JP3948483B2 - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a light emitting device using an LED chip (light emitting diode chip).
従来から、LEDチップと、LEDチップが実装された回路基板と、当該回路基板におけるLEDチップの実装面側でLEDチップを囲む金属製(例えば、アルミニウム製)の枠体と、枠体の内側に充填されLEDチップおよび当該LEDチップに接続されたボンディングワイヤを封止した透光性材料(例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの透明樹脂)からなる封止部とを備えた発光装置が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。ここにおいて、上記特許文献1,2に記載された枠体は、回路基板から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されるとともに内側面が鏡面となっており、LEDチップから放射された光を反射するリフレクタを兼ねている。 Conventionally, an LED chip, a circuit board on which the LED chip is mounted, a metal (for example, aluminum) frame that surrounds the LED chip on the LED chip mounting surface side of the circuit board, and an inner side of the frame There has been proposed a light emitting device including a sealing portion made of a light-transmitting material (for example, a transparent resin such as an epoxy resin or a silicone resin) that is filled and sealed with a bonding wire connected to the LED chip. (For example, see Patent Documents 1 and 2). Here, the frames described in Patent Documents 1 and 2 are formed in a shape in which the opening area gradually increases as the distance from the circuit board increases, and the inner side surface is a mirror surface, which is emitted from the LED chip. It also serves as a reflector that reflects light.
なお、上記特許文献2には、LEDチップとして青色光を放射する青色LEDチップを用い、青色LEDチップを封止する透光性材料に青色LEDチップから放射された光によって励起されて発光する黄色蛍光体を分散させておくことで白色光の発光スペクトルを得ることができる発光装置も記載されている。
ところで、上記特許文献1,2に開示された発光装置では、LEDチップの側面から放射された光の一部がLEDチップが実装された回路基板に吸収されて光出力が低下してしまうという不具合があった。また、上記特許文献1,2に開示された発光装置では、LEDチップと回路基板との線膨張率差に起因した応力がLEDチップに働くので、両者の線膨張率差に起因して信頼性が低下することがあった。また、上記特許文献1,2に開示された発光装置の放熱性を向上させて光出力の向上を図るために、回路基板として金属ベースプリント配線板を用いることも考えられるが、この場合にもLEDチップと回路基板との線膨張率差に起因してLEDチップに働く応力に起因して信頼性が低下することがあった。 By the way, in the light emitting device disclosed in Patent Documents 1 and 2, a part of the light emitted from the side surface of the LED chip is absorbed by the circuit board on which the LED chip is mounted and the light output is reduced. was there. Further, in the light emitting devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 above, stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the circuit board acts on the LED chip, so that reliability depends on the difference in linear expansion coefficient between the two. May decrease. In order to improve the heat output of the light emitting devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 and improve the light output, it is possible to use a metal base printed wiring board as a circuit board. Reliability may be reduced due to stress acting on the LED chip due to a difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the circuit board.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、信頼性を高めることができるとともに光出力の向上を図れる発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of improving reliability and improving light output.
請求項1の発明は、LEDチップと、熱伝導性材料からなりLEDチップが実装される伝熱板と、LEDチップよりも大きく伝熱板よりも小さな平板状に形成されてLEDチップと伝熱板との間に介在して両者を熱結合し且つLEDチップと伝熱板との線膨張率差に起因してLEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材と、伝熱板に積層された絶縁性基板であって伝熱板側とは反対側の一表面にLEDチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンが設けられるとともにサブマウント部材を露出させる窓孔が厚み方向に貫設された絶縁性基板と、LEDチップを封止した透光性材料からなり弾性を有する封止部と、封止部に重ねて配置されたレンズとを備え、サブマウント部材におけるLEDチップの接合部位の周囲にLEDチップの側面から放射された光を反射する反射膜が設けられ、サブマウント部材の厚み寸法を、反射膜の表面が絶縁性基板の前記一表面よりも伝熱板から離れるように設定してなり、LEDチップから放射され封止部を透過した光によって励起されてLEDチップ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を覆うように絶縁性基板の前記一表面側に配設されたドーム状の色変換部材を備え、色変換部材は、レンズの光出射面との間に空気層が形成される形で配設されてなり、サブマウント部材は、反射膜の表面が色変換部材における絶縁性基板側の端縁よりも伝熱板から離れて位置するように前記厚み寸法が設定されてなることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, an LED chip, a heat transfer plate made of a thermally conductive material and mounted with the LED chip, and a flat plate shape larger than the LED chip and smaller than the heat transfer plate are formed. A submount member that is interposed between the plate and thermally couples the two and relaxes the stress acting on the LED chip due to the difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate, and is laminated on the heat transfer plate. A pair of lead patterns that are electrically connected to both electrodes of the LED chip are provided on one surface of the insulating substrate opposite to the heat transfer plate side, and a window hole that exposes the submount member is in the thickness direction. The LED chip in the submount member, comprising: an insulating substrate penetrating the substrate; a sealing portion made of a translucent material that seals the LED chip; and an elastic lens; and a lens disposed on the sealing portion. Joint part of A reflection film that reflects light emitted from the side surface of the LED chip is provided in the periphery, and the thickness dimension of the submount member is set so that the surface of the reflection film is farther from the heat transfer plate than the one surface of the insulating substrate. A molded product obtained by molding together with a transparent material a phosphor that emits light of a color different from the emission color of the LED chip when excited by the light emitted from the LED chip and transmitted through the sealing portion. In this way, a dome-shaped color conversion member disposed on the one surface side of the insulating substrate is provided, and the color conversion member is disposed in a form in which an air layer is formed between the light emitting surface of the lens. The submount member is characterized in that the thickness dimension is set so that the surface of the reflective film is located farther from the heat transfer plate than the edge of the color conversion member on the insulating substrate side .
この発明によれば、LEDチップと伝熱板との間に介在して両者を熱結合し且つLEDチップと伝熱板との線膨張率差に起因してLEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材を備えているので、LEDチップにかかる応力を緩和することができて信頼性を向上することができ、また、LEDチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンはサブマウント部材を露出させる窓孔が厚み方向に貫設され伝熱板に積層された絶縁性基板の一表面に設けられ、サブマウント部材におけるLEDチップの接合部位の周囲にLEDチップの側面から放射された光を反射する反射膜が設けられ、サブマウント部材の厚み寸法を、反射膜の表面が絶縁性基板の一表面よりも伝熱板から離れるように設定してあるので、LEDチップの側面から放射された光がサブマウント部材や絶縁性基板に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。また、この発明によれば、LEDチップから放射され封止部を透過した光によって励起されてLEDチップ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を覆うように絶縁性基板の前記一表面側に配設されたドーム状の色変換部材を備えているので、LEDチップの発光色と蛍光体の発光色との混色光を得ることができ、また、色変換部材がレンズの光出射面との間に空気層が形成される形で配設されているので、色変換部材の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できるとともに、色変換部材に外力が作用したときに色変換部材に発生した応力がレンズおよび封止部を通してLEDチップに伝達されるのを抑制でき、しかも、LEDチップから放射され封止部およびレンズを通して色変換部材に入射し色変換部材中の蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ側へ散乱されてレンズを透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上でき、また、外部雰囲気中の水分が前記LEDチップに到達しにくくなる。また、この発明によれば、LEDチップの側面から放射された光が色変換部材と絶縁性基板との接合部を通して出射されるのを防止することができ、色むらを低減できるとともに、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。 According to the present invention, the sub is provided between the LED chip and the heat transfer plate to thermally couple them and to relieve the stress acting on the LED chip due to the difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate. Since the mounting member is provided, the stress applied to the LED chip can be relieved and the reliability can be improved, and the pair of lead patterns electrically connected to each of the electrodes of the LED chip is a sub-pattern. A window hole that exposes the mounting member is provided on one surface of the insulating substrate that is penetrated in the thickness direction and laminated on the heat transfer plate, and is emitted from the side surface of the LED chip around the LED chip bonding portion in the submount member. Since the reflective film for reflecting the reflected light is provided and the thickness of the submount member is set so that the surface of the reflective film is farther from the heat transfer plate than the surface of the insulating substrate, the LED chip Thereby improving the light output by improving the light extraction efficiency to outside can be light emitted from the side surface of is prevented from being absorbed into the sub-mount member and the insulating substrate. In addition, according to the present invention, there is provided a molded product obtained by molding together with a transparent material a phosphor that emits light of a color different from the emission color of the LED chip when excited by light emitted from the LED chip and transmitted through the sealing portion. Since the dome-shaped color conversion member disposed on the one surface side of the insulating substrate is provided so as to cover the lens, it is possible to obtain mixed color light of the emission color of the LED chip and the emission color of the phosphor. In addition, since the color conversion member is disposed in such a manner that an air layer is formed between the light emitting surface of the lens, it is possible to suppress a decrease in yield due to the dimensional accuracy and positioning accuracy of the color conversion member. In addition, it is possible to suppress the stress generated in the color conversion member when an external force is applied to the color conversion member from being transmitted to the LED chip through the lens and the sealing portion. The light extraction efficiency of the entire device can be reduced by reducing the amount of light that is incident on the color conversion member through the light and scattered by the phosphor particles in the color conversion member and scattered to the lens side and transmitted through the lens. In addition, it becomes difficult for moisture in the external atmosphere to reach the LED chip. In addition, according to the present invention, it is possible to prevent the light emitted from the side surface of the LED chip from being emitted through the joint portion between the color conversion member and the insulating substrate, to reduce color unevenness and to the outside. The light output can be improved by improving the light extraction efficiency.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記LEDチップおよび前記サブマウント部材は、平面形状がそれぞれ正方形状であり、前記LEDチップは、平面視における各辺それぞれが前記サブマント部材の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形で前記サブマウント部材の中央部に配置されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the LED chip and the submount member each have a square shape in plan view, and the LED chip has a pair of submant members on each side in plan view. It is arranged at the center of the submount member so as to cross any one of the diagonal lines.
この発明によれば、前記LEDチップの各側面それぞれから前記サブマウント部材側へ放射された光を前記反射膜により効率良く反射することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。 According to the present invention, the light emitted from the respective side surfaces of the LED chip to the submount member side can be efficiently reflected by the reflective film, and the light output is improved by improving the light extraction efficiency to the outside. Can be planned.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記絶縁性基板の前記一表面側に前記サブマント部材および前記LEDチップを囲む形で配設された枠体を備え、前記封止部は、枠体の内側に前記透光性材料を充填して形成されてなり、枠体は、透明樹脂の成形品からなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a frame body is provided on the one surface side of the insulating substrate so as to surround the submant member and the LED chip. The stop portion is formed by filling the translucent material inside the frame, and the frame is made of a molded product of transparent resin.
この発明によれば、枠体を備えていることにより、枠体により封止部のサイズを決めることができ、枠体が透明樹脂の成形品からなるので、枠体が金属材料により形成されている場合に比べて、枠体と封止部との線膨張率差を小さくすることができて信頼性を向上できるとともに、枠体で光の反射損失が生じるのを抑制できて光出力の向上を図れる。 According to this invention, since the frame body is provided, the size of the sealing portion can be determined by the frame body, and since the frame body is formed of a transparent resin molded product, the frame body is formed of a metal material. Compared to the case where the frame body and the sealing portion, the difference in linear expansion coefficient can be reduced and the reliability can be improved, and the light output loss can be suppressed in the frame body and the light output can be improved. Can be planned.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、前記LEDチップは、一表面側に一方の電極が形成されるとともに他表面側に他方の電極が形成されており、両電極のうち前記サブマント部材側の電極が前記サブマウント部材に設けた導体パターンを介して一方のボンディングワイヤと接続されるとともに前記サブマウント部材側とは反対側の電極が他方のボンディングワイヤと直接接続されてなり、当該他方のボンディングワイヤは、前記LEDチップの1つの対角線に沿った方向へ延出されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the LED chip has one electrode formed on one surface side and the other electrode formed on the other surface side. The electrode on the submount member side is connected to one bonding wire via a conductor pattern provided on the submount member, and the electrode on the opposite side to the submount member side is directly connected to the other bonding wire. The other bonding wire extends in a direction along one diagonal line of the LED chip.
この発明によれば、前記LEDチップにおける前記サブマウント部材側とは反対側の電極に接続されたボンディングワイヤが前記LEDチップの1つの対角線に沿った方向へ延出されているので、前記LEDチップの側面から放射される光がボンディングワイヤにより遮られにくくなり、ボンディングワイヤに起因した光取り出し効率の低下を抑制できる。 According to this invention, the bonding wire connected to the electrode on the opposite side of the LED chip from the submount member side is extended in a direction along one diagonal line of the LED chip. The light radiated from the side surface is not easily blocked by the bonding wire, and the decrease in light extraction efficiency due to the bonding wire can be suppressed.
請求項1の発明では、光出力の向上を図れるという効果がある。 In the invention of claim 1, there is an effect that the light output can be improved.
以下、本実施形態の発光装置について図1〜図4を参照しながら説明する。 Hereinafter, the light-emitting device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
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の内側に透光性材料(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から放射され封止部50を透過し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が形成される形で実装基板20に配設されるドーム状の色変換部材70とを備えている。
The light emitting device 1 of the present embodiment includes an
なお、本実施形態の発光装置1は、例えば照明器具の光源として用いるものであり、例えばグリーンシート(例えば、シリカやアルミナなどのフィラーを高充填したエポキシ樹脂層のような熱伝導性が高く加熱時の流動性が高い可塑性シート材料)を用いて金属(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(発光装置1と器具本体100との間にグリーンシートを介在させた後でグリーンシートを加熱して塑性変形させることでグリーンシートを基礎とする絶縁層90により発光装置1と器具本体100とを固着する)ことによって、LEDチップ10を回路基板に実装して回路基板と器具本体100との間にサーコン(登録商標)のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、LEDチップ10から器具本体100までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上し、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るから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。ここで、照明器具の場合には、所望の光出力が得られるように、器具本体100に複数個の発光装置1を実装して複数個の発光装置1を直列接続したり並列接続したりすればよい。
The light-emitting device 1 of the present embodiment is used as a light source of a lighting fixture, for example, and has a high thermal conductivity such as a green sheet (for example, an epoxy resin layer highly filled with a filler such as silica or alumina). It is mounted on an
実装基板20は、金属板21と、金属板21に積層されたガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板22とで構成されており、当該絶縁性基板22における金属板21側とは反対側の一表面にLEDチップ10の図示しない両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン23が設けられるとともに、金属板21とLEDチップ10との間に介在させる後述のサブマウント部材30を露出させる窓孔24が絶縁性基板22の厚み方向に貫設されており、LEDチップ10で発生した熱が絶縁性基板22を介さずに金属板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Cu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、Cuに限らず、Alなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、金属板21が熱伝導性材料からなりLEDチップ10が実装される伝熱板を構成している。また、金属板21と絶縁性基板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、枠体40よりも内側に設けられている部位がインナーリード部23aを構成し、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23bを構成している。ここで、各リードパターン23は、Ni膜とAu膜との積層膜に限らず、例えば、Cu膜とNi膜とAg膜との積層膜により構成してもよい。また、上述の固着材25の代わりに、絶縁性基板22の金属板21側に接合用金属層を設けておき、絶縁性基板22と金属板21とを接合用金属層を介して固着するようにしてもよい。
The
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。なお、LEDチップ10は、平面形状が正方形状に形成されている。
The
また、LEDチップ10は、上述の金属板21に、LEDチップ10のチップサイズよりも大きく金属板21よりも小さなサイズの矩形板状(ここでは、平面形状が正方形状の平板状)に形成されLEDチップ10と金属板21との線膨張率の差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を介して実装されている。サブマウント部材30は、上記応力を緩和する機能だけでなく、LEDチップ10で発生した熱を金属板21においてLEDチップ10のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材30の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するAlNを採用しており、LEDチップ10は、上記カソード電極がサブマウント部材30におけるLEDチップ10側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン31および金属細線(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を介して一方のリードパターン23と電気的に接続され、上記アノード電極が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。ここで、本実施形態の発光装置では、図3に示すように、LEDチップ10と電気的に接続された各ボンディングワイヤ14,14が、LEDチップ10の1つの対角線に沿った方向に延出されており、LEDチップ10の各側面から放射される光がボンディングワイヤ14,14により遮られにくくなり、ボンディングワイヤ14,14に起因した装置全体の光取り出し効率の低下を抑制できる。
In addition, the
LEDチップ10とサブマウント部材30とは、例えば、SnPb、AuSn、SnAgCuなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、AuSn、SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。また、サブマウント部材30は、導体パターン31の周囲に、LEDチップ10の側面から放射された光を反射する反射膜(例えば、Ni膜とAg膜との積層膜、Al膜など)32が形成されている。つまり、サブマウント部材30は、LEDチップ10の接合部位となる導体パターン31の周囲にLEDチップ10の側面から放射された光を反射する反射膜32が設けられている。ここにおいて、サブマウント部材30の厚み寸法を、反射膜32の表面が絶縁性基板22の上記一表面よりも金属板21から離れるように設定してある。
The
サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、線膨張率が導電性基板11の材料である6H−SiCに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合SiC、Siなどを採用してもよい。
The material of the submount
上述の封止部50の透光性材料としては、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。
As a translucent material of the above-mentioned
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の透光性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の内側に封止部50の透光性材料を充填(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、封止部50の透光性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。また、枠体40は、絶縁性基板22における金属板21側とは反対側でLEDチップ10およびサブマウント部材30を囲む形で絶縁性基板22の上記一表面側に配設されている。
On the other hand, the
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。
The
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。
By the way, the
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から放射され封止部50を透過し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1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。
The
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、開口部の周縁を絶縁性基板22の上記一表面側に、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)からなる接合部(図示せず)を介して固着すればよい。
Here, the
以上説明した本実施形態の発光装置1では、LEDチップ10と金属板21との間に介在して両者を熱結合し且つLEDチップ10と金属板21との線膨張率差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を備えているので、LEDチップ10にかかる応力を緩和することができて信頼性を向上することができ、また、LEDチップ10の両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン23,23はサブマウント部材30を露出させる窓孔24が厚み方向に貫設され金属板21に積層された絶縁性基板22の上記一表面に設けられ、サブマウント部材30におけるLEDチップ10の接合部位の周囲にLEDチップ10の側面から放射された光を反射する反射膜32が設けられ、サブマウント部材30の厚み寸法を、反射膜32の表面が絶縁性基板22の上記一表面よりも金属板21から離れるように設定してあるので、LEDチップ10の側面から放射された光がサブマウント部材30や絶縁性基板22に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。
In the light emitting device 1 of the present embodiment described above, the
ここにおいて、LEDチップ10は、平面視における各辺それぞれがサブマント部材30の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形でサブマウント部材30の中央部に配置されているので、LEDチップ10の各側面それぞれからサブマウント部材30側へ放射された光を反射膜32により効率良く反射することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、本実施形態では、LEDチップ10とサブマント部材30とを厚み方向に沿った中心軸が略一致し、且つ、LEDチップ10の平面視における各辺それぞれがサブマウント部材30の上記一方の対角線と略45度の角度をなすように配置してある。
Here, the
また、LEDチップ10から放射され封止部50を透過し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を覆うように絶縁性基板22の上記一表面側に配設されたドーム状の色変換部材70を備えているので、従来のような金属材料からなる枠体を用いる必要がなく、ヒートサイクル試験の低温時に封止部50にボイドが発生するのを抑制することができるから、信頼性を高めることができる。
Further, the
ここにおいて、本実施形態の発光装置1では、サブマウント部材30の上記厚み寸法を、反射膜32の表面が色変換部材70における絶縁性基板22側の端縁よりも金属板21から離れて位置するように厚み寸法が設定されているので、LEDチップ10の側面から放射された光が絶縁性基板22に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率を向上することができるうえに、LEDチップ10の側面から放射された光が色変換部材70と絶縁性基板22との上記接合部を通して出射されるのを防止することができ、色むらを低減できるとともに、外部への光取り出し効率を向上による光出力の向上を図れる。
Here, in the light emitting device 1 of the present embodiment, the thickness dimension of the submount
また、本実施形態の発光装置1では、枠体40を備えていることにより、枠体40により封止部50のサイズを決めることができる。ところで、本実施形態の発光装置1では、枠体40を透明樹脂の成形品により構成してあるが、当該枠体40の代わりに、図5に示すようにリフレクタを兼ねる金属製の枠体40’を用いてもよい。ただし、透明樹脂の成形品からなる枠体40を用いた方が、金属製の枠体40’を用いる場合に比べて、枠体40と封止部50との線膨張率差を小さくすることができるから、枠体40と封止部50との線膨張率差に起因して信頼性が低下したり、枠体40で光の反射損失が生じて光出力が低下するのを防止することができる。例えば、図5に示した構成の発光装置1では、封止部50と枠体40’との材料の組み合わせによっては、−40℃の低温期間と80℃の高温期間とを交互に繰り返すヒートサイクル試験(温度サイクル試験)を行った場合に封止部50と枠体40’との線膨張率差に起因してヒートサイクル試験の低温時に封止部50中にボイドが発生してしまう可能性があるが、図1に示した構成の発光装置1では、透明樹脂の成形品からなる枠体40を採用することで、枠体40と封止部50との線膨張率差を小さくでき、ヒートサイクル試験の低温時に封止部50にボイドが発生するのを抑制することができるとともに、枠体40で光の反射損失が生じるのを抑制することができるから、光出力の向上を図れる。
Moreover, in the light-emitting device 1 of this embodiment, since the
また、本実施形態の発光装置1では、色変換部材70がレンズ60の光出射面60bおよび枠体40との間に空気層80が形成される形で絶縁性基板22の上記一表面側に配設するようにしてあり、色変換部材70をレンズ60および枠体40に密着させる必要がないので、色変換部材70の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。また、本実施形態の発光装置1では、組立時に色変換部材70の組付けが最終工程となるので、LEDチップ10の発光波長に応じて透明材料に対する蛍光体の配合を調整した色変換部材70を用いることで色ばらつきを低減することもできる。
Further, in the light emitting device 1 of the present embodiment, the
また、本実施形態の発光装置1では、上述のように色変換部材70とレンズ60との間に空気層80が形成されているので、色変換部材70に外力が作用したときに色変換部材70が変形してレンズ60に当接する可能性が低くなって上記外力により色変換部材70に発生した応力がレンズ60および封止部50を通してLEDチップ10や各ボンディングワイヤ14,14に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるLEDチップ10の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ14,14の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材70とレンズ60との間に上記空気層80が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がLEDチップ10に到達しにくくなるという利点がある。
Further, in the light emitting device 1 of the present embodiment, since the
また、色変換部材70とレンズ60との間に上記空気層80が形成されていることにより、LEDチップ10から放射され封止部50およびレンズ60を通して色変換部材70に入射し当該色変換部材70中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ60側へ散乱されてレンズ60を透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。
In addition, since the
ここで、図4(a),(b)に示すように、色変換部材70の光軸とLEDチップ10の光軸とが一致しており、色変換部材70における光軸方向の中央の位置PでLEDチップ10からの青色光が全方位に散乱されたとし、色変換部材70と空気層80との界面での全反射角をφa、色変換部材70と当該色変換部材70の外側の媒質である空気との界面での全反射角をφb、位置Pで散乱された光に関して色変換部材70の内面70a側のエスケープコーンECaの広がり角を2θa、位置Pで散乱された光に関して色変換部材70の外面70b側のエスケープコーンECbの広がり角を2θbとすれば、図4(a)に示すように全反射角φa,φbが40°のときには2θa=60°、2θb=98°となり、図4(b)に示すように全反射角φa,φbが50°のときには2θa=76°、2θb=134°となる。
Here, as shown in FIGS. 4A and 4B, the optical axis of the
ここにおいて、色変換部材70に用いている透明材料の屈折率をn、位置Pで散乱され内面70a側のエスケープコーンECaを通して放出される青色光の最大放出効率をηとすれば、η=(1/4n2)×100〔%〕で表されるので、上述のように透明材料としてシリコーン樹脂を用いている場合には、n=1.4として、η≒13%となる。したがって、色変換部材70とレンズ60との間に空気層80が形成されていない場合には、位置Pで散乱された青色光の50%がレンズ60に戻ってしまうのに対して、空気層80を形成したことにより、位置Pで散乱された青色光の13%しかレンズ60に戻らなくなるので、青色光による封止部50の劣化を抑制できる。なお、エスケープコーンECaを通して放出される青色光を少なくするには、色変換部材70の厚みを大きくすることが望ましい。
Here, if the refractive index of the transparent material used for the
ところで、上述の実施形態の発光装置1は、枠体40を備えているが、図6に示すように枠体40を備えていない構造を採用してもよい。
By the way, although the light-emitting device 1 of the above-mentioned embodiment is provided with the
また、上述の実施形態では、LEDチップ10として、発光色が青色の青色LEDチップを採用しており、導電性基板11としてSiC基板を採用しているが、SiC基板の代わりにGaN基板を用いてもよく、SiC基板やGaN基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、LEDチップ10の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、LEDチップ10の発光部12の材料はGaN系化合物半導体材料に限らず、LEDチップ10の発光色に応じて、GaAs系化合物半導体材料やGaP系化合物半導体材料などを採用してもよい。また、導電性基板11もSiC基板に限らず、発光部12の材料に応じて、例えば、GaAs基板、GsP基板などから適宜選択すればよい。
Further, in the above-described embodiment, a blue LED chip whose emission color is blue is adopted as the
10 LEDチップ
14 ボンディングワイヤ
20 実装基板
21 金属板
22 絶縁性基板
23 リードパターン
30 サブマウント部材
31 導体パターン
32 反射膜
40 枠体
50 封止部
60 レンズ
70 色変換部材
80 空気層
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