特開 2023-32709 発光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023032709

(43)【公開日】2023-03-09

(54)【発明の名称】発光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/64 20100101AFI20230302BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20230302BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20230302BHJP

   F21V 33/00 20060101ALI20230302BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20230302BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230302BHJP

   F21Y 105/10 20160101ALN20230302BHJP

【ＦＩ】

H01L33/64

H01L33/62

F21S2/00 100

F21V33/00 400

F21V23/00 150

F21Y115:10 300

F21Y105:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021138992

(22)【出願日】2021-08-27

(71)【出願人】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(71)【出願人】

【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】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(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】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】今井 貞人

(72)【発明者】

【氏名】大森 祐治

【テーマコード（参考）】

3K014

5F142

【Ｆターム（参考）】

3K014AA01

3K014DA08

3K014RB00

5F142BA02

5F142BA32

5F142CA03

5F142CB23

5F142CD02

5F142CD13

5F142CF02

5F142CF23

5F142CF42

5F142CG03

5F142DA02

5F142DA12

5F142DA23

5F142DA72

5F142DA73

5F142DB24

5F142DB60

5F142GA26

5F142GA31

5F142GA40

(57)【要約】

【課題】簡単な構成で、発光素子からの発熱を利用して、省エネルギー化を達成することを可能とする発光モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】熱伝導性の基板(10)と、基板に実装された第１の発光素子(41)と、基板上に配置され且つ外部電源からの供給された電力を第１の発光素子へ供給するための第１の端子対(21,22)と、基板に実装された第２の発光素子(42)と、基板と接続された熱電発電モジュール(50)と、第１の端子対とは電気的に絶縁され、基板上に配置され、第１の発光素子が発する熱により熱電発電モジュールで発電された電力を第２の発光素子へ供給するための配線(27,28)と、を有する発光モジュール(1)。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱伝導性の基板と、
前記基板に実装された第１の発光素子と、
前記基板上に配置され、外部電源からの供給された電力を前記第１の発光素子へ供給するための第１の端子対と、
前記基板に実装された第２の発光素子と、
前記基板と接続された熱電発電モジュールと、
前記第１の端子対とは電気的に絶縁され、前記基板上に配置され、且つ、前記第１の発光素子が発する熱により前記熱電発電モジュールで発電された電力を前記第２の発光素子へ供給するための配線と、
を有することを特徴とする発光モジュール。

【請求項2】

前記基板上に配置され、開口部を有し、且つ、前記第１の端子対及び前記配線を有する回路基板を更に有し、
前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、前記開口部の内側で前記基板上に実装されている、請求項１に記載の発光モジュール。

【請求項3】

前記熱電発電モジュールの前記基板側の表面が、前記開口部の内側全体に対応する前記基板の裏側表面を覆うように配置されている、請求項２に記載の発光モジュール。

【請求項4】

前記回路基板は、前記配線と接続された第２の端子対を有し、
前記熱電発電モジュールは前記第２の端子対と電気的に接続されている、請求項２又は３に記載の発光モジュール。

【請求項5】

前記第１の発光素子の個数は、前記第２の発光素子の個数より多く、
複数の前記第１の発光素子の周囲に複数の前記第２の発光素子が配置されている、請求項１～４の何れか一項に記載の発光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

発光素子、例えばＬＥＤ（light emitting diode）チップを利用した発光モジュールでは、更なる省エネルギー化が求められている。ＬＥＤチップは供給される電力の約６５％程度が熱として排出されている事から、省エネルギー化を考える上で、どの様に排熱を利用するかが重要である。

【0003】

なお、発光素子の一例である、紫外線を出力するＵＶ（ultra violet）チップでは、ＬＥＤチップよりも熱効率が悪く、供給される電力の９０％以上が熱として排出される事から、同様に省エネルギー化が求められている。

【0004】

基板上にＬＥＤチップを実装し、基板中にＬＥＤチップによる熱によって発電する熱電発電モジュールを配置して、外部入力電力と熱電発電モジュールによる補助入力電力とをＬＥＤチップに供給するドライバー回路を有する発電機能付き発光装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１１３６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載される発光装置では、外部入力電力と熱電発電モジュールによる補助入力電力とをＬＥＤチップに供給するドライバー回路が必要な事から、発光装置の大型化、部品点数の増加等が必須であった。

【0007】

本発明は、このような課題を解決するものであり、簡単な構成で、発光素子からの発熱を利用して、省エネルギー化を達成することを可能とする発光モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る発光モジュールは、熱伝導性の基板と、基板に実装された第１の発光素子と、基板上に配置され、外部電源からの供給された電力を前記第１の発光素子へ供給するための第１の端子対と、基板に実装された第２の発光素子と、基板と接続された熱電発電モジュールと、第１の端子対とは電気的に絶縁され、基板上に配置され、且つ、第１の発光素子が発する熱により前記熱電発電モジュールで発電された電力を第２の発光素子へ供給するための配線と、を有することを特徴とする。

【0009】

上記の発光モジュールでは、基板上に配置され、開口部を有し、且つ、第１の端子対及び配線を有する回路基板を更に有し、第１の発光素子及び第２の発光素子は、開口部の内側で前記基板上に実装されている、ことが好ましい。

【0010】

上記の発光モジュールでは、熱電発電モジュールの基板側の表面が、開口部の内側全体に対応する基板の裏側表面を覆うように配置されている、ことが好ましい。

【0011】

上記の発光モジュールでは、回路基板は、配線と接続された第２の端子対を有し、熱電発電モジュールは第２の端子対と電気的に接続されている、ことが好ましい。

【0012】

上記の発光モジュールでは、第１の発光素子の個数は、第２の発光素子の個数より多く、複数の第１の発光素子の周囲に複数の第２の発光素子が配置されている、ことが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る発光モジュールは、簡単な構成で、発光素子からの発熱を発光モジュールからの発光に転換可能な発光モジュールを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】発光モジュール１の上面図である。

【図2】発光モジュール１からソルダーマスク１３、ダム材２０及び封止材３０を取り除いた平面図である。

【図3】発光モジュール１の下面図である。

【図4】図１に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【図5】発光モジュール１の回路図である。

【図6】熱電発電モジュール５０の概要を示した図である。

【図7】発光モジュール２の平面図である。

【図8】発光モジュール３の斜視図である。

【図9】発光モジュール３の上面図である。

【図10】発光モジュール３の図９のＢ－Ｂ線における断面図である。

【図11】発光モジュール３の下面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る発光モジュールについて説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0016】

図１は、本発明の実施形態１に係る発光モジュール１の上面図であり、図２は発光モジュール１からソルダーマスク１３、ダム材２０及び封止材３０を取り除いた平面図であり、図３は発光モジュール１の下面図であり、図４は図１のＡ－Ａ線における断面図である。

【0017】

発光モジュール１は、実装基板１０の上に配置された回路基板１１、実装基板１０上に実装された複数の第１のＬＥＤチップ４１、複数の第２のＬＥＤチップ４２、ダム材２０の内側に配置された封止材３０等から構成される。また、実装基板１０の裏面には熱電発電モジュール５０が配置されている。

【0018】

実装基板１０は、複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２が実装される平坦なアルミニウム製の基板であり、図中の右上及び左下に扇状の切かけと、ネジ等で他の基板等に接続するための孔が設けられている。図１に示す実装基板１０の外形形状は一例であって、他の形状を有していても良い。実装基板１０は、複数の第１のＬＥＤチップ４１が発生した熱を、裏面に配置された熱発電モジュールへ伝える必要があるため、熱伝導性を有する事が必要であり、例えば、アルミニウム、銅、セラミック等の熱伝導性が高い材料から構成されることが好ましい。

【0019】

回路基板１１は、ガラスエポキシ素材で形成された絶縁性の基板であり、中央に開口部１２が形成され、複数の配線パターンが形成されている。配線パターンとしては、不図示の外部電源と接続される第１の一対の端子電極２１、２２、アノード側の第１の端子電極２１と接続された円弧形状の第１の配線電極２３、及び、カソード側の第１の端子電極２２と接続された円弧形状の第２の配線電極２４が、回路基板１１の上面に配置されている。また、熱電発電モジュール５０と接続される第２の一対の端子電極２５、２６、アノード側の第２の端子電極２５と接続された円弧形状の第３の配線電極２７、及び、カソード側の第２の端子電極２６と接続された円弧形状の第４の配線電極２８が、回路基板１１の上面に配置されている。

【0020】

回路基板１１上に形成された配線パターンは、例えば、金メッキ層により構成されるが、他の金属等によって構成されても良い。なお、第１及び第２の端子電極２１、２２、２５、２６の近傍に形成されている極性マーク（「＋」及び「－」）も、配線パターンと同様に、金メッキ層により構成される。図２に示すように、第１の配線電極２３及び第２の配線電極２４の外側に、第３の配線電極２７及び第４の配線電極２８が配置されているが、逆に配置しても良い。

【0021】

回路基板１１の上面は、第１の一対の端子電極２１、２２、第２の一対の端子電極２５、２６、及び、極性パターン、ダム材２０以外の表面は、短絡防止等の為に、ソルダーマスク１３によって被膜されている（図１参照）。

【0022】

発光モジュール１においては、回路基板１１の開口部１２の内側に全ての第１のＬＥＤチップ４１及び第２のＬＥＤチップ４２が実装されているので、開口部１２の内側における実装基板１０の表面は、ＬＥＤチップの実装領域１４という事ができる。

【0023】

発光モジュール１において、発光素子の一例として用いられている第１のＬＥＤチップ４１及び第２のＬＥＤチップ４２は共に、発光波長帯域が４５０～４６０ｎｍ程度の青色光を発光する青色ＬＥＤ半導体素子を利用している。第１のＬＥＤチップ４１及び第２のＬＥＤチップ４２の上面には、一対の素子電極が配置され、一対の素子電極間に所定電圧以上の電圧が付与されると、流れる電流に応じた光量の青色光を出射する。

【0024】

第１のＬＥＤチップ４１は、第１の配線電極２３及び第２の配線電極２４の間に、１２個ずつ直列且つ３列並列で、計３６個が接続されている。第２のＬＥＤチップ４２は、第３の配線電極２７及び第４の配線電極２８の間に、４個ずつ直列且つ３列並列で、計１２個が接続されている。なお、第１のＬＥＤチップ４１及び第２のＬＥＤチップ４２に個数及び配列方法は一例であって、他の方式を採用しても良い。

【0025】

複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２は、金線のボンディングワイヤ４５により相互に、及び、各配線電極と接続されている。また、複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２は、例えば透明な絶縁性の接着剤（ダイボンド）などにより、実装基板１０の上面の実装領域１４に直接固定されている。

【0026】

参照符号４３で示す部品は、第１の配線電極２３と第２の配線電極２４の間に過電圧が印加されたときに第１のＬＥＤチップ４１を保護するツェナーダイオード素子である。なお、第３の配線電極２７と第４の配線電極２８の間に他のツェナーダイオード素子を配置しても良い。

【0027】

ダム材２０は、充填された封止材３０の流出を防ぐ円環状の枠体であり、回路基板１１上の第１の配線電極２３、第２の配線電極２４、第３の配線電極２７、第４の配線電極２８、及び、ツェナーダイオード素子４３と重なる位置に配置される。ダム材２０は、また、複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２を取り囲むように形成されている。ダム材２０は、シリコーン樹脂に酸化チタン（又はシリカ）を混合した反射性の白色樹脂で構成されており、複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２から側方に出射された光を反射させる。発光モジュール１では、複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２からの出射光が実装基板１０およびダム材２０によって上方に反射するので、出射効率が高い。

【0028】

図２においては、ダム材２０の基部の位置を点線で示している。なお、図１では、ダム材２０の幅が、図２に示したダム材２０の幅より狭くなっているが、それは封止材３０がダム材２０の上部まで充填されているからである。図２に示したダム材２０の外形形状は一例であって、楕円形上、矩形形状、又は、多角形形状としても良い。

【0029】

封止材３０は、回路基板１１上に配置されたダム材２０で囲まれる部分に注入（充填）されて略円板状に硬化され、複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２を一体に被覆し保護（封止）する。封止材３０としてシリコーン樹脂が用いられるが、封止材３０として、無色かつ透明で且つ２５０℃程度の耐熱性を有する他の樹脂、及び、２５０～３５０℃程度の耐熱性を有するガラス材を利用しても良い。

【0030】

封止材３０には、複数の第１のＬＥＤチップ４１及び複数の第２のＬＥＤチップ４２からの出射光の波長を変換する蛍光体が混入されている。封止材３０は、こうした蛍光体として、ＹＡＧ（yttrium aluminum garnet）などの黄色蛍光体を含有する。発光モジュール１は、青色ＬＥＤ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。

【0031】

前述した黄色蛍光体は一例であって、封止材３０は、他の蛍光体を含有することもできる。例えば、封止材３０は、緑色蛍光体と赤色蛍光体の２種類を含有してもよい。この場合、発光モジュール１は、青色ＬＥＤ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。緑色蛍光体としては、青色ＬＥＤが出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、（ＢａＳｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺などの粒子状の蛍光体材料を用いることができる。赤色蛍光体としては、青色ＬＥＤが出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換する、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺などの粒子状の蛍光体材料を用いることができる。

【0032】

前述した緑色蛍光体及び赤色蛍光体は一例であって、封止材３０は、前述した黄色蛍光体に少量の緑色蛍光体や少量の赤色蛍光体を添加しても良い。この場合、発光モジュール１は、青色ＬＥＤ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基本とし、同じく励起された緑色光や赤色光も混合されることで、前述の組み合わせほどではないが、演色性を高めた白色光を出射することができる。

【0033】

熱電発電モジュール５０は、ゼーベック効果を用いた発電モジュールで、モジュールの上下面に温度差が生じると熱電変換材料が起電力を発生し、これに伴う電力を取り出すことができる様に構成されおり、詳細な構造については後述する。なお、熱電発電モジュール５０として、異常ネルンストン効果、スピンゼーベック効果、ナローバンドギャップ効果等の他の方式に基づく熱電発電モジュールを用いても良い。

【0034】

熱電発電モジュール５０は耐熱性接着材により実装基板１０の裏面に接着されており、主に、第１のＬＥＤチップ４１が発光時に発生する熱を利用して、第３の一対の端子電極５１、５２間に起電力を発生する。プラス側の第３の端子電極５１は、絶縁被膜を伴った導線５３によって、アノード側の第２の端子電極２５と接続され、マイナス側の第３の端子電極５２は、絶縁被膜を伴った導線５４によって、カソード側の第２の端子電極２６と接続されている。このような構成によって、熱電発電モジュール５０が発電した電力が、第２のＬＥＤチップ４２へ供給されることとなる。

【0035】

図３では、熱電発電モジュール５０の配置位置を示すために、図２と同様に、ダム材２０の基部の位置を点線で示している。全ての複数の第１のＬＥＤチップ４１は、開口部１２の内側に配置されているので、熱電発電モジュール５０の実装基板１０側の表面が、開口部１２の内側全体に対応する実装基板１０の裏側両面を覆うように配置されている。

【0036】

図５は、発光モジュール１の回路図である。

【0037】

発光モジュール１では、外部電源１００から、所定の電圧が第１の端子電極２１及び２２に印加されると、第１の配線電極２３及び第２の配線電極２４間に接続された複数の第１のＬＥＤチップ４１が点灯する。熱電発電モジュール５０から所定の電圧が、導線５３、５４を経由して、第２の端子電極２５及び２６に印加されると、第３の配線電極２７及び第４の配線電極２８間に接続された複数の第２のＬＥＤチップ４２が点灯する。

【0038】

また、ツェナーダイオード素子４３が、第１の配線電極２３及び第２の配線電極２４との間に配置されている。

【0039】

図６は、熱電発電モジュール５０の概要を示した図である。

【0040】

熱電発電モジュール５０は、セラミック等で形成された第１基板６１及び第２基板６２、第１基板６１に配置された第１電極６３、第１電極６３と接続されたｐ型熱電導体６６及びｎ型熱電導体６７、及び、外枠６８等を含んで構成されている。また、ｐ型熱電導体６６は第２基板６２上に配置された第２電極６４と接続され、ｎ型熱電導体６７は第２基板６２上に配置された第３電極６５と接続され、第２電極６４は端子電極５１と接続され、第３電極６５は端子電極５２と接続されている。

【0041】

第１基板６１は高熱側である実装基板１０の裏面に配置されている。ゼーベック効果により、第１基板６１側が第２基板６２側より高熱となると、ｐ型熱電導体６６では第１電極６３から第２電極６４に向けて正孔が移動し、ｎ型熱電導体６７では第１電極６３から第３電極６５に向けて電子が移動して、第３の一対の端子電極５１、５２間に電流が流れるようになる。

【0042】

上述した熱電発電モジュール５０の構成は一例であって、他の熱電発電モジュールを利用しても良い。

【0043】

以下、発光モジュール１の動作について説明する。

【0044】

外部電源１００から供給された電力により第１のＬＥＤチップ４１が発光し、発光に伴って発生する熱が、実装基板１０を介して、熱電発電モジュール５０の実装基板１０と接合している側の面を加熱する。すると、熱電発電モジュール５０が発電し、発電による電力が第２のＬＥＤチップ４２に供給されて第２のＬＥＤチップ４２が発光する。したがって、これまで、廃棄されていた熱を利用して、第２のＬＥＤチップ４２を点灯させているので、発光モジュール１の発光光量が、第２のＬＥＤチップの発光光量分だけ、外部電源からの供給電力のみよりも増加することとなる。

【0045】

熱電発電モジュール５０の受熱面である第１基板６１は、実装基板１０の裏面において、少なくとも、実装領域１４全体を覆うように配置されているので、外部電源から供給される電力によって発光する複数の第１のＬＥＤチップ４１が発する熱を効率良く利用することが可能となる。

【0046】

発光モジュール１では、外部電源から供給される電力によって発光する複数の第１のＬＥＤチップ４１の周囲に、熱電発電モジュール５０から供給される電力によって発光する複数の第２のＬＥＤチップ４２を配置している。これは、熱電発電モジュール５０による起電力が常に一定でなく、その為に複数の第２のＬＥＤチップ４２の発光光量が常に一定でない場合にも、発光モジュール１の発光プロファイルに大きな影響を与えない為である。複数の第１のＬＥＤチップ４１の個数と複数の第２のＬＥＤチップ４２の個数は任意に選択することが可能である。しかしながら、熱電発電モジュール５０による起電力が常に一定でない場合を考慮して、第２のＬＥＤチップ４２の個数を、第１のＬＥＤチップ４１の個数より少なく、例えば、１／３以下とすることが好ましい。

【0047】

発光モジュール１では、熱電発電モジュール５０から供給される電力を調整及び／又は蓄電する電子回路を設けていない。例えば、熱電発電モジュール５０及び外部電源から供給される電力を合わせて、所定のＬＥＤチップ等に供給するようにするためには、熱電発電モジュール５０から供給される電力を昇圧や所定電圧に維持する機能を有するドライバー回路等が必要となり、コストアップ且つモジュールの大型化を招くこととなる。また、ＬＥＤチップは、順方向降下電圧（Ｖｆ：約３（ｖ））以上の電圧が印加されないと発光しない。そこで、発光モジュール１では、外部電源から供給される電力により第１のＬＥＤチップ４１を発光させる系統と、熱電発電モジュール５０から供給される電力により第２のＬＥＤチップ４２を発光させる系統を分離している。また、発光モジュール１では、熱電発電モジュール５０に第２のＬＥＤチップ４２を直接接続しており、接続される第２のＬＥＤチップ４２に相当するＶｆ以上の起電力（図２の例では、３．０×４＝１２（ｖ））が熱電発電モジュール５０で発生しなければ第２のＬＥＤチップ４２は発光しないので、補助的回路を設けなくても問題は生じない。熱電発電モジュール５０を利用する場合、温度差に応じて起電力が変動する為、通常は電圧を昇圧や所定電圧に維持する機能を有する補助的回路等が必要となるが、Ｖｆ以上の電圧が印加されないと発光しないＬＥＤチップと組み合わせて使用する際には、補助的回路無しでも問題は生じない。

【0048】

図７は、実施形態１の変形例である、発光モジュール２の平面図である。

【0049】

図７では、発光モジュール２から封止材３０、ボンディングワイヤ４５、不図示の熱電発電モジュール５０からの導線５３、５４を除いて示している。発光モジュール２において、発光モジュールと同じ構成には同じ番号を付している。発光モジュール２では、実装基板１０の形状、第１の一対の端子電極２１、２２及び第２の一対の端子電極２５、２６の形状、及び、第１のＬＥＤチップ４１及び第２のＬＥＤチップ４２の個数を除いて、発光モジュール１と同等の構成を有している。

【0050】

図７に示すように、発光モジュール２は、３４２個の第１のＬＥＤチップ４１、及び、３８個の第２のＬＥＤチップ４２を有しており、第１のＬＥＤチップ４１の周囲に第２のＬＥＤチップ４２が配置されている。なお、図７において、第２のＬＥＤチップ４２と明示していないＬＥＤチップは全て第１のＬＥＤチップである。

【0051】

発光モジュール２においても、不図示の外部電源から電力の供給を受けて複数の第１のＬＥＤチップが点灯し、点灯に伴って発生する熱を利用して熱電発電モジュール５０が発電を行う。熱電発電モジュール５０から電力の供給を受けて複数の第２のＬＥＤチップ４２が点灯する。上述したように、第１のＬＥＤチップ４１及び第２のＬＥＤチップ４２の個数は任意である。

【0052】

上述した実施形態１及び２では、発光モジュールの発光素子として、発光波長帯域が４５０～４６０ｎｍ程度の青色光を発光する青色ＬＥＤ半導体素子である第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップを用いている。しかしながら、発光素子として、可視光領域の光を出射するＬＥＤチップ、紫外線（発光波長帯域：２００～４６０ｎｍ）を出射するＵＶチップ、及び、赤外線（発光波長帯域：７００～１０００ｎｍ）を出射するＩＲ（infra）チップ等を利用することが可能である。

【0053】

上述した実施形態１及び２では、外部電源から電力の供給を受けて発光する第１の発光素子と、熱電発電モジュール５０からの電力の供給を受けて発光する第２の発光素子を同じ発光波長帯域を有する発光素子としていた。しかしながら、第１の発光素子と第２の発光素子の発光波長帯域を異なるように設定しても良い。

【0054】

図８は、本発明の実施形態２に係る発光モジュール３の斜視図であり、図９は発光モジュール３の上面図であり、図１０は発光モジュール３の図９のＢ－Ｂ線における断面図であり、図１１は発光モジュール３の下面図である。

【0055】

発光モジュール３は、発光素子として、紫外線を出射するＵＶチップを利用している。ＵＶチップは、防湿性を確保する必要があり、ＵＶチップは枠体及び光学素子によって封止する必要があるが、枠体や封止をするための接着材が樹脂で形成されている場合、ＵＶチップから出射される紫外線により樹脂が劣化する可能性があった。そこで、発光モジュール３では、ＵＶチップを囲むように金属枠体を配置して、紫外線よる劣化を防止している。

【0056】

また、ＵＶチップから出射される紫外線は、可視光とは異なり、人の目には識別がし難い。そこで、発光モジュール３では、ＵＶチップが紫外線を出射しているか否かを表示するインジケータを設け、ＵＶチップが紫外線を出射しているか否かを判別し易くしている。

【0057】

さらに、発光モジュール３では、上述した発光モジュール１及び２と同様に、ＵＶチップから発せられる熱により発電する熱電発電モジュールを有し、熱電発電モジュールから供給される電力によってインジケータを動作させているので、インジケータを駆動するための電極を外部電源から供給する必要がない。

【0058】

発光モジュール３は、基板１１１と、配線パターン１２０と、第１電極１３１と、第２電極１３２と、ＵＶチップ１１４と、保護素子１１５と、金属枠体１１６と、樹脂枠体１１７と、密封部材１１８、インジケータ１４０、熱電発電モジュール１５０等を有する。

【0059】

基板１１１は、窒化アルミ又は酸化アルミ（アルミナ）等の、熱伝導率の高い絶縁性のセラミックにより矩形の平板状に形成される。基板１１１は、例えば、３８０μｍの厚さを有する。基板１１１は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はポリエステル樹脂等の絶縁性の樹脂により形成されてもよい。また、図１０及び図１１に示すように、基板１１１の裏面には凹部１３５が形成され、凹部１３５内に熱電発電モジュール１５０が配置されている。

【0060】

配線パターン１２０は、第１配線パターン１２１及び第２配線パターン１２２を有する。第１配線パターン１２１及び第２配線パターン１２２は、それぞれ導電性の金属により形成され、基板１１１の上面に相互に離間して配置される。第１配線パターン１２１及び第２配線パターン１２２は、複数の金属層を積層されることにより形成され、例えば、約３０μｍの厚さを有する。複数の金属層の層構成については後述する。

【0061】

第１電極１３１及び第２電極１３２は、それぞれ銅、銀、タングステン、アルミニウム等の導電性の金属で形成され、基板１１１の下面に相互に離間して配置される。第１電極１３１及び第２電極１３２は、基板１１１の上下を貫通する貫通孔を介して、それぞれ第１配線パターン１２１及び第２配線パターン１２２と電気的に接続される。

【0062】

ＵＶチップ１１４は、紫外光を出射するＳＭＤ（Surface Mount Device）型の発光素子である。ＵＶチップ１１４は、第１配線パターン１２１の上面と第２配線パターン１２２の上面とにまたがって配置される。ＵＶチップ１１４の下面にはアノード及びカソードが形成され、アノード及びカソードは、第１配線パターン１２１及び第２配線パターン１２２とそれぞれ接合されて導通する。ＵＶチップ１１４は、第１配線パターン１２１及び第２配線パターン１２２から電流を供給されることにより、紫外光を出射する。

【0063】

ＵＶチップ１１４は、２００ｎｍ－３８０ｎｍの波長を有する紫外光を出射する。例えば、ＵＶチップ１１４は、２００ｎｍ－２８０ｎｍの波長を有するＵＶ（Ultra-Violet）－Ｃの光を出射する。このような例に限られず、ＵＶチップ１１４は、２８０ｎｍ－３１５ｎｍの波長を有するＵＶ－Ｂ又は３１５ｎｍ－３８０ｎｍの波長を有するＵＶ－Ａの光を出射するものでもよい。また、ＵＶチップ１１４は、例えば、各辺が６５０μｍの矩形の平面形状を有し、２００μｍの高さを有する。

【0064】

保護素子１１５は、ツェナーダイオードである。保護素子１１５は、第１配線パターン１２１の上面と第２配線パターン１２２の上面とにまたがって配置される。保護素子１１５の下面にはアノード及びカソードが形成され、アノード及びカソードは、第２配線パターン１２２及び第１配線パターン１２１とそれぞれ接合されて導通する。これにより、ＵＶチップ１１４に過電圧が印可されることが防止され、ＵＶチップ１１４が保護される。なお、保護素子１５は、バリスタでもよい。

【0065】

金属枠体１１６は、配線パターン１２０、ＵＶチップ１１４及び保護素子１１５の側方を矩形状に切れ目なく囲むように、配線パターン１２０と離間し且つ絶縁されて基板１１１の上面に配置される。金属枠体１１６は、複数の金属層を積層されることにより、その上面がＵＶチップ１１４の上面及び保護素子１１５の上面よりも上に位置するような高さに形成され、例えば、４５０μｍの高さに形成される。複数の金属層の層構成については後述する。

【0066】

樹脂枠体１１７は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はポリエステル樹脂等の樹脂により形成され、金属枠体１１６の外周側面を被覆するように、基板１１１の上面に配置される。すなわち、樹脂枠体１１７は、金属枠体１１６とともに、配線パターン１２０、ＵＶチップ１１４及び保護素子１１５の側方を囲むように配置される。樹脂枠体１１７は、金属枠体１１６の外周側面が露出して外気に触れないように、金属枠体１１６の外周側面の全部を被覆する。また、樹脂枠体１１７は、金属枠体１１６の外部において基板１１１の上面が露出しないように、基板１１１の、金属枠体１１６の外部の領域の全部にわたって形成される。樹脂枠体１１７は、金属枠体１１６と略同一の高さを有する。

【0067】

密封部材１１８は、石英ガラス等のガラス又は透光性を有する樹脂により形成される平板であり、ＵＶチップ１１４の上方に配置される。密封部材１８は、ＵＶチップ１１４からの紫外光を透過させ、発光モジュール３の外部に出射させる。また、密封部材１１８は、金属枠体１１６の上面と接合されることにより、ＵＶチップ１１４を気密封止する。密封部材１１８と金属枠体１１６とは気密性が高まる金属接合で接合されてもよい。これにより、ＵＶチップ１１４のアノード及びカソード、ＵＶチップ１１４と配線パターン１２０を接合する金錫層等が湿度により劣化することが防止される。密封部材１１８は、レンズ、拡散板、光学フィルタ等の、ＵＶチップ１１４からの紫外光に光学的作用を及ぼす光学素子であってもよい。また、密封部材１１８は、その一部のみが透光性を有するガラス又は樹脂により形成され、他の部分は透光性を有しない部材により形成されてもよい。

【0068】

インジケータ１４０は、可視光を出射するＬＥＤチップ（不図示）を含み、図１１に示すインジケータ１４０の下部のアノード側電極１４１及びカソード側電極１４２間に所定の電圧が印加されると、ＬＥＤチップが発光するように構成されている。ＬＥＤチップは、例えば、赤色の発光波長帯域を有する発光素子であり、ＬＥＤチップが発光すると、インジケータ１４０の窓部１４１が赤く点灯する。なお、図８～図１１では、インジケータ１４０が、基板１１１から外へはみ出る様に配置されているが、発光モジュール３の外形形状がインジケータ１４０を含めても矩形形状となるように、基板１１１及びインジケータ１４０の形状を変形させても良い。また、インジケータ１４０内のＬＥＤチップの発光波長帯域は赤色でなくても、ユーザへ注意喚起が行えるような色であれば、他の色であっても良い。

【0069】

熱電発電モジュール１５０は、熱電発電モジュール５０と同様に、モジュールの上下面に温度差が生じると熱電変換材料が起電力を発生し、これに伴う電力を取り出すことができる様に構成されている。熱電発電モジュール１５０は耐熱性接着材により基板１１１の下面に設けられた凹部１３５内に接着されており、ＵＶチップ１１４の発光時に発生する熱を利用して、端子電極１５１、１５２間に起電力を発生する。プラス側の端子電極１５１は、絶縁被膜を伴った導線１５３によって、アノード側電極１４１と接続され、マイナス側の端子電極１５２は、絶縁被膜を伴った導線１５４によって、カソード側電極１４２と接続されている。このような構成によって、熱電発電モジュール１５０が発電した電力が、インジケータ１４０内のＬＥＤチップへ供給されることとなる。なお、図９において、点線１５０で示した箇所が、熱電発電モジュール１５０が配置されている箇所である。

【0070】

外部電源（不図示）から所定の電圧が第１電極１３１及び第２電極１３２間に供給されると、ＵＶチップ１１４が発光し、紫外線を密封部材１１８を介して外部に出射する。ＵＶチップ１１４が発光し、発光に伴って発生する熱が、基板１１１を介して、熱電発電モジュール１５０の基板１１１と接合している側の面を加熱する。すると、熱電発電モジュール１５０が発電し、発電による電力がインジケータ１４０内のＬＥＤチップに供給されて発光する。インジケータ１４０の窓部１４１が赤く点灯することによって、ユーザは、確かにＵＶチップ１１４から紫外線を出力していることを確認できる。このような構成によって、発光モジュール３では、簡単な構成によって、これまで廃棄されていた熱を利用して、インジケータ１４０内のＬＥＤチップを点灯させることが可能となった。

【符号の説明】

【0071】

１、２、３ 発光モジュール
１０ 実装基板
２０ ダム材
３０ 封止材
４１ 第１のＬＥＤチップ
４２ 第２のＬＥＤチップ
５０、１５０ 熱電発電モジュール
１１４ ＵＶチップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】