JPWO2012057163A1 - 発光装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
封止樹脂層とボンディングワイヤとの相互的構成によってボンディングワイヤの断線を効果的に抑制し得る発光装置及び照明装置を提供する。実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に実装された複数の発光素子と、一端が一の前記発光素子の電極に接続され、他端が隣接する他の前記発光素子の電極又は前記基板上に形成された導電層に電気的に接続され、ループをなしたボンディングワイヤと、弾性を有し、所定数の前記発光素子を被覆する複数の略山形の凸状樹脂層４ａから構成されるとともに、隣接する前記凸状樹脂層４ａの裾部同士が連なって形成され、その隣接する凸状樹脂層４ａの頂部間に形成される谷部Ｂは、前記ボンディングワイヤのループの頂部との間で上方から見た位置をずらせて形成されている封止樹脂層とを備える。
Description
本発明の実施形態は、光源としてＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置及び照明装置に関する。
近時、光源としてＬＥＤ等の発光素子を基板に複数配設して所定の光量を得るようにする照明装置が開発されている。この照明装置は、例えば、天井面等に直接的に取付けられる、いわゆる直付タイプのベース照明として用いられており、セラミックスの材料からなる成形された基板に、複数のＬＥＤをボンディングワイヤで電気的に接続して実装し、これら発光部の全面を蛍光体を含む封止樹脂層で覆って封止するものである。
また、基板上に実装された複数の発光素子を取り囲むように枠状にリフレクタを形成し、このリフレクタで囲まれた領域に蛍光体を含む封止樹脂を注入し、この領域全面を封止樹脂層で覆って封止するものが提案されている。
しかしながら、上記のように発光部の全面を封止樹脂層で覆うことは、コストが高くなり、経済的に不利である。また、発光素子から出射される光が、封止樹脂層の表面における発光素子間の境界に相当する部分に入射すると、この光の入射角が臨界角となり、光が全反射し、さらに封止樹脂層内で多重反射することにより、発光効率が低下する虞がある。
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、コストが高くなることを回避し、発光効率の低下を抑制するとともに、封止樹脂層とボンディングワイヤとの相互的構成によってボンディングワイヤの断線を効果的に抑制し得る発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態による発光装置は、基板と、前記基板上に実装された複数の発光素子と、一端が一の前記発光素子の電極に接続され、他端が隣接する他の前記発光素子の電極又は前記基板上に形成された導電層に電気的に接続され、ループをなしたボンディングワイヤとを備えている。また、前記発光装置は、弾性を有し、所定数の前記発光素子を被覆する複数の略山形の凸状樹脂層から構成されるとともに、隣接する前記凸状樹脂層の裾部同士が連なって形成され、その隣接する凸状樹脂層の頂部間に形成される谷部は、前記ボンディングワイヤのループの頂部との間で上方から見た位置をずらせて形成されている封止樹脂層を備えている。
本発明の実施形態によれば、封止樹脂層とボンディングワイヤとの相互的構成によってボンディングワイヤの断線を抑制し得る発光装置及び照明装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に実装された複数の発光素子と、一端が一の前記発光素子の電極に接続され、他端が隣接する他の前記発光素子の電極又は前記基板上に形成された導電層に電気的に接続され、ループをなしたボンディングワイヤと、弾性を有し、所定数の前記発光素子を被覆する複数の略山形の凸状樹脂層から構成されるとともに、隣接する前記凸状樹脂層の裾部同士が連なって形成され、その隣接する凸状樹脂層の頂部間に形成される谷部は、前記ボンディングワイヤのループの頂部との間で上方から見た位置をずらせて形成されている封止樹脂層と、を具備する。
本発明の実施形態に係る照明装置は、装置本体と、前記装置本体に配設された前記発光装置と、を具備する。
以下、本発明の第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る発光装置を表面側から見て示す平面図であり、
図２は、図１に示すＸ−Ｘ線に沿って、第１の実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。
図１は、発光装置の平面を示し、図２は、図１におけるＸ−Ｘ線に沿う断面を示している。なお、各図において同一部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。
発光装置１は、基板２と、複数の発光素子３と、各発光素子３を覆う封止樹脂層４とを備えている。
図１は、第１の実施形態に係る発光装置を表面側から見て示す平面図であり、
図２は、図１に示すＸ−Ｘ線に沿って、第１の実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。
図１は、発光装置の平面を示し、図２は、図１におけるＸ−Ｘ線に沿う断面を示している。なお、各図において同一部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。
発光装置１は、基板２と、複数の発光素子３と、各発光素子３を覆う封止樹脂層４とを備えている。
基板２は、少なくとも上面が絶縁性である基板であり、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の材料で長方形状に形成されている。基板２の厚さ寸法は、０．５ｍｍ以上１．８ｍｍ以下が好ましく、本実施形態では、約１ｍｍのものを適用している。
基板２の形状は、長方形状に限らない。正方形状や円形状のものが適用できる。また、基板２の材料には、セラミックス材料又は他の合成樹脂材料を適用できる。さらに、各発光素子３の放熱性を高めるうえで、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた金属材料からなるベース板が設けられており、このベース板の一面に絶縁層が積層された金属製のベース基板を適用することができる。
基板２上には、実装パッド２１、正極側給電導体２２及び負極側給電導体２３が後述するように同様の層構成で積層されている。実装パッド２１は、図１に示すように、基板２の長手方向に沿って細長の長方形状に形成されていて、これが２列にわたって設けられている。
実装パッド２１は、発光素子３が実装される領域であり、その表面が反射層として機能するようになっており、さらに、発光素子３から発生する熱を放熱する放熱層としての機能を併せ持っている。
この実装パッド２１の長手方向の両側には、正極側給電導体２２及び負極側給電導体２３が対をなして設けられている。正極側給電導体２２及び負極側給電導体２３は、それぞれ、基板２の長手方向に対して直交する方向に延び、かつ実装パッド２１とは、離間距離（絶縁距離）を空けて形成されている。
図２に示すように、実装パッド２１、正極側給電導体２２及び負極側給電導体２３は、三層構成であり、基板２の表面上に第一層２Ａとして銅（Ｃｕ）、第二層２Ｂとしてニッケル（Ｎｉ）がめっき処理されており、第三層２Ｃには、反射率の高い銀（Ａｇ）がめっき処理されている。すなわち、実装パッド２１、正極側給電導体２２及び負極側給電導体２３においては、同一材料から形成された同一の厚さの層が同一の順番で積層されている。実装パッド２１の第三層２Ｃ、すなわち、表層は、銀（Ａｇ）めっき層となっており、これにより、反射層が形成されている。第三層２Ｃの全光線反射率は、９０％と高いものとなっている。
この電解めっき処理においては、第二層２Ｂのニッケル（Ｎｉ）の膜厚は、５μｍ以上、第三層２Ｃの銀（Ａｇ）の膜厚は、１μｍ以上に形成するのが好ましく、このような膜厚寸法にすることにより、均一な膜厚形成が実現され反射率の均一化が可能となる。
また、基板２の表層には、発光素子３の実装領域や部品の実装部分を除いて、ほとんど全面に反射率の高い白色のレジスト層を積層することが好ましい。これにより発光素子３が放射した光のうちで横方向へ向かった光は、反射率の高い白色のレジストの表面で反射され前面側へ放射される。
複数の発光素子３は、ＬＥＤのベアチップからなる。ＬＥＤのベアチップには、例えば、白色系の光を発光部で発光させるために、青色の光を発するものが用いられている。このＬＥＤのベアチップは、シリコーン樹脂系の絶縁性接着剤３１を用いて、実装パッド２１上に接着されている。これら複数の発光素子３は、基板２の長手方向に沿って実装パッド２１上に略等間隔に並べられて実装され、２列の発光素子列を形成している。
ＬＥＤのベアチップは、例えば、ＩｎＧａＮ系の素子であり、透光性のサファイア素子基板に発光層が積層されており、発光層は、ｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮ発光層と、ｐ型窒化物半導体層とが順次積層されて形成されている。そして、発光層に電流を流すための電極は、ｐ型窒化物半導体層上にｐ型電極パッドで形成されたプラス側電極と、ｎ型窒化物半導体層上にｎ型電極パッドで形成されたマイナス側電極とで構成されているプラス側電極及びマイナス側電極は、発光素子３の上面に露出している。また、これらの電極は、ボンディングワイヤ３２により電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３２は、金（Ａｕ）の細線からなっており、実装強度の向上とＬＥＤのベアチップの損傷低減のため金（Ａｕ）を主成分とするバンプ（図示せず）を介して接続されている。
なお、ボンディングワイヤ３２には、金（Ａｕ）の細線を用いることが好ましいが、これ以外の金属細線を用いることもできる。
なお、ボンディングワイヤ３２には、金（Ａｕ）の細線を用いることが好ましいが、これ以外の金属細線を用いることもできる。
発光素子３の具体的な電気的接続は、次のように行われている。個々の発光素子列において、その列が延びる方向に隣接された２つの発光素子３の異極の電極同士、つまり、隣接する２つの発光素子３の内、一方の発光素子３のプラス側電極と、他方の発光素子３のマイナス側電極とが、ボンディングワイヤ３２を介して接続されている。また、上述の他方の発光素子３のプラス側電極は、そのまた隣に配置されたさらに他の発光素子３のマイナス側電極にボンディングワイヤ３２を介して接続されている。このように、各発光素子列を構成する複数の発光素子３は、隣り合う２つの発光素子３が順次接続されている。これによって、個々の発光素子列を構成する複数の発光素子３は電気的に直列に接続される。
この場合、ボンディングワイヤ３２は、一端が、相互に隣接した２つの発光素子３の内、一方の発光素子３の例えばプラス側電極に接合され、他端が他方の発光素子３の例えばマイナス側電極に接合され、上側が凸となるようなループ状に形成される。従って、各ボンディングワイヤ３２には１ヶ所の頂部Ａが存在し、この頂部Ａの位置が、そのボンディングワイヤ３２のうちで最も高い位置となる。
さらに、個々の発光素子列において、列の端に配置された発光素子３の電極は、正極側給電導体２２又は負極側給電導体２３にボンディングワイヤ３２を介して接続されている。したがって、前記２列の発光素子列は電気的には並列に接続されていて、正極側給電導体２２及び負極側給電導体２３を通じて図示しない点灯装置から給電されるようになっている。
封止樹脂層４は、透光性合成樹脂、例えば、所定の弾性を有する透明シリコーン樹脂製であり、ＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体を適量含有した蛍光体層である。封止樹脂層４は、複数の凸状樹脂層４ａから構成されており、本実施形態においては、個々の発光素子３を発光素子３ごとに被覆する凸状樹脂層４ａの集合から構成されている。個々の凸状樹脂層４ａは、略山形の形状をなしていて、円弧状の凸状をなし、その裾部側において隣接する凸状樹脂層４ａと連なるように連続して封止樹脂層４として一体的に形成されている。すなわち、封止樹脂層４は、複数個の凸状樹脂層４ａが一列に連結された形状である。そして、隣り合う凸状樹脂層４ａの裾部同士が連結されている。各凸状樹脂層４ａの形状は、例えば凸レンズ形である。
したがって、封止樹脂層４は、前記発光素子列に沿って複数の列を形成している。すなわち、本実施形態においては、発光素子３の列数と同じ２列に形成されている。そして、封止樹脂層４は、各発光素子３及びボンディングワイヤ３２を被覆し封止している。また、各凸状樹脂層４ａ同士の接続部（境目）、すなわち、隣接する凸状樹脂層４ａにおける略山形の頂部間には、谷部Ｂが形成されている。
蛍光体は、発光素子３が発する光で励起されて、発光素子３が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子３が青色光を発する本実施形態では、白色光を出射できるようにするために、蛍光体には青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。
封止樹脂層４は、未硬化の状態で各発光素子３、ボンディングワイヤ３２に対応して塗布され、その後に加熱硬化又は所定時間放置して硬化されることにより、形成されている。詳しくは、図示しないディスペンサから、粘度や量が調整された蛍光体を含有する透明シリコーン樹脂材料を未硬化の状態で各発光素子３、ボンディングワイヤ３２に対応して滴下して供給する。この滴下された状態において、凸状樹脂層４ａとしての透明シリコーン樹脂材料は、山形の形状をなし、その裾部において樹脂材料の流動性によって外周方向に向けて流動し、隣の凸状樹脂層４ａの裾部に接触して一体化する。これにより、封止樹脂層４は、一列に配列された複数の凸状樹脂層４ａが連なるように連続して形成される。このように、凸状樹脂層４ａは、裾部側において相互に交わり一体化されて硬化される。
なお、透明シリコーン樹脂材料を滴下した当初に、隣接する凸状樹脂層４ａと連なるように連続して形成され、その後、樹脂材料の流動により、凸状樹脂層４ａ間の連結部分の太さが増加するようにしてもよいし、透明シリコーン樹脂材料を滴下した当初は、連続する部分は形成されないが、その後、樹脂材料の流動により、連結部分が形成されるようにしてもよい。これらは、透明シリコーン樹脂材料の粘度や量、温度条件等を調整することによって行うことができる。
さらに、透明シリコーン樹脂材料の粘度や量、温度条件等を調整することによって、凸状樹脂層４ａの高さ寸法や隣接する各凸状樹脂層４ａの山形の裾部側における連続する部分の領域の増減を調整することが可能となる。
さらにまた、上記構成では、１つの凸状樹脂層４ａによって、１つの発光素子３を被覆する場合について説明したが、例えば、例えば２個又は３個の複数の発光素子３を、その複数の発光素子３ごとに１つの凸状樹脂層４ａによって被覆するように、封止樹脂層４を形成してもよい。また、凸状樹脂層４ａから構成される封止樹脂層４の形成方法は、上記の形成方法に限定されるものではなく、凸状樹脂層４ａの裾部側が連なって形成できれば、他の方法を適用してもよい。
上記構成において、図２に代表して示すように、例えば、ボンディングワイヤ３２のループの頂部Ａから封止樹脂層４の表面までの距離Ｌ１を５００μｍ以上とし、ボンディングワイヤ３２から谷部Ｂまでの距離Ｌ２を４００μｍ以上とし、発光素子３の表面からボンディングワイヤ３２のループの頂部Ａまでの距離Ｌ３を２００μｍ〜４００μｍとしている。
また、封止樹脂層４の長手方向の端部から、正極側給電導体２２又は負極側給電導体２３におけるボンディングワイヤ３２の接合部までの距離Ｌ４は、５００μｍ以上となるように形成されている。さらに、隣接する発光素子３の電極間を接続するボンディングワイヤ３２の直線距離Ｌ５、すなわち、共通のボンディングワイヤ３２に接続された隣り合う発光素子３の電極間の距離Ｌ５は、２ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定されている。
以上のような寸法関係による封止樹脂層４とボンディングワイヤ３２との相互的構成において、隣接する凸状樹脂層４ａにおける略山形の頂部間に形成される谷部Ｂは、ボンディングワイヤ３２のループ状の頂部Ａとの間で、上方から見た位置をずらせて形成されている。また、封止樹脂層４の谷部Ｂは、ボンディングワイヤ３２のループ状の頂部Ａより高い位置に形成されるようになっている。さらに、ボンディングワイヤ３２のループ状の頂部Ａから封止樹脂層４の表面までの距離Ｌ１は、ボンディングワイヤ３２から谷部Ｂまでの距離Ｌ２より大きくなるように形成されている。
ボンディングワイヤ３２におけるループ状に屈曲した頂部Ａは、強度的に弱く、例えば、製造工程中等において封止樹脂層４を介して外力を受けると、ボンディングワイヤ３２は頂部Ａにおいて断線が生じやすい。しかしながら、本実施形態によれば、頂部Ａに加わる応力を緩和して断線が生じるのを抑制することができる。
つまり、封止樹脂層４の厚さが薄くなり、ボンディングワイヤ３２に応力がかかりやすい谷部Ｂは、ボンディングワイヤ３２の頂部Ａと位置をずらせて形成されているので、頂部Ａに加わる応力を緩和することができる。また、封止樹脂層４の谷部Ｂは、ボンディングワイヤ３２の頂部Ａより高い位置に形成されるので、封止樹脂層４によってボンディングワイヤ３２が確実に覆われて封止され、このためボンディングワイヤ３２に加わる応力を緩和することができる。さらに、ボンディングワイヤ３２の頂部Ａから封止樹脂層４の表面までの距離Ｌ１は、ボンディングワイヤ３２から谷部Ｂまでの距離Ｌ２より大きくなるように形成されているので、頂部Ａに対応する封止樹脂層４の厚さが厚く、このため頂部Ａに加わる応力を緩和することができる。
次に、上述した構成の発光装置１の作用を説明する。図示しない点灯装置により通電されると、各発光素子３が一斉に点灯されて、発光素子３が例えば青色の光を出射する。発光素子３から出射された光は、封止樹脂層４を透過して放射されると共に、封止樹脂層４に含まれる蛍光体を励起し、蛍光体から黄色の光を出射させる。蛍光体から発した光も、封止樹脂層４を透過して、外部に放射される。これにより、発光装置１は白色の光を出射する面状光源として使用される。
この場合、封止樹脂層４は、山形の形状をなした各凸状樹脂層４ａによって形成されているので、発光素子３から出射された光が凸状樹脂層４ａの内側で全反射することが抑制され、この反射損失による発光効率の低下が抑制できる。
また、隣接する各凸状樹脂層４ａは、その裾部側において連なり、相互に交わり一体化されているので、各凸状樹脂層４ａの量的なばらつきを緩和することができ、個々の発光素子３から出射される光出力や発光色等のばらつきを軽減して全体として光の照射の均一化を向上することができる。
さらに、発光素子３の発光中において、発光素子３が放射した光のうちで基板２側に向かった光は、実装パッド２１の表層の反射層で主として光の利用方向に反射される。そのため、光の取出し効率を良好なものとすることができる。また、実装パッド２１は、各発光素子３が発した熱を拡散するヒートスプレッタとして機能する。
以上のように本実施形態によれば、封止樹脂層４は、山形形状の凸状樹脂層４ａによって各発光素子３を個別に被覆するようになっているので、コストが高くなることを回避することが可能となる。また、封止樹脂層４は、弾性を有しているので、基板２の熱的変形に伴いボンディングワイヤ３２に応力が作用してもこの応力を吸収してボンディングワイヤ３２の断線や接合が外れることを抑制することができる。さらに、封止樹脂層４とボンディングワイヤ３２との相互的構成によってボンディングワイヤ３２に断線が生じることを抑制することができる。
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。
図３は、第２の実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。なお、図３は、図２に相当する断面を示している。
図３は、第２の実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。なお、図３は、図２に相当する断面を示している。
前記第１の実施形態においては、発光素子３は、発光素子列において、その列が延びる方向に隣接された発光素子３の異極の電極同士をボンディングワイヤ３２で順次接続されることによって、電気的に接続されていた。これに対して、本実施形態では、基板２上に形成された導電層、すなわち、配線パターン２４を介して発光素子３の電気的接続を行っている。
具体的には、ボンディングワイヤ３２は、一端が発光素子３のプラス側電極又はマイナス側電極に接合され、他端側が配線パターン２４に接合されている。また、ボンディングワイヤ３２は、上側に凸となるようなループ状に形成され、１ヶ所の頂部Ａが存在する。頂部Ａの位置は、そのボンディングワイヤ３２における最も高い位置である。
また、封止樹脂層４は、発光素子列に沿って形成されており、各発光素子３、ボンディングワイヤ３２を被覆して封止し、隣接する凸状樹脂層４ａにおける略山形の頂部間には、谷部Ｂが形成されるようになっている。
このような構成において、封止樹脂層４とボンディングワイヤ３２との相互的構成において、隣接する凸状樹脂層４ａにおける略山形の頂部間に形成される谷部Ｂは、ボンディングワイヤ３２のループ状の頂部Ａとの間で、上方から見た位置をずらせて形成されており、また、封止樹脂層４の谷部Ｂは、ボンディングワイヤ３２のループ状の頂部Ａより高い位置に形成されるようになっている。
なお、基板２の表層には、発光素子３の実装領域や部品の実装部分を除いて、全面に反射率の高い白色のレジスト層２５が形成されており、基板２の裏面側における略全面には、基板２を均熱化するための銅箔２６が設けられ、その上にレジスト層が積層されている。
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、封止樹脂層４とボンディングワイヤ３２との相互的構成によってボンディングワイヤ３２に断線が生じるのを抑制することができる。
次に、本発明の照明装置の実施形態について説明する。図示は省略するが、上記実施形態の発光装置１は、装置本体に組込み、照明装置として構成できる。例えば、屋内又は屋外で使用される照明装置やディスプレイ装置等に適用可能である。よって、このような照明装置によれば、上記実施形態の発光装置１の効果を奏する照明装置を提供できる。
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、発光素子とは、ＬＥＤ等の固体発光素子であり、この発光素子の実装個数は複数であれば特段制限はない。
以上説明した実施形態によれば、ボンディングワイヤの断線を抑制し得る発光装置及び照明装置を実現することができる。
以上、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及びその等価物の範囲に含まれる。
Claims (4)
- 基板と；
前記基板上に実装された複数の発光素子と；
一端が一の前記発光素子の電極に接続され、他端が隣接する他の前記発光素子の電極又は前記基板上に形成された導電層に電気的に接続され、ループをなしたボンディングワイヤと；
弾性を有し、所定数の前記発光素子を被覆する複数の略山形の凸状樹脂層から構成されるとともに、隣接する前記凸状樹脂層の裾部同士が連なって形成され、その隣接する凸状樹脂層の頂部間に形成される谷部は、前記ボンディングワイヤのループの頂部との間で上方から見た位置をずらせて形成されている封止樹脂層と；
を具備することを特徴とする発光装置。 - 前記封止樹脂層における谷部の位置は、前記ボンディングワイヤのループの頂部の位置よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記ボンディングワイヤのループの頂部から前記封止樹脂層の表面までの距離は、前記ボンディングワイヤから前記封止樹脂層の谷部までの距離より大きいことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
- 装置本体と；
前記装置本体に配設された発光装置と；
を具備し、
前記発光装置は、
基板と；
前記基板上に実装された複数の発光素子と；
一端が一の前記発光素子の電極に接続され、他端が隣接する他の前記発光素子の電極又は前記基板上に形成された導電層に電気的に接続され、ループをなしたボンディングワイヤと；
弾性を有し、所定数の前記発光素子を被覆する複数の略山形の凸状樹脂層から構成されるとともに、隣接する前記凸状樹脂層の裾部同士が連なって形成され、その隣接する凸状樹脂層の頂部間に形成される谷部は、前記ボンディングワイヤのループの頂部との間で上方から見た位置をずらせて形成されている封止樹脂層と；
を具備することを特徴とする照明装置。
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