JP4445436B2 - LED light source unit - Google Patents
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Description
本発明は、一般照明用光源、自動車用ヘッドライトなどに使用するLED光源ユニットに関する。 The present invention relates to an LED light source unit used for a general illumination light source, an automobile headlight, and the like.
LED(発光ダイオード)は、白熱電球などの従来型の照明光源に比較して発熱量が少なく、長寿命であるなどの利点を備えており、近年、表示用光源を初めとして一般照明用光源、自動車用ヘッドライトなどの照明用光源として各方面で実用化されている。従来一般照明用光源としてLEDを使用する場合、1個当たりの光束が弱いので、一つのパッケージ内にLED素子を複数個搭載して大光量を確保している。中でも複数のLED素子を筒状の基板の側面に搭載したバルブ型LED光源が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。また、本出願人はこれらを改良したものとしてバルブ型LED光源等を構成するLED光源ユニットを出願している(特許文献3参照)。 LEDs (light emitting diodes) have advantages such as less heat generation and longer life compared to conventional illumination light sources such as incandescent light bulbs. It has been put to practical use in various fields as an illumination light source such as an automobile headlight. Conventionally, when an LED is used as a light source for general illumination, since the light flux per one is weak, a large amount of light is secured by mounting a plurality of LED elements in one package. Among these, a bulb-type LED light source in which a plurality of LED elements are mounted on a side surface of a cylindrical substrate is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Further, the present applicant has applied for an LED light source unit that constitutes a bulb-type LED light source or the like as an improvement of these (see Patent Document 3).
発光部の輝度を向上させることは、発光部の大きさを変えずに光度を上昇させることと同義である。一般に発光部の大きさが点状に近いほどリフレクター等による光学制御が容易となるため、使用する発光素子の数が増えるほど高密度実装が必須となる。また、LED光源の更なるハイパワー化をもたらすためには光の取り出し効率の向上も必要である。図15は従来のバルブ型LED光源の一例を示す斜視図である。図16はバルブ型LED光源を構成するLED光源ユニットの部分分解斜視図である。図17は図16の封止樹脂を取り除いた状態を示す要部分解平面図である。 Improving the luminance of the light emitting unit is synonymous with increasing the luminous intensity without changing the size of the light emitting unit. In general, optical control by a reflector or the like becomes easier as the size of the light emitting portion is closer to a dot shape. Therefore, higher density mounting is essential as the number of light emitting elements to be used increases. In addition, in order to further increase the power of the LED light source, it is necessary to improve the light extraction efficiency. FIG. 15 is a perspective view showing an example of a conventional bulb type LED light source. FIG. 16 is a partially exploded perspective view of the LED light source unit constituting the bulb type LED light source. FIG. 17 is an exploded plan view of the main part showing a state where the sealing resin of FIG. 16 is removed.
図15において、50は従来のバルブ型LED光源を示している。51は六角柱状あるいは六角筒状の支持部材を示している。52は支持部材51の側面の1つに固定されたLED光源ユニットを示しており、複数のLED素子を2次元的な配列でパッケージングしたものでバルブ型LED光源を構成する単位となっているものである。3は熱伝導性の高い銅等の金属から成る直方体形状の基台を示している。4は中央に長穴4aを有し、両側に配線パターン4b、4cを有する片面プリント基板を示している。5はLED素子を示している。6、7はLED素子5の電極と配線パターン4b、4cとを接続しているワイヤを示している。8は透光性の封止樹脂を示しており、配線パターン4b、4cの両端部のそれぞれ2つの端子電極4dとなる部分を除くプリント基板4を覆って、LED素子5及びワイヤ6、7を保護している。図17に示すように、LED素子5は周辺に間隔Aをとって基板4上に配列されている。間隔Aは隣接する壁面によって光の取り出し効率に影響が出ない距離とする。
In FIG. 15,
ここで、LED素子5の一例についてその詳細を説明する。図18は発光素子を示す斜視図である。図18において、501はサファイア基板を、502はサファイア基板501上に形成されたn層を、503はn層502上に略L字状に形成されたp層を、504はn層502上に形成されたカソード電極を、505はp層503上に形成されたアノード電極を示している。光はp層503とn層502との接合面(ジャンクション面)から全方向に出るのだが、実際にはLED素子5が基台3に実装されているので、出射光は基台3や隣接するLED素子5の反射あるいは吸収の影響を受けるので、パッケージされた場合には光の指向特性は球状にはならずに、LED素子5の実装密度や周辺状況によってパッケージ外への光の取り出し効率が変動することになる。
従来のLED光源ユニットにおいて、LED素子を高密度に配列するほど輝度(cd/m2 )は上昇する。しかし、LED素子5の側面から出る光は、隣接するLED素子5やプリント基板4あるいは基台3に遮断されて、LED素子5の配列間隔がAより狭くなるにつれてパッケージ外への光の取り出し効率が低下するので、LED素子5の高密度実装(輝度向上)とパッケージレベルでの光の取り出し効率向上とはトレードオフの関係となる。したがって、LED素子5を高密度に配列した場合、光の取り出し効率で考えると対費用効果が上がらないという問題がある。
In the conventional LED light source unit, the luminance (cd / m 2 ) increases as the LED elements are arranged at higher density. However, the light emitted from the side surface of the
上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、LED素子の高密度実装と光の取り出し効率の向上とを同時に満足させることができるLED光源ユニットを提供することである。 The above invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the invention is to provide an LED light source unit capable of satisfying both high-density mounting of LED elements and improvement of light extraction efficiency at the same time. Is to provide.
前記課題を解決するための本発明の手段は、熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のLED素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記LED素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した2つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したLED光源ユニットにおいて、前記LED素子の側面を前記基台の長手方向に平行に配設し、隣接する前記LED素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらしてそのズレ量を前記LED素子の電極の幅分以上としたことを特徴とする。 The means of the present invention for solving the above problems includes a substantially rectangular parallelepiped base made of a metal having high thermal conductivity, a plurality of LED elements mounted on the upper surface of the base, and an upper surface of the base. The printed circuit board includes two terminal electrodes electrically connected to each electrode of the LED element via a wiring pattern of the printed circuit board, and the upper surface of the base except the terminal electrode portion is transparent. In the LED light source unit sealed with a light-sensitive resin, the side surfaces of the LED elements are arranged in parallel to the longitudinal direction of the base, and the adjacent LED elements are alternately staggered in the short direction of the base. The amount of deviation is not less than the width of the electrode of the LED element.
また、前記LED素子のズレ量を前記LED素子の幅以上としたことを特徴とする。 Further, the amount of deviation of the LED element is equal to or greater than the width of the LED element.
また、前記課題を解決するための本発明の他の手段は、熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のLED素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記LED素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した2つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したLED光源ユニットにおいて、前記LED素子の電極が存在する対角線を前記基台の短手方向に平行に配設したことを特徴とする。 In addition, another means of the present invention for solving the above-described problems includes a substantially rectangular parallelepiped base made of a metal having high thermal conductivity, a plurality of LED elements mounted on the upper surface of the base, and the base. A printed circuit board disposed on the upper surface of the base plate, and two terminal electrodes electrically connected to each electrode of the LED element via a wiring pattern of the printed circuit board, and the base except for the terminal electrode portion In the LED light source unit in which the upper surface of the LED element is sealed with a translucent resin, a diagonal line on which the electrode of the LED element exists is arranged in parallel to the lateral direction of the base.
また、隣接する前記LED素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらして、隣接する前記LED素子の対向する側面同士の重なり量が電極面の幅分以上になるようにしたことを特徴とする。 Further, the adjacent LED elements are alternately shifted in a staggered pattern in the short direction of the base so that the overlapping amount of the adjacent side surfaces of the adjacent LED elements is equal to or more than the width of the electrode surface. It is characterized by that.
また、隣接する前記LED素子の対向する側面同士の重なり量が前記LED素子の幅以上であることを特徴とする。 Moreover, the overlapping amount of the opposing side surfaces of the adjacent LED elements is equal to or greater than the width of the LED elements.
以上説明したように、本発明によれば、熱伝導性の高い金属から成る略直方体形状の基台と、この基台の上面に実装した複数のLED素子と、この基台の上面に配設したプリント基板とから成り、前記LED素子の各電極と前記プリント基板の配線パターンを介して電気的に接続した2つの端子電極を有し、この端子電極部を除く前記基台の上面を透光性樹脂によって封止したLED光源ユニットにおいて、前記LED素子の側面を前記基台の長手方向に平行に配設し、隣接する前記LED素子同士を交互に前記基台の短手方向に千鳥足状にずらしてそのズレ量を前記LED素子の電極分以上としたので、LED素子の実装密度を実装できる範囲で最高のものにして輝度を向上させても光の取り出し効率が低下しないLED光源ユニットを実現させることができた。 As described above, according to the present invention, a substantially rectangular parallelepiped base made of a metal having high thermal conductivity, a plurality of LED elements mounted on the top surface of the base, and disposed on the top surface of the base A printed circuit board having two terminal electrodes electrically connected to each electrode of the LED element via a wiring pattern of the printed circuit board, and transmitting the upper surface of the base except for the terminal electrode portion. In the LED light source unit sealed with the conductive resin, the side surfaces of the LED elements are arranged in parallel to the longitudinal direction of the base, and the adjacent LED elements are alternately staggered in the short direction of the base. Since the shift amount is set to be equal to or greater than the electrode element of the LED element, an LED light source unit that does not decrease the light extraction efficiency even if the brightness is improved by making the LED element mounting density as high as possible is realized. It could be.
また、本発明によれば、前記LED素子の電極が存在する対角線を前記基台の短手方向に平行に配設したので、LED素子の実装密度を高くして輝度を向上させても光の取り出し効率が低下しないLED光源ユニットを実現させることができた。 In addition, according to the present invention, since the diagonal line where the electrodes of the LED element are present is arranged in parallel to the short direction of the base, even if the mounting density of the LED elements is increased to improve the luminance, An LED light source unit in which the extraction efficiency does not decrease can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明の実施の形態であるバルブ型LED光源を構成するLED光源ユニットについて説明する。図1はバルブ型LED光源を構成する本発明の第1の実施の形態であるLED光源ユニットの要部分解平面図である。図2は図1のLED素子の配列を示す部分拡大平面図である。図3、図4及び図5はそれぞれ図2のA−A断面、B−B断面及びC−C断面における出射光を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the LED light source unit which comprises the valve | bulb type LED light source which is embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is an exploded plan view of an essential part of an LED light source unit constituting a bulb type LED light source according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged plan view showing the arrangement of the LED elements of FIG. 3, 4, and 5 are cross-sectional views showing the emitted light at the AA, BB, and CC sections of FIG. 2, respectively.
図1において、1はLED光源ユニットを示している。LED素子5の側面が基台3の長手方向に平行になるように、また、隣接するLED素子5同士が交互に基台3の短手方向に千鳥足状にずらして配列されている。この配列によってずれた分だけLED光源ユニット1の幅寸法が従来より広くなっている。LED素子5の隣同士の間隔Bは実装可能な最小距離となっている。隣り合うLED素子5の互いのズレ量Cは、図2に示すように、カソード電極504あるいはアノード電極505の電極幅分以上としてある。LED光源ユニット1のその他の構成は従来のLED光源ユニット52と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an LED light source unit.
次に、本発明の第1の実施の形態であるLED光源ユニットの効果について説明する。LED素子5同士の間隔Bを最小にしたので同じ長さの基台3に対してより多数(従来の9個がここでは11個)のLED素子5を搭載できるようになり、その分LED光源ユニット52の輝度が向上する。図3、図4及び図5はいずれも発光面から各々の断面において45°下方に出射した光の反射の様子を示している。隣接するLED素子5同士にズレ量Cが存在することにより、基台3に反射した光は隣接するLED素子5の影響を受けない。隣接する素子の影響を受け難くなるので素子間隔Bが最小になっても光の取り出し効率に悪影響が出ない。
Next, the effect of the LED light source unit according to the first embodiment of the present invention will be described. Since the interval B between the
図6はバルブ型LED光源を構成する本発明の第2の実施の形態であるLED光源ユニットの要部分解平面図である。図6おいて、11はLED光源ユニットを示している。隣接するLED素子5の側面同士が互いに重ならない配列、即ちズレ量Cが素子幅以上になっているので、その分LED光源ユニット11の幅が広がっているが、他は第1の実施の形態のLED光源ユニット1と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
FIG. 6 is an exploded plan view of an essential part of an LED light source unit constituting a bulb type LED light source according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 11 denotes an LED light source unit. The arrangement in which the side surfaces of the
次に、本発明の第2の実施の形態であるLED光源ユニットの効果について説明する。LED素子5の隣同士が重ならなくなったので、素子間隔が狭くなっても光の取り出し効率は第1の実施の形態よりかなり良くなる。その他は第1の実施の形態と同様の効果がある。
Next, the effect of the LED light source unit according to the second embodiment of the present invention will be described. Since the
図7はバルブ型LED光源を構成する本発明の第3の実施の形態であるLED光源ユニットの要部分解平面図である。図7において、21はLED光源ユニットを示している。LED素子5の電極のある対角線がLED光源ユニット21の短手方向に平行になるように配列されている。その分LED光源ユニット21の幅がわずかに広がっている。LED素子5の周辺の隙間Aは従来と同様であり、対向する隣同士の側面は重なっておらず、間隔Bは最小限となっている。LED光源ユニット21のその他の構成は従来のLED光源ユニット52と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
FIG. 7 is an exploded plan view of an essential part of an LED light source unit constituting a bulb type LED light source according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 21 denotes an LED light source unit. The diagonal lines with the electrodes of the
次に、本発明の第3の実施の形態であるLED光源ユニットの効果について説明する。図8は図7のLED素子の配列を示す部分拡大平面図である。図9、図10、図11及び図12はそれぞれ図8のA−A断面、B−B断面、C−C断面及びD−D断面における出射光を示す断面図である。図9、図10、図11及び図12に示すように、何れの方向においても基台3における反射光は隣接するLED素子5の影響を受けない。また、LED素子5の対角線が基台3の長手方向に沿って配列されているので、間隔Bが最小限であっても素子の実装個数は従来と変わらない。また、最も近接している部分が電極のない部分であるから、光の取り出し効率に悪影響は出ないでより明るくなる。
Next, the effect of the LED light source unit according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a partially enlarged plan view showing the arrangement of the LED elements of FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11 and FIG. 12 are sectional views showing the emitted light in the AA cross section, the BB cross section, the CC cross section and the DD cross section of FIG. As shown in FIGS. 9, 10, 11, and 12, the reflected light from the
図13はバルブ型LED光源を構成する本発明の第4の実施の形態であるLED光源ユニットの要部分解平面図である。図13において、31はLED光源ユニットを示している。LED素子5の配列は千鳥足状になっており、隣同士の側面の隙間は間隔Bとなっており、対向する側面同士の重なり量Dは電極面の幅分以上になっているので、その分LED光源ユニット31の幅は広くなっていて、素子の実装個数は11個となっている。LED光源ユニット31のその他の構成は第2の実施の形態のLED光源ユニット21と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
FIG. 13 is an exploded plan view of an essential part of an LED light source unit constituting a bulb-type LED light source according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 13, reference numeral 31 denotes an LED light source unit. The arrangement of the
次に、本発明の第4の実施の形態であるLED光源ユニットの効果について説明する。対向する側面同士の重なり量Dがあるので、素子の実装個数が第3の実施の形態(9個)より多く(11個)なり、LED光源ユニット31の輝度が向上する。また、光の取り出し効率に影響は出ない。 Next, the effect of the LED light source unit which is the 4th Embodiment of this invention is demonstrated. Since there is an overlap amount D between the opposing side surfaces, the number of mounted elements is greater (11) than in the third embodiment (9), and the luminance of the LED light source unit 31 is improved. In addition, the light extraction efficiency is not affected.
図14はバルブ型LED光源を構成する本発明の第5の実施の形態であるLED光源ユニットの要部分解平面図である。図14において、41はLED光源ユニットを示している。LED素子5の隣同士の側面の隙間は間隔Aとなっており、対向する側面同士の重なり量Dは側面の幅寸法以上になっているので、LED光源ユニット41の幅は第3の実施の形態のLED光源ユニット31の幅より広くなっている。LED光源ユニット41のその他の構成は第3の実施の形態のLED光源ユニット31と同様であるから同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
FIG. 14 is an exploded plan view of an essential part of an LED light source unit constituting a bulb-type LED light source according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 14, reference numeral 41 denotes an LED light source unit. The gap between the side surfaces adjacent to each other of the
次に、本発明の第5の実施の形態であるLED光源ユニットの効果について説明する。LED素子5の側面同士が間隔Aであって、側面同士の重なりが大きく、千鳥足の程度が大きいので、素子の実装個数が第3の実施の形態(9個)より多く(13個)なり、LED光源ユニット41の輝度が向上する。しかも、LED素子5の隣接する側面同士は間隔Aであるから、重なり量Dが大きくても従来と同じ光の取り出し効率を維持できる。
Next, the effect of the LED light source unit which is the 5th Embodiment of this invention is demonstrated. The side surfaces of the
本発明のLED光源ユニットは、単独で使用して、あるいは複数を組み合わせてバルブ型LED光源を初めとして各種のLED光源を構成することによって各方面に広く適用することができる。 The LED light source unit of the present invention can be widely applied to various directions by using various types of LED light sources including a bulb type LED light source by using them alone or in combination.
1、11、21、31、41 LED光源ユニット
3 基台
4 プリント基板
4b、4c配線パターン
5 LED素子
8 透光性樹脂
1, 11, 21, 31, 41 LED
Claims (5)
The LED light source unit according to claim 3, wherein the amount of overlap between the side surfaces facing each other of the adjacent LED elements is equal to or greater than the width of the LED elements.
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