(57)【要約】【課題】発光パッケージの電極パターンを的確に保護することができ、配線基板の電極に加わる負荷を低減することができる。【解決手段】素子搭載基板１３の下面の中央側が放熱領域をなし、この下面の外縁側の少なくとも一部が放熱領域よりも低く形成された電極形成領域をなし、電極形成領域に電極パターンが形成される発光パッケージ１０と、素子搭載基板１３の下面の放熱領域と当接する放熱部材３０と、素子搭載基板１３の上面と当接する保持部材２０と、放熱部材３０と保持部材２０により挟まれる基板本体５１及び基板本体５１に基端が接続され先端が素子搭載基板１３の電極形成領域と摺動可能に接触する突出電極５２を有する配線基板５０と、放熱部材３０と保持部材２０を突出電極５２の先端が電極パターンへ付勢されるよう素子搭載基板１３及び配線基板５０を挟んで固定する固定部４０と、を備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び前記発光素子が上面に搭載される素子搭載基板を含み、前記素子搭載基板の下面の中央側が放熱領域をなし、該下面の外縁側の少なくとも一部が放熱領域よりも薄く段差を有するよう形成された電極形成領域をなし、前記電極形成領域に電極パターンが形成される発光パッケージと、
前記素子搭載基板の前記下面の前記放熱領域と当接する放熱部材と、
前記素子搭載基板の前記上面と当接する保持部材と、
前記放熱部材と前記保持部材により挟まれる基板本体と、前記基板本体に基端が接続され先端が前記素子搭載基板の前記下面の前記電極形成領域と摺動可能に接触する突出電極と、を有する配線基板と、
前記放熱部材と前記保持部材を、前記突出電極の前記先端が前記電極パターンへ付勢されるよう前記素子搭載基板及び前記配線基板を挟んで固定する固定部と、を備えた発光装置。
【請求項２】
前記素子搭載基板は、平面視にて四角形状を呈し、前記電極形成領域が前記下面の四隅に形成され、
４つの前記突出電極が互いに独立して前記電極形成領域と接触する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記各突出電極は、平面視にて直線状に形成され、
前記放熱領域は、平面視にて、前記各突出電極の延長線によって囲まれた領域に当該延長線上を避けて形成されている請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光パッケージは、前記素子搭載基板上にて前記発光素子を封止するとともに前記素子搭載基板の前記上面を全面的に覆う封止樹脂を有し、
前記保持部材は、前記封止樹脂を介して前記素子搭載基板の前記上面と当接する請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記固定部は、前記放熱部材と前記保持部材の少なくとも一方と螺合するねじを有する請求項４に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田を用いずに発光パッケージと配線基板とを電気的に接続した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子等の発光素子を有する発光パッケージと、この発光パッケージと電気的に接続される配線基板と、を備えた発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置では、発光パッケージの導線が、配線基板に半田付けによって取り付けられている。しかしながら、半田付けを利用して発光パッケージと配線基板とを電気的に接続すると、熱サイクルにより半田に膨張・収縮応力が加わり、装置に不具合が生じるおそれがある。
【０００３】
また、半田を用いない発光装置として、特許文献２に記載の発光装置が知られている。この発光装置の発光パッケージは、ＬＥＤ素子が実装された矩形状の基板と、この基板上でＬＥＤ素子を被覆する透光性部材とを備え、基板下面の両側縁には、下方に突出する一対の電極パターンが形成されている。この発光装置の配線基板には、配線基板の前面から背面に亘って切り欠いて形成された凹部と、その両側壁の上端に形成された突出部とが備えられ、発光パッケージの基板の端部が凹部の底面と突出部とで形成されたレール状の部位に係合するようになっている。また、凹部の底面において突出部と対向する部分には、発光パッケージの電極パターンと接続される電極が設けられている。この電極は、細板状に形成され、上方に湾曲された状態でその両端部が固定されている。これにより、電極は、板バネとして作用し、発光パッケージの基板両側部を上方へ押圧するようになっている。
【特許文献１】特表２００７−５００４４８号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２に記載の発光装置では、発光パッケージの電極パターンを平坦な基板下面に突出して形成しているため電極パターンを損壊しやすい。また、配線基板の電極が両端支持のため、発光パッケージを配線基板に組み付けたり、使用時に発光パッケージにて発熱した際に、電極が配線基板に拘束されて配線基板の電極及びその取り付け部に過大な負荷が加わり、配線基板の電極が外れるおそれがある。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光パッケージの電極パターンを的確に保護することができ、配線基板の電極に加わる負荷を低減することのできる発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、発光素子及び前記発光素子が上面に搭載される素子搭載基板を含み、前記素子搭載基板の下面の中央側が放熱領域をなし、該下面の外縁側の少なくとも一部が放熱領域よりも薄く段差を有するよう形成された電極形成領域をなし、前記電極形成領域に電極パターンが形成される発光パッケージと、前記素子搭載基板の前記下面の前記放熱領域と当接する放熱部材と、前記素子搭載基板の前記上面と当接する保持部材と、前記放熱部材と前記保持部材により挟まれる基板本体と、前記基板本体に基端が接続され先端が前記素子搭載基板の前記下面の前記電極形成領域と摺動可能に接触する突出電極と、を有する配線基板と、前記放熱部材と前記保持部材を、前記突出電極の前記先端が前記電極パターンへ付勢されるよう前記素子搭載基板及び前記配線基板を挟んで固定する固定部と、を備えた発光装置が提供される。
【０００７】
上記発光装置において、前記素子搭載基板は、平面視にて四角形状を呈し、前記電極形成領域が前記下面の四隅に形成され、４つの前記突出電極が互いに独立して前記電極形成領域と接触することが好ましい。
【０００８】
上記発光装置において、前記各突出電極は、平面視にて直線状に形成され、前記放熱領域は、平面視にて、前記各突出電極の延長線によって囲まれた領域に当該延長線上を避けて形成されていることが好ましい。
【０００９】
上記発光装置において、前記発光パッケージは、前記素子搭載基板上にて前記発光素子を封止するとともに前記素子搭載基板の前記上面を全面的に覆う封止樹脂を有し、前記保持部材は、前記封止樹脂を介して前記素子搭載基板の前記上面と当接することが好ましい。
【００１０】
上記発光装置において、前記固定部は、前記放熱部材と前記保持部材の少なくとも一方と螺合するねじを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光パッケージの電極パターンを的確に保護することができ、配線基板の電極に加わる負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１から図７は本発明の一実施形態を示すもので、図１は斜め上方から見た発光装置の外観斜視図である。
図１に示すように、この発光装置１は、発光素子としてのＬＥＤ素子１４（図１中不図示）を有する発光パッケージとしてのＬＥＤパッケージ１０と、ＬＥＤパッケージ１０の上側に配置されるカバー２０と、ＬＥＤパッケージ１０の下側に配置されるヒートシンク３０と、を備えている。保持部材としてのカバー２０は、アルミニウムからなり、円板状に形成にされＬＥＤパッケージ１０を上側から押圧する円板部２１を有し、円板部２１の中央にＬＥＤパッケージ１０の発光部分を露出させる露出孔２２が形成される。また、カバー２０は、外縁から下方へ延びるフランジ２３を有している。尚、カバー２０は、アルミニウム以外の金属により形成してもよいし、表面に白色レジストを有する高反射性の樹脂や、透明樹脂により形成してもよい。
【００１３】
図２は斜め下方から見た発光装置の外観斜視図である。
図２に示すように、放熱部材としてのヒートシンク３０は、アルミニウム、銅等の金属からなり、カバー２０のフランジ２３の内側に配置される円板部３１と、円板部３１から下方へ延びる複数のフィン３２を有する。カバー２０とヒートシンク３０は、上下に延びるねじ４０に締結され、後述する配線基板５０を上下から挟んでいる。
【００１４】
図３は斜め下方から見た発光装置の分解斜視図である。
図３に示すように、２つのねじ４０がカバー２０とヒートシンク３０の各円板部２１，３１の中心について対称に配置されている。各ねじ４０は、ヒートシンク３０の円板部３１に形成された孔３３を挿通し、カバー２０の下面に突出形成されたボス２４のねじ孔２５と螺合する。尚、ねじ４０は、カバー２０に加えてヒートシンク３０とも螺合してもよいし、ヒートシンク３０とのみ螺合してもよい。
【００１５】
配線基板５０は、円板状の基板本体５１と、基板本体５１の中央に形成され基板本体５１から突出する突出電極５２が配置される孔５３と、基板本体５１に形成されカバー２０のボス２４を受容する受容部５４と、基板本体５１の外縁に形成され基板本体５１から突出する外部接続端子５５が配置される切欠５６と、を有している。配線基板５０は、表層が例えばポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド等の樹脂からなり、一端が突出電極５２であり他端が外部接続端子５５となる導電体として例えば銅等の金属層５７が設けられている。
【００１６】
ＬＥＤ接続用の孔５３は、平面視にて四角形状に形成され、ＬＥＤパッケージ１０を受容する。突出電極５２は、基端から先端へ向かって上方に傾斜した板状に形成され、ＬＥＤパッケージ１０が孔５３に受容されると、後述するアノード電極パターン１１及びカソード電極パターン１２と接触しつつ弾性変形をする。
【００１７】
受容部５４は、基板本体５０の外縁を切り欠いて形成される。尚、受容部５４の形状は任意であり、孔状に形成されたものであってもよい。
外部接続端子５５は、アノード用とカソード用とで一対設けられ、切欠５６によりカバー２０とヒートシンク３０との間に形成された空間に配置されている。この空間は、カバー２０のフランジ２３に形成された切欠２６により、装置外部と連通している。
【００１８】
カバー２０の下面には、ＬＥＤパッケージ１０の素子搭載基板１３の上面と当接する所定深さの受容穴２７が形成される。受容穴２７は、平面視にて、四角形状を呈し、配線基板５０の孔５３と重なるよう形成される。受容穴２７の中央に前述の露出孔２２が形成されている。
【００１９】
図４はヒートシンクを取り外した状態の発光装置の底面図である。
図４に示すように、カバー２０は、受容穴２７内に突出しＬＥＤパッケージ１０を左右方向へ位置決めする突出部２８を有する。本実施形態においては、ＬＥＤパッケージ１０の素子搭載基板１３は四角形状であり、左右方向へ延びる突出部２８の先端が素子搭載基板１３の左右の辺部と当接する。突出部２８の先端には上方へ向かって受容穴２７の内側へ傾斜する傾斜面２８ａが形成される。また、受容穴２７の前面及び後面は、上方へ向かって受容穴２７の内側へ傾斜する傾斜面２７ａをなしている。
【００２０】
図５はＬＥＤパッケージの底面図である。
図５に示すように、素子搭載基板１３の下面の四隅は、電極形成領域１３ａをなしている。素子搭載基板１３は、アルミナ等のセラミックの多層体からなり、中央側には当該セラミックよりも熱伝導率の高い銅等の金属１３ｂが埋設されて放熱領域１３ｃをなしている。本実施形態においては、電極形成領域１３ａを除いて素子搭載基板１３の下面が平坦であり、下面の中央側に加えて四隅を除いた外縁側も放熱領域１３ｃとなっている。各電極形成領域１３ａは、放熱領域１３ｂよりも薄く形成され、下面の四隅にて平面視三角形状を呈している。本実施形態においては、電極形成領域１３ａのセラミック層の積層数を放熱領域１３ｃよりも少なくすることにより、電極形成領域１３ａが放熱領域１３ｃに対して段差を有するよう薄く形成されている。このＬＥＤパッケージ１０は、製造時にダイシングを使用して隣接するパッケージと分離されるため、各電極パターン１１，１２の短絡を防止すべく、各電極形成領域１３ａの各電極パターン１１，１２が素子搭載基板１３の外縁と所定の間隔をおいて形成されている。
【００２１】
本実施形態においては、突出電極５２は、アノード電極パターン１１用で互いに平行な平面視直線状の２つのアノード電極５２ａと、カソード電極パターン１２用で互いに平行な直線状の２つのカソード電極５２ｂとからなる。各アノード電極５２ａ及び各カソード電極５２ｂは、延在方向について先端を対向して配置されている。そして、４つの突出電極５２が互いに独立して電極形成領域１３ａと接触している。
【００２２】
図６は図４のＡ−Ａ断面図である。
図６に示すように、配線基板５０の基板本体５１は、カバー２０とヒートシンク３０とにより挟まれている。この状態で、突出電極５２は弾性変形しており、電極形成領域１３ａへ付勢されて各電極パターン１１，１２と接触している。突出電極５２は、配線基板５０から水平に突出する基端部５２ｃと、基端部５２ｃから斜め上方へ延びる傾斜部５２ｄと、傾斜部５２ｄから斜め下方へ延びる折り返し部５２ｅと、を有し、傾斜部５２ｄと折り返し部５２ｅの間で各電極パターン１１，１２と摺動可能に接触している。すなわち、突出電極５２は、基板本体５１に基端が接続され先端が電極形成領域１３ａと摺動可能に接触している。
【００２３】
図７は図４のＢ−Ｂ断面図である。
図７に示すように、ＬＥＤパッケージ１０の素子搭載基板１３は、カバー２０とヒートシンク３０とにより挟まれている。具体的には、素子搭載基板１３は、カバー２０と上面外縁側で接触し、ヒートシンク３０と下面中央側で接触している。ＬＥＤパッケージ１０は、素子搭載基板１３の上面に搭載されたＬＥＤ素子１４と、素子搭載基板１３上にてＬＥＤ素子１４を封止する封止樹脂１５と、を有している。本実施形態においては、ＬＥＤ素子１４はＧａＮ系の材料からなる発光層を有し、封止樹脂１５はＬＥＤ素子１４の光により励起される蛍光体を含有するシリコーンからなる。封止樹脂１５は、ＬＥＤ素子１４を中心とした半球状の封止部１５ａと、この封止部１５ａと連続的に形成され素子搭載基板１３の上面を全面的に被覆する被覆部１５ｂと、を有している。封止樹脂１５は、ダイシングにより複数のＬＥＤパッケージ１０を分離する前に、金型を用いて各ＬＥＤパッケージ１０の素子搭載基板１３上に一括して形成される。
【００２４】
以上のように構成された発光装置１は、ＬＥＤパッケージ１０をカバー２０の受容穴２７に載置し、カバー２０に配線基板５０及びヒートシンク３０を重ね合わせて、ねじ４０をカバー２０と螺合させることにより組み立てられる。このとき、ＬＥＤパッケージ１０は、受容穴２７の傾斜面２７ａ及び突出部２８の傾斜面２８ａにより、カバー２０に対して前後方向及び左右方向について自動的に位置決めされる。また、配線基板５０は、カバー２０に対してボス２４とフランジ２３により前後方向及び左右方向について自動的に位置決めされ、ヒートシンク３０とともに上方へ移動させられる。
【００２５】
このように、ＬＥＤパッケージ１０をカバー２０に対して位置決めするとともに、配線基板５０を前後及び左右に位置決めして上方へ移動させることにより、組み付け時における突出電極５２と各電極パターン１１，１２の摺動を最小限とすることができる。従って、各電極パターン１１，１２の摺動による損耗を低減し、信頼性を向上させることができる。また、電極形成領域１３ａを放熱領域１３ｃよりも低く形成したので、各電極パターン１１，１２が素子搭載基板１０の下面から突出することはなく、各電極パターン１１，１２を的確に保護することができる。
【００２６】
この発光装置１は、外部接続端子５５を通じてＬＥＤパッケージ１０へ通電すると、ＬＥＤ素子１４から青色光が発せられ、青色光の一部が蛍光体により波長変換されて黄色光となる。そして、青色光と黄色光との混色により白色光がＬＥＤパッケージ１０から発せられる。ＬＥＤパッケージ１０から発せられた光のうち、カバー２０へ入射するものについては、カバー２０の表面にて反射する。本実施形態においては、カバー２０として反射率が比較的高いアルミニウムを用いているので、光取り出し効率が良好である。
【００２７】
ＬＥＤ素子１４にて生じた熱は、素子搭載基板１３の放熱領域を介して、ヒートシンク３０の円板部３１へ伝達される。ここで、素子搭載基板１３とヒートシンク３０とは直接接触していることから、ヒートシンク３０側へスムースに熱を伝達することができる。本実施形態においては、素子搭載基板１３の下面を四隅の電極形成領域１３ａを除いて平坦な放熱領域１３ｃとしたので、下面に電極パターン１１１２が形成されているにも関わらず、ヒートシンク１３との接触面積を大きくすることができ、高い放熱性能を得ることができる。
【００２８】
また、ＬＥＤ素子１４にて生じた熱により、発光装置１を構成する各部品が膨張する。ここで、突出電極５２が電極形成領域１３ａへ付勢されていることから、熱膨張率の差により各部品の相対位置が変化したとしても、突出電極５２は電極形成領域１３ａから離隔することなく電極形成領域１３ａ上を摺動する。これにより、発熱時における電気的接続を的確に確保することができる。
【００２９】
また、突出電極５２を配線基板５０に一端で支持されるようにしたので、ＬＥＤパッケージ１０を配線基板５０に組み付けたり、ＬＥＤパッケージ１０にて発熱した際に、両端支持されたもののように突出電極５２が配線基板５０に拘束されて、配線基板５０の突出電極５２及びその取り付け部に過大な負荷が加わることはない。従って、突出電極５２が配線基板５０から外れるおそれはない。
【００３０】
また、突出電極５２を平面視直線状に形成したので、突出電極５２に外力、熱等により変形が生じたとしても、突出電極５２は平面視一方向に変形して直線上を伸縮するので素子搭載基板１３から外れ難い。仮に、突出電極５２を平面視曲線状やクランク状に形成すると、平面視他方向に変形して撓むので素子搭載基板１３から外れ易くなる。
【００３１】
また、素子搭載基板１３の四隅を４つの突出基板５２により付勢するようにしたので、突出基板５２から素子搭載基板１３へ加わる付勢力を前後及び左右について均等とすることができる。従って、素子搭載基板１３が付勢力によって所期の姿勢から傾倒することはない。
【００３２】
また、素子搭載基板１３の上面を封止樹脂１５により全面的に覆うようにし、カバー２０が被覆部１５ｂを介して素子搭載基板１３と当接するようにしたので、ＬＥＤパッケージ１０側にてカバー２０を弾性的に受け止めることができる。従って、突出電極５２と封止樹脂１５に内部応力を分散させることができ、突出電極５２への応力集中を回避することができる。本実施形態においては、封止樹脂１５として比較的弾性係数の大きいシリコーンを用いているので、比較的弾性係数の小さいエポキシ樹脂を用いた場合よりも、応力集中の回避が効果的である。また、被覆部１５ｂが素子搭載基板１３とカバー２０の間のシールとして機能し、内部への塵埃の侵入を阻止するとともに、内部の気密性を向上させてＬＥＤパッケージ１０の劣化を抑制することができる。
【００３３】
また、アノード電極パターン１１とカソード電極パターン１２を２つずつ形成するとともに、アノード電極５２ａとカソード電極５２ｂを２つずつ形成し、２箇所で電気的に接続されるようにしたので、万が一、１箇所で接触不良や断線が生じたとしても、直ちにＬＥＤ素子１４が不灯となることはない。
【００３４】
尚、前記実施形態においては、４つの突出電極５２によりＬＥＤパッケージ１０が付勢されるものを示したが、突出電極をアノード側とカソード側で１つずつとしてもよい。この場合、素子搭載基板１３の四隅以外の領域に電極形成領域１３ａを形成してもよい。
【００３５】
また、前記実施形態においては、突出電極の２つのアノード電極５２ａとカソード電極５２ｂが互いに平行なものを示したが、例えば図８に示すように２つのアノード電極１５２ａとカソード電極１５２ｂを先端へ向かって互いに離隔するよう形成してもよく、突出電極の形状、構成等は任意である。図８では、ＬＥＤパッケージ１１０の放熱領域１１３ｃは、平面視にて、アノード電極１５２ａとカソード電極１５２ｂの延長線によって囲まれた領域に当該延長線上を避けて形成されている。図８のＬＥＤパッケージ１１０は、素子搭載基板１３に設けられる放熱用の金属１１３ｂが放熱領域１１３ｃにて露出している。この発光装置では、アノード電極１５２ａ及びカソード電極１５２ｂが膨張したとしても、その先端が放熱領域１１３ｃへ進入することはなく、突出電極が金属１１３ｂと接触することによる短絡を防止することができる。
【００３６】
また、前記実施形態においては、ねじ４０によりカバー２０とヒートシンク３０を固定するものを示したが、固定部の構成は放熱部材と保持部材を突出電極の先端が電極パターンへ付勢されるよう素子搭載基板及び配線基板を挟んで固定するものであれば任意である。例えば、固定部は、ねじ４０でなくリベットを有するものであってもよいし、カバー及びヒートシンクの一方に形成され他方に引っ掛かる爪を有するものであってもよいし、カバー及びヒートシンクに形成された凸部及び凹部を嵌合させて固定するものであってもよい。
【００３７】
また、保持部材と放熱部材の形状も任意であり、例えば図９に示すように、発光装置２０１のカバー２２０にＬＥＤパッケージ１０から発した光のリフレクタ２２９を設けてもよい。また、保持部材を透明樹脂とする場合は、光学レンズ形状とすることもできる。また、発光素子としてＬＥＤ素子でなく例えばＬＤ（Laser Diode）素子を用いてもよいし、発光素子の発光色も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の一実施形態を示す斜め上方から見た発光装置の外観斜視図である。
【図２】図２は斜め下方から見た発光装置の外観斜視図である。
【図３】図３は斜め下方から見た発光装置の分解斜視図である。
【図４】図４はヒートシンクを取り外した状態の発光装置の底面図である。
【図５】図５はＬＥＤパッケージの底面図である。
【図６】図６は図４のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図７は図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図８は変形例を示すＬＥＤパッケージの底面図である。
【図９】図９は変形例を示す斜め上方から見た発光装置の外観斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…発光装置、１０…ＬＥＤパッケージ、１１…アノード電極パターン、１２…カソード電極パターン、１３…素子搭載基板、１３ａ…電極形成領域、１３ｂ…金属、１３ｃ…放熱領域、１４…ＬＥＤ素子、１５…封止樹脂、１５ａ…封止部、１５ｂ…被覆部、２０…カバー、２１…円板部、２２…露出孔、２３…フランジ、２４…ボス、２５…ねじ孔、２６…切欠、２７…受容穴、２７ａ…傾斜面、２８…突出部、２８ａ…傾斜面、３０…ヒートシンク、３１…円板部、３２…フィン、３３…孔、４０…ねじ、５０…配線基板、５１…基板本体、５２…突出電極、５２ａ…アノード電極、５２ｂ…カソード電極、５２ｃ…基端部、５２ｄ…傾斜部、５２ｅ…折り返し部、５３…孔、５４…受容部、５５…外部接続端子、５６…切欠、５７…金属層、１１０…ＬＥＤパッケージ、１１３ｂ…金属、１１３ｃ…放熱領域、１５２ａ…アノード電極、１５２ｂ…カソード電極、２０１…発光装置、２２０…カバー、２２９…リフレクタ。
【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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