JP2012015226A - Light emitting device and illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、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。 Embodiments described herein relate generally to a light-emitting device and a lighting device that use light-emitting elements such as LEDs.
近時、照明装置の光源としてLEDが用いられるようになってきている。この光源は、基板に銅箔等の配線パターンを形成して多数のLEDのベアチップを実装し、各LEDチップをボンディングワイヤで接続するとともに、配線パターンに電気的に接続して発光装置として構成するものである。このような発光装置においては、一般的には、LEDに電気的に接続される配線パターンの給電端子層に給電コネクタがはんだ付けされて電力が供給されるようになっている。 Recently, LEDs have been used as light sources for lighting devices. In this light source, a wiring pattern such as a copper foil is formed on a substrate to mount a large number of LED bare chips, and each LED chip is connected with bonding wires and electrically connected to the wiring pattern to constitute a light emitting device. Is. In such a light emitting device, generally, a power supply connector is soldered to a power supply terminal layer of a wiring pattern that is electrically connected to an LED so that power is supplied.
一方、発光装置の高出力化が求められてきており、この高出力化を実現するには、LEDに供給する電流を大きなものとする必要がある。しかし、供給する電流を大きなものとすると、LEDの温度が上昇し、高温下で動作するようになるため、それに従い基板の温度も上昇し、LEDの点灯、消灯のヒートサイクルで基板の熱膨張、収縮の差が大きくなる。このため、給電コネクタのはんだ部分に応力がかかりクラックが生じて信頼性が低下する虞がある。 On the other hand, higher output of the light emitting device has been demanded, and in order to realize this higher output, it is necessary to increase the current supplied to the LED. However, if the supplied current is large, the temperature of the LED rises and the device operates at a high temperature. Accordingly, the temperature of the substrate also rises accordingly, and the thermal expansion of the substrate is caused by the heat cycle of turning on / off the LED. , The difference in shrinkage increases. For this reason, stress is applied to the solder portion of the power supply connector, cracking may occur, and reliability may be reduced.
そこで、いわゆる接圧式の給電コネクタを給電端子層に接続するようにして、はんだを用いない方法が行われる。この場合、給電端子層に給電コネクタのコンタクト部材が弾性的接触圧力よって接触するようになる。したがって、この接点部の接点機能の信頼性を維持するため、給電端子層を含めた配線パターンの全表面に導電性、耐腐食性に優れた金(Au)をめっき処理することが考えられる。 Therefore, a method without using solder is performed by connecting a so-called contact pressure type power supply connector to the power supply terminal layer. In this case, the contact member of the power supply connector comes into contact with the power supply terminal layer by the elastic contact pressure. Therefore, in order to maintain the reliability of the contact function of this contact portion, it is conceivable that the entire surface of the wiring pattern including the power supply terminal layer is plated with gold (Au) having excellent conductivity and corrosion resistance.
しかしながら、金(Au)は材料として高価であり、配線パターンの全表面に金(Au)を用いることは高コストを招くこととなる。 However, gold (Au) is expensive as a material, and using gold (Au) on the entire surface of the wiring pattern causes high costs.
そこで、本発明は、配線パターンの一部である給電端子層に金(Au)を用いることにより、高コストを抑制し、信頼性の高い発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a light emitting device and a lighting device with high reliability by suppressing the high cost by using gold (Au) for a power supply terminal layer which is a part of a wiring pattern.
本発明の発光装置は、少なくとも表面側が絶縁性を有する基板を備えている。この基板の表面側には、給電導体層と給電端子層とを有する配線パターンが形成されている。給電端子層は、金又は金を主体とする合金からなり、この給電端子層と給電導体層との相互の一部が積層されて電気的に接続されている。発光素子は、配線パターンに電気的に接続されて前記基板に実装されている。 The light emitting device of the present invention includes a substrate having at least an insulating surface. A wiring pattern having a feed conductor layer and a feed terminal layer is formed on the surface side of the substrate. The feed terminal layer is made of gold or an alloy mainly composed of gold, and a part of the feed terminal layer and the feed conductor layer are laminated and electrically connected. The light emitting element is electrically connected to the wiring pattern and mounted on the substrate.
本発明によれば、高コストを抑制し、信頼性の高い発光装置及び照明装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, high cost can be suppressed and a reliable light-emitting device and illuminating device can be provided.
以下、本発明の第1の実施形態に係る発光装置について図1乃至図7を参照して説明する。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。 Hereinafter, a light emitting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1及び図4に代表して示すように、発光装置1は、基板2と、この基板2の表面側に形成された配線パターン3と、同じく基板2の表面側に実装された複数の発光素子4とを備えている。
As representatively shown in FIGS. 1 and 4, the light-
基板2は、絶縁性を有し、白色系の酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミックス材料から形成されている。基板2は、略四角形状に形成されており、各角部は、R形状をなしている。
The
図2に示すように、基板2の表面上には、配線パターン3が形成されており、この配線パターン3は、給電導体層31及び給電端子層32から構成されている。また、給電導体層31は、正極側給電導体層31a及び負極側給電導体層31bから構成されており、給電端子層32は、正極側給電端子層32a及び負極側給電端子層32bから構成されている。
As shown in FIG. 2, a
正極側給電導体層31a及び負極側給電導体層31bは、図示上、上下方向に所定の間隔を空けて平行に、対をなして形成されている。正極側給電端子層32a及び負極側給電端子層32bは、それぞれ正極側給電導体層31a及び負極側給電導体層31bの中間部から、これらと直交する方向に外側に向かって略T字状に延出して形成されている。また、正極側給電端子層32aと負極側給電端子層32bとは、180度点対称的位置に配置されている。
The positive electrode side power
図3に示すように、基板2上には、給電導体層31及び給電端子層32が形成されている。給電端子層32は、金(Au)又は金(Au)を主体とする合金からなり、給電導体層31は、銀(Ag)からなっている。また、給電導体層31は、その表面がガラスペースト等の保護層33によって被覆されている。この保護層33は、主として給電導体層31の銀(Ag)が空気中で硫化されるのを防止する機能を有している。
As shown in FIG. 3, a power
給電端子層32が基板2上に形成され、その端部側の一部に給電導体層31が上から積層されて形成されている。この給電端子層32と給電導体層31との重層部Dによって、給電端子層32と給電導体層31とは電気的に接続されるようになっている。
A power
各厚さ寸法は、給電導体層31の銀(Ag)が10μm、給電端子層32の金(Au)が0.1μm〜10μm、好ましくは、0.5μm〜2μmに形成される。
Each thickness dimension is formed such that the power
これら給電導体層31及び給電端子層32は、スクリーン印刷によって形成されている。まず、給電端子層32が基板2に印刷され、次いで、給電導体層31が印刷される。また、その上に保護層33が印刷され、焼成して形成される。なお、焼成工程は、各印刷工程ごとに行うようにしてもよい。
The
この給電導体層31及び給電端子層32をスクリーン印刷で形成することにより、めっき処理で形成するよりも、その形成が安価で容易となる。また、金(Au)は、導電性、耐腐食性に優れているので、給電端子層32が金(Au)によって形成されることは有効である。
By forming the power
なお、給電導体層31と給電端子層32との相互の積層部分、すなわち、重層部Dは、給電端子層32の金(Au)が給電導体層31の銀(Ag)に対し、下側であることが好ましい。逆の場合は、給電端子層32の金(Au)が重層部Dにおいて、給電導体層31の銀(Ag)から剥離しやすい現象が生じる。
In addition, the mutual lamination | stacking part of the electric power
また、重層部Dの面積は、0.05mm2以上に設定するのが好ましい。0.05mm2未満であると、積層面積が少ないがゆえに重層部Dにおいて、給電導体層31の銀(Ag)が剥離しやすくなる。さらに、重層部Dにおいて、電気抵抗が大きくなり、発熱しやすい傾向となる。本実施形態では、重層部Dの面積は、0.5mm2に設定している。
In addition, the area of the multilayer portion D is preferably set to 0.05 mm 2 or more. When the thickness is less than 0.05 mm 2 , since the lamination area is small, the silver (Ag) of the
基板2の表面上には、複数の発光素子4が実装されている。発光素子4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。
図1及び図4に示すように、これら複数の発光素子4は、マトリクス状に並べられて複数の列、例えば、6列の発光素子列を形成している。
A plurality of
As shown in FIGS. 1 and 4, the plurality of
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略直方体形状に形成されている。そして、発光層に電流を流すための電極は、上面側に設けられており、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41により電気的に接続されている。ボンディングワイヤ41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。
An LED bare chip is, for example, an InGaN-based element, in which a light-emitting layer is stacked on a light-transmitting sapphire element substrate, and the light-emitting layer includes an n-type nitride semiconductor layer, an InGaN light-emitting layer, and a p-type nitride layer. The physical semiconductor layers are sequentially stacked to form a substantially rectangular parallelepiped shape. An electrode for passing a current through the light emitting layer is provided on the upper surface side, and a positive electrode formed by a p-type electrode pad on the p-type nitride semiconductor layer and an n-type nitride semiconductor layer. The negative electrode is formed of an n-type electrode pad. These electrodes are electrically connected by a
具体的には、個々の発光素子列において、その列が延びる方向に隣接された発光素子4の異極の電極同士、つまり、隣接された発光素子4の内で一方の発光素子4のプラス側電極と、隣接された発光素子4の内で他方の発光素子4のマイナス側電極とがボンディングワイヤ41で順次接続されている。これによって、個々の発光素子列を構成する複数の発光素子4は電気的に直列に接続される。したがって、複数の発光素子4は通電状態で一斉に発光される。
Specifically, in each light emitting element row, electrodes of different polarities of the
さらに、個々の発光素子列において、特定の発光素子、すなわち、列の端に配置された発光素子4aの電極は、正極側給電導体層31a又は負極側給電導体層31bにボンディングワイヤ41で接続されている。したがって、前記各発光素子列は電気的には並列に設けられていて、給電端子層32から正極側給電導体層31a及び負極側給電導体層31bを通じて給電されるようになっている。そのため、各発光素子列の内のいずれか一列がボンディング不良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。
Furthermore, in each light emitting element row, a specific light emitting element, that is, the electrode of the
基板2の表面上には、枠部材21が設けられている。この枠部材21は、略四角形状に塗布され、内周面で囲まれた枠部材21の内側に、各発光素子4が配設されている。つまり、発光素子4の実装領域は、枠部材21によって囲まれた状態となっている。
A
枠部材21の内側には、封止部材22が充填されて基板2上に設けられている。封止部材22は、透光性合成樹脂、例えば、透明シリコーン樹脂製であり、発光素子4の実装領域を封止している。
Inside the
また、封止部材22は、蛍光体を適量含有している。蛍光体は、発光素子4が発する光で励起されて、発光素子4が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子4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。封止部材22は、未硬化の状態で枠部材21の内側に所定量注入された後に加熱硬化させて設けられている。
The sealing
上記のように構成された基板2は、図5に示す取付部材5に取付けられる。取付部材5は、熱伝導が良好なアルミニウム材料等から形成されており、四角形状をなして中央部に基板2が載置される凹部51が形成されている。また、取付部材5の角部には、この取付部材5を照明装置の本体等に固定するために用いられるねじ貫通孔が形成されている。なお、この取付部材5は、ヒートシンク、装置の本体、ケースあるいはカバー等と称されるものであってもよい。要は、基板2が取付けられる部材を意味している。
The board |
図6及び図7に示すように、基板2は、取付部材5の凹部51をガイドとして位置決めされて配置され、裏面側が凹部51の底面に密着するように取付けられている。すなわち、電気的接続手段6によって、基板2の表面側から取付部材5側へ向かう方向の弾性的接触圧力が付与されて取付けられている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
電気的接続手段6は、図8の参照を加えて示すように、接圧式の給電コネクタであり、給電端子層4に電気的に接続されて、基板2に対し略対角線上に一対配設されている。給電コネクタは、光の吸収性の少ない白色の合成樹脂製のケース61と、このケース61内に配設された先端側に湾曲状の接触部を有するコンタクト部材62とを備えている。コンタクト部材62は、弾性を有し、りん青銅やコルソン系合金によって形成されており、表面に金(Au)めっきが施されている。このコンタクト部材62と接触する前記給電端子層4は、金(Au)がスクリーン印刷されており、これにより、異種金属接触腐食を防止することが可能となる。
As shown in FIG. 8 with reference to FIG. 8, the electrical connection means 6 is a contact pressure type power supply connector, and is electrically connected to the power
この給電コネクタは、基板2の表面側からねじ等の固定手段によって取付部材5の凹部51に固定されるようになっている。これによって、コンタクト部材62の基板2の表面側から取付部材5側(基板2の裏面側)へ向かう方向の弾性的接触圧力が給電端子層32に加わり、コンタクト部材62が給電端子層32に電気的に接続される。
The power supply connector is fixed to the
この給電コネクタの電気的接続とともに、基板2に弾性的押圧力が加わり、基板2が取付部材5に保持される。したがって、電気的接続手段6は、給電端子層4との電気的接続と同時に、基板2の取付部材5への保持を行う機能を有している。因みに、コンタクト部材62の弾性的接触圧力(弾性荷重)は、200〜300gに設定されている。
Along with the electrical connection of the power supply connector, an elastic pressing force is applied to the
なお、基板2の取付部材5への保持を別個に他の手段を用いて行う場合には、コンタクト部材62の弾性的接触圧力(弾性荷重)は、70g〜200gに設定するのが適切である。
In addition, when holding to the
上記構成の発光装置1に点灯回路により電力が供給されると、一方の電気的接続手段6から正極側給電端子層32a、正極側給電導体層31aからボンディングワイヤ41、発光素子4、負極側給電導体層31b、負極側給電端子層32bから他方の電気的接続手段6へと通電され、封止部材22で覆われた各発光素子4が一斉に発光されて、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。
When power is supplied to the light-emitting
この点灯中において、各発光素子4が発した熱は、主として基板2の裏面側から取付部材5に伝導されて放熱される。また、発光装置1の点灯中、発光素子4が放射した光のうちで基板2側に向かった光は、白色系の基板2の表面や反射率の高い銀(Ag)によって形成された給電導体層31の表層で主として光の利用方向に反射される。
During the lighting, the heat generated by each light emitting
また、給電端子層32は、導電性、耐食性に優れた金(Au)によって形成されているので、長期間の使用においても、給電端子層32とコンタクト部材62との接点部の接点機能の低下を抑制でき信頼性が確保できる。
Further, since the power
さらに、金(Au)は、配線パターン3の全面ではなく、給電端子層32の部分的な形成なので、高コストになるのを回避できる。同時に、給電導体層31の表層は、反射率の高い銀(Ag)が表出しているので反射効率を低下させてしまうことを防ぐことができる。
Furthermore, since gold (Au) is not the entire surface of the
ここで、給電端子層32とは、少なくともコンタクト部材62との接触部を含む層を意味している。要するに、電源側と電気的に接続される部位を含む層である。したがって、本実施形態においては、コンタクト部材62との接触部を含み、この接触部から所定領域延設された部分、具体的には、接触部から給電導体層31との相互の重層部Dの部位までを意味している。
Here, the power
また、給電導体層31と給電端子層32との相互の積層部分(重層部D)は、給電端子層32の金(Au)が給電導体層31の銀(Ag)に対し、下側であるため給電端子層32の金(Au)の剥離を抑制することができる。加えて、給電端子層3の接点機能の低下を抑制することができる。仮に、給電端子層32が給電導体層31の上側であると、重層部Dの部分であって、給電端子層32における給電導体層31との境目に段差が生じる。このため、コンタクト部材62からの弾性的接触圧力等の応力や負荷を受けやすい給電端子層32がその段差の部位で例えば、亀裂等の劣化を生じ、接点機能が低下する虞がある。
さらにまた、給電導体層31及び給電端子層32は、スクリーン印刷で形成されているので、その形成が安価で容易となる。
In addition, in the laminated portion (multilayer portion D) of the power
Furthermore, since the power
以上のように本実施形態によれば、配線パターン3の一部である給電端子層32に金(Au)を用いることにより、高コストを抑制し、信頼性の高い発光装置1を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, by using gold (Au) for the power
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光装置について図9乃至図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。本実施形態では、第1の実施形態に加え、ニッケル(Ni)層34を形成したものである。この形成は、各層の形成と同様にスクリーン印刷によって行われる。
Next, a light emitting device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of 1st Embodiment, or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In this embodiment, a nickel (Ni)
(実施例1)図9に示すように、本実施例では、給電端子層32の下に下地層としてニッケル(Ni)層34を形成したものである。これにより、給電端子層32の金(Au)層が基板2の表面から剥離するのを抑制することができる。
(Embodiment 1) As shown in FIG. 9, in this embodiment, a nickel (Ni)
(実施例2)図10に示すように、本実施例では、給電端子層32と給電導体層31との重層部Dにニッケル(Ni)層34を介在するように形成したものである。したがって、給電端子層32の金(Au)層の上にニッケル(Ni)層34が積層され、その上に給電導体層31の銀(Ag)層が積層されて重層部Dが形成される。これにより、給電導体層31の銀(Ag)層が給電端子層32の金(Au)層から剥離しにくくなる。
(Embodiment 2) As shown in FIG. 10, in this embodiment, a nickel (Ni)
(実施例2)図11に示すように、本実施例では、給電端子層32の下にニッケル(Ni)層34を形成し、さらに、給電端子層32の金(Au)層の上にニッケル(Ni)層34を積層し、給電端子層32と給電導体層31との重層部Dにニッケル(Ni)層34を介在させたものである。
(Embodiment 2) As shown in FIG. 11, in this embodiment, a nickel (Ni)
したがって、給電端子層32の金(Au)層が基板2の表面から剥離するのを抑制することができるとともに、給電導体層31の銀(Ag)層が給電端子層32の金(Au)層から剥離するのを抑制することができる。
Therefore, the gold (Au) layer of the power
次に、本発明の実施形態に係る照明装置について説明する。図示は省略するが、上記各実施形態の発光装置1は、道路灯や車両用の照明装置、LEDランプとしての光源や屋内又は屋外で使用される各種照明器具、ディスプレイ装置等の装置本体に組込んで照明装置として構成できる。
この照明装置によれば、上記発光装置1が奏する効果を有する照明装置を提供することができる。
Next, the lighting device according to the embodiment of the present invention will be described. Although not shown, the light-emitting
According to this illuminating device, the illuminating device which has the effect which the said light-emitting
なお、本発明は、上記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、基板としては、アルミニウム等の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してもよい。
また、発光素子は、LED等の固体発光素子を適用できる。さらに、発光素子の実装個数には特段制限はない。
In addition, this invention is not limited to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary of invention. For example, a metal base substrate in which an insulating layer is laminated on one surface of a base plate such as aluminum may be used as the substrate.
Moreover, solid state light emitting elements, such as LED, can be applied to a light emitting element. Furthermore, there is no particular limitation on the number of light emitting elements mounted.
1・・・発光装置、2・・・基板、3・・・配線パターン、
4・・・発光素子(LEDチップ)、6・・・電気的接続手段(接圧式の給電コネクタ)、31・・・給電導体層、32・・・給電端子層、D・・・重層部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この基板の表面側に形成され、給電導体層と、金又は金を主体とする合金からなる給電端子層とを有し、これら給電導体層と給電端子層との相互の一部が積層されて電気的に接続された配線パターンと;
この配線パターンに電気的に接続されて前記基板に実装された発光素子と;
を具備することを特徴とする発光装置。 A substrate having at least an insulating surface;
Formed on the surface side of this substrate, and has a power supply conductor layer and a power supply terminal layer made of gold or an alloy mainly composed of gold, and a part of each of the power supply conductor layer and the power supply terminal layer is laminated. An electrically connected wiring pattern;
A light emitting element electrically connected to the wiring pattern and mounted on the substrate;
A light-emitting device comprising:
装置本体に配設された請求項1乃至請求項4のいずれか一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。 The device body;
The light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light emitting device is disposed in the device main body;
An illumination device comprising:
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