JP2010129953A - Ledランプおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より放熱しやすい構造を備えたLEDランプを提供する。
【解決手段】本発明によって提供されるLEDランプA1は、LED41と、LED41を支持するための放熱部材10と、放熱部材10の表面に積層された絶縁層20と、絶縁層20の表面に積層され、LED41と導通する金属配線層31とを備えている。
【選択図】図2
【解決手段】本発明によって提供されるLEDランプA1は、LED41と、LED41を支持するための放熱部材10と、放熱部材10の表面に積層された絶縁層20と、絶縁層20の表面に積層され、LED41と導通する金属配線層31とを備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、発光ダイオード(以下、LED)を光源とし、蛍光灯の代替として用いることができるLEDランプおよびその製造方法に関する。
図6は、LEDが光源として用いられる、従来のLEDランプの一例を断面図で示している(たとえば特許文献1参照)。同図に示されたLEDランプXは、板状の基板91と、基板91上に搭載された複数のLED92と、基板91を収容する管93と、端子94とを備えている。基板91上には、複数のLED92および端子94に接続される図示しない配線パターンが形成されている。このLEDランプXは、端子94を一般用蛍光灯照明器具のソケットの差込口に嵌合させることにより、複数のLED92を発光させることができるように構成されている。
なお、一般用蛍光灯照明器具とは、主に屋内の一般照明に広く用いられる照明器具であり、たとえば日本国内においては、商用100V電源を用い、JIS C7617に定められた直管形蛍光ランプまたはJIS C7618に定められた環形蛍光ランプが取り付けられる照明器具をいう。
しかしながら、LEDランプXでは、複数のLED92の発光時に熱が生じる。そのため、基板91およびLED92の温度が不当に上昇し、基板91の表面の配線パターンおよびLED92が破損するおそれがあった。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より放熱しやすい構造を備えたLEDランプおよびその製造方法を提供することをその課題とする。
本発明の第1の側面によって提供されるLEDランプは、LED発光素子を備えたLEDランプであって、上記LED発光素子を支持するための放熱部材と、上記放熱部材の表面に積層された絶縁層と、上記絶縁層の表面に積層され、上記LED発光素子と導通する金属配線層と、を備えたことを特徴としている。
このような構成によれば、LED発光素子で生じる熱は、金属配線層および絶縁層を通じて放熱部材に伝えられ、放熱部材から発光素子の外部に放散される。したがって、LED発光素子で生じる熱を速やかに放散することができるので、より放熱しやすい構造を備えたLEDランプを提供することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記絶縁層は、SiO2によって構成されている。このような構成によれば、絶縁層はSiO2によって構成されているので、金属配線層と放熱部材とを好適に絶縁し、金属配線層から放熱部材へ熱を好適に伝導することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記LED発光素子と、このLED発光素子をその表面に搭載するリードと、上記LED発光素子および上記リードを覆うパッケージ樹脂とを有するLEDモジュールを備え、上記リードの裏面は、上記金属配線層と接合されている。このような構成によれば、LED発光素子で生じる熱は、リードを介して金属配線層および絶縁層を通じて放熱部材に伝えられるので、LED発光素子から放熱部材へ熱を好適に伝導することができる。
本発明の第2の側面によって提供されるLEDランプは、LED発光素子を備えたLEDランプであって、上記LED発光素子を支持するための放熱部材と、上記放熱部材に接して設けられ、電気絶縁性を有するベースフィルム層、および上記ベースフィルム層上に形成された金属配線層を少なくとも有する基板と、を備え、上記LED発光素子は、上記金属配線層と導通されていることを特徴としている。
このような構成によれば、LED発光素子で生じる熱は、基板の金属配線層、および基板のベースフィルム層を通じて放熱部材に伝えられ、放熱部材から発光素子の外部に放散される。したがって、LED発光素子で生じる熱を速やかに放散することができるので、より放熱しやすい構造を備えたLEDランプを提供することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ベースフィルム層は、ポリイミドによって構成されている。このような構成によれば、ベースフィルム層はポリイミドによって構成されているので、金属配線層と放熱部材とを好適に絶縁し、金属配線層から放熱部材へ熱を好適に伝導することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記LED発光素子と、このLED発光素子をその表面に搭載するリードと、上記LED発光素子および上記リードを覆うパッケージ樹脂とを有するLEDモジュールを備え、上記リードの裏面は、上記金属配線層と接合されている。このような構成によれば、LED発光素子で生じる熱は、リードを介して金属配線層および絶縁層を通じて放熱部材に伝えられるので、LED発光素子から放熱部材へ熱を好適に伝導することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板は、フレキシブル配線基板である。このような構成によれば、フレキシブル配線基板は金属配線層や絶縁層を有しているので、LEDランプの製造工程において金属配線層や絶縁層を個別に作製する工程が省略でき、LEDランプを容易に作製することができる。
本発明の第3の側面によって提供されるLEDランプの製造方法は、複数のLED発光素子と、上記LED発光素子を支持するための放熱部材と、上記放熱部材に接して設けられ、電気絶縁性を有するベースフィルム層、および上記ベースフィルム層上に形成された金属配線層を有するフレキシブル配線基板と、を備えたLEDランプの製造方法であって、上記放熱部材を所定の形状に形成する工程と、予め金属配線層が配線パターンとして形成された、上記フレキシブル配線基板の元である長尺状の基材に、複数のLED発光素子を実装する工程と、上記LED発光素子が実装された基材を上記放熱部材の長さに切断する工程と、上記切断することにより形成された上記フレキシブル配線基板を上記放熱部材に装着する工程と、を有することを特徴としている。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図1および図2は、本発明の第1実施形態にかかるLEDランプの一例を示す図である。図1は、LEDランプの要部斜視図であり、図2は、図1におけるII−II線に沿う要部断面図である。このLEDランプA1は、放熱部材10、絶縁層20、金属配線層31,32、LEDモジュール40、キャップ50、および端子60を備えている。このLEDランプA1は、図示しない円筒形のケースに収容され、たとえば蛍光灯の代替として、一般用蛍光灯照明器具に取り付けられて用いられる。
放熱部材10は、LEDモジュール40を実装することによりLEDモジュール40を支持するとともに、LEDモジュール40で生じた熱を放散させるためものである。放熱部材10は、たとえばAlからなり、所定方向に沿って延びる細長の略板状に形成されている。放熱部材10は、その上面11がフラットに形成されている。放熱部材10の側面には、複数の凹部12が形成されている。凹部12は、放熱部材10の長手方向に沿って放熱部材10の全長にわたって形成されている。凹部12は、放熱部材10の表面積を広げるために形成されたものである。凹部12は、放熱部材10を形成する際に用いる金型に凸部を設けることによって形成することができる。放熱部材10には、基板10の長手方向に沿って貫通する複数の通気孔13が形成されている。通気孔13も、放熱部材10の表面積を広げるために形成されたものである。
放熱部材10の上面11には、その上面11を覆うように絶縁層20が積層されて形成されている。絶縁層20は、放熱部材10と金属配線層31,32とを電気的に絶縁するためのものである。絶縁層20は、たとえばSiO2などによって構成されている。絶縁層20の厚みは、たとえば100μm程度とされている。絶縁層20は、たとえばCVD法、またはスパッタリングに代表されるPVD法などを用いて形成することができる。
絶縁層20の上面21には、たとえばCuからなる配線パターンが形成されている。配線パターンは、互いに離間する金属配線層31,32によって構成されている。金属配線層31,32は、絶縁層20の上面21に積層されてそれぞれ形成されている。金属配線層31,32は、絶縁層20の上面21にCuからなる膜を形成し、これをエッチングすることにより得られる。金属配線層31,32には、それらを覆う保護層33が形成されている。金属配線層31,32は、絶縁層20により放熱部材10と電気的に絶縁されている。
LEDモジュール40は、放熱部材10に支持されて設けられている。LEDモジュール40は、LED41、互いに離間する金属製のリード42,43、ワイヤ44、および樹脂パッケージ45を備えている。LEDモジュール40は、図1に示すように、放熱部材10の長手方向に沿って並ぶように複数個配置されている。各LEDモジュール40は、LED41の主出射方向が放熱部材10の上面11と直交する方向を向くように設置されている。
LED41は、たとえばn型半導体およびp型半導体と、これらに挟まれた活性層(いずれも図示せず)とが積層した構造とされている。LED41は、たとえばGaN系半導体からなる場合、青色光を発することができる。
LED41は、2つの電極を備えている。これらの電極は、LED41の下面および上面に形成されている。LED41は、リード42の表面に搭載されている。リード42の裏面は、金属配線層31に接合されている。これにより、LED41の下面の電極は、金属配線層31と導通している。一方、LED41の上面の電極は、ワイヤ44を介してリード43に接続されている。リード43は、金属配線層32に接合されている。これにより、LED41の上面の電極は、金属配線層32と導通している。
樹脂パッケージ45は、LED41およびワイヤ44を保護するためのものである。樹脂パッケージ45は、LED41から発せられる光に対して透光性を有するたとえばシリコン樹脂を用いて形成されている。また、樹脂パッケージ45に、青色光によって励起されることにより黄色光を発する蛍光材料を混入すれば、LEDモジュール40から白色光を出射させることが可能となる。なお、上記黄色光を発する蛍光材料に代えて、緑色光および赤色光を発する蛍光材料を混入するようにしてもよい。
キャップ50は、放熱部材10の長手方向の両端にそれぞれ接続されており、端子60を保持している。端子60は、それぞれ金属配線層31、32のいずれかと導通している。各端子60を、蛍光体照明器具のソケットの差込口に嵌合させることにより、LEDモジュール40に電力を供給し、LED41を発光させることができる。
次に、LEDランプA1の作用について説明する。
本第1実施形態によれば、LEDランプA1が点灯されると、LED41において熱が生じる。LED41で生じた熱は、リード42を伝わって、金属配線層31に伝えられる。金属配線層31に伝わった熱は、絶縁層20を通じて放熱部材10に伝えられる。放熱部材10は、凹部12および複数の通気孔13によって、外部との接触面積が広くなっているため、伝えられた熱を速やかに外部に放出することができる。
このため、LEDランプA1は、LED41で発生した熱を好ましく放熱部材10に伝え、さらに放熱部材10に伝わった熱を外気に放出しやすい構造を備えている。したがって、LEDランプA1は、LEDモジュール40の温度が過度に上昇することを抑制でき、故障しにくく安定した照明を供給することができる。
また、上記したLEDランプA1では、放熱部材10が、LEDモジュール40を実装するための基板としての役割を果たしている。そのため、放熱部材10とは別に、LEDモジュール40を実装するための基板を用意する必要がない。したがって、部品コストの削減化に寄与することができる。
なお、第1実施形態のLEDランプにおいては、LED41がリード42を介して金属配線層31に導通された構成とされているが、これに代えて、図3に示すように、LED41が直接的に金属配線層31に搭載されて導通された構成であってもよい。
図3を参照すると、LED41は、リード42を介さずに金属配線層31に直接的にボンディングされて搭載され、LED41の上面の電極に接続されたワイヤ44は、金属配線層32に直接的にワイヤ・ボンディングされている。そして、LED41およびワイヤ44は、たとえばエポキシなどからなる透光性樹脂がポッティングされることにより形成されたポッティング樹脂46によって覆われている。
図3に示すLEDランプA2によれば、LED41で生じた熱は、即座に金属配線層31に伝えられ、金属配線層31に伝わった熱は、絶縁層20を通じて放熱部材10に伝えられる。したがって、LED41で生じた熱がリード42を介して伝達された第1実施形態のLEDランプA1に比べ、より迅速にかつ効果的に熱が放熱部材10に伝達されるので、放熱効果をより一層高めることができる。
図4は、本発明の第2実施形態にかかるLEDランプを示す要部断面図である。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
この第2実施形態のLEDランプA3は、絶縁層20および金属配線層31,32に代えてフレキシブル配線基板70が設けられた点で、第1実施形態のLEDランプA1と異なる。すなわち、このLEDランプA3では、放熱部材10の上面11に、フィルム状のフレキシブル配線基板70が設けられている。
フレキシブル配線基板70は、ベースフィルム層71と、互いに離間した金属配線層72,73と、カバーコート層74とによって構成され、それらが一体的に積層されて全体としてフィルム状に形成されたものである。ベースフィルム層71は、たとえばポリイミドによって構成され、電気絶縁層として機能する部分である。金属配線層72,73は、Cuなどからなり、配線パターンとして機能する部分である。カバーコート層74は、電気絶縁性を有する材質で構成されており、金属配線層72,73を保護するためのものである。
フレキシブル配線基板70は、カバーコート層74が金属配線層72,73を覆うことのない所定の領域75を有しており、この領域75において金属配線層72,73が外部に露出している。この領域75において外部に露出している金属配線層72,73は、たとえば外部端子として用いられる。また、この領域75において外部に露出している金属配線層72,73には、LEDモジュール40が実装される。すなわち、図4に示すように、LEDモジュール40のリード42は、金属配線層72に接続される。一方、リード43は、金属配線層73に接続される。
本第2実施形態のLEDランプA3によれば、LEDランプA3が点灯されると、LED41において熱が生じる。LED41で生じた熱は、リード42を伝わって、フレキシブル配線基板70の金属配線層72に伝えられる。金属配線層72に伝わった熱は、ベースフィルム層71を通じて放熱部材10に伝えられる。放熱部材10は、伝えられた熱を速やかに外部に放出する。
そのため、LEDランプA3は、第1実施形態のLEDランプA1と同様に、LED41で発生した熱を好ましく放熱部材10に伝え、さらに放熱部材10に伝わった熱を外気に放出しやすい構造を備えることにより、第1実施形態のLEDランプA1と同様の作用効果を奏する。なお、第2実施形態のLEDランプA3においても、第1実施形態の変形例で示したように、LED41が直接的に金属配線層72に搭載されていてもよい。
次に、LEDランプA3の製造方法について、図5を参照して説明する。
まず、放熱部材10を作製する。たとえば板状あるいは棒状のアルミ部材を所定の大きさに切断し、金型などによって凹部12を形成する。これにより、図5(a)に示すような形状の放熱部材10を作製する。
次いで、フレキシブル配線基板70の元である長尺状の基材76を用意する。基材76は、フレキシブル配線基板70となる部分が複数個連続的につながったフィルム状のものであり、図5(b)に示すように、たとえばリール部材77に巻回されている。基材76は、ベースフィルム層71、金属配線層72,73、およびカバーコート層74からなる積層構造を予め有したものであり、金属配線層72,73による所定の配線パターンも形成されたものである。
次に、図5(c)に示すように、基材76にLEDモジュール40を実装する。この場合、フレキシブル配線基板70となる部分において、露出している金属配線層72,73の所定位置にLEDモジュール40を表面実装する。この表面実装では、リフロー処理が行われる。たとえば金属配線層72,73の所定位置にはんだを印刷し、印刷した部分にLEDモジュール40を配置した後、リフロー炉で加熱してはんだを溶融させることにより、LEDモジュール40を基材76に表面実装する。なお、LEDモジュール40が実装された基材76は、リール状に巻回されてもよい。
次に、図5(d)に示すように、基材76を放熱部材10の長手方向の長さに、切断位置Cで切断する。なお、基材76の切断は、基材76にLEDモジュール40を実装する前に行われてもよい。
その後、切断されることにより形成されたフレキシブル配線基板70となる部分を、図5(e)に示すように、放熱部材10の上面11に接着剤などで装着する。そして、放熱部材10の長手方向の両端に、端子60が保持されたキャップ50を装着する。これらの工程により、図4に示したLEDランプA3が製作される。
なお、上記製造工程においては、フレキシブル配線基板70を放熱部材10に装着した後に、LEDモジュール40をフレキシブル配線基板70上に実装することも可能である。しかしながら、放熱部材10はAlで構成されており、高温で加熱されるリフロー処理には不向きであるため、本製造方法では、上記のように、フレキシブル配線基板70を放熱部材10に装着する前に、LEDモジュール40をフレキシブル配線基板70に実装するようにしている。
このように、上記した製造方法によれば、フレキシブル配線基板70が用いられることにより、LEDランプの作製が容易となる。すなわち、第1実施形態のLEDランプA1では、絶縁層20や金属配線層31,32を形成するために成膜およびエッチングなどの作業や保護層33を形成するための作業が発生していたが、第2実施形態のLEDランプA3では、フレキシブル配線基板70が用いられることにより、それらの作業を省略することができる。したがって、製造時間や製造工程の短縮化を図ることができる。
本発明に係るLEDランプは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るLEDランプの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、放熱部材10の形状は、上記した形状に限るものではない。また、絶縁層20は、放熱部材10の上面11全体を覆う必要はなく、放熱部材10の上面11の一部を露出させてもよい。
A1,A2,A3 LEDランプ
10 放熱部材
12 凹部
13 通気孔
20 絶縁層
31,32 金属配線層
33 保護層
40 LEDモジュール
41 LED
42、43 リード
44 ワイヤ
45 樹脂パッケージ
50 キャップ
60 端子
70 フレキシブル配線基板
71 ベースフィルム層
72,73 金属配線層
74 カバーコート層
10 放熱部材
12 凹部
13 通気孔
20 絶縁層
31,32 金属配線層
33 保護層
40 LEDモジュール
41 LED
42、43 リード
44 ワイヤ
45 樹脂パッケージ
50 キャップ
60 端子
70 フレキシブル配線基板
71 ベースフィルム層
72,73 金属配線層
74 カバーコート層
Claims (8)
- LED発光素子を備えたLEDランプであって、
上記LED発光素子を支持するための放熱部材と、
上記放熱部材の表面に積層された絶縁層と、
上記絶縁層の表面に積層され、上記LED発光素子と導通する金属配線層と、
を備えたことを特徴とする、LEDランプ。 - 上記絶縁層は、SiO2によって構成されている、請求項1に記載のLEDランプ。
- 上記LED発光素子と、このLED発光素子をその表面に搭載するリードと、上記LED発光素子および上記リードを覆うパッケージ樹脂とを有するLEDモジュールを備え、
上記リードの裏面は、上記金属配線層と接合されている、請求項1または2に記載のLEDランプ。 - LED発光素子を備えたLEDランプであって、
上記LED発光素子を支持するための放熱部材と、
上記放熱部材に接して設けられ、電気絶縁性を有するベースフィルム層、および上記ベースフィルム層上に形成された金属配線層を少なくとも有する基板と、を備え、
上記LED発光素子は、上記金属配線層と導通されていることを特徴とする、LEDランプ。 - 上記ベースフィルム層は、ポリイミドによって構成されている、請求項4に記載のLEDランプ。
- 上記LED発光素子と、このLED発光素子をその表面に搭載するリードと、上記LED発光素子および上記リードを覆うパッケージ樹脂とを有するLEDモジュールを備え、
上記リードの裏面は、上記金属配線層と接合されている、請求項4または5に記載のLEDランプ。 - 上記基板は、フレキシブル配線基板である、請求項4ないし6のいずれかに記載のLEDランプ。
- 複数のLED発光素子と、上記LED発光素子を支持するための放熱部材と、上記放熱部材に接して設けられ、電気絶縁性を有するベースフィルム層、および上記ベースフィルム層上に形成された金属配線層を有するフレキシブル配線基板と、を備えたLEDランプの製造方法であって、
上記放熱部材を所定の形状に形成する工程と、
予め金属配線層が配線パターンとして形成された、上記フレキシブル配線基板の元である長尺状の基材に、複数のLED発光素子を実装する工程と、
上記LED発光素子が実装された基材を上記放熱部材の長さに切断する工程と、
上記切断することにより形成された上記フレキシブル配線基板を上記放熱部材に装着する工程と、
を有することを特徴とする、LEDランプの製造方法。
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