(57)【要約】【課題】  発光体が実装される一対の電極面からなる実装面を多方向に備えた基板を用いることで、前記各実装面に面した空間を均等な明るさで照明することができると共に、前記基板を連結可能とすることで、発光領域をライン状にフレキシブルに拡張することができる発光モジュール及び発光モジュール連結体を提供することである。【解決手段】  複数の発光体１３と、複数の発光体１３を実装する複数の実装面３７ａ〜３７ｄと互いに連結する複数の連結面３８ａ，３８ｂとを有する多面体からなる基板３２とを備え、前記複数の実装面は、隣接する実装面が所定の角度を有すると共に絶縁層３４を挟んで両側に一対の電極面を有し、この一対の電極面に前記発光体の一対の端子電極が電気的に接続され、前記連結面は、実装面を除いた多面体の対向する一対の面に設けられ、各連結面が凸部３３ａ及び凹部３３ｂからなる連結手段を有して構成される。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光体と、
複数の発光体を実装する複数の実装面と互いに連結する複数の連結面とを有する多面体からなる基板とを備え、
前記複数の実装面は、隣接する実装面が所定の角度を有すると共に絶縁層を挟んで両側に一対の電極面を有し、この一対の電極面に前記発光体の一対の端子電極が電気的に接続され、
前記複数の連結面は、実装面を除いた多面体の対向する一対の面に設けられ、各連結面が連結手段を有していることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記複数の実装面は、多面体の対向する一対の連結面を除いた全ての面に形成される請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記複数の実装面は、全ての実装面の平面形状の面積がほぼ同一である請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記多面体の対向する一対の連結面は、一方の連結手段が凸部を有し、他方の連結手段が前記凸部とほぼ同一形状の凹部を有する請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記一方の連結手段の凸部の外周面及び他方の連結手段の凹部の内周面は多面体形状からなり、凸部の多面体形状と凹部の多面体形状は各連結面において互いに対応した位置関係にあり、又は互いに所定角度だけ回転した位置関係にある請求項４に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記一方の連結手段の凸部及び他方の連結手段の凹部は、各連結面を形成する多角形と同一の多角形、又は異なる多角形を有する請求項４又は５に記載の発光モジュール。
【請求項７】
前記基板は、五面体以上の多面体によって形成される請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記基板は、前記実装面の中間部に前記絶縁層を有するブロック状の金属体によって形成される請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記発光体は、ＰＮ構造の発光素子又は該発光素子を基板上に樹脂封止して構成される発光デバイスである請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
前記請求項１に記載の発光モジュールが連結面を接続することによって複数連結されてなる発光モジュール連結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多面体からなる基板の外周面に発光体を実装して構成される発光モジュール及び発光モジュール連結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に複数の発光体を実装することによって、広範囲且つ高輝度な発光を得るように構成された発光モジュールが知られている。このような発光モジュールは、一対の電極パターンが複数形成されてなる平板状の基板と、ＰＮ接合構造による複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）とで構成されている。前記基板は、平面的な実装スペースが限られているので、多数のＬＥＤを実装するには、間隔を詰めて高密度に配置する必要があった。
【０００３】
上記構成による発光モジュールによれば、平面的な発光効果は得られるものの、電球のように立体空間を照明するための光源としては不向きであった。このため、立体的な発光を得るために、電極パターンが形成された多面体形状のベース体の各面にＬＥＤを実装して構成された照明装置が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、前記ＬＥＤが実装される電極パターンは、アノード及びカソードからなる二極の電極面で構成されるため、一対の金属材料を接着剤等の絶縁部材で挟んだ構造の基板を用いる場合がある。例えば、特許文献２に開示されている発光ダイオードは、絶縁材料を挟んで一対の柱状の電極体を貼り合わせ、この貼り合わせた上面にＬＥＤを実装し、それぞれの電極体とボンディングワイヤで電気的に接続して形成されている。この発光ダイオードでは、ＬＥＤを実装する平面の小型化を図るため、貼り合わせた一対の電極体の上面を発光面として構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−００４４１５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されている照明装置等にあっては、所定の発光方向に面した実装面を複数有したベース体を形成し、このベース体の表面に電極パターンをエッチング等によって形成する必要がある。このため、ＬＥＤの実装形態に適合するように、電極パターンを形成できるが、ベース体を形成する工程と、電極パターンを形成する工程が必要となるため、製造工数やコストが嵩むといった問題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に開示されている発光ダイオードにあっては、一対の電極体を貼り合わせた上面が発光面となっているため、発光範囲が狭く反射効果も十分なものとはいえない。この発光面を広くするには、電極体そのものを大きく形成しなければならず、製造及び製品コストが高くなるといった問題がある。また、ＬＥＤを実装する面が一箇所であるため、複数のＬＥＤを立体的に配置する構造とはなっていない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、発光体が実装される一対の電極面からなる実装面を多方向に備えた基板を用いることで、前記各実装面に面した空間を均等な明るさで照明することができると共に、前記基板を連結可能とすることで、発光領域をライン状にフレキシブルに拡張することができる発光モジュール及び発光モジュール連結体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の発光モジュールは、複数の発光体と、複数の発光体を実装する複数の実装面と互いに連結する複数の連結面とを有する多面体からなる基板とを備え、前記複数の実装面は、隣接する実装面が所定の角度を有すると共に絶縁層を挟んで両側に一対の電極面を有し、この一対の電極面に前記発光体の一対の端子電極が電気的に接続され、前記複数の連結面は、実装面を除いた多面体の対向する一対の面に設けられ、各連結面が連結手段を有していることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の発光モジュール連結体は、発光モジュールが連結面を接続することによって複数連結されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る発光モジュールによれば、隣接する実装面が所定の角度を有している多面体からなる基板の各実装面に発光体が実装されているため、指向性を有することなく多方向を同時に照明することができる。また、前記基板の実装面を除いた多面体の対向する一対の面が連結手段を有した連結面となっているので、この連結面を介して発光モジュールを任意に連結することができる。これによって、発光領域をライン状にフレキシブルに拡張することができる。
【００１２】
また、前記連結面に凸部及び凹部からなる連結手段を備えることで、発光モジュール同士を組み合わせる際の位置決めが容易になると共に、電気的な連結を確実に行うことができる。
【００１３】
さらに、前記発光モジュールを構成する基板については、実装面の中間部に絶縁層を有するブロック状の金属体を用いて形成することで放熱性が向上するので、各実装面に実装されている発光体の発熱量を抑えることができる。
【００１４】
本発明に係る発光モジュール連結体によれば、発光モジュールの形態や連結個数を任意に変更できるので、照明範囲や照明用途に合わせた構成をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の発光モジュールの斜視図である。
【図２】上記発光モジュールの端面方向から見た断面図である。
【図３】上記発光モジュールを構成する基板の斜視図である。
【図４】上記発光モジュールを複数連結した発光モジュール連結体の側面図である。
【図５】上記発光モジュールをＰＮ構造の発光素子で構成した側面図である。
【図６】上記発光モジュールを発光デバイスで構成した側面図である。
【図７】第２実施形態の発光モジュールの斜視図である。
【図８】上記発光モジュールの側面図である。
【図９】上記発光モジュールを複数連結した発光モジュール連結体の側面図である。
【図１０】上記複数の発光モジュールの連結角度を互いにずらせて構成された発光モジュール連結体の端面方向から見た側面図である。
【図１１】各種の多面形状からなる基板を用いて構成される発光モジュールを端面方向から見たときの断面図である。
【図１２】上記発光モジュール連結体を搭載した発光灯の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光モジュールの実施形態を詳細に説明する。図１乃至図６には、本発明の第１実施形態に係る発光モジュール１１の構造が示されている。この発光モジュール１１は、多面体形状の基板１２と、この基板１２の外周面に実装される複数の発光体１３とで構成されている。
【００１７】
前記基板１２は、図３に示したように、絶縁層１４を挟んで形成される一対のブロック状の金属部材１５，１６によって六面体形状に形成されている。前記絶縁層１４は、絶縁性を有した接着剤による層になっており、この層によって前記一対の金属部材１５，１６は電気的に分離している。前記一対の金属部材１５，１６は、導電性に優れた銅材によって、断面が正方形となる横長の四角柱状に形成されている。このように、基板１２の略全体が外部との露出部分が広いブロック状の金属部材１５，１６によって構成されているので、後述するように、発光体１３を実装した際には熱伝導率が良好な放熱体（ヒートシンク）となる。
【００１８】
図１乃至図３に示したように、上記構成による基板１２は、前記絶縁層１４を挟んで対向する金属部材１５，１６による平面状の実装面１７ａ〜１７ｄを四方向に有しており、各実装面はそれぞれ直角に隣接し合っている。前記各実装面１７ａ〜１７ｄは、中央部を横断する絶縁層１４を挟んで対向する一対の電極面１５ａ，１６ａからなっている。前記各実装面１７ａ〜１７ｄと直交する基板１２の両端面は、図４に示したように、発光モジュール１１を複数連結するための連結面１８ａ，１８ｂとなっている。図４は同一構成の前記発光モジュール１１を５個連結することによって、一般的な照明装置や照明器具に対して取付及び交換可能な一つの発光モジュール連結体１０を構成したものである。このように、各発光モジュール１１ａ〜１１ｅの連結面１８ａ，１８ｂ同士を接着剤等によって接合していくことで、同心円状で発光領域の長い光源を得ることができる。前記構成からなる発光モジュール連結体１０にあっては、各実装面の一対の電極面１５ａ，１６ａに実装されている発光体１３が連結した方向に対して直列接続となり、両端に位置している発光モジュール１１ａ，１１ｅの開放した一方の連結面１８ａと他方の連結面１８ｂとの間に所定の電源電圧を印加することで、全ての実装面に実装されている発光体が発光する。このように、前記一対の連結面１８ａ，１８ｂを介して複数の発光モジュールをフレキシブルに組み合わせることができるので、設定輝度や照明する範囲に合わせて発光モジュールを増減させることが容易になると共に、搭載する照明装置や照明器具等に適合した構成にすることができる。なお、前記連結構造を取らずに単一の発光モジュールであっても、一対の連結面１８ａ，１８ｂに直接電源電圧を印加することで、最小構成の発光効果を得ることができる。
【００１９】
前記基板１２は、接着剤による絶縁層１４によって一対の金属部材１５，１６を貼り合わせるようにして形成したが、樹脂材による薄い絶縁板を介して形成することもできる。また、基板１２の他の形成方法としては、樹脂によって多面体形状のベース体を形成し、前記実装面となる各外周面の中央に帯状に樹脂面が露出する絶縁領域を設け、この絶縁領域を除いた全面を導電性の高い金属でメッキして形成することもできる。
【００２０】
前記発光体１３には、それぞれ下面側に一対の電極部が設けられ、この一対の電極部と前記基板１２の一対の電極面１５ａ，１６ａとが電気的に接続される。このとき、前記基板１２を構成している一対の金属部材１５，１６の一方がアノード側、他方がカソード側となるので、基板１２の両端面１８ａ，１８ｂ間に所定の電圧を印加することによって、各実装面に実装されている発光体１３が並列接続となってそれぞれ発光する。
【００２１】
前記発光体１３には、図５に示すようなＰＮ接合構造の発光素子２１、又は図６に示すような前記発光素子２１をチップ基板２３上に透光性の樹脂体２５によって封止してなる発光デバイス（ＬＥＤ）２２を利用することができる。前記発光素子２１としては、一例として窒化ガリウム系化合物半導体やアルミニウムガリウムヒ素あるいはガリウムヒ素リン系の半導体が用いられる。これらの半導体は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にＰ型半導体、Ｎ型半導体を拡散成長させた拡散層（Ｐ層及びＮ層）とからなっている。前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体はそれぞれＰ型電極，Ｎ型電極を備えており、このＰ型電極，Ｎ型電極の露出する部分が一対の素子電極２１ａ，２１ｂとなる。
【００２２】
前記発光素子２１を各実装面１７ａ〜１７ｄに直接実装する際は、図５に示したように、一対の電極面１５ａ，１６ａに対応するように各素子電極２１ａ，２１ｂを位置決めして載置される。そして、一対の電極面１５ａ，１６ａと各素子電極２１ａ，２１ｂとの間にバンプ状のハンダ２０を載せ、発光モジュール１１全体をリフロー処理することによって電気的接続が図られる。また、発光素子２１の上面を蛍光性プレートやシートで被覆することで発光色の色合を調整できる。
【００２３】
一方、図６に示したように、前記発光体１３が一対のチップ電極２４ａ，２４ｂを両端に有したチップ基板２３と、このチップ基板２３上に実装される発光素子２１及びこの発光素子２１を封止する樹脂体２５とからなる表面実装型のＬＥＤ２２として構成されている場合は、前記一対の電極面１５ａ，１６ａ上に一対のチップ電極２４ａ，２４ｂを対応させて載置した後、ハンダ２０あるいは導電性接着剤等を介して電気的に接続される。なお、本実施形態では、前記発光素子２１と一対のチップ電極２４ａ，２４ｂとをワイヤで接続したが、ハンダバンプを介して表面実装するタイプのＬＥＤであってもよく、前記基板１２の各実装面１７ａ〜１７ｄに形成されている一対の電極面１５ａ，１６ａに電気的に接続可能な発光体であればよい。また、前記樹脂体２５に蛍光剤を含有させることで発光色の色合調整が可能である。
【００２４】
前記発光体１３が発光素子２１の場合とＬＥＤ２２の場合とで、実装スペースが異なるので、各態様に合わせて基板１２のサイズや各実装面に設けられる一対の電極面１５ａ，１６ａのサイズが規定される。なお、前記各実装面には、それぞれ一つの発光体１３を配置したが、同一実装面に複数の発光素子２１やＬＥＤ２２からなる発光体１３を複数並列に配置することができる。
【００２５】
また、前記発光体１３は、２個以上の発光素子２１を用いて並列接続あるいは直列接続することで、更なる発光量のアップを図ることができる。このように、発光素子の配列数や接続形態の異なるＬＥＤを適宜選択することによって、消費電力や明るさに応じた各種タイプの発光モジュールを得ることが可能である。
【００２６】
本実施形態の発光モジュール１１によれば、図１及び図２に示したように、基板１２の四方向に面した実装面１７ａ〜１７ｄにそれぞれ実装されている発光体１３によって、上方及び左右方向を中心とした約１８０度に広がる空間領域を照射範囲とすることができる。また、前記一対の連結面１８ａ，１８ｂに光反射率の高いニッケルメッキや銀メッキ等を施しておけば、発光モジュールを複数連結した場合であっても、両端部に面した空間領域の明るさも確保することができる。
【００２７】
図７及び図８は第２実施形態の発光モジュール３１を示したものである。この発光モジュール３１は、絶縁層３４を挟んで形成される一対のブロック状の金属部材３５，３６からなる六面体形状の基板３２と、この基板３２の一対の連結面３８ａ，３８ｂに設けられる連結手段と、各実装面３７ａ〜３７ｄに実装される発光体１３とによって構成されている。前記連結手段は、図８に示したように、それぞれの連結面３８ａ，３８ｂの中央部に設けられ、一方が四角形状の凸部３３ａ、他方が四角形状の凹部３３ｂとなっており、この凸部３３ａと凹部３３ｂとが係合することによって、発光モジュール同士の連結面３８ａ，３８ｂが面接続するようになっている。このため、図９に示すように、一の発光モジュール３１ａの凹部３３ｂに他の発光モジュール３１ｂの凸部３３ａを嵌め込み、接着剤等を介して接合させていくことで、位置ずれが生じることなく、複数の発光モジュール３１ａ〜３１ｅが直線状に連結した発光モジュール連結体３０を構成することができる。この発光モジュール連結体３０にあっては、発光モジュール３１ａの連結面３８ａと発光モジュール３１ｅの連結面３８ｂが外部からの電源電圧を供給するための端子電極となる。
【００２８】
前記凸部３３ａと凹部３３ｂとからなる連結手段は、互いに係合可能な形状であればよく、三角形状以上の多角形状あるいは星型形状や十文字形状等にすることができる。四角形状の場合は、図９に示したように、どのような向きで連結した場合であっても、複数の発光モジュール３１ａ〜３１ｅの各実装面を平面状に連続させることができる。また、前記連結手段の組み合わせ形状を三角形状又は五角形状以上の角数の多い形状にすることによって、連結する発光モジュールの各実装面を所定の角度でずらせながら同心円状に配置させることができる。
【００２９】
図１０は前記連結手段を構成する凸部３３ａ及び凹部３３ｂの形状を正六角形状とし、この凸部３３ａ及び凹部３３ｂを回転係合軸として３個の発光モジュール４１〜４３を角度α（６０度）で回転した位置で連結した発光モジュール連結体４０の構成例を示したものである。図中正面に位置している発光モジュール４１を基準とすると、この発光モジュール４１の背面側の凹部３３ｂには発光モジュール４２の前面側の凸部３３ａが角度α回転した位置で係合する。さらに、前記発光モジュール４２の後に連結される発光モジュール４３は、発光モジュール４２を基準として角度α回転した位置で係合する。これによって、発光モジュール連結体４０は角度β（３０度）方向に発光体１３を有した構成となる。
【００３０】
前記発光モジュール連結体４０は、発光モジュール４１〜４３の３個構成となっているが、連結する発光モジュールの個数を増やすことによって、さらに細かい角度で傾斜した実装面からなるライン状の発光モジュールを構成することができる。このような連結形態をとることによって、各実装面に実装されている発光体が同一平面状で重なることなく、所定の角度でずれた状態で配置されることとなるため、各実装面に面した空間全体をムラなく照明することができる。前記隣接する発光モジュールにおける実装面の傾斜角度は、連結手段の形状が五角形よりも六角形、六角形よりも八角形のように、角数が多くなるにしたがって細かく設定することができる。
【００３１】
前記第１及び第２実施形態では基板１２，３２の隣接する実装面の所定角度が９０度の場合について説明したが、本発明の発光モジュールでは基板の多面体形状が上記六面体以外の様々な形状を取り得ることから、それに応じて９０度以外の所定角度からなる基板をベースにして構成することができる。以下それらの場合について説明する。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の発光モジュールの各種の変形例であり、各実装面に沿った断面形状を示したものである。以下、各実施形態において、複数の発光体１３、外部基板１９は共通とし、各基板の実装面をＡ、Ｂ、Ｃ・・・と称して説明する。図１１（ａ）は、断面三角形状の基板５２によって構成される第３実施形態の発光モジュール５１の例である。この実施形態によれば、三面の実装面Ａ〜Ｃを得ることができる。前記基板５２は、断面が正三角形状となっているため、各実装面Ａ〜Ｃに実装された発光体１３からは、それぞれ約１２０度の範囲を照射することができる。このときの各実装面Ａ〜Ｃのなす角度α１は６０度となる。図１１（ｂ）は、断面五角形状の基板６２によって構成される第４実施形態の発光モジュール６１の例である。この実施形態によれば、五角構成の実装面Ａ〜Ｅを得ることができる。前記基板６２は、正五角形に近い形状となっているので、略全方向を均等に照射することができる。このときの各実装面Ａ〜Ｅのなす角度α２は１０８度となる。図１１（ｃ）は、断面六角形状の基板７２によって構成される第５実施形態の発光モジュール７１の例である。この実施形態によれば、六角構成の実装面Ａ〜Ｆを得ることができる。前記基板７２は正六角形に近い形状となっているので、略全方向を均等に照射することができる。このときの各実装面Ａ〜Ｆのなす角度α３は１２０度となる。このため、上記のような断面正五角形よりも実装面Ａ〜Ｅの全周を連続的にムラなく照明することができる。図１１（ｄ）は、断面八角形状の基板８２によって構成される第６実施形態の発光モジュール８１の例である。この実施形態によれば、八角構成の実装面Ａ〜Ｈを得ることができる。前記各実装面Ａ〜Ｈのなす角度α４は共通で、それぞれが１３５度となる。このため、８個の発光体が略円形に近い状態で配置されているため、基板８２の外表面に沿った外周をムラなく照明することができる。
【００３２】
上記図１１（ａ）〜（ｄ）に示した形態の発光モジュールは、いずれも全ての実装面が対称形になっており、また、各実装面の面積も略同一になっているので、各実装面に面した空間領域を均等に照明することができる。また、連結手段も多角形状とすることによって、互いの連結角度をずらせながら複数の発光モジュールを連結することができるので、各実装面に面した周囲の空間をムラなく照明することができる。
【００３３】
前記各実装面に対しては、一つの発光体を実装したが、配置が可能であれば複数個の発光体を並列に配置させることもできる。さらに、基板の形状を変形して、所定の一対の実装面が広くなるように広く設定し、この拡張したスペースに複数の発光体を並べて実装することで、ある方向に面した空間を部分的に明るく照明するといったことが可能となる。
【００３４】
図１２は、本発明の発光モジュール１１を複数連結してなる発光モジュール連結体１０を円筒状のケース９１に封入して構成される発光灯９０の一例を示したものである。前記発光モジュール連結体１０は、発光モジュール１１を７個連結して構成されており、両端部に位置する発光モジュールの連結面が電極端子９２，９３を備えた一対のソケット９１ａ，９１ｂに接合され、全体をチューブ状の透明なガラスあるいは樹脂による封止体９４によって密閉される。このように、前記発光モジュールの連結数を変えることによって、様々な明るさを備えた光源となる。また、前記発光モジュール連結体は、直管型の蛍光灯と略同様な形状にすることができるので、従来の照明器具に取り付けることも可能である。なお、前記各発光モジュールを構成している発光体の発光色を選択したり、発光モジュールを被覆するガラスや樹脂に着色や蛍光剤を含有したりすることで、様々な発光効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  発光モジュール連結体
１１  発光モジュール
１２  基板
１３  発光体
１４  絶縁層
１５，１６  金属部材
１５ａ，１６ａ  電極面
１７ａ〜１７ｄ  実装面
１８ａ，１８ｂ  連結面
１９  外部基板
２０  ハンダ
２１  発光素子
２１ａ，２１ｂ  素子電極
２２  ＬＥＤ
２３  チップ基板
２４ａ，２４ｂ  チップ電極
２５  樹脂体
３０  発光モジュール連結体
３１  発光モジュール
３２  基板
３３ａ  凸部
３３ｂ  凹部
３４  絶縁層
３５，３６  金属部材
３７ａ〜３７ｄ  実装面
３８ａ，３８ｂ  連結面
４０  発光モジュール連結体
４１，４２，４３  発光モジュール
５１，６１，７１，８１  発光モジュール
５２，６２，７２，８２  基板
９０  発光灯
９１  ケース
９１ａ，９１ｂ  ソケット
９２，９３  電極端子
９４  封止体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013105819.tif 000009
【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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