JP7227531B2 - 発光装置及び発光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置及び発光モジュールに関する。
光源に発光素子を用いる発光装置は、種々の分野で使用されている。このような発光装
置は、光源部と、この光源部を焦点とするように設けた反射鏡とを備え、光源部がユニッ
ト化されて反射鏡に対して位置を調整できるように着脱自在に構成されている(特許文献
1)。
光源部において、配線基板に複数の発光素子を並べた発光装置が提案されている(特許
文献2及び3)。また、長方形の基板の長手方向に発光素子を並べ、その両端部の照度低
下を防止するために、両端部における発光素子の数を増加させた配置が提案されている(
特許文献4)。
特開2016-164871号公報 特開2005-93097号公報 WO2014/21030 特開2016-157889
光源として、より小型であり、より照度が均一なものが求められている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小型化を図り、照度のムラ
を低減することができる発光装置及び発光モジュールを提供することを目的とする。
本願は以下の発明を含む。
本発明の実施形態における発光装置及び発光モジュールによれば、より小型化を図り、
より一層照度のムラを低減することができる。
本発明の実施形態の発光装置の概略斜視図である。 図1Aの発光装置の平面図である。ただし、ワイヤは省略して示している。 本発明の別の実施形態の発光装置の平面図である。ただし、ワイヤは省略して示している。 図1Aの発光装置における基板の平面図である。 本発明の実施形態の発光モジュールを示す平面図である。 本発明の実施形態の発光モジュールの使用した光源の分解斜視図である。 図4の光源を用いた場合のシミュレーションによる照度分布図である。 比較例として発光素子を等間隔で配置した発光モジュールを示す平面図である。 図5Bの発光モジュールを用いた光源を使用した場合のシミュレーションによる照度分布図である。
以下、本発明に係る発光装置及び発光モジュールの実施形態を説明する。なお、以下の
説明において参照する図面は、本実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のス
ケール、間隔、位置関係等が誇張又は部材の一部の図示が省略されている場合がある。ま
た、以下の説明では、同一の名称および符号については原則として同一もしくは同質の部
材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
実施形態1:発光装置
この実施形態の発光装置10は、図1A及び1Bに示すように、その一表面に配線部2
、3が形成された基板1と、配線部2、3上に配置された複数の発光素子11a、12a
、13a、14a・・・とから構成される。
このように、複数の発光素子を並べることにより、所望の長さ及び大きさで、意図する
照度を有する発光装置を得ることができる。
(基板1)
基板1は、発光素子を載置するためのものであり、表面が平坦な板状部材によって構成
されている。基板1は絶縁性、導電性又はこれらを組み合わせたものの単層構造及び積層
構造のいずれであってもよい。基板1の形状は適宜設定することができるが、例えば、四
角形が好ましく、長方形がより好ましい。例えば、基板1の大きさは数mm~数十センチ
×数mm~数十センチが挙げられる。
図1Aにおいては、基板1は、例えば、9×18mmの長方形である。
(配線部2、3)
基板1の一表面には、図2に示すように、配線部2、3が配置されている。配線部2、
3は、導電性の材料によって、所定の形状で配置されている。配線部2、3は、正負に対
応して少なくとも一対配置されている。配線部2、3の形状は適宜設定することができ、
それぞれ、基板1上に部分的に形成されている。この一対のいずれかの配線部、例えば、
正又は負に対応する配線部2は、第1接続部2aと第2接続部2bとを有する。第1接続
部2aと第2接続部2bは、互いに平行に、かつ基板1の一対の辺に対して平行に延長し
ていることが好ましい。第1接続部2aと第2接続部2bとは、基板1の一端側で連結し
ている。ただし、第1接続部2a及び第2接続部2bは、全体として平行に延長している
部分を有していればよく、その一辺が直線でなくてもよく、湾曲していてもよいし、凹凸
を有していてもよい。第1接続部2a及び第2接続部2bの幅及び長さは適宜設定するこ
とができ、例えば、基板1の幅の3~20%程度が挙げられ、基板の長さの20~90%
程度が挙げられる。第1接続部2a及び第2接続部2bが連結した部位の幅及び長さは、
例えば、基板1の幅の80~100%程度が挙げられ、基板の長さの10~80%程度が
挙げられる。
配線部3は、第1接続部2aの外側、第2接続部2bの外側、第1接続部2aと第2接
続部2bとの間に配置されている。これらは、第1接続部2a及び第2接続部2bに対し
て、全体として互いに平行に配置されており、かつ、基板1の一対の辺に対して略平行に
延長している。また、これらは、基板1の他端側で連結している。ただし、配線部3は、
全体として平行に延長している部分を有していればよく、その一辺が直線でなくてもよく
、湾曲していてもよいし、凹凸を有していてもよい。第1接続部2a及び第2接続部2b
に沿って延長する部位の幅及び長さは、例えば、基板1の幅の3~20%程度が挙げられ
、基板の長さの20~90%程度が挙げられる。これらの延長する部位が連結した部位の
幅及び長さは、例えば、基板1の幅の80~100%程度が挙げられ、基板の長さの10
~80%程度が挙げられる。
具体的には、図1A、1Bに示すように、第1接続部2aは、後述する第1発光素子群
と第2発光素子群との間に配置され、その幅W1は、0.7mmである。第2接続部2b
は、後述する第3発光素子群と第4発光素子群との間に配置されており、その幅W2は、
0.7mmである。第1接続部2aの幅と第2接続部2bの幅とは、異なっていてもよい
が、同じであることが好ましい。これにより、後述するように、ワイヤが配置される接続
部の幅を最小限に留めることができ、発光装置の小型化を図ることができる。
また、配線部3の第1接続部2a及び第2接続部2bに沿って延長する部位のうち、後
述する第1発光素子群及び第4発光素子群が配置される部位の幅は、後述する発光素子を
載置できるものであればよく、例えば、1.4mmである。第1接続部2a及び第2接続
部2bの間に配置する部位は、幅W1及び/又はW2の2倍以上であることが好ましく、
3mmである。
配線部2、3は、基板1の一表面に対して、大きな面積で形成されていることが好まし
い。これにより、放熱性及び反射性を向上させることができる。例えば、配線部2、3の
基板1の一対の一辺に対向する端部と、基板1の一辺との距離W11、W12は、第1接
続部2aの幅W1及び/又は第2接続部2bの幅W2よりも小さいことが好ましい。
図1Bにおいては、W11は0.5mmであり、W12は0.5mmである。
配線部2、3は、その一部領域において、基板1の表面を露出する貫通孔3c等を有し
ていてもよい。このような貫通孔3c等は、位置決め等のマークに利用することができる

なお、配線層2は、第1接続部2a及び第2接続部2b以外の表面が、被覆層によって
被覆されていてもよい。また、配線部3は、発光素子が載置される領域以外の表面が、被
覆層によって被覆されていてもよい。被覆層は、例えば、樹脂等によって形成することが
できる。
(発光素子)
発光素子11a、12a、13a、14a・・・は、配線部2上に複数、列状に配置さ
れている。列の数は、適宜設定することができ、2列以上であればよく、3列又は4列で
あることが好ましい。
例えば、図1A、1Bに示すように、第1方向にそれぞれ配列された第1発光素子群1
1、第2発光素子群12、第3発光素子群13及び第4発光素子群14を有している。こ
れら第1発光素子群11、第2発光素子群12、第3発光素子群13及び第4発光素子群
14は、第1方向とは異なる第2方向に順に配列されている。ここで、第2方向は、第1
方向と交差する方向であればよく、直交する方向であることが好ましい。ここでは、第1
方向及び第2方向を、例えば、それぞれY方向及びX方向と称する。
第1発光素子群11、第2発光素子群12、第3発光素子群13及び第4発光素子群1
4にそれぞれ属する発光素子は、2以上であればよく、各群において同じ数であってもよ
いし、異なる数であってもよい。なかでも、第1発光素子群の発光素子の数が、第2発光
素子群及び/又は第3発光素子群の発光素子の数よりも多いことが好ましく、第4発光素
子群の発光素子の数が、第3発光素子群及び/又は第2発光素子群の発光素子の数よりも
多いことが好ましく、第1発光素子群の発光素子の数が、第2発光素子群及び/又は第3
発光素子群の発光素子の数よりも多く、かつ第4発光素子群の発光素子の数が、第3発光
素子群及び/又は第2発光素子群の発光素子の数よりも多いことがより好ましい。また、
第1発光素子群11及び第4発光素子群14が同じ数であることが好ましく、第2発光素
子群12及び第3発光素子群13が同じ数であることが好ましく、第1発光素子群11及
び第4発光素子群14が同じ数であり、かつ第2発光素子群12及び第3発光素子群13
が同じ数であることがより好ましい。各列において配列されている発光素子は、適宜設定
することができ、例えば、2以上であればよく、3又は4であることが好ましい。例えば
、第1発光素子群11及び第4発光素子群14において配列されている発光素子は、4~
8が挙げられ、4~6が好ましい。第2発光素子群12及び第3発光素子群13に配列さ
れている発光素子は、3~7が挙げられ、3~5が好ましい。
一実施形態では、図1A、1Bに示すように、第1発光素子群11及び第4発光素子群
14は、5つの発光素子を有し、第2発光素子群12及び第3発光素子群13は、4つの
発光素子を有する。ここで、各発光素子は、例えば、1.4×1.4mmである。
第1発光素子群11は、隣接する第2発光素子群12と所定の間隔をあけて配置されて
いる。同様に、第2発光素子群12と隣接する第3発光素子群13とは所定の間隔をあけ
て配置されており、第3発光素子群13と隣接する第4発光素子群14とは所定の間隔を
あけて配置されている。これらの間隔は、列全体にわたって異なっていてもよいが、同じ
であることが好ましい。
例えば、図1Bに示すように、X方向において、第2発光素子群12と隣接する第3発
光素子群13との間隔D23は、第1発光素子群11と隣接する第2発光素子群12との
間隔D12よりも狭いことが好ましい。間隔D23は、第3発光素子群13と隣接する第
4発光素子群14との間隔D34よりも狭いことが好ましい。間隔D12と間隔D34と
は異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。間隔D12及び間隔D34は、列
内で隣接する発光素子間の間隔よりも広いことが好ましい。間隔D23は、列内で隣接す
る発光素子間の間隔よりも広くても、狭くても、同じでもよいが、同じであることが好ま
しい。
例えば、図1Bにおいては、D12は1.1mmであり、D23は0.2mmであり、
D34は1.1mmである。各発光素子群における隣接する発光素子の間隔Wは0.2m
mである。
第1発光素子群11と、第1発光素子群に対して第1接続部と反対側に位置する基板の
外縁との距離D1は、例えば、間隔D12、間隔D23、間隔D34のいずれかと同じで
もよいし、何れに対しても異なっていてもよく、適宜設定することができる。例えば、距
離D1は、間隔D12よりも小さいことが好ましく、間隔D12の半分又は半分以下であ
ることがより好ましい。同様に、第4発光素子群14と、第4発光素子群に対して第2接
続部と反対側に位置する基板の外縁との距離D4は、例えば、間隔D34のいずれかと同
じでもよいし、何れに対しても異なっていてもよく、適宜設定することができる。例えば
、距離D4は、間隔D34よりも小さいことが好ましく、間隔D34の半分又は半分以下
であることがより好ましい。
距離D1と距離D4とは異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
このような間隔に設定することによって、後述する複数の基板を配列した発光モジュー
ルを構成する場合に、照度ムラを防止することができ、発光モジュール全体において、よ
り均一な照度を得ることができる。
図1Bにおいて、距離D1は0.5mmであり、距離D4は、0.5mmである。
第1発光素子群11を構成する発光素子の間隔は、それぞれ異なっていてもよいが、等
しいことが好ましい。この発光素子間の領域を、例えば、第1領域R1と称する。
第2発光素子群12を構成する発光素子の間隔は、それぞれ異なっていてもよいが、等
しいことが好ましい。この発光素子間の領域を、例えば、第2領域R2と称する。
第3発光素子群13を構成する発光素子の間隔は、それぞれ異なっていてもよいが、等
しいことが好ましい。この発光素子間の領域を、例えば、第3領域R3と称する。
第4発光素子群14を構成する発光素子の間隔は、それぞれ異なっていてもよいが、等
しいことが好ましい。この発光素子間の領域を、例えば、第4領域R4と称する。
第1領域R1は、第4領域R4と異なる大きさであってもよいが、同じ大きさであるこ
とが好ましい。
第2領域R2は、第3領域R3と異なる大きさであってもよいが、同じ大きさであるこ
とが好ましい。
基板の側方から見た場合、第1領域R1と第2領域R2とは、図1Bに示すように、ず
れるように配置されていることが好ましい。この場合、第2領域R2は、第1発光素子群
11を構成する発光素子11aに重なっていることが好ましく、第1発光素子群11を構
成する発光素子11aの中央部分に重なっていることがより好ましい。同様に、第3領域
R3と第4領域R4とは、ずれるように配置されていることが好ましい。この場合、第3
領域R3は、第4発光素子群14を構成する発光素子14aに重なっていることが好まし
く、第4発光素子群14を構成する発光素子14aの中央部分に重なっていることがより
好ましい。
また、図1Cに示した発光装置10Xに示すように、基板の側方から見た場合、第1領
域R1と第2領域R2とは重なっていてもよい。この場合、例えば、各発光素子群におい
て、Y方向に配列する発光素子のうちの一番端の発光素子が、一端で直線を描くように配
置されていることを意味する。同様に、第3領域R3と第4領域R4とは、重なっていて
もよい。この場合、例えば、各発光素子群において、Y方向に配列する発光素子のうち一
番端の発光素子が、一端で直線を描くように配置されていることを意味する。
発光素子11a、12a、13a、14a・・・は、配線部2、3と電気的に接続され
ている。配線部との電気的な接続は直列接続であっても、並列接続であっても、これらの
組み合わせであってもよいが、並列接続が好ましい。これにより、各発光素子に同じ電流
を供給することができ、照度を均一にすることができる。
発光素子は、配線部を跨いでフリップチップ実装によって、半田等の接合材を介して接
続されていてもよいが、図1Aに示すように、ワイヤによって接続部と電気的に接続され
ていることが好ましい。この場合のワイヤボンディングの位置は、適宜設定することがで
きる。
例えば、図1Aに示すように、例えば、第1発光素子群11と第2発光素子群12との
間に配置された第1接続部2aは、第1発光素子群11の発光素子11a・・・及び第2
発光素子群12の発光素子12a・・・と、それぞれワイヤによって接続されている。つ
まり、第1接続部2a上には、発光素子11a・・・及び発光素子12a・・・と接続さ
れたワイヤの接続点が配置されている。
第3発光素子群13と第4発光素子群14との間に配置された第2接続部2bは、第3
発光素子群13の発光素子13a・・・及び第4発光素子群14の発光素子14a・・・
とワイヤによって接続されている。つまり、第2接続部2b上には、発光素子13a・・
・及び発光素子14a・・・と接続されたワイヤの接続点が配置されている。
このような発光素子のワイヤによる接続によって、Y方向における発光素子群の隣接す
る発光素子間において、ワイヤボンディングのための間隔を設ける必要がなくなるため、
全体として、配線部2、3の間隔を狭めることができる。また、第1発光素子群11の発
光素子11aに接続するワイヤと、第2発光素子群12の発光素子12aに接続するワイ
ヤを第1接続部2aに集約し、第3発光素子群13の発光素子13aに接続するワイヤと
、第4発光素子群14の発光素子14aに接続するワイヤを第2接続部2bに集約するこ
とにより、第1発光素子群11を構成する発光素子11aと基板の対向する辺との間、第
4発光素子群14を構成する発光素子14aと基板の対向する辺との間、及び第2発光素
子群12を構成する発光素子12aと第3発光素子群13を構成する発光素子13aとの
間において、ワイヤボンディングのための間隔を設ける必要がなくなるため、配線2、3
の幅を狭めることができる。その結果、基板の幅を縮小することができ、発光装置の小型
化を図ることができる。
発光素子は、当該分野で公知の半導体発光素子のいずれをも用いることができる。具体
的には、例えば、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、窒化物半導体(InX
AlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、具体的には、InXAlYGa1-X-Y
N(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物半導体等、種々の半導体による発光素子が
挙げられる。このような発光素子の発光波長は、用途等によって適宜設定することができ
る。なかでも、紫外線を照射するものが好ましい。
発光素子は、一面に正負の両電極が配置されてもよいが、異なる面にそれぞれ一方が配
置されたものが好ましい。これにより、一面は、発光素子を配線部に載置することにより
、例えば、半田等の接合部材により固定するとともに電気的接続を図り、他面は、上述し
たようにワイヤボンドにより、接続部と電気的接続を取ることができる。
実施形態2:発光モジュール
この実施形態の発光モジュール20は、図3に示したように、上述した発光装置10が
、第2方向(X方向)に複数配列されている。この場合、X方向に延びる複数の基板の辺
は、略直線状に配置されていることが好ましいが、用いる反射部材等によって、略階段状
等に配置されていてもよい。
図3においては、例えば、9個配列している。
このように、複数の発光装置10を一列に並べることにより、所望の長さ、大きさの発
光モジュール20とすることができ、光度、輝度等を適宜調整することができる。
発光モジュール20においては、隣接する基板1同士は、接触していてもよいし、離間
していてもよい。なかでも、若干離間する程度が好ましく、基板1間の距離が数mm程度
であることがより好ましい。
このような発光モジュールにおいては、隣接する発光装置(図3では、例えば、10A
及び10B)は、X方向において、発光装置10Bの第1発光素子群11と、発光装置1
0Aの第4発光素子群14との間において、第1発光素子群と基板1の外縁との距離(図
1BにおけるD1)、第4発光素子群と基板1の外縁との距離(図1BにおけるD4)の
それぞれが、第1発光素子群11と隣接する第2発光素子群12との間隔(図1Bにおけ
るD12)、第3発光素子群13と隣接する第4発光素子群14との間隔(図1Bにおけ
るD34)のいずれよりも狭いことが好ましい。
また、隣接する発光装置(図3では、例えば、10B及び10C)は、X方向において
、発光装置10Bの第4発光素子群14と、発光装置10Cの第1発光素子群11との間
において、第1発光素子群と基板1の外縁との距離(図1BにおけるD1)、第4発光素
子群と基板1の外縁との距離(図1BにおけるD4)のそれぞれが、第1発光素子群11
と隣接する第2発光素子群12との間隔(図1BにおけるD12)、第3発光素子群13
と隣接する第4発光素子群14との間隔(図1BにおけるD34)のいずれよりも狭いこ
とが好ましい。
このような幅に設定することにより、隣接する発光装置との間の照度ムラを低減するこ
とができ、発光モジュール全体において、均一な照度を得ることができる。
このような発光モジュール20は、例えば、図4に示すように、光源30に用いること
ができる。この光源30では、9個の発光装置10がX方向に一列に配列された発光モジ
ュール20が、設置台32の奥側に配置されており、発光モジュールの上方から前方に向
かって設置台32を被覆する反射部31が、設置台32上に配置されて構成されている。
反射部31は、設置台32に、例えば、ビスによって固定されている。
反射部31は、X方向に直交する断面形状が放物線の形状等であることが挙げられる。
設置台32は、金属(例えば、銅、アルミニウム)、窒化アルミをはじめとするセラミ
ックス、カーボン等の熱伝導性が高い材料から構成されていることが好ましい。これによ
り、設置台32は、発光モジュール20の発熱を効率的に放熱することができる。
上述した図4に示す光源30を使ったシミュレーションによる照度分布図を図5Aに示
す。照度(W/mm2)は、光源30から100mmの距離に位置する照射面における照
度を表す。
なお、比較のために、図5Bに示すように発光素子を、X方向に等間隔で配列させた、
さらに、X方向に垂直な方向に等間隔で配列させた光源(合計発光素子数:32×4コ)
を準備した。この光源を用いて、上記と同様にシミュレーションを行った。その照度分布
図を図5Cに示す。
これらの結果から、発光モジュールを用いた光源30においては、Y方向における照度
ムラを低減することができることがわかる。
本発明に係る実施形態の発光装置及び発光モジュールは、各種波長の照射装置(例えば
、紫外線照射装置)、照明用装置、車載用発光装置などに利用することができる。
1 基板
2 配線部
2a 第1接続部
2b 第2接続部
3 配線部
3c 貫通孔
10 発光装置
10A、10B、10C、10X 発光装置
11 第1発光素子群
11a、12a、13a、14a 発光素子
12 第2発光素子群
13 第3発光素子群
14 第4発光素子群
20 発光モジュール
30 光源
31 反射部
32 設置台
D1 距離
D4 距離
R1 第1領域
R2 第2領域
R3 第3領域
R4 第4領域
W 間隔
W11 距離
W12 距離

Claims (5)

  1. 一対の配線部が形成された基板と、
    前記一対の配線部の一方上に配置された複数の発光素子と、を備え、
    前記複数の発光素子は、第1方向にそれぞれ配列された第1発光素子群、第2発光素子群、第3発光素子群及び第4発光素子群を有し、
    前記第1発光素子群、第2発光素子群、第3発光素子群及び第4発光素子群は、前記第1方向とは異なる第2方向に順に配列され、
    前記一対の配線部の他方は、第1接続部と第2接続部とを有しており、
    前記第1接続部は、前記第1発光素子群と第2発光素子群との間に配置され、前記第1発光素子群の発光素子及び前記第2発光素子群の発光素子とワイヤによって接続されており、
    前記第2接続部は、前記第3発光素子群と前記第4発光素子群との間に配置され、前記第3発光素子群の発光素子及び前記第4発光素子群の発光素子とワイヤによって接続されており、
    前記第2方向において、前記第2発光素子群と第3発光素子群との間隔は、前記第1接続部の幅及び第2接続部の幅よりも狭く、
    前記第2方向において、前記第1発光素子群と前記第2発光素子群とは、前記第1発光素子群における発光素子間の間隔である第1領域が、前記第2発光素子群における発光素子間の間隔である第2領域と重なり、
    前記第2方向において、前記第3発光素子群と前記第4発光素子群とは、前記第3発光素子群における発光素子間の間隔である第3領域が、前記第4発光素子群における発光素子間の間隔である第4領域と重なり、
    前記第1発光素子群と、該第1発光素子群に対して前記第1接続部と反対側に位置する前記基板の外縁との距離を、前記第1発光素子群と前記第2発光素子群との間隔よりも小さくし、
    前記第4発光素子群と、該第4発光素子群に対して前記第2接続部と反対側に位置する前記基板の外縁との距離を、前記第3発光素子群と前記第4発光素子群との間隔よりも小さくし、
    各発光素子に同じ電流が供給される発光装置。
  2. 前記第1接続部の幅は、前記第2接続部の幅と同じである請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第1発光素子群、前記第2発光素子群、前記第3発光素子群及び前記第4発光素子群のそれぞれの発光素子の数が同じである請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記請求項1から3のいずれか一項に記載の発光装置である第1発光装置と第2発光装置とが、前記第2方向に隣接して配列されており、
    前記第2発光装置の前記第1発光素子群と、前記第1発光装置の前記第4発光素子群との間において、前記第2発光装置の前記第1発光素子群と前記第2発光装置の前記基板の外縁との距離、前記第1発光装置の前記第4発光素子群と前記第1発光装置の前記基板の外縁との距離のそれぞれが、前記第2発光装置の前記第1発光素子群と隣接する前記第2発光素子群との間隔、前記第1発光装置の前記第3発光素子群と隣接する前記第4発光素子群との間隔のいずれよりも小さい発光モジュール。
  5. 前記請求項1から3のいずれか一項に記載の発光装置である第1発光装置と第2発光装置とが、前記第2方向に隣接して配列されており、
    前記第2発光装置の前記第1発光素子群と、前記第1発光装置の前記第4発光素子群との間において、前記第2発光装置の前記第1発光素子群と、前記第2発光装置の前記基板の外縁との距離、前記第1発光装置の前記第4発光素子群と、前記第1発光装置の前記基板の外縁との距離のそれぞれが、前記第2発光装置の前記第1発光素子群と前記第2発光素子群との間隔、前記第1発光装置の前記第3発光素子群と前記第4発光素子群との間隔のいずれよりも小さい発光モジュール。
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