JP6056213B2 - 発光モジュール及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明の一実施形態は、発光モジュール及び照明装置に関する。

近年、照明装置として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の省電力の発光素子を備える照明装置が用いられている。発光素子を備える照明装置は、例えば、従来の白熱電球等と比較して、より少ない消費電力でより高い輝度又は照度を得ることができる。

ここで、発光素子を備える照明装置は、発光モジュールに、発光色が異なる複数種類の発光素子が搭載されることがある。この場合、照明装置から出力される光は、発光モジュールに搭載された複数種類の発光素子各々から出力される光が混合した光となる。言い換えると、照明装置から出力される光の発光色は、複数種類の発光素子それぞれの発光色を混合した色となる。

特開２００４−８００４６号公報 特開２００７−１０９６７３号公報

しかしながら、上述の従来技術では、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスが変化することがある。例えば、発光モジュールに搭載された発光素子の温度特性が相違すると、環境温度の変化に伴い発光素子各々からの光出力のバランスが変化する。

すなわち、複数種類の発光素子それぞれの温度特性が異なると、各発光素子の発光量の変化が温度上昇とともに異なってくる。この結果、発光素子の温度が上昇すると、発光素子各々の発光量がそれぞれ異なった変化量にて変化する結果、発光モジュールから出力される光出力のバランスが変化する。

本発明が解決しようとする課題は、上述の従来技術の問題に鑑み、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となる発光モジュール及び照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の一例に係る発光モジュールは、基板を備える。また、実施形態の一例に係る発光モジュールは、前記基板に接続される第１の発光素子を備える。また、実施形態の一例に係る発光モジュールは、温度変化に対する発光効率の変化率が前記第１の発光素子と比較して大きく、前記第１の発光素子と前記基板とが接続される第１の接続構造と比較して放熱性の高い第２の接続構造にて前記基板に接続される第２の発光素子を備える。

実施形態の一例に係る発光モジュール及び照明装置は、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となるという有利な効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係る発光モジュールを装着した照明装置を示す縦断面図である。 図２は、第１の実施形態に係る発光モジュールを示す上面図である。 図３は、第１の実施形態に係る発光モジュールを装着した照明装置を示す横断面図である。 図４は、第１の実施形態に係る発光モジュールの電気配線を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る発光モジュールにおける各発光素子の発光色の反射を示す図である。 図６は、２つの電極を下部に有する発光素子が基板に接続される場合を示す発光モジュールの構造の一例を示す図である。 図７は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に１つ有し、１つの電極を下部に有する発光素子が基板に接続される場合を示す発光モジュールの構造の一例を示す図である。 図８は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する発光素子が基板に接続される場合を示す発光モジュールの構造の一例を示す図である。 図９は、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとが直列に接続された場合の回路図の一例を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係る発光モジュールを示す上面図である。 図１１は、第３の実施形態に係る発光モジュールを示す上面図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る発光モジュール及び照明装置を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態で説明する発光モジュール及び照明装置は、一例を示すに過ぎず、本発明を限定するものではない。また、以下の実施形態は、矛盾しない範囲内で適宜組み合せても良い。

実施態様に係る発光モジュールは、基板と、基板に接続される第１の発光素子を備える。また、発光モジュールは、温度変化に対する発光効率の変化率が第１の発光素子と比較して大きく、第１の発光素子と基板とが接続される第１の接続構造と比較して放熱性の高い第２の接続構造にて基板に接続される第２の発光素子を備える。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、第２の接続構造における第２の発光素子と基板との間の熱抵抗は、第１の接続構造における第１の発光素子と基板上との間の熱抵抗と比較して低い。

また、実施態様に係る発光モジュールは、第１の発光素子及び第２の発光素子の発光効率は、温度の上昇に従って下がり、温度の低下に従って上がる。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、第１の発光素子は、青色ＬＥＤ（Light Emitting Diodes）素子であって、第２の発光素子は、赤色ＬＥＤ素子である。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、第１の接続構造では、発光素子と基板とが第１のダイボンド剤にて接続される。また、例えば、第２の接続構造では、発光素子と基板とが第１のダイボンド剤と比較して熱抵抗の低い第２のダイボンド剤で接続される。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、第１の発光素子及び第２の発光素子は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する。また、発光モジュールでは、例えば、第１の接続構造では、第１の発光素子と基板とがシリコーン剤で接続され、第２の接続構造では、第２の発光素子と基板とが銀ペーストで接続される。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、基板は、表面に配線パターンを有する。また、第１の発光素子は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する。また、第２の発光素子は、少なくとも１つの電極を下面に有する。また、例えば、第１の接続構造では、第１の発光素子と基板とがシリコーン剤で接続される。また、例えば、第２の接続構造では、第２の発光素子の下部に設けられた電極と基板の配線パターンとが接続される。

なお、以下の実施形態では、発光素子がＬＥＤ（Light Emitting Diode）である場合を用いて説明するが、これに限定されるものではない。例えば、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ、（Organic Light Emitting Diodes））であっても良く、半導体レーザ等電流供給により所定色を発光するその他の発光素子であっても良い。

また、以下の実施形態では、第１の発光素子が青色ＬＥＤ（Light Emitting Diodes）素子であって、第２の発光素子が赤色ＬＥＤ素子である場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、第２の発光素子は、温度変化に対する発光効率の変化率が第１の発光素子と比較して大きい発光素子であれば、任意の発光素子であって良い。例えば、第１の発光素子と第２の発光素子とが共に青色を発光する発光素子であっても良く、任意の発光素子であって良い。

また、以下の実施形態では、ＬＥＤは、例えば、発光色が青色である窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体や、発光色が赤色である４元材料（Ａｌ／Ｉｎ／Ｇａ／Ｐ）化合物系半導体からなる発光ダイオードチップで構成される。また、ＬＥＤは、例えば、ＣＯＢ（Chip On Board）技術を用いて、マトリックス状、千鳥状又は放射状など、規則的に一定の間隔で一部又は全部が配列されて実装される。又は、ＬＥＤは、例えば、ＳＭＤ形（Surface Mount device）で構成されたものであっても良い。また、以下の実施形態では、ＬＥＤの数は、照明の用途に応じて設計変更可能な個数の同一種類のＬＥＤでＬＥＤ群を構成する。

また、以下の実施形態では、照明装置は、形状がクリプトン電球型であるとするが、これに限らず、一般電球型、砲弾型その他であっても良い。

［第１の実施形態］
（第１の実施形態に係る発光モジュールを装着した照明装置の構成）
図１は、第１の実施形態に係る発光モジュールを装着した照明装置を示す縦断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る照明装置１００ａは、発光モジュール１０ａを備える。また、照明装置１００ａは、本体１１、口金部材１２ａ、アイレット部１２ｂ、カバー１３、制御部１４、電気配線１４ａ、電極接合部１４ａ−１、電気配線１４ｂ、電極接合部１４ｂ−１を備える。

発光モジュール１０ａは、本体１１の鉛直方向の上面に配置される。発光モジュール１０ａは、基板１を備える。基板１は、低熱伝導率のセラミックス、例えば、アルミナにより形成される。基板１の熱伝導率は、例えば、３００［Ｋ］大気雰囲気下において、３３［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。

基板１がセラミックスにより形成されたものであると、機械的強度、寸法精度も高いため、発光モジュール１０ａを量産する際の歩留まり向上、発光モジュール１０ａの製造コストの低減、発光モジュール１０ａの長寿命化に寄与する。また、セラミックスは、可視光の反射率が高いため、ＬＥＤモジュールの発光効率を向上させる。

なお、基板１は、アルミナに限らず、窒化ケイ素、酸化ケイ素等を用いて形成されても良い。また、基板１の熱伝導率は、好適には２０〜７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。基板１の熱伝導率が、２０〜７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］であると、製造コスト、反射率及び基板１上に実装される発光素子間の熱影響を抑制することができる。また、好適な熱伝導率を有するセラミックスにより形成された基板１は、熱伝導率が高いものと比較して、基板１上に実装される発光素子間の熱影響を抑制できる。このため、好適な熱伝導率を有するセラミックスにより形成された基板１は、基板１上に実装する発光素子間の離間距離を短くすることができ、より小型化が可能になる。

なお、基板１は、窒化アルミニウム等のアルミニウムの窒化物を用いて形成されても良い。この場合、基板１の熱伝導率は、例えば、３００［Ｋ］大気雰囲気下において、約９９．５質量％のアルミニウムの熱伝導率である２２５［Ｗ／ｍ・Ｋ］よりも小さい。

発光モジュール１０ａは、例えば、基板１の鉛直方向の上面の円周上に青色ＬＥＤ２ａが配置される。また、発光モジュール１０ａは、例えば、基板１の鉛直方向の上面の中心付近に赤色ＬＥＤ４ａが配置される。赤色ＬＥＤ４ａは、青色ＬＥＤ２ａと比較して、発光素子の温度の上昇とともに発光素子の発光量がさらに低下する。すなわち、赤色ＬＥＤ４ａは、青色ＬＥＤ２ａと比較して、発光素子の温度の上昇とともに発光素子の発光量がより低下するという点で熱特性が劣る。第１の実施形態は、基板１が、低熱伝導率のセラミックスであるので、青色ＬＥＤ２ａが発した熱が基板１を介して赤色ＬＥＤ４ａへ伝導することを抑制し、赤色ＬＥＤ４ａの発光効率の悪化を抑制する。

なお、図１では、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａは、数を省略して記載している。すなわち、第１の発光素子群として、複数の青色ＬＥＤ２ａが、基板１の鉛直方向の上面の円周上に配置される。また、第２の発光素子群として、複数の赤色ＬＥＤ４ａが、基板１の鉛直方向の上面の中心付近に配置される。

複数の青色ＬＥＤ２ａを含む第１の発光素子群は、封止部３ａにより上部から被覆される。封止部３ａは、基板１の鉛直方向の上面において、断面が略半円状又は略台形であって、複数の青色ＬＥＤ２ａを被覆するように円環状に形成される。また、複数の赤色ＬＥＤ４ａを含む第２の発光素子群は、封止部３ａにより形成される円環の内側の面と、基板１とで形成される凹部ごと、封止部５ａにより上部から被覆される。

封止部３ａ及び封止部５ａは、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂を部材として形成することができる。封止部５ａは、蛍光体を含まない、拡散性が高い透明樹脂であっても良い。封止部３ａ及び封止部５ａは、異なる種類の樹脂により形成される。そして、封止部３ａの光の屈折率ｎ１、封止部５ａの光の屈折率ｎ２、本体１１及びカバー１３により形成される空間に封入される気体の光の屈折率ｎ３は、例えば、ｎ３＜ｎ１＜ｎ２の大小関係を有する。以下、本体１１及びカバー１３により形成される空間に封入される気体を「封入気体」と呼ぶ。封入気体は、例えば、大気である。

また、発光モジュール１０ａは、後述の電極６ａ−１が、電極接合部１４ａ−１と接続される。また、発光モジュール１０ａは、後述の電極８ａ−１が、電極接合部１４ｂ−１と接続される。

本体１１は、熱伝導性の良好な金属、例えば、アルミニウムで形成される。本体１１は、横断面が略円の円柱状をなし、一端にカバー１３が取り付けられ、他端に口金部材１２ａが取り付けられる。また、本体１１は、外周面が、一端から他端へ向かい順次径が小さくなる略円錐状のテーパー面をなすように形成される。本体１１は、外観がミニクリプトン電球におけるネック部のシルエットに近似する形状に構成される。本体１１は、外周面に、一端から他端に向かい放射状に突出する図示しない多数の放熱フィンが一体形成される。

口金部材１２ａは、例えば、エジソンタイプのＥ形口金で、ネジ山を備えた銅板製の筒状のシェル、シェルの下端の頂部に電気絶縁部を介して設けられた導電性のアイレット部１２ｂを備える。シェルの開口部が、本体１１の他端の開口部と電気的に絶縁して固定される。シェル及びアイレット部１２ｂは、制御部１４における図示しない回路基板の電力入力端子から導出された図示しない入力線が接続される。

カバー１３は、グローブを構成し、例えば、乳白色のポリカーボネートで一端に開口を備えるミニクリプトン電球のシルエットに近似させた滑らかな曲面状に形成される。カバー１３は、発光モジュール１０ａの発光面を覆うように開口端部が本体１１に嵌め込まれて固定される。これにより、一端にカバー１３であるグローブを有し、他端にＥ形の口金部材１２ａが設けられた、全体の外観形状がミニクリプトン電球のシルエットに近似し、ミニクリプトン電球に代替が可能な口金付ランプとして、照明装置１００ａが構成される。なお、カバー１３を本体１１に固定する方法は、接着、嵌合、螺合、係止等、何れの方法であっても良い。

制御部１４は、基板１に実装された青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの点灯を制御する図示しない点灯装置を、外部と電気的に絶縁するように収容する。制御部１４は、交流電圧を直流電圧に変換して青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａへ供給する。また、制御部１４は、点灯装置の出力端子に青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａへ給電するための電気配線１４ａが接続される。また、制御部１４は、点灯装置の入力端子に、第２の電気配線１４ｂが接続される。電気配線１４ａ及び電気配線１４ｂは、絶縁被覆される。

ここで、点灯装置は、発光モジュール１０ａ〜１０ｃに電力を供給する。ここで、発光モジュール１０ａ〜１０ｃに接続された第１の発光素子群及び第２の発光素子群は、共通の電力供給経路により点灯装置と接続されている。ただし、これに限定されるものではなく、第１の発光素子群と第２の発光素子群とは、異なる電力供給経路により点灯装置と接続されても良く、異なる点灯装置に接続されていても良い。

電気配線１４ａは、本体１１に形成された図示しない貫通孔及び図示しないガイド溝を介して本体１１の一端の開口部に導出される。電気配線１４ａは、絶縁被覆が剥離された先端部分である電極接合部１４ａ−１が、基板１上に配置された配線の電極６ａ−１と接合される。電極６ａ−１については、後述する。

また、電気配線１４ｂは、本体１１に形成された図示しない貫通孔及び図示しないガイド溝を介して本体１１の一端の開口部に導出される。電気配線１４ｂは、絶縁被覆が剥離された先端部分である電極接合部１４ｂ−１が、基板１上に配置された配線の電極８ａ−１と接合される。電極８ａ−１については、後述する。

このようにして、制御部１４は、シェル及びアイレット部１２ｂを介して入力された電力を、電気配線１４ａを介して青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａへ供給する。そして、制御部１４は、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａへ供給した電力を、電気配線１４ｂを介して回収する。

（第１の実施形態に係る発光モジュールの構成）
図２は、第１の実施形態に係る発光モジュールを示す上面図である。図２は、図１において、矢印Ａ方向からみた発光モジュール１０ａの上面図である。図２に示すように、略矩形の基板１の中心の円周上に、複数の青色ＬＥＤ２ａを含む第１の発光素子群が、円環状に規則的に配置される。そして、複数の青色ＬＥＤ２ａを含む第１の発光素子群は、封止部３ａにより、円環状かつ全面的に被覆される。基板１において、封止部３ａが被覆する領域を、第１の領域と呼ぶ。

また、図２に示すように、略矩形の基板１の中心付近に、複数の赤色ＬＥＤ４ａを含む第２の発光素子群が、格子状に規則的に配置される。そして、複数の赤色ＬＥＤ４ａを含むＬＥＤ群は、封止部５ａにより、全面的に被覆される。また、封止部５ａは、前述の第１の領域の円環の内部を全面的に被覆する。基板１において、封止部５ａが被覆する領域を、第２の領域と呼ぶ。

なお、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの配線の詳細な一例、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａを基板１に接続する接続構造の詳細については、後述するためここでは説明を省略する。

また、図２に示すように、青色ＬＥＤ２ａと、赤色ＬＥＤ４ａとの距離のうちの最短距離を、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの距離Ｄ１とする。なお、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの距離は、青色ＬＥＤ２ａと、赤色ＬＥＤ４ａとの距離のうちの最短距離に限らず、第１の発光素子群の中心位置と、第２の発光素子群の中心位置との距離であっても良い。図２に示す例では、例えば、第１の発光素子群の中心位置は、円環状に配置される青色ＬＥＤ２ａの各中心を通過する円周である。また、例えば、第２の発光素子群の中心位置は、赤色ＬＥＤ４ａが格子状に配置される中心である。この場合、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの距離は、赤色ＬＥＤ４ａが格子状に配置される中心と、円環状に配置される青色ＬＥＤ２ａの各中心を通過する円周上の一点との距離である。

発光モジュール１０ａは、熱特性が大きく異なる複数種類のＬＥＤをセラミックスの基板１上にＬＥＤの種類ごとに領域を分離して混載しても、青色ＬＥＤ２ａが発する熱を赤色ＬＥＤ４ａが受ける影響を抑制する。よって、発光モジュール１０ａは、所望の発光特性を得ることが容易となる。

また、発光モジュール１０ａは、例えば、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａが領域を分離して配置される。このため、発光モジュール１０ａは、例えば、青色ＬＥＤ２ａが発する熱が赤色ＬＥＤ４ａに伝導すること抑制するため、発光モジュール１０ａ全体の熱特性を向上させる。

なお、図２では、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの個数及び位置は、一例を示すに過ぎず、任意の配置であって良い。

（第１の実施形態に係る発光モジュールの装着の詳細）
図３は、第１の実施形態に係る発光モジュールを装着した照明装置を示す横断面図である。図３は、図２における発光モジュール１０ａのＢ−Ｂ断面図である。図３では、照明装置１００ａのカバー１３や、本体１１の下部の記載を省略している。図３に示すように、照明装置１００ａの本体１１は、発光モジュール１０ａの基板１を収容する凹部１１ａ、基板１を固定する固定部材１５ａ及び固定部材１５ｂを備える。発光モジュール１０ａは、基板１が本体１１の凹部１１ａに収容される。

そして、基板１の縁部が、固定部材１５ａ及び固定部材１５ｂの押圧力により凹部１１ａの下方へ押圧されることにより、発光モジュール１０ａが本体１１に固定される。これにより、発光モジュール１０ａが、照明装置１００ａに取り付けられる。なお、発光モジュール１０ａを照明装置１００ａに取り付ける方法は、図３に示す方法に限定されず、接着、嵌合、螺合、係止等、何れの方法であっても良い。

図３に示すように、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの距離Ｄ１は、基板１の鉛直方向の厚みＤ２よりも長い。青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａが発光により発する熱は、基板１において、鉛直方向よりも水平方向へ伝導しやすい。このため、例えば、青色ＬＥＤ２ａが発した熱が、基板１の水平方向を介して赤色ＬＥＤ４ａへ伝導し、赤色ＬＥＤ４ａの発光効率をさらに悪化させる。しかし、青色ＬＥＤ２ａ及び赤色ＬＥＤ４ａの距離Ｄ１を、基板１の鉛直方向の厚みＤ２よりも長くすることで、青色ＬＥＤ２ａが発した熱が基板１の水平方向を介して赤色ＬＥＤ４ａへ伝導することを抑制する。よって、赤色ＬＥＤ４ａの発光効率の悪化を抑制する。ただし、これに限定されるものではなく、距離Ｄ１は、任意の値であっても良い。

また、図３に示すように、封止部３ａの高さＨ１は、封止部５ａの高さＨ２よりも高い。この効果については、図５を参照して後述する。なお、封止部３ａの高さＨ１及び封止部５ａの高さＨ２は、同一であっても良い。

（第１の実施形態に係る発光モジュールの配線）
図４は、第１の実施形態に係る発光モジュールの電気配線を示す図である。図４に示す例では、発光モジュール１０ａは、第１の発光素子と、第１の発光素子と並列に接続された素子であって、温度変化に対する発光効率の変化率及び電圧の変化率が第１の発光素子と比較して大きい第２の発光素子とを備える。具体的には、第１の発光素子が複数直列に接続された第１の発光素子群と、第２の発光素子が複数直列に接続された第２の発光素子群とが、並列に接続される。また、第１の発光素子群が複数あり、第２の発光素子群が複数あり、複数ある第１の発光素子群と複数ある第２の発光素子群とが、並列に接続される。また、図４に示す例では、並列に接続された第１の発光素子群及び第２の発光素子群は、共通の電力供給経路に接続される。

なお、以下では、第１の発光素子群と第２の発光素子群とが並列に接続される場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、第１の発光素子群と第２の発光素子群とが直列に接続されても良く、第１の発光素子２ａと第２の発光素子４ａとが直列に接続されても良い。また、図４に示す例では、第１の発光素子群が複数あり、第２の発光素子群が複数ある場合を例に示した。ただし、これに限定されるものではなく、第１の発光素子群と第２の発光素子群とのうち、一方又は両方が１つであっても良い。

図４に示す例では、発光モジュール１０ａは、基板１上において、照明装置１００ａの電極接合部１４ａ−１と接続される電極６ａ−１、電極６ａ−１から延伸する配線６ａを備える。また、発光モジュール１０ａは、基板１上において、照明装置１００ａの電極接合部１４ｂ−１と接続される電極８ａ−１、電極８ａ−１から延伸する配線８ａを備える。

ここで、発光モジュール１０ａでは、基板１上において、ボンディングワイヤ９ａ−１により直列に接続された複数の青色ＬＥＤ２ａが、配線６ａと配線８ａとに接続される。また、発光モジュール１０ａでは、基板１上において、ボンディングワイヤ９ａ−２により直列に接続された複数の赤色ＬＥＤ４ａが、配線６ａと配線８ａとに接続される。この結果、ボンディングワイヤ９ａ−１により直列に接続された複数の青色ＬＥＤ２ａと、ボンディングワイヤ９ａ−２により直列に接続された複数の赤色ＬＥＤ４ａとが、並列に接続される。

（第１の実施形態に係る各発光素子の発光色の反射）
図５は、第１の実施形態に係る発光モジュールにおける各発光素子の発光色の反射を示す図である。図５の前提として、上述したように、封止部３ａの光の屈折率ｎ１、封止部５ａの光の屈折率ｎ２、本体１１及びカバー１３により形成される空間に封入される封入気体の光の屈折率ｎ３は、ｎ３＜ｎ１＜ｎ２の大小関係を有するとする。

すると、図５において実線矢印で示すように、赤色ＬＥＤ４ａが発した光は、前述の屈折率の大小関係により、封止部５ａと、封入気体との界面でほぼ全反射して封止部３ａの方向へ進む。また、図５において実線矢印で示すように、封止部５ａと、封入気体との界面で反射して封止部３ａの方向へ進んだ光は、前述の屈折率の大小関係により、封止部５ａと、封止部３ａとの界面で屈折して封止部３ａ内部へと進む。

一方、青色ＬＥＤ２ａが発した光は、図５において二点鎖線の矢印で示すように、前述の屈折率の大小関係により、封止部３ａと、封入気体との界面で屈折して封入気体方向へ進む。なお、青色ＬＥＤ２ａが発した光の多くは、前述の屈折率の大小関係により、封止部３ａと、封止部５ａとの界面で反射する。また、封止部３ａの高さＨ１は、封止部５ａの高さＨ２よりも高い。このため封止部３ａと、封止部５ａとの界面の面積を小さくする一方、封止部３ａと、封入気体との界面の面積をより大きくすることができる。

このようにして、図５に示すように、青色ＬＥＤ２ａが発した光と、赤色ＬＥＤ４ａが発した光のほとんどが、封止部３ａと、封入気体との界面付近で適度に合成されて出射されるので、発光の均一性を高めることができる。また、発光モジュール１０ａは、赤色ＬＥＤ４ａが発する光を効率よく取り出し、青色ＬＥＤ２ａが発する光と効率よく合成するので、赤色ＬＥＤ４ａの搭載個数を減らすこともできる。よって、発光モジュール１０ａは、熱による赤色ＬＥＤ４ａの発光特性の悪化による、全体の発光特性の悪化を抑制する。

また、図５において破線矢印で示すように、赤色ＬＥＤ４ａが発した光の一部は、封止部５ａと、封入気体との界面で反射せず、屈折して封止部５ａ上方の封入気体の方向へ進む。一方、青色ＬＥＤ２ａが発した光の一部は、図５において一点鎖線の矢印で示すように、封止部３ａと、封入気体との界面で屈折し、封止部５ａ上方の封入気体方向へ進む。このように、封止部５ａから上方へ赤色ＬＥＤ４ａが発した光の一部が出射したとしても、封止部３ａが封止部５ａよりも高さが高いため、封止部３ａにおける封止部５ａ側の上方領域から出射した青色ＬＥＤ２ａの光と、封止部５ａから出射した赤色ＬＥＤ４ａの光がより均一に混色されやすい。従って、発光色の異なるＬＥＤを別々の領域に設けても、混色における色むらがより抑制される。

発光モジュール１０ａは、発光光量が小さい、例えば、赤色ＬＥＤ４ａが配置されている第２の領域を、蛍光体を含まない透明樹脂で封止することにより、蛍光体による光の吸収を回避でき、発光効率が向上する。また、発光モジュール１０ａは、赤色ＬＥＤが所定個数配置される第２の領域を拡散性が高い透明樹脂で封止すると、赤色光が効果的に拡散するため、ＬＥＤモジュールの色むらを抑制する。すなわち、発光モジュール１０ａは、発する光の演色性及び発光効率の低下を低減できる。

なお、以上の第１の実施形態では、青色ＬＥＤ２ａを基板１上に円環状に配置し、その円環状の中心付近に赤色ＬＥＤ４ａを配置するとした。しかし、円環状に限らず、矩形、菱形その他、環状をなす形状であれば、何れでも良い。

（第１の実施形態に係る各発光素子の接続構造）
図６〜図８を用いて、第１の実施形態における発光素子の接続構造の一例について説明する。図６は、２つの電極を下部に有する発光素子が基板に接続される場合を示す発光モジュールの構造の一例を示す図である。図７は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に１つ有し、１つの電極を下部に有する発光素子が基板に接続される場合を示す発光モジュールの構造の一例を示す図である。図８は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する発光素子が基板に接続される場合を示す発光モジュールの構造の一例を示す図である。

なお、図６〜図８に示す例では、基板１の上面に、発光素子２０の電極と接続される配線パターン２１が形成される。発光素子２０は、第１の発光素子２ａや第２の発光素子４ａである。また、発光素子２０と基板１又は配線パターン２１とは、接続部２２やボンディングワイヤ２５で接続される。接続部２２は、例えば、ダイボンド剤であったり、半田であったりする。また、図６〜図８の示す例では、記載の便宜上、発光素子２０の実装領域を囲むように設けられた反射枠２３と、反射枠２３の内側に発光素子２０を封止する封止樹脂２４とを併せて示した。

接続構造の説明に戻る。第２の発光素子４ａと基板１とが接続される第２の接続構造は、第１の発光素子２ａと基板１とが接続される第１の接続構造と比較して放熱性が高い。言い換えると、第２の発光素子４ａは、第１の発光素子２ａと比較して、放熱性の高い接続構造にて基板１と接続される。具体的には、第２の接続構造における第２の発光素子４ａと基板１との間の熱抵抗が、第１の接続構造における第１の発光素子２ａと基板１上との間の熱抵抗と比較して低くなるようにする。例えば、第１の発光素子２ａと第２の発光素子４ａとの実装形態を変更することで、熱抵抗に差がでるようにしても良く、第１の発光素子２ａと第２の発光素子４ａとの実装形態を同一にした上で、発光素子と基板とを接続するダイボンド剤を変更することで、熱抵抗に差がでるようにしても良く、任意の方法を用いて良い。

図６に示す例では、ＬＥＤ素子２９は、フリップチップタイプなどのように下面に２つの電極を有し、電極と配線パターンとが半田や導電性ペースにて接続される。導電性ペースとは、例えば、銀ペーストが該当する。図７に示す例では、ＬＥＤ素子２９は、上面に１つの電極を有し、下面に１つの電極を有し、上面の電極がワイヤボンディングにて他と接続され、下面の電極と配線パターンとが半田や導電性ペースにて接続される。図８に示す例では、ＬＥＤ素子２９は、上面に２つの電極を有し、上面の電極がワイヤボンディングにて他と接続され、ＬＥＤ素子２９の下部がシリコーン剤などのダイボンド剤にて接続される。

図６〜図８に示すように、ＬＥＤ素子２９は、それぞれ異なる実装形態にて接続される。実装形態が異なれば、ＬＥＤ素子２９の放熱性も異なってくる。例えば、シリコーン剤などのダイボンド剤にて接続された場合には、電極と配線パターンとが半田で接続されたり、導電性ペーストにて接続されたりする場合と比較して、放熱性が低いと考えられる。この結果、図８に示す接続構造と比較して、図６や図７に示す接続構造の方が放熱性が高いと考えられる。

また、電極と配線パターンとの接触面積が大きい場合には、電極と配線パターンとの接触面積が小さい場合と比較して放熱性は高くなると考えられる。ここで、図７に示す例では、ＬＥＤ素子２９の下部全面が配線パターンと接続されている。図６に示す例では、下部にある２つの電極がそれぞれ異なる配線パターンと接続される結果、ＬＥＤ素子２９の全面が配線パターンと接続されているわけではない。この結果、図６に示す接続構造と図７に示す接続構造とでは、図７に示す接続構造の方が放熱性が高いと考えられる。

このことを踏まえ、発光モジュール１０ａでは、例えば、第１の接続構造として、図８に示すように、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する第１の発光素子２ａが基板１と接続される接続構造が用いられる。この場合、発光モジュール１０ａでは、例えば、第２の接続構造として、図６や図７に示すように、少なくとも１つの電極を下面に有する第２の発光素子４ａが基板１と接続される接続構造が用いられる。

ただし、これに限定されるものではなく、発光モジュール１０ａでは、第１の接続構造として、図６に示すように、下面に２つの電極を有する第１の発光素子２ａが基板１と接続される接続構造を用いても良い。この場合、発光モジュール１０ａでは、例えば、第２の接続構造として、図７に示すように、下面に１つの電極を下面に有する第２の発光素子４ａが基板１と接続される接続構造が用いられる。

また、例えば、第１の接続構造と第２の接続構造とにおいて、同一のＬＥＤ素子の実装方法を用いた上で、熱抵抗の異なるダイボンド剤を使い分けることで、第１の接続構造と第２の接続構造との放熱性を異ならせても良い。例えば、第１の接続構造と第２の接続構造とにおいて、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する第１の発光素子２ａと第２の発光素子４ａとを基板１に接続させた上で、第１の接続構造においては第１のダイボンド剤を用いて接続し、第２の接続構造においては第１のダイボンド剤と比較して放熱性の高い第２のダイボンド剤を用いて接続しても良い。例えば、第１のダイボンド剤としてシリコーン剤を用い、第２のダイボンド剤として銀ペーストや共晶金属半田を用いる。この場合、銀ペーストや共晶金属半田の熱抵抗はシリコーン剤と比較して低く、第２の接続構造の放熱性は第１の接続構造と比較して低くなる。第１のダイボンド剤と第２のダイボンド剤とは、放熱性の違いに基づいて任意のダイボンド剤を選択して良い。ただし、電極と配線とを接続する場合には、導電性のダイボンド剤を用いることになる。

なお、上述の説明では、図７に示す下部に１つの電極を有するＬＥＤ素子を接続する場合における放熱性が、図６に示す下部に２つの電極を有するＬＥＤ素子を接続する場合における放熱性と比較して大きい場合を例に示した。ただし、これに限定されるものではない。すなわち、配線パターンと電極との接触面積、導電性ペーストや半田にて発光素子と基板とが接触された接触面積などを変更することで、図７に示す接続構造の放熱性が、図６に示す接続構造の放熱性よりも小さくなることも考えられる。この場合には、第１の接続構造として図７に示す接続構造を用い、第２の接続構造として図６に示す接続構造を用いても良い。

（第１の実施形態による効果）
第１の実施形態によれば、発光モジュールは、基板１と、基板１に接続される第１の発光素子２ａとを備える。また、発光モジュールは、温度変化に対する発光効率の変化率が第１の発光素子２ａと比較して大きく、第１の発光素子２ａと基板１とが接続される第１の接続構造と比較して放熱性の高い第２の接続構造にて基板に接続される第２の発光素子４ａを備える。この結果、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となる。

図９は、発光素子における温度と発光効率との関係の一例を示す図である。図９のＲ３１は赤色ＬＥＤの値を示し、図６のＢ３２は青色ＬＥＤの値を示す。図９に示すように、赤色ＬＥＤは、温度変化に対する発光効率の変化率が青色ＬＥＤと比較して大きくなる。

すなわち、第１の実施形態によれば、温度変化に対する発光効率の変化率が第１の発光素子２ａと比較して大きい第２の発光素子４ａは、第１の発光素子２ａと比較して放熱性の高い接続構造にて基板１と接続される。この結果、第２の発光素子４ａの温度変化は、第１の発光素子２ａと比較して小さくなり、この結果、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となる。言い換えると、第１の発光素子２ａの温度と第２の発光素子４ａの温度とが同じように変化する場合と比較して、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となる。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、第２の接続構造における第２の発光素子と基板との間の熱抵抗は、第１の接続構造における第１の発光素子と基板上との間の熱抵抗と比較して低い。この結果、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となる。

また、実施態様に係る発光モジュールは、第１の発光素子及び第２の発光素子の発光効率は、温度の上昇に従って下がり、温度の低下に従って上がる。この結果、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となる。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、第１の発光素子は、青色ＬＥＤ（Light Emitting Diodes）素子であって、第２の発光素子は、赤色ＬＥＤ素子である。この結果、青色ＬＥＤ素子と赤色ＬＥＤ素子とにより出力される光の出力バランスの変化を抑制可能となる。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、第１の接続構造では、発光素子と基板とが第１のダイボンド剤にて接続される。また、例えば、第２の接続構造では、発光素子と基板とが第１のダイボンド剤と比較して熱抵抗の低い第２のダイボンド剤で接続される。例えば、第１の接続構造ではシリコーン剤で接続され、第２の接続構造では銀ペーストで接続される。この結果、ダイボンド剤をＬＥＤ素子の種類ごとに変更することで、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を簡単に抑制可能となる。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、第１の発光素子及び第２の発光素子は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する。また、発光モジュールでは、例えば、第１の接続構造では、第１の発光素子と基板とがシリコーン剤で接続され、第２の接続構造では、第２の発光素子と基板とが銀ペーストで接続される。この結果、ダイボンド剤をＬＥＤ素子の種類ごとに変更することで、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を簡単に抑制可能となる。

また、実施態様に係る発光モジュールでは、例えば、基板は、表面に配線パターンを有する。また、第１の発光素子は、ボンディングワイヤにより他と接続される電極を上面に２つ有する。また、第２の発光素子は、少なくとも１つの電極を下面に有する。また、例えば、第１の接続構造では、第１の発光素子と基板とがシリコーン剤で接続される。また、例えば、第２の接続構造では、第２の発光素子の下部に設けられた電極と基板の配線パターンとが接続される。この結果、発光素子の実装形態を変更することで、複数種類の発光素子各々により出力される光の出力バランスの変化を簡単に抑制可能となる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、ＬＥＤの配置形態が異なる。その他の点は、第１の実施形態と同一であるので、説明を省略する。図１０は、第２の実施形態に係る発光モジュールを示す上面図である。図１０は、図１において、矢印Ａ方向からみた第２の実施形態に係る発光モジュール１０ｂの上面図である。

図１０に示すように、発光モジュール１０ｂは、基板１上において、複数の青色ＬＥＤ２ｂを含む２つの第１の発光素子群が対角線上に配置される。また、発光モジュール１０ｂは、基板１上において、複数の赤色ＬＥＤ４ｂを含む２つの第２の発光素子群が、第１の発光素子群の配置と基板１の中心に関して対称となる対角線上に配置される。

発光モジュール１０ｂは、基板１上において、照明装置１００ｂの電極接合部１４ａ−１と接続される電極６ｂ−１、電極６ｂ−１から延伸する配線６ｂを備える。また、発光モジュール１０ｂは、基板１上において、ボンディングワイヤ９ｂ−１により直列に接続された青色ＬＥＤ２ｂ、並びに、ボンディングワイヤ９ｂ−２により直列に接続された赤色ＬＥＤ４ｂを介して配線６ｂと並列に接続される配線８ｂを備える。配線８ｂは、延伸する先端に、照明装置１００ｂの電極接合部１４ｂ−１と接続される電極８ｂ−１を備える。なお、青色ＬＥＤ２ｂは、第１の実施形態の青色ＬＥＤ２ａと同様の熱特性を有する。また、赤色ＬＥＤ４ｂは、第１の実施形態の赤色ＬＥＤ４ａと同様の熱特性を有する。

図１０に示すように、青色ＬＥＤ２ｂ及び赤色ＬＥＤ４ｂを基板１上に配置すると、封止部３ｂで封止された第１の領域及び封止部５ｂで封止された第２の領域が基板１の中心に関して点対称の位置に位置する。よって、発光モジュール１０ｂは、青色ＬＥＤ２ｂ及び赤色ＬＥＤ４ｂそれぞれが発光する光をバランスよく合成し、所望の発光パターン、輝度又は色合いの光を容易に得ることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、第１の実施形態及び第２の実施形態と比較して、ＬＥＤの配置形態が異なる。その他の点は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同一であるので、説明を省略する。図１１は、第３の実施形態に係る発光モジュールを示す上面図である。図１１は、図１において、矢印Ａ方向からみた第３の実施形態に係る発光モジュール１０ｃの上面図である。

図１１に示すように、発光モジュール１０ｃは、基板１上において、複数の青色ＬＥＤ２ｃを含む第１の発光素子群が基板１を等分した一方の領域に配置される。また、発光モジュール１０ｃは、基板１上において、複数の赤色ＬＥＤ４ｃを含む第２の発光素子群が、基板１を等分した、第１の発光素子群が配置されない他方の領域に配置される。

発光モジュール１０ｃは、基板１上において、照明装置１００ｃの電極接合部１４ａ−１と接続される電極６ｃ−１、電極６ｃ−１から延伸する配線６ｃを備える。また、発光モジュール１０ｃは、基板１上において、ボンディングワイヤ９ｃ−１により直列に接続された複数の青色ＬＥＤ２ｃ、並びに、ボンディングワイヤ９ｃ−２により直列に接続された複数の赤色ＬＥＤ４ｃを介して配線６ｃと並列に接続される配線８ｃを備える。配線８ｃは、延伸する先端に、照明装置１００ｃの電極接合部１４ｂ−１と接続される電極８ｃ−１を備える。なお、青色ＬＥＤ２ｃは、第１の実施形態の青色ＬＥＤ２ａと同様の熱特性を有する。また、赤色ＬＥＤ４ｃは、第１の実施形態の赤色ＬＥＤ４ａと同様の熱特性を有する。

図１１に示すように、青色ＬＥＤ２ｃ及び赤色ＬＥＤ４ｃを基板１上にまとめ、封止部３ｃにより封止される第１の領域及び封止部５ｃにより封止される第２の領域を分離して形成する。よって、照明装置１０ｃの制御部１４は、青色ＬＥＤ２ｃ及び赤色ＬＥＤ４ｃそれぞれの駆動制御及び熱管理が容易となる。延いては、発光モジュール１０ｃは、熱による赤色ＬＥＤ４ｃの発光特性の悪化による、全体の発光特性の悪化を抑制する。

［他の実施形態］
例えば、以上の実施形態では、青色ＬＥＤ２ａ〜２ｃを第１の発光素子とし、赤色ＬＥＤ４ａ〜４ｃを第２の発光素子とした。しかし、これに限らず、第１の発光素子と、第１の発光素子より熱特性が劣る第２の発光素子の組合せであれば、発光色を問わず、何れの発光素子でも良い。また、以上の実施形態では、封止部３ａ〜３ｃ及び封止部５ａ〜５ｃの材質が異なり、それぞれの光の屈折率が異なるとした。しかし、これに限らず、封止部３ａ〜３ｃ及び封止部５ａ〜５ｃは、同一の材質としても良い。また、封止部３ａ〜３ｃ及び封止部５ａ〜５ｃによる青色ＬＥＤ２ａ〜２ｃ及び赤色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの封止方法は、実施形態で説明したものに限らず、種々の方法を用いても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ａ〜１０ｃ 発光モジュール
２ａ〜２ｃ 青色ＬＥＤ
４ａ〜４ｃ 赤色ＬＥＤ
１００ａ〜１００ｃ 照明装置

Claims (2)

1. 青色発光素子である第１の発光素子と；
   赤色発光素子である第２の発光素子と；
   前記第１の発光素子が電気的に接続される第１の配線パターンと前記第２の発光素子が電気的に接続される第２の配線パターンとが形成された基板と；
   を具備し、
   前記第１の発光素子は、第１の接続構造により、前記基板に載置される載置面の反対面に、ワイヤにより前記第１の配線パターンに電気的に接続される一対の電極を有し、前記第２の発光素子を前記基板に接続するシリコーン剤よりも熱抵抗の高いシリコーン剤により前記基板に接続され、
   前記第２の発光素子は、温度変化に対する発光効率の変化率が前記第１の発光素子と比較して大きく、前記第１の接続構造と比較して放熱性の高い第２の接続構造にて前記基板に接続され、少なくとも１つの電極が載置面に設けられ、前記載置面が前記第２の配線パターン上に載置され、
   前記第２の接続構造における前記第２の発光素子と前記基板との間の熱抵抗は、前記第１の接続構造における前記第１の発光素子と前記基板上との間の熱抵抗と比較して低く、
   前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の発光効率は、温度の上昇に従って下がり、温度の低下に従って上がる
   ことを特徴とする発光モジュール。
2. 請求項１に記載の発光モジュールと；
   発光モジュールが配設される本体と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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