JP2006344564A

JP2006344564A - Ｌｅｄ光源ユニット

Info

Publication number: JP2006344564A
Application number: JP2005171698A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kanamori; 正芳金森; Sadato Imai; 貞人今井
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: JP4445436B2

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子の高密度実装と発光効率の向上とを同時に満足させる。
【解決手段】ＬＥＤ光源ユニット１は、多角柱状あるいは多角筒状の支持部材の各側面に固定されて、バルブ型ＬＥＤ光源を構成している。複数のＬＥＤ素子５は互いに対向して隣接する側面がその方向に約５０％ずれながら、熱伝導性の高い銅等の金属から成る直方体形状の基台３の上に千鳥足状に配列されている。基台３上には中央に長穴４ａ並びに両側に配線パターン４ｂ、４ｃを有する片面プリント基板４が接合されている。ワイヤ６、７がＬＥＤ素子５の各電極と配線パターン４ｂ、４ｃとを接続している。透光性の封止樹脂８が、配線パターン４ｂ、４ｃの両端部を除くプリント基板４上を覆って、ＬＥＤ素子５及びワイヤ６、７を保護している。ＬＥＤ素子５の周辺の間隔Ａは隣接する壁面によって光の取り出し効率に影響が出ないような距離であり、隣同士の間隔Ｂは実装可能な最小距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般照明用光源、自動車用ヘッドライトなどに使用するＬＥＤ光源ユニットに関する。

ＬＥＤ（発光ダイオード）は、白熱電球などの従来型の照明光源に比較して発熱量が少なく、長寿命であるなどの利点を備えており、近年、表示用光源を初めとして一般照明用光源、自動車用ヘッドライトなどの照明用光源として各方面で実用化されている。従来一般照明用光源としてＬＥＤを使用する場合、１個当たりの光束が弱いので、一つのパッケージ内にＬＥＤ素子を複数個搭載して大光量を確保している。中でも複数のＬＥＤ素子を筒状の基板の側面に搭載したバルブ型ＬＥＤ光源が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。また、本出願人はこれらを改良したものとしてバルブ型ＬＥＤ光源等を構成するＬＥＤ光源ユニットを出願している（特許文献３参照）。

発光部の輝度を向上させることは、発光部の大きさを変えずに光度を上昇させることと同義である。一般に発光部の大きさが点状に近いほどリフレクター等による光学制御が容易となるため、使用する発光素子の数が増えるほど高密度実装が必須となる。また、ＬＥＤ光源の更なるハイパワー化をもたらすためには光の取り出し効率の向上も必要である。図１５は従来のバルブ型ＬＥＤ光源の一例を示す斜視図である。図１６はバルブ型ＬＥＤ光源を構成するＬＥＤ光源ユニットの部分分解斜視図である。図１７は図１６の封止樹脂を取り除いた状態を示す要部分解平面図である。

図１５において、５０は従来のバルブ型ＬＥＤ光源を示している。５１は六角柱状あるいは六角筒状の支持部材を示している。５２は支持部材５１の側面の１つに固定されたＬＥＤ光源ユニットを示しており、複数のＬＥＤ素子を２次元的な配列でパッケージングしたものでバルブ型ＬＥＤ光源を構成する単位となっているものである。３は熱伝導性の高い銅等の金属から成る直方体形状の基台を示している。４は中央に長穴４ａを有し、両側に配線パターン４ｂ、４ｃを有する片面プリント基板を示している。５はＬＥＤ素子を示している。６、７はＬＥＤ素子５の電極と配線パターン４ｂ、４ｃとを接続しているワイヤを示している。８は透光性の封止樹脂を示しており、配線パターン４ｂ、４ｃの両端部のそれぞれ２つの端子電極４ｄとなる部分を除くプリント基板４を覆って、ＬＥＤ素子５及びワイヤ６、７を保護している。図１７に示すように、ＬＥＤ素子５は周辺に間隔Ａをとって基板４上に配列されている。間隔Ａは隣接する壁面によって光の取り出し効率に影響が出ない距離とする。

ここで、ＬＥＤ素子５の一例についてその詳細を説明する。図１８は発光素子を示す斜視図である。図１８において、５０１はサファイア基板を、５０２はサファイア基板５０１上に形成されたｎ層を、５０３はｎ層５０２上に略Ｌ字状に形成されたｐ層を、５０４はｎ層５０２上に形成されたカソード電極を、５０５はｐ層５０３上に形成されたアノード電極を示している。光はｐ層５０３とｎ層５０２との接合面（ジャンクション面）から全方向に出るのだが、実際にはＬＥＤ素子５が基台３に実装されているので、出射光は基台３や隣接するＬＥＤ素子５の反射あるいは吸収の影響を受けるので、パッケージされた場合には光の指向特性は球状にはならずに、ＬＥＤ素子５の実装密度や周辺状況によってパッケージ外への光の取り出し効率が変動することになる。
特開２００４−２９６２４５号公報（図１、段落番号００１４〜００２０）特開２００４−２９６２４９号公報（図１〜図３、段落番号００１２〜００１９）特願２００５−１１７６１６号（未公開）

従来のＬＥＤ光源ユニットにおいて、ＬＥＤ素子を高密度に配列するほど輝度（ｃｄ／ｍ²）は上昇する。しかし、ＬＥＤ素子５の側面から出る光は、隣接するＬＥＤ素子５やプリント基板４あるいは基台３に遮断されて、ＬＥＤ素子５の配列間隔がＡより狭くなるにつれてパッケージ外への光の取り出し効率が低下するので、ＬＥＤ素子５の高密度実装（輝度向上）とパッケージレベルでの光の取り出し効率向上とはトレードオフの関係となる。したがって、ＬＥＤ素子５を高密度に配列した場合、光の取り出し効率で考えると対費用効果が上がらないという問題がある。

上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＬＥＤ素子の高密度実装と光の取り出し効率の向上とを同時に満足させることができるＬＥＤ光源ユニットを提供することである。

前記課題を解決するための本発明の手段は、熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のＬＥＤ素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記ＬＥＤ素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した２つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したＬＥＤ光源ユニットにおいて、前記ＬＥＤ素子の側面を前記基台の長手方向に平行に配設し、隣接する前記ＬＥＤ素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらしてそのズレ量を前記ＬＥＤ素子の電極の幅分以上としたことを特徴とする。

また、前記ＬＥＤ素子のズレ量を前記ＬＥＤ素子の幅以上としたことを特徴とする。

また、前記課題を解決するための本発明の他の手段は、熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のＬＥＤ素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記ＬＥＤ素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した２つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したＬＥＤ光源ユニットにおいて、前記ＬＥＤ素子の電極が存在する対角線を前記基台の短手方向に平行に配設したことを特徴とする。

また、隣接する前記ＬＥＤ素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらして、隣接する前記ＬＥＤ素子の対向する側面同士の重なり量が電極面の幅分以上になるようにしたことを特徴とする。

また、隣接する前記ＬＥＤ素子の対向する側面同士の重なり量が前記ＬＥＤ素子の幅以上であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のＬＥＤ素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記ＬＥＤ素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した２つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したＬＥＤ光源ユニットにおいて、前記ＬＥＤ素子の側面を前記基台の長手方向に平行に配設し、隣接する前記ＬＥＤ素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらしてそのズレ量を前記ＬＥＤ素子の電極分以上としたので、ＬＥＤ素子の実装密度を実装できる範囲で最高のものにして輝度を向上させても光の取り出し効率が低下しないＬＥＤ光源ユニットを実現させることができた。

また、本発明によれば、前記ＬＥＤ素子の電極が存在する対角線を前記基台の短手方向に平行に配設したので、ＬＥＤ素子の実装密度を高くして輝度を向上させても光の取り出し効率が低下しないＬＥＤ光源ユニットを実現させることができた。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明の実施の形態であるバルブ型ＬＥＤ光源を構成するＬＥＤ光源ユニットについて説明する。図１はバルブ型ＬＥＤ光源を構成する本発明の第１の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解平面図である。図２は図１のＬＥＤ素子の配列を示す部分拡大平面図である。図３、図４及び図５はそれぞれ図２のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面における出射光を示す断面図である。

図１において、１はＬＥＤ光源ユニットを示している。ＬＥＤ素子５の側面が基台３の長手方向に平行になるように、また、隣接するＬＥＤ素子５同士が交互に基台３の短手方向に千鳥足状にずらして配列されている。この配列によってずれた分だけＬＥＤ光源ユニット１の幅寸法が従来より広くなっている。ＬＥＤ素子５の隣同士の間隔Ｂは実装可能な最小距離となっている。隣り合うＬＥＤ素子５の互いのズレ量Ｃは、図２に示すように、カソード電極５０４あるいはアノード電極５０５の電極幅分以上としてある。ＬＥＤ光源ユニット１のその他の構成は従来のＬＥＤ光源ユニット５２と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第１の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの効果について説明する。ＬＥＤ素子５同士の間隔Ｂを最小にしたので同じ長さの基台３に対してより多数（従来の９個がここでは１１個）のＬＥＤ素子５を搭載できるようになり、その分ＬＥＤ光源ユニット５２の輝度が向上する。図３、図４及び図５はいずれも発光面から各々の断面において４５°下方に出射した光の反射の様子を示している。隣接するＬＥＤ素子５同士にズレ量Ｃが存在することにより、基台３に反射した光は隣接するＬＥＤ素子５の影響を受けない。隣接する素子の影響を受け難くなるので素子間隔Ｂが最小になっても光の取り出し効率に悪影響が出ない。

図６はバルブ型ＬＥＤ光源を構成する本発明の第２の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解平面図である。図６おいて、１１はＬＥＤ光源ユニットを示している。隣接するＬＥＤ素子５の側面同士が互いに重ならない配列、即ちズレ量Ｃが素子幅以上になっているので、その分ＬＥＤ光源ユニット１１の幅が広がっているが、他は第１の実施の形態のＬＥＤ光源ユニット１と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第２の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの効果について説明する。ＬＥＤ素子５の隣同士が重ならなくなったので、素子間隔が狭くなっても光の取り出し効率は第１の実施の形態よりかなり良くなる。その他は第１の実施の形態と同様の効果がある。

図７はバルブ型ＬＥＤ光源を構成する本発明の第３の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解平面図である。図７において、２１はＬＥＤ光源ユニットを示している。ＬＥＤ素子５の電極のある対角線がＬＥＤ光源ユニット２１の短手方向に平行になるように配列されている。その分ＬＥＤ光源ユニット２１の幅がわずかに広がっている。ＬＥＤ素子５の周辺の隙間Ａは従来と同様であり、対向する隣同士の側面は重なっておらず、間隔Ｂは最小限となっている。ＬＥＤ光源ユニット２１のその他の構成は従来のＬＥＤ光源ユニット５２と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第３の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの効果について説明する。図８は図７のＬＥＤ素子の配列を示す部分拡大平面図である。図９、図１０、図１１及び図１２はそれぞれ図８のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面及びＤ−Ｄ断面における出射光を示す断面図である。図９、図１０、図１１及び図１２に示すように、何れの方向においても基台３における反射光は隣接するＬＥＤ素子５の影響を受けない。また、ＬＥＤ素子５の対角線が基台３の長手方向に沿って配列されているので、間隔Ｂが最小限であっても素子の実装個数は従来と変わらない。また、最も近接している部分が電極のない部分であるから、光の取り出し効率に悪影響は出ないでより明るくなる。

図１３はバルブ型ＬＥＤ光源を構成する本発明の第４の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解平面図である。図１３において、３１はＬＥＤ光源ユニットを示している。ＬＥＤ素子５の配列は千鳥足状になっており、隣同士の側面の隙間は間隔Ｂとなっており、対向する側面同士の重なり量Ｄは電極面の幅分以上になっているので、その分ＬＥＤ光源ユニット３１の幅は広くなっていて、素子の実装個数は１１個となっている。ＬＥＤ光源ユニット３１のその他の構成は第２の実施の形態のＬＥＤ光源ユニット２１と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第４の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの効果について説明する。対向する側面同士の重なり量Ｄがあるので、素子の実装個数が第３の実施の形態（９個）より多く（１１個）なり、ＬＥＤ光源ユニット３１の輝度が向上する。また、光の取り出し効率に影響は出ない。

図１４はバルブ型ＬＥＤ光源を構成する本発明の第５の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解平面図である。図１４において、４１はＬＥＤ光源ユニットを示している。ＬＥＤ素子５の隣同士の側面の隙間は間隔Ａとなっており、対向する側面同士の重なり量Ｄは側面の幅寸法以上になっているので、ＬＥＤ光源ユニット４１の幅は第３の実施の形態のＬＥＤ光源ユニット３１の幅より広くなっている。ＬＥＤ光源ユニット４１のその他の構成は第３の実施の形態のＬＥＤ光源ユニット３１と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第５の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの効果について説明する。ＬＥＤ素子５の側面同士が間隔Ａであって、側面同士の重なりが大きく、千鳥足の程度が大きいので、素子の実装個数が第３の実施の形態（９個）より多く（１３個）なり、ＬＥＤ光源ユニット４１の輝度が向上する。しかも、ＬＥＤ素子５の隣接する側面同士は間隔Ａであるから、重なり量Ｄが大きくても従来と同じ光の取り出し効率を維持できる。

本発明のＬＥＤ光源ユニットは、単独で使用して、あるいは複数を組み合わせてバルブ型ＬＥＤ光源を初めとして各種のＬＥＤ光源を構成することによって各方面に広く適用することができる。

本発明の第１の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解正面図である。本発明の第１の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットのＬＥＤ素子の配列を示す部分拡大平面図である。図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図２のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解正面図である。本発明の第３の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解正面図である。本発明の第３の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットのＬＥＤ素子の配列を示す部分拡大平面図である。図８のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図８のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図８のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。図８のＤ−Ｄ断面を示す断面図である。本発明の第４の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解正面図である。本発明の第５の実施の形態であるＬＥＤ光源ユニットの要部分解正面図である。従来のバルブ型ＬＥＤ光源の斜視図である。従来のＬＥＤ光源ユニットの部分分解斜視図である。従来のＬＥＤ光源ユニットの要部分解正面図である。ＬＥＤ素子の斜視図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１、４１ＬＥＤ光源ユニット
３基台
４プリント基板
４ｂ、４ｃ配線パターン
５ＬＥＤ素子
８透光性樹脂

Claims

熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のＬＥＤ素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記ＬＥＤ素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した２つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したＬＥＤ光源ユニットにおいて、前記ＬＥＤ素子の側面を前記基台の長手方向に平行に配設し、隣接する前記ＬＥＤ素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらしてそのズレ量を前記ＬＥＤ素子の電極の幅分以上としたことを特徴とするＬＥＤ光源ユニット。
前記ＬＥＤ素子のズレ量を前記ＬＥＤ素子の幅以上としたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源ユニット。
熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のＬＥＤ素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記ＬＥＤ素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した２つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したＬＥＤ光源ユニットにおいて、前記ＬＥＤ素子の電極が存在する対角線を前記基台の短手方向に平行に配設したことを特徴とするＬＥＤ光源ユニット。
隣接する前記ＬＥＤ素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらして、隣接する前記ＬＥＤ素子の対向する側面同士の重なり量が電極面の幅分以上になるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ光源ユニット。
隣接する前記ＬＥＤ素子の対向する側面同士の重なり量が前記ＬＥＤ素子の幅以上であることを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ光源ユニット。