JP2007081242A - 発光ダイオード装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、基板の反りを抑制するともに放熱性を向上させる発光ダイオード装置および照明器具を提供することを目的とする。
【解決手段】請求項１の発明は、表面、段差部が形成された裏面および一対の端部を含む基板本体２と、前記表面側に形成される投光開口を有する凹部および前記段差部に嵌合する嵌合部を形成してなる凹部形成樹脂９とを有し、端部が前記基板本体の表面側方向に最大０．５ｍｍ反って形成された基板２０と；投光開口に対向して基板上に配設された導電層５と；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６と；を具備している。
【選択図】図４

Description

本発明は発光ダイオード装置および照明装置に関する。

従来、ＬＥＤチップ等の点発光するＬＥＤ発光素子を用いた発光表示体としては、図８に示すようなドットマトリクス発光表示体がある。即ち、このドットマトリクス発光表示体１０１は、表示体基板１０２上にＬＥＤ発光素子を搭載してＸ−Ｙのマトリックスダイナミック点灯発光表示回路を構成している。そして、この表示体基板１０２上に、内周面を白系の光反射面とした透孔１０５をＬＥＤ発光素子に対応して縦横に８×８個形成してなる合成樹脂製のマスク板１０６を重ねて接着し、各ＬＥＤ発光素子を各透孔１０５に収容し、更に各透孔１０５に透光性樹脂１０７を注入してＬＥＤ発光素子の配設配線部分を封止することにより、発光部１０８として８×８のドットマトリクス状に配列された発光ドットを形成している。
実開平７−７１６１号公報

上記発光表示体１０１では、ＬＥＤ発光素子１０４の発熱により発光表示体１０１自体に反り等が生じないように、表示体基板１０２を例えばガラスエポキシ樹脂等の成形品とし、マスク板１０６をシリコーンゴム等のゴム弾性体製としていた。しかし、このような発光表示体１０１では、上記のように熱応力に対しては信頼性が高められるが、表示体の組み立てなどの取り扱い時に表面や側面に局部的な外圧が加わって変形し、ＬＥＤ発光素子に接続されたワイヤの破損や断線等を生じ易いといった問題があった。

そのため、表示体基板１０２に接合するマスク板１０６を硬質の合成樹脂製とすればよいが、これでは、ＬＥＤ発光素子１０４を点灯させて発熱を生じると、マスク板１０６と表示体基板１０２の熱膨張係数の差異により熱応力を生じ、歪みを発生して発光表示体１０１が反り、ＬＥＤ発光素子１０４やワイヤが断線するといった問題があった。

本発明は、基板の反りを抑制するともに放熱性を向上させる発光ダイオード装置および照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、表面、段差部が形成された裏面および一対の端部を含む基板本体と、前記表面側に形成される投光開口を有する凹部および前記段差部に嵌合する嵌合部を形成してなる凹部形成樹脂とを有し、端部が前記基板本体の表面側方向に最大０．５ｍｍ反って形成された基板と；投光開口に対向して基板上に配設された導電層と；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と；を具備していることを特徴とする。

ここで、基板本体は、例えば放熱性の優れているアルミニウム等の金属製基板等であればよく、器具本体には一対の端部側で固定部材により固着される。

また、基板本体の表面側に多く設けられた凹部形成樹脂が固化する際に収縮して基板本体をその表面側方向に反らせる。しかし、裏面側の凹部形成樹脂が基板本体の段差部に嵌合するので、表面側方向に反らせる程度を低減している。この結果、基板本体の端部を最大０．５ｍｍ反って形成することができる。反りが０．５ｍｍを超えると基板本体表面側に形成される投光開口を有する凹部に歪みが生じ、発光ダイオードチップから発光された光を適切に制御できなくなる問題が発生する。また、反りが０ｍｍを超えることにより、基板の両端を固定部材により器具本体に固着するときには、反りを修正しようとして基板から器具本体側を押圧する力が発生するので、基板と器具本体側との密着性が向上する。

したがって、発光ダイオードチップから放射された熱を効率よく器具本体側に伝導して放熱することができる。なお、光学特性の低下および放熱性の向上を考慮すれば、反りは０．１〜０．５ｍｍが好適な範囲である。

請求項２の発明は、器具本体と；器具本体に配設された請求項１記載の発光ダイオード装置と；を具備していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、基板の端部が前記基板本体の表面側方向に最大０．５ｍｍ反って形成されているので、発光ダイオードチップの発光した光の光学特性の低下を抑制しつつ、発光ダイオードチップ放射された熱を効率よく器具本体側に伝導して放熱することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１記載の発光ダイオード装置は器具本体に密着して配設されるので、発光ダイオードチップから放射された熱を効率よく器具本体側に伝導して放熱することができる。

以下、本発明の一実施形態を示す発光ダイオード装置について、図面を参照して説明する。図１は図３のＩ−Ｉ線断面図、図２は図３のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の一部切欠平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図１等で示す基板本体の一部切欠平面図、図６は図４のＶＩ部拡大図、図７は図３の一部拡大図である。

図３，図４に示すように、発光ダイオード装置１は長尺状の基板２０上に複数の発光ダイオード発光部３を長手方向に例えば列状に配設し、かつ一体に連成している。

基板２０は、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ等の長尺な平板状の基板本体２と凹部形成樹脂９とで構成されている。基板本体２は、表面、裏面、側面部および一対の端部を有し、図５に示すように側面部には例えば角形の一対の切欠２ｂ，２ｃが形成され、一対の端部には固定用の切欠２ｄが形成され、裏面側には、一対の段差２ｅ，２ｆが長手方向の全長に亘って連続的に形成されている。そして、基板本体２の端部２ｄは、基板本体２の表面側方向に最大で０．５ｍｍ反って形成されている。

上記反り（Ｘ）の測定方法については、例えば次のように行うものとする。すなわち、図４において、基板本体２が反り円弧の一部の形状、すなわち基板全体で凸状となるような場合には、当該基板本体２の中央部を平面上に設置して基板本体２の両端部が浮いた状態にして、前記平面上から基板本体の各端部までの距離を測定して平均した距離とする。具体的には、基板本体２の各端部までの距離がそれぞれＸ１＝０．４ｍｍとＸ２＝０．６ｍｍであるときには、反りＸ＝（０．４＋０．６）／２＝０．５ｍｍとなる。なお、反りが完全な円弧状でない場合にもこの方法を許容する。

さらに、基板本体２は凹部形成樹脂９を有しており、凹部形成樹脂９は、図１，図２に示すように、基板本体２表面側に形成される投光開口を有する凹部８および段差部２ｅ，２ｆに嵌合する嵌合部１１ａ２，１１ｂ２を形成してなる。

さらにまた、基板本体２には、電気絶縁層４を介して導電層の一例である回路パターン５が配設されている。図４，図６に示すように、回路パターン５ａ，５ｂは、銅（Ｃｕ）とニッケル（Ｎｉ）の合金や金（Ａｕ）等に形成され、発光ダイオードチップ６の陰極側と陽極側とが接続される。

発光ダイオードチップ６は、青色光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体等からなる。この発光ダイオードチップ６は、その底面電極を回路パターン５ａ，５ｂの一方上に載置してダイボンディング等により電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン５ａ，５ｂの他方にボンディングワイヤ７により接続している。なお、図３中符号５ｃは一対の回路パターン５ａ，５ｂ同士を電気的に絶縁する間隙である。

そして、基板本体２上には、各発光ダイオードチップ６の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板本体２の表面側（図４，図６では上方）に向けて漸次拡開する逆円錐台状の凹部８を発光ダイオード発光部３毎に形成して凹部形成樹脂９を構成している。この凹部形成樹脂９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）等が好適である。また、凹部形成樹脂９は、基板本体２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１１ａ，１１ｂを一体に連成して断面コ字状に形成されている。

凹部８は、その凹部内面に反射面８ａを形成し、外部に開口する投光開口８ｂとその上端面である投光開口端８ｃをそれぞれ有する。そして、各凹部８の内部には、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が注入され、投光開口端８ｃとほぼ面一になるように充填され、封止樹脂１０としてそれぞれ形成されている。なお、この封止樹脂１０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１〜図５に示すように、基板本体２の長手方向で隣り合う凹部８を連結する連結部９ａの外表面に上方側に向けて開口するスリット１１を全幅に亘って切欠形成している。このスリット１１の大きさにより、凹部形成樹脂９が固化する際の収縮程度を制御することができ、基板本体２をその表面側方向に反らせる度合いを制御できる。本実施形態では、基板本体２の端部を最大０．５ｍｍ反って形成させることができる。

図２，図６にも示すように各スリット１１は、その底面で基板本体２の図２，図６中の上面２ａを外部に露出させる深さに形成されている。また、スリット１１の図３，図７中上端部と下端部、すなわち、基板本体２の幅方向左右両側端部側には一対の側面部１１ａ，１１ｂを配設している。これら一対の側面部１１ａ，１１ｂは、図１に示すように、基板本体２を幅方向で挟持するように配設され、凹部形成樹脂９の側面部と一体に連結されて断面形状がほぼコ字状に形成されている。

図１，図２に示すように、凹部形成樹脂９の側面部１１ａ，１１ｂは、基板本体２の側面部所要厚で被覆し、図３に示すように基板本体２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、凹部形成樹脂９の一対の側面部１１ａ，１１ｂは、図５で示す基板本体２の各対の切欠２ｂ，２ｃにそれぞれ係合する角柱状の係合凸部１１ａ１，１１ｂ１をそれぞれ形成している。これら係合凸部１１ａ１，１１ｂ１は隣り合う凹部８間に形成されるスリット１１と同一位置に形成されている。図６に示すように各係合凸部１１ａ１，１１ｂ１の厚さ方向上端（図６中上端）は基板本体２の図中上端面２ａとほぼ面一に形成されている。

図１に示すように一対の側面部１１ａ，１１ｂは、その図１中各下端部を基板本体２側へほぼ直角にそれぞれ屈曲され、基板本体２の段差２ｅ，２ｆにそれぞれ嵌合する嵌合部１１ａ２，１１ｂ２が一体に形成されている。これら一対の嵌合部１１ａ２，１１ｂ２の内端同士間には、所要幅の開口１１ｃ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、一対の回路パターン５ａ，５ｂを介して各発光ダイオードチップ６に直流電圧が印加されると、これら発光ダイオードチップ６が青色に発光する。この発光は透明の封止樹脂１０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６の青色光と混色することにより白色光となって、反射面８ａにより反射されて投光開口８ｂから外部へ放射される。

これら発光ダイオードチップ６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、基板本体２に伝達された熱の一部は、各スリット１１の外部露出底面である基板上面２ａ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。

また、凹部形成樹脂９は、金属製の基板本体２よりも熱膨張率が大きいので、その熱膨張差により、反り等の変形が発生しようとするが、その変形がスリット１１の変形により吸収するので、凹部形成樹脂９の変形を防止または低減することができる。

このために、凹部８の反射面８ａや封止樹脂１０の変形により、その投光開口端８ｂ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。

凹部形成樹脂９を射出成形により基板本体２に形成する場合には、各スリット１１は、その左右両側面に、隣り合う凹部８同士を連結する左右一対の側面部１１ａ，１１ｂを設けているので、これら凹部８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に樹脂を射出することにより、その樹脂を、各スリット１１の一対の側面部１１ａ，１１ｂを通して列方向他端側の隅々まで行き渡らせることができる。このために、複数の凹部８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樹脂９に一体に連結されている側面部１１ａ，１１ｂは、基板本体２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１１ａ，１１ｂの一対の嵌合部１１ａ２，１１ｂ２が基板裏面２ｂ側の一対の段差２ｅ，２ｆに嵌合することにより、凹部形成樹脂９と一対の側面部１１ａ，１１ｂにより基板本体２を厚さ方向に抱え持ちしている。

すなわち、凹部形成樹脂９と一対の側面部１１ａ，１１ｂにより、基板本体２を表裏方向と幅方向の２方向で挟持すると共に、基板本体２の長手方向で係止しているので、凹部形成樹脂９を基板本体２上の所定の位置に強固に固定することができる。

また、凹部形成樹脂９を事前に形成して基板本体２に組み込む場合には、凹部形成樹脂９の一対の側面部１１ａ，１１ｂは弾性を有する樹脂により形成することにより、基板本体２の回路パターン５上に一対の側面部１１ａ，１１ｂの下面開口１１ｃ端を載置し、凹部形成樹脂９を基板本体２側へ押し込むことにより、凹部形成樹脂９と一対の側面部１１ａ，１１ｂとを一体に連成した樹脂層を基板本体２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、凹部形成樹脂９側を基板本体２側へ押し込むと、一対の側面部１１ａ，１１ｂの開口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１１ｃが次第に拡大するように弾性変形して行き、さらに、樹脂層を基板本体２側へ押し込み続けると、この下面開口１１ｃ端が基板本体２の左右両側面外面まで拡大して飲み込み、やがて基板裏面２ｂへ進み、この基板裏面２ｂへ到達したときに、一対の側面部１１ａ，１１ｂの嵌合部１１ａ２，１１ｂ２が基板裏面２ｂの段差部２ｅ，２ｆに嵌合される。

これにより、凹部形成樹脂９側を基板本体２側へ単に押し込むことにより、凹部形成樹脂９を基板本体２へ簡単迅速かつ確実に固定することができる。

さらに、各対の側面部１１ａ，１１ｂは、その係合凸部１１ａ１，１１ｂ１を、基板本体２の各対の切欠２ｂ，２ｃに係合させているので、これら側面部１１ａ，１１ｂに一体に連成されている凹部形成樹脂９が基板本体２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８の反射面８ａが発光ダイオードチップ６に対して基板本体２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８ａ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。

なお、前記実施形態では、発光ダイオード発光部３の複数個をそれぞれ１列状に配設した発光ダイオード装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各発光ダイオード発光部３の複数個をマトリックス状に形成してもよく、さらに発光ダイオード発光部３はそれぞれ単数でもよい。また、複数個の発光ダイオード装置１，１を器具本体に一平面上に配列して一体に連結することにより所要の照明装置に構成してもよい。

図３のＩ−Ｉ線断面図。 図３のＩＩ−ＩＩ線断面図。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の一部切欠平面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。 図１〜図３等で示す基板本体の一部切欠平面図。 図４のＶＩ部拡大図。 図３の一部拡大図。 従来の発光ダイオード表示体の斜視図。

符号の説明

１…発光ダイオード装置、２…基板本体、２ｂ，２ｃ…切欠、２ｄ…端部（固定用の切欠）、２ｅ，２ｆ…段差、３…発光ダイオード発光部、４…絶縁層、５…回路パターン、６…発光ダイオードチップ、８…凹部、８ａ…反射面、８ｂ…投光開口、８ｃ…投光開口端、９…凹部形成樹脂、１０…封止樹脂、１１…スリット、１１ａ，１１ｂ…一対の側面連結部、１１ａ１，１１ｂ１…係合凸部、１１ａ２，１１ｂ２…嵌合部、２０…基板。

Claims (2)

1. 表面、段差部が形成された裏面および一対の端部を含む基板本体と、前記表面側に形成される投光開口を有する凹部および前記段差部に嵌合する嵌合部を形成してなる凹部形成樹脂とを有し、端部が前記基板本体の表面側方向に最大０．５ｍｍ反って形成された基板と；
   投光開口に対向して基板上に配設された導電層と；
   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. 器具本体と；
   器具本体に配設された請求項１記載の発光ダイオード装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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