JP2014192269A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
経年使用したとしても反射層の影響によって光出力が低下してしまうことを抑制する発光装置およびこの発光装置を具備する照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
本実施形態においては、実装反射面８が金属製であるアルミニウムからなっているため、下地実装銅層８ａとの接合強度が高くなっている。一方、発光部５ａを表面側から見た場合に小さい面積を占める配線パターン９には金を用いているため、ボンディングワイヤー１５との固着信頼性を高めている。これにより、光取出し効率の低下を抑制するとともに、長寿命である発光素子３の通常点灯期間中の信頼性維持が期待できる。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、発光素子を用いた発光装置およびこの発光装置を配設している照明装置に関する。

従来、照明装置には、表面側に樹脂層を有する金属ベース基板の一面に発光素子を複数並設するとともに、発光装置が混じられたシリコーン樹脂等の透光性樹脂を充填して、この封止樹脂で各発光素子を埋設したＣＯＢ(chip on board)型の発光装置が用いられている。この発光装置には、基板の樹脂層上に銀メッキをして、発光素子から放射された光の一部を銀メッキ上で反射させて、出射効率を向上させているものがある（例えば特許文献１参照。）。しかし、銀メッキは、時間が経過するにつれて変色し、反射率が低下して、発光装置の光束維持率を次第に低下させることが知られている。したがって、銀メッキに変えて白色塗料を用いるものも知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１０−２３８９７３号公報 特開２０１１−１５１２４８号公報

しかしながら、白色塗料を用いる場合であって、この白色塗料を金属の下地層に配設する形態であると、異種材料による熱膨張係数差が大きい影響で発光素子の点灯時の高温動作において、白色塗料部分に割れや剥離が発生してしまうことがあった。そして、この課題は、特に光出力が高く、高温動作となりやすい高出力のタイプには発生しやすい環境となり得るため、白色塗料を反射層として用いる場合には自由度が制限されやすいという課題がある。

本実施形態は、経年使用したとしても反射層の影響によって光出力が低下してしまうことを抑制する発光装置およびこの発光装置を具備する照明装置を提供することを目的とする。

本実施形態の発光装置は、金属ベース部と、金属ベース部に積層された絶縁層と、絶縁層上に配設された同種の金属からなる下地配線層及び下地実装領域層と、４６０ｎｍにおける反射率が９５％以上であるアルミニウムで実装領域層がメッキされた実装反射面と、 この基板の実装領域に実装された複数の発光素子と、実装反射面とは異なる金属材料であって、アルミニウムよりも４６０ｎｍにおける反射率が低い金属で下地配線層がメッキされた配線パターンとを具備している。

本発明の実施形態によれば、複数の発光素子が実装される実装反射面はアルミニウムでメッキされて形成され、配線パターンは前記アルミニウムよりも反射率の低い金属でメッキ形成されているため、複数の発光素子が点灯して発熱しても実装反射面が剥離等することを抑制し、また、経年使用しても実装反射面が変色することを抑制することを期待できる。

本発明の第１の実施形態を示す発光装置の概略上面図である。 同じく、図１のＡ−Ａ矢視方向における発光装置の概略断面図である。 本発明の第２実施形態を示す照明装置の一部切り欠き概略側面図である。

本実施形態の発光装置１は、図１から図２示すように構成される。図２において、発光体１は、基板２、発光素子３、枠部４及び封止樹脂５を有して形成されている。

基板２は、例えば、正方形に形成された厚さ１ｍｍの金属ベースである板状のアルミニウム（Ａｌ）からなり、その一面２ａに例えば厚さ８０μｍの絶縁層７が形成されている。 絶縁層７は、例えばエポキシ材および無機フィラー材からなり、高熱伝導性を有している。

そして、絶縁層７の表面に、例えば厚さ１０μｍの実装領域が形成されている。この実装領域は、絶縁層７上に下地実装領域層である下地実装銅層８ａが設けられており、この表面にアルミニウムがメッキされた実装反射面８が形成されている。なお、下地実装銅層８ａと実装反射面８との間に適宜ニッケル等の中間層を用いることでもよい。そして、実装反射面８は波長４６０nmにおける反射率が９５％以上になるように形成されている。さらに本実施形態においては、実装反射面８の拡散反射率が高くなるように微細な梨地処理が施されている。

この実装反射面８は、図１に示すように、四角形に形成されている。そして、実装反射面８の両端側には、一対の配線パターン９，９が形成されている。配線パターン９，９は、例えば厚さ１０μｍの金属層、本実施形態では銅からなる下地配線層９ａに金メッキされた導電材料からなり、実装反射面８と同様、絶縁層７の表面に形成されている。そして、配線パターン９，９は、基板２の一端部側に設けられた雌コネクタ１０に電気接続されている。雌コネクタ１０は、発光素子３に電力を供給する図示しない電源装置に接続される。なお、配線パターン１０の４６０ｎｍにおける反射率は７０％となっており、アルミニウムメッキされた実装反射面８よりは反射率が低くなっている。

発光素子３は、複数個からなり、実装反射面８の絶縁層７側とは反対側の表面に実装されている。すなわち、発光素子３は、基板２の金属メッキされた一面２ａ側に実装されている。発光素子３は、直方体に形成されたサファイア１１の表面に発光層１２が形成され、この発光層１２の表面に電極１３，１４が設けられている。サファイア１１は、実装反射面８の銀メッキ層の表面に図示しない透明シリコーンにより接着されている。発光層１２は、例えば、紫外光から青色光の領域の光を放射する発光材料例えばＩｎＧａＮを有して形成され、通電により青色光を放射する。

電極１３，１４は、隣かつ列状の発光素子３の電極１３，１４にそれぞれワイヤボンディングされている。そして、図２、３に示すように、列状の図中最左端の発光素子３の電極１３は、一対の配線パターン９，９の一方にワイヤボンディングされ、列状の図中最右端の発光素子３の電極１４は、一対の配線パターン９，９の他方にワイヤボンディングされている。すなわち、図１に示すように、複数個の発光素子３は、列毎に金製であるボンディングワイヤ１５により直列接続されて、一対の配線パターン９，９に電気接続されている。

そして、基板２の絶縁層７上には、発光素子３を包囲するように枠部４が形成されている。この枠部４は、第一樹脂である絶縁性を有する熱硬化性樹脂である例えばフェニル系シリコーン樹脂からなっている。そしてこの樹脂材料の中には白色粉末が混入されておらず、後述の蛍光体１６を含有する透光性を有する形態である。

また、枠部４は、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ている。また、この枠部４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、枠部４の強度を確保することができる。これにより、例えば発光装置１を取扱う際に枠部４に物体が接触する又は人の手が触れたとしても枠部４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基板２から枠部４が剥離してしまうことを防ぐことができる。したがって、このような形態には、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。

そして、枠部４は、基板２上に雌コネクタ１０を実装する前に、未硬化の熱硬化性樹脂を接合層６上に例えばディスペンサを用いて塗布する。このとき、樹脂自体のチクソ性によって枠部の形状は維持されている。その後、熱硬化されて枠部４が形成され、このように形成された枠部４の基の内側が発光素子３の収納部となっており、かつ、後述の発光部になっている。

また、図２において、封止樹脂５は、第二樹脂である例えば透光性のジメチル系シリコーン樹脂からなり、枠部４の内側に充填されて、各発光素子３を封止している。すなわち、発光素子３およびボンディングワイヤ１５は、封止樹脂５により封止されている。封止樹脂５の表面は、平坦状となっている。この封止樹脂５は、硬化後の硬さは枠部４よりも小さくなるように形成されている。

そして、封止樹脂５は、蛍光体としてのＹＡＧを用いた蛍光体１６を所定の濃度又は配合比で含有している。蛍光体１６は、発光素子３から放射された青色光が入射されると、その青色光を黄色光に波長変換する。すなわち、蛍光体１６は、発光素子３の放射光の一部を波長変換する。この波長変換された黄色光と、発光素子３から放射された青色光とが混合して封止樹脂５の表面から外方に出射されることにより、発光装置１から白色光が放射しているように見える。すなわち、封止樹脂５の表面は、発光装置１の発光部５ａとなっている。

また、この蛍光体１６は、枠部４にも含有されているが、枠部４における蛍光体１６の濃度又は配合比は、封止部材５における濃度又は配合比と同一となるように形成されている。
なお、図１において、枠部４の外側の基板２の絶縁層７上には、白色のレジスト１９が塗布されている。
次に、第１の実施形態の作用について述べる。

発光装置１は、その雌コネクタ１０に電源装置から電力が供給されると、発光素子３に所定の電流が流れる。発光素子３は、発熱し、発光層１２から青色光を放射する。青色光は、その一部が封止樹脂５を透過して外方に出射される。また、青色光の一部は、透光性樹脂５に含有された蛍光体１６により黄色光に波長変換されて、封止樹脂５を透過して外方に出射される。

また、青色光および黄色光のそれぞれの一部は、基板２の一面２ａ側に設けられた金属メッキ部８に入射して反射される。そして、封止樹脂５に入射した当該反射光は、その一部が封止樹脂５を透過して外方に出射される。

また、青色光および黄色光のそれぞれの一部は、枠部４の内側に放射されるが、枠部４は、透光性を有しているため枠部４に放射された青色光および黄色光は、枠部４内に入射する。そして、枠部４に入射した光は枠部４内の蛍光体１６によって黄色光に波長変換されて枠部４を透過して外方に出射される。そして、封止樹脂５から又は枠部４から出射された青色光と黄色光とが混合（混色）することにより、白色光が得られる。すなわち、発光装置１から白色光が放射される。

このとき、本実施形態においては、実装反射面８が金属製であるアルミニウムからなっているため、下地実装銅層８ａとの接合強度が高くなっている。すなわち、共に金属製であるため、アルミニウムを下地実装銅層８ａ上に設ける場合のメッキ工程において、共に融解しながら接合するため、下地実装銅層８ａと実装反射面８との接合強度は非常に高い状態となる。このような状態は、特に本実施形態のような態様では、非常に有益である。

この点については補足すると、本実施形態は、一つの実装反射面８上に非常に多くの発光素子３を直接実装している形態であるため、複数の発光素子３の点灯時には非常に高い熱が生じることになるし、この熱は実装反射面８がヒートスプレッターとして役割にもなるため、実装反射面８及び下地実装銅層８に直接伝わることになる。そして、例えば実装反射面８が高反射の白色樹脂で形成されていると、下地実装銅層８ａとの熱膨張係数の差が大きいため、白色樹脂部分が剥離又は亀裂等を生じてしまい、発光素子３を多く用いる又は光出力の大きい発光素子３（発熱量が大きい発光素子）を利用する形態には制限があった。一方、下地実装銅層８ａと同じ金属製である銀や金を用いることも考えられるが、銀は外部ガス等の影響によって経年使用時に変色する可能性があり、光取り出し効率が低下する場合もあるし、金は製造コストが高いことに加え反射率がそれほど高くないため発光部５ａにおいて広範囲の面積を占める実装反射面８に用いることは好適ではない。

したがって、本実施形態では、発光部５ａを表面側見た場合に配線パターン９，９よりも広い面積を占める実装反射面に４６０ｎｍにおける反射率が９５％である金属製であってアルミニウムを用いることによって、高い光取出し効率とその維持及び発光素子３の点灯消灯の繰り返しによっても実装反射面８自体が不具合を生じることを抑制できるため、長時間使用しても信頼性の高い発光装置１にすることができる。特に、本実施形態の場合には、複数の発光素子３が電気的には接続されていない単一の実装反射面８に実装される形態であるため、発光素子３の点灯時おける直接の熱は全て実装反射面８に放熱されることになり、このような構成とすることは非常にメリットのあることである。

そして、本実施形態においては、発光部５ａを表面側から見た場合に小さい面積を占める配線パターン９には金を用いているものである。これは、ボンディングワイヤー１５が金製であるため、ワイヤボンディングによる固着信頼性を考慮すると同質材料である金が好適である。したがって、発光装置１の信頼性をより向上することを目的に配線パターン９，９には金を用いることにした。これにより、金は実装反射面８よりも反射率は低いが、発光部５ａにおける占有率が低いことも寄与し、光取出し効率は若干ロスしたとしても長寿命である発光素子３の通常点灯期間中の信頼性維持を実現するためには非常に有益な構成となっている。

さらに、本実施形態では、実装反射面８には拡散反射率が高くなるように梨地処理が施されている。この構成によって、実装反射面８で反射された発光素子３からの光又は傾向体１６によって変換された光が透光性の枠部４の方向へも多く放射されることになる。したがって、枠部４からの出射光も多くなるため発光装置１からの配光は広がりやすい形態となる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態の照明装置２１は、図４に示すように構成される。なお、図４において、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

照明装置２１は、天井面等に埋設されるダウンライトであり、略円筒状の装置本体２２の下端側２２ａに円形の化粧枠２３がリベット２４により取り付けられ、この化粧枠２３に透光性カバー２５が配設されている。化粧枠２３は、その外面２３ａに補強片２６が設けられている。

そして、装置本体２２は、左右両側に装置本体２２を天井面等に固定するための一対の取付けばね２７，２７をリベット２８により取り付けている。また、装置本体２２は、下端側２２ａの内部に図１に示す発光装置１を回転対称に４個配設している。

また、装置本体２２は、その中間側２２ｂの内部に電源装置２９が配設されている。電源装置２９は、交流電源を直流電源に変換し、発光装置１の発光素子３に定電流（電力）を供給するように既知の構成により形成されている。そして、装置本体２２の上面側２２ｃには、交流電源からの図示しない電源線を接続する端子台３０が配設されている。

本実施形態の照明装置２１は、枠部４に蛍光体１６が混入されており、枠部４から光が出射するため、光取出し効率がよく、配光が広がりやすい照明光の光束維持率の低下を抑制することができるという効果を有する。

なお、照明装置２１は、埋込型のダウンライトに形成したが、これに限らず、発光装置１を具備する長形の埋込型、直付け型や吊り下げ型などの照明装置やＬＥＤ電球などのランプ装置に形成されたものであってもよい。

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、２…金属ベース部である基板、３…発光素子、５…封止樹脂、５ａ…発光部、７…絶縁層、８ａ…下地実装領域層である下地実装銅層、８…実装反射面、９ａ…下地配線層、９…配線パターン、２１…照明装置、

Claims (4)

1. 金属ベース部と；
   金属ベース部に積層された絶縁層と；
   絶縁層上に配設された同種の金属からなる下地配線層及び下地実装領域層と：
   ４６０ｎｍにおける反射率が９５％以上であるアルミニウムで実装領域層がメッキされた実装反射面と；
   この基板の実装領域に実装された複数の発光素子と；
   実装反射面とは異なる金属材料であって、アルミニウムよりも４６０ｎｍにおける反射率が低い金属で下地配線層がメッキされた配線パターンと；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
2. 複数の発光素子が実装された実装反射面及び配線パターンを覆うように設けられた封止樹脂によって発光部が形成されており、
   この発光部と対向する実装反射面及び配線パターンの各領域は、実装反射面の方が大きくな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。
3. 発光部における実装反射面は単一の面上に構成されており、全ての発光素子が実装反射面に実装されるとともに、実装反射面及び下地実装領域は電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置と；
   この発光装置を配設している装置本体と；
   発光装置の発光素子に電力を供給する電源装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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