(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
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。
【請求項２】
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電極間に直列に接続したＮ個のＬＥＤ素子を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光モジュール。
【請求項３】
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る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。
【請求項４】
前記周辺領域に配置される複数の前記ＬＥＤ素子は、中心に対して放射状に配置される、ことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ発光モジュール。
【請求項５】
前記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、ことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光モジュール。
【請求項６】
前記ダム材は、
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。
【請求項７】
前記外側円環部、前記内側円環部、前記外側放射部および前記内側放射部は、白色樹脂で形成される請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記複数のＬＥＤ素子は、上部に前記ダム材が配置されるＬＥＤ素子を含む請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記外側円環部、前記内側円環部および前記外側放射部は、白色樹脂で形成され、
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。
【請求項１０】
前記基板は、セラミック製である請求項１から９のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光モジュール。
【請求項１１】
前記基板は、実装基板と、前記実装基板上に配置される回路基板と、を有し、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−１０８７４４号公報
【特許文献２】特開２００９−１６４２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光モジュールの上面図および断面図である。
【図２】第１実施形態における実装基板の上面図である。
【図３】ＬＥＤ素子を配置した実装基板の上面図である。
【図４】配置したＬＥＤ素子をワイヤボンディングで接続した実装基板の上面図である。
【図５】ダム材で樹脂枠を形成した実装基板の上面図である。
【図６】蛍光体を含有する封止樹脂で封止した実装基板の上面図である。
【図７】第１実施形態に係るＬＥＤ発光モジュールで、サンプルのＬＥＤ素子を実装した場合の出射光の色特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光モジュールの上面図および断面図である。
【図９】第２実施形態において、ＬＥＤ素子を配置した状態の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【符号の説明】
【００７０】
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
【図１】
0006584308.tif 000002
【図２】
0006584308.tif 000003
【図３】
0006584308.tif 000004
【図４】
0006584308.tif 000005
【図５】
0006584308.tif 000006
【図６】
0006584308.tif 000007
【図７】
0006584308.tif 000008
【図８】
0006584308.tif 000009
【図９】
0006584308.tif 000010