JP2013118292A

JP2013118292A - Ｌｅｄ発光装置

Info

Publication number: JP2013118292A
Application number: JP2011265239A
Authority: JP
Inventors: Takuya Funakubo; 拓也舟久保
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-13
Also published as: US20140313724A1; US8833982B2; US9335035B2; US20150345763A1; US9146026B2; US20130141891A1

Abstract

【課題】できるだけ円形形状に近似した発光特性を有し、かつ低電圧の直流電圧により発光駆動ができるＬＥＤ発光装置を提供する。
【解決手段】円形状の素子実装領域７に、複数のＬＥＤ素子１を実装するＬＥＤ発光装置１０において、素子実装領域の上下に１対の対向電極を設け、素子実装領域内にＬＥＤ素子を中央のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数より、両側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数を少なくすることによって、全体的に円形に近似した形状にＬＥＤ素子配列を構成し、かつ複数の列を構成するＬＥＤ素子を直列に接続して、同じ個数のＬＥＤ素子からなる複数のＬＥＤ素子群を形成し、前記複数のＬＥＤ素子群を１対の対向電極間に並列接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は円形形状の素子実装領域に複数のＬＥＤ素子を実装するＬＥＤ発光装置に関するものであり、詳しくは円形の素子実装領域に複数のＬＥＤ素子を円形に近似した形状で配置し、同数のＬＥＤ素子よりなる直列接続列を複数個形成し、これらの直列接続列を並列にして１対の対向電極間に接続する構成のＬＥＤ発光装置に関する。

近年、半導体素子であるＬＥＤ素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。

特に円形形状の素子実装領域に複数のＬＥＤ素子を実装して、高い輝度を得るためのＬＥＤ発光装置が多く提案されている。（例えば、特許文献１）

以下、従来の円形形状の素子実装領域に複数のＬＥＤ素子を実装したＬＥＤ発光装置について説明する。図８は特許文献１に記載されたＬＥＤ発光装置における発光部分の平面図であり、円形の素子実装領域を第１実装領域１０２ａ、第２実装領域１０２ｂ、第３実装領域１０２ｃ、第４実装領域１０２ｄの４個に分割するとともに、２本の電源電極１０３ａ、１０３ｂと３個の中継電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃによって取り囲んでいる。

そして中央よりの２個の実装領域１０２ｂ、１０２ｃには２０個のＬＥＤ素子１０１をそれぞれ１０個ずつの千鳥配置で２列に配置し、各１０個の千鳥配置されたＬＥＤ素子１０１をワイヤー１０８によって直列接続し、この直列接続された２列のＬＥＤ素子列を中継電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ間にワイヤー１０８によって接続している。すなわち実装領域１０２ｂでは１０個ずつ直列接続された２列のＬＥＤ素子列を中継電極１０４ａと１０４ｃ簡に並列接続し、実装領域１０２ｃでは１０個ずつ直列接続された２列のＬＥＤ素子列を中継電極１０４ｂと１０４ｃ簡に並列接続している。

同様に両側の２個の実装領域１０２ａ、１０２ｄには１２個のＬＥＤ素子１０１をそれぞれ６個ずつの千鳥配置で２列に配置し、各６個の千鳥配置されたＬＥＤ素子１０１をワイヤー１０８によって直列接続し、この直列接続された２列のＬＥＤ素子列を中継電極１０４ａと電源電極１０３ａ及び中継電極１０４ｂと電源電極１０３ｂ間にワイヤー１０８によって接続している。すなわち実装領域１０２ａでは６個ずつ直列接続された２列のＬＥＤ素子列を中継電極１０４ａと電源電極１０３ａ簡に並列接続し、実装領域１０２ｄでは６個ずつ直列接続された２列のＬＥＤ素子列を中継電極１０４ｂと電源電極１０３ｂ簡に並列接続している。なお、いずれの実装領域においてもＬＥＤ素子１０１の配置方向はＬＥＤ素子１０１の電極方向が電源電極及び中継電極の対向方向と直交する方向に統一されている。

上記構成において、電源電極１０３ａが正極（＋）電源電極１０３ｂが負極（−）とすると、電源電極１０３ａと１０３ｂの間には、実装領域１０２ａと実装領域１０２ｄでは６個ずつ直列接続された２列のＬＥＤ素子列が実装され、また実装領域１０２ｂと実装領域１０２ｃでは１０個ずつ直列接続された２列のＬＥＤ素子列が実装されている。これらの各実装領域に実装されたＬＥＤ素子列は、電源電極１０３ａと１０３ｂの間に中継電極１０４ａ、１０４ｃ、１０４ｂを中継して全て直列接続されている。従って４つの実装領域の直列ＬＥＤ素子１０１の合計は６＋１０＋１０＋６＝３２個であり、１個のＬＥＤ素子の駆動電圧を３Ｖとすると、３×３２＝９６Ｖとなる。従って電源電極１０３ａと１０３ｂ間には９６Ｖの電圧印加で全のＬＥＤ素子１０１が点灯することになる。

特開２０１０−２８７６５７号公報

上記円形形状の素子実装領域に複数のＬＥＤ素子を実装して、高い輝度を得るためのＬＥＤ発光装置においては、複数のＬＥＤ素子を直並列に接続して駆動することになるが、駆動電圧は直列接続されたＬＥＤ素子の数で決まり、あまり直列接続されたＬＥＤ素子の数が多いと高い電圧の直流電源が必要となり、設備が大きくなる等の不都合が生じる結果となる。また、アウトドア用の電池を駆動源とする携帯型のＬＥＤ発光装置においては特に問題である。さらに、高い輝度でかつ円形に近似した発光特性を有するには、円形形状の素子実装領域に複数のＬＥＤ素子を効率よく配置する必要がある。

特許文献１の構成においては、４個の実装領域１０２ａ〜１０２ｄにそれぞれ実装された複数のＬＥＤ素子を直並列接続してＬＥＤ素子群を構成するとともに、中継電極１０４ａ〜１０４ｃを設けて、各実装領域のＬＥＤ素子群を全て直列接続する構成であるため、電源電極１０３ａと１０３ｂの間に中継電極１０４ａ、１０４ｃ、１０４ｂを中継して直列接続されるＬＥＤ素子の数が多くなることが避けられない。実施例においても直列接続されるＬＥＤ素子１０１の合計は６＋１０＋１０＋６＝３２個であり、１個のＬＥＤ素子の駆動電圧を３Ｖとすると、３×３２＝９６Ｖとなっており、電源電極１０３ａと１０３ｂ間には９６Ｖの高電圧印加で全ＬＥＤ素子１０１が点灯することになる。従って高い電圧の直流電源が必要となり、設備が大きくなる等の不都合が生じる結果となる。さらに特許文献１の構成では、円形の素子実装領域内に複数の中継電極が存在するため、この中継電極のスペース及び中継電極とＬＥＤ素子とをワイヤーによって接続するスペースとが、ＬＥＤ素子を配置できない無効スペースとなり、ＬＥＤ素子の配列が円形に近似できず、また効率よい配置が得られないという問題がある。

本発明の目的は、円形形状の素子実装領域に対する直列接続のＬＥＤ素子群を、任意の個数だけ並列接続に構成し、円形に近似した形状に配列することによって円形形状の発光特性を有し、かつ比較的低電圧の駆動が可能なＬＥＤ発光装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明における構成は、途切れのない円形状の素子実装領域を有する基板上に、複数のＬＥＤ素子を実装するＬＥＤ発光装置において、前記素子実装領域の上下に１対の対向電極を設け、前記素子実装領域内に前記ＬＥＤ素子を複数の列構成に配置するとともに、中央のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数より、両側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数を少なくすることによって、全体的に円形に近似した形状にＬＥＤ素子配列を構成し、かつ複数の列を構成するＬＥＤ素子をワイヤーボンディングにてＬＥＤ素子の電極同士を電気的に接続することにより直列に接続して、同じ個数のＬＥＤ素子からなる複数のＬＥＤ素子群を形成し、前記複数のＬＥＤ素子群を１対の対向電極間に並列接続することを特徴とする。

上記構成によれば、素子の下面側には、パターンが無く、単に素子実装領域に固定されているだけで良いので、ＬＥＤ素子が制約無く素子実装領域に配置できるので、容易に円形に近似した形状に配列することができる。しかも、素子からの光が下面にて反射するときに吸収部分が無いので、反射効率が良くなる。また、対向電極と各ＬＥＤ素子の電極同士を電気的に接続しているのがワイヤーボンディングなので、ＬＥＤ素子を円形に近似した形状に配列しても、各複数のＬＥＤ素子群の数を同じに出来る。さらに円形形状の素子実装領域の上下に設けた１対の対向電極間に、任意の個数よりなる直列接続されたＬＥＤ素子群を、任意の個数だけ並列接続に構成することができるため、比較的低電圧の直流電圧によって駆動できる多素子構成のＬＥＤ発光装置を提供することが可能となる。

前記円形形状の素子実装領域の中心線に対し、前記ＬＥＤ素子列が対象的に配置されていると良い。

前記ＬＥＤ素子の電極は、前記１対の対向電極の方向に平行する方向で配設されていると良い。

前記ＬＥＤ素子群は、３個以上のＬＥＤ素子列のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤ素子群を含むと良い。

上記構成によれば、ＬＥＤ素子数の少ないＬＥＤ素子列の組み合わせにおいても、ＬＥＤ素子数の多いＬＥＤ素子列の組み合わせと同数の、ＬＥＤ素子数を有するＬＥＤ素子群を構成することができる。また、ＬＥＤ素子の電極を１対の対向電極の方向に平行する方向で配設されていることによって、ＬＥＤ素子の電極が上下に分かれるため3個以上のＬＥＤ素子列のＬＥＤ素子を直列接続するのが容易になる。

前記素子実装領域は絶縁性の白色反射性の処理が施されていると良い。

前記素子実装領域はアルミに絶縁処理を施した金属ベースであると良い。

前記素子実装領域は回路基板に形成された円形の開口部の下面を覆う金属板であり、前記金属板の表面にＬＥＤ素子が実装されていると良い。

上記の如く本発明によれば、円形形状の素子実装領域の上下に設けた１対の対向電極間に、同じ個数よりなる直列接続されたＬＥＤ素子群を、任意の個数だけ並列接続に構成し、容易に円形に近似した形状にＬＥＤ素子群を配列することができるため、円形状の発光が可能な多素子構成のＬＥＤ発光装置を提供することができる。

本発明におけるＬＥＤ発光装置の第１実施形態を示す平面図である。図１に示すＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図である。本発明におけるＬＥＤ発光装置の第２実施形態を示す平面図である。図３に示すＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図である。本発明におけるＬＥＤ発光装置の第３実施形態を示す平面図である。本発明におけるＬＥＤ発光装置の第４実施形態を示す平面図である。本発明におけるＬＥＤ発光装置の第５実施形態を示す平面図である。従来のＬＥＤ発光装置における発光部の平面図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。
図１、図２は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を示すものであり、図１は第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図１、図２においてＬＥＤ発光装置１０の構成は金属板よりなる金属ベース５をベースとし、この金属ベース５上に、中央に円形の開口２ａを有する基板２を積層し、上記基板２の開口２ａから露出した金属ベース５の円形部分５ａが円形の素子実装領域７を構成しており、この素子実装領域７を構成する金属ベース５ａ上にＬＥＤ素子１を直接実装固着している。そして基板２上には開口２ａの周囲に１対のＬＥＤ接続電極６ａ、６ｂが形成され、そのＬＥＤ接続電極６ａ、６ｂの周囲に封止枠３が形成されており、さらに封止３の外側に電源接続電極６ｃ、６ｄが形成されている。使用するＬＥＤ素子１は上電極型のＬＥＤ素子であり、ＬＥＤ素子１の電極どうし及びＬＥＤ素子１とＬＥＤ接続電極６ａ，６ｂとはワイヤー８によって接続され、封止枠３の内部は拡散剤含有又は蛍光体含有の封止樹脂９にて封止されている。

上記素子実装領域７に配置された複数のＬＥＤ素子１は上下に設けられた１対のＬＥＤ接続電極６ａ、６ｂの間に複数の列構成で配置されており、中央部には６個のＬＥＤ素子１よりなるＬＥＤ素子列が構成され、その両側には５個のＬＥＤ素子列、４個のＬＥＤ素子列、３個のＬＥＤ素子列が順次配置されており、全体的に円形に近似した形状にＬＥＤ素子配列を構成している。

そして、中央の６個のＬＥＤ素子１よりなる２組のＬＥＤ素子列がワイヤー８によって直列接続され、さらにこの１２個のＬＥＤ素子１で構成された第１のＬＥＤ素子群Ｌ１がワイヤー８によって１対のＬＥＤ接続電極６ａ、６ｂに接続されている。また、両側の５個のＬＥＤ素子列、４個のＬＥＤ素子列、３個のＬＥＤ素子列が全てワイヤー８によって直列接続された１２個のＬＥＤ素子１で構成された第２のＬＥＤ素子群Ｌ２、第３のＬＥＤ素子群Ｌ３もワイヤー８によって１対のＬＥＤ接続電極６ａ、６ｂに接続されている。

すなわち、全て１２個のＬＥＤ素子１によって構成されたＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３が１対のＬＥＤ接続電極６ａ、６ｂ間に並列接続されていることになる。またＬＥＤ素子群Ｌ２，Ｌ３は何れも５個のＬＥＤ素子列、４個のＬＥＤ素子列、３個のＬＥＤ素子列の３組のＬＥＤ素子列に渡って直列接続されており、このように多くのＬＥＤ素子列を直列接続するには、図示の如くＬＥＤ素子の電極方向を１対のＬＥＤ接続電極６ａ、６ｂの対向方向に平行する方向に配置した方が、ワイヤー８によるＬＥＤ素子１どうしの電極接続が容易になることがわかる。

上記ＬＥＤ発光装置１０の特徴は、ベースとして金属ベース５を使用し、この金属ベース５ａ上にＬＥＤ素子１を直接実装固着しているため、ＬＥＤ素子１に対する放熱効果が高く、高出力の発光を行うことができる。また上記構成のＬＥＤ発光装置１０は、各ＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を構成するＬＥＤ素子１の直列個数が１２個と同じ数かつ同じ素子なので、１個のＬＥＤ素子の駆動条件と同じ条件で全部のＬＥＤ素子１を発光動作させることができる。

（第２実施形態）
図３、図４は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を示すものであり、図３は第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。図３、図４に示す第２実施形態のＬＥＤ発光装置２０の基本的構成は図１、図２に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。ＬＥＤ発光装置２０のＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、ＬＥＤ発光装置１０がベースとして金属ベース５を使用し、この金属ベース５の上に、中央に開口２ａを有する基板２を積層し、この基板２の開口２ａから露出した円形の金属ベース５ａを素子実装領域７としていたのに対し、ＬＥＤ発光装置２０はベースとして配線電極を有する樹脂製の基板２を用い、この基板２の上面中央部分に円形の絶縁反射層４を積層し、この円形の絶縁反射層４を素子実装領域７としていることである。なお、本実施形態における絶縁反射層４は絶縁性の白色反射性の処理として、白色のセラミックペーストや白色レジストを印刷などにより形成した構成としている。

すなわち図３に示すＬＥＤ発光装置２０の平面図は、素子実装領域７が絶縁反射層４によって構成されている以外は、ＬＥＤ素子１の配置及びワイヤー８による接続や駆動電圧の供給及び発光駆動動作は、全て図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同じである。

（第３実施形態）
次に図５により本発明の第３実施形態によるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図５は第３実施形態によるＬＥＤ発光装置３０の平面図であり、基本的構成は図１、図２に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。また断面図に付いては図２に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図と同一なので、図示も省略した。

ＬＥＤ発光装置３０においてＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、素子実装領域７におけるＬＥＤ素子１の配置個数及びワイヤー８による接続構成の違いである。すなわちＬＥＤ発光装置１０では配置するＬＥＤ素子１の個数を３６個とし、１２個ずつのＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の３つにしていたが、ＬＥＤ発光装置３０においては配置するＬＥＤ素子１の個数を２４個と少なくし、１２個ずつのＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２の２つにしたことである。従って、電源電極６ｃ、６ｄに供給する直流電圧は３６ＶとＬＥＤ発光装置１０と同じだが、ＬＥＤ発光装置１０よりも低電力で駆動できる低輝度の照明装置として構成されている。

（第４実施形態）
次に図６により本発明の第４実施形態によるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図６は第４実施形態によるＬＥＤ発光装置４０の平面図であり、基本的構成は図１、図２に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。また断面図に付いては図２に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図と同一なので、図示も省略した。

ＬＥＤ発光装置４０においてＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、素子実装領域７におけるＬＥＤ素子１の配置個数及びワイヤー８による接続構成の違いである。すなわちＬＥＤ発光装置１０では配置するＬＥＤ素子１の個数を３６個とし、１２個ずつのＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の３つにしていたが、ＬＥＤ発光装置４０においては配置するＬＥＤ素子１の個数を４８個と多くし、１２個ずつのＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の４つにしたことである。従って、電源電極６ｃ、６ｄに供給する直流電圧は３６ＶとＬＥＤ発光装置１０と同じだが、ＬＥＤ発光装置１０よりも高電力で駆動する高輝度の照明装置として構成されている。

（第５実施形態）
次に図７により本発明の第５実施形態によるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図７は第５実施形態によるＬＥＤ発光装置５０の平面図であり、基本的構成は図１、図２に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０及び図６に示す第４実施形態におけるＬＥＤ発光装置４０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。また断面図に付いては図２に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図と同一なので、図示も省略した。

ＬＥＤ発光装置５０において第４実施形態におけるＬＥＤ発光装置４０と異なるところは、素子実装領域７におけるＬＥＤ素子１の配置個数及びワイヤー８による接続構成の違いである。すなわちＬＥＤ発光装置４０では配置するＬＥＤ素子１の個数を４８個とし、１２個ずつのＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４の４つにしていたが、ＬＥＤ発光装置５０においては配置するＬＥＤ素子１の個数を６０個と、ＬＥＤ発光装置４０よりさらに多くし、１２個ずつのＬＥＤ素子群Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の５つにしたことである。従って、電源電極６ｃ、６ｄに供給する直流電圧は３６ＶとＬＥＤ発光装置４０と同じだが、ＬＥＤ発光装置４０よりもさらに高電力で駆動する高輝度の照明装置として構成されている。

上記の如く、本発明においては円形形状の素子実装領域の上下に１対の対向電極を設け、素子実装領域内にＬＥＤ素子を、中央のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数より、両側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数を少なくすることによって、全体的に円形に近似した形状にＬＥＤ素子配列を構成し、かつワイヤーボンディングにてＬＥＤ素子を直列に接続して、同じ個数のＬＥＤ素子からなる複数のＬＥＤ素子群を形成し、複数のＬＥＤ素子群を１対の対向電極間にワイヤーボンディングにて並列接続することによって、容易に円形に近似した形状にＬＥＤ素子群を配列することができるため、円形状の発光が可能な多素子構成のＬＥＤ発光装置を提供することができる。

１、１０１ＬＥＤ素子
２基板
２ａ開口
３封止枠
４絶縁反射層
５、５ａ、金属ベース
６ａ、６ｂＬＥＤ接続電極
６ｃ、６ｄ電源接続電極
７素子実装領域
８、１０８ワイヤー
９封止樹脂
１０、２０，３０、４０、５０、１００ＬＥＤ発光装置
１０２ａ〜１０２ｄ実装領域
１０３ａ、１０３ｂ電源電極
１０４ａ〜１０４ｃ中継電極

Claims

途切れのない円形形状の素子実装領域を有する基板上に、複数のＬＥＤ素子を実装するＬＥＤ発光装置において、前記素子実装領域の上下に１対の対向電極を設け、前記素子実装領域内に前記ＬＥＤ素子を、中央のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数より、両側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子の個数を少なくすることによって、全体的に円形に近似した形状にＬＥＤ素子配列を構成し、かつワイヤーボンディングにてＬＥＤ素子の電極同士を電気的に接続することによりＬＥＤ素子を直列に接続して、同じ個数のＬＥＤ素子からなる複数のＬＥＤ素子群を形成し、前記複数のＬＥＤ素子群を前記１対の対向電極間にワイヤーボンディングにて電気的に接続することにより、前記複数のＬＥＤ素子群を並列接続することを特徴とするＬＥＤ発光装置。
前記円形形状の素子実装領域の中心線に対し、前記ＬＥＤ素子列が対象的に配置されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
前記ＬＥＤ素子の電極は、前記１対の対向電極の方向に平行する方向で配設されていることを特徴とする請求項１または２項に記載のＬＥＤ発光装置。
前記ＬＥＤ素子群は、３個以上のＬＥＤ素子列のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤ素子群を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
前記素子実装領域は絶縁性の白色反射性の処理が施されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
前記素子実装領域は回路基板に形成された円形の開口部の下面を覆う金属板であり、前記金属板の表面にＬＥＤ素子が実装されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。