JP2009289810A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子から放射された光を光の取出し方向に反射する性能の低下を抑制して、光を高い効率で取出せる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、装置基板（素子取付け部材）２、素子部反射層４、半導体発光素子１１、ダイボンド材１６、導体８、及び封止部材２２を具備する。装置基板２はＣｕ製で素子取付け部３を有する。素子部反射層４はバリア層及びカバー層からなる。バリア層を素子取付け部３に積層し、この層で素子取付け部３をなしたＣｕのカバー層への拡散を抑制する。素子取付け部３をなしたＣｕの反射率よりも高い反射率を有するＡｇでカバー層を形成し、この層をバリア層に積層する。発光素子１１を、透明なダイボンド材を用いてカバー層にダイボンドする。ボンディングワイヤ１７で発光素子１１と導体８とを接続する。封止部材２２で発光素子１１を封止することを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数のＬＥＤ(発光ダイオード)チップ等の半導体発光素子を発光させて照明をする照明装置に関する。

従来、複数の青色ＬＥＤチップを発光させて面状光源として用いられる照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１の照明装置は、複数の突台部が突設された銅等の金属製の基板に、各突台部が挿入される複数の貫通孔及びこれに連なる凹所を有した絶縁部材を貼り合わせ、この絶縁部材上に銅の薄膜からなる配線パターンを設けている。突台部と配線パターンの夫々には電気銀メッキが施されている。これとともに、凹所に挿入された各突台部上に透光性接着剤で青色ＬＥＤチップをダイボンドし、このＬＥＤチップと配線パターンをボンディングワイヤで直列に接続し、かつ、黄色蛍光体が混入された封止樹脂でＬＥＤチップと配線パターンを封止している。
特開２００２−９４１２２号公報（段落0043−0062、段落0123−0146、図１−図３、図２１−図２４）

ＬＥＤの中には、透光性の素子基板の一面に発光層を設け、この発光層と反対側の素子基板の面をプリント基板等に接着して使用されるＬＥＤチップが知られている。この種のＬＥＤチップが前記突台部にダイボンディングされた照明装置では、発光層から放射された光の内で素子基板を通って裏側に放出された光を、突台部表面に被着された銀メッキ層で反射できるので、光の取出し性能を高める上で好ましい。なお、突台部表面が金メッキされている場合は、白色の照明光を得る上では好ましくない。

ところで、突台部上にＬＥＤチップをダイボンディング場合、ダイボンド材を百数十度の温度で加熱硬化する必要がある。

本発明者は、突台部が銅からなり、その表面に被着されたメッキ層が銀である場合に、銀メッキ層が薄いほど、既述の加熱によって銀メッキ層に突台部の銅が拡散する現象を生じ易いことを見出した。この拡散現象は、加熱により引き起こされるため、突台部に被着された銀メッキ層に対してだけではなく、銅製の配線パターンに被着された銀メッキ層についても同様に発生する。

銅が拡散された銀メッキ層は薄い褐色に変色するので、この銀メッキ層に入射された光反射性能が低下する。その結果、照明装置全体としての光の取出し効率が低くなるという問題がある。

本発明の目的は、半導体発光素子から放射された光を光の取出し方向に反射する性能の低下を抑制して、光を高い効率で取出せる照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、素子取付け部を有するＣｕ製の素子取付け部材と；前記素子取付け部に積層されたバリア層、及びこのバリア層に積層されて前記素子取付け部をなしたＣｕの反射率よりも高い反射率を有したＡｇ製のカバー層を備えてなり、このカバー層への前記素子取付け部をなしたＣｕの拡散を前記バリア層で抑制する素子部反射層と；透光性の素子基板の一面に半導体発光層を有する半導体発光素子と；前記素子基板の他面を前記素子部反射層のカバー層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；前記半導体発光素子にボンディングワイヤを介して電気的に接続された導体であって、前記素子取付け部材とは別に設けられ或いは前記素子取付け部材を兼ねた前記導体と；前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；を具備したことを特徴としている。

請求項１の発明で、Ｃｕ（銅）製の素子取付け部材は、Ｃｕの基板であってもよく、或いは絶縁層などの絶縁部材上に所定のパターンで形成された導体で兼ねることもできる。 請求項１の発明で、導体は、電気伝導率が良い金属例えばＣｕ（銅）やＡｇ（銀）等のみで形成できる他、Ｃｕ層に少なくとも一層の金属層を積層することができ、例えばＮｉ（ニッケル）メッキ層を介してＡｕ（金）メッキ層を積層した構成では、Ａｕ製のボンディングワイヤとの接合性を高めることができる。

請求項１の発明で、素子部反射層が有したバリア層は、Ａｇ製のカバー層への素子取付け部をなしたＣｕの拡散を抑制する材料例えば金属で形成されるが、この種の金属として例えばＮｉを好適に用いることができる。請求項１の発明で、バリア層はカバー層よりも厚い方が好ましく、又、カバー層はメッキ例えば無電解メッキにより好適に形成することができる。

請求項１の発明で、素子取付け部に半導体発光素子をダイボンドするダイボンド材（接着剤）の厚みは、接着機能を失わない範囲で１０μｍ以下にすることが望ましい。ダイボンド材には、透光性を有した合成樹脂例えば透明シリコーン樹脂等を用いることができる。

請求項１の発明で、半導体発光素子には、例えば青色発光をする青色ＬＥＤチップ、紫外光を発する紫外ＬＥＤチップ等を好適に用いることができる他、青色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップのうちの少なくとも二種のＬＥＤチップを組み合わせて用いることも可能である。

請求項１の発明で、半導体発光素子等を外気及び湿気から遮断してこの素子の寿命低下を防ぐ透光性の封止部材には、透光性の合成樹脂、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる他、透明な低融点ガラスを用いることもできる。そして、例えば発光源に青色ＬＥＤチップを用いて白色発光をする照明装置とする場合には、青色の光で励起されて黄色の光を放射する蛍光体が混ぜられた封止部材を用いればよく、或いは紫外光で励起されて赤色の光を放射する蛍光体、紫外光で励起されて緑色の光を放射する蛍光体、及び紫外光で励起されて黄色の光を放射する蛍光体が夫々混ぜられた封止部材を用いればよい。封止部材は、少なくとも一つの半導体発光素子を収容するリフレクタを用いる場合には、このリフレクタの内部に、液状の状態を呈する未硬化の封止部材を注入して固化することで、リフレクタ内の半導体発光素子を封止することができる。又、リフレクタを用いない場合には、半導体発光素子毎、或いは全ての半導体発光素子にわたって液状の状態を呈する未硬化の封止部材をポッティングして、半導体発光素子を封止することができる。

請求項１の発明の照明装置は、導体及びボンディングワイヤを介して半導体発光素子の半導体発光層に通電することにより、この発光層を発光させ、その光を封止部材に透過させて外部に取出し、その取出し方向の照明を行う。この点灯時、半導体発光層の裏側に放射された光は、透光性の素子基板及びダイボンド材を通って、Ｃｕ製の素子取付け部材が有する素子取付け部に積層された素子部反射層のＡｇ製でかつ素子取付け部の反射率よりも高い反射率を有したカバー層に入射して、このカバー層により光の取出し方向に反射される。

ところで、請求項１の発明の照明装置は、その製造過程で、素子取付け部に半導体発光素子をダイボンドするダイボンド材を硬化させるために百数十度の温度で加熱される。この場合、素子部反射層のバリア層がＣｕ製の素子取付け部と素子部反射層のＡｇ製のカバー層との間に介在しているので、このバリア層によって、前記加熱に伴い素子取付け部をなすＣｕがＡｇ製のカバー層に拡散し、このカバー層が不純化されることを抑制できる。

これにより、Ａｇ製のカバー層は、褐色に変色することがなく、初期の銀色を呈した状態、即ち、素子取付け部の反射率よりも高い反射率を設計通りに維持できる。したがって、Ａｇ製のカバー層での反射特性の低下を抑制でき、言い換えれば、点灯時に、半導体発光層の裏側に放射された光を、高い反射率で光の取出し側に反射させる性能が低下しないようにできる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記バリア層が３μｍ以上の厚みに形成されたＮｉ製であるとともに、Ａｇ製の前記カバー層の厚みが0.5μｍ以上1.0μｍ以下であることを特徴としている。

この請求項２の発明では、カバー層の厚みが0.5μｍ以上1.0μｍ以下と薄いにも拘らず、ダイボンディングの際の加熱処理を原因として、Ａｇ製のカバー層が素子取付け部をなすＣｕによって不純化しこのカバー層の反射性能が低下することを、厚み３μｍ以上のＮｉ製のバリア層で抑制できる。したがって、点灯時に、半導体発光層の裏側に放射された光を、高い反射効率で光の取出し側に反射させる性能が設計通りに確保される。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記素子取付け部材とは別に設けられた前記導体が、Ｃｕ製の導体ベースに導体部反射層を被着してなるとともに、前記導体部反射層が、前記導体ベースに積層された導体バリア層、及びこの導体バリア層に積層されて前記導体ベースをなしたＣｕの反射率よりも高い反射率を有したＡｇ製の導体カバー層とからなり、前記導体バリア層で前記導体カバー層への前記導体ベースをなしたＣｕの拡散を抑制するようにしたことを特徴としている。

この請求項３の発明の照明装置は、その製造過程で、素子取付け部に半導体発光素子をダイボンドするダイボンド材を硬化させるために百数十度の温度で加熱される。この場合、導体の導体バリア層がＣｕ製の導体ベースとＡｇ製の導体カバー層との間に介在しているので、この導体バリア層によって、前記加熱に伴い導体ベースをなすＣｕがＡｇ製の導体カバー層に拡散し、この導体カバー層が不純化されることを抑制できる。

これにより、Ａｇ製の導体カバー層は、褐色に変色することがなく、初期の銀色を呈した状態、即ち、導体ベースの反射率よりも高い反射率を設計通りに維持できる。したがって、Ａｇ製の導体カバー層での反射特性の低下を抑制でき、言い換えれば、点灯時に、点灯時に、半導体発光素子から放射された光の内で直接的又は間接的を導体に入射される光を、高い反射率で光の取出し側に反射させる性能が低下しないようにできる。なお、ここに、導体に直接的に入射する光とは、半導体発光素子に対し光の取出し側と反対側に後退して導体が配置されている場合に、半導体発光素子から側方に出射されて導体に入射する光を指している。又、導体に間接的に入射する光とは、封止部材に蛍光体が混入されている場合、この蛍光体が励起されることにより放射した光の内で、導体に入射する光を指している。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記導体バリア層が３μｍ以上の厚みに形成されたＮｉ製であるとともに、Ａｇ製の前記導体カバー層の厚みが0.5μｍ以上1.0μｍ以下であることを特徴としている。

この請求項４の発明では、導体カバー層の厚みが0.5μｍ以上1.0μｍ以下と薄いにも拘らず、ダイボンディングの際の加熱処理を原因として、Ａｇ製の導体カバー層が導体ベースをなすＣｕによって不純化しこの導体カバー層の反射性能が低下することを、厚み３μｍ以上のＮｉ製の導体バリア層で抑制できる。したがって、点灯時に、半導体発光素子から直接的又は間接的に導体に入射された光を、高い反射効率で光の取出し側に反射させる性能が設計通りに確保される。

請求項１から４の発明の照明装置によれば、半導体発光素子から放射された光を光の取出し方向に反射するＡｇ製の層がＣｕにより不純化されないようにしたので、半導体発光素子から放射された光を光の取出し方向に反射する性能の低下が抑制されて、光を高い効率で取出すことができる。

図１〜図５を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

図１中符号１はＬＥＤパッケージを形成する照明装置を示している。この照明装置１は、パッケージ基板例えば素子取付け部材具体的にはＣｕ製の装置基板２（図２参照）と、素子部反射層４（図２参照）と、絶縁層５（図２参照）と、複数の導体８と、複数の半導体発光素子１１と、ボンディングワイヤ１７，１８と、リフレクタ２０と、封止部材２２と、を備えて形成されている。

装置基板２は、照明装置１として必要とされる発光面積を得るために所定形状例えば方形状具体的には長方形状をなしている。装置基板２は、これと一体の素子取付け部３を半導体発光素子１１と同数有している。素子取付け部３は例えば凸部からなる。これら素子取付け部３は、レーザ光を用いた加工、機械加工等で形成できる他、エッチング処理でも形成できる。素子取付け部３が設けられていない装置基板２の裏面２ｂは、大気中に放熱するための放熱面、又は他の放熱部材に面接触する伝熱面として用いられる。

素子取付け部３は装置基板２の表面(一面)に突設されている。図２で代表して示すように素子取付け部３の先端面３ａは前記一面と平行な平坦面をなしている。素子取付け部３はその先端面３ａから装置基板２の前記一面に至るに従い次第に太く形成されている。言い換えれば、素子取付け部３は、その高さ方向と直交する断面積が先端面３ａから装置基板２の一面に至るに従い次第に大きくなる円錐台状に形成されている。

素子取付け部３の先端面３ａを含む先端部に薄膜からなる素子部反射層４が被着されている。素子部反射層４は、図４に示すようにバリア層４ａとカバー層４ｂとからなる。

バリア層４ａは、素子取付け部３をなしたＣｕがカバー層４ｂに熱拡散することを抑制するものであって、Ｎｉを素子取付け部３の先端部に無電解メッキで積層することにより設けられている。このバリア層４ａの厚みＡは、３μｍ以上とすることが好ましく、本実施形態では４μｍである。なお、前記無電解メッキとは、イオン化傾向を利用した電位差置換による浸漬メッキを指している。

カバー層４ｂは、バリア層４ａ上にＡｇを無電解メッキで積層することにより設けられている。Ａｇ製のカバー層４ｂは、素子部反射層４の反射面を形成しており、素子取付け部３をなしたＣｕの反射率よりも高い反射率、例えば９０％以上の光反射率を有している。これとともに、カバー層４ｂの平均表面粗さは0.25μｍ以上であり、それにより、カバー層４ｂがそこに入射した光を主に拡散反射するとともに、直線反射される光量を拡散反射される光量に対して遥かに少なくしている。この表面粗さは、既述の無電解メッキによって得ることができる。カバー層４ｂの厚みＢは、バリア層４ａより薄く、例えば0.5μｍ以上1.0μｍである。

素子部反射層４を含めた素子取付け部３の高さＩは、図２において半導体発光素子１１の上面の高さ位置が導体８の高さ位置以上になることを満たせば、装置基板２の素子取付け部３以外の部位からなる基板主部の厚みより低くても差し支えない。しかし、半導体発光素子１１の上面は、基板主部の厚み以上の高さ位置に配置することが好ましく、そのために、本実施形態では前記高さＩを絶縁層５及び導体８の合計厚みより高くしてある。

絶縁層５には光反射性能を得るために例えば白色のガラスエポキシ基板が用いられている。絶縁層５の厚みは、最小で6μｍあればよく、本実施形態では例えば25μｍである。この絶縁層５は、図２及び図３で代表して示すように素子取付け部３が通る逃げ孔６を有している。この逃げ孔６は例えば円形で、その直径は素子取付け部３の最大径をなす根元部の直径より大きい。逃げ孔６は素子取付け部３と同数設けられている。

絶縁層５は装置基板２の表面(一面)に接着剤７（図２参照）を用いて貼り合わせることにより装置基板２に積層されている。接着剤７は、絶縁性であって、絶縁層５と装置基板２との間に例えば5μｍ以下の膜厚で設けられる。絶縁層５の接着において、絶縁層５の各逃げ孔６は各素子取付け部３に夫々嵌合するので、絶縁層５は装置基板２に素子取付け部３を除いて積層され、それにより、素子取付け部３は逃げ孔６に露出されている。

そして、前記貼り合わせにおいて接着剤７の塗布量が多く余剰を生じた場合、その余剰分７ａ(図２及び図３参照)の一部は逃げ孔６に流入して固化する。より正確には、素子取付け部３の形状に起因して、この素子取付け部３の周面と逃げ孔６との間に必然的に形成される環状の隙間に、余剰分７ａが流入して、そこに溜まって固化される。それにより、絶縁層５は素子取付け部３の周面に対しても接着されるので、積層強度が高められる。しかも、余剰分７ａは体積固有抵抗が１０^−２〜１０^−１５Ω・ｍの絶縁層として機能するので、後述のように導体８が装着された絶縁層５と素子取付け部３の周面との間の耐電圧を向上できる。なお、接着剤７が乳白色ないしは白色である場合には、半導体発光素子１１からその周囲に放射された光を、逃げ孔６に溜められた接着剤７の余剰分７ａによって光の取出し方向に反射させて、光の取出し効率を高めるのに寄与できる。

複数の導体８は、各半導体発光素子１１への通電要素としてこれら半導体発光素子１１を直列に接続するために設けられ、絶縁層５の装置基板２に接着された裏面とは反対側の面に形成されている。これらの導体８は所定のパターンで設けられている。つまり、図１に示すように各導体８は、縦横に整列したパターン、具体的には絶縁層５の長手方向に所定間隔毎に点在して二列形成されている。各列での複数の導体８は例えば４ｍｍピッチで各逃げ孔６と交互に並べられている。これら列の一端側に位置した導体８には電線接続部９（図１参照）が一体に連続して形成されている。これら電線接続部９の夫々には図示しない電源にいたる電線が個別に半田付けされる。

図２及び図３で代表して示すように各導体８は、逃げ孔６の縁には達しておらず、この逃げ孔６の縁から所定距離隔てられている。それにより、導体８の端８ｅとこれに最も近接している逃げ孔６の縁との間に、白色の絶縁層５の一部が露出されている。この露出面を図３中に符号５ａで示す。そのため、露出面５ａで、導体８の端８ｅと素子取付け部３との間に前記環状の隙間の幅より大きい絶縁距離を確保できるとともに、この露出面５ａでもそこに入射した光を光の取出し方向に反射できる。

各導体８は、図５に示すように導体ベース８ａと、導体バリア層８ｂと、導体カバー層８ｃとから形成されている。

導体ベース８ａは、Ｃｕからなり、絶縁層５上にエッチング処理等により設けられていて、その厚みＣは例えば３５μｍである。導体バリア層８ｂは、導体ベース８ａをなしたＣｕが導体カバー層８ｃに熱拡散することを抑制するものであって、Ｎｉを導体ベース８ａの表面に無電解メッキで積層することにより設けられている。この導体バリア層８ｂの厚みＤは、３μｍ以上とすることが好ましく、本実施形態では４μｍである。導体カバー層８ｃは、導体バリア層８ｂ上にＡｇを無電解メッキで積層することにより設けられている。Ａｇ製の導体カバー層８ｃは、導体８の反射面を形成しており、導体ベース８ａをなしたＣｕの反射率よりも高い反射率、例えば９０％以上の光反射率を有している。導体カバー層８ｃの厚みＥは、導体バリア層８ｂより薄く、例えば0.5μｍ以上1.0μｍ以下である。

各半導体発光素子１１は例えば青色ＬＥＤチップからなる。このＬＥＤチップは、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型であって、図２に示すように透光性を有する素子基板１２の一面に半導体発光層１３を積層して形成されている。素子基板１２は例えばサファイア基板で作られている。半導体発光層１３が有した図示しないｎ形半導体層上にはｎ側電極１４が設けられ、同様に半導体発光層１３が有した図示しないｐ形半導体層上にはｐ側電極１５が設けられている。電極１４，１５はＡｕ製である。半導体発光層１３は、反射膜を有しておらず、したがって、半導体発光素子１１の厚み方向の双方に光を放射できるとともに、素子基板１２の側面から側方へも光を放射できる。

これらの半導体発光素子１１は、素子基板１２の前記一面と平行な他面を接着剤例えば透光性のシリコーン樹脂からなるダイボンド材１６を用いて各素子取付け部３の素子部反射層４上にダイボンドされている。それによって、各半導体発光素子１１は、各導体８と同じく例えば４ｍｍピッチで、これら導体８と交互に配置されている。照明装置１は、その製造過程で素子取付け部３に半導体発光素子１１をダイボンドする場合、ダイボンド材１６を硬化するために、加熱炉で例えば１５０℃の温度で１時間の間加熱される。この加熱は、ボンディングワイヤ１７及び封止部材２２が取付けられる前になされ、したがって、素子部反射層４及び導体８は同時に加熱される。

ダイボンド材１６の厚みは0.10ｍｍ以下である。ダイボンド材１６は半導体発光素子１１から素子取付け部３への伝熱の抵抗部材となるが、以上のようにきわめて薄いので、このダイボンド材１６での熱抵抗は実質的に無視できる程度である。ダイボンド材１６の厚みは、接着性能を失わない範囲でできるだけ薄くすることが望ましい。なお、ダイボンド材１６を形成した透明なシリコーン樹脂は、熱等を受けても変色を伴って劣化する可能性が極めて小さいので、半導体発光素子１１の直下の素子部反射層４で反射されて取出される光の取出し効率を長期にわたり維持できる。

半導体発光素子１１の半導体発光層１３と素子取付け部３との間の絶縁耐圧は、ダイボンド材１６だけではなく、このダイボンド材１６よりもはるかに厚いサファイア製の素子基板１２で確保されている。こうした半導体発光素子１１を用いることによって、半導体発光層１３が導体８表面の導体カバー層８ｃより高く位置されており、しかも、本実施形態では半導体発光素子１１全体が導体８表面の導体カバー層８ｃより高く位置されている。

更に、本実施形態のように半導体発光素子１１全体が絶縁層５の表面よりも高い位置に配置されている好ましい構成では、半導体発光素子１１からその周囲に放射される光が、絶縁層５に妨げられることなく、逃げ孔６の周辺に差し込み易い。それにより、半導体発光素子１１の周りで光を反射させて光を取出すことができるので、光の取出し効率を高めることができる点で有利である。

なお、本発明は、素子取付け部３に一個の半導体発光素子１１を取付けることに制約されることはなく、一つの素子取付け部３に複数個の半導体発光素子１１を並べて取付けることも可能である。その場合、同じ色を発する複数個の半導体発光素子１１であっても、或いは異なる色を発する複数個の半導体発光素子１１であってもよい。異なる色を発する複数個の半導体発光素子１１を一つの素子取付け部３に取付ける場合には、赤色、黄色、青色の光を発する３個の半導体発光素子１１を並べて取付けることもできる。そして、一つの素子取付け部３に複数個の半導体発光素子１１を並べて取付けた構成においては、照明装置１の全光束を向上させることが可能である。

装置基板２の長手方向に交互に配置された導体８と半導体発光素子１１の電極１４，１５とは、ワイヤボンディングにより設けられた金線等のボンディングワイヤ１７で接続されている。更に、前記二列の導体列の他端側に位置した導体８同士は、図１に示すようにワイヤボンディングにより設けられた金線等の端部ボンディングワイヤ１８で接続されている。従って、本実施形態の場合、各半導体発光素子１１は電気的に直列に接続されている。

以上のように素子部反射層４が被着された素子取付け部３を有した装置基板２、光を反射させる導体カバー層８ｃを有した導体８付きの絶縁層５、半導体発光素子１１、ボンディングワイヤ１７、及び端部ボンディングワイヤ１８によって、照明装置１の面状発光源が形成されている。

リフレクタ２０は、一個一個又は数個の半導体発光素子１１毎に個別に設けられるものではなく、絶縁層５上の全ての半導体発光素子１１を包囲する単一のものであり、枠、例えば図１に示すように長方形をなす枠で形成されている。リフレクタ２０は絶縁層５に接着されている。電線接続部９の一部は電線を接続するためにリフレクタ２０の外に位置されている。リフレクタ２０の内周面は光反射面となっている。そのために、例えばリフレクタ２０の成形材料である合成樹脂中には酸化アルミニウム等の白色粉末が混入されている。

封止部材２２は、リフレクタ２０内に注入して固化されていて、前記面状発光源のリフレクタ２０内に位置された殆どの部分を埋めている。この封止部材２２は、透光性材料例えば透明シリコーン樹脂からなり、その内部には必要により蛍光体が混入されている。本実施形態では半導体発光素子１１が青色発光をするので、この青色の光と補色の関係にある黄色の光を放射する蛍光体(図示しない)が、好ましくは略均一に分散した状態で混入されている。

この組み合わせにより、照明装置１の点灯により半導体発光層１３から放出された青色の光の一部が蛍光体に当たることなく封止部材２２を通過する一方で、青色の光が当たった蛍光体が、青色の光で励起されて黄色の光を放射し、この黄色の光が封止部材２２を通過するので、これら補色関係にある二色の混合によって照明装置１は白色光を得て照明することができる。

以上の構成の照明装置１は、各半導体発光素子１１に通電して、これらの半導体発光素子１１の半導体発光層１３を発光させることにより図２中矢印方向に光を取出して照明を行う。

この照明装置１が備える各半導体発光素子１１は全方向に光を放射するが、取分け、半導体発光層１３を基準として表方向つまり装置基板２とは反対側の光の取出し方向に放射される光の強度よりも、裏側つまり装置基板２に向けて放射される光の強度の方が強い。

そして、裏方向に放射された光の多くは、透光性の素子基板１２及びダイボンド材１６を通って９０％以上の光反射率を有したＡｇメッキ層からなる素子部反射層４に入射し、この素子部反射層４で光の取出し方向に反射される。これとともに、半導体発光素子１１から側方に放射された光の内で、導体８の表面に直接的に入射した光、及び、封止部材２２中の蛍光体が青色の光で励起されることによってこの蛍光体から放射された光の内で、導体８の表面に間接的に入射した光は、導体８で光の取出し方向に反射される。

ところで、素子部反射層４は３μｍ以上の厚みのＮｉ製のバリア層４ａを有し、このバリア層４ａは、Ｃｕ製の素子取付け部３と素子部反射層４のＡｇ製のカバー層４ｂとの間に介在している。同様に、導体８は３μｍ以上の厚みのＮｉ製の導体バリア層８ｂを有し、この導体バリア層８ｂは、Ｃｕ製の導体ベース８ａとＡｇ製の導体カバー層８ｃとの間に介在している。

そのため、照明装置１の製造において素子取付け部３上に半導体発光素子１１をダイボンドする加熱工程で、素子取付け部３をなしたＣｕがＡｇ製のカバー層４ｂに拡散し、このカバー層４ｂが不純化されることを、バリア層４ａによって抑制でき、同様に、導体ベース８ａをなしたＣｕがＡｇ製の導体カバー層８ｃに拡散し、この導体カバー層８ｃが不純化されることを、導体バリア層８ｂによって抑制できる。

これにより、素子部反射層４が有したＡｇ製のカバー層４ｂ、及び導体８が有したＡｇ製の導体カバー層８ｃが、褐色に変色することがなくなり、初期の銀色を呈した状態、即ち、Ｃｕ製の素子取付け部３及び導体ベース８ａの反射率よりも高い反射率例えば９０％以上の反射率を維持できる。

したがって、前記構成の照明装置１によれば、点灯時に、素子部反射層４及び導体８に入射された光を、光の取出し側に反射させる設計通りの反射性能が確保されるので、高い効率で光を取出すことができる。

しかも、バリア層４ａ及び導体バリア層８ｂの採用によって、それらの上に形成されるＡｇ製のカバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃの厚みが0.5μｍ〜1.0μｍと薄いにも拘らず、既述のようにＡｇ製のカバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃの反射性能が低下することを抑制できる。更に、点灯時にＡｇが析出するイオンマイグレーション現象を生じたとしても、Ａｇ製のカバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃが薄いので、言い換えれば、カバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃをなすＡｇの量が僅少であるので、析出したＡｇが近くの金属に向かって延び難くなるに伴い、イオンマイグレーションを原因とする短絡の発生を遅らせることができる。そして、無電解メッキにより形成されたＡｇ製のカバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃの厚みは、1.0μｍが限界であり、又、カバー層４ｂ,８ｃを0.5μｍ未満とすると、これらの透明化が進行して所定の高反射性能を維持できなくなる。

なお、バリア層４ａ及び導体バリア層８ｂの厚みが３μｍ未満であると、以下の点で不利である。３μｍ未満の厚みのバリア層４ａ及び導体バリア層８ｂは、その各部の厚みがばらつき易いので、これらバリア層４ａ及び導体バリア層８ｂ上にカバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃを無電解メッキにより被着させる際に、酸性の処理液によってバリア層４ａ及び導体バリア層８ｂの厚みが薄い部分が溶かされて、この溶かされた部分でカバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃがＣｕの層に接して形成される現象が起こり易い。これにより、バリア層４ａ及び導体バリア層８ｂによるＣｕの拡散抑制が部分的に欠損した状態となるので、カバー層４ｂ及び導体カバー層８ｃでの光反射性能が低下する。

しかも、前記現象により、Ｃｕ製の素子取付け部３に対するバリア層４ａの接着面積及び導体ベース８ａに対する導体バリア層８ｂの接着面積が減るので、それらが接着している境界面での接着強度が低下して、バリア層４ａ及び導体バリア層８ｂが剥がれる恐れが高められる。

又、既述のように素子部反射層４のＡｇ製のカバー層４ｂの表面粗さは、このカバー層４ｂに入射した光を主に拡散反射するように形成されているので、以下の点で優れている。

このカバー層４ｂでの光の反射は、光の取出し方向に正反射（直線反射ともいう）される光成分が少なく、光の取出し方向に拡散反射される光成分が多い。これにより、半導体発光素子１１の電極１４，１５の直下に位置した部位からこの部位に対して直角となるように裏側に直進して放出された青色の光の内で、カバー層４ｂで直線反射されることで、その反射方向に位置した電極１４，１５により遮光される光量が減るとともに、カバー層４ｂで拡散反射されることで、電極１４，１５に遮られることなく光の取出し方向に反射される光量が増加する。即ち、電極１４，１５による光の損失が抑制されるので、半導体発光素子１１から放出されて図２中矢印方向に取出される光の取出し効率が向上されるので、被照射対象を照らす明るさを向上できる。

加えて、前記照明装置１では、半導体発光素子１１の裏側方向に放射された光の一部、及び封止部材２２内の蛍光体から放射された光の一部は、白色の絶縁層５に入射し、この絶縁層５で光の取出し方向に反射される。加えて、導体８と逃げ孔６との間おいて絶縁層５の露出面５ａを設けたので、逃げ孔６の周辺は、その周方向に沿って途切れることなく連続した白色反射面とみなすことができ、そこに入射した光を、光の取出し方向に反射させることができる。したがって、これらの反射においても照明装置１の光の取出し効率を向上できる。

又、Ｎｉ製の導体バリア層８ｂの厚みを３μｍ以上として既述のように導体カバー層８ｃへのＣｕの拡散を抑制したので、ボンディングワイヤ１７と導体カバー層８ｃの接続部にＣｕ存在しておらず、それにより、ボンディングワイヤ１７の導体８に対する接続強度を向上できた。このことは、次に実験により確かめることができた。

実験は、導体ベース上に電解メッキによるＡｇの導体カバー層を２μｍの厚みで形成した第１サンプルと、導体ベース上に無電解メッキによるＡｇの導体カバー層を0.7μｍの厚みで形成した第２サンプルと、導体ベース上に無電解メッキによるＮｉ製のバリア層を４μｍの厚みで形成し、更にこの上に無電解メッキによるＡｇの導体カバー層を0.7μｍの厚みで形成した第３サンプルを用意し、夫々のサンプルに金の細線からなるボンディングワイヤをワイヤボンディングにより接続した上で、このボンディングワイヤに引張り力を加えて、導体カバー層からボンディングワイヤが剥がれる力（これをワイヤプル強度と称する。）を測定した。その結果、第１サンプルのワイヤプル強度は平均で3.9ｇであり、第２サンプルのワイヤケーブル強度は平均で4.59ｇであったのに比較して、第３サンプルのワイヤプル強度は平均で7.6ｇであった。

又、照明装置１の点灯時に各半導体発光素子１１は発熱する。この熱は、実質的に熱抵抗とはならないほど薄いダイボンド材１６を通ってから、金属製の薄い素子部反射層４を経て装置基板２の素子取付け部３に円滑に伝えられて、装置基板２の熱はこの装置基板２の裏面２ｂから外部に放出される。そのため、各半導体発光素子１１の温度上昇が効果的に抑制され、各半導体発光素子１１の温度を設計通りに維持できるに伴い、各半導体発光素子１１の発光効率の低下と、各半導体発光素子１１が発する光量のばらつきが抑制され、その結果として、各半導体発光素子１１から取出される光の色むらを抑制できる。

図６〜図８を参照して本発明の第２実施形態を説明する。この説明において、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実施形態は、Ｃｕ製の素子取付け部材が装置基板に形成されたものではなく、導体を兼ねている点が第１実施形態とは異なる。

即ち、装置基板２は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製であって、素子取付け部を有さない平板からなる。図７に示すように装置基板２の一面に絶縁層５が積層されている。絶縁層５は白色系を呈する電気絶縁材である樹脂材料例えばガラスエポキシ樹脂板で作られているが、装置基板２が素子取付け部を有さない関係で、この絶縁層は素子取付け部が通る逃げ孔を有することなく形成されている。

絶縁層５の上に素子取付け部材を兼ねる複数の導体２８が、所定のパターン例えば縦横に整列したパターン、具体的には図６に示すように絶縁層５の長手方向に所定間隔毎に点在して二列形成されている。これら導体２８は、半導体発光素子１１の長辺の長さより数倍長い長辺を有した長方形をなしていて、その長手方向一端部側部位が素子取付け部２８ａ（図７参照）として利用されるとともに、長手方向他端部側部位が導体部２８ｂ（図７参照）として利用される。

各導体２８は、導体ベース２８ｃ上に薄膜からなる素子部反射層２９を被着して形成されている。導体ベース２８ｃはＣｕからなり、絶縁層５上にエッチング処理等により設けられていて、その厚みＦは例えば３５μｍである。素子部反射層２９は、図８に示すようにバリア層２９ａと、カバー層２９ｂとから形成されている。

バリア層２９ａは、導体２８をなしたＣｕがカバー層２９ｂに熱拡散することを抑制するものであって、Ｎｉを導体２８の表面に無電解メッキで積層することにより設けられている。このバリア層２９ａの厚みＧは、３μｍ以上とすることが好ましく、本実施形態では４μｍである。

カバー層２９ｂは、バリア層２９ａ上にＡｇを無電解メッキで積層することにより設けられている。Ａｇ製のカバー層２９ｂは反射面を形成している。カバー層２９ｂは、導体ベース２８ｃをなしたＣｕの反射率よりも高い反射率、例えば９０％以上の光反射率を有している。カバー層２９ｂの厚みＨは、バリア層２９ａより薄く、例えば0.5μｍ以上1.0μｍ以下である。

各導体２８の素子取付け部２８ａ上にダイボンド材１６を用いて半導体発光素子１１がダイボンドされている。導体２８の導体部２８ｂは、半導体発光素子１１に覆われることなく、半導体発光素子１１の側方に位置されている。

半導体発光素子１１同士を直列に接続するためのボンディングワイヤ１７の一端は電極１４又は電極１５に接続され、他端は導体部２８ｂに接続されている。詳しくは、図７に示すように一方のボンディングワイヤ１７は、全体が一個の導体２８に投影される状態に配設されていて、その一端が前記一個の導体２８に固定された半導体発光素子１１の電極１４に接続され、他端が前記一個の導体２８の導体部２８ｂに接続されている。他方のボンディングワイヤ１７は、隣接した二個の導体２８にわたる状態に配設されていて、その一端が前記一個の導体２８に固定された半導体発光素子１１の電極１５に接続され、他端が前記一個の導体２８に隣接した他の導体２８の導体部２８ｂに接続されている。

第２実施形態の照明装置は、以上説明した点以外は第１実施形態の照明装置１と同じである。そのため、第２実施形態においても、半導体発光素子１１から放射された光を光の取出し方向に反射する導体２８のＡｇ製のカバー層２９ｂと導体ベース２８ｃとの間にＮｉ製のバリア層２９ａが介在しているので、カバー層２９ｂが導体ベース２８ｃをなしたＣｕにより不純化されないようにできる。したがって、半導体発光素子１１から放射された光を光の取出し方向に反射する性能の低下を抑制して、設計通りの効率で光を取出すことができる。

図９〜図１２を参照して本発明の第３実施形態を説明する。この説明において、第２実施形態と同じ構成については、第２実施形態と同じ符号を付してその説明を省略するとともに、必要により第２実施形態を説明した図を参照する。

第３実施形態では、図１に示したように装置基板２及びこの一面に積層された絶縁層５によって、図９及び図１０に示すように略八角形状をなした板体が形成され、この板体の周部に取付け溝１ａが間隔的例えば９０度毎に間隔を置いて設けられている。取付け溝１ａの夫々には、照明装置１を被設置部材に固定するねじが通される。又、図９に示すようにリフレクタ２０は、前記板体より小さく、かつ、この板体の外周形状と略相似形に形成されていて、絶縁層５上に固定されている。

図１０に示すように絶縁層５上に設けられた複数例えば２８個の導体２８は、略碁盤の目のように縦横に密集した形態に形成されているとともに、一つの補助導体３０が絶縁層５上に設けられている。各導体２８は素子取付け部材を兼ねている。

更に、絶縁層５上には、導体２８群を囲むように配置されたマイナス極パターン３１、プラス極パターン３２、第１の部品取付け用パターン３３、第２の部品取付け用パターン３４、及び中継パターン３５が設けられているとともに、マイナス極パターン３１の一端及びこれに並べられたプラス極パターン３２の一端の近傍に位置して第３の部品取付け用パターン３６が一対設けられている。

マイナス極パターン３１は、図１０において右下端に位置された導体２８に一体に連続されているとともに、この導体２８から遠ざかる方向に延びて第１の取付け用パターン３３の近くに配置された延出端３１ａを有している。プラス極パターン３２は、図１０において左下端に位置された導体２８に一端に連続されているとともに、第２の部品取付け用パターン３４の近くに配置された延出端３４ａを有している。

絶縁層５上には、マイナス極パターン３１の一端、これに並べられたプラス極パターン３２の一端、及び第３の部品取付け用パターン３６にわたって、図示しない点灯回路に電気的に接続される給電用のコネクタ３７（図９参照）が実装されている。更に、延出端３１ａと第１の部品取付け用パターン３３とにわたって保護用の回路部品３８（図９参照）が実装されているとともに、第１の部品取付け用パターン３３と中継パターン３５の一端にわたって保護用の回路部品３９（図９参照）が実装されている。同様に、延出端３４ａと第２の部品取付け用パターン３４とにわたって保護用の回路部品４０（図９参照）が実装されているとともに、第２の部品取付け用パターン３４と中継パターン３５の他端にわたって保護用の回路部品４１（図９参照）が実装されている。コネクタ３７及び各回路部品３８〜４１の夫々は、いずれもリフレクタ２０の外側に配設されている。

半導体発光素子１１は、図１０に示すように各導体２８に複数個ずつ例えば３個ずつダイボンディングされている。図１２に示すように半導体発光素子１１が有したマイナス側の電極１４の形状は平面視Ｄの字状であり、同半導体発光素子１１が有したプラス側の電極１５の形状は平面視円形状であり、そして、前記３個の半導体発光素子１１は、それらの電極１４（又は電極１５）が一定間隔で配設されるように並べて同じ導体２８上に実装されている。なお、これら３個の半導体発光素子１１の配設ピッチは例えば1.2ｍｍである。

次に、同じ導体２８上に実装された３個の半導体発光素子１１と、これらに接続されたボンディングワイヤ１７との関係を図１２で代表して説明する。

３個の半導体発光素子１１のマイナス側の電極１４に夫々一端が接続された３本のボンディングワイヤ１７は、３個の半導体発光素子１１が実装された一個の導体２８に投影される状態にあって、これら３本のボンディングワイヤ１７の他端は前記一個の導体２８に接続されている。３個の半導体発光素子１１のプラス側の電極１５に夫々一端が接続された３本の他のボンディングワイヤ１７は、電極１４に接続されたボンディングワイヤ１７とは反対方向に延びて設けられていて、同方向に隣接した導体２８にわたる長さを有しているとともに、この隣接した導体２８に接続されている。

なお、図１０中右上部に配設されている二つの導体２８に夫々実装された半導体発光素子１１のプラス極の電極１５に接続された他のボンディングワイヤ１７は、前記補助導体３０に接続される。それにより、図１０中右上部に配設された二つの導体２８に夫々実装された半導体発光素子１１同士を直列に接続する配線が、補助導体３０を経由して折り返された態様となっている。又、こうした配線の折り返しを他の箇所で実現するために、該等位置の導体２８の夫々には補助電極相当部２８ｄが一体に延出して設けられている。

以上のようにボンディングワイヤ１７が配設されることによって、密集状態に配設されている２８個の導体２８は直列に接続されているとともに、各導体２８に実装された３個の半導体発光素子１１は並列に接続されている。したがって、第３実施形態の照明装置１の電気的構成は所謂２８直列３並列になっている。

第３実施形態の照明装置は、以上説明した点以外は第２実施形態の照明装置１と同じである。そのため、第３実施形態においても、半導体発光素子１１から放射された光を光の取出し方向に反射する導体２８のＡｇ製のカバー層２９ｂ（図８参照）と導体ベース２８ｃ（図８参照）との間にＮｉ製のバリア層２９ａ（図８参照）が介在しているので、カバー層２９ｂが導体ベース２８ｃをなしたＣｕにより不純化されないようにできる。したがって、半導体発光素子１１から放射された光を光の取出し方向に反射する性能の低下を抑制して、設計通りの効率で光を取出すことができる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置を一部切欠いて示す正面図。 図１の照明装置の一部を拡大して示す断面図。 図２に示された部分を封止部材が除かれた状態で示す正面図。 図１の照明装置の素子取付け部とこれに被着された素子部反射層の一部を拡大して示す断面図。 図１の照明装置の絶縁層とこれに装着された導体の一部を拡大して示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る照明装置を一部切欠いて示す正面図。 図６の照明装置の一部を拡大して示す断面図。 図６の照明装置の絶縁層とこれに装着された導体の一部を拡大して示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る照明装置を示す正面図。 図９の照明装置の回路パターンを示す正面図。 図９の照明装置の一部を拡大して示す断面図。 図１０の回路パターンの一部の拡大図。

符号の説明

１…照明装置、２…装置基板（素子取付け部材）、３…素子取付け部、４…素子部反射層、４ａ…バリア層、４ｂ…カバー層、５…絶縁層、８…導体、８ａ…導体ベース、８ｂ…導体バリア層、８ｃ…導体カバー層、１１…半導体発光素子、１２…素子基板、１３…半導体発光層、１４，１５…電極、１６…ダイボンド材、１７…ボンディングワイヤ、２２…封止部材、２８…導体（素子取付け部材）、２８ａ…素子取付け部、２８ｂ…導体部、２８ｃ…導体ベース、２９…素子部反射層、２９ａ…バリア層、２９ｂ…カバー層

Claims (4)

1. 素子取付け部を有するＣｕ製の素子取付け部材と；
   前記素子取付け部に積層されたバリア層、及びこのバリア層に積層されて前記素子取付け部をなしたＣｕの反射率よりも高い反射率を有したＡｇ製のカバー層を備えてなり、このカバー層への前記素子取付け部をなしたＣｕの拡散を前記バリア層で抑制する素子部反射層と；
   透光性の素子基板の一面に半導体発光層を有する半導体発光素子と；
   前記素子基板の他面を前記素子部反射層のカバー層に接着して前記半導体発光素子を前記素子取付け部にダイボンドした透光性のダイボンド材と；
   前記半導体発光素子にボンディングワイヤを介して電気的に接続された導体であって、前記素子取付け部材とは別に設けられ或いは前記素子取付け部材を兼ねた前記導体と；
   前記半導体発光素子を封止して設けた透光性の封止部材と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。
2. 前記バリア層が３μｍ以上の厚みに形成されたＮｉ製であるとともに、Ａｇ製の前記カバー層の厚みが0.5μｍ以上1.0μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記素子取付け部材とは別に設けられた前記導体が、Ｃｕ製の導体ベースに導体部反射層を被着してなるとともに、前記導体部反射層が、前記導体ベースに積層された導体バリア層、及びこの導体バリア層に積層されて前記導体ベースをなしたＣｕの反射率よりも高い反射率を有したＡｇ製の導体カバー層とからなり、前記導体バリア層で前記導体カバー層への前記導体ベースをなしたＣｕの拡散を抑制することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記導体バリア層が３μｍ以上の厚みに形成されたＮｉ製であるとともに、Ａｇ製の前記導体カバー層の厚みが0.5μｍ以上1.0μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。

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