JP2011014878A - 発光モジュールおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、光出力を増加できるとともに、光出力を長期間にわたり維持できる発光モジュール、および照明装置を提供することを課題とする。
【解決手段】発光モジュール１は、モジュール基板５、反射層１１、給電導体１２、１３、複数の発光素子２１、ボンディングワイヤー２３、及び封止部材２８を有する。モジュール基板５の絶縁層表面に反射層１１を設け、給電導体１２、１３を反射層１１の近傍に設ける。そして、反射層１１に複数の発光素子２１を設ける。そして、隣接した発光素子２１同士をボンディングワイヤー２３で接続する。さらに、ガス透過性を有する透光性の封止部材２８で、反射層１１、給電導体１２、１３、各発光素子２１、及び各ボンディングワイヤー２３を埋設する。封止部材２８の封止面積に対し、反射層１１および給電導体１２、１３の占有面積は、８０％以上である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子を複数個並設した発光モジュール、およびこの発光モジュールを組み込んだ照明装置に関する。

一般に、ＬＥＤを用いた発光モジュールは、樹脂基板の表面に複数個のＬＥＤを整列配置し、隣接するＬＥＤ同士をボンディングワイヤーで電気的に接続し、これら複数個のＬＥＤを透光性のシリコーン樹脂で基板の表面に封止して製造される。ＬＥＤの光を効率良く反射するため、基板は、例えば、酸化チタンの粉末を混入したエポキシ樹脂によって形成され、その表面が白色にされている。

しかし、ＬＥＤが青色発光ダイオードである場合、酸化チタンは青色光によって分解され易く、基板の表面が経時的に劣化されて荒れた状態となる。このように、基板の表面が荒れた状態になると、基板表面の光の反射率が低下して、発光モジュールの発光効率が経時的に低下してしまう。

これに対し、基板表面の反射率を高めるため、ＬＥＤを実装する基板の表面に金属製の反射層を設ける方法が提案されている。この場合、例えば、比較的反射率の高い銀製の複数の反射層がＬＥＤ毎に基板の表面に設けられる。

特開２００８−２７７５６１号公報

しかし、ＬＥＤの青色光が複数の反射層の間に露出する基板表面に入射すると、エポキシ樹脂の未結合分子が光分解されてガス化する。ガス化した有機成分は、ＬＥＤを封止したガス透過性のシリコーン樹脂を介して、銀製の反射層と反応する。これにより、反射層の表面が黒ずむように変色する。このような反応は、ガスが放出されなくなるまで続く。

つまり、基板の表面に金属製の反射層を設けても、反射層が設けられていない基板表面が露出した部位が大きいと、反射層自体が経時的に黒ずんで、反射率が低下してしまう場合がある。

この発明の目的は、光出力を増加できるとともに、光出力を長期間にわたり維持できる発光モジュール、および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、本発明の実施の形態の発光モジュールは、少なくとも表面に絶縁層を有したモジュール基板と；前記絶縁層上に設けられた、該絶縁層より光反射率が高い反射層と；この反射層の近傍で前記絶縁層上に設けられた、該絶縁層より光反射率が高い給電導体と；前記反射層上に設けられた発光素子と；前記反射層、給電導体、および発光素子を埋めて前記モジュール基板上に設けられた透光性の封止部材と；を有し、前記封止部材による封止面積に対する前記反射層および前記給電導体の占有面積が８０％以上である。

本発明の発光モジュールおよび照明装置によると、光出力を増加できるとともに、光出力を長期間にわたり維持できる。

図１は、この発明の実施の形態に係るＬＥＤランプを示す外観図である。 図２は、図１のＬＥＤランプの断面図である。 図３は、図１のＬＥＤランプに組み込まれた第１の実施の形態に係る発光モジュールを示す平面図である。 図４は、図３の発光モジュールのモジュール基板を示す平面図である。 図５は、図３の線V-Vでモジュール基板の要部を切断した部分拡大断面図である。 図６は、この発明の第２の実施の形態に係る発光モジュールを示す平面図である。 図７は、この発明の第３の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す平面図である。 図８は、この発明の第４の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す平面図である。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１には、この発明の実施の形態に係る発光モジュールを組み込んだ照明装置の一例として、ＬＥＤランプ１００の外観図を示してある。また、図２には、図１のＬＥＤランプ１００を軸線に沿って切断した断面図を示してある。

ＬＥＤランプ１００は、本体１０２と、絶縁部材１１１と、口金１１５と、点灯装置１２１と、発光モジュール１と、照明カバー１６１と、を備えている。このＬＥＤランプ１００は、例えば、天井に取り付けた図示しないソケットに口金１１５を螺合して照明カバー１６１が下を向く姿勢で取り付けられる。つまり、図１、２では、取り付け状態とは天地を逆転した状態でＬＥＤランプ１００を図示してある。

本体１０２は、比較的熱伝導率の高いアルミニウムにより形成されている。図２に示すように、本体１０２の図示上端には、発光モジュール１を取り付けるためのモジュール固定台１０３が設けられている。また、このモジュール固定台１０３の周りには、円環状のカバー装着凸部１０４が、本体上端から一体に突設されている。

また、本体１０２の図示下端側には、図示上方に向けて凹んだ凹部１０５が設けられている。さらに、本体１０２の内部には、その軸方向に延びた通線孔１０６が形成されている。通線孔１０６の図示上端は本体１０２の上端面に開口し、通線孔１０６の図示下端は凹部１０５の底面に開口している。また、通線孔６の上端に連続して、モジュール固定台１０３の裏面に沿って、横向きに折れ曲がるように形成された溝部１０６ａが設けられている。

さらに、本体１０２は、その外周に、複数の放熱フィン１０７を一体に有する。これら複数の放熱フィン１０７は、図１に示すように、本体１０２の上端に向けて外側に広がるように湾曲して延設されている。これら複数の放熱フィン１０７は、発光モジュール１から発生される熱をＬＥＤランプ１００の外部に放熱するために設けられている。

絶縁部材１１１は、図２に断面を示すように、有底円筒状に形成されている。また、絶縁部材１１１は、その高さ方向中間部でその外周面から突設された円環状の絶縁凸部１１２を一体に有する。そして、この絶縁部材１１１は、その底壁１１１ａを凹部１０５の底面に接触させるとともに、絶縁凸部１１２を凹部１０５の開口の縁に係合させるように、凹部１０５内に収容配置される。つまり、凹部１０５の内面には、絶縁部材１１１の外面が密着して接触することになる。

絶縁部材１１１の絶縁凸部１１２より図示下側部分は、本体１０２の図示下端より図示下側に突出している。言い換えると、絶縁部材１１１の絶縁凸部１１２より図示上方部分だけが、本体１０２の凹部１０５内に挿入されている。また、絶縁部材１１１の底壁１１１ａには、上述した通線孔６の図示下端を絶縁部材１１１の内部に連通するための通孔１１４が設けられている。

口金１１５は、図２に示すように、絶縁材により形成した略円板状のベース１１６に、口金本体１１７およびアイレット端子１１８を取り付けた構造を有する。本実施の形態の口金１１５は、Ｅ２６型の口金である。口金１１５は、ベース１１６で絶縁部材１１１の開口を塞ぐように、絶縁部材１１１の上述した下側部分に被せられて取り付けられている。口金本体１１７には、図示しない電源側のソケットに螺合される螺旋溝が形成されている。

点灯装置１２１は、図２に示すように、絶縁部材１１１の内側に収容配置されている。点灯装置１２１は、回路基板１２２に、トランス、コンデンサ、トランジスタなどの回路部品１２３を実装して形成されている。この点灯装置１２１は、口金１１５に電気的に接続されている。そのための接続部材１２４を図２に例示する。この接続部材１２４は、アイレット端子１１８と回路基板１２２とを電気的に接続する。

また、点灯装置１２１は、通線孔６（溝部１０６ａ）を通る図示しない絶縁被覆電線を介して、後述する発光モジュール１に電気的に接続されている。そして、点灯装置１２１は、口金１１５を介して、発光モジュール１に直流を給電する。

照明カバー１６１は、図１に示すように、略半球形状に形成されている。照明カバー１６１は、透光性の合成樹脂により形成されている。図２に示すように、この照明カバー１６１は、発光モジュール１の発光側を覆うように、本体１０２の上端から突設されたカバー装着凸部１０４に嵌合して取り付けられる。つまり、発光モジュール１から発光された光は、この照明カバー１６１を介して照明光として使用に供される。

本体１０２側のカバー装着凸部１０４は、その周方向に沿った複数箇所に図示しないＬ字状の取り付け溝を有する。一方、照明カバー１６１の嵌合部外周には、カバー装着凸部１０４の複数の取り付け溝に対応する位置に、それぞれ、図示しない複数の係止凸部が設けられている。つまり、照明カバー１６１は、その係止凸部をカバー装着凸部１０４の各取り付け溝に引掛けることによって、本体１０２に取り付けられる。なお、照明カバー１６１の縁部には、図１および図２に示すように、上述した取り付け溝と係止凸部を隠すための目隠しリング１６２が設けられている。

以下、図３乃至図５を参照して、この発明の第１の実施の形態に係る発光モジュール１について詳細に説明する。図３には発光モジュール１を光の取り出し側（以下、表面側と称する）から見た平面図を示してあり、図４にはこの発光モジュール１のモジュール基板５の平面図を示してあり、図５には図３の線V-Vで発光モジュール１の要部を切断した部分拡大断面図を示してある。この発光モジュール１は、ＣＯＢ（chip on board）型の構造を有する。

本実施の形態の発光モジュール１は、金属製の反射層１１、正極側の給電導体１２、および負極側の給電導体１３をその表面に有するモジュール基板５（図４）と、反射層１１の表面に整列して配置された複数（本実施の形態では１２個）の発光素子２１と、これら複数の発光素子２１を列毎に直列接続するためのボンディングワイヤー２３と、各列の複数の発光素子２１に給電するための端部ボンディングワイヤー２４と、封止領域を囲む枠部材２５と、この枠部材２５の封止用孔２５ａに充填される封止部材２８と、を有する。

モジュール基板５は、例えば、図４に示すように、略四角形に形成されている。このモジュール基板５は、各発光素子２１の放熱性を高めるため、例えば、金属ベース基板を有することが好ましい。本実施の形態のモジュール基板５は、図５に示すように、金属製のベース板６の表面にこのベース板６より薄い絶縁層７を積層した構造を有する。

ベース板６は、例えば、アルミニウムにより形成される。絶縁層７は、電気絶縁性の有機材料である合成樹脂、例えば、エポキシ樹脂により形成され、フィラーが例えば５０質量％混ぜられている。この絶縁層は、ＬＥＤの光が入射すると光分解されてガス化する分解成分を含むものである。

なお、本実施の形態では、後述する光分解によるガス化を抑制するため、絶縁層７の厚みを、５０〜２００μｍ、例えば、１２０μｍに設定した。絶縁層７の厚みを１００μｍ以下、例えば、８０μｍにすると、ガス化する分解成分の絶対量を少なくすることができ、後述する反射層１１の黒ずみの問題を防止する上でより好ましい。また、この絶縁層７の全光線反射率は、５０％以下、例えば、３５．９％である。絶縁層７は、モジュール基板５の実装面をなしている。

このモジュール基板５は、図５に示すように、上述したモジュール固定台１０３の表面１０３ａに密着されて固定される。このため、モジュール基板５は、モジュール固定台１０３に取り付けるための４つの切り欠き部５ａを有する。つまり、モジュール基板５は、図示しない４本のネジを４つの切り欠き部５ａに通してモジュール固定台１０３の図示しないネジ孔に螺合することで、本体１０２に密着して取り付けられる。

モジュール固定台１０３は、金属製であり、上述したように本体１０２の上面に密着されて固定されている。このため、発光モジュール１の複数の発光素子２１が点灯されて発光モジュール１が発熱すると、この熱がモジュール固定台１０３を介して本体１０２に伝えられるようになっている。

反射層１１、および給電導体１２、１３は、いずれもモジュール基板５の絶縁層７の表面にパターニングされる。図４に示すように、反射層１１は、絶縁層７の中央部を占めて四角形に設けられ、給電導体１２、１３は、反射層１１の近傍に、例えば、反射層１１を挟むように反射層１１の長手方向両側に夫々配設される。言い換えると、反射層１１とその両側の給電導体１２、１３との間には、それぞれ、絶縁層７の表面が露出した細長いギャップが形成されている。

このように、給電導体１２、１３は、反射層１１が単一の場合、それを挟むようにその両側に設けられる。また、反射層１１が複数の場合これら反射層群を挟むようにその両側に設けられる。これらの反射層１１や給電導体１２、１３は、絶縁層７よりも高い反射率を有した金属製の表層部位を有することが好ましい。この場合、給電導体１２、１３を反射層１１と同時に形成できるとともに、この給電導体１２、１３でも反射層１１と同様に光を反射できるので、封止部材２８の封止面積に対する金属製の反射部位（つまり、反射層１１及び給電導体１２、１３）の占有面積がより大きく確保されて、後述する光束維持率をより高めることができる。

また、絶縁層７の表面には、２つの給電端子１４、１５もパターニングされる。一方の給電端子１４は、正極側の給電導体１２に図示しない導電部材を介して接続され、他方の給電端子１５は、負極側の給電導体１３に図示しない導電部材を介して接続される。そして、給電端子１４、１５は、図示しない絶縁被覆電線を介して、点灯装置１２１の回路基板１２２に接続される。

つまり、発光モジュール１と点灯装置１２１を接続した図示しない絶縁被覆電線は、発光モジュール１の給電端子１４、１５から延びて、溝部１０６ａを介して通線孔１０６を通り、点灯装置１２１の回路基板１２２に接続される。なお、これら反射層１１、給電導体１２、１３、および給電端子１４、１５は、同時に形成される。

絶縁層７の表面に設けられた反射層１１、給電導体１２、１３、及び給電端子１４、１５は、いずれも、ベース層Ａ、中間層Ｂ、表層Ｃの三層構造に形成されている。ベース層Ａは、Ｃｕ製で、モジュール基板５の絶縁層７上にめっき後、エッチングにより設けられている。中間層Ｂは、Ｎｉ製で、ベース層Ａの表面上にめっきされている。表層Ｃは、Ａｇ製であり、中間層Ｂの表面上に無電解めっきされている。表層Ｃは、Ａｇによって形成されているため、反射層１１および給電導体１２、１３の光反射率は、絶縁層７の光反射率より高く、例えば、その全光線反射率は９０．０％程度である。

複数の発光素子２１は、反射層１１の表面に整列配置されている。本実施の形態の発光素子２１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）のベアチップである。このベアチップは、例えば、サファイア等の半導体基板上に窒化物系化合物半導体（例えば窒化ガリウム系化合物半導体）を形成した半導体ウエハーを、ダイシングカッターでカットして略直方体に形成したものである。

また、このベアチップは、その上面に図３に示すように２つの素子電極２１ａを有した片面電極型のチップである。このように形成された発光素子２１の各素子電極２１ａの大きさは、縦０．５ｍｍ、横０．２５ｍｍである。各発光素子２１には、例えば白色系の光を発光部で発光させるため、青色の光を発するＬＥＤからなる発光素子２１が用いられている。

図５に示すように、各発光素子２１は、その直下での反射ができるように、好ましくは透光性のダイボンド材２２を用いて、その半導体基板の裏面が反射層１１の表層Ｃ上に接着固定される。これらの発光素子２１は、図３に示すように、縦横に整列してモジュール基板５上に実装されている。反射層１１の長手方向に延びるように並べられた複数の発光素子２１によって第１〜第３の発光素子列が形成されている。

個々の発光素子列において、その列が延びる方向に互いに隣接された２つの発光素子２１の異極の素子電極同士、つまり、一方の発光素子２１の正極側の素子電極２１ａと、他方の発光素子２１の負極側の素子電極２１ａが、Ａｕ製の細線からなるボンディングワイヤー２３で接続されている。これにより、個々の発光素子列が有した複数（４つ）の発光素子２１は電気的に直列に接続される。このため、これら１列の発光素子２１は、通電状態で一斉に発光されるようになっている。

各列の両端の発光素子２１を給電導体１２、１３に接続するための端部ボンディングワイヤー２４も、Ａｕ製の金属細線であるため、熱が伝わり難い。このため、各列の両端の発光素子２１の熱が端部ボンディングワイヤー２４を伝って給電導体１２、１３へ移動し（逃げ）難くなる。これにより、反射層１１の各部での温度分布を均一にでき、反射層１１に搭載された複数の発光素子２１の温度差を抑制できる。

また、上述したように各列の発光素子２１は、それぞれ、端部ボンディングワイヤー２４を介して、給電導体１２、１３に対して並列に接続されている。このため、第１〜第３の発光素子列のうち、いずれか一列の発光素子２１がボンディング不良などを原因として発光できなくなることがあっても、発光モジュール１全体として発光ができなくなることはない。

枠部材２５は、例えば合成樹脂を矩形枠状に形成したものであり、モジュール基板５の表面に接着されて固定されている。この枠部材２５は、全ての発光素子２１を囲む大きさの矩形の封止用孔２５ａを有する。この封止用孔２５ａは、反射層１１の全体、及び給電導体１２、１３の一部を囲んでいる。つまり、この封止用孔２５ａは、後述する封止材を充填する封止領域の大きさを規定する。

より詳細には、図３に示すように、封止用孔２５ａは、全ての発光素子２１、全てのボンディングワイヤー２３、および全ての端部ボンディングワイヤー２４を囲む大きさを有し、図５に示すように、枠部材２５の厚さ、すなわち封止用孔２５ａの深さは、これら全ての構成要素２１、２３、２４を封止部材２８によって埋設可能な値に設定されている。なお、封止材を充填する封止領域の大きさは、封止用孔２５ａの開口面積（以下、この面積を封止面積と称する）に相当する。

本実施の形態では、後述する理由で、封止面積内における反射層１１および給電導体１２、１３の占有面積を８０％以上に設定した。言い換えると、本実施の形態では、反射層１１や給電導体１２、１３が設けられていない絶縁層７が露出した部位の面積を２０％未満に抑えた。

図３に示すように、反射層１１を図中上下に挟む位置には、それぞれ、モジュール基板５の表面を覆うレジスト層２６、２６が設けられている。これらレジスト層２６は、それぞれ、例えば上述した給電端子１４、１５などを外部に露出するための孔を有する。

封止部材２８は、封止用孔２５ａに充填されて、反射層１１、給電導体１２、１３、複数の発光素子２１、複数本のボンディングワイヤー２３、および複数本の端部ボンディングワイヤー２４を埋める。この封止部材２８は、ガス透過性を有する透光性合成樹脂、例えば透明シリコーン樹脂で作られている。なお、封止部材２８は、未硬化の状態で封止用孔２５ａに所定量注入され、その後、加熱硬化される。

封止部材２８には、図示しない蛍光体が適量混ぜられている。この蛍光体は、発光素子２１が発する光で励起されて、発光素子２１が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子２１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。このように蛍光体が混ぜられた封止部材２８は、その蛍光体が発光するため、封止用孔２５ａを埋めた封止部材２８全体が、発光モジュール１の発光部として機能する。

上記構造の発光モジュール１がＬＥＤランプ１００に組み込まれて点灯装置１２１を介して通電されると、封止部材２８で覆われた複数の発光素子２１が一斉に青色発光し、封止部材２８に混入された黄色蛍光体が励起されて黄色発光する。つまり、封止部材２８は、青色光と黄色光が混ざった白色の光を出射する面状光源として機能する。

このとき、反射層１１は、複数の発光素子２１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とともに、各発光素子２１が放射した光のうちモジュール基板５に向かう光を反射する反射鏡として機能する。また、封止領域内にある給電導体１２、１３も、反射層１１と同様に、ヒートスプレッダとして機能するとともに反射鏡としても機能する。

つまり、各発光素子２１からの熱は、反射層１１、モジュール基板５、モジュール固定台１０３、本体１０２の上面、および放熱フィン１０７を介して、ＬＥＤランプ１００の外部へ放熱される。また、反射層１１で反射された光、および封止部材２８で拡散されて給電導体１２、１３で反射された光は、封止部材２８から直接放出される主な光とともに、照明カバー１６１を介して、照明光として使用に供される。

以上のように、本実施の形態によると、封止部材２８による封止領域の略全面に反射層１１や給電導体１２、１３を設けたため、複数の発光素子２１からの熱を効率良く放熱させることができるとともに、面状光源としての明るさを十分に明るくすることができる。言い換えると、このような放熱効果や光源としての明るさは、封止面積に対する反射層１１や給電導体１２、１３の占有面積を広くすることで向上させることができる。

ここで、封止部材２８による封止面積に対する反射層１１および給電導体１２、１３の占有面積の好適な割合について考察する。なお、以下の説明では、反射層１１および給電導体１２、１３を総称して反射層１１、１２、１３とする。

本願発明者等は、封止面積に対する占有面積の好適な割合を調べるため、反射層１１、１２、１３の占有面積とそれ以外の絶縁層７表面が露出した部位の面積との割合を種々変えて、ＬＥＤランプ１００の点灯試験を実施した。そして、それぞれの面積割合における光束維持率と相対光束を調べた。その結果を下表１に示す。

点灯試験の条件として、発光素子２１を青色発光ＬＥＤとし、絶縁層７の全光線反射率を３５．９％とし、Ａｇ製の表層部位Ｃを有した反射層１１、１２、１３の全光線反射率を９０．０％とし、封止部材２８として黄色蛍光体が混ぜられた透明シリコーン樹脂を用いた。また、表１では、反射層１１、１２、１３の占有面積を銀めっき面積とし、封止面積内で反射層１１、１２、１３によって覆われていない絶縁層７の露出部位の面積を絶縁層面積とした。

なお、表１の光束維持率は、面積割合を種々変えたＬＥＤランプ１００を通常の使用状態より高負荷の状態で１０００時間点灯した加速評価の値を示してあり、通常の使用状態に換算して約４００００時間点灯させた場合に相当する値である。光束維持率とは、発光モジュール１を初めて発光させたとき（初期発光時）の光束に対する１０００時間発光させた後の光束の比率を指す。また、相対光束とは、封止面積の１００％に反射層１１、１２、１３を設けた場合を仮定し、この場合における初期発光時の光束に対する、面積割合を種々変えた各場合の初期発光時の光束の比を表している。

表１から分かるように、封止面積内の反射層１１、１２、１３の占有面積を８０％にした場合、１０００時間点灯後の光束維持率は７９．３％であった。また、反射層１１、１２、１３の占有面積を８０％より多くすると、光束維持率も徐々に増加しているのが分かる。言い換えると、封止部材の封止面積に対する反射層の占有面積は、８０％以上であれば、その数値が高い方が、より高い光束維持率を得る上で好ましい。つまり、この点灯試験の結果、反射層１１、１２、１３の占有面積を封止面積の８０％以上にすることで、ＬＥＤランプ１００を通常の使用状態で約４００００時間点灯させた後でも、初期発光時の光束に対して略８０％の光束を維持できることが分かった。

これに対し、封止面積に対する反射層１１、１２、１３の占有面積が８０％未満である場合（すなわち絶縁層７の露出面積が２０％を超える場合）には、反射層１１、１２、１３の占有面積が小さくなるにつれて、４００００時間点灯後の光束維持率が低くなっているのが分かる。つまり、反射層１１、１２、１３の占有面積を８０％未満にすると、４００００時間点灯後に８０％の光束を維持することはできないことが分かった。

一方、発光モジュール１の製造メーカが推奨する寿命（メーカ定格寿命）は、一般に、初期発光時の光束に対して約８０％の光束を維持できるかどうかで定められる。そして、一般に、メーカ定格寿命は、約４００００時間とされている。つまり、本実施の形態の発光モジュール１のように、封止面積内の反射層１１、１２、１３の占有面積を８０％以上にすることで、メーカ定格寿命（約４００００時間）を満足させることができることが分かった。

また、上記のように、封止面積に対する反射層１１、１２、１３の占有面積を８０％以上にした場合、表１から分かるように、相対光束は、９０％以上になった。この相対光束は、光の取り出し効率（光出力）を指し示す目安となる。相対光束が９０％以上であれば、ＬＥＤランプ１００を使用する上で問題はない。つまり、封止部材２８の封止面積に対する反射層１１、１２、１３の占有面積が８０％以上であれば、相対光束を９０％にできるので、発光モジュール１としての光出力は十分に高く、高品質な発光モジュール１を提供することができる。

ところで、封止部材２８の封止用孔２５ａに対する充填量は、発光モジュール１としての発光色に斑を生じることのない適切な値に調整する必要がある。例えば、封止用孔２５ａの開口面積、すなわち封止面積が１００ｃｍ^２以上で、かつ封止用孔２５ａの深さが０．５ｍｍ以上である場合には、封止部材２８の充填量は、封止用孔２５ａの容積の８０％以上１２０％以下にすることが好ましい。

これにより、封止部材２８の表面がその周部から中央部に向けて大きく凹むように形成されることを抑制でき、封止部材２８の表面がその周部から中央部に向けて大きく膨らむように形成されることを抑制でき、封止部材２８の中央部と周部との高さの差、言い換えれば、封止部材２８の各部の厚みが大きく異ならないようにできる。

つまり、封止部材２８の充填量を適当な値に調整することで、封止部材２８の中央部が周部より薄くその部位の蛍光体量が周部より少ない場合のように、中央部が発光素子２１の発光色（青色）により近い色で発光することを抑制でき、封止部材２８の中央部が周部より厚くその部位の蛍光体量が周部より多い場合のように、中央部が蛍光体の発光色（黄色）により近い色で発光することを抑制できる。この結果、面状光源として機能する封止部材２８の発光色に斑を生じ難くできる。

以上のように、本実施の形態によると、１つの反射層１１に複数の発光素子２１を搭載し、且つ、封止部材２８の封止面積に対する反射層１１、１２、１３の占有面積を８０％以上にした。このため、発光素子がこれと同数の反射層に一個ずつ搭載された構成に比較して、封止面積内で反射層１１、１２、１３によって覆われずに封止部材２８に露出した絶縁層７の面積を２０％未満にでき、Ａｇ製の表層部位Ｃを有した反射層１１、１２、１３によって効率よく光をその利用方向に反射させることができる。

また、本実施の形態によると、絶縁層７が封止部材２８に露出した面積が小さいため、絶縁層７に光が差し込む部位の面積を小さくできる。これにより、絶縁層７が光によって分解されてガス化する量が少なくなり、ガス透過性の封止部材２８内に放出される有機物成分が少なくなる。このため、ガス化して放出された有機物が反射層１１、１２、１３のＡｇ製の表層部位Ｃと反応して黒ずむように変色する不具合を抑制でき、この黒ずみによる発光モジュール１の反射効率の低下を抑制できる。

つまり、本実施の形態によると、反射層１１、１２、１３の占有面積を大きくすることで反射層自体の反射効率を改善することができ、その上、反射層１１、１２、１３の黒ずみを抑制することで、この改善された所期の光出力を長期にわたって維持することができる。

さらに、本実施の形態によると、封止面積のうち８０％を反射層１１、１２、１３が占めるため、絶縁層７が封止部材２８に露出する部位が反射する光の量が、発光モジュール１全体の光出力にさほど影響しない。このため、絶縁層７の色が例えば暗黒系であっても良く、絶縁層７の選択の自由度を高めることができ、絶縁層７を安価にできる。

以下、この発明の第２の実施の形態に係る発光モジュール１について、図６を参照して説明する。以下説明する事項以外は、図６に示されない構成を含めて、第２の実施形態は第１の実施形態と同様である。そのため、第１の実施形態と同様な構成については第１の実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態においても、枠部材２５の矩形の封止用孔２５ａは、封止部材２８の封止領域を規定している。つまり、封止部材２８は、封止領域内にある反射層１１、給電導体１２、１３の一部、複数の発光素子２１、ボンディングワイヤー２３、および端部ボンディングワイヤー２４を封止している。

なお、本実施の形態においても、封止面積に対する反射層１１および給電導体１２、１３の占有面積は、８０％以上に設計されている。

反射層１１の表面に設けられた複数の発光素子２１は、第１の発光素子列３１と第２の発光素子列３５とに分けられている。第１の発光素子列３１は、モジュール基板５に搭載される発光素子２１の総数の半分の数の発光素子２１をボンディングワイヤー２３で直列に接続して形成されている。同様に、第２の発光素子列３５も、モジュール基板５に搭載される発光素子２１の総数の残り半分の数の発光素子２１をボンディングワイヤー２３で直列に接続して形成されている。

第１および第２の発光素子列３１、３５は、それぞれ、直線状に延びておらず、いずれも複数個所で折り返されるように蛇行状をなして設けられている。このように、各発光素子列３１、３５に含まれた複数の発光素子２１は必ずしも真っ直ぐに並べる必要は無く、電気的に直列に接続されていれば良い。

第１の発光素子列３１の一端に配置された発光素子（図６では識別を容易にするため符号２１Ｂで示した）は、端部ボンディングワイヤー２４を介して正極側の給電導体１２に接続されている。同様に、第２の発光素子列３５の一端に配置された発光素子（図６では識別を容易にするため符号２１Ｃで指し示した）は、端部ボンディングワイヤー２４を介して負極側の給電導体１３に接続されている。

また、第１の発光素子列３１の他端に配置された発光素子（図６では識別を容易にするため符号２１Ｄで指し示した）は、中間ボンディングワイヤー３２で反射層１１に接続されている。つまり、中間ボンディングワイヤー３２は、その一端を発光素子２１Ｄの正極側の素子電極に接続するとともに他端を発光素子２１Ｄの近傍で反射層１１に接続している。

同様に、第２の発光素子列３５の他端に配置された発光素子（図６では識別を容易にするため符号２１Ｅで指し示した）は、中間ボンディングワイヤー３６で反射層１１に接続されている。つまり、中間ボンディングワイヤー３６は、その一端を発光素子２１Ｅの負極側の素子電極に接続するとともに他端を発光素子２１Ｅの近傍で反射層１１に接続している。

したがって、第１の発光素子列３１と第２の発光素子列３５は、反射層１１に電位を与える中間ボンディングワイヤー３２、３６と反射層１１とを経由して、直列に接続されている。つまり、本実施の形態の発光モジュール１の発光中は、反射層１１に電位が与えられ、反射層１１がノイズ発生の原因となることを防止できる。

つまり、金属製の反射層１１に電位が与えられない場合には、この反射層１１が外部の高周波ノイズの影響を受けるとともに、それに伴い、場合によっては反射層１１のアンテナ効果によって反射層１１がノイズ放射源となる。これにより、各発光素子２１に印加される電流にノイズが重畳されることあるが、こうした不具合は既述のように反射層１１の電位を固定することで防止できる。

また、第２の実施の形態では、正極側の給電導体１２と給電端子１４とが一体に形成されているとともに、負極側の給電導体１３も給電端子１５と一体に形成されている。そして、これら２つの給電端子１４、１５に絶縁被覆電線１４ａ、１５ａを介して点灯装置１２１が接続されている。

本実施の形態の発光モジュール１は、基本的に、上述した第１の実施の形態の発光モジュール１と同様の効果を奏し得る。加えて、本実施の形態の発光モジュール１は、以下の利点を有する。

つまり、本実施の形態のように、全ての発光素子２１を直列につないだ場合、正極側の給電導体１２と負極側の給電導体１３との間の電位差（極間電位差）は、使用する発光素子２１の総数に、１つの発光素子２１を発光させるためのチップ電圧を掛け算した値となる。また、本実施の形態の発光モジュール１は、図６に示すように、第１および第２の発光素子列３１、３５が、それぞれ、３２個の発光素子２１を有する。このため、例えば、１つの発光素子２１に印加するチップ電圧が約３．２Ｖである場合、第１の発光素子列３１には約１００Ｖの電圧が掛かり、第２の発光素子列３５にも約１００Ｖの電圧が掛かる。このとき、反射層１１には、極間電位差のちょうど中間の電位が与えられる。

つまり、この場合、点灯装置１２１が発光モジュール１に印加する極間電位差は２００Ｖであるが、それにも拘らず、この電位差が発光素子列の最大電位差となることはない。上述したように、極間電位差の約５０％の電圧が反射層１１に与えられ、第１の発光素子列３１での最大電位差及び第２の発光素子列３５での最大電位差を、極間電位差の１／２に低減できる。

このように、本実施の形態では、第１の発光素子列３１と第２の発光素子列３５での最大電位差を、直列につないだ発光素子２１の個数に応じて定められる極間電位差より小さくでき、個々の発光素子２１の素子電極とＡｇ製の表層部位を有した反射層１１との間に掛かる電圧を低減できる。これにより、Ａｇイオンの発生によるマイグレーションが抑制され、発光素子２１の素子電極と反射層１１との間の絶縁破壊を抑制できる。

なお、本実施の形態では、第１および第２の発光素子列３１、３５が有した発光素子２１の数を略同数としたが、各発光素子列３１、３５が有した発光素子２１の数は異なっていてもよい。また、本実施の形態では、中間ボンディングワイヤー３２、３６、および反射層１１を経由して、電気的に直列接続した発光素子列３１、３５を一組のみ設けたが、こうした発光素子列群を単一の反射層１１上に複数組設けても良い。この場合、これら発光素子列群を電気的に並列な関係となるように正極側の給電導体１４と負極側の給電導体１５とに接続することもできる。さらに、本実施の形態では、２つの発光素子列３１、３５を反射層１１を経由して直列に接続した場合について説明したが、３つ以上の発光素子列を直列につなげても良い。

次に、この発明の第３の実施の形態に係る発光モジュール１について、図７を参照して説明する。以下に説明する事項以外は、図７に示されていない構成を含めて、上述した第１の実施の形態と同様である。そのため、第１の実施の形態と同様な構成については第１の実施の形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の発光モジュール１は、複数の発光素子列Ｅ〜Ｈを有する。本実施の形態は、各発光素子列Ｅ〜Ｈに含まれる発光素子２１の数を多くするのに適した構造を有する。各発光素子列は、同じ構造を有するため、ここでは、代表して、図中右端の発光素子列Ｈについて説明する。

発光素子列Ｈは、図中上下にそれぞれ所定間隔を置いて反射層１１に搭載された８個の発光素子２１を含む第１の列要素Ｈ１と、同じく所定間隔を置いて反射層１１に搭載された８個の発光素子２１を含む第２の列要素Ｈ２と、これら第１および第２の列要素Ｈ１、Ｈ２の発光素子２１を交互に電気的に直列接続した複数本のボンディングワイヤー２３と、を有する。第１の列要素Ｈ１と第２の列要素Ｈ２は互いに平行な関係にある。

短いボンディングワイヤー２３は、図中左右に並んだ、第１の列要素Ｈ１の発光素子２１の正極側の素子電極２１ａと、第２の列要素Ｈ２の発光素子２１の負極側の素子電極２１ａと、を接続している。また、斜めに延びたボンディングワイヤー２３は、第２の列要素Ｈ２の発光素子２１の負極側の素子電極２１ａと、斜め下方にずれた位置にある第１の列要素Ｈ１の発光素子２１の正極側の素子電極２１ａと、を接続している。

そして、第１の例要素Ｈ１の図中上端の発光素子２１の負極側の素子電極２１ａが、端部ボンディングワイヤー２４を介して正極側の給電導体１２に接続され、第２の例要素Ｈ２の図中下端の発光素子２１の正極側の素子電極２１ａが、端部ボンディングワイヤー２４を介して負極側の給電導体１２に接続されている。

本実施の形態の発光モジュール１も、上述した第１の実施の形態の発光モジュールと同様の効果を奏することができる。加えて、本実施の形態によると、封止部材２８による封止面積に対する反射層１１、および給電導体１２、１３の占有面積を８０％以上、例えば約９４％にできる。

また、本実施の形態でも、上述した第２の実施の形態と同様に、６４個の発光素子２１を整列させて反射層１１に搭載することができ、多くの発光素子２１を有するのに適した構造と言える。さらに、本実施の形態によると、反射層１１が図中上下に長くなることを抑制した上で、発光モジュール１が発光する光束を増加させることができる。

次に、この発明の第４の実施の形態に係る発光モジュール１について、図８を参照して説明する。なお、以下に説明する事項以外は、図８に示されていない構成を含めて、上述した第１の実施の形態の発光モジュール１と同様である。そのため、第１の実施の形態と同様な構成については第１の実施の形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の発光モジュール１は、モジュール基板５上に複数の反射層１１を並設した構造を有する。具体的には、モジュール基板５上には、図中上下に所定間隔で並んだ８個の反射層１１の列が図中左右に近接して２列並べて設けられている。これら２列の反射層群は、全部で１６個の反射層１１を含み、各反射層１１の間には、モジュール基板５の絶縁層７が露出した部位（ギャップ）がある。

各反射層１１には、それぞれ、図中左右に等間隔で並んだ４個の発光素子２１が搭載されている。そして、図中上下に隣接した反射層１１に搭載された各発光素子２１同士が、斜めに延びた４本のボンディングワイヤー２３でそれぞれ電気的に接続されている。より具体的には、図中上下に並んだ２つの発光素子２１の異なる極の素子電極２１ａ同士がボンディングワイヤー２３で順次接続され、８個の発光素子２１が図中上下に直列接続されている。

正極側の給電導体１２は、図中左側の列の反射層群のうち最も下端にある反射層１１の下側に隣接している。また、負極側の給電導体１３は、図中右側の列の反射層群のうち最も下端にある反射層１１と一体に形成されている。さらに、図中左側の列の反射層群のうち最も上端にある反射層１１が、図中右側の列の反射層群のうち最も上端にある反射層１１の図中上方に延出した延出部１１ａを有している。

図中左側の列の反射層群の最下端にある反射層１１に搭載された４個の発光素子２１は、正極側の給電導体１２に端部ボンディングワイヤー２４を介して接続されている。また、図中左側の列の反射層群の最上端にある反射層１１と、この上に搭載された４個の発光素子２１は、中間ボンディングワイヤー３２でそれぞれ接続されている。また、延出部１１ａと図中右側の列の反射層群の最上端にある反射層１１上に搭載された４個の発光素子２１は、中間ボンディングワイヤー３６でそれぞれ接続されている。さらに、図中右側の反射層群の最下端にある反射層１１と、この上に搭載された４個の発光素子２１は、負極側の端部ボンディングワイヤー２４でそれぞれ接続されている。

つまり、本実施の形態の発光モジュール１は、それぞれ１６個の発光素子２１を電気的に直列接続した４列の直列回路を有し、これら４列の直列回路が電気的に並列に接続されている。なお、本実施の形態の発光モジュール１では、封止部材２８による封止面積に対する反射層１１、および給電導体１２、１３の占有面積を８０％以上、例えば約８５％にした。

以上のように、本実施の形態においても、封止面積に対する反射層１１、１２、１３の占有面積を８０％以上に設定したため、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏することができ、光出力を増加できるとともに、光出力を長期間にわたり維持できる。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、上述した実施の形態では、モジュール基板５として、金属製のベース板６の表面に薄い絶縁層７を積層した場合について説明したが、これに限らず、単層の絶縁板からなるモジュール基板、又は複数枚の絶縁板を積層してなるモジュール基板、或いは鉄やアルミニウム等の金属製ベース板に絶縁材製の層を積層してなる金属ベース型のモジュール基板等を用いても良い。なお、モジュール基板が単層の絶縁板からなる場合、このモジュール基板の表層部位が絶縁層を形成する。

モジュール基板５の絶縁層７をなす有機材料としては、合成樹脂例えばエポキシ樹脂（フィラーを混合したものを含む）を挙げることができるとともに、その光反射率は５０％以下であっても良い。更に、モジュール基板５の絶縁層７が絶縁板で形成されている場合等、絶縁層７の厚みは、それから分解して放出されるガスの絶対量を少なくするために、１００μｍ以下にすることが好ましい。

また、上述した実施の形態では、発光素子２１として、ベアチップからなる片面電極型のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた場合について説明したが、これに限らず、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等の片面電極型の半導体発光素子を好適に使用できる。この種の発光素子は、その片面に正極側と負極側の素子電極を有している。ＬＥＤを発光素子として用いる場合、青色の光を発するＬＥＤを用いることが好ましい。

また、上述した実施の形態では、ボンディングワイヤー２３、２４、３２、３６として、素子電極２１ａ又は給電導体１２、１３との間の接合性を確保するために、例えばＡｕの細線を用いた場合について説明したが、これに限らず、他の金属細線を用いることも可能である。

さらに、上述した実施の形態では、封止部材２８として、白色の照明光を得るため、発光素子２１の発光色と補色の関係にある色の光を放出する蛍光体を透明なシリコーン樹脂に混入したものを用いたが、蛍光体は必ずしも混ぜられていてもいなくても良い。また、蛍光体の色はいかなるものであっても良く、ＬＥＤランプ１００として発光する色にあったものを選択すれば良い。

１…発光モジュール、５…モジュール基板、７…絶縁層、１１…反射層、１２，１３…給電導体、Ｃ…表層部位、２１…発光素子、２１ａ…素子電極、２３…ボンディングワイヤー、２４…端部ボンディングワイヤー、２５…枠体，２５ａ…封止用孔、２８…封止部材、３２，３６…中間ボンディングワイヤー。

Claims (6)

1. 少なくとも表面に絶縁層を有したモジュール基板と；
   前記絶縁層上に設けられた、該絶縁層より光反射率が高い反射層と；
   この反射層の近傍で前記絶縁層上に設けられた、該絶縁層より光反射率が高い給電導体と；
   前記反射層上に設けられた発光素子と；
   前記反射層、給電導体、および発光素子を埋めて前記モジュール基板上に設けられた透光性の封止部材と；を有し、
   前記封止部材による封止面積に対する前記反射層および前記給電導体の占有面積が８０％以上である発光モジュール。
2. 前記絶縁層の厚みは、５０〜２００μｍである請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記モジュール基板は、前記絶縁層を重ねた金属製のベース板を有する請求項１に記載の発光モジュール。
4. 前記発光素子は、前記反射層上に複数並設されており、
   これら複数の発光素子を直列に接続したボンディングワイヤーと；
   前記直列に接続した複数の発光素子のうち端部の発光素子を前記給電導体に接続した端部ボンディングワイヤーと；
   を有する請求項１に記載の発光モジュール。
5. 前記直列に接続した複数の発光素子のうち途中の発光素子を前記反射層に接続した中間ボンディングワイヤーをさらに有する請求項４に記載の発光モジュール。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光モジュールと；
   この発光モジュールを点灯させる点灯装置と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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