CN103650185A - 用于搭载半导体发光装置的电路基板、发光模块、照明器具及照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供与半导体发光装置中产生的热量的散热性能的提高相关的技术。发光模块包含半导体发光装置以及电路基板,所述半导体发光装置至少具有半导体发光元件和荧光体,其中,在电路基板上至少搭载有具有被提供的驱动电流的路径不同的多个半导体发光元件的半导体发光装置、或者提供给半导体发光元件的驱动电流的路径不同的多个半导体发光装置。电路基板具有使用热传导材料形成的基材部、和将半导体发光元件的驱动电流提供给半导体发光装置的电力供给导体层。电力供给导体层使用热传导材料形成且以覆盖基材部平面的方式形成为面状,并且按照驱动电流的每个路径,利用绝缘体对电力供给导体层的平面区域进行平面划分。
Description
技术领域
本发明涉及用于搭载半导体发光装置的电路基板、发光模块、照明器具以及照明系统,其中,所述半导体发光装置通过来自半导体发光元件的发光而向外部发光。
背景技术
近来,为了实现节能性和其他各种目的,替代以往的照明装置而广泛提出了使用作为半导体发光元件的发光二极管(Light-emitting Diode、LED)的照明装置。此外,作为难以用以往的光源实现的色调可变照明的光源,也期待用LED来实现。作为其一例,公开了通过将红色LED、绿色LED、蓝色LED封装于一个封装而输出白色光的照明装置(例如参照专利文献1等。)。在该技术中,设计成:根据各LED的正向电压来调整提供给上述三种LED的驱动电流,由此使得各LED的发光效率恒定,并且为了实现白色光的亮度的稳定,还射出各种色调的光。
此外,作为利用了LED的照明技术,公开了如下技术:组合了使用蓝色LED和用于发出红色及绿色的荧光体来发出红色、蓝色、绿色的光的半导体发光装置,通过控制LED的输出,跟踪黑体辐射轨迹,射出接近自然光的白色光(例如参照专利文献1~3等。)。
此外,提出了如下的可调色的(色调可变的)半导体发光装置和发光模块等:在通过来自安装有半导体发光元件的封装的发光向外部发光的半导体发光装置中,将来自封装的光的输出面分割为多个输出面,与各个输出面对应地配置半导体发光元件和荧光部,由此使得从该输出面输出的光的光谱相互不同(例如参照专利文献4等。)。在这种半导体发光装置等中,例如,通过控制提供给与被分割为多个输出面的封装的每个输出面对应的半导体发光元件的电力,能够调整从半导体发光装置输出的光的色温。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-100799号公报
专利文献2:日本特开2007-265818号公报
专利文献3:日本特开2007-299590号公报
专利文献4:日本特开2009-231525号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
半导体发光装置具有随着其温度上升,发光量减少(变暗)、寿命变短的特性。因此,特别是在用于照明用途的半导体发光装置中,需要尽可能地提高将半导体发光装置中产生的热量放出(释放)到外部的散热性能。此外,在可调色的半导体发光装置中,由于是独立地控制针对与封装内分割而成的每个输出面对应的半导体发光元件的电力供给,因此容易产生半导体发光装置的局部的热集中。因此,在可调色的半导体发光装置和发光模块中,实际情况是,与半导体发光装置的局部的热集中相伴的发光效率降低和半导体发光元件的热劣化等问题容易显现出来。
本发明鉴于上述实际情况,目的在于提供一种与提高半导体发光装置中产生的热量的散热性能有关的技术。
用于解决技术问题的手段
在本发明中,为了解决上述技术问题,采用了以下手段。
即,本发明提供一种发光模块,其包含半导体发光装置以及搭载该半导体发光装置的电路基板,所述半导体发光装置至少具有半导体发光元件和荧光体,其中,在所述电路基板上,至少搭载有具有被提供的驱动电流的路径不同的多个半导体发光元件的半导体发光装置、或者提供给半导体发光元件的驱动电流的路径不同的多个半导体发光装置,所述电路基板具有使用热传导材料形成的基材部、和将所述半导体发光元件的驱动电流提供给所述半导体发光装置的电力供给导体层,所述电力供给导体层使用热传导材料形成且以覆盖所述基材部的平面的方式形成为面状,并且,按照所述驱动电流的每个路径,利用绝缘体对所述电力供给导体层的平面区域进行了平面划分。此外,可以构成为:在利用所述绝缘体按照所述驱动电流的每个路径划分而成的所述电力供给导体层的各个区域中,流过控制体系不同的驱动电流。
电力供给导体层和基材部均使用热传导材料构成。因此,经由电力供给导体层将半导体发光装置中产生的热量传导至基材部。本结构的电力供给导体层以覆盖基材部的方式形成为面状,因此能够在基材部的平面方向上理想地分散半导体发光装置中局部集中的热量。因此,能够从半导体发光装置更有效地夺取热量,从而能够理想地提高半导体发光装置的散热性能。因此,能够理想地抑制可调色的半导体发光装置中容易显现的与局部的温度上升相伴的发光效率降低和热劣化等的产生。
此处,优选的是,所述驱动电流的路径不同的所述电力供给导体层的区域以彼此不上下重叠的方式形成。由此,能够在不增加绝缘层的数量的情况下避免控制体系不同的电力供给导体层彼此短接(short)的情况。
优选的是,在所述基材部上,以与所述基材部的未搭载所述半导体发光装置的非搭载面热接触的方式安装有散热用外壳部件,从所述半导体发光装置侧经由所述电力供给导体层传导至所述基材部的热量从该散热用外壳部件发散到大气中。由此,利用电路基板中的电力供给导体层和基材部,将从半导体发光装置起依次传导的热量从散热用外壳部件散出到大气中,因此能够更有效地冷却半导体发光装置。
作为发光模块的第一形式,可以构成为:所述半导体发光装置具有收纳所述半导体发光元件和所述荧光体的封装,在所述封装中,设置有开口部和至少两个以上的分割区域部,所述开口部在该半导体发光装置的出射方向上开口,所述至少两个以上的分割区域部是将封装内部分割为两部分以上而划定的,且在作为该开口部的一部分的分割开口部中开口,所述分割区域部分别具有荧光部,所述荧光部包含所述荧光体和密封各分割区域部的透光性材料,并且从所述荧光部输出的光的光谱在至少一个分割区域部与其他分割区域部中相互不同,且经过所述电力供给导体层的不同的路径向输出光的光谱不同的分割区域部提供驱动电流(例如控制体系不同的驱动电流)。另外,优选的是,利用具有遮光性和反射性的隔板对封装内部进行分割。
可以构成为:关于所述封装,利用从基座部件竖立设置的所述隔板将所述封装的内部分割为两个分割区域部,在所述基座部件上,设置有用于安装收纳在各个所述分割区域部中的半导体发光元件的两个布线部,各个布线部的一对电极在所述基座部件的平面区域内隔着所述隔板设置于彼此相反侧的区域中,由此,所述各个布线部与所述隔板交叉。该情况下,可以构成为:分别设置于输出光的光谱不同的、一个分割区域部和其他分割区域部中的所述半导体发光元件彼此以相反极性并联连接。
此外,可以构成为:所述绝缘体包含第一绝缘体,所述第一绝缘体在所述电路基板的平面内形成为环状,所述驱动电流的路径不同的所述电力供给导体层的区域相互间被所述环状绝缘体绝缘。该情况下,例如可以构成为:在相互不同的路径中流过控制体系不同的驱动电流。
此外,可以构成为:所述发光模块还具有第二绝缘体,所述第二绝缘体对由所述第一绝缘体划分后的所述电力供给导体层的区域进行平面划分。该情况下,可以构成为:所述半导体发光装置以跨越一个所述第二绝缘体的上部的方式搭载于所述电路基板,并且,由该一个第二绝缘体划分出的一个区域和另一个区域(例如控制体系相同的电力供给导体层的区域彼此)通过该半导体发光装置的内部布线电连接。
此外,作为发光模块的第二形式,可以构成为:所述半导体发光装置具有收纳所述半导体发光元件和所述荧光体的封装,在所述封装中设置有开口部和荧光部,其中,所述开口部在该半导体发光装置的出射方向上开口,所述荧光部包含所述荧光体和密封该开口部的透光性材料,在所述电路基板上搭载有多个所述半导体发光装置,并且从所述荧光部输出的光的光谱在至少一个半导体发光装置和其他半导体发光装置中相互不同,且经过所述电力供给导体层的不同的路径向输出光的光谱不同的荧光部提供驱动电流。该情况下,例如可以构成为:在相互不同的路径中流过控制体系不同的驱动电流。
在该第二形式中,优选的是:在通过假想直线将所述电路基板的电力供给导体层的平面区域二分为第一区域和第二区域的情况下,所述驱动电流的各路径中的属于所述第一区域的部分的面积与属于所述第二区域的部分的面积大致相同。由此,能够避免从半导体发光装置传递到电路基板的电力供给导体层的热量分布在电路基板的平面方向上过度失衡。由此,能够进一步提高半导体发光装置的散热性能。
并且,优选的是:在所述电路基板上,所述多个半导体发光装置配置成环状,并且等角地配置各半导体发光装置的间隔,经过所述电力供给导体层的不同的路径而被提供控制体系相互不同的驱动电流的一个半导体发光装置与其他半导体发光装置交替排列且呈环状配置。
可以构成为:在所述电路基板上搭载有多个所述半导体发光装置,所述电力供给导体层将用于安装各半导体发光装置中设置的所述半导体发光元件的布线中,驱动电流的控制体系相同的布线彼此串联连接。
此外,从理想地确保半导体发光装置的散热性能的方面看,所述电流供给导体层优选形成为,形成有该电流供给导体层的部分相对于所述基材部的总表面积的面积比率为70%以上,更优选将上述面积比率设为80%以上。
此外,在发光模块中,可以构成为:搭载于电路基板的基材部上的多个半导体发光装置分别配置成环状配置,并且等角地配置各半导体发光装置的间隔,在以一个半导体发光装置为基准时,封装内的一个分割区域部与其他分割区域部的相对位置关系以如下状态进行配置,即,使一个半导体发光装置相对于相邻的半导体发光装置在开口部的开口面内的旋转方向上依次错开预定角度,该预定角度是用360°除以搭载于基材部的半导体发光装置的数量来定义的。
这里,本发明还可以作为用于搭载半导体发光装置的电路基板来理解。本发明提供用于搭载半导体发光装置的电路基板,所述半导体发光装置至少具有半导体发光元件和荧光体,其中,在所述电路基板上,至少搭载有具有被提供的驱动电流的路径不同的多个半导体发光元件的半导体发光装置、或者提供给半导体发光元件的驱动电流的路径不同的多个半导体发光装置,所述电路基板具有:基材部,其使用热传导材料形成;以及电力供给导体层,其将所述半导体发光元件的驱动电流提供给所述半导体发光装置,所述电力供给导体层使用热传导材料形成且以覆盖所述基材部的平面的方式形成为面状,并且按照所述驱动电流的每个路径,利用绝缘体对所述电力供给导体层的平面区域进行了平面划分。此外,在本发明的电路基板中,优选的是,在所述基材部上,以与所述基材部的未搭载所述半导体发光装置的非搭载面热接触的方式安装有散热用外壳部件,从所述半导体发光装置侧经由所述电力供给导体层传导至所述基材部的热量从该散热用外壳部件扩散到大气中。
此外,本发明可以作为具有到上述为止的任意一个发光模块的照明器具来理解。此外,本发明可以作为照明系统来理解,其具有:到上述为止的任意一个发光模块;以及控制装置,其按照所述驱动电流的每个路径,独立地控制提供给所述电力供给导体层的电力,由此对从所述半导体发光装置发出的发光色进行调色。
另外,在能够实现的情况下,可以组合使用本发明中用于解决技术问题的手段。
发明效果
根据本发明,能够提高半导体发光装置中产生的热量的散热性能。
附图说明
图1A是构成实施例1的发光模块的LED装置内的封装的概略结构的立体图。
图1B是示出向图1A所示的LED元件提供电力的布线的安装状态的图。
图1C是使用电气符号示意性表示图1A和图1B所示的LED装置的图。
图2A是图1所示的LED装置的剖视图。
图2B是示出LED装置的另一剖面结构例的图。
图3是示出图1所示的LED装置中的LED元件与基部之间的连接关系的图。
图4是示出在图1所示的LED装置中,来自各分割区域部的输出光中设定的白色光的色度点与黑体辐射轨迹之间的关系的图。
图5是关于图4所示的白色光的色度点与黑体辐射轨迹之间的关系的要部放大图。
图6是针对图1所示的LED装置中可采用的各种LED元件和荧光体的组合,示出输出光的色温与发光效率之间的相关关系的图。
图7A是示出实施例1的发光模块的结构的立体图。
图7B是简略示出发光模块中的LED装置的配置的图。
图8是示意性示出发光模块的各LED装置之间的电连接状态的图。
图9是示出向图7和图8所示的发光模块提供的电流的一种形式的图。
图10是示出在实施例1的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图11是示意性示出包含图10的A-A剖切线的剖面的图。
图12是示出实施例1的电路基板的电流供给导体层的图。
图13是示出包含有发光模块、散热用外壳部件和透镜的照明器具DL的图。
图14是示出在实施例1的第1变形例的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图15是示出在实施例1的第2变形例的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图16是示出在实施例1的第3变形例的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图17是用于说明实施例1的第3变形例的电路基板的基材部的说明图。
图18是示出实施例2的电路基板的电流供给导体层的图。
图19是示出在实施例2的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图20是示出在实施例2的第1变形例的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图21是示出在实施例2的第2变形例的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图22是示出在实施例2的第3变形例的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图23A是实施例3的LED装置的概略结构图。
图23B是图23A中的Y-Y剖视图。
图24A是实施例3的LED装置中的基座的俯视图。
图24B是实施例3的LED装置中的基座的仰视图。
图25是示出在实施例3的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。
图26是实施例4的照明器具的立体图。
图27是实施例4的照明器具的分解立体图。
图28是示出实施例4的发光模块的上表面的图。
图29是实施例4的LED装置的概略结构图。
图30是示出实施例4的电路基板的电流供给导体层的图。
图31是示出实施方式的照明系统的电路结构的概况的图。
图32是示出图31所示的控制电路的结构例的图。
图33是在进行亮度调整时提供给发光模块的驱动电流的波形说明图。
图34是在进行色度调整时提供给发光模块的驱动电流的波形说明图。
图35是示出实施方式的第二照明系统的内部结构的框图。
具体实施方式
下面,参照附图,例示性地详细说明用于实施本发明的方式。此外,只要没有特意的特定性说明,本实施方式所记载的结构要素的尺寸、材质、形状及其相对配置等就不将发明的技术范围仅限定于此。
<实施例1>
这里,图1A是构成本实施例的发光模块30的半导体发光装置(以下简称作“LED装置”。)8内的封装1的概略结构的立体图。图1B是示出向设置于封装1内的半导体发光元件3A、3B提供电力的布线20A、20B的安装状态的图。此外,图1C是使用电气符号示意性表示图1A和图1B所示的LED装置8的图。并且,图2是在图1A所示的LED装置8中用包含上述布线20A、20B的面进行剖切时的剖视图。另外,本实施例中的发光模块30构成为包含LED装置8和用于搭载LED装置8的电路基板。
如图1A所示,LED装置8构成为包含封装1,该封装1是配置在基座2上的、形成为环状且形成为圆锥台形状的反射件。封装1由具有遮光性和反射性的材料构成。该封装1具有将来自后述的各分割区域部12的输出光的一部分引导至LED装置8的出射方向的功能。此外,封装1的圆锥台形状的上表面侧成为LED装置8的光的出射方向,并形成有开口部13。另一方面,封装1的圆锥台形状的下表面侧配置有基座2,详情后述,基座2上铺设有用于向各半导体发光元件提供电力的布线等(该布线在图1A中未进行图示)。
并且,与基座2(基座部件)垂直地设置有隔板11,所述隔板11如图1A、图2A所示那样将该环状的封装1的内部空间均匀地分割为两个区域。隔板11由具有遮光性和反射性的材料构成。利用该隔板11在封装1内划分出两个分割区域部12A、12B,并且分割区域部12A的开口部占据封装1的开口部13的右半部分,分割区域部12B的开口部占据封装1的开口部13的左半部分。在本说明书中,将分割区域部12A的开口部称作分割开口部13A,将分割区域部12B的开口部称作分割开口部13B。即,开口部13被隔板11分割为分割开口部13A和13B。
在该分割区域部12A、12B中,分别各设置有4个各自作为半导体发光元件的、将近紫外光作为输出光的近紫外半导体发光元件(以下简称作“LED元件”。)3A、3B。该LED元件3A、3B(在统一参照这些LED元件的情况下称作LED元件3。)分别与成对的布线20A、20B(有时也统称作布线20。)连接,接受电力供给而发光。此外,关于各分割区域部中的LED元件3与布线20的连接,如图1B所示,在布线20A上安装4个LED元件3A,在布线20B上安装4个LED元件3B。并且,各分割区域中的4个LED元件3相对于对应的布线,正向地并联连接。另外,图1B中的标号21A、21B表示电极(端子)。该电极21A、21B形成于基座2的下表面(未配置封装1的一侧的表面),分别经由通孔与布线20A、20B连接。此外,虽然在此处的例子中,在分割区域部12A、12B中分别各设置有4个LED元件3A、3B,但双方设置的半导体发光元件的数量可以不同。此外,只要在分割区域部12A、12B各自之中设置至少1个LED元件即可。
如果示意性地表示LED元件3A、3B的安装状态,则如图1C所示。即,经由电极21A从布线20A向分割区域部12A中配置的4个LED元件3A进行电力供给。此外,经由电极21B从布线20B向分割区域部12B中配置的4个LED元件3B进行电力供给。此时,施加给各LED元件3的电压处于3.3V~3.9V的范围,且供给电流处于40mA~200mA的范围。关于该电力供给,也可以考虑发光模块30整体的发光强度来进行,这点将在后面叙述。
这里,根据图3来说明LED元件3在基座2上的安装。基座2是用于保持包含LED元件3的LED装置8的基部。基座2具有金属基座部件2A、形成在金属基座部件2A上的绝缘层2D、和形成在绝缘层2D上的成对布线20C、20D。LED元件3在相对的底面和上表面上具有作为一对电极的p电极和n电极,通过AuSn的共晶焊料5将LED元件3的底面侧的电极接合到成对布线20C的上表面。LED元件3的上表面侧的电极通过金属制的线6与另一方的成对布线20D连接。由这些成对布线20C、20D的对构成图1B所示的一对布线20A或20B,进行向各分割区域部的4个LED元件3的电力供给。
此外,LED元件3与基座2的一对成对布线20C、20D的电连接不限于图3所示的方式,可以根据LED元件3中的电极组的配置,通过适当的方法来进行。例如,当仅在LED元件3的单面设置有电极组时,将设置有电极的表面朝上而设置LED元件3,通过用例如金制的线将各组电极和各对布线20C、20D分别连接,能够将成对布线20C、20D和LED元件3电连接。此外,在LED元件3是倒装芯片(面朝下)的情况下,可通过用金凸块或焊料将LED元件3的电极和成对布线20C、20D接合来实现电连接。
这里,LED元件3通过被提供电力而发出近紫外区域(发光波长为360nm~430nm的区域)的光,对后述的荧光部14A、14B(有时也统称作荧光部14。)进行激励。其中,优选的是使用了GaN系化合物半导体的GaN系半导体发光元件。这是因为,GaN系半导体发光元件在发出该区域的光时,发光输出和外部量子效率非常大,通过与后述的荧光体组合,能够以非常低的电力得到非常亮的发光。在GaN系半导体发光元件中,优选的是具有AlxGayN发光层、GaN发光层或InxGayN发光层的半导体发光元件。在GaN系半导体发光元件中,具有这些发光层中的InxGayN发光层的GaN系半导体发光元件的发光强度非常强,因此更加优选。其中,InxGayN层和GaN层的多重量子阱结构的GaN系半导体发光元件的发光强度非常强,因此特别优选。
另外,上述组合式中x+y的值通常是0.8~1.2的范围的值。在GaN系半导体发光元件中,在这些发光层中掺杂Zn或Si的GaN系半导体发光元件、或者未掺杂的GaN系半导体发光元件在调节发光特性方面是优选的。
GaN系半导体发光元件以这些发光层、p层、n层、电极和基板为基本构成要素。具有利用n型和p型的AlxGayN层、GaN层或InxGayN层等使发光层成为夹层的异质结构的GaN系半导体发光元件的发光效率高,因此优选。特别是异质结构为量子阱结构的GaN系半导体发光元件的发光效率更高,因此更加优选。
此外,作为用于形成GaN系半导体发光元件的GaN系结晶层的成长方法,可列举HVPE法、MOVPE法、MBE法等。在形成厚膜的情况下优选HVPE法,而在形成薄膜的情况下优选MOVPE法或MBE法。
并且,如图3所示,在基座2上,以覆盖LED元件3的方式设置有荧光部14,所述荧光部14含有吸收从该LED元件3发出的光的一部分而发出不同波长的光的多个或单独的荧光体、以及密封所述荧光体的透光性材料。此外,虽然图3中省略了封装1的描述,但这种方式也可以成为由封装1构成的半导体发光装置的一个方式。从LED元件3发出的光的一部分作为激励光而部分地或全部被荧光部14内的发光物质(荧光体)吸收。根据图2对LED装置8中的荧光部进行更具体的说明,在分割区域部12A中,荧光部14A覆盖LED元件3A,并且该荧光部14A在分割开口部13A中露出。此外,在分割区域部12B中,荧光部14B覆盖LED元件3B,且该荧光部14B在分割开口部13B中露出。因此,来自各荧光部14的输出光从各分割开口部13向外部射出。
荧光部14除了如图2A和图3所示那样将含有荧光体的透光性树脂填充于封装1的类型以外,例如还可以采用图2B所示的远程荧光粉的类型。远程荧光粉是在封装1的荧光部14中分离地设置LED元件3和荧光体的技术。在图2B所示的远程荧光粉的结构例中,在与LED元件3A、3B分离的位置处配置有作为透光性材料的荧光片15A、15B,所述荧光片15A、15B涂覆或混合有荧光体,且成型为片状或板状。在图示的结构中,荧光片15A、15B设置于封装1中的分割开口部13A、13B,但不限于该位置。另外,形成于荧光片15A、15B的荧光体层例如可以将多种荧光体配置为长条状、三角形、四边形、圆形等图案。通过如上所述那样由远程荧光粉形成荧光部14,能够提高荧光体的耐热性和耐气候性。
接着,对荧光部14进行详细说明。本实施例的LED装置8例如以输出白色光为目的,特别采用了红色荧光体、绿色荧光体、蓝色荧光体这3种荧光体,使得在UCS(u、v)表色系(CIE1960)的uv色度图中LED装置8的发光色与黑体辐射轨迹的偏差duv满足-0.02≦duv≦0.02。具体而言,可使用以下列举的荧光体。此外,与黑体辐射轨迹的偏差duv依照JIS Z8725(光源的分布温度和色温/相关色温的测定方法)的5.4项的参考定义。
以下例示本实施方式中合适的红色荧光体发出的荧光的具体波长范围,主发光峰值波长通常为570nm以上、优选为580nm以上、特别优选为610nm以上,并且通常为700nm以下、优选为680nm以下、特别优选为660nm以下。此外,主发光峰的半值宽度通常为1nm以上、优选为10nm以上、特别优选为30nm以上,并且通常为120nm以下、优选为110nm以下、特别优选为100nm以下。
作为红色荧光体,例如可列举出如下荧光体等:由具有红色断裂面的断裂粒子构成、进行红色区域的发光的用(Mg、Ca、Sr、Ba)2Si5N8:Eu表示的铕活化碱土类氮化硅系荧光体;由具有作为规则的结晶成长形状的大致球形的成长粒子构成、进行红色区域的发光的用(Y、La、Gd、Lu)2O2S:Eu表示的铕活化稀土类氧硫族元素化物系荧光体。
并且,还可以使用含有具备从由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、W和Mo组成的组中选择的至少1种元素的氮氧化物和/或硫氧化物的荧光体,并且该荧光体含有具备用Ga元素置换了Al元素的一部分或全部的α赛隆(α-SiAlON)结构的氮氧化物。另外,这些荧光体是含有氮氧化物和/或硫氧化物的荧光体。
并且,除此以外,作为红色荧光体,还可以使用如下荧光体:(La、Y)2O2S:Eu等Eu活化硫氧化物荧光体;Y(V、P)O4:Eu,Y2O3:Eu等Eu活化氧化物荧光体;(Ba、Sr、Ca、Mg)2SiO4:Eu、Mn,(Ba、Mg)2SiO4:Eu、Mn等Eu、Mn活化硅酸盐荧光体;(Ca、Sr)S:Eu等Eu活化硫化物荧光体;YAlO3:Eu等Eu活化铝酸盐荧光体;LiY9(SiO4)6O2:Eu,Ca2Y8(SiO4)6O2:Eu,(Sr、Ba、Ca)3SiO5:Eu,Sr2BaSiO5:Eu等Eu活化硅酸盐荧光体;(Y、Gd)3Al5O12:Ce,(Tb、Gd)3Al5O12:Ce等Ce活化铝酸盐荧光体;(Ca、Sr、Ba)2Si5N8:Eu,(Mg、Ca、Sr、Ba)SiN2:Eu,(Mg、Ca、Sr、Ba)AlSiN3:Eu等Eu活化氮化物荧光体;(Mg、Ca、Sr、Ba)AlSiN3:Ce等Ce活化氮化物荧光体;(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Mn等Eu、Mn活化卤磷酸盐荧光体;Ba3MgSi2O8:Eu、Mn,(Ba、Sr、Ca、Mg)3(Zn、Mg)Si2O8:Eu、Mn等Eu、Mn活化硅酸盐荧光体;3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn等Mn活化锗酸盐荧光体;Eu活化α赛隆(SiAlON)等Eu活化氮氧化物荧光体;(Gd、Y、Lu、La)2O3:Eu、Bi等Eu、Bi活化氧化物荧光体;(Gd、Y、Lu、La)2O2S:Eu、Bi等Eu、Bi活化硫氧化物荧光体;(Gd、Y、Lu、La)VO4:Eu、Bi等Eu、Bi活化钒酸盐荧光体;SrY2S4:Eu、Ce等Eu、Ce活化硫化物荧光体;CaLa2S4:Ce等Ce活化硫化物荧光体;(Ba、Sr、Ca)MgP2O7:Eu、Mn,(Sr、Ca、Ba、Mg、Zn)2P2O7:Eu、Mn等Eu、Mn活化磷酸盐荧光体;(Y、Lu)2WO6:Eu、Mo等Eu、Mo活化钨酸盐荧光体;(Ba、Sr、Ca)xSiyNz:Eu、Ce(其中;x、y、z是1以上的整数)等Eu、Ce活化氮化物荧光体;(Ca、Sr、Ba、Mg)10(PO4)6(F、Cl、Br、OH)2:Eu、Mn等Eu、Mn活化卤磷酸盐荧光体;((Y、Lu、Gd、Tb)1-xScxCey)2(Ca、Mg)1-r(Mg、Zn)2+rSiz-qGeqO12+δ等Ce活化硅酸盐荧光体等。
此外,作为红色荧光体,还可以使用以下荧光体:由以β-二酮酸酯、β-二酮、芳香族羧酸、或布朗斯台德酸等的阴离子为配位体的稀土类元素离子络合物构成的红色有机荧光体,二萘嵌苯系颜料(例如二苯并{[f,f’]-4,4’,7,7’-四苯基}二茚并[1,2,3-cd:1’,2’,3’-lm]二萘嵌苯),蒽醌系颜料,色淀系颜料,偶氮系颜料,喹吖啶酮系颜料,蒽系颜料,异吲哚啉系颜料,异吲哚啉酮系颜料,酞菁系颜料,三苯甲烷系碱性染料,靛蒽醌系颜料,靛酚系颜料,花青系颜料,二噁嗪系颜料。
以下例示本实施方式中合适的绿色荧光体发出的荧光的具体波长范围:主发光峰值波长通常为500nm以上、优选为510nm以上、特别优选为520nm以上,并且通常为580nm以下、优选为570nm以下、特别优选为560nm以下。此外,主发光峰的半值宽度通常为1nm以上、优选为10nm以上、特别优选为30nm以上,并且通常为120nm以下、优选为90nm以下、特别优选为60nm以下。
作为这样的绿色荧光体,例如可列举出以下荧光体等:由具有断裂面的断裂粒子构成、进行绿色区域的发光的用(Mg、Ca、Sr、Ba)Si2O2N2:Eu表示的铕活化碱土类氮氧化硅系荧光体;由具有断裂面的断裂粒子构成、进行绿色区域的发光的用(Ba、Ca、Sr、Mg)2SiO4:Eu表示的铕活化碱土类硅酸盐系荧光体。
并且,除此以外,作为绿色荧光体,还可以使用以下荧光体等:Sr4Al14O25:Eu,(Ba、Sr、Ca)Al2O4:Eu等Eu活化铝酸盐荧光体;(Sr、Ba)Al2Si2O8:Eu,(Ba、Mg)2SiO4:Eu,(Ba、Sr、Ca、Mg)2SiO4:Eu,(Ba、Sr、Ca)2(Mg、Zn)Si2O7:Eu等Eu活化硅酸盐荧光体;Y2SiO5:Ce、Tb等Ce、Tb活化硅酸盐荧光体;Sr2P2O7-Sr2B2O5:Eu等Eu活化硼磷酸盐荧光体;Sr2Si3O8-2SrCl2:Eu等Eu活化卤硅酸盐荧光体;Zn2SiO4:Mn等Mn活化硅酸盐荧光体;CeMgAl11O19:Tb,Y3Al5O12:Tb等Tb活化铝酸盐荧光体;Ca2Y8(SiO4)6O2:Tb,La3Ga5SiO14:Tb等Tb活化硅酸盐荧光体;(Sr、Ba、Ca)Ga2S4:Eu、Tb、Sm等Eu、Tb、Sm活化硫代镓酸盐荧光体;Y3(Al、Ga)5O12:Ce,(Y、Ga、Tb、La、Sm、Pr、Lu)3(Al、Ga)5O12:Ce等Ce活化铝酸盐荧光体;Ca3Sc2Si3O12:Ce,Ca3(Sc、Mg、Na、Li)2Si3O12:Ce等Ce活化硅酸盐荧光体;CaSc2O4:Ce等Ce活化氧化物荧光体;SrSi2O2N2:Eu,(Sr、Ba、Ca)Si2O2N2:Eu,Eu活化β赛隆(SiAlON)等Eu活化氮氧化物荧光体;BaMgAl10O17:Eu、Mn等Eu、Mn活化铝酸盐荧光体;SrAl2O4:Eu等Eu活化铝酸盐荧光体;(La、Gd、Y)2O2S:Tb等Tb活化硫氧化物荧光体;LaPO4:Ce、Tb等Ce、Tb活化磷酸盐荧光体;ZnS:Cu、Al,ZnS:Cu、Au、Al等硫化物荧光体;(Y、Ga、Lu、Sc、La)BO3:Ce、Tb,Na2Gd2B2O7:Ce、Tb,(Ba、Sr)2(Ca、Mg、Zn)B2O6:K、Ce、Tb等Ce、Tb活化硼酸盐荧光体;Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、Mn等Eu、Mn活化卤硅酸盐荧光体;(Sr、Ca、Ba)(Al、Ga、In)2S4:Eu等Eu活化硫代铝酸盐荧光体或硫代镓酸盐荧光体;(Ca、Sr)8(Mg、Zn)(SiO4)4Cl2:Eu、Mn等Eu、Mn活化卤硅酸盐荧光体。
此外,作为绿色荧光体,还可以使用吡啶-邻苯二甲酰亚胺缩合衍生物、苯并噁嗪酮系、喹唑啉酮系、香豆素系、喹酞酮系、萘二甲酰亚胺系等荧光色素、铽络合物等有机荧光体。
以下例示本实施方式中合适的蓝色荧光体发出的荧光的具体波长范围:主发光峰值波长通常为430nm以上、优选为440nm以上,并且通常为500nm以下、优选为480nm以下、特别优选为460nm以下。此外,主发光峰的半值宽度通常为1nm以上、优选为10nm以上、特别优选为30nm以上,并且通常为100nm以下、优选为80nm以下、特别优选为70nm以下。
作为这样的蓝色荧光体,可列举出如下荧光体等:由具有作为规则的结晶成长形状的大致六边形的成长粒子构成、进行蓝色区域的发光的用BaMgAl10O17:Eu表示的铕活化钡镁铝酸盐系荧光体;由具有作为规则的结晶成长形状的大致球形的成长粒子构成、进行蓝色区域的发光的用(Ca、Sr、Ba)5(PO4)3Cl:Eu表示的铕活化卤磷酸钙系荧光体;由具有作为规则的结晶成长形状的大致立方体形状的成长粒子构成、进行蓝色区域的发光的用(Ca、Sr、Ba)2B5O9Cl:Eu表示的铕活化碱土类氯硼酸盐系荧光体;由具有断裂面的断裂粒子构成、进行蓝绿色区域的发光的用(Sr、Ca、Ba)Al2O4:Eu或(Sr、Ca、Ba)4Al14O25:Eu表示的铕活化碱土类铝酸盐系荧光体。
并且,除此以外,作为蓝色荧光体,还可以使用如下荧光体等:Sr2P2O7:Sn等Sn活化磷酸盐荧光体;Sr4Al14O25:Eu,BaMgAl10O17:Eu,BaAl8O13:Eu等Eu活化铝酸盐荧光体;SrGa2S4:Ce,CaGa2S4:Ce等Ce活化硫代镓酸盐荧光体;(Ba、Sr、Ca)MgAl10O17:Eu,BaMgAl10O17:Eu、Tb、Sm等Eu、Tb、Sm活化铝酸盐荧光体;(Ba、Sr、Ca)MgAl10O17:Eu、Mn等Eu、Mn活化铝酸盐荧光体;(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,(Ba、Sr、Ca)5(PO4)3(Cl、F、Br、OH):Eu、Mn、Sb等Eu、Tb、Sm活化卤磷酸盐荧光体;BaAl2Si2O8:Eu,(Sr、Ba)3MgSi2O8:Eu等Eu活化硅酸盐荧光体;Sr2P2O7:Eu等Eu活化磷酸盐荧光体;ZnS:Ag,ZnS:Ag、Al等硫化物荧光体;Y2SiO5:Ce等Ce活化硅酸盐荧光体;CaWO4等钨酸盐荧光体;(Ba、Sr、Ca)BPO5:Eu、Mn,(Sr、Ca)10(PO4)6·nB2O3:Eu,2SrO·0.84P2O5·0.16B2O3:Eu等Eu、Mn活化硼磷酸盐荧光体;Sr2Si3O8·2SrCl2:Eu等Eu活化卤硅酸盐荧光体。
此外,作为蓝色荧光体,例如还可以使用萘二甲酰亚胺系、苯并噁唑系、苯乙烯基系、香豆素系、吡唑啉系、三唑系化合物的荧光色素、铥络合物等有机荧光体等。
此外,上述红色、绿色、蓝色荧光体可以根据期望的发光光谱、色温、色度坐标、显色性、发光效率等适当地组合使用。
在LED装置8中,LED元件3和荧光部14通常配置成:通过LED元件3的发光激励荧光体产生发光,并且该发出的光被取出到外部。在具有这样的结构的情况下,上述LED元件3和荧光部14通常用透光性材料(密封材料)进行密封保护。具体而言,出于以下目的等而采用该密封材料:通过将该密封材料包含在上述荧光部14中,使荧光体分散而构成发光部分;并且对LED元件3、荧光体和基座2之间进行粘接。
并且,作为所使用的透光性材料,通常可列举出热塑性树脂、热硬化性树脂、光硬化性树脂等,不过,由于LED元件3的输出光的波长处于360nm~430nm的近紫外区域,因此作为密封材料,优选的是对于其输出光具有充分的透明性和耐久性的树脂。因此,作为密封材料,具体而言,可列举出:聚(间位:meta)丙烯酸甲酯等(间位)丙烯酸树脂;聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物等苯乙烯树脂;聚碳酸酯树脂;聚酯树脂;苯氧基树脂;丁醇树脂;聚乙烯醇;乙基纤维素、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素等纤维素系树脂;环氧树脂;酚醛树脂;硅树脂等。此外,关于无机系材料,例如可以使用金属醇盐、通过溶胶-凝胶法对含有陶瓷前体聚合物或金属醇盐的溶液进行水解缩聚而成的溶液、或者对它们的组合进行固化后的无机系材料,例如具有硅氧烷键的无机系材料或玻璃。
在这些材料中,从耐热性、耐紫外线(UV)性等方面考虑,优选的是作为含硅化合物的硅树脂、金属醇盐、通过溶胶-凝胶法对含有陶瓷前体聚合物或金属醇盐的溶液进行水解缩聚而成的溶液、或者对它们的组合进行固化后的无机系材料,例如具有硅氧烷键的无机系材料。特别优选的是具有以下特征(1)~(3)中的1个以上、优选具有全部特征的硅系材料或硅树脂(以下有时称作“本申请的硅酮系材料”。)
(1)在固体Si-核磁共振(NMR)光谱中,至少具有1个下述(i)和/或(ii)的峰。
(i)峰顶的位置处于化学位移-40ppm以上且0ppm以下的区域、峰的半值宽度为0.3ppm以上且3.0ppm以下的峰。
(ii)峰顶的位置处于化学位移-80ppm以上且小于-40ppm的区域、峰的半值宽度为0.3ppm以上且5.0ppm以下的峰。
(2)硅含有率为20%重量百分比以上。
(3)硅烷醇含有率为0.01%重量百分比以上、10%重量百分比以下。
此处,关于作为上述密封剂的硅酮系材料,如上所述,优选的是硅含有率为20%重量百分比以上的材料。以往的硅酮系材料的基本骨架是以碳-碳和碳-氧键为基本骨架的环氧树脂等有机树脂,与此相对,本申请的硅酮系材料的基本骨架是与玻璃(硅酸盐玻璃)等相同的无机性的硅氧烷键。具有该硅氧烷键的硅酮系材料具有以下优异的特征等:(I)键合能量大、且难以热分解和光分解,因此耐光性良好;(II)略微地电极化;(III)能够实现链状结构的自由度大、且富于柔性的结构,能够以硅氧烷链为中心自由旋转;(IV)氧化度大、且不会被进一步氧化;(V)富于电绝缘性。
根据这些特征,能够理解到:对于由三维地、而且以高交联度对硅氧烷键进行键合而得到的骨架形成的硅酮系材料,该硅酮系材料成为与玻璃或岩石等无机物质相近的、富于耐热性和耐光性的保护覆膜。特别是以甲基作为取代基的硅酮系材料在紫外区域中不具有吸收性,因此不易引起光分解,耐光性优异。
如上所述,本申请的硅酮系材料的硅含有率为20%重量百分比以上,其中优选为25%重量百分比以上,更优选为30%重量百分比以上。另一方面,作为上限,因为仅由SiO2构成的玻璃的硅含有率为47%重量百分比,所以通常是47%重量百分比以下的范围。
这样构成的LED装置8在由隔板11分割成的两个分割区域部12A、12B中,分别设置有以4个LED元件3为光源的由近紫外光激励的荧光部14,并且在封装1的内部,两个分割区域部12A、12B的输出光的出射口、即分割开口部13A、13B排列地设置为一体。并且,作为来自各荧光部14A、14B的输出光的白色光分别从分割开口部13A、13B向外部射出。这里,从该分割开口部发出的各白色光是经由含有荧光体的荧光部14而得到的,因此来自LED元件3A、3B的输出光被充分地散射,其配光成为朗伯型(Lambertian)而射出。由此,能够对来自上述3种荧光体的一次光进行合成而成为白色,并且能够得到均匀的白色。因此,LED装置8发出的合成光能够得到均匀的白色光和照度。
这里,以从分割区域部12A输出的白色光(以下称作“白色光A”。)与从分割区域部12B输出的白色光(以下称作“白色光B”。)的光谱相互不同的方式,适当选择荧光部14A中含有的荧光体和荧光部14B中含有的荧光体。此外,在用WL、WH表示与白色光A、B对应的xy色度图(CIE1931)上的色度点时,如图4、5所示,色度点WL的相关色温为2600K,色度点WH的相关色温为9000K。此外,色度点WL与黑体辐射轨迹BBL的偏差duv为+0.005,色度点WH与黑体辐射轨迹BBL的偏差duv为+0.01。此外,图5是图4的要部放大图,图中示出的与黑体辐射的偏差的范围-0.02≦duv≦0.02从UCS表色系(CIE1960)转换到了xy色度图(CIE1931)上。
在上述情况下,通过将来自分割区域部12A的白色光A与来自分割区域部12B的白色光B的相关色温设定为不同,且使得与白色光A、B对应的色度点各自相对于黑体辐射轨迹BBL的偏差duv收敛到-0.02≦duv≦0.02,可以说LED装置8的输出光实质上沿着黑体辐射轨迹BBL。此外,通过控制各分割区域部中设置的LED元件3A、3B的光出射时间、驱动电流值或电量等驱动条件,能够针对每种白色光A、B,自由改变其能量比,能够将LED装置8的最终输出光即合成光的色度点调整为与连接上述色度点WL和色度点WH的直线上的任意色度点对应的相关色温。即,在LED装置8中,通过经由布线20A、20B分别控制提供给所对应的各个分割区域部12A、12B中设置的LED元件3的供给电力,能够将LED装置8的输出光即合成光的相关色温调整为2600K至9000K之间的任意值。此外,由于该合成光的色度点实质上沿着黑体辐射轨迹BBL,因此能够提供对于人的视觉来讲极其接近自然的白色光,且能够在2600K到9000K的整个范围内自由地改变色温,即能够实现LED装置8中的输出光的调色。
此外,为了在LED装置8中输出作为合成光的白色光,在到上述为止的实施例中,将LED元件3和红色、绿色、蓝色荧光体相组合,并如图1等所示的那样将它们配置于各分割区域部12。当然,为了输出白色光,也可以采用其他半导体发光元件和荧光体的组合并配置到各分割区域部12。因此,在将到上述为止的LED元件3和红色、绿色、蓝色荧光体的组合设为组合A时,作为除此以外的能够得到白色光的组合,也可以将蓝色LED元件和红色、绿色荧光体的组合(组合B)、蓝色LED元件和黄色荧光体的组合(组合C)配置到图1等所示的分割区域部12中。利用组合B和C输出白色光的技术本身是公知的,因此省略它们的详细说明。
这里,图6示出了在上述组合A、B、C中通过调整荧光体的浓度得到的白色光的色温与其发光效率之间的相关性。图6的横轴表示色温(K),纵轴表示发光效率(lm/W)。并且,图中的线LA与组合A对应,线LB与组合B对应,线LC与组合C对应。根据图6可知,在上述3个组合中,与组合A对应的线LA的斜率最小,成为大致水平的直线状态,与组合C对应的线LC的斜率最大。该各直线的斜率越大,意味着在要改变色温时,其发光效率的变动越大。
因此,图示的直线的斜率增大意味着:在改变色温时,如果提供给LED元件的电力保持恒定,则LED元件的亮度大幅地变动。换言之,当上述直线的斜率比较大时,为了使亮度稳定,也非常需要可靠地控制针对LED元件的供给电力,其结果,LED装置8的驱动控制整体很可能变得烦杂。因此,为了构成亮度稳定的LED装置8,优选的是,尽可能采用图6所示的直线斜率小的组合、即与LED元件3对应的三色荧光体的组合A。但是,这并不排除将组合B、C或者其他的LED元件与荧光体的组合应用于本发明的LED装置8的情况。
此外,组合B、C中的白色化是将作为荧光体激励源的蓝色LED元件的光自身作为蓝色光而用于混色,因此为了产生低色温区域,需要增加红、绿或黄色的荧光体量,减少蓝色光所占的比例。此外,蓝色光比荧光体转换光的效率高,因此蓝色光所占的比例越小,效率越低。另一方面,在如组合A那样使用了LED元件的情况下,近紫外光基本不对白色化做贡献,大半被用于荧光体的激励,白色化主要为蓝、绿、红的荧光体转换光。因此,即使为了改变色温而改变荧光体的组成比,对发光效率也不会产生较大的影响。
这样,根据本实施例的LED装置8,能够容易地输出色温为2600K与9000K之间的色温的白色光。此外,通过采用图2等所示的结构,能够充分抑制来自各分割区域部12的输出光的合成光在照射面上分离的可能。
这里,根据图7A和图7B来说明发光模块30的结构,该发光模块30具有:如上所示地构成的、能够容易地输出色温处于两种色温之间的白色光、即色温可调的LED装置8;以及用于搭载该LED装置8的电路基板31。图7A是示出发光模块30的具体结构的立体图。图7B是示意性示出图7A所示的发光模块上的5台LED装置8的配置状态的图。另外,在图7A中,未图示针对各LED装置8的电力供给体系。此外,在图7B中,为了对分割区域部12A、12B彼此进行区分,用虚线在12A中标上了纹样,以便于说明。具体而言,发光模块30在环状的电路基板31上同样配置成环状。此时,如图7B所示,5台LED装置8以电路基板31的中心O为中心点,等角地配置在同一圆周上。因此,相邻的LED装置8之间的角度θ(以下称作“预定配置角度θ”。)全都是用中心O的一周360°除以LED装置8的台数5而得的角度、即72°。
这里,如图7B所示,以如下方式在发光模块30中进行5台LED装置8的配置:各LED装置8中的隔板11与配置有LED装置8的环状的半径垂直,且分割区域部12A位于该环状的内侧,分割区域部12B位于该环状的外侧。其结果,在发光模块30中,相邻的LED装置8之间的隔板11的方向的差异成为如下状态:在LED装置8的开口部13的开口面内的一个旋转方向上,依次旋转了上述的预定配置角度θ。由此成为如下状态:代表分割区域部12A和分割区域部12B的相对位置关系的隔板11的方向对于每个LED装置8不同。
通过这样地以隔板11的方向依次错开预定配置角度θ的状态配置5台LED装置8,能够抑制来自各LED装置8的分割区域部12A和分割区域部12B的发光的不均而容易合成。因此,能够避免作为来自发光模块30的发光而照射的光在照射面中的分离。特别是,即使在LED装置8的开口部13上设置了凸透镜等透镜元件的情况下也能够避免发光的分离。
图8是示意性示出发光模块30的各LED装置8之间的电连接状态的图。在发光模块30中,各LED装置8具有的5个分割区域部12A的布线20A相互串联连接。同样,5个分割区域部12B的布线20B相互串联连接。通过这样地串联连接各LED装置8各自的分割区域部12A、12B,容易控制发光模块30的发光。
在本实施例中,配置成:与各分割区域部12A对应的各个电极21A与电力供给导体层32A、32B(有时也统称作电力供给导体层32。)接触。电力供给导体层32A、32B的详细情况将在后面叙述,它们是电路基板31的主要结构要素。电力供给导体层32A、32B将各分割区域部12A、12B作为独立的控制体系来向各LED元件3提供驱动电流(电力),在本实施例中成为两个体系。即,针对分割区域部12A的驱动电流由电流供给导体层32A提供,针对分割区域部12B的驱动电流由电流供给导体层32B提供,相互独立地控制所分别对应的各LED元件3的电流供给。
这里,不同控制体系的电流供给导体层32A、32B彼此间通过绝缘体(图中用阴影线进行图示)在平面上相互绝缘。图中的标号34A、34B是+极的外部端子部,标号35A、35B是-极的外部端子部。在图8中,将电流供给导体层32表示为矩形,但是,在本图中只是为了便于说明而用矩形表示。此外,省略了各LED装置8的接地线的图示。
图9中示出为了进行发光模块30的发光控制而提供给各LED装置8的电流的一例,特别是图9(a)示出了经由电流供给导体层32A提供给各LED装置8的分割区域部12A内配置的LED元件3A的电流的转变。此外,图9(b)示出了经由电流供给导体层32B提供给各LED装置8的分割区域部12B内配置的LED元件3B的电流的转变。在本实施例中,向各LED元件3提供矩形状的电流,并且控制为使得提供到LED元件3A侧的电流量和提供到LED元件3B侧的电流量的总和恒定。此外,在图9所示的状态下,提供到LED元件3A侧的电流量是该总和的25%,提供到LED元件3B侧的电流量是该总和的75%。其结果,来自各LED装置8的分割区域部12A的发光强度与来自各LED装置8的分割区域部12B的发光强度之比为1:3。
通过在这样地使得提供到LED元件3A侧的电流量和提供到LED元件3B侧的电流量的总和恒定的同时,调整提供到各半导体发光元件3侧的电流量的比,能够在使得发光模块30的发光强度恒定的同时改变来自分割区域部12A和分割区域部12B的发光强度的比率。其结果,如图4和图5所示,能够在发光模块30的输出光的发光强度保持恒定的状态下将发光模块30的输出光的相关色温调整为2600K至9000K之间的任意值。此外,如上所述,由于其合成光的色度点实质上沿着黑体辐射轨迹BBL,因此能够提供对于人的视觉而言极其接近自然的白色光,且能够在2600K到9000K的整个范围内自由地改变色温。
此外,关于来自分割区域部12A和分割区域部12B的发光强度的比率变化,可以使其阶段性地变化,也可以使其连续地变化。在前者的情况下,发光模块的输出光具有相关色温不同的多个输出光,用户通过进行任意一个相关色温的输出的选择等来利用该发光模块30。而在后者的情况下,用户进行任意比率的选择等,以成为喜好的相关色温,从而利用该发光模块30。但是,关于LED元件3A、3B的驱动控制,还可以采用上述以外的驱动控制。例如,也可以成为如下方式:不固定针对LED元件3A、3B的供给电流量的总和,针对每个近紫外LED元件独立进行电力供给来控制各自的输入电流。
如在图9中说明的一个形式那样,在发光模块30中,能够在将其输出光的发光强度保持恒定的状态下,改变来自分割区域部12A和分割区域部12B的发光强度的比率。由此,能够自由且容易地改变发光模块30输出的输出光的色温,相反,随着使分割区域部12A和分割区域部12B中的发光强度的比率不同,容易产生各LED装置8中的局部的热集中。于是,与不能进行所谓的调色的半导体发光装置相比,与LED元件3的温度上升相伴的发光效率降低、以及LED元件3的热劣化等问题容易显现出来。因此,在本实施例的发光模块30中,为了将各LED装置8中产生的热量更有效地释放到外部、提高散热性能,特别研究了用于搭载LED装置8的电路基板31的结构。
图10是示意性示出发光模块30的上表面的图。图11是示意性示出包含图10的A-A剖切线的剖面的图。图12是示出电路基板31中的电流供给导体层的图。图13是示出包含发光模块30、散热用外壳部件50和透镜60的照明器具DL的图。
如图10所示,发光模块30中的电路基板31是用于搭载(安装)LED装置8的基板,在本实施例中搭载5个LED装置8。在本实施例中,电路基板31呈大致圆形。更详细地说,通过在电路基板31的中心部O形成圆形的孔,由此成为环状(面包圈状)。但是,电路基板31的形状不限于此,也可以采用其他形状。电路基板31的上表面(最表层)被绝缘树脂层37(作为一例是阻焊剂)覆盖,仅在安装LED装置8的部位,更具体地说,是在与LED装置8侧的电极接合的部分处,露出了下层的电流供给导体层32。此外,图10所示的放射状的虚线表示后述的绝缘体33。该绝缘体33位于绝缘树脂层37的下层。
参照图11来说明电路基板31的层叠方向的结构。此外,在图11中,省略了LED装置8中的基座2的上部结构的图示。如图11所示,电路基板31具有基材部36,该基材部36是用于安装各LED装置8的底座,且该基材部36使用热传导材料形成。在本实施例中,使用了铝来构成基材部36,但是不限于此。在基材部36的表面形成有绝缘树脂层36A。该绝缘层36A例如可以使用以PEEK(聚醚醚酮)为代表的树脂或环氧树脂等。
在绝缘层36A上层叠有电流供给导体层32,该电流供给导体层32以覆盖基材部36的大致整个表面的方式形成(参照图12)。在图12中,虚线部分是通过假想线来表示图10所示的LED装置8的外形、电极位置和外部端子位置。本实施例中的电流供给导体层32例如使用了电传导性优异的铜箔,但也可以使用其他的电传导性材料。如在图8中说明的那样,在本实施例中,提供给各分割区域部12中包含的LED元件3的驱动电流的控制体系是两个体系。以下,在电流供给导体层中,将提供与分割区域部12A中的LED元件3A对应的控制体系的驱动电流的32A设为“第1电流供给导体层”,将提供与分割区域部12B中的LED元件3B对应的控制体系的驱动电流的32B设为“第2电流供给导体层”。第1电流供给导体层32A与第2电流供给导体层32B彼此划分了驱动电流的路径,按照各驱动电流的每个路径流过不同控制体系的驱动电流。
如图12所示,第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B通过大致形成为环状的绝缘体(以下称作“环状绝缘体”。)33A而相互绝缘。换言之,利用环状绝缘体33A,在基材部36的面内方向上平面地划分出驱动电流的流通路径相互不同的第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B。其结果,第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32、即控制体系不同的所述电力供给导体层的区域以彼此不上下重叠(不层叠)的方式形成。在该图中,以环状绝缘体33A为界,在内侧配置第1电流供给导体层32A(格状阴影线),在外侧配置第2电流供给导体层32B(横向阴影线)。此外,在图12中利用假想线来表示形成有各外部端子的部分、以及与LED装置8的电极21焊接接合的接合部分等。
在电路基板31(基材部36)的径向上,呈放射状地设置有6个绝缘体(以下称作“放射状绝缘体”。)33B~33G。利用该放射状绝缘体33B~33G,将第1电流供给导体层32A分割(划分)为6个导体区域A1~A6,并且将第2电流供给导体层32B分割(划分)为6个导体区域B1~B6。放射状绝缘体33B~33G(第二绝缘体)针对电力供给导体层32的平面区域中由环状绝缘体33A划分而成的区域、即驱动电流的控制体系相同的部分,进一步进行平面划分。LED装置8以跨越一个放射状绝缘体33B~33F的上部的方式搭载于电路基板31。由此,由放射状绝缘体33B~33F划分的第1电流供给导体层32A彼此(例如导体区域A1和A2的组合)经由形成于LED装置8的基座2的下表面的一组电极21A、21A以及布线20A(内部布线)而电连接。同样,第2电流供给导体层32B彼此(例如导体区域B1和B2的组合)经由形成于LED装置8的基座2的下表面的一组电极21B、21B以及布线20B(内部布线)而电连接。即,在各电流供给导体层32A、32B中,由放射状绝缘体33B~33F划分而成的一个区域和其他区域通过LED装置8的内部布线而导通。由此,能够实现紧凑且散热优异的发光模块30。
如图11所示,在层叠于基材部36上的电流供给导体层32上进一步层叠有绝缘树脂层37。如图10所示,在第1电流供给导体层32A中,露出了形成有+外部端子部34A和-外部端子部35A的部分、以及与各LED装置8的基座2的下表面上形成的电极21A焊接接合的部分,其他部分被绝缘树脂层37覆盖。
另一方面,在第2电流供给导体层32B中,露出了形成有+外部端子部34B和-外部端子部35B的部分、以及与各LED装置8的基座2的下表面上形成的电极21B焊接接合的部分,其他部分被绝缘树脂层37覆盖。另外,关于配置为了防止电气上的逆流而设置的齐纳二极管等电力控制用电子部件(省略图示)的部分,也是只要使电流供给导体层32露出即可。不过,这种电力控制用电子部件不是必须设置在电路基板31上,也可以设置在电路基板31的外部。此外,还可以将电力控制用电子部件配置到LED装置8的内部。
如上所述,搭载于电路基板31上的各LED装置8配置为环状,并且以中心O为中心点,等角地配置在同一圆周上(参照图7B)。并且,相邻的LED装置8之间的预定配置角度θ为72°。在图10中,从接近+外部端子部34A、34B的LED装置8起,依次将5台LED装置8分别定义为LED装置8A~8E。
如以上参照图10~12说明的那样,在本实施例的电路基板31(基材部36)中,关于利用绝缘体33对平面区域进行划分而形成的电流供给导体层32,所述电流供给导体层32将各LED装置8中相互对应的分割区域部12的布线20彼此串联连接,详细地说,将安装LED元件3的布线20中驱动电流的控制体系相同的布线20彼此串联连接。
具体而言,在各LED装置8的分割区域部12A侧、即与LED元件3A对应的驱动电流的控制体系(以下称作“第1控制体系”。)中,来自+外部端子部34A的驱动电流经由A1→8A的分割区域部12A→A2→8B的分割区域部12A→A3→8C的分割区域部12A→A4→8D的分割区域部12A→A5→8E的分割区域部12A→A6,到达-外部端子部35A。此外,在各LED装置8的分割区域部12B侧、即与LED元件3B对应的驱动电流的控制体系(以下称作“第2控制体系”。)中,来自+外部端子部34B的驱动电流经由B1→8A的分割区域部12B→B2→8B的分割区域部12B→B3→8C的分割区域部12B→B4→8D的分割区域部12B→B5→8E的分割区域部12B→B6,到达-外部端子部35B。由此,在各LED装置8中,按照其每个电力控制体系实现了独立的发光控制。如上所述,经过电流供给导体层32的相互不同的路径,向各LED装置8的分割区域部12A和分割区域部12B分别独立地提供控制体系不同的驱动电流。
并且,由上述发光控制引起的各LED装置8的发热经由各LED装置8的电极21A、21B或者设置于基座2的下表面的未图示的排热用镀金部传递至电流供给导体层32。另外,只要以在电路基板31侧安装了LED装置8的状态下,能够形成与基座2的下表面形成的热传导用的镀金部焊接接合的接合区(未图示)的方式,使电流供给导体层32露出即可。该情况下,只要以不让第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B短接的方式形成接合区即可。
电流供给导体层32由热传导性材料面状地形成在基材部36的大致整个表面上。因此,电流供给导体层32能够在电路基板31(基材部36)的面内方向上,扩展地释放从各LED装置8夺取的热量。即,能够在基材部36的面内方向上理想地分散LED装置8中局部集中的热量,同时能够高效地从LED装置8夺取热量。
这里,形成有电流供给导体层32的部分在基材部36的总表面积中所占的面积比率(以下称作“导体层占有面积比率”)越高,越能够提高LED装置8的散热性能。这是因为,如果基材部36的面积相等,则导体层占有面积比率越高,越能够高效地从LED装置8夺取更多的热量。因此,在本实施例中,将导体层占有面积比率设定为,使得LED装置8的散热效率满足规定水平,其值优选为70%以上,更优选为80%以上。
此外,在本实施例的发光模块30中,在电路基板31上,环状地且以中心O为中心点在同一圆周上等角地配置各LED装置8,并且相邻的LED装置8的隔板11的方向的差异成为如下状态:在开口部13的开口面内的一个旋转方向上依次旋转了预定配置角度θ。在本实施例中,针对这种LED装置8的配置模式,如图12所示,以按照提供给LED装置8的驱动电流的每个控制体系,把中心O(预定的基准点)作为中心呈同心圆状地配置电流供给导体层32的方式,利用绝缘体33对电流供给导体层32的平面区域进行平面划分。
由此,第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B不会在电路基板31(基材部36)的平面内分散地存在,而是整齐地集中分布。由此,能够进一步减少按照驱动电流的每个控制体系划分电流供给导体层32所需的绝缘体33的使用量。因此,能够尽可能地提高上述导体层占有面积比率,所以有助于LED装置8的散热性能的提高。此外,如上所述,由于能够进一步减少绝缘体33的使用量,因此从削减制造成本的方面看也是有益的。此外,也可以将中心点O以外的基准点作为中心而将第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B配置成同心圆状。
此外,从各图可知,电路基板31上的各外部端子部34A、34B、35A、35B(在统一参照这各个端子部的情况下称作外部端子部34。)彼此相邻配置,因此能够集中与外部电源连接的各个布线。因此,该实施方式从提高与照明器具DL的整体设计相关的自由度的方面看也是优选的方式之一。
此外,如图11和图13所示,在本实施例的电路基板31上,安装有用于将从LED装置8夺取的热量释放(扩散)到大气中的散热用外壳部件50。散热用外壳部件50是用于保持发光模块30的壳体。并且,该散热用外壳部件50与基材部36同样地使用了热传导性优异的材料(例如铝),还作为用于使得从基材部36(LED装置8)侧传导来的热量扩散到大气中的散热促进部件发挥功能。散热用外壳部件50构成为主要包含作为散热促进部件发挥作用的散热片部51、和作为壳体发挥作用的外壳部52。外壳部52形成为:圆筒侧壁部52B从具有圆形的中间底部52A朝向与散热片部51相反的一侧立起。圆筒侧壁部52B的内径与电路基板31(基材部36)的外径大致相等,在将电路基板31安装于散热用外壳部件50时,在圆筒侧壁部52B与电路基板31的外周之间略微形成有空隙。
在本实施例中,在基材部36上,以与基材部36的未搭载LED装置8的一侧的表面(以下称作“非搭载面”)36B热接触的方式安装散热用外壳部件50。具体而言,在基材部36的非搭载面36B和散热用外壳部件50的中间底部52A的界面处,夹设有热接口材料(TIM)38。通常,散热用外壳部件50与基材部36的热膨胀系数不同。因此,通过将TIM38那样的具有变形能力(追随能力)的材料夹设到基材部36和散热用外壳部件50的界面处,能够防止因热膨胀系数的差异引起的双方部件的损伤。此外,通过这样地夹设TIM38,即使假设散热用外壳部件50和基材部36中的任意一方的表面精度(平滑度)较低,也能够顺利地进行从基材部36向散热用外壳部件50的热传递。另外,也可以将TIM38配置成:使得TIM38嵌入到圆筒侧壁部52B与电路基板31(基材部36)外周之间形成的微小的空隙中。由此,能够进一步提高发光模块30与散热用外壳部件50之间的传热效率。
由此,经由发光模块30的电路基板31中的电流供给导体层32、基材部36将LED装置8的发热传递至散热用外壳部件50,并将其热量从散热片部51散出到大气中,由此促进发光模块(LED装置8)的散热。根据本实施例中的电路基板31、发光模块30和照明器具DL,能够理想地提高可调色的LED装置8中产生的热量的散热性能。因此,能够抑制与LED装置8中的局部温度上升相伴的发光效率降低和热劣化。
另外,本实施例中的照明器具DL不限于特定的种类,不过,适合用作吊灯(例如LED搁板吊灯等)。例如,通过将散热用外壳部件50的散热片部51埋设到顶棚或天花板的内侧隐藏起来,能够在不损害美观的情况下提高LED装置8的散热性能(当然也可以埋设外壳部52)。另外,发光模块30、散热用外壳部件50和透镜60分别可以使用公知的各种方法来进行固定。例如图13所示,可以经由未图示的固定用夹具(例如螺钉等)来固定散热用外壳部件50的中间底部52A的中央形成的连接用孔、和电路基板31的中央形成的连接用孔。此外,关于透镜60和散热用外壳部件50,可以在透镜60的框的外周面和圆筒侧壁部52B的内周面形成螺纹槽,并将它们相互旋合,由此将透镜60安装到散热用外壳部件50上。此外,透镜60的功能、规格等没有特别限定,例如可以采用聚光透镜、扩散透镜等。
<变形例>
接着,参照图14来说明本实施例中的发光模块30的第1变形例。图14是示出在电路基板31A上安装有LED装置8的状态的图,但为了容易知晓LED装置8与电流供给导体层32之间的关系,省略了绝缘树脂层37的图示而图示了处于绝缘树脂层37的下层的电流供给导体层32,以便于说明。在图14中,对如下例子进行说明:在电路基板31A上搭载将封装1的内部分割为3个分割区域部12A~12C的LED装置8。以使来自分割区域部12A~12C的各输出光例如成为红色、绿色、蓝色的方式,适当调节半导体发光元件和荧光体的组合,从LED装置8输出白色的合成光。
在图14所示的例子中,在电路基板31A上设置有3台LED装置8。关于各LED装置8在电路基板31A上的搭载方法,与到上述为止的内容相同。即,3台LED装置8以电路基板31A的中心O为中心点等角地配置在同一圆周上。并且,相邻的LED装置8之间的预定配置角度θ是用360°除以LED装置8的台数3而得的角度、即120°。这里,在各LED装置8中,图中的“R”、“G”、“B”的表述分别与分割区域部12A~12C对应。在各LED装置8中,从电路基板31A的中心O侧朝向径向外侧,依次配置有分割区域部12A~12C。
在本变形例中,也按照与各分割区域部12A~12C对应的驱动电流的每个控制体系,利用绝缘体33对电流供给导体层32进行平面划分,由此按照每个控制体系来区分驱动电流的供给路径。在本变形例中,向LED元件3提供的驱动电流的控制体系的数量为3个,因此利用两个环状绝缘部件33H、33I(第一绝缘体)来划分电流供给导体层32。由此,第1电流供给导体层32A~第3电流供给导体层32C在电路基板31A的平面内以中心点O为基准配置成同心圆状。
在电路基板31A(基材部36)的径向上,呈放射状地配置有4个放射状绝缘部件33J~33M(第二绝缘体)。并且,利用该放射状绝缘部件33J~33M,将第1体系电流供给导体层32A划分为4个导体区域A1~A4,将第2电流供给导体层32B划分为4个导体区域B1~B4,将第3电流供给导体层32C划分为4个导体区域C1~C4。此外,图中的导体区域C1中包含的标号34C是用于从外部输入提供给与各LED装置8的分割区域部12C对应的LED元件3的电力的+外部端子部。此外,导体区域C4中包含的标号35C表示与各LED装置8的分割区域部12C对应的-外部端子部。
如上所述,在图14中,说明了关于LED装置8中的封装1内部的分割数不同、即提供给LED元件的驱动电流的控制体系的数量不同的变形模式的实施方式。在这样的变形模式中,也能够经由以覆盖电路基板31A的基材部36的方式形成为面状的电流供给导体层32,将各LED装置8中的发热、特别是每个分割区域部12中局部地集中产生的热量高效地释放到基材部36。由此,LED装置8的散热性能提高,因此能够理想地抑制与LED装置8中的局部的热集中相伴的发光效率降低和热劣化。
接着,参照图15来说明本实施例中的发光模块30的第2变形例。图15所示的发光模块30不是将多个、而是将单个LED装置8搭载于电路基板31B。图15也与图14同样,示出了在电路基板31B上安装有LED装置8的状态,但为了容易知晓LED装置8与电流供给导体层32之间的关系,省略绝缘树脂层37的图示而图示了处于绝缘树脂层37的下层的电流供给导体层32,以便于说明。此外,图中的粗虚线表示对电流供给导体层32进行平面划分而进行绝缘的绝缘体。在本变形例中,为了充分确保从发光模块30发出的光的发光量,可以在各分割区域部12A、12B中增加LED元件3A、3B的设置数量。
在该图中,电路基板31B(基材部36)具有圆形。电路基板31B的厚度方向(层叠方向)的基本结构与图11中说明的结构相同。在基材部36上,在其大致整个表面上,电流供给导体层32以覆盖基材部36的方式形成为面状。图中的标号33X、33Y、33Z表示已述的绝缘体。绝缘体33Z沿着基材部36的外缘配置。绝缘体33X、33Y以将基材部36的面内区域4等分的方式配置成正交的十字形。
在基材部36的面内方向(平面方向)上,在将配置有上述绝缘体33的部分排除在外的区域中形成有电流供给导体层32。并且,该电流供给导体层32被绝缘部件33X划分为第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B。由于已经对这些用语的含义进行了说明,因此省略其说明,但需要说明的是,第1电流供给导体层32A与分割区域部12A侧的控制体系对应,第2电流供给导体层32B与分割区域部12B侧的控制体系对应。
此外,通过绝缘体33Y,将第1电流供给导体层32A二分(划分)为导体区域A1、A2、且将第2电流供给导体层32B二分(划分)为导体区域B1、B2。此外,与实施例1同样,对于电流供给导体层32的上部,除了用于配置LED装置8的电极21A、21B的部位、以及用于形成外部端子部34A、34B、35A、35B的部位以外,通过层叠绝缘树脂层37而被覆盖。
在该结构中,从+外部端子部34A提供的第1控制体系的驱动电流经由导体区域A1→电极21A→分割区域部12A→电极21A→导体区域A2,到达-外部端子部35A。此外,从+外部端子部34B提供的第2控制体系的驱动电流经由导体区域B1→电极21B→分割区域部12B→电极21B→导体区域B2,到达-外部端子部35B。由此,在LED装置8中,按照其驱动电流的每个控制体系,即按照每个分割区域部12A、12B,实现了独立的发光控制。并且,关于LED装置8的散热性能,与已述的实施方式同样,将来自LED装置8的热量传递至电流供给导体层32(32A、32B),这样,由于在该变形例中,电流供给导体层32也是形成在基材部36的大致整个表面上,因此能够将LED装置8的热量高效地输送到基材部36。因此,LED装置8中的散热性能提高,能够理想地抑制与LED装置8中的局部的热集中相伴的发光效率降低、热劣化等。
在至此为止说明的实施方式中,以电路基板(基材部)的形状为圆形的情况为例进行了说明,但是不限于此,当然也可以采用各种形状。此处参照图16和图17来说明发光模块30的第3变形例。另外,在图16所示的发光模块30中,将3台LED装置8搭载于电路基板31C。与图14中说明的配置例同样,3台LED装置8以电路基板31C(基材部316)的中心O为中心点,等角地配置在同一圆周上,相邻的LED装置8之间的预定配置角度θ为120°。另外,各LED装置8与图12中说明的情况相同,因此省略详细说明。此外,在本变形例中,也是在基材部316的平面内,利用绝缘体33将电流供给导体层32平面划分为第1电流供给导体层32A(格状阴影线)和第2电流供给导体层32B(横向阴影线)。
如图16所示,电路基板31C(基材部316)形成为从圆形切除了弓形(segment)的切除部(以下称作“弓形切除部”。)而得到的形状(以下称作“不完整圆形”。)。弓形切除部是由圆弧及与其对应的弦围起的区域。在该图的例子中,隔着中心O在对称位置(绕中心O错开180°的位置)设置有一对弓形切除部311A、311B(在统一参照这些弓形切除部的情况下称作弓形切除部311。)。
由此,通过将电路基板310(基材部316)构成为不完整圆形,在以下方面是有效的。即,如图所示,通过在弓形切除部311的附近分别相邻地配置电路基板31上的各端子部34,能够将弓形切除部311用作用于贯穿插入连接外部电源和端子部34的布线的空间。该布线经过弓形切除部311而被引导至散热用外壳部件50中的中间底部52A侧。在中间底部52A侧,设置有用于使与各端子部34连接的布线经过的贯通孔(图示省略),经由该贯通孔将布线连接到外部电源(例如恒流电路等)。由此,通过在电路基板31C上彼此相邻地集中配置各外部端子部34,能够避免LED装置8以及其他电子部件(齐纳二极管等)的相互干涉,能够高效地利用有限的搭载空间。
此外,关于照明器具DL的外观(设计),一般而言存在如下这样的倾向:与具有锐角的角部的形状相比,用户(使用者)在感觉上、心理上更加偏好圆形或接近圆形的多边形。例如,存在如下这样的倾向:与带棱角的形状的照明器具相比,注视圆形的照明器具时的紧张感小,从而更加偏好圆形的照明器具。关于此点,在将电路基板31C形成为切除了一部分的不完整圆形的情况下,也能够将其合适地安装到具有圆筒形状的圆筒侧壁部52的散热用外壳部件50上,因此能够提供具有与用户的感觉上、心理上的偏好相符的外观的照明器具DL。此外,由于用户喜好具有圆形外观的照明器具DL的上述原因,具有圆筒形状的壳体作为成品(通用品)而广泛流通。并且,实际情况是:在照明器具DL整体的制造成本中,散热用外壳部件50的成本所占的比例较高。针对这种实际情况,对于形成为不完整圆形的电路基板31C,能够容易地安装到作为市场上广泛流通的通用品的壳体上。因此,可望实现降低照明器具DL的制造成本的效果。
此外,通过将电路基板31C(基材部316)形成为切除了一部分的不完整圆形,在从基材部316的原材料(例如铝板)S切出基材部316时,例如与将基材部316形成为圆形的情况相比,能够理想地减少浪费部分的面积(参照图17)。由此,能够利用相同量的原材料(例如相同大小的铝板)S制造出更多数量的基材部316。因此,能够理想地抑制每一个电路基板310所需的制造成本。不过,虽然将电路基板31C(基材部316)形成为切除了一部分的不完整圆形是优选的形式之一,但本发明的应用不限于这些形式,当然可以设为已经说明的圆形、多边形或其他形状。此外,在将基材部316形成为切除了一部分的不完整圆形的情况下,弓形切除部的设置个数没有特别限定。即,不限于图16所示的两个,也可以设置3个以上的弓形切除部,还可以设置单一的弓形切除部。
<实施例2>
接着说明本实施方式中的实施例2。实施例2中的发光模块30的电路基板31D与实施例1中说明的电路基板31的基本结构相同,关于已经说明的部件,标注相同标号而省略其说明。本实施例中的电路基板31D的搭载各LED装置8的形式与实施例1不同。
图18是示出实施例2的电路基板31D的电流供给导体层32的图。图19是示出在实施例2的电路基板31D上搭载有各LED装置8的状态的图。在实施例2的电路基板31D中,也与实施例1的电路基板31同样,在基材部36的表面依次层叠有绝缘树脂层36A、电流供给导体层32和绝缘树脂层,利用绝缘体330对电流供给导体层32的平面区域进行了平面划分。此外,在将各LED装置8配置成环状且以中心O为中心点将各LED装置8等角地配置在同一圆周上的方面,电路基板31D与实施例1中的电路基板31相同。此外,在图18中,利用假想线来表示形成有外部端子的部分、以及与LED装置8中的基座2的下表面上形成的电极焊接接合的接合部分等。
在图19中,在电路基板31D上搭载有3个(3台)LED装置8。并且,以相邻的LED装置8之间的预定配置角度θ为用中心O的一周360°除以LED装置8的台数3而得的120°的方式,把中心O作为中心点将各LED装置8等角地配置在同一圆周上。在图19中,与图14等同样,为了容易知晓LED装置8与电流供给导体层32之间的关系,透视绝缘树脂层37而示出了电流供给导体层32的图案,以便于说明。即,为了便于说明,图示了上表面被绝缘树脂层37覆盖的电流供给导体层32和绝缘体330。
在本实施例的电路基板31D中,也是以覆盖基材部36的大致整个表面的方式形成了电流供给导体层32,利用绝缘体330(图中的粗实线)进一步将该电流供给导体层32平面划分为与分割区域部12A对应的第1电流供给导体层32A(图中的格状阴影线)以及与分割区域部12B对应的第2电流供给导体层32B(图中的倾斜阴影线)。绝缘体330具有与实施例1中说明的绝缘部件33相同的功能。
在本实施例的电路基板31D中,用于划分各LED装置8中的分割区域部12A和分割区域部12B的隔板11沿着电路基板31D(基材部36)的径向配置,这一点与实施例1不同。由此,在本实施例中,因为对各LED装置8的分割区域部12A、12B彼此进行划分的隔板11不是沿着圆周方向、而是沿着径向进行配置的关系,所以第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B不采用同心圆状的配置方法。电路基板31D中的各LED装置8的配置模式大致等价于以实施例1的电路基板31中的配置模式为基准恰好旋转90°后的状态,如图所示,各LED装置8附近的绝缘体330的形状大致呈卍(卍字)形。
在实施例2中,为了更加整齐地划分第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B,在各LED装置8中统一了分割区域部12A和分割区域部12B相对于隔板11的相对位置关系。在图19所示的例子中,在从中心O侧注视各LED装置8的情况下,以隔板11为界在顺时针行进方向侧配置分割区域部12B,在相反侧配置分割区域部12A。不过,可以颠倒与这些分割区域部12A、12B的配置相关的位置关系。由此,能够将电流供给导体层32整齐地划分为各个第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B,能够实现电路基板31D的搭载空间的有效利用,还能够实现发光模块30的紧凑设计。
如上所述,在实施例2的发光模块30的电路基板31D中,能够以各LED装置8的分割区域部12A与分割区域部12B的边界部(即隔板11)沿着电路基板31D的径向的方式配置各LED装置8。根据这样的配置模式,来自各LED装置8的分割区域部12A和分割区域部12B的射出光与实施例1相比更容易混合,能够更有效地抑制颜色不均。因此,发光模块30的发光的混色状态更加良好。此外,在本实施例中,电流供给导体层32也形成为面状,因此能够与实施例1同样地起到可有效促进发光模块30的散热的效果。
以下说明实施例2中的电路基板的变形。图20至图22是示出在实施例2的第1至第3变形例的电路基板上搭载有各LED装置8的状态的图。大体上讲,图20和图21与图19的不同之处仅在于电路基板31D上搭载的LED装置8的数量。与图19同样,为了便于说明,透视绝缘树脂层37,也图示了原本被绝缘树脂层37覆盖的部分的电流供给导体层32的图案。
在图20中,将5个(5台)LED装置8搭载于电路基板31E。该情况下,以相邻的LED装置8之间的预定配置角度θ为用中心O的一周360°除以LED装置8的台数5而得的72°的方式,把中心O作为中心点将各LED装置8等角地配置在同一圆周上。关于其他方面,与图19所示的结构例大致相同,能够起到与参照图19说明的结构相同的效果。
此外,在图21所示的结构例中,将6个(6台)LED装置8搭载于电路基板31F。该情况下,以相邻的LED装置8之间的预定配置角度θ为用中心O的一周360°除以LED装置8的台数6而得的60°的方式,把中心O作为中心点将各LED装置8等角地配置在同一圆周上。关于其他方面,与图19和图20所示的结构例大致相同,能够起到与这些结构例相同的效果。
图22所示的发光模块30将各LED装置8的反射件内部分割为3个分割区域部12A~12C。因此,利用绝缘体330将电路基板31G的电流供给导体层32平面划分为分别与分割区域部12A~12C对应的第1电流供给导体层32A(图中的格状阴影线)、第2电流供给导体层32B(图中的倾斜阴影线)、第3电流供给导体层32C(图中的点状阴影线)那样的3个区域。
对各分割区域部12A~12C进行划分的隔板11与图19至图21同样地沿着电路基板31G的径向配置,从而沿着径向形成各分割区域部12A~12C。因此,与图19至图21所示的其他结构例同样,来自LED装置8的各分割区域部的光容易合成,能够良好地对这些光进行混色。此外,能够与到上述为止的结构例同样地起到可有效冷却各LED装置8的效果。
<实施例3>
接着说明本实施方式中的实施例3的发光模块30。在实施例3中,LED装置与到上述为止的结构不同,因此这里以LED装置的特征点为中心进行说明。图23是说明实施例3的LED装置80的概略结构的说明图。对于与实施例1的LED装置8相同的结构标注相同标号并省略详细说明。
图23A是示出LED装置80的LED元件3的安装状态的图。图23A示出了LED装置80的上表面,图23B示出了图23A中的Y-Y剖面。在封装1的内部,在基座2(基座部件)上垂直地竖立设置有隔板11,利用该隔板11将封装1的内部划分为分割区域部12A和分割区域部12B。基座2例如是氧化铝陶瓷,但是不限于此。
图24A是实施例3的LED装置80中的基座2的俯视图(正面图),图24B是基座2的仰视图(背面图)。对两图的阴影线部分实施了镀金。如图23A、图24A所示,在分割区域部12A和分割区域部12B各自之中分别设置有驱动电流的控制体系不同的LED元件3A、3B。与分割区域部12A对应的LED元件3A经由金属制的线6与布线20A′、20A″连接,与分割区域部12B对应的LED元件3B同样经由线6与布线20B′、20B″连接。由此,在分割区域部12A中并联连接有6个LED元件3A,在分割区域部12B中并联连接有6个LED元件3B。
图24B所示的标号21A′、21A″、21B′、21B″是用于将经由电流供给导体层32提供的驱动电流提供给LED元件3的电极。电极21A′经由形成于基座2的侧面的镀金与布线20A′连接。此外,电极21A″经由形成于基座2的侧面的镀金与布线20A″连接。同样,电极21B′经由形成于基座2的侧面的镀金与布线20B′连接,电极21B″经由形成于基座2的侧面的镀金与布线20B″连接。
这里,如果分割区域部12A的第1控制体系的驱动电流例如从第1电流供给导体层32A流入到电极21A′(21A″),则该驱动电流依次流过布线20A′(20A″)、LED元件3A、布线20A″(20A′),并从电极21A″(21A′)流出。同样,如果分割区域部12B的第2控制体系的驱动电流例如从第2电流供给导体层32B流入到电极21B′(21B″),则该驱动电流依次流过布线20B′(20B″)、LED元件3B、布线20B″(20B′),并从电极21B″(21B)流出。
此外,例如,电极21A′、21A″与第2电流供给导体层32A通过焊接而接合,电极21B′、21B″与第2电流供给导体层32B通过焊接而接合,但接合方法不限于此。此外,在基座2的上表面形成有镀覆部22A、22B,在基座2的下表面形成有镀覆部22C(全部用格状阴影线来表示。)。镀覆部22A、22B经由形成于基座2的侧面的镀金与镀覆部22C连接,由此,将LED元件3发出的热量传导至镀覆部22C。该镀覆部22C例如与形成于电路基板31侧的接合区(未图示)焊接接合,由此,除了将LED装置80固定于电路基板31这个用途以外,该镀覆部22C还可以用于将LED装置8的发热释放到电路基板31侧的散热用途。
如上所述,在实施例3的LED装置80中,与LED元件3A对应的一对电极21A′和21A″在基座2的平面区域内,隔着隔板11配置于彼此相反侧的区域,由此设置成,用于向LED元件3A提供驱动电流的布线20A(20A′和20A″)与隔板11交叉。同样,与LED元件3B对应的一对电极21B′和21B″在基座2的平面区域内,隔着隔板11配置于彼此相反侧的区域,由此设置成,用于向LED元件3B提供驱动电流的布线20B(20B′和20B″)与隔板11交叉。
图25是示出将实施例3的LED装置80搭载到电路基板31H后的状态的图。图示的电路基板31H与实施例1的图10~12所示的电路基板31相同。此外,在图25中,为了便于说明,也省略了层叠在电流供给导体层32的上部的绝缘树脂槽37的图示,并以可知晓其下层的电流供给导体层32的配置模式的方式进行了图示。
从图可知,利用形成为大致环状的绝缘体即环状绝缘体33A(第一绝缘体)对第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B彼此间进行了划分,并利用放射状地形成于电路基板31H的径向上的放射状绝缘体33B~33G(第二绝缘体)进一步将第1电流供给导体层32A分割为导体区域A1~A6,且将第2电流供给导体层32B分割为导体区域B1~B6。
这里,在本实施例的LED装置80中,按照离+外部端子部34A从近到远的顺序确定为80A~80E。在LED装置80A~80E各自之中,提供给各LED装置80的LED元件3A的第1控制体系的驱动电流从+外部端子部34A起,经由A1→8A的分割区域部12A→A2→8B的分割区域部12A→A3→8C的分割区域部12A→A4→8D的分割区域部12A→A5→8E的分割区域部12A→A6,到达-外部端子部35A。此外,提供给各LED装置80的LED元件3B的第2控制体系的驱动电流从+外部端子部34B起,经由B6→8E的分割区域部12B→B5→8D的分割区域部12B→B4→8C的分割区域部12B→B3→8B的分割区域部12B→B2→8A的分割区域部12B→B1,到达-外部端子部35B。由此,经过电流供给导体层32的相互不同的路径,分别向各LED装置80的分割区域部12A和分割区域部12B独立地提供控制体系不同的驱动电流。其结果,各LED装置80按照提供给其LED元件3的驱动电流的每个控制体系,实现独立的控制。
这里,在本实施例的发光模块30中,为了更加理想地减少LED装置80的颜色不均,沿着电路基板31H的径向呈放射状地配置封装1的隔板11。在实施例3的LED装置80中,由于如上所述地以跨越隔板11(交叉)的方式设置向LED元件3提供驱动电流的布线20,因此不需要像实施例2那样,将用于平面划分电流供给导体层32的绝缘体的形状形成为卍形等复杂的形状。即,在实施例3的发光模块30中,能够在解决消除可调色的可调LED装置的颜色不均的技术问题的同时,在电路基板色31H的平面上整齐地划分电流供给导体层32。因此,能够抑制用于电流供给导体层32的划分的绝缘体的使用量,有助于成本的削减。
<实施例4>
接着说明本实施方式中的实施例4。图26是实施例4的照明器具DL的立体图,图27是照明器具DL的分解立体图。照明器具DL构成为包含发光模块30、散热用外壳部件50和透镜单元60。透镜单元60具有透镜61、透镜座62等。
透镜61具有可收纳LED装置8的封装1的收纳部61A。透镜座62具有作为用于收纳透镜61的凹部的座部62A。此外,散热用外壳部件50与实施例1中说明的同样,此处简略图示,该散热用外壳部件50具有用于促进从发光模块30侧传导来的热量的释放的散热片部51等。
接着说明实施例4的发光模块30。图28是示出在实施例4的电路基板上搭载有LED装置的状态的图。如图所示,在电路基板31I上搭载有多个LED装置800。图29是实施例4的LED装置800的概略结构图。在形成于LED装置800的基座2上的封装1A中未设置隔板。在封装1中,设置有处于LED装置800的光的出射方向上的开口部13、以及包含荧光体和密封该开口部13的透光性材料的荧光部14。在封装1的内部收纳有6个LED元件3,这6个LED元件3与布线20并联连接。
将图28中的800A称作“第一LED装置”,将800B称作“第二LED装置”。例如对第一LED装置800A和第二LED装置800B所使用的荧光体的种类等进行调节,使得从径口部14射出的输出光的光谱相互不同。本实施例的发光模块30的特征在于,该发光模块30如上所述地具有输出光的光谱相互不同多种LED装置,且如后所述,经过安装这些LED装置的电路基板中的电力供给导体层的不同的路径,向输出光的光谱不同的LED装置的荧光部14提供控制体系不同的驱动电流。此外,关于LED装置800,封装1的部分从上方嵌合到形成于透镜61内部的收纳部61A中,并且透镜61被安装于透镜座62的座部62A。
在图28所示的例子中,第一LED装置800A和第二LED装置800B分别是8台,加起来有16台LED装置800被搭载于电路基板31I。这里,电路基板31I的层叠结构与实施例1中说明的电路基板31相同(参照图11)。参照图11,电路基板31I在使用作为热传导材料的铝构成的基材部36上层叠了绝缘树脂层36A,进一步在其上层叠有电流供给导体层32。该电流供给导体层32以覆盖基材部36的大致整个表面的方式形成为面状,并且在电流供给导体层32上层叠有作为最上层的绝缘树脂层37。在电路基板31I上搭载LED装置800时,电流供给导体层32中,只有通过焊接等方式与基座2的下表面形成的电极21和外部端子接合的部分露出于外部,其他部分被绝缘树脂层37覆盖。
接着说明电路基板31I中的电流供给导体层32。图30是示出本实施例中的电路基板31I的电流供给导体层32的图。利用绝缘体33对电流供给导体层32的平面区域进行平面划分。更具体而言,利用绝缘体33将电流供给导体层32划分为驱动电流的流通路径相互不同的第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B。第1电流供给导体层32A向第一LED装置800A提供LED元件3的驱动电流,第2电流供给导体层32B向第二LED装置800B提供LED元件3的驱动电流。在本实施例中,第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B被绝缘,因此能够利用独立的控制体系对第一LED装置800A和第二LED装置800B进行发光控制。
利用经过电路基板31I的中心的假想直线Lv将具有圆形形状的电路基板31I的平面区域、更具体地说是电流供给导体层32的平面区域二分为两个区域,将此时划分而成的两个区域分别定义为第一区域R1和第二区域R2。从图30可知,在第一区域R1和第二区域R2各自之中包含有第1电流供给导体层32A和第2电流供给导体层32B双方。在本实施例的电路基板31I中,以使第一区域R1中包含的第1电流供给导体层32A与第二区域R2中包含的第1电流供给导体层32A的面积大致相同的方式,利用绝缘体33对电流供给导体层32进行平面划分。并且,以使第一区域R1中包含的第2电流供给导体层32B与第二区域R2中包含的第2电流供给导体层32B的面积大致相同的方式,利用绝缘体33对电流供给导体层32进行平面划分。即,在本实施例中,电流供给导体层32中形成的驱动电流的各路径中的、属于第一区域R1的部分的面积与属于第二区域R2的部分的面积大致相同。由此,在通过假想直线Lv将电路基板31I的平面区域二分为第一区域R1和第二区域R2的情况下,在第一区域R1和第二区域R2中,能够使得流过同一控制体系的驱动电流的电力供给导体层32的面积彼此实质上相同。由此,能够避免从各LED装置800传递到电力供给导体层32A、32B的热量的分布在基板平面方向上过度失衡。由此,能够进一步提高各LED装置800的散热性能。
此外,如图28所示,搭载于电路基板31I的各LED装置800被配置成环状,且以各LED装置800的间隔角度相等的方式排列配置(图中用点划线表示其状态)。具体而言,在内侧的用点划线表示的环状线上,第一LED装置800A和第二LED装置800B以彼此交替排列的方式各配置有3个。此外,在外侧的用双点划线表示的环状线上,第一LED装置800A和第二LED装置800B以彼此交替排列的方式各配置有5个。通过配置这样的LED装置800,控制体系相互不同的第一LED装置800A和第二LED装置800B相邻,同一控制体系的LED装置不是偏向地存在于一处,因此能够理想地抑制发光模块30整体的合成光的颜色不均。此外,通过对按照假想环状线状(本结构例中是2条环状线)配置的第一LED装置800A和第二LED装置800B进行等角配置,能够进一步促进发光模块30的合成光的混色。
在图30中,图中的虚线涂白部分假想地示出了与LED装置800中的基座2的电极21焊接接合的部分、即层叠绝缘树脂层37后的电流供给导体层32的露出部分。此外,图中的格状阴影线部分假想地示出了用于形成各外部端子34、35的部分。
在本实施例的电路基板31I中,电流供给导体层32使用热传导性材料构成,并且在基材部36的大致整个表面内形成为面状。因此,电流供给导体层32能够在电路基板31I的平面方向上扩展地释放从各LED装置8夺取的热量。即,能够在电路基板31I的平面方向上理想地分散LED装置800中局部集中的热量的同时,高效地从LED装置800夺取热量。并且,传导至电流供给导体层32的来自LED装置800的热量经由同样使用热传导性材料构成的基材部36从散热用外壳部件50释放到大气中,由此能够促进LED装置800的冷却。
<LED照明系统LS>
接着说明本实施方式的照明系统LS。图31是示出照明系统LS的电路结构的概况的图,图32是示出图31所示的控制电路的结构例的图。
在照明系统LS中,具有如下的布线结构:来自电源的作为一对的两条供电线连接至调光装置Dm,用作为一对的两条供电线(驱动电流供给线)来连接调光装置Dm和发光模块30。照明系统LS适合应用于如下这样的建筑物:该建筑物从电源(商用电源)将一对引入线引入到调光装置Dm的设置位置,并且在调光装置Dm的设置位置与发光模块30的设置位置之间预先铺设有作为一对的两条供电线。调光装置Dm是如下的控制装置:按照驱动电流的每个控制体系,通过PWM(Pulse WidthModulation:脉宽调制)控制,经由发光模块30的电力供给导体层32向各LED装置8提供电力,进行LED装置8的调色。即,调光装置Dm按照与各LED装置8对应的每个驱动电流路径,独立地控制提供给电力供给导体层32的电力,由此进行LED装置8的调色。
图31以双点划线表示的假想线403为边界,图示了电气布线设置空间(假想线403的上侧)、以及照明系统LS的设置空间(假想线403的下侧),其中,在照明系统LS中配置有与电气布线相连的调光装置Dm(调光盒)以及发光模块30。电气布线设置空间通常设置于墙壁内或天花板里,电气布线设置空间通过墙壁或天花板与照明系统LS的设置空间隔绝。在图31所示的例子中,在电气布线设置空间中,布置有被提供商用电源(例如交流电100V、50Hz)的一对商用电源母线400、一对照明装置用供电线401(401a、401b)、和从商用电源母线400引出的用于使一对照明装置闪烁的引入线402。
在引入线402上连接调光装置Dm所具有的输入侧的一对端子T1、T2。调光装置Dm具有输出侧的一对端子T3、T4,端子T3、T4与照明装置用供电线401(401a、401b)连接。另一方面,在照明器装置供电线401上连接有发光模块30的各外部端子34A、35B、35A、34B。另外,这里以应用实施例1(主要是图10~12)的发光模块30来构建照明系统LS的情况为例进行说明。
调光装置Dm接收从端子T1、T2提供的来自商用电源的交流电压。调光装置Dm具有全波整流式的直流电源供给电路(以下简单称作“电源电路”)412。不论负载的导通状态如何,都能够通过该电源电路412向调光装置Dm提供稳定的直流电源。电源电路412经由直流电源供给线414、415与控制电路413连接。在商用交流电源的有效值为100V的情况下,电源电路412成为经由供电线414、415在无负载时提供大致140V的直流电压的直流电源。
如图32所示,控制电路413具有与操作部416连接的操作量检测部417、控制装置420和驱动装置430。驱动装置430包含驱动逻辑电路(控制电路)431、和作为H型桥接电路的驱动电路432。驱动电路432的输出端子与端子T3、T4连接,经由照明器装置供电线401与发光模块30连接。在发光模块30的各LED装置8中,LED元件3A、3B彼此反向(以相反极性)地并联连接。
操作部416是用于实施发光模块30发出的光的亮度(发光量)的调整(调光)和色度(色相、色温)的调整(调色)的操作器件。更具体而言,操作部416包含调光用的操作转盘416A、和调色用的操作转盘416B。用户可通过旋转各个转盘416A、416B,来调整发光模块30的亮度(发光量)和色度(色相、色温)。
操作量检测部417是输出与各操作转盘416A、416B的操作量即转盘旋转量(旋转角度)对应的信号的信号发生器。在本实施方式中,操作量检测部417包含:电阻值根据操作转盘416A的旋转量(旋转角度)而变动的可变电阻器417A;以及电阻值根据操作转盘416B的旋转量(旋转角度)而变动的可变电阻器417B。操作量检测部417经由布线405与电源电路412连接。经由布线405向操作量检测部417施加电源电路412中基于商用交流电源生成的预定的直流电压(例如无负载时为最大值5V)。
在连接操作量检测部417和控制装置420的布线(信号线)418上,产生与可变电阻器417A的电阻值对应的电压(例如最大5V)。另一方面,在连接操作量检测部417和控制装置420的布线(信号线)419上,产生与可变电阻器417B的电阻值对应的电压(例如最大5V)。由此,操作量检测部417产生与操作转盘416A、416B的各操作量对应的信号电压。
另外,可以替代操作转盘416A、416B而应用滑动条。在应用滑动条的情况下,操作量检测部417生成与作为旋转量的替代的移动量对应的电压(信号)。此外,操作量检测部417输出与可变电阻值对应的电压作为控制信号。作为其替代,可以设置检测操作转盘416A、416B的旋转量(旋转角度)的旋转编码器,将表示旋转编码器的旋转量的脉冲输入到控制装置420。该情况下,可以省略后述那样的、将电压转换为数字值的模拟/数字转换器的设置。
控制装置420是组合了模拟/数字转换器(A/D转换器)、微计算机(微型计算机:MP)、寄存器、定时器、计数器等的控制电路。微型计算机例如可以采用主时钟按照来自未图示的石英振子的工作频率(例如4MHz)而工作的存储器内置型微处理器。但是不限于此。此外,微型计算机将记录在未图示的内置ROM(Read Only Memory:只读存储器)中的工作程序加载到未图示的RAM(Random Access Memory:随机存取存储器),依照程序执行处理。
控制装置420的A/D转换器输出信号线418上产生的电压的数字值,并将该数字值设置到未图示的寄存器中。此外,A/D转换器输出信号线419上产生的电压的数字值,并将该数字值设置到未图示的寄存器中。此外,控制装置420所具有的定时器和计数器由按照期望的自激振荡频率(例如1MHz)进行振荡的陶瓷振子421驱动,在预先设定的定时,从连接控制装置420和驱动逻辑电路431的布线424、425自激输出互补的脉冲。例如将该互补的脉冲预先设定为,使得其重复频率成为预定频率。
控制装置420的微型计算机进行根据设置在各寄存器中的数字值(操作转盘416A、416B的操作量)生成控制脉冲(控制信号)的控制脉冲生成处理,并将所生成的脉冲提供(输出)到驱动逻辑电路431。另外,经由布线424、425将微型计算机生成的脉冲(控制信号)提供到驱动逻辑电路431。
驱动逻辑电路431接到从布线424、425提供的脉冲(控制信号),控制与该控制信号对应的晶体管(开关元件)TR1~TR4的接通/断开动作(开关动作)。即,控制电路431在没有从布线424和425输入脉冲的情况下,断开晶体管TR1~TR4。另一方面,控制电路431在从布线424输入了正脉冲的期间,接通晶体管TR1和TR4,而断开晶体管TR2和TR3。由此,从电源电路412经过布线414提供的直流电流经过晶体管TR1流至供电线401a,供LED元件3A的点亮。之后,电流经过供电线401b、晶体管TR4流至布线415(接地)。
与此相对,驱动逻辑电路431在从布线425输入了负脉冲的期间,接通晶体管TR2和TR3,而断开晶体管TR1和TR4。由此,从电源电路412经过布线414提供的直流电流经过晶体管TR2流至布线401b,供LED元件3B的点亮。之后,电流经过布线401a、晶体管TR3流至布线415(接地)。
因此,向发光模块30交替地提供与从控制装置420输出的脉冲(控制信号)相似形状的、正驱动电流和负驱动电流。换言之,向LED元件3A、LED元件3B提供极性不同的交流电流。另外,在本实施方式中,将正驱动电流定义为第1控制体系的驱动电流,将负驱动电流定义为第2控制体系的驱动电流。此外,这里,在对LED装置8的各个LED元件3A、3B进行激励的情况下,与荧光部14B相比,荧光部14A射出的光的色温更高。
图33是在进行亮度调整时提供给发光模块30的驱动电流的波形说明图。驱动装置430在1个周期(周期T0)中,在提供正控制信号的期间T1中输出正脉冲,在提供负控制信号的期间T2中输出负脉冲。当操作调光用的操作转盘416A时,控制装置420中的微型计算机通过进行脉宽调制(PWM)控制来调整占空比。
这里,向发光模块30的各LED装置8中的LED元件3A、3B提供的平均电流取决于脉冲的接通时间。即,正负脉冲的接通时间越大,在1个周期中提供给各LED元件3A、3B的驱动电流的平均电流值越上升。反之,越是减小占空比而使得脉冲的接通时间越小,提供给各LED装置8中的LED元件3A、3B的平均电流值越小。
图33的上段示出了占空比为1时的脉冲。该情况下,在正负脉冲供给期间T1、T2中分别输出一个脉冲。此外,图33的中段示出了与图33的上段所示的状态相比,通过微型计算机的PWM控制降低了期间T1、T2中的占空比的状态。通过占空比的变更,成为提供多个正负脉冲的状态。并且,该图的下段示出了与中段所示的状态相比,进一步降低了占空比时的状态。该情况下,各个正负脉冲的脉宽t1、t2比该图中段所示的状态更小。
图33的各段所示的例子示出了以降低(减少)发光模块30的亮度(发光量)的方式依次操作调光用的操作转盘416A的情形。在这样地对操作转盘416A进行操作的情况下,控制装置420的微型计算机通过PWM控制降低占空比,由此使得脉冲的接通时间t1、t2变短。其结果,提供给发光模块30的各LED装置8的平均电流降低,发光模块30输出的输出光的亮度变低(发光量变少)。但是在这里,1个周期(正半周期期间T1和负半周期期间T2)中的脉冲的接通时间t1、t2之比不变。由此,能够在不改变发光模块30的色度(色相、色温)的情况下对输出光的亮度(发光量)进行增减。
图34是在进行色度调整时提供给发光模块30的驱动电流的波形说明图。图34的各段示出了对操作转盘416B进行了操作时的脉冲状态。在对操作转盘416B进行了操作的情况下,控制装置420的微型计算机在不变更此时的脉宽的情况下,变更1个周期(周期T0)中的正负脉冲数。在图34的上段,正负半个周期中的脉宽t1、t2相同,正负半个周期中的脉冲的接通时间之比为4:3。
与此相对,在该图的中段,正负半个周期中的脉冲的接通时间之比变更为3:4。并且,在该图的下段,正负半个周期中的脉冲的接通时间之比变更为2:5。通过变更这样的正负周期中的脉冲的接通时间之比,来改变1个周期中的各LED装置8的LED元件3A和LED元件3B的点亮时间之比。由此改变通过分别点亮被提供第1控制体系的驱动电流的LED元件3A、和被提供第2控制体系的驱动电流的LED元件3B而发出的合成光的色度(色相、色温)。
从人眼的敏感度、开关损失的防止、噪声的产生的角度出发,例如可以在30Hz~50kHz之间设定用于输出上述正负脉冲的重复频率T0(自激振荡频率)。优选为50Hz~400Hz。更优选为50或60Hz~120Hz。自激振荡频率可根据商用电源频率独立地设定,但不妨碍选择与商用电源频率相同的频率。
另外,如图32所示,在本实施方式的控制电路413中设置有积分电路450和440。积分电路450将与用于驱动LED元件3A的正电流(第1控制体系的驱动电流)的平均值成比例的电压反馈到控制装置420。同样,积分电路440将与用于驱动LED元件3B的负电流(第2控制体系的驱动电流)的平均值成比例的电压反馈到控制装置420。控制装置420使用A/D转换器观测积分电路440、450的反馈电压,并将其用于控制信号(脉冲)的生成。
以下说明调光装置Dm的动作例。当关闭主电源开关411(参照图31)时,进行电源电路412的整流和电压转换动作,向控制电路413提供直流电源。控制装置420的微型计算机以公知的方法开始初始化动作,将记录在未图示的内置ROM(ReadOnly Memory:只读存储器)中的工作程序加载到未图示的RAM(Random AccessMemory:随机存取存储器),依照程序执行处理。
在调整发光模块30的亮度的情况下,例如进行以下这样的操作和调光装置410的动作。例如,当使用者(用户)例如向右最大限度地转动操作转盘(操作旋钮)416A,将照明的亮度(发光量)设定为最大时,在信号线418上产生最大5.0伏的直流电压。控制装置420通过内置的A/D转换器将信号线418上产生的电压转换为数字信号进行读取,经由信号线424、425向驱动电路430的驱动逻辑电路431提供控制信号。驱动逻辑电路431依照控制信号对驱动电路(H型桥接)432进行驱动。此时,驱动电路432按照预先设定的自激振荡频率即50Hz被驱动。
此时的控制信号波形如图33的上段所示,在正脉冲(控制信号)的接通时间即时间t1的期间,正电流作为第1控制体系的驱动电流流过供电线401a,并从+外部端子部34A输入到发光模块30。该第1控制体系的驱动电流经由第1电流供给导体层32A被提供到各LED装置8中的LED元件3A,从而从荧光部14A射出光。另外,图31所示的二极管D1是逆流防止用的二极管,防止在各LED装置8的LED元件3B中流过正电流(第1控制体系的驱动电流)。
另一方面,在负脉冲(控制信号)的接通时间即时间t2的期间,负电流作为第2控制体系的驱动电流流过供电线401b,并从+外部端子部34B输入到发光模块30。该第2控制体系的驱动电流经由第2电流供给导体层32B被提供到各LED装置8中的LED元件3B,从而从荧光部14B射出光。图31所示的二极管D2是逆流防止用的二极管,防止在各LED装置8的LED元件3A中流过负电流(第2控制体系的驱动电流)。此外,在供电线401(401a、401b)中通入大致50Hz的交流电流,因此交替地点亮发光模块30的各LED装置8中的LED元件3A、3B。
这里,在时间t1中流过的电流和在时间t2中流过的电流之比支配由发光模块30中的各LED元件3A、3B发出的合成光的色度。在图33的上段所示的状态下,色温相对较高的LED元件3A的点亮时间比色温相对较低的LED元件3B的点亮时间长,因此发光模块30的发光色呈现略泛蓝的白色。
另一方面,使用者例如朝左向旋转操作转盘(调光旋钮)416A,将照明的亮度设定为中央值,由此在信号线418上产生大约2.5伏的直流电压。该情况下,控制装置420的微型计算机通过内置的A/D转换器将电压转换为数字信号进行读取,控制驱动装置430的驱动,从而向发光模块30提供交流电流。此时的脉冲波形成为图33的中段所示的状态。即,期间T1中的正脉冲的接通时间与期间T2中的负脉冲的接通时间之比不变,但占空比降低,因此最大亮度时的一个脉冲成为多个脉冲组。这里,正脉冲的脉宽与负脉冲的脉宽相同。由此,平均电流比最大亮度时小,因此来自发光模块30中的LED元件3A、3B的输出光的亮度降低。
之后,使用者进一步朝左向旋转操作转盘(调光旋钮)416A,将照明的亮度设定为最小值。于是,信号线418产生大约0.5伏的直流电压。该情况下,控制装置420的微型计算机通过A/D转换器对电压值进行转换后进行读取,进行与电压值对应的驱动装置430的控制。即,如图33的下段所示,控制装置420进一步降低期间T1和T2中的正负脉冲的占空比。由此,期间T1中的正脉冲的接通时间与期间T2中的负脉冲的接通时间之比不变,并且各脉冲的脉宽进一步变小。由此,平均电流比中央亮度时进一步变小,因此来自发光模块30中的LED元件3A、3B的输出光均成为最暗的亮度。
接着说明调整发光模块30的色度(色相、色温)时的使用者(用户)的操作和调光装置Dm的动作例。对于图33的中段所示的电流波形,LED元件3A的平均电流比LED元件3B的平均电流大,因此如之前所述,呈现出略泛蓝的白色。这里,对使用者意图从将图33的中段所示的电流波形提供给发光模块30的状态变更为开氏温度低的略微泛红的白色的情况进行说明。该情况下,使用者向左(逆时针方向)旋转操作转盘(调色旋钮)416B。于是,信号线419上产生的直流电压(例如大约4伏)降低到例如3.0伏左右。
控制装置420的微型计算机读取通过A/D转换器转换后的信号线419的直流电压的数字值,改变对驱动装置430进行控制的脉冲波形。例如,控制装置420的微型计算机使提供给驱动装置430的驱动逻辑电路431的脉冲波形从图33的中段所示的状态变化到图34的上段所示的状态。即,微型计算机将图33的中段所示的状态下正电流(脉冲)与负电流(脉冲)的接通时间之比5:2变更为图34的上段所示的4:3。由此,提供给各LED装置8的LED元件3A的第1控制体系的平均电流减少,提供给LED元件3B的第2控制体系的平均电流增加。其结果,发光模块30的发光色、即色温稍稍降低而呈现出泛红的白色。此时,正负周期中的脉冲的接通时间之比发生变化,但正负周期各自之中的脉冲的合计值(平均电流的合计值)不变,因此发光模块30的亮度不变。
之后,使用者意图变更到色温最低的泛红的白色,并将操作转盘(色度旋钮)416B向左(逆时针方向)旋转到极限。于是,原本大约为3.0伏的信号线419的直流电压降低到1.0伏左右。并且,控制装置420的微型计算机在检测到数字转换后的信号线419的直流电压时,经由驱动逻辑电路220,改变对全桥驱动器250进行驱动的控制信号(脉冲)。即,微型计算机向驱动装置430提供控制信号,使得流过供电线401a的电流波形从图34的上段所示的状态经过该图中段所示的状态,变化到该图下段所示的状态。由此,由第1控制体系的驱动电流驱动的LED元件3A的平均电流进一步减少,而由第2控制体系的驱动电流驱动的LED元件3B的平均电流进一步增加。其结果,发光模块30的色温进一步降低并呈现出强烈泛红的白色。另外,此时发光模块30的整体亮度也是不变的。
如以上说明的那样,根据本实施方式的照明系统LS,将来自商用电源那样的交流电源的交流电转换为直流电,基于该直流电生成由自激振荡频率实现的期望频率的交流电(按照每个周期T0提供的正负电流),作为驱动电流分别提供给发光模块30的各LED装置8中的LED元件3A、3B。由此,能够提高调光装置Dm的设计自由度。此外,根据该照明系统LS,能够在不改变从发光模块30输出的合成光的色度(色相、色温)的情况下调整亮度(明度),此外,能够在不改变亮度(明度)的情况下调整色度(色相、色温)。
接着说明与使用图31至34说明的照明系统不同的照明系统LS的其他变形。图35是示出第二照明系统LS′的内部结构的框图。
图35所示的标号30是到上述为止的任意一个实施例的发光模块30,这里以应用实施例1(主要是图10~12)的发光模块30来构建第二照明系统LS′的情况为例进行说明。发光模块30中,各LED装置8中的LED元件3A、3B反向并联连接(以相反极性并联连接)。
并且,第二照明系统LS′具有:固态继电器(SSR)502,其二次侧与发光模块30串联连接;驱动电路503,其向固态继电器502的一次侧提供控制二次侧的导通/非导通的脉冲信号;作为AC电源的商用电源504,其与发光模块30的各LED装置8串联连接;向驱动电路503施加直流电压的DC电源505;以及与固态继电器502的二次侧连接的电阻506等。
在发光模块30中,各LED装置8中的LED元件3A彼此以其正向成为同一方向的方式串联连接,向这些LED元件3A提供第1控制体系的驱动电流。此外,各LED装置8中的LED元件3B彼此以其正向成为同一方向的方式串联连接,向这些LED元件3B提供第2控制体系的驱动电流。并且,彼此相互串联连接的一组LED元件3A与一组LED元件3B并联连接。
在发光模块30的一个连接节点507上连接有商用电源504的一端,在另一个连接节点508上连接有固态继电器502的二次侧的一个端子。此外,电阻506的一端与固态继电器502的二次侧的另一个端子510连接,电阻506的另一端与商用电源504的另一端连接。由此,发光模块30(LED装置8)、固态继电器502的二次侧电路以及电阻506相对于商用电源504串联连接。此外,在连接节点507上连接有发光模块30的外部端子34A、35B,在连接节点508上连接有发光模块30的外部端子35A、34B。
向固态继电器502的一次侧输入从驱动电路503输出的脉冲信号,控制其二次侧的导通/非导通。驱动电路503输出第1脉冲信号Ps1(第1控制体系)和第2脉冲信号Ps2(第2控制体系)作为脉冲信号,其中,所述第1脉冲信号Ps1进行来自商用电源504的交流电压为正的半个周期的相位控制,所述第2脉冲信号Ps2进行来自商用电源504的交流电压为负的半个周期的相位控制。并且,通过将第1脉冲信号Ps1输入到固态继电器502,来设定在来自商用电源504的交流电压为正的半个周期中导通的第1期间。此外,通过将第2脉冲信号Ps2输入到固态继电器502,来设定在来自商用电源504的交流电压为负的半个周期中导通的第2期间。
并且,第二照明系统LS′具有用于从外部输入第1期间和第2期间的操作部509。驱动电路503通过接收操作部509输出的信号,设定从驱动电路503输出的第1脉冲信号Ps1和第2脉冲信号Ps2的输出定时。第二照明系统LS′还具有接收来自遥控器(遥控)510的红外线信号的红外线信号接收部511,其中,所述遥控器用于输入设定上述第1期间和第2期间。在红外线信号接收部511中,根据从遥控510接收到的红外线信号向驱动电路503输出指令。由此,设定从驱动电路503输出的第1脉冲信号Ps1和第2脉冲信号Ps2的输出定时。因此,在该结构例中,从操作部509或红外线信号接收部511提供给驱动电路503的信号成为发光模块30中的各LED装置8的调光控制信号。
在如上构成的第二照明系统LS′中,根据从驱动电路503输出的第1脉冲信号Ps1和第2脉冲信号Ps2的输出定时,控制各LED装置8中的LED元件3A和LED元件3B各自的发光时间。其结果,能够自由地进行各LED装置8的调色。
以上叙述的实施方式是用于说明本发明的一个例子,可以在不脱离本发明主旨的范围内对上述实施方式施加各种变更。此外,本实施方式中,发光模块30的LED装置8例示性地采用了输出白色光的LED装置,当然也可以将本发明应用到输出其他颜色的发光装置。此外,本发明的用于搭载半导体发光装置(LED装置)的电路基板、发光模块、照明器具和照明系统不限于上述实施方式,在能实现的情况下可以包含它们的组合。
标号说明
1:封装
2:基座
3、3A、3B:半导体发光元件(LED元件)
8:半导体发光装置(LED装置)
11:隔板
12、12A、12B:分割区域部
13:开口部
20、20A、20B:布线
21A、21B:电极
30:发光模块
31:电路基板
32、32A、32B:电流供给导体层
33:绝缘部件
36:基材部
37:电绝缘保护涂膜层
50:散热用外壳部件
51:散热片部
52:外壳部
Claims (17)
1.一种发光模块,其包含半导体发光装置以及搭载该半导体发光装置的电路基板,所述半导体发光装置至少具有半导体发光元件和荧光体,其中,
在所述电路基板上,至少搭载有具有被提供的驱动电流的路径不同的多个半导体发光元件的半导体发光装置、或者提供给半导体发光元件的驱动电流的路径不同的多个半导体发光装置,
所述电路基板具有:使用热传导材料形成的基材部;以及将所述半导体发光元件的驱动电流提供给所述半导体发光装置的电力供给导体层,
所述电力供给导体层使用热传导材料形成且以覆盖所述基材部的平面的方式形成为面状,并且按照所述驱动电流的每个路径,利用绝缘体对所述电力供给导体层的平面区域进行了平面划分。
2.根据权利要求1所述的发光模块,其中,
所述驱动电流的路径不同的所述电力供给导体层的区域以彼此不上下重叠的方式形成。
3.根据权利要求1或2所述的发光模块,其中,
在所述基材部上,以与所述基材部的未搭载所述半导体发光装置的非搭载面热接触的方式安装有散热用外壳部件,从所述半导体发光装置侧经由所述电力供给导体层传导至所述基材部的热量从该散热用外壳部件发散到大气中。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的发光模块,其中,
在利用所述绝缘体按照所述驱动电流的每个路径划分而成的所述电力供给导体层的各个区域中,流过控制体系不同的驱动电流。
5.根据权利要求1~4中的任意一项所述的发光模块,其中,
所述半导体发光装置具有收纳所述半导体发光元件和所述荧光体的封装,
在所述封装中,设置有开口部和至少两个以上的分割区域部,所述开口部在该半导体发光装置的出射方向上开口,所述至少两个以上的分割区域部是将封装内部分割为两部分以上而划定的,且在作为该开口部的一部分的分割开口部中开口,
所述分割区域部分别具有荧光部,所述荧光部包含所述荧光体和密封各分割区域部的透光性材料,并且从所述荧光部输出的光的光谱在至少一个分割区域部与其他分割区域部中相互不同,且经过所述电力供给导体层的不同的路径向输出光的光谱不同的分割区域部提供驱动电流。
6.根据权利要求5所述的发光模块,其中,
关于所述封装,利用从基座部件竖立设置的所述隔板将所述封装的内部分割为两个分割区域部,
在所述基座部件上,设置有用于安装收纳在各个所述分割区域部中的半导体发光元件的两个布线部,
各个布线部的一对电极在所述基座部件的平面区域内隔着所述隔板设置于彼此相反侧的区域中,由此,所述各个布线部与所述隔板交叉。
7.根据权利要求5或6所述的发光模块,其中,
分别设置于输出光的光谱不同的、一个分割区域部和其他分割区域部中的所述半导体发光元件彼此以相反极性并联连接。
8.根据权利要求1~7中的任意一项所述的发光模块,其中,
所述绝缘体包含第一绝缘体,所述第一绝缘体在所述电路基板的平面内形成为环状,
所述驱动电流的路径不同的所述电力供给导体层的区域相互间被所述环状绝缘体绝缘。
9.根据权利要求1~8中的任意一项所述的发光模块,其中,
所述发光模块还具有第二绝缘体,所述第二绝缘体对由所述第一绝缘体划分后的所述电力供给导体层的区域进行平面划分,
所述半导体发光装置以跨越一个所述第二绝缘体的上部的方式搭载于所述电路基板,并且,由该一个第二绝缘体划分出的一个区域和另一个区域通过该半导体发光装置的内部布线电连接。
10.根据权利要求1~4中的任意一项所述的发光模块,其中,
所述半导体发光装置具有收纳所述半导体发光元件和所述荧光体的封装,
在所述封装中设置有开口部和荧光部,其中,所述开口部在该半导体发光装置的出射方向上开口,所述荧光部包含所述荧光体和密封该开口部的透光性材料,
在所述电路基板上搭载有多个所述半导体发光装置,并且从所述荧光部输出的光的光谱在至少一个半导体发光装置和其他半导体发光装置中相互不同,且经过所述电力供给导体层的不同的路径向输出光的光谱不同的荧光部提供驱动电流。
11.根据权利要求10所述的发光模块,其中,
在通过假想直线将所述电力供给导体层的平面区域二分为第一区域和第二区域的情况下,所述驱动电流的各路径中的属于所述第一区域的部分的面积与属于所述第二区域的部分的面积大致相同。
12.根据权利要求10或11所述的发光模块,其中,
在所述电路基板上,所述多个半导体发光装置配置成环状,并且等角地配置各半导体发光装置的间隔,
经过所述电力供给导体层的不同的路径而被提供控制体系相互不同的驱动电流的一个半导体发光装置与其他半导体发光装置交替排列且呈环状配置。
13.根据权利要求4所述的发光模块,其中,
在所述电路基板上搭载有多个所述半导体发光装置,
所述电力供给导体层将用于安装各半导体发光装置中设置的所述半导体发光元件的布线中,驱动电流的控制体系相同的布线彼此串联连接。
14.根据权利要求1~13中的任意一项所述的发光模块,其中,
所述电流供给导体层形成为,形成有该电流供给导体层的部分相对于所述基材部的总表面积的面积比率为70%以上。
15.一种电路基板,其用于搭载至少具有半导体发光元件和荧光体的半导体发光装置,其中,
在所述电路基板上,至少搭载有具有被提供的驱动电流的路径不同的多个半导体发光元件的半导体发光装置、或者提供给半导体发光元件的驱动电流的路径不同的多个半导体发光装置,
所述电路基板具有:基材部,其使用热传导材料形成;以及电力供给导体层,其将所述半导体发光元件的驱动电流提供给所述半导体发光装置,
所述电力供给导体层使用热传导材料形成且以覆盖所述基材部的平面的方式形成为面状,并且按照所述驱动电流的每个路径,利用绝缘体对所述电力供给导体层的平面区域进行了平面划分。
16.一种照明器具,该照明器具具有权利要求1~14中的任意一项所述的发光模块。
17.一种照明系统,其具有:
权利要求1~14中的任意一项所述的发光模块;以及
控制装置,其按照所述驱动电流的每个路径,独立地控制提供给所述电力供给导体层的电力,由此对从所述半导体发光装置发出的发光色进行调色。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140319 |