JP2017050462A

JP2017050462A - Ｌｅｄモジュール

Info

Publication number: JP2017050462A
Application number: JP2015173985A
Authority: JP
Inventors: 高明片岡; Takaaki Kataoka
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-03-09

Abstract

【課題】色ずれを抑制することが可能なＬＥＤモジュールを提供する。
【解決手段】ＬＥＤモジュール１ａは、ＬＥＤモジュール本体２と、ＬＥＤモジュール本体２を覆っている透光性のカバー３と、カバー３内でＬＥＤモジュール本体２を封止している透明樹脂部４と、を備える。ＬＥＤモジュール本体２は、実装基板２１と、実装基板２１の表面２１１上に実装されたＬＥＤ２２と、実装基板２１を保持している基板ホルダ２３と、を備える。カバー３は、後面が開放された箱状に形成されている。基板ホルダ２３は、前面が開放された箱状に形成されている。透明樹脂部４は、カバー３の内面３３と接している。ＬＥＤ２２は、ＬＥＤチップ２２１と、波長変換部２２２と、を備える。ＬＥＤモジュール１ａでは、透明樹脂部４とＬＥＤ２２との間に気体層５がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）モジュールに関する。

従来、屋外用のＬＥＤモジュールとしては、複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤが実装された基板と、箱状に形成された筐体と、パネルと、を備えたＬＥＤモジュールが提案されている（特許文献１）。

基板は、長方形の板状に形成されているプリント基板である。各ＬＥＤは、電源回路からの直流電力により白色発光する。筐体は、樹脂成形により形成されている。筐体は、複数のＬＥＤが実装された基板を内部に収納している。パネルは、透明樹脂により形成されている。筐体内には、透明樹脂が充填されている。パネルは、筐体に嵌め込まれている。

特開２００６−１９６６８４号公報

上述の屋外用のＬＥＤモジュールでは、パネルから出射する光の色度が、ＬＥＤを空気中で使用する場合にＬＥＤから出射される光の色度からずれてしまう。

本発明の目的は、色度のずれを抑制することが可能なＬＥＤモジュールを提供することにある。

本発明に係る一態様のＬＥＤモジュールは、ＬＥＤモジュール本体と、前記ＬＥＤモジュール本体を覆っている透光性のカバーと、前記カバー内で前記ＬＥＤモジュール本体を封止している透明樹脂部と、を備える。前記ＬＥＤモジュール本体は、実装基板と、前記実装基板の表面上に実装されたＬＥＤと、前記実装基板を保持している基板ホルダと、を備える。前記カバーは、後面が開放された箱状に形成されている。前記基板ホルダは、前面が開放された箱状に形成されている。前記透明樹脂部は、前記カバーの内面と接している。前記ＬＥＤは、ＬＥＤチップと、波長変換部と、を備える。ＬＥＤモジュールでは、前記透明樹脂部と前記ＬＥＤとの間に気体層がある。

本発明のＬＥＤモジュールでは、色度のずれを抑制することが可能となる。

図１Ａは、実施形態１のＬＥＤモジュールを示す概略斜視図である。図１Ｂは、実施形態１のＬＥＤモジュールを示す概略断面図である。図２Ａは、実施形態１のＬＥＤモジュールの製造方法の説明図である。図２Ｂは、実施形態１のＬＥＤモジュールの製造方法の説明図である。図２Ｃは、実施形態１のＬＥＤモジュールの製造方法の説明図である。図３は、実施形態２のＬＥＤモジュールの概略断面図である。図４は、実施形態３のＬＥＤモジュールの概略断面図である。

下記の実施形態１〜３において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態１）
以下では、本実施形態のＬＥＤモジュール１ａについて、図１及び２に基づいて説明する。

ＬＥＤモジュール１ａは、ＬＥＤモジュール本体２と、ＬＥＤモジュール本体２を覆っている透光性のカバー３と、カバー３内でＬＥＤモジュール本体２を封止している透明樹脂部４と、を備える。ＬＥＤモジュール本体２は、実装基板２１と、実装基板２１の表面２１１上に実装されたＬＥＤ２２と、実装基板２１を保持している基板ホルダ２３と、を備える。カバー３は、後面が開放された箱状に形成されている。基板ホルダ２３は、前面が開放された箱状に形成されている。透明樹脂部４は、カバー３の内面３３と接している。ＬＥＤ２２は、ＬＥＤチップ２２１と、波長変換部２２２と、を備える。ＬＥＤモジュール１ａでは、透明樹脂部４とＬＥＤ２２との間に気体層５がある。以上の構成により、ＬＥＤモジュール１ａは、色度のずれを抑制することが可能となる。ＬＥＤモジュール１ａは、透明樹脂部４により防水性を確保することが可能となり、ＬＥＤモジュール本体２における腐食や短絡の発生を抑制することが可能となる。よって、ＬＥＤモジュール１ａでは、信頼性を向上させることが可能となる。また、ＬＥＤモジュール１ａは、ＬＥＤ２２の波長変換部２２２と透明樹脂部４との間に気体層５があることにより、波長変換部２２２が透明樹脂部４に接している場合に比べて、ＬＥＤ２２から放射される光の色度のずれを抑制することが可能となる。ＬＥＤモジュール１ａは、屋外用のＬＥＤモジュールとして好適に用いることができる。また、ＬＥＤモジュール１ａは、屋外用の照明器具の光源モジュールとして好適に用いることができる。

ＬＥＤモジュール１ａの各構成要素については、以下に詳細に説明する。

ＬＥＤモジュール本体２は、ＬＥＤ２２を複数（１４個）備えており、実装基板２１に複数のＬＥＤ２２が実装されている（図２Ａ参照）。

「実装基板２１に複数のＬＥＤ２２が実装されている」とは、複数のＬＥＤ２２が実装基板２１に機械的に接続されていること、及び複数のＬＥＤ２２が実装基板２１の配線に電気的に接続されていることを意味する。

実装基板２１は、長尺状に形成されている（図２Ａ参照）。実装基板２１の平面視形状は、細長の長方形状である。「実装基板２１の平面視形状」とは、実装基板２１の厚さ方向に沿った方向から見た実装基板２１の外周形状である。実装基板２１は、プリント配線板により構成されている。プリント配線板は、熱伝導率が高いのが好ましい。プリント配線板は、例えば、ＣＥＭ−３（Composite Epoxy Materials-3）の規格を満たすガラス布・ガラス不織布複合基材エポキシ樹脂銅張積層板から形成されている。実装基板２１は、複数のＬＥＤ２２が直列接続されるように配線が形成されている。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、複数のＬＥＤ２２を直列接続して構成された直列回路を備えている。配線は、導電層により構成されている。導電層は、銅はく等により構成されている。また、実装基板２１は、直列回路への給電用の一対の端子部を備えている。一対の端子部は、配線と同様、導電層により構成されている。ＬＥＤモジュール１ａは、例えば、外部の電源ユニット（電源装置）等から一対の端子部間に給電されることにより、複数のＬＥＤ２２が発光する。ＬＥＤモジュール１ａは、一対の端子部の各々に電気的に接続された一対の電線６を備えている。

実装基板２１は、各ＬＥＤ２２からの光を反射する白色レジスト層を備えているのが好ましい。実装基板２１では、白色レジスト層を備えている場合、白色レジスト層の表面が実装基板２１の表面２１１の一部を構成する。これにより、ＬＥＤモジュール１ａは、実装基板２１での光吸収を抑制することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。白色レジスト層の材料は、例えば、フッ素樹脂系の白色レジスト、エポキシ樹脂系の白色レジスト及びシリコーン樹脂系の白色レジストの群から選択される１種であるのが好ましい。

複数のＬＥＤ２２の各々は、平面視形状が正方形状である。各ＬＥＤ２２の光源色は、例えば、ＪＩＳＺ９１１２：２０１２で定義されているＬＥＤの光源色の相関色温度に基づいて設定するのが好ましい。ＪＩＳＺ９１１２：２０１２では、ＬＥＤの光源色が、ＸＹＺ表色系における色度によって、昼光色、昼白色、白色、温白色及び電球色の５種類に区分される。本実施形態のＬＥＤモジュール１ａでは、各ＬＥＤ２２の光源色が昼白色である。各ＬＥＤ２２の光源色の相関色温度は、一例として、約５０００Ｋに設定してある。

各ＬＥＤ２２は、表面実装型ＬＥＤである。各ＬＥＤ２２は、ＬＥＤチップ２２１と波長変換部２２２とを収納しているパッケージ２２０を備えている。パッケージ２２０は、パッケージ本体２２０１を備えている。パッケージ本体２２０１は、表面と裏面とを有し、表面に、ＬＥＤチップ２２１及び波長変換部２２２を収納する凹部２２０２が形成されている。ＬＥＤチップ２２１は、パッケージ本体２２０１の凹部２２０２の内底面に実装されている。パッケージ本体２２０１の凹部２２０２の内底面には、ＬＥＤチップ２２１のアノード電極が電気的に接続される第１電極と、ＬＥＤチップ２２１のカソード電極が電気的に接続される第２電極と、が設けられている。パッケージ本体２２０１の裏面には、第１電極に電気的に接続された第１外部接続電極と、第２電極に電気的に接続された第２外部接続電極と、が設けられている。

ＬＥＤチップ２２１は、青色光を放射するＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ２２１は、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長域に発光ピーク波長がある発光スペクトルを有する。ＬＥＤチップ２２１の平面視形状は、例えば、正方形状であるのが好ましい。「ＬＥＤチップ２２１の平面視形状」とは、実装基板２１の厚さ方向に沿った方向から見たＬＥＤチップ２２１の外周形状である。

波長変換部２２２は、例えば、蛍光体粒子と透光性材料との混合体により形成されているのが好ましい。透光性材料は、可視光に対する透過率が高い材料が好ましい。透光性材料は、例えば、シリコーン系樹脂である。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、波長変換部２２２の耐熱性及び耐候性を向上させることが可能となる。「シリコーン系樹脂」とは、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂を含む。波長変換部２２２は、ＬＥＤチップ２２１から放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する波長変換材料として、上述の蛍光体粒子を備えている。蛍光体粒子としては、例えば、黄色の光を放射する黄色蛍光体粒子を採用することができる。黄色蛍光体粒子は、例えば、５３０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長域に主発光ピーク波長がある発光スペクトルを有するのが好ましい。黄色蛍光体粒子の組成は、例えば、Ｅｕで付活されたＳｒＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂等である。

波長変換部２２２の表面形状は、平面状である。ＬＥＤ２２は、波長変換部２２２の表面が気体層５に接している。

基板ホルダ２３は、実装基板２１の裏面２１２側に配置されている底壁２３１と、底壁２３１の周縁から前方へ突出した矩形枠状の側壁２３２と、を備える。基板ホルダ２３は、細長の矩形箱状に形成されている。基板ホルダ２３の側壁２３２には、一対の電線６が通っている孔２６（図２Ａ参照）がある。側壁２３２における孔２６の内周面と一対の電線６との間の隙間は、透明樹脂部４の一部により塞がれている（封止されている）。基板ホルダ２３は、実装基板２１を保持する部材である。基板ホルダ２３は、その底壁２３１に、実装基板２１が接着剤により接合されている。

基板ホルダ２３は、透明な樹脂により形成されているのが好ましい。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、ＬＥＤ２２から放射された光が基板ホルダ２３で吸収されるのを抑制することが可能となり、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。また、ＬＥＤモジュール１ａでは、ＬＥＤ２２から放射され基板ホルダ２３の側壁２３２を通る光を、透明樹脂部４及びカバー３を通して側方へ出射することも可能となる。したがって、ＬＥＤモジュール１ａでは、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。また、ＬＥＤモジュール１ａでは、カバー３の前方からＬＥＤモジュール１ａを見たときの見栄えを良くすることが可能となる。

カバー３は、透明なポリカーボネート樹脂により形成されている。カバー３は、透明であり、ＬＥＤ２２から放射される光を透過させる。

カバー３は、ＬＥＤモジュール本体２の前方に配置されている前板部３１と、前板部３１の周縁から後方へ突出した矩形枠状の側板部３２と、を備える。カバー３は、細長の矩形箱状に形成されている。側板部３２には、一対の電線６が通っている孔がある。側板部３２における孔の内周面と一対の電線６との間の隙間は、透明樹脂部４の一部により塞がれている（封止されている）。

透明樹脂部４は、ＬＥＤモジュール本体２を外界からの水やガス（水蒸気、空気等）を物理的に遮断するために設けられている封止部である。透明樹脂部４は、透湿性が低くかつ耐候性の高い樹脂により形成されているのが好ましい。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、カバー３の外側（つまり、外界）からＬＥＤモジュール本体２に水分が到達するのを抑制することが可能となり、結露による故障や外観不良が生じるのを抑制することが可能となる。

透明樹脂部４は、透明なシリコーン系樹脂により形成されている。透明樹脂部４は、透明であり、ＬＥＤ２２から放射される光を透過させる。透明樹脂部４の材料であるシリコーン系樹脂と、波長変換部２２２の材料であるシリコーン系樹脂とは、屈折率差が小さいのが好ましい。

気体層５の屈折率は、波長変換部２２２の屈折率よりも小さく、かつ、透明樹脂部４の屈折率よりも小さい。気体層５の屈折率は、略１．０である。ＬＥＤモジュール１ａでは、透明樹脂部４とＬＥＤモジュール本体２との間に存在する気体が、気体層５を構成している。より詳細には、ＬＥＤモジュール１ａでは、透明樹脂部４と基板ホルダ２３の内面との間に存在する気体が、気体層５を構成している。気体層５を構成する気体としては、例えば、空気、不活性ガス等を採用することができる。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ₂ガス、Ａｒガス等を採用することができる。

ところで、ＬＥＤモジュール１ａと略同じ構成で気体層５を備えていない比較例のＬＥＤモジュールでは、波長変換部と透明樹脂部との界面での臨界角が大きくなり、全反射が起こりにくくなる。このため、比較例のＬＥＤモジュールでは、ＬＥＤが空気中で使用される場合に比べて、ＬＥＤから放射される青色光の比率が増加し、色度が変化してしまう。これに対して、ＬＥＤモジュール１ａでは、波長変換部２２２と気体層５との界面においてＬＥＤチップ２２１から入射する光のうち臨界角を超える入射角で入射する光が、全反射され、波長変換部２２２内の蛍光体粒子を励起させることが可能となる。よって、ＬＥＤモジュール１ａでは、ＬＥＤ２２を空気中で使用する場合と比べてＬＥＤ２２の色度がずれるのを抑制することが可能となる。

以下では、上述のＬＥＤモジュール１ａの製造方法の一例について図２に基づいて説明する。

実装基板２１に複数のＬＥＤ２２を実装した後、実装基板２１を基板ホルダ２３に接合することによって、図２Ａに示す構造のＬＥＤモジュール本体２を得る。

その後、図２Ｂに示すように、カバー３の前板部３１の後面とＬＥＤモジュール本体２における実装基板２１の表面２１１とを対向配置させる。例えば、基板ホルダ２３の後面側からＬＥＤモジュール本体２を吸着保持具により吸着保持した状態で、カバー３の前板部３１の後面とＬＥＤモジュール本体２における実装基板２１の表面２１１とを対向配置させる。

その後、気体層５を構成する気体の雰囲気中で、透明樹脂部４（図１Ｂ参照）の元になるペースト状の透明樹脂４０をポッティングすることによって、図２Ｃに示す構造を得る。透明樹脂４０のポッティングは、例えば、ディスペンサシステム（dispenser system）により行うのが好ましい。ディスペンサシステムは、ノズルからの透明樹脂４０の吐出量を制御するコントローラを備えているのが好ましい。コントローラは、例えば、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現することができる。透明樹脂部４の形状は、例えば、透明樹脂４０の粘度等を調整することで制御することも可能である。透明樹脂部４の光入射面４１の形状は、透明樹脂４０の粘度、透明樹脂４０の表面張力等によって変えることが可能である。なお、透明樹脂４０をポッティングする工程では、基板ホルダ２３の底壁２３１の後面側にも透明樹脂４０が充填されるように、透明樹脂４０をポッティングしている途中で吸着保持具をＬＥＤモジュール本体２から離す。

透明樹脂４０をポッティングした後、透明樹脂４０を硬化させることで透明樹脂部４を形成することによって、ＬＥＤモジュール１ａ（図１Ｂ参照）を得る。透明樹脂４０は、例えば、熱硬化させることで透明樹脂部４を形成する。

以上説明したＬＥＤモジュール１ａの製造方法によれば、上述の気体層５を備えたＬＥＤモジュール１ａを製造することが可能となる。したがって、上述のＬＥＤモジュール１ａの製造方法によれば、防水性を確保しつつ色度のずれを抑制したＬＥＤモジュール１ａを製造することが可能となる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態のＬＥＤモジュール１ｂについて、図３に基づいて説明する。

本実施形態のＬＥＤモジュール１ｂは、実施形態１のＬＥＤモジュール１ａと基本構成が同じであり、透明樹脂部４の形状が相違するだけである。なお、本実施形態のＬＥＤモジュール１ｂに関し、ＬＥＤモジュール１ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態のＬＥＤモジュール１ｂでは、透明樹脂部４は気体層５に接する光入射面４１が凹曲面状である。これにより、ＬＥＤモジュール１ｂでは、光入射面４１が平面である場合と比べて、ＬＥＤ２２から放射され透明樹脂部４の光入射面４１に入射した光が透明樹脂部４と気体層５との境界で全反射されるのを抑制することが可能となる。よって、ＬＥＤモジュール１ｂでは、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。

（実施形態３）
以下では、本実施形態のＬＥＤモジュール１ｃについて、図４に基づいて説明する。

本実施形態のＬＥＤモジュール１ｃは、実施形態１のＬＥＤモジュール１ａと基本構成が同じであり、ＬＥＤモジュール本体２が、基板ホルダ２３の開口部を塞ぐように配置された透光性の蓋２５を備え、蓋２５が透明樹脂により形成されている点が相違する。なお、本実施形態のＬＥＤモジュール１ｃに関し、ＬＥＤモジュール１ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

蓋２５は、長尺の板状に形成されている。蓋２５の平面視形状は、細長の長方形状である。蓋２５の材料である透明樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂を採用することができる。

本実施形態のＬＥＤモジュール１ｃでは、製造時において透明樹脂部４を形成するための透明樹脂４０（図２Ｃ参照）をカバー３内にポッティングする際に、透明樹脂４０が波打ってＬＥＤ２２に付着するのを抑制することが可能となる。これにより、ＬＥＤモジュール１ｃでは、色度ずれや色むらが生じるのを抑制することが可能となる。

実施形態１〜３に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。

例えば、実装基板２１の平面視形状は、長方形状に限らず、例えば、正方形状、円形状等でもよい。

また、基板ホルダ２３及びカバー３それぞれの形状は、実装基板２１の平面視形状等に対応して適宜変更可能である。

また、カバー３の材料は、ポリカーボネート樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ガラス等でもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃＬＥＤモジュール
２ＬＥＤモジュール本体
２１実装基板
２１１表面
２２ＬＥＤ
２２１ＬＥＤチップ
２２２波長変換部
２３基板ホルダ
２５蓋
３カバー
３３内面
４透明樹脂部
４１光入射面
５気体層

Claims

ＬＥＤモジュール本体と、前記ＬＥＤモジュール本体を覆っている透光性のカバーと、前記カバー内で前記ＬＥＤモジュール本体を封止している透明樹脂部と、を備え、
前記ＬＥＤモジュール本体は、実装基板と、前記実装基板の表面上に実装されたＬＥＤと、前記実装基板を保持している基板ホルダと、を備え、
前記カバーは、後面が開放された箱状に形成されており、
前記基板ホルダは、前面が開放された箱状に形成されており、
前記透明樹脂部は、前記カバーの内面と接しており、
前記ＬＥＤは、ＬＥＤチップと、波長変換部と、を備え、
前記透明樹脂部と前記ＬＥＤとの間に気体層がある、
ことを特徴とするＬＥＤモジュール。
前記透明樹脂部は、前記気体層に接する光入射面が凹曲面状である、
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。
前記基板ホルダは、透明な樹脂により形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤモジュール。
前記ＬＥＤモジュール本体は、前記基板ホルダの開口部を塞ぐように配置された透光性の蓋を備え、
前記蓋は、透明樹脂により形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は３記載のＬＥＤモジュール。