JP2010219562A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、反射層を容易に形成することができ、しかも、光の取り出しを効率よく行える照明装置を得ることにある。
【解決手段】照明装置(1)は、複数の半導体発光素子(5)、反射層(3, 23)および透光性の接着層(6)を備えている。半導体発光素子(5)は、透光性の基板(11)と、基板(11)に形成された半導体発光層(12)とを有する。反射層(3, 23)は、半導体発光素子(5)が互いに間隔を存して並べられる大きさを有する。接着層(6)は、半導体発光素子(5)の基板(11)を反射層(3, 23)に接着することで、半導体発光素子(5)を反射層(3, 23)の上に保持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば発光ダイオードチップのような複数の半導体発光素子を光源として使用する照明装置に関する。

一画素を構成する複数の発光ダイオードチップと、これら発光ダイオードチップを包囲するカバー部材とを有するＬＥＤディスプレイが知られている。

発光ダイオードチップは、プリント配線板の上に一列に並んで実装されている。カバー部材は、一画素分の発光ダイオードチップを収容する一つのキャビティーを有し、このキャビティー内に合成樹脂製の封止材が充填されている。封止材は、一画素分の発光ダイオートチップをカバー部材に一体的にモールドしている。例えば、特許文献１は、このような構成を有するＬＥＤディスプレイを開示している。

特許文献１に開示されたＬＥＤディスプレイでは、一画素を構成する発光ダイオードチップに青色発光ダイオードチップが含まれている。青色発光ダイオードチップは、ＧａＮ系の化合物半導体が積層されたサファイア基板を有している。サファイア基板は、絶縁性接着剤によりプリント配線板に接着されている。

特許文献１によると、青色発光ダイオードチップが発する青色発光のうちプリント配線板に向かう光を反射させることで、プリント配線板と向かい合う発光観測面で観測される青色発光ダイオードチップの輝度を向上させる試みがなされている。

具体的には、サファイア基板をプリント配線板に接着する絶縁性接着剤にアルミナ微粉末のようなフィラーを混合させることで、絶縁性接着剤を白色の反射層としている。これにより、青色発光ダイオードチップのサファイア基板を透過する青色発光を、反射層を兼ねる絶縁性接着剤の表面で反射させている。

また、その他の例では、絶縁性接着剤としてフィラーを含まない透明な接着剤を用いるとともに、プリント配線板のうちサファイア基板に対応する箇所に、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｔのような導電性材料を蒸着又はめっきすることで反射層を形成している。これにより、青色発光ダイオードチップのサファイア基板を透過する青色発光をプリント配線板に導いて、反射層で反射させている。

特許第３３２９５７３号公報（段落０００４、００１０−００２４、図１−図５）

特許文献１では、光を効率よく取り出すために、プリント配線板のうち青色発光ダイオードチップに対応する箇所に反射層を形成して、プリント配線板の光の反射特性を高めている。

しかしながら、反射層は、青色発光ダイオードチップに対応する箇所にしか存在せず、ＬＥＤディスプレイの全体の大きさからすると、反射層の面積が小さい。このため、特許文献１の技術では、一般的な照明用途を想定した照明装置として利用する場合に、明るさが不足することが懸念される。よって、実用上十分な光を得る点において改善の余地が残されている。

さらに、特許文献１によると、プリント配線板の特定の箇所に導電性材料を蒸着又はめっきしたり、あるいは白色フィラーを混ぜたペーストを印刷する専用の工程が必要となる。このため、反射層の形成に手間がかかり、照明装置の製造コストが上昇するといった問題がある。

本発明の目的は、半導体発光素子から放射された光を反射させる反射層を容易に形成することができ、しかも、光の取り出しを効率よく行える照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る照明装置は、透光性の基板と、この基板に形成された半導体発光層とを有する複数の半導体発光素子と；上記半導体発光素子が互いに間隔を存して並べられた方向に連続するように形成された反射層と；上記各半導体発光素子の基板を上記反射層に接着することで、上記半導体発光素子を上記反射層の上に保持する透光性の接着層と；上記核半導体発光素子、反射層を覆う封止部材と；具備することを特徴としている。

この発明において、半導体発光素子としては、窒化物半導体を用いることが好ましい。さらに、半導体発光素子としては、ＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体、ＩＩ−ＩＶ族系化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族系化合物半導体を用いることができる。半導体発光素子の基板としては、サファイア、石英、ＳｉＣ、ＧａＩＮのような結晶基板を用いることができる。半導体発光素子が発する光の色は、青色、赤色、緑色のいずれであってもよい。それとともに、複数の半導体発光素子が発する光の色は、互いに異なっていてもよいし、全てが同じであってもよい。

この発明において、反射層は、その反射率が波長４２０ｎｍ〜７４０ｎｍの領域で８５％以上であれば１００％に近いほど好ましい。この種の反射層としては、紙あるいは布等のシート基材に、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウムのような白色粉末のうちの少なくとも一種が混入された熱硬化性樹脂材料を含浸させた接着シートを挙げることができる。この接着シートは、プリプレグ(prepreg)と称されている。

さらに、反射層としては、銀めっきを使用することができる。銀めっきは、例えば金属あるいは合成樹脂製のベース基板の表面に予め決めされた厚みに積層される。

この発明において、透光性の接着層としては、例えばエポキシ樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂系のダイボンド材を用いることができる。接着層は、その厚みが１００μｍ〜５００μｍであり、光の透過率が７０％以上であれば１００％に近いほど好ましい。

この種の接着層としては、特にシリコーン系の接着層を用いることが好ましい。シリコーン系の接着層は、紫外線から可視光に至る略全ての波長範囲の光に対して高い光透過性を有している。それとともに、シリコーン系の接着層は、比較的短波長の光が長時間照射されても、変色のような劣化が生じ難い点で優れている。

透光性の接着層としては、樹脂系のダイボンド材に代えて、例えば低融点ガラスを用いることができる。

さらに、この発明では、複数の半導体発光素子が実装された反射層を、透光性を有する封止部材で覆い、この封止部材で半導体発光素子をモールドすることが望ましい。但し、この封止部材は必要不可欠な構成要素ではなく、省略することもできる。

本発明のの構成により、面発光が可能な照明装置を得ることができる。それとともに、この照明装置では、複数の半導体発光素子を互いに間隔を存して配置し得る大きさを有する反射層の略全領域で半導体発光素子から放射された光を反射させている。そのため、複数の半導体発光素子から放射された光を個々の半導体発光素子に対応する箇所で反射させる場合との比較において、光を効率よく取り出すことができる。

加えて、反射層の上に半導体発光素子の基板が接着されているので、個々の半導体発光素子に対応するように反射層を形成する必要はない。

この発明によると、反射層が樹脂製である場合との比較において、半導体発光素子の熱を効率よく反射層に逃すことができる。このため、半導体発光素子および反射層を含めたパッケージの熱抵抗を軽減でき、半導体発光素子の温度上昇を防止することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の照明装置において、上記反射層は、銀めっきで構成されていることを特徴としている。

この発明によると、半導体発光素子の熱を直接反射層に逃すことができる。このため、半導体発光素子の熱を導体部を利用して反射層に逃すことができる。なお、半導体発光装置が封止樹脂で覆われる領域に設けられる導体部にボンディングワイヤを介して電気的に接続される場合には、半導体発光素子の熱の一部は、ボンディングワイヤを介して導体部に伝えることができる。このため、半導体発光素子の熱を導体部を利用して逃すことができる。

請求項１の発明によれば、反射層を容易に形成できるとともに、光を効率よく取り出すことができる。

請求項２の発明によれば、半導体発光素子の熱を効率よく反射層に逃すことができ、半導体発光素子の温度上昇を防止できる。

請求項３の発明によれば、半導体発光素子から反射層に至る熱伝導経路を十分に確保でき、半導体発光素子の温度上昇を確実に防止できる。

本発明の第１の実施の形態に係る照明装置を一部切り欠いて示す平面図。 図１のF2-F2線に沿う断面図。 本発明の第１の実施の形態において、半導体発光素子とパッドとの位置関係を拡大して示す断面図。 本発明の第１の実施の形態において、反射層の光反射面の上に回路パターンを形成した状態を示す平面図。 本発明の第１の実施の形態において、照明装置に用いる白色の反射層の全光線反射率を示すグラフ。 本発明の第２の実施の形態に係る照明装置を一部切り欠いて示す平面図。 本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の側面図。 本発明の第２の実施の形態において、半導体発光素子、パッドおよびヒートシンクの位置関係を拡大して示す断面図。

以下本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図４を参照して説明する。

図１および図２は、照明装置１を開示している。照明装置１は、一つのモジュールとしてユニット化されたＬＥＤパッケージを形成している。照明装置１は、ベース基板２、反射層３、回路パターン４、複数の半導体発光素子５、接着層６、リフレクタ７、封止部材８および光拡散部材９を備えている。

ベース基板２は、例えば合成樹脂製のフラットな板であり、照明装置１が必要とする発光面積を得るために長方形状に形成されている。図２に示すように、ベース基板２は、表面２ａと、この表面２ａの反対側に位置する裏面２ｂとを有している。ベース基板２の材料としては、例えばガラス粉末を混入させたエポキシ樹脂を用いることが望ましい。

ベース基板２は、合成樹脂製に限らず、金属製とすることもできる。ベース基板２を金属製とした場合、ベース基板２の裏面２ｂからの放熱性が良好となり、ベース基板２の温度分布を均等化できる。そのため、同じ波長域の光を発する半導体発光素子５の発光色のばらつきを抑制する上で好ましいものとなる。

発光色のばらつきを抑制するためには、熱伝導性に優れた金属材料でベース基板２を構成することが望ましい。熱伝導性に優れた金属材料としては、例えば熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のアルミニウム又はその合金を挙げることができる。

反射層３は、ベース基板２の表面２ａに積層されて、予め決められた数の半導体発光素子５を互いに間隔を存して配列し得る大きさを有している。反射層３は、白色の絶縁材によって形成されている。絶縁材としては、シート状のプリプレグ(prepreg)を使用している。プリプレグは、例えば酸化アルミニウムのような白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させたものであり、それ自体が接着性を有している。そのため、反射層３は、ベース基板２の表面２ａに接着されて、この表面２ａを覆っている。反射層３は、ベース基板２の反対側に位置するフラットな光反射面３ａを有している。

図４に示すように、回路パターン４は、反射層３の光反射面３ａの上に形成されている。回路パターン４は、第１の導体列４ａと第２の導体列４ｂとを有している。第１および第２の導体列４ａ，４ｂは、ベース基板２の長手方向に延びるとともに、互いに間隔を存して平行に配置されている。

第１の導体列４ａは、複数の導体部としてのパッド４ｃと第１の端子部４ｄとを有している。同様に、第２の導体列４ｂは、複数の導体部としてのパッド４ｃと第２の端子部４ｅとを有している。パッド４ｃは、ベース基板２の長手方向に互いに間隔を存して一列に並んでいる。第１の端子部４ｄは、第１の導体列４ａの一端に位置するパッド４ｃに一体に形成されている。第２の端子部４ｅは、第２の導体列４ｂの一端に位置するパッド４ｃに一体に形成されている。

第１および第２の端子部４ｄ，４ｅは、ベース基板２の長手方向に沿う一端部において互いに隣り合っている。さらに、第１の端子部４ｄと第２の端子部４ｅとは、反射層３により電気的に絶縁されている。第１および第２の端子部４ｄ，４ｅには、夫々電源ケーブルが例えば半田付け等の手段により接続されるようになっている。

本実施の形態の回路パターン４は、以下に述べる手順によって形成される。

最初に未硬化の熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグをベース基板２の表面２ａに貼り付けて、ベース基板２の表面２ａを反射層３で覆う。次に、反射層３の上に反射層３と同じ大きさの銅箔を貼り付けることで積層体を構成する。この後、積層体を加熱すると同時に加圧して、熱硬化性樹脂を硬化させる。これにより、ベース基板２および銅箔が反射層３と一体的に接着される。引き続いて、銅箔の上にレジスト層を積層し、銅箔にエッチング処理を施す。この後、レジスト層を除去することで、反射層３の上に回路パターン４を形成する。回路パターン４を構成する銅箔の厚みＡ（図３を参照）は、例えば３５μｍである。

各半導体発光素子５としては、例えば窒化物半導体を使用したダブルワイヤー型の青色ＬＥＤチップが用いられている。図２および図３に示すように、半導体発光素子５は、透光性を有する基板１１と半導体発光層１２とを備えている。

基板１１としては、例えばサファイア基板が用いられている。基板１１は、第１の面１１ａと、第１の面１１ａの反対側に位置する第２の面１１ｂとを有している。本実施の形態では、第１の面１１ａと第２の面１１ｂとは、互いに平行である。基板１１の厚みＢは、例えば９０μｍであり、回路パターン４のパッド４ｃよりも厚くなっている。

半導体発光層１２は、基板１１の第１の面１１ａの上にバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウエル層とを交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ型半導体層は、ｎ側電極１３を有している。ｐ型半導体は、ｐ側電極１４を有している。この種の半導体発光層１２は反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射することができる。

図１に示すように、各半導体発光素子５は、ベース基板２の長手方向に隣り合うパッド４ｃの間に配置されるとともに、反射層３の同一の光反射面３ａの上に接着層６を介して接着されている。具体的には、各半導体発光素子５の基板１１の第２の面１１ｂが接着層６によって光反射面３ａの上に接着されている。この結果、回路パターン４のパッド４ｃおよび半導体発光素子５は、光反射面３ａの上で交互に並んでいる。

図２および図３に示すように、半導体発光素子５は、一対の側面５ａ，５ｂを有している。半導体発光素子５の一方の側面５ａは、隣り合う一つのパッド４ｃと向かい合っている。半導体発光素子５の他方の側面５ｂは、隣り合う他のパッド４ｃと向かい合っている。

半導体発光素子５と光反射面３ａとの間に介在される接着層６の厚みＣは、例えば１００μｍ〜５００μｍである。接着層６としては、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を用いることが好ましい。シリコーン樹脂系の接着剤は、例えば厚みが１００μｍ以上の時に光透過率が７０％以上となる透光性を有している。

図２および図３に示すように、各半導体発光素子５の電極１３，１４は、ワイヤボンディングにより回路パターン４のパッド４ｃに電気的に接続されている。具体的には、ｎ側電極１３は、半導体発光素子５の側面５ａに隣り合うパッド４ｃにボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続されている。ｐ側電極１４は、半導体発光素子５の側面５ｂに隣り合う他のパッド４ｃにボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続されている。

さらに、第１の導体列４ａのうち第１の端子部４ｄとは反対側に位置するパッド４ｃと、第２の導体列４ｂのうち第２の端子部４ｅとは反対側に位置するパッド４ｃとの間は、他のボンディングワイヤ１６（図１を参照）を介して電気的に接続されている。したがって、本実施の形態によると、複数の半導体発光素子５は、回路パターン４を介して直列に接続されている。

図１に示すように、リフレクタ７は、長方形の枠状に形成されて、反射層３の上の全ての半導体発光素子５を一括して取り囲んでいる。言い換えると、リフレクタ７は個々の半導体発光素子５に対応するものではなく、全ての半導体発光素子５に共通する構成要素となっている。

リフレクタ７は、反射層３の光反射面３ａに接着されている。本実施の形態では、全ての半導体発光素子５および回路パターン４のパッド４ｃがリフレクタ７で囲まれた領域に位置している。回路パターン４の第１および第２の端子部４ｄ，４ｅは、リフレクタ７の外に位置している。

リフレクタ７は、例えば合成樹脂製であり、その内周面が光反射面７ａとなっている。光反射面７ａは、リフレクタ７の内周面に例えばＡｌやＮｉのような反射率が高い金属材料を蒸着またはめっきすることにより形成される。光反射面７ａは、リフレクタ７の内周面に可視光の反射率の高い白色塗料を塗布することによっても形成できる。

さらに、リフレクタ７を成形する樹脂材料の中に白色粉末を混入させることで、光反射面７ａそのものを可視光の反射率が高い白色とすることもできる。白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウムのような白色フィラーを用いることができる。リフレクタ７の光反射面７ａは、図２に二点鎖線で示すように、反射層３の光反射面３ａから遠ざかるに従いリフレクタ７の外側方に向けて傾斜させることが望ましい。

図２に示すように、封止部材８は、リフレクタ７で囲まれた領域に注入されている。封止部材８は、半導体発光素子５、パッド４ｃおよびボンディングワイヤ１５，１６を覆った状態で固化されている。封止部材８は、例えば透明シリコーン樹脂や透明ガラスのような透光性を有する材料により形成されている。

封止部材８を形成する材料には、必要に応じて蛍光体粒子が混入される。本実施の形態では、半導体発光素子５として青色ＬＥＤチップを用いている。そのため、青色ＬＥＤチップから放射された青色の一次光を波長が異なる黄色の二次光に波長変換する蛍光体粒子を用いている。蛍光体粒子は、好ましい例として略均一に分散した状態で封止部材８に混入されている。

蛍光体粒子が混入された封止部材８を用いることで、半導体発光層１２から放射された青色の光が当った蛍光体粒子は、青色の光を吸収して黄色の光を発する。この黄色の光は封止部材８を透過する。一方、半導体発光層１２から放射された青色の光の一部は、蛍光体粒子に当ることなく封止部材８を透過する。このため、補色関係にある二種の色の混合によって白色光を得ることができる。

図２に示すように、光拡散部材９は、平板状であり、リフレクタ７の前方に配置されている。光拡散部材９は、例えばリフクレタ７で直接支えたり、あるいは照明装置１を収容する図示しない照明器具で支えるようにしてもよい。

光拡散部材９としては、波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の光の透過率と、波長５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの黄色の光の透過率との差が１０％以内であり、可視光の透過率が９０％以上１００％未満である光拡散性能を有する材料を使用することが望ましい。こうした光拡散部材９を用いることで、青色の一次光と黄色の二次光とを光拡散部材９で混合させて、色むらが抑制された白色の光を得ることができる。

図２に示すように、光拡散部材９と半導体発光素子５が配列された光反射面３ａとの間の距離Ｌは、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることが望ましい。

本発明者は、透過率が９０％の光拡散部材９を用いた照明装置１と、透過率が８０％の光拡散部材９を用いた照明装置１を準備し、以下のような点灯試験を行った。この点灯試験では、上記距離Ｌを５ｍｍ以上１５ｍｍとする条件の下で、二種類の照明装置１の夫々において全光束を測定するとともに、光拡散部材９の視覚的印象を判定した。

視覚的印象とは、複数の半導体発光素子５が一つ一つ独立して点状に発光しているように見えるか否かのことを指している。本実施の形態では、視覚的印象を「良」および「否」で判定している。

視覚的印象が「良」であるとは、個々の半導体発光素子５が独立した点状の光源として見え難くなり、光拡散部材９のうち半導体発光素子５に対応した箇所とその周囲との間の輝度の差が少ないことを意味している。逆に視覚的印象が「否」であるとは、複数の半導体発光素子５を個々に独立してはっきりと認識することができ、光拡散部材９のうち半導体発光素子５に対応した箇所とその周囲との間の輝度の差が大きいことを意味している。

透過率が９０％の光拡散部材９を用いた照明装置１では、全光束が１００ｌｍ、視覚的印象の評価は「良」であった。透過率が８０％の光拡散部材９を用いた照明装置１では、全光束が９０ｌｍ、視覚的印象の評価は「良」であった。この結果、光拡散部材９の透過率は、９０％以上とすることが好ましいことが分かる。

一方、本発明者は、透過率が９０％の光拡散部材９を用いた照明装置１において、反射層３の光反射面３ａと光拡散部材９との間の距離Ｌを変化させた時の全光束と視覚的印象との関係を調べた。

その結果、距離Ｌが５ｍｍ未満では、照明装置１の全光束は１０５ｌｍ、視覚的印象の評価は「否」であった。距離Ｌが１５ｍｍを越えた場合は、全光束は９５ｌｍ、視覚的印象の評価は「良」であった。

したがって、距離Ｌが５ｍｍ未満となると、個々の半導体発光素子５を点光源として認識し易くなり、逆に距離Ｌが１５ｍｍを越えると、明るさが不足する。よって、距離Ｌを５ｍｍ以上１５ｍｍ以下に規定することで、照明用途として必要な明るさを確保できるとともに、複数の半導体発光素子５を個々に独立した点状光源として視認し難くなることが明らかとなった。

この結果、照明装置１としては、可視光の透過率が９０％以上の光拡散部材９を用い、反射層３の光反射面３ａから光拡散部材９までの距離Ｌを５ｍｍ以上１５ｍｍ以下に規定することが実用的な面で望ましいことになる。

一方、本実施の形態の照明装置１において、反射層３の光反射面３ａの反射率は、波長４２０ｎｍ〜７４０ｎｍの領域において８５％以上であることが好ましい。反射率が８５％未満であると、半導体発光層１２から基板１１を透過してベース基板２に向かう光を光反射面３ａで反射させる際の効率が低く、半導体発光素子５の光を効率良く取り出すことができない。

図５は、反射層３に用いる白色の樹脂材料の全光線反射率（％）と波長（ｎｍ）との関係を示すグラフである。図５において、実線は白色の樹脂材料の全光線反射率、点線は比較例としての銀の全光線反射率を示している。銀の場合は、波長４００ｎｍ〜７４０ｎｍの全域において８５％以上の全光線反射率を有する。これに対し、白色の樹脂材料の場合は、波長４００ｎｍで全光線反射率が３５％であり、全光線反射率が８５％以上となるのは、波長４８０ｎｍ〜７４０ｎｍの領域である。しかしながら、波長４２０ｎｍ〜７４０ｎｍの全域においても、全光線反射率の平均は８５％以上となるため、半導体発光素子５が発する光の取り出しを効率よく十分に行うことができる。

さらに、反射率を確保しつつ反射層３の放熱性を確保するためには、反射層３の厚みＴを３０μｍから９０μｍの範囲内に規定することが好ましい。表１は、反射層３の厚みＴを３０μｍ、９０μｍ、１２０μｍとした場合の夫々において、波長４６０ｎｍの時の反射率、波長５５０ｎｍの時の反射率および熱抵抗（℃／Ｗ）を示している。表１から分かるように、反射層３は、厚みＴが薄くなる程に反射率が低下し、厚みＴが厚くなる程に熱抵抗が高くなる特性を示す。

半導体発光素子５は、ジャンクション温度を１００℃で使用した場合の寿命が４００００時間となっている。そのため、半導体発光素子５の寿命を長くするためには、ジャンクション温度を１００℃以下に抑えて使用することが好ましい。

表２は、例えば半導体発光素子５の１チップ当たりのＷ数が０．０６Ｗである場合に、０．０６Ｗの電力の投入で半導体発光素子５を点灯させた時の反射層３の厚みＴと反射層３の温度上昇との関係を示している。表１および表２から明らかなように、反射層３の厚みＴが薄い程、反射層３の熱抵抗が小さいために、半導体発光素子５から反射層３に伝わる熱が効率よく拡散され、反射層３の温度上昇が抑えられている。これに対し、反射層３の厚みＴが厚い程、反射層３の熱抵抗が大きくなるので、反射層３の温度上昇が大きくなる。

例えば５０００ｌｍの光束が得られる半導体発光素子を光源とする密閉型照明器具では、器具内の雰囲気温度が６０℃〜７０℃に達する。この温度に表２に示す反射層３の温度上昇分をプラスした値が上記ジャンクション温度となる。このため、反射層３の厚みＴが１２０μｍでは、ジャンクション温度が１００℃を超えてしまう。したがって、ジャンクション温度を１００℃以下とするためには、反射層３の厚みＴは９０μｍ以下とすることが必要となる。

一方、反射層３の厚みＴを薄くすると、反射層３を光が透過してしまうため、光の反射率が低下する。表３は、反射層３の厚みＴと半導体発光素子５の１チップ当たりの全光束（ｌｍ）との関係を示している。全光束の低下割合は、反射層３の厚みＴが１２０μｍの時の全光束の値を最大値として１０％程度に抑えたいといった要求がある。そのため、反射層３の厚みＴは、３０μｍ以上必要であると考えられる。

以上のことからすると、反射層３の厚みＴは、３０μｍから９０μｍの範囲内に規定することが望ましい。こうすることで、反射層３の反射率を確保しつつ、反射層３の放熱性を高めることができる。

第１の実施の形態によると、複数のパッド４ｃが形成された白色の反射層３の上に、複数の半導体発光素子５の基板１１が透光性を有する接着層６を介して接着されている。半導体発光素子５は、パッド４ｃに電気的に接続されるとともに、上記接着層６を介して反射層３の光反射面３ａの上に並べて保持されている。この構成により、面発光が可能な照明装置１を得ることができる。

この照明装置１によると、各半導体発光素子５の半導体発光層１２から放出される光の一部は、図２に矢印で示す正規の光の取り出し方向とは逆に、基板１１を透過して反射層３に向かう。反射層３に向かう光は、接着層６を通って反射層３のうち基板１１の投影面積に対応する領域に入射するとともに、反射層３の光反射面３ａで正規の光の取り出し方向に向けて反射される。

さらに、半導体発光層１２から反射層３に向かう光のうち、基板１１の周囲に向けて基板１１を斜めに通過した光は、基板の１１の周囲に位置する光反射面３ａで正規の光の取り出し方向に向けて反射される。

それとともに、半導体発光層１２から正規の光の取り出し方向に放射された光が封止部材８の内部の蛍光体粒子に当ると、黄色に発光する二次光の一部は、反射層３に向かう光となる。この反射層３に向かう光も光反射面３ａで正規の光の取り出し方向に向けて反射される。

このことから、半導体発光層１２から反射層３に向かう光は、光反射面３ａのうち個々の半導体発光素子５に対応する箇所のみで反射するのではなく、半導体発光素子５を外れた箇所においても正規の光の取り出し方向に反射される。詳しくは、光反射面３ａのうちパッド４ｃで覆われた部位を除く全ての領域を利用して、半導体発光層１２から反射層３に向かう光を正規の光の取り出し方向に反射させることができる。したがって、照明装置１からの光の取り出しを効率よく行うことができる。

しかも、半導体発光層１２が発する光は、基板１１の周囲に向けて放射される。それとともに、半導体発光層１２から基板１１に入射した光の一部および反射層３の光反射面３ａで反射された後、接着層６を通って再び基板１１に入射した光の一部は、半導体発光素子５の第１および第２の側面５ａ，５ｂから基板１１の外に放射される。半導体発光素子５に電気的に接続されたパッド４ｃは、半導体発光素子５の第１および第２の側面５ａ，５ｂと隣り合っている。そのため、特に第１および第２の側面５ａ，５ｂから放射された光がパッド４ｃと干渉して、パッド４ｃに吸収する恐れがあり得る。

しかるに、第１の実施の形態によると、パッド４ｃの厚みＡは、基板１１の厚みＢよりも薄くなっている。このため、半導体発光素子５の第１および第２の側面５ａ，５ｂからパッド４ｃの方向に放射された光がパッド４ｃと干渉し難くなって、光の損失が少なくなる。よって、光の取り出しを効率よく行う上で有利となる。

それとともに、回路パターン４のパッド４ｃと半導体発光素子５とは、ベース基板２の長手方向に沿って直線状に配列されている。これにより、反射層３の光反射面３ａを覆うパッド４ｃの総面積を小さく抑えることができる。この結果、光反射面３ａのうち反射に寄与する実質的な面積を十分に確保でき、光を効率よく取り出す上で有利となる。

加えて、単一のリフレクタ７は、複数の半導体発光素子５を一括して包囲している。この構成によれば、個々の半導体発光素子５から放射された光がリフレクタ７と干渉する割合が格段に少なくなり、光拡散部材９に向かう光の量が多くなる。言い換えると、リフレクタ７の光反射面７ａに入射する光が少なくなって、光が光反射面７ａに吸収され難くなり、光の吸収に伴う光の損失が少なくなる。よって、半導体発光素子５から放射された光を効率よく取り出すことができる。

例えば、一個ないし複数の半導体発光素子ごとに放射状に拡がる反射面を有するリフクレクタが存在すると、個々のリフレクタの光反射面に個々の半導体素子から放射された光が入射する。そのため、リフレクタに対する光の入射量が多くなり、光反射面に光が吸収される確率が高くなる。よって、光の損失が多くなり、半導体発光素子から放出された光を効率よく取り出すことができなくなる。

こうした光の取り出し効率の良否は、以下の比較により明らかとなった。この比較で使用した照明装置は、ベース基板をアルミニウム製とし、反射層の反射率を波長４００ｎｍ〜７４０ｎｍの光に対し９０％とした。さらに、接着層として、厚みが１００μｍで透過率が９５％のダイボンド材を使用するとともに、２８個の半導体発光素子を反射層の上に配列して、単一のリフクレクタで一括して取り囲む構成とした。このような照明装置を２０ｍＡで通電して点灯させた時の光束は、１２０ｌｍであった。

これに対し、比較例としての照明装置では、２８個のリフレクタを用意し、各リフレクタに夫々半導体発光素子を組み込む構成とした。このような照明装置を２０ｍＡで通電して点灯させた時の光束は、１１０ｌｍであった。

第１の実施の形態の照明装置１では、反射層３の光反射面３ａと光拡散部材９との間を複数のボンディングワイヤ１５が横切っている。そのため、光反射面３ａで反射されて光拡散部材９に向かう光の一部がボンディングワイヤ１５によって遮られてしまう。

第１の実施の形態によると、ボンディングワイヤ１５は、隣り合う半導体発光素子５の間を直列に接続している。このため、例えば複数の半導体発光素子５をボンディングワイヤ１５を用いて並列に接続する場合との比較において、ボンディングワイヤ１５の数が減少する。これにより、光反射面３ａから光拡散部材９に向かう光のうち、ボンディングワイヤ１５で遮られる光の割合を減らすことができる。したがって、半導体発光素子５から放出された光を効率よく取り出す上で有利となる。

複数の半導体発光素子を並列に接続する場合は、反射層３の上に複数のパターン部を半導体発光素子５の配列方向に沿って直線状に形成して、各パターン部と半導体発光素子５との間を複数のボンディングワイヤで電気的に接続する必要がある。この構成では、光反射面３ａのうち実際に反射に寄与する部分の面積が減少するので、光の取り出しのことを考慮すると好ましくない。

第１の実施の形態に係る照明装置１では、回路パターン４が形成された反射層３の上に、複数の半導体発光素子５を接着している。そのため、複数の半導体発光素子５に対応する複数の反射層をベース基板２の上に個別に形成する必要はない。よって、反射層３を格別な手間を要することはなく容易に形成することができ、照明装置１の製造コストの低減に寄与する。

詳しく述べると、例えば白色フィラーを混入した白色の絶縁性接着剤を用いて半導体発光素子の光を反射させる従来の構成では、微小な半導体発光素子ごとに微量の絶縁性接着剤を精度よく塗布することが要求される。このため、作業性が悪いとともに、作業に手間を要する。さらに、絶縁性接着剤の厚みと塗布面積を規定値に管理することは、製造技術的な面からしてもかなりの困難を伴う。

これに対し、第１の実施の形態の照明装置１では、反射層３はベース基板２の表面２ａを連続して覆うに止まっている。そのため、反射層３を形成するに当って、製造技術的に困難な作業を必要としない。よって、反射層３をベース基板２に容易に形成することができ、照明装置１の製造コストを低減できる。

加えて、従来では、絶縁性接着剤を塗布する作業に困難を伴うので、複数の半導体発光素子に個々に塗布した絶縁性接着剤の厚みが不均一となり、絶縁性接着剤の熱抵抗がばらつくのを否めない。これにより、複数の半導体発光素子の放熱特定が微妙に異なってしまい、半導体発光素子の発光色にばらつきが生じることがあり得る。

これに対し、第１の実施の形態の照明装置１によると、反射層３はベース基板２の表面２ａを全面的に覆うように、予め決められた厚みで表面２ａの上に積層されている。そのため、反射層３は、複数の半導体発光素子５の放熱特性に悪影響を及ぼすことはない。よって、複数の半導体発光素子５の発光色が微妙に異なるのを防止できる。

本発明は上記第１の実施の形態に特定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲ないで種々変形して実施できる。

図６ないし図８は、本発明の第２の実施の形態に係る照明装置２１を開示している。この照明装置２１は、主に半導体発光素子５の放熱性を高めるための構成が上記第１の実施の形態と相違しており、それ以外の構成は、基本的に第１の実施の形態と同様である。そのため、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図６ないし図８に示すように、ベース基板２２は、金属製のフラットな板であり、照明装置２１が必要とする発光面積を確保するために矩形状に形成されている。ベース基板２２は、表面２２ａと、この表面２２ａの反対側に位置する裏面２２ｂとを有している。ベース基板２２としては、例えば熱伝導性に優れた銅を用いることが好ましい。

ベース基板２２の表面２２ａに反射層２３が積層されている。反射層２３は、ベース基板２２に銀めっきを施すことにより形成され、導電性を有している。反射層２３は、ベース基板２２の表面２２ａを全面的に覆っており、予め決められた数の半導体発光素子５を間隔を存して配列し得る大きさを有している。反射層２３は、ベース基板２２の反対側に位置するフラットな光反射面２３ａを有している。

光反射面２３ａの拡散反射率は、波長４２０ｎｍ〜７４０ｎｍの領域で７０％以上であることが好ましい。この拡散反射率は、白色の硫酸バリウムの拡散反射率を１００％とした時の値で評価している。光反射面２３ａの拡散反射率が７０％以上であれば、波長４２０ｎｍ〜７４０ｎｍの領域では、光反射面２３ａの全光線反射率の平均は８５％を上回る。よって、光を効率よく取り出すことができる。

反射層２３の光反射面２３ａの上に回路パターン２４が形成されている。回路パターン２４は、複数の導体列２５を有している。導体列２５は、ベース基板２２の長手方向に延びるとともに、互いに間隔を存して平行に配置されている。

各導体列２５は、複数の導体部としてのパッド２５ａと、第１および第２の端子部２５ｂ，２５ｃとを有している。パッド２５ａは、ベース基板２２の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。第１の端子部２５ｂは、各導体列２５の一端に位置するパッド２５ａに一体に形成されている。第２の端子部２５ｃは、各導体列２５の他端に位置するパッド２５ａに一体に形成されている。そのため、第１の端子部２５ｂと第２の端子部２５ｃとは、各導体列２５の長手方向に離間している。

図８に示すように、各パッド２５ａは、絶縁体２７と導電層２８とを有している。絶縁体２７としては、例えばセラミックが用いられている。絶縁体２７は、第１の面２７ａと、第１の面２７ａの反対側に位置する第２の面２７ｂとを有している。第１の面２７ａと第２の面２７ｂとは互いに平行である。導電層２８は、例えば絶縁体２７の第１の面２７ａに金めっきを施すことにより形成されている。

各パッド２５ａは、絶縁性接着剤２９を介して反射層２３の光反射面２３ａに接着されている。絶縁性接着剤２９は、絶縁体２７の第２の面２７ｂと光反射面２３ａとの間に充填されて、絶縁体２７を光反射面２３ａの上に保持している。したがって、各パッド２５ａの導電層２８と銀めっきからなる反射層２３との間は、電気的に絶縁された状態に保たれている。

回路パターン２４の第１および第２の端子部２５ｂ，２５ｃは、上記各パッド２５ａと同様の構成を有するため、説明を省略する。

反射層２３の光反射面２３ａの上に上記第１の実施の形態と同様の半導体発光素子５が配置されている。半導体発光素子５は、ベース基板２２の長手方向に隣り合うパッド２５ａの間に位置するとともに、反射層２３の光反射面２３ａの上に接着層６を介して接着されている。

図８に示すように、各半導体発光素子５のｎ側電極１３は、半導体発光素子５の側面５ａに隣り合うパッド２５ａの導電層２８にボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続されている。各半導体発光素子５のｐ側電極１４は、半導体発光素子５の側面５ｂに隣り合うパッド２５ａの導電層２８にボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続されている。したがって、複数の半導体発光素子５は、回路パターン２４の導体列２５ごとに直列に接続されている。

図７および図８に示すように、ベース基板２２の裏面２２ｂにヒートシンク３１が取り付けられている。ヒートシンク３１は、受熱板３２と複数の放熱フィン３３とを備えている。

受熱板３２は、ベース基板２２の裏面２２ｂを全面的に覆うような大きさを有している。受熱板３２は、ベース基板２２の裏面２２ｂに例えば接着等の手段により固定されて、ベース基板３２に熱的に接続されている。放熱フィン３３は、受熱板３２と一体化されている。放熱フィン３３は、受熱板３２からベース基板２２の反対側に向けて突出している。

第２の実施の形態において、半導体発光素子５が発光すると、半導体発光素子５が発熱する。半導体発光素子５は、銀めっきからなる反射層２３の上に接着されて、この反射層２３に熱的に接続されている。そのため、半導体発光素子５の熱は、接着層６を介して直接反射層２３に伝わる。

銀めっきからなる反射層２３は、第１の実施の形態の樹脂製の反射層３に比べて熱伝導率が高い。このため、半導体発光素子５とベース基板２とを組み合わせたパッケージの熱抵抗が小さく抑えられる。

パッケージの熱抵抗は、点灯中の半導体発光素子５の温度をＴｊ、半導体発光素子５が点灯している時のパッケージの温度をＴｃとした時、

Ｔｊ＝Ｔｃ／Ｗ （Ｗ：投入電力）
で評価することができる。

本発明者は、例えば定格電流２０ｍＡの半導体発光素子を反射層の上に１００個実装し、６．０Ｗの電力の投入で点灯させた場合のパッケージの熱抵抗を検証した。

その結果、銀めっきからなる反射層２３を用いたパッケージでは、熱抵抗が０．６℃／Ｗとなり、樹脂製の反射層３を用いたパッケージでは、熱抵抗が７．０℃／Ｗとなることが確かめられた。

このことから、銀めっきからなる反射層２３は、樹脂製の反射層３に比べて熱伝導性が良好となり、半導体発光素子５の熱をベース基板２２に効率よく逃すことができる。

さらに、第２の実施の形態によると、各半導体発光素子５の熱は、ボンディングワイヤ１５を介して隣り合うパッド２５ａに伝わる。パッド２５ａは、銀めっきの反射層２３に接着されているので、各パッド２５ａは反射層２３に熱的に接続された状態に保たれている。このため、ボンディングワイヤ１５を経てパッド２５ａに伝えられた半導体発光素子５の熱は、絶縁性接着剤２９を介して反射層２３に伝わることになる。よって、半導体発光素子５の熱の一部をパッド２５ａから反射層２３に逃すことができる。

この結果、半導体発光素子５から反射層２３に至る熱伝導経路を十分に確保でき、各半導体発光素子５の熱を反射層２３を介してベース基板２２に速やかに拡散させることができる。したがって、半導体発光素子５の過熱を防止して、半導体発光素子５の雰囲気温度を適正に保つことができる。

加えて、第２の実施の形態では、ベース基板２２の裏面２２ｂにヒートシンク３１が取り付けられている。ヒートシンク３１は、ベース基板２２から熱を受けるとともに、この熱を放熱フィン３３から大気中に放出する。

このため、半導体発光素子５から反射層２３を介してベース基板２２に逃された熱を、ヒートシンク３１を通じて照明装置１の外に速やかに放出することができる。よって、ベース基板２２の放熱性が向上し、半導体発光素子５の温度上昇を抑える上で好ましいものとなる。

１，２１…照明装置、３，２３…反射層、４ｃ，２５ａ…導体部（パッド）、５…半導体発光素子、６…接着層、１１…基板、１２…半導体発光層。

Claims (3)

1. 透光性の基板と、この基板に形成された半導体発光層とを有する複数の半導体発光素子と；
   上記半導体発光素子が互いに間隔を存して並べられた方向に連続するように形成された反射層と；
   上記各半導体発光素子の基板を上記反射層に接着することで、上記半導体発光素子を上記反射層の上に保持する透光性の接着層と；
   上記核半導体発光素子、反射層を覆う封止部材と；
   具備することを特徴とする照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、上記反射層は、銀めっきで構成されていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項２記載の照明装置において、上記半導体発光素子の基板は、上記反射層に熱的に接続されていることを特徴とする照明装置。

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