JP2012009780A - 発光装置及びこれを備えた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックス製モジュール基板の破損を抑制しつつ、この基板からモジュール支持部材への放熱と所定の電気的絶縁を確保可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置の発光モジュール２１を、セラミックス製のモジュール基板２２に、配線パターン２６と、これらパターンに電気的に接続される半導体発光素子を複数設けて形成する。支持部材１１の凹部１２に収容した発光モジュールを、支持部材１１に固定された押え部材７０で凹部の底面１２ａに押付けた状態に保持する。基板の周面２２ｃに最も近い配線パターン２６を周面との間に所定の沿面距離Eを確保して設ける。モジュール基板と押え部材の接触部に配線パターン２６が近付くように発光モジュールが最大に移動された状態で、接触部と配線パターン２６との間に所定の絶縁距離Ｆが確保されるようにモジュール基板及び凹部の大きさを規定する。
【選択図】図１１

Description

本発明の実施形態は、例えば光源装置として使用される発光装置、及びこれを備えた例えば道路灯等の照明器具に関する。

セラミックス製のモジュール基板上に設けた複数の配線パターン間に、複数の半導体発光素子例えばチップ状のＬＥＤ（発光ダイオード）を配置し、これらＬＥＤをボンディングワイヤで配線パターンに電気的に接続するとともに、蛍光体が混ぜられた封止樹脂で配線パターン及び各ＬＥＤ等を埋設した構成を備えるＣＯＢ（Chip On Board）形発光モジュールが従来知られている。

この発光モジュールをモジュール支持部材に取付けるために、モジュール基板に固定用穴が設けられていて、この固定用穴に通されるねじをモジュール支持部材にねじ込むことで、発光モジュールがモジュール支持部材に取付けられている。

発光モジュールに対する通電と断電とに伴って、チップ状のＬＥＤ等からなる各半導体発光素子の温度は、発光状態で上昇し、消灯状態では常温まで下がるので、こうしたヒートサイクルに応じてモジュール基板は膨張と収縮を繰り返す。しかし、セラミックス製のモジュール基板が既述のようにねじ止めされている構成では、このモジュール基板の熱膨張をねじ止め部で吸収することができないので、ねじ止め部に熱応力が集中してモジュール基板が割れる恐れがある。

既述のように発熱する各半導体発光素子の温度過昇を抑制して、これら発光素子の寿命及び発光効率の低下を抑制するために、モジュール基板を経由してモジュール支持部材への放熱が行われる。そのために、モジュール支持部材は金属製とすることが好ましい。この例のように発光モジュールの周囲に金属部材が配設される構成では、この金属部材とモジュール基板上の配線パターンとのを電気的に絶縁する必要がある。

特開２００９−２９０２４４号公報

実施形態は、セラミックス製モジュール基板の破損を抑制しつつ、この基板からモジュール支持部材への放熱と所定の電気的絶縁を確保することが可能な発光装置及びこれを備えた照明器具を提供しようとするものである。

前記課題を解決するために、実施形態の発光装置は、発光モジュール、金属製のモジュール支持部材、複数の金属製の押え部材を具備する。発光モジュールを、セラミックス製のモジュール基板に、配線パターンと、このパターンに電気的に接続される半導体発光素子を複数設けて形成する。発光モジュールをモジュール支持部材の凹部に収容し、モジュール支持部材に固定された複数の押え部材で、モジュール基板を凹部の底面に押付けた状態に発光モジュールを保持する。モジュール基板の周面とこの周面に最も近い配線パターンのパターン部との間に所定の沿面距離が確保されるように、パターン部をモジュール基板の周面から離して設ける。モジュール基板と押え部材との接触部に配線パターンが近付くように発光モジュールが凹部内で最大に移動された状態で、これら接触部と配線パターンとの間に所定の絶縁距離が確保されるように、モジュール基板及び前記凹部の大きさが規定したことを特徴としている。

実施形態の発光装置によれば、セラミックス製モジュール基板の破損を抑制しつつ、この基板からモジュール支持部材への放熱と所定の電気的絶縁を確保することが可能である、という効果を期待できる。

実施例１に係る発光モジュールを備えた道路灯を示す斜視図である。 図１の道路灯の灯具を拡大して示す斜視図である。 図２の灯具が備える光源装置を示す斜視図である。 図３の光源装置を示す略正面図である。 図３の光源装置が備える発光モジュールを示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第１製造工程を経た状態で示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第２製造工程を経た状態で示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第３製造工程を経た状態で示す正面図である。 図５の発光モジュールを、第４製造工程を経た状態で示す正面図である。 図４中Ｆ１０−Ｆ１０線に沿って示す断面図である。 図３の光源装置が備える発光モジュールがずれ動いた状態を示す図１０相当の断面図である。

実施形態１の発光モジュールは、セラミックス製のモジュール基板、この基板の部品実装面に設けられた正極側及び負極側の配線パターン、これらパターンに電気的に接続して前記部品実装面上に実装された複数の半導体発光素子を備えた発光モジュールと；この発光モジュールが収容される凹部を有した金属製のモジュール支持部材と；このモジュール支持部材に固定され前記モジュール基板の周部でかつ前記部品実装面に接して前記モジュール基板を前記凹部の底面に押付ける複数の金属製の押え部材と；を具備し、前記モジュール基板の周面に最も近い前記配線パターンのパターン部が前記周面との間に所定の沿面距離を確保して設けられているとともに、前記モジュール基板と前記押え部材の接触部に前記配線パターンが近付くように前記発光モジュールが前記凹部内で最大に移動された状態で、前記接触部と前記配線パターンとの間に所定の絶縁距離が確保されるように、前記モジュール基板及び前記凹部の大きさが規定されていることを特徴としている。

この実施形態１で、モジュール基板をなすセラミックスは、白色であることが好ましいが、白色以外の色を有していても良い。そして、白色のセラミックスを用いる場合、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、フォルステライト、ステアタイト、低温焼結セラミックスから選ばれるいずれか、又はこれらの複合材料を用いることが可能であり、特に、安価で光反射率が高く、加工し易いアルミナを好適に使用できる。

この実施形態１で、配線パターンは、銅、銀、金等の導電性に優れた金属で形成でき、銀製である場合、純銀の配線パターン、及び銀を主成分として形成された配線パターンを含んでいる。

この実施形態１で、半導体発光素子には、例えば素子基板上に化合物半導体を設けた各種の発光素子を使用することが可能であり、特に、青色発光をするベアチップ製の青色ＬＥＤを用いることが好ましいが、紫外線或いは緑色光を発する半導体発光素子を使用することも可能である。

この実施形態１で、モジュール支持部材をなす金属には、軽量で良熱伝導性の金属材料であるアルミニウム又はその合金を好適に使用できるとともに、これと同じ金属で押え部材を形成することが好ましい。この実施形態１で、モジュール支持部材の凹部は、モジュール基板と相似形でモジュール基板より大きい形状に形成される。

実施形態１では、発光モジュールを発光させた状態でのモジュール基板の熱膨張を、押え部材の弾性変形で吸収できるので、モジュール基板の押え部材との接触部位に熱応力が集中して、セラミックス製のモジュール基板が破損することを抑制可能である。

これとともに、実施形態１では、押え部材によりモジュール支持部材の凹部の底面にモジュール基板が押付けられて、このモジュール基板が凹部底面と押え部材とで挟持された状態に保持されるので、各半導体発光素子の熱を、モジュール基板を経由して金属製のモジュール支持部材に放熱させることができる。

更に、以上のように押え部材でモジュール基板を押えてモジュール支持体の凹部内に支持した構成では、強い衝撃が作用した場合等に、凹部内で発光モジュールがずれ動く可能性がある。

しかし、実施形態１では、モジュール基板の周面に最も近い配線パターンのパターン部がジュール基板の周面との間に所定の沿面距離を確保して設けたので、凹部内で発光モジュールがずれ動いて、モジュール基板の周面が凹部の側面に接することがあっても、凹部の側面とモジュール基板上の配線パターンとの間に、金属製モジュール支持体と配線パターンとを電気絶縁するための必要な所定の沿面距離を確保できる。

更に、実施形態１では、モジュール基板と押え部材の接触部に配線パターンが近付くように凹部内で発光モジュールが最大に移動された状態で、これら接触部と配線パターンとの間に所定の絶縁距離が確保されるように、モジュール基板及び凹部の大きさを規定したので、発光モジュールのずれ動きに伴い配線パターンが前記接触部に最も近付くことがあっても、配線パターンと金属製の押え部材との間に、これらを電気絶縁するために必要な所定の絶縁距離を確保できる。

実施形態２の照明器具は、実施形態１に記載の発光モジュールを光源として有した光源装置と；この光源装置が取付けられた器具本体と；を具備することを特徴としている。この実施形態２は、後述の実施例１で説明する道路灯に制約されることなく、いかなるタイプの照明器具にも適用することが可能である。

この実施形態２では、光源装置が実施形態１に記載の発光モジュールを光源として有しているので、セラミックス製モジュール基板の破損を抑制しつつ、この基板からモジュール支持部材への放熱と所定の電気的絶縁を確保することが可能な光源装置を備えた照明器具を提供できる。

以下、実施例１の発光モジュールを備えた照明器具例えば道路灯について、図１〜図１１を参照して詳細に説明する。

図１中符号１は道路照明のために設置される道路灯１を示している。道路灯１は、支柱２の上端部に灯具３を取付けて形成されている。

支柱２は、道路傍に立設され、その上部は道路上に覆い被さるように曲げられている。灯具３は、図２に示すように支柱２に連結された器具本体例えば灯体４と、道路に臨んだ灯体４の下面開口を塞いで灯体４に装着された透光板５と、この透光板５に対向して灯体４に収容された少なくとも一台の発光装置、言い換えれば、光源装置６を備えて形成されている。灯体４は、金属例えば複数個のアルミニウムダイキャスト成形品を組み合わせて形成されている。透光板５は強化ガラスからなる。

図３及び図４に示すように光源装置６は、この装置のベースをなすモジュール支持部材１１の裏面に複数の放熱フィン１４を突設するとともに、モジュール支持部材１１の正面に、反射器１５と、光源として発光モジュール２１を取付けてユニット化された構成である。

モジュール支持部材１１は、金属例えばアルミニウムダイキャスト製であって、四角形に作られている。モジュール支持部材１１はその正面に開放された例えば四角い凹部１２（図４、図１０、図１１参照）を有している。凹部１２は後述するモジュール基板２２より大きい。この凹部１２の底面１２ａは平坦であり、凹部１２を区画する四つの側面１２ｂ〜１２ｅ（図４参照）は互に直角に連続している。放熱フィン１４はモジュール支持部材１１に一体に形成されている。

反射器１５は、第１の反射板１５ａ〜第４の反射板１５ｄをラッパ状に組み合わせて形成されている。第１の反射板１５ａと第２の反射板１５ｂは、平らな構成の平面ミラーであり、互に平行に設けられている。これら第１の反射板１５ａと第２の反射板１５ｂに連結された第３の反射板１５ｃと第４の反射板１５ｄは、湾曲した構成のカーブミラーであり、互いの間隔が次第に広くなるように設けられている。

光源装置６は、その反射器１５の出射開口を透光板５に対向させて灯体４内に固定されている。この固定状態で、モジュール支持部材１１の一部例えば周部は灯体４の内面に熱伝導可能に接続されている。この熱的接続は、前記周部を灯体４の内面に直接接触させることにより実現できる他、前記周部を放熱性の高い金属やヒートパイプ等の熱伝導部材を介して灯体４の内面に接続することで実現できる。これにより、光源装置６が発した熱を金属製の灯体４を放熱面として外部に放出できるようになっている。

次に、発光モジュール２１について説明する。図５等に示すように発光モジュール２１は、モジュール基板２２と、第１配線パターン例えば正極をなす配線パターン２５と、第２配線パターン例えば負極をなす配線パターン２６と、アライメントマーク３５と、第１の保護層３７と、第２の保護層３８と、複数のアイデンティティーマーク例えば第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４と、複数の半導体発光素子４５と、ボンディングワイヤ４７〜５２と、枠５５と、封止部材例えば封止樹脂５７と、コネクタ６１と、コンデンサ６５等を備えている。

モジュール基板２２は、白色のセラミックス例えば白色の酸化アルミニウムで形成されている。このモジュール基板２２は、酸化アルミニウムのみで形成されていても良いが、酸化アルミニウムを主成分としこれに他のセラミックス等が混ぜられていてもよく、その場合、酸化アルミニウムを主成分とするために、その含有率を７０％以上とすることが好ましい。

可視光領域に対する白色のモジュール基板２２の平均反射率は８０％以上であり、特に、８５％以上９９％以下であることがより好ましい。したがって、モジュール基板２２は、後述する青色ＬＥＤが発する特定の発光波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光、及び後述する蛍光体が放射する特定の発光波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの黄色光に対しても、同様な光反射性能を発揮する。

モジュール基板２２は図４に示すように凹部１２と相似形でかつこの凹部１２より多少小さい略四角形である。図５に示すようにモジュール基板２２の四隅は丸みを帯びている。モジュール基板２２の厚みは、図１０及び図１１に示すように凹部１２の深さより薄い。このモジュール基板２２の両面は、互に平行に作られた平坦な面からなり、そのうちの一面は部品実装面２２ａとして用いられ、他面は伝熱面として用いられる。図４、図１０、及び図１１中符号２２ｃはモジュール基板２２の周面を示している。

正極用の配線パターン２５及び負極用の配線パターン２６は部品実装面２２ａに設けられている。

詳しくは、図６等に示すように正極用の配線パターン２５は、正極パターン基部２５ａとワイヤ接続部２５ｂを有して形成されている。ワイヤ接続部２５ｂは真っ直ぐに延びて形成されている。正極パターン基部２５ａとワイヤ接続部２５ｂは略平行で、かつ、斜めのパターン部を介して一体に連続されている。正極パターン基部２５ａに、第１の正極パッド部２５ｃと第２の正極パッド部２５ｄが一体に突設されている。

負極用の配線パターン２６は、負極パターン基部２６ａと、第１のワイヤ接続部２６ｂと、中間パターン部２６ｃと、第２のワイヤ接続部２６ｄを有して形成されている。この配線パターン２６は正極用の配線パターン２５を囲むように設けられている。

即ち、負極パターン基部２６ａは配線パターン２５の正極パターン基部２５ａに対して所定の絶縁距離Ａ（図６参照）を隔てて隣接して設けられている。この負極パターン基部２６ａに、第１の正極パッド部２５ｃに並べて設けられる第１の負極パッド部２６ｅが一体に突設されている。第１のワイヤ接続部２６ｂは、負極パターン基部２６ａに対して略９０°折れ曲がるように一体に連続している。この第１のワイヤ接続部２６ｂは、配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂとの間に第１素子配設スペースＳ１を形成してワイヤ接続部２５ｂに対し略平行に設けられている。ここに「略平行」とは、図６に示すように平行である形態、又はワイヤ接続部２５ｂに対して多少傾いた形態、若しくは多少湾曲した形態等も含んでいる。

中間パターン部２６ｃは、第１のワイヤ接続部２６ｂに対して略９０°折れ曲がるように一体に連続して設けられている。この中間パターン部２６ｃの長手方向中間部に、ワイヤ接続部２５ｂの先端（正極パターン基部２５ａと反対側の端）が隣接している。中間パターン部２６ｃの両端部は互いに逆方向に傾いていて、中間パターン部２６ｃは略湾曲形状に形成されている。それにより、中間パターン部２６ｃの長手方向中間部はワイヤ接続部２５ｂの先端から遠ざけられている。

第２のワイヤ接続部２６ｄは、中間パターン部２６ｃに対して略９０°折れ曲がるように一体に連続して設けられている。それにより、第２のワイヤ接続部２６ｄは、配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂとの間に第２素子配設スペースＳ２を形成してワイヤ接続部２５ｂに対し略平行に設けられている。ここに「略平行」とほ、図６に示すように平行である形態、又はワイヤ接続部２５ｂに対して多少傾いた形態、或いは多少湾曲した形態等も含んでいる。

したがって、負極用の配線パターン２６は正極用の配線パターン２５を三方から囲むように設けられている。負極用の配線パターン２６で囲まれた領域の中央部に配設された配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂを境に、負極用の配線パターン２６の第１のワイヤ接続部２６ｂと第２のワイヤ接続部２６ｄは対称に配設されている。

第２のワイヤ接続部２６ｄの先端に一体に連続して第２の負極パッド部２６ｆが、第２の正極パッド部２５ｄに対応して設けられている。これら第２の負極パッド部２６ｆは第２の正極パッド部２５ｄから離間しているとともに、これらの間に位置して中間パッド２７が部品実装面２２ａに形成されている。

なお、配線パターン２５を負極用とするとともに配線パターン２６を正極用としてもよく、この場合、前記説明の「正極用」又は「正極」を「負極用」又は「負極」に読み替えるとともに、「負極用」又は「負極」を「正極用」又は「正極」に読み替えればよい。

配線パターン２５，２６のうちで、モジュール基板２２の周面２２ｃに最も近い部位は、配線パターン２６の中間パターン部２６ｃである。中間パターン部２６ｃは、これに最も近い周面２２ｃとの間に所定の沿面距離Ｅ（図６、図１０、図１１参照）が確保されるように、中間パターン部２６ｃがこれに最も近い周面２２ｃから離れて設けられている。また、配線パターン２５，２６のうちで中間パターン部２６ｃ以外の部位は、いずれもモジュール基板２２の周面２２ｃとの間に、前記沿面距離Ｅを越える大きさの沿面距離を存して設けられている。

更に、部品実装面２２ａに、点灯確認試験用の点灯検査パッド２８，２９と、温度測定用の温度検査パッド３１と、部品固定用の実装パッド３３が設けられている。

即ち、点灯検査パッド２８は正極用の配線パターン２５に接続されている。具体的には、正極パターン基部２５ａから枝分かれして一体に突出されたパターン部２８ａを介して点灯検査パッド２８が設けられている。同様に、点灯検査パッド２９は負極用の配線パターン２６に接続されている。具体的には、負極パターン基部２６ａから枝分かれして一体に突出されたパターン部２９ａを介して点灯検査パッド２９が設けられている。

温度検査パッド３１は、点灯検査パッド２９及び負極用の配線パターン２６の近傍に、これらとは電気的な接続関係を有することなく独立して設けられている。この温度検査パッド３１に熱電対を接続して発光モジュール２１の温度を測定できるようになっている。

実装パッド３３は一対形成されていて、これらは点灯検査パッド２８，２９の間に位置して設けられている。

アライメントマーク３５は、ワイヤ接続部２５ｂ、この両側の第１素子配設スペースＳ１及び第２素子配設スペースＳ２、第１素子配設スペースＳ１に隣接した第１のワイヤ接続部２６ｂ、及び第２素子配設スペースＳ２に隣接した第２のワイヤ接続部２６ｄを間に置いて、その両側に夫々複数設けられている。そのため、アライメントマーク３５の一部は、所定間隔で第１のワイヤ接続部２６ｂの長手方向に沿って一列に設けられており、他のアライメントマーク３５も、同様に所定間隔で第２のワイヤ接続部２６ｄの長手方向に沿って一列に設けられている。

前記配線パターン２５，２６、中間パッド２７、点灯検査パッド２８，２９、実装パッド３３、及びアライメントマーク３５は、いずれも銀製例えば銀を主成分として形成されており、これらは印刷例えばスクリーン印刷で部品実装面２２ａに設けられたものである（第１製造工程）。なお、印刷に代えてメッキにより設けることもできる。

前記第１の保護層３７及び第２の保護層３８は、電気絶縁材料からなるとともに、スクリーン印刷により部品実装面２２ａ上に印刷されていて、前記銀製の印刷物のうちで後述する封止樹脂５７で封止されない部位の劣化を防止するためにこの部位を主として覆って設けられている（第２製造工程）。

即ち、図７に示すように第１の保護層３７は、第１の正極パッド部２５ｃ及び第２の正極パッド部２５ｄを除いて正極パターン基部２５ａに被着されているとともに、第１の負極パッド部２６ｅを除いて負極パターン基部２６ａに被着されている。更に、第１の保護層３７は、正極パターン基部２５ａと負極パターン基部２６ａとの間の絶縁距離Ａを確保した隙間部分にも被着されているとともに、パターン部２８ａ，２９ａにも被着されている。加えて、第１の保護層３７は、第２のワイヤ接続部２６ｄの第２の負極パッド部２６ｆ側の端部に、第２の負極パッド部２６ｆを除いて被着されているとともに、中間パッド２７の両端部を除いてこの中間パッド２７にも被着されている。第２の保護層３８は、中間パターン部２６ｃの略全体に被着されている。

前記第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４は、モジュール基板２２とは異なる色で部品実装面２２ａに印刷例えばスクリーン印刷により設けられている（第３製造工程）。更に、この印刷により「＋」「−」の極性表示等も部品実装面２２ａに設けられている。これら第１のアイデンティティーマーク４１〜第４のアイデンティティーマーク４４等は、第１の保護層３７及び第２の保護層３８と同時に印刷して設けることが好ましい。第１のアイデンティティーマーク４１は製造者を示す社名であり、第２のアイデンティティーマーク４２は商品名であり、第３のアイデンティティーマーク４３は製品番号であり、第４のアイデンティティーマーク４４は発光モジュール２１についての情報を示した二次元バーコード（ＱＲコード）である。

複数の前記半導体発光素子４５の夫々には、発光状態で発熱を伴う発光素子、例えば青色発光をするチップ状の青色ＬＥＤが用いられている。これら半導体発光素子４５は、好ましくはサファイアガラス製の透光性素子基板上に半導体発光層を設けるとともに、この発光層上に一対の素子電極を設けた構成を備えるベアチップからなる。

ＬＥＤの発光は、半導体のｐ−ｎ接合に順方向電流を流すことで実現されるので、ＬＥＤは電気エネルギーを直接光に変換する固体素子である。こうした発光原理で発光する半導体発光素子は、通電によりフィラメントを高温に白熱させて、その熱放射により可視光を放射させる白熱電球と比較して、省エネルギー効果を有している。

各半導体発光素子４５のうちの半数は、前記第１素子配設スペースＳ１内でモジュール基板２２に直に実装されている。この実装は、透明なダイボンド材を用いて素子基板を部品実装面２２ａに接着することで実現されており、第１素子配設スペースＳ１に実装された複数の半導体発光素子４５は縦横に整列してマトリックス状に配設されている。同様に、残りの半導体発光素子４５は、前記第２素子配設スペースＳ２内でモジュール基板２２に直に実装されている。この実装も、透明なダイボンド材を用いて素子基板を部品実装面２２ａに接着することで実現されており、第２素子配設スペースＳ２に実装された複数の半導体発光素子４５も縦横に整列してマトリックス状に配設されている。

第１素子配設スペースＳ１に配設された複数の半導体発光素子４５と、第２素子配設スペースＳ２に配設された複数の半導体発光素子４５は、ワイヤ接続部２５ｂを境に対称に設けられている。

配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂと配線パターン２６の第１のワイヤ接続部２６ｂとが並んだ方向に列をなした半導体発光素子４５同士は、ボンディングワイヤ４７で直列に接続されている。こうして直列接続された素子列の一端に配置された半導体発光素子４５は、ワイヤ接続部２５ｂにボンディングワイヤ４８で接続されている。これとともに、前記素子列の他端に配置された半導体発光素子４５は、第１のワイヤ接続部２６ｂにボンディングワイヤ４９で接続されている。

同様に、配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂと配線パターン２６の第２のワイヤ接続部２６ｄとが並んだ方向に列をなした半導体発光素子４５同士は、ボンディングワイヤ５０で直列に接続されている。こうして直列接続された素子列の一端に配置された半導体発光素子４５は、ワイヤ接続部２５ｂにボンディングワイヤ５１で接続されている。これとともに、前記素子列の他端に配置された半導体発光素子４５は、第２のワイヤ接続部２６ｄにボンディングワイヤ５２で接続されている（第４製造工程）。

なお、ボンディングワイヤ４７〜５２には、金属細線、例えば金線、アルミニウム線、銅線、及び白金線等を用いることができるが、特に、耐湿性、耐環境、密着性、電気伝導性、熱伝導性、及び伸び率が良好である金線をボンディングワイヤとして用いることが好ましい。

モジュール基板２２上に実装された複数の半導体発光素子４５を以上のように電気的に接続したことにより、ＣＯＢ（Chip On Board）形の発光モジュール２１が構成されている。前記電気的接続により、各素子配設スペースＳ１、Ｓ２に設けられた複数の半導体発光素子４５は、例えば７個の半導体発光素子４５を直列接続してなる例えば１２個の素子列を、電気的には並列接続した配列となっている。

直列となっている素子列の延長線上に前記アライメントマーク３５が夫々配設されている。そして、前記延長線上に位置された左右（図において）のアライメントマーク３５を基準に、これらを通る直線上に半導体発光素子４５が実装機により実装されるようになっている。

図９に示すように前記枠５５は、例えば四角環状をなして、その内側に各ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄ、複数の半導体発光素子４５、及び各ボンディングワイヤ４７〜５２を収めて部品実装面２２ａ上に装着されている。枠５５は白色の合成樹脂でつくることが好ましい。この枠５５は第１の保護層３７の一部及び第２の保護層３８の一部に被着されている。

前記封止樹脂５７は、枠５５内に充填されて、各ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄ、複数の半導体発光素子４５、及び各ボンディングワイヤ４７〜５２を埋設した状態でこれらを封止して、モジュール基板２２上に設けられている（第５製造工程）。封止樹脂５７は、蛍光体（図示しない）が混ぜられた透明樹脂等からなり、透光性でかつガス透過性を有している。

なお、封止樹脂５７には、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂材料を用いることができ、特にシリコーン樹脂を用いることが好ましい。又、この封止樹脂５７に混入された蛍光体は、半導体発光素子４５が発した光で励起されて、この光とは異なった色の光を放射し、この放射された光の色と半導体発光素子４５の発光色との組み合わせ等により照明に必要とする色の光を形成するものであり、例えば、半導体発光素子４５に青色ＬＥＤを用いた条件で白色の照明光を得るためには、黄色の蛍光体を用いればよく、又、半導体発光素子４５に紫外線を発するＬＥＤを用いた条件で白色の照明光を得るためには、赤色、青色、及び黄色の各蛍光体を用いればよい。

前記青色の光とこれに対して補色の関係にある黄色の光が混じることによって白色の光が形成され、この白色光は封止樹脂５７の表面から光の利用方向に出射される。そのため、封止樹脂５７の表面、つまり、光出射面によって、発光モジュール２１の発光面５７ａが形成されている。この発光面５７ａの大きさは枠５５によって規定されている。

封止樹脂５７で覆われた銀製の部分の面積をＣとし、発光面５７ａの面積をＤと置いた場合、面積Ｄに対する面積Ｃの占有率は、５％以上４０％以下に設定されている。配線パターン２５，２６の封止樹脂５７で覆われた部分とは、各ワイヤ接続部２５ｂ、２６ｂ、２６ｄである。

なお、枠５５に相当する型部材を設けて、この内部に封止樹脂５７を設けた後に、型部材をモジュール基板２２上から離脱させることにより、封止樹脂５７を設けても良い。この場合、配線パターン２５，２６の封止樹脂５７からはみ出す部位を、予め第１の保護層３７又は第２の保護層３８で被着して置くと良い。

図５に示すように部品実装面２２ａには、面実装部品からなる１個のコネクタ６１及び２個のコンデンサ６５が実装されている（第６製造工程）。

即ち、コネクタ６１は、その一側面から突出された第１の端子ピン６１ａと第２の端子ピン６１ｂを有した２ピンタイプの構成である。このコネクタ６１は、前記実装パッド３３に半田付けされ、それにより、前記点灯検査パッド２８，２９間に配設されている。これとともに、第１の端子ピン６１ａが第１の正極パッド部２５ｃに、第２の端子ピン６１ｂが第１の負極パッド部２６ｅに夫々田付けされている。このコネクタ６１には図示しない電源装置に接続された直流給電用の絶縁被覆電線が差し込み接続される。それにより、コネクタ６１を経由して発光モジュール２１への給電が可能となっている。

２個のコンデンサ６５のうちの一方は、配線パターン２５の第２の正極パッド部２５ｄ及び中間パッド２７の一端部に半田付けされて、これらにわたって配設されている。同様に、２個のコンデンサ６５のうちの他方は、配線パターン２６の第２の負極パッド部２６ｆ及び中間パッド２７の他端部に半田付けされて、これらにわたって配設されている。各半導体発光素子４５に直流が供給される通常の点灯状態では、コンデンサ６５に電流が流れることはない。しかし、サージ電圧等のノイズが重畳して交流が流れるような事態に至った場合、コンデンサ６５に電流が流れて配線パターン２５，２６が短絡され、それにより、各半導体発光素子４５に交流が供給されることを防止している。

図１０及び図１１に示すように前記構成の発光モジュール２１は、そのモジュール基板２２の裏面、つまり、部品実装面２２ａと反対側の面を、前記凹部１２の底面１２ａに密接させて金属製のモジュール支持部材１１に支持されている。それにより、モジュール基板２２から凹部１２への放熱ができるように発光モジュール２１がモジュール支持部材１１に支持されている。このように支持された発光モジュール２１が灯体４に取付けられた状態で、発光面５７ａは、透光板５に対向されている。

前記モジュールの支持のために、モジュール基板２２の周部を弾性的に押圧する金属製の押え部材７０が、図４、図１０、図１１に示すようにモジュール支持部材１１に複数例えば２個の固定されている。これら押え部材７０は、押え部材ベース７１と挟持部をなすばね７２とで形成されている。押え部材ベース７１は、例えば板状でリジットに形成されていて、モジュール支持部材１１にねじ止めされている。これら押え部材ベース７１の先端部はモジュール基板２２の周部でかつ部品実装面２２ａに対向している。金属製のばね７２は押え部材ベース７１の先端部に取付けられている。これらのばね７２はモジュール基板２２の周部と押え部材ベース７１との間に挟設されていて、そのばね力でモジュール基板２２の裏面が底面１２ａに密接された状態が保持されている。

なお、ばね７２はコイルばねでも板ばねでも差し支えない。又、押え部材７０は、モジュール基板２２に接する挟持部を有した弾性変形が可能な単一の金属製ばね板で形成することもできる。更に、押え部材７０は、ジュール基板２２に接する挟持部をリジットとして、これが固定若しくは一体に形成された押え部材ベース７１を弾性変形が可能な金属製とすることで、形成することも可能である。

更に、凹部１２と発光モジュール２１のモジュール基板２２の大きさは、既述のように周面２２ｃに最も近い配線パターン２６がばね７２に近付くように発光モジュール２１が凹部１２内で最大に移動された状態で、これらばね７２と配線パターン２６との間に所定の絶縁距離Ｆ（図１１参照）が確保されるように規定されている。

前記構成の道路灯１への給電が行われると、発光モジュール２１が有した複数の半導体発光素子４５が一斉に発光するので、発光面５７ａから出射された白色の光は、透光板５を直接透過し、若しくは反射器１５の内面で反射された上で透光板５を透過して、照明対称の道路を照射する。この照明で、平面ミラーからなる第１の反射板１５ａ及び第２の反射板１５ｂで反射された光は、略広がらずに主に道路の長手方向に照射される。これとともに、カーブミラーからなる第３の反射板１５ｃ及び第４の反射板１５ｄで反射された光は、道路の幅方向に対する照射角を制御されて主に道路の幅方向に照射される。

こうした照明において発光面５７ａから出射される光は、半導体発光素子４５から封止樹脂５７を直接透過した光、封止樹脂５７内の蛍光体から放射されて封止樹脂５７を直接透過した光の他に、半導体発光素子４５の素子基板及びダイボンド材を通って部品実装面２２ａに入射されて、この部品実装面２２ａで反射されて封止樹脂５７を透過した光、及び蛍光体から放射されて封止樹脂５７を通って部品実装面２２ａに入射されて、この部品実装面２２ａで反射されて再び封止樹脂５７を透過した光を含んでいる。

発光モジュール２１は、既述のように部品実装面２２ａを有したモジュール基板２２が白色のセラミックス製で、その平均反射率は８０％以上であるので、部品実装面２２ａに入射された光、つまり、半導体発光素子４５をなす青色ＬＥＤが発した発光波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光、及び蛍光体が放射した発光波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの黄色光を、道路方向、言い換えれば、光の取出し方向に効率良く反射させることができる。特に、モジュール基板２２の部品実装面２２ａの平均反射率を８５％以上９９％以下とした場合は、更に効率よく、部品実装面２２ａに入射された光を光の取出し方向に効率良く反射させることができる。

このように光を反射する部品実装面２２ａを有したモジュール基板２２は、白色のセラミックス製であり、その地肌面を部品実装面２２ａとして利用しているので、このモジュール基板２２での光反射性能は、発光モジュール２１の使用開始からの経過時間に拘らず、一定に維持される。

更に、モジュール基板２２側での光の反射は、部品実装面２２ａだけではなく、封止樹脂５７で封止された銀製の配線パターン２５のワイヤ接続部２５ｂ、及び銀製の配線パターン２６の第１のワイヤ接続部２６ｂ並びに第２のワイヤ接続部２６ｄでも行われるが、これらワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄは、道路灯１が設置された時からの経過時間が長くなるほど、黒ずみが進行して、その光反射性能は次第に低下する。

しかし、前記構成の発光モジュール２１は、既述のように発光面５７ａの面積に対する銀製のワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの面積占有率が４０％以下に規定されている。言い換えれば、部品実装面２２ａでの反射面積が、発光面５７ａの面積の６０％を超える大きさに確保されている。この場合、銀製の配線パターン２５の正極パターン基部２５ａ、及び銀製の配線パターン２６の中間パターン部２６ｃは、封止樹脂５７で封止されておらず、発光面５７ａの外側に外れているので、前記面積占有率を４０％以下にする上で好ましい。

前記面積占有率の規定により、ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの黒化の進行に伴う光反射性能の低下が発光モジュール２１全体の光反射性能に与える影響を、小さく制限できる。したがって、実施例１の発光モジュールによれば、発光モジュール２１の光束維持率の低下を緩慢にすることが可能である。言い換えれば、発光面５７ａで覆われた反射領域での光反射性能の低下が緩慢である。それに伴い光の取出し効率が高く維持されるので、省エネルギー効果を促進することが可能である。

そして、このように光束維持率の低下が緩慢であることに伴い、光源としての発光モジュール２１が規定寿命例えば光束維持率が７０％に達するまでに要する時間が長い道路灯１を提供することが可能である。言い換えれば、封止された銀の部分の発光面５７ａに対する面積占有率が４０％以下であることにより、道路灯（照明器具）１が推奨寿命を超えて使用された場合にも、前記銀の部分の黒化に拘らず、発光モジュール２１の光束維持率を７０％以上に保持することができる。なお、道路灯１の交換の目安となる推奨寿命としては、光束維持率が７０％に達する時期をもって規定されている。

なお、封止された銀の部分の発光面５７ａに対する面積占有率が４０％を超えると、前記銀の部分の黒化の進行による発光モジュール２１全体の光反射性能に与える影響が大きくなり過ぎ、それに伴い発光モジュール２１の光束維持率の低下が早められて、光束維持率が７０％に達するまでに要する時間が短くなる。そのため、本実施形態の課題を解決できなくなるので不適当である。

又、封止樹脂５７で封止された配線パターン２５，２６のワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの発光面５７ａに対する面積占有率は５％以上である。それにより、ワイヤ接続部２５ｂ，２６ｂ，２６ｄの幅を、これらの部分に対するボンディングワイヤ４８，４９、５１，５２のワイヤボンディングに支障がないように、ある程度広く形成できる。したがって、製造上の問題を招かないようにできる。

又、前記照明において、発光モジュール２１の各半導体発光素子４５は発熱する。ところで、モジュール基板２２は、複数のばね７２の力で金属製のモジュール支持部材１１に形成された凹部１２の底面１２ａに押付けられ密接された状態に保持されている。そのため、各半導体発光素子４５が発した熱の殆どは、モジュール基板２２を経由し、凹部１２の底面１２ａを受熱面としてモジュール支持部材１１に放出され、更に、灯体４に伝わって大気中に放出される。こうした放熱により、各半導体発光素子４５の温度過昇が抑制されるに伴い、チップ状ＬＥＤからなる半導体発光素子４５の寿命及び発光効率の低下が抑制される。

更に、発光モジュール２１に対する通電と断電とに伴って、チップ状ＬＥＤからなる各半導体発光素子４５の温度は、発光状態で上昇し、消灯状態では常温まで下がるので、こうしたヒートサイクルに応じてモジュール基板２２は膨張と収縮を繰り返す。

しかし、モジュール支持部材１１の凹部１２に収容された発光モジュール２１は、モジュール支持部材１１に固定された複数の押え部材７０とモジュール基板２２の周部との間に挟設されたばね７２で、モジュール基板２２が凹部１２の底面１２ａに弾性的に押付けられた状態に保持されている。そのため、発光モジュール２１を発光させた状態でのモジュール基板２２の熱膨張がばね７２の弾性変形で吸収され、モジュール基板２２のばね７２との接触部位に熱応力が集中しないようにできる。したがって、モジュール基板２２がセラミックス製であるにも拘らず、モジュール基板２２がその熱膨張に伴って割れることを抑制可能である。

ところで、以上のようにばね７２でモジュール基板２２を押えてモジュール支持部材１１の凹部１２内に発光モジュール２１が支持された構成では、図４及び図１０に示すように発光モジュール２１は、そのモジュール基板２２の周面２２ｃが凹部１２の側面１２ｂ〜１２ｅとの間に夫々隙間Ｇを形成して収容されている。こうした隙間Ｇが在ることによって、強い衝撃が発光モジュール２１に作用した場合等に、固定されていない発光モジュール２１が凹部１２内で底面１２ａに沿ってずれ動く可能性がある。そして、このずれ動きは、モジュール基板２２の周面２２ｃが凹部１２の側面１２ｂ〜１２ｅのうちの一面又はニ面に接することにより停止される。

しかし、モジュール基板２２の周面２２ｃとこの周面２２ｃに最も近い配線パターン２６の中間パターン部２６ｃとの間に所定の沿面距離Ｅが確保されるように、中間パターン部２６ｃはモジュール基板２２の周面２２ｃから離れて設けられている。そのため、図１０の状態から図１１に例示したようにモジュール基板２２の周面２２ｃが凹部１２の側面１２ｃに接するように発光モジュール２１がずれ動くことがあっても、金属製のモジュール支持部材１１と配線パターン２６との間を電気絶縁するための所定の沿面距離Ｅを、モジュール基板２２の周面２２ｃが接した凹部１２の側面１２ｃと配線パターン２６との間に確保できる。これにより、凹部１２内を発光モジュール２１がずれ動いても、配線パターン２６とその周囲の金属部材との間で電気絶縁上の問題を生じることがない。

更に、前記ずれ動きによって、モジュール基板２２への押え部材７０の接触を担う金属製のばね７２に配線パターン２６が近付くように凹部１２内で発光モジュール２１が最大に移動されることがある。しかし、この状態で、図１１に例示するようにばね７２と配線パターン２６との間に所定の絶縁距離Ｆが確保されるように、モジュール基板２２及び凹部１２の大きさが規定されている。そのため、発光モジュール２１のずれ動きに伴い配線パターン２６がばね７２に最も近付くことがあっても、これら配線パターン２６と金属製のばね７２との間に、これらの間を電気絶縁するための所定の絶縁距離Ｆを確保できる。この点においても、配線パターン２６とその周囲の金属部材との間で電気絶縁上の問題を生じることがない。

１…道路灯（照明器具）、４…灯体（器具本体）、６…光源装置（発光装置）、１１…モジュール支持部材、１２…凹部、１２ａ…凹部の底面、１２ｂ〜１２ｅ…凹部の側面、２１…発光モジュール、２２…モジュール基板、２２ａ…部品実装面、２２ｃ…モジュール基板の周面、２５…配線パターン、２６…配線パターン、２６ｃ…中間パターン部（パターン部）、４５…半導体発光素子、４７〜５２…ボンディングワイヤ、７０…押え部材、Ｅ…沿面距離、Ｆ…絶縁距離

Claims (2)

1. セラミックス製のモジュール基板、この基板の部品実装面に設けられた正極側及び負極側の配線パターン、これらパターンに電気的に接続して前記部品実装面上に実装された複数の半導体発光素子を備えた発光モジュールと；
   この発光モジュールが収容される凹部を有した金属製のモジュール支持部材と；
   このモジュール支持部材に固定され前記モジュール基板の周部でかつ前記部品実装面に接して前記モジュール基板を前記凹部の底面に押付ける複数の金属製の押え部材と；
   を具備し、
   前記モジュール基板の周面に最も近い前記配線パターンのパターン部が前記周面との間に所定の沿面距離を確保して設けられているとともに、前記モジュール基板と前記押え部材の接触部に前記配線パターンが近付くように前記発光モジュールが前記凹部内で最大に移動された状態で、前記接触部と前記配線パターンとの間に所定の絶縁距離が確保されるように、前記モジュール基板及び前記凹部の大きさが規定されていることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置により形成された光源装置と；
   この光源装置が取付けられた器具本体と；
   を具備することを特徴とする照明器具。

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