JP6336787B2 - 光源ユニット - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた光源ユニットに関するものであり、特に、光量の調整と接続の自由度を高めたものに関する。

従来、発光ダイオードを用いた光源ユニットは、細長い基台の上にプリント基板を接合し、プリント基板中央の貫通長穴から露出する基台の上面に複数の発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略称する）素子を長手方向に整列させて実装し、そのＬＥＤ素子を貫通長穴に沿って設けられたプリント基板上の配線パターンにワイヤーでそれぞれ接続して、封止樹脂で封止したものであった（例えば、特許文献１及び２を参照）。

また、この光源ユニットにおける配線パターンは、単に一方の端末に電極を設けるか又は、両端にそれぞれ電極を設けたものであった。

特開２００６−２９５０８５号公報 特開２００７−１０９４０４号公報

上記従来の光源ユニットでは、プリント基板の貫通長穴内の基台の中央にＬＥＤ素子が配置され、その周囲にあるプリント基板に設けられた配線パターンにワイヤーボンディングされていたため、接続用のワイヤーを長くする必要があった。このようにＬＥＤ素子を接続するワイヤーが長くなると、封止樹脂で封止する際などにワイヤーが切れるおそれがあった。

また、通常、この種の光源ユニットにおいて光量を調整するには、ＬＥＤ素子の数を増減することが必要とされる。従来の光源ユニットでは、ＬＥＤ素子が基台の長手方向に整列しているため、各ＬＥＤ素子の発光のバラツキを考慮しつつその間隔を狭めたり広げたりしてＬＥＤ素子の数を増減するか又は、ＬＥＤ素子の数に合わせて基台の長さを伸縮する等の調整が必要であった。しかし、ＬＥＤ素子の数を増やすためにＬＥＤ素子の間隔を狭めるには限界があり、また、ＬＥＤ素子の間隔を広くし過ぎると明暗の発生や発色のバラツキが目立つことがあった。また、基台の長さを変えると、その光源ユニットを取り付ける照明機器の構造や規格を変更しなければならなくなるという問題が生じる。

また、配線パターンの一方の端末だけに電極を設けるか又は両端にそれぞれ電極を設けた場合、光源ユニット同士を直列あるいは並列に接続するときの配線の引き回しが長く複雑になることがあり、接続の自由度が低かった。

本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を解決し、ＬＥＤ素子の数の増減を容易にすると共にそれを接続するワイヤーを短くすることを可能にし、光源ユニット間の接続の自由度を高めた光源ユニットを提供することにある。

本発明の光源ユニットは、上面に細長矩形状の実装領域が設定された細長い板形状の基台と、前記実装領域を除く前記基台の上面に配設され、前記実装領域の長手方向に沿って両側に配線パターンが形成された基板と、複数の発光ダイオード素子を直列に接続してブロックを形成し、前記実装領域内にブロック毎に間隔をあけて実装され、前記配線パターンにブロック毎に接続された複数の発光ダイオード素子ブロックと、該発光ダイオード素子ブロックを封止する透光性を有する封止樹脂と、を備えている。

また、前記発光ダイオード素子ブロックは、前記配線パターン間に架け渡される複数の発光ダイオード素子を近接配置させて実装した発光ダイオード素子列により形成されている。

また、前記発光ダイオード素子列は複数設けられ、近接配置されることで前記発光ダイオード素子ブロックの一つを形成している。

また、前記発光ダイオード素子ブロックは実装領域の長手方向に所定の間隔をあけて複数配置されている。

さらに、この光源ユニットにおける前記配線パターンの少なくとも一端に電極が設けられている。

本発明の光源ユニットでは、複数のＬＥＤ素子を直列に接続してＬＥＤ素子ブロックを形成し、そのＬＥＤ素子ブロックを複数設けているので、ＬＥＤ素子ブロック内のＬＥＤ素子の数やＬＥＤ素子ブロックの数を、用途に応じて容易に増減して光量を調整することができる。特に、ＬＥＤ素子の数やブロック数を増減する際に、複数のＬＥＤ素子を、ブロックを形成するように配置しているため、ＬＥＤ素子の発光や発色のバラツキが目立たず、数の変更を容易に行うことができる。また、複数のＬＥＤ素子を、ブロックを形成するように実装しているので、ＬＥＤ素子を多数実装しても基台の実装領域を広げる必要がない。従って、ＬＥＤ素子を中央に一列に整列させた従来の光源ユニットと同じ光量を得る場合、より狭い範囲にＬＥＤ素子を収めて小型化することができる。

また、複数のＬＥＤ素子を配線パターン間に架け渡すように整列させているので、隣り合うＬＥＤ素子間の距離を狭め、端に位置するＬＥＤ素子と配線パターンとの間の距離も接近させることができる。これにより、ＬＥＤ素子同士の接続及びＬＥＤ素子と配線パターンとの接続を図るワイヤーを短くすることができ、ワイヤーの断線を防ぐことができる。

また、ＬＥＤ素子を多数実装しても実装領域を広げる必要がないため、配線パターンの端部に形成する電極を設けるスペース等に余裕を持たせることができる。このため、電極の位置や数の変更が容易であり、その電極間の接続も容易に変更することができる。

本発明の一実施形態に係る光源ユニットの平面側からの斜視図である。 図１に示す光源ユニットの底面側からの斜視図である。 図１に示す光源ユニットの封止樹脂を除いた平面図である。 図３においてIV−IVに沿った断面図である。 図１に示す光源ユニットにおいて電極の変更例を示す平面図である。 図１に示す光源ユニットを長手方向に連結し、電極を直列接続した場合の例を示す平面図である。 図５に示す光源ユニットを長手方向に連結した場合の例を示す平面図である。 図１に示す光源ユニットを長手方向に連結し、電極を並列接続した場合の例を示す平面図である。 図５に示す光源ユニットを幅方向に連結し、電極を並列接続した場合の例を示す平面図である。 図１に示す光源ユニットを幅方向に連結し、電極を直列接続した場合の例を示す平面図である。

図１乃至図４に示す光源ユニット１は、基台２と、基板３を備えている。この基台２は、熱伝導率が高く放熱性に優れた金属、合金からなるものであり、細長い板形状等の略直方体をなすものである。また、本実施形態における基台２の中央には、その長手方向に伸びる細長矩形状の実装領域２ａが設定されている。

一方、基板３は、絶縁性を有するアルミナ、樹脂等からなるフィルム、薄板状のものであり、基台２の実装領域２ａに適合する細長い貫通孔３ａを有し、実装領域２ａを除く基台２の上面上に配設されている。この基板３には、実装領域２ａの長手方向に沿うように、貫通孔３ａの縁に一対の配線パターン４，５が設けられている。この配線パターン４，５は、実装領域２ａを挟むように対向配置されている。また、本実施形態における配線パターン４，５には、その長手方向の両端部にそれぞれ接続用の電極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが設けられている。

ＬＥＤ素子６は、基台２の実装領域２ａ内に複数実装されている。本実施形態におけるＬＥＤ素子６は、配線パターン４，５の間に架け渡されるように４個が直列に接続されてＬＥＤ素子列６Ｌを形成し、このＬＥＤ素子列６Ｌが２列接近して並ぶように直列に接続されることでＬＥＤ素子ブロック６Ｂを形成している。また、本実施形態におけるＬＥＤ素子ブロック６Ｂは、ブロック毎に所定の間隔をあけて実装領域２ａ内に複数個が実装されており、この実施形態では等間隔に１０個のブロックが長手方向に設けられている。このようにＬＥＤ素子ブロック６Ｂを所定の間隔をあけて配置すると、発光領域がブロック毎にまとまって小さくなる。発光領域を小さくすることで小型化が可能となるだけでなく、発光領域を覆う封止樹脂及びそこに混入される蛍光体の厚さのバラツキを防ぐことができ、色度不良を軽減することができる。なお、本実施形態では１０個のＬＥＤ素子ブロック６Ｂを等間隔にあけて実装しているが、同じ実装領域でもＬＥＤ素子ブロック６Ｂの数量の増減によって間隔の大きさは調整が可能であり、またブロック同士の間隔も必ずしも等間隔である必要はない。

また、この実施形態では１つのＬＥＤ素子ブロック６Ｂを形成する８個のＬＥＤ素子６は、互いに直列になるようにワイヤー７で接続されている。また、直列に接続されたＬＥＤ素子ブロック６Ｂ内の両端末部分のＬＥＤ素子６は、ワイヤー８で配線パターン４，５にそれぞれ接続されている。

また、貫通孔３ａの縁には、実装領域２ａを囲うように樹脂枠９が配線パターン４，５と基板３の上面上に形成されている。この樹脂枠９は、ＬＥＤ素子６上のワイヤー７，８よりも十分に高い高さで形成されている。

封止樹脂１０は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなり、樹脂枠９内に充填されて硬化することでＬＥＤ素子６及びワイヤー７，８を封止するものである。なお、この封止樹脂１０には、必要に応じて蛍光体を混入させることもある。

上記構成からなる光源ユニット１では、電極４ａ（又は４ｂ），５ａ（又は５ｂ）を電源に接続することで、配線パターン４，５にそれぞれ接続されたＬＥＤ素子ブロック６Ｂが発光する。

この光源ユニット１におけるＬＥＤ素子６は、各ブロック内にて接近して配置されると共に配線パターン４，５に間に架け渡されるように列をなして実装されているので、各ＬＥＤ素子６の間隔と端末部のＬＥＤ素子６と配線パターン４，５の間隔は極めて狭くなる。このため、ＬＥＤ素子６間を接続するワイヤー７とＬＥＤ素子６と配線パターン４，５を接続するワイヤー８は非常に短くなる。その結果、ワイヤー７，８に封止樹脂９の充填や硬化による応力が作用しても断線しにくくなる。

また、このＬＥＤ素子ブロック６Ｂのように、多数のＬＥＤ素子６を直列に接続することで、各ＬＥＤ素子６のＶｆのバラツキによる光度のバラツキを抑制することができる。

本実施形態におけるＬＥＤ素子列６Ｌは、２列ずつ接近して一つのＬＥＤ素子ブロック６Ｂを形成しているが、これを１列あるいは３列等に増減することができる。また、各ＬＥＤ素子列６Ｌを形成するＬＥＤ素子６の数を増減することも可能である。

また、本実施形態では、配線パターン４，５の両端末にそれぞれ電極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを設けているが、図５に示すように、配線パターン４，５の相反する一方の端末に比較的大きい横長矩形状の電極４ｃ，５ｃを設けることもできる。さらに、図６乃至図１０に示すように、光源ユニット１を複数連結する場合にも、電極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂあるいは電極４ｃ，５ｃを直列又は並列接続することで、光源ユニット1間の連結が容易となる。

例えば、図６に示したように、複数の光源ユニット１を長手方向に連結し、隣接する電極４ａと電極５ｂを接続することで、光源ユニット１同士の直列接続が可能となり、また、図７に示したように、複数の光源ユニット１を長手方向に連結し、隣接する電極４ｃと電極５ｃを接続することでも、光源ユニット１同士の直列接続が可能となる。一方、図８に示したように、複数の光源ユニット１を長手方向に連結した場合でも、隣接する電極４ａと電極４ｂを接続し、電極５ａと電極５ｂをそれぞれ接続することで、光源ユニット１同士の並列接続が可能となる。

さらに、本発明の光源ユニット１は、図９及び図１０に示したように複数の光源ユニット１を幅方向に連結することも可能であり、この場合でも図９に示したように、隣接する電極４ｃ同士及び電極５ｃ同士をそれぞれ接続することで、光源ユニット１同士の並列接続が可能となる一方、図１０に示したように、隣接する光源ユニット１の電極４ａと５ａを接続することで、光源ユニット１同士の直列接続が可能となる。

上述したように、いずれの場合にも複数の光源ユニット１を長手方向にも幅方向にも連結が容易であり、また電極同士の直列接続及び並列続線を、接続線１１を交差させることなく無理なく容易に配線することができる。なお、各光源ユニット１は、その基台２及び基板３の端部に設けられた凹部１２に固定ネジ１３を嵌め込むことで照明機器等に固定される。

１ 光源ユニット
２ 基台
２ａ 実装領域
３ 基板
３ａ 貫通孔
４，５ 配線パターン
４ａ，４ｂ，４ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ 電極
６ ＬＥＤ素子
６Ｂ ＬＥＤ素子ブロック
６Ｌ ＬＥＤ素子列
７，８ ワイヤー
９ 樹脂枠
１０ 封止樹脂
１１ 接続線
１２ 凹部
１３ 固定ネジ

Claims (2)

1. 上面に細長矩形状の実装領域が設定された細長い板形状の基台と、
   前記実装領域を除く前記基台の上面に配設され、前記実装領域の長手方向に沿って両側に配線パターンが形成された基板と、
   複数の発光ダイオード素子を直列に接続してブロックを形成し、前記実装領域内にブロック毎に間隔をあけて実装され、前記配線パターンにブロック毎に接続された複数の発光ダイオード素子ブロックと、
   該発光ダイオード素子ブロックを封止する透光性を有する封止樹脂と、を備え、
   前記発光ダイオード素子ブロックは、前記配線パターン間に近接配置された複数の発光ダイオード素子によって形成された発光ダイオード素子列を有し、
   前記発光ダイオード素子列が複数近接配置されることで前記発光ダイオード素子ブロックの一つを形成し、
   前記発光ダイオード素子ブロックは、実装領域の長手方向に所定の間隔をあけて複数配置されていることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記配線パターンの少なくとも一端に電極が設けられている請求項１に記載の光源ユニット。

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