JP2012054263A

JP2012054263A - Ｌｅｄ装置

Info

Publication number: JP2012054263A
Application number: JP2010193139A
Authority: JP
Inventors: Mikio Tsuruoka; 三紀夫鶴岡
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子の放熱性を高めると共に高温下での平滑コンデンサの容量低下を防止する。
【解決手段】本発明によるＬＥＤ装置１は、キャパシタを内蔵するＬＥＤ搭載基板１０と、ＬＥＤ搭載基板１０の上面に搭載されたＬＥＤ素子２０とを備えている。ＬＥＤ搭載基板１０は、誘電体ブロック１１内に設けられた第１及び第２平板電極１２，１３と、誘電体ブロック１１の上面から側面を通って底面まで連続的に形成された第１外部電極１４と、両側面に形成された第２外部電極１５とを備え、第１平板電極１４の上端及び下端は誘電体ブロック１１の上底面に露出して第１外部電極１４に接続されており、第２平板電極１３の左端及び右端は、誘電体ブロック１１の両側面に露出して第２外部電極１５に接続されている。ＬＥＤ素子２０からの発熱は第１平板電極１２を通って拡散する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＥＤ装置に関し、特に、ＬＥＤチップが搭載されるＬＥＤ搭載基板の構造に関する。

近年、白熱電球や蛍光灯といった従来の照明装置に比べて高輝度且つ低消費電力であるＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が広く普及している。ＬＥＤは直流電源で駆動される素子であるため、通常、ＬＥＤ素子にはこれと並列に整流回路や平滑回路が接続される（特許文献１参照）。ＬＥＤ素子の平滑回路に含まれる平滑コンデンサとしては、大容量のアルミ電解コンデンサが好ましく使用されている。

特開平１１−１３５２７４号公報

しかしながら、アルミ電解コンデンサは外形寸法が大きい上、ＬＥＤ素子の発熱によって８０℃近くもの高温に晒されたときに内部の電解液が蒸発して容量が低下するという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＬＥＤ素子の放熱性を高めると共に高温下での平滑コンデンサの容量低下を防止することが可能な小型化されたＬＥＤ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるＬＥＤ装置は、複数の平行平板電極によって構成されるキャパシタを内蔵し、互いに平行な上面及び底面を有するＬＥＤ搭載基板と、前記ＬＥＤ搭載基板の前記上面に搭載された少なくとも一つのＬＥＤ素子とを備え、前記複数の平行平板電極の電極面は前記ＬＥＤ搭載基板の前記上面と直交しており、前記平行平板電極の一部は前記ＬＥＤ搭載基板の前記上面と前記底面との間を貫通していることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤ素子から発生した熱がＬＥＤ搭載基板内の複数の平行平板電極を通って基板の底面側に伝わるので、ＬＥＤ素子の放熱性を高めることができる。また、ＬＥＤ搭載基板内のキャパシタは積層コンデンサであることから、電解コンデンサのような電解液の蒸発による容量低下を防止することができ、さらにはキャパシタを含めたＬＥＤ装置全体の小型化を図ることができる。

本発明において、前記ＬＥＤ搭載基板は、互いに平行な上面及び底面と、前記上面及び前記底面と直交し互いに平行な第１及び第２側面とを有する誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックの少なくとも前記上面及び前記底面に形成された第１外部電極と、前記誘電体ブロックの前記第１及び第２側面の少なくとも一方及び前記上面に形成された第２外部電極とを含み、前記ＬＥＤ素子は第１及び第２パッドを含み、前記第１パッドは前記第１外部電極に電気的に接続されており、前記第２パッドは前記第２外部電極に電気的に接続されており、前記複数の平行平板電極は、交互に配置された複数の第１及び第２平板電極を含み、前記複数の第１平板電極の端部は、前記誘電体ブロックの前記上面及び前記底面に露出して前記第１外部電極に接続されていることが好ましい。この場合において、前記第１外部電極は、誘電体ブロックの前記上面から前記第１及び第２平板電極と平行な第３側面を通って前記底面まで連続的に形成されていることがさらに好ましい。ＬＥＤ素子から発生した熱は、複数の第１平板電極を通ってＬＥＤ搭載基板の底面側に伝わり、さらにＬＥＤ搭載基板が搭載されている支持基板上（不図示）に拡散するので、ＬＥＤ素子の放熱性を高めることができる。

本発明において、前記複数の前記第２平板電極の端部は、前記誘電体ブロックの前記第１及び第２側面の少なくとも一方に露出して前記第２外部電極に接続されていることが好ましい。この構成によれば、複数の第２平板電極どうしの電気的な接続を容易に実現することができる。

本発明において、前記第１平板電極の厚さは前記第２平板電極よりも厚いことが好ましく、前記第１外部電極の厚さは前記第２外部電極よりも厚いことが好ましい。この構成によれば、ＬＥＤ実装基板の大型化やコスト増を防止しながら第１平板電極の熱伝導性を高めることができ、ＬＥＤ素子の放熱性をさらに高めることができる。

本発明によれば、ＬＥＤ素子の放熱性を高めることができると共に、ＬＥＤ素子の発熱によって平滑コンデンサの容量が低下することがない小型化されたＬＥＤ装置を提供することができる。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ装置の構成を示す略斜視図である。図２は、図１に示したＬＥＤ装置の平面図であって、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は側面図である。図３は、ＬＥＤ搭載基板の構成を示す展開図であって、ＬＥＤ素子が搭載されていない状態を示している。図４は、図３のＺ_１−Ｚ_１線に沿ったＬＥＤ搭載基板の断面図である。図５は、図３のＸ_１−Ｘ_１線に沿ったＬＥＤ搭載基板の断面図である。図６は、本実施形態によるＬＥＤ装置の等価回路図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ装置の構成を示す略斜視図である。また、図２は、図１に示したＬＥＤ装置の平面図であって、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は側面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態によるＬＥＤ装置は、ＬＥＤ搭載基板１０と、ＬＥＤ搭載基板１０上に搭載されたＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）２０とを備えている。ＬＥＤ素子２０は、ＬＥＤ搭載基板１０の上面（主面）に設定された所定の実装エリアに接着固定されている。ＬＥＤ素子２０の上面に設けられた２つのパッド２１ａ，２１ｂは、ボンディングワイヤ２２ａ，２２ｂを介してＬＥＤ搭載基板１０上に設けられた第１外部電極１４及び第２外部電極１５にそれぞれ電気的に接続されている。

図３は、ＬＥＤ搭載基板１０の構成を示す展開図であって、ＬＥＤ素子２０が搭載されていない状態を示している。また、図４は、図３のＺ_１−Ｚ_１線に沿ったＬＥＤ搭載基板１０の断面図であり、図５は、図３のＸ_１−Ｘ_１線に沿ったＬＥＤ搭載基板１０の断面図である。

図３〜図５に示すように、ＬＥＤ搭載基板１０はキャパシタ内蔵基板であり、誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１内に設けられた第１及び第２平板電極１２，１３と、誘電体ブロック１１の上面１１ａから側面１１ｅを通って底面１１ｂまで連続的に形成された第１外部電極１４と、誘電体ブロック１１の２つの側面１１ｃ，１１ｄ及び上面１１ａの一部に形成された第２外部電極１５とを備えている。

誘電体ブロック１１は直方体形状を有し、互いに平行な上面１１ａ及び底面１１ｂと、上面１１ａ及び底面１１ｂと直交し互いに平行な側面１１ｃ，１１ｄ（第１、第２側面）と、側面１１ｃ，１１ｄと直交する側面１ｅ，１１ｆ（第３、第４側面）を有している。特に限定されるものではないが、誘電体ブロック１１の材料としては所望の誘電率を有し且つ熱伝導アルミナセラミックを用いることができ、電極の材料としてはニッケルを用いることができる。

キャパシタを構成する第１及び第２平板電極１２，１３は、ＸＹ平面と平行な電極面を有しており、ＬＥＤ搭載基板１０の主面と平行なＺ方向に交互に積層されている。そのため、第１及び第２平板電極１２，１３は、ＬＥＤ素子搭載面に対して垂直方向に延びており、その電極面はＬＥＤ搭載基板１０の主面と直交しているが、加工精度の範囲内で実質的に直交していれば足りる。

第１外部電極１４は、誘電体ブロック１１の上面１１ａから側面（第３側面）１１ｅを通って底面１１ｂまで連続的に形成されている。第１外部電極１４は、誘電体ブロック１１の底面１１ｂの略全面に形成されていることが好ましい。この構成によれば、ＬＥＤ搭載基板１０が搭載される支持基板（不図示）に対する電極面の接触面積が十分に広いことから、ＬＥＤ素子からの熱を支持基板上に効率良く拡散させることができる。

一方、誘電体ブロック１１の上面１１ａにおいては、第１外部電極１４はＺ方向の一端側から中央部までの領域に形成され、他端側の領域には形成されていない。誘電体ブロック１１の上面１１ａにおいて、第１外部電極１４は、ＬＥＤ素子２０の底面積をカバーするのに十分な面積を有することが好ましい。この構成によれば、ＬＥＤ素子２０と誘電体ブロック１１との接触面積を広く確保することができ、また後述する第１平板電極１２との接続数を増やすことができ、これにより放熱性を高めることができる。

第２外部電極１５は、誘電体ブロック１１の左右両側の側面（第１，第２側面）１１ｃ，１１ｄの略全面にそれぞれ形成されており、さらに、誘電体ブロック１１の上面１１ａのうち、第１外部電極１４が形成されていないＺ方向の他端側の領域にも形成されており、両側面１１ｃ，１１ｄの電極部分は上面１１ａに形成された電極部分と一体的である。

図４に示すように、第１平板電極１２は上下方向に延びており、その上端が誘電体ブロック１１の上面１１ａに露出しており、下端が誘電体ブロック１１の底面１１ｂに露出しているが、左右両端は誘電体ブロック１１の左右の側面１１ｃ，１１ｄに露出していない。したがって、各第１平板電極１２の上下両端は第１外部電極１４に接続されているが、第２外部電極１５には接続されていない。これにより、すべての第１平板電極１２は第１外部電極１４を介して電気的に接続されており、各電極間で共通電位が確保されている。誘電体ブロック１１の上面１１ａに形成された第１外部電極１４の一部はボンディングワイヤ２２ａを介してＬＥＤ素子２０のパッド２１ａに接続されている。

一方、図５に示すように、第２平板電極１３は左右方向に延びており、その左右両端が誘電体ブロック１１の左右の側面１１ｃ，１１ｄにそれぞれ露出しているが、上下両端は誘電体ブロック１１の上下面に露出していない。したがって、各第２平板電極１３の左右両端は第２外部電極１５に接続されているが、第１外部電極１４には接続されていない。これにより、すべての第２平板電極１３は第２外部電極１５を介して電気的に接続されており、各電極間で共通電位が確保されている。第２外部電極１５は誘電体ブロック１１の側面１１ｃ，１１ｄのみならず上面１１ａにも形成されており、この上面１１ａの電極部分はボンディングワイヤ２２ｂを介してＬＥＤ素子２０のパッド２１ｂに接続されている。

第１平板電極１２や第１外部電極１４は放熱部材として機能することから、電極の厚さをより厚くして熱伝導性を高めることが好ましい。一方、第２平板電極１３や第２外部電極１５はキャパシタの電極としてのみ機能するものであり、電極を必要以上に厚くすることはＬＥＤ実装基板の大型化やコスト増になるため好ましくない。このような理由から、本実施形態では第１平板電極１２の厚さが第２平板電極１３よりも厚く設定されている好ましく、第１外部電極１４の厚さが第２外部電極１５よりも厚く設定されていることが好ましい。

上述の通り、一般的な積層セラミックコンデンサは、基板の上下面と平行な平板電極が垂直方向に積層されているが、本実施形態によるＬＥＤ搭載基板１０内の積層セラミックコンデンサは、平行平板電極が実装面と平行な方向に積層され、ＬＥＤ素子２０搭載面に対して垂直な電極面を有している。複数の第１平板電極１２は、ＬＥＤ素子２０の底面から誘電体ブロック１１を貫通して真下方向に延びているので、ＬＥＤ素子２０から発生した熱は、第１平板電極１２を通ってＬＥＤ搭載基板１０の底面側に伝わり、さらにＬＥＤ搭載基板１０が搭載されている支持基板上（不図示）に拡散する。したがって、ＬＥＤ素子２０の放熱性を高めることができる。

図６は、本実施形態によるＬＥＤ装置１の等価回路図である。

図６に示すように、ＬＥＤ素子ＤはキャパシタＣと並列接続されており、これによりキャパシタＣは平滑コンデンサとしての役割を果たす。キャパシタＣの容量は、平滑コンデンサとして機能する限りにおいて特に限定されないが、２．２μＦ以上であれば十分な平滑機能を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によるＬＥＤ装置１は、ＬＥＤ搭載基板１０に積層セラミックコンデンサが内蔵されており、ＬＥＤ素子２０と並列に積層セラミックコンデンサが接続されているので、アルミ電解コンデンサを使用しなくても済み、ＬＥＤ装置の小型化を図ることができる。また、ＬＥＤ素子２０からの熱がＬＥＤ搭載基板１０内の複数の平行平板電極（第１平板電極１２）を伝導するので、ＬＥＤ素子２０の発熱を効率よく拡散させることができる。したがって、ＬＥＤ素子２０の発光効率及び信頼性を向上させることができ、ＬＥＤ素子２０の寿命を延ばすことができる。ＬＥＤ搭載基板１０に含まれる積層セラミックコンデンサの容量は温度上昇によっても変化しないか又は増加するので、ＬＥＤ素子２０の発熱に伴う容量の低下はなく、電圧平滑機能が低下することもない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、第１外部電極１４が誘電体ブロック１１の１つの側面にのみ形成されているが、対向する２つの側面に形成することによりブロックの外周面を周回する電極構造としてもよく、或いは側面への形成を省略し、誘電体ブロックの上面と底面にのみ形成することも可能である。また、上記実施形態においては、第２の外部電極１５が誘電体ブロック１１の両側面に形成されているが、いずれか一方の側面にのみ形成されていてもよい。さらに、第２の外部電極１５を誘電体ブロック１１の第４の側面１１ｆに形成しても良い。この構成によれば、第３及び第４の側面１１ｅ，１１ｆを半田フィレットの形成面として使用することができ、ＬＥＤ装置１０の半田実装を容易にすることができる。

また、上記実施形態においては、一つのＬＥＤ実装基板上に一つのＬＥＤ素子２０を搭載しているが、一つのＬＥＤ搭載基板１０上に複数個のＬＥＤ素子２０を搭載してもよい。この場合、ＬＥＤ搭載基板１０内にはＬＥＤ素子２０の個数に対応した大容量のキャパシタを形成する必要がある。

１ＬＥＤ装置
１０ＬＥＤ搭載基板
１１誘電体ブロック
１１ａ誘電体ブロックの上面
１１ｂ誘電体ブロックの底面
１１ｃ誘電体ブロックの側面（第１側面）
１１ｄ誘電体ブロックの側面（第２側面）
１１ｅ誘電体ブロックの側面（第３側面）
１１ｆ誘電体ブロックの側面（第４側面）
１２第１平板電極
１３第２平板電極
１４第１外部電極
１５第２外部電極
２０ＬＥＤ素子
２１ａ，２１ｂパッド
２２ａ，２２ｂボンディングワイヤ
ＤＬＥＤ素子
Ｃキャパシタ

Claims

複数の平行平板電極によって構成されるキャパシタを内蔵し、互いに平行な上面及び底面を有するＬＥＤ搭載基板と、
前記ＬＥＤ搭載基板の前記上面に搭載された少なくとも一つのＬＥＤ素子とを備え、
前記複数の平行平板電極の電極面は前記ＬＥＤ搭載基板の前記上面と直交しており、前記平行平板電極の一部は前記ＬＥＤ搭載基板の前記上面と前記底面との間を貫通していることを特徴とするＬＥＤ装置。
前記ＬＥＤ搭載基板は、
互いに平行な上面及び底面と、前記上面及び前記底面と直交し互いに平行な第１及び第２側面とを有する誘電体ブロックと、
前記誘電体ブロックの少なくとも前記上面及び前記底面に形成された第１外部電極と、
前記誘電体ブロックの前記第１及び第２側面の少なくとも一方及び前記上面に形成された第２外部電極とを含み、
前記ＬＥＤ素子は第１及び第２パッドを含み、前記第１パッドは前記第１外部電極に電気的に接続されており、前記第２パッドは前記第２外部電極に電気的に接続されており、
前記複数の平行平板電極は、交互に配置された複数の第１及び第２平板電極を含み、
前記複数の第１平板電極の端部は、前記誘電体ブロックの前記上面及び前記底面に露出して前記第１外部電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ装置。
前記第１外部電極は、誘電体ブロックの前記上面から前記第１及び第２平板電極と平行な第３側面を通って前記底面まで連続的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ装置。
前記複数の前記第２平板電極の端部は、前記誘電体ブロックの前記第１及び第２側面の少なくとも一方に露出して前記第２外部電極に接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のＬＥＤ装置。
前記第１平板電極の厚さが前記第２平板電極よりも厚いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤ装置。
前記第１外部電極の厚さが前記第２外部電極よりも厚いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＬＥＤ装置。