JP5860653B2 - 発光モジュール - Google Patents

Description

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に関するものである。

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。

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）。

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。

特開２００８−００４４１５号公報 特開２００２−２８９９２４号公報

上記特許文献１に開示されている発光装置にあっては、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。

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。

そこで、本発明の目的は、一対の電極面を有する実装面を多方向に備え、いずれか一の実装面に発光体を実装し、他のいずれかの実装面をマザーボード等の当接面とすることで、発光方向及び実装方向の自由度を得ることができると共に、放熱性にも優れた発光モジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光モジュールは、発光体の実装面を複数有し、隣接する実装面が所定の角度を有する多面体からなると共に、前記各実装面が絶縁層を挟んで両側に一対の電極面を有する基板と、前記複数の実装面の選択された一つに実装された前記発光体とを備え、 前記基板は、前記側面が五角形状以上の多角形状からなる多面体によって形成され、多面体の数に応じて前記側面の多角形状が異なり、前記発光体が実装された一の実装面を除く他の実装面のいずれかがマザーボードに載置される当接面となることを特徴とする。

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可能であると共に、マザーボード等の当接面ともなるので、発光方向や実装方向を照明用途に合わせて適宜選択することができる。また、前記各実装面が絶縁層を挟んだ一対の電極面によって形成されているため、前記一対の電極面に前記発光体の一対の端子電極を載置することで容易に電気的接続を図ることができる。さらに、前記基板の形状を変えることによって、実装面の数や隣接する実装面同士の角度を規定することができるので、使用目的に合わせた形状の基板を選択して発光モジュールを構成することができる。

前記基板を側面が五角形状からなる七面体以上の多面体によって形成すると共に、全ての実装面の面積を均一にすることによって、一の実装面に実装された発光体の発光方向を様々な方向に向けさせることができ、その発光量も均一となる。

また、前記実装面の中間部に絶縁層を有するブロック状の金属体によって基板を構成することによって、放熱効果が高まり、各実装面に実装されている発光体から発する熱を効率よく外部に放出させることができる。

第１実施形態の発光モジュールの斜視図である。 上記発光モジュールを構成する基板の斜視図である。 上記発光モジュールの実装形態を示す側面図である。 上記発光モジュールをＰＮ構造の発光素子で構成したときの側面図である。 上記発光モジュールを発光デバイスで構成したときの側面図である。 上記発光モジュールの実装形態を示す断面図である。 第２実施形態の発光モジュールの実装形態を示す断面図である。 第３実施形態の発光モジュールの実装形態を示す断面図である。 本発明の発光モジュールを搭載したランプの斜視図である。

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５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の外周面のいずれか一つに実装される発光体１３とで構成されている。なお、図３乃至図５は、発光体１３が実装されている実装面側から見たときの側面図である。

前記基板１２は、図２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によって七面体に形成されている。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、側面が五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。

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〜１７ｅを五方向に有しており、各実装面はそれぞれ１０８度の角度を有して隣接し合っている。前記各実装面１７ａ〜１７ｅ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。また、前記各実装面１７ａ〜１７ｅと直交する基板１２の両側面１８ａ，１８ｂは、図１に示したように、前記一の実装面１７ｃをマザーボード等の外部基板１９に載置した際に、ハンダ２０の一部が塗布される電極面となる。

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。

前記基板１２は、実装面１７ａ〜１７ｅのいずれか一の面に前記発光体１３を実装し、残りのいずれか一の面を外部基板１９に実装するための当接面にすることができる。図１に示した例では、実装面１７ｃを当接面とし、他の四方向のうちの一つの実装面１７ａに発光体１３を実装している。図３に示したように、前記発光体１３には、それぞれ下面側に一対の電極部２６ａ，２６ｂ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。そして、前記一の実装面１７ｃを外部基板１９の電極パターン１９ａ，１９ｂに載置した際に、一対の側面１８ａ，１８ｂにハンダ２０の一部が塗布されることで、外部基板１９との電気的接続が図られる。前記外部基板１９に実装される基板１２は、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り、実装面１７ａに実装される発光体１３と電気的に接続される。

前記発光体１３には、図４に示すようなＰＮ接合構造の発光素子２１、又は図５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。

前記発光素子２１を実装面１７ａに直接実装する際は、図４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。

一方、図５に示したように、前記発光体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の実装面１７ａ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。

前記発光体が発光素子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のサイズや実装面１７ａ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、前記実装面１７ａには、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。

本実施形態の発光モジュール１１によれば、図１に示したように、当接面となる実装面１７ｃを除いた基板１２の四方向に面している実装面１７ａ，１７ｂ，１７ｄ，１７ｅのいずれかに前記発光体１３を実装することで、斜め上方あるいは斜め下方を中心とした特定の空間領域を照射範囲とすることができる。また、前記各実装面と直交する一対の側面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すことによって、両側面１８ａ，１８ｂに面した空間領域の明るさも確保することができる。

前記第１実施形態では基板の隣接する実装面の所定角度が１０８度となる五角形状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七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１０８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６乃至図８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６は、上記第１実施形態の発光モジュール１１の実装形態を示したものである。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ので、いずれか一の実装面を外部基板１９への当接面とし、残り４つの実装面のいずれかに発光体１３を実装することができる。前記各実装面Ａ〜Ｅのなす角度αは共通で、それぞれが１０８度となる。図６（ａ）は、実装面Ａに発光体１３を実装し、実装面Ｃを外部基板１９への当接面としてものであり、この当接面に対して傾斜角β（約３６度）による斜め上方を中心とした範囲を照明するのに適した実装形態となる。また、実装面Ｄが当接面となるように時計回りに回転することによって、図中右斜め上方を中心とした照明効果が得られる。図６（ｂ）は、実装面Ｂを当接面としたものであり、この当接面に対して傾斜角γ（約７２度）による斜め下方を中心とした範囲を照明するのに適している。また、実装面Ｅが当接面となるように時計回りに回転することによって、図中右斜め下方を中心とした照明効果が得られる。この実施形態における基板１２は正五角形に近い断面形状となっているので、発光体１３が実装されている実装面を除いた他のいずれかの実装面を当接面とすることで、様々な方向に向いた照明効果を容易に得ることができる。

図７は、断面六角形状の基板３２によって構成される第２実施形態の発光モジュールによる実装形態の例である。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ので、いずれか一の実装面を外部基板１９への当接面とし、残り５つの実装面のいずれかに発光体１３を実装することができる。この基板３２は断面正六角形に近い形状となっているので、発光体１３が実装されている実装面を除いた他のいずれかの実装面を当接面とすることで、様々な方向に向いた照明効果を容易に得ることができる。前記各実装面Ａ〜Ｆのなす角度αは共通で、それぞれが１２０度となる。図７（ａ）は実装面Ａに発光体１３を実装し、実装面Ｄを外部基板１９との当接面にしたものである。このため、前記実装面Ｄと直交する上方を中心とした照明効果を得ることができる。図７（ｂ）は反時計回りに回転して、実装面Ｃを当接面としたものである。ここでは、当接面Ｃに対して傾斜角β（約６０度）による斜め上方を中心とした範囲を照明するのに適している。図７（ｃ）はさらに反時計回りに回転して、実装面Ｂを当接面としたものである。ここでは、当接面Ｂに対して傾斜角γ（約６０度）による斜め下方を中心とした範囲を照明するのに適している。なお、図７（ａ）の状態から上記とは逆の時計回りに回転させた状態で当接する場合は、照射の角度は同じであるが照射範囲が前記とは左右対称となる。

図８は、断面八角形状の基板４２によって構成される第３実施形態の発光モジュールによる実装形態の例である。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ので、いずれか一の実装面を外部基板１９への当接面とし、残りの７つの実装面に発光体１３を実装することができる。この基板４２は断面正八角形に近い形状となっているので、発光体１３が実装されている実装面を除いた他のいずれかの実装面を当接面とすることで、様々な方向に向いた照明効果を容易に得ることができる。前記各実装面Ａ〜Ｈのなす角度αは共通で、それぞれが１３５度となる。図８（ａ）は実装面Ａに発光体１３を実装し、対向する実装面Ｅを外部基板１９との当接面にしたものである。このため、前記実装面Ｅと直交する上方を中心とした照明効果を得ることができる。図８（ｂ）は反時計回りに回転して、実装面Ｄを当接面としたものである。ここでは、当接面Ｄに対して傾斜角β（約４５度）による斜め上方を中心とした範囲を照明するのに適している。図８（ｃ）は前記状態から反時計回りに回転して、実装面Ｃを当接面としたものである。ここでは、当接面Ｃに対して平行な側面を中心とした範囲を照明するのに適している。図８（ｄ）はさらに反時計回りに回転して、実装面Ｂを当接面としたものである。ここでは、当接面Ｂに対して傾斜角γ（約４５度）による斜め下方を中心とした範囲を照明するのに適している。この場合は、発光体１３が当接面（実装面Ｂ）に近い位置にあるため、基板４２を外部基板１９の端部に載置することによって、外部基板１９の下方側を中心に照明するような用途に用いることができる。なお、図８（ａ）の状態から上記とは逆の時計回りに回転させた状態で当接する場合は、照射の角度は同じであるが照射範囲が前記とは左右対称となる。

上記図６乃至図８に示した形態の発光モジュールは、いずれも当接面となる一の実装面を基準とした断面形状が左右対称形になっている。また、各実装面の面積も略均一になっているので、いずれか一の実装面を当接面とすることで発光体が実装されている実装面が向く方向の照射量を一定にすることができる。

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。

図９は、本発明の発光モジュールをランプ型の照明装置６０の光源として組み込んだ応用例を示したものである。ここで使用される発光モジュール１１は、図１に示した五角形状の基板１２を用い、実装面１７ａに発光体１３を実装し、実装面１７ｃを照明装置６０側の基板６２に載置して形成されている。このため、実装面１７ａの正面方向に対して指向性の高い用途に適した照明効果が得られる。さらに、前記発光モジュール１１の基板１２がブロック状の一対の金属部材１５，１６で形成されているため、放熱性も十分確保することができる。

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〜１７ｅ 実装面
１８ａ，１８ｂ 側面
１９ 外部基板
１９ａ，１９ｂ 電極パターン
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
２６ａ，２６ｂ 電極部
６０ 照明装置
６２ 基板

Claims (6)

1. 発光体の実装面を複数有し、隣接する実装面が所定の角度を有する多面体からなると共に、前記各実装面が絶縁層を挟んで両側に一対の電極面を有する基板と、
   前記複数の実装面の選択された一つに実装された前記発光体とを備え、
   前記基板は、前記側面が五角形状以上の多角形状からなる多面体によって形成され、多面体の数に応じて前記側面の多角形状が異なり、
   前記発光体が実装された一の実装面を除く他の実装面のいずれかがマザーボードに載置される当接面となることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記複数の実装面は、多面体の対向する一対の側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。
3. 前記複数の実装面は、平面形状の面積が略同一である請求項１に記載の発光モジュール。
4. 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、この金属体の表面に前記電極面が形成される請求項１に記載の発光モジュール。
5. 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。
6. 前記一の実装面には、少なくとも１つの発光体が実装される請求項１に記載の発光モジュール。

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