JP6583764B2 - 発光装置、及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子が基板に実装された構成の発光装置、及びこれを用いた照明装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子は、高効率で省スペースな光源として照明用途またはディスプレイ用途等の各種の照明装置に広く利用されている。

また、基板に実装された複数のＬＥＤの周りを光反射樹脂（以下、ダム材とも記載する）により囲んだ発光装置（発光モジュール）が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００９−１８２３０７号公報 国際公開第２０１１／１２９２０３号

上記のような発光装置においては、基板上に設けられたダム材が基板から剥離する場合があり、ダム材の剥離を抑制し、発光装置の信頼性を高めることが課題となる。

そこで、本発明は、ダム材の剥離を抑制することができる発光装置及びこれを用いた照明装置を提供する。

本発明の一態様に係る発光装置は、基板と、前記基板上に実装された発光素子と、前記発光素子を封止する封止部材と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上面に設けられた、前記封止部材をせき止めるためのダム材とを備え、前記バッファ層の前記基板への密着強度、及び、前記ダム材の前記バッファ層への密着強度は、前記ダム材の前記基板への密着強度よりも高い。

本発明によれば、ダム材の剥離が抑制された発光装置及びこれを用いた照明装置が実現される。

図１は、実施の形態１に係る発光装置の外観斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る発光装置の平面図である。 図３は、実施の形態１に係る発光装置の内部構造を示す平面図である。 図４は、図２のＡ−Ａ線における発光装置の断面図である。 図５は、図２のＢ−Ｂ線における発光装置の断面図である。 図６は、実施の形態１に係る発光装置の製造方法のフローチャートである。 図７は、実施の形態１に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。 図８は、実施の形態２に係る照明装置の断面図である。 図９は、実施の形態２に係る照明装置及びその周辺部材の外観斜視図である。

以下、実施の形態に係る発光装置等について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

（実施の形態１）
［発光装置の構成］
まず、実施の形態１に係る発光装置の構成について図面を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る発光装置の外観斜視図である。図２は、実施の形態１に係る発光装置の平面図である。図３は、実施の形態１に係る発光装置の内部構造を示す平面図である。図４は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。図５は、図２のＢ−Ｂ線における断面図である。なお、上記の図３は、図２において封止部材１３及びダム材１５を取り除き、ＬＥＤチップ１２の配列及び配線パターンなどの内部の構造を示した平面図である。

図１〜図５に示されるように、実施の形態１に係る発光装置１０は、基板１１と、複数のＬＥＤチップ１２と、封止部材１３と、バッファ層１４と、ダム材１５とを備える。

発光装置１０は、基板１１にＬＥＤチップ１２が直接実装された、いわゆるＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）構造のＬＥＤモジュールである。

基板１１は、配線１６が設けられた配線領域を有する基板である。なお、配線１６（並びに、電極１６ａ及び電極１６ｂ）は、ＬＥＤチップ１２に電力を供給するための金属配線である。基板１１は、例えば、メタルベース基板またはセラミック基板である。また、基板１１は、樹脂を基材とする樹脂基板であってもよい。

セラミック基板としては、酸化アルミニウム（アルミナ）からなるアルミナ基板または窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム基板等が採用される。また、メタルベース基板としては、例えば、表面に絶縁膜が形成された、アルミニウム合金基板、鉄合金基板または銅合金基板等が採用される。樹脂基板としては、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなるガラスエポキシ基板等が採用される。

なお、基板１１として、例えば光反射率が高い（例えば光反射率が９０％以上の）基板が採用されてもよい。基板１１として光反射率の高い基板が採用されることで、ＬＥＤチップ１２が発する光を基板１１の表面で反射させることができる。この結果、発光装置１０の光取り出し効率が向上される。このような基板としては、例えばアルミナを基材とする白色セラミック基板が例示される。

また、基板１１として、光透過率が高い透光性基板が採用されてもよい。このような基板としては、多結晶のアルミナや窒化アルミニウムからなる透光性セラミックス基板、ガラスからなる透明ガラス基板、水晶からなる水晶基板、サファイアからなるサファイア基板または透明樹脂材料からなる透明樹脂基板が例示される。

なお、実施の形態１では基板１１は矩形であるが、円形などその他の形状であってもよい。

ＬＥＤチップ１２は、発光素子の一例であって、青色光を発する青色ＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ１２としては、例えばＩｎＧａＮ系の材料によって構成された、中心波長（発光スペクトルのピーク波長）が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の窒化ガリウム系のＬＥＤチップが採用される。

基板１１上には、複数のＬＥＤチップ１２からなる発光素子列が複数設けられている。図３に示されるように、構造的には、円形状に対応して発光素子列が７列、基板１１上に設けられている。

電気的には、１２個の直列接続されたＬＥＤチップ１２からなる発光素子列が５列、基板１１上に設けられる。これら５列の発光素子列は並列接続され、電極１６ａと電極１６ｂとの間に電力が供給されることにより発光する。

また、詳細については図示されないが、直列接続されたＬＥＤチップ１２同士は、主に、ボンディングワイヤ１７によってＣｈｉｐ Ｔｏ Ｃｈｉｐで接続される（一部のＬＥＤチップ１２については、配線１６によって接続される）。なお、ボンディングワイヤ１７、並びに、上述の配線１６、電極１６ａ、及び電極１６ｂの金属材料としては、例えば、Ａｕ（金）、銀（Ａｇ）、または銅（Ｃｕ）等が採用される。

封止部材１３は、複数のＬＥＤチップ１２、ボンディングワイヤ１７、及び配線１６を封止する封止部材である。封止部材１３は、具体的には、波長変換材として黄色蛍光体粒子を含んだ透光性樹脂材料で構成される。透光性樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂が用いられるが、エポキシ樹脂またはユリア樹脂などが用いられてもよい。また、黄色蛍光体粒子には、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系の蛍光体粒子が採用される。

この構成により、ＬＥＤチップ１２が発した青色光の一部は、封止部材１３に含まれる黄色蛍光体粒子によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体粒子に吸収されなかった青色光と、黄色蛍光体粒子によって波長変換された黄色光とは、封止部材１３中で拡散及び混合される。これにより、封止部材１３からは、白色光が出射される。なお、封止部材１３は、ＬＥＤチップ１２及びボンディングワイヤ１７を、塵芥、水分、外力等から保護する機能も有する。

バッファ層１４は、基板１１上に形成された、ダム材１５を形成するための下地層である。実施の形態１では、バッファ層１４は、基板１１をガラスコーティングすることにより形成されるガラスコート層である。つまり、バッファ層１４は、ガラス材料からなる。

実施の形態１では、バッファ層１４は、配線領域と、配線領域以外の領域とにまたがって形成される。したがって、基板１１上には、バッファ層１４が配線領域（配線１６）を覆うように形成される部分（図４に図示）と、バッファ層１４が基板１１上に直接形成される部分（図５に図示）とがある。

バッファ層１４は、複数のＬＥＤチップ１２の周囲に設けられた略円環状の配線１６のパターンを覆うように設けられる。つまり、バッファ層１４は、上面視した場合、複数のＬＥＤチップ１２を囲むように円環状に形成される。なお、バッファ層１４は、外形が矩形の環状に形成されてもよい。

バッファ層１４の厚みは、５μｍ〜５０μｍ程度である。なお、バッファ層１４の厚みを厚くすることにより、ダム材１５の材料の使用量を低減できる。

実施の形態１では、バッファ層１４の上面（ダム材１５が形成される面）は、略平坦な面である。バッファ層１４の上面は、基板１１よりも表面粗さが粗くなるように形成されている。ここで、表面粗さは、例えば、算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｙ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）、局部山頂の平均間隔（Ｓ）、及び負荷長さ率（ｔｐ）などのパラメータのそれぞれの算術平均値により求められる。

バッファ層１４は、発光装置１０の特徴構成であり、バッファ層１４を設けることにより得られる効果等の詳細については後述する。

ダム材１５は、バッファ層１４の上面に設けられた、封止部材１３をせき止めるための部材である。

ダム材１５には、例えば、絶縁性を有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂等が用いられる。より具体的には、ダム材１５には、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、またはＰＰＡなどが用いられる。

ダム材１５は、発光装置１０の光取り出し効率を高めるために、光反射性を有することが望ましい。そこで、実施の形態１では、ダム材１５には、白色の樹脂（いわゆる白樹脂）が用いられる。なお、ダム材１５の光反射性を高めるために、ダム材１５の中には、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、及びＭｇＯ等の粒子が含まれてもよい。

発光装置１０においては、ダム材１５は、上面視した場合、複数のＬＥＤチップ１２を囲むように円環状に形成される。これにより、発光装置１０の光の取り出し効率を高めることができる。なお、ダム材１５は、バッファ層１４と同様に、外形が矩形の環状に形成されてもよい。

［発光装置の製造方法］
次に、発光装置１０の製造方法について説明する。図６は、発光装置１０の製造方法のフローチャートである。図７は、発光装置１０の製造方法を示す断面図である。なお、図７は、図２のＢ−Ｂ線における断面に対応する断面図である。

まず、図７の（ａ）及び図７の（ｂ）に示されるように、基板１１上にバッファ層１４が形成される（Ｓ１１）。ここで、バッファ層１４は、具体的には、以下のようにして形成される。

まず、粉末状のフリットガラス（粉末ガラス）に溶剤を添加し混練することによってバッファ層１４の形成用のペーストを作製する。

次に、バッファ層１４の形成用のペーストを基板１１の所定の位置に所定形状で印刷する。実施の形態１では、複数のＬＥＤチップ１２を囲むように円環状に印刷される。なお、バッファ層１４の形成用のペーストは、印刷ではなく塗布されてもよい。

次に、バッファ層１４の形成用のペーストが印刷された基板１１を焼成する。基板１１が焼成されることによってバッファ層１４の形成用のペーストのガラスフリットが軟化して、基板１１または配線１６上にバッファ層１４としてガラスの焼結体膜が形成される。

バッファ層１４が形成された後、図７の（ｃ）に示されるようにバッファ層１４の上面にダム材１５が形成される（Ｓ１２）。ダム材１５は、バッファ層１４と同様に円環状に形成される。ダム材１５の形成には、白樹脂を吐出するディスペンサが用いられる。

次に、図７の（ｄ）に示されるように、基板１１上に複数のＬＥＤチップ１２が実装される（Ｓ１３）。ＬＥＤチップ１２の実装は、ダイアタッチ剤等によってＬＥＤチップ１２をダイボンディングすることにより行われる。このとき、ボンディングワイヤ１７及び配線１６により、複数のＬＥＤチップ１２は、電気的に接続される。

そして、図７の（ｅ）に示されるように、封止部材１３が充填（塗布）される（Ｓ１４）。具体的には、ダム材１５で囲まれる領域に、黄色蛍光体粒子を含んだ透光性樹脂材料が注入され、加熱または光照射等によって硬化される。

［効果等］
発光装置１０では、バッファ層１４が設けられ、バッファ層１４の上にダム材１５が設けられることが特徴である。

バッファ層１４が設けられない場合、ダム材１５が基板１１と配線１６とにまたがって形成される。このような場合、ダム材１５及び基板１１の界面と、ダム材１５及び配線１６の界面とが形成される。つまり、界面が２種類形成されるため、ダム材１５が界面剥離しやすい。なお、バッファ層１４が設けられない発光装置１０のダム材１５のシェアテストにおいて、ダム材１５が凝集破壊せず界面剥離する傾向が確認されている。

これに対し、発光装置１０では、バッファ層１４の上面にダム材１５が形成されるため、界面は１種類である。つまり、ダム材１５のバッファ層１４への密着強度を、ダム材１５の基板１１への密着強度よりも高めることができる。特に、バッファ層１４の上面の表面粗さを、基板１１の上面の表面粗さよりも粗くすることにより、ダム材１５のバッファ層１４への密着強度をさらに高めることができる。なお、密着強度（密着力）は、Ｎ／ｍで表されるパラメータであり、例えば、スタッド・プル試験、引倒し試験、及びスクラッチ試験などによって測定可能である。

そして、上述のように、バッファ層１４は、ガラスコート層であり、バッファ層１４の基板１１への密着強度は高い。このため、バッファ層１４は、基板１１に直接形成されたダム材１５よりも、基板１１から剥離しにくい。

以上をまとめると、発光装置１０においては、バッファ層１４の基板１１への密着強度、及び、ダム材１５のバッファ層１４への密着強度が、ダム材１５の基板１１への密着強度よりも高められている。これにより、発光装置１０は、ダム材１５の剥離を抑制することができる。

なお、発光装置１０では、バッファ層１４は、基板１１上において、配線領域と、配線領域以外の領域とにまたがって形成されているが、バッファ層１４は、少なくとも配線領域上に形成されればよい。

ダム材１５が配線領域上に直接形成される場合、配線材料の表面粗さが小さいために、十分な密着強度が得られないことが、ダム材１５が剥がれやすい一因となる。したがって、バッファ層１４は、少なくとも配線領域上に形成されればよい。バッファ層１４の配線領域への密着強度、及び、ダム材１５のバッファ層１４への密着強度が、ダム材１５の配線領域への密着強度よりも高くなることにより、ダム材１５の剥離を抑制することができる。

なお、上述のようにバッファ層１４が配線領域と、配線領域以外の領域とにまたがって形成される場合は、このような配線領域に対する密着強度の関係性に加えて、配線領域以外の領域についても同様の関係性が成立する。つまり、バッファ層１４の配線領域以外の領域への密着強度、及び、ダム材１５のバッファ層１４への密着強度は、ダム材１５の配線領域以外の領域への密着強度よりも高くなる。

［変形例］
実施の形態１のように、バッファ層１４がガラスコート層である場合、バッファ層１４が透明であるために、バッファ層１４からの漏れ光が問題となる可能性がある。

そこで、バッファ層１４には、光反射部材が含まれてもよい。光反射部材は、具体的には、例えば、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、及びＭｇＯ等の粒子であるが、光反射性を有する部材であればその他の部材であってもよい。

このように、バッファ層１４に光反射部材が含まれることにより、バッファ層１４からの漏れ光を抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る照明装置２００について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、実施の形態２に係る照明装置２００の断面図である。図９は、実施の形態２に係る照明装置２００及びその周辺部材の外観斜視図である。

図８及び図９に示されるように、実施の形態２に係る照明装置２００は、例えば、住宅等の天井に埋込配設されることにより下方（廊下または壁等）に光を照射するダウンライト等の埋込型照明装置である。

照明装置２００は、発光装置１０を備える。照明装置２００はさらに、基部２１０と枠体部２２０とが結合されることで構成される略有底筒状の器具本体と、当該器具本体に配置された、反射板２３０及び透光パネル２４０とを備える。

基部２１０は、発光装置１０が取り付けられる取付台であるとともに、発光装置１０で発生する熱を放熱するヒートシンクである。基部２１０は、金属材料を用いて略円柱状に形成されており、実施の形態２ではアルミダイカスト製である。

基部２１０の上部（天井側部分）には、上方に向かって突出する複数の放熱フィン２１１が一方向に沿って互いに一定の間隔をあけて設けられている。これにより、発光装置１０で発生する熱を効率よく放熱させることができる。

枠体部２２０は、内面に反射面を有する略円筒状のコーン部２２１と、コーン部２２１が取り付けられる枠体本体部２２２とを有する。コーン部２２１は、金属材料を用いて成形されており、例えば、アルミニウム合金等を絞り加工またはプレス成形することによって作製することができる。枠体本体部２２２は、硬質の樹脂材料または金属材料によって成形されている。枠体部２２０は、枠体本体部２２２が基部２１０に取り付けられることによって固定されている。

反射板２３０は、内面反射機能を有する円環枠状（漏斗状の）反射部材である。反射板２３０は、例えばアルミニウム等の金属材料を用いて形成することができる。なお、反射板２３０は、金属材料ではなく、硬質の白色樹脂材料によって形成してもよい。

透光パネル２４０は、光拡散性及び透光性を有する透光部材である。透光パネル２４０は、反射板２３０と枠体部２２０との間に配置された平板プレートであり、反射板２３０に取り付けられている。透光パネル２４０は、例えばアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂材料によって円盤状に形成することができる。

なお、照明装置２００は、透光パネル２４０を備えなくてもよい。透光パネル２４０を備えないことで、照明装置２００から放出される光の光束を向上させることができる。

また、図９に示されるように、照明装置２００には、発光装置１０に点灯電力を給電する点灯装置２５０と、商用電源からの交流電力を点灯装置２５０に中継する端子台２６０とが接続される。

点灯装置２５０及び端子台２６０は、器具本体とは別体に設けられた取付板２７０に固定される。取付板２７０は、金属材料からなる矩形板状の部材を折り曲げて形成されており、その長手方向の一端部の下面に点灯装置２５０が固定されるとともに、他端部の下面に端子台２６０が固定される。取付板２７０は、器具本体の基部２１０の上部に固定された天板２８０と互いに連結される。

照明装置２００は、発光装置１０を備えることで、ダム材１５の剥離が抑制される。つまり、照明装置２００は、信頼性が高い照明装置であるといえる。

なお、実施の形態２では、照明装置として、ダウンライトが例示されたが、本発明は、スポットライトなどの他の照明装置として実現されてもよい。

（他の実施の形態）
以上、実施の形態に係る発光装置１０、及び照明装置２００について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

上記実施の形態では、バッファ層１４は、ガラスコート層であるが、バッファ層１４の構成は、このような構成に限定されるものではない。バッファ層１４の基板１１への密着強度、及び、ダム材１５のバッファ層１４への密着強度が、ダム材１５の基板１１への密着強度よりも高くなる構成を実現できるのであれば、バッファ層１４としてガラス以外の無機化合物、または、有機化合物が用いられてもよい。

また、上記実施の形態では、バッファ層１４及びダム材１５は、ＬＥＤチップ１２を囲むように環状に形成されたが、バッファ層１４及びダム材１５の形状等は、特に限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、発光装置１０は、青色光を発するＬＥＤチップ１２と黄色蛍光体粒子との組み合わせによって白色光を放出したが、白色光を放出するための構成はこれに限らない。

例えば、赤色蛍光体粒子および緑色蛍光体粒子を含有する蛍光体含有樹脂と、ＬＥＤチップ１２とを組み合わせてもよい。あるいは、ＬＥＤチップ１２よりも短波長である紫外光を放出する紫外ＬＥＤチップと、主に紫外光により励起されることで青色光、赤色光および緑色光を放出する、青色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および赤色蛍光体粒子とが組み合わされてもよい。

また、上記実施の形態では、基板１１に実装されたＬＥＤチップ１２は、他のＬＥＤチップ１２とボンディングワイヤ１７によって、Ｃｈｉｐ Ｔｏ Ｃｈｉｐで接続された。しかしながら、ＬＥＤチップ１２は、ボンディングワイヤ１７によって基板１１上に設けられた配線１６（金属膜）に接続され、当該配線１６を介して他のＬＥＤチップ１２と電気的に接続されてもよい。

また、上記実施の形態では、発光装置１０に用いる発光素子としてＬＥＤチップ１２が例示された。しかしながら、半導体レーザ等の半導体発光素子、または、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）もしくは無機ＥＬ等のＥＬ素子等の他の種類の固体発光素子が、発光素子として採用されてもよい。

また、発光装置１０には、発光色が異なる２種類以上の発光素子が用いられてもよい。例えば、発光装置１０は、演色性を高めるなどの目的で、ＬＥＤチップ１２に加えて赤色光を発するＬＥＤチップを備えてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

例えば、本発明は、上述のようなバッファ層を形成する工程を含む発光装置の製造方法として実現されてもよい。

１０ 発光装置
１１ 基板
１２ ＬＥＤチップ（発光素子）
１３ 封止部材
１４ バッファ層
１５ ダム材
１６ 配線
２００ 照明装置

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板上に実装された発光素子と、
   前記発光素子を封止する封止部材と、
   前記基板上に形成された下地層と、
   前記下地層の上面に設けられた、前記封止部材をせき止めるためのダム材とを備え、
   前記下地層は、前記基板上において、配線が設けられた配線領域と前記配線領域以外の領域とにまたがり、かつ、前記配線領域を覆うように形成され、
   前記下地層の前記基板への密着強度および前記ダム材の前記下地層への密着強度は、前記ダム材の前記基板への密着強度よりも高く、
   前記下地層の前記配線領域への密着強度、及び、前記ダム材の前記下地層への密着強度は、前記ダム材の前記配線領域への密着強度よりも高く、
   前記ダム材は、前記下地層の前記上面に接触し、前記基板及び前記配線領域には接触しない
   発光装置。
2. 前記下地層の上面の表面粗さは、前記基板の表面粗さよりも粗い
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記下地層は、無機化合物からなる
   請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記下地層は、ガラス材料からなる
   請求項３に記載の発光装置。
5. 上面視した場合、前記下地層及び前記ダム材は、前記発光素子を囲むように環状に形成される
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記下地層は、透明材料中に光反射粒子を含んだ構造を有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備える照明装置。

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