JP6584308B2 - LED light emitting module - Google Patents
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Description
本発明は、チップ・オン・ボード(Chip On Board: COB)タイプのLED発光モジュールに関し、特に低電圧で高輝度の発光が可能で、色特性の良い発光色が得られるLED発光モジュールに関する。 The present invention relates to a chip on board (COB) type LED light emitting module, and more particularly, to an LED light emitting module capable of emitting light with high luminance at a low voltage and having good color characteristics.
近年、半導体素子であるLED素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、照明等に広く利用されるようになってきた。 In recent years, LED elements, which are semiconductor elements, have long life and excellent driving characteristics, and are widely used for illumination and the like because they are small in size, have high luminous efficiency, and have bright emission colors.
さらに、LED素子により、投光器、高天井照明、スタジアムの照明・イルミネーション等の高輝度光源装置を実現することが望まれている。高輝度光源装置を実現するには、LED発光モジュールにおいて、LED素子を高密度に実装することが求められる。 Furthermore, it is desired to realize a high-intensity light source device such as a projector, high ceiling lighting, and lighting / illumination of a stadium using an LED element. In order to realize a high-intensity light source device, it is required to mount LED elements at high density in an LED light emitting module.
LED素子を高密度に実装するには、例えば、ボード上にアノード(正)とカソード(負)の電極および複数個のLED素子を配置し、複数個のLED素子を電極間にワイヤボンディングにより電気的に直列に接続するのが一般的である。LED素子列は、一列に限定されず、複数のLED素子列が並列に電極間に接続される。電極は実装密度を低下させるので、LED素子が配置される領域における電極の面積を小さくすることが望ましい。 In order to mount LED elements at high density, for example, anode (positive) and cathode (negative) electrodes and a plurality of LED elements are arranged on a board, and a plurality of LED elements are electrically connected by wire bonding between the electrodes. Generally, they are connected in series. The LED element row is not limited to one row, and a plurality of LED element rows are connected in parallel between the electrodes. Since the electrode reduces the mounting density, it is desirable to reduce the area of the electrode in the region where the LED element is disposed.
多数のLED素子を密集して配置する場合、電極間に接続されるLED素子の個数が増加し、すなわち直列に接続されるLED素子の個数が増加する。一個のLED素子に生じる電圧は一定であるため、一列のLED素子の個数が増加すると電極間に印加する電圧が増加する。そのため、LED発光モジュールに供給する電圧が、使用可能な直流電源の電圧を超えてしまう場合があった。このような場合、LED発光モジュールを使用するには、電圧の高いより大きな電源が必要になる。 When a large number of LED elements are arranged densely, the number of LED elements connected between the electrodes increases, that is, the number of LED elements connected in series increases. Since the voltage generated in one LED element is constant, the voltage applied between the electrodes increases as the number of LED elements in a line increases. Therefore, the voltage supplied to the LED light emitting module sometimes exceeds the voltage of a usable DC power source. In such a case, in order to use the LED light emitting module, a larger power source having a higher voltage is required.
そこで、配列されるLED素子の間に電極を配列し、各LED素子列で直列に接続されるLED素子数を減少させることが行われる。この場合、一系統の電極(アノードまたはカソード)は複数の電極を有し、複数の電極を他から絶縁して電気的に接続するため、多層配線するのが一般的である。また、LED素子間を接続するボンディングワイヤが、電極配線を跨ぐ場合があった。このように、一列に接続されるLED素子の個数を低減するため、一系統の電極を複数の電極で形成するLED発光モジュールが知られているが、電極およびボンディングワイヤの配線が複雑になるという問題があった。 Therefore, an electrode is arranged between the arranged LED elements to reduce the number of LED elements connected in series in each LED element row. In this case, one system of electrodes (anode or cathode) has a plurality of electrodes, and in order to insulate and electrically connect the plurality of electrodes from the other, it is common to perform multilayer wiring. In some cases, the bonding wire connecting the LED elements straddles the electrode wiring. Thus, in order to reduce the number of LED elements connected in a row, there is known an LED light emitting module in which one system of electrodes is formed by a plurality of electrodes, but the wiring of electrodes and bonding wires is complicated. There was a problem.
また、投光器等に使用されるLED発光モジュールは、円形の発光部を有し、回転対称な輝度分布を有することが望ましい。 Moreover, it is desirable that the LED light emitting module used for a projector or the like has a circular light emitting portion and has a rotationally symmetric luminance distribution.
さらに、LED発光モジュールは、出射する光が混色して所望の色特性を呈することが望まれる。所望の色特性を呈するには、発光波長の異なる複数のLED素子を実装する方法と、異なる色に変換する蛍光体でLED素子を覆う方法と、その両方を行う方法があるが、製造の容易性を考慮すると、同じ発光波長のLED素子を使用し、蛍光体を組み合わせることが望ましい。 Furthermore, it is desired that the LED light emitting module has a desired color characteristic by mixing emitted light. In order to exhibit desired color characteristics, there are a method of mounting a plurality of LED elements having different emission wavelengths, a method of covering the LED element with a phosphor that converts to a different color, and a method of performing both, but easy manufacture In view of the characteristics, it is desirable to use LED elements having the same emission wavelength and combine the phosphors.
特許文献1は、複数段の電圧を提供する電極パターンを有し、複数のLED素子が配列されるエリアを、ダム材で複数の領域に分割して囲み、囲んだ領域に異なる蛍光体を配置することにより、所望の色特性を得る発光装置を記載している。 Patent Document 1 has an electrode pattern that provides a plurality of stages of voltage, divides an area where a plurality of LED elements are arranged into a plurality of areas with a dam material, and arranges different phosphors in the enclosed areas Thus, a light-emitting device that obtains desired color characteristics is described.
特許文献2は、接続を切り替えられる1つの配線パターンを有する発光モジュールの基板を記載している。
本発明は、同じ発光波長の複数のLED素子を使用し、簡単な電極構造で、所望の色特性の光が得られるLED発光モジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an LED light-emitting module that uses a plurality of LED elements having the same emission wavelength and can obtain light having a desired color characteristic with a simple electrode structure.
本発明に係るLED発光モジュールは、基板と、基板上に形成された第1電極および第2電極と、第1電極と第2電極間に接続された同じ発光色の複数のLED素子と、複数のLED素子が配列されるエリアを、複数の領域に分割し、分割したそれぞれの領域を囲むように形成されたダム材と、ダム材により囲まれる複数の領域に、LED素子を保護するように配置された樹脂材と、を有し、複数の領域のうちの少なくとも二つの領域に配置される樹脂材は、LED素子の出力する光を異なる色の光に変換する蛍光体を含み、二つの領域の一方に配置される樹脂材は第1の色の光に変換する第1の蛍光体を含み、二つの領域の他方に配置される樹脂材は第1の色と異なる第2の光に変換する第2の蛍光体を含む、ことを特徴とする。 An LED light emitting module according to the present invention includes a substrate, a first electrode and a second electrode formed on the substrate, a plurality of LED elements of the same emission color connected between the first electrode and the second electrode, and a plurality of LED elements The area where the LED elements are arranged is divided into a plurality of areas, and the dam material formed so as to surround each of the divided areas, and the plurality of areas surrounded by the dam material so as to protect the LED elements The resin material disposed in at least two of the plurality of regions includes a phosphor that converts light output from the LED element into light of a different color, The resin material arranged in one of the regions includes a first phosphor that converts light of the first color, and the resin material arranged in the other of the two regions emits second light different from the first color. It contains the 2nd fluorescent substance to convert.
第1電極は、180度より小さい円弧状の第1外側電極および第1内側電極と、第1外側電極と第1内側電極とを接続する第1接続電極と、を有し、第2電極は、180度より小さく、第1外側電極および第1内側電極と同じ半径の円弧状の第2外側電極および第2内側電極と、第2外側電極と第2内側電極とを接続する第2接続電極と、を有し、第1外側電極は第2内側電極と対向して配置され、第2外側電極は第1内側電極と対向して配置され、複数のLED素子はM列のLED素子列を有し、各LED素子列は第1電極と第2電極間に直列に接続したN個のLED素子を有する。 The first electrode has an arc-shaped first outer electrode and first inner electrode smaller than 180 degrees, and a first connection electrode connecting the first outer electrode and the first inner electrode, and the second electrode is , Smaller than 180 degrees, arc-shaped second outer electrode and second inner electrode having the same radius as the first outer electrode and first inner electrode, and a second connection electrode for connecting the second outer electrode and the second inner electrode The first outer electrode is disposed to face the second inner electrode, the second outer electrode is disposed to face the first inner electrode, and the plurality of LED elements are arranged in M rows of LED elements. Each LED element row has N LED elements connected in series between the first electrode and the second electrode.
第1内側電極と第2内側電極との間の中心領域に配置されるLED素子列は、第1内側電極と第2内側電極に接続され、第1外側電極と第2内側電極との間および第2外側電極と第1内側電極との間の周辺領域に配置されるLED素子列は、第1外側電極と第2内側電極または第1内側電極と第2外側電極に接続される。 The LED element array disposed in the central region between the first inner electrode and the second inner electrode is connected to the first inner electrode and the second inner electrode, and between the first outer electrode and the second inner electrode and The LED element array disposed in the peripheral region between the second outer electrode and the first inner electrode is connected to the first outer electrode and the second inner electrode or the first inner electrode and the second outer electrode.
周辺領域に配置される複数のLED素子は、中心に対して放射状に配置されるようにしてもよい。 The plurality of LED elements arranged in the peripheral region may be arranged radially with respect to the center.
周辺領域に放射状に配置される各LED素子列の同じ順番のLED素子は、同心円状に配置されるようにしてもよい。 The LED elements in the same order in each LED element array arranged radially in the peripheral region may be arranged concentrically.
ダム材は、第1外側電極および第2外側電極に対応する半径位置に配置された円環状の外側円環部と、第1内側電極および第2内側電極に対応する半径位置に配置された円環状の内側円環部と、中心から放射状に等角で4方向に内側円環部まで伸び、2方向に伸びる部分は第1接続電極および第2接続電極の方向と同じである内側放射部と、内側放射部と同じ4方向に内側円環部から前記外側円環部まで伸びる外側放射部と、を有する樹脂枠を形成する。 The dam material includes an annular outer ring portion disposed at a radial position corresponding to the first outer electrode and the second outer electrode, and a circle disposed at a radial position corresponding to the first inner electrode and the second inner electrode. An annular inner ring portion, and an inner radiation portion that extends radially from the center to the inner ring portion in four directions at equal angles and extends in two directions are the same as the directions of the first connection electrode and the second connection electrode. A resin frame having an outer radiating portion extending from the inner annular portion to the outer annular portion in the same four directions as the inner radiating portion is formed.
外側円環部、内側円環部、外側放射部および内側放射部は、白色樹脂で形成される。複数のLED素子は、上部にダム材が配置されるLED素子を含んでもよい。 The outer annular portion, the inner annular portion, the outer radiating portion, and the inner radiating portion are formed of white resin. The plurality of LED elements may include an LED element on which a dam material is disposed.
外側円環部、内側円環部および外側放射部は白色樹脂で形成され、内側放射部は拡散剤を含む透明樹脂で形成されるようにしてもよい。 The outer ring part, the inner ring part, and the outer radiation part may be formed of a white resin, and the inner radiation part may be formed of a transparent resin containing a diffusing agent.
基板は、セラミック製であってもよい。また、基板は、実装基板と、実装基板上に配置される回路基板と、を有し、第1電極および第2電極は回路基板上に配置され、回路基板は開口部を有し、複数のLED素子は、開口部に対応する実装基板上に実装されるようにしてもよい。 The substrate may be made of ceramic. The substrate has a mounting substrate and a circuit substrate disposed on the mounting substrate, the first electrode and the second electrode are disposed on the circuit substrate, the circuit substrate has an opening, and a plurality of The LED element may be mounted on a mounting substrate corresponding to the opening.
本発明によれば、同じ発光波長の複数のLED素子を使用し、簡単な電極構造で、所望の色特性の光が得られるLED発光モジュールが実現される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the LED light emitting module which uses the some LED element of the same light emission wavelength, and can obtain the light of a desired color characteristic with a simple electrode structure is implement | achieved.
以下、図面を参照しつつ、LED発光モジュールおよびその製造方法について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。 Hereinafter, an LED light emitting module and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the drawings or the embodiments described below.
図1は、本発明に係る第1実施形態のLED発光モジュール1の上面図および上面図においてIAおよびIBで示した位置の2つの断面図である。なお、断面図では、断面部分における要素のみを示し、断面部分から奥の部分に見える要素は、図示を分かり易くするために表示を省略している。また、最上層には蛍光体を含有する封止樹脂が存在するが、上面図において、図示を分かり易くするために封止樹脂が無いかまたは透明であり、下層の部分は観察可能であるとして下層の部分を実線で示している。
LED発光モジュール1は、主要な構成要素として、実装基板10、LED素子30、ダム材で形成した樹脂枠40A−40Dおよび封止樹脂50A−50Cを有する。
FIG. 1 is two cross-sectional views at positions indicated by IA and IB in the top view and the top view of the LED light emitting module 1 according to the first embodiment of the present invention. In the cross-sectional view, only elements in the cross-sectional portion are shown, and elements that are visible from the cross-sectional portion to the back are omitted for easy understanding. In addition, there is a sealing resin containing a phosphor in the uppermost layer. However, in the top view, the sealing resin is absent or transparent for easy understanding of the illustration, and the lower layer portion can be observed. The lower layer is indicated by a solid line.
The LED light emitting module 1 includes a
また、図2から図6は、実装基板10、LED素子30を配置した状態の実装基板10、LED素子30をワイヤボンディング31で接続した状態の実装基板10、ダム材40A−40Dで樹脂枠を形成した状態の実装基板10、および封止樹脂50A−50Cで封止した状態の実装基板を示す。図2から図6は、LED発光モジュール1の製造工程を順に示す図に相当する。
2 to 6 show the
図2に示すように、実装基板10は、その上面にLED素子30が実装される平面領域を有する基板であり、ここではセラミック製の例が示される。実装基板10は一例として正方形の形状を有する。
As shown in FIG. 2, the
実装基板10の上面には、配線パターンが形成される。配線パターンは、第1端子電極24Aおよび第2端子電極24Bと、第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bと、第1内側電極26Aおよび第2内側電極26Bと、第1接続電極27Aおよび第2接続電極27Bと、を有する。配線パターンは、例えば、金メッキ層である。実装基板10の上面の配線パターン以外の部分は、例えば、銀メッキ層などの高反射処理層が形成される。高反射処理層は、誘電体多層膜のような増反射膜でもよい。
A wiring pattern is formed on the upper surface of the
第1端子電極24Aおよび第2端子電極24Bは、対角線上で向かい合う2つの頂点付近に形成される。第1端子電極24Aはアノード(正)電極であり、第2端子電極24Bはカソード(負)電極であり、これらに外部電源から電圧が印加されることによって、LED発光モジュール1は発光する。なお、第1端子電極24Aおよび第2端子電極24B付近の参照符号24AAおよび24BBで示すパターンは、第1端子電極24Aおよび第2端子電極24Bの極性を示すパターンであり、配線パターンではないが、配線パターンと同じ工程で形成される。
The first
第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bは、LED発光モジュール1の中心から第1の半径に配置される円弧状のパターンで、互いに重ならないように形成される。第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bは、互いに重ならないという条件を満たした上で、できるだけ長いことが望ましく、それぞれ中心に対して180度より小さいが、できるだけ180度に近い範囲となる長さを有する。実際には、パターン形成の誤差や相互の絶縁性等を考慮して、例えば、中心に対して170度の角度をなす長さとなるように形成される。
The first outer electrode 25 </ b> A and the second outer electrode 25 </ b> B are arc-shaped patterns arranged from the center of the LED light emitting module 1 to the first radius so as not to overlap each other. The first
第1内側電極26Aおよび第2内側電極26Bは、LED発光モジュール1の中心から、第1の半径より小さい第2の半径に配置される円弧状のパターンで、外側電極と同様に、互いに重ならないように形成される。
The first
図2に示すように、第1外側電極25Aと第2内側電極26Bは中心に対して同じ側(図では上側)に配置され、第2外側電極25Bと第1内側電極26Aは中心に対して同じ側(図では下側)に配置される。第1の半径と第2の半径は、例えば、第1外側電極25Aと第2内側電極26B間の放射方向の距離と、第2内側電極26Bと第1内側電極26A間の放射方向の距離が、略等しくなるように選択される。
As shown in FIG. 2, the first
第1接続電極27Aは、第1外側電極25Aの端部と第1内側電極26Aの端部とを接続する直線状のパターンであり、第2接続電極27Bは、第2外側電極25Bの端部と第2内側電極26Bの端部とを接続する直線状のパターンである。第1接続電極27Aと第2接続電極27Bは、中心に対して反対側に配置される。
The
図2に示すように、第1端子電極24A、第1外側電極25A、第1接続電極27Aおよび第1内側電極26Aは、互いに接続されており、第1電極を形成する。外部電源から第1端子電極24Aに電圧が印加されると、第1電極を形成する電極は同じ電圧になる。また、第2端子電極24B、第2外側電極25B、第2接続電極27Bおよび第2内側電極26Bは、互いに接続されており、第2電極を形成する。外部電源から第2端子電極24Bに電圧が印加されると、第2電極を形成する電極は同じ電圧になる。
As shown in FIG. 2, the first
なお、図示していないが、実装基板10では、第1端子電極24Aおよび第2端子電極24Bが設けられる対角線上の2つの頂点とは異なる対角線上の2つの頂点付近に、固定用貫通穴が設けられることがある。
Although not shown, the mounting
LED素子30は、発光素子の一例であり、例えば発光波長帯域が450〜460nm程度の青色光を発光する青色LED素子である。図3に示すように、LED発光モジュール1では、複数(42個)のLED素子30が、実装基板10上に実装される。LED素子30の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、実装基板10の上面に固定される。LED素子30は、セラミック製の実装基板10上または銀メッキ層上に直接固着されるため、LED素子30に対する放熱効果が高く、高出力の発光を行うことが可能である。
The
第1内側電極26Aと第2内側電極26Bが対向する中心領域では、6個のLED素子30が中心から同じ半径位置に配置される。第1外側電極25Aと第2内側電極26Bが対向する上側の周辺領域および第2外側電極25Bと第1内側電極26Aが対向する下側の周辺領域では、それぞれが直線状に配置された3個のLED素子からなる12列のLED素子30が、中心に対して放射状に配置され、各列の同じ順番のLED素子30は、同心円状に配置される。例えば、LED素子30角度間隔は、2つの間隔のみ約50度、他は約25度である。
In the central region where the first
なお、参照符号32で示す部品は、第1電極と第2電極間に過電圧が印加された時にLED素子30を保護するツェナーダイオード素子である。
The component indicated by
LED素子30は上面に一対の素子電極を有する。図4に示すように、3個の隣接するLED素子30の素子電極は、ボンディングワイヤ31により直列に接続され、さらに両端のLED素子30の素子電極は、第1電極および第2電極にボンディングワイヤ31により接続される。
The
例えば、中心領域では、6個のLED素子30は、図において上下方向に伸びる2列に分けられ、各列の3個のLED素子30の素子電極は、ボンディングワイヤ31により直列に接続され、各列の両端のLED素子30の素子電極は、第1内側電極26Aおよび第2内側電極26Bにボンディングワイヤ31により接続される。言い換えれば、各列の3個のLED素子30は、第1内側電極26Aと第2内側電極26B間に、ボンディングワイヤ31により直列に接続される。
For example, in the central region, the six
さらに、上側の周辺領域では、18個のLED素子30は、中心に対して放射状に配置された3個のLED素子30を一列として、6列のLED素子列に分けられる。各列の3個のLED素子30は、第1外側電極25Aと第2内側電極26B間に、ボンディングワイヤ31により直列に接続される。同様に、下側の周辺領域では、6列のLED素子列の各列の3個のLED素子30は、第1内側電極26Aと第2外側電極25B間に、ボンディングワイヤ31により直列に接続される。LED発光モジュール1では、第1電極および第2電極は金メッキ層であり、ワイヤボンディング正が良く、接続の信頼性を高めることができる。
Furthermore, in the upper peripheral region, the 18
さらに、周辺領域では、12列のLED素子30が、中心に対して放射状に配置され、各列の同じ順番のLED素子30は、同心円状に配置されるので、円形の輝度分布が回転対称である発光モジュールが形成される。
Further, in the peripheral region, 12 rows of
ダム材は高反射の白色の樹脂であり、図5に示すように、実装基板10の上面で第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bと重なる位置に形成される外側円環部40Aと、第1内側電極26Aおよび第2内側電極26Bと重なる位置に形成される内側円環部40Bと、中心から放射状に等角で4方向に内側円環部40Bまで伸びる内側放射部40Dと、内側放射部40Dと同じ4方向に内側円環部40Bから外側円環部40Aまで伸びる外側放射部40Cと、を有するダム(樹脂枠)を形成する。内側放射部40Dの逆の2方向に伸びる部分は第1接続電極27Aおよび第2接続電極27Bと重なる位置に形成され、残りの2方向に伸びる部分は、これらと90度異なる方向に伸びる。したがって、LED素子30が実装される領域は、ダム材により、外側の4つの領域と内側の4つの領域に分割される。外側の4つの領域のそれぞれには3列のLED素子、合計9個のLED素子が配置される。内側の4つの領域のそれぞれには1個のLED素子が配置される。内側の2個のLED素子は、上部にダム材が配置される。
The dam material is a highly reflective white resin, and as shown in FIG. 5, an outer
図6に示すように、封止樹脂は、実装基板10上のダム材(樹脂枠)40で囲まれる部分に注入されて、LED素子30を被覆し保護(封止)する。例えば、封止樹脂50としては、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な樹脂を、特に250℃程度の耐熱性がある樹脂を使用するとよい。封止樹脂50は、図示の通り分割された領域ごとに硬化される。
As shown in FIG. 6, the sealing resin is injected into a portion surrounded by the dam material (resin frame) 40 on the mounting
さらに、封止樹脂には、蛍光体が分散混入される。本実施形態では、領域ごとに分散混入される蛍光体が異なる。具体的には、封止樹脂は、LED素子30からの青色光によって励起されて赤色を出射する赤色蛍光体が分散混入された赤色用封止樹脂50Aと、LED素子30からの青色光によって励起されて緑色を出射する緑色蛍光体が分散混入された緑色用封止樹脂50Bと、蛍光体を含まずLED素子30からの青色光をそのまま通過させる透明な封止樹脂50Cと、を含む。封止樹脂50Cは、LED素子30からの青色光によって励起されてLED素子の出射する青色より波長範囲の広い青色を出射する青色蛍光体が分散混入された青色用封止樹脂でもよい。図6に示すように、赤色用封止樹脂50Aは外側の3つの領域の封止に使用されて9列の27個のLED素子30を封止し、緑色用封止樹脂50Bは外側の1つの領域および内側の2つの領域の封止に使用されて3列の9個+2個のLED素子30を封止し、透明な封止樹脂50Cは内側の2つの領域の封止に使用されて2個のLED素子30を封止する。緑色蛍光体は、LED素子30が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、例えば(BaSr)2SiO4:Eu2+などの粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、LED素子30が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換する、例えばCaAlSiN3:Eu2+などの粒子状の蛍光体材料である。なお、封止樹脂50に混入される蛍光体は、緑色蛍光体と赤色蛍光体に限らず、出射光の色特性に応じて選択される。
Further, the phosphor is dispersed and mixed in the sealing resin. In the present embodiment, the phosphors dispersed and mixed are different for each region. Specifically, the sealing resin is excited by the
次に、封止樹脂内の蛍光体の層構造について説明する。LED発光モジュール1では、LED素子30の充填率を高くすることにより、発光エリアの単位面積当たりの発熱量も多くなる。特に、LED素子同士の間隔が狭くなって光の密度が高まると、封止樹脂に含有される蛍光体に当たる光の密度も高くなり、蛍光体自体も発熱する。そこで、LED発光モジュール1では、封止樹脂内の蛍光体を沈降させて実装基板10に近付けることにより、蛍光体自体の放熱性も向上させて、熱を発散させやすくしている。
Next, the layer structure of the phosphor in the sealing resin will be described. In the LED light emitting module 1, the amount of heat generated per unit area of the light emitting area is increased by increasing the filling factor of the
例えば、シリコーン樹脂の熱伝導率は0.1〜0.4W/mK程度であるのに対し、蛍光体の熱伝導率は、それよりも大幅に高い9〜14W/mK程度である。また、同じ蛍光体でも、赤色蛍光体より緑色蛍光体の方が熱伝導率は高い。したがって、蛍光体の層が実装基板10に近い側に形成されることにより、封止樹脂内では、実装基板10に近付くほど熱伝導率が高くなる。このため、LED発光モジュール1では、封止樹脂の領域全体から、より効率よく実装基板10に熱を伝えることができる。そして、実装基板10の材質は放熱性に優れたセラミック製であるため、LED発光モジュール1では、LED素子30の充填率を高くしても十分な放熱が可能になる。
For example, the thermal conductivity of the silicone resin is about 0.1 to 0.4 W / mK, while the thermal conductivity of the phosphor is about 9 to 14 W / mK, which is significantly higher than that. Even with the same phosphor, the green phosphor has a higher thermal conductivity than the red phosphor. Therefore, when the phosphor layer is formed on the side closer to the mounting
LED発光モジュール1の製造工程は、図2から図6に示す状態に対応して行われる。まず、図2に示した実装基板10を用意し、図3および図4に示すようにLED素子30を実装し、ワイヤボンディングにより接続し、さらに図5に示すようにダム(樹脂枠)を形成し、図6に示すように封止樹脂で封止する。
The manufacturing process of the LED light emitting module 1 is performed corresponding to the states shown in FIGS. First, the mounting
以上の通り、第1実施形態のLED発光モジュール1では、中心領域、上側の周辺領域および下側の周辺領域は、円弧状の第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bにより挟まれる円形の領域である。円形の領域内には、第1内側電極26A、第2内側電極26B、第1接続電極27Aおよび第2接続電極27Bが配置されるが、電極の占める割合は比較的小さく、多数のLED素子30を配置することが可能である。言い換えれば、LED素子30の充填率(密度)を高くすることが可能である。
As described above, in the LED light emitting module 1 of the first embodiment, the central region, the upper peripheral region, and the lower peripheral region are circular regions sandwiched between the arc-shaped first
さらに、中心領域、上側の周辺領域および下側の周辺領域の両側には、第1電極と第2電極が対向して配置され、対向する電極間の距離は、3個のLED素子30を直列で配置可能な距離である。したがって、3個のLED素子30を第1電極と第2電極間に直列に配置すれば、それらを接続するボンディングワイヤ31の作業が容易に行える。さらに、第1電極と第2電極間に比較的小さな電圧、すなわち3個の直列に接続したLED素子30を発光させるのに必要な電圧を供給して、LED素子30を発光させることが可能であり、端子24Aと24Bに電圧を印加すればすべてのLED素子30が同時点灯する。
Further, the first electrode and the second electrode are arranged opposite to each other on the center region, the upper peripheral region, and the lower peripheral region, and the distance between the opposing electrodes is such that three
第1実施形態では、赤色用封止樹脂50Aが27個のLED素子30の上部に配置され、緑色用封止樹脂50Bが11個のLED素子30の上部に配置され、透明または青色用封止樹脂50Cが2個のLED素子30の上部に配置されており、発光エリアは、赤色が広く、次が緑色で、最後が青色の順で小さくなっており、混色時のバランスを良好にできる。
In the first embodiment, the
さらに、第1実施形態では、内側領域の2個のLED素子は、ダム材(樹脂枠)の下に配置されており、ダム材が光を透過しない場合にはダム材の下に配置された2個のLED素子からの出射光は外部にほとんど出射されない。これに対して、ダム材を拡散剤入りの透明な樹脂または透明に近い白色とすることにより、LED素子の出力する青色が外部に出射されることになるので、ダム材の材料を調整することにより、発光強度を調整して色のバランスを調整できる。 Further, in the first embodiment, the two LED elements in the inner region are disposed under the dam material (resin frame), and are disposed under the dam material when the dam material does not transmit light. Light emitted from the two LED elements is hardly emitted to the outside. In contrast, by making the dam material transparent resin containing a diffusing agent or white that is close to transparency, the blue color output from the LED element will be emitted to the outside, so adjust the material of the dam material By adjusting the emission intensity, the color balance can be adjusted.
図7は、第1実施形態のLED発光モジュールで、実装するLED素子30を、特性の異なる複数のサンプル(sample)から選択し、それぞれに応じた駆動条件で駆動した場合のLED発光モジュールからの出射光の色(分光)特性を示す図であり、それぞれのサンプルの駆動条件および光特性の値をテーブルとしても示す。なお、参考として、標準的なRGB光源として使用されているLED発光モジュールの特性も"RGB"として示す。
FIG. 7 shows the LED light emitting module according to the first embodiment. The
図7では、四捨五入した平均演色性Raと色温度Kの値が、Ra80/3000K, Ra80/5000K, Ra70/5000K, Ra80/4000Kとなる4つのサンプルの例を示している。図7から、いずれのサンプルも標準的なRGB光源より効率が高いことが分かる。さらに、3000Kから5000Kの間の任意の色温度に設定できることが分かる。 FIG. 7 shows an example of four samples in which the rounded average color rendering property Ra and color temperature K are Ra80 / 3000K, Ra80 / 5000K, Ra70 / 5000K, and Ra80 / 4000K. It can be seen from FIG. 7 that all samples are more efficient than standard RGB light sources. Furthermore, it can be seen that any color temperature between 3000K and 5000K can be set.
図8は、本発明に係る第2実施形態のLED発光モジュール2の上面図および上面図においてIAおよびIBで示した位置の2つの断面図である。なお、図8の断面図でも、断面部分における要素のみを示し、断面部分から奥の部分に見える要素は、一部を破線で示すが、それ以外は図示を分かり易くするために表示を省略している。
FIG. 8 is two cross-sectional views at positions indicated by IA and IB in the top view and the top view of the LED
第2実施形態のLED発光モジュール2は、基板の構成、LED素子の接続数およびLED素子の基板への実装構成が第1実施形態のLED発光モジュール1と異なり、他の部分は同じである。なお、第1実施形態と同じ部分には同じ参照符号を付し、説明を省略し、異なる部分について説明する。さらに、図1と同様に、上面図では下層の部分を実線で示している。
また、図9は、第2実施形態のLED発光モジュール2の回路基板の上面図である。
The LED
FIG. 9 is a top view of the circuit board of the LED
図8に示すように、実装基板11は、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウム製の基台で構成される金属基板であり、一例として正方形の形状を有する。実装基板11は、その上面にLED素子30が実装される平面領域を有する。なお図示していないが、その対角線上で向かい合う2つの頂点付近には、固定用貫通穴が設けられる場合がある。
As shown in FIG. 8, the mounting
LED発光モジュール2では、実装基板11としてアルミ板等の金属板に高反射処理層を形成した金属板を使用し、金属板の反射層上にLED素子30を直接実装固着しているため、LED素子30に対する放熱効果が高く、高出力の発光を行うことができる。また、LED発光モジュール2では、素子実装領域の周囲にはダム材40が設けられている。さらに、LED発光モジュール2では、素子実装領域が反射層及びダム材40によって囲われるので、LED素子30からの発光が回路基板20の第1および第2端子電極24A,24Bと第1および第2外側電極25A,25Bの(金)メッキ層によって吸収されることがない。したがって、LED発光モジュール2では、LED素子30からの発光の多くが反射層及びダム材40によって反射されるので(極めて高い反射効率)、高い出射効率が得られる。
In the LED
LED発光モジュール2では、第1および第2外側電極25A,25Bには金メッキ層が形成されているため、LED素子30のワイヤボンディング性を良くして接続の信頼性を高めることができる。したがって、LED発光モジュール2では、出射効率の向上と接続の信頼性向上との両立が可能である。
In the LED
素子実装領域に反射層として形成される高反射処理層としては、例えば、誘電体多層膜のような増反射膜が良いが、金属板11がアルミや銀のように反射率の高い材料の場合には必ずしも増反射膜を用いる必要はなく、絶縁のための透明絶縁膜であっても良い。
As a highly reflective treatment layer formed as a reflective layer in the element mounting region, for example, an increased reflection film such as a dielectric multilayer film is preferable. However, when the
回路基板20は、一例として、実装基板11と同じ大きさの正方形の形状を有するガラスエポキシ基板などの絶縁性基板である。図9に示すように、回路基板20の表面には、第1実施形態で説明した第1電極(第1端子電極24A、第1外側電極25A、第1内側電極26Aおよび第1接続電極27A)および第2電極(第2端子電極24B、第2外側電極25B、第2内側電極26Bおよび第2接続電極27B)が形成される。回路基板20には、LED素子30を実装基板11に直接実装するための3つの開口部29A、29Bおよび29Cが形成される。図示していないが、実装基板11に固定用貫通穴が設けられる場合には、回路基板20にも、対応する位置に固定用貫通穴が設けられる。回路基板20は、固定用貫通穴の位置が実装基板11の固定用貫通穴と合うように、その下面が例えば接着シートにより実装基板11上に貼り付けられて固定される。
As an example, the
図9に示すように、開口部29Aは、第1内側電極26Aと第2内側電極26Bが対向する中心領域に対応する形状を有する。開口部29Bは、第1外側電極25Aと第2内側電極26Bが対向する上側の周辺領域に対応する形状を有する。開口部29Cは、第1内側電極26Aと第2外側電極25Bが対向する下側の周辺領域に対応する形状を有する。
As shown in FIG. 9, the
LED発光モジュール2でも、LED素子30は青色LED素子であり、図8に示すように、51個のLED素子30が実装される。LED素子30の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、開口部29A、29Bおよび29Cに対応する実装基板11の上面に固定される。
Also in the LED
図4と図9を比較して明らかなように、第2実施形態では、第1実施形態の14列のLED素子に加えて、3列のLED素子が実装されている。各列は3個の直列に接続したLED素子30を有する。追加された3列のLED素子は、図8において上下方向の2つの外側放射部と1つの内側放射部の下に位置するように配置される。言い換えれば、図4において隣接するLED素子列の間隔が広くなっている上下方向の部分に配置される。各列の3個のLED素子30は、第1外側電極25Aと第2内側電極26Bの間、第2内側電極26Bと第1内側電極26Aの間、および第1内側電極26Aと第2外側電極25Bの間に直列にボンディングワイヤ31で接続される。したがって、追加された3列のLED素子は、電気的に他の列のLED素子と同様に電極間に接続され、端子24Aと24Bに電圧を印加すると他の列のLED素子と同様の電圧が印加される。
As is clear from comparison between FIG. 4 and FIG. 9, in the second embodiment, in addition to the 14 rows of LED elements of the first embodiment, 3 rows of LED elements are mounted. Each column has three LED
第2実施形態では、外側円環部40A、内側円環部40Bおよび外側放射部40Cを形成するダム材(樹脂材料)は、第1実施形態と同様に、高反射の白色の樹脂である。外側放射部40Cの2つのダム材は、それぞれ1列(3個)のLED素子の上部に形成されるので、2列(6個)のLED素子から出射される光の多くはダム材で吸収され、外部にはほとんど出射されない。
In the second embodiment, the dam material (resin material) forming the outer
第1実施形態では内側円環部40Bの内側に配置される内側放射部40Dのダム材は白色の樹脂であったのに対して、第2実施形態では内側放射部40Dのダム材は、透明な樹脂材料であり、内側放射部40Dの下に配置される5個のLED素子30の出射する光の多くを透過し、外部に出射する。なお、内側放射部40Dの透明な樹脂材料に拡散剤を入れて光を拡散するようにしてもよい。これにより、5個のLED素子30の出射する光の多くが外部に出射されることになる。
In the first embodiment, the dam material of the
第2実施形態においても、白色および透明なダム材(樹脂材料)で囲まれる8つの部分に封止樹脂50が第1実施形態と同様に、すなわち3つの色部分に分けて注入される。
Also in the second embodiment, the sealing
第2実施形態では、第1実施形態と同様の効果が得られ、さらに外側円環部40A、内側円環部40Bおよび外側放射部40Cを形成するダム材(樹脂材料)および内側放射部40Dを形成するダム材(樹脂材料)の透明度、拡散剤の量等を調整することにより、より広範囲に発光強度を調整および色バランスを調整できる。
In the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and the dam material (resin material) and the
以上、本発明の実施形態を説明したが、各種の変形例があり得るのは言うまでもない。例えば、LED素子の配置および接続については各種の変形例が可能である。さらに、上記の実施形態では、第1および第2電極が、それぞれ外側電極と内側電極を有する例、すなわち円弧状の電極が二重の例を説明したが、三重以上にすることも可能である。また、LED素子は青色LEDに限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that various modifications are possible. For example, various modifications of the arrangement and connection of the LED elements are possible. Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the first and second electrodes each have an outer electrode and an inner electrode, that is, an example in which the arc-shaped electrode is double, has been described. . Further, the LED element is not limited to the blue LED.
1、2 LED発光モジュール
10、11 実装基板
20 回路基板
24A 第1端子電極
24B 第2端子電極
25A 第1外側電極
25B 第2外側電極
26A 第1内側電極
26B 第2内側電極
27A 第1接続電極
27B 第2接続電極
30 LED素子
31 ボンディングワイヤ
40A−40D、40CA、40CB ダム材(樹脂枠)
50A−50C 封止樹脂
1, 2 LED
50A-50C sealing resin
Claims (11)
前記基板上に形成された第1電極および第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極間に接続された同じ発光色の複数のLED素子と、
前記複数のLED素子が配列されるエリアを、複数の領域に分割し、分割したそれぞれの領域を囲むように形成されたダム材と、
前記ダム材により囲まれる前記複数の領域に、前記LED素子を保護するように配置された樹脂材と、を有し、
前記複数の領域のうちの少なくとも二つの領域に配置される前記樹脂材は、前記LED素子の出力する光を異なる色の光に変換する蛍光体を含み、前記二つの領域の一方に配置される樹脂材は第1の色の光に変換する第1の蛍光体を含み、前記二つの領域の他方に配置される樹脂材は前記第1の色と異なる第2の光に変換する第2の蛍光体を含み、
前記第1電極は、180度より小さい円弧状の第1外側電極および第1内側電極と、前記第1外側電極と前記第1内側電極とを接続する第1接続電極と、を有し、
前記第2電極は、180度より小さく、前記第1外側電極および前記第1内側電極と同じ半径の円弧状の第2外側電極および第2内側電極と、前記第2外側電極と前記第2内側電極とを接続する第2接続電極と、を有し、
前記第1外側電極は前記第2内側電極と対向して配置され、前記第2外側電極は前記第1内側電極と対向して配置される、ことを特徴とするLED発光モジュール。 A substrate,
A first electrode and a second electrode formed on the substrate;
A plurality of LED elements of the same emission color connected between the first electrode and the second electrode;
The area where the plurality of LED elements are arranged is divided into a plurality of regions, and a dam material formed so as to surround each divided region;
A resin material arranged to protect the LED element in the plurality of regions surrounded by the dam material;
The resin material disposed in at least two of the plurality of regions includes a phosphor that converts light output from the LED element into light of a different color, and is disposed in one of the two regions. The resin material includes a first phosphor that converts light of a first color, and a resin material disposed in the other of the two regions has a second light that converts to a second light different from the first color. Including phosphor ,
The first electrode has an arc-shaped first outer electrode and a first inner electrode smaller than 180 degrees, and a first connection electrode that connects the first outer electrode and the first inner electrode,
The second electrode is smaller than 180 degrees and has an arc-shaped second outer electrode and second inner electrode having the same radius as the first outer electrode and the first inner electrode, and the second outer electrode and the second inner electrode. A second connection electrode for connecting the electrode,
The LED light emitting module , wherein the first outer electrode is disposed to face the second inner electrode, and the second outer electrode is disposed to face the first inner electrode .
前記第1外側電極と前記第2内側電極との間および前記第2外側電極と前記第1内側電極との間の周辺領域に配置されるLED素子列は、前記第1外側電極と前記第2内側電極または前記第1内側電極と前記第2外側電極に接続される、ことを特徴とする請求項2に記載のLED発光モジュール。 The LED element array disposed in a central region between the first inner electrode and the second inner electrode is connected to the first inner electrode and the second inner electrode,
The LED element arrays arranged in the peripheral region between the first outer electrode and the second inner electrode and between the second outer electrode and the first inner electrode include the first outer electrode and the second outer electrode. The LED light emitting module according to claim 2, wherein the LED light emitting module is connected to an inner electrode or the first inner electrode and the second outer electrode.
前記第1外側電極および前記第2外側電極に対応する半径位置に配置された円環状の外側円環部と、
前記第1内側電極および前記第2内側電極に対応する半径位置に配置された円環状の内側円環部と、
中心から放射状に等角で4方向に前記内側円環部まで伸び、2方向に伸びる部分は前記第1接続電極および前記第2接続電極の方向と同じである内側放射部と、
前記内側放射部と同じ4方向に前記内側円環部から前記外側円環部まで伸びる外側放射部と、を有する樹脂枠を形成する請求項2から5のいずれか1項に記載のLED発光モジュール。 The dam material is
An annular outer annular portion disposed at a radial position corresponding to the first outer electrode and the second outer electrode;
An annular inner annular portion disposed at a radial position corresponding to the first inner electrode and the second inner electrode;
An inner radiation portion that extends radially from the center to the inner annular portion in four directions at equal angles, and that extends in two directions is the same as the direction of the first connection electrode and the second connection electrode;
6. The LED light emitting module according to claim 2, wherein a resin frame having an outer radiating portion extending from the inner annular portion to the outer annular portion in the same four directions as the inner radiating portion is formed. .
前記内側放射部は、拡散剤を含む透明樹脂で形成される請求項6に記載の発光装置。 The outer ring part, the inner ring part and the outer radiation part are formed of a white resin,
The light emitting device according to claim 6, wherein the inner radiation portion is formed of a transparent resin containing a diffusing agent.
前記第1電極および第2電極は、前記回路基板上に配置され、
前記回路基板は、開口部を有し、
前記複数のLED素子は、前記開口部に対応する前記実装基板上に実装される、ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のLED発光モジュール。 The board includes a mounting board and a circuit board disposed on the mounting board,
The first electrode and the second electrode are disposed on the circuit board;
The circuit board has an opening,
The LED light emitting module according to claim 1, wherein the plurality of LED elements are mounted on the mounting substrate corresponding to the opening.
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