JP2009010360A

JP2009010360A - 照明装置

Info

Publication number: JP2009010360A
Application number: JP2008138226A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Izumi; 昌裕泉; Tomohiro Sanpei; 友広三瓶
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP4771179B2; JP2010263242A

Abstract

【課題】半導体発光素子の発光効率を維持し易いともに、光の取出し効率を向上できる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、金属基板２、絶縁層５、導体８、金属の光反射層４、透光性素子基板１２の一面に半導体発光層１３を有した半導体発光素子１１、ボンディングワイヤ１７、及び透光性の封止部材２２を具備する。金属基板２に素子取付け部３を一体に設ける。絶縁層５を金属基板２に素子取付け部３を除いて積層し、この層５上に導体８を設ける。基板２をなした金属の反射率よりも高い反射率を有した光反射層４を素子取付け部３に積層し、この層４の反射特性を400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とする。発光素子１１を、透明なダイボンド材を用いて光反射層４にダイボンドする。ボンディングワイヤ１７で発光素子１１の電極１４，１５と導体８とを接続する。封止部材２２で半導体発光素子１１を封止することを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ(発光ダイオード)チップ等の半導体発光素子を発光させて照明をする照明装置に関する。

従来、プリント基板の上面に実装された複数のＬＥＤを発光させて、面状光源として用いるＬＥＤバックライトが知られている。このＬＥＤバックライトでは、ＬＥＤからの光を拡散する拡散板でプリント基板側に反射される光の利用効率を向上させるために、プリント基板のＬＥＤ実装領域を除く領域に、レジストの上面を覆うアルミ蒸着又は銀蒸着などで形成される反射膜を設けて、拡散板で反射されて戻った光を反射膜で反射させて再び拡散板に入射させて輝度を向上させるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

従来、例えば縦横に列をなして二次元配列された複数のＬＥＤチップを電気的に接続して、これらのチップを発光させて、面状光源として用いる照明装置が知られている。そして、光源がＬＥＤチップである照明装置では、ＬＥＤが発した熱を外部に放出するために金属ベースドプリント基板が用いられている。このプリント基板は、アルミニウム等の金属板上に絶縁層を積層するとともに、この絶縁層上に導体パターンを設けて形成され、ＬＥＤチップは、絶縁層上にフリップチップ実装又はワイヤボンディングによって実装されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００６−１８９５１９号公報（段落00021−0015、図１−図３）特開２００４−１９３３５７号公報（段落0002、0013、0038、図１−図７）

ＬＥＤが絶縁物からなるプリント基板のレジストの上面に実装されている特許文献１に記載の照明装置では、点灯時にＬＥＤが発する熱を、プリント基板を通して放出するには難がある。これにより、ＬＥＤの温度が上昇し易いから、ＬＥＤの発光効率を維持し難い。

更に、特許文献１に記載の照明装置ではＬＥＤがいかなるタイプのものか不明である。ＬＥＤの中には、透光性の素子基板の一面に発光層を設け、この発光層と反対側の素子基板の面をプリント基板等に接着するとともに、発光層にボンディングワイヤをワイヤボンディングにより接続して使用されるチップ状のＬＥＤが知られている。そして、この種のＬＥＤチップでは、発光層から放射された光の一部が素子基板を通って裏側に放出される。この種のＬＥＤチップを特許文献１のＬＥＤに適用することは可能である。しかし、この適用例では、ＬＥＤチップまわりのレジストの上面に蒸着により鏡面に形成されたアルミや銀の反射膜が、ＬＥＤチップの直下に存在せず、ＬＥＤチップの裏側に放出された光の利用効率がよくないので、光の取出し性能を高める上では改善の余地がある。

又、特許文献２の記載の照明装置では、ＬＥＤチップとこれからの放熱促進を担う金属板との間に絶縁層が介在されている。絶縁層の厚みは、この絶縁層の両面に位置された金属板と導体パターンとの間の電気絶縁を確保する上で、現状では0.25ｍｍ以上必要であるとされている。絶縁層は金属材料に比較して遥かに熱伝導率が低い。特許文献２に記載のように絶縁層を、熱硬化性樹脂に無機質のフィラーを混ぜて熱伝導率を改善した構成としても、依然として金属材料と比較した場合の熱伝導率が低いことには変わりがない。そのため、ＬＥＤチップの温度上昇を十分に抑制し難く、ＬＥＤチップの発光効率を維持する上では改善の余地がある。

しかも、従来の照明装置は、個々のＬＥＤチップから放出される光の利用が十分ではない。そのため、照明装置全体としての光の取出し効率は、２５ｌｍ/Ｗ〜５０ｌｍ/Ｗ程度と低いものしか得られていない現状にある。

本発明の目的は、半導体発光素子の発光効率を維持し易いともに、光の取出し効率を向上できる照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、素子取付け部を一体に有する金属基板と；この金属基板に前記素子取付け部を除いて積層された絶縁層と；この絶縁層上に設けられた導体と；前記素子取付け部に積層されるとともに前記金属基板をなした金属の反射率よりも高い反射率を有した金属製の光反射層であって、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした前記光反射層と；透光性の素子基板の一面に半導体発光層を有するとともにこの発光層上に電極が設けられた半導体発光素子と；前記素子基板の他面を前記光反射層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；前記半導体発光素子の電極と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；を具備したことを特徴としている。

請求項１及び以下の各発明で、金属基板は各種の金属材料で形成できるが、熱伝導性に優れたＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）及びその合金等を好適に用いることができるとともに、この金属基板の素子取付け部は、絶縁層に覆われない部位を指していて、凸部で形成することが好ましい。絶縁層で覆われた金属基板の部位の厚みは0.25ｍｍ〜0.50ｍｍとすることが好ましく、それにより、前記部位の厚み寸法の精度を向上できるに伴い、導体とこれにワイヤボンディングされたボンディングワイヤとの接合部での接合強度のばらつきが抑制されて、接合の信頼性を向上できる。

請求項１及び以下の各発明で、絶縁層にはガラスエポキシ基板を好適に用いることができるとともに、良好な光反射性能を得るために白色を呈する絶縁層を使用することが好ましい。例えば、白色のガラスエポキシ基板からなる絶縁層を用いた場合には、半導体発光素子からその周囲に放出された光を反射できるから、絶縁層での光の吸収が抑制されて、光の取出し効率を高めるのに有効である。

請求項１及び以下の各発明で、導体は、例えばＣｕ（銅）やＡｇ（銀）等の電気伝導率が良い金属からなり、エッチング処理やメッキ処理により設けることができ、これ以外に接着剤を用いて絶縁層上に設けられたものであってもよい。この導体の表面にレジスト層を塗布することもできる。レジスト層で導体を覆った構成では、導体の絶縁性を向上できるとともに、導体の耐マイグレーション性の向上と、導体の酸化等を抑制できる点で好ましい。

請求項１及び以下の各発明で、半導体発光素子には、例えば青色発光をする青色ＬＥＤチップ、紫外光を発する紫外ＬＥＤチップ等を好適に用いることができる他、青色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップのうちの少なくとも二種のＬＥＤチップを組み合わせて用いることも可能である。

請求項１及び以下の各発明で、半導体発光素子等を外気及び湿気から遮断してこの素子の寿命低下を防ぐ透光性の封止部材には、透光性の合成樹脂、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる他、透明な低融点ガラスを用いることもできる。そして、例えば発光源に青色ＬＥＤチップを用いて白色発光をする照明装置とする場合には、青色の光で励起されて黄色の光を放射する蛍光体が混ぜられた封止部材を用いればよく、或いは紫外光で励起されて赤色の光を放射する蛍光体、紫外光で励起されて緑色の光を放射する蛍光体、及び紫外光で励起されて黄色の光を放射する蛍光体が夫々混ぜられた封止部材を用いればよい。封止部材は、少なくとも一つの半導体発光素子を収容するリフレクタを用いる場合には、このリフレクタの内部に、液状の状態を呈する未硬化の封止部材を注入して固化することで、リフレクタ内の半導体発光素子を封止することができる。又、リフレクタを用いない場合には、半導体発光素子毎、或いは全ての半導体発光素子にわたって液状の状態を呈する未硬化の封止部材をポッティングして、半導体発光素子を封止することができる。

請求項１及び以下の各発明で、素子取付け部に半導体発光素子をダイボンドするダイボンド材（接着剤）の厚みは、接着機能を失わない範囲で１０μｍ以下にするとよい。ダイボンド材には、透光性を有したフリットガラスや透光性合成樹脂例えば透明シリコーン樹脂等を用いることができる。

請求項１及び以下の各発明で、半導体発光素子から素子取付け部への熱伝導を実質的に妨げない金属の光反射層は、例えば無電解メッキにより好適に形成することができ、そのような光反射層として例えばＡｇ（銀）の無電解メッキ層を挙げることができる。

請求項１及び以下の各発明で、全光線反射率とは、以下の通り定義され、拡散反射率及び直線反射率との関係で説明する。直線反射とは図５（Ａ）に模式的に示したように光反射層４に入射した光束Ｌ１が正反射することを指しており、その正反射した光束Ｌ２の光量は、光束Ｌ１の入射点での光の吸収があるために、光束Ｌ１の光量より少ない。そのため、本明細書では光束Ｌ１に対する光束Ｌ２の比を直線反射率と称する。拡散反射とは図５（Ｂ）に模式的に示したように光反射層４に入射した光束Ｌ１がその入射点で吸収された分を除いて入射点を中心として各方面に乱反射することを指している。これら乱反射光は一部に直線反射する光束Ｌ３を含んでいるが、本明細書では、直線反射する光束Ｌ３を除外した残りの光束Ｌ４を拡散反射光と称するとともに、この光束Ｌ４の光束Ｌ１に対する比を本明細書では拡散反射率と称する。したがって、全光線反射率とは、直線反射率と拡散反射率を合計した値を指している。なお、図５（Ａ）の場合には拡散反射率が零であるので、拡散反射率は直線反射率に等しい。

請求項１の発明の照明装置は、導体及びボンディングワイヤを介して半導体発光素子の半導体発光層に通電することにより、この発光層を発光させ、その光を封止部材に透過させて外部に取出し、その取出し方向の照明を行う。この点灯時、半導体発光層の裏側に放射された光は、透光性の素子基板及びダイボンド材を通って、金属基板をなした金属の反射率よりも高い反射率を有した光反射層に入射して、この光反射層により光の取出し方向に反射される。

この場合、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした光反射層の反射特性により、光反射層での反射は、正反射される光成分が少なく、光反射層で拡散反射される光成分が多い。これにより、半導体発光素子の半導体発光層の電極直下に位置した部位からこの部位に対して直角となるように裏側に直進して放出された光の内で、光反射層で直線反射されることで、その反射方向に位置した電極で遮光される光量が減るとともに、光反射層で拡散反射されることで、電極に遮られることなく光の取出し方向に反射される光量が増加する。即ち、電極による光の損失が抑制されるので、半導体発光素子から放出された光の取出し効率を向上できる。

又、請求項１の発明の照明装置では、導体と金属基板との間の電気的絶縁を担う絶縁層が、金属基板と半導体発光素子との間に介在されておらず、しかも、半導体発光素子は金属基板と一体の素子取付け部に積層された金属の光反射層に接着してダイボンドされている。そのため、点灯時に半導体発光素子が発する熱は、絶縁層に邪魔されることなく金属基板にダイボンド材及び光反射層を介して直接的に伝導する。この場合、金属で形成されている光反射層は、半導体発光素子から素子取付け部への熱伝導を実質的に妨げない。従って、半導体発光素子の熱が、高効率で金属基板に伝わってこの金属基板から外部に放出されるので、半導体発光素子の温度上昇を効果的に抑制できる。

請求項２の発明は、素子取付け部を一体に有する金属基板と；この金属基板に前記素子取付け部を除いて積層された絶縁層と；この絶縁層上に設けられた導体と；前記素子取付け部に積層されるとともに前記金属基板をなした金属の反射率よりも高い反射率を有した金属の光反射層であって、460nmの波長の光の反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした前記光反射層と；透光性の素子基板の一面に青色の光を放出する半導体発光層を有するとともにこの発光層上に電極が設けられた半導体発光素子と；前記素子基板の他面を前記光反射層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；前記半導体発光素子の電極と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；を具備したことを特徴としている。

この請求項２の発明で、Ａｇ製等の光反射層は、460nmの波長の光に対する550nm及び630nmの波長の光の拡散反射率の比を１以上とすることが好ましい。言い換えれば、460nmの青色の光に対する光反射層の拡散反射率と、視感度の向上に貢献する550nmの緑色の光に対する光反射層の拡散反射率との比が１以上であること、並びに460nmの青色の光に対する光反射層の拡散反射率と、演色性の向上に貢献する630nmの赤色の光に対する光反射層の拡散反射率との比が１以上であることを指している。このようにする場合には、以下のように光の取出し効率を向上しつつ、更に好ましい照明ができる。

請求項２の発明の照明装置は、導体及びボンディングワイヤを介して半導体発光素子の半導体発光層に通電することにより、この発光層を発光させ、発光された460nmの青色の光を封止部材に透過させて外部に取出し、その取出し方向の照明を行う。この点灯時、半導体発光層の裏側に放射された460nmの青色の光は、透光性の素子基板及びダイボンド材を通って、金属基板をなした金属の反射率よりも高い反射率を有した光反射層に入射して、この光反射層により光の取出し方向に反射される。

この場合、460nmの波長の光の反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした光反射層の反射特性により、光反射層での反射は、正反射される光成分が少なく、光反射層で拡散反射される光成分が多い。これにより、半導体発光素子の半導体発光層の電極直下に位置した部位からこの部位に対して直角となるように裏側に直進して放出された青色の光の内で、光反射層で直線反射されることで、その反射方向に位置した電極で遮光される光量が減るとともに、光反射層で拡散反射されることで、電極に遮られることなく光の取出し方向に反射される光量が増加する。即ち、電極による光の損失が抑制されるので、半導体発光素子から放出された光の取出し効率を向上できる。

又、請求項２の発明の照明装置では、導体と金属基板との間の電気的絶縁を担う絶縁層が、金属基板と半導体発光素子との間に介在されておらず、しかも、半導体発光素子は金属基板と一体の素子取付け部に積層された金属の光反射層に接着してダイボンドされている。そのため、点灯時に半導体発光素子が発する熱は、絶縁層に邪魔されることなく金属基板にダイボンド材及び光反射層を介して直接的に伝導する。この場合、金属で形成されている光反射層は、半導体発光素子から素子取付け部への熱伝導を実質的に妨げない。従って、半導体発光素子の熱が、高効率で金属基板に伝わってこの金属基板から外部に放出されるので、半導体発光素子の温度上昇を効果的に抑制できる。

請求項３の発明は、素子取付け部を一体に有するＣｕ製の金属基板と；この金属基板に前記素子取付け部を除いて積層された絶縁層と；この絶縁層上に設けられた導体と；前記素子取付け部に積層されるとともに前記Ｃｕの反射率よりも高い反射率を有したＡｇメッキ製でかつ表面が析出されたＡｇ粒子の大きさに依存して拡散反射ができるように凹凸となっている光反射層であって、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした前記光反射層と；透光性の素子基板の一面に半導体発光層を有するとともにこの発光層上に電極が設けられた半導体発光素子と；前記素子基板の他面を前記光反射層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；前記半導体発光素子の電極と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；を具備したことを特徴としている。

請求項３の発明の照明装置は、導体及びボンディングワイヤを介して半導体発光素子の半導体発光層に通電することにより、この発光層を発光させ、その光を封止部材に透過させて外部に取出し、その取出し方向の照明を行う。この点灯時、半導体発光層の裏側に放射された光は、透光性の素子基板及びダイボンド材を通って、金属基板をなしたＣｕの反射率よりも高い反射率を有したＡｇ製の光反射層に入射して、この光反射層により光の取出し方向に反射される。

この場合、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした光反射層の反射特性により、光反射層での反射は、正反射される光成分が少なく、光反射層で拡散反射される光成分が多い。こうした拡散反射は、光反射層がＡｇメッキ製であることにより、この光反射層の表面が、析出されたＡｇ粒子の大きさに依存して凹凸となっていることにより実現できる。

これにより、半導体発光素子の半導体発光層の電極直下に位置した部位からこの部位に対して直角となるように裏側に直進して放出された光の内で、光反射層で直線反射されることで、その反射方向に位置した電極で遮光される光量が減るとともに、光反射層で拡散反射されることで、電極に遮られることなく光の取出し方向に反射される光量が増加する。即ち、電極による光の損失が抑制されるので、半導体発光素子から放出された光の取出し効率を向上できる。

又、請求項３の発明の照明装置では、導体と金属基板との間の電気的絶縁を担う絶縁層が、金属基板と半導体発光素子との間に介在されておらず、しかも、半導体発光素子は金属基板と一体の素子取付け部に積層されたＡｇ製の光反射層に接着してダイボンドされている。そのため、点灯時に半導体発光素子が発する熱は、絶縁層に邪魔されることなく金属基板にダイボンド材及び光反射層を介して直接的に伝導する。この場合、Ａｇで形成されている光反射層は、半導体発光素子から素子取付け部への熱伝導を実質的に妨げない。従って、半導体発光素子の熱が、高効率で金属基板に伝わってこの金属基板から外部に放出されるので、半導体発光素子の温度上昇を効果的に抑制できる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかの発明において、前記光反射層の平均表面粗さを0.25μｍ以上にしたことを特徴としている。

この請求項４の発明では、光反射層の平均表面粗さにより、半導体発光層から光反射層に入射した光を拡散反射させ易くなるので、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率（平均反射率）に対する拡散反射率の比を80以上とする拡散反射を得て、半導体発光素子から放出された光の取出し効率を向上できる。

請求項１から４の発明の照明装置によれば、半導体発光素子の熱を直接的に金属基板に伝えて放出するので、半導体発光素子の温度上昇が抑制され半導体発光素子の発光効率を維持し易いともに、半導体発光層の裏側に放出された光を素子取付け部に積層された光反射層で主に拡散反射させて、半導体発光素子の電極による光の損失を抑制したので、光の取出し効率を向上できる。

図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１中符号１はＬＥＤパッケージを形成する照明装置を示している。この照明装置１は、パッケージ基板例えば金属基板２（図２参照）と、光反射層４（図２参照）と、絶縁層５（図２参照）と、複数の導体８と、複数の半導体発光素子１１と、ボンディングワイヤ１７，１８と、リフレクタ２０と、封止部材２２と、を備えて形成されている。

金属基板２は、Ｃｕからなるとともに、照明装置１として必要とされる発光面積を得るために所定形状例えば方形状具体的には長方形状をなしている。金属基板２は、これと一体の凸部からなる素子取付け部３を例えば半導体発光素子１１と同数有している。金属基板２の凸部からなる素子取付け部３は、レーザ光を用いた加工、機械加工等で形成できる他、エッチング処理でも形成できる。

なお、本発明は、素子取付け部３に一個の半導体発光素子１１を取付けることに制約されることはなく、一つの素子取付け部３に複数個の半導体発光素子１１を並べて取付けることも可能である。その場合、同じ色を発する複数個の半導体発光素子１１であっても、或いは異なる色を発する複数個の半導体発光素子１１であってもよい。異なる色を発する複数個の半導体発光素子１１を一つの素子取付け部３に取付ける場合には、赤色、黄色、青色の光を発する３個の半導体発光素子１１を並べて取付けることもできる。そして、一つの素子取付け部３に複数個の半導体発光素子１１を並べて取付けた構成においては、照明装置１の全光束を向上させることが可能である。

金属基板２の素子取付け部３以外の基板主部２ａ（図２参照）の厚みＡは例えば0.25ｍｍである。素子取付け部３が設けられていない基板主部２ａの裏面２ｂは、大気中に放熱するための放熱面、又は他の放熱部材に面接触する伝熱面として用いられる。

素子取付け部３は基板主部２ａの表面(一面)に突設されている。図２で代表して示すように素子取付け部３の先端面３ａは前記一面と平行な平坦面をなしている。素子取付け部３はその先端面３ａから金属基板２の一面に至るに従い次第に太く形成されている。言い換えれば、素子取付け部３は、その高さ方向と直交する断面積が先端面３ａから金属基板２の一面に至るに従い次第に大きくなる円錐台状に形成されている。

素子取付け部３の先端面３ａを含む先端部に例えば金属メッキ層よりなる光反射層４が被着されている。光反射層４は、Ａｇの薄膜からなり、その厚みＪは0.003ｍｍ〜0.005ｍｍである。これとともに、Ａｇ製の光反射層４は、金属基板２をなしたＣｕの反射率よりも高い反射率を有して形成され、この光反射層４に入射した光の多くを拡散反射するとともに一部を鏡面反射（正反射とも言う）する反射面をなし、この光反射層４全体の反射率（全光線反射率とも言う）は９０％以上である。なお、拡散反射率が８０％以上であるＡｇの光反射層４の全光線反射率は、例えば酸化アルミニウム等の白色粉末を混入して成形した白色系合成樹脂の反射率と同程度である。

Ａｇ製の光反射層４の反射特性は、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比率）が８０以上好ましくは９０以上となるように設定されている。表１に光反射層４の反射特性を示す。この表１では、400nm〜740nmの全区間の平均及び360ｎｍ〜740nmの各波長の光について、夫々全光線反射率と、その内訳である拡散反射率及び直線反射率と、反率（全光線反射率に対する拡散反射率の比率）との関係を示した。なお、この表１での光反射層４は後述のようにＡｇの無電解メッキ層からなる。

光反射層４の平均表面粗さは0.25μｍ以上である。ここに、表面粗さは、光反射層４の面の肌の算術平均粗さ（Ｒａ）を指している。0.25μｍ以上のＲａを得るために、光反射層４は、Ａｇを無電解メッキ（置換型メッキ）で素子取付け部３の先端部に生成されたメッキ層で形成されている。ここに無電解メッキとは、イオン化傾向を利用した電位差置換による浸漬メッキを指している。即ち、この無電解メッキでは、素子取付け部３の先端部が浸漬された処理液の酸により、素子取付け部３をなした金属、即ち、銅（Ｃｕ）が溶解されるに伴い、処理液中のＡｇが電位差によってＣｕと置換されることで、素子取付け部３の先端部の表面にＡｇの被膜を析出させる。こうして形成されたＡｇの被膜（光反射層４）は、処理液中のＡｇが次々に処理液中に溶解されるＣｕと置換して生成されるので、図４で模式的に示したように恰もＡｇの粒子（図５中符号Ａｇで示す）が重なり合って密集した状態に形成される。そのため、光反射層４の表面（光反射面）４ａは、微視的にみれば、Ａｇ粒子の大きさに依存した凹凸をなしている。これにより、光反射層４の表面４ａに0.25μｍ以上の平均表面粗さを得て、この光反射層４が主に拡散反射をするように形成されている。

分光測色計を用いて鏡面反射光（正反射光とも言う）を含むモード（ＳＣＩモード）で測定資料であるＡｇの光反射層４の反射率を測定した値は「全光線反射率」と称され、鏡面反射光（正反射光）を除去したモード（ＳＣＥモード）で測定資料であるＡｇの光反射層４の反射率を測定した値は「拡散反射率」と称されており、そして、全光線反射率から拡散反射率を引いた値は「鏡面反射率（直線反射率とも言う）」と称されている。このため、例えば光反射層４全体の全光線反射率が９０％で、この全光線反射率に対する拡散反射率の比が８０とは、光反射層４の反射率９０％の内訳が、拡散反射率８０％、直線反射率１０％であることを指している。

光反射層４を含めた素子取付け部３の先端面の高さは、図２において半導体発光素子１１の上面の高さ位置が導体８の高さ位置以上になることを満たせば、基板主部２ａの厚みＡより低くても差し支えないが、基板主部２ａの厚みＡと同じかそれ以上の高さとすることが好ましく、本実施形態では絶縁層５及び導体８の合計厚みより高くしてある。

絶縁層５には光反射性能を得るために例えば白色のガラスエポキシ基板が用いられている。絶縁層５の厚みＢは、最小で0.060ｍｍあればよく、本実施形態では例えば0.25ｍｍにしてある。この絶縁層５は、図２及び図３で代表して示すように素子取付け部３が通る逃げ孔６を有している。この逃げ孔６は例えば円形で、その直径は素子取付け部３の最大径をなす根元部の直径より大きい。逃げ孔６は素子取付け部３と同数設けられている。なお、本実施例では絶縁層５を一層としたが、これは二層とすることもでき、例えば前記最小厚みである場合でも、厚み0.030ｍｍのガラスエポキシ基板を二枚積層したものを用いることが可能であり、それにより、一層のものよりも高い絶縁耐圧を確保できる。

絶縁層５は基板主部２ａの表面(一面)に接着剤７（図２参照）を用いて貼り合わせることにより金属基板２に積層されている。接着剤７は、絶縁性であって、絶縁層５と基板主部２ａとの間に例えば0.005ｍｍ以下の膜厚Ｃで設けられる。絶縁層５の接着において、絶縁層５の各逃げ孔６は各素子取付け部３に夫々嵌合するので、絶縁層５は金属基板２に素子取付け部３を除いて積層され、それにより、素子取付け部３は逃げ孔６に露出されている。

前記嵌合により、素子取付け部３をスペーサとして、絶縁層５が金属基板２に対して浮くようなことがなく、絶縁層５が素子取付け部３に適正に重ね合わされるとともに、金属基板２に対し絶縁層５が位置決めされる。言い換えれば、凸部からなる素子取付け部３が通る絶縁層５の逃げ孔６によって、金属基板２へ絶縁層５を接着する際に、この絶縁層５が素子取付け部３に当たらないようにして、金属基板２に絶縁層５を適正に積層させることができる。

そして、前記貼り合わせにおいて接着剤７の塗布量が多く余剰を生じた場合、その余剰分７ａ(図２及び図３参照)の一部は逃げ孔６に流入し、より正確には、素子取付け部３の形状に起因して、この素子取付け部３の周面と逃げ孔６との間に必然的に形成される環状の隙間に、余剰分７ａが流入してそこに溜まって固化される。それにより、絶縁層５は素子取付け部３の周面に対しても接着されるので、積層強度が高められる。しかも、余剰分７ａは体積固有抵抗が１０^−２〜１０^−１５Ω・ｍの絶縁層として機能するので、後述のように導体８が装着された絶縁層５と素子取付け部３の周面との間の耐電圧を向上できる。なお、接着剤７が乳白色ないしは白色である場合には、半導体発光素子１１からその周囲に放射された光を、逃げ孔６に溜められた接着剤７の余剰分７ａによって光の取出し方向に反射させて、光の取出し効率を高めるのに寄与できる。

複数の導体８は、各半導体発光素子１１への通電要素としてこれら半導体発光素子１１を直列に接続するために設けられ、絶縁層５の基板主部２ａに接着された裏面とは反対側の面にエッチング処理等により形成されている。これらの導体８は、Ｃｕからなり、絶縁層５を基板主部２ａに貼り合わせる前に設けられる。図１に示すように各導体８は、絶縁層５の長手方向に所定間隔毎に点在して二列形成されている。各列での複数の導体８は例えば４ｍｍピッチで各逃げ孔６と交互に並べられている。これら列の一端側に位置した導体８には電線接続部９（図１参照）が一体に連続して形成されている。これら電線接続部９の夫々には図示しない電源にいたる電線が個別に半田付けされる。

図２及び図３で代表して示すように各導体８は、逃げ孔６の縁には達しておらず、この逃げ孔６の縁から所定距離隔てられている。それにより、導体８の端８ａとこれに最も近接している逃げ孔６の縁との間に、白色の絶縁層５の一部が露出されている。この露出面を図３中に符号５ａで露出面を示す。そのため、導体８の端８ａと素子取付け部３との間に前記環状の隙間より大きい絶縁距離を確保することができるとともに、露出面５ａでもそこに入射した光を光の取出し方向に反射させることができる。

導体８の端８ａは、半導体発光素子１１の後述する電極１４又は１５から0.25ｍｍ〜6.0ｍｍの距離Ｄを隔てて位置される。これは、後述のワイヤボンディングにおいて導体８に対しては、その端８ａをボンディングマシンに認識させて、そこを基準に所定距離Ｅ離れた位置にボンディングワイヤを接合するので、その際にボンディングワイヤの接合部にストレスが残留することを極力抑制するための配慮である。

各導体８の表面にはＡｇの光反射層１０が被着されている。光反射層１０は導体８の端８ａにも被着されている。この光反射層１０は、反射率が９０％以上のＡｇの薄膜からなり、その厚みは0.003ｍｍ〜0.005ｍｍである。光反射層１０を含めた導体８の厚みＧは0.012ｍｍ〜0.018ｍｍである。各導体８上の光反射層１０は無電解メッキの層で形成されている。この光反射層１０は各素子取付け部３に対する光反射層４の形成と同時に無電解メッキにより設けることができる。なお、光反射層１０の表面にレジスト膜を積層することも可能である。

各半導体発光素子１１は例えば青色ＬＥＤチップからなる。このＬＥＤチップは、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型であって、図２に示すように透光性を有する素子基板１２の一面に半導体発光層１３を積層して形成されている。素子基板１２は例えばサファイア基板で作られている。半導体発光層１３が有した図示しないｎ形半導体層上にはｎ側電極１４が設けられ、同様に半導体発光層１３が有した図示しないｐ形半導体層上にはｐ側電極１５が設けられている。電極１４，１５はＡｕ製である。これらの電極１４，１５の合計面積は、半導体発光素子１１の正面の面積の１割〜２割を占めており、例えば、半導体発光素子１１の縦横寸法が240μｍ、450μｍである場合、電極１４，１５の大きさは夫々直径100μｍである。半導体発光層１３は、反射膜を有しておらず、したがって、半導体発光素子１１の厚み方向の双方に光を放射できるとともに、素子基板１２の側面から側方へも光を放射できる。

これらの半導体発光素子１１は、素子基板１２の前記一面と平行な他面を接着剤例えば透光性のシリコーン樹脂からなるダイボンド材１６を用いて各素子取付け部３の光反射層４上にダイボンドされている。それによって、各半導体発光素子１１は、各導体８と同じく例えば４ｍｍピッチで、これら導体８と交互に配置されている。

ダイボンド材１６の厚みＨは0.10ｍｍ以下である。ダイボンド材１６は半導体発光素子１１から素子取付け部３への伝熱の抵抗部材となるが、以上のようにきわめて薄いので、このダイボンド材１６での熱抵抗は実質的に無視できる程度である。ダイボンド材１６の厚みＨは、接着性能を失わない範囲でできるだけ薄くすることが望ましい。

半導体発光素子１１の半導体発光層１３と素子取付け部３との間の絶縁耐圧は、ダイボンド材１６だけではなく、このダイボンド材１６よりもはるかに厚いサファイア製の素子基板１２で確保されている。ダイボンド材１６を含めた半導体発光素子１１の厚みＩは例えば0.09ｍｍである。こうした半導体発光素子１１を用いることによって、半導体発光層１３は導体８表面の光反射層１０より高く位置されており、しかも、本実施形態では半導体発光素子１１全体が導体８表面の光反射層１０より高く位置されている。

こうした高さの差によって、後述のワイヤボンディングにおいて、ボンディングマシンでボンディングワイヤの一端を半導体発光層１３の電極１４，１５にボールボンディングにより接合した後に、このボンディングワイヤの他端を導体８に接合する際、ボンディングマシンのボンディングツールの移動に絶縁層５が邪魔になり難く、又、ボンディングワイヤを斜め下方に無理に引くこともないので、ワイヤボンディングがし易い。

更に、本実施形態のように半導体発光素子１１全体が絶縁層５の表面よりも高い位置に配置されている好ましい構成では、半導体発光素子１１からその周囲に放射される光が、絶縁層５に妨げられることなく、逃げ孔６の周辺に差し込み易い。それにより、半導体発光素子１１の周りで光を反射させて光を取出すことができるので、光の取出し効率を高めることができる点で有利である。

金属基板２の長手方向に交互に配置された導体８と半導体発光素子１１とは、ワイヤボンディングにより設けられた金製等のボンディングワイヤ１７で接続されている。更に、前記二列の導体列の他端側に位置した導体８同士は、図１に示すようにワイヤボンディングにより設けられた金製等の端部ボンディングワイヤ１８で接続されている。従って、本実施形態の場合、各半導体発光素子１１は電気的に直列に接続されている。

以上のように光反射層４が被着された素子取付け部３を有した金属基板２、光反射層１０を有した導体８付きの絶縁層５、半導体発光素子１１、ボンディングワイヤ１７、及び端部ボンディングワイヤ１８によって、照明装置１の面状発光源が形成されている。

リフレクタ２０は、一個一個又は数個の半導体発光素子１１毎に個別に設けられるものではなく、絶縁層５上の全ての半導体発光素子１１を包囲する単一のものであり、枠、例えば図１に示すように長方形をなす枠で形成されている。リフレクタ２０は絶縁層５に接着されている。電線接続部９の一部は電線を接続するためにリフレクタ２０の外に位置されている。リフレクタ２０の内周面は光反射面となっている。そのために、例えばリフレクタ２０の成形材料である合成樹脂中には酸化アルミニウム等の白色粉末が混入されている。このリフレクタ２０は、光の取出し方向に取出された光を、被照射対象に対して制御をするレンズ等の配光制御部材(図示しない)の取付け部として、利用することが可能である。

封止部材２２は、リフレクタ２０内に注入して固化されていて、前記面状発光源のリフレクタ２０内に位置された殆どの部分を埋めている。この封止部材２２は、透光性材料例えば透明シリコーン樹脂からなり、その内部には必要により蛍光体が混入されている。本実施形態では半導体発光素子１１が青色発光をするので、この光を吸収して黄色の光を放射する蛍光体(図示しない)が、好ましくは略均一に分散した状態で混入されている。

この組み合わせにより、照明装置１の点灯により半導体発光層１３から放出された青色の光の一部が蛍光体に当たることなく封止部材２２を通過する一方で、青色の光が当たった蛍光体が、青色の光で励起されて黄色の光を放射し、この黄色の光が封止部材２２を通過するので、これら補色関係にある二色の混合によって照明装置１の白色光を照射できる。なお、リフレクタ２０が枠形であるので、照明装置１から取出される光の多くは、リフレクタ２０で反射されることなく封止部材２２を透過するので、反射を原因とする光の損失が少なく、光の取出し効率を向上するにも有効である。

以上の構成の照明装置１は、各半導体発光素子１１に通電して、これらの半導体発光素子１１の半導体発光層１３を発光させることにより図２中矢印方向に光を取出して照明を行う。

この照明装置１が備えるダブルワイヤー型の各半導体発光素子１１は全方向に光を放射するが、取分け、半導体発光層１３を基準として表方向つまり金属基板２とは反対側の光の取出し方向に放射される光の強度よりも、裏側つまり金属基板２に向けて放射される光の強度の方が強い。

そして、裏方向に放射された光の多くは、透光性の素子基板１２及びダイボンド材１６を通って９０％以上の光反射率を有したＡｇメッキ層からなる光反射層４に入射し、この光反射層４で光の取出し方向に反射される。この場合、半導体発光素子１１直下に設けられている光反射層４は、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした反射特性を有している、具体的には表１から明らかなように400nm〜740nm区間の平均の比率が98.62であるので、光反射層４での光の反射は、光反射層４で光の取出し方向に正反射（直線反射）される光成分が少なく、光反射層４で光の取出し方向に拡散反射される光成分が多い態様となっている。このように拡散反射される光成分を多くすることは、光反射層４の平均表面粗さ（Ｒａ）を0.25μｍ以上としたことで実現されている。

これにより、半導体発光素子１１の半導体発光層１３の電極１４，１５の直下に位置した部位からこの部位に対して直角となるように裏側に直進して放出された青色の光の内で、光反射層４で直線反射されることで、その反射方向に位置した電極１４，１５で遮光される光量が減るとともに、光反射層４で拡散反射されることで、電極１４，１５に遮られることなく光の取出し方向に反射される光量が増加する。

即ち、電極１４，１５による光の損失が抑制されるので、半導体発光素子１１から放出されて図２中矢印方向に取出される光の取出し効率が向上されるので、被照射対象を照らす明るさを向上できる。ちなみに、本発明者の測定結果によれば、全光線反射率に対する拡散反射率の比を88とした場合の光の取出し効率は100％、同様に、前記の比を99とした場合の光の取出し効率は110％となることが確かめられた。

加えて、前記裏側方向に放射された光の一部、及び封止部材２２内の蛍光体から放射された光の一部は、白色の絶縁層５に入射し、この絶縁層５で光の取出し方向に反射される。加えて、前記裏側に向かった光の一部は導体８を覆ったＡｇメッキ層からなる光反射層１０に入射し、この光反射層１０で光の取出し方向に反射される。更に、絶縁層５の逃げ孔６の周辺は、その一部が導体８で覆われることがなく、この導体８と逃げ孔６との間おいて露出面５ａを有している。言い換えれば、逃げ孔６の周辺は、その周方向に沿って途切れることなく連続した白色反射面とみなすことができるので、そこに入射した光を、光の取出し方向に反射させることができる。半導体発光素子１１の直下では光反射層４での反射率が下がるほど相対発光強度（取出される光の強さ）が下がり、逆に、反射率が上がるほど相対発光強度が上がる関係があるため、Ａｇメッキ層からなる光反射層１０、及び白色の絶縁層５での高反射特性により、照明装置１の発光効率（光の取出し効率）を向上できる。

照明装置１の点灯時に各半導体発光素子１１は発熱する。ところで、半導体発光素子１１に電力を導く導体８と金属基板２とは、これらの間に設けた絶縁層５で電気的に絶縁されているが、この絶縁層５は金属基板２と半導体発光素子１１との間には介在されていないとともに、半導体発光素子１１は金属基板２の素子取付け部３にこれ被着された光反射層４を介して直接的にダイボンドされている。

そのため、各半導体発光素子１１が発する熱は、絶縁層５に邪魔されることなく金属基板２に直接的に伝導する。より具体的には、半導体発光素子１１の熱は、実質的に熱抵抗とはならないほど薄いダイボンド材１６を通ってから、Ａｇの光反射層４を経て金属基板２の素子取付け部３に伝えられる。しかも、金属基板２の素子取付け部３は、半導体発光素子１１がダイボンドされた先端面３ａから金属基板２の基板主部２ａに至るに従い次第に太く、言い換えれば、素子取付け部３の断面積が基板主部２ａに近付く程大きくなっているので、半導体発光素子１１から金属基板２の裏面に向けての熱伝導がより容易となる。そして、金属基板２の熱はこの金属基板２の裏面２ｂから外部に放出される。

こうして半導体発光素子１１の熱が高効率に金属基板２を通って外部に放出されるので、各半導体発光素子１１の温度上昇が効果的に抑制され、各半導体発光素子１１の温度を設計通りに維持できる。そのため、各半導体発光素子１１の発光効率の低下と、各半導体発光素子１１が発する光量のばらつきが抑制され、その結果的として、各半導体発光素子１１から取出される光の色むらを抑制できる。

したがって、前記構成の照明装置１は、高熱伝導により各半導体発光素子１１の温度上昇による発光効率の低下を抑制しつつ、各半導体発光素子１１の裏側に放射された光の高反射特性により、光の取出し効率を向上できる。

又、金属基板２の素子取付け部３に半導体発光素子１１をダイボンドしたダイボンド材１６を形成した透明なシリコーン樹脂は、熱等を受けても変色を伴って劣化する可能性が極めて小さい。したがって、半導体発光素子１１の直下の光反射層４で反射されて取出される光の取出し効率を長期にわたり維持できる。

本発明は前記一実施形態には制約されない。例えば、半導体発光層１３が青色の光を発光するものに限定した照明装置１の場合、光反射層４の反射特性を、460nmの波長の青色光の反射率に対する拡散反射率の比が80以上好ましくは90以上となる設定にして実施することができる。なお、その他の構成は前記一実施形態と同じである。したがって、こうした照明装置１においても、前記一実施形態で説明した理由により本発明の課題を解決できる。

本発明の一実施形態に係る照明装置を一部切欠いて示す正面図。図１の照明装置の一部を拡大して示す断面図。図２に示された部分を封止部材が除かれた状態で示す正面図。図１の照明装置の金属基板とこれに被着された光反射層の一部を拡大して模式的に示した断面図。（Ａ）（Ｂ）は夫々異なる反射形態を説明するために模式的に示した図。

符号の説明

１…照明装置、２…金属基板、２ａ…基板主部、３…素子取付け部、３ａ…素子取付け部の先端面、４…光反射層、５…絶縁層、６…逃げ孔、７…接着剤、８…導体、１１…半導体発光素子、１２…素子基板、１３…半導体発光層、１４，１５…電極、１６…ダイボンド材、１７…ボンディングワイヤ、２２…封止部材

Claims

素子取付け部を一体に有する金属基板と；
この金属基板に前記素子取付け部を除いて積層された絶縁層と；
この絶縁層上に設けられた導体と；
前記素子取付け部に積層されるとともに前記金属基板をなした金属の反射率よりも高い反射率を有した金属製の光反射層であって、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした前記光反射層と；
透光性の素子基板の一面に半導体発光層を有するとともにこの発光層上に電極が設けられた半導体発光素子と；
前記素子基板の他面を前記光反射層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；
前記半導体発光素子の電極と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；
前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
素子取付け部を一体に有する金属基板と；
この金属基板に前記素子取付け部を除いて積層された絶縁層と；
この絶縁層上に設けられた導体と；
前記素子取付け部に積層されるとともに前記金属基板をなした金属の反射率よりも高い反射率を有した金属の光反射層であって、460nmの波長の光の反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした前記光反射層と；
透光性の素子基板の一面に青色の光を放出する半導体発光層を有するとともにこの発光層上に電極が設けられた半導体発光素子と；
前記素子基板の他面を前記光反射層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；
前記半導体発光素子の電極と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；
前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
素子取付け部を一体に有するＣｕ製の金属基板と；
この金属基板に前記素子取付け部を除いて積層された絶縁層と；
この絶縁層上に設けられた導体と；
前記素子取付け部に積層されるとともに前記Ｃｕの反射率よりも高い反射率を有したＡｇメッキ製でかつ表面が析出されたＡｇ粒子の大きさに依存して拡散反射ができるように凹凸となっている光反射層であって、400nm〜740nmの波長の光の全光線反射率に対する拡散反射率の比を80以上とした前記光反射層と；
透光性の素子基板の一面に半導体発光層を有するとともにこの発光層上に電極が設けられた半導体発光素子と；
前記素子基板の他面を前記光反射層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；
前記半導体発光素子の電極と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；
前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
前記光反射層の平均表面粗さを0.25μｍ以上にしたことを特徴とする請求項１から３の内のいずれか一項に記載の照明装置。