JP5234363B2 - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に発光素子を実装するとともにこの発光素子を封止樹脂層で覆った発光装置およびこの発光装置を用いた照明装置に関する。

表面側に樹脂層を有する金属ベース基板製の装置基板の一面に、四角い枠からなるリフレクタを設け、このリフレクタの内側に、直列回路をなす発光素子であるチップ列をこの列が延びる方向と直交する方向に複数並設するとともに、蛍光体が混ぜられたシリコーン樹脂等の透光性封止樹脂をリフレクタの内側に充填して、この封止樹脂で各チップ列を埋設したＣＯＢ（chip on board）型の照明装置が、従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この照明装置でチップ列の夫々は、一対の素子電極を有した複数のＬＥＤチップを、反射層上に列をなして配設するとともに、列が延びる方向に隣接されたＬＥＤチップの素子電極にボンディングワイヤの両端をワイヤボンディングにより接合して、各ＬＥＤチップを直列接続して形成されている。そして、この照明装置は、チップ列の周りに位置されて所定のパターンで形成される導電部とＬＥＤチップの少なくとも一部が電気的に接続されることで発光が可能となるので構成が簡単である。又、前記照明装置の各ＬＥＤチップは青色の光を発するものであり、この青色の光で励起されて黄色の光を放射する蛍光体が封止樹脂に混ぜられている。このため、照明装置は、黄色の光と青色の光が混じることにより形成される白色の光で照明をすることができる。

特開２００８−２７７５６１号公報

一般的に、製造性や光出力や質の調整が容易であるため、従来技術のような青色のチップと黄色等の蛍光体とを組合わせた発光方式には利点がある。しかしながら、例えば青色の励起光を消して色の純度を上げたい場合には、蛍光体量を多く配合する必要があるため、封止樹脂中の蛍光体の比重が多くなることにより、ワイヤボンディングに対する負荷が増え、不具合を生じる虞があった。

また、蛍光体量の配合比が増えるに伴い、蛍光体以外の樹脂層の割合が減ることにより、基板と蛍光体層との密着性が低下するという問題があった。

すなわち、封止樹脂の主材料として一般的に用いる透明シリコーン樹脂又はウレタン樹脂或いはアクリル樹脂は、導電部や反射層との密着性は比較的高いものであるが、蛍光体の配合量が増えることによって、主材料の比率が低くなってしまうため、基板との密着性が低下し、結果的に封止樹脂層の剥がれを生じてしまう虞があった。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、発光素子の電気的接続の信頼性を高めるとともに封止樹脂層の膜剥がれを抑制することができる発光装置および照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発光装置は、基板と；基板上に形成された複数の導電部又は反射層と；導電部と電気接続されるとともに導電部又は反射層上に配設された発光素子と；複数の導電部、反射層及び発光素子を覆うように配設され、蛍光体を含有する主部材を有し、この主部材に対する蛍光体の配合比が１０％以下である第一封止樹脂層と；第一封止樹脂層の基板とは反対側に配設され、蛍光体を含有する主部材を有し、第一封止樹脂層よりも主部材に対する２倍以上の蛍光体の配合比からなる第二封止樹脂層と；を具備していることを特徴とする。

本発明において、発光素子は代表的には発光ダイオードであるが、レーザ、有機ＥＬ素
子等他のものであってもよい。

基板は、金属製やガラスエポキシ製等どのようなものでもよいが、発光素子が発熱する

タイプのものでは放熱性の点で金属製のものが好適である。

絶縁部は、基板が導電性（例えば金属製）の場合、少なくともこの基板と導電部又は反射層との間に介在するように設けられる。基板が非導電性の場合には、基板と導電部との間に介在することが必須ではなく、互いに隣接する導電部間に介在するようにしてもよい。絶縁部を形成する材料としては、例えばエポキシ樹脂と無機フィラーとを混合したものを使用可能である。

導電部又は反射層は、例えば銀、ニッケル等光反射性の高いもので形成される。形成方法としては、塗布、めっき、貼付け等どのようなものでもよいが、無電解めっきとすると接着強度が大きく薄膜化が可能となり有益である。

各封止樹脂層は、導電部および発光素子上に設けられるものであるが、これらの全てを完全に覆うことは必須ではない。すなわち、光取出し効率に実質的に悪影響を及ぼさない部分の導電部は露出していてもかまわない。封止樹脂層の主部材としては、例えば透明シリコーン樹脂、透明ウレタン樹脂、透明アクリル樹脂等の透光性樹脂を用いることができる。また、封止樹脂層には、蛍光体を含有することができるが、蛍光体としては、YAG系、サイアロン系またはシリケート系等所望の特性に合わせてどのようなものも使用可能であるし、複数種の蛍光体を加えたものであってもよい。そして、各封止樹脂層に含有する蛍光体層は、同種のものであることが好適である。同種とすることによって、各封止樹脂層に配合する比率が異なるとしても管理が容易であるし、同種にすることによって、第一封止樹脂の方が第二封止樹脂に比べて比重が軽くなる作用が得られやすくなるものである。

なお「蛍光体の配合比」とは、分散樹脂に対する蛍光体の割合を示し、「同種」とは、蛍光体粉の状態で例えばピーク波長および半値幅が略等しいなどの類似特性を有することを意味するものである。

そして、第一封止樹脂層は、少なくとも蛍光体は含有するものであるが、封止樹脂における蛍光体の配合比は、１０％以下になるようにするものである。なお、蛍光体を含有することによって、第一封止樹脂層でも色変換の作用が発揮されるため、第一封止樹脂層に蛍光体を全く含有しないものと比較すると、第二封止樹脂層の厚みが大きくなりすぎることを抑制することも可能となる。また、同じく第一封止樹脂層に蛍光体を全く含有しないものと比較すると、第二封止樹脂層における蛍光体の配合比が抑えられるので、第二封止樹脂層での蛍光体の色変換作用に伴う発熱を抑制でき、発光効率を比較的高めることが可能となる点で好適である。

また、第一封止樹脂層は、発光素子を覆う程度の厚みで設けられることが好適である。それは、ワイヤボンディングされた発光素子部分の負荷が軽減できるとともに、発光素子を覆うことにより、実質導電部のワイヤボンディング箇所も第一封止樹脂層に覆われることになるので、電気的接続の信頼性を総じて向上させることが可能となるためである。

請求項１の発明によれば、発光素子を覆うように設けられる第一封止樹脂部材の蛍光体の配合比は小さいため、ワイヤボンディングに対する負荷を軽減することができる。その結果、ワイヤボンディングの信頼性を向上でき、接続不具合等の不具合を生じることを抑制することができる。また、導電部又は反射層を覆うように設けられる第一封止樹脂部材の蛍光体の配合比は小さいため、第一封止樹脂部材中の主部材の配合比を高めることができることにより、導電部又は反射層との密着性を向上することができる。その結果、第一封止樹脂層と基板との密着性が向上し、第一封止樹脂層が基板から剥がれることを抑制することができる。

請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、基板は、導電部の間に形成された樹脂製の絶縁部を有し、第一封止樹脂層が前記絶縁部と接着するように設けられていることを特徴とする。

絶縁部は、基板が導電性（例えば金属製）の場合、少なくともこの基板と導電部との間に介在するように設けられる。基板が非導電性の場合には、基板と導電部との間に介在することが必須ではなく、互いに隣接する導電部間に介在するようにしてもよい。絶縁部を形成する材料としては、例えばエポキシ樹脂と無機フィラーとを混合したものを使用可能であって主材料が樹脂からなるものである。

そして、接着面が汚れ等により状態が悪い場合等を除くと、共に主材料が樹脂性である絶縁層と第一封止樹脂層との接着強度は、導電部又は反射層を形成する金属と第一封止樹脂層との接着強度に比較すると高いものとなる。したがって、請求項２記載の発明によれば、樹脂性の絶縁部と蛍光体の配合比が小さい第一封止樹脂層とが接着するように設けられているため、第一封止樹脂層の基板に対する密着性が向上し、第一封止樹脂層が基板から剥がれることをより抑制することが可能となる。

請求項３の照明装置は、請求項１または２記載の発光装置と、発光装置が取り付けられる器具本体と；を具備していることを特徴する。

請求項１記載の発明によれば、発光素子を覆うように設けられる第一封止樹脂部材の蛍光体の配合比は小さいため、ワイヤボンディングの信頼性を向上でき、不具合を生じることを抑制することができる。また、第一封止樹脂層と基板との密着性が向上し、第一封止樹脂層が基板から剥がれることを抑制することができる。

請求項２記載の発明によれば、樹脂性の絶縁部と蛍光体の配合比が小さい第一封止樹脂層とが接着するように設けられているため、第一封止樹脂層の基板に対する密着性が向上し、第一重次樹脂層が基板から剥がれることをより抑制することが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の効果を有する照明装置を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す一部切欠き側断面図。 同じく一部切欠き平面図。 本発明の第１の実施形態に係る発光装置の酸素ガス透過率と光束維持率との関係を示す図

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す一部切欠き側断面図、図２は同じく一部切欠き平面図、図３は本実施形態と比較例との状態を示す表である。

発光装置１１は、基板１、絶縁部２、導電部３、複数の発光素子４、封止樹脂層６等を有するものである。

基板１は例えばアルミニウム製であり、その厚さは約１ｍｍである。この基板１の表面には絶縁部２が層状に形成されている。絶縁部２はエポキシ50wt%と無機質フィラー（Al2O3等）５０wt%とからなり、その熱伝導率が1.0W/mであり、厚さは80μm程度である。

前記絶縁部２の上面には複数の導電部３が層状に形成されている。導電部３は、例えば最下に銅箔３ａ（厚さが約３５）が形成され、中間に無電解めっきされたニッケル層３ｂ

（厚さ３．０μｍ〜５．０μｍ）および表面側に無電解めっきされた反射層である銀層３ｃ（厚さ０．３μｍ〜０．７μｍ）からなる。

なお、絶縁部２から分解物の発生自体を少なくすることによって、導電部３の表面の汚れを低減することが可能である。たとえば、絶縁部２のエポキシを30wt%、無機質フィラー（Al2O3等）を70wt%とした場合には、同じ条件で試験すると上記のものより分解物が少なかった。

発光素子４は、前記各導電部３に対応して、各導電部３に機械的に接着されている。また、発光素子４の各電極はワイヤー５を介して、一方は自己が接着された導電部３に、他方は隣接する（図１では右隣）導電部３に接続されている。これら発光素子４は基板１に配設された全てが互いに直列接続されるようになっていても、幾つかが互いに直列接されこれら直列回路が互いに並列接続されるようになっていてもよい。本実施形態において、発光素子４は青色光を発光する青色発光ダイオードである。

封止部材６は、シリコーンと緑色蛍光体６ｃとを含んで構成され、露出している絶縁部２、導電部３および発光素子４を覆うように設けられている。この封止部材６は、液状化された状態で流入され、乾燥固化されるものである。したがって、基板１の周辺側に設けられた壁７は、液状状態の封止部材６が流出するのを防止する堰として作用する。

封止樹脂層６は、発光素子４及び導電部３を覆うように第一封止樹脂層６ａと、第一封止樹脂層６ａとは基板１の反対側に重なるように第二封止樹脂層６ｂとを有している。この各封止樹脂層６ａ、６ｂには、同種の蛍光体６ｃが配合されており、蛍光体６ｃは、発光素子４からの青色光により励起されて緑色光を発光する蛍光体である。

そして、具体的には、第一封止樹脂層６ａには、発光素子４を完全に覆うとともに、ワイヤー５も完全に覆う程度の厚みで設けられているものである。そして、本実施形態においては、第一封止樹脂層６ａは、約５２０ｎｍにピーク波長を持つ緑色蛍光体６ｃが５％の蛍光体配合比で分散された２液型シリコ−ン樹脂を塗布し、硬化させたものである。

また、第二封止樹脂層６ｂは、光出射方向に設けられるものであり、具体的には、そ第一封止樹脂層６ａの蛍光体６ｃと同種の蛍光体６ｃが４０％の配合比で２液型シリコ−ン樹脂に分散した液を塗布して硬化させたものである。

また、壁７内の導電部３は平面視（図２）において縦、横寸法がそれぞれ１．２ｍｍであり、発光素子４は同じく平面視（図２）において縦寸法が0.２５ｍｍ寸法が０．４ｍｍ程度である。

そして、図２のように、壁７内の導電部３の面積が非導電部の面積に対して相対的に大きく形成されている（約７０〜９０％の間）ことにより、発光素子４の底面ないしは側面から導電部３の表面に向けて発せられる光、あるいは封止部材６内にて屈折されて導電部３の表面に向けて発せられる光を反射して、封止部材６内の表面側から有効に照射することができる。

つぎに、本実施形態の発光装置１１と比較例とを用いて基板１と封止樹脂層６との剥がれ及び安定性について検討した結果を図３に示す。図３は、発光装置として作成後について点灯状態をチェックした結果を示す表である。この表中、「基板との密着性」とは、作成した発光装置の封止樹脂層を治具を使って剥がし、剥がしたあとの基板の状態（封止樹脂の基板の残存度合い等）を視認することによって確認した結果を示すものである。また「モジュール安定性」とは、作成した発光装置を点灯した場合に不点となる発光素子があるか否かを視認によって確認した結果を示すものである。

ここで、比較例の発光装置について説明すると、比較例の発光装置は、発光素子４が実装された基板に第一封止樹脂層６ａ、第二封止樹脂層６ｂと同種の蛍光体６ｃである約５２０ｎｍにピーク波長を持つ緑色蛍光体を４５％の配合比で２液型シリコ−ン樹脂に分散した液を塗布して一層によって形成したものである。

そして、この結果からすると、比較例の発光装置は、「基板との密着性」において、基板の一部に封止樹脂層の残存が見られなかった。このことは、封止樹脂層が基板に対して密着性が低いことを意味しているものである。また、「モジュール安定性」において、発光素子の一部に不点のものがみられ、これを検証した結果、ワイヤボンディングが封止樹脂の負荷によって接続不良となったことが推定された。

これに対し、本実施形態の発光装置１１は、「基板との密着性」において、基板４上のいずれの箇所にも封止樹脂層６（第一封止樹脂層６ａ）が剥がれ残りとして残存する状態であることが視認できた。このことは、第一封止樹脂層６ａの密着性が高いこと示すとともに、絶縁部３と第一封止樹脂層６ａとの接着性も高いことがこの結果に起因していると推測された。また、「モジュール安定性」において、いずれの発光素子４も点灯している状態であった。したがって、少なくとも封止樹脂６の蛍光体６ｃの配合比に起因したワイヤボンディングの接続不良は発生していないことが確認された。

本実施形態及び発明の発光装置は、照明装置の光源として用いることができる。照明装置としては、屋外用、屋内用の照明器具や、電球形蛍光ランプのようなものであってもよい。すなわち、各種照明装置における器具本体の照射部分に発光装置を取付けることによって照明装置を構成することができる。

この場合、発光素子の点灯用電源装置は、器具本体内に設けてもよいし、外部に設けてもよい。また、反射体やルーバー等の制光部材を設けることや、防水構造としたり、発光装置の前面に透光性カバーを設けたりすることは適宜任意になし得ることである。

１…基板、２…絶縁部、３…導電部、３ａ…銅箔、３ｂ…ニッケル層、３ｃ…銀層、４…発光素子、６ａ…第一封止樹脂層、６ｂ…第二封止樹脂層、１０…発光装置

Claims (3)

1. 基板と；
   基板上に形成された複数の導電部又は反射層と；
   導電部と電気接続されるとともに導電部又は反射層上に配設された発光素子と；
   複数の導電部、反射層及び発光素子を覆うように配設され、蛍光体を含有する主部材を有し、この主部材に対する蛍光体の配合比が１０％以下である第一封止樹脂層と；
   第一封止樹脂層の基板とは反対側に配設され、蛍光体を含有する主部材を有し、第一封止樹脂層よりも主部材に対する２倍以上の蛍光体の配合比からなる第二封止樹脂層と；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
2. 基板は、導電部の間に形成された樹脂製の絶縁部を有し、第一封止樹脂層が前記絶縁部と接着するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 請求項１または２記載の発光装置と；
   発光装置が取り付けられる器具本体と；
   を具備していることを特徴する照明装置。

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