JP2011166036A - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層の列間の離間部と、隣接する蛍光体層との輝度の差を軽減して暗部を抑制できる発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基板１０と、この基板１０上に複数の列を形成するように並べられて実装された複数の発光素子１１と、この複数の発光素子１１を列に沿って被覆するとともに、複数の列を形成する蛍光体層１２と、前記複数の列を形成する蛍光体層１２のうち、隣接する蛍光体層１２の列間の間隔寸法が蛍光体層１２の幅寸法の０．５〜２倍に設定された離間部１２ａとを備える発光装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置及び照明装置に関する。

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、セラミックスの材料で成形された基板に、複数のＬＥＤを３列並列に実装し、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（例えば、特許文献１参照）。このような構成の場合、ある程度発光部の全面から均一に光を照射できる可能性がある。
しかしながら、発光部の全面を蛍光体を含む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。

そこで、発光部の全面ではなく、複数のＬＥＤの列をその列に沿って蛍光体を含む封止樹脂層で覆うように構成し、封止樹脂層の量を減少して経済的に有利とすることが考えられる。

特開２００９−５４９８９号公報（段落［００２２］、図１〜図３）

上記のように複数のＬＥＤの列に沿って蛍光体を含む封止樹脂層で覆うようにする場合、その封止樹脂層の列間の間隔、すなわち、離間部が生じる。ＬＥＤの点灯時において、この離間部は、相対的に封止樹脂層が形成されている部分より輝度が低く、相対的に暗部となってしまう可能性がある。

本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、蛍光体層の列間の離間部と、隣接する蛍光体層との輝度の差を軽減して暗部を抑制できる発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発光装置は、基板と；この基板上に複数の列を形成するように並べられて実装された複数の発光素子と；この複数の発光素子を列に沿って被覆するとともに、複数の列を形成する蛍光体層と；前記複数の列を形成する蛍光体層のうち、隣接する蛍光体層の列間の間隔寸法が蛍光体層の幅寸法の０．５〜２倍に設定された離間部と；を具備することを特徴とする。
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の技術的意味及び解釈は次による。

基板の材料には、ガラスエポキシ樹脂や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、本発明は、各発光素子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を妨げるものではない。また、基板の形状は、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。
発光素子とは、ＬＥＤ等の固体発光素子である。また、発光素子の実装個数は複数であれば特段制限はない。

蛍光体層は、例えば、透明シリコーン樹脂に適量の蛍光体が含有されたものが用いられる。発光素子及び蛍光体層が形成する列は、２列に限らない。本発明は、２列以上の複数の列を形成する場合に適用できる。

また、蛍光体層の幅寸法は、例えば、蛍光体層の端部における幅が狭くなった部分や例外的に幅が広くなった部分を意味するものではない。定常的な部分の寸法を意味している。

請求項２に記載の発光装置は、基板と；この基板上に複数の列を形成するように並べられて実装された複数の発光素子と；この複数の発光素子を列に沿って被覆するとともに、複数の列を形成する蛍光体層と；前記複数の列を形成する蛍光体層のうち、隣接する蛍光体層の列間に形成された離間部に配設され、隣接する蛍光体層との輝度の差を軽減する中間部材と；を具備することを特徴とする。

中間部材は、例えば、発光素子から出射される光を導光したり、拡散したり又は反射する部材が用いられるが、隣接する蛍光体層との相対的な輝度の差を軽減できるものであれば、格別その材料や構成が限定されるものではない。
請求項３に記載の照明装置は、装置本体と；装置本体に配設された請求項１又は請求項２に記載の発光装置と；を具備することを特徴とする。
照明装置には、光源や屋内又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等が含まれる。

請求項１に記載の発明によれば、蛍光体層の列間の離間部と、隣接する蛍光体層との輝度の差を軽減して暗部を抑制できる発光装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、隣接する蛍光体層の列間に形成された離間部に中間部材を配設したので、蛍光体層の列間の離間部と、隣接する蛍光体層との輝度の差を効果的に軽減して暗部を抑制できる発光装置を提供することができる。
請求項３に記載の発明によれば、上記請求項に記載の発明の効果を奏する照明装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の発光装置を表面側から見て示す平面図である。 同基板における配線パターン及び接続パターンを示す平面図である。 基板における接続パターンを除去し、発光素子を実装した状態を示す平面図である。 図３に示す状態に蛍光体層を塗布した状態を示す平面図である。 基板の裏面側を示す平面図である。 図４におけるＹ−Ｙ線に沿う模式的断面図である。 発光素子の接続状態を示す結線図である。 発光装置を配設した天井直付タイプの照明装置を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の発光装置を表面側から見て示す平面図である。 同図６に相当する模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態の発光装置を示す図６に相当する模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態の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４の実施形態の発光装置を表面側から見て示す平面図である。

以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。図１乃至図７は、発光装置１を示しており、図８は、この発光装置１を用いた照明装置２０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。
発光装置１は、図１に示すように、基板１０と、複数の発光素子１１と、各発光素子１１を覆う蛍光体層１２とを備えている。

基板１０は、ガラスエポキシ樹脂等の材料で細長の長方形状に形成されている。長さ寸法は、２３０ｍｍであり、幅寸法は、３５ｍｍである。基板１０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、１ｍｍのものを適用している。

基板１０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１０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、本発明は、各発光素子１１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を妨げるものではない。

基板１０の対向する長辺の外縁部には、基板１０取付用の複数の表裏貫通部４０が形成されている。この表裏貫通部４０は、外側に開放する円弧状の切欠き部であり、発光装置１を照明装置の本体に取付ける場合に用いられる。具体的には、固定手段である取付ねじ４１の軸部が切欠き部を貫通して、照明装置の本体側にねじ込まれ、頭部が切欠き部の上縁に引っ掛かって固定され、発光装置１が取付けられる。また、基板１０の表面側には、詳細を後述する接続パターン１４を除去した後の溝部１４１が形成されている。

さらに、基板１０の表面側には、電源側と接続される電源コネクタ４２、この発光装置１を複数接続して照明装置を構成する場合に用いられる接続コネクタ４３、点灯回路にノイズが重畳されることによる発光素子１１の誤点灯を防止するためのコンデンサＣが実装されている。

図２乃至図４、図６に示すように、基板１０上には、配線パターン１５が形成されている。配線パターン１５は、複数の発光素子１１が配設され複数長手方向に並べられた実装パッド１５ａと、これら実装パッド１５ａを電気的に接続する給電導体１５ｂと、給電端子１５ｃとから構成されている。

一つの実装パッド１５ａは、基本的には、略長方形状をなしていて、一側辺から長手方向に２本の細幅の給電導体１５ｂ1が延出している。この給電導体１５ｂ1には、その延出方向と直交する方向に複数、具体的には、６個の凸状の給電子１５ｂ2が形成されている。

一方、実装パッド１５ａの長辺及び中央部には、隣接する実装パッド１５ａの給電導体１５ｂ1が絶縁間隔を空けて挿入され、さらに、前記給電子１５ｂ2が挿入される挿入凹部１５ｂ3が形成されている。このような実装パッド１５ａが順次反転された形態で組み合わされ長手方向に並べられてパターンが形成されている。

図６に示すように、配線パターン１５及び接続パターン１４は、三層構成であり、基板１０の表面上に第一層１５１として銅（Ｃｕ）、第二層１５２としてニッケル（Ｎｉ）が電解めっき処理されており、第三層１５３には、反射率の高い銀（Ａｇ）が電解めっき処理されている。配線パターン１５の第三層１５３、すなわち、表層は、いずれも銀（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１５２のニッケル（Ｎｉ）の膜厚は、５μｍ以上、第三層１５３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１０の表層には、発光素子１１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４５が積層されている。したがって、図２乃至図４においては、説明上、配線パターン１５等を表わしているが、白色のレジスト層４５が形成されている場合は、実際には、配線パターン１５等は視覚的には見えにくくなっている。

複数の発光素子１１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１６を用いて、実装パッド１５ａ上に接着されている。

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１７によって配線パターン１５上に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１７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低減のため金（Ａｕ）を主成分とするバンプを介して接続されている。

図３に代表して示すように、複数の発光素子１１は、実装パッド１５ａの給電子１５ｂ2に対応して実装パッド１５ａ上に接着されている。一つの実装パッド１５ａには、発光素子１１は、図示上、上下に６個ずつ設けられて合計１２個設けられている。これら発光素子１１は、長手方向に並べられた複数の実装パッド１５ａに設けられていて、複数の列を形成するように並べられて発光素子列を形成している。具体的には、長手方向に２列の発光素子列を形成している。

また、実装パッド１５ａの給電子１５ｂ2は、隣接する実装パッド１５ａの挿入凹部１５ｂ3に挿入されるようになっているので、発光素子１１を実装パッド１５ａの中央部に配置することができ、発光素子１１から発生する熱を実装パッド１５ａを通じて効果的に放熱させることができる。

このように配設された各発光素子１１は、例えば、プラス側電源から実装パッド１５ａ、ボンディングワイヤ１７を介して発光素子１１のプラス側電極、発光素子１１のプマイナス側電極からボンディングワイヤ１７を介して隣接する実装パッド１５ａの給電子１５ｂ2へと順次接続され、各発光素子１１に給電されるようになっている。

以上のように接続された発光素子１１は、図７に示すような接続状態となっている。つまり、発光素子１１が１２個並列に接続された９個の並列回路が直列に接続されている。また、誤点灯を防止するためのコンデンサＣが各並列回路及び前記直列接続回路の両端に接続されている。

蛍光体層１２は、透光性合成樹脂、例えば、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ている。蛍光体層１２は、側面形状が山形で円弧状の凸状をなし、図１、図４及び図６に示すように、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１１、ボンディングワイヤ１７を被覆し封止している。蛍光体は、発光素子１１が発する光で励起されて、発光素子１１が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子１１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。そして、蛍光体層１２は、未硬化の状態で各発光素子１１、ボンディングワイヤ１７に対応して塗布され、その後に加熱硬化又は所定時間放置して硬化されて設けられている。

ところで、図１及び図６に示すように、前記２列の蛍光体層１２の列間の離間部１２ａの寸法、すなわち、間隔寸法Ｂについて検討する必要がある。間隔寸法Ｂを狭くすると、発光素子１１の点灯中において、その光の配光範囲が狭くなり、これを広くするには、発光素子１１の個数を増やすとともに発光素子列を増やさなければならない。一方、間隔寸法Ｂを広くすると、離間部１２ａは、相対的に蛍光体層１２の列が形成されている部分より輝度が低く、相対的に暗部となり、暗部が目立ってしまうという課題が生じる。これは、発光素子１１の輝度の高さや指向性の強さも影響していると考えられる。

本発明者は、この課題に対して、蛍光体層１２の幅寸法Ａや間隔寸法Ｂを変えて発光素子１１を点灯し、観察してみた。その結果、好ましくは、間隔寸法Ｂは、幅寸法Ａの０．５〜２倍、より好ましくは、０．５〜１倍に設定することにより、蛍光体層１２の列間の離間部１２ａと、隣接する蛍光体層１２との輝度の差を軽減して暗部を抑制でき、また、配光範囲も過度に狭くならずバランスのとれた状態となることが確認できた。

図５及び図６に示すように、基板１０の裏面側には、放熱用の銅箔４６のパターンが全面に亘って形成されている。このパターンは、表面側の実装パッド１５ａと対応するように縦横１８個のブロックに分断されて配設されている。

このような構成によって、基板１０全体の均熱化を図ることができ放熱性能を向上できるとともに、特に、基板１０の長手方向と直交するライン状分断部４６ａによって基板１０の熱による反りや変形を抑制できる。なお、銅箔４６には、レジスト層が積層されている（図６参照）。

次に、上記のように構成された発光装置１について製造工程の概略を図２乃至図４を参照して説明する。図２に示すように、基板１０の表面側には配線パターン１５及び接続パターン１４が形成されている。配線パターン１５及び接続パターン１４は、三層構成であり、配線パターン１５は、各発光素子１１に電力を供給するための給電路として機能し、接続パターン１４は、第一層１５１の銅（Ｃｕ）パターンに、第二層１５２のニッケル（Ｎｉ）、第三層１５３の銀（Ａｇ）を電解めっきする際に、各実装パッド１５ａの部分を同電位にするための接続路として機能する。

配線パターン１５及び接続パターン１４の形成工程においては、基板１０の表面上に第一層１５１として銅（Ｃｕ）パターンが形成される。次いで、第二層１５２としてニッケル（Ｎｉ）、第三層１５３として銀（Ａｇ）が電解めっき処理される。

次いで、このように配線パターン１５及び接続パターン１４が形成された基板１０において、図３に示すように、接続パターン１４を除去する。例えば、ルーターやトリマー等を用いて基板１０表面上の接続パターン１４を削り取る。したがって、各実装パッド１５ａと接続パターン１４との電気的接続は遮断されるようになる。接続パターン１４を削り取った後には、痕跡として長手方向に直線状で断面凹状の溝部１４１が形成される。

続いて、配線パターン１５の実装パッド１５ａ上に、複数の発光素子１１を発光素子列を形成するように実装し、その上を図４に示すように、蛍光体層１２で列を形成するように、かつ離間部１２ａが前述の所定の間隔寸法Ｂとなるように覆って封止する。

次に、図８を参照して上述の発光装置１を配設した照明装置２０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２０を示している。照明装置２０は、細長で略直方体形状の本体ケース２１を備えており、この本体ケース２１内には、前記発光装置１が複数個、具体的には２個直線状に接続されて配設されている。また、電源回路を備えた電源ユニットは、本体ケース２１に内蔵されている。なお、本体ケース２１の下方開口部には、拡散性を有する前面カバー２２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。電源回路により通電されると、各発光素子１１が一斉に点灯されて、発光素子１１から出射される光は、蛍光体層１２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。

この点灯中において、実装パッド１５ａは、各発光素子１１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、発光装置１の発光中、発光素子１１が放射した光のうちで基板１０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、蛍光体層１２の幅寸法Ａ及び蛍光体層１２の列間の離間部１２ａの間隔寸法Ｂは、前記のように所定寸法に設定されているので、発光素子１１から放射された光が離間部１２ａに作用し、離間部１２ａと、隣接する蛍光体層１２との相対的な輝度の差を軽減して暗部を抑制できる。

加えて、発光素子１１が放射した光のうちで横方向の離間部１２ａ側へ向かった光は、反射率の高い白色のレジスト層４５の表面で反射され前面側へ放射される。したがって、この反射光によっても相対的な輝度の差を軽減して暗部を抑制する効果が促進される。なお、この離間部１２ａに介在する白色のレジスト層４５は、後述する第２の実施形態のおける中間部材に相当するものとなっている。
さらにまた、発光装置１の前面側に拡散性を有する前面カバー２２が配設される場合には、暗部を抑制する効果は一層高まる。

以上のように本実施形態によれば、蛍光体層１２の列間の離間部１２ａと、隣接する蛍光体層１２との輝度の差を軽減して暗部を抑制できる発光装置１及びこの発光装置１を用いた照明装置２０を提供することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について図９及び図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。
本実施形態は、隣接する蛍光体層１２の列間に形成された離間部１２ａに、蛍光体層１２との輝度の差を軽減する中間部材１８を配設したものである。

中間部材１８は、透光性を有するシリコーン樹脂で形成されており、蛍光体層１２の列間の離間部１２ａに塗布されていて層状に設けられている。したがって、中間部材１８は、蛍光体層１２の側面に密着し離間部１２ａを埋めるように配設されている。また、好ましくは、中間部材１８の高さ寸法は、蛍光体層１２の高さ寸法と同等又はそれ以上の寸法となるように形成されている。

このような構成によれば、発光素子１１から主として横方向に出射された光は、中間部材１８によって導光され、また、白色のレジスト層４５の表面で反射されたりして、拡散されて前面方向へ放射される。したがって、離間部１２ａの輝度を高めることができる。
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、輝度の差を軽減して暗部を抑制できる効果が一層高くなる。

なお、本実施形態において、離間部１２ａの間隔寸法Ｂは、第１の実施形態と同様に、蛍光体層１２の幅寸法Ａの０．５〜２倍に設定することが好ましいが、この寸法関係に限るものではない。離間部１２ａの間隔寸法Ｂが大きくなった場合であっても、中間部材１８の作用により、輝度の差を軽減して暗部を抑制できる効果を実現できる場合がある。
次に、本発明の第３の実施形態について図１１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、離間部１２ａに対応する基板１０の表層にレジスト層４５を形成していないものである。すなわち、離間部１２ａに対応する基板１０の表層には、配線パターン１５の第三層１５３である銀（Ａｇ）めっきで形成された反射層が配設されることとなる。

このような構成によれば、発光素子１１から主として横方向に出射された光は、中間部材１８によって導光され、また、反射率の高い銀（Ａｇ）めっきの反射層で効率的に反射され、拡散されて前面方向へ放射される。
以上のように本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、輝度の差を軽減して暗部を抑制できる効果が一層高くなる。

続いて、本発明の第４の実施形態について図１２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、蛍光体層１２は、発光素子１１を発光素子１１ごとに個々に被覆して封止し、列を形成するものである。

このような構成によれば、蛍光体層１２の量をさらに減少できるとともに、蛍光体層１２の幅寸法Ａ及び蛍光体層１２の列間の離間部１２ａの間隔寸法Ｂを前記のように所定寸法に設定することにより、所期の効果を達成することができる。
なお、複数の発光素子１１をブロック分けし、このブロックごとに蛍光体層１２で被覆して列を形成するようにしてもよい。

次に、本発明の第５の実施形態について図１３を参照して説明する。本実施形態は、前記第４の実施形態の構成に中間部材１８を追加して配設したものである。したがって、第４の実施形態の効果に加え、輝度の差を軽減して暗部を抑制できる効果が一層高くなる。

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、中間部材は、透光性を有するシリコーン樹脂を用いるのが好適であるが、アクリル樹脂等を用いてもよい。蛍光体層との相対的な輝度の差を軽減できるものであれば、格別その材料が限定されるものではない。

また、中間部材は、硬質の材料で形成されていてもよく、この場合は、蛍光体層が所定の弾性を有していれば、相互の密着性を高めることができる。さらに、中間部材には、アルミナやシリカ等の拡散剤を混入させて、拡散効果を高めるようにしてもよい。
照明装置としては、光源、屋内又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等に適用が可能である。

１・・・発光装置、１０・・・基板、１１・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、
１２・・・蛍光体層、１２ａ・・・離間部、１４・・・接続パターン、
１４１・・・溝部、１５・・・配線パターン、１５ａ・・・実装パッド、
１７・・・ボンディングワイヤ、１８・・・中間部材、２０・・・照明装置、

Claims (3)

1. 基板と；
   この基板上に複数の列を形成するように並べられて実装された複数の発光素子と；
   この複数の発光素子を列に沿って被覆するとともに、複数の列を形成する蛍光体層と；
   前記複数の列を形成する蛍光体層のうち、隣接する蛍光体層の列間の間隔寸法が蛍光体層の幅寸法の０．５〜２倍に設定された離間部と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 基板と；
   この基板上に複数の列を形成するように並べられて実装された複数の発光素子と；
   この複数の発光素子を列に沿って被覆するとともに、複数の列を形成する蛍光体層と；
   前記複数の列を形成する蛍光体層のうち、隣接する蛍光体層の列間に形成された離間部に配設され、隣接する蛍光体層との輝度の差を軽減する中間部材と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
3. 装置本体と；
   装置本体に配設された請求項１又は請求項２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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