(57)【要約】【課題】発光効率を向上した発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュール10は、絶縁性の基板15と、複数の半導体発光素子16と、金属導体と、金属線18と、囲み部19と、蛍光体封止部20と、透明封止部21とを有する。基板15は、反射層23を備える。半導体発光素子16は、反射層23に実装される。金属導体は、半導体発光素子16と外部回路とを電気的に接続する。金属線18は、各半導体発光素子16，16間を電気的に接続する。囲み部19は、反射層23を囲んで基板15上に突出して設けられる。蛍光体封止部20は、蛍光体が混入され、囲み部19に充填された状態で半導体発光素子16および反射層23を覆う。透明封止部21は、蛍光体封止部20上に設けられ、外縁の断面アスペクト比が０．２以上０．７以下の半円形状に設定される。【選択図】図１
2017059788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射層を備えた絶縁性の基板と；
前記反射層に実装された複数の半導体発光素子と；
前記半導体発光素子と外部回路とを電気的に接続する金属導体と；
前記各半導体発光素子間を電気的に接続する金属線と；
前記反射層を囲んで前記基板上に突出して設けられた囲み部と；
蛍光体が混入され、前記囲み部に充填された状態で前記半導体発光素子および前記反射層を覆う蛍光体封止部と；
この蛍光体封止部上に設けられ、外縁の断面アスペクト比が０．２以上０．７以下の半円形状に設定された透明封止部と；
を具備することを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記囲み部は、前記半導体発光素子からの光の出射方向と直交する方向に対して２０°以上６０°以下で傾斜する傾斜面により区画されている
ことを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記半導体発光素子は、最短ピッチが０．３ｍｍ以下で前記基板の反射層に千鳥状に配置されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数の半導体発光素子を備えた発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ(Light Emitting Diode)照明は、省電力により地球温暖化の原因の一つである二酸化炭素(ＣＯ2)削減が可能であることから、白熱電球に変わる次世代の光源として市場への導入が急速に増加している。ＬＥＤ照明の一般的な発光形態としては、ＬＥＤチップを電気的に接続し、このＬＥＤチップを覆って、蛍光体が混入された封止層を設けることにより、ＬＥＤチップからの励起光と蛍光体からの発光を混色して、所望の光色を得る。
【０００３】
近年、高輝度化を目的として基板(ボード)上に複数のＬＥＤチップを搭載したチップオンボード(ＣＯＢ(Chip On Board))方式が一般的になりつつある。その中で主流なのが、電球やスポットライト等に適する、多数のＬＥＤチップが実装された基板上にバンク(蛍光体液の堰き止め機能部)を形成し、その中に蛍光体を混入した樹脂を流し込んで硬化させた集合実装タイプである。この集合実装タイプは、電球やスポットライト向けの小型正方向および円形状(点系)が一般的である。しかしながら、近年では、施設用のベースライト等大型照明用および棚下灯等、長尺線系形状の要求がある。
【０００４】
このように、高輝度化を目的として開発されたＣＯＢモジュールであるものの、昨今の高効率化の要求に対して特性不足となることが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−９８３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、発光効率を向上した発光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の発光モジュールは、絶縁性の基板と、複数の半導体発光素子と、金属導体と、金属線と、囲み部と、蛍光体封止部と、透明封止部とを有する。基板は、反射層を備える。半導体発光素子は、反射層に実装される。金属導体は、半導体発光素子と外部回路とを電気的に接続する。金属線は、各半導体発光素子間を電気的に接続する。囲み部は、反射層を囲んで基板上に突出して設けられる。蛍光体封止部は、蛍光体が混入され、囲み部に充填された状態で半導体発光素子および反射層を覆う。透明封止部は、蛍光体封止部上に設けられ、外縁の断面アスペクト比が０．２以上０．７以下の半円形状に設定される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光効率の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は第１の実施形態の発光モジュールを示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図である。
【図２】同上発光モジュールの一部を拡大して模式的に示す平面図である。
【図３】同上発光モジュールの斜視図である。
【図４】第２の実施形態の発光モジュールを示す断面図である。
【図５】同上発光モジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、第１の実施形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。
【００１１】
図３は、発光モジュール10を示し、この発光モジュール10は、例えば全般照明用のベースライト等の照明器具に用いられる長尺状のものである。
【００１２】
そして、この発光モジュール10は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、絶縁性の基板15と、複数の半導体発光素子16と、金属導体17と、金属線18と、囲み部19と、蛍光体封止部20と、透明封止部21とを備えるＣＯＢモジュールである。
【００１３】
基板15は、長尺板状に形成されており、例えばエポキシ樹脂等の合成樹脂製の基材22の表面に、半導体発光素子16が実装される反射層23が形成されている。
【００１４】
反射層23は、例えば反射率が９２％以上の高反射レジスト層（高反射絶縁層）である。本実施形態において、この反射層23は、例えば反射率が９６％に設定されている。
【００１５】
半導体発光素子16は、本実施形態では例えば青色光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）の直方体状のベアチップが用いられる。この半導体発光素子16は、例えば白色や銀色の反射率の高い樹脂接着剤により基板15の反射層23上にダイボンディングされて実装されている。したがって、この半導体発光素子16が配置されている領域が、発光モジュール10の発光領域26となっている。この発光領域26は、基板15の長手方向および幅方向に広がる、例えば長方形状の領域である。また、これら半導体発光素子16は、例えば最短ピッチＰが０．３ｍｍ以下の略一定の狭いピッチで基板15の長手方向に沿って配置されている。すなわち、この半導体発光素子16は、基板15に線状実装されている。さらに、これら半導体発光素子16は、互いの発光の相互吸収を抑制するために、図２および図３に示すように、基板15の幅方向（短手方向）にずれた配置が長手方向に交互に連続する、いわゆる千鳥状に配置されている。これら半導体発光素子16は、基板15の幅方向に大きくずらすほど相互吸収を抑制できる一方で、基板15（発光領域26）の幅が大きくなるため、本実施形態では、幅寸法Ｌ(図２)の略半分ずつ、基板15の幅方向にずれて配置されている。半導体発光素子16の千鳥配置は、隣の半導体発光素子16と重なる長さが、半導体発光素子16の幅寸法Ｌの０．２５〜０．７５倍となることが望ましい。
【００１６】
金属導体17は、半導体発光素子16と図示しない外部回路とを電気的に接続することで、半導体発光素子16に外部回路から給電するためのものである。この金属導体17は、例えば金（Ａｕ）あるいは銀（Ａｇ）により表面が鍍金されて形成されている。そして、この金属導体17は、基材22の表面に設けられている。
【００１７】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示す金属線18は、各半導体発光素子16にワイヤボンディングされ、隣接する半導体発光素子16，16間を電気的に接続する。したがって、半導体発光素子16，16は、金属導体17間で金属線18により互いに直列に接続されている。これら金属線18は、半導体発光素子16からの光に影を生じさせないように、例えば直径２０μｍ以下、好ましくは１５μｍの細線となっている。また、複数の半導体発光素子16のうち、配列の端部に位置する半導体発光素子16に接続された一方の金属線18は、金属導体17に対して電気的に接続されている。
【００１８】
囲み部19は、蛍光体封止部20を成形および保持するために蛍光体封止部20を構成する合成樹脂の流れを堰き止めるものである。この囲み部19は、土手部、あるいはバンク等とも呼ばれ、蛍光体封止部20に対して基板15（発光モジュール10）の幅方向に対向する一対の長辺19aおよび蛍光体封止部20に対して基板15（発光モジュール10）の長手方向に対向する一対の短辺19b（一方のみ図示）からなる長尺の四角形枠状に形成されている。この囲み部19は、反射層23を囲んで、すなわち半導体発光素子16全体を囲んで基板15上に高さ方向に突出して設けられている。したがって、この囲み部19は、発光領域26の外縁を壁状に囲んで配置されている。この囲み部19は、充填された蛍光体封止部20が外部へと流出しないように、反射層23（半導体発光素子16）の周囲を途切れることなく連続して囲んでいる。この囲み部19は、例えば反射率が９４％以上の白色の合成樹脂により形成されている。本実施形態では、囲み部19の反射率は、例えば９９％に設定されている。
【００１９】
蛍光体封止部20は、電気絶縁性および熱伝導性を有する例えばシリコーン樹脂であり、図示しない蛍光体を所定の濃度で含有し、囲み部19の内部に充填されて、半導体発光素子16および反射層23を覆って、すなわち発光領域26を覆って長尺状に設けられている。この蛍光体封止部20は、例えば蛍光体が所定量分散された、チクソ性を有しない（チクソ性が低い）流体状の樹脂を囲み部19の内方に充填して硬化させることで、半導体発光素子16および反射層23（発光領域26）を覆って形成されている。すなわち、この蛍光体封止部20は、囲み部19と略面一となるように形成されている。蛍光体は、例えば青色光を黄色光に波長変換する黄色蛍光体である。そして、この蛍光体封止部20内において、半導体発光素子16から放射された青色光と、この青色光の一部が蛍光体により波長変換された黄色光とが混合（混色）されることで、発光モジュール10（発光領域26）として白色光が外部空間に放射される。
【００２０】
透明封止部21は、蛍光体封止部20から出射される光を集光することで光の取出効率を向上するとともに、発光モジュール10の配光を制御するレンズ状のものである。この透明封止部21は、透明な合成樹脂等により形成されており、蛍光体封止部20上に設けられて囲み部19まで延在している。すなわち、この透明封止部21は、少なくとも蛍光体封止部20の表面を覆って長尺のドーム状（かまぼこ状）に形成されている。また、この透明封止部21の断面の外縁は、断面アスペクト比が０．２以上０．７以下の半円形状に設定されている。本実施形態では、透明封止部21の断面の外縁は、断面アスペクト比が例えば０．５の半円形状に設定されている。ここで、断面アスペクト比とは、幅方向に沿う断面で見たときの高さ／幅で定義される。
【００２１】
そして、発光モジュール10を製造する際には、基材22に対して、反射層23および金属導体17をそれぞれ形成して基板15を製造する。次いで、この基板15の反射層23上に半導体発光素子16を千鳥状に実装し、金属線18によりワイヤボンディングを行う。さらに、半導体発光素子16および反射層23（発光領域26）を囲むように樹脂を塗布して硬化させることで囲み部19を形成する。次に、蛍光体が所定量分散された低粘度樹脂を囲み部19内に充填して仮硬化させることで蛍光体封止部20を形成する。この後、この仮硬化させた蛍光体封止部20および囲み部19を覆って、透明な高粘度樹脂を、外縁の断面アスペクト比が０．２以上０．７以下となるように塗布して硬化させることで、蛍光体封止部20を一体的に覆って透明封止部21を形成する。
【００２２】
金属導体17および金属線18を介して外部回路から給電された半導体発光素子16が点灯すると、半導体発光素子16から蛍光体封止部20に直接光、および、基板15の反射層23によって反射された反射光が蛍光体封止部20に入射する。この蛍光体封止部20では、入射した光と、この光により励起された蛍光体からの光とが混ざり、直接光、および、外縁を囲む囲み部19により反射された光が出射する。そして、この蛍光体封止部20から出射する光が、外縁の断面アスペクト比を０．２以上０．７以下の半円形状とした透明封止部21により集光および配光制御されて、発光モジュール10の発光として出射する。この結果、発光効率をより向上できる。
【００２３】
特に、蛍光体封止部20を囲み部19で囲んで設けることで、蛍光体封止部20を構成する樹脂を、チクソ性を有しない（チクソ性が低い）ものとすることができるため、蛍光体封止部20の耐熱性を向上できる。
【００２４】
基板15は、半導体発光素子16が実装される位置に９２％以上の反射率を有する反射層23を設けることで、半導体発光素子16からの光を効率よく反射させて、発光効率をより向上できる。
【００２５】
金属線18の直径を２０μｍ以下とすることで、これら金属線18による影を生じにくくし、発光効率をより向上できる。
【００２６】
半導体発光素子16を基板15の反射層23に千鳥状に配置することで、最短ピッチＰが０．３ｍｍ以下であるような高密度実装でも、各半導体発光素子16からの発光の相互吸収を抑制し、発光効率をより向上できる。
【００２７】
本実施形態の発光モジュール10は、例えば７％の発光効率の向上を見込むことができる。
【００２８】
次に、第２の実施形態を図４および図５を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
この第２の実施形態は、第１の実施形態の囲み部19が、半導体発光素子16からの光の出射方向と直交する方向に対して２０°以上６０°以下で傾斜する傾斜面28により区画されているものである。
【００３０】
すなわち、囲み部19は、蛍光体封止部20に対して基板15（発光モジュール10）の幅方向に対向する一対の長辺19aおよび蛍光体封止部20に対して基板15（発光モジュール10）の長手方向に対向する一対の短辺19b（一方のみ図示）が、それぞれ２０°以上６０°以下で傾斜した傾斜面28となっている。したがって、この囲み部19は、蛍光体封止部20と対向する内縁が、半導体発光素子16からの光の出射方向に沿って徐々に拡開するように傾斜している。本実施形態では、傾斜面28の傾斜角度αは、例えば約３８°に設定されている。
【００３１】
そして、上記第１の実施形態と同様に、半導体発光素子16から蛍光体封止部20に直接光、および、基板15の反射層23によって反射された反射光が蛍光体封止部20に入射する。この蛍光体封止部20では、入射した光と、この光により励起された蛍光体からの光とが混ざり、直接光、および、外縁を囲む囲み部19の傾斜面28により反射された光が出射する。このとき、傾斜面28の傾斜角度αが半導体発光素子16からの光の出射方向と直交する方向に対して２０°以上６０°以下であることにより、この傾斜面28で反射された光が拡散しにくく、効率よく透明封止部21へと向かう。そして、この蛍光体封止部20から出射する光が、外縁の断面アスペクト比を０．２以上０．７以下の半円形状とした透明封止部21により集光および配光制御されて、発光モジュール10の発光として出射する。この結果、発光効率をより向上できる。
【００３２】
本実施形態の発光モジュール10は、例えば９％の発光効率の向上を見込むことができる。
【００３３】
なお、上記各実施形態において、透明封止部21は、例えば透明な樹脂等により予め成形したものを蛍光体封止部20に被せて例えば接着剤を介して蛍光体封止部20の表面に接着して一体的としてもよい。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
10    発光モジュール
15    基板
16    半導体発光素子
17    金属導体
18    金属線
19    囲み部
20    蛍光体封止部
21    透明封止部
23    反射層
28    傾斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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