JP5300439B2 - 発光ランプ及び発光ランプを用いた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を備えた発光ランプ及び発光ランプを用いた照明装置に関するものである。発光ランプ及び照明装置は、例えば、電子ディスプレイ用のバックライト電源、蛍光ランプに好適に用いることができる。

従来から、発光素子を備えた発光ランプは、発光強度を高めることが求められている。しかしながら、発光強度を高めるために発光素子への通電量を増加させると、発光素子の発熱量が増大する。そこで、特許文献１に記載されているように、マウントの主面及び裏面のほぼ全体に配線を配設した発光ランプが提案されている。このような配線を備えていることにより、発光素子からマウントへ伝わる熱をマウントの中央部分からマウントの側端部分へ効率良く拡散させることができる。これは、配線の熱伝導性がよいため、マウントの主面上に配設された配線において熱が伝わりやすいからである。
特開２００８−１０３４８０号公報

特許文献１に記載されているような配線を備えていることにより、発光素子で生じた熱の放熱性を高めることができる。しかしながら、特許文献１に記載の発光ランプにおいては、マウント（基体）の主面に配設された配線とマウントの裏面に配設された配線とがマウントの側面において接続されている。そのため、発光素子からマウントへ伝わる熱をマウントの中央部分からマウントの側端部分へ効率良く拡散させることができるが、マウントの主面側からマウントの裏面側へ拡散させにくい。

一方で、マウントの中央部分において、主面から裏面にかけてビア導体を配設した場合には、発光素子からマウントへ伝わる熱をマウントの主面側からマウントの裏面側へ効率良く拡散させることができるが、マウントの中央部分からマウントの側端部分へ拡散させにくい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子から基体へ伝わる熱を、基体を平面視した場合における広範囲へと効率良く拡散させるとともに基体の主面側から基体の裏面側へ効率良く拡散させることのできる発光ランプを提供することを目的とする。

本発明の発光ランプは、基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、前記基体に埋設された第１の導体層と、前記基体に埋設されるとともに前記第１の導体層よりも前記基体の裏面側に位置する第２の導体層と、前記基体の裏面上に配設された配線導体と、を備えている。そして、前記基体の主面に対して垂直な方向からの平面透視において、前記第１の導体層および前記第２の導体層は相似形であるとともに、前記第２の導体層の面積が、前記第１の導体層の面積よりも大きい。

本発明の発光ランプによれば、基体の主面に対して垂直な方向からの平面透視において、第２の導体層の面積が、第１の導体層の面積よりも大きい。これにより、基体の主面側から裏面側に近づくに従って、発光素子から基体へ伝わる熱を基体の中央部分から基体の外周部分へ効率良く拡散させやすくなる。結果として、発光素子から基体へ伝わる熱を、基体を平面視した場合における広範囲へと効率良く拡散させるとともに基体の主面側から基体の裏面側へ効率良く拡散させることが可能となる。

以下、本発明の発光ランプについて図面を用いて詳細に説明する。

図１〜３に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる発光ランプ１は、基体３と、基体３の主面３ａ上に配設された発光素子５と、基体３に埋設された第１の導体層９と、基体３に埋設されるとともに第１の導体層９よりも基体３の裏面３ｂ側に位置する第２の導体層１１と、基体３の裏面３ｂ上に配設された配線導体１３と、を備えている。そして、基体３の主面３ａに対して垂直な断面において、第２の導体層１１における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅Ｌ１が、第１の導体層９における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅Ｌ２よりも大きい。

このように本実施形態にかかる発光ランプ１においては、基体３の主面３ａに対して垂直な断面において、第２の導体層１１における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅Ｌ１が、第１の導体層９における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅Ｌ２よりも大きい。そのため、発光素子５から基体３へ伝わる熱を、基体３を平面視した場合における広範囲へと効率良く拡散させるとともに基体３の主面３ａ側から基体３の裏面３ｂ側へ効率良く拡散させることが可能となる。

本実施形態における基体３としては、例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックスのようなセラミックス、又は、エポキシ樹脂のような樹脂を用いることができる。また、セラミックスの上に樹脂を重ねた積層体であってもよい。セラミックスの上に樹脂を積層した積層体を用いることにより、発光ランプ１の耐久性を向上させることができる。発光素子５に通電すると、発光素子５は、発光すると同時に発熱する。また、樹脂は、セラミックスと比較して弾性変形しやすい。そのため、セラミックスにより基体３の強度を向上させつつ、樹脂により発光素子５の発熱により生じる熱応力を吸収することができるからである。

本実施形態における発光素子５は、基体３の主面３ａ上に配設されている。基体３の主面３ａ上には導電部材７が配設されており、発光素子５はこの導電部材７を介して外部電源（非図示）から通電されている。発光素子５としては、駆動電力により光を発生させることのできる素子を用いればよい。例えば、半導体材料からなる発光ダイオードを用いることができる。具体的には、ＧａＡｓ、ＧａＮ或いはＡｌＮを主成分とする発光ダイオードを用いることができる。

本実施形態における第１の導体層９は、基体３に埋設されている。第１の導体層９としては、導電性の良いものを用いればよく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉなど金属を用いることができる。特に熱伝導性に優れたＡｌ，Ａｇ，Ｃｕを用いることが好ましい。

本実施形態における第２の導体層１１は、第１の導体層９よりも基体３の裏面３ｂ側に位置するように基体３に埋設されている。そして、基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅Ｌ１が、第１の導体層９における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅Ｌ２よりも大きい。第２の導体層１１としては、第１の導体層９と同様に、導電性の良いものを用いればよく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉなど金属を用いることができる。特に熱伝導性に優れたＡｌ，Ａｇ，Ｃｕを用いることが好ましい。

本実施形態における配線導体１３は、基体３の裏面３ｂ上に配設されている。配線導体１３としては、第１の導体層９と同様に、導電性の良いものを用いればよく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉなど金属を用いることができる。特に熱伝導性に優れたＡｌ，Ａｇ，Ｃｕを用いることが好ましい。

本実施形態において、配線導体１３は、第１の導体層９及び第２の導体層１１を介して発光素子５と電気的に接続されている。具体的には、本実施形態にかかる発光ランプ１は、基体３に埋設されたビア導体１５を備えており、このビア導体１５を介して発光素子５と第１の導体層９、第１の導体層９と第２の導体層１１、及び第２の導体層１１と配線導体１３とがそれぞれ電気的に接続されている。

導電部材７として基体３の主面３ａ及び側面上に金属層を配設し、この金属層を介して配線導体１３と発光素子５とを電気的に接続することにより、配線導体１３から発光素子５に通電することができる。

基体３の主面３ａ及び側面上に金属層を配設し、この金属層を介して配線導体１３と発光素子５とを電気的に接続した場合、発光素子５から基体３へ伝わった熱が基体３の主面３ａ上に配設された金属層を伝わりやすいため、基体３の中央部分から基体３の側端部分へ効率良く拡散させることができる。しかしながら、基体３の中央部分から基体３の側端部分へ金属層を介して熱が伝わるうちに、後述する透光性部材１７などにも多くの熱が拡散する。そのため、基体３の側面に配設された金属層において、十分に基体３の主面３ａ側から基体３の裏面３ｂ側へ発光素子５で生じた熱を伝えることが難しくなる。

一方、本実施形態にかかる発光ランプ１では、発光素子５と第１の導体層９、第１の導体層９と第２の導体層１１、及び第２の導体層１１と配線導体１３とがそれぞれビア導体１５を介して接続されていることから、発光素子５において発生する熱を、基体３を平面視した場合における広範囲へと効率良く拡散させることが可能となる。

また、本実施形態の発光ランプ１は、発光素子５を被覆する透光性部材１７を備えている。発光素子５が外気に露出されていると、長時間の使用により発光素子５の耐久性が低下する可能性がある。しかしながら、本実施形態のように、透光性部材１７により発光素子５が被覆されている場合には、発光効率を大きく低下させることなく、発光素子５の耐久性を向上させることができる。

透光性部材１７は上に凸の形状になっていることが好ましい。これにより、発光素子５から斜め上方に放出された光に対しても発光素子５と透光性部材１７の表面との間隔が長くなることを抑制できるからである。これにより、透光性部材１７による光の吸収を抑制できるので、発光ランプ１の発光効率を高めることができる。透光性部材１７としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明樹脂を用いることができる。

また、本実施形態にかかる発光ランプ１のように、基体３の主面３ａに対して垂直な断面において、第２の導体層１１における基体３の側面に近い側端部が、第１の導体層９における基体３の側面に近い側端部よりも基体３の側面に近いことが好ましい。これにより、基体３の主面３ａ側から裏面３ｂ側に近づくに従って、発光素子５から基体３へ伝わる熱を基体３の中央部分から基体３の側端部分への広範囲へと、より効率良く拡散させやすくなるからである。

また、図２に示すように、第１の導体層９及び第２の導体層１１を平面視した場合に、第２の導体層１１の表面積が第１の導体層９の表面積よりも大きい形状とすることが好ましい。これにより、第２の導体層１１における熱の伝達を第１の導体層９における熱の伝達よりも広範囲に行うことができる。結果として、発光素子５から基体３へ伝わる熱を、基体３を平面視した場合における広範囲へと更に効率良く拡散させるとともに基体３の主面３ａ側から基体３の裏面３ｂ側へ効率良く拡散させることが可能となる。

なお、第１の導体層９及び第２の導体層１１を平面視した場合における、第１の導体層９の表面積及び第２の導体層１１の表面積は、第１の導体層９又は第２の導体層１１が露出するように基体３を研磨すればよい。露出した第１の導体層９及び第２の導体層１１の表面積を測定することで評価できる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。

図４に示すように、本実施形態の発光ランプ１は、第１の導体層９と第２の導体層１１とを電気的に接続する第１のビア導体１５ａと、第２の導体層１１と配線導体１３とを電気的に接続する第２のビア導体１５ｂと、を備えている。そして、第２のビア導体１５ｂが、第１のビア導体１５ａよりも基体３の側面に近い。

基体３と比較して相対的に熱伝導性の良好な第１のビア導体１５ａ及び第２のビア導体１５ｂが上記のように配設されていることにより、基体３の主面３ａ側から裏面３ｂ側に近づくに従って、発光素子５から基体３へ伝わる熱を基体３の中央部分から基体３の側端部分へさらに効率良く拡散させやすくなる。

また、本実施形態にかかる発光ランプ１のように、基体３の主面３ａに対して垂直な断面において、第２の導体層１１の基体３の側面から遠い側端部が、第１の導体層９の基体３の側面から遠い側端部よりも基体３の側面に近いことが好ましい。基体３と比較して相対的に熱伝導性の良好な第１の導体層９及び第２の導体層１１が上記のように配設されていることにより、基体３の中央部分に熱がこもることが抑制されるからである。これにより、基体３の主面３ａ側から裏面３ｂ側に近づくに従って、発光素子５から基体３へ伝わる熱を基体３の中央部分から基体３の側端部分へさらに効率良く拡散させやすくなるからである。

次に、本発明の第３の実施形態について説明をする。

本実施形態の発光ランプ１は、第１の実施形態と比較して、第２の導体層１１の体積が第１の導体層９の体積よりも大きい。第２の導体層１１は第１の導体層９よりも発光素子５から遠い位置にある。そのため、第２の導体層１１における熱の伝達を第１の導体層９における熱の伝達よりも広範囲に行う必要がある。本実施形態の発光ランプ１においては、第２の導体層１１の体積が第１の導体層９の体積よりも大きいことから、第２の導体層１１における熱の伝達を第１の導体層９における熱の伝達よりも速く行うことができる。結果として、第２の導体層１１における熱の伝達を第１の導体層９における熱の伝達よりも広範囲に行うことができる。

具体的には、図５に示すように、第２の導体層１１の厚みＤ２が、第１の導体層９の厚みＤ１よりも大きくすればよい。第２の導体層１１の厚みＤ２を第１の導体層９の厚みＤ１よりも大きくすることにより、第２の導体層１１の体積を第１の導体層９の体積よりも大きくすることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明をする。

図６に示すように、本実施形態の発光ランプ１は、第１の実施形態と比較して、第１の導体層９と第２の導体層１１との間における基体３の厚みＤ１が、第２の導体層１１と配線導体１３との間における基体３の厚みＤ２よりも小さい。

基体３の裏面３ｂ側よりも主面３ａ側の方が発光素子５から生じた熱が多く伝わる。また、基体３として用いられるセラミック層などは厚みが薄いほど熱伝達性が向上する。本実施形態にかかる発光ランプ１においては、第１の導体層９と第２の導体層１１との間における基体３の厚みＤ１が、第２の導体層１１と配線導体１３との間における基体３の厚みＤ２よりも小さいことから、基体３の主面３ａ側よりも裏面３ｂ側における熱伝達性を向上させることができる。結果として、基体３の主面３ａ側よりも裏面３ｂ側の方が発光素子５から生じた熱をより広範囲に効率良く分散させることが可能となる。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。

図７に示すように、本実施形態の発光ランプ１は、第１の実施形態と比較して、第１の導体層９及び第２の導体層１１に加えて、基体３に埋設されるとともに第２の導体層１１よりも基体３の裏面３ｂ側に位置する第３の導体層１９を更に備えている。そして、第３の導体層１９における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅が、第２の導体層１１における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅よりも大きい。

本発明の発光ランプ１は、第１の実施形態に示すように、第１の導体層９及び第２の導体層１１が基体３に埋設された構成に限定されるものではない。つまり、本実施形態のように、基体３に埋設されるとともに第２の導体層１１よりも基体３の裏面３ｂ側に位置する第３の導体層１９を更に備えていてもよい。

本実施形態にかかる発光ランプ１では、第３の導体層１９における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅が、第２の導体層１１における基体３の主面３ａに対して平行な方向の幅よりも大きい。そのため、基体３の中央部分から基体３の側端部分への熱の伝達及び基体３の主面３ａ側から基体３の裏面３ｂ側への熱の伝達をより円滑に行うことができる。

次に、本発明の第６の実施形態について説明をする。

図８に示すように、本実施形態の発光ランプ１は、第１の実施形態と比較して、基体３上に配設され、発光素子５から発光される光を反射する反射面を有する反射部材２１を備えている。上記のような反射部材２１を備えることにより、発光素子５から放出された光を集光して、所望の光出射方向へ放出することができる。

より具体的には、図８に示すように、基体３上であって発光素子５を取り囲むように位置し、内周面が発光素子５から発光される光を反射する反射面である枠状の反射部材２１を用いることができる。また、複数の発光素子５を備えている場合、基体３上であって発光素子５間に位置し、側面が発光素子５から発光される光を反射する反射面である反射部材２１を用いることができる。

反射部材２１としては、発光素子５と対抗する面における光の反射率が高いものであれば良く、例えば、Ａｌ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属を用いることができる。また、アルミナセラミックスなどのセラミックス及びエポキシ樹脂などの樹脂の表面に、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどの反射率の高い金属薄膜が配設されたものを反射部材２１として用いることもできる。さらに、金属薄膜としてＡｇ，Ｃｕのように腐食しやすい部材を用いる場合には、金属薄膜の表面をＮｉのような腐食しにくい部材で被覆することが好ましい。

次に、本発明の一実施形態にかかる照明装置について説明する。

図９に示すように、本実施形態の照明装置２３は、上記の実施形態に代表される発光ランプ１と、発光ランプ１が搭載される搭載板２５と、発光ランプ１に通電する電気配線２７と、発光ランプ１から出射される光を反射する光反射手段２９とを備えている。

本実施形態の照明装置２３における発光ランプ１は搭載板２５上に載置される。このとき、図９に示すように、本実施形態の照明装置２３は、下方を照明するように形成されているため、発光ランプ１は発光素子５が絶縁性基体３よりも下方に位置するようにして、搭載板２５上に載置される。本実施形態の照明装置２３においては、電気配線２７を通じて発光ランプ１に通電することにより、発光素子５が光を射出する。そして、光反射手段２９により、上記射出された光を反射させることで所望の方向を照らす照明装置２３として機能する。

照明装置２３は、発光ランプ１を一つのみ備えていてもよく、また、図９に示すように、複数備えていても良い。また、発光ランプ１を複数備えている場合には、各発光ランプ１を電気配線２７により、直列配置としても、並列配置としても良い。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

本発明の第１の実施形態における発光ランプを示す斜視図である。 図１に示す実施形態における発光ランプを示す分解斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面の断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す拡大断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す平面図である。 本発明の第５の実施形態を示す平面図である。 本発明の第６の実施形態を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる照明装置を示す斜視断面図である。

符号の説明

１・・・発光ランプ
３・・・基体
３ａ・・・主面
３ｂ・・・裏面
５・・・発光素子
７・・・導電部材
９・・・第１の導体層
１１・・・第２の導体層
１３・・・配線導体
１５・・・ビア導体
１５ａ・・・第１のビア導体
１５ｂ・・・第２のビア導体
１７・・・透光性部材
１９・・・第３の導体層
２１・・・反射部材
２３・・・照明装置
２５・・・搭載板
２７・・・電気配線
２９・・・光反射手段

Claims (8)

1. 基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、前記基体に埋設された第１の導体層と、前記基体に埋設されるとともに前記第１の導体層よりも前記基体の裏面側に位置する第２の導体層と、前記基体の裏面上に配設された配線導体と、を備えた発光ランプであって、
   前記基体の主面に対して垂直な方向からの平面透視において、前記第１の導体層および前記第２の導体層は相似形であるとともに、前記第２の導体層の面積が、前記第１の導体層の面積よりも大きいことを特徴とする発光ランプ。
2. 前記配線導体は、前記第１の導体層及び前記第２の導体層を介して前記発光素子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ランプ。
3. 前記基体の主面に対して垂直な方向からの平面透視において、前記第２の導体層の外縁は、前記第１の導体層の外縁よりも外側に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ランプ。
4. 前記基体の主面に対して垂直な方向からの平面透視において、前記第２の導体層の内縁は、前記第１の導体層の内縁よりも外側に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の発光ランプ。
5. 前記第１の導体層と前記第２の導体層とを電気的に接続する第１のビア導体と、前記第２の導体層と前記配線導体とを電気的に接続する第２のビア導体と、を更に備え、前記基体の主面に対して垂直な方向からの平面透視において、前記第２のビア導体が、前記第１のビア導体よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の発光ランプ。
6. 前記第２の導体層の厚みが、前記第１の導体層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の発光ランプ。
7. 前記第１の導体層と前記第２の導体層との間における前記基体の厚みが、前記第２の導体層と前記配線導体との間における前記基体の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の発光ランプ。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の発光ランプと、前記発光ランプが搭載さ
   れる搭載板と、前記発光ランプに通電する電気配線と、前記発光ランプから出射される光を反射する光反射手段とを備えた照明装置。
   

Images