(57)【要約】【課題】プリント基板や半田付けを必要とせず、効率良く低コストに製造することのできるLEDモジュールを提供する。【解決手段】複数のLED１０から成るLEDモジュールにおいて、各LED１０の隣接するリード脚１１同士をマイクロスポット溶接やマイクロレーザ溶接によって直接溶接することで複数のLED１０を連結させる。又は、少なくとも1つのLEDとその他の回路部品及び／又はリード線とを備えたLEDモジュールにおいて、互いに隣接するLEDのリード脚、回路部品のリード脚、又はリード線同士をマイクロスポット溶接やマイクロレーザ溶接によって直接接続することで前記LEDやその他の回路部品等を連結させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のLEDを備えたLEDモジュールにおいて、隣接する各LEDのリード脚同士をマイクロ溶接によって直接接続させて成ることを特徴とするLEDモジュール。
【請求項２】
少なくとも1つのLEDとその他の回路部品及び／又はリード線とを備えたLEDモジュールにおいて、互いに隣接するLEDのリード脚、回路部品のリード脚、又はリード線同士をマイクロ溶接によって直接接続させて成ることを特徴とするLEDモジュール。
【請求項３】
互いに隣接するLEDのリード脚、回路部品のリード脚、又はリード線同士を交差させ、その交点をマイクロ溶接によって接合して成る請求項１又は２に記載のLEDモジュール。
【請求項４】
複数のLEDを備えたLEDモジュールにおいて、板状の絶縁体の両面に薄い導体層を設けた保持部材に対し、2本のリード脚で該保持部材を挟むように各LEDを配置し、マイクロ溶接によって各リード脚と各導体層とを接合させて成ることを特徴とするLEDモジュール。
【請求項５】
上記マイクロ溶接がマイクロスポット溶接であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のLEDモジュール。
【請求項６】
上記マイクロ溶接がマイクロレーザ溶接であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のLEDモジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のLEDモジュールを上面に少なくとも1つの凹部を有する合成樹脂製トレイによって支持して成るトレイ型LEDモジュールであって、LEDの発光部が前記凹部に収容されると共に、該LEDのリード部が該凹部の底に設けられた貫通孔を介してトレイの裏側に延出しており、該リード脚と隣接するLEDのリード脚、回路部品のリード脚又はリード線がマイクロ溶接によって直接接続されていることを特徴とするトレイ型LEDモジュール。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のLEDモジュールの溶接箇所を含む領域をシート状の2枚のクッション材で挟持し、対向する該2枚のクッション材の外側に位置する面の少なくとも一方を粘着面としたことを特徴とする粘着取付型LEDモジュール。
【請求項９】
LEDのリード脚、その他の回路部品のリード脚、及び／又はリード線を抵抗溶接によって接合するためのマイクロスポット溶接装置であって、
a) 溶接対象となるリード脚及び／又はリード線を挟持する一対の電極と、
b) 前記電極の少なくとも一方を駆動することで前記リード脚及び／又はリード線を押圧する加圧手段と、
c) 前記一対の電極間に所定の溶接電流を流すための溶接電源と、
を有し、前記電極の先端部に前記リード脚及び／又はリード線を嵌合させるための溝を有することを特徴とするマイクロスポット溶接装置。
【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（Light Emitting Diode：以下、LED）又は、少なくとも1つのLEDとその他の回路部品から成るLEDモジュール、及び該LEDモジュールの製造に用いられるマイクロスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の蛍光灯等の放電灯やハロゲンランプ等の白熱電灯に代わり、消費電力が低く、長寿命なLEDを光源として用いたLED照明が用いられるようになり、電飾看板や電光掲示板、自動車用ライト、屋内照明等に広く利用されている。このようなLED照明は、複数個のLEDを基板上に線状又は面状に配列させて成るLEDモジュールや、少なくとも1つのLEDとその他の回路部品とを基板上に搭載して成るLEDモジュール等によって構成されており、これらは、一般的に、所定の導体パターンが形成されたプリント基板上にLEDやその他の回路部品を半田付けすることによって製造される。しかし、このような従来のLEDモジュールでは、プリント基板の設計や製造に多くの手間やコストを要すると共に、半田付けの際に発生する熱によってLEDが損傷するおそれがあった。そのため、品質の安定したLEDモジュールを低コストで製造することのできる方法が従来より強く求められている。
【０００３】
そこで、特許文献１には、所定のパターンが形成された平坦なパターン化導体に複数のLEDをレーザ溶接等によって取り付け、該パターン化導体の所要の部分を切除することによって任意の接続パターンでLEDを連結したLEDモジュールが記載されている。このようなLEDモジュールの場合、プリント基板が不要であり、また、製造の際に半田を使用しないため、製造コストが抑えられると共に、熱によるLEDの品質低下を防ぐことができる。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第2002/089222号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のようなLEDモジュールにおいては、各LEDが上記パターン化導体に取り付けられるため、その分の部品コストが必要であり、更に、該LEDモジュールの製造には、パターン化導体を形成する工程と、該パターン化導体にLEDを取り付ける工程と、該パターン化導体の所定の部分を切除することで任意の光源接続パターンを形成する工程といった複数の工程が必要となるため、製造コストを十分に抑えることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、安定した品質で、より低コストに製造することのできるLEDモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明に係るLEDモジュールは、複数のLEDを備えたLEDモジュールにおいて、隣接する各LEDのリード脚同士をマイクロ溶接によって直接接続させて成ることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るLEDモジュールは、少なくとも1つのLEDとその他の回路部品及び／又はリード線とを備えたLEDモジュールにおいて、互いに隣接するLEDのリード脚、回路部品のリード脚、又はリード線同士をマイクロ溶接によって直接接続させて成ることを特徴とするものであってもよい。
【０００９】
更に、これらのLEDモジュールは、互いに隣接するLEDのリード脚、回路部品のリード脚、又はリード線同士を交差させ、その交点をマイクロ溶接によって接合して成るものとするとより望ましい。
【００１０】
なお、ここでマイクロ溶接とは、例えば、マイクロスポット溶接、マイクロレーザ溶接、超音波マイクロ溶接、マイクロアーク溶接等のような微細溶接技術を意味する。特に、本発明のLEDモジュールにおいては、重ね合わせた被溶接金属に一定の圧力を掛けながら電流を流し、抵抗発熱を利用して接合を行うマイクロスポット溶接や、レーザ光の照射によって被溶接物を溶融させて接合するマイクロレーザ溶接等を好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成を有する本発明のLEDモジュールは、プリント基板や上述のパターン化導体などを介してLED等を連結させるのではなく、隣接する各LEDのリード脚同士、又はLEDのリード脚と隣接する回路部品のリード脚やリード線を直接溶接した構成となっているため、部品点数を減らすと共に製造工程を簡略化し、製造コストを大幅に低減させることができる。また、リード脚やリード線を半田付けを行うことなく接合させることができるため、近年、環境や健康への影響が問題とされている鉛を使用することなく製造することが可能である。
【００１２】
更に、本発明のLEDモジュールを、互いに隣接するLEDや回路部品のリード脚又はリード線を交差させ、その交点をマイクロ溶接によって接合させて成るものとすることにより、溶接時のリード脚等の位置合わせが容易となり、安定した溶接を行うことが可能となる。
【００１３】
また、マイクロスポット溶接やマイクロレーザ溶接等のマイクロ溶接では、ごく短時間かつ局所的に熱処理が行われるため、従来の様なプリント基板にLEDを半田付けする方法に比べて、熱によるLEDの損傷を大幅に抑えることができ、安定した品質や製品寿命を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に本発明に係るLEDモジュールの構成例を示す。これは、砲弾型のLED１０を複数個配列させたものであり、各LED１０のリード脚１１を曲げ加工した上で、隣り合うLED１０のリード脚１１同士をマイクロスポット溶接によって直接接続したものである。
【００１６】
図２は、本発明に係るLEDモジュールの別の構成例であり、LED１０と抵抗や定電流ダイオード（Current Regulative Diode：CRD）等の回路部品２０をマイクロスポット溶接によって直接接続したものである。この場合、LED１０のリード脚１１や回路部品２０のリード脚２１は、図２(a)に示すように曲げ加工した上で接続してもよく、図２(b)に示すように曲げ加工することなく接続してもよい。
【００１７】
また、本発明のLEDモジュールは、図３に示すように、LED１０のリード脚１１とリード線３０とをマイクロスポット溶接によって直接接続した構成とすることもできる。このような場合、リード線３０の長さを適宜変更することによって、LED１０同士の間隔が異なる種々のLEDモジュールを製造することができる。
【００１８】
更に、本発明のLEDモジュールは、図４に示すように、LED１０と回路部品２０とをリード線３０を介して接続した構成とすることもできる。この場合、LED１０のリード脚１１とリード線３０のみならず、リード線３０と回路部品２０のリード脚２１との間もマイクロスポット溶接によって接続される。
【実施例２】
【００１９】
図５は、本発明のLEDモジュールを合成樹脂製のトレイ４０で支持した例を示すものである。該トレイ４０の上面には底部に貫通孔４１ａを備えた複数の凹部４１が形成されており、本実施例のLEDモジュールは、該凹部４１に設けられた貫通孔４１ａに対し、トレイ４０の上方から各LED１０のリード脚１１を挿通させ、トレイ４０の裏側で各LED１０の隣接するリード脚１１同士をスポット溶接によって連結させた構成となっている。なお、トレイ４０の上面には透光板４２が貼付され、各LED１０の発光部を収容した凹部４１が該透光板４２によって被覆される。該透光板としては透明な板を用いてもよく、あるいは半透明の板を用いてLEDから発せられる光を拡散させるようにしてもよい。また、このような透光板を設けずにトレイの上面を開放させた構成とすることもできる。この場合には、LEDの周囲にシリコン等を流し込むことによって、LEDをトレイの表面に固定することが望ましい。このように、LED１０をトレイ４０で支持した構成とすることにより、LEDモジュールの扱いが容易になるというメリットが得られる。また、上記トレイはいかなる方法によって成型してもよいが、中空成型又は圧空成型を利用することが望ましい。これらの成型方法では、一般的に用いられる射出成型に比べて金型費用を大幅に抑えることができるため、本実施例のトレイ型モジュールを安価に提供することが可能となる。なお、中空成型や圧空成型によってトレイを成型する場合には、成型後のトレイを型から外した後に上記貫通孔４１ａを穿設する。
【実施例３】
【００２０】
図６は、本発明のLEDモジュールに粘着面を有するクッション材を取り付けた例を示す。これは、LEDモジュールの溶接箇所を含む領域、即ち各LED１０や回路部品２０のリード脚、リード線３０の末端部等の周辺を、2枚のクッション材５０で挟持したものであり、LED１０や回路部品２０等を絶縁すると共に、対向させたクッション材５０の外側に位置する粘着面５１によって、LEDモジュールを任意の場所に取り付けることができる。なお、該LEDモジュールのクッション材で覆われる部分には、シリコーン樹脂等を塗布することで予め絶縁防湿処理を施しておくことが望ましい。また、図６では、両面に粘着面５１を有する2枚のクッション材５０で本発明のLEDモジュールを挟持した例を示しており、このようなクッション材としては、例えば、クッション材付きの両面テープ等を好適に用いることができる。但し、本実施例に係るクッション材は、このような両面に粘着面を有するものに限定されるものではなく、2枚のクッション材を対向させた際に外側に位置する面の少なくとも一方が粘着面となればよい。例えば、それぞれ片側のみに粘着面を有する2枚のクッション材を使用し、一方のクッション材は粘着面が内側（即ちリード脚等と接触する側）を向き、他方のクッション材は粘着面が外側を向くように両クッション材を対向させることで本実施例のLEDモジュールを構成することもできる。
【実施例４】
【００２１】
また、本発明のLEDモジュールは、上記実施例のように、LED１０のリード脚１１や他の回路部品２０のリード脚２１、リード線３０等をマイクロ溶接によって直接溶接した構成とするほか、図７に示すように、板状の絶縁体６１の両面にニッケル板や銅板等から成る薄い導体層６２を設けた保持体６０に複数のLED１０を取り付けた構成から成るものとしてもよい。このようなLEDモジュールにおいては、図７(a)に示すように、該保持体６０を2本のリード脚１１で挟むようにして複数のLED１０を配列させ、スポット溶接によって各導体層６２に各LED１０のリード脚１１をそれぞれ接合させることでLED１０同士が接続される。
【００２２】
なお、図８に示すように、プリント基板７０のランド部７１にLED１０をマイクロ溶接で接合することによってLEDモジュールを構成することも可能である。
【実施例５】
【００２３】
続いて、上記のようなLEDモジュールの製造に用いられるスポット溶接装置について説明する。本実施例のスポット溶接装置は、図９に示すように、上部電極と下部電極から成る一対の電極８１、８２と、上部電極８１を上下方向に駆動する電極駆動部８３、及び上部電極８１−下部電極８２間に所定の溶接電流を流すための溶接電源８４、及び前記各部を制御する制御部８５を備えている。ここで、溶接対象であるリード脚又はリード線を正確に位置決めするため、前記各電極８１、８２の先端にはリード脚又はリード線を嵌合させるための溝８１ａ、８２ａが形成されている（図１０）。溝８１ａ、８２ａは、溶接対象となるリード脚等の形状に合わせた適当な形状とすることが望ましく、例えば、断面丸形のリード脚同士を溶接する場合には図１０(a)のような形状の溝８１ａ、８２ａを備えた電極８１、８２を、断面角形のリード脚同士を溶接する場合には図１０(b)のような形状の溝８１ａ、８２ａを備えた電極８１、８２を用いることが望ましい。
【００２４】
図１１は、上記スポット溶接装置を用いて2つのLED１０のリード脚１１を溶接している状態を示す模式図である。該スポット溶接装置によってLED１０のリード脚１１同士を溶接する際には、図１１に示すように、溶接対象となるリード脚１１を一直線上に重ね合わせた状態で上下の電極８１、８２の間に挟持させ、これらを押圧しながら両電極８１、８２間に所定の電流を流す。これにより、2本のリード脚１１の境界部における抵抗発熱によって該境界部が溶融し、リード脚１１同士が接合される。
【実施例６】
【００２５】
図１２は、本発明に係るLEDモジュールの更に別の実施例を示すものであり、図１２(a)は、該LEDモジュールの側面図、図１２(b)は該LEDモジュールの上面図である。本実施例に係るLEDモジュールは、複数のLED１０を備えたLEDモジュールにおいて、各LED１０のリード脚１１をその延伸軸に対して略直角に曲げ加工し、互いに隣接するLED１０のリード脚１１同士が前記延伸軸に直交する面内で所定の角度θを成すように交差させた上で、その交点をマイクロ溶接によって溶接して成るものである。
【００２６】
このような構成とすることにより、リード脚１１を交差させずに（即ち接合対象であるリード脚同士が一直線上に重なるように）溶接する場合に比べて溶接時の位置合わせが容易となり、安定した溶接を行うことが可能となる。また、本実施例のLEDモジュールは、図９に示すようなスポット溶接装置を用いて製造することができるが、このとき、上下の電極には上述のようなリード脚等を嵌合させるため溝を設ける必要がなく、先端が平坦な電極によって安定した溶接を行うことができる。このため、リード脚１１が角形であっても丸形であっても同一の電極を用いてマイクロスポット溶接を行うことが可能となり、更に、電極先端の摩耗も一定化され、その維持管理が容易になるという効果を奏する。
【００２７】
マイクロスポット溶接による本実施例のLEDモジュールの製造に際しては、図１３に示すような溶接用治具９０を好適に使用することができる。該治具９０は、絶縁材料から成る（又は絶縁材料で被覆された）板状の部材であり、その上面には、LED１０のパッケージやCRD等の回路部品２０の本体を収容するための穴９１又は凹部９２が設けられている。該穴９１又は凹部９２の周縁部からはLED１０や回路部品２０のリード脚１１、２１を収容するための溝９３が延伸しており、溝９３が交差する箇所にはスポット溶接装置の電極を挿通させるための電極ガイド孔９４が設けられている。溶接を行う際には、図１４に示すようにLED１０や回路部品２０を治具９０に保持させ、図１５に示すように電極ガイド孔９４に下部電極８２を差し入れた状態で上部電極８１を下方に駆動し、リード脚１１又は２１の交点を上下の電極８１、８２の間に挟持させる。その後、これらを押圧しながら両電極８１、８２間に所定の電流を流すことにより、2本のリード脚１１又は２１の境界部における抵抗発熱によって該境界部が溶融し、リード脚１１又は２１がその交点で接合される。
【００２８】
なお、本実施例に係るLEDモジュールは、溶接対象であるリード脚又はリード線を交差させてその交点をマイクロ溶接したものであればよく、上記角度θは特に限定されるものではない。但し、十分な安定性を確保するためには、θを10度以上とすることが望ましい。また、本実施例に係るLEDモジュールは、図１２に示すもののように、LED１０のパッケージに対するリード脚１１の延伸軸と直交する面内において隣接するLED１０のリード脚１１が角度θを形成するように交差させたもののほか、例えば、図１６に示すように、前記平面と直交する面内において、隣接するLED１０のリード脚１１が角度θを形成するように交差させたものであってもよい。また、ここでは、隣接するLED１０又は回路部品２０のリード脚１１、２１同士を溶接して成るものについて説明したが、本実施例のLEDモジュールは、この他に、LEDや回路部品のリード脚とリード線とを互いに交差させて溶接したものとすることもできる。
【００２９】
以上、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が許容されるものである。例えば、本発明のLEDモジュールにおけるLEDやその他の回路部品のリード脚、及びリード線の接続には、上記実施例のようなマイクロスポット溶接のほか、マイクロレーザ溶接等を用いることもできる。また、本発明のLEDモジュールは、上記実施例１〜６のいずれかの接続形式から成るものとするほか、これらの接続形式の組み合わせによって構成されるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係るLEDモジュールにおいて、LED同士を直接接続した場合を示す模式図。
【図２】同実施例のLEDモジュールにおいて、LEDと回路部品とを直接接続した場合を示す模式図であり、(a)はリード脚を曲げ加工した場合を示し、(b)はリード脚を曲げ加工しない場合を示す。
【図３】同実施例のLEDモジュールにおいて、LEDとリード線とを直接接続した場合を示す模式図。
【図４】同実施例のLEDモジュールにおいて、LEDと回路部品とをリード線を介して接続した場合を示す模式図。
【図５】本発明のLEDモジュールを合成樹脂製のトレイで支持した例を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図６】本発明のLEDモジュールに粘着面を備えたクッション材を取り付けた例を示す図。(a)は正面図であって、右端にクッション材を取り付ける前の状態を示す。(b)及び(c)は該LEDモジュールの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明のLEDモジュールにおいて、LEDを保持体に取り付けた場合の構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は正面図である。
【図８】本発明のLEDモジュールにおいて、LEDをプリント基板のランド部に溶接した場合を示す模式図。
【図９】本発明に係るマイクロスポット溶接装置の一実施例を示す概略構成図。
【図１０】同実施例のマイクロスポット溶接装置における電極先端部の形状を示す拡大図であって、(a)は断面が丸形のリード脚を溶接する場合に好適な電極形状を、(b)は断面が角形のリード脚を溶接する場合に好適な電極形状を示す。
【図１１】同実施例のマイクロスポット溶接装置における溶接時の動作を説明する図。
【図１２】本発明に係るLEDモジュールの他の実施例を示す模式図であり、(a)は正面図、(b)は上面図である。
【図１３】同実施例のLEDモジュールの製造に用いられる溶接治具を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。
【図１４】図１３の治具にLED及び回路部品を保持させた状態を示す上面図。
【図１５】同実施例のLEDモジュールの製造方法を説明する図であり、図１４のＡ-Ａ矢視断面を拡大して示す。
【図１６】同実施例のLEDモジュールの他の構成例を示す模式図。
【符号の説明】
【００３１】
１０…LED
１１…リード脚
２０…回路部品
２１…リード脚
３０…リード線
４０…トレイ
４１…凹部
４１ａ…貫通孔
４２…透光板
５０…クッション材
５１…粘着面
６０…保持体
６１…絶縁体
６２…導体層
７０…プリント基板
７１…ランド部
８１…上部電極
８２…下部電極
８１ａ、８２ａ…溝
８３…電極駆動部
８４…溶接電源
８５…制御部
９０…溶接用治具
９４…電極ガイド孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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