JP6519123B2 - 発光素子搭載用基板及び該基板の固定方法 - Google Patents
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Description
このような発光装置は、通常、回路等が形成された実装基板に固定されて使用されるため、その基板に切欠き及び/又は螺子穴がそれぞれ形成されている(例えば、特許文献1)。そして、このような発光装置を実装基板に固定する場合、その使用目的によって、高度な位置精度が求められている。
例えば、発光装置における切欠き及び/又は螺子穴の配置精度が良好であっても、実装基板側の螺子等に起因して、高精度の固定が実現できないことがある。また、その固定の際にずれが生じると、位置精度を高めることができない。その結果、発光装置の基板に歪を生じさせることとなり、発光装置の基板がその使用における温度サイクルにより膨張収縮を繰り返し、基板の破損又は割れを招く。また、発光装置を実装基板から浮きあがらせることとなり、発光装置の放熱性を低下させる。
平面視において、一辺側に面して配置された第1凹部及び第2凹部を備え、別の基板に固定される発光素子搭載用基板であって、
第1の螺子と当接される前記第1凹部は、2つの隅部と、該2つの隅部を繋ぐ直線部であって、前記第1の螺子が当接された状態で第1の螺子が前記一辺の延長する方向に移動し得る長さを有する直線部とを有し、かつ、
第2の螺子と当接される前記第2凹部は、その内側の端部に向かって幅狭となる少なくとも2つの線部を有し、
前記別の基板に配置される前記第1の螺子と前記第1凹部とが当接され、かつ、前記別の基板に配置される前記第2の螺子と前記第2凹部とが当接されて、当該別の基板に固定され、
前記第1凹部の前記直線部と前記第1の螺子との当接位置及び前記第2凹部の前記2つの線部の少なくとも一方と前記第2の螺子との当接位置に基づき、前記別の基板との位置合わせが可能な発光素子搭載用基板である。
また、本発明の発光素子搭載用基板の固定方法は、
上述した発光素子搭載用基板と所定間隔で配置された2つの螺子を備えた実装基板とを準備し、
前記発光素子搭載用基板における第1凹部と前記第1の螺子とを、及び、第2凹部と前記第2の螺子とを、それぞれ当接させ、
前記第1及び第2の螺子を締めて前記発光素子搭載用基板を前記実装基板に固定することを含むことを特徴とする。
発光素子搭載用基板は、板状の部材であり、複数の発光素子を保持し得る程度の厚みがあればよい。従って、剛性を有するものであってもよいし、柔軟性を有するもののいずれでもよい。
基板の平面の概形は、特に限定されるものではなく、多角形やその少なくとも1つの多角形を構成する辺が丸みをおびたもの等の種々の形状とすることができる。なかでも、四角形であることが好ましい。ただし、これらの形状に、凹部や凸部、切欠き、孔等が規則的又は不規則的に配置されていてもよい(図1Cの基板1a参照)。
ここで、一辺側とは、図1A又は図1Bに示すように、基板1、70の概形が四角形の場合は、その一辺2a、70aを指す。また、基板1aが、その外周の一部に凹部や凸部を有する場合には、図1Cに示すように、発光領域6に対して同じ側、つまり、1つの辺が配置する側に第1凹部10及び第2凹部20配置されていること、必ずしも同じ辺において、第1凹部10及び第2凹部20が配置されていなくてもよいことを包含する。
また、第1凹部及び第2凹部は、言い換えると、板状基板において側面(平面視における一辺に相当)に形成されているものであり、板状基板の側面からその内側において、表裏面の一部が切り欠かれた部位を指す。第1凹部及び第2凹部は、必ずしも同じ側面に配置されていなくてもよく、上記と同様に発光領域6に対して同じ側に配置する側面に配置されていればよい(図1C参照)。
例えば、図1Aに示すように、第1凹部10は、隅部として、2つのアール部11、12と、これら2つのアール部11、12を繋ぐ直線部13とを有する。あるいは、図1Bに示すように、第1凹部80は、隅部として、2つの直角の部位と、これら2つの隅部81、82を繋ぐ直線部83とを有する。以下、第1凹部10、80の最も基板内側の端部を「終端」ということがある。
第1凹部10、80の一辺2a、70aから終端までの深さは、特に限定されず、実装基板に固定する際の螺子の大きさに応じて適宜調整することができる。例えば、使用する螺子の1〜3倍程度の深さ、12〜1.8倍程度の深さが挙げられる。具体的には、1mm〜数cm程度が挙げられ、1mm〜10mm程度又は数mm〜10mm程度が好ましい。
アール部11、12の曲率半径は、特に限定されず、実装基板に固定する際の螺子の大きさに応じて適宜調整することができる。例えば、使用する螺子の直径の0.1〜2倍程度、0.3〜1倍程度が挙げられる。具体的には、0.数mm〜数cm程度の曲率半径が挙げられ、0.数mm〜10mm程度又は1mm〜5mm程度が好ましい。
アール部11とアール部12とは、異なる曲率半径を有していてもよいが、同じであることが好ましい。
隅部81、82は、異なる角度を有していてもよいが、同じであることが好ましい。
第1線部14、84及び第2線部15、85は、曲線あるいは蛇行した曲線又は直線のいずれでもよく、なかでも、直線であることが好ましい。また、第1線部14、84及び第2線部15、85は、互いに平行であることが好ましいが、基板の一辺と2つの隅部81、82又はアール部11、12との間で、少なくとも一方の隅部又はアール部に向かって、または双方の隅部又はアール部に向かって傾斜していてもよい。言い換えると、第1凹部の終端に向かって第1凹部の幅が狭くなるように、一辺2a、70aに対して傾斜していてもよい。ここでの傾斜の角度(図1A中、α)は、一辺2a、70aに対して90±5°程度が挙げられる。第1線部14、84及び第2線部15、85の傾斜の角度は、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。ここでの傾斜の角度は、後述する第2凹部20、90の傾斜角度よりも小さいことが好ましい。
これらの第3線部23、93及び第4線部24、94は、曲線あるいは蛇行した曲線又は直線のいずれでもよく、なかでも、直線であることが好ましい。
第3線部と第4線部とは、少なくとも一方が、端部に向かって、一辺に対して傾斜していればよく、双方が傾斜していることが好ましい。この場合の傾斜の角度(図1A中、β)は、一辺2a、70aに対して90°より大きく〜100°程度が挙げられる。第3線部及び第4線部の傾斜の角度は、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
いずれの場合においても、第1凹部の端部に相当する位置における第2凹部の幅、つまり、図1Aで説明すると、第1凹部の直線部が位置する部位Xにおける第2凹部の幅は、第1凹部の直線部の長さよりも小さいことが好ましい。例えば、図1Aでは、アール部21とアール部22との連結点(長さゼロ)は、直線部13の長さよりも小さく、図1Bでは、第1凹部の直線部83が位置する部位Xに相当する位置において、直線部83の長さは、その位置における第2凹部の幅Zよりも長いことが好ましい。ここでの幅Zは、実装基板に固定する際の螺子の大きさによるが、例えば、0.5mm〜数cm程度が挙げられ、1mm〜10mm程度又は1mm〜5mm程度が好ましい。
第3凹部は、第1凹部及び/又は第2凹部の何れかと同様の形状又はこれらの大きさで例示された範囲の大きさとすることができる。
このような貫通孔又は第3凹部を有することにより、第1凹部及び第2凹部によって高精度に位置合わせした基板を、強固に実装基板に固定することができる。
発光領域6には、複数の発光素子が搭載されている。発光素子としては、特に限定されるものではなく、当該分野で通常用いられている種々の半導体層からなる、種々の発光波長のものが挙げられる。例えば、発光素子は、列状、行状に又はマトリクス状に配列されているものが好ましい。その数は、例えば、1〜数十×1〜数十個程度が挙げられる。これらの発光素子の接続形態は、特に限定されず、直列、並列、直並列、並直列の1以上の回路を含むものが挙げられる。なかでも、直並列又は並直列、具体的には、2並列×10直列が、複数回路含まれるものが好ましい。このような接続形態とすることにより、1つの発光素子が不通となっても、または複数の発光素子がランダムに不通となっても、この発光素子を含まない回路において不通を回避することができる。
回路パターンは、通常、発光素子の電気的な接続に用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、当該分野で公知の材料(例えば、銅、アルミニウム箔、厚み:数μm〜数百μm)を、公知の方法で形成したものを利用することができる。
本発明の発光素子搭載用基板の固定方法では、まず、上述した発光素子搭載用基板と所定間隔で配置された2つの螺子を備えた実装基板とを準備する。
実装基板は、通常、発光装置等を実装するための基板であり、任意に配線パターン等をその表面に有する。実装基板は、例えば、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂、の絶縁材料、半導体、金属(例えば、銅、銀、金、アルミニウム等)等の導電材料及びこれらの複合体等によって形成することができる。
ここに配置された螺子は、2つあればよく、上述した発光素子搭載用基板の第1凹部及び第2凹部の間隔に対応する間隔で設けられていればよい。例えば、これらの間隔は、発光素子搭載用基板の大きさによるが、例えば、10mm〜100mm程度、さらに15mm〜50mm程度が挙げられる。
螺子の大きさは、固定する発光素子搭載用基板の大きさによって適宜調整することができるが、山部の直径が0.数mm〜10mm程度、1mm〜5mm程度が挙げられる。
これによって、上述した精度の高い位置決めを行った状態で、発光素子搭載用基板を前記実装基板に固定することができる。その結果、たとえ、実装基板における2つの螺子における若干の位置ずれが発生していたとしても、発光素子搭載用基板における第1凹部及び第2凹部が面した辺が延びる方向における基板の歪を発生させることなく基板を実装基板に固定することができる。従って、発光素子搭載用基板を実装基板から浮きあがらせることを防止することができ、発光素子の放熱性を確保することができる。
実施形態1
この実施形態の発光素子搭載用基板1は、図2に示すように、平面視において、25mm×45mmの略長方形の基板であって、厚み4.5mmのアルミニウムから形成されている。
基板1には、その一辺2aに面して、第1凹部10及び第2凹部20が配置されている。
この基板1の一辺2aに対向する辺2cに近接して、貫通孔30が配置されている。貫通孔30は、発光領域6を介して、第1凹部10及び第2凹部20に対して基板1の反対側に配置されている。
また、基板1上には、各回路に接続した保護素子5aが搭載されている。さらに、これら回路に接続されたサーミスタ5bと、コネクタ5cとが搭載されている。
なお、基板1上では、回路パターン9の一部が放熱性等を向上させるために、露出している。
第1線部14及び第2線部15は、基板1の一辺2aと直交している。
第2凹部20は、基板1の一辺2aと2つのアール部21、22との間に、それぞれ、アール部21、22に向かって幅狭になるように傾斜した第3線部23及び第4線部24を有する。
第1凹部10と第2凹部20とは、一辺2aにおいて同じ幅を有する。ここでは、例えば、4mm程度である。
また、第1凹部10と第2凹部20とは、同じ深さである。
まず、発光素子搭載用基板1を準備するとともに、所定間隔、例えば、13mmの間隔で設けられた2つの螺子(山部の直径3mm)を備えた実装基板(ガラスエポキシ樹脂製)を準備する。
このように実装基板の螺子を第1凹部及び第2凹部を構成する部位に当接させることにより、比較的幅広の第1凹部によって、縦方向における位置を確定させることができるとともに、第2凹部によって、その終端までの間の少なくとも1点で、好ましくは終端で螺子と当接することにより、横方向における位置を確定させることができ、精度の高い位置決めを行うことができる。
これによって、上述した精度の高い位置決めを行った状態で、発光素子搭載用基板を前記実装基板に固定することができる。その結果、たとえ、実装基板における2つの螺子における若干の位置ずれが発生していたとしても、発光素子搭載用基板における第1凹部及び第2凹部が面した辺が延びる方向における基板の歪を発生させることなく基板を実装基板に固定することができる。従って、発光素子搭載用基板を実装基板から浮きあがらせることを防止することができ、発光素子の放熱性を確保することができる。
また、上述した精度の高い位置決めを短時間で行うことができるため、発光素子搭載基板の高精度の実装基板への固定を容易かつ簡便に実行することができる。このような容易かつ簡便な実装基板への固定は、製造時のみならず、メンテナンスの際の発光素子搭載基板の取替えにおいても取り替え時間を短縮することができる。
この実施形態の発光素子搭載用基板70は、図1Bに示すように、平面視において、25mm×45mmの略長方形の基板であって、厚み4.5mmのアルミニウムから形成されている。基板70には、その一辺70aに面して、第1凹部80及び第2凹部90が配置され、基板70の一辺70aに対向する辺70cに近接して、貫通孔31が2つ配置されている以外は、実質的に実施形態1と同様である。
第1凹部80は、基板70の一辺70aと2つの隅部81、82との間に、それぞれ、互いに平行な第1線部84及び第2線部85を有する。第1線部84及び第2線部85の長さは、例えば、4.5mm程度である。第1線部84及び第2線部85は、基板70の一辺70aと直交している。なお、第1凹部80は、実施形態1の第1凹部10を用いてもよく、実施形態1の第1凹部10は本変形例の第1凹部80を用いてもよく、第2凹部との組合せとしてそれぞれを用いることができる。
第1凹部80と第2凹部90とは、一辺70aにおいて同じ幅を有する。ここでは、例えば、4mm程度である。
また、第1凹部80と第2凹部90とは、1:12の深さ比である。
また、この変形例の発光素子搭載用基板70を、所定間隔で配置された2つの螺子を備えた実装基板に固定する場合、基板における第1凹部の直線部及び第2凹部の少なくとも1つの直線部又は連結した2つのアール部に実装基板の螺子をそれぞれ当接させ、その後、実施形態1と同様に、所定間隔で配置された2つの螺子を備えた実装基板に固定することができる。
この変形例に対し、実施形態1は、第2凹部20に不要な深さを設けることがなく、第1凹部10と第2凹部20が同じ深さからなり、つまりは一定の大きさの基板で比較して発光領域を大きく設けることができる点で好ましい。
この実施形態の発光素子搭載用基板50は、図4に示すように、平面視において、15mm×1150mmの略長方形の基板であって、厚み0.1mm程度の可撓性を有するポリイミドから形成されている。
基板50には、その一辺52aに面して、第1凹部10及び第2凹部20が配置されている。
基板50は、その表面に銅膜からなる回路パターン9を有し、その回路パターン9にそれぞれ接続された複数の発光素子3が配置されて、発光領域56が形成されている。複数の発光素子3は、例えば、3直列×2並列の接続形態で1回路搭載されている。
また、基板50上の回路パターン9には、コネクタ51が形成されている。
また、貫通孔30の大きさ等も実質的に実施形態1に示されたものと同様である。
従って、実施形態1と同様に実装基板に固定することができ、実質的に実施形態1と同様の作用/効果を有する。
この実施形態の発光素子搭載用基板60は、図5に示すように、アルミニウム、銅などの熱伝導性に優れた材料からなり、略長方形の一辺60aにおいて、第1凹部10と第2凹部20とを有している。また、基板60の一辺に対向する辺60cの近傍に第3凹部68を有している。
また、貫通孔30の大きさ等も実質的に実施形態1に示されたものと同様である。
従って、実施形態1と同様に実装基板に固定することができ、実質的に実施形態1と同様の作用/効果を有する。
セラミック基板61は、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)などの熱伝導度の高い板状の材料からなり、その表面において配線パターン(図示せず)が形成され、その回路パターンに複数の発光素子3が接続されて、例えば、2並列×12直列で配列されている。
2a、60a、70a 辺
2b、2d、70b、70d 隣接する辺
2c、60c、70c 対向する辺
3 発光素子
4 透光部材
5a 保護素子
5b サーミスタ
5c、67 コネクタ
6 発光領域
8 反射層
9、66 回路パターン
10、80 第1凹部
11、12、21、22 アール部
13 直線部
14 第1線部
15 第2線部
20、90 第2凹部
23 第3線部
24 第4線部
30、31 貫通孔
61 セラミック基板
62 螺子
63 開口
64 透光基板
65 螺子孔
65a 孔
68 第3凹部
81、82 隅部
83 直線部
84 第1線部
85 第2線部
93 第3線部
94 第4線部
Claims (15)
- 平面視において、一辺側に面して配置された第1凹部及び第2凹部を備え、別の基板に固定される発光素子搭載用基板であって、
第1の螺子と当接される前記第1凹部は、2つの隅部と、該2つの隅部を繋ぐ直線部であって、前記第1の螺子が当接された状態で第1の螺子が前記一辺の延長する方向に移動し得る長さを有する直線部とを有し、かつ、
第2の螺子と当接される前記第2凹部は、その内側の端部に向かって幅狭となる少なくとも2つの線部を有し、
前記別の基板に配置される前記第1の螺子と前記第1凹部とが当接され、かつ、前記別の基板に配置される前記第2の螺子と前記第2凹部とが当接されて、前記別の基板に固定され、
前記第1凹部の前記直線部と前記第1の螺子との当接位置及び前記第2凹部の前記2つの線部の少なくとも一方と前記第2の螺子との当接位置に基づき、前記別の基板との位置合わせが可能な発光素子搭載用基板。 - 前記第2凹部は、前記2つの線部の間で互いに連結した2つのアール部を有する請求項1の発光素子搭載用基板。
- 前記第2凹部は、前記2つの線部が前記端部において鋭角を構成する請求項1の発光素子搭載用基板。
- 前記第1凹部の2つの隅部は、アール部である請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光素子搭載用基板。
- 前記第1凹部の前記直線部の長さが、該直線部の前記一辺側からの位置に相当する位置における前記第2凹部の幅よりも大きい請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子搭載用基板。
- 前記第1凹部と第2凹部とは、同じ深さである請求項2に記載の発光素子搭載用基板。
- 前記発光素子搭載用基板は、さらに、発光素子が配置される発光領域を有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光素子搭載用基板。
- 前記発光素子搭載用基板は、さらに、前記第1凹部及び第2凹部が配置された辺から離れた位置に貫通孔又は第3凹部を備える請求項7に記載の発光素子搭載用基板。
- 前記発光素子搭載用基板は、前記第1凹部及び第2凹部が配置された辺と対向する辺を有し、
前記貫通孔又は第3凹部は、前記対向する辺に近接して又は面して配置される請求項8に記載の発光素子搭載用基板。 - 前記貫通孔又は第3凹部は、前記発光領域を介して、前記第1凹部及び第2凹部に対して前記発光素子搭載用基板の反対側に配置されている請求項8に記載の発光素子搭載用基板。
- 前記第1凹部と前記第2凹部とは、前記一辺側において同じ幅を有する請求項1〜10のいずれか1つに記載の発光素子搭載用基板。
- 前記第1凹部は、前記発光素子搭載用基板の一辺側から前記2つのアール部の間に、それぞれ、互いに平行な又は少なくとも一方が前記アール部に向かって傾斜する第1線部及び第2線部を有する請求項4に記載の発光素子搭載用基板。
- 前記第2凹部の2つの線部は、少なくとも一方が、前記端部に向かって傾斜した第3線部及び第4線部を有する請求項1の発光素子搭載用基板。
- 請求項1〜13のいずれか1つに記載の発光素子搭載用基板と、所定間隔で前記第1及び第2の螺子が配置される実装基板とを準備し、
前記発光素子搭載用基板における第1凹部と前記第1の螺子とを、及び、第2凹部と前記第2の螺子とを、それぞれ当接させ、
前記第1及び第2の螺子を締めて前記発光素子搭載用基板を前記実装基板に固定することを含む発光素子搭載用基板の固定方法。 - 請求項8〜10のいずれか1つに記載の発光素子搭載用基板と所定間隔で前記第1及び第2の螺子が配置される実装基板とを準備し、
前記第1凹部の直線部と前記第1の螺子とを、及び、第2凹部と前記第2の螺子とを、それぞれ当接させ、
前記貫通孔又は第3凹部に第3の螺子を嵌め込み前記発光素子搭載用基板を前記実装基板に固定することを含む発光素子搭載用基板の固定方法。
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