(57)【要約】【課題】金属基板に対して電気絶縁された半導体発光素子の放熱性能を向上できるとともに、ボンディングワイヤを用いての半導体発光素子同士の電気的接続が容易で、かつ、この半導体発光素子が配設された側での電気的安全性を確保できる照明装置を提供する。【解決手段】金属基板２がその一面に有した絶縁層２ｂに絶縁部材１１を積層し、絶縁部材１１の表面１１ｂに複数の金属製の素子配設部１３を間隔的に並設する。絶縁部材１１の裏面１１ａで覆われる金属製の熱拡散部５を絶縁層２ｂに沿って設ける。熱拡散部５の面積を素子配設部１３の面積よりも大きくする。絶縁部材１１を通った金属製の導熱部１８で、素子配設部１３と熱拡散部５を一体に連続する。各素子配設部１３の夫々に配設されたＬＥＤ素子２１同士をボンディングワイヤ２５で電気的に接続する。蛍光体が混入されている透光性の封止部材３１を、素子配設部１３、ＬＥＤ素子２１、及びボンディングワイヤ２５を埋設して絶縁部材１１に積層したことを特徴としている。【選択図】図２
2009212126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースの一面に絶縁層が積層された金属基板と；
前記絶縁層に積層された絶縁部材と；
この絶縁部材の表面に間隔的に並設された複数の金属製素子配設部と；
前記絶縁部材の裏面で覆われるとともに前記絶縁層に沿って設けられ、かつ、前記素子配設部の面積よりも大きい面積を有した金属製熱拡散部と；
前記絶縁部材を通って前記各素子配設部と同数設けられて、これら素子配設部と前記熱拡散部を一体に連続した金属製導熱部と；
前記各素子配設部の夫々に配設された半導体発光素子と；
これら半導体発光素子同士を電気的に接続したボンディングワイヤと；
前記素子配設部、半導体発光素子、及びボンディングワイヤを埋設して前記絶縁部材に積層され、前記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異なる色の光を放射する蛍光体が混入されている透光性封止部材と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記絶縁部材の厚み方向と直交する方向の前記各導熱部の断面積が、前記熱拡散部側ほど大きいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
直列接続された複数個の前記半導体発光素子からなる複数の素子列毎に前記熱拡散部が対応して設けられているとともに、これら熱拡散部の夫々に、前記素子列が有した前記各半導体発光素子が発する熱を個別に導く複数の前記導熱部が一体に連続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記各熱拡散部とこれら熱拡散部に熱的に接続された前記素子列の両端間の中間部とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項３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発光させて照明をする照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源がＬＥＤチップである照明装置で、ＬＥＤチップが発した熱を外部に効率よく放出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
詳しくは、アルミニウム等の金属ベース板の一面に突台部を形成するとともに、前記一面に突台部が挿入された丸孔を有した絶縁部材を接着層により積層し、ダイボンド材を用いて突台部の先端面にＬＥＤチップを熱的に結合させて配置している。絶縁部材は前記丸孔とこれに挿入された突台部を囲む張出部を有している。そして、突台部及びＬＥＤチップを中央部に配した前記丸孔を有する絶縁部材に配線パターンを設け、このパターンの張出部に位置する部位とＬＥＤチップをボンディングワイヤにより電気的に接続するとともに、蛍光体が分散された透光性封止樹脂を前記丸孔に充填して、配線パターンとＬＥＤチップとボンディングワイヤを封止している。
【０００４】
又、絶縁層を有しこの絶縁層上に複数のＬＥＤベアチップが搭載された金属ベースプリント基板と、反射板と、封止樹脂とが、この順に積層された照明装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
この照明装置において、金属ベースプリント基板は、金属板の一面に絶縁層を２層に積層して形成されていて、絶縁層に金属の導体パターンが設けられている。このパターンに接続される複数のＬＥＤベアチップは縦横に規則正しく配列して金属ベースプリント基板に搭載されている。これらのチップの周囲は適量の蛍光体で被覆されていて、この蛍光体を用いてＬＥＤベアチップが発した光を白色光に変換するようになっている。絶縁層上に貼着されたアルミニウム製反射板は各ＬＥＤベアチップの搭載位置に対応してＬＥＤベアチップが個々に収められる複数の孔を有している。封止樹脂は、透光性のエポキシ樹脂等からなり、反射板を一括して覆った状態に設けられているとともに反射板の各孔に充填されている。
【特許文献１】特開２００２−９４１２２号公報（段落0010−0016、0052−0141、図１−図２３）
【特許文献２】特開２００４−１９３３５７号公報（段落0012-0027、0031、0036、図１−図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤチップの放熱性能に優れている特許文献１の照明装置に比較して、金属ベースプリント基板がその一面に積層された絶縁層を有している特許文献２の照明装置は、金属ベースプリント基板の金属板とＬＥＤベアチップとの間の耐電圧が高い。このため、封止樹脂が仮に剥がれた場合でも電気的安全性に優れている。
【０００７】
しかし、絶縁層によってＬＥＤベアチップから金属板への放熱性は低下することは否めないことに加えて、絶縁層にＬＥＤベアチップが直接接着されていて、熱が金属板に伝わる箇所がＬＥＤベアチップの大きさに制限されているため、ＬＥＤベアチップの温度が上がり易い傾向がある。
【０００８】
更に、特許文献２では、反射板に孔を設けて、その孔底部にＬＥＤベアチップを配設しているので、ボンディングワイヤを用いてＬＥＤベアチップ同士を直列に接続するには不利である。
【０００９】
本発明の目的は、金属基板に対してその絶縁層で電気絶縁された半導体発光素子の放熱性能を向上できるとともに、ボンディングワイヤを用いての半導体発光素子同士の電気的接続が容易で、かつ、この半導体発光素子が配設された側での電気的安全性を確保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】
【００１０】
請求項１の発明は、金属ベースの一面に絶縁層が積層された金属基板と；前記絶縁層に積層された絶縁部材と；この絶縁部材の表面に間隔的に並設された複数の金属製素子配設部と；前記絶縁部材の裏面で覆われるとともに前記絶縁層に沿って設けられ、かつ、前記素子配設部の面積よりも大きい面積を有した金属製熱拡散部と；前記絶縁部材を通って前記各素子配設部と同数設けられて、これら素子配設部と前記熱拡散部を一体に連続した金属製導熱部と；前記各素子配設部の夫々に配設された半導体発光素子と；これら半導体発光素子同士を電気的に接続したボンディングワイヤと；前記素子配設部、半導体発光素子、及びボンディングワイヤを埋設して前記絶縁部材に積層され、前記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異なる色の光を放射する蛍光体が混入されている透光性封止部材と；を具備したことを特徴としている。
【００１１】
請求項１の発明で、金属基板の金属ベースは、各種の金属材料で形成できるが、熱伝導性に優れたＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）及びその合金等を好適に用いることができるとともに、金属基板の絶縁層は、高い熱伝導を発揮するような絶縁材料及び厚みが選定されており、その絶縁材料としては合成樹脂又はセラミック等を用いることができる。
【００１２】
請求項１の発明で、絶縁部材には合成樹脂例えばエポキシ樹脂を好適に用いることができるとともに、この絶縁部材は良好な光反射性能を得るために白色を呈することが好ましい。
【００１３】
請求項１の発明で、素子配設部、熱拡散部、及び導熱部は、Ｃｕ（銅）等の金属ベースと同種の金属で形成することが好ましい。素子配設部の表面にはニッケル及び金の層を積層することもできる。この素子配設部には少なくとも一個の半導体発光素子が配設される。熱拡散部は、単一であっても、複数であっても良く、或いは各素子配設部と同数設けても差し支えないとともに、複数の熱拡散部を設ける場合には、請求項３のように設けることが好ましい。導熱部は、その太さが各部同じであってもよいが、請求項２のように断面の大きさを変化させる方が好ましい。
【００１４】
請求項１の発明で、半導体発光素子には、例えば青色発光をする青色ＬＥＤチップ、紫外光を発する紫外ＬＥＤチップ等を好適に用いることができるが、青色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップのうちの少なくとも二種のＬＥＤチップを組み合わせて用いることも可能であり、又、半導体発光素子として有機ＥＬ素子を用いることも可能である。
【００１５】
請求項１の発明で、半導体発光素子等を外気及び湿気から遮断してこの照明装置の寿命低下を防ぐ透光性の封止部材には、熱硬化性の透光性合成樹脂、例えば絶縁部材と同種のエポキシ樹脂、絶縁部材と異種のシリコーン樹脂又はウレタン樹脂等を用いることができる他、透明な低融点ガラスを用いることもできる。そして、例えば発光源である半導体発光素子に青色ＬＥＤチップを用いて白色発光をする照明装置とする場合には、青色の光を吸収して黄色の光を放射する蛍光体が混ぜられた封止部材を用いればよく、或いは紫外光を吸収して赤色の光を放射する蛍光体、紫外光を吸収して緑色の光を放射する蛍光体、及び紫外光を吸収して黄色の光を放射する蛍光体が夫々混ぜられた封止部材を用いればよい。
【００１６】
請求項１の発明の照明装置は、ボンディングワイヤを介して電気的に直列接続された半導体発光素子に通電することにより、これらの素子を発光させ、その光を封止部材に透過させて外部に取出し、その取出し方向の照明を行う。
【００１７】
この点灯時に、半導体発光素子が発する熱は、金属基板に積層された絶縁部材に妨げられることなく、この絶縁部材より格段に熱伝導率が高い金属製の素子配設部及び導熱部を経由して、素子配設部より面積が大きい熱拡散部に導かれて、この拡散部材全体に絶縁部材の裏面側で広げられる。これにより、半導体発光素子より遥かに広い面積で、金属基板の絶縁層を経て金属基板の金属ベースに放熱することができるので、金属基板に対してその絶縁層で電気絶縁された半導体発光素子の放熱性能を向上できる。
【００１８】
更に、請求項１の発明の照明装置では、熱拡散部の面積よりも素子配設部の面積が小さいから、隣接した素子配設部間の絶縁距離を大きく確保できるに伴い、半導体発光素子が配設された側での電気的安全性を確保できる。すなわち、封止部材の剥がれ等による封止不良を生じた場合にも隣接した素子配設部同士の短絡が起こり難い。
【００１９】
しかも、請求項１の発明の照明装置は、照明装置全体の剛性を高めるために金属基板に積層した絶縁部材の表面側で、ボンディングワイヤを用いて半導体発光素子同士を電気的に接続しているので、狭く小さい孔内でのワイヤボンディングをする必要がなく、略同じ高さでボンディングワイヤを解して複数の半導体発光素子を直列接続できるので、ボンディングワイヤを用いての半導体発光素子同士の電気的接続が容易である。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記絶縁部材の厚み方向と直交する方向の前記各導熱部の断面積が、前記熱拡散部側ほど大きいことを特徴としている。
【００２１】
この請求項２の発明では、素子配設部の断面積が熱拡散部に近付く程大きいので、半導体発光素子から熱拡散部に向けての熱伝導がより容易となる。従って、半導体発光素子の熱が、高効率で金属基板に伝わってこの金属基板の金属ベースから外部に放出される。これにより、半導体発光素子の温度上昇が効果的に抑制されるので、半導体発光素子の温度過昇に起因する発光効率の低下を抑制できる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、直列接続された複数個の前記半導体発光素子からなる複数の素子列毎に前記熱拡散部が対応して設けられているとともに、これら熱拡散部の夫々に、前記素子列が有した前記各半導体発光素子が発する熱を個別に導く複数の前記導熱部が一体に連続されていることを特徴としている。
【００２３】
この請求項３の発明では、素子列毎に一つの熱拡散部が用意されているので、一つの素子列が有する複数の半導体発光素子に対して個々に熱拡散部が用意された構成に比較して、熱拡散部の面積を大きく確保できる。このため、金属基板に対して電気絶縁された半導体発光素子の放熱性能を更に向上できる。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項３において、前記各熱拡散部とこれら熱拡散部に熱的に接続された前記素子列の両端間の中間部とが電気的に接続されていることを特徴としている。
【００２５】
この請求項４の発明では、照明装置の点灯状態で金属製の熱拡散部に電位が掛かった状態となるので、各熱拡散部に電位が掛からないで電位が確定しない場合のように、熱拡散部が電気ノイズの影響を受けることも、又、場合によってはアンテナ効果によってノイズ放射源になることも防止できる。しかも、各素子列の中間の電位を各熱拡散部に与えたので、素子列の端の電位を熱拡散部に与える場合に比較して、隣接する素子列間の電位差を小さくできる。これにより、素子列の素子配設部に電位が与えられる場合に、隣接した素子列の素子配設部間等でイオンマイグレーションを原因とする短絡が起こり難くなるので、封止部材の剥がれ等による封止不良を生じた場合にも、半導体発光素子が配設された側での電気的安全性を確保できる。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明によれば、金属基板に対してその絶縁層で電気絶縁された半導体発光素子の放熱性能を向上できるとともに、ボンディングワイヤを用いての半導体発光素子同士の電気的接続が容易で、かつ、この半導体発光素子が配設された側での電気的安全性を確保できる。
【００２７】
請求項２，３の発明によれば、請求項１の発明において、更に、金属基板に対してその絶縁層で電気絶縁された半導体発光素子の放熱性能を向上できる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、更に、熱拡散部がノイズの原因とならないようにできるとともに、隣接する素子列間の電位差を小さくして、半導体発光素子が配設された側での電気的安全性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１〜図５を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
【００３０】
図１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、パッケージ基板例えば金属基板２と、熱拡散部５と、枠体７と、絶縁部材１１と、素子配設部１３と、パッド１４と、導熱部１８と、半導体発光素子例えばチップ状のＬＥＤ素子２１と、ボンディングワイヤ２５と、ビア２７と、封止部材３１とを備えて形成されている。なお、図１では、図面の理解を容易にする都合上、各ＬＥＤ素子２１及びボンディングワイヤ２５の図示が省略されている。
【００３１】
金属基板２は、図２に示すように金属ベース２ａと、この金属ベース２ａの一面全体に積層された絶縁層２ｂとを有している。金属ベース２ａは、熱伝導性に優れた金属例えばＣｕの板からなる。絶縁層２ｂは電気絶縁材料例えば合成樹脂製である。この絶縁層２ｂは、金属ベース２ａより薄く例えば100μｍの厚みで、かつ、２〜１０Ｗ/Ｋ・ｍ例えば４Ｗ/Ｋ・ｍの高い熱伝導性能を有している。
【００３２】
金属基板２は、その金属ベース２ａの裏面、つまり絶縁層２ｂで覆われていない面２ｅを、被放熱部材例えば図示しない照明器具の金属製器具本体等に面接触させて取付けられるようになっている。そのために、図１等に示すように金属基板２の周部には、ねじ等の固定具が通される複数の取付け部３が例えば９０度に設けられている。各取付け部３は例えば孔や図示したＵ字形の切り欠きからなる。
【００３３】
なお、金属基板２はそれが多数面付けされたパネルから切断して得たものであり、図１において、９０度毎の直線をなす縁２ｃは、前記パネルの状態で隣接した金属基板領域の境界をなしていた部分で形成されている。これともに、隣接した縁２ｃ間の隅部２ｄは金属基板２の外側に向けて凸となるように湾曲されていて、これらの隅部２ｄに取付け部３が形成されている。
【００３４】
熱拡散部５は、絶縁層２ｂ上に積層されていて、熱伝導性に優れた金属例えばＣｕの箔からなり、その厚さは例えば３５μｍである。熱拡散部５は、単一ではなく、複数例えば六つ設けられている。これらの熱拡散部５を区別する場合は、図４に示すように添え字１〜６を括弧書きで付す。各熱拡散部５（１）〜５（６）の合計面積は、後述する素子配設部の合計面積より大きい。
【００３５】
これらの熱拡散部５（１）〜５（６）は、全体として図４に示すように略八角形状をなすように並べて配設されているが、夫々の熱拡散部５（１）〜５（６）は互いに非接触であって電気的に絶縁されている。略八角形状に配置された熱拡散部５（Ａ）〜５（Ｅ）と、金属基板２の縁２ｃ及び隅部２ｄの縁との間は、夫々必要な絶縁距離が確保されている。しかし、金属基板２の縁２ｃと熱拡散部５との間の絶縁距離よりも、隅部２ｄの縁と熱拡散部５との間の絶縁距離の方が大きい。そして、このように絶縁距離が大きい方の隅部２ｄを利用して、これら隅部２ｄに前記取付け部３を設けたので、各取付け部３を通る金属ねじ等の固定具と熱拡散部５との間を絶縁できる。これとともに、取付け部３を金属基板２の縁２ｃ側に設ける場合に比較して、絶縁距離を確保するために金属基板２を大きくしなくて済むことに伴い、前記パネルに対して金属基板２を面付けする上で有利であり、材料取りを向上できる。
【００３６】
枠体７は、一個一個又は数個の後述するＬＥＤ素子２１毎に個別に設けられるものではなく、全てのＬＥＤ素子２１を包囲する単一のものである。枠体７は、例えば図１に示すように金属基板２より小さくこの金属基板２と略相似形をなしている。枠体７は熱拡散部５上に接着されている。この枠体７の外側に熱拡散部５の一部が突出されている。枠体７の内周面は光反射面となっている。そのために、例えば枠体７の成形材料である合成樹脂中に酸化アルミニウム等の白色粉末(図示しない)が混入されている。この枠体７は、光の取出し方向（図２では上方向）に取出された光を、照射対象に対して制御をするレンズ等の配光制御部材(図示しない)の取付け部として、利用することも可能である。
【００３７】
絶縁部材１１は、絶縁層２ｂ上に熱拡散部５を介して積層された電気絶縁性の合成樹脂例えばエポキシ樹脂からなり、枠体７の内側に収容されている。このため、絶縁部材１１の金属基板２側の裏面１１ａ（図２参照）が、各熱拡散部５（１）〜５（６）の一部を覆ってこれらに被着されている。なお、枠体７を金属基板２と同じ大きさとする場合には、絶縁部材１１で熱拡散部５（１）〜５（６）の全てを覆うことができる。
【００３８】
絶縁部材１１は金属基板２より厚く、それにより、照明装置１の剛性が高められている。なお、後述するビア２７を省略して素子列の電位が熱拡散部５に与えない構成として実施した場合には、絶縁部材１１によって後述するＬＥＤ素子２１と金属ベース２ａとの間をより確実に電気絶縁できる。又、本実施形態では、絶縁部材１１の裏面１１ａと反対側の面からなる表面１１ｂ(図２参照)を光反射面として、光の取出し性能を向上するために、成形材料であるエポキシ樹脂中に酸化アルミニウム等の白色粉末(図示しない)が混入されていて、絶縁部材１１は白色を呈している。
【００３９】
絶縁部材１１の表面１１ｂに、図３等に示すように複数例えば２８個の素子配設部１３と、複数例えば３２個のパッド１４と、＋側の電極１５と、−側の電極１６とが設けられている。これら素子配設部１３、パッド１４、及び電極１５，１６は、熱伝導性に優れた金属例えばＣｕの箔からなり、その厚さは例えば３５μｍである。素子配設部１３及びパッド１４の表面はＡｇでメッキされている。なお、各素子配設部１３を区別する場合は、添え字１〜２８を括弧書きで付すとともに、同様に、各パッド１４を区別する場合は、添え字１〜３２を括弧書きで付す。
【００４０】
素子配設部１３は縦横に整列して並べられている。本実施形態では、図３において素子配設部１３（１）〜１３（４）が横一列に並べられているとともに、この下側に素子配設部１３（５）〜１３（８）が横一列に並べられている。同様に、素子配設部１３（５）〜１３（８）の下側に素子配設部１３（９）〜１３（１４）が横一列に並べられているとともに、この下側に素子配設部１３（１５）〜１３（２０）が横一列に並べられている。更に、素子配設部１３（１５）〜１３（２０）の下側に素子配設部１３（２１）〜１３（２４）が横一列に並べられているとともに、この下側に素子配設部１３（２５）〜１３（２８）が横一列に並べられている。これら素子配設部１３の合計面積は、前記熱拡散部５の合計面積より小さい。
【００４１】
各パッド１４は、各素子配設部１３と交互に設けられている。つまり、パッド１４（１）〜１４（５）が、素子配設部１３（１）〜１３（４）と交互に横一列に並べられているとともに、パッド１４（６）〜１４（１０）が、素子配設部１３（５）〜１３（８）と交互に横一列に並べられている。同様に、パッド１４（１０）〜１４（１６）が、素子配設部１３（９）〜１３（１４）と交互に横一列に並べられているとともに、パッド１４（１７）〜１４（２３）が、素子配設部１３（１５）〜１３（２０）と交互に横一列に並べられている。更に、パッド１４（２３）〜１４（２７）が、素子配設部１３（２１）〜１３（２４）と交互に横一列に並べられているとともに、パッド１４（２８）〜１４（３２）が、素子配設部１３（２５）〜１３（２８）と交互に横一列に並べられている。なお、パッド１４（１０）は、素子配設部１３（５）〜１３（８）の列と素子配設部１３（９）〜１３（１４）の列とに共用され、同様に、パッド１４（２３）は素子配設部１３（１５）〜１３（２０）の列と素子配設部１３（２５）〜１３（２８）の列とに共用されている。
【００４２】
＋側の電極１５はパッド１４（１）に接続され、−側の電極１６はパッド１４（３２）に接続されている。
【００４３】
各素子配設部１３と同数設けられた導熱部１８は、熱伝導性に優れた金属例えばＣｕからなり、絶縁部材１１をその厚み方向に通って、素子配設部１３と熱拡散部５とを一体に連続している。
【００４４】
具体的には、素子配設部１３（１）〜１３（４）に個別に連続した４本の導熱部１８は熱拡散部５（１）に連続しているとともに、素子配設部１３（５）〜１３（８）に個別に連続した４本の導熱部１８は熱拡散部５（２）に連続している。同様に、素子配設部１３（９）〜１３（１４）に個別に連続した６本の導熱部１８は熱拡散部５（３）に連続しているとともに、素子配設部１３（１５）〜１３（２０）に個別に連続した６本の導熱部１８は熱拡散部５（４）に連続している。更に、素子配設部１３（２１）〜１３（２４）に個別に連続した４本の導熱部１８は熱拡散部５（５）に連続しているとともに、素子配設部１３（２５）〜１３（２８）に個別に連続した４本の導熱部１８は熱拡散部５（６）に連続している。なお、本実施形態において、素子配設部１３の大きさは、夫々導熱部１８の表側の端面（図２では上側の端面）より大きくしたが、この表側端面と同じ大きさでもよい。
【００４５】
図２に示すように各導熱部１８の絶縁部材１１の厚み方向（言い換えれば導熱部１８の高さ方向）と直交する方向の断面積は、熱拡散部５に近づく程大きい。すなわち、各導熱部１８は、絶縁部材１１の表面１１ｂから裏面１１ａに至るに従い次第に太くなる円錐台状に形成されている。これとともに、より好ましい例として金属基板２側にこの金属基板２との間に角を作ることなく弧状をなして連続するテーパ状の裾野を有している。この構成により、後述のＬＥＤ素子から熱拡散部５に向けての熱伝導がより容易となるので、ＬＥＤ素子の熱を高効率で金属基板２に伝えて、この金属基板２の金属ベース２ａから外部に放出できる。
【００４６】
ＬＥＤ素子２１は例えば青色の光を発する青色ＬＥＤチップからなる。このＬＥＤ素子２１は、例えばダブルワイヤー型であって、図２で代表して示すように透光性を有する素子基板２２の一面に窒化物半導体を用いてなる半導体発光層２３を積層して形成されている。素子基板２２は例えばサファイア基板で作られている。
【００４７】
これらのＬＥＤ素子２１は、各素子配設部１３の夫々に素子基板２２の前記一面と平行な他面を接着剤例えばシリコーン樹脂からなるきわめて薄いダイボンド材(図示しない)を用いてダイボンドされている。それによって、各ＬＥＤ素子２１はそれが固定された素子配設部１３を介して導熱部１８に放熱可能に設けられている。ＬＥＤ素子２１の半導体発光層２３と素子配設部１３との間の絶縁耐圧は、ダイボンド材だけではなく、このダイボンド材よりもはるかに厚いサファイア製の素子基板２２で確保されている。
【００４８】
前記横一列の素子配設部１３（１）〜１３（４）に個別に固定された合計４個のＬＥＤ素子２１は第１の素子列をなしており、前記横一列の素子配設部１３（５）〜１３（８）に個別に固定された合計４個のＬＥＤ素子２１は第２の素子列をなしている。同様に、前記横一列の素子配設部１３（９）〜１３（１４）に個別に固定された合計６個のＬＥＤ素子２１は第３の素子列をなしており、前記横一列の素子配設部１３（１５）〜１３（２０）に個別に固定された合計６個のＬＥＤ素子２１は第４の素子列をなしている。更に、前記横一列の素子配設部１３（２１）〜１３（２４）に個別に固定された合計４個のＬＥＤ素子２１は第５の素子列をなしており、前記横一列の素子配設部１３（２５）〜１３（２８）に個別に固定された合計４個のＬＥＤ素子２１は第６の素子列をなしている。
【００４９】
これら素子列毎に前記熱拡散部５が対応して配設されている。つまり、第１の素子列にはこれ対応して熱拡散部５（１）が設けられている。第２の素子列にはこれ対応して熱拡散部５（２）が設けられている。第３の素子列にはこれ対応して熱拡散部５（３）が設けられている。第４の素子列にはこれ対応して熱拡散部５（４）が設けられている。第５の素子列にはこれ対応して熱拡散部５（５）が設けられている。第６の素子列にはこれ対応して熱拡散部５（６）が設けられている。
【００５０】
そして、熱拡散部５（１）〜５（６）の夫々の面積は、それらに熱的に接続された素子列が有したＬＥＤ素子２１の数に応じた面積に設定されている。したがって、６個のＬＥＤ素子２１を有した第３、第４の素子列に対応した熱拡散部５（３）、５（４）の面積が最大であり、これらに対して、４個のＬＥＤ素子２１を有した第１、第２、第５、第６の各素子列に対応した熱拡散部５（１）、５（２）、５（５）、５（６）の面積は小さい。このように素子列のＬＥＤ素子数に応じて熱拡散部５の面積比を調整したことにより、各素子配設部１３の温度分布を均一化することが可能である。そのため、各ＬＥＤ素子２１の発光のばらつきを抑制する上で好ましい。
【００５１】
各素子列をなした複数のＬＥＤ素子２１同士は、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ２５で電気的に直列に接続されている。これとともに、素子列同士も、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ２５で電気的に直列に接続されている。この場合、各素子列での電気的接続においては、ボンディングワイヤ２５の一端がＬＥＤ素子２１の電極に接続され、ボンディングワイヤ２５の他端がパッド１４に接続されるとともに、素子列同士の電気的接続においては、ボンディングワイヤ２５の両端が対応するパッド１４同士に接続される。
【００５２】
したがって、全てのＬＥＤ素子２１は直列接続されているから、この直列回路にその両端に接続された電極１５，１６を通じて直流電源回路(図示しない)の電圧が印加されることにより、全てのＬＥＤ素子２１が一斉に点灯されて面状の発光が得られるようになっている。
【００５３】
各素子列の中間部はその素子列に対応する熱拡散部５と電気的に接続されている。図２で代表して第６の素子列と熱拡散部５（６）との関係で説明すれば、第６の素子列の両端間に位置された中間のパッド１４（２９）と熱拡散部５（６）とが、これらにわたるビア２７により一体に連続されている。ビア２７はＣｕからなり絶縁部材１１を厚み方向に通っている。
【００５４】
同様なビア２７により、その他の素子列においても、当該素子列の中間電位が、当該素子列に対応する熱拡散部５に与えられている。そのために、図１において横方向に並んだパッド１４の内の両端のパッドを除く中間位置のパッド１４が熱拡散部５に導通されている。
【００５５】
つまり、第１の素子列においては素子配設部１３（３）と素子配設部１３（３）との間のパッド１４（４）と第１の熱拡散部５（１）とがビア２７で電気的に接続され、第２の素子列においては素子配設部１３（５）と素子配設部１３（６）との間のパッド１４（６）と第２の熱拡散部５（２）とがビア２７で電気的に接続されている。同様に、第３の素子列においては素子配設部１３（１２）と素子配設部１３（１３）との間のパッド１４（１４）と第３の熱拡散部５（３）とがビア２７で電気的に接続され、第４の素子列においては素子配設部１３（１６）と素子配設部１３（１７）との間のパッド１４（１９）と第４の熱拡散部５（４）とがビア２７で電気的に接続されている。又、第５の素子列においては素子配設部１３（２３）と素子配設部１３（２４）との間のパッド１４（２６）と第５の熱拡散部５（５）とがビア２７で電気的に接続されている。又、電源電圧の変動を考慮すると、各熱拡散部材５の電位は素子列の中間電位の±20％であり、又、隣接する熱拡散部材５同士の電位差は３０Ｖ以下であることが好ましい。
【００５６】
封止部材３１は、枠体７内に未硬化の状態で注入された後硬化されたものであり、ＬＥＤ素子２１等を有した前記直列回路を埋めている。封止部材３１は、熱硬化性の透光性材料例えば透明シリコーン樹脂からなり、その内部に蛍光体(図示しない)が混入されている。透明シリコーン樹脂は、絶縁部材１１をなしたエポキシ樹脂に比較してＬＥＤ素子２１の発熱で対しては劣化し難いが、エポキシ樹脂に比較して水分透過性は劣っている。又、本実施形態では白色系の照明光を得るために、ＬＥＤ素子２１が発する光(具体的に青色の光)の一部により励起されて、このＬＥＤ素子２１が発する光とは異なる色の光(具体的には黄色の光)を放射する蛍光体が用いられ、この蛍光体は好ましくは略均一に分散した状態で封止部材３１内に混入されている。
【００５７】
この組み合わせにより、照明装置１の点灯によりＬＥＤ素子２１の半導体発光層２３から放出された青色の光の一部が蛍光体に当たることなく封止部材３１を通過する一方で、青色の光が当たった蛍光体が励起されて黄色の光を放射し、この黄色の光が封止部材３１を通過するので、これら補色関係にある二色の光の混合によって照明装置１は白色光を照射できる。なお、照明装置１から取出される光の多くは、枠体７で反射されることなく封止部材３１を透過するため、反射を原因とする光の損失が少ない。これとともに、ＬＥＤ素子２１が発した光の一部が、白色の絶縁部材１１の表面１１ｂで光の取出し方向に反射される。したがって、光の取出し効率を向上できる。
【００５８】
以上の構成の照明装置１は、各ＬＥＤ素子２１に通電して、これらを一斉に発光させることにより図２中上方向に光を取出して照明を行う。
【００５９】
この点灯時に各ＬＥＤ素子２１が発する熱は、金属基板２に積層された絶縁部材１１に妨げられることなく、この絶縁部材１１より１００倍程度も熱伝導率が高い素子配設部１３及び導熱部１８を経由して、素子配設部１３より面積が大きい熱拡散部５に導かれて、この熱拡散部５の全体に広げられる。これにより、ＬＥＤ素子２１より遥かに広い面積で、金属基板２の絶縁層２ｂを経て金属基板２の金属ベース２ａに放熱することができるので、金属基板２に対してその絶縁層２ｂで電気絶縁されたＬＥＤ素子２１の放熱性能を向上できる。
【００６０】
この場合、以上の放熱経路において、素子列毎に設けられた熱拡散部５の夫々に、素子列が有した各ＬＥＤ素子２１が発する熱を個別に導く複数の導熱部１８が一体に連続していて、素子列毎に一つの熱拡散部５が用意されている。これにより、一つの素子列が有する複数のＬＥＤ素子２１に対して個々に熱拡散部５が用意された構成に比較して、熱拡散部５の面積を大きく確保できる。したがって、金属基板２に対して電気絶縁されたＬＥＤ素子２１の放熱性能を向上できる。
【００６１】
以上のようにＬＥＤ素子２１の熱が高効率で金属基板２を通って外部に放出されるので、各ＬＥＤ素子２１の温度上昇が効果的に抑制され、各ＬＥＤ素子２１の温度を設計通りに維持できる。そのため、各ＬＥＤ素子２１の発光効率の低下を抑制できる。
【００６２】
更に、前記構成の照明装置１では、熱拡散部５の面積よりも素子配設部１３の面積が小さい。このため、隣接した素子配設部１３間の絶縁距離を大きく確保できるに伴い、ＬＥＤ素子２１が配設された絶縁部材１１の表側での電気的安全性を確保できる。すなわち、封止部材３１への水分透過や剥がれ等による封止不良を生じた場合にも隣接した素子配設部１３同士の短絡が起こり難い。
【００６３】
しかも、前記構成の照明装置１では、その製造において、照明装置１全体の剛性を高めるために金属基板２に積層した絶縁部材１１の表側で、ボンディングワイヤ２５を用いてＬＥＤ素子２１同士を電気的に接続できる。このため、狭く小さい孔内でワイヤボンディングをする必要がなく、略同じ高さでボンディングワイヤ２５を接合できる。したがって、ボンディングワイヤ２５を用いてのＬＥＤ素子２１同士の電気的接続が容易で、生産性を向上できる。
【００６４】
又、前記構成の照明装置１では、各熱拡散部５とこれら熱拡散部５に熱的に接続された各素子列の両端間の中間部とがビア２７により導通されているので、照明装置１の点灯状態で各熱拡散部５（１）〜５（６）の夫々に電位が掛かった状態となる。
【００６５】
このため、金属製の各熱拡散部５に電位が掛からないで電位が確定しない場合のように、熱拡散部５が、電気ノイズの影響を受けることも、又、場合によってはアンテナ効果によってノイズ放射源になることも防止できる。
【００６６】
しかも、各素子列の中間の電位を各熱拡散部５に与えたので、素子列の端の電位を熱拡散部５に与える場合に比較して、隣接する素子列間の電位差を小さくできる。図５に示した各ＬＥＤ素子を点灯させる電圧の値から分かるように、照明装置１に略１０３Ｖの直流電圧を印加される本実施形態では、隣接した各素子列間の電位差及びＬＥＤ素子２１とパッド１４との間の電位差を１５Ｖ以下と小さくできる。なお、図５に示した各ＬＥＤ素子２１（１）〜ＬＥＤ素子２１（２８）の配列は、既に説明した各素子配設部１３の配列に一致させて描かれている。
【００６７】
これにより、隣接した素子列間での金属同士、例えば、素子配設部１３間及びパッド１４間でのイオンマイグレーション（エレクトロケミカルマイグレーションとも言う）の発生を抑制できる。これにより、イオンマイグレーションを原因として隣接した素子配設部同士等の短絡が起こり難い。したがって、封止部材３１の剥がれ等による封止不良を生じた場合にも、ＬＥＤ素子２１が配設された絶縁部材１１の表側に設けられた直列回路の電気的安全性を確保できる。
【００６８】
図６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、図示されない事項を含めて第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
第２実施形態は、各素子列での電気的接続の仕方等が第１実施形態と異なる。すなわち、第２実施形態では、素子配設部１３にダイボンドされたＬＥＤ素子２１の一方の素子電極を、素子配設部１３にボンディングワイヤ２５で接続している。これとともに、前記ＬＥＤ素子２１の他方の素子電極を、このＬＥＤ素子２１に隣接した他のＬＥＤ素子２１がダイボンドされた他の素子配設部１３にボンディングワイヤ２５で接続している、そして、こうした接続を繰り返えして複数のＬＥＤ素子２１が直列に接続された素子列を形成している。又、第２実施形態では、以上の電気的接続により電位が与えられる各熱拡散部５が、素子配設部１３毎に独立して設けられているが、これら熱拡散部５の面積が素子配設部１３の面積より大きいことは変わりがない。なお、第２実施形態では、各導熱部１８の大径の端部に研磨加工などが施されていて、それによって、導熱部１８は、熱拡散部５との間に鈍角を形成して熱拡散部５に連続する円錐台状をなしている。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。
【００７０】
したがって、この第２実施形態においても、第１実施形態で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、この第２実施形態は、素子を形成する上で、素子列の隣接したＬＥＤ素子２１間にパッドを要しない点で、第１実施形態より好ましい。
【００７１】
図７は本発明の第３実施形態を示している。第３実施形態は、以下説明する事項以外は、図示されない事項を含めて第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
第３実施形態は、各素子列での電気的接続の仕方等が第１実施形態と異なる。すなわち、第３実施形態では、各ＬＥＤ素子２１に、ダブルワイヤー型ではなく、素子の両面に電極を有したシングルワイヤー型のものが用いられていて、これらのＬＥＤ素子２１は素子配設部１３にフリップチップ実装されている。そして、図７において上側に位置された素子配設部１３の素子電極を、このＬＥＤ素子２１に隣接した他のＬＥＤ素子２１がフリップチップ実装された他の素子配設部１３にボンディングワイヤ２５で接続している、そして、こうした接続を繰り返えして複数のＬＥＤ素子２１が直列に接続された素子列を形成している。又、第３実施形態では、以上の電気的接続により電位が与えられる各熱拡散部５が、素子配設部１３毎に独立して設けられているが、これら熱拡散部５の面積が素子配設部１３の面積より大きいことは変わりがない。なお、第３実施形態では、各導熱部１８の大径の端部に研磨加工などが施されていて、それによって、導熱部１８は、熱拡散部５との間に鈍角を形成して熱拡散部５に連続する円錐台状をなしている。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。
【００７３】
したがって、この第３実施形態においても、第１実施形態で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、この第３実施形態は、素子を形成する上で、素子列の隣接したＬＥＤ素子２１間にパッドを要しない点で、第１実施形態より好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【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て示す正面図。
【図２】図１中Ｆ２−Ｆ２線に沿って示す断面図。
【図３】図１の照明装置の素子配設部、パッド、及び電極の配置を示す図。
【図４】図１の照明装置の熱拡散部の配置を示す図。
【図５】図１の照明装置のＬＥＤ素子がなす素子列の配列と各素子列のＬＥＤ素子に個々に印加される電圧の値とを示す図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る照明装置を示す図２相当の断面図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る照明装置を示す図２相当の断面図。
【符号の説明】
【００７５】
１…照明装置、２…金属基板、２ａ…金属ベース、２ｂ…絶縁層、５…熱拡散部、１１…絶縁部材、１１ａ…絶縁部材の裏面、１１ｂ…絶縁部材の表面、１３…素子配設部、１８…導熱部、２１…ＬＥＤ素子(半導体発光素子)、２５…ボンディングワイヤ、２７…ビア、３１…封止部材
【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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【図６】
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【図７】
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