JP2000261039A - 光源装置 - Google Patents

光源装置

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JP2000261039A
JP2000261039A JP11066193A JP6619399A JP2000261039A JP 2000261039 A JP2000261039 A JP 2000261039A JP 11066193 A JP11066193 A JP 11066193A JP 6619399 A JP6619399 A JP 6619399A JP 2000261039 A JP2000261039 A JP 2000261039A
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light source
emitting diode
light
source device
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Takuo Murai
卓生 村井
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明装置や表示装置などに組み込む場合に、
単一部品として簡単に取り扱うことができ、放熱効率が
高く、安定した発光を行うことができる光源装置を得
る。 【解決手段】 略直方体形状の絶縁基板1において、断
面が凹形状の溝部を長手方向に形成し、この溝部の断面
幅を上部から下部に沿って狭くし、複数の発光ダイオー
ド素子2を溝部の底面に長手方向に設け、電極3を絶縁
基板1の溝部における発光ダイオード素子2の両側に長
手方向に沿って連続して設け、ワイヤ4により各発光ダ
イオード素子2を電極3に並列接続し、透明または半透
明の樹脂5を発光ダイオード素子2、電極3、ワイヤ4
を包み込みように溝部へ充填する。さらに、電極3は陽
電極3aと陰電極3bから成り、陰電極3aの電極面積
を樹脂5の充填部分以外まで広げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば照明機器、表
示機器、情報機器等の光源として用いられる光源装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図16は、例えば特開昭62−2357
87号公報に示された従来の照明装置における発光ダイ
オード素子(Light Emitting Diod
e 以下、LEDという)を用いた光源装置の要部断面
図である。
【0003】図において、光源装置は、灯体21を構成
するアウターレンズ19及びバックカバー20と、灯体
21内に配設されたインナーレンズ22及び金属基板2
3と、金属基板23上の凹部に設けられた基台27及び
基台27に配設された多数のLED24から構成され
る。
【0004】さらにインナーレンズ22はアウターレン
ズ19と金属基板23との間に配設され、その表面には
多数の集光レンズ25がLED24に対応して突出形成
されている。集光レンズ25は略半球状の球面レンズか
らなり、集光レンズ25に対応してインナーレンズ22
の裏面にも緩やかな凸曲面に形成された補助レンズ26
が設けられており、これによってインナーレンズ22の
集光度をあげるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の光源装置では、構成部品が金属基板23、イン
ナーレンズ22、アウターレンズ19といくつかの部品
に分離しているため、例えばインナーレンズ22の凸部
と金属基板23の凹部の精密な位置決めが困難であり、
また、その照明装置自身にこれらレンズを取付、固定す
る構造が不可欠となり、構造が複雑になってしまうなど
の問題点があった。
【0006】また、基台27および金属基板23は熱伝
導性がよく、LED24から発生する熱を効率よく逃が
すため、放熱効果に優れている。これにより、光源装置
の温度上昇を防止している。しかしながら、発熱はLE
D24の陰電極上での発生割合が高く、結果的にインナ
ーレンズ22と金属基板23との間の温度上昇を十分に
防止することができず、LED24の発光光束や寿命に
影響を与えてしまうという問題点があった。
【0007】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、構成部品の位置決めを行うこと
や装置自身にその部品を取付けるための構造を設けるこ
となく、レンズ効果を有し、単一部品として取り扱える
光源装置を得るものである。
【0008】また、光源の陰電極部分の放熱効率を高
め、さらには光源素子周囲の環境温度変化による光束変
化を補正できる光源装置を得るものである。
【0009】この発明に係る光源装置においては、断面
が凹形状の溝部を長手方向に形成し、この溝部の断面幅
が上部から下部に沿って狭くなる略直方体形状の絶縁基
板と、絶縁基板の溝部の底面に長手方向に設けられた複
数の発光ダイオード素子と、絶縁基板の溝部における発
光ダイオード素子の両側に長手方向に沿って連続して設
けられた電極と、各発光ダイオード素子を電極に並列接
続するワイヤと、発光ダイオード素子、電極、ワイヤを
包み込みように溝部へ充填された透明または半透明の樹
脂と、を備えたものである。
【0010】また、絶縁基板の溝部を覆うように絶縁基
板に設けられ、発光ダイオード側の面に蛍光材料を塗布
した透明または半透明の樹脂カバーと、を備えたもので
ある。
【0011】さらに、絶縁基板の溝部の表面に、発光ダ
イオード素子および電極に接しないように高反射率材料
層を設けたものである。
【0012】また、樹脂の発光側表面形状を略曲面状に
形成したものである。
【0013】また、樹脂カバーの発光側表面形状を略曲
面状に形成したものである。
【0014】また、電極は陽電極と陰電極から成り、陰
電極の電極面積を樹脂の充填部分以外まで広げたもので
ある。
【0015】また、陰電極における樹脂の充填部分以外
の電極表面を凹凸形状にしたものである。
【0016】また、電極は陽電極と陰電極から成り、陰
電極における樹脂の充填部分以外の電極表面に絶縁層を
設けたものである。
【0017】また、発光ダイオード素子と陰電極の間に
温度センサを直列に接続したものである。
【0018】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1である光源装置の断面図、図2はこの光源
装置の上面図を示す。図において、1は断面が凹型であ
り、紙面に対して横長の直線的な略直方体形状からなる
絶縁基板、2は発光ダイオード素子(以下、LEDとい
う)であり、p型半導体2a、n型半導体2bから成
る。3は電極であり、陽電極3a、陰電極3bから成
る。4はワイヤ、5は凹部全体に充填される樹脂であ
り、以上より光源装置6が構成される。7は光源装置6
に接続され、光源装置6を駆動する点灯回路であり、入
力電圧をLED2の個数等に応じた適当な直流電圧や全
波整流電圧などに変換、出力する。
【0019】次に光源装置6の構成について詳述する。
絶縁基板1は例えばセラミックス基板であり、その凹型
内部の溝部の幅は上部から下部にかけて狭くなる連続斜
面を有する。このことにより凹部外へ光を効率よく発光
することが可能となる。LED2はn型半導体2bが絶
縁基板1に接着剤等により固定され、その上にp型半導
体2aが積層される構造とし、溝部の底面に長手方向に
複数設置される。
【0020】凹部斜面には印刷などの手法により絶縁基
板1の長手方向に沿うように横長の陽電極3aおよび陰
電極3bを設け、p型半導体2aと陽電極3a、n型半
導体2bと陰電極3bをそれぞれ金線などのワイヤ4で
結ぶ。このように、斜面上の電極3から直接ワイヤ4を
引くことにより従来の方法に対して結線長を短くするこ
とができる。
【0021】さらに絶縁基板1の溝部内のLED2、電
極3、ワイヤ4全てを包み込みようにエポキシ材やシリ
コン材などからなる透明あるいは半透明の樹脂5を充填
する。樹脂層は周囲温度変化に対して絶縁基板1の溝部
や各部品から剥離を起こさない程度に温度膨張係数が高
いもの、特に紫外光などに対して劣化速度が緩やかなも
のなど耐候性の強いものがよい。なお、絶縁基板1に変
えてガラス材を用いた場合には、上記周囲温度による剥
離、ひび割れなどの面で問題が生じるため、樹脂5を用
いた場合が良いことは言うまでもない。
【0022】次に照明動作については、点灯回路7によ
り直流電圧や全波整流電圧を陽電極3aおよび陰電極3
bへ印加する。これにより、p型半導体2aとn型半導
体2bの接合面から発光が行われ、樹脂5を介して光を
出力し、照明が行われる。
【0023】以上のように光源装置6を構成したことに
より、従来のように構成部品が分離せず、耐候性が強く
照明機器などに組み込む場合に、大変取り扱いやすい器
具部品とすることができる。
【0024】なお、器具へ光源装置6を組み込む場合に
は、複数の光源装置6の長辺を隣接させ並べることによ
り、面上光源を実現できる。また、この場合に点灯回路
7は各光源装置6に対して1つ設けても、あるいは複数
の光源装置に対して1つ設けるようにしても構わない。
【0025】実施の形態2.図3はこの発明の実施の形
態2である光源装置の断面図を示し、図において、上記
実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付け、
説明を省略する。8は絶縁基板1の上面に取りつけら
れ、LED2側の表面に蛍光塗料9を塗布した樹脂カバ
ーである。この実施の形態2では樹脂カバー8と絶縁基
板1との間は中空状態になっている。
【0026】樹脂カバー8に塗布する蛍光材料の励起波
長がLED発光波長、またその発光波長分布が所望の光
色になるよう材料選定することにより、幅広い光色が実
現できる。この際に、短波長の光ほど高エネルギーを有
し可視光域の任意の色に変換できる割合が高いため、L
ED発光波長は可視光域内短波長や紫外線などがよい。
【0027】以上のように光源装置6を構成したことに
より、LED発光波長と蛍光体の組み合わせにより、任
意の可視光色や蛍光感のある発光を実現できる。
【0028】実施の形態3.図4はこの発明の実施の形
態3である光源装置の断面図を示し、図において、上記
実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付け、
説明を省略する。10は金型基板1の内側の斜め表面に
LED2および電極3に接しないように設けた高反射率
材料層である。
【0029】ここで、高反射率材料層10は、例えば銀
めっき層や銀蒸着層などの光を高効率で反射する材料を
用いる。また、金型基板1への高反射率材料層10の加
工方法は、例えばマスクなどを用い、パターン転写を行
う方法などがある。
【0030】以上のように高反射率材料層10を設ける
ことにより、LED2の発光時に表面樹脂からの発光光
束を高めることができ、光源装置6の発光効率を高める
ことができる。なお、この実施の形態3を上記実施の形
態2に用いても同様の効果が得られることはいうまでも
ない。
【0031】実施の形態4.図5はこの発明の実施の形
態4である光源装置の断面図を示し、図において、上記
実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付け、
説明を省略する。樹脂5は発光側表面の形状を略半球状
の曲面とし、曲面の中心上にLED2が位置するように
構成される。
【0032】樹脂5を上記の形状にすることによりレン
ズ効果を有することになる。そこで、LED2から樹脂
5表面までの距離hを短くとり曲面形状を緩やかにした
場合には、図1に比べて指向性が強い拡散光を得ること
ができ、一方距離hを長くとり曲面形状を砲弾状にした
場合には、指向性が強く、その発光角度内で高い光束を
得ることができる。
【0033】以上のように樹脂5の表面形状を曲面にす
ることにより発光光束の指向性を高めることができ、さ
らに、その曲面形状を調整することにより狭い範囲での
線上照明を実現できる。なお、この実施の形態4を上記
実施の形態2に用い、樹脂カバー8の発光側表面の形状
を半球状の曲面とし、曲面の中心線上にLED2が位置
するように構成しても同様の効果が得られることはいう
までもない。
【0034】実施の形態5.図6はこの発明の実施の形
態5である光源装置の断面図、図7は陰電極の他の形状
を示す光源装置の断面図、図8は陰電極の他の形状を示
す光源装置の断面図、図9は陰電極の他の形状を示す光
源装置の断面図、図10は陰電極の他の形状を示す光源
装置の断面図を示し、図において、上記実施の形態と同
一または相当部分には同一符号を付け、説明を省略す
る。
【0035】次に動作について各図毎に説明する。ま
ず、一般的にLED2は、電子を供給する陰電極側3b
が陽電極3a側よりも多量の熱を発生する特性があり、
特に陰電極3b側の発熱によりLED2自身の素子温度
が上昇してしまい、結果的に発光光束に影響を与え、発
光光束が低くなるとともに、光源装置6全体の温度上昇
にもつながってしまう。このため、陰電極5側において
放熱の仕組みを施すことが必要である。
【0036】そこで、図6は陰電極3bの電極面積を広
げ、絶縁基板1の凹部内部から上面まで広げたものであ
る。これにより電極3上の電流密度を低減し、さらに陰
電極3bの表面のうち空気に触れる面積を多くするよう
に構成し、放熱効果を高めることが可能となる。なお、
この陰電極3bの電極面積を広げることを上記実施の形
態2に用いても同様の効果が得られることはいうまでも
なく、図7にその構成図を示し、説明は図6の場合と同
様であるため省略する。
【0037】次に図8、図9は陰電極3bのうち絶縁基
板1上面に位置する部分に細い複数の溝を設け、放熱面
積を増したものであり、図7に比べてさらに放熱効果を
上げることができる。具体的には図8は陰電極3bをそ
のまま複数の細いシンク状に加工したものであり、図9
は陰電極3bのうち絶縁基板1上面に位置する部分に、
細い複数の溝を有するシンク材11を接着剤などにより
取り付けたものである。なお、シンク材料としては、例
えばアルミニウムを微細加工した材料等を用いる。
【0038】次に図10は陰電極3bの基板表面1上に
位置し、かつ、樹脂5が覆われていない部分が空気に直
接触れることを避けるために、その部分に絶縁層12を
設けたものである。この絶縁層12によりこの光源装置
6を静電気などによる破壊から保護することができる。
ここで、絶縁層12の材料には例えば表面が白色で反射
率が高めのアルマイトなどを用い、それを蒸着するよう
にして設ける。
【0039】以上のように陰電極3bの表面積を広げる
ことにより、LED2自身の温度上昇を防止し、これに
ともない発光光束の低下、光源装置6全体の温度上昇を
防止できる。また、陰電極3b表面に絶縁層を設けるこ
とにより、光源装置6を静電気などから保護することが
できる。
【0040】実施の形態6.図11はこの発明の実施の
形態6である光源装置の上面図、図12はこの光源装置
の部分断面図であり、図11のA−A´断面を示す。図
13はこの光源装置の回路図、図14はLEDにおける
周囲温度と光束の関係図、図15は温度センサにおける
周囲温度と抵抗値の関係図を示す。図において、上記実
施の形態と同一または相当部分には同一符号を付け、説
明を省略する。13はサーミスタ、14は抵抗である。
【0041】まず、LED2は図14の実線Aに示すよ
うに、周囲環境温度が上昇するにつれて光束が小さくな
る特性を有し、温度変化により光源装置6としての基本
機能である明るさに大きな変化が生じてしまう。よって
周囲環境温度が変化してもLED2の光束を一定に保つ
ために補正を行う必要がある。
【0042】この補正については、例えば図15に示す
ような周囲温度が変化した場合に抵抗値が変化する特性
を有するサーミスタなどの温度センサを、光源装置6に
用いることにより行うことができる。そこで、図11〜
13に示すように、サーミスタ13およびLED2の初
期電流値設定用の抵抗14をn型半導体2bと陰電極3
bの間に直列に設ける。サーミスタは図15に示すよう
に周囲の温度が上昇するのにつれて抵抗値が小さくなる
素子であり、この特性を光源装置に利用する。
【0043】回路図は図13に示すように、サーミスタ
13とLED2の初期電流値設定用の抵抗14を直列に
接続し、さらにLED2および陰電極3bに直列接続に
なるように配線する。これによりLED2が発光し、周
囲環境温度が上昇するにつれて、サーミスタ13の抵抗
値が小さくなり、LED2に流れる電流が増加すること
になる。ここで、LED2の使用温度範囲での光束変化
を補正しうる温度抵抗特性を有するサーミスタ13を選
定することにより、図11の実線BのようにLED2の
光束の変化を安定化できる。
【0044】また、サーミスタ13の取りつけ位置を図
11のようにLED素子に近くすることにより、LED
素子の温度変化を精度よくサーミスタ13の抵抗値変化
に反映することができる。さらに、LED2をサーミス
タ13の近くに設置することにより、LED2の温度変
化を予測しやすくなる。これにより、サーミスタ13や
抵抗14の選定は、LED2の標準仕様に基づき、バラ
ツキが少なく手間なく行うことができる。
【0045】また、図12のように絶縁基板1の凹部内
にサーミスタ13および抵抗14を設置することによ
り、光源装置6表面に特別に設置場所を確保する必要性
がなく、照明器具など組み込む際にも取付性が向上す
る。また、サーミスタ13と抵抗14はそれ自身が発熱
するので、図11のように放熱対策を施した陰電極3b
側に近い側に設置すれば、それら自体の発熱が陰電極3
bを介して放熱されるため、絶縁基板1の凹部内の温度
上昇に与える影響を少なくすることができる。
【0046】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。
【0047】断面が凹形状の溝部を長手方向に形成し、
この溝部の断面幅が上部から下部に沿って狭くなる略直
方体形状の絶縁基板と、絶縁基板の溝部の底面に長手方
向に設けられた複数の発光ダイオード素子と、絶縁基板
の溝部における前記発光ダイオード素子の両側に長手方
向に沿って連続して設けられた電極と、各発光ダイオー
ド素子を前記電極に並列接続するワイヤと、発光ダイオ
ード素子、電極、ワイヤを包み込みように溝部へ充填さ
れた透明または半透明の樹脂を備えたので、装置自身が
単体となり、従来例のように構成部品が分離せず、位置
決めを行うことや装置自身にその部品取付構造を設ける
ことの必要がないため、照明機器などに組み込む場合の
取り扱いが簡単になる。
【0048】また、絶縁基板の溝部を覆うように絶縁基
板に設けられ、発光ダイオード側の面に蛍光材料を塗布
した透明または半透明樹脂カバーを備えたので、LED
発光波長と蛍光体の組み合わせで任意の可視光色や蛍光
感のある発光を実現できる。
【0049】さらに、絶縁基板の溝部の表面に、発光ダ
イオード素子および電極に接しないように高反射率材料
層を設けたので、表面樹脂からの発光光束を高め、発光
効率を高めることができる。
【0050】また、樹脂の発光側表面形状を略曲面状に
形成したので、レンズ効果、すなわち発光する光の指向
性を高めることができ、さらにその形状を砲弾状にする
ことにより狭範囲での線照明を実現することも可能であ
る。
【0051】また、樹脂カバーの発光側表面形状を略曲
面状に形成したので、レンズ効果、すなわち発光する光
の指向性を高めることができ、さらにその形状を砲弾状
にすることにより狭範囲での線照明を実現することも可
能である。
【0052】また、電極は陽電極と陰電極から成り、陰
電極の電極面積を樹脂の充填部分以外まで広げたので、
電極上の電流密度を低減し、さらに陰電極の電極面積に
うち樹脂の充填部分以外は空気に触れるため、放熱効果
を高めることが可能となる。
【0053】また、陰電極における樹脂の充填部分以外
の電極表面を凹凸形状にしたので、放熱効果をさらに向
上させることができる。
【0054】また、陰電極における樹脂の充填部分以外
の電極表面に絶縁層を設けたので、静電気などによる破
壊から保護することができる。
【0055】また、発光ダイオード素子と陰電極の間に
温度センサを直列に接続したので、周囲の環境温度変化
に応じて抵抗が変化する温度センサの特性を用いて、発
光ダイオード素子近傍の温度状態に基づき発光ダイオー
ド素子の光束変化を補正し、安定化させることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1を示す光源装置の断
面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1を示す光源装置の上
面図である。
【図3】 この発明の実施の形態2を示す光源装置の断
面図である。
【図4】 この発明の実施の形態3を示す光源装置の断
面図である。
【図5】 この発明の実施の形態4を示す光源装置の断
面図である。
【図6】 この発明の実施の形態5を示す光源装置の断
面図である。
【図7】 この発明の実施の形態5を示す光源装置の陰
電極の他形状の断面図である。
【図8】 この発明の実施の形態5を示す光源装置の陰
電極の他形状の断面図である。
【図9】 この発明の実施の形態5を示す光源装置の陰
電極の他形状の断面図である。
【図10】 この発明の実施の形態5を示す光源装置の
陰電極の他形状の断面図である。
【図11】 この発明の実施の形態6を示す光源装置の
上面図である。
【図12】 この発明の実施の形態6を示す光源装置の
部分断面図である。
【図13】 この発明の実施の形態6を示す光源装置の
回路図である。
【図14】 発光ダイオード素子における周囲温度と光
束の関係図である。
【図15】 温度センサにおける周囲温度と抵抗値の関
係図である。
【図16】 従来の光源装置の要部断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁基板、 2 発光ダイオード素子、 2a p
型半導体 、 2bn型半導体、 3 電極、 3a
陽電極、 3b 陰電極、 4 ワイヤ、5 樹脂、
6 光源装置、 8 樹脂カバー、 9 蛍光塗料、
10 高反射率材料層、 11 シンク材料、 12
絶縁層、 12 サーミスタ、 13 抵抗。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】断面が凹形状の溝部を長手方向に形成し、
    この溝部の断面幅が上部から下部に沿って狭くなる略直
    方体形状の絶縁基板と、 前記絶縁基板の溝部の底面に長手方向に設けられた複数
    の発光ダイオード素子と、 前記絶縁基板の溝部における前記発光ダイオード素子の
    両側に長手方向に沿って連続して設けられた電極と、 前記各発光ダイオード素子を前記電極に並列接続するワ
    イヤと、 前記発光ダイオード素子、前記電極、前記ワイヤを包み
    込みように溝部へ充填された透明または半透明の樹脂
    と、を備えたことを特徴とする光源装置。
  2. 【請求項2】断面が凹形状の溝部を長手方向に形成し、
    この溝部の断面幅が上部から下部に沿って狭くなる略直
    方体形状の絶縁基板と、 前記絶縁基板の溝部の底面に長手方向に設けられた複数
    の発光ダイオード素子と、 前記絶縁基板の溝部における発光ダイオード素子の両側
    に長手方向に沿って連続して設けられた電極と、 前記各発光ダイオード素子を前記電極に並列接続するワ
    イヤと、 前記絶縁基板の溝部を覆うように前記絶縁基板に設けら
    れ、前記発光ダイオード側の面に蛍光材料を塗布した透
    明または半透明の樹脂カバーと、を備えたことを特徴と
    する光源装置。
  3. 【請求項3】前記絶縁基板の溝部の表面に、前記発光ダ
    イオード素子および前記電極に接しないように高反射率
    材料層を設けたことを特徴とする請求項1または請求項
    2記載の光源装置。
  4. 【請求項4】前記樹脂の発光側表面形状を略曲面状に形
    成したことを特徴とする請求項1記載の光源装置。
  5. 【請求項5】前記樹脂カバーの発光側表面形状を略曲面
    状に形成したことを特徴とする請求項2記載の光源装
    置。
  6. 【請求項6】前記電極は陽電極と陰電極から成り、陰電
    極の電極面積を前記樹脂の充填部分以外まで広げたこと
    を特徴とする請求項1または請求項4または請求項5記
    載の光源装置。
  7. 【請求項7】前記陰電極における前記樹脂の充填部分以
    外の電極表面を凹凸形状にしたことを特徴とする請求項
    6記載の光源装置。
  8. 【請求項8】前記電極は陽電極と陰電極から成り、前記
    陰電極における前記樹脂の充填部分以外の電極表面に絶
    縁層を設けたことを特徴とする請求項6または請求項7
    記載の光源装置。
  9. 【請求項9】前記発光ダイオード素子と前記陰電極の間
    に温度センサを直列に接続したことを特徴とする請求項
    1、請求項2記載、請求項4または請求項5記載の光源
    装置。
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