JP5453580B1 - 発光モジュール - Google Patents

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Abstract

基板１１の上面に、複数の発光素子１２が横方向に一列に並んで発光素子列２１，２２が形成され、その発光素子列２１，２２が複数列、縦方向に平行に並べて実装され、実装領域２０が形成されている。
発光素子列２１は、発光素子１２の配列ピッチ幅が比較的狭い第１の範囲内に設定され、発光素子列２２は発光素子１２の配列ピッチ幅が第１の範囲の上限より広い第２の範囲内で設定されている。発光素子列２１同士が隣接して連続している場合、連続する列数は２列以下である。

Description

本発明は、ＬＥＤチップ等の半導体発光素子が基板上に２次元状に実装された発光モジュールに関する。
ＬＥＤは、長寿命で、小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有するといった利点を持ち、照明装置や表示装置のバックライト等に広く利用されている。また、ダウンライトなど大容量の照明装置に用いる発光モジュールとして、一つの基板上に、多数のＬＥＤチップを行列状に実装し、その上を封止材で覆って封止して発光モジュールも開発されている。
このような発光モジュールにおいて、例えば特許文献１に開示された発光装置は、各素子列において並列接続されるＬＥＤチップの数を同数にして、全体の回路構成のバランスを良くし、また各ＬＥＤチップに流れる電流の大きさを揃えて明るさを均一にしている。
ＬＥＤチップを封止材で封止する形態として、すべてのＬＥＤチップが配列された領域（実装領域）全体に封止剤を流し込む方法の他に、封止剤を素子列ごとにライン状に塗布するライン工法がある。封止材をライン状に形成すると、ＬＥＤチップから封止層の外に光を取り出す効率を高くすることができる。
上記のように多数のＬＥＤチップを基板上に行列状に実装した発光モジュールにおいて、高輝度に発光させるため、通常、実装領域内にＬＥＤチップが高密度に実装されている。
特開２０１２−９６２２号公報
しかし、ＬＥＤチップを高密度で実装した発光モジュールにおいては、ＬＥＤチップで発光に伴って発生する熱が実装領域に蓄積されて、中央部で高温になりやすい。
ＬＥＤチップが高温になると、ＬＥＤ自身の劣化が生じたり、発光効率が低下したり、色調の変化が生じたりする。
本発明は、上記課題を鑑み、基板上の実装領域に発光素子が行列状に実装された発光モジュールにおいて、実装領域の温度上昇を低減することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様においては、基板上に、複数の発光素子が行列状に実装され、各列ごとに発光素子がライン状をした封止材で封止された発光モジュールにおいて、すべての発光素子列の中には、発光素子が第１の範囲内にあるピッチ幅でライン状に配列されてなる第１素子列と、発光素子が第１の範囲の上限よりも大きい第２の範囲内にあるピッチ幅で配列された第２素子列とが存在し、第１素子列同士が互いに隣接する場合、連続して隣接する列数は２列以下に限定した。
上記態様の発光モジュールによれば、発光素子が配列されるピッチ幅が発光モジュール全体において均一であるものと比べて、同等の条件で点灯させたときの発光モジュール内の最高温度を低減することができる。
実施の形態に係る発光モジュール１０を用いた照明装置１を示す断面図である。 照明装置１におけるランプユニット６の斜視図である。 ランプユニット６の分解斜視図である。 発光モジュール１０の一例を示す平面図である。 （ａ）は実施例Ａ，Ｂ及び比較例Ｃにおいて、各発光素子列におけるピッチ幅Ｐ1、発光モジュール１０の中央部と端部の温度を示す表、（ｂ）はそのグラフである。 （ａ）発光素子列２１を横方向に切断した断面図であり、（ｂ）は、並べられた発光素子列２１，２２を縦方向に切断した断面図である。 （ａ）は実施の形態２にかかる発光モジュール１００の一例を示す図、（ｂ）はその配線を示す部分拡大図である。 (ａ)〜（ｅ）は、実施例の発光モジュールにおいて、発光素子列２１と発光素子列２２の配列形態を模式的に示す図である。
＜本発明に到る経緯＞
基板上の実装領域に多数の発光素子を実装した発光モジュールにおいて、温度を低減するには、端部よりも中央部において発光素子を実装する密度を小さく設定することも有効と考えられる。しかし、発光素子列ごとにライン状の封止材で封止された発光モジュールにおいては、発光素子の各素子列を直線上に並べる必要があるので、発光素子を、実装密度が中央部で小さくなるように実装しにくいこともある。
これに対して、本発明者は、各列ごとに発光素子がライン状をした封止材で封止された発光モジュールにおいて、発光素子の実装形態を工夫して、温度上昇を低減することを検討した。
その結果、発光素子のピッチ幅が異なる複数の発光素子列を、ピッチ幅が大きい発光素子列とピッチ幅が小さい発光素子列とが交互に繰り返されるように配列する（発光素子が粗な列と密な列が交互になるような形態で実装する）ことによって、温度上昇を低減できることを見出し、本発明に到った。
＜発明の態様＞
本発明の一態様においては、基板上に、複数の発光素子が行列状に実装され、各列ごとに発光素子がライン状をした封止材で封止された発光モジュールにおいて、すべての発光素子列の中には、発光素子が第１の範囲内にあるピッチ幅でライン状に配列されてなる第１素子列と、発光素子が第１の範囲の上限よりも大きい第２の範囲内にあるピッチ幅で配列された第２素子列とが存在し、第１素子列同士が互いに隣接する場合、連続して隣接する列数は２列以下に限定した。
これによって、発光素子のピッチ幅が実装領域全体で均一である場合と比べると発光モジュール内の最高温度を低減できる。
また、発光モジュール内での温度差を小さくすることができるので、基板の反りを抑制することができる。基板が反ると破損の原因となったり、発光モジュールを搭載しているランプユニットの搭載部との間に隙間が生じ、搭載部への放熱が阻害され、発光モジュールの温度上昇の原因となる。
また、封止形態において、発光素子列ごとにライン状の封止材で封止されているので、発光素子からの光取り出し効率もよい。
また、上記態様の発光モジュールは、従来の発光モジュールと比べて、各発光素子列における発光素子の配列ピッチをある程度増減するだけでいいので、容易に実施にすることができる。
上記態様の発光モジュールにおいて、発光素子列の総数が５列以上の場合、第１素子列が１列又は２列からなる第１素子列群と、第２素子列が１列以上からなる第２素子列群とが、交互に並べられた形態としてもよい。
それによって、発光素子列の総数が多い場合でも、実装領域内における発光素子のピッチの範囲を交互に繰り返すだけで、温度低減効果を得ることができる。
上記態様の発光モジュールにおいて、実装領域の中央部は、熱が貯まりやすいので、中央部には第２素子列群を実装することが、温度を低減する上で好ましい。
実装領域において発光素子１個あたりが占める面積の平均が３．３ｍｍ2以下である発光モジュールにおいては、温度が高くなりやすいので、上記態様を適用することによって得られる温度低減効果も大きい。
実装領域における各発光素子列の伸長方向の長さ及びそれと直交する方向の長さが、共に２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である発光モジュールにおいては、特に上記態様を適用することが有効である。また、実装領域に実装されている発光素子の総数が４０以上５２０以下である発光モジュールにおいても、上記態様を適用することが有効である。
基板にセラミック材料からなる層が含まれている発光モジュールにおいては、一般的に熱が蓄積しやすいが、上記態様を適用することによって温度を低減できるので、得られる効果が大きい。
上記態様の発光モジュールにおいて、実装領域における中央に位置する発光素子列よりも端部に位置する発光素子列の方が、各発光素子列に配列されている発光素子の個数が少なくなっている形態とすることもできる。
上記態様の発光モジュールにおいて、各発光素子列に含まれる半導体発光素子同士は、導電ランドを介さずに直接ワイヤボンディングによって電気接続することもできる。
＜実施の形態＞
[実施の形態１]
実施の形態１に係る発光モジュール、ランプユニットおよび照明装置について、図面を参照しながら説明する。
＜照明装置１＞
図１は、実施の形態に係る発光モジュール１０が組み込まれた照明装置１を示す断面図である。
この照明装置１は、天井２に埋め込むように取り付けられるダウンライトであって、器具３、回路ユニット４、調光ユニット５、およびランプユニット６を備える。
器具３は、金属製であって、ランプ収容部３ａ、回路収容部３ｂおよび外鍔部３ｃを有する。ランプ収容部３ａは、有底円筒状であって、内部にランプユニット６が着脱自在に取り付けられる。回路収容部３ｂは、ランプ収容部３ａの底側に延設されており、内部に回路ユニット４が収容されている。外鍔部３ｃは、円環状であって、ランプ収容部３ａの開口部から外方へ向けて延設されている。
器具３は、ランプ収容部３ａおよび回路収容部３ｂが天井２に貫設された埋込穴２ａに埋め込まれて、外鍔部３ｃが天井２の下面２ｂにおける埋込穴２ａの周部に当接された状態で天井２に取り付けられる。
回路ユニット４は、ランプユニット６を点灯させる回路が組み込まれている。また回路ユニット４は、ランプユニット６と電気的に接続される電源線４ａを有している。電源線４ａの先端にはランプユニット６のリード線７１のコネクタ７２と着脱自在に接続されるコネクタ４ｂが取り付けられている。
なお、照明装置１では、ランプユニット６と回路ユニット４とが別々にユニット化されているが、回路ユニット４に相当する回路がランプユニットに内蔵された構成であっても良い。
＜ランプユニット６＞
図２は、ランプユニット６の斜視図であり、図３は、ランプユニット６の分解斜視図である。
ランプユニット６は、光源として発光モジュール１０を内蔵し、ベース８０、ホルダ３０、化粧カバー４０、カバー５０、カバー押え部材６０および配線部材７０等を備える。
ベース８０は、アルミダイキャスト製の円板状であって、上面側の中央に搭載部８１を有する。この搭載部８１に発光モジュール１０が搭載されている。ベース８０の上面側には、搭載部８１を挟んだ両側に、ホルダ３０固定用の組立ねじ３５を螺合するためのねじ孔８２が設けられている。ベース８０の周部には、挿通孔８３、ボス孔８４および切欠部８５が設けられている。
ホルダ３０は、有底円筒状であって、円板状の押え板部３１と、当該押え板部３１の周縁からベース８０側に延設された円筒状の周壁部３２とを有する。発光モジュール１０は押え板部３１で搭載部８１に押えつけられてベース８０に固定されている。
押え板部３１の中央には、発光モジュール１０からの光を通過させる窓孔３３が形成されている。また、窓孔３３と連通して開口部３４が形成され、発光モジュール１０に接続されたリード線７１がホルダ３０に干渉するのを防止している。さらに、ホルダ３０の押え板部３１の周部には、ベース８０のねじ孔８２に対応する位置に、組立ねじ３５を挿通する挿通孔３６が貫設されている。
ホルダ３０をベース８０に取り付ける際には、まず、ホルダ３０の窓孔３３から発光モジュール１０の封止部材１３等が露出する状態で、ベース８０とホルダ３０とで発光モジュール１０を挟持する。次に、組立ねじ３５を、ホルダ３０の押え板部３１の上方からねじ挿通孔３６に挿通し、ベース８０のねじ孔８２に螺合させることによって、ホルダ３０がベース８０に取り付けられる。
化粧カバー４０は、白色不透明の樹脂等の非透光性材料からなる円環状であって、ホルダ３０とカバー５０との間に配置されており、開口部３４から露出したリード線７１や組立ねじ３５等を覆い隠している。化粧カバー４０の中央にも窓孔４１が形成されている。
カバー５０は、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラス等の透光性材料により形成され、封止部材１３から出射された光はカバー５０を透過してランプユニット６の外部へ取り出される。このカバー５０はドーム状であって、レンズ機能を有する本体部５１と、当該本体部５１の周縁部から外方へ延設された外鍔部５２とを有し、外鍔部５２がベース８０に固定されている。
カバー押え部材６０は、アルミニウム等の金属や白色不透明の樹脂のような非透光性材料からなり、カバー５０の本体部５１から出射される光を妨げないように円環板状になっている。カバー５０の外鍔部５２は、カバー押え部材６０とベース８０とで挟持され固定されている。
カバー押え部材６０の下面側には、ベース８０側へ突出する円柱状のボス部６１が設けられ、カバー５０の外鍔部５２には、ボス部６１に対応する位置に半円状の切欠部５３が形成されている。さらに、ベース８０の周縁部には、ボス部６１に対応する位置にボス部６１を挿通させるボス孔８４が形成されている。
カバー押え部材６０をベース８０に固定する際は、カバー押え部材６０のボス部６１をベース８０のボス孔８４に挿通させ、ベース８０の下側からボス部６１の先端部にレーザ光を照射して、先端部をボス孔８４から抜けない形状に塑性変形させる。それによって、カバー押え部材６０はベース８０に固定される。
カバー５０の外鍔部５２及びカバー押え部材６０の周縁部には、ベース８０の挿通孔８３に対応する各位置に半円状の切欠部５４，６２が形成され、挿通孔８３に挿通させる取付ねじ（不図示）がカバー押え部材６０やカバー５０に当たらないようになっている。
配線部材７０は、発光モジュール１０と電気的に接続された一組のリード線７１を有している。リード線７１は、ベース８０の切欠部８５を介してランプユニット６の外部へ導出され、その端部にコネクタ７２が取り付けられている。
＜発光モジュール１０＞
図４は、発光モジュール１０の一例を示す平面図である。当図における紙面縦方向を縦方向、紙面横方向を横方向とする。
図４に示すように、発光モジュール１０は、基板１１、基板１１上に行列状に配列された複数の発光素子１２、列ごとに発光素子１２を覆う封止部材１３、端子部１４，１５、配線１６，１７などを備える。
図４に示すように、基板１１の上面の実装領域２０には、発光素子１２が行列状に実装されている。すなわち、実装領域２０には、複数の発光素子１２が横方向に一列に並んで発光素子列２１，２２が形成され、その発光素子列２１，２２が複数列、縦方向に平行に並べられている。
図４に示す発光モジュール１０では、発光素子列２１，２２が、縦方向に等間隔で１２列並んでいる。そして、中央部から上下に離れた位置（上下端部に近い位置）の発光素子列ほど、各発光素子列を構成する発光素子１２の数が少なくなり、列の長さも短くなっている。実装領域２０は破線の円で囲んだ領域であって円形状である。
実装領域２０には、総数１２０個の発光素子１２が配されている。各発光素子列における発光素子１２の配列数は図４に示す通りである。
基板１１：
基板１１は、セラミックあるいは熱伝導樹脂などの絶縁性材料からなる絶縁層を有している。基板１１は、全体が絶縁層であってもよいし、絶縁層と、アルミ板からなる金属層の２層構造を有していてもよい。
基板１１の形状は特に限定されないが、ここでは方形状の板である。
発光素子１２：
発光素子１２は、例えば、約４３０ｎｍ〜４７０ｎｍに主波長を有する青色光を出射するＧａＮ系のＬＥＤチップである。発光素子１２は、基板１１の上面にＣＯＢ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ）技術を用いて実装されている。
各発光素子１２の素子サイズ(チップサイズ）は、例えば、３９０μｍ×５２０μｍ、３４６μｍ角などである。
なお、ここでは発光素子１２はＬＥＤであって、発光モジュール１０はＬＥＤモジュールであるが、発光素子１２は、ＬＤ（レーザダイオード）であっても良く、ＥＬ素子（エレクトリックルミネッセンス素子）であっても良い。
封止部材１３：
発光素子列２１，２２には、発光素子列ごとに、複数の発光素子１２を覆うように、横方向に伸びるライン状の封止部材１３が設けられている。この封止部材１３は、波長変換材料が混入された透光性材料で形成され、発光素子１２から出射される光の一部を、別の波長の光に変換する。また、各発光素子１２は、封止部材１３によって封止される。
波長変換材料としては、蛍光体粒子を用いることができる。透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂、フッソ樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂等を用いることができる。
発光素子１２から出射された約４３０ｎｍ〜４７０ｎｍに主波長を有する青色光の一部は、封止部材１３中の波長変換材料によって、例えば約５４０ｎｍ〜６４０ｎｍに主波長を有する光に変換される。その結果、変換後の波長帯の光と未変換の青色光との混色によって、白色光が出射される。
なお、封止部材１３に用いる蛍光体の発光色は、発光素子列ごとに緑色や黄色に変えてもよい。それによって、全体の白色光の色温度を２７００〜６５００℃程度の範囲で調節することができる。
図６（ａ）は、発光素子列２１を横方向に切断した断面図であり、図６（ｂ）は、並べられた発光素子列２１，２２を縦方向に切断した断面図である。図６（ａ）中のＰ1は、発光素子列２１において隣同士で実装された発光素子１２のピッチ幅を示している。図６（ｂ）中のＰ2は、発光素子列２１，２２の列どうしのピッチ幅（縦方向のピッチ）を示している。
図６（ｂ）に示されるように、各発光素子１２は、発光素子列２１，２２ごとにライン状の封止部材１３で封止され、封止部材１３の縦断面はドーム形状である。従って、各発光素子１２から出射される光は、封止部材１３から外に効率よく出射されるので、各発光素子１２からの光取り出し効率がよい。
端子部、配線、ランド：
端子部１４，１５および配線１６，１７は、基板１１の絶縁層上に形成された導体パターンである。端子部１４，１５は、発光素子１２への給電用であって、図４に示すように、基板１１の上面周縁部に形成されている。この端子部１４，１５は、図１〜３に示すリード線７１と電気接続されている。
配線１６は、基板１１上の各発光素子列２１，２２の一端部と端子部１４とを電気的に接続している。配線１７は各発光素子列２１，２２の他端部と端子部１５とを電気的に接続されている。
また実装領域２０内において、基板１１上の各発光素子１２に隣接する位置に、ボンディング用のランド１９が配されている。各発光素子１２とランド１９とはワイヤボンディングによって電気的に接続されている。各ランド１９によって横方向に隣接する発光素子１２は直接接続されている。さらに、実装領域２０内において、隣接する発光素子列にまたがって、配線１８ａ〜１８ｅが配置されている。
このような配線によって、実装領域２０内に実装された複数の発光素子１２は、１５個の発光素子１２を直列接続したものが８並列に接続され、１５直８並の接続形態となっている。
接続形態については、ここでは１５直８並としたが、実装領域２０内に実装されている複数の発光素子１２に対して均一的に電力を供給できる接続形態であれば、特に限定されない。
なお、本実施の形態においては、発光素子間をランド１９を介してワイヤで電気接続しているが、ランド１９を介することなく直接発光素子間をワイヤで電気接続することも可能である。ランド１９の位置の制約を受けずに発光素子を基板上に実装することが可能となる。また、ランド１９による光吸収損失が生じない。
回路ユニット４：
回路ユニット４は、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える回路で構成され、外部の商用交流電源（不図示）と電気的に接続され、商用交流電源から入力される電力を、発光素子１２の素子列に適した直流電圧に変換して供給する。それによって、すべての発光素子１２は一括して点灯制御される。
（発光モジュール１０における発光素子１２の配列ピッチの形態と効果）
図４に示すように、発光モジュール１０の実装領域２０は、複数の発光素子列２１及び発光素子列２２が、縦に配列されて形成されている。
発光素子列内での横方向のピッチ幅Ｐ1は一律であるが、発光素子列によってそのピッチ幅Ｐ1が大きいものと小さいものがある。すなわち、各発光素子列における横方向のピッチ幅Ｐ1については、発光素子列２１は、発光素子１２のピッチ幅Ｐ1が、比較的小さい第１の範囲内にあり、発光素子列２２は、発光素子１２のピッチ幅Ｐ1が第１の範囲の上限より大きい第２の範囲内にある。
具体的には、実装領域２０全体において、発光素子列のピッチ幅の和を全発光素子列数で除することによって得られる平均的なピッチ幅を基準にして、その値を、第１の範囲の上限値としている。発光素子列２１は、発光素子１２のピッチ幅Ｐ1がこの上限値以下の範囲内にあり、発光素子列２２では発光素子１２のピッチ幅Ｐ1がこの上限値よりも大きい範囲にある。一方、発光素子列同士の縦方向のピッチ幅Ｐ2は一律である。
各発光素子列のピッチ幅Ｐ1がすべて一定の発光モジュールに対して、発光素子列２１ではピッチ幅Ｐ1を若干狭くし、発光素子列２２ではピッチ幅Ｐ1を若干広くすることによって実現できる。すなわち、従来の発光モジュールに対して、ピッチ幅を増減するだけでいいので、実施するのも容易である。
以下に、実装領域２０における発光素子１２の配列形態について、実施例に基づいて説明する。
実施例Ａは、上記図４に示す発光モジュール１０であって、発光素子列２１，２２が、全部で１２列並んでいる。上半分の６列では、中央部側の素子列から上端側の素子列にかけて、素子数は１３，１３，１２，１０，８，４個に設定されている。下半分の６列でも、中央部側の発光素子列から下端側の発光素子列にかけて、上半分と同様の素子数に設定され、１８０°回転対称に実装されている。
実施例Ｂは、基本的な構成は上記図４に示す発光モジュール１０と同様であるが、発光素子列２１，２２の配列形態及び各発光素子列２１，２２における発光素子列２１のピッチ幅Ｐ1の設定が実施例Ａと異なっている。
各実施例Ａ，Ｂにおいて、各発光素子列におけるピッチ幅Ｐ1は、図５（ａ）の表及び図５（ｂ）のグラフに示す値に設定されている。
実施例Ａでは１．４０〜１．５３ｍｍの範囲、実施例Ｂでは１．４０〜１．４８ｍｍの範囲である。実施例Ａでは、１列目から６列目のピッチ幅の和が８．７２ｍｍであるから全列数６で割るとその平均値は１．４５ｍｍである。同じく実施例Ｂでは和が８．７０ｍｍであるからその平均値は１．４５ｍｍである。すなわち、実施例Ａ、Ｂとも、すべての発光素子列におけるピッチ幅Ｐ1の平均的な値が１．４５ｍｍである。そして、この１．４５ｍｍ以下を第１の範囲（１．４５ｍｍが発光素子列２１のピッチ幅Ｐ1の上限）とし、第２の範囲は１．４５ｍｍを超える範囲とする。
この場合、すべての発光素子列の中で、ピッチ幅Ｐ1が１．４５ｍｍ以下の範囲内にあるものが発光素子列２１になり、ピッチ幅Ｐ1が１．４５ｍｍより大きい範囲内にあるものが発光素子列２２になる。
実施例Ａ、Ｂの配列形態を模式的に示したのが図８（ａ）、（ｂ）である。実施例Ａでは、列番号２，３と列番号５，６では発光素子列２１同士が隣接して連続している。連続する列数は２列にとどまっており、発光素子列２１が３列以上連続はしていない。実施例Ｂでは、列番号３、５に発光素子列２１が連続することなく配列されている。残りの列番号１、２、４、６が発光素子列２２である。
ここで、ピッチ幅Ｐ1が狭い発光素子列２１が第１素子列群に属し、ピッチ幅Ｐ1が広い発光素子列２２が第２素子列群に属するものとする。実施例Ａ、Ｂともに、実装領域２０において第１素子列群と第２素子列群とが、交互に繰り返して配列されていることになる。
上記実施例Ａ及び実施例ＢにおけるピッチＰ1の上限値（１．５３ｍｍ、１．４８ｍｍ）は、平均的な値（１．４５ｍｍ）に対して３％〜１０％の範囲で増加した範囲内にあり、ピッチＰ1の下限値（１．４０ｍｍ）は、平均的な値（１．４５ｍｍ）に対して３％〜１０％の範囲で減らした範囲内の値となっている。
なお、このピッチ幅Ｐ1の範囲の下限と上限の差が小さすぎると、温度低減効果が得られにくくなる。一方、ピッチ幅Ｐ1の下限と上限の差が大きすぎると、発光素子列２１と発光素子列２２の素子数の差が大きくなって、発光素子列２１における発光素子１２の配列が難しくこともある。上記実施例Ａ，Ｂのピッチ幅の範囲（１．４０〜１．５３ｍｍ，１．４０〜１．４８ｍｍ）は、そのような点を考慮して設定している。すなわち、発光素子列２１におけるピッチ幅Ｐ1の範囲（第１の範囲）の下限としては、平均的な値に対して３％〜１０％の範囲内で減じた値が好ましい。発光素子列２２におけるピッチ幅の範囲（第２の範囲）の上限としては、平均的なピッチ幅に対して、３％〜１０％の範囲内で加えた値が好ましい。
発光モジュール１０による温度低減効果を確認するため、以下の試験を行った。
（比較試験）
発光素子１２の配列ピッチをすべての発光素子列で同一の１．４５ｍｍにした以外は、図４に示す実施例Ａ，Ｂと同様の発光モジュールを比較例Ｃとし、駆動時の温度を比較する試験を行った。
実施例Ａ，Ｂと比較例Ｃは、大きさが同等の実装領域（Φ２２ｍｍ、実装面積３８０ｍｍ2）に同一個数（１２０個）の発光素子１２が配列されているので、平均の実装密度は同等である。また、発光素子１２一個あたりの実装密度は、いずれも３８０÷１２０＝３．１７ｍｍ2である。発光素子列同士のピッチ幅Ｐ2はいずれも１．８ｍｍである。
各発光モジュールはいずれも、定格電流ＩＦは７００ｍＡ、定格電圧ＶＦは４３．９Ｖである。
実施例Ａ，Ｂと比較例Ｃの各発光モジュールを、同一の電力（定格電力３０．７Ｗ）で点灯させた際の実装領域２０内の中央部と下端部での温度を図５（ａ）の表に示す。発光素子列のピッチ幅Ｐ１が同一の比較例Ｃでは、温度が最高となる中央部での温度が１０１．４℃であるのに対し、ピッチ幅Ｐ１が基準以下の第１素子列群と基準より広い第２素子列群を交互に繰り返して配列した実施例Ａでは７７．０℃で比較例Ｃに比べて２４．４℃も低くなっている。同じく実施例Ｂでは中央部の温度が８７．８℃であり比較例Ｃに比べて１１３．６℃低くなっている。また、比較例Ｃでは中央部と下端部の温度差が２９．２℃もあるのに対して、実施例Ａ、Ｂではそれぞれ１２．８℃、１２．４℃と半分以下になっている。
このようにピッチ幅Ｐ１が基準以下の第１素子列群と基準より広い第２素子列群を交互に繰り返して実装した実施例Ａ、Ｂは比較例Ｃに比べて、発光モジュール内での最高温度を下げるだけでなく、発光モジュール全体の温度を下げることも可能である。
また、発光モジュール内の最高温度を低減するに加え、発光モジュール内の温度差を小さくすることができる。
このように発光モジュール内の温度差を小さくできることによって、基板の反りを抑制することができる。基板が反ると破損の原因となったり、発光モジュールを搭載しているランプユニットの搭載部との間に隙間が生じ、搭載部への放熱が阻害され、発光モジュールの温度上昇の原因となるが、本実施形態によれば、その原因を抑えることができる。
本効果については、実装領域２０の中央部に第２素子列群が配置されている場合に限らず、第１素子列群が配列されていても、最高温度を下げるなどの上記効果を得ることが可能である。
（考察）
さらに、以下のように考察を行った。
１．発光モジュール１０においては、基板１１にセラミック材料からなる層が含まれているので、発光素子１２で発せられる熱は、基板１１の面に沿った方向に分散されにくい。一般的には、そのような場合、熱が貯まりやすく高温になりやすいが、発光モジュール１０においては、温度上昇を抑えることができる。
従って、発光モジュール１０のように、基板１１にセラミック材料からなる層が含まれている場合には、特に有効である。
２．発光モジュールの実装密度と温度上昇との関係を調べたところ、一般的に実装領域２０における実装密度が低い場合（発光素子１個あたりが占める面積の平均が３．３ｍｍ2／素子より小さい場合）には、温度上昇が生じにくい。一方、実装密度が高い場合（発光素子１個あたりが占める面積の平均が３．３ｍｍ2／素子以下の場合）には温度上昇が生じやすいこともわかった。
従って、発光素子１個あたりが占める面積の平均が３．３ｍｍ2／素子以下の場合には、発光モジュール１０によって得られる温度低減効果が大きくなる。
３．実施例Ａ，Ｂにかかる発光モジュール１０は、実装両機の大きさがΦ２２ｍｍであったが、実装領域２０の縦方向及び横方向の長さが２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲であれば、同様に優れた温度低減効果が得られる。
４．発光モジュール１０において、実装領域２０に実装される発光素子１２の総数についても、４０〜５２０の範囲、実装領域２０に実装される発光素子列の本数が５本〜２５本、総投入電力が１０Ｗ〜１００Ｗであれば、同様に優れた温度低減効果が得られる。
５．発光モジュール１０においては、実装領域２０において、中央に位置する発光素子列よりも端部に位置する発光素子列の方が、各発光素子列に配列されている発光素子１２の個数が少なくなっていて、実装領域２０が円形状であった。しかし、実装領域２０の形状についても特に限定されることはない。例えば、下記実施形態２に示すように実装領域２０が長方形状である場合も同様に実施でき、同様の効果が得られる。
[実施の形態２]
図７（ａ）は実施の形態２にかかる発光モジュール１００の一例を示す図である。
この発光モジュール１００は、実施の形態１にかかる発光モジュール１０と同様の構成であるが、実装領域２０が四角形状である。図７において、発光モジュール１０の構成要素と同様の構成要素には同じ符号を付している。
図７（ａ）に示す発光モジュール１００では、実装領域２０において、略同じ長さの発光素子列が８本並んで実装されている。この８本の発光素子列において、発光素子列２１と発光素子列２２が交互に繰り返して配列された形態となっている。
発光素子列２１におけるピッチ幅Ｐ1及び発光素子列２２におけるピッチ幅Ｐ1については、上記実施の形態１で説明したとおりである。すなわち、発光素子列２１は、ピッチ幅Ｐ1が小さい第１の範囲内に設定されて第１素子列群に属し、発光素子列２２は、ピッチ幅が第１の範囲の上限より広い第２の範囲内に設定されて第２素子列群に属する。
図８（ｃ）〜（ｅ）は、実装領域２０において、発光素子列２１及び発光素子列２２の配列順序パターンの例を示す図である。
図８（ｃ）は、上記図７（ａ）のように、発光素子列２１と発光素子列２２とが１列づつ交互に繰り返して配列されたパターンである。
図８（ｄ）は、中央の２列が素子列２２であって、その上下に、発光素子列２１と素子列２２とが１列づつ交互に繰り返して配列されたパターンである。
図８（ｅ）は、中央の２列が素子列２２であり、その上下に、発光素子列２１が２列づつ配列され、その上下に素子列２２が１列つづ配列されたパターンである。
これらいずれの配列パターンにおいても、第１素子列群と第２素子列群とが交互に配列された形態となっている。従って、実施の形態１で説明したように、温度低減効果を得ることができる。
（各発光素子列２１，２２における発光素子１２の配列数について）
発光素子列２１と発光素子列２２には、同一個数（例えば３６個づつ）の発光素子１２を配列して直列接続してもよいが、その場合、ピッチ幅Ｐ1が互いに異なっているので、発光素子列２１よりも発光素子列２２の全長が長くなる。
そこで、発光素子列２１と発光素子列２２の全長を同程度にするために、発光素子列２１において配列する発光素子１２の個数を、発光素子列２２において配列する発光素子１２の個数よりも多く設定してもよい。例えば、ピッチ幅の狭い発光素子列２１には発光素子１２を３８個配列し、ピッチ幅の広い発光素子列２２には、発光素子１２を３４個配列する。
この場合、各発光素子列２１，２２の発光素子１２を単純に直列接続すると、発光素子列２１と発光素子列２２とで直列接続される発光素子１２の数が異なることになる。
そこで、図７（ｂ）に示すように、配線１６から発光素子列２１の途中に伸びる枝配線１６ａ、並びに隣合う発光素子列２１と発光素子列２２にまたがる配線１８を配置する。それによって、直列接続される発光素子１２の個数を同一（３６個）にでき、各発光素子１２に同じ電力が供給される。
[変形例など]
上記実施の形態にかかる発光モジュール１０，１００では、実装領域２０において、第１素子列群と第２素子列群とが交互に配列されていた。
実装領域２０に並べられる発光素子列の数が５本以上の場合は、このように第１素子列群と第２素子列群とを交互に配列することが好ましい。
しかし、実装領域２０に並べられる発光素子列の数が少ない場合は、第１素子列群と第２素子列群とを交互に配列しなくてもよい。実装領域２０に並べられる発光素子列が少ない場合、発光素子列２１と発光素子列２２とで形成され、発光素子列２１が連続して並ぶ数が２本以下であれば、すべての発光素子列のピッチ幅が均一なものと比べて、温度低減効果が得られると考えられる。
例えば実装領域２０に配列される発光素子列が全部で４本の場合、発光素子列２１を２本連続して並べ、発光素子列２２も２本連続して並べてもよい。
ここまでに示した実施の形態には、いずれも封止部材中に蛍光体を含み発光素子からの光を蛍光体で波長変換する形態であるが、この形態に限らない。
発光モジュール内の最高温度を下げて、温度差を小さくする効果は、蛍光体粒子を含まない形態においても確認している。例えば、赤色、緑色、青色などの異なる発光波長の光を出射する発光素子を組み合わせて実装した発光モジュールにおいても、上記実施の形態で説明した内容を適用することによって、同様の効果を得ることができる。
発光素子を封止する形態も、発光素子列ごとに封止する形態には限らない。例えば、各発光素子を個別に封止する形態、発光素子列によらずに複数の発光素子を封止する形態、複数の発光素子列をまとめて封止する形態、全発光素子を一体封止する形態等、多様な封止形態おいて同様の効果を得ることができる。
発光素子列同士のピッチ幅Ｐ２についても、ピッチ幅Ｐ２を一律とする形態には限られず、ピッチ幅Ｐ２も変える形態においても同様の効果を得ることができる。
発光素子を基板に直接実装する形態の他、発光素子がそれぞれ１次封止されたもの、いわゆる表面実装デバイス（ＳＭＤ）を基板上に２次実装する場合においても、同様の効果が得られることも確認している。
１ 照明装置
１０ 発光モジュール
１１ 基板
１２ 発光素子
１３ 封止部材
１４，１５ 端子部
１６，１７ 配線
１８ 配線
２０ 実装領域
２１，２２ 発光素子列
１００ 発光モジュール

Claims (9)

  1. 基板上に、複数の半導体発光素子が行列状に実装され、各列ごとに半導体発光素子がライン状をした封止材で封止された発光モジュールであって、
    すべての発光素子列の中には、
    半導体発光素子が第１の範囲内にあるピッチ幅でライン状に配列されてなる第１素子列と、半導体発光素子が前記第１の範囲の上限よりも大きい第２の範囲内にあるピッチ幅で配列された第２素子列とが存在し、
    前記第１素子列同士が互いに隣接する場合、連続して隣接する列数は２列以下である、
    発光モジュール。
  2. 行列状に実装されている列の総数は５列以上であって、
    前記第１素子列が１列又は２列からなる第１素子列群と、前記第２素子列が１列以上からなる第２素子列群とが、交互に並べられた形態である、
    請求項１記載の発光モジュール。
  3. すべての半導体発光素子が実装された領域を実装領域とするとき、
    その中央部には、前記第２素子列群が配列されている、
    請求項２記載の発光モジュール。
  4. すべての半導体発光素子が実装された領域を実装領域とするとき、
    前記実装領域において、前記半導体発光素子１個あたりが占める面積の平均は３．３ｍｍ2以下である、
    請求項１〜３のいずれかに記載の発光モジュール。
  5. すべての半導体発光素子が実装された領域を実装領域とするとき、
    前記実装領域は、
    各発光素子列の伸長方向の長さ及びそれと直交する方向の長さが、
    共に２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、
    請求項１〜４のいずれかに記載の発光モジュール。
  6. すべての半導体発光素子が実装された領域を実装領域とするとき、
    前記実装領域に実装されている半導体発光素子の総数が４０以上５２０以下である、
    請求項１〜５のいずれかに記載の発光モジュール。
  7. 前記基板には、
    セラミックス材料からなる層が含まれている請求項１〜６のいずれかに記載の発光モジュール。
  8. すべての半導体発光素子が実装された領域を実装領域とするとき、
    前記実装領域において、
    中央部に位置する発光素子列よりも端部に位置する発光素子列の方が、
    各発光素子列に配列されている半導体発光素子の個数が少ない、
    請求項１〜７のいずれか記載の発光モジュール。
  9. 前記各発光素子列に含まれる半導体発光素子同士は、
    直接ワイヤボンディングによって電気接続されている、
    請求項１〜８のいずれか記載の発光モジュール。
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