JP4485856B2

JP4485856B2 - 大電力用ｌｅｄランプ

Info

Publication number: JP4485856B2
Application number: JP2004172424A
Authority: JP
Inventors: 俊幸近藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005353814A

Description

本発明は、ＬＥＤチップにケースを組付け、表示ランプなどとして使用可能としたＬＥＤランプに関するものであり、詳細には、例えば、車両用灯具の光源など、光量が要求される用途に使用するために大電流が印加されＬＥＤチップの発熱も大きいので、基板部を熱伝導性に優れる金属製とすると共に大型化し、冷却効率を高効率化を図れる構成としたＬＥＤランプに係る。

従来のＬＥＤ素子においては、コア（基板）を熱伝導率に優れる金属化するために、銅で形成されたコアの１対を第一絶縁層で接着して正極側と負極側とに電気的に分離した基板を形成し、更に、前記した正極側と負極側とのそれぞれの上面には配線パターン層を形成し、この配線パターン層にＬＥＤチップをマウント、若しくは、バンプで取付けたものがある。
特開２００３−３０９２２９２号公報

上記した従来の構成のＬＥＤランプにおいては、確かにＬＥＤチップに対する放熱効率は向上し、例えば、プリント基板の銅箔に形成されたパッド上にＬＥＤチップのダイマウントが行われた旧来の構成のものと比較して、同じ電流値におけるＬＥＤチップの温度上昇は低下させることが可能となり、よって、許容温度の範囲内でより大電流の印加が可能となり、光量の増加が図れるもの成りった。

しかしながら、上記した従来の構成では、一対の銅コアを第一絶縁層で接着して基板を製造し、更に、その上面に第二絶縁層を介して正、負極用の配線パターン層を形成し、加えて、第二絶縁層を貫通するスルーホールを行って銅コアと配線パターン層を電気的に接続するなど大変に製造工程が数多く、また煩雑なものであり、例えば、車両用灯具の光源、交通信号の光源など、大量で且つ安価に市場に供給することが要求される用途には適応が困難な面がある。

また、上記した従来例の構成は、一般的に屋内で使用される機器に使用するのに適する構成であり、例えば、ＬＥＤチップには樹脂のポッティングを行うなど、主に防湿機能を目的とした処理を行うものであって、例えば、レンズ状、プリズム状など所望の光学特性を有する形状のものとすることは至難であり、配光特性が重視される車両用灯具の光源用などとして採用するには光学特性上の難点を生じていた。

本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、金属製のマウント部と前記マウント部と所定の間隔で分離配置された金属製の配電部と、を含む基板部と、前記マウント部に配置され、かつ、前記配電部と電気的に接続された発光ダイオード素子と、前記基板上の一部に前記発光ダイオード素子を取り囲んで形成された樹脂からなるハウジング部と、前記マウント部と前記配電部との間隙の板厚部分に形成され、前記ハウジング部と同一材料によりハウジング部と連続して形成された樹脂からなり、前記マウント部と該マウント部と分離配置された前記配電部とを接続する連結部と、を備え、前記マウント部および前記配電部において、前記ハウジング部と接触する面及び前記連結部と接触する板厚面は、アンダーカットを有する不定型凹凸からなる梨地面が形成されている発光ダイオードランプを提供することで課題を解決するものである。

本発明により、マウント部と配電部とを設けることが、ＬＥＤチップに対する給電の面などから好都合である基板を形成するときに、絶縁した状態とすることが要求される基板の一体化を、樹脂成形によるケースの成型時に同時に自動的に一体化ができるものとして工程の簡素化を可能としコストダウンを可能とする。

また、ケースが設けられたことで、ケース内にシリコンなど耐湿性に優れる保護用樹脂の注入も可能となり、耐湿性も向上し屋外での使用にも耐えられるものとすると共に、前記ケースに取付けるレンズの形状にも自由度を与え、所望の配光特性が得られやすくし、車両用灯具などの光源として使用するときの利便性を向上させる。

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及び図２に符号１で示すものは本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの第一実施形態であり、この大電力用ＬＥＤランプ１では、まず、例えば、銅、アルミニウムなど熱伝導性と電気伝導性とが共に優れる金属を用いてマウント部２ａと配電部２ｂとが形成され、このマウント部２ａと配電部２ｂとを組合わせることで基板部２が構成されるものとなっている。

前記マウント部２ａと配電部２ｂとは、後に説明するＬＥＤチップ４を点灯することにより生じる発熱を効率良く放熱することを目的として形成されるものであり、使用上の制約なども考慮して、可能な限りな大きさ、厚さが設定されることが好ましい。尚、前記ＬＥＤチップ４に給電を行うために前記マウント部２ａと配電部２ｂとは、一方に電源の正極が接続され、他方には負極が接続されるものとなるが、前記マウント部２ａに搭載されるＬＥＤチップ４の種類によりダイマウントされる側の極性が異なるので、何れの側に正極が接続されるかは特定することができない。

よって、前記マウント部２ａと配電部２ｂとのそれぞれには、配線を容易にするために端子状のタブ２ｃが設けられるものとされているが、このタブ２ｃの形状を変えるなどして、前記マウント部２ａ側に正極が接続されるもの、前記配電部２ｂ側に正極が接続されるものなどと識別が行えるようにしても良い。また、後にも説明するように基板部２の形状を変えても良い。

そして、前記マウント部２ａ、配電部２ｂに対しては、図２に示すように絶縁性樹脂の射出成形などによりケース部３が成形される。このときに、前記マウント部２ａと、配電部２ｂとは図３に示すように所定の間隔をもって、樹脂注入前の金型中にセットされており、いわゆるインサートモールドが行われるものとなる。尚、前記マウント部２ａ、配電部２ｂには、それぞれに給電を行わせるのに便利となるようにタブ２ｃが設けられているのは、前述の説明の通りである。

また、本発明では、前記マウント部２ａ、配電部２ｂは金型中にセットするのに先立って、少なくとも、前記ケース部３と接触することとなる部位には薬品による表面荒らし処理が行われ、極めて微細な凹凸面、若しくは、梨地面とされて、表面積が増加されており、前記ケース部３を形成する樹脂との接触面積が増やされ、接合強度が増すようにされている。尚、ケース部３を形成する樹脂としては耐熱性が高いものが好ましく、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などが挙げられる。

ここで、図１、図３を参照してケース部３を形成するときの金型２０、２１中における樹脂の流れを考察してみると、前記マウント部２ａ、配電部２ｂの上面に密着して略筒状に形成されるハウジング部３ａを形成するキャビティ部分と、マウント部２ａと配電部２ｂの板厚面が適宜な間隔をもって対峙している間隙である連結部３ｂを形成するキャビティ部分とは、一部で連結しているので、ハウジング部３ａを形成する樹脂は連結部３にも流れ込み、マウント部２ａと配電部２ｂを板厚部分で接続する連結部３ｂが形成される。

本発明では、この連結部３ｂを形成する樹脂が接触するマウント部２ａ、配電部２ｂの板厚面にも薬品による腐食処理などで梨地面とされているので、前記マウント部２ａ、配電部２ｂと樹脂とは強く接合するものとなり、ハウジング部３ａによる行われているマウント部２ａと配電部２ｂとの接合強度も加わって、マウント部２ａと配電部２ｂ、即ち、基板部２とケース部３との接合強度はＬＥＤチップ４を保護するのに、充分な強度が得られるものとなる。

本発明では、マウント部２ａと配電部２ｂとをいわゆる梨地面とするときに、酸液など薬品で行っていることで、サンドブラスとなど機械的方法で表面積を増加させたときに比べて、アンダーカットなどを有するような不定型な形状になっており、接着面積の増加率も高く、また、アンダーカットに対する樹脂の流れ込みも生じているので、ケース部３は強度の高い接合が行われるものとなっている。同時に、ケース部３の形成に用いたＰＰＳ樹脂は、成型時の流動性に優れるので、上記のアンダーカットに対する流れ込みなど不定型な凹凸に対する密着性が良好であり、これによっても接合強度が増すものとなる。

以上のようにして形成されたマウント部２ａと配電部２ｂとには、前記ケース部３内となる位置のマウント部２ａ上の所定位置に、図２に示すように、前記ＬＥＤチップ４が一方の極でダイボンドされ、しかる後に、配電部２ｂとＬＥＤチップ４の他方の極とが金線５などによるワイヤーボンドが行われる。続いて、必要に応じては、ＬＥＤチップ４及び金線５の保護のためにシリコン樹脂などの透明な充填剤６の滴下などにより被覆が行われる。

尚、近年においては、前記ＬＥＤチップ４として青色発光のものが採用され、前記充填剤６中に前記ＬＥＤチップ４からの発光に励起されて黄色発光を行う蛍光体６ａが混和され、合成の発光色として白色発光とされたものも、自転車のヘッドランプ用、或いは、懐中電灯用の光源として採用されてきているので、このように、充填剤６は蛍光体６ａを添加したものとしても良いものである。

そして、続く工程としてハウジング部３ａの上面にレンズ７が取付け（図２参照）られ、本発明の大電力用ＬＥＤランプ１となる。よって、本発明によれば、レンズ７は最終工程で取付けられるものとなるので、前記ハウジング部３ａと接着、ねじ込みなど適宜の手段により取付が行え、例えば凸レンズ状、凹レンズ状など、いわゆる単レンズ形状のものに加えて、例えば魚眼レンズ状、プリズムカット状など複合形状のものも取付けが可能である。よって、本発明の大電力用ＬＥＤランプ１の構成によれば、スポット状、拡散光状など様々な発光形状を有するＬＥＤランプ（光源）が得られるものとなる。

尚、実際の製造に当たっては、マウント部２ａ、配電部２ｂは図４に示すように適宜の複数個が接続された形状として形成しておき、その複数個に１回の工程でケース部３の成型をした後に個々に切断するものとすれば成型機の１サイクル（１ショット）あたりの生産個数が増し、コストダウンが可能となる。

ここで、再度、マウント部２ａ、配電部２ｂについて説明を行いと、主目的はＬＥＤチップ４に生じる熱の外部への伝導による放熱であるので、例えば、車両の車体などより効率的に放熱が期待できる部分に接触しているときには小型化することも可能であり、また、風通しが良く空冷効果が期待できる所に位置させることが可能である場合も小型化が可能であるので、それらの点を考慮し、マウント部２ａ、配電部２ｂの配置、形状を設定することが好ましい。

図５〜図７は、本発明に係る大電力用ＬＥＤランプ１の使用例を示すものであり、図５はタブ２ｃの部分を利用し、通常にプリント基板への取付時に行われるように配線部分よりも広い面積として形成されたパッド１０の部分にハンダ付けなどの手段で取付けたものである。また、図６、図７は、例えばインスツルメントパネルの配線など多数のランプが近接して設けられている場所で行われている配線方法であり、金属板をプレス加工などで、あたかもプリント基板にエッチングで形成されるような配線用回路に類似する形状に打ち抜いて回路部１１を形成し、この回路部１１を樹脂で形成したハウジングに熱カシメなどにより固定して、配電パネル１２が形成されている。

この場合、図６に示したように、前記タブ２ｃを利用してリベット１３などで取付けても良く、或いは、図７に示すように回路部１１側に適宜なスプリング性を有する部材を使用し、例えば，タブ２ｃよりも狭い隙間を有するＨ字状としたスリット１１ａを設けると共に、タブ２ｃも挿入に適するように、例えばＬ字状に折り曲げた形状としておき、前記タブ２ｃをスリット１１ａに圧入することで、スリット１１ａのスプリング性で挟持させて取付ける、いわゆるスピードナットなどで行われているのと同様な手段で取付けるものとしても良い。

尚、何れの場合も上記したように、ＬＥＤランプ１においては、マウント部２ａ、配電部２ｂの何れが正極となるかは不定であるので、例えば、タブ２ｃの形状を変える。或いは、一方はリベット止めとし、他方を差し込みとするなど、明確な区別が行えるようにしておくことが、好ましい。或いは、ケース部３の成型時を利用して、図２に示すように、基板部２の裏面の所定位置にボス３ｃが突出するものとしておき、車体などＬＥＤランプ１が取付けられる側の対応する位置には凹部を設けておき、極性が合致しない場合には、ボス３ｃと凹部も位置が合致せず、取付け不能と成るように構成しても良い。何れにしても、本発明の、大電力用ＬＥＤランプ１においては、極性が逆接続と成らないような対策が行われている。尚、ボス３ｃが不要な場合には、連結部３ｃは基板部２の裏面から突出することなく、ほぼ面一となる。

図８は、本発明に係る大電力用ＬＥＤランプ１の第二実施形態を要部で示すものであり、上記にも説明したようにＬＥＤチップ４にはダイボンド側が正極のものと負極のものとがあるので、タブ２ｃに給電するときの極性は逆となる。よって、この第二実施形態では、前の第一実施形態の配電部２ｂの外径が、マウント部２ａと形状を合わせて、全体的に角形であった（図１参照）ものを、この例では、第一実施形態の外形が角形形状の配電部２ｂから、丸形形状の配電部２ｄに変更して、第一実施形態のものとは明らかに形状が異なるものとし、極性が異なるものであることが使用者に明確に認識できるものとしている。

図９は、本発明に係る大電力用ＬＥＤランプ１の第三実施形態を要部で示すものであり、上記の第一実施形態、第二実施形態において、更に、大電力の供給が望まれるときに備えて行われたものであり、前記マウント部２ａ、配電部２ｂは更に大きく、且つ、円形状などとして形成され、必要に応じては、外径から適宜範囲に放射状に切り込みが設けられている。

そして、ＬＥＤチップ４の取付け、金線５の配線、レンズ７の取付けが終わった後には適宜な方向へ折り曲げが行われるなどして、ヒートシンク部２ｅとして機能するものとされる。このようにすることで、前記ヒートシンク部２ｅにて空気の対流、或いは、上昇気流の発生などを生じ冷却が効率良く行われるものとなり、印加電流も増加可能となり、一層に明るい大電力用ＬＥＤランプ１が得られるものとなる。

図１０〜図１２は本発明に係る大電力用ＬＥＤランプ１の別の実施形態の例であり、図１０に示す第四実施形態は、例えば、それぞれのＬＥＤチップに、赤色発光ＬＥＤチップ４Ｒ、緑発光ＬＥＤチップ４Ｇ、青色発光ＬＥＤチップ４Ｂの三原色を個別に点滅可能に配線し、単色、混色可能ななのにし、例えば、フルカラー表示器の１画素を構成させるときの例である。尚、上記第四実施形態を含み以下の各実施形態は、理解を容易とするために、基板の構成とＬＥＤチップの配置の状態で示す。

また、図１１に示す第五実施形態は、２つのＬＥＤチップ４を距離を離してた個別に点滅可能に配線してあり、例えば、車両が左旋回をするときには右側のＬＥＤ４Ｒを点灯して左方向を照射するコーナリングランプ用の光源を形成するときなどの例である。よって、基板２は連結部３ｂにより３分割されている。また、図１２に示す第六実施形態は、２個のＬＥＤチップ４を直列で点灯するときに使用される構成であり、この場合も基板２は連結部３ｂにより３分割されているが、それぞれは直列になるように接続されている。

以上に説明したように、本発明により基板２をマウント部２ｂと配電部２ｂとにケース部３の成型時を利用して一体化する構成としたことで、特に接着作業、接着後の硬化処理などを行うことなく大面積の基板２が得られるものとなり、この種の大電力用ＬＥＤランプ１の生産工程を格段に簡素化しコストダウンを可能とするものである。

本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの第一実施形態を示す平面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの基板の成形工程を略示的に示す説明図である。複数個取りとしたときの基板の状態を示す説明図である。本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの車両用灯具などへのハンダによる取付状態を示す説明図である。同じく本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの車両用灯具などへのリベットによる取付状態を示す説明図である。同じく本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの車両用灯具などへの差し込みによる取付状態を示す説明図である。同じく本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの第二実施形態を要部で示す平面図である。同じく本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの第三実施形態を要部で示す側面図である。同じく本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの第四実施形態を要部で示す平面図である。同じく本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの第五実施形態を要部で示す平面図である。同じく本発明に係る大電力用ＬＥＤランプの第六実施形態を要部で示す平面図である。

符号の説明

１…大電力用ＬＥＤランプ
２…基板部
２ａ…マウント部
２ｂ、２ｄ…配電部
２ｃ…タブ
２ｅ…ヒートシンク部
３…ケース部
３ａ…ハウジング部
３ｂ…連結部
３ｃ…ボス
４…ＬＥＤチップ
５…金線
６…充填剤
６ａ…蛍光体
７…レンズ
１０…パッド
１１…回路部
１１ａ…スリット
１２…配電パネル
２０、２１…金型

Claims

金属製のマウント部と前記マウント部と所定の間隔で分離配置された金属製の配電部と、を含む基板部と、
前記マウント部に配置され、かつ、前記配電部と電気的に接続された発光ダイオード素子と、
前記基板上の一部に前記発光ダイオード素子を取り囲んで形成された樹脂からなるハウジング部と、
前記マウント部と前記配電部との間隙の板厚部分に形成され、前記ハウジング部と同一材料によりハウジング部と連続して形成された樹脂からなり、前記マウント部と該マウント部と分離配置された前記配電部とを接続する連結部と、を備え、
前記マウント部および前記配電部において、前記ハウジング部と接触する面及び前記連結部と接触する板厚面は、アンダーカットを有する不定型凹凸からなる梨地面が形成されている発光ダイオードランプ。
前記ケース部と前記連結部は、ポリフェニレンサルファイド樹脂から構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
更に、前記ハウジング部上方にレンズを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオードランプ。
金属製のマウント部と前記マウント部と所定の間隔で分離配置された金属製の配電部を含む基板部を準備する第一の工程と、
樹脂成形により、前記基板部上の一部に前記発光ダイオードを取り囲む樹脂からなるハウジング部と、前記マウント部と前記配電部との間隔の板厚部分に、前記ハウジング部と連続して前記ハウジング部と同一材料からなる連結部を形成して、前記連結部により前記マウント部と前記配電部を一体化する第二の工程と、
発光ダイオード素子を前記マウント部にダイボンドする第三の工程と、
発光ダイオード素子と前記配電部との間をワイヤーボンドする第四の工程と、
を含み、
前記第二の工程の前に、前記マウント部と前記配電部において、前記ハウジング部と接触する面および前記連結部と接触する板厚面に、アンダーカットを有する不定型凹凸からなる梨地面を形成する工程を含むことを特徴とする発光ダイオードランプの製造方法。
前記第二の工程において、前記ハウジング部と前記連結部は、ポリフェニレンサルファイド樹脂により形成されることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードランプの製造方法。
更に、第四の工程の後に、前記ハウジング部上方にレンズを固定する第五の工程を含むこと、を特徴とする請求項４または請求項５に記載の発光ダイオードランプの製造方法。
前記梨地面を形成する工程は、薬品による腐食処理によってされることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の発光ダイオードランプの製造方法。