JP4922607B2

JP4922607B2 - Ｌｅｄ光源装置

Info

Publication number: JP4922607B2
Application number: JP2005354948A
Authority: JP
Inventors: 靖司平本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: CN100561760C; CN1979906A; JP2007158242A

Description

本発明はＬＥＤ光源装置に関するものであり、詳しくは蛍光体を含有する透光性樹脂でＬＥＤチップを樹脂封止したＬＥＤを光源とするＬＥＤ光源装置に関する。

従来、ＬＥＤは照明用あるいは表示用の光源、情報伝達用の媒体、センサ用の検出媒体などとして採用されてきた。そのなかで、特に光源として使用されるＬＥＤは、高輝度化を図るべく様々な手法が提案されている。

例えば、ＬＥＤを大電流駆動することも高輝度化を図る一つの手法である。但し、この場合ＬＥＤの自己発熱による温度上昇によって発光効率が低下するため、必ずしも電流の増加率に比例した輝度の上昇率が確保できるとは限らない。そのため、この手法においてはＬＥＤの自己発熱による温度上昇を如何に抑制するかが高輝度化を実現するための重要な決め手となる。

そこで、ＬＥＤを含む半導体発光素子を大電流駆動する際の自己発熱の放熱を促して温度上昇を抑制し、大電流駆動によって高輝度化が期待できる構成の光源ユニットが提案されている。それは、図３に示すように、外側に絶縁膜５０を挟んで導電性スリーブ５１を設けた放熱ブロック５２の上端面に、静電気保護用のツェナーダイオードからなるサブマウント素子５３を介して青色発光の半導体発光素子５４が載設され、サブマウント素子５３に一方の端部を接続したボンディングワイヤ５５の他方の端部が導電性スリーブ５１に接続されている。これにより、放熱ブロック５２は半導体発光素子５４のｐ側電極と電気的に導通してアノード電極となり、導電性スリーブ５１は半導体発光素子５４のｎ側電極と電気的に導通してカソード電極となっている。そして、放熱ブロック５２の上端部を含む半導体発光素子５４、ボンディングワイヤ５５およびサブマウント素子５３を蛍光物質を混入した樹脂パッケージ５６で封止することによって、半導体発光素子の自己発熱による発光効率の低下を抑制した白色発光の光源ユニットを実現するものである。（例えば、特許文献１参照。）。

このような構成の光源ユニットの場合、半導体発光素子５４の下方に放熱ブロック５２が配置されているために、半導体発光素子５４の点灯時の自己発熱は放熱ブロック５２を介して外部（大気中）に発散されるものであるが、半導体発光素子５４と放熱ブロック５２との間に熱抵抗の高いツェナーダイオードからなるサブマウント素子５３が存在するために、半導体発光素子５４と放熱ブロック５２との間の良好な熱伝導性を確保することが難しく、半導体発光素子５４の温度上昇を大幅に抑制することが困難である。

そこで、このような問題を解決するために図４および図５に示すような構成のＬＥＤ光源装置が考案されている。図４は平面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。それは、放熱器６０の上に熱伝導性の優れた熱伝導シート６１を介して表面に給電パターン６２が形成された給電回路基板６３が配設されている。給電回路基板６３上には、蛍光体を含有する透光性樹脂でＬＥＤチップを樹脂封止したＬＥＤ６４が載設されたＬＥＤ実装基板６５が熱伝導性接着剤６６を介して配設されていると共に、一方の側面側から外部給電リード６７を、対向する他方の側面側から接点端子６８を夫々延出した外部給電コネクタ６９と、対向する両側面間を貫通して両側方向に延出する板バネ状の接点端子７０、７１を有する２つのＬＥＤ接続コネクタ７２とが配設されている。

そして、ＬＥＤ実装基板６５に形成され、ＬＥＤ６４の一対の電極に電気的に接続された一対の導体パターン７３の夫々は、ＬＥＤ接続コネクタ７２の接点端子７０、７１を介して給電回路基板６３に形成された給電パターン６２に接続されている。そして、前記給電パターン６２は外部給電コネクタ６９の接点端子６８に接続されて外部給電リード６７に電気的に導通している。

外部給電リード６７の両端に電圧を印加すると、外部給電コネクタ６９から順次給電パターン６２、ＬＥＤ接続コネクタ７２、ＬＥＤ実装基板６５の導体パターン７３を介してＬＥＤ電極に給電されてＬＥＤ６４が点灯する。

また、図６および図７に示すような構成のＬＥＤ光源装置も考案されている。図６は平面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図である。それは、放熱器８０の上に熱伝導性の優れた熱伝導シート８１を介して表面に給電パターン８２が形成された給電回路基板８３が配設されている。給電回路基板８３上には、蛍光体を含有する透光性樹脂でＬＥＤチップを樹脂封止したＬＥＤ８４が載設された両面スルーホール基板からなるＬＥＤ実装基板８５が、該ＬＥＤ実装基板８５のスルーホール８６を介して設けられた給電パッド８７と前記給電回路基板８３の給電パターン８２とのはんだ８８接合によって配設されていると共に、一方の側面側から外部給電リード８９を、対向する他方の側面側から接点端子９０を夫々延出した外部給電コネクタ９１が配設されている。

そして、ＬＥＤ実装基板８５に形成され、ＬＥＤ８４の一対の電極に電気的に接続された一対の導体パターン９２の夫々は、はんだ８８接合部を介して給電回路基板８３に形成された給電パターン８２に接続されている。そして、前記給電パターン８２は外部給電コネクタ９１の接点端子９０に接続されて外部給電リード８９に電気的に導通している。

外部給電リード８９の両端に電圧を印加すると、外部給電コネクタ９１から順次給電パターン８２、はんだ８８、ＬＥＤ実装基板８５の給電パッド８７、スルーホール８６、導体パターン９２を介してＬＥＤ電極に給電されてＬＥＤ８４が点灯する。
特開２００３−７８１７４号公報

ところで、上記図４および図５で示した構成のＬＥＤ光源装置は、架空配線される接点端子７０が外部応力や振動、衝撃を受けてねじれ、反りを生じ、接触部分で浮き上がって非接触状態が発生することによって電気的にオープン状態となり、ＬＥＤ６４が不点灯となる可能性がある。

また、上記図６および図７で示した構成のＬＥＤ光源装置は、例えばＬＥＤ実装基板８５にセラミック基板を使用し、給電回路基板８３にアルミ基板を使用するというように、夫々を構成する部材の熱膨張係数が異なる場合は、ＬＥＤの点灯時の自己発熱やＬＥＤ光源装置が晒される周囲環境温度の上昇によって給電回路基板８３にはんだ８８接合されたＬＥＤ実装基板８５が破損し、上記同様ＬＥＤ８４が不点灯となる可能性がある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤの自己発熱の放熱性が良好で、且つ導入された印加電圧が確実にＬＥＤの電極まで導かれる通電路を確保したＬＥＤ光源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを覆うように封止する封止樹脂と、を備えたＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装基板が熱伝導性接着剤を介して放熱器に載置され、前記放熱器には、開口を有する凹部が設けられて該凹部内底面に前記ＬＥＤ実装基板が前記熱伝導性接着剤を介して載置され、前記開口より小さい貫通窓が設けられた前記給電回路基板が前記放熱器に取り付けられ、前記ＬＥＤの電極に電気的に接続された前記ＬＥＤ実装基板の導電パターンと、外部電力源に接続されて前記ＬＥＤ実装基板に給電を行なう給電パターンが形成された給電回路基板の前記給電パターンの一部を構成する給電パッドと、で導電体を挟んで圧縮力を加えた状態で支持し、前記導体パターンと前記給電パッドとが前記導電体を介して電気的に導通していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記給電回路基板は、前記放熱器にネジ止め固定されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２において、前記封止樹脂は、少なくとも一種の蛍光体を含有した透光性樹脂からなることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤ光源装置は、蛍光体を含有する透光性樹脂でＬＥＤチップを樹脂封止したＬＥＤを光源とし、前記ＬＥＤが実装されて該ＬＥＤの電極に電気的に接続された導体パターンが形成れたＬＥＤ実装基板が熱伝導性接着剤を介して放熱器に載置され、前記導体パターンと、外部電力源に接続されてＬＥＤ実装基板に給電を行なう給電パターンが形成された給電回路基板の前記給電パターンの一部を構成する給電パッドと、で導電体を挟んで圧縮力を加えた状態で支持し、前記導体パターンと前記給電パッドとが前記導電体を介して電気的に導通するようにした。

その結果、従来のＬＥＤ発光装置のようにツェナーダイオードや給電用基板や熱伝導シートなどが不要となっている。そのため、ＬＥＤから放熱器に至るまでの熱抵抗が低減され、ＬＥＤの点灯時に発生する熱を外部に良好に発散させることができるために、ＬＥＤの自己発熱によるＬＥＤチップの発光効率および蛍光体の波長変換効率の低減を抑制することができ、ＬＥＤ光源装置の高輝度を確保することが可能となる。

更に、従来のＬＥＤ発光装置のように、ＬＥＤ実装基板と給電回路基板との電気的な接続を接点端子による接触やはんだによる接合方法は試みなかった。そのため、架空配線される接点端子が外部応力や振動、衝撃を受けてねじれ、反りを生じ、接触部分で浮き上がって非接触状態が発生することによって電気的にオープン状態となり、ＬＥＤが不点灯となるというような不具合が生じることはない。また、ＬＥＤ実装基板および給電回路基板の夫々を熱膨張係数の異なる部材で構成しても、ＬＥＤの点灯時の自己発熱やＬＥＤ光源装置が晒される周囲環境温度の上昇によってＬＥＤ実装基板が破損されることはなく、信頼性の高いＬＥＤ光源装置を実現することができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１および図２を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明のＬＥＤ光源装置に係わる実施形態の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。開口１を有する凹部２が設けられた放熱器３の凹部内底面４に熱伝導率が良好な接着剤５を介してＬＥＤ６が実装されたＬＥＤ実装基板７が載設されている。

ＬＥＤ６は、発光源となるＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを覆うように封止する、波長変換部材である蛍光体を含有する透光性封止樹脂とを備えている。この場合、ＬＥＤ６は発光源（ＬＥＤチップ）から出射された光とは異なる色調の光を放出するものである。

例えば、ＬＥＤチップから出射される光が青色光の場合、青色光に励起されて青色の補色となる黄色光に波長変換する蛍光体を用いることにより、ＬＥＤチップから出射された青色光の一部が蛍光体を励起することによって波長変換された黄色光と、ＬＥＤチップから出射された青色光の一部との加法混色によって白色光を作り出すことができる。

同様に、ＬＥＤチップから出射される光が青色光の場合、青色光に励起されて緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する２種類の蛍光体を混合したものを用いることにより、ＬＥＤチップから出射された青色光の一部が蛍光体を励起することによって波長変換された緑色光及び赤色光と、ＬＥＤチップから出射された青色光の一部との加法混色によって白色光を作り出すこともできる。

また、ＬＥＤチップから出射される光が紫外光の場合、紫外光に励起されて青色光、緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する３種類の蛍光体を混合したものを用いることにより、ＬＥＤチップから出射された紫外光が蛍光体を励起することによって波長変換された青色光、緑色光及び赤色光の加法混色によって白色光を作り出すこともできる。

さらに、ＬＥＤチップから出射される光の波長と蛍光体の種類とを適宜に組み合わせることによって白色光以外の種々な色調の光を作り出すこともできる。

ところで、ＬＥＤチップおよび蛍光体は、温度上昇に伴って夫々発光効率および波長変換効率が大きく低下する特性を有しており、ＬＥＤ光源装置の高輝度を確保するためには、ＬＥＤチップの点灯時の自己発熱の影響を極力低減することが重要な要件となる。

ＬＥＤ実装基板７は、接着剤５を介して放熱器３の凹部内底面４に固定された面の反対側の表面上に互いに分離された一対の導体パターン８が形成されており、上記構成のＬＥＤ６が、該ＬＥＤ６の一対の電極９と導体パターン８の夫々とがはんだ等の接合部材１０によって接合された状態で実装されている。

放熱器３の上面１１上には、両面にスルーホール２０を介して電気的に導通した給電パターン１２が形成されていると共に、貫通窓１３を有する両面スルーホル基板からなる給電回路基板１４がネジ固定されている。

給電回路基板１４の貫通窓１３は放熱器３の凹部２開口１上に位置して且つ凹部２開口１よりも小さく、凹部２に内設されたＬＥＤ６から放出された光が照射光となる比率を低下させない程度の大きさに設定されている。

給電回路基板１４のＬＥＤ実装基板７側の面に形成された給電パターン１２の一部を構成する給電パッド１５とＬＥＤ実装基板７の導体パターン８とは、はんだ、金などの金属や導電性エラストマーなどの弾性導電部材などからなる導電体１６を挟んで電気的に導通している。つまり、導電体１６は放熱器３に給電回路基板１４をネジ固定することによって、挟まれた給電パッド１５と導体パターン８とに圧縮接触している。

さらに、給電回路基板１４の放熱器３に接する面の反対側の面には、対向する一方の面側から延出された一対の接点端子１７と、該接点端子１７の夫々に電気的に接続されて外部からの印加電圧を導入する一対の外部給電リード１８が他方の面側から延出された外部外部給電コネクタ１９が配設されている。

接点端子１７は板バネ状の弾性部材からなり、先端部が給電パターン１２に当接支持されて両者の電気的導通が図られている。なお、接点端子１７と給電パターン１２とは当接支持に限られるものではなく、はんだ接合によって固定してもよい。

上記構成のＬＥＤ光源装置に外部給電リード１８を介して所定の電圧を印加すると、接点端子１７、給電回路基板１４の給電パターン１２、スルーホール２０、給電パッド１５、導電体１６、ＬＥＤ実装基板７の導体パターン８を順次経てＬＥＤの電極９に印加され、ＬＥＤが点灯する。

以上説明したように、本発明のＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤと放熱器との間にＬＥＤ実装基板と熱伝導性の良好な接着剤が介在するのみであり、従来のＬＥＤ光源装置のようにツェナーダイオードや給電回路基板や熱伝導シートなどが不要となっている。そのため、ＬＥＤから放熱器に至るまでの熱抵抗が低減され、ＬＥＤの点灯時に発生する熱を外部に良好に発散させることができるために、ＬＥＤの自己発熱によるＬＥＤチップの発光効率および蛍光体の波長変換効率の低減を抑制することができ、ＬＥＤ光源装置の高輝度を確保することが可能となる。

更に、ＬＥＤを実装したＬＥＤ実装基板と給電回路基板との電気的な接続を、導電体をＬＥＤ実装基板と給電回路基板とで挟む圧縮接触によって実現し、従来のような接点端子による接触やはんだによる接合方法は試みなかった。そのため、架空配線される接点端子が外部応力や振動、衝撃を受けてねじれ、反りを生じ、接触部分で浮き上がって非接触状態が発生することによって電気的にオープン状態となり、ＬＥＤが不点灯となるというような不具合が生じることはない。また、ＬＥＤ実装基板および給電回路基板の夫々を熱膨張係数の異なる部材で構成しても、ＬＥＤの点灯時の自己発熱やＬＥＤ光源装置が晒される周囲環境温度の上昇によってＬＥＤ実装基板が破損されることはなく、信頼性の高いＬＥＤ光源装置を実現することができる。

本発明の実施形態を示す平面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。従来例を示す断面図である。他の従来例を示す平面図である。図４のＡ−Ａ断面図である。同じく、他の従来例を示す平面図である。図６のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１開口
２凹部
３放熱器
４凹部内底面
５接着剤
６ＬＥＤ
７ＬＥＤ実装基板
８導電パターン
９電極
１０接合部材
１１上面
１２給電パターン
１３貫通窓
１４給電回路基板
１５給電パッド
１６導電体
１７接点端子
１８外部給電リード
１９外部給電コネクタ
２０スルーホール

Claims

ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを覆うように封止する封止樹脂と、を備えたＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装基板が熱伝導性接着剤を介して放熱器に載置され、前記放熱器には、開口を有する凹部が設けられて該凹部内底面に前記ＬＥＤ実装基板が前記熱伝導性接着剤を介して載置され、前記開口より小さい貫通窓が設けられた前記給電回路基板が前記放熱器に取り付けられ、前記ＬＥＤの電極に電気的に接続された前記ＬＥＤ実装基板の導電パターンと、外部電力源に接続されて前記ＬＥＤ実装基板に給電を行なう給電パターンが形成された給電回路基板の前記給電パターンの一部を構成する給電パッドと、で導電体を挟んで圧縮力を加えた状態で支持し、前記導体パターンと前記給電パッドとが前記導電体を介して電気的に導通していることを特徴とするＬＥＤ光源装置。
前記給電回路基板は、前記放熱器にネジ止め固定されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
前記封止樹脂は、少なくとも一種の蛍光体を含有した透光性樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源装置。