JP2017050445A - 発光装置、及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワイヤの断線および照明光の色ムラの発生を抑制する。
【解決手段】発光装置10は、基板11と、基板11上に実装され、基板11の平面視で長方形状の複数の発光素子(LEDチップ12)と、基板11上に設けられ、複数の発光素子を囲むダム材15と、ダム材が囲む領域(封止領域S)内に充填されて、複数の発光素子を封止する封止部材13とを備える。複数の発光素子は、複数の発光素子列N1〜N8に分けて配列されている。複数の発光素子列のうち、少なくとも1つの発光素子列に配列された複数の発光素子は、全て仮想直線L2,L3,L4上に配置されている。少なくとも1つの発光素子列には、仮想直線に対して長手方向が第1角度となる状態で配置された発光素子としての第1発光素子と、仮想直線に対して長手方向が第1角度とは異なる第2角度となる状態で配置された発光素子としての第2発光素子とが、少なくとも一組隣り合って設けられている。
【選択図】図3
【解決手段】発光装置10は、基板11と、基板11上に実装され、基板11の平面視で長方形状の複数の発光素子(LEDチップ12)と、基板11上に設けられ、複数の発光素子を囲むダム材15と、ダム材が囲む領域(封止領域S)内に充填されて、複数の発光素子を封止する封止部材13とを備える。複数の発光素子は、複数の発光素子列N1〜N8に分けて配列されている。複数の発光素子列のうち、少なくとも1つの発光素子列に配列された複数の発光素子は、全て仮想直線L2,L3,L4上に配置されている。少なくとも1つの発光素子列には、仮想直線に対して長手方向が第1角度となる状態で配置された発光素子としての第1発光素子と、仮想直線に対して長手方向が第1角度とは異なる第2角度となる状態で配置された発光素子としての第2発光素子とが、少なくとも一組隣り合って設けられている。
【選択図】図3
Description
本発明は、発光素子が基板に実装された構成の発光装置、及びこれを用いた照明装置に関する。
照明装置においては、LED(Light Emitting Diode)などの半導体発光素子を光源とする発光装置(発光モジュール)を搭載したものが知られている。具体的に、発光装置としては、基板に実装された複数のLEDの周りを光反射樹脂(以下、ダム材とも記載する)により囲んだ発光装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。ダム材により囲まれた領域には、例えばワイヤによって電気的に接続された複数のLEDが配置されており、この複数のLEDおよびワイヤを封止するように封止部材が充填されている。
ここで、発光・消灯時の熱変化によって封止部材は膨張・収縮するが、封止部材の表面に凹凸が生じていると、封止部材全体として均等に膨張・収縮しないために、ワイヤを断線させてしまう場合がある。また、封止部材の表面の凹凸によって照明光に色ムラが生じる場合もある。
このため、本発明の目的は、封止部材の表面の平坦度を高めることにより、ワイヤの断線および照明光の色ムラの発生を抑制することができる発光装置および照明装置を提供することである。
本発明の一態様に係る発光装置は、基板と、基板上に実装され、基板の平面視で長方形状の複数の発光素子と、基板上に設けられ、複数の発光素子を囲むダム材と、ダム材が囲む領域内に充填されて、複数の発光素子を封止する封止部材とを備え、複数の発光素子は、複数の発光素子列に分けて配列されていて、複数の発光素子列のうち、少なくとも1つの発光素子列に配列された複数の発光素子は、全て仮想直線上に配置されており、少なくとも1つの発光素子列には、仮想直線に対して発光素子の長手方向が第1角度となる状態で配置された発光素子である第1発光素子と、仮想直線に対して長手方向が第1角度とは異なる第2角度となる状態で配置された発光素子である第2発光素子とが、少なくとも一組隣り合って配置されている。
本発明の他の態様に係る照明装置は、上記の発光装置を備える。
本発明によれば、封止部材の表面の平坦度を高めることができ、これによりワイヤの断線および照明光の色ムラの発生を抑制することができる。
以下、実施の形態に係る発光装置等について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
(実施の形態1)
[発光装置の構成]
まず、実施の形態1に係る発光装置の構成について図面を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る発光装置の外観斜視図である。図2は、実施の形態1に係る発光装置の平面図である。図3は、実施の形態1に係る発光装置の内部構造を示す平面図である。図4は、図2のIV−IV線における模式断面図である。なお、上記の図3は、図2において封止部材13を取り除き、LEDチップ12の配列及び配線パターンなどの内部の構造を示した平面図である。なお、これらの図では、Z軸方向を上下方向として示しており、以下ではZ軸方向を上下方向として説明する場合があるが、発光装置10の使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられる。このため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。以降の図においても、同様である。
[発光装置の構成]
まず、実施の形態1に係る発光装置の構成について図面を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る発光装置の外観斜視図である。図2は、実施の形態1に係る発光装置の平面図である。図3は、実施の形態1に係る発光装置の内部構造を示す平面図である。図4は、図2のIV−IV線における模式断面図である。なお、上記の図3は、図2において封止部材13を取り除き、LEDチップ12の配列及び配線パターンなどの内部の構造を示した平面図である。なお、これらの図では、Z軸方向を上下方向として示しており、以下ではZ軸方向を上下方向として説明する場合があるが、発光装置10の使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられる。このため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。以降の図においても、同様である。
図1〜図4に示すように、実施の形態1に係る発光装置10は、基板11と、複数のLEDチップ12と、封止部材13と、ダム材15とを備える。
発光装置10は、基板11にLEDチップ12が直接実装された、いわゆるCOB(Chip On Board)構造のLEDモジュールである。
基板11は、配線16が設けられた配線領域を有する基板である。なお、配線16(並びに、電極16a及び電極16b)は、LEDチップ12に電力を供給するための金属配線である。基板11は、例えば、メタルベース基板またはセラミック基板である。また、基板11は、樹脂を基材とする樹脂基板であってもよい。
セラミック基板としては、酸化アルミニウム(アルミナ)からなるアルミナ基板または窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム基板等が採用される。また、メタルベース基板としては、例えば、表面に絶縁膜が形成された、アルミニウム合金基板、鉄合金基板または銅合金基板等が採用される。樹脂基板としては、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなるガラスエポキシ基板等が採用される。
なお、基板11として、例えば光反射率が高い(例えば光反射率が90%以上の)基板が採用されてもよい。基板11として光反射率の高い基板が採用されることで、LEDチップ12が発する光を基板11の表面で反射させることができる。この結果、発光装置10の光取り出し効率が向上される。このような基板としては、例えばアルミナを基材とする白色セラミック基板が挙げられる。
また、基板11として、光透過率が高い透光性基板が採用されてもよい。このような基板としては、例えば、多結晶のアルミナや窒化アルミニウムからなる透光性セラミック基板、ガラスからなる透明ガラス基板、水晶からなる水晶基板、サファイアからなるサファイア基板または透明樹脂材料からなる透明樹脂基板が挙げられる。
なお、実施の形態1では基板11は矩形であるが、円形などその他の形状であってもよい。
LEDチップ12は、平面視で長方形状の発光素子の一例である。ここで、長方形状とは、完全に長方形でなくとも概ね長方形であればよい。例えば、面取りされた長方形、角がR形状の長方形などであってもよい。
LEDチップ12は、例えば、青色光を発する青色LEDチップである。具体的には、LEDチップ12としては、InGaN系の材料によって構成された、中心波長(発光スペクトルのピーク波長)が430nm以上480nm以下の窒化ガリウム系のLEDチップが採用される。
基板11上には、複数のLEDチップ12からなる発光素子列が複数設けられている。図3に示すように、構造的には、円形状に対応して発光素子列が10列、基板11上に設けられている。
電気的には、11個の直列接続されたLEDチップ12からなる発光素子列が8列、基板11上に設けられている。各列のLEDチップ12の具体的な配置レイアウトについては後述する。
これら8列の発光素子列は並列接続され、電極16aと電極16bとの間に電力が供給されることにより発光する。
また、詳細については図示されないが、直列接続されたLEDチップ12同士は、主に、ボンディングワイヤ17によってChip To Chipで接続される(一部のLEDチップ12については、配線16によって接続される)。ボンディングワイヤ17は、LEDチップ12に接続される給電用のワイヤである。なお、ボンディングワイヤ17、並びに、上述の配線16、電極16a、及び電極16bの金属材料としては、例えば、Au(金)、銀(Ag)、または銅(Cu)等が採用される。
ダム材15は、基板11上に設けられた、封止部材13をせき止めるための部材である。ダム材15には、例えば、絶縁性を有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂等が用いられる。より具体的には、ダム材15には、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、またはPPAなどが用いられる。
ダム材15は、発光装置10の光取り出し効率を高めるために、光反射性を有することが望ましい。そこで、実施の形態1では、ダム材15には、白色の樹脂(いわゆる白樹脂)が用いられる。なお、ダム材15の光反射性を高めるために、ダム材15の中には、TiO2、Al2O3、ZrO2、及びMgO等の粒子が含まれてもよい。
発光装置10においては、ダム材15は、上面視した場合、複数のLEDチップ12を囲むように円環状に形成される。そして、ダム材15に囲まれた領域(封止領域S)には、封止部材13が設けられる。これにより、発光装置10の光の取り出し効率を高めることができる。なお、ダム材15は、外形が矩形の環状に形成されてもよい。
なお、ダム材15は、LEDチップ12の側方から発光装置10の外部への漏れ光を抑制する効果も有する。LEDチップ12は、主として上方(封止部材13側)に光を発するため、LEDチップ12の側方には、黄色蛍光体14が発する黄色光の成分が多く含まれることにより所望の発光色になっていない光が出射されてしまう場合が多い。ダム材15は、このような光に対して壁となり、このような光が発光装置10の外部に漏れてしまうことを抑制することができる。
封止部材13は、複数のLEDチップ12、ボンディングワイヤ17、及び配線16の一部を封止する封止部材である。封止部材13は、具体的には、波長変換材として黄色蛍光体14を含んだ透光性樹脂材料で構成される。透光性樹脂材料としては、例えば、メチル系のシリコーン樹脂が用いられるが、エポキシ樹脂またはユリア樹脂などが用いられてもよい。
黄色蛍光体14は、蛍光体(蛍光体粒子)の一例であって、LEDチップ12の発する光で励起されて黄色蛍光を発する。黄色蛍光体14には、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系の蛍光体が採用される。
この構成により、LEDチップ12が発した青色光の一部は、封止部材13に含まれる黄色蛍光体14によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体14に吸収されなかった青色光と、黄色蛍光体14によって波長変換された黄色光とは、封止部材13中で拡散及び混合される。これにより、封止部材13からは、白色光が出射される。
[LEDチップの配置レイアウト]
図3に示すように、8列の発光素子列を図3におけるX軸方向の負側から正側へ順に、第1発光素子列N1、第2発光素子列N2、第3発光素子列N3、第4発光素子列N4、第5発光素子列N5、第6発光素子列N6、第7発光素子列N7、第8発光素子列N8と称す。これらの発光素子列N1〜N8は行方向(X軸方向)に間隔をあけて配置されている。
図3に示すように、8列の発光素子列を図3におけるX軸方向の負側から正側へ順に、第1発光素子列N1、第2発光素子列N2、第3発光素子列N3、第4発光素子列N4、第5発光素子列N5、第6発光素子列N6、第7発光素子列N7、第8発光素子列N8と称す。これらの発光素子列N1〜N8は行方向(X軸方向)に間隔をあけて配置されている。
また、各列のLEDチップ12を図3におけるY軸方向の正側から負側へ順に、第1LEDチップ12a、第2LEDチップ12b、第3LEDチップ12c、第4LEDチップ12d、第5LEDチップ12e、第6LEDチップ12f、第7LEDチップ12g、第8LEDチップ12h、第9LEDチップ12i、第10LEDチップ12j、第11LEDチップ12kと称す。なお、図3において、第2発光素子列N2〜第8発光素子列N8の各LEDチップ12に対する符号12a〜12kの図示は省略する。
第1発光素子列N1は、構造的には第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kが、Y軸方向に沿う2列に分けて配列されている。2列のうち、ダム材15に近い側の一方の列には、第3LEDチップ12c、第5LEDチップ12e、第7LEDチップ12g、第9LEDチップ12iが配列されている。他方の列には、第1LEDチップ12a、第2LEDチップ12b、第4LEDチップ12d、第6LEDチップ12f、第8LEDチップ12h、第10LEDチップ12j、第11LEDチップ12kが配列されている。
そして、第1発光素子列N1の第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kが全て、長手方向がY軸方向に沿うように配置されている。
なお、第8発光素子列N8は、第1発光素子列N1と同様の配置レイアウトであるので、その説明は省略する。
第2発光素子列N2では、構造的には第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kが全て仮想直線L2上に配置されており、これらが一列に配列されている。仮想直線L2は、第2発光素子列N2の一端に配置された第1LEDチップ12aと、他端に配置された第11LEDチップ12kとを結ぶY軸方向に沿う仮想直線である。第2発光素子列N2の第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kは、平面視で仮想直線L2に重なっている。
また、第2発光素子列N2において、第1LEDチップ12aと第11LEDチップ12kとは、長手方向が仮想直線L2に対して沿うように配置されている。つまり、第1LEDチップ12aと第11LEDチップ12kとは、それぞれ長手方向と仮想直線L2とがなす角度(第1角度)が180度となる。この第1角度をなすLEDチップ12が第1発光素子である。
他方、第2発光素子列N2において、第2LEDチップ12b〜第10LEDチップ12jは、長手方向が仮想直線L2に対して直交するように配置されている。つまり、第2LEDチップ12b〜第10LEDチップ12jは、それぞれ長手方向と仮想直線L2とがなす角度(第2角度)が90度となる。この第2角度をなすLEDチップ12が第2発光素子である。つまり、第1発光素子であるLEDチップ12と、第2発光素子であるLEDチップ12とは、互いの長手方向が直交するように配置されている。
そして、第2発光素子列N2では、長手方向と仮想直線L2とがなす角度が異なる第1LEDチップ12aと、第2LEDチップ12bとが隣り合っており、同様に角度が異なる第10LEDチップ12jと第11LEDチップ12kとが隣り合っている。第2発光素子列N2では、前述の関係をなすLEDチップ12が二組設けられている。
なお、第7発光素子列N7は、第2発光素子列N2と同様の配置レイアウトであるので、その説明は省略する。
第3発光素子列N3では、構造的には第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kが全て仮想直線L3(IV−IV線)上に配置されており、これらが一列に配列されている。仮想直線L3は、第3発光素子列N3の一端に配置された第1LEDチップ12aと、他端に配置された第11LEDチップ12kとを結ぶY軸方向に沿う仮想直線である。第3発光素子列N3の第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kは、平面視で仮想直線L3に重なっている。
また、第3発光素子列N3において、奇数番のLEDチップ12(第1LEDチップ12a、第3LEDチップ12c、第5LEDチップ12e、第7LEDチップ12g、第9LEDチップ12i、第11LEDチップ12k)は、長手方向が仮想直線L3に対して沿うように配置された第1発光素子である。
他方、第3発光素子列N3において、偶数番のLEDチップ12(第2LEDチップ12b、第4LEDチップ12d、第6LEDチップ12f、第8LEDチップ12h、第10LEDチップ12j)は、長手方向が仮想直線L3に対して直交するように配置された第2発光素子である。
このように、第3発光素子列N3においては、第1発光素子と第2発光素子とが列の全体にわたって交互に配列されている。
なお、第6発光素子列N6は、第3発光素子列N3と同様の配置レイアウトであるので、その説明は省略する。
第4発光素子列N4では、構造的には第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kが全て仮想直線L4上に配置されており、これらが一列に配列されている。仮想直線L4は、第4発光素子列N4の一端に配置された第1LEDチップ12aと、他端に配置された第11LEDチップ12kとを結ぶY軸方向に沿う仮想直線である。第4発光素子列N4の第1LEDチップ12a〜第11LEDチップ12kは、平面視で仮想直線L4に重なっている。
また、第4発光素子列N4において、第1LEDチップ12a、第6LEDチップ12f、第11LEDチップ12kは、長手方向が仮想直線L4に対して沿うように配置された第1発光素子である。
他方、第4発光素子列N4において、第2LEDチップ12b、第3LEDチップ12c、第4LEDチップ12d、第5LEDチップ12e、第7LEDチップ12g、第8LEDチップ12h、第9LEDチップ12i、第10LEDチップ12jは、長手方向が仮想直線L4に対して直交するように配置された第2発光素子である。
第5発光素子列N5は、第4発光素子列N4と同様の配置レイアウトであるので、その説明は省略する。
そして、図3では、各発光素子列N1〜N8において、長手方向が異なるLEDチップ12が隣り合った部分を一点鎖線により囲って図示している。この部分を混在領域Rと称す。具体的には、第2発光素子列N2および第7発光素子列N7には、第1LEDチップ12aおよび第2LEDチップ12bを含む混在領域R21,R71と、第10LEDチップ12jおよび第11LEDチップ12kを含む混在領域R22,R72とが存在している。第3発光素子列N3および第6発光素子列N6は、全体が混在領域R3,R6となっている。第4発光素子列N4および第5発光素子列N5には、第1LEDチップ12aおよび第2LEDチップ12bを含む混在領域R41,R51と、第5LEDチップ12e、第6LEDチップ12fおよび第7LEDチップ12gを含む混在領域R42,R53と、第10LEDチップ12jおよび第11LEDチップ12kを含む混在領域R43,R53とが存在している。
前述のとおり、混在領域Rでは、長手方向が異なるLEDチップ12が隣り合って配置されている。混在領域Rと、長手方向が同じ方向のLEDチップ12が隣り合っている領域とを比べると、LEDチップ12の実装密度が異なることになる。また、混在領域Rでは、隣り合うLEDチップ12のうち、一方のLEDチップ12と他方のLEDチップ12とが、他の列のLEDチップ12となす間隔が異なる。
具体的に、第2発光素子列N2の混在領域R21を例示して説明する。
図5は、実施の形態1に係る第2発光素子列N2の混在領域R21近傍を拡大して示す拡大図である。
図5に示すように、混在領域R21の一方の第1LEDチップ12aと、第3発光素子列N3の偶数番のLEDチップ12(例えば第2LEDチップ12b)との間隔H1は、混在領域R21の他方の第2LEDチップ12bと、第3発光素子列N3の偶数番のLEDチップ12との間隔H2よりも広くなる。同様に、混在領域R21の一方の第1LEDチップ12aと、第3発光素子列N3の奇数番のLEDチップ12(例えば第1LEDチップ12a)との間隔H3は、混在領域R21の他方の第2LEDチップ12bと、第3発光素子列N3の奇数番のLEDチップ12との間隔H4よりも広くなる。
このように、混在領域Rを設けることで、隣の列のLEDチップ12との間隔を部分的に大きくすることができる。
[発光装置の製造方法]
次に、発光装置10の製造方法について説明する。図6は、実施の形態1に係る発光装置10の製造方法のフローチャートである。図7A〜図7Cは、実施の形態1に係る発光装置10の製造方法の一工程を示す断面図である。なお、図7A〜図7Cは、図4に対応する図である。
次に、発光装置10の製造方法について説明する。図6は、実施の形態1に係る発光装置10の製造方法のフローチャートである。図7A〜図7Cは、実施の形態1に係る発光装置10の製造方法の一工程を示す断面図である。なお、図7A〜図7Cは、図4に対応する図である。
まず、図7Aに示すように予め配線16が形成された基板11に対してダム材15を形成し、図7Bに示すような状態にする(S11)。ダム材15は、配線16の一部を覆うように連続した円環状に形成される。ダム材15の形成には、白樹脂を吐出するディスペンサが用いられる。
次に、図7Cに示すように、基板11上に複数のLEDチップ12を実装する(S12)。LEDチップ12の実装は、ダイアタッチ剤等によってLEDチップ12をダイボンディングすることにより行われる。このとき、ボンディングワイヤ17及び配線16により、複数のLEDチップ12は、電気的に接続される。
そして、図4に示すように、封止領域Sに封止部材13が充填(塗布)される(S13)。具体的には、封止領域Sの中央部に、黄色蛍光体粒子を含んだ透光性樹脂材料が注入される。透光性樹脂材料は、各LED12がなす間隔を流れつつ、封止領域Sを徐々に埋めていく。このとき、各LED12がなす間隔が広い部分では、狭い部分よりも多くの透光性樹脂材料が流れることになる。つまり、混在領域Rを適切に配置しておくことで、封止領域Sに対して均等に透光性樹脂材料を流し込むことができる。
例えば、本実施の形態に係る混在領域R21,R22,R41,R43,R51,R53,R71,R72においては、ダム材15の近傍に極力多くの透光性樹脂材料を流し込みたいことを意図して配置されている。混在領域R3,R6においては、透光性樹脂材料のY軸方向への流動性を高めることを意図して配置されている。混在領域R42,R52においては、封止領域Sの中心から、X軸方向およびY軸方向に均等に透光性樹脂材料を流し込むことを意図して配置されている。
なお、混在領域Rの適切な配置位置は、種々の実験、シミュレーション、或いは作業者の経験則等に基づいて求めることができる。
透光性樹脂材料の注入が完了すると、透光性樹脂材料に対して加熱または光照射等を行うことで、透光性樹脂材料を硬化させて、封止部材13を形成する。
[効果等]
以上のように、本実施の形態によれば、互いに長手方向の異なる一組のLEDチップ12を隣り合わせてなる混在領域Rが、発光素子列N1〜N8の少なくとも1列に設けられている。この混在領域Rの設置箇所を調整することで、封止領域S内における透光性樹脂材料の流動性を制御することができる。混在領域Rを適切に配置すれば、透光性樹脂材料を封止領域Sに均等に流し込むことができ、封止部材13の表面の平坦度を高めることができる。したがって、封止部材13表面の凹凸に起因したボンディングワイヤ17の断線および照明光の色ムラの発生を抑制することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、互いに長手方向の異なる一組のLEDチップ12を隣り合わせてなる混在領域Rが、発光素子列N1〜N8の少なくとも1列に設けられている。この混在領域Rの設置箇所を調整することで、封止領域S内における透光性樹脂材料の流動性を制御することができる。混在領域Rを適切に配置すれば、透光性樹脂材料を封止領域Sに均等に流し込むことができ、封止部材13の表面の平坦度を高めることができる。したがって、封止部材13表面の凹凸に起因したボンディングワイヤ17の断線および照明光の色ムラの発生を抑制することができる。
また、混在領域Rにおいては、第1発光素子であるLEDチップ12の長手方向と、第2発光素子であるLEDチップ12の長手方向とが直交している。これにより、直交する2つの方向(X軸方向およびY軸方向)に対する流動性の制御を容易に行うことができる。
また、第3発光素子列N3および第6発光素子列N6では、全体が混在領域R3,R6となっている。つまり、第3発光素子列N3および第6発光素子列N6では、第1発光素子となるLEDチップ12(第1LEDチップ12a、第3LEDチップ12c、第5LEDチップ12e、第7LEDチップ12g、第9LEDチップ12i、第11LEDチップ12k)と、第2発光素子となるLEDチップ(第2LEDチップ12b、第4LEDチップ12d、第6LEDチップ12f、第8LEDチップ12h、第10LEDチップ12j)とが列の全体にわたって交互に配列されている。これにより、列全体で、透光性樹脂材料の流動性を制御することができる。
また、混在領域Rが行方向で隣り合う部分においては、第1発光素子と第2発光素子とが行方向においても隣り合う組み合わせが生じる。具体的には、混在領域R3をなす第3発光素子列N3の第5LEDチップ12eと、混在領域R42をなす第4発光素子列N4の第5LEDチップ12eとの組み合わせなどである。この部分においては、隣の行のLEDチップ12との間隔を部分的に大きくすることができ、行方向で透光性樹脂材料の流動性を制御することができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る発光装置20について、図8を用いて説明する。
次に、実施の形態2に係る発光装置20について、図8を用いて説明する。
実施の形態1では、隣り合う第1発光素子と第2発光素子とが交互に配列された混在領域Rが部分的に設けられた場合を例示して説明した。しかし、実施の形態2では、複数の発光素子列の全列が、列の全体にわたって第1発光素子と第2発光素子とが交互に配列された場合について説明する。以下の説明において、上記実施の形態1と同一の部分においては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図8は、実施の形態2に係る発光装置20の内部構造を示す平面図である。具体的には、図8は、図3に対応する図である。図8では、封止部材の図示を省略している。
図8に示すように、発光装置20の基板11上には、4個の直列接続されたLEDチップ12からなる発光素子列が4列、設けられている。各LEDチップ12は、マトリクス状に配列されている。
ここで、4列の発光素子列を図8におけるX軸方向の負側から正側へ順に、第1発光素子列N21、第2発光素子列N22、第3発光素子列N23、第4発光素子列N24と称す。
また、各列のLEDチップ12を図8におけるY軸方向の正側から負側へ順に、第1LEDチップ12a、第2LEDチップ12b、第3LEDチップ12c、第4LEDチップ12dと称す。
第1発光素子列N21では、構造的には第1LEDチップ12a〜第4LEDチップ12dが全て仮想直線L21上に配置されており、これらが一列に配列されている。仮想直線L21は、第1発光素子列N21の一端に配置された第1LEDチップ12aと、他端に配置された第4LEDチップ12dとを結ぶY軸方向に沿う仮想直線である。第1発光素子列N21の第1LEDチップ12a〜第4LEDチップ12dは、平面視で仮想直線L21に重なっている。
また、第1発光素子列N21において、奇数番のLEDチップ12(第1LEDチップ12a、第3LEDチップ12c)は、長手方向が仮想直線L21に対して直交するように配置された第1発光素子である。
他方、第1発光素子列N21において、偶数番のLEDチップ12(第2LEDチップ12b、第4LEDチップ12d)は、長手方向が仮想直線L21に対して沿うように配置された第2発光素子である。
このように、第1発光素子列N21においては、第1発光素子と第2発光素子とが列の全体にわたって交互に配列されている。
なお、第3発光素子列N23は、第1発光素子列N21と同様の配置レイアウトであるので、その説明は省略する。
第2発光素子列N22では、構造的には第1LEDチップ12a〜第4LEDチップ12dが全て仮想直線L22上に配置されており、これらが一列に配列されている。仮想直線L22は、第2発光素子列N22の一端に配置された第1LEDチップ12aと、他端に配置された第4LEDチップ12dとを結ぶY軸方向に沿う仮想直線である。第2発光素子列N22の第1LEDチップ12a〜第4LEDチップ12dは、平面視で仮想直線L22に重なっている。
また、第2発光素子列N22において、奇数番のLEDチップ12(第1LEDチップ12a、第3LEDチップ12c)は、長手方向が仮想直線L22に対して沿うように配置された第1発光素子である。
他方、第2発光素子列N22において、偶数番のLEDチップ12(第2LEDチップ12b、第4LEDチップ12d)は、長手方向が仮想直線L22に対して直交するように配置された第2発光素子である。
このように、第2発光素子列N22においては、第1発光素子と第2発光素子とが列の全体にわたって交互に配列されている。
なお、第4発光素子列N24は、第2発光素子列N22と同様の配置レイアウトであるので、その説明は省略する。
このように各発光素子列N21〜N24が配置されているので、行方向(X軸方向)においても、第1発光素子と第2発光素子とが行の全体にわたって交互に配列されている。
具体的に、各発光素子列N21〜N24の第1LEDチップ12aがなす行(第1行)においては、第1発光素子列N21と第3発光素子列N23との第1LEDチップ12aが第2発光素子である。他方、第1行においては、第2発光素子列N22と第4発光素子列N24との第1LEDチップ12aが第1発光素子である。
各発光素子列N21〜N24の第2LEDチップ12bがなす行(第2行)においては、第1発光素子列N21と第3発光素子列N23との第2LEDチップ12bが第1発光素子である。他方、第2行においては、第2発光素子列N22と第4発光素子列N24との第2LEDチップ12bが第2発光素子である。
各発光素子列N21〜N24の第3LEDチップ12cがなす行(第3行)においては、第1発光素子列N21と第3発光素子列N23との第3LEDチップ12cが第2発光素子である。他方、第3行においては、第2発光素子列N22と第4発光素子列N24との第3LEDチップ12cが第1発光素子である。
各発光素子列N21〜N24の第4LEDチップ12dがなす行(第4行)においては、第1発光素子列N21と第3発光素子列N23との第4LEDチップ12dが第1発光素子である。他方、第4行においては、第2発光素子列N22と第4発光素子列N24との第4LEDチップ12dが第2発光素子である。
図9は、実施の形態2に係る第1発光素子列N21〜第4発光素子列N24にある各LEDチップ12の位置関係を示す平面図である。
図9に示すように、列方向(Y軸方向)で隣り合う各LEDチップ12の間隔H22と、行方向(X軸方向)で隣り合う各LEDチップ12の間隔H21とは同じとなっている。この関係性は、封止領域S内に配置された全てのLEDチップ12に対して適用されている。つまり、各LEDチップ12がなす列方向の間隔H22と、行方向の間隔H21とが同じであるので、封止部材13をなす透光性樹脂材料の流路を均等にすることができる。これにより、透光性樹脂材料を封止領域Sの全体にわたって均等に流し込むことができ、封止部材13の平坦度をより高めることが可能である。
ところで、封止部材13の平坦度は、透光性樹脂材料の流路となるLEDチップ12の間隔H21,H22だけでなく、LEDチップ12の実装密度も影響する。発明者の知見では、封止部材13の平坦度を改善するために、以下の2条件を満たす必要があると想定されている。1つ目の条件は、LEDチップ12の総間隔を概ね均一にすることである。具体的には、列方向或いは行方向におけるLEDチップ12の1配列あたりの総間隔(1配列あたりのLEDチップ12間の数×LEDチップ12の間隔)を全ての配列で均一化することである。
2つの目の条件は、封止領域S内におけるLEDチップ12の実装密度を概ね均一にすることである。なお、「実装密度を概ね均一にする」とは、封止領域S内において、LEDチップ12の実装密度に極端な偏りがない状態にすることをいう。LEDチップ12が小さければ、封止領域S全体に均等にLEDチップ12を配置することはできる。しかし、LEDチップ12がある程度の大きさであると、LEDチップ12を均等に配置しようとしたとしても、どうしても偏りが生じる。このため、複数のLEDチップ12が大局的な視点で封止領域S内に均等に配置されていれば、LEDチップ12の実装密度が概ね均一であるとしてもよい。
以下、これらの条件について、比較例1〜3を例示しつつ説明する。なお、比較例1〜3の説明では、封止領域S内におけるLEDチップ12の配置レイアウトについて説明する。
図10は、比較例1に係るLEDチップ12の配置レイアウトを示す平面図である。
図10に示すように、比較例1に係る配置レイアウトでは、LEDチップ12が4行、4列設けられている。また、全てのLEDチップ12において、長手方向がY軸方向に沿うように配置されている。そして、比較例1では、列方向、行方向ともにLEDチップ12間の数は3つであり、それらの間隔H23,H24も同じとなっているため、行方向、列方向の全ての配列でLEDチップ12の総間隔が均一化されている。
封止領域S内におけるLEDチップ12の実装密度は、中央で高くて、周縁部で低い、不均一な実装密度となっている。
このように、比較例1では1つ目の条件しか満たしていない。比較例1の配置レイアウトであると、封止領域S内では、LEDチップ12が実装された領域と、その周囲の領域とで封止部材13の表面形状に差が出てしまい、平坦度も低くなる。
図11は、比較例2に係るLEDチップ12の配置レイアウトを示す平面図である。
図11に示すように、比較例2に係る配置レイアウトでは、LEDチップ12が4行、4列設けられている。また、全てのLEDチップ12において、長手方向がY軸方向に沿うように配置されている。そして、比較例2では、封止領域S内におけるLEDチップ12の実装密度が概ね均等になっている。
比較例2では、列方向、行方向ともにLEDチップ12間の数は3つであるが、それらの間隔H25,H26が異なっているため、行方向、列方向の全ての配列でLEDチップ12の総間隔が均一になっていない。
このように、比較例2では2つ目の条件しか満たしていない。比較例2の配置レイアウトであると、間隔H25が大きく、間隔H26が狭いために、ここで透光性樹脂材料の流れに差が生じ、結果として封止部材13の表面形状に差が出てしまい、平坦度も低くなる。
図12は、比較例3に係るLEDチップ12の配置レイアウトを示す平面図である。
図12に示すように、比較例3に係る配置レイアウトでは、LEDチップ12が3行、4列設けられている。また、全てのLEDチップ12において、長手方向がY軸方向に沿うように配置されている。そして、比較例3では、封止領域S内におけるLEDチップ12の実装密度が概ね均等になっている。
比較例3では、列方向、行方向のLEDチップ12の間隔H26,H27は同じであるが、LEDチップ12間の数が列方向で2つ、行方向で3つと異なっている。このため、行方向、列方向の全ての配列でLEDチップ12の総間隔が均一になっていない。
このように、比較例3では2つ目の条件しか満たしていない。比較例3の配置レイアウトであると、LEDチップ12間の数が列方向で2つ、行方向で3つである。このため、行方向においては、封止領域Sの両端まで透光性樹脂材料が流れやすいが、列方向においては、封止領域Sの両端まで透光性樹脂材料が流れにくい。これにより、封止部材13の表面形状に差が出てしまい、平坦度も低くなる。
このように、全てのLEDチップ12の方向性が同じであると、2つの条件を満たすことはできないのが実状である。
ここで、実施の形態2に係る発光装置20では、図9に示すように、LEDチップ12が4行、4列設けられている。そして、複数の発光素子列N21〜N24の全てにおいて、第1発光素子と第2発光素子とが列の全体にわたって交互に配列されている。さらに、行方向においても、第1発光素子と第2発光素子とが行の全体にわたって交互に配列されている。このように、LEDチップ12が配列されているので、LEDチップ12の総間隔を概ね均一にしつつも、封止領域S内におけるLEDチップ12の実装密度も概ね均一にすることができる。つまり、上記の2つの条件を満たすことができるので、透光性樹脂材料を封止領域Sの全体にわたって均等に流し込むことができ、封止部材13の平坦度をより高めることが可能である。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る照明装置200について、図13及び図14を用いて説明する。図13は、実施の形態3に係る照明装置200の断面図である。図14は、実施の形態3に係る照明装置200及びその周辺部材の外観斜視図である。
次に、実施の形態3に係る照明装置200について、図13及び図14を用いて説明する。図13は、実施の形態3に係る照明装置200の断面図である。図14は、実施の形態3に係る照明装置200及びその周辺部材の外観斜視図である。
図13及び図14に示すように、実施の形態3に係る照明装置200は、例えば、住宅等の天井に埋込配設されることにより下方(廊下または壁等)に光を照射するダウンライト等の埋込型照明装置である。
照明装置200は、発光装置10を備える。照明装置200はさらに、基部210と枠体部220とが結合されることで構成される略有底筒状の器具本体と、当該器具本体に配置された、反射板230及び透光パネル240とを備える。
基部210は、発光装置10が取り付けられる取付台であるとともに、発光装置10で発生する熱を放熱するヒートシンクである。基部210は、金属材料を用いて略円柱状に形成されており、実施の形態3ではアルミダイカスト製である。
基部210の上部(天井側部分)には、上方に向かって突出する複数の放熱フィン211が一方向に沿って互いに一定の間隔をあけて設けられている。これにより、発光装置10で発生する熱を効率よく放熱させることができる。
枠体部220は、内面に反射面を有する略円筒状のコーン部221と、コーン部221が取り付けられる枠体本体部222とを有する。コーン部221は、金属材料を用いて成形されており、例えば、アルミニウム合金等を絞り加工またはプレス成形することによって作製することができる。枠体本体部222は、硬質の樹脂材料または金属材料によって成形されている。枠体部220は、枠体本体部222が基部210に取り付けられることによって固定されている。
反射板230は、内面反射機能を有する円環枠状(漏斗状の)反射部材である。反射板230は、例えばアルミニウム等の金属材料を用いて形成することができる。なお、反射板230は、金属材料ではなく、硬質の白色樹脂材料によって形成してもよい。
透光パネル240は、光拡散性及び透光性を有する透光部材である。透光パネル240は、反射板230と枠体部220との間に配置された平板プレートであり、反射板230に取り付けられている。透光パネル240は、例えばアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂材料によって円盤状に形成することができる。
なお、照明装置200は、透光パネル240を備えなくてもよい。透光パネル240を備えないことで、照明装置200から放出される光の光束を向上させることができる。
また、図14に示すように、照明装置200には、発光装置10に点灯電力を給電する点灯装置250と、商用電源からの交流電力を点灯装置250に中継する端子台260とが接続される。
点灯装置250及び端子台260は、器具本体とは別体に設けられた取付板270に固定される。取付板270は、金属材料からなる矩形板状の部材を折り曲げて形成されており、その長手方向の一端部の下面に点灯装置250が固定されるとともに、他端部の下面に端子台260が固定される。取付板270は、器具本体の基部210の上部に固定された天板280と互いに連結される。
照明装置200は、発光装置10を備えることで、封止部材13表面の凹凸に起因した断線および色ムラの発生が抑制される。つまり、照明装置200は、信頼性が高い照明装置であるといえる。
なお、実施の形態3では、照明装置として、ダウンライトが例示されたが、本発明は、スポットライトなどの他の照明装置として実現されてもよい。
(他の実施の形態)
以上、実施の形態に係る発光装置10とその製造方法、及び照明装置200について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
以上、実施の形態に係る発光装置10とその製造方法、及び照明装置200について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、混在領域Rにおける第1発光素子の長手方向と第2発光素子の長手方向とが直交している場合を例示して説明した。しかし、第1発光素子の長手方向と、第2発光素子の長手方向とがなす角度が0度若しくは180度でなければよい。つまり、第1発光素子の長手方向と仮想直線とがなす角度(第1角度)と、第2発光素子の長手方向と仮想直線とがなす角度(第2角度)とが少なくとも異なっていればよい。第1発光素子の長手方向と第2発光素子の長手方向とがなす角度は、種々の実験、シミュレーション、或いは作業者の経験則等に基づいて求めることができる。また、この角度は、混在領域Rの設置箇所毎に異ならせてもよい。
また、上記実施の形態では、COB構造の発光装置10について説明したが、本発明は、SMD(Surface Mount Device)構造の発光装置にも適用可能である。
また、上記実施の形態では、発光装置10は、青色光を発するLEDチップ12と黄色蛍光体14との組み合わせによって白色光を放出したが、白色光を放出するための構成はこれに限らない。
例えば、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂と、LEDチップ12とを組み合わせてもよい。あるいは、LEDチップ12よりも短波長である紫外光を放出する紫外LEDチップと、主に紫外光により励起されることで青色光、赤色光及び緑色光を放出する、青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体とが組み合わされてもよい。
また、上記実施の形態では、基板11に実装されたLEDチップ12は、他のLEDチップ12とボンディングワイヤ17によって、Chip To Chipで接続された。しかしながら、LEDチップ12は、ボンディングワイヤ17によって基板11上に設けられた配線16(金属膜)に接続され、当該配線16を介して他のLEDチップと電気的に接続されてもよい。
また、上記実施の形態では、発光装置10に用いる発光素子としてLEDチップ12が例示された。しかしながら、半導体レーザ等の半導体発光素子、または、有機EL(Electro Luminescence)もしくは無機EL等のEL素子等の他の種類の固体発光素子が、発光素子として採用されてもよい。
また、発光装置10には、発光色が異なる2種類以上の発光素子が用いられてもよい。例えば、発光装置10は、演色性を高めるなどの目的で、LEDチップ12に加えて赤色光を発するLEDチップを備えてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
10,20 発光装置
11 基板
12,12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h,12j,12j,12k LEDチップ(発光素子、第1発光素子、第2発光素子)
13 封止部材
15 ダム材
200 照明装置
L2,L3,L4,L21,L22 仮想直線
N1,N21 第1発光素子列
N2,N22 第2発光素子列
N3,N23 第3発光素子列
N4,N24 第4発光素子列
N5 第5発光素子列
N6 第6発光素子列
N7 第7発光素子列
N8 第8発光素子列
S 封止領域(ダム材が囲む領域)
11 基板
12,12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h,12j,12j,12k LEDチップ(発光素子、第1発光素子、第2発光素子)
13 封止部材
15 ダム材
200 照明装置
L2,L3,L4,L21,L22 仮想直線
N1,N21 第1発光素子列
N2,N22 第2発光素子列
N3,N23 第3発光素子列
N4,N24 第4発光素子列
N5 第5発光素子列
N6 第6発光素子列
N7 第7発光素子列
N8 第8発光素子列
S 封止領域(ダム材が囲む領域)
Claims (8)
- 基板と、
前記基板上に実装され、前記基板の平面視で長方形状の複数の発光素子と、
前記基板上に設けられ、前記複数の前記発光素子を囲むダム材と、
前記ダム材が囲む領域内に充填されて、前記複数の発光素子を封止する封止部材とを備え、
前記複数の発光素子は、複数の発光素子列に分けて配列されていて、
前記複数の発光素子列のうち、少なくとも1つの前記発光素子列に配列された前記複数の発光素子は、全て仮想直線上に配置されており、
前記少なくとも1つの発光素子列には、前記仮想直線に対して前記発光素子の長手方向が第1角度となる状態で配置された前記発光素子である第1発光素子と、前記仮想直線に対して長手方向が前記第1角度とは異なる第2角度となる状態で配置された前記発光素子である第2発光素子とが、少なくとも一組隣り合って配置されている
発光装置。 - 前記第1発光素子の長手方向と、前記第2発光素子の長手方向とが直交した状態に、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが配置されている
請求項1に記載の発光装置。 - 前記少なくとも1つの発光素子列は、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが列の全体にわたって交互に配列されている
請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記複数の発光素子列に配列された前記複数の発光素子は、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが列の全体にわたって交互に配列されている
請求項3に記載の発光装置。 - 前記複数の発光素子列は、行方向に間隔をあけて配置されていて、
前記第1発光素子と前記第2発光素子とは、行方向においても少なくとも一組隣り合っている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記第1発光素子と前記第2発光素子とは、行の全体にわたって交互に配列されている
請求項5に記載の発光装置。 - 列方向で隣り合う前記第1発光素子と前記第2発光素子との間隔と、行方向で隣り合う前記第1発光素子と前記第2発光素子との間隔とが同じである
請求項5または6のいずれか一項に記載の発光装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置を備える照明装置。
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- 2016-08-24 US US15/246,129 patent/US9780274B2/en not_active Expired - Fee Related
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