JP4307096B2 - カード型ledモジュール、その製造方法、照明装置及び表示装置 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、基板の表面上に複数のLED(発光ダイオード)素子が実装されたカード型LEDモジュール及びそれを用いた照明装置並びに表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
照明分野において、プリント基板上にLEDベアチップを多数個2次元的に配列したカード型LEDモジュールが開発されている。
このカード型LEDモジュールは、例えば特許文献1に示されているように、基板表面の中央部にLEDベアチップを直列あるいは並列に接続する導電パターンを形成した構成をとり、当該導電パターンを介して各LEDベアチップに給電し、各LEDベアチップを一斉に発光させるようになっており、これによって、LEDモジュールのLED実装領域全体から光が出射されるので、高輝度な面光源を得ることができる。
【0003】
また、LEDベアチップは、空気中の水分が侵入したり塵が付着したりすることによって劣化するため、従来から、LEDベアチップを基板上に実装した後に、エポキシなどの透光性樹脂を充填して透光性樹脂体を成型しており、この透光性樹脂体で各LEDベアチップを外気から遮断することにより、LEDモジュールの長寿命化が図られている。また、透光性樹脂体をレンズ状に成型することによって、各LEDベアチップから出射される光を屈折させて外部に放出するようになっているものも多い。
【0004】
透光性樹脂体を成型する方法としては、例えば、トランスファモールド成型技術を用いて、基板上に配列されたLEDチップを覆うように透光性樹脂を塗布して硬化することによって、樹脂を板状に成型する方法が考案されている。
【特許文献1】
特開2000−277813号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このようなカード型LEDモジュールを使用する際に、ソケットに装着し、ソケット側から電力の供給を受けながら使用する形態が便利であると考えられる。
その場合、カード型LEDモジュールには基板表面の一辺に沿って給電端子を設け、一方、ソケットにも当該給電端子と接続されるコネクタを設けておけば、ソケットからモジュールへ電力を供給することができる。
【0006】
ところが、このようなカード型LEDモジュールを、ソケットに装着したり脱着したりするとき、あるいはハンドリング時には、手でモジュールの表裏面を挟んで行うことになるので、透光性樹脂板表面あるいは給電端子に手が触れて、これらが汚れることもあり得る。そして、透光性樹脂板表面が汚れると、LEDベアチップからモジュール外に出射される光量が低減する、あるいは給電端子が汚れるとソケット側のコネクタとの接触性が低下するという問題が生じる。
【0007】
また上記のように透光性樹脂をトランスファモールド成型する際には、成型用の金型に樹脂を注入することによって行う。ここで、給電端子が存在する側に、樹脂の注入口や排出口を設けることは難しいので、給電端子が存在しない側辺部に樹脂の注入口や排出口を位置させて行うことになるが、その場合、成型後には注入口や排出口に相当するところに凹凸が残りやすいので、この方法で作製されたカード型LEDモジュールは、側辺部の平滑性が失われやすい。
【0008】
ここで、カード型LEDモジュールをソケットに挿抜する際には、側辺部がソケットとスライド接触するので、カード型LEDモジュールの側辺部が平滑でないとソケットに対して滑らかに挿抜しにくいという問題が生じる。
本発明は、これらの課題を鑑み、カード型LEDモジュールあるいはこれを用いた照明装置や表示装置において、カード型LEDモジュールをソケットに着脱する際などに、手で掴んでも、給電端子やLEDチップ上の透光性樹脂表面が汚れにくいものを提供することを目的とする。
【0009】
また、カード型LEDモジュールを製造するときに、トランスファモールド成型で透光性樹脂板を形成した場合に、出来上がったカード型LEDモジュールを滑らかにソケットに挿抜できるようにすることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するため、本発明では、基板の一表面上に、導電パターンが形成されると共に当該導電パターン上に複数のLEDチップが実装され、各LEDチップを囲むように反射板が配置され、LEDチップ及び反射板がレンズで封止され、LED実装領域外に、前記導電パターンと接続された複数の給電端子が並んで形成されてなるカード型LEDモジュールであって、LED実装領域から給電端子間に伸長するリブを設け、レンズ及びリブは、一体形状で、且つ透光性材料からなり、リブの高さは、反射板の高さより低いことを特徴とする。
【0011】
上記カード型LEDモジュール、照明装置あるいは表示装置によれば、リブのところを手で掴んでソケットに着脱したり搬送したりできるが、このリブはLED実装領域外にあるので、LEDチップ上の透光性樹脂表面に手が接触しにくい。また、基板の表面上で、リブは給電端子の表面より突出しているので、ここを手で掴んでも端子電極に手が接触しにくい。
【0012】
また上記目的は、基板の一表面上に、導電パターン及び導電パターンに接続された複数の給電端子を形成する導電パターン形成ステップと、導電パターン上に複数のLEDチップを実装するLED実装ステップと、基板の一表面上に、各LEDチップを囲むように反射板を配置する反射板配置ステップと、基板の一表面上に、LEDチップ及び反射板を封止するレンズと、LED実装領域から給電端子間に伸長し高さが反射板より低いリブとを、透光性材料で一体形成する成形ステップとを備えることを特徴とするカード型LEDモジュールの製造方法によっても、同様に達成できる。
【0013】
上記レンズおよびリブは、樹脂をトランスファモールド成型することによって作製することが好ましい。
この場合、成型用の金型に樹脂を注入する際、もしくは金型から樹脂を排出する際に、リブに相当する箇所から行えば、ソケットとスライド接触する側辺部には、金型に樹脂注入口や樹脂排出口を設ける必要がない。従って、成型される透光性板体の側辺部は平滑となり、よって、滑らかにソケットに抜き差しできるカード型LEDモジュールが製造できる。
【発明の効果】
【0014】
以上説明したように、本発明によれば、基板の一表面上に、導電パターンが形成されると共に当該導電パターン上に複数のLEDチップが実装され、当該LEDチップが実装されたLED実装領域を覆ってLEDチップを封入する透光性板体が積層され、LED実装領域外に導電パターンと接続された複数の給電端子が並んで形成されてなるカード型LEDモジュールにおいて、透光性板体に、LED実装領域から給電端子間に伸長するリブを設けることによって、端子電極やLEDチップ上の透光性樹脂表面が汚れることなくソケットに着脱したり搬送したりできるようになり、接触信頼性も向上する。
【0015】
また、カード型LEDモジュールの製造方法において、基板の一表面上に、導電パターン及び当該導電パターンに接続された複数の給電端子を形成するステップ、導電パターン上に複数のLEDチップを実装するステップ、及び、基板の一表面上に、LED実装領域を覆ってLEDチップを封入するとともに、LED実装領域から給電端子間に伸長するリブを有する透光性板体を積層させるステップを設けることによっても、同様の効果を得ることができる。
【0016】
樹脂をトランスファモールド法で成型して透光性板体を形成する場合、トランスファモールド成型用の金型に樹脂を注入する際、もしくは金型から樹脂を排出する際に、リブに相当する箇所から行えば、成型される透光性板体の側辺部は平滑となるので、滑らかにソケットに抜き差しできるカード型LEDモジュールが製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図1は、本発明の一実施形態に係るカード型LEDモジュールを示す斜視図であり、図2は当該カード型LEDモジュールの分解斜視図であり、図3は、当該カード型LEDモジュール1の平面図である。また図4は、カード型LEDモジュール1をソケット2に挿入する様子を示す図である。
【0018】
図1,2に示すように、カード型LEDモジュール1は、矩形状の金属ベース基板10上に、多数のLEDベアチップが2次元的に配列した状態で実装されると共に、反射板20及びレンズ板体30が積層されて構成されている。このカード型LEDモジュール1は、図4に示すように、ソケット2にスライド挿入して用いられ、これら多数のLEDベアチップが一斉に発光することによって、平面状光源を形成できるようになっている。
【0019】
ここでは、64個のLEDベアチップC11〜C88が8行×8列で規則正しく配列されていることとする。
ソケット2に挿入されたカード型LEDモジュール1は、家屋内の照明装置、電気スタンド、懐中電灯の光源として用いられる。
図3に示すように、カード型LEDモジュール1において、中央部分であってLEDチップが実装されている部分をLED実装部1a、LED実装部1aの外側で両側辺に沿った部分を側辺部1b、LED実装部1aの外側で挿入方向の一端部において給電端子14が設けられている部分をカード端子部1c、LED実装部1aを挟んでカード端子部1cと対向する側の端部を対向端部1dということとする。
【0020】
金属ベース基板10は、金属板11の表面上に、無機質フィラー入り熱硬化性樹脂からなる絶縁層12が積層され、その絶縁層12の表面上には、LED実装部1aに、金属薄膜からなる導電パターン13が形成されて構成されている。
また、図2,4に示すように、金属ベース基板10上面には、カード端子部1cにおいて、ソケット2側から供給される電力を受け取るための金属薄膜からなる給電端子14が複数並べて設けられている。
【0021】
図2に示す例では、8個の給電端子14がカード端子部1cに並設され、同幅で等ピッチで並べられているが、並設される給電端子14の数は、LEDベアチップC11〜C88の接続形態によって、2個、4個、あるいは16個となることもある。
また、給電端子14の幅並びにピッチは、カード端子部1cの長さ及び並設する給電端子14の数に応じて適宜設定されるが、一例を挙げると給電端子14の幅が0.8mmでピッチが1.25mmである。
【0022】
なお、図示はしないが、金属ベース基板10において、絶縁層12の層内部にも導電パターンが形成されており、多層配線構造となっている。
この導電パターン13及び層内の導電パターンによって、給電端子14と各LEDベアチップとの間が接続されて、各LEDベアチップに給電できるようになっている。
図2に示す導電パターンの接続形態の具体例を挙げると、(2n−1)行目の8個のLEDベアチップ及び2n行目の8個のLEDベアチップは、すべて直列に接続されると共に、その両端が(2n−1)番目及び2n番目の給電端子14に接続されている(ただしn=1,2,3または4)。
【0023】
すなわち、第1番目及び第2番目の給電端子14の間に、第1行目のLEDベアチップC11〜C18及び第2行目のLEDベアチップC21〜C28が直列に接続されており、同様に、第3番目及び第4番目の給電端子14の間、第5番目及び第6番目の給電端子14の間、第7番目及び第8番目の給電端子14の間にも、それぞれ2行(16個)分のLEDベアチップが直列接続されている。
【0024】
反射板20は、LED実装部1aに広がる板状部材であって、各LEDチップC11〜C88が実装される位置には、上方に向かってテーパ状に広がる貫通孔21が開設されている。反射板20はアルミニウムからなり、アルマイト処理が施されている。
(レンズ板体30の構成)
図2に示すように、レンズ板体30は、反射板20を覆う板状の部材であって、LED実装部1aに広がるLED実装領域部30aと、当該LED実装領域部30aの両側に形成され金属ベース基板10の側辺部10bを覆う側辺部30bを有している。
【0025】
LED実装領域部30aの下面側には、上記各貫通孔21に丁度填まり込む凸部33(図2ではレンズ板体30の背面側に隠れている。図5参照。)が形成されている。また、レンズ板体30の上面側には、各貫通孔21に対応する位置にレンズ状の凸部32が形成されている。
更に、レンズ板体30は、LED実装領域部30aから給電端子14どうしの各間隙に伸長して形成されたリブ部31を有している。
【0026】
リブ部31は、図1に示すように、金属ベース基板10の上面に対して、給電端子14よりも突出している。このリブ部31の高さ(給電端子14表面からの突出量)は、0.3mm以上とすることが好ましい。
一方、凸部32から出射される光束がリブ部31で遮られないように、リブ部31の高さをレンズ状の凸部32の底面高さあるいは反射板高さよりも低く設定することが好ましい。
【0027】
レンズ板体30は、透光性を有する絶縁性材料(例えばエポキシ樹脂)で全体(LED実装領域部30a、側辺部30b及びリブ部31)が一体成型されている。
(ソケット2の構成とカード型LEDモジュール1の挿抜操作)
図4に示すように、ソケット2は、金属板が矩形状に成型されてなる第1フレーム40及びカード型LEDモジュール1を収納する第2フレーム50から構成されている。そして、第2フレーム50は第1フレーム40の端部に回動可能に軸支され、第1フレーム40に対して第2フレーム50が開閉できるようになっている。
【0028】
第1フレーム40には、カード型LEDモジュール1がソケット2に装着されたときにLED実装部1aから外部に光が放出できるように開口窓41が開設され、当該開口窓41の傍に、カード端子部1cに給電するためのコネクタ60が設けられている。
このコネクタ60には、上記給電端子14と同じピッチで複数(8個)の給電端子板61aが並べて取り付けられており、各給電端子板61aに接続された外部接続部61bも取り付けられている。各対の外部接続部61bには、外部から一定レベルの直流電圧が供給される。
【0029】
第2フレーム50は、カード型LEDモジュール1を載せる矩形板状の基底部51と、当該基底部51の両側辺に沿って設けられたアーム部52とを有している。このアーム部52は、カード型LEDモジュール1の側辺部1bをスライド可能な状態で保持する。
カード型LEDモジュール1をソケット2に装着する際には、まず、図4に示すように、第2フレーム50を開放した状態で、カード端子部1cを手で挟んでカード型LEDモジュール1を第2フレーム50に挿入し(白抜矢印A)、第2フレーム50を閉じる(白抜矢印B)。
【0030】
これによって、カード型LEDモジュール1がソケット2に装着されると共に、コネクタ60の各給電端子板61aとカード端子部1cの給電端子14とが接触して接続され、外部からコネクタ60に供給される電力は、カード端子部1c、導電パターンを経て各LEDベアチップに供給され、LEDベアチップC11〜C88が一斉に発光する。
一方、カード型LEDモジュール1をソケット2から脱着する際には、第2フレーム50を開放し、カード端子部1cを手で挟んで、カード型LEDモジュール1を第2フレーム50から抜き取る。
【0031】
なお、ソケット2において、第2フレーム50に挿入されたカード型LEDモジュール1が装着位置からずれないように保持する保持機構を設けることが好ましい。この保持機構は、例えば、レンズ板体30の側辺部30bに凸部を設けると共に、アーム部52の中には、カード型LEDモジュール1が装着されたときに、当該凸部を係止する板バネを設けることによって実現できる。
【0032】
また、ソケット2において、装着されるカード型LEDモジュール1を基底部51の方に押圧する機構を設ける(例えば、アーム部52の中に、側辺部30bを基底部51の方に押圧する板バネを設ける。)こともでき、それによってカード型LEDモジュール1からの放熱がより良好に行われるので、LEDモジュール1の長寿命化、高効率化が実現できる。
【0033】
また、ソケット2において、第2フレーム50と第1フレーム40を閉じた状態で保持するロック機構を設けておくことも好ましい。
(カード型LEDモジュール1の製造方法)
まず、上記構成の金属ベース基板10を次のように作製する。金属板11としてのアルミニウム板の表面上に、多層配線基板の技術を用いて、アルミナ(Al2O3)フィラー入り熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂)で絶縁層を形成すると共に、絶縁層中並びに表面上に金属薄膜(例えば銅箔)で導電パターンを形成する(絶縁層に、導電パターン13と層内の導電パターンとの間を接続するビアホールも形成する。)。また、導電パターンと同時に給電端子14を形成する。
【0034】
そして、作製した金属ベース基板10の上に、LEDベアチップC11〜C88を実装し、反射板20を接着する。
次に、レンズ板体30を次のように形成する。
図5は、トランスファモールド成型法によってレンズ板体30を形成する様子を示す図である。
【0035】
上記の反射板20付き金属ベース基板10を収納すると共にレンズ板体30に相当するスペースを有する1対の金型71及び金型72を用いる。
図5の例では、金型72に金属ベース基板10を収納する凹部73が形成され、金型72にレンズ板体30に相当する凹部74が形成されている。
また、金型71には、上記凹部74に樹脂を注入する樹脂注入口75及び凹部74から樹脂を排出する樹脂排出口76が形成されている。ここで、凹部74内のすみずみまで樹脂がスムースに充填されるように、樹脂注入口75と樹脂排出口76は、LED実装領域部(30a)を挟んで互いに対向する位置に設けられている。具体的には、樹脂注入口75は、各リブ部31に相当する凹部74cに通じるように、カード端子部1c側に設けられ、樹脂排出口76は対向端部1d側に設けられており、側辺部1b側には、樹脂注入口や樹脂排出口は設けられていない。
【0036】
このような金型71及び金型72内に、上記反射板20付き金属ベース基板10を収納し、溶融した透明樹脂を樹脂注入口75から注入しながら樹脂排出口76から排出することによって、凹部74に透明樹脂を充填する。それによって、各LEDベアチップは、充填された透明樹脂で封入される。
そして、充填された透明樹脂を冷却して固め、固まった樹脂体を樹脂注入口75及び樹脂排出口76のところで切断することによって、金属ベース基板10及び反射板20と一体となったレンズ板体30が成型される。
【0037】
なお、上記樹脂注入口75と樹脂排出口76の位置を入れ変えて、対向端部1d側に樹脂注入口を位置させ、リブ部31側に樹脂排出口を位置させても、同様に実施できる。
また、樹脂注入口と樹脂排出口は、必ずしもLED実装領域部を挟んで互いに対向する位置に設ける必要はないが、樹脂注入口及び樹脂排出口のいずれか一方を、カード端子部1c側に位置させることが好ましい。例えば、金型71において、樹脂注入口をLED実装部1aの中央部(図5中に白抜矢印Cで示す箇所)に位置させ、カード端子部1c側に樹脂排出口を位置させても良い。
【0038】
(上記カード型LEDモジュール1及びその製法による効果)
*カード型LEDモジュール1では、給電端子14どうしの間に、給電端子14表面より突出するリブ部31が存在するので、カード端子部1cを手で掴んでも、給電端子14に手が接触するのが防止される。
従って、カード型LEDモジュール1をソケット2に装着・脱着するときに、上記のようにカード端子部1cを手で掴んで行えば、レンズ板体30の凸部32に手が接触することも防止されるので、レンズ板体30の凸部32や給電端子14に手の脂などが付着しにくい。また、LEDベアチップは静電気に弱いので、給電端子14に直接手が触れると、LEDベアチップが静電破壊される場合もあるが、LEDベアチップの静電破壊も防止できる。
【0039】
*カード型LEDモジュール1において、仮にリブ部31が存在しないとすると、隣接する給電端子14間の距離が小さく且つ点灯時に高電圧が印加される場合に給電端子14間に沿面放電が発生して絶縁破壊するが、カード型LEDモジュール1では、上記のように、給電端子14どうしの間に、給電端子14表面より突出するリブ部31が存在するので、隣接する給電端子14間での絶縁破壊は発生しにくい。
【0040】
また、給電端子14間にリブ部31が存在するので、カード型LEDモジュール1をソケット2に装着するときに、給電端子板61aが対応する給電端子14上に案内され、確実に接続される。
*カード型LEDモジュール1をソケット2に装着・脱着するときに、アーム部52が金属ベース基板10の側辺部10bと擦れることなく、レンズ板体30の側辺部30bと擦れるので、耐久性に優れる。
【0041】
*トランスファー成型において樹脂注入口や樹脂排出口が設けられる箇所は、樹脂が流れやすいように厚みを持たせる必要があるので、仮に側辺部30bの側に樹脂注入口や樹脂排出口を位置させる場合、側辺部30bの厚さを部分的あるいは全体的に厚く設定する必要があるが、上記カード型LEDモジュール1の製造方法によれば、レンズ板体30を成型するときに、上記のように側辺部1b側には樹脂注入口や樹脂排出口は設けられていないので、側辺部30bを薄く平坦に形成することができる。従って、カード型LEDモジュール1をソケット2に装着・脱着するときにスムースに行うことができる。
【0042】
(変形例)
*給電端子14の数は2以上、リブ部31の数は1以上であれば、同様に実施できる。
*上記カード型LEDモジュール1においては反射板20が設けられているが、本発明において反射板は必らずしも必要ではない。
*上記製造方法においては、トランスファモールド成型によって、レンズ板体30を金属ベース基板10及び反射板20と一体成型したが、射出成型によっても同様に実施することが可能である。
【0043】
あるいは、予めレンズ板体30だけを成型し、それを金属ベース基板10と貼り合わせる方法によっても、カード型LEDモジュール1を作製することができる。その場合、レンズ板体30を金属ベース基板10に位置合せしながら貼り合わせる必要があるが、レンズ板体30のリブ部31と金属ベース基板10上の給電端子14とを位置合わせすることによって、レンズ板体30と金属ベース基板10との位置合せを容易に行うことができる。
【0044】
*レンズ板体30に側辺部30bを設けることなく、金属ベース基板10の側辺部10bを露出させてもよい。ただし、上記実施の形態のように側辺部30bを設ける方が耐久性に優れたものとなる。
*上記実施の形態では、レンズ板体30におけるリブ部31の高さを、レンズ状の凸部32よりも低く設定することが好ましいと説明したが、カード端子部1cを手で掴むときに凸部32に手が接触するのを防止する観点からすると、リブ部31の高さを凸部32よりも高く設定しておくことが好ましい。
【0045】
*上記実施形態にかかるレンズ板体30においては、レンズ状の凸部32とリブ部31とが一体で成型されていたが、これらは必ずしも一体成型する必要はなく、例えば、レンズ板体30の代わりに、リブ部を有する平板状板体を透明樹脂で成型し、その平板状板体の上に、レンズ状の凸部を有する透明樹脂体を貼りつけてもよい。
ただし、本実施形態のようにレンズ状の凸部32とリブ部31とを一体で成型する方が、より少ない工程でカード型LEDモジュールを作製できる。
【0046】
*上記実施形態では、照明装置用のカード型LEDモジュールについて説明したが、例えば、各LEDベアチップを独立駆動できるように導電パターンを形成して、LED表示装置を構成することもできる。従って、本発明のカード型LEDモジュールは、表示装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】 実施の形態に係るカード型LEDモジュールを示す斜視図である。
【図2】 上記カード型LEDモジュールの分解斜視図である。
【図3】 上記カード型LEDモジュールの平面図である。
【図4】 カード型LEDモジュールをソケットに挿入する様子を示す図である。
【図5】 トランスファモールド成型でレンズ板体を作製する様子を示す図である。
【符号の説明】
【0048】
1 カード型LEDモジュール
1a LED実装部
1b 側辺部
1c カード端子部
2 ソケット
10 金属ベース基板
14 給電端子
20 反射板
30 レンズ板体
30a LED実装領域部
30b 側辺部
31 リブ部
32 レンズ状凸部
71,72 金型
75 樹脂注入口
76 樹脂排出口
Claims (6)
- 基板の一表面上に、
導電パターンが形成されると共に当該導電パターン上に複数のLEDチップが実装され、前記各LEDチップを囲むように反射板が配置され、
前記LEDチップ及び反射板がレンズで封止され、
前記LED実装領域外に、前記導電パターンと接続された複数の給電端子が並んで形成されてなるカード型LEDモジュールであって、
前記LED実装領域から前記給電端子間に伸長するリブを備え、
前記レンズ及び前記リブは、一体形状で且つ透光性材料からなり、
前記リブの高さは前記反射板の高さより低いことを特徴とするカード型LEDモジュール。 - 基板の一表面上に、導電パターン及び当該導電パターンに接続された複数の給電端子を形成する導電パターン形成ステップと、
前記導電パターン上に複数のLEDチップを実装するLED実装ステップと、
前記基板の一表面上に、前記各LEDチップを囲むように反射板を配置する反射板配置ステップと、
前記基板の一表面上に、前記LEDチップ及び反射板を封止するレンズと、前記LED実装領域から前記給電端子間に伸長し高さが反射板より低いリブとを、透光性材料で一体形成する成形ステップとを備えることを特徴とするカード型LEDモジュールの製造方法。 - 前記成形ステップでは、
樹脂をトランスファーモールド法で成型することによって前記レンズおよび前記リブを一体形成することを特徴とする請求項2記載のカード型LEDモジュールの製造方法。 - 前記成形ステップでは、
成型用の金型に樹脂を注入する際、もしくは前記金型から樹脂を排出する際に、前記リブに相当する箇所から行うことを特徴とする請求項3記載のカード型LEDモジュールの製造方法。 - 請求項1記載のカード型LEDモジュールを光源に用いたことを特徴とする照明装置。
- 請求項1記載のカード型LEDモジュールを光源に用いたことを特徴とする表示装置。
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