JP5992674B2 - 発光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、基板上に複数のＬＥＤを配列してなる発光モジュールに関するものである。

近年、照明用の発光源として、消費電力が少なく発光寿命の長いＬＥＤを用いたものが多くなっている。このＬＥＤは点状光源であるため、所定の明るさや発光範囲が要求される照明用の発光源となるには、複数のＬＥＤを配列して構成する必要がある。このような複数のＬＥＤで構成されている発光装置にあっては、ＬＥＤの配列数が多い場合に、いくつかのＬＥＤが集合した列単位あるいはブロック単位で構成される場合がある（特許文献１，２）。

特許文献１に開示されている発光装置は、複数のＬＥＤで構成されるＬＥＤ列を複数並列に接続した構成となっている。前記各ＬＥＤ列は、それぞれ異なる個数のＬＥＤで構成されている。そして、電源電圧に応じて、第１のＬＥＤ列と第２のＬＥＤ列とを併せた抵抗値が変化するように、前記電源に対する前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列の接続態様を変化させている。また、前記各ＬＥＤ列の接続形態は、電源から供給される電圧を選択的に切り替えることによって行われる。

特許文献２には、円形の基板上に発光素子を複数配列した発光モジュールが開示されている。この発光モジュールは、前記基板を分割するようにして複数の発光領域と給電領域が設けられている。前記各発光領域には、その広さに応じた数のＬＥＤが直列に配置され、前記給電領域を介して各発光領域に電圧が供給されるようになっている。前記給電領域の一端からは一対の給電端子が延びており、この一対の給電電極間に供給電源が接続される。

特開２０１１−０１４８３６号公報 特開２０１０−２８７６５７号公報

上述したように、複数のＬＥＤで構成される発光装置や発光モジュールにあっては、いくつかのＬＥＤを列単位に分けて構成されているが、この複数のＬＥＤ列に供給される電源電圧は、一対の電極部によって行われている。しかしながら、このような一対の電極部で発光駆動させる場合は、すべてのＬＥＤ列に対して共通の電圧が供給されるため、全体の明るさは一定に保たれるが、部分的に発光領域や明るさを制限するのは容易でなかった。上記特許文献１では、各ＬＥＤ列単位にスイッチ素子や抵抗素子を設けることよって、明るさや発光配列を調整できるようになっているが、スイッチ素子や抵抗素子等のＬＥＤ以外の部品が必要になる。一方、特許文献２では、明るさなどを調整する場合は、一対の給電端子間に接続される電源電圧を可変可能に調整する必要がある。

このように、従来のＬＥＤを用いた発光装置等にあっては、配列された複数のＬＥＤを所定の列単位で個別に発光制御できるような構成にはなっていなかった。特に、円形の基板上にＬＥＤを複数配列した構成にする場合に、全体の発光バランスが保たれた状態で段階的に明るさが調整できるようなＬＥＤの配置構成及び発光制御を行うものがなかった。

そこで、本発明の目的は、基板上にライン状に配列される複数のＬＥＤ列を複数の給電電極によって選択的に発光制御することができると共に、全体的な発光バランスを保った状態で段階的に明るさを調整することのできる発光モジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光モジュールは、基板と、該基板上に複数並列して配置され、各列が複数個のＬＥＤの縦列集合体からなるＬＥＤ列と、前記複数のＬＥＤ列の一端側に配置される複数の給電電極と、前記基板を挟んで前記給電電極と対向する側に配置される複数の折り返し電極とを備える発光モジュールであって、前記ＬＥＤ列は、一の給電電極から一の折り返し電極に向けて電気的に接続される往路列と、前記一の折り返し電極から前記一の給電電極以外の他の給電電極の一つに向けて電気的に接続される復路列とで構成されると共に、これら往路列と復路列とによって、複数の給電電極、複数の折り返し電極及び複数のＬＥＤ列の全てが電気的に直列接続される一の経路からなり、前記複数の給電電極のうち、所定の給電電極間に電源電圧を印加することによって、所定の往路列及び復路列からなるＬＥＤ列を発光させることを特徴とする。

本発明に係る発光モジュールによれば、複数の給電電極の組み合わせから所定の一対の給電電極を選択して電源電圧を印加することによって、一の折り返し電極を介して直列接続される往路列及び復路列からなる所定のＬＥＤ列を選択的に発光させることができる。これによって、前記複数の給電電極に対する電源電圧の印加パターンを変えることで、発光範囲や明るさが異なるように配置されているＬＥＤ列を選択して発光させることができる。

また、前記基板の中央部に往路列及び復路列が隣接して配置される中心部分発光部、該中心部分発光部を中心とした左右に配置される往路列及び復路列からなる少なくとも一以上の周辺部分発光部とを備えることで、中央部から外周部に向けて段階的に発光効果を変化させることができる。

前記中心部分発光部から左右の周辺部分発光部にいくにしたがってＬＥＤの数を減ずるように構成することで、全体的な発光バランスを保った状態で中心部から周辺部に向けて段階的に明るさが低下するように発光駆動することができる。

また、ＬＥＤが配置される基板の外側に複数の給電領域が形成されているので、円形の基板の略全面を発光領域にすることができ、既存の照明器具のコネクタに適合しやすいように前記給電領域の一端から延びる複数給電端子を一方向にまとめて形成することができる。

さらに、給電端子の数に対応して発光領域を任意に増設することができ、前記複数の給電端子に印加する電源電圧をプログラマブルに切り替えることによって、周期的に明るさが変化したり、点滅させたりするような装飾的な発光効果を得ることも可能となる。

第１実施形態の発光モジュールの平面図である。 上記発光モジュールのＸ−Ｘ断面図である。 上記発光モジュールの等価回路図である。 上記発光モジュールの電気的接続形態を示す平面図である。 第１の部分発光パターン例を示す説明図である。 第２の部分発光パターン例を示す説明図である。 第３の部分発光パターン例を示す説明図である。 第２実施形態の発光モジュールの電気的接続形態を示す平面図である。 第３実施形態の発光モジュールの電気的接続形態を示す平面図である。 第４実施形態の発光モジュールの電気的接続形態を示す平面図である。 第５実施形態の発光モジュールの電気的接続形態を示す平面図である。 第６実施形態の発光モジュールの電気的接続形態を示す平面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光モジュールの実施形態を詳細に説明する。図１乃至図３は、円形状の照明用光源を構成するための第１実施形態の発光モジュール１１を示したものである。この発光モジュール１１は、基板１２と、この基板１２上に配列される複数個のＬＥＤ１３と、前記基板１２を挟んで対向する給電電極群１４及び折り返し電極群１５と、給電電極群１４及び折り返し電極群１５を含んで前記基板１２を囲う枠体１６と、この枠体１６内を満たす透光性の樹脂体１７とを有して構成されている。

前記基板１２は、熱伝導性の高いアルミニウムや銅などによって円形状に形成され、表面に複数のＬＥＤ１３の縦列集合体からなるＬＥＤ列（Ｌｎ１，Ｌｎ２）、（Ｍｎ１，Ｍｎ２）、（Ｎｎ１，Ｎｎ２）が６列に亘って並列して設けられる。この基板１２の表面は金属面となっているため、複数のＬＥＤ１３から発せられる光を反射する効果を有しているが、表面を鏡面加工したり、銀などの光反射率の高い金属材料を用いたりすることで反射効果を高めることができる。また、基板１２を白色系あるいは銀色系の塗膜等による光反射部材を用いて表面加工することによっても全体的な光量アップを図ることができる。

前記給電電極群１４及び折り返し電極群１５は、前記枠体１６の外周部に形成され、給電電極群１４には４極の独立した給電電極１４ａ〜１４ｄが設けられる。また、折り返し電極群１５には、３つの折り返し電極１５ａ〜１５ｃがそれぞれ所定の間隔で入れ子状にして設けられている。前記給電電極１４ａ〜１４ｄは、前記ＬＥＤ列の並列方向に沿って、図中左からＣ端子（１４ｃ），Ａ端子（１４ａ），Ｂ端子（１４ｂ），Ｄ端子（１４ｄ）の順に配置されている（以下、Ａ端子乃至Ｄ端子という）。電源電圧が印加される組み合わせは、Ａ端子とＢ端子、Ｂ端子とＣ端子、Ｃ端子とＤ端子の３通りとなっており、各組み合わせの一方が正極、他方が負極となる。

図３は図１に示した発光モジュール１１におけるＬＥＤ１３の接続等価回路である。このように、Ａ端子〜Ｄ端子の間には、Ｂ端子及びＣ端子を経由して複数のＬＥＤ１３が直列接続される。前記各列のＬＥＤの個数ｎは、数十個単位となっており、その割合は、Ｌ（Ｌｎ１＋Ｌｎ２）＞Ｍ（Ｍｎ１＋Ｍｎ２）＞Ｎ（Ｎｎ１＋Ｎｎ２）の関係となる。また、前記各ＬＥＤ列を構成する複数のＬＥＤ１３は、標準的な赤色、緑色、黄色に発光するＬＥＤや青色又は白色に発光するＬＥＤの中から発光用途に応じて選択され、ボンディングワイヤ１９によって縦方向に隣接するもの同士が直列接続されたライン状の発光領域を形成している。

図４に示したように、前記複数のＬＥＤ列Ｌｎからなるライン状の発光領域は、前記基板１２の中央部に設けられる往路列と復路列からなる中心部分発光部（第１部分発光部）２１と、この第１部分発光部２１の左右外方向に向けて複数設けられる周辺部分発光部（第２部分発光部２２及び第３部分発光部２３）とを有して構成されている。図５乃至図７に部分発光パターン例を示す。

前記第１部分発光部２１は、図５に示したように、一端が給電電極１４ａ（Ａ端子）に繋がり、他端が第１折り返し電極１５ａに延びる第１往路列２１ａと、一端が前記第１折り返し電極１５ａに繋がり、他端が給電電極１４ｂ（Ｂ端子）に延びる第１復路列２１ｂとで構成されている。ここで、前記Ａ端子とＢ端子との間に所定の電圧を印加することによって、往路列２１ａと復路列２１ｂとが直列接続となって第１部分発光部２１が発光する。

前記第２部分発光部２２は、図６に示したように、一端が給電電極１４ｂ（Ｂ端子）に繋がり、他端が第２折り返し電極１５ｂに延びる第２往路列２２ａと、一端が前記第２折り返し電極１５ｂに繋がり、他端が給電電極１４ｃ（Ｃ端子）に延びる第２復路列２２ｂとで構成されている。ここで、前記Ｂ端子とＣ端子との間に所定の電圧を印加することによって、前記第２往路列２２ａと第２復路列２２ｂとが直列接続となって第２部分発光部２２が発光する。

前記第３部分発光部２３は、図７に示したように、一端が給電電極１４ｃ（Ｃ端子）に繋がり、他端が第３折り返し電極１５ｃに延びる第３往路列２３ａと、一端が前記第３折り返し電極１５ｃに繋がり、他端が給電電極１４ｄ（Ｄ端子）に延びる第３復路列２３ｂとで構成されている。ここで、前記Ｃ端子とＤ端子との間に所定の電圧を印加することによって、前記第３往路列２２ａと第３復路列２２ｂとが直列接続となって第３部分発光部２３が発光する。

前記第１乃至第３の部分発光部２１，２２，２３は、円形の基板１２上に形成されるため、個々のＬＥＤ１３の配置間隔を一定にすると、前記第１部分発光部２１を構成するＬＥＤが最も多く、次いで第２部分発光部２２となり、第３部分発光部２３を構成するＬＥＤが最も少ないものとなる。このため、前記第１乃至第３の部分発光部の全てに電圧を印加する全灯モードと、前記第１乃至第３の部分発光部のいずれか一又は二を選択して電圧を印加することで、段階的に明るさが低下する部分点灯モードを選択することができる。

上述したように、Ａ端子とＢ端子、Ｂ端子とＣ端子、Ｃ端子とＤ端子の３組の端子対に対して、それぞれ電源電圧を印加することで、第１部分発光部２１，第２部分発光部２２，第３部分発光部２３を個別に発光させることができる。また、Ａ端子とＣ端子に対して電源電圧が印加されると、第１部分発光部２１と第２部分発光部２２とが同時に発光する。さらに、Ｂ端子とＤ端子に対して電源電圧が印加されると、第２部分発光部２２と第３部分発光部２３とが同時に発光する。これによって、明るさが段階的に減少するといった発光効果を得ることができる。なお、Ａ端子とＤ端子に対して電源電圧が印加されると、第１部分発光部２１，第２部分発光部２２，第３部分発光部２３の全てが発光することになる。

図８は第２実施形態における発光モジュール３０の構成を示したものである。この実施形態は、前記第１実施形態の発光モジュール１１の第３部分発光部２３を省いた第１部分発光部３１と第２部分発光部３２による構成となっており、２段階の部分発光を行うことができる。この構成では、３極の給電電極３４ａ（Ａ端子），３４ｂ（Ｂ端子），３４ｃ（Ｃ端子）と２つの折り返し電極３５ａ，３５ｂの組み合わせによる発光パターンを有する。ここでは、Ａ端子とＢ端子、Ｂ端子とＣ端子の２つの電極対の組み合わせによって、第１部分発光部３１と第２部分発光部３２を個別に発光させることができる。また、Ａ端子とＣ端子に対して電源電圧が印加されると、第１部分発光部３１と第２部分発光部３２の全てが発光することになる。

図９は第３実施形態における発光モジュール４０の構成を示したものである。この実施形態は、前記第１実施形態の発光モジュール１１に対して第４部分発光部４４を加えた構成となっており、４段階の部分発光を行うことができる。この構成では、５極の給電電極４４ａ〜４４ｅ（Ａ端子からＥ端子）と４つの折り返し電極４５ａ〜４５ｄの組み合わせによる発光パターンを有する。ここでは、Ａ端子とＢ端子、Ｂ端子とＣ端子、Ｃ端子とＤ端子、Ｄ端子とＥ端子からなる４つの電極対の組み合わせによって、第１部分発光部４１から第４部分発光部４４を個別に発光させることができる。また、Ａ端子とＥ端子に対して電源電圧が印加されると、第１部分発光部４１から第４部分発光部４４の全てが発光することになる。

図１０は第４実施形態における発光モジュール５０の構成を示したものである。この実施形態は、第２部分発光部５２が、Ｂ端子から折り返し電極５５ｂに向かうパスと、前記折り返し電極５５ｂからＣ端子に向かうパスとからなっており、それぞれのパスがＬＥＤ列５２ａ，５２ｂ，５２ｃによる３列構成になっている。この３つのＬＥＤ列は、第１部分発光部５１の左右にそれぞれ設けられ、基板５６の上端と下端で折り返すようにして直列接続されている。前記各ＬＥＤ列を構成するＬＥＤの個数は、第１部分発光部５１に近いＬＥＤ列５２ａから第３部分発光部５３に近いＬＥＤ列５２ｃに向けて漸次減少している。このように、基板５６の左右の中間に位置している第２部分発光部５２が他の第１部分発光部５１や第３部分発光部５３に対してＬＥＤ列の配列数を多くしているので、この第２部分発光部５２を選択しただけでも十分な明るさを得ることができる。また、その発光範囲は円弧状の広がりを有する。

図１１は第５実施形態における発光モジュール６０の構成を示したものである。この実施形態では、電源電圧の印加をＡ端子とＢ端子、Ｂ端子とＣ端子、Ｃ端子とＤ端子の組み合わせで順に切り替えることによって、中央の第１部分発光部６１、外側の第３部分発光部６３、中間の第２部分発光部６２の順に発光する。このように、本実施形態では、上記の発光モジュールとは異なる発光パターンによる構成となっている。

図１２は第６実施形態における発光モジュール７０の構成を示したものである。この実施形態は、第１部分発光部７１が折り返し電極を介さずに、隣接するＬＥＤ列７１ａ，７１ｂ同士を基板７６の上端部でワイヤ７７を介して直列接続したものである。これによって、折り返し電極７５の数を減らすことができ、発光モジュール７０全体のコンパクト化が図られる。

なお、上記実施形態の発光モジュールを構成する各部分発光部は、いずれも給電電極と折り返し電極との間を往復することによって直列接続される往路列と復路列とで構成されている。

上述したように、本発明の発光モジュールは、第６実施形態の発光モジュール７０を除いて、基本的には、給電電極の個数をｎとすると、折り返し電極の個数はｎ−１になり、前記折り返し電極を介して折り返される直列部の総数は２ｎ−２の関係で拡張することができる。

また、前記各ＬＥＤ列における個々のＬＥＤは直線状に配列したが、隣接するＬＥＤ同士が左右に互い違いにずれながら配列する千鳥状の配列にしてもよい。このような千鳥配列にすることによって、左右方向の発光の幅を広げることができる。

前記各ＬＥＤ列を構成するＬＥＤが発光色や輝度等の発光特性の異なるものを混在させて配置してもよく、さらに、各ＬＥＤ群単位で前記発光特性が変わるような構成にすることもできる。

本実施形態では、円形状の基板の有効実装領域に対して直列接続可能なＬＥＤ配置を示したが、このような円形状の基板に限らず、楕円形状や多角形状、あるいは、任意の形状からなる基板を用いてもよい。ただし、対称形であり、中央部から外周にかけてＬＥＤの数を減ずるように規制する場合は、円形状、楕円形状あるいは菱形形状が適している。このような各種の形状による基板を用いて複数のＬＥＤを配置する場合であっても、複数の給電電極及びこの給電電極に対応する折り返し電極からなる構成とすることができる。これによって、既存の照明器具に適合しながら、様々な態様による発光効果を得ることができる。なお、四角形状等のＬＥＤの配置領域が一様な基板を用いた場合であっても、各ＬＥＤ列におけるＬＥＤごとの配置間隔を一定の周期で狭くしたり、広くしたりすることで、バランスよく明るさを加減することができる。

Ｌｎ ＬＥＤ列
１１ 発光モジュール
１２ 基板
１３ ＬＥＤ
１４ 給電電極群
１４ａ Ａ端子
１４ｂ Ｂ端子
１４ｃ Ｃ端子
１４ｄ Ｄ端子
１５ 折り返し電極群
１５ａ 第１折り返し電極
１５ｂ 第２折り返し電極
１５ｃ 第３折り返し電極
１６ 枠体
１７ 樹脂体
１９ ボンディングワイヤ
２１ 第１部分発光部（中心部分発光部）
２１ａ 第１往路列
２１ｂ 第１復路列
２２ 第２部分発光部（周辺部分発光部）
２２ａ 第２往路列
２２ｂ 第２復路列
２３ 第３部分発光部（周辺部分発光部）
２３ａ 第３往路列
２３ｂ 第３復路列

Claims (8)

1. 基板と、
   該基板上に複数並列して配置され、各列が複数個のＬＥＤの縦列集合体からなるＬＥＤ列と、
   前記複数のＬＥＤ列の一端側に配置される複数の給電電極と、
   前記基板を挟んで前記給電電極と対向する側に配置される複数の折り返し電極とを備える発光モジュールであって、
   前記ＬＥＤ列は、一の給電電極から一の折り返し電極に向けて電気的に接続される往路列と、前記一の折り返し電極から前記一の給電電極以外の他の給電電極の一つに向けて電気的に接続される復路列とで構成されると共に、
   これら往路列と復路列とによって、複数の給電電極、複数の折り返し電極及び複数のＬＥＤ列の全てが電気的に直列接続される一の経路からなり、前記複数の給電電極のうち、所定の給電電極間に電源電圧を印加することによって、所定の往路列及び復路列からなるＬＥＤ列を発光させることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記複数のＬＥＤ列は、前記基板の中央部に往路列及び復路列が隣接して配置される中心部分発光部と、
   該中心部分発光部を中心として左右に配置される往路列及び復路列からなる少なくとも一以上の周辺部分発光部とを備える請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記周辺部分発光部を構成する複数のＬＥＤ列は、各ＬＥＤ列を構成するＬＥＤの数が前記中心部分発光部から外側に向かって漸次減少する請求項２に記載の発光モジュール。
4. 前記複数のＬＥＤ列は、等間隔に配列される請求項１に記載の発光モジュール。
5. 前記中心部分発光部及び周辺部分発光部は、対応する往路列と復路列を構成するＬＥＤの数が略同数となるように構成される請求項２に記載の発光モジュール。
6. 前記基板は、中央部から外周部に向けてＬＥＤの配置領域が狭くなるように形成される請求項１に記載の発光モジュール。
7. 前記基板は、円形状、楕円形状あるいは菱形形状のいずれかによって形成される請求項１に記載の発光モジュール。
8. 前記基板は、ＬＥＤが配置される表面が光反射部材によって形成される請求項１に記載の発光モジュール。

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