JP2007116074A - 発光ダイオード装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光学特性の低下を抑制することのできる発光ダイオード装置および照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】請求項１の発明は、表面、段差部２ｅ，２ｆ、および側面を含む基板２と；前記表面側に形成される凹部８、前記段差部に嵌合する嵌合部１１ａ２，１１ｂ２および前記側面側に設けられた射出ゲート痕９ｃを有してなる樹脂層９と；前記基板上に配設された導電層５と；凹部内に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップ６と；を具備していることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は発光ダイオード装置および照明装置に関する。

従来、ＬＥＤチップ等の点発光するＬＥＤ発光素子を用いた発光表示体としては、図１０に示すようなドットマトリクス発光表示体がある。即ち、このドットマトリクス発光表示体１０１は、表示体基板１０２上にＬＥＤ発光素子を搭載してＸ−Ｙのマトリックスダイナミック点灯発光表示回路を構成している。そして、この表示体基板１０２上に、内周面を白系の光反射面とした透孔１０５をＬＥＤ発光素子に対応して縦横に８×８個形成してなる合成樹脂製のマスク板１０６を重ねて接着し、各ＬＥＤ発光素子を各透孔１０５に収容し、更に各透孔１０５に透光性樹脂１０７を注入してＬＥＤ発光素子の配設配線部分を封止することにより、発光部１０８として８×８のドットマトリクス状に配列された発光ドットを形成している。
実開平７−７１６１号公報

上記発光表示体１０１では、この表示体基板１０２上に、内周面を白系の光反射面とした透孔１０５をＬＥＤ発光素子に対応して縦横に８×８個形成してなる合成樹脂製のマスク板１０６を重ねて接着する場合に、透孔１０５とＬＥＤ発光素子との位置関係がずれることがあり、この場合には、光学特性が低下することがある。

本発明は、光学特性の低下を抑制することのできる発光ダイオード装置および照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、表面、段差部および側面を含む基板と；前記表面側に形成される凹部、前記段差部に嵌合する嵌合部および前記側面側に形成された射出ゲート痕を有してなる樹脂層と；前記基板上に配設された導電層と；凹部内に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと；を具備していることを特徴とする。

ここで、基板は、例えば放熱性の優れているアルミニウム等の金属製基板等であればよく、基板を覆う樹脂層の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有するものが好適である。

また、樹脂層を構成する樹脂材は、射出成形マシンの射出ゲートから前記基板を配設した型内に射出される。射出ゲートは基板の側面側に形成されており、射出される樹脂によって基板が各側面からほぼ均等に圧力を受けるために、不用意に基板がずれることが低減される。

したがって、射出ゲート痕は、この種の方法を利用すれば、当然に樹脂層側面に形成されるものである。射出ゲートは、基板の両側面側に設けてもよいし片側のみでもよい。なお、片側のみの場合には、他の側面側には基板押えが必要となる。また、射出ゲートを基板の両側面側に設ける場合には、各側面側に設ける射出ゲートを同数とするのが好ましい。射出された樹脂によって基板を両側面側から均等に押圧することができるからである。

また、基板の各両側面側から射出された樹脂は、基板中央部で出会うことになり、凹部の面に合せ面が生じることがあるが、片側のみの場合には、射出された樹脂は、一方向に流れるので、凹部に合せ面ができなくなり、凹部形状を適切に形成することができる。

また、凹部は発光ダイオードチップから放射された光を凹部内面で反射する反射板の役割をしている。

請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオード装置において、前記樹脂層の射出ゲート痕は、前記基板の長手方向に沿う方向に直線状であって凸状に形成されていることを特徴とする。射出ゲート痕は直線状に一本であってもよいし複数本あってもよい。また、基板の長手方向に連続していなくてもよい。この射出ゲート痕は樹脂層を基板の長手方向に沿って補強するので、基板の反りを抑制する。

請求項３の発明は、請求項１または２記載の発光ダイオード装置において、前記射出ゲート痕と対向する方向であって前記基板の表面、側面または裏面に基板押え痕が形成されていることを特徴とする。対向する方向とは、射出ゲート痕が形成される樹脂層の面とは異なる面であればよい。例えば、樹脂層の一側面にゲート痕が形成されている場合には、基板押え痕は樹脂層の他の側面、表面または裏面に形成されていればよい。すなわち、樹脂層の射出成形時において、基板押えピンは、射出ゲートと同じところではなく対向するところで基板を押えているからである。

請求項４の発明は、器具本体と；器具本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一に記載の発光ダイオード装置と；を具備していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、基板は、各側面からほぼ均等に圧力を受けるために、基板が不用意にずれることがなく、基板に形成された導電層における発光ダイオードチップの配置位置と凹部の位置がずれることを抑制することができ、所定の光学特性を得ることができる。

請求項２の発明によれば、射出ゲート痕は樹脂層を基板の長手方向に沿って厚みを有して樹脂層を補強するので、使用時の温度変化などによる基板の反りを抑制することができる。

請求項３の発明によれば、樹脂層の射出成形時において、基板押えは射出ゲートと同じ方向ではなく対向する方向で均等に基板を押えているので、射出ゲートから流れ出す樹脂の力で基板が押されようとしても、基板を均等に押えることができる。したがって、基板に形成された導電層における発光ダイオードチップの配置位置と樹脂層の凹部の位置がずれることを抑制することができ、所定の光学特性を得ることができる。

請求項４の発明によれば、請求項１ないし３の効果を奏する発光ダイオード装置を有する照明装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を示す発光ダイオード装置について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態を示す発光ダイオード装置の平面図、図２は同じく側面図、図３は図１の発光ダイオード装置におけるIV−IV線断面図、図４は図１の発光ダイオード装置におけるI−I線断面図、図５は図１の発光ダイオード装置におけるII−II線断面図、図６は本発明の一実施形態を示す発光ダイオード装置に使用する基板の平面図である。

図１において、発光ダイオード装置１は、長尺状の基板２と、この基板２上に配設された導電層としての回路パターン５と、この回路パターン５上に複数配設された発光ダイオードチップ６と、この発光ダイオードチップ６を囲むように形成された凹部を有する樹脂層９と含んで構成されている。

基板２は、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）、窒化アルミニウム、ニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ等で長尺な平板状に形成されている。さらに、基板２は、表面、裏面、側面および一対の端部を有している。図４〜６に示すように、側面部には例えば角形の一対の切欠２ｂ，２ｃが形成され、一対の端部には固定用の切欠２ｄが形成され、裏面側には、一対の段差部２ｅ，２ｆが長手方向の全長に亘って連続的に形成されている。

樹脂層９は、基板２の表面側に形成される投光開口を有する凹部８、側面部１１ａ，１１ｂ、前記段差部２ｅ，２ｆに嵌合する嵌合部１１ａ２，１１ｂ２および前記側面側に設けられた射出ゲート痕９ｃを形成してなる。

導電層としての回路パターン５は、基板２上に電気絶縁層４を介して配設されている。回路パターン５は、銅（Ｃｕ）とニッケル（Ｎｉ）の合金や金（Ａｕ）等に形成され、発光ダイオードチップ６の陰極側と陽極側とが接続される。

発光ダイオードチップ６は、青色光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体等からなる。この発光ダイオードチップ６は、その底面電極を回路パターン５の一方上に載置してダイボンディング等により電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン５の他方にボンディングワイヤ７で接続している。なお、図３中符号５ｃは一対の回路パターン５同士を電気的に絶縁する間隙である。

以下、上記樹脂層９について詳細に説明する。樹脂層９には、基板２表面側において、各発光ダイオードチップ６の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、漸次拡開する逆円錐台状の凹部８が形成されている。凹部８は、その凹部内面に反射面８ａを形成し、外部に開口する投光開口８ｂとその上端面である投光開口端８ｃをそれぞれ有する。

また、各凹部８の内部には、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂が注入され、投光開口端８ｃとほぼ面一になるように充填され、封止樹脂１０としてそれぞれ形成されている。なお、この封止樹脂１０内には、例えば黄色発光の蛍光体が混入されている。

そして、この凹部８、発光ダイオードチップ６および蛍光体入りの封止樹脂により、発光ダイオード発光部３を構成している。

樹脂層９は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等が好適である。

また、図４で示すように、樹脂層９は、基板２の側面を幅方向に挟持する一対の側面部１１ａ，１１ｂを有し、凹部８と一体形成され、断面コ字状となっている。上記樹脂層９の一対の側面部１１ａ，１１ｂは、基板２の切欠２ｂ，２ｃにそれぞれ係合する角柱状の係合凸部１１ａ１，１１ｂ１をそれぞれ形成している。これら係合凸部１１ａ１，１１ｂ１は隣り合う凹部８間に形成されるスリット１１と同一位置に形成されている。図３で示すように、各係合凸部１１ａ１，１１ｂ１の厚さ方向の上端は、図５中の上端面２ａとほぼ面一に形成されている。

図４および５に示すように、樹脂層９の一対の側面部１１ａ，１１ｂは、その端部が基板２側へほぼ直角にそれぞれ屈曲され、基板２の段差２ｅ，２ｆにそれぞれ嵌合する嵌合部１１ａ２，１１ｂ２が一体に形成されている。なお、これら一対の嵌合部１１ａ２，１１ｂ２の間からは、基板２の裏面が露出している。

また、樹脂層９には、図１および２等に示されるように、基板２の長手方向で隣り合う凹部８を連結する連結部９ａの外表面にスリット１１を全幅に亘って形成している。このスリット１１の大きさを調整することにより、樹脂層９が固化する際の収縮程度を制御することができる。

図５に示すように、各スリット１１は、その底面で基板２の回路パターン５を外部に露出させる深さに形成されている。また、樹脂層９には、スリット１１部分において、基板２の両側面側には一対の側面部１１ａ，１１ｂが形成されている。これら一対の側面部１１ａ，１１ｂは、図５に示されるように、基板２を幅方向で挟持するように配設されている。

図１および２に示すように、樹脂層９の側面部１１ａ，１１ｂは、基板２の側面部を所要厚で被覆し、図１に示すように基板２の長手方向の全長に亘って連続的に連成されている。

樹脂層９を射出成形により基板２に形成する場合には、スリット１１および凹部８等を形成する型内に基板２を配設し、基板２の側面に対向して射出ゲートを配設し、両側面方向から樹脂を射出する。この結果、樹脂の射出ゲート痕９ｃは基板２の側面側の樹脂層９側面部１１ａ，１１ｂに形成されることになる。

このため、射出される樹脂によって基板２が各側面からほぼ均等に圧力を受け、不用意に基板２がずれることが低減され、発光ダイオードチップ６が配置される回路パターン５と凹部８の位置がずれることがなく、光学特性の低下を抑制することができるものである。

そして、図１に示すように、樹脂層９に一体に連結されている側面部１１ａ，１１ｂは、基板２の幅方向両端部を幅方向に挟持すると共に、これら一対の側面部１１ａ，１１ｂの一対の嵌合部１１ａ２，１１ｂ２が基板裏面２ｂ側の一対の段差２ｅ，２ｆに嵌合することにより、樹脂層９と一対の側面部１１ａ，１１ｂにより基板２を厚さ方向に抱え持ちしている。

すなわち、樹脂層９と一対の側面部１１ａ，１１ｂにより、基板２を表裏方向と幅方向の２方向で挟持すると共に、基板２の長手方向で係止しているので、樹脂層９を基板２上の所定の位置に強固に固定することができる。

次に、この発光ダイオード装置１の作用を説明する。まず、一対の回路パターン５ａ，５ｂを介して各発光ダイオードチップ６に直流電圧が印加されると、これら発光ダイオードチップ６が青色に発光する。この発光は透明の封止樹脂１０内の黄色発光の蛍光体を励起し、黄色を発光させると共に、発光ダイオードチップ６の青色光と混色することにより白色光となって、反射面８ａにより反射されて投光開口８ｂから外部へ放射される。

これら発光ダイオードチップ６は通電により発熱し、発光ダイオード装置１全体に伝達されるが、基板２に伝達された熱の一部は、各スリット１１の外部露出底面である基板上面２ａの一部から外部へ放出されるので、その昇温を抑制することができる。

また、樹脂層９は、金属製の基板２よりも熱膨張率が大きいので、その熱膨張差により、反り等の変形が発生しようとするが、その変形がスリット１１の変形により吸収するので、樹脂層９の変形を防止または低減することができる。

このために、凹部８の反射面８ａや封止樹脂１０の変形により、その投光開口端８ｂの投光方向がずれて色むらや輝度むら（明るさのむら）が発生するのを防止または低減することができる。

なお、前記実施形態では、発光ダイオード発光部３の複数個をそれぞれ１列状に配設した発光ダイオード装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各発光ダイオード発光部３の複数個をマトリックス状に形成してもよく、さらに発光ダイオード発光部３はそれぞれ単数でもよい。また、複数個の発光ダイオード装置１を器具本体に一平面上に配列して一体に連結することにより所要の照明装置に構成してもよい。

次に、本発明の他の実施形態を示す発光ダイオード装置について、図面を参照して説明する。図７は本発明の他の実施形態を示す発光ダイオード装置の側面図、図８は図７の発光ダイオード装置におけるＡ−Ａ線断面図、図９は図７の発光ダイオード装置におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図７〜９の各図面において、前述した実施形態の発光ダイオード装置と同一または相当する部分については、同一の符号を付してその詳細なる説明は省略する。

図７ないし９に示す発光ダイオード装置１における樹脂層９の射出ゲート痕９ｃは、基板２の長手方向に沿う方向に直線状であって凸状に形成されている。本実施形態では、射出ゲート痕９ｃは一直線状に２本形成している。

また、凸状の高さは僅かであるが、連続的に樹脂層９の側面に形成されているので、基板２長手方向に沿って補強でき、基板２の反りを抑制することができる。

図８に図示したように、発光ダイオード装置１の射出ゲート痕９ｃと対向する方向であって基板２の裏面には、基板押え痕９ｄが形成されている。基板押え痕９ｄは、樹脂層９の射出成形時に使用される基板押えピンを抜いた痕であり、射出された樹脂がピンのあった部分に流れ込んだ構成となっている。

樹脂層９の射出成形時において、基板押えのピン（図示しない。）は、射出ゲートと同じ方向ではなく対向する方向で均等に基板２を押えているので、射出ゲートから流れ出す樹脂の力で基板２が押されようとしても、基板２を均等に押えることができる。したがって、基板２に形成された導電層５における発光ダイオードチップ６の配置位置と樹脂層９の凹部１０の位置がずれることを抑制することができ、所定の光学特性を得ることができる。

なお、本実施形態では、基板押え痕９ｄは、基板２表面に回路パターン５を外部に露出させる深さに形成されたスリット１１に対向する部分ではないところに形成されている。スリット１１は樹脂で覆われていないので、この部分の強度は低下するが、本実施形態では基板２表面が樹脂層９で覆われた部分の裏面側に形成されているので、樹脂が少なくなることにより形成される基板押え痕を形成しても、この部分の強度を低下させることがない。

本発明の一実施形態を示す発光ダイオード装置の平面図。 本発明の一実施形態を示す発光ダイオード装置の側面図。 図１の発光ダイオード装置におけるIV−IV線断面図。 図１の発光ダイオード装置におけるI−I線断面図。 図1の発光ダイオード装置におけるII−II線断面図。 本発明の一実施形態を示す発光ダイオード装置に係る基板の平面図。 本発明の他の実施形態を示す発光ダイオード装置の側面図。 図７の発光ダイオード装置におけるＡ−Ａ線断面図。 図７の発光ダイオード装置におけるＢ−Ｂ線断面図。 従来の発光ダイオード表示体の斜視図。

符号の説明

１…発光ダイオード装置、２…基板、２ｂ，２ｃ…切欠、２ｄ…端部（固定用の切欠）、２ｅ，２ｆ…段差、３…発光ダイオード発光部、４…絶縁層、５…回路パターン、６…発光ダイオードチップ、８…凹部、８ａ…反射面、８ｂ…投光開口、８ｃ…投光開口端、９…樹脂層、９ｃ…射出ゲート痕、９ｄ…基板押え痕、１０…封止樹脂、１１…スリット、１１ａ，１１ｂ…一対の側面部、１１ａ１，１１ｂ１…係合凸部、１１ａ２，１１ｂ２…嵌合部。

Claims (4)

1. 表面、段差部および側面を含む基板と；
   前記表面側に形成される凹部、前記段差部に嵌合する嵌合部および前記側面側に形成された射出ゲート痕を有してなる樹脂層と；
   前記基板上に配設された導電層と；
   凹部内に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと；
   を具備することを特徴とする発光ダイオード装置。
2. 前記樹脂層の射出ゲート痕は、前記基板の長手方向に沿う方向に直線状であって凸状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
3. 前記射出ゲート痕と対向する方向であって前記基板の表面、側面または裏面に基板押え痕が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード装置。
4. 器具本体と；
   器具本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一に記載の発光ダイオード装置と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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