JP5212178B2

JP5212178B2 - 発光モジュール

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Publication number: JP5212178B2
Application number: JP2009046738A
Authority: JP
Inventors: 清大谷; 明子斉藤; 昌裕泉; 友広三瓶; 裕美子林田; 淳哉村田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010205775A

Description

本発明は、例えばスポットライト等の投光器や照明器具の光源等に使用される発光モジュールに関する。

装置基板の一面に、四角い枠からなるリフレクタを設け、このリフレクタの内側に、直列回路をなすチップ列をこの列が延びる方向と直交する方向に複数並設するとともに、蛍光体が混ぜられたシリコーン樹脂等の透光性封止樹脂をリフレクタの内側に充填して、この封止樹脂で各チップ列を埋設したＣＯＢ（chip on board）型の照明装置が、従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この照明装置でチップ列の夫々は、一対の素子電極を有した複数のＬＥＤチップを、列をなして配設するとともに、列が延びる方向に隣接されたＬＥＤチップの素子電極にボンディングワイヤの両端をワイヤボンディングして、各ＬＥＤチップを直列接続して形成されている。これとともに、各チップ列の長さはいずれも同じであり、これらのチップ列が並設されることで、リフレクタで区画された四角い領域の略全域にわたってＬＥＤチップが縦横に整列されてマトリックス状に配設されている。

こうした構成の照明装置では、チップ列が延びる方向に並んだＬＥＤチップ間に、ボンディングワイヤの一端が接合される中継導体(ボンディングパット)を要しない。そのため、ＬＥＤチップの配設ピッチが短く、ＬＥＤチップを高密度に配設する上で好適である。

特開２００８−２７７５６１号公報

例えば、スポットライト等から出射される光は、投影系光学部品の関係から発光部の形状に近い配光パターンで被照射部に投影される。特許文献１に記載の照明装置をスポットライトの光源として使用すると、この照明装置では、同じ大きさの複数のチップ列が、四角い領域の全域に並設されているので、各チップ列のＬＥＤチップを一斉に発光させるに伴い、被照射部に投影された配光パターンは略四角となる。

しかしながら、スポットライト等では、それにより被照射部に投影される配光パターンは、一般的に略丸であることが必要とされているため、このような配線パターンは適当ではない。更に、特許文献１に記載の照明装置の各チップ列は折り返されている。それに伴い、個々のチップ列が有したＬＥＤチップを直列接続するボンディングワイヤの配線方向を、チップ列の折り返し部で変える必要があり、そのため、ボンディングワイヤの引き回し上好ましくない。

以上のように従来のＣＯＢ型の照明装置では略丸い配光パターンを作ることができないとともに、ボンディングワイヤの引き回しを単純化できないという課題がある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、モジュール基板と；銀層及びこの上に形成された表層を有して、前記モジュール基板上に積層された複数の反射層と；これら反射層の両側に夫々沿うように延びて前記モジュール基板上に設けられた配線導体と；列をなして並べられ前記各反射層上にダイボンド材により固定された複数のチップ状ＬＥＤ、及び前記列が延びる方向に隣接した前記ＬＥＤのアノード用とカソード用の素子電極に両端を接続して設けられたボンディングワイヤからなるＬＥＤ列を複数備え、これらＬＥＤ列の夫々に含まれる前記ＬＥＤの個数が同じであるとともに、複数の前記ＬＥＤ列を前記列が延びる方向と直交する方向に並べて前記反射層上に四角い領域を占めて配設された二つ以上の発光グループと；前記発光グループが有した前記各ＬＥＤ列の両端に位置されたＬＥＤと前記配線導体を接続した端部ボンディングワイヤと；前記各反射層、前記各配線導体、前記各発光グループ、及び前記端部ボンディングワイヤを共通して埋めて封止するとともに、蛍光体が混ぜられた透光性の封止部材と；を具備し、二つ以上の前記発光グループはそれが有した前記ＬＥＤ列の並び方向の長さが異なる二種類以上の前記発光グループを含んでおり、これら各種の前記発光グループの内で前記ＬＥＤ列の並び方向の長さが最長の前記発光グループの両側に配置された前記発光モジュールが有した前記ＬＥＤ列の並び方向の長さを、前記最長の発光グループから遠く配置された前記発光モジュールほど短く、前記各反射層がその上に配設された前記発光グループより食み出した部位を有し、これら食み出した部位に前記封止部材が密着されていることを特徴としている。

請求項１の発明で、チップ状のＬＥＤ（発光ダイオード）とは、ベアチップからなるＬＥＤを指している。請求項１の発明で、モジュール基板は、合成樹脂又はガラス或いはセラミックスの絶縁層を用いることができ、この場合、絶縁層は一枚であっても複数積層してあってもよく、又、絶縁層の裏面に放熱促進用の金属板を積層してなるモジュール基板を用いることができる。請求項１の発明で、複数のＬＥＤが列をなして並べられるとは、列が直線状であることが好ましいが、それには制約されないとともに、列が折り返された構成ではないことを指している。請求項１の発明で、ダイボンド材は、透光性を有していても、いなくても良い。請求項１の発明で、ボンディングワイヤは、金属細線であればよく、Ａｕ細線を好適に使用できる。

この請求項１に係る発明のＣＯＢ型発光モジュールでは、四角い領域を占めて配設される二種類以上の発光グループをそれらのＬＥＤ列の並び方向の長さが最長の発光グループを基準に、その両側に前記並び方向の長さが短い発光グループが配置されている。そのため、こうした発光グループの組み合わせ形状を擬似的に略丸くでき、それに伴い被照射部に投影される配光パターンを擬似的に略丸くできる。しかも、各発光グループが夫々有した複数のＬＥＤ列は、折り返えされていないので、個々のＬＥＤ列をなす複数のＬＥＤを接続するボンディングワイヤの向きが変わらない。加えて、ＬＥＤ列の両端に配置されたＬＥＤは、各発光グループが配設されたモジュール基板上の配線導体に端部ボンディングワイヤにより接続されていて、これら端部ボンディングワイヤをＬＥＤ列が延びた方向に沿うように配線される。したがって、各ボンディングワイヤの引き回しを単純化でき、製造上有利である。更に、モジュール基板上の金属製の反射層の夫々がヒートスプレッダとして機能して、これらの層の全体にわたり熱を拡散するので、ＬＥＤの熱を速やかにモジュール基板に伝導させることができ、加えて、封止部材の熱の一部を、各反射層の食み出した部位で受けて、速やかにモジュール基板に伝導させて、封止部材に熱が篭ることが抑制されることにより、ＬＥＤの温度上昇を抑制できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記最長の発光グループが有した前記ＬＥＤ列の並び方向の全長が、各種の前記発光グループの内で前記ＬＥＤ列の並び方向の全長が最短の前記発光グループの前記最短全長に対して１．２５倍〜２.２０倍であることを特徴としている。

この請求項２の発明では、長さが最長の発光グループの全長と長さが最短の発光グループの全長の比を、１．２５倍〜２.２０倍としたので、この範囲を外れる場合のように被照射部に投影された配光パターンが実用上許容されない形状となることがなく、被照射部に投影された配光パターンを実用上許容される程度に擬似的に略丸くできる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記各発光グループが有した前記ＬＥＤの前記列が延びた方向及び前記ＬＥＤ列が並んだ方向の配設ピッチが、前記ＬＥＤの大きさに対して１．２倍〜３．６倍であることを特徴としている。

この請求項３の発明では、チップ状ＬＥＤの配設ピッチが３．６倍を超えないので、ＬＥＤに対応する投影領域とＬＥＤ間の領域に対応する投影領域との明暗差が過度に目立たないようにでき、配光パターンの品質を保証できる。又、チップ状ＬＥＤの配設ピッチが１．２倍を下回ることがないので、ＬＥＤの配設ピッチを原因としてＬＥＤの実装が不良とならないようにできる。即ち、ＬＥＤの実装においてＬＥＤ同士が干渉する恐れがないとともに、ＬＥＤ一個毎に設けられるダイボンド材同士が干渉することに伴い、熱硬化前のダイボンド材の厚みが不揃いになることを原因として、ＬＥＤが不安定な状態に固定される恐れがない。

請求項４の発明は、請求項１から３の内のいずれか一項の発明において、前記配線導体の一部、前記各発光モジュール、及び前記端部ボンディングワイヤを内側に配して前記モジュール基板上に固定された四角い枠体と、この枠体内に充填されるとともに蛍光体が混ぜられた透光性の封止部材を備えていることを特徴としている。この発明で、封止部材は、合成樹脂でもガラスでも差し支えない。

この請求項４の発明では、複数の発光モジュールの組み合わせ形状が擬似的に略丸いにも拘らず、枠体が四角いので、この枠体内に充填された封止部材は、複数の発光モジュールが配置された領域から外れた領域、言い換えれば、ＬＥＤが配置されていない枠体の四隅部等の部位にも封止部材が設けられている。そして、この部位に含まれた蛍光体は、同部位に差し込んだ光で励起される際に熱を発生するため、封止部材内の蛍光体が発した熱の一部が、枠体の内側全域からモジュール基板に与えられて、モジュール基板の温度分布の均一化を図り易い。したがって、モジュール基板の熱分布が異なることに伴うモジュール基板の熱応力が発生し難く、前記熱応力の発生を原因として封止部材がモジュール基板から剥離することを抑制できる。

請求項１，２の発明のＣＯＢ型の発光モジュールによれば、略丸い配光パターンを作ることができるとともに、ボンディングワイヤの引き回しも単純化でき、しかも、各ＬＥＤの温度上昇を抑制できる、という効果がある。

請求項３の発明のＣＯＢ型の発光モジュールによれば、請求項１又は２の発明において、更に、チップ状ＬＥＤの配設ピッチを原因とする配光パターンでの過度の明暗差が抑制されて配光パターンの品質を保証できるとともに、チップ状ＬＥＤの配設ピッチを原因としてＬＥＤの実装が不良とならないようにできる、という効果がある。

請求項４の発明のＣＯＢ型の発光モジュールによれば、請求項１から３の内のいずれかの発明において、更に、封止部材がモジュール基板から剥離する原因となるモジュール基板での熱応力の発生を抑制できる、という効果がある。

本発明の一実施の形態に係る発光モジュールをその一部を省略して示す正面図である。図１中矢印Ｆ２−Ｆ２線に沿って示す断面図である。図１中Ｆ３部の拡大正面図である。図１の発光モジュールが備えるＬＥＤを拡大して示す正面図である。（Ａ）は図１の発光モジュールが備える一つの発光グループをなす複数のＬＥＤが高密度に配設された状態を示す図である。（Ｂ）は前記発光グループをなす複数のＬＥＤが低密度に配設された状態を示す図である。図１の発光モジュールが有した複数の発光グループが擬似的な円形をなして配設された第１の態様を示す概略的正面図である。図１の発光モジュールが有した複数の発光グループが擬似的な円形をなして配設された第２の態様を示す概略的正面図である。

以下、図１〜図７を参照して本発明の一実施の形態について、詳細に説明する。

図１中符号１はＣＯＢ型の発光モジュールを示している。発光モジュール１は、例えばスポットライトの投影レンズ群の焦点に配置されて、このライトの光源として使用される。

発光モジュール１は、モジュール基板２と、複数の反射層６〜１０と、複数の配線導体１１〜２０と、三つ以上の発光グループ２１〜３０と、端部ボンディングワイヤ４１と、保護層４２と、枠体４４と、封止部材４８とを具備している。

モジュール基板２は、所定形状例えば図１に示すように四角形であるとともに、図２に示すように絶縁層３の裏面に金属板４を積層して形成されている。絶縁層３は合成樹脂製である。金属板４はアルミニウム又はその合金からなる。なお、図１中符号２ａはモジュール基板２の四隅に開口された取付け孔を示している。

図１に示すように例えば５個の反射層６〜１０は、モジュール基板２の互いに平行な二辺を結ぶ方向に延びる長方形状をなしていて、同じ大きさであるとともに、モジュール基板２の互いに平行な他の二辺を結ぶ方向に間隔を置いて並べられている。これら反射層６〜１０は、図２に示すようにモジュール基板２上に積層されている。各反射層６〜１０は、絶縁層３上に積層された銅と、この銅層上にめっきされたニッケルと、このニッケル上にめっきされた銀により形成されている。なお、反射層６〜１０はその少なくとも表層が銀製であれば二層でも差し支えない。

夫々が一対の配線導体１１〜２０は、モジュール基板２上に積層され、これらも、銅とニッケルと銀の三層構造をなしているが、反射層６〜１０と同様に少なくとも表層が銀製であれば二層でも一層でも差し支えない。配線導体１１〜２０と反射層６〜１０とは、エッチングやめっき処理等により同時に形成される。

図１に示すようにアノード側及びカソード側を担う一対の配線導体１１は、反射層６に対して必要な絶縁距離を隔ててこの反射層６の両側に沿うように延びて設けられている。これら配線導体１１の一端部は端子部１１ａ又は１１ｂをなしている、同様に、一対の配線導体１２は反射層７に対して設けられていて端子部１２ａ又は１２ｂを有し、一対の配線導体１３は反射層８に対して設けられていて端子部１３ａ又は１３ｂを有し、一対の配線導体１４は反射層９に対して設けられていて端子部１４ａ又は１４ｂを有し、一対の配線導体１５は反射層１０に対して設けられていて端子部１５ａ又は１５ｂを有している。各端子部１１ａ〜１５ａ，１１ｂ〜１５ｂは、夫々反射層６〜１０の長手方向一端(図１ではモジュール基板２の下端)から離れて反射層６〜１０の並び方向と同方向に並べられている。

同様に、アノード側及びカソード側を担う一対の配線導体１６は、反射層６に対して必要な絶縁距離を隔ててこの反射層６の両側に沿うように延びて設けられている。これら配線導体１６の一端部は端子部１６ａ又は１６ｂをなしている、同様に、一対の配線導体１７は反射層７に対して設けられていて端子部１７ａ又は１７ｂを有し、一対の配線導体１８は反射層８に対して設けられていて端子部１８ａ又は１８ｂを有し、一対の配線導体１９は反射層９に対して設けられていて端子部１９ａ又は１９ｂを有し、一対の配線導体２０は反射層１０に対して設けられていて端子部２０ａ又は２０ｂを有している。各端子部１６ａ〜２０ａ，１６ｂ〜２０ｂは、夫々反射層６〜１０の長手方向他端(図１ではモジュール基板２の上端)から離れて反射層６〜１０の並び方向と同方向に並べられている。

モジュール基板２の図１中一点鎖線で示す中心線Ａを境に、配線導体１１，１６は線対称であり、同様に、配線導体１２，１７、配線導体１３，１８、配線導体１４，１９、及び配線導体１５，２０の夫々も中心線Ａを境に線対称である。

発光グループ２１〜３０は全長が異なる三種に分けられている。即ち、全長が最長の発光グループ２３，２８と、全長が最短の発光グループ２１，２５，２６，３０と、全長が中間長さの発光グループ２２，２４，２７，２９とに分けられている。なお、各発光グループ２１〜３０の全長とは、後述するＬＥＤ列の並び方向（図１では上下方向）の長さを指しており、図６及び図７では上下方向に連続した二つの発光グループの合計全長を夫々符号Ｌ１〜Ｌ３で示す。

最長の合計全長Ｌ１を有した発光グループ２３，２８は、反射層６〜１０の内でそれらの並び方向中央部に位置された反射層８上に実装されていて、中心線Ａを境に線対称である。最短の合計全長Ｌ３を有した発光グループ２１，２６は、反射層６〜１０の内でそれらの並び方向一端に位置された反射層６上に実装されていて、中心線Ａを境に線対称であり、同様に最短の合計全長Ｌ３を有した発光グループ２５，３０は、反射層６〜１０の内でそれらの並び方向他端に位置された反射層１０上に実装されていて、中心線Ａを境に線対称である。中間長さの合計全長Ｌ２を有した発光グループ２２，２７は、反射層６，８間の反射層７上に実装されていて、中心線Ａを境に線対称であり、同様に中間長さの合計全長Ｌ２を有した発光グループ２４，２９は、反射層８，１０間の反射層９上に実装されていて、中心線Ａを境に線対称である。

したがって、図１に示すように三種の発光グループの内で最長の合計全長Ｌ１を有した発光グループ２３，２８の両側に配置された発光モジュールの全長は、発光グループ２３，２８から遠く配置された発光モジュールほど短い。

以上のように三種に分けられたグループ毎に応じて全長が異なっている他は、各発光グループ２１〜３０の構成は同じである。そのため、ここでは、図２に示した発光グループ２６で代表して説明する。

発光グループ２６は複数のＬＥＤ列３１を備えている。各ＬＥＤ列３１は、発光素子であるチップ状の複数のＬＥＤ(発光ダイオード)３２及びボンディングワイヤ３７からなる。

各ＬＥＤ３２は、サファイアガラス等の絶縁性を有した透光性のＬＥＤ基板３２ａに発光層３２ｂが設けられたベアチップからなり、通電されることにより発光層３２ｂは青色系の光を発光する。図４に示すようにＬＥＤ３２は平面視長方形状であり、その発光層３２ｂ上に一対の素子電極３３，３４を有している。一方の素子電極はアノード用であり、他方の素子電極はカソード用である。

これらＬＥＤ３２は、モジュール基板２に積層された反射層６〜１０上に、これら反射層６〜１０の長手方向及び配線導体１１〜２０が延びる方向と直交する方向、つまり、図１において左右方向に好ましくは真っ直ぐな列をなして並べられ固定されている。これらの固定は、ＬＥＤ基板３２ａの発光層３２ｂが設けられた面とは反対側の面を、透光性のダイボンド材３５で接着することでなされている。ダイボンド材３５には透光性のシリコーン樹脂等が用いられている。

ボンディングワイヤ３７は金の細線からなる。ボンディングワイヤ３７は、その両端を、図３で代表して示すようにＬＥＤ列３１が延びる方向に隣接したＬＥＤ３２同士のアノード用とカソード用の素子電極３３，３４にワイヤボンディングにより接続して設けられている。それにより、列をなした複数のＬＥＤ３２が電気的に直列接続されている。

図３で代表して示すように各発光グループ６が備えた複数のＬＥＤ列３１の夫々に含まれるＬＥＤ３２の個数は同じである。そして、図１に示すように各ＬＥＤ列３１は、それが延びる方向と直交する方向に並べられていて、モジュール基板２上に四角い領域を占めて既述のように配設されている。そのため、各発光グループ２１〜３０において、それらが有したＬＥＤ３２はマトリックス状をなして縦横に整列して配設されている。発光グループ２６で代表するが、その全長とは、各ＬＥＤ列３１が延びる方向と直交する方向に並べられた長さを指しており、図６及び図７において個々の各発光グループ２１〜３０の全長の２倍の合計寸法を符号Ｌ１〜Ｌ３で示す。

前記三種の発光グループの全長同士の関係は以下の範囲で設定されている。即ち、最長の発光グループ２３，２８の全長（ＬＥＤ列３１が並んだ方向の寸法）が、各種の発光グループの内でＬＥＤ列３１の並んだ方向の全長が最小の発光グループ２１，２５，２６，３０の全長（ＬＥＤ列３１が並んだ方向の寸法）に対して、１．２５倍〜２.２０倍の範囲で設定されている。なお、本実施形態では、全長が最長の発光グループ２３，２８が縦方向に連続して並べられているので、これらの合計全長を符号Ｌ１で示している。同様に、全長が最小の発光グループ２１，２６が縦方向に連続して並べられているとともに、全長が最小の発光グループ２５，３０が縦方向に連続して並べられているので、夫々の合計全長を符号Ｌ３で示している。同様に、全長が中間の発光グループ２２，２７が縦方向に連続して並べられているとともに、全長が中間の発光グループ２４，２９が縦方向に連続して並べられているので、夫々の合計全長を符号Ｌ２で示している。したがって、合計全長Ｌ１は、合計全長Ｌ３×（１．２５〜２.２０）倍の長さに設定されている。

こうした設定範囲で下限を選択した場合の各発光グループの配設態様を図６に示し、前記設定範囲で上限を選択した場合の各発光グループの配設態様を図７に示す。これら図６及び図７において符号Ｄは、各ＬＥＤ３２が理想的に配置された場合における配設領域を示しており、この領域の形状は円形である。

このように理想的な円形配設領域Ｄに対して、図６の場合も図７の場合も、各発光グループ２１〜３０は密集されて擬似的な円形状をなすように組み合わされている。したがって、前記設定範囲を外れる場合のように被照射部に投影される配光パターンが実用上許容されない形状となることがなく、被照射部に投影された配光パターンを実用上許容される程度に擬似的に略丸くできる。特に、図６の場合には、密集して組み合わされた各発光グループ２１〜３０一端部が、円形配設領域Ｄの縁に略一致して配設されるように各発光グループ２１〜３０が組み合わされているので、略丸い擬似的な配光パターンを得る上で好ましい。

更に、各発光グループ２１〜３０が夫々有した各ＬＥＤ列３１が延びる方向の配設ピッチと、各ＬＥＤ列３１の並び方向の配設ピッチは、ＬＥＤ３２の大きさに対して１．２倍〜３．６倍の範囲で設定されている。

具体的には、図５(Ａ）（Ｂ）に示したように一個のＬＥＤ３２の大きさは、例えば縦寸法Ｂ（ＬＥＤ列３１が延びる方向の寸法）が０．２４ｍｍ、横寸法Ｃ（複数のＬＥＤ列３１が並ぶ方向の寸法）が０．４８ｍｍである。そして、ＬＥＤ３２をマトリックス状に配設して各発光グループ２１〜３０を形成するにあたり、ＬＥＤ３２の縦方向の最小配設ピッチＰ１と横方向の最小配設ピッチＰ２を図５（Ａ）に示し、ＬＥＤ３２の縦方向の最大配設ピッチＰ３と横方向の最大配設ピッチＰ４を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）で縦方向の最小配設ピッチＰ１は０．３ｍｍ、横方向の最小配設ピッチＰ２は０．５ｍｍである。図５（Ｂ）で縦方向の最大配設ピッチＰ３は０．８５ｍｍ、横方向の最大配設ピッチＰ４は１．３５ｍｍである。

このような配設ピッチでチップ状のＬＥＤ３２が密集して配設されている発光モジュール１では、その最大配設ピッチが３．６倍を超えないので、スポットライトの点灯により被照射部に投影された配光パターンにおいて、ＬＥＤ３２に対応する投影領域と縦方向及び横方向に隣接したＬＥＤ３２間の領域に対応する投影領域との明暗差が過度に目立たないようにでき、スポットライトとして要求される配光パターンの品質を保証できる。

そして、チップ状のＬＥＤ３２の配設ピッチが１．２倍を下回ることがないので、ＬＥＤ３２の配設ピッチを原因としてＬＥＤ３２の実装が不良とならないようにできる。

即ち、ＬＥＤ列３１をなす複数のＬＥＤ３２をモジュール基板２上にチップマウンターで実装する際、先行して実装されたＬＥＤ３２に次に実装しようとするＬＥＤ３２が干渉する虞がなく、実装不良を回避できる。これとともに、ＬＥＤ３２の実装にあたり、夫々のＬＥＤ３２一個毎に、それらが固定される実装予定部に予め塗布される未硬化のダイボンド材３５同士が干渉しないようにできる。隣接したダイボンド材３５が干渉したとすると、干渉したダイボンド材３５の厚みが、干渉しないダイボンド材３５の厚みとは異なるように変化することがある。これにより、塗布された未硬化のダイボンド材３５の厚みが熱硬化前に不揃いになることを原因としてＬＥＤ３２が不安定な状態に固定される場合がある。しかし、本実施形態では、既述のように塗布された未硬化のダイボンド材３５同士が干渉しないので、各ＬＥＤ３２を所定の状態に安定させてモジュール基板２上に固定することができる。

端部ボンディングワイヤ４１は金の細線からなる。この端部ボンディングワイヤ４１は、発光グループ２１〜３０の夫々において、それらが有した各ＬＥＤ列３１の両端に位置されているＬＥＤ３２と、発光グループの両側に位置された一対の配線導体とを接続している。即ち、図２で代表して示すように発光グループ２６の両側に位置された一対の配線導体１６と、発光グループ２６が有した各ＬＥＤ列３１の両端のＬＥＤ３２とが、端部ボンディングワイヤ４１により接続されている。したがって、発光グループ２６が有した各ＬＥＤ列３１は電気的に並列接続されている。この接続関係は、他の発光グループとその両側に配置された一対の配線導体についても同様である。

保護層４２は、絶縁性のレジストからなり、四角枠状をなしていて、モジュール基板２の周部に積層されている。保護層４２は、モジュール基板２と同じ大きさであって、各反射層６〜１０を囲んでいる。この保護層４２は、取付け孔２ａ及び各端子部１１ａ〜２０ａ，１１ｂ〜２０ｂを露出させる逃げ孔４２ａを有している。

枠体４４は合成樹脂等の絶縁材からなり、モジュール基板２に積層された保護層４２上に固定されている。そのため、図１に示すように枠体４４の内側に、反射層６〜１０、配線導体１１〜２０の反射層６〜１０に沿う部位、発光グループ２１〜３０、及び端部ボンディングワイヤ４１が配設されている。

この枠体４４の内周面４４ａは発光グループ２１〜３０とは非接触であり、そのために、内周面４４ａに最接近している発光グループ２１，２５，２６，３０、及び発光グループ２３，２８との間では、０．５ｍｍ以上空けられている。この離間寸法を図６及び図７に符号Ｇで示す。

これにより、平面視において各発光グループ２１〜３０の一部が枠体４４で覆われないようになる。しかも、既述のように各発光グループ２１〜３０が擬似的な円形となる領域を占めて配設されているのに対して枠体４４が四角形であるので、この枠体４４の四隅部では、各発光グループ２１〜３０を、離間寸法Ｇ以上大きく内周面４４ａから離すことができる。

したがって、次に説明する封止部材４８と枠体４４の界面で気泡が発生して、それが封止部材４８に封じ込められた状態に残留した場合でも、この残留気泡にＬＥＤ３２等から放射された光が直接的に入射し難いので、残留気泡により光の散乱を原因とする配光上の品質低下を抑制し易い。

なお、既述のように四角い枠体４４を用いたことにより、略同じ全長の発光グループ２１〜３０を採用して発光モジュール１を製造する場合に、枠体４４及びモジュール基板２を共通にして対応できるので、こうした仕様変更への対応が容易である。

封止部材４８(図１及び図２参照)は枠体４４内に充填されて、その内側の部材を埋設することでこれらの部材を封止している。封止部材４８は透光性を有する材料からなり、例えば透明シリコーン樹脂製である。この封止部材４８には図示しないが蛍光体が分散して混ぜられている。蛍光体には、例えば各ＬＥＤ３２が発する青色系の光によって励起されて黄色系の光を放射する黄色蛍光体が用いられているが、演色性向上のために赤色系蛍光体や緑色系蛍光体が添加されていてもよい。

前記ＣＯＢ型の発光モジュール１は、以上説明したように四角い領域を占めて配設される三種類の発光グループ２１〜３０をそれらのＬＥＤ列３１の並び方向の長さ(全長)が最長の発光グループ２３，２８を基準に、その両側に前記並び方向の長さ(全長)が短い発光グループ２２，２７、及び２８，２９が長さ順に配置されている。そのため、こうした三種類の発光グループ２１〜３０の組み合わせ形状を図６又は図７に例示したように擬似的に略丸くできる。それに伴い、この発光モジュール１を光源としたスポットライトから被照射部に投影される配光パターンを擬似的に略丸くできる。

更に、前記ＣＯＢ型の発光モジュール１では、各発光グループ２１〜３０が夫々有した複数のＬＥＤ列３１は、折り返えされておらず、図３に例示したように真っ直ぐに延びているので、個々のＬＥＤ列３１をなす複数のＬＥＤ３２を直列接続するボンディングワイヤ３７の向きが変わらない。加えて、ＬＥＤ列３１の両端に配置されたＬＥＤ３２が、各発光グループ２１〜３０が配設されたモジュール基板２上の配線導体１１〜２０に端部ボンディングワイヤ４１により接続されていて、これらボンディングワイヤ３７及び端部ボンディングワイヤ４１は、ＬＥＤ列３１が延びた方向に沿うように配線される。したがって、ボンディングワイヤ３７及び端部ボンディングワイヤ４１の引き回しを単純化でき、製造上有利である。

前記構成の発光モジュール１は、その各発光グループ２１〜３０の夫々に、それらの端子部１１ａ〜２０ａ，１１ｂ〜２０ｂを通じて給電されることにより、これら発光グループ２１〜３０が有した各ＬＥＤ３２を一斉に発光させることができる。この発光により放射された青色系の光と、この光の一部で励起された封止部材４８内の蛍光体が発した黄色系の光とが混じって、白色系の光が形成されて、それが発光モジュール１から光の利用方向に出射される。

この場合、ＬＥＤ３２の発光層３２ｂからその裏側に放射された光は、ダイボンド材３５を通ることなく反射層６〜１０のいずれかに入射され、或いはダイボンド材３５を通って反射層６〜１０のいずれかに入射される。いずれにしても、こうして反射層６〜１０に入射された青色系の光は、反射層６〜１０のいずれかで光の利用方向に反射されるので、この点で光の取出し効率が良い。

しかも、反射層６〜１０の全長は、発光グループ２１〜３０の各全長よりも長く、図１に示すように反射層６〜１０は発光グループ２１〜３０から食み出した部位を有している。そして、この部位は蛍光体入りの封止部材４８で覆われている。そのため、前記部位上の封止部材４８に入射された光により励起された蛍光体での放射光の一部を、前記部位で光の利用方向に反射できるので、この点で更に光の取出し効率を向上できる。

又、各ＬＥＤ３２はその発光に伴い発熱する。この熱の多くは、モジュール基板２に伝導されて、その金属板４から外部の図示しないヒートシンク等の放熱部材に放出される。この場合、モジュール基板２上の金属製の反射層６〜１０の夫々がヒートスプレッダとして機能して、これらの層の全体にわたり熱を拡散するので、ＬＥＤ３２の熱を速やかにモジュール基板２に伝導させてＬＥＤ３２の温度上昇を抑制できる。

更に、各ＬＥＤ３２が発した熱の一部が、封止部材４８に伝えられる。これとともに、発光グループ２１〜３０から食み出した反射層６〜１０の部位を覆った封止部材４８内で励起される蛍光体は発熱する。封止部材４８の一部は前記食み出した部位に密着されているので、封止部材４８の熱の一部を、反射層６〜１０の前記食み出した部位で受けて、速やかにモジュール基板２に伝導させることができる。そのため、封止部材４８に熱が篭ることが抑制されるに伴い、ＬＥＤ３２の温度上昇を更に抑制できる。

加えて、発光グループ２１〜３０の組み合わせ形状が擬似的に略丸いにも拘らず、枠体４４が四角いので、各発光グループ２１〜３０が既述のように配置された領域から外れた領域、言い換えれば、ＬＥＤ３２が配置されていない枠体４４の四隅部等の部位にも、枠体４４内に充填された封止部材４８が設けられている。そして、この部位において封止部材４８の熱が既述のようにモジュール基板２に与えられる。こうして、枠体４４の内側全域からモジュール基板２への放熱が行われるに伴い、このモジュール基板２の温度分布の均一化を図り易い。これにより、モジュール基板２の熱分布が異なることに伴うモジュール基板２の熱応力を発生し難くできる。したがって、前記熱応力の発生を原因として封止部材４８がモジュール基板２から剥離することを抑制できる。

前記構成の発光モジュール１では、個々の発光グループ２１〜３０において、それらが有した複数のＬＥＤ列３１は電気的に並列であるので、あるＬＥＤ列３１が発光できなくなっても、それ以外のＬＥＤ列３１は発光を継続する。そのため、あるＬＥＤ列３１が発光できなくなったことを原因として、個々の発光グループ２１〜３０全体の発光が止まることがない。

更に、前記構成の発光モジュール１は、前記中心線Ａを境に線対称に配置された合計十個の発光グループ２１〜３０を有しており、これら発光グループ２１〜３０に対する通電系統が夫々独立している。そのため、仮に、ある発光グループの発光ができなくなっても、それ以外の発光グループは発光を継続するので、発光モジュール１全体の発光が止まることがない。

又、前記構成の発光モジュール１において、各発光グループ２１〜３０の幅は同じであり、そのＬＥＤ列３１が有したＬＥＤ３２の数は同じである。そのため、各ＬＥＤ列３１に印加される電流値、したがって、夫々のＬＥＤ列３１が有した複数のＬＥＤ３２に対する順方向印加電圧を同じにできるので、各ＬＥＤ３２の発光強度のばらつきを抑制できる。

しかも、各ＬＥＤ列３１で使用するＬＥＤ３２の数を異ならせた条件で、以上のように全てのＬＥＤ３２に対する順方向印加電圧を同じにするためには、抵抗を付加して印加電圧を合わせる調整をする必要があるが、こうした対策を本実施形態では要しないので、各発光グループ２１〜３０の電気的構成が単純である。更に、各ＬＥＤ列３１で使用するＬＥＤ３２の数を異ならせた条件で、抵抗を付加しないで印加電圧を合わせる場合には、前記全長方向に隣接しているＬＥＤ３２にわたってＬＥＤ列を形成しなければならず、それにより形成されたＬＥＤ列３１は真っ直ぐではなく折れ曲がって形成される。したがって、こうした折曲がりに応じてボンディングワイヤ３７及び端部ボンディングワイヤ４１の引き回しが煩雑になる。しかし、こうした不都合は本実施形態ではなく、既述のようにボンディングワイヤの引き回しを単純化できる。

なお、本発明は、前記一実施形態には制約されない。例えば図６において、真ん中の発光グループ２３，２８と、この両側に隣接するように配置された中間位置の発光グループ２２，２４及び２７，２９の全長を同じとして、これらを単一の中央発光グループとし、その両側に同一種類の端部発光グループとして発光グループ２１，２５，２６．３０を配置することによって、これらの発光グループの組み合わせ形状を擬似的に略丸くすることもできる。

又、前記一実施形態では、各発光グループ２１〜３０が延びる方向と直交する方向の幅、言い換えれば、各ＬＥＤ例３１の長さを同じとしたが、発光モジュールがニ種類の発光グループの組み合わせて作られる前記の例から理解できるように、種類毎の発光グループの幅、言い換えれば、各種類の発光グループが有したＬＥＤ例の長さを異ならせて実施することも可能である。

更に、前記一実施形態では、図１において上下方向に二つの発光グループを連続させて設けたが、これらを合わせて単一の発光グループとすることも可能である。又、本発明は、スポットライト以外にも適用可能である。又、本発明は、反射層６〜１０を省略して実施することも可能である。

１…発光モジュール、２…モジュール基板、６〜１０…反射層、１１〜２０…配線導体、２１〜３０…発光グループ、３１…ＬＥＤ列、３２…ＬＥＤ、３５…ダイボンド材、３７…ボンディングワイヤ、４１…端部ボンディングワイヤ、４４…枠体、４８…封止部材

Claims

モジュール基板と；
銀層及びこの上に形成された表層を有して、前記モジュール基板上に積層された複数の反射層と；
これら反射層の両側に夫々沿うように延びて前記モジュール基板上に設けられた配線導体と；
列をなして並べられ前記各反射層上にダイボンド材により固定された複数のチップ状ＬＥＤ、及び前記列が延びる方向に隣接した前記ＬＥＤのアノード用とカソード用の素子電極に両端を接続して設けられたボンディングワイヤからなるＬＥＤ列を複数備え、これらＬＥＤ列の夫々に含まれる前記ＬＥＤの個数が同じであるとともに、複数の前記ＬＥＤ列を前記列が延びる方向と直交する方向に並べて前記反射層上に四角い領域を占めて配設された二つ以上の発光グループと；
前記発光グループが有した前記各ＬＥＤ列の両端に位置されたＬＥＤと前記配線導体を接続した端部ボンディングワイヤと；
前記各反射層、前記各配線導体、前記各発光グループ、及び前記端部ボンディングワイヤを共通して埋めて封止するとともに、蛍光体が混ぜられた透光性の封止部材と；
を具備し、
二つ以上の前記発光グループはそれが有した前記ＬＥＤ列の並び方向の長さが異なる二種類以上の前記発光グループを含んでおり、これら各種の前記発光グループの内で前記ＬＥＤ列の並び方向の長さが最長の前記発光グループの両側に配置された前記発光モジュールが有した前記ＬＥＤ列の並び方向の長さを、前記最長の発光グループから遠く配置された前記発光モジュールほど短く、前記各反射層がその上に配設された前記発光グループより食み出した部位を有し、これら食み出した部位に前記封止部材が密着されていることを特徴とする発光モジュール。
前記最長の発光グループが有した前記ＬＥＤ列の並び方向の全長が、各種の前記発光グループの内で前記ＬＥＤ列の並び方向の全長が最短の前記発光グループの前記最短全長に対して１．２５倍〜２.２０倍であることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
前記各発光グループが有した前記ＬＥＤの前記列が延びた方向及び前記ＬＥＤ列が並んだ方向の配設ピッチが、前記ＬＥＤの大きさに対して１．２倍〜３．６倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光モジュール。
前記配線導体の一部、前記各発光モジュール、及び前記端部ボンディングワイヤを内側に配して前記モジュール基板上に固定された四角い枠体を備え、この枠体内に前記封止部材が充填されていることを特徴とする請求項１から３の内のいずれか一項に記載の発光モジュール。