JP5939977B2 - Ｌｅｄモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光源としてＬＥＤチップを備えるＬＥＤモジュールに関する。
図１９は、従来のＬＥＤモジュールの一例を示している（たとえば、特許文献１）。同図に示されたＬＥＤモジュールＸは、ケース９１、サブマウント基板９２、配線パターン９３、ＬＥＤチップ９４、および透光部９５を備えている。ケース９１は、たとえば樹脂からなる。サブマウント基板９２は、たとえばＳｉからなる。配線パターン９３はサブマウント基板９２上に形成されており、その表面がたとえばＡｕまたはＡｇなどからなる。ＬＥＤチップ９４は、所定の波長の光を発する、ＬＥＤモジュールＸの光源である。ＬＥＤチップ９４は、配線パターン９３に対して共晶接合することによりサブマウント基板９２に搭載されている。透光部９５は、ＬＥＤチップ９４からの光を透過可能なたとえばシリコーン樹脂からなり、ＬＥＤチップ９４を覆っている。
ＬＥＤモジュールＸが長期間使用されると、配線パターン９３の表面を形成するＡｇなどが腐食し、暗黒色に変色しやすい。このように変色した配線パターン９３は、ＬＥＤチップ９４からの光を吸収してしまう。このため、使用開始後の経年変化によってＬＥＤモジュールＸの光量が低下するおそれがあった。
特開２００６−２３７１４１号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、経年変化による光量低下を抑制することが可能なＬＥＤモジュールを提供することをその課題とする。
本発明の第１の側面によって提供されるＬＥＤモジュールは、１以上のＬＥＤチップを具備するＬＥＤユニットと、セラミックスからなる本体、および上記ＬＥＤユニットを搭載するための１以上のパッド、を有するケースと、を備えており、上記パッドは、平面視においてその外縁が上記ＬＥＤユニットの外縁よりも内側に位置する。
本発明の第２の側面によれば、本発明の第１の側面によって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記パッドの表面は、ＡｇまたはＡｕからなる。
本発明の第３の側面によれば、本発明の第１または第２の側面によって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記本体は、白色である。
本発明の第４の側面によれば、本発明の第１ないし第３の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記ＬＥＤユニットにボンディングされた一端を有する１以上のワイヤを備えており、上記ケースは、上記ワイヤの他端がボンディングされ、かつ上記パッドよりも平面視において外側に位置する、１以上のボンディングパッドをさらに有する。
本発明の第５の側面によれば、本発明の第１ないし第４の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記本体には、上記ＬＥＤユニットを囲むリフレクタが形成されており、上記リフレクタには、平面視において上記ボンディングパッドの少なくとも一部を収容する凹部が形成されている。
本発明の第６の側面によれば、本発明の第１ないし第５の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記ケースは、上記パッドとは反対側に設けられた１以上の実装電極と、上記本体を貫通し、かつ上記パッドのいずれかと上記実装電極のいずれかとを接続する貫通導体部と、をさらに有する。
本発明の第７の側面によれば、本発明の第１ないし第６の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記ＬＥＤユニットは、上記ＬＥＤチップのみからなる。
本発明の第８の側面によれば、本発明の第１ないし第６の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記ＬＥＤユニットは、上記ＬＥＤチップが搭載されたサブマウント基板をさらに具備する。
本発明の第９の側面によれば、本発明の第１ないし第８の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、複数列に配置された複数の上記パッドと、複数の上記パッドに搭載された複数の上記ＬＥＤユニットと、を備える。
本発明の第１０の側面によれば、本発明の第１ないし第９の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記ＬＥＤユニットと上記パッドとは、共晶接合されている。
本発明の第１１の側面によれば、本発明の第１ないし第１０の側面のいずれかによって提供されるＬＥＤモジュールにおいて、上記ＬＥＤユニットを覆い、かつ、上記ＬＥＤユニットからの光を透過する樹脂材料と、上記ＬＥＤユニットからの光によって励起されることにより上記ＬＥＤユニットからの光とは異なる波長の光を発する蛍光材料と、からなる透光部をさらに備える。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第１実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す要部拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す底面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。 図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す要部拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す平面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。 図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す要部拡大断面図である。 本発明の第５実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示す断面図である。 従来のＬＥＤモジュールの一例を示す断面図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１〜図５は、本発明に係るＬＥＤモジュールの一例を示している。本実施形態のＬＥＤモジュールＡ１は、ケース１、複数のＬＥＤユニット２、ツェナーダイオード３、ワイヤ４、および透光部５（図１においては省略）を備えている。ＬＥＤモジュールＡ１は、比較的高輝度な高出力タイプのＬＥＤモジュールであり、平面視寸法が５ｍｍ角程度、厚さが０．９ｍｍ程度とされている。
ケース１は、本体１１、複数のパッド１２ａ，１２ｂ、複数のボンディングパッド１３ａ，１３ｂ、パッド１６、１対の実装電極１４ａ，１４ｂ、および複数の貫通導体部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄからなる。ケース１は、たとえばアルミナなどの白色のセラミックスからなる。本体１１には、リフレクタ１１ａおよび底面１１ｃが形成されている。リフレクタ１１ａは、複数のＬＥＤチップ２１から図２における左右方向に進行してきた光を反射することにより、図中上方へと向かわせるためのものである。本実施形態においては、リフレクタ１１ａには、４つの凹部１１ｂが形成されている。４つの凹部１１ｂは、平面視における断面形状が略三角形状とされており、底面１１ｃに達している。底面１１ｃは、略円形状とされており、リフレクタ１１ａの下端縁とつながっている。
複数のパッド１２ａ，１２ｂは、底面１１ｃに形成されており、本実施形態においては、３つのパッド１２ａと３つのパッド１２ｂとが２列に配列されている。１２ａ，１２ｂは、矩形状であり、底面１１ｃ側からたとえばＡｇ／Ｎｉ／ＡｕまたはＡｇ／Ｎｉ／Ａｇ、あるいはＷ／Ｎｉ／ＡｇまたはＷ／Ｎｉ／Ａｕの順で積層されたメッキ層からなる。表層がＡｇからなる場合、Ａｇ層の厚さは２．５μｍ程度とされ、表層がＡｕからなる場合、Ａｕ層の厚さは０．１μｍ程度とされる。
複数のボンディングパッド１３ａ，１３ｂは、底面１１ｃに形成されており、本実施形態においては、３つのボンディングパッド１３ａと３つのボンディングパッド１３ｂとが２列に配列されている。ボンディングパッド１３ａ，１３ｂは、矩形状であり、パッド１２ａ，１２ｂと同様のメッキ構造とされている。ボンディングパッド１３ａ，１３ｂのうち四隅に位置するボンディングパッド１３ａ，１３ｂは、それぞれの１／３程度の部分が、４つの凹部１１ｂにそれぞれ収容された格好となっている。
パッド１６は、底面１１ｃの比較的端縁寄りに配置されており、パッド１２およびボンディングパッド１３と同様のメッキ構造とされている。
図４に示すように、１対の実装電極１４ａ，１４ｂは、本体１１のうちリフレクタ１１ａおよび底面１１ｃが形成されている側とは反対側の面に形成されており、それぞれが略矩形状とされている。同図において実装電極１４ａは、実装電極１４ｂよりも顕著に大きく、平面視において複数のＬＥＤチップ２１と重なっている。
複数の貫通導体部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、本体１１を貫通しており、たとえばＡｇまたはＷからなる。本実施形態においては、３つの貫通導体部１５ａは、３つのボンディングパッド１３ａと実装電極１４ａとを接続している。また、３つの貫通導体部１５ｂは、３つのパッド１２ａと実装電極１４ａとを接続している。また、３つの貫通導体部１５ｃは、３つのパッド１２ｂと実装電極１４ａとを接続している。そして、１つの貫通導体部１５ｃは、パッド１６と実装電極１４ａとを接続している。さらに、３つの貫通導体部１５ｄは、３つのボンディングパッド１３ｂと実装電極１４ｂとを接続しており、クランク状に形成されている。
このような構成のケース１は、セラミックス材料とＡｇ材料またはＷ材料とを適宜順に積層したものを焼成し、これに対してメッキを施すことによって形成できる。
複数のＬＥＤユニット２は、ＬＥＤモジュールＡ１の光源であり、本実施形態においては複数のＬＥＤチップ２１からなる。各ＬＥＤチップ２１は、たとえばＧａＮ系半導体からなるｎ型半導体層、ｐ型半導体層、およびこれらに挟まれた活性層を有しており、青色光を発する。各ＬＥＤチップ２１は、パッド１２ａ，１２ｂに対して共晶接合されている。各ＬＥＤチップ２１の平面視寸法は、パッド１２ａ，１２ｂの平面視寸法よりも大である。すなわち、図４に示すようにパッド１２ａの平面視における外縁１２１ａは、ＬＥＤユニット２（ＬＥＤチップ２１）の外縁２ａよりもわずかに内側に位置している。パッド１２ｂの外縁も同様である。本実施形態においては、ＬＥＤチップ２１は、いわゆる２ワイヤタイプのＬＥＤチップとして構成されている。
ツェナーダイオード３は、複数のＬＥＤチップ２１に過大な逆電圧が印加されることを防止するためのものであり、一定電圧以上の過大な逆電圧が印加されたときにのみ逆電流を通す機能を果たす。ツェナーダイオード３は、パッド１６に対してたとえばＡｇペーストを介して接合されている。
複数のワイヤ４は、たとえばＡｕからなり、その一端がボンディングパッド１３ａ，１３ｂにボンディングされており、その他端がＬＥＤチップ２１またはツェナーダイオード３にボンディングされている。
透光部５は、リフレクタ１１ａおよび底面１１ｃによって囲まれた領域に充填されており、複数のＬＥＤチップ２１、ツェナーダイオード３、および複数のワイヤ４を覆っている。透光部５は、たとえば透明なシリコーン樹脂に蛍光体物質が混入された材料からなる。上記蛍光体物質は、たとえばＬＥＤチップ２１からの青色光によって励起されることにより黄色光を発する。この黄色光とＬＥＤチップ２１からの青色光とが混色することにより、ＬＥＤモジュールＡ１からは白色光が出射される。なお、上記蛍光体物質に代えて青色光によって励起されることにより赤色光を発する蛍光体物質と緑色光を発する蛍光体物質とを用いてもよい。
次に、ＬＥＤモジュールＡ１の作用について説明する。
本実施形態によれば、パッド１２ａ，１２ｂは、ＬＥＤチップ２１によって隠された格好となっている。このため、使用に伴う経年変化によってパッド１２ａ，１２ｂが暗黒色となったとしても、ＬＥＤチップ２１から底面１１ｃに向かった光は、パッド１２ａ，１２ｂによっては吸収されず、底面１１ｃによって反射される。したがって、ＬＥＤモジュールＡ１の経年変化による光量低下を抑制することが可能でありＬＥＤモジュールＡ１の高輝度化を図ることができる。
ボンディングパッド１３ａ，１３ｂは、ＬＥＤチップ２１やワイヤ４によって完全に隠されていないものの、ＬＥＤチップ２１よりも外側にＬＥＤチップ２１から離間して配置されている。これにより、ボンディングパッド１３ａ，１３ｂによってＬＥＤチップ２１からの光が吸収されることを抑制することができる。
リフレクタ１１ａに凹部１１ｂを設けることにより、ＬＥＤチップ２１に対してリフレクタ１１ａを相対的に近づけることができる。これは、ＬＥＤモジュールＡ１の高輝度化に適している。また、セラミックスからなる本体１１は、若干ではあるがＬＥＤチップ２１からの光を透過し得る。リフレクタ１１ａを相対的にＬＥＤチップ２１に近づけることは、本体１１の外形寸法を変えることなく、リフレクタ１１ａより外にある部分を大きくすることに寄与する。これにより、ＬＥＤチップ２１からの光が、本体１１を透過して側方に不当に漏れてしまうことを回避することができる。
貫通導体部１５ｂ，１５ｃは、電気的な機能を果たさない一方、ＬＥＤチップ２１から発生した熱をパッド１２ａ，１２ｂから実装電極１４ａへと伝える機能を果たす。これにより、ＬＥＤチップ２１の放熱性を高めることが可能であり、ＬＥＤチップ２１への投入電流を大きくすることができる。これは、ＬＥＤモジュールＡ１の高輝度化に有利である。
図６〜図１８は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
図６〜図９は、本発明の第２実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示している。本実施形態のＬＥＤモジュールＡ２は、ＬＥＤユニット２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、ＬＥＤユニット２は、ＬＥＤチップ２１およびサブマウント基板２２によって構成されている。
サブマウント基板２２は、たとえばＳｉからなり、ＬＥＤチップ２１がマウントされている。サブマウント基板２２には、配線パターンが形成されている。この配線パターンは、ＬＥＤチップ２１の電極（図示略）に導通するとともに、ＬＥＤ２１によって覆われていない領域に延びている部分を有する。本実施形態においては、この配線パターンにワイヤ４がボンディングされている。図９に示すように、サブマウント基板２２は、たとえばＡｇペースト１７によってパッド１２ａ，１２ｂに対して接合されている。この接合は、共晶接合によって行ってもよい。
パッド１２ａ，１２ｂの平面視寸法は、サブマウント基板２２の平面視寸法よりも小とされており、図９に示すようにパッド１２ａの平面視における外縁１２１ａは、ＬＥＤユニット２（サブマウント基板２２）の外縁２ａよりもわずかに内側に位置している。パッド１２ｂの外縁も同様である。
このような実施形態によっても、ＬＥＤモジュールＡ２の経年変化による光量低下を抑制することが可能でありＬＥＤモジュールＡ２の高輝度化を図ることができる。
図１０〜図１３は、本発明の第３実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示している。本実施形態のＬＥＤモジュールＡ３は、ＬＥＤユニット２の構成が上述したいずれの実施形態と異なっている。本実施形態においては、ＬＥＤユニット２は、ＬＥＤチップ２１のみからなり、いわゆる１ワイヤタイプのＬＥＤユニットとして構成されている。また、ＬＥＤモジュールＡ１，Ａ２においてケース１に備えられていたボンディングパッド１３ａおよび貫通導体部１５ａは、ＬＥＤユニット２が１ワイヤタイプであることに伴って備えられていない。
本実施形態においては、ＬＥＤチップ２１の上面および下面に電極（図示略）が形成されている。上面に形成された電極には、ワイヤ４がボンディングされている。下面に形成された電極は、パッド１２ａ，１２ｂに対してたとえば共晶接合によって接合されている。
パッド１２ａ，１２ｂの平面視寸法は、ＬＥＤチップ２１の平面視寸法よりも小とされており、図１３に示すようにパッド１２ｂの平面視における外縁１２１ｂは、ＬＥＤユニット２（ＬＥＤチップ２１）の外縁２ａよりもわずかに内側に位置している。
このような実施形態によっても、ＬＥＤモジュールＡ３の経年変化による光量低下を抑制することが可能でありＬＥＤモジュールＡ３の高輝度化を図ることができる。
図１４〜図１７は、本発明の第４実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示している。本実施形態のＬＥＤモジュールＡ４は、ＬＥＤユニット２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、ＬＥＤユニット２は、ＬＥＤチップ２１およびサブマウント基板２２からなり、いわゆる１ワイヤタイプのＬＥＤユニットとして構成されている。
サブマウント基板２２は、たとえばＳｉからなり、ＬＥＤチップ２１がマウントされている。サブマウント基板２２には、絶縁膜を介して配線パターンが形成されている。この配線パターンは、ＬＥＤチップ２１の電極（図示略）に導通するとともに、ＬＥＤ２１によって覆われていない領域に延びている部分を有する。本実施形態においては、この配線パターンにワイヤ４がボンディングされている。また、サブマウント基板２２は、たとえばドーピング処理により導通体とされている。ＬＥＤチップ２１の他の電極（図示略）は、サブマウント基板２２に接しており、導通している。サブマウント基板２２は、たとえばＡｇペースト１７によってパッド１２ａ，１２ｂに対して接合されている。この接合は、共晶接合によって行ってもよい。
本実施形態においても、パッド１２ａ，１２ｂの平面視寸法は、サブマウント基板２２の平面視寸法よりも小とされており、図１７に示すように、パッド１２ｂの平面視における外縁１２１ｂは、ＬＥＤユニット２（サブマウント基板２２）の外縁２ａよりもわずかに内側に位置している。
このような実施形態によっても、ＬＥＤモジュールＡ４の経年変化による光量低下を抑制することが可能でありＬＥＤモジュールＡ４の高輝度化を図ることができる。
図１８は、本発明の第５実施形態に基づくＬＥＤモジュールを示している。本実施形態のＬＥＤモジュールＡ５は、貫通導体部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの構成が異なる以外は、上述したＬＥＤモジュールＡ１と同様の構成である。なお、同図においては、貫通導体部１５ｂは、図示されていないが、貫通導体部１５ｃと同様の構成である。
本実施形態においては、貫通導体部１５ｃは、ＬＥＤユニット２（ＬＥＤチップ２１）に対して平面視において退避した位置に設けられている。パッド１２ｂと貫通導体部１５ｃは、パッド１２ｂから延びるメッキ層によって導通している。貫通導体部１５ａ，１５ｄは、ワイヤのうちボンディングされている部分に対して平面視において退避した位置に設けられている。
このような実施形態によっても、ＬＥＤモジュールＡ５の経年変化による光量低下を抑制することが可能でありＬＥＤモジュールＡ５の高輝度化を図ることができる。
本発明に係るＬＥＤモジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るＬＥＤモジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
複数のＬＥＤチップ２１は、互いに異なる波長の光を発するものであってもよい。底面１１ｃの形状は円形に限らない。透光部５は、透明な材料のみによって形成されていてもよい。

Claims (11)

  1. ＬＥＤチップを具備する複数のＬＥＤユニットと、
    セラミックスからなる本体、および上記複数のＬＥＤユニットを搭載するための複数のパッド、を有するケースと、を備えており、
    上記複数のパッドは、平面視においてその外縁が上記ＬＥＤユニットの外縁よりも内側に位置するとともに、
    上記複数のＬＥＤユニットにボンディングされた一端をそれぞれが有する複数のワイヤを備えており、
    上記ケースは、２以上の上記ワイヤの他端が各々にボンディングされ、かつ上記複数のパッドよりも平面視において外側に位置する、１以上のボンディングパッドをさらに有しており、
    上記本体には、上記ＬＥＤユニットを囲むリフレクタが形成されており、
    上記リフレクタには、平面視において上記ボンディングパッドの少なくとも一部を収容する凹部が形成されている、ＬＥＤモジュール。
  2. 上記パッドの表面は、ＡｇまたはＡｕからなる、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  3. 上記本体は、白色である、請求項１または２に記載のＬＥＤモジュール。
  4. 上記ケースは、上記パッドとは反対側に設けられた１以上の実装電極と、上記本体を貫通し、かつ上記パッドのいずれかと上記実装電極のいずれかとを接続する貫通導体部と、をさらに有する、請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
  5. 上記ＬＥＤユニットは、上記ＬＥＤチップのみからなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の、ＬＥＤモジュール。
  6. 上記ＬＥＤユニットは、上記ＬＥＤチップが搭載されたサブマウント基板をさらに具備する、請求項１ないし４のいずれかに記載の、ＬＥＤモジュール。
  7. 複数列に配置された複数の上記パッドと、
    複数の上記パッドに搭載された複数の上記ＬＥＤユニットと、を備える、請求項１ないし６のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
  8. 上記ＬＥＤユニットと上記パッドとは、共晶接合されている、請求項１ないし７のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
  9. 上記ＬＥＤユニットを覆い、かつ、上記ＬＥＤユニットからの光を透過する樹脂材料と、上記ＬＥＤユニットからの光によって励起されることにより上記ＬＥＤユニットからの光とは異なる波長の光を発する蛍光材料と、からなる透光部をさらに備える、請求項１ないし８のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
  10. 複数列に配置された複数の上記ボンディングパッドを備える、請求項１ないし９のいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
  11. 上記複数のボンディングパッドは、平面視において上記複数のＬＥＤユニットを挟んで複数列に配置されている、請求項１０に記載のＬＥＤモジュール。
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