JP2008166081A - 照明装置及びこの照明装置を備えた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子及び導体とボンディングワイヤとの接合部に対する点灯に伴う負荷を低減するとともに、ワイヤボンディングに伴う装置基板の変形を抑制する。
【解決手段】照明装置31は、長四角形状の装置基板１、複数の半導体発光素子11、複数の導体８、ボンディングワイヤ17、及び透光性の封止部材22を具備する。装置基板１は放熱面をなす裏面１ｂを有する。放熱面に開放する応力緩和溝１ａを、基板１の長手方向に交差する方向に延ばして設ける。発光素子11を、応力緩和溝１ａに対応して基板１に実装して基板１の長手方向に並べる。導体８を、応力緩和溝１ａ間に対応して基板１に各発光素子11と交互に配設して装置基板１の長手方向に並べる。ボンディングワイヤで装置基板１の長手方向に隣接した発光素子11と導体８とを接続する。封止部材22でボンディングワイヤ17及び発光素子11を封止することを特徴としている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＬＥＤ(発光ダイオード)等の半導体発光素子を発光させて照明をする照明装置、及びこの照明装置を光源部として備える照明器具に関する。

従来、透光性の樹脂内に埋め込まれたＬＥＤからの放熱を促進して、ＬＥＤ出力や発光波長を安定させ、ＬＥＤとしての信頼性向上並びに長寿命化を図るために、複数のＬＥＤが表面実装された基板の裏面に放熱用の溝を設ける技術が知られている。

この技術では、基板の一面に複数の凹部からなる凹部列を互いに平行に形成し、各凹部に個別に実装された発光素子であるＬＥＤを、基板の他面（裏面）に設けた正極及び負極の配線端子に凹部の底面から基板の裏面に達するスルーホールを介して接続し、各ＬＥＤを電気的に接続している。そして、基板の裏面に、前記凹部列の間に夫々位置してこれら凹部列と平行に放熱用の溝を形成し、これらの溝にヒートパープをはめ込んでいる。それにより、ＬＥＤが発生した熱を放熱用の溝からヒートパイプに放出して、高い放熱性を得るように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１９５５７号公報（段落0006,0021−0048、図１−図７）

点灯したＬＥＤからの放熱を促進する工夫があっても、基板の温度はある程度上昇する。それに伴い基板は、その長手方向両端を基準としてこれらの間が基板の一面側に凸となるように反ることがある。しかし、基板の長手方向に直交する方向に並べて配設されたＬＥＤ同士を、基板の裏面で電気的に接続した技術を開示した特許文献１には、基板温度の上昇により基板が反った場合、この反りがＬＥＤ同士の電気的接続にどのような影響に与えるのかということについては開示がない。

ところで、照明装置として、特許文献１に記載されたもの以外に、複数のＬＥＤと導体とを基板の長手方向に交互に並べて、これらを基板の長手方向に延びるボンディングワイヤで電気的に接続するとともに、少なくともボンディングワイヤ及びＬＥＤを透光性樹脂で封止した照明装置が、本発明者等により提案されている。

このような照明装置では、ボンディングワイヤの自由な変形がこのワイヤを埋めた樹脂で妨げられている。そのため、ＬＥＤが点灯して基板温度が上昇することに伴い基板が反った場合に、ＬＥＤ及び導体に対するボンディングワイヤの接合部に負荷が掛かりやすく、それを原因としてＬＥＤの点灯不良を招く恐れが考えられる。

又、ワイヤボンディングをするには、ボンディングツールをある程度の押圧力でＬＥＤの電極及び導体に押付けて接合をするので、この接合に伴って基板が前記押圧力で変形しないように配慮する必要がある。しかし、このような配慮は、ボンディングワイヤを介してＬＥＤと導体を電気的に接続した技術では知られてない。これとともに、そもそもボンディングワイヤを用いて隣接したＬＥＤ同士を電気的に接続するものではない前記特許文献１の技術は、当然のことながら、前記配慮を示唆するものではない。

本発明の目的は、半導体発光素子及び導体とボンディングワイヤとの接合部に対する点灯に伴う負荷を低減できるとともに、ワイヤボンディングに伴う装置基板の変形を抑制できる照明装置及びこの照明装置を備えた照明器具を提供することにある。

請求項１に係る発明の照明装置は、長四角形状であって、放熱面をなす裏面を有し、かつ、前記長四角形状の長手方向に交差する方向に延びる複数の応力緩和溝が前記放熱面に開放して設けられた装置基板と；前記応力緩和溝に対応して前記装置基板に実装され前記装置基板の長手方向に並べられた複数の半導体発光素子と；前記応力緩和溝間に対応して前記装置基板に前記各半導体発光素子と交互に配置されて前記装置基板の長手方向に並べられた複数の導体と；前記装置基板の長手方向に隣接した前記半導体発光素子と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；このボンディングワイヤ及び前記半導体発光素子を封止し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、装置基板には合成樹脂基板や金属ベースド基板などを用いることができる。合成樹脂基板としては、ガラスエポキシ基板を例示できる。金属ベースド基板は、Ｃｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）及びその合金等からなる金属製ベースの一面に合成樹脂製の絶縁層を積層してなる基板である。金属ベースド基板の表面をなす絶縁層及び合成樹脂基板の表面は、半導体発行素子から差し込む光の吸収を抑制して光の取出し効率を高めるために、高い光反射性能を有すると良く、白色を呈することが好ましい。

請求項１の発明で、応力緩和溝の断面の形状は、半円状、コの字状、Ｖ字状、台形状等いかなる形状であってもよい。又、装置基板の長手方向に対して交差する応力緩和溝は、最大９０度の交差角を含めてこの角度にできるだけ近い角度で装置基板の長手方向に交差させて設けると良い。更に、装置基板の長手方向に交差して応力緩和溝が延びるとは、連続して延びていることに制約されず、不連続であっても良い。

請求項１の発明で、半導体発光素子には、例えば青色発光する青色ＬＥＤ、紫外光を発する紫外光ＬＥＤ等を好適に用いることができるが、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤのうちの少なくとも二種のＬＥＤを組み合わせて用いることも可能である。そして、例えば発光源に青色ＬＥＤを用いて白色発光をする照明装置とする場合には、青色の光を吸収し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、或いは紫外光を吸収して赤色の光を放射する蛍光体、紫外光を吸収して緑色の光を放射する蛍光体、及び紫外光を吸収し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。

請求項１の発明で、半導体発光素子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。

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に通電することにより、この素子を発光させ、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。この点灯に伴い装置基板は温度上昇するが、隣接した応力緩和溝間に位置された溝間基板部分の膨張は応力緩和溝で吸収されるので、前記熱膨張により装置基板が反ることを抑制できる。そのため、導体及び半導体発光素子とボンディングワイヤとの接合部に、装置基板の熱膨張に伴って与えられる負荷を低減できる。

更に、装置基板の応力緩和溝が形成された基板部位は薄くなってその強度は低下するが、それ以外の溝間基板部位は十分な厚みがあって強度が低下しない。そして、この強度が維持された溝間基板部位に対応して設けられた導体にボンディングワイヤがワイヤボンディングにより接合されているため、導体へのワイヤボンディングに伴い応力緩和溝を原因として装置基板が変形する恐れがない。又、応力緩和溝により薄くなった基板部位は、そこに実装された半導体発光素子の厚みが加味されているので、半導体発光素子へのワイヤボンディングに伴い応力緩和溝を原因として装置基板が変形する恐れがない。

請求項２の発明の照明装置は、前記応力緩和溝を前記装置基板の長手方向に対して斜め交差させたことを特徴としている。

この発明では、各応力緩和溝を装置基板の長手方向に対して斜め交差させて、隣接した応力緩和溝間の強度が低下しない溝間基板部位が、装置基板の長手方向に関して応力緩和溝で途切れないようにしたので、応力緩和溝を装置基板の長手方向に直交して設けた場合よりも、点灯に伴い装置基板が反ることをより効果的に抑制できる。

請求項３の発明の照明器具は、光源部をなす前記請求項１又は２に記載の照明装置と：この照明装置が備えた装置基板の放熱面に重ねて配置された排熱部材と；前記装置基板の各応力緩和溝に充填されて前記装置基板と前記排熱部材との間の伝熱を担う伝熱部材と；を具備したことを特徴としている。

この発明は、請求項１又は２に記載の照明装置を備えているので、半導体発光素子及び導体とボンディングワイヤとの接合部に対する点灯に伴う負荷を低減できるとともに、ワイヤボンディングに伴う基板の変形を抑制できる。しかも、点灯時の半導体発光素子が発する熱はこの素子に対応した位置の応力緩和溝から排熱部材に放出されるが、応力緩和溝が断熱空間となることはなく、この溝を埋めた伝熱部材を通じて排熱部材に円滑に熱伝導させて放出できるので、半導体発光素子及び装置基板の温度上昇を効果的に抑制できる。

請求項１から３の発明によれば、半導体発光素子及び導体とボンディングワイヤとの接合部に対する点灯に伴う負荷を低減できるとともに、ワイヤボンディングに伴う装置基板の変形を抑制できる照明装置及びこの照明装置を備えた照明器具を提供できる。

図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

図１及び図２中符号３０はＬＥＤパッケージを形成する照明装置を示している。照明装置３０は照明器具３１（図２中参照）の光源部として用いられている。照明装置３０は、照明器具３１が備えた図示しない器具本体にその照射開口に対向して内蔵されていて、点灯されることにより照射開口を通して照明対象に光を照射する。照明器具３１は図２に二点鎖線で示した排熱部材３２を備えている。排熱部材３２は、照明装置３０から放出される熱を受けるものであって、例えばヒートシンク等により構成される。

照明装置３０は、装置基板１と、複数の導体８と、複数のチップ状ＬＥＤ例えば半導体発光素子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１は、照明装置３０として必要とされる発光面積を得るために所定の大きさの長四角形状をなしている。この装置基板１は、金属ベース２の一面に絶縁層５を積層してなる金属ベースド基板からなる。金属ベース２はＣｕからなる。

金属ベース２の後述する素子取付け部３以外の基板主部２ａの厚みは例えば0.25ｍｍである。金属ベース２の裏面からなる装置基板１の裏面１ｂ、つまり、後述の半導体発光素子１１が実装されていない面は、排熱部材３２に面接触する伝熱面として用いられる。

この裏面１ｂに開口して装置基板１に応力緩和溝１ａが複数設けられている。図４に示すように各応力緩和溝１ａは、互いに平行であって、装置基板１の長手方向に例えば直交する方向に延びている。これら応力緩和溝１ａの配設ピッチは装置基板１の長手方向に並べて実装される半導体発光素子１１の配設ピッチに等しい。図２に代表して示すように各応力緩和溝１ａはそれが延びる方向と直交する方向の断面が、装置基板１の裏面１ｂに向けて次第に開く形状、例えばＶ形に形成されていて、後述する素子取付け部３の裏側部位を抉るように設けられている。応力緩和溝１ａの開口幅は後述する素子取付け部３の先端面３ａの直径より小さい。

装置基板１の裏面１ｂとこれに接して配設された排熱部材３２との間には、これらの間の伝熱を担う伝熱部材３３（図２参照）が設けられている。伝熱部材３３は例えばシリコーン樹脂を主剤とするものであって、応力緩和溝１ａに充填されている。

金属ベース２は、これと一体の凸部からなる素子取付け部３を例えば半導体発光素子１１と同数有している。これらの素子取付け部３は各応力緩和溝１ａの真上（図２及び図３において）に位置して基板主部２ａ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て、この先端面３ａに半導体発光素子１１が実装されている。したがって、各半導体発光素子１１は応力緩和溝１ａが形成された位置に対応して装置基板１の表面側に実装されて、装置基板１の長手方向に間隔的に並べられている。

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であってもよく、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３０の全光束を向上させることが可能である。

素子取付け部３はその先端面３ａから金属ベース２の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から金属ベース２の表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。そのため、素子取付け部３の最大径をなす根元部の周面は基板主部２ａとの間に角を作ることなく弧状となって基板主部２ａの表面に連続している。表面素子取付け部３の先端面３ａに光反射層４が被着されている。光反射層４は、Ａｇの薄膜からなり、その厚みは0.003ｍｍ〜0.005ｍｍである。これとともに、Ａｇ製光反射層４の反射率は９０％以上である。

光反射層４を含めた素子取付け部３の高さは、図２において半導体発光素子１１の上面の高さ位置が後述する導体８の高さ位置以上になることを満たせば、基板主部２ａの厚みより低くても差し支えないが、基板主部２ａの厚みと同じかそれ以上の高さとすることが好ましく、本実施形態では絶縁層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0.060ｍｍあればよく、本実施形態では例えば0.25ｍｍにしてある。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は基板主部２ａの表面(一面)に接着剤７を用いて貼り合わせることにより金属ベース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と基板主部２ａとの間に例えば0.005ｍｍ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は金属ベース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。

前記嵌合により絶縁層５が素子取付け部３に当たらないので、絶縁層５が金属ベース２に対して浮くようなことがなく適正に重ね合わされるとともに、金属ベース２に対し絶縁層５が位置決めされる。言い換えれば、凸部からなる素子取付け部３が通る絶縁層５の逃げ孔６によって、金属ベース２へ絶縁層５を接着する際に、この絶縁層５が素子取付け部３に当たらないようにして、金属ベース２に絶縁層５を適正に積層させることができる。

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、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められて固化される。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。

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の基板主部２ａに接着された裏面とは反対側の面にエッチング処理等により形成されている。これらの導体８は、Ｃｕからなり、絶縁層５を基板主部２ａに貼り合わせる前に設けられる。

図１及び図３に示すように各導体８は、装置基板１を平面的に見て応力緩和溝１ａから外れた位置、つまり、応力緩和溝１ａ間に対応して配置されているとともに、装置基板１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。前記列の一端側に位置した導体８には電線接続部９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８ａ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。なお、符号５ａで露出面を示す。そのため、導体８の端８ａと素子取付け部３との間に前記環状の隙間より大きい絶縁距離を確保できるとともに、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させることができる。

導体８の端８ａは、半導体発光素子１１の後述する電極１４又は１５から0.25ｍｍ〜6.0ｍｍの距離を隔てて位置される。これは、後述のワイヤボンディングにおいて導体８に対しては、その端８ａをボンディングマシンに認識させて、そこを基準に所定距離Ｅ離れた位置にボンディングワイヤを接合するので、その際にボンディングワイヤの接合部にストレスが残留することを極力抑制するための配慮である。

各導体８の表面にはＡｇの光反射層１０が被着されている。この光反射層１０は、反射率が９０％以上のＡｇの薄膜からなり、その厚みは0.003ｍｍ〜0.005ｍｍである。光反射層１０を含めた導体８の厚みは0.012ｍｍ〜0.018ｍｍである。各導体８上の光反射層１０及び各素子取付け部３の光反射層４は、いずれも例えばメッキ処理により一度に設けることができる。この場合、導体８及び素子取付け部３がＣｕ製であるので、これらをメッキ浴することなく、光反射層１０及び４をメッキ処理して設けることが可能である。

各半導体発光素子１１は例えばチップ状をなす青色ＬＥＤからなる。この青色ＬＥＤ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は、素子基板１２の裏面にバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウエル層を交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ形半導体層にはｎ側電極１４が設けられ、ｐ形半導体層にはｐ側電極１５が設けられている。この半導体発光層１３は反射膜を有しておらず、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の先端面３ａ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。

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。従って、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。

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。ダイボンド材１６を含めた半導体発光素子１１の厚みは例えば0.09ｍｍである。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の高さ位置は導体８表面の光反射層１０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表面の光反射層１０より高く位置されている。

こうした高さの差によって、後述のワイヤボンディングにおいて、ボンディングマシンでボンディングワイヤの一端を半導体発光層１３の電極１４，１５にボールボンディングにより接合した後に、このボンディングワイヤの他端を導体８に接合する際、ボンディングマシンのボンディングツールの移動に絶縁層５が邪魔になり難く、又、ボンディングワイヤを斜め下方に無理に引くこともないので、ワイヤボンディングがし易い。

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。

金属ベース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とは、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ１７で接続されている。各ボンディングワイヤ１７は、図１に示すように装置基板１を正面から見た場合に装置基板１の長手方向に延びて並べられている。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。

以上の光反射層４を有した装置基板１、光反射層１０を有した導体８、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３０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酸化アルミニウム等の白色粉末を混入させている。このリフレクタ２０は、光の取出し方向に取出された光を、投光対象に対して制御をするレンズ等の配光制御部材(図示しない)の取付け部として、利用することが可能である。

封止部材２２は、半導体発光素子１１、これに接続された一対のボンディングワイヤ１７、これらボンディングワイヤ１７と接続された導体８の端部を封止している。封止部材２２は、図示しないディスペンサーから未硬化の状態で滴下（ポッティング）して供給され、滴下後に略半球状に盛り上がった形状を呈して硬化されたものである。以上のように封止部材２２をポッティングにより設けることは、封止部材２２の使用量を低減できる点で好ましいとともに、このように封止部材２２が設けられる構成においてリフレクタ２０は省略してもよい。しかし、封止部材２２は、リフレクタ２０内に注入して固化させることによって、リフレクタ２０内に位置された殆どの部分を埋めて設けることもできる。

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、この光を吸収して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３０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、青色の光を吸収し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３０の白色光を照射できる。なお、リフレクタ２０が枠形であるので、照明装置３０から取出される光の多くは、リフレクタ２０で反射されることなく封止部材２２を透過するので、反射を原因とする光の損失が少なく、光の取出し効率を向上するにも有効である。

以上の構成の照明装置３０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。この点灯時に各半導体発光素子１１が発熱するに伴い装置基板１の温度は上昇し、それに応じて装置基板１は熱膨張する。

しかし、装置基板１には、その長手方向と交差して延びるとともに、装置基板１の裏面１ｂに開口する複数の応力緩和溝１ａが形成されているから、前記熱膨張に伴い装置基板１が光の出射側に凸となるように反ることを抑制できる。つまり、隣接した応力緩和溝１ａ間の溝間基板部位が、応力緩和溝１ａによって恰も分断されたような構成となっているので、前記溝間基板部位の夫々の熱膨張が、隣接する溝間基板部位に波及することを応力緩和溝１ａで吸収できる。このような応力吸収によって熱膨張に伴う装置基板１の反りが抑制される。したがって、装置基板１の長手方向に一列に並んだ導体８及び半導体発光素子１１とボンディングワイヤ１７との接合部に、装置基板１の熱膨張に伴って与えられる負荷が低減されるため、接合不良により半導体発光素子１１が点灯しなくなる恐れを招かないようにできる。

前記構成の照明装置３０では、装置基板１の応力緩和溝１ａが形成された部位は薄くなって強度が低下するが、それ以外の溝間基板部位は十分な厚みがあって強度が低下していない。そして、この強度が維持された溝間基板部位に対応して導体８が設けられていて、この導体８にボンディングワイヤ１７がワイヤボンディングにより接合されている。このため、導体８へのワイヤボンディングに伴い、導体８に対応した位置の応力緩和溝１ａを原因として装置基板１が変形する恐れがない。

又、応力緩和溝１ａにより薄くなった装置基板１の部位は、そこに実装された半導体発光素子１１の厚みが加味されているので、半導体発光素子１１へのワイヤボンディングに伴い、半導体発光素子１１に対応した位置の応力緩和溝１ａを原因として装置基板１が変形する恐れがない。しかも、本実施形態では、凸状の素子取付け部３によって半導体発光素子１１が取付けられた部位は他の部位より厚くなっていて、そこの強度が低下していないため、半導体発光素子１１に対応した位置の応力緩和溝１ａを原因として、ワイヤボンディングに伴い装置基板１が変形する恐れがない。

そして、構成の照明装置３０において半導体発光素子１１に電力を導く導体８と金属ベース２とは、これらの間に設けた絶縁層５で電気的に絶縁されているが、この絶縁層５は金属ベース２と半導体発光素子１１との間には介在されていないとともに、半導体発光素子１１は金属ベース２の素子取付け部３に直接ダイボンドされている。

そのため、各半導体発光素子１１が発する熱は、絶縁層５に邪魔されることなく金属ベース２に直接的に伝導する。より具体的には、半導体発光素子１１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、Ａｇの光反射層４を経て金属ベース２の素子取付け部３に伝えられる。しかも、金属ベース２の素子取付け部３は、半導体発光素子１１がダイボンドされた先端面３ａから金属ベース２の基板主部２ａに至るに従い次第に太く、言い換えれば、素子取付け部３の断面積が基板主部２ａに近付く程大きくなっているので、半導体発光素子１１から装置基板１の裏面１ｂに向けての熱伝導がより容易となる。そして、金属ベース２の熱は裏面１ｂから外部に放出される。

この外部への放熱において、装置基板１の裏面１ｂとこれに接して配設された排熱部材３２との間の伝熱を担う伝熱部材３３が各応力緩和溝１ａに充填されていて、応力緩和溝１ａが断熱空間となることがないため、高熱伝導性の伝熱部材３３を通じて排熱部材３２に円滑に熱伝導させて放熱できる。それにより、半導体発光素子１１及び装置基板の温度上昇が効果的に抑制されるに伴い、装置基板１の熱膨張による変形をより効果的に抑制できる。

こうして半導体発光素子１１の熱が高効率に金属ベース２を通って外部に放出されるので、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。そのため、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、その結果的として、各半導体発光素子から取出される光の色むらを抑制できる。

なお、前記構成の各半導体発光素子１１は全方向に光を放射し、取分け、表方向つまり金属ベース２とは反対側の光の取出し方向に放射される光よりも、裏方向つまり金属ベース２に向けて放射される光の方が強い。

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メッキ層からなる光反射層４に入射し、この光反射層４で光の取出し方向に反射される。このような半導体発光素子１１直下での高効率の反射により、光の取出し効率をより向上させることができる。ちなみに、４６０ｎｍの波長の光については、半導体発光素子１１の直下での反射率が高いほど取出される光の強さ（相対発光強度）が上がることが測定の結果明らかとなり、半導体発光素子１１の直下の反射率は９１.３５％であることが確かめられた。

しかも、前記裏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、裏方向に向かった光の一部は導体８を覆ったＡｇメッキ層からなる光反射層１０に入射し、この絶縁層５で光の取出し方向に反射される。更に、絶縁層５の逃げ孔６の周辺は、その一部が導体８で覆われることがなく、この導体８と逃げ孔６との間おいて露出面５ａを有している。言い換えれば、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るので、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。ちなみに、４００ｎｍ〜７４０ｎｍの波長の光の平均反射率が高いほど取出される光の強さ（相対発光強度）が上がることが測定の結果明らかとなり、半導体発光素子１１の周りでの反射率は９３.７％であることが確かめられた。

反射率が下がるほど発光効率が下がり、逆に言えば、反射率が上がるほど発光効率が上がるので、Ａｇメッキ層からなる光反射層４，１０、及び白色の絶縁層５での高反射特性により、照明装置３０の発光効率（光の取出し効率）を向上することができた。ちなみに、照明装置３０の消費電力が0.06Ｗである場合、光束７.４ｌｍ、発光効率１２５ｌｍ/Ｗで照明ができることが実験の結果確かめられた。

したがって、前記構成の照明装置３０は、高熱伝導により各半導体発光素子１１の温度上昇に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、各半導体発光素子１１の裏側に放射された光の高反射特性により、光の取出し効率を向上できる。

又、金属ベース２の素子取付け部３に半導体発光素子１１をダイボンドしたダイボンド材１６は、透明なシリコーン樹脂であるので、このダイボンド材が変色を伴って劣化する可能性が極めて小さい。したがって、光反射層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。

図５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、図示されない事項を含めて第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態では、応力緩和溝１ａを、装置基板１の長手方向に対して直角に交差するのではなく、斜めに交差させて設けてある。この点以外の構成は第１実施形態と同じである。

したがって、この第２実施形態の照明装置３０でも、第１実施形態で説明した理由により、装置基板１の長手方向に列をなして交互に並んだ半導体発光素子１１及び導体８とボンディングワイヤ１７との接合部に対する点灯に伴う負荷を低減できるとともに、ワイヤボンディングに伴う装置基板１の変形を抑制できる照明装置３０を提供できる。

その上、応力緩和溝１ａを装置基板１の長手方向に対して斜め交差させたので、隣接した応力緩和溝１ａ間の強度が低下しない溝間基板部位が、装置基板１の長手方向に関して応力緩和溝１ａで途切れないようにできる。したがって、第１実施形態のように応力緩和溝１ａを装置基板１の長手方向に直交して設けた場合よりも、点灯に伴い装置基板１が反ることをより効果的に抑制できる点で優れている。

本発明の第１実施形態に係る照明装置をこの装置が有する封止部材の一部を省略して示す正面図。 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の照明装置での半導体発光素子及び導体の配置に対する応力緩和溝の位置関係を示す正面図。 本発明の第２実施形態に係る照明装置での半導体発光素子及び導体の配置に対する応力緩和溝との位置関係を示す正面図。

符号の説明

１…装置基板、１ａ…応力緩和溝、１ｂ…装置基板の裏面、８…導体、１１…半導体発光素子、１７…ボンディングワイヤ、２２…封止部材、３０…照明器具、３１…照明装置、３２…排熱部材、３３…伝熱部材

Claims (3)

1. 長四角形状であって、放熱面をなす裏面を有し、かつ、前記長四角形状の長手方向に交差する方向に延びる複数の応力緩和溝が前記放熱面に開放して設けられた装置基板と；
   前記応力緩和溝に対応して前記装置基板に実装され前記装置基板の長手方向に並べられた複数の半導体発光素子と；
   前記応力緩和溝間に対応して前記装置基板に前記各半導体発光素子と交互に配置されて前記装置基板の長手方向に並べられた複数の導体と；
   前記装置基板の長手方向に隣接した前記半導体発光素子と前記導体とを接続したボンディングワイヤと；
   このボンディングワイヤ及び前記半導体発光素子を封止し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. 前記応力緩和溝を前記装置基板の長手方向に対して斜めに交差させたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 光源部をなす前記請求項１又は２に記載の照明装置と：
   この照明装置が備えた装置基板の放熱面に重ねて配置された排熱部材と；
   前記装置基板の各応力緩和溝に充填されて前記装置基板と前記排熱部材との間の伝熱を担う伝熱部材と；
   を具備したことを特徴とする照明器具。

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