JP2005340184A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量・高精度にして、照度効率が高く、外部からの応力で容易に配光変化を実現できる配光設計の自由度が高いＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】 熱可塑性を有する耐熱性フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体１４を形成し、光源としてＬＥＤ１２が実装されるその表面に光を反射する反射面１６を設けると共に、裏面に導電回路１８を形成することによって、柔軟性に富み、外部からの応力でＬＥＤ実装部分が変位することにより配光可変が容易で、照度効率が高く、軽量、高精度なＬＥＤ照明装置１０を得ることができる。また、当該ＬＥＤ照明装置１０の表面には、複数個のＬＥＤ１２が配設されているので、配光変化時の照度低下を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ光源、実装基板および反射面を一体化したＬＥＤ照明装置に関するものであり、特に可変配光を行うことのできるＬＥＤ照明装置に関する。

低消費電力、長寿命などの特性を有するＬＥＤ(発光ダイオード)は、近年、その高輝度化によって照明器具の光源としての期待が高まってきているが、かかる利用を拡大するためには、照度効率を高める照明器具設計が求められている。

一方、自動車照明，店舗照明および防犯照明などの各照明分野においては、小電力、小型化の要求に加え、外部の状況や環境に応じて照射位置を変化できる可変配光照明が求められている。

このような状況を踏まえ、ＬＥＤの照度効率を向上させる技術として、ポリイミドフィルムを利用したフレキシブル回路基板にメッキ処理をおこなった反射凹部を設けて当該凹部にＬＥＤ素子を実装する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

かかる技術によれば、ＬＥＤの照度効率をある程度向上させることは可能であるが、フレキシブル基板の厚みの範囲内において反射凹部が形成されることから、反射凹部の高さに限界があり、素子実装の場合においても充分に素子からの光を反射利用することができないという問題があった。

一方、外部の状況や環境に応じて照射位置を変化させる技術として、ポリイミドをベースとしたフレキシブル回路基板上にＬＥＤ素子(ＬＥＤチップ)を実装すると共に、当該基板を折り曲げて配光を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

かかる技術によれば、ＬＥＤが発する光の配光を変化させることは可能であるが、フレキシブル配線板は平面状に作成されているため、曲線的に配置したとしても、単一の基板では照射範囲が限定され、配光の自由度が制限されるという問題があった。また、フレキシブル配線板の三次元的配置を保持するためには保持構造を別に準備しなければならないという問題もあった。

なお、ハロゲン電球などの単一光源から可変配光を得る技術として、ポリイミドフィルムを椀状に成形し、その内表面に金属を蒸着したフィルム反射板を用い、フィルムの柔軟性を利用して、外部からの応力により当該フィルム反射板を変形させて、照射範囲を変化させる技術が知られているが（例えば、特許文献３参照。）、同技術では、単一光源に対して反射板の一部を変形または稼働させる技術であるため、焦点の移動に伴う配光制御が困難であるという問題点があった。
特許公開平８−２６４８４１号公報（第２−３頁、第１図） 特許公開平１１−１６３４１２号公報（第９頁） 特開２００３−１５１３２８号公報（第２−７頁）

それゆえに、本発明の主たる課題は、上記の問題点を解決し、軽量・高精度にして、照度効率が高く、外部からの応力で容易に配光を可変制御できる、配光設計の自由度が高いＬＥＤ照明装置を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「熱可塑性を有する耐熱性フィルムを所定の三次元的形状に成形した基板本体１４、基板本体１４表面の所定の位置に実装された複数個のＬＥＤ１２、基板本体１４の表面に設けられ、ＬＥＤ１２の発する光を反射する反射面１６、および基板本体１４の裏面および表面のＬＥＤ１２実装部分に設けられ、ＬＥＤ１２と外部回路とを接続してＬＥＤ１２を点灯させる導電回路１８で構成されている」ことを特徴とするＬＥＤ照明装置１０である。

この発明では、熱可塑性を有する耐熱フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体１４を形成すると共に、光源であるＬＥＤ１２を実装するその表面に光を反射する反射面１６を設けているので、外部からの信号または応力を利用して基板本体１４の形状を変えることで、その配光を容易に変化させることができ、また、所定の三次元的形状に成形された反射面によって、ラジアルタイプなど背の高いＬＥＤ１２を用いた場合であっても、ＬＥＤ１２が発する光を十分に漏れなく反射して目的とする照射範囲に光を集光することができる。つまり、ＬＥＤ１２の発する光の配光を可変制御できると共に、その照度効率を向上させることができる。

また、当該基板本体１４の表面には、複数個のＬＥＤ１２が配設されているので、基板本体１４を当初の形状から変化させてＬＥＤ１２が発する光の配光を変えた際に、それぞれのＬＥＤ１２が各々対応する範囲を照射でき、単一光源の場合のように光の焦点がボケることがなく、配光変化時の照度低下を防止することができる。

そして、基板本体１４の裏面には、外部回路に接続され、ＬＥＤ１２を点灯させる導電回路１８が設けられているので、ＬＥＤ照明装置１０を薄型化でき、熱放散性に優れたものとすることができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「耐熱フィルムが芳香族ポリイミドフィルムである」ことを特徴とするもので、これにより、ハンダ耐熱性に優れＬＥＤ１２の実装が容易で、且つ形状精度の高い基板本体１４を得ることができる。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「基板本体１４のＬＥＤ１２実装部分に、反射効率を高めるため、ＬＥＤ１２を囲繞する部分的な凹部２０が設けられている」ことを特徴とするもので、これにより、ＬＥＤ１２から発せられる光をより効果的に反射させて目的とする照射範囲に集光することができる。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「基板本体１４の少なくとも一部にスリット２６ａ，２６ｄや溝２６ｂ，２６ｃなどの折り曲げ構造で構成された応力吸収部２６を設けた」ことを特徴とするものである。

この発明では、基板本体１４の少なくとも一部にスリット２６ａ，２６ｄや溝２６ｂ，２６ｃなどの折り曲げ構造からなる応力吸収部２６が設けられているので、ＬＥＤ照明装置１０に外部応力を与えて一次形状から所定の二次以降の形状へと変形制御する際に、当該ＬＥＤ照明装置１０を歪みなく所定の形状へと変形させることができる。このため、二次以降の形状におけるＬＥＤ照明装置１０の配光精度をより向上させることができる。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜４に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「実装されるＬＥＤ１２がラジアルタイプまたは表面実装タイプのＬＥＤ部品からなる」ことを特徴とするもので、これにより、反射面１６および導電回路１８が設けられた基板本体１４に、ＬＥＤ部品すなわち部品として完成した形態のＬＥＤ１２を実装するだけで、ＬＥＤ照明装置１０を簡単に効率よく製造することができる。

請求項６に記載した発明は、請求項１〜４に記載のＬＥＤ照明装置１０において、「実装されるＬＥＤ１２が素子からなり、基板本体１４上において素子を透明樹脂で封止した」ことを特徴とするもので、このようにＬＥＤ１２として素子自体を基板本体１４に直接実装することにより、基板本体１４表面により多くのＬＥＤ１２を実装することができる。さらに、ＬＥＤ１２の素子を透明樹脂で封止することによって、ＬＥＤ１２の発光を阻害することなく、外部より与えられる衝撃などのストレスからＬＥＤ素子を保護することができる。

本発明によれば、熱可塑性を有する耐熱フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体を形成し、ＬＥＤを実装するその表面に反射面を設けると共に、その裏面に導電回路を設けてＬＥＤ照明装置を構成しているので、一次形状での反射効率(即ち照度効率)をあげる効果に加えて、外部応力などを利用して基板本体の形状を変えることによって、ＬＥＤの発する光の配光を可変制御できると共に、三次元的形状に成形された反射面によって、その二次以降の形状での照度効率を向上させることができる。

また、当該基板本体の表面には、複数個のＬＥＤが配設されているので、基板本体の形状を変化させてＬＥＤが発する光の配光を変えたとしても、それぞれのＬＥＤが各々対応する範囲を照射するので、配光変化時の照度低下なく、効果的な配光を実現できる。

さらに、基板本体のＬＥＤ実装部分に、反射効率を高めるための部分的な凹部を設けることによって、ＬＥＤから発せられる光をより効果的に反射させて目的とする照射範囲に集光することができる。

そして、基板本体の少なくとも一部に応力吸収部を設けることによって、ＬＥＤ照明装置を変形制御する際に、当該ＬＥＤ照明装置を歪みなく所定の形状へと変形させることができるので、二次以降の形状におけるＬＥＤ照明装置の配光精度をより向上させることができる。

したがって、軽量・高精度にして、照度効率が高く、外部からの応力で容易に配光を可変制御できる、配光設計の自由度が高いＬＥＤ照明装置を提供することができる。

以下、本発明を図面に従って説明する。図１および図２に示す本発明のＬＥＤ照明装置１０は、光源として実装した複数個のＬＥＤ１２を発光させると共に、その光を所定の照射範囲に向けて照射するもので、このＬＥＤ１２の他に、基板本体１４，反射面１６および導電回路１８などで構成されている。

基板本体１４は、熱可塑性を有する耐熱フィルムからなり、ＬＥＤ照明装置１０の形態を保持すると共に、実装したＬＥＤ１２の発する光が所定の照射範囲に向けて照射されるよう所定の三次元的形状に成形された成形体である。

この基板本体１４を構成する耐熱フィルムの材料としては、ポリイミド，ポリアミド，ポリフェニレンサルファイドおよび液晶ポリマなどを挙げることができるが、特に、ポリイミドのフィルムを用いることが好ましい。このように基板本体１４として耐熱性に優れたポリイミドフィルムを用いることで、ハンダ耐熱性に優れＬＥＤ１２の実装が容易となり、形状精度の高い基板本体１４を得ることができる。また、実装するＬＥＤとして、１００ｍｍＡ以上の電流を投入でき、高輝度の光を照射することができるものの、点灯時に最大で約１５０〜２００℃程度の熱を発するＬＥＤ(いわゆるパワーＬＥＤ)を用いた場合であっても、ＬＥＤの発する熱で基板本体１４が変形する心配はない。

さらに、照度効率を高めるための成形形状すなわち所定の三次元的形状を精度良く得るためには、熱可塑性の芳香族ポリイミドフィルムが好ましい。

芳香族ポリイミドは、芳香族テトラカルボン酸と脂肪族または芳香族ジアミンとの縮合物であり、代表的にはピロメリット酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物などのテトラカルボン酸二無水物と、パラフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルエーテルなどのジアミンを縮重合してアミド酸を生成させ、これを熱または触媒で閉環硬化させて得られるものである。熱可塑性ポリイミドは、例えば次のような化合物を共重合させることによって得ることができる。

ジカルボン酸無水物としては、ピロメリット酸二無水物、４，４’−オキシジフタール酸二無水物、３，３’、４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’、４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’、３，３’ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルフィド二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、１，１−ビス（２，３ージカルボキシフェニル）メタン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）プロパンニ無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、ｍ−フェニレンビス（トリメリット酸）二無水物等を挙げることができる。

ジアミンとしては、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、３，３’−ジメチルペンタメチレンジアミン、３−メチルヘキサメチレンジアミン、３−メチルヘプタメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、１，１，６，６−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、２，２，５，５−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４−アミノフェニル−３−アミノベンゾエート、ｍ−アミノベンゾイル−ｐ−アミノアニリド、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、ビス（４−アミノフェニル）メタン、１，１−ビス（４−アミノフェニル）エタン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２'−ビス[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）]プロパン,４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、２，２’ージアミノゼンゾフェノン、１，２−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３ービス（４−アミノベンゾイルオキシ）ベンゼン、４，４’−ジベンズアニリド、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）フェニルエーテル、２，２’−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２’−ビス（４−アミノフェニル）−１，３−ジクロロ−１、１，３，３−ヘキサフルオロプロパン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、１，１２−ジアミノドデカン、１，１３− ジアミノドデカン、ポリシロキサンジアミンなどが挙げられる。

上記化合物の中で、本発明において使用される熱可塑性ポリイミドとしては、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン（ＲＯＤＡと略称）、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡと略称）及び４，４’−オキシジフタル酸二無水物（ＯＤＰＡ）の共重合物、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡと略称）と３，３’４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡと略称）との共重合物、およびＯＤＡ，ＰＭＤＡおよびＢＰＤＡとの共重合物、３，３’、４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）及びＰＭＤＡと２，２'−ビス[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）]プロパン（ＢＡＰＰと略称）との共重合物が特に好ましい。

熱可塑性ポリイミドは加熱することにより軟化するが、本発明においてはＬＥＤ実装時のハンダ耐熱性の観点からガラス転移温度が２００〜３５０℃のものが好ましく、より好ましくは２１０〜３２０℃であり、更に好ましくは２５０℃〜３１０℃である。また、熱可塑性ポリイミドは、ガラス転移温度における破断伸度が１００〜７００％のものが好ましく、さらに好ましくは、１５０〜４００％である。

以上のような材料で構成され、基板本体１４に成形されるフィルムの厚みとしては、柔軟性、熱放散性の観点からは好ましくは１２．５〜１７５μｍ、より好ましくは２５〜１３０μｍである。また、フィルムの熱膨張係数は、成形後の配線が存在する箇所において５〜６０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。

このような熱可塑性を有する耐熱フィルムを用いて基板本体１４を成形する方法としては、真空成形法やプレス成形法が挙げられるが、亀裂やしわを生じない方法であれば特にこれらに限定されるものではない。

ここで、基板本体１４の成形形状(三次元的形状)としては、図１〜４及び７に示す椀状或いは鉢状のもののほか、全体的には照明目的のために一次的な配光設計を反映した形状であり且つ配光変化時の二次以降の配光をも考慮したものであって、上記の熱可塑性・耐熱性フィルムが成形加工時に破れなく追従する形状であれば、如何なる形状であってもよい。

また、基板本体１４表面の所定の位置には複数のＬＥＤ１２実装部分が設けられている。このＬＥＤ１２実装部分の局部的な成形形状については、ＬＥＤ１２の反射効率を高めるため、図１および図２に示すように、壁面が曲面で形成された充分な深さをもつ凹部２０を形成することが好ましいが、表面実装型ＬＥＤ及びラジアル型ＬＥＤのはめ込みによる位置精度すなわち実装精度を高めることを目的に、図３に示すように、反射曲面をもたない底部が平面の凹部２２を形成するようにしてもよい。さらに、全体的な形状設計をもって、局部の反射効率の向上が必要でない場合は、図４に示すように、ＬＥＤ１２実装部分に局部的な凹部２０或いは２２を設けなくても良い。

以上のような形状にて成形された基板本体１４におけるＬＥＤ１２実装部分には、ＬＥＤ１２のリード線１２ａなどが挿通されるスルーホール２４用の孔が設けられている。

なお、図１および図２に示すように、基板本体１４におけるＬＥＤ１２実装部分近傍に、当該部分の配線を切らないように設計された(外縁部２８に達する)一対のスリット２６ａと、該スリット２６ａの先端同士を連結する溝２６ｂとを有する折り曲げ構造で構成された１乃至複数(図１及び２においては２カ所)の応力吸収部２６を設け、基板本体１４に対して外部から応力が与えられた際に当該ＬＥＤ１２実装部分が他のＬＥＤ１２実装部分とは独立して歪みなく変位するようにしてもよい。ここで、スリット２６ａを設ける際、スリット２６ａ形成部分に凹溝を形成し、然る後、凹溝の底部をスリット加工すれば、切り離された凹溝がフランジ２７となり、スリット２６ａ形成部分の形状保持に役立つこととなる。

この応力吸収部２６は、上述したスリット２６ａおよび溝２６ｂからなるもののみならず、例えば、図５に示すように、基板本体１４の一次形状を湾曲板状に形成する場合には、基板本体１４幅方向にて互いに平行するように設けられた２本の溝２６ｃのみを応力吸収部２６とすることができる。更に、これに加え、図６に示すように、前記溝２６ｃと略直交する方向にＬＥＤ１２実装部分の配線を切らないような一本のスリット２６ｄを設け、これを含めて応力吸収部２６とすることもできる。つまり、応力吸収部２６は、基板本体１４における一部のＬＥＤ１２実装部分が、外部から応力が与えられた際に他のＬＥＤ１２実装部分とは独立して歪みなく変位でき、基板本体１４全体が歪みなく所定の形状へと変形できるものであれば、その形状や配設位置は如何なるものであってもよい。

なお、このような応力吸収部２６のほかに、基板本体１４のＬＥＤ１２実装部分や辺縁部、及び外部との接続部などに、基板本体１４を部分的に強度補強し、変位制御し易くするために別途用意した樹脂成形品や金属板などを取り付けるようにしてもよい。

また、上述した溝２６ｂおよび２６ｃに替えて、応力吸収部２６の折曲部分に対応する基板本体１４外周面の位置に、当該折曲部分に沿って隣接する一対の補助板(図示せず)を取着するか、或いは折曲部分周囲の基板本体１４を肉厚に形成するようにしてもよい。このようにすることで基板本体１４における折曲部分周囲の剛性を向上させることができ、これにより当該折曲部分のみをスムーズに揺動させることができる。

また、基板本体１４の外縁部２８には、ＬＥＤ照明装置１０を照明器具に取り付ける際に便利なように予めフランジや折り返しなどの形状を形成しておくことが好ましい。

反射面１６は、ＬＥＤ１２が発する光の反射効率を高めるため、基板本体１４の照射側表面に反射材をコーティングすることによって形成された面である。

この反射面１６を構成する反射材の組成およびその形成方法としては、アルミニウムや銀などの金属を蒸着やメッキによってコーティングするものや、誘電体を多層に蒸着するもの、或いは、反射、演色性に優れた樹脂や塗料をコーティングするものなどが挙げられる。つまり、照明目的にあわせて未加工のポリイミドフィルムよりも反射率が向上するものであれば反射面１６を構成する反射材の組成やその形成方法は特に限定されるものではない。

また、反射材をコーティングして反射面１６を設ける範囲は、基板本体１４における照射側表面のＬＥＤ１２実装部分の絶縁性や回路接続に支障のある箇所を除く部分であり、照明目的に応じて、基板本体１４上を分割して２種類以上の異種コーティングを施すこともできる。また、照明効果に寄与しない部分で、商品デザイン上の目的によって生じる成形部位、取り付けや、外部との電気接続上の形状要求によって生じる成形部位に対しては、反射を目的としないコーティングがされること、または逆にコーティングを施さないこともある。さらに、コーティング材の酸化劣化、傷つきなどを防止することを目的として保護膜をコーティングすることができることは言うまでもない。

導電回路１８は、基板本体１４の裏面および表面のＬＥＤ１２実装部分に設けられ、ＬＥＤ１２と図示しない外部回路とを接続してＬＥＤ１２を点灯させる回路である。

この導電回路１８は、図１に示すように、基板本体１８裏面に設けられたものと基板本体１４表面のＬＥＤ１２実装部分に設けられたものとが、スルーホール２４で接続されている。なお、スルーホール２４の作成方法は通常の平面回路作成方法と同じであり特に限定されない。

この導電回路１８は、基板本体１４成形時の導体の酸化劣化、応力による亀裂の発生を防ぐために基板本体１４を所定の三次元的形状に成形した後に形成されることが望ましいが、形状によっては、熱可塑性を有する耐熱性フィルムに予め配線加工を施した後、これを成形して導電回路１８が設けられた基板本体１４を得るようにしてもよい。

この導電回路１８の作成方法は、基板本体１４成形後に金属蒸着を施し、後に電解メッキを施す方法や、成形後に無電解メッキを施す方法を利用し、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、フルアディティブ法のいずれを利用するものでも良く、またレーザー加工を利用し、不要導体部分を除去し回路パターンを得る方法であっても良い。さらには接着剤を介して金属箔から作成された回路を転写する方法でも良く、また導電ペーストを利用し、回路を描画する方法でも良い。

これらの方法で導電回路１８を形成する場合、導体金属としては銅からなるものであることが好ましいが、導電ペーストを利用する場合は銀ペーストを利用しても良く、実装工程の要求に応じて例えばハンダ，錫，金およびニッケルなどの異種金属や合金のメッキを施すことができることは言うまでもない。また、蒸着を利用する際に、基板本体１４と金属の密着力を高めるため、あるいは酸化を防止するために、クロムや、ニッケルなどの金属を下地蒸着することができることは言うまでもない。

また、導電回路１８の保護のため、当該回路１８表面にレジストインクを塗布することや、基板本体１４と同形状に成形されたカバーフィルムを接着することは信頼性向上のため好ましい。カバーフィルムの材質は、製造工程の順序により耐熱性を要する場合には基板本体１４と同種の熱可塑性を有する耐熱フィルム、例えばポリイミドフィルムなどであることが好ましいが、これに限定されるものではない。なお、図示しない外部回路と接続される導電回路１８の端末の位置については限定されるものではない。

そして、表面に反射面１６が設けられ、裏面に導電回路１８が設けられた基板本体１４のＬＥＤ１２実装部分にハンダ３０などを用いてＬＥＤ１２を実装することにより、ＬＥＤ照明装置１０が完成する。

ここで、ＬＥＤ１２として素子を実装する場合には、ワイヤボンディング、フリップチップボンディングのいずれも適用が可能であり、異方性導電膜や導電ペースト等も使用可能である。また、このようにＬＥＤ素子を用いる場合には、図２に示すように、実装した素子の表面を、エポキシ樹脂などからなる透明樹脂３２で封止するのが好ましい。これによりＬＥＤ１２の発光を阻害することなく、外部より与えられる衝撃などのストレスからＬＥＤ素子を保護することができ、ＬＥＤ照明装置１０の寿命を延長できるからである。

以上のように構成された本発明のＬＥＤ照明装置１０によれば、熱可塑性を有する耐熱フィルムを、全体として目的とする照射範囲を反映した所定の三次元的形状に成形して基板本体１４を形成すると共に、光源であるＬＥＤ１２を実装するその表面に光を反射する反射面１６を設けているので、外部からの信号または応力を利用して基板本体１４の形状を変えることで、その配光を容易に変化させることができ、また、所定の三次元的形状に成形された反射面によって、ラジアルタイプなど比較的背の高いＬＥＤ１２を用いた場合であっても、ＬＥＤ１２が発する光を十分に漏れなく反射して目的とする照射範囲に光を集光することができる。つまり、ＬＥＤ１２の発する光の配光を可変制御できると共に、その照度効率を向上させることができる。

また、基板本体１４の表面には、複数個のＬＥＤ１２が配設されているので、基板本体１４を当初の形状から変化させてＬＥＤ１２が発する光の配光を変えた際に、それぞれのＬＥＤ１２が各々対応する範囲を照射でき、単一光源の場合のように光の焦点がボケることがなく、配光変化時の照度低下なく、所望の配光が得られる。

そして、基板本体１４の裏面には、外部回路に接続され、ＬＥＤ１２を点灯させる導電回路１８が設けられているので、ＬＥＤ照明装置１０を薄型化でき、熱放散性に優れたものとすることができる。

ここで、ＬＥＤ１２としてラジアルタイプまたは表面実装タイプのＬＥＤ部品すなわち部品として完成した形態のＬＥＤ１２を実装する場合には、ＬＥＤ照明装置１０を簡単に効率よく製造することができる。これに対し、ＬＥＤ１２として素子自体を実装した場合には、基板本体１４表面により多くのＬＥＤ１２を実装することができる。

また、基板本体１４のＬＥＤ１２実装部分に、反射効率を高めるための部分的な凹部２０を設けることにより、ＬＥＤ１２から発せられる光をより効果的に反射させて目的とする照射範囲に集光することができる。

そして、基板本体１４における一部のＬＥＤ１２実装部分近傍に応力吸収部２６を設けた場合には、ＬＥＤ照明装置１０に外部応力を与えて一次形状から所定の二次以降の形状へと変形制御する際に、当該ＬＥＤ照明装置１０を歪みなく所定の形状へと変形させることができる。このため、二次以降の形状におけるＬＥＤ照明装置１０の配光精度をより向上させることができる。

なお、上述の例(実施形態)では、反射面１６を保護すべく当該反射面１６を保護膜でコーティングすること、また、導電回路１８を保護すべく当該導電回路１８にレジストインクを塗布或いはカバーフィルムを接着することについて述べたが、これらの方法に替えて以下のような方法でＬＥＤ照明装置１０の表面全体を保護するようにしてもよい。すなわち、完成させたＬＥＤ照明装置１０の表面全体にディッピングなど公知の方法でフッ素系樹脂やエポキシ樹脂などからなる透明樹脂溶液を塗設し、これを乾燥させてＬＥＤ照明装置１０の表面全体に透明な樹脂薄膜を形成するようにしてもよい。かかる方法によれば、１つの工程で基板本体１４の両表面に同時に保護膜を形成することができる。つまり、効率よく経済的にＬＥＤ照明装置１０全体に保護膜を形成することができる。また、透明樹脂溶液として特にフッ素系樹脂からなるものを用いることによって、反射面１６においては反射材の酸化劣化や傷付きを防止することができ、導電回路１８形成部分においては樹脂薄膜がカバーレイフィルムとして機能することにより導電回路１８の絶縁性および信頼性を向上できるのと同時に、ＬＥＤ照明装置１０の表面全体に防汚性を付与することができる。

また、本発明のＬＥＤ照明装置１０は基板本体１４が薄く熱放散性に優れたものではあるが、ＬＥＤ１２実装部分に対応する基板本体１４の裏面に放熱板(図示せず)を設けるようにしてもよい。このような放熱板を設けることによってＬＥＤ１２の発する熱をより一層効率的に放熱することができ、ＬＥＤ１２の色調の変化や寿命の低下をより確実に防止することができる。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］（図１および２参照）
熱可塑性を有する耐熱フィルムとして、東レ・デュポン（株）製“カプトン(登録商標)”５００ＳＫＪ（厚み１２５μｍ）を用い、図１及び図２に示すように、ラジアルタイプ(砲弾型)のＬＥＤ１２を収納し、反射効率を高めるように曲率をもって形成された複数の成形凹部２０を有し、全体としては集光設計された三次元的な形状(本実施例の場合は椀状)の成形体を、しわや歪みの無いように真空成形法で成形し、ＬＥＤ１２のリード線１２ａを挿入するためのスルーホール２４用の穴あけ加工を施して基板本体１４を得た。なお、当該基板本体１４の互いに対面する位置には、あとでスリット２６ａを施す一対の凹溝とこの凹溝の先端同士を連結する溝２６ｂが予め成形されている。

続いて、当該基板本体１４に対して、プラズマ加工を施し表面を活性化させた後、照射面側(表側)の実装部分以外をマスクした後に両面に対してニッケル、クロム、銅蒸着を施し３００Åの金属蒸着膜を得、然る後、電解銅メッキにより１８μｍの導体膜とスルーホール２４を得た。その後、当該基板本体１４に対して、ＬＥＤ用導電回路１８をフォトリソグラフィー法により形成し、外部との接続端子部とスルーホール２４と反射材コーティング予定部をマスクしてハンダレジストを表面に塗布した。なお、外部との接続回路(図示せず)は基板本体１４中央の裏面平面部分に形成した。

続いて、基板本体１４の裏面全体と表面のＬＥＤ１２実装予定部分をマスキングし、表面に蒸着加工によりアルミニウムを１２００Åの厚さでコーティングして反射面１６を得、然る後、用意したＬＥＤ１２のリード線１２ａをスルーホール２４に挿入し、ハンダ付けを行った。

最後に、基板本体１４の凹溝の底部をスリット加工して、スリット２６ａおよび溝２６ｂからなる応力吸収部２６を形成し、また裏面中央の外部接続回路端子部周辺の三方に切り込みを入れ、外側に折り曲げて外部接続端子(図示せず)を作成し、本発明のＬＥＤ照明装置１０を得た。

得られたＬＥＤ照明装置１０について、外縁部２８の成形形状を利用して別に用意した金属製の枠に仮固定し、当該実装基板を外部のＬＥＤ点灯用回路と接続したところ、ＬＥＤ１２は点灯し、第一次的に設計された範囲を高照度で照射した。また、スリット２６ａによって分割された部分を、外部のモーター駆動による機械的応力により稼働させたところ、二次的に設計された照射パターンを得ることができた。

［実施例２］（図７参照）
熱可塑性を有する耐熱フィルムとして、東レ・デュポン（株）製“カプトン(登録商標)”５００ＳＫＪ（厚み１２５μｍ）を用い、図７に示すように、底部が平面で且つ側部が基材本体１４の内表面側に向けてテーパー状に拡径する形状の(ＬＥＤ素子が収まる)局部的成形部位(即ち凹部２０)を有し、全体としては集光設計された三次元的な形状(本実施例では鉢状)の成形体を、しわや歪みの無いように真空成形法で成形し、ＬＥＤ１２の素子自体が実装される部分に表裏の電気接続を得るためのスルーホール２４用の穴あけ加工を施して基板本体１４を得た。なお、当該基板本体１４の互いに対面する位置には、あとでスリット２６ａを施す一対の凹溝とこの凹溝の先端同士を連結する溝２６ｂが予め成形されている。

続いて、当該基板本体１４に対して、プラズマ加工を施し表面を活性化させた後、照射面側(表側)の実装部分以外をマスクした後に両面に対してニッケル、クロム、銅蒸着を施し３００Åの金属蒸着膜を得、然る後、電解銅メッキにより１８μｍの導体膜とスルーホール２４を得た。その後、当該基板本体１４の両面に対して、ＬＥＤ用導電回路１８および３０をフォトリソグラフィー法により形成し、外部との接続端子部とスルーホール２４と反射材コーティング予定部をマスクしてハンダレジストを表面に塗布した後、端子部にニッケルメッキを施した。なお、外部との接続回路(図示せず)は基板本体１４中央の裏面平面部分に形成した。

続いて、基板本体１４の裏面全体と表面のＬＥＤ１２実装予定部分をマスキングし、表面に蒸着加工によりアルミニウムを１２００Åの厚さでコーティングして反射面１６を得、然る後、表面にも導電回路１８が形成された凹部２２に、ＬＥＤ１２素子のカソード電極側を導電樹脂で直接導電回路１８に接続し、素子上部のアノード側電極をワイヤボンディングにより基板本体１４表面側の導電回路１８に接続し実装した。さらに当該ＬＥＤ１２素子を実装した凹部２２は、エポキシ樹脂などの透明樹脂３４により封止を行った。

最後に、基板本体１４の凹溝の底部をスリット加工して、スリット２６ａおよび溝２６ｂからなる応力吸収部２６を形成し、また裏面中央の外部接続回路端子部周辺の三方に切り込みを入れ、外側に折り曲げて外部接続端子(図示せず)を作成し、本発明のＬＥＤ照明装置１０を得た。

得られたＬＥＤ照明装置１０について、外縁部２８の成形形状を利用して別に用意した金属製の枠に仮固定し、当該実装基板を外部のＬＥＤ点灯用回路と接続したところ、ＬＥＤ１２は点灯し、第一次的に設計された範囲を高照度で照射した。また、スリット２６ａによって分割された部分を外部のモーター駆動による機械的応力により稼働させたところ、二次的に設計された照射パターンを得ることができた。さらに、凹部２０の側部に形成した斜面でもＬＥＤ１２素子の照射する光を効果的に反射することができた。

［実施例３］（図示せず）
熱可塑性を有する耐熱フィルムとして、東レ・デュポン（株）製“カプトン(登録商標)”５００ＳＫＪ（厚み１２５μｍ）を用い、表面実装型ＬＥＤチップ部品が収まる形状でしかも反射効率向上に効果のある局部的成形部位を有し、全体としては集光設計された三次元的な反射板形状を、しわや歪みの無いように真空成形法で成形し、後にＬＥＤが実装される部分に表裏の電気接続をするためのスルーホール用の穴あけ加工を施し基板本体を得た。なお、当該基板本体の互いに対面する位置には、あとでスリットを施す一対の凹溝とこの凹溝の先端同士を連結する溝が予め成形されている。

続いて、当該基板本体に対して、プラズマ加工を施し表面を活性化させた後、照射面側(表側)の実装部分以外をマスクした後に両面に対してニッケル、クロム、銅蒸着を施し３００Åの金属蒸着膜を得、然る後、電解銅メッキにより１８μｍの導体膜とスルーホールを得た。その後、当該基板本体に対して、ＬＥＤ用導電回路をフォトリソグラフィー法により形成し、別に同形状に成形したポリイミドフィルムを接着剤を介して外部との接続端子部を除き、回路のカバーフィルムとして裏面の回路面に貼り付けた。

続いて、外部接続端子部、ＬＥＤ実装端子部と反射材コーティング予定部をマスクしてハンダレジストを表面に塗布した後、端子部に錫メッキを施すと共にこれをクリームハンダ処理した。外部との接続回路は成形体中央の裏面平面部分に形成した。次に基板本体の裏面全体と表面のＬＥＤ実装部分をマスキングし、表面に蒸着加工によりアルミニウムを１２００Åの厚さでコーティングし反射面を得た。然る後、用意した表面実装型ＬＥＤチップ部品をリフローハンダ工程により実装した。

最後に、基板本体の凹溝の底部をスリット加工して、スリットおよび溝からなる応力吸収部を形成し、また裏面中央の外部接続回路端子部周辺の三方に切り込みを入れ、外側に折り曲げて外部接続端子を作成し、本発明のＬＥＤ実装基板を得た。

得られたＬＥＤ実装基板について、周辺縁部の成形形状を利用して別に用意した金属製の枠に仮固定し、当該ＬＥＤ実装基板を外部のＬＥＤ点灯用回路と接続したところ、ＬＥＤは点灯し、第一次的に設計された範囲を高照度で照射した。また、スリットによって分割された部分を、外部のモーター駆動による機械的応力により稼働させたところ、二次的に設計された照射パターンを得ることができた。

本発明のＬＥＤ実装基板は、可変配光照明装置に利用可能である。

本発明の一実施例のＬＥＤ実装基板(ラジアル型ＬＥＤ実装)を示す斜視図である。 図１におけるＩ−Ｉ線断面図である。 本発明の一実施例のＬＥＤ実装基板(表面実装型ＬＥＤ実装)を示す断面図である。 本発明の一実施例のＬＥＤ実装基板(凹部なし)を示す断面図である。 本発明の一実施例のＬＥＤ実装基板(湾曲平板状)を示す斜視図である。 本発明の一実施例のＬＥＤ実装基板(図４にスリットを追加)を示す斜視図である。 本発明の一実施例のＬＥＤ実装基板(ＬＥＤ素子実装)を示す断面図である。

符号の説明

１０…ＬＥＤ実装基板
１２…ＬＥＤ
１４…基板本体
１６…反射面
１８…導電回路
２０,２２…凹部
２４…スルーホール
２６…応力吸収部
２６ａ,２６ｄ…スリット
２６ｂ,２６ｃ…溝
３０…ハンダ
３２…透明樹脂

Claims (6)

1. 熱可塑性を有する耐熱フィルムを所定の三次元的形状に成形した基板本体、
   前記基板本体表面の所定の位置に実装された複数個のＬＥＤ、
   前記基板本体の表面に設けられ、前記ＬＥＤの発する光を反射する反射面、および
   前記基板本体の裏面および表面の前記ＬＥＤ実装部分に設けられ、前記ＬＥＤと外部回路とを接続して前記ＬＥＤを点灯させる導電回路で構成されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記耐熱フィルムが芳香族ポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記基板本体のＬＥＤ実装部分に、反射効率を高めるため、前記ＬＥＤを囲繞する部分的な凹部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記基板本体の少なくとも一部にスリットや溝などの折り曲げ構造で構成された応力吸収部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
5. 実装される前記ＬＥＤがラジアルタイプまたは表面実装タイプのＬＥＤ部品からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
6. 実装される前記ＬＥＤが素子からなり、基板本体上において前記素子を透明樹脂で封止したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。

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