(57)【要約】【課題】ＬＥＤ素子１３から発生する熱を効率的に冷却することができるＬＥＤドットマトリックスを提供する。【解決手段】ＬＥＤ２０は並列に配置された２本の金属製のリードフレーム１１ａ、１１ｂと、一方のリードフレームの一端に設けられた金属ベース１２に載置されたＬＥＤ素子１３と、他方のリードフレームの一端とＬＥＤ素子とを電気的に接続するボンディングワイヤ１５と、リードフレームの一端部、ＬＥＤ素子、ボンディングワイヤ等を包覆するように設けられた保護層１６とを備えている。このようなＬＥＤ２０の複数個を、所定の電路を有する基板１７に配置し、各リードフレームを、上記電路に半田１８で電気的に接続している。そして、各リードフレーム１１ａ、１１ｂの、基板の裏面から突出した部分をカッティングせずに真直ぐに延びた状態としている。さらに基板の裏側に、リードフレームに向って送風する送風機２４を配設してもよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置された２本の金属製のリードフレームと、一方のリードフレームの一端に設けられた金属ベースに載置されたＬＥＤ素子と、他方のリードフレームの頭部と前記ＬＥＤ素子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記２本のリードフレームの各頭部、前記ＬＥＤ素子及びボンディングワイヤを一体に包覆するように設けられた保護層とを備えたＬＥＤの複数を、所定の電路を有する基板に配置し、
前記複数のＬＥＤの各リードフレームを、前記基板の電路に半田で電気的に接続してなるＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記各リードフレームの、前記基板に挿通されて裏面から突出した部分を、真直ぐに延びた状態としたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記基板の裏面に対向した位置に、前記リードフレームに向って送風する送風機を配設したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項３】
請求項２記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記送風機は、前記リードフレームの、前記基板の裏面から突出した部分の長さ方向に送風するように配設されていることを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記リードフレームは鉄製であることを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記各リードフレームの、前記基板に挿通されて裏面から突出した部分に、径方向に膨らんだ膨出部を設けたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記複数のＬＥＤを、一方向からみて半ピッチずつ間隔を置いて互いに密着させて配列させた状態で、前記基板に配置したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記リードフレームの、前記基板の裏面から突出した部分の長さが２〜３ｍｍであることを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、文字、記号等の表示器用としてＬＥＤ（発光ダイオード）の複数本を基板に二次元的に配列してなるＬＥＤドットマトリックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤは単独では射光束が小さいため照明装置や文字、記号等の表示器用には適していない。しかし、電流を増やして射光束を大きくすると共に、複数のＬＥＤを基板に配置してＬＥＤドットマトリックスを構成することにより、充分に大きい射光束を得ることができるようになるため照明装置等として使用することができる。
【０００３】
ところが、電流を増やすとＬＥＤ素子部の温度が高くなって、発光効率および寿命の低下につながるという課題がある。
基板には予め配線パターンを形成する電路とＬＥＤを挿入配置するためのスルーホールとが設けられている。このような基板上に、複数のＬＥＤを配列してなるＬＥＤドットマトリックスは、従来より存在する。そしてＬＥＤに供給する電流を増やすために、ＬＥＤを冷却し放熱をすることも従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４は従来のＬＥＤドットマトリックスに使用されているＬＥＤの一例を示している。
ＬＥＤ１０は一枚の基板１７に複数個が配置されるが、そのうちの１個によりＬＥＤ１０の構成を説明する。
ＬＥＤ１０には並列に配置された２本のリードフレーム１１ａ、１１ｂを有している。これらのリードフレーム１１ａ、１１ｂは、銅あるいは銅合金により一辺が０．５ｍｍ前後の横断面四角形に形成されている。一方のリードフレーム１１ａの頭部に係止されている金属ベース１２の上に、ＬＥＤ素子１３が載置され、このＬＥＤ素子１３と他方のリードフレーム１１ｂの頭部とがボンディングワイヤ１５により電気的に接続されている。
リードフレーム１１ａ、１１ｂの各頭部、ＬＥＤ素子１３及びボンディングワイヤ１５は、エポキシ樹脂等からなる保護層１６により包覆されている。保護層１６はＬＥＤ素子１３の発光を透過しうるレンズの効果を奏するものである。
【０００５】
２本のリードフレーム１１ａ、１１ｂは、基板１７に挿通されて裏面から突出した部分がカッティングされ、その先端が基板１７の電路に半田１８で電気的に接続されている。
すなわち、従来のＬＥＤドットマトリックスでは、ＬＥＤの保護層１６の底面が、図４に示したように基板の表面１７ａより浮上されてリードフレーム１１ａ、１１ｂの中間部が外部に露出するようにされ、またリードフレーム１１ａ、１１ｂが基板の裏面１７ｂにおいて任意の長さにカッティングされて半田１８により基板に固定されている。
【０００６】
ＬＥＤドットマトリックスは、例えば、約２０ｃｍ四方の基板に、保護層１６の直径が５ｍｍ級のＬＥＤを３００〜１０００個を配列して構成されているが、冷却手段としては、全ＬＥＤの保護層１６の正面に向って送風することは照明に支障をきたすことからもできないため、通常は図４に示すように基板の表面１７ａ側の側方に設置された送風機１９により送風して基板１７と保護層１６との間から一部露出している各リードフレーム１１ａ、１１ｂを空冷している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００―３１５４６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
図４に示すように基板の表面１７ａ側の側方に設置された送風機１９により送風して各リードフレーム１１ａ、１１ｂを強制冷却した場合には、送風機１９から近いＬＥＤは冷却されるが、送風機から遠いＬＥＤほど、風上のＬＥＤから放出された熱の影響を受けることになり熱放出が行われ難くなる。また、送風された風が流動し難くなり基板中央部の熱が放熱されない。このため、構造全体として熱格差が生じ冷却効率がよくない。
【０００９】
また、特許文献１に記載されているように基板を、熱伝導率の高い材料等を積層付加して構成し、これを冷却するものが案出されているが、構造が複雑であるため、安価で簡易構造を要求されるＬＥＤ照明装置等には適さない。
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、ＬＥＤ素子から発生する熱を効率的に冷却することができるＬＥＤドットマトリックスを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
並列に配置された２本の金属製のリードフレームと、一方のリードフレームの一端に設けられた金属ベースに載置されたＬＥＤ素子と、他方のリードフレームの頭部と上記ＬＥＤ素子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、上記２本のリードフレームの各頭部、上記ＬＥＤ素子及びボンディングワイヤを一体に包覆するように設けられた保護層とを備えたＬＥＤの複数を、所定の電路を有する基板に配置し、上記複数のＬＥＤの各リードフレームを、上記基板の電路に半田で電気的に接続してなるＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記各リードフレームの、上記基板に挿通されて裏面から突出した部分を、真直ぐに延びた状態としたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１１】
ＬＥＤの電流を増やして射光束を大きくするために、ＬＥＤ素子から発せられる熱を外部に放出することは従来から行われている。そして、従来は、熱伝導性の悪い保護層で覆われたＬＥＤ素子を、保護層側から冷却することは効率がよくないので、ＬＥＤ素子に連結されている銅あるいは銅合金製のリードフレームを冷却することが行われている。
すなわち、リードフレームは一般にＬＥＤの製造と組立の都合上、少し長めに製作されており、このようなリードフレームを、予め基板に設けられているスルーホールに挿通して基板の裏面から突出させ、基板の裏面において、予め基板に設けられている電路に、半田付けすることによりＬＥＤを基板に固定している。さらにリードフレームの、基板の裏面より突出した部分を、任意の長さにカッティングしている。
【００１２】
ＬＥＤを基板に半田付けするとき、半田付けによる熱衝撃によりＬＥＤ素子の損傷を防止するために、ＬＥＤの保護層を基板から５〜１５ｍｍ浮かした状態にすることが一般的であった。そして、基板の表面から浮上されて露出しているリードフレームの中間部を、基板の表側の側方に設置された送風機により強制冷却、あるいは送風機なしで空冷する、ということが従来の冷却手段である。
【００１３】
本発明は、このような従来の冷却手段とは全く異なる発想からなされたもので、ＬＥＤの保護層を基板にできるだけ近接させて基板の裏面側からＬＥＤを全体的に冷却することを前提としている。このため、リードフレームの、基板の裏面から突出した部分をカッティングしないで、むしろ真直ぐに延びた状態として空冷あるいは強制冷却することにより、効率よくＬＥＤの熱放出を行いうるようにしたものである。
【００１４】
〈構成２〉
構成１記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記基板の裏面に対向した位置に、上記リードフレームに向って送風する送風機を配設したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１５】
リードフレームの、基板の裏面から突出した部分をカッティングしないで、むしろ真直ぐに延びた状態として、さらに、これを基板の裏面に対向する位置に設置した送風機で冷却することにより、より効率よくＬＥＤの熱放出を行いうるようにされている。
【００１６】
〈構成３〉
構成２記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記送風機は、上記リードフレームの、上記基板の裏面から突出した部分の長さ方向に送風するように配設されていることを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１７】
リードフレームを冷却するに当たって、送風の方向を、リードフレームに対して任意の位置に向けるよりも、リードフレームの長さ方向に向けるようにした方が冷却効率がよい。すなわち、例えば送風機によりリードフレームの側面に向けて送風するようにした場合は、風下になる程、風力が弱まると共に風上の放熱が蓄積されて流動するため、風上と風下とでは温度格差が大きくなって風上に位置する特定のＬＥＤだけが冷却され全体の冷却効率が悪い。
しかし、送風の方向を、リードフレームの長さ方向（基板裏面に対して垂直な方向）、すなわち、リードフレームの先端部から基板の裏面側に向かう方向とした方が、送風範囲が同時に全リードフレームのほぼ全域かつ均一に及ぶことになり、冷却効率が著しく向上することになる。
【００１８】
〈構成４〉
構成１〜３のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記リードフレームは鉄製であることを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１９】
ＬＥＤドットマトリックスの製作時、前記リードフレームを基板の電路に半田付けする際には次の問題が発生する。すなわち、図４に示すように半田付け部分からリードフレームに沿うＬＥＤ素子までの距離が大きい場合はあまり問題とならないが、本発明のようにリードフレームを基板に深く挿入したことにより、半田付け部分からリードフレームに沿うＬＥＤ素子までの距離が小さくなると、半田付けの熱がＬＥＤ素子に伝わり易くなり、ＬＥＤ素子を熱的損傷させるおそれが生じる。
このため、一般的には銅製であるリードフレームを、本発明では熱伝導性の悪い鉄製とすることにより、半田熱によるＬＥＤ素子への悪影響を回避している。なお、前記リードフレームが鉄製であることによる通常の使用時の熱放出は、前述したように冷却効率が著しく向上したことにより何ら問題がない。
【００２０】
〈構成５〉
構成１〜４のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記各リードフレームの、上記基板に挿通されて裏面から突出した部分に、径方向に膨らんだ膨出部を設けたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００２１】
上記各リードフレームの、上記基板に挿通されて裏面から突出した部分に設けられた膨出部は、リードフレームの表面積を大きくするため放熱に寄与する。
【００２２】
〈構成６〉
構成１〜５のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記複数のＬＥＤを、一方向からみて半ピッチずつ間隔を置いて互いに密着させて配列させた状態で、上記基板に配置したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００２３】
複数のＬＥＤを、一方向からみて半ピッチずつ間隔を置いて互いに密着させて配列させた、いわゆる俵積み状態で上記基板に配置したことにより、複数のＬＥＤを効率よく配置することができる。
【００２４】
〈構成７〉
構成１〜６のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記リードフレームの、前記基板の裏面から突出した部分の長さが２〜３ｍｍであることを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００２５】
上記保護層をできるだけ基板に接近させ上記リードフレームの、前記基板の裏面から突出した部分の長さを２〜３ｍｍとすることにより、ＬＥＤの放熱をよくすることができる。
すなわち、ＬＥＤの発熱はＬＥＤ素子から発生するが、その放熱は、ＬＥＤ素子を包覆している保護層が熱伝導性の悪い樹脂でできているため、保護層を介してよりも、金属製のリードフレームを介して行われる。ＬＥＤ素子の発熱をリードフレームから放熱させるには、ＬＥＤ素子の近くを冷却させる方が有利であり、冷却に寄与するリードフレームの表面積が大きい程、その冷却効果が大きいと考えられる。
【００２６】
ところが、本発明ではリードフレームの、基板裏面に突出した部分の長さを２〜３ｍｍとしたのは、ＬＥＤ素子で発生した熱を冷却させるまでの時間との関係でリードフレームを長くても熱伝導時間があるので、その効果は小さい。最も効果的に冷却することができるのが、リードフレームの、基板裏面に突出した長さが２〜３ｍｍである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明のＬＥＤドットマトリックスに使用されるＬＥＤ及びその取付け状況を示している。
このＬＥＤ２０は、構成部品は図４に示したものと基本的に同じなので、共通する部分には同一符号を付している。すなわち、ＬＥＤ２０は、基板１７に並列に配置される２本のリードフレーム１１ａ、１１ｂと、一方のリードフレーム１１ａの頭部に係止されている金属ベース１２と、金属ベース１２の上に載置されたＬＥＤ素子１３と、このＬＥＤ素子１３と他方のリードフレーム１１ｂの頭部とを電気的に接続するボンディングワイヤ１５と、２本のリードフレーム１１ａ、１１ｂの各頭部、ＬＥＤ素子１３及びボンディングワイヤ１５を一体に包覆する保護層１６とを有している。
【００２８】
保護層１６は、光を透視しうる透明なエポキシ樹脂等の透明樹脂により成形されているが、外面を砲弾形、扁平形、球形、ラクビーボール形など、使用目的に応じて適宜形状とすることにより、ＬＥＤ素子１３から発光される赤外線を任意の屈折率で透過させるレンズの効果を奏するものである。
【００２９】
基板１７には予め所定の配線パターンを形成する電路と、複数のＬＥＤ２０を縦横に配列するためのスルーホールとが設けられている。
ここまでの構成は、図４に示した構成とほぼ同様である。
【００３０】
本発明は次に示す特有の構成を備えている。すなわち、各ＬＥＤ２０のリードフレーム１１ａ、１１ｂは、基板１７のスルーホールに挿入され裏面から突出され、そして電路に半田１８で電気的に接続固定されるが、この突出した部分が基板の裏面においてカッティングされることなく外方に向って真直ぐに延出している。
また、各リードフレーム１１ａ、１１ｂの、基板１７の裏面から突出した部分に、径方向に膨らんだ膨出部１４ａ、１４ｂが設けられていてもよい。このような膨出部１４ａ、１４ｂが設けられていれば、その分、放熱面積が増大し冷却効果に寄与する。
【００３１】
各ＬＥＤのリードフレーム１１ａ、１１ｂは、鉄製であり、横断面が約０．５ｍｍの四辺形に構成されている。一般的には銅製であるリードフレームを、本発明では熱伝導性の悪い鉄製とすることにより、基板１７の電路に接続する際の半田熱によるＬＥＤ素子への悪影響を回避している。
【００３２】
図２は、図１に示したＬＥＤを使用したＬＥＤドットマトリックスの一実施例を示している。
図２において、本発明のＬＥＤドットマトリックスは、図１に示した複数のＬＥＤ２０を二次元状に配置した基板１７の裏側に、２台の送風機２４を配設して構成されている。
ＬＥＤの保護層１６の底面は、図１に示したように基板の表面１７ａより僅かに浮上され、あるいは図２に示すように基板１７の表面１７ａにぴったり当接されている。リードフレーム１１ａ、１１ｂは基板の裏面１７ｂにおいて半田１８で基板１７の電路に電気的に接続固定されている。
【００３３】
送風機２４は、好ましくは基板１７から１〜３ｃｍの間隔を置いて配置され、基板の裏面から突出したリードフレームの長さ方向に向って送風するようにされている。このとき、各リードフレームの、基板の裏面から突出した部分の長さは、好ましくは２〜３ｍｍとされている。
【００３４】
図３には上記実施例における複数のＬＥＤの配列状態を示している。例えば、図３に示されるように、縦が約１４ｃｍ、横が約１０ｃｍの四辺形をなす基板１７に、保護層１６の直径が約６ｍｍ級のＬＥＤ２０を、４００個配列して構成されている。このとき、４００個のＬＥＤは、基板１７に、一方向（図の上下方向）からみて半ピッチずつ間隔を置いて互いに密着させた、いわゆる俵積み状態で配列されている。
この俵積み状態の配列とすることによって、縦、横に同列に同ピッチで正四辺形に配列した場合に比べて配列面積を約２０％縮小することができる。その分、ＬＥＤの密着による放熱が問題となるが、本発明では上記したように冷却効率が向上したことにより、上記問題は解消されている。
なお、図３において、符号２５は基板１７の取付け用貫通孔を示し、基板の四隅に設けられている。また、符号２６〜２８は、それぞれ基板１７の電路に連結された電気端子を示している。
【００３５】
上記のように構成された本発明に係るＬＥＤドットマトリックスは、使用時には基板の裏面側から全ＬＥＤが同時にむらなく冷却される。なお、必要に応じて設けられる送風機は複数個が配置されてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＥＤの各リードフレームの、基板の裏面から突出した部分をカッティングせずに真直ぐに延びた状態とし、さらに基板の裏側に、リードフレームに向って送風する送風機を配設することにより、全ＬＥＤを同時に冷却することができるので、ＬＥＤ素子から発生する熱を効率的に放出し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＬＥＤドットマトリックスの一実施例の要部を示す縦断面図である。
【図２】同実施例の概要を示す断面図である。
【図３】同実施例における複数のＬＥＤの配列状態を示す平面図である。
【図４】従来のＬＥＤドットマトリックスの要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０  ＬＥＤ
１１ａ、１１ｂ  リードフレーム
１２  金属ベース
１３  ＬＥＤ素子
１４ａ、１４ｂ  膨出部
１５  ボンディングワイヤ
１６  保護層
１７  基板
１８  半田
２０  ＬＥＤ
２４  送風機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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