JP7442385B2 - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、円形の発光部に多数のＬＥＤダイを実装したＬＥＤ発光装置に関する。

熱伝導率が高く平板状の実装基板を備え、この実装基板の上面に円形の発光部が設けられたＣＯＢタイプのＬＥＤ発光装置が知られている。通常、この発光部では、多数のＬＥＤダイが実装され、封止材がＬＥＤダイ全体を一体的に被覆している。このとき、ＬＥＤダイは、複数の直列回路（以下「ＬＥＤ列」という。）を構成し、さらに、このＬＥＤ列は、並列接続する。なお、「ＣＯＢ」とは、「Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ」の略称である。

例えば、特許文献１の図３には、セラミックからなる実装基板に円形の発光部を備えたＬＥＤ発光装置が示されている。発光部では、複数のＬＥＤダイが直並列回路を構成している。そこで、特許文献１の図３を、本願に添付した図面の図３に引用し、図３に示されたＬＥＤ発光装置１１０（発光装置）について説明する。なお、（）には、特許文献１における用語を示す。引用にあたり、符号を変更した。さらに、ダムを示す引き出し線と符号を追加した。

図３は、従来例として示すＬＥＤ発光装置１１０の内部構造を示す平面図である。図３に示すように、ＬＥＤ発光装置１１０は、実装基板１１１（基板）上に円環状のダム１１５が形成されている。ダム１１５の内側の領域は発光部となり、この発光部に多数のＬＥＤダイ１１２（ＬＥＤチップ）が実装されている。さらに、この発光部では、図示していない封止材（封止部材）が充填され、この封止材が全てのＬＥＤダイ１１２を一体的に被覆している。また、実装基板１１１上には、電極１１６ａ及び電極１１６ａに接続する配線１１６、並びに電極１１６ｂ及び電極１１６ｂに接続する配線１１６が形成されている。電極１１６ａに接続する配線１１６の一部分は、ダム１１５の一方の部分（図の左上隅側の部分）に覆われている。同様に、電極１１６ｂに接続する配線１１６の一部分は、ダム１１５の他方の部分（図の右下隅側の部分）に覆われている。

また、図３に示すように、発光部に含まれる６０個のＬＥＤダイ１１２は、１２個ずつ直列接続して５本のＬＥＤ列を構成し、さらにこのＬＥＤ列が並列接続している。すなわち、各ＬＥＤ列の一方の端部のＬＥＤダイ１１２は、電極１１６ａに接続する配線１１６と接続し、他方の端部のＬＥＤダイは、電極１１６ｂに接続する配線１１６と接続している。なお、図の上側と下側のＬＥＤ列は、９個のＬＥＤダイ１１２からなる部分ＬＥＤ列と３個のＬＥＤダイからなる部分ＬＥＤに分解され、これらを中継配線で接続することにより、１２個のＬＥＤダイからなるＬＥＤ列を構成している。

なお、図３に示されたＬＥＤ発光装置１１０は、ダム１１５から封止材が染み出すことがないように、Ｒで示す領域にバッファ層１１４を設けている。

特開２０１７―５０３７０号公報（図３）

円形の発光部を均一に発光させるには、発光部においてＬＥＤダイを均等に配置するこ
とが望まれる。つまり、発光領域の中心線（図３ではＩＶ－ＩＶ線が相当する。）から離れるにしたがって、中心線と平行な配列に含まれるＬＥＤダイの数が減少すると良い。しかしながら、ＬＥＤ発光装置１１０では、中心線に沿うＬＥＤダイ１１２の配列と、これに隣接する２本のＬＥＤダイ１１２の配列は、共に１２個のＬＥＤダイ１１２を含んでいる。すなわち、ＬＥＤ発光装置１１０は、中心線近傍でＬＥＤダイ１１２の実装密度が高くなり強く発光する。このため、ＬＥＤ発光装置１１０は、均一な発光を達成できないという課題を有する。

また、一般に、ＬＥＤ発光装置は、使用できる電源の電圧に合わせ、ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤダイの直列段数を調整する。前述のように、ＬＥＤ発光装置１１０では、直列段数が１２段である。しかしながら、ＬＥＤ列の直列段数を維持したままＬＥＤ列の数を減らして発光部を小型化しようとした場合、ＬＥＤ発光装置１１０には、中心線近傍でＬＥＤダイ１１２が密集するか又は実装不能となる、という課題が生じる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、円形の発光部に多数のＬＥＤダイが実装されたＬＥＤ発光装置において、適正な直列段数を維持しながら均一な発光が得られるＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のＬＥＤ発光装置は、実装基板と、前記実装基板の上面を占める円形の発光部と、前記発光部に実装された複数のＬＥＤダイとを備えたＬＥＤ発光装置において、前記ＬＥＤダイは、直列接続して第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列を構成し、前記第１ＬＥＤ列は、Ｕ字状に配列し、前記第２ＬＥＤ列は、前記第１ＬＥＤ列からなるＵ字状の配列の内側の領域でＵ字状に配列していることを特徴とする。

Ｕ字状に配列する第１ＬＥＤ列には、発光部の中心線に近い配列と、中心線から遠い配列が含まれる。同様に、Ｕ字状に配列する第２ＬＥＤ列には、発光部の中心線に近い配列と、中心線から遠い配列が含まれる。円形の発光領域において、第１ＬＥＤ列と第２ＬＥＤ列の直列段数を等しくし、第１ＬＥＤ列を構成する配列の内側の領域に第２ＬＥＤ列を構成する配列を配するとき、第１ＬＥＤ列を構成する中心線に近い側の配列、第２ＬＥＤ列を構成する中心線に近い側の配列、第２ＬＥＤ列を構成する中心線から遠い側の配列、第１ＬＥＤ列を構成する中心線から遠い側の配列、のそれぞれに含まれるＬＥＤダイの数は、この順番で減少する。

前記ＬＥＤダイ同士を接続するワイヤを備え、前記ＬＥＤダイと前記ワイヤは、一直線状に配列していても良い。

前記第１ＬＥＤ列は、配列中に中継配線が含まれていても良い。

前記発光部を囲むダムを備え、前記中継配線は、少なくとも一部分が前記ダムで覆われていても良い。

前記発光部の一方の周辺部にアノード配線とカソード配線を備え、前記発光部の他方の周辺部に中継配線を備え、前記第１ＬＥＤ列及び前記第２ＬＥＤ列の一方の端部を構成する前記ＬＥＤダイのアノードは、それぞれ前記アノード配線と接続し、前記第１ＬＥＤ列及び前記第２ＬＥＤ列の他方の端部を構成する前記ＬＥＤダイのカソードは、それぞれ前記カソード配線と接続していても良い。

以上のように、本発明のＬＥＤ発光装置は、円形の発光部において、第１ＬＥＤ列から
なるＵ字状の配列の内側で第２ＬＥＤ列がＵ字状に配列しているため、適正な直列段数を維持しながら均一に発光することが可能となる。

本発明の実施形態として示すＬＥＤ発光装置の斜視図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の平面図である。 従来例として示すＬＥＤ発光装置の平面図である。

以下、図１及び図２を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。説明のため部材の縮尺は適宜変更している。

図１は、本発明の第１実施形態として示すＬＥＤ発光装置１０の斜視図である。図２０に示すように、ＬＥＤ発光装置１０は、実装基板１１と、実装基板１１の上面を占める円形の発光部１２と、発光部１２を囲むダム１５とを備えている。実装基板１１は、略正方形であり、対向する２つの角部に切り欠き１１ａが設けられ、他の対抗する２つの角部に電源電極１６ａ、１６ｂが形成されている。ダム１５で囲まれた発光部１２には、封止材１２ａが充填されている。

実装基板１１は、ベース材がアルミナからなる白色のセラミクスであり、上面に、Ｃｕ上にＮｉ、Ａｕを積層し、パターニングされた電源電極１６ａ、１６ｂ等の金属膜を備えている。封止材１２ａは、ＹＡＧなどの蛍光体を含有したシリコーン樹脂である。ダム１５は、酸化チタンの微粒子を混練した白色のシリコーン樹脂からなり、太さが０．７～１．３ｍｍ、高さが０．５～０．８ｍｍである。

図２は、ＬＥＤ発光装置１０の内部構造を示す平面図である。なお、図２では、内部構造を分かりやすくするため、図１に示した封止材１２ａ、ダム１５を取り除いて描いている（図中、ダム１５が占める領域を点線で示した。）。また、発光部１２の中心線（ＡＡ´線）を書き加えている。

図２に示すように、実装基板１１の上面には、パターニングされた金属膜として、電源電極１６ａ、１６ｂに加え、アノード配線１７ａ、カソード配線１７ｂ、中継配線１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆが形成されている。アノード配線１７ａは、電源電極１６ａに接続するとともに、発光部の一方の周辺部（図の上側）に形成された部分がダム１５に覆われている。カソード配線１７ｂは、電源電極１６ｂに接続するとともに、アノード配線１７ａのダム１５に覆われている部分と並列配置されている部分と、ダム１５に沿って電極１６ｂの近傍まで延長された部分を有している。なお、カソード配線１７ｂのこれらの部分はダム１５に覆われている。また、カソード配線１７ｂのアノード配線１７ａと並列配置された部分は、４つに分断され、それぞれワイヤ１４で接続している。中継配線１７ｃ～１７ｆは、発光部１２の他方の周辺部（図の下側）に形成されている。なお、中継配線１７ｆは、ダム１５下の金属膜の分布を均一化するため一方の周辺部（図の上側）まで延長されている。

発光部１２には、４８個のＬＥＤダイ１３が実装されている。ＬＥＤダイ１３は、平面サイズが０．６ｍｍ×０．６ｍｍ、厚さが数１００μｍ、表面に発光層を備える青色発光ダイオードである。発光部１２において、ＬＥＤダイ１３は、発光部１２の中心線ＡＡ´と平行に８列で直線的に配列している。すなわち、中心線ＡＡ´から数えて１番目の配列２１、２番目の配列２２、３番目の配列２３、及び４番目の配列２４は、それぞれ８個、７個、５個、及び４個のＬＥＤダイ１３で構成されている。なお、発光部１２では、中心
線ＡＡ´に対し、ＬＥＤダイ１３の配置及びＬＥＤダイ１３同士の接続が対象であり、回路も等しいので、特に断らない限り、図２の左半分だけで説明を進める。また、各ＬＥＤダイ１３は、図の左右に２分する中心線（図示せず）上にアノードとカソードを備えており、各配列２１～２４においてＬＥＤダイ１３同士がワイヤ１４で直列接続されている。この結果、各配列２１～２４において、ＬＥＤダイ１３とワイヤ１４は、一直線状に配列している。

図２の左半分の領域において、配列２１と配列２４が１ＬＥＤ列３１を構成する。同様に、配列２２と配列２３が第２ＬＥＤ列３２を構成する。第１ＬＥＤ列３１及び第２ＬＥＤ列３２では、それぞれ１２個のＬＥＤダイ１３が直列接続している。第１ＬＥＤ列３１は、配列２１と配列２４を中継配線１７ｃで接続することによりＵ字状の配列を構成する。同様に、第２ＬＥＤ列３２は、配列２２と配列２３を中継配線１７ｄで接続することよりＵ字状の配列を構成する。第２ＬＥＤ列３２は、第１ＬＥＤ列３１からなるＵ字状の配列の内側の領域に配置されている。

第１ＬＥＤ列３１では、配列２１の上端部のＬＥＤダイ１３のカソード及び配列２４の上端部のＬＥＤダイ１３のアノードが、ワイヤ１４によりそれぞれカソード配線１７ｂ及びアノード配線１７ａと接続している。同様に、第２ＬＥＤ列３２では、配列２２の上端部のＬＥＤダイ１３のカソード及び配列２３の上端部のＬＥＤダイ１３のアノードが、ワイヤ１４によりそれぞれカソード配線１７ｂ及びアノード配線１７ａと接続している。すなわち、第１ＬＥＤ列３１と第２ＬＥＤ列３２は、並列接続している。なお、電源電極１６ａ及び電源電極１６ｂは、それぞれ＋側電極及び－側電極となる。

以上のように、第１ＬＥＤ列３１と第２ＬＥＤ列３２は、円形の発光部１２において、それぞれの直列段数が等しく、中心線ＡＡ´から離れるにしたがって、配列２１～２４に含まるＬＥＤダイ１３の個数が減少する。この結果、発光部１２において、ＬＥＤダイ１３が均等に配置され、発光が均一化する。すなわち、ＬＥＤ発光装置１０は、円形の発光部１２に多数のＬＥＤダイ１３を実装しながら、適正な直列段数を維持しながら均一な発光を得ることが可能となる。

なお、ＬＥＤ発光装置１０では、各配列２１～２４においてＬＥＤダイ１３とワイヤ１４が一直線状に配列していた。本発明のＬＥＤ発光装置では、必ずしもＬＥＤダイ又はワイヤを一直線状に配列する必要はない。つまり、多少斜行する部分があっても良い。しかしながら、ＬＥＤ発光装置１０のように、ＬＥＤダイ１３とワイヤ１４とを一直線状に配列することで、ダイボンディングやワイヤボンディングの条件が簡単化し製造しやすくなるのに加え、ワイヤ１４の断線が減り信頼性が向上する。

また、ＬＥＤ発光装置１０では、第１ＬＥＤ列３１及び第２ＬＥＤ列３２に中継配線１７ｃ、１７ｄが含まれていた。本発明のＬＥＤ発光装置では、必ずしも中継配線を使用しなくても良い。例えば、第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列は、部分的な配列同士（例えば、図２の配列２２と配列２３同士）を中継配線の代わりにワイヤで接続しても良い。しかしながら、ＬＥＤ発光装置１０のように中継配線１７ｃ～１７ｆを使用すると、ワイヤ１４を短くでき、製造しやすくなる上、信頼性が向上する。また、中継配線１７ｃ～１７ｆをダム１５の下に配することは、発光部１２に暗部を作らないようにでき、発光の均一性及び効率向上に寄与する。

１０…ＬＥＤ発光装置、
１１…実装基板、
１１ａ…切り欠き、
１２…発光部、
１２ａ…封止材、
１３…ＬＥＤダイ、
１４…ワイヤ、
１５…ダム、
１６ａ、１６ｂ…電源電極、
１７ａ…アノード配線、
１７ｂ…カソード配線、
１７ｃ…中継配線、
１７ｅ～１７ｆ…中継配線、
２１～２４…配列、
３１…第１ＬＥＤ列、
３２…第２ＬＥＤ列。

Claims (5)

1. 実装基板と、前記実装基板の上面を占める円形の発光部と、前記発光部に実装された複数のＬＥＤダイと、前記円形の発光部を囲むダムと、を備えたＬＥＤ発光装置において、
   前記複数のＬＥＤダイは、直列接続して第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列を構成し、
   前記第１ＬＥＤ列はＵ字状に配列され、配列途中に第１中継配線を含み、
   前記第２ＬＥＤ列は、前記第１ＬＥＤ列からなるＵ字状の配列の内側の領域でＵ字状に配列され、配列途中に第２中継配線を含み、
   前記第１中継配線と前記第２中継配線は前記円形の発光部の周辺部に形成され、且つ前記ダムの下に配置されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記複数のＬＥＤダイを互いに接続する第１のワイヤを備え、
   前記複数のＬＥＤダイと前記第１のワイヤは、一直線状に配列していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記発光部の一方の周辺部にアノード配線とカソード配線を備え、
   前記発光部の他方の周辺部に前記第１中継配線と前記第２中継配線を備え、
   前記第１ＬＥＤ列及び前記第２ＬＥＤ列の一方の端部を構成する前記複数のＬＥＤダイのアノードは、それぞれ前記アノード配線と接続し、
   前記第１ＬＥＤ列及び前記第２ＬＥＤ列の他方の端部を構成する前記複数のＬＥＤダイのカソードは、それぞれ前記カソード配線と接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記カソード配線は、前記アノード配線と並列配置された部分が分断形成され、それぞれを第２のワイヤで接続している請求項３に記載のＬＥＤ発光装置。
5. 前記カソード配線及び前記第２のワイヤが前記ダムに覆われている請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。