JP2007142051A

JP2007142051A - 発光モジュール

Info

Publication number: JP2007142051A
Application number: JP2005331975A
Authority: JP
Inventors: Masumi Abe; 益巳阿部
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】発光素子と基板との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる発光モジュールを提供する。
【解決手段】基板(10)と、基板(10)上に設けられた反射板(11)及び複数の発光素子(8)と、反射板(11)及び発光素子(8)を覆って基板(10)上に設けられた外層レンズ(13)とを含み、反射板(11)には、発光素子(8)のそれぞれを収容する複数の貫通孔(11a)が設けられており、反射板(11)及び発光素子(8)は、外層レンズ(13)で封止されており、外層レンズ(13)における光の取り出し側の主面には、外層レンズ(13)の角部(13b)を区分けする第１溝部(13c)が形成されている発光モジュール(1)とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子を含む発光モジュールに関する。

半導体多層膜を含む発光素子として、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と称する。）が知られている。例えば特許文献１には、高光束化を目的として、ＬＥＤを高集積化した発光モジュールが提案されている。

図５Ａは特許文献１に提案された発光モジュールの斜視図であり、図５Ｂは図５ＡのX-X線断面図である。図５Ａ，Ｂに示すように、発光モジュール１００は、基板１０と、基板１０上に設けられた反射板１１及び複数の発光装置１２と、反射板１１及び発光装置１２を覆って基板１０上に設けられた外層レンズ１３とを含む。また、反射板１１及び発光装置１２は、外層レンズ１３で封止されており、外層レンズ１３には、それぞれの発光装置１２に対応する複数の凸レンズ１３ａが設けられている。

図５Ｂに示すように、基板１０は、金属基材４と、金属基材４上に形成された電気絶縁層５と、電気絶縁層５上に形成された導体パターン６とからなる。なお、導体パターン６の端部には、外部接続端子６ａ（図５Ａ参照）が設けられている。

反射板１１は、エポキシ樹脂系接着剤等からなる接着層１４を介して電気絶縁層５と接着されている。また、反射板１１には、それぞれの発光装置１２を収容するための貫通孔１１ａが複数設けられている。

発光装置１２は、導体パターン６上にダイボンディングされたサブマウント基板７と、サブマウント基板７上にバンプ１５を介してフリップチップ実装されたＬＥＤチップ８と、ＬＥＤチップ８を覆ってサブマウント基板７上に形成された蛍光体層９とを含む。また、サブマウント基板７上に形成された電極７ａは、ワイヤ１６を介して導体パターン６と電気的に接続されている。
特開２００３−１２４５２８号公報

上記発光モジュール１００に使用される外層レンズ１３は、通常、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂から形成されている。よって、例えば発光モジュール１００を照明装置に使用する場合には、点灯・消灯を繰り返す度に外層レンズ１３が加熱・放熱されるため、外層レンズ１３が膨張・収縮を繰り返すこととなる。特に、外層レンズ１３の角部１３ｂ（図５Ａ参照）は膨張・収縮の影響が大きいため、外層レンズ１３の角部１３ｂの直下に配置される発光装置１２は、外層レンズ１３の膨張・収縮の応力（以下、単に「膨張収縮応力」という）によって、基板１０との間の電気的接続箇所が破損する可能性がある。そのため、発光モジュール１００では、発光装置１２と基板１０との間の電気的接続の信頼性が低下するおそれがある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、発光素子と基板との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる発光モジュールを提供する。

本発明の第１の発光モジュールは、基板と、前記基板上に設けられた反射板及び複数の発光素子と、前記反射板及び前記発光素子を覆って前記基板上に設けられた外層レンズとを含む発光モジュールであって、
前記反射板には、前記発光素子のそれぞれを収容する複数の貫通孔が設けられており、
前記反射板及び前記発光素子は、前記外層レンズで封止されており、
前記外層レンズにおける光の取り出し側の主面には、前記外層レンズの角部を区分けする第１溝部が形成されていることを特徴とする。

本発明の第２の発光モジュールは、基板と、前記基板上に設けられた反射板及び複数の発光素子と、前記反射板及び前記発光素子を覆って前記基板上に設けられた外層レンズとを含む発光モジュールであって、
前記反射板には、前記発光素子のそれぞれを収容する複数の貫通孔が設けられており、
前記反射板及び前記発光素子は、前記外層レンズで封止されており、
前記外層レンズの外形が、６つ以上の辺を有する略正多角形又は略円形であることを特徴とする。

本発明の発光モジュールによれば、外層レンズの形状を最適化することで、外層レンズの膨張収縮応力による発光素子と基板との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。これにより、発光素子と基板との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。

本発明の第１の発光モジュールは、基板と、この基板上に設けられた反射板及び複数の発光素子と、上記反射板及び上記発光素子を覆って上記基板上に設けられた外層レンズとを含む。

上記基板を構成する基材は特に限定されず、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等からなるセラミック基材や、無機フィラ５〜５０質量％と熱硬化性樹脂５０〜９５質量％とを含むコンポジット基材等を使用できる。あるいは、上記基板の放熱性を高めるために、アルミニウム等からなる金属基材上に電気絶縁層（例えば上記コンポジット基材）を形成した積層基材を使用することもできる。上記基材の厚みは、例えば０．５〜３ｍｍ程度である。

上記反射板の構成材料としては、例えば、アルミニウム等の金属材料や、ポリフタルアミド樹脂等の樹脂材料が使用できる。上記反射板の厚みは、例えば０．５〜５ｍｍ程度である。また、上記反射板には、それぞれの上記発光素子を収容するための貫通孔が複数形成されている。この貫通孔の内面は、上記発光素子から発せられた光の一部を上記外層レンズ側に反射する反射面となる。これにより、発光モジュールの光の取り出し効率を向上させることができる。

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。なお、上記発光素子の個数は特に限定されず、要求される光量に応じて適宜設定すればよい。

また、上記発光素子は、上記基板上に直接実装されていてもよいし、サブマウント基板を介して実装されていてもよい。特に、本発明の第１の発光モジュールが、上記基板上に実装された複数のサブマウント基板を更に含む場合は、このサブマウント基板のそれぞれに、上記発光素子が１つずつ実装されていてもよい。この構成によれば、サブマウント基板に発光素子を実装した後、この発光素子が実装されたサブマウント基板を基板（メイン基板）上に実装することができる。そのため、メイン基板へ実装する前に、発光素子の電気的又は光学的な特性を検査することで、良品の発光素子のみを選別してメイン基板に実装することが可能となる。これにより、発光モジュールの製造工程上の無駄を省き、歩留まりを向上させることができる。上記サブマウント基板を構成する基材は特に限定されず、例えば上記基板を構成する基材と同様のものを使用できる。上記サブマウント基板の厚みは、例えば５０〜３００μｍ程度である。

本発明の第１の発光モジュールを白色光源として使用する場合は、上記発光素子として青色ＬＥＤを使用し、かつ上記発光素子から発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光体層を、上記発光素子を覆うようにして形成すればよい。例えば、上記発光素子から発せられた光を吸収し蛍光を発する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、それぞれの上記発光素子上に上記蛍光体ペーストを塗布して上記蛍光体層を形成すればよい。上記蛍光体としては、例えば、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。

上記外層レンズは、上記発光素子から発せられる光を集光するためのレンズである。上記外層レンズの構成材料としては、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の可視光を透過する樹脂が使用できる。また、上記反射板及び上記発光素子は、上記外層レンズで封止されている。これにより、例えば空気中の水分等による上記発光素子や上記反射板の劣化を防止できる。

上記外層レンズにおける光の取り出し側の主面には、上記外層レンズの角部を区分けする第１溝部が形成されている。これにより、上記外層レンズの中心から角部への膨張による応力や、上記外層レンズの角部から中心への収縮による応力を、上記第１溝部によって分断することができるため、上記外層レンズの膨張収縮応力による上記発光素子と上記基板との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、上記発光素子と上記基板との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。なお、上記第１溝部によって区分けされた上記角部のそれぞれの直下には、上記発光素子が例えば１〜５０個配置されていればよい。また、上記外層レンズの外形は、角部を有する形状である限り特に限定されない。

上記第１溝部の幅、長さ及び深さは、例えばそれぞれ０．０２〜２ｍｍ、０．５〜１０ｍｍ及び０．１〜２ｍｍ程度であればよい。また、上記第１溝部は、上記外層レンズを貫通する貫通溝であってもよい。上記外層レンズの中心から角部への膨張による応力や、上記外層レンズの角部から中心への収縮による応力を、より確実に分断することができるからである。

本発明の第１の発光モジュールにおいて、上記外層レンズに、それぞれの上記発光素子に対応する複数の凸レンズが設けられている場合は、上記第１溝部が上記複数の凸レンズ間に形成されていてもよい。集光の妨げにならない位置に上記第１溝部を形成することにより、上記凸レンズの集光性能の低下を防止できるからである。なお、上記凸レンズの厚みは、例えば０．５〜２ｍｍ程度である。

本発明の第１の発光モジュールにおいては、上記反射板における光の取り出し側の主面に、上記反射板の角部を区分けする第２溝部が形成されていてもよい。上記反射板の中心から角部への膨張による応力や、上記反射板の角部から中心への収縮による応力を、上記第２溝部によって分断することができるため、上記反射板の膨張収縮応力による上記発光素子と上記基板との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、上記発光素子と上記基板との間の電気的接続の信頼性をより向上させることができる。特に、上記第１溝部が上記第２溝部の直上に形成されている場合は、上記発光素子と上記基板との間の電気的接続箇所の破損を、より一層効果的に防止できる。なお、上記第２溝部の幅、長さ及び深さは、例えばそれぞれ０．０２〜２ｍｍ、０．５〜１０ｍｍ及び０．５〜２ｍｍ程度であればよい。

次に、本発明の第２の発光モジュールについて説明する。なお、以下の説明において、上述した本発明の第１の発光モジュールと重複する内容については省略する場合がある。

本発明の第２の発光モジュールは、基板と、この基板上に設けられた反射板及び複数の発光素子と、上記反射板及び上記発光素子を覆って上記基板上に設けられた外層レンズとを含み、上記反射板には、上記発光素子のそれぞれを収容する複数の貫通孔が設けられており、上記反射板及び上記発光素子は、上記外層レンズで封止されている。

上記外層レンズは、外形が６つ以上の辺を有する略正多角形又は略円形である。これにより、上記外層レンズにおける膨張収縮応力が集中する箇所を分散させることができるため、上記外層レンズの膨張収縮応力による上記発光素子と上記基板との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、上記発光素子と上記基板との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。

また、本発明の第２の発光モジュールは、上記反射板の外形が、６つ以上の辺を有する略正多角形又は略円形である発光モジュールであってもよい。この構成によれば、上記反射板における膨張収縮応力が集中する箇所を分散させることができるため、上記反射板の膨張収縮応力による上記発光素子と上記基板との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、上記発光素子と上記基板との間の電気的接続の信頼性をより向上させることができる。また、最外周の上記発光素子が、それぞれ上記反射板の側壁に沿って配置されている発光モジュールであってもよい。上記発光素子を高集積化できるため、発光モジュールの高光束化が可能となるからである。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、参照する図面において、背景技術で説明した発光モジュール１００（図５Ａ，Ｂ参照）と同一の構成要素には同一の符号を示し、重複する説明を省略する。

（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面を参照して説明する。参照する図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り、参照する図１Ｂは図１ＡのI-I線断面図である。

図１Ａ，Ｂに示すように、第１実施形態に係る発光モジュール１に含まれる外層レンズ１３は、その光の取り出し側の主面（上面）に、外層レンズ１３の角部１３ｂを区分けする第１溝部１３ｃが形成されている。これにより、外層レンズ１３の中心１３ｄから角部１３ｂへの膨張による応力や、外層レンズ１３の角部１３ｂから中心１３ｄへの収縮による応力を、第１溝部１３ｃによって分断することができるため、外層レンズ１３の膨張収縮応力による発光装置１２と基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、発光装置１２と基板１０との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。

図１Ａに示すように、第１溝部１３ｃは、複数の凸レンズ１３ａ間にジグザグ状に配設されている。このように、集光の妨げにならない位置に第１溝部１３ｃを形成することにより、凸レンズ１３ａの集光性能の低下を防止することができる。なお、第１溝部１３ｃは、例えば第１溝部１３ｃの形状を模ったモールドを用いて、外層レンズ１３の構成材料からモールド成型することにより、外層レンズ１３の成型と同時に形成することができる。

また、貫通孔１１ａの内面１１ｂは、基板１０に対して、例えば傾斜角度θ（図１Ｂ参照）が２０〜６０度の範囲となる傾斜面である。これにより、発光装置１２から発せられた光の一部を内面１１ｂによって外層レンズ１３側に反射することができるため、発光モジュール１の光の取り出し効率を向上させることができる。

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、第１溝部１３ｃが、外層レンズ１３を貫通する貫通溝であってもよい。また、図２に示す断面図のように、反射板１１における光の取り出し側の主面に、反射板１１の角部を区分けする第２溝部１１ｃが形成されていてもよい。この構成によれば、反射板１１の中心から角部への膨張による応力や、反射板１１の角部から中心への収縮による応力を、第２溝部１１ｃによって分断することができるため、反射板１１の膨張収縮応力による発光装置１２と基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。なお、図２に示す第１溝部１３ｃや第２溝部１１ｃの形成方法としては、例えばレーザー加工等の手段を用いて溝加工する方法が例示できる。

（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面を参照して説明する。参照する図３Ａは本発明の第２実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、参照する図３Ｂは図３Ａに示す発光モジュールの概略上面図である。なお、図３Ｂにおいては、外層レンズを省略して描いている。

図３Ａに示すように、第２実施形態に係る発光モジュール２に含まれる外層レンズ１３は、その外形が略正六角形である。これにより、外層レンズ１３における膨張収縮応力が集中する箇所を分散させることができるため、外層レンズ１３の膨張収縮応力による発光装置１２（図３Ｂ参照）と基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、発光装置１２と基板１０との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。

図３Ｂに示すように、発光モジュール２に含まれる反射板１１は、その外形が略正六角形である。これにより、反射板１１における膨張収縮応力が集中する箇所を分散させることができるため、反射板１１の膨張収縮応力による発光装置１２と基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、発光装置１２と基板１０との間の電気的接続の信頼性をより向上させることができる。また、最外周の発光装置１２が、それぞれ反射板１１の側壁に沿って配置されている。これにより、発光装置１２を高集積化できるため、発光モジュール２の高光束化が可能となる。なお、反射板１１の外形及び外層レンズ１３（図３Ａ参照）の外形が、いずれも略正六角形であるため、反射板１１や外層レンズ１３の膨張収縮応力の影響を受けやすい最外周の発光装置１２についても、基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。その他の構成は、上述した第１実施形態に係る発光モジュール１（図１Ａ，Ｂ参照）と同様である。

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、外層レンズ１３の外形や反射板１１の外形が、７つ以上の辺を有する略正多角形であってもよい。

（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面を参照して説明する。参照する図４Ａは本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、参照する図４Ｂは図４Ａに示す発光モジュールの概略上面図である。なお、図４Ｂにおいては、外層レンズを省略して描いている。

図４Ａに示すように、第３実施形態に係る発光モジュール３に含まれる外層レンズ１３は、その外形が略円形である。これにより、外層レンズ１３における膨張収縮応力が集中する箇所を分散させることができるため、外層レンズ１３の膨張収縮応力による発光装置１２（図４Ｂ参照）と基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、発光装置１２と基板１０との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。

図４Ｂに示すように、発光モジュール３に含まれる反射板１１は、その外形が略円形である。これにより、反射板１１における膨張収縮応力が集中する箇所を分散させることができるため、反射板１１の膨張収縮応力による発光装置１２と基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。よって、発光装置１２と基板１０との間の電気的接続の信頼性をより向上させることができる。また、最外周の発光装置１２が、それぞれ反射板１１の側壁に沿って配置されている。これにより、発光装置１２を高集積化できるため、発光モジュール３の高光束化が可能となる。なお、反射板１１の外形及び外層レンズ１３（図４Ａ参照）の外形が、いずれも略円形であるため、反射板１１や外層レンズ１３の膨張収縮応力の影響を受けやすい最外周の発光装置１２についても、基板１０との間の電気的接続箇所の破損を防止できる。その他の構成は、上述した第１実施形態に係る発光モジュール１（図１Ａ，Ｂ参照）と同様である。

本発明の発光モジュールは、例えば、一般照明、演出照明（サイン灯等）、自動車用照明（特に前照灯）等に使用される照明装置や、街頭用大型ディスプレイ、プロジェクタ等に使用される表示装置等に有用である。

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。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。Ａは本発明の第２実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、ＢはＡに示す発光モジュールの概略上面図である。Ａは本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、ＢはＡに示す発光モジュールの概略上面図である。Ａは従来の発光モジュールの斜視図であり、ＢはＡのX-X線断面図である。

符号の説明

１，２，３発光モジュール
４金属基材
５電気絶縁層
６導体パターン
６ａ外部接続端子
７サブマウント基板
７ａ電極
８ＬＥＤチップ（発光素子）
９蛍光体層
１０基板
１１反射板
１１ａ貫通孔
１１ｂ内面
１１ｃ第２溝部
１２発光装置
１３外層レンズ
１３ａ凸レンズ
１３ｂ角部
１３ｃ第１溝部
１３ｄ中心
１４接着層
１５バンプ
１６ワイヤ

Claims

基板と、前記基板上に設けられた反射板及び複数の発光素子と、前記反射板及び前記発光素子を覆って前記基板上に設けられた外層レンズとを含む発光モジュールであって、
前記反射板には、前記発光素子のそれぞれを収容する複数の貫通孔が設けられており、
前記反射板及び前記発光素子は、前記外層レンズで封止されており、
前記外層レンズにおける光の取り出し側の主面には、前記外層レンズの角部を区分けする第１溝部が形成されていることを特徴とする発光モジュール。
前記第１溝部は、前記外層レンズを貫通する貫通溝である請求項１に記載の発光モジュール。
前記外層レンズには、それぞれの前記発光素子に対応する複数の凸レンズが設けられており、
前記第１溝部は、前記複数の凸レンズ間に形成されている請求項１に記載の発光モジュール。
前記反射板における光の取り出し側の主面には、前記反射板の角部を区分けする第２溝部が形成されている請求項１に記載の発光モジュール。
前記反射板における光の取り出し側の主面には、前記反射板の角部を区分けする第２溝部が形成されており、
前記第１溝部は、前記第２溝部の直上に形成されている請求項１に記載の発光モジュール。
基板と、前記基板上に設けられた反射板及び複数の発光素子と、前記反射板及び前記発光素子を覆って前記基板上に設けられた外層レンズとを含む発光モジュールであって、
前記反射板には、前記発光素子のそれぞれを収容する複数の貫通孔が設けられており、
前記反射板及び前記発光素子は、前記外層レンズで封止されており、
前記外層レンズの外形が、６つ以上の辺を有する略正多角形又は略円形であることを特徴とする発光モジュール。
前記反射板の外形が、６つ以上の辺を有する略正多角形又は略円形である請求項６に記載の発光モジュール。
最外周の前記発光素子は、それぞれ前記反射板の側壁に沿って配置されている請求項６に記載の発光モジュール。
前記基板上に実装された複数のサブマウント基板を更に含み、
前記サブマウント基板のそれぞれに、前記発光素子が１つずつ実装されている請求項１又は６に記載の発光モジュール。
それぞれの前記発光素子を覆って形成された複数の蛍光体層を更に含む請求項１又は６に記載の発光モジュール。