JP5340879B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤパッケージなどの発光装置に関する。
近年、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の高輝度化が進み、ＬＥＤチップを照明装置の光源としての利用が進んでいる。特許文献１には、ある特定の範囲を配光性よく照射することを目的とする光源装置であって、車両用のヘッドランプに適用したＬＥＤパッケージが記載されている。
例えば、特許文献１の図２では、回路基板上に発光素子（ＬＥＤチップ）が実装されてワイヤーにて発光素子（ＬＥＤチップ）の上面と回路基板とが電気的に接続されており、さらに発光素子（ＬＥＤチップ）を覆うように反射面が形成されている（特許文献１の段落００３１参照）。また、特許文献１の図２５では、発光素子（ＬＥＤチップ）をサブマウント上に搭載している。サブマウントの高さを２ｍｍ程度もしくはそれ以上で設け、回路基板に金属ワイヤーを直接接続する場合、金属ワイヤーが高低差の大きい２つの間を接続することとなり、非常に剥れたり折れたりしやすくなる。そこで、特許文献１では、回路基板上に段差面を有する金属ブロックを設け、サブマウント上に実装した発光素子（ＬＥＤチップ）の上面と金属ブロックとの間を金属ワイヤーにて接続するようにしている（特許文献１の段落０１８４参照）
ところで、前記した従来のＬＥＤパッケージは、ワイヤーに対する保護がなされていない構造であるので、ワイヤーにて配線した後の工程（例えば、ＬＥＤパッケージを車両に灯具として組み込むときの工程、あるいは、車両に灯具として組み込むまでのＬＥＤパッケージの梱包工程や搬送工程）で、ワイヤーに誤って外力が加わり、ワイヤーが断線あるいは短絡してしまうという問題があった。
このような問題を解決するため、例えば次のような対策が考えられる。
第１の対策は、ワイヤーを保護するためにワイヤーを含む発光素子（ＬＥＤチップ）全体を封止樹脂で覆った構造である。
第２の対策は、ワイヤーを保護するためにワイヤーを含む発光素子（ＬＥＤチップ）全体を透明な半球状のドームキャップにて覆う構造である。
特開２００５−３２６６１号公報
しかしながら、第１の対策のＬＥＤパッケージでは、複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の点灯及び消灯の繰り返し使用により、ワイヤー封止樹脂が絶縁基板及びワイヤーからの熱伝導にて熱せられ、あるいは、冷やされることで、ワイヤー封止樹脂が熱膨張・熱収縮し、この熱応力により、ワイヤーが断線し易くなるという問題があった。
また、第２の対策のＬＥＤパッケージでは、キャップ（透明な半球状のドームキャップ）で覆うことで、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の発光がキャップの材料に吸収されてしまい、これにより、光束が３〜１０％低下してしまうという問題があった。
本発明は、ワイヤーに熱応力などを与えることなく、また、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）の発光の光束を低下させることなく、給電用パターンと配線パターンとの間に配線したワイヤーを保護することの可能な構造を有する発光装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１の基板と、第１の基板上に載置された第２の基板とを有し、第１の基板上には給電用パターンが形成され、第２の基板上には配線パターンが形成され、該配線パターン上の所定位置には複数の半導体発光素子が設けられ、前記給電用パターンと前記配線パターンとの間、および／または、前記半導体発光素子と前記配線パターンとの間に、電気的導通をとるためのワイヤーが接続される発光装置において、前記ワイヤーの外側を取り囲む部分のうち、少なくとも前記ワイヤーの長手方向に沿った前記ワイヤーの両側の部分に、前記ワイヤーを保護するための保護部材が設けられていることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光装置において、前記保護部材は、所定の絶縁性樹脂またはセラミックスであることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発光装置において、前記保護部材は、ワイヤーの高さ以上で半導体発光素子の高さ以下の高さを有することを特徴としている。
請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、第１の基板と、第１の基板上に載置された第２の基板とを有し、第１の基板上には給電用パターンが形成され、第２の基板上には配線パターンが形成され、該配線パターン上の所定位置には複数の半導体発光素子が設けられ、前記給電用パターンと前記配線パターンとの間、および／または、前記半導体発光素子と前記配線パターンとの間に、電気的導通をとるためのワイヤーが接続される発光装置において、前記ワイヤーの外側を取り囲む部分のうち、少なくとも前記ワイヤーの長手方向に沿った前記ワイヤーの両側の部分に、前記ワイヤーを保護するための保護部材が設けられているので、ワイヤーに熱応力などを与えることなく、また、半導体発光素子の発光の光束を低下させることなく、所定箇所間に配線したワイヤーを保護することができる。
特に、請求項３記載の発明によれば、前記保護部材は、ワイヤーの高さ以上の高さを有するので、所定箇所間に配線したワイヤーを確実に保護することができる。
本発明の発光装置の構成例を示す図である。 図１の発光装置の保護部材の拡大図である。 ワイヤーが２本並列に配置される場合の保護部材の拡大図である。 ディスペンサー装置を用い、保護部材を形成する工程を説明するための図である。 図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面の一例を示す図である。 図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置において保護部材の短手部分が設けられていない構成を示す図である。 図６の発光装置の保護部材の拡大図である。 ワイヤーが２本並列に配置される場合の保護部材の拡大図である。 半導体発光素子として上下に電極構造をもつものを用いた発光装置の構成例を示す図である。 半導体発光素子の上面と該半導体発光素子に隣接する配線パターンとの間に配線したワイヤーを保護するための保護部材の拡大図である。 第１の基板にザグリ溝が設けられていない発光装置の構成例を示す図である。 給電用パターンと配線パターンとの間に段差部分がある場合における樹脂の塗布方法を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の発光装置の構成例を示す図である。なお、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における部分断面図である。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置は、第１の基板（金属基板）７と、第１の基板７上に載置された（第１の基板７上に接着剤６によって接着された）第２の基板（絶縁基板）５とを有し、第１の基板７には電気的に基板７と非導通状態とした給電用パターン１０が形成され、第２の基板５上には配線パターン４が形成され、該配線パターン４上の所定位置には複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１が設けられ（配線パターン４上の所定位置に複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１がバンプ３を介してフリップタイプ実装され）、前記給電用パターン１０と前記配線パターン４との間には、電気的導通をとるためのワイヤー８が接続されている。なお、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１は、蛍光体樹脂２によって覆われている。
また、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、給電用パターン１０の上面と第１の基板（金属基板）７の上面とは、同一平面内のものとなっている。また、給電用パターン１０、第１の基板（金属基板）７と配線パターン４とは、同じ高さのものとなっている。また、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、第２の基板（絶縁基板）５上には配線パターン４が形成されていることから、第２の基板（絶縁基板）５の上面は、配線パターン４の上面よりも低くなっており、したがって、図１（ａ），（ｂ）に示すようなザグリ溝９が存在する。
また、ワイヤー８は、通常、数十μｍ（約２０〜３０μｍ）の直径のものが用いられる。また、ワイヤー８は、後述のように、その最も高い高さが、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さ以下となっており、図１の例では２００μｍである。
ところで、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置では、ワイヤー８の外側を取り囲む部分に、ワイヤー８を保護するための保護部材２１が設けられている。
図２は図１（ａ）の部分拡大図であって、図２には、給電用パターン１０と配線パターン４との間に配線したワイヤー８を保護するための保護部材２１が拡大されて図示されている。図２を参照すると、ワイヤー８を保護するための保護部材２１は、給電用パターン１０と配線パターン４との間に配線したワイヤー８の外側を取り囲む４つの部分からなっている。すなわち、ワイヤー８の長手方向Ｌに沿ったワイヤー８の両側の長手部分２１ａ、２１ｂと、ワイヤー８の長手方向Ｌと直交する方向に沿ったワイヤー８の両側の短手部分２１ｃ、２１ｄとからなっている。
ここで、長手部分２１ａ、２１ｂの長さＬ１は、給電用パターン１０と配線パターン４との間のワイヤー８の配線長Ｌ０よりも１００μｍだけ長いものとなっている。また、長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅、すなわち短手部分２１ｃ、２１ｄの長さＷは、約５００μｍ程度であるのが好ましい。これは、ワイヤー８が倒れた場合でも保護部材２１に接触しないようにするためである。すなわち、ワイヤー８と保護部材２１との間の距離Ｗ／２がワイヤー高さ＋５０μｍからワイヤー高さ＋１５０μｍの範囲が好ましい。なお、図３のようにワイヤー８が例えば２本並列に配置される場合も、長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅、すなわち短手部分２１ｃ、２１ｄの長さＷは、同様の範囲が好ましく、具体的には（２００＋５０）×２＋１００（ワイヤー間の距離）、すなわち６００μｍ程度が好ましい。
また、図２において、ｄは保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の幅である。
また、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈは、ワイヤー８の高さｈ０以上で、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さ以下であるのが好ましい。なお、ワイヤー８の高さｈ０とは、より正確には、後述のように給電用パターン１０と配線パターン４との高さが同じでない場合（給電用パターン１０と配線パターン４とに段差がある場合）、給電用パターン１０上に形成される保護部材２１に対しては、給電用パターン１０の高さ位置とワイヤー８の最も高い高さ位置との差であり、また、配線パターン４上に形成される保護部材２１に対しては、配線パターン４の高さ位置とワイヤー８の最も高い高さ位置との差である。また、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈとは、給電用パターン１０と配線パターン４との高さが同じでない場合（給電用パターン１０と配線パターン４とに段差がある場合）、給電用パターン１０上の保護部材２１に関しては、給電用パターン１０の高さ位置と保護部材２１の高さ位置との差であり、また、配線パターン４上の保護部材２１に関しては、配線パターン４の高さ位置と保護部材２１の高さ位置との差である。そして、この場合、給電用パターン１０上の保護部材２１に関しては、給電用パターン１０上の保護部材２１の高さｈは、給電用パターン１０上に形成される保護部材２１に対するワイヤー８の高さｈ０以上で、給電用パターン１０の高さ位置を基準にした半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さ以下であるのが好ましい。また、配線パターン４上の保護部材２１に関しては、配線パターン４上の保護部材２１の高さｈは、配線パターン４上に形成される保護部材２１に対するワイヤー８の高さｈ０以上で、配線パターン４の高さ位置を基準にした半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さ以下であるのが好ましい。図１（ｂ）の例では、給電用パターン１０と配線パターン４とは、ほぼ同じ高さとなっているので、ワイヤー８の高さｈ０は、給電用パターン１０または配線パターン４の高さ位置とワイヤー８の最も高い高さ位置との差である。また、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈは、給電用パターン１０または配線パターン４の高さ位置と保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さ位置との差である。
保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈを、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さ以下とすることで、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）による半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）からの光束の低下を防止することができる。給電用パターン１０と配線パターン４の高さが同じでない場合において、給電用パターン１０上の保護部材２１の高さと配線パターン４上の保護部材２１の高さを同一の高さｈとしたときに保護部材２１の上面位置も同じでなく差が生じる。このような場合には、給電用パターン１０上の保護部材２１の高さを配線パターン４上の保護部材２１の高さよりも高くするほうが好ましい。後の工程における組立て作業などにおいて外側に位置する側の保護部材２１の高さを高くしておいたほうが、ワイヤー８に外力が加わり難いからである。
また、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈを、ワイヤー８の高さｈ０以上にし、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅、すなわち短手部分２１ｃ、２１ｄの長さＷを約５００μｍ程度にすることで、誤ってワイヤー８に外力が加わっても、ワイヤー８の側面からの外力は保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）によって保護され、真上からの外力のみになるため、ワイヤー８が押し潰されるだけでワイヤー８が断線することはない。
また、上述の保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）には、樹脂を用いることができる。樹脂には、例えば透明なシリコン樹脂やエポキシ樹脂などを使用することができる。また、樹脂には、透明な樹脂の代わりに白い樹脂を用いることもできる。白い樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂及びシリコン樹脂に酸化チタンなどのフィラーが５〜２０ｗｔ％添加されているものなどが用いられる。透明樹脂や白い樹脂で反射した光の原因でグレア光が出る場合には、黒い樹脂を用いるとグレア光を軽減できる。黒い樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂及びシリコン樹脂にカーボンなどのフィラーが添加されているものなどを用いることができる。また、上述の保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）には、樹脂の代わりに、セラミックスリングを用いることもできる。セラミックスリングを用いる場合には、セラミックスリングは、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤にて、給電用パターン１０、第１の基板（金属基板）７上および／または配線パターン４上に固定することができる。
次に、このような構成の発光装置の保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の作製工程例について説明する。なお、この作製工程例では、武蔵エンジニアリング社製ディスペンサー装置を用い、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）には透明樹脂を用いた。
保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を作製する工程は、ワイヤー８を給電用パターン１０と前記配線パターン４との間に配線した後で行う。保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）に使用した樹脂の粘度は、例えば約５０Ｐａ・ｓである。保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）は、図４に示すように、ディスペンサー装置５０のノズルから給電用パターン１０、第１の基板（金属基板）７上または配線パターン４上に向けて樹脂を吐出しながら所定の速度（塗布スピード）でノズルを移動させて、給電用パターン１０、第１の基板（金属基板）７上と配線パターン４上とに樹脂を所定の幅ｄと所定の高さｈに塗布する。具体的には、ノズルにはノズル径が０．３ｍｍのものを使用して、塗布スピードを５ｍｍ／秒、吐出圧力を５０ＫＰａ、ノズル先端と給電用パターン１０、第１の基板（金属基板）７および配線パターン４との間のギャップを０．３ｍｍに制御して、幅ｄが約０．５ｍｍ、高さｈがワイヤー８の高さと同等の高さ０．２ｍｍの樹脂を塗布し、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を作製することができた。その後、１５０℃、４時間以上で樹脂を硬化することで、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）は完成した。
上記の作製方法において、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の幅ｄは、ディスペンサー装置５０のノズル径、塗布スピード、圧力、ギャップ（ノズル先端と給電用パターン１０、第１の基板（金属基板）および配線パターン４との間のギャップ）を変えることや、樹脂の粘度を変えることで、調節可能である。実際、塗布スピードを早くすると幅ｄは細くなり、圧力を低くすることやギャップを小さくすることでも幅ｄを細くすることが可能であり、幅ｄは４０μｍから３ｍｍまでの範囲で調節可能である。なお、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の角の幅が太くなる場合があるが（保護機能の本質は変わらないので問題ではないが）、角の幅が太くならないようにするための一例として、角の部分については塗布スピードを速くして調節することが可能である。
また、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈは、ディスペンサー装置５０の塗布スピード、ギャップ（ノズル先端と給電用パターン１０、第１の基板（金属基板）７および配線パターン４との間のギャップ）、吐出圧力を変えることや、樹脂の粘度を変えることなどで、調節可能である。例えば、塗布スピードを遅くすると高さは高くなり、速くすると高さは低くなる。吐出圧力を高くすると高さは高くなり、吐出圧力を低くすると高さｈは低くなる。ギャップを大きくすると高さｈは高くなり、ギャップを小さくすると高さｈは低くすることが可能である。但し、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈが保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の幅ｄよりも小さい場合、塗布スピード、吐出圧力及びギャップのパラメーターを変えることで、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈを変えることは可能であるが、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈを保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の幅ｄよりも大きくする必要がある場合は、多段に塗布することや回数を増やすことで、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈを高くすることが可能である。多段に塗布することで、段差領域の部分の樹脂の高さがワイヤー８の高さも少し高くなる場合があるが、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さよりも低ければ、グレア光の発生や光束低下の影響はない。段差領域の部分の樹脂の高さがワイヤー８の高さよりも高くならないようにするための一例として、塗布スピードを速くして調節することが可能である。また、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の角で高さが高くなる場合があるが、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さよりも低ければ、グレア光の発生や光束低下の影響はない。保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の角で高さが高くならないようにするための一例として、塗布スピードを速くして調節することが可能である。
具体的に、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の高さｈは、４０μｍ〜３ｍｍの範囲で自由に変えることが可能であるが、実際には、ワイヤー８の高さと同等の高さ０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度の高さまでの範囲にするのが望ましい。
なお、樹脂の粘度については、粘度がやや高いものを使用することで、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）の幅ｄを小さくすることができ、樹脂で反射して生じるグレア光を無視できる程度に減じることができる。
また、図５（ａ），（ｂ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図の一例であり、図５（ａ）のように、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１を搭載した第２の基板（絶縁基板）５を第１の基板（金属基板）７に配置するためのザグリ溝（第２の基板（絶縁基板）５と第１の基板（金属基板）７との間の溝）９の幅ｔが小さければ、樹脂がザグリ溝９に落ち込んで窪むことなく、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）をワイヤー８と同等の高さにすることが可能である。
これに対し、図５（ｂ）のように、ザグリ溝９の幅ｔが広い場合、そのザグリ溝９で樹脂が窪んでしまい、ワイヤー８を保護する高さを確保出来なくなる。その場合、図５（ｃ）のようにザグリ溝９を埋めるようにディスペンサー装置５０による樹脂の塗布制御を行うことで、ザグリ溝９の部分で樹脂の窪みを生じることなく、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）をワイヤー８と同等の高さにすることが可能である。
ザグリ溝９を埋める塗布方法は、ザグリ溝９が埋まるまでノズルの移動を停止することやノズルの移動速度を遅くすることで可能である。ザグリ溝９を埋めている樹脂の幅はザグリ溝９を埋める前の樹脂の幅よりも広がっているが、光束低下など機能を損なうことはない。ザグリ溝９を埋めた後は、埋める前の塗布条件で樹脂の塗布を行えば、図５（ｃ）のように樹脂の窪みなく保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を作製出来る。また、絶縁性材料、セラミック、樹脂を用いたリング状の成形品を用いることで、ザグリ溝が広くても、リングの長さを変えるだけで、ワイヤー保護の機能が維持できる。
また、上述の例（図１（ｂ）の例）では、給電用パターン１０と配線パターン４とは、ほぼ同じ高さとなっているが、給電用パターン１０と配線パターン４との高さが異なっている場合には（給電用パターン１０と配線パターン４との間に段差がある場合には）、ザグリ溝９を埋めたと同様に、給電用パターン１０と配線パターン４との間の段差を埋めることでワイヤー８と同等の高さの保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を作製可能である。具体的に、給電用パターン１０の方が配線パターン４よりも高さが低い場合には、給電用パターン１０上の樹脂の高さを配線パターン４上の樹脂の高さよりも高く形成することによって（例えばディスペンサー装置の塗布速度をより遅くするか、および／または、ギャップ（ノズル先端と給電用パターン１０および配線パターンとの間のギャップ）をより大きくすることによって）、給電用パターン１０と配線パターン４との間の段差を埋め、ワイヤー８と同等の高さの保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を作製可能である。また、樹脂以外にリボン等を用いることで保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を構成することも可能である。
なお、給電用パターン１０と配線パターン４との高さが異なっている場合にも（給電用パターン１０と配線パターン４との間に段差がある場合にも）、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１を搭載した第２の基板（絶縁基板）５を第１の基板（金属基板）７に配置するためのザグリ溝（第２の基板（絶縁基板）５と第１の基板（金属基板）７との間の溝）９の幅ｔが小さければ、樹脂がザグリ溝９に落ち込んで窪むことなく、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）をワイヤー８と同等の高さにすることが可能である。
これに対し、図５（ｄ）のように、ザグリ溝９の幅ｔが広い場合、そのザグリ溝９で樹脂が窪んでしまい、ワイヤー８を保護する高さを確保出来なくなる。その場合、図５（ｅ）のようにザグリ溝９を埋めるようにディスペンサー装置５０による樹脂の塗布制御を行うことで、ザグリ溝９の部分で樹脂の窪みを生じることなく、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）をワイヤー８と同等の高さにすることが可能である。
上記の構成例では、保護部材２１は、ワイヤー８を四方から取り囲む４つの部分、すなわち、ワイヤー８の長手方向Ｌに沿ったワイヤー８の両側の長手部分２１ａ、２１ｂと、ワイヤー８の長手方向Ｌと直交する方向に沿ったワイヤー８の両側の短手部分２１ｃ、２１ｄとからなっているとしたが、短手部分２１ｃ、２１ｄのうちの少なくとも一方は、必ずしも設けられなくてもよい。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置において保護部材２１の短手部分２１ｃ、２１ｄの両方が設けられていない構成を示す図である。すなわち、保護部材２１の長手部分２１ａ、２１ｂだけが設けられている構成を示す図である。なお、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線における部分断面図である。
図７は図６（ａ）の部分拡大図であって、図７には、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置において、給電用パターン１０と配線パターン４との間に配線したワイヤー８を保護するための保護部材２１が拡大されて図示されている。図７を参照すると、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置において、ワイヤー８を保護するための保護部材２１は、ワイヤー８の長手方向Ｌに沿ったワイヤー８の両側の長手部分２１ａ、２１ｂからなっている。
ここで、長手部分２１ａ、２１ｂの長さＬ１は、給電用パターン１０と配線パターン４との間のワイヤー８の配線長Ｌ０よりも１００μｍだけ長いものとなっている。また、長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅Ｗは、約５００μｍ程度であるのが好ましい。これは、ワイヤー８が倒れた場合でも保護部材２１に接触しないようにするためである。すなわち、ワイヤー８と保護部材２１との間の距離Ｗ／２がワイヤー高さ＋５０μｍからワイヤー高さ＋１５０μｍの範囲が好ましい。なお、図８のようにワイヤー８が例えば２本並列に配置される場合も、長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅Ｗは、同様の範囲が好ましく、具体的には（２００＋５０）×２＋１００（ワイヤー間の距離）、すなわち６００μｍ程度が好ましい。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、保護部材２１の短手部分２１ｃ、２１ｄの両方が設けられていないこと以外は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置と全く同じ構成となっており、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ）の幅ｄ、保護部材２１（２１ａ，２１ｂ）の高さｈ、各部の材料、製造方法なども、短手部分２１ｃ、２１ｄが設けられていないこと以外は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置と全く同じである。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、保護部材２１の長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅Ｗを約５００μｍ程度にすることで、誤ってワイヤー８に外力が加わっても、ワイヤー８の側面からの外力は保護部材２１（２１ａ，２１ｂ）によって保護され、真上あるいは長手方向Ｌ（長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅Ｗと垂直な方向）からの外力になるため、ワイヤー８が押し潰されるだけでワイヤー８が断線することはない。
また、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、保護部材２１の短手部分２１ｃ、２１ｄの両方が設けられていないとしたが、保護部材２１の短手部分２１ｃ、２１ｄのいずれか一方が設けられていない構成にすることも可能であり、この場合にも、保護部材２１の長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅Ｗを約５００μｍ程度にすることで、誤ってワイヤー８に外力が加わっても、ワイヤー８の側面からの外力は保護部材２１（２１ａ，２１ｂ）によって保護され、真上あるいは長手方向Ｌ（長手部分２１ａ、２１ｂ間の幅Ｗと垂直な方向）からの外力になるため、ワイヤー８が押し潰されるだけでワイヤー８が断線することはない。
また、上述の各例では、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１がフリップタイプのものであって、配線パターン４上の所定位置に複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１がバンプ３を介してフリップタイプ実装されている場合を示したが、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１としては、フリップタイプのものではなく、上下に電極構造をもつものを用いることも可能である。
図９（ａ），（ｂ）は半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１として上下に電極構造をもつものを用いた発光装置の構成例を示す図である。なお、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様の箇所には同じ符号を付している。図９（ａ），（ｂ）の発光装置は、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１として上下に電極構造をもつものを用いたこと以外は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置の構成と全く同様である。すなわち、図９（ａ），（ｂ）の発光装置は、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１として上下に電極構造をもつものを用いていることから、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１の上面と該半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１に隣接する配線パターン４との間に、これらの間の電気的導通をとるためのワイヤー３８がさらに配置されている点でのみ、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光装置の構成と異なっている。
ここで、ワイヤー３８は、通常、数十μｍ（約２０〜３０μｍ）の直径のものが用いられる。
そして、図９（ａ），（ｂ）の例では、ワイヤー３８の外側を取り囲む部分に、ワイヤー３８を保護するための保護部材４１が設けられている。
図１０（ａ），（ｂ）は図９（ａ）の部分拡大図であって、図１０（ａ），（ｂ）には、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１の上面と該半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１に隣接する配線パターン４との間に配線したワイヤー３８を保護するための保護部材４１が拡大されて図示されている。なお、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＤ−Ｄ線における概略断面図である。図１０（ａ），（ｂ）を参照すると、図１０（ａ），（ｂ）の例では、ワイヤー３８を保護するための保護部材４１は、ワイヤー３８の外側を囲む３つの部分からなっている。すなわち、ワイヤー３８の長手方向Ｍに沿ったワイヤー３８の両側の長手部分４１ａ、４１ｂと、ワイヤー３８の長手方向Ｍと直交する方向に沿ったワイヤー３８の一方の側の短手部分４１ｃとからなっている。
ここで、長手部分４１ａ、４１ｂは、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１を除いた部分に設けられている。また、長手部分４１ａ、４１ｂ間の幅、すなわち短手部分４１ｃの長さＸは、例えば約２００μｍ程度である。
また、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の幅ｆは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍであるのが好ましい。
また、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉは、ワイヤー３８の高さｉ０と同等か、それよりも少し高い高さであるのが好ましい。なお、ワイヤー３８の高さｉ０、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉの定義は、ワイヤー８の高さｈ０、保護部材２１の高さｈの定義と同様である。
保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉを、ワイヤー３８の高さｉ０と同等か、それよりも少し高い高さにし、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の長手部分４１ａ、４１ｂ間の幅、すなわち短手部分４１ｃの長さＸを約２００μｍ程度にすることで、誤ってワイヤー３８に外力が加わっても、ワイヤー３８の側面からの外力は保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）によって保護され、また、真上からの外力でも、ワイヤー３８が押し潰されるだけでワイヤー３８が断線することはない。
また、上述の保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）には、樹脂を用いることができる。樹脂には、例えば透明なシリコン樹脂やエポキシ樹脂などを使用することができる。また、樹脂には、透明な樹脂の代わりに白い樹脂を用いることもできる。白い樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂及びシリコン樹脂に酸化チタンなどのフィラーが５〜２０ｗｔ％添加されているものなどが用いられる。透明樹脂や白い樹脂で反射した光の原因でグレア光が出る場合には、黒い樹脂を用いるとグレア光を軽減できる。黒い樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂及びシリコン樹脂にカーボンなどのフィラーが添加されているものなどを用いることができる。また、上述の保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）には、樹脂の代わりに、セラミックスリングを用いることもできる。セラミックスリングを用いる場合には、セラミックスリングは、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤にて、配線パターン４上に固定することができる。
次に、このような構成の発光装置の保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の作製工程例について説明する。なお、この作製工程例では、前述した武蔵エンジニアリング社製ディスペンサー装置５０を用い、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）には透明樹脂を用いた。
保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）を作製する工程は、ワイヤー３８を半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１の上面と該半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１に隣接する配線パターン４との間に配線した後で行う。保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）に使用した樹脂の粘度は、例えば約１５０Ｐａ・ｓである。保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）は、図４に示したと同様に、ディスペンサー装置５０のノズルから配線パターン４上に向けて樹脂を吐出しながら所定の速度（塗布スピード）でノズルを移動させて、配線パターン４上に樹脂を所定の幅ｆと所定の高さｉに塗布する。具体的には、ノズルには径が０．０４ｍｍのものを使用して、塗布スピードを５ｍｍ／秒、吐出圧力を１５０ＫＰａ、ノズル先端と配線パターン４との間のギャップを０．１ｍｍに制御して、幅ｆが約０．２ｍｍ、高さｉがワイヤー３８の高さと同等の高さ０．２ｍｍの保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）を作製することができた。その後、１５０℃、４時間以上で樹脂を硬化することで、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）は完成した。
上記の作製方法において、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の幅ｆは、ディスペンサー装置５０のノズル径、塗布スピード、圧力、ギャップ（ノズル先端と配線パターン４との間のギャップ）を変えることや、樹脂の粘度を変えることで、調節可能である。実際、塗布スピードを早くすると幅ｆは細くなり、圧力を低くすることやギャップを小さくすることでも幅ｆを細くすることが可能であり、幅ｆは４０μｍから３ｍｍまでの範囲で調節可能であるが、本発明では、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍまでの範囲であるのが望ましい。
また、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉは、ディスペンサー装置５０の塗布スピード、ギャップ（ノズル先端と配線パターン４との間のギャップ）、吐出圧力を変えることや、樹脂の粘度を変えることなどで、調節可能である。例えば、塗布スピードを遅くすると高さは高くなり、速くすると高さは低くなる。吐出圧力を高くすると高さｉは高くなり、吐出圧力を低くすると高さｉは低くなる。ギャップを大きくすると高さｉは高くなり、ギャップを小さくすると高さｉは低くすることが可能である。但し、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉが保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の幅ｆよりも小さい場合、塗布スピード、吐出圧力及びギャップのパラメーターを変えることで、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉを変えることは可能であるが、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉが保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の幅ｆよりも大きくする必要がある場合は、多段に塗布することや回数を増やすことで、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉを高くすることが可能である。多段に塗布することで、段差領域の部分の樹脂の高さがワイヤー３８の高さも少し高くなる場合があるが、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さよりも低ければ、グレア光の発生や光束低下の影響はない。段差領域の部分の樹脂の高さがワイヤー３８の高さよりも高くならないようにするための一例として、塗布スピードを速くして調節することが可能である。
具体的に、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）の高さｉは、４０μｍ〜３ｍｍの範囲で自由に変えることが可能であるが、実際には、ワイヤー３８の高さと同等の高さ０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度の高さまでの範囲にするのが望ましい。
また、図９（ａ），（ｂ）の例においても、隣接する配線パターン４間に段差（溝）があり、隣接する配線パターン４間の段差（溝）上を樹脂が通る時、ザグリ溝９で説明したと同様に、段差（溝）の幅が小さければ、樹脂が段差（溝）に落ち込んで窪むことなく、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）をワイヤー３８と同等の高さにすることが可能である。
これに対し、段差（溝）の幅が広い場合、段差（溝）で樹脂が窪んでしまい、ワイヤー３８を保護する高さを確保出来なくなる。その場合、図５（ｅ）に示したと同様に段差（溝）を埋めるようにディスペンサー装置５０による樹脂の塗布制御を行うことで、段差（溝）の部分で樹脂の窪みを生じることなく、保護部材４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）をワイヤー３８と同等の高さにすることが可能である。
なお、図９（ａ），（ｂ）の例では、保護部材４１として、３つの保護部材４１ａ，４１ｂ，４１ｃを用いているが、図６（ａ），（ｂ）で説明したと同様に、図９（ａ），（ｂ）の発光装置において保護部材４１の短手部分４１ｃは必ずしも設けられていなくてもよい。すなわち、保護部材４１の長手部分４１ａ、４１ｂだけが設けられていてもよい。
上述したように、本発明によれば、第１の基板（金属基板）７と、第１の基板７上に載置された（第１の基板７上に接着剤１６によって接着された）第２の基板（絶縁基板）５とを有し、第１の基板７には給電用パターン１０が形成され、第２の基板５上には配線パターン４が形成され、該配線パターン４上の所定位置には複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１が設けられ、前記給電用パターン１０と前記配線パターン４との間、および／または、前記半導体発光素子１と前記配線パターン４との間に、電気的導通をとるためのワイヤーが接続される発光装置において、
前記ワイヤーの外側を取り囲む部分のうち、少なくとも前記ワイヤーの長手方向に沿った前記ワイヤーの両側の部分に、前記ワイヤーを保護するための保護部材が設けられているので、ワイヤーに熱応力などを与えることなく、また、半導体発光素子の発光の光束を低下させることなく、所定箇所間に配線したワイヤーを保護することができる。
すなわち、保護部材が設けられていることによって、ワイヤーを配線した後の工程（例えば、ＬＥＤパッケージを車両に灯具として組み込むときの工程、あるいは、車両に灯具として組み込むまでのＬＥＤパッケージの梱包工程や搬送工程）で、ワイヤーに誤って外力が加わっても、ワイヤーが断線あるいは短絡してしまうことを防止できる。また、樹脂でワイヤーを封止していないので、熱による樹脂の熱膨張や熱収縮があっても、ワイヤーは、樹脂の熱膨張や熱収縮の影響を受けず、断線にはならない。また、発光装置全体をキャップで覆う構造ではないので、半導体発光素子の発光の光束低下も生じない。
なお、上述の各例では、第１の基板７が金属基板であるとしたが、第１の基板７を絶縁基板にすることも可能である。また、第１の基板７に設けた給電用パターン１０は、第１の基板７の全面に基板７と非導通とした電極層を形成しておき、ザグリ溝を設ける工程と同時に電極層を部分的に除去したものも本発明に含まれる。
また、上述の各例では、第１の基板７には、ザグリ溝９があり、このザグリ溝９内に第２の基板５が設けられているが、図１１（ａ），（ｂ）に示すように（図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図）、第１の基板７は、平面であってもよい。すなわち、第１の基板７にザグリ溝９を設けずともよい。ただし、このときには、第１の基板７に形成された給電用パターン１０と第２の基板５上に形成された配線パターン４との間には、段差部分が生じ、給電用パターン１０と配線パターン４との間に配置されるワイヤー８を保護するための保護部材２１は、この段差部分を考慮した高さｈにする必要がある。具体的には、前述したように、給電用パターン１０上の保護部材２１に関しては、給電用パターン１０上の保護部材２１の高さｈは、給電用パターン１０上に形成される保護部材２１に対するワイヤー８の高さｈ０以上で、給電用パターン１０の高さ位置を基準にした半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さ以下であるのが好ましい。また、配線パターン４上の保護部材２１に関しては、配線パターン４上の保護部材２１の高さｈは、配線パターン４上に形成される保護部材２１に対するワイヤー８の高さｈ０以上で、配線パターン４の高さ位置を基準にした半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１（より正確には、蛍光体樹脂２）の高さ以下であるのが好ましい。
このように、給電用パターン１０と配線パターン４との間に段差部分がある場合、保護部材２１として樹脂を塗布して保護部材２１を形成する方法は、給電用パターン１０と配線パターン４との間に段差がある場合の前述したような塗布方法と基本的には同じである。
すなわち、通常の塗布方法では、図１２（ａ）に示すように、樹脂２１に窪みが生じてしまい、ワイヤー８を保護する高さを確保出来なくなる。その場合には、段差が埋まるまでノズルを停止することや速度を遅くすることで、図１２（ｂ）に示すようにワイヤー８と同等のあるいはそれ以上の高さの保護部材２１を作製可能である。段差を埋めている樹脂の幅はザグリ溝を埋める前の線幅よりも広がっているが、光束低下など機能を損なうことはない。段差を埋めた後は、埋める前の塗布条件で樹脂の塗布を行えば、保護部材２１を作製出来る。
本発明は、車両用ヘッドランプ、照明器具、インジケーターなどに利用可能である。
１ 半導体発光素子（ＬＥＤチップ）
２ 蛍光体樹脂
３ バンプ
４ 配線パターン
５ 第２の基板（絶縁基板）
７ 第１の基板（金属基板）
８、３８ ワイヤー
１０ 給電用パターン
２１、４１ 保護部材

Claims (3)

  1. 第１の基板と、第１の基板上に載置された第２の基板とを有し、第１の基板上には給電用パターンが形成され、第２の基板上には配線パターンが形成され、該配線パターン上の所定位置には複数のＬＥＤチップが設けられ、前記給電用パターンと前記配線パターンとの間に電気的導通をとるためのワイヤーが接続される発光装置において、
    前記ワイヤーの外側を取り囲む部分のうち、少なくとも前記ワイヤーの長手方向に沿った前記ワイヤーの両側の部分に、前記ワイヤーを保護するための保護部材が設けられ、
    前記保護部材は、前記ワイヤーの高さ以上で前記ＬＥＤチップの高さ以下の高さを有することを特徴とする発光装置。
  2. 請求項１記載の発光装置において、前記保護部材は、所定の絶縁性樹脂またはセラミックスであることを特徴とする発光装置。
  3. 請求項１記載の発光装置において、前記保護部材は、前記保護部材は黒い樹脂であることを特徴とする発光装置。
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