JP2012191042A

JP2012191042A - 発光装置

Info

Publication number: JP2012191042A
Application number: JP2011054204A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kanechika; 正之金近
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】発光装置の発光効率及び表示品質を低下させることなく、光放射方向の電磁波漏洩を防止することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１は、光放射面側に凹部を備えたハウジング１１と、凹部１５の底面に配された発光素子１３と、光放射面側に配された導電性の格子構造体と、格子構造体に電気的に接続され、ハウジングの光放射面に対向する裏面に達する導体と、を有する。
【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、発光装置に関し、特にＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を搭載した発光装置に関する。

近年、白熱電球や蛍光灯ランプに代わりＬＥＤ素子を利用した発光装置が照明器具や液晶ディスプレイのバックライト等に利用されている。このような発光装置においては、消費電力の低減及び発熱の低減のために、ＬＥＤ素子をパルス駆動しているものがある。ＬＥＤ素子をパルス駆動する場合、発光装置から電磁放射が発生して、周囲の機器に影響を及ぼしてしまう。そのため、発光装置からの電磁波を遮蔽する機構が必要となる。

特許文献１には、ＬＥＤ素子を実装した基板において、ＬＥＤ素子の実装面と反対側の面にＬＥＤ素子を駆動するドライバＩＣを配し、ＬＥＤ素子の実装面側にストライプ状の電極を設けることで、ドライバＩＣからの電磁波をシールドする発光ダイオードユニットが開示されている。

また、特許文献１には、従来例としてＬＥＤ発光表示板ユニットの発光表示面を導電性の金網で覆っているＬＥＤ表示板装置が開示されている。

特許文献２には、ＬＥＤ素子を実装した基板において、ＬＥＤ素子を覆うように導電性樹脂層を形成することにより、電磁波の漏洩を防止しているＬＥＤ表示装置が開示されている。

特開２００１−１９６６３５号公報特開２００９−２５３０９８号公報

特許文献１に示されている発光装置には、光放射面を覆う電磁波遮蔽手段は存在せず、ＬＥＤ素子の表面電極及びボンディングワイヤ等からの電磁波の光放射面側への漏出を防止することができない。

特許文献１に従来例として示されているＬＥＤ表示板装置では、電磁波を遮蔽するために表示板装置の外部から発光・表示面を金網で覆っている。そのため、高周波の電磁波に対応しようと金網の目を細かくすると発光・表示品質の低下が生じてしまう。また、金網が外側を覆う構造故に装置のデザインが制限されていた。

特許文献２に示されている発光装置では、光放射面を覆う電磁波遮蔽材として導電性樹脂層が存在するために、ＬＥＤ素子等から発生し光放射面側に向けて放射される電磁波の漏洩をある程度防止することができる。しかし、通常の高分子樹脂と比較して透光性が低い導電性樹脂の層が、発光面全面を覆っているために発光装置の発光効率が下がってしまうという問題があった。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、発光装置の発光効率及び表示品質を低下させることなく、高周波電磁波を発生する立ち上がりが急峻なパルス駆動時においても、光放出方向の電磁波漏洩を十分に防止することが可能な発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、光放射面側に凹部を備えたハウジングと、凹部の底面に配された発光素子と、光放射面側に配された導電性の格子構造体と、格子構造体に電気的に接続され、ハウジングの光放射面に対向する裏面に達する導体と、を有することを特徴とする。

本発明の発光装置では、接地された導電性材料を発光素子の近傍に格子状に配する。それによって、発光装置の発光効率及び表示品質を低下させることなく、発光装置の光放射方向への高周波電磁波の漏洩を防止することが可能となる。

本発明の実施例１に係る発光装置の平面図である。本発明の実施例１に係る発光装置の断面図である。本発明の実施例１に係る発光装置の底面図である。本発明の実施例２に係る発光装置の断面図である。本発明の実施例３に係る発光装置の断面図である。接地導体がハウジング側面を経由してハウジング裏面まで形成されている本発明の変形例に係る発光装置の断面図である。

以下に、本発明の実施例１に係る発光装置１について、図１ａ−ｃを参照しつつ説明する。図１ａは、本発明の実施例１に係る発光装置１の光放射面側からみた平面図である。図１ｂは、図１ａにおける１ｂ−１ｂ線に沿った断面図である。図１ｃは、発光装置１の底面図である。

ハウジング１１は、例えばＡｌ_２Ｏ_３等からなる矩形の平面形状を有するセラミック基板である。ハウジング１１は、ＬＥＤ素子１３を搭載する光放射面側の面（すなわち、ハウジングの上面）の中央に、押し出し成形または射出成形等によってハウジングと一体に成形されたすり鉢状の凹部１５を有している。尚、凹部１５は、穴の空いた基板等を複数重ね合わせることで形成されてもよい。

すり鉢状の凹部１５は、下部の円錐台部１５ａ及び上部の円柱形状の側壁部１５ｂからなっている。円錐台部１５ａは、光放射方向に向かって広がっていく形状を有している。側壁部１５ｂは、円錐台部１５ａの上端に連続して形成されており、光放射面内における側壁部１５ｂの断面は、円錐台部１５ａの最大半径よりも大きい半径を有している。従って、円錐台部１５ａと側壁部１５ｂの遷移部に円環状の段差部１５ｃが形成されている。

すり鉢状の凹部１５の底部には、ＬＥＤ素子１３への電力供給のためにボンディングパッド１７ａ及び１７ｂが設けられている。ボンディングパッド１７ａ及び１７ｂは、すり鉢状の凹部１５の底部表面からハウジング１１の光放射面と反対の面（すなわち、ハウジングの裏面）まで貫通し、かつ内側が導体メッキ（例えば、銅メッキ）されているスルーホール１９ａ及び１９ｂと電気的に接続されている。そして、スルーホール１９ａ及び１９ｂは、それぞれハウジング１１の裏面に形成されている電極２０ａ及び２０ｂに電気的に接続されている。すなわち、ＬＥＤ素子１３がハウジング１１の裏面側から電力供給を受け得る構造になっている。

ＬＥＤ素子１３は、すり鉢状の凹部１５の中央に設けられている。ＬＥＤ素子１３は、例えば、一辺が３５０μｍの正方形の平面形状を有し、青色光（４３０ｎｍ〜４７０ｎｍ程度）を発する青色発光ダイオードである。ＬＥＤ素子１３は、上面にＰ電極及びＮ電極を有しており、当該Ｐ電極及びＮ電極の各々は、ボンディングワイヤ２１を介してボンディングパッド１７ａ及び１７ｂの各々に電気的に接続されている。ＬＥＤ素子１３は、パルス駆動され、そのパルス駆動によって発生する電磁波の周波数は、例えば、最大で３ＧＨｚ（真空中の波長λ＝１００ｍｍ、λ／４＝２５ｍｍ）である。

段差部１５ｃの表面には、接地導体２３が設けられている。接地導体２３は、銅または銀等の導体で形成されている。接地導体２３は、ハウジング１１の裏面に達するスルーホール１９ｃと電気的に接続されている。また、スルーホール１９Ｃは、ハウジング１１の裏面に形成された接地電極２６に電気的に接続されている。

接地導体２３、ボンディングパッド１７ａ、ｂ、接地電極２６、電極２０ａ、ｂの表面には、はんだ付けや、ボンディング接続に合わせて金メッキ又は銀メッキを行う。また、スルーホール１９ａ、ｂ、ｃは銅メッキにて作製されている。

接地導体２３上にはメッシュ部材２５が配されている。メッシュ部材２５は、例えば、導電性の良い金、銀、銅、アルミ等の金属箔をエッチングして形成され、網目状の開口部を有する導電性の格子構造体であり、格子幅（すなわち、導体部分間の間隔）Ｗは１ｍｍである。メッシュ部材２５は、全体として、円環状段差部１５ｃの内側半径よりも大きくかつ外側半径よりも小さい半径を有する円板形状を有している。メッシュ部材２５を構成する各導体部分の厚さ及び幅は、ＬＥＤ素子１３からの発光の障害とならないようにできるだけ細く、例えば、円板面に垂直な方向の厚さが３５μｍ、幅が１００μｍで形成される。

メッシュ部材２５は接地導体２３と銀ペースト等の導電性接着剤で固定されている。従って、メッシュ部材２５は、接地導体２３及びスルーホール１９ｃと電気的に接続されており、これらを介してハウジング１１の裏面において接地をとることが可能な構造になっている。このようにメッシュ部材２５を接地することによって、メッシュ部材２５が発光装置１から発生する電磁波に共振して、メッシュ部材２５から電磁波が再放射されることを防止することができる。また、メッシュ部材２５からハウジング裏面までの熱伝導経路も形成されるので、メッシュ部材２５が吸収した熱を、接地導体２３及びスルーホール１９ｃを介してハウジング１１裏面に伝導させて、装置内の熱を外部に放散させることも可能である。

すり鉢状の凹部１５内には、ＬＥＤ素子１３、ボンディングワイヤ２１、接地導体２３及びメッシュ部材２５を埋設するように、蛍光体を含有している封止樹脂２７が充填されている。封止樹脂２７は、透光性を有する材料、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、またはハイブリッド樹脂（エポキシ樹脂＋シリコーン樹脂）からなっている。封止樹脂２７には、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット：Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）に付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が分散されている。蛍光体は、ＬＥＤ素子１３から発せられる、例えば約４６０ｎｍの青色光を吸収して、約５６０ｎｍの発光ピーク波長を有する黄色光を発する。従って、ＬＥＤ素子１３から発せられて蛍光体に吸収されなかった青色光と蛍光体から発せられる黄色光とが混ざり合うことによって白色光が得られる。

実施例１において、ＬＥＤ素子１３から射出された光は、メッシュ部材２５の導体部分が非常に細く、導体部分間の間隔（格子幅）Ｗが非常に広いために、メッシュ部材２５によってはほとんど遮られずに、発光装置１から放出される。また、メッシュ部材２５の上には蛍光体を含有する封止樹脂２７が存在するため、メッシュ部材２５を通過した光がさらに散乱し、発光装置から放射される光は光ムラの無い非常に均一な光となる。従って、メッシュ部材２５によって、発光装置１からの発光品質に悪影響を与えずに、発光装置１の光取り出し面方向に発せられる電磁波を遮断することが可能である。

尚、メッシュ部材２５の格子幅Ｗは、想定される最大周波数（本実施例の場合は３ＧＨｚ）の電磁波を遮断すべく、当該最大周波数の電磁波の封止樹脂２７（本実施例では蛍光体を含有している封止樹脂の比誘電率ε_ｒ＝９とする）内における実効波長λ_ｃ（＝１００ｍｍ／ε_ｒ ^１／２＝３３．３ｍｍ）の１／４（約８．３ｍｍ）以下であればよい。また、メッシュ部材２５と接地導体２３との接続箇所の間隔及びスルーホール１９ｃ同士の間隔は、接地導体２３内で高周波電位が発生しないように１／４λ_ｃ以下になるようにするのが好ましい。

また、ハウジング１１の裏面において、スルーホール１９ａ及びスルーホール１９ｂへの給電接続、並びにスルーホール１９ｃへの接地接続は、任意の態様で行うことが可能である。例えば、発光装置１を搭載する回路基板上の、スルーホール１９ａ、１９ｂ及び１９ｃに対応する位置に導電パッド等を設けることとしてもよい。

以下に、本発明の実施例２に係る発光装置２について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る発光装置２の断面図である。

実施例２に係る発光装置２は、メッシュ部材２５が防磁ワイヤ２９に変更されている以外の構成に関しては、実施例１の発光装置１の構成と同一である。

発光装置２においては、電磁波の漏出を防止するために、防磁ワイヤ２９を使用する。防磁ワイヤ２９は、直径が２５μｍであり、メッシュ部材２５と同様に、導電性の金属、例えば、金、銀、銅またはアルミからなる。防磁ワイヤ２９は、ハウジング１１の上面において、両端が接地導体２３に接するようワイヤボンディングによって設けられている。防磁ワイヤ２９は、ハウジング１１の上面の各辺と平行になるように設けられており、互いに平行な防磁ワイヤ２９同士の間隔は１ｍｍである。よって、ハウジング１１の光放射面側からみると、複数の防磁ワイヤ２９が縦横に配され、メッシュ形状を有する格子構造体を形成している。

尚、防磁ワイヤ２９同士は接触していてもいなくとも良く、例えば、単に空間的に交差しているのみでもよい。互いに平行な防磁ワイヤ２９同士の間隔は、例えば、最大周波数３ＧＨｚの電磁波を遮断すべく、３ＧＨｚの電磁波の封止樹脂２７内の実効波長λ_ｃ／４以下であればよい。また、ワイヤを取り付ける接地導体２３内で高周波電位が発生しないように、接地導体２３表面におけるワイヤ取付け点同士の距離がλ_ｃ／４以下になるようにするのが好ましい。

電磁波の振幅透過率Ｋは、Ｋ≒ｊ２ａ・ｌｎ（ａ／πｄ）／λにより求められる。実施例２に係る発光装置２の防磁ワイヤ２９の直径ｄを２５μｍ、ワイヤ間の距離を１ｍｍ、発光装置２から発せられる電磁波の最も短い実効波長λ_ｃを３３．３ｍｍとすると、Ｋ≒０．１５となる。すなわち、防磁ワイヤ２９によって、発光装置２から発生する最も短い波長の電磁波のうちの８５％程度を遮断することが可能である。

以下に、本発明の実施例３に係る発光装置３について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る発光装置３の断面図である。

実施例３に係る発光装置３において、ハウジング１１の凹部１５ｄは、図３のように円錐台形状の開口部のみからなる形状である。さらに、接地導体２３を、円錐状の凹部１５ｄの外側の平坦部１６上に設けるとともに、メッシュ部材２５を凹部１５ｄの開口部及び平坦部１６の全面に亘って設けている。尚、メッシュ部材２５は、少なくとも凹部１５ｄの開口部を覆うように設ければよい。従って、メッシュ部材２５と封止樹脂２７との間には空隙４０が存在している。これ以外の構成に関しては、実施例１に係る発光装置１と同様である。この場合、メッシュ部材２５の周囲の電磁波の伝播媒体は空気である。従って、メッシュ部材２５の格子幅Ｗは、発光装置から発せられる電磁波の空気中の波長（≒λ）の１／４（約２５ｍｍ）であればよい。従って、メッシュ部材２５の格子幅Ｗを更に広げることができ、ＬＥＤ素子１３からの発光へのメッシュ部材２５による影響をさらに低減することが可能である。

また、発光装置３を製造する場合には、個々のハウジングに切断する前の集合基板の光放射面側全面にメッシュ部材２５を貼り付けて、個々のハウジングに切断する際に、メッシュ部材も一緒に切断することとできる。すなわち、個々のハウジング毎にメッシュ部材を別途加工する必要がないので製造工程の簡略化が可能である。

尚、実施例１乃至３においては、発光装置が白色光を発する発光装置である場合、メッシュ部材２５または防磁ワイヤ２９が金や銅等の色の付いた金属であると発光装置から射出される光に色が付いてしまうため、表面を銀またはアルミ等で被覆するのが好ましい。

また、実施例１乃至３の発光装置においては、スルーホール１９ａ、１９ｂ、１９ｃ内に柱状の金属部材を埋め込むこととしてもよい。また、図４に示すように、スルーホール１９ｃの代わりに、接地導体２３をハウジング１１の側面を通ってハウジング１１の裏面に至るように形成し、ハウジング裏面への接地導通経路を形成していてもよい。

また、実施例１または３において、メッシュ部材２５の代わりに、ガラス板にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を格子状に成膜したものを用いてもよい。この場合、格子状のＩＴＯ部分を接地するために、ガラス板のＩＴＯが形成されている面が接地導体２３に接するようにガラス板を配置する。このようにすることで、発光品質への影響をさらに低減することが可能である。

さらに、上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び使用される発光素子、封止樹脂等に応じて、適宜選択することができる。

１発光装置
１１ハウジング
１３ＬＥＤ素子
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ凹部
１６平坦部
１７ａ，１７ｂボンディングパッド
１９ａ，１９ｂ，１９ｃスルーホール
２０ａ，２０ｂ電極
２１ボンディングワイヤ
２３接地導体
２５メッシュ部材
２６接地電極
２７封止樹脂
２，３発光装置
２９防磁ワイヤ

Claims

光放射面側に凹部を備えたハウジングと、
前記凹部の底面に配された発光素子と、
前記光放射面側に配された導電性の格子構造体と、
前記格子構造体に電気的に接続され、前記ハウジングの前記光放射面に対向する裏面に達する導体と、
を有することを特徴とする発光装置。
前記発光素子を埋設するように前記凹部内に充填されている蛍光体含有樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記発光素子及び前記格子構造体を埋設するように前記凹部内に充填されている蛍光体含有樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記格子構造体は導電性メッシュ部材からなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記格子構造体は複数の導電性ワイヤからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記導体は、前記ハウジングの側面を経由して前記裏面に達していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記導体は、前記裏面まで貫通するスルーホールを経由して前記裏面に達していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記格子構造体は、アルミニウム又は銀によって表面が覆われていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光装置。