JP2011113731A - 発光モジュールおよび光源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持基板11上に、複数のLEDチップ12が1列に配列されるとともに、支持基板11の長手方向中央部にそれぞれ設けられた第1給電端子14cおよび第2給電端子15cをそれぞれ有する第1配線パターン14および第2配線パターン15が設けられている。LEDチップ12のそれぞれには、第1配線パターン14における第1給電端子14cから電流が供給されて、第2配線パターン15の第2給電端子15cへと流れる。各LEDチップ12のそれぞれに対する電流経路は、単位長さ当たりの配線抵抗が等しくなっているが、LEDチップ12の配列方向の中央部からそれぞれのLEDチップ12までの距離が長くなるほど、長く、全体の配線抵抗が大きくなっている。
【選択図】図4
Description
また、液晶テレビのような大型の液晶パネルを使用する場合には、バックライトユニットの線状光源も大型になるために、多数のLEDチップを使用する必要がある。このような場合、製造工程の簡略化等のために、線状光源として、特許文献2に開示されているように、複数のLEDモジュールを使用するようになっている。各LEDモジュールは、所定個数のLEDチップを支持基板上に一定のピッチで直線状に配列して構成されている。
支持基板61上には、各LEDチップ62に対して通電するための第1配線パターン64および第2配線パターン65が、支持基板61の幅方向の中央部を挟んだ両側に設けられている。第1配線パターン64は、支持基板11における長手方向に沿った直線状に形成された第1配線バス64aと、第1配線バス64aから各LEDチップ62に向ってそれぞれ分岐した複数の第1ボンディング部64bとを有している。
各LEDチップ62は、第1ボンディング部64bのそれぞれの先端部および第2ボンディング部65bのそれぞれの先端部と、第1ボンディングワイヤー18aおよび第2ボンディングワイヤー18bによって、それぞれ電気的に接続されている。
図11(a)は、支持基板61における長手方向に沿って配置された全てのLEDチップ62における当該長手方向に沿った熱分布および輝度分布を示すグラフである。支持基板61における長手方向の各端部に配置されたLEDチップ62は、効率よく放熱されるために温度上昇が抑制され、高輝度になっている。これに対して、支持基板61における長手方向の中央部に配置されたLEDチップ62は、放熱効率が悪く、高温になるために低輝度になる。
なお、LEDモジュール60は、バックライトユニットとして使用する場合に限らず、直下形、直管形蛍光灯等の代替照明として使用する場合にも、輝度ムラが生じることにより、照明光源としての性能が低下することになる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の実施形態に係る発光モジュール(LEDモジュール)が使用された光源装置の概略構成を示す分解斜視図である。図1において、X軸方向が光源装置の厚み方向(X軸(+)方向が光源装置の光取出方向)、Y軸方向が光源装置の左右方向(長手方向)、Z軸方向が光源装置の上下方向(幅方向)である。
各LEDモジュール10には、複数のLEDチップ(半導体発光素子)12(図3参照)が1列に配列されており、導光板30は、LEDモジュール10から照射される光を、光取出方向であるX軸(+)方向に出射する。
筐体41内に収容された導光板30における光取出方向とは反対側の裏面(背面)には、反射シート46が積層されている。導光板30の光取出方向側の表面(正面)には、拡散シート42、プリズムシート43および、偏光シート44が、その順番で積層されている。偏光シート44上には、4つの枠材42a、42b、42c、42dによって長方形の枠状に形成された枠体45が配置されており、枠体45によって導光板30が筐体41内固定されている。
導光板30は、例えばPC(ポリカーボネート)樹脂製であり、X軸方向の寸法(厚み)が約4mm、Y軸方向の寸法(長手方向の寸法)が約1040mm、Z軸方向の寸法(短手方向の寸法)が約600mmの平板形状に構成されている。導光板30の一側面31には、LEDモジュール10からの光が照射され、その光が導光板30の内部に進入する。導光板30の表面(正面)には、LEDモジュール10からの距離に応じて表面の反射率が順次変化するようにドットパターン(不図示)が形成されている。
拡散シート42は、例えばPETまたはPC樹脂によって略長方形状に形成されており、導光板30の正面にほぼ密着した状態になっている。
プリズムシート43に積層された偏光シート44は、例えば、ポリカーボネート(PC)フィルム、あるいはPEN(ポリエチレンナフタレート)フィルムを延伸した位相差フィルムとポリエステルフィルムとをアクリル系樹脂によって接合したものであり、略長方形に形成されている。
図2および図3に示すように、各LEDモジュール10は、それぞれ同様の構造になっており、複数のLEDモジュール10が、ヒートシンク21上に、導光板30の一つの側面31のほぼ全長にわたって対向するように、一直線に配列されている。
ヒートシンク21は、図3に示すように、各LEDモジュール10が搭載される搭載面21aを有しており、この搭載面21aに連続する一方の側面21bに沿うようにFPC22が配置されている。FPC22は、ヒートシンク21の側面21bにおいて各LEDモジュール10に沿って一直線に配置された本体部22fと、それぞれのLEDモジュール10における長手方向のほぼ中央部の裏面に対向するように、本体部22fからそれぞれ分岐した接続部22gとを有しており、各接続部22gが、ヒートシンク21に設けられた凹部21a内に嵌合されるように屈曲されて、各支持基板11の裏面に接続されている。
第1ボンディング部14bは、それぞれ等しい幅寸法になっており、また、第1配線バス14aの幅寸法にも等しくなっている。第1ボンディング部14bのそれぞれの先端部は、各LEDチップ12の側方を通過して、支持基板11における第1配線バス14aが設けられた側縁部とは反対側の側縁部近傍にまで達している。
第2配線バス15aおよび各第2ボンディング部15bも、第1配線パターン14と同じ材料によって、第1配線パターン14の第1配線バス14aおよび第1ボンディング部14bの厚さおよび幅寸法にそれぞれ等しい厚さおよび幅寸法に形成されている。従って、第2配線パターン15も単位長さ当たりの配線抵抗は一定になっており、第1配線パターン14の単位長さ当たりの配線抵抗に等しくなっている。
各LEDチップ12の第1電極は、それぞれのLEDチップ12に近接する第1配線パターン14の各第1ボンディング部14bに、第1ボンディングワイヤー18aによって、ボンディングされている。各LEDチップ12の第2電極は、それぞれのLEDチップ12に近接する第2配線パターン15の各第2ボンディング部15bに、第2ボンディングワイヤー18aによって、ボンディングされている。第1ボンディングワイヤー18aおよび第2ボンディングワイヤー18bは、例えば金(Au)線によって構成されている。
支持基板11の裏面に設けられた第1給電端子14cおよび第2給電端子15cは、支持基板11における第1配線バス14aが設けられた側縁部に沿って配置されたFPC22に接続されている。FPC22は、図2〜図4に示すように、各LEDモジュール10に沿って直線状に長く延びる本体部22fと、各LEDモジュール10の長手方向の中央部に向ってそれぞれ分岐した接続部22gとが設けられている。
図4および図5に示すように、FPC22の各接続部22gは、支持基板11の裏面に沿って配置されており、その先端部において、第1配線22aが第1給電端子14cに接続され、第2配線22bが第2給電端子15c(図4参照)に接続されている。これにより、第1配線22aは、第1給電端子14c、第1スルーホール11aおよび第1ボンディング部14bを介して、第1配線バス14aに電気的に接続されており、第2配線22bが、第2給電端子15c、第2スルーホール11b、第2ボンディング部15bおよび第2ボンディング部15bを介して、第2配線バス15aに電気的に接続されている。
この場合、支持基板11の長手方向中央部に配置されたLEDチップ12には、当該LEDチップ12の両側に配置された第1ボンディング部14bおよび第2ボンディング部15bによって電流経路が形成される。
支持基板11上に設けられた第1配線パターン14および第2配線パターン15は、それぞれ同一の材料によって、一定の厚さおよび幅寸法に形成されていることから、各LEDチップ12に対する電流経路の配線抵抗の単位長さ当たりの抵抗値は一定になっており、従って、各電流経路の第1給電端子14cから第2給電端子15cまでの全体の配線抵抗は、各電流経路の長さに比例して大きくなる。
この場合の各LEDチップ12における輝度は、図6(a)に併記するように、LEDチップ12に対して形成される電流経路の全体の配線抵抗が大きくなるほど、LEDチップ12に供給される電流値が低下し、これにより、輝度が低下する。反対に、LEDチップ12に対して形成される電流経路の全体の配線抵抗が小さくなるほど、LEDチップ12の輝度は増加する。
なお、前述したように、支持基板11の長手方向中央部に配置されたLEDチップ12は効率よく放熱されないが、長手方向の中央部からの距離が長い両側の端部に配置されたLEDチップ12ほど効率よく放熱されることから、図6(b)に示すように、各LEDチップ12の輝度は、支持基板11の長手方向中央部からの距離が長くなったLEDチップ12ほど、増加することになる。
このような構成のLEDモジュール10でも、支持基板11の長手方向に沿って配置されたそれぞれのLEDチップ12に通電するそれぞれの電流経路の長さが、支持基板11の長手方向の中央部からの距離が長いLEDチップ12に対する電流経路ほど長くなっているために、配線抵抗が大きくなっている。従って、支持基板11の長手方向に沿って配置されたそれぞれのLEDチップ12は、放熱効率に基づく輝度の変化と、それぞれの電流経路における配線抵抗に基づく輝度の変化とが相殺されることになり、それぞれのLEDチップ12の輝度分布は、図6(c)のグラフに示すように、ほぼ均一になる。これにより、LEDモジュール10から照射される光に、長手方向に沿って輝度ムラが発生することを抑制することができる。
図8は、本発明の別の実施形態におけるLEDモジュール10の平面図である。図8に示すLEDモジュール10では、単層構造の支持基板11に設けられた第1配線パターン14の第1配線バス14aにおける長手方向の一方の端部に、支持基板11に設けられた第1スルーホール11aを介して、支持基板11の裏面に設けられた第1給電端子14cが電気的に接続されている。第1給電端子14cには、第1配線25aのみが設けられた第1FPC25の一方の端部が接続されている。第1FPC25の他方の端部には、コネクタ25cが設けられている。
図9は、本発明のさらに別の実施形態におけるLEDモジュール10の平面図である。図9に示すLEDモジュール10では、第1配線パターン14の第1配線バス14aに接続される第1給電端子14cと、第2配線パターン15の第2配線バス15aに接続される第2給電端子15cとが、支持基板11における長手方向の片側の端部において並んで配置されている。
本実施形態では、LEDチップ12に通電するための第1ボンディング部14bおよび第2ボンディング部15bの幅寸法(支持基板11の長手方向に沿った長さ)が、それぞれ異なっており、それぞれのLEDチップ12に対する電流経路の長さと、支持基板11の長手方向における各LEDチップ12の配置位置とに基づいて、第1ボンディング部14bおよび第2ボンディング部15bそれぞれの幅寸法が設定されている。
これに対して、放熱効率に基づく各LEDチップ12の輝度は、支持基板11の長手方向の中央部に配置されたLEDチップ12が最大であり、当該中央部から両側に離れて配置されたLEDチップ12ほど低輝度になる。
このために、例えば、支持基板11の長手方向の中央部に配置されたLEDチップ12に通電するための第1ボンディング部14bおよび第2ボンディング部15bの幅寸法が最大になるように設定されており、当該中央部から第1給電端子14cおよび第2給電端子15cに接近する方向に離れて配置された第1ボンディング部14bおよび第2ボンディング部15bは、中央部からの距離が長くなるほど、それぞれの幅寸法が、順次小さくなっている。
上記各実施形態においては、第1配線パターン14の第1配線バス14aと第1給電端子14cとを、支持基板11に設けられた第1スルーホール11aを介して接続し、第2配線パターン15の第2配線バス15aと第2給電端子15cとを、支持基板11に設けられた第2スルーホール11bを介して接続する構成であったが、第1配線バス14aと第1給電端子14c、第2配線バス15aと第2給電端子15cを、それぞれ、直接あるいは接着剤等を介して接続する構成としてもよい。
11 支持基板
11a 第1スルーホール
11b 第2スルーホール
12 LEDチップ
14 第1配線パターン
14a 第1配線バス
14b 第1ボンディング部
14c 第1給電端子
15 第2配線パターン
15a 第2配線バス
15b 第1ボンディング部
15c 第2給電端子
18a 第1ボンディングワイヤー
18b 第2ボンディングワイヤー
19 蛍光体含有樹脂
21 ヒートシンク
21a 凹部
22 FPC
25 第1FPC
26 第2FPC
30 導光板
Claims (13)
- 基板上に複数の半導体発光素子が列状に配列された発光モジュールであって、
前記基板上に、一対の給電端子を含む配線パターンが設けられており、
当該配線パターンは、1個または隣り合う複数個の半導体発光素子毎に、一方の給電端子から他方の給電端子まで電流が流れる複数の電流経路を含み、
前記複数の電流経路における配線抵抗は、配列方向の中央に位置する半導体発光素子に至る電流経路の配線抵抗が最も低く、当該中央からの距離が大きな半導体発光素子に至る電流経路ほど、配線抵抗が大きく設定されていることを特徴とする発光モジュール。 - 前記電流経路を形成する配線パターンは、単位長さ当たりの配線抵抗が一定であり、
前記一対の給電端子が、前記半導体発光素子の配列方向の中央部に対応する位置に設けられており、
前記複数の電流経路の経路長は、配列方向の中央に位置する半導体発光素子に至る電流経路の経路長が最も短く、当該中央からの距離が大きな半導体発光素子に至る電流経路ほど、経路長が長く設定されていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記一対の給電端子が、前記基板における前記半導体発光素子の配列方向に沿った片側の側縁部に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の発光モジュール。
- 前記一対の給電端子のそれぞれが、前記基板における前記半導体発光素子の配列方向に沿った両側の側縁部に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の発光モジュール。
- 前記電流経路が設けられた基板が単層構造であり、
前記複数の電流経路のそれぞれは、電流経路自体の長さ、幅、厚さ、電流経路を形成する材料の導電率のいずれか一つまたは複数を調整することによって、配線抵抗が調整されていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記電流経路が設けられた基板が多層構造であり、
前記複数の電流経路のそれぞれは、前記基板の各層に設けられたビアまたはスルーホールを含み、
前記複数の電流経路のそれぞれは、電流経路自体の長さ、幅、厚さ、電流経路を形成する材料の導電率、前記ビアまたはスルーホールの直径および長さのいずれか一つまたは複数を調整することによって、配線抵抗が調整されていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記一対の給電端子のそれぞれが、前記半導体発光素子の配列方向の両側端部に設けられていることを特徴とする請求項5または6に記載の発光モジュール。
- 前記配線パターンは、一定の導電率を有する材料によって一定の厚さに形成されており、
前記複数の電流経路は、少なくとも一部の幅が、配列方向の中央に位置する半導体発光素子に至る電流経路が最も太く、当該中央からの距離が大きな半導体発光素子に至る電流経路ほど細く設定されていることを特徴とする請求項7に記載の発光モジュール。 - 前記配線パターンは、一定の導電率を有する材料によって一定の幅に形成されており、前記複数の電流経路は、少なくとも一部の厚さが、配列方向の中央に位置する半導体発光素子に至る電流経路が最も厚く、当該中央からの距離が大きな半導体発光素子に至る電流経路ほど薄く設定されていることを特徴とする請求項7に記載の発光モジュール。
- 前記配線パターンは、一定の幅寸法および厚さに形成されており、
前記複数の電流経路は、少なくとも一部の導電率が、配列方向の中央に位置する半導体発光素子に至る電流経路が最も高く、当該中央からの距離が大きな半導体発光素子に至る電流経路ほど低く設定されていることを特徴とする請求項7に記載の発光モジュール。 - 前記一対の給電端子のそれぞれが、前記半導体発光素子の配列方向の片側の端部に設けられており、
前記複数の電流経路の経路長は、当該端部に近接する半導体発光素子に至る電流経路の経路長が最も短く、当該端部からの距離が大きな半導体発光素子に至る電流経路ほど長くなっており、
前記複数の電流経路は、それぞれの電流経路における少なくとも一部の幅、厚さ、当該電流経路を形成する材料の導電率のいずれか一つまたは複数が異なっていることにより、それぞれの電流経路の配線抵抗が異なっていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記半導体発光素子は、前記基板上に一定の間隔で配列されていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の発光モジュールを有することを特徴とする光源装置。
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