(57)【要約】【課題】分解を伴うことなく、複数の半導体発光素子が電気的に直列に接続された半導体素子列の断線を解消可能な照明装置を提供する。【解決手段】照明装置1は、電気絶縁性の実装基板2、複数のＬＥＤ7（半導体発光素子）、給電端子5、複数の電気導体4、ボンディングワイヤ8、及び透光性の封止部材13を備える。ＬＥＤ7及び端子5を基板2の一面2eに配設する。各導体4を各ＬＥＤ7と交互に配して基板2に貫通させて取付け、各導体4の両端4a,4bを基板2の一面2e及び他面2fに露出させる。一面2eに露出された各導体4の一端4aとこれに隣接したＬＥＤ7及び端子5とをワイヤ8で接続し、各ＬＥＤ7を電気的に直列接続する。封止部材13でＬＥＤ7及びワイヤ8を封止する。それにより、直列接続された各ＬＥＤ7の内で不点状態のＬＥＤ7aを間に置いてこのＬＥＤ7aに隣接した導体4同士を電気的に接続するジャンパ線10を、他面2fに露出された各導体4の他端4bに接続する補修を可能としている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性の実装基板と；
この実装基板の一面に配設された複数の半導体発光素子と；
前記一面に配設された給電端子と；
前記一面及びこれに平行な前記実装基板の他面に露出するように前記実装基板にこの基板を厚み方向に貫通して前記各半導体発光素子と交互に配置された複数の電気導体であって、直列に接続される前記各半導体発光素子の内で不点状態の半導体発光素子を間に置いてこの素子に隣接した電気導体同士を電気的に接続するジャンパ線が、前記他面に露出された前記各電気導体に接続可能な前記電気導体と；
前記一面に露出された各電気導体とこれに隣接した前記半導体発光素子及び前記給電端子とを接続して前記各半導体発光素子を電気的に直列接続するボンディングワイヤと；
前記半導体発光素子及びボンディングワイヤを封止する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。
【請求項２】
前記他面を覆う電気絶縁性のカバーを前記実装基板に着脱可能に支持した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】
従来、ＬＥＤチップ等の発光素子を基板上に複数載置して電極と接続し、各発光素子をその上から樹脂で封止した光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この光源装置では、金属基板の上面に貫通孔を有した絶縁部材を接合し、ＬＥＤチップを貫通孔に露出させて金属基板面に実装している。そして、配線パターンを絶縁部材によって基板と電気的に絶縁されるように絶縁部材に設け、この配線パターンとＬＥＤチップをボンディングワイヤで電気的に接続するとともに、ＬＥＤチップが中央部に収容された絶縁部材の丸孔にＬＥＤチップとボンディングワイヤを封止する透光性樹脂を充填している。
【０００４】
この特許文献１の光源装置は器具本体の配線基板に結合して使用される。この結合は、絶縁部材の裏側に延ばされた配線パターンの延長部分、又は、配線パターンに接続して絶縁部材の裏側に貫通した電極ピン、或いは、絶縁部材を貫通したスルーホール内に充填されて配線パターンに接続された導電部を、器具本体の配線基板上に形成された配線パターンに半田付けすること等で行われている。この光源装置で、ＬＥＤチップが複数設けられる構成では、複数のＬＥＤチップが、これらＬＥＤチップ間に設けられた配線パターンによって電気的に直列に接続される。このため、前記器具本体の配線基板を介して給電することにより、各ＬＥＤチップを発光させることができる。
【特許文献１】特開２００２−９４１２２号公報（段落0043−0118、図１−図１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光源装置に使用される複数のＬＥＤチップの中には不良品が混じっている場合が考えられる。更に、ＬＥＤチップとこれに隣接した配線パターンとの電気的接続がボンディングワイヤで行われる構成において、ボンディング箇所へのボンディングワイヤの接合強度が不足している場合、ＬＥＤチップの点灯・消灯に伴う温度変化に基づいてボンディング箇所からボンディングワイヤが剥離することが考えられる。又、ＬＥＤチップにはその内部に分子レベルの欠陥因子が含まれていることがある。こうしたＬＥＤチップは、その点灯・消灯に伴って前記欠陥因子が結合する等成長し、それを原因としてＬＥＤチップの発光出力が低下することがある。こうした現象は一般的に欠陥成長と通称されている。
【０００６】
不良品のＬＥＤチップが用いられた場合、そのＬＥＤチップが不点状態（つまり点灯ができない状態）になるだけではなく、このＬＥＤチップに直列に接続されている全てのＬＥＤチップからなるＬＥＤ列が不点状態となる。同様に、使用中等にボンディングワイヤの剥離が生じた場合、それまでボンディングワイヤが接続されていたＬＥＤチップ等が不点状態になるだけではなく、このＬＥＤチップに直列に接続されている全てのＬＥＤチップからなるＬＥＤ列が不点状態となる。又、前記欠陥成長による発光出力の低下の場合にも、最終的には不点状態に至る。そのため、光源装置全体の光量が大きく低下することは免れない。
【０００７】
ところで、特許文献１の技術では、各ＬＥＤチップ及びボンディングワイヤが透光性樹脂で封止されているので、各ＬＥＤチップ及びボンディングワイヤの損傷を伴わずに光源装置を分解することはできない。そのために、既述の原因によりＬＥＤ列が不点状態であることが製造時の検査工程や使用中に分かった場合に、このＬＥＤ列の不点状態の原因である断線を解消するための補修を行うことができない。
【０００８】
本発明の目的は、分解を伴うことなく、複数の半導体発光素子が電気的に直列に接続された半導体素子列の断線を解消可能な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】
【０００９】
請求項１の発明は、電気絶縁性の実装基板と；この実装基板の一面に配設された複数の半導体発光素子と；前記一面に配設された給電端子と；前記一面及びこれに平行な前記実装基板の他面に露出するように前記実装基板にこの基板を厚み方向に貫通して前記各半導体発光素子と交互に配置された複数の電気導体であって、直列に接続される前記各半導体発光素子の内で不点状態の半導体発光素子を間に置いてこの素子に隣接した電気導体同士を電気的に接続するジャンパ線が、前記他面に露出された前記各電気導体に接続可能な前記電気導体と；前記一面に露出された各電気導体とこれに隣接した前記半導体発光素子及び前記給電端子とを接続して前記各半導体発光素子を電気的に直列接続するボンディングワイヤと；前記半導体発光素子及びボンディングワイヤを封止する透光性の封止部材と；を具備している。
【００１０】
請求項１の発明で、電気絶縁性の実装基板には、セラミックスや合成樹脂を用いることができるとともに、この実装基板は単層であっても複層であってもよい。
【００１１】
請求項１の発明で、半導体発光素子には例えばＬＥＤ（発光ダイオード）チップを好適に用いることができる。実装基板上への半導体発光素子の実装は、半導体発光素子を実装基板上に所定のパターンで設けられた導体にフリップチップにより実装しても、或いは、半導体発光素子を前記実装基板上に接着した上でボンディングワイヤにより電気導体に電気的に接続することで実装しても良い。後者の場合、ダブルワイヤー型の半導体発光素子を実装基板上にダイボンド材を用いて接着し、この素子とその両側に隣接した電気導体をボンディングワイヤで夫々電気的に直接に接続して実装することができ、或いは、シングルワイヤー型の半導体発光素子を電気導体上に接着し、この素子とこれに隣接した電気導体をボンディングワイヤで電気的に接続して実装することもできる。
【００１２】
請求項１の発明で、実装基板に対する複数の半導体発光素子の配置は、複数の半導体発光素子が少なくとも一列となっている場合を含み、照明装置がより広い発光面積を必要とする場合には縦横に列をなす配置にするとよい。請求項１の発明で、給電端子とは、そこに外部電線が半田付け等により接続される部位を指していて、この端子を通して直列に接続された複数の半導体発光素子からなる半導体素子列への通電がなされる。
【００１３】
請求項１の発明で、電気導体が実装基板を厚み方向に貫通しているとは、実装基板の厚みと略同じ厚みを有した導体が、その厚み方向と直交する方向の断面形状と略同形状で実装基板に開けた孔に圧入された形態を含み、更に、電気導体が、実装基板の互いに平行な一面及び他面に露出して設けられた端部、及びこれら端部より細く形成されて実装基板に開けた孔に圧入されるとともに前記端部に両端が連続する圧入部からなる形態等も含んでいる。請求項１の発明で、実装基板の互いに平行な一面及び他面に露出する電気導体の両端面には、これら端面に対するボンディングワイヤ及びジャンパ線の接着性を高めるために、Ａｕ又はＮｉ等の金属メッキを施すことが好ましい。
【００１４】
請求項１の発明で、封止部材には、透光性低融点ガラス或いは透光性樹脂例えば透明エポキシ樹脂や透明シリコーン樹脂等を用いることができる。この封止部材には、必須ではないが、封止した各半導体発光素子から放出された光の一部により励起され半導体発光素子から放出された光の色と異なる色の光を放射する蛍光体を混入することができる。
【００１５】
請求項１の発明では、複数の半導体発光素子が実装された実装基板の一面とは反対側の他面に、電気導体が露出されている。そのため、この他面側で、直列に接続された各半導体発光素子列の内で不点状態の半導体発光素子を間に置いてこの素子に隣接した電気導体同士を、ジャンパ線を用いて電気的に接続することが可能である。こうした接続を必要に応じて施すことによって、前記不点状態の半導体発光素子を含んだ半導体発光素子列の断線の修理ができる。
【００１６】
請求項２の発明は、前記他面を覆う電気絶縁性のカバーを前記実装基板に着脱可能に支持したことを特徴としている。
【００１７】
この発明では、実装基板の他面に露出した電気導体の他端同士が不用意に短絡することや、断線の修理に用いたジャンパ線にこれを外す外力が加わらないように、カバーで保護できる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明の照明装置によれば、複数の半導体発光素子が実装された実装基板の一面と反対の他面側で、複数の半導体発光素子が電気的に直列に接続されてなる半導体発光素子列の断線を修理することができるので、分解を伴うことなく半導体発光素子列の不点状態を解消することが可能である。
【００１９】
請求項２の発明の照明装置によれば、実装基板の他面を覆うカバーにより実装基板の他面側を保護できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図３を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】
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、実装基板２、複数の電気導体４、給電端子５，６、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、ボンディングワイヤ８，９、リフレクタ１１、封止部材１３、及びカバー１５等を備えて形成されている。
【００２２】
実装基板２は、装置基板として機能するものであって、電気絶縁性の材料たとえば合成樹脂で形成されている。本実施形態の場合、良好な光の反射性能を得るために白色のガラスエポキシ基板を積層してなる積層基板が用いられている。図１に示すように実装基板２は、照明装置１に必要とされる発光面積を得るために、所定形状例えば四角形状具体的には長方形状をなしている。
【００２３】
各電気導体４は実装基板２の正面をなす一面２ｅに縦横に列をなして二次元的に配設されている。詳しくは、各電気導体４は実装基板２の長手方向に一定間隔で並設されていると共に、この一定間隔より大きい一定間隔で実装基板２の長手方向と直交する方向にも並設されている。なお、本明細書では、実装基板２の互いに平行な二辺２ａ，２ｂが延びる方向（図１において実装基板２の長手方向）に並設された複数の電気導体４がなす列を縦列と称し、実装基板２の他の互いに平行な二辺２ｃ，２ｄが延びる方向に並設された複数の電気導体４がなす列を横列と称する。
【００２４】
図３で代表して示すように各電気導体４は、実装基板２に圧入されてこの実装基板２を厚み方向に貫通して取付けられている。各電気導体４は、実装基板２の正面をなす一面２ｅに露出した一端に正面メッキ層４ａを有するとともに、実装基板２の背面をなす他面２ｆに露出した他端に背面メッキ層４ｂを有している。正面メッキ層４ａはその厚み分に応じて実装基板２の一面２ｅから突出した状態に露出され、同様に背面メッキ層４ｂもその厚み分に応じて実装基板２の他面２ｆから突出した状態に露出されている。電気導体４はＣｕ（銅）からなり、その両端の正面メッキ層４ａ及び背面メッキ層４ｂはＡｇ(金)又はＮｉ（ニッケル）等からなる。
【００２５】
給電端子５，６は後述するように直列接続されたＬＥＤ列の一端及び他端に電気的に接続されるものであって、図１に例示したように実装基板２の一辺２ａに寄せて前記一面２ｅ上に設けられている。したがって、本実施形態では、給電端子５，６が、前記縦列が延びる方向にこの縦列をなす複数の電気導体４同士の間隔と同間隔に並べられて前記横列の一端に連続するように配設されている。これらの給電端子５，６は、外部電源に連なる絶縁被覆された図示しない外部電線が半田付け等で接続される部位であり、この外部電線を介して外部電源（図示しない）に給電端子５，６が電気的に接続される。
【００２６】
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。これらのＬＥＤ７は、例えば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積層して形成されている。半導体発光層は例えば青色の光を発光する。各ＬＥＤ７は、各電気導体４と交互に配置されて実装基板２の一面２ｅに実装されている。したがって、これらのＬＥＤ７は各電気導体４と同じく実装基板は２の一面２ｅに縦横に列をなして二次元的に配設されている。各ＬＥＤ７の実装は、その素子基板の前記一面と平行で半導体発光層が積層されていない素子基板の他面を、実装基板２の一面２ｅに図示しない透光性のダイボンド材を用いて接着することでなされている。
【００２７】
各ボンディングワイヤ８，９はいずれも例えばＡｕ（金）の線材からなり、その線径は２０μｍ〜３０μｍである。前記縦列の電気導体４、及びこれらと交互に配置されたＬＥＤ７、並びに前記縦列の一端に連続するように設けられた給電端子５又は６は、いずれもボンディングワイヤ８で接続されている。更に、前記横列が延びる方向に隣接された一対の縦列同士は、給電端子５，６と反端側の端に位置された電気導体４に渡って設けられたボンディングワイヤ９で接続されている。そのため、一端に給電端子５が電気的に接続された複数のＬＥＤ７の縦列と、この列に隣接して同じく一端に給電端子６が電気的に接続された複数のＬＥＤ７の縦列は、電気的に直列接続されたＬＥＤ列をなしている。このようなＬＥＤ列は少なくとも一列、図１の例示では５列設けられている。
【００２８】
ボンディングワイヤ８によるＬＥＤ７とこれに隣接した電気導体４又は給電端子５，６とを接続するワイヤボンディング作業では、まず、ボンディングワイヤ８の先端がＬＥＤ７の半導体発光層が有する端子にボールボンディングされ、次に、ボンディングワイヤ８が引き回されて電気導体４又は給電端子５，６にウェッジボンディングされる。なお、図２および図３中符号８ａはボンディングワイヤ８の内で何らかの原因でＬＥＤ７から剥離されたボンディングワイヤを示している。更に、図３中符号１０は断線の修理をする場合に用いられるジャンパ線を示している。このジャンパ線１０は作業者により自在に曲げることが可能な導電線であって、絶縁被覆されていることが好ましいが、そうでなくても良い。なお、リフレクタ１１は省略してもよい。
【００２９】
リフレクタ１１は、一個一個又は複数個のＬＥＤ７毎に設けられるものではなく、実装基板２上の全てのＬＥＤ７を包囲する単一の枠部材であり、例えば図１に示すように四角い枠形状をなしている。このリフレクタ１１は、酸化マグネシウム等からなる白色フィラーが混入された合成樹脂で成形されている。図１に示す平面視においてリフレクタ１１は、その一部をなす枠部１１ａを給電端子５，６に交差させて実装基板２の一面２ｅに接着されている。
【００３０】
封止部材１３は、リフレクタ１１内に充填されていて、このリフレクタ１１内に収容された全てのＬＥＤ７及びボンディングワイヤ８，９等を封止している。この封止により、ＬＥＤ７及びボンディングワイヤ８，９等を外気及び湿気から遮断してこれらの寿命低下を防ぐことができる。封止部材１３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。この封止部材１３はリフレクタ１１に未硬化の状態で充填された後に加熱炉によって加熱されることにより硬化される。
【００３１】
この封止部材１３には図示しない蛍光体が好ましくは均一に分散した状態で混入されている。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ものである。本実施形態では、照明装置１から出射される照明光を白色光とするために、各ＬＥＤ７が発する青色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。
【００３２】
カバー１５は、電気絶縁材料例えば合成樹脂製具体的にはガラスエポキシ樹脂等からなり、実装基板２と略同じ大きさの平板状をなしている。このカバー１５は、実装基板２に着脱可能であり、実装基板２に取付けられた状態で実装基板２の他面２ｆを覆って配置される。このカバー１５によって、実装基板２の他面２ｆに露出した電気導体４の背面メッキ層４ｂ同士が不用意に短絡することや、断線の修理に用いたジャンパ線１０にこれを外す外力が加わらないように保護できる。
【００３３】
カバー１５を実装基板２に着脱するための手段として、例えば、実装基板２の二辺２ｃ，２ｄの夫々に少なくとも一つの係止凹部１６を設け、この係止凹部１６と同数の弾性変形可能な係止爪１７をカバー１５に一体に突設している。係止爪１７を係止凹部１６に引掛けることによりカバー１５が実装基板２の背面である他面２ｆを覆って保持され、係止爪１７を係止凹部１６から外すことによりカバー１５を実装基板２から外せるようになっている。
【００３４】
前記構成の照明装置１で、各ＬＥＤ列をなす複数のＬＥＤ７が適正に電気的に直列接続されている場合、それらのＬＥＤ７は給電端子５，６を通じての給電により夫々発光する。したがって、それによる青色光とその一部により封止部材１３内で励起された蛍光体から放射された黄色光とが混合されることにより生成された白色光が、照明装置１から被照射対象に向けて出射される。
【００３５】
しかし、例えばボンディング箇所へのボンディングワイヤ８の接合強度の不足が原因して、ＬＥＤ７の点灯・消灯に伴う温度変化に基づいてウェッジボンディング箇所からボンディングワイヤ８が剥離した場合、この剥離されたボンディングワイヤ８ａがボールボンディングされているＬＥＤ７（図２及び図３では識別を容易にするために符号７ａで示す。）が不点状態になるだけではなく、ＬＥＤ７ａを含んだＬＥＤ列が断線状態となるから、このＬＥＤ列をなす複数のＬＥＤ７が全て消灯する。
【００３６】
このように断線状態なった照明装置１は以下の手順で修理される。即ち、まず、実装基板２からカバー１５を取外して実装基板２の他面２ｆを露出させる。次に、ジャンパ線１０を用意して、図３に示すようにジャンパ線１０の両端を、前記不点状態のＬＥＤ７ａを間に置いてこのＬＥＤ７ａに隣接した電気導体４同士の背面メッキ層４ｂに夫々半田付け等により接続して、これら電気導体４を電気的に短絡させる。最後に、カバー１５を実装基板２に取付けて、この実装基板２の他面２ｆをカバー１５で覆う。以上により、ＬＥＤ列の断線を補修できる。
【００３７】
なお、こうした補修は、照明装置１の使用中にＬＥＤ７がその欠陥成長により不点状態となった場合にも実施される他、照明装置１の使用中だけではなく、照明装置１の製造の際に不良品であるＬＥＤ７が混じっていて、それが照明装置１の照明状況を確認する検査工程で発見された場合にも、同様に実施される。
【００３８】
以上の補修が施されることにより、照明装置１の全光束が大幅に低下することを防止できる。例えば、ＬＥＤ７の実装数が１００個であって、その内の２０個ずつのＬＥＤが電気的に直列接続されていて、したがって、５列のＬＥＤ列が作られている照明装置１で、１列のＬＥＤ列の中の一個のＬＥＤ７ａが不点状態になった場合、前記補修で一個のＬＥＤ７ａ以外の全てのＬＥＤ７が点灯される。これにより、全光束を１％の低下に止めることができる。これに対して、実装基板２の他面２ｆ側からＬＥＤ列の補修ができない照明装置では、不点状態になった一個のＬＥＤ７ａを含んだＬＥＤ列をなした２０個のＬＥＤへの通電ができないので、全光束は２０％低下する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る照明装置を一部切欠いた状態で示す平面図。
【図２】図１中矢印Ｆ２−Ｆ２線に沿って示す断面図。
【図３】カバーを外した状態で図２中Ｆ３部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１…照明装置、２…実装基板、２ａ…実装基板の一面、２ｆ…実装基板の他面、４…電気導体、４ａ…正面メッキ層（電気導体の一端）、４ｂ…背面メッキ層（電気導体の他端）、５，６…給電端子、７，７ａ……ＬＥＤ（半導体導体発光素子）、８，８ａ，９…ボンディングワイヤ、１０…ジャンパ線、１３…封止部材、１５…カバー
【図１】
2008235721.tif 000003
【図２】
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【図３】
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