JP2013012694A - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命及び性能が向上した発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１は、樹脂基板１０と、樹脂基板１０上に形成された反射層１８と、反射層１８の周囲に形成された保護層４５と、反射層１８上に載置された発光素子１１と、反射層１８、保護層４５及び発光素子１１を覆う、蛍光体及び熱硬化性樹脂を含む封止樹脂層１２を具備する。該発光装置１において、熱硬化性樹脂の酸素透過性は１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下であり、封止樹脂層１２に被覆された基板１０上の領域の面積に対する反射層１８の面積の割合が、３０％以上７５％以下の範囲である。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、発光素子を備えた発光装置及び照明装置に関する。

光源として発光ダイオード(ＬＥＤ)等の発光素子を基板に複数配設して一定の光量を得る照明装置が開発されている。この照明装置は、天井に直接取付けられる、いわゆる直付タイプのベース照明として知られている。この照明装置には、樹脂材料で成形された樹脂基板に複数の発光素子が直接実装された発光装置を備えるものがある。そのような発光装置では、それぞれの発光素子が、蛍光体と熱硬化性樹脂を含む封止樹脂層で覆われ封止される。

しかしながら、このようなタイプの発光装置では、樹脂基板から放出される有害ガスや大気中のガスが、封止樹脂層を透過することに基づき、発光装置の性能及び寿命の低下がもたらされるおそれがある。即ち、有害ガスや大気中の酸素並びに水蒸気などのガスが封止樹脂層を透過して反射層に波及すると、この反射層が変色して反射性能が劣化するので、光束維持率が低下されるおそれがある。これとともに、封止樹脂層を透過したガスにより、発光素子と電極と接続するボンディングワイヤが腐食されて、このワイヤが断線する可能性が高められることで、発光装置の寿命が低下するおそれがある。

特開平５−２９９７０２号公報

実施形態によれば、寿命及び性能が向上した発光装置及び該発光装置を備えた照明装置を提供することを目的とする。

実施形態によれば、樹脂基板と、前記樹脂基板上に形成された反射層と、前記反射層の周囲に形成された保護層と、前記反射層上に載置された発光素子と、前記反射層、前記保護層及び前記発光素子を覆う、蛍光体及び熱硬化性樹脂を含む封止樹脂層を具備する発光装置が提供される。該発光装置において、前記封止樹脂層は、前記熱硬化性樹脂の酸素透過性が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下であり、前記封止樹脂層に被覆された保護層及び反射層を含む基板上の領域の面積に対する前記反射層の面積の割合は、３０％以上７５％以下の範囲である。

実施形態の発光装置を表側から見た平面図。 図１の発光装置の樹脂基板の配線パターン及び接続パターンの平面図。 図２の樹脂基板から接続パターンを除去して発光素子を実装した平面図。 図３に示した樹脂基板に封止樹脂層を設けた平面図。 絶縁層を除去した図２の樹脂基板の裏面図。 図４中のＦ６−Ｆ６線に沿う模式的断面。 図１の発光装置の封止樹脂層の一つを上面から見た模式図。 図１の発光装置を装備した天井直付タイプの照明装置を、その前面カバーを切欠いて示す斜視図。 熱硬化性樹脂の酸素透過性と光束維持率の関係を表すグラフ。 反射層の面積比と発光効率及び剥離サイクル数の関係を表すグラフ。 熱硬化性樹脂の硬さと外部応力耐性及び断線サイクル数の関係を示すグラフ。

一つの実施形態において、樹脂基板と、前記樹脂基板上に形成された反射層と、前記反射層の周囲に形成された保護層と、前記反射層上に載置された発光素子と、前記反射層、前記保護層及び前記発光素子を覆う、蛍光体及び熱硬化性樹脂を含む封止樹脂層を具備する発光装置が提供される。該発光装置において、前記封止樹脂層は、前記熱硬化性樹脂の酸素透過性が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下であり、前記封止樹脂層に被覆された保護層及び反射層を含む基板上の領域の面積に対する前記反射層の面積の割合は、３０％以上７５％以下の範囲である。

以下、実施の形態について、図１から図８を参照して説明する。図１から図７は、発光装置１を示し、図８は、この発光装置１を装備する照明装置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、樹脂基板１０と、複数の発光素子１１と、各発光素子１１を覆う封止樹脂層１２とを備えている。なお、樹脂基板１０上には図６に示すように反射層１８が形成され、その周囲に保護層であるレジスト層４５が形成されている。発光素子１１は、反射層１８上に載置され、封止樹脂層１２は、反射層１８とその周囲のレジスト層４５の一部の上に形成される。

樹脂基板１０は、ガラスエポキシ樹脂又は他の合成樹脂材料で作られてよい。例えば、ガラスエポキシ系プリント基板（ＦＲ−４、ＣＥＭ−３など）を用いることができる。

樹脂基板１０は、細長い長方形に形成されている。例えば、長さ寸法を２３０ｍｍとし、幅寸法を３５ｍｍとすることができる。樹脂基板１０の厚さ寸法は、０．５ｍｍ以上、１．８ｍｍ以下が好ましく、例えば１ｍｍとすることができる。樹脂基板１０の形状は、長方形に限らず、正方形や円形のものも適用される。

さらに、各発光素子１１の放熱性を高めるために、金属製のベース板を含む樹脂基板を使用することもできる。具体的には、図５及び図６に示すように樹脂基板１０は、ガラスエポキシ樹脂の表面に銅箔４６等を張り、その上に一部を除き絶縁層４７を設けて作成される。これは一般的な電気製品にもちいられるプリント基板に相当する構造である。

この発光装置１において、複数の発光素子１１は、列を形成するように樹脂基板上に並べて実装され、封止樹脂層１２で覆われる。封止樹脂層１２の端部は、列の端の発光素子１１を中心とするほぼ一定の半径の球面に形成される。

樹脂基板１０には、さらに、反射層の周囲を覆うように、表面のほとんど全面に保護層であるレジスト層４５が形成されている。レジスト層４５には、反射率の高い白色のレジストが好適に用いられる。説明の便宜上、図２から図４では、配線パターン１５等を表記しているが、白色のレジスト層４５が実際に形成されている場合、配線パターン１５等は視覚的には見えにくくなる。

樹脂基板１０の長辺は、樹脂基板１０を固定するために用意された複数の貫通部４０を有している。この貫通部４０は、外周につながった円弧状の切欠部であり、発光装置１を図８に示す照明装置２０の器具本体２１に固定する場合に用いられる。本実施形態において、固定手段としての取付ネジ４１の軸部は、切欠部を貫通して照明装置２０の器具本体２１に捩じ込まれ、頭部は、切欠部に引っ掛かって固定される。これにより発光装置１は、器具本体２１に固定される。

樹脂基板１０は、図３に示すように表側に、溝１４１を有し、かつ、図１に示す電源コネクタ４２、接続コネクタ４３、及びコンデンサＣが実装されている。溝１４１は、後述する接続パターン１４を除去するために作られた痕である。電源コネクタ４２は、電源に接続される。接続コネクタ４３は、複数の発光装置１を互いに接続して１つの照明装置２０を構成する場合に用いられる。コンデンサＣは、点灯回路にノイズが累積されることによって発光素子１１が誤点灯することを防止するために用意されている。

図２から図４及び図６に示すように、樹脂基板１０は、表側のレジスト層４５に埋没した配線パターン１５を有している。配線パターン１５には、実装パッド１５ａ、給電導体１５ｂ及び給電端子１５ｃが含まれる。

一つの実装パッド１５ａは、図２に示すように基本的には、樹脂基板１０の長手方向に略長方形をなしていて、短辺から樹脂基板１０の長手方向に延出した幅の細い２本の給電導体１５ｂ１を有している。この給電導体１５ｂ１は、その延出方向と直交する方向に突出した複数の、本実施形態では６個の、給電子１５ｂ２を有している。

給電導体１５ｂは、これら実装パッド１５ａを電気的に接続する。給電端子１５ｃは、給電導体１５ｂの端部に用意され、電源コネクタ４２が接続される。

実装パッド１５ａは、図２に示すように長辺の１つ及び中央部において、樹脂基板１０の長手方向に隣接する実装パッド１５ａの給電導体１５ｂ１に絶縁間隔を空けて入り込んでいる。給電子１５ｂ２と嵌り合う入り江部１５ｂ３も実装パッド１５ａに形成されている。このような形状の実装パッド１５ａのうちで、隣り合う実装パッド１５ａは、樹脂基板１０の長手方向に沿う軸を中心に反転された形態で組み合わされ、長手方向に複数並べられることによって配線パターン１５を形成する。

図６に示すように、配線パターン１５は三層構造を有する。樹脂基板１０の表面上に下から順に、第一層１５１として銅（Ｃｕ）、第二層１５２としてニッケル（Ｎｉ）、第三層１５３として反射率の高い銀（Ａｇ）をそれぞれ電解めっきすることによって作られている。

実装パッド１５ａ及び給電子１５ｂ２の一部の表面が反射層１８として用いられ、この反射層１８の周囲にレジスト層４５が形成されている。レジスト層４５から露出している反射層１８は、銀メッキであるため反射率が高い。本実施形態の場合、反射層１８の全光線反射率は、９０％である。第二層１５２のニッケル（Ｎｉ）の膜厚は、５μｍ以上、反射層１８のをなす銀（Ａｇ）の膜厚は、１μｍ以上に電解めっきによって形成する。膜厚の寸法を以上のようにすることで、膜厚が均一に形成され反射率も均一になる。

実装パッド１５ａが露出した反射層１８に発光素子１１が載置される。一つ一つの発光素子１１は、ＬＥＤ等の固体発光素子である。樹脂基板１０に発光素子１１を実装する個数は特に制限されない。発光素子がＬＥＤの場合、フェイスアップタイプやフリップチップタイプのものが適用される。

発光装置１の発光部から白色系の光を出力させるために、青色の光を発するＬＥＤのベアチップが用いられている。発光素子１１は、透光性を有するシリコーン樹脂系の絶縁性接着剤１６によって反射層１８上に接着されている。

本実施形態において発光素子１１は、Indium-Gallium-Nitride(ＩｎＧａＮ)系のベアチップであり、透光性のサファイア素子樹脂基板に発光層が積層された構造である。発光層は、ｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮ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。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電極とで構成されている。これらの電極は、図３及び図６に示すように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。より詳細には、発光素子１１の上面と実装パッド１５ａが露出した反射層１８とが接続されており、発光素子１１の上面と給電子１５ｂ２が露出した反射層１８とが接続されている。ボンディングワイヤ１７は、金（Ａｕ）の細線であり、実装強度の向上と発光素子１１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。なお、ボンディングワイヤ１７は、金（Ａｕ）に限定されず、他の金属細線を用いてもよい。

図３に代表して示すように、複数の発光素子１１は、給電子１５ｂ2に対応させて実装パッド１５ａ上に配置されている。第１の実施形態において、一つの実装パッド１５ａに実装される発光素子１１は、中央部の給電子１５ｂ２及び長辺沿いの給電子１５ｂ２に対応させてそれぞれ６個ずつ、合計１２個である。発光素子１１は、樹脂基板１０の長手方向に並べられた複数の実装パッド１５ａのそれぞれに同様に設けられており、各実装パッド１５ａの発光素子１１によって複数の列を形成するように並べられる。第１の実施形態の場合、長手方向に発光素子１１の列を２列に形成している。

実装パッド１５ａの給電子１５ｂ2は、隣の実装パッド１５ａの入り江部１５ｂ3に入り込んでいるので、発光素子１１は、実装パッド１５ａの中央部に配置される。したがって、発光素子１１から発生する熱は、実装パッド１５ａを通じて効果的に放熱される。

このように配設された各発光素子１１は、電源の陽極から実装パッド１５ａ及びボンディングワイヤ１７（一端が実装パッド１５ａの露出面である反射層１８に接続される）を介して発光素子１１のプラス電極へ、発光素子１１のマイナス電極からボンディングワイヤ１７（一端が給電子１５ｂ2の露出面である反射層１８に接続される）を介して隣接する給電子１５ｂ2へと順次接続されることによって、給電される。第１の実施形態では、ボンディングワイヤ１７は、発光素子１１が列を形成する方向と直交する方向に結線されている。

以上のように発光素子１１が接続された発光装置１は、１つの実装パッド１５ａに配置された１２個の発光素子１１が並列に接続され、９個の実装パッド１５ａが直列に接続されている。また、誤点灯を防止するために挿入されるコンデンサＣは、実装パッド１５ａによって構成される各並列回路の電極間に並列に接続される第１のコンデンサ、及びすべての実装パッド１５ａによって構成される直列回路の電極間に並列に接続される第２のコンデンサを含む。

図６に示すように、発光素子１１及びボンディングワイヤ１７は、封止樹脂層１２によって包含される。封止樹脂層１２は、反射層１８とレジスト層４５の一部を被覆するように形成される。

封止樹脂層１２は、透明な熱可塑性樹脂に適量の蛍光体を含有する封止樹脂によって形成される。蛍光体は、発光素子１１が発する光によって励起されて、発光素子１１が発する光の色とは異なる固有の色の光を放射する。本実施形態では発光素子１１が青色光を発するので、発光装置１の出力光として白色光を出射するために、青色の光に対して補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体を使用している。蛍光体として、例えばYttrium Aluminum Garnet（ＹＡＧ）：Cerium（Ｃｅ）等を用いることができる。

本実施形態のような構造を有する発光装置１は、樹脂基板１０から発生した有害ガスが封止樹脂を透過して銀などから構成される反射層に達することが分かった。一般的なアルミ基板またはセラミック基板を用いた場合は、基板から有害ガスが発生しない。また、基板に直接ＬＥＤチップを実装しないパッケージＬＥＤでは、有害ガスが封止樹脂を透過して反射層に達することがない。しかしながら、本実施形態のような構造を有する発光装置１は、樹脂基板１０から発生した有害ガスによって反射層が変色し、反射性が低下する。その結果、光束維持率が低下することがわかった。

そこで本実施形態では、封止樹脂材料として、酸素透過量が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下である熱可塑性樹脂を用いる。酸素透過量が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下である熱可塑性樹脂を用いることにより、有害ガスの透過を抑制し、反射層の劣化を抑制することが可能である。

このような酸素透過量が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下である熱可塑性樹脂の例には、フェニル系シリコーン樹脂が挙げられる。

封止樹脂層１２は、本実施形態においては図１、図４及び図６に示すように、個々の発光素子１１を発光素子１１ごとに被覆している。個々の封止樹脂層１２は、図６に示すようにドーム状の凸を成し、隣り合う封止樹脂層１２どうしの裾は、図１及び図４に示すように互いに連なるように連続部１２ｓが形成されている。その結果、図１及び図４に示すように、１つの発光素子列を構成する発光素子１１の封止樹脂層１２は、数珠繋ぎに連結されている。第１の実施形態の場合、封止樹脂層１２は、樹脂基板１０の長手方向に２列に形成されており、各発光素子１１及びボンディングワイヤ１７を被覆し封止している。

封止樹脂層１２は、蛍光体を含有し粘度や量が調整された、固まっていない状態の熱可塑性樹脂を、発光素子１１上に滴下し、その後、加熱処理または規定時間の放置によって硬化することにより形成される。熱可塑性樹脂の滴下には、例えばディスペンサを用いることができる。

滴下された熱可塑性樹脂は、図６に示すようにドーム形状をなす。その裾は、樹脂材料の流動性によって外周方向へ拡がる。隣り合う封止樹脂層１２の裾どうしが互いに連なることで、連続部１２ｓが形成される。したがって、隣り合う封止樹脂層１２は、連続部１２ｓによって融合し一体となって固まる。

なお、上記の実施形態に限らず、個々の封止樹脂層１２は独立し、隣り合う封止樹脂層１２どうしの裾が連続していなくてもよい。また或いは、発光素子１１を複数ずつ被覆するように封止樹脂層１２を形成してもよい。また、封止樹脂層１２の形成方法は、上記の形成方法に限定されない。

図７は、一つの発光素子１１に適用された封止樹脂層１２を上面から見た模式図である。便宜的に、封止樹脂層１２に被覆されている構成部材を点線で示した。封止樹脂層１２の被覆部分において、反射層１８がレジスト層４５から露出している。発光素子１１は、反射層１８に載置される。発光素子１１は、載置されている反射層１８と隣接する反射層１８のそれぞれと、ボンディングワイヤ１７で接続されている。

本実施形態において、封止樹脂層に被覆された基板上の領域、即ち、封止樹脂層１２に被覆されている反射層１８及びレジスト層４５の面積を１００％としたとき、反射層の面積は、３０％以上、７５％以下の範囲内である。

反射層１８は、その周囲のレジスト層４５よりも反射率が高いため、反射層の面積が高い方が、発光効率が高い。例えば、反射層とレジスト層４５のそれぞれの４５０ｎｍにおける光反射率の差は３．５％以上である。しかし、レジスト層４５は反射層よりも封止樹脂との密着性が高いため、封止樹脂層１２に被覆されるレジスト層４５の面積が小さすぎると、封止樹脂層の接着性が低下する。

しかしながら、封止樹脂層１２に被覆された反射層の面積を３０〜７５％とすることにより、反射率を高めて発光効率を向上させるとともに、封止樹脂層１２の接着性を向上させることが可能である。反射層の面積が３０％未満であると、発光効率が低下する。一方、反射層の面積が７５％を超えると、封止樹脂層１２の剥離などが生じる可能性が高くなり、信頼性が低下する。

本実施形態に従って、酸素透過量が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下である熱可塑性樹脂を封止樹脂材料として用い、封止樹脂層１２に被覆されている反射層１８の面積を３０〜７５％の範囲にすることにより、反射層１８の劣化を抑制すると共に、発光装置１の発光効率と光束維持率を向上させることができる。これにより、発光装置１の寿命を向上させることが可能である。例えば、８５℃、湿度８５％で１０００時間を定格点灯させた場合の光束維持率を９０％以上にすることができる。

またさらに、本実施形態において用いられる封止樹脂層には、デュロメータ（タイプＡ）で測定した硬さが４５以上８９以下の範囲である熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。硬さが４５以上であることにより、封止樹脂層１２の強度を高くすることができる。これにより、例えば発光装置を取扱う際に封止樹脂層１２に物体が接触した場合でも、封止樹脂層１２が破壊されることを防止できる。一方、硬さが８９以下であることにより、発光装置１の点灯及び消灯による温度変化によって封止樹脂が膨張及び収縮を繰り返しても、樹脂層内部のボンディングワイヤが断線することを防止することができる。

熱硬化性樹脂の硬さのさらに好ましい範囲は、発光装置の使用用途により変動するが、例えば６２〜７８の範囲とすることができる。取り扱い中に封止樹脂層１２に接触する可能性が高い発光装置の場合は、硬さが高い熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。一方、取り扱い中に接触する可能性が低い発光装置の場合は、比較的硬さが低い熱可塑性樹脂を用いてボンディングワイヤの断線の可能性をより低下させることができる。

またさらに、本実施形態において用いられる熱硬化性樹脂は、樹脂基板の表面に対して水平方向に強制的応力が印加された場合に封止樹脂層１２が樹脂基板１０から界面剥離するものであることが好ましい。封止樹脂層１２が界面剥離する樹脂を用いることにより、応力を印加したときに封止樹脂層１２の内部破壊が生じることを防ぐことができる。内部破壊が生じる樹脂を用いた場合、限界応力を超えた後、発光素子が不点灯となるまでに長時間を要することがあり、不良の発見が容易でないという問題がある。これに対して、界面剥離が生じる樹脂を用いた場合は、剥離が生じた発光素子１１のみ輝度が低下するため、不良の発見が容易である。

このような熱可塑性樹脂は、ＪＩＳ鉛筆引っかき強度試験（１ｋｇ荷重）において８００ｇの応力により、樹脂基板１０から界面剥離せず、且つ、樹脂内部破壊が生じないものであることが好ましい。８００ｇの応力により界面剥離及び樹脂内部破壊の何れもが生じない樹脂を用いることにより、封止樹脂層１２の強度を確保し、発光装置１の耐久性を向上させることができる。

上記のような熱硬化性樹脂の例には、フェニル系シリコーン樹脂及びフェニル系ハイブリッド樹脂が挙げられる。

またさらに、本実施形態において用いられる熱硬化性樹脂は、屈折率が１．５０以上１．６６以下であることが好ましい。発光素子１１のサファイア素子樹脂基板の屈折率が１．７６程度であるため、屈折率が１．５０以上である樹脂を用いた場合、サファイア素子樹脂基板から封止樹脂層１２への光の取出し効率が高まる。その結果、蛍光体への到達光量が増大し、これにより、発光装置１の発光効率を向上させることができる。一方、屈折率が１．６６以下である樹脂を用いることにより、封止樹脂層１２から外部大気への光取り出し効率の低下を抑制することができる。

樹脂基板１０は、図５及び図６に示すように、裏側の全面に亘って形成された放熱用の銅箔４６のパターンを有している。このパターンは、表面側の実装パッド１５ａに対応するように樹脂基板１０の幅方向に２つ、樹脂基板１０の長手方向に９つのマトリックス状に分割された１８個のブロックを含む。

樹脂基板１０は、銅箔４６を備えているので、発光素子１１が発生する熱は、樹脂基板１０全体に均等に拡散される。したがって、樹脂基板１０の放熱性能が安定する。また、図５に示すように樹脂基板１０の長手方向に直交して銅箔４６が形成されていない不連続ゾーン４６ａがあるので、熱によって樹脂基板１０に生じる反りや変形が抑制される。なお、図６に示すように、銅箔４６は絶縁層４７により被覆されている。

次に、上記のように構成された発光装置１の製造工程の概略について、図２から図４を参照して説明する。

まず、図２に示すように、配線パターン１５及び接続パターン１４が樹脂基板１０の表側に形成される。配線パターン１５は、上述したような三層構造を有している。接続パターン１４も配線パターン１５と同様の三層構造を有している。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する。接続パターン１４は、第一層の銅（Ｃｕ）のパターンの上に第二層のニッケル（Ｎｉ）および第三層の銀（Ａｇ）を電解めっきする際に、各実装パッド１５ａを等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、樹脂基板１０の表面上に第一層として銅（Ｃｕ）パターンが形成される。次いで第二層としてニッケル（Ｎｉ）、さらに第三層目に反射層１８として銀（Ａｇ）が順番に電解めっきされる。

配線パターン１５及び接続パターン１４が形成された樹脂基板１０の表側から、図３に示すように、接続パターン１４が、ルーターやトリマー等によって削り取られる。この結果、各実装パッド１５ａどうしの電気的接続が遮断される。接続パターン１４を削り取ったことによって、貫通部４０を迂回する部分を除いて長手方向に直線で矩形に凹んだ溝部１４１が痕跡として樹脂基板１０の表側に形成される。

配線パターン１５が形成されると、発光素子列を形成するように複数の発光素子１１が実装される。実装された発光素子１１は、図４に示すように封止樹脂層１２によってそれぞれ覆われ封止される。封止樹脂層１２は、樹脂基板１０の長手方向に並ぶ発光素子１１の列を覆うように連続して配置される。

次に、上述の発光装置１を備える照明装置２０について、図８を参照して説明する。図８に示す照明装置２０は、発光装置１が下方に向けて組み込まれており、天井に設置して使用される直付タイプである。

照明装置２０は、細長く略直方体の器具本体２１を備えている。この器具本体２１は、発光装置１を複数個、この実施形態では直線状に接続された２個有している。電源回路を備えた電源ユニットは、器具本体２１に内蔵されている。なお、光拡散性を有する前面カバー２２が、器具本体２１に取付けられていて、下方に向かって開口した器具本体２１の開口部を覆っている。

上述した構成の発光装置１について、さらに説明する。発光装置１は、電源回路により通電されると、各発光素子１１が一斉に点灯される。発光素子１１から出射される光は、封止樹脂層１２を透過されると、封止樹脂層１２中の蛍光体を励起発光させる。発光素子１１の出射光と封止樹脂層１２の励起光とが合成されると、白色の光になる。発光装置１は、白色の光を出射する面光源として使用される。

この場合、封止樹脂層１２は、ドーム形状を有し、発光素子１１が該ドームの中心に配置されているので、発光素子１１から出射された光は、封止樹脂層１２の境界面の内側で全反射することが抑制される。その結果、反射損失に起因する発光効率の低下が抑制される。

また、隣り合う封止樹脂層１２は、その裾において連なっている。封止樹脂層１２が固まるまでの間、連続部１２ｓによって相互に混ざるので、各封止樹脂層１２の体積のばらつきは、平均化される。各封止樹脂層１２の外形が平均化されるので、個々の発光素子１１から出射される光出力や発光色等のばらつきが軽減される。したがって、発光装置１が照射する光が均質になる。これにより、発光装置１を備える照明装置２０は、照射する光が安定する。

第１の実施形態において、発光素子１１が発光している間、実装パッド１５ａは、各発光素子１１が発生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が光を出射しているとき、発光素子１１から放射された光のうち樹脂基板１０に向かった光は、実装パッド１５ａの表層に形成された反射層１８において、光が利用される方向にほとんどが反射される。発光素子１１が放射した光のうちで樹脂基板１０に沿う方向へ向かった光は、反射率の高い白色のレジスト層４５の表面で光が利用される方向に反射される。

以上の実施形態によれば、封止樹脂で覆われた反射層の劣化が抑制されると共に、発光効率と光束維持率が向上され、寿命が向上した発光装置を提供することができる。また、そのような発光装置を備え、寿命が向上した照明装置を提供することができる。

なお、上述の発光装置および該発光装置を備える照明装置は、屋内又は屋外で使用される照明器具やディスプレイ装置などに搭載される光源として適用され得る。

試験１
封止樹脂層を構成する熱硬化性樹脂の酸素透過性と、光束維持率の関係を調査した。

（実施例１）
幅２７ｍｍ、長さ２００ｍｍのＦＲ−４基板を用い、発光装置を製造した。同じ封止樹脂層内に４個の発光素子を３ｍｍ間隔で一列に配置した。ドーム形状の封止樹脂層の直径は２９ｍｍとした。発光素子は約３Ｖ−３０ｍＡのものを用いた。封止樹脂層の材料として、酸素透過性が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）のフェニル系シリコーン樹脂を用いた。封止樹脂層により被覆された領域の面積に対する反射層の面積の割合は５０％とした。

（実施例２及び比較例１〜２）
封止樹脂層の材料として、表１に示した酸素透過性を有する熱硬化性樹脂を用いた以外は、実施例１と同様に発光装置を製造した。

（点灯試験）
実施例１〜２及び比較例１〜２の発光装置を、１２０℃で１００時間点灯させ、光束維持率を測定した。その結果を表１及び図９に示す。

表１から分かるように、酸素透過性が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下である熱硬化性樹脂を用いた実施例１及び２は、比較例１及び２よりも光束維持率が顕著に高かった。

試験２
（実施例３〜４及び比較例３〜５）
封止樹脂層に被覆された領域の面積に対する反射層の面積の割合を、表２に記載したとおりにした以外は、実施例１と同様に発光装置を製造した。

（発光試験及びサイクル試験）
実施例３〜４及び比較例３〜５の発光装置を、製品製造直後に点灯させ発光効率を測定した。その結果を、反射層の面積が１００％である時の発光効率を１００％とした相対値で表２に示した。また、温度差160℃の条件でヒートサイクル試験を行い、封止樹脂層の剥離が生じたサイクル数を観察した。その結果を表２及び図１０に示した。

表２から分かるように、反射層の面積の割合が低下するほど、発光効率が低下するものの、剥離が生じるサイクル数は増加した。実施例３及び４に示すように、反射層の面積を３０〜７５％の範囲にすることにより、発光効率が高く、且つ、寿命の高い発光装置を実現することが可能であることが示された。

試験３
（実施例５〜８）
封止樹脂層の材料として、デュロメータ（タイプＡ）で測定した硬さが表３に示したとおりであり、酸素透過性が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）であるフェニル系シリコーン樹脂を用いた以外は、実施例１と同様に発光装置を製造した。

（断線試験）
実施例５〜８の発光装置を用いて、温度差160℃の条件でヒートサイクル試験を行い、ボンディングワイヤの断線が生じたサイクル数を観察した。また、各発光装置の封止樹脂層に外部応力を印加し、ボンディングワイヤの断線が生じる応力を測定した。その結果を表３及び図１１に示した。

表３から分かるように、硬さが４５以上である実施例５〜８は、断線が生じる外部応力が大きく、耐久性が高いことが示された。また、硬さが８９以下である実施例６〜８は、ヒートサイクル試験において断線が生じるサイクル数が大きく、耐久性が高いことが示された。これより、実施例６及び７に示すように、硬さが４５〜８９である熱可塑性樹脂を用いることにより、外部応力並びにヒートサイクルに対する耐久性が高く、寿命が向上された発光装置を実現することが可能であることが示された。

試験４
（実施例９〜１０）
封止樹脂層の材料として、屈折率が表４に示したとおりであり、酸素透過性が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）であるフェニル系シリコーン樹脂を用いた以外は、実施例１と同様に発光装置を製造した。

（発光効率試験）
実施例９〜１０の発光装置を用いて、製品製造直後に点灯させ発光効率を測定した。その結果を表４に示した。

屈折率が１．５９である実施例１０は、屈折率が１．４１である実施例９よりも発光効率が高いことが示された。よって、屈折率の高い熱可塑性樹脂を封止樹脂材料に用いることにより、発光効率を改善することが可能であることが示された。

次に、第２の実施形態に係る発光装置及びこれを備えた照明装置を説明する。この実施形態は、発光装置の発光素子を封止した封止樹脂層が、以下の点で異なる他は、第１の実施形態と同じである。そのため、以下の説明では必要により図１から図８を参照する。

第２の実施形態でも、封止樹脂層１２は、蛍光体及び透明な熱硬化性樹脂を含んでいるが、この熱硬化性樹脂には酸素透過性と共に水素透過性を有する樹脂が用いられている。

この樹脂の水蒸気透過性は１２００ｃｍ^３／（ｍ^２・day・alm）以下である。同樹脂の水蒸気透過性は35ｇ/ｍ^２以下である。このように酸素透過性と共に水素透過性を有する熱硬化性樹脂として、例えばレジン系シリコーン樹脂を用いることができる。

前記酸素透過性を有して発光素子１１を封止した封止樹脂層１２は、第１の実施形態で既に説明したように酸素や有害ガスの透過性が低いので、これらのガスが、発光素子１１が実装された銀製の反射層１８に波及することが抑制される。しかも、封止樹脂層１２は、ガス透過性が低いだけではなく、水蒸気透過性が35ｇ/ｍ^２以下であるので、大気中の水蒸気の透過性も低い。これにより、水蒸気が封止樹脂層１２を透過して反射層１８に波及することも抑制される。

このため、封止樹脂層１２を透過するガスや水蒸気によって、反射層１８が変色し、その反射性が低下することが、抑制される。その結果、光束維持率を向上することが可能である。

これとともに、封止樹脂層１２を透過するガスや水蒸気を原因とする、ボンディングワイヤ１７の断線がし難くなる。その結果、発光装置１の寿命を向上することも可能である。

封止樹脂層１２に含まれる熱硬化性樹脂の水蒸気透過率は25ｇ/ｍ^２以下であることが好適である。このような透過性の範囲によれば、反射層１８の劣化が殆ど生じることがなく、光束維持率を改善できる。なお、熱硬化性樹脂の水蒸気透過率を「０」に近付けると、封止樹脂そう１２の硬度が高くなる傾向があるので、熱硬化性樹脂の水蒸気透過率の下限値は「０」にしなくても良い。

以上のように封止樹脂層１２の熱硬化性樹脂をレジン系シリコーン樹脂とした以外は、第１の実施形態と同じ構成である第２の実施形態においても、発光装置１及びこれを備える照明装置２０の寿命及び性能を向上することが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…発光装置、１０…樹脂基板、１１…発光素子、１２…封止樹脂層、１５…配線パターン、１５ａ…実装パッド、１５ｂ…給電導体、１５ｃ…給電端子、１８…反射層、１７…ボンディングワイヤ、２０…照明装置、２１…器具本体、４５…レジスト層（保護層）。

Claims (6)

1. 樹脂基板と；
   前記樹脂基板上に形成された反射層と；
   前記反射層の周囲に形成された保護層と；
   前記反射層上に載置された発光素子と；
   前記反射層、前記保護層及び前記発光素子を覆う蛍光体及び熱硬化性樹脂を含む封止樹脂層と；
   を具備し、
   前記封止樹脂層に含まれた前記熱硬化性樹脂の酸素透過性が１２００ｃｍ³/(m²・day・atm）以下であり、
   前記封止樹脂層に被覆された保護層及び反射層を含む基板上の領域の面積に対する前記反射層の面積の割合は、３０％以上７５％以下の範囲であることを特徴とする発光装置。
2. 前記封止樹脂層は、デュロメータ（タイプＡ）で測定された前記熱硬化性樹脂の硬さが４５以上８９以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記封止樹脂層は、前記樹脂基板の表面に対して水平方向に強制的応力を印加すると前記樹脂基板から界面剥離することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記封止樹脂層に含まれた前記熱硬化性樹脂は、35ｇ/ｍ^２以下の水蒸気透過性を更に有していることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記熱硬化性樹脂が、レジン系シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 器具本体と；
   前記器具本体に配設された請求項１から５のうちのいずれか一項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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