JP6869000B2 - 発光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、複数のLED(発光ダイオード)素子を有するチップ・オン・ボード(Chip On Board:COB)の発光モジュールに関する。
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、近年、照明などに広く利用されている。
COBの発光モジュールでは、一般に、基板上にアノード(正)とカソード(負)の電極および複数のLED素子が配置され、複数のLED素子が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される(例えば、特許文献1を参照)。LED素子列は1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。
特開2015−122541号公報
LED素子により投光器、高天井照明、スタジアムの照明・イルミネーションなどの高輝度光源装置を実現するには、LED素子が高密度に実装された発光モジュールが求められる。多数のLED素子を密集して実装する場合には、発光モジュールの電極間に直列接続されるLED素子の個数が増加する。1個のLED素子を駆動するために必要な電圧は一定であるため、1つの直列接続に含まれるLED素子の個数が増加すると、電極間に印加すべき電圧も増加する。このため、発光モジュールに供給すべき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り、そうした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。
そこで、1系統の電極(アノードまたはカソード)を複数の電極(配線パターン)で構成し、基板上のLED素子同士の間にも電極を配置して、各LED素子列で直列に接続されるLED素子の個数を減らすことが考えられる。しかしながら、この場合には、複数の電極を他から絶縁して電気的に接続するためにそれらを多層配線するのが一般的であり、また、LED素子同士を接続するボンディングワイヤがそうした電極を跨ぐ場合がある。このように、直列に接続されるLED素子の個数を減らすために1系統の電極を複数の電極で形成すると、電極およびボンディングワイヤの配線が複雑になる。
また、投光器などに使用される発光モジュールは、回転対称な輝度分布を有することが望ましい。
そこで、本発明は、電極構造が簡単であり、輝度分布が回転対称であり、かつ高輝度の発光モジュールを提供することを目的とする。
基板と、基板上に配置された第1電極および第2電極と、第1電極と第2電極の間に接続された複数のLED素子と、複数のLED素子を取り囲むように基板上に配置されたダム材と、ダム材により囲まれた基板上の領域に充填されて複数のLED素子を封止する蛍光体含有樹脂とを有し、第1電極は、ダム材の下に配置された第1外側電極および第1外側電極よりも基板の中央側に配置された第1内側電極を有し、第2電極は、ダム材の下に配置された第2外側電極および第2外側電極よりも基板の中央側に配置された第2内側電極を有し、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ていることを特徴とする発光モジュールが提供される。
第1内側電極および第2内側電極は、ダム材により囲まれた基板上の実装領域の中央には配置されておらず、複数のLED素子のうちの一部は、実装領域の中央を含む、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ていることが好ましい。
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電極の間に直列に接続したN個のLED素子を有し、MはNよりも大きいことが好ましい。
中心領域に配置された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た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ていることが好ましい。
ダム材は円環状であり、第1外側電極と第2外側電極はともに円弧状であり、第1内側電極と第2内側電極はともに円弧状であり、同じ円周上に配置され、第1電極は、第1外側電極と第1内側電極とを接続する直線状の第1接続電極をさらに有し、第2電極は、第2外側電極と第2内側電極とを接続する直線状の第2接続電極をさらに有することが好ましい。
第1内側電極および第2内側電極は、それぞれ同じ個数の複数の円弧状の電極で構成され、複数の円弧状の電極は同心円状に配置されていることが好ましい。
第1電極と第2電極とは、基板の中心に対して点対称であることが好ましい。
周辺領域における複数のLED素子は、基板の中心に対して放射状に配置されていることが好ましい。
周辺領域における各LED素子列の同じ順番のLED素子は、同心円状に配置されていることが好ましい。
複数のLED素子の実装位置および回転角の分布は、基板の中心に対して点対称であることが好ましい。
基板は、実装基板と、実装基板上に配置された回路基板とを有し、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、開口部内で露出した実装基板上の領域に実装されていることが好ましい。
本発明によれば、電極構造が簡単であり、輝度分布が回転対称であり、かつ高輝度の発光モジュールが実現される。
発光モジュール1の上面図および断面図である。 実装基板10の上面図である。 LED素子30が実装された実装基板10の上面図である。 LED素子30同士がボンディングワイヤ31で接続された実装基板10の上面図である。 反射枠40が形成された実装基板10の上面図である。 封止樹脂50で封止された実装基板の上面図である。 別の発光モジュール2の上面図および断面図である。 回路基板20の上面図である。 さらに別の発光モジュール3の上面図である。 さらに別の発光モジュール4の上面図である。 さらに別の発光モジュール5の上面図である。 さらに別の発光モジュール6の上面図である。
以下、図面を参照しつつ、発光モジュールについて説明する。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。
図1は、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で示した位置における2つの断面図である。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、反射枠40および封止樹脂50を有する。発光モジュール1は、例えば、投光器、高天井照明、スタジアムの照明・イルミネーションなどの高輝度光源装置のLED光源として使用され、白色光を出射する。ただし、発光モジュール1の発光色は、白色以外であっても良い。
なお、図1の断面図では、断面部分における要素のみを示し、断面部分よりも奥にある要素は、図示を分かり易くするために表示を省略している。また、発光モジュール1の最上層には蛍光体を含有する透明な封止樹脂50が存在するが、透明であるため、下層の部分は観察可能であり、図1の上面図では下層の部分を実線で示している。また、反射枠40は不透明であるが、図1の上面図では透明であるものとして図示している。
また、図2から図6は、それぞれ、実装基板10、LED素子30が実装された実装基板10、LED素子30同士がボンディングワイヤ(以下、単にワイヤという)31で接続された実装基板10、反射枠40が形成された実装基板10、および封止樹脂50で封止された実装基板10の上面図である。図2から図6は、発光モジュール1の製造工程を順に示す図に相当する。
図2に示すように、実装基板10は、その上面にLED素子30が実装される平坦なセラミック製の基板であり、一例として正方形の形状を有する。実装基板10の上面には、配線パターンが形成されている。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の上面における配線パターン以外の部分には、例えば、銀メッキ層などの高反射処理層(反射層)が形成されている。高反射処理層は、誘電体多層膜のような増反射膜でも良い。
第1端子電極24Aおよび第2端子電極24Bは、実装基板10の対角線上で向かい合う2つの頂点付近に形成されている。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、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る。これらは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。
第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bは、実装基板10の中央を中心とする同じ半径(第1の半径)の円周上に配置された円弧状のパターンであり、円環状の反射枠40の下に配置されている。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好ましく、それぞれ中心に対して180度より小さいが、できるだけ180度に近い角度をなす長さを有する。実際には、第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bは、パターン形成の誤差や相互の絶縁性などを考慮して、例えば、中心に対して170度の角度をなす長さに形成される。
第1内側電極26Aおよび第2内側電極26Bは、実装基板10の中央を中心とする同じ半径(第2の半径)の円周上に配置された円弧状のパターンであり、第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bと同様に、互いに重ならないように形成されている。第2の半径は第1の半径よりも小さく、第1内側電極26Aおよび第2内側電極26Bは、それぞれ第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bよりも実装基板10の中央側(反射枠40よりも内側)に配置されている。また、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とは、同心円状に配置されている。
図2に示すように、第1外側電極25Aと第2内側電極26Bは、実装基板10の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、実装基板10の中心に対して第1外側電極25Aおよび第2内側電極26Bとは反対側(図では下側)に配置されている。すなわち、第1外側電極25Aは第2内側電極26Bと対向して配置され、第2外側電極25Bは第1内側電極26Aと対向して配置されている。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の間の放射方向(径方向)の距離と、第2内側電極26Bと第1内側電極26Aの間の放射方向の距離とが、略等しくなるように選択される。
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、実装基板10の中心に対して反対側に配置されている。
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電極を構成する。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電極を構成する。第1電極と第2電極とは、実装基板10の中心に対して点対称である。外部電源から第1端子電極24Aと第2端子電極24Bの間に電圧が印加されると、第1電極を構成する各電極は同じ電位になり、第2電極を構成する各電極も同じ電位になる。
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が設けられている対角線上の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。
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である。図3に示すように、発光モジュール1では、複数(51個)のLED素子30が実装基板10上に実装されており、これらは同じ波長の青色光を発光する。ただし、LED素子30は、青色LEDに限らず、例えば紫色LEDまたは近紫外LEDであっても良く、その発光波長帯域は、紫外域を含む200〜460nm程度の範囲内であっても良い。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の上面に固定されている。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ているため、放熱効果が高く、高出力の発光を行うことが可能である。
第1内側電極26Aと第2内側電極26Bは、反射枠40により囲まれた実装基板10上の領域(LED素子30の実装領域)の中央には配置されておらず、実装基板10の中央には、第1内側電極26Aと第2内側電極26Bにより囲まれる円形の中心領域が形成されている。この中心領域には、9個のLED素子30が配置されている。これらのうち、1個は実装基板10の中心に配置され、8個はその中心から同じ半径位置(同じ円周上)に配置されている。実装基板10の中央を避けて第1電極と第2電極が形成されていることにより、発光領域の中央にも、LED素子30が実装されるエリアが確保される。したがって、発光モジュール1では、発光領域の中央が明るくなり、軸光度を高めることができる。この点は、以下で説明する他の発光モジュールについても同様である。
また、第1外側電極25Aと第2内側電極26Bとの間の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との間の下側の周辺領域には、それぞれ21個のLED素子30が配置されている。これらは、それぞれが直線状に配置された3個のLED素子からなる14列のLED素子30で構成される。各列のLED素子30は、実装基板10の中心に対して放射状に略等角度間隔で配置され、各列の同じ順番のLED素子30は、3個の同心円状に配置されている。発光モジュール1では、LED素子30の実装位置の分布は、実装基板10の中心に対して回転対称(点対称)である。
なお、参照符号32で示す部品は、第1電極と第2電極の間に過電圧が印加されたときにLED素子30を保護するツェナーダイオード素子である。
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、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電極または第2電極にワイヤ31により接続されている。
中心領域では、9個のLED素子30は、図4の上下方向に並ぶ3列に分けられている。各列の3個のLED素子30の素子電極は、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または第2内側電極26Bにワイヤ31により接続されている。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の間に、ワイヤ31により直列に接続されている。
さらに、上側の周辺領域では、21個のLED素子30は、実装基板10の中心に対して放射状に配置された3個のLED素子30を1列として、7列のLED素子列に分けられている。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の間に、ワイヤ31により直列に接続されている。同様に、下側の周辺領域でも、21個のLED素子30は7列のLED素子列に分けられており、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の間に、ワイヤ31により直列に接続されている。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るため、ワイヤボンディング性が良く、接続の信頼性を高めることができる。
発光モジュール1は、計17列のLED素子列を有し、各LED素子列は第1電極と第2電極の間に直列に接続した3個のLED素子を有する。すなわち、発光モジュール1では、並列接続されるLED素子列の個数(並列数17個)の方が、1つの直列接続に含まれるLED素子30の個数(直列数3個)よりも多い。
2つの周辺領域では、14列のLED素子30が実装基板10の中心に対して放射状に略等角度間隔で配置され、各列の同じ順番のLED素子30が同心円状に配置されているので、輝度分布が回転対称でありかつ発光領域が円形の発光モジュールが形成される。
図5に示すように、反射枠40は、実装基板10上に充填された封止樹脂50の流出を防ぐ円環状の枠体(ダム材)であり、実装基板10上の第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bと重なる位置に、それらの電極を覆いLED素子30を取り囲むように形成されている。反射枠40は、反射性の白色樹脂で構成されており、LED素子30から側方に出射された光を、発光モジュール1の上方(LED素子30から見て実装基板10とは反対側)に反射させる。発光モジュール1では、LED素子30からの出射光が実装基板10の反射層および反射枠40によって上方に反射するので、出射効率が高くなる。
図6に示すように、封止樹脂50は、実装基板10上の反射枠40で囲まれる部分に注入(充填)されて円板状に硬化され、複数のLED素子30を一体に被覆し保護(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良い。
封止樹脂50には、各LED素子30からの出射光の波長を変換する蛍光体が分散混入されている。例えば、封止樹脂50は、こうした蛍光体として、緑色蛍光体と赤色蛍光体の2種類を含有する。発光モジュール1は、青色LEDであるLED素子30からの青色光と、それによって緑色蛍光体および赤色蛍光体を励起させて得られる緑色光および赤色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。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)SiO: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CaAlSiN:Eu2+などの粒子状の蛍光体材料である。
発光モジュール1では、LED素子30の充填率が高いため、発光エリアの単位面積当たりの発熱量も多い。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50が含有す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、発光モジュール1では、封止樹脂50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。
緑色蛍光体は、赤色蛍光体と比べて粒径と重量が大きい。このため、発光モジュール1の製造時に、封止樹脂50が硬化していない状態で緑色蛍光体と赤色蛍光体を沈降させると、両者の比重が異なることに起因して、封止樹脂50内には、緑色蛍光体を多く含む層と、赤色蛍光体を多く含む層と、どちらの蛍光体もほとんど含まない樹脂層が形成される。すなわち、封止樹脂50は、緑色蛍光体を主に含む第1の層、赤色蛍光体を主に含む第2の層、ならびに第1の層および第2の層よりも緑色蛍光体および赤色蛍光体の濃度が低い第3の層を、実装基板10に近い側からこの順に有する。
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、赤色蛍光体よりも緑色蛍光体の方が熱伝導率は高い。したがって、第1から第3の層が形成されることにより、封止樹脂50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、このような多層構造を有しない場合と比べて、発光モジュール1では、封止樹脂50の領域全体から、より効率良く実装基板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、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。
なお、封止樹脂50は、緑色蛍光体と赤色蛍光体に限らず、例えばYAG(yttrium aluminum garnet)などの黄色蛍光体をさらに含有しても良いし、黄色蛍光体と赤色蛍光体などの上記とは異なる組合せの蛍光体を含有しても良い。あるいは、封止樹脂50は、黄色蛍光体の1種類のみを含有しても良い。この場合、発光モジュール1は、LED素子30からの青色光と、それによって黄色蛍光体を励起させて得られる黄色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。
発光モジュール1の製造工程は、図2から図6に示した通りに行われる。まず、図2に示した実装基板10が用意され、図3および図4に示すように実装基板10上にLED素子30が実装され、LED素子30同士がワイヤ31により接続される。さらに、図5に示すように反射枠40が形成され、図6に示すようにLED素子30が封止樹脂50で封止される。
発光モジュール1における中心領域、上側の周辺領域および下側の周辺領域の全体は、円弧状の第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bにより囲まれる円形の領域である。この円形の領域内には、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が配置されているが、それらの電極の占める割合は比較的小さい。したがって、この円形の領域内に多数のLED素子30を配置することが可能であり、LED素子30の充填率(密度)を高くすることが可能である。
また、発光モジュール1の第1電極と第2電極は、多層配線のない簡単な構造を有し、中心領域、上側の周辺領域および下側の周辺領域を構成するように対向して配置されている。対向する電極間の距離は、3個のLED素子30を径方向に1列に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電極の間に配置して、それらをワイヤ31により容易に直列接続することができる。さらに、第1電極と第2電極の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、すべてのLED素子30を発光させることが可能である。このように、発光モジュール1では、比較的多くの個数のLED素子30を有しながら、電極間に直列に接続されるLED素子30の個数が少なく、駆動に必要な電圧が低いため、低電圧でも高輝度の発光が可能である。
図7は、別の発光モジュール2の上面図、および上面図においてVIIAおよびVIIBで示した位置における2つの断面図である。なお、図7の断面図でも、断面部分における要素のみを示し、断面部分よりも奥にある要素は、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。また、図7の上面図でも、図1と同様に下層の部分を実線で示している。
発光モジュール2は、主要な構成要素として、実装基板11、回路基板20、LED素子30、反射枠40および封止樹脂50を有する。発光モジュール2は、基板の構成、LED素子30の接続数および配置のみが発光モジュール1とは異なり、その他の点では発光モジュール1と同じ構成を有する。このため、発光モジュール1と同じ部分には同じ参照符号を付して説明を省略し、以下では、発光モジュール2について、発光モジュール1とは異なる部分を説明する。
図7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、その上面にLED素子30が実装される平坦な金属基板であり、一例として正方形の形状を有する。実装基板11の上面には、高反射処理層として、例えば、誘電体多層膜のような増反射膜が形成されている。ただし、実装基板11がアルミニウムまたは銀のように反射率の高い材料で構成される場合には、必ずしも増反射膜を用いる必要はなく、実装基板11の上面には絶縁のための透明絶縁膜が形成されていても良い。なお、図示していないが、実装基板11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ことがある。
図8は、回路基板20の上面図である。回路基板20は、ガラスエポキシ基板などの絶縁性基板であり、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。図8に示すように、回路基板20の上面には、発光モジュール1と同じ第1電極および第2電極が形成されており、このうち、第1外側電極25Aと第2外側電極25Bは、円環状の反射枠40(図7を参照)の下に配置されている。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、それらに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。
図8に示すように、回路基板20には、LED素子30を実装基板11に直接実装できるように、3つの開口部29A、29Bおよび29Cが形成されている。開口部29Aは、第1内側電極26Aと第2内側電極26Bにより囲まれた円形の形状を有する。開口部29Bと開口部29Cは、図8の左右方向に延び回路基板20を2等分する直線を挟んで上下に対称であり、2つで開口部29Aを取り囲む略円環状の形状を有する。開口部29Bは、第1外側電極25A、第1接続電極27A、第2内側電極26Bおよび第2接続電極27Bにより囲まれ、開口部29Cは、第1内側電極26A、第1接続電極27A、第2外側電極25Bおよび第2接続電極27Bにより囲まれている。開口部29A、29Bおよび29C内で露出した実装基板11上の領域が、中心領域、上側の周辺領域および下側の周辺領域にそれぞれ対応する。
発光モジュール2でも、LED素子30は青色LEDである。ただし、図7に示すように、発光モジュール2では、発光モジュール1よりも多い90個のLED素子30が実装されている。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の上面に固定されている。
図7に示すように、90個のLED素子30は、それぞれが18個ずつで構成される5つの群に分けられている。5群のLED素子30は、中心領域(開口部29A内)、上側の周辺領域(開口部29B内)の左側および右側、ならびに下側の周辺領域(開口部29C内)の左側および右側に、それぞれ配置されている。
中心領域では、図7の上下方向に沿って、左右方向における中心位置に6個のLED素子30が、その両側に4個ずつのLED素子30が、さらにその両側に2個ずつのLED素子30が、それぞれ配置されている。計18個のLED素子30は、ワイヤ31により、第1内側電極26Aから、右端の下側、上側、左側、下側、左側、上側、左側、下側、左側および上側の順で接続され、さらに第2内側電極26Bに接続されている。
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24列のLED素子30が、実装基板11の中心に対して放射状に略等角度間隔で配置され、各列の同じ順番のLED素子30は、3個の同心円状に配置されている。24列のLED素子30は、上側の周辺領域の左側および右側、ならびに下側の周辺領域の左側および右側に対応して、6列ずつ4群に分けられている。各群を構成する18個のLED素子30は、第1外側電極25Aまたは第2外側電極25B、外周側の円周上の6個、中間の円周上の6個、内側(中央側)の円周上の6個、第1内側電極26Aまたは第2内側電極26Bの順で、ワイヤ31により接続されている。発光モジュール2でも、LED素子30の実装位置の分布は、実装基板11の中心に対して回転対称(点対称)である。
発光モジュール2は、計5列(5群)のLED素子列を有し、各LED素子列は第1電極と第2電極の間に直列に接続した18個のLED素子を有する。すなわち、発光モジュール2では、並列接続されるLED素子列の個数(並列数5個)の方が、1つの直列接続に含まれるLED素子30の個数(直列数18個)よりも少ない。
発光モジュール2では、高反射処理層(反射層)が形成された金属基板である実装基板11の上面にLED素子30が直接実装されているため、LED素子30の放熱効果が高く、高出力の発光を行うことができる。また、第1電極および第2電極は金メッキ層であるため、ワイヤボンディング性が良く、接続の信頼性を高めることができる。
また、発光モジュール2でも、LED素子30は実装基板11の反射層および反射枠40によって囲まれている。このため、LED素子30からの出射光が回路基板20の第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、発光モジュール2では、LED素子30からの出射光の多くが反射層および反射枠40によって上方に反射するので、反射効率が極めて高く、出射効率も高くなる。
発光モジュール2では、第1電極と第2電極の間に18個のLED素子が直列に接続されており、発光モジュール1に比べて大きな電圧を供給する必要がある。しかしながら、発光モジュール2では、発光モジュール1よりもLED素子30を高密度で実装可能であり、素子数が多いため、さらに高い輝度が得られる。また、発光モジュール2でも、電極構造が簡単であり、発光領域が円形であり、かつ回転対称の輝度分布が得られる。
図9は、さらに別の発光モジュール3の上面図である。発光モジュール3は、LED素子30の接続数および配置のみが発光モジュール1とは異なり、その他の点では発光モジュール1と同じ構成を有する。図9でも、図1と同様に下層の部分を実線で示している。
実装基板10の上面には、発光モジュール1と同じ第1電極および第2電極が形成されている。発光モジュール3では、青色LEDである135個のLED素子30が実装基板10の上面に実装されている。LED素子30は、第1電極と第2電極の間に並列接続された計27列のLED素子列で構成され、各LED素子列は、直列接続された5個のLED素子30で構成される。また、LED素子30の実装位置の分布は、実装基板10の中心に対して回転対称(点対称)である。
第1内側電極26Aと第2内側電極26Bとの間の中心領域には、25個のLED素子30が配置されている。これらは、図9の上下方向に略直線状に並ぶ5列に分かれて5個ずつ直列接続され、5列のLED素子30が第1内側電極26Aと第2内側電極26Bとの間に並列接続されている。
また、第1外側電極25Aと第2内側電極26Bとの間の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との間の下側の周辺領域には、それぞれ55個のLED素子30が配置されている。これらは、実装基板10の中心に対して放射状に並ぶ22列に分かれて5個ずつ直列接続され、22列のLED素子30が第1外側電極25Aと第2内側電極26Bの間または第2外側電極25Bと第1内側電極26Aの間に並列接続されている。各列のLED素子30は略等角度間隔で配置され、各列の同じ順番のLED素子30は、5個の同心円状に配置されている。
また、図9では、実装基板10の辺に対して同じ回転角だけ回転しているLED素子30を同じ態様で示している。例えば、白色の4角形で示したLED素子30はすべて同じ向きであり、この向きを基準とすると、薄い灰色および濃い灰色の4角形で示したLED素子30は、それぞれ、白色の4角形のLED素子30に対して反時計回りに45度および90度だけ回転している。すなわち、薄い灰色および濃い灰色の4角形で示したLED素子30は、2つの素子電極(アノード電極とカソード電極)の配列方向が、それぞれ、白色の4角形のLED素子30に対して45度および90度だけ異なっている。図9に示すように、発光モジュール3では、LED素子30の回転角の分布も、実装基板10の中心に対して回転対称(点対称)である。
各LED素子30を適宜回転させて、互いに接続される2つのLED素子30の素子電極同士を近付けると、ワイヤ31により最短距離でLED素子30同士を接続することができる。これにより、すべてのLED素子30を同じ向きで配置した場合と比べて、より多くのLED素子30を実装することが可能になる。発光モジュール3は、発光モジュール2よりも素子数が多いためさらに高輝度である。また、発光モジュール3でも、電極構造が簡単であり、発光領域が円形であり、かつ回転対称の輝度分布が得られる。
図10は、さらに別の発光モジュール4の上面図である。発光モジュール4は、第1電極および第2電極の形状、ならびにLED素子30の接続数および配置のみが発光モジュール1とは異なり、その他の点では発光モジュール1と同じ構成を有する。図10でも、図1と同様に、下層の部分を実線で示している。
実装基板10の上面には、第1電極を構成する第1端子電極24A、第1外側電極25A、第1内側電極26A、26Cおよび26E、ならびに第1接続電極27Aと、第2電極を構成する第2端子電極24B、第2外側電極25B、第2内側電極26B、26Dおよび26F、ならびに第2接続電極27Bとが形成されている。このうち、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、ならびに第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は、発光モジュール1のものと同様である。
第1内側電極26Cおよび26Eは第1接続電極27Aから枝分かれし、第2内側電極26Dおよび26Fは第2接続電極27Bから枝分かれした円弧状のパターンである。第1内側電極26Cおよび第2内側電極26Dは第3の半径の円周上に配置され、第1内側電極26Eおよび第2内側電極26Fは第4の半径の円周上に配置されている。これらの電極は、互いに重ならないように形成されている。第1から第4の半径を大きい順に並べると、第1の半径、第4の半径、第3の半径および第2の半径となる。すなわち、第1内側電極26Eおよび第2内側電極26F、第1内側電極26Cおよび第2内側電極26D、ならびに第1内側電極26Aおよび第2内側電極26Bは、第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bの内側において、実装基板10の中央に向かってこの順で配置されている。また、これらの電極は、すべて同心円状に配置されている。
図10に示すように、実装基板10の中心に対して、第1外側電極25A、第2内側電極26F、第1内側電極26Cおよび第2内側電極26Bは一方の側(図10では上側)に配置され、第2外側電極25B、第1内側電極26E、第2内側電極26Dおよび第1内側電極26Aは他方の側(図10では下側)に配置されている。すなわち、第1外側電極25A、第2内側電極26F、第1内側電極26Cおよび第2内側電極26Bは互いに対向して配置され、第2外側電極25B、第1内側電極26E、第2内側電極26Dおよび第1内側電極26Aも互いに対向して配置されている。
第1電極および第2電極は、発光モジュール1〜3では2重の円弧状の電極により構成されていたが、発光モジュール4では、4重の円弧状の電極により構成されている。これにより、発光モジュール4では、第1内側電極26A、26Cおよび26E、第2内側電極26B、26Dおよび26F、ならびに第1外側電極25Aおよび第2外側電極25Bにより画定される3重の略円環状の周辺領域が、円形の中心領域を取り囲んでいる。
発光モジュール4では、青色LEDである152個のLED素子30が、これらの領域に実装されている。LED素子30は、第1電極と第2電極の間に並列接続された計76列のLED素子列で構成され、各LED素子列は、直列接続された2個のLED素子30で構成される。また、LED素子30の実装位置の分布は、実装基板10の中心に対して回転対称(点対称)である。3重の周辺領域におけるLED素子30は、実装基板10の中心に対して放射状に略等角度間隔で配置され、5個の同心円状に配置されている。
第1内側電極26Aと第2内側電極26Bとの間の中心領域では、4個のLED素子30が2個ずつ直列接続され、2列のLED素子30がこれらの電極の間に並列接続されている。
第1内側電極26Cと第2内側電極26Bとの間の上側の周辺領域および第1内側電極26Aと第2内側電極26Dとの間の下側の周辺領域では、同じ円周上に6個ずつ配置されたLED素子30が2個ずつ直列接続され、計6列がこれらの電極の間に並列接続されている。第1内側電極26Cと第2内側電極26Fとの間の上側の周辺領域および第1内側電極26Eと第2内側電極26Dとの間の下側の周辺領域では、2つの円周上に22個ずつ配置されたLED素子30が2個ずつ直列接続され、計22列がこれらの電極の間に並列接続されている。第1外側電極25Aと第2内側電極26Fとの間の上側の周辺領域および第2外側電極25Bと第1内側電極26Eとの間の下側の周辺領域では、2つの円周上に46個ずつ配置されたLED素子30が2個ずつ直列接続され、計46列がこれらの電極の間に並列接続されている。
また、図10では、実装基板10の辺に対して同じ回転角だけ回転しているLED素子30を同じ態様で示している。例えば、白色の4角形で示したLED素子30を基準とすると、薄い灰色、黒色および濃い灰色の4角形で示したLED素子30は、それぞれ、白色の4角形のLED素子30に対して時計回りに45度、135度および225度だけ回転している。すなわち、薄い灰色、黒色および濃い灰色の4角形で示したLED素子30は、2つの素子電極の配列方向が、それぞれ、白色の4角形のLED素子30に対して45度、135度および225度だけ異なっている。図10に示すように、発光モジュール4では、LED素子30の回転角の分布も、実装基板10の中心に対して回転対称(点対称)である。
発光モジュール4は、発光モジュール3よりも素子数が多いためさらに高輝度である。また、発光モジュール4でも、電極構造が簡単であり、発光領域が円形であり、かつ回転対称の輝度分布が得られる。
図11は、さらに別の発光モジュール5の上面図である。発光モジュール5は、主要な構成要素として、実装基板12、LED素子30、反射枠40’および封止樹脂50’を有する。発光モジュール5は、第1電極、第2電極、反射枠および封止樹脂の形状、ならびにLED素子30の接続数および配置のみが発光モジュール1とは異なり、その他の点では発光モジュール1と同じ構成を有する。図11でも、図1と同様に、下層の部分を実線で示している。
実装基板12は、平坦なセラミック製の基板であり、その対向する2つ頂点付近には、固定用貫通穴19が設けられている。実装基板12の上面には、第1電極を構成する第1端子電極24A、第1外側電極25Cおよび第1内側電極26Gと、第2電極を構成する第2端子電極24B、第2外側電極25Dおよび第2内側電極26Hとが形成されている。発光モジュール5では、反射枠40’は矩形の枠体であり、LED素子30の実装領域は正方形であり、封止樹脂50’は矩形の平板状に硬化されている。
第1外側電極25Cおよび第2外側電極25Dは、ともに反射枠40’の下に配置されており、それぞれ略L字型の直線状の形状を有し、2つでLED素子30の実装領域の略全周を取り囲むように形成されている。第1内側電極26Gは、第1端子電極24Aとは反対側の第1外側電極25Cの端部から、第1外側電極25Cおよび第2外側電極25Dよりも実装基板12の中央側であるLED素子30の実装領域上に1直線状に突出している。同様に、第2内側電極26Hは、第2端子電極24Bとは反対側の第2外側電極25Dの端部から、LED素子30の実装領域上に1直線状に突出している。第1外側電極25Cおよび第1内側電極26Gならびに第2外側電極25Dおよび第2内側電極26Hはそれぞれ略コの字型の形状を有する。
図11に示すように、実装基板12の中心に対して、第1外側電極25Cの1辺および第2内側電極26Hは一方の側(図11では上側)に配置され、第2外側電極25Dの1辺および第1内側電極26Gは他方の側(図11では下側)に配置されている。すなわち、第1外側電極25Cおよび第2内側電極26Hは互いに対向して配置され、第2外側電極25Dおよび第1内側電極26Gも互いに対向して配置されている。第1内側電極26Gと第2内側電極26Hは、実装領域の中央を避けて配置されており、これらの電極により、LED素子30の実装領域は3つの矩形領域に分割(3等分)されている。
発光モジュール5では、青色LEDである81個のLED素子30が、実装基板12の上面に9行9列の正方格子状に配置されている。LED素子30は、第1電極と第2電極の間に並列接続された計27列のLED素子列で構成され、各LED素子列は、直列接続された3個のLED素子30で構成される。
第1内側電極26Gと第2内側電極26Hとの間の中心領域では、27個のLED素子30が3個ずつ直列接続され、9列のLED素子30がこれらの電極の間に並列接続されている。第1外側電極25Cと第2内側電極26Hとの間の上側の周辺領域でも、27個のLED素子30が3個ずつ直列接続され、9列のLED素子30がこれらの電極の間に並列接続されている。第2外側電極25Dと第1内側電極26Gとの間の下側の周辺領域でも、27個のLED素子30が3個ずつ直列接続され、9列のLED素子30がこれらの電極の間に並列接続されている。
発光モジュール5のように、発光領域は円形ではなく、矩形であっても良い。矩形の反射枠40’により矩形の実装領域を形成すれば、LED素子30を正方格子状に配置できるため、円形の場合よりも素子数を増やすことができ、それに伴い輝度が高くなる。また、発光モジュール5でも、電極構造が簡単であり、かつ回転対称の輝度分布が得られる。
図12は、さらに別の発光モジュール6の上面図である。発光モジュール6は、第1電極および第2電極の形状、ならびにLED素子30の接続数および配置のみが発光モジュール5とは異なり、その他の点では発光モジュール5と同じ構成を有する。図12でも、図11と同様に、下層の部分を実線で示している。
実装基板12の上面には、第1電極を構成する第1端子電極24A、第1外側電極25C、ならびに第1内側電極26G、26Iおよび26Kと、第2電極を構成する第2端子電極24B、第2外側電極25D、ならびに第2内側電極26H、26Jおよび26Lとが形成されている。このうち、第1端子電極24A、第1外側電極25Cおよび第1内側電極26G、ならびに第2端子電極24B、第2外側電極25Dおよび第2内側電極26Hは、発光モジュール5のものと同様である。
第1内側電極26Iは第1内側電極26Gから、第1内側電極26Kは第1内側電極26Iから、それぞれ実装基板12の中央側に垂直に枝分かれしている。第1内側電極26G、26Iおよび26Kは直線状のパターンであり、この順に長さが短くなる。同様に、第2内側電極26Jは第2内側電極26Hから、第2内側電極26Lは第2内側電極26Jから、それぞれ実装基板12の中央側に垂直に枝分かれしている。第2内側電極26H、26Jおよび26Lは直線状のパターンであり、この順に長さが短くなる。第1電極と第2電極はそれぞれ矩形の渦巻き状の形状を有する。
図12に示すように、実装基板12の中心に対して、第1外側電極25Cの1辺および第2内側電極26Hは図の上側に配置され、第1外側電極25Cの他の1辺および第2内側電極26Jは図の右側に配置され、第2外側電極25Dの1辺および第1内側電極26Gは図の下側に配置され、第2外側電極25Dの他の1辺および第1内側電極26Iは図の左側に配置されている。すなわち、第1外側電極25Cと第2内側電極26Hおよび26Jとは互いに対向して配置され、第2外側電極25Dと第1内側電極26Gおよび26Iとは互いに対向して配置されている。第1内側電極26G、26Iおよび26Kならびに第2内側電極26H、26Jおよび26Lは、実装領域の中央を避けて配置されており、これらの電極により、LED素子30の実装領域は7つの矩形領域に分割されている。
発光モジュール6では、青色LEDである108個のLED素子30が、実装基板12の上面に正方格子状に配置されている。LED素子30は、第1電極と第2電極の間に並列接続された計54列のLED素子列で構成され、各LED素子列は、直列接続された2個のLED素子30で構成される。
第1内側電極26Kと第2内側電極26Lとの間の中心領域、第1内側電極26Kと第2内側電極26Hとの間の中心領域、および第1内側電極26Gと第2内側電極26Lとの間の中心領域では、それぞれ、12個のLED素子30が2個ずつ直列接続され、6列のLED素子30がこれらの電極の間に並列接続されている。第1外側電極25Cと第2内側電極26Hとの間の上側の周辺領域、および第2外側電極25Dと第1内側電極26Gとの間の下側の周辺領域では、それぞれ、22個のLED素子30が2個ずつ直列接続され、11列のLED素子30がこれらの電極の間に並列接続されている。第1外側電極25Cと第2内側電極26Jとの間の右側の周辺領域、および第2外側電極25Dと第1内側電極26Iとの間の左側の周辺領域では、それぞれ、14個のLED素子30が2個ずつ直列接続され、7列のLED素子30がこれらの電極の間に並列接続されている。
発光モジュール6は、発光モジュール5よりも素子数が多いためさらに高輝度である。発光モジュール6でも、電極構造が簡単であり、かつ回転対称の輝度分布が得られる。
1、2、3、4、5、6 発光モジュール
10、11、12 実装基板
20 回路基板
24A 第1端子電極
24B 第2端子電極
25A、25C 第1外側電極
25B、25D 第2外側電極
26A、26C、26E、26G、26I、26K 第1内側電極
26B、26D、26F、26H、26J、26L 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
40、40’ 反射枠
50、50’ 封止樹脂

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置された第1電極および第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極の間に接続された複数のLED素子と、
    前記複数のLED素子を取り囲むように前記基板上に配置されたダム材と、
    前記ダム材により囲まれた前記基板上の領域に充填されて前記複数のLED素子を封止する蛍光体含有樹脂と、を有し、
    前記第1電極は、前記ダム材の下に配置された第1外側電極および前記第1外側電極よりも前記基板の中央側に配置された第1内側電極を有し、
    前記第2電極は、前記ダム材の下に配置された第2外側電極および前記第2外側電極よりも前記基板の中央側に配置された第2内側電極を有し、
    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、
    前記第1外側電極と前記第2内側電極との間の距離、及び前記第2外側電極と前記第1内側電極との間の距離の間の距離は、均一であり、
    前記第1外側電極と前記第2内側電極との間の距離は、前記第2外側電極と前記第1内側電極との間の距離の間の距離と等しい、
    ことを特徴とする発光モジュール。
  2. 前記第1内側電極および前記第2内側電極は、前記ダム材により囲まれた前記基板上の実装領域の中央には配置されておらず、
    前記複数のLED素子のうちの一部は、前記実装領域の中央を含む、前記第1内側電極と前記第2内側電極との間の中心領域に配置されている、請求項1に記載の発光モジュール。
  3. 前記複数のLED素子はM列のLED素子列を有し、各LED素子列は前記第1電極と前記第2電極の間に直列に接続したN個のLED素子を有し、MはNよりも大きい、請求項2に記載の発光モジュール。
  4. 前記中心領域に配置されたLED素子列は、前記第1内側電極と前記第2内側電極に接続され、
    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た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ている、請求項3に記載の発光モジュール。
  5. 前記ダム材は円環状であり、
    前記第1外側電極と前記第2外側電極は同じ円周上に円弧状に配置され
    前記第1内側電極と前記第2内側電極は前記第1外側電極及び前記第2外側電極とは異なる円周上に円弧状に配置され、
    前記第1電極は、前記第1外側電極と前記第1内側電極とを接続する直線状の第1接続電極をさらに有し、
    前記第2電極は、前記第2外側電極と前記第2内側電極とを接続する直線状の第2接続電極をさらに有する、請求項4に記載の発光モジュール。
  6. 前記第1内側電極および前記第2内側電極は、それぞれ同じ個数の複数の円弧状の電極で構成され、前記複数の円弧状の電極は同心円状に配置されている、請求項5に記載の発光モジュール。
  7. 前記第1電極と前記第2電極とは、前記基板の中心に対して点対称である、請求項5または6に記載の発光モジュール。
  8. 前記周辺領域における前記複数のLED素子は、前記基板の中心に対して放射状に配置されている、請求項5〜7のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  9. 前記周辺領域における各LED素子列の同じ順番のLED素子は、同心円状に配置されている、請求項8に記載の発光モジュール。
  10. 前記基板及び前記LED素子は矩形の平面形状を有し、
    前記複数のLED素子の実装位置および前記基板の辺に対する前記LED素子の角度である回転角の分布は、前記基板の中心に対して点対称である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  11. 前記基板は、実装基板と、前記実装基板上に配置された回路基板と、を有し、
    前記第1電極および前記第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、前記開口部内で露出した前記実装基板上の領域に実装されている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の発光モジュール。
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