JP2009199977A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光素子が搭載されていても、発光素子で発生した熱を効率よく放熱することにより、発光素子の輝度の低下や故障を防ぎ、高い出力を維持しつつも故障の少ない信頼性の高い照明装置を提供する。
【解決手段】離間した状態で設けられた複数の金属板２と、この金属板２に搭載された複数の発光素子３と、隣接する金属板２を接続固定するとともに発光素子３のハウジングとして機能する絶縁部４と、絶縁部４によって形成される領域に発光素子３を樹脂封止するように成形された樹脂封止部５とを備える。発光素子３が金属板２にダイボンディングされていることにより、発光素子３で発生した熱は、金属板２に直接伝わり、金属板２の表面全体から放熱することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子から発生した熱を効率よく放熱することが可能な照明装置に関する。

鉄道や交通の信号灯、警告灯、表示灯や自動車のランプなどにおいて、複数の発光素子を基板に搭載した照明装置が用いられている。発光素子は発光する際に発熱するが、発光素子は温度が高くなればなるほど発光効率が落ちたり、故障が発生したりするなど信頼性が低下するので、効率よく放熱して、発光素子の輝度の低下や故障を防ぐことが必要となる。

例えば、非特許文献１には、配線基板上に搭載された発光素子を樹脂封止した半導体発光装置を銅板上に搭載した照明装置が記載されている。この照明装置は、熱伝導率の高い銅板上に半導体発光装置を搭載することで、半導体発光装置の発光素子から発生した熱を金属板から効率よく放熱し、発光素子の高温化を防いでいる。
"Ｍモジュール"，〔online〕，森山産業株式会社，〔平成２０年２月１２日検索〕，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.moriyama-corp.co.jp/product1/product1_06/frame.htm＞

照明装置においては、発光素子を高輝度化させることで照明装置全体の出力をさらに上げることが望まれている。発光素子の高輝度化が進むにつれて、発光素子にさらに大きな電流を流すことになるので、これに伴い、発光素子から発生する熱をさらに効率よく放熱することが必要である。

そこで、本発明は、複数の発光素子が搭載されていても、発光素子で発生した熱を効率よく放熱することにより、発光素子の輝度の低下や故障を防ぎ、高い出力を維持しつつも故障の少ない信頼性の高い照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、複数の金属板が離間した状態で設けられ、複数の発光素子が、直列接続となるように、それぞれ隣接する金属板の一方にダイボンディングされ、他方にワイヤボンディングされていることを特徴とする。

本発明の照明装置によれば、複数の発光素子が直列接続となるように、金属板に直接ダイボンディングされており、複数の発光素子を搭載した照明装置であっても、発光素子から発生した熱を効率よく金属板から放熱することができるので、発光素子の輝度の低下や故障を防ぐことができ、高い出力を維持しつつも、故障の少ない信頼性の高い照明装置とすることができる。

本願の第１の発明は、複数の金属板が離間した状態で設けられ、複数の発光素子が、直列接続となるように、それぞれ隣接する金属板の一方にダイボンディングされ、他方にワイヤボンディングされていることを特徴とする。

発光素子は、直列接続となるように複数の金属板にそれぞれ搭載されている。離間した状態で設けられた金属板のうち、両端の金属板を電源に接続すると、金属板を介して、複数の発光素子にはそれぞれ電流が流れる。このように発光素子に電流が流れることにより、発光素子は発光する。複数の発光素子は、それぞれ金属板に直接ダイボンディングされているので、複数の発光素子から発生した熱は、それぞれの発光素子の底面から直接金属板に伝わる。そして、金属板の表面から雰囲気中に放熱される。このようにして、複数の発光素子を搭載する照明装置であっても、それぞれの発光素子で発生した熱は、発光素子がダイボンディングされている金属板に直接伝わり、そして金属板の表面全体から放熱されるので、これにより、発光素子に大電流を流しても、それぞれの発光素子の温度上昇を抑えることができ、輝度を向上させることができる。また、発光素子の故障を防ぐとともに寿命を長くすることもできる。このように、本発明の照明装置によれば、高い出力を維持しつつも故障の少ない信頼性の高い照明装置とすることができる。

本願の第２の発明は、本願の第１の発明において、発光素子とワイヤとを封止する樹脂封止部が、隣接する金属板に跨るように形成されていることを特徴とする。

発光素子を封止する樹脂封止部が、隣接する金属板に跨るように形成されていることにより、発光素子とワイヤとを保護しつつも、発光素子で発生した熱を、発光素子の底面から金属板に伝えるだけでなく、樹脂封止部を通してワイヤボンディングされている金属板の方へも伝えることができ、隣接する金属板のそれぞれから放熱させることができる。これにより、さらに高い効率で放熱することが可能な照明装置とすることができる。

本願の第３の発明は、本願の第１または第２の発明において、隣接する金属板の間には、発光素子が並列に複数個接続されていることを特徴とする。

隣接する金属板の間には、複数個の発光素子が、直列だけでなく並列にも搭載されていることにより、表示面積の大きな照明装置とすることができる。このように、隣接する金属板の間に、発光素子が並列に複数個接続されていても、それぞれの発光素子から発生した熱は金属板の表面全体から放熱することができるので、発光素子の搭載数が多くなっても、高い出力を維持しつつ、また、故障の少ない照明装置とすることができる。

本願の第４の発明は、本願の第１から第３のいずれかの発明において、隣接する金属板をそれぞれ接続固定する絶縁部が備えられていることを特徴とする。

絶縁部が、隣接する金属板を接続固定するので、離間した状態で設けられた複数の金属板を一体的に形成することができ、照明装置を保持する筐体などに、簡単に取り付けることが可能となる。

本願の第５の発明は、本願の第４の発明において、絶縁部は、隣接する他の絶縁部と補強部により接続されていることを特徴としたものである。

隣接する絶縁部同士を接続する補強部が設けられていることで電極として機能する金属板が離間して配置されていても、機械的な強度を向上させることができる。

（実施の形態１）
以下、図面を用いて本発明の実施の形態１における照明装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における照明装置の平面図である。図２は、図１の側面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態１における照明装置１は、離間した状態で設けられた複数の金属板２と、この金属板２に搭載された複数の発光素子３と、隣接する金属板２を接続固定するとともに発光素子３のハウジングとして機能する絶縁部４と、絶縁部４によって形成される領域に発光素子３を樹脂封止するように成形された樹脂封止部５とを備える。そして、発光素子３と絶縁部４と樹脂封止部５とは、本実施の形態１の照明装置１における発光部１０として機能する。

金属板２は、熱伝導率の高いＣｕ系素材若しくはＦｅ系素材から形成された金属製の薄板である。金属板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはそれぞれ、後述する絶縁部４の接続部を介して、わずかな隙間をあけた状態で設けられている。

発光素子３は、ＧａＮなどの導電性基板の上に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が順に積層された半導体発光素子である。このような発光素子３は、底面側を一方の金属板２にダイボンディングし、発光素子３の上面側と他方の金属板２とを導電ワイヤ６によりワイヤボンディングすることにより、隣接する金属板と導通接続する。発光素子３は、離間した状態で設けられた複数の金属板２にそれぞれ直列また並列となるように搭載されている。

例えば、発光素子３ａは、隣接する金属板２ａ，２ｂのうち、一方の金属板２ａの側部にダイボンディングされている。そして、他方の金属板２ｂの、金属板２ａに隣接する側の側部と発光素子３の上面側とが導電ワイヤ６によりワイヤボンディングされている。このようにすることで、発光素子３ａの裏面側のｎ電極と金属板２ａとを導通接続し、上面側のｐ電極と金属板２ｂとを導通接続することができる。

また、発光素子３ｂは、発光素子３ａと同様に、隣接する金属板２ｂ，２ｃのうち、金属板２ｂの、金属板２ｃに隣接する側の側部にダイボンディングされ、金属板２ｃにワイヤボンディングされている。さらに、発光素子３ｃも、発光素子３ａおよび発光素子３ｂと同様に、隣接する金属板２ｃ，２ｄの間に搭載されている。

このように、発光素子３ａ〜３ｃはそれぞれ金属板２ａ〜２ｄの間に直列接続となるように搭載され、またそれぞれの隣接する金属板２との間で導通接続されている。

また、金属板２ａには、発光素子３ａと並列に発光素子３ｄ，３ｅがダイボンディングされ、それぞれの発光素子３ｄ，３ｅから導電ワイヤ６が金属板２ｂにワイヤボンディングされている。同様に、隣接する金属板２ｂと２ｃの間には発光素子３ｂと並列に発光素子３ｆ，３ｇが、また、隣接する金属板２ｃと２ｄとの間には発光素子３ｃと並列に発光素子３ｈ，３ｉがそれぞれ搭載されている。

このように、発光素子３ａ〜３ｃを直列接続となるように搭載し、また、隣接する金属板２の間に、発光素子３ａ〜３ｃのそれぞれと並列となるように発光素子３ｄ〜３ｉを搭載することにより、複数の金属板２のうち、両端となる金属板２ａおよび金属板２ｄを電源に接続すると、金属板２ａ〜２ｄを介して、すべての発光素子３に電流が流れ、発光素子３はそれぞれ発光する。

また、本実施の形態１における照明装置１は、複数の発光素子３のそれぞれを、隣接する金属板２の一方にダイボンディングし、他方にワイヤボンディングすることによって導通接続しているので、金属板２の表面には、発光素子３を搭載する配線基板のように配線パターンを形成する必要がなく、金属板２の表面積のうち、発光部１０を除いた面積分だけの放熱面積が確保される。

絶縁部４は、発光素子３を搭載する位置にそれぞれ形成されている。図１および図２に示すように、絶縁部４は、発光素子３が発光した光の出射方向へ向かって徐々に開口面積が広がるように形成され、発光素子３の側方に出射された光を反射して、主光取り出し側となる方向へと出射させる反射部４ｃと、この反射部４ｃに連設され、隣接する金属板２の離間した部分を埋めるように形成された接続部４ｂと、この接続部４ｂに連設され、隣接する２枚の金属板２を反射部４ｃとの間に挟み込むようにして形成された挟持部４ａとを備える。

絶縁部４は、金型で金属板２を上下から型締めし、金型内に形成されたキャビティに樹脂を注入することによって、隣接する金属板２に跨るように形成される。このように、絶縁部４は、接続部４ｂを介して、挟持部４ａと反射部４ｃとで離間して設けられた金属板２を挟み込むように形成されているので、複数の金属板２は、分散せずに一体に保持される。

樹脂封止部５は、発光素子３と導電ワイヤ６とを封止して保護するものであり、絶縁部４の反射部４ｃによって形成される凹部に、隣接する金属板２に跨るように形成されている。樹脂封止部５は、絶縁部４の反射部４ｃによって形成される凹部内にそれぞれ発光素子３をダイボンディングならびにワイヤボンディングしたのち、封止樹脂を注入することによって成形される。

本実施の形態１における照明装置１の複数の金属板２のうち、両端となる金属板２ａおよび金属板２ｄを電源に接続すると、金属板２に搭載されたすべての発光素子３に金属板２を介して電流が流れ、発光素子３はそれぞれ発光する。これに伴い、発光素子３が発熱するが、発光素子３は、それぞれ金属板２に直接ダイボンディングされているので、発光素子３で発生した熱は、発光素子３の裏面側のｎ電極から直接金属板２に伝わる。さらに、発光素子３で発生した熱は樹脂封止部５を通して、発光素子３の導電ワイヤ６がワイヤボンディングされている側の金属板２にも伝わる。金属板２には、上述したように配線パターンを形成する必要がなく、熱を放出する面積が大きいため、発光素子３から金属板２に伝わった熱は、発光部１０を除いた部分の表面から効率よく放熱することができる。従って、樹脂封止部５を成形する樹脂素材は、熱伝導率の高いものを採用するのが望ましい。

このようにして、複数の発光素子３を搭載する照明装置１であっても、それぞれの発光素子３で発生した熱は、発光素子３がダイボンディングされている金属板２に直接伝わり、そして金属板２の表面全体から放熱することができる。従って、それぞれの発光素子３に大きな電流を流しても、発光素子３で発生する熱を効率よく放熱して発光素子３の温度上昇を抑えることができ、発光素子３の輝度をさらに高いものとすることができる。また、発光素子３の故障を防ぐとともに寿命を長くすることもできる。このように、本実施の形態１の照明装置１によれば、高い出力を維持しつつも故障の少ない信頼性の高い照明装置１とすることができる。

また、本実施の形態１における照明装置１によれば、複数の発光素子３を直列また並列に接続する照明装置であっても、それぞれの発光素子３が直接金属板２にダイボンディングされていることにより、一対のリードフレームに発光素子をダイボンディングおよびワイヤボンディングによって導通接続した発光装置を、リードフレームを介して金属板に搭載する場合や、発光素子を基板に搭載した表面実装型の発光装置と比べて、発光素子で発生した熱を、リードフレームを介すことなく直接金属板に伝えることができるので、より高い放熱性を有する照明装置１とすることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における照明装置について図３および図４に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における照明装置の平面図である。図４は、図２の側面図である。なお、図３および図４においては、図１および図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態２における照明装置１ｘには、隣接する絶縁部４同士を接続する補強板７が設けられている。この補強板７は、絶縁部４と一体的に形成され、離間して配置された金属板２の間に金属板２を端部で挟むようにして設けられた断面がＨ状の板状部材である。

補強板７は、絶縁部４を成形するときに同時に形成することができる。補強板７を離間して配置された金属板２の間に設けることで、照明装置１ｘ全体を一体とすることができ、機械的強度を向上させることができる。また、補強板７が隣接する金属板２の隙間を埋めるように配置されているので、金属板２同士の間を跨るようにして金属製の異物が付着することで発生する短絡を防止することができる。更に、樹脂製の補強板７は、発光素子３で発生した熱を導電ワイヤ６がワイヤボンディングされている側の金属板２にも少なからず伝えることができるので、照明装置１ｘの放熱性にも寄与する。また、補強板７の表面自体からも放熱するので、更に放熱効果の向上が期待できる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、実施の形態１，２においては、発光素子３は、裏面側にｎ側電極が、上面側にｐ側電極が形成されたものであったが、これに限らず、サファイアなどの絶縁性基板の上に、ｎ型半導体層が積層され、ｎ型半導体層にｎ側電極と発光層とが積層され、発光層にｐ型半導体層とｐ側電極とが積層された発光素子を、フェイスアップで搭載したものでもよい。この場合、隣接する金属板の一方に発光素子をダイボンディングし、この金属板と他方の金属板とに、上面側に２つある電極のそれぞれから導電ワイヤによりワイヤボンディングすることで、金属板と発光素子とは導通接続される。

本発明は、複数の発光素子が搭載されていても、発光素子で発生した熱を効率よく放熱することができるので、発光素子の輝度の低下や故障を防ぎ、高い出力を維持しつつも故障の少ない信頼性の高い照明装置として有用である。

本発明の実施の形態１における照明装置の平面図 図１の側面図 本発明の実施の形態２における照明装置の平面図 図２の側面図

符号の説明

１，１ｘ 照明装置
２，２ａ〜２ｄ 金属板
３，３ａ〜３ｉ 発光素子
４ 絶縁部
４ａ 挟持部
４ｂ 接続部
４ｃ 反射部
５ 樹脂封止部
６ 導電ワイヤ
７ 補強板
１０ 発光部

Claims (5)

1. 複数の金属板が離間した状態で設けられ、
   複数の発光素子が、直列接続となるように、それぞれ隣接する金属板の一方にダイボンディングされ、他方にワイヤボンディングされている照明装置。
2. 前記発光素子と前記ワイヤとを封止する樹脂封止部が、前記隣接する金属板に跨るように形成されている請求項１記載の照明装置。
3. 前記隣接する金属板の間には、発光素子が並列に複数個搭載されている請求項１または２記載の照明装置。
4. 前記隣接する金属板をそれぞれ接続固定する絶縁部が備えられている請求項１から３のいずれかの項に記載の照明装置。
5. 前記絶縁部は、隣接する他の絶縁部と補強部により接続されている請求項４記載の照明装置。

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