JP2012004517A - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全体として照射光の均斉度を向上することが可能な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、複数の発光素子３が並列に接続された並列回路を有し、この並列回路が複数直列に接続された直列回路と、前記並列回路における複数の発光素子３のうち、任意の個数を一グループとする複数のグループが形成され、このグループごとに発光素子３が分割配置されて実装された基板２と、前記複数の発光素子３を被覆する封止部材４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るようになっており、基板に複数のＬＥＤが例えば、マトリクス状に配列して実装されている。
これら複数のＬＥＤは、電源に対して複数のＬＥＤを直列に接続した直列回路を複数並列に接続して構成することが行われている。

特開２００９−５４９８９号公報 特開２００５−１４２１３７号公報

しかしながら、ＬＥＤ等の発光素子には、個体差があり、上記のような照明装置においては、複数のＬＥＤを直列に接続した各直列回路に流れる電流が異なってしまう可能性がある。したがって、各直列回路に接続された複数のＬＥＤの光出力や発光色にばらつきが生じ、全体として照射光の均斉度が低下するという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、全体として照射光の均斉度を向上することが可能な発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、複数の発光素子が並列に接続された並列回路を有し、この並列回路が複数直列に接続された直列回路を備えている。基板には、前記並列回路における複数の発光素子のうち、任意の個数を一グループとする複数のグループが形成され、このグループごとに発光素子が分割配置されて実装されている。また、前記複数の発光素子は、封止部材によって被覆されている。

請求項１に記載の発明によれば、全体として照射光の均斉度を向上することができるとともに、発光素子の配設パターンの自由度を広げることが可能とな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、請求項１に記載の発明の効果に加え、発光素子の列数の増減を適宜選択して所望の出力を得ることが可能となる。
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。

本発明の実施形態に係る発光装置を一部切欠いて示す平面図である。 同基板における配線パターンを示す平面図である。 同基板における発光素子を実装した状態を拡大して示す平面図である。 図１中、Ｙ−Ｙ線に沿う模式的断面図である。 同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。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。図１乃至図５は、発光装置１を示しており、図６は、この発光装置１を用いた照明装置１１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２と、複数の発光素子３と、各発光素子３を覆う封止部材として蛍光体層４とを備えている。図１は、一部を切欠いた状態（図示上、右側において、蛍光体層４及びレジスト層２３を除いた状態）を示している。

基板２は、ガラスエポキシ樹脂等の材料で細長の略長方形状に形成されている。基板２の長さ寸法Ｌは、２５０ｍｍ〜３００ｍｍであり、幅寸法Ｗは、３０ｍｍ〜４０ｍｍである。本実施形態では、具体的には、長さ寸法Ｌは、２８０ｍｍ、幅寸法Ｗは、３２ｍｍに形成されている。基板２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２の形状は、例えば、長手方向の両端がＲ形状に形成されていてもよい。また、基板２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３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。

図２に代表して示すように、基板２上には、配線パターン２１及び接続パターン２２が形成されている。配線パターン２１は、実装パッド２１ａと、給電導体２１ｂと、給電端子２１ｃとから構成されている。実装パッド２１ａは、基板２上の大部分の領域を占めて形成されており、複数の発光素子３が実装されるようになっている。この実装パッド２１ａからは、細幅の屈曲した給電導体２１ｂが連続的に延びていて、基板２の長手方向と直交する方向に延出している。

この実装パッド２１ａ及び給電導体２１ｂは、複数のブロック、具体的には、９個のブロックに形成されており、長手方向に配設されて、隣接する相互のブロック同士は、絶縁距離を空けて絶縁性が確保されるようになっている。

また、各実装パッド２１ａには、基板２の長手方向と直交する方向に並んで給電子２１ａ1が形成されており、同様に、給電導体２１ｂにも給電子２１ｂ1が形成されている。具体的には、それぞれ５個の凸状の給電子２１ａ1、２１ｂ1が等間隔で形成されている。

給電端子２１ｃは、実装パッド２１ａ又は給電導体２１ｂに接続されて基板２の両端側に配設されている。この給電端子２１ｃには、電源コネクタが接続されるようになっている。

接続パターン２２は、細幅であり、各実装パッド２１ａに接続されていて、基板２の鉛直方向に端縁まで延出している。この接続パターン２２は、配線パターン２１を電界めっき処理する場合に使用される。つまり、配線パターン２１を電解めっきする際に、各実装パッド２１ａの部分を同電位にするための接続路として機能するものである。因みに、接続パターン２２の部分も同時にめっき層が形成される。

図４に示すように、配線パターン２１及び接続パターン２２は、三層構成であり、基板２の表面上に第一層Ａとして銅（Ｃｕ）、第二層Ｂとしてニッケル（Ｎｉ）が電解めっき処理されており、第三層Ｃには、反射率の高い銀（Ａｇ）が電解めっき処理されている。実装パッド２１ａの第三層Ｃ、すなわち、表層は、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Ｂのニッケル（Ｎｉ）の膜厚は、５μｍ以上、第三層Ｃ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２の表層には、発光素子３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２３が積層されている。

図１、図３及び図４に示すように、複数の発光素子３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を用いて、実装パッド２１ａ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３１によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３１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。

複数の発光素子３は、基板２の実装パッド２１ａ上に、基板２の長手方向と直交する方向に複数並べられて複数の列（発光素子列）を形成して実装されている。つまり、複数の発光素子３は、実装パッド２１ａに形成された給電子２１ａ1及び給電導体２１ｂに形成された給電子２１ｂ1に対応して実装パッド２１ａ上に接着されている。

したがって、一つの発光素子列には、５個の発光素子３が略等間隔で配設されていて、基板２の長手方向と直交する方向に、１８列の発光素子列が形成されて発光素子３の配設パターンが構成されている。

図３に示すように、例えば、図示上、Ａ列に配設された複数の発光素子３は、プラス側電源から給電導体２１ｂ、給電子２１ｂ1、ボンンディングワイヤ３１を介して発光素子３のプラス側電極、発光素子３のマイナス側電極からボンンディングワイヤ３１を介して実装パッド２１ａへと接続されている。

また、図示上、Ｂ列に配設された複数の発光素子３は、プラス側電源から実装パッド２１ａ、給電子２１ａ1、ボンンディングワイヤ３１を介して発光素子３のプラス側電極、発光素子３のマイナス側電極からボンンディングワイヤ３１を介して実装パッド２１ａへと接続されている。

したがって、これらＡ列に配設された複数の発光素子３と、Ｂ列に配設された複数の発光素子３とは、電源側に対して、個々の発光素子３がそれぞれ電気的には並列に接続されていて、接続上は、Ａ列及びＢ列の２列の発光素子列で一組Ｐを構成している。そして、これら接続が順次、全体として１８列について９組の接続が行われて各発光素子３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３は、図５に示すような接続状態となっている。つまり、電源側に対して、発光素子３が１０個並列に接続された並列回路が９個直列に接続されて直列回路を構成している。

この並列回路における複数の発光素子３のうち、任意の個数（本実施形態では５個）を一グループ（例えば、Ａ列のグル−プ、Ｂ列のグループ）とする複数のグループが形成され、このグループごとに発光素子３が基板２上に分割配置されている。

具体的には、一つ並列回路における複数の発光素子３は、前記のように、基板２上に、５個ずつ２列の発光素子列（Ａ列、Ｂ列）に分割配置されていて、配設パターンとしては、１８列の発光素子列となっている。

このような接続状態では、各発光素子３のうちのいずれかがボンディングワイヤ３１の接続不良や断線等に起因して発光できなくなることがあっても発光装置１全体の発光が停止することはない。

なお、並列回路における発光素子３の個数、直列に接続する並列回路の数は、設計に応じ適宜選択することができる。また、一つ並列回路における複数の発光素子３を分割配置する場合の分割数、すなわち、発光素子列の列数も適宜選択可能である。

また、図１及び図２に示すように、基板２の中間部の隣接する発光素子列間には、基板取付用の一対の取付穴５が形成されている。この取付穴５は、発光装置１を照明装置の本体等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５１が取付穴５に貫通し、照明装置の本体等にねじ込まれて発光装置１が取付けられる。

通常、この取付穴５は、基板２の両端部に設けられるため、そのスペースを確保する必要があり、基板２がその分大形化することとなる。しかしながら、上記構成によれば、発光素子列間に取付穴５を形成して取付ねじ５１によって取付けることが可能であり、大形化するのを回避することができる。また、この場合、固定手段が金属製である場合には、絶縁距離を確保することが可能となる。さらに、固定手段は、基板２の両端部ではなく、長手方向の内側、つまり、基板２の中間部を固定するようになるので、基板２の反り等の変形を有効に抑制することができる。なお、固定手段としては、合成樹脂製等の絶縁性を有する部材を用いてもよい。

図１及び図４に示すように、蛍光体層４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４は、個々の発光素子３を発光素子３ごとに被覆する複数の凸状蛍光体層４ａの集合から構成されている。凸状蛍光体層４ａは、山形の形状をなしていて、円弧状の凸状をなし、その裾部において隣接する凸状蛍光体層４ａと連なるように形成されている。したがって、蛍光体層４は、前記発光素子列に沿って複数の列を形成して、すなわち、１８列に形成されており、各発光素子３、ボンディングワイヤ３１を被覆し封止している。

蛍光体は、発光素子３が発する光で励起されて、発光素子３が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子３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。

蛍光体層４は、未硬化の状態で各発光素子３、ボンディングワイヤ３１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。詳しくは、図示しないディスペンサから、粘度や量が調整された蛍光体を含有する透明シリコーン樹脂材料を未硬化の状態で各発光素子３、ボンディングワイヤ３１に対応して滴下して供給する。

なお、上記構成では、凸状蛍光体層４ａによって、個々の発光素子３を発光素子３ごとに被覆する場合について説明したが、例えば、２個や３個の複数の発光素子３をその複数の発光素子３ごとに被覆するように形成してもよい。

図４に示すように、基板２の裏面側には、放熱用の銅箔６のパターンが全面に亘って形成されている。このような構成によって、基板２全体の均熱化を図ることができ放熱性能を向上できる。なお、銅箔６には、レジスト層が積層されている。

次に、図６を参照して上述の発光装置１を配設した照明装置１１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一般的な４０Ｗ蛍光灯形の照明装置と同等なサイズを有する天井直付タイプの照明装置１１を示している。照明装置１１は、細長で略直方体形状の本体ケース１１ａを備えており、この本体ケース１１ａ内には、前記発光装置１が４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１１ａに内蔵されている。なお、本体ケース１１ａの下方開口部には、拡散性を有する前面カバー１１ｂが取付けられている。

上記構成の発光装置１に電源回路により通電されると、各発光素子３が一斉に点灯されて、発光素子３から出射される光は、蛍光体層４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。

発光素子３の発光中において、実装パッド２１ａは、各発光素子３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。発光装置１の発光中、発光素子３が放射した光のうちで基板２側に向かった光は、実装パッド２１ａの表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。加えて、発光素子３が放射した光のうちで横方向へ向かった光は、反射率の高い白色のレジスト層２３の表面で反射され前面側へ放射される。

また、複数の発光素子３が並列に接続された並列回路を有し、この並列回路が複数直列に接続された直列回路を備えているので、各並列回路（図３中、一組Ｐ）に流れる電流は等しくなり、各並列回路間の光出力や発光色のばらつきが軽減されて全体としての照射光の均斉度を向上することができる。

さらに、並列回路における複数の発光素子３のうち、任意の個数を一グループとする複数のグループが形成され、このグループごとに発光素子３が基板２上に分割配置されているので、発光素子３の配設パターンの自由度を広げることが可能となる。

さらにまた、複数の発光素子３は、基板２の実装パッド２１ａ上に、基板２の長手方向と直交する方向に複数並べられて発光素子列を形成しているので、この発光素子列の列数の増減を適宜選択して所望の出力を得ることが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、全体としての照射光の均斉度を向上することができるとともに、発光素子３の配設パターンの自由度を広げることが可能となる発光装置１及び照明装置１１を提供することができる。

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、発光素子は、ＬＥＤ等の固体発光素子である。また、発光素子の実装個数は特段限定されるものではない。

複数の発光素子の配設パターンは、複数の発光素子が基板の長手方向と直交する方向に並べられて複数の列を形成するものであることが好ましいが、この配設パターンに格別限定されるものではない。
照明装置としては、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、２・・・基板、３・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、
４・・・封止部材（蛍光体層）、１１・・・照明装置、２１・・・配線パターン、
２１ａ・・・実装パッド、２１ｂ・・・給電導体、３１・・・ボンディングワイヤ

Claims (3)

1. 複数の発光素子が並列に接続された並列回路を有し、この並列回路が複数直列に接続された直列回路と；
   前記並列回路における複数の発光素子のうち、任意の個数を一グループとする複数のグループが形成され、このグループごとに発光素子が分割配置されて実装された基板と；
   前記複数の発光素子を被覆する封止部材と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 前記基板は、略長方形状であって、複数の発光素子は、基板上に、この基板の長手方向と直交する方向に複数並べられており、発光素子の前記グループは複数の列を形成して分割配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
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。

Images