JP2012004412A - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子が実装された絶縁性の長尺基板の裏面側に放熱層が形成された場合でも温度変化に伴う基板の反りが発生しにくい照明装置を実現する。
【解決手段】
絶縁性の基板１０と、この基板１０の表面側に実装された複数の発光素子１１と、基板１０の裏面側に基板の長手方向と直交する方向に分断されて複数の領域に分けて形成された金属製の放熱層４６とを具備している。放熱層４６が基板１０の長手方向と直交する方向に分断されているので、製造時および使用時の温度上昇に伴う基板１０の反りや変形を抑制できる。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、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。

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。この照明装置としては、絶縁性の回路基板の表面側に複数の発光素子が実装され、裏面側に金属製の放熱層が形成されたものが知られている。（特許文献１参照）。

特開２００９−５９８８３号公報

照明装置の形状を例えば線状光源に近付けようとした場合に回路基板を長尺状に設計することがある。回路基板が長尺状になると、裏面側の放熱層も基板長手方向の寸法が長い偏平な長尺形状となる。一般に、絶縁性基板を形成する絶縁性材料と放熱層を形成する金属材料とは熱膨張係数の差が大きく、照明装置の製造時および使用時の温度上昇に伴って放熱層が長手方向に伸びる方向に基板が変形して反ってしまうことがある。このような基板の反りは、製造時においては部品の取付精度や加工精度に影響を及ぼし、使用時においては基板の取付部や放熱部の位置ずれや強度劣化につながりやすく、結果的に製品の信頼性が低下するため好ましくない。

このように、裏面側に放熱層が形成された絶縁性の基板を長尺状に設計した場合であっても、温度変化に伴う基板の反りが発生しにくい照明装置を実現する必要がある。

絶縁性の基板と、この基板の表面側に実装された複数の発光素子と、基板の裏面側に基板の長手方向と直交する方向に分断されて複数の領域に分けて形成された金属製の放熱層とを具備している。

発光装置の基板の裏面側に形成された金属製の放熱層が基板長手方向と直交する方向に分断されて複数の領域に分けて形成されていることにより、温度変化に伴う基板の反りが発生しにくくなる。

本発明の第１の実施形態の発光装置を表面側から見て示す平面図である。 同基板における配線パターン及び接続パターンを示す平面図である。 基板における接続パターンを除去し、発光素子を実装した状態を示す平面図である。 図３に示す状態に蛍光体層を塗布した状態を示す平面図である。 基板の裏面側を示す平面図である。 図４におけるＹ−Ｙ線に沿う模式的断面図である。 図４におけるＸ−Ｘ線に沿う模式的断面図である。 発光素子の接続状態を示す結線図である。 発光装置を配設した天井直付タイプの照明装置を示す斜視図である。

本発明の実施形態について説明する。

本実施形態の発光装置は、絶縁性の基板と、この基板の表面側に実装された複数の発光素子と、基板の裏面側に基板の長手方向と直交する方向に分断されて複数の領域に分けて形成された金属製の放熱層とを具備していることを特徴としている。

また、複数の発光素子は、基板表面側に形成された複数の実装パッドに複数個の実装されており、放熱層はこの複数の実装パッドのそれぞれに対応するように裏面側に区画されて実装パッド毎に領域が形成されていることを特徴としている。

さらに、本実施形態の照明装置は、装置本体と装置本体に配設された発光装置とを具備することを特徴としている。

絶縁性の基板の材料には、ガラスエポキシ樹脂、紙フェノールやセラミックス材料又は他の合成樹脂材料を適用できる。基板の形状は、一方向の寸法が長い偏平な基板形状であれば格別限定されないが、量産工程を考慮すれば短冊状等の矩形状が好適である。

発光素子とは、ＬＥＤ等の固体発光素子である。また、発光素子の実装個数は複数であれば特段制限はない。また、発光素子がＬＥＤの場合、フェイスアップタイプやフリップチップタイプのものが適用できる。

放熱層は基板の裏面側に直接または間接的に形成された金属製の薄膜層であり、めっき、転写、エッジング、蒸着等によって形成されている。放熱層は、基板の裏面側に複数の領域に分けて形成されており、各領域間は連続することなく分断されている。放熱層の形成領域を分断する方向は少なくとも基板の長手方向と直交する方向である。

複数の発光素子は、基板表面側に形成された複数の実装パッド毎に実装されていてもよい。この場合、放熱層は複数の実装パッドのそれぞれに対応するように裏面側に区画し、実装パッド毎に領域が形成することが好ましい。

照明装置には、光源や屋内又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等が含まれる。

以下、本実施形態について、図１乃至図９を参照して説明する。図１乃至図８は、発光装置１を示しており、図９は、この発光装置１を用いた照明装置２０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、図１に示すように、基板１０と、複数の発光素子１１と、各発光素子１１を覆う蛍光体層１２とを備えている。

基板１０は、ガラスエポキシ樹脂等の材料で細長の長方形状に形成されている。長さ寸法は、２３０ｍｍであり、幅寸法は、３５ｍｍである。基板１０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、１ｍｍのものを適用している。

基板１０の形状は、一方向に長い寸法形状であれば長方形状に限らない。また、基板１０の材料には、絶縁性のセラミックス材料又は他の合成樹脂材料を適用できる。

基板１０の対向する長辺の外縁部には、基板１０取付用の複数の表裏貫通部４０が形成されている。この表裏貫通部４０は、外側に開放する円弧状の切欠き部であり、発光装置１を照明装置の本体に取付ける場合に用いられる。具体的には、固定手段である取付ねじ４１の軸部が切欠き部を貫通して、照明装置の本体側にねじ込まれ、頭部が切欠き部の上縁に引っ掛かって固定され、発光装置１が取付けられる。また、基板１０の表面側には、後述する接続パターン１４を除去した後の溝部１４１が形成されている。

さらに、基板１０の表面側には、電源側と接続される電源コネクタ４２、この発光装置１を複数接続して照明装置を構成する場合に用いられる接続コネクタ４３、点灯回路にノイズが重畳されることによる発光素子１１の誤点灯を防止するためのコンデンサＣが実装されている。

図２乃至図４、図６及び図７に示すように、基板１０上には、配線パターン１５が形成されている。配線パターン１５は、複数の発光素子１１が配設され複数長手方向に並べられた実装パッド１５ａと、これら実装パッド１５ａを電気的に接続する給電導体１５ｂと、給電端子１５ｃとから構成されている。

一つの実装パッド１５ａは、基本的には、略長方形状をなしていて、一側辺から長手方向に２本の細幅の給電導体１５ｂ1が延出している。この給電導体１５ｂ1には、その延出方向と直交する方向に複数、具体的には、６個の凸状の給電子１５ｂ2が形成されている。

一方、実装パッド１５ａの長辺及び中央部には、隣接する実装パッド１５ａの給電導体１５ｂ1が絶縁間隔を空けて挿入され、さらに、前記給電子１５ｂ2が挿入される挿入凹部１５ｂ3が形成されている。このような実装パッド１５ａが順次反転された形態で組み合わされ長手方向に並べられてパターンが形成されている。

図６及び図７に示すように、配線パターン１５及び接続パターン１４は、三層構成であり、基板１０の表面上に第一層１５１として銅（Ｃｕ）、第二層１５２としてニッケル（Ｎｉ）が電解めっき処理されており、第三層１５３には、反射率の高い銀（Ａｇ）が電解めっき処理されている。配線パターン１５の第三層１５３、すなわち、表層は、いずれも銀（Ａｇ）めっきが施されて反射層が形成されており、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１５２のニッケル（Ｎｉ）の膜厚は、５μｍ以上、第三層１５３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１０の表層には、発光素子１１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４５が積層されている。したがって、図２乃至図４においては、説明上、配線パターン１５等を表わしているが、白色のレジスト層４５が形成されている場合は、実際には、配線パターン１５等は視覚的には見えにくくなっている。

複数の発光素子１１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１６を用いて、実装パッド１５ａ上に接着されている。

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。これら、電極は、ボンディングワイヤ１７によって配線パターン１５上に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１７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を介して接続されている。

図３に代表して示すように、複数の発光素子１１は、実装パッド１５ａの給電子１５ｂ2に対応して実装パッド１５ａ上に接着されている。一つの実装パッド１５ａには、発光素子１１は、図示上、上下に６個ずつ設けられて合計１２個設けられている。これら発光素子１１は、長手方向に並べられた複数の実装パッド１５ａに設けられていて、複数の列を形成するように並べられて発光素子列を形成している。具体的には、長手方向に２列の発光素子列を形成している。

また、実装パッド１５ａの給電子１５ｂ2は、隣接する実装パッド１５ａの挿入凹部１５ｂ3に挿入されるようになっているので、発光素子１１を実装パッド１５ａの中央部に配置することができ、発光素子１１から発生する熱を実装パッド１５ａを通じて効果的に放熱させることができる。

このように配設された各発光素子１１は、例えば、プラス側電源から実装パッド１５ａ、ボンディングワイヤ１７を介して発光素子１１のプラス側電極、発光素子１１のプマイナス側電極からボンディングワイヤ１７を介して隣接する実装パッド１５ａの給電子１５ｂ2へと順次接続され、各発光素子１１に給電されるようになっている。したがって、本実施形態では、ボンディングワイヤ１７は、発光素子列が延びる方向と直交する方向に配設されている。

以上のように接続された発光素子１１は、図８に示すような接続状態となっている。つまり、発光素子１１が１２個並列に接続された９個の並列回路が直列に接続されている。また、誤点灯を防止するためのコンデンサＣが各並列回路及び前記直列接続回路の両端に接続されている。

蛍光体層１２は、透光性合成樹脂、例えば、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ている。蛍光体層１２は、複数の凸状蛍光体層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１１を発光素子１１ごとに被覆する単位蛍光体層１２ａの集合から構成されている。単位蛍光体層１２ａは、山形の形状をなしていて、円弧状の凸状をなし、その裾部において隣接する単位蛍光体層１２ａと連なるように連続部１２ｓが形成されている（図７参照）。したがって、図１、図４、図６及び図７に示すように、前記発光素子列に沿って複数の列を形成して、すなわち、２列に形成されており、各発光素子１１、ボンディングワイヤ１７を被覆し封止している。

蛍光体は、発光素子１１が発する光で励起されて、発光素子１１が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子１１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。

蛍光体層１２は、未硬化の状態で各発光素子１１、ボンディングワイヤ１７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て設けられている。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１１、ボンディングワイヤ１７に対応して滴下して供給する。図７に代表して示すように、この滴下された状態において、単位蛍光体層１２ａ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への拡散を伴って隣接する単位蛍光体層１２ａの相互が連なるように連続部１２ｓが形成される。したがって、各単位蛍光体層１２ａは、連続部１２ｓによっ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、隣接する単位蛍光体層１２ａと連なるように連続部１２ｓが形成され、その後、樹脂材料の拡散を伴って連続部１２ｓの領域が増加する形態であってもよいし、透明シリコーン樹脂材料を滴下した当初は、連続部１２ｓは形成されないが、その後、樹脂材料の流動性による拡散で連続部１２ｓが形成される形態であってもよい。これらは、透明シリコーン樹脂材料の粘度や量を調整することによって行うことができる。

さらに、上記構成では、凸状蛍光体層としての単位蛍光体層１２ａによって、個々の発光素子１１を発光素子１１ごとに被覆する場合について説明したが、例えば、２個や３個の複数の発光素子１１をその複数の発光素子１１ごとに被覆するように形成してもよい。また、凸状蛍光体層から構成される蛍光体層１２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、凸状蛍光体層の裾部が連なって形成できれば、他の方法を適用してもよい。

図５乃至図７に示すように、基板１０の裏面側には、銅箔からなる放熱層４６のパターンが全面に亘って形成されている。この放熱層４６のパターンは、表面側の実装パッド１５ａと対応するように縦横１８個の領域に分断されて形成されている。具体的な放熱層４６の形成領域の分断の方向は、基板１０の長手方向と直交する方向に九等分、基板１０の短手方向に二等分であり、それぞれの領域間に放熱層４６が存在しないスリット状の間隙からなるライン状分断部４６ａが形成されている。このライン状分断部４６ａは、基板１０と放熱層４６との熱膨張を吸収するように作用する。したがって、あまり大きく形成する必要はなく、0.1〜2.0mm程度の幅で十分である。放熱層４６の各領域間に途中までスリットを形成して一部が互いに繋がった形状としても熱膨張を若干吸収できるが、繋がった部分と分断された部分との間で変形度合いに差が生じ、基板に歪が発生するおそれがあることから、放熱層４６は連続することなく完全に分断されている。

このような構成によって、基板１０全体の均熱化を図ることができ放熱性能を向上できるとともに、特に、基板１０の長手方向と直交するライン状分断部４６ａによって発光装置１の製造時および使用時の温度上昇に伴う基板１０の熱による反りや変形を抑制できる。なお、放熱層４６には、レジスト層が積層されている（図６参照）。

また、放熱層４６の形成領域が複数の実装パッド１５aのそれぞれに対応するように裏面側に区画し、実装パッド１５ａ毎に形成されているので、各実装パッド１５ａに実装された発光素子１１からの発生熱が実装パッド１５ａ毎に区画された放熱層４６にそれぞれ伝熱されて均一に放熱される。これにより、放熱ムラがなく、発光素子１１の寿命特性や発光ムラが解消される。

次に、上記のように構成された発光装置１について製造工程の概略を図２乃至図４を参照して説明する。図２に示すように、基板１０の表面側には配線パターン１５及び接続パターン１４が形成されている。配線パターン１５及び接続パターン１４は、三層構成であり、配線パターン１５は、各発光素子１１に電力を供給するための給電路として機能し、接続パターン１４は、第一層１５１の銅（Ｃｕ）パターンに、第二層１５２のニッケル（Ｎｉ）、第三層１５３の銀（Ａｇ）を電解めっきする際に、各実装パッド１５ａの部分を同電位にするための接続路として機能する。

配線パターン１５及び接続パターン１４の形成工程においては、基板１０の表面上に第一層１５１として銅（Ｃｕ）パターンが形成される。次いで、第二層１５２としてニッケル（Ｎｉ）、第三層１５３として銀（Ａｇ）が電解めっき処理される。

次いで、このように配線パターン１５及び接続パターン１４が形成された基板１０において、図３に示すように、接続パターン１４を除去する。例えば、ルーターやトリマー等を用いて基板１０表面上の接続パターン１４を削り取る。したがって、各実装パッド１５ａと接続パターン１４との電気的接続は遮断されるようになる。接続パターン１４を削り取った後には、痕跡として長手方向に直線状で断面凹状の溝部１４１が形成される。

続いて、配線パターン１５の実装パッド１５ａ上に、複数の発光素子１１を発光素子列を形成するように実装し、その上を図４に示すように、単位蛍光体層１２ａによって各発光素子１１を覆って封止し、列を形成するように蛍光体層１２を形成する。

次に、図９を参照して上述の発光装置１を配設した照明装置２０について説明する。図においては、天井面に設置して使用される天井直付タイプの照明装置２０を示している。照明装置２０は、細長で略直方体形状の本体ケース２１を備えており、この本体ケース２１内には、前記発光装置１が複数個、具体的には２個直線状に接続されて配設されている。また、電源回路を備えた電源ユニットは、本体ケース２１に内蔵されている。なお、本体ケース２１の下方開口部には、拡散性を有する前面カバー２２が取付けられている。

上述した構成の発光装置１の作用を説明する。電源回路により通電されると、各発光素

子１１が一斉に点灯されて、発光素子１１から出射される光は、蛍光体層１２を透過して

放射され、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。放熱層４６が基板１０の長手方向と直交する方向に分断されるように複数の領域によって形成されているので、基板１０と放熱層４６との熱膨張を吸収するように作用し、発光装置１の製造時および使用時の温度上昇に伴う基板１０の熱による反りや変形を抑制できる。

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、上記実施形態では、凸状蛍光体層としての単位蛍光体層によって、個々の発光素子を発光素子ごとに被覆する場合について説明したが、複数の発光素子をその複数の発光素子ごとに被覆するように形成してもよい。

照明装置としては、光源、屋内又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等に適用が可能である。

１・・・発光装置、１０・・・基板、１１・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、１５ａ・・・実装パッド、２０・・・照明装置、４６・・・放熱層。

Claims (3)

1. 絶縁性の基板と；
   この基板の表面側に実装された複数の発光素子と；
   基板の裏面側に基板の長手方向と直交する方向に分断されて複数の領域に分けて形成された金属製の放熱層と；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
2. 前記複数の発光素子は、基板表面側に形成された複数の実装パッドに複数個の実装されており、前記放熱層はこの複数の実装パッドのそれぞれに対応するように裏面側に区画されて前記実装パッド毎に領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 装置本体と；
   装置本体に配設された請求項１又は請求項２に記載の発光装置と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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