JP2008300825A - 照明用ｌｅｄモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】防水性付き照明用ＬＥＤモジュールおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】照明用ＬＥＤモジュール１００は、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）１１０と、その印刷回路基板１１０の上に実装された少なくとも一つのＬＥＤ素子１３０と、印刷回路基板１１０、ＬＥＤ素子１３０の実装面に露出された印刷回路基板１１０、およびＬＥＤ素子１３０の端子を取り囲む防水剤１５０と、を含んで構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明用ＬＥＤモジュールに関し、特に、水分の浸透による端子の腐食を防ぐべく印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）とその上部のＬＥＤ素子との間に露出した端子に防水剤を塗布した照明用ＬＥＤモジュール及びその製造方法に関する。

ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）素子とは、半導体のｐｎ接合構造によって注入された少数キャリア（電子または正孔）が再結合することによって所定の光を発散する素子のことをいう。そのようなＬＥＤ素子としては、ＧａＡｓＰなどを用いた赤色ＬＥＤ素子、ＧａＰなどを用いた緑色ＬＥＤ素子、およびＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮダブルヘテロ（ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏ）構造を用いた青色ＬＥＤ素子などがある。

ＬＥＤ素子は消費電力が少なく、寿命が長く、狭い空間に設置可能であり、また振動に強い特性を有する。このようなＬＥＤ素子は表示素子及びバックライトとして用いられているが、最近では一般照明として用いられており、そのための活発な研究が進められている。

これにより、照明用ＬＥＤ素子を屋外或いは池や人工的な川などの水中に設置することが可能になっており、夜間において人々に美しい環境を与えることができ、また暗い水中を明るくして潜水夫の潜水作業を容易にするような役割を果たす。

しかしながら、ＬＥＤ照明が屋外に設けられる場合には、多様な環境（気候条件）下における動作条件を満たす必要がある。印刷回路基板上に設置されたＬＥＤ素子を有するＬＥＤ照明をあらゆる気候条件下において動作させた場合、温度変化についてＬＥＤの動作条件は満たされるが、暴風や梅雨期については、印刷回路基板の端子及びＬＥＤ端子へ水分が浸透して回路の断線、電気的なショートによる製品の損傷が生じる恐れがある。

また、ＬＥＤ照明が水中用照明として用いられた場合、漏電による感電事故の危険があり、また放電されやすいため、ＬＥＤ照明を収容可能な水分浸透防止用機構物を別途に製作し、その内部にエポキシやシリコンなどの防水剤を完全に満たすことによって、その機構物内の漏電の原因になる水や湿気の発生を防止している。しかしながら、その機構物内全体をモールドする必要があり、別途の機構物を製作しなければならないため、製品の体積が増加し、単価が上昇するという不都合が生じてしまう。

図１は、説明の理解上、従来の防水用機構物が適用されたＬＥＤ照明を概略的に示す断面図である。

同図のように、従来の水中用ＬＥＤ照明１０は、ＰＣＢ１３の上に実装されたＬＥＤ素子１１と、これらを収容している機構物１５とを含んで構成される。

機構物１５の内部には、エポキシやシリコン材質の光透過性防水剤１７が充填されており、防水剤１７は外部から機構物１５内への水分浸透を防いで、腐食や漏電の原因になる水分からＰＣＢ１３及びＬＥＤ素子１１を保護する。

前述のように構成された従来の水中用ＬＥＤ照明１０は、防水用機構物１５及び防水剤１７によって水分浸透を防ぐことができるという利点を有するものの、前述のように機構物や防水剤を使用しているため、体積増加や材料費増加によるコストアップの問題があった。

また、ＬＥＤ素子１１の上面全面に防水剤１７が満たされているため、ＬＥＤ素子１１から発生した光が防水剤１７を透過する場合、その一部が吸収されることからその進行方向が折ってしまい、光放出の範囲が狭くなり、光効率が低下するという不都合があった。

また、ＰＣＢ１３及びＬＥＤ素子１１の全面に防水剤１７が塗布されているため、ＬＥＤ素子１１から発生する熱が防水剤１７によって円滑に放射されなくなってしまい、ＬＥＤ素子の寿命が短縮するという不都合があった。

本発明は上記に鑑みて成されたものであって、ＰＣＢ及びＬＥＤ素子の端子が露出した領域に局部に防水剤を塗布することによって、防水用機構物を別途用いらずとも、水分に起因したＰＣＢ及びＬＥＤの端子の腐食を防止することができる照明用ＬＥＤモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明の別の目的は、ＰＣＢ及びＬＥＤ素子の端子が露出した領域にのみ局部に防水剤を塗布してＰＣＢの放熱面積を最大化することによって、ＬＥＤモジュールの寿命を向上することができる照明用ＬＥＤモジュール及びその製造方法を提供することである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる照明用ＬＥＤモジュールは、印刷回路基板と、印刷回路基板の上に実装された少なくとも一つのＬＥＤ素子と、印刷回路基板、ＬＥＤ素子の実装面に露出した印刷回路基板、及びＬＥＤ素子の端子を取り囲む防水剤とを備えることを特徴とする。

なお、印刷回路基板は、ＦＲ−４系の基板、メタルコア印刷回路基板（ＭＣＰＣＢ）、またはセラミック系の基板のうちのいずれか一つからなってもよい。

また、防水剤は、ＬＥＤ素子の実装されている領域を除いた、印刷回路基板の上面を露出させ、ＬＥＤ素子の側面に沿って局部に塗布されても良い。

この場合、防水剤は、ＬＥＤ素子の上面及び側面の両方をカバーしても良く、またはＬＥＤ素子の上面を露出させることも可能である。

防水剤は、シリコンを用いてもよく、特に、シリコン樹脂エマルジョン被膜剤を含んでもよい。

また、防水剤にはエポキシを用いてもよく、そのエポキシはエポキシ樹脂被膜剤を含んでも良い。

印刷回路基板は、両面テープによって設置物に固定されるか、または印刷回路基板に孔を形成した後、その孔に螺合によって設置物に固定されてもよい。

また、本発明の別の態様にかかる照明用ＬＥＤモジュールの製造方法は、印刷回路基板を用意するステップと、印刷回路基板の上に少なくとも一つのＬＥＤ素子を実装するステップと、ＬＥＤ素子の側面に沿って、印刷回路基板及びＬＥＤ素子の端子をカバーする防水剤を塗布するステップと、を含むことを特徴とする。

防水剤を塗布するステップは、注射器のように吐出入口の幅が狭い容器を設けた後に、容器の内に空気の圧力を用いて所望の量の防水剤を所望の位置に塗布する空圧式ディスペンサ方法を用いてもよい。また、吐出部の反対領域にスクリューを設け、スクリューを回転させることによって、防水剤の量を調節して、所望の位置に防水剤を塗布するチューブ圧送式ディスペンサ方法によって行ってもよい。

この場合、前記防水剤を塗布するステップは、ＬＥＤ素子の実装領域を除いた、印刷回路基板の上面を露出させるステップを含んでも良く、この時にも、ＬＥＤ素子の上面及び側面に防水剤を塗布するか、またはＬＥＤ素子の上面が露出するように、ＬＥＤ素子の側面にのみ防水剤を塗布してもよい。

前述のように構成された本発明は、印刷回路基板とＬＥＤ素子の実装領域にのみ局部に防水材を塗布するため、防水用機構物を別途設けなくてもよいという利点がある。つまり、従来は、防水用機構物を別途設けた後、防水用機構物内にＬＥＤ素子が実装された印刷回路基板を組み込み、そこに防水剤を満たすことでＬＥＤモジュールへの水分浸透を防止していた。

しかしながら、本発明においては、外部に露出した印刷回路基板及びＬＥＤ素子の端子をカバーすることによって、機構物を不要にすることができ、これにより照明用ＬＥＤモジュールの体積を減らすことができる。

また、本発明は、ＬＥＤ素子の実装領域にのみ局部に防水剤を塗布するため、従来に比べて防水剤の量を節減できるという利点がある。つまり、従来は機構物の内にＬＥＤ素子が浸るほどに防水剤を完全に満たさなければならなかったが、本発明においては、ＬＥＤ素子が実装される領域にのみ、局部に防水材が塗布されるため、従来に比べて防水剤の塗布量が顕著に減るようになる。

この時、ＬＥＤ素子の上面を露出させ、ＬＥＤ側面にのみ防水剤を塗布する場合には、光学的な特性の変化なしで防水剤を用いることができるようになる。即ち、ＬＥＤ素子の上面に防水剤が塗布される場合、ＬＥＤ素子から発生した光が防水剤を透過するため、空気または水中での屈折率と防水剤の屈折率との差により、光が折るか、光の一部が防水剤により吸収され、光効率が低下するという不都合があった。しかしながら、本発明においては、ＬＥＤ素子の上部を完全に露出するため、そのような問題を解決することができるようになる。

さらに、本発明においては、ＬＥＤ素子の実装領域を除いた、印刷回路基板の上面をそのまま露出するため、ＬＥＤ素子から発生した熱を効率的に放熱させることによって、ＬＥＤ素子の損傷を防いで、寿命を延長させることができるという利点がある。

本発明によれば、ＬＥＤ素子の側面で外部に露出した電極端子をカバーする防水剤を局部に塗布することによって、防水用機構物を不要にして、照明用ＬＥＤモジュールのスリム化を図ることができる。

また、本発明によれば、防水剤を局部に塗布することによって、防水剤の使用量を減らすことが可能となり、材料費の節減に伴うコストダウンを図ることができる。

さらに、本発明によれば、防水剤を局部に塗布することによって印刷回路基板の露出面積を最大化できるので、放熱効果を極大化してＬＥＤ寿命の延長を図ることができる。

以下、添付の図面を参照ながら、本発明による照明用ＬＥＤモジュールについて詳記する。

図２は、本発明による照明用ＬＥＤモジュールを概略的に示す断面図である。

同図のように、本発明による照明用ＬＥＤモジュール１００は、複数のＬＥＤ素子１３０と、ＬＥＤ素子１３０を駆動させるための回路モジュールが形成された印刷回路基板１１０（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）とを含んで構成され、ＬＥＤ素子１３０の側面に沿って防水剤１５０が塗布されている。

印刷回路基板１１０は、熱伝導率の高い金属成分の放熱体の上部にポリイミドよりなるフレキシブルＰＣＢを接着剤によって貼り付けてなるものであって、放熱性能が向上し、且つ放熱効果のよいメタルコア印刷回路基板である。なお、ＬＥＤ素子１３０は、フレキシブルＰＣＢの上面に実装されるものであって、フレキシブルＰＣＢの上面に設けられた電極回路（図示せず）に電線や半田付けによって接続されることによって電流が供給される。

または、印刷回路基板１１０は、その上面にＬＥＤ素子１３０を電気的に接続するための電極回路が形成されているＦＲ−４またはセラミックなどの樹脂系材料からなる印刷回路基板であっても良い。そのような樹脂系材料からなる印刷回路基板は、その下部に放熱体が取り付けられる。

また、図２には示されていないが、ＬＥＤ素子を保護するために、その上面にレンズを更に構成してもよく、そのようなレンズは発光素子の色相に応じて、多様に構成することができる。しかしながら、本発明は、保護レンズが構成されていなくてもよい。

ＬＥＤ素子１３０は、任意のｎ×ｍ行列を有し、印刷回路基板１１０を通じて電気的に接続された各ＬＥＤ素子１３０がマトリクス状に構成されている。

ＬＥＤ素子１３０は、赤、緑、青などの多様な組合わせで高輝度の白色及び多色光を演出するようになり、赤、緑または青の発光素子を少なくとも一つ含むようになる。

また、前述のように、ＬＥＤ素子１３０の色相によって、その上部を覆っている保護レンズ（図示せず）の色相も異なって構成することができる。例えば、白色発光素子を用いたり、有色の発光素子を配列した場合、保護レンズを有色の蛍光レンズで構成することができる。

防水剤１５０は、ＬＥＤ素子１３０の実装面に対して、その側面に沿って塗布されており、ＬＥＤ素子１３０の実装面を除いた、印刷回路基板１１０の上面を露出するようになる。

即ち、防水剤１５０は、例えば電極または半田等、印刷回路基板１１０及びＬＥＤ素子１３０の端子（図示せず）をカバーするが、ＬＥＤ素子１３０の上面及び印刷回路基板１１０の上面は露出するようになる。

防水剤１５０は、光を透過させるシリコンまたはエポキシ材質で、各々はシリコンレジン被膜剤またはエポキシレジン被膜剤を含んでも良い。なお、そのような防水材１５０は、空圧式ディスペンサ方法またはチューブ圧送式ディスペンサ方法によって印刷回路基板１１０の上に塗布されてもよい。

上記した空圧式ディスペンサ方法は、図４に示すように、注射器のように吐出入口の幅が狭いディスペンサ３３０と、防水剤を貯蔵する防水剤貯蔵室３１０と、防水剤貯蔵室３１０とディスペンサ３３０とを機構的に連結するノズル３５０とから構成された装置３００を用いるようになる。

即ち、防水剤貯蔵室３１０内に窒素（Ｎ_２）ガスが供給されることによって、窒素ガスにより防水剤貯蔵室３１０の圧力が高くなり、防水剤貯蔵室３１０に貯蔵された防水剤がノズル３５０を介してディスペンサ３３０に供給され、ディスペンサ３３０に供給された防水剤が、ディスペンサ３３０の末端に形成された吐出口３７０を通じて印刷回路基板の上に塗布されることとなる。

このため、防水剤貯蔵室３１０に注入される窒素ガスの圧力に応じて印刷回路基板１１０上に塗布される防水剤の塗布量を調節することができるようになる。

また、チューブ圧送式ディスペンサ方法は、ディスペンサの上部または防水剤貯蔵室にスクリューを締結し、スクリューを回転させるによって防水剤の塗布量を調節する方法であって、スクリューの回転数によって塗布量が決定される。即ち、スクリューを多く回転させるほどディスペンサの内部または防水剤貯蔵室の圧力が高くなり、ディスペンサを介して吐出される防水剤の量も多くなる。

前述のように本発明の防水剤１５０を公知の多様な方法によって印刷回路基板上に局部に塗布することが可能な一方、作業者によって手作業で塗布することも可能である。

本発明は、このような防水剤塗布方法に限定されるものではなく、図２ではＬＥＤ素子１３０の側面に沿って形成しているが、印刷回路基板１１０の上面を露出させることができる塗布方式ならば、いかなる方法であっても良い。

続いて、図２を参照しながら、本発明による照明用ＬＥＤモジュールの特徴を説明する。本発明においては、防水剤１５０がＬＥＤ素子１３０の実装領域にのみ局部に塗布されるので、水分が浸透することを防止する別途機構物が不要となり、ＬＥＤモジュールの体積を減らしている。前述のように、従来では、防水用機構物を別途に設けた後、防水用機構物内にＬＥＤ素子が実装された印刷回路基板を内蔵し、防水用機構物内部に防水剤を満たすことによってＬＥＤモジュールへの水分浸透を防止していた。しかしながら、本発明においては、外部に露出した端子のみを局部にカバーすることによって、防水用機構物を不要としている。

また、本発明では、ＬＥＤ素子１３０の実装領域にのみ局部に防水剤１５０を塗布するため、従来に比べて防水剤の量を節減して、コストダウンを図ることが可能となっている。即ち、従来においてはＬＥＤ素子が浸るほどの防水剤を機構物内に満たさなければならなかったが、本発明においてはＬＥＤ素子が実装される領域にのみ、局部に防水剤が塗布されるため、従来に比べて防水剤の塗布量が顕著に減るようになる。

さらに、本発明においては、ＬＥＤ素子１３０の実装領域を除いた、印刷回路基板１１０の上面をそのまま露出するため、放熱効率を極大化して、ＬＥＤ素子１３０の寿命を延長させることができるようになっている。即ち、本発明においては、印刷回路基板１１０の上面及び下面が大気または水中にそのまま露出しているため、ＬＥＤ素子１３０から発生した熱を従来に比べてより効果的に放熱できる。その結果、ＬＥＤ素子１３０の劣化が防止されてＬＥＤ素子１３０の寿命を延長させている。

一方、本発明においては、防水剤１５０がＬＥＤ素子１３０の上面を全てカバーすることも可能である。

図３は、ＬＥＤ素子の上面にも防水剤が塗布されている本発明の他の実施例を示したもので、同図のように、本実施例による照明用ＬＥＤモジュール２００は、複数のＬＥＤ素子２３０とＬＥＤ素子２３０を駆動させるための回路モジュールが構成された印刷回路基板２１０とを含み、ＬＥＤ素子２３０が実装されている領域にはＬＥＤ素子１３０の側面及び上面をカバーする防水剤２５０が塗布されている。

本実施例では、防水剤２５０がＬＥＤ素子２３０の上面をカバーしているので、前の実施例に比べ光効率が低下するという不都合がある。

つまり、前の実施例では（図２参照）、ＬＥＤ素子１３０の側面にのみ防水剤１５０が塗布され、ＬＥＤ素子１３０の上面が露出されているため、防水剤１５０による光効率の低下を防ぐことが可能であった。

しかしながら、本実施例のように、ＬＥＤ素子２３０の上面に防水剤２５０が塗布されている場合、ＬＥＤ素子２３０から発生した光が防水剤２５０を透過する間、その光の一部が吸収され、光効率が低下したり、空気または水中での屈折率と防水剤の屈折率との差により光の進行経路が折って、光の放出範囲が狭くなってしまう。

このように、本実施例（図３参照）では光効率の低下の恐れがある一方、前の実施例（図２参照）ではＬＥＤ素子１３０の上面を大気または水中に完全に露出するため、防水剤による光吸収及び光進行経路の変更がないＬＥＤモジュールを用いることが可能となっている。

前述のようにして構成された本発明の照明用ＬＥＤモジュール１００、２００は、両面テープを用いて設置物（例えば、屋外電光板、池底／壁面等）に固定されてもよく、また両面テープに代えて接着性に優れたボンド系列のうちのいずれか一つに代替して適用してもよい。

また、螺合により、ＬＥＤモジュールを設置物に固定してもよく、この場合、印刷回路基板上に別途螺合用孔を設ける必要がある。

上述のように、本発明の基本概念は、水分浸透により腐食または漏電が発生する恐れがある領域（印刷回路基板及びＬＥＤ素子の端子が露出された領域）についてのみ局部に防水剤を塗布することによって、防水用機構物を不要としている。また、印刷回路基板を空気または水中に最大限露出させることにより、放熱面積を極大化してＬＥＤ寿命を延長させようとするもので、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができるものである。

従って、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなくて次の請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者のいくつかの変形及び改良形態また、本発明の権利範囲に属するものである。

従来の防水用機構物を有する照明用ＬＥＤモジュールを概略的に示した断面図である。 本発明の一実施の形態による照明用ＬＥＤモジュールを概略的に示した断面図である。 本発明の他の実施の形態による照明用ＬＥＤモジュールを概略的に示した断面図である。 空圧式ディスペンサ装置の構成を概略的に示した図面である。

符号の説明

１００、２００ 照明用ＬＥＤモジュール
１１０、２１０ 印刷回路基板
１３０、２３０ ＬＥＤ素子
１５０、２５０ 防水剤
３００ 空圧式ディスペンサ装置
３１０ 防水剤貯蔵室
３３０ ディスペンサ
３７０ 吐出部

Claims (21)

1. 印刷回路基板と、
   前記印刷回路基板の上に実装された少なくとも一つのＬＥＤ素子と、
   前記印刷回路基板、前記ＬＥＤ素子の実装面に露出された印刷回路基板、及び前記ＬＥＤ素子の端子を取り囲む防水剤と、
   を備えることを特徴とする照明用ＬＥＤモジュール。
2. 前記印刷回路基板は、ＦＲ−４系の基板であることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
3. 前記印刷回路基板は、メタルコア印刷回路基板であることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
4. 前記印刷回路基板は、セラミック系の基板であることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
5. 前記防水剤は、前記ＬＥＤ素子の実装された領域を除いた、前記印刷回路基板の上面を露出させることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
6. 前記防水剤は、前記ＬＥＤ素子の側面に沿って局部に塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
7. 前記防水剤は、前記ＬＥＤ素子の上面及び側面を全てカバーすることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
8. 前記防水剤は、前記ＬＥＤ素子の上面を露出させることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
9. 前記防水剤は、シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
10. 前記シリコンは、シリコン樹脂エマルジョン被膜剤を含むことを特徴とする請求項９に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
11. 前記防水剤は、エポキシであることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
12. 前記エポキシは、エポキシ樹脂被膜剤を含むことを特徴とする請求項１１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
13. 前記印刷回路基板は、両面テープによって設置物に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
14. 前記印刷回路基板は、螺合によって設置物に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
15. 前記印刷回路基板の上に、前記螺合用の孔が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の照明用ＬＥＤモジュール。
16. 印刷回路基板を用意するステップと、
    前記印刷回路基板の上に少なくとも一つのＬＥＤ素子を実装するステップと、
    前記ＬＥＤ素子の側面に沿って、前記印刷回路基板及び前記ＬＥＤ素子の端子をカバーする防水剤を塗布するステップと、
    を含むことを特徴とする照明用ＬＥＤモジュールの製造方法。
17. 前記防水剤を塗布するステップは、空圧式ディスペンサ方法によって行われることを特徴とする請求項１６に記載の照明用ＬＥＤモジュールの製造方法。
18. 前記防水剤を塗布するステップは、チューブ圧送式ディスペンサ方法によって行われることを特徴とする請求項１６に記載の照明用ＬＥＤモジュールの製造方法。
19. 前記防水剤を塗布するステップは、前記ＬＥＤ素子の実装領域を除いた、前記印刷回路基板の上面を露出させるステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の照明用ＬＥＤモジュールの製造方法。
20. 前記防水剤を塗布するステップは、前記ＬＥＤ素子の上面及び側面に防水剤を塗布するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の照明用ＬＥＤモジュールの製造方法。
21. 前記防水剤を塗布するステップは、前記ＬＥＤ素子の上面が露出するように、前記ＬＥＤ素子の側面にのみ防水剤を塗布するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の照明用ＬＥＤモジュールの製造方法。

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