JP2006245084A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の発光装置では、発光面側に実装パターンの施された回路基板を用い、その面に表面実装を行っているので、表面実装パターン及び実装部品などがパッケージの発光側を向いて取り付けられるので、回路基板はむしろ内部拡散光の吸収体として作用し、その拡散光を発光効率向上に使用する装置構造にはなっていない。
【解決手段】 本発明の発光装置は、基板背面に高反射材料からなる反射部を形成し、また、貫通穴からなる基板開口部を備え、発光素子1を実装した発光素子パッケージ2を、その発光部を基板開口部8に対応させ、実装基板4の基板表面の実装面側に配置し、実装面に電気的に接続して実装基板4に実装し、また、実装基板4を、その基板背面が筐体7の透光部12側に面するように取付け、発光素子1の発光を基板開口部8から透光部12に照射するものである。
【選択図】図1
【解決手段】 本発明の発光装置は、基板背面に高反射材料からなる反射部を形成し、また、貫通穴からなる基板開口部を備え、発光素子1を実装した発光素子パッケージ2を、その発光部を基板開口部8に対応させ、実装基板4の基板表面の実装面側に配置し、実装面に電気的に接続して実装基板4に実装し、また、実装基板4を、その基板背面が筐体7の透光部12側に面するように取付け、発光素子1の発光を基板開口部8から透光部12に照射するものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等を用いた発光装置に関するものである。
従来の発光ダイオードを用いた発光装置は数多く市販されており、面実装の形のパッケージ製品も数多く用いられている。例えば、車載用ハイマウントストラップランプやテールランプに用いた例として次のものがある。
この発光装置は、回路基板の表面に面実装タイプの複数の発光ダイオードを横一列に等間隔に配列した回路基板で発光ダイオードアレイを形成し、この発光ダイオードアレイをその両端に設けた基板連結部により、発光ダイオードの列設方向あるいは列設方向と直交する方向に複数組み合わせて対応サイズとしケースに収容したものである。
また、回路基板の裏側にシリコンラバーを介して放熱用にアルミニウム製のヒートシンクを取り付けている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−163912号公報(第3頁、第4頁、図2〜図7)
この発光装置は、回路基板の表面に面実装タイプの複数の発光ダイオードを横一列に等間隔に配列した回路基板で発光ダイオードアレイを形成し、この発光ダイオードアレイをその両端に設けた基板連結部により、発光ダイオードの列設方向あるいは列設方向と直交する方向に複数組み合わせて対応サイズとしケースに収容したものである。
また、回路基板の裏側にシリコンラバーを介して放熱用にアルミニウム製のヒートシンクを取り付けている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の発光装置は、発光面側に実装パターンの施された回路基板を用い、その面に表面実装を行っているので、表面実装パターン及び実装部品などがパッケージの発光側を向いて取り付けられることになる。またこのような構成で汎用的に用いられる回路基板は、その表面反射率自体高いものではなく、さらに色付きであるものが多い。
そこで、このようなアレイをケースに収容して発光装置としているので、回路基板はむしろ内部拡散光の吸収体として作用し、温度上昇に起因するLEDの発光効率低減を防止する作用を有するとしても、その拡散光を発光効率向上に使用する装置構造にはなっていない。
また、LEDパッケージと回路基板との実装の境目に空気層を介することが多く、その場合放熱は、電極を介しての放熱が主になるため、回路基板の背面に設けるヒートシンクまでの熱抵抗を充分下げるまでにいたらず、結果として放熱性向上に対して改善すべき余地が残されていた。
そこで、このようなアレイをケースに収容して発光装置としているので、回路基板はむしろ内部拡散光の吸収体として作用し、温度上昇に起因するLEDの発光効率低減を防止する作用を有するとしても、その拡散光を発光効率向上に使用する装置構造にはなっていない。
また、LEDパッケージと回路基板との実装の境目に空気層を介することが多く、その場合放熱は、電極を介しての放熱が主になるため、回路基板の背面に設けるヒートシンクまでの熱抵抗を充分下げるまでにいたらず、結果として放熱性向上に対して改善すべき余地が残されていた。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、LED等の発光素子の実装基板上の光損失を低減し、発光素子の発光効率の高い発光装置を得ることを目的としている。
また、放熱特性を向上することで発光素子の発光効率の高い長寿命の発光装置を得ることを目的としている。
また、放熱特性を向上することで発光素子の発光効率の高い長寿命の発光装置を得ることを目的としている。
本発明の発光装置は、発光素子と、発光素子を実装する発光素子パッケージと、発光素子パッケージを実装する実装基板とを筐体内に収容した発光装置であって、
実装基板は、回路パターン及び電気部品を有し、実装面を形成する基板表面と、これらを有しない基板背面とからなり、基板背面に高反射材料からなる反射部を形成し、また、貫通穴からなる基板開口部を備え、発光素子パッケージを、その発光部を基板開口部に対応させ、実装基板の実装面側に配置し、実装面に電気的に接続して実装基板に実装し、また、実装基板を、その基板背面が筐体の透光部側に面するように取付け、発光素子の発光を基板開口部から透光部に照射するものである。
実装基板は、回路パターン及び電気部品を有し、実装面を形成する基板表面と、これらを有しない基板背面とからなり、基板背面に高反射材料からなる反射部を形成し、また、貫通穴からなる基板開口部を備え、発光素子パッケージを、その発光部を基板開口部に対応させ、実装基板の実装面側に配置し、実装面に電気的に接続して実装基板に実装し、また、実装基板を、その基板背面が筐体の透光部側に面するように取付け、発光素子の発光を基板開口部から透光部に照射するものである。
本発明の発光装置は、基板背面に高反射材料からなる反射部を形成し、また、貫通穴からなる基板開口部を備え、発光素子パッケージを、その発光部を基板開口部に対応させ、実装基板の実装面側に配置し、実装面に電気的に接続して実装基板に実装し、また、実装基板を、その基板背面が筐体の透光部側に面するように取付け、発光素子の発光を基板開口部から透光部に照射するので、実装基板の反射効率が向上し、熱になる光損失が低減することにより発光効率が高い発光装置が得られる。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態の発光装置を示す断面図であり、図2は、図1のA−A線断面図であり、図3は、LEDパッケージを示す断面図である。
これらの図に示すように、本発光装置は、発光素子であるLED素子1と、LED素子1を実装する発光素子パッケージであるLEDパッケージ2と、LEDパッケージ2を実装する実装基板4とを筐体7に収容したものである。
LEDパッケージ2は、パッケージ自体はPBT(ポリブチレンテレフタレート)などの高拡散反射率を有する樹脂パッケージや、AlN(窒化アルミニウム)やアルミナのセラミクスパッケージを用いる。セラミクスパッケージの方が高熱伝導性であり、放熱性の面で材料的に有利である。図3は、LED素子にフェースアップタイプの素子を用いた例であり、LED素子1をパッケージ本体のキャビテイの底部に接着剤21で固定し、LED素子1の上部の半透明電極23をAu線等のワイヤ24によりワイヤボンデイングにより導電体層に結合し、この導電体層からLEDパッケージ2の両側面を介して上方に電気的接続部を形成し、上部に実装基板4に電気的に接続する電極端子20を形成する。また、LEDパッケージ2に実装されたLED素子1は、封止樹脂3である例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透光材料をキャビテイに充填することにより封止される。導電層から電極端子20までを接続する電気的接続部は、側面を介して形成する代りにセラミクス材料などにスルーホールを設け形成してもよい。また、LEDパッケージ2は、フェースアップ素子の代わりにフリップチップタイプの素子を用いてもよい。
ここで、キャビテイの上部開口部がLEDパッケージ2の発光部となる。
図1は、本実施の形態の発光装置を示す断面図であり、図2は、図1のA−A線断面図であり、図3は、LEDパッケージを示す断面図である。
これらの図に示すように、本発光装置は、発光素子であるLED素子1と、LED素子1を実装する発光素子パッケージであるLEDパッケージ2と、LEDパッケージ2を実装する実装基板4とを筐体7に収容したものである。
LEDパッケージ2は、パッケージ自体はPBT(ポリブチレンテレフタレート)などの高拡散反射率を有する樹脂パッケージや、AlN(窒化アルミニウム)やアルミナのセラミクスパッケージを用いる。セラミクスパッケージの方が高熱伝導性であり、放熱性の面で材料的に有利である。図3は、LED素子にフェースアップタイプの素子を用いた例であり、LED素子1をパッケージ本体のキャビテイの底部に接着剤21で固定し、LED素子1の上部の半透明電極23をAu線等のワイヤ24によりワイヤボンデイングにより導電体層に結合し、この導電体層からLEDパッケージ2の両側面を介して上方に電気的接続部を形成し、上部に実装基板4に電気的に接続する電極端子20を形成する。また、LEDパッケージ2に実装されたLED素子1は、封止樹脂3である例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透光材料をキャビテイに充填することにより封止される。導電層から電極端子20までを接続する電気的接続部は、側面を介して形成する代りにセラミクス材料などにスルーホールを設け形成してもよい。また、LEDパッケージ2は、フェースアップ素子の代わりにフリップチップタイプの素子を用いてもよい。
ここで、キャビテイの上部開口部がLEDパッケージ2の発光部となる。
実装基板4は、汎用的なプリント基板、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板等の基板であり、一方側の面(以下、基板表面とする)に配線パターンの形成及び部品実装を行い、他方側の面(以下基板背面とする)には配線パターンの形成及び部品実装は行わない。
LED素子1を実装したLEDパッケージ2の実装基板4への実装は、LEDパッケージ2の電極端子20を実装基板4の配線パターン9の接続部5に重ね、半田付けなどにより電気的に接続して行う。この配線パターン9は配線用コネクター10が設けられた場合は配線用コネクター10に接続される。
LEDパッケージ2の実装基板4への実装の際、実装基板4は、その基板背面を、筐体7の前面で、外部へ光を照射する透光部12側に向けて筐体7内に設置され、また、LEDパッケージ2は、その発光面側を実装基板4の基板表面と対向するように配置させ、実装するLEDパッケージ2に対応して形成された実装基板4の基板開口部8から封止樹脂3の上部が筐体7の透光部12側に出るようにされる。そこで、LED素子1からの発光は、キャビテイに充填された封止樹脂3を通過し、基板開口部8から透光部12へ放射される。また、LEDパッケージ2は、筐体7の背面で、透光部12と反対側に設けた放熱部材からなる放熱部6にその底部を密着固定される。
LED素子1を実装したLEDパッケージ2の実装基板4への実装は、LEDパッケージ2の電極端子20を実装基板4の配線パターン9の接続部5に重ね、半田付けなどにより電気的に接続して行う。この配線パターン9は配線用コネクター10が設けられた場合は配線用コネクター10に接続される。
LEDパッケージ2の実装基板4への実装の際、実装基板4は、その基板背面を、筐体7の前面で、外部へ光を照射する透光部12側に向けて筐体7内に設置され、また、LEDパッケージ2は、その発光面側を実装基板4の基板表面と対向するように配置させ、実装するLEDパッケージ2に対応して形成された実装基板4の基板開口部8から封止樹脂3の上部が筐体7の透光部12側に出るようにされる。そこで、LED素子1からの発光は、キャビテイに充填された封止樹脂3を通過し、基板開口部8から透光部12へ放射される。また、LEDパッケージ2は、筐体7の背面で、透光部12と反対側に設けた放熱部材からなる放熱部6にその底部を密着固定される。
LEDパッケージ2の実装基板4への実装時に、電極端子20の実装基板4の配線パターン9の接続部5への接続は、図4に示すようにLEDパッケージ2の側面の電気的接続部を半田22により実装基板4の接続部5に側面から半田付けしてもよい。
このように、筐体7の前面側である透光部12に面する実装基板4の基板背面は、電気部品等の実装部品がない状態を作り出すことができ、可視領域において反射率が高まるようにすることができる。例えば、基板背面に高反射性の材料を塗布する、あるいは高反射シートを貼りつけるなどして高反射面を形成することができる。
実装基板4の基板背面を高反射面とすることにより、発光素子からの光の内部拡散が大きな発光装置においても、筐体7の透光部12に対向する実装基板4の高反射面の基板背面からの反射により、高い発光効率を得ることができる。
実装基板4の基板背面を高反射面とすることにより、発光素子からの光の内部拡散が大きな発光装置においても、筐体7の透光部12に対向する実装基板4の高反射面の基板背面からの反射により、高い発光効率を得ることができる。
一方、LEDはその温度の上昇により発光効率が低下するという基本特性を有している。例えば,放熱性が悪い環境の中で周囲温度が30度増加したとして、あるLEDパッケージではその発光効率が20〜30%程度低下してしまう。この特性は周囲温度上昇によるLED素子1の温度上昇により顕著となるものであり、長時間安定した点灯状態で使用するためには、LED素子1の温度上昇の抑制、あるいはその放熱が重要な技術課題となっている。
放熱という点からみて、LEDパッケージ2は放熱部6に空気層を介さずに直接密着させることが望ましい。
本発光装置では、金属などの高い熱伝導性材料で構成した放熱部6で筐体7の底部を形成し、この筐体7の底部にLEDパッケージ2を直接密着させることにより、LED素子1の熱を効率よく放熱させることが可能になる。また、筐体7の底部を特に高い熱伝導性材料で構成しなくても、図1のようにLEDパッケージ2の背面とその構成部材との接触面積が可能な限り広くなるように密着することで効率よく放熱させることが可能になる。なお、LEDパッケージ2と放熱部6との間に密着性を保つように、薄い熱伝導性シートや接着剤を施すのも効果がある。
本発光装置では、金属などの高い熱伝導性材料で構成した放熱部6で筐体7の底部を形成し、この筐体7の底部にLEDパッケージ2を直接密着させることにより、LED素子1の熱を効率よく放熱させることが可能になる。また、筐体7の底部を特に高い熱伝導性材料で構成しなくても、図1のようにLEDパッケージ2の背面とその構成部材との接触面積が可能な限り広くなるように密着することで効率よく放熱させることが可能になる。なお、LEDパッケージ2と放熱部6との間に密着性を保つように、薄い熱伝導性シートや接着剤を施すのも効果がある。
なお、図1におけるLEDパッケージ2は、必ずしも樹脂封止されているものでなくても構わない。一般に実装基板4へのLEDパッケージ2の実装工程は高温で実施されるため、そのときのLEDパッケージ2の構成材料への配慮が必要になる。そこで、図5に示すようにLEDパッケージ2をLEDチップ実装のみが行われたもの(封止されていないもの)として構成すれば、実装基板4にパッケージ実装を行う際に、その実装時の熱による樹脂劣化、あるいは樹脂の熱膨張による不具合発生など、実装面での信頼性対策を軽減することができる。
また、図1のようなLEDパッケージ2ではLED素子1への封止樹脂3(一般的に光透過性材料であり空気より屈折率が大きいもの)は、信頼性向上に加えて、LED素子1の発光の取出し量を上げる目的で用いられている。図5のようにLEDパッケージ2を実装基板4に実装後に、実装基板4の基板開口部8を介して樹脂モールドすることができ、図1の構成と同様にLED素子1の発光の光取出し効率を上げることが可能になる。
また、図6のように筐体7の底部を金属などの高い熱伝導性材料で構成した放熱部6に放熱フィン26を設けることにより高い放熱効果を得ることが可能である。また、放熱部6にヒートシンクを装着しても同様の効果が得られる。
また、図7に示すように、LEDパッケージ2の背面にパッケージ本体より熱伝導率の高い高熱伝導材からなる高熱伝導部27を、少なくともその一部がLEDパッケージ2の側面から露出するように埋込み、また、高熱伝導部27の底面を図8に示すように筐体7の背面を形成する高熱伝導材料からなる放熱部6に接触するように取り付けることにより放熱特性を向上することが可能である。
また、LEDパッケージ2を、図9に示すような構造、即ち、パッケージ基台33を放熱部6に接触させ、パッケージ基台33上のパッケージ上部31を基板開口部8から透光部12側に出す構造のものに対しても、LEDパッケージ2の上部は露出することになるが基板背面を高反射率に形成することで反射効率を向上できる。
また、図10のように実装基板4の基板開口部8の開口径をLEDパッケージ2の発光部以上の大きさに形成し、また、その基板開口部8の開口側面8aをLED素子1側から筐体7の透光部12側に開口径が大きくなるようなテーパ状の開口側面8aとすることにより、LEDパッケージ2からの光を基板開口部8から妨害なしに取出すことが可能になる。この際、開口側面8aを高反射率の材料で形成することで、パッケージ反射面の延長上としての2次的リフレクタの機能を果たすことも可能である。
上記の発光素子であるLED素子1と、LED素子1を実装するLEDパッケージ2と、LEDパッケージ2を実装する実装基板4とを筐体7に収容した本発光装置の具体例を図11及び図12に示す。図11の発光装置は直射型の発光装置であり、また図12は反射型の発光装置である。
図11の直射型の発光装置は、基板背面が高反射面であり、筐体7のLEDパッケージ2に対向側に透光部12を設け、また、放熱対策として、LEDパッケージ2の底部に高熱伝導部27、筐体7の底部に放熱部6を設けたものである。
本発光装置によれば、LEDパッケージ2の発光部からの光は、対向する筐体7の透光部12から外部に直射されるが、筐体7の内部で反射された光は、ほとんどが最終的には基板背面の高反射面から透光部12へ放射されるので、発光効率が向上する。
また、LEDパッケージ2は、底部に高熱伝導部27を組込み、この高熱伝導部27を筐体7の放熱性の高い放熱部6に接触させているので、放熱効果が向上する。
そこで、本発光装置は、実装基板4の反射効率の向上により発光効率の向上が得られ、省エネ効果を図ることができ、また、放熱効果の向上により、LED素子1の温度上昇が防止でき、LED素子1の信頼性の向上及び長寿命化が図れる。
図11の直射型の発光装置は、基板背面が高反射面であり、筐体7のLEDパッケージ2に対向側に透光部12を設け、また、放熱対策として、LEDパッケージ2の底部に高熱伝導部27、筐体7の底部に放熱部6を設けたものである。
本発光装置によれば、LEDパッケージ2の発光部からの光は、対向する筐体7の透光部12から外部に直射されるが、筐体7の内部で反射された光は、ほとんどが最終的には基板背面の高反射面から透光部12へ放射されるので、発光効率が向上する。
また、LEDパッケージ2は、底部に高熱伝導部27を組込み、この高熱伝導部27を筐体7の放熱性の高い放熱部6に接触させているので、放熱効果が向上する。
そこで、本発光装置は、実装基板4の反射効率の向上により発光効率の向上が得られ、省エネ効果を図ることができ、また、放熱効果の向上により、LED素子1の温度上昇が防止でき、LED素子1の信頼性の向上及び長寿命化が図れる。
また、図12の反射型の発光装置は、筐体7の透光部12を、LEDパッケージ2の発光部からの直射光の方向に対して直交方向に設け、また、筐体7内で、LEDパッケージ2の発光部に対向して、LEDパッケージ2の発光部からの直射光が透光部12側に反射する曲面からなる反射部36を設けたものであり、放熱対策は図11の直射型の発光装置と同様にしている。
本発光装置においても、図11の直射型の発光装置と同様の効果が得られる。
また、近年大出力LED素子が開発され、それを用いた大光束装置の応用開発が加速しつつあるところ、上記のような構成の高発光効率性及び高放熱性を備えた発光装置は、広範に利用されるものである。
本発光装置においても、図11の直射型の発光装置と同様の効果が得られる。
また、近年大出力LED素子が開発され、それを用いた大光束装置の応用開発が加速しつつあるところ、上記のような構成の高発光効率性及び高放熱性を備えた発光装置は、広範に利用されるものである。
本発光装置においては、発光素子パッケージ2は、実装基板4に実装後に、実装基板4の基板開口部8から透明な封止樹脂3で樹脂封止したので、発光素子パッケージ2を実装基板4に実装時に熱による封止樹脂3の劣化等の不具合が解消できる。
また、本発光装置においては、基板開口部8は、発光素子であるLED素子1側から照射方向に広がるテーパ状の開口側面8aを有し、また、発光素子パッケージ2の発光部の開口形状に等しいかまたはそれより大きい貫通穴としたので、基板開口部8から発光素子であるLED素子1の発光を妨害なく取出すことができ、また、開口側面8aを高反射材料で形成することにより、2次的リフレクターとして作用させ発光効率を向上できる。
また、本発光装置においては、発光素子パッケージ2の背面が筐体7の背面を形成する高熱伝導材料からなる放熱部6に接触するようにしたので、発光素子であるLED素子1の発熱を放熱することができ、発光素子であるLED素子1の温度上昇を防止できるので、温度上昇による発光効率の低減を防止できるとともにLED素子1の長寿命化が図れる。
また、本発光装置においては、放熱部6に放熱フィン26を設けたので、一層良好に発光素子であるLED素子1の発熱を放熱することができる。
また、本発光装置においては、発光素子パッケージ2の背面側に高熱伝導材料からなる高熱伝導部材27を、少なくともその一部が発光素子パッケージ2の側面から露出するように埋込み、また、高熱伝導部材27の底面を筐体7の背面を形成する高熱伝導材料からなる放熱部6に接触するようにしたので、一層良好に発光素子であるLED素子1の発熱を放熱することができる。
実施の形態2.
本実施の形態の発光装置は、実施の形態1の発光装置のLEDパッケージ2を実装した実装基板4の基板背面を有効に利用するものである。基板背面は配線パターンがなくまた実装部品の実装がなく平面状に形成できるため様々なメリットが生じる。
その一つが発光波長の変換に係わるものである。例えば発光色が青紫色や青色のLED素子1を用いて波長変換を行うような構成にする場合、図13に示すように基板背面上で、基板開口部8の近傍に発光波長を変換する例えば蛍光材料を用いた波長変換部28を形成する。波長変換部28を形成することで、例えば発光色が青紫色や青色のLED素子1を用いて白色光をはじめ所望の光色を得ることが可能である。このように基板背面に蛍光材料を敷設し材料固定を行い波長変換部28を形成するだけの簡単な構成で波長変換を実現できる。円形状、矩形状等の波長変換部28は、基板開口部8を囲むように設置し、その周りの基板背面が反射部となる。また、波長変換部28は、複数のLED素子1に跨って設けてもよい。
本実施の形態の発光装置は、実施の形態1の発光装置のLEDパッケージ2を実装した実装基板4の基板背面を有効に利用するものである。基板背面は配線パターンがなくまた実装部品の実装がなく平面状に形成できるため様々なメリットが生じる。
その一つが発光波長の変換に係わるものである。例えば発光色が青紫色や青色のLED素子1を用いて波長変換を行うような構成にする場合、図13に示すように基板背面上で、基板開口部8の近傍に発光波長を変換する例えば蛍光材料を用いた波長変換部28を形成する。波長変換部28を形成することで、例えば発光色が青紫色や青色のLED素子1を用いて白色光をはじめ所望の光色を得ることが可能である。このように基板背面に蛍光材料を敷設し材料固定を行い波長変換部28を形成するだけの簡単な構成で波長変換を実現できる。円形状、矩形状等の波長変換部28は、基板開口部8を囲むように設置し、その周りの基板背面が反射部となる。また、波長変換部28は、複数のLED素子1に跨って設けてもよい。
また、別の一例が配光制御部材のユーザによる後付設置である。従来のLEDパッケージ2などは配光角を制御する必要がある場合には、それを実現する光学部品を取付ける取付治具を形成して設置する必要があり、加工性やコスト面から容易に実現することはできなかった。
本発光装置においては基板背面が平坦であるため、リフレクタやレンズ系などの別光学部品を別途形成しておき、接着剤などにより基板背面に容易に取付けることができる。
図14は、その一例を示したものである。基板背面上にリフレクタ土台29を設け、このリフレクタ土台29の上にリフレクタ30を取付ける(一体型でも構わない)。反射角の鋭いリフレクタ30を用いることで狭配光の光源が実現可能になる。
また、図15は、実装基板4上にレンズ系土台37を取付け、このレンズ系土台37にレンズ系38を取付ける(一体型でも構わない)ことにより、所望の配光を実現できる構成としたものである。
その他の構成は実施の形態1と同様である。
本発光装置においては基板背面が平坦であるため、リフレクタやレンズ系などの別光学部品を別途形成しておき、接着剤などにより基板背面に容易に取付けることができる。
図14は、その一例を示したものである。基板背面上にリフレクタ土台29を設け、このリフレクタ土台29の上にリフレクタ30を取付ける(一体型でも構わない)。反射角の鋭いリフレクタ30を用いることで狭配光の光源が実現可能になる。
また、図15は、実装基板4上にレンズ系土台37を取付け、このレンズ系土台37にレンズ系38を取付ける(一体型でも構わない)ことにより、所望の配光を実現できる構成としたものである。
その他の構成は実施の形態1と同様である。
本発光装置においては、発光素子であるLED素子1は、青紫色または青色に発光するものであり、また、実装基板1の基板背面上で、基板開口部8の近傍に蛍光材料からなる波長変換部28を形成したので、白色光をはじめ所望の光色を得ることができる。
また、本発光装置においては、実装基板1の基板背面側で、基板開口部8の上方にレンズ系38を形成したので、所望の配光が実現できる。
実施の形態3.
本発光装置は、放熱方法を変更したものであり、その他の構成は、実施の形態1、2と同様である。
図16は、冷却液41を入れた容器39に実装基板4及び実装基板4に実装したLEDパッケージ2を収容したものを示す断面図である。
図16に示すように、LEDパッケージ2は、ジェル等の冷却液41を入れた容器39内に収容され、容器39に蓋するように容器39の上端部が実装基板4の基板表面に接している。LEDパッケージ2の表面側への冷却液の漏れを防止する液漏れ防止部材40をLEDパッケージ2の側面に密着して設けている。
本発光装置の筐体7は、容器39が筐体7の下部(LEDパッケージ2側)を構成し、上部(透光部12側)は、実施の形態1、2と同様である。
冷却液は、通常の発光装置の使用環境(低温あるいは高温状態)において極端な熱膨張や熱収縮がなく固化しない物質が望ましく、かつ、熱を奪う性質のある例えばシリコーン材料などである。また、容器39は、高い熱伝導性の材料で構成する。
本発光装置は、放熱方法を変更したものであり、その他の構成は、実施の形態1、2と同様である。
図16は、冷却液41を入れた容器39に実装基板4及び実装基板4に実装したLEDパッケージ2を収容したものを示す断面図である。
図16に示すように、LEDパッケージ2は、ジェル等の冷却液41を入れた容器39内に収容され、容器39に蓋するように容器39の上端部が実装基板4の基板表面に接している。LEDパッケージ2の表面側への冷却液の漏れを防止する液漏れ防止部材40をLEDパッケージ2の側面に密着して設けている。
本発光装置の筐体7は、容器39が筐体7の下部(LEDパッケージ2側)を構成し、上部(透光部12側)は、実施の形態1、2と同様である。
冷却液は、通常の発光装置の使用環境(低温あるいは高温状態)において極端な熱膨張や熱収縮がなく固化しない物質が望ましく、かつ、熱を奪う性質のある例えばシリコーン材料などである。また、容器39は、高い熱伝導性の材料で構成する。
このような構成によりLED素子1の発熱は、LEDパッケージ2及び容器39内の冷却液を通して容器39へと伝達される。そして、この容器39が直接空気中に曝させるような構成とすることで容器39の外面全体から熱を外部に放散することができ放熱効果を高めることができる。
また、図17のように放熱フィン26を容器39の背面に装着することにより、伝熱面積を増やすことができ、さらに高効率での放熱が可能となる。
さらに、容器39内の冷却液を低粘度の液体で形成するような場合、ヒートパイプを用い、ヒートパイプの一部を容器39外に出し、望ましくは容器39より上方に出し、ヒートパイプ内を熱循環させ、外部の冷却を利用するように構成してもよい。
以上のような構成によりさらにLED素子の放熱性を高めることができ、発光効率が高く、長寿命の発光装置を得ることができる。
さらに、容器39内の冷却液を低粘度の液体で形成するような場合、ヒートパイプを用い、ヒートパイプの一部を容器39外に出し、望ましくは容器39より上方に出し、ヒートパイプ内を熱循環させ、外部の冷却を利用するように構成してもよい。
以上のような構成によりさらにLED素子の放熱性を高めることができ、発光効率が高く、長寿命の発光装置を得ることができる。
本発光装置においては、筐体7の実装基板1より背面側を、発光素子パッケージ2を収容し、その上端部に実装基板1を固定し、内部に冷却液41を有する容器39により形成したので、高効率な放熱が可能となる。
また、本発光装置においては、容器39の底面に放熱フィン26を設けたので、一層放熱効率が向上する。
実施の形態4.
実施の形態1〜実施の形態3に記載した発光装置を適用し、表示装置することができる。
図18は、実施の形態1〜実施の形態3の発光装置のLEDパッケージ2の配列を示す図であり、LEDパッケージ2を例えば青、緑、赤の3つの光色からなる画素42として表示装置を形成する。この際、基板背面を高反射性の材料で構成するとLED素子1からの発光が基板背面で拡散され、画像として黒浮き(黒がしまりなく灰色がかって見える)したものなることがある。このような場合には基板背面を低反射率の材料で構成することにより、コントラストが高く黒浮きのない表示装置を得ることが可能である。
実施の形態1〜実施の形態3に記載した発光装置を適用し、表示装置することができる。
図18は、実施の形態1〜実施の形態3の発光装置のLEDパッケージ2の配列を示す図であり、LEDパッケージ2を例えば青、緑、赤の3つの光色からなる画素42として表示装置を形成する。この際、基板背面を高反射性の材料で構成するとLED素子1からの発光が基板背面で拡散され、画像として黒浮き(黒がしまりなく灰色がかって見える)したものなることがある。このような場合には基板背面を低反射率の材料で構成することにより、コントラストが高く黒浮きのない表示装置を得ることが可能である。
本発光装置においては、基板背面に高反射材料からなる反射部6を形成する代わりに、可視波長域における低反射材料からなる低反射部を形成したので、表示用装置として使用するとき、画像がコントラストが高く、黒浮きのないものにすることができる。
上記の実施の形態1〜4において、発光素子としてLED素子1を使用することにより、それぞれの実施の形態の発光装置に適合した低消費電力の発光装置が得られる。
1 発光素子(LED素子)、2 発光素子パッケージ、3 封止樹脂、4 実装基板、6 放熱部、7 筐体、8 基板開口部、8a 開口側面、12 透光部、26 放熱フィン、27 高熱伝導部、28 波長変換部、38 レンズ系、39 容器、41 冷却液。
Claims (12)
- 発光素子と、前記発光素子を実装する発光素子パッケージと、前記発光素子パッケージを実装する実装基板とを筐体内に収容した発光装置において、
前記実装基板は、回路パターン及び電気部品を有し、実装面を形成する基板表面と、これらを有しない基板背面とからなり、前記基板背面に高反射材料からなる反射部を形成し、また、貫通穴からなる基板開口部を備え、
前記発光素子パッケージを、その発光部を前記基板開口部に対応させ、前記実装基板の前記実装面側に配置し、前記実装面に電気的に接続して前記実装基板に実装し、
また、前記実装基板を、その基板背面が前記筐体の透光部側に面するように取付け、前記発光素子の発光を前記基板開口部から前記透光部に照射することを特徴とする発光装置。 - 前記発光素子パッケージは、前記実装基板に実装後に、前記実装基板の基板開口部から透明な封止樹脂で樹脂封止したことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記基板開口部は、前記発光素子側から照射方向に広がるテーパ状の開口側面を有し、また、前記発光素子パッケージの発光部の開口形状に等しいかまたはそれより大きい貫通穴であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記発光素子パッケージの背面が前記筐体の背面を形成する高熱伝導材料からなる放熱部に接触するようにしたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかの請求項に記載の発光装置。
- 前記放熱部に放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、青紫色または青色に発光するものであり、また、実装基板の基板背面上で、前記基板開口部の近傍に蛍光材料からなる波長変換部を形成したことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかの請求項に記載の発光装置。
- 前記実装基板の基板背面側で、前記基板開口部の上方にレンズ系を形成したことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかの請求項に記載の発光装置。
- 前記発光素子パッケージの背面側に高熱伝導材料からなる高熱伝導部材を、少なくともその一部が前記発光素子パッケージの側面から露出するように埋込み、また、前記高熱伝導部材の底面を前記筐体の背面を形成する高熱伝導材料からなる前記放熱部に接触するようにしたことを特徴とする請求項4〜請求項7のいずれかの請求項に記載の発光装置。
- 前記筐体の前記実装基板より背面側を、前記発光素子パッケージを収容し、その上端部に前記実装基板を固定し、内部に冷却液を有する容器により形成したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかの請求項又は請求項6又は請求項7に記載の発光装置。
- 前記容器の底面に放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項9に記載の発光装置。
- 前記基板背面に高反射材料からなる反射部を形成する代わりに、可視波長域における低反射材料からなる低反射部を形成したことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかの請求項に記載の発光装置。
- 前記発光素子がLED素子であることを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれかの請求項に記載の発光装置。
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