JP2018206708A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】容易に製造でき、照射面上において複数のLEDパッケージからの照射光が良好に混色する発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、主回路基板と、主回路基板に実装された複数のLEDパッケージとを有する。各LEDパッケージは、パッケージ基板と、それぞれが複数のLED素子を含む複数の発光領域であって、パッケージ基板上において互いに回転対称な位置関係で形成され、少なくとも一部の発光領域が他の発光領域とは異なる色に発光する複数の発光領域と、パッケージ基板上において複数の発光領域の周囲に互いに回転対称な位置関係で形成された複数組のパッケージ電極であって、互いに独立に発光可能な複数の発光領域の正極および負極に対応する複数のパッケージ電極を1組とする複数組のパッケージ電極とを有する。主回路基板は、各LEDパッケージについて、複数組のパッケージ電極のうちの1組が接続される1組の主回路基板電極を有する。【選択図】図3
Description
本発明は、発光装置に関する。
基板上にLED(発光ダイオード)素子が実装され、蛍光体を含有する透光性の樹脂によりそのLED素子が封止されたCOB(Chip On Board)の発光装置が知られている。こうした発光装置の中には、発光領域がダム材により複数の部分領域に区切られたものがある。
例えば、特許文献1には、基板の表面に形成された凸状の2重のフレームおよびそれらに連結されたリブにより囲まれる複数の扇状のスペース内に複数個の青色LEDチップが実装され、黄色蛍光体を含有する透光体がそれらの青色LEDチップを覆うように充填されて青色LEDチップが基板の表面に封止された発光モジュールが記載されている。
また、特許文献2には、同じ種類の複数の発光グループを有するバックライト装置であって、各発光グループは、異なる向きを有している少なくとも1つの隣接発光グループを有し、各発光グループは、複数の半導体チップを有するビーム放射半導体構成素子であり、半導体チップの少なくとも2つは、異なる色または色成分を供給し、各発光グループは少なくとも1つの赤色光を発光する半導体チップ、少なくとも1つの緑色光を発光する半導体チップおよび少なくとも1つの青色光を発光する半導体チップを有しており、少なくとも2つの隣接する発光グループはそれぞれ90°または180°だけ、想定される軸に関して、自身の主放射方向に沿って相互に回転されているものが記載されている。
出射光量が多くなり、かつ様々な色の光を生成できるように、発光色が互いに異なる複数の発光領域をそれぞれが含む複数の発光部が共通の主回路基板上に形成された発光装置を製造することを考える。この場合、共通のLEDパッケージで各発光部を構成すれば、構成要素の種類が少なくなり好ましい。しかしながら、発光色が互いに異なる複数の発光領域を含む共通のLEDパッケージを主回路基板上に同じ配置角度で均等に配置すると、各発光領域を一括で発光させたときに、照射面上で照射光の色ムラが目立つおそれがある。こうした色ムラを抑えるには、LEDパッケージごとにその配置角度を変えればよいが、その場合には、LEDパッケージの配置角度に合わせて、主回路基板上におけるLEDパッケージとの接続用の電極端子の位置を変える手間が生じる。
そこで本発明は、容易に製造でき、照射面上において複数のLEDパッケージからの照射光が良好に混色する発光装置を提供することを目的とする。
主回路基板と、主回路基板に実装された複数のLEDパッケージとを有し、複数のLEDパッケージのそれぞれは、パッケージ基板と、それぞれが複数のLED素子を含む複数の発光領域であって、パッケージ基板上において互いに回転対称な位置関係で形成され、少なくとも一部の発光領域が他の発光領域とは異なる色に発光する複数の発光領域と、パッケージ基板上において複数の発光領域の周囲に互いに回転対称な位置関係で形成された複数組のパッケージ電極であって、互いに独立に発光可能な複数の発光領域の正極および負極に対応する複数のパッケージ電極を1組とする複数組のパッケージ電極とを有し、主回路基板は、複数のLEDパッケージのそれぞれについて、そのLEDパッケージの複数組のパッケージ電極のうちの1組が接続される1組の主回路基板電極を有することを特徴とする発光装置が提供される。
上記の発光装置では、複数のLEDパッケージのそれぞれにおけるパッケージ電極の組数は、そのLEDパッケージにおける複数の発光領域の発光色数以上の冗長度を有することが好ましい。
上記の発光装置では、1つのLEDパッケージの発光領域の個数をnとすると、複数組のパッケージ電極は、複数の発光領域の中央を中心として、360度/nの整数倍だけ互いにずれて配置されていることが好ましい。
上記の発光装置では、主回路基板の上面内の基準方向に対する上面内の複数のLEDパッケージの配置角度がLEDパッケージごとに異なることが好ましい。また、LEDパッケージ同士の配置角度は360度/nの整数倍だけ異なることが好ましい。
上記の発光装置では、複数の発光領域のそれぞれは、複数のLED素子と、パッケージ基板上に充填されて複数のLED素子を封止する封止樹脂とで構成され、複数のLEDパッケージのそれぞれは、パッケージ基板上に形成され、複数の発光領域の中央から放射状に延びる直線部分を有し、複数の発光領域を区分けするダム材と、パッケージ基板上に互いに重ならずに形成され、複数のLED素子と複数組のパッケージ電極とを電気的に接続する複数の配線パターンであって、一部がダム材の直線部分の下を通って発光領域の周囲からパッケージ基板の外周側に延び、さらに複数の発光領域の外周を取り囲むように延びている複数の配線パターンとをさらに有することが好ましい。
上記の発光装置では、複数の発光領域のそれぞれは扇形であり、複数の発光領域は、全体として1つの円形の発光領域を形成し、複数の配線パターンは、パッケージ基板の外周側において複数の発光領域の中央を中心として同心円状に延び、複数組のパッケージ電極は、複数の配線パターンの円弧上に配置されていることが好ましい。
上記の発光装置では、複数組のパッケージ電極は、組ごとに、複数の発光領域の中央を通る同一直線上に配置され、1組の主回路基板電極も、LEDパッケージごとに同一直線上に配置されていることが好ましい。
上記の発光装置では、主回路基板は複数の開口部を有し、1組の主回路基板電極は、主回路基板の裏面における複数の開口部の周囲にそれぞれ形成され、複数のLEDパッケージのそれぞれは、複数の発光領域が開口部内に位置するように主回路基板の裏面側から主回路基板に接続されていることが好ましい。
上記の発光装置は、容易に製造でき、照射面上において複数のLEDパッケージからの照射光を良好に混色させることができる。
以下、図面を参照しつつ、発光装置について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
図1(A)は、発光装置1の上面図であり、図1(B)は、図1(A)のIB−IB線に沿った発光装置1の縦断面図である。発光装置1は、主回路基板5、放熱基板6、放熱シート7および複数のLEDパッケージ10を有する。発光装置1では、放熱基板6の上に、放熱シート7を介して22個のLEDパッケージ10が配置され、さらにその上に主回路基板5が配置されている。また、発光装置1の上方には、LEDパッケージ10にそれぞれ対応する22個のレンズ81を有するレンズアレイ8が配置されている。各LEDパッケージ10は、図1(A)に符号15R,15G,15Bで示した3つの扇形の領域で構成される円形の発光領域を有し、これらの扇形の領域は、それぞれ赤色、緑色および青色に発光する。発光装置1とレンズアレイ8との組合せが、例えば、投光器、高天井照明、スタジアム照明、イルミネーションなどのLED光源として使用される。
図2(A)は、主回路基板5の底面図であり、図2(B)は、図2(A)において破線IIBで囲まれた部分の拡大図である。主回路基板5(配線基板、マザーボード)は、例えばガラスエポキシ基板などで構成されたほぼ矩形の絶縁基板である。主回路基板5は、各LEDパッケージ10の発光領域がそれぞれ挿入される22個の開口部51を有し、これらの開口部は、主回路基板5にほぼ等間隔に形成されている。各開口部51では、LEDパッケージ10が主回路基板5の裏面側(図1(B)における下側)から実装されている。また、図1(A)に示すように、主回路基板5は中央に円形の開口部51cを有し、そこにはLEDパッケージ10は配置されていないが、この開口部51cはなくてもよく、主回路基板5の中央にもLEDパッケージ10が配置されていてもよい。
また、詳細は図示していないが、主回路基板5には、LEDパッケージ10の駆動用の回路として、LEDパッケージ10同士を互いに電気的に接続するための配線パターンと、発光装置1を外部電源に接続するための電極端子とが形成されている。それらの電極端子が外部電源に接続されて電圧が印加されることにより、各LEDパッケージ10は発光する。その際、発光装置1のすべてのLEDパッケージ10が同時に発光してもよいし、主回路基板5上の配線パターンによっては、一部のLEDパッケージ10のみが発光してもよい。
図2(B)に示すように、主回路基板5の裏面における各開口部51の周囲には、その開口部51に対応するLEDパッケージ10の電極端子が接続される1組の電極端子(主回路基板電極)52R,53R,52G,53G,52B,53Bが形成されている。電極端子52R,53R、電極端子52G,53Gおよび電極端子52B,53Bは、図1(A)に符号15R,15G,15Bで示したLEDパッケージ10の赤色、緑色および青色の発光領域の正極および負極にそれぞれ対応する電極端子である。これらは、開口部51(LEDパッケージ10)ごとに、その開口部51の中心を通る同一直線上に配置されている。より詳細には、開口部51の一方の側において、開口部51に向かって電極端子52B,52R,52Gが順に配置され、開口部51の中心を挟んだ反対側においても同様に、開口部51に向かって電極端子53B,53R,53Gが順に配置されている。
図3は、放熱基板6とLEDパッケージ10の配置を示す上面図である。図3では、主回路基板5を取り除いた発光装置1の上面を示しているため、放熱基板6とLEDパッケージ10のみが図示されている。放熱基板6は、主回路基板5およびLEDパッケージ10の裏面側に配置されたほぼ矩形の金属基板である。図示した例では、放熱基板6は、中央に、主回路基板5の開口部51cと同じ大きさの円形の開口部61cを有するが、この開口部61cはなくてもよい。放熱基板6は、各LEDパッケージ10で発生した熱を装置外部に放出させるヒートシンクとして機能するため、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウムまたは銅で構成される。ただし、放熱基板6の材質は、耐熱性と放熱性に優れたものであれば、アルミニウムおよび銅以外のものであってもよい。
放熱シート7は、熱伝導性および弾性を有するラバータイプのシートであり、例えばシリコンベースの基材で構成される。放熱シート7は、LEDパッケージ10のパッケージ基板11とほぼ同じ大きさの矩形の形状を有し、LEDパッケージ10ごとに別々に設けられている。各LEDパッケージ10のパッケージ基板11は、放熱シート7を介して放熱基板6に接触している。
レンズアレイ8は、複数のレンズ81が一体に形成されたレンズの集合体であり、図1(A)に示すように、発光装置1内のLEDパッケージ10の個数と同じ22個のレンズ81を有する。各レンズ81は、各LEDパッケージ10に対応して、LEDパッケージ10の発光領域と同様に配置されており、互いに同じ形状および大きさを有する。図1(B)に示すように、各レンズ81の光軸Zは、主回路基板5の法線方向に一致している。各レンズ81は、対応するLEDパッケージ10からの出射光を集光して、発光装置1から充分に離れた位置で複数のLEDパッケージ10からの出射光が重なって照射されるように設計されている。
図4(A)は、LEDパッケージ10の上面図であり、図4(B)は、図4(A)のIVB−IVB線に沿ったLEDパッケージ10の縦断面図である。各LEDパッケージ10は、パッケージ基板11に加えて、複数のLED素子13、ダム材14および封止樹脂15R,15G,15Bを有する。各LEDパッケージ10は、ダム材14および封止樹脂15R,15G,15Bの部分が主回路基板5の裏面側からその開口部51内に挿入され、パッケージ基板11の端部で主回路基板5に接続されている。
図5(A)および図5(B)は、LEDパッケージ10のパッケージ基板11の上面図である。図5(B)では、上面にダム材14が形成されたパッケージ基板11を示している。パッケージ基板11は、例えば、放熱性が高いセラミックで構成された矩形の平坦な基板であり、図5(A)に示すように、その上面の中央に、LED素子13の実装領域11R,11G,11Bを有する。これら3つの実装領域は、いずれも中心角が120度の扇形であり、全体として1つの円形領域を構成する。
また、パッケージ基板11の上面における実装領域11R,11G,11Bの周囲には、配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bおよび電極端子(パッケージ電極)24R,25R,24G,25G,24B,25Bが形成されている。パッケージ基板11の上面におけるダム材14よりも外側の領域は、これらの電極端子の部分を除いて、白色レジスト26により覆われている。このため、完成品のLEDパッケージ10では、配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bは、白色レジスト26によって隠れている。
LED素子13は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体などで構成された、発光波長帯域が450〜460nm程度の青色光を出射する青色LEDである。出射光の密度を上げるために、実装領域11R,11G,11Bでは、それぞれ複数のLED素子13が、例えば透明な絶縁性の接着剤により、パッケージ基板11の上面に密集して固定されている。各LED素子13は上面に一対の素子電極を有し、図4(B)に示すように、隣接するLED素子13の素子電極同士は、ワイヤ(ボンディングワイヤ)31により相互に電気的に接続されている。詳細は図示していないが、実装領域11R,11G,11Bのそれぞれにおいて、LED素子13同士は、配線パターン22R,23R、配線パターン22G,23Gまたは配線パターン22B,23Bの間に、直列または直並列に接続されている。これにより、各LED素子13には、ワイヤ31を介して電流が供給される。
ダム材14は、3つの発光領域を区分けし封止樹脂15R,15G,15Bの流出を防止するための樹脂製の枠体(樹脂枠)であり、例えば白色の樹脂で構成され、パッケージ基板11の上面の中央に固定されている。ダム材14は、実装領域11R,11G,11Bの外側の円弧に沿った円環部分と、その円の中心(3つの発光領域の中央)から放射状に延びその円を3等分する3本の直線部分とを有し、パッケージ基板11上に実装されたLED素子13を取り囲んでいる。3本の直線部分の長さは、いずれも円の半径と同じである。ダム材14は、例えばその表面に反射性のコーティングが施されることで、LED素子13から側方に出射された光を、発光装置1の上方(主回路基板5の上面側)に向けて反射させる。
封止樹脂15R,15G,15Bは、パッケージ基板11上でダム材14により囲まれる領域に充填されて、対応する実装領域11R,11G,11BにおけるLED素子13とワイヤ31の全体を一体に被覆し保護(封止)する。封止樹脂15R,15G,15Bとしては、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な樹脂を、特に250℃程度の耐熱性がある樹脂を使用するとよい。
ダム材14で囲まれ、封止樹脂15R,15G,15Bで覆われた3つの扇形の領域が、LEDパッケージ10の赤色、緑色および青色の発光領域に相当する。このため、以下では、封止樹脂15R,15G,15Bの領域のことを、単に「発光領域15R,15G,15B」ともいう。発光領域15R,15G,15Bは、それぞれが複数のLED素子13を含み、パッケージ基板11上において互いに回転対称な位置関係で配置されており、全体として1つの円形の発光領域を形成する。
封止樹脂15Rは、例えば、LED素子13からの青色光を吸収して赤色に発光するCaAlSiN3:Eu2+などの赤色蛍光体を含有する。これにより、発光領域15Rは、例えば620〜750nmの波長域の赤色光を出射する。封止樹脂15Gは、例えば、LED素子13からの青色光を吸収して緑色に発光する(BaSr)2SiO4:Eu2+などの緑色蛍光体を含有する。これにより、発光領域15Gは、例えば500〜570nmの波長域の緑色光を出射する。封止樹脂15Bは、LED素子13が青色LEDであることから、蛍光体を含有しない透明樹脂であってもよい。発光領域15Bは、例えば450〜490nmの波長域の青色光を出射する。
このように、LED素子13としてすべて同じ発光波長の素子を使用し、各封止樹脂に異なる種類の蛍光体を分散混入させることにより、LEDパッケージ10の製造を容易にし、かつ信頼性を向上させつつ、発光領域ごとに異なる色を得ることができる。ただし、各発光領域のLED素子13として、発光波長が互いに異なる素子を使用してもよい。
例えば、発光領域15RのLED素子13は赤色光を発する赤色LEDであってもよく、発光領域15GのLED素子13は緑色光を発する緑色LEDであってもよい。この場合、封止樹脂15Rは赤色蛍光体を含有しなくてもよく、封止樹脂15Gは緑色蛍光体を含有しなくてもよい。また、発光領域15BのLED素子13は、紫色LEDまたは近紫外LEDであってもよく、その発光波長帯域は、紫外域を含む200〜460nm程度の範囲内であってもよい。この場合、封止樹脂15Bは、LED素子13からの光を吸収して青色に発光するBaMgAl10O17:Eu2+などの蛍光体を含有してもよい。これらのことは、以下で説明する他のLEDパッケージについても同様である。
図4(C)は、別のLEDパッケージ10dの縦断面図である。LEDパッケージ10dは、パッケージ基板のみが上記のLEDパッケージ10とは異なり、その他の点ではLEDパッケージ10と同じ構成を有する。
LEDパッケージ10dのパッケージ基板11dは、アルミニウムまたは銅で構成された金属基板12aと、その上面に固定された絶縁性の回路基板12bとを有する。回路基板12bは、LEDパッケージ10の実装領域11R,11G,11Bに相当する位置に開口部を有し、LED素子13は、その開口部内で露出した金属基板12aの上面に実装されている。パッケージ基板11dでは、配線パターンおよび電極端子は回路基板12bの上面に形成されており、パッケージ基板11dの上面図は図5(A)に示したものと同じである。LEDパッケージのパッケージ基板は、パッケージ基板11dのように、金属基板12aと回路基板12bとを貼り合わせたものであってもよい。この場合、放熱性に優れた金属基板12a上にLED素子13を直接実装することができるため、LEDパッケージ10の放熱性が向上する。
以下では、パッケージ基板11上の配線パターンおよび電極端子について説明する。配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bは、互いに重ならないようにパッケージ基板11の上面に形成された導電経路である。配線パターン22R,23Rは、発光領域15RのLED素子13と電極端子24R,25Rとを、配線パターン22G,23Gは、発光領域15GのLED素子13と電極端子24G,25Gとを、配線パターン22B,23Bは、発光領域15BのLED素子13と電極端子24B,25Bとを、それぞれ電気的に接続する。
図5(A)に示すように、配線パターン22Rは、実装領域11R,11G間および実装領域11R,11B間の直線部分を通り、実装領域11Rの円弧に沿って進んだ後、パッケージ基板11の外周側に延びている。また、配線パターン23Rは、実装領域11R,11G間の直線部分を通り、実装領域11Rの円弧に沿って進んだ後、パッケージ基板11の外周側に延びている。さらに、配線パターン22R,23Rは、実装領域11R,11G,11Bを取り囲むように、ダム材14よりも外側で、その中央を中心とする円弧状に延びている。これらの形状は、配線パターン22G,23Gおよび配線パターン22B,23Bについても同様である。
すなわち、配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bは、それぞれ、一部がダム材14の直線部分の下を通って、発光領域15R,15G,15Bの周囲からパッケージ基板11の外周側に延び、さらに、ダム材14よりも外側で、発光領域15R,15G,15Bの外周を取り囲んでいる。各配線パターンの一部をダム材14の下に形成することで、実装領域11R,11G,11Bの面積を狭めずに、パッケージ基板11上に各配線パターンを配置することができる。また、これらの配線パターンは、発光領域15R,15G,15Bよりも外側で、それらの中央を中心とする同心円状に延びており、中心側から外周側に向かって、配線パターン22G,23G,22R,23R,22B,23Bの順で配置されている。
電極端子24R,25R、電極端子24G,25Gおよび電極端子24B,25Bは、発光領域15R,15G,15Bの正極および負極にそれぞれ対応する電極端子である。電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bは、発光領域15R,15G,15Bの中央を通る同一直線上に載るように、ダム材14よりも外側における配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bの円弧上にそれぞれ配置されている。より詳細には、ダム材14の一方の側において、パッケージ基板11の中央に向かって電極端子25B,25R,25Gが順に配置され、ダム材14を間に挟んだ反対側においても同様に、パッケージ基板11の中央に向かって電極端子24B,24R,24Gが順に配置されている。
また、パッケージ基板11では、これらの電極端子がそれぞれ3つずつ重複して形成されている。すなわち、LEDパッケージ10では、3つの発光領域15R,15G,15Bの正極および負極に対応する計6つの電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bを1組として、3組の電極端子が、組ごとに同一直線上に載るように配置されている。LEDパッケージ10では、電極端子の組数の冗長度は3であり、これは、LEDパッケージ10における発光色数(赤色、緑色および青色の3色)である3に等しい。
さらに、3組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bは、パッケージ基板11上において、120度ずつ間隔を空けて、発光領域15R,15G,15Bの周囲に互いに回転対称な位置関係で配置されている。すなわち、LEDパッケージ10の発光領域の個数をn(=3)とすると、3組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bは、発光領域15R,15G,15Bの中央を中心として、360度/nの整数倍だけ互いにずれて配置されている。3つの電極端子24B,24R,24Gと、円周方向でそれらに隣り合う他の3つの電極端子25B,25R,25Gとの間隔は、60度である。
各LEDパッケージ10は、3組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bのうちの1組が、主回路基板5の電極端子52R,53R,52G,53G,52B,53Bに半田接続されている。このため、発光装置1では、各LEDパッケージ10の3組の電極端子のいずれを主回路基板5の電極端子52R,53R,52G,53G,52B,53Bに接続するかによって、図3に示すように、主回路基板5の上面内における22個のLEDパッケージ10の配置角度は互いに異なる。例えば、図3のLEDパッケージ101に対して、図3におけるその右隣のLEDパッケージ102では、発光領域15R,15G,15Bが+120度(反時計回りに120度)回転している。また、LEDパッケージ101に対して、図3におけるその左隣のLEDパッケージ103では、発光領域15R,15G,15Bが−120度(時計回りに120度)回転している。
これは他のLEDパッケージ10についても同様であり、発光装置1では、主回路基板5の上面内における各LEDパッケージ10の発光領域15R,15G,15Bの配置角度が120度ずつ異なる。各LEDパッケージ10の発光領域15R,15G,15Bの配置角度は、LEDパッケージ101を基準にすると、0度、120度および240度の3通りである。すなわち、LEDパッケージ10の発光領域の個数をn(=3)とすると、主回路基板5の上面内の基準方向(例えば、主回路基板5の1辺)に対するLEDパッケージ10の配置角度は、360度/nの整数倍だけ互いに異なる。
発光装置1では、各LEDパッケージ10の配置角度を互いに異ならせることにより、基準方向に対するすべてのLEDパッケージ10の配置角度を同じにした場合と比べて、各LEDパッケージ10の発光領域を一括で発光させたときの照射面の混色性が向上する。また、発光装置1では、このような配置を実現するために、主回路基板5には、図2(A)に示すように、すべてのLEDパッケージ10について、同じ向きで1直線上に並んだ1組の電極端子52R,53R,52G,53G,52B,53Bを形成するだけでよい。発光装置1では、1種類の主回路基板5と1種類のLEDパッケージ10を使用し、主回路基板5に対して各LEDパッケージ10を適宜回転させて実装することで、混色性を向上させるLEDパッケージ10の配置を容易に実現することができる。
図6(A)は、別の主回路基板5aの底面図であり、図6(B)は、図6(A)において破線VIBで囲まれた部分の拡大図である。図7(A)および図7(B)は、LEDパッケージ10aの上面図である。図7(B)では、上面に白色レジスト26が形成されたLEDパッケージ10aのパッケージ基板11aを示している。上記の発光装置1では、主回路基板5を図6(A)の主回路基板5aに、LEDパッケージ10を図7(A)のLEDパッケージ10aに、それぞれ替えてもよい。
主回路基板5aは、電極端子の位置のみが主回路基板5とは異なり、その他の点では主回路基板5と同じ構成を有する。図6(B)に示すように、主回路基板5aでも、裏面における各開口部51の周囲における同一直線上に、LEDパッケージ10aの赤色、緑色および青色の発光領域の正極および負極にそれぞれ対応する1組の電極端子52R,53R,52G,53G,52B,53Bが形成されている。ただし、主回路基板5aでは、開口部51の一方の側のみにおいて、開口部51に向かって、電極端子52G,53G,52B,52R,53R,53Bが、この順に配置されている。
LEDパッケージ10aは、配線パターンの形状および電極端子の位置のみがLEDパッケージ10とは異なり、その他の点ではLEDパッケージ10と同じ構成を有する。図7(A)に示すように、LEDパッケージ10aでも、電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bは、発光領域15R,15G,15Bの中央を通る同一直線上に載るように、ダム材14よりも外側において、それぞれ3つずつ重複して形成されている。ただし、LEDパッケージ10aでは、主回路基板5aの電極端子52R,53R,52G,53G,52B,53Bと同様に、ダム材14の一方の側のみにおいて、パッケージ基板11aの中央に向かって、電極端子24G,25G,24B,24R,25R,25Bが、この順に配置されている。
LEDパッケージ10aでも、3組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bは、パッケージ基板11a上において、120度ずつ間隔を空けて、発光領域15R,15G,15Bの周囲に互いに回転対称な位置関係で配置されている。LEDパッケージ10aでは、1組を構成する6つの電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bと、円周方向でそれらに隣り合う他の1組である6つの電極端子との間隔は、120度である。
図8は、LEDパッケージ10aのパッケージ基板11aの上面図である。パッケージ基板11aにおける配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bの形状の特徴は、パッケージ基板11について上記したものと同様である。これらの配線パターンは、発光領域15R,15G,15Bよりも外側では、パッケージ基板11aの中心側から外周側に向かって、配線パターン23B,23R,22R,22B,23G,22Gの順で配置されている。なお、パッケージ基板11aでは、配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bの円弧部分の3箇所が、白色レジスト26で覆われず露出しており、その部分が3組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bに相当する。
図9は、LEDパッケージ10aの別のパッケージ基板11a’の上面図である。LEDパッケージ10aの配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bの配置は、図8に示したものに限らず、図9のようなものであってもよい。これらの配線パターンは、発光領域15R,15G,15Bよりも外側では、パッケージ基板11aの中心側から外周側に向かって、配線パターン23R,22R,23B,22B,23G,22Gの順で配置されている。パッケージ基板11a’では、電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bは、配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bの円弧上の3箇所に、それぞれ配置されている。
図10(A)は、別の発光装置2の上面図であり、図10(B)は、図10(A)のXB−XB線に沿った発光装置2の縦断面図である。発光装置2は、LEDパッケージのみが発光装置1とは異なり、その他の点では発光装置1と同じ構成を有する。
図11(A)および図11(B)は、発光装置2のLEDパッケージ10’の上面図である。図11(B)では、LEDパッケージ10’のパッケージ基板11’を示している。LEDパッケージ10’は、配線パターンの形状、電極端子の位置、ダム材の形状および発光領域の分割数が上記のLEDパッケージ10とは異なり、その他の点ではLEDパッケージ10と同じ構成を有する。
LEDパッケージ10’では、発光領域の分割数は6であり、LEDパッケージ10’のダム材14aは、それに対応して、円環部分と、その円の中心から放射状に延びその円を6等分する6本の直線部分とを有する。ダム材14aにより囲まれ、ダム材14aの中心を間に挟んで互いに向かい合う中心角60度の2つの扇形領域が、同じ発光色の発光領域に相当する。LEDパッケージ10’では、6つの発光領域15R,15G,15B,15R,15G,15Bが、時計回りにこの順に配置されている。LEDパッケージ10’のように、すべての発光領域が別々の色に発光しなくてもよく、一部の発光領域の発光色は同じであってもよい。すなわち、少なくとも一部の発光領域が他の発光領域とは異なる色に発光すればよい。
パッケージ基板11’における配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23Bの形状の特徴は、パッケージ基板11について上記したものと同様である。ただし、配線パターン22R,22G,22Bは、それぞれ、2つの実装領域11R、2つの実装領域11Gおよび2つの実装領域11Bの周囲からパッケージ基板11’の外周側に延び、図11(B)におけるパッケージ基板11’の下側半分において、ダム材14aよりも外側で円弧状に延びている。また、配線パターン23R,23G,23Bは、ダム材14aの中心に関して配線パターン22R,22G,22Bと点対称な形状を有し、図11(B)におけるパッケージ基板11’の上側半分において、ダム材14aよりも外側で円弧状に延びている。
また、パッケージ基板11’の電極端子24R,24G,24Bは、パッケージ基板11’の下側半分において、それぞれ、配線パターン22R,22G,22B上に、60度間隔で3つずつ配置されている。同様に、電極端子25R,25G,25Bは、パッケージ基板11’の上側半分において、それぞれ、配線パターン23R,23G,23B上に、60度間隔で3つずつ配置されている。したがって、パッケージ基板11’では、2つの発光領域15RのLED素子13は同じ電極端子24R,25Rに、2つの発光領域15GのLED素子13は同じ電極端子24G,25Gに、2つの発光領域15BのLED素子13は同じ電極端子24B,25Bに、それぞれ接続されている。LEDパッケージ10’のように、すべての発光領域が互いに独立に発光可能でなくてもよく、一部の発光領域のLED素子13はすべて同じ電極端子に接続されていてもよい。
LEDパッケージ10’でも、電極端子の組数の冗長度は3であり、これは、LEDパッケージ10’における発光色数(赤色、緑色および青色の3色)である3に等しい。また、LEDパッケージ10’の発光領域の個数は6であり、3組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25Bは、発光領域15R,15G,15Bの中央を中心として、360度/6=60度の整数倍だけ互いにずれて配置されている。
図12は、放熱基板6とLEDパッケージ10’の配置を示す上面図である。発光装置2では、例えば、図12のLEDパッケージ101’に対して、図12におけるその右隣のLEDパッケージ102’では、各発光領域が+60度回転している。また、LEDパッケージ101’に対して、図12におけるその左隣のLEDパッケージ103’では、各発光領域が−60度回転している。これは他のLEDパッケージ10’についても同様であり、発光装置2では、主回路基板5の上面内における各LEDパッケージ10’の各発光領域の配置角度が60度ずつ異なる。すなわち、LEDパッケージ10’の発光領域の個数をn(=6)とすると、主回路基板5の上面内の基準方向(例えば、主回路基板5の1辺)に対するLEDパッケージ10’の配置角度は、360度/nの整数倍だけ互いに異なる。
発光装置2でも、このようなLEDパッケージ10’の配置により、発光装置1と同様に、各LEDパッケージ10’の発光領域を一括で発光させたときの照射面の混色性が向上する。また、発光装置2でも、1種類の主回路基板5と1種類のLEDパッケージ10’でそのような配置を容易に実現することができる。
図13(A)は、別の発光装置3の上面図である。発光装置3は、主回路基板および放熱基板の中央に開口部が形成されていない点と、LEDパッケージとが発光装置1とは異なり、その他の点では発光装置1と同じ構成を有する。なお、図13(A)では、レンズアレイ8の図示を省略している。
発光装置3のLEDパッケージ10bでは、発光領域の分割数は4であり、LEDパッケージ10bのダム材14bは、それに対応して、円環部分と、その円の中心から放射状に延びその円を4等分する4本の直線部分とを有する。ダム材14bにより囲まれた中心角90度の4つの扇形領域が、LEDパッケージ10bの発光領域15R,15G,15B,15Cである。図示した例では、4つの発光領域は、時計回りに発光領域15R,15B,15G,15Cの順に配置されている。
これらのうちで、発光領域15R,15G,15Bは、上記したものと同様に、それぞれ、赤色、緑色および青色に発光する。発光領域15Cは、複数のLED素子13と、それらを封止する封止樹脂(封止樹脂15C)とで構成され、シアン色に発光する。封止樹脂15Cは、例えば、LED素子13からの青色光を吸収してシアン色に発光するBa2MgSi2O7:Eu2+またはBaSi2O2N2:Eu2+などの蛍光体を含有する。光の3原色であるR,G,BからRを除いた色がシアンである(C=G+B)ため、発光領域15Cの発光波長は、青色から緑色に跨る例えば480〜520nmの範囲内にピークを有する。
なお、LEDパッケージ10bにおける4つ目の発光領域15Cの発光色は、シアン色に限らず、例えば黄色か、またはアンバー色などの他の色であってもよい。発光領域15Cが黄色に発光する場合には、封止樹脂15Cは、LED素子13からの青色光を吸収して黄色に発光するYAG(Yttrium Aluminum Garnet)などの黄色蛍光体を含有すればよい。また、発光領域15Cがアンバー色に発光する場合には、封止樹脂15Cは、例えば黄色蛍光体と赤色蛍光体の両方を含有してもよいし、あるいは、LED素子13からの青色光を吸収してアンバー色に発光する1種類の蛍光体を含有してもよい。
図13(B)および図13(C)は、発光装置3の主回路基板5b,5b’の部分拡大図である。発光装置3の主回路基板は、LEDパッケージ10bに4つ目の発光領域15Cがあることに対応して電極端子(主回路基板電極)52C,53Cが追加されている点が上記の主回路基板5とは異なり、その他の点では主回路基板5と同様の構成を有する。発光装置3の主回路基板でも、上記の主回路基板5,5aと同様に、電極端子52R,53R,52G,53G,52B,53B,52C,53Cは、図13(B)の主回路基板5bのように開口部51の両側に4個ずつ形成されていてもよいし、図13(C)の主回路基板5b’のように開口部51の一方の側に8個まとめて形成されていてもよい。
図14は、LEDパッケージ10bのパッケージ基板11bの上面図である。パッケージ基板11bは、図13(B)の主回路基板5bに対応した電極端子(パッケージ電極)24R,25R,24G,25G,24B,25B,24C,25Cと、配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23B,22C,23Cとを有する。配線パターン22R,22G,22B,22Cは、それぞれ、発光領域15R,15G,15B,15Cに対応するLED素子13の実装領域11R,11G,11B,11Cの周囲からパッケージ基板11bの外周側に延び、図14におけるパッケージ基板11bの左下半分で円弧状に延びている。また、配線パターン23R,23G,23B,23Cも、同様に、図14におけるパッケージ基板11bの右上半分で円弧状に延びている。
電極端子24R,24G,24B,24Cは、配線パターン22R,22G,22B,22Cの円弧上に90度間隔で2つずつ配置されている。電極端子25R,25G,25B,25Cは、実装領域11R,11G,11B,11Cを間に挟んだ電極端子24R,24G,24B,24Cとは反対側において、配線パターン23R,23G,23B,23Cの円弧上に90度間隔で2つずつ配置されている。2組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25B,24C,25Cは、90度ずつ間隔を空けて、互いに回転対称な位置関係で、それぞれ、実装領域11R,11G,11B,11Cの中央を通る同一直線上に載るように配置されている。
図15は、LEDパッケージ10bの別のパッケージ基板11b’の上面図である。パッケージ基板11b’は、図13(C)の主回路基板5b’に対応した電極端子と配線パターンを有する。パッケージ基板11b’の配線パターンは、実装領域11R,11G,11B,11Cよりも外側では、パッケージ基板11bの中心側から外周側に向かって、配線パターン23R,23B,22B,23G,22R,23C,22C,22Gの順で8重の同心円状に配置されている。また、電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25B,24C,25Cは、配線パターン22R,23R,22G,23G,22B,23B,22C,23Cの円弧上の4箇所に、90度ずつ間隔を空けて、互いに回転対称な位置関係で、それぞれ同一直線上に載るように配置されている。
パッケージ基板11b’を有するLEDパッケージ10bでは、電極端子の組数の冗長度は4であり、これは、LEDパッケージ10bにおける発光色数(赤色、緑色、青色およびシアン色の4色)である4に等しい。また、LEDパッケージ10bの発光領域の個数は4であり、4組の電極端子24R,25R,24G,25G,24B,25B,24C,25Cは、発光領域15R,15G,15B,15Cの中央を中心として、360度/4=90度の整数倍だけ互いにずれて配置されている。
発光装置3では、例えば、図13(A)のLEDパッケージ10b1に対して、図13(A)におけるその左隣のLEDパッケージ10b2では、各発光領域が+90度回転している。また、LEDパッケージ10b1に対して、図13(A)におけるその右隣のLEDパッケージ10b3では、各発光領域が−90度回転している。すなわち、LEDパッケージ10bの発光領域の個数をn(=4)とすると、主回路基板5bの上面内の基準方向(例えば、主回路基板5bの1辺)に対するLEDパッケージ10bの配置角度は、360度/nの整数倍だけ互いに異なる。発光装置3でも、発光装置1と同様に、各LEDパッケージ10bの発光領域を一括で発光させたときの照射面の混色性を、1種類の主回路基板5bと1種類のLEDパッケージ10bにより容易に向上させることができる。
図16(A)は、別の発光装置4の上面図である。発光装置4は、主回路基板および放熱基板の中央に開口部が形成されていない点と、LEDパッケージとが発光装置1とは異なり、その他の点では発光装置1と同じ構成を有する。なお、図16(A)でも、レンズアレイ8の図示を省略している。
発光装置4のLEDパッケージ10cでは、発光領域の分割数は2であり、LEDパッケージ10cのダム材14cは、それに対応して、円環部分と、その円を2等分する1本の直線部分とを有する。この直線部分は、ダム材14cの円の直径に相当する。ダム材14cにより囲まれ封止樹脂(封止樹脂15C,15W)が充填された中心角180度の2つの扇形領域が、LEDパッケージ10cの発光領域15C,15Wである。発光装置4では、発光領域15Cは寒色(例えば、色温度6500K)に、発光領域15Wは暖色(例えば、色温度3500K)に、それぞれ発光する。
図16(B)は、発光装置4の主回路基板5cの部分拡大図である。発光装置4の主回路基板5cは、LEDパッケージ10cの発光領域が2つであることに対応して4つの電極端子(主回路基板電極)52C,53C,52W,53Wを有する点が上記の主回路基板5とは異なり、その他の点では主回路基板5と同様の構成を有する。主回路基板5cでも、これらの電極端子は、図16(B)に示すように開口部51の一方の側に4個まとめて形成されていてもよいし、あるいは、図2(B)と同様に、開口部51の両側に2個ずつ形成されていてもよい。
図16(C)は、LEDパッケージ10cのパッケージ基板11cの上面図である。パッケージ基板11cの配線パターンは、発光領域15C,15Wに対応するLED素子13の実装領域11C,11Wよりも外側では、パッケージ基板11cの中心側から外周側に向かって、配線パターン23C,22C,23W,22Wの順で4重の同心円状に配置されている。また、パッケージ基板11cの電極端子(パッケージ電極)24C,25C,24W,25Wは、配線パターン22C,23C,22W,23Wの円弧上の4箇所に、90度ずつ間隔を空けて、互いに回転対称な位置関係で、それぞれ同一直線上に載るように配置されている。
図17(A)および図17(B)は、LEDパッケージ10cの別のパッケージ基板11c’,11c’’を示す上面図である。実装領域11C,11W(発光領域15C,15W)は、パッケージ基板11c’を有するLEDパッケージ10cではそれぞれ2分割され、パッケージ基板11c’’を有するLEDパッケージ10cではそれぞれ4分割されている。ただし、パッケージ基板11c’,11c’’における配線パターン22C,23C,22W,23Wの形状および電極端子24C,25C,24W,25Wの配置の特徴は、パッケージ基板11cについて上記したものと同様である。
パッケージ基板11c,11c’,11c’’を有するLEDパッケージ10cでは、電極端子の組数の冗長度はそれぞれ2,4,6であり、これは、LEDパッケージ10cにおける発光色数(寒色および暖色の2色)である2以上である。また、特にパッケージ基板11c’を有するLEDパッケージ10cでは、発光領域の個数は4であり、2組の電極端子24C,25C,24W,25Wは、360度/4=90度の整数倍だけ互いにずれて配置されている。
発光装置4では、例えば、図16(A)のLEDパッケージ10c1に対して、図16(A)におけるその左隣のLEDパッケージ10c2では、各発光領域が+90度回転している。また、LEDパッケージ10c1に対して、図16(A)におけるその右隣のLEDパッケージ10c3’では、各発光領域が−90度回転している。これは他のLEDパッケージ10cについても同様であり、発光装置4では、主回路基板5cの上面内における各LEDパッケージ10cの各発光領域の配置角度が90度ずつ異なる。発光装置4でも、発光装置1と同様に、各LEDパッケージ10cの発光領域を一括で発光させたときの照射面の混色性を、1種類の主回路基板5cと1種類のLEDパッケージ10cにより容易に向上させることができる。
1〜4 発光装置
5,5a〜5c,5b’ 主回路基板
6 放熱基板
8 レンズアレイ
10,10’,10a〜10d LEDパッケージ
11,11’,11a〜11d,11a’〜11c’,11c’’ パッケージ基板
13 LED素子
14,14a〜14c ダム材
15R,15G,15B,15C,15W 封止樹脂(発光領域)
22R,23R,22G,23G,22B,23B,22C,23C,22W,23W 配線パターン
24R,25R,24G,25G,24B,25B,24C,25C,24W,25W,52R,53R,52G,53G,52B,53B,52C,53C,52W,53W 電極端子
5,5a〜5c,5b’ 主回路基板
6 放熱基板
8 レンズアレイ
10,10’,10a〜10d LEDパッケージ
11,11’,11a〜11d,11a’〜11c’,11c’’ パッケージ基板
13 LED素子
14,14a〜14c ダム材
15R,15G,15B,15C,15W 封止樹脂(発光領域)
22R,23R,22G,23G,22B,23B,22C,23C,22W,23W 配線パターン
24R,25R,24G,25G,24B,25B,24C,25C,24W,25W,52R,53R,52G,53G,52B,53B,52C,53C,52W,53W 電極端子
Claims (9)
- 主回路基板と、
前記主回路基板に実装された複数のLEDパッケージと、を有し、
前記複数のLEDパッケージのそれぞれは、
パッケージ基板と、
それぞれが複数のLED素子を含む複数の発光領域であって、前記パッケージ基板上において互いに回転対称な位置関係で形成され、少なくとも一部の発光領域が他の発光領域とは異なる色に発光する複数の発光領域と、
前記パッケージ基板上において前記複数の発光領域の周囲に互いに回転対称な位置関係で形成された複数組のパッケージ電極であって、互いに独立に発光可能な前記複数の発光領域の正極および負極に対応する複数のパッケージ電極を1組とする複数組のパッケージ電極と、を有し、
前記主回路基板は、前記複数のLEDパッケージのそれぞれについて、当該LEDパッケージの前記複数組のパッケージ電極のうちの1組が接続される1組の主回路基板電極を有する、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記複数のLEDパッケージのそれぞれにおける前記パッケージ電極の組数は、当該LEDパッケージにおける前記複数の発光領域の発光色数以上の冗長度を有する、請求項1に記載の発光装置。
- 1つの前記LEDパッケージの前記発光領域の個数をnとすると、前記複数組のパッケージ電極は、前記複数の発光領域の中央を中心として、360度/nの整数倍だけ互いにずれて配置されている、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記主回路基板の上面内の基準方向に対する前記上面内の前記複数のLEDパッケージの配置角度がLEDパッケージごとに異なる、請求項3に記載の発光装置。
- 前記LEDパッケージ同士の前記配置角度は360度/nの整数倍だけ異なる、請求項4に記載の発光装置。
- 前記複数の発光領域のそれぞれは、前記複数のLED素子と、前記パッケージ基板上に充填されて前記複数のLED素子を封止する封止樹脂とで構成され、
前記複数のLEDパッケージのそれぞれは、
前記パッケージ基板上に形成され、前記複数の発光領域の中央から放射状に延びる直線部分を有し、前記複数の発光領域を区分けするダム材と、
前記パッケージ基板上に互いに重ならずに形成され、前記複数のLED素子と前記複数組のパッケージ電極とを電気的に接続する複数の配線パターンであって、一部が前記ダム材の前記直線部分の下を通って前記発光領域の周囲から前記パッケージ基板の外周側に延び、さらに前記複数の発光領域の外周を取り囲むように延びている複数の配線パターンと、
をさらに有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記複数の発光領域のそれぞれは扇形であり、
前記複数の発光領域は、全体として1つの円形の発光領域を形成し、
前記複数の配線パターンは、前記パッケージ基板の外周側において前記複数の発光領域の中央を中心として同心円状に延び、
前記複数組のパッケージ電極は、前記複数の配線パターンの円弧上に配置されている、請求項6に記載の発光装置。 - 前記複数組のパッケージ電極は、組ごとに、前記複数の発光領域の中央を通る同一直線上に配置され、
前記1組の主回路基板電極も、LEDパッケージごとに同一直線上に配置されている、請求項7に記載の発光装置。 - 前記主回路基板は複数の開口部を有し、
前記1組の主回路基板電極は、前記主回路基板の裏面における前記複数の開口部の周囲にそれぞれ形成され、
前記複数のLEDパッケージのそれぞれは、前記複数の発光領域が前記開口部内に位置するように前記主回路基板の裏面側から前記主回路基板に接続されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光装置。
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