JP2017139404A - Ｌｅｄモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】照明器具に組み込んだとき、一の回路基板に複数のＬＥＤダイが実装された発光領域と当該ＬＥＤダイを駆動するための電子部品が実装された回路領域とを備えていても、光誤動作及び光損失が少ない小型のＬＥＤモジュールを提供する。【解決手段】発光領域５１がダム材５３で囲まれ、回路領域５２がダム材５３とダム材５４で囲まれ、回路領域５２にはＩＣ５７が実装され、ＩＣ５７を被覆するため酸化チタン又はアルミナを含有する白色反射樹脂５２ａが充填されている。【選択図】図１

Description

本発明は、一の回路基板に発光領域と回路領域を備えるＬＥＤモジュールに関する。

一の回路基板に複数のＬＥＤダイを配置し当該ＬＥＤダイを蛍光樹脂で被覆して発光領域を構成するとともに、同回路基板に電子部品を配置し当該電子部品を遮光樹脂で被覆して回路領域を構成したＬＥＤモジュールが知られている（例えば特許文献１）。そこで特許文献１の図１Ａを図５に再掲示し、その概要を説明する。

図５は従来技術として示すＬＥＤモジュールＺ（マルチチップパッケージ）の斜視図である。図５に示されるようにＬＥＤモジュールＺは、回路基板１０（基板本体）上に発光領域１１（第１のチップ載置領域）と回路領域１２（第２のチップ載置領域）を備えている。

発光領域１１では、複数のＬＥＤダイ２０（発光ダイオードチップ）が実装されている。このＬＥＤダイ２０はダム材３０（第１の囲繞状フレームペースト）で囲まれ、ＬＥＤダイ２０を被覆するためダム材３０の内側に蛍光樹脂４０（第１の封止用ペースト）が充填されている。回路領域１２では、電流制限ユニットＣ１及びブリッジ整流回路ユニットＣ２が実装されている。電流制限ユニットＣ１やブリッジ整流回路ユニットＣ２はダム材３１（第２の囲繞状フレームペースト）で囲まれ、電流制限ユニットＣ１やブリッジ整流回路ユニットＣ２を被覆するためダム材３１の内側に遮光樹脂４１（第２の封止用ペースト）が充填されている。

蛍光樹脂４０は、蛍光ペーストや透明ペースで良い。遮光樹脂４１は、不透明ペーストや非透光性ペーストで良く、電流制限ユニットＣ１やブリッジ整流回路ユニットＣ２を白色光束による損傷から守る。

回路基板１０には、基材１００（回路基板）の下面に放熱層１０１、上面に電極１０２（導電パッド）及び絶縁層１０３が形成されている。また回路基板１０には、回路領域１２の発熱を発光領域１１に伝達させにくくするスリット１３が設けられている。なお、図５に示された符号１~４、３００、３１０、Ｃについては説明を省略する。

特開２０１２−９４８６６号公報（図１Ａ）

遮光樹脂４１に要求される遮光性は、素子サイズの大きなトランジスタなどでは低くても良いが、素子サイズが極めて小さい集積回路では高くなければならない。すなわち、集積回路を遮光するのに一般的に黒色の樹脂が使われているから、前述の非透光性ペーストは黒色であることが好ましいと考えられる。遮光樹脂４１が黒色の非透光性ペーストであっても、ＬＥＤモジュールＺを孤立させて発光させたとき、ＬＥＤダイ２０の発光特性が上方に強い指向性を有し、自らの発光がほとんど回路領域１２に到達しないため、遮光樹脂４１はＬＥＤモジュールＺの発光量にほとんど影響しない。

しかしながらこのＬＥＤモジュールＺを照明器具に組み込むと、ＬＥＤモジュールＺの
発光は照明器具の様々な部分で反射しＬＥＤモジュールＺに戻って来る。すなわち回路基板１０の上面において黒色の遮光樹脂４１により回路領域１２の反射率が低くなっていると、ＬＥＤモジュールＺに戻ってきた光が吸収され照明器具が暗くなってしまう。一方、前述のように集積回路を使用する場合、わずかな光で誤動作が誘発されるので、小型化のため発光領域１１と回路領域１２を近接させようとすると、遮光樹脂４１は高い遮光性をもっていなければならない。

そこで本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、照明器具に組み込んだとき光誤動作がなく光損失の少ない小型のＬＥＤモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明のＬＥＤモジュールは、一の回路基板に複数のＬＥＤダイが実装された発光領域と前記ＬＥＤダイを駆動するための電子部品が実装された回路領域とを備えるＬＥＤモジュールにおいて、前記発光領域は、一のダム材で囲まれ、前記回路領域は、前記一のダム材の一部分と他のダム材で囲まれ、前記回路領域に白色反射樹脂が充填されていることを特徴とする。

本発明のＬＥＤモジュールを照明器具に組み込んだ場合、当該ＬＥＤモジュールから発し、照明器具内のいろいろな部分で反射して当該ＬＥＤモジュールに戻ってきた光のうち回路領域に達した光は、回路領域を覆う白色反射樹脂で反射し照明光の一部となる。また本発明のＬＥＤモジュールでは、発光領域を囲むダム材の一部が回路領域を囲むダム材に一部とすることにより小型化が達成されるなかで、高い遮光性を有する白色反射樹脂が電子部品を光誤動作から守る。

前記白色反射樹脂は、酸化チタン又はアルミナを含有するシリコン樹脂であり、前記ＬＥＤダイは、直列接続してＬＥＤ列を形成し、前記電子部品は、前記ＬＥＤ列のなかで発光させる前記ＬＥＤダイの個数を切り換えるためのスイッチを内蔵した集積回路を含んでいても良い。

以上のように本発明のＬＥＤモジュールは、小型化とともに照明器具に組み込んでも、電子部品の光誤動作と光損失を極力少なくすることができる。

本発明の第１実施形態として示すＬＥＤモジュールの平面図である。 図１に示したＬＥＤモジュールから被覆用の樹脂を除去した平面図である。 図１に示したＬＥＤモジュールの回路図である。 本発明の第２実施形態として示すＬＥＤモジュールの平面図である。 従来のＬＥＤモジュールの斜視図である。

以下、図１〜４を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。（ ）には特許請求の範囲に記載した発明特定事項を示す。

（第１実施形態）
図１により本発明の第１実施形態として示すＬＥＤモジュール５０の構造を説明する。図１はＬＥＤモジュール５０の平面図である。図１に示すように、ＬＥＤモジュール５０は、回路基板５０ａ上に発光領域５１と回路領域５２を備えている。発光領域５１は、円形状のダム材５３（一のダム材）で囲まれ、ダム材５３の内側に蛍光樹脂５１ａが充填さ
れている。回路領域５２は、ダム材５３の一部とコの字型のダム材５４（他のダム材）で囲まれ、その囲まれた部分に白色反射樹脂５２ａが充填されている。回路基板５０ａ上には、正側の電力供給用の端子５８ａ、負側の電力供給用の端子５８ｂ、後述する集積回路５７（以下ＩＣ５７と呼ぶ。図２参照）の電源用の端子、信号入出力用の端子などその他の端子５８ｃ及び電極配線（図示せず）が形成されている。

蛍光樹脂５１ａは、蛍光体を含有したシリコン樹脂であり、後述するＬＥＤダイ５５（図２参照）を被覆して、ＬＥＤダイ５５の発する青色光の一部を波長変換し、この波長変換光と蛍光樹脂５１ａを通り抜けた青色光により、ＬＥＤモジュール５０を白色発光させるものである。白色反射樹脂５２ａは、酸化チタン又はアルミナの微粒子を含有したシリコン樹脂であり、ＩＣ５７を被覆している。白色反射樹脂５２ａは、厚さが５０μｍ程度あれば十分な反射率と遮光性を確保できる。なおＬＥＤモジュール５０において白色反射樹脂５２ａは、ＬＥＤモジュール５０が照明器具内に配置されたとき、ＩＣ５７を遮光するとともに、照明器具内で反射しＬＥＤモジュール５０に戻ってきた光を更に反射して照明光として利用する。

回路基板５０ａの材料は、放熱性と反射特性を考慮して選択される。例えば、白色のセラミックや表面に透明な絶縁層を形成したアルミ板などが挙げられる。ダム材５３、５４は白色のシリコン樹脂であり、幅及び高さが０．７~１．０ｍｍ程度である。電力供給用の端子５８ａ、５８ｂには、商用交流電源６１（図３参照）から得た交流を全波整流した全波整流波形が印加される。その他の端子５８ｃには、平滑された電圧入力端子、クロック入力端子、デジタル制御信号入出力端子、調光制御用アナログ電圧入力端子、フリッカ低減用コンデンサ接続端子が含まれる。

図２は、ＬＥＤモジュール５０から蛍光樹脂５１ａ（図１参照）及び白色反射樹脂５２ａ（図１参照）を除去した平面図である。なお図２では、図１で図示しなかった配線電極を示している（ダム材５３、５４については透視できるよう描いている）。発光領域５１には複数のＬＥＤダイ５５が実装されている。ＬＥＤダイ５５はワイヤ５６により直列接続している。回路領域５２にはＩＣ５７が実装されている。ＩＣ５７はワイヤ５６で配線電極と接続している。

図３は、ＬＥＤモジュール５０において発光に直接的に係る部分の回路図である。なお説明のため図３では、ＬＥＤモジュール５０に加え商用交流電源６１と整流用のダイオードブリッジ６６を記載している。商用交流電源６１はダイオードブリッジ６６の入力端子に接続している。ダイオードブリッジ６６は、４個のダイオード６２、６３、６４、６５からなり、全波整流波形を出力する。このときダイオード６２、６３のカソードから電流が出力され、ダイオード６４，６５のアノードに電流が戻ってくる。

図３に示すように、ＬＥＤモジュール５０はＬＥＤ列５９とＩＣ５７を備えている。ＬＥＤ列５９は直列接続する２個の部分ＬＥＤ列５９ａ、５９ｂからなる。さらに部分ＬＥＤ列５９ａ、５９ｂは、直列接続する複数のＬＥＤダイ５５からなる。ＩＣ５７はＦＥＴ５７ａ、５７ｂ（スイッチ）と制御回路５７ｃを備えている。ＦＥＴ５７ａのドレインは部分ＬＥＤ列５９ａ、５９ｂの接続点に接続している。ＦＥＴ５７ｂのドレインは部分ＬＥＤ列５９ｂのカソードに接続している。ＦＥＴ５７ａ、５７ｂのソースは制御回路５７ｃの一の端子に接続している。ＦＥＴ５７ａ、５７ｂのゲートは制御回路５７ｃの別々の端子と接続している。

ダイオードブリッジ６６が出力する全波整流波形の電圧Ｖが低い期間（電圧Ｖが、部分ＬＥＤ列５９ａの閾値電圧より高く、ＬＥＤ列５９の閾値電圧より低い期間）ではＦＥＴ５７ａがオンし、部分ＬＥＤ列５９ａ、ＦＥＴ５７ａ及び制御回路５７ｃを通る経路で電
流が流れる。全波整流波形の電圧Ｖが高い期間（電圧Ｖが、ＬＥＤ列５９の閾値電圧より高い期間）では、ＦＥＴ５７ａがオフし、部分ＬＥＤ列５９ａ、部分ＬＥＤ列５９ｂ、ＦＥＴ５７ｂ及び制御回路５７ｃを通る経路で電流が流れる。なおＦＥＴ５７ｂは電流の上限を制限する。制御回路５７ｃは流入する電流に応じてＦＥＴ５７ａ、５７ｂを定電流（フィードバック）制御及び切替え（オン−オフ）制御する。

ＩＣ５７の発光に直接的に係る部分は図３に示す通りである。すなわちＬＥＤダイ５５の発光にはダイオードブリッジ６６の出力する全波整流波形が使われる。なお制御回路５７ｃを動作させるには平滑された電源が必要である（図示せず。ＬＥＤモジュール５０にはその他の端子５８ｃに含まれる「平滑された電圧入力端子」（図１参照）から電力が供給される。）。ＩＣ５７は、メモリや演算増幅器を含み、ＬＥＤモジュール５０毎の発光量がばらつかないようにするための設定や調光ができる。この設定には、その他の端子５８ｃに含まれるクロック入力端子５８ｃ及びデジタル制御信号入出力端子５８ｃが使われる（図１参照）。調光にはその他の端子５８ｃに含まれるアナログ電圧入力端子が使われる（図１参照）。設定及び調光は、制御回路５７ｃによりＦＥＴ５７ａ、５７ｂに流す電流を調整することで行われる。

以上のようにＬＥＤモジュール５０は、発光領域５１を蛍光樹脂５１ａで被覆し、回路領域５２を白色反射樹脂５２ａで被覆していた。この結果、ＬＥＤモジュール５０は、照明器具内に実装されたとき、発光領域５１から発し、器具内で反射し、回路領域５２に戻ってきた光を、白色反射樹脂５２ａが反射し、照明光とすることで損失を少なくできる。

また図３に示したようにＬＥＤモジュール５０はＬＥＤ列５９のなかで点灯するＬＥＤダイ５５の数を調整して全高周波歪率や力率を改善していた。このＬＥＤモジュール５０は全波整流波形だけで駆動できるため、ＬＥＤモジュール５０に電力を供給する回路を簡単にできる。すなわちＬＥＤモジュール５０は、自らを小型化できるとともにＬＥＤモジュールを使用する装置の小型化にも寄与できる。一方、ＬＥＤダイ５５の点灯個数や発光量を調整できるＩＣ５７は、メモリや演算回路を含み、光に対し誤動作しやすい。このようなＩＣ５７であっても、絶縁性が高く容易に入手できる酸化チタンやアルミナを含有した白色反樹脂５２ａは、十分な反射率と遮光性を確保できるため、小型化に際し光による誤動作を発生させずに照明光の損失を少なくできる。

（第２実施形態）
図１~３に示したＬＥＤモジュール５０は、ＬＥＤ列５９を２個の部分ＬＥＤ列５９ａ、５９ｂに分割し、１個のＩＣ５７で発光制御していた（図３参照）。これに対し全高調波歪率や力率を改善するため、ＬＥＤ列をさらに細かく分割することがある。このときＩＣ５７を複数使えば良い場合がある。そこで本発明の第２実施形態として、図４によりＩＣ５７を２個使うＬＥＤモジュール７０を説明する。

図４は、ＬＥＤモジュール７０の平面図である。図４に示すように、ＬＥＤモジュール７０は、回路基板７０ａ上に発光領域７１と２個の回路領域７２を備えている。発光領域７１は、円形状のダム材７３（一のダム材）で囲まれ、ダム材７３の内側に蛍光樹脂７１ａが充填されている。回路領域７２は、ダム材７３の一部とコの字型のダム材７４（他のダム材）で囲まれ、その囲まれた部分に白色反射樹脂７２ａが充填されている。また回路基板７０ａ上には、正側の電力供給用の端子７８ａ、負側の電力供給用の端子７８ｂ、その他の端子７８ｃ（ＩＣ５７（図２参照）の電源端子、信号入出力端子など）及び電極配線（図示せず）が形成されている。

蛍光樹脂７１ａは、蛍光体を含有したシリコン樹脂であり、ＬＥＤダイ５５（図２参照）の発する青色光の一部を波長変換し、この波長変換光と蛍光樹脂７１ａを通り抜けた青
色光によりＬＥＤモジュール７０を白色発光させるものである。白色反射樹脂７２ａは、酸化チタン又はアルミナを含有したシリコン樹脂であり、ＩＣ５７について遮光するとともに、ＬＥＤモジュール７０が照明器具内に配置されたとき、照明器具内で反射しＬＥＤモジュール７０に戻ってきた光を更に反射して照明光として利用できるものである。

二つの回路領域７２にはそれぞれＩＣ５７（図２参照）が一個ずつ実装されている。発光領域７１に実装されているＬＥＤダイ５５（図２参照）は、直列接続してＬＥＤ列を構成している。このＬＥＤ列は４つの部分ＬＥＤ列よりなる。なお、回路基板７０ａ、蛍光樹脂７１ａ、白色反射樹脂７２ａ及びダム材７３、７４の材料は図１に示した回路基板５０ａ、蛍光樹脂５１ａ、白色反射樹脂５２ａ及びダム材５３、５４と等しい。

以上のようにＬＥＤモジュール７０は、図１〜３に示したＬＥＤモジュール５０に比べ高調波歪率や力率を改善しながら、回路基板７０ａの中心部に発光領域７１を配置し、さらに回路基板７０ａサイズの増大を抑えている。

５０、７０…ＬＥＤモジュール、
５０ａ、７０ａ…回路基板、
５１、７１…発光領域、
５１ａ、７１ａ…蛍光樹脂、
５２、７２…回路領域、
５２ａ、７２ａ…白色反射樹脂、
５３、５４、７３、７４…ダム材、
５５…ＬＥＤダイ、
５６…ワイヤ、
５７…ＩＣ（集積回路）、
５７ａ、５７ｂ…ＦＥＴ（スイッチ）、
５７ｃ…制御回路、
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、７８ａ、７８ｂ、７８ｃ…端子、
５９…ＬＥＤ列、
５９ａ、５９ｂ…部分ＬＥＤ列、
６１…商用交流電源、
６２~６５…ダイオード、
６６…ダイオードブリッジ。

Claims (2)

1. 一の回路基板に複数のＬＥＤダイが実装された発光領域と前記ＬＥＤダイを駆動するための電子部品が実装された回路領域とを備えるＬＥＤモジュールにおいて、
   前記発光領域は、一のダム材で囲まれ、
   前記回路領域は、前記一のダム材の一部分と他のダム材で囲まれ、
   前記回路領域に白色反射樹脂が充填されている
   ことを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 前記白色反射樹脂は、酸化チタン又はアルミナを含有するシリコン樹脂であり、
   前記ＬＥＤダイは、直列接続してＬＥＤ列を形成し、
   前記電子部品は、前記ＬＥＤ列のなかで発光させる前記ＬＥＤダイの個数を切り換えるためのスイッチを内蔵した集積回路を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。