JP2010098181A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤパッケージの電気的接続に伴う熱ダメージをなくしてＬＥＤの品質や信頼性を向上させるとともに光の利用効率を高め、且つ小型、薄型化が可能なＬＥＤ発光装置を低価格で提供する。
【解決手段】基台上に形成され発光部及び給電電極を有する複数のＬＥＤパッケージと、該複数のＬＥＤパッケージの発光部側に対向配置される接続用回路基板とを備え、該接続用回路基板は前記複数のＬＥＤパッケージ及び外部の電源駆動部に電気的に接続されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を備えたＬＥＤ発光装置に関し、照明器具、携帯電話機、携帯情報端末機等に搭載されるＬＥＤ発光装置に関する。

最近の照明器具、携帯電話機、携帯情報端末機等は省電力化、小型化が要求されることから光源としてＬＥＤ発光装置が用いられるようになっている。また、小型軽量化のために、回路間の電気的接続用基板としてフレキシブルプリント回路基板（以下、ＦＰＣＢと記載する）が使用されることが多く、ＬＥＤをＦＰＣＢ上に直接半田付けされる場合がある。従来のこのようなＬＥＤ発光装置の一例を図１７に基づいて説明する。図１７に示すように、ＬＥＤ８２は、ＬＥＤチップ（図示せず）、リードフレーム８５、封入樹脂８３、及びフランジ８４等からなる。また、ＬＥＤ８２は、リードフレーム８５をＦＰＣＢ８７に半田８６で半田付けすることによりＦＰＣＢ８７上に取り付けられ電気的に接続されている。さらに、半田付けの際の支えとして、剛体としてのリジッドＰＣＢ８８をＦＰＣＢ８７の背面に取り付けられてＬＥＤ発光装置が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、図１８に示すようにＬＥＤチップをＦＰＣＢに直結したＬＥＤ発光装置も開示されている。この直結したＬＥＤ発光装置は図１８に示すように、ＦＰＣＢ６上のＬＥＤチップ４が搭載される位置に、導電性樹脂９を塗布し、ＬＥＤチップ４を搭載する。その後、高温炉で硬化させた後にＦＰＣＢ６上の電極２とＬＥＤチップ４の給電電極（図示せず）をボンディングワイヤ７で結合することによって形成されている。また、ＬＥＤチップ４は封止樹脂５で封止され、ＦＰＣＢ６の一方の表面には、導電パターン３が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。また、図１９に示すように、複数個のＬＥＤパッケージ５１にリード線５３を半田で接続して一部品に製造した照明装置も開示されている。

特開２００８−１０８８６１号公報（第３−５頁、図７−８）

しかしながら上記従来例のＬＥＤ発光装置においては、リード線やＦＰＣＢを用いた電気的接続が手作業によるハンダ付けや、硬化時間が必要な導電性ペーストを用いた接着であるため非常に時間がかかり、組み込み工数が大きく製造コストが高くなるという問題があった。また、ハンダ付け作業や導電性ペースト硬化工程などは、ＬＥＤ発光装置に熱ダメージを与え、発生する熱によって封入樹脂がＬＥＤチップから剥離したりワイヤが切断したりしてＬＥＤの光出力の低下や不灯などの動作不良を引き起こす場合があり、ＬＥＤ発光装置の品質や信頼性の低下を招くという問題があった。
また、ＬＥＤパッケージの給電電極は、リード線のハンダ付けを想定して設計する必要があり、サイズが大きくかつ、電極間を大きく離す必要がある。そのためＬＥＤパッケージの小型化が難しくＬＥＤ発光装置の小型、薄型化が難しいという問題があった。
また、ＬＥＤから発光される光がリード線やフレキシブルＰＣＢによって吸収、妨害されてしまい、光を効率よく取り出すことが出来ないという問題があった。
さらに、複数個のＬＥＤパッケージを使用する場合、電気的な接続が複雑となり配線が困難となるという問題があった。

（目的）
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤパッケージの電気的接続に伴う熱ダメージをなくしてＬＥＤの品質や信頼性を向上させるとともに光の利用効率を高め、且つ小型、薄型化が可能なＬＥＤ発光装置を低価格で提供することを目的とするものである。

上記課題を解決ために本発明のＬＥＤ発光装置は、基台上に形成され発光部及び給電電極を有する複数のＬＥＤパッケージと、該複数のＬＥＤパッケージの発光部側に対向配置される接続用回路基板とを備え、該接続用回路基板は前記複数のＬＥＤパッケージ及び外部の電源駆動部に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、前記接続用回路基板は前記複数のＬＥＤパッケージの給電電極に当接し電気的に接続する第１のポゴピンを有することを特徴とする。

また、前記接続用回路基板は前記第１のポゴピンに接続されているパターン配線を有することを特徴とする。

また、前記接続用回路基板は、光反射性を有する高反射性部材からなることを特徴とする。

また、前記接続用回路基板は前記複数のＬＥＤパッケージの発光部を露出させるための開口部を有することを特徴とする。

また、前記接続用回路基板は、前記開口部の周囲に斜面状に形成される光反射部を有することを特徴とする。

また、前記光反射部は、その表面に光反射性を有する金属メッキ層が形成されていることを特徴とする。

また、前記基台が前記電源駆動部と電気的に接続するための外部接続用支柱を有し、前記接続用回路基板が前記外部接続用支柱に当接し電気的に接続する第２のポゴピン有し、該第２のポゴピンが前記パターン配線に接続されていることを特徴する。

また、前記接続用回路基板と前記基台とが固定用ねじで固定されていることを特徴する。
また、前記基台が前記電源駆動部と電気的に接続するための外部接続用支柱を有し、前記接続用回路基板を前記外部接続用支柱にねじで固定するとともに電気的に接続したことを特徴する。

また、前記基台とその外周部から立ち上がる側壁とを有する筐体の内部に前記ＬＥＤパッケージが収納されており、前記接続用回路基板が前記ＬＥＤパッケージと前記側壁の内部に設ける枠体とによって狭持され固定されていることを特徴とする。

（作用）
接続用回路基板とポゴピンを用い、複数のＬＥＤパッケージを一括接続することより組立工数を削減し、組立コストを大幅に低減することができる。また、リード線のハンダ付けが必要ない為、ＬＥＤパッケージの給電電極を小さくでき、ＬＥＤパッケージ・ＬＥＤ発光装置の小型化が可能となる。さらに、ハンダ付け作業や導電性ペースト硬化に伴う、熱によるＬＥＤパッケージへのダメージを無くすことができるためＬＥＤ発光装置の品質や信頼性を向上させることができる。また、接続用回路基板により配線構成が可能なため、並列接続のようなリード線では困難なＬＥＤパッケージ間の複雑な接続、配線が可能となり、ＬＥＤパッケージ間の配列ピッチも狭めることができ複数個のＬＥＤパッケージを使用するＬＥＤ発光装置の小型化が可能となる。

また、接続用回路基板にはＬＥＤパッケージの発光部が露出する開口部が設けられており、リード線やフレキシブルＰＣＢがないため発光部から放出する光が遮られることがなく、光を効率よく利用することができる。また、接続用回路基板を光反射性を有する高反射性部材とすることにより、リフレクター効果を持たせることができ光の利用効率を向上させることができる。さらに、接続用回路基板の開口部の周囲に設ける光反射部により、発光部の光を反射させることにより、発光部の光束・光度を向上させることができる。

本発明は複数のＬＥＤパッケージ間の電気的接続に伴う熱ダメージをなくしてＬＥＤの品質や信頼性を向上させるとともに光の利用効率を高め、且つ小型、薄型化が可能なＬＥＤ発光装置を低価格で提供することができる。

図１から図９は本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す図、図１０から図１３は本発明の第２の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す図、図１４から図１６は本発明の第３の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す図である。以下、図に基づいて本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す斜視図、図２は、ＬＥＤ発光装置を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図３は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図１、図２に示すように、本実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０は、基台１７ａと基台１７ａの外周部から立ち上がる側壁１７ｃとを有する筐体１７と、筐体１７の内部に収納されて基台１７ａ上に形成される複数のＬＥＤパッケージ１１と、ＬＥＤパッケージ１１に対向するように配置される接続用回路基板１５とを備えており、接続用回路基板１５がＬＥＤパッケージ１１と側壁１７ｂの内部に設ける枠体１７ｃとによって狭持され固定されている。また、接続用回路基板１５は複数のＬＥＤパッケージ１１と第１のポゴピン１４ａによって電気的に接続されており、各ＬＥＤパッケージ１１が互いに接続されている。また、図３に示すように接続用回路基板１５は基台１７ａに設ける外部接続用支柱１８と第２のポゴピン１４ｂによって電気的に接続され外部の電源駆動部（図示せず）に電気的に接続されている。

図８はＬＥＤパッケージを示す概略断面図である。図８に示すようにＬＥＤパッケージ１１は放熱板２２とその上に設ける基板２１と基板２１上に設ける発光部１３と一対の給電電極１２とを備えている。発光部１３は図示していないがＬＥＤチップやボンディングワイヤー等を封止樹脂で封止したものである。

図５は接続用回路基板を示す図で、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、接続用回路基板１５は発光部１３に対応する位置に開口部１５ａが設けられており、図２（ａ）に示すように、この開口部１５ａから発光部１３が露出するようになっている。また、接続用回路基板１５には複数のＬＥＤパッケージ１１の一対の給電電極１２のそれぞれに対応する位置に第１のポゴピン１４ａが設けられており、図２（ａ）に示すように、この第１のポゴピン１４ａが一対の給電電極１２に当接され電気的に接続されている。

さらに、図５（ａ）、図５（ｃ）に示すように、接続用回路基板１５は、基台１７ａに設ける一対の外部接続用支柱１８に対応する位置に一対の外部引き出し用電極１６と、この外部引き出し用電極１６に接続する第２ポゴピン１４ｂとが設けられており、図３に示すように、この第２のポゴピン１４ｂが一対の外部接続用支柱１８の上端部に設ける電極１９に当接され電気的に接続され、外部の電源駆動部（図示せず）に電気的に接続されている。また、図４に示すように一対の外部接続用支柱１８の上端部に第２ポゴピン１４ｃを設け、この第２ポゴピン１４ｃを接続用回路基板１５の一対の外部引き出し用電極１６に当接して電気的に接続しても良い。また、図９に示すように基台１７ａに貫通穴２８を設け、接続用回路基板１５の外部引き出し用電極１６に接続されているリード線２９を貫通穴２８を通して外部に引き出して、外部の電源駆動部（図示せず）に電気的に接続しても良い。

図６は４個のＬＥＤパッケージ１１を直列に接続するように対応する第１のポゴピン１４ａ同士を配線３１ａで接続するとともに第１のポゴピン１４ａと外部引き出し用電極１６とを配線３１ｂで接続した例を示す。また、図７は４個のＬＥＤパッケージ１１を並列に接続するための例を示し、各ＬＥＤパッケージ１１のプラス側に対応する第１のポゴピン１４ａを外部引き出し用電極１６のプラス側に配線３１ｃで接続し、同様にプラス側を外部引き出し用電極１６のプラス側に配線３１ｄで接続したものである。

このように、接続用回路基板１５には、第１のポゴピン１４ａを介してＬＥＤパッケージ１１同士を接続するためのパターン配線が設けられており、この配線パターンを変えることにより直列接続、並列接続、直列接続と並列接続との組あせ等、任意の接続を選択することができる。また、リード線を用いる場合には、複雑な結線すると接続作業の負荷が多大となるが、本実施形態の配線パターンを用いることにより、簡単に接続することができる。また、リード線であれば、交差しなければならないような複雑な接続の場合も、両面基板を採用し、配線パターンを設けることにより簡単に接続することができる。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ発光装置１０によれば、接続用回路基板１５と第１、第２のポゴピン１４ａ、１４ｂにより複数のＬＥＤパッケージ１１を一括接続することが可能となり、組立工数を削減し、組立コストを大幅に低減することができる。また、リード線のハンダ付けが必要ない為、ＬＥＤパッケージ１１の給電電極１２を小さくでき、ＬＥＤパッケージ１１及びＬＥＤ発光装置１０の小型化が可能となる。さらに、ポゴピンを用いることにより、ハンダ付け作業や導電性ペースト硬化に伴うＬＥＤパッケージへの熱ダメージを無くすことができるためＬＥＤ発光装置の品質や信頼性を向上させることができる。

また、接続用回路基板１５に配線パターンを設けることよりＬＥＤパッケージ１１間の並列接続のようなリード線では困難な複雑な接続、配線が可能となりＬＥＤパッケージ１１間の配列ピッチも狭めることができ複数個のＬＥＤパッケージ１１を使用するＬＥＤ発光装置の小型化が可能となる。また、接続用回路基板１５にはＬＥＤパッケージ１１の発光部１３が露出する開口部１５ａが設けられており、リード線やフレキシブルＰＣＢによって発光部１３から放出する光が遮られることがなく光を効率よく利用することができる。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す断面図、図１１は接続用回路基板を示す図で、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。また、図１２、図１３は、接続用回路基板の他の例を示す部分拡大断面図である。本実施形態におけるＬＥＤ発光装置は、接続用回路基板が光反射性を有する高反射性部材からなり、開口部の周囲に光反射部を有する点が第１の実施形態と異なっており、その他は同様である。したがって第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付与し説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０は接続用回路基板２５が光反射部２３を備えている。この光反射部２３は、図１１に示すように接続用回路基板２５の開口部２５ａの周囲に斜面状に形成されるており、ＬＥＤパッケージ１１の基板２１の表面方向に向かって開口部２５ａの周辺まで斜面状に延長されている。さらに、接続用回路基板２５、光反射部２３は光反射性を有する高反射性部材で形成されている。なお、光反射部２３の上部表面には、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等の光反射性の高い金属メッキ層２４を形成することにより、光反射性がさらに高まるため好ましい。

以上のように、第２の実施形態のＬＥＤ発光装置２０は、接続用回路基板２５を光反射性を有する高反射性部材とすることにより、リフレクター効果を持たせることができ光の利用効率を向上させることができる。さらに、接続用回路基板の開口部の周囲に設ける光反射部により、発光部の光を反射させることにより、発光部の光束・光度を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、接続用回路基板２５と光反射部２３とを一体で形成した例で説明したが、図１３に示すように光反射部３３を接続用回路基板３５とを別体として形成しても良い。この場合は、接続用回路基板３５に開口部３５ａを設け、この開口部に別体で斜面状に形成した光反射部３３を嵌号して固定すれば良い。

（第３の実施形態）
図１４は、本発明の第３の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す図で、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図１５は、図１４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。本実施形態におけるＬＥＤ発光装置は、基台と接続用回路基板との固定構造が第１の実施形態と異なっており、その他は同様である。したがって第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付与し説明を省略する。

図１４、図１５に示すように、本実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０は、接続用回路基板１５に設ける第１のポゴピン１４ａをＬＥＤパッケージ１１の給電電極１２に当接させて、接続用回路基板１５を基台２７に固定用ねじ３９で固定したものである。固定用ねじ３９による固定箇所は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては接続用回路基板１５の外周付近に４カ所、中央付近に一カ所を固定用ねじ３９で固定した。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。

図１６に接続用回路基板１５と外部の電源駆動部（図示せず）との電気的接続の他の例を示す。図１６に示すように、接続用回路基板１５と基台２７に設ける外部接続用支柱１８とを導電性を有する固定用ねじ４９で固定することにより、接続用回路基板１５の外部引き出し用電極１６と外部接続用支柱１８の上端部に設ける電極１９とを電気的に接続して、外部の電源駆動部（図示せず）に電気的に接続しても良い。なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態においては、ＬＥＤパッケージの数が４個の場合を例として説明したが、これらの数に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定することができる。

本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１の実施形態における電気的接続の他の例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における接続用回路基板を示す図で、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１の実施形態における接続用回路基板のパターン配線を示す図である。 本発明の第１の実施形態における接続用回路基板のパターン配線の他の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤパッケージを示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における電気的接続の他の例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態における接続用回路基板を示す図で、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の実施形態における接続用回路基板の反射部の他の例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態における接続用回路基板の反射部の他の例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示す図で、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図１４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第３の実施形態における電気的接続の他の例を示す断面図である。 従来技術におけるＬＥＤ発光装置の示す概略断面図である。 従来技術におけるＬＥＤ発光装置の他の例を示す斜視図である。 従来技術におけるＬＥＤ発光装置の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１０、２０、３０ ＬＥＤ発光装置
１１ ＬＥＤパッケージ
１２ 給電電極
１３ 発光部
１４ａ 第１のボゴピン
１４ｂ、１４ｃ 第２のボゴピン
１５、２５、３５ 接続用回路基板
１５ａ、２５ａ、３５ａ 開口部
１６ 外部引き出し用電極
１７ 筐体
１７ａ 基台
１７ｂ 側壁
１７ｃ 枠体
１８ 外部接続用支柱
１９ 支柱の電極
２１ 基板
２２ 放熱板
２３、３３ 光反射部
２４ 金属メッキ層
２７ 基台
２８ 貫通穴
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ パターン配線
３９ 固定用ねじ
４９ 導電性を有する固定用ねじ

Claims (11)

1. 基台上に形成され発光部及び給電電極を有する複数のＬＥＤパッケージと、該複数のＬＥＤパッケージの発光部側に対向配置される接続用回路基板とを備え、該接続用回路基板は前記複数のＬＥＤパッケージ及び外部の電源駆動部に電気的に接続されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記接続用回路基板は前記複数のＬＥＤパッケージの給電電極に当接し電気的に接続する第１のポゴピンを有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記接続用回路基板は前記第１のポゴピンに接続されているパターン配線を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記接続用回路基板は、光反射性を有する高反射性部材からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
5. 前記接続用回路基板は前記複数のＬＥＤパッケージの発光部を露出させるための開口部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
6. 前記接続用回路基板は、前記開口部の周囲に斜面状に形成される光反射部を有することを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ発光装置。
7. 前記光反射部は、その表面に光反射性を有する金属メッキ層が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ発光装置。
8. 前記基台が前記電源駆動部と電気的に接続するための外部接続用支柱を有し、前記接続用回路基板が前記外部接続用支柱に当接し電気的に接続する第２のポゴピンを有し、該第２のポゴピンが前記パターン配線に接続されていることを特徴する請求項１から６のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
9. 前記接続用回路基板と前記基台とが固定用ねじで固定されていることを特徴する請求項１から６のいずれかに記載のＬＥＤ発光装置。
10. 前記基台が前記電源駆動部と電気的に接続するための外部接続用支柱を有し、前記接続用回路基板を前記外部接続用支柱に導電性を有する固定用ねじで固定するとともに電気的に接続したことを特徴する請求項９に記載のＬＥＤ発光装置。
11. 前記基台とその外周部から立ち上がる側壁とを有する筐体の内部に前記ＬＥＤパッケージが収納されており、前記接続用回路基板が前記ＬＥＤパッケージと前記側壁の内部に設ける枠体とによって狭持され固定されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

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