JP2007324547A - Light emitting diode light source, illuminator, display unit, and traffic signal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオードを基板に実装した発光ダイオード光源装置、この発光ダイオード光源装置を光源として有する照明装置、表示装置及び交通信号機に関する。 The present invention relates to a light-emitting diode light source device in which a light-emitting diode is mounted on a substrate, an illumination device having the light-emitting diode light source device as a light source, a display device, and a traffic signal device.
発光ダイオードは、電気エネルギーを光エネルギーに変換する半導体光源である。発光ダイオードを照明装置、表示装置、及び信号機などに用いる場合は、1個の発光ダイオードが小型な発光光源であるため1個当たりの光量が少ないので、複数の発光ダイオードを集合させて必要となる光量を確保する。 A light emitting diode is a semiconductor light source that converts electrical energy into light energy. When a light emitting diode is used in a lighting device, a display device, a traffic light, etc., since one light emitting diode is a small light emitting light source, the amount of light per one is small, and thus a plurality of light emitting diodes must be assembled. Secure the amount of light.
しかし、発光ダイオードの数が増えると光源装置のサイズが大きくなってしまう問題があるため、1個の発光ダイオードから取り出される光量をできるだけ大きくする工夫がなされてきた。発光ダイオードチップは、サファイア基板など透明基板上に発光層を積層させて作製されたものが一般的であるため、発光ダイオードチップの発光は、発光ダイオードチップ全面だけではなく、裏面や側面など全方向に放射される。このため、一般に発光ダイオードチップを実装する基板またはパッケージは、発光ダイオードチップ側面から出た横方向の光を光源前方へ取り出すための反射面を備えるものとされてきた。 However, there is a problem that the size of the light source device increases as the number of light emitting diodes increases, and therefore, a device has been devised to increase the amount of light extracted from one light emitting diode as much as possible. Since light-emitting diode chips are generally manufactured by laminating a light-emitting layer on a transparent substrate such as a sapphire substrate, light-emitting diode chips emit light not only from the entire surface of the light-emitting diode chip but also from the back and side surfaces. To be emitted. For this reason, in general, a substrate or package on which a light emitting diode chip is mounted has been provided with a reflective surface for taking out the light in the lateral direction from the side surface of the light emitting diode chip to the front of the light source.
例えば、図1は特許文献1に開示された発光ダイオード光源装置を示す断面図である。図1中、符号1はガラスエポキシ基板、2は基板1の凹状部に実装された発光ダイオードチップであり、基板1上の回路パターン3に金ワイヤ4によって電気的に配線されており、樹脂5により封止されている。さらに基板1はマザーボード6に電気的に接続されている。また、上部にはレンズ部材7が形成されている。
このように構成された光源装置において、ガラスエポキシ基板1の凹状部内壁には、発光ダイオードチップ2の側面から出る光を前方へと反射して取り出すため、前方に近づくに従い凹状部断面の幅が広がるよう外側へ傾斜した反射面8が形成されている。この発光ダイオード光源装置は、発光ダイオードチップ2の側面から出た光が凹状部の反射面8で反射されて外部へ取り出されるので、発光ダイオードチップ2からの光を効率よく装置前面側に取り出すことができるという利点を有している。
For example, FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light-emitting diode light source device disclosed in Patent Document 1. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a glass epoxy substrate, 2 denotes a light emitting diode chip mounted on a concave portion of the substrate 1, and is electrically wired to a circuit pattern 3 on the substrate 1 by a gold wire 4. It is sealed by. Further, the substrate 1 is electrically connected to the mother board 6. A lens member 7 is formed on the upper part.
In the light source device configured as described above, since the light emitted from the side surface of the light
また、発光ダイオードは、電気エネルギーを光エネルギーに変換する際に必ず熱の発生を伴うという特徴がある。発光ダイオードから発生する熱は、発光ダイオードが1個であれば少ないが、実装する発光ダイオードの数が多くなるにつれて発生する熱も多くなり、発光ダイオードの近傍に発生した熱が集中し、基板表面からの放熱だけでは発生する熱を放熱しきれなくなる場合がある。このとき、発光ダイオードは半導体であるため、発生した熱の影響で発光ダイオードの寿命特性が悪化するとともに、発光効率の低下が発生し、発光装置として必要とされる光量を確保しにくくなる。このため、一般には、複数の発光ダイオードを実装した発光ダイオードモジュールの発光面裏側に熱伝導の良い部材からなるヒートシンクを取付け、熱分布の均一化を図るとともに、空気と接する面積を増やすことにより放熱効果を高める構造を備えるものとされてきた。 Further, the light emitting diode has a feature that heat is always generated when electric energy is converted into light energy. The heat generated from the light emitting diode is small if there is only one light emitting diode, but as the number of light emitting diodes to be mounted increases, the heat generated increases, and the heat generated in the vicinity of the light emitting diodes concentrates on the substrate surface. There is a case where it is impossible to dissipate the generated heat only by heat radiation from. At this time, since the light emitting diode is a semiconductor, the life characteristics of the light emitting diode are deteriorated due to the influence of the generated heat, and the light emission efficiency is lowered, so that it is difficult to secure the amount of light required for the light emitting device. For this reason, in general, a heat sink made of a material with good thermal conductivity is attached to the back side of the light emitting surface of a light emitting diode module on which a plurality of light emitting diodes are mounted, to achieve uniform heat distribution and to increase heat dissipation by increasing the area in contact with air. It has been provided with a structure that enhances the effect.
例えば、図2は、特許文献2に開示された発光ダイオード光源装置の正面図である。図2中、符号11は金属製の基板、12はヒートシンク、13は発光ダイオード、14は樹脂、15は凸部である。この従来技術では、基板11上に実装された発光ダイオード13を封止する樹脂14が基板11の裏面まで凸状に形成されて凸部15が形成され、ヒートシンク12に形成された凹部と嵌合状態で接続されている。このように構成された発光ダイオード光源装置において、発光ダイオード13から発生した熱は基板11及び基板裏面に形成された凸部15により、ヒートシンク12と接する面積を大きくすることができることから、熱がヒートシンク12に伝わり易く、ヒートシンク12に伝わった熱を空気中に放熱することができる。
しかしながら、前述した特許文献1に開示された従来技術では、発光ダイオードから出た光を外部へ取り出すために設けられた凹部の反射面材料として、他の色の樹脂に比べて反射率の高い白色系の樹脂を用いているが、発光ダイオードの実装工程における加熱時に、白色系の樹脂が酸化して着色され、反射率が低下してしまうという問題があった。また、発光ダイオードとして青色発光ダイオードを用いた場合、発光ダイオードから放射される青色の光によって反射面材料の樹脂が劣化して着色され、反射性能が低下してしまうという問題があった。 However, in the prior art disclosed in Patent Document 1 described above, white that has a higher reflectance than other color resins as the reflective surface material of the recess provided to take out the light emitted from the light emitting diode to the outside. However, there is a problem that the white resin is oxidized and colored during heating in the mounting process of the light emitting diode, and the reflectance is lowered. Further, when a blue light emitting diode is used as the light emitting diode, there is a problem that the resin of the reflective surface material is deteriorated and colored by the blue light emitted from the light emitting diode, and the reflection performance is lowered.
また、前述した特許文献1に開示された従来技術では、発光ダイオードの発光面方向の裏側に放熱フィンを有するヒートシンクを取付けているので、放熱フィンが発光ダイオード光源装置を天井面などに取付ける方向にあるため、器具筐体への取付けが困難であるとともに、器具筐体への取付け面積が少なくなることにより器具筐体への熱伝導による放熱効果は期待できないという問題があった。また、放熱フィンを外気と接するように取り付けなければならないことから、天井面に直接取付ける直付照明器具には適用できないという問題があった。 In the prior art disclosed in Patent Document 1 described above, since the heat sink having the heat radiation fin is attached to the back side of the light emitting surface of the light emitting diode, the heat radiation fin is attached in a direction to attach the light emitting diode light source device to the ceiling surface or the like. For this reason, there is a problem that it is difficult to attach to the instrument housing, and that the heat dissipation effect due to heat conduction to the instrument housing cannot be expected due to the reduced installation area to the instrument housing. In addition, since the heat dissipating fins must be attached so as to be in contact with the outside air, there is a problem that the heat dissipating fins cannot be applied to a direct-mounted lighting fixture that is directly attached to the ceiling surface.
本発明は前記事情に鑑みてなされ、発光ダイオードが実装される凹部に反射率の高い反射面を設けることで発光ダイオードからの光取出し効率を向上でき、熱や光による反射面部材の反射率低下を抑制することができ、これと同時に、発光ダイオードから発生した熱を放熱するヒートシンクを備えながら、器具筐体への接触面積を多くとれるようにして放熱効果を高くでき、さらに、器具筐体への取付性向上を図ることができる信頼性の高い発光ダイオード光源装置とそれを用いた照明装置、表示装置及び交通信号機の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to improve the light extraction efficiency from the light emitting diode by providing a reflective surface having a high reflectance in the recess in which the light emitting diode is mounted, and to reduce the reflectance of the reflective surface member due to heat or light. At the same time, it has a heat sink that dissipates the heat generated from the light-emitting diodes, while increasing the heat dissipation effect by increasing the contact area to the instrument housing. It is an object of the present invention to provide a highly reliable light-emitting diode light source device that can improve the mountability of the lighting device, a lighting device using the same, a display device, and a traffic signal device.
前記目的を達成するため、本発明は、挿入孔が穿設された絶縁基板と、該絶縁基板の挿入孔と嵌合する突出部が設けられ、該突出部側面に反射面が形成された金属板と、絶縁基板に実装された発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップを封止する透光性を有する封止材とを有することを特徴とする発光ダイオード光源装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides an insulating substrate having an insertion hole, and a protrusion provided with a protrusion that fits into the insertion hole of the insulating substrate, and a reflective surface is formed on the side of the protrusion. Provided is a light-emitting diode light source device comprising a plate, a light-emitting diode chip mounted on an insulating substrate, and a light-transmitting sealing material that seals the light-emitting diode chip.
本発明の発光ダイオード光源装置において、前記金属板の突出部先端に放熱面を有する構成としてもよい。 In the light-emitting diode light source device of the present invention, the metal plate may have a heat radiating surface at the end of the protruding portion.
本発明の発光ダイオード光源装置において、前記発光ダイオードチップが前記金属板に直接伝熱可能に接続されている構成としてもよい。 In the light-emitting diode light source device of the present invention, the light-emitting diode chip may be connected to the metal plate so that heat can be directly transferred.
本発明の発光ダイオード光源装置において、前記金属板の少なくとも突出部側面に前記金属板よりも反射率の高い金属材料からなる反射膜が積層された構成としてもよい。 In the light-emitting diode light source device of the present invention, a configuration may be adopted in which a reflective film made of a metal material having a higher reflectance than the metal plate is laminated on at least a side surface of the protruding portion of the metal plate.
本発明の発光ダイオード光源装置において、前記封止材が透明樹脂からなることが好ましい。 In the light-emitting diode light source device of the present invention, it is preferable that the sealing material is made of a transparent resin.
前記発光ダイオード光源装置において、前記透明樹脂中に、前記発光ダイオードチップの発光により励起され、励起光と異なる波長の光を発する顔料又は蛍光体を含んでいる構成としてもよい。 In the light emitting diode light source device, the transparent resin may include a pigment or a phosphor that is excited by light emission of the light emitting diode chip and emits light having a wavelength different from that of the excitation light.
また本発明は、前述した本発明に係る発光ダイオード光源装置を光源として有することを特徴とする照明装置、表示装置又は交通信号機を提供する。 The present invention also provides an illuminating device, a display device or a traffic signal having the light emitting diode light source device according to the present invention as a light source.
本発明の発光ダイオード光源装置は、金属板の突出部を発光ダイオードチップが実装された絶縁基板の挿入孔に嵌合させて接合することで、絶縁基板の縦方向の熱伝導性が高められ、発光ダイオードチップから発生した熱を基板全体に速やかに均熱化することができ、金属板の器具筐体への接触面積を多くとれるようにすることで、基板内の熱を器具筐体側に効率よく放熱でき、さらに器具筐体への取り付け性向上を図ることができる。
また本発明の発光ダイオード光源装置は、絶縁基板の挿入孔と嵌合する突出部が設けられ、該突出部側面に反射面が形成された金属板を用いたことで、放熱構造と光の反射取り出し構造とを同一の部材に持たせることができ、装置製造に必要な部材点数が少なくて済み、製造工程が簡略となり、製造コストを低減することができる。
また、本発明の照明装置、表示装置及び交通信号機は、本発明の発光ダイオード光源装置を光源として用いたものなので、器具筐体への取り付け性に優れ、これら各装置の製造工程が簡略となり、製造コストを低減することができる。また、放熱性が良好となることから、発光時の基板温度の上昇を抑制でき、発光ダイオードの寿命延長や発光効率上昇を図ることができる。
In the light emitting diode light source device of the present invention, the thermal conductivity in the vertical direction of the insulating substrate is enhanced by fitting and joining the protruding portion of the metal plate to the insertion hole of the insulating substrate on which the light emitting diode chip is mounted, The heat generated from the light-emitting diode chip can be quickly equalized over the entire board, and the contact area of the metal plate to the instrument housing can be increased, so that the heat inside the board can be efficiently transferred to the instrument housing side. The heat can be radiated well, and the attachment to the appliance housing can be improved.
The light-emitting diode light source device of the present invention uses a metal plate that is provided with a protrusion that fits into the insertion hole of the insulating substrate and has a reflective surface formed on the side surface of the protrusion. The same member can be provided with the take-out structure, and the number of members necessary for manufacturing the apparatus can be reduced, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
In addition, since the lighting device, display device and traffic signal of the present invention use the light-emitting diode light source device of the present invention as a light source, it is excellent in attachment to an instrument housing, and the manufacturing process of each of these devices is simplified. Manufacturing cost can be reduced. In addition, since the heat dissipation is good, an increase in the substrate temperature during light emission can be suppressed, and the life of the light emitting diode can be extended and the light emission efficiency can be increased.
以下、図面を参照して、本発明の発光ダイオード光源装置の実施形態を説明する。
図3及び図4は、本発明の発光ダイオード光源装置の第1実施形態を示す図であり、図3は本実施形態の発光ダイオード光源装置20Aの組立状態を示す斜視図、図4は本実施形態の発光ダイオード光源装置20Aの断面図である。
Hereinafter, embodiments of a light-emitting diode light source device of the present invention will be described with reference to the drawings.
3 and 4 are views showing a first embodiment of the light-emitting diode light source device of the present invention, FIG. 3 is a perspective view showing an assembled state of the light-emitting diode
本実施形態の発光ダイオード光源装置20Aは、長穴状の複数の挿入孔22が穿設された絶縁基板21と、この絶縁基板21の挿入孔22と嵌合する突出部27が設けられ、該突出部側面に傾斜した反射面28が形成された金属板26と、絶縁基板21の回路パターン23上に実装された多数の発光ダイオードチップ24と、発光ダイオードチップ24を封止する透明な封止樹脂29とを備えて構成されている。
The light-emitting diode
前記絶縁基板21は、ガラスエポキシ基板、ホーロー基板、セラミック製基板などの絶縁基板本体と、該本体の一方の面に設けられた導電材料からなる回路パターン23とからなっている。図3及び図4の例示では、絶縁基板21の形状を四角形板状とし、中央を挟んで2つの長穴状の挿入孔22が穿設された構造であるが、絶縁基板21の形状、挿入孔22の形状と個数は本例示に限定されず、発光ダイオード光源装置20Aの用途(例えば、照明装置、表示装置、交通信号機)に応じて適宜設定することができる。
The
また、絶縁基板21の回路パターン23は、所望のパターンに加工した銅箔を絶縁基板本体に貼り合わせる方法、メッキ法、真空蒸着法、銅ペーストや銀ペーストを印刷して加熱硬化させる方法などにより形成することができる。この回路パターン23の形状や形成領域も発光ダイオード光源装置20Aの用途などに応じて適宜設定することができる。
In addition, the
この絶縁基板21に実装された発光ダイオードチップ24としては、赤色〜紫色の可視域の光、あるいは近紫外域の光を発光する各種の発光ダイオードチップの中から、前述した使用目的に応じて適宜選択して用いることができる。本実施形態では、一方の面側に2つの電極が設けられたタイプの発光ダイオードチップ24を用い、この電極が形成された面の反対面を回路パターン23上に固定し、それぞれの電極と回路パターン23とを金ワイヤ25によるワイヤボンディングによって電気的に接続している。
The light-emitting
前記金属板26の材質は特に限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などの熱伝導率の高い金属を用いることが好ましい。本実施形態において、金属板26の突出部27は、断面逆V字状になっており、突出部27の基部が挿入孔22に嵌合するようになっている。突出部27の傾斜した側面は、発光ダイオードチップ24から発する光を反射して装置外に効率よく取り出せるように反射面28とされている。この反射面28は、絶縁基板21の配線面よりも低い位置から傾斜するように設定してあり、発光ダイオードチップ24から横方向へ出射した光も突出部27の反射面28で反射され基板前方へ取り出されるようになっている。
The material of the
本実施形態において、この突出部27の突出高さは、図4に示すように金属板26と絶縁基板21とを組み合わせた状態で、突出部27の先端が発光ダイオードチップ24よりも高くなるように設定されている。そして、複数の突出部27の先端部を結ぶラインと絶縁基板21上面との間の空間には、透明エポキシ樹脂などの透明樹脂を充填し、硬化して発光ダイオードチップ24と回路パターン23とを一括して封じる封止樹脂(封止材)29が設けられている。
In the present embodiment, the protruding height of the protruding
この封止樹脂29は、透明樹脂のみで形成してもよいし、透明樹脂中に、前記発光ダイオードチップの発光により励起され、励起光と異なる波長の光を発する顔料又は蛍光体を混ぜ、発光ダイオードチップの発光色と異なる発光色の光源装置(例えば、青色発光ダイオードチップと黄色発光蛍光体とを組み合わせた白色光源装置)を構成してもよい。
The sealing
本実施形態の発光ダイオード光源装置20Aは、金属板26の突出部27を発光ダイオードチップ24が実装された絶縁基板21の挿入孔22に嵌合させて接合することで、絶縁基板21の縦方向の熱伝導性が高められ、発光ダイオードチップ24から発生した熱を基板全体に速やかに均熱化することができ、金属板26の器具筐体への接触面積を多くとれるようにすることで、基板内の熱を器具筐体側に効率よく放熱でき、さらに器具筐体への取り付け性向上を図ることができる。
また、この発光ダイオード光源装置20Aは、絶縁基板21の挿入孔22と嵌合する突出部27が設けられ、該突出部側面に反射面28が形成された金属板26を用いたことで、放熱構造と光の反射取り出し構造とを同一の部材に持たせることができ、装置製造に必要な部材点数が少なくて済むので、製造工程が簡略となり、製造コストを低減することができる。
また、発光ダイオードチップ24の側面から出る光を金属板26の突出部側面に設けられた高反射率の反射面28により装置前方へと反射することで、発光ダイオードチップ24から出る光を外部へと効率よく取り出すことができる。また、発光ダイオードチップ24の実装工程における加熱時に反射面28の反射性能が劣化したり、発光ダイオードチップ24の光が反射面28に照射されることにより、反射性能が劣化するのを防ぐことができる。
In the light emitting diode
In addition, the light emitting diode
Further, the light emitted from the light emitting
本実施形態の発光ダイオード光源装置20Aは、照明装置、表示装置及び交通信号機の光源として用いることが好ましい。本実施形態の発光ダイオード光源装置20Aを光源として用いることによって、器具筐体への取り付け性に優れ、これら各装置の製造工程が簡略となり、製造コストを低減することができる。また、本実施形態の発光ダイオード光源装置20Aは放熱性が良好であることから、この発光ダイオード光源装置20Aを用いた照明装置、表示装置及び交通信号機は、発光時の基板温度の上昇を抑制でき、発光ダイオードの寿命延長や発光効率上昇を図ることができる。
The light-emitting diode
図5は、本発明の発光ダイオード光源装置の第2実施形態を示す図である。本実施形態の発光ダイオード光源装置20Bは、前述した第1実施形態とほぼ同様の構成要素を備えており、同一の構成要素には同一符号を付してある。
本実施形態の発光ダイオード光源装置20Bは、第1実施形態で用いた金属板26に代えて、突出部32の断面形状が台形状であり、先端に平坦な前方放熱面31が設けられた金属板30を用いた構成になっている。
FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the light-emitting diode light source device of the present invention. The light-emitting diode
In the light-emitting diode
この金属板30の材質は、第1実施形態で用いた金属板26と同じく、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などの熱伝導率の高い金属を用いることが好ましい。突出部32の傾斜した側面は、発光ダイオードチップ24から発する光を反射して装置外に効率よく取り出せるように反射面28とされている。この反射面28は、絶縁基板21の配線面よりも低い位置から傾斜するように設定してあり、発光ダイオードチップ24から横方向へ出射した光も突出部27の反射面28で反射され基板前方へ取り出されるようになっている。
As the material of the
本実施形態の発光ダイオード光源装置20Bは、前述した第1実施形態の発光ダイオード光源装置20Aと同様の効果が得られ、さらに金属板30の突出部32の先端に前方放熱面31を設けたことによって、発光ダイオードチップ24から生じた熱が絶縁基板21を介して金属板30に伝わり、金属板31の裏面と接触している器具筐体側に移動するとともに、前方放熱面31から熱を放射して金属板30の温度を低下させることができるので、光源装置の放熱性能をより高めることができる。
The light emitting diode
図6は、本発明の発光ダイオード光源装置の第3実施形態を示す図である。本実施形態の発光ダイオード光源装置20Cは、先端に前方放熱面31が設けられた断面台形状の複数の突出部32が形成された金属板30と、この金属板30の各突出部32間の取付面に設けられた溝に嵌合して設けられた絶縁基板34と、絶縁基板34の近傍の前記取付面上に実装された複数の発光ダイオードチップ33と、金属板30の各突出部32間の空間に設けられた封止樹脂29とを備えて構成されている。
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the light-emitting diode light source device of the present invention. The light-emitting diode light source device 20 </ b> C according to the present embodiment includes a
本実施形態では、チップの両方の主面にそれぞれ電極が形成されたタイプの発光ダイオードチップ33を用いている。そして、この発光ダイオードチップ33の一方の主面を金属板30の取付面上にダイボンディングして固定するとともに、一方の電極と金属板30とを電気的に接続し、また他方の電極と絶縁基板34の回路パターン35とを金ワイヤ25によってワイヤボンディングして電気的に接続している。
In this embodiment, a light emitting
本実施形態の発光ダイオード光源装置20Cは、前述した第1実施形態の発光ダイオード光源装置20Aと同様の効果が得られ、さらに、発光ダイオードチップ33を絶縁基板と比べて熱伝導率の高い金属板30上に直接実装しているので、発光ダイオードチップ33から発生する熱を効率よく外部へと放熱できるという効果が得られる。なお、ここで絶縁基板として熱伝導率の高いホーロー基板やセラミック基板を用いると、放熱の効果をより一層高めることができ、信頼性の高い発光ダイオード光源装置が得られる。
The light emitting diode light source device 20C of the present embodiment can obtain the same effects as the light emitting diode
図7は、本発明の発光ダイオード光源装置の第3実施形態を示す図である。本実施形態の発光ダイオード光源装置20Dの基本構成は、図5に示した第2実施形態の発光ダイオード光源装置20Bと同様である。ところで、第2実施形態では、金属板30としてアルミニウム板を用いていたが、本実施形態では金属板30としてアルミニウム板よりも熱伝導率の高い銅板を用いており、図7に示すように、金属板30の前面に突出した突出部32の先端に形成した反射面に金属板30よりも反射率の高い金属材料であるアルミニウムからなる反射膜36を設けている点が相違する。この反射膜36は、金属板30にアルミニウムを蒸着することで形成している。なお、アルミニウムの熱伝導率は236W/(m・K)、銅の熱伝導率は403W/(m・K)である。
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the light-emitting diode light source device of the present invention. The basic configuration of the light-emitting diode light source device 20D of the present embodiment is the same as that of the light-emitting diode
本実施形態では、金属板30として銅板を用いているので、金属板としてアルミニウム板を用いる場合と比べて、発光ダイオードチップ24で発生した熱をさらに効率よく外部へ放熱させることができ、放熱性をより高めることができる。
In this embodiment, since the copper plate is used as the
ところで、発光ダイオードチップ24として青色発光ダイオードチップを用いる場合、銅は青色の波長の光に対して反射率が低いので、発光ダイオードチップ24からの光の外部への取り出し効率が低下してしまう恐れがある。本実施形態では、突出部32の反射面に銅よりも反射率の高いアルミニウムからなる反射膜36を形成したことによって、銅からなる金属板30と青色発光ダイオードチップを用いても、反射率を高めることができ、放熱性が高く且つ光の取り出し効率の高い発光装置を実現することができる。なお、本実施形態では、金属板表面に形成する反射膜の材料としてアルミニウムを採用しているが、アルミニウムに限らず、例えば銀を採用してもよい。銀を用いる場合には例えば銀メッキによって形成すればよい。
By the way, when a blue light emitting diode chip is used as the light emitting
本実施形態の発光ダイオード光源装置20Dは、前述した第1実施形態の発光ダイオード光源装置20A及び第2実施形態の発光ダイオード光源装置20Bと同様の効果が得られ、さらに、金属板30突出部反射面に金属板よりも反射率の高い金属材料からなる反射膜36を設けた構成としたので、金属板30の材料に選択肢を増やすことができ、放熱性の高い材料を選択することができる。
The light-emitting diode light source device 20D of the present embodiment can obtain the same effects as the light-emitting diode
[実施例]
図3及び図4に示す発光ダイオード光源装置20Aを作製した。
アルミニウムよりなる金属板26に前方(図4における上方)へ突出する断面逆V字状の複数の突出部27を設け、各突出部27の側面に光を基板前方へ反射するための反射面28を形成した。
金属板26の前面には、銅箔を貼着したガラスエポキシ基板よりなるプリント回路基板(絶縁基板21)を接合した。プリント回路基板の銅箔からなる回路パターン23が設けられた面と反対側の面は、金属板26と接着した。プリント回路基板には、金属板26から突出した突出部27がそれぞれ挿入される複数の挿入孔22を平行に穿設してある。プリント配線基板の回路パターン23上には、12個の発光ダイオードチップ24を搭載した。これらの発光ダイオードチップ24はプリント配線基板に熱的に結合されている。
前記突出部27の突出高さは、プリント配線基板の厚みと発光ダイオードチップ24の厚みの和よりも大きくなるように寸法を設定した。
前記発光ダイオードチップ24としては、サファイア基板上に窒化ガリウム系の発光部を形成した青色発光ダイオードチップを用いた。
発光ダイオードチップ24と金ワイヤ25とは、エポキシ樹脂からなる封止樹脂29によって封止した。
本実施例では、金属板26の厚さを1.0mm、各突出部27の幅を1.5mm、各突出部27の突出高さを1.2mm、突出部の反射面28の高さを1.0mmに設定した。一方、プリント回路基板の厚さは0.3mmに設定した。また、発光ダイオードチップ24は、チップサイズを350μm角に設定し、厚さを80μmに設定した。
[Example]
The light emitting diode
The
A printed circuit board (insulating board 21) made of a glass epoxy board with a copper foil attached thereto was bonded to the front surface of the
The projecting height of the projecting
As the light emitting
The light emitting
In this embodiment, the thickness of the
[比較例]
カップ状の凹部(12個)を有するガラスエポキシ基板に銅箔からなる回路パターンを貼り合わせたプリント回路基板の各凹部内に、前記実施例で用いたものと同様の発光ダイオードチップをそれぞれ実装し、金ワイヤで配線し、凹部内にエポキシ樹脂を充填、硬化させて封止し、図1に示す従来構造の発光ダイオード光源装置を作製した。
[Comparative example]
A light emitting diode chip similar to that used in the above example was mounted in each concave portion of a printed circuit board in which a circuit pattern made of copper foil was bonded to a glass epoxy substrate having cup-shaped concave portions (12 pieces). Then, wiring with a gold wire was performed, and the recess was filled with an epoxy resin, cured, and sealed to produce a light-emitting diode light source device having a conventional structure shown in FIG.
[性能比較]
比較例の発光ダイオード光源装置(搭載数12個)では、発光ダイオード1個あたり定格20mAで点灯させた場合、30分後に基板の温度は室温に比べ80℃ほど高温となっていた。さらに比較例の発光ダイオード光源装置を器具筐体に取り付けて同様の試験を行ったところ、30分間点灯後の基板の温度は、室温に比べ70℃高温であり、器具筐体への設置面積が小さいため、器具筐体による放熱効果は小さかった。
一方、実施例の発光ダイオード光源装置(搭載数12個)では、30分間点灯後の基板の温度は室温に比べ90℃高温になっていたが、これを同一の器具筐体に取り付けて同様の測定を行うと、30分間点灯後の基板の温度は室温に比べ50℃高温にとどまり、光源と器具筐体との設置面積拡大による放熱性向上の効果が確認できた。また、器具筐体への取り付けも非常に容易になった。なお、この測定は、すべて小型の熱電対を基板表面に直接貼り付けた状態で行った。
[Performance comparison]
In the light-emitting diode light source device of the comparative example (12 mounted units), when the light-emitting diode was lit at a rated 20 mA per light-emitting diode, the substrate temperature was about 80 ° C. higher than room temperature after 30 minutes. Furthermore, when the same test was performed with the light-emitting diode light source device of the comparative example attached to the fixture case, the temperature of the substrate after lighting for 30 minutes was 70 ° C. higher than the room temperature, and the installation area on the fixture case was large. Since it is small, the heat dissipation effect by the instrument housing was small.
On the other hand, in the light emitting diode light source device of the example (12 mounted units), the temperature of the substrate after lighting for 30 minutes was 90 ° C. higher than the room temperature. When the measurement was performed, the temperature of the substrate after lighting for 30 minutes remained at 50 ° C. higher than the room temperature, and the effect of improving the heat dissipation by expanding the installation area between the light source and the instrument housing was confirmed. In addition, the attachment to the instrument housing has become very easy. This measurement was performed with a small thermocouple directly attached to the substrate surface.
比較例の発光ダイオード光源装置では高温(95℃)下における1000時間の連続点灯後の光出力が初期光出力に比べて80%程度まで低下したのに対し、本発明構造の発光ダイオード光源では1000時間の連続点灯後も光出力が初期非違仮出力と比べてほとんど変わらない値を維持しており、パッケージに加わる熱や発光ダイオードから出る青色光による反射性能の劣化がないことを確認した。 In the light-emitting diode light source device of the comparative example, the light output after 1000 hours of continuous lighting at a high temperature (95 ° C.) decreased to about 80% compared to the initial light output, whereas in the light-emitting diode light source having the structure of the present invention, 1000%. After continuous lighting for a long time, the light output remained almost unchanged compared to the initial non-temporary output, and it was confirmed that there was no deterioration of the reflection performance due to heat applied to the package or blue light emitted from the light emitting diode.
20A,20B,20C,20D…発光ダイオード光源装置、21,34…絶縁基板、22…挿入孔、23,35…回路パターン、24,33…発光ダイオードチップ、25…金ワイヤ、26,30…金属板、27,32…突出部、28…反射面、29…封止樹脂、31…前方放熱面、36…反射膜。
20A, 20B, 20C, 20D ... light emitting diode light source device, 21, 34 ... insulating substrate, 22 ... insertion hole, 23,35 ... circuit pattern, 24,33 ... light emitting diode chip, 25 ... gold wire, 26,30 ...
Claims (9)
A traffic signal device comprising the light-emitting diode light source device according to claim 1 as a light source.
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