JP2015159201A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル基板を用いても不具合が生じ難い発光モジュール及び照明装置を提供する。
【解決手段】発光モジュール１００がフレキシブル基板１０２、前記フレキシブル基板に固定される複数の発光素子１０６、並びに前記発光素子をそれぞれ被覆する複数の封止部材を有する。更に、前記封止部材をそれぞれ被覆する複数の保護手段であるキャップ１１０を備え、このキャップは前記フレキシブル基板に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発光素子を用いた発光装置およびこの発光装置を配設している照明装置に関する。

近年の科学技術の進歩に伴い、発光ダイオード（Light Emitting Diode，LED）等の省エネルギー型発光素子を備えた照明装置が広く利用されている。ＬＥＤ素子を備えた照明装置は、従来の白色ランプ等よりも比較的電力消費が少なく、輝度や照度を得ることができる。

ＬＥＤ照明装置に関しては、ＬＥＤ電球や直管型のＬＥＤランプ等が比較的普及している。しかし、近年はＬＥＤ照明を応用する上で、特に光源の配置については面発光の要求の加え、立体的な光源の需要も増加している。このため、立体的な光源を実現するため、照明装置のランプ内に配置される発光モジュールの基板はフレキシブルな基板が考えられる（例えば特許文献１参照）。

ここで、図１０には例示として一般的なＬＥＤランプ内に装着されたフレキシブル基板を用いた発光モジュールの側面図、並びに平面図を示したものである。図１０に示すとおり、発光モジュール１０は複数の発光素子であり、例えばＬＥＤチップ１６は直線状にフレキシブル基板１２上に実装される。また、蛍光体入りの封止部材であるシリコン樹脂１８は、ドット状（dot）若しくはドーム状（dome）に発光モジュール１０に取り付けられているＬＥＤチップ１６を封止する。

特開２０１２−１８１９５３号

このとき、例えば図１０に示すとおりフレキシブル基板１２が変形したとき、シリコン樹脂１８とフレキシブル基板１２の接着面は、基板の変形に起因するストレスが発生する。このストレスが一定程度を超えると、シリコン樹脂１８と基板１２の接着面が剥離する可能性がある。また、同様にＬＥＤチップ１６がフレキシブル基板１２から剥離してしまう可能性もあるし、さらには、例えばワイヤーボンディングを用いる仕様では、ワイヤーの断線等の虞もある。

本実施形態は、本発明はフレキシブル基板にＬＥＤチップを実装する場合でも基板の変形による不具合が生じ難い発光モジュール及び照明装置を提供することを目的とする。

本実施形態の発光装置は、フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に配置される複数の発光素子と、前記発光素子にそれぞれ被覆されると共に、蛍光体入りシリコン樹脂である複数の封止部材と、前記封止部材をそれぞれ被覆するように前記フレキシブル基板上に固定されると共に、前記封止部材よりも硬度が高くなるように樹脂により形成されている複数の保護手段とを具備している。

本発明の実施形態によれば、保護手段によりフレキシブル基板が変形したとしても発光領域部分に不具合が生じてしまうことを抑制することができる。

（ａ）は本発明の一実施例を示す発光モジュールの側面図、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）は図１（ａ）の要部断面図 キャップの斜視図 （ａ）は発光モジュールの直管型ＬＥＤランプに用いた際の斜視図、（ｂ）は図３（ａ）の断面図 上記発光モジュールを用いた照明装置の構成図 第二の実施例を示した発光モジュールの断面図 第三の実施例を示した発光モジュールの断面図 各実施例におけるキャップの変形例 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図７のキャップの断面図 平面状のフレキシブル基板の実施例を示す平面図 （ａ）は一般的な直管型のＬＥＤランプ内に装着された発光モジュールの側面図、（ｂ）はその平面図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。但し、第１の実施例から第４の実施例を説明する図１（ａ）から図９において、同様の部材については同様の符号を付して説明を省略する。

（第一の実施例）
図１（ａ）は本発明の一実施例を示す発光モジュールの側面図であり、図１（ｂ）はその平面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）の要部断面図である。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す様に、発光モジュール１００はフレキシブル基板１０２、複数の発光素子１０６、複数の封止部材１０８、及び複数の保護手段であるキャップ１１０を含む。ＬＥＤチップ１０６は例えば半導体発光部品であり、主として発光ダイオード（ＬＥＤ）チップにより構成される。ただし、本技術領域において通常の知識を有する者が置換可能な発光素子は、これらの部品と代替しても本発明の実施に影響を及ぼさないものとする。ＬＥＤチップ１０６は接着剤１０４によりフレキシブル基板１０２に配置される。

また、フレキシブル基板１０２は基材及び配線層により構成される。基材は例えばフッ素、ポリイミド（Polyimide）、ポリエチレンテレフタート（Polyethylene terephthalate，PET）、ポリエチレンナフタレート（Polyethylene terephthalate，PET）等の樹脂材料である。また、配線層はアルミニウム、錫（すず）、銅、ニッケル、白金、金、銀等の材質により構成される。フレキシブル基板１０２は湾曲されることにより異なる形状にすることができ、これにより異なる形状の各種照明装置に実装が可能となると共に、光源の照射角度を変えることにより、光源の立体化も可能となる。

ＬＥＤチップは発光素子１０６（以下、ＬＥＤチップ１０６という）としての例であり、基材及び半導体層を具備し、基材は例えばサファイア（Sapphire）等の材料によって形成される。半導体層は発光層という層であり、発光層は基板上に形成される窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む。ＬＥＤチップ１０６は例えばシリコン樹脂等の材質の接着剤１０４によりフレキシブル基板１０２に配置される。

封止部材１０８はいずれも蛍光体入りシリコン樹脂である。また、封止部材１０８はＬＥＤチップ１０６の表面及び側面を被覆し、例えばシリコン樹脂等の材質を利用して熱を加えて接着させることによりドット状若しくはドーム状のようにフレキシブル基板１０２に配置される。

本実施例によれば、図１（ｃ）に示すとおり、封止部材１０８は、さらにキャップ１１０によって覆われる。キャップ１１０は例えば透明な材質であり、ＬＥＤチップ１０６が発光した光および封止部材１０８から放射した光を透過させることが可能である。図２はキャップの斜視図である。図２に示す様に、キャップ１１０は基本的に略半球状のドーム形状であり、全ての封止部材１０８を覆うように設けられる。このキャップ１１０は、熱を加えるか又は樹脂接着剤によりフレキシブル基板１０２に固定されるものであるが、フレキシブル基板１０２に固着された後の硬度が封止部材１０８よりも高くなるように形成されているものである。このときキャップ１１０がゴムタイプである場合にはショアＡ(shore durometer type A)で６０から１００の範囲内の樹脂硬度であることが望ましい。また、レジンタイプである場合にはショアＤで４０から７０の範囲であることが望ましい。特にキャップ１１０をシリコン樹脂から形成する場合にはフェニル基を有するシリコン樹脂であることが好適である。フェニル基は、樹脂硬度が高くなる傾向があるためである。

キャップ１１０により封止部材１０８が覆われることによって封止部材１０８及びＬＥＤチップ１０６が実装されているフレキシブル基板１０２の領域は容易に変形することが無い。このため、フレキシブル基板１０２を湾曲させたとしても封止部材１０８はフレキシブル基板１０２から剥がれることを抑制できるし、ＬＥＤチップ１０６自体がフレキシブル基板１０２から剥離してしまうことも抑制することができる。また、ＬＥＤチップ１０６がワイヤボンディングによって電気接続される形態の場合でも封止部材１０８内に位置するワイヤに応力が掛かり難いのでワイヤが断線等することも抑制することができる。また、ＬＥＤチップ１０６が例えばフリップチップ方式で電気接続される形態の場合でも電気的接続部分に応力が掛からないので、電気的な不具合を生じることが抑制することができる。そして、このような不具合を抑制することができることによって、ＬＥＤチップ１０６が実装されたフレキシブル基板１０２を変形等させて配置することが容易になるので、光源の立体構造や湾曲構造等を実現することが可能となり、製造性も各段に向上するものである。

図３は、図１（ａ）〜図１（ｃ）の発光モジュールの応用例の一つである。図３（ａ）に示す様に、この応用例は直管型ＬＥＤランプである。図３（ａ）において、器具本体１６０はソケット１６０ａを備え、且つランプ管１５０はソケット１６０ａに装着される。図３（ｂ）の断面図から、発光モジュール１００のフレキシブル基板１０２は湾曲された後に、ランプ管１５０の内部に配置することが可能である。図３（ａ）、図３（ｂ）は一種の応用例に過ぎず、ランプ管の形状に適合させるように折り曲げることが可能であり、アーク状や円形等の異なる形状であっても、各種の異なる発光角度を以って立体的な光源を形成することが可能である。

図４は上述した発光モジュールを用いた照明装置の構成図である。図４に示すように、照明装置は主として、発光モジュール１００と点灯装置２１０を含む。発光モジュール１００は上述した図１（ａ）〜図１（ｃ）の構造によるものである。点灯装置２１０は発光モジュール１００と接続され、主として前記発光モジュール１００に対して電力を供給するのにもちいられる。また、図４に示す様に、点灯装置２１０は主として交流電源２００に接続され、交流電流源を発光モジュール１００が必要とする直流電源に変換することができる。一般に利用に当たっては、スイッチＳＷを介して前記点灯装置２１０と交流電源２００を接続させ、若しくは切断することができる。また、ランプ管１５０が図３（ａ）、（ｂ）のとき、ランプ管１５０は更にランプピン(lamp pin) １５０a、１５０bを含み、このランプピン１５０a、１５０bによりランプ管１５０内の発光モジュールと点灯装置２１０を電気的に接続することが可能である。なお、本発明のキャップと封止部材は上述した実施例に加え、更に変形可能である。以下、各種の異なる変形例に係る他の実施形態について説明する。

（第２の実施例）
図５は本発明の第２の実施例を示した発光モジュール１００の断面図である。第１の実施例と同様に、第２の実施例においては、発光モジュール１００はフレキシブル基板１０２、ＬＥＤチップ１０６、封止部材１０８ａ及びキャップ１１０を含む。また、ＬＥＤチップ１０６は接着剤１０４でフレキシブル基板１０２に固定される。

図５に示す様に、第２の実施例において、封止部材１０８ａは蛍光体入りシリコン樹脂である。また、封止部材１０８ａはＬＥＤチップ１０６の表面及び側面を被覆し、つまり、ＬＥＤチップ１０６の全体を被覆する。第１の実施例と同様に、封止部材１０８ａは例えばシリコン樹脂等の材質を利用して熱を加えての接着させることにより、ドット状若しくはドーム状のようにフレキシブル基板１０２に配置される。

この実施例において、第１の実施例との差異は封止部材１０８ａとキャップ１１０は連続して配設されていない点にある。また、封止部材１０８ａとキャップ１１０の間には樹脂層である透明シリコン樹脂からなるシリコン樹脂１１２を注入して充填させる。

また、キャップ１１０の寸法は第１の実施例と同様でも差し支えないが、封止部材１０８ａの寸法は第１の実施例の封止部材１０８よりも小さい。封止部材１０８ａがＬＥＤチップ１０６を被覆すると共に、キャップ１１０を被せると、隙間が形成されるため、この隙間にシリコン樹脂１１２を注入して充填することが可能となる。更に、図１で説明した封止部材１０８と同様の大きさの封止部材を使用しても良いが、キャップ１１０の寸法はその分大きくする必要があり、このようにして隙間を形成することにより、この隙間の中にシリコン樹脂を注入して充填することが可能となる。換言すると、最終的な構造が図５に示す構図となれば差し支えない。

また、シリコン樹脂１１２は、硬化後の硬度が封止部材１０８ａよりも高くなるように形成されていることが好ましい。このように形成することによって、キャップ１１０による保護作用に加えてシリコン樹脂１１２でも封止部材１０８ａやＬＥＤチップ１０６部分にフレキシブル基板１０２の変形等による応力が加わることを抑制することができるので、より効果的に各不具合を生じることを抑制することができる。また、加えて、シリコン樹脂１１２の硬度は封止部材１０８ａよりも高く、キャップ１１０よりは小さくなるように構成してもよいし、シリコン樹脂１１２の硬度が最も高くなるように構成してもよい。

第２の実施例では、封止部材１０８ａ、キャップ１１０及びシリコン樹脂１１２の構造により、フレキシブル基板１０２に変形が生じたときにフレキシブル基板１０２におけるＬＥＤチップ１０６の実装領域付近に対して比較的強い支持力を与えることができるので、ＬＥＤチップ１０６自体がフレキシブル基板１０２から剥離してしまうことも抑制することができ、ＬＥＤチップ１０６に電気的な不具合を生じることが抑制することができる。

（第３の実施例）
図６は本発明の第３の実施例を示した発光モジュール１００の断面図である。この実施例において、上述した実施例との差異は、封止部材の配置と形成方法にある。上述した実施例と同様に、第３の実施例においても、発光モジュール１００はフレキシブル基板１０２、ＬＥＤチップ１０６、封止部材１０８ｂ、及びキャップ１１０を含む。また、ＬＥＤチップ１０６は接着剤１０４によりフレキシブル基板１０２に固定される。

この実施例において、第１の実施例並びに第２の実施例との差異は封止部材１０８ｂにある。この実施例において、封止部材１０８ｂはＬＥＤチップ１０６の上面にのみ形成される。本実施例においても、上述した実施例と同様に、封止部材１０８ｂの蛍光体層は如何なる方法によってＬＥＤチップ１０６の上面にコーティングしても良い。封止部材１０８ｂの蛍光体層をコーティングした後、キャップ１１０をＬＥＤチップ１０６に被せるようにして、キャップ１１０に第２実施例で説明したような隙間を形成し、この隙間にシリコン樹脂１１２ａを注入して充填しても良い。

また、シリコン樹脂１１２は、硬化後の硬度が封止部材１０８ｂよりも高くなるように形成されていることが好ましい。このように形成することによって、キャップ１１０による保護作用に加えてシリコン樹脂１１２でもＬＥＤチップ１０６部分にフレキシブル基板１０２の変形等による応力が加わることを抑制することができるので、より効果的に各不具合を生じることを抑制することができる。また、加えて、シリコン樹脂１１２の硬度は封止部材１０８ｂよりも高く、キャップ１１０よりは小さくなるように構成してもよいし、シリコン樹脂１１２の硬度が最も高くなるように構成してもよい。

第３の実施例によれば、キャップ１１０及びシリコン樹脂１１２ａの構造により、フレキシブル基板１０２が変形したとき、フレキシブル基板１０２に比較的強い支持力を与えることができ、剥離が発生する可能性を低減することができる。また、キャップ１１０及びシリコン樹脂１１２ａは、フレキシブル基板１０２が変形したとき、シリコン樹脂１１２ａの強度を保つことが可能であり、亀裂が生ずる可能性を低減させることができるので、ＬＥＤチップ１０６に電気的な不具合を生じることが抑制することができる。

（第４の実施例）
第４の実施例は上述した各実施例におけるキャップ１１０の変形例である。図７は各実施例におけるキャップの変形例を示している。図８（ａ）、図８（ｂ）、及び図８（ｃ）は図７のキャップの断面図である。図７に示す様に、キャップ１２０は、キャップ本体１２２（各実施例におけるキャップ１１０に相当する。）及び延伸部１２４を含む。この延伸部１２４はキャップ本体１２２の外周縁に形成され、この部分の長さは０．２ｍｍから１．０ｍｍ程度になっている。０．２ｍｍよりも短くても良いが以下で述べるような固定強度を高めるためには０．２ｍｍ以上が好ましい。また、延伸部１２４が１．０ｍｍ以上であってもよいが、この部分が長すぎると延伸部１２４によって光が吸収されてしまうことになり光取出し効率が低下する虞がある。そして、キャップ１２０は延伸部１２４を利用して、フレキシブル基板１０２に固定することができる。

図８（ａ）、図８（ｂ）、及び図８（ｃ）で示すように、上述した各実施例におけるキャップ１１０は、いずれもキャップ１２０に置き換えることが可能である。また、延伸部１２４を利用して接着面積を広くすることによりすることにより、更にフレキシブル基板１０２への固定が強固となる。このため、キャップ１２０はフレキシブル基板１０２に強固に固定することが可能となり、キャップ１２０自体の接着面が容易に剥離しないようになる。

上述の各実施例は長方形のフレキシブル基板に発光部材を列設する方式を以って説明したが、本発明のフレキシブル基板と発光部材はこの形態に限られる者ではない。例えば、図９に示す様に、フレキシブル基板１４０を平面、例えば長方形、正方形等とすることができる。また、Ｘ方向又はＸ方向と直角をなすＹ方向の少なくともいずれかの方向に任意に湾曲させて必要な形状とすることが可能となり、実装が必要な照明装置に適合させることができる。発光ユニット１４２は基本的に上述の第１の実施例〜第４の実施例で説明した各種形態の組み合わせである。発光ユニット１４２は任意の行列数のマトリクス状に配置しても良く、例えばＭ列Ｎ行の形態に配列しても良い。

以上の様に、本発明の若干の実施例に対して説明を行ったが、実施例は例示であって、発明の範囲を限定する意図ではない。これらの実施形態はその他の実施形態によるものでも可能であり、発明の趣旨の範囲を逸脱しない限り、省略可能であり、置き換え可能であり、また変更が可能である。これらの実施方式若しくはその変形は、発明の範囲若しくは趣旨の範囲で、均等の範囲範囲内にも効力が及ぶものとする。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１００…発光モジュール
１２、１０２、１４０…フレキシブル基板
１４、１０４…接着剤
１６、１０６…ＬＥＤチップ（発光素子）、
１８、１０８、１０８ａ、１０８ｂ…封止部材
１１０、１２０…キャップ
１１２…シリコン
１２２…キャップの本体
１２４…キャップの延伸部
１４２…発光ユニット

Claims (6)

1. フレキシブル基板と；
   前記フレキシブル基板に配置される複数の発光素子と；
   前記発光素子にそれぞれ被覆される複数の封止部材と；
   前記封止部材をそれぞれ被覆するように前記フレキシブル基板上に固定されると共に、前記封止部材よりも硬度が高くなるように樹脂により形成されている複数の保護手段と
   を備えることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記保護手段は、ショアAの６０から１００の範囲内の樹脂硬度であるか、又はショアDの４０から７０の範囲内の樹脂硬度であることを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
3. 前記封止部材には蛍光体が含有されており、
   前記複数の封止部材と前記複数の保護手段のそれぞれの間には透光性がある樹脂層が充填されており、
   前記樹脂層は前記封止部材よりも硬度が高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光モジュール。
4. 前記複数の封止部材はそれぞれ前記複数の発光素子の上面のみを被覆することを特徴とする請求項３に記載の発光モジュール。
5. 前記複数の保護手段のそれぞれの外周縁は延伸部を備え、前記延伸部が前記フレキシブル基板に固定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一記載の発光モジュール。
6. 請求項１ないし５いずれか一項に記載された発光モジュールと；
   前記発光モジュールに対して電力を供給する点灯装置と；
   を備えたことを特徴とする照明装置。

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