JP4922571B2 - 発光ユニット - Google Patents

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Description

本発明は複数の発光ダイオードを光源とし照明等高出力用途に用いられる発光ユニットに関する。
従来技術における発光ユニットの例として既製の蛍光灯照明器具にその蛍光灯に代えて複数の発光ダイオードを取り付けて使用する蛍光灯型ＬＥＤランプが開示されている（例えば、特許文献1参照。）。また、複数の発光ダイオードを光源として使用した車両用信号灯具における光源取り付けと接続方法が開示されている。（例えば、特許文献２参照。）。このような従来技術における発光ユニットの例においては、図１１に示すように複数の発光ダイオード９３を基板９４に２次元的に配設した構成が一般的である。基板９４は通常ガラス基材エポキシ樹脂基板上に点灯回路を構成する導電パターンが周知の印刷等の手段によって形成されており、複数の発光ダイオード９３のリード９３ａを基板９４に設けられたリード挿通孔９４ａに挿通して半田９３ｂによってランド部に半田付けすることによって、複数の発光ダイオード９３が基板９４に実装されている。
特開２００４−３０３６１４号公報（第５−７頁、図１） 特開２００２−２２２９１５号公報（第２頁、図５）
しかしながら、こうした従来の発光ユニットの場合、図１１に示したように発光ダイオード９３を基板９４に対して半田付け接続したものでは、半田付けの際に半田付けを行っている箇所からそれぞれの発光ダイオード９３のリード９３ａを介して発光ダイオードチップに熱が伝わってしまい、発光ダイオード９３が熱による損傷を受ける可能性があり、発光ダイオード９３の光源としての信頼性が低下する問題があった。一方、高出力用途になると発光ダイオード自体の熱容量も大きくなり半田付けする際の熱がＬＥＤに吸収されてしまい半田付けすることが難しくなってくるという問題があった。また、半田により部品を固定する為、取り外すことが容易でなく手間が掛かるため、光源を取り替える際に器具ごと変更しなければならず不経済であった。
（発明の目的）
本発明の目的は上記従来技術における課題を解決して、基板への実装にソケット構造を採用することによって、発光ユニットの交換コストを低減させると共に信頼性や、長期安定性を向上させた発光ユニットを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の発光ユニットは、多角形の柱状支持材と、該柱状支持材の側面に配列されている複数の発光ダイオードと、柱状支持材の一端に設ける端子部と、該端子部に嵌合する中継部材とを備え、端子部は、その各側面のそれぞれに発光ダイオードのアノード電極及びカソード電極に接続されているアノード端子電極及びカソード端子電極を有し、中継部材は端子部の各側面のそれぞれに設けられたアノード端子電極及びカソード端子電極を各々共通接続して、２端子のアノード出力端子及びカソード出力端子とする配線電極パターンを有し、前記端子部の各側面のそれぞれに設けるアノード端子電極とカソード端子電極との前記柱状支持材の長手方向における距離が略等しい値に設定され、且つ前記柱状支持材の先端と前記端子部の各側面におけるアノード端子電極との距離が略等しい値に設定されており、前記中継部材は前記端子部が着脱自在に嵌合する凹部と、該凹部の内周に沿って形成する前記配線電極パターンとを有し、前記凹部に前記端子部を嵌合した状態において、前記配線電極パターンは、前記端子部に設けるアノード端子電極とカソード端子電極とのそれぞれに対応する位置に形成されていて、前記配線電極パターンは、並行して設ける帯状の一対の接続電極を有し、該一対の接続電極同士の互い距離が前記端子部に設けるアノード端子電極とカソード端子電極との前記柱状支持材の長手方向における距離と略等しい値に設定され、且つ前記中継部材の凹部の底面と該底面に近い方の接続電極との距離が前記柱状支持材の先端と端子部の各側面におけるアノード端子電極との距離と略等しい値に設定され、前記一対の接続電極は、該接続電極の内周面から内側に向かって突出する突起部を有し、前記凹部に前記端子部を嵌合した状態において、前記突起部が前記端子部に設けるアノード端子電極とカソード端子電極とのそれぞれに対応する位置に設けられ、前記中継部材と前記柱状支持材とを着脱自在に嵌合することによって前記複数の発光ダイオード端子を電源用に２端子化したことを特徴とする。
また、中継部材は凹部に対向する側から突出し、実装基板等に設ける挿入孔に着脱自在に嵌合する一対の差込端子を有することを特徴とする。
また、中継部材は電源等に接続されているソケットへの電気的な接続が可能な口金を有することを特徴とする。
以上のように本発明の発光ユニットは、柱状支持材と着脱自在に嵌合する中継部材を設けることによって、発光ユニットの交換の際に器具ごと交換する必要がなくなり、発光ユニットの交換コストを低減させることができる。また、リフロー工程を必要としないため、部材を選定する際の自由度が広がり材料選定が容易となると共に信頼性や、長期安定性を向上させた発光ユニットを提供することができる。
図１は本実施形態における発光ユニットを示し、発光ユニットを構成する柱状支持材と中継部材とを分離した状態を示す。図２は本実施形態における柱状支持材を示す正面図、図３は、図２における柱状支持材の矢印Ａ方向の端面側を示す図、図４は図２における柱状支持材の矢印Ｂ方向の端面側を示す図、図５は図３におけるＡ部の部分拡大図で柱状支持材に配置されている発光ダイオードを示す断面図、図６は中継部材を示す図である。また、図７は、柱状支持材に中継部材を嵌合した状態を示す図である。本実施形態における発光ユニットは、多角形の柱状支持材の側面に複数の発光ダイオードが配列されており、この柱状支持材の一端に設ける端子部が中継部材と着脱自在に嵌合できるように構成されている。この中継部材を介して実装基板や、電源に直結するソケット等との電気的な接続が行われるようになっている。これによって発光ユニットの交換コストを低減させることができる。以下、本発明の具体的実施例について図１から図７に基づいて説明する。
図１に示すように本実施例における発光ユニットは柱状支持材１５の端子部１６が中継部材２２と着脱自在に嵌合されるように構成されている。柱状支持材１５は図２、図３、図４に示すようにアルミニウム等の金属材料からなり断面形状が六角形の柱状体の形状を成し、六角形の辺に対応する各側面にそれぞれ配列されている複数の発光ダイオード１１と、長手方向の一端に設ける端子部１６とを備えている。
発光ダイオード１１は、図５に示すように、基板１２の上面に絶縁層を介してカソード電極１３とアノード電極１４とがパターン形成されている。このカソード電極１３とアノード電極１４とには金、銀、またはアルミニウムメッキされた銅電極が用いられる。また、基板１２の上面中央部には発光ダイオード素子１０が搭載され、その裏面側が接着剤によって基板１２に固定されている。この発光ダイオード素子１０が備える電極が、基板１２に設けられたカソード電極１３及びアノード電極１４に金線からなるボンディングワイヤ１７によって電気的に接続されている。また、基板１２の表面側には、発光ダイオード素子１０やボンディングワイヤ１７を被覆して保護する透光性封止樹脂１８が形成されている。
柱状支持材１５の一端に設けられている端子部１６の各側面には、同一側面に搭載されている複数の発光ダイオード１１のカソード電極１３を共通接続しているカソード端子電極２３と、アノード電極１４を共通接続しているアノード端子電極２４とが形成されている。このカソード端子電極２３及びアノード端子電極２４は、基板上にパターン形成された銅電極上に金、銀、またはアルミニウムメッキが施されている。本実施例においては六角形の各辺にカソード端子電極２３とアノード端子電極２４とからなる一組の端子電極が形成され、全体では６組の端子電極が形成されている。この端子部１６の各側面におけるカソード端子電極２３とアノード端子電極２４との柱状支持材１５の長手方向における距離ａの値は全ての面において略等しい値に設定されている。さらに、柱状支持材１５の先端１５ａと端子部１６の各側面におけるアノード端子電極２４との距離ｃの値が全ての面において略等しい値に設定されている。
中継部材２２は、図６に示すように円柱状の樹脂材料からなり、その中心に柱状支持材１５の端子部１６が着脱自在に嵌合する凹部２５と、凹部２５に対向する側から突出する２端子のカソード出力端子３５及びアノード出力端子３６とが設けられている。この凹部２５には、柱状支持材１５の端子部１６の各側面に設けられたカソード端子電極２３及びアノード端子電極２４を各々共通接続して、２端子のカソード出力端子３５及びアノード出力端子３６とする配線電極パターンが形成されている。この配線電極パターンは凹部２５の内周に沿って並行して設ける帯状の一対の接続電極３３、３４を有し、この一対の接続電極３３、３４は所定の距離ｂを隔てて形成されている。この一対の接続電極３３、３４同士の互いの距離ｂの値は端子部１６に設けるカソード端子電極２３とアノード端子電極２４との柱状支持材１５の長手方向における距離ａ（図２参照）の値と略等しい値に設定されている。さらに、凹部２５の底面２５ａと接続電極３４との距離ｄの値が柱状支持材１５の先端１５ａと端子部１６の各側面におけるアノード端子電極２４との距離ｃの値と略等しい値に設定されている。
さらに、一対の接続電極３３、３４には、その内周面から内側に向かって突出する突起部３３ａ、３４ａが設けられており、この突起部３３ａ、３４ａは、凹部２５に柱状支持材１５の端子部１６を嵌合した状態において、端子部１６に設けるカソード端子電極２３とアノード端子電極２４とのそれぞれに対応する位置に配置されている。また、突起部３３ａ、３４ａは半球状の形状をなし適度な弾性を有するように形成されており、例えば金属板材によって形成された接続電極３３、３４の一部に型押し加工等よって形成されている。
図７は柱状支持材１５の端子部１６が中継部材２２の凹部２５に嵌合された状態を示す。図７に示すように柱状支持材１５の先端１５ａが凹部２５の底面２５ａに当接され、端子部１６が凹部２５に嵌合された状態において、凹部２５に形成されている一対の接続電極３３、３４が端子部１６の各側面に設けるカソード端子電極２３とアノード端子電極２４とのそれぞれに対応する位置に形成されている。さらに一対の接続電極３３、３４に設ける突起部３３ａ、３４ａが端子部１６に設けるカソード端子電極２３とアノード端子電極２４とのそれぞれに対応する位置に配置されている。したがって端子部１６が凹部２５に嵌合された状態において端子部１６の各側面に設けるカソード端子電極２３とアノード端子電極２４とがそれぞれ一対の接続電極３３、３４に設ける突起部３３ａ、３４ａと接触し電気的に接続される。このとき突起部３３ａ、３４ａが適度な弾性を有するため電気的な接続が安定し、より確実なものとなる。これによって、端子部１６の側面のそれぞれに設けられたカソード端子電極２３及びアノード端子電極２４を各々電気的に共通接続し２端子のカソード出力端子３５及びアノード出力端子３６とすることができる。このように、本実施例における発光ユニットは、端子部１６を中継部材２２と着脱することによって電気的な接続のＯＮ、ＯＦＦが出来るスイッチ機能を兼ねるようになっている。
図８は中継部材を実装基板に固定した例を示す。図８に示すように中継部材２２の凹部２５と対向する側に設ける２端子のカソード出力端子３５及びアノード出力端子３６を実装基板２１に設ける挿入孔２１ａ、２１ｂにそれぞれ挿入し、半田等で電気的に接続すると共に実装基板２１に機械的に固定し、中継部材２２の凹部２５に柱状支持材１５の端子部１６を着脱自在に嵌合できるようにしたものである。
また、図９は中継部材を実装基板と着脱自在とした例を示す。図９に示すように中継部材２２の凹部２５と対向する側に設ける２端子のカソード出力端子３５及びアノード出力端子３６を一対の差込端子とし、この差込端子を実装基板２１に設ける挿入孔４３、４４に着脱自在に嵌合し電気的に接続すると共に実装基板２１に機械的に固定したものである。
また、図１０は中継部材に口金を設けた例を示す。図１０に示すように中継部材２２の凹部２５と対向する側に２端子のカソード出力端子５５及びアノード出力端子５６を有する口金４６を設け、この口金４６を電源等に接続されているソケットと着脱自在に嵌合し
電気的な接続すると共に機械的に固定したものである。
以上のように本発明の発光ユニットは、柱状支持材１５と着脱自在に嵌合すること によって複数の発光ダイオード端子を電源用に２端子化する中継部材２２を設けることによって、発光ユニットの交換の際に器具ごと交換する必要がなくなり、発光ユニットの交換コストを低減させることができる。また、リフロー工程を必要としないため、部材を選定する際の自由度が広がり材料選定が容易となると共に信頼性や、長期安定性を向上させた発光ユニットを実現することができる。
尚、実施例においては、柱状支持材１５を六角形の柱状支持材を例として説明したが、これに限定されるものではなく、四角形、八角形等の他の多角形形状の柱状支持材を用いることができる。
また、実施例においては一対の接続電極３３、３４に設ける突起部３３ａ、３４ａが半球状の形状である場合を例として説明したが、この形状に限定されるものではなく、適度な弾性を有すれば良く、例えば、接続電極面の長手方向に沿って延長される所定長さを有する形状であっても良い。
本発明の実施例における発光ユニットを示す図で、柱状支持材と中継部材とが分離されている状態を示す図ある。 本発明の実施例における柱状支持材を示す図である。 図２における柱状支持材の矢印Ａ方向の端面を示す図である。 図２における柱状支持材の矢印Ｂ方向の端面を示す図である。 図３におけるＡ部の部分拡大図で、柱状支持材に配置されている発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の実施例における中継部材を示す図で、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例における発光ユニットを示し、柱状支持材と中継部材を一体化した状態を示す図である。 本発明の実施例における中継部材を実装基板に固定した例を示す図である。 本発明の実施例における中継部材を実装基板と着脱自在とした例を示す図である。 本発明の実施例における中継部材に口金を設けた例を示す図である。 従来例における発光ユニットを示す図である。
符号の説明
１０ 発光ダイオード素子
１１ 発光ダイオード
１２ 基板
１３ カソード電極
１４ アノード電極
１５ 柱状支持材
１５ａ 柱状支持材の先端
１６ 端子部
１７ ボンディングワイヤ
１８ 透光性封止樹脂
２１ 実装基板
２１ａ、２１ａ 実装基板の挿入孔
２２ 中継部材
２３ カソード端子電極
２４ アノード端子電極
２５ 凹部
２５ａ 凹部の底面
３３、３４ 一対の接続電極
３３ａ、３４ａ 突起部
３５、５５ カソード出力端子
３６、５６ アノード出力端子
４３、４４ 実装基板の挿入孔
４６ 口金

Claims (3)

  1. 多角形の柱状支持材と、該柱状支持材の側面に配列されている複数の発光ダイオードと、前記柱状支持材の一端に設ける端子部と、該端子部に嵌合する中継部材とを備え、前記端子部は、その各側面のそれぞれに前記発光ダイオードのアノード電極及びカソード電極に接続されているアノード端子電極及びカソード端子電極を有し、前記中継部材は前記端子部の各側面のそれぞれに設けられたアノード端子電極及びカソード端子電極を各々共通接続して、２端子のアノード出力端子及びカソード出力端子とする配線電極パターンを有し、前記端子部の各側面のそれぞれに設けるアノード端子電極とカソード端子電極との前記柱状支持材の長手方向における距離が略等しい値に設定され、且つ前記柱状支持材の先端と前記端子部の各側面におけるアノード端子電極との距離が略等しい値に設定されており、前記中継部材は前記端子部が着脱自在に嵌合する凹部と、該凹部の内周に沿って形成する前記配線電極パターンとを有し、前記凹部に前記端子部を嵌合した状態において、前記配線電極パターンは、前記端子部に設けるアノード端子電極とカソード端子電極とのそれぞれに対応する位置に形成されていて、前記配線電極パターンは、並行して設ける帯状の一対の接続電極を有し、該一対の接続電極同士の互い距離が前記端子部に設けるアノード端子電極とカソード端子電極との前記柱状支持材の長手方向における距離と略等しい値に設定され、且つ前記中継部材の凹部の底面と該底面に近い方の接続電極との距離が前記柱状支持材の先端と端子部の各側面におけるアノード端子電極との距離と略等しい値に設定され、前記一対の接続電極は、該接続電極の内周面から内側に向かって突出する突起部を有し、前記凹部に前記端子部を嵌合した状態において、前記突起部が前記端子部に設けるアノード端子電極とカソード端子電極とのそれぞれに対応する位置に設けられ、前記中継部材と前記柱状支持材とを着脱自在に嵌合することによって前記複数の発光ダイオード端子を電源用に２端子化したことを特徴とする発光ユニット。
  2. 前記中継部材は前記凹部に対向する側から突出し、実装基板等に設ける挿入孔に着脱自在に嵌合する一対の差込端子を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ユニット。
  3. 前記中継部材は電源等に接続されているソケットへの電気的な接続が可能な口金を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ユニット。
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