JP5459555B2 - 発光モジュール及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップ等の発光素子を備える発光モジュール、及びこのモジュールを光源として備える照明装置に関する。

窒化アルミニウム質焼結体等からなる絶縁基体の主面に、セラミックス製の表面反射層を形成し、この表面反射層の素子搭載部にＬＥＤチップからなる発光素子を搭載し、表面反射層の表面又は内部に形成された配線層に発光素子を電気的に接続し、この発光素子を透光性のモールド材で被覆した構成の発光装置が、従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この発光装置はその表面反射層の全反射率が７０％以上と、絶縁基体より高い全反射率を有しているので、絶縁基体の全反射率に影響されることなく高い反射率で、発光素子からの入射光を反射させて発光効率を高くすることができる。これとともに、表面反射層の厚みは２５μｍ以下で、無機フィラーを３０ｗｔ％以上含有していて、表面反射層の反射率及び熱伝導率が高められている。

特開２００６−１４７９９９号公報

セラミックス製の表面反射層は、実質的に有機材料を殆ど含まない無機質であるので、例えば青色ＬＥＤチップの裏面から出射される高エネルギーの光による劣化は殆どない。しかし、無機フィラーが含有されている表面反射層の組織の密度は、無機フィラーが含有されていない表面反射層の組織の密度より粗いため、セラミックス製の表面反射層が薄い場合には、光が透過し易く、その分、反射性能が低下する。そのため、特許文献１の技術は、発光装置での光の取出し効率をより高める上では、十分ではなく、ＬＥＤチップの裏側に出射された光の反射性能をより高めるために更なる工夫が必要である、という課題がある。

なお、表面反射層がスクリーン印刷で形成される場合、何層にも重ねて印刷すれば、表面反射層の厚みを厚くできる。こうして表面反射層を厚くすれば、光が透過し難くなって、反射性能を向上できる。

しかし、表面反射層を印刷で重ね塗りして厚くすることは、それに応じて表面反射層の熱伝導性能が低下するに伴い、発光素子が発した熱を絶縁基体に放出する性能が低下する、という課題がある。更に、表面反射層を印刷で重ね塗りして厚くすることは、製造上の手間が掛かるだけではなく、表面反射層の表面にうねりを生じ易くなる。それに伴い、表面反射層の表面に実装される発光素子が、この表面に生じたうねりに従って傾いた状態で実装されることがあり、それにより実装不良を招来する恐れがある、という課題がある。

一方、合成樹脂等の有機材料からなる塗料に無機質のフィラーが混入された白色塗料が従来知られている。白色塗料からなる反射面は、銀の層からなる反射面に対して、低波長域の光成分を反射できる分、反射性能が優れている。そこで、本発明者は、こうした白色塗料を引用文献１の表面反射層に代えて用いた発光モジュールを試作した。

しかし、白色塗料は有機材料を含んでいる。そして、例えば青色ＬＥＤチップの裏面から出射される光の強度は、ＬＥＤチップの他の面である表面から光の取出し方向に出射される光の強度より強い。そのため、こうした高エネルギーの光によって、青色ＬＥＤチップの直下の塗料部位が劣化し易い。こうした光劣化により、光の取出し効率を長期に持続させることが難しい、という課題があることがわかった。

したがって、本発明の目的は、発光素子の裏側に出射された光の反射性能を向上できる発光モジュール、及びこのモジュールを備えた照明装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明の発光モジュールは、モジュール基板と；この基板上に設けられた配線導体と；前記モジュール基板上に設けられた基板側反射部と；無機材料製のフィラーが含有された白色塗料からなり前記基板側反射部に積層された素子側反射部と；この素子側反射部上に実装されて前記配線導体に電気的に接続された複数の半導体製の発光素子と、これら発光素子を埋めて設けられた透光性の封止部材と；を具備することを特徴としている。

請求項１の発明で、モジュール基板には、一層又は複層の絶縁板からなるものを使用することもできるが、発光素子の放熱性を良好とするために、金属ベース及びこのベースの一面に積層された絶縁層を有するモジュール基板を使用することが好ましい。

請求項１の発明で、基板反射部は一層でもニ層でもよい。一層の基板側反射部は、無機又は有機材料製の白色反射層又は金属製の反射層で形成できる。前記有機材料製の白色反射層をなす材料として白色のエポキシ樹脂又は白色のポリイミド樹脂等を挙げることができ、又、金属製の反射層として金、銀、又は銅等の層を挙げることができる。金又は銀製の金属製反射層は反射効率及びモジュール基板への放熱性が銅の反射層より優れている点で好ましく、叉、銅製の金属製反射層は、低コストでモジュール基板への熱伝導性が優れているとともに前記有機材料製の白色反射層との接合性が良い点で好ましい。二層の基板側反射部は、例えばモジュール基板の絶縁層に接合固着された金属製の反射部位（金属反射層）及びこれに被着された有機材料である白色合成樹脂製の白色反射層（樹脂反射部位）で形成することができる。基板側反射部が白色合成樹脂製を少なくとも一部に有している場合は、この基板側反射部からモジュール基板への放熱性と光の反射性能を向上するために、樹脂内に無機質のフィラーが混ぜられていることが好ましい。

請求項１の発明で、素子側反射部をなす白色塗料は、無機質のフィラーが混入された白色のセラミックス等からなり、例えばスクリーン印刷により、セラミックインクをモジュール基板上に基板側反射部を覆った状態に印刷して設けることができる。この素子側反射部に混入されるフィラーとして、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン等を挙げることができ、このうちジルコニア製のフィラーを用いる場合は白色塗料の光反射率をより向上できる点で好ましい。

請求項１の発明で、半導体製の発光素子には、例えば青色に発光するＬＥＤチップを用いることができる。このＬＥＤチップは、サファイア等からなる透光性の素子基板の一面に半導体発光層及び素子電極を設けて形成されており、透光性のダイボンド材を用いて素子反射部上に実装して設けられる。更に、本発明で、封止部材には所望とする色の照明光を得るために蛍光体を混入することが好ましく、発光素子が例えば青色ＬＥＤチップでかつ白色の照明光を得る場合は、蛍光体に青色光で励起されて黄色の光を放射する黄色系の蛍光体を用いることができる。又、封止部材は、モジュール基板上に発光素子が実装された領域を囲む枠を配設した上で、この枠内に充填することによって設けることが好ましいが、こうした枠を用いることなくポッティングすることによって設けることも可能である。

請求項１の発明では、無機質のフィラーが混入された白色塗料からなる素子側反射部上に複数の発光素子を実装したので、各発光素子がその裏側に出射する高エネルギーの光を、素子側反射部をなした白色塗料で光の利用方向に反射させることができる。この場合、白色塗料からなる素子側反射部は、前記高エネルギーの光に晒されても劣化することがない。この高エネルギーの光の一部は素子側反射部を透過する。しかし、この透過光は、基板側反射部に入射してこの基板側反射部で光の利用方向（取出し方向）に反射されるので、発光素子の裏側に出射された光の反射性能が向上され、それに伴い発光モジュールでの光の取出し効率を向上できる。

この場合、各発光素子がその裏側に出射した光に晒される基板側反射部が、有機材料を含んでいても、この基板側反射部の光劣化を抑制できる。この理由は十分に解明されていないが、素子側反射部を透過しようとする前記高エネルギーの光が素子側反射部のフィラーで散乱されるからである、と考えられる。したがって、各発光素子の裏側での高い光反射性能を長期間にわたり維持できる。

更に、素子側反射部をなした白色塗料に混入された無機質のフィラーにより、発光素子が発する熱を基板側反射部に効率よく伝導させることができ、この基板側反射部の熱はモジュール基板に熱伝導して放出される。したがって、発光素子からモジュール基板への放熱性能が良好であり、各発光素子の温度過昇を抑制できる。

請求項２に係る発明の発光モジュールは、請求項１において、前記基板側反射部は、その少なくとも前記素子側反射部に接した反射部位が、フィラーが混入された白色合成樹脂からなることを特徴としている。

この請求項２の発明では、フィラーが混入された白色合成樹脂製の反射部位を基板側反射部が有していて、この白色の反射部位が素子側反射部に接しているので、素子側反射部を透過した光をその利用方向に反射させる性能をより高めることができるとともに、反射部位に混入されたフィラーにより、発光素子からモジュール基板への放熱性を、より高めることができる。

請求項３に係る発明の発光モジュールは、請求項２において、前記基板側反射部が、前記白色合成樹脂からなる樹脂反射部位と、この樹脂反射部位及び前記モジュール基板に接してこれらの間に設けられた金属反射部位とからなることを特徴としている。

この請求項３の発明では、基板側反射部の白色をなす樹脂反射部位により、発光素子の裏側に出射された光の反射性能と発光素子からモジュール基板への放熱性をより向上できる。更に、基板側反射部の金属反射部位により、発光素子の裏側に出射されて樹脂反射部位を透過した光をその利用方向に反射できるだけではなく、モジュール基板への放熱性をより向上できる。これとともに、金属反射部位の表面はモジュール基板の表面よりも平滑であるので、この平滑な表面に準じて樹脂反射部位及び素子側反射部が設けられるに伴い、素子側反射部に実装される発光素子の実装不良を抑制できる。

請求項４に係る発明の発光モジュールは、請求項２又は３において、前記基板側反射部のフィラー含有率が３０ｗｔ％以下であるとともに、前記素子側反射部のフィラー含有率が５０ｗｔ％以上であることを特徴としている。

この請求項４の発明では、素子側反射部のフィラー含有率が５０ｗｔ％以上であるので、発光素子の裏側に出射された光を素子側反射部が反射する性能をより向上できるとともに、この素子側反射部を経由してのモジュール基板への放熱性をより向上できる。更に、基板側反射部のフィラー含有率が３０ｗｔ％以下であるので、この基板側反射部に含有されるフィラーの使用量を減らすことができる。

請求項５に係る発明の発光モジュールは、請求項２から４のうちのいずれかにおいて、前記基板側反射部の少なくとも前記白色合成樹脂からなる反射部位の厚みが前記素子側反射部の厚みより薄いことを特徴としている。

この請求項５の発明では、素子側反射部に接した基板側反射部の白色合成樹脂製の反射部位はその厚みが薄くても十分な反射性能を発揮できる。これにより、請求項５の発明では、基板側反射部の反射部位での反射性能を確保しつつ、この反射部位の厚みが薄いので、発光素子からモジュール基板への放熱性を向上できる。

請求項６に係る発明の発光モジュールは、請求項１において、前記基板側反射部が、前記モジュール基板及び前記素子側反射部に接して設けられた金属で形成されていることを特徴としている。

この発明で、金属製の基板側反射部は単層又複層であってもよいとともに、その少なくとも素子側反射部に接する表面は、モジュール基板の絶縁層よりも反射率が高い金属製とすればよく、この種の金属として例えば金又は銀を挙げることができる。

請求項６の発明では、金属製の基板側反射部により、発光素子の裏側に出射された光の反射性能と発光素子からモジュール基板への放熱性をより向上できる。これとともに、素子側反射部に接する金属製の基板側反射部の表面はモジュール基板の表面よりも平滑であるので、この平滑な表面に準じて素子側反射部が設けられるに伴い、素子側反射部に実装される発光素子の実装不良を抑制できる。

請求項７に係る発明の発光モジュールは、請求項６において、前記基板側反射部が前記素子側反射部に接する面が銀製又は金製であることを特徴としている。

この発明で、基板側反射部は、全体が銀製又は金製であっても、或いは素子側反射部に接する表層のみを銀製又は金製としてもよい。又、基板側反射部での反射特性をより高く確保する上では銀製とすることが好ましい。

この請求項７の発明では、素子側反射部を透過した光を銀製又は金製の面で効率よく反射できるとともに、前記銀製の面が腐食して反射性能が劣化することが素子側反射部で抑制されるか又は前記腐食がないので、基板側反射部に高い反射特性を確保することができて、それを持続可能である。

請求項８に係る発明の発光モジュールは、請求項７において、前記素子側反射部の厚みが３０μｍ以下であることを特徴としている。

この請求項８の発明では、素子側反射部での熱抵抗が小さいので、発光素子からモジュール基板への放熱性をより向上できる。

又、前記課題を解決するために、請求項９に係る発明の照明装置は、器具本体と；この器具本体に取付けられ請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の発光モジュールからなる光源と；を具備することを特徴としている。

この発明によれば、請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の発光モジュールからなる光源を備えているので、この発光モジュールの発光素子からその裏側に出射された光の反射性能を向上できるに伴い、より明るく照明できる照明装置を提供できる。

請求項１の発明によれば、発光素子の裏側に出射された光の反射性能を向上できる発光モジュールを提供できる、という効果がある。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、更に、発光素子の裏側に出射された光の反射性能と発光素子からモジュール基板への放熱性をより向上できる、という効果がある。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、更に、発光素子の裏側に出射された光の反射性能と発光素子からモジュール基板への放熱性をより向上できるとともに、発光素子の実装不良を抑制できる、という効果がある。

請求項４の発明によれば、請求項２又は３の発明において、更に、発光素子の裏側に出射された光の反射性能と発光素子モジュール基板への放熱性をより向上できるとともに、フィラーの使用量を減らすことができる、という効果がある。

請求項５の発明によれば、請求項２から４のいずれかの発明において、更に、基板側反射部での反射性能を確保しつつ、発光素子からモジュール基板への放熱性を向上できる、という効果がある。

請求項６の発明によれば、請求項１の発明において、更に、発光素子の裏側に出射された光の反射性能とモジュール基板への放熱性をより向上できるとともに、発光素子の実装不良を抑制できる、という効果がある。

請求項７の発明によれば、請求項６の発明において、更に、基板側反射部に高い反射特性を確保できるとともにそれを持続可能である、という効果がある。

請求項８の発明によれば、請求項７の発明において、更に、発光素子からモジュール基板への放熱性をより向上できる。

請求項９の発明によれば、発光モジュールの発光素子からその裏側に出射された光の反射性能を向上できるに伴い、より明るく照明できる照明装置を提供できる、という効果がある。

本発明の第１実施形態に係る発光モジュールを示す正面図である。 図１中Ｆ２−Ｆ２線に沿って示す発光モジュールの断面図である。 図１の発光モジュールの製造過程でモジュール基板上に配線導体が設けられた状態を示す正面図である。 図１の発光モジュールの製造過程でモジュール基板上に基板側反射部が設けられた状態を示す正面図である。 図１の発光モジュールを備えるスポットライトを示す斜視図である。 図５のスポットライトを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光モジュールを示す図２相当の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光モジュールを示す図２相当の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る発光モジュールを示す図２相当の断面図である。

以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。

図１及び図２中符号１は第１実施形態に係る発光モジュール１を示している。この発光モジュール１は、モジュール基板３と、一対の配線導体６と、基板側反射部１１と、素子側反射部１５と、例えば青色発光をするＬＥＤチップからなる複数の半導体製の発光素子１７と、枠２２と、封止部材２５を具備している
図２に示すようにモジュール基板３は、平板からなる金属ベース３ａとこの一面に積層された絶縁層３ｂとで形成されている。金属ベース３ａは、熱伝導性に優れた金属例えばアルミニウム又はその合金からなる。絶縁層３ｂは、合成樹脂製であって、その厚みは金属ベース３ａより遥かに薄い。このモジュール基板３の四隅に、発光モジュール１を固定するための例えば溝からなるねじ通し部４（図１等参照）が設けられている。

配線導体６は絶縁層３ｂ上に所定のパターンで設けられている。このパターンを図３に示す。配線導体６は、例えば互に平行な給電パターン部６ａ，６ｂを有している。配線導体６は、例えば絶縁層３ｂの全面に貼り合わせて接合された銅層の不要な部位を、エッチングで除去することによって、絶縁層３ｂ上に残された部位で形成されている。この配線導体６の表面にニッケルが積層され、更に、このニッケル層の表面に金が積層されている。したがって、図２に示すように配線導体６は、銅と、ニッケルと、金の三層構造をなしており、銅層は配線導体６のベース層Ａを形成し、ニッケル層は配線導体６の中間層Ｂを形成し、金層は配線導体６の表層Ｃを形成している。

なお、図１〜図４中符号７は、給電パターン部６ａ，６ｂを間に置いてその両側に設けられたアライメントマークを示している。これらアライメントマーク７は、後述の発光素子１７を実装する場合に、その実装位置を決める目安として用いられる。このアライメントマーク７は、配線導体６の形成手順と同様の手順で配線導体６と同時にモジュール基板３上に形成されたものである。したがって、アライメントマーク７も銅層とニッケル層と金層の三層構造であるとともに、このアライメントマーク７の各層の厚みは配線導体６及びの各層と同じである。

基板側反射部１１は、絶縁層３ｂ上でかつ給電パターン部６ａ，６ｂ間に設けられている。本実施形態の場合、基板側反射部１１は、後述する発光素子１７の実装領域に対応した位置に配設されている。この基板側反射部１１は、発光素子１７からその裏側に出射された高エネルギーの光を、光の利用方向（取出し方向）に反射する第２の反射部であり、例えば、図２に示すように金属反射部位１２と、樹脂反射部位１３とで形成されている。

図３に示すように金属反射部位１２は、略四角形状であり、図２に示すように絶縁層３ｂに接合固着されている。金属反射部位１２は、例えば銅からなり、本実施形態では、配線導体６のベース層Ａと同様に前記エッチングで形成されたものである。したがって、この金属反射部位１２は配線導体６のベース層Ａと略同じ厚みであり、その表面（絶縁層に接しない方の面）は平滑な面である。なお、この金属反射部位１２の表面には、配線導体６が採用したニッケルと金のカバー層は設けられていない。そのため、金属反射部位１２は、銅の単層（一層）からなり、前記エッチングにより配線導体６及びアライメントマーク７の銅層とともに設けられたものである。

樹脂反射部位１３は、例えばエポキシ樹脂からなる樹脂材に無機材料製のフィラーが混入された白色の合成樹脂製である。樹脂反射部位１３の樹脂材の含有率は７０ｗｔ％以上であり、フィラーの含有率は３０ｗｔ％以下である。樹脂反射部位１３のフィラーは例えば酸化チタンやシリカ等からなる。この樹脂反射部位１３の厚みは、後述する素子側反射部１５の厚みと同じかそれ以下であり、本実施形態のように例えばフィラーの含有率を減らすために１０μｍ以下とすることが好ましい。

この白色の樹脂反射部位１３の反射率は８０％以上であることが好ましい。これとともに、後述の発光素子１７が実装される樹脂反射部位１３の表面の粗さＲａは０．４以上であることが好ましい。このようにすることで、樹脂反射部位１３での光の反射性能をより向上させることができる。

樹脂反射部位１３は例えばスクリーン印刷によりモジュール基板３上に塗布されている。しかも、図４に示すように本実施形態では、前記印刷により、金属反射部位１２、一対の給電パターン部６ａ，６ｂ、及び一対のアライメントマーク７を略囲む四角環状の領域Ｓと、配線導体６のその他必要な部位を除いて、絶縁層３ｂの略全面にわたり印刷されている。そのため、ここでは前記四角環状の領域Ｓの外側領域に印刷された部位をレジスト部位１３ａと称する。

なお、レジスト部位１３ａと樹脂反射部位１３とは別々に設けることができる。したがって、白色の樹脂反射部位１３は、金属反射部位１２を覆う位置、言い換えれば、後述の発光素子１７の実装領域に対応じて設けただけであってもよい。又、前記のように別々に設ける場合、レジスト部位１３ａにはフィラーを混入する必要がないとともに、このレジスト部位１３ａは白色である必要もない。

図４に示すように前記領域Ｓは、絶縁層３ｂの一部が露出された領域であり、この一部にアライメントマーク７が位置されている。更に、領域Ｓは複数個所で途切れている。これら途切れた部位で樹脂反射部位１３とレジスト部位１３ａが連続されているとともに、この途切れた部位はそこを通るように配線された配線導体６の一部を覆っている。

図２に示すように素子側反射部１５は基板側反射部１１に積層されている。素子側反射部１５は、発光素子１７からその裏側に出射された高エネルギーの光を光の利用方向に反射する第１の反射部である。この素子側反射部１５は、白色のセラミックインク、例えばエポキシ樹脂等の合成樹脂に無機材料製のフィラーが含有された白色塗料からなる。この白色塗料からなる素子側反射部１５は、樹脂反射部位１３と同様に例えばスクリーン印刷によりモジュール基板３上に塗布されて、基板側反射部１１に覆着されている。そのため、素子側反射部１５の裏面に基板側反射部１１の樹脂反射部位１３が接合されている。したがって、この樹脂反射部位１３は金属反射部位１２及び基板側反射部１１に接してこれらの間に設けられている。

素子側反射部１５のフィラー含有率は５０ｗｔ％以上であり、特に含有率を７０〜８５ｗｔ％とすることが、より高い反射性能を得る上で好ましい。素子側反射部１５のフィラーは、樹脂反射部位１３のフィラーと同様に例えば酸化チタンやシリカ等からなる。素子側反射部１５の厚み、正確には基板側反射部１１に積層されている部分の厚みは、５０μｍ以下好ましくは３０μｍ以下例えば２０μｍである。

各発光素子１７をなした青色ＬＥＤチップは、サファイア製の透光性素子基板の一面に半導体発光層と一対の素子電極を設けて形成されている。半導体発光層は、例えば４５５ｎｍ〜４６５ｎｍのピーク波長を有した青色の光を放射する。この青色の光は、半導体発光層から光の利用方向である表側に出射されるだけではなく、素子基板を透過して発光素子１７の裏側にも出射される。そして、裏側に出射される光のエネルギー強度の方が、表側に出射される光のエネルギー強度より強い。

図２に示すように各発光素子１７は、素子側反射部１５上に実装されている。この実装は、透光性ダイボンド材例えば透明なシリコーン樹脂等のダイボンド材１８を用いて、素子基板の半導体発光層が設けられていない方の面を素子側反射部１５に接着して行われている。給電パターン部６ａ，６ｂ間にこれらが延びる方向と直交する方向に並べられた複数の発光素子１７がなす素子列（図２に一列のみ図示する。）は、給電パターン部６ａ，６ｂの長手方向に沿って複数配設されている。個々の発光素子列をなした複数の発光素子１７同士はボンディングワイヤ１９で直列に接続されている。つまり、ボンディングワイヤ１９は、前記列が延びる方向に隣接した発光素子１７の異極の素子電極同士を接続して設けられている。

更に、発光素子列の一端に配置された発光素子１７とこれに隣接された配線導体６の給電パターン部６ａとは、これらにわたる端部ボンディングワイヤ２０ａで接続されている。同様に、発光素子列の他端に配置された発光素子１７とこれに隣接された配線導体６の給電パターン部６ｂとは、これらにわたる端部ボンディングワイヤ２０ｂで接続されている。発光素子列は、複数の発光素子１７、ボンディングワイヤ１９、及び端部ボンディングワイヤ２０ａ，２０ｂを含んでいる。ボンディングワイヤ１９及び端部ボンディングワイヤ２０ａ，２０ｂは金属細線例えば金の細線からなる。

枠２２はモジュール基板３上に取付けられている。この枠２２は、例えば白色のシリコーン樹脂製であり、未硬化の状態で前記領域Ｓに沿って塗布され、硬化処理されることにより領域Ｓに接着されて、複数の発光素子１７が実装された領域を囲んで設けられている。この枠２２が接着された領域Ｓは、白色塗料からなる素子側反射部１５で覆われておらず、既述のようにモジュール基板３の絶縁層３ｂが露出した部位であるので、接着強度が高い。そのため、枠２２が剥がれ難い。これに対して、シリコーン樹脂は白色塗料への接着性が低いので、枠２２の接着対象としては好ましくない。

枠２２内に封止部材２５が充填されている。この封止部材２５は、各発光素子１７、各ボンディングワイヤ１９、端部ボンディングワイヤ２０ａ，２０ｂ、給電パターン部６ａ，６ｂ、及びアライメントマーク７等を埋めて設けられている。こうして各発光素子１７等を封止する封止部材２５は、透光性材料例えば透明シリコーン樹脂等からなる。

この封止部材２５には蛍光体（図示しない）が混ぜられている。蛍光体には、例えば白色の照明光を得るために黄色の蛍光体が用いられている。

以上説明した第１実施形態の発光モジュール１は、その金属部、つまり、配線導体６及び金属反射部位１２に銀メッキを用いないで構成されている。そのため、銀メッキを用いるとともにそれが封止部材２５に接して設けられた場合のように、封止部材２５を透過して周囲環境から作用するガスや絶縁層３ｂからの蒸発成分により、銀メッキの表面がくもって光反射性能が低下することがなく、高い光束維持率を長期にわたり保持することができる。しかも、配線導体６は銅のベース層Ａ上にニッケルと金を積層してなるので、この配線導体６に対して、通常、金の細線からなる端部ボンディングワイヤ２０ａ，２０ｂの接合強度を高めることができる。

前記構成の発光モジュール１は、無機質のフィラーが混入された白色塗料からなる素子側反射部１５上に複数の発光素子１７を実装したので、各発光素子１７がその裏側に出射する高エネルギーの光を、素子側反射部１５をなした白色塗料で光の利用方向に反射させることができる。この場合、白色塗料からなる素子側反射部１５製の光反射面は、銀の層からなる反射面に対して、低波長域の光成分を反射できるので、その分、銀メッキ層の反射面よりも光反射性能が優れている。

又、素子側反射部１５は、セラミックインク等の無機系白色塗料からなるので、前記高エネルギーの光に晒されても劣化することがない。

この高エネルギーの光の一部は無機質のフィラーが混入された素子側反射部１５を透過する。この透過光は、基板側反射部１１に入射してこの基板側反射部１１で光の利用方向に反射される。こうした一次、二次の光反射によって、発光素子１７の裏側に出射された光の反射性能が向上される。言い換えれば、光の取出し性能が向上されるので、それに伴い、発光モジュール１の発光効率を向上できる。

この場合、基板側反射部１１が、白色合成樹脂製からなる樹脂反射部位１３と、この樹脂反射部位１３及び絶縁層３ｂ層に接してこれらの間に設けられた金属反射部位１２とからなるので、基板側反射部１１の白色をなす樹脂反射部位１３により、発光素子１７の裏側に出射された光の反射性能を向上できるに伴い、光の取出し性能を更に向上できる。そして、素子側反射部１５に接した基板側反射部１１の反射部位、つまり、樹脂反射部位１３は、その厚みが薄くても十分な反射性能を発揮できる。

更に、以上のように各発光素子１７がその裏側に出射した光に晒される基板側反射部１１の樹脂反射部位１３は、有機材料である合成樹脂成分を含んでいるにも拘らず、この樹脂反射部位１３の光劣化を抑制できる。

この理由は十分に解明されていないが、素子側反射部１５をなした白色塗料に無機質のフィラーが５０ｗｔ％以上好ましくは７０〜８５ｗｔ％混入されていることにより、素子側反射部１５を透過しようとする前記高エネルギーの光が前記フィラーで散乱される結果、基板側反射部１１の樹脂反射部位１３に入射される光のエネルギー強度が低下するからである、と考えられる。したがって、既述のように向上された光の反射性能を長期間にわたり維持できる。

しかも、基板側反射部１１の樹脂反射部位１３のフィラー含有率が３０ｗｔ％以下であるとともに、前記素子側反射部１５のフィラー含有率が５０ｗｔ％以上であるので、発光素子１７の裏側に出射された光を素子側反射部１５で反射する性能をより向上できるとともに、基板側反射部１１でのフィラー使用量をすくなくできる。

その上、基板側反射部１１は樹脂反射部位１３以外に金属反射部位１２を有しているので、樹脂反射部位１３を透過した光が、金属反射部位１２での光の利用方向に反射される。それにより、光の取出し性能を向上できる。

又、ＬＥＤチップからなる各発光素子１７は、その発光に伴い熱を発生する。この熱は、素子側反射部１５及び基板側反射部１１を経由してモジュール基板３の金属ベース３ａに放出され、更に、この金属ベース３ａから外部に放出される。

こうした放熱経路中の素子側反射部１５と基板側反射部１１の樹脂反射部位１３の夫々には無機質のフィラーが混入されているので、それらの熱伝導性能は、各反射部が樹脂製分のみで形成されている場合に比較して遥かに高い。そのため、各発光素子１７からモジュール基板３への放熱性を向上できる。

この場合、素子側反射部１５のフィラー含有率が５０ｗｔ％以上であるので、モジュール基板３への放熱性がよい。しかも、厚みが３０μｍ以下の基板反射部１５は熱抵抗が小さいので、発光素子１７からモジュール基板３への放熱性が良い。これとともに、この素子側反射部１５に接した樹脂反射部位１３はその厚みが素子側反射部１５の厚みより薄いので、樹脂反射部位１３からモジュール基板３への放熱性がよい。加えて、基板側反射部１１は、樹脂反射部位１３が積層された金属反射部位１２を有しているので、この金属反射部位１２がヒートスプレッダとして作用する。したがって、各発光素子１７からモジュール基板３への放熱性をより向上できる。それにより、各発光素子１７の温度が上がり過ぎることが抑制されるに伴い、これら発光素子１７の発光性能と発光色を維持することができる。

又、本実施形態では、基板側反射部１１が金属反射部位１２を有していて、この金属反射部位１２の表面はモジュール基板３の絶縁層３ｂよりも平滑である。そのため、この平滑な表面に準じて樹脂反射部位１３及び素子側反射部１５が設けられるに伴い、絶縁層３ｂに影響されることなく、素子側反射部１５の平面度を確保できる。それにより、素子側反射部１５上に実装される発光素子１７が傾いて実装される等の実装不良を抑制できる。

更に、基板側反射部１１が有した樹脂反射部位１３の合成樹脂含有率が７０ｗｔ％以上であるので、この樹脂反射部位１３に含有されるフィラーの含有率は３０ｗｔ％以下であり、フィラーの使用量を減らしてコストダウンを図ることができる。

図５および図６は照明装置の一例であるスポットライト１００の具体的な構成を開示している。スポットライト１００は、一対の前記発光モジュール１、器具本体をなす本体１０２および反射鏡１０３を備えている。発光モジュール１はスポットライト１００の光源として用いられている。

図６に示すように、スポットライト１００の本体１０２は、ヒートシンク１０７と受熱部１０８とを備えている。ヒートシンク１０７は、例えばアルミニウムのような熱伝導性に優れた軽量な金属材料で構成されている。ヒートシンク１０７は、円盤状のベース部１０９と、ベース部１０９の裏面から突出された複数の放熱フィン１１０とを備えている。放熱フィン１１０は、平坦な板状をなすとともに、互いに間隔を存して平行に並んでいる。

受熱部１０８は、例えばアルミニウムあるいは銅のような熱伝導性に優れた金属製であり、所定の厚みを有する四角い板状をなしている。受熱部１０８は、ベース部１０９の表面の中央部に前記ねじ通し部４を通るねじ１１１を介して固定されている。そのため、受熱部１０８は、ベース部１０９の表面から放熱フィン１１０の反対側に向けて突出されているとともに、ベース部１０９に熱的に接続されている。

図６に示すように、受熱部１０８は、第１の側面１１３ａおよび第２の側面１１３ｂを有している。第１および第２の側面１１３ａ，１１３ｂは、互いに平行であるとともに、鉛直方向に沿って延びている。

発光モジュール１のモジュール基板３が、受熱部１０８の第１および第２の側面１１３ａ，１１３ｂに前記ねじ通し部４を通る図示しないねじを介して固定されている。モジュール基板３は、その金属ベース３ａが受熱部１０８の第１および第２の側面１１３ａ，１１３ｂの方向を向いており、これら金属ベース３ａと第１および第２の側面１１３ａ，１１３ｂとの間に夫々伝熱シート１１４が介在されている。伝熱シート１１４は、モジュール基板３と受熱部１０８との間を熱的に接続している。

反射鏡１０３としては、凹面鏡が用いられている。反射鏡１０３は、一対の反射板１１５ａ，１１５ｂを有している。反射板１１５ａ，１１５ｂは、夫々ヒートシンク１０７のベース部１０９の表面にねじ１１６で固定されている。反射板１１５ａ，１１５ｂは、受熱部１０８を間に挟んで互いに対称に配置されている。そのため、受熱部１０８の第１の側面１１３ａに固定された一方の発光モジュール１が反射板１１５ａの光反射面１１７ａと向かい合い、受熱部１０８の第２の側面１１３ｂに固定された他方の発光モジュール１が反射板１１５ｂの光反射面１１７ｂと向かい合っている。

一対の発光モジュール１から放射された光をスポットライト１００の光軸Ｌと平行に反射させるために、発光モジュール１の発光領域の中心が反射板１１５ａ，１１５ｂの焦点に位置されている。

図５および図６に示すように、反射鏡１０３は、カバー１２０によって囲まれている。カバー１２０は、円筒状の本体部１２１を備えている。本体部１２１の一端は、ヒートシンク１０７のベース部１０９の表面の外周部に同軸状に突き当たっている。本体部１２１の他端にフレア部１２２が同軸状に形成されている。フレア部１２２は、本体部１２１から遠ざかるに従い本体部１２１の径方向に沿う外側に向けて拡開されている。フレア部１２２は、反射鏡１０３の開口端部の外周部に外側から接している。

このような構成のスポットライト１００において、発光モジュール１を発光させると、その封止部材２５から出射された白色の光が反射板１１５ａ，１１５ｂの光反射面１１７ａ，１１７ｂに入射される。光反射面１１７ａ，１１７ｂに入射された光は、スポットライト１００の光軸Ｌと平行となるように光反射面１１７ａ，１１７ｂで反射されて、反射鏡１０３の開口端から照射対象に向けて放射される。

発光モジュール１の発光時に発光素子１７が発する熱は、モジュール基板３の金属ベース３ａから本体１０２の受熱部１０８に伝えられる。受熱部１０８に伝えられた発光素子１７の熱は、受熱部１０８からヒートシンク１０７のベース部１０９に伝わるとともに、ヒートシンク１０７の放熱フィン１１０から大気中に放出される。

このため、スポットライト１００の本体１０２を利用して発光モジュール１の熱を積極的に放出することができる。よって、発光モジュール１が有する発光素子１７の過度の温度上昇を防止して、発光モジュール１の発光効率を良好に維持することができる。

本発明に係る照明装置は、スポットライトに特定されるものではなく、例えばダウンライト、防犯灯、ブラケットライト、ペンダントライト、その他の照明装置にも同様に実施できる。

図７は本発明の第２実施形態を示している。第２実施形態は以下説明する事項以外は、第１実施形態と同じである。そのため、第１実施形態と同じ構成については第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態では、基板側反射部１１は、金属反射部位を備えておらず、一層の樹脂反射部位のみで形成されていて、モジュール基板６の絶縁層３ｂと素子側反射部１５に接してこれらの間に設けられている。基板側反射部１１は、モジュール基板３の絶縁層３ｂ上にスクリーン印刷により印刷して積層されている。そして、図７に示されていない構成を含めて、基板側反射部１１の材質、厚み、フィラーの含有率、及び素子側反射部１５との関係等は、第１実施形態と同じである。

この第２実施形態は、発光素子１７からモジュール基板３への放熱性能は若干第１実施形態より劣るが、第１実施形態で既に説明したのと同様な理由によって、本発明の課題を解決することができる。

図８は本発明の第３実施形態を示している。第３実施形態は以下説明する事項以外は、第１実施形態と同じである。そのため、第１実施形態と同じ構成については第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

第３実施形態では、基板側反射部１１は、樹脂反射部位を備えておらず、例えば一層（単層）の金属反射部位１２のみで形成されていて、モジュール基板６の絶縁層３ｂと素子側反射部１５に接してこれらの間に設けられている。このように基板側反射部１１が金属より熱伝導性が劣る樹脂反射部位を有していないので、基板側反射部１１での熱抵抗は小さく、よって、発光素子１７からモジュール基板３への放熱性が良い。そして、図８に示されていない構成を含めて、基板側反射部１１の材質、厚み、フィラーの含有率、及び素子側反射部１５との関係等は、第１実施形態と同じである。

この第３実施形態は、素子側反射部１５を透過した光に対する例えば銅製の基板側反射部１１での反射性能は若干第１実施形態より劣るが、第１実施形態で既に説明したのと同様な理由によって、本発明の課題を解決することができる。

図９は本発明の第４実施形態を示している。第４実施形態は以下説明する事項以外は、第１実施形態と同じである。そのため、第１実施形態と同じ構成については第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

第４実施形態では、三層構造の配線導体６の表層Ｃは金に代えて銀製である。更に、基板側反射部１１は樹脂反射部位を備えておらず、複層例えば三層構造の金属反射部位１２で形成されている。基板側反射部１１（金属反射部位１２）は、銅製のベース層Ａと、このベース層Ａ上にめっきされたニッケル製の中間層Ｂと、この中間層Ｂ上にめっきされた銀製の表層Ｃにより形成されていて、ベース層Ａをモジュール基板６の絶縁層３ｂに接するとともに基板側反射部１１の表面をなす表層Ｃを素子側反射部１５に接して、モジュール基板６と素子側反射部１５との間に設けられている。

この基板側反射部１１は、配線導体６及びアライメントマーク７の形成手順と同様の手順で配線導体６と同時にモジュール基板３上に形成されたものである。したがって、基板側反射部１１の各層の厚みは配線導体６及びアライメントマーク７の各層と同じである。

この基板側反射部１１を覆って塗布された素子側反射部１５をなす白色塗料の厚みは５０μｍ以下好ましくは３０μｍ以下である。そして、図９に示されていない構成を含めて、基板側反射部１１の材質、厚み、フィラーの含有率、及び素子側反射部１５との関係等は、第１実施形態と同じである。

この第４実施形態は、第１実施形態で既に説明したのと同様な理由によって、本発明の課題を解決することができる。

しかも、無機材料製のフィラーが含有された白色塗料からなる素子側反射部１５を透過した光を反射する基板側反射部１１の面が銀製であるから、銅の反射面で反射する構成に比較して光の取出し方向への反射性能が高い。これにより、基板側反射部１１と素子側反射部１５による反射率を８５％以上に確保できる。

基板側反射部１１の銀製の表層Ｃはこれに接した素子側反射部１５で覆われていて、ガス透過性を有するシリコーン樹脂製の封止部材２５から隔てられている。このため、素子側反射部１５が邪魔となって、封止部材２５を透過したＳＯ_２やＮＯ_２等の腐食ガスは基板側反射部１１の表層Ｃに波及し難い。したがって、発光モジュール１の発光中に基板側反射部１１の表層Ｃが腐食して反射性能の低下が抑制される結果、前記８５％以上の反射率を維持することが可能である。

これに対して、第３実施形態のように基板側反射部１１が銅の単層で形成されている構成で、反射率を８５％以上にするには、無機材料製のフィラーが含有された白色塗料からなる素子側反射部１５の厚みを１００μｍ以上にする必要がある。こうした構成では、素子側反射部１５での熱抵抗が増えて、発光素子１７からモジュール基板３への放熱性が低下される結果、発光素子１７の発光効率も低下することがある。

しかし、第４実施形態では、銅より遥かに反射率が高い銀の表層Ｃを基板側反射部１１が有していることにより、素子側反射部１５の厚みを５０μｍ以下例えば３０μｍ以下にすることが可能である。そのため、こうした薄肉の素子側反射部１５での熱抵抗は小さくなる。更に、基板側反射部１１は金属より熱伝導性が劣る樹脂反射部位を有していないので、基板側反射部１１での熱抵抗は小さい。したがって、第４実施形態の発光モジュール１では、発光素子１７からモジュール基板３への放熱性が良好である。

なお、第４実施形態において、基板側反射部１１は少なくともその表層Ｃを銀に代えて金製とすることが可能である。この構成であっても、素子側反射部１５に接する金の面による光の反射性能（反射特性）は、銅製のベース層Ａ及びモジュール基板３の絶縁層３ｂより高いので、発光モジュール１に高い反射特性を確保する上で適している。それだけではなく、金は腐食ガスが作用しても劣化しないので、高い反射特性を維持することが可能である。なお、このように基板側反射部１１の表層Ｃを金製とした場合、配線導体６の表層及びアライメントマーク７の表層も金製とすることが好ましい。

１…発光モジュール、３…モジュール基板、６…配線導体、１１…基板側反射部、１２…金属反射部位、１３…樹脂反射部位、１５…素子側反射部、１７…発光素子、２５…封止部材、１００…スポットライト（照明装置）、１０２…本体（器具本体）

Claims (9)

1. モジュール基板と；
   この基板上に設けられた配線導体と；
   前記モジュール基板上に設けられた基板側反射部と；
   無機材料製のフィラーが含有された白色塗料からなり前記基板側反射部に積層された素子側反射部と；
   この素子側反射部上に実装されて前記配線導体に電気的に接続された複数の半導体製の発光素子と、
   これら発光素子を埋めて設けられた透光性の封止部材と；
   を具備することを特徴とする発光モジュール。
2. 前記基板側反射部は、その少なくとも前記素子側反射部に接した反射部位が、フィラーが混入された白色合成樹脂からな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. 前記基板側反射部が、前記白色合成樹脂からなる樹脂反射部位と、この樹脂反射部位及び前記モジュール基板に接してこれらの間に設けられた金属反射部位とからなることを特徴とする請求項２に記載の発光モジュール。
4. 前記基板側反射部のフィラー含有率が３０ｗｔ％以下であるとともに、前記素子側反射部のフィラー含有率が５０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光モジュール。
5. 前記基板側反射部の少なくとも前記白色合成樹脂からなる反射部位の厚みが前記素子側反射部の厚みより薄いことを特徴とする請求項２から４のうちのいずれか一項に記載の発光モジュール。
6. 前記基板側反射部が、前記モジュール基板及び前記素子側反射部に接して設けられた金属で形成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。
7. 前記基板側反射部の前記素子側反射部に接する面が銀製又は金製であることを特徴とする請求項６に記載の発光モジュール。
8. 前記素子側反射部の厚みが３０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の発光モジュール。
9. 器具本体と；
   この器具本体に取付けられ請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の発光モジュールからなる光源と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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