JP2009283933A - 交流発光ダイオードモジュールとそれを応用した光源装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は基板と複数個の発光ダイオードを含む交流発光ダイオードモジュールを提供する。
【解決手段】基板の上表面にマトリクス配列されて複数個の円形凹溝を有し、基板はさらにブリッジ整流回路の導線構造を有し、前記導線構造の複数個の電気接続点はそれぞれ前記マトリクス配列に対応して前記円形凹溝内に設置される。前記発光ダイオードはそれぞれ前記導線構造の電気接続点に溶接されて、前記ブリッジ整流回路の接続を完成させる。このようにして、前記ブリッジ整流回路は交流電流を受信すると共に、前記発光ダイオードを介して交流を直流に変換して発光する作用を果たす。これにより、生産工程を減らして製品の歩留まりを向上させる目的を達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードモジュールに関し、特にモジュール包装プロセスの下で製作、完成された交流発光ダイオードモジュールとそれを応用した光源装置及びその製造方法を指す。

近年、発光ダイオードの高速成長に伴って、関連応用設計も徐々に開拓されているが、このほかにも発光ダイオードが有する小型、節電、設計が容易である等の長所に基づいて関連応用設計が開拓されている。このため、現在各種産業においても、次々と発光ダイオードを整合し、指示（表示）や照明として使う機能が出現している。
周知の通り、発光ダイオードは一方方向の導電しか行えず、つまり直流電流を通じてしか点滅を起動することができない。このため、各種商品に応用される時には、回路板上に更に交流を直流に変える整流回路を設計したり、または別に外部接続の整流器を通じて整流の効果を達成する必要がある。しかし、これでは商品コストが増加するのみならず、全体的に商品の体積を有効的に縮小（小型化）することができない。

そして、現在の従来技術は交流電流発光ダイオードの設計を提供し、それはウェハープロセス段階で完成された後、ようやく包装を行うことができる。しかもウェハープロセスのプロセスにおいて、必ず整流回路の設計を結合し、数十個の発光ダイオードの結晶粒子をひとつに集め、最後に明るさの需要によってウェハーを裁断し、包装を行い、交流電流発光ダイオードを製造する。

しかし、発光ダイオードの順電圧は品率の良さに影響するため、もしウェハーのプロセスを完成させるために、全ての発光ダイオード結晶粒子を集めて整合を行うと、その発光ダイオード結晶粒子のうちの１つでも問題が起こると、全ての発光ダイオード結晶粒子に不良が発生する。このため、本来大量生産できるウェハープロセスにとって、生産、製造のリスクを高め、商品の良率を低下させる。

このため、本発明が達成する目的は、全てのプロセスを発光ダイオードモジュールのモジュール包装階段で実現し、発光ダイオードが検定された後、更にボンディングワイヤを行い、且つ本発明の簡単な配置の設計を利用して、製造プロセスを大幅に減少させ、有効的に商品の歩留りを高めることにある。

上述の目的を達成するために、本発明が提供する方案に基づいて、基板、及び複数個の発光ダイオードを含む交流発光ダイオードモジュールを提供する。そのうち、上記基板の上表面は、複数個の円形凹溝を有し、該円形凹溝はマトリクス配列を成すように配列される。上記基板は更に一ブリッジ整流回路の導線配置を有し、且つ上記導線配置の複数個の電気接続点は、それぞれ上記マトリクス配列に対応し、円形凹溝内に設置される。これら発光ダイオードはそれぞれ上記導線配置の電気接続点に溶接され、上記ブリッジ整流回路の接続を完成させる。これによって、上記ブリッジ整流回路は交流電流を受信し、且つこれら発光ダイオードを通って、交流から直流への転換及び発光の作用を達成する。

上述の目的を達成するために、本発明が提供するもう１つの方案に基づいて、回路板、電源コネクタ、及び上述方案で提供した複数個の交流発光ダイオードモジュールを含む光源装置を提供する。そのうち、電源コネクタは回路板に接続され、且つそれを用いて交流電流を受信する。交流発光ダイオードモジュールは回路板に設置され、また電源コネクタに接続され、交流電流を受信して発光を行う。

上述の目的を達成するために、本発明が提供するもう１つの方案に基づいて、交流発光ダイオードモジュールの製造方法を提供するが、これはモジュール包装プロセスを成し、上記製造方法のプロセスには以下のようなものがある。まず、基板プロセス方式を通じてブリッジ整流回路の導線配置を整合し、基板を形成する。そのうち上記基板の上表面は複数個の円形凹溝を有し、該円形凹溝はマトリクス配列を成すように配列され、上記ブリッジ整流回路の導線配置の複数個の電気接続点はそれぞれこれら円形凹溝内に対応するように設置される。続いて、それぞれ複数個の発光ダイオードを上記上表面上の円形凹溝内に粘着させ、それぞれこれら発光ダイオードを上記円形凹溝内の電気接続点にボンディングワイヤさせ、上記ブリッジ整流回路の接続を完成させる。最後に、コロイドを上記基板の上表面に塗布し、これら円形凹溝に充填させる。

本発明は、全てのプロセスを発光ダイオードモジュールのモジュール包装階段で実現でき、製造プロセスを大幅に減少させ、有効的に商品の歩留りを高めることができる。

以上の概述とそれに続く詳細説明及び付属図は共に、予定目的が採用する方式、手段及び効果を、本発明が達成することを更に説明するためにある。また本発明のその他の目的及び長所に関し、後述する説明及び図式内で詳細に説明する。

本発明の交流発光ダイオードモジュールの実施例の斜視図である。 本発明のブリッジ整流回路の第１実施例の回路概略図である。 本発明のブリッジ整流回路の第２実施例の回路概略図である。 本発明のブリッジ整流回路の第３実施例の回路概略図である。 本発明の第３実施例のブリッジ整流回路のマトリクス配列の概略図である。 本発明の交流発光ダイオードモジュールの製造方法に係る実施例のフローチャートである。 本発明の光源装置の実施例の概略図である。

本発明の交流発光ダイオードモジュールは、主に簡単なモジュール配置の設計を通じて、モジュール包装プロセスで発光ダイオード及び整流回路の整合を完成させる。すなわち、本発明の交流発光ダイオードモジュールは、ウェハープロセスを利用して製作するわけではなく、積体回路や半導体プロセスの配置に実現する訳ではない。これによって生産リスクを低下させ、生産の効率を上昇させる。

まず第１図を参照するが、これは本発明の交流発光ダイオードモジュールの実施例立体図（斜視図）である。図１で示すように、本実施例は交流発光ダイオードモジュール１を提供し、これは直接交流電流を受信し、起動の電源にされる。交流発光ダイオードモジュール１は、基板１１、及び複数個の発光ダイオード１２を含む。そのうち、基板１１の上表面１１１は複数個の円形凹溝１１１０を有し、且つ全ての円形凹溝１１１０はマトリクス配列を成すように配列される。このほか、基板１１が製作、形成される時、ブリッジ整流回路の導線配置（図不提示）を整合する。上記導線配置の複数個の電気接続点（図不提示）は、それぞれ上記マトリクス配列に対応して基板１１の上表面１１１に現れ、これら円形凹溝１１１０内に設置される。そして、各電気接続点は、ボンディングワイヤの接点にされる。この項を熟知する技術者は理解できるが、上記導線配置は、１個ずつの円形凹溝１１１０に対応・設置され、２個の電気接続点（＋電極及び−電極）を提供する。このような基板１１はセラミック基板、ガラス基板、プリント基板（ＦＲ−４）、ＢＴ基板のようなものである。

発光ダイオード１２は、それぞれ導線配置の電気接続点に溶接され、ブリッジ整流回路と発光ダイオード１２とのボンディングワイヤを完成した後、ブリッジ整流回路の接続及びその作用を完成できる。説明を補足すると、発光ダイオード１２は実際応用上、接続線（ボンディングワイヤ）を通じて導線配置の電気接続点に溶接され、またフリップチップボンディング（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）を利用して、導線配置の電気接続点に溶接されるが、これには制限は加わらない。このように、交流発光ダイオードモジュール１の中のブリッジ整流回路は、発光ダイオード１２を通じて、交流から直流への転換と、発光の作用の同時進行を達成できる。

ちなみに、本実施例が述べるブリッジ整流回路は、実際設計上、比較的好ましいのは、例えば全波整流回路の設計のようなものである。また、ブリッジ整流回路は、受信する交流電流の大小によって計算、設計され、それによって必要な発光ダイオード１２の数量を決定し、その導線配置に対して配置及び接続の設計を行うことができる。そのうち、発光ダイオード１２の数量面においては、現在実験によって出された比較的好ましいものは、１平方センチメートルの基板１１上に３０〜１００個の発光ダイオード１２を有するように設計される。つまり、円形凹溝１１１０が基板１１上に形成する密度は、３０〜１００個／平方センチメートルである。

次に第２図を参照するが、これは本発明のブリッジ整流回路の第１実施例回路の概略図である。図２で示すように、ブリッジ整流回路１１２は全波整流回路に設計される時、ブリッジ回路１１２１、及び負荷回路１１２２を含む。また、ブリッジ整流回路１１２は、発光ダイオード１２を通じて整流と発光の作用を完全に達成できる。そのうち、ブリッジ回路１１２１での電気接続点はそれぞれ、第１発光ダイオードＬＥＤ１、第２発光ダイオードＬＥＤ２、第３発光ダイオードＬＥＤ３、及び第４発光ダイオードＬＥＤ４を溶接する。負荷回路１１２２内の電気接続点は第５発光ダイオードＬＥＤ５を溶接する。

仮に本実施例（ブリッジ整流回路１１２）が１１０ボルト、６０Ｈｚの交流電流を受信するために使用されると、ブリッジ回路１１２１上に溶接される第１発光ダイオードＬＥＤ１から第４発光ダイオードＬＥＤ４は、それぞれ１４個の発光ダイオード１２に設計され、負荷回路１１２２上に溶接される第５発光ダイオードＬＥＤ５は、１６個の発光ダイオード１２に設計され、合計７２個の発光ダイオード１２になる。

そして、ブリッジ整流回路１１２が正の正弦波に運用される時、第１発光ダイオードＬＥＤ１、第５発光ダイオードＬＥＤ５、及び第３発光ダイオードＬＥＤ３は、起動されて点滅する。このため、４４個の発光ダイオード１２が運用され光源を生み出す。反対に、ブリッジ整流回路１１２が負の正弦波に運用される時、第２発光ダイオードＬＥＤ２、第５発光ダイオードＬＥＤ５、及び第４発光ダイオードＬＥＤ４は、起動されて点滅する。そして、同様に４４個の発光ダイオード１２が運用され光源を生み出す。

このため、これを本実施例が提供するブリッジ整流回路１１２を有する交流発光ダイオードモジュール１に合わせると、その運用時の発光ダイオード１２の利用率（Ｐａｙｌｏａｄ Ｒａｔｉｏ）は４４／７２＝６１％である。

次に第３図を参照するが、これは本発明のブリッジ整流回路の第２実施例回路の概略図である。図３で示すように、本実施例は設計上、大体第１実施例と同様である。主な差異点は、ブリッジ整流回路１１２内の負荷回路１１２２が更に並列の方式を採用して設計されている点である。つまり、負荷回路１１２２内の電気接続点は、第５の１発光ダイオードＬＥＤ５−１、及び第５の２発光ダイオードＬＥＤ５−２を溶接する。

第１実施例と同様に、本実施例が仮に１１０ボルト、６０Ｈｚの交流電流を受信する時、ブリッジ回路１１２１上に溶接される第１発光ダイオードＬＥＤ１から第４発光ダイオードＬＥＤ４は、それぞれ１３個の発光ダイオード１２に設計され、負荷回路１１２２上に溶接された第５の１発光ダイオードＬＥＤ５−１及び第５の２発光ダイオードＬＥＤ５−２は、それぞれ１４個の発光ダイオード１２に設計されるため、合計で８０個の発光ダイオード１２になる。

そして、ブリッジ整流回路１１２が正の正弦波に運用される時、第１発光ダイオードＬＥＤ１、第５の１発光ダイオードＬＥＤ５−１、第５の２発光ダイオードＬＥＤ５−２、及び第３発光ダイオードＬＥＤ３は起動されて点滅する。そのため５４個の発光ダイオード１２が運用され、光源を生み出す。反対に、ブリッジ整流回路１１２が負の正弦波に運用される時、第２発光ダイオードＬＥＤ２、第５の１発光ダイオードＬＥＤ５−１、第５の２発発光ダイオードＬＥＤ５−２及び第４発光ダイオードＬＥＤ４は起動されて点滅する。そして同様に、５４個の発光ダイオード１２が運用され光源を生み出す。

このため、これを本実施例が提供するブリッジ整流回路１１２を有する交流発光ダイオードモジュール１に合わせると、その運用時の発光ダイオード１２の利用率は５４／８０＝６７．５％である。

次に第４Ａ図を参照するが、これは本発明のブリッジ整流回路の第３実施例回路の概略図である。図４Ａで示すように、本実施例では、交流発光ダイオードモジュール１が４個の整流ダイオードＤ１〜Ｄ４を含んでいる。その整流ダイオードＤ１〜Ｄ４は、発光ダイオード１２を合わせて整流と発光の作用を達成することに用いられる。そのうち、４個の整流ダイオードＤ１〜Ｄ４はそれぞれブリッジ整流回路１１２のブリッジ回路１１２１の電気接続点に溶接される。発光ダイオード１２で構成される第１発光ダイオードＬＥＤ１は、フォワード（順方向）直列で負荷回路１１２２の電気接続点に溶接される。

本実施例の主要な整流作業は、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４によって行われるため、第１発光ダイオードＬＥＤ１は負荷回路１１２２に溶接される。そのため、ブリッジ整流回路１１２が正の正弦波に運用されても、負の正弦波に運用されても、第１発光ダイオードＬＥＤ１は全て常に光っている状態である。このため、これを本実施例が提供するブリッジ整流回路１１２を有する交流発光ダイオードモジュール１に合わせると、その運用時の発光ダイオード１２の利用率は１００％である。

このほか、第４Ｂ図を参照するが、これは第３実施例に対応するブリッジ整流回路１１２のマトリクス配列の概略図である。本実施例の交流発光ダイオードモジュール１は、基板１１に形成された円形凹溝１１１０のマトリクス配列に基づいて設計されている。そして、図４Ａ、４Ｂは、交流発光ダイオードモジュール１の中のブリッジ整流回路１１２の回路接続概略図を説明するために用いられる。図４Ｂで示すように、その第４Ａ図中の整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に対応する整流ダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれブリッジ整流回路１１２のブリッジ回路１１２１に接続される。全ての発光ダイオード１２は、ブリッジ整流回路１１２の負荷回路１１２２に直列接続され、またフォワード電極（＋）から電極（−）の間に直列接続され、マトリクス形状の配列を形成する。

上述で言及した実施例部分は、実際上の発光ダイオード１２のフォワード減圧に差異を生じさせるため、その中に設計されるブリッジ整流回路１１２の導線配置及びその中で使用される発光ダイオード１２の数量は、おそらく実際設計時に受信した交流電流の大小によって差異が生じる。上述の例を挙げての説明は、本発明の様態を制限するために使用されるものではない。

本発明の交流発光ダイオードモジュール１の配置組成を説明するために、更にその製造方法を通じて描写を加える。第５図を参照するが、これは本発明の交流発光ダイオードモジュールの製造方法の実施例の工程図である。図５で示すように、本実施例は交流発光ダイオードモジュール１の製造方法を提供し、そのプロセスは以下の通りである。まず、応用上受信する必要がある交流電流の大小及び発光ダイオード１２の特性に基づいてブリッジ整流回路１１２（Ｓ５０１）を設計し、更に基板プロセス方式を通してブリッジ整流回路１１２の導線配置を整合し、それによって基板１１（Ｓ５０３）を形成する。そして、基板１１が形成された後、基板１１の上表面１１１には、ブリッジ整流回路１１２の導線配置を整合するのに対応した、多数の円形凹溝１１１０を形成する。その円形凹溝１１１０は、マトリクス配列を形成するように配列され、ブリッジ整流回路１１２の導線配置の電気接続点はそれぞれこれら円形凹溝１１１０内に対応するように設置される。

続いて、それぞれ発光ダイオード１２を上表面１１１上の円形凹溝１１１０内に粘着させ、それぞれ発光ダイオード１２を円形凹溝１１１０内の電気接続点（Ｓ５０５）にボンディングワイヤし、上記ブリッジ整流回路１１２に接続を完成させる。このほか、もし発光ダイオード１２全体の利用率を比較的良くし、且つブリッジ整流回路１１２の整流効果を比較的良くしたいときには、更に発光ダイオード１２に合わせて整流ダイオードをブリッジ整流回路１１２のブリッジ回路１１２１に対応する円形凹溝１１１０内に粘着させ、円形凹溝１１１０内の電気接続点（Ｓ５０７）にワイヤリング接続させる。最後に、コロイドを基板１１の上表面１１１（Ｓ５０９）に塗布し、それによって全ての円形凹溝１１１０をコロイドで充填し、交流発光ダイオードモジュール１の製作を完成させる。そのうち、上述のコロイドは設計上、透明コロイドまたは蛍光ピンク色のコロイド（白光発光ダイオードに用いられる）などを使用でき、且つコロイドは材質上、ポリマー（Ｃｕｒａｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）や、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、シリカゲル、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）等そのうちの一種の材料を採用できる。

更に本発明の交流発光ダイオードモジュール１の実際応用様態を説明するために、更に第６図を参照するが、これは本発明光源装置の実施例概略図である。図６で示すように、本実施例が提供する光源装置２はランプの様態に属し、また本実施例が設計する光源装置２は発光ダイオード１２を発光光源とするランプである。

光源装置２は、回路板２０１、電源コネクタ２０２、及び多数の交流発光ダイオードモジュール１を含む。そのうち、回路板２０１は更に、散熱装置（図不提示）と接続し、放熱装置を通じて放熱を行うことができる。電源コネクタ２０２は回路板２０１を接続し、且つランプ台座（図不提示）に挿接され、それによって交流電流を受信する。交流発光ダイオードモジュール１は、回路板２０１に溶接且つ設置され、交流電流を受信するのに用いられ、直接、交流から直流への転換作業を行い、発光することができる。

このほか、光源装置２の実際様態は、ランプに限らず、使用上の必要に応じて異なる長さのチューブ等の様態に設計でき、ここでも制限を加えるものではない。

上述を総括すると、本発明は、全ての交流発光ダイオードモジュールのプロセスをモジュール包装階段で実現し、その中で使用される発光ダイオードが全て検定を完成させた後、更にボンディングワイヤを行い、且つ再び本発明の簡単な配置の設計を用いて、大幅に製作過程を減少でき、また有効に製品の歩留まりを上げることができる。

なお、上述は本発明の具体的な実施例の詳細説明及び図式であるのみで、本発明を制限するものではなく、本発明の全ての範囲は下述の特許請求の範囲を基準にする必要があり、この項を熟知する如何なる技術者も本発明の領域内では、気軽に思及の変化または修飾を、全て以下で本案が定義する特許範囲に用いることができる。

１ 交流発光ダイオードモジュール
１１ 基板
１１１ 上表面
１１１０ 円形凹溝
１１２ ブリッジ整流回路
１１２１ ブリッジ回路
１１２２ 負荷回路
１２ 発光ダイオード
２ 光源装置
２０１ 回路板
２０２ 電源コネクタ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 整流ダイオード
ＬＥＤ１ 第１発光ダイオード
ＬＥＤ２ 第２発光ダイオード
ＬＥＤ３ 第３発光ダイオード
ＬＥＤ４ 第４発光ダイオード
ＬＥＤ５ 第５発光ダイオード
ＬＥＤ５−１ 第５の１発光ダイオード
ＬＥＤ５−２ 第５の２発光ダイオード

Claims (10)

1. 上表面にマトリクス配列された複数個の円形凹溝と、前記マトリクス配列に対応して前記円形凹溝内に設置された複数個の電気接続点を含む導線構造を有するブリッジ整流回路とを有する基板と、
   それぞれ前記導線構造の前記複数個の電気接続点に溶接して、前記ブリッジ整流回路の接続を完成させる複数個の発光ダイオードとを含む交流発光ダイオードモジュールであって、
   前記ブリッジ整流回路は交流電流を受信すると共に、前記発光ダイオードを介して交流を直流に変換して発光する作用を果たすことを特徴とする交流発光ダイオードモジュール。
2. 、
   前記ブリッジ整流回路は、全波整流回路であると共に、受信する前記交流電流の大きさによって設計され、前記全波整流回路はさらにブリッジ回路と負荷回路を含むことを特徴とする請求項１に記載する交流発光ダイオードモジュール。
3. 前記負荷回路は、並列方式を採用して設計されていることを特徴とする請求項２に記載する交流発光ダイオードモジュール。
4. 前記交流発光ダイオードモジュールは、さらに４個の整流ダイオードを含み、前記４個の整流ダイオードは、前記発光ダイオードと組合せて前記導線構造の前記電気接続点に溶接されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載する交流発光ダイオードモジュール。
5. 前記４個の整流ダイオードは、それぞれ前記全波整流回路のブリッジ回路の電気接続点に溶接され、前記発光ダイオードは前記全波整流回路の負荷回路の電気接続点に順方向直列に溶接されることを特徴とする請求項４に記載する交流発光ダイオードモジュール。
6. 前記各円形凹溝は、さらにコロイドで充填され、前記コロイドは透明コロイド又は蛍光粉を使用したコロイドであって、前記コロイドは、重合接着材、エポキシ樹脂、シリコーン及びシリカゲルの中の１つの材料を採用することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載する交流発光ダイオードモジュール。
7. 回路板と、
   前記回路板に接続されて交流電流を受信する電源コネクタと、
   前記回路板に設置され、前記電源コネクタに接続され、前記交流電流を受信して発光する請求項１に記載される複数個の交流発光ダイオードモジュールと、
   を含むことを特徴とする光源装置。
8. モジュール包装工程を用いた請求項１に記載される交流発光ダイオードモジュールの製造方法であって、前記製造方法は、
   基板製造工程の方法によって前記ブリッジ整流回路の前記導線構造を整合して前記基板を成形する工程と、
   前記発光ダイオードを前記円形凹溝内に粘着させて、それぞれ前記発光ダイオードを前記円形凹溝内の前記電気接続点にワイヤーボンド接合して前記ブリッジ整流回路の接続を完成させる工程と、
   前記基板の上表面にコロイドを塗布して、前記円形凹溝を前記コロイドで充填する工程と
   を含むことを特徴とする交流発光ダイオードモジュールの製造方法。
9. 前記ブリッジ整流回路は、全波整流回路であると共に、受信する交流電流の大きさによって設計され、前記全波整流回路はさらにブリッジ回路と負荷回路とを含むことを特徴とする請求項８に記載する交流発光ダイオードモジュールの製造方法。
10. 前記製造方法は、前記ブリッジ整流回路の前記ブリッジ回路の電気接続点に４個の整流ダイオードをそれぞれワイヤーボンド接合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載する交流発光ダイオードモジュールの製造方法。

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