JP2014183230A

JP2014183230A - 発光装置及び照明装置

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Publication number: JP2014183230A
Application number: JP2013057313A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Tamai; 浩貴玉井; Kiyoshi Otani; 清大谷; Masahiro Ogata; 正弘緒方
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29
Also published as: CN203413434U

Abstract

【課題】本実施形態の目的は、光取出し効率の向上ができる発光装置及び照明装置を得ることにある。
【解決手段】
本実施形態によると光反射面３１や配線パッド２９，３０に加えてボンディングワイヤー４１，４２も銀製の材料を使用しているため、封止部材４５からの光取出し効率が非常に高くすることができる。発光ダイオード３６の点灯消灯による点灯サイクルによって封止部材４５や基板２１等の部材が収縮、膨張及び変形することがあってもボンディングワイヤー４１，４２の垂直直線部６１の長さを１１０μｍ以上に確保しているため、この部分で断線等が生じることを抑制できるものである。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、基板に実装された発光素子を封止部材で覆った発光装置および発光装置を光源として用いた照明装置に関する。

ＣＯＢ(chip on board)型の発光モジュールは、照明装置の光源として広く用いられている。この種の発光モジュールは、基板の上に実装された複数の発光素を備えている。発光素子は、互いに間隔を存して配列されているとともに、個々に透光性を有する封止部材で封止されている。このような発光素子に電気を供給するために基板上に形成された配線パターンと発光素子との電極とをワイヤを介して接続されているものがある。そして、このワイヤには腐食や変色を抑制することを目的として金製のワイヤが用いられている（例えば特許文献１参照。）。

特開２０１１−１４６３５３号公報

しかしながら金ワイヤを用いると反射率が比較的高くないため、封止部材で封止された状態からの光取出し効率が低下してしまう虞があった。これは、基板上に高反射の反射面を形成したとしても発光素子と封止部材との間にワイヤが介在しているため、光の吸収が避けられず、光取出し効率の向上を阻害してしまうためである。
本発明の目的は、光取出し効率の向上ができる発光装置及び照明装置を得ることにある。

本発明の実施形態における発光装置は、実装面を有する基板と、基板の実装面に実装された発光素子と、基板の実装面又は実装面側に設けられた配線パターンと、発光素子及び配線パターンを覆う封止部材と、発光素子の電極と配線パターンとを電気的に接続する銀ワイヤと、を有する発光装置であって、銀ワイヤは、一方側の端部に形成された台座部よって前記電極又は配線パターンに接続され、他方側の端部は配線パターン又は電極に接続されており、前記台座部が形成されて接続された一方側は、前記台座部から連続した発光素子又は配線パターンに対して垂直となる垂直直線部を有し、この垂直直線部は１１０μｍ以上であって封止部材を超えない長さで形成されている。

本発明の実施形態によれば、発光素子の発光及び消灯による熱サイクルでも断線が生じることが抑制できる銀ワイヤを用いることができるので、光取出し効率の向上が容易に実現することが可能となる。

実施形態に係る照明装置の斜視図実施形態に係る照明装置の平面図図２のＦ３−Ｆ３線に沿う断面図実施形態に係る発光モジュールの平面図図４のＦ５の箇所を拡大して示す発光モジュールの平面図図５のＦ６−Ｆ６線に沿う断面図図６の発光ダイオード部分を示す拡大概要図

以下、実施形態について図１ないし図６を参照して説明する。

図１ないし図３は、全般照明用のベースライト１を示している。ベースライト１は、例えば屋内で使用する照明装置の一例であって、建物の天井面Ｃに直付けされている。

ベースライト１は、装置本体２、一対のセード３、光源４および点灯装置５を備えている。装置本体２は、シャーシ６、センターカバー７、第１のサイドカバー８ａおよび第２のサイドカバー８ｂで構成されている。

シャーシ６は、例えば亜鉛めっき鋼板のような板金材で形成されており、天井面Ｃに沿って延びる細長い形状を有している。シャーシ６は、固定部１０と一対の光源支持部１１ａ，１１ｂとを含んでいる。

固定部１０は、略フラットな板状であり、例えば建物の天井を構成する要素に複数のねじで固定されている。光源支持部１１ａ，１１ｂは、固定部１０を間に挟んで互いに平行に配置されている。光源支持部１１ａ，１１ｂは、夫々平坦な支持面１２を有している。支持面１２は、固定部１０よりも下方に張り出すとともに、シャーシ６の長手方向に真っ直ぐに延びている。

センターカバー７は、シャーシ６の固定部１０に支持されている。センターカバー７は、光源支持部１１ａ，１１ｂの間からシャーシの下方に向けてＶ形に突出されている。

第１のサイドカバー８ａは、シャーシ６の長手方向に沿う一端およびセンターカバー７の長手方向に沿う一端を連続して覆っている。第２のサイドカバー８ｂは、シャーシ６の長手方向に沿う他端およびセンターカバー７の長手方向に沿う他端を連続して覆っている。

セード３は、例えばアクリル樹脂あるいはポリカーボネート樹脂のような透光性を有する樹脂材料で構成されている。セード３は、シャーシ６の長手方向に真っ直ぐに延びている。

図３に示すように、セード３は、シャーシ６の光源支持部１１ａ，１１ｂに向けて開口された開口部１３を有している。開口部１３は、シャーシ６の長手方向に延びるスリット状である。一対の保持溝１４ａ，１４ｂが開口部１３の縁に形成されている。保持溝１４ａ，１４ｂは、セード３の全長に亘って延びている。保持溝１４ａ，１４ｂの開口端は、シャーシ６の幅方向に互いに間隔を存して向かい合っている。

さらに、セード３は、複数のブラケットを介してシャーシ６に取り付けられている。セード３をシャーシ６に取り付けた状態では、シャーシ６の光源支持部１１ａ，１１ｂが下方からセード３で覆われている。

図２に示すように、光源４は、第１ないし第６の発光装置である発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆを備えている。第１ないし第６の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、光源支持部１１ａ，１１ｂの長手方向に延びる細長い形状を有している。

本実施形態によると、第１ないし第３の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、一方のセード３の保持溝１４ａ，１４ｂに保持されて、一方の光源支持部１１ａの長手方向に沿うように一列に並んでいる。同様に、第４ないし第６の発光モジュール２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、他方のセード３の保持溝１４ａ，１４ｂに保持されて、他方の光源支持部１１ｂの長手方向に沿うように一列に並んでいる。

したがって、第１ないし第６の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、セード３と一体化されているとともに、セード３で覆われている。さらに、第１ないし第６の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、電気的に直列に接続されている。

点灯装置５は、第１ないし第６の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆの点灯を制御するためのものであり、交流電源から出力される交流を直流に変換して第１ないし第６の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆに供給する。点灯装置５は、シャーシ６の固定部１０に支持されているとともに、センターカバー７で覆われている。

第１ないし第６の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、基本的に共通の構成を有している。このため、本実施形態では、第１の発光モジュール２０ａを代表して説明する。

図４ないし図６に示すように、第１の発光モジュール２０ａは、基板２１を備えている。基板２１は、ベース２２、金属層２３およびレジスト層２４を有する三層構造である。ベース２２は、例えばエポキシ樹脂あるいはガラスコンポジット基板のような合成樹脂製であり、シャーシ６の長手方向に延びる細長い形状を有している。

金属層２３は、例えば銅箔で構成されているとともに、ベース２２の裏面２２ａに積層されている。レジスト層２４は、例えば合成樹脂のような絶縁材料で構成されている。レジスト層２４は、金属層２３およびベース２２の裏面２２ａの外周部に連続して積層されている。金属層２３およびレジスト層２４は、基板２１の反りを防止するため、互いに協働して基板２１を補強している。

図５又は図６に示すように、複数の導体パターン２６および絶縁層２７がベース２２の表面２２ｂの上に積層されている。導体パターン２６は、基板２１の幅方向に間隔を存して二列に並べられているとともに、各列毎に基板２１の長手方向に互いに離れている。

各導体パターン２６は、実装パッド２８、第１の配線パッド２９および第２の配線パッド３０を有している。実装パッド２８は、例えば第１ないし第３の金属層Ｃ、Ｎ、Ｓを組み合わせた三層構造を採用している。

具体的には、第１の金属層Ｃは、ベース２２の表面２２ｂに積層された銅箔にエッチングを施すことにより形成されている。第２の金属層Ｎは、第１の金属層Ｃの上に積層されている。第２の金属層Ｎは、第１の金属層Ｃにニッケルめっきを施すことにより形成されている。第３の金属層Ｓは、第２の金属層Ｎの上に積層されている。第３の金属層Ｓは、第２の金属層Ｎに銀めっきを施すことにより形成されている。第３の金属層Ｓは、実装パッド２８の表層を構成している。このため、実装パッド２８の表面は、銀製の光反射面３１となっている。光反射面３１の全光線反射率は、例えば９０％以上とすることが望ましい。また、本実施形態の実装パッド２８は、略楕円形であって、一対の凹部３４ａ，３４ｂとを含んでいる。

第１および第２の配線パッド２９，３０は、実装パッド２８よりも遥かに小さな楕円形であって、互いに同じ大きさを有している。第１および第２の配線パッド２９，３０は、実装パッド２８と同様に第１ないし第３の金属層Ｃ、Ｎ、Ｓを有する三層構造であり、夫々の表層が銀により形成されている。そして、第１および第２の配線パッド２９，３０は、実装パッド２８の凹部３４ａ，３４ｂに入り込むようにベース２２の表面２２ｂに形成されている。

さらに、第１および第２の配線パッド２９，３０は、実装パッド２８の凹部３４ａ，３４ｂから離れており、実装パッド２８に対し電気的に絶縁された状態に保たれている。したがって、実装パッド２８の凹部３４ａ，３４ｂは、第１および第２の配線パッド２９，３０を避けるように切り欠かれているということができる。

また、絶縁層２７は、図６に示すように、ベース２２の表面２２ｂに積層されている。この絶縁層２７は、ベース２２の表面２２ｂのうち実装パッド２８、第１の配線パッド２９および第２の配線パッド３０を外れた領域を覆っている。したがって、実装パッド２８の表層、第１の配線パッド２９の表層および第２の配線パッド３０の表層は、夫々絶縁層２７で覆われることなく基板２１の表面側に露出されている。

絶縁層２７の一部は、実装パッド２８の凹部３４ａ，３４ｂに充填されて、実装パッド２８と第１の配線パッド２９との間、および実装パッド２８と第２の配線パッド３０との間に介在されている。さらに、絶縁層２７は、実装パッド２８の表層、第１の配線パッド２９の表層および第２の配線パッド３０の表層よりも基板２１の厚さ方向に張り出している。そして、本実施形態によると、絶縁層２７は、例えば電気絶縁性を有する白色の樹脂材料で構成されている。そのため、絶縁層２７は、光反射層としての機能を兼ね備えている。

第１ないし第３の発光ダイオード３６が実装パッド２８の光反射面３１の上に実装されている。第１ないし第３の発光ダイオード３６は、夫々発光素子の一例であって、例えば青色の光を発する共通のチップで構成されている。チップは、平面的に見た時の形状が長方形であり、例えば長辺の長さが６００〜６５０μｍ、短辺の長さが２００〜２５０μｍである。さらに、各チップは、アノードとしての第１の電極３７と、カソードとしての第２の電極３８とを有している。第１および第２の電極３７，３８は、チップの長手方向に間隔を存して並んでいる。この第１ないし第３の発光ダイオード３６は、夫々透光性を有するダイボンド材３９を用いて光反射面３１に接着されている。

第１ないし第３の発光ダイオード３６の第１の電極３７は、個々に第１のボンディングワイヤー４１を介して第１の配線パッド２９に電気的に接続されている。同様に、第１ないし第３の発光ダイオード３６の第２の電極３８は、個々に第２のボンディングワイヤー４２を介して第２の配線パッド３０に電気的に接続されている。この結果、各実装パッド２８に接着された第１ないし第３の発光ダイオード３６は、互いに並列に接続されたダイオード群４３を構成している。

この各ボンディングワイヤー４１、４２は概ね主成分のうち８８％以上が銀からなる銀製ワイヤとなっている。そして、各ワイヤー４１、４２は、図７である発光ダイオード３６及びボンディングワイヤー４１，４２の要部拡大図に示したように、各発光ダイオード３６の第１及び第２の電極３７，３８側に台座部６０が形成された状態で各電極３７，３８に接続されている。この台座部６０は、各ワイヤー４１，４２を各電極３７，３８に接続するいわゆるワイヤボンディングのファーストボンディングによって形成されるものである。すなわち、銀ワイヤの先端に銀ボールを形成させ、この銀ボールを各電極３７，３８と溶着等によって接続することで形成される形態を意味している。

また、ボンディングワイヤー４１、４２は、台座部６０から連続した垂直直線部６１を有している。この垂直直線部６１は、各発光ダイオード３６を平面的に見た場合において発光ダイオード３６又は配線パッド２９，３０垂直となるように形成されている。そして、この垂直直線部の長さは少なくとも１１０μｍ以上で形成されており、本実施形態では長さαは１３０μｍとなっている。そして、ボンディングワイヤー４１，４２の保護の観点から封止部材４５から突出しない位置まで形成されている。なお、突出高さであるαは、上限は１６５μｍ以下であることが望ましい。１６５μｍ以上になると発光ダイオード３６の点灯サイクルによる封止部材４５等の膨張収縮の影響から垂直直線部が断線してしまうことが頻繁に生じるし、封止部材４５の大きさも大きくなってしまうため実使用において好適ではない。また、銀製のワイヤーの場合、ファーストボンディングでボンディングワイヤー４１、４２を各電極３７，３８に接続する際に熱やエネルギー等の影響によって台座部６０から概ね５０μｍから１００μｍの間は十分な硬さを確保することが困難な状態となり、変形及び曲がりやすいことが分かった。したがって、この５０μｍから１００μｍの間で変形又は曲げ部分を形成すると発光ダイオード３６の点灯サイクルの影響を受けて断線が生じやすくなってしまい、こちらも実使用において好適ではない。

また、ボンディングワイヤー４１、４２は、垂直直線部６１から連続し、かつ、封止部材４５の外側に向かって伸びる平行直線部６２が形成されている。この平行直線部６２は、発光ダイオード３６よりも外側まで延在しており、基板２１の実装面と平行になるように形成されているものである。

なお、上記垂直直線部６１及び平行直線部６２における垂直、平行及び直線の程度は本実施形態の作用及び効果を奏するものであれば厳密に解釈されるものではなく、多少のずれ、変形及び曲線は許容するものである。そして、この解釈は、以下の傾斜直線部６３にも適用されるものである。

そして、ボンディングワイヤー４１，４２は、平行直線部６２から連続し、かつ、配線パッド２９，３０側に向かって傾斜する傾斜直線部６２が形成されている。この傾斜直線部６２は、封止部材４５における外周曲面と同一形状ではないものの、封止部材４５の頂部側と基板２１との接続部分との間に形成されている封止部材４５の外周曲面に倣うように形成されているものである。

また、図４ないし図６に示すように、複数の封止部材４５が基板２１に形成されている。封止部材４５は、導体パターン２６に対応するように基板２１の幅方向に間隔を存して二列に並べられているとともに、各列毎に基板２１の長手方向に互いに離れている。

封止部材４５は、実装パッド２８に接着されたダイオード群４３、ダイオード群４３に対応する第１および第２のボンディングワイヤー４１，４２を基板２１の上に封止するための要素である。また、封止部材４５は、母材である樹脂の中に混ぜられた所定量の蛍光体粒子及び所定量のフィラーを含んでいる。

樹脂としては、例えば透光性を有するフェニル系シリコーン樹脂、レジン系シリコーン樹脂又はハイブリット系シリコーン樹脂を用いることが好ましい。フェニル系シリコーン樹脂、レジン系シリコーン樹脂およびハイブリット系シリコーン樹脂は、三次元的に架橋された組織を有するので、透光性のシリコーンゴムよりも硬い。

さらに、フェニル系シリコーン樹脂、レジン系シリコーン樹脂は、シリコーンオイルやシリコーンゴムと比較して酸素や水蒸気のようなガスが透過する性能が低い。本実施形態の場合、樹脂の酸素透過率が１２００cm３（m２・day・atm）以下であり、水蒸気透過率が３５g/m２以下である。この種の樹脂を選択することで、大気中のガスが封止部材４５を透過することを要因とする銀製である各ボンディングワイヤー４１，４２、実装パッド２８及び配線パッド２９，３０の劣化を防止することができ、ボンディングワイヤー４１，４２及光反射面３１の光反射性能を良好に維持できる。そして、蛍光体粒子としては、チップが発する青色の光により励起されて黄色の光を発する黄色蛍光体粒子を用いている。なお、樹脂に混ぜる蛍光体粒子は、黄色蛍光体粒子に限らない。例えば、チップが発する光の演色性を改善するために、青色の光で励起されて赤色の光を発する赤色蛍光体粒子あるいは緑色の光を発する緑色蛍光体粒子を樹脂に添加するようにしてもよい。

封止部材４５は、実装パッド２８、実装パッド２８に対応する第１および第２の配線パッド２９，３０、実装パッド２８の上のダイオード群４３、ダイオード群４３と第１および第２の配線パッド２９，３０との間に跨る第１および第２のボンディングワイヤー４１，４２を一体的に包み込むように基板２１の絶縁層２７から盛り上がっている。

封止部材４５は、樹脂が硬化する前の液状の状態で実装パッド２８に向けて滴下される。封止部材４５を滴下する際には、ディスペンサーを用いることが望ましい。実装パッド２８に向けて滴下された封止部材４５は、例えば１５０℃の温度で６０分加熱することによりドーム状の形態に硬化される。

本実施形態において、ベースライト１では、ベースライト１の電源スイッチがＯＮされると、直流電圧が点灯装置５から第１ないし第６の発光モジュール２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆの導体パターン２６に印加される。これにより、複数の実装パッド２８に実装されたダイオード群４３が一斉に発光する。

ダイオード群４３のチップが発する青色の光は、封止部材４５に入射される。封止部材４５に入射された青色の光の一部は、蛍光体粒子に吸収される。残りの青色の光は、蛍光体粒子に吸収されることなく封止部材４５を透過する。

青色の光を吸収した蛍光体粒子は、励起されて補色の関係にある黄色の光を発する。黄色の光は、封止部材４５を透過する。これにより、黄色の光および青色の光が封止部材４５の内部で互いに混じり合って白色光となる。白色光は、封止部材４５およびセード３を透過してベースライト１の外に放射され、天井面Ｃから室内を照明する用途に供される。

そして、本実施形態の封止部材４５によると、その主成分となる樹脂は、実装パッド２８に向けて滴下された直後の未硬化の状態でも予め決められた形状を維持し得るような物性を有している。樹脂の物性とは、チクソ性、粘性および硬度等のことを指している。すなわち、図６に示すように、封止部材４５は、実装パッド２８に滴下された直後の未硬化の段階でも、実装パッド２８、第１および第２の配線パッド２９，３０、ダイオード群４３、第１および第２のボンディングワイヤー４１，４２を連続して覆うような偏平なドーム形状を維持するようになっている。

また、本実施形態によると光反射面３１や配線パッド２９，３０に加えてボンディングワイヤー４１，４２も銀製の材料を使用しているため、封止部材４５からの光取出し効率が非常に高くすることができる。さらに、本実施形態においては、単にボンディングワイヤー４１，４２を銀製としたのではなく、発光ダイオード３６の点灯消灯による点灯サイクルによって封止部材４５や基板２１等の部材が収縮、膨張及び変形することがあっても垂直直線部６１の長さを１１０μｍ以上確保しているため、この部分で断線等が生じることを抑制できるものである。すなわち、台座部６０を形成した状態の銀製のワイヤーである場合、台座部６０から概ね５０μｍから１００μｍまでの領域が軟化しやすいが、この領域は略直線で形成しているため、断線の虞を抑制しているものである。

また、本実施形態の封止部材４５は、ドーム形状をなすフェニル系シリコーン樹脂で形成されているため、樹脂の酸素透過率及び水蒸気透過率のいずれも低いものとなっており、銀製のボンディングワイヤー４１，４２であっても劣化を抑制することができるため、光取出し効率の低下を招きにくい。

また、ボンディングワイヤー４１、４２は、垂直直線部６１から連続し、かつ、封止部材４５の外側に向かって伸びる平行直線部６２が形成され、さらに、傾斜直線部６２が形成されているが、この平行直線部６２及び傾斜直線部６２は、封止部材４５における扁平のドーム形状の外周曲面と同一形状ではないものの、封止部材４５の頂部側と基板２１との接続部分との間に形成されている封止部材４５の外周曲面に倣うように形成されている。この構成によると、本実施形態におけるフェニル系シリコーン樹脂は、比較的硬度が高いため、点灯サイクルによって特に封止部材４５の膨張収縮による変形が生じる場合には、ボンディングワイヤー４１，４２に掛かる応力が高くなる傾向になる。しかしながら、極力ボンディングワイヤー４１，４２の形状を封止部材４５の外形形状に倣うように形成することによって、ボンディングワイヤー４１，４２のいずれかの部分に応力が集中することを抑制することができる。これにより、比較的硬度の封止樹脂４５を用いるとしても銀製のボンディングワイヤー４１，４２の断線を生じにくくできることになる。

なお、本実施形態によれば、封止部材の形状は楕円に限定されるものではなく、例えば真円とすることも可能である。加えて、発光モジュールは天井に直付けするベースライト用の光源に限らず、例えば直管形蛍光ランプに置き換えて使用する直管形ランプの光源としても利用することができる。それとともに、照明装置にしても天井に直付けするベースライトに限定されるものではなく、例えば街路灯や誘導灯のようなその他の形態の照明装置であっても同様に実施可能である。

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。

２０ａ…発光装置である発光モジュール、２１…基板、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ…発光素子、２９，３０・・・配線パターンである配線パッド、４５…封止部材、４１，４２…銀ワイヤであるボンディングワイヤー

Claims

実装面を有する基板と；
基板の実装面に実装された発光素子と；
基板の実装面又は実装面側に設けられた配線パターンと；
発光素子及び配線パターンを覆う封止部材と；
発光素子の電極と配線パターンとを電気的に接続する銀ワイヤと；
を有する発光装置であって、
銀ワイヤは、一方側の端部に形成された台座部よって前記電極又は配線パターンに接続され、他方側の端部は配線パターン又は電極に接続されており、前記台座部が形成されて接続された一方側は、前記台座部から連続した発光素子又は配線パターンに対して垂直となる垂直直線部を有し、この垂直直線部は１１０μｍ以上であって封止部材を超えない長さで形成されていることを特徴とする発光装置。
封止部材は、半球状又は半球状に類似した曲面を有する凸状で形成されており、
銀ワイヤは、前記垂直直線部から連続し、かつ、実装面と平行となるように平行直線部と、平行直線部から他端側に向かって傾斜する傾斜直線部とを有し、
銀ワイヤは、封止部材の頂部側に前記垂直直線部と平行直線部とが位置するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置
請求項１又は２記載の発光装置と；
発光装置が設けられる器具本体と；
を具備することを特徴とする照明装置。