JP2006261600A - 照明モジュール、照明装置及び照明モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストアップを招くことなく、各発光体列での電圧値を略一定にすることができる照明モジュールを提供する。
【解決手段】 照明モジュールは、３２個のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子列を２列備える。各ＬＥＤ素子列のＬＥＤ素子は、その動作順電圧値が全て第２の範囲（ランクＲ−３〜ランクＲ＋３）内に入っており、その動作順電圧値が第１の範囲（ランクＲ０）内に入っているときは単独で基板に実装され、また、その動作順電圧値が第１の範囲（ランクＲ０）内に入っていないときは、他のＬＥＤ素子を組み合わせて第１の範囲に入るようにして基板に実装されている。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、複数の発光体を直列に接続してなる発光体列を複数並列接続で備える照明モジュールに関する。

発光ダイオード素子（以下、単に「ＬＥＤ素子」という。）を実装する照明モジュールは、ＬＥＤ素子単体の光出力が小さいために、複数のＬＥＤ素子を備えている。これらのＬＥＤ素子は、通常、同一仕様のものが使用されると共に、例えば、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子列を複数用いて並列接続している。
これは、同一仕様のＬＥＤ素子を用いれば、各ＬＥＤ素子列でＬＥＤ素子の内部抵抗の合計値（合成抵抗値）が略等しくなり、各ＬＥＤ素子列に略同量の電流を流すことができ、各ＬＥＤ素子列での発光量のばらつきを少なくできるのである。

しかしながら、各ＬＥＤ素子列を構成する各ＬＥＤ素子は、同一仕様であっても、実際には順方向の動作順電圧値Ｖｆが異なり、夫々のＬＥＤ素子列に流れる電流に差が生じる。
この差が大きくなると、合成抵抗値の低いＬＥＤ素子列に過電流が流れ、当該ＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の商品寿命が短くなるという問題が生じる。

このような問題を解決する照明モジュールあるいは照明装置としては、例えば、ＬＥＤ素子列毎にＬＥＤ素子列に流れる電流を一定にするための電子部品（例えば、抵抗素子）や電源（例えば、定電流回路）を備えたものや、動作順電圧値Ｖｆのバラツキが殆ど無視できる範囲内のＬＥＤ素子だけを用いたものがある。
特開２００４−２０７６５４号公報

しかしながら、上記照明モジュールでは、コストが非常に高くなる等の問題がある。つまり、前者の照明モジュールでは、各ＬＥＤ素子列に電子部品や電源を備えることになりコストアップを招くと共に、照明モジュールが大型化するという問題がある。
一方、後者の照明モジュールでは、例えば、１枚のウェハからＬＥＤ素子を切り出した内、ばらつきの小さいものだけを選別して抽出するため、照明モジュールに使用できるＬＥＤ素子の数が極端に少なくなり、余ったＬＥＤ素子は使用できないことから、ＬＥＤ素子１個当たりのコストが非常に高くなるのである。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、コストアップを招くことなく、各発光体列での電圧値を略一定にすることができる照明モジュール、照明装置及び照明モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る第１の照明モジュールは、複数の発光体を直列に接続してなる発光体列を基板に１列以上備え、前記発光体列を構成する複数の発光体の動作順電圧値の平均値が、予め設定されていた基準順電圧値に対して第１の範囲に入るように各発光体が接続されてなり、前記基板に実装されている発光体は、当該動作順電圧値が前記基準順電圧値に対して、前記第１の範囲よりも広い第２の範囲内に入る特性を有し、動作順電圧値が前記第１の範囲内に入らない発光体が、当該発光体と組み合わせることで動作順電圧値の平均値が前記第１の範囲内に入る他の発光体と、組み合わされて同一の発光体列内に実装されていることを特徴としている。

或いは、上記目的を達成するため、本発明に係る第２の照明モジュールは、複数の発光体を直列に接続してなる発光体列を基板に１列以上備え、前記発光体列を構成する複数の発光体の動作順電圧値の平均値が、予め設定されている基準順電圧値に対して第１の範囲に入るように各発光体が接続されてなり、前記基板に実装されている発光体は、その動作順電圧値印加時の順電流値と前記基準順電圧値印加時の順電流値との差が第３の範囲内に入る特性を有し、動作順電圧値が前記第１の範囲内に入らない発光体が、当該発光体と組み合わせることで動作順電圧値の平均値が前記第１の範囲内に入る他の発光体と、組み合わされて同一の発光体列内に実装されていることを特徴としている。

ここでいう「発光体」は、発光素子だけでなく、発光素子をサブ基板に実装してなる構造を有するもの、例えば、サブマウントも含む概念であり、さらに、発光体を構成する発光素子は、半導体プロセスにより製造されるものであれば良く、例えば、ＬＥＤ、レーザダイオード等がある。
これにより、各発光体列を構成する複数の発光体における動作順電圧値の平均値を第１の範囲内に入れることができ、発光体列に流れる順方向の電流値を略一定にできる。しかも、動作順電圧値が第１の範囲内に入らないような発光素子も使用することができる。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、複数の発光体を有する照明モジュールを備え、前記照明モジュールが上記構成の照明モジュールであることを特徴としている。
また、上記目的を達成するための製造方法は、1枚のウェハから作られた複数の発光体を直列に接続してなる発光体列を基板に１列以上備え、前記発光体列を構成する複数の発光体の動作順電圧値の平均値が当該発光体の製造時に設定された基準順電圧値に対して第１の範囲に入るように各発光体が接続されてなる照明モジュールの製造方法であって、１枚のウェハから取り出された発光体の各々について動作順電圧値を測定する測定工程と、前記測定された発光体の内、その動作順電圧値が、前記ウェハの製造時に設定されている基準順電圧値に対して第２の範囲内に入るものを基板に実装する実装工程とを含み、前記実装工程では、動作順電圧値が前記第１の範囲内に入らない発光体がある場合に、当該発光体と直列接続して組み合わせることで動作順電圧値の平均値が前記第１の範囲内に入る他の発光体と一対で同一の発光体列内に実装することを特徴としている。

本発明に係る照明モジュールは、発光体の動作順電圧値が第１の範囲に入らなくても、他の発光体と組み合わせて第１の範囲に入るようにしているので、各発光体列での動作順電圧値を略一定にすることができる。さらに、動作順電圧値が第１の範囲に入らない発光体を使用できるので、コストダウンを図ることもできる。しかも、第２の範囲を、例えば、発光体の寿命を考慮した範囲とすることで、長寿命の照明モジュールを得ることができる。

また、前記第１の範囲は、前記基準順電圧値に対して±１．０％以内であるので、１以上の発光体列間における順電圧値のばらつきを小さくできる。また、前記第２の範囲は、前記基準順電圧値に対して、±２．５％以内であるので、照明モジュールとして、１０，０００時間後の光束維持率が７０（％）以上を保持できる。
また、前記発光体は、ＬＥＤ素子であり、前記組み合わされる２個の発光体は、同一のウェハから作られたものであるので、比較的発光体の製造ばらつきが小さくなり、照明モジュールに使用できる発光体が多くなり、コストを下げることができる。

一方、本発明に係る製造方法により製造した照明モジュールでは、各発光体列を構成する複数の発光体における動作順電圧値の平均値が第１の範囲内に入り、発光体列に流れる順方向の電流値を略一定にできる。これにより発光体列の寿命特性を同じにすることができる。また、本製造方法では、動作順電圧値が第１の範囲内に入らないような発光素子も使用することができ、コストダウンを図ることもできる。しかも、第２の範囲を、例えば、発光体の寿命を考慮した範囲とすることで、長寿命の照明モジュールを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る照明モジュール、そして当該照明モジュールを用いた照明装置について、それぞれ図面を参照しながら説明する。
１．照明装置について
（１）全体構造
図１は、本実施の形態に係る照明装置の斜視図である。

照明装置１５０は、ＬＥＤ素子（本発明の「発光体」に相当する。）を実装する照明モジュール１と、この照明モジュール１を固定する固定部１５１と、照明モジュール１から発せられた光を所定方向（例えば、図１における上方）に反射する反射傘１５２と、固定部１５１における照明モジュール１を保持する側と反対側に取着されたケース１５３と、このケース１５３の固定部１５１と反対側に取着された口金１５４と、ケース１５３の内部に収納され且つ照明モジュール１を点灯させる点灯ユニット（図示省略）とを備える。

口金１５４は、一般電球でも用いられているＥ型の口金、例えば、Ｅ２６である。反射傘１５２は、傘状をしており、その内面には、例えば、白色塗料が塗布されていたり、反射傘１５２が金属の場合には鏡面状に仕上げられたりしている。
（２）照明モジュールについて
図２は本実施の形態における照明モジュールの斜視図であり、図３は照明モジュールの分解斜視図である。図４は図２のＸ−Ｘ線における縦断面を矢印方向から見たときの拡大図である。

照明モジュール１は、複数のＬＥＤ素子を表面に実装する基板１０と、この基板１０の表面に取着され且つＬＥＤ素子から発せられた光を所定方向に反射させる反射板６０と、反射された光を所望方向に配光させるレンズ板７０とを備える。
この照明モジュール１は、ＬＥＤ素子が互いに直交する２方向に規則正しく配された多点光源であり、これらのＬＥＤ素子を発光させることで面状光源として用いられる。

ＬＥＤ素子（Ｄ６４，Ｄ６５，Ｄ６６）は、図４に示すように、透光性材料（Ｒ６４，Ｒ６５，Ｒ６６）により封止されている。このため、図３において現われている、基板１０に実装されているものは、ＬＥＤ素子ではなく、それを封止している透光性材料、つまり、樹脂パッケージである。
この樹脂パッケージ内のＬＥＤ素子は、図３に示すように、８行８列のマトリクス状に６４個が整然と実装されている。樹脂パッケージを符号「Ｒｎｍ」（ｎは行数を、ｍは列数をそれぞれ示し、いずれも１〜８の整数である。）で示す。そして、樹脂パッケージ「Ｒｎｍ」の内部にあるＬＥＤ素子の符号を「Ｄｎｍ」とし、「ｎ」及び「ｍ」は、樹脂パッケージＲｎｍの「ｎ」と「ｍ」に対応する。したがって、図４で現われている部分は、ＬＥＤ素子が６行目の４列目から６列目までである（図２参照）。

基板１０は、図４に示すように、多層（実施の形態では２層）の絶縁層３０、４０と金属板２０とＬＥＤ素子用の配線パターン３３（，４２），４３とからなる、所謂、金属ベース基板である。ここで、金属板２０は、絶縁層３０、４０を補強すると共に、ＬＥＤ素子Ｄｎｍの発光時に生じる熱を放出する機能を有している。
配線パターン（３３，４２，４３）は、各絶縁層３０，４０の表側（金属板２０がある側と反対側）に形成され、ここでは、６４個のＬＥＤ素子Ｄｎｍを、３２個ずつを直列にしてこれらを並列に接続すると共に照明装置１５０の点灯ユニットから給電を受ける機能を有している。

表側の絶縁層４０に形成されている配線パターンは、図３及び図４に示すように、実際にＬＥＤ素子Ｄｎｍを実装・接続するための実装用パターン４３と、点灯ユニット側と接続するための端子用パターン４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ（以下、それぞれの端子用パターンに区別がないときは、符号「４２」を使用する。）とからなる。
一方、絶縁層４０の裏側の絶縁層３０に形成されている配線パターンは、実装用パターン４３及び端子用パターン４２とを接続するための接続用パターン３３からなる。

そして、ＬＥＤ素子Ｄ１１〜Ｄ４８（Ｄｎｍの「ｎ」が１〜４、「ｍ」が１〜８までであり、このグループを「第１ＬＥＤ素子列」といい、符号「Ｇ１」で表す。）が直列に接続されて、その端が端子用パターン４２Ａ，４２Ｂに接続され、ＬＥＤ素子Ｄ５１〜Ｄ８８（Ｄｎｍの「ｎ」が５〜８、「ｍ」が１〜８までであり、このグループを「第２ＬＥＤ素子列」といい、符号「Ｇ２」で表す。）が直列に接続されて、その端が端子用パターン４２Ｃ，４２Ｄに接続されている。なお、ここでの「ＬＥＤ素子列」が、本発明の「発光体列」に相当する。

ＬＥＤ素子Ｄｎｍには、図４に示すように、ここでは、裏面に両電極を有する裏面両電極型が用いられており、両電極が絶縁層４０上の実装用パターン４３に、例えば、バンプを介してフリップチップ実装されている。なお、このＬＥＤ素子Ｄｎｍには、例えば、ＩｎＧａＮ系が使用されている。
基板１０に実装されたＬＥＤ素子Ｄｎｍは、図３及び図４に示すように、例えば、円柱状の蛍光体層を兼ねる樹脂パッケージＲｎｍにより封止されている。この樹脂パッケージＲｎｍは、ＬＥＤ素子Ｄｎｍを保護すると共に、樹脂パッケージＲｎｍを構成する樹脂内に蛍光体を内在している。

また、本実施の形態では、照明モジュール１の発光色は白色に設定されている。ここでは、ＬＥＤ素子に発光色が、主発光ピーク位置が４２０（ｎｍ）以上５１０（ｎｍ）未満、好ましくは、４４０（ｎｍ）以上４８０（ｎｍ）未満にある青色系のＩｎＧａＮ系を用いており、例えば、蛍光体として、珪酸塩蛍光体、好ましくは、Ｅｕ²⁺イオンで付活したアルカリ土類金属オルト珪酸塩系蛍光体（例えば、（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺や、（Ｓｒ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺等がある。）を利用している。

なお、前記アルカリ土類金属オルト珪酸塩系蛍光体は、その組成（Ｂａ／Ｓｒ／Ｃａの割合）を変えることによって、５０５（ｎｍ）以上６００（ｎｍ）未満の範囲で、主発光のピーク波長が変化する蛍光体であり、青緑〜緑〜黄〜橙色の波長領域に波長ピークを有し得る蛍光体である。
なお、蛍光体としては、前記珪酸塩系蛍光体だけでなく、例えば、Ｃｅ³⁺付活ガーネット系蛍光体（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺など）や、Ｅｕ²⁺付活窒化物系蛍光体（Ｓｒ₂Ｓｉ₄ＡｌＯＮ₇：Ｅｕ²⁺、Ｓｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ²⁺、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺など）や、Ｅｕ²⁺付活サイアロン系蛍光体などありとあらゆる蛍光体が使用可能である。

また、蛍光体の発光色も特に限定されるものでなく、例えば、５１０（ｎｍ）以上５６０（ｎｍ）未満の緑色系蛍光体、５６０（ｎｍ）以上５８０（ｎｍ）未満の黄色系蛍光体、５８０（ｎｍ）以上６００（ｎｍ）未満の橙色系蛍光体、６００（ｎｍ）以上６６０（ｎｍ）未満の赤色系蛍光体などから適宜選択して用いることができる。
これにより、ＬＥＤ素子Ｄｎｍから発せられた光が樹脂パッケージＲｎｍで波長変換されて、紫青色系光と前記蛍光体が放つ光との混色光（例えば、白色光）が放射される。

ここで、樹脂パッケージＲｎｍの形状を円柱状としているのは、樹脂パッケージＲｎｍにおいて、ＬＥＤ素子Ｄｎｍからの光を、内在する蛍光体によって所望色に変換して外部に放射する部分を限定することができ、結果的に点光源により近づけることができるからである。
樹脂パッケージＲｎｍ用の樹脂には、エポキシ樹脂を用いているが、他の樹脂でも良く、例えば、シリコーン樹脂のようなものを利用することができる。なお、ここでは、透光性材料として、樹脂を用いたが、他の透光性を有する材料、例えば、無機材料（低融点ガラスなど）を用いることもできる。

反射板６０は、各ＬＥＤ素子Ｄｎｍの実装位置に対応した部分に厚み方向に貫通する反射孔６０Ｈを有している。この反射孔６０Ｈは、図４に示すように、基板１０からレンズ板７０に向かって広がるテーパー状（所謂、上広がり状）に形成されている。なお、反射板６０は、接着層５０を介して基板１０の表面に貼着される。
反射板６０は、例えば、金属材料と樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂材料）により形成されており、例えば、樹脂材料の内部にフィラーが混入されている。このフィラーは、少なくとも、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢａＳＯ₄の一種以上含んでおり、反射効率を向上させる作用を有している。

なお、反射板６０の反射特性を向上させるために、例えば、反射孔６０Ｈを構成する壁面（テーパ-部分）に蒸着、メッキ、その他の製法により金属薄膜を形成するようにしても良い。この場合、反射板内のＴｉＯ₂等の混入物の有無は関係なくなる。
レンズ板７０は、例えば、透光性を有するエポキシ樹脂により形成されており、図３及び図４に示すように、反射板６０の反射孔６０Ｈ、つまりＬＥＤ素子Ｄｎｍの実装位置に対応した部分が半球状に突出する凸レンズ７０Ｌとなっている。

なお、凸レンズ７０Ｌに対応する部分は、フラット面でも良く、さらには、凹レンズであっても良い。
ここで、反射板６０及びレンズ板７０の平面視形状は、例えば、略正方形をしており、基板１０の平面視の形状は、反射板６０及びレンズ板７０の一辺を短辺とする長方形をしている。また、基板１０の表面であって、反射板６０及びレンズ板７０が配されていない領域には、端子用パターン４２が形成されている。

（３）照明装置の回路構成図
図５は、照明装置の回路構成図である。
実施の形態では、ＬＥＤ素子Ｄｎｍは、３２個が直列に接続されて、ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２を構成し、当該ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２が並列状態で接続されている。
点灯ユニットは、商業電源を利用してＬＥＤ素子Ｄｎｍに一定の電流が流れるようにした公知の回路であり、例えば、公知の商用交流電源（ＡＣ１００Ｖ）を全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路５１と、整流された直流電流を平滑化する電解コンデンサからなる平滑回路５２と、第１及び第２ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２を並列に接続した照明モジュール１に対して直列に接続される定電流回路５３とを含んで構成されている。

定電流回路５３は、三端子レギュレータ６１の出力端子Ｖｏｕｔに電流調整手段としての固定抵抗器６２および可変抵抗器６３を接続した公知の回路で構成されており、各ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２の合成抵抗値が同じであれば、各ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２に流れる電流Ｉが同じとなるように制御している。
なお、点灯ユニットは、リード線（図示省略）を介して照明モジュールの端子用パターン４２と電気的に接続されると共に、図外のリード線を介して口金１５４と接続されており、外部商用電源（ここでは、ＡＣ１００Ｖ）から口金１５４を介して入力される交流電力を直流電力に変換して照明モジュール１に供給する。

２．ＬＥＤ素子列について
ＬＥＤ素子Ｄｎｍが直列接続されてなるＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２は、合計６４個のＬＥＤ素子Ｄｎｍから構成される。これらのＬＥＤ素子Ｄｎｍは、順方向に所定の電流を流したときに（このときを、「定格時」ともいい、例えば、点灯時、検査時などがある。）、動作順電圧が所定の電圧値（以下、「基準順電圧値」といい、符号「Ｖｆｓ」で表す。）となるように製作された１枚のウェハからダイシングされて得られている。

実際には、ウェハから切り出されたＬＥＤ素子における定格時の動作順電圧値にはバラツキがあり、基準順電圧値Ｖｆｓから外れるものがあるが、当該基準順電圧値Ｖｆｓを含む第１の範囲に定格時の動作順電圧値Ｖｆ（単に、「動作順電圧値」と言うこともある。）が入っている場合、その基準順電圧値Ｖｆｓとの差が小さいために、そのまま基板１０に実装できる。

なお、ＬＥＤ素子Ｄｎｍは、一般的なＬＥＤ素子として説明するときに使用し、ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２内での行列等の位置に関係したＬＥＤ素子を説明するときは、「ｎ」及び「ｍ」に具体的な整数を用いて行う。
各ＬＥＤ素子Ｄｎｍは、定格時の動作順電圧値Ｖｆが、上記の基準順電圧値Ｖｆｓに対して、当該基準順電圧値Ｖｆｓを含む第２の範囲内に入っているものが使用されている（この理由については後述する。）。

ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２のそれぞれを構成する３２個のＬＥＤ素子Ｄｎｍの動作順電圧値についての平均値Ｖｆａが、基準順電圧値Ｖｆｓに対して、第２の範囲より狭い第１の範囲に入るように、各ＬＥＤ素子Ｄｎｍが基板１０に実装されている。
以下、各ＬＥＤ素子Ｄｎｍの組み合わせについて、第１ＬＥＤ素子列Ｇ１を例にして説明する。

第１ＬＥＤ素子列Ｇ１は、上述したように、３２個のＬＥＤ素子Ｄ１１〜Ｄ４８を直列接続して構成される。使用予定のＬＥＤ素子の定格時における各動作順電圧値Ｖｆが第１の範囲に入っている場合は、そのＬＥＤ素子を単独で基板１０に実装する。
一方、使用予定のＬＥＤ素子の定格時における動作順電圧値Ｖｆが第１の範囲に入っていない場合は、このＬＥＤ素子と他のＬＥＤ素子とを組み合わせることで、両者の動作順電圧値Ｖｆの平均値Ｖｆａを前記第１の範囲内に入るようにして、他のＬＥＤ素子と一対で第１ＬＥＤ素子列Ｇ１内に位置するように基板１０に実装される。

上記の第１の範囲に入らないＬＥＤ素子を「Ｄ１」と、このＬＥＤ素子Ｄ１の定格時の動作順電圧値を「Ｖｆ１」とそれぞれする。また、このＬＥＤ素子Ｄ１と組み合わせる他のＬＥＤ素子を「Ｄ２」と、その動作順電圧値を「Ｖｆ２」とそれぞれする。
ＬＥＤ素子Ｄ１の定格時の動作順電圧値Ｖｆ１は、基準順電圧値Ｖｆｓに対して△Ｅ１小さい。一方、他のＬＥＤ素子Ｄ２の定格時の動作順電圧値Ｖｆ２は、基準順電圧値Ｖｆｓに対して△Ｅ１だけ大きい。

そして、ＬＥＤ素子Ｄ１とＬＥＤ素子Ｄ２とを組み合わせることで、これらの動作順電圧値の平均値Ｖｆａが、基準順電圧値Ｖｆｓと略一致し、この組み合わせで、第１ＬＥＤ素子列Ｇ１内で、例えば、Ｄ３４、Ｄ３５として基板１０に実装される。
同様に、上記の第１の範囲に入らないＬＥＤ素子を「Ｄ３」と、このＬＥＤ素子Ｄ３の定格時の動作順電圧値を「Ｖｆ３」とそれぞれする。また、この素子Ｄ３と組み合わせる他のＬＥＤ素子を「Ｄ４」と、その動作順電圧値を「Ｖｆ４」とそれぞれする。

ＬＥＤ素子Ｄ３の定格時の動作順電圧値Ｖｆ３は、基準順電圧値Ｖｆｓに対して△Ｅ２小さい。一方、他のＬＥＤ素子Ｄ４の定格時の動作順電圧値Ｖｆ４は、基準順電圧値Ｖｆｓに対して△Ｅ２だけ大きい。
そして、ＬＥＤ素子Ｄ３とＬＥＤ素子Ｄ４とを組み合わせることで、これらの動作順電圧値の平均値Ｖｆａが、基準順電圧値Ｖｆｓと略一致し、この組み合わせで、第１ＬＥＤ素子列Ｇ１内で、例えば、Ｄ４４、Ｄ４５として基板１０に実装される。

これにより、単独のＬＥＤ素子の動作順電圧値Ｖｆが上記第１の範囲内に入らないものを使用しても、ＬＥＤ素子列Ｇ１内でのＬＥＤ素子Ｄ１１〜Ｄ４８についての動作順電圧値の平均値が上記の第１の範囲内に入ることになる。
このように第１ＬＥＤ素子列Ｇ１及び第２ＬＥＤ素子列Ｇ２におけるそれぞれの動作順電圧値Ｖｆの差が略無くなり（均一化されている。）、従来のような、各ＬＥＤ素子列に、抵抗素子や定電流回路を設けることなく、ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２の動作順電圧値の平均値Ｖｆａを略一定にできる。これにより、ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２内を流れる各電流（値）も略同じになる。したがって、従来発生していた、複数のＬＥＤ素子列の内の１列が、動作電圧値Ｖｆの違いにより発生する電流値の違い、或いは点灯動作条件の違い等によって、早期に生じる不点灯を未然に防止できる。

３．第１の範囲について
実施の形態では、第１の範囲を０．１５（Ｖ）としている。これは、照明モジュールの品質を考慮して決定されており、実質的には、基準順電圧値に対して±１．０（％）以内であれば、品質上問題ないと考えられる。
４．第２の範囲について
（１）光束について
発明者らは、ＬＥＤ素子を用いた照明装置の具体的仕様を設計する際に、一般照明用ハロゲン電球（ダイクロイックミラ付き）の４０Ｗを対象とした。このハロゲン電球のビーム光束は１０５（ｌｍ）である。

図６は、順電流値とハロゲン電流の光束に対する比との関係を示す図である。
同図の縦軸の「１」が、照明モジュールの発光光束がハロゲン電流と同じ光束となる場合である。
同図に示すように、順電流値が増加すれば、照明モジュールの発光光束も増加し、順電流値が４０（ｍＡ）のときに、定常点灯時での前記ハロゲン電球の光束と同じになる。従って、上記構成の照明モジュールの発光光束が、ハロゲン電球以上となるのは、順電流が４０（ｍＡ）以上である。

（２）寿命について
ＬＥＤ素子の発光光束は順電流値を増加させれば増加することは、上述の通りであり、また公知である。したがって、ＬＥＤ素子を照明用として利用するには、なるべく順電流値を高く設定した方が良いことになるが、順電流値を高めすぎると、ＬＥＤ素子の寿命特性が悪くなるという新たな問題が生じる。

本発明者らは、照明装置の寿命特性の目標を、動作時間が１０、０００時間経過したときの、初期点灯時に対する光束維持率を７０％以上と設定して検討を進めた。
図７は、ＬＥＤ素子単体の寿命特性を示す試験結果である。
本試験に使用したＬＥＤ素子は、順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）のときの動作順電圧値Ｖｆが４．０（Ｖ）である。寿命試験の内容は、ＬＥＤ素子の温度をヒートシンク等で安定化させて、例えば、ＬＥＤ素子に順電流値Ｉｆとして４０（ｍＡ）を印加したときにおけるＬＥＤ素子内の接合部の温度が４５（℃）近傍下となる環境で順電流値Ｉｆの印加条件を４０（ｍＡ）、４５（ｍＡ）、５０（ｍＡ）とし、その動作時間が所定時間に達したときのＬＥＤ素子の輝度を測定している。なお、ＬＥＤ素子の動作条件は、連続点灯である。

図７から明らかなように、ＬＥＤ素子の順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）では、１０，０００時間後の光束維持率は、初期値の光束に対して高い維持率（約９５％）を示し、順電流値Ｉｆが４５（ｍＡ）になると、順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）の条件よりも過酷となり、１０，０００時間後の光束維持率が約７０（％）となる。
当然、順電流値Ｉｆが４５（ｍＡ）よりも過負荷な状態となる順電流値Ｉｆが５０（ｍＡ）の場合では、１０，０００時間後の光束維持率が約２０（％）になっていることが分かる。

したがって、照明モジュールに対して本発明者らが目標とした１０，０００時間後の光束維持率が７０（％）以上となる寿命特性を満足するには、順電流値Ｉｆを４５（ｍＡ）以下にする必要がある。
（３）まとめ
上記の（１）の光束についての欄、そして、（２）の寿命についての欄で説明した両特性を考慮すると、一般照明用のハロゲン電球と同等の光束特性を有し、且つ、１０，０００時間後の光束維持が７０（％）以上となる寿命特性を満足するには、ＬＥＤ素子に流す順電流値Ｉｆは、４０（ｍＡ）が最適であるということになる。

（４）Ｖｆのバラツキ
以上のことから、定常点灯時におけるＬＥＤ素子の順電流値が４０（ｍＡ）、そして、この順電流値のときの順電圧値を４（Ｖ）と設定すると共に、この順電圧値を基準順電圧値Ｖｆｓとした。
次に、基準順電圧値Ｖｆｓを４．０（Ｖ）と設定して、ウェハを製作し、当該ウェハから切り出したＬＥＤ素子について、その順電圧値Ｖｆを測定した。

図８は、ＬＥＤ素子における順電圧値Ｖｆと順電流値Ｉｆとの関係を示す。
なお、ＬＥＤ素子の違いよって、電流値−電圧特性にバラツキがあり、同図には、上限・平均・下限の３種類の複数のＬＥＤ素子についての電圧値−電流特性を示している。図中において、各順電流値Ｉｆで順電圧値Ｖｆが高いほうから、前記上限、前記平均、前記下限となっている。また、上限、平均、下限は、順電流値Ｉｆが２０（ｍＡ）までは実測値であり、それ以降は、図中最下位に示している実測値を基にした推測値である。

同図から分かるように、基準順電圧値Ｖｆｓを４．０（Ｖ）に設定して製造されたウェハから切り出したＬＥＤ素子であっても、順電流値Ｉｆとして４０（ｍＡ）を流したときの順電圧値Ｖｆが、３．９〜４．１の範囲でバラツキがあるのが分かる。
ここで、上記の（２）で説明の寿命特性を考慮すると、寿命特性を満足するのは、基準順電圧値Ｖｆｓが４．０（Ｖ）で、そのときの順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）流れる電流―電圧特性を有するＬＥＤ素子に４０（ｍＡ）以下の順電流値を流した場合である。

逆にいうと、動作順電圧値Ｖｆが４．０（Ｖ）のときの順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）となる特性を有するＬＥＤ素子に４５（ｍＡ）の順電流が流れたときは、目標の寿命特性を満足できない可能性が大きい（本発明に係る第３の範囲は、４５（ｍＡ）から４０（ｍＡ）を引いた５（ｍＡ）となる）。
つまり、臨界的意味を持つ順電流値が４５（ｍＡ）というのは、あくまでも、動作順電圧値Ｖｆが４．０（Ｖ）でこのときの順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）となる特性のＬＥＤ素子についてであり、例えば、４０（ｍＡ）の順電流Ｉｆを流したときの順電圧値Ｖｆが３．９（Ｖ）となるＬＥＤ素子では、順電圧値Ｖｆが、４．０（Ｖ）に対して０．１（Ｖ）小さくなった分、順電流値Ｉｆとして４０（ｍＡ）流れたとしても負荷が大きくなった状態といえる。

従って、臨界的意味を持つ順電流値Ｉｆと、順電圧値Ｖｆとの比率で計算すると、順電圧値Ｖｆが３．９（Ｖ）のＬＥＤ素子では、寿命特性に影響を及ぼす臨界的な電流値Ｉｆは４０（ｍＡ）程度と推測できる。
以上のことから、上記の構成での照明モジュールにおいては、順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）流れたとしても、動作順電圧値Ｖｆが３．９（Ｖ）以上あれば、ＬＥＤ素子の性能のバラツキがあっても、発光光束、寿命の両特性を満足させることできるということになる。従って、第２の範囲は、３．９（Ｖ）以上 ４．１（Ｖ）以下となり、基準順電圧値に対して、±２．５（％）となる。

５．ＬＥＤ素子の組み合わせについて
基板に実装されるＬＥＤ素子は、上述したように、ウェハからダイシングされて得られ、それらについて全数その順電圧値Ｖｆの測定が行われる。
図９は、順電圧値の分布を示す図である。
順電圧値の分布（横軸が順電圧値Ｖｆ、縦軸が個数）は、同図に示すように、目標（製造段階で設定されている）の基準順電圧値Ｖｆｓをピーク（中心）とした分布となる。この分布は近似的には、図中に示す正規曲線のような正規分布となる。

そして、基準順電圧値Ｖｆｓを基準軸としてその両側で対象となる箇所のＬＥＤ素子を１対として使用すれば、理論上、第２の範囲内にあるＬＥＤ素子を残すことなく使用することができる。
これにより、１枚のウェハから照明モジュールに実際に使用できるＬＥＤ素子の数を増やすことができ、照明モジュールを、例えば、第１の範囲に入るＬＥＤ素子だけを用いたものに比べて、安価に製造できる。

また、定格時の動作順電圧値Ｖｆが、上記の基準軸に対して対称な距離にある２つのＬＥＤ素子を組み合わせて直列に接続すると、２つ組み合わせた動作順電圧値の平均値Ｖｆａが基準順電圧値Ｖｆｓと略一致し、各ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２の動作順電圧値Ｖｆｓが略同じになり、ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２毎で流れる順電流値Ｉｆの差を小さくできる。これにより、各列における寿命特性のむらを小さくできる。

なお、実際のＬＥＤ素子を基板に実装する場合には、ＬＥＤ素子を１個単位で管理して、任意のＬＥＤ素子を組み合わせるのは現実的ではなく、例えば、ウェハから切り出したＬＥＤ素子の特性（発光光束、動作順電圧値等）を測定した後に、動作順電圧値Ｖｆが所定の範囲、例えば、０．０３（Ｖ）範囲でランク分け（区分）され、ランクごとに組み合わせている。

以下、実際の工程に基づいて具体的に説明する。
要求されるＬＥＤ素子の基準順電圧値Ｖｆｓは上述の理由により４．０（Ｖ）に設定され、ウェハの製造は、当該ウェハから得られたＬＥＤ素子の定格時の動作順電圧値Ｖｆが、基準順電圧値Ｖｆｓ（４．０（Ｖ））になるように行われる。
製造されたＬＥＤ素子は、少なくとも、定格時の動作順電圧値Ｖｆについて実測される。なお、実際の測定は、ＬＥＤ素子に対して４．０（Ｖ）を印加するのではなく、例えば、４．０（Ｖ）より小さい３．４（Ｖ）で行う（これは、図８に示した順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）のときに、順電圧値Ｖｆが４．０（Ｖ）となる電流−電圧特性を基に、順電圧値Ｖｆが３．４（Ｖ）となるように順電流を流す。）。

この場合においても、この３．４（Ｖ）に対して第１及び第２の範囲が決定され、当該第１及び第２の範囲について、ＬＥＤ素子を組み合わせる必要があるか否かの判断、そして組み合わせ可能なＬＥＤ素子を選別する。なお、ここでは、検査時が、「定格時に」に相当する。
このため、以下の説明では、上記第２の範囲は、基準順電圧値Ｖｆｓが４．０（Ｖ）のときが、３．９（Ｖ）以上、４．１（Ｖ）以下であるため、基準順電圧値Ｖｆｓが３．４（Ｖ）では、３．３１（Ｖ）以上、３．４９（Ｖ）以下となる。なお、動作順電圧値Ｖｆは、０．０１（Ｖ）の単位で測定され、この結果が図９である。

図９に示す、各ＬＥＤ素子の動作順電圧値Ｖｆとその個数との関係は、基準順電圧値Ｖｆｓをピークとし、動作順電圧値Ｖｆが基準順電圧値Ｖｆｓから離れるに従って、その動作順電圧値ＶｆのＬＥＤ素子の数が少なくなっていることが分かる。
上記動作順電圧値Ｖｆの測定結果に基づいて、全ＬＥＤ素子について、動作順電圧値Ｖｆが所定の範囲に入るものを集めてランク分け（区分）される。

ここで、ランク分けについて、説明する。
まず、例えば、測定した動作順電圧値Ｖｆが、基準順電圧値Ｖｆｓと同じ３．４０（Ｖ）とみなされるとき、ランクＲ０（第１の範囲と同じである。）とされる。ランク幅は、０．０３（Ｖ）であり、ランクＲ０は、基準順電圧値Ｖｆｓの３．４（Ｖ）を含む、３．３８５（Ｖ）以上〜３．４１５（Ｖ）未満の範囲となる。

また、基準順電圧値Ｖｆｓに対して、ランク幅が１つ分（０．０３（Ｖ））小さい、つまり、３．３５５（Ｖ）以上〜３．３８５（Ｖ）未満の範囲にあるＬＥＤ素子は、ランクＲ−１とされ、ランク幅が２つ分小さい場合はランクＲ−２とされ、これらを纏めると、基準順電圧値Ｖｆｓに対して、ランク幅＊Ｋ（つまり、０．０３（Ｖ）＊Ｋであり、Ｋは自然である。）分小さいときはランクＲ−Ｋとなる。

一方、基準順電圧値Ｖｆｓに対して、ランク幅が１つ分（０．０３（Ｖ））大きい、つまり、３．４１５（Ｖ）以上〜３．４４５（Ｖ）未満の範囲にあるＬＥＤ素子は、ランクＲ＋１とされ、ランク幅が２つ分大きい場合はランクＲ＋２とされ、これらを纏めると、基準順電圧値Ｖｆｓに対して、ランク幅＊Ｌ（つまり、０．０３＊Ｌであり、Ｌは、自然数である。）分大きいときは、ランクＲ＋Ｌとなる。

このようにして１枚のウェハから切り出された全てのＬＥＤ素子についてのランク分けされる。図１０は、各ランクにおけるＬＥＤ素子の個数を示す。
次に、各ＬＥＤ素子の基板への実装について説明する。
実装しようとするＬＥＤ素子がランクＲ０にある場合、当該ＬＥＤ素子はそのまま基板１０に実装される。

一方、ＬＥＤ素子がランクＲ０でない場合、例えば、ランクＲ−２にある場合、ランクＲ＋２のＬＥＤ素子と組み合わされて同一ＬＥＤ素子列、例えば、第１ＬＥＤ素子列Ｇ１を構成するように実装される。
本実施の形態では、各ＬＥＤ素子列Ｇ１，Ｇ２を構成するＬＥＤ素子３２個を用いている。このため、例えば、ＬＥＤ素子列のＬＥＤ素子の内、４個をランクＲ０のものを用いると、残りの２８個のＬＥＤ素子を、第２の範囲内のランク（ここでは、Ｋ及びＬが１から３までである。）であって、ランクＲ＋ＬとランクＲ−Ｋとにおいて、Ｒ＝Ｌとなるランク同士で組み合わせて基板１０に実装すれば良いことになる。

このようにすれば、照明モジュールに使用できるＬＥＤ素子の個数は３２７９個となるのに対し、従来の方法である、ランクＲ０に区分されたＬＥＤ素子だけを用いた場合、使用できるＬＥＤ素子の個数は１１８９個となる。従って、本発明に係る照明モジュールでは、従来に比べて使用できるＬＥＤ素子の数が２０００個以上も増え、安価に製造することができる。

さらに、ランクＲ０以外のＬＥＤ素子を用いても、上述したように、動作順電圧値Ｖｆのバラツキを考慮し、１０，０００時間の光束維持率が７０（％）以上となるように、ＬＥＤ素子が選択されているので、例えば、従来の方法である、動作順電圧値が第１の範囲に属するＬＥＤ素子のみを使用した場合に比べて、若干寿命特性が悪くなるものの、使用上問題のない範囲である。

（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
１．ＬＥＤ素子の特性
実施の形態では、ＬＥＤ素子は、順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）流れたときに、順電圧値Ｖｆが４．０（Ｖ）になるように、設定され製造されているが、本発明に係る発光体は、上記の設定に限定されるものではない。

２．第１の範囲及び第２の範囲
実施の形態では、動作順電圧についての第１の範囲及び第２の範囲は、順電流値Ｉｆが４０（ｍＡ）流れたときに、順電圧値Ｖｆが４．０（Ｖ）になるように、設定され製造された発光体（ＬＥＤ素子）についてであり、当然、発光体の使用が変化すれば、範囲もそれに対応して変わる。

また、第２の範囲は、発光体の寿命特性を考慮して決定されているが、他の特性、例えば、輝度特性、発熱特性等について決定しても良い。
３．発光体の組み合わせ
実施の形態では、動作順電圧が第１の範囲に入らない発光体同士を組み合わせた組の数について特に説明をしなかったが、複数ある発光体列の内の１列に、少なくとも１組あれば良く、さらに、発光体列を構成する発光体の数が偶数の場合は、これらの発光体全てを、動作順電圧が第１の範囲に入らない発光体同士を組み合わせたものとしても良い。

なお、組み合わせに用いた発光体の個数は、実施に形態では、２個であったが、３個以上の発光体を組み合わせて、第１の範囲に入るようにしても良い。
４．照明モジュール
実施の形態では、照明モジュールは、基板（配線パターンを含む）、ＬＥＤ素子、樹脂パッケージ、反射板、レンズ板等を備えていたが、本発明の照明モジュールは、少なくとも、基板と、当該基板に実装されたＬＥＤ素子を有しておれば良い。

５．発光素子について
実施の形態では、発光素子についてＬＥＤ素子を用いた例で説明したが、他の半導体発光素子でも良い。このようなものに、レーザダイオードがある。
さらに、実施の形態では、ＬＥＤ素子を基板に直接実装していたが、例えば、シリコン等のサブ基板にＬＥＤ素子が実装され、この状態で、（メイン）基板に実装されるような、所謂サブマウントを用いても良い。実施の形態では、ＬＥＤ素子について動作順電圧値Ｖｆが測定されたが、サブマウントの場合は、ＬＥＤ素子がサブ基板に実装された状態で行われる。

６．発光体列内のＬＥＤ素子について
実施の形態での照明モジュールは、発光素子を３２個直列に接続した発光素子列（発光体列）を２列有する構造をしていたが、本発明は、発光体列内の発光体の個数は、３２個に限定するものではなく、また、発光体列の数も２列に限定するものではない。

本実施の形態に係る照明装置の斜視図である。 本実施の形態における照明モジュールの斜視図である。 照明モジュールの分解斜視図である。 図２のＸ−Ｘ線における縦断面を矢視方向から見たときの拡大図である。 照明装置の回路構成図である。 順電流値とハロゲン電流の光束に対する比との関係を示す図である。 ＬＥＤ素子単体の寿命特性を示す試験結果である。 ＬＥＤ素子における順電圧値Ｖｆと順電流値Ｉｆとの関係を示す図である。 １枚のウェハから取り出されたＬＥＤ素子について、動作順電圧値Ｖｆと当該動作順電圧値Ｖｆの個数を示す図である。 ランクと当該ランクに属するＬＥＤ素子の個数を示す図である。

符号の説明

１ 照明モジュール
１０ 基板
６０ 反射板
７０ レンズ板
Ｄｎｍ ＬＥＤ素子
Ｇ１，Ｇ２ ＬＥＤ素子列

Claims (6)

1. 複数の発光体を直列に接続してなる発光体列を基板に１列以上備え、前記発光体列を構成する複数の発光体の動作順電圧値の平均値が、予め設定されていた基準順電圧値に対して第１の範囲に入るように各発光体が接続されてなる照明モジュールであって、
   前記基板に実装されている発光体は、当該動作順電圧値が前記基準順電圧値に対して、前記第１の範囲よりも広い第２の範囲内に入る特性を有し、
   動作順電圧値が前記第１の範囲内に入らない発光体が、当該発光体と組み合わせることで動作順電圧値の平均値が前記第１の範囲内に入る他の発光体と、組み合わされて同一の発光体列内に実装されていることを特徴とする照明モジュール。
2. 複数の発光体を直列に接続してなる発光体列を基板に１列以上備え、前記発光体列を構成する複数の発光体の動作順電圧値の平均値が、予め設定されている基準順電圧値に対して第１の範囲に入るように各発光体が接続されてなる照明モジュールであって、
   前記基板に実装されている発光体は、その動作順電圧値印加時の順電流値と前記基準順電圧値印加時の順電流値との差が第３の範囲内に入る特性を有し、
   動作順電圧値が前記第１の範囲内に入らない発光体が、当該発光体と組み合わせることで動作順電圧値の平均値が前記第１の範囲内に入る他の発光体と、組み合わされて同一の発光体列内に実装されていることを特徴とする照明モジュール。
3. 前記第１の範囲は、前記基準順電圧値に対して±１．０％以内であり、前記第２の範囲は、前記基準順電圧値に対して、±２．５％以内であることを特徴とする請求項１に記載の照明モジュール。
4. 前記発光体は、ＬＥＤ素子であり、前記組み合わされる２個の発光体は、同一のウェハから作られたものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の照明モジュール。
5. 複数の発光体を有する照明モジュールを備える照明装置であって、
   前記照明モジュールが請求項１〜４の何れか１項に記載の照明モジュールであることを特徴とする照明装置。
6. 1枚のウェハから作られた複数の発光体を直列に接続してなる発光体列を基板に１列以上備え、前記発光体列を構成する複数の発光体の動作順電圧値の平均値が当該発光体の製造時に設定された基準順電圧値に対して第１の範囲に入るように各発光体が接続されてなる照明モジュールの製造方法であって、
   １枚のウェハから取り出された発光体の各々について動作順電圧値を測定する測定工程と、
   前記測定された発光体の内、その動作順電圧値が、前記ウェハの製造時に設定されている基準順電圧値に対して第２の範囲内に入るものを基板に実装する実装工程とを含み、
   前記実装工程では、
   動作順電圧値が前記第１の範囲内に入らない発光体がある場合に、当該発光体と直列接続して組み合わせることで動作順電圧値の平均値が前記第１の範囲内に入る他の発光体と一対で同一の発光体列内に実装することを特徴とする照明モジュールの製造方法。

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