発光モジュールおよび照明装置
【課題】発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能な発光モジュールおよび照明装置を提供する。
【解決手段】上下電極型の複数の固体発光素子１１と；固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層１２と；複数の固体発光素子および電極層を実装する表面の反射率が高くなるように形成された基板１３と；固体発光素子の上電極を電極層に接続するボンディングワイヤ１４と；基板に実装された固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部１５と；を具備し、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下とした発光モジュール１０を構成する。
【解決手段】上下電極型の複数の固体発光素子１１と；固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層１２と；複数の固体発光素子および電極層を実装する表面の反射率が高くなるように形成された基板１３と；固体発光素子の上電極を電極層に接続するボンディングワイヤ１４と；基板に実装された固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部１５と；を具備し、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下とした発光モジュール１０を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とした発光モジュールおよび照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードは、その発光効率の向上により、オフィスや一般照明用などの比較的大きな照明装置の光源として採用され、さらなる高出力化が要求されている。高出力化を達成するためには、発光ダイオードの発光効率を如何に向上させるかが重要な課題となっている。例えば、特許文献１には、発光ダイオードチップの底面に、底部銀メッキ反射層を設けた発光ダイオード装置が示され、特に段落番号［００４０］には、底部銀メッキ反射層は、発光ダイオードチップが発光する短波長域から長波長域の光まで、ほぼ全可視光領域にわたって反射率が高いので、外部へ取り出せる光束を、例えば、約２０％程度向上させることができることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８０４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の発光ダイオード装置は、段落番号［００２７］に示されるように、発光効率を向上させるために、陰極側と陽極側の一対の回路パターン上、すなわち、電極上に銀メッキが形成されている。このため、銀メッキの変色によって反射率が低下し発光効率が低下する問題が生じる。さらに、銀メッキの劣化による寿命の低下、イオンマイグレーションの発生や金ワイヤと銀メッキとのボンディング強度の低下など多くの点で寿命に影響する懸念がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能な発光モジュールおよび照明装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発光モジュールの発明は、上下電極型の複数の固体発光素子と；固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層と；複数の固体発光素子および電極層を実装する表面の反射率が高くなるように形成された基板と；固体発光素子の上電極を電極層に接続するボンディングワイヤと；基板に実装された固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部と；を具備し、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことを特徴とする。本発明によれば、上下電極型の複数の固体発光素子を用い、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことにより、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能となる。
【０００７】
本発明において、発光モジュールは、天井等から全般照明を行うオフィス等、施設・業務用などの比較的大きな照明装置に適用されても、住宅用など一般照明用の小型の照明装置、さらには、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とした口金付ランプ等に適用されるものであってもよい。また、発光モジュールは、白色で発光するように構成することが好ましいが、照明装置の用途に応じ、赤色、青色、緑色等でも、さらには各種の色を組み合わせて構成してもよい。
【０００８】
固体発光素子は、例えば、青色を発光する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体からなる発光ダイオードチップで構成されることが好適であるが、半導体レーザ、有機ＥＬなどを発光源とした発光素子が許容される。固体発光素子は、発光層の下部の底面全体に反射率の高い金属、例えば、銀（Ａｇ）メッキを行うことによって反射層を形成することが好適であるが、反射層は底面全体ではなく一部に設けられない部分があってもよい。
【０００９】
また、反射層の材質は銀ではなく金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属で構成されたものであってもよい。また、メッキに限らず、例えば、これら金属をエッチングすることによって形成しても、さらにはコーティングすることによって形成してもよい。
【００１０】
基板は、光源としての複数の固体発光素子を実装するための部材で、高反射率を有するセラミックスで構成されることが好適であるが、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）やガラスエポキシ等で構成されたものであってもよい。また、形状は、複数の、例えば、発光ダイオードチップを所定の間隔を有して配設するために必要な面モジュールを構成するために正方形や長方形に形成することが好ましいが、六角形や四角形の四隅をカットした八角形などの多角形状、さらには円形や楕円形状等をなすものでも、線モジュールを構成する長尺なライン状をなしていてもよく、目的とする配光特性を得るための全ての形状が許容される。
【００１１】
固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層は、固体発光素子の配線パターンを形成するもので、その材質は導電性の良好な金属、例えば、金（Ａｕ）で構成されることがこの好ましいが、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等、銀よりも反射率が低く、かつ導電性の良好な全ての金属が許容される。
【００１２】
電極層は、基板に対して、これら金属をメッキやエッチング等の手段によって形成された薄い金属層として構成しても、薄い金属板を半田等の蝋着手段で接合されるようにしてもよい。また、これら金属によって構成された電極層は、その表面に固体発光素子の下電極側を搭載し、銀ペースト等の導電性の接着剤で固着するようにしてダイボンディングすることが好ましいが、例えば、固体発光素子は基板に直接実装し、この固体発光素子に隣接離間して基板に電極層を形成し、ボンディングワイヤによって接続するように構成してもよく、ダイボンディングするための具体的な手段は、これら特定のものには限定されない。
【００１３】
電極層は、これら金属によって基板に所定の間隔を有してマトリックス状に一部または全体が配置され、この電極層に対して固体発光素子が搭載され実装されていることが好ましいが、千鳥状または放射状など、規則的に一定の順序をもって一部または全体が配置されたもの、さらには、ランダムに配置されたものであってもよい。また、固体発光素子は、基板の表面にＣＯＢ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ）技術を用いて実装されたものが好ましいが、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）タイプのものを用いて実装されたものであってもよい。
【００１４】
固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性の合成樹脂に、例えば、黄色蛍光体を添加することにより黄色蛍光体層を構成することが好ましいが、蛍光体を添加しない透明な合成樹脂またはガラスで構成したものであってもよい。
【００１５】
また、電極層の面積は固体発光素子の発光面の２倍以下となるように構成されるが、厳密に２倍を超える比率を排斥するものではなく、電極層による発光効率の低下を抑制しつつ、かつ固体発光素子の放熱性を確保することが可能な、２倍を越える近傍の範囲の倍率が許容される。また、電極層の面積を発光層の発光面の約１．５４倍程度にすることが好ましい。これにより、電極層の面積が発光面の面積より若干広くなり、電極層にボンディングワイヤを接続するためのスペースを確保することが可能となり、ボンディングワイヤと電極層とのボンディング強度を高め、かつ放熱性を向上させることが可能となる。
【００１６】
なお、本発明において、「表面側」とは、発光モジュールにおける発光部側の面を意味している。
【００１７】
請求項２に記載の照明装置の発明は、請求項１記載の発光モジュールと；発光モジュールを配設した器具本体と；発光モジュールを点灯する点灯装置と；を具備していることを特徴とする。本発明によれば、請求項１記載の発光モジュールを用いることにより、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能な照明装置が構成される。
【００１８】
本発明において、照明装置は、発光モジュールを複数個組み合わせて長尺なオフィス等、施設・業務用の比較的長い大きな照明器具を構成しても、発光モジュール１個または数個を用いて住宅用など一般照明用の口金付ランプや小型の照明装置を構成するようにしてもよい。
【００１９】
器具本体は、熱伝導性の良好な鋼板、ステンレス、アルミニウム等の金属で構成するのが好ましいが、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの耐熱性、耐光性で、電気絶縁性を有する合成樹脂で構成されたものであってもよい。
【００２０】
点灯装置は、例えば、交流電圧１００Ｖを直流電圧２４Ｖに変換して発光ダイオードチップに供給する点灯回路で構成され、器具本体内に内蔵させて設けても、器具本体と別置きで構成してもよい。また調光や調色機能を有するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、上下電極型の複数の固体発光素子を用い、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことにより、発光効率の低下を抑制させることができると共に、放熱性の低下による寿命低下を防止することが可能な発光モジュールを提供することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発光モジュールを用いることにより、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能な照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る発光モジュールを模式的に拡大して示す図で、（ａ）は一部を切り欠いて示す断面図、（ｂ）は（ａ）図において光の反射状態を示す断面図。
【図２】同じく発光モジュールを模式的に拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【図３】同じく発光モジュールにおける電極パターン幅と熱抵抗の関係を実験した結果を示し、（ａ）は実験に用いた電極パターンと発光面との関係を示す正面図および側面図、（ｂ）は電極パターン幅と熱抵抗の関係を示すグラフ。
【図４】同じく発光モジュールにおける電極パターン幅と熱抵抗の関係を解析するためのグラフで、（ａ）は図３（ｂ）と等価のグラフ、（ｂ）は本図（ａ）のグラフを微分したグラフ、（ｃ）は本図（ｂ）をさらに微分したグラフ。
【図５】同じく発光モジュールを使用した照明装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る発光モジュールおよびこの発光モジュールを用いた照明装置の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２５】
先ず、発光モジュールの構成につき説明する。図１に示すように、本実施例の発光モジュール１０は、固体発光素子１１、固体発光素子をダイボンディングする電極層１２、複数の固体発光素子および電極層を実装する基板１３、固体発光素子を電極層に接続するボンディングワイヤ１４、固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部１５で構成する。
【００２６】
固体発光素子１１は、発光ダイオードチップ（以下「ＬＥＤチップ」と称する）で構成し、ＬＥＤチップ１１は、同一性能を有する複数個のＬＥＤチップが用意され、この各ＬＥＤチップは、本実施例では高輝度、高出力の青色ＬＥＤチップで構成する。ＬＥＤチップ１１は、上部に発光層１１ａを有し、発光層の下部には、発光層から下方に放射される光を反射させるための反射層１１ｂが形成されている。反射層は反射率が高い金属、本実施例では、純銀（Ａｇ）を発光層１１ａの下面全体にわたってメッキすることによって形成される。反射層１１ｂを構成する銀は、純銀に限らず白金（Ｐｔ）や鉛（Ｐｂ）等の金属を微量添加したものでもよい。反射層の厚さは、約３μｍに形成される。図中１１ｃは、反射層１１ｂの下面全体にわたって形成された銅（Ｃｕ）からなる導電層である。
【００２７】
このＬＥＤチップ１１は、発光層１１ａの上面が陰極側の上電極１１ｄに、また反射層１１ｂの下面が陽極側の下電極１１ｅとなる上下電極型をなして構成され、ＬＥＤチップ１１全体の厚さは約１００〜２００μｍ、チップ角は約１ｍｍで、定格消費電力が１．０〜２．５Ｗの大容量のチップとして構成される。
【００２８】
上記に構成された複数個のＬＥＤチップ１１は、図２（ａ）に示すように、基板１３の表面に、縦に５個、横に５個が略均等の間隔を有してマトリックス状に配置され高密度に実装される。基板１３は、熱伝導性を有し、かつ表面の反射率が高くなるように、反射率の高い白色のセラミックスで略正方形の平板となるように構成する（Ｎｉ等、反射率の高い金属をメッキしてもよい）。基板１３の表面には、複数個のＬＥＤチップ１１を接続するための配線パターンを構成する電極層１２が形成される。
【００２９】
電極層１２は、表面側が銀よりも反射率が低く、かつ導電性を有する金属、本実施例では、金（Ａｕ）を、セラミックスからなる基板１３の表面に対して予め配線パターンをなすように形成された銅（Ｃｕ）からなる導電層１２ａ上にメッキをすることによって形成する。電極層１２を構成する金は、純金に限らず１８金等であってもよい。
【００３０】
電極層１２は、図２（ａ）に示すように、基板１３の表面に、縦に５個、横に５個、計２５個の電極層が、それぞれの電極層が分離されて電気絶縁がなされるように、略均等の間隔ｓを有してマトリックス状に配設される。電極層１２は、厚さが約３５〜２５０μｍで、一辺の長さが約１．４（√２）ｍｍ角の略正方形に形成される。なお、導電層１２ａは、配線パターンを形成する薄い銅板を半田によって基板１３の表面に接合することによって形成される。
【００３１】
上記のように電極層１２が形成された基板１３には、ＬＥＤチップがＣＯＢ技術によって実装される。すなわち、２５個の電極層１２の表面に対して、ＬＥＤチップ１１を１個ずつ、その下電極１１ｅの導電層１１ｃが電極層１２の表面に対向する向きにして搭載し、導電性の接着剤、本実施例では、熱硬化性の銀ペーストで固着して、ＬＥＤチップ１１の下電極１１ｅを電極層１２にダイボンディングする。この際、正方形の電極層１２に対して、正方形のＬＥＤチップ１１を一方向（図２（ａ）中、下方向）に平行に多少ずらして固着する。これによって、電極層１２の上方の一辺に、多少広くなったスペースが形成され、ボンディングワイヤ１４の接続スペース１２ｂを確保する。
【００３２】
ボンディングワイヤ１４は、金ワイヤからなり各ＬＥＤチップ１１の上電極１１ｄと、図２（ａ）中、縦方向に隣接するＬＥＤチップ１１の電極層１２の接続スペース１２ｂとを順次接続するようにボンディングを行う。この際、電極層１２は金ワイヤからなるボンディングワイヤ１４と同様の金で構成されており、ボンディング強度を高めることができる。上記により、各ＬＥＤチップ１１の陰極側の上電極１１ｄが、隣接する各ＬＥＤチップ１１の陽極側の下電極１１ｅに電極層１２を介して接続される。陽極側の端部は陽極側の共通端子１２ｃに、陰極側の端部は陰極側の共通端子１２ｄにそれぞれが接続される。これにより、直列に接続された２５個のＬＥＤチップ１１が基板１３の表面に実装される。なお、陽極側および陰極側の共通端子１２ｃ、１２ｄは、電極層１２と同様に、金（Ａｕ）をセラミックスからなる基板１３表面の導電層１２ａにメッキすることによって形成する。
【００３３】
封止部１５は、透光性を有する樹脂、本実施例では、シリコーン樹脂に黄色蛍光体を添加し、これを基板に実装されたＬＥＤチップ１１および充電部であるボンディングワイヤ１４を覆うようにして充填して封止する。これにより、封止部１５は、青色ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａから放射される青色光を透過させると共に、青色光によって黄色蛍光体を励起して黄色光に変換し、透過した青色光と黄色光が混光して白色の光が放射されるように構成される。
【００３４】
この際、発光層１１ａから放射される白色の光は、図１（ｂ）に示すように、光軸ｘ−ｘ方向に沿って上方に放射されると共に下方にも放射される。下方に放射された光ａは反射層１１ｂで反射され上方に向かって放射される。特に、反射層１１ｂは、全可視光領域にわたって反射率が高い銀で形成されており、外部に取り出せる光束を向上させることができる。
【００３５】
同時に、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａの側面から斜め下方に放射される光ｂは、金からなる電極層１２の表面およびマトリックス状に配設された各ＬＥＤチップ１１の間に形成される間隔ｓを介して、白色のセラミックス基板１３の表面で反射され上方に向かって放射される。
【００３６】
上記により、発光層１１ａの下部に反射層１１ｂを有する上下電極型の２５個のＬＥＤチップ１１がマトリックス状に実装された略正方形をなす平板状の発光モジュール１０が構成される。この発光モジュール１０は、発光層１１ａの下部に銀からなる反射層１１ｂが形成され、銀がＬＥＤチップ１１の外側に露出しないように設けられていることから銀の変色を防止することができ、発光効率の低下を防ぐことができる。さらに、銀メッキの劣化を防止することができる。さらに、電極層１２は金で構成したので、従来の銀によるイオンマイグレーションの発生や、金ワイヤと銀とのボンディングによる強度の低下を防止することができる。
【００３７】
また、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａの発光面の一辺の長さが約１ｍｍで電極層１２の一辺の長さが約１．４（√２）ｍｍ、換言すれば、それぞれが正方形をなす電極層１２の面積が、ＬＥＤチップの発光面の面積の２倍以下に形成される。これにより、図１（ａ）に示すように、銀より反射率が低く青色の光が吸収され易い金からなる電極層１２の露出面積(反射面積)を極力小さくすることができ、発光効率の低下を防止することができる。
【００３８】
同時に、電極層１２の面積を小さくすることによって形成される各ＬＥＤチップ１１の間の間隔ｓによって、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａ側面から斜め下方に放射される光ｂは、一部は銀よりも反射率が低い金からなる電極層１２の表面で反射するが、殆んどの光は、間隔ｓを介して反射率を高くした白色のセラミックス基板１３の表面に至り効果的に反射される。
【００３９】
また、銀よりも反射率が低く青色光を吸収し易い金からなる電極層１２は、その面積を極力小さくすることによって発光効率の低下を防止すると同時に、ＬＥＤチップ１１の熱を外部に放熱させるための放熱部の作用を発揮しなければならない。このため、電極層１２は、発光効率の低下防止の面からは極力小さくしなければならない。他方、放熱性の面からは極力大きくしなければならならず、この「相反する条件」を満足するための所定の面積を選択する必要がある。
【００４０】
実験によれば、上記構成の発光モジュール１０において、電極層１２の一辺の長さ寸法は、１ｍｍ角のＬＥＤチップに対して、約１．４（√２）倍以下、面積比で２倍以下に設定することによって、上述の「相反する条件」を満足できることが確認された。
【００４１】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す略正方形状をなす電極層１２における電極パターン幅（電極層１２の一辺の長さ）を０．９ｍｍから２ｍｍまで０．１ｍｍごとに広げた場合における電極層１２の熱抵抗の変化を示すグラフで、縦目盛りは熱抵抗値（Ｒｊｂ）、横目盛りは電極パターン幅（ｍｍ）である。そして、このグラフと等価のグラフ（図４（ａ））を作成して微分したグラフ（図４（ｂ））を作成し、この図４（ｂ）のグラフをさらに微分して作成したグラフ（図４（ｃ））に示すように、電極パターン幅が約１．４ｍｍ近辺で変化率が少なっており、電極層１２を極力小さくし、なおかつ適正な放熱性を確保するための電極パターン幅の限界値を求めることができた。
【００４２】
すなわち、関数を２回微分すると変化率の変化率の関数（ｆ´´（ｘ））となる。ｆ´´（ｘ）が０であれば、変化率が一定つまり直線となる。逆にｆ´´（ｘ）が大きければ、指数関数的に増加する。ｆ´´（ｘ）の関数が０．９＜＝ｘ＜＝１．７の定義域においては、ｆ´´（ｘ）が最小（変化率が最小）となるのは、ｘ≒１．４であり、これを上限値（限界値）として求めた。
【００４３】
また、電極層１２の面積を発光層１１ａの発光面の面積の約１．５４倍、にすることによって、電極層１２の面積が発光面の面積より若干広くなり、電極層にボンディングワイヤを接続するためのスペース１２ｂを確保することが可能となり、ボンディングワイヤと電極層とのボンディング強度を高めることができ、同時に放熱性も向上させることができる。
【００４４】
上記により、発光効率の低下を抑制しつつＬＥＤチップ１１の放熱性を確保し、かつ寿命の低下を防止することが可能な発光モジュール１０が構成される。この発光モジュールは、図５に示すように、器具本体に組み込まれて照明装置が構成される。
【００４５】
本実施例の照明装置２０は、ＬＥＤを光源とした小形のダウンライトを構成したもので、上述した発光モジュール１０、発光モジュールを配設した器具本体２１、発光モジュールを点灯する点灯装置２２で構成される。点灯装置２２は、器具本体２１と別置きで構成してもよい。
【００４６】
器具本体２１は、図５（ａ）に示すように、アルミダイカスト製で、両端部に開口を有する断面略円形の円筒状のケース部材として構成する。円筒体内部の一端部（図５（ａ）中、下方）の開口側に位置して、発光モジュール１０を配設するための仕切り板２１ａを一体に形成する。仕切り板２１ａは、発光モジュール１０を器具本体に支持するための支持部であり、かつ放熱部となる平坦な表面（図５（ａ）中、下側の面）を有する。
【００４７】
発光モジュール１０は、この仕切り板２１ａの平坦な表面上に載置され、基板１３に設けた取付孔を用いて周囲４箇所程度をねじによって仕切り板２１ａに対して締め付け、基板１３の裏面をアルミニウムからなる仕切り板２１ａに確実に密着させて固定する。
【００４８】
上記のように仕切り板２１ａに固定された発光モジュール１０の表面側には、各ＬＥＤチップ１１を囲むようにして反射体２３が設けられる。反射体２３は、耐光性、耐熱性および電気絶縁性を有する白色の合成樹脂、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等で構成され、発光モジュール１０の基板１３に実装された２５個のＬＥＤチップ１１を囲むことができる直径の円形の光取込口２３ａおよび各ＬＥＤチップ１１を囲むように対向して位置した回転放物面状をなす「すり鉢状」の反射面２３ｂが一体に形成されている。これにより、発光モジュール１０の光軸ｘ−ｘと反射体２３の光軸ｙ−ｙが略一致した発光部Ａが構成される。
【００４９】
ＬＥＤチップ１３を点灯する点灯装置２２は、発光モジュール１０における各ＬＥＤチップ１１の点灯回路を構成する回路部品からなり、交流電圧１００Ｖを直流電圧２４Ｖに変換して各ＬＥＤチップ１１に定電流の直流電流を供給するように構成される。上記に構成された点灯装置２２は、器具本体２１の内部に収納され、他端部側の開口には点灯装置に商用電源を供給するための電源端子台２４が設けられる。図中２５は、器具本体２１の発光部Ａに面する一端部に設けられた化粧枠、２５ａは化粧枠に設けられた透明なカバー部材、２６は器具本体２１を天井Ｘに支持するための板ばねからなる支持具である。
【００５０】
上記に構成されたダウンライト形の照明装置２０は、被設置面である天井Ｘに単体若しくは複数個を送り用ケーブルにより接続させて設置される。先ず、電源端子台２４に電源線を接続し、図５（ａ）に一点鎖線でに示すように、天井Ｘの所定の位置に円形の設置孔３０を形成する。次に、器具本体２１の板ばねからなる支持具２６を手で内方に撓ませて器具本体と共に設置孔３０に挿入し、支持具２６から手を離す。これにより板ばねが自らの弾性により元の状態に復帰して設置孔３０の内面に圧接し、その圧接力により器具本体２１が天井Ｘに固定され、化粧枠２５の上面を天井面Ｘに当接させ位置を決める。この状態で、設置孔３０の切り口は化粧枠２５によって綺麗に覆われる。
【００５１】
上記に設置された照明装置２０を点灯すると、各ＬＥＤチップ１１から放射された光が反射体２３の回転放物面からなる反射面２３ｂで反射して略円形状に下向きに広がって放射されスポット的な所望の照明を行う。この際、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａから放射された光は、光軸ｘ−ｘ方向に沿って図５（ａ）中、下方に放射されると共に上方にも放射される。上方に放射された光ａは図１（ｂ）に示すように、反射層１１ｂで反射されて下方に向かって放射される。なお、図１（ｂ）の状態と、天井に設置された図５（ａ）における状態の光の放射方向は上下が逆となる。また特に、反射層１１ｂは、全可視光領域にわたって反射率が高い銀で形成されており、外部に取り出せる光束を向上させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００５２】
また、発光層１１ａの側面から斜め上方に放射される光ｂは、一部は銀よりも反射率の低い金からなる電極層１２の表面で反射するが、殆んどの光は、間隔ｓを介して反射率が高くなるように形成された白色のセラミックス製の基板１３の表面に至り、効果的に反射されて下方に向かって放射される。これら作用によって、発光効率の低下を防止することができ、光ロスの少ない照明を行うことができる。
【００５３】
また、各ＬＥＤチップ１１から発生する熱は、電極層１２から基板１３へ、さらに器具本体の仕切り板２１ａから器具本体２１に伝達され外部に放熱される。この際、電極層１２は、熱伝導性の良好な金からなり、しかも、電極層１２の面積を発光層１１ａの発光面の面積の２倍以下になるように形成し、電極層１２の熱抵抗を適正な値になるように構成したので効果的に基板１３に伝達することができる。さらに、基板１３も熱伝導性を有するセラミックスで構成され、器具本体も熱伝導性の良好なアルミニウムで構成され、表面積の広い本体側壁にも伝達されるので、より効果的に外部に放熱される。
【００５４】
これら放熱作用によって、各ＬＥＤチップ１１における光変換効率の低下が抑制され光束の低下を防止することができ、所定照度の明るい照明を行うことができる。同時にＬＥＤチップの長寿命化も図ることがでる。
【００５５】
以上、本実施例によれば、発光モジュール１０は、発光層１１ａの下部に銀からなる反射層１１ｂが形成されているので、発光層１１ａから下方に放射された光ａが反射層１１ｂで反射されて上方に向かって放射される。特に、反射層１１ｂは、全可視光領域にわたって反射率が高い銀で形成されており、外部に取り出せる光束を向上させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００５６】
また、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａの発光面の一辺の長さが約１ｍｍで電極層１２の一辺の長さが約１．４（√２）ｍｍ、換言すれば、それぞれが正方形をなす電極層１２の面積をＬＥＤチップ１１の発光面の面積の２倍以下に形成したので、銀よりも反射率が低く青色の光が吸収され易い金からなる電極層１２の露出面積(反射面積)を極力小さくすることができ、発光効率の低下を防止することができる。同時に、電極層１２の面積を小さくすることによって形成される各ＬＥＤチップ１１の間の間隔ｓによって、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａ側面から斜め下方に放射される光ｂは、間隔ｓを介して反射率が高くなるように形成された白色のセラミックス基板１３の表面に至り効果的に反射され、発光効率の低下を一層防止することができる。
【００５７】
さらに、電極層１２の面積をＬＥＤチップ１１の発光面の面積の２倍以下になるように形成することによって、電極層１２の熱抵抗を適正な値になるように構成することができＬＥＤチップ１１から発生する熱を効果的に基板１３に伝達することができ、ＬＥＤチップ１１における光変換効率の低下が抑制され光束の低下を防止することができ、同時にＬＥＤチップの長寿命化も図ることがでる。
【００５８】
また、発光モジュール１０は、反射層１１ｂを構成する銀がＬＥＤチップ１１の外側に露出しないように設けられ、銀の変色を防止することができので、発光効率の低下を防ぐことができる。同時に、銀メッキの劣化による寿命の低下を防止することができる。
【００５９】
また、電極層１２は金で構成したので、従来の銀によるイオンマイグレーションの発生や、金ワイヤと銀とのボンディングによる強度の低下を防止することができ、寿命の低下を防止することができる。
【００６０】
上述のこれら作用により、発光効率の低下を抑制しつつＬＥＤチップ１１の放熱性を確保し、かつ寿命の低下を防止することが可能な発光モジュール１０および照明装置２０を提供することができる。
【００６１】
本実施例において、ＬＥＤチップ１１および電極層１２は、正方形状に形成し、電極層１２の面積をＬＥＤチップ１１の発光面の２倍以下に構成したが、長方形状に形成して、その面積比が２倍以下になるように構成しても、同様の作用効果を奏することができる。
【００６２】
また、ＬＥＤチップ１１の反射層１１ｂおよび電極層１２に、銅からなる導電層を設けたが、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性を有する金属で形成してもよい。さらに、これら導電層を省略して構成してもよい。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 発光モジュール
１１ 固体発光素子
１２ 電極層
１３ 基板
１４ ボンディングワイヤ
１５ 封止部
２０ 照明装置
２１ 器具本体
２２ 点灯装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とした発光モジュールおよび照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードは、その発光効率の向上により、オフィスや一般照明用などの比較的大きな照明装置の光源として採用され、さらなる高出力化が要求されている。高出力化を達成するためには、発光ダイオードの発光効率を如何に向上させるかが重要な課題となっている。例えば、特許文献１には、発光ダイオードチップの底面に、底部銀メッキ反射層を設けた発光ダイオード装置が示され、特に段落番号［００４０］には、底部銀メッキ反射層は、発光ダイオードチップが発光する短波長域から長波長域の光まで、ほぼ全可視光領域にわたって反射率が高いので、外部へ取り出せる光束を、例えば、約２０％程度向上させることができることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８０４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の発光ダイオード装置は、段落番号［００２７］に示されるように、発光効率を向上させるために、陰極側と陽極側の一対の回路パターン上、すなわち、電極上に銀メッキが形成されている。このため、銀メッキの変色によって反射率が低下し発光効率が低下する問題が生じる。さらに、銀メッキの劣化による寿命の低下、イオンマイグレーションの発生や金ワイヤと銀メッキとのボンディング強度の低下など多くの点で寿命に影響する懸念がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能な発光モジュールおよび照明装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発光モジュールの発明は、上下電極型の複数の固体発光素子と；固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層と；複数の固体発光素子および電極層を実装する表面の反射率が高くなるように形成された基板と；固体発光素子の上電極を電極層に接続するボンディングワイヤと；基板に実装された固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部と；を具備し、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことを特徴とする。本発明によれば、上下電極型の複数の固体発光素子を用い、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことにより、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能となる。
【０００７】
本発明において、発光モジュールは、天井等から全般照明を行うオフィス等、施設・業務用などの比較的大きな照明装置に適用されても、住宅用など一般照明用の小型の照明装置、さらには、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とした口金付ランプ等に適用されるものであってもよい。また、発光モジュールは、白色で発光するように構成することが好ましいが、照明装置の用途に応じ、赤色、青色、緑色等でも、さらには各種の色を組み合わせて構成してもよい。
【０００８】
固体発光素子は、例えば、青色を発光する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体からなる発光ダイオードチップで構成されることが好適であるが、半導体レーザ、有機ＥＬなどを発光源とした発光素子が許容される。固体発光素子は、発光層の下部の底面全体に反射率の高い金属、例えば、銀（Ａｇ）メッキを行うことによって反射層を形成することが好適であるが、反射層は底面全体ではなく一部に設けられない部分があってもよい。
【０００９】
また、反射層の材質は銀ではなく金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属で構成されたものであってもよい。また、メッキに限らず、例えば、これら金属をエッチングすることによって形成しても、さらにはコーティングすることによって形成してもよい。
【００１０】
基板は、光源としての複数の固体発光素子を実装するための部材で、高反射率を有するセラミックスで構成されることが好適であるが、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）やガラスエポキシ等で構成されたものであってもよい。また、形状は、複数の、例えば、発光ダイオードチップを所定の間隔を有して配設するために必要な面モジュールを構成するために正方形や長方形に形成することが好ましいが、六角形や四角形の四隅をカットした八角形などの多角形状、さらには円形や楕円形状等をなすものでも、線モジュールを構成する長尺なライン状をなしていてもよく、目的とする配光特性を得るための全ての形状が許容される。
【００１１】
固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層は、固体発光素子の配線パターンを形成するもので、その材質は導電性の良好な金属、例えば、金（Ａｕ）で構成されることがこの好ましいが、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等、銀よりも反射率が低く、かつ導電性の良好な全ての金属が許容される。
【００１２】
電極層は、基板に対して、これら金属をメッキやエッチング等の手段によって形成された薄い金属層として構成しても、薄い金属板を半田等の蝋着手段で接合されるようにしてもよい。また、これら金属によって構成された電極層は、その表面に固体発光素子の下電極側を搭載し、銀ペースト等の導電性の接着剤で固着するようにしてダイボンディングすることが好ましいが、例えば、固体発光素子は基板に直接実装し、この固体発光素子に隣接離間して基板に電極層を形成し、ボンディングワイヤによって接続するように構成してもよく、ダイボンディングするための具体的な手段は、これら特定のものには限定されない。
【００１３】
電極層は、これら金属によって基板に所定の間隔を有してマトリックス状に一部または全体が配置され、この電極層に対して固体発光素子が搭載され実装されていることが好ましいが、千鳥状または放射状など、規則的に一定の順序をもって一部または全体が配置されたもの、さらには、ランダムに配置されたものであってもよい。また、固体発光素子は、基板の表面にＣＯＢ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ）技術を用いて実装されたものが好ましいが、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）タイプのものを用いて実装されたものであってもよい。
【００１４】
固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性の合成樹脂に、例えば、黄色蛍光体を添加することにより黄色蛍光体層を構成することが好ましいが、蛍光体を添加しない透明な合成樹脂またはガラスで構成したものであってもよい。
【００１５】
また、電極層の面積は固体発光素子の発光面の２倍以下となるように構成されるが、厳密に２倍を超える比率を排斥するものではなく、電極層による発光効率の低下を抑制しつつ、かつ固体発光素子の放熱性を確保することが可能な、２倍を越える近傍の範囲の倍率が許容される。また、電極層の面積を発光層の発光面の約１．５４倍程度にすることが好ましい。これにより、電極層の面積が発光面の面積より若干広くなり、電極層にボンディングワイヤを接続するためのスペースを確保することが可能となり、ボンディングワイヤと電極層とのボンディング強度を高め、かつ放熱性を向上させることが可能となる。
【００１６】
なお、本発明において、「表面側」とは、発光モジュールにおける発光部側の面を意味している。
【００１７】
請求項２に記載の照明装置の発明は、請求項１記載の発光モジュールと；発光モジュールを配設した器具本体と；発光モジュールを点灯する点灯装置と；を具備していることを特徴とする。本発明によれば、請求項１記載の発光モジュールを用いることにより、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能な照明装置が構成される。
【００１８】
本発明において、照明装置は、発光モジュールを複数個組み合わせて長尺なオフィス等、施設・業務用の比較的長い大きな照明器具を構成しても、発光モジュール１個または数個を用いて住宅用など一般照明用の口金付ランプや小型の照明装置を構成するようにしてもよい。
【００１９】
器具本体は、熱伝導性の良好な鋼板、ステンレス、アルミニウム等の金属で構成するのが好ましいが、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの耐熱性、耐光性で、電気絶縁性を有する合成樹脂で構成されたものであってもよい。
【００２０】
点灯装置は、例えば、交流電圧１００Ｖを直流電圧２４Ｖに変換して発光ダイオードチップに供給する点灯回路で構成され、器具本体内に内蔵させて設けても、器具本体と別置きで構成してもよい。また調光や調色機能を有するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、上下電極型の複数の固体発光素子を用い、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことにより、発光効率の低下を抑制させることができると共に、放熱性の低下による寿命低下を防止することが可能な発光モジュールを提供することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発光モジュールを用いることにより、発光効率を向上させることができると共に、寿命の低下を防止することが可能な照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る発光モジュールを模式的に拡大して示す図で、（ａ）は一部を切り欠いて示す断面図、（ｂ）は（ａ）図において光の反射状態を示す断面図。
【図２】同じく発光モジュールを模式的に拡大して示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【図３】同じく発光モジュールにおける電極パターン幅と熱抵抗の関係を実験した結果を示し、（ａ）は実験に用いた電極パターンと発光面との関係を示す正面図および側面図、（ｂ）は電極パターン幅と熱抵抗の関係を示すグラフ。
【図４】同じく発光モジュールにおける電極パターン幅と熱抵抗の関係を解析するためのグラフで、（ａ）は図３（ｂ）と等価のグラフ、（ｂ）は本図（ａ）のグラフを微分したグラフ、（ｃ）は本図（ｂ）をさらに微分したグラフ。
【図５】同じく発光モジュールを使用した照明装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る発光モジュールおよびこの発光モジュールを用いた照明装置の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２５】
先ず、発光モジュールの構成につき説明する。図１に示すように、本実施例の発光モジュール１０は、固体発光素子１１、固体発光素子をダイボンディングする電極層１２、複数の固体発光素子および電極層を実装する基板１３、固体発光素子を電極層に接続するボンディングワイヤ１４、固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部１５で構成する。
【００２６】
固体発光素子１１は、発光ダイオードチップ（以下「ＬＥＤチップ」と称する）で構成し、ＬＥＤチップ１１は、同一性能を有する複数個のＬＥＤチップが用意され、この各ＬＥＤチップは、本実施例では高輝度、高出力の青色ＬＥＤチップで構成する。ＬＥＤチップ１１は、上部に発光層１１ａを有し、発光層の下部には、発光層から下方に放射される光を反射させるための反射層１１ｂが形成されている。反射層は反射率が高い金属、本実施例では、純銀（Ａｇ）を発光層１１ａの下面全体にわたってメッキすることによって形成される。反射層１１ｂを構成する銀は、純銀に限らず白金（Ｐｔ）や鉛（Ｐｂ）等の金属を微量添加したものでもよい。反射層の厚さは、約３μｍに形成される。図中１１ｃは、反射層１１ｂの下面全体にわたって形成された銅（Ｃｕ）からなる導電層である。
【００２７】
このＬＥＤチップ１１は、発光層１１ａの上面が陰極側の上電極１１ｄに、また反射層１１ｂの下面が陽極側の下電極１１ｅとなる上下電極型をなして構成され、ＬＥＤチップ１１全体の厚さは約１００〜２００μｍ、チップ角は約１ｍｍで、定格消費電力が１．０〜２．５Ｗの大容量のチップとして構成される。
【００２８】
上記に構成された複数個のＬＥＤチップ１１は、図２（ａ）に示すように、基板１３の表面に、縦に５個、横に５個が略均等の間隔を有してマトリックス状に配置され高密度に実装される。基板１３は、熱伝導性を有し、かつ表面の反射率が高くなるように、反射率の高い白色のセラミックスで略正方形の平板となるように構成する（Ｎｉ等、反射率の高い金属をメッキしてもよい）。基板１３の表面には、複数個のＬＥＤチップ１１を接続するための配線パターンを構成する電極層１２が形成される。
【００２９】
電極層１２は、表面側が銀よりも反射率が低く、かつ導電性を有する金属、本実施例では、金（Ａｕ）を、セラミックスからなる基板１３の表面に対して予め配線パターンをなすように形成された銅（Ｃｕ）からなる導電層１２ａ上にメッキをすることによって形成する。電極層１２を構成する金は、純金に限らず１８金等であってもよい。
【００３０】
電極層１２は、図２（ａ）に示すように、基板１３の表面に、縦に５個、横に５個、計２５個の電極層が、それぞれの電極層が分離されて電気絶縁がなされるように、略均等の間隔ｓを有してマトリックス状に配設される。電極層１２は、厚さが約３５〜２５０μｍで、一辺の長さが約１．４（√２）ｍｍ角の略正方形に形成される。なお、導電層１２ａは、配線パターンを形成する薄い銅板を半田によって基板１３の表面に接合することによって形成される。
【００３１】
上記のように電極層１２が形成された基板１３には、ＬＥＤチップがＣＯＢ技術によって実装される。すなわち、２５個の電極層１２の表面に対して、ＬＥＤチップ１１を１個ずつ、その下電極１１ｅの導電層１１ｃが電極層１２の表面に対向する向きにして搭載し、導電性の接着剤、本実施例では、熱硬化性の銀ペーストで固着して、ＬＥＤチップ１１の下電極１１ｅを電極層１２にダイボンディングする。この際、正方形の電極層１２に対して、正方形のＬＥＤチップ１１を一方向（図２（ａ）中、下方向）に平行に多少ずらして固着する。これによって、電極層１２の上方の一辺に、多少広くなったスペースが形成され、ボンディングワイヤ１４の接続スペース１２ｂを確保する。
【００３２】
ボンディングワイヤ１４は、金ワイヤからなり各ＬＥＤチップ１１の上電極１１ｄと、図２（ａ）中、縦方向に隣接するＬＥＤチップ１１の電極層１２の接続スペース１２ｂとを順次接続するようにボンディングを行う。この際、電極層１２は金ワイヤからなるボンディングワイヤ１４と同様の金で構成されており、ボンディング強度を高めることができる。上記により、各ＬＥＤチップ１１の陰極側の上電極１１ｄが、隣接する各ＬＥＤチップ１１の陽極側の下電極１１ｅに電極層１２を介して接続される。陽極側の端部は陽極側の共通端子１２ｃに、陰極側の端部は陰極側の共通端子１２ｄにそれぞれが接続される。これにより、直列に接続された２５個のＬＥＤチップ１１が基板１３の表面に実装される。なお、陽極側および陰極側の共通端子１２ｃ、１２ｄは、電極層１２と同様に、金（Ａｕ）をセラミックスからなる基板１３表面の導電層１２ａにメッキすることによって形成する。
【００３３】
封止部１５は、透光性を有する樹脂、本実施例では、シリコーン樹脂に黄色蛍光体を添加し、これを基板に実装されたＬＥＤチップ１１および充電部であるボンディングワイヤ１４を覆うようにして充填して封止する。これにより、封止部１５は、青色ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａから放射される青色光を透過させると共に、青色光によって黄色蛍光体を励起して黄色光に変換し、透過した青色光と黄色光が混光して白色の光が放射されるように構成される。
【００３４】
この際、発光層１１ａから放射される白色の光は、図１（ｂ）に示すように、光軸ｘ−ｘ方向に沿って上方に放射されると共に下方にも放射される。下方に放射された光ａは反射層１１ｂで反射され上方に向かって放射される。特に、反射層１１ｂは、全可視光領域にわたって反射率が高い銀で形成されており、外部に取り出せる光束を向上させることができる。
【００３５】
同時に、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａの側面から斜め下方に放射される光ｂは、金からなる電極層１２の表面およびマトリックス状に配設された各ＬＥＤチップ１１の間に形成される間隔ｓを介して、白色のセラミックス基板１３の表面で反射され上方に向かって放射される。
【００３６】
上記により、発光層１１ａの下部に反射層１１ｂを有する上下電極型の２５個のＬＥＤチップ１１がマトリックス状に実装された略正方形をなす平板状の発光モジュール１０が構成される。この発光モジュール１０は、発光層１１ａの下部に銀からなる反射層１１ｂが形成され、銀がＬＥＤチップ１１の外側に露出しないように設けられていることから銀の変色を防止することができ、発光効率の低下を防ぐことができる。さらに、銀メッキの劣化を防止することができる。さらに、電極層１２は金で構成したので、従来の銀によるイオンマイグレーションの発生や、金ワイヤと銀とのボンディングによる強度の低下を防止することができる。
【００３７】
また、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａの発光面の一辺の長さが約１ｍｍで電極層１２の一辺の長さが約１．４（√２）ｍｍ、換言すれば、それぞれが正方形をなす電極層１２の面積が、ＬＥＤチップの発光面の面積の２倍以下に形成される。これにより、図１（ａ）に示すように、銀より反射率が低く青色の光が吸収され易い金からなる電極層１２の露出面積(反射面積)を極力小さくすることができ、発光効率の低下を防止することができる。
【００３８】
同時に、電極層１２の面積を小さくすることによって形成される各ＬＥＤチップ１１の間の間隔ｓによって、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａ側面から斜め下方に放射される光ｂは、一部は銀よりも反射率が低い金からなる電極層１２の表面で反射するが、殆んどの光は、間隔ｓを介して反射率を高くした白色のセラミックス基板１３の表面に至り効果的に反射される。
【００３９】
また、銀よりも反射率が低く青色光を吸収し易い金からなる電極層１２は、その面積を極力小さくすることによって発光効率の低下を防止すると同時に、ＬＥＤチップ１１の熱を外部に放熱させるための放熱部の作用を発揮しなければならない。このため、電極層１２は、発光効率の低下防止の面からは極力小さくしなければならない。他方、放熱性の面からは極力大きくしなければならならず、この「相反する条件」を満足するための所定の面積を選択する必要がある。
【００４０】
実験によれば、上記構成の発光モジュール１０において、電極層１２の一辺の長さ寸法は、１ｍｍ角のＬＥＤチップに対して、約１．４（√２）倍以下、面積比で２倍以下に設定することによって、上述の「相反する条件」を満足できることが確認された。
【００４１】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す略正方形状をなす電極層１２における電極パターン幅（電極層１２の一辺の長さ）を０．９ｍｍから２ｍｍまで０．１ｍｍごとに広げた場合における電極層１２の熱抵抗の変化を示すグラフで、縦目盛りは熱抵抗値（Ｒｊｂ）、横目盛りは電極パターン幅（ｍｍ）である。そして、このグラフと等価のグラフ（図４（ａ））を作成して微分したグラフ（図４（ｂ））を作成し、この図４（ｂ）のグラフをさらに微分して作成したグラフ（図４（ｃ））に示すように、電極パターン幅が約１．４ｍｍ近辺で変化率が少なっており、電極層１２を極力小さくし、なおかつ適正な放熱性を確保するための電極パターン幅の限界値を求めることができた。
【００４２】
すなわち、関数を２回微分すると変化率の変化率の関数（ｆ´´（ｘ））となる。ｆ´´（ｘ）が０であれば、変化率が一定つまり直線となる。逆にｆ´´（ｘ）が大きければ、指数関数的に増加する。ｆ´´（ｘ）の関数が０．９＜＝ｘ＜＝１．７の定義域においては、ｆ´´（ｘ）が最小（変化率が最小）となるのは、ｘ≒１．４であり、これを上限値（限界値）として求めた。
【００４３】
また、電極層１２の面積を発光層１１ａの発光面の面積の約１．５４倍、にすることによって、電極層１２の面積が発光面の面積より若干広くなり、電極層にボンディングワイヤを接続するためのスペース１２ｂを確保することが可能となり、ボンディングワイヤと電極層とのボンディング強度を高めることができ、同時に放熱性も向上させることができる。
【００４４】
上記により、発光効率の低下を抑制しつつＬＥＤチップ１１の放熱性を確保し、かつ寿命の低下を防止することが可能な発光モジュール１０が構成される。この発光モジュールは、図５に示すように、器具本体に組み込まれて照明装置が構成される。
【００４５】
本実施例の照明装置２０は、ＬＥＤを光源とした小形のダウンライトを構成したもので、上述した発光モジュール１０、発光モジュールを配設した器具本体２１、発光モジュールを点灯する点灯装置２２で構成される。点灯装置２２は、器具本体２１と別置きで構成してもよい。
【００４６】
器具本体２１は、図５（ａ）に示すように、アルミダイカスト製で、両端部に開口を有する断面略円形の円筒状のケース部材として構成する。円筒体内部の一端部（図５（ａ）中、下方）の開口側に位置して、発光モジュール１０を配設するための仕切り板２１ａを一体に形成する。仕切り板２１ａは、発光モジュール１０を器具本体に支持するための支持部であり、かつ放熱部となる平坦な表面（図５（ａ）中、下側の面）を有する。
【００４７】
発光モジュール１０は、この仕切り板２１ａの平坦な表面上に載置され、基板１３に設けた取付孔を用いて周囲４箇所程度をねじによって仕切り板２１ａに対して締め付け、基板１３の裏面をアルミニウムからなる仕切り板２１ａに確実に密着させて固定する。
【００４８】
上記のように仕切り板２１ａに固定された発光モジュール１０の表面側には、各ＬＥＤチップ１１を囲むようにして反射体２３が設けられる。反射体２３は、耐光性、耐熱性および電気絶縁性を有する白色の合成樹脂、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等で構成され、発光モジュール１０の基板１３に実装された２５個のＬＥＤチップ１１を囲むことができる直径の円形の光取込口２３ａおよび各ＬＥＤチップ１１を囲むように対向して位置した回転放物面状をなす「すり鉢状」の反射面２３ｂが一体に形成されている。これにより、発光モジュール１０の光軸ｘ−ｘと反射体２３の光軸ｙ−ｙが略一致した発光部Ａが構成される。
【００４９】
ＬＥＤチップ１３を点灯する点灯装置２２は、発光モジュール１０における各ＬＥＤチップ１１の点灯回路を構成する回路部品からなり、交流電圧１００Ｖを直流電圧２４Ｖに変換して各ＬＥＤチップ１１に定電流の直流電流を供給するように構成される。上記に構成された点灯装置２２は、器具本体２１の内部に収納され、他端部側の開口には点灯装置に商用電源を供給するための電源端子台２４が設けられる。図中２５は、器具本体２１の発光部Ａに面する一端部に設けられた化粧枠、２５ａは化粧枠に設けられた透明なカバー部材、２６は器具本体２１を天井Ｘに支持するための板ばねからなる支持具である。
【００５０】
上記に構成されたダウンライト形の照明装置２０は、被設置面である天井Ｘに単体若しくは複数個を送り用ケーブルにより接続させて設置される。先ず、電源端子台２４に電源線を接続し、図５（ａ）に一点鎖線でに示すように、天井Ｘの所定の位置に円形の設置孔３０を形成する。次に、器具本体２１の板ばねからなる支持具２６を手で内方に撓ませて器具本体と共に設置孔３０に挿入し、支持具２６から手を離す。これにより板ばねが自らの弾性により元の状態に復帰して設置孔３０の内面に圧接し、その圧接力により器具本体２１が天井Ｘに固定され、化粧枠２５の上面を天井面Ｘに当接させ位置を決める。この状態で、設置孔３０の切り口は化粧枠２５によって綺麗に覆われる。
【００５１】
上記に設置された照明装置２０を点灯すると、各ＬＥＤチップ１１から放射された光が反射体２３の回転放物面からなる反射面２３ｂで反射して略円形状に下向きに広がって放射されスポット的な所望の照明を行う。この際、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａから放射された光は、光軸ｘ−ｘ方向に沿って図５（ａ）中、下方に放射されると共に上方にも放射される。上方に放射された光ａは図１（ｂ）に示すように、反射層１１ｂで反射されて下方に向かって放射される。なお、図１（ｂ）の状態と、天井に設置された図５（ａ）における状態の光の放射方向は上下が逆となる。また特に、反射層１１ｂは、全可視光領域にわたって反射率が高い銀で形成されており、外部に取り出せる光束を向上させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００５２】
また、発光層１１ａの側面から斜め上方に放射される光ｂは、一部は銀よりも反射率の低い金からなる電極層１２の表面で反射するが、殆んどの光は、間隔ｓを介して反射率が高くなるように形成された白色のセラミックス製の基板１３の表面に至り、効果的に反射されて下方に向かって放射される。これら作用によって、発光効率の低下を防止することができ、光ロスの少ない照明を行うことができる。
【００５３】
また、各ＬＥＤチップ１１から発生する熱は、電極層１２から基板１３へ、さらに器具本体の仕切り板２１ａから器具本体２１に伝達され外部に放熱される。この際、電極層１２は、熱伝導性の良好な金からなり、しかも、電極層１２の面積を発光層１１ａの発光面の面積の２倍以下になるように形成し、電極層１２の熱抵抗を適正な値になるように構成したので効果的に基板１３に伝達することができる。さらに、基板１３も熱伝導性を有するセラミックスで構成され、器具本体も熱伝導性の良好なアルミニウムで構成され、表面積の広い本体側壁にも伝達されるので、より効果的に外部に放熱される。
【００５４】
これら放熱作用によって、各ＬＥＤチップ１１における光変換効率の低下が抑制され光束の低下を防止することができ、所定照度の明るい照明を行うことができる。同時にＬＥＤチップの長寿命化も図ることがでる。
【００５５】
以上、本実施例によれば、発光モジュール１０は、発光層１１ａの下部に銀からなる反射層１１ｂが形成されているので、発光層１１ａから下方に放射された光ａが反射層１１ｂで反射されて上方に向かって放射される。特に、反射層１１ｂは、全可視光領域にわたって反射率が高い銀で形成されており、外部に取り出せる光束を向上させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００５６】
また、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａの発光面の一辺の長さが約１ｍｍで電極層１２の一辺の長さが約１．４（√２）ｍｍ、換言すれば、それぞれが正方形をなす電極層１２の面積をＬＥＤチップ１１の発光面の面積の２倍以下に形成したので、銀よりも反射率が低く青色の光が吸収され易い金からなる電極層１２の露出面積(反射面積)を極力小さくすることができ、発光効率の低下を防止することができる。同時に、電極層１２の面積を小さくすることによって形成される各ＬＥＤチップ１１の間の間隔ｓによって、ＬＥＤチップ１１の発光層１１ａ側面から斜め下方に放射される光ｂは、間隔ｓを介して反射率が高くなるように形成された白色のセラミックス基板１３の表面に至り効果的に反射され、発光効率の低下を一層防止することができる。
【００５７】
さらに、電極層１２の面積をＬＥＤチップ１１の発光面の面積の２倍以下になるように形成することによって、電極層１２の熱抵抗を適正な値になるように構成することができＬＥＤチップ１１から発生する熱を効果的に基板１３に伝達することができ、ＬＥＤチップ１１における光変換効率の低下が抑制され光束の低下を防止することができ、同時にＬＥＤチップの長寿命化も図ることがでる。
【００５８】
また、発光モジュール１０は、反射層１１ｂを構成する銀がＬＥＤチップ１１の外側に露出しないように設けられ、銀の変色を防止することができので、発光効率の低下を防ぐことができる。同時に、銀メッキの劣化による寿命の低下を防止することができる。
【００５９】
また、電極層１２は金で構成したので、従来の銀によるイオンマイグレーションの発生や、金ワイヤと銀とのボンディングによる強度の低下を防止することができ、寿命の低下を防止することができる。
【００６０】
上述のこれら作用により、発光効率の低下を抑制しつつＬＥＤチップ１１の放熱性を確保し、かつ寿命の低下を防止することが可能な発光モジュール１０および照明装置２０を提供することができる。
【００６１】
本実施例において、ＬＥＤチップ１１および電極層１２は、正方形状に形成し、電極層１２の面積をＬＥＤチップ１１の発光面の２倍以下に構成したが、長方形状に形成して、その面積比が２倍以下になるように構成しても、同様の作用効果を奏することができる。
【００６２】
また、ＬＥＤチップ１１の反射層１１ｂおよび電極層１２に、銅からなる導電層を設けたが、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性を有する金属で形成してもよい。さらに、これら導電層を省略して構成してもよい。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 発光モジュール
１１ 固体発光素子
１２ 電極層
１３ 基板
１４ ボンディングワイヤ
１５ 封止部
２０ 照明装置
２１ 器具本体
２２ 点灯装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下電極型の複数の固体発光素子と；
固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層と；
複数の固体発光素子および電極層を実装する表面の反射率が高くなるように形成された基板と；
固体発光素子の上電極を電極層に接続するボンディングワイヤと；
基板に実装された固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部と；
を具備し、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の発光モジュールと；
発光モジュールを配設した器具本体と；
発光モジュールを点灯する点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
上下電極型の複数の固体発光素子と；
固体発光素子の下電極をダイボンディングし、表面側が銀よりも反射率の低い材料で形成された電極層と；
複数の固体発光素子および電極層を実装する表面の反射率が高くなるように形成された基板と；
固体発光素子の上電極を電極層に接続するボンディングワイヤと；
基板に実装された固体発光素子およびボンディングワイヤを封止する封止部と；
を具備し、電極層の面積を固体発光素子の発光面の２倍以下としたことを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の発光モジュールと；
発光モジュールを配設した器具本体と；
発光モジュールを点灯する点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１３４９３４（Ｐ２０１１−１３４９３４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９３９８８（Ｐ２００９−２９３９８８）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
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