JP2010238972A - 発光体および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの発熱を効率よく熱拡散させて放出させるとともに、基板に実装されるＬＥＤチップの数量を増加することが可能な発光体およびそれを具備した照明器具を提供する。
【解決手段】発光体１は、絶縁性および伝熱性を有する基板２と、六角形に形成され、隣接する六角形の一辺同志が一定間隔Ｌ１を有して正対し、基板２の一面２ａ側に列状に設けられた金属箔からなる複数のパッド３と、パッド３の表面側に設けられたＬＥＤベアチップ４と、ＬＥＤベアチップ４およびパッド３を気密封止するように基板２の一面２ａ側に設けられた透光性樹脂５とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）ベアチップを光源とする発光体およびこの発光体を配設している照明器具に関する。

この種の発光体は、基板上に複数のＬＥＤチップが電気的に直列に接続されている。例えば、ＬＥＤチップとパッドとを互いに隣接して交互に配置し、ＬＥＤチップの電極をパッドにボンディングワイヤで接続している照明装置が提案されている（特許文献１参照。）。しかし、ＬＥＤチップとパッドとを交互に配置すると、基板上に実装されるＬＥＤチップの数量が制限されて実装密度が低下するので、パッドにＬＥＤチップを実装することが行われている。ここで、パッドの形状は、方形や円形に形成されている。

ＬＥＤチップは、その点灯に伴い発熱する。その熱は、ＬＥＤチップからパッドに伝熱され、パッドから基板またはＬＥＤチップ等を覆っている透光性樹脂に伝熱されるものである。

特開２００８−２４４１６５号（第５−６頁、第４図）

ＬＥＤチップからパッドに伝熱される熱は、パッド上を円状に熱拡散して伝熱していくものである。したがって、パッドが円形に形成されていると、パッドは、その温度が均一になり易く、基板や透光性樹脂に効率よく伝熱させられる。一方、パッドが方形に形成されていると、その角部付近の温度が不均一となり、これにより、基板に温度むらが生じさせるものである。

しかし、円形のパッドは、全方向に直径分の大きさを有し、隣接するパッドとの間に所定の絶縁距離を設けるので、所定の基板表面上に形成される数量が制限され、あるいは表面積が制限されるという欠点を有する。この結果、基板でのＬＥＤチップの高密度実装が制限され、あるいはＬＥＤチップに発生した熱が効率よく外部空間に放出されにくいという欠点を有する。

本発明は、ＬＥＤチップの発熱を効率よく熱拡散させて放出させるとともに、基板に実装されるＬＥＤチップの数量を増加することが可能な発光体およびこの発光体を具備する照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発光体の発明は、絶縁性および伝熱性を有する基板と；六角形に形成され、隣接する六角形の一辺同志が一定間隔を有して正対し、前記基板の一面側に列状に設けられた導電材料からなる複数のパッドと；このパッドの表面側に実装されたＬＥＤベアチップと；このＬＥＤベアチップおよび前記パッドを気密封止するように前記基板の一面側に設けられた透光性樹脂と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

基板は、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属で形成することができる。金属の場合、基板の一面に伝熱性を有する絶縁層が形成されて、ＬＥＤベアチップが実装される。また、基板は、そのものが絶縁性を有するセラミック板などで形成することができる。

「列状に」とは、パッドが一列または複数列に設けられることを意味する。また、一定間隔とは、絶縁距離を意味する。

六角形は、一辺の長さが同じ六角形、特に正六角形または正六角形より幾分変形した六角形であるのが好ましい。

本発明によれば、パッドは、六角形に形成され、隣接する六角形の一辺同志が一定間隔を有して正対し、列状に設けられているので、所定の表面積を有する基板の一面側に高密度で設けられ、あるいは六角形の大きさ（表面積）を大きくすることが可能となる。そして、六角形は、円形に近い形状であるので、パッドは、ＬＥＤチップから伝熱され円状に熱拡散した熱により、その全域の温度が略均一化される。これにより、ＬＥＤチップに発生した熱は、パッドから基板および透光性樹脂に効率よく伝熱され、これらから外部へ放出される。

請求項２に記載の照明器具の発明は、請求項１記載の発光体と；この発光体を配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする。

本発明によれば、請求項１記載の発光体から出射された光により照明が行える照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、六角形の形状を有するパッドは、所定の表面積を有する基板の一面側に高密度で設けられ、あるいは表面積を大きくすることが可能であるので、ＬＥＤベアチップを基板の一面側に高密度で実装することができて、発光体からの出射光の光量を大きくすることができ、あるいはＬＥＤベアチップに発生した熱を迅速に伝熱させることができて、ＬＥＤベアチップの温度上昇を抑制することができ、これにより、ＬＥＤベアチップの発光効率の低下や寿命の低下などを抑制することができる。

請求項２の発明によれば、出射光の光量が増加され、あるいはＬＥＤベアチップの発光効率が向上され、長寿命化される発光体を具備するので、被照射面側を明るく照明することができるとともに、照明効率が高く、信頼性の向上した照明器具を提供することができる。

本発明の実施例１を示す発光体の概略上面図。 同じく、発光体の一部概略断面図。 本発明の実施例２を示す発光体の概略上面図。 本発明の実施例３を示す照明器具の一部切り欠き概略側面図。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明は、基板の一面側に列状に金属箔からなるパッドを設け、このパッドにＬＥＤベアチップを実装したものである。そして、パッドの形状を六角形に形成することにより、基板にＬＥＤベアチップを高密度で実装させ、ＬＥＤベアチップに発生した熱を効率よく放熱させるものである。

図１は、本発明の実施例１を示す発光体の概略上面図、図２は、同じく発光体の一部概略断面図である。

図２において、発光体１は、基板２、パッド３、ＬＥＤベアチップ４および透光性樹脂５を有して構成されている。

基板２は、例えば、厚さ１ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板からなり、その一面２ａに厚さ８０μｍの絶縁層６が形成されている。絶縁層６は、例えばエポキシ材および無機フィラー材からなり、高熱伝導性を有している。そして、絶縁層６の表面に、例えば厚さ１０μｍの金属箔からなる複数個のパッド３が設けられている。パッドは、例えば銅（Ｃｕ）、この銅（Ｃｕ）の表面にニッケル（Ｎｉ）メッキされ、さらに銀（Ａｇ）メッキされた導電材料からなっている。

パッド３は、図１に示すように、一辺が同じ長さの六角形すなわち正六角形に形成されている。そして、隣接する六角形の一辺が一定間隔Ｌ１、例えば３ｍｍを有して正対するようにして、４個のパッド３が列状に設けられている。パッド３は、基板２の一面２ａ側に４列で設けられている。一定間隔Ｌ１は、パッド３同志を電気的に絶縁している。

そして、列状のパッド３の両端側には、パッド３と一定間隔Ｌ１以上を有して、パッド３の形状に沿う一対の配線パターン７，７が形成されている。配線パターン７，７は、例えば厚さ１０μｍの銅（Ｃｕ）箔からなり、パッド３同様、絶縁層６の表面に形成されている。

ＬＥＤベアチップ４は、図２に示すように、パッド３の表面３ａ側であって正六角形の中心位置に実装されている。そして、ＬＥＤベアチップ３は、長方体状に形成されたサファイア８の表面に発光層９が形成され、この発光層９の表面に電極１０，１１が設けられたものである。サファイア８は、銀メッキ層の表面に図示しない透明シリコーンにより接着されている。発光層９は、例えば、紫外光から青色光の領域の光を放射する発光材料例えばＩｎＧａＮを有して形成され、通電により青色光を放射する。

そして、一方の電極１０は、自己のＬＥＤベアチップ４が実装されているパッド３の表面３ａにワイヤボンディングされ、他方の電極１１は、隣接するパッド３の表面３ａにワイヤボンディングされている。すなわち、一方の電極１０は、ボンディングワイヤ１２により自己のＬＥＤベアチップ４が実装されているパッド３に接続され、他方の電極１１は、ボンディングワイヤ１３により隣接するパッド３に接続されている。

そして、ボンディングワイヤ１２，１３は、図１に示すように、複数個のパッド３が列状に設けられている列状方向にワイヤボンディングされている。この列状方向の両側のボンディングワイヤ１２，１３は、一列毎に、それぞれ配線パターン７，７に接続されている。

そして、基板２の一面２ａに形成された絶縁層６上には、基板２と同程度の大きさに形成され、四角形状の収納部１４および略矩形状の切り欠き部１５，１５を有する絶縁性の被覆板１６が貼り付けられている。被覆板１６は、例えば、厚さ４ｍｍのセラミック板からなっている。パッド３およびＬＥＤベアチップ４は、収納部１４内の基板２の一面２ａ側に設けられている。

また、切り欠き部１５，１５の絶縁層６の表面には、リード線が接続されて直流電源が供給される電源端子１７がそれぞれ設けられている。電源端子１７，１７は、配線パターン７，７に接続され、ＬＥＤベアチップ３と電気接続されている。

透光性樹脂５は、例えば透光性のシリコーン樹脂からなり、被覆板１６の収納部１４内に注入され、基板２の一面２ａ側においてパッド３およびＬＥＤベアチップ４などを気密封止している。そして、図２に示すように、透光性樹脂５の表面５ａは、平坦状に形成されている。また、透光性樹脂５には、青色光を所定の光例えば黄色光に波長変換するＹＡＧ系蛍光体５Ａが混合されている。

次に、本発明の実施例１の作用について述べる。

発光体１の電源端子１７，１７に直流電源が供給されると、ＬＥＤベアチップ４は、発熱し、発光層９から青色光を放射する。青色光は、その一部が透光性樹脂５を透過して透光性樹脂５の表面５ａから外方に出射される。また、青色光の一部は、透光性樹脂５に混合されたＹＡＧ蛍光体５Ａにより黄色光に波長変換されて、透光性樹脂５の表面５ａから外方に出射される。そして、透光性樹脂５の表面５ａから出射される青色光と黄色光が混合（混色）することにより、白色光が得られる。すなわち、発光体１から白色光が出射される。

そして、ＬＥＤベアチップ４に発生した熱は、ＬＥＤベアチップ４およびパッド３を気密封止している透光性樹脂５に伝熱するとともに、パッド３に伝熱される。パッド３に伝熱された熱は、正六角形のパット３を正六角形の中心部（ＬＥＤベアチップ４）から外側に円状に熱拡散していく。

正六角形は、円形に近い形状であり、その中心部から外周縁までの距離差が小さいので、ＬＥＤベアチップ４から円状に熱拡散した熱は、パッド３の全域の温度を略均一化させる。パッド３の全域から略均一な熱が透光性樹脂５および熱伝導性を有する絶縁層６を介して熱伝導性を有する基板２に伝熱される。ここで、パッド３の全域から伝熱されることにより伝熱面積が大きくなり、しかも略均一な熱が伝熱されるので、パッド３から透光性樹脂５および基板２に伝熱される単位時間当たりの熱量が大きくなる。

そして、透光性樹脂５に伝熱された熱は、透光性樹脂５の表面５ａから外部空間に放出される。また、基板２に伝熱された熱は、その下面側から外部に放出される。これにより、ＬＥＤベアチップ４に発生した熱を迅速に伝熱させて放出させることができて、ＬＥＤベアチップ４の温度上昇を抑制することができる。この結果、ＬＥＤベアチップ４の発光効率の低下や寿命の低下などを抑制することができる。

そして、パッド３は、正六角形に形成され、隣接する正六角形の一辺同志が一定間隔Ｌ１を有して正対し、列状に設けら
れているので、基板２の一面２ａ側に高密度で設けることができる。これらより、基板２の一面２ａ側にＬＥＤベアチップ４も高密度で実装されるので、透光性樹脂５の表面５ａすなわち発光体１からの出射光の光量を大きくすることができて、被照射面側を明るく照明することができる。

また、所定の表面を有する基板２に対して、正六角形のパッド３の大きさ（表面積）を大きくすることができるので、ＬＥＤベアチップ４の温度上昇をより抑制することができて、ＬＥＤベアチップ４の発光効率の低下や寿命の低下などをより抑制することができる。

なお、ＬＥＤベアチップ３は、一つのパッド３の表面３ａ側に複数個が実装され、隣り合うＬＥＤベアチップ３の一方の電極１０と、他方の電極１１とがワイヤボンディングされていてもよい。

図３は、本発明の実施例２を示す発光体の概略上面図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図３に示す発光体１８は、図１に示す発光体１において、パッド３の一つの角を形成する二辺を正六角形の中心側にした六角形でパッド１９を形成したものである。そして、ＬＥＤベアチップ４をパッド１９の列状方向と直交する方向に配置したものである。

パッド１９は、図示のとおり、基板２に高密度で実装可能であるので、基板２の一面２ａ側にパッド１９を設けることにより、基板２を小型化することができ、発光体１８を小型化することができる。

図４は、本発明の実施例３を示す照明器具の一部切り欠き概略側面図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図４に示す照明器具２０は、天井面等に埋設されるダウンライトであり、略円筒状の器具本体２１の下端側に円形の化粧枠２２が設けられ、この化粧枠２２に透光性カバー２３が配設されている。そして、器具本体２１は、左右両側に器具本体２１を天井面等に固定するための一対の取付けばね２４，２４を取り付けている。

また、器具本体２１は、下端側内部に図１に示す発光体１を回転対称に４個配設している。また、器具本体２１の内部には、電源ユニット２５が配設されている。電源ユニット２５には、電源回路などが収納されている。電源回路は、交流電源を直流電源に変換し、発光体１のＬＥＤベアチップ４に定電流を供給するものである。そして、器具本体２１の上面側には、交流電源からの図示しない電源線を接続する端子台２６が配設されている。

照明器具２０は、出射光の光量が増加され、あるいはＬＥＤベアチップ４の発光効率が向上され、長寿命化される発光体１を具備している。したがって、被照射面側を明るく照明することができるとともに、照明効率が高く、信頼性の向上した照明器具２０を提供することができる。

本発明は、一般用または産業用の照明器具、電球用ソケットに装着される電球型器具やＬＥＤ電球などに利用することができる。

１，１８…発光体、 ２…基板、 ３，１９…パッド、 ４…ＬＥＤベアチップ、 ５…透光性樹脂、 ２０…照明器具、 ２１…器具本体

Claims (2)

1. 絶縁性および伝熱性を有する基板と； 六角形に形成され、隣接する六角形の一辺同志が一定間隔を有して正対し、前記基板の一面側に列状に設けられた金属箔からなる複数のパッドと； このパッドの表面側に実装されたＬＥＤベアチップと； このＬＥＤベアチップおよび前記パッドを気密封止するように前記基板の一面側に設けられた透光性樹脂と；を具備していることを特徴とする発光体。
2. 請求項１記載の発光体と； この発光体を配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする照明器具。

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