JP2019012805A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造でありながら、外部からの電力供給電線を接続するための電極と、発光素子の放熱基板との間の絶縁耐圧が十分に確保され、小型化に適したＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１０は、発光領域１２ａを上面に備える放熱基板１２と、発光領域１２ａに実装された複数の発光素子１４と、発光領域１２ａを開口する開口部１６ａ、および外部から電力を供給する第一、第二電線２８，３０をそれぞれ電気的に接続するための第一、第二電極２４，２６を備え、放熱基板１２上に設置された配線基板１６とを有している。第一、第二電極２４，２６は、発光素子１４が電気的に接続される第一、第二素子接続領域と、第一、第二電線２８，３０が接続される第一、第二外部接続領域２４ｂ，２４ｂを備えている。少なくとも第一、第二外部接続領域の外側部分には、絶縁性の外枠体２２が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種照明器具に搭載されるＬＥＤ照明装置に関するものである。

近年、電球や蛍光灯に代わる照明用の光源として、複数の発光素子（ＬＥＤ）を用いた照明装置が採用されている。特許文献１には、基板と、複数のＬＥＤベアチップが基板に実装・樹脂封止された発光部と、発光部外の基板表面に設けられた給電用電極とを備えるＬＥＤ光源が記載されている。そして、給電用電極と基板側面の絶縁距離（沿面距離、空間距離）を十分に確保するため、基板より大きな上下絶縁支持体でＬＥＤ光源が挟まれ、金属筐体に取り付けられて、発光装置が作製されている。

特開２０１４−１２０５４４号公報

特許文献１に記載された発光装置は、基板より大きな上下絶縁支持体があるため、大きくなってしまう。また、この発光装置では、上下絶縁支持体等の構成部品が増え、装置の信頼性低下やコスト上昇を招くおそれがある。簡易な構造で、小型化でき、給電用電極と基板側面の間の絶縁耐圧が十分なＬＥＤ照明装置の出現が望まれている。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造でありながら、外部からの電力供給電線を接続するための電極と、発光素子の放熱基板との間の絶縁耐圧が十分に確保され、小型化に適したＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ照明装置は、発光領域を上面に備える放熱基板と、発光領域に実装された複数の発光素子と、発光領域を開口する開口部と、外部から電力を供給する第一電線および第二電線がそれぞれ電気的に接続されるための第一電極および第二電極とを備え、放熱基板上に設置された配線基板とを有している。第一電極は、発光素子が電気的に接続される第一素子接続領域と、第一素子接続領域の外側であって、第一電線が接続される第一外部接続領域とを備えている。第二電極は、発光素子が電気的に接続される第二素子接続領域と、第二素子接続領域の外側であって、第二電線が接続される第二外部接続領域とを備えている。ＬＥＤ照明装置は、少なくとも第一外部接続領域および第二外部接続領域の外側部分に絶縁性の外枠体をさらに有している。

本発明のＬＥＤ照明装置は、一対の電線がそれぞれ接続される一対の外部接続領域の外側部分に絶縁性の外枠体を備えている。このため、簡易な構造で、かつ大型化することなく、放熱基板と一対の外部接続領域との間の沿面距離が大きくなる。したがって、これらの間で絶縁耐圧が十分に確保できる。

第１実施形態のＬＥＤ照明装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 第１実施形態のＬＥＤ照明装置を製造する配線基板設置工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 第１実施形態のＬＥＤ照明装置を製造する被覆材形成工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 第１実施形態のＬＥＤ照明装置を製造する実装工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 第１実施形態のＬＥＤ照明装置を製造する配線工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 第１実施形態のＬＥＤ照明装置を製造する外枠体形成工程と内枠体形成工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 第１実施形態のＬＥＤ照明装置を製造する封止工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 第２実施形態のＬＥＤ照明装置の上面図。 第３実施形態のＬＥＤ照明装置の上面図。 第４実施形態のＬＥＤ照明装置の断面図。

以下、本発明のＬＥＤ照明装置について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、ＬＥＤ照明装置、ＬＥＤ照明装置の構成部材、およびＬＥＤ照明装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特にことわらない限り、本明細書では便宜上、図１（ｂ）に示すＬＥＤ照明装置の向きを基準に「上」および「下」などの方向を表す。重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置１０の上面を示している。図１（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置１０の中央部付近の鉛直断面を示している。図２から図７は、ＬＥＤ照明装置１０を製造するときの各工程を示している。ＬＥＤ照明装置１０は、放熱基板１２と、複数の発光素子１４と、配線基板１６と、内枠体１８と、封止樹脂２０と、外枠体２２とを備えている。放熱基板１２は、熱伝導性が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金等から作製され、ほぼ正方形の板状部材である。

放熱基板１２の上面の中央には、円形の発光領域１２ａが設けられている。本実施形態では、発光領域１２ａは内枠体１８の内側の領域である。放熱基板１２の発光領域１２ａには、４０個の発光素子１４が実装されている。この４０個の発光素子１４の配置については後述する。なお、発光素子１４の個数４０個は例示であり、複数の発光素子１４の個数は特に制限がない。一般照明用として白色系の発光を得るため、各発光素子１４は、窒化ガリウム系化合物半導体を備える同一種類かつ同一サイズの青色発光素子である。この青色発光素子は、サファイアガラスからなる基材と、基材上にｎ型半導体およびｐ型半導体を拡散成長させた拡散層と、ｎ型半導体およびｐ型半導体の上面にそれぞれ設けられたｎ型電極およびｐ型電極を備えている。

放熱基板１２の上面には、配線基板１６が設けられている。配線基板１６は、ガラスエポキシ樹脂製のほぼ正方形の板状部材である。配線基板１６の中央には、円形の孔である開口部１６ａが設けられている。すなわち、開口部１６ａは発光領域１２ａを開口している。図２に示すように、配線基板１６は、第一電極２４と第二電極２６をその上面に備えている。第一電極２４と第二電極２６は、開口部１６ａを挟むように対向して設けられている。第一電極２４と第二電極２６は、外部から電力を供給する第一電線２８および第二電線３０をそれぞれ電気的に接続するための電極である。第一電極２４と第二電極２６は、例えば金メッキ等によって、配線基板１６の上面に形成されている。

第一電極２４は、ワイヤ４０を介して発光素子１４が電気的に接続される第一素子接続領域２４ａと、第一素子接続領域２４ａの外側であって、第一電線２８が接続される第一外部接続領域２４ｂとを備えている。第一素子接続領域２４ａは、開口部１６ａの外側に沿った円環の一部の形状を備えている。第一外部接続領域２４ｂは、長方形（正方形を含む）の一つの角が、開口部１６ａの一部および第一素子接続領域２４ａの一部からなる扇形状に切り欠かれたような形状を備えている。

第二電極２６は、ワイヤ４０を介して発光素子１４が電気的に接続される第二素子接続領域２６ａと、第二素子接続領域２６ａの外側であって、第二電線３０が接続される第二外部接続領域２６ｂとを備えている。第二素子接続領域２６ａおよび第二外部接続領域２６ｂの形状は、第一素子接続領域２４ａおよび第一外部接続領域２４ｂの形状とそれぞれ同様である。なお、第一電線２８および第二電線３０は、ＬＥＤ照明装置１０の周辺部材であって、ＬＥＤ照明装置１０の構成部材に含まれない。

第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂは、放熱基板１２の異なる角部にそれぞれ設けられていることが好ましい。第一外部接続領域２４ｂと第二外部接続領域２６ｂが離れていれば、第一電線２８を第一外部接続領域２４ｂに、第二電線３０を第二外部接続領域２６ｂに、それぞれはんだ付けしやすいからである。本実施形態では、開口部１６ａを挟んで、対角部に第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂが設けられている。なお、第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂが隣り合う角部に設けられていてもよい。

図３に示すように、ＬＥＤ照明装置１０は、第一電極２４の上面の少なくとも一部と、第二電極２６の上面の少なくとも一部を露出させる被覆材４２を配線基板１６上にさらに備えている。第一電極２４の上面の露出部は、第一外部接続領域２４ｂの一部であり、第二電極２６の上面の露出部は、第二外部接続領域２６ｂの一部である。本実施形態では、被覆材４２がフォトレジスト性樹脂から構成されている。このため、第一電極２４および第二電極２６の上面の露出部が簡易で正確に形成できる。

また、ある発光素子１４のｎ型電極とｐ型電極の一方と、そのとなりの発光素子１４のｎ型電極とｐ型電極の他方とが、ワイヤ４０を介して順次電気的に接続されている。そして、発光領域１２ａの端部に配置されたワイヤ４０が、第一素子接続領域２４ａまたは第二素子接続領域２６ａに電気的に接続されている。こうして、図５に示すように、第一素子接続領域２４ａと第二素子接続領域２６ａとの間に、８個の発光素子１４が直列接続された発光グループが、並列に５列設けられている。

外枠体２２は、少なくとも第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂの外側部分に設けられている。本実施形態では、外枠体２２が被覆材４２上に設けられている。外枠体２２は、例えばシリコーン樹脂等の樹脂から構成される絶縁性部材である。ＬＥＤ照明装置１０に外枠体２２が設けられることによって、放熱基板１２と第一外部接続領域２４ｂの沿面距離、および放熱基板１２と第二外部接続領域２６ｂの沿面距離は、外枠体２２の表面を経由するので大きくなる、このため、放熱基板１２と第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂとの間で絶縁耐圧が十分に確保できる。

外枠体２２は、外部から第一電極２４および第二電極２６に向かって、第一電線２８および第二電線３０がそれぞれ通過する２箇所で欠けている。なお、少なくとも第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂの外側部分に外枠体２２が設けられていれば、この２箇所以外の箇所で、外枠体２２が欠けていてもよい。また、外部から第一電極２４および第二電極２６に向かって、第一電線２８および第二電線３０の双方が通過する１箇所で、外枠体２２が欠けていてもよい。

ＬＥＤ照明装置１０の製造方法は、配線基板設置工程と、被覆材形成工程と、実装工程と、配線工程と、内枠体形成工程と、外枠体形成工程と、封止工程とを備えている。図２（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１０を製造するときの配線基板設置工程を説明するための上面を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。配線基板設置工程では、接着剤等を介して、配線基板１６が放熱基板１２上に固定される。

図３（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１０を製造するときの被覆材形成工程を説明するための上面を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。被覆材形成工程では、配線基板１６が被覆材４２で被覆される。このとき、第一外部接続領域２４ｂの一部および第二外部接続領域２６ｂの一部が露出される。これらの露出部で、第一電線２８および第二電線３０が、第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂにそれぞれはんだ付けされる。また、被覆材形成工程では、第一素子接続領域２４ａの内側部分と第二素子接続領域２６ａの内側部分も露出される。これらの露出部で、発光素子１４に接続されているワイヤ４０が、第一素子接続領域２４ａまたは第二素子接続領域２６ａに接続される。

図４（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１０を製造するときの実装工程を説明するための上面を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。実装工程では、ダイボンドペーストによって、放熱基板１２の発光領域１２ａ上に複数の発光素子１４が実装される。図５（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１０を製造するときの配線工程を説明するための上面を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。配線工程では、複数の発光素子１４が、ワイヤ４０を介して相互に接続される。また、複数の発光素子１４を接続したときの端部のワイヤ４０は、第一素子接続領域２４ａまたは第二素子接続領域２６ａに接続される。

図６（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１０を製造するときの内枠体形成工程と外枠体形成工程を説明するための上面を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。内枠体形成工程では、露出している第一素子接続領域２４ａおよび第二素子接続領域２６ａを覆うように、配線基板１６の内周に沿って、内枠体１８が円形状に形成される。このとき、発光素子１４とワイヤ４０より高くなるように内枠体１８が形成される。内枠体１８は、例えば白色系の遮光性を有する樹脂から構成される。

外枠体形成工程では、少なくとも第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂの外側部分に、絶縁性の外枠体２２が形成される。外枠体２２の材料は、内枠体１８の材料と同じであってもよいし、内枠体１８の材料より絶縁性が高い材料であってもよい。本実施形態では、第一電線２８および第二電線３０がそれぞれ通過する２箇所を除いて、配線基板１６の外周に沿って外枠体２２が形成されている。

図７（ａ）は、ＬＥＤ照明装置１０を製造するときの封止工程を説明するための上面を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。封止工程では、内枠体１８内に封止樹脂２０が充填される。これにより、発光素子１４とワイヤ４０が封止される。封止樹脂２０は、透明な樹脂母材に所定量の蛍光剤を含有させたものである。

例えば、エポキシ樹脂母材またはシリコーン樹脂母材に、蛍光粒子の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、または色素粒子の原料である染料等からなる蛍光剤を混入することによって、封止樹脂２０が作製できる。こうして、図７に示すＬＥＤ照明装置１０が得られる。そして、図１に示すように、ＬＥＤ照明装置１０の第一外部接続領域２４ｂの露出部および第二外部接続領域２６ｂの露出部に、マザーボード等から供給される第一電線２８の端部および第二電線３０の端部が、はんだ付け（不図示）によってそれぞれ接続される。

図８は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置５０の上面を示している。本実施形態のＬＥＤ照明装置５０では、被覆材５２が透光性を備えている。このため、被覆材５２が配線基板１６を覆っても、ＬＥＤ照明装置５０の上面から、第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂの輪郭が視認できる。外枠体５４は、第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂの外側部分に設ければよい。したがって、視認できる第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂの輪郭に合わせて、必要最小限の長さの外枠体５４が形成できる。

図９は、本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ照明装置６０の上面を示している。本実施形態のＬＥＤ照明装置６０の第一電極６４および第二電極６６では、第一素子接続領域６４ａおよび第二素子接続領域６６ａの外側全体にわたって、第一外部接続領域６４ｂおよび第二外部接続領域６６ｂが形成されている。この場合は、図９に示すように、第一外部接続領域６４ｂおよび第二外部接続領域６６ｂの外周のうち、少なくとも配線基板１６の外縁に近い部分に外枠体６８を設ければよい。なお、外枠体６８の２箇所の欠けている部分は、第一電線２８および第二電線３０がそれぞれ通過する。

図１０は、本発明の第４実施形態に係るＬＥＤ照明装置７０の中央部付近の鉛直断面を示している。ＬＥＤ照明装置７０は絶縁性の放熱基板７２を備えている。放熱基板７２は、熱伝導性が高いセラミックス、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または窒化ケイ素等から作製されている。放熱基板７２の上面の中央には、円形の発光領域７２ａが設けられている。第一電極２４と第二電極２６は、発光領域７２ａの外側で、放熱基板７２の上面に直接形成されている。したがって、放熱基板７２は、第１実施形態のＬＥＤ照明装置１０の放熱基板１２と配線基板１６とを兼ねている部材ともいえる。

他の構成部品については、第１実施形態のＬＥＤ照明装置１０と同様である。このように、本実施形態では絶縁性の放熱基板７２を用いるので、発光素子１４への給電電極を放熱基板７２上に直接設けることができる。このため、ＬＥＤ照明装置７０の薄型化が可能となる。また、放熱基板７２の下方に導電性の部材があったとしても、外枠体２２があるため、この導電性部材と発光素子１４との間の絶縁耐圧が十分に確保される。

１０ ＬＥＤ照明装置
１２ 放熱基板
１２ａ 発光領域
１４ 発光素子
１６ 配線基板
１６ａ 開口部
１８ 内枠体
２０ 封止樹脂
２２ 外枠体
２４ 第一電極
２４ａ 第一素子接続領域
２４ｂ 第一外部接続領域
２６ 第二電極
２６ａ 第二素子接続領域
２６ｂ 第二外部接続領域
２８ 第一電線
３０ 第二電線
４０ ワイヤ
４２ 被覆材
５０ ＬＥＤ照明装置
５２ 被覆材
５４ 外枠体
６０ ＬＥＤ照明装置
６４ 第一電極
６４ａ 第一素子接続領域
６４ｂ 第一外部接続領域
６６ 第二電極
６６ａ 第二素子接続領域
６６ｂ 第二外部接続領域
６８ 外枠体
７０ ＬＥＤ照明装置
７２ 放熱基板
７２ａ 発光領域

Claims (8)

1. 発光領域を上面に備える放熱基板と、
   前記発光領域に実装された複数の発光素子と、
   前記発光領域を開口する開口部と、外部から電力を供給する第一電線および第二電線がそれぞれ電気的に接続されるための第一電極および第二電極とを備え、前記放熱基板上に設置された配線基板と、
   を有し、
   前記第一電極が、前記発光素子が電気的に接続される第一素子接続領域と、前記第一素子接続領域の外側であって、前記第一電線が接続される第一外部接続領域とを備え、
   前記第二電極が、前記発光素子が電気的に接続される第二素子接続領域と、前記第二素子接続領域の外側であって、前記第二電線が接続される第二外部接続領域とを備え、
   少なくとも前記第一外部接続領域および前記第二外部接続領域の外側部分に絶縁性の外枠体をさらに有するＬＥＤ照明装置。
2. 請求項１において、
   外部から前記第一電極および前記第二電極に向かって、前記第一電線および前記第二電線の双方が通過する少なくとも１箇所で、前記外枠体が欠けているＬＥＤ照明装置。
3. 請求項１において、
   外部から前記第一電極および前記第二電極に向かって、前記第一電線および前記第二電線がそれぞれ通過する少なくとも２箇所で、前記外枠体が欠けているＬＥＤ照明装置。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、
   前記第一電極の上面の少なくとも一部と、前記第二電極の上面の少なくとも一部を露出させる被覆材を前記配線基板上にさらに有し、
   前記外枠体が前記被覆材上に設けられたＬＥＤ照明装置。
5. 請求項４において、
   前記被覆材が透光性を備えるＬＥＤ照明装置。
6. 請求項１から５のいずれかにおいて、
   前記開口部を挟んで前記第一外部接続領域および前記第二外部接続領域が設けられたＬＥＤ照明装置。
7. 請求項１から５のいずれかにおいて、
   前記放熱基板が長方形状を備え、
   前記放熱基板の異なる角部に前記第一外部接続領域および前記第二外部接続領域がそれぞれ設けられたＬＥＤ照明装置。
8. 請求項１から７のいずれかにおいて、
   前記放熱基板の主材料がアルミニウムであるＬＥＤ照明装置。

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