JP2007067103A - 発光ダイオード装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板や樹脂層の反り等の変形を防止または低減することができると共に、放熱量を増大させることができる発光ダイオード装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオードチップが配設される表面２ａと段部が形成された裏面を有する基板部および基板部間に設けられたスリット部６を有してなる基板２と；内面が反射作用を有する投光開口を有する凹部１１を前記基板部表面に複数形成するとともに、前記スリットを介して基板部裏面の段部を被覆する樹脂層と；投光開口に対向する基板部に配設された導電層および凹部内に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップを有する発光ダイオード発光部１３と；を具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）装置を具備した発光ダイオード装置に関する。

従来の発光ダイオード装置の一例としては、発光ダイオードチップを配設した樹脂製ケース内に、合成樹脂を充填して発光ダイオードチップをケース内に封止する面実装タイプのものが知られている（例えば特許文献１参照）。

また、この種の発光ダイオード装置の中には、発光ダイオードチップを一対の金属板にそれぞれ電気的に接続し、これら複数の発光ダイオードチップと複数対の金属板を、透光性エポキシ樹脂等よりなる封止樹脂等の樹脂層により一体に被覆しているものもある（例えば特許文献２参照）。
特開２００２−４３６２５号公報 特開２００３−６０２４０号公報

しかしながら、この特許文献２記載の発光ダイオード装置では、樹脂層の熱膨張率の方が金属板の熱膨張率よりも大きいという熱膨張差があるので、発光ダイオードチップの発熱により樹脂層が金属板に対して凸の円弧状に湾曲する反り等の変形が発生する。このために、樹脂層が金属板から浮き上がり、金属板と樹脂層との間に間隙が形成されるという課題がある。

これにより、樹脂層の浮き上がり量の大きい箇所と小さい箇所とでは、金属板と樹脂層との間隙の大きさが相違し、これら間隙内に封止樹脂の一部が侵入するので、複数の発光ダイオードチップの封止樹脂の充填量がそれぞれ相違して一定せず、また、複数の封止樹脂の投光面の傾きが相違して投光方向が相違するので、色むらや輝度むらを生じるという課題がある。さらに、発熱する発光ダイオードチップの全体を封止樹脂により被覆しているので、放熱量が少なく、発光ダイオード装置全体が高温に昇温するという課題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、基板や樹脂層の反り等の変形を防止または低減することができると共に、放熱量を増大させることができる発光ダイオード装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、発光ダイオードチップが配設される表面と段部が形成された裏面を有する基板部および基板部間に設けられたスリット部を有してなる基板と；内面が反射作用を有する投光開口を有する凹部を前記基板部表面に複数形成するとともに、前記スリットを介して基板部裏面の段部を被覆する樹脂層と；投光開口に対向する基板部に配設された導電層および凹部内に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップを有する発光ダイオード発光部と；を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。

請求項２に係る発明は、基板部に配設された各発光ダイオードチップは、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置である。

請求項３に係る発明は、基板には、前記導電層に電気的に接続された端子部を備え、発光ダイオードチップは、各基板部毎に端子部に電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード装置である。

請求項１に係る発明によれば、複数の基板部同士の間において、基板にスリットを形成しているので、基板と樹脂層との熱膨張差により、樹脂層および基板に反り等の変形が発生しようとしても、その変形は基板のスリットの変形により実質的に吸収される。

このために、樹脂層および基板の反り等の変形が防止または低減されるので、この樹脂層に形成された凹部の変形に起因する色むらや輝度むらを防止または低減することができる。

また、基板のスリットは、基板の板厚方向に貫通しているので、板厚方向の通風量を増大させることができる。このために、スリットに隣り合う基板部と樹脂層をスリットの通風により冷却させることができる。これにより、発光ダイオード発光部の高温昇温を防止または抑制することができる。また、本発明は複数の発光ダイオードチップを１枚の基板上に配設するものであるから、これら発光ダイオードチップにより見かけ上、面状に発光させることができる。

請求項２の発明によれば、基板部上の複数の発光ダイオードチップ同士が電気的に直列に接続されているので、これら発光ダイオードチップの各印加電圧が等しくなり、各々の輝度がほぼ等しくなる。

請求項３の発明によれば、複数の発光ダイオードチップを基板部毎に端子部に電気的に並列に接続しているので、万一、所要の基板部上の発光ダイオードチップが故障等により不点灯になっても、他の基板部上の発光ダイオードチップを通電し、点灯させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、これら複数の添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

図１は本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置１の一部切欠平面図、図２は図１で示す発光ダイオード連設部の一部切欠拡大図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４は図２で示す基板部の一部切欠平面図、図５は図３で示す回路パターンの平面図、図６は図５で示す連設部用回路パターンの一部切欠拡大図、図７は図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線縦断面図、図８は図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。

図１に示すように発光ダイオード装置１は、ほぼ正方形平板の基板２の上面２ａ上に、1列状の複数の発光ダイオード連設部３，３，…と、図中左右一対の端子部４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂを配設している。これら発光ダイオード連設部３，３，…は、基板２の上面（表面）２ａ上にて、複数の発光ダイオード発光部１３，１３，…を図１中横方向に１列状に配列し、一体に形成することにより形成されている。この発光ダイオード連設部３は、図１中縦方向に所要の間隔を置いて例えば１６行で配設されている。

基板２は、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属製平板からなり、図１中、縦方向で隣り合う発光ダイオード連設部３，３，…の列同士の図１中縦方向の間にて、この発光ダイオード連設部３とほぼ同じ長さまたは若干短い長さの貫通孔である所定幅のスリット６をそれぞれ形成している。これにより、基板２には図１中横長長方形の各基板部３ａが隣り合うスリット６，６同士間にて形成される。各基板部３ａ上には、図３で示すように電気絶縁層７を介して導電層の一例である回路パターン８が配設されている。

図４に示すように基板部３ａは、その幅方向両端部に例えば角形の図４中上下一対の切欠３ｂ，３ｃを切欠形成し、これら一対の切欠３ｂ，３ｃを長手方向に所定のピッチで複数対形成している。また、基板部３ａは図７，図８に示すように凹部形成部材１２を形成する一面（図中上面）の反対側である裏面３ｄ側において、基板部３ａの幅方向両端部に、所要形状の左右一対の段部３ｅ，３ｆを形成している。これら一対の段部３ｅ，３ｆは基板部３ａの長手方向中間部の全長に亘って連続的に形成されている。

図５は基板２の上面（表面）２ａ上に形成された回路パターン８を主に示す平面図である。

回路パターン８は、銅（Ｃｕ）箔上に、とニッケル（Ｎｉ）めっき、さらに金（Ａｕ）めっきを形成することにより形成され、各発光ダイオード連設部３の基板部３ａ上にそれぞれ形成される複数の連設部用回路パターン８ａ，８ａ，…と、これら連設部用回路パターン８ａ，８ａ，…の長手方向両端部にそれぞれ電気的に接続される図５中左右一対の接続用回路パターン８ｂ，８ｃと、を有する。これら複数の連設部用回路パターン８ａ，８ａ，…は、図５中左右一対の接続用回路パターン８ｂ，８ｃに対して電気的に並列に接続されている。

また、これら接続用回路パターン８ｂ，８ｃの一方、例えば８ｂは、その一端（図５では上端）を、基板２の図５中上部の左右一対の上部端子部４ａ，５ａの一方、例えば４ａに電気的に接続し、他端（図５では下端）を図５中下部の左右一対の下部端子部４ｂ，５ｂの一方、例えば４ｂに接続している。なお、接続用回路パターン８ｂ，８ｃの図１中上面は、ＰＢＴやＰＰＡ，ＰＣ等の樹脂により被覆して電気的に絶縁してもよい。

一方、図５中右側の接続用回路パターン８ｃは、その図５中上端を上部端子５ａに接続し、図５中下端を他方の下部端子部５ｂに電気的に接続している。

図５中左側の上下一対の端子部４ａ，５ａの一方は直流電圧の例えば陽極側が印加され、図５中右側の上下一対の端子部４ｂ，５ｂの一方は、直流電圧の陰極側が供給されるようになっている。すなわち、上部の左右一対の端子部４ａ，５ａ同士間と、下部の左右一対の端子部４ｂ，５ｂ同士間のいずれかに直流電圧を適宜印加し得るようになっている。

図６に示すように連設部用回路パターン８ａは、基板部３ａの幅とほぼ等しい幅または若干狭い幅に形成され、この基板部３ａの上面上に、複数の小回路パターン８ａ１を基板部３ａの長手方向に所要の電気絶縁用間隙８ｄを介して順次配設し、この長手方向両端部には、接続用回路パターン８ｂ，８ｃにそれぞれ接続される接続端子８ａ２，８ａ３をそれぞれ設けている。

小回路パターン８ａ１は、各基板部３ａの長手方向で隣り合う回路パターン８ａ１側へ突出する矩形の突出端部上に、発光ダイオードチップ９を載置させて、ダイボンディング等により底面電極に電気的に接続する一方、発光ダイオードチップ９の上面電極にボンディングワイヤ１０を介して電気的に接続される回路パターンである。発光ダイオードチップ９は例えば青色光を発光する窒化ガリウム（ＧａＮ）系から構成されている。

すなわち、これら小回路パターン８ａ１，８ａ１，…は各発光ダイオード連設部３の基板部３ａ毎に、複数、例えば１６個の発光ダイオードチップ９を順次直列に接続している。発光ダイオード連設部３は全体基板２上に例えば１６行配列されているので、発光ダイオードチップ９は全体基板２上に１６行１６列でマトリクス状に配設されている。なお、発光ダイオードチップ９は２本のボンディングワイヤ１０により長手方向で隣り合う小回路パターン８ａ１にそれぞれ電気的に接続されるものでもよい。

そして、図１，図２に示すように各発光ダイオード連設部３は、その基板部３ａ上に、各発光ダイオードチップ９の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板２の反対側（図３では上方）に向けて漸次拡開する逆円錐台状の凹部１１をそれぞれ同心状に形成した凹部形成部材１２を各発光ダイオードチップ９毎に形成することにより、１単位の発光ダイオード発光部１３をそれぞれ形成し、これら複数（例えば１６個）の発光ダイオード発光部１３，１３，…を１列状に配列し、かつ一体に形成している。凹部形成部材１２は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂により、樹脂層を形成している。この樹脂層は、基板部３ａの幅方向左右両端外面を幅方向に挟持する一対の側面部１２ａ，１２ｂを凹部形成部材１２に一体に連成して断面コ字状に形成されている。各凹部１１は、その凹部内面に反射面１１ａを形成し、外部に開口する投光開口１１ｂとその上端面である投光開口端１１ｃをそれぞれ有する。

また、各凹部１１は、その内部に、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を注入し、投光開口端１１ｃとほぼ面一になるように充填し、封止樹脂１４としてそれぞれ形成している。さらに、この封止樹脂１４内には、例えば黄色発光の蛍光体が混入されている。

そして、図２に示すように、基板部３ａの長手方向で隣り合う凹部形成部材１２，１２，…同士を一体に連結する連結部１２ｃの外表面として、その図３中上面に、各投光開口端１１ｃと同一端側、すなわち、図３では上方側に向けて開口する有底の溝１５を全幅に亘って切欠形成している。

図２，図３にも示すように各溝１５は、その底面で基板部３ａの図３，図６中の上面３ｂと回路パターン８の一部を外部に露出させる深さに形成されている。また、溝１５の図２中上端部と下端部、すなわち、基板２の幅方向左右両側端部側には一対の側面部１２ａ，１２ｂを配設している。これら一対の側面部１２ａ，１２ｂは、図７に示すように、基板部３ａを幅方向で挟持するように配設され、各凹部形成部材１２，１２，…の幅方向両端部と一体に連結されて断面形状がほぼコ字状基板に形成されている。

図７，図８に示すように一対の側面部１２ａ，１２ｂは、基板部３ａの幅方向両端部外面を、幅方向で挟持するように所要厚でそれぞれ被覆し、図２に示すように基板部３ａの長手方向中間部の全長に亘って連続的に連成されている。また、一対の側面部１２ａ，１２ｂは図４で示す基板部３ａの各対の切欠３ｂ，３ｃにそれぞれ係合する角柱状の係合凸部１２ａ１，１２ｂ１をそれぞれ形成している。これら係合凸部１２ａ１，１２ｂ１は隣り合う凹部形成部材１２，１２，…間に形成される溝１５と同一位置に形成されている。図８に示すように各係合凸部１２ａ１，１２ｂ１の厚さ方向上端（図８中上端）は基板部３ａの図中上端面３ｂとほぼ面一に形成されている。

図７，図８に示すように一対の側面部１２ａ，１２ｂは、その図７，図８中各下端部を基板部３ａ裏面３ｄ側へほぼ直角にそれぞれ屈曲させ、これら屈曲端部に、基板部３ａの裏面３ｄ側の左右一対の段部３ｅ，３ｆにそれぞれ嵌合する嵌合部１２ａ２，１２ｂ２を一体に連成している。これら一対の嵌合部１２ａ２，１２ｂ２の内端同士間には、所要幅の開口１２ｃが形成されている。

次に、この発光ダイオード装置１の作用を説明する。

まず、図１中上部の左右一対の端子部４ａと５ａ間，または図１中下部の左右一対の端子部４ｂと５ｂ間に所定の直流電圧が印加されると、この直流電圧が一対の接続用回路パターン８ａ，８ｂを介して各発光ダイオード連設部３の各発光ダイオードチップ９に印加される。このために、これら発光ダイオードチップ９が青色に発光する。この青色発光は透明の封止樹脂１４内の黄色発光の蛍光体を励起し、黄色を発光させると共に、発光ダイオードチップ９の青色光と混色することにより白色光となって、反射面１１ａにより反射されて投光開口１１ｂから外部へ放射される。

これら発光ダイオードチップ９は通電により発熱し、発光ダイオード装置１全体に伝達されるが、基板部３ａに伝達された熱の一部は、各溝１５の外部露出底面である基板部上面３ｂの一部から外部へ放出されるので、その昇温を抑制することができる。さらに、各基板部３ａから基板２全体に伝達された熱は、基板２の複数のスリット６，６，…を通風する通風により冷却され、一段と放熱効果を向上させることができる。これにより、発光ダイオードチップ９の高温昇温による性能低下を防止または低減できる。

また、各凹部形成部材１２，１２，…は、樹脂製であり、金属製の基板２および基板部３ａよりも熱膨張率が大きいので、その熱膨張差により、これらに反り等の変形が発生しようとするが、その変形が複数の溝１５と複数のスリット６の弾性変形により吸収されるので、凹部形成部材１２の変形を防止または低減することができる。

このために、複数の凹部形成部材１２，１２，…の反射面１１ａ，１１ａ，…や封止樹脂１４の変形により、その投光開口端１１ｂ，１１ｂ，…の投光方向がずれて色むらや輝度むら（明るさのむら）が発生するのを防止または低減することができる。

また、各溝１５は、その左右両側面に、隣り合う凹部形成部材１２，１２同士を連結する左右一対の側面部１２ａ，１２ｂを設けているので、これら凹部形成部１２を射出成形により形成する場合には、その射出成形用の成形型の配列方向一端側の凹部形成部１２に樹脂を射出することにより、その樹脂を、各溝１５の一対の側面部１２ａ，１２ｂを通して列方向他端側の凹部形成部１２の隅々まで行き渡らせることができる。

このために、複数の発光ダイオード連設部３の各凹部形成部材１２，１２，…を射出成形によりほぼ同時に形成することができると共に、その成形性を向上させることができる。

そして、図１に示すように凹部形成部材１２に一体に形成されている一対の側面部１２ａ，１２ｂは、基板部３ａの幅方向両端部を幅方向に挟持すると共に、これら一対の側面部１２ａ，１２ｂの一対の嵌合部１２ａ２，１２ｂ２が基板部裏面３ｄ側の一対の段部３ｅ，３ｆに嵌合することにより、各凹部形成部材１２と一対の側面部１２ａ，１２ｂにより基板部３ａを厚さ方向に抱え持ちしている。すなわち、各凹部形成部材１２と一対の側面部１２ａ，１２ｂにより、基板部３ａを表裏方向と幅方向の２方向で挟持すると共に、基板部３ａの長手方向で係止しているので、各凹部形成部材１２を基板部３ａ上の所定の位置に強固に固定することができる。

また、各凹部形成部材１２と一対の側面部１２ａ，１２ｂは弾性を有する樹脂により形成されているので、基板部３ａの回路パターン８上に一対の側面部１２ａ，１２ｂの下面開口１２ｃ端を載置し、各凹部形成部材１２を基板部３ａ側へ押し込むことにより、各凹部形成部材１２と一対の側面部１２ａ，１２ｂとを一体に連成した樹脂層を基板部３ａに簡単迅速かつ確実に取り付けることができる。

すなわち、凹部形成部材１２側を基板部３ａ側へ押し込むと、一対の側面部１２ａ，１２ｂの開口１２ｃ下端当接面が回路パターン５の上面上を幅方向外方へ摺動して下面開口１２ｃが次第に拡大するように弾性変形して行き、さらに、樹脂層を基板部３ａ側へ押し込み続けると、この下面開口１２ｃが基板２の左右両側面外面まで拡大して飲み込み、やがて基板部裏面２ｄへ進み、この基板部裏面２ｄへ到達したときに、一対の側面部１２ａ，１２ｂの嵌合部１２ａ２，１２ｂ２が基板部裏面２ｄの段部３ｅ，３ｆに嵌合される。

これにより、凹部形成部材９側を基板部３ａ側へ単に押し込むことにより、凹部形成部材１２を基板部３ａへ簡単迅速かつ確実に固定することができる。

さらに、各側面部１２ａ，１２ｂは、その各対の係合凸部１２ａ１，１２ｂ１を、基板部３ａの各対の切欠３ｂ，３ｃ，…に係合させているので、これら側面部１２ａ，１２ｂに一体に連成されている凹部形成部材１２，１２，…が基板部３ａの長手方向に変位するのを防止することができる。

このために、凹部形成部材１２，１２，…の反射面１１ａが発光ダイオードチップ９に対して基板部３ａの長手方向に変位するのを防止することができるので、その反射面１１ａの変位に起因する光学的性能の変動を防止することができる。

そして、この発光ダイオード装置１は、基板２の上面（表面）２ａ上に、複数の発光ダイオード連設部３，３，…を設けることにより、複数の発光ダイオードチップ９を基板上面２ａ上に全面的に配設しているので、見かけ上、面状に発光させることができる。

また、発光ダイオード装置１は、１枚の基板２上に、１列状の発光ダイオード連設部３の複数個を形成しているので、これら発光ダイオード連設部３毎にプレス剪断等により打ち抜くことにより、１列状の複数の発光ダイオード連設部３，３，…をほぼ同時に形成することができる。また、発光ダイオード連設部３は、複数の発光ダイオードチップ９，９，…を電気的に直列に接続しているので、これら発光ダイオードチップ９，９，…の輝度をほぼ等しくすることができる。さらに、複数の発光ダイオード連設部３，３，…を端子部４ａ，５ａまたは４ｂ，５ｂに対して電気的に並列に接続しているので、万一、これら発光ダイオード連設部３の一部の発光ダイオードチップ９が故障等により点灯しない事態が発生しても、他の発光ダイオード連設部３の発光ダイオードチップ９を通電し、点灯させることができる。

本発明の一実施形態に係る発光ダイオード連設部の一部切欠平面図。 図１で示す１つの発光ダイオード連設部の一部切欠拡大図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 図３で示す基板部の平面図。 図３等で示す回路パターンの平面図。 図５で示す連設部用回路パターンの一部切欠拡大図。 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。 図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。

符号の説明

１…発光ダイオード装置、２…基板、３…発光ダイオード連設部、３ａ…基板部、３ｂ，３ｃ…切欠、３ｅ，３ｆ…段部、４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ…端子部、６…抜き穴、７…絶縁層、８…回路パターン、８ａ…連設部用回路パターン、８ｂ，８ｃ…接続用回路パターン、９…発光ダイオードチップ、１１…凹部、１１ａ…反射面、１１ｂ…投光開口、１１ｃ…投光開口端、１２…凹部形成部材、１４…封止樹脂、１５…溝、１２ａ，１２ｂ…一対の側面部、１２ａ１，１２ｂ１…係合凸部、１２ａ２，１２ｂ２…嵌合部、１３…発光ダイオード発光部。

Claims (3)

1. 発光ダイオードチップが配設される表面と段部が形成された裏面を有する基板部および基板部間に設けられたスリット部を有してなる基板と；
   内面が反射作用を有する投光開口を有する凹部を前記基板部表面に複数形成するとともに、前記スリットを介して基板部裏面の段部を被覆する樹脂層と；
   投光開口に対向する基板部に配設された導電層および凹部内に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップを有する発光ダイオード発光部と；
   を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
2. 基板部に配設された各発光ダイオードチップは、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
3. 基板には、前記導電層に電気的に接続された端子部を備え、発光ダイオードチップは、各基板部毎に端子部に電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード装置。

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