(57)【要約】【課題】本発明の目的は、半導体発光素子の放熱性能を向上し、さらに漏れ光を抑制して所望の白色光を容易に得ることができる照明装置を提供することにある。【解決手段】請求項１の発明は、第１の面及びこの面に平行な第２の面とこれら面にわたる周面を有した電気絶縁性・透光性を有する基板部３、この基板部の周面に設けられた遮光部４０、及びこの基板部により熱伝導率が高い材料で形成された放熱部４を備える基板２と；素子電極を有して前記第１の面に配設された複数の半導体発光素子７と；前記複数の半導体発光素子を覆うように第１の面のほぼ全面に設けられた蛍光体層１８と；を具備したことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面及びこの面に平行な第２の面とこれら両面にわたる周面を有した電気絶縁性・透光性を有する基板部、この基板部の周面に設けられた遮光部、及びこの基板部により熱伝導率が高い材料で形成された放熱部を備える基板と；
素子電極を有して前記第１の面に配設された複数の半導体発光素子と；
前記複数の半導体発光素子を覆うように第１の面のほぼ全面に設けられた蛍光体層と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記放熱部は、前記第２の面又は前記基板部の内部に配設された複数の排熱部材であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＬＥＤ(発光ダイオード)チップ等の半導体発光素子を有して、例えば照明器具やディスプレイ等に使用される照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２００６−９８５００号公報に記載されたＬＥＤバックライトは、主に導光板及び導光板の端面に配置した光源体とからと構成される。すなわち、導光板側には、レンズシート、拡散シート、反射シートを含み、光源体に、発光ダイオードモジュールであるＬＥＤ光源、絶縁基板、ヒートシンク機能を有するヒートシンク基板、熱伝導弾性シートを含んでいる。さらに、導光板の一方の主面（光が出射される面）が、液晶表示パネルの表示領域に対向するように配置されている。
【０００３】
そして、ＬＥＤバックライトを構成する導光板は、透明樹脂基板からなり、導光板の他方の主面には、光が拡散・反射される反射シートが配置されている。この反射シートは、導光板中を伝搬する光を一方主面側に放射させるためのものである。尚、反射シートの代わりに他方の主面に直接、拡散・反射させるための溝を形成したり、さらに、他方主面に拡散・反射機能を有する塗膜を形成して構わない。また、この反射シートは、導光板の４つの端面のうちＬＥＤ光源が配置される端面を除く３つの端面にも形成してもよい。
【特許文献１】特開２００６−９８５００号公報（段落００４５−００４７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のＬＥＤバックライトでは、導光板の端面に配設されたＬＥＤ光源から放射された光は導光板内部に入射し、反射を繰り返して液晶表示パネルに照射される。そして、反射シートは、導光板中を伝搬する光を一方主面側に放射させるためのものであり、不必要な部分から光が漏れるのを防止しようとするものである。
【０００５】
しかしながら、透光性基板上に青色発光する複数の半導体発光素子を配設し、この素子を黄色発光する蛍光体層で被覆し、両者が加色することによって面状に白色発光する照明装置では、所定の青色光に対して所定の蛍光体層となるように構成することによって白色光を得るものであり、単に漏れ光を低減するように透光性基板の周面に遮光体を配設すれば良いというものではない。
【０００６】
このような照明装置では、青色光の発光部分が蛍光体層とほぼ同等の面積を有するようにして青色光と黄色光の強度を所定の範囲に制御し、この条件で青色光が低減しないように、漏れを抑制すること及び放熱性を向上させること等が要求される。
【０００７】
本発明の目的は、半導体発光素子の放熱性能を向上し、さらに漏れ光を抑制して所望の白色光を容易に得ることができる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、第１の面及びこの面に平行な第２の面とこれら両面にわたる周面を有した電気絶縁性・透光性を有する基板部、この基板部の周面に設けられた遮光部、及びこの基板部により熱伝導率が高い材料で形成された放熱部を備える基板と；素子電極を有して前記第１の面に配設された複数の半導体発光素子と；前記複数の半導体発光素子を覆うように第１の面のほぼ全面に設けられた蛍光体層と；を具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明で、基板部の電気絶縁性・透光性の絶縁材料としては透明ガラスや透明アクリル樹脂或いは透光性セラミック等を挙げることができる。また、蛍光体層は第１の面のほぼ全面に設けられることを規定しているが、例えば、基板部の端部に蛍光体層を形成するための枠体が配設されるような場合には、蛍光体層の設置面積は基板部の第１の面の面積よりも若干狭くなることがあり、この程度は許容されるものである。
【００１０】
請求項１の発明では、基板部の面積は、青色光の発光部分が蛍光体層とほぼ同等の面積を有することで青色光と黄色光の強度を所定の範囲に制御し、この条件で青色光が低減しないように、遮光部で漏れ光を抑制し、また放熱部で放熱性を向上させている。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の照明装置において、前記放熱部は、前記第２の面又は前記基板部の内部に配設された複数の排熱部材であることを特徴とする。
【００１２】
基板部の内部又は半導体発光素子が実装されない面に排熱部材を設けた基板を採用した場合、複数の半導体発光素子が発光した状態で、各半導体発光素子から基板に伝導される熱を、排熱部材で導いて、これら排熱部材の端部から基板の外部に排出できる。それにより、基板部を有した基板の温度上昇を抑制できるに伴い、この基板への半導体発光素子からの放熱が維持されて、各半導体発光素子の温度過昇を抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１および２の発明の照明装置によれば、半導体発光素子の放熱性能を向上し、さらに漏れ光を抑制して所望の白色光を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１及び図２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１はＬＥＤパッケージを形成する照明装置を示している。この照明装置１は、基板２、複数の半導体発光素子例えばＬＥＤチップ（以下ＬＥＤと略称する。）７、金属導体例えばボンディングワイヤ１１，１２、第１の枠体１４、第２の枠体１６、第１の蛍光体層１８、及び第２の蛍光体層２０を備えて形成されている。
【００１５】
基板２の平面視形状は例えば図１に示すように四角形である。この基板２は、基板部３と、放熱部４としての複数の排熱部材４と、一対の電極パターン５と、遮光部４０とを有している。
【００１６】
基板部３は、図２に示すように第１の面３ａ及びこの面に平行な第２の面３ｂと、これら両面にわたる周面３ｃを有している。この基板部３は、電気絶縁性及び透光性を有し、電気絶縁材料、例えば透明なガラス板で作られている。具体的には、蛍光体層としての第１の蛍光体層１８及び第２の蛍光体層２０を１００℃〜１５０℃で硬化処理するのに耐えるように、厚み０．５mm〜１．５mmの透明な石英ガラスで基板部３が作られている。石英ガラスの基板部３の第２の面には、フロスト処理を施して光拡散部（光拡散層）を設けてもよいし、プリズムカットを施してもよい。そうすると、ＬＥＤ７から発光される青色光の残像（つぶつぶ感）が緩和される。
【００１７】
遮光部４０は、本実施形態では基板３の周面３ｃに遮光及び放熱性を有する遮光・放熱部材４０を設けている。そして、前記排熱部材４の端部４ａは前記遮光・放熱部材４０に機械的に接続している。したがって、各ＬＥＤ７からの光は基板３内部で反射などが繰り返されるが、基板３の周面３ｃに設けられた遮光・放熱部材４０が前記周面３ｃから反射光が外部へ放射されるのを抑制する。また、前記遮光・放熱部材４０は前記排熱部材４から伝導された熱を放熱できる。なお、遮光部４０は放熱性を特に有していなくてもよい。
【００１８】
複数の排熱部材４は、断面が円形や角形の金属線からなり、図２に示されるように基板部３の内部に縦横に一定間隔で並べて埋められていて、井桁格子状に組み合わされて配設されている。したがって、縦横に並べられた排熱部材４が作る井桁格子の目、言い換えれば、隣り合った排熱部材４間は図１に示すように正方形をなしている。各排熱部材４の端部４ａは周面３ｃに対して突出されている。
【００１９】
排熱部材４と基板部３とが剥がれないようにするために、これら排熱部材４と基板部３との線膨張係数は略同じとしてある。具体的には、排熱部材４として表面を酸化させたタングステン線が採用されている。
【００２０】
後述のようにＬＥＤ７が第１の面３ａに実装される関係で、基板部３に対して図１において横（左右）方向に延びて配設された複数本の排熱部材４は、好ましくは図２に示すように基板部３に対してその厚み方向略１／２の位置に埋設されている。これとともに、基板部３に対して図１において縦（上下）方向に延びて配設された複数本の排熱部材４は、図２に示すように前記横方向に延びた排熱部材４と第２の面３ｂとの間に埋設されている。
【００２１】
したがって、第１の面３ａと各排熱部材４との間の距離は、第２の面３ｂと排熱部材４との間の距離より大きい。それにより、第１の面３ａの排熱部材４の真上に対応する部位が、排熱部材４を原因として膨れることを抑制して、ＬＥＤ７が実装される第１の面３ａが平坦となるようにしてある。
【００２２】
一対の電極パターン５は、基板部３の第１の面３ａの左右両端部に夫々設けられている。これらの電極パターン５は、銅箔等からなり、図１に示すように櫛歯状に作られていて、左右対称である。一方の電極パターン５は正極用であり、他方の電極パターン５は負極用である。これらの電極パターン５には図示しない電源回路から供給される直流の電流を導く図示しない電線が接続される。
【００２３】
各ＬＥＤ７には例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のものが採用されている。これらＬＥＤ７は、サファイア等からなる透光性の素子基板の一面に半導体発光層を設けて形成されている。半導体発光層は例えば青色の光を発する。又、これら青色発光をするＬＥＤ７は、その半導体発光層側に図示しないが正極用及び負極用の一対の素子電極を有している。
【００２４】
図１に示すように各ＬＥＤ７は、基板部３の第１の面３ａに縦横に列をなして二次元的に配設されている。各ＬＥＤ７の基板部３への実装は、半導体発光層が積層された一面と平行でかつ半導体発光層が積層されていない素子基板の他面を、図示しない透光性のダイボンド材を用いて第１の面３ａに接着することでなされている。
【００２５】
これらＬＥＤ７は、既述のように井桁格子状に配設された排熱部材４との位置関係において、図１に示すように井桁格子の目の好ましくはこの目の中央部に対向して配設されている。なお、各排熱部材４とＬＥＤ７との距離Ｌ（図２において下側の排熱部材４とＬＥＤ７との距離で代表する。）は０．２mm以上であることが好ましい。このようにすることで、仮に、基板部３に埋め込まれた排熱部材４を原因として第１の面３ａに膨れを生じていたとしても、この膨れから外れた位置にＬＥＤ７を実装できる。これにより、実装されたＬＥＤ７が前記膨れに従って傾くことがないので、所望とする配光を得ることができる。
【００２６】
ボンディングワイヤ１１，１２は金属細線例えばＡｕの線材からなる。前記電極パターン５間に配設されて基板２の左右方向に列をなした並べられたＬＥＤ７同士は、その素子電極にワイヤボンディングにより接続されるボンディングワイヤ１１で電気的に直列に接続されている。
【００２７】
このようにボンディングワイヤ１１で直列接続された複数のＬＥＤ７がなすＬＥＤ列の一端に位置されたＬＥＤ７の素子電極と一方の電極パターン５の櫛歯部分は、ボンディングワイヤ１２により電気的に接続されている。同様に、各ＬＥＤ列の他端に位置されたＬＥＤ７の素子電極と他方の電極パターン５の櫛歯部分も、ボンディングワイヤ１２により電気的に接続されている。
【００２８】
図１に示すように第１の枠体１４は、合成樹脂等の電気絶縁材料により全てのＬＥＤ７を内側に収める大きさの四角枠形状をなしていて、基板部３の第１の面３ａに接着剤を用いて装着されている。この第１の枠体１４は、一対の電極パターン５の櫛歯部分を横切って第１の面３ａに接着されている。
【００２９】
第２の枠体１６も合成樹脂等の電気絶縁材料で作られている。第２の枠体１６は、第１の枠体１４と同じ大きさであるが、その厚みは第１の枠体１４と比較して薄い。この第２の枠体１６は基板部３の第２の面３ｂに接着剤を用いて装着されている。
【００３０】
第１の蛍光体層１８は、第１の枠体１４内に略満杯状態に充填されていて、この第１の枠体１４に収容された全てのＬＥＤ７及びボンディングワイヤ１１，１２等を封止して、これらを湿気や外気等から保護して照明装置１の寿命低下を防止している。また、蛍光体層１８は第１の面３ａのほぼ全面に設けられるものである。本実施形態では、基板部３の端部に蛍光体層１８を形成するための枠体１４が配設される場合には、設置面積は基板部３の第１の面３ａの面積よりも若干狭くなることがあり、この程度は許容される。
【００３１】
したがって、ＬＥＤ７からの青色光の発光部分（基板部３の第１の面３ａ）が蛍光体層１８とほぼ同等の面積を有するようになり、ＬＥＤ７の青色光と蛍光体層１８の黄色光の強度を所定の範囲に制御できる。さらに、遮光部４０がＬＥＤ７の青色光の漏れを抑制するともに、放熱部４でＬＥＤ７の放熱性能を向上して所望の白色光を容易に得ることができるものである。
【００３２】
また、第１の蛍光体層１８は、透光性材料、例えば透光性樹脂、具体的には熱硬化性のシリコーン樹脂からなる。この第１の蛍光体層１８は未硬化の液状状態で第１の枠体１４内に所定量注入された後に加熱炉で加熱されることにより硬化される。この第１の蛍光体層１８内には図示しない蛍光体が好ましくは均一に分散された状態に混入されている。蛍光体は、各ＬＥＤ７から放出された光の一部により励起されてＬＥＤ７から放出された光の色とは異なる色の光を放射し、それによって、照明装置１から出射される照明光の色を規定するために用いられている。本実施形態では、照明装置１から出射される照明光の色を白色光とするために、各ＬＥＤ７が放出する青色の光に対して補色の関係にある黄色の光を放射する蛍光体が使用されている。
【００３３】
また、透光性基板３０は石英ガラスで形成され、第１の蛍光体層１８を覆うように設けられる。また、石英ガラス３０の表面側（外側）には、フロスト処理を施して光拡散部（光拡散層）を設けてもよいし、プリズムカットを施してもよい。そうすると、ＬＥＤ７から発光される青色光の残像（つぶつぶ感）が緩和され、また、水分等が前記ＬＥＤ７および第１の蛍光体層１８に付着するのを防止するものである。
【００３４】
第２の蛍光体層２０は、第２の枠体１６内に略満杯状態に充填されている。第２の蛍光体層２０は、透光性材料、例えば透光性樹脂、具体的には熱硬化性のシリコーン樹脂からなる。この第２の蛍光体層２０は未硬化の液状状態で第２の枠体１６内に所定量注入された後に加熱炉で加熱されることにより硬化される。
【００３５】
この第２の蛍光体層２０内にも図示しない蛍光体が好ましくは均一に分散された状態に混入されている。蛍光体には、第１の蛍光体層１８に混ぜられた蛍光体と同様に照明装置１から出射される照明光の色を白色光とするために、各ＬＥＤ７が放出する青色の光に対して補色の関係にある黄色の光を放射する蛍光体が使用されている。この第２の蛍光体層２０を覆うように、石英ガラスを設けてもよく、この場合には、水分等が第２の蛍光体層２０に付着するのを防止できるものである。又、図示しないが基板２より大きい枠状に形成された金属製の放熱部材を有し、この放熱部材に前記排熱部材４の端部４ａを接続してもよい。
【００３６】
前記構成の照明装置１の各ＬＥＤ列に電極パターン５を通じて給電することにより、これらＬＥＤ列に含まれる複数のＬＥＤ７が一斉に発光する。そのため、各ＬＥＤ７から図２中上方向に放出された青色の光と、その一部により第１の蛍光体層１８内で励起された蛍光体から放射された黄色の光とが混合されることにより生成された白色光が、図２中上方向に出射される。
【００３７】
これと同時に、各ＬＥＤ７から図２中下方向に放出された青色の光が、透明なダイボンド材及び同じく透明な基板部３を透過するので、青色光と、その一部により第２の蛍光体層２０内で励起された蛍光体から放射された黄色の光とが混合されることにより生成された白色光が、図２中下方向に出射される。
【００３８】
以上のように照明装置１は、基板２の両面から白色光を取出すことができるので、こうした両面発光が必要な照明用途に好適に使用できる。
【００３９】
この照明装置１では、複数の排熱部材４がなした井桁格子の目に対向してＬＥＤ７が配設されていて、ＬＥＤ７が発する直進性の高い光の光路上に排熱部材４が配置されていない。そのため、排熱部材４に妨げられることなく、基板２の第２の面３ｂ側から光を効率よく取出すことができる。
【００４０】
以上の照明中において各ＬＥＤ７は発熱を伴う。これらＬＥＤ７が発した熱は、電気絶縁性の基板部３に伝導するが、この基板部３には排熱部材４が格子状に埋め込まれている。そのため、各ＬＥＤ７から基板２に伝導された熱を、格子状の排熱部材４で導いて、これら排熱部材４の端部４ａから基板２外の放熱部材に速やかに排出できる。それにより、電気絶縁性の基板部３を有した基板２の温度上昇を抑制できるに伴い、基板２へのＬＥＤ７からの放熱が維持されて、各ＬＥＤ７の温度過昇を抑制できる。したがって、各ＬＥＤ７の発光効率の低下が抑制される。
【００４１】
ちなみに、既述のように石英ガラス製の基板部３にタングステン線からなる複数の排熱部材４を井桁格子状に埋め込んだ照明装置１に、定格電流（２０mA）を流して点灯した本実施形態では、排熱部材がない構成に比較して、基板温度を１０℃〜２０℃低減できることが確かめられた。
【００４２】
又、既述のように複数の排熱部材４がなした井桁格子の目の中央部に対向して各ＬＥＤ７が配設されているので、一つのＬＥＤ７を囲むように位置している縦横の排熱部材４と、これが囲んだＬＥＤ７までの距離は等しい。そのため、各ＬＥＤ７から排熱部材４への放熱のばらつきが抑制される。これに伴い、各ＬＥＤ７の温度のばらつきが抑制されるので、結果的に各ＬＥＤ７の発光輝度のばらつきも抑制できる。
【００４３】
図３及び図４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第１実施形態と同じ構成であるので、同じ構成部分については第１実施形態と同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
第２実施形態では、井桁格子状に組み合わされる複数の排熱部材４を基板部３に埋設するのではなく、基板部３のＬＥＤ実装面（第１実装面）とは反対側の面、つまり、基板部３の第２の面３ｂに、排熱部材４が接着止により配設されている。そのため、排熱部材４の両方の端部４ａ間の部位、つまり、第２の枠体１６内に位置された中間部は、第２の蛍光体層２０で埋められている。
【００４５】
更に、第２実施形態では、図３において上下方向に延びる排熱部材４に対向させて各ＬＥＤ７が基板２の第１の面３ａに配設されている。なお、これに代えて、各ＬＥＤ７の配置は、縦横の排熱部材４の交差部に対向させて配設することもできるとともに、第１実施形態と同じに隣り合った排熱部材４間に対向させた配置とすることもできる。
【００４６】
第２実施形態の構成は以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。したがって、第２実施形態は、第１実施形態で既に説明した理由によって本発明の課題を解決できる。しかも、第２実施形態では、排熱部材４を第２の面３ｂに格子状に配設したことにより、第１の面３ａの平坦度が保証され易い。又、排熱部材４に対向させて各ＬＥＤ７を配設したので、第２の面３ｂ側からの光りの取出し性は低下するものの、各ＬＥＤ７から基板部３を経て排熱部材４に効率よく熱を取出して、それを排出できる点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る照明装置を一部切欠いた状態で示す正面図。
【図２】図１中矢印Ｆ２−Ｆ２線に沿って示す照明装置の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る照明装置を一部切欠いた状態で示す正面図。
【図４】図３中矢印Ｆ４−Ｆ４線に沿って示す照明装置の断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１…照明装置、２…基板、３…基板部、３ａ…基板部の第１の面、３ｂ…基板部の第２の面、３ｃ…基板部の周面、４…排熱部材（放熱部）、４ａ…排熱部材の端部、７…ＬＥＤ（半導体発光素子）、１１…ボンディングワイヤ、１８…蛍光体層、３０…透光性基板、４０…遮光部。
【図１】
2010073464.tif 000003
【図２】
2010073464.tif 000004
【図３】
2010073464.tif 000005
【図４】
2010073464.tif 000006