JP6653469B2

JP6653469B2 - Ｌｅｄモジュール

Info

Publication number: JP6653469B2
Application number: JP2015185589A
Authority: JP
Inventors: 川南　博生; 博生川南
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: JP2017059484A; US10088137B2; US20170082275A1

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）モジュールに関する。

従来、ＬＥＤモジュールとしては、プリント配線板と、プリント配線板の一方の面に実装された複数の光源と、プリント配線板の複数の光源が実装された側の面に実装され、電源回路を構成している複数の電子部品と、を有する光源電源モジュールが知られている（特許文献１）。光源は、例えば、表面実装型ＬＥＤである。電子部品は、例えば、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、トランス等である。

特開２０１３−４３８９号公報

電源回路を備えたＬＥＤモジュールの分野においては、より信頼性の向上を図ることが望まれている。

本発明の目的は、より信頼性の向上を図ることが可能なＬＥＤモジュールを提供することにある。

本発明に係る一態様のＬＥＤモジュールは、回路基板と、複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤを点灯させる電源回路を構成するための複数の電子部品と、を備える。前記複数のＬＥＤが前記回路基板の第１面側に配置されている。前記複数の電子部品が前記回路基板の第２面側に配置されている。前記複数の電子部品のうちの少なくとも一部の電子部品が、前記回路基板の前記第２面側に前記回路基板の厚さ方向に沿って投影した前記複数のＬＥＤを取り囲むように配置されている。前記複数の電子部品は、相対的に平面サイズが大きい電子部品の一群と相対的に平面サイズが小さい電子部品の一群とがある。前記相対的に平面サイズが大きい電子部品の一群が、前記回路基板の前記第２面側に前記回路基板の厚さ方向に沿って投影した前記複数のＬＥＤを取り囲むように配置されている。前記相対的に平面サイズが小さい電子部品の一群における各電子部品が、前記回路基板の前記第２面側に前記回路基板の厚さ方向に沿って投影した前記複数のＬＥＤのうち隣り合うＬＥＤ同士の間に配置されている。

本発明のＬＥＤモジュールでは、より信頼性の向上を図ることが可能となる。

図１Ａは、実施形態１のＬＥＤモジュールを示す概略平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＸ−Ｘ概略断面図である。図１Ｃは、実施形態１のＬＥＤモジュールを示す概略下面図である。図２Ａは、実施形態２のＬＥＤモジュールを示す概略平面図である。図２Ｂは、実施形態２のＬＥＤモジュールを示す概略下面図である。図３Ａは、実施形態２の変形例のＬＥＤモジュールを示す概略平面図である。図３Ｂは、実施形態２の変形例のＬＥＤモジュールを示す概略下面図である。

下記の実施形態１〜２において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態１）
以下では、本実施形態のＬＥＤモジュール１ａについて、図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに基づいて説明する。

ＬＥＤモジュール１ａは、回路基板２と、複数のＬＥＤ３と、複数のＬＥＤ３を点灯させる電源回路４を構成するための複数の電子部品５と、を備える。複数のＬＥＤ３が回路基板２の第１面２１側に配置されている。複数の電子部品５が回路基板２の第２面２２側に配置されている。複数の電子部品５が、回路基板２の第２面２２側に回路基板２の厚さ方向に沿って投影した複数のＬＥＤ３を取り囲むように配置されている。以上の構成により、ＬＥＤモジュール１ａは、より信頼性の向上を図ることが可能となる。ＬＥＤモジュール１ａでは、複数のＬＥＤ３の各々への電源回路４からの熱負荷を軽減することが可能となり、かつ、複数の電子部品５の各々への複数のＬＥＤ３からの熱負荷を軽減することが可能となる。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、各ＬＥＤ３の光束劣化及び各電子部品５の故障を抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。

ＬＥＤモジュール１ａの各構成要素については、以下に詳細に説明する。

回路基板２は、平板状に形成されている。回路基板２の平面視形状は、矩形（直角四辺形）状である。「回路基板２の平面視形状」とは、回路基板２の厚さ方向から見た回路基板２の外周形状である。回路基板２は、両面プリント配線板により構成されている。より詳細には、回路基板２は、絶縁基板の表面上に、複数のＬＥＤ３を直列接続するための第１配線が形成され、絶縁基板の裏面上に、複数の電子部品５を電源回路４が形成されるように接続するための第２配線が形成されている。これにより、ＬＥＤモジュール１ａは、複数（１８個）のＬＥＤ３を直列接続して構成された直列回路と、電源回路４と、を備えている。また、絶縁基板の裏面上には、電源回路４への給電用の一対の端子部が形成されている。また、回路基板２は、複数のＬＥＤ３を直列接続して構成された直列回路と電源回路４とを電気的に接続する２つのスルーホール配線が形成されている。絶縁基板は、樹脂系基板である。樹脂系基板は、例えば、ガラスエポキシ基板である。第１配線、第２配線及び一対の端子部の各々は、導電層により構成されている。導電層は、銅はく等により構成されている。両面プリント配線板は、熱伝導率が高いのが好ましい。絶縁基板は、例えば、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましい。両面プリント配線板は、例えば、ＣＥＭ−３（Composite Epoxy Materials-3）の規格を満たすガラス布・ガラス不織布複合基材エポキシ樹脂銅張積層板から形成されている。

ＬＥＤモジュール１ａでは、回路基板２において複数のＬＥＤ３を実装するＬＥＤ実装領域２１１と複数の電子部品５を実装する電子部品実装領域とが回路基板２の厚さ方向及び面内方向において離れているので、回路基板２における放熱構造の設計が容易になる。

回路基板２は、第１配線が、絶縁基板の表面の略全面を覆うように形成されているのが好ましい。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、複数のＬＥＤ３の各々で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。第１配線は、複数のＬＥＤ３の電気的な接続関係を規定する導体層であるから、「略全面」とは、全面を含まず、例えば、全面の７０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上が更に好ましい。

回路基板２は、各ＬＥＤ３からの光を反射する白色レジスト層２３を備えているのが好ましい。回路基板２では、白色レジスト層２３を備えている場合、白色レジスト層２３の表面が回路基板２の第１面２１の一部を構成する。これにより、ＬＥＤモジュール１ａは、回路基板２での光吸収を抑制することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。白色レジスト層２３の材料は、例えば、フッ素樹脂系の白色レジスト、エポキシ樹脂系の白色レジスト及びシリコーン樹脂系の白色レジストの群から選択される１種であるのが好ましい。

複数のＬＥＤ３の各々は、平面視形状が円形状である。「ＬＥＤ３の平面視形状」とは、回路基板２の厚さ方向から見たＬＥＤ３の外周形状である。

複数のＬＥＤ３の各々の光源色は、例えば、ＪＩＳＺ９１１２：２０１２で定義されているＬＥＤの光源色の相関色温度に基づいて設定するのが好ましい。ＪＩＳＺ９１１２：２０１２では、ＬＥＤの光源色が、ＸＹＺ表色系における色度によって、昼光色、昼白色、白色、温白色及び電球色の５種類に区分される。本実施形態のＬＥＤモジュール１ａでは、ＬＥＤ３の光源色が白色であるが、これに限らない。

複数のＬＥＤ３の各々は、ＬＥＤチップ３１と、波長変換部３２と、を備える。

ＬＥＤチップ３１は、青色光を放射するＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ３１は、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長域に主発光ピーク波長がある発光スペクトルを有する。ＬＥＤチップ３１の平面視形状は、例えば、正方形状であるのが好ましい。

波長変換部３２は、例えば、蛍光体粒子と透光性材料との混合体により形成されているのが好ましい。透光性材料は、可視光に対する透過率が高い材料が好ましい。透光性材料は、例えば、シリコーン系樹脂である。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、波長変換部３２の耐熱性及び耐候性を向上させることが可能となる。「シリコーン系樹脂」とは、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂を含む。波長変換部３２は、ＬＥＤチップから放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する波長変換材料として、上述の蛍光体粒子を備えている。蛍光体粒子としては、例えば、黄色の光を放射する黄色蛍光体粒子を採用することができる。黄色蛍光体粒子は、例えば、５３０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長域に主発光ピーク波長がある発光スペクトルを有するのが好ましい。黄色蛍光体粒子の組成は、例えば、Ｅｕで付活されたＳｒＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂等である。

複数のＬＥＤ３の各々では、ＬＥＤチップ３１が回路基板２の第１面２１に実装されており、波長変換部３２がＬＥＤチップ３１を覆うように回路基板２の第１面２１側に配置されている。「回路基板２の第１面２１に実装されたＬＥＤチップ３１」とは、ＬＥＤチップ３１が回路基板２の第１面２１上に配置されて回路基板２に機械的に接続されていること、及びＬＥＤチップ３１が回路基板２の第１配線に電気的に接続されていることを意味する。要するに、本実施形態のＬＥＤモジュール１ａは、ＣＯＢ（Chip On Board）型のＬＥＤモジュールである。波長変換部３２の元になる蛍光体含有樹脂の塗布は、例えば、ディスペンサシステム（dispenser system）により行うのが好ましい。「蛍光体含有樹脂」とは、蛍光体粒子を含有した透光性の樹脂（例えば、シリコーン樹脂）を意味する。ディスペンサシステムは、ノズルからの蛍光体含有樹脂の吐出量を制御するコントローラを備えているのが好ましい。これにより、ディスペンサシステムは、蛍光体含有樹脂の塗布形状の再現性を向上させることが可能とる。コントローラは、例えば、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現することができる。

複数のＬＥＤ３は、回路基板２の第１面２１のＬＥＤ実装領域２１１において２次元のアレイ状（マトリクス状）に等間隔で配置されている。より詳細には、１８個のＬＥＤ３が、６×３のアレイ状に等間隔で配置されている。ＬＥＤ実装領域２１１は、仮想の領域であり、回路基板２の中央部に設定されている。ＬＥＤ実装領域２１１は、平面視において複数のＬＥＤ３を包含する領域であり、回路基板２の外周形状よりも小さな矩形状の領域である。

電源回路４は、例えば、入力される交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換回路である。電源回路４は、例えば、全波整流器、平滑用のコンデンサ、抵抗、共振用のコンデンサ、共振用のインダクタ、ダイオード、トランス、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、制御用のＩＣ（Integrated Circuit）素子等の回路素子を備えている。これらの回路素子それぞれが１つの電子部品５を構成している。平滑用のコンデンサは、電解コンデンサである。なお、電源回路４は、整流平滑回路と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、を備えている。整流平滑回路は、全波整流器と、平滑用のコンデンサと、を含んでいる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、抵抗と、共振用のコンデンサと、共振用のインダクタと、ダイオードと、トランスと、スイッチング素子と、スイッチング素子制御用のＩＣ素子と、を含んでいる。電子部品５は、チップ部品又はリードタイプ電子部品である。

複数の電子部品５の各々は、回路基板２の厚さ方向において複数のＬＥＤ３のいずれにも重ならないように配置されている。より詳細には、複数の電子部品５は、回路基板２の第２面２２におけるＬＥＤ実装領域２１１の垂直投影領域２２１の外側に配置されている。複数の電子部品５の各々は、垂直投影領域２２１から離れて配置されている。複数の電子部品５は、相対的に発熱温度の高い電子部品５が分散して配置されているのが好ましい。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、隣り合う２つの電子部品５間の熱伝導による電子部品５の温度上昇を抑制することが可能となる。相対的に発熱温度の高い電子部品５としては、例えば、全波整流器、インダクタ、トランス及びスイッチング素子等がある。ＬＥＤモジュール１ａでは、複数の電子部品５が、回路基板２の外周に沿った方向において離れて配置されているのが好ましい。

ＬＥＤモジュール１ａでは、複数のＬＥＤ３が回路基板２の第１面２１側のみに配置され、かつ、複数の電子部品５が回路基板２の第２面２２側のみに配置されている。

ＬＥＤモジュール１ａでは、複数の電子部品５が、回路基板２の第２面２２へのＬＥＤ実装領域２１１の垂直投影領域２２１から離れて配置されているので、平滑用のコンデンサを構成する電解コンデンサにかかる熱負荷を軽減することが可能となる。これにより、ＬＥＤモジュール１ａでは、電源回路４の故障が発生するのを抑制することが可能となる。

また、ＬＥＤモジュール１ａでは、複数の電子部品５の全部が、回路基板２の第２面２２側に回路基板２の厚さ方向に沿って投影した複数のＬＥＤ３を取り囲むように配置されているので、ＬＥＤ実装領域２１１のコンパクト化を図ることが可能となる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態のＬＥＤモジュール１ｂについて、図２Ａ及び２Ｂに基づいて説明する。なお、ＬＥＤモジュール１ｂに関し、実施形態１のＬＥＤモジュール１ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ＬＥＤモジュール１ｂでは、複数の電子部品５のうちの一部の電子部品５が、回路基板２の第２面２２側に回路基板２の厚さ方向に沿って投影した複数のＬＥＤ３を取り囲むように配置されている。複数の電子部品５は、相対的に平面サイズが大きい電子部品５１の一群と相対的に平面サイズが小さい電子部品５２の一群とがある。ＬＥＤモジュール１ｂでは、相対的に平面サイズが大きい電子部品５１の一群が、回路基板２の第２面２２側に回路基板２の厚さ方向に沿って投影した複数のＬＥＤ３を取り囲むように配置されている。ＬＥＤモジュール１ｂでは、相対的に平面サイズが小さい電子部品５２の一群における各電子部品５２が、回路基板２の第２面２２側に回路基板２の厚さ方向に沿って投影した複数のＬＥＤ３のうち隣り合うＬＥＤ３同士の間に配置されている。よって、ＬＥＤモジュール１ｂでは、隣り合う電子部品５同士の距離をより長くすることが可能となり、相対的に平面サイズが大きい電子部品５１同士の距離をより長くすることが可能となる。これにより、ＬＥＤモジュール１ｂでは、複数の電子部品５の各々にかかる熱負荷をより低減することが可能となり、信頼性をより向上させることが可能となる。電子部品５に関して、「平面サイズ」とは、回路基板２の厚さ方向に沿った一方向からの平面視における電子部品５２のサイズである。

相対的に平面サイズが大きい電子部品５１は、相対的に平面サイズが小さい電子部品５２と比べて発熱量が大きい。

相対的に平面サイズが大きい電子部品５１の一群は、回路基板２の第２面２２におけるＬＥＤ実装領域２１１の垂直投影領域２２１の外側に配置されている。相対的に平面サイズが大きい電子部品５１の各々は、垂直投影領域２２１から離れて配置されている。

相対的に平面サイズが小さい電子部品５２の各々は、回路基板２の厚さ方向において複数のＬＥＤ３のいずれにも重ならないように配置されている。相対的に平面サイズが小さい電子部品５２は、チップ部品である。

以下では、実施形態２のＬＥＤモジュール１ｂの変形例のＬＥＤモジュール１ｃについて、図３Ａ及び３Ｂに基づいて説明する。なお、ＬＥＤモジュール１ｃに関し、実施形態２のＬＥＤモジュール１ｂと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ＬＥＤモジュール１ｃでは、相対的に平面サイズが小さい電子部品５２の一群における各電子部品５２が、回路基板２において複数のＬＥＤ３を実装するＬＥＤ実装領域２１１の第２面２２への垂直投影領域２２１の外周部に配置されている。これにより、ＬＥＤモジュール１ｃでは、ＬＥＤモジュール１ｂと比べて、複数のＬＥＤ３の各々への電源回路４からの熱負荷を軽減することが可能となり、かつ、複数の電子部品５の各々への複数のＬＥＤ３からの熱負荷を軽減することが可能となる。ＬＥＤモジュール１ｃでは、ＬＥＤモジュール１ｂと比べて、相対的に平面サイズが小さい電子部品５２を垂直投影領域２２１の外周部に優先的に配置してある。言い換えれば、相対的に平面サイズが小さい電子部品５２の一群を垂直投影領域２２１の外周線に沿って配置してある。

実施形態１〜２に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。

例えば、回路基板２の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状等でもよい。

また、複数のＬＥＤ３の各々は、表面実装型ＬＥＤでもよいし、チップサイズパッケージＬＥＤでもよい。「チップサイズパッケージＬＥＤ」とは、その平面サイズがＬＥＤチップの平面サイズ（チップサイズ）と同等或いはわずかに大きいＬＥＤを意味する。チップサイズパッケージＬＥＤは、その平面サイズがＬＥＤチップ３１のチップサイズよりもわずかに大きい場合、ＬＥＤチップ３１の側面及び表面を被覆しているパッケージを有し、このパッケージが樹脂等により形成されている。ここで、「ＬＥＤチップ３１の表面」は、ＬＥＤチップ３１において光取り出し面の少なくとも一部を構成する面であり、かつ、チップサイズパッケージＬＥＤが回路基板２に実装された状態でＬＥＤチップ３１において回路基板２側とは反対側に位置する面である。

また、複数のＬＥＤ３の各々は、単色光を放射する表面実装型ＬＥＤでもよい。また、複数のＬＥＤ３は、例えば、光源色が異なる複数種のＬＥＤにより構成されていてもよい。例えば、複数のＬＥＤ３は、光源色が白色の第１ＬＥＤの群と、光源色が電球色の第２ＬＥＤの群とで構成されていてもよい。

また、ＬＥＤ実装領域２１１の形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状等でもよい。

また、蛍光体粒子は、黄色蛍光体粒子に限らず、例えば、黄緑色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子等でもよい。また、波長変換部３２は、複数種の蛍光体粒子を含有していてもよい。

また、ＬＥＤ３の各々は、波長変換部３２に代えて、蛍光体粒子を含有していない透光性材料により形成された封止部を備えていてもよい。透光性材料は、例えば、シリコーン樹脂である。透光性樹脂は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、フッ素系樹脂、低融点ガラス、ゾルゲルガラスなどを採用してもよい。透光性材料は、可視光に対する透過率が高い材料が好ましい。

また、複数のＬＥＤ３の接続形態は、直列接続に限らず、並列接続、直並列接続等でもよい。

また、電源回路４は、種々の回路構成を採用することができる。

１ａ、１ｂ、１ｃＬＥＤモジュール
２回路基板
２１第１面
２１１ＬＥＤ実装領域
２２第２面
２２１垂直投影領域
３ＬＥＤ
４電源回路
５電子部品
５１相対的に平面サイズが大きい電子部品
５２相対的に平面サイズが小さい電子部品

Claims

回路基板と、複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤを点灯させる電源回路を構成するための複数の電子部品と、を備え、
前記複数のＬＥＤが前記回路基板の第１面側に配置され、
前記複数の電子部品が前記回路基板の第２面側に配置され、
前記複数の電子部品のうちの少なくとも一部の電子部品が、前記回路基板の前記第２面側に前記回路基板の厚さ方向に沿って投影した前記複数のＬＥＤを取り囲むように配置されており、
前記複数の電子部品は、相対的に平面サイズが大きい電子部品の一群と相対的に平面サイズが小さい電子部品の一群とがあり、
前記相対的に平面サイズが大きい電子部品の一群が、前記回路基板の前記第２面側に前記回路基板の厚さ方向に沿って投影した前記複数のＬＥＤを取り囲むように配置されており、
前記相対的に平面サイズが小さい電子部品の一群における各電子部品が、前記回路基板の前記第２面側に前記回路基板の厚さ方向に沿って投影した前記複数のＬＥＤのうち隣り合うＬＥＤ同士の間に配置されている、
ことを特徴とするＬＥＤモジュール。
前記相対的に平面サイズが小さい電子部品の一群における各電子部品が、前記回路基板において前記複数のＬＥＤを実装するＬＥＤ実装領域の前記第２面への垂直投影領域の外周部に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。