JP7154684B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種照明器具に搭載される照明装置に関するものである。

近年、電球や蛍光灯に代わる照明用の光源として、複数の発光素子（ＬＥＤ）を用いた照明装置が採用されている。特許文献１には、基板と、複数のＬＥＤベアチップが基板に実装・樹脂封止された発光部と、発光部外の基板表面に設けられた給電用電極とを備えるＬＥＤ光源が記載されている。そして、給電用電極と基板側面の絶縁距離（沿面距離、空間距離）を十分に確保するため、基板より大きな上下絶縁支持体でＬＥＤ光源が挟まれ、金属筐体に取り付けられて、発光装置が作製されている。

特開２０１４－１２０５４４号公報

特許文献１に記載された発光装置は、基板より大きな上下絶縁支持体があるため、大きくなってしまう。また、この発光装置では、上下絶縁支持体等の構成部品が増え、装置の信頼性低下やコスト上昇を招くおそれがある。簡易な構造で、小型化でき、給電用電極と基板側面の間の絶縁耐圧が十分な照明装置の出現が望まれている。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造でありながら、外部からの電力供給電線を接続するための電極と、発光素子の放熱基板との間の絶縁耐圧が十分に確保され、小型化に適した照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、外周に設けられた低い段部と、低い段部の内側に設けられた高い段部と、高い段部の中央に設けられた発光領域とを備える導電性の実装基板と、発光領域を開口する開口部を備え、高い段部の上に設置された絶縁性の配線基板と、外部から電力を供給するために配線基板の上に設けられ、少なくとも一部が露出した一対の電極と、発光領域に実装された複数の発光素子と、複数の発光素子と一対の電極を電気的に接続するワイヤと、一対の電極の露出部の外側であって、少なくとも低い段部の上に設けられた絶縁性の外枠体とを有する。

本発明の照明装置の製造方法は、複数の発光領域が規則的に設けられた導電性の集合実装基板と、複数の発光領域を開口する開口部を備え、集合実装基板の上に設置された絶縁性の集合配線基板と、外部から電力を供給するために集合配線基板の上のそれぞれの開口部の周囲に設けられた一対の電極の群と、それぞれの発光領域に実装された複数の発光素子と、それぞれの一対の電極とそれぞれの複数の発光素子とを電気的に接続するワイヤと、を備える集合照明装置のそれぞれの照明装置の境界で、集合実装基板に到達する溝を形成する溝形成工程と、溝に絶縁材を充填する充填工程と、少なくとも絶縁材と集合実装基板を溝の幅より小さい幅で切断して、それぞれの照明装置に分離する分離工程とを有する。

本発明の照明装置は、実装基板の上面の周縁に低い段部が設けられ、段部を含む周縁に絶縁性の外枠体を備えている。このため、簡易な構造で、かつ大型化することなく、実装基板と一対の電極との間の沿面距離が大きくなる。したがって、これらの間で絶縁耐圧が十分に確保できる。

実施形態の照明装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置を製造する配線基板設置工程を説明する上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置を製造する被覆材形成工程を説明する上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置を製造する実装工程を説明する上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置を製造する配線工程を説明する上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置を製造する溝形成工程を説明する上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置を製造する充填工程を説明する上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置を製造する分離工程を説明する上面図（ａ）と断面図（ｂ）。 実施形態の照明装置の外枠体付近の断面図（ａ）と、参考形態の照明装置の外枠体付近の断面図（ｂ）。

以下、本発明の照明装置および照明装置の製造方法について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、照明装置、照明装置の構成部材、および照明装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特にことわらない限り、本明細書では便宜上、図１（ｂ）に示す照明装置の向きを基準に「上」および「下」などの方向を表す。重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る照明装置１０の上面を示している。図１（ｂ）は、照明装置１０の中央部付近の鉛直断面を示している。図２から図８は、照明装置１０を製造するときの各工程を示している。照明装置１０は、実装基板１２と、配線基板１４と、一対の電極１６，１８と、複数の発光素子２０と、ワイヤ２２と、内枠体２４と、封止樹脂２６と、外枠体２８とを備えている。

実装基板１２は導電性であり、例えば、熱伝導性が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金等から作製され、ほぼ正方形の板状部材である。実装基板１２の外周には低い段部１２ａが設けられ、低い段部１２ａの内側には高い段部１２ｂが設けられている。また、実装基板１２の高い段部１２ｂの中央には、円形の発光領域１２ｃが設けられている。本実施形態では、発光領域１２ｃは内枠体２４の内側の領域である。

実装基板１２の発光領域１２ｃには、４０個の発光素子２０が実装されている。この４０個の発光素子２０の配置については後述する。なお、発光素子２０の個数４０個は例示であり、複数の発光素子２０の個数は特に制限がない。一般照明用として白色系の発光を得るため、各発光素子２０は、窒化ガリウム系化合物半導体を備える同一種類かつ同一サイズの青色発光素子である。この青色発光素子は、サファイアガラスからなる基材と、基材上にｎ型半導体およびｐ型半導体を拡散成長させた拡散層と、ｎ型半導体およびｐ型半導体の上面にそれぞれ設けられたｎ型電極およびｐ型電極を備えている。

配線基板１４は絶縁性であり、高い段部１２ｂの上に設置されている。配線基板１４は、ガラスエポキシ樹脂製のほぼ正方形の板状部材である。配線基板１４の中央には、円形の孔である開口部１４ａが設けられている。すなわち、開口部１４ａは発光領域１２ｃを開口している。図２に示すように、配線基板１４は、一対の電極１６，１８をその上面に備えている。一対の電極１６，１８は、開口部１４ａを挟むように対向して設けられている。一対の電極１６，１８は、外部から電力を供給する一対の電線３０，３２をそれぞれ電気的に接続するための電極である。一対の電極１６，１８は、例えば金メッキ等によって、配線基板１４の上面に形成されている。

電極１６は、ワイヤ２２を介して発光素子２０が電気的に接続される素子接続領域１６ａと、素子接続領域１６ａの外側であって、電線３０が接続される電線接続領域１６ｂとを備えている。素子接続領域１６ａは、開口部１４ａの外側に沿った円環の一部の形状を備えている。電線接続領域１６ｂは、長方形（正方形を含む）の一つの角が、開口部１４ａの一部および素子接続領域１６ａの一部からなる扇形状に切り欠かれたような形状を備えている。

同様に、電極１８は、ワイヤ２２を介して発光素子２０が電気的に接続される素子接続領域１８ａと、素子接続領域１８ａの外側であって、電線３２が接続される電線接続領域１８ｂとを備えている。素子接続領域１８ａおよび電線接続領域１８ｂの形状は、素子接続領域１６ａおよび電線接続領域１６ｂの形状とそれぞれ同様である。なお、一対の電線３０，３２は、照明装置１０の周辺部材であって、照明装置１０の構成部材に含まれない。

電線接続領域１６ｂ，１８ｂは、実装基板１２の異なる角部にそれぞれ設けられていることが好ましい。電線接続領域１６ｂ，１８ｂが離れていれば、電線３０を電線接続領域１６ｂに、電線３２を電線接続領域１８ｂに、それぞれはんだ付けしやすいからである。本実施形態では、開口部１４ａを挟んで、対角部に電線接続領域１６ｂ，１８ｂが設けられている。なお、電線接続領域１６ｂ，１８ｂが隣り合う角部に設けられていてもよい。

図３に示すように、照明装置１０は、電極１６，１８の上面の少なくとも一部を露出させる被覆材３４を配線基板１４上にさらに備えている。電極１６，１８の上面の露出部は、電線接続領域１６ｂ，１８ｂのそれぞれの一部である。本実施形態では、被覆材３４がフォトレジスト性樹脂から構成されている。このため、電極１６，１８の上面の露出部が簡易で正確に形成できる。

また、ある発光素子２０のｎ型電極とｐ型電極の一方と、その隣の発光素子２０のｎ型電極とｐ型電極の他方とが、ワイヤ２２を介して順次電気的に接続されている。そして、発光領域１２ｃの端部に配置されたワイヤ２２が、素子接続領域１６ａ，１８ａに電気的に接続されている。こうして、図５に示すように、８個の発光素子２０が直列接続された発光グループが５列並列で、一対の電極１６，１８に電気的に接続されている。

外枠体２８は、図１に示すように、一対の電極１６，１８の露出部の外側であって、少なくとも低い段部１２ａの上に設けられている。なお、本実施形態では、低い段部１２ａの上と、高い段部１２ｂ上の被覆材３４の上に、外枠体２８が設けられている。外枠体２８は、例えばシリコーン樹脂等の樹脂から構成される絶縁性部材である。照明装置１０に外枠体２８が設けられることによって、実装基板１２と電線接続領域１６ｂの露出部との沿面距離、および実装基板１２と電線接続領域１８ｂの露出部との沿面距離は、外枠体２８の表面を経由するので大きくなる。このため、実装基板１２と電線接続領域１６ｂの露出部および電線接続領域１８ｂの露出部との間で絶縁耐圧が十分に確保できる。

図９（ａ）は、照明装置１０の外枠体２８付近の断面図であり、図９（ｂ）は、参考形態である他の照明装置４０の外枠体４８付近の断面図である。本実施形態では、図９（ａ）に示すように、外枠体２８の外壁面２８ａが平坦である。図９において、実装基板１２，４２の露出している左上角部から、外枠体２８，４８の頂上までの沿面距離が大きいほど、実装基板１２と電極１６との間の絶縁耐圧が向上することが知られている。照明装置１０では、図９（ａ）に示すように、実装基板１２から外枠体２８の頂上までの沿面距離は、低い段部１２ａと高い段部１２ｂとの段差Ｄと、配線基板１４と被覆材３４の厚さの和Ｔと、低い段部１２ａの上面からの外壁面２８ａに沿った高さＨの和である。

一方、実装基板４２に低い段部を設けず、内枠体と同様にして外枠体４８を被覆材３４上に設けた照明装置４０では、図９（ｂ）に示すように、実装基板４２から外枠体４８の頂上までの沿面距離は、配線基板１４と被覆材３４の厚さの和Ｔと、外枠体４８の外壁面４８ａに沿った長さＬの和である。なお、外枠体４８の内壁面４８ｂに沿った長さもＬである。したがって、照明装置１０の絶縁耐圧を照明装置４０の絶縁耐圧より向上させるには、Ｄ＋Ｔ＋Ｈ＞Ｔ＋Ｌ、すなわちＤ＋Ｈ＞ＬとなるようにＤを設定すればよい。

そこで本実施形態では、低い段部１２ａと高い段部１２ｂとの段差Ｄと、低い段部１２ａの内側の上面からの外壁面２８ａに沿った高さＨの和が、外枠体２８の内壁面２８ｂに沿った長さＬより大きくなるように低い段部１２ａを形成している。この低い段部１２ａの設定は、外枠体４８の断面形状が、半円形のような円形の一部の形状、半楕円形のような楕円形の一部の形状、または三角形や四角形などの多角形状である場合でも同様に適用できる。

図７および図８に示すように、外枠体２８は、外部から電極１６，１８に向かって、一対の電線３０，３２がそれぞれ通過する２箇所で欠けている。なお、実装基板１２の低い段部１２ａを含む周縁に外枠体２８が設けられていれば、この２箇所以外の箇所で、外枠体２８が欠けていてもよい。また、外部から電極１６，１８に向かって、一対の電線３０，３２の双方が通過する１箇所で、外枠体２８が欠けていてもよい。

照明装置１０の製造方法は、配線基板設置工程と、被覆材形成工程と、実装工程と、配線工程と、溝形成工程と、充填工程と、分離工程とを備えている。図２（ａ）は、照明装置１０を製造するときの配線基板設置工程を説明するための上面を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。配線基板設置工程では、接着剤等を介して、集合配線基板５４が集合実装基板５２上に固定される。なお、集合実装基板５２には、複数の発光領域１２ｃが規則的に設けられている。また、集合配線基板５４は、複数の発光領域１２ｃを開口する開口部１４ａを備えている。

図３（ａ）は、照明装置１０を製造するときの被覆材形成工程を説明するための上面を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。被覆材形成工程では、集合配線基板５４が被覆材３４で被覆される。このとき、電線接続領域１６ｂの一部および電線接続領域１８ｂの一部が露出される。これらの露出部で、一対の電線３０，３２が、電線接続領域１６ｂ，１８ｂにそれぞれはんだ付けされる。また、被覆材形成工程では、素子接続領域１６ａ，１８ａの内側部分も露出される。これらの露出部で、発光素子２０に接続されているワイヤ２２が、素子接続領域１６ａ，１８ａに接続される。

図４（ａ）は、照明装置１０を製造するときの実装工程を説明するための上面を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。実装工程では、ダイボンドペーストによって、集合実装基板５２のそれぞれの発光領域１２ｃ上に複数の発光素子２０が実装される。

図５（ａ）は、照明装置１０を製造するときの配線工程を説明するための上面を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。配線工程では、複数の発光素子２０が、ワイヤ２２を介して相互に接続される。また、複数の発光素子２０を接続したときの端部のワイヤ２２は、素子接続領域１６ａ，１８ａに接続される。

図６（ａ）は、照明装置１０を製造するときの溝形成工程を説明するための上面を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。溝形成工程では、集合照明装置５０を構成するそれぞれの照明装置１０の境界で、集合実装基板５２に到達する溝５６を形成する。ここで、集合照明装置５０は、導電性の集合実装基板５２と、絶縁性の集合配線基板５４と、一対の電極１６，１８の群と、複数の発光素子２０と、ワイヤ２２とを備えている。一対の電極１６，１８の群は、外部から電力を供給するために、集合配線基板５４の上のそれぞれの開口部１４ａの周囲に設けられている。複数の発光素子２０は、それぞれの発光領域１２ｃに実装されている。ワイヤ２２は、それぞれの一対の電極１６，１８とそれぞれの複数の発光素子２０とを電気的に接続している。

図７（ａ）は、照明装置１０を製造するときの充填工程を説明するための上面を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。充填工程では、外枠体２８となる絶縁材を溝５６に充填する。また、図７に示すように、充填工程に先立って、または充填工程の後に、露出している素子接続領域１６ａ，１８ａを覆うように、かつ発光素子２０とワイヤ２２より高くなるように、内枠体２４が円形状に形成される。内枠体２４は、例えば白色系の遮光性を有する樹脂から構成される。

内枠体２４の形成後、内枠体２４内に封止樹脂２６が充填される。これにより、発光素子２０とワイヤ２２が封止される。封止樹脂２６は、透明な樹脂母材に所定量の蛍光剤を含有させたものである。例えば、エポキシ樹脂母材またはシリコーン樹脂母材に、蛍光粒子の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、または色素粒子の原料である染料等からなる蛍光剤を混入することによって、封止樹脂２６が作製できる。

図８（ａ）は、照明装置１０を製造するときの分離工程を説明するための上面を示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）の中央部付近の鉛直断面を示している。分離工程では、溝５６の幅より小さい幅で、少なくとも絶縁材と集合実装基板５２を切断して、それぞれの照明装置１０に分離する。こうして、図１に示すような照明装置１０が得られる。そして、図１に示すように、照明装置１０の電線接続領域１６ｂ，１８ｂの露出部に、マザーボード等から供給される電線３０，３２の端部が、はんだ付け（不図示）によってそれぞれ接続される。

１０ 照明装置
１２ 実装基板
１２ａ 低い段部
１２ｂ 高い段部
１２ｃ 発光領域
１４ 配線基板
１４ａ 開口部
１６ 電極
１６ａ 素子接続領域
１６ｂ 電線接続領域
１８ 電極
１８ａ 素子接続領域
１８ｂ 電線接続領域
２０ 発光素子
２２ ワイヤ
２４ 内枠体
２６ 封止樹脂
２８ 外枠体
２８ａ 外壁面
２８ｂ 内壁面
３０，３２ 電線
３４ 被覆材
４０ 照明装置
４２ 実装基板
４８ 外枠体
４８ａ 外壁面
４８ｂ 内壁面
５０ 集合照明装置
５２ 集合実装基板
５６ 溝
Ｄ 実装基板の段差（実装基板の溝の深さ）
Ｈ 外壁面に沿った高さ
Ｌ 内壁面に沿った長さ

Claims (7)

1. 外周に設けられた低い段部と、前記低い段部の内側に設けられた高い段部と、前記高い段部の中央に設けられた発光領域とを備える導電性の実装基板と、
   前記発光領域を開口する開口部を備え、前記高い段部の上に設置された絶縁性の配線基板と、
   外部から電力を供給するために前記配線基板の上に設けられた一対の電極と、
   前記電極の少なくとも一部を露出させるように前記配線基板上に設けられた被覆材と、
   前記発光領域に実装された複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子と前記一対の電極を電気的に接続するワイヤと、
   前記一対の電極の露出させた一部の外側であって、少なくとも前記低い段部の上と前記被覆材の上に設けられた絶縁性の外枠体と、
   を有する照明装置。
2. 請求項１において、
   前記外枠体の外壁面が平坦である照明装置。
3. 請求項２において、
   前記低い段部と前記高い段部との段差Ｄと、前記低い段部の内側の上面からの前記外壁面に沿った高さＨの和が、前記外枠体の内壁面に沿った長さＬより大きい照明装置。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、
   外部から前記一対の電極に向かって一対の電線が通過する少なくとも１箇所で、前記外枠体が欠けている照明装置。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、
   前記実装基板の主材料がアルミニウムである照明装置。
6. 複数の発光領域が規則的に設けられた導電性の集合実装基板と、前記複数の発光領域を開口する開口部を備え、前記集合実装基板の上に設置された絶縁性の集合配線基板と、外部から電力を供給するために前記集合配線基板の上のそれぞれの前記開口部の周囲に設けられた一対の電極の群と、前記電極のそれぞれにおいて少なくとも一部を露出させるように前記集合配線基板上に設けられた被覆材の群と、それぞれの前記発光領域に実装された複数の発光素子と、それぞれの前記一対の電極とそれぞれの前記複数の発光素子とを電気的に接続するワイヤとを備える集合照明装置のそれぞれの照明装置の境界で、前記集合実装基板に到達する溝を形成する溝形成工程と、
   前記溝および前記被覆材の上に外枠体となる絶縁材を充填する充填工程と、
   少なくとも前記絶縁材と前記集合実装基板を前記溝の幅より小さい幅で切断して、それぞれの照明装置に分離する分離工程と、
   を有する照明装置の製造方法。
7. 請求項６において、
   前記溝形成工程では、前記集合実装基板に形成した前記溝の深さＤと、前記溝の上面からの前記外枠体の外壁面に沿った高さＨとの和が、前記外枠体の内壁面に沿った長さＬより大きくなるように前記集合実装基板に前記溝を形成する照明装置の製造方法。

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