JP6256699B2

JP6256699B2 - 発光装置

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Publication number: JP6256699B2
Application number: JP2014229269A
Authority: JP
Inventors: 朋弘三輪; 酒井　和宏; 和宏酒井; 下西　正太; 正太下西; 重郎武田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: US10539274B2; JP2016092373A; US20160131313A1

Description

本発明は発光装置に係り、詳しくは、複数個のＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップが直列接続されたＬＥＤストリングを複数個並列接続し、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップとを混在させた発光装置である。

特許文献１には、基板上に並設された長尺状の複数の発光部を備え、その複数の発光部には色温度が異なる隣り合う発光部の組が複数含まれ、各発光部の色温度を異ならせるため、各発光部に含まれる波長変換部材に混入される各色の蛍光体の比率を異ならせた発光モジュールが開示されている。

特許文献２には、紫外線ＬＥＤチップと、その紫外線ＬＥＤチップが放射する紫外線を白色光に変換する光色変換部材とを備えた発光装置が開示されている。
また、特許文献２には、紫外線ＬＥＤチップに加えて、可視域の光を放射する可視ＬＥＤチップを備え、その可視ＬＥＤチップは青色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ，赤色ＬＥＤの少なくともいずれかである発光装置が開示されている。

特開２０１４−１４３３０７号公報特開２００５−１３６００６号公報

白色の衣類に紫外光を照射すると、衣類の白色をより美しく見せる効果がある。
しかし、特許文献２のように、紫外線ＬＥＤチップと光色変換部材とを組み合わせた発光装置では、紫外線ＬＥＤチップがほとんど視感できないため、漏れた紫外光を可視光として有効利用できず、発光効率が低いという欠点がある。
また、青色ＬＥＤチップと、その青色ＬＥＤチップが放射する青色光を白色光に変換する光色変換部材とを備えた発光装置が従来より広く使用されている。
しかし、青色ＬＥＤチップと光色変換部材とを組み合わせた発光装置では、発光効率が高いという利点があるものの、紫外光を照射できないため、衣類の白色を美しく見せる効果がないという欠点がある。
そこで、特許文献２のように、紫外線ＬＥＤチップに加えて、青色ＬＥＤチップを備えるようにすれば、衣類の白色を美しく見せる効果を得た上で、発光効率を高くすることができる。

一般に、紫外線ＬＥＤチップの閾値電圧（Ｖｆ）は、青色ＬＥＤチップの閾値電圧より高い電圧値である。
例えば、紫外線ＬＥＤチップの閾値電圧は、最小値が３．１Ｖ、標準値が３．４Ｖ、最大値が３．７Ｖの範囲でばらついている。
それに対して、青色ＬＥＤチップの閾値電圧は、最小値が２．８Ｖ、標準値が３．０Ｖ、最大値が３．２Ｖの範囲でばらついている。

ＬＥＤチップを用いた発光装置で十分な光量を得るには、複数個のＬＥＤチップが直列接続されたＬＥＤストリング（ＬＥＤ直列回路）を複数個並列接続する手法がとられる。
ここで、個々のＬＥＤストリングを紫外線ＬＥＤチップまたは青色ＬＥＤチップのみで構成した場合には、ＬＥＤストリングの合成閾値電圧（直列接続されたＬＥＤチップの閾値電圧の合計値）が各ＬＥＤストリング毎に異なる電圧値になる。
すると、合成閾値電圧の低いＬＥＤストリング（青色ＬＥＤチップのみで構成されたＬＥＤストリング）に流れる電流が、合成閾値電圧の高いＬＥＤストリング（紫外光ＬＥＤチップのみで構成されたＬＥＤストリング）に流れる電流よりも大きくなり、各ＬＥＤストリングの発光強度が異なってしまうため、各ＬＥＤストリング毎に発光ムラが発生するという問題がある。
この問題は、紫外光ＬＥＤチップを紫色ＬＥＤチップに置き換えた場合にも同様に起こる。

尚、特許文献１には、各色の可視ＬＥＤチップまたは紫外線ＬＥＤチップの内のいずれか一種類のＬＥＤチップのみを複数個直並列接続する技術が開示されているだけであり、紫外線ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップとを混在させて直並列接続する技術については一切開示されておらず示唆すらもされていない。
また、特許文献２には、各色の可視ＬＥＤチップと紫外線ＬＥＤチップとを混在させる技術が開示されているだけであり、ＬＥＤチップの具体的な接続構成については一切開示されておらず示唆すらもされていない。

本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップとを複数個直並列接続した際に、発光ムラの発生を防止可能な発光装置を提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

＜第１の局面＞
第１の局面は、複数個のＬＥＤチップが直列接続されたＬＥＤストリングを複数個並列接続した発光装置であって、
ＬＥＤストリングは、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップとが直列接続され、
複数個のＬＥＤストリング毎に、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップの個数と、青色ＬＥＤチップの個数とが同一である。

第１の局面では、ＬＥＤストリングの合成閾値電圧（直列接続されたＬＥＤチップの閾値電圧の合計値）が各ＬＥＤストリング毎に略同一電圧値になるため、各ＬＥＤストリングに流れる電流も略同一電流値になり、各ＬＥＤストリングの発光強度が略同一になることから、各ＬＥＤストリング毎に発光ムラが発生するのを防止できる。

＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、青色ＬＥＤチップの合計個数が、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップの合計個数以上である。
第２の局面では、発光効率が高い青色ＬＥＤチップを多数個備えることにより、発光装置の発光効率をも高めることができる。
そして、第２の局面では、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップを備えることにより、衣類の白色をより美しく見せる効果を得ることができる。
尚、各ＬＥＤチップの合成個数については、実験的に最適個数を求めて設定すればよい。

＜第３の局面＞
第３の局面は、第１の局面または第２の局面において、複数個のＬＥＤチップが実装された基板を備え、光放射面に対して、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップが分散配置されている。
第３の局面では、紫外光ＬＥＤチップから放射される紫外光または紫色ＬＥＤチップから放射される近紫外光を、光放射面から均等に放射することが可能であるため、衣類の白色をより美しく見せる効果が確実に得られる。

＜第４の局面＞
第４の局面は、第３の局面において、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップを、青色ＬＥＤチップが囲むように配置されている。
第４の局面によれば、第３の局面の前記作用・効果が確実に得られる。

＜第５の局面＞
第５の局面は、第３の局面または第４の局面において、光放射面の中心点に対して、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップが点対称に配置されている。
第５の局面によれば、第３の局面の前記作用・効果が更に確実に得られる。

＜第６の局面＞
第６の局面は、第５の局面において、複数個のＬＥＤストリングは、偶数個のＬＥＤチップが直列接続されている。
第６の局面によれば、第５の局面における紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップの点対称の配置を容易に実現できる。

本発明を具体化した第１実施形態の発光装置１０の回路図。発光装置１０の概略構成を示す平面図。本発明を具体化した第２実施形態の発光装置５０の回路図。発光装置５０の概略構成を示す平面図。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態の発光装置１０の回路構成は、４個のＬＥＤストリング（ＬＥＤ直列回路）１１〜１４が、アノード側電極（プラス側電極）１５とカソード側電極（マイナス側電極）１６との間に並列接続されたものである。
各ＬＥＤストリング１１〜１４の回路構成は、３個の紫外光ＬＥＤチップ１７と３個の青色ＬＥＤチップ１８とが直列接続されたものである。
すなわち、発光装置１０は、３個の紫外光ＬＥＤチップ１７と３個の青色ＬＥＤチップ１８とが直列接続されたＬＥＤストリング１１〜１４を４個並列接続しており、１２個の紫外光ＬＥＤチップ１７と１２個の青色ＬＥＤチップ１８とを直並列接続したものである。

尚、図１において、各ＬＥＤストリング１１，１４と各ＬＥＤストリング１２，１３とで、各ＬＥＤチップ１７，１８の接続箇所が異なる。
図１における各ＬＥＤチップ１７，１８の接続箇所は、図２に示す発光装置１０の平面図における各ＬＥＤチップ１７，１８の配置箇所に対応させたものである。

図２に示すように、発光装置１０は、ＬＥＤストリング１１〜１４、アノード側電極１５、カソード側電極１６、紫外光ＬＥＤチップ１７、青色ＬＥＤチップ１８に加えて、放熱用基板２１、配線用基板２２（貫通孔２２ａ）、配線層２３，２４、枠体２５、絶縁層２６、ボンディングワイヤ２７、封止体２８、光放射面２９（中心点Ｏ）などを備える。

放熱用基板（支持体、基台）２１は、熱伝導性および光反射率の高い金属材料（例えば、表面に高反射処理を施したアルミニウム合金、純銅、銅系合金など）の矩形平板材によって形成されている。
尚、放熱用基板２１は、金属材料に限らず、熱伝導性および光反射率が高ければどのような材料（例えば、合成樹脂材料、セラミックス材料など）によって形成してもよい。

配線用基板（配線板、絶縁板、絶縁層）２２は、放熱用基板２１の表面上に貼着固定されており、配線用基板２２には貫通孔２２ａが形成されている。
尚、配線用基板２２は、絶縁性の高い合成樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など）と基材（例えば、ガラス繊維、紙など）との複合基板（例えば、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板など）や、セラミックス材料（例えば、窒化アルミニウムなど）の矩形平板材などによって形成されている。

各ＬＥＤチップ１７，１８は略直方体状を成したベアチップであり、貫通孔２２ａから露出している放熱用基板２１の表面上に、各ＬＥＤチップ１７，１８がＣＯＢ（Chip on Board）方式によって実装・搭載されている。
各配線層２３，２４は、銅箔から成り、配線用基板２２の表面（放熱用基板２１に貼着固定されている面の反対側の面）上に形成されている。

円環状の枠体（ダム材）２５は、配線用基板２２の表面上にて配線用基板２２の貫通孔２２ａを囲繞するように配設されている。
尚、枠体２５は、光反射率の高い微粒子（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、硫酸バリウムなど）が内部に分散配置された白色の合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など）、光反射率の高いセラミックス材料（例えば、酸化アルミニウムなど）、光反射率の高い金属材料（例えば、アルミニウム合金など）などによって形成されている。

絶縁層２６は、絶縁性を有する合成樹脂材料から成り、配線用基板２２の表面上における枠体２５の外側部分に形成されている。
枠体２５の外側に形成された配線層２３，２４の一部は絶縁層２６から露出しており、絶縁層２６から露出した配線層２３によりアノード側電極１５が形成され、絶縁層２６から露出した配線層２４によりカソード側電極１６が形成されている。
枠体２５の内側からは各配線層２３，２４の一部が露出している。
各ボンディングワイヤ２７は、導電性の高い金属線材から成り、各ＬＥＤチップ１７，１８を直列接続すると共に、枠体２５の内側から露出した配線層２３，２４に接続されている。
各ＬＥＤストリング１１〜１４は、各ボンディングワイヤ２７を介して、枠体２５の内側から露出した各配線層２３，２４間に接続されている。

封止体２８は、枠体２５の内部に注入充填されており、各ＬＥＤチップ１７，１８および各ボンディングワイヤ２７は、封止体２８に封止されることにより封止体２８内に埋設されている。
尚、封止体２８は、蛍光体（例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系など）を含有する透明な合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂など）によって形成されている。
そして、封止体２８の表面が発光装置１０の光放射面（光放射領域、発光領域、発光部）２９になる。
ここで、光放射面２９は略円形であるため、その略円形の中心点が光放射面２９の中心点Ｏとなる。

発光装置１０では、青色ＬＥＤチップ１８から放射された一次光（青色光）と、その一次光の一部が封止体２８に含有される蛍光体を励起することにより波長変換された二次光（黄色光）とが混色され、その混色により生成された白色光が、光放射面２９である封止体２８の表面から放射される。
また、紫外光ＬＥＤチップ１７から放射された紫外光が光放射面２９の表面から放射される。
そのため、発光装置１０によれば、紫外光ＬＥＤチップ１７を用いることで衣類の白色を美しく見せる効果を得ると共に、青色ＬＥＤチップ１８を用いることで発光効率を高くすることができる。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態の発光装置１０によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］発光装置１０では、各ＬＥＤストリング１１〜１４毎に、紫外光ＬＥＤチップ１７の個数（３個）と、青色ＬＥＤチップ１８の個数（３個）とが同一である。
よって、ＬＥＤストリングの合成閾値電圧（直列接続されたＬＥＤチップ１７，１８の閾値電圧の合計値）が、各ＬＥＤストリング１１〜１４毎に略同一電圧値になる。
そのため、発光装置１０では、各ＬＥＤストリング１１〜１４に流れる電流も略同一電流値になり、各ＬＥＤストリング１１〜１４の発光強度が略同一になることから、各ＬＥＤストリング１１〜１４毎に発光ムラが発生するのを防止できる。

［２］発光装置１０では、青色ＬＥＤチップ１８の合計個数（１２個）が、紫外光ＬＥＤチップ１７の合計個数（１２個）と同一である。
そのため、発光効率が高い青色ＬＥＤチップ１８を多数個備えることにより、発光装置１０の発光効率をも高めることができる。
そして、発光装置１０は、紫外光ＬＥＤチップ１７を備えることにより、衣類の白色をより美しく見せる効果を得ることができる。
尚、各ＬＥＤチップ１７，１８の合成個数については、実験的に最適個数を求めて設定すればよい。

［３］発光装置１０では、光放射面２９に対して紫外光ＬＥＤチップ１７が分散配置されているため、紫外光ＬＥＤチップ１７から放射される紫外光を、光放射面２９から均等に放射することが可能であるため、衣類の白色をより美しく見せる効果が確実に得られる。

［４］発光装置１０では、各ＬＥＤストリング１２，１３の紫外光ＬＥＤチップ１７を、各ＬＥＤストリング１１〜１４の青色ＬＥＤチップ１８が囲むように配置されているため、前記［３］の作用・効果が確実に得られる。

［５］発光装置１０では、光放射面２９の中心点Ｏに対して、各紫外光ＬＥＤチップ１７が点対称に配置されているため、前記［３］の作用・効果が更に確実に得られる。

［６］各ＬＥＤストリング１１〜１４は、偶数個である６個のＬＥＤチップ１７，１８が直列接続されているため、前記［５］における紫外光ＬＥＤチップ１７の点対称の配置を容易に実現できる。

＜第２実施形態＞
図３に示すように、第２実施形態の発光装置５０の回路構成は、４個のＬＥＤストリング５１〜５４が、アノード側電極１５とカソード側電極１６との間に並列接続されたものである。
各ＬＥＤストリング５１〜５４の回路構成は、２個の紫外光ＬＥＤチップ１７と４個の青色ＬＥＤチップ１８とが直列接続されたものである。

すなわち、発光装置５０は、２個の紫外光ＬＥＤチップ１７と４個の青色ＬＥＤチップ１８とが直列接続されたＬＥＤストリング１１〜１４を４個並列接続しており、１６個の紫外光ＬＥＤチップ１７と８個の青色ＬＥＤチップ１８とを直並列接続したものである。
尚、図３における各ＬＥＤチップ１７，１８の接続箇所は、図４に示す発光装置１０の平面図における各ＬＥＤチップ１７，１８の配置箇所に対応させたものである。

図４に示すように、発光装置５０は、ＬＥＤストリング５１〜５４、アノード側電極１５、カソード側電極１６、紫外光ＬＥＤチップ１７、青色ＬＥＤチップ１８に加えて、放熱用基板２１、配線用基板２２（貫通孔２２ａ）、配線層２３，２４、枠体２５、絶縁層２６、ボンディングワイヤ２７、封止体２８、光放射面２９などを備える。
各ＬＥＤストリング５１〜５４は、各ボンディングワイヤ２７を介して、枠体２５の内側から露出した各配線層２３，２４間に接続されている。

［第２実施形態の作用・効果］
第２実施形態の発光装置５０によれば、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

そして、発光装置５０では、青色ＬＥＤチップ１８の合計個数（１６個）が、紫外光ＬＥＤチップ１７の合計個数（８個）より多い。
そのため、第２実施形態の発光装置５０は、第１実施形態の発光装置１０に比べて、発光効率を高くすることができる。

また、発光装置５０では、各ＬＥＤストリング１１〜１４の紫外光ＬＥＤチップ１７を、各ＬＥＤストリング１１〜１４の青色ＬＥＤチップ１８が囲むように配置されているため、第１実施形態の前記［３］の作用・効果が更に確実に得られる。

＜別の実施形態＞
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［Ａ］紫外光ＬＥＤチップ１７を、近紫外光に加えて紫色光を放射する紫色ＬＥＤチップに置き換えてもよい。

［Ｂ］各ＬＥＤストリングを構成する紫外光ＬＥＤチップ１７と青色ＬＥＤチップ１８の個数は適宜設定すればよく、並列接続するＬＥＤストリングの個数も適宜設定すればよい。

［Ｃ］放熱用基板２１を省き、配線用基板２２に各ＬＥＤチップ１７，１８を実装・搭載してもよい。

［Ｄ］各ボンディングワイヤ２７を省き、各ＬＥＤチップ１７，１８および配線層２３，２４をフリップチップボンディングによって接続してもよい。

本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１０，５０…発光装置
１１〜１４，５１〜５４…ＬＥＤストリング
１７…紫外光ＬＥＤチップ
１８…青色ＬＥＤチップ
２１…放熱用基板（基板）
２９…光放射面
Ｏ…中心点

Claims

複数個のＬＥＤチップが直列接続されたＬＥＤストリングを複数個並列接続した発光装置であって、
前記ＬＥＤストリングは、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップとが直列接続され、
複数個の前記ＬＥＤストリング間で、前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップの個数と、前記青色ＬＥＤチップの個数とがそれぞれ同一であり、
複数個の前記ＬＥＤチップが実装された基板を備え、
光放射面に対して、前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップが分散配置され、
前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップを、前記青色ＬＥＤチップが囲むように配置された、発光装置。
前記光放射面の中心点に対して、前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップが点対称に配置された、
請求項１に記載の発光装置。
複数個のＬＥＤチップが直列接続されたＬＥＤストリングを複数個並列接続した発光装置であって、
前記ＬＥＤストリングは、紫外光ＬＥＤチップまたは紫色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップとが直列接続され、
複数個の前記ＬＥＤストリング間で、前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップの個数と、前記青色ＬＥＤチップの個数とがそれぞれ同一であり、
複数個の前記ＬＥＤチップが実装された基板を備え、
光放射面に対して、前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップが分散配置され、
前記光放射面の中心点に対して、前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップが点対称に配置された、発光装置。
前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップを、前記青色ＬＥＤチップが囲むように配置された、
請求項３に記載の発光装置。
複数個の前記ＬＥＤストリングは、偶数個の前記ＬＥＤチップが直列接続された、
請求項２〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記青色ＬＥＤチップの合計個数が、前記紫外光ＬＥＤチップまたは前記紫色ＬＥＤチップの合計個数以上である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置。