JP5146356B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、発光装置1は、LED素子21を含む複数の発光部2と、各発光部2とはんだ材3(図1中不図示)を介して接続される放熱部材4と、各発光部2へ電力を供給するフレキシブル基板5と、を備えている。放熱部材4は、アルミニウムからなり、本体41が板状に形成される。放熱部材4の本体41の上端面に、各発光部2が間隔をおいて搭載される。放熱部材4は、表面に酸化膜を形成し易いアルミニウムであることから、はんだ材3と直接接合することはできない。しかし、放熱部材4に所定の処理を施すことにより、はんだ材3と接合可能な接合部43(図1中不図示)を形成している。
図2に示すように、発光部2は、複数であり、互いに一列に並べられて線状光源をなしている。本実施形態においては、計8つの発光部2が電気的に直列にフレキシブル基板5に実装されている。各発光部2は、それぞれ電気的に直列に接続されている3つのLED素子21を有している。各LED素子21は、順方向が4.0V、順電流が100mAの場合に、ピーク波長が460nmの光を発する。この発光装置1では、計24個のLED素子21が直列に接続されていることから、家庭用のAC100Vの電源を利用すると、各LED素子21に約4.0Vの順方向電圧が印加され、各LED素子21が所期の動作をするようになっている。
図3に示すように、発光部2は、フリップチップ型の複数のLED素子21と、各LED素子21を搭載しセラミックからなる搭載基板22と、搭載基板22に形成され各LED素子21へ電力へ供給するための回路パターン23と、各LED素子21を搭載基板22上にて封止するガラス封止部24と、各LED素子21と回路パターン23の間に介在するバンプ25と、を備えている。
図4に示すように、放熱部材4は、本体41と一体的に形成される反射鏡部45と複数のフィン46を有する。反射鏡部45は、本体41の上端と連続的に形成され、発光部2を本体41の上端面の幅方向両側から覆い、上方を開放した凹状を呈している。各フィン46は、本体41の左右の主面と連続的に形成され、幅方向外側へ向かって延びるよう形成される。反射鏡部45及びフィン46は、各発光部2の並び方向へ延び、装置の長手方向にわたって同じ断面で形成されている。
まず、アルミニウムの押出成形により、接合部43や放熱用被膜44が未形成の放熱部材4を作製する。そして、放熱部材4の脱脂処理を行って、放熱部材4の表面の油分や塵埃を除去しておく。
次いで、放熱部材4の上端面にマスキング部材としてのマスクテープを貼付する。尚、マスキング部材は、マスクテープに限定されず、例えば治具、レジスト剤等を用いてもよい。
この後、マスクテープを放熱部材4から剥がし、放熱部材4をジンケート液に浸してAlを溶解させ、溶解したAlと同じモル濃度のZnを置換析出させる。これにより、本体41の上端面にZnめっき層が形成される。Znめっき層の厚さは、任意であるが、数100Å程度とすることができ、例えば200〜300Åである。さらに、Znめっき層の上に、Niめっき層及びAuめっき層をこの順で形成する。Niめっき層の厚さは、任意であるが、例えば5μmである。また、Auめっき層の厚さは、任意であるが、例えば0.05μmである。このようにして、接合部43が形成される。
尚、ジンケート液として、アルカリ性の系と酸性の系のどちらを用いてもよいが、アルマイト処理による被膜に対しては酸性の系の方がダメージが小さく、Znめっきの処理時間やめっき形成の自由度が大きくなるため、アルマイト処理の被膜に対しては酸性の系のジンケート液が好ましい。酸性の系のジンケート液としては、例えば、(ZnSO4,NH4Cl,Al2(SO4)3・8H2O,CH3COONa・3H2O)が挙げられる。
実施例は、24個のLED素子21を搭載した3つの発光部2を、はんだ材3により放熱部材4の接合部43と接続して行った。放熱部材4の本体41は長手方向100mm、幅方向10mm、上下方向20mmであり、この本体41に長手方向100mm、幅方向3.75mm、上下方向1.00mmのフィン46を上下について4.5mm間隔で幅方向一対に3つ形成した。はんだ材3と放熱部材4の接触面積は、発光部2の長手方向に1.3mm、幅方向に0.6mmの0.78mm2とした。図5に、実施例において、各発光部2に投入した電力の合計量と、発光部2のフィン46の温度差を示す。
また、比較例1は、実施例と同じように3つの発光部2を用い、各発光部2をはんだ材3により銅スラグと接続し、当該銅スラグを放熱部材4とねじにより締結して作製した。具体的に、銅スラグと放熱部材4の接触面積は、発光部2の長手方向に18mm、幅方向に50mmの900mm2とした。ここで、放熱部材4は、実施例と同じものを使用した。図5に、比較例1において、各発光部2に投入した電力の合計量と、発光部2とフィン46の温度差を示す。
また、比較例2は、比較例1の銅スラグと放熱部材4との間に、放熱用のグリースを塗布することにより作製した。図5に、比較例2において、各発光部2に投入した電力の合計量と、発光部2とフィン46の温度差を示す。ここで、各発光部2の発光のエネルギー効率は20〜30%であり、投入電力のうち光に変換された分を差し引くと発熱量となる。
図6の比較例1のグラフからわかるように、ねじによる締結であっても、投入電力あたりの接触面積が十分に大きければ、フィン46の温度上昇を抑制することができる。しかし、比較例1では、投入電力あたりの接触面積が小さくなり、およそ500mm2/W以下となると、発光部2とフィン46の温度差が大きくなる。換言すると、投入電力あたりの接触面積が小さくなると、発光部2にて生じた熱がフィン46へ伝わり難くなる。図6の比較例2のグラフからわかるように、放熱用グリースを接触部分に塗布しても、100mm2/W以下では、発光部2にて生じた熱がフィン46へ伝わり難くなる。
これに対し、実施例では、投入電力あたりの接触面積が約1.0mm2/Wであっても、発光部2にて生じた熱がフィン46へ伝達されている。このように、はんだ材3を放熱部材4の接合部43に直接接合することにより、部材接合部の熱抵抗を生じないようにすることができる。実施例では、比較例1に対して500mm2/W以下で効果が顕著となり、放熱グリースを用いた比較例2に対しても100mm2/W以下で効果が顕著となっている。
前記実施形態においては、反射鏡部45及びフィン46が形成されたものを示したが、例えば図8及び図9に示すように、放熱部材4を板状の本体41のみとし、反射鏡部45及びフィン46を設けない構成としてもよい。図9に示すように、この発光装置1は、本体41の上端面に各発光部2が搭載される突出部42が所定の間隔で形成されている。さらに、発光部2を1つとして棒状の放熱部材4の先端に搭載し、反射鏡部45が上方を除いて発光部2を包囲する形状としてもよい。
前記実施形態においては、放熱部材4の各フィン46が水平方向へ延びるものを示したが、例えば図10及び図11に示すように、放熱部材4の各フィン46が下方へ延びるものであってもよい。この発光装置1では、放熱部材4の本体41は、発光部2を幅方向外側から覆うよう凹状に形成され、複数のフィン46が本体41の下面に幅方向に間隔をおいて設けられている。
図10及び図11に示した変形例においては、放熱部材4の各フィン46間の隙間が下端にて開放されているものを示したが、例えば図12に示すように、各フィン46の下端を板部47にて接続してもよい。図12の発光装置1では、反射鏡部45の幅方向両端から下方へ延びる外枠部48が形成され、各外枠部48が板部47に接続されている。外枠部48及び板部47には、ねじ49により外部放熱部材9が面接触している。この外部放熱部材9は、装置が設置される家屋、車両等の骨格部とすると好適である。例えば、家屋に設置する場合は当該家屋の鉄骨とすればよいし、車両に設置する場合は当該車両の車体とすればよい。
図13に示すように、発光装置101は、LED素子121を含む複数の発光部102と、各発光部102とはんだ材103を介して接続される放熱部材104と、各発光部102へ電力を供給するフレキシブル基板105と、を備えている。発光装置101は、各発光部102から発せられた光が端面に入射する導光板106を備え、導光板106の表面が面状に発光するよう構成されている。
図14に示すように、放熱部材104は、導光板106の裏面を覆い、搭載基板141とフランジ部145を連結する裏面部147を有している。また、フランジ部145の先端は、導光板106の表面と当接するよう折り返されている。本実施形態の放熱部材104は、押出成形により形成される。
図15に示すように、放熱部材104は、搭載基板141と連続的に形成され、導光板106の表面と当接する反射鏡部148が形成されている。この反射鏡部148の内面は、断面にて放物線状に形成されているが、直線状であってもよいことは勿論である。本実施形態においては、発光部102は、前記実施形態と同様にLED素子121が搭載基板122上にてガラスにより封止され、搭載基板122の裏面に金属部を有しているが、縦断面においてガラス表面が湾曲形成された点が顕著に異なっている。また、はんだ材103は、任意の材料を選択することができるが、例えば、Sn−Sb系はんだ、Sn−Cu系はんだ、Sn−Ag系はんだ、Sn−Zn系はんだ、Sn−Bi系はんだ等を用いることができる。
図16に示すように、発光装置201は、発光部202から発せられた光が直接的に外部へ放射されるのではなく、光を反射鏡部245にて反射させてから外部へ放射する間接照明タイプである。この発光装置201は、LED素子等を含む発光部202と、発光部202とはんだ材203を介して接続される放熱部材204と、発光部202へ電力を供給するフレキシブル基板205と、を備えている。本実施形態においては、放熱部材204は、発光部202を収容し上方に開口204aが形成された筐体をなしている。発光装置201は、開口204aを閉塞する板状のガラス部材209を備えている。
まず、非ケイ酸系中アルカリ脱脂剤を放熱部材204に対して吹き付けて脱脂を行う。次いで、放熱部材204の水洗を行った後、有機チタン系ノンクロメートを放熱部材204に対して吹き付けて下地皮膜を形成する。この後、放熱部材204の水洗を行ってから放熱部材204を乾燥させる。次いで、エポキシ系樹脂焼付塗料を用いて放熱部材204に下塗り塗装をした後、メラミン系樹脂焼付塗料を用いて放熱部材204に上塗り塗装を行う。塗装完了後、放熱部材204を乾燥することにより、放熱部材204の白色メラミン処理が終了する。
図17に示すように、発光装置301は、LED素子等を含む発光部302と、発光部302とはんだ材303を介して接続される放熱部材304と、発光部302へ電力を供給するフレキシブル基板305と、を備えている。はんだ材303は、任意の材料を選択できるが、例えば、Sn−Sb系はんだ、Sn−Cu系はんだ、Sn−Ag系はんだ、Sn−Zn系はんだ、Sn−Bi系はんだ等を用いることができる。本実施形態においては、放熱部材304は、発光部302を収容し上方に開口304aが形成された筐体をなしている。発光装置301は、開口304aを閉塞する板状のガラス部材309を備えている。
2 発光部
3 はんだ材
4 放熱部材
5 フレキシブル基板
43 接合部
43a 接合部
43b 接合部
43c 接合部
44 放熱用被膜
101 発光装置
102 発光部
103 はんだ材
104 放熱部材
105 フレキシブル基板
143 接合部
201 発光装置
202 発光部
203 はんだ材
204 放熱部材
205 フレキシブル基板
243 接合部
301 発光装置
302 発光部
303 はんだ材
304 放熱部材
305 フレキシブル基板
343 接合部
343a 接合部
Claims (11)
- LED素子が実装される実装面を有したセラミック又は半導体からなる搭載基板と、前記搭載基板の前記実装面と反対側の面に形成された、はんだ材と接合可能な金属からなる金属部と、を有する発光部と、
アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金からなり、前記はんだ材と接合可能な処理が施された接合部と、前記接合部の周囲に形成された放熱用被膜と、を表面に有する放熱部材と、
前記放熱部材上に位置して前記発光部を実装することにより前記発光部の前記LED素子と電気的に接続されたフレキシブル基板と、を備え、
前記発光部の前記金属部及び前記放熱部材の前記接合部が、前記はんだ材により接合され、前記放熱部材の前記接合部は前記放熱部材との間に酸化膜が形成されておらず、
前記はんだ材は、前記放熱部材と、直接の接合が不能な材料であり、
前記放熱部材は、板状の本体を有し、
前記発光部は、前記放熱部材の前記本体の端面に搭載され、
前記放熱部材と前記発光部の前記搭載基板との熱膨張率の差と、前記発光部の前記金属部における前記端面の長手方向の長さの積が、0.2μm/℃以下であり、
前記フレキシブル基板と前記発光部の前記LED素子との接続部分は、前記放熱部材上において、前記放熱部材に拘束されていない発光装置。 - 前記接合部は、Znめっき、Vめっき及びCuめっきのいずれかである請求項1に記載の発光装置。
- 前記放熱部材は、前記発光部から発せられる光を反射する反射鏡部を有する請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記反射鏡部は、前記本体と連続的に前記発光部を前記端面の幅方向両側を覆うように形成される請求項3に記載の発光装置。
- 前記放熱用被膜は、放熱部材の酸化膜である請求項1〜4の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記放熱用被膜は、白色塗装である請求項1〜4の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記発光部は、前記LED素子を封止するガラス封止部を有する請求項1〜6の何れか1項に記載の発光装置。
- LED素子が実装される実装面を有したセラミック又は半導体からなる搭載基板と、前記搭載基板の前記実装面と反対側の面に形成されたはんだ材と接合可能な金属からなる放熱パターンと、を有する発光部と、
アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金からなり、前記はんだ材と接合可能な処理が施された接合部と、前記接合部の周囲に形成された放熱用被膜と、を表面に有する放熱部材と、を備え、
前記発光部の前記放熱パターン及び前記放熱部材の前記接合部が、前記はんだ材により接合された発光装置の製造方法であって、
前記放熱部材の表面に前記放熱用被膜を形成し、
前記接合部となる部分を露出させ、前記放熱用被膜が形成されていない部分のアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金を溶解させ、当該接合部に前記はんだ材と接合可能な金属めっき層を置換析出させる接合部を形成する発光装置の製造方法。 - 前記放熱部材の前記接合部となる部分にマスキング部材で覆った状態で、前記放熱部材の表面に前記放熱用被膜を形成し、
前記マスキング部材を剥離して前記接合部となる部分を露出させる請求項8に記載の発光装置の製造方法。 - 前記放熱部材は、前記発光部を覆う反射鏡部を備えている請求項8又は9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記放熱部材は、押し出し成形あるいはダイキャスト成形されている請求項9〜10の何れか1項に記載の発光装置の製造方法。
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