JP2012253111A - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストが高くなることを回避し、発光効率の低下を抑制するとともに、製造効率の向上を図ることができる発光装置及びこの発光装置が配設された照明装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、基板２と、この基板２上に略等間隔の離間距離を空けて並べられて実装された複数の発光素子３と、一端側が前記発光素子３の電極に接続され、他端側が隣接する発光素子３の電極又は前記基板２上に形成された導電層２４に電気的に接続されたボンディングワイヤ３２と、所定数の発光素子３をボンディングワイヤ３２を含んで被覆する複数の略山形の凸状樹脂層４ａから構成されるとともに、この凸状樹脂層４ａは、発光素子３の実装ピッチＰ1より大きなピッチＰ2で配設され、かつ隣接する凸状樹脂層４ａの裾部側が連なって形成されている封止樹脂層４とを備えた発光装置１である。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、光源としてＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置及びこの発光装置が配設された照明装置に関する。

近時、光源としてＬＥＤ等の発光素子を基板に複数配設して所定の光量を得るようにする照明装置が開発されている。この照明装置は、例えば、天井面等に直接的に取付けられる、いわゆる直付タイプのベース照明として用いられており、基板に複数のＬＥＤをボンディングワイヤで電気的に接続して実装し、これら発光部の全面を蛍光体を含む封止樹脂層で覆って封止するものである。

また、基板上に実装された複数の発光素子を取り囲むように枠状にリフレクタを形成し、このリフレクタで囲まれた領域に蛍光体を含む封止樹脂を注入し、この領域全面を封止樹脂層で覆って封止するものが提案されている。

特開２００９−５４９８９号公報 特開２００８−８５３０２号公報

しかしながら、上記のように発光部の全面を封止樹脂層で覆うことは、コストが高くなり、経済的に有利ではない。また、発光素子から出射される光が封止樹脂層における表面の境界部に入射すると、これが臨界角となり、全反射し、さらに封止樹脂層内で多重反射し、発光効率の低下を来す虞がある。

本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、コストが高くなることを回避し、発光効率の低下を抑制するとともに、製造効率の向上を図ることができる発光装置及びこの発光装置が配設された照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による発光装置は、基板と、この基板上に略等間隔の離間距離を空けて並べられて実装された複数の発光素子と、一端側が前記発光素子の電極に接続され、他端側が隣接する発光素子の電極又は前記基板上に形成された導電層に電気的に接続されたボンディングワイヤとを備えている。

また、所定数の発光素子をボンディングワイヤを含んで被覆する複数の略山形の凸状樹脂層から構成されるとともに、この凸状樹脂層は、発光素子の実装ピッチより大きなピッチで配設され、かつ隣接する凸状樹脂層の裾部側が連なって形成されている封止樹脂層を備えている。

本発明の実施形態によれば、コスト的に有利であるとともに、製造効率の向上を図ることができる発光装置及び照明装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置を表面側から見て示す平面図である。 図１におけるＸ−Ｘ線に沿う模式的断面図である。 図２における一部を拡大して示す断面図である。 図３に相当する要部を示す説明図である。 発光装置が配設された照明装置を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光装置を表面側から見て示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る発光装置を示す図３に相当する断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る発光装置を表面側から見て示す平面図である。 図８におけるＸ−Ｘ線に沿う模式的断面図である 図９における一部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、発光装置の平面を示し、図２は、図１におけるＸ−Ｘ線に沿う断面を示している。また、図３は、図２における要部の拡大図を示し、図４は、要部の拡大説明図であり、図５は、この発光装置が配設された照明装置の斜視図を示している。なお、各図において同一部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。
図１乃至図３に示すように、発光装置１は、基板２と、複数の発光素子３と、各発光素子３を覆う封止樹脂層４とを備えている。

基板２は、ガラスエポキシ樹脂等の材料で長方形状に形成されている。基板２の厚さ寸法は、０．５ｍｍ以上１．８ｍｍ以下が好ましく、本実施形態では、約１ｍｍのものを適用している。

基板２の形状は、長方形状に限らない。正方形状や円形状のものが適用できる。また、基板２の材料には、セラミックス材料又は他の合成樹脂材料を適用できる。さらに、各発光素子３の放熱性を高めるうえで、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れたべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を適用することができる。

基板２上には、実装パッド２１が形成され、電源供給コネクタ２２及び送り用電源供給コネクタ２３が設けられている。実装パッド２１は、図２及び図３に示すように、基板２の長手方向に沿って細長の長方形状に形成されていて、これが２列にわたって設けられている。

実装パッド２１は、発光素子３が実装される領域であり、その表面が反射層として機能するようになっており、さらに、発光素子３から発生する熱を放熱する放熱層としての機能を併せ持っている。この実装パッド２１の長手方向の両端には、電源供給コネクタ２２及び送り用電源供給コネクタ２３が設けられており、例えば、基板２を複数枚長手方向に連結して照明装置に配設する場合に相互の電気的接続を行うために用いられる。

図３に示すように、実装パッド２１は、三層構成であり、基板２の表面上に第一層２Ａとして銅（Ｃｕ）、第二層２Ｂとしてニッケル（Ｎｉ）がめっき処理されており、第三層２Ｃには、反射率の高い銀（Ａｇ）がめっき処理されている。実装パッド２１の第三層２Ｃ、すなわち、表層は、銀（Ａｇ）めっきが施されて反射層が形成されており、全光線反射率は、９０％と高いものとなっている。

この電解めっき処理においては、第二層２Ｂのニッケル（Ｎｉ）の膜厚は、５μｍ以上、第三層２Ｃの銀（Ａｇ）の膜厚は、１μｍ以上に形成するのが好ましく、このような膜厚寸法にすることにより、均一な膜厚形成が実現され反射率の均一化が可能となる。

また、基板２の表層には、発光素子３の実装領域や部品の実装部分を除いて、ほとんど全面に反射率の高い白色のレジスト層が積層されている。この白色のレジスト層は、反射層として機能し、これにより発光素子３が放射した光のうちで横方向へ向かった光は、反射率の高い白色のレジスト層の表面で反射され前面側へ放射される。

複数の発光素子３は、ＬＥＤのベアチップからなる。ＬＥＤのベアチップには、例えば、白色系の光を発光部で発光させるために、青色の光を発するものが用いられている。このＬＥＤのベアチップは、シリコーン樹脂系の絶縁性接着剤３１を用いて、実装パッド２１１３上に接着されている。これら複数の発光素子３は、長手方向に沿って実装パッド２１上に略等間隔の離間距離を空けて並べられて実装され、２列の発光素子列を形成している。
つまり、複数の発光素子３は、一定の実装ピッチＰ1で配設されている。

ＬＥＤのベアチップは、例えば、ＩｎＧａＮ系の素子であり、透光性のサファイア素子基板に発光層が積層されており、発光層は、ｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮ発光層と、ｐ型窒化物半導体層とが順次積層されて形成されている。そして、発光層に電流を流すための電極は、ｐ型窒化物半導体層上にｐ型電極パッドで形成されたプラス側電極と、ｎ型窒化物半導体層上にｎ型電極パッドで形成されたマイナス側電極とで構成されている。これら電極は、ボンディングワイヤ３２により電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３２は、金（Ａｕ）の細線からなっており、実装強度の向上とＬＥＤのベアチップの損傷を低減するため金（Ａｕ）を主成分とするバンプを介して接続されている。
なお、ボンディングワイヤ３２には、金（Ａｕ）の細線を用いることが好ましいが、これ以外の金属細線を用いることもできる。

発光素子３の具体的な電気的接続は、次のように行われている。個々の発光素子列において、その列が延びる方向に隣接された発光素子３の異極の電極同士、つまり、隣接された発光素子３の内で一方の発光素子３のプラス側電極と、隣接された発光素子３の内で他方の発光素子３のマイナス側電極とがボンディングワイヤ３２で順次接続されている。これによって、個々の発光素子列を構成する複数の発光素子３は電気的に直列に接続される。

この場合、ボンディングワイヤ３２は、一端側が隣接された発光素子３の内で一方の発光素子３の例えば、プラス側電極に接合され、他端側が隣接された発光素子３の内で他方の発光素子３の例えば、マイナス側電極に接合され、上側が凸となるような頂部を有するループ状に形成される。

封止樹脂層４は、透光性合成樹脂、例えば、所定の弾性を有する透明シリコーン樹脂製であり、ＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体を適量含有した蛍光体層である。封止樹脂層４は、複数の凸状樹脂層４ａの集合から構成されている。個々の凸状樹脂層４ａは、略山形の形状をなしていて、円弧状の凸状をなし、その裾部側において隣接する凸状樹脂層４ａと連なるように連続して封止樹脂層４として一体的に形成されている。
また、凸状樹脂層４ａは、複数の発光素子３の実装ピッチＰ1とずらせて、発光素子の実装ピッチＰ1より大きなピッチＰ2で配設されている。

すなわち、図４に示すように、発光素子３の実装ピッチＰ1と凸状樹脂層４ａの配設ピッチＰ2とが等しい場合には、発光素子３の中央部と凸状樹脂層４ａの頂部とが略一致し、光軸が一致する位置関係となる（この場合の凸状樹脂層４ａを破線で示している）。この場合には、個々の発光素子３を発光素子３ごとに凸状樹脂層４ａが対応して被覆する構成となる。

しかしながら、本実施形態においては、凸状樹脂層４ａの配設ピッチＰ2を発光素子３実装ピッチＰ1と距離ｄをずらせて、発光素子３の実装ピッチＰ1より大きくなるように設定されている。したがって、凸状樹脂層４ａは、例えば、図示上、左側から右側に向かうにしたがい、発光素子３と距離ｄのずれが積算されて配設されるようになっている。
このため、基本的には、発光素子３の中央部と凸状樹脂層４ａの頂部とが一致する位置関係にはなく、偶然的に一致する場合があるにすぎない。

具体的には、図１及び図２に示すように、ピッチＰ1で実装された発光素子３の数よりピッチＰ2で配設された凸状樹脂層４ａの数は少なくなっており、発光素子３が３５個であるのに対し、凸状樹脂層４ａは３０個となって約１４％の減少となっている。

このような封止樹脂層４は、前記発光素子列に沿って複数の列を形成して、すなわち、２列に形成されており、各発光素子３、ボンディングワイヤ３２を含み、また、レジスト層が積層されていない実装パッド２１の露出した領域を被覆し封止している。

蛍光体は、発光素子３が発する光で励起されて、発光素子３が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子３が青色光を発する本実施形態では、白色光を出射できるようにするために、蛍光体には青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。

封止樹脂層４は、所定のチクソ性を有していて未硬化の状態で配設ピッチＰ2によって発光素子列に沿って塗布され、その後、放置することにより硬化されて設けられている。詳しくは、図示しないディスペンサから、粘度や量が調整された蛍光体を含有する透明シリコーン樹脂材料を未硬化の状態で一定の配設ピッチＰ2にしたがって滴下して供給する。この滴下された状態において、凸状樹脂層４ａとしての透明シリコーン樹脂材料は、山形の形状をなし、その裾部側において樹脂材料の流動性によって外周方向への拡散を伴って隣接する凸状樹脂層４ａの相互が連なるように連続して形成される。したがって、凸状樹脂層４ａは、裾部側において相互に交わり一体化されて硬化される。
このように、隣接する各凸状樹脂層４ａの裾部側が連なって形成されるので、各凸状樹脂層４ａの量的なばらつきを緩和することができる。

なお、透明シリコーン樹脂材料を滴下した当初に、隣接する凸状樹脂層４ａと連なるように連続して形成され、その後、樹脂材料の拡散を伴って連続する部分の領域が増加する形態であってもよいし、透明シリコーン樹脂材料を滴下した当初は、連続する部分は形成されないが、その後、樹脂材料の流動性による拡散で連続する部分が形成される形態であってもよい。これらは、透明シリコーン樹脂材料の粘度や量等を調整することによって行うことができる。

さらに、透明シリコーン樹脂材料の粘度や量等を調整することによって、凸状樹脂層４ａの高さ寸法や隣接する各凸状樹脂層４ａの山形の裾部側における連続する部分の領域の増減を調整することが可能となる。

さらにまた、上記構成では、発光素子３の１個分を被覆する量の凸状樹脂層４ａを基準として、これを複数連続させて発光素子列を被覆する場合について説明したが、例えば、２個又は３個の複数の発光素子３をその複数の発光素子３ごとに被覆する量の凸状樹脂層４ａを基準として、これを複数連続させて発光素子列を被覆するようにしてもよい。この場合には、凸状樹脂層４ａの配設ピッチＰ2は、発光素子３の実装ピッチＰ1（２個又は３個の発光素子３分の実装ピッチ）と距離ｄをずらせて、発光素子３の実装ピッチＰ1より大きくなるように設定される。

また、凸状樹脂層４ａから構成される封止樹脂層４の形成方法は、上記の形成方法に限定されるものではなく、一定の配設ピッチＰ2にしたがって凸状樹脂層４ａを形成できれば、他の方法を適用してもよい。

以上のように凸状樹脂層４ａは、複数の発光素子３の実装ピッチＰ1とずらせて、発光素子の実装ピッチＰ1より大きなピッチＰ2で配設されているので、凸状樹脂層４ａの数を少なくすることができ、封止樹脂層４の量を削減することが可能となる。また、これに伴い、製造上、タクトタイムが短縮でき、製造効率の向上が実現できる。
このような効果は、発光装置１の高出力化によって発光素子３の実装個数が増加するにしたがい影響が顕著となる。

次に、図５を参照して上述の発光装置１を配設した照明装置１０について説明する。図においては、天井面に設置して使用される天井直付タイプの照明装置１０を示している。照明装置１０は、細長で略直方体形状の本体ケース１１を備えており、この本体ケース１１内には、前記発光装置１が複数個、具体的には３個直線状に接続されて、これが２列に亘って配設されている。また、電源回路を備えた電源ユニットは、本体ケース１１に内蔵されている。なお、本体ケース１１の下方開口部には、拡散性を有する前面カバー１２が取付けられている。

上述した構成の発光装置１の作用を説明する。図示しない電源ユニットにより電源供給コネクタ２２を介して通電されると、各発光素子３が一斉に点灯されて、発光素子３から出射される光は、封止樹脂層４を透過して放射され、発光装置１は白色の光を出射する面状光源として使用される。

この場合、封止樹脂層４は、山形の形状をなした各凸状樹脂層４ａによって形成されているので、発光素子３から出射された光が凸状樹脂層４ａの内側で全反射することが抑制され、この反射損失による発光効率の低下が抑制できる。

また、発光素子３の発光中において、発光素子３が放射した光のうちで基板２側に向かった光は、実装パッド１５ａの表層の反射層で主として光の利用方向に反射される。そのため、光の取出し効率を良好なものとすることができる。また、実装パッド２１は、各発光素子３が発した熱を拡散するヒートスプレッダとして機能する。
さらに、発光素子３から出射された光のうちで横方向へ向かった光は、白色のレジスト層の表面で反射され前面側へ放射される。

以上のように本実施形態によれば、封止樹脂層４の量を削減することが可能となり、コスト的に有利となる。また、これに伴い、製造効率の向上を図ることができる発光装置１及び照明装置１０を提供することが可能となる。
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

本実施形態は、発光素子３を基板１０上に長手方向に沿って略等間隔の離間距離を空けて並べられて実装され、２列の発光素子列を形成している。また、凸状樹脂層４ａの配設ピッチＰ2を発光素子３実装ピッチＰ1と距離ｄをずらせて、発光素子３の実装ピッチＰ1より大きくなるように設定されている。

第１の実施形態と異なるのは、第１の実施形態では、個々の発光素子列において、その列が延びる方向にボンディングワイヤ３２を接続して配設したものであるが、本実施形態では、ボンディングワイヤ３２は、発光素子列が延びる方向と直交する方向に配設されている点である。
このような接続形態においても第１に実施形態と同様に、封止樹脂層４の量を削減することが可能となり、また、製造効率の向上を図ることができる。
次に、本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

前記第１の実施形態においては、発光素子３の電気的接続は、発光素子列において、その列が延びる方向に隣接された発光素子３の異極の電極同士をボンディングワイヤ３２で順次接続されるものについて説明したが、本実施形態では、基板２上に形成された導電層、すなわち、配線パターン２４を介して発光素子３の電気的接続を行うものである。

具体的には、ボンディングワイヤ３２は、一端側が発光素子３の例えば、プラス側電極又はマイナス側電極に接合され、他端側が配線パターン２４に接合され、上側が凸となるような頂部を有するループ状に形成される。
また、凸状樹脂層４ａの配設ピッチＰ2を発光素子３実装ピッチＰ1と距離ｄをずらせて、発光素子３の実装ピッチＰ1より大きくなるように設定されている。
以上のような構成によれば、第１に実施形態と同様に、封止樹脂層４の量を削減することが可能となり、また、製造効率の向上を図ることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について図８乃至図１０を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

本実施形態では、複数の発光素子３、つまり、２個の発光素子３ごとに被覆する量の凸状樹脂層４ａを基準として、これを複数連続させて発光素子列を被覆するようにしたものである。この場合には、凸状樹脂層４ａの配設ピッチＰ2は、２個の発光素子３の実装ピッチＰ1と距離ｄをずらせて、発光素子３の実装ピッチＰ1より大きくなるように設定される。

封止樹脂層４は、複数の凸状樹脂層４ａの集合から構成されており、個々の凸状樹脂層４ａは、略山形の形状をなしていて、その裾部側において隣接する凸状樹脂層４ａと連なるように連続して封止樹脂層４として一体的に形成されている。
また、凸状樹脂層４ａは、複数の発光素子３の実装ピッチＰ1とずらせて、発光素子の実装ピッチＰ1より大きなピッチＰ2で配設されている。

したがって、図８及び図９に示すように、２個のピッチＰ1で実装された発光素子３の１／２の数よりピッチＰ2で配設された凸状樹脂層４ａの数は少なくなっており、発光素子３が３５個の１／２、つまり、１７．５であるのに対し、凸状樹脂層４ａは１５個となって約１４％の減少となっている。

以上のように本実施形態によれば、凸状樹脂層４ａの数を少なくすることができ、封止樹脂層４の量を削減することが可能となり、製造上、タクトタイムが短縮でき、製造効率の向上が実現できる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、発光素子とは、ＬＥＤ等の固体発光素子であり、この発光素子の実装個数は複数であれば特段制限はない。
また、照明装置としては、屋内又は屋外で使用される各種照明装置やディスプレイ装置等に適用可能である。

１・・・発光装置、２・・・基板、
３・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、
４・・・封止樹脂層、４ａ・・・凸状樹脂層、
２１・・・実装パッド、２４・・・導電層（配線パターン）、
３２・・・ボンディングワイヤ、Ｐ1・・・発光素子の実装ピッチ、
Ｐ1・・・凸状蛍光体層の配設ピッチ

Claims (2)

1. 基板と；
   この基板上に略等間隔の離間距離を空けて並べられて実装された複数の発光素子と；
   一端側が前記発光素子の電極に接続され、他端側が隣接する発光素子の電極又は前記基板上に形成された導電層に電気的に接続されたボンディングワイヤと；
   所定数の発光素子をボンディングワイヤを含んで被覆する複数の略山形の凸状樹脂層から構成されるとともに、この凸状樹脂層は、発光素子の実装ピッチより大きなピッチで配設され、かつ隣接する凸状樹脂層の裾部側が連なって形成されている封止樹脂層と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 装置本体と；
   装置本体に配設された請求項１に記載の発光装置と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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