JP2014192313A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる電源電圧仕様に柔軟に対応可能な同一の回路基板によるＬＥＤ発光装置を提供する。
【解決手段】回路基板上に形成される一対の対向電極２２ａ、２２ｂに少なくとも２個のＬＥＤ素子を実装したＬＥＤブロック２３ａ〜２３ｄを複数個設け、各々のＬＥＤブロックにはフリップチップ実装されたＬＥＤ素子１とワイヤボンディング実装されたＬＥＤ素子３を有し、ワイヤボンディング実装されたＬＥＤ素子３の一方の電極は同じＬＥＤブロック内の対向電極の一方にワイヤボンディングされ、他方の電極は隣のＬＥＤブロックの対向電極の一方にワイヤボンディングされる構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の発光ダイオードを集合して各種照明用光源等に使用するＬＥＤ発光装置に関する。

従来、化合物半導体である発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）は、長寿命や小型化の特徴を生かして発光装置として幅広く利用されている。また、窒化ガリウム系化合物半導体等による青色を発光するＬＥＤが開発されたことにより、白色光や疑似白色光の発光装置も製品化が進み、ＬＥＤの放熱を工夫した高輝度高出力の発光装置も製品化されている。また、ひとつのＬＥＤ素子では発光量に限界があるので、基板に複数のＬＥＤ素子を実装し点灯することで、大きな光量を得ることが出来る集合型のＬＥＤ発光装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。以下、特許文献１の発光装置を図面を用いて説明する。

図６は特許文献１によって開示されている従来のＬＥＤ発光装置を示し、図６（ａ）はＬＥＤ発光装置の平面図であり、図６（ｂ）は配線図である。図６において、ＬＥＤ発光装置１００は、絶縁性の基板１０１上に１２個のＬＥＤ素子１１０がフリップチップ実装（以下、ＦＣ実装と略す）によって配置されている。

この基板１０１には、２ラインの導体パターン１０２ａ、１０２ｂが形成されている。この導体パターン１０２ａ、１０２ｂと、ＬＥＤ素子１１０のそれぞれの下面に形成されている２つの金属製のバンプ１１１が電気的に接続されることで、ＬＥＤ素子１１０は導体パターン１０２ａ、１０２ｂから電力供給を受けることができる。そして、導体パターン１０２ａ、１０２ｂの配線によって、１２個のＬＥＤ素子１１０は、図６（ｂ）に示すように３直列４並列接続されている。

また、導体パターン１０２ａ、１０２ｂの先端には、外部からの電力を受ける電源電極１０３ａ、１０３ｂが設けられている。この電源電極１０３ａ、１０３ｂによって外部の電源１２０から電力供給を受けて、１２個のＬＥＤ素子１１０は発光する。また、基板１０１上には、ツェナーダイオード１１２が、ＬＥＤ素子１１０とは逆方向に実装されている。このツェナーダイオード１１２は、静電気等に起因する逆方向電圧から、ＬＥＤ素子１１０を保護するために設けた素子である。

このように、各ＬＥＤ素子１１０をＦＣ実装によって基板１０１に配置することで、狭い実装エリアに多くのＬＥＤ素子を配置でき、高輝度高出力のＬＥＤ発光装置を実現できる。また、ＦＣ実装はＬＥＤ素子１１０をバンプ１１１によって導体パターン１０２ａ、１０２ｂに直接接続するので配線距離が短く、ＬＥＤ素子１１０の発熱を効率よく基板１０１側に伝達でき、ＬＥＤ素子１１０の温度上昇を抑制することができる。このため、ＬＥＤ素子のＦＣ実装は、すぐれた放熱効果を有し、ＬＥＤ素子の発光効率を高めて発光出力を大きくできる利点がある。

特開２００９―８８１９０号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、特許文献１のＬＥＤ発光装置１００はＦＣ実装であるために、基板１０１上の導体パターン１０２ａ、１０２ｂが、各ＬＥＤ素子１１０のバンプ１１１の位置に合わせて形成される必要があり、基板１０１上でＬＥＤ素子１１０の接続を変更しようとすると、基板１０１上の導体パターン１０２ａ、１０２ｂの配線を変更しなければならない。すなわち、複数のＬＥＤ素子１１０の接続関係を変更するには、導体パターン１０２ａ、１０２ｂの引き回しを変更するために、基板１０１を新規に作り直さなければならない。

たとえば、ＬＥＤ発光装置１００に供給する電源の仕様が異なり、低電圧で供給する場合と高電圧で供給する場合の二通りの電源仕様が存在する場合、従来のＬＥＤ発光装置１００では、導体パターン１０２の配線（引き回し）が異なる２種類の基板１０１を用意し、低電圧の電源仕様に対しては、ＬＥＤ素子の直列数が少ない配線の基板を選択し、高電圧の電源仕様に対しては、ＬＥＤ素子の直列数が多い配線の基板を選択する必要があった。

図７は、電源電圧仕様の違いによって、基板の導体パターンを変更して対応する一例を示している。図７（ａ）で示す発光装置１２０は、電源１２５の仕様が比較的低電圧である場合の一例であり、基板１２１上の導体パターン１２２は、ＦＣ実装による４個のＬＥＤ素子１１０を２直列２並列に接続する構成である。一方、図７（ｂ）で示す発光装置１３０は、電源１３５の仕様が比較的高電圧である場合の一例であり、基板１３１上の導体パターン１３２は、ＦＣ実装による４個のＬＥＤ素子１１０をすべて直列に接続する構成である。

このように、従来のＬＥＤ素子をＦＣ実装する発光装置では、電源電圧仕様の違いに対応するために導体パターンが異なる基板を個別に製造しなければならない。しかし、このような発光装置では、たとえば、客先の電源電圧仕様の違い（変更）に対して、ＬＥＤ発光装置を迅速にカスタマイズできず、また、電源電圧仕様の変更によってＬＥＤ発光装置の初期費用が増大するなどの問題があった。

また、ＬＥＤ発光装置のＬＥＤ素子をワイヤボンディング実装（以下、ＷＢ実装と略す）で配置することで、ＬＥＤ素子と導体パターンの位置関係に柔軟性が生まれて、場合によっては電源電圧の仕様が異なっても、基板の共通化が図れることもある。しかし、ＷＢ実装は、ＬＥＤ素子と導体パターンが細く長い金属線で接続され、また、ＬＥＤ素子と基板が接着剤等で固着されるので熱抵抗が大きくなり、ＬＥＤ素子の発熱を効率よく基板側に伝達できず、ＬＥＤ素子の温度が上昇して発光効率が低下し、発光出力が減少する問題がある。

本発明の目的は上記課題を解決し、異なる電源電圧仕様に柔軟に対応可能な同一の回路基板によるＬＥＤ発光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤ発光装置は、下記記載の構成を採用する。

本発明のＬＥＤ発光装置は、回路基板上に形成される一対の対向電極に少なくとも２個のＬＥＤ素子を実装したＬＥＤブロックを複数個設け、各々のＬＥＤブロックにはフリップチップ実装されたＬＥＤ素子とワイヤボンディング実装されたＬＥＤ素子を有し、ワイヤボンディング実装されたＬＥＤ素子の一方の電極は同じＬＥＤブロック内の対向電極の一方にワイヤボンディングされ、他方の電極は隣のＬＥＤブロックの対向電極の一方にワイヤボンディングされることを特徴とする。

また、各ＬＥＤブロックは、対向電極でなる第１電極と第２電極との間に、フリップチップ実装された第１ＬＥＤ素子と、ワイヤボンディング実装された第２ＬＥＤ素子と、を有し、第２ＬＥＤ素子の一方の電極は同じＬＥＤブロック内の第２電極にワイヤボンディングされ、他方の電極は隣のＬＥＤブロックの第１電極にワイヤボンディングされることを特徴とする。

また、ＬＥＤブロックは、対向電極でなる第１電極と第２電極との間に、フリップチップ実装された２個の第１ＬＥＤ素子と、ワイヤボンディング実装された１個の第２ＬＥＤ素子と、を有する２個の第１ＬＥＤブロックと第２ＬＥＤブロックよりなり、第１ＬＥＤブロックにおける第２ＬＥＤ素子の一方の電極は同じ第１ＬＥＤブロック内の第２電極にワイヤボンディングされ、他方の電極は次の第２ＬＥＤブロックの第１電極にワイヤボンディングされ、第２ＬＥＤブロックの第２ＬＥＤ素子の一方の電極は同じ第２ＬＥＤブロック内の第１電極にワイヤボンディングされ、他方の電極は第１ＬＥＤブロックの第２電極にワイヤボンディングされることを特徴とする。

また、第１ブロックと第２ブロックより構成されるＬＥＤユニットを複数個設け、各ＬＥＤユニットを直列接続したことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ発光装置によれば、同一の回路基板でＬＥＤ素子の直列接続、並列接続を選択できるので、発光装置を駆動する電源電圧仕様が変更しても、回路基板を変更する必要がなく、仕様変更に対する迅速な対応、および、初期費用等の節約にすぐれた効果を発揮するＬＥＤ発光装置を提供できる。また、ＬＥＤ素子の接続を変えても、ＬＥＤ素子の実装位置は変化しないので、発光面の形状、発光の指向性等、光学的な特性を維持するＬＥＤ発光装置を提供できる。また、ＦＣ実装のＬＥＤ素子を多用できるので、すべてをＷＢ実装で構成する発光装置と比較して放熱特性に優れており、高輝度高出力のＬＥＤ発光装置を実現できる。また、ＷＢ実装によって配置するＬＥＤ素子は、実装位置を変えられるので、発光面形状を微調整できるメリットを有している。

本発明の第１の実施形態に係わる４直列２並列のＬＥＤ発光装置の平面図と配線図である。 本発明の第１の実施形態に係わる８直列のＬＥＤ発光装置の平面図と配線図である。 本発明の第２の実施形態に係わる４直列３並列のＬＥＤ発光装置の平面図と配線図である。 本発明の第２の実施形態に係わる６直列２並列のＬＥＤ発光装置の平面図と配線図である。 本発明の第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置の平面図である。 従来のＬＥＤ発光装置の平面図と配線図である。 従来のＬＥＤ発光装置の問題点を説明する平面図と配線図である。

以下図面に基づいて本発明のＬＥＤ発光装置の具体的な実施の形態、及びその変形例を詳述する。
［各実施形態の特徴］
第１の実施形態の特徴は、８個で構成するＬＥＤ素子を同一回路基板上で４直列２並列または８直列のいずれかに選択できるＬＥＤ発光装置である。第２の実施形態の特徴は、１２個で構成するＬＥＤ素子を同一回路基板上で４直列３並列または６直列２並列のいずれかに選択できるＬＥＤ発光装置である。

［第１の実施形態の４直列２並列のＬＥＤ発光装置の概略説明：図１］
まず、本発明の第１の実施形態の４直列２並列のＬＥＤ発光装置の概略を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、８個のＬＥＤ素子を４直列２並列に接続するＬＥＤ発光装置の平面図であり、図１（ｂ）は、その配線図である。

図１において、符号１０は第１の実施形態のＬＥＤ発光装置である。ＬＥＤ発光装置１０は、セラミック等の熱伝導性の良い絶縁材料でなる回路基板１１上に、一対の対向電極１２が４組形成され、それぞれの対向電極１２に２個のＬＥＤ素子１をＦＣ実装で並列に配置したＬＥＤブロック１３ａ〜１３ｄが４個設けられている。

ここで、ＬＥＤブロック１３ａ〜１３ｄのそれぞれの対向電極１２の一方を第１電極１２ａと称し、他方の電極を第２電極１２ｂと称する。ＬＥＤ素子１の下面には、金（Ａｕ）等で成る導電性のバンプ２ａ、２ｂが二つ形成されており（円形の破線で示す）、それぞれが第１電極１２ａ、第２電極１２ｂに接続し、ＬＥＤ素子１に電力が供給される。

すなわち、ＬＥＤ素子１のアノードがバンプ２ａによって第１電極１２ａと電気的に接続し、ＬＥＤ素子１のカソードがバンプ２ｂによって第２電極１２ｂと電気的に接続する。このように、各ＬＥＤブロック１３ａ〜１３ｄは、２個のＬＥＤ素子１がＦＣ実装によって並列接続される。

さらに、回路基板１１上には、ＬＥＤブロック１３ａ〜１３ｄに電力を供給する電源電極１４ａと１４ｂが形成されている。そして、電源電極１４ａとＬＥＤブロック１３ａの第１電極１２ａは、ＷＢによって導電性のワイヤ１５で電気的に接続されている。また、ＬＥＤブロック１３ａの第２電極１２ｂと、それに隣接するＬＥＤブロック１３ｂの第１電極１２ａは、同様にワイヤ１５で電気的に接続されている。同様に、ＬＥＤブロック１３ｂとＬＥＤブロック１３ｃもワイヤ１５で電気的に接続され、ＬＥＤブロック１３ｃとＬＥＤブロック１３ｄもワイヤ１５で電気的に接続される。

さらに、ＬＥＤブロック１３ｄの第２電極１２ｂと電源電極１４ｂがワイヤ１５によって電気的に接続される。このように、４つのＬＥＤブロック１３ａ〜１３ｄと電源電極１４ａ、１４ｂがワイヤ１５によって接続されることで、８個のＬＥＤ素子１は、図１（ｂ）の配線図に示すように、４直列２並列の構成となる。ここで、図１（ｂ）に示すように、電源電極１４ａ、１４ｂに外部から電源１６を接続することで、８個のＬＥＤ素子１にそれぞれ電力が供給されて発光し、ＬＥＤ発光装置１０は動作する。

以上のように、第１の実施形態のＬＥＤ発光装置１０は、ＬＥＤ素子１の直列接続が４個で構成されるので、電源１６が比較的低電圧仕様である場合に適した構成である。たとえば一例として、ＬＥＤ素子１が青色ＬＥＤであって、順方向電圧が約３．５Ｖである場合、電源１６は、３．５Ｖ×４＝１４Ｖ程度の駆動電圧を出力する定電圧電源または定電流電源が望ましい。

［第１の実施形態の８直列のＬＥＤ発光装置の概略説明：図２］
次に、本発明の第１の実施形態の８直列のＬＥＤ発光装置の概略を図２を用いて説明する。図２（ａ）は、８個のＬＥＤ素子を８直列に接続するＬＥＤ発光装置の平面図であり、図２（ｂ）は、その配線図である。

図２において、符号２０は第１の実施形態のＬＥＤ発光装置である。ＬＥＤ発光装置２０は、セラミック等の熱伝導性の良い絶縁材料でなる基板２１上に、一対の対向電極２２
が４組形成され、それぞれの対向電極２２にＦＣ実装のＬＥＤ素子１とＷＢ実装のＬＥＤ素子３を並んで配置したＬＥＤブロック２３ａ〜２３ｄが４個設けられている。

このＬＥＤブロック２３ａ〜２３ｄのそれぞれの対向電極２２の一方を第１電極２２ａと称し、他方の電極を第２電極２２ｂと称する。また、ＦＣ実装されたＬＥＤ素子１を第１ＬＥＤ素子１と称し、ＷＢ実装されたＬＥＤ素子３を第２ＬＥＤ素子３と称する。また、基板２１上には、ＬＥＤブロック２３ａ〜２３ｄに電力を供給する電源電極２４ａと２４ｂが形成されている。

ここで、ＦＣ実装の第１ＬＥＤ素子１の下面には、金（Ａｕ）等で成る導電性のバンプ２ａ、２ｂが二つ形成されており、それぞれが第１電極２２ａ、第２電極２２ｂに接続し、第１ＬＥＤ素子１に電力が供給される。すなわち、第１ＬＥＤ素子１のアノードがバンプ２ａによって第１電極２２ａと電気的に接続し、第１ＬＥＤ素子１のカソードがバンプ２ｂによって第２電極２２ｂと電気的に接続する。

そして、前述の電源電極２４ａとＬＥＤブロック２３ａの第１電極２２ａは、ＷＢによって導電性のワイヤ２５で電気的に接続される。また、ＬＥＤブロック２３ａの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極（アノード）は、同じＬＥＤブロック２３ａの第２電極２２ｂにＷＢによってワイヤ２５で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極（カソード）は、隣接するＬＥＤブロック２３ｂの第１電極２２ａにＷＢによってワイヤ２５で電気的に接続される。

また同様に、ＬＥＤブロック２３ｂの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極は、同じＬＥＤブロック２３ｂの第２電極２２ｂにワイヤ２５で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極は、隣接するＬＥＤブロック２３ｃの第１電極２２ａにワイヤ２５で電気的に接続される。同様に、ＬＥＤブロック２３ｃの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極は、同じＬＥＤブロック２３ｃの第２電極２２ｂにワイヤ２５で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極は、隣接するＬＥＤブロック２３ｄの第１電極２２ａにワイヤ２５で電気的に接続される。

さらに、ＬＥＤブロック２３ｄの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極は、同じＬＥＤブロック２３ｄの第２電極２２ｂにワイヤ２５で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極は、電源電極２４ｂにワイヤ２５で電気的に接続される。

以上の接続によって、ＬＥＤブロック２３ａ〜２３ｄのそれぞれは、ＦＣ実装の第１ＬＥＤ素子１とＷＢ実装の第２ＬＥＤ素子３が、各ＬＥＤブロック内で直列接続される。そして、ＬＥＤブロック２３ａ〜２３ｄと電源電極２４ａ、２４ａがワイヤ２５によって接続されることで、すべての第１ＬＥＤ素子１と第２ＬＥＤ素子３は、図２（ｂ）の配線図に示すように、８直列接続の構成となる。ここで、図２（ｂ）に示すように、電源電極２４ａ、２４ｂに外部から電源２６を接続することで、それぞれの第１ＬＥＤ素子１と第２ＬＥＤ素子３に電力が供給されて発光し、ＬＥＤ発光装置２０は動作する。

この第１の実施形態のＬＥＤ発光装置２０は、第１ＬＥＤ素子１と第２ＬＥＤ素子３の８個すべてが直列接続であるので、電源２６が比較的高電圧仕様である場合に適した構成である。たとえば一例として、第１ＬＥＤ素子１と第２ＬＥＤ素子３が共に青色ＬＥＤであって、順方向電圧が約３．５Ｖである場合、電源２６は、３．５Ｖ×８＝２８Ｖ程度の駆動電圧を出力する定電圧電源または定電流電源が望ましい。

ここで、図１で示したＬＥＤ発光装置１０と図２で示したＬＥＤ発光装置２０は、ＬＥＤ素子の実装形態が一部異なり、また、ＷＢの接続位置も異なっているが、図１に示す回
路基板１１に形成される第１電極１２ａ、第２電極１２ｂ、および電源電極１４ａ、１４ｂと、図２に示す基板２１に形成される第１電極２２ａ、第２電極２２ｂ、および電源電極２４ａ、２４ｂとは、同一の導体パターンである。すなわち、ＬＥＤ発光装置１０とＬＥＤ発光装置２０は同一の回路基板を使用することができる。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、ＬＥＤ発光装置を駆動する電源電圧の値が異なる場合において、具体的には、低電圧仕様である電源と高電圧仕様である電源の２種類の電源が存在していたとしても、８個で構成するＬＥＤ素子の実装形態を選択し、且つ、ＷＢによるワイヤの配線を変更するだけで、同一の回路基板によって異なる電源電圧仕様に対応したＬＥＤ発光装置を実現することができる。

すなわち、本発明によれば、同一の回路基板でＬＥＤ素子の直列並列の接続形態を選択できるので、駆動電圧の仕様が異なっていても、回路基板を変更する必要がなく、電源電圧仕様の違いや変更等に迅速に対応することが可能なＬＥＤ発光装置を提供できる。また、回路基板の変更が不要であるので、基板変更に必要な初期費用等を節約できるすぐれた効果を有している。また、ＬＥＤ素子の接続を変えても、ＬＥＤ素子の実装位置は変化しないので、発光面の形状、発光の指向性等、光学的な特性を維持するＬＥＤ発光装置を提供できる。また、ＦＣ実装のＬＥＤ素子を多用できるので、すべてをＷＢ実装で構成する発光装置と比較して、放熱特性に優れており、高輝度高出力のＬＥＤ発光装置を実現できる。

また、一部のＬＥＤ素子をＷＢ実装によって配置しているが（図２参照）、ＷＢ実装はＬＥＤ素子の実装位置を回路基板に対して僅かであるが変えることができるので、ＬＥＤ発光装置の発光面形状を微調整して最適化できるメリットを有している。なお、第１の実施形態および後述する第２の実施形態のＬＥＤ発光装置は、実際にはＬＥＤ素子を封止する封止部材や、ＬＥＤ素子からの光を集光、または拡散する光学部材等が付加されるが、これらの部材は本発明に直接関わらないので、説明は省略する。

［第２の実施形態の４直列３並列のＬＥＤ発光装置の概略説明：図３］
次に、本発明の第２の実施形態の４直列３並列のＬＥＤ発光装置の概略を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、１２個のＬＥＤ素子を４直列３並列に接続するＬＥＤ発光装置の平面図であり、図３（ｂ）は、その配線図である。

図３において、符号３０は第２の実施形態のＬＥＤ発光装置である。ＬＥＤ発光装置３０は、セラミック等の熱伝導性の良い絶縁材料でなる回路基板３１上に、一対の対向電極３２が４組形成され、それぞれの対向電極３２に３個のＬＥＤ素子１をＦＣ実装で並列に配置したＬＥＤブロック３３ａ〜３３ｄが４個設けられている。

ここで、ＬＥＤブロック３３ａ〜３３ｄのそれぞれの対向電極３２の一方を第１電極３２ａと称し、他方の電極を第２電極３２ｂと称する。ＬＥＤ素子１の下面には、第１の実施形態と同様に、金（Ａｕ）等で成る導電性のバンプ２ａ、２ｂが二つ形成されており、それぞれが第１電極３２ａ、第２電極３２ｂに接続し、ＬＥＤ素子１に電力が供給される。

すなわち、ＬＥＤ素子１のアノードがバンプ２ａによって第１電極３２ａと電気的に接続し、ＬＥＤ素子１のカソードがバンプ２ｂによって第２電極３２ｂと電気的に接続する。このように、各ＬＥＤブロック３３ａ〜３３ｄは、それぞれ３個のＬＥＤ素子１がＦＣ実装によって並列に接続される。

さらに、回路基板３１上には、ＬＥＤブロック３３ａ〜３３ｄに電力を供給する電源電極３４ａと３４ｂが形成されている。そして、電源電極３４ａとＬＥＤブロック３３ａの第１電極３２ａは、ＷＢによって導電性のワイヤ３５で電気的に接続されている。また、ＬＥＤブロック３３ａの第２電極３２ｂと、それに隣接するＬＥＤブロック３３ｂの第１電極３２ａは、ワイヤ３５で電気的に接続されている。同様に、ＬＥＤブロック３３ｂとＬＥＤブロック３３ｃもワイヤ３５で電気的に接続され、ＬＥＤブロック３３ｃとＬＥＤブロック３３ｄもワイヤ３５で電気的に接続される。

さらにＬＥＤブロック３３ｄの第２電極３２ｂと電源電極３４ｂがワイヤ３５によって電気的に接続される。このように、４つのＬＥＤブロック３３ａ〜３３ｄと電源電極３４ａ、３４ｂがワイヤ３５によって電気的に接続されることで、１２個のＬＥＤ素子１は、図３（ｂ）の配線図に示すように、４直列３並列の構成となる。ここで、図３（ｂ）に示すように、電源電極３４ａ、３４ｂに外部から電源３６を接続することで、１２個のＬＥＤ素子１にそれぞれ電力が供給されて発光し、ＬＥＤ発光装置３０は動作する。

以上のように、第２の実施形態のＬＥＤ発光装置３０は、ＬＥＤ素子１の直列接続が４個で構成されるので、電源３６が比較的低電圧仕様である場合に適した構成である。たとえば一例として、ＬＥＤ素子１が青色ＬＥＤであって、順方向電圧が約３．５Ｖである場合、電源３６は、３．５Ｖ×４＝１４Ｖ程度の駆動電圧を出力する定電圧電源または定電流電源が望ましい。

［第２の実施形態の６直列２並列のＬＥＤ発光装置の概略説明：図４］
次に、本発明の第２の実施形態の６直列２並列のＬＥＤ発光装置の概略を図４を用いて説明する。図４（ａ）は、１２個のＬＥＤ素子を６直列２並列に接続するＬＥＤ発光装置の平面図であり、図４（ｂ）は、その配線図である。

図４において、符号４０は第２の実施形態のＬＥＤ発光装置である。ＬＥＤ発光装置４０は、セラミック等の熱伝導性の良い絶縁材料でなる基板４１上に、一対の対向電極４２が４組形成され、それぞれの対向電極４２にＦＣ実装の２個のＬＥＤ素子１とＷＢ実装の１個のＬＥＤ素子３を並んで配置したＬＥＤブロック４３ａ〜４３ｄが４個設けられている。なお、ＷＢ実装のＬＥＤ素子３は、２個のＦＣ実装のＬＥＤ素子１の間に配置されているが、この配置は限定されない。

このＬＥＤブロック４３ａ〜４３ｄのそれぞれの対向電極４２の一方を第１電極４２ａと称し、他方の電極を第２電極４２ｂと称する。また、ＦＣ実装された２個のＬＥＤ素子１を第１ＬＥＤ素子１と称し、ＷＢ実装されたＬＥＤ素子３を第２ＬＥＤ素子３と称する。

また、ＬＥＤブロック４３ａ、４３ｃは、それぞれ第１ＬＥＤブロックと称し、ＬＥＤブロック４３ｂ、４３ｄは、それぞれ第２ＬＥＤブロックと称する。そして、第１ＬＥＤブロックと第２ＬＥＤブロックより構成される６個のＬＥＤ素子の集合体をＬＥＤユニットと称し、第１ＬＥＤブロック４３ａと第２ＬＥＤブロック４３ｂの集合体をＬＥＤユニット４４ａ、第１ＬＥＤブロック４３ｃと第２ＬＥＤブロック４３ｄの集合体をＬＥＤユニット４４ｂと称する。

ここで、各ＬＥＤブロック４３ａ〜４３ｄに配置されるＦＣ実装の第１ＬＥＤ素子１の下面には、金（Ａｕ）等で成る導電性のバンプ２ａ、２ｂが二つ形成されており、それぞれが第１電極４２ａ、第２電極４２ｂに接続し、第１ＬＥＤ素子１に電力が供給される。すなわち、第１ＬＥＤ素子１のアノードがバンプ２ａによって第１電極４２ａと電気的に接続し、第１ＬＥＤ素子１のカソードがバンプ２ｂによって第２電極４２ｂと電気的に接
続する。

また、基板４１上には、ＬＥＤユニット４４ａと４４ｂに電力を供給する電源電極４５ａと４５ｂが形成されている。そして、電源電極４５ａとＬＥＤユニット４４ａを構成する第１ＬＥＤブロック４３ａの第１電極４２ａは、ＷＢによって導電性のワイヤ４６で電気的に接続される。また、電源電極４５ｂとＬＥＤユニット４４ｂを構成する第２ＬＥＤブロック４３ｄの第２電極４２ｂは、同様にＷＢによってワイヤ４６で電気的に接続される。

一方、ＬＥＤユニット４４ａを構成する第１ＬＥＤブロック４３ａの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極（アノード）は、同じ第１ＬＥＤブロック４３ａの第２電極４２ｂにＷＢによってワイヤ４６で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極（カソード）は、隣接する次の第２ＬＥＤブロック４３ｂの第１電極４２ａにＷＢによってワイヤ４６で電気的に接続される。

また、第２ＬＥＤブロック４３ｂの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極（カソード）は、同じ第２ＬＥＤブロック４３ｂの第１電極４２ａにＷＢによってワイヤ４６で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極（アノード）は、隣接する第１ＬＥＤブロック４３ａの第２電極４２ｂにＷＢによってワイヤ４６で電気的に接続される。

また同様に、ＬＥＤユニット４４ｂを構成する第１ＬＥＤブロック４３ｃの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極（アノード）は、同じ第１ＬＥＤブロック４３ｃの第２電極４２ｂにワイヤ４６で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極（カソード）は、隣接する次の第２ＬＥＤブロック４３ｄの第１電極４２ａにワイヤ４６で電気的に接続される。

また、第２ＬＥＤブロック４３ｄの第２ＬＥＤ素子３の一方の電極（カソード）は、同じ第２ＬＥＤブロック４３ｄの第１電極４２ａにワイヤ４６で電気的に接続され、第２ＬＥＤ素子３の他方の電極（アノード）は、隣接する第１ＬＥＤブロック４３ｃの第２電極４２ｂにワイヤ４６で電気的に接続される。

そして、ＬＥＤユニット４４ａの第２ＬＥＤブロック４３ｂの第２電極４２ｂとＬＥＤユニット４４ｂの第１ＬＥＤブロック４３ｃの第１電極４２ａは、ワイヤ４６で電気的に接続される。以上の構成によって、ＬＥＤユニット４４ａとＬＥＤユニット４４ｂは直列接続される。

このように、電源電極４５ａとＬＥＤユニット４４ａとＬＥＤユニット４４ｂと電源電極４５ｂがワイヤ４６によって順次接続されることで、２つのＬＥＤユニット４４ａ、４４ｂを構成する８個の第１ＬＥＤ素子１と４個の第２ＬＥＤ素子３からなる合計１２個のＬＥＤ素子は、図４（ｂ）の配線図に示すように６直列２並列接続の構成となる。ここで、図４（ｂ）に示すように、電源電極４５ａ、４５ｂに外部から電源４７を接続することで、それぞれの第１ＬＥＤ素子１と第２ＬＥＤ素子３に電力が供給されて発光し、ＬＥＤ発光装置４０は動作する。

この第２の実施形態のＬＥＤ発光装置４０は、ＬＥＤ素子が６直列接続であるので、電源４７が比較的高電圧仕様である場合に適した構成である。たとえば一例として、第１ＬＥＤ素子１と第２ＬＥＤ素子３が共に青色ＬＥＤであって、順方向電圧が約３．５Ｖである場合、電源４７は、３．５Ｖ×６＝２１Ｖ程度の駆動電圧を出力する定電圧電源または定電流電源が望ましい。

ここで、図３で示したＬＥＤ発光装置３０と図４で示したＬＥＤ発光装置４０は、ＬＥ
Ｄ素子の実装形態が一部異なり、また、ＷＢの接続位置も異なっているが、図３に示す回路基板３１に形成される第１電極３２ａ、第２電極３２ｂ、および電源電極３４ａ、３４ｂと、図４に示す回路基板４１に形成される第１電極４２ａ、第２電極４２ｂ、および電源電極４５ａ、４５ｂとは、同一の導体パターンである。すなわち、ＬＥＤ発光装置３０とＬＥＤ発光装置４０は同一の回路基板を使用することができる。

なお、第２の実施形態では、２つのＬＥＤユニット４４ａ、４４ｂを直列に接続して構成しているが、ＬＥＤユニットの数は限定されず、ＬＥＤユニットをユニット単位で増加することで、ＬＥＤ素子数を更に多くした高出力のＬＥＤ発光装置を実現することができる。たとえば、ＬＥＤユニットを３個直列に接続し、前述したように、ＬＥＤ素子の実装形態とＷＢによる配線を変更することで、６直列３並列、または、９直列２並列を選択できる合計１８個のＬＥＤ素子からなるＬＥＤ発光装置を同一の回路基板で実現できる。

［第２の実施形態の４直列３並列の変形例の概略説明：図５（ａ）］
次に、第２の実施形態の４直列３並列の変形例のＬＥＤ発光装置の概略を図５（ａ）を用いて説明する。図５（ａ）は１２個のＬＥＤ素子を４直列３並列に接続するＬＥＤ発光装置５０の平面図である。

図５（ａ）において、ＬＥＤ発光装置５０は、セラミック等の熱伝導性の良い絶縁材料でなる回路基板５１上に、一対の対向電極５２が４組形成され、それぞれの対向電極５２に、第２の実施形態（図３参照）と同様に３個のＬＥＤ素子１がＦＣ実装で並列に配置され、ＬＥＤブロック５３ａ〜５３ｄが設けられている。ここで、第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置５０が、前述の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置３０と異なる点は、ＬＥＤブロック５３ａ〜５３ｄの対向電極が隣接する対向電極と結合し、または対向電極の導体パターンが延長して、電源電極として機能することである。

具体的には、ＬＥＤブロック５３ａ〜５３ｄの各対向電極５２の一方の電極を第１電極５２ａと称し、他方の電極を第２電極５２ｂと称するとして、ＬＥＤブロック５３ａの第１電極５２ａが回路基板５１の一方の端部付近（図面上の左側）まで延長し、電源電極としても機能している。また、ＬＥＤブロック５３ｂの第２電極５２ｂは、それに隣接するＬＥＤブロック５３ｃの第１電極５２ａと結合している。また、ＬＥＤブロック５３ｄの第２電極５２ｂが回路基板５１の他方の端部付近（図面上の右側）まで延長し、電源電極としても機能している。

また、ＬＥＤブロック５３ａとＬＥＤブロック５３ｂ、および、ＬＥＤブロック５３ｃとＬＥＤブロック５３ｄは、ワイヤ５５によって電気的に接続される。以上の構成によって、第２の実施形態の変形例であるＬＥＤ発光装置５０は、前述の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置３０の配線図（図３（ｂ）参照）と同様に４直列３並列の構成となる。

このように、第２の実施形態の４直列３並列の変形例は、対向電極を延長、または隣接同士の対向電極を結合することで、第２の実施形態（図３（ａ）参照）では、ＷＢ箇所が５カ所必要であった構成が、変形例では２カ所に減らせるので、製造工程を簡略化できるメリットを有している。また、ＬＥＤ発光装置５０は、ＬＥＤ素子１の直列接続が４個であるので、電源が比較的低電圧仕様である場合に適した構成である。

［第２の実施形態の６直列２並列の変形例の概略説明：図５（ｂ）］
次に、第２の実施形態の６直列２並列の変形例のＬＥＤ発光装置の概略を図５（ｂ）を用いて説明する。図５（ｂ）は、１２個のＬＥＤ素子を６直列２並列に接続するＬＥＤ発光装置６０の平面図である。

図５（ｂ）において、ＬＥＤ発光装置６０は、セラミック等の熱伝導性の良い絶縁材料でなる回路基板６１上に、一対の対向電極６２が４組形成され、この対向電極６２に、第２の実施形態（図４参照）と同様にＦＣ実装の２個の第１ＬＥＤ素子１とＷＢ実装の第２ＬＥＤ素子が３並んで配置され、ＬＥＤブロック６３ａ〜６３ｄが設けられている。ここで、第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置６０の回路基板６１は、前述の第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置５０の回路基板５１の導体パターンと同一である。

具体的には、ＬＥＤブロック６３ａ〜６３ｄの各対向電極６２の一方の電極を第１電極６２ａと称し、他方の電極を第２電極６２ｂと称するとして、ＬＥＤブロック６３ａの第１電極６２ａが回路基板６１の端部付近（図面上の左側）まで延長し、電源電極としても機能している。また、ＬＥＤブロック６３ｂの第２電極６２ｂは、それに隣接するＬＥＤブロック６３ｃの第１電極６２ａと結合している。また、ＬＥＤブロック６３ｄの第２電極６２ｂが回路基板６１の他方の端部付近（図面上の右側）まで延長し、電源電極としても機能している。

また、ＬＥＤブロック６３ａ〜６３ｄにそれぞれ配置されている第２ＬＥＤ素子３は、前述の第２実施形態のＬＥＤ発光装置４０（図４（ａ）参照）と同様に、ＷＢによってワイヤ６５で所定の第１電極６２ａ、６２ｂにそれぞれ接続される。以上の構成によって、第２の実施形態の変形例であるＬＥＤ発光装置６０は、前述の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置４０の配線図（図４（ｂ）参照）と同様に６直列２並列の構成となる。

この第２の実施形態の６直列２並列の変形例は、対向電極を延長、または隣接同士の対向電極を結合することで、第２の実施形態（図４（ａ）参照）では、ＷＢ箇所が１１カ所必要であった構成が、この変形例ではＷＢ箇所を８カ所に減らせるので、製造工程を簡略化できるメリットを有している。また、ＬＥＤ発光装置６０は、ＬＥＤ素子１とＬＥＤ素子３の直列接続が６個であるので、電源が比較的高電圧仕様である場合に適した構成である。

このように、第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置５０とＬＥＤ発光装置６０は、ＬＥＤ素子の実装形態が一部異なり、また、ＷＢの接続位置も異なっているが、それぞれの回路基板５１と６１は同じ導体パターンで構成されるので、第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置５０とＬＥＤ発光装置６０は、同一の回路基板によって異なる電源電圧仕様に対応できる。

以上のように、本発明の第２の実施形態、およびその変形例によれば、ＬＥＤ発光装置を駆動する電源電圧の値が異なる場合において、具体的には、低電圧仕様である電源と高電圧仕様である電源の２種類の電源が存在していたとしても、１２個で構成するＬＥＤ素子の実装形態を選択し、且つ、ＷＢによるワイヤの配線位置を変更するだけで、同一の回路基板によって異なる電源電圧仕様に柔軟に対応するＬＥＤ発光装置を実現することができる。これにより、前述の第１の実施形態と同様の効果を有すると共に、ＬＥＤ素子の数が多いので、さらに高輝度高出力のＬＥＤ発光装置を提供できる。

尚、本発明の実施形態で示した正面図、配線図等は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更してよい。たとえば、回路基板は、長方形に限定されず、円形等でもよく、各対向電極や電源電極の形状も基板形状に合わせて、任意に変更してよい。また、従来例で示した静電気等に起因する逆方向電圧からＬＥＤ素子を保護するツェナーダイオード等は、本発明に直接関わらないので各実施形態では省略している。

本発明のＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ素子を多数集合したルーメンデンシティの高い発光装置を実現できるので、一般的な照明用光源やバックライト、及び車載用光源など、照明用発光装置として幅広く利用することが出来る。

１、３ ＬＥＤ素子
２ａ、２ｂ バンプ
１０、２０、３０、４０、５０、６０ ＬＥＤ発光装置
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 回路基板
１２，２２、３２、４２、５２、６２ 対向電極
１３ａ〜１３ｄ、２３ａ〜２３ｄ、３３ａ〜３３ｄ、４３ａ〜４３ｄ、５３ａ〜５３ｄ、６３ａ〜６３ｄ ＬＥＤブロック
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂ、４５ａ、４５ｂ 電源電極
１５、２５、３５、４６、５５、６５ ワイヤ
１６、２６、３６、４７ 電源
４４ａ、４４ｂ ＬＥＤユニット

Claims (4)

1. 回路基板上に形成される一対の対向電極に少なくとも２個のＬＥＤ素子を実装したＬＥＤブロックを複数個設け、各々の前記ＬＥＤブロックにはフリップチップ実装されたＬＥＤ素子とワイヤボンディング実装されたＬＥＤ素子を有し、ワイヤボンディング実装された前記ＬＥＤ素子の一方の電極は同じＬＥＤブロック内の前記対向電極の一方にワイヤボンディングされ、他方の電極は隣のＬＥＤブロックの前記対向電極の一方にワイヤボンディングされることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記各ＬＥＤブロックは、前記対向電極でなる第１電極と第２電極との間に、フリップチップ実装された第１ＬＥＤ素子と、ワイヤボンディング実装された第２ＬＥＤ素子と、を有し、前記第２ＬＥＤ素子の一方の電極は同じＬＥＤブロック内の前記第２電極にワイヤボンディングされ、他方の電極は隣のＬＥＤブロックの前記第１電極にワイヤボンディングされていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記ＬＥＤブロックは、前記対向電極でなる第１電極と第２電極との間に、フリップチップ実装された２個の第１ＬＥＤ素子と、ワイヤボンディング実装された１個の第２ＬＥＤ素子と、を有する２個の第１ＬＥＤブロックと第２ＬＥＤブロックよりなり、前記第１ＬＥＤブロックにおける前記第２ＬＥＤ素子の一方の電極は同じ第１ＬＥＤブロック内の前記第２電極にワイヤボンディングされ、他方の電極は前記第２ＬＥＤブロックの前記第１電極にワイヤボンディングされ、前記第２ＬＥＤブロックの前記第２ＬＥＤ素子の一方の電極は同じ第２ＬＥＤブロック内の前記第１電極にワイヤボンディングされ、他方の電極は前記第１ＬＥＤブロックの前記第２電極にワイヤボンディングされることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記第１ＬＥＤブロックと前記第２ＬＥＤブロックより構成されるＬＥＤユニットを複数個設け、前記各ＬＥＤユニットを直列接続したことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ発光装置。
   

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