专利名称：发光装置及照明装置的制作方法
技术领域：
发光装置及照明装置技术区域本实用新型的实施方式涉及一种使用半导体发光元件的发光装置以及使用该发光装置的照明装置。
背景技术：
以往，例如使用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)元件来作为半导体发光元件的发光装置具备在前表面形成有配线图案(pattern)的基板、安装在该基板的前表面的配线图案上的多个LED元件、以及配置在基板的前表面且对从各LED元件放出的光进行制光的透镜(lens)等。在此种发光装置中，一般而言，LED元件产生的热会传导至基板，并从该基板的背面散发至设置该基板的照明器具，从而抑制LED元件的光输出的降低或寿命的降低。 但是，在采用从基板的背面进行散热的结构的发光装置中，当将该发光装置用于天花板直接安装型照明器具时，是从基板的背面导热至器具本体的顶板，但安装器具本体的顶板的天花板材料多使用石膏板(board)或木材等的难以导热的材料，因而也有时无法从器具本体的顶板确保必要的散热性。因此，在器具本体的顶板与天花板材料之间形成间隙等的应对措施成为必要，从而对照明器具的薄型化造成妨碍。而且，有一种发光装置，其加大基板的前表面所形成的配线图案的面积，使LED元件产生的热传导至大面积的配线图案，并从该配线图案散发到空气中，由此也能确保从基板前表面的散热性。而且，有一种发光装置，其在框体的内侧配置安装有多个LED元件的基板，在框体与基板的前表面之间介隔多个隔片(spacer)，利用插通各隔片的螺丝来将基板固定于框体。该发光装置中，LED元件产生的热传导至基板，并从基板通过隔片及螺丝而传导至框体，以从框体进行散热。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特开2004-335880号公报专利文献2 :日本专利特开2008-130823号公报
实用新型内容但是，在从基板的前表面的配线图案散热至空气中的结构的发光装置中，由于在基板的前表面侧配置有透镜等，而无法在基板的前表面侧获得充分的空气对流，因此存在难以确保充分的散热性的问题。而且，在从基板的前表面导热至框体并散热的发光装置中，从基板的前表面导热至框体的部位仅为隔片及螺丝的部位，除了这些隔片及螺丝的部位以外，在基板的前表面与框体之间介隔着隔热层即空气层，因此存在以下问题，即，无法获得从基板的前表面朝向框体的充分的导热性，从而无法确保从发光装置前表面的充分的散热性。[0014]本实用新型是有鉴于此种问题而完成，其目的在于提供一种能够确保从前表面的充分的散热性的发光装置及照明装置。实施方式的发光装置具备在前表面安装有半导体发光元件的基板，且具备前表面罩，该前表面罩在半导体发光元件的周围热接触于基板的前表面，且配设在基板的前表面侦U。从而形成将半导体发光元件产生的热按照基板及前表面罩的顺序进行传导并从前表面罩的前表面进行散热的导热路径，使从发光装置前表面的散热性提高。
图I (a)、图I (b)表不第I实施方式，图I (a)是发光装置的局部剖面图，图I (b)是将发光装置的一部分放大的剖面图。图2是第I实施方式的发光装置的立体图。·[0018]图3是第I实施方式的发光装置的分解状态的立体图。图4是表示第2实施方式的发光装置的局部剖面图。图5 (a)、图5 (b)表示使第2实施方式的发光装置的半导体发光元件点灯并测定温度所得的温度分布图，图5(a)是在前表面罩内具有空气层时的温度分布图，图5(b)是在前表面罩内无空气层时的温度分布图。图6是表不第3实施方式的发光装置的局部剖面图。图7是表示第4实施方式的发光装置的局部剖面图。图8是表不第5实施方式的发光装置的局部剖面图。图9是表示第6实施方式的发光装置的立体图。图10是第6实施方式的发光装置的图9中的A-A线的剖面图。图11是将第6实施方式的发光装置的图10的一部分放大的剖面图。图12是第6实施方式的发光装置的前表面罩的平面图。图13是表示第6实施方式的发光装置的基板的配线图案的正面图。图14是表示在第6实施方式的发光装置的基板的配线图案上安装发光元件，并涂布有荧光体层的状态的正面图。图15是表示将第6实施方式的发光装置的基板与前表面罩加以组合并以导热层予以粘结的工序的剖面图。图16是表示将第6实施方式的发光装置的基板与前表面罩加以组合的状态的正面图。图17是表示从正面方向观察第6实施方式的发光装置所见的、空气层形成机构的开口部与安装焊垫的关系的剖面图。图18是使用第6实施方式的发光装置的照明装置的侧面图。图19是从光照射方向观察第6实施方式的照明装置的正面图。图20是表示第7实施方式的照明装置的立体图。图21是将表示第8实施方式的发光装置的一部分放大的剖面图。图22是表示从正面方向观察表示第9实施方式的发光装置所见的、空气层形成机构的开口部与安装焊垫的关系的剖面图。图23是将表示第10实施方式的发光装置的一部分放大的剖面图。[0039]图24是将表示第11实施方式的发光装置的一部分放大的剖面图。图25是表不第12实施方式的发光装置的剖面图。符号的说明11......发光装置12......半导体发光元件13......基板13a......基板的前表面14......前表面罩
·[0047]14b......前表面罩的背面23......配线图案23a......安装焊垫37......纳米微粒子涂装45......配线图案52......导热层56......空气层形成机构61......照明装置63......装置本体
具体实施方式
以下，参照图I (a)、图1(b)至图3来说明第I实施方式。发光装置11具备基板13，在作为安装面的前表面13a上安装着多个半导体发光元件12 ;以及前表面罩14，覆盖该基板13的前表面13a而配设。半导体发光元件12例如为LED元件，使用搭载有LED芯片(chip)的附端子的发光元件即表面安装元件(Surface Mount Device, SMD)型LED元件。S卩，半导体发光元件12具有四边形状的基底(base)，具有导线(lead)端子即端子12a ;发蓝色光的LED芯片，搭载于该基底且与端子12a电性连接；反射罩(reflector)，内包该LED芯片并使LED芯片发出的光向前方反射；以及作为透明树脂的荧光体层，覆盖该反射罩内的LED芯片，且混合有荧光体，该荧光体受该LED芯片发出的蓝色光激发而主要放出黄色光。并且，半导体发光兀件12是以将LED芯片作为一次光源,将成为面状二次光源的突光体层的前表面作为发光面，从该发光面出射白色光的方式而被构成。基板13具有基板本体21，该基板本体21例如是由铝等的导热性优异的金属制或者非金属制的材料而形成为四边形状。作为基板本体21的非金属制的材料，例如也可使用陶瓷(ceramics)、或者利用玻璃环氧(glass epoxy)基板或酹醒纸(paper phenol)基板等而制成水平方向异向性导热性基板的材料。在基板本体21的前表面形成有绝缘层22，在该绝缘层22上，形成有用于串联连接多个半导体发光元件12的配线层即配线图案23，并且在未形成有配线图案23的区域，形成有与配线图案23成为同一面的抗蚀剂(resist)层24。配线图案23是由导热性优异的铜箔等形成，从半导体发光元件12朝向前表面罩14的导热效率高，因此可使用非金属制的材料来作为基板本体21的材料。并且，在基板13的配线图案23上，沿着基板13的纵横方向等间隔地空开规定间隔而配置着多个半导体发光元件12，并且各半导体发光元件12的端子12a利用焊锡25而电性连接并安装于配线图案23。而且，前表面罩14的背面14b形成为接触面，该接触面在半导体发光元件12的周围热接触于基板13的前表面13a。该前表面罩14热接触于基板13的前表面,是意指不介隔空气层等而面接触，以确保高导热性的状态。另外，前表面罩14的背面14b优选以包围基板13的前表面13a中的半导体发光元件12周围的方式而接触，但只要可确保导热性能，则也可为与周围的一部分接触的形态。前表面罩14具备作为第I罩构件的反射构件31及作为第2罩构件的透光构件32，且与安装在基板13上的各半导体发光元件12的位置对应地形成有多个光出射部33。反射构件31是与基板13同样地一体成形为四边形状，且与安装在基板13上的各半导体发光元件12的位置对应地，即在各光出射部33形成有插通配置各半导体发光元件 12的四边形状的开口部34，且以从该开口部34朝向前方而扩开开口的方式形成有四棱锥状的凹部35。该凹部35的内面构成为使半导体发光元件12发出的光朝向前方反射的反射面36。反射构件31的背面例如以环氧粘结剂等的导热层(与第6实施方式中说明的导热层52同样)而无空气层地面接触于基板13并密接，从而粘结固定成热接触的状态。另外，也可通过螺固等的机械方式，使反射构件31的背面无空气层地面接触于基板13的前表面13a并密接，从而固定成热接触的状态。透光构件32例如是以对固定于基板13的反射构件31的各凹部35进行填埋的方式来填充透明树脂而形成，且无空气层地直接面接触于基板13、半导体发光元件12及反射构件31的凹部35的内侧并密接，从而形成热接触。并且，透光构件32的前表面形成为半导体发光元件12发出的光所出射的光出射面。并且，反射构件31与透光构件32具有lW/mk 5W/mk左右的高导热特性，并且相对于具备例如400nm 800nm的波长的光而具有90%以上的透过率，且由不同的折射率的透明树脂所形成。例如，反射构件31是由炼入有碳的环氧树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide, PPS)等的具有高导热特性的高折射率树脂所形成。而且，透光构件32是由硅酮(silicone)树脂等的低折射率树脂所形成。另外，空气层的导热率为O. 01ff/mk O. 02ff/mk左右，一般的树脂的导热率为O. 2ff/mk左右。在这些折射率不同的反射构件31与透光构件32的界面上形成有使光反射的反射面36，可通过折射率差的设定来设定反射率，无须变更形状便可实现各种配光控制。另外，反射构件31优选具有高导热特性，但并非必要条件。其原因在于，确保反射构件31与基板13的前表面13a的接触面积及露出至前方的散热面积的大小，在提高散热性方面是重要的设计要素。进而，反射构件31既可具有透光性也可为不透明，或者，只要在与基板13的前表面13a之间介隔绝缘层，则也可使用金属材料。而且，在前表面罩14的前表面14a上实施有纳米微粒子涂装37。该纳米微粒子涂装37具有高导热特性及热辐射特性，是由下述微粒子而形成为IOOnm 200nm的膜厚，该微粒子例如为Al2O3或TiO2等的无机微粒子,且是具有在平均粒径30nm 50nm优选40nm附近具备峰值(peak)的粒度分布的微粒子。进而，纳米微粒子涂装37具有光扩散性，可对从半导体发光元件12出射的光进行扩散。另外，只要前表面罩14具有高散热功能，则也可省略纳米微粒子涂装37。[0069]接下来，对发光装置11的动作进行说明。通过基板13的配线图案23来对各半导体发光元件12进行供电，从而各半导体发光兀件12出射白色光,该光透过前表面罩14的透光构件32而从前表面14a向前方出射。点灯的各半导体发光元件12所产生的热的一部分传导至基板13并从该基板13传导至前表面罩14的反射构件31，而且，一部分传导至前表面罩14的透光构件32，并从这些反射构件31及透光构件32的前表面即前表面罩14的前表面14a散热到与光照射方向相同的前方的空气中。此时，点灯的各半导体发光元件12所产生的热主要有效地传导至安装着半导体发光元件12的基板13，并从导热特性特别优异的半导体发光元件12的端子12a效率非常良好地传导至基板13的配线图案23。传导至该基板13的热沿着该基板13而扩散，并从以相对较大的面积而形成为同一面的基板13的前表面13a有效地传导至通过无空气层地面接触并密接而形成热接触的前表面罩14，再从以大表面积而露出至前方的前表面罩14的前表面14a散发到空气中。 这样，在发光装置11中，配设于基板13的前表面13a的前表面罩14在半导体发光元件12的周围热接触于基板13的前表面13a，因此形成使半导体发光元件12产生的热按照基板13及前表面罩14的顺序而效率良好地传导并从前表面罩14的前表面14a进行散热的导热路径，从而可提高从发光装置11的前表面的散热性。尤其，前表面罩14直接面接触于基板13的前表面13a及半导体发光元件12并密接，因此在他们之间未介隔空气层，从基板13及半导体发光元件12朝向前表面罩14的导热效率高，可提高从发光装置11的前表面的散热性。进而，前表面罩14热接触于基板13的前表面13a上形成的配线图案23，因此半导体发光元件12的热经由端子12a并通过效率良好地导热的配线图案23而传导至前表面罩14，因此导热效率高，可提高从发光装置11的前表面的散热性。另外，在该配线图案23的前表面进而形成有抗蚀剂层24，因此可经由抗蚀剂层24而导热至前表面罩14。而且，在前表面罩14的前表面14a，实施有具有高导热特性及热辐射特性的纳米微粒子涂装37，因此可提高从发光装置11的前表面的散热性。并且，以此方式构成的发光装置11也可作为照明装置而适用于例如天花板直接安装型照明器具。当适用于该天花板直接安装型照明器具时，是将发光装置11的背面安装于天花板材料上所安装的装置本体的顶板的下表面，但即使对安装装置本体的顶板的天花板材料使用石膏板或木材等的难以导热的材料，而无法从装置本体的顶板确保充分的散热性，也能够从发光装置11的前表面确保足以抑制半导体发光元件12的光输出的降低或寿命的降低的散热性，因此不需要在装置本体的顶板与天花板材料之间形成间隙等的应对措施，可实现照明装置的薄型化。另外，照明装置的具体例将在后文叙述。接下来，图4及图5(a)、图5(b)表不第2实施方式。另外，对于与所述实施方式同样的结构使用相同的符号并省略其说明。如图4所示，发光装置11是在图I (a)、图I (b)至图3所示的第I实施方式的发光装置11中，当前表面罩14的透光构件32由柔软的硅酮树脂形成时，出于保护该透光构件32的目的，前表面罩14具备一体地覆盖反射构件31及透光构件32整体的透明的罩41。该罩41例如是由相对于具备400nm 800nm的波长的光而具有90%以上的透过率的透明树脂所形成，且安装成通过无空气层地面接触于反射构件31及透光构件32的前表面并密接而形成热接触的状态。在前表面罩14的前表面14a即罩41的前表面形成有纳米微粒子涂装37。而且，图5 (a)、图5 (b)表示使发光装置11的半导体发光元件12点灯并测定温度所得的温度分布图。图5(a)是在前表面罩14内具有空气层的情况，即，在前表面罩14的反射构件31的凹部35内未形成透光构件32，在前表面罩14内由基板13、反射构件31的凹部35和罩41所围成的空间内具有空气层的情况。图5 (b)表不在前表面罩14内无空气层的情况，即，在前表面罩14的反射构件31的凹部35内形成有透光构件32的情况。温度分布是以等高线表示，tl的温度为最高，从tl开始，按照t2、t3、t4、t5、t6的顺序而温度变低。而且，在基板13的背面配置隔热材料并进行测定。如图5(a)所示，当在前表面罩14内存在空气层时，基板13的温度变高，此时的最高温度为80. 64°C。其原因在于，由于在前表面罩14内具有空气层，因此可从基板13导热的前表面罩14的热容量变少，从前表面罩14的前表面14a的散热降低。如图5(b)所示，当在前表面罩14内不存在空气层时，基板13的温度与图5(a)所示的具有空气层的情况相比变低，此时的最高温度为69. 69°C。这是因为，由于在前表面罩14内不存在空气层，因此可从基板13导热的前表面罩14的热容量增大,从前表面罩14的前表面14a的散热性提高。这样，前表面罩14无空气层地面接触于基板13的前表面13a并密接，从而形成热接触，且在前表面罩14内不存在空气层，由此可提高从发光装置11的前表面的散热性。接下来，图6及表I表不第3实施方式。另外,对于与所述各实施方式同样的结构使用相同的符号并省略其说明。如图6所示，发光装置11是在图4所示的第2实施方式的发光装置11中，在前表面罩14的反射构件31的凹部35内未形成透光构件32而具有空气层的情况，即在前表面罩14内由基板13、反射构件31的凹部35和罩41围成的空间内具有空气层的情况。前表面罩14的反射构件31是由反射面36的反射率为80%以上的材料所形成，用于防止炫目(glare)的、反射面36相对于半导体发光元件12的发光面的遮光角α形成为20° 30°的范围，用于防止炫目的更优选的范围是形成为25° 30°的范围。并且，将除了凹部35的部分以外的反射构件31的前表面的面积(反射构件31与罩41的接触部分的面积)、与反射构件31的凹部35的开口端的面积之比规定为I : I
2 I的范围，从而即使在前表面罩14内存在空气层的情况下，也能够提高从发光装置11的前表面的散热性。表I表示对改变发光装置11的前表面罩14的条件而测定半导体发光元件12 (LED芯片)的温度的结果进行汇总的表。表I
权利要求1.一种发光装置，其特征在于包括 基板，在前表面安装有半导体发光元件； 前表面罩，在所述半导体发光元件的周围，热接触于所述基板的前表面，且配设在所述基板的前表面侧。
2.根据权利要求I所述的发光装置，其特征在于 所述前表面罩密接于所述基板的前表面及所述半导体发光元件。
3.根据权利要求I所述的发光装置，其特征在于 在所述基板的前表面形成有所述半导体发光元件电性连接的配线图案，所述前表面罩热接触于该配线图案。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于 所述基板的前表面所形成的配线图案具有安装所述半导体发光元件的安装焊垫，所述前表面罩具有覆盖所述半导体发光元件并且与所述半导体发光元件相向的空气层形成机构， 以介隔在所述基板的前表面与所述前表面罩的除了空气层形成机构以外的区域之间，且与所述安装焊垫接触的方式，而配设有导热层。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于 所述导热层具有粘结性。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的发光装置，其特征在于 所述前表面罩的前表面实施有纳米微粒子涂装。
7.一种发光装置，其特征在于包括 前表面罩，在背面形成有配线图案； 半导体发光元件，配设于该前表面罩的背面侧，且电性及热连接于所述前表面罩的所述配线图案。
8.一种照明装置，其特征在于包括 装置本体； 根据权利要求I至7中任一项所述的发光装置，配设于该装置本体中。
专利摘要本实用新型提供一种发光装置及照明装置，所述发光装置具备在前表面安装有半导体发光元件的基板，且具备前表面罩，该前表面罩在半导体发光元件的周围热接触于基板的前表面，且配设在基板的前表面侧。从而形成将半导体发光元件产生的热按照基板及前表面罩的顺序进行传导并从前表面罩的前表面进行散热的导热路径，使从发光装置的前表面的散热性提高。
文档编号F21V29/00GK202613307SQ201090001029
公开日2012年12月19日 申请日期2010年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者松田良太郎, 小川光三, 酒井诚, 高桥晶子, 清水恵一, 西村洁 申请人:东芝照明技术株式会社, 株式会社东芝