JP2016021572A - 発光ユニットおよび発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光源として発光ダイスを使用する発光ユニットおよび発光モジュールを提供する。
【解決手段】発光ユニットは、複数の発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、成形コンパウンド１２０と、基板１３０と、パターン化金属層１２２とを含む。各発光ダイスは、発光素子１１４と、第１電極１１６と、第２電極１１８とを含む。成形コンパウンドは、発光ダイスをカプセル化し、各発光ダイスの第１電極の第１表面および第２電極の第２表面を露出する。成形コンパウンドは、基板と発光ダイスの間に設置される。パターン化金属層は、各発光ダイスの第１電極の第１表面および第２電極の第２表面に配置される。発光ダイスは、パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ユニットおよび発光モジュールに関するものであり、特に、光源として発光ダイスを使用する発光ユニットおよび発光モジュールに関するものである。

現在、発光ダイオード（light emitting diode, LED）の分野では、複数のＬＥＤパッケージを１つのＬＥＤモジュールに統合するのが一般的である。ここで、ＬＥＤパッケージは、チップが実装された後の発光装置を指す。従来のＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤパッケージと回路基板で形成される。また、ＬＥＤパッケージは、回路基板上に組み立てられ、回路基板を介して互いに電気接続される。しかしながら、言及すべきこととして、回路基板におけるＬＥＤパッケージの直列および／または並列接続の制御は、回路基板の回路レイアウトを設計する際に電源供給器によって提供される電圧および電流値に基づいて、既に設定されている。そのため、回路基板における回路レイアウトが完成した後は、直列および／または並列接続を容易に変更することができない。所望の直列および／または並列接続の設計を得るためには、ワイヤジャンピング（wire jumping）、断線または回路レイアウトの再設計を行う必要があるため、追加の時間や製造コストが必要となる。

本発明は、発光ユニットを提供する。発光ユニットの発光ダイスは、パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続される。

本発明は、発光モジュールを提供する。発光モジュールの発光ユニットは、パターン化金属層を介して外部回路と電気接続されるため、発光モジュールは、より広い応用性を有する。

本発明の発光ユニットは、複数の発光ダイスと、成形コンパウンドと、基板と、パターン化金属層とを含む。各発光ダイスは、発光素子と、第１電極と、第２電極とを含む。第１電極および第２電極は、発光素子の同じ側に配置され、第１電極と第２電極の間に間隙が設定される。成形コンパウンドは、発光ダイスをカプセル化し、各発光ダイスの第１電極の第１表面および第２電極の第２表面を露出する。成形コンパウンドは、基板と発光ダイスの間に設置される。パターン化金属層は、各発光ダイスの第１電極の第１表面および第２電極の第２表面に配置され、発光ダイスは、パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続される。

本発明の１つの実施形態において、成形コンパウンドは、下表面を有し、各発光ダイスの第１電極の第１表面および第２電極の第２表面は、成形コンパウンドの下表面と一列に並ぶ。

本発明の１つの実施形態において、成形コンパウンドは、透明成形コンパウンドまたは蛍光体と混合された成形コンパウンドを含む。

本発明の１つの実施形態において、各発光ダイスは、フリップチップ発光ダイスである。

本発明の１つの実施形態において、各発光ユニットは、フリップチップ発光ユニットである。

本発明の１つの実施形態において、基板の材料は、ガラス、ガラス蛍光材料、セラミックまたはサファイアを含む。

本発明の発光モジュールは、発光ユニットと、外部回路とを含む。発光ユニットは、複数の発光ダイスと、成形コンパウンドと、基板と、パターン化金属層とを含む。各発光ダイスは、発光素子と、第１電極と、第２電極とを含む。第１電極および第２電極は、発光素子の同じ側に配置され、第１電極と第２電極の間に間隙が設定される。成形コンパウンドは、発光ダイスをカプセル化し、各発光ダイスの第１電極の第１表面および第２電極の第２表面を露出する。成形コンパウンドは、基板と発光ダイスの間に設置される。パターン化金属層は、各発光ダイスの第１電極の第１表面および第２電極の第２表面に配置され、発光ダイスは、パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続される。外部回路は、発光ユニットの下に配置され、発光ユニットは、パターン化金属層を介して外部回路と電気接続される。

本発明の１つの実施形態において、外部回路は、リードフレーム（lead frame）、回路基板またはプリント回路板を含む。

本発明の１つの実施形態において、外部回路は、キャリアボード（carrier board）と、第１外部接点と、第２外部接点とを含み、発光ユニットは、パターン化金属層を介してそれぞれ第１外部接点および第２外部接点と電気接続される。

本発明の１つの実施形態において、外部回路は、キャリアボードと、パターン化金属層に対応し、且つキャリアボードの上に配置されたパターン化回路層とを含み、発光ユニットは、パターン化金属層を介してパターン化回路層と電気接続される。

本発明の１つの実施形態において、パターン化金属層とパターン化回路層は、コンフォーマルに（conformally）、対応して配置される。

本発明の１つの実施形態において、発光モジュールは、さらに、発光ユニットと外部回路の間に配置された放熱素子を含む。

以上のように、本発明は、発光ダイスの電極の上にパターン化金属層を配置する。また、発光ダイスは、パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続される。そのため、回路基板の上に直接回路レイアウトを設定し、直列および／または並列接続を容易に変更することのできない従来の技術と比較して、本発明の発光ユニットは、より広く、よりフレキシブルな設計の応用性を有する。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

本発明の１つの実施形態に係る発光ユニットを示す概略的断面図である。 本発明の１つの実施形態に係る発光モジュールを示す概略的断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光モジュールを示す概略的断面図の概略図である。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る発光ユニットを示す概略的断面図である。本実施形態において、発光ユニット１００は、複数の発光ダイス（説明のため、図１において、４つの発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄのみを示す）と、成形コンパウンド１２０と、基板１３０と、パターン化金属層１４０とを含む。製造を容易にするため、本実施形態の発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄは、一列に配列されるが、本発明はこれに限定されない。各発光ダイス１１０ａ（または、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ）は、発光素子１１４と、第１電極１１６と、第２電極１１８とを含む。第１電極１１６および第２電極１１８は、発光素子１１４の同じ側に配置され、第１電極１１６と第２電極１１８の間に間隙Ｇが設定される。成形コンパウンド１２０は、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄをカプセル化し、各発光ダイス１１０ａ（または、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ）の第１電極１１６の第１表面１１６ａおよび第２電極１１８の第２表面１１８ａを露出する。成形コンパウンド１２０は、基板１３０と発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄの間に設置される。パターン化金属層１４０は、各発光ダイス１１０ａ（または、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ）の第１電極１１６の第１表面１１６ａおよび第２電極１１８の第２表面１１８ａに配置される。また、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄは、パターン化金属層１４０を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続される。

さらに詳しく説明すると、本実施形態において、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄは、ベアチップ（bare chip）とみなすことができ、実際の設計要求に応じて、同じ光の色であっても、異なる光の色であってもよい。成形コンパウンド１２０は、下表面１２２を有し、各発光ダイス１１０ａ（または、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ）の第１電極１１６の第１表面１１６ａおよび第２電極１１８の第２表面１１８ａは、成形コンパウンド１２０の下表面１２２と一列に並ぶ。つまり、成形コンパウンド１２０は、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄを完全にカプセル化し、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄの第１電極１１６の第１表面１１６ａおよび第２電極１１８の第２表面１１８ａのみを露出して、製造プロセスをより容易にするが、本発明はこれに限定されない。ここで、成形コンパウンド１２０は、例えば、透明成形コンパウンドであってもよいが、本発明はこれに限定されない。ここに図示していない別の実施形態において、発光ユニット１００によって提供された光の色を変更するため、蛍光体と混合された成形コンパウンドを選択する。また、蛍光体は、黄色蛍光体粉末、赤色蛍光体粉末、緑色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、イットリウムアルミニウムガーネット（yttrium aluminum garnet, YAG）蛍光体粉末、またはその組み合わせを含むことができる。これらの実施形態は、依然として本発明の妥当な技術方案であり、本発明が保護しようとする範囲から逸脱しないものとする。

また、基板１３０の材料は、例えば、ガラス、シリコン樹脂、アクリル樹脂、石英ガラス、ガラス蛍光材料、セラミックまたはサファイアである。つまり、実施形態の基板１３０は、光透過性材料で形成され、好ましくは、ガラス等の鋼体基板である。そのため、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄおよび成形コンパウンド１２０を支持するだけでなく、基板１３０は、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄによって出射された光を導き、光を透過させる機能も有する。さらに、図１に示すように、本実施形態は、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄをフリップチップ発光ダイスとして実現し、発光ユニット１００をフリップチップ発光ユニットとして実現することにより、サイズをさらに小さくすることができる。

本実施形態において、パターン化金属層１４０は、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄの第１および第２電極１１６および１１８の上に配置されるため、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄは、パターン化金属層１４０を第１および第２電極１１６および１１８上に配置する形態に基づいて、直列、並列または直列−並列に電気接続することができる。つまり、本実施形態の発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄの間の直列および／または並列接続関係は、パターン化金属層１４０が配置される位置に基づいて決定されるため、ＬＥＤパッケージの直列および／または並列接続関係が回路基板上の回路レイアウトによって決定される従来の技術とは異なる。つまり、本実施形態の発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄは、パターン化金属層１４０の配置によって、異なった構成で複数のループ設計を有することができる。そのため、本実施形態の発光ユニット１００は、より広く、よりフレキシブルな応用性を使用者に提供することができる。

図２は、本発明の１つの実施形態に係る発光モジュールを示す概略的断面図である。図２を参照すると、本実施形態の発光モジュール２００は、図１に示した発光ユニット１００と、外部回路２１０とを含む。また、外部回路２１０は、発光ユニット１００の下に配置され、発光ユニット１００は、パターン化金属層１４０を介して外部回路２１０と電気接続される。本実施形態において、外部回路２１０は、例えば、リードフレーム、回路基板またはプリント回路板である。例えば、本実施形態の外部回路２１０は、回路基板であり、例えば、キャリアボード２１２と、第１外部接点２１４ａと、第２外部接点２１４ｂとを含む。第１外部接点２１４ａおよび第２外部接点２１４ｂは、キャリアボード２１２の上に配置され、キャリアボード２１２の上表面２１２ａの一部を露出する。また、発光ユニット１００は、パターン化金属層１４０を介してそれぞれ第１外部接点２１４ａおよび第２外部接点２１４ｂと電気接続される。キャリアボード２１２は、セラミック等の熱伝導特性を有する材料で形成される。キャリアボード２１２の上表面２１２ａの一部に熱伝導と放熱の機能を有する放熱素子２１６を配置してもよく、発光ユニット１００によって生成された熱を順番にパターン化金属層１４０、第１外部接点２１４ａおよび第２外部接点２１４ｂ、放熱素子２１６およびキャリアボード２１２を介して外部に伝送し、熱を迅速に放出してもよい。あるいは、キャリアボード２１２の上表面２１２ａの一部に絶縁素子（図示せず）を配置して、短絡回路を効果的に回避してもよい。

本実施形態の発光ユニット１００は、パターン化金属層１４０を有するため、外部回路２１０に発光ユニット１００を組み立てた時、発光ダイス１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび１１０ｄは、パターン化金属層１４０によって既に互いに電気接続されている。そのため、外部回路２１０の第１外部接点２１４ａおよび第２外部接点２１４ｂにそれぞれ正電極と負電極が供給された後、発光モジュール２００を駆動して光を出射することができるため、外部回路２１０上のレイアウト回路を追加で配置する必要がない。つまり、外部回路２１０は、ここでは駆動回路として機能し、発光モジュール２００を効果的に駆動する。

図３は、本発明の別の実施形態に係る発光モジュールを示す概略的断面図である。図２および図３を同時に参照すると、本実施形態の発光モジュール３００と図２の実施形態の発光モジュール２００の相違点は、本実施形態の外部回路２１０’がキャリアボード２１２と、パターン化金属層１４０に対応し、且つキャリアボード２１２の上に配置されたパターン化回路層２１８とを含むことである。また、発光モジュール３００は、パターン化金属層１４０を介してパターン化回路層２１８と電気接続される。好ましくは、キャリアボード２１２の上に、パターン化金属層１４０とパターン化回路層２１８をコンフォーマルに、対応して配置することによって、より大きな放熱面積とより大きなアライメント面積を提供するが、本発明はこれに限定されない。

以上のように、本発明は、発光ダイスの電極の上にパターン化金属層を配置する。また、発光ダイスは、パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続される。そのため、回路基板の上に直接回路レイアウトを設定し、直列および／または並列接続を容易に変更することのできない従来の技術と比較して、本発明の発光ユニットは、より広く、よりフレキシブルな設計の応用性を有する。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

本発明は、より広く、よりフレキシブルな設計の応用性を有する発光ユニットおよび発光モジュールに関するものである。

１００ 発光ユニット
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 発光ダイス
１１４ 発光素子
１１６ 第１電極
１１６ａ 第１表面
１１８ 第２電極
１１８ａ 第２表面
１２０ 成形コンパウンド
１２２ 下表面
１３０ 基板
１４０ パターン化金属層
２００、３００ 発光モジュール
２１０、２１０’ 外部回路
２１２ キャリアボード
２１２ａ 上表面
２１４ａ 第１外部接点
２１４ｂ 第２外部接点
２１６ 放熱素子
２１８ パターン化回路層
Ｇ ギャップ

Claims (12)

1. それぞれ発光素子、第１電極および第２電極を含み、前記第１電極および前記第２電極が、前記発光素子の同じ側に配置され、前記第１電極と前記第２電極の間に間隙が設定された複数の発光ダイスと、
   前記発光ダイスをカプセル化し、各前記発光ダイスの前記第１電極の第１表面および前記第２電極の第２表面を露出する成形コンパウンドと、
   前記発光ダイスとの間に前記成形コンパウンドが設置された基板と、
   各前記発光ダイスの前記第１電極の前記第１表面および前記第２電極の前記第２表面に配置されたパターン化金属層と、
   を含み、前記発光ダイスが、前記パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続された発光ユニット。
2. 前記成形コンパウンドが、下表面を有し、各前記発光ダイスの前記第１電極の前記第１表面および前記第２電極の前記第２表面が、前記成形コンパウンドの前記下表面と一列に並んだ請求項１に記載の発光ユニット。
3. 前記成形コンパウンドが、透明成形コンパウンドまたは蛍光体と混合された成形コンパウンドを含む請求項１に記載の発光ユニット。
4. 各前記発光ダイスが、フリップチップ発光ダイスである請求項１に記載の発光ユニット。
5. 各前記発光ユニットが、フリップチップ発光ユニットである請求項１に記載の発光ユニット。
6. 前記基板の材料が、ガラス、ガラス蛍光材料、セラミックまたはサファイアを含む請求項１に記載の発光ユニット。
7. それぞれ発光素子、第１電極および第２電極を含み、前記第１電極および前記第２電極が、前記発光素子の同じ側に配置され、前記第１電極と前記第２電極の間に間隙が設定された複数の発光ダイスと、
   前記発光ダイスをカプセル化し、各前記発光ダイスの前記第１電極の第１表面および前記第２電極の第２表面を露出する成形コンパウンドと、
   前記発光ダイスとの間に前記成形コンパウンドが設置された基板と、
   各前記発光ダイスの前記第１電極の前記第１表面および前記第２電極の前記第２表面に配置されたパターン化金属層と、
   を含み、前記発光ダイスが、前記パターン化金属層を介して、直列接続、並列接続または直列−並列接続で互いに電気接続された発光ユニットと、
   前記発光ユニットの下に配置され、前記パターン化金属層を介して前記発光ユニットと電気接続された外部回路と、
   を含む発光モジュール。
8. 前記外部回路が、リードフレーム、回路基板またはプリント回路板を含む請求項７に記載の発光モジュール。
9. 前記外部回路が、キャリアボードと、第１外部接点と、第２外部接点とを含み、前記発光ユニットが、前記パターン化金属層を介してそれぞれ前記第１外部接点および前記第２外部接点と電気接続された請求項７に記載の発光モジュール。
10. 前記外部回路が、キャリアボードと、前記パターン化金属層に対応し、且つ前記キャリアボードの上に配置されたパターン化回路層とを含み、前記発光ユニットが、前記パターン化金属層を介して前記パターン化回路層と電気接続された請求項７に記載の発光モジュール。
11. 前記パターン化金属層と前記パターン化回路層が、コンフォーマルに、対応して配置された請求項１０に記載の発光モジュール。
12. 前記発光ユニットと前記外部回路の間に配置された放熱素子をさらに含む請求項１０に記載の発光モジュール。