JP2007005003A

JP2007005003A - Ｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP2007005003A
Application number: JP2005180433A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Machida; 英明町田
Original assignee: Du Pont Toray Co Ltd
Current assignee: Du Pont Toray Co Ltd
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: JP4469308B2

Abstract

【課題】軽量・高精度にして、照度効率が高く、外部からの応力で容易に配光を可変制御できると共に、放熱性に優れ配光設計の自由度が高く且つ簡単に回路作製を行なうことが可能なＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】熱可塑性の耐熱フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体１４を得ると共に、その表面に光を反射する反射面１６を設けているので、外部からの信号または応力を利用して基板本体１４の形状を変え、ＬＥＤ１２の発する光の配光を容易に変化させる事ができる。また、基板本体１４に表面実装型のＬＥＤ１２の発光領域Ｌと略同等の大きさの開孔２６を設け、この開孔２６とＬＥＤ１２表面の発光領域Ｌとが一致するようにして基板本体１４裏面側にＬＥＤ１２の表面側を固定しているので、回路作製が簡単であると共に、ＬＥＤ１２で発生した熱を何らの抵抗もなく直ちに外気中へと放熱する事ができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤ光源、実装基板および反射面を一体化した可変配光制御が可能なＬＥＤ照明装置に関するものであり、特に回路作製を簡単に行なうことができると共に、ＬＥＤの発する熱を効果的に放熱することができるものに関する。

低消費電力、長寿命などの特性を有するＬＥＤ(発光ダイオード)は、近年、その高輝度化によって照明器具の光源としての期待が高まってきており、この期待に応えるべく様々な技術が開発されている。

このような技術の一例として、複数のＬＥＤが一方の面に配列された基板と、その基板を取り付ける底部を有する樹脂ケースとを有し、前記基板が底部に放熱固定板を介して取り付けられてなるＬＥＤ照明装置であって、放熱固定板の前記基板が取り付けられた面と対向する面に樹脂ケースの底部との接触面積を増大させるように凹部を形成したＬＥＤ照明装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。

かかる技術によれば、ＬＥＤで発生した熱は、放熱固定板を介して樹脂ケースに効果的に伝達され、当該樹脂ケースの外表面から外気中へと放熱される。このため、発熱によるＬＥＤ素子の劣化を防止することができる。

しかしながら、このＬＥＤ照明装置では、発熱源であるＬＥＤ素子から放熱先である外気までの間にＬＥＤのパッケージ部材，放熱固定板および樹脂ケースが介装されている。つまり、ＬＥＤ素子から外気までの距離が長くなっている。このため、ＬＥＤとして１００ｍｍＡ以上の電流を投入でき、高輝度の光を照射することができるものの点灯時に最大で約１５０〜２００℃程度の高い熱を発する所謂パワーＬＥＤを用い、これを長時間点灯させた場合、時間の経過に伴ってＬＥＤ素子の発する熱が樹脂ケースの底部にこもって上手く放熱できなくなり、ＬＥＤ素子を劣化させるおそれがあるという問題があった。

また、上述のＬＥＤ照明装置では、基板の上面(表面側)に複数のＬＥＤを配設して照明ユニットを形成しているが、かかる照明ユニットでは、実装するＬＥＤの形状に応じて基板に対しスルーホール加工や導電回路の両面化などといった煩雑な加工が必要となってくる。このため、このような照明ユニットでは、導電回路の作製が煩雑となり、効率的にＬＥＤ照明装置を製造するのが難しくなるという問題もあった。

一方、自動車照明，店舗照明および防犯照明などの各照明分野においては、小電力、長寿命化の要求に加え、外部の状況や環境に応じて照射位置を変化できる可変配光照明が求められている。そこで、上述のＬＥＤ照明装置を可変配光に対応させるべく、樹脂ケース内面に反射面を設け、且つ当該樹脂ケースを変形させて照射範囲を変化させるようにした場合、ＬＥＤが放熱固定板を介して樹脂ケースの底部に固定されているので、前記ＬＥＤ照明装置では、ハロゲン電球などの単一光源の場合と同様に焦点の移動に伴う配光制御が困難であり、可変配光照明に適さないという問題があった。
特開２００２−２９９７００号公報

それゆえに、本発明の主たる課題は、軽量・高精度にして、照度効率が高く、外部からの応力で容易に配光を可変制御できると共に、放熱性に優れ、配光設計の自由度が高く且つ簡単に回路作製を行なうことが可能なＬＥＤ照明装置を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「熱可塑性の耐熱フィルムを所定の三次元的形状に成形した基板本体１４と、基板本体１４の所定位置に取り付けられた複数個の表面実装型のＬＥＤ１２と、基板本体１４の表面に設けられ、ＬＥＤ１２の発する光を反射する反射面１６と、基板本体１４の裏面に設けられ、ＬＥＤ１２を外部回路に接続して点灯させる導電回路１８とを備えたＬＥＤ照明装置１０であって、基板本体１４には、ＬＥＤ１２表面の発光領域Ｌと略同等の大きさの開孔２６が設けられており、開孔２６とＬＥＤ１２表面の発光領域Ｌとが一致するようにして基板本体１４裏面にＬＥＤ１２の表面側が固定されている」ことを特徴とするＬＥＤ照明装置１０である。

この発明では、熱可塑性を有する耐熱フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体１４を形成すると共に、その表面に光を反射する反射面１６を設けているので、外部からの信号または応力を利用して基板本体１４の形状を変えることで、ＬＥＤ１２の発する光の配光を容易に変化させて目的とする照射範囲に集光することができる。つまり、ＬＥＤ１２の発する光の配光を可変制御できると共に、その照度効率を向上させることができる。

また、当該基板本体１４には、複数個のＬＥＤ１２が配設されているので、基板本体１４を当初の形状から変化させてＬＥＤ１２が発する光の配光を変えた際に、それぞれのＬＥＤ１２が各々対応する範囲を照射でき、単一光源の場合のように光の焦点がボケることがなく、配光変化時の照度低下を防止することができる。

そして、特筆すべきは、基板本体１４に表面実装型のＬＥＤ１２の発光領域Ｌと略同等の大きさの開孔２６を設けると共に、この開孔２６とＬＥＤ１２表面の発光領域Ｌとが一致するようにして基板本体１４裏面側(すなわち外表面側)にＬＥＤ１２の表面(すなわち出光面)側を固定した点である。このようにＬＥＤ１２および導電回路１８を共に基板本体１４の裏面側に配設することによって、導電回路１８作製の際にスルーホール加工や導電回路１８の両面化などといった煩雑な加工が不要となり、当該回路作製を簡単にすることができる。

また、かかる構成により、ＬＥＤ１２で発生した熱を何らの抵抗もなく直ちに外気中へと放熱することができ、ＬＥＤ１２の温度上昇を極めて効率よく抑制することができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「耐熱フィルムが芳香族ポリイミドフィルムである」ことを特徴とするもので、これにより、ハンダ耐熱性に優れＬＥＤ１２の実装が容易で、且つ形状精度の高い基板本体１４を得ることができる。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「基板本体１４のＬＥＤ１２実装部分に、反射効率を高めるためＬＥＤ１２の発光領域Ｌを囲繞する部分的な凹部２８が設けられている」ことを特徴とするもので、これにより、ＬＥＤ１２から発せられる光をより効果的に反射させて目的とする照射範囲に集光することができる。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「基板本体１４の少なくとも一部にスリット３２ａ，３２ｄや溝３２ｂ，３２ｃなどの折り曲げ構造で構成された応力吸収部３２を設けた」ことを特徴とするものである。

この発明では、基板本体１４の少なくとも一部にスリット３２ａ，３２ｄや溝３２ｂ，３２ｃなどの折り曲げ構造からなる応力吸収部３２が設けられているので、ＬＥＤ照明装置１０に外部応力を与えて一次形状から所定の二次以降の形状へと変形制御する際に、当該ＬＥＤ照明装置１０を歪みなく所定の形状へと変形させることができる。このため、二次以降の形状におけるＬＥＤ照明装置１０の配光精度をより向上させることができる。

本発明によれば、熱可塑性の耐熱フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体を形成し、その表面に反射面を設けると共に、その裏面に導電回路を設けてＬＥＤ照明装置を構成しているので、一次形状での反射効率(即ち照度効率)をあげる効果に加え、外部応力などを利用して基板本体の形状を変えることによりＬＥＤの発する光の配光を可変制御できると共に、三次元的形状に成形された反射面によって、その二次以降の形状での照度効率を向上させることができる。

また、当該基板本体には、複数個のＬＥＤが配設されているので、基板本体の形状を変化させてＬＥＤが発する光の配光を変えたとしても、それぞれのＬＥＤが各々対応する範囲を照射するので、配光変化時の照度低下がなく、効果的な配光を実現できる。

そして、特に、基板本体のＬＥＤ実装部分に表面実装型のＬＥＤの発光領域と略同等の大きさの開孔を設け、この開孔の裏面側にＬＥＤを取り付けるようにしているので、導電回路作製の際、スルーホール加工や導電回路の両面化などといった煩雑な加工が不要となり、回路作製を簡単にすることができると共に、ＬＥＤで発生した熱を直ちに外気中へと放熱することができ、熱による発光効率或いは輝度の低下やＬＥＤの劣化を防止することができる。

したがって、軽量・高精度にして、照度効率が高く、外部からの応力で容易に配光を可変制御できると共に、放熱性に優れ配光設計の自由度が高く且つ簡単に回路作製を行なうことが可能なＬＥＤ照明装置を提供することができる。

以下、本発明を図面に従って説明する。図１および図２に示す本発明の一実施例のＬＥＤ照明装置１０は、光源として実装した複数個の表面実装型のＬＥＤ１２を発光させると共に、その光を所定の照射範囲に向けて照射するものであり、このＬＥＤ１２の他に、基板本体１４，反射面１６および導電回路１８などで構成されている。

表面実装型のＬＥＤ１２は、白色発光する光源であり、図３に示すように、セラミックなどによって構成され表面中央に凹部が設けられた矩形のパッケージ部材１２ａと、当該パッケージ部材１２ａの凹部に収容されたＬＥＤ素子１２bと、ＬＥＤ素子１２ｂに電気的に接続された一対のリードフレーム１２ｃとを有する。このＬＥＤ１２は、ＬＥＤ素子１２ｂ実装部分(すなわちパッケージ部材１２ａ表面中央の凹部)がエポキシ樹脂等からなる透明樹脂２０で覆われたフラットトップタイプのものであり、透明樹脂２０で覆われた部分が発光領域Ｌとなっている。また、ＬＥＤ１２の裏面には、これを点灯した際にＬＥＤ素子１２ｂが発する熱を外気中へと迅速に放熱できるように、熱伝導性のよい材料(例えば、金属やセラミックなど)からなる放熱板２２が取り付けられている。

ここで、ＬＥＤ１２を白色に発光させる方法としては、ＬＥＤ素子１２ｂとして青色ＬＥＤを用いると共にパッケージ部材１２ａの凹部内面や透明樹脂２０にＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の蛍光物質を配設してＬＥＤ素子１２ｂの発する青色の光を白色光に変換する方法や、ブルーとアンバーの２つの発光素子を並列に配設した２ｉｎ１タイプのＬＥＤ素子１２ｂを用いる方法、或いはレッド，グリーンおよびブルーの３つの発光素子を並列に配設した３ｉｎ１タイプのＬＥＤ素子１２ｂを用いる方法などが挙げられる。

また、このＬＥＤ１２は、シリコン系樹脂などの耐熱性樹脂からなる接着剤２４を介して、その表面側が後述する基板本体１４のＬＥＤ１２実装部分の裏面側(外表面側)に固定されている。この際、接着剤２４によって形成される層の厚みは極力薄くするのが好ましいが、接着強度などの問題から当該層を薄くできない場合には接着剤２４に白色の顔料や填料などを添加するのが好ましい。こうすることによって、ＬＥＤ１２の発する光が接着剤２４層を介して基板本体１４の裏面側へと漏れ出るのを防止することができる。

なお、本発明のＬＥＤ照明装置１０を室内の主照明や自動車のヘッドライトなど高輝度の光を必要とする照明に用いる場合には、ＬＥＤ１２として所謂パワーＬＥＤを用いるのが好適である。

基板本体１４は、熱可塑性を有する耐熱フィルムからなり、ＬＥＤ照明装置１０の形態を保持すると共に、実装したＬＥＤ１２の発する光が所定の照射範囲に向けて照射されるよう所定の三次元的形状に成形された成形体である。

この基板本体１４を構成する耐熱フィルムの材料としては、ポリイミド，ポリアミド，ポリフェニレンサルファイドおよび液晶ポリマなどを挙げることができるが、特に、ポリイミドのフィルムを用いることが好ましい。このように基板本体１４として耐熱性に優れたポリイミドフィルムを用いることで、ハンダ耐熱性に優れＬＥＤ１２の実装が容易となり、形状精度の高い基板本体１４を得ることができる。また、実装するＬＥＤ１２として、点灯時に最大で約１５０〜２００℃程度の熱を発するパワーＬＥＤを用いた場合であっても、ＬＥＤ１２の発する熱で基板本体１４が変形する心配はない。

さらに、照度効率を高めるための成形形状すなわち所定の三次元的形状を精度良く得るためには、熱可塑性の芳香族ポリイミドフィルムが好ましい。

芳香族ポリイミドは、芳香族テトラカルボン酸と脂肪族または芳香族ジアミンとの縮合物であり、代表的にはピロメリット酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物などのテトラカルボン酸二無水物と、パラフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルエーテルなどのジアミンを縮重合してアミド酸を生成させ、これを熱または触媒で閉環硬化させて得られるものである。熱可塑性ポリイミドは、例えば次のような化合物を共重合させることによって得ることができる。

ジカルボン酸無水物としては、ピロメリット酸二無水物、４，４’−オキシジフタール酸二無水物、３，３’、４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’、４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’、３，３’ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルフィド二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、１，１−ビス（２，３ージカルボキシフェニル）メタン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）プロパンニ無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、ｍ−フェニレンビス（トリメリット酸）二無水物等を挙げることができる。

ジアミンとしては、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、３，３’−ジメチルペンタメチレンジアミン、３−メチルヘキサメチレンジアミン、３−メチルヘプタメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、１，１，６，６−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、２，２，５，５−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４−アミノフェニル−３−アミノベンゾエート、ｍ−アミノベンゾイル−ｐ−アミノアニリド、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、ビス（４−アミノフェニル）メタン、１，１−ビス（４−アミノフェニル）エタン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２'−ビス[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）]プロパン,４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、２，２’ージアミノゼンゾフェノン、１，２−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３ービス（４−アミノベンゾイルオキシ）ベンゼン、４，４’−ジベンズアニリド、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）フェニルエーテル、２，２’−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２’−ビス（４−アミノフェニル）−１，３−ジクロロ−１、１，３，３−ヘキサフルオロプロパン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、１，１２−ジアミノドデカン、１，１３− ジアミノドデカン、ポリシロキサンジアミンなどが挙げられる。

上記化合物の中で、本発明において使用される熱可塑性ポリイミドとしては、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン（ＲＯＤＡと略称）、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡと略称）及び４，４’−オキシジフタル酸二無水物（ＯＤＰＡ）の共重合物、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡと略称）と３，３’４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡと略称）との共重合物、およびＯＤＡ，ＰＭＤＡおよびＢＰＤＡとの共重合物、３，３’、４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）及びＰＭＤＡと２，２'−ビス[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）]プロパン（ＢＡＰＰと略称）との共重合物が特に好ましい。

熱可塑性ポリイミドは加熱することにより軟化するが、本発明においてはＬＥＤ実装時のハンダ耐熱性の観点からガラス転移温度が２００〜３５０℃のものが好ましく、より好ましくは２１０〜３２０℃のものであり、更に好ましくは２５０℃〜３１０℃のものである。また、熱可塑性ポリイミドは、ガラス転移温度における破断伸度が１００〜７００％のものが好ましく、さらに好ましくは、１５０〜４００％のものである。

以上のような材料で構成され、基板本体１４に成形されるフィルムの厚みとしては、柔軟性、熱放散性の観点から好ましくは１２．５〜１７５μｍ、より好ましくは２５〜１３０μｍである。また、フィルムの熱膨張係数は、成形後の配線が存在する箇所において５〜６０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。

このような熱可塑性の耐熱フィルムを用いて基板本体１４を成形する方法としては、真空成形法やプレス成形法が挙げられるが、亀裂やしわを生じない方法であれば特にこれらに限定されるものではない。

また、この基板本体１４の成形形状(三次元的形状)としては、図１及び２に示す椀状或いは鉢状のもののほか、全体的には照明目的のために一次的な配光設計を反映した形状であり且つ配光変化時の二次以降の配光をも考慮したものであって、上記の熱可塑性・耐熱性フィルムが成形加工時に破れなく追従する形状であれば、如何なる形状であってもよい。

以上のような形状にて成形された基板本体１４の所定の位置には、上述したＬＥＤ１２の発光領域Ｌと略同等の大きさの開孔２６が複数設けられており、この部分がＬＥＤ１２実装部分となっている。ここで、基板本体１４に設けられた開孔２６の形状は、図３に示すように、導電回路１８が設けられている裏面側から反射面１６が設けられている表面側に向けて、その内径が拡径するようテーパー状に形成するのが好ましい。こうすることによって、開孔２６の周壁面においてもＬＥＤ１２の発する光を反射でき、より効果的に目的とする照射範囲へと集光することができるからである。

また、ＬＥＤ１２実装部分は、例えば図１に示すように、ＬＥＤ１２実装部分どうしが互いに略等間隔にて離間するようにして基板本体１４全面に配設するのが好ましい。こうすることによって、基板本体１４を当初の形状から変化させてＬＥＤ１２が発する光の配光を変えた際に、それぞれのＬＥＤ１２が各々対応する範囲を照射でき、単一光源の場合のように光の焦点がボケることがなく、配光変化時の照度低下を防止することができるからである。

さらに、このＬＥＤ１２実装部分の局部的な成形形状については、ＬＥＤ１２が発する光の反射効率を高めるため、図４に示すように、壁面が曲面で形成された充分な深さをもつ凹部２８を形成するようにしてもよい。

そして、図１および図２に示すように、基板本体１４の中心部からその外縁部３０に向けて、ＬＥＤ１２実装部分の配線を切らないように設計された一対のスリット３２ａと、該スリット３２ａの先端同士を連結する溝３２ｂとを有する折り曲げ構造で構成された１乃至複数(図１及び２においては２カ所)の応力吸収部３２を設け、基板本体１４に対して外部から応力が与えられた際に一のＬＥＤ１２実装部分が他のＬＥＤ１２実装部分とは独立して歪みなく変位するようにしてもよい。ここで、スリット３２ａを設ける際、スリット３２ａ形成部分に凹溝を形成し、然る後、凹溝の底部をスリット加工すれば、切り離された凹溝がフランジ３４となり、スリット３２ａ形成部分の形状保持に役立つこととなる。

この応力吸収部３２は、上述したスリット３２ａおよび溝３２ｂからなるもののみならず、例えば、図５に示すように、基板本体１４の一次形状を湾曲板状に形成する場合には、基板本体１４幅方向にて互いに平行するように設けられた２本の溝３２ｃのみを応力吸収部３２とすることができる。更に、これに加え、図６に示すように、前記溝３２ｃと略直交する方向にＬＥＤ１２実装部分の配線を切らないような一本のスリット３２ｄを設け、これを含めて応力吸収部３２とすることもできる。つまり、応力吸収部３２は、基板本体１４における一部のＬＥＤ１２実装部分が、外部から応力が与えられた際に他のＬＥＤ１２実装部分とは独立して歪みなく変位でき、基板本体１４全体が歪みなく所定の形状へと変形できるものであれば、その形状や配設位置は如何なるものであってもよい。

なお、このような応力吸収部３２のほかに、基板本体１４のＬＥＤ１２実装部分や辺縁部、及び外部との接続部などに、基板本体１４を部分的に強度補強し、変位制御し易くするために別途用意した樹脂成形品や金属板などを取り付けるようにしてもよい。

また、上述した溝３２ｂおよび３２ｃに替えて、応力吸収部２６の折曲部分に対応する基板本体１４外周面の位置に、当該折曲部分に沿って隣接する一対の補助板(図示せず)を取着するか、或いは折曲部分周囲の基板本体１４を肉厚に形成するようにしてもよい。こうすることで基板本体１４における折曲部分周囲の剛性を向上させることができ、当該折曲部分のみをスムーズに揺動させることができる。

また、基板本体１４の外縁部３０には、ＬＥＤ照明装置１０を照明器具に取り付ける際に便利なように予めフランジや折り返しなどの形状を形成しておくことが好ましい。

反射面１６は、ＬＥＤ１２が発する光の反射効率を高めるため、基板本体１４の照射側表面に反射材をコーティングすることによって形成された面である。

この反射面１６を構成する反射材の組成およびその形成方法としては、アルミニウムや銀などの金属を蒸着やメッキによってコーティングするものや、誘電体を多層に蒸着するもの、或いは、反射、演色性に優れた樹脂や塗料をコーティングするものなどが挙げられる。つまり、照明目的にあわせて未加工のポリイミドフィルムよりも反射率が向上するものであれば反射面１６を構成する反射材の組成やその形成方法は特に限定されるものではない。

また、反射材をコーティングして反射面１６を設ける範囲は、照明目的に応じて基板本体１４上を分割して２種類以上の異種コーティングを施すこともできる。また、照明効果に寄与しない部分で、商品デザイン上の目的によって生じる成形部位、取り付けや、外部との電気接続上の形状要求によって生じる成形部位に対しては、反射を目的としないコーティングがされること、または逆にコーティングを施さないこともある。さらに、コーティング材の酸化劣化、傷付きなどを防止することを目的として保護膜をコーティングすることができることは言うまでもない。

導電回路１８は、基板本体１４の裏面に設けられ、ＬＥＤ１２と図示しない外部回路とを接続してＬＥＤ１２を点灯させる回路である。

この導電回路１８は、基板本体１４成形時の導体の酸化劣化、応力による亀裂の発生を防ぐために基板本体１４を所定の三次元的形状に成形した後に形成されることが望ましいが、形状によっては、熱可塑性を有する耐熱性フィルムに予め配線加工を施した後、これを成形して導電回路１８が設けられた基板本体１４を得るようにしてもよい。

この導電回路１８の作製方法は、基板本体１４成形後に金属蒸着を施し、後に電解メッキを施す方法や、成形後に無電解メッキを施す方法を利用し、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、フルアディティブ法のいずれを利用するものでも良く、またレーザー加工を利用し、不要導体部分を除去し回路パターンを得る方法であっても良い。さらには接着剤を介して金属箔で作製した回路を転写する方法でも良く、また導電ペーストを利用し、回路を描画する方法でも良い。

これらの方法で導電回路１８を形成する場合、導体金属としては銅からなるものが好ましいが、導電ペーストを利用する場合は銀ペーストを利用しても良く、実装工程の要求に応じて例えばハンダ，錫，金およびニッケルなどの異種金属や合金のメッキを施すことができることは言うまでもない。また、蒸着を利用する際に、基板本体１４と金属の密着力を高めるため、あるいは酸化を防止するために、クロムや、ニッケルなどの金属を下地蒸着することができることは言うまでもない。

また、導電回路１８の保護のため、当該回路１８表面にレジストインクを塗布することや、基板本体１４と同形状に成形されたカバーフィルムを接着することは信頼性向上のため好ましい。カバーフィルムの材質は、製造工程の順序により耐熱性を要する場合には基板本体１４と同種の熱可塑性を有する耐熱フィルム、例えばポリイミドフィルムなどであることが好ましいが、これに限定されるものではない。なお、図示しない外部回路と接続される導電回路１８の端末の位置については限定されるものではない。

次に、本発明のＬＥＤ照明装置１０を製造する際には、まず、基板本体１４に反射面１６および導電回路１８を形成する。続いて、ＬＥＤ１２表面側の周縁部に接着剤２４を塗布する。この際、発光領域Ｌに接着剤２４が付着しないように注意する。続いて、開孔２６とＬＥＤ１２の発光領域Ｌが一致するように位置決めし、基板本体１４の裏面に接着剤２４を塗布したＬＥＤ１２の表面を押し付けて両者を固定する。そして、ＬＥＤ１２の表面側(つまり導電回路１８側)を向くように曲成したリードフレーム１２ｃと導電回路１８とをハンダ３６などで電気的に接続することによって、本発明のＬＥＤ照明装置１０が完成する。

また、完成したＬＥＤ照明装置１０を使用する際には、電源を備えた外部回路(図示せず)と導電回路１８とを接続すると共に、これらの回路を介してＬＥＤ１２に電力を供給し、ＬＥＤ１２を点灯させる。

以上のように構成された本発明のＬＥＤ照明装置１０によれば、熱可塑性の耐熱フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体１４を形成すると共に、光源であるＬＥＤ１２を実装するその表面に光を反射する反射面１６を設けているので、外部からの信号または応力を利用して基板本体１４の形状を変えることで、その配光を容易に変化させることができ、ＬＥＤ１２が発する光を十分に漏れなく反射して目的とする照射範囲に光を集光することができる。つまり、ＬＥＤ１２の発する光の配光を可変制御できると共に、その照度効率を向上させることができる。

また、基板本体１４の表面には、複数個のＬＥＤ１２が配設されているので、基板本体１４を当初の形状から変化させてＬＥＤ１２が発する光の配光を変えた際に、それぞれのＬＥＤ１２が各々対応する範囲を照射でき、単一光源の場合のように光の焦点がボケることがなく、配光変化時の照度低下なく、所望の配光が得られる。

また、特に、基板本体１４に表面実装型のＬＥＤ１２の発光領域Ｌと略同等の大きさの開孔２６を設けると共に、この開孔２６とＬＥＤ１２表面の発光領域Ｌとが一致するようにして基板本体１４裏面側(すなわち外表面側)にＬＥＤ１２の表面側を固定しているので、ＬＥＤ１２で発生した熱を何らの抵抗もなく直ちに外気中へと放熱することができ、ＬＥＤ１２の温度上昇を極めて効率よく抑制することができる。また、このようにＬＥＤ１２および導電回路１８を共に基板本体１４の裏面側に配設することによって、導電回路１８作製の際にスルーホール加工や導電回路１８の両面化などといった煩雑な加工が不要となり、回路作製を簡単にすることができる。

さらに、基板本体１４の裏面には、外部回路に接続され、ＬＥＤ１２を点灯させる導電回路１８が設けられているので、ＬＥＤ照明装置１０を薄型化でき、熱放散性に優れたものとすることができる。

そして、基板本体１４における一部のＬＥＤ１２実装部分近傍に応力吸収部３２を設けた場合には、ＬＥＤ照明装置１０に外部応力を与えて一次形状から所定の二次以降の形状へと変形制御する際に、当該ＬＥＤ照明装置１０を歪みなく所定の形状へと変形させることができる。このため、二次以降の形状におけるＬＥＤ照明装置１０の配光精度をより向上させることができる。

なお、上述の例(実施形態)では、反射面１６を保護すべく当該反射面１６を保護膜でコーティングすること、また、導電回路１８を保護すべく当該導電回路１８にレジストインクを塗布或いはカバーフィルムを接着することについて述べたが、これらの方法に替えて以下のような方法でＬＥＤ照明装置１０の表面全体を保護するようにしてもよい。すなわち、完成させたＬＥＤ照明装置１０の表面全体にディッピングなど公知の方法でフッ素系樹脂やエポキシ樹脂などからなる透明樹脂溶液を塗設し、これを乾燥させてＬＥＤ照明装置１０の表面全体に透明な樹脂薄膜を形成するようにしてもよい。かかる方法によれば、１つの工程で基板本体１４の両表面に同時に保護膜を形成することができる。つまり、効率よく経済的にＬＥＤ照明装置１０全体に保護膜を形成することができる。また、透明樹脂溶液として特にフッ素系樹脂からなるものを用いることによって、反射面１６においては反射材の酸化劣化や傷付きを防止することができ、導電回路１８形成部分においては樹脂薄膜がカバーレイフィルムとして機能することにより導電回路１８の絶縁性および信頼性を向上できるのと同時に、ＬＥＤ照明装置１０の表面全体に防汚性を付与することができる。

また、上述の例では、表面実装型のＬＥＤ１２としてフラットトップタイプのものを用いる場合を示したが、図７に示すように、発光領域Ｌの表面にレンズ部３８が形成された所謂レンズトップタイプのＬＥＤ１２を用いるようにしてもよい。なお、このようなレンズトップタイプのＬＥＤ１２は一般的に光の指向性が強くなるため、基板本体１４に設ける開孔２６をその表裏の内径が均一なストレートなものにしてもよい。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこの実施例に限定されるものではない。

熱可塑性を有する耐熱フィルムとして、東レ・デュポン（株）製“カプトン(登録商標)”５００ＳＫＪ（厚み１２５μｍ）を用い、図１及び図２に示すように、全体として集光設計された三次元的な形状(本実施例の場合は椀状)の成形体をしわや歪みの無いように真空成形法で成形すると共に、得られた成形体のＬＥＤ１２実装部分に、外表面側(裏側)の面積が実装するＬＥＤ１２の発光領域Ｌと同じ面積を有し且つ内表面側(表側)に向けてその内径がテーパー状に拡径する開孔２６を穿設して基板本体１４を得た。なお、当該基板本体１４の互いに対面する位置には、あとでスリット３２ａを施す一対の凹溝とこの凹溝の先端同士を連結する溝３２ｂとが予め成形されている。

続いて、当該基板本体１４に対して、プラズマ加工を施し表面を活性化させた後、照射面側(表側)をマスクすると共に、裏側に対してニッケル、クロム、銅蒸着を施し３００Åの金属蒸着膜を得、然る後、電解銅メッキにより１８μｍの導体膜を得た。その後、当該基板本体１４の裏側に対して、フォトリソグラフィー法を用いてＬＥＤ用導電回路１８を形成した後、外部との接続端子部をマスクしてハンダレジストを塗布した。なお、外部との接続回路(図示せず)は基板本体１４裏面中央の平面部分に形成した。

続いて、基板本体１４の裏面全体をマスキングした後、基板本体１４の表面にアルミニウムを１２００Åの厚さで蒸着して反射面１６を形成した。

続いて、用意した表面実装型ＬＥＤ１２(フラットトップタイプ)の表面側周縁部に接着剤２４を塗布し、開孔２６とＬＥＤ１２の発光領域Ｌが一致するようにして基板本体１４の裏面にＬＥＤ１２の表面を押し付けて両者を固定し、然る後、ＬＥＤ１２の表面側(つまりＬＥＤ１２を基板本体１４に固定した際の導電回路１８側)を向くように曲成したリードフレーム１２ｃと導電回路１８とのハンダ付けを行なった。

最後に、基板本体１４の凹溝の底部をスリット加工して、スリット３２ａおよび溝３２ｂからなる応力吸収部３２を形成し、また裏面中央の外部接続回路端子部周辺の三方に切り込みを入れ、外側に折り曲げて外部接続端子(図示せず)を作製し、本発明のＬＥＤ照明装置１０を得た。

得られたＬＥＤ照明装置１０について、外縁部３０の成形形状を利用して別に用意した金属製の枠に仮固定し、当該照明装置１０を外部のＬＥＤ点灯用回路と接続したところ、ＬＥＤ１２は点灯し、第一次的に設計された範囲を高照度で照射した。また、スリット３２ａによって分割された部分を、外部のモーター駆動による機械的応力により稼働させたところ、二次的に設計された照射パターンを得ることができた。

本発明のＬＥＤ照明装置は、可変配光照明装置に利用可能である。

本発明の一実施例のＬＥＤ照明装置を示す斜視図である。図１におけるＩ−Ｉ線断面図である。本発明の一実施例のＬＥＤ照明装置における要部拡大断面図である。本発明の他の実施例のＬＥＤ照明装置における要部拡大断面図である。本発明の他の実施例のＬＥＤ照明装置(湾曲平板状)を示す斜視図である。本発明の他の実施例のＬＥＤ照明装置(図５にスリット追加)を示す斜視図である。本発明の他の実施例のＬＥＤ照明装置における要部拡大断面図である。

符号の説明

１０…ＬＥＤ照明装置
１２…ＬＥＤ
１４…基板本体
１６…反射面
１８…導電回路
２０…透明樹脂
２２…放熱板
２４…接着剤
２６…開孔
２８…凹部
３０…外縁部
３２…応力吸収部
３２ａ,３２ｄ…スリット
３２ｂ,３２ｃ…溝
３４…フランジ
３６…ハンダ
３８…レンズ部
Ｌ…発光領域

Claims

熱可塑性の耐熱フィルムを所定の三次元的形状に成形した基板本体と、前記基板本体の所定位置に取り付けられた複数個の表面実装型のＬＥＤと、前記基板本体の表面に設けられ、前記ＬＥＤの発する光を反射する反射面と、前記基板本体の裏面に設けられ、前記ＬＥＤを外部回路に接続して点灯させる導電回路とを備えたＬＥＤ照明装置であって、
前記基板本体には、前記ＬＥＤ表面の発光領域と略同等の大きさの開孔が設けられており、
前記開孔と前記ＬＥＤ表面の発光領域とが一致するようにして前記基板本体裏面に前記ＬＥＤの表面側が固定されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記耐熱フィルムが芳香族ポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記基板本体のＬＥＤ実装部分に、反射効率を高めるため前記ＬＥＤの発光領域を囲繞する部分的な凹部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
前記基板本体の少なくとも一部にスリットや溝などの折り曲げ構造で構成された応力吸収部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。