JP3963460B2 - Ｌｅｄランプ用パッケージおよび該ｌｅｄランプ用パッケージを具備するｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤランプ用パッケージ、および、このＬＥＤランプ用パッケージを具備するＬＥＤランプに関するものであり、詳細には、外気温度の変化、点灯による温度上昇などによりＬＥＤ素子にストレスが加わり特性の低下を生じたり、或いは、ボンディングワイヤに断線を生じるのを防止するために、ＬＥＤ素子およびボンディングワイヤが軟質な樹脂で覆われている構成とされたＬＥＤランプ用パッケージ、および、このパッケージを採用するＬＥＤランプに係るものである。

近年、ＬＥＤランプにおいては、その高信頼性であることを利用すべく、例えば交通信号灯の光源用など高出力のものが要望されている。そして、このような用途に適するＬＥＤランプ９０の構成としては、図５に基本的な部分を模式的に示したようなものが提案されている。

このＬＥＤランプ９０においては、ＬＥＤ素子９１は熱伝導性に優れる部材で形成されたケース底部９２のほぼ中央にダイマウントされ、ボンディングワイヤ９３により配線が行われている。また、前記ケース底部９２の上方には透光性部材で形成されたケース蓋部９４が被着され、よって、前記ＬＥＤ素子９１とボンディングワイヤ９３とは、ケース底部９２とケース蓋部９４とで形成される空房中に存在するものとされている。そして、前記した空房には、シリコーン樹脂に代表される耐熱性の良い透明樹脂が緩衝用樹脂９５として充填される。

このように構成したＬＥＤランプ９０は、ＬＥＤ素子９１を駆動（点灯）しているときの発熱が前記ケース底部９２に直接に伝導され、外部に放散されるものとなるので、ＬＥＤ素子９１の温度上昇が抑制され、過度の温度上昇により輝度低下などの劣化にいたるのを防止できることである。

加えて、緩衝用樹脂９５をゲル状、ゴム状など適宜に軟質なものとしておくことで、前記ＬＥＤ素子９１、ボンディングワイヤ９３に加わる熱による膨張、収縮などの応力が緩和され、前記ＬＥＤ素子９１の応力による特性劣化、前記ボンディングワイヤ９３の断線なども防止できるものとなる。
特開２０００−１５０９６７号公報

しかしながら、上記説明の構成とした従来のＬＥＤランプ９０においては、前記ケース底部９２、および、ケース蓋部９４とが形成された硬質な樹脂部材と、シリコーン樹脂などから成る緩衝用樹脂９５との間の熱膨張係数の差が大きい（約１０倍と言われている）ものであるので、例えば、屋外で使用される灯具など、環境条件の厳しい場所で使用される機器に採用された場合、厳寒時には緩衝用樹脂９５が収縮しケース部材とに間隙Ｄを生じるものとなる。

この隙間ＤがＬＥＤ素子９１からの光が透過し外部に放射される光路であるケース蓋部９４側に生じる（図５参照）ときには、隙間Ｄの屈折率がケース蓋部９４、緩衝用樹脂９５と異なるので、この部分で乱反射を生じ、約３０％に及ぶといわれる光量の損失を生じる問題を生じる。また、ケース底部９２の側に生じた場合は、ＬＥＤ素子９１に近い位置となるので、このＬＥＤ素子９１が湿度に晒される状態となり、劣化を生じてＬＥＤランプ９０が不点灯となる問題を生じる。

また、逆に外気が極端に高温となったとき、或いは、長時間の点灯によりＬＥＤ素子９１が発熱しケース内部に温度上昇を生じたときには、熱膨張係数の大きい緩衝用樹脂９５の膨張により内部圧力が上昇するものとなる。従って、ＬＥＤ素子９５には、圧縮圧力が加わるものとなり、これによりＬＥＤ素子９５に永久歪みを生じて、光量減少など性能が劣化する問題点を生じる

本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、ＬＥＤ素子をケース底部に配置し、このＬＥＤ素子を緩衝用樹脂で被覆し、上方を透光性部材で形成したケース蓋部で覆って成るＬＥＤランプパッケージにおいて、前記緩衝用樹脂は柔軟で且つ弾力性を有するシリコーン樹脂とし、該シリコーン樹脂はケースの内容積よりも多い体積容量が使用されると共に、前記ケース底部と前記ケース蓋部との少なくとも一方には、ケース底部とケース蓋部で前記緩衝用樹脂を収納したときに生じる余剰体積分を収納するために、この余剰体積分よりも大きな容積とした余剰分収納部が設けられ、かつ、嵌合する前記ケース底部と前記ケース蓋部とにより前記シリコーン樹脂と前記ＬＥＤ素子が密閉されていることを特徴とするＬＥＤランプ用パッケージを提供することで、低温時においてもケース（底部、蓋部）と緩衝樹脂とに間隙を生ぜず、また、高温時においてもケース内部に圧力上昇を生じないものとして、課題を解決するものである。

本発明により、ケース底部とケース蓋部とで成るパッケージに、このパッケージの内容積と連通した剰余分収納部を設けたことで、高温時には、熱膨張で過剰となった分の緩衝用樹脂は、前記剰余分収納部に収納されるものとなり、また、低温時には収縮で不足となった分の緩衝用樹脂を前記剰余分収納部から補給されるものとなり、パッケージ内には常時に適量の緩衝用樹脂が保持されているものとして、緩衝用樹脂の過不足により生じていた不具合点を解消した。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１〜図２は本発明に係るＬＥＤランプ１の第一実施形態を示すものであり、図中に符号２で示すものはＬＥＤ素子であり、符号３はケース底部であり、符号４はケース蓋部であり、符号５は緩衝用樹脂である。そして、本発明に係るＬＥＤランプ用パッケージ１０はケース底部３とケース蓋部４とから構成されている。

前記ＬＥＤ素子２がダイマウントされるケース底部３は、金属、セラミックスなど熱伝導性に優れる部材で主要部分が形成されて、前記ＬＥＤ素子２の点灯時に生じる発熱を効率良く外部に放熱できるものとされると共に、前記ＬＥＤ素子２をダイマウントした後には、このＬＥＤ素子２の周囲を覆う緩衝用樹脂５を保持するための収納凹部３ａが設けられている。

そして、前記収納凹部３ａには、前記ＬＥＤ素子２がダイマウントされ、ボンディングワイヤ６による配線が行われた後には、緩衝用樹脂５の注入が行われ、加熱処理など適宜な硬化処理が行われるものとされている。このとき本発明では、前記緩衝用樹脂５の注入量に対して規定するものであるが、これに関しては後に詳細に説明する。

また、前記ケース蓋部４は、前記ケース底部３とで前記ＬＥＤ素子２を外気から密封する機能を有すると共に、このＬＥＤ素子２から放射される光を収束して適宜な照射角を与える機能を有するものであり、従って、透明部材で表面４ａ側は凸球面などレンズ状に形成され、裏面４ｂ側は平面状に形成されるものであり、外周縁には前記ケース底部３の外径と内径で嵌合する縁部４ｃが突出して設けられている。

加えて、前記ケース蓋部４の前記縁部４ｃよりも内側となる位置で、且つ、前記裏面４ｂの前記ＬＥＤ素子２からの光が透過しない外周寄りの位置には、断面を半円状とした剰余分収納部４ｄが溝状として設けられ、この第一実施形態においては、ケース蓋部４の外周寄りの部分、即ち、前記縁部４ｃの内側を一周する円周状として設けられている。

図２は上記ケース底部３とケース蓋部３とを組合わせ、ＬＥＤランプ１として完成した状態で示すものであり、このときに、前記ケース底部３の収納凹部３ａに注入されている緩衝用樹脂５は適宜に盛り上がるものとされているので、ケース蓋部４の裏面４ｂで押されるものとなり、剰余分は剰余分収納部４ｄ内に収納される。

ここで、前記収納凹部３ａに注入される緩衝用樹脂５の量について、更に詳細に説明を行えば、その注入量は、ＬＥＤランプ１の保存時を含み使用が予想される最低温度、即ち、前記緩衝用樹脂５の体積が最も小さくなる状態において、少なくとも前記収納凹部３ａの容積と同じとなる体積である。従って、最低温度の状態でも、前記ケース蓋部４の裏面４ｂと、緩衝用樹脂５とには隙間は生じないものとなる。

上記説明の最低温度の状態から、次第に温度が上昇すると、より熱膨張係数の大きい緩衝用樹脂５の側に体積増加が著しく、結果として収納凹部３ａは緩衝用樹脂５を収納しきれない状態となる。よって、緩衝用樹脂５の溢れた分、即ち、剰余分は剰余分収納部４ｄに移動し、ここに収納されるものとなる。

以上の検討結果から、剰余分収納部４ｄの容積は、ケース側の温度上昇による収納凹部３ａの容積増加を無視すれば、ＬＥＤランプ１に加わることが予想される最高温度になった場合の緩衝用樹脂５の、最低温度からの体積増加分より大きいものとしておけば良いものとなり、このようにすることで、緩衝用樹脂５の増加した分の全ては剰余分収納部４ｄに収納されるものとなるので、ＬＥＤ素子２およびボンディングワイヤ６に圧縮圧力を与えることはないものとなる。

尚、前記緩衝用樹脂５の剰余分収納部４ｄへの温度変化による出入りの状況について考察すれば、例えば、ケース蓋部４の周縁の１箇所に剰余分収納部４ｄが設けられているときには、収納凹部３ａ内の緩衝用樹脂５は温度の変化を生じる度に、剰余分収納部４ｄが設けられている位置に向かう流れ込み方向、または、設けられている位置からの流れ出し方向の緩衝用樹脂５の流れを生じるものとなり、ボンディングワイヤ６などに対してはストレス発生の要因となり得る。

そこで、本発明では、前記収納凹部３ａの中心に対して等距離で、且つ、円周を等間隔で分割した位置に剰余分収納部４ｄを設けるものであり、この実施形態では円周が無限に分割され、結果的に１つに連続した状態となっているが、これは、例えば８箇所、１０箇所１２箇所など適宜数として間に仕切を有してお互いが独立していても良いものである。

このようにすることで、温度が変化したときの緩衝用樹脂５の移動量は、前記収納凹部３ａの中心近傍では極めて少ないものとなり、この収納凹部３ａの中心近傍に配置されているＬＥＤ素子２、ボンディングワイヤ６に対して加わるストレスも当然に少ないものとすることができる。

以上の説明は、ケース底部３とケース蓋部４とから成るＬＥＤランプ用パッケージ１０の構成について行ったが、上記の作用が滞りなく行われるためには、緩衝用樹脂５の側にも相応な特性が要求されるものとなる。その第一の用件としては、ゲル状であり、粘着性があり、加えて、適宜な弾力性と柔軟性を有し、更には、無色透明であって黄変などを生じない耐久性があることである。そして上記の条件を満たす樹脂としては、針入度１０〜２００のシリコーン樹脂があげられる。

図３および図４は本発明に係るＬＥＤランプ１の第二実施形態であり、この第二実施形態においても、ＬＥＤランプ用パッケージ２０は、ケース底部１３とケース蓋部１４と、緩衝用樹脂５とから構成されるものである点は、前の第一実施形態と同様の構成である。

そして、前記ケース底部１３には収納凹部１３ａが設けられ、この収納凹部１３ａにＬＥＤ素子２のダイマウントが行われ、ボンディングワイヤ６で配線が行われた後に前記収納凹部１３ａには、前の第一実施形態で説明したのように所定量の緩衝用樹脂５が注入され加熱処理など適宜な硬化処理が行われるものである。

ここで、この第二実施形態においては、第一実施形態ではケース蓋部４の側に設けられていた剰余分収納部１３ｂがケース底部１３の側に設けられており、前記ケース蓋部１４の側からは省かれている。また、前記ケース蓋部１４の側の裏面１４ｂの中心寄りの位置には突出する中押し部１４ｅが設けられている。

このように構成されたケース底部１３とケース蓋部１４は、ケース蓋部１４に設けられた縁部１４ｃの内径でケース底部１３の外径に嵌合させられて組み付けが行われるものとなるが、このときに前記中押し部１４ｅにより緩衝用樹脂５の剰余分は、前の第一実施形態と同様に剰余分収納部１３ｂに収納されるものとなる。

以上のようにして構成されたＬＥＤランプ１は外気温の変化、或いは、点灯による温度上昇などに応じて、緩衝用樹脂５に剰余分を生じたときには剰余分収納部１３ｂに送り込み内部応力が上昇しないようにし、また、緩衝用樹脂５に不足分を生じたときには剰余分収納部１３ｂから取り出してレンズであるケース蓋部１４とに隙間を生じないようにするものである点は前の第一実施形態と同様である。よって、この第二実施形態における前記緩衝用樹脂５の特性、使用量、および、剰余分収納部の容積、設ける形状などの条件は第一実施形態と全く同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。

以上のように構成したことで、ＬＥＤ素子２が高出力化され、発熱が著しいものとなったので、ＬＥＤ素子２およびボンディングワイヤを硬質の樹脂のみで封止する旧来の構成では性能保持が不十分となり、内側が軟質樹脂による緩衝用樹脂５で、外側が硬質樹脂によるＬＥＤランプ用パッケージ１０での二重封止とせざるを得ないものと成っていたが、このときには軟質樹脂と硬質樹脂との熱膨張係数の相違による剥離、或いは、ＬＥＤ素子２の劣化など、新たな問題を生じていたＬＥＤランプ１に対して、本発明により剰余分収納部を設けることにより、高温時の緩衝用樹脂５の熱膨張による過剰分を剰余分収納部４ｄに取り込み、低温時の収縮分は前記剰余分収納部４ｄから供給するものとして、剥離の発生防止、ＬＥＤ素子２の劣化防止の共に可能とするものである。

本発明に係るＬＥＤランプ用パッケージの第一実施形態を示す断面図である。 第一実施形態のＬＥＤランプ用パッケージを具備するＬＥＤランプを示す断面図である。 同じく本発明に係るＬＥＤランプ用パッケージの第二実施形態を示す断面図である。 第二実施形態のＬＥＤランプ用パッケージを具備するＬＥＤランプを示す断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ
２…ＬＥＤ素子
３、１３…ケース底部
３ａ、１３ａ…収納凹部
１３ｂ…剰余分収納部
４、１４…ケース蓋部
４ａ、１４ａ…表面
４ｂ、１４ｂ…裏面
４ｃ、１４ｃ…縁部
４ｄ…剰余分収納部
１４ｅ…中押し部
５…緩衝用樹脂
６…ボンディングワイヤ
１０、２０…ＬＥＤランプ用パッケージ

Claims (4)

1. ＬＥＤ素子をケース底部に配置し、このＬＥＤ素子を緩衝用樹脂で被覆し、上方を透光性部材で形成したケース蓋部で覆って成るＬＥＤランプパッケージにおいて、前記緩衝用樹脂は柔軟で且つ弾力性を有するシリコーン樹脂とし、該シリコーン樹脂はケースの内容積よりも多い体積容量が使用されると共に、前記ケース底部と前記ケース蓋部との少なくとも一方には、ケース底部とケース蓋部で前記緩衝用樹脂を収納したときに生じる余剰体積分を収納するために、この余剰体積分よりも大きな容積とした余剰分収納部が設けられ、かつ、嵌合する前記ケース底部と前記ケース蓋部とにより前記シリコーン樹脂と前記ＬＥＤ素子が密閉されていることを特徴とするＬＥＤランプ用パッケージ。
2. 前記余剰分収納部は前記ケースの中心に対して、ほぼ対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤランプ用パッケージ。
3. 前記シリコーン樹脂は、ゲル状で粘着性があり、且つ、針入度１０〜２００の弾力性と柔軟性を有することを特徴とする請求項１または請求項２何れかに記載のＬＥＤランプ用パッケージ。
4. 請求項１〜請求項３何れかに記載のＬＥＤランプ用パッケージを具備することを特徴とするＬＥＤランプ。

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