(57)【要約】【課題】基板内に生じる温度差を低減できる発光モジュールと、これを用いた表示装置及び照明装置を提供する。【解決手段】ヒートシンク(10)と、ヒートシンク(10)上に設けられた基板(11)と、基板(11)の主面(11A)の一部に実装された複数の発光素子(12)とを含み、基板(11)は、複数の発光素子(12)の直下に位置する第１領域(11a)と、第１領域(11a)を取り囲む第２領域(11b)とからなり、第１領域(11a)における主面(11A)とヒートシンク(10)との間の熱抵抗が、第２領域(11b)における主面(11A)とヒートシンク(10)との間の熱抵抗より小さい発光モジュール(1)とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクと、前記ヒートシンク上に設けられた基板と、前記基板の主面の一部に実装された複数の発光素子とを含む発光モジュールであって、
前記基板は、前記複数の発光素子の直下に位置する第１領域と、前記第１領域を取り囲む第２領域とからなり、
前記第１領域における前記主面と前記ヒートシンクとの間の熱抵抗が、前記第２領域における前記主面と前記ヒートシンクとの間の熱抵抗より小さいことを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記第１領域における前記主面の面積を前記第２領域における前記主面の面積で除した値が、２以下である請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記第１領域の少なくとも一部は、前記第２領域を構成する材料より熱伝導率が大きい材料から構成されている請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記第１領域は、厚みが前記第２領域より厚く、
前記基板は、前記ヒートシンクに対し前記第１領域のみが接触している請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記第２領域における前記ヒートシンクとの接触面に凹部が設けられている請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記第１領域において前記基板の厚み方向に設けられたサーマルビアを更に含む請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光モジュールを光源とする表示装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光モジュールを光源とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光素子を含む発光モジュールと、これを用いた表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Light Emitting Diode（以下、「ＬＥＤ」と称する。）等の発光素子を用いた照明光源について研究が進められている。中でも複数のＬＥＤが基板に実装されたＬＥＤモジュールを含む照明光源は、従来の白熱電球等と比べて寿命が長いという優れた利点があるため、将来的には既存の照明光源に代わる可能性を秘めている。
【０００３】
しかし、ＬＥＤ等の発光素子は、発光時に多量の熱を発するため、照明光源として使用する場合は、発光素子が実装された基板の裏側にヒートシンク（放熱部材）を配置する必要があった（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
図１２に、特許文献１に提案された照明光源の斜視図を示す。図１２に示すように、照明光源１００は、３つのＬＥＤモジュール１０１，１０２，１０３と、これらを装填するモジュールソケット１０４と、モジュールソケット１０４の裏面に取り付けられたヒートシンク１０５とを有している。
【０００５】
ＬＥＤモジュール１０１，１０２，１０３では、それぞれ基板１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ上に複数のＬＥＤ１１０が実装されている。通常、基板１０１ａ，１０２ａ，１０３ａは、ＬＥＤ１１０が実装される領域より一回り大きい面積を有している。これにより、ＬＥＤ１１０の実装が容易となる上、ＬＥＤ１１０から発せられる熱を速やかにヒートシンク１０５へと放散させることができる。
【０００６】
ヒートシンク１０５には、フィン１０５ａが設けられている。これにより、照明光源１００は、ＬＥＤモジュール１０１，１０２，１０３から発せられる熱を効率よく放熱することができる。
【特許文献１】特開２００４−２５３３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した照明光源１００の構成では、基板１０１ａ，１０２ａ，１０３ａのそれぞれにおいて、ＬＥＤ１１０の実装領域におけるＬＥＤ１１０からの伝熱量がその他の領域よりも多くなるため、ＬＥＤ１１０の実装領域とその他の領域との間の温度差により歪が生じる可能性がある。特に、基板１０１ａ，１０２ａ，１０３ａの構成材料としてアルミナ等のセラミックを使用すると、上記温度差が１２０℃以上となる場合があり、基板１０１ａ，１０２ａ，１０３ａにクラックが発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、基板内に生じる温度差を低減できる発光モジュールと、これを用いた表示装置及び照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発光モジュールは、ヒートシンクと、前記ヒートシンク上に設けられた基板と、前記基板の主面の一部に実装された複数の発光素子とを含む発光モジュールであって、
前記基板は、前記複数の発光素子の直下に位置する第１領域と、前記第１領域を取り囲む第２領域とからなり、
前記第１領域における前記主面と前記ヒートシンクとの間の熱抵抗が、前記第２領域における前記主面と前記ヒートシンクとの間の熱抵抗より小さいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の表示装置及び照明装置は、いずれも上記本発明の発光モジュールを光源とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光モジュール、表示装置及び照明装置によれば、発光素子が実装された基板内において、発光素子の直下に位置する領域の温度とその他の領域の温度との間の温度差を低減することができる。これにより、基板内の歪を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の発光モジュールは、ヒートシンクと、このヒートシンク上に設けられた基板と、この基板の主面の一部に実装された複数の発光素子とを含む。
【００１３】
上記ヒートシンクは特に限定されないが、放熱性の観点から熱抵抗が４℃／Ｗ以下であることが好ましい。例えば、銅やアルミニウム等の金属からなるヒートシンクが使用できる。上記基板についても特に限定されず、アルミナ等のセラミック基板や、無機フィラ及び熱硬化性樹脂を含むコンポジット基板等が使用できる。
【００１４】
上記発光素子としては、例えば、波長が４１０ｎｍ以下の近紫外から紫外光を発する紫外ＬＥＤや、波長が４５０〜４９０ｎｍの青色光を発する青色ＬＥＤや、波長が５００〜５５０ｎｍの緑色光を発する緑色ＬＥＤや、波長が５９０〜６５０ｎｍの赤色光を発する赤色ＬＥＤ等を使用することができる。上記紫外ＬＥＤや上記青色ＬＥＤや上記緑色ＬＥＤとしては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系材料を用いたＬＥＤが使用できる。また、上記赤色ＬＥＤとしては、例えばＡｌＩｎＧａＰ系材料を用いたＬＥＤが使用できる。
【００１５】
上記発光モジュールを白色光の発光モジュールとして使用する場合は、紫外ＬＥＤや青色ＬＥＤと、蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤを使用すればよい。例えば、蛍光体をシリコーン樹脂等に分散させて蛍光体ペーストを形成し、紫外ＬＥＤ上や青色ＬＥＤ上に上記蛍光体ペーストを用いて蛍光体層を形成することによって得られた白色ＬＥＤを使用すればよい。上記蛍光体としては、例えば、アルミン酸塩系ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、シリケート系Ｂａ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+等の青色光を発する蛍光体や、ガーネット構造系Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12:Ｃｅ3+、シリケート系（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4:Ｅｕ2+等の緑色光を発する蛍光体や、サイアロン系Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ:Ｅｕ2+、シリケート系（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4:Ｅｕ2+、ガーネット構造系（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12:Ｃｅ3+等の黄色光を発する蛍光体や、ニトリドシリケート系Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8:Ｅｕ2+、ニトリドアルミノシリケート系ＣａＡｌＳｉＮ3:Ｅｕ2+、オクソニトリドアルミノシリケート系Ｓｒ2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7:Ｅｕ2+、硫化物系ＣａＳ:Ｅｕ2+等の赤色光を発する蛍光体等が使用できる。
【００１６】
そして、本発明の発光モジュールは、上記基板が、上記複数の発光素子の直下に位置する第１領域と、この第１領域を取り囲む第２領域とからなる。また、上記第１領域における上記主面と上記ヒートシンクとの間の熱抵抗（以下、「第１熱抵抗」ともいう。）が、上記第２領域における上記主面と上記ヒートシンクとの間の熱抵抗（以下、「第２熱抵抗」ともいう。）より小さい。上記構成を有することにより、発光素子の直下に位置する第１領域からの放熱量が、第１領域を取り囲む第２領域からの放熱量より多くなるため、基板内において第１領域の温度と第２領域の温度との間の温度差を低減することができる。これにより、基板内の歪を抑えることができる。
【００１７】
本発明の発光モジュールでは、上記第１領域における上記主面の面積を上記第２領域における上記主面の面積で除した値が、０．５〜２であることが好ましい。この範囲内であれば、発光モジュールの小型化を妨げずに発光素子の実装が容易となる上、発光素子から発せられる熱を速やかにヒートシンクへと放散させることができる。
【００１８】
本発明の発光モジュールでは、上記第１領域の少なくとも一部を、上記第２領域を構成する材料より熱伝導率が大きい材料から構成することによって、上記第１熱抵抗を上記第２熱抵抗より小さくしてもよい。この場合、上記第１領域の少なくとも一部を構成する材料の熱伝導率が、上記第２領域を構成する材料の熱伝導率の例えば１．３〜１５倍程度であればよい。上記第１領域の少なくとも一部を構成する材料としては、例えば銅やアルミニウム等の金属が使用でき、上記第２領域を構成する材料としては、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のセラミックが使用できる。
【００１９】
本発明の発光モジュールでは、上記第１領域の厚みを上記第２領域より厚くし、かつ上記第１領域のみが上記ヒートシンクに接触するように上記ヒートシンク上に上記基板を設けることによって、上記第１熱抵抗を上記第２熱抵抗より小さくしてもよい。この場合、上記第２領域の厚みを上記第１領域の厚みの例えば３０〜８０％程度とすればよい。
【００２０】
本発明の発光モジュールでは、上記第２領域における上記ヒートシンクとの接触面に凹部を設けることによって、上記第１熱抵抗を上記第２熱抵抗より小さくしてもよい。この場合、上記第２領域における上記ヒートシンクとの接触面積が、上記第１領域における上記ヒートシンクとの接触面積の例えば２０〜７０％程度となるように、上記凹部を設ければよい。なお、上記凹部の形状は特に限定されず、例えば窪みや溝であればよい。
【００２１】
本発明の発光モジュールでは、上記第１領域において上記基板の厚み方向にサーマルビアを設けることによって、上記第１熱抵抗を上記第２熱抵抗より小さくしてもよい。上記サーマルビアの構成材料としては、例えば金、銀、銅、ニッケル等の金属を含む熱伝導性材料が使用できる。この場合、上記第１領域における上記サーマルビアが占める割合は、例えば５０〜１００体積％程度であればよい。
【００２２】
本発明の表示装置及び照明装置は、いずれも上記本発明の発光モジュールを光源とする。これにより、上述したように、発光モジュールの基板内に生ずる歪を抑えることができるため、耐久性に優れた表示装置及び照明装置を提供できる。
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。
【００２４】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る発光モジュールについて図１Ａ，Ｂを参照して説明する。図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る発光モジュールの斜視図である。また、図１Ｂは、図１ＡのI-I線断面図である。
【００２５】
図１Ａ，Ｂに示すように、発光モジュール１は、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０上に設けられた基板１１と、基板１１の主面１１Ａの中央部に実装された複数の発光素子１２とを含む。それぞれの発光素子１２は、ワイヤ１３を介して基板１１上に実装されている。また、基板１１の主面１１Ａの端部には、外部接続端子１４が設けられている。
【００２６】
図１Ｂに示すように、基板１１は、複数の発光素子１２の直下に位置する第１領域１１ａと、第１領域１１ａを取り囲む第２領域１１ｂとからなる。そして、第１領域１１ａの一部を構成する材料１１１が、第２領域１１ｂを構成する材料１１２より熱伝導率が大きい。これにより、第１領域１１ａにおける主面１１Ａとヒートシンク１０との間の熱抵抗（第１熱抵抗）が、第２領域１１ｂにおける主面１１Ａとヒートシンク１０との間の熱抵抗（第２熱抵抗）より小さくなる。発光モジュール１は上記構成を有することにより、発光素子１２の直下に位置する第１領域１１ａからの放熱量が、第１領域１１ａを取り囲む第２領域１１ｂからの放熱量より多くなるため、基板１１内において第１領域１１ａの温度と第２領域１１ｂの温度との間の温度差を低減することができる。これにより、基板１１内の歪を抑えることができる。
【００２７】
次に、上記発光モジュール１の使用時における基板１１の温度プロファイルについて説明する。温度プロファイルの測定に使用した発光モジュール１のサイズは、基板１１の長手方向の長さＬ1（図１Ａ参照）が２８．５ｍｍ、基板１１の幅方向の長さＬ2（図１Ａ参照）が２３．５ｍｍ、第１領域１１ａの長手方向の長さＬ3（図１Ａ参照）が１１ｍｍ、第１領域１１ａの幅方向の長さＬ4（図１Ａ参照）が８ｍｍであった。また、基板１１の厚みＴ1（図１Ｂ参照）が１ｍｍ、ヒートシンク１０の厚みＴ2（図１Ｂ参照）が４０ｍｍ、第１領域１１ａの一部を構成する材料１１１の厚みＴ3（図１Ｂ参照）が０．７ｍｍであった。なお、ヒートシンク１０として熱抵抗が２．３℃／Ｗのものを使用し、第１領域１１ａの一部を構成する材料１１１として銅を使用し、第２領域１１ｂを構成する材料１１２としてアルミナを使用した。また、比較例として、基板１１がアルミナのみで構成されていること以外は、上記発光モジュール１と同様のものを用意した。
【００２８】
図２に、発光モジュール１（実施例）の基板の表面温度プロファイル（実線）と、比較例の基板の表面温度プロファイル（破線）とを示す。測定は、各発光素子１２に３５０ｍＡの電流を流した状態で６０分間放置した後、赤外線サーモグラフィ（日本アビオニクス株式会社製ＴＶＳ―８５００）を使用して行った。測定箇所は、図１Ａに示すX-Y破線上の基板表面とした。なお、図２の横軸は、図１ＡのＸ点からの距離を示す。図２に示すように、比較例では基板表面において１２０℃程度の温度差が生じたが、実施例によれば基板表面の温度差を７０℃程度に抑えることができた。
【００２９】
以上、本発明の第１実施形態に係る発光モジュール１について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、図３に示すように、第１領域１１ａが材料１１１のみから構成された発光モジュールとしてもよい。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る発光モジュールについて図４を参照して説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る発光モジュールの断面図である。
【００３１】
図４に示すように、発光モジュール２は、基板１１が同一の材料（例えばアルミナ等のセラミック材料）から構成されていること、及び基板１１の形状が上述した発光モジュール１（図１Ａ，Ｂ参照）と異なっている。発光モジュール２の基板１１は、第１領域１１ａの厚みが第２領域１１ｂより厚く、かつ第１領域１１ａのみがヒートシンク１０に接触している。この構成によっても第１熱抵抗を第２熱抵抗より小さくできるため、上述した発光モジュール１と同様の効果を発揮させることができる。
【００３２】
以上、本発明の第２実施形態に係る発光モジュール２について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、図５に示すように、基板１１の主面１１Ａとは反対側の裏面１１Ｂのうち、第２領域１１ｂに存在する部分がテーパー加工された発光モジュールとしてもよい。
【００３３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る発光モジュールについて図６を参照して説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの断面図である。
【００３４】
図６に示すように、発光モジュール３は、基板１１が同一の材料（例えばアルミナ等のセラミック材料）から構成されていること、及び基板１１の形状が上述した発光モジュール１（図１Ａ，Ｂ参照）と異なっている。発光モジュール３の基板１１では、基板１１の裏面１１Ｂのうち第２領域１１ｂに存在する部分に溝１１ｃが設けられている。この構成によっても第１熱抵抗を第２熱抵抗より小さくできるため、上述した発光モジュール１と同様の効果を発揮させることができる。
【００３５】
以上、本発明の第３実施形態に係る発光モジュール３について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、図７に示すように、溝１１ｃの代わりに窪み１１ｄが設けられた発光モジュールとしてもよい。
【００３６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る発光モジュールについて図８を参照して説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る発光モジュールの断面図である。
【００３７】
図８に示すように、発光モジュール４は、基板１１が同一の材料（例えばアルミナ等のセラミック材料）から構成されていること、及び第１領域１１ａを貫通して設けられたサーマルビア４０を更に含むことが上述した発光モジュール１（図１Ａ，Ｂ参照）と異なっている。この構成によっても第１熱抵抗を第２熱抵抗より小さくできるため、上述した発光モジュール１と同様の効果を発揮させることができる。
【００３８】
以上、本発明の第４実施形態に係る発光モジュール４について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、図９に示すように、サーマルビア４０が、第１領域１１ａを貫通せずに、第１領域１１ａに埋め込まれた状態で形成されていてもよい。
【００３９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る表示装置（画像表示装置）について図面を参照して説明する。参照する図１０は、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の斜視図である。
【００４０】
図１０に示すように、画像表示装置５は、パネル５０を有しており、このパネル５０の一主面５０ａには、光源として、上述した第１〜第４実施形態のいずれか１つに係る発光モジュール５１がマトリクス状に複数配置されている。このように構成された画像表示装置５は、上述した第１〜第４実施形態のいずれか１つに係る発光モジュール５１を光源とするため、発光モジュール５１の基板内に生ずる歪を抑えることができる。これにより、耐久性に優れた画像表示装置を提供できる。
【００４１】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る照明装置（スタンド型照明装置）について図面を参照して説明する。参照する図１１は、本発明の第６実施形態に係るスタンド型照明装置の斜視図である。
【００４２】
図１１に示すように、スタンド型照明装置６は、胴部６０と、胴部６０の一端に固定され、胴部６０を支える基部６１と、胴部６０の他端に固定された照明部６２とを含む。そして、照明部６２の一主面６２ａには、光源として、上述した第１〜第４実施形態のいずれか１つに係る発光モジュール６３がマトリクス状に複数配置されている。このように構成されたスタンド型照明装置６は、上述した第１〜第４実施形態のいずれか１つに係る発光モジュール６３を光源とするため、発光モジュール６３の基板内に生ずる歪を抑えることができる。これにより、耐久性に優れたスタンド型照明装置を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えば、一般照明、演出照明（サイン灯等）、バックライト、イルミネーションランプ、ディスプレイ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】Ａは本発明の第１実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、ＢはＡのI-I線断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る発光モジュールにおける基板の表面温度プロファイルと、比較例の発光モジュールにおける基板の表面温度プロファイルとを示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態に係る発光モジュールの変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る発光モジュールの断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る発光モジュールの変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る発光モジュールの断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る発光モジュールの変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の斜視図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係るスタンド型照明装置の斜視図である。
【図１２】従来の照明光源の斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２，３，４       ，５１，６３  発光モジュール
５  画像表示装置（表示装置）
６  スタンド型照明装置（照明装置）
１０  ヒートシンク
１１  基板
１１Ａ  主面
１１Ｂ  裏面
１１ａ  第１領域
１１ｂ  第２領域
１１ｃ  溝
１１ｄ  窪み
１２  発光素子
１３  ワイヤ
１４  外部接続端子
４０  サーマルビア
５０  パネル
６０  胴部
６１  基部
６２  照明部
１１１  第１領域の一部を構成する材料
１１２  第２領域を構成する材料
【図１】
2007220830.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007220830.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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