６２と、を有している。ベース６１は、正面視で略矩形状に形成されており、実装面６１ａにおける中心部に発光モジュール５が固定されている。放熱フィン６２は、板状に形成されており、ベース６１の背面６１ｂから後方（光の出射側と反対側）に延びるように形成されている。以下、図２（ｂ）における左手前側を前方、右奥側を後方とする。また、図２（ｂ）における上下の方向を上下方向とし、右手前側から左奥側の方向を幅方向という。各放熱フィン６２は、幅方向に垂直な板状に形成され、上下方向に沿った一対の辺と前後方向に沿った一対の辺とを有する。また、各放熱フィン６２は、幅方向に離間して配置されており、等間隔にかつ平行に配置されている。

【0025】

本実施の形態では、ヒートシンク６は、さらに、ベース６１から幅方向における一側に延出されると共に、後方に延出され、さらに各放熱フィン６２を貫くように幅方向の他側へ向かって延出された複数のヒートパイプ６３を有している。ヒートパイプ６３は、ベース６１及び各放熱フィン６２と熱的に接続されており、放熱フィン６２におけるベース６１から離れた部分へと熱を伝え、放熱効率を向上させる役割を果たしている。ヒートパイプ６３は、熱伝導性の高い部材からなり、例えば銅管からなる。本実施の形態では、ベース６１も銅からなり、ヒートパイプ６３はベース６１と一体に設けられている。

【0026】

送風ファン７は、ベース６１の実装面６１ａに沿って発光モジュール５の近傍へと送風することで、発光モジュール５を冷却するものである。本実施の形態では、送風ファン７は、フレーム８に固定されており、このフレーム８をヒートシンク６の下方に取り付けることで、ヒートシンク６の下方に固定されている。つまり、送風ファン７は、下方から上方に向けて、実装面６１ａと平行な方向に送風を行うように設けられている。送風ファン７よりも後方のフレーム８には、固定用アーム９が設けられており、この固定用アーム９を筐体３に固定することで、発光モジュール５が筐体３に固定される。

【0027】

また、送風ファン７は、ベース６１をまたぐように設けられており、ベース６１の実装面６１ａ側と背面６１ｂ側の両方に送風を行うように設けられている。これにより、送風ファン７からの風の一部で発光モジュール５の近傍の冷却を行い、送風ファン７からの風の他部で放熱フィン６２からの放熱を促進させることが可能となり、冷却効率が向上する。なお、ここでは送風ファン７が１つである場合を示しているが、複数の送風ファン７が設けられていてもよい。

【0028】

本実施の形態に係る発光装置１では、発光部２は、発光モジュール５の封止樹脂５４（発光部５５）の側方を囲むように設けられ、送風ファン７からの風が封止樹脂５４（発光部５５）にあたらないように風を遮る遮風板１０を有している。図４（ａ）～（ｃ）に示すように、遮風板１０は、発光モジュール５から離れるほど拡径される開口を有する円錐台状のテーパ部１０１と、テーパ部１０１の大径側の端部（前方の端部）から径方向外方に突出するように設けられたフランジ部１０２と、を一体に有している。

【0029】

テーパ部１０１の小径側の端部（後方の端部）は、発光モジュール５または発光モジュール５の周縁のベース６１（実装面６１ａ）に当接している。なお、テーパ部１０１は、発光モジュール５または発光モジュール５の周縁のベース６１（実装面６１ａ）に密着している必要はなく、両者の隙間から入り込む風が封止樹脂５４に影響を及ぼさない（封止樹脂５４に割れを発生させない）程度であれば、多少の隙間は許容される。本実施の形態では、テーパ部１０１は、その小径側の端部が、発光部５５の周縁の配線用基板５３に当接するように設けられている。フランジ部１０２は、ベース６１の実装面６１ａと略平行に設けられており、円板状に形成されている。フランジ部１０２には、フランジ部１０２を後述する整流板１１に固定するボルト１３を通すための複数（ここでは４つ）の貫通孔１０２ａが形成されている。

【0030】

また、本実施の形態に係る発光装置１では、発光部２は、ベース６１の実装面６１ａの前方に配置された整流板１１を有している。図５（ａ）～（ｃ）に示すように、整流板１１は、実装面６１ａと略平行に設けられ発光モジュール５からの光を通す円形状の開口１１１ａが形成されたフロントパネル１１１と、フロントパネル１１１の幅方向における両側から後方に延出されベース６１に連結される一対のサイドパネル１１２と、を一体に有している。サイドパネル１１２の後端部には、幅方向外方に延出されたフランジ部１１２ａが設けられており、このフランジ部１１２ａに形成された貫通孔１１２ｂにねじ１８を通し、当該ねじ１８をベース６１の実装面６１ａに形成されたねじ穴（不図示）に螺合させることで、整流板１１がベース６１に固定される。

【0031】

整流板１１を設けることで、整流板１１とベース６１との間、すなわち、フロントパネル１１１、一対のサイドパネル１１２、及びベース６１の実装面６１ａの間に、上方と下方に開放された、風の流れ道となる空間１７が形成される。送風ファン７から送風される風の一部は、この整流板１１とベース６１間の空間１７へと送られることになる。

【0032】

また、フロントパネル１１１の開口１１１ａの近傍には、貫通孔１１１ｂが形成されている。フロントパネル１１１の貫通孔１１１ｂに通したボルト１３を、遮風板１０のフランジ部１０２に形成された貫通孔１０２ａに通し、ナット１４（図６参照）で締結することで、遮風板１０がフロントパネル１１１に固定される。

【0033】

本実施の形態では、フロントパネル１１１の貫通孔１１１ｂに通したボルト１３を、円筒状のスペーサ１５に通した後、遮風板１０の貫通孔１０２ａに通すようにした。スペーサ１５を設けることにより、整流板１１のフロントパネル１１１と、遮風板１０との間には、送風ファン７から空間１７へと送風された風の一部を通す隙間１６が形成されている（図６参照）。

【0034】

また、本実施の形態では、整流板１１及び遮風板１０は、送風ファン７からの風の流れを整える役割と、ハレーション防止用の遮光板としての役割とを兼ねている。整流板１１及び遮風板１０の表面には、遮光用の黒色の塗料が塗布されている。遮風板１０のテーパ部１０１は、発光部５５の外縁と整流板１１の開口１１１ａの縁とを結ぶ面よりも外側に位置するように（発光部５５からの光の照射範囲に被らないように）、その傾斜角度（テーパ角）が設定されている。

【0035】

ここで、発光装置１における、送風ファン７から送風された風の流れについて、図６及び図７を用いて説明する。図６及び図７に示すように、送風ファン７からの風の一部は、ベース６１の背面側を通り（図示矢印ａ）、放熱フィン６２の間を通って各放熱フィン６２、ベース６１の背面６１ｂ、及びヒートパイプ６３から熱を吸収し、その後上方に排気される（図示矢印ｂ）。

【0036】

また、送風ファン７からの風の他の一部は、整流板１１とベース６１間の空間１７へと送られる（図示矢印ｃ）。空間１７へと送られた風の一部は、ベース６１を冷却しつつ上方に移動し、上方へと排出される（図示矢印ｄ）。空間１７へと送られた風の他の一部は、発光モジュール５の近傍へと到達する。本実施の形態では、発光モジュール５の発光部５５は遮風板１０により覆われているので、発光モジュール５の近傍へと到達した風は、発光モジュール５の周囲を迂回して発光モジュール５の近傍の熱を吸収した後（図示矢印ｅ）、上方へと排出される（図示矢印ｆ）。

【0037】

このように、遮風板１０を有することにより、送風ファン７からの風が直接発光モジュール５に当たることを抑制でき、発光モジュール５の封止樹脂５４に割れが生じたり、発光部５５に埃等の異物が付着することを抑制できる。また、送風ファン７により送られた風は発光モジュール５の周囲を迂回するため、発光モジュール５の近傍を効率よく冷却できる。また、整流板１１を設けることによって、送風ファン７からの風をヒートシンク６の近傍に集中させ冷却効果を向上させると共に、意図しない空気の流れや空気の滞留を抑制して発光部５５への埃等の異物の付着を抑制できる。また、本実施の形態では下方から上方に向けて送風を行っているため、煙突効果により効率よく空気の流れを作ることができ、排熱の効率を向上できる。なお、発光装置１の姿勢によって発光部２の向きも変わるため、ここでいう上下は、使用状態における鉛直方向の上下とは異なるものである。

【0038】

送風ファン７から空間１７へと送られた風のさらに他の一部は、遮風板１０とフロントパネル１１１間の隙間１６を通る（図示矢印ｇ）。この隙間１６を通る風は層状の風となって発光部５５の前方へと吹き出して、エアーカーテンのような役割を果たすことになり、外部からの埃等が封止樹脂５４（発光部５５）に付着することを抑制する。

【0039】

（本実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る発光装置１では、少なくとも実装面６１ａに沿って発光モジュール５の近傍へと送風する送風ファン７と、発光モジュール５の封止樹脂５４の側方を囲むように設けられ、送風ファン７からの風が封止樹脂５４にあたらないように風を遮る遮風板１０と、を備えている。

【0040】

遮風板１０を備えることにより、送風ファン７からの風により強制冷却を行った場合であっても、風が直接封止樹脂５４に当たって封止樹脂５４が割れてしまったり、埃等の異物が封止樹脂５４に付着してしまったりすることを抑制可能になる。つまり、本実施の形態によれば、発光モジュール５を十分に冷却しつつも、封止樹脂５４の割れや異物の付着を抑制可能な発光装置１を実現できる。

【0041】

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

【0042】

例えば、上記実施の形態では、下方から上方に送風を行ったが、例えば幅方向における一側から他側へと送風するように構成してもよい。この場合、送風の方向にあわせて整流板１１や放熱フィン６２の向き等を適宜調整するとよい。ただし、熱は鉛直方向上方へと向かうため、より効率的に熱を排出するという観点からは、上記実施の形態のように、下方から上方に送風を行うよう構成することがより好ましいといえる。

【0043】

また、上記実施の形態では、発光素子チップとしてＬＥＤチップ５１を用いる場合を説明したが、発光素子チップとして、ＬＤ（レーザダイオード）チップを用いてもよい。

【0044】

また、上記の実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【符号の説明】

【0045】

１ 発光装置
５ 発光モジュール
５１ ＬＥＤチップ（発光素子チップ）
５４ 封止樹脂
６ ヒートシンク
６１ａ 実装面
６１ｂ 背面
６２ 放熱フィン
７ 送風ファン
１０ 遮風板
１０１ テーパ部
１１ 整流板
１１１ フロントパネル
１１１ａ 開口
１１１ｂ 貫通孔
１１２ サイドパネル
１６ 隙間
１７ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】