JP5459104B2 - 発光モジュール及びこれを備えた照明器具 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えば光源等に好適に使用可能な発光モジュール、及びこのモジュールを光源として備えた例えば道路灯等の照明器具に関する。

ＣＯＢ（Chip On Board）形発光モジュールとして、モジュール基板上に設けた複数の配線パターン間に、複数の半導体発光素子例えばチップ状のＬＥＤ（発光ダイオード）を配置し、これらＬＥＤをボンディングワイヤで配線パターンに電気的に接続するとともに、蛍光体が混ぜられた封止樹脂で配線パターン及び各ＬＥＤ等を埋設した構成を備えるものが、従来技術として知られている。

この発光モジュールで白色発光を得る場合、一般的に、青色発光をするＬＥＤが用いられるとともに、蛍光体には青色光により励起されて黄色の光を放射する黄色蛍光体が用いられている。それにより、封止樹脂の表面は白色の発光面として機能するようになっている。

こうした発光面を有した発光モジュールで、その正極と負極の配線パターンをＡｇ（銀）製とすることは、配線パターンで反射される光の色が発光面の色と同系色であるので、発光面に配線パターン等で反射される光色が影響を与え難く、かつ、比較的低コストである点で好ましい。

前記両配線パターンは、給電用の外部電線又はこの電線が接続されるコネクタが半田付けされる電極パッド部を有していて、このパッド部は、銀製配線パターンの封止樹脂から外れるように引き回された部位の先端に形成されている。この部位が大気中に暴露されている場合、そこが空気中の硫黄ガス等と反応して劣化することがあるので、それを原因として、給電の経路をなす前記部位が高抵抗化する恐れがある。

この不都合は、モジュール基板にこの基板と略同じ大きさのレジスト層を積層して前記部位を覆うことで解消可能である。しかし、こうした大きさのレジスト層を用いることは、コスト高の因子となるので、その改善が望まれている。

ＣＯＢ形発光モジュールは、その光取出し効率をできるだけ高めることが望まれているが、モジュール基板での光反射性能がよくないか、初期の光反射性能が維持できずこの性能が次第に低下する構成の場合、以上の要請を十分に満たし難い。

ところで、ＣＯＢ形発光モジュールは、封止樹脂で覆われたモジュール基板の部位で発光素子から入射した光をその利用方向に反射させるように構成されている。そのため、例えば、前記レジスト層の一部が封止樹脂で覆われている構成では、反射面積が減るので好ましくない。又、電極パッド部及びこれに連続された通電経路用の部位を封止樹脂で覆う構成とした場合、レジスト層を省略できるが、電線が接続された電極パッド部によって、反射が乱されるとともに、反射面積が減るので好ましくない。

特開２００９−２９０２４４号公報

実施形態は、低コストで配線パターンの高抵抗化を防止しつつ、モジュール基板側での光の反射が乱され難いとともに、光の取出し効率を高めることが可能な発光モジュール、及びこのモジュールを光源として備える照明器具を提供しようとするものである。

前記課題を解決するために、実施形態の発光モジュールは、光反射面を有するモジュール基板、正極用の配線パターン、負極用の配線パターン、複数の半導体発光素子、ボンディングワイヤ、透光性の封止部材、枠、第１の保護層、及び第２の保護層を具備する。両配線パターンは銀を主成分とし、これらをモジュール基板上に設ける。各発光素子をモジュール基板上に実装し、これら発光素子と両配線パターンをボンディングワイヤで電気的に接続する。枠はモジュール基板上に設けられ、各発光素子、及びボンディングワイヤを囲む。また、枠は配線パターンの一部に積層するように設けられている。封止部材を枠の内部であってモジュール基板上に設けて各発光素子、両配線パターンの各一部、及びボンディングワイヤを封止する。配線パターンのうち封止部材で封止されない封止部材外部分は給電パッド部を含んでいる。第１の保護層を、両配線パターンの給電パッド部を除いて封止部材外部分にこの部分の周辺にわたる大きさに制限して被着している。第２の保護層は、枠が積層されている配線パターンの一部分と枠との間に設けられ、配線パターンの一部分を被覆し、無機材料から形成されている。

実施形態の発光モジュールによれば、低コストで配線パターンの高抵抗化を防止しつつ、モジュール基板側での光の反射が乱され難いとともに、光の取出し効率を高めることが可能である、という効果を期待できる。

実施例１に係る発光モジュールを備えた道路灯を示す斜視図である。 図１の道路灯の灯具を拡大して示す斜視図である。 図２の灯具が備える光源装置を示す斜視図である。 図３の光源装置を示す略正面図である。 図３の光源装置が備える発光モジュールを示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第１製造工程を経た状態で示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第２製造工程を経た状態で示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第３製造工程を経た状態で示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第４製造工程を経た状態で示す正面図である。 図４中Ｆ１０−Ｆ１０線に沿って示す断面図である。

実施形態１の発光モジュールは、光反射面を有するモジュール基板と；正極用の給電パッド部を有して前記モジュール基板上に設けられた銀を主成分とする正極用配線パターンと；負極用の給電パッド部を有して前記モジュール基板上に設けられた銀を主成分とする負極用配線パターンと；前記両配線パターン間に位置して前記モジュール基板上に実装された複数の半導体発光素子と；この半導体発光素子と前記両配線パターンとを電気的に接続して設けられたボンディングワイヤと；樹脂から形成され、前記半導体発光素子、及び前記ボンディングワイヤを囲み前記配線パターンの一部に積層するように設けられた枠と；前記半導体発光素子、前記配線パターンの一部、及び前記ボンディングワイヤを封止して前記枠の内部であって前記モジュール基板上に設けられた透光性の封止部材と；前記両配線パターンのうちで前記封止部材により封止されない封止部材外部分が前記給電パッド部を含んでいて、このパッド部を除いて前記封止部材外部分にこの部分の周辺にわたる大きさに制限して被着された無機材料から形成された第１の保護層と；前記枠が積層されている前記配線パターンの一部分と前記枠との間に設けられ、前記配線パターンの一部分を被覆する無機材料から形成された第２の保護層と；を具備することを特徴としている。

この実施形態１で、モジュール基板は、エポキシ樹脂等の合成樹脂製、金属板に絶縁層が積層された金属ベース基板、或いは無機材料例えばセラミックス製のいずれであってもよい。そして、このモジュール基板を白色のセラミックス製とする場合、そのセラミックスには、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、フォルステライト、ステアタイト、低温焼結セラミックスから選ばれるいずれか、又はこれらの複合材料を用いることが可能であり、特に、安価で光反射率が高く、加工し易い白色のアルミナを好適に使用できる。この実施形態１で、配線パターンが銀を主成分とするとは、純銀の配線パターン、及び銀メッキなどで形成された配線パターンも含んでいる。

この実施形態１で、半導体発光素子には、例えば素子基板上に化合物半導体を設けた各種の発光素子を使用することが可能であり、特に、青色発光をするベアチップ製の青色ＬＥＤを用いることが好ましいが、紫外線或いは緑色光を発する半導体発光素子を使用することも可能である。

この実施形態１で、ボンディングワイヤには、金属細線、例えば金線、アルミニウム線、銅線、及び白金線等を用いることができるが、特に、耐湿性、耐環境、密着性、電気伝導性、熱伝導性、及び伸び率が良好である金線をボンディングワイヤとして用いることが好ましい。

この実施形態１で、封止部材には、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂料を用いることができる他、透光性のガラスを用いることも可能である。この実施形態１で、封止部材には蛍光体が混入されていても、混入されていなくてもよい。封止部材に混入される蛍光体は、半導体発光素子が発した光で励起されて、この光とは異なった色の光を放射し、この放射された光の色と半導体発光素子の発光色との組み合わせ等により必要とする色の光を形成するものであり、例えば、半導体発光素子に青色ＬＥＤを用いた条件で白色の照明光を得るためには、黄色の蛍光体を用いればよく、又、半導体発光素子に紫外線を発するＬＥＤを用いた条件で白色の照明光を得るためには、赤色、青色、及び黄色の各蛍光体を用いればよい。

この実施形態１で、第１の保護層および第２の保護層（以下、適宜、単に保護層と称する）は、電気絶縁性を有した無機材料例えばガラス、ＳｉＯ2を主成分としたガラスを好適に使用することができる。更に、保護層にはこの層に色を付与する顔料が混ぜられていても、混ぜられていなくてもよい。

実施形態１では、モジュール基板上に設けられた正極及び負極の銀を主成分とする配線パターンの一部が封止部材で覆われて封止されているとともに、両配線パターンの残りの部分、つまり、封止部材外に配設されてこの封止部材で封止されていない封止部材外部分が、この部分に被着された保護層で封止されている。そのため、半導体発光素子に給電をする経路を形成した両配線パターンが、大気中の硫黄成分で硫化して劣化することが抑制されるに伴い、両配線パターンが高抵抗化することを抑制可能である。

更に、保護層は、封止部材で封止されていない配線パターンの封止部材外部分に、この部分の周辺にわたる大きさに制限して設けられているので、保護層を形成するための材料の使用量を減らすことができる。

しかも、保護層は封止部材の封止領域外に設けられているので、封止部材の封止面積に対応する大きさのモジュール基板の光反射面積が、保護層によって小さくなることがない。加えて、封止領域外に給電パッド部が配設されているので、給電パッド部がモジュール基板の光反射面積を減らす因子にならないとともに、モジュール基板側での光の反射が給電パット部で乱されることもない。

したがって、実施形態１によれば、低コストで銀を主成分とする配線パターンの高抵抗化を防止しつつ、モジュール基板側での光の反射が乱され難く、光の取出し効率を高めることが可能である。

実施形態２の発光モジュールは、実施形態１において、前記保護層に形成された逃げ部に露出される部品接続用パッド部を前記両配線パターンが有していて、これら部品接続用パッド部に接続して前記半導体発光素子の異常発光を防止する電気部品が前記モジュール基板上に装着されていることを特徴としている。

この実施形態２は、実施形態１において、更に、部品接続用パッド部及びこれに接続される電気部品が封止部材外に配設されているので、これら部品接続用パッド部及び電気部品によって、光の反射が乱されないとともに、モジュール基板側での光反射面積が減らされることがない。そのため、モジュール基板側で適正に光を反射させて光取出し効率をより高めることが可能である。

実施形態３の発光モジュールは、実施形態１又は２において、前記モジュール基板の地肌面が光反射面を形成しているとともに、前記第１の保護層および前記第２の保護層が前記地肌面とは異なる色を有し、前記第１の保護層および前記第２の保護層の反射率が前記地肌面の反射率よりも低く、前記第１の保護層および前記第２の保護層と同じ材料からなるアイデンティティーマークが、前記封止部材の外側で前記モジュール基板に設けられ、ていることを特徴としている。

この実施形態３は、実施形態１又は２において、更に、保護層が色付きであるにも拘らず、既述のように保護層が封止部材の封止領域外に設けられているので、この保護層の色によってモジュール基板の光反射性能が低下されることを抑制可能である。

この実施形態３は、実施形態１又は２において、更に、保護層とアイデンティティーマークとを印刷等により同時にモジュール基板上に設けることができるので、低コスト化を図ることが可能である。

実施形態４の照明器具は、実施形態１から３のうちのいずれか一項に記載の発光モジュールを光源として有した光源装置と；この光源装置が取付けられた器具本体と；を具備することを特徴としている。この実施形態４は、後述の実施例１で説明する道路灯に制約されることなく、いかなるタイプの照明器具にも適用することが可能である。

この実施形態４の照明器具では、光源装置が実施形態１から３のうちのいずれか一項に記載の発光モジュールを光源として有しているので、低コストで配線パターンの高抵抗化を防止しつつ、モジュール基板側での光の反射が乱され難いとともに、光の取出し効率を高めることが可能である。

以下、実施例１の発光モジュールを備えた照明器具例えば道路灯について、図１〜図１０を参照して詳細に説明する。

図１中符号１は道路照明のために設置される道路灯１を示している。道路灯１は、支柱２の上端部に灯具３を取付けて形成されている。

支柱２は、道路傍に立設され、その上部は道路上に覆い被さるように曲げられている。灯具３は、図２に示すように支柱２に連結された器具本体例えば灯体４と、道路に臨んだ灯体４の下面開口を塞いで灯体４に装着された透光板５と、この透光板５に対向して灯体４に収容された少なくとも一台の光源装置６を備えて形成されている。灯体４は、金属例えば複数個のアルミニウムダイキャスト成形品を組み合わせて形成されている。透光板５は強化ガラスからなる。

図３及び図４に示すように光源装置６は、装置ベース１１の裏面に複数の放熱フィン１４を突設するとともに、装置ベース１１の正面に、反射器１５と、光源として発光モジュール２１を取付けてユニット化された構成である。

装置ベース１１は、金属例えばアルミニウムダイキャスト製であって、四角形に作られている。装置ベース１１はその正面に開放された四角い凹みからなるモジュール設置部１２（図４及び図１０参照）を有している。モジュール設置部１２の底面１２ａは平坦であり、モジュール設置部１２を区画する四つの側面１２ｂは互に直角に連続している。放熱フィン１４は装置ベース１１に一体に形成されている。

反射器１５は、第１の反射板１５ａ〜第４の反射板１５ｄをラッパ状に組み合わせて形成されている。第１の反射板１５ａと第２の反射板１５ｂは、平らな構成の平面ミラーであり、互に平行に設けられている。これら第１の反射板１５ａと第２の反射板１５ｂに連結された第３の反射板１５ｃと第４の反射板１５ｄは、湾曲した構成のカーブミラーであり、互いの間隔が次第に広くなるように設けられている。

光源装置６は、その反射器１５の出射開口を透光板５に対向させて灯体４内に固定されている。この固定状態で、装置ベース１１の一部例えば周部は灯体４の内面に熱伝導可能に接続されている。この熱的接続は、前記周部を灯体４の内面に直接接触させることにより実現できる他、前記周部を放熱性の高い金属やヒートパイプ等の熱伝導部材を介して灯体４の内面に接続することで実現できる。これにより、光源装置６が発した熱を金属製の灯体４を放熱面として外部に放出できるようになっている。

次に、発光モジュール２１について説明する。図５等に示すように発光モジュール２１は、モジュール基板２２と、正極用の配線パターン２５と、負極用の配線パターン２６と、アライメントマーク３５と、第１の保護層３７と、第２の保護層３８と、複数のアイデンティティーマーク例えば第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４と、複数の半導体発光素子４５と、ボンディングワイヤ４７〜５２と、枠５５と、封止部材例えば封止樹脂５７と、電気部品例えばコネクタ６１及びコンデンサ６５等を備えている。

モジュール基板２２は、白色のセラミックス例えば白色の酸化アルミニウムで形成されている。このモジュール基板２２は、酸化アルミニウムのみで形成されていても良いが、酸化アルミニウムを主成分としこれに他のセラミックス等が混ぜられていてもよく、その場合、酸化アルミニウムを主成分とするために、その含有率を７０％以上とすることが好ましい。

白色のモジュール基板２２の地肌面の可視光領域に対する平均反射率は８０％以上であり、特に、８５％以上９９％以下であることがより好ましい。したがって、モジュール基板２２は、後述する青色ＬＥＤが発する特定の発光波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光、及び後述する蛍光体が放射する特定の発光波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの黄色光に対しても、同様な光反射性能を発揮する。

モジュール基板２２は図４に示すようにモジュール設置部１２より多少小さい略四角形である。図５に示すようにモジュール基板２２の四隅は丸みを帯びている。モジュール基板２２の厚みは、図１０に示すようにモジュール設置部１２の深さより薄い。このモジュール基板２２の両面は、互に平行に作られた平坦な面からなり、そのうちの一面は光反射面を兼ねた部品実装面２２ａとして用いられている。

正極用の配線パターン２５及び負極用の配線パターン２６は部品実装面２２ａに設けられている。

詳しくは、図６等に示すように正極用の配線パターン２５は、正極パターン基部２５ａとワイヤ接続部２５ｂを有して形成されている。ワイヤ接続部２５ｂは真っ直ぐに延びて形成されている。正極パターン基部２５ａとワイヤ接続部２５ｂは略平行で、かつ、斜めのパターン部を介して一体に連続されている。正極パターン基部２５ａに、正極用の給電パッド部例えば第１正極パッド部２５ｃと部品接続用パッド部例えば第２正極パッド部２５ｄが一体に突設されている。

負極用の配線パターン２６は、負極パターン基部２６ａと、第１のワイヤ接続部２６ｂと、中間パターン部２６ｃと、第２のワイヤ接続部２６ｄを有して形成されている。この配線パターン２６は正極用の配線パターン２５を囲むように設けられている。

即ち、負極パターン基部２６ａは配線パターン２５の正極パターン基部２５ａに対して所定の絶縁距離Ａ（図６参照）を隔てて隣接して設けられている。この負極パターン基部２６ａに、第１正極パッド部２５ｃに並べて設けられる負極用の給電パッド部として例えば第１負極パッド部２６ｅが一体に突設されている。第１のワイヤ接続部２６ｂは、負極パターン基部２６ａに対して略９０°折れ曲がるように一体に連続している。この第１のワイヤ接続部２６ｂは、配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂとの間に第１素子配設スペースＳ１を形成してワイヤ接続部２５ｂに対し略平行に設けられている。ここに「略平行」とは、図６に示すように平行である形態、又はワイヤ接続部２５ｂに対して多少傾いた形態、若しくは多少湾曲した形態等も含んでいる。

中間パターン部２６ｃは、第１のワイヤ接続部２６ｂに対して略９０°折れ曲がるように一体に連続して設けられている。この中間パターン部２６ｃの長手方向中間部に、ワイヤ接続部２５ｂの先端（正極パターン基部２５ａと反対側の端）が隣接している。中間パターン部２６ｃの両端部は互いに逆方向に傾いていて、中間パターン部２６ｃは略湾曲形状に形成されている。それにより、中間パターン部２６ｃの長手方向中間部はワイヤ接続部２５ｂの先端から遠ざけられている。

第２のワイヤ接続部２６ｄは、中間パターン部２６ｃに対して略９０°折れ曲がるように一体に連続して設けられている。それにより、第２のワイヤ接続部２６ｄは、配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂとの間に第２素子配設スペースＳ２を形成してワイヤ接続部２５ｂに対し略平行に設けられている。ここに「略平行」とほ、図６に示すように平行である形態、又はワイヤ接続部２５ｂに対して多少傾いた形態、或いは多少湾曲した形態等も含んでいる。

したがって、負極用の配線パターン２６は正極用の配線パターン２５を三方から囲むように設けられている。負極用の配線パターン２６で囲まれた領域の中央部に配設された配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂを境に、負極用の配線パターン２６の第１のワイヤ接続部２６ｂと第２のワイヤ接続部２６ｄは対称に配設されている。

第２のワイヤ接続部２６ｄの先端に一体に連続して部品接続用パッド部例えば第２負極パッド部２６ｆが、第２正極パッド部２５ｄに対応して設けられている。これら第２負極パッド部２６ｆは第２正極パッド部２５ｄから離間しているとともに、これらの間に位置して部品接続用パッド部例えば中間パッド２７が部品実装面２２ａに形成されている。

なお、配線パターン２５を負極用とするとともに配線パターン２６を正極用としてもよく、この場合、前記説明の「正極用」又は「正極」を「負極用」又は「負極」に読み替えるとともに、「負極用」又は「負極」を「正極用」又は「正極」に読み替えればよい。

更に、部品実装面２２ａに、点灯確認試験用の点灯検査用パッド２８，２９と、温度測定用の温度検査パッド３１と、部品固定用の実装パッド３３が設けられている。

即ち、点灯検査用パッド２８は正極用の配線パターン２５に接続されている。具体的には、正極パターン基部２５ａから枝分かれして一体に突出されたパターン部２８ａを介して点灯検査用パッド２８が設けられている。同様に、点灯検査用パッド２９は負極用の配線パターン２６に接続されている。具体的には、負極パターン基部２６ａから枝分かれして一体に突出されたパターン部２９ａを介して点灯検査用パッド２９が設けられている。

温度検査パッド３１は、点灯検査用パッド２９及び負極用の配線パターン２６の近傍に、これらとは電気的な接続関係を有することなく独立して設けられている。この温度検査パッド３１に熱電対を接続して発光モジュール２１の温度を測定できるようになっている。

実装パッド３３は一対形成されていて、これらは点灯検査用パッド２８，２９の間に位置して設けられている。

アライメントマーク３５は、ワイヤ接続部２５ｂ、この両側の第１素子配設スペースＳ１及び第２素子配設スペースＳ２、第１素子配設スペースＳ１に隣接した第１のワイヤ接続部２６ｂ、及び第２素子配設スペースＳ２に隣接した第２のワイヤ接続部２６ｄを間に置いて、その両側に夫々複数設けられている。そのため、アライメントマーク３５の一部は、所定間隔で第１のワイヤ接続部２６ｂの長手方向に沿って一列に設けられており、他のアライメントマーク３５も、同様に所定間隔で第２のワイヤ接続部２６ｄの長手方向に沿って一列に設けられている。

前記配線パターン２５，２６、中間パッド２７、点灯検査用パッド２８，２９、実装パッド３３、及びアライメントマーク３５は、いずれもの銀を主成分として例えば単層に形成されており、これらは印刷例えばスクリーン印刷で部品実装面２２ａに印刷して設けられたものである（第１製造工程）。なお、印刷に代えてメッキにより設けることもできる。

前記第１の保護層３７及び第２の保護層３８は、電気絶縁性例えばガラス製でモジュール基板２２の地肌色とは異なる色例えば白色との区別が明確な黒色をなしている。そのために、これら保護層の主成分をなすＳｉＯ₂に黒色の顔料を混ぜた材料が使用されている。これら第１の保護層３７及び第２の保護層３８は、部品実装面２２ａ上に印刷例えばスクリーン印刷により設けられている（第２製造工程）。

この印刷により、第１の保護層３７は、図７に示すように配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂを除いた部位、及び配線パターン２６の第１ワイヤ接続部２６ｂと第２ワイヤ接続部２６ｄを除いた部位に被着して設けられている。

具体的には、第１の保護層３７は、後述する封止樹脂５７で封止されない配線パターン２５の封止部材外部分のうちで、この部分に含まれる第１正極パッド部２５ｃ及び第２正極パッド部２５ｄを除いて正極パターン基部２５ａに被着されているともに、点灯検査用パッド２８を除いてパターン部２８ａにも被着されている。

更に、第１の保護層３７は、配線パターン２６の後述する封止樹脂５７で封止されない封止部材外部分のうちで、この部分に含まれる第１負極パッド部２６ｅを除いて負極パターン基部２６ａに被着されている。しかも、第１の保護層３７は、正極パターン基部２５ａと負極パターン基部２６ａとの間の絶縁距離Ａを確保した隙間部分にも被着されているとともに、点灯検査用パッド２９を除いてパターン部２９ａにも被着されている。加えて、第１の保護層３７は、後述する封止樹脂５７で封止されない配線パターン２６の封止部材外部分のうちで、この部分に含まれる第２のワイヤ接続部２６ｄの第２負極パッド部２６ｆ側の端部に、第２負極パッド部２６ｆを除いて被着されているとともに、中間パッド２７の両端部を除いてこの中間パッド２７にも被着されている。

以上の被着のために、図７等に示すように第１の保護層３７は、第２正極パッド部２５ｄと中間パッド２７の一端部にわたってこれらを露出させる第１逃げ部３７ａを有しているとともに、第２負極パッド部２６ｆと中間パッド２７の他端部にわたってこれらを露出させる第２逃げ部３７ｂを有している。そして、この第１の保護層３７は、前記封止部材外部分に、この部分の周辺にわたる大きさに制限して、以上のように被着されている。

図７に示すように第２の保護層３８は、配線パターン２６の後述する封止樹脂５７で封止されない封止部材外部分に含まれる中間パターン部２６ｃの略全体に被着されている。この第２の保護層３８も、前記封止部材外部分に、この部分の周辺にわたる大きさに制限して、以上のように被着されている。

前記第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４は、後述する封止樹脂５７の外側でこの周りに配設してモジュール基板２２の部品実装面２２ａに印刷例えばスクリーン印刷で設けられている（第３製造工程）。更に、この印刷により「＋」「−」の極性表示等も部品実装面２２ａに設けられている。第１のアイデンティティーマーク４１は製造者を示す社名であり、第２のアイデンティティーマーク４２は商品名であり、第３のアイデンティティーマーク４３は製品番号であり、第４のアイデンティティーマーク４４は発光モジュール２１についての情報を示した二次元バーコード（ＱＲコード）である。

第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４は、モジュール基板２２とは異なる色で印刷されており、例えば、第１の保護層３７及び第２の保護層３８と同じ印刷材料からなり、したがって、黒色で、モジュール基板２２の周部に第１の保護層３７及び第２の保護層３８と同時に印刷により設けられている。

このように第１の保護層３７及び第２の保護層３８と同じ材料からなる第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４をモジュール基板２２に設けたので、第１の保護層３７及び第２の保護層３８と、第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４を、印刷により同時にモジュール基板２２上に設けることができる。そのため、発光モジュール２１の製造において、第１の保護層３７及び第２の保護層３８を設ける工程と、第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４を設ける工程を分ける必要がなく、低コスト化を図ることが可能である。

複数の前記半導体発光素子４５の夫々には、発光状態で発熱を伴う発光素子、例えば青色発光をするチップ状の青色ＬＥＤが用いられている。これら半導体発光素子４５は、好ましくはサファイアガラス製の透光性素子基板上に半導体発光層を設けるとともに、この発光層上に一対の素子電極を設けた構成を備えるベアチップからなる。

ＬＥＤの発光は、半導体のｐ−ｎ接合に順方向電流を流すことで実現されるので、ＬＥＤは電気エネルギーを直接光に変換する固体素子である。こうした発光原理で発光する半導体発光素子は、通電によりフィラメントを高温に白熱させて、その熱放射により可視光を放射させる白熱電球と比較して、省エネルギー効果を有している。

各半導体発光素子４５のうちの半数は、前記第１素子配設スペースＳ１内でモジュール基板２２に直に実装されている。この実装は、透明なダイボンド材を用いて素子基板を部品実装面２２ａに接着することで実現されており、第１素子配設スペースＳ１に実装された複数の半導体発光素子４５は縦横に整列してマトリックス状に配設されている。同様に、残りの半導体発光素子４５は、前記第２素子配設スペースＳ２内でモジュール基板２２に直に実装されている。この実装も、透明なダイボンド材を用いて素子基板を部品実装面２２ａに接着することで実現されており、第２素子配設スペースＳ２に実装された複数の半導体発光素子４５も縦横に整列してマトリックス状に配設されている。

第１素子配設スペースＳ１に配設された複数の半導体発光素子４５と、第２素子配設スペースＳ２に配設された複数の半導体発光素子４５は、ワイヤ接続部２５ｂを境に対称に設けられている。

配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂと配線パターン２６の第１のワイヤ接続部２６ｂとが並んだ方向に列をなした半導体発光素子４５同士は、ボンディングワイヤ４７で直列に接続されている。こうして直列接続された素子列の一端に配置された半導体発光素子４５は、ワイヤ接続部２５ｂにボンディングワイヤ４８で接続されている。これとともに、前記素子列の他端に配置された半導体発光素子４５は、第１のワイヤ接続部２６ｂにボンディングワイヤ４９で接続されている。

同様に、配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂと配線パターン２６の第２のワイヤ接続部２６ｄとが並んだ方向に列をなした半導体発光素子４５同士は、ボンディングワイヤ５０で直列に接続されている。こうして直列接続された素子列の一端に配置された半導体発光素子４５は、ワイヤ接続部２５ｂにボンディングワイヤ５１で接続されている。これとともに、前記素子列の他端に配置された半導体発光素子４５は、第２のワイヤ接続部２６ｄにボンディングワイヤ５２で接続されている（第４製造工程）。なお、ボンディングワイヤ４７〜５２はいずれも金属細線好ましくは金線からなり、ワイヤボンディングにより設けられている。

モジュール基板２２上に実装された複数の半導体発光素子４５を以上のように電気的に接続したことにより、ＣＯＢ（Chip On Board）形の発光モジュール２１が構成されている。前記電気的接続により、各素子配設スペースＳ１、Ｓ２に設けられた複数の半導体発光素子４５は、例えば７個の半導体発光素子４５を直列接続してなる例えば１２個の素子列を、電気的には並列接続した配列となっている。

直列となっている素子列の延長線上に前記アライメントマーク３５が夫々配設されている。そして、前記延長線上に位置された左右（図において）のアライメントマーク３５を基準に、これらを通る直線上に半導体発光素子４５が実装機により実装されるようになっている。

図９に示すように前記枠５５は、例えば四角環状をなして、その内側に各ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄ、複数の半導体発光素子４５、及び各ボンディングワイヤ４７〜５２を収めて部品実装面２２ａ上に装着されている。枠５５は白色の合成樹脂でつくることが好ましい。この枠５５は第１の保護層３７の一部及び第２の保護層３８の一部に被着されている。

前記封止樹脂５７は、枠５５内に充填されて、各ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄ、複数の半導体発光素子４５、及び各ボンディングワイヤ４７〜５２を埋設した状態でこれらを封止して、モジュール基板２２上に設けられている（第５製造工程）。部品実装面２２ａうちで封止樹脂５７により覆われた領域が光反射面として用いられる。封止樹脂５７は、蛍光体（図示しない）が混ぜられた透明なシリコーン樹脂等からなり、透光性でかつガス透過性を有している。蛍光体には、半導体発光素子４５が発した青色の光によって励起されて黄色の光を放射する黄色の蛍光体が用いられている。

前記青色の光とこれに対して補色の関係にある黄色の光が混じることによって白色の光が形成され、この白色光は封止樹脂５７の表面から光の利用方向に出射される。そのため、封止樹脂５７の表面、つまり、光出射面によって、発光モジュール２１の発光面５７ａが形成されている。この発光面５７ａの大きさは枠５５によって規定されている。

封止樹脂５７で覆われた銀製の部分の面積をＣとし、発光面５７ａの面積をＤと置いた場合、面積Ｄに対する面積Ｃの占有率は、５％以上４０％以下に設定されている。配線パターン２５，２６の封止樹脂５７で覆われた部分とは、各ワイヤ接続部２５ｂ、２６ｂ、２６ｄである。

なお、枠５５に相当する型部材を設けて、この内部に封止樹脂５７を設けた後に、型部材をモジュール基板２２上から離脱させることにより、封止樹脂５７を設けても良い。

図５に示すように部品実装面２２ａには、電気部品例えば面実装部品からなる１個のコネクタ６１及び２個のコンデンサ６５が実装されている（第６製造工程）。

即ち、コネクタ６１は、その一側面から突出された第１の端子ピン６１ａと第２の端子ピン６１ｂを有した２ピンタイプの構成である。このコネクタ６１は、前記実装パッド３３に半田付けされ、それにより、前記点灯検査用パッド２８，２９間に配設されている。これとともに、第１の端子ピン６１ａが第１正極パッド部２５ｃに、第２の端子ピン６１ｂが第１負極パッド部２６ｅに夫々田付けされている。このコネクタ６１には図示しない電源装置に接続された直流給電用の絶縁被覆電線が差し込み接続される。それにより、コネクタ６１を経由して発光モジュール２１への給電が可能となっている。

２個のコンデンサ６５のうちの一方は、第１の保護層３７の第１逃げ部３７ａ内で、配線パターン２５の第２正極パッド部２５ｄ及び中間パッド２７の一端部に半田付けされて、これらにわたって配設されている。同様に、２個のコンデンサ６５のうちの他方は、第１の保護層３７の第２逃げ部３７ｂ内で、配線パターン２６の第２負極パッド部２６ｆ及び中間パッド２７の他端部に半田付けされて、これらにわたって配設されている。各半導体発光素子４５に直流が供給される通常の点灯状態では、コンデンサ６５に電流が流れることはない。しかし、例えばサージ電圧等のノイズが重畳して交流が流れるような事態に至った場合、コンデンサ６５に電流が流れて配線パターン２５，２６が短絡され、各半導体発光素子４５に交流が供給されることがないようにできるので、それにより、各半導体発光素子４５が異常発光することを防止している。

図１０に示すように前記構成の発光モジュール２１は、そのモジュール基板２２の裏面、つまり、部品実装面２２ａと反対側の面を、前記モジュール設置部１２の底面１２ａに密接させて装置ベース１１に支持されている。それにより、モジュール基板２２からモジュール設置部１２への放熱ができるように発光モジュール２１が装置ベース１１に支持されている。このように支持された発光モジュール２１が灯体４に取付けられた状態で、発光面５７ａは、透光板５に対向されている。

前記モジュールの支持のために、図４及び図１０に示すように装置ベース１１に複数例えば２個の金属製の押え板７１がねじ止めされている。これら押え板７１の先端部はモジュール基板２２の周部に対向していて、この先端部にモジュール基板２２の周部を押圧する金属製のばね７２が取付けられている。これらのばね７２のばね力でモジュール基板２２の裏面が底面１２ａに密接された状態が保持されている。こうした保持によって、発光モジュール２１の点灯に伴う温度上昇と消灯に伴う温度下降によるヒートサイクルで、セラミックス製のモジュール基板２２にストレスが作用しても、このモジュール基板２２が損傷することを防止できるように構成されている。

前記構成の道路灯１への給電が行われると、発光モジュール２１が有した複数の半導体発光素子４５が一斉に発光するので、発光面５７ａから出射された白色の光は、透光板５を直接透過し、若しくは反射器１５の内面で反射された上で透光板５を透過して、照明対称の道路を照射する。この照明で、平面ミラーからなる第１の反射板１５ａ及び第２の反射板１５ｂで反射された光は、略広がらずに主に道路の長手方向に照射される。これとともに、カーブミラーからなる第３の反射板１５ｃ及び第４の反射板１５ｄで反射された光は、道路の幅方向に対する照射角を制御されて主に道路の幅方向に照射される。

こうした照明において発光面５７ａから光の取出し方向に出射される光は、半導体発光素子４５から封止樹脂５７を直接透過した光、封止樹脂５７内の蛍光体から放射されて封止樹脂５７を直接透過した光の他に、半導体発光素子４５の素子基板及びダイボンド材を通って部品実装面２２ａに入射されるとともに、この部品実装面２２ａで反射されて封止樹脂５７を透過した光、及び蛍光体から放射されて封止樹脂５７を通って部品実装面２２ａに入射されるとともに、この部品実装面２２ａで反射されて再び封止樹脂５７を透過した光、及び封止樹脂５７で封止された銀を主成分とする配線パターン２５，２６の一部（つまり、ワイヤ接続部２５ｂ、並びに第１ワイヤ接続部２６ｂ，第２ワイヤ接続部２６ｄ）に入射されるとともに、これらの部分で反射されて再び封止樹脂５７を透過した光を含んでいる。

このように入射光を光の取出し方向に反射させる封止樹脂５７で覆われたモジュール基板の光反射領域、及びこの領域内に配置された配線パターン２５，２６の各一部は、封止樹脂５７で覆われて封止されている。これとともに、配線パターン２５，２６の残りの部分、つまり、封止樹脂５７で封止されることなくその外側に設けられた封止部材外部分は、この部分に被着された第１の保護層３７又は第２の保護層３８で封止されている。

これにより、銀を主成分とした両配線パターン２５，２６が大気中の硫黄成分で硫化することが抑制されるため、各半導体発光素子４５に給電をする経路を形成した両配線パターン２５，２６が、劣化し高抵抗化することを抑制可能である。

この場合、第１の保護層３７及び第２の保護層３８は、封止樹脂５７で封止されていない配線パターン２５，２６の封止部材外部分に、この部分の周辺にわたる大きさに制限して設けられているので、モジュール基板２２の大きさに比較して遥かに小さく、モジュール基板２２の一部に限定して設けられているに過ぎない。そのため、第１の保護層３７及び第２の保護層３８を形成するための材料の使用量を、略必要最小限に減らすことができるに伴い、低コストで、銀を主成分とした配線パターン２５，２６の高抵抗化を防止することが可能である。

しかも、第１の保護層３７及び第２の保護層３８は、封止樹脂５７が封止した領域外に設けられている。そのため、第１の保護層３７及び第２の保護層３８が前記封止領域に入り込んで、封止樹脂５７の面積に対応する大きさのモジュール基板２２の光反射面積を小さくすることがない。これとともに、第１の保護層３７及び第２の保護層３８がモジュール基板２２の光反射面をなす地肌色とは異なる黒色であるにも拘らず、これら第１の保護層３７及び第２の保護層３８での光の吸収によって、モジュール基板２２側での光反射性能が低下することがない。

更に、封止樹脂５７の封止領域外に、給電用のコネクタ６１が半田により接続される第１正極パッド部２５ｃ及び第１負極パッド部２６ｅが設けられているので、これら給電パッド部が封止樹脂５７の封止領域内に設けられた場合のようにモジュール基板２２の光反射面積が減ることがない。これとともに、第１正極パッド部２５ｃ及び第１負極パッド部２６ｅが、モジュール基板２２側での光反射を乱だす因子となることがない。これに加えて、これら第１正極パッド部２５ｃ及び第１負極パッド部２６ｅにわたって取付けられたコネクタ６１を原因として、封止領域内でモジュール基板２２側が凸凹にならないので、モジュール基板２２側での光の反射が乱されることがない。

同様に、封止領域外に位置する第１の保護層３７の第１逃げ部３７ａ及び第２逃げ部３７ｂに、部品接続用パッド部である第２正極パッド部２５ｄ、第２負極パッド部２６ｆ、及び中間パッド２７が露出されていて、これらの部位にコンデンサ６５が半田付けされている。すなわち、半導体発光素子４５の異常発光を防止するコンデンサ６５が前記封止領域の外側に取付けられているので、これら部品接続用パッド部が封止樹脂５７の封止領域内に設けられた場合のように、部品接続用パッド部によってモジュール基板２２の光反射面積が減ることがないとともに、モジュール基板２２側での光反射面が乱され難くなることに加えて、これら部品接続用パッド部にわたって取付けられたコンデンサ６５を原因として、封止領域内でモジュール基板２２側が凸凹にならない。したがって、モジュール基板２２側での光の反射が乱されることがない。なお、以上はっこうを防止する電気部品としてコンデンサに変えてツェナーダイオードを用いることもできる。

以上のように前記構成の発光モジュール２１よれば、そのモジュール基板２２に形成された各保護層及び各パッド部、並びにモジュール基板２２に実装された電気部品によって、封止樹脂５７で封止された領域のモジュール基板２２側での光反射面積が減ることがないとともに、光の反射が乱され難くモジュール基板２２側で適正に光を反射させることができる。そのため、光取出し効率を高めることが可能である。

又、実施形態１の発光モジュール２１は、既述のように部品実装面２２ａを有したモジュール基板２２が白色のセラミックス製で、その平均反射率は８０％以上であるので、部品実装面２２ａに入射された光、つまり、半導体発光素子４５をなす青色ＬＥＤが発した発光波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光、及び蛍光体が放射した発光波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの黄色光を、道路方向、言い換えれば、光の取出し方向に効率良く反射させることができる。特に、モジュール基板２２の部品実装面２２ａの平均反射率を８５％以上９９％以下とした場合は、更に効率よく、部品実装面２２ａに入射された光を光の取出し方向に効率良く反射させることができる。

このように光を反射する部品実装面２２ａを有したモジュール基板２２は、白色のセラミックス製であり、その地肌面を部品実装面２２ａとして利用しているので、このモジュール基板２２での反射性能は、発光モジュール２１の使用開始からの経過時間に拘らず、一定に維持される。

更に、モジュール基板２２側での光の反射は、部品実装面２２ａだけではなく、封止樹脂５７で封止された配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂ、及び配線パターン２６の第１のワイヤ接続部２６ｂ並びに第２のワイヤ接続部２６ｄでも行われるが、これらワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄは、道路灯１が設置された時からの経過時間が長くなるほど、黒ずみが進行して、その光反射性能は次第に低下する。

しかし、前記構成の発光モジュール２１は、既述のように発光面５７ａの面積に対する銀を主成分としたワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの面積占有率が４０％以下に規定されている。言い換えれば、部品実装面２２ａでの反射面積が、発光面５７ａの面積の６０％を超える大きさに確保されている。この場合、銀を主成分とした配線パターン２５の正極パターン基部２５ａ、及び配線パターン２６の中間パターン部２６ｃは、封止樹脂５７で封止されておらず、発光面５７ａの外側に外れているので、前記面積占有率を４０％以下にする上で好ましい。

前記面積占有率の規定により、ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの黒化の進行に伴う光反射性能の低下が発光モジュール２１全体の光反射性能に与える影響を、小さく制限できる。したがって、実施例１の発光モジュールによれば、発光モジュール２１の光束維持率の低下を緩慢にすることが可能である。言い換えれば、発光面５７ａで覆われた反射領域での光反射性能の低下が緩慢である。それに伴い光の取出し効率が高く維持されるので、省エネルギー効果を促進することが可能である。

そして、このように光束維持率の低下が緩慢であることに伴い、光源としての発光モジュール２１が規定寿命例えば光束維持率が７０％に達するまでに要する時間が長い道路灯１を提供することが可能である。言い換えれば、封止された銀の部分の発光面５７ａに対する面積占有率が４０％以下であることにより、道路灯（照明器具）１が推奨寿命を超えて使用された場合にも、前記銀の部分の黒化に拘らず、発光モジュール２１の光束維持率を７０％以上に保持することができる。なお、道路灯１の交換の目安となる推奨寿命としては、光束維持率が７０％に達する時期をもって規定されている。

なお、封止された銀の部分の発光面５７ａに対する面積占有率が４０％を超えると、前記銀の部分の黒化の進行による発光モジュール２１全体の光反射性能に与える影響が大きくなり過ぎ、それに伴い発光モジュール２１の光束維持率の低下が早められて、光束維持率が７０％に達するまでに要する時間が短くなる。そのため、本実施形態の課題を解決できなくなるので不適当である。

又、封止樹脂５７で封止された配線パターン２５，２６のワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの発光面５７ａに対する面積占有率は５％以上である。それにより、ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの幅を、これらの部分に対するボンディングワイヤ４８，４９、５１，５２のワイヤボンディングに支障がないように、ある程度広く形成できる。したがって、製造上の問題を招かないようにできる。

１…道路灯（照明器具）、４…灯体（器具本体）、６…光源装置、２１…発光モジュール、２２…モジュール基板、２２ａ…部品実装面（光反射面）、２５…正極用配線パターン、２５ｃ…第１正極パッド部（給電パッド部）、２５ｄ…第２正極パッド部（部品接続用パッド部）、２６…負極用配線パターン、２６ｅ…第１負極パッド部（給電パッド部）、２６ｆ…第２負極パッド部（部品接続用パッド部）、２７…中間パッド部（部品接続用パッド部）、３７…第１の保護層、３７Ａ，３７ｂ…逃げ部、４１〜４３…アイデンティティーマーク、４５…半導体発光素子、４７〜５２…ボンディングワイヤ、５７…封止樹脂（封止部材）

Claims (4)

1. 光反射面を有するモジュール基板と；
   正極用の給電パッド部を有して前記モジュール基板上に設けられた銀を主成分とする正極用配線パターンと；
   負極用の給電パッド部を有して前記モジュール基板上に設けられた銀を主成分とする負極用配線パターンと；
   前記両配線パターン間に位置して前記モジュール基板上に実装された複数の半導体発光素子と；
   この半導体発光素子と前記両配線パターンとを電気的に接続して設けられたボンディングワイヤと；
   樹脂から形成され、前記半導体発光素子、及び前記ボンディングワイヤを囲み前記配線パターンの一部に積層するように設けられた枠と；
   前記半導体発光素子、前記配線パターンの一部、及び前記ボンディングワイヤを封止して前記枠の内部であって前記モジュール基板上に設けられた透光性の封止部材と；
   前記両配線パターンのうちで前記封止部材により封止されない封止部材外部分が前記給電パッド部を含んでいて、このパッド部を除いて前記封止部材外部分にこの部分の周辺にわたる大きさに制限して被着された無機材料から形成された第１の保護層と；
   前記枠が積層されている前記配線パターンの一部分と前記枠との間に設けられ、前記配線パターンの一部分を被覆する無機材料から形成された第２の保護層と；
   を具備することを特徴とする発光モジュール。
2. 前記第１の保護層に形成された逃げ部に露出される部品接続用パッド部を前記両配線パターンが有していて、これら部品接続用パッド部に接続して前記半導体発光素子の異常発光を防止する電気部品が前記モジュール基板上に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記モジュール基板の地肌面が光反射面を形成しているとともに、前記第１の保護層および前記第２の保護層が前記地肌面とは異なる色を有し、前記第１の保護層および前記第２の保護層の反射率が前記地肌面の反射率よりも低く、
   前記第１の保護層および前記第２の保護層と同じ材料からなるアイデンティティーマークが、前記封止部材の外側で前記モジュール基板に設けられ、ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光モジュール。
4. 請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の発光モジュールを光源として有した光源装置と；
   この光源装置が取付けられた器具本体と；
   を具備することを特徴とする照明器具。

Images