JP2017135301A - LED module and lighting device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、フリップチップ型のLEDを用いたLEDモジュールおよびこのLEDモジュールを配設している照明装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an LED module using a flip-chip type LED and an illumination device provided with the LED module.
照明装置に搭載されるLEDモジュールは、近年、照明装置の小型化や高出力化により、LED素子の基板上への実装密度向上が要求されている。このため、LEDモジュールは、基板にLEDチップを直接実装するフリップチップ実装が用いられている。すなわち、LEDモジュールは、基板の一面側に多数個のLEDチップがフリップチップ実装され、これらのLEDチップを蛍光体が混じられた透光性樹脂で封止して形成されている。そして、LEDチップは、その電極に被着されたバンプ(金属突起)が基板に設けられたパッド(配線パターン)に導電性の接着材やはんだにより接続されている。 In recent years, an LED module mounted on a lighting device has been required to improve the mounting density of LED elements on a substrate due to downsizing and higher output of the lighting device. For this reason, the LED module uses flip chip mounting in which the LED chip is directly mounted on the substrate. That is, the LED module is formed by flip-chip mounting a large number of LED chips on one surface side of a substrate, and sealing these LED chips with a translucent resin mixed with a phosphor. In the LED chip, bumps (metal protrusions) attached to the electrodes are connected to pads (wiring patterns) provided on the substrate by a conductive adhesive or solder.
しかしながら、LEDチップのバンプとパッドとの間から接着材やはんだがバンプ間に流れ出すことがある。これにより、LEDチップの基板面に沿うバンプ間の絶縁距離が確保されず、バンプ間の短絡やパッド(配線パターン)間の短絡が発生し、LEDモジュールの製造歩留りが低下する。このため、LEDチップのバンプ間やLEDチップおよび基板間に絶縁樹脂などの絶縁材を介在させるものが提案されている(例えば特許文献1または2参照。)。また、LEDチップのバンプ間の基板上に溝を設けて、この溝に流れ出した接着材を受け入れて拡散を阻止するものが提案されている(例えば特許文献3参照。)。 However, an adhesive or solder may flow between the bumps and pads of the LED chip between the bumps. Thereby, the insulation distance between the bumps along the substrate surface of the LED chip is not secured, and a short circuit between the bumps and a short circuit between the pads (wiring patterns) occur, resulting in a decrease in the manufacturing yield of the LED module. For this reason, what interposes insulating materials, such as insulating resin, between the bumps of LED chip or between LED chip and a substrate is proposed (for example, refer to patent documents 1 or 2). In addition, there has been proposed a technique in which a groove is provided on a substrate between bumps of an LED chip and an adhesive material flowing into the groove is received to prevent diffusion (see, for example, Patent Document 3).
LEDチップのバンプ間に絶縁樹脂などの絶縁材を介在させるものは、フリップチップ実装における手間を要するとともに、LEDモジュールが絶縁材を設ける分高価になるという欠点を有する。また、バンプ間の基板上に溝を設けて流れ出した接着材を受け入れて拡散を阻止するものは、基板が相応の厚さとなることにより、LEDモジュールを薄形化しにくいという欠点を有する。 In the case where an insulating material such as an insulating resin is interposed between the bumps of the LED chip, there is a drawback that it takes time for flip chip mounting, and the LED module is expensive due to the provision of the insulating material. Moreover, the thing which accept | permits the adhesive material which flowed out by providing a groove | channel on the board | substrate between bumps, and has prevented the spreading | diffusion has the fault that it is difficult to make an LED module thin, because a board | substrate becomes a suitable thickness.
本発明の実施形態は、簡素な構成により、フリップチップ実装のLEDチップの電極間の短絡を抑制可能なLEDモジュールおよびこのLEDモジュールを配設する照明装置を提供することを目的とする。 An object of an embodiment of the present invention is to provide an LED module capable of suppressing a short circuit between electrodes of a flip-chip mounted LED chip with a simple configuration, and an illumination device provided with the LED module.
本実施形態のLEDモジュールは、基板、導電体およびLEDを有して形成される。基板は、一面側に凹部が形成されている。導電体は、凹部の底面に設けられている。LEDは、フリップチップ型であり、その電極部が基板の凹部内で導電体に電気接続されている。 The LED module of this embodiment is formed to include a substrate, a conductor, and an LED. The substrate has a recess formed on one side. The conductor is provided on the bottom surface of the recess. The LED is of a flip chip type, and its electrode portion is electrically connected to a conductor in the recess of the substrate.
本実施形態のLEDモジュールによれば、LEDの電極部が基板の凹部内で導電体に電気接続されるので、LEDの電極部と導電体とを電気接続するはんだや導電性の接着材が凹部から基板の一面側に流出しにくくなり、これにより、電極部間の基板の一面に沿う絶縁距離が確保されて、LEDの電極部間の短絡を抑制できることが期待できる。 According to the LED module of the present embodiment, since the electrode portion of the LED is electrically connected to the conductor in the recess of the substrate, the solder or conductive adhesive that electrically connects the electrode portion of the LED and the conductor is recessed. From this, it can be expected that the insulation distance along the one surface of the substrate between the electrode portions is secured, and a short circuit between the electrode portions of the LED can be suppressed.
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。まず、本発明の第1の実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described.
本実施形態のLEDモジュール1は、LEDランプなどの照明装置に光源として用いられるものであり、発光モジュールや発光体とも称されており、図1ないし図3に示すようにCOB(Chip On Board)型のモジュールに構成されている。図1において、LEDモジュール1は、基板2、導電体3、LEDとしてのLEDチップ4および透光性樹脂5を有して形成されている。そして、LEDモジュール1は、LEDチップ4が導電体3にはんだ6(図2に示す。)により電気接続されて固定されている。
The LED module 1 according to the present embodiment is used as a light source in an illumination device such as an LED lamp, and is also called a light emitting module or a light emitter. As shown in FIGS. 1 to 3, a COB (Chip On Board) is used. It is composed of mold modules. In FIG. 1, the LED module 1 is formed by including a substrate 2, a conductor 3, an
基板2は、本実施形態では、略正方形に形成された厚さ0.64mmのアルミナセラミクスからなり、その一面2a側に略コ字状に一対の配線パターン7,7が設けられ、この一対の配線パターン7,7間に複数の凹部8が直列状にかつ複数列に設けられている。凹部8は、その幅がLEDチップ4の短手方向の幅よりも若干大きい長方形に形成され、かつ凹部8,8間にLEDチップ4が跨るように形成されている。また、各列の両端の凹部8,8がそれぞれ配線パターン7,7に至るように形成され、各列の間が所定の間隔となるように形成されている。また、凹部8は、基板2の一面2aからの深さが100〜200μmとなるように形成されている。
In this embodiment, the substrate 2 is made of alumina ceramics having a thickness of 0.64 mm formed in a substantially square shape, and a pair of
凹部8は、アルミナセラミクスにより基板2を形成する製造工程において、例えば型材を用いて形成される。これにより、所定の形状および深さを有する複数の凹部8が基板2の一面2aに上述した直列状および複数列のパターンで容易に形成される。なお、凹部8は、基板2の一面2aを所定の形状および深さに切削して形成してもよい。
The recess 8 is formed using, for example, a mold material in a manufacturing process for forming the substrate 2 by alumina ceramics. As a result, a plurality of recesses 8 having a predetermined shape and depth are easily formed on the one
一対の配線パターン7,7は、全長に亘って所定の幅を有して形成され、銅(Cu)およびこの銅の表面に順にメッキにより積層されたニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)からなっている。銅の厚さは、例えば50μmであり、ニッケル、パラジウムおよび金の積層の厚さは、例えば2μmである。一対の配線パターン7,7は、基板2の一端部に設けられたコネクタ9に電気接続されている。
The pair of
導電体3は、凹部8の底面のほぼ全域に亘って設けられている。そして、各列の両端の導電体3,3は、それぞれ凹部8,8の壁部に延長して形成され、一対の配線パターン7,7に電気接続されている。導電体3は、配線パターン7と同様の金属材料であり、配線パターン7の厚さに形成されている。すなわち、導電体3は、基板2の一面2aから突出しないように凹部8内に設けられている。一対の配線パターン7,7および各導電体3は、同時に印刷、エッチングやメッキ成長法などにより形成されている。
The conductor 3 is provided over almost the entire bottom surface of the recess 8. The conductors 3 and 3 at both ends of each column are formed to extend to the wall portions of the recesses 8 and 8, respectively, and are electrically connected to the pair of
LEDチップ4は、図2に示すように、例えばサファイアからなり直方体に形成された本体部10の下面側に正負の電極部11,11が設けられたフリップチップ型のLEDである。本実施形態では、電極部11,11は、電極12a,12bとバンプ13,13により構成されている。電極12a,12bは、一方が正極、他方が負極であり、本体部10の下面側に設けられた不図示の発光層に電気接続されている。発光層は、通電により例えば青色光を発光する。すなわち、LEDチップ4は、例えば青色光を放射するものである。青色光は、透光性の本体部10から全方位に放射される。
As shown in FIG. 2, the
バンプ13,13は、導電性の金属材料、例えば銅(Cu)からなり、突起状に形成されており、電極12a,12bと電気接続されるように電極12a,12bに被着されている。バンプ13,13は、電極12a,12bと導電体3,3とを電気接続するものであり、バンプ13,13間の絶縁距離が確保できるとともに凹部8内に挿入できるように、その大きさや形状が設定されており、本実施形態では、凸形の有底の四角筒状または四角柱状に形成されている。なお、電極部11,11は、電極12a,12bおよびバンプ13,13を一体に形成して、LEDチップ4の電極としてもよい。
The
LEDチップ4は、本体部10が各列の凹部8,8間を跨ぐようにして、バンプ13,13が凹部8,8に挿入されて導電体3,3に電気接続されている。ここで、バンプ13は、例えばはんだ6により導電体3に電気接続されている。はんだ6は、バンプ13と導電体3とを電気接続したときに、図2(a)に示すように、バンプ13,13間の基板2の一面2aに流れ出すことがなく、図2(b)に示すように、本体部10の短手方向の両側の基板2の一面2aに流れ出すことがないように、その所定量が設けられている。
The
はんだ6は、溶融して固化することにより、バンプ13を導電体3に固着して、電極部11と導電体3を電気接続する。はんだ6は、図3(a)に示すように、所定量の塊が凹部8,8間の両側の導電体3,3上に載置される。また、溶融前の塊状のはんだ6は、図3(b)に示すように、導電体3の幅方向の中央に載置される。そして、図3(a)に示すように、LEDチップ4のバンプ13,13をはんだ6,6上に載置した後、例えば基板2を加熱炉に入れて、はんだ6を所定の温度で溶融させ、基板2を加熱炉から取り出してはんだ6を固化させる。
The
溶融したはんだ6は、導電体3上に広がり、凹部8内に留まり、図2に示すように、基板2の一面2a側に溢れて流れ出ない。そして、固化したはんだ6により、バンプ13,13が導電体3,3に固定された状態で電気接続される。LEDチップ4は、導電体3,3間に固定される。こうして、複数個のLEDチップ4は、基板2の一面2a側にフリップチップが実装されて、導電体3を介して一対の配線パターン7,7に電気接続されている。
The
そして、図1に示すように、導電体3、LEDチップ4およびコネクタ9側を除く一対の配線パターン7,7は、所定の幅および高さを有する枠部14で包囲されている。枠部14は、土手やバンクなどとも称されており、例えばシリコーン樹脂からなり、本実施形態では、基板2の一面2aに上面視略正四角形に形成されている。そして、透光性樹脂5が枠部14内に充填されている。透光性樹脂5は、枠部14の頂部14aまで充填され、導電体3、LEDチップ4および配線パターン7.7を封止している。透光性樹脂5の表面5aは、図2に示すように、平坦状となっている。
As shown in FIG. 1, the pair of
透光性樹脂5は、例えば電気絶縁性のシリコーン樹脂からなり、不図示の蛍光体を所定の濃度で含有している。例えば、LEDモジュール1が白色光を放射するときは、LEDチップ4の青色光の一部を黄色光に波長変換するYAG蛍光体が含有されている。なお、LEDモジュール1が青色光を放射するときは、蛍光体を含有していない。また、透光性樹脂5は、必要に応じて光拡散材が含有されている。
The translucent resin 5 is made of, for example, an electrically insulating silicone resin and contains a phosphor (not shown) at a predetermined concentration. For example, when the LED module 1 emits white light, a YAG phosphor that converts a part of blue light of the
図1において、コネクタ9には、不図示の点灯装置の出力線15に接続されたコネクタ16が装着される。
In FIG. 1, a
次に、本発明の第1の実施形態の作用について述べる。 Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described.
LEDモジュール1は、そのコネクタ9に点灯装置から電力が供給されると、一対の配線パターン7,7に導電体3を介して接続された各列の複数個のLEDチップ4にそれぞれ所定の電流が流れる。LEDチップ4は、発熱し、青色光を放射する。青色光の一部は、透光性樹脂5に含有されたYAG蛍光体により黄色光に波長変換される。そして、青色光と黄色光が混合(混色)した白色光が透光性樹脂5の表面5aから放射される。白色光は、LEDモジュール1の前方側に出射される。
When power is supplied from the lighting device to the connector 9 of the LED module 1, a predetermined current is supplied to each of the plurality of
そして、LEDチップ4の発熱は、透光性樹脂5に直接的に熱伝導されるとともに、導電体3を介して基板2に熱伝導される。そして、主として、透光性樹脂5の表面5aから外部空間に放出されるとともに、基板2の一面2aと反対側の他面から放出される。
The heat generated by the
LEDモジュール1は、LEDチップ4のバンプ13,13が導電体3,3にはんだ6により凹部8,8内で電気接続され、はんだ6が凹部8から基板2の一面2aに流れ出していないものである。これにより、バンプ13,13間の絶縁距離がはんだ6によって狭まることが防止され、基板2の一面2aに沿う電極部11,11間の絶縁距離が確保される。LEDチップ4は、通電時の電極12a,12b間の短絡が抑制される。LEDモジュール1は、製造歩留りが向上する。
In the LED module 1, the
また、本実施形態のLEDモジュール1は、その基板2がアルミナセラミクスにより形成されている。基板2の一面2aは、白色面であり、高反射面となっている。基板2の一面2aにはんだ6が流れ出さないので、LEDチップ4から放射された青色光およびYAG蛍光体の波長変換により生成された黄色光のそれぞれの光が基板2の一面2aで良好に反射される。これにより、LEDモジュール1の光取出し効率の低下が抑制される。
In the LED module 1 of the present embodiment, the substrate 2 is formed of alumina ceramics. One
また、アルミナセラミクスは、基板2の製造時に、型材により基板2の一面2a側に凹部8を形成可能である。これにより、凹部8の形成による基板2の製造費の上昇が抑制されて、LEDモジュール1を安価に製造可能である。
Moreover, the alumina ceramic can form the recessed part 8 in the one
仮に、はんだ6が凹部8から基板2の一面2aに流れ出していると、電極部11,11(バンプ13,13)間は、バンプ13に電気接続されたはんだ6によって狭まり、通電時に短絡が生じやすくなる。ここで、バンプ13,13間には、電気絶縁性を有する透光性樹脂5が介在している。しかしながら、透光性樹脂5は、必ずしも基板2の一面2aに密着していないので、基板2の一面2aに沿うバンプ13,13間は、流れ出したはんだ6により絶縁距離が確保されにくくなり、通電時に短絡が生じやすくなる。LEDチップ4の短絡は、LEDモジュール1の不良品となって製造歩留りを低下させる。
If the
また、透光性樹脂5内の光のうち、はんだ6に入射した光は、反射率が低下するとともに乱反射される。これにより、はんだ6の流れ出した形状や漏れ量によっては、透光性樹脂5の表面5aから出射する白色光に出射むらが生じやすくなり、光取出し効率が低下することがある。
Of the light in the translucent resin 5, the light incident on the
本実施形態のLEDモジュール1は、基板2の凹部8の底面に導電体3を設けて、LEDチップ4の電極部11,11(バンプ13,13)を凹部8内で導電体3に電気接続し、その電気接続するはんだ6が凹部8から基板2の一面2a側に流出しにくいので、電極部11,11(バンプ13,13)間の基板2の一面2aに沿う絶縁距離が確保されて、LEDチップ4の電極12a,12b間の短絡を抑制することができ、これにより、製造歩留りを向上できるという効果を有する。
In the LED module 1 of this embodiment, the conductor 3 is provided on the bottom surface of the recess 8 of the substrate 2, and the electrode portions 11 and 11 (
また、基板2は、セラミクスからなるので、基板2の製造時に、型材を用いて基板2の一面2aに凹部8を容易に形成することができ、これにより、凹部8を有する基板2を安価に製造できるという効果を有する。
Further, since the substrate 2 is made of ceramics, the concave portion 8 can be easily formed on the one
なお、基板2は、合成樹脂板や高熱伝導率を有する金属板で形成されてもよい。金属板の場合には、凹部8を含む基板2の一面2a側に絶縁層が形成される。そして、光取出し効率の向上のために、凹部8を除く絶縁層上に金属反射層が形成される。合成樹脂板の場合にも、同様に金属反射層を形成するとよい。また、凹部8は、基板2となる平面状の基材に絶縁層を厚く形成し、この絶縁層に形成してもよい。
The substrate 2 may be formed of a synthetic resin plate or a metal plate having high thermal conductivity. In the case of a metal plate, an insulating layer is formed on the
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
本実施形態の照明装置21は、図4に示すように、ランプ装置に構成されている。照明装置21は、図1に示すLEDモジュール1、点灯装置22および装置本体23を有して形成されている。LEDモジュール1および点灯装置22は、装置本体23内に配設されている。 The illuminating device 21 of this embodiment is comprised by the lamp device, as shown in FIG. The illuminating device 21 includes the LED module 1, the lighting device 22, and the device main body 23 shown in FIG. The LED module 1 and the lighting device 22 are disposed in the device main body 23.
点灯装置22は、平板状の回路基板24およびこの回路基板24の両面にそれぞれ実装された点灯回路部品25〜27などを有してなり、LEDモジュール1のLEDチップ4に電力を供給する点灯回路を形成している。回路基板24は、例えばガラスエポキシ材からなり、略円形状に形成されているとともに、その中央部に開口としての円形状の中央孔28が設けられている。
The lighting device 22 includes a
回路基板24は、その一面24a側に複数個のスペーサ29を介してLEDモジュール1を実装している。LEDモジュール1の発光部は、中央孔28に対向し、コネクタ9は、回路基板24から導出された出力線15のコネクタ16に接続されている。点灯装置22の入力端子30は、回路基板24の一面24a側の端部に設けられている。
The
装置本体23は、合成樹脂例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂により、一端側23aに開口部31、他端側23bに平板部32およびこの平板部32の中央部に形成された円形状の挿通部33を有する略円筒状に形成されている。そして、平板部32の上面32aには、その中央部に外方に突出する円筒状の突出部33と、この突出部33に隣接する一対のランプピン34,34(図4中、一方のみを示す。)が配設されている。そして、突出部33に放熱部材35が設けられている。一対のランプピン34,34は、入力線36により点灯装置22の入力端子30に接続されている。
The apparatus body 23 is made of a synthetic resin, such as polybutylene terephthalate (PBT) resin, with an
放熱部材35は、例えばアルミダイキャストによって成型され、突出部33の上面に挿通部33に対向するようにして取り付けられている。そして、放熱部材35は、熱伝導部材37を取り付けている。この熱伝導部材37は、熱伝導性の金属例えばアルミニウム(Al)により円柱状に形成されており、一端側37aの端面をLEDモジュール1の基板2の他面2bに密着させるようにして、基板6を接着材等により取り付けている。
The
そして、装置本体23の開口部31には、保護カバー38が取り付けられている。保護カバー38は、透光性を有する例えばポリカーボネート(PC)樹脂にて成型され、その外面38aが平面であって円形状に形成されている。保護カバー38は、その内面38bに断続的に複数設けられた突出体39の係止爪40が開口部31の係止溝41に係止することにより、装置本体23内をほぼ閉塞するように取り付けられている。そして、保護カバー38の外面38aの周縁側には、直方体状の指掛け部42,42が突出形成されている。
A
また、装置本体23は、反射鏡43を収納している。反射鏡43は、略楕円形に形成され、頂部側開口44が回路基板24の中央孔28に対向するようにして、回路基板24および保護カバー38に挟まれるように設けられている。反射鏡43は、例えばアルミニウムにより成型され、その内面43aが反射面に形成されている。
Further, the apparatus main body 23 houses a reflecting
ランプ装置としての照明装置21は、照明器具に装着される。照明器具に外部電源が投入されると、この交流電源が一対のランプピン34,34を介して点灯装置22に供給される。点灯装置22が動作して、LEDモジュール1のLEDチップ4に所定の電流が供給されることにより、LEDモジュール1から例えば白色光が放射される。白色光は、回路基板24の中央孔28、反射鏡43の頂部側開口44を通って保護カバー38を透過し、照明器具の外部空間を照明する。照明装置21は、LEDチップ4の電極部11,11間の短絡が抑制されるLEDモジュール1を具備するので、長期間に亘って安定した照明光を放射することができる。これにより、照明器具は、照明装置21の交換作業等のメンテナンスを低減可能である。
The lighting device 21 as a lamp device is attached to a lighting fixture. When an external power source is turned on to the lighting fixture, this AC power source is supplied to the lighting device 22 via the pair of lamp pins 34 and 34. When the lighting device 22 operates and a predetermined current is supplied to the
本実施形態の照明装置21によれば、LEDモジュール1でのLEDチップ4の電極部11,11間の短絡等が抑制されるので、所定の寿命時間が確保されて、品質が向上するという効果を有する。
According to the illuminating device 21 of the present embodiment, a short circuit between the electrode portions 11 and 11 of the
なお、本実施形態において、照明装置21は、ランプ装置に構成したが、これに限られるものではなく、器具本体や筐体としての装置本体に本実施形態のLEDモジュール1を配設するとともに、LEDチップ4に電力を供給する点灯装置を具備する照明装置としての照明器具であってもよい。
In addition, in this embodiment, although the illuminating device 21 was comprised in the lamp device, it is not restricted to this, While arrange | positioning the LED module 1 of this embodiment in the apparatus main body as an instrument main body or a housing | casing, The lighting fixture may be a lighting device including a lighting device that supplies power to the
また、本発明の上述した実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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ものである。 Further, the above-described embodiment of the present invention is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…LEDモジュール、 2…基板、 3…導電体、 4…LEDとしてのLEDチップ、 8…凹部、 11…電極部、 21…照明装置、 22…点灯装置、 23…装置本体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED module, 2 ... Board | substrate, 3 ... Conductor, 4 ... LED chip as LED, 8 ... Recessed part, 11 ... Electrode part, 21 ... Illuminating device, 22 ... Lighting apparatus, 23 ... Device main body
Claims (3)
前記凹部の底面に設けられた導電体と;
この導電体に前記凹部内で電気接続される電極部を有するフリップチップ型のLEDと;
を具備していることを特徴とするLEDモジュール。 A substrate having a recess on one side;
A conductor provided on the bottom surface of the recess;
A flip chip type LED having an electrode portion electrically connected to the conductor in the recess;
An LED module comprising:
このLEDモジュールを配設している装置本体と;
前記LEDに電力を供給する点灯装置と;
を具備していることを特徴とする照明装置。 An LED module according to claim 1 or 2;
An apparatus main body in which the LED module is disposed;
A lighting device for supplying power to the LED;
An illumination device comprising:
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