JP2009088116A - Luminaire - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an illumination device that performs illumination by causing a semiconductor light emitting element such as an LED (light emitting diode) chip to emit light.
従来、光源がLEDチップである照明装置で、金属ベースプリント基板の金属ベース板に形成した突台部にLEDチップをダイボンドして、LEDチップが発した熱を外部に効率よく放出する技術が知られている(特許文献1等参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a technology for efficiently radiating heat generated by an LED chip to the outside by die-bonding the LED chip to a protruding part formed on a metal base plate of a metal base printed board in an illumination device whose light source is an LED chip. (See Patent Document 1, etc.).
詳しくは、アルミニウム等の金属ベース板の一面に突台部を形成するとともに、前記一面に突台部が挿入される孔を有した絶縁部材を接着層により積層し、ダイボンド材を用いて前記突台部の先端面にLEDチップを熱的に結合させて配置している。絶縁部材は前記孔とこれに挿入された突台部を囲む張出部を有している。そして、突台部及びLEDチップを中央部に配した丸孔を有する絶縁部材に配線パターンを設け、このパターンの張出部に位置する部位とLEDチップをボンディングワイヤにより電気的に接続するとともに、蛍光体が分散された透光性封止樹脂を前記丸孔に充填して、配線パターンとLEDチップとボンディングワイヤを封止している。
特許文献1の光源装置では、LEDチップの熱をこれに熱的に結合された突台部を有した金属ベース板に直接的に放出して、LEDチップの温度上昇を抑制できる。しかし、この光源装置は、LEDチップから放出される光の取出しが十分ではない。 In the light source device of Patent Document 1, the heat of the LED chip can be directly emitted to the metal base plate having the protruding portion thermally coupled thereto, and the temperature rise of the LED chip can be suppressed. However, this light source device does not sufficiently extract light emitted from the LED chip.
具体的には、LEDチップから放出された光の一部が、封止樹脂中の蛍光体に吸収されて他の色の光に変換されて放射されるに伴い、突台部側に向かった放射光の一部が突台部で反射されて光源装置の光の出射方向に取出される。この取出しにおいて、特許文献1の光源装置では、突台部に入射した光を効率よく反射させる工夫がないので、突台部をなすAlやCu等の金属の地肌面でそこに入射した光が吸収され易い。しかも、突台部はその周囲を絶縁部材の張出部で覆われているので、突台部の先端面の内でLEDチップの周囲に露出した限られた面積でしか、蛍光体から放射された光を反射することができない。 Specifically, part of the light emitted from the LED chip was absorbed by the phosphor in the sealing resin, converted into light of another color, and then emitted toward the bumper side. A part of the radiated light is reflected by the protrusion and taken out in the light emitting direction of the light source device. In this extraction, the light source device of Patent Document 1 does not have a device for efficiently reflecting the light incident on the projecting portion. Therefore, the light incident on the ground surface of a metal such as Al or Cu forming the projecting portion is not provided. Easy to be absorbed. Moreover, since the periphery of the projecting portion is covered with the protruding portion of the insulating member, the phosphor is radiated from the phosphor only in a limited area exposed around the LED chip within the tip surface of the projecting portion. Cannot reflect the light.
本発明の目的は、半導体発光素子の温度上昇を抑制しつつ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。 The objective of this invention is providing the illuminating device which can improve the extraction efficiency of light, suppressing the temperature rise of a semiconductor light-emitting device.
請求項1に記載の発明は、一面を有しこの一面に凸部からなる素子取付け部が一体に形成された銅基板であって、前記素子取付け部がその先端面から前記一面に至るに従い次第に太く形成された銅基板と;前記素子取付け部の先端面及びこれに連続して前記一面に至るテーパ状周面に形成されたニッケル層と;ニッケル層の上に形成された銀層と;前記素子取付け部が挿入される通孔を有して前記銅基板の一面に接着層により接着して積層された絶縁層と;この絶縁層上に設けられた銅パターンと;この銅パターン上に形成されたニッケル層と;ニッケル層の上に形成された銀層と;前記素子取付け部の先端面を覆った銀層にダイボンドされた半導体発光素子と;この半導体発光素子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から放出された光の一部により励起され異なる色の光を放射する蛍光体が混入されていて、前記素子取付け部、半導体発光素子、及びボンディングワイヤを埋設した透光性封止部材と;を具備したことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a copper substrate having one surface and an element mounting portion formed of a convex portion integrally formed on the one surface, and the element mounting portion gradually increases from the tip surface to the one surface. A thick copper substrate; a nickel layer formed on a tip end surface of the element mounting portion and a tapered peripheral surface extending continuously to the one surface; a silver layer formed on the nickel layer; An insulating layer having a through-hole into which an element mounting portion is inserted and bonded and laminated on one surface of the copper substrate with an adhesive layer; a copper pattern provided on the insulating layer; and formed on the copper pattern A nickel layer formed thereon; a silver layer formed on the nickel layer; a semiconductor light emitting element die-bonded to the silver layer covering the tip surface of the element mounting portion; and connecting the semiconductor light emitting element and the conductor Bonding wire; said semiconductor A translucent sealing member in which a phosphor that is excited by a part of the light emitted from the light emitting element and emits light of different colors is mixed, and the element mounting portion, the semiconductor light emitting element, and the bonding wire are embedded; It is characterized by comprising;
請求項1の発明で、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。又、銅パターンは、エッチング処理により好適に設けることができるが、接着剤を用いて絶縁層上に貼付けられたものであってもよい。すなわち、銅パターンは、銅であればその形態等は問わない。この銅パターン上にニッケル層が形成され、さらに、ニッケル層の上に銀層が形成され、ニッケル及び銀はメッキにより形成されていてもよい。そして、ニッケル層は銅の耐マイグレーション性の向上と、酸化等を抑制できる点で好ましい。すなわち、マイグレーションにより銅は、ニッケル層に侵入するが銀層までには至らないため、銀の反射率が低下するのを抑制することができる。 In the invention of claim 1, a glass epoxy substrate can be suitably used for the insulating layer, and it is preferable to use an insulating layer exhibiting white in order to obtain good light reflection performance. For example, when an insulating layer made of a white glass epoxy substrate is used, light emitted from the semiconductor light emitting element to the surroundings can be reflected, so that absorption of light in the insulating layer is suppressed and light extraction efficiency is reduced. It is effective to increase Moreover, although a copper pattern can be suitably provided by an etching process, what was affixed on the insulating layer using the adhesive agent may be used. That is, the form of the copper pattern is not limited as long as it is copper. A nickel layer may be formed on the copper pattern, a silver layer may be formed on the nickel layer, and nickel and silver may be formed by plating. And a nickel layer is preferable at the point which can improve the migration resistance of copper, and can suppress oxidation etc. That is, copper penetrates the nickel layer by migration, but does not reach the silver layer, so that the reflectance of silver can be suppressed from decreasing.
また、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が、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。また、素子取付け部に半導体発光素子をダイボンドするには、ダイボンド材(接着剤)を用いるが、このダイボンド材の厚みは接着機能を失わない範囲で10μm以下にするとよく、又、光の取出し性能をより向上させる上では、ダイボンド材を透光性として、半導体発光素子から放射された光の一部を素子取付け部で反射させることが好ましい。更に、ダイボンド材には、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。ダイボンド材を透明シリコーン樹脂とすることは、ダイボンド材が変色を伴って劣化する可能性が極めて小さいので、長期にわたり光の取出し効率を維持できる点で好ましい。 Further, for example, a blue LED chip that emits blue light, an ultraviolet LED chip that emits ultraviolet light, or the like can be suitably used as the semiconductor light emitting element. However, at least two of the blue LED chip, the red LED chip, and the green LED chip can be used. It is also possible to use various types of LED chips in combination. A die-bonding material (adhesive) is used to die-bond the semiconductor light-emitting element to the element mounting portion. The thickness of the die-bonding material may be 10 μm or less as long as the bonding function is not lost, and the light extraction performance. In order to further improve the above, it is preferable to make the die bond material translucent and reflect a part of the light emitted from the semiconductor light emitting element at the element mounting portion. Further, frit glass or translucent synthetic resin such as transparent silicone resin can be used as the die bond material. It is preferable to use a transparent silicone resin as the die bond material because the possibility that the die bond material is deteriorated with discoloration is extremely small, and the light extraction efficiency can be maintained over a long period of time.
さらに、半導体発光素子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、熱硬化性の透光性合成樹脂、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、例えば発光源である半導体発光素子に青色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、青色の光を吸収し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、或いは紫外光を吸収して赤色の光を放射する蛍光体、紫外光を吸収して緑色の光を放射する蛍光体、及び紫外光を吸収し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。 Further, the light-transmitting sealing member that shields the semiconductor light-emitting element from the outside air and moisture and prevents the lifetime of the element from being reduced includes a thermosetting light-transmitting synthetic resin such as an epoxy resin, a silicone resin, a urethane resin, and the like. In addition, transparent low melting point glass can also be used. For example, in the case of a lighting device that emits white light using a blue LED chip as a semiconductor light-emitting element that is a light-emitting source, sealing in which a phosphor that absorbs blue light and emits yellow light is mixed. A phosphor that absorbs ultraviolet light and emits red light, a phosphor that absorbs ultraviolet light and emits green light, and a phosphor that absorbs ultraviolet light and emits yellow light may be used. What is necessary is just to use the sealing member with which each fluorescent substance was mixed.
前記銅パターン及びボンディングワイヤを介して半導体発光素子に通電することにより、この素子を発光させ、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。この点灯時に、銅パターンと銅基板との間の電気的絶縁を担う絶縁層は、銅基板と半導体発光素子との間には介在されておらず、又、半導体発光素子は銅基板と一体の素子取付け部に直接的に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銀層、ニッケル層及びダイボンド材を経て銅基板の素子取付け部に直接的に伝導する。しかも、素子取付け部の断面積は絶縁層が接着された銅基板の一面に近付く程大きいので、半導体発光素子から銅基板の背面に向けての熱伝導がより容易となる。従って、半導体発光素子の熱が、高効率で銅基板に伝わってこの銅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。 By energizing the semiconductor light emitting element through the copper pattern and the bonding wire, this element emits light, the light is transmitted through the sealing member and taken out to the outside, and illumination in the taking direction is performed. During this lighting, the insulating layer responsible for electrical insulation between the copper pattern and the copper substrate is not interposed between the copper substrate and the semiconductor light emitting element, and the semiconductor light emitting element is integrated with the copper substrate. It is die-bonded directly to the element mounting portion. Therefore, the heat generated by the semiconductor light emitting element during lighting is directly conducted to the element mounting portion of the copper substrate through the silver layer, the nickel layer, and the die bond material without being interrupted by the insulating layer. In addition, since the cross-sectional area of the element mounting portion increases as it approaches one surface of the copper substrate to which the insulating layer is bonded, heat conduction from the semiconductor light emitting element toward the back surface of the copper substrate becomes easier. Therefore, since the heat of the semiconductor light emitting element is transmitted to the copper substrate with high efficiency and is released to the outside, the temperature rise of the semiconductor light emitting element can be effectively suppressed.
この照明装置の点灯時に、封止部材中の蛍光体から放射された光の一部は、素子取付け部に入射される。この場合、素子取付け部の先端面の内でLEDチップの周囲だけではなく、この先端面に連なっているテーパ状周面にも前記放射光の一部が入射可能であるから、反射面積を大きく確保できる。その上、素子取付け部の先端面及びテーパ状周面には銀層が形成されており、この銀層の光反射率は90%以上と高い。そのため、LEDチップの放熱を促進させる素子取付け部を利用して、照明装置の光の出射方向に取出される光の取出し効率を向上させることができる。 When the lighting device is turned on, a part of the light emitted from the phosphor in the sealing member is incident on the element mounting portion. In this case, a part of the radiated light can be incident not only on the LED chip around the tip surface of the element mounting portion but also on the tapered peripheral surface connected to the tip surface. It can be secured. In addition, a silver layer is formed on the tip surface and the tapered peripheral surface of the element mounting portion, and the light reflectance of this silver layer is as high as 90% or more. Therefore, the extraction efficiency of the light extracted in the light emission direction of the lighting device can be improved by using the element mounting portion that promotes the heat dissipation of the LED chip.
請求項2の発明は、前記接着層が前記素子取付け部の根元方向への食み出し部を有し、前記通孔の内面に対する前記の食み出し部の食み出し寸法を0.2mm以下とするとともに、前記テーパ状周面に形成された銀層を前記食み出し部に連続させたことを特徴としている。
In the invention of
この発明では、接着層が素子取付け部の根元方向への食み出し部を有しているから、封止部材を設ける前の状態で、接着層が絶縁層の通孔の内面に対して素子取付け部から遠ざかるように引っ込んでいる場合のように、絶縁層と銅基板との間に通孔に連通する空気溜りが形成されることがない。そのため、熱硬化性の樹脂からなる封止部材を加熱硬化して封止する際、又は低融点ガラスで封止する際に、前記空気溜り内の空気が未硬化の封止部材内に流出して気泡となって残留しないようにできる。そして、絶縁層の通孔の内面に対する前記食み出し部を、テーパ状周面に形成された銀層に連続させるとともに、その食み出し寸法を0.2mm以下としたので、銀層の面積が減ることは実質的に無視できるとともに、接着層が着色されている場合、その食み出し部による光の吸収も実質的に無視できるので、光の取出し効率を向上させる上で前記食み出し部が実質的な支障とならないようにできる。 In this invention, since the adhesive layer has a protruding portion in the root direction of the element mounting portion, the adhesive layer is in contact with the inner surface of the through hole of the insulating layer before the sealing member is provided. There is no formation of an air pocket communicating with the through hole between the insulating layer and the copper substrate, as in the case of retracting away from the mounting portion. Therefore, when the sealing member made of a thermosetting resin is heat-cured and sealed, or when sealed with low-melting glass, the air in the air reservoir flows into the uncured sealing member. Can be prevented from remaining as bubbles. And since the said protrusion part with respect to the inner surface of the through-hole of an insulating layer was continued with the silver layer formed in the taper-shaped surrounding surface, and the protrusion dimension was 0.2 mm or less, the area of a silver layer is The reduction can be substantially ignored, and when the adhesive layer is colored, the absorption of light by the protruding portion can be substantially ignored, so that the protruding portion is improved in improving the light extraction efficiency. Can be prevented from substantial trouble.
請求項1の発明の照明装置によれば、半導体発光素子の温度上昇を抑制しつつ素子取付け部での反射を良好として光の取出し効率を向上できる。 According to the illumination device of the first aspect of the present invention, it is possible to improve the light extraction efficiency by improving the reflection at the element mounting portion while suppressing the temperature rise of the semiconductor light emitting element.
請求項2の発明の照明装置によれば、封止部材で半導体発光素子を封止することに伴い封止部材内に気泡が残留しないようにできるとともに、これを実現するための絶縁層の食み出し部が、照明装置の光の出射方向に取出される光の取出し効率を向上させる上で実質的な支障とならないようにできる。 According to the illumination device of the second aspect of the present invention, it is possible to prevent bubbles from remaining in the sealing member as the semiconductor light emitting element is sealed with the sealing member, and to prevent the corrosion of the insulating layer for realizing this. It is possible to prevent the protruding portion from substantially hindering the efficiency of extracting the light extracted in the light emitting direction of the lighting device.
図1〜図3を参照して本発明の第1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銅基板2と、銀層4としての銀メッキ層、ニッケル層30としてのニッケルメッキ層と、絶縁層5と、複数の銅パターン8と、複数の半導体発光素子例えばLEDチップ11と、ボンディングワイヤ17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。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes an illumination device that forms an LED package. The lighting device 1 includes a package substrate, for example, a
銅基板2は、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長方形状をなしている。図2に示す銅基板2の一面(正面)2bに、この銅基板2と一体の凸部からなる素子取付け部3が例えばLEDチップ11と同数形成されている。素子取付け部3を除いた基板主部2a(図2参照)の厚みは例えば0.18μmである。素子取付け部3が設けられていない銅基板2の他面(背面)2cは、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。
The
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2b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から銅基板2の一面2b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から銅基板2の一面2b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。そのため、素子取付け部3はその先端面3aから銅基板2の一面にわたるテーパ状周面3bを有している。このテーパ状周面3bと銅基板2の一面2bとはこれらの間に角を作ることなく弧状をなして連続している。先端面3aの直径は例えば0.57mmであり、素子取付け部3の最大径をなす根元の直径は例えば1.08mmである。
As representatively shown in FIG. 2, the
表面素子取付け部3の略全体にニッケルメッキ層を介して銀メッキ層4が形成されている。ニッケルメッキ層は、銅基板2の銅がマイグレーションにより銀メッキ層に侵入するのを抑制し、銀の反射率が低下するのを抑制している。また、銀メッキ層4は、表面素子取付け部3の先端面3a全体に形成された端面メッキ部4aと、これに一体に連続した表面素子取付け部3のテーパ状周面3bの略全体に形成された周面数メッキ部4bとからなる。銀メッキ層4は無電解メッキにより設けられた薄膜であって、その膜厚は例えば0.3μm〜0.4μmである。この銀メッキ層4の光の反射率は90%以上である。ニッケルメッキ層が銅のマイグレーションを抑制するので上記反射率を長期間維持することができ、発光効率が低下しにくくなる。銀メッキ層4aを含めた素子取付け部3の高さは、図2においてLEDチップ11の上面の高さ位置を銅パターン8の高さ位置以上とすることが好ましい。
A
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。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、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は素子取付け部3が個々に挿入される複数の通孔6を有している。通孔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以上に大きい。本実施形態では素子取付け部3の根元部の直径と同径の1.08mmとしてある。
For example, a white glass epoxy substrate is used for the insulating
絶縁層5は銅基板2の一面2bに接着層7により貼り合わされ銅基板2に積層されている。接着層7は、紙や布等の繊維材料からなるシートに熱硬化性の接着樹脂を含浸してなり、絶縁層5の通孔6に個別に連通する複数の孔を有している。これらの孔の円形の縁によって、図2及び図3で代表して示すように前記貼り合わせに伴い通孔6に挿入された素子取付け部3に向けて食み出した食み出し部7aを形成することが好ましい。この食み出し部7aはテーパ状周面3bに形成された周面メッキ部4bに連続している。
The insulating
なお、絶縁層5が銅基板2に接着される前の状態では、接着層7の孔の直径は通孔6の直径より多少大きいが、食み出し部7aは、絶縁層5が銅基板2に接着されるに伴い形成される。これは、予め接着層7が貼り付けられた絶縁層5を銅基板2に押付けた状態のままで加熱炉に通して接着層7を加熱硬化することに伴い、前記押付けにより接着層7が圧縮されて変形することで、接着層7の孔が通孔6の直径より縮径されるからである。通孔6の内面6aに対する食み出し部7aの食み出し寸法Aは0.2mm以下である。この食み出し寸法Aは、接着層7の厚み及び銅基板2への絶縁層5の押付け力の加減等により規定できる。
In the state before the insulating
複数の銅パターン8は、各LEDチップ11への通電要素としてこれらLEDチップ11を直列に接続するために、絶縁層5の銅基板2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。これらの銅パターン8は、絶縁層5を銅基板2に貼り合わせる前に設けられる。
In order to connect the LED chips 11 in series as current-carrying elements to the LED chips 11, the plurality of
図1に示すように各銅パターン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。各列での複数の銅パターン8は所定ピッチで各通孔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銅パターン8には電線接続部9aが一体に連続して形成されているとともに、同列の他端側に位置した銅パターン8には電線接続部9bが一体に連続して形成されている。これら電線接続部9a,9bの夫々は銅パターン8より幅広であって、これらには図示しない外部電源にいたる外部絶縁被覆電線が個別に半田付けされる。
As shown in FIG. 1, the
図2及び図3で代表して示すように各銅パターン8は、通孔6の縁には達しておらず、この通孔6の縁から所定距離隔てられている。銅パターン8の端8aとこれに最も近接している通孔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。この露出した面(露出面)を符号5aで示す。これにより、銅パターン8の端8aと素子取付け部3との間の絶縁距離をより長く確保できるとともに、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。
As representatively shown in FIGS. 2 and 3, each
各銅パターン8の表面にニッケル層としてのニッケルメッキ層30を介して光反射層10が形成されている。光反射層10は、反射率が90%以上の銀メッキ層からなる。この光反射層10と前記銀メッキ層4は、無電解メッキ処理により一度に設けられる。前期ニッケルメッキ層30は、銅パターン8の銅がマイグレーションにより銀メッキ層10に侵入するのを抑制し、銀の反射率が低下するのを抑制している。
A
各LEDチップ11は例えば青色の光を発する青色LEDチップ11からなる。このLEDチップ11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で代表して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は反射膜を有しておらず、LEDチップ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。
Each
これらのLEDチップ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の先端面3aを覆っている銀メッキ層4の端面メッキ部4a上にダイボンドされている。それによって、各LEDチップ11は各銅パターン8と交互に配置されている。ダイボンド材16の厚みは0.10mm以下である。ダイボンド材16はLEDチップ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。銅基板2の長手方向に交互に配置された銅パターン8とLEDチップ11とは、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ17で電気的に直列に接続されている。
In these
LEDチップ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。半導体発光層13の高さ位置を銅パターン8表面の光反射層10より高く位置させるために、本実施形態ではLEDチップ11全体が銅パターン8表面の光反射層10より高く位置されている。
The withstand voltage between the semiconductor
こうした高さの差によって、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17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17の他端を銅パターン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17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。
Due to the difference in height, in wire bonding, one end of the
更に、本実施形態のようにLEDチップ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、LEDチップ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、通孔6の周辺に差し込み易い。それにより、LEDチップ11のまわ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。なお、本発明では、一つの素子取付け部3に一個のLEDチップ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LEDチップ11を並べて取付けることも可能である。その場合、同じ色の光を発する複数個のLEDチップ11であっても、或いは異なる色の光を発する複数個のLEDチップ11であってもよく、異なる色の光を発する複数個のLEDチップ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LEDチップ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LEDチップ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。
Furthermore, in the preferred configuration in which the
以上のように銀メッキ層4が略全体に形成された素子取付け部3を有した銅基板2、光反射層10を有した銅パターン8付きの絶縁層5、LEDチップ11、ボンディングワイヤ17によって、照明装置1の面状発光源が形成されている。
As described above, the
リフレクタ20は、一個一個又は数個のLEDチップ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LEDチップ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9a,9bは外部絶縁被覆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。
The
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酸化アルミニウム等の白色粉末(図示しない)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、投光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。
The inner peripheral surface of the
封止部材22は、リフレクタ20内に未硬化の状態で注入された後硬化されたものであり、前記面状発光源を埋めている。この封止部材22は絶縁層5の通孔6内に充填されている。それにより、封止部材22は、銀メッキ層4で覆われた素子取付け部3のテーパ状周面3b及び食み出し部7aに通孔6内で接してこれらを覆っている。封止部材22は、熱硬化性の透光性材料例えば透明シリコーン樹脂からなり、その内部に蛍光体(図示しない)が混入されている。本実施形態では白色系の照明光を得るために、LEDチップ11が発する光(具体的に青色の光)の一部により励起されて、このLEDチップ11が発する光とは異なる色の光(具体的には黄色の光)を放射する蛍光体が用いられ、この蛍光体は好ましくは略均一に分散した状態で封止部材22内に混入されている。
The sealing
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光の混合によって照明装置1は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。そのため、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できる。
With this combination, a part of blue light emitted from the semiconductor
以上の構成の照明装置1は、各LEDチップ11に通電して、これらLEDチップ11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。この点灯時に各LEDチップ11は発熱する。
The illuminating device 1 having the above configuration performs illumination by extracting light in the direction of the arrow in FIG. 2 by energizing each
ところで、LEDチップ11に電力を導く銅パターン8は、絶縁層5により銅基板2に対して電気的に絶縁されているが、絶縁層5は銅基板2とLEDチップ11との間には介在されていないとともに、LEDチップ11は銅基板2の素子取付け部3上に直接的にダイボンドされている。
By the way, the
そのため、各LEDチップ11が発する熱は、絶縁層5に邪魔されることなく銅基板2に直接的に伝導する。より具体的には、LEDチップ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、銀メッキ層4及びニッケルメッキ層30を経て銅基板2の素子取付け部3に伝えられる。しかも、素子取付け部3は、LEDチップ11がダイボンドされた先端面3aから銅基板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、LEDチップ11から基板主部2aに向けての熱伝導がより容易となる。そして、銅基板2の熱はこの銅基板2の背面2cから外部に放出される。
Therefore, the heat generated by each
こうしてLEDチップ11の熱が高効率に銅基板2を通って外部に放出されるので、各LEDチップ11の温度上昇が効果的に抑制され、各LEDチップ11の温度を設計通りに維持できる。そのため、各LEDチップ11の発光効率の低下と、各LEDチップ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LEDチップ11の発光色のむらを抑制できる。又、前記構成の各LEDチップ11は全方向に光を放射し、取分け、正面方向つまり銅基板2とは反対側の光の取出し方向に放射される光よりも、背面方向つまり銅基板2に向けて放射される光の方が強い。
Thus, the heat of the
そして、背面方向に放射された光の多くは、透光性のダイボンド材16を通って90%以上の光反射率を有した銀メッキ層4の端面メッキ部4aに入射し、この端面メッキ部4aで光の取出し方向に反射される。このようなLEDチップ11直下での高効率の反射により、光の取出し効率をより向上させることができる。
And most of the light radiated in the back direction passes through the translucent die-
しかも、前記背面2c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、背面2c方向に向かった光の一部は銅パターン8を覆った光反射層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。
In addition, a part of the light emitted in the direction of the
更に、絶縁層5の通孔6の周辺は、その一部が銅パターン8で覆われることがなく、この銅パターン8と通孔6との間おいて露出面5aを有している。言い換えれば、通孔6の周辺を、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。それだけではなく、点灯時に、封止部材22中の蛍光体から放射された光の一部を、素子取付け部3によって光の取出し方向に反射させることができる。詳しくは、素子取付け部3のテーパ状周面3bに対して絶縁層5の通孔6の内面6aは離れていて、これらの間に封止部材22の一部が充填された状態にある。そのため、封止部材22中の蛍光体から放射された光の一部は、素子取付け部3の先端面3aの内でLEDチップ11の周囲だけではなく、絶縁層5で妨げられることなくテーパ状周面3bにも入射可能である。言い換えれば、素子取付け部3での反射面積が、先端面3aの内でLEDチップ11の周囲以外にテーパ状周面3bにも確保されている。そして、このテーパ状周面3bでの反射面積は、先端面3aの内でLEDチップ11の周囲の反射面積よりも大きい。
Furthermore, the periphery of the through
こうした条件に加えて、素子取付け部3の反射面として機能する先端面3a及びテーパ状周面3bは、光反射率が90%以上と高い銀メッキ層4で覆われている。そのため、テーパ状周面3bに入射した光を、効率よく光の取出し方向に反射させることができる。なお、テーパ状周面3bに対する銀メッキ層4の周面メッキ部4bの形成面積が、銅基板2に絶縁層5を固定する接着層7の食み出し部7aによって減少することは、この食み出し部7aの食み出し寸法が0.2mm以下と極小であることにより、実質的に無視できる。これとともに、接着層7の色が黒色等の白色系以外の色である場合、食み出し部7による光の吸収も実質的に無視できる。このように食み出し部7aは、照明装置1の光の出射方向に取出される光の取出し効率を向上させる上で、実質的な支障とならないものである。
In addition to these conditions, the
したがって、前記構成の照明装置1は、LEDチップ11の放熱を促進させる素子取付け部3を利用して、照明装置1の光の出射方向に取出される光の取出し効率を向上させることができる。ちなみに、素子取付け部3に銀メッキ層を設けない構成の照明装置の全光束を100とした場合に比較して、前記構成の照明装置1での全光束は110であることが、本発明者による比較試験で明らかになった。
Therefore, the illumination device 1 having the above-described configuration can improve the light extraction efficiency of the illumination device 1 extracted in the light emission direction by using the
又、既述のように接着層7は素子取付け部3の根元方向へ突出した食み出し部7aを有しているから、封止部材22による封止に伴って封止部材22内に気泡が残留しないようにできる。即ち、封止部材22は、未硬化の状態でリフレクタ20内に所定量注入された後に、加熱炉によって加熱されることで硬化して、LEDチップ11等を封止する。この場合、リフレクタ20内に空気溜りがあると、そこに溜まっていた空気が、加熱に伴って未硬化の封止部材22内に流出して、それが抜けきらない内に封止部材22が硬化することにより、気泡となって封止部材22内に残留することがある。そのため、封止部材22を設ける前の状態で、接着層7が絶縁層5の通孔6の内面6aに対して素子取付け部3から遠ざかるように引っ込んでいる場合には、絶縁層5と銅基板2との間に通孔6に連通する空気溜りが形成される。
Further, as described above, since the
しかし、照明装置1は既述のように素子取付け部3の根元方向へ突出する接着層7の食み出し部7aを有しているから、リフレクタ20内に空気溜りが形成されることがない。したがって、加熱されることにより硬化する封止部材22内に気泡が残留することを抑制できる。そのため、封止部材22内に水が溜まって、封止部材22の絶縁性能の低下がもたらされないようにできる。
However, since the lighting device 1 has the protruding
なお、接着層7が黒色系である場合、その食み出し部7aと白色の絶縁層5の通孔6の内面6aとのコントラストが明確である。そのため、銅パターン8にボンディングワイヤ17をワイヤボンディングする場合のCCDカメラでの視認に基づく位置決めの基準を、食み出し部7aと通孔6の内面6aとの境界に求めることができるので、低解像度のCCDカメラでも前記位置決め基準を確実に視認することが可能である。
When the
1…照明装置、2…銅基板、2a…基板主部、3…素子取付け部、3a…素子取付け部の先端面、3b…素子取付け部のテーパ状周面、4…銀層、4a…端面メッキ部、4b…周面メッキ部、5…絶縁層、6…通孔、7…接着層、7a…接着層の食み出し部、8…銅パターン、11…LEDチップ(半導体発光素子)、12…素子基板、13…半導体発光層、16…ダイボンド材、17…ボンディングワイヤ、22…封止部材、30…ニッケル層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Illuminating device, 2 ... Copper substrate, 2a ... Substrate main part, 3 ... Element attachment part, 3a ... Tip surface of element attachment part, 3b ... Tapered peripheral surface of element attachment part, 4 ... Silver layer, 4a ... End face Plated portion, 4b ... peripheral plating portion, 5 ... insulating layer, 6 ... through hole, 7 ... adhesive layer, 7a ... protruding portion of adhesive layer, 8 ... copper pattern, 11 ... LED chip (semiconductor light emitting element), DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記素子取付け部の先端面及びこれに連続して前記一面に至るテーパ状周面に形成されたニッケル層と;
ニッケル層の上に形成された銀層と;
前記素子取付け部が挿入される通孔を有して前記銅基板の一面に接着層により接着して積層された絶縁層と;
この絶縁層上に設けられた銅パターンと;
この銅パターン上に形成されたニッケル層と;
ニッケル層の上に形成された銀層と;
前記素子取付け部の先端面を覆った銀層にダイボンドされた半導体発光素子と;
この半導体発光素子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から放出された光の一部により励起され異なる色の光を放射する蛍光体が混入されていて、前記素子取付け部、半導体発光素子、及びボンディングワイヤを埋設した透光性封止部材と;
を具備したことを特徴とする照明装置。 A copper substrate having one surface and an element mounting portion formed integrally with a convex portion on the one surface, wherein the element mounting portion is gradually formed thicker from the tip surface to the one surface;
A nickel layer formed on the tip end surface of the element mounting portion and a tapered peripheral surface extending continuously to the one surface;
A silver layer formed on the nickel layer;
An insulating layer having a through hole into which the element mounting portion is inserted and laminated by adhering to one surface of the copper substrate with an adhesive layer;
A copper pattern provided on the insulating layer;
A nickel layer formed on the copper pattern;
A silver layer formed on the nickel layer;
A semiconductor light emitting device die-bonded to a silver layer covering the tip surface of the device mounting portion;
A bonding wire connecting the semiconductor light emitting element and the conductor;
A translucent seal in which a phosphor that is excited by a part of light emitted from the semiconductor light emitting device and emits light of different colors is mixed, and the device mounting portion, the semiconductor light emitting device, and a bonding wire are embedded With members;
An illumination device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007253849A JP2009088116A (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Luminaire |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007253849A JP2009088116A (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Luminaire |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=40661180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007253849A Withdrawn JP2009088116A (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Luminaire |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
2007
- 2007-09-28 JP JP2007253849A patent/JP2009088116A/en not_active Withdrawn
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