JP2007311626A

JP2007311626A - 光源装置

Info

Publication number: JP2007311626A
Application number: JP2006140260A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Ohashi; 正和大橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】基板の一方の面にのみ発光素子を実装した構造でも、基板の表裏両面から均等な光度の光を取り出すことが可能な光源装置の提供。
【解決手段】発光素子通電用の電極を有する透明な実装基板の一方の主面上に発光素子が実装され、該発光素子と前記電極とが電気的に接続され、前記発光素子の上方に向かって開口径が狭くなる開口部を有する反射カップ構造体が、その開口部が発光素子実装位置上方を含むように実装基板の一方の主面上に配置されてなることを特徴とする光源装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード素子などの発光素子（以下、ＬＥＤ素子と記す。）を用いた光源装置のパッケージ構造の改良に関する。本発明の光源装置は、照明用、表示用などに用いられる。

近年、ＬＥＤ素子は、照明機器などの光源に適用されるようになり、さらなる発光強度の向上が要求されている。ＬＥＤ素子は、外力や湿気などの外部環境から素子を保護するため、一般にその周囲を透明樹脂で封止してパッケージ化される。さらに、ＬＥＤ素子から発する光を効率的に前方に放射するため、また封止樹脂の塗布量を所定量に制御するため、ＬＥＤ素子を有する光源装置には、図１に示すような反射カップ形状を有するパッケージ構造が採用されている。
図１に示す光源装置１は、発光素子通電用の一対の電極３が設けられた基板２と、一方の電極３上に実装されたＬＥＤ素子４と、該ＬＥＤ素子４の上部端子と他方の電極３とを電気的に接続している金属細線５と、実装されたＬＥＤ素子を包囲するように基板２に設けられた、すり鉢状の反射カップを有する反射カップ部材６と、反射カップ内に充填された封止樹脂７とを備えて構成されている。

従来、照明器具の光源としては、白熱灯、蛍光灯などが用いられてきたが、これらの光源の特徴は、その光源のほぼ全方位に向かって光が出射されることにあると言える。この特徴により、従来の光源においては、例えばフロアライトのような照明を室内に配置した場合、室内の天井、壁面、あるいは床面の全ての方位を照らすことができる。
これに対して、図１に示す光源装置では、出射する光が前面の一方向のみであり、天井面に配置したスポットライトやダウンライトなどの照明器具への適用には適当であるが、フロアライトのように、全方位に光を取り出したい照明器具への適用は比較的困難であった。
一例として、基板の両面にＬＥＤ素子を実装し、その両側で発光するような構造とすれば、前方と後方とに光を照射可能な光源装置となるが、その場合、基板へＬＥＤ素子を実装する工程が複雑となるため、コストが上昇してしまうという問題がある。

また、前述したＬＥＤ素子を用いた光源装置を、表示装置として適用した場合を考えてみる。ＬＥＤ素子は、既存の光源と比較して、発光面が小さく、高輝度の光を発光可能であり、視認性に優れている。基板に多数のＬＥＤ素子を並べた表示装置は、表示が見易く、長寿命であるなどの利点を有することから、その適用が進んでいる。
鉄道の駅などで見られる行き先案内表示板は、表示装置の両側から文字を表示させるような構造を採っている。この場合、表示装置の両側にＬＥＤ素子を装着し、２系統の制御回路により、表示装置の両側で文字を表示させている。

しかし、この方式では表示装置のコストが高くなってしまう問題がある。
この問題を解決するため、２台のＬＥＤ表示板を１台に集約させることが考えられ、それを達成する手段として、特許文献１に開示された光源装置（チップ型ＬＥＤ）が提案されている。この構造では、透明材料からなるプリント配線基板にＬＥＤ素子を実装し、ＬＥＤ素子からの光が基板の表裏両面から出射するようになっている。
特開平１１−１８６５９０号公報

しかし、特許文献１に記載された光源装置の場合、ＬＥＤ素子から出射される光が制御されておらず、基板の表と裏で出射光強度にばらつきを生じる問題がある。また、パッケージ裏面に光を放出させるためにガラス基板を用いていることから、光源装置の機械強度に不安がある。
前記光源装置を照明器具へ適用しようとした場合、レンズを用いて集光や拡散などを行うことが考えられるが、レンズを用いる場合は、レンズに入射する光はレンズに多くの光が入射するよう制御された光であることが要求される。
一方で表示装置の場合では、横方向への光は不要であり、表示装置の場合、多数のＬＥＤを隔壁で分離する構造をとった場合、その横方向への光はその隔壁に吸収され、結果として発光素子から出射した光は効率良く外部に取り出すことができなくなる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、基板の一方の面にのみ発光素子を実装した構造でも、基板の表裏両面から均等な光度の光を取り出すことが可能な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、ＬＥＤ素子通電用の電極を有する透明な実装基板の一方の主面上にＬＥＤ素子が実装され、該ＬＥＤ素子と前記電極とが電気的に接続され、前記ＬＥＤ素子の上方に向かって開口径が狭くなる開口部を有する反射カップ構造体が、その開口部がＬＥＤ素子実装位置上方を含むように実装基板の一方の主面上に配置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、前記反射カップ構造体の開口部内に透明な封止樹脂が充填されたことが好ましい。
前記光源装置において、前記封止樹脂中に、前記ＬＥＤ素子からの光で励起されて蛍光を発する蛍光体粉末が分散されている構成としてもよい。

本発明の光源装置は、ＬＥＤ素子を透明な実装基板に実装し、ＬＥＤ素子の上方に向かって開口径が狭くなる開口部を有する反射カップ構造体を、その開口部がＬＥＤ素子実装位置上方を含むように実装基板の一方の主面上に配置したものなので、ＬＥＤ素子に通電し点灯させた場合に、ＬＥＤ素子の上面から発した光は、一部が反射カップ構造体の開口部上端縁のみから光源装置外部に出射され、他部は反射カップ構造体の反射面で反射され、実装基板を透過し、ＬＥＤ素子の下面から発し実装基板を透過した光とともに実装基板の他方の主面から出射される。その結果、実装基板の両方の主面から効率よく、均等な発光光度で光を出射させることができる。
また、基板の画面にＬＥＤ素子を実装するか、片面にＬＥＤ素子を実装した２枚の基板を重ね合わせた従来の両面表示装置と比べ、実装基板の一方の主面のみにＬＥＤ素子を実装した構造で実装基板の両面に発光することが可能となり、その結果、製造コストの低減、発光光源の薄型化を達成することができる。

以下、図面を参照して本発明の光源装置の実施形態を説明する。
図２は、本発明に係る光源装置の一実施形態を示す断面図である。本実施形態の光源装置１０は、ＬＥＤ素子通電用の電極１２を有する透明な実装基板１１の一方の主面上にＬＥＤ素子１３が実装され、このＬＥＤ素子１３と前記電極１２とが電気的に接続され、前記発光素子１３の上方に向かって開口径が狭くなる開口部１７を有する反射カップ構造体１６が、その開口部１７が発光素子実装位置上方を含むように実装基板１２の一方の主面上に配置されてなることを特徴としている。

本実施形態において、ＬＥＤ素子１３は、実装基板１１の一方の電極１２上に固着され、ＬＥＤ素子１３の下部電極と前記一方の電極１２とが電気的に接続されている。また、ＬＥＤ素子１３の上部電極と実装基板１１上の他方の電極１２とは、金ワイヤ１４を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続されている。

前記反射カップ構造体１６の開口部１７内には、ＬＥＤ素子１３を封じるように、透明な合成樹脂からなる封止樹脂１５が設けられている。なお、封止樹脂１５には、前記ＬＥＤ素子１３からの光で励起されて蛍光を発する蛍光体粉末を分散してもよい。このＬＥＤ素子１３と蛍光体粉末との組み合わせとしては、例えば、ＬＥＤ素子１３に青色ＬＥＤ素子を用い、封止樹脂１５に青色光励起の黄色発光蛍光体粉末を分散させ、青色と黄色との混色により白色光を発する白色発光光源装置が挙げられる。

実装基板１１の一方の主面側に配置された前記反射カップ構造体１６は、開口部１７の内面が反射率の高い材料、例えば、アルミニウム、銀などの金属材料で形成されていればよく、本体の材質は特に限定されない。しかし、透明な実装基板１２としてガラス板を用いる場合、そのガラス板を保護し、光源装置全体の機械強度を高めることができる点から、アルミニウムなどの金属製の反射カップ構造体１６を用いることが好ましい。ただし、反射カップと電極が接しないよう、電気絶縁処理を施す必要がある。

この反射カップ構造体１６の開口部１７は、ＬＥＤ素子１３の上側から出射する光の一部を反射カップ構造体１６の開口部上端縁から出射し、他部を反射面で反射して実装基板１１を透過し、ＬＥＤ素子１３の下面から発し実装基板１３を透過した光とともに実装基板の他方の主面から出射させる場合に、実装基板１１の一方の主面側と他方の主面側とで均等な発光光度となるように、窄まった開口部上端縁の直径や開口部１７の傾斜角度が設定されている。開口部上端縁の直径や開口部１７の傾斜角度は、使用するＬＥＤ素子１３の大きさ、出射光の広がり角度などに応じて、一方の主面側と他方の主面側とで均等な発光光度となるように適宜設定される。

前記実装基板１１としては、ガラス板又はアクリル板などの合成樹脂板などが用いられ、強度や耐熱性などの点からガラス板が好ましい。

前記電極１２としては、銀ペーストなどの導電性ペーストを実装基板１１に塗布し、加熱硬化させて得られる電極、アルミニウムや銀などの金属を真空蒸着、スパッタリングなどの薄膜形成手段によって成膜して得られた金属薄膜電極、或いは無電解めっき、無電解めっきと電気めっきとの組み合わせにより得られた金属電極などを用いることができる。

前記ＬＥＤ素子１３としては、窒化化合物半導体のような青色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子でも良く、ＧａＰで代表されるような赤色ＬＥＤ素子、赤外発光素子でも良い。また、窒化化合物半導体のような青色ＬＥＤ素子を実装し、封止樹脂１５中に例えば、セリウムを賦活したイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体のような青色励起の黄色発光蛍光体を分散させ、白色ＬＥＤとしても良い。

前記封止樹脂１５としては、光透過率が高く、耐久性に優れた透明合成樹脂が用いられ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。

また、反射カップ構造体１６として、前記実施形態では金属材料を用いたが、ガラスで作製された実装基板１１との線膨張係数の違いを解消する目的で、同じガラス製の反射カップ構造体１６を用いても良い。ただしこの場合は、反射カップ構造体１６の表面での光反射率を向上させる目的で、反射カップ構造体１６の傾斜面の部分に金属材料等を蒸着などの手段を講じる必要がある。

本実施形態の光源装置１０は、ＬＥＤ素子を透明な実装基板に実装し、ＬＥＤ素子の上方に向かって開口径が狭くなる開口部を有する反射カップ構造体１６を、その開口部１７がＬＥＤ素子実装位置上方を含むように実装基板１１の一方の主面上に配置したものなので、ＬＥＤ素子１３に通電し点灯させた場合に、ＬＥＤ素子１３の上面から発した光Ａは、一部が反射カップ構造体の開口部上端縁のみから光源装置外部に出射され、他部は反射カップ構造体の反射面で反射され、実装基板を透過し、ＬＥＤ素子の下面から発し実装基板を透過した光とともに実装基板の他方の主面から出射される（光Ｂ）。その結果、実装基板１１の両方の主面から効率よく、均等な発光光度で光Ａ，Ｂを出射させることができる。
また、基板の画面にＬＥＤ素子を実装するか、片面にＬＥＤ素子を実装した２枚の基板を重ね合わせた従来の両面表示装置と比べ、実装基板１１の一方の主面のみにＬＥＤ素子１３を実装した構造で実装基板１１の両面に発光することが可能となり、その結果、製造コストの低減、光源装置の薄型化を達成することができる。

［実施例１］
実施例１として、図２に示す光源装置を作製した。
ＬＥＤ素子の前方に設けた孔径はφ１．５ｍｍ、ＬＥＤ素子実装面での反射カップ構造体の開口径はφ２．５ｍｍ、反射カップ構造体の厚みは１ｍｍ、パッケージサイズは□３．５ｍｍとした。また、ガラス製の実装基板は、１ｍｍの厚さとした。本実施例において反射カップ構造体は、アルミニウム製の反射カップ構造体を用い、これをガラス製の実装基板と接着剤により貼り合わせた。
ＬＥＤ素子を実装した基板の電極構造は、本実施例、及び後述する比較例ともに、図４に示す構造とした。
実装したＬＥＤ素子は、Ｃｒｅｅ社の青色ＬＥＤ素子、Ｍｅｇａｂｒｉｇｈｔ（波長４６０ｎｍ）を用い、２０ｍＡを通電して評価を行った。

［比較例１］
図３に示す構造の光源装置を作製した。図３中、符号２０は実装基板、２１は電極、２２はＬＥＤ素子、２３は金ワイヤ、２４は封止樹脂層である。
実施例１で用いたものと同様のガラス製の実装基板２０に、前記ＬＥＤ素子を実装し、ワイヤボンディングして電極とＬＥＤ素子とを電気的に接続し、次に、実装基板２０のＬＥＤ素子実装面側に透明な樹脂を積層し、封止樹脂層２４を形成した。

前記実施例１と比較例１のそれぞれの光源装置を用い、ＬＥＤ素子に２０ｍＡを通電して発光させ、実装基板の両面（表１中、「基板の前方」及び「基板の後方」と記す。）の発光光度を測定し、比較した。発光光度の測定は、ＣＩＥが推奨するＬＥＤの光度測定方法（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎＢ）によって行った。結果を表１に記す。

表１の結果から、実施例１の光源装置は、反射カップ構造体を用いない比較例１の光源装置と比較して、発光光度が高く、実装基板の前方と後方の両面に出射する光の光度が等しくなり、ＬＥＤ素子からの光が基板両面側に均等に出射されていることが分かる。
また、実施例１の光源装置は、反射カップ構造体として、アルミニウム板を用いたので、比較例１の光源装置と比較して、耐衝撃性など機械的な強度が大きく向上した。

従来の光源装置を例示する断面図である。本発明の光源装置の実施形態を示す断面図である。実施例で作製した光源装置作製用の実装基板の平面図である。比較例の光源装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０…光源装置、１１…実装基板、１２…電極、１３…ＬＥＤ素子、１４…金ワイヤ、１５…封止樹脂、１６…反射カップ構造体、１７…開口部。

Claims

発光素子通電用の電極を有する透明な実装基板の一方の主面上に発光素子が実装され、該発光素子と前記電極とが電気的に接続され、前記発光素子の上方に向かって開口径が狭くなる開口部を有する反射カップ構造体が、その開口部が発光素子実装位置上方を含むように実装基板の一方の主面上に配置されてなることを特徴とする光源装置。
前記反射カップ構造体の開口部内に透明な封止樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記封止樹脂中に、前記発光素子からの光で励起されて蛍光を発する蛍光体粉末が分散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。