JP2006310584A - 発光素子実装用ホーロー基板及び光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の発光素子を実装した場合でも発光素子の温度上昇を低レベルに保つことができる優れた放熱性を有する発光素子実装用基板、及び該基板に発光素子を実装してなる光源装置の提供。
【解決手段】 コア金属をホーロー層で被覆したホーロー基板の両面に発光素子が実装される反射凹部が設けられていることを特徴とする発光素子実装用ホーロー基板。コア金属をホーロー層で被覆したホーロー基板の両面に反射凹部が設けられてなる発光素子実装用ホーロー基板の前記反射凹部に発光素子が実装されてなることを特徴とする光源装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す。）などの発光素子を実装する発光素子実装用ホーロー基板及び光源装置に関する。

現在使用されているＬＥＤを用いた光源装置は、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料からなり、発光素子から発する光を効率よく所定方向に反射するための反射凹部を有するＬＥＤ実装用基板を用い、該基板の表面にＬＥＤへ給電するために必要な電極を形成し、前記反射凹部内にＬＥＤを実装し、ワイヤボンディングなどによってＬＥＤと基板上電極とを電気的に接続し、さらに反射凹部内に透明樹脂を充填、硬化させてＬＥＤを封止した構造になっている。

近年、ＬＥＤは照明用光源として使用され始めている。１つのＬＥＤから発する光量は比較的小さいことから、ＬＥＤを照明用光源として使用するためには、多数のＬＥＤを基板上に配置する必要がある。さらに、基板両面にＬＥＤを実装し、反射板等で同一方向へ出射させれば、小さい基板サイズで多数のＬＥＤを発光させ、より多くの光量を得ることができる。このような両面発光用ＬＥＤパッケージとしては、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された従来技術は、ガラスエポキシ樹脂からなる基板の両面に反射カップを形成し、その底面にＬＥＤ素子を実装し、基板の両面から発光させるようになっている。
特開２００３−２２９６０３号公報

ＬＥＤに給電し発光させている時、発光に寄与しない電力は熱に変換され、ＬＥＤの温度及び周囲の基板温度が上昇する。ＬＥＤは温度上昇に伴って発光効率が低下してしまうため、ＬＥＤの発光効率を高めるためには、パッケージの放熱性を高め、発光素子の温度上昇を抑えることが必要である。しかし、従来のガラスエポキシ樹脂製の基板は、放熱性が不十分であった。そのためＬＥＤの発光効率を高めることができる放熱性の良好な発光素子実装用基板の提供が期待されていた。

特に、多数のＬＥＤを基板上に配置して照明用光源を作製する場合、基板の放熱性が不十分であると、ＬＥＤが直ぐに高温になって発光効率が低下し、故障し易くなり、寿命が短くなる可能性がある。したがって、高性能な照明用ＬＥＤ光源の提供のために、多数のＬＥＤを実装した場合でもＬＥＤの温度上昇を低レベルに保つことができる優れた放熱性を有する発光素子実装用基板の提供が切望されている。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、多数の発光素子を実装した場合でも発光素子の温度上昇を低レベルに保つことができる優れた放熱性を有する発光素子実装用基板、及び該基板に発光素子を実装してなる光源装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、コア金属をホーロー層で被覆したホーロー基板の両面に発光素子が実装される反射凹部が設けられていることを特徴とする発光素子実装用ホーロー基板を提供する。

また本発明は、コア金属をホーロー層で被覆したホーロー基板の両面に反射凹部が設けられてなる発光素子実装用ホーロー基板の前記反射凹部に発光素子が実装されてなることを特徴とする光源装置を提供する。

本発明の光源装置において、前記ホーロー基板の一方の面側の前記反射凹部のみに発光素子が実装され、他方の面側の反射凹部が放熱部とされていることが望ましい。

本発明の発光素子実装用ホーロー基板は、コア金属をホーロー層で被覆してなるものなので、従来のガラスエポキシ樹脂製基板よりも優れた放熱性を有しており、多数の発光素子を実装した場合でも発光素子の温度上昇を低レベルに保つことができる。またホーロー基板の両面に反射凹部を設けているので、該基板の両面に発光素子を実装した場合には、小型で高光量の光源装置を作製することができる。
また本発明の光源装置は、本発明の発光素子実装用ホーロー基板の反射凹部内に発光素子を実装してなるものなので、照明用として多数の発光素子を基板に実装しても、発光素子の温度上昇が低レベルに抑えられ、温度上昇による発光素子の性能低下や故障発生などが起こりにくくなり、小型で発光効率が高く長寿命の光源装置を提供することができる。
また、前記基板の一方の面側のみに発光素子を実装した場合、他方の面側の反射凹部は放熱部となり、より一層放熱性を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る発光素子実装用ホーロー基板及び光源装置の第１実施形態を示す断面図である。本実施形態の光源装置５Ａは、発光素子実装用ホーロー基板１の両面Ａ，Ｂに設けられた反射凹部４にそれぞれ発光素子６を実装するとともに、各反射凹部４に透明樹脂９を充填して発光素子６を封止して構成されている。

本実施形態の発光素子実装用ホーロー基板１は、コア金属２をホーロー層３で被覆したホーロー基板の両面に発光素子６が実装される複数の反射凹部４が設けられ、さらにホーロー層３上に発光素子６の給電用の電極７が設けられた構成になっている。この電極７の一部は、反射凹部７の底面に延設され、その上に発光素子６がダイボンディングなどにより実装される。

前記コア金属３の材料は特に限定されないが、ホーロー層３の焼き付けが容易にでき、反射凹部４形成のための機械加工が容易にでき、しかも低価格であることから、低炭素鋼板などが望ましい。
前記ホーロー層３の材料は、ガラスなどが用いられる。このホーロー層３は、コア金属２の表面にガラス粉末を焼き付ける方法などによって形成することができる。
前記電極７は、銀、銅、アルミニウム、ニッケルなどの各種金属材料を用いて形成でき、例えば、ホーロー層３上に銀ペーストまたは銅ペーストを所望の形成パターンに沿って印刷し、その後焼き付ける方法により形成することが望ましい。

前記反射凹部４は、その底面上に発光素子６を実装した際に、発光素子６から発する一部の光を効率よく反射凹部前方側に反射させることができればよく、その形状や寸法は限定されない。図示した例では、円形のすり鉢状をした反射凹部４を、ホーロー基板の両面Ａ，Ｂにそれぞれ複数個、形成している。ホーロー基板の両面Ａ，Ｂに形成する反射凹部４の位置関係は、図１に示すように、Ａ面側の反射凹部４とＢ面側の反射凹部４とが基板厚み方向で一致する位置に設けてもよいし、Ａ面とＢ面とで異なる位置に設けてもよい。

本実施形態の発光素子実装用ホーロー基板１は、コア金属２をホーロー層３で被覆してなるものなので、従来のガラスエポキシ樹脂製基板よりも優れた放熱性を有しており、多数の発光素子６を実装した場合でも発光素子６の温度上昇を低レベルに保つことができる。またホーロー基板の両面Ａ，Ｂに反射凹部４を設けているので、該基板の両面Ａ，Ｂに発光素子６を実装した場合には、小型で高光量の光源装置５Ａを作製することができる。

本実施形態の光源装置５Ａは、前述した発光素子実装用ホーロー基板１の両面Ａ，Ｂに設けられたそれぞれの反射凹部４の底面上に発光素子６を実装し、発光素子６と電極７とを金属細線８によって接続し、さらに反射凹部４に透明樹脂９を充填、硬化させて発光素子６を封止して構成されている。

前記発光素子６としては、ＬＥＤが好ましい。また、透明樹脂９に蛍光体を混合すれば、発光素子６からの光と蛍光体で励起された光とで、任意の色合いの光源とすることができる。例えば、発光素子６として青色ＬＥＤを用い、黄色発光蛍光体を混ぜた透明樹脂９で該青色ＬＥＤを封止することで、照明用光源として好ましい白色光を発する白色ＬＥＤを構成することができる。

次に、前記発光素子実装用ホーロー基板１及び光源装置５Ａの製造方法の一例を説明する。
まず、ホーロー基板のコア金属２として用意した低炭素鋼板などの金属板に、ドリル加工などの機械加工を施し、その両面Ａ，Ｂにすり鉢形状の反射凹部４を形成する。
次に、適当な分散媒にガラス粉末を分散した液体をコア金属２の全面に塗布し、高温で焼結して、ホーロー層３を形成する。
次に、得られたホーロー基板の両面Ａ，Ｂに、一部が反射凹部４内に延設されるような電極形成パターンに従って、スクリーン印刷法などにより厚膜銅ペーストまたは銀ペーストを印刷し、その後高温で焼き付けて電極７を形成する。これによって発光素子実装用ホーロー基板１が作製される。

次に、前記発光素子実装用ホーロー基板１の反射凹部４内に延設された一方の電極７上に、発光素子６を実装する。
次に、反射凹部４内の他方の電極７と発光素子６とを金属細線８でボンディングする。
次に、反射凹部４内にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂のような透明樹脂を充填、硬化させて樹脂封止する。この発光素子６の実装から樹脂封止までの工程を基板両面Ａ，Ｂでそれぞれ行って、図１に示す両面発光タイプの光源装置５Ａが得られる。

この光源装置５Ａは、電極７に給電することで、両面Ａ，Ｂに実装した多数の発光素子６を点灯させ、高い光量の光を得ることができる。個々の発光素子６から発した光の一部は、直接外部に出射され、一部は反射凹部４の底面及びテーパ状の側壁に反射して外部に出射される。この両面発光タイプの光源装置５Ａは、そのまま照明用光源として利用することもできるが、一方の面のみに光を向けたい場合には、反射板や適当なライトガイドなどによって、いずれか一方の面側の光を他方の面側に導くこともできる。

この光源装置５Ａは、前記発光素子実装用ホーロー基板１の反射凹部４内に発光素子６を実装してなるものなので、照明用として多数の発光素子６を基板に実装しても、発光素子６の温度上昇が低レベルに抑えられ、温度上昇による発光素子６の性能低下や故障発生などが起こりにくくなり、小型で発光効率が高く長寿命の光源装置５Ａを提供することができる。

図２は、本発明の光源装置の第２実施形態を示す断面図である。本実施形態の光源装置５Ｂは、前述した第１実施形態の光源装置５Ａと同様に、前記発光素子実装用ホーロー基板１の反射凹部４内に発光素子６を実装して構成されているが、発光素子実装用ホーロー基板１の一方の面Ａ側の反射凹部４のみに発光素子６を実装し、他方の面Ｂ側の反射凹部４は放熱部としている点が第１実施形態の光源装置５Ａと異なっている。

本実施形態の光源装置５Ｂは、基板の一方の面Ａ側のみに発光素子６を実装し、他方の面Ｂ側の反射凹部４は放熱部としたものなので、図３に示すように他方の面Ｂ側が平坦な基板１１を用いた光源装置１５と比べ、より一層放熱性を高めることができ、温度上昇による発光素子６の性能低下や故障発生などが起こりにくくなり、小型で発光効率が高く長寿命の光源装置５Ｂを提供することができる。

［発光素子実装用ホーロー基板の作製］
コア金属２として、長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの低炭素鋼板を用い、この鋼板の両面に、円形のすり鉢状をした反射凹部が形成されるようにドリル加工を施し、コア金属２を作製した。反射凹部４は、３ｍｍ間隔で片面９個ずつ、合計１８個形成した。反射凹部４の寸法は、底面が直径１ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、テーパ状側壁部の傾斜角度は４５度とした。
次に、ガラス粉体を分散媒に混ぜ、前記コア金属２の全面に塗布し、乾燥後８５０℃で焼成してホーロー層３を形成した。このホーロー層３の厚みは２００μｍであった。
次に、ホーロー層３の両面Ａ，Ｂ上に、銅ペーストを電極形成パターンにスクリーン印刷し、その後焼成して厚さ０．１ｍｍの電極７を形成し、発光素子実装用ホーロー基板１を作製した。

［実施例１］
前記発光素子実装用ホーロー基板１を用い、図１に示す両面発光タイプの光源装置５Ａを作製した。図１に示すように、発光素子実装用ホーロー基板１の両面Ａ，Ｂの全ての反射凹部４内に、出力２０ｍＷの青色ＬＥＤ素子１８個を実装し、金細線を用いてボンディングし、その後反射凹部４にエポキシ樹脂を充填して封止した。
この光源装置５Ａの青色ＬＥＤ素子を発光させ、放置後に基板の中心温度を測定したところ、５０℃であった。

［実施例２］
前記発光素子実装用ホーロー基板１を用い、図２に示す片面発光タイプの光源装置５Ｂを作製した。図２に示すように、発光素子実装用ホーロー基板１の一方の面Ａの反射凹部４内に、出力２０ｍＷの青色ＬＥＤ素子９個を実装し、金細線を用いてボンディングし、その後反射凹部４にエポキシ樹脂を充填して封止した。
この光源装置５Ｂの青色ＬＥＤ素子を発光させ、放置後に基板の中心温度を測定したところ、３６℃であった。

［比較例］
実施例１と同じサイズのコア金属１２を使用し、同じサイズの反射凹部１４を片面のみに形成し、同様にホーロー層１３と電極７を作製し、図３に示す片面のみに反射凹部１４を有する発光素子実装用ホーロー基板１１を作製した。
この発光素子実装用ホーロー基板１１の反射凹部１４内に、実施例１，２と同じ青色ＬＥＤ素子９個を実装し、金細線を用いてボンディングし、エポキシ樹脂を充填して反射凹部１４を封止し、光源装置１５を作製した。
この光源装置１５の青色ＬＥＤ素子を発光させ、放置後に基板の中心温度を測定したところ、４０℃であった。

本発明の光源装置の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の光源装置の第１実施形態を示す断面図である。 比較例１で作製した光源装置を示す断面図である。

符号の説明

１…発光素子実装用ホーロー基板、２…コア金属、３…ホーロー層、４…反射凹部、５Ａ，５Ｂ…光源装置、６…発光素子、７…電極、８…金属細線、９…透明樹脂。

Claims (3)

1. コア金属をホーロー層で被覆したホーロー基板の両面に発光素子が実装される反射凹部が設けられていることを特徴とする発光素子実装用ホーロー基板。
2. コア金属をホーロー層で被覆したホーロー基板の両面に反射凹部が設けられてなる発光素子実装用ホーロー基板の前記反射凹部に発光素子が実装されてなることを特徴とする光源装置。
3. 前記ホーロー基板の一方の面側の前記反射凹部のみに発光素子が実装され、他方の面側の反射凹部が放熱部とされていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
   

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