JP2010129953A - Ｌｅｄランプおよびその製造方法 - Google Patents

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

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。

実開平０６−５４１０３号公報

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。

本発明の第１実施形態にかかるＬＥＤランプを示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部断面図である。 第１実施形態にかかるＬＥＤランプの変形例を示す要部断面図である。 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。 ＬＥＤランプの製造方法を説明するための図である。 従来のＬＥＤランプの一例を示す断面図である。

符号の説明

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。

Images