JP2007088077A

JP2007088077A - 発光装置

Info

Publication number: JP2007088077A
Application number: JP2005272845A
Authority: JP
Inventors: Sakuo Kamata; 策雄鎌田; Yasushi Nishioka; 恭志西岡; Yoji Urano; 洋二浦野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP4829577B2

Abstract

【課題】光の取り出し損失を低減した発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が搭載された実装基板２０とを備える。実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０が搭載される金属板２１と、金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の非搭載部位に積層され、金属板２１と反対側の表面にＬＥＤチップ１０の電極に電気的に接続されるリードパターン２３が形成された絶縁性基材２２とで構成される。金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の実装部位には、ＬＥＤチップ１０側に突出して先端面にＬＥＤチップ１０が搭載される突台部２１ａを設けてあり、突台部２１ａの突出量を絶縁性基材２２の厚みとリードパターン２３の厚みとを合わせた寸法以上に設定している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

近年のＬＥＤチップの高出力化に伴って、ＬＥＤチップを照明用途に利用する発光装置の開発が進められている（例えば特許文献１参照）。

上記特許文献に開示された発光装置は、金属などの無機材料により一面開口の箱形に形成された基材と、透明なガラス或いはセラミックからなり基材の開口を塞ぐ気密容器形成材とで構成される気密容器を備え、基材の底壁に複数個のＬＥＤチップを分散して実装してあり、ＬＥＤチップの発光は気密容器形成材を通して気密容器の外部に照射されるようになっている。
特開２００４−１１９６３４号公報

上記構成の発光装置では、金属などの無機材料からなる基材の底壁にＬＥＤチップを直接実装しているので、基材の底壁においてＬＥＤチップの非実装部位に絶縁性基材を形成して、絶縁性基材の表面に各ＬＥＤチップの電極間を電気的に接続するリードパターンを形成した場合、ＬＥＤチップから側方（つまり底壁の表面と平行な方向）に照射された光の一部が、絶縁性基材やリードパターンにケラレが発生して、光の取り出し損失が増加するという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、光の取り出し損失を低減した発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが搭載された実装基板と、透明樹脂の成形品からなり実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲む枠体と、枠体の内側に透明樹脂材料を充填して形成されＬＥＤチップを封止する封止部と、封止部に重ねて配置されたレンズと、ＬＥＤチップからの照射光により励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を発する蛍光体を透明材料とともに成形したドーム状の成形品であってレンズの光出射面および枠体との間に空気層を設けた状態で実装面に配置される色変換部材とを備え、実装基板は、ＬＥＤチップが搭載される金属板と、金属板におけるＬＥＤチップの非搭載部位に積層され、金属板と反対側の表面にＬＥＤチップの電極に電気的に接続されるリードパターンが形成された絶縁性基材とからなり、金属板におけるＬＥＤチップの実装部位に、ＬＥＤチップ側に突出して先端面にＬＥＤチップが搭載される突台部を設け、当該突台部の突出量を絶縁性基材の厚みとリードパターンの厚みとを合わせた寸法以上に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、金属板におけるＬＥＤチップの搭載部位には突台部が形成され、この突台部の突出量を、ＬＥＤチップの非搭載部位に形成された絶縁性基材の厚みと、絶縁性基材の表面に形成されたリードパターンの厚みとを合わせた寸法以上に設定しているので、突台部に搭載されたＬＥＤチップから側方に照射された光が絶縁性基材やリードパターンに遮光されてケラレが発生することはなく、光の取り出し損失を低減できるという効果がある。

以下、本実施形態の発光装置について図１〜図３を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を囲む枠体４０と、枠体４０の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４を封止し且つ弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重ねて配置されるレンズ６０と、ＬＥＤチップ１０から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であってレンズ６０の光出射面６０ｂ側にレンズ６０を覆い光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。なお発光装置１は、例えば、グリーンシートからなる絶縁層９０を介して金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００に実装することで、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗が小さくなって、放熱性が向上する。従って、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制でき、入力電力を大きくできるから、光出力の高出力化を図ることができる。

実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０が搭載される金属板２１と、金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の非搭載部位に積層されたガラスエポキシ基板からなる絶縁性基材２２とで構成される。絶縁性基材２２における金属板２１と反対側の表面には、ＬＥＤチップ１０の図示しない両電極（アノード電極およびカソード電極）にそれぞれ電気的に接続される一対のリードパターン２３が形成される。また絶縁性基材２２においてＬＥＤチップ１０に対応する部位に窓孔２４が設けられており、窓孔２４から露出する金属板２１の表面にＬＥＤチップ１０が搭載されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱は絶縁性基材２２を介さずに直接金属板２１に伝熱できるようになっている。ここにおいて、金属板２１の材料としてはＣｕＷを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、ＣｕＷに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。なお、金属板２１と絶縁性基材２２とは、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材２５により固着されている。また、各リードパターン２３は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、色変換部材７０により覆われていない部位がアウターリード部２３ａとなっている。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板からなる導電性基板１１を用いており、導電性基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長され、導電性基板１１の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極（ｎ電極）が形成され、発光部１２の表面（導電性基板１１の主表面側の最表面）に図示しないアノード側の電極であるアノード電極（ｐ電極）が形成されている。要するに、ＬＥＤチップ１０は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも金属板２１から離れた側となるように金属板２１に実装されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも金属板２１に近い側となるように金属板２１に実装するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部１２を金属板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では導電性基板１１と発光部１２とが同程度の屈折率を有しているので、発光部１２を金属板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。

また、金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の実装部位、つまり絶縁性基材２２の窓孔２４から露出する金属板２１の部位には、ＬＥＤチップ１０側に向かって突出する突台部２１ａが金属板２１と一体に形成されている。突台部２１ａの平面形状はＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形状に形成されており、この突台部２１ａの表面にＬＥＤチップ１０を搭載している。また、突台部２１ａの表面においてＬＥＤチップ１０の非実装部位には金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４の一端が接続され、このボンディングワイヤ１４の他端は一方のリードパターン２３に接続されているので、ＬＥＤチップ１０のカソード電極が、突台部２１ａおよびボンディングワイヤ１４を介して一方のリードパターン２３に電気的に接続される。またＬＥＤチップ１０のアノード電極はボンディングワイヤ１４を介して他方のリードパターン２３と電気的に接続されている。

上述の封止部５０の透明樹脂材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。

これに対して、枠体４０は、円筒状の形状であって、透明樹脂の成形品により構成されているが、当該成形品に用いる透明樹脂としては、シリコーン樹脂を採用している。要するに、本実施形態では、封止部５０の透明樹脂材料の線膨張率と同等の線膨張率を有する透光性材料により枠体４０を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体４０を実装基板２０に固着した後で枠体４０の内側に上記透明樹脂材料を充填（ポッティング）して熱硬化させることで封止部５０を形成してある。なお、上記透明樹脂材料としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体４０をアクリル樹脂の成形品により構成することが望ましい。

レンズ６０は、封止部５０側の光入射面６０ａおよび光出射面６０ｂそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。ここにおいて、レンズ６０は、シリコーン樹脂の成形品により構成してあり、封止部５０と屈折率が同じ値となっているが、レンズ６０は、シリコーン樹脂の成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。

ところで、レンズ６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、レンズ６０は、当該レンズ６０の光軸がＬＥＤチップ１０の厚み方向に沿った発光部１２の中心線上に位置するように配置されている。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透明材料とＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の外面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透明材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、内面７０ａがレンズ６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、レンズ６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。色変換部材７０は、開口部の周縁を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて接着すればよい。

以上説明したように本実施形態の発光装置１では、金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の搭載部位に、ＬＥＤチップ１０側に突出して先端面にＬＥＤチップ１０が搭載される突台部２１ａを金属板２１と一体に設けてあり、当該突台部２１ａの突出量を絶縁性基材２２の厚みとリードパターン２３の厚みとを合わせた寸法以上に設定してある。すなわち、金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の搭載部位には突台部２１ａが形成され、この突台部２１ａの突出量を、ＬＥＤチップ１０の非搭載部位に形成された絶縁性基材２２の厚みと、絶縁性基材２２の表面に形成されたリードパターン２３の厚みを合わせた寸法以上に設定しているので、突台部２１ａに搭載されたＬＥＤチップ１０から側方（金属板２１の表面と平行な方向）に照射された光が絶縁性基材２２やリードパターン２３に遮光されてケラレが発生することはなく、光の取り出し損失を低減することができる。

なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。

実施形態を示す概略断面図である。同上を示し、一部破断した概略分解斜視図である。同上を示す要部概略平面図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
２０実装基板
２１金属板
２１ａ突台部
２２絶縁性基材
２３リードパターン

Claims

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが搭載された実装基板と、透明樹脂の成形品からなり実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲む枠体と、枠体の内側に透明樹脂材料を充填して形成されＬＥＤチップを封止する封止部と、封止部に重ねて配置されたレンズと、前記ＬＥＤチップからの照射光により励起されて前記ＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を発する蛍光体を透明材料とともに成形したドーム状の成形品であってレンズの光出射面および枠体との間に空気層を設けた状態で前記実装面に配置される色変換部材とを備え、前記実装基板は、ＬＥＤチップが搭載される金属板と、金属板におけるＬＥＤチップの非搭載部位に積層され、金属板と反対側の表面にＬＥＤチップの電極に電気的に接続されるリードパターンが形成された絶縁性基材とからなり、金属板におけるＬＥＤチップの実装部位に、ＬＥＤチップ側に突出して先端面にＬＥＤチップが搭載される突台部を設け、当該突台部の突出量を絶縁性基材の厚みとリードパターンの厚みとを合わせた寸法以上に設定したことを特徴とする発光装置。