JP5615456B2 - Ｌｅｄモジュール及びそれを用いたｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明は、柱状の実装基板とＬＥＤ装置とを備えるＬＥＤモジュール、及びそのＬＥＤモジュールを用いてグローブの中心付近に光源を備えたＬＥＤランプに関する。

光源としてＬＥＤ素子を使った照明装置が普及し始めている。ＬＥＤ照明装置のなかの電球型ＬＥＤランプでは、配光分布を広げるために、グローブ内に反射体又はプリズム等の光学部材を配置したものがある（例えば特許文献１）。また、電球型ＬＥＤランプでは、グローブの中心付近に発光部を配置し発光部からの光を遮る要素を減らしたものがある（例えば特許文献２及び３）。さらに、電球型ＬＥＤランプでは、グローブ内において多数のＬＥＤ装置を立体的に配置したものがある（例えば特許文献４及び５）。以下の説明において、ウェハーから切り出した状態のＬＥＤ素子をＬＥＤダイと呼び、ＬＥＤダイを蛍光樹脂で被覆し且つ実装用の電極を形成した状態のＬＥＤ素子をＬＥＤ装置と呼び、ＬＥＤ装置を実装基板に実装した状態の構成部品をＬＥＤモジュールと呼ぶ。

特許文献１の図１には、グローブ５の内側に複数のＬＥＤランプ２（ＬＥＤ装置）と略漏斗状の光制御部材３を備えた標識灯Ａ（ＬＥＤランプ）が示されている。光制御部材３は、外表面３１が反射体であり、基体１の周辺部に配置されたＬＥＤランプ２からの光をほぼ直角に曲げる。光制御部材３は、中央部が中空であり、基体１の中心部に配置されたＬＥＤランプ２からの光をそのまま直進させる。以上のようにして標識灯Ａは所望の角度範囲内に光を放射する。

最近ではＬＥＤダイが大型化し、さらに電流許容値も大きくなってきた。そこで、単一又は少数のＬＥＤダイをグローブの中心に配置すれば、明るく配光分布の広いＬＥＤランプが得られる場合がある。例えば特許文献２の図１には、金属フレーム１の一部に隆起部１Ａが設けられ、隆起部１Ａ上にＬＥＤチップ３（ＬＥＤダイ）が搭載された超広配光型ＬＥＤランプが示されている。超広配光型ＬＥＤランプでは、透光性のプラスチックカバー６の中心付近にＬＥＤチップ３が配置され、広い配光特性が得られる。

特許文献３の図２には、透光性殻体６５（グローブ）の中央部に３個の発光素子チップ２０（ＬＥＤダイ）を備えた発光モジュール６４（ＬＥＤランプ）が示されている。発光素子チップ２０は、リード部３１及びリード部３３と銀ペーストにより接続されている。リード部３１及びリード部３３は、端子モールド部１６１に固定されている。発光素子チップ２０、リード部３１及びリード部３３の周囲は、液状モールド媒体３０で覆われている。液状モールド媒体３０は、発光素子チップ２０の発する熱を発光素子チップ２０と直接接する形で対流により周囲に拡散する。液状モールド媒体３０は、発光素子チップ２０とともに透光性殻体６５内に収容・密封されている。

明るく配光分布の広いＬＥＤランプが得られる別の手法として、グローブ内において多数のＬＥＤを立体的に配置するものがある。例えば特許文献４の図１には、カバー２（グローブ）内でかご型に均等配置されたＦＰＣ（フレキシブル基板）に多数のＬＥＤチップ６（ＬＥＤ装置）を備えたＬＥＤ電球（ＬＥＤランプ）が示されている。このＬＥＤ電球では、光源を球状にし、さまざまな方向にＬＥＤチップ６の直接光を放射することにより、全方向への光照射を可能にしている。

特許文献５の図１には、透明カバー４（グローブ）内において多数のチップＬＥＤ１０（ＬＥＤ装置）が多面構造の基板構造体５の上面及び側面に配置されている電球型ＬＥＤ照明器具１が示されている。電球型ＬＥＤ照明器具１では、基板構造体５に含まれる側面基板６及び天井板７に導電材料を塗布したり、それらの板材を熱伝導性の良好な材料としたりして、放熱効率を改善している。

特開２０００−４５２３７号公報 （図１） 特開２００８−９８５４４号公報 （図１） 特許４７３５７９４号公報 （図２） 特開２００３−５９３０５号公報 （図１） 特開２００９−２７７５８６号公報 （図１）

特許文献１の図１に示されたＬＥＤランプのように、グローブ内に光学部材を配置したＬＥＤランプでは、光学部材の分だけ部品点数が増加し、構造が複雑化し、さらに組み立て工数も増えるため、好ましくない。

特許文献２の図１及び特許文献３の図２に示されたＬＥＤランプでは、発光部として少数のＬＥＤダイをグローブの中心付近に配置するだけなので、構造が簡単になり製造負荷が減るはずである。しかしながら、特許文献２に示したＬＥＤランプは、リードフレームを変形してグローブの中心付近にＬＥＤダイを配置しており、超小型のＬＥＤランプ向けの構造である。このため、このまま大型化したとすると、プレス機や射出成型装置も大型化し、簡単に製造できなくなる。特許文献３に示された発光モジュール６４（ＬＥＤランプ）では、端子モールド部１６１に固定されたリード部３１及びリード部３３に発光素子チップ２０（ＬＥＤダイ）を実装している。つまりグローブの中心付近に光源があるといっても、大型で複雑且つ異型の部品へＬＥＤダイを実装することなり、構造の複雑化を招き製造上の負荷も大きくなる。また特許文献３の発光モジュール６４のように発光素子チップ２０の放熱を液状モールド媒体３０により行う方式では、重量が増すとともにいっそう構造が複雑化する。

特許文献４の図１及び特許文献５の図１に示されたＬＥＤ電球（ＬＥＤランプ）のように、グローブ内において多数のＬＥＤを立体的に配置するＬＥＤランプでは、たとえ明るく広い配光分布が得られたとしても、多数のＬＥＤ装置が必要な上、実装部の構造が複雑になり製造工数も多くなる。特許文献４のＬＥＤランプでは平面状のＦＰＣにＬＥＤ装置を実装してから立体化する工程をとり、製造工程を幾分改善している。しかしながら、やはり多数のＬＥＤ装置を必要とすることや、平面状のＦＰＣを立体的に曲げること等のため、構造上の複雑さや製造上の負荷が大きい。特許文献５には、一旦基板１１上にＬＥＤ装置を実装してから側面基板６を切り出し、その後側面基板６を再度連結し、さらに天井板７をとりつけるという、基板構造体５（実装基板）の組み立て方法が開示されている。しかしながら、この方法も工程が複雑で長い。また、特許文献５には側面基板６及び天井板７の材料を熱伝導のよいものから選び熱伝導効率を向上させることができるという記載はあるが、外部に放熱する伝熱性ケース３と基板構造体５の熱的接続関係がはっきりしない。

したがって、比較的簡単な方法で広い配光分布を有するＬＥＤランプを得るには、グローブの中心付近にＬＥＤ装置を配置し、このＬＥＤ装置を柱状の実装基板で支持すれば良い。すなわちＬＥＤ装置と柱状の実装基板を備えるＬＥＤモジュールを準備すれば良い。

本発明は、少数のＬＥＤ装置であっても広い配光分布が得られ、且つ構造が簡単で積み立て易いＬＥＤモジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、グローブの中心付近に光源を備えていても構造が簡単で組み立て易く、さらに放熱効率が良好なＬＥＤランプを提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤモジュールは、第１の金属板、絶縁層及び第２の金属板が順に積層され、第１の金属板及び第２の金属板の面方向の長辺の長さが積層方向の厚さより長い柱状の実装基板と、第１の金属板をプラス側の電極とし、第２の金属板をマイナス側の電極として、実装基板の長辺方向における先端部で第１の金属板及び第２の金属板に接続される複数のＬＥＤ装置と、を有することを特徴とする。

本発明のＬＥＤモジュールでは、柱状の実装基板の先端部に光源であるＬＥＤ装置が実装されている。実装基板は２枚の金属板の間に絶縁層を挟んだ構造をもつ。この実装基板は、２枚の大判の金属板で絶縁物を挟み、この大判の金属板を柱状に切断するという周知の方法で製造できる。またＬＥＤ装置が実装基板の先端部に配置されるため、ＬＥＤ装置の周辺部に遮光する部材が少なくなるので広い配光分布が得られる。さらに２枚の金属板をそれぞれプラス側及びマイナス側電極としてＬＥＤ装置の電気的接続にも活用している。

ＬＥＤモジュールでは、絶縁層が露出した二つの側面を実装基板が有し、複数のＬＥＤ装置の一部又は全部が二つの側面に実装されていることが好ましい。

ＬＥＤモジュールでは、複数のＬＥＤ装置の一部が、実装基板の長辺方向における先端部の端面に実装されていることが好ましい。

ＬＥＤモジュールでは、複数のＬＥＤ装置のそれぞれは複数のＬＥＤダイを含み、複数のＬＥＤダイが直列接続されていることが好ましい。

ＬＥＤモジュールでは、ＬＥＤ装置が、実装基板に実装される面とは反対側の面に反射層又は半透過反射層を備えることが好ましい。

ＬＥＤモジュールでは、第１の金属板及び第２の金属板がヒートパイプであることが好ましい。

また、本発明のＬＥＤランプは、グローブと、グローブを支持するケースと、複数のＬＥＤ装置が光源としてグローブの中心付近に位置するように配置された上記のＬＥＤモジュールと、ケースに連結され、ＬＥＤモジュールが接触する熱伝導部と、を有することを特徴とする。

ＬＥＤランプでは、ＬＥＤモジュールの実装基板の長辺方向における先端部の反対側であるＬＥＤモジュールの後端部が熱伝導部に接触し、先端部と後端部の間にあるＬＥＤモジュールの中間部でＬＥＤモジュールが給電されることが好ましい。

ＬＥＤランプでは、熱伝導部が差し込み穴を備え、ＬＥＤモジュールの後端部が差し込み穴に差し込まれることが好ましい。

ＬＥＤランプでは、ケースのグローブ側に配置され、ＬＥＤモジュールが貫通する貫通孔を有する回路基板をさらに備え、回路基板からＬＥＤモジュールに給電されることが好ましい。

ＬＥＤランプでは、ＬＥＤモジュール実装基板の長辺方向における先端部と先端部の反対側である後端部との間にあるＬＥＤモジュールの中間部が熱伝導部に接触し、ＬＥＤモジュールの後端部でＬＥＤモジュールが給電されることを特徴とする。

ＬＥＤランプでは、熱伝導部が開口を備え、ＬＥＤモジュールが開口を貫通することが好ましい。

本発明のＬＥＤモジュールは、少数のＬＥＤ装置であっても広い配光分布が得られ、且つ構造が簡単で積み立て易い。また本発明のＬＥＤランプは、グローブの中心付近に光源を備えていても構造が簡単で組み立て易く、さらに放熱効率が良好である。

ＬＥＤモジュール１０の斜視図。 ＬＥＤモジュール１０の外形図。 ＬＥＤモジュール１０に含まれるＬＥＤ装置１２の断面図。 ＬＥＤ装置１２を使ったＬＥＤランプ４０を一部縦断面で示す正面図。 ＬＥＤ装置１２を使った別のＬＥＤランプ６０を一部縦断面で示す正面図。 ＬＥＤ装置１２を使ったさらに別のＬＥＤランプ７０を一部縦断面で示す正面図。 ＬＥＤ装置１２ａの断面図。

以下、図面を参照しながら、ＬＥＤモジュール及びＬＥＤランプについて説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。なお図面の説明において、同一の又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。

図１はＬＥＤモジュール１０の斜視図である。
ＬＥＤモジュール１０は、柱状の実装基板１１と５個のＬＥＤ装置１２を備えている。実装基板１１では、銅板１１ａ（第１の金属板）と銅板１１ｃ（第２の金属板）が絶縁層１１ｂを挟んで積層している。柱状の実装基板とは、積層される第１の金属板及び第２の金属板の面方向の長辺の長さが積層方向の厚さより長い基板を言う。各ＬＥＤ装置１２は、実装基板１１の長手方向における一方の先端部において絶縁層１１ｂを跨ぐように配置されている。先端部とは、柱状の実装基板の長手方向における一方の端面を含む、その端面の近傍を言う。

図２は図１のＬＥＤモジュール１０の外形図であり、図２（ａ）が図１の右側面図、図２（ｂ）が正面図である。
図２によりＬＥＤ装置１２の実装状況をさらに詳しく説明する。図２（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュール１０の上部では、ＬＥＤ装置１２が半田２１及び半田２２によりそれぞれ銅板１１ａ及び銅板１１ｃに接続されている。半田２１は、ＬＥＤ装置１２のｐ側突起電極３４ａ（図３参照）を銅板１１ａに電気的及び機械的に接続する。同様に半田２２は、ＬＥＤ装置１２のｎ側突起電極３４ｂ（図３参照）を銅板１１ｃに電気的及び機械的に接続する。銅板１１ａ及び銅板１１ｃは、剛体としてＬＥＤ装置１２を支持し、さらにそれぞれＬＥＤモジュール１０のプラス側の電極及びマイナス側の電極としても機能する。銅板１１ａ及び銅板１１ｃは、熱伝導性の良好な金属としてＬＥＤ装置１２を放熱させる。

銅板１１ａ及び銅板１１ｃの厚さは、１．０ｍｍである。絶縁層１１ｂには耐熱性の樹脂シートとしてポリイミドを使用し、その厚さは０．１２ｍｍである。ＬＥＤ装置１２の平面サイズは、１．０ｍｍ×０．６ｍｍである。上記の各種部品の寸法値は一例であって、これらに限定されない。銅板１１ａ及び銅板１１ｃは錆びるので、表面をメッキ処理するか又は表面の一部に保護膜を形成すると良い。

図３はＬＥＤ装置１２の断面図である。
ＬＥＤ装置１２に含まれるＬＥＤダイ３０は、サファイア基板３２、半導体層３３、ｐ側突起電極３４ａ及びｎ側突起電極３４ｂからなる。サファイア基板３２は、厚さが約２００μｍの透明絶縁基板である。多くのＬＥＤパッケージ（ＬＥＤ装置）では、サファイア基板を８０〜１２０μｍまで薄くし、パッケージの薄型化や発光特性の改善を図っている。しかしながら、ＬＥＤ装置１２では、サファイア基板３２の側方から出射する発光量も充分に確保する必要があるため、サファイア基板３２を８０〜１２０μｍより厚くする。半導体層３３は、厚さが約６μｍのＧａＮ層であり、発光層を含む。ｐ側突起電極３４ａ及びｎ側突起電極３４ｂは、それぞれＧａＮ層に含まれるｐ型半導体層及びｎ型半導体層と接続し、アノード及びカソードとなる。ｐ側突起電極３４ａ及びｎ側突起電極３４ｂは、金又は銅をコアとするバンプである。

ＬＥＤダイ３０の側面及び上面は蛍光樹脂３１により被覆されている。蛍光樹脂３１は、シリコーン樹脂にＹＡＧ等の蛍光体を含有させたものであり、厚さが１００〜２００μｍである。ＬＥＤダイ３０及び蛍光樹脂３１の底部には白色反射層３５が存在する。白色反射層３５は、シリコーンやオルガノポリシロキサン等のバインダ中に酸化チタン等の反射性微粒子を混練して硬化させたものである。白色反射層３５の厚さは３０〜５０μｍ程度である。白色反射層３５からｐ側突起電極３４ａ及びｎ側突起電極３４ｂの底面が露出している。ｐ側突起電極３４ａ及びｎ側突起電極３４ｂの露出部には、それぞれ半田２１ａ及び半田２２ａが付着している。半田２１ａ及び半田２２ａは、厚さが１００〜２００μｍ程度であり、リフロー前の状態で図示している。

次に図１〜図３を参照しながらＬＥＤモジュール１０の配光分布について説明する。
光はＬＥＤ装置１２の上面（実装面とは反対側の面）及び側面から出射する。出射光は、上面の上方で最も強く、斜め上方で一旦弱くなり、側方で再び強度が増す方位角依存性をもつ。ＬＥＤ装置１２を図１のように実装基板１１へ実装すると、図１の前後方向に向かう光にはＬＥＤ装置１２の側面からの出射光が寄与し、図１の上方及び左右方向に向かう光にはＬＥＤ装置１２の上面からの出射光が主に寄与する。以上のようにして実装基板１１の周囲に出射光が広がる。

ＬＥＤ装置１２は実装基板１１の先端部に配置されているので、ＬＥＤモジュール１０をＬＥＤランプ等に組み込んだときＬＥＤ装置１２を遮光する部材が少なくなるため、広い配光分布が維持される。実装基板１１の側面に実装されているＬＥＤ装置１２では、１つのＬＥＤ装置１２の側面から出射される光が別の隣接するＬＥＤ装置１２の側面によって遮られるため、側面から実質的に出射できる光量が低下する。しかしながら、ＬＥＤモジュール１０ではＬＥＤ装置１２が隣接するのは２箇所しかなく光が遮られる箇所が少ない（図２参照）ため、この損失は少ない。

次にＬＥＤモジュール１０の製造方法について説明する。
最初に、まず２枚の大判の銅板とシート状の絶縁物を準備する。次に大判の銅板で絶縁物を挟み、加熱及び加圧しながら絶縁物と銅板を貼り付ける。次にその大判の銅板を切断して、柱状の実装基板１１を得る。次に実装基板１１にリフローでＬＥＤ装置１２を接合して、ＬＥＤモジュール１０を得る。

図４は、ＬＥＤモジュール１０を使ったＬＥＤランプ４０を一部縦断面で示す正面図である。
ＬＥＤランプ４０は、グローブ４１、ケース４２及び口金４３等で構成されている。ケース４２の上部（グローブ４１側）では、グローブ４１と基体４４がケース４２に固定されている。基体４４には、抵抗等の電子部品４５が実装され、ＬＥＤモジュール１０が挿し込まれている。ＬＥＤモジュール１０の発光部であるＬＥＤ装置１２はグローブ４１の中心付近にある。ＬＥＤモジュール１０は基体４４の固定部に挿し込まれ、バネ（図示せず）で押さえられている。また、このバネには、銅板１１ａ及び銅板１１ｃに給電する機能が付加されている。なお、バネではなく半田等でＬＥＤモジュール１０を基体４４に固定し、半田等を介して給電しても良い。

図５は、ＬＥＤモジュール１０を使った別のＬＥＤランプ６０を一部縦断面で示す正面図である。
ＬＥＤランプ６０は、グローブ６１、ケース６２及び口金６３等で構成されている。ケース６２の上部（グローブ６１側）では、グローブ６１と回路基板６４がケース６２に固定されている。回路基板６４には貫通孔６４ａがあり、貫通孔６４ａをＬＥＤモジュール１０の実装基板１１が貫通している。図５では、ＬＥＤモジュール１０の実装基板１１は銅板１１ａだけを示している。

ケース６２の下部では熱伝導部６６がケース６２に連結され、ケース６２と熱伝導部６６でヒートシンクが構成される。熱伝導部６６には差し込み穴６６ａがあり、差し込み穴６６ａにＬＥＤモジュール１０の実装基板１１が挿入されている。差し込み穴６６ａでは、実装基板１１と熱伝導部６６の隙間に熱伝導性を高くしたシリコーン６６ｂが充填されている。熱伝導部６６には、金属又は熱伝導性の高い樹脂を使用する。なお、ＬＥＤランプ６０では熱伝導部６６とケース６２を別体としているが、熱伝導部６６とケース６２を一体的に成形しても良い。

ＬＥＤモジュール１０に実装された光源となる５個のＬＥＤ装置１２は、グローブ６１の中心付近に配置されている。ＬＥＤモジュール１０の中間部において、回路基板６４の図示していない電極と銅板１１ａが半田６７で接続されており、この電極から銅板１１ａに電流が供給される。同様に、図示していない裏側の銅板１１ｃ（図１参照）も半田により別の電極と接続されており、銅板１１ｃからこの電極に電流が流出する。すなわちＬＥＤモジュール１０の中間部において回路基板６４から半田６７及び図示していない裏側の半田を介してＬＥＤモジュール１０が給電される。なお、回路基板６４には、抵抗やコンデンサ等の電子部品６５が搭載され、口金６３との配線（図示せず）も接続されている。

ＬＥＤランプ６０では回路基板６４が水平方向（ＬＥＤモジュール１０と直交する方向）に配置されていたので貫通孔６４ａを設けている。しかしながら、ＬＥＤランプによっては回路基板が垂直方向（ＬＥＤモジュール１０と平行な方向）に配置される場合がある。このときＬＥＤモジュール１０に給電するには、回路基板を使用せず配線を直接半田づけしたり、コネクターを使ったりしても良い。

次にＬＥＤランプ６０の放熱過程を説明する。
ＬＥＤ装置１２が発する熱はＬＥＤモジュール１０の実装基板１１を介して熱伝導部６６に伝わる。実装基板１１は銅板１１ａ及び銅板１１ｃ（図１参照）を含むので熱伝導性が高い。この結果、実装基板１１及び熱伝導部６６を経てＬＥＤ装置１２からケース６２まで、低い熱抵抗で熱を伝達することが可能となる。最後に、この熱はケース６２から外部に放出される。

図６は、ＬＥＤモジュール１０を使ったさらに別のＬＥＤランプ７０を一部縦断面で示す正面図である。
ＬＥＤランプ７０は、グローブ７１、ケース７２及び口金７３等で構成されている。ケース７２の上部（グローブ７１側）では、グローブ７１とヒートシンクの一部分である熱伝導部７４とがケース７２に固定されている。ヒートシンクは熱伝導部７４とケース７２からなり、熱伝導部７４とケース７２は連結されている。熱伝導部７４の中央には開口７４ａがあり、開口７４ａにＬＥＤモジュール１０が差し込まれている。図６では、実装基板１１のうち銅板１１ａだけを示している。開口７４ａでは、実装基板１１と熱伝導部７４の隙間に熱伝導性を高くしたシリコーン７４ｂが充填されている。熱伝導部材１４には、金属又は熱伝導性の高い樹脂を使用する。なお、ＬＥＤランプ７０では熱伝導部７４とケース７２を別体としているが、これらを一体的に成形しても良い。

ＬＥＤモジュール１０に実装された光源となる５個のＬＥＤ装置１２は、グローブ７１の中心付近に配置されている。ＬＥＤモジュール１０の後端部は回路基板７５ｂに接しており、銅板１１ａは半田７５ａで回路基板７５ｂに固定されている。半田７５ａは回路基板７５ｂ上の図示していない電極とも接続されており、この電極から銅板１１ａに電流が供給される。同様に、図示していない裏側の銅板１１ｃ（図１参照）も半田により別の電極と接続されており、銅板１１ｃからこの電極に電流が流出する。回路基板７５ｂ、半田７５ａ及び図示していない裏側の半田がＬＥＤモジュール１０への給電部７５を構成する。なお、回路基板７５ｂには、抵抗やコンデンサ等の電子部品７６が搭載され、口金７３との配線（図示せず）も接続されている。

次にＬＥＤランプ７０の放熱過程を説明する。
ＬＥＤ装置１２が発する熱はＬＥＤモジュール１０の実装基板１１を介して熱伝導部７４に伝わる。実装基板１１は銅板１１ａ及び銅板１１ｃ（図１参照）を含むので熱伝導性が高い。ケース７２の上部に熱伝導部７４があるため、ＬＥＤ装置１２から熱伝導部７４への距離が短くなり熱抵抗が低くなる。この結果、実装基板１１及び熱伝導部７４を経てＬＥＤ装置１２からケース７２まで、低い熱抵抗で熱を伝達することが可能となる。最後に、この熱はケース７２から外部に放出される。

ＬＥＤモジュール１０では、半田２１、半田２２並びにｐ側突起電極３４ａ及びｎ側突起電極３４ｂを介して直接的にＬＥＤ装置１２の半導体層３３が実装基板１１と接続している。この場合、実装基板１１の熱膨張率と半導体層３３の熱膨張率が異なると、ヒートサイクルにより半導体層３３周辺で剥がれが起きることがある。そこで、銅板１１ａ、銅板１１ｃ及び絶縁層１１ｂの材料及び厚さを調整して、実装基板１１の実装方向の熱膨張率と半導体層３３の熱膨張率を揃えておくことが好ましい。

ＬＥＤモジュール１０では第１の金属板及び第２の金属板が銅板である。熱伝導率をさらに高めるためには、第１の金属板及び第２の金属板をヒートパイプとすることが好ましい。ヒートパイプとは、金属製の密閉容器内に少量の液体（作動液）を真空封入し、内壁に毛細管構造（ウィック）を備えたものである。ヒートパイプの一部が加熱されると、加熱部で作動液が蒸発（蒸発潜熱の吸収）し、低温部に蒸気が移動する。蒸気が低温部で凝縮（蒸発潜熱の放出）すると、凝縮した液が毛細管現象で加熱部に環流する。この一連の相変化が連続的に生じて、熱が素早く移動する。

ＬＥＤモジュール１０は、２枚の銅板１１ａ及び銅板１１ｃに絶縁層１１ｂを挟んだ構造をもつ。しかしながら、ＬＥＤモジュールの金属板の材料は銅に限られず、例えばアルミニウムでも良い。なお、アルミニウムの場合、接合用の半田をよく知られたアルミニウム用のものにするか、半田の代わりに接着材中に導電性粒子を混練した導電ペーストにする。ＬＥＤモジュールは柱状で熱伝導性が高ければ良いので、絶縁層を挟んで金属板を貼り合わせた構造のものに限られない。例えば、柱状の、絶縁皮膜を備えた金属、アルミナ若しくは窒化アルミ等のセラミクス、又は高い熱伝導性を備える樹脂（導電性がある場合は表面に絶縁処理を行う）の側面に印刷等で配線を形成したものでも良い。

ＬＥＤランプ７０に含まれる給電部７５は、熱伝導部７４の下部でＬＥＤモジュール１０に給電できれば良いので、回路基板７５ｂと半田７５ａからなる構成に限定されない。例えばＬＥＤモジュール１０の底部をバネで固定する部材を設け、このバネに給電する機能を付加しても良い。また、ＬＥＤモジュール１０の底部を固定する部材と給電する部材を別体としても良い。

ＬＥＤモジュール１０のＬＥＤ装置１２では、ＬＥＤダイ３０が蛍光樹脂３１と白色反射層３５で被覆され、ｐ側突起電極３４ａ及びｎ側突起電極３４ｂが実装基板１１との接続電極となっている。つまりＬＥＤ装置１２はいわゆるチップサイズパッケージ（ＣＳＰともいう）の一形態である。しかしながら、多くのＬＥＤ装置では、接続用の電極を備えたサブマウント基板（インターポーザともいう）上にＬＥＤダイが実装され、ＬＥＤダイが被覆される。このときサブマウント基板には複数のＬＥＤダイが搭載されることもある。

図７はＬＥＤモジュール１０と同様のＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤ装置１２ａの断面図である。
ＬＥＤランプの品質を向上させるためにＬＥＤモジュールの配光分布を調整したい場合がある。そこで図７を用いて、ＬＥＤ装置がサブマウント基板を備えるとともに、簡単な構造で配光分布を改善できるＬＥＤモジュールについて説明する。

図７で示すように、ＬＥＤ装置１２ａには２個のＬＥＤダイ５０が含まれる。ＬＥＤダイ５０はサファイア基板５２、半導体層５３、ｐ側突起電極５４ａ及びｎ側突起電極５４ｂからなる。図１で示したＬＥＤダイ３０との主な違いは平面サイズである。ＬＥＤダイ３０が０．８ｍｍ×０．４ｍｍであるのに対し、ＬＥＤダイ５０の平面サイズは０．３ｍｍ×０．３ｍｍである。その他の事項は図１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

ＬＥＤダイ５０はサブマウント基板５５上にフリップチップ実装されている。サブマウント基板５５は、板材５５ｄの上面に実装電極５５ａが、下面に接続電極５５ｃがそれぞれ形成され、実装電極５５ａと接続電極５５ｃとがスルーホール５５ｂで接続されている。接続電極５５ｃの下面には半田２１ｂ及び半田２２ｂが付いている。２個のＬＥＤダイ５０はサブマウント基板５５上で直列接続されており、半田２１ｂ側の接続電極５５ｃがＬＥＤ装置１２ａのアノード、半田２２ｂ側の接続電極５５ｃがＬＥＤ装置１２ａのカソードとなる。すなわち実装基板１１（図１参照）のプラス側の金属板（銅板１１ａ）に半田２１ｂ側の接続電極５５ｃが接続され、マイナス側の金属板（銅板１１ｃ）に半田２２ｂ側の接続電極５５ｃが接続される。このようにしてＬＥＤ装置１２ａの順方向電圧を高くし、扱い易くしている。

ＬＥＤダイ５０は側面及び上面が蛍光樹脂５１により被覆されている。蛍光樹脂５１は図３で示した蛍光樹脂３１と同じものである。蛍光樹脂５１の上部には金属反射板からなる反射層５６があり、反射層５６には多数の微小貫通孔５６ａが形成されている。反射層５６は、上方向に出射しようとする光線の一部を反射してＬＥＤ装置１２ａの側面から出射させる。残りの出射光は微小貫通孔５６ａを通って上方に出射する。このように反射層５６は、半透過反射層として機能しながら、側面方向への出射光を増加させている。反射層５６の平面積や微小貫通孔５６ａの密度を変更することにより、上方向への出射光量と側面方向への出射光量を調整することができる。なお反射層５６は、反射性微粒子を分散させた反射シートや半透過反射シートに置き換えても良い。

ＬＥＤ装置１２ａではＬＥＤダイ５０の直列段数が２段であるが、直列段数は２段に限られない。例えばハロゲンランプ用に普及している１２Ｖ系電源にＬＥＤモジュール１０を使ったＬＥＤランプを適用する場合、ＬＥＤダイの順方向電圧が３Ｖ程度なので、４個のＬＥＤダイをサブマウント基板上で直列接続すれば良い。また発光ダイオードがサファイア基板等の絶縁基板上で直列接続した発光素子（モノリシック素子ともいう）を使って、ＬＥＤモジュール１０の順方向電圧を高くしても良い。

ＬＥＤ装置１２ａではサブマウント基板５５上にＬＥＤダイ５０をフリップチップ実装している。サブマウント基板へのＬＥＤダイの実装方法はフリップチップ実装に限られず、ワイヤボンディングを使ったフェイスアップ実装でも良い。なおフリップチップ実装は、ワイアを使わないため光取り出し効率や面積効率が高く、半導体層が直接的にサブマウント基板と接続するため熱伝導性が良いという特徴がある。

Claims (3)

1. 第１の金属板、絶縁層及び第２の金属板が順に積層され、前記第１の金属板及び前記第２の金属板の面方向の長辺の長さが積層方向の厚さより長い柱状の実装基板と、
   前記第１の金属板をプラス側の電極とし、前記第２の金属板をマイナス側の電極として、前記実装基板の長辺方向における先端部で前記第１の金属板及び前記第２の金属板に接続される複数のＬＥＤ装置と、を有し、
   前記複数のＬＥＤ装置のそれぞれに含まれるＬＥＤダイの電極が、半田を介して前記第１の金属板又は前記第２の金属板に接続されているＬＥＤモジュール。
2. 前記複数のＬＥＤ装置のそれぞれに含まれる前記ＬＥＤダイの側面及び上面が蛍光樹脂により被覆されている、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記複数のＬＥＤ装置のそれぞれに含まれる前記ＬＥＤダイの底面が白色反射樹脂により被覆されている、請求項１又は２に記載のＬＥＤモジュール。

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