JP2020202340A - ホルダ一体型発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、回路基板とＣＯＢ基板とが一体化された発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】本開示の実施形態に係る発光装置は、第１開口部、及び該第１開口部の内周側に設けられた複数の突起部を有する回路基板と、回路基板の裏面に接して配置され、第１開口部と略同一形状の第２開口部を有するスペーサ基板と、複数の発光素子が実装され、第１開口部及び第２開口部の内側に配置されたＣＯＢ基板と、を有し、ＣＯＢ基板の一部が、複数の突起部の少なくとも一部に上下動可能に固定されている、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関し、特に、ホルダ一体型発光装置に関する。

これまでに、複数の発光素子を基板上に実装したＣＯＢ（チップオンボード）モジュールを使用した光源が知られている（例えば、特許文献１）。ＣＯＢモジュールは、ホルダ等を用いてヒートシンク等の基台にネジ等で固定される。

特開２０１８−１８１６８６号公報

しかしながら、従来は、ユーザがＣＯＢモジュールとホルダをそれぞれ用意し、ユーザがＣＯＢモジュールをホルダに固定する作業を行う必要があった。

さらに、ホルダ自体に厚みがある場合、ＣＯＢモジュールから放射される光がホルダに当たってしまい、ＣＯＢモジュールからの光量が減少するという問題があった。

本発明は、回路基板とＣＯＢ基板とが一体化された発光装置を提供することを目的とする。

本開示の実施形態に係る発光装置は、第１開口部、及び該第１開口部の内周側に設けられた複数の突起部を有する回路基板と、回路基板の裏面に接して配置され、第１開口部と略同一形状の第２開口部を有するスペーサ基板と、複数の発光素子が実装され、第１開口部及び第２開口部の内側に配置されたＣＯＢ基板と、を有し、ＣＯＢ基板の一部が、複数の突起部の少なくとも一部に上下動可能に固定されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、回路基板とＣＯＢ基板とを一体化した発光装置を提供することができる。

本開示の実施形態に係る発光装置の斜視図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の分解斜視図である。 本開示の実施形態に係る発光装置の平面図である。 図３のＡ−Ａ線における発光装置の断面斜視図である。 図３のＡ−Ａ線における発光装置の断面図である。 図３のＢ−Ｂ線における発光装置の断面斜視図である。 図３のＣ−Ｃ線における発光装置の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る発光装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。なお、図面の説明において、部材の縮尺を適宜変更している。

図１に、本開示の実施形態に係る発光装置１０１の斜視図を示す。図２に、本開示の実施形態に係る発光装置１０１の分解斜視図を示す。図３に、本開示の実施形態に係る発光装置１０１の平面図を示す。本開示の実施形態に係る発光装置１０１は、回路基板１と、スペーサ基板２と、ＣＯＢ基板３と、を有する。

回路基板１は、例えばガラスエポキシ基板などの絶縁性の基板である。回路基板１上には、配線パターン（図示せず）が形成されている。配線パターンの端部には２つのコネクタ（４１ａ、４１ｂ）が接続されている。図１及び図３に示した例では、一方のコネクタ４１ａは、回路基板１の１つの角部付近に配置されており、他方のコネクタ４１ｂは、コネクタ４１ａが配置された角部とは対角に位置する角部付近に配置されている。ただし、このような例には限られず、コネクタ（４１ａ、４１ｂ）は回路基板１上の任意の位置に配置することができる。コネクタ（４１ａ、４１ｂ）には、ＣＯＢ基板３へ電力を供給するための回路を接続することができる。

回路基板１は、第１開口部１１、及び該第１開口部１１の内周側に設けられた複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）を有する。第１開口部１１は、例えば長方形であり、ＣＯＢ基板３の発光部３１が外部から観察可能な形状とすることが好ましい。また、複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）は、ＣＯＢ基板３を固定するために、複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）の少なくとも一部が、ＣＯＢ基板３と重なるように配置されていることが好ましい。

図１には、複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）を第１開口部１１の内周側に４つ設けた例を示したが、このような例には限られない。ＣＯＢ基板３を固定可能であれば、突起部を２個としてもよい。この場合、第１開口部１１の内周側の対角の位置（１２ａと１２ｃ、または１２ｂと１２ｄ）に設けるようにしてもよい。あるいは、突起部の数は３個でもよいし、５個以上であってもよい。

スペーサ基板２は、回路基板１の裏面に接して配置され、第１開口部１１と略同一形状の第２開口部２１を有する。スペーサ基板２は、絶縁性材料により形成することができる。スペーサ基板２は、回路基板１の裏面に両面テープ等で接着するようにしてもよい。

図４に、図３のＡ−Ａ線における発光装置１０１の断面斜視図を示す。図５に、図３のＡ−Ａ線における発光装置１０１の断面図を示す。ＣＯＢ基板３は、第１開口部１１及び第２開口部２１の内側に配置されている。ＣＯＢ基板３は、平面形状が長方形であるサブマウント基板３３を有する。

サブマウント基板３３上には、例えば円形の発光部３１、及び発光部３１を囲む環状のダム材３２が形成されている。ただし、このような例には限られず、発光部３１の形状は長方形や多角形等、任意の形状とすることができる。発光部３１には、ワイヤ３５により接続された複数の発光素子３４が実装され、発光素子３４は蛍光体を含んだ樹脂３６により封止されている。サブマウント基板３３のベース材は、例えば表面に絶縁層を備えたアルミニウム等の金属材料である。ただし、このような例には限られず、サブマウント基板３３のベース材は、アルミナからなるセラミックスや表面反射処理を施した窒化アルミニウムを用いることもできる。

サブマウント基板３３の上面には、電力供給端子（３７ａ〜３７ｄ）が形成されており、発光素子３４と配線（図示せず）により接続されている。電力供給端子（３７ａ〜３７ｄ）は、回路基板１の突起部（１２ａ〜１２ｄ）に対応した位置に設けられている。突起部（１２ａ〜１２ｄ）には、スルーホール（図示せず）が設けられており、回路基板１の表面に形成された配線パターン（図示せず）と突起部（１２ａ〜１２ｄ）の裏面に形成された電極（図示せず）とを電気的に接続することができる。従って、突起部（１２ａ〜１２ｄ）をそれぞれ電力供給端子（３７ａ〜３７ｄ）に電気的に接続することにより、回路基板１上のコネクタ（４１ａ、４１ｂ）から発光素子３４に電力を供給することができる。このように、突起部（１２ａ〜１２ｄ）は、ＣＯＢ基板３を回路基板１に固定する機能、及び回路基板１の配線とＣＯＢ基板３の配線とを導通させる機能を有している。

複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）の少なくとも一部は、ＣＯＢ基板３の一部に、半田により固定されていることが好ましい。例えば、突起部（１２ａ〜１２ｄ）と電力供給端子（３７ａ〜３７ｄ）とを半田リフローにより固定することができる。

ただし、このような例には限られず、複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）の少なくとも一部は、ＣＯＢ基板３の一部に、導電性接着材により固定されていてもよい。具体的には、電力供給端子（３７ａ〜３７ｄ）にシート状の導電性接着材を配置しておき、突起部（１２ａ〜１２ｄ）を圧着するようにしてもよい。

本実施形態に係る発光装置１０１は、回路基板１に、スペーサ基板２及びＣＯＢ基板３を一体化させているため、回路基板１を基台１００にネジ止め等を行うことにより、発光装置１０１を基台に固定することができる。従って、回路基板１はホルダとしての機能を有しているともいえる。本開示の実施形態に係る発光装置１０１は、回路基板とホルダとを一体化したものとなっているため、発光装置１０１を一体部品として扱うことができる。そのため、ユーザは、発光装置１０１をヒートシンク等の基台へ容易に設置することができる。

発光装置１０１の基台への固定は、回路基板１に設けたネジ穴（１４ａ、１４ｂ）及びスペーサ基板２に設けたネジ穴（２２ａ、２２ｂ）を利用してネジ止めにより行うことができる。これにより、ＣＯＢ基板３を機械的に基台へ固定できる。この場合、放熱効果を高めるために、ＣＯＢ基板３と基台（ヒートシンク）との密着性をよくすることが好ましい。そのために、スペーサ基板２の厚さは、ＣＯＢ基板３に含まれるサブマウント基板３３の厚さより薄いことが好ましい。

図６に図３のＢ−Ｂ線における発光装置１０１の断面斜視図を示す。図７（ａ）及び（ｂ）に図３のＣ−Ｃ線における発光装置１０１の断面図を示す。図７（ａ）は、発光装置１０１を基台１００に固定する前の状態を示す。スペーサ基板２の厚さは、ＣＯＢ基板３に含まれるサブマウント基板３３の厚さより厚さｄだけ薄いものとする。従って、発光装置１０１を基台１００に乗せただけの状態では基台１００とスペーサ基板２との間に間隙ｄが形成される。

図７（ｂ）に発光装置１０１を基台１００に固定した状態を示す。図７（ｂ）に示すように、回路基板１は、第１連結部１５１ａ、１５１ｂが撓み、突起部１２ａ、１２ｂでサブマウント基板３３を基台１００に押し付けている。回路基板１及びスペーサ基板２を基台１００にネジ止めすることにより、間隙ｄをなくし、ＣＯＢ基板３を基台１００に密着させることができる。

上記のように、ＣＯＢ基板３に含まれるサブマウント基板３３の厚さより薄いスペーサ基板２を回路基板１の裏面に配置した状態で回路基板１を基台１００に固定した場合、回路基板１の突起部（１２ａ〜１２ｄ）周辺にはストレス（応力）がかかる。そこで、発光装置１０１を基台１００に固定したときに回路基板１に生じるストレスを緩和するために、ＣＯＢ基板３の一部が、複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）の少なくとも一部に上下動可能に固定されていることが好ましい。そのための構成として、複数の突起部（１２ａ〜１２ｄ）と回路基板１との間に、Ｌ字形のスリット（１３ａ〜１３ｄ）を設けることが好ましい。図３に示すように、Ｌ字形のスリット（１３ａ〜１３ｄ）を設けることにより、突起部（１２ａ〜１２ｄ）は、回路基板１とそれぞれ第１連結部（１５１ａ〜１５１ｄ）及び第２連結部（１５２ａ〜１５２ｄ）により連結される。第１連結部（１５１ａ〜１５１ｄ）及び第２連結部（１５２ａ〜１５２ｄ）が撓むことにより、発光装置１０１を基台１００に固定する際の回路基板１へのストレスを軽減することができる。

ここで、回路基板１及びスペーサ基板２を基台１００に固定する際に、第１連結部（１５１ａ〜１５１ｄ）及び第２連結部（１５２ａ〜１５２ｄ）が撓むためには、回路基板１の第１開口部１１の内側にＣＯＢ基板３が配置されることが好ましい。換言すれば、ＣＯＢ基板３と回路基板１の第１開口部１１の周辺の枠体部分とは重ならないことが好ましい。さらに、第１連結部（１５１ａ〜１５１ｄ）及び第２連結部（１５２ａ〜１５２ｄ）が撓むためには、第１連結部（１５１ａ〜１５１ｄ）及び第２連結部（１５２ａ〜１５２ｄ）とＣＯＢ基板３とが重ならない領域が形成されていることが好ましい。図７（ｂ）に示すように、発光装置１０１を基台１００に固定したときに、第１連結部１５１ａ及び１５１ｂが撓む。その結果、回路基板１へのストレスを軽減することができる。

なお、本実施形態においては、回路基板１と突起部（１２ａ〜１２ｄ）との間をそれぞれ第１連結部（１５１ａ〜１５１ｄ）及び第２連結部（１５２ａ〜１５２ｄ）の２か所で連結する例を示したが、このような例には限られず、１か所または３か所以上の連結部により連結するようにしてもよい。また、連結部の形状は、回路基板１の厚さや、スペーサ基板２と基台１００との間の間隙の大きさ等を勘案して、決定するようにしてもよい。

なお、発熱するＣＯＢ基板３とヒートシンク等の基台１００との間に放熱効果を高めるために、熱伝導シートを配置してもよい。この場合は、ＣＯＢ基板３に含まれるサブマウント基板３３の厚さと熱伝導シートの厚さとを合計した厚さよりも、スペーサ基板２の厚さを薄くするようにすることが好ましい。

また、本実施形態による発光装置１０１全体の厚さは、回路基板１の厚さとスペーサ基板２の厚さを合計した厚さとなる。従って、ＣＯＢ基板３の発光部３１から放射される光を遮る部品がないため、発光部３１から放射される光を全て発光装置１０１から出射させることができる。

以上説明した本開示の実施形態に係る発光装置１０１においては、回路基板１上にコネクタ（４１ａ，４１ｂ）のみを実装した例を示したが、このような例には限られない。例えば、サーマルシャットダウン回路等の回路部品を追加し、高機能な発光装置とするようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る発光装置１０１によれば、回路基板１とＣＯＢ基板３とを一体化することができる。

１ 回路基板
２ スペーサ基板
３ ＣＯＢ基板
１１ 第１開口部
１２ａ〜１２ｄ 突起部
１３ａ〜１３ｄ スリット
１４ａ、１４ｂ ネジ穴
２１ 第２開口部
２２ａ、２２ｂ ネジ穴
３１ 発光部
３２ ダム材
３３ サブマウント基板
３４ 発光素子
３５ ワイヤ
３６ 樹脂
３７ａ〜３７ｄ 電力供給端子
４１ａ、４１ｂ コネクタ
１００ 基台
１０１ 発光装置
１５１ａ〜１５１ｄ 第１連結部
１５２ａ〜１５２ｄ 第２連結部

Claims (6)

1. 第１開口部、及び該第１開口部の内周側に設けられた複数の突起部を有する回路基板と、
   前記回路基板の裏面に接して配置され、前記第１開口部と略同一形状の第２開口部を有するスペーサ基板と、
   複数の発光素子が実装され、前記第１及び第２開口部の内側に配置されたＣＯＢ基板と、を有し、
   前記ＣＯＢ基板の一部が、前記複数の突起部の少なくとも一部に上下動可能に固定されている、
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記スペーサ基板の厚さは、前記ＣＯＢ基板に含まれるサブマウント基板の厚さより薄い、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数の突起部と前記回路基板との間にスリットが設けられている、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記複数の突起部の少なくとも一部は、前記ＣＯＢ基板の一部に、半田により固定されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記複数の突起部の少なくとも一部は、前記ＣＯＢ基板の一部に、導電性接着材により固定されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記回路基板には、前記複数の突起部の少なくとも一部を介して、前記ＣＯＢ基板と配線により接続されたコネクタが配置されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。

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