JP7154684B2 - 照明装置 - Google Patents

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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、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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