特許 6695114 発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6695114

(24)【登録日】2020年4月23日

(45)【発行日】2020年5月20日

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/00 20100101AFI20200511BHJP

   H05B 45/00 20200101ALI20200511BHJP

   H05B 47/00 20200101ALI20200511BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20200511BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 H

   H01L33/00 J

   H05B37/02 J

   H05B37/02 M

   F21S2/00 110

   F21S2/00 311

【請求項の数】2

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-171086(P2015-171086)

(22)【出願日】2015年8月31日

(65)【公開番号】特開2017-50104(P2017-50104A)

(43)【公開日】2017年3月9日

【審査請求日】2018年5月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100119987

【弁理士】

【氏名又は名称】伊坪 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100161089

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 良一

(72)【発明者】

【氏名】今井 貞人

(72)【発明者】

【氏名】樫谷 行輔

(72)【発明者】

【氏名】程原 旭彦

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０８３７７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１１９０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０８２７２７５７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１３−１４０８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６９９４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｈ０５Ｂ ３７／００−３７／０４

Ｆ２１Ｓ ２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に配置された複数の発光部と、
前記複数の発光部を駆動するドライバと、を有し、
前記複数の発光部のそれぞれは、互いに並列接続される複数の列に分けられ当該複数の列のそれぞれで互いに直列接続される複数のＬＥＤ素子を有し、
前記複数の発光部の全体で直列接続されるＬＥＤ素子の順方向電圧の総和が前記ドライバで駆動可能な電圧の範囲内に収まるように、前記複数の発光部のそれぞれで直列接続されるＬＥＤ素子の個数が設定されており、
直列接続されるＬＥＤ素子の個数が少ない発光部ほど、当該発光部が有する個々のＬＥＤ素子の順方向電圧が高く、
前記複数の発光部が有するすべてのＬＥＤ素子の発光波長帯域が互いに同じであり、
前記複数の発光部は、前記ドライバに直列接続されている、
ことを特徴とする発光装置。

【請求項2】

基板と、
前記基板上に配置された複数の発光部と、
前記複数の発光部を駆動するドライバと、を有し、
前記複数の発光部のそれぞれは、互いに並列接続される複数の列に分けられ当該複数の列のそれぞれで互いに直列接続される複数のＬＥＤ素子を有し、
前記複数の発光部の全体で直列接続されるＬＥＤ素子の順方向電圧の総和が前記ドライバで駆動可能な電圧の範囲内に収まるように、前記複数の発光部のそれぞれで直列接続されるＬＥＤ素子の個数が設定されており、
直列接続されるＬＥＤ素子の個数が少ない発光部ほど、当該発光部が有する個々のＬＥＤ素子の順方向電圧が高く、
前記複数の発光部が有するすべてのＬＥＤ素子の発光波長帯域が互いに同じであり、
前記複数の発光部は、前記ドライバに並列接続される複数の組に分けられ、
前記複数の組のそれぞれに含まれる発光部は互いに直列接続されている、
ことを特徴とする発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミック基板や金属基板などの汎用基板の上にＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの発光素子が実装されたＣＯＢ（Chip On Board）の発光装置が知られている。こうした発光装置では、蛍光体を含有する樹脂により例えば青色光を発光するＬＥＤ素子を封止し、ＬＥＤ素子からの光により蛍光体を励起させて得られる光を混合させることにより、用途に応じて白色光などを得ている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ダイボンド用の実装面を有する高熱伝導性の放熱基台と、この放熱基台上に載置され、実装面の一部を露出する孔部及び放熱基台の外周縁より外方に張り出す張出部を有する回路基板と、孔部を通して実装面上に実装される発光素子と、この発光素子の上方を封止する透光性の樹脂体とを備え、張出部の外周縁に発光素子と導通するスルーホールを形成し、このスルーホールの上面及び下面に外部接続電極を設けた発光ダイオードが記載されている。

【0004】

また、特許文献２には、凹部が形成されたキャビティと、凹部の底部を貫通する状態でキャビティに取り付けられた凸状のヒートスラグ（台座部）と、ヒートスラグ上に搭載されたサブマウント基板と、サブマウント基板上に配置された複数のＬＥＤチップと、各ＬＥＤチップと電気的に接続するリードフレームと、各ＬＥＤチップを内包する蛍光体層と、凹部に封入されたシリコーン樹脂で形成されたレンズとを有するＬＥＤパッケージが記載されている。

【0005】

また、複数のＬＥＤを集積して配置することで光量を多くした照明装置が知られている。例えば、特許文献３には、複数のＬＥＤ３と、これらのＬＥＤ３が搭載される基板４と、ＬＥＤから出射する照射光を集光あるいは発散させるための複数のレンズ要素が一体に構成されたレンズアレイ２とを有するＬＥＤ照明装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−００５２９０号公報

【特許文献2】特開２０１０−１７０９４５号公報

【特許文献3】特開２０１２−０４２６７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

出射光量を高めるために、１つの共通基板上に複数の発光部が形成され、個々の発光部が複数のＬＥＤ素子を含む発光装置を製造することを考える。こうした発光装置では、例えば製造コストの削減などのために、あるＬＥＤ素子を用いた発光装置の駆動用に設計されたドライバを、他のＬＥＤ素子を用いた発光装置にも使用したい場合がある。しかしながら、順方向電圧が異なるＬＥＤ素子を使用すると、装置全体の順方向電圧がもとの発光装置と比べて大きく変化し得るため、共通のドライバでは駆動できなくなることがある。

【0008】

そこで、本発明の目的は、それぞれが複数のＬＥＤ素子を含む複数の発光部が共通の基板上に形成された発光装置を、個々のＬＥＤ素子の順方向電圧によらずに、共通のドライバで駆動可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

基板と、基板上に配置された複数の発光部と、複数の発光部を駆動するドライバとを有し、複数の発光部のそれぞれは、互いに並列接続される複数の列に分けられその複数の列のそれぞれで互いに直列接続される複数のＬＥＤ素子を有し、複数の発光部の全体で直列接続されるＬＥＤ素子の順方向電圧の総和がドライバで駆動可能な電圧の範囲内に収まるように、複数の発光部のそれぞれで直列接続されるＬＥＤ素子の個数が設定されていることを特徴とする発光装置が提供される。

【0010】

上記の発光装置では、複数の発光部は、ドライバに直列接続されていることが好ましい。
上記の発光装置では、複数の発光部は、ドライバに並列接続される複数の組に分けられ、複数の組のそれぞれに含まれる発光部は互いに直列接続されていることが好ましい。
上記の発光装置では、複数の発光部は、直列接続されるＬＥＤ素子の個数が少ない発光部ほど、複数のＬＥＤ素子として順方向電圧が高いＬＥＤ素子を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、それぞれが複数のＬＥＤ素子を含む複数の発光部が共通の基板上に形成された発光装置を、個々のＬＥＤ素子の順方向電圧によらずに、共通のドライバで駆動することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】照明装置１の正面図および背面図である。

【図2】発光装置２の上面図および側面図である。

【図3】レンズアレイ４０の上面図である。

【図4】発光部２０の上面図および縦断面図である。

【図5】発光装置２の全体の回路図である。

【図6】発光部２０_３の上面図である。

【図7】発光装置２におけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。

【図8】発光装置２の製造工程の例を示すフローチャートである。

【図9】基板１０に対するレンズアレイ４０の固定方法の例を示す図である。

【図10】基板１０とレンズアレイ４０との位置決め方法の例を示す図である。

【図11】発光装置２Ａの上面図および側面図である。

【図12】発光部２０Ａの上面図である。

【図13】発光装置２ＢにおけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。

【図14】発光装置２Ｃおよび発光装置２Ｃ内の発光部２０Ｃの上面図である。

【図15】発光装置２ＤにおけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。

【図16】発光装置２ＥにおけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。

【図17】発光装置２Ｆの上面図および側面図である。

【図18】発光部２０Ｇの上面図および縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ、発光装置およびその製造方法について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

【0014】

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、照明装置１の正面図および背面図である。照明装置１は、例えば照明用の投光器として利用可能な装置であり、一例として、図１（Ａ）に示すように２行３列に配置された計６個の発光装置２を有する。照明装置１は、各発光装置２のケース（筐体）３を近接して配置することで、１つの装置として構成される。１つの照明装置に含まれる発光装置２の個数には、図示したものの他に、例えば２個、４個、あるいは８個以上など、色々な例がある。図１（Ｂ）に示すように、照明装置１は、各発光装置２のケース３の裏面に、発光装置２で発生した熱の放出を促進させるための放熱フィン（ヒートシンク）４を有する。

【0015】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、発光装置２の上面図および側面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、発光装置２は、基板１０と、基板１０上に形成された複数の発光部２０と、複数の発光部２０の上に配置されたレンズアレイ４０とを有する。また、図１（Ｂ）および図２（Ｂ）に示すように、各発光装置２は、基板１０の裏面に、複数の発光部２０が発した熱を放熱させる放熱フィン４を有する。

【0016】

基板１０は、その中央に円形の開口部１３を有するほぼ矩形の基板である。例えば、基板１０の縦横の長さはそれぞれ１０ｃｍ程度であり、基板１０の厚さは１〜２ｍｍ程度である。基板１０は、例えば、接着シートにより金属基板１１の上に回路基板１２を貼り合わせて構成される。基板１０の端部は、図１（Ａ）に示した発光装置２のケース３に固定される。

【0017】

金属基板１１は、発光部２０を実装するための実装基板、および発光部２０で発生した熱を放熱させる放熱基板として機能するため、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウムで構成される。ただし、金属基板１１の材質は、耐熱性と放熱性に優れたものであれば、例えば銅などの別の金属でもよい。

【0018】

回路基板１２は、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、セラミックス基板またはメタルコア基板などの絶縁性基板である。回路基板１２の上面には、複数の発光部２０を互いに電気的に接続するための配線パターン１４が形成される。図２（Ａ）に示す回路基板１２の右端には、発光装置２を外部電源に接続するための２個の接続電極１５が形成される。接続電極１５は、一方が＋電極、他方が−電極であり、これらが外部電源に接続されて電圧が印加されることによって、発光装置２の複数の発光部２０が発光する。

【0019】

発光部２０は、１つの共通基板である基板１０上に形成された独立の複数の発光部であり、開口部１３を取り囲むように基板１０上に均等に配置される。図示した例では、発光装置２は、２２個の発光部２０を有する。後述するように、個々の発光部２０は、複数のＬＥＤ素子（発光素子の一例）を有する。発光装置２からの出射光を均一にするためには、発光部２０同士の間隔（ピッチ）は一定の大きさであることが好ましい。ただし、基板１０の縦方向と横方向で、発光部２０のピッチは異なってもよい。

【0020】

図３は、レンズアレイ４０の上面図である。レンズアレイ４０は、複数のレンズ４１が一体に形成されたレンズの集合体である。図示した例では、レンズアレイ４０は、その中央を除いて近接して配置された２２個のレンズ４１を有する。レンズアレイ４０の中央部４２は、開口部であることが好ましい。図２（Ｂ）に示すように、各レンズ４１の光軸Ｘは、基板１０の法線方向に一致している。各レンズ４１は、各発光部２０に対応して、基板１０上の発光部２０と同じ配置で設けられており、それぞれ、対応する発光部２０からの出射光を集光する。各レンズ４１は、例えば同じ形状および大きさを有する。レンズアレイ４０の端部は、図１（Ａ）に示した発光装置２のケース３に固定される。特に投光器の用途では、使用時に風により受ける抵抗が小さくなるように、発光装置２をなるべく小型に構成することが求められる。このため、隣接するレンズ４１同士は間隔を空けずに互いに接触させて、レンズアレイ４０全体に対するレンズ４１部分の密度を高くすることが好ましい。発光部２０とレンズ４１とは１対１に対応するため、レンズ４１の径によって、発光部２０のピッチが決まる。

【0021】

上記の通り、基板１０は、中央に開口部１３を有する。開口部１３は、金属基板１１と回路基板１２の同じ位置に形成される。また、開口部１３の上方にはレンズ４１は配置されておらず、開口部１３の上方ではレンズアレイ４０は開放されていることが好ましい。開口部１３の形状は円形に限らず、矩形などの他の形状でもよく、開口部１３の位置も、厳密に基板１０の中央でなくてもよい。発光装置２では、基板１０に開口部１３があることにより、以下で説明するように、放熱の観点で有利になる。

【0022】

まず、発光装置２では、開口部１３の縁において金属基板１１が露出するため、金属基板１１が外気に接する面積が広がる。これにより、発光部２０（発光素子）から金属基板１１に伝わった熱の一部が、開口部１３の縁からも装置外部に放出される。また、発光装置２では、基板１０の裏側の放熱フィン４は、開口部１３を通して基板１０の表側でも外気に接触するため、放熱フィン４が外気に触れる面積も広がる。これにより、金属基板１１から放熱フィン４に伝わった熱の一部は、開口部１３を通じて基板１０の表側にも放出される。したがって、発光装置２では、開口部１３により、各発光部２０（発光素子）で発生した熱の装置外部への放出を促進させることが可能になる。

【0023】

なお、放熱の観点から、開口部１３の径は、ある程度の大きさを有する必要がある。例えば、開口部１３の径ｄ１は、少なくとも個々の発光部２０の径ｄ２より大きいことが好ましく、複数の発光部２０の配置間隔（ピッチ）ｄ３よりも大きいことがより好ましい。なお、図示した例では、発光部２０の径ｄ２より発光部２０のピッチｄ３の方が大きい。

【0024】

また、図２（Ａ）に示すように、回路基板１２の上面には、発光部２０ごとに、その発光部２０の動作（点灯）を確認するための検査用端子１６が設けられる。検査用端子１６は、それぞれ２個の端子を１組として、対応する発光部２０を挟むように配置される。検査用端子１６は発光部２０の外側に配置されるが、回路基板１２上には複数の発光部２０を一斉に点灯させるための配線パターン１４もあるため、検査用端子１６の配置位置が発光部２０からあまり離れ過ぎると、配線の引回しが難しくなる。そこで、図２（Ａ）に示すように、各組の検査用端子１６は、回路基板１２上において、対象の発光部２０に対応するレンズ４１の主面の径内である位置に形成される。

【0025】

また、誤測定を防止するために、各組の検査用端子１６を構成する２個の端子は、複数の発光部２０の間で共通の間隔ｄを空けて均等に配置される。さらに、配線パターン１４との関係で可能であれば、各組の検査用端子１６を構成する２個の端子は、基板１０の辺に対して共通の角度で並ぶように配置することが好ましい。このように、複数組の検査用端子１６の配置を揃えれば、発光部２０の動作を順に確認していくときに、個々の発光部２０の動作確認が容易になり、誤測定の発生頻度を低くすることが可能になる。

【0026】

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、発光部２０の上面図および縦断面図である。より詳細には、図４（Ａ）は発光部２０の上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿った断面図である。発光部２０は、主要な構成要素として、複数のＬＥＤ素子３０と、封止枠２３と、封止樹脂２４とを有する。

【0027】

ＬＥＤ素子３０は、発光素子の一例であり、例えば発光波長帯域が４５０〜４６０ｎｍ程度の青色光を発光する青色ＬＥＤである。個々の発光部２０では、回路基板１２に開口部２１があり、開口部２１を通して金属基板１１が露出している。ＬＥＤ素子３０は、開口部２１を通して露出している金属基板１１の上に実装される。このように、ＬＥＤ素子３０が金属基板１１の上に直接実装されることで、ＬＥＤ素子３０および後述する蛍光体の粒子により発生した熱の放熱が促進される。

【0028】

また、ＬＥＤ素子３０は、開口部２１内における例えば矩形の実装領域２２内に、格子状に配列して実装される。図４（Ａ）では、特に、４行４列の１６個のＬＥＤ素子３０が実装された場合の例を示している。この場合、ＬＥＤ素子３０は、４個ずつ直列に接続され、その４組がさらに並列に接続される。このように、ＬＥＤ素子３０は、各発光部２０において、その発光部２０について設定された直列数および並列数で互いに直並列接続される。

【0029】

以下では、特にＬＥＤ素子３０の直列数が４個の発光部を指すときには、「発光部２０_４」と表記する。発光部をＬＥＤ素子３０の直列数によって区別しないときには、単に「発光部２０」と表記する。

【0030】

ＬＥＤ素子３０の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、金属基板１１の上面に固定される。また、ＬＥＤ素子３０は上面に一対の素子電極を有し、図４（Ａ）に示すように、隣接するＬＥＤ素子３０の素子電極は、ワイヤ３１により相互に電気的に接続される。開口部２１の外周側に位置するＬＥＤ素子３０から出たワイヤ３１は、最終的に回路基板１２の配線パターン１４に接続される。これにより、各ＬＥＤ素子３０にはワイヤ３１を介して電流が供給される。

【0031】

封止枠２３は、回路基板１２の開口部２１の大きさに合わせて例えば白色の樹脂で構成されたほぼ矩形の樹脂枠であり、発光部２０内のＬＥＤ素子３０を取り囲むように、回路基板１２の上面における開口部２１の外周部分に固定される。封止枠２３は、封止樹脂２４の流出しを防止するためのダム材である。また、封止枠２３は、例えば、その表面に反射性のコーティングが施されることにより、ＬＥＤ素子３０から側方に出射された光を、発光部２０の上方（ＬＥＤ素子３０から見て金属基板１１とは反対側）に向けて反射させる。なお、図４（Ａ）では、封止枠２３が透明であるとして図示している。

【0032】

封止樹脂２４は、金属基板１１上で封止枠２３により囲まれる領域に充填されて、発光部２０のＬＥＤ素子３０とワイヤ３１の全体を一体に被覆し保護（封止）する。封止樹脂２４としては、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な樹脂を、特に２５０℃程度の耐熱性がある樹脂を使用するとよい。

【0033】

また、封止樹脂２４には、黄色蛍光体などの蛍光体（図示せず）が分散混入されている。黄色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して黄色光に波長変換する、例えばＹＡＧ（yttrium aluminum garnet）などの粒子状の蛍光体材料である。発光部２０は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって黄色蛍光体を励起させて得られる黄色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。

【0034】

あるいは、封止樹脂２４は、例えば緑色蛍光体と赤色蛍光体などの複数種類の蛍光体を含有してもよい。緑色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、例えば（ＢａＳｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋などの粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換する、例えばＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋などの粒子状の蛍光体材料である。この場合、発光部２０は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって緑色蛍光体および赤色蛍光体を励起させて得られる緑色光および赤色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。

【0035】

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、発光装置２の全体の回路図である。符号５０は、発光装置２の２２個の発光部２０を駆動するドライバを指し、符号２０_３は、ＬＥＤ素子３０の直列数が３個の発光部を指す。発光装置２では、図２（Ａ）に示すように、回路基板１２の上面に全部で５個の切換え用端子１７が設けられている。照明装置１に含まれる発光装置２の個数と使用するドライバ５０が供給可能な最大電圧との関係に応じて、切換え用端子１７同士の接続の仕方を変えることにより、発光部２０の直並列を切り替えることが可能である。例えば、切換え用端子１７同士の接続の仕方に応じて、図５（Ａ）に示すように、２２個の発光部２０がドライバ５０に直列接続されたり、図５（Ｂ）に示すように、２２個の発光部２０が、ドライバ５０に並列接続される２組に分けられ、各組に含まれる１１個ずつの発光部２０が互いに直列接続されたりする。

【0036】

上記の通り、個々の発光部２０は、互いに並列接続される複数の列に分けられその複数の列のそれぞれで互いに直列接続される複数のＬＥＤ素子３０を有する。発光装置２では、装置全体で直列接続されるＬＥＤ素子３０の順方向電圧（Ｖｆ）の総和がドライバ５０で駆動可能な電圧の範囲内に収まるように、個々の発光部２０内で直列接続されるＬＥＤ素子３０の個数が設定されている。このため、発光装置２では、必ずしも全ての発光部２０が同じ個数のＬＥＤ素子３０を有するわけではなく、一般に、１つの発光部２０に含まれるＬＥＤ素子３０の個数は発光部２０ごとに異なる。

【0037】

例えば、ドライバ５０が供給可能な最大電圧が２６４Ｖであるとする。また、ＬＥＤ素子３０としてあるＬＥＤ素子（１）を使用したときに、直列数が４個である１つの発光部２０のＶｆが１０．５〜１１．７Ｖであったとする。この場合、発光部２０を２２個直列接続しても、発光装置２全体でのＶｆは２３１．０〜２５７．４Ｖになり、ドライバ５０で駆動可能な範囲内に収まる。一方、ＬＥＤ素子３０として別のＬＥＤ素子（２）を使用したときに、直列数が４個である１つの発光部２０のＶｆが１１．６〜１３．６Ｖになったとする。この場合、発光部２０を２２個直列接続すると、発光装置２全体でのＶｆは２５５．０〜２９９．４Ｖになり、ドライバ５０で駆動可能な最大電圧を超えてしまう。

【0038】

このため、後者のＬＥＤ素子（２）を使用する場合には、一部の発光部２０での直列数を３個にして、Ｖｆが１１．６〜１３．６Ｖである直列数が４個の発光部２０_４と、Ｖｆが８．６９〜１０．２１Ｖである直列数が３個の発光部２０_３とを組み合わせる。すると、全部で２２個の発光部２０のうち、少なくとも１１個を発光部２０_３にすれば、発光装置２全体でのＶｆは２６４Ｖ以下になり、ドライバ５０で駆動可能な範囲内に収まる。そこで、発光装置２では、ＬＥＤ素子（１）を使用する場合には、２２個の発光部２０を直列数が４個の発光部２０_４とするが、ＬＥＤ素子（２）を使用する場合には、２２個の発光部２０のうち、例えば１１個を直列数が４個の発光部２０_４とし、残りの１１個を直列数が３個の発光部２０_３とする。

【0039】

このように、発光装置２では、個々の発光部２０内で直列接続されるＬＥＤ素子３０の個数が、ある発光部２０ではｍ個、別の発光部２０ではｎ個というように異なる。これにより、装置全体で直列接続されるＬＥＤ素子３０の順方向電圧の総和が対象のドライバ５０で駆動可能な電圧の範囲内に収まるように調整される。このため、使用するＬＥＤ素子３０の種類を変えたとしても、個々のＬＥＤ素子３０の順方向電圧によらずに、発光装置２を共通のドライバ５０で駆動することが可能になる。

【0040】

図６は、発光部２０_３の上面図である。図４（Ａ）に示した発光部２０（発光部２０_４）と図６に示す発光部２０_３は、ＬＥＤ素子３０の個数のみが異なり、その他の点では同じ構成を有する。発光部２０_４は１６個のＬＥＤ素子３０を有し、それらは４個ずつ直列に接続され、その４組がさらに並列に接続されるのに対し、発光部２０_３は、１２個のＬＥＤ素子３０を有し、それらは３個ずつ直列に接続され、その４組がさらに並列に接続される。発光部２０_４，２０_３のどちらも、実装領域２２は同じ形状および大きさの矩形領域であり、少なくとも実装領域２２の四隅には、必ずＬＥＤ素子３０が実装される。その上で、発光部２０_４，２０_３のどちらも、実装領域２２の内側では、例えば均等にＬＥＤ素子３０が実装される。発光部２０_４，２０_３では、どちらも実装領域２２の大きさが同じで素子間ピッチが異なることにより、ＬＥＤ素子３０の実装密度が互いに異なる。また、発光部２０_４，２０_３では、発光部を１つの発光体と見たときの発光密度も互いに異なる。

【0041】

図７は、発光装置２におけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）では、複数の発光部を区別せず単に「発光部２０」と表したが、発光装置２では、上記の通り、装置全体の順方向電圧を調整するために、例えば、直列数が４個の発光部２０_４と直列数が３個の発光部２０_３とが組み合わせられる。図７では、発光部２０_４と発光部２０_３が交互に接続される場合の例を示している。ただし、使用するドライバ５０によっては、全ての発光部２０でＬＥＤ素子３０の直列数が同じであってもよいし、直列数が２個以下または５個以上の発光部２０があってもよい。

【0042】

このように、各発光部２０のＬＥＤ素子３０は、複数の発光部２０で共通の形状および大きさの実装領域２２内に、その発光部２０について設定された直列数および並列数に応じた実装密度で実装される。これにより、複数の発光部２０の間で発光径がそれぞれ同じになるため、各発光部２０に含まれるＬＥＤ素子３０の個数にかかわらず、同じ形状および大きさの複数のレンズ４１を含むレンズアレイ４０を使用することが可能になる。

【0043】

なお、ＬＥＤ素子３０の個数を相対的に減らした発光部２０では出射光量が低下するため、直列数および／または並列数が互いに異なる発光部２０を組み合わせると、発光装置２全体として出射光量にムラが生じ得る。そこで、ＬＥＤ素子３０の直列数および並列数が少ない発光部２０ほど、ＬＥＤ素子３０として順方向電圧が高いＬＥＤ素子を使用してもよい。順方向電圧が高いＬＥＤ素子であれば出射光がより明るくなるため、使用するＬＥＤ素子を発光部２０ごとに選択することにより、複数の発光部２０の間で出射光量を均等にして、ムラのない光を出射させることが可能になる。

【0044】

ただし、照明装置１は、投光器として使用されるという性質上、人間の目から遠く離れたところに設置されるため、発光装置２上の明るさのムラはあまり問題にならない。このため、直列数および／または並列数が互いに異なる発光部２０は、発光装置２内で必ずしも均等に配置されていなくてもよい。また、全ての発光部２０で順方向電圧が同じＬＥＤ素子を使用してもよい。

【0045】

図８は、発光装置２の製造工程の例を示すフローチャートである。発光装置２の製造時には、まず、基板１０の上に複数の発光部２０が一括で形成され、個々の発光部２０に複数組のＬＥＤ素子３０が実装される。その際は、各発光部２０について、回路基板１２の開口部２１内の金属基板１１上に複数のＬＥＤ素子３０が実装される（Ｓ１）。次に、それらのＬＥＤ素子３０は、ワイヤ３１により互いに直並列に接続される（Ｓ２）。また、開口部２１の外周部分に封止枠２３が固定される（Ｓ３）。さらに、蛍光体を含有する封止樹脂２４が、金属基板１１上で封止枠２３により囲まれる領域に充填されて、複数のＬＥＤ素子３０が封止される（Ｓ４）。

【0046】

なお、図２（Ａ）に示すように、回路基板１２の上面の対角線上には、一例として２個の位置決め用穴１８ａ，１８ｂが形成されており、各発光部２０に相当する回路基板１２の開口部２１の位置は、位置決め用穴１８ａ，１８ｂの位置を基準として定められる。すなわち、各発光部２０のＬＥＤ素子３０の実装位置および封止枠２３の配置位置は、位置決め用穴１８ａ，１８ｂの位置を基準として定められる。これにより、発光部２０の形成位置のバラつきが少なくなる。

【0047】

続いて、複数のレンズ４１を含むレンズアレイ４０が、各発光部２０と対応するレンズ４１との相対位置を大まかに合わせて、発光部２０の上に配置される（Ｓ５）。その際、例えば、基板１０とレンズアレイ４０の端部をケース３で保持することにより、レンズアレイ４０は基板１０に対して固定される。あるいは、以下で説明する方法により、レンズアレイ４０を基板１０に対して固定してもよい。

【0048】

図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、基板１０に対するレンズアレイ４０の固定方法の例を示す図である。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、それぞれ、基板１０の上面図、レンズアレイ４０の上面図、および対角線Ｌに沿った発光装置２の縦断面図を示す。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）では、簡単のため、発光部２０とレンズ４１の個数をそれぞれ８個として示している。

【0049】

図示した例では、位置決め用穴１８ａ，１８ｂを用いて、基板１０とレンズアレイ４０とが位置決めされる。この場合、レンズアレイ４０の下面（基板１０と向かい合う面）の対角線Ｌ上には、位置決め用穴１８ａ，１８ｂの位置に合わせて２つの支持部４３ａ，４３ｂが予め設けられる。支持部４３ａ，４３ｂは、レンズアレイ４０と一体に形成されるか、またはレンズアレイ４０に接着された柱状部材である。支持部４３ａ，４３ｂを位置決め用穴１８ａ，１８ｂにそれぞれ嵌合させることにより、基板１０とレンズアレイ４０とが位置決めされる。これにより、各レンズ４１の光軸を容易に各発光部２０の中心に合わせることができるため、複数の発光部２０と複数のレンズ４１との相対位置を調整する工程が簡略化される。

【0050】

位置決め用穴１８ａ，１８ｂは、対角線Ｌの一端部Ｐからの距離が遠いものほど対角線Ｌに沿った径が大きい。例えば、図２（Ａ）および図９（Ａ）に示すように、位置決め用穴１８ａ，１８ｂはともに円形であり、位置決め用穴１８ａより一端部Ｐから遠い位置決め用穴１８ｂの方が、直径が大きい。あるいは、位置決め用穴１８ａ，１８ｂは、対角線Ｌの方向を長軸とする楕円形（長穴）でもよく、この場合には、位置決め用穴１８ａより位置決め用穴１８ｂの方が長径が大きい。また、支持部４３ａ，４３ｂの下端における位置決め用穴１８ａ，１８ｂと嵌合する部分の径は、位置決め用穴１８ａ，１８ｂよりもやや細くなっている。これにより、対角線Ｌに沿った複数の発光部２０と複数のレンズ４１との相対位置が変更可能になるので、基板１０とレンズアレイ４０が異なる割合で熱膨張または熱収縮したときでも、相対位置の微調整が可能になる。

【0051】

こうして、複数の発光部２０と複数のレンズ４１との相対位置が、発光装置２の点灯時の熱膨張および発光装置２の消灯時の熱収縮に応じて変更可能であるように、基板１０とレンズアレイ４０とは互いに固定される。その上で、以下で説明する方法により、基板１０とレンズアレイ４０との正確な位置決めが行われる（Ｓ６）。

【0052】

Ｓ６における基板１０とレンズアレイ４０との位置決めは、次のような考え方に従って行われる。発光装置２の点灯時に発生する熱により、基板１０を構成するアルミニウム製の金属基板１１および樹脂製の回路基板１２、ならびにガラス製のレンズアレイ４０は、異なる熱膨張率で膨張する。例えば、点灯によって基板１０とレンズアレイ４０の温度が約１００℃上昇すると仮定すると、１辺が１０ｃｍ程度の基板１０の場合には、基板１０とレンズアレイ４０の間で、１ｍｍ程度の伸び量の差が生じ得る。そこで、その伸び量の差Δｄを考慮して、各発光部２０と各レンズ４１との相対位置を、予め逆方向にΔｄだけずらしておく。これにより、発光装置２を駆動（複数の発光部２０を点灯）して熱膨張が起きたときに、予め設定されたずれ量と熱膨張による伸び量の差が打ち消し合って、各発光部２０と各レンズ４１の光軸が一致する。このため、発光装置２を駆動して基板１０とレンズアレイ４０に熱膨張が起きたときに、各レンズ４１を通した各発光部２０からの出射効率を向上させることが可能になる。

【0053】

図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、基板１０とレンズアレイ４０との位置決め方法の例を示す図である。基板１０とレンズアレイ４０とを位置決めするときには、例えば、図１０（Ａ）に示すように、基板１０の隣り合う２辺とその２辺に対応するレンズアレイ４０の端部とを基準面として、ケース３の壁に当接させる。そして、基板１０とレンズアレイ４０の熱膨張による伸び量の差Δｄに相当する長さだけ、熱膨張率がより小さいレンズアレイ４０の方を、基準面から遠くにずらしておく。熱膨張により基板１０とレンズアレイ４０は均等に膨張し、全体が拡大される。このため、上記の工程により、複数の発光部２０が点灯して基板１０とレンズアレイ４０が熱膨張したときに、図１０（Ｂ）に示すように、各発光部２０と各レンズ４１との相対位置を合わせることが可能になる。

【0054】

以上で発光装置２の製造工程は終了する。以下では、発光部２０の変形例を説明する。

【0055】

図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、発光装置２Ａの上面図および側面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示した発光装置２と図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す発光装置２Ａは、発光部２０の形状および検査用端子１６の配置が異なり、その他の点では同じ構成を有する。発光装置２の発光部２０はほぼ矩形であるのに対し、発光装置２Ａの発光部２０Ａは、発光部２０よりやや大きく、円形である。このように、発光装置内の各発光部の形状は、矩形に限らず、円形でもよいし、あるいは他の形状であってもよい。また、発光装置２Ａの検査用端子１６は、発光部２０Ａごとの２つの端子の間隔と基板１０の辺に対する角度の大きさとが発光装置２のものとは異なっているが、その他の点では発光装置２と同じ構成を有する。検査用端子１６は、発光部の形状に応じた間隔ｄと角度θで、基板１０上に配置される。

【0056】

図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、発光部２０Ａの上面図である。図１２（Ａ）は、ＬＥＤ素子３０の直列数が４個であり、並列数が４個の発光部２０Ａ_４を示す。また、図１２（Ｂ）は、ＬＥＤ素子３０の直列数が４個であり、並列数が３個の発光部２０Ａ_３を示す。このように、発光装置２Ａでも、各発光部２０ＡのＬＥＤ素子３０は、複数の発光部２０Ａで共通の大きさの円形の実装領域２２Ａに、その発光部２０Ａについて設定された直列数および並列数に応じた実装密度で実装される。この場合、発光部２０Ａごとに、ＬＥＤ素子３０の直列数、並列数、またはその両方が異なっていてもよい。

【0057】

図１３は、発光装置２ＢにおけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。図７に示した発光装置２と図１３に示す発光装置２Ｂは、各発光部におけるＬＥＤ素子３０の直列数および並列数のみが異なり、その他の点では同じ構成を有する。発光装置２では、各発光部２０の並列数は全て同じ４個であったが、発光部２０ごとに、直列数と並列数の両方が異なってもよい。図１３に示す発光装置２Ｂは、直列数が４個で並列数も４個の発光部２０Ｂ_４と、直列数が３個で並列数が５個の発光部２０Ｂ_３とを有する。図１３では、発光部２０Ｂ_４と発光部２０Ｂ_３が交互に接続される場合の例を示している。発光部２０ごとに直列数と並列数の両方を変える場合でも、各発光部２０ＢのＬＥＤ素子３０は、複数の発光部２０Ｂで共通の形状および大きさの実装領域２２内に実装されることが好ましい。

【0058】

図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、発光装置２Ｃおよび発光装置２Ｃ内の発光部２０Ｃの上面図である。図２（Ａ）に示した発光装置２と図１４（Ａ）に示す発光装置２Ｃは、各発光部の検査用端子１６の配置のみが異なり、その他の点では同じ構成を有する。発光装置２では、各組の検査用端子１６は発光部２０を挟むように配置されていたが、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示すように、各組の検査用端子１６は、発光部２０Ｃを挟まずに、発光部２０Ｃの一方の側に配置されていてもよい。この場合でも、各組の検査用端子１６を構成する２個の端子は、複数の発光部２０Ｃの間で共通の間隔ｄを空けて均等に配置される。

【0059】

図１５は、発光装置２ＤにおけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。図１５に示す発光装置２Ｄは、ＬＥＤ素子３０の大きさが発光部２０Ｄごとに異なっているが、その他の点では、図７に示した発光装置２と同じ構成を有する。発光装置２Ｄでは、各発光部２０Ｄの発光領域２２Ｄの面積は互いに等しく、各発光部２０Ｄに含まれるＬＥＤ素子３０の大きさは、ＬＥＤ素子３０の直列数が多い発光部２０Ｄほどより小さい。これにより、発光部２０Ｄごとに素子数を変化させても、同じ外形の複数のレンズを含むレンズアレイを使用することが可能になる。また、素子のサイズを小さくすれば、同じ面積の発光領域２２Ｄ内での直列数を増やすことができ、直列数に応じて発光部２０Ｄごとの順方向電圧を調整できるため、装置全体の順方向電圧を発光装置２Ｄ用のドライバで駆動可能な範囲内にすることも可能になる。なお、今まで説明してきた発光装置２Ａ〜２Ｃの中でも、このように、直列数が異なる発光部には、サイズが異なるＬＥＤ素子３０を使用してもよい。

【0060】

図１６は、発光装置２ＥにおけるＬＥＤ素子３０の配置を模式的に示す図である。図１６に示す発光装置２Ｅは、レンズアレイ４０Ｅ内の各レンズ４１Ｅの大きさが発光部２０Ｅごとに異なっているが、その他の点では、図７に示した発光装置２と同じ構成を有する。各レンズ４１Ｅの大きさは、そのレンズ４１Ｅに対応する発光部２０Ｅが有するＬＥＤ素子３０の個数が多いほど大きい。

【0061】

例えば、発光装置２Ｅの発光部２０Ｅは、直列数４個および並列数４個で互いに直並列接続された１６個のＬＥＤ素子３０を有する発光部２０Ｅ_４（第１の発光部の一例）と、直列数３個および並列数３個で互いに直並列接続された９個のＬＥＤ素子３０を有する発光部２０Ｅ_３（第２の発光部の一例）とで構成される。発光装置２Ｅでは、ＬＥＤ素子３０の実装密度は各発光部２０Ｅで同じであり、その結果、発光領域２２Ｅの大きさが発光部２０Ｅごとに異なっている。また、発光装置２Ｅのレンズ４１Ｅは、発光部２０Ｅ_４に対応するレンズ４１Ｅ_４と、発光部２０Ｅ_３に対応しレンズ４１Ｅ_４より小さいレンズ４１Ｅ_３とで構成される。図１６では、発光部２０Ｅ_４と発光部２０Ｅ_３が、基板１０上に互い違いに配置される場合の例を示している。このように、各発光部２０Ｅ内のＬＥＤ素子３０の個数、すなわち発光領域２２Ｅの大きさに応じてレンズ４１Ｅの大きさを変化させると、大きい発光部２０Ｅ_４の間に小さい発光部２０Ｅ_３を配置することができる。このため、発光装置２Ｅでは、基板１０の表面により高い密度で多くの発光部２０Ｅを形成できるようになり、出射光量が増加する。

【0062】

図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）は、発光装置２Ｆの上面図および側面図である。図１７（Ａ）に示す発光装置２Ｆでは、図１１（Ａ）に示した発光装置２Ａとは異なり、基板１０Ｆの中央に開口部が設けられていない。また、発光装置２Ｆの基板１０Ｆとレンズアレイ４０Ｆは、発光装置２Ａの基板１０よりも小さく、発光装置２Ｆの発光部２０Ｆの個数は、発光装置２Ａの発光部２０Ａの個数よりも少ない。その他の点では、発光装置２Ｆは、発光装置２Ａと同じ構成を有する。発光部２０Ｆは、今までに説明した発光部２０，２０Ｂ〜２０Ｅと同じ構成を有してもよく、その場合、基板１０Ｆの中央には開口部が設けられていなくてもよい。

【0063】

図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、発光部２０Ｇの上面図および縦断面図である。より詳細には、図１８（Ａ）は発光部２０Ｇの上面図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）のＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線に沿った断面図である。図１８（Ａ）では、９個のＬＥＤパッケージ３０Ｇが３×３個の格子状に実装されている場合の例を示している。上記の発光装置２，２Ａ〜２Ｆの発光部２０，２０Ａ〜２０Ｆは、ＬＥＤ素子３０同士をワイヤ３１で接続して全体を封止樹脂２４で封止したものに限らず、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）に示すようなＬＥＤパッケージ３０Ｇをフリップチップ実装して構成されるものであってもよい。

【0064】

ＬＥＤパッケージ３０Ｇは、下面に２個の素子電極３２が形成されたＬＥＤ素子３０’と、蛍光体層３３とを有する。ＬＥＤパッケージ３０Ｇは、ＬＥＤ素子３０の下面にある素子電極３２にフリップチップ接合用のバンプ３４が形成されたバンプタイプの発光素子である。ＬＥＤ素子３０’は、例えば、発光波長帯域が４５０〜４６０ｎｍ程度の青色光を発光する青色系の半導体発光素子（青色ＬＥＤ）である。

【0065】

蛍光体層３３は、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な樹脂に蛍光体の粒子（図示せず）を分散混入させて構成され、ＬＥＤ素子３０’の上面および側面を一様に被覆する。例えば、蛍光体層３３は、ＹＡＧなどの黄色蛍光体を含有し、ＬＥＤ素子３０’が出射した青色光を吸収して黄色光に波長変換する。この場合、ＬＥＤパッケージ３０Ｇは、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子３０’からの青色光と、それによって黄色蛍光体を励起させて得られる黄色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。なお、蛍光体層３３が含有する蛍光体の種類は、これ以外のものでもよく、ＬＥＤパッケージ３０Ｇごとに異なっていてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１ 照明装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ 発光装置
１０，１０Ｆ 基板
１１ 金属基板
１２ 回路基板
１３ 開口部
１６ 検査用端子
１８ａ，１８ｂ 位置決め用穴
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ 発光部
２２ 実装領域
２３ 封止枠
２４ 封止樹脂
３０，３０’ ＬＥＤ素子
３０Ｇ ＬＥＤパッケージ
４０，４０Ｅ，４０Ｆ レンズアレイ
４１，４１Ｅ レンズ
４３ａ，４３ｂ 支持部
５０ ドライバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】