(57)【要約】【課題】発光ダイオードの発光効率を阻害することなく、コンパクトに形成することができ、種々の形態に構成することができる発光ダイオード光源ユニットを提供する。【解決手段】絶縁層１２の両面に電極１４ａ、１４ｂが被着形成された支持体１１と、該支持体１１の端面に接合された光素子２０とを備え、該光素子は、該光素子２０に設けられた一対の接続電極が、前記絶縁層１２を挟んで配置された前記電極１４ａ、１４ｂの一方と他方とにそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008182113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の両面に電極が被着形成された支持体と、
該支持体の端面に接合された発光ダイオードとを備え、
該発光ダイオードは、該発光ダイオードに設けられた一対の接続電極が、前記絶縁層を挟んで配置された前記電極の一方と他方とにそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする発光ダイオード光源ユニット。
【請求項２】
前記発光ダイオードは、透明体によって封止して形成された光素子に内蔵されるとともに、前記支持体の端面に前記光素子が接合され、
該光素子に設けられた接続電極と前記支持体に設けられた電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード光源ユニット。
【請求項３】
前記光素子が、前記支持体の端面上にフリップチップ接続によって搭載されていることを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード光源ユニット。
【請求項４】
前記支持体は、前記絶縁層と、該絶縁層を挟んで配置された一対の平板電極からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の発光ダイオード光源ユニット。
【請求項５】
前記支持体は、前記絶縁層と平板電極とを交互に積層して形成された３層以上の平板電極を備え、
前記発光ダイオードが、前記絶縁層を挟んで配置された各々一対の平板電極に電気的に接続して搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の発光ダイオード光源ユニット。
【請求項６】
前記支持体は、前記絶縁層と、該絶縁層を介して同心状に配置された少なくとも２つの円筒電極からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の発光ダイオード光源ユニット。
【請求項７】
前記同心状に配置された円筒電極のうち、最内周の電極が内部まで充実した円柱体に形成されていることを特徴とする請求項６記載の発光ダイオード光源ユニット。
【請求項８】
前記支持体の、前記発光ダイオードを搭載する側の端面に、発光ダイオードから放射される放射光を端面と垂直方向に向けて反射させるリフレクタが設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の発光ダイオード光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数個の発光ダイオードを配列して形成される発光ダイオード光源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は低電力で高輝度が得られる発光ダイオードが提供されており、各種製品の光源として多用途に用いられている。発光ダイオードは透明なキャップに発光ダイオードの素子を封止して単体の発光源として用いられる他に、複数個の発光ダイオードを平面的に配列し、あるいは発光ダイオードを封止した封止品を複数個配列して光源として用いるといった使い方がなされる。
【０００３】
複数個の発光ダイオードを配列した光源ユニットを構成する方法として従来なされている方法は、放熱板上に発光ダイオードを搭載し、あるいは発光ダイオードが搭載された配線基板を放熱板上に支持し、放熱板と発光ダイオードとを電気的に絶縁した状態で発光ダイオードと電源側の電極とを電気的に接続するといった方法である（たとえば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００６−２９５０８５号公報
【特許文献２】特開昭６１−１４５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数個の発光ダイオードを用いて光源とする場合は、たとえば発光ダイオードを直線的に配列することによって線状の光源となるし、多数個の発光ダイオードを平面的に配列することによって面発光体として提供することができる。しかしながら、たとえば多数個の発光ダイオードを基板に搭載して発光させた場合には、発光ダイオードの発熱量が大きくなるために、発光ダイオードの温度が上昇し、発光ダイオードの発光効率が減退するという問題がある。従来の発光ダイオードを用いた光源ユニットに放熱板を設けて、発光ダイオードから熱放散させるようにしているのは、発光ダイオードが過熱することを防止し、発光ダイオードの発光効率を維持するためである。
【０００５】
しかしながら、従来の発光ダイオードを用いた光源ユニットは、放熱板を設けて発光ダイオードから熱放散させる手法が採用されているものの、放熱板上に基板を接合して形成したものでは、中間に基板が介在するため発光ダイオードからの熱放散が阻害されてしまう。また、放熱板上にじかに発光ダイオードを搭載した場合は発光ダイオードからの熱放散性は良好になるものの、発光ダイオードと放熱板とを電気的に絶縁する配置とする必要があり、小型化が阻害されるという問題、また光源ユニットの製造工程が複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、発光ダイオードから効率的に熱放散させることができることから、発光ダイオードの発光効率を阻害することなく、また発光ダイオードと電源側の電極との電気的接続が容易にでき、小型化が容易に可能になる発光ダイオード光源ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、絶縁層の両面に電極が被着形成された支持体と、該支持体の端面に接合された発光ダイオードとを備え、該発光ダイオードは、該発光ダイオードに設けられた一対の接続電極が、前記絶縁層を挟んで配置された前記電極の一方と他方とにそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする。
また、前記発光ダイオードは、透明体によって封止して形成された光素子に内蔵されるとともに、前記支持体の端面に前記光素子が接合され、該光素子に設けられた接続電極と前記支持体に設けられた電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
また、前記光素子が、前記支持体の端面上にフリップチップ接続によって搭載されていることにより、よりコンパクトな構成とすることができる。
【０００８】
また、前記支持体は、前記絶縁層と、該絶縁層を挟んで配置された一対の平板電極からなることにより、発光ダイオードもしくは光素子が支持体の端面上に一列状に搭載され、線状の光源として利用することができる。
また、前記支持体は、前記絶縁層と平板電極とを交互に積層して形成された３層以上の平板電極を備え、前記発光ダイオードが、前記絶縁層を挟んで配置された各々一対の平板電極に電気的に接続して搭載されていることにより、多数個の発光ダイオードもしくは光素子を面的に配置することができ、面発光光源として利用することができる。
【０００９】
また、前記支持体は、前記絶縁層と、該絶縁層を介して同心状に配置された少なくとも２つの円筒電極からなることにより、支持体の端面上に発光ダイオードもしくは光素子をリング状あるいは円形に配置することができ、リング状あるいは円形の発光源として利用することができる。
また、前記同心状に配置された円筒電極のうち、最内周の電極が内部まで充実した円柱体に形成することも可能である。
【００１０】
また、前記支持体の、前記発光ダイオードを搭載する側の端面に、発光ダイオードから放射される放射光を端面と垂直方向に向けて反射させるリフレクタが設けられていることによって、発光ダイオードから放射される光の放射方向が支持体の端面に垂直方向に揃えられ、効率的な発光効率を備える光源ユニットとして提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る発光ダイオード光源ユニットによれば、発光ダイオードあるいは発光ダイオードを内蔵した光素子が、絶縁層を挟んで電極が形成された支持体の端面上に接合されて搭載された構成となることから、光源ユニットをコンパクトに形成することができるとともに、電極が発光ダイオードからの熱を放散させる放熱体として作用することによって、発光ダイオードの発光効率を阻害せず、効率的な発光ダイオード光源ユニットとして構成することが可能となる。また、本発明の構成を採用することによって、線発光あるいは面発光等の種々の形態の光源として構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る発光ダイオード光源ユニットの第１の実施の形態の構成を示す斜視図である。
本実施の形態の発光ダイオード光源ユニット１０は、絶縁層１２の両面に一対の平板電極１４ａ、１４ｂを被着して全体形状が平板状に形成された支持体１１の端面上に、発光ダイオード２２を内蔵した光素子２０を一列状に整列して搭載されている。
平板電極１４ａ、１４ｂは、光素子２０に設けられた一対の接続電極とそれぞれ接合され、電源のプラス極とマイナス極に接続される。
【００１３】
光素子２０は絶縁層１２を跨ぐ配置として支持体１１の端面上に搭載するため、光素子２０の大きさに合わせて平板電極１４ａ、１４ｂの厚さと絶縁層１２の厚さを設定する。本実施形態の発光ダイオード光源ユニット１０は、１ｍｍ角程度の大きさの光素子２０を搭載した例で、平板電極１４ａ、１４ｂの厚さを０．４５ｍｍ、絶縁層１２の厚さを０．１ｍｍとした。平板電極１４ａ、１４ｂの幅寸法（高さ寸法）は適宜選択可能であるが、本実施形態の平板電極１４ａ、１４ｂの幅寸法は５ｍｍである。
【００１４】
平板電極１４ａ、１４ｂは、本実施形態では銅によって形成し、平板電極１４ａ、１４ｂの導電性を確保するとともに、平板電極１４ａ、１４ｂの熱放散性を確保している。
支持体１１を形成するには、絶縁層１２となる熱硬化性樹脂（接着性を有する樹脂フィルム）を介して平板電極１４ａ、１４ｂを接着し、熱硬化性樹脂を熱硬化させて絶縁層１２と平板電極１４ａ、１４ｂとを一体化すればよい。平板電極１４ａ、１４ｂとして大判の銅板を使用した場合は、絶縁樹脂を介して銅板を接合した後、所定の大きさに切断することによって支持体１１が得られる。銅板を用いるかわりに、絶縁層１２の両面に所定の厚さに銅めっきを施して平板電極１４ａ、１４ｂとすることもできる。なお、平板電極１４ａ、１４ｂは所定の導電性と熱伝導性（熱放散性）を備えるものであれば、銅以外の導体材を使用することができる。
【００１５】
光素子２０は、透明樹脂等の透明体２４により発光ダイオード２２を封止して形成され、支持体１１に対向する下面に一対の接続電極が設けられ、絶縁層１２を跨いで平板電極１４ａ、１４ｂの間に掛け渡すようにして搭載される。
図２に、図１に示した発光ダイオード光源ユニットの側面図を示す。光素子２０は、側面形状が長方形に形成された支持体１１の短辺上に搭載されている。
【００１６】
図３は、支持体１１に光素子２０が搭載された状態を拡大して示す断面図である。光素子２０は、基板２６に発光ダイオード２２が搭載され、発光ダイオード２２と基板２６上に形成された配線とがワイヤボンディングされ、基板２６の発光ダイオード２２が搭載された面（一方の面）側が透明体２４によって樹脂封止されて形成されている。基板２６の下面（他方の面）には、基板２６の一方の面に設けられた配線とスルーホール等を介して電気的に接続された接続電極２８が一対設けられ、それぞれの接続電極２８が絶縁層１２を挟んで配置された平板電極１４ａ、１４ｂにそれぞれはんだ２９によって接合される。
【００１７】
光素子２０を平板電極１４ａ、１４ｂの端面にはんだ付けすることによって、光素子２０に搭載された発光ダイオード２２と平板電極１４ａ、１４ｂとが電気的に接続され、光素子２０が支持体１１上に固定支持される。
本実施形態の発光ダイオード光源ユニット１０は、平板電極１４ａ、１４ｂの端面間に掛け渡すように光素子２０を搭載する構成としたことによってコンパクトに形成することができる。また、平板電極１４ａ、１４ｂ自体が放熱板として作用することにより、光素子２０から効率的に熱放散させることができ、発光ダイオード２２が過熱することを防止し、発光ダイオード２２の発光効率を阻害せず、効率的な光源とすることができる。
【００１８】
なお、本実施形態では、基板２６の下面に接続電極２８が形成されたいわゆるフリップチップ型の光素子２０を搭載したが、支持体１１に搭載する光素子はフリップチップ型の光素子に限られるものではない。基板２６の上面にワイヤボンディング用の接続電極が設けられた光素子の場合は、光素子を支持体１１に接合し、接続電極と平板電極１４ａ、１４ｂとの間をワイヤボンディングによって接続すればよい。
【００１９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態における発光ダイオード光源ユニット１０は、平板電極１４ａ、１４ｂを電源に接続することにより、支持体１１の端面上で光素子２０を点灯させることができる。第１の実施の形態の発光ダイオード光源ユニット１０は、支持体１１上に線的に光素子２０が搭載され、線状の光源として用いられる。この第１の実施の形態の発光ダイオード光源ユニット１０の構成を利用することにより、面的に発光する発光ダイオード光源ユニットを構成することができる。
【００２０】
図４、５は、多数個の光素子２０を平面的に配列して、面的に発光する発光ダイオード光源ユニット１００を構成した例を示す。
本実施形態においては、光素子２０を搭載する支持体１５は、平板電極１４と絶縁層１２とを交互に配置することにより、一体化されたブロック状に形成される。支持体１５を構成する平板電極１４の長さ、幅（高さ）、厚さは適宜選択可能であり、積層する平板電極１４の枚数も適宜選択できる。したがって、平板電極１４を多数枚積層することにより、支持体１５を平板状に形成することもできる。
【００２１】
図４、５に示すように、本実施形態においても絶縁層１２を挟んで配置されている一対の平板電極１４間に掛け渡すように光素子２０を搭載する。
図５は、支持体１５上に光素子２０を搭載した状態を平面方向から見た状態を示す。本実施形態では、支持体１５上に光素子２０を配置する際に、隣り合った光素子２０が平板電極１４の一列単位で偏位するジグザグ配置とし、すべての隣り合った平板電極１４が光素子２０を介して電気的に接続される配置となるようにしている。
なお、支持体１５に搭載される光素子２０の構成、および支持体１５の端面上に光素子２０を搭載する方法は、第１の実施の形態と同様である。
【００２２】
本実施形態の発光ダイオード光源ユニット１００では、図５に示すように、支持体１５の両端に配置される平板電極１４に電源を接続することにより、支持体１５に搭載されたすべての光素子２０を点灯させることができる。第１の実施の形態の発光ダイオード光源ユニット１０と同様に、本実施形態の発光ダイオード光源ユニット１００においても、平板電極１４は支持体１５上に搭載された光素子２０を互いに電気的に接続する作用と、放熱板として光素子２０から発生する熱を効率的に放散させる作用を有する。これにより、光素子２０を面的に多数個配列し、発光ダイオードの発光効率を阻害することなく効率的な面光源として使用することが可能となる。
【００２３】
なお、図４、５は、支持体１５上に光素子２０を配列する一例を示したもので、支持体１５上に光素子２０を配列する方法は、図示例のようなジグザグ配置に限るものではなく、種々の配置とすることができる。
支持体１５上に光素子２０を搭載する場合に、発光色が異なる発光ダイオードを適宜配置として搭載することによって、多様な発光色の光源として構成することも可能である。
【００２４】
（第３の実施の形態）
図６は、発光ダイオード光源ユニットの第３の実施の形態を示す。上述した各実施の形態においては、光素子２０を搭載する支持体１１、１５は平板電極１４ａ、１４ｂ、１４によって形成されている。本実施の形態においては、光素子２０を搭載する支持体１６が、内周側の円筒電極１６ａと外周側の円筒電極１６ｂが、絶縁層１２を介して同心状に配置され、全体形状が円筒状に形成されたことが特徴的である。
【００２５】
発光ダイオードを内蔵した光素子２０は、支持体１６の端面上に、周方向に所定間隔をあけ、絶縁層１２を跨ぐ（交差する）ように配置し、光素子２０の下面に形成された一対の接続電極２８のうちの一方を内周側の円筒電極１６ａに接続し、他方を外周側の円筒電極１６ｂに接合して搭載する。これによって、光素子２０は円筒電極１６ａ、１６ｂと電気的に接続された状態で、支持体１６の端面に環状に配置される。
【００２６】
本実施形態の発光ダイオード光源ユニット１０２では、内周側の円筒電極１６ａと外周側の円筒電極１６ｂとの間に電源電極を接続して光素子２０を点灯させる。光素子２０が環状に配置されていることから、リング状に発光する光源となる。円筒電極１６ａ、１６ｂは光素子２０と電源とを接続する導体部として作用するとともに、発光ダイオードで発生する熱を放散させる放熱体として作用する。
本実施形態の発光ダイオード光源ユニット１０２では支持体１６が円筒体に形成されるから、内周側の円筒電極１６ａについては内側の空洞部分から熱放散される。なお、内周側の円筒電極１６ａの内側に、たとえば樹脂を充填して支持体１６の全体形状を円柱状とすることもできる。また、内周側の円筒電極１６ａを内側まで充実した円柱体に形成して、支持体１６の全体形状を円柱体とすることもできる。
【００２７】
また、図６に示す実施の形態では、内周と外周に一つずつ円筒電極１６ａ、１６ｂを配しているが、隣接する円筒電極間に絶縁層１２を介在させて多重の同心状に円筒電極を配置することも可能である。この場合には、第２の実施の形態におけると同様に、隣り合った円筒電極の端面間に光素子２０を掛け渡して配置することにより、支持体の端面上に面的に光素子を搭載し、最外周の円筒電極と最内周の円筒電極との間に電源電極を接続することによって、すべての発光ダイオードを点灯させることができる。
【００２８】
本実施形態に示すように、本発明に係る発光ダイオード光源ユニットにおいて、光素子あるいは発光ダイオードを搭載する支持体を構成する電極は、平板電極に限るものではなく、円筒電極のような端面の平面形状が曲面状となる電極を用いることもできる。また、上記実施形態では、いずれも熱放散性を向上させるために、電極の厚さにくらべて電極の幅寸法（高さ寸法）を広く形成した電極を使用した例を示したが、電極の厚さにくらべて幅寸法を常に広く設定しなければならないものではない。また、電極は断面形状が矩形のものに限るものではなく、断面形状が曲面形状のものであってもよい。
【００２９】
（第４の実施の形態）
上述した発光ダイオード光源ユニット１０、１００、１０２においては、発光ダイオード２２を透明体２４によって封止した光素子２０を支持体１１、１５、１６に搭載した。本発明は、このような光素子２０を搭載する場合に限らず、発光ダイオード自体を支持体に搭載した構成とすることもできる。
【００３０】
図７は、絶縁層１２の両面に平板電極１４を被着して形成した支持体１１ａの端面上に発光ダイオードチップ２２ａを搭載して発光ダイオード光源ユニット１０４を構成した例を示す。支持体１１ａの端面上に、絶縁層１２を跨ぐように発光ダイオードチップ２２ａを接合し、発光ダイオードチップ２２ａに形成されている接続電極２３と平板電極１４の端面との間をワイヤボンディングして発光ダイオードチップ２２ａと平板電極１４とを電気的に接続している。２３ａがボンディングワイヤである。
発光ダイオードチップ２２ａと平板電極１４とは、発光ダイオードチップ２２ａに設けられた一方の接続電極２３を一方の平板電極１４に接続し、他方の接続電極２３を他方の平板電極１４に接続する。支持体１１ａの端面上に適宜間隔で発光ダイオードチップ２２ａを搭載することにより、第１の実施の形態と同様な線状の光源として構成される。
【００３１】
なお、発光ダイオードチップ２２ａを搭載する支持体の形態についても、本実施形態に示す一対の平板電極１４によって形成した支持体１１ａに限るものではなく、図４、６に示すような種々の形態について適用できる。また、発光ダイオードチップ２２ａはワイヤボンディング法によって接続するかわりに、フリップチップ方法によって搭載することもできる。
【００３２】
（第５の実施の形態）
図８は発光ダイオード光源ユニットの第５の実施の形態を示す。この発光ダイオード光源ユニット１０６は、発光ダイオードから放射される光を、支持体１１の端面に対して垂直方向に反射させるリフレクタが設けられていることを特徴とする。
【００３３】
本実施の形態では、平板電極１４と絶縁層１２とからなる支持体１１の端面上に、平面形状が矩形の枠状に形成されたリフレクタとしての反射部品３０が配置された例を示す。図８（ｂ）に示すように、反射部品３０は光素子２０に対向する四つの内側面が、光素子２０に搭載された発光ダイオード２２から側方に放射された光を反射する反射面３０ａとして形成されている。反射面３０ａは発光ダイオード２２から放射された光を支持体１１の端面に垂直方向に反射させる傾斜面として形成されている。
反射部品３０は金属あるいは樹脂等により、光素子２０とは別部品として形成され、支持体１１の端面に接合して支持される。光素子２０は反射部品３０の枠内に、平板電極１４に接続電極をはんだ付けして搭載される。
【００３４】
図９は、支持体１１にリフレクタを設ける他の構成として、支持体１１自体にリフレクタ部３１を設けた発光ダイオード光源ユニット１０８の例を示す。リフレクタ部３１は、支持体１１の端面上に光素子２０を収納する平面形状が矩形の凹部として形成され、凹部の四つの内側面が発光ダイオードから放射される光を反射する反射面３１ａに形成され、凹部の底面が光素子２０を搭載する搭載面３１ｂに形成される。反射面３１ａは、発光ダイオードから放射された光を支持体１１の端面に対して垂直方向に反射させる傾斜面として形成される。
【００３５】
図９（ｂ）にリフレクタ部３１に光素子２０を搭載した状態の断面図を示す。光素子２０は搭載面３１ｂに位置合わせし、光素子２０を平板電極１４にはんだ付けして接合する。リフレクタ部３１の反射面３１ａにおける反射効率を向上させるため、電解めっき等によって基材の表面にアルミニウム等の光反射率の良い素材を被覆してもよい。
支持体１１自体にリフレクタ部３１を形成するには、平坦面に形成された支持体１１の端面をエッチングし、あるいはプレス加工する方法によればよい。
【００３６】
図８、９に示す反射部品３０あるいはリフレクタ部３１を設けた発光ダイオード光源ユニットは、発光ダイオード２２から側方に放射された光が反射面３０ａ、３１ａによって支持体の端面に垂直方向に反射されるから、支持体の端面から放射される光を強めることができ、より使いやすい光源として提供できる。
なお、図８、９では、一対の平板電極１４を設けた支持体を備える発光ダイオード光源ユニット１０８についてリフレクタを設けた例を示すが、リフレクタは平板電極を用いた支持体の場合に限らず、種々の形態の支持体に設けることができる。また、光素子２０のかわりに発光ダイオードを搭載してリフレクタを備えた発光ダイオード光源ユニットを構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】発光ダイオード光源ユニットの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の発光ダイオード光源ユニットの側面図である。
【図３】第１の実施の形態における光素子と支持体との接合部の構成を拡大して示す断面図である。
【図４】発光ダイオード光源ユニットの第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図５】第２の実施の形態の発光ダイオード光源ユニットの平面図である。
【図６】発光ダイオード光源ユニットの第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図７】発光ダイオード光源ユニットの第４の実施の形態を示す平面図（ａ）、および側面図（ｂ）である。
【図８】発光ダイオード光源ユニットの第５の実施の形態を示す平面図（ａ）、および側面図（ｂ）である。
【図９】第５の実施の形態の他の例を示す平面図（ａ）、および図９（ａ）のＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１００、１０２、１０４、１０６、１０８  発光ダイオード光源ユニット
１１、１１ａ、１５、１６  支持体
１２  絶縁層
１４、１４ａ、１４ｂ  平板電極
１６ａ、１６ｂ  円筒電極
２０  光素子
２２  発光ダイオード
２２ａ  発光ダイオードチップ
２３  接続電極
２３ａ  ボンディングワイヤ
２４  透明体
２６  基板
２８  接続電極
２９  はんだ
３０  反射部品
３０ａ、３１ａ  反射面
３１  リフレクタ部
【図１】
2008182113.tif 000003
【図２】
2008182113.tif 000004
【図３】
2008182113.tif 000005
【図４】
2008182113.tif 000006
【図５】
2008182113.tif 000007
【図６】
2008182113.tif 000008
【図７】
2008182113.tif 000009
【図８】
2008182113.tif 000010
【図９】
2008182113.tif 000011