JP2012146834A - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から出射される光の反射率を向上するとともに、基板上に反射層を安定して塗布することが可能な発光装置及びこの発光装置を配設した照明装置を提供する。
【解決手段】本発明は、基板４１と、この基板４１の表面上に形成された配線パターン層４１ｃと、塗布工程、露光工程及び現像工程を含む一連の工程を複数回行うことにより前記配線パターン層４１ｃ上に形成された膜厚寸法が４０μｍ以上の反射層４１ｄと、前記配線パターン層４１ｃに接続されて基板４１に実装された発光素子４２とを備える発光装置４である。
【選択図】図６

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。

近時、ＬＥＤの高出力化、高効率化及び普及化に伴い、光源としてＬＥＤを用いた屋内又は屋外で使用される長寿命化が期待できる照明装置が開発されている。このような照明装置は、ＬＥＤを基板に複数実装して所定の光量を得るようにしたものである。したがって、ＬＥＤから出射される光を効率よく利用方向に照射する必要がある。

このため、ＬＥＤが実装された基板の表面に白色のレジスト膜を形成し、ＬＥＤから出射された光を効率よく反射して外部に放射するようにした表示用基板が提案されている。

特開２００６−１４１６８３号公報

しかしながら、上記のように基板の表面に白色のレジスト膜を形成して光を反射するようにした場合であってもＬＥＤから出射された光の反射率が不足するという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、発光素子から出射される光の反射率を向上するとともに、基板上に反射層を安定して形成することが可能な発光装置及びこの発光装置を配設した照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による発光装置は、基板と、この基板の表面上に形成された配線パターン層とを備えている。また、塗布工程、露光工程及び現像工程を含む一連の工程を複数回行うことにより前記配線パターン層上に膜厚寸法が４０μｍ以上の反射層が形成されている。さらに、前記配線パターン層に接続されて基板に実装された発光素子を備えている。

本発明の実施形態によれば、発光素子から出射される光の反射率を向上できるとともに、基板上に反射層を安定して形成することが可能な発光装置及びこの発光装置を配設した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照明装置を示す斜視図である。 同照明装置における発光装置を示す斜視図である。 同基板の配線パターン層を示す平面図である。 同基板に反射層を形成した状態を示す平面図である。 同配線パターン層と発光素子との位置関係を示す平面図である。 同発光装置を示す模式的な一部断面図である。 同反射層の形成プロセスを模式的に示す説明図である。 同じく、反射層の形成プロセスを模式的に示す説明図である。 同じく、反射層の形成プロセスを模式的に示す説明図である。 同じく、反射層の形成プロセスを模式的に示す説明図である。 同第１段の工程と第２段の工程における露光領域の違いを模式的に示す一部拡大平面図である。 反射層の膜厚寸法と光の反射率との関係を示すグラフである。 反射層の形成における比較例を示す一部断面図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図１２を参照して説明する。図１は、照明装置として天井に埋め込んで使用されるダウンライトを示している。図２乃至図６は、ダウンライトに配設される発光装置を示し、図７乃至図１１は、発光装置における基板に反射層を形成するプロセスを示し、図１２は、反射層の膜厚と反射率との関係を示している。
ダウンライト１は、図１に示すように、装置本体２と、この装置本体２に連結される図示しない電源ユニットとを有する。

装置本体２は、熱伝導性を有してほぼ筒状に形成されている。この装置本体２は、装置本体２の内側に取付けられた配光部材３と、同じく本体２の内側に配設された発光装置４と、この発光装置４の前面側に設けられた反射体５と、この反射体５の前面側に配設された透光性のカバー６とを備えている。また、本体２の外周側には、一対の取付け用板ばね７が装着されている。なお、透光性のカバー６は、透光性を有していれば、白色、半透明又は拡散性を有するものであってもよい。

装置本体２は、内周面が前面側、すなわち、下方に向かって広がる傾斜状に形成されている。本体２は、熱伝導性の良好な材料、例えば、アルミニウム合金製のダイカストで形成されている。本体２の外面は、白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。なお、熱伝導性を確保できれば、本体２は、他の材料で形成してもよい。また、本体２の外面には、鉛直方向に延びる複数の放熱フィン２ａが形成されている。

配光部材３は、本体２の内周面に沿うように形成されている。つまり、本体２の内周面と同様に、前面側に向かって広がる傾斜状に形成されている。配光部材３は、熱伝導性を有する例えば、鉄板等の金属材料で形成されている。配光部材３の内周面は、白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。配光部材３には、前面側に向かうに従い広がったほぼ円形の開口端部に、化粧枠として外周方向に延びる環状のフランジ３ａが一体に形成されている。
次に、図２に示すように、発光装置４は、基板４１と、この基板４１に実装された複数の発光素子４２とを備えている。

基板４１は、ほぼ円形の板状をなし、表面側には、光源となる発光素子４２が複数個実装されている。具体的には、中央部に４個、その周囲に８個、さらに最外周に１４個の合計２６個が実装されている。また、基板４は、本体２と熱的に結合されるようになっている。

基板４１には、各発光素子４２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金属材料をベース板として適用するのが好ましい。このような基板４１として、図６に示すように、アルミニウム製のべース板４１ａの一面に絶縁層４１ｂが積層された金属製のべース基板が用いられている。なお、ベース板の材料は、絶縁材とする場合には、ガラスエポキシ樹脂（ＦＲ−４）やガラスコンポジット基板（ＣＥＭ−３）等の合成樹脂材料を適用できる。

発光素子４２は、ＬＥＤであり、表面実装型のＬＥＤパッケージである。概略的にはセラミックスや耐熱性の合成樹脂で形成された本体に配設されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂とから構成されている。

ＬＥＤチップは、青色光を発光する青色のＬＥＤチップである。透光性樹脂には、蛍光体が混入されており、白色光を出射できるようにするために、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。
なお、ＬＥＤは、基板に直接ＬＥＤチップを実装する方式のものであってもよく、実装方式や形式は、格別限定されるものではない。

図３乃至図６を参照して基板４１の構成を詳細に説明する。基板４１は、図６に示すように、ベース板４１ａの一面に絶縁層４１ｂが積層され、その上に配線パターン層４１ｃが積層され、さらに、その上に反射層４１ｄが積層されて形成されている。

図３は、基板４１における配線パターン層４１ｃを示している。配線パターン層４１ｃは、ほぼ中央部に円形状をなすように銅箔のパターンがエッチングによって形成されている。なお、配線パターン層４１ｃの領域の外周には熱伝導パターン層４１ｅが配線パターン層４１ｃと同時に銅箔によって形成されており、絶縁層４１ｂ上は、配線パターン層４１ｃ及び熱伝導パターン層４１ｅによってほぼ全面が覆われている。

配線パターン層４１ｃの領域は、発光素子４２の実装個数に対応して複数のブロックに区画されていて、発光素子４２のアノード側端子及びカソード側端子がブロックを跨って接続されるようになっている。

配線パターン層４１ｃは、発光素子４２から発生する熱を拡散するヒートスプレッダとしての機能を有している。したがって、配線パターン層４１ｃは、各発光素子４２が発生した熱を放熱させた場合に、基板４１上の温度分布がだいたい均一になるように各ブロックの面積が設定されている。

熱伝導パターン層４１ｅは、配線パターン層４１ｃの円形状の領域の外周に沿うように形成されている。また、絶縁距離を確保するため、配線パターン層４１ｃの領域とは、所定の距離を空けて形成されている。前記配線パターン層４１ｃは、発光素子４２が接続され電気的に導通されるパターン層であるのに対し、この熱伝導パターン層４１ｅは、電気的には接続されない非導通のパターン層である。

図４は、基板４１において、配線パターン層４１ｃ及び熱伝導パターン層４１ｅ上に反射層４１ｄが形成された状態を示している。反射層４１ｄは、各発光素子４２が実装され端子が接続される部分やコネクタが接続される部分を除いてほぼ全面に亘って形成されている。つまり、各発光素子４２が実装され端子が接続される部分やコネクタが接続される部分は、配線パターン層４１ｃが表面上に露出する状態となっている。

反射層４１ｄは、具体的には、白色のフォトソルダータイプのレジストインキ材料を用いて形成したものであり、光の反射率が良好な白色のレジスト層である。このレジスト層は、膜厚寸法が約４０μｍに形成されている。

図５は、配線パターン層４１ｃと発光素子４２との位置関係を示すため、説明上、発光素子４２を１個のみ実装した状態を示している。発光素子４２は、図６を併せて参照して示すように、配線パターン層４１ｃのブロック間に跨ってアノード側端子及びカソード側端子が配線パターン層４１ｃに符号Ｓで示す半田付けされて接続される。

再び図１に示すように、基板４１の表面側には、白色のポリカーボネートやＡＳＡ樹脂等によって形成された反射体５が配設されている。反射体５は、発光素子４２から放射される光を発光素子４２ごとに個別に配光制御し、効率的に照射する機能をなしている。

一方、配光部材３は、前面側に向かって広がる傾斜状の形態によって、複数の発光素子４２から出射される光を全体的に配光制御する機能を有する。例えば、グレアを抑制する機能を有する。

次に、図７乃至図１１を参照して前記反射層４１ｄの形成方法について説明する。図７乃至図１１は、形成工程を模式的に示した説明図である。本実施形態では、白色のフォトソルダータイプのレジストインキ材料を用いて塗布工程、プレキュア工程、露光工程、現像工程、ポストキュア工程の一連の工程を２回行い膜厚寸法が４０μｍ以上の反射層４１ｄを形成する。
［塗布工程］図７に示すように、レジストインキＲを配線パターン層４１ｃ上、すなわち、基板４１の全面に印刷によって塗布する。
［プレキュア工程］約８０℃の熱で２０〜３０分程度加熱して仮乾燥する。

［露光工程］図８に示すように、ネガフィルムＦを通して基板４１の表面に紫外線ＵＶを照射する。紫外線ＵＶが照射された部分のレジストインキＲは、硬化するようになる。したがって、紫外線ＵＶが照射されない部分（図示のハッチング部分）は、未硬化部分となる。
［現像工程］図９に示すように、現像液で未硬化部分を洗い流す。
［ポストキュア工程］約１５０℃の熱で５０〜６０分程度加熱して本乾燥する。

以上のように第１段の工程が終了する。この状態では、各発光素子４２が実装され端子が接続される部分やコネクタが接続される部分を除いてほぼ全面に亘って膜厚寸法が約２０μｍのレジスト層４１ｄ1が形成される。

続いて、第１段の工程が終了した図９に示す状態から、再度第２段の工程として上記塗布工程、プレキュア工程、露光工程、現像工程、ポストキュア工程の一連の工程を繰り返して行う。この場合、第２段の工程によって第１段の工程と同等の膜厚寸法が約２０μｍのレジスト層４１ｄ2を形成する。したがって、図１０に示すように、第１段の工程と第２段の工程とによって膜厚寸法が約４０μｍの反射層４１ｄが形成される。なお、第１段の工程と第２段の工程との膜厚寸法を同等にすることにより、反射層４１ｄにおける品質のバランスを確保することができる。

この状態では、各発光素子４２が実装され端子が接続される部分やコネクタが接続される部分を除いてほぼ全面に亘って膜厚寸法が４０μｍの反射層４１ｄが形成される。

図１１に示すように、上述の反射層４１ｄの形成工程においては、第１段の工程による露光領域と第２段の工程による露光領域とは、若干異なっている。つまり、第１段の工程においては、図１１（ａ）に示すように、レジスト層の未硬化の部分（配線パターン層４１ｃが露出する部分）Ａ1が形成される。これに対して第２段の工程では、第１段の工程において形成されたレジスト層４１ｄ1の上にレジスト層４１ｄ2が積層されるようになるが、この場合、図１１（ｂ）に示すように、レジスト層の未硬化の部分Ａ2は、第１段の工程におけるレジスト層の未硬化の部分Ａ1より一回り大きく形成されるようになっている。

このため、第２段の工程における露光工程において、ネガフィルムＦと基板４１との間に位置ずれが生じたとしても、このずれを吸収することが可能で、第１段の工程で形成されたレジスト層の未硬化の部分の領域を狭めることなく確保することが可能となる。つまり、各発光素子４２の端子が接続される配線パターン層４１ｃの領域を確実に確保することが可能となる。

次に、本発明者は、図１２に示すように、反射層４１ｄの膜厚寸法と光の反射率との関係を調べた。図において、横軸は、膜厚寸法（μｍ）を示し、縦軸は、反射率（％）を示している。対象とする光の波長は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ、Ｄ６５（標準光源）である。

図から分かるように、各波長において、膜厚２０μｍ〜４０μｍまでは反射率は比較的急峻に上昇し、膜厚が４０μｍを超えるとなだらかな上昇となっている。また、膜厚が４０μｍ以上では、全ての波長において反射率が９０％以上となっており、反射率が良好で向上できることが確認できる。したがって、反射率との関係において、反射層４１ｄの膜厚寸法を４０μｍ以上に形成するのが好適となる。

このように反射率を向上できるのは、反射層４１ｄを４０μｍ以上とすることにより、配線パターン層４１ｃの影響を受けにくくなるためであると考えられる。つまり、配線パターン層４１ｃは、銅箔で形成されており、この赤みを帯びた色彩が反射層４１ｄである白色のレジスト層によって覆われ、この色彩の影響が抑制されるためであると考えられる。

仮に、例えば、反射層４１ｄを２０μｍの膜厚寸法に形成した場合には、配線パターン層４１ｃの色彩が反射層４１ｄを透過して影響し、反射率を低下させるものとなる。

ところで、反射層４１ｄを１回の工程によって４０μｍ以上の膜厚寸法に形成することが考えられる。これを図１３を参照して説明する。図は、４０μｍの反射層４１ｄを１回の工程によって形成した場合を示している。

この場合、反射層４１ｄ（レジスト層）の膜厚が厚いため露光工程において紫外線ＵＶが下層部に届きにくく、硬化が不十分となる。したがって、レジスト層の断面においてアンダーカットＵが生じ現像工程の際、レジスト層が基板４１上から剥がれやすくなるという問題が発生する。

しかしながら、本実施形態においては、反射層４１ｄを２回に分けて、膜厚寸法を２０μｍずつ形成するようにしたので、基板４１上から剥がれにくく、基板４１上に反射層４１ｄを安定して塗布形成することが可能となる。

なお、反射層４１ｄの形成工程における温度や時間等の条件は、適宜設計に応じて選定することができる。また、一連の工程の回数は、２回が好適であるが３回以上の複数回とすることを妨げるものではない。さらに、上記では、ネガフィルムＦを用いたネガ型によってレジスト層を形成する場合について説明したが、ポジフィルムを用いてポジ型によってレジスト層を形成するようにしてもよい。

図示しない電源ユニットは、電源回路基板を有し、この基板には制御用ＩＣ、トランス、コンデンサ等の電気部品が実装されている。電源回路基板は、発光装置４に電気的に接続されていて、電源から電源回路基板を介して発光素子４２に電力が供給され、発光素子４２が点灯制御されるようになっている。

以上のような構成において、電源ユニットに通電されると、基板４１に電力が供給されることによって、発光素子４２が発光する。各発光素子４２から出射された光の多くは、透光性のカバー６を透過して前面側に照射される。また、各発光素子４２から出射された光のうち、基板４１面の方向に向かう光は、基板４１の反射層４１ｄに効率的に反射されて前面側に照射される。さらに、一部の光は、各発光素子４２に対応する反射体５の各反射面で一旦反射されることによって配光制御され、透光性のカバー６を透過して前面側に照射される。さらに、この前面側に照射された光は、配光部材３によって全体的に配光制御されて照射される。

発光素子４２から発生する熱は、主として基板４１の裏面側から本体２へ伝わる。この熱は、本体２の端の方まで全体へ伝導されるとともに、伝導する過程で放熱フィン２ａから放熱される。

以上のように本実施形態によれば、反射層４１ｄを形成したので、発光素子４２から出射される光の反射率を向上することができる。また、基板４１上に反射層４１ｄを安定して塗布形成することが可能な発光装置及びこの発光装置を配設した照明装置を提供することができる。

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、照明装置としては、ダウンライトに限らず、屋内又は屋外で使用される各種照明器具やディスプレイ装置等に適用可能である。

１・・・照明装置（ダウンライト）、２・・・装置本体、３・・・配光部材、
４・・・発光装置、４１・・・基板、４１ｃ・・・配線パターン層、
４１ｄ・・・反射層（レジスト層）、４２・・・発光素子（ＬＥＤ）

Claims (3)

1. 基板と；
   この基板の表面上に形成された配線パターン層と；
   塗布工程、露光工程及び現像工程を含む一連の工程を複数回行うことにより前記配線パターン層上に形成された膜厚寸法が４０μｍ以上の反射層と；
   前記配線パターン層に接続されて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。
2. 前記配線パターン層は、銅又は銅合金から形成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；
   この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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