JP4656382B2

JP4656382B2 - 光源支持体及び光源装置

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Publication number: JP4656382B2
Application number: JP2004314894A
Authority: JP
Inventors: 浩一地主
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP2006128415A

Description

本発明は、面実装型ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる光源を支持する光源支持体、または面実装型ＬＥＤを基板上に搭載した光源装置に関するものである。

従来、この種の光源装置として、例えば下記特許文献１、２に記載のものが知られている。これら特許文献１に記載の光源装置は、面実装型ＬＥＤからなる光源と、この光源に電力供給を行う基板とで構成されている。光源は、半導体発光素子からなるＬＥＤ素子と、絶縁材料からなりＬＥＤ素子とこのＬＥＤ素子への導通路を保持する枠体とで構成されている。枠体には、ＬＥＤ素子の光を放射する光放射面と、基板上に装着される装着面とを備え、基板に対し半田付け接続されている。
特開平０２−２９８０８４号公報

ところで、面実装型ＬＥＤとしては、上記特許文献１に示すトップビュータイプのものが一般的であり、様々な種類、特性の製品が市販されているが、基板に対して放射面の向きや高さを変更するには、枠体等、光源の構造を変化させる必要があり、コストアップや製品選択自由度の低下を招くという問題がある。
そこで本発明は、光源の構造変化をなくすか、あるいは最小限に抑えながら、光照射面の向きや高さを変更し得る光源支持体または光源装置の提供を主な目的とするものである。その他の目的は、光源支持体に支持以外の様々な機能を付与することで、複合機能部品として機能させることにある。

また本発明は、光照射面を有する面実装型ＬＥＤからなる光源と、この光源に電力供給を行う基板と、前記光源を前記基板上に支持すると共に前記基板と導通接続する光源支持体とを備える光源装置において、前記光源は前記光照射面の反対側に前記光源支持体に装着される装着面及び当該装着面に形成される電極部を有し、光源支持体は前記装着面及び前記電極部に対向する第１の面と前記基板に対向する第２の面とを有する本体部と、前記第１の面において前記電極部に接続される第１の接続部と前記基板において前記第２の面と対向する面に形成されたランド部に接続される第２の接続部とを有する導体とを備えることを特徴とする。

また本発明は、前記光源支持体において前記第１の面と前記第２の面とが所定の角度を有することを特徴とする。

また本発明は、前記光源と前記光源支持体、または前記光源支持体と前記基板とが弾性を有する前記導体で圧接導通されるか、あるいは前記光源と前記光源支持体、または前記光源支持体と前記基板とが前記導体を通じて半田付けにより導通されることを特徴とする

また本発明は、前記光源支持体に、前記光源を保持する保持部または前記基板に結合する結合部を設けたことを特徴とする。

また本発明は、前記光源支持体に、前記光源の熱を放熱する放熱部を設けるか、または放熱部材を装着したことを特徴とする。

また本発明は、前記光源支持体が、前記光源の光を反射する反射部、前記光源の光を調整するレンズ部材、前記光源の光の色を調整する調整部材のうち少なくとも一つを有することを特徴とする。

また本発明は、前記光源支持体が複数の前記光源を支持すると共に前記基板に導通接続することを特徴とする。

また本発明は、前記光源支持体が前記基板に対する位置決め部を有することを特徴とする。

また本発明は、前記光源の光を導く導光体を備え、前記光源支持体が前記導光体を位置決めする導光体位置決め部を有することを特徴とする。

本発明によれば、初期の目的を達成でき、面実装ＬＥＤの選択自由度を確保しながら、光照射面の向きや高さを変更し得る光源支持体または光源装置を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明による光源支持体及び光源装置の実施形態について説明する。図１〜図４は、本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は本実施形態による光源装置の斜視図、図２は図１の光源装置を矢印Ｄ１方向から見たときの正面図で基板を断面で示す図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態による光源装置は、面実装型ＬＥＤからなる光源１と、この光源１に電力供給を行う基板２と、光源１を基板２上に支持すると共に光源１と基板２とを導通接続する光源支持体３とで構成されている。

光源１は、一般的なトップビュータイプの面実装型ＬＥＤからなり、図３に詳しく示すように、半導体発光素子（ベアチップ）からなるＬＥＤ素子１１と、例えば絶縁性合成樹脂材料からなる枠体１２と、例えば適宜金属製材料からなる導電部（リードフレーム）１３と、例えばエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂等の透光性樹脂からなる封止体１４とを備えている。

枠体１２は、略直方体形状に設定され、その一面に形成された凹部１２０の底部にＬＥＤ素子１１が設けられる。凹部１２０の底部には、一対（アノード及びカソード）の導電部１３の一部が露出し、この露出箇所を通じてＬＥＤ素子１１がマウントされ、且つ金線等を通じてワイヤボンディングされている。またＬＥＤ素子１１のマウント及びワイヤボンディング後に、凹部１２０内には、封止体１４が充填形成され、この結果、枠体１２の一面には、ＬＥＤ素子１１の光を放射する光放射面１２１が形成される。さらに導電部１３の一部は、枠体１２の側壁部を経由して光放射面１２１の反対側（底部）に延設されて一対の電極部１２２，１２３を形成し、この結果、光放射面１２１の反対側には、電極部１２２，１２３が露出する装着面１２４が形成され、この装着面１２４を介して光源１が光源支持体３に装着及び導通接続される。

基板２は、図２に詳しく示すように、例えばガラスエポキシ系材料からなる基板部２１と、この基板部２１上に形成された銅等からなるランド部２２と、このランド部２２の所要箇所が露出するように基板部２１上に形成されたレジスト等からなる絶縁層２３とからなり、ランド部２２及び光源支持体３を介して光源１に電力供給を行う。なおランド部２２は、図示しない所定の回路パターンに連なるものでものである。

光源支持体３は、光源１と基板２との間に位置し、光源１を基板２上に支持すると共に光源１と基板２とを導通接続する機能を有している。

光源支持体３は、耐熱性ポリマーやＡＢＳ等の絶縁性合成樹脂からなる本体部３１と、この本体部３１に保持され、弾性を有する一対の導電部材（導体）３２とで構成されている。

本体部３１は、略直方体形状に形成され、光源１の装着面１２４に対向する第１の面３１１と、基板２に対向する第２の面３１２と、第２の面３１２の反対側に位置する第３の面３１３と、第２の面３１２及び第３の面３１３とを挟むように位置する第４，第５の面３１４，３１５とを有する。

第１の面３１１には、図１，図２に示すように、光源１を保持するフック形状の一対の保持部３１６と、光源１を位置決めする一対の位置規制部３１７が形成されている。

保持部３１６は、第４，第５の面３１４，３１５と略平行に伸びる延長部３１８と、延長部３１８の先端に設けられた爪部３１９とを備え、各保持部３１６間に光源１を位置させて爪部３１９を通じて光源１が矢印Ｄ１の反対側に移動するのを防止する。この際、光源１は導電部材３２の後述する第１の接続部を通じて矢印Ｄ１とは反対側に弾発付勢されるため、第１の接続部と爪部３１９との間で挟持される。

位置規制部３１７は、光源１の側壁に沿って伸びる突起部でなり、光源１が基板２の厚み方向における位置を決めて、同方向への移動を防止するものである。

第２の面３１２には、図２に示すように、光源支持体３を基板２に半田付けする際、光源支持体３を基板２に仮止めする結合部３１２ａが形成されている。

結合部３１２ａは、基板２側に伸びる延設部３１２ｂと、基板２の背面に係合する係合爪部３１２ｃとを有する。なお、結合部３１２ａに対応する基板２箇所には孔部２４が形成されている。

導電部材３２は、例えばリン青銅や黄銅等からなり、本体部３１にインサート成形または挿入後に折り曲げ形成されることにより設けられ、それぞれが特に図１，図４示すように、本体部３１内に位置する基部３２０と、本体部３１の第３の面３１３から露出して略逆「Ｕ」字状に曲げられると共にその自由端が第１の面３１１と光源１の装着面１２４との間に位置して光源１の電極部１２２，１２３に圧接導通される第１の接続部３２１と、第４または第５の面３１４，３１５から側方に突出し、基板のランド部２２に半田付け接続される第２の接続部３２２とを有する（図１では楕円による囲み領域Ｓが、図２では符号４が半田付け箇所となる）。なお第２の接続部３２２の半田付けは、結合部３１２ａを通じて光源支持体３を基板２に仮止めした後に行う。

ここで、光源１の組み付けは、光源１を一対の位置規制部３１７間で位置決めしながら、矢印Ｄ１方向から一対の保持部３１６間に嵌入することにより行われる。保持部３１６は弾性を有し、また爪部３１９の先端には傾斜面３１９ａが形成されているので、光源１の挿入時には保持部３１６の間隔が広がり、爪部３１９が光源１の光放射面１２１に係合すると、保持部３１６の間隔が元に戻り、光源１が保持される。また光源１の挿入時には、導電部材３２の第１の接続部３２１が光源１の電極部１２２，１２３に接触しながら第１の面３１１側に押圧され、光源１が爪部３１９に係合してその位置が定まると、第１の接続部３２１の押圧に伴う反力で光源１が爪部３１９側に押圧され、これにより光源１は光源支持体２に対し安定的に支持されると共に導通接続される。なお光源１の装着は、光源支持体３を基板２に半田付けした後でも良いし、予め光源１を装着した光源支持体３を基板２に半田付けしても良い。

以上の通り、本実施形態では、光放射面１２１の反対側に装着面１２４を備える面実装型ＬＥＤからなる光源１と、この光源１に電力供給を行う基板２との間に、光源１を基板２上に支持すると共に基板２と導通接続する光源支持体３を設けたことにより、光源の構造変化を最小限に抑えながら、光照射面の向きや高さを変更することができ、コストアップや製品選択自由度の低下を抑制することができる。

また本実施形態では、光源支持体３において、光源１の装着面１２４に対向する第１の面３１１と基板２に対向する第２の面３１２とが所定の角度を有するように設定しており、このように構成することにより、シンプルな構成で光照射面１２１の向きを変更または調整することができる。なお本実施形態では、第１の面３１１と第２の面３１２とが所定の角度として９０度で交わるように設定したが、角度は光照射面１２１の向きに応じて設定すれば良い。

また本実施形態では、光源１と光源支持体３とを弾性を有する導電部材（導体）３２で圧接導通したことにより、半田付け等の接続作業が不要となり、光源１を光源支持体３に装着するだけで導通接続が完了するため、接続作業性を向上させることができる。なお導電部材３２は、光源１と光源支持体３とを圧接導通することができれば、その材料や形状は任意である。

また本実施形態では、光源支持体３に、光源１を保持する保持部３１６を設けたことにより、光源１に特別な構造箇所を設けることなく、光源１を安定的に保持することができ、また組み付け作業性を向上させることができる。なお保持部３１６は、光源１を保持することができれば、その形成個数や形態、形状は任意である。

また本実施形態では、光源支持体３に、基板２に結合する結合部３１２ａを設けたことにより、光源支持体３を基板２に対し安定的に保持することができ、また組み付け作業性を向上させることができる。なお結合部３１２ａは、光源支持体３を基板２に保持することができれば、その形成個数や形態、形状は任意である。

なお本実施形態では、単一の光源１を光源支持体３に支持する例を示したが、複数の光源１を単一の光源支持体３で支持しても良い。

図５は本発明の第２の実施形態を示す要部側面図であり、本実施形態では導電部材３２の第２の接続部３２２を弾性を有する圧接片として設けて基板２と圧接導通したものであり、その他は前記第１の実施形態と同様である。

このように構成された第２の実施形態によれば、第２の接続部３２２を弾性を有する圧接片として設けて基板２と圧接導通したことにより、光源支持体３を基板２に実装するに際して半田付け等の接続作業が不要となり、光源１を光源支持体３に装着するだけで導通接続が完了するため、接続作業性を向上させることができる。特に本実施形態では第１の接続部３２１も光源１と圧接導通される圧接片としているため、光源支持体３を通じて光源１を基板２に実装するにあたり、半田付け等の接続作業が不要となり、接続作業性を向上させることができる。

図６〜図８は、本発明の第３の実施形態を示すもので、図６は本実施形態による光源装置の斜視図、図７は図６の光源装置を矢印Ｄ２方向から見たときの正面図、図８は図６の光源装置を矢印Ｄ１方向から見たときの正面図で基板を断面で示す図である。

本実施形態による光源装置は、基本構成は前記第１の実施形態と同様であるが、光源１を構成する枠体１２と光源支持体３を構成する本体部３１との双方が、耐熱性を考慮した材料である例えばセラミック、窒化アルミニウム、アルミナから形成されている点、光源１を構成する導電部１３と光源支持体３を構成する導電部材（導体）２３との双方が、例えば銀または金等のメッキ層からなる点、基板２の基板部２１が金属（例えばアルミニウム）からなり絶縁層２５（図８参照）を介してランド部２２と保護層２３とが積層される点で前記第１の実施形態と相違している。

また本実施形態では、光源１と光源支持体３、並びに光源支持体３と基板２とは、例えばリフローによる半田付け手段にて半田付けされている（図６では楕円による囲み領域Ｓが、図７，８では符号４が半田付け箇所となる）。

また本実施形態では、光源支持体３の本体部３１が断面凹凸形状が連続する放熱部Ｒを備えており、この放熱部Ｒは、本体部３１の表面積を増加するために断面凹凸形状に設定され、光源１から本体部３１に伝わった熱を効率良く放熱するものである。

さらに本実施形態では、図８に示すように、光源支持体３の第２の面３１２に例えば円柱または角柱、あるいはこれらをミックスした形状の突出部からなる位置決め部３１２ｄを設け、この位置決め部３１２ｄを基板２に設けた位置決め孔２６に挿入することにより、光源支持体３を基板２に位置決めするようにしている。

以上のように、本実施形態では、光源支持体３に、光源２の熱を放熱する断面凹凸形状の放熱部Ｒを設けて放熱機能を持たせたことにより、放熱効率を高めることができる。なお本実施形態では光源支持体３の一部を断面凹凸形状に設定することにより、放熱部Ｒを設けたが、断面凹凸形状の放熱部材を別途用意し、これを光源支持体３に接合して放熱部Ｒを設けても良い。また放熱部Ｒ及び放熱部材の形状は任意である。

また本実施形態では、光源支持体３が基板２に対する位置決め部３１２ｄを有することにより、組み付け作業性を向上させることができる。位置決め部３１２ｄは光源支持体３を位置決めすることができれば、形成個数や構造は任意である。

図９は、本発明の第４の実施形態を示す断面図であり、本実施形態による光源装置は、光源支持体３の本体部３１に凹面部３５０を設け、この凹面部３５０の底部に光源１を実装すると共に、凹面部３５０の表面、すなわち凹面部３５０を構成する傾斜面の表面に、例えばアルミニウム等の金属蒸着層からなる反射部３５１を設け、光源支持体３に光源１の光を反射する光反射機能を付加したものである。

このように構成した本実施形態によれば、光源支持体３に反射部３５１を設けたことにより、光の損失を抑え、照明対象を効率良く照明することができる。なお本実施形態では反射部３５１を金属蒸着層としたが、光反射率の高い専用の反射部材を用意し、これを光源支持体３の所用部に被せることにより、反射部３５１を設けても良い。また本実施形態では、凹面部３５０を設け、その表面に反射部３５１を設けたが、反射部３５１を設ける光源支持体３箇所の形状は任意である。なお反射部３５１は、光反射性の良好な鏡面反射面の他、明るさや色を調整する調光用の反射部として設定しても良い。

図１０は本発明の第５の実施形態を示す断面図であり、本実施形態では、光源装置が図示しない照明対象物に光源１の光を導く導光体５を備えており、光源支持体３に導光体５の受光部５１を受容して位置決めする導光体位置決め部３５２を設け、この導光体位置決め部３５２を通じて光源１と導光体５の受光部５１とを確実に位置決めし、光源１の光の利用効率を高めるようにしている。なお本実施形態では光源１と光源支持体３の導通接続、光源支持体３と基板２との導通接続の詳細については割愛した。

このように構成した本実施形態によれば、光源支持体３が導光体５を位置決めする導光体位置決め部３５２を有することにより、光源１と導光体５の受光部５１とを確実に位置決めすることができる。なお導光体位置決め部３５２は光源１と導光体５とを位置決めすることができれば、その構造は任意である。

なお本発明の他の実施形態として図示しないが、光源１の光を透過することで光を調整（集光、拡散、偏向）するレンズ部材を設け、このレンズ部材を光源支持体３に取り付け固定しても良いし、光源１の光を透過することで光の色を調整（調色、色変更、色変換）するカバー部材を設け、このカバー部材を光源支持体３に固定しても良い。

本発明の第１の実施形態による光源装置を示す斜視図。図１の光源装置を矢印Ｄ１方向から見たときの正面図で基板を断面で示す図。図２のＡ−Ａ断面図。図２のＢ−Ｂ断面図。本発明の第２の実施形態を示す要部側面図。本発明の第３の実施形態光源装置の斜視図。図６の光源装置を矢印Ｄ２方向から見たときの正面図。図６の光源装置を矢印Ｄ１方向から見たときの正面図で基板を断面で示す図。本発明の第４の実施形態を示す断面図。本発明の第５の実施形態を示す断面図

符号の説明

１光源
２基板
３光源支持体
４半田付け箇所
５導光体
１１ＬＥＤ素子
１２枠体
１３導電部
１４封止体
２１基板部
２２ランド部
２３絶縁層
２４孔部
２５絶縁層
２６位置決め孔
３１本体部
３２導電部材（導体）
５１受光部
１２０凹部
１２１光放射面
１２２，１２３電極部
１２４装着面
３１１第１の面
３１２第２の面
３１２ａ結合部
３１２ｂ延設部
３１２ｃ係合爪部
３１２ｄ位置決め部
３１３第３の面
３１４第４の面
３１５第５の面
３１６保持部
３１７位置規制部
３１８延長部
３１９爪部
３１９ａ傾斜面
３２０基部
３２１第１の接続部
３２２第２の接続部
３５０凹面部
３５１反射部
３５２導光体位置決め部
Ｄ１，Ｄ２矢印
Ｒ放熱部
Ｓ囲み領域

Claims

光照射面を有する面実装型ＬＥＤからなる光源と、この光源に電力供給を行う基板と、前記光源を前記基板上に支持すると共に前記基板と導通接続する光源支持体とを備える光源装置において、前記光源は前記光照射面の反対側に前記光源支持体に装着される装着面及び当該装着面に形成される電極部を有し、光源支持体は前記装着面及び前記電極部に対向する第１の面と前記基板に対向する第２の面とを有する本体部と、前記第１の面において前記電極部に接続される第１の接続部と前記基板において前記第２の面と対向する面に形成されたランド部に接続される第２の接続部とを有する導体とを備えることを特徴とする光源装置。
前記光源支持体において前記第１の面と前記第２の面とが所定の角度を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記光源と前記光源支持体、または前記光源支持体と前記基板とが弾性を有する前記導体で圧接導通されるか、あるいは前記光源と前記光源支持体、または前記光源支持体と前記基板とが前記導体を通じて半田付けにより導通されることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記光源支持体に、前記光源を保持する保持部または前記基板に結合する結合部を設けたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記光源支持体に、前記光源の熱を放熱する放熱部を設けるか、または放熱部材を装着したことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記光源支持体が、前記光源の光を反射する反射部、前記光源の光を調整するレンズ部材、前記光源の光の色を調整する調整部材のうち少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記光源支持体が複数の前記光源を支持すると共に前記基板に導通接続することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記光源支持体が前記基板に対する位置決め部を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記光源の光を導く導光体を備え、前記光源支持体が前記導光体を位置決めする導光体位置決め部を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。