JP5781801B2 - Led発光装置 - Google Patents

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Description

本発明はLED発光装置に関し、特に複数のLED素子を配置して各種照明用の光源としたLED発光装置に関する。
近年、青色系発光ダイオード(LED)の出現により、LED素子を用いたLED発光装置は、その低消費電力および高寿命といった素子の特徴から、各種照明機器に用いられるとともに、携帯電話機器に代表される多くの電子機器や各種制御機器に搭載されている。このような各種照明機器の光源や電子機器のキー照明、バックライト光源等に用いられるLED素子は単個では光量が不足するので、複数個のLED素子を搭載して光源としたLED発光装置が採用されている。このような複数個のLED素子を用いて照明の輝度を大きくするとLED素子の発熱が大きくなり、その放熱を速やかに行う必要がある。そこで放熱特性を向上させることを目的とするLED発光装置が開示されている。
図11は第1の従来例におけるLED発光装置を示す平面図、図12は図11におけるLED発光装置のA−A断面図である。図11、12に示すように、第1の従来例におけるLED発光装置10は、第1部分2と、第1部分2と分離された第2部分3とを含む金属板からなる基板1と、基板1の第1部分2上に固定され、基板1の第1部分2および第2部分3とそれぞれ電気的に接続された2個のLED素子5と、LED素子5からの光を反射する反射枠体8と、LED素子5を封止する透光性部材9とを備えている。第1部分2および第2部分3は互いに所定の距離を隔てて配置され、第1部分2と第2部分3との間には隙間部分4が形成されている。2個のLED素子5の発光により生じた熱は、基板1の第1部分2から放熱される。また、隙間部分4にはLED素子5からの光の漏れを防止するために蛍光体の粒子を含有した透光性部材9が充填されている。(例えば、特許文献1参照。)。
図13は第2の従来例におけるLED発光装置を示す平面図、図14は図13におけるLED発光装置のD−D断面図である。図13、14に示すように、第2の従来例におけるLED発光装置50は発光チップ51、発光チップ51に電源を印加するための第1リード端子52及び第2リード端子54、第1リード端子52及び第2リード端子54を支持するハウジング55、及び発光チップ51を保護するように形成された光透過性の封止剤57を備えている。第1リード端子52及び第2リード端子54は、樹脂をモールデイングしたハウジング55によって支持された状態で互いに離隔するように形成され、第1リード端子2及び第2リード端子54の間にギャップ(隙間部分)が形成される。このギャップの大きさは、外側に配置される第1ギャップ53bが、第1ギャップ53bの内側に配置される第2ギャップ53aより大きく設定されており、これによってハウジング55の支持強度及び耐久性を向上させる。なお、発光チップ51は第1リード端子52に固定されており、発光により生じた熱は、第1リード端子52から放熱される(例えば、特許文献2参照。)。
特開2009−283653号公報(第8−12頁、図2−3) 特開2010−135277号公報(第20−21頁、図23−24)
しかしながら従来の第1の従来例におけるLED発光装置10は、2個のLED素子5がいずれも基板1の第1部分2に固定されているため、2個のLED素子5の発光により生じた熱は基板1の第1部分2から放熱されるが、ワイヤー6によってのみ接続されている基板1の第2部分3は、ワイヤー6が細いため熱の放熱経路としてはほとんど寄与せず放熱効率が低いという問題があつた。また、2個のLED素子5同士の距離が近くなり、基板1の第1部分2からの反射効率が低下するという問題があった。また、第1部分2と第2部分3との間に形成されている隙間部分4は直線状の形状であり隙間部分4の両端部4a、4bから基板1の第2部分3の側面3aまでの距離が同一であるため基板1の曲げに対する強度が不足するという問題があった。
また、第2の従来例におけるLED発光装置50は、ハウジング55の支持強度を向上させる構成になっているが、ギャップの両端部53b、53cが直線P上にあるため曲げに対する強度が十分とはいえず構造が複雑になるという問題があった。また、発光チップ51は第1リード端子52に固定されており、発光により生じた熱は、第1リード端子52から放熱され、ワイヤーで接続されている第2のリード端子54は放熱経路としてはほとんど寄与せず放熱効率が低いという問題があつた。
(目的)
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の曲げに対する強度を向上させると共に輝度特性を高め、且つ放熱効果にも優れたLED発光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明のLED発光装置は、第1の部分と、該第1の部分と分離され所定の間隔を有する隙間部を介して配置されている第2の部分とを含む金属板からなる基板と、前記第1、第2の部分上面のそれぞれに配置され前記第1、第2の部分とそれぞれワイヤーによって電気的に接続されているLED素子と、前記LED素子を封止する封止樹脂部と、前記封止樹脂部の周囲に設ける樹脂枠と備え、前記隙間部は前記基板を平面的に見て同形状の凹部と凸部とが交互に繰り返す凹凸形状に形成されており、前記LED素子は前記隙間部から所定距離だけ離間した位置に配置され、かつ、前記第1の部分上に配置されている一方のLED素子は、前記第1の部分の前記第2の部分と対向する側面に形成されている凹部よりも外側の位置に配置されているとともに、前記一方のLED素子の側面が前記第1の部分の前記第2の部分と対向する側面に形成されている凸部に対応する位置に配置され、前記第2の部分上に配置されている他方のLED素子は、前記第2の部分の前記第1の部分と対向する側面に形成されている凹部よりも外側の位置に配置されているとともに、前記他方のLED素子の側面が前記第2の部分の前記第1の部分と対向する側面に形成されている凸部に対応する位置に配置され、前記隙間部の両端部は前記第1の部分における前記隙間部側と反対側の側面からの距離が互いに異なる位置に形成されていることを特徴とする。
また、前記第1の部分及び前記第2の部分の下面側には、前記隙間部の近傍にそれぞれ裏面凹部が形成され、前記第1の部分上に配置されている一方のLED素子は、前記第1の部分の前記第2の部分と対向する側面に形成されている第1の部分の裏面凹部よりも外側の位置に配置されており、前記第2の部分上に配置されている他方のLED素子は、前記第2の部分の前記第1の部分と対向する側面に形成されている第2の部分の裏面凹部よりも外側の位置に配置されていることを特徴とする。
また、裏面凹部は基板とワイヤーとが接続されている位置に対応する部分を除いた領域に形成されていることを特徴とする
また、隙間部及び裏面凹部には樹脂材料が充填されていることを特徴とする。
また、基板は、銅または銅合金で形成されていることを特徴とする。
また、基板の表面上に光反射層を有し、該光反射層は銀またはニッケルで形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、基板の曲げに対する強度を向上させると共に輝度特性を高め、且つ放熱効果にも優れたLED発光装置を実現することができる。
本発明の第1の実施形態におけるLED発光装置を示す平面図である。 図1におけるLED発光装置のA−A断面図である。 本発明の第1の実施形態におけるLED発光装置の主要部を上面側から見た平面図である。 本発明の第1の実施形態におけるLED発光装置の主要部を下面側から見た平面図である。 図4におけるLED発光装置のB−B断面図である。 本発明の第2の実施形態におけるLED発光装置の主要部を上面側から見た平面図である。 本発明の第2の実施形態におけるLED発光装置の主要部を下面側から見た平面図である。 図7におけるLED発光装置のC−C断面図である。 本発明の第3の実施形態におけるLED発光装置の主要部を上面側から見た平面図である。 本発明の第3の実施形態におけるLED発光装置の主要部を下面側から見た平面図である。 第1の従来例におけるLED発光装置を示す平面図である。 図11におけるLED発光装置のD−D断面図である。 第2の従来例におけるLED発光装置を示す斜視図である。 図13におけるLED発光装置のD−D断面図である。
(第1の実施形態)
図1から図5は本発明の第1の実施形態におけるLED発光装置を示し、2個のLED素子を互いに並列に接続した例を示す。以下、図1−5に基づいて具体的実施形態について説明する。
図1は本発明の第1の実施形態におけるLED発光装置を示す平面図、図2は、図1におけるLED発光装置のA−A断面を示す断面図である。図1、図2に示すように本実施形態におけるLED発光装置20は、第1の部分13と該第1の部分13と分離され所定の間隔を有する隙間部15を介して配置されている第2の部分14とを含む金属板からなる基板101と、第1、第2の部分13、14の上面のそれぞれに配置されるLED素子11、12とを備えている。
一方のLED素子11は第1の部分13上に絶縁された状態で熱伝導性接着材で接着配置されており、他方のLED素子12は第2の部分14上に絶縁された状態で熱伝導性接着材で接着配置されている。また、一方のLED素子11のp側電極11aは、第2の部分14とワイヤー17aによって電気的に接続され、n側電極11bは、第1の部分13とワイヤー17bによって電気的に接続されている。さらに、他方のLED素子12のp側電極12aは、第2の部分14とワイヤー18aによって電気的に接続され、n側電極12bは、第1の部分13とワイヤー18bによって電気的に接続されている。さらに、LED素子11、12とワイヤー17a、17b、18a、18bとを被覆するようにシリコーン樹脂からなる封止樹脂部16が形成されており、この封止樹脂部19の周囲には樹脂枠16が設けられている。
隙間部15は基板101を平面的に見て凹部と凸部とが交互に繰り返す凹凸形状に形成されており、隙間部15の近傍において、第1の部分13及び第2の部分14の下面側に、それぞれ裏面凹部21、22が形成されている。さらに隙間部15及び裏面凹部21、22には樹脂材料26が充填されている。なお、隙間部15及び裏面凹部21、22については後述する。
図3は本実施形態におけるLED発光装置20の主要部を上面側から見た平面図であり、説明の都合で図1におけるLED発光装置20の封止樹脂部16と樹脂枠19とを省略して描いてある。図3に示すように基板101は、銅または銅合金から構成されており、基板101に含まれる第1の部分13はn電極として、第2の部分14はp電極として、それぞれLED素子11、12に給電するための電極として機能するように構成されている。なお、図示していないが基板101の表面上には銀(Ag)またはニッケル(Ni)からなる光反射層が形成されている。
また、第1の部分13と第2の部分14とを電気的に絶縁するために、第1の部分13および第2の部分14は互いに所定の距離を隔てて配置されていて、第1部分13と第2の部分14との間には前述のように凹凸形状をなす隙間部15が形成されている。したがって、第1の部分13と第2の部分14とが互いに対向する側面は、それぞれ凹凸形状に形成されている。また、隙間部15の両端部15a、15bは、一方の端部15aから第1の部分13における隙間部15と反対側の側面13cまでの距離aと、他方の端部15bから第1の部分13における隙間部15と反対側の側面13cまでの距離bとが互いに異なる位置に形成されている。
第1の部分13上に配置されている一方のLED素子11は、第1の部分13の第2の部分14と対向する側面に形成されている凹部27bから所定の距離cを隔てた位置に配置されているとともに、LED素子11の側面11cが第1の部分の第2の部分14と対向する側面に形成されている凸部27aと対向する位置に配置されている。同様に第2の部分14上に配置されている他方のLED素子12は、第2の部分の第1の部分13と対向する側面に形成されている凹部28bから所定の距離cを隔てた位置に配置されているとともに、LED素子12の側面12cが第2の部分の第1の部分13と対向する側面に形成されている凸部28aと対向する位置に配置されている。
図4はLED発光装置20の主要部を下面側から見た平面図、図5は図4におけるLED発光装置のB−B断面を示す断面図である。図4、図5に示すように、第1の部分13の下面側には隙間部15の近傍に裏面凹部21が形成されている。この裏面凹部21は、LED素子11が搭載されている領域に対応する部分、および第1の部分13とワイヤー18aとが接続されている接続部62に対応する部分を除いた領域に形成されている。同様に、第2の部分14の下面側にも隙間部15の近傍に裏面凹部22が形成されている。この裏面凹部22は、LED素子12が搭載されている領域に対応する部分、および第2の部分14とワイヤー17bとが接続されている接続部61に対応する部分を除いた領域に形成されている。なお、この裏面凹部21、22及び隙間部15には樹脂材料26が充填されている。
以上のように本実施形態のLED発光装置20は、第1の部分13と第2の部分14との間に隙間部15を凹凸形状に形成し、隙間部15の両端部15a、15bを互いに異なる位置となるように形成することにより、基板101の曲げに対する強度を向上させることができる。また、第1の部分13及び第2の部分14の下面側における隙間部15の近傍にそれぞれ裏面凹部21、22が形成し隙間部15及び裏面凹部21、22に樹脂材料を充填することにより基板101の曲げに対する強度をさらに向上させることができる。
また、互いに分離された第1の部分13と第2の部分14のそれぞれにLED素子11、12を配置することにより、第1の部分13と第2の部分14との両方の部分から放熱するこができ、基板101からの放熱特性が向上する。さらに、LED素子11、12同士の距離を大きくすることができ、基板101においてLED素子11、12が発光する光を反射する面積が大きくなり、輝度が向上する。さらにLED素子11、12の側面が第1の部分13と第2の部分14とが対向する側面に形成されている凸部27a、28aとそれぞれ対向する位置に配置されているため、基板101におけるLED素子11、12が発光する光を反射する面積が大きくなり、輝度を向上させることができる。
(第2の実施形態)
図6は本発明の第2の実施形態におけるLED発光装置の主要部を上面側から見た平面図であり、説明の都合で封止樹脂部と樹脂枠とを省略して描いてある。第2の実施形態におけるLED発光装置は、基板の第1の部分と第2の部分とのそれぞれに複数のLED素子対を実装した点が第1の実施形態と異なり、その他の点は第1の実施形態と同様である。したがって同一構成要素については同じ符号を付与し説明を省略する。
図6に示すように第2の実施形態におけるLED発光装置30は、第1の部分23と第1の部分23と分離され所定の間隔を有する隙間部25を介して配置されている第2の部分24とを含む金属板からなる基板201と、第1の部分23の上面に配置されるLED素子11、51と、第2の部分24の上面に配置されるLED素子12、52とを備えている。
第1の部分23にはLED素子11とLED素子51とが第1の部分23の側面23cに沿って所定の間隔を設けて配置され、絶縁された状態で熱伝導性接着材で接着配置されている。同様に、第2の部分24にはLED素子12とLED素子52とが所定の間隔を設けて配置され、絶縁された状態で熱伝導性接着材で接着配置されている。なお、LED素子11,51、は、第1の実施形態におけるLED素子11、12と同様に第1の部分23に、LED素子12、52は第2の部分24にそれぞれ電気的に接続されている。また、隙間部25は、第1の実施形態における隙間部15と同様であり両端部25a、25bは互い異なる位置に形成されている。
第1の部分23上に配置されている一方のLED素子51の側面51cは、LED素子11の側面11cと同様に、第1の部分23の第2の部分24と対向する側面に形成されている凸部37aと対向する位置に配置されている。同様に第2の部分24上に配置されている他方のLED素子52の側面12cは、LED素子12の側面12cと同様に第2の部分24の第1の部分23と対向する側面に形成されている凸部38aと対向する位置に配置されている。その他の隙間部25とLED素子11,51、12、52との位置関係は、第1の実施形態と同様であるため説明は省略する。
図7はLED発光装置の主要部を下面側から見た平面図、図8は図7におけるLED発光装置のC−C断面を示す断面図である。図7、図8に示すように、第1の部分23の下面側には隙間部25の近傍に裏面凹部31が形成されている。この裏面凹部31は、LED素子11、51が搭載されている領域に対応する部分、および第1の部分23とワイヤー18a、48aとが接続されている接続部62、64に対応する部分を除いた領域に形成されている。同様に、第2の部分24の下面側にも隙間部25の近傍に裏面凹部32が形成されている。この裏面凹部32は、LED素子12、52が搭載されている領域に対応する部分、および第2の部分24とワイヤー17b、47bとが接続されている接続部61、63に対応する部分を除いた領域に形成されている。
また、裏面凹部31、32及び隙間部25には樹脂材料26が充填されている。その他の構成については、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。なお、本実施形態においては、第1,第2の部分上のそれぞれに2個のLED素子を搭載した例で説明したが、これに限定されるものではなく、2個以上の複数のLED素子を搭載した場合も同様である。
以上のように本実施形態のLED発光装置30によれば、複数のLED素子を第1の部分23と第2の部分24とを含む基板201上に実装した場合において複数のLED素子から発生する大量の熱を効率良く放熱することができる。また、第1の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
(第3の実施形態)
図9は本発明の第3の実施形態におけるにLED発光装置の主要部を上面側から見た平面図であり、説明の都合で封止樹脂部と樹脂枠とを省略して描いてある。第3の実施形態におけるLED発光装置は、2個のLED素子を基板の第1の部分の側面に対して所定の角度で傾斜させて配置した点が第2の実施形態と異なり、その他の点は第2の実施形態と同様である。したがって同一構成要素については同じ符号を付与し説明を省略する。
図9に示すように第3の実施形態におけるLED発光装置40は、基板の第1の部分33にはLED素子11とLED素子51とが第1の部分33の側面33cと角度Qだけ傾斜した直線Pに沿って所定の間隔を設けて配置されている。同様に、第2の部分34にはLED素子12とLED素子52とが直線Pに沿って所定の間隔を設けて配置されている。また、隙間部35も直線Pに沿って凹凸状に形成されていて、両端部35a、35bは互い異なる位置に形成されている。なお、LED素子11,51は、第2の実施形態と同様に第1の部分33に、LED素子12、52は、第2の部分34にそれぞれ電気的に接続されている。
図10はLED発光装置の主要部を下面側から見た平面図である。図10に示すように、第1の部分33の下面側には隙間部35の近傍に直線Pに沿って裏面凹部41が形成されている。この裏面凹部41は、LED素子11、51が搭載されている領域に対応する部分、および第1の部分33とワイヤー18a、48aとが接続されている接続部62、64に対応する部分を除いた領域に形成されている。同様に、第2の部分34の下面側にも隙間部25の近傍に直線Pに沿って裏面凹部42が形成されている。この裏面凹部42は、LED素子12、52が搭載されている領域に対応する部分、および第2の部分34とワイヤー17b、47bとが接続されている接続部61、63に対応する部分を除いた領域に形成されている。なお、その他の構成については、第2の実施形態と同様であるため説明を省略する。
以上のように本実施形態のLED発光装置40によれば、隙間部35が基板の第1の部分の側面33cに対して所定の角度Qで傾斜して形成されているため基板の曲げに対する強度をさらに向上させることができる。また、本実施形態においても第2の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
なお、各実施形態におけるLED素子については、特に説明しなかったが、赤色LED、緑色LED、青色LED等、適宜選択することができる。また、封止樹脂についても各種の蛍光体が含有されているシリコーン樹脂からなる蛍光性樹脂等も用いることができる。
11、12 LED素子
11a、12a p側電極
11b、12b n側電極
11c、12c LED素子の側面
13、23、33 第1の部分
14、24、34 第2の部分
13c 第1の部分の側面
15、25、35 隙間部
15a、25a、35a 隙間部の一方の端部
15b、25b、35b 隙間部の他方の端部
16 樹脂枠
17a、17b、18a、18b ワイヤー
19 封止樹脂
20 30、40 LED発光装置
21、31、41 第1の部分の裏面凹部
22、32、42 第2の部分の裏面凹部
26 樹脂材料
27a、37a 第1の部分の凸部
27b 第1の部分の凹部
28a、38a 第2の部分の凸部
28b 第2の部分の凹部
47b、48a ワイヤー
61、62、63、64 ワイヤーと基板の接続部
101、201 基板

Claims (6)

  1. 第1の部分と、該第1の部分と分離され所定の間隔を有する隙間部を介して配置されている第2の部分とを含む金属板からなる基板と、前記第1、第2の部分上面のそれぞれに配置され前記第1、第2の部分とそれぞれワイヤーによって電気的に接続されているLED素子と、前記LED素子を封止する封止樹脂部と、前記封止樹脂部の周囲に設ける樹脂枠と備え、前記隙間部は前記基板を平面的に見て同形状の凹部と凸部とが交互に繰り返す凹凸形状に形成されており、前記LED素子は前記隙間部から所定距離だけ離間した位置に配置され、かつ、前記第1の部分上に配置されている一方のLED素子は、前記第1の部分の前記第2の部分と対向する側面に形成されている凹部よりも外側の位置に配置されているとともに、前記一方のLED素子の側面が前記第1の部分の前記第2の部分と対向する側面に形成されている凸部に対応する位置に配置され、前記第2の部分上に配置されている他方のLED素子は、前記第2の部分の前記第1の部分と対向する側面に形成されている凹部よりも外側の位置に配置されているとともに、前記他方のLED素子の側面が前記第2の部分の前記第1の部分と対向する側面に形成されている凸部に対応する位置に配置され、前記隙間部の両端部は前記第1の部分における前記隙間部側と反対側の側面からの距離が互いに異なる位置に形成されていることを特徴とするLED発光装置。
  2. 前記基板は、銅または銅合金で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のLED発光装置。
  3. 前記基板の表面上に光反射層を有し、該光反射層は銀またはニッケルで形成されていることを特徴とする請求頂1又は2に記載のLED発光装置。
  4. 前記第1の部分及び前記第2の部分の下面側には、前記隙間部の近傍にそれぞれ裏面凹部が形成され、記第1の部分上に配置されている一方のLED素子は、前記第1の部分の前記第2の部分と対向する側面に形成されている第1の部分の裏面凹部よりも外側の位置に配置されており、前記第2の部分上に配置されている他方のLED素子は、前記第2の部分の前記第1の部分と対向する側面に形成されている第2の部分の裏面凹部よりも外側の位置に配置されていることを特徴とする請求頂1から3のいずれかに記載のLED発光装置。
  5. 前記裏面凹部は前記基板と前記ワイヤーとが接続されている位置に対応する部分を除いた領域に形成されていることを特徴とする請求項4に記載のLED発光装置。
  6. 記前隙間部及び前記裏面凹部には樹脂材料が充填されていることを特徴とする請求項4または5に記載のLED発光装置。
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