WO2007034803A1 - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

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WO2007034803A1
WO2007034803A1 PCT/JP2006/318574 JP2006318574W WO2007034803A1 WO 2007034803 A1 WO2007034803 A1 WO 2007034803A1 JP 2006318574 W JP2006318574 W JP 2006318574W WO 2007034803 A1 WO2007034803 A1 WO 2007034803A1
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WO
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led chip
heat transfer
transfer plate
light emitting
light
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PCT/JP2006/318574
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English (en)
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Kazuo Kamada
Yasushi Nishioka
Youji Urano
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Matsushita Electric Works, Ltd.
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Publication date
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    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V21/00—Supporting, suspending, or attaching arrangements for lighting devices; Hand grips
    • F21V21/14—Adjustable mountings
    • F21V21/30—Pivoted housings or frames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials

Definitions

  • the present invention relates to an LED lighting apparatus provided with a light emitting device using an LED chip (light emitting diode chip) as a light source.
  • LED chip light emitting diode chip
  • LED chips and LED chip power phosphors (fluorescent pigments, fluorescent dyes, etc.) as wavelength converting materials that are excited by the emitted light and emit light of a different emission color from the LED chip.
  • phosphors fluorescent pigments, fluorescent dyes, etc.
  • Research and development of light-emitting devices that emit light with a color different from the LED chip's emission color in combination are underway.
  • a white light emitting device generally a white LED
  • white light emission spectrum by combining an LED chip that emits ultraviolet light with blue light or a phosphor. This product is called “Ru”.
  • each LED chip 10 ′ is a GaN-based blue LED chip formed on one surface side of a crystal growth substrate composed of a sapphire substrate in which a light-emitting portion that is a GaN-based compound semiconductor material is an insulator,
  • the circuit board 300 is flip-chip mounted, and the other surface of the crystal growth substrate is a light extraction surface.
  • each LED chip 10 ′′ is mounted on a circuit board 300 made of a metal substrate as shown in FIG.
  • an anode electrode is formed on one surface side and a force sword electrode is formed on the other surface side.
  • the electrode closer to the circuit board 300 is the first electrode.
  • the electrode on the side far from the circuit board 300 is electrically connected to the second conductor plate 313 via a bonding wire 314 that also has a thin metal wire force.
  • Each of the conductor plate 312 and the second conductor plate 313 is joined to the circuit pattern 303 of the circuit board 300.
  • the fixture body is made of metal, and the metal plate 301 on the circuit board 300 of the LED unit is thermally coupled to the fixture body.
  • a sheet-like insulating member is provided between the fixture body and the metal plate 301 of the circuit board 300.
  • a rubber sheet-like heat dissipation sheet such as Sarcon (registered trademark) is sandwiched as an (insulating layer), and the thermal resistance from the light emitting part of each LED chip 10, 10 "to the fixture body is large. As a result, it is necessary to limit the input power to each LED chip 10, 10 "so that the junction temperature of each LED chip 10 ', 10" does not exceed the maximum junction temperature. It was difficult.
  • the light emitting part of the LED chip 10 ' is used. Since the generated heat is transferred to the metal plate 301 via the heat transfer member 310 smaller than the size of the LED chip 10 ', the thermal resistance from the LED chip 10' to the metal plate 301 is relatively large. Crystal growth substrate In the case where the sapphire substrate is mounted so as to be thermally coupled to the metal plate 301, there is a problem that the thermal resistance of the sapphire substrate increases.
  • the present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide an LED lighting apparatus that can suppress an increase in the temperature of an LED chip and increase the light output. Disclosure of the invention
  • the lighting device of the present invention is a lighting fixture in which a light-emitting device using an LED chip is held in a metal fixture body, and the light-emitting device is composed of an LED chip and a heat conductive material.
  • a phosphor and a translucent material that emits light of a color different from the emission color of the LED chip are disposed on the one surface side of the wiring board so as to surround the sealing portion. It has a dome-shaped color conversion member and has electrical insulation and heat transfer And characterized both by intervening be joined to the fixture body with the insulating layer to be thermally coupled between the instrument body.
  • the heat from the light emitting part of the LED chip to the fixture body is larger than in the conventional case where a sheet-like heat dissipation sheet is sandwiched between the circuit board on which the LED chip is mounted and the fixture body.
  • the resistance can be reduced to improve heat dissipation, and the rise in the junction temperature of the LED chip can be suppressed, so the input power can be increased and the light output can be increased.
  • the light emitting device includes the LED chip via a submount member that relieves stress acting on the LED chip due to a difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate. It is mounted on a heat transfer plate.
  • the LED chip is caused by a difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate. Can be prevented, and reliability can be improved.
  • the submount member has an inscribed circle of a surface facing the submount member in the LED chip having an area larger than that of the LED chip as an upper bottom surface and circumscribes the other surface of the heat transfer plate.
  • the dimensions of the submount member are set so that the outer periphery of the submount member protrudes outside the truncated cone with the circle as the bottom surface.
  • the area force of the submount member is larger than the area of the SLED chip! /, So that the thermal resistance between the LED chip and the mounting substrate can be reduced.
  • Dimension of the submount member so that the outer periphery of the submount member protrudes outside the truncated cone with the inscribed circle of the surface facing the submount member as the upper bottom surface and the circumscribed circle on the other surface of the heat transfer plate as the lower bottom surface Therefore, when the heat generated in the LED chip passes through the submount member and is conducted to the heat transfer plate, the edge of the other surface of the heat transfer plate passes through the LED chip force submount member.
  • the heat flow can be made to flow linearly in the path facing to the heat transfer plate, and the heat from the LED chip can be efficiently transferred over the entire other surface of the heat transfer plate.
  • the heat generated by the Led chip can be transferred over a wider range and can be dissipated using the entire surface of the heat transfer plate. Since the rise in the junction temperature of the LED chip can be suppressed, it is possible to further increase the output and extend the service life.
  • the angle formed between the bottom surface of the truncated cone and the bus is set to 45 degrees.
  • the efficiency of heat conduction from the LED chip to the other surface of the heat transfer plate is higher than when another angle is selected.
  • the insulating layer is preferably formed of a resin sheet containing a filler made of a filler and having a low viscosity when heated.
  • the insulating layer has a plane size larger than that of the heat transfer plate. That's right.
  • the color conversion member is arranged so that an air layer is formed inside the color conversion member.
  • the air layer functions as a heat insulating layer, it is possible to suppress the heat generated in the color conversion member from being transmitted to the LED, and to suppress the temperature rise of the LED chip. .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device in an LED lighting apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of a main part of the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a main part of a light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a main part of a light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a schematic side view, partly broken, of the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic exploded perspective view of a main part of the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device in an LED lighting apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic exploded perspective view of a main part of the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG.
  • 14A is an explanatory diagram of a main part of a light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 14B is an explanatory diagram of a main part of the light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG. 15 is a schematic exploded perspective view of a light emitting device in the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 16 is a schematic exploded perspective view of a main part of the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 17 is a schematic perspective view of a principal part of the LED lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a conventional LED unit.
  • FIG. 19 is a schematic configuration diagram of another conventional LED unit.
  • the LED lighting apparatus of the present embodiment is used as, for example, a spotlight.
  • a rotating base 120 fixed on a support base 110 uses a shaft screw 121.
  • An instrument body 100 made of a metal is coupled to the arm 122 coupled using a coupling screw 123.
  • the instrument body 100 is formed in a shallow bottomed cylindrical shape having an opening on one side, the LED chip 10 and conductor patterns 23 and 23 for supplying power to the LED chip 10 are provided, and the LED chip 10 is mounted.
  • a plurality of (in this embodiment, eight) light emitting devices 1 each having a mounting substrate 20 and a wiring pattern (not shown) that also has a circuit pattern force that defines the connection relationship of each light emitting device 1 are formed.
  • a disk-like circuit board 200 having an opening window 204 through which a part of each light-emitting device 1 is passed is housed in a portion corresponding to each light-emitting device 1 (see FIG. 8), and the one surface is closed by a front cover 130.
  • glass epoxy resin such as FR4 may be adopted, but not limited to glass epoxy resin, for example, polyimide resin, phenol resin. Etc.
  • each light emitting device 1 is held by the device main body 100 by mounting each light emitting device 1 on the bottom wall 100a of the device main body 100.
  • the above-described opening windows 204 are formed in portions corresponding to the respective light emitting devices 1, and the peripheral portions of the respective opening windows 204 overlap the peripheral portions of the mounting substrate 20 of the respective light emitting devices 1.
  • the device body 100 is arranged so as to be separated from the bottom wall 100a of the device body 100.
  • the opening size of the opening window 204 is set to be larger than the outer diameter of the color conversion member 70 described later.
  • the wiring pattern on the circuit board 200 is designed so that the connection relationship of the plurality of light emitting devices 1 is a serial connection relationship, and is provided at the center of the bottom wall 100a of the instrument body 100.
  • a pair of power supply wires (not shown) inserted through the through-hole 101 (see FIG. 8) are electrically connected.
  • the wire connection through-hole wiring 205 is inserted using solder after inserting each of the wires into a pair of wire connection through-hole wirings 205 and 205 formed in the center of the circuit board 200. , 20 5 and the above wires are connected.
  • the circuit board 200 is provided with light-emitting device connecting through-hole wirings 207 for electrically connecting the circuit pattern and the conductor pattern 23 of the light-emitting device 1 at the periphery of each opening window 204.
  • the through-hole wirings 205 and 205 for connecting each electric wire and the through-hole wiring 207 for connecting the light emitting device are the inner surface of the through hole penetrating in the thickness direction of the circuit board 200 and the periphery of the through hole on both surfaces of the circuit board 200. And is connected to the circuit pattern.
  • the circuit board 200 has the circuit pattern formed on one surface facing the bottom wall 100a of the instrument body 100, and on the other surface, a light reflecting layer (a metal layer or a white resist layer) (Not shown) is formed.
  • each light emitting device 1 for which the connection relation is defined in the circuit board 200 is supplied with power from a power supply circuit (not shown) via the pair of wires described above! / RU
  • a power supply circuit for example, a power supply circuit having a configuration including a rectifier circuit including a diode bridge that rectifies and smoothes the AC output of an AC power supply such as a commercial power supply, and a smoothing capacitor that smoothes the output of the rectifier circuit. Adopt it.
  • the plurality of light emitting devices 1 are connected in series.
  • the connection relationship between the plurality of light emitting devices 1 is not particularly limited.
  • the light emitting devices 1 may be connected in parallel. A series connection and a parallel connection may be combined.
  • the front cover 130 includes a transparent plate 130a having a disk-like glass plate force and an annular window frame 130b that holds the transparent plate 130a. It is attached.
  • the light-transmitting plate 130a is not limited to a glass substrate, and may be formed of a light-transmitting material.
  • a lens for controlling the light distribution of the light emitted from each light emitting device 1 may be integrally provided on the translucent plate 130a.
  • the light emitting device 1 includes an LED chip 10, a rectangular plate-shaped mounting board 20 on which the LED chip 10 is mounted, and an LED on the mounting surface side of the LED chip 10 on the mounting board 20.
  • the frame 40 encloses the chip 10 and the LED chip 10 and the bonding wire 14 and 14 electrically connected to the LED chip 10 inside the frame 40 and a sealing resin that seals the translucent resin.
  • a sealing portion 50 having elasticity, an optical member 60 formed of a lens that is integrally formed with the frame body 40 and that controls light distribution of light emitted from the LED chip 10 and transmitted through the sealing portion 50, and an LED chip.
  • the LED chip 10 is excited by the emitted light and is formed of a phosphor and a translucent material that emits light of a color different from the emission color of the LED chip 10.
  • a dome-shaped color conversion member 70 disposed so as to surround 50.
  • the color conversion member 70 is formed on the mounting surface side of the LED chip 10 on the mounting substrate 20 in such a manner that an air layer 80 is formed between the light emitting surface 60b of the optical member 60 and the outer surface of the frame body 40.
  • the sealing portion 50 is surrounded by the frame body 40 and the optical member 60, and the color conversion member 70 is disposed so as to surround the optical member 60 and the frame body 40. Is established).
  • the mounting substrate 20 has a heat conductive material force and a rectangular plate-shaped heat transfer plate 21 on which the LED chip 10 is mounted, and a rectangle fixed to one surface side (the upper surface side in FIG. 1) of the heat transfer plate 21.
  • a rectangular window hole 24 that exposes the mounting surface (a part of the one surface) of the LED chip 10 on the heat transfer plate 21 is formed at the center of the wiring substrate 22.
  • the LED chip 10 is mounted on the heat transfer plate 21 via a submount member 30 disposed inside the window hole 24. The heat generated in the LED chip 10 is transferred to the submount member 30 and the heat transfer plate 21 without passing through the wiring board 22.
  • Cu which is a metal having high thermal conductivity
  • the heat conductive material is not limited to Cu, and for example, other metals such as A1 and non-metals having high heat conductivity may be adopted as well as these metals.
  • the window hole 24 of the wiring board 22 forms an exposed portion that exposes the mounting surface of the LED chip 10 on the heat transfer plate 21.
  • the above-described wiring board 22 has a pair of power feedings electrically connected to each electrode (not shown) of the LED chip 10 on one surface side of an insulating base material 22a made of a glass epoxy board.
  • Conductor pads Turns (lead patterns) 23, 23 are provided.
  • Each conductor pattern 23, 23 is composed of a laminated film of Cu film, Ni film, and Au film, and constitutes a portion inner lead part 23a, 23a inside the frame body 40 in a plan view, and performs color conversion.
  • the outer portion of the member 70 constitutes the outer lead portions 23b and 23b.
  • the heat transfer plate 21 and the wiring board 22 are fixed to each other through a fixing sheet 25 having an insulating sheet-like adhesive film force.
  • the material of the insulating base material 22a is not limited to glass epoxy resin such as FR4, but may be polyimide resin or phenol resin, for example.
  • a part of the conductor patterns 23 and 23 and the conductor patterns 23 and 23 are formed on the insulating base material 22a on the surface side opposite to the heat transfer plate 21 side of the insulating base material 22a.
  • a resist layer 26 (see Fig. 3) made of white resin covering the uncoated areas is laminated. Therefore, the side force of the LED chip 10 is also radiated and the light incident on the surface of the resist layer 26 is reflected by the surface of the resist layer 26, so that the light emitted from the LED chip 10 is on the side of the heat transfer plate 21 in the wiring board 22. Can be prevented from being absorbed through the opposite surface, and the light output can be improved by improving the light extraction efficiency to the outside.
  • circular opening windows 26a that expose the inner lead portions 23a, 23a of the respective conductor patterns 23, 23 are formed in the vicinity of the window holes 24 of the wiring board 22, Circular opening windows 26b and 26b for exposing the outer lead portions 23b and 23b of the conductor patterns 23 and 23, respectively, are formed on the periphery of the wiring board 22.
  • the LED chip 10 is a GaN-based blue LED chip that emits blue light.
  • the n-type SiC substrate is closer to the lattice constant and crystal structure force GaN than the sapphire substrate and has conductivity.
  • the light emitting portion 12 is formed of a GaN-based compound semiconductor material on the main surface side of the conductive substrate 11 and has a laminated structure having, for example, a double hetero structure.
  • a force sword electrode (n electrode) which is an electrode on the back side of the conductive substrate 11 (not shown) is formed on the back surface of the conductive substrate 11 by a growth method (for example, MOVPE method), and the surface of the light emitting unit 12 (conductive substrate 11).
  • an anode electrode which is an anode side electrode (not shown) is formed on the outermost surface of the main surface side.
  • the LED chip 10 has an anode electrode formed on one surface side and a force sword electrode formed on the other surface side.
  • the force sword electrode and the anode electrode are made of Ni film and The force formed by the laminated film with the Au film.
  • the material of the force sword electrode and the anode electrode is not particularly limited, and any material that can provide good ohmic characteristics, such as A1, is adopted. May be.
  • the force of the LED chip 10 mounted on the heat transfer plate 21 so that the light emitting portion 12 of the LED chip 10 is on the side farther from the heat transfer plate 21 than the conductive substrate 11 is.
  • the light emitting unit 12 may be mounted on the heat transfer plate 21 so as to be closer to and closer to the heat transfer plate 21 than the conductive substrate 11. Considering the light extraction efficiency, it is desirable to arrange the light emitting part 12 on the side away from the heat transfer plate 21, but in this embodiment, the conductive substrate 11 and the light emitting part 12 have the same refractive index. Therefore, even if the light emitting part 12 is arranged close to the heat transfer plate 21, the light extraction loss does not become too large.
  • a blue LED chip whose emission color is blue is adopted as the LED chip 10, and a force that employs a SiC substrate as the conductive substrate 11
  • a GaN substrate is used instead of the SiC substrate.
  • the thermal conductivity of the crystal growth substrate is high, and the thermal resistance of the crystal growth substrate can be reduced.
  • the light emission color of the LED chip 10 is not limited to blue, and may be, for example, red or green.
  • the material of the light-emitting portion 12 of the LED chip 10 is not limited to the GaN-based compound semiconductor material, and a GaAs-based compound semiconductor material, a GaP-based compound semiconductor material, or the like may be employed according to the emission color of the LED chip 10.
  • the conductive substrate 11 is not limited to the SiC substrate, and may be appropriately selected from, for example, a GaAs substrate and a GsP substrate according to the material of the light emitting unit 12.
  • the thermal resistance values in Table 1 are as follows: the area of the cross section perpendicular to the thickness direction of the crystal growth substrate is 1 mm 2 , the thickness of the crystal growth substrate is 0.3 mm, and the crystal growth substrate It is the value of thermal resistance when conducting heat in the thickness direction.
  • the LED chip 10 is formed on the above-described heat transfer plate 21 in a rectangular plate size larger than the chip size of the LED chip 10, and is caused by the difference in linear expansion coefficient between the LED chip 10 and the heat transfer plate 21. It is mounted via a submount member 30 that relieves stress acting on the LED chip 10.
  • the submount member 30 transfers the heat generated by the LED chip 10 to the heat transfer plate 21 only by the above-mentioned stress relieving function! /, Wider than the chip size of the LED chip 10! Has heat conduction function!
  • the area of the surface of the heat transfer plate 21 on the LED chip 10 side is desirably sufficiently larger than the area of the surface of the LED chip 10 on the side of the heat transfer plate 21.
  • an insulating layer 90 and a heat transfer plate 21 described later interposed between the heat transfer plate 21 and the appliance body 100 are used. It is preferable to reduce the thermal resistance by increasing the contact area with the LED chip and making the heat of the LED chip 10 to conduct heat uniformly over a wide range. It is desirable that the area of the LED chip 10 be at least 10 times the area of the surface of the LED chip 10 on the heat transfer plate 21 side.
  • the area of the heat transfer plate 21 (area in a plane orthogonal to the thickness direction) is determined when the ambient temperature, light output, and input power of the LED chip 10 are set to the prescribed light emission conditions.
  • the junction temperature of LED chip 10 is determined to be lower than the specified temperature lower than the maximum junction temperature.
  • the temperature of the surface facing the fixture body 100 in the heat transfer plate 21 (the other surface opposite to the one surface in the thickness direction of the heat transfer plate 21) is specified.
  • the surface of the heat transfer plate 21 The product is set. In other words, if the light emission conditions of the LED chip 10 are determined, the area of the heat transfer plate 21 can be determined.
  • a truncated cone having an inscribed circle of the surface facing the submount member 30 of the LED chip 10 in plan view as an upper bottom surface and a circumscribed circle of the other surface of the heat transfer plate 21 as a lower bottom surface is considered.
  • the angle 0 (see Fig. 1) formed by the frusto-conical bus line with respect to the bottom surface is preferably 45 degrees.
  • heat is linearly transferred from the LED chip 10 to the other surface of the heat transfer plate 21. It is desirable to conduct it.
  • the dimension of the submount member 30 is preferably set so that the outer periphery of the submount member extends to the outside of the above-described frustoconical generatrix.
  • the power of the LED chip 10 can also flow linearly to the edge of the other surface of the heat transfer plate 21, and as a result, the heat generated in the LED chip 10 is transferred to the other surface of the heat transfer plate 21. It can be efficiently conducted throughout.
  • A1N having relatively high thermal conductivity and insulation is adopted as the material of the submount member 30, and the LED chip 10 has the force sword electrode in the submount member 30.
  • One conductive pattern 23 is electrically connected to the conductive pattern 31 provided on the surface opposite to the heat transfer plate 21 side and a bonding wire 14 having a fine metal wire (for example, gold wire, aluminum wire, etc.) force.
  • the anode electrode is electrically connected to the other conductor pattern 23 via the bonding wire 14.
  • a reflective film for example, a laminated film of a Ni film and an Ag film
  • the LED chip 10 and the submount member 30 are joined using a lead-free solder such as AuSn or SnAgCu.
  • the material of the submount member 30 is not limited to A1N.
  • the coefficient of linear expansion is relatively close to 6H-SiC, which is the material of the conductive substrate 11, and the thermal conductivity is compared.
  • 6H-SiC which is the material of the conductive substrate 11, and the thermal conductivity is compared.
  • CuW, W, composite SiC, Si, etc. may be adopted as long as the material is high.
  • a conductive material such as CuW or W is adopted as the material of the submount member 30, the conductive pattern 31 is not necessarily provided.
  • the material force of the heat transfer plate 21 is Cu
  • the submount member 30 and the heat transfer plate 21 are directly connected.
  • the submount member 30 and the heat transfer plate 21 can be bonded to each other as compared to the case where the submount member 30 and the heat transfer plate 21 are bonded using a brazing material. Therefore, the thermal resistance of the joint between the submount member 30 and the heat transfer plate 21 can be reduced.
  • the LED chip 10 and the submount member 30 may be bonded using, for example, solder such as SnPb, AuSn, SnA gCu, or silver paste, but may be bonded using lead-free solder such as AuSn or SnAgCu. It is preferable to do.
  • solder such as SnPb, AuSn, SnA gCu, or silver paste
  • lead-free solder such as AuSn or SnAgCu. It is preferable to do.
  • the submount member 30 is Cu and bonding is performed using AuSn, a pretreatment for forming a metal layer that also has a clamped Au or Ag force on the bonding surface of the submount member 30 is performed. is necessary.
  • Joining strength 98 N / mm 2 or more 127N / mm 2 or more Shear Strength 98N / mm 2 127N / mm 2 junction flux may remain.
  • the submount member 30 and the heat transfer plate 30 are separated as shown in Table 4 below. Compared with the case where the hot plate 21 is joined using silver brazing, the thermal conductivity is increased and the thermal resistance can be reduced. If the material of the heat transfer plate 21 is Cu and A1N, composite SiC, or the like is adopted as the material of the submount member 30, the heat transfer plate 21 and the submount member 30 are made of AuSn, SnAg Cu, or the like. If bonding using lead-free solder, bonding using AuSn requires pre-treatment to form a metal layer that also has Au or Ag force on the bonding surface of heat transfer plate 21 It is.
  • the thickness dimension of the submount member 30 is set so that the surface of the submount member 30 is farther from the heat transfer plate 21 than the surface of the resist layer 26 of the wiring board 22.
  • the light emitted from the LED chip 10 to the side can be prevented from being absorbed by the wiring board 22 through the inner peripheral surface of the window hole 24 of the wiring board 22 and the LED chip 10.
  • the light emitted from the LED chip 10 is reflected around the conductive pattern 31 that is a bonding portion with the LED chip 10 on the surface of the submount member 30 where the LED chip 10 is bonded. Because the reflective film 32 is formed, the side force of the LED chip 10 can be prevented from being absorbed by the submount member 30, and the light extraction efficiency to the outside can be further increased. It becomes.
  • the outer peripheral shape of each of the LED chip 10 and the submount member 30 in a plan view is a square shape, and the outer peripheral line of the LED chip 10 in the plan view is a submant.
  • the LED chip 10 is joined to the center portion of the submount member 30 so as to be located on the inner side of the outer peripheral line of the member 30 and so that the outer peripheral lines are not parallel to each other.
  • the diagonal is not parallel. More specifically, the LED chip 10 is joined to the center portion of the submant member 30 so that the angle formed by the diagonal line of the LED chip 10 and the diagonal line of the submount member 30 is about 45 degrees.
  • the LED chip 10 and the submount member 30 can be compared with the case where the outer peripheral lines of the LED chip 10 and the submount member 30 are parallel to each other.
  • the linear distance between both ends of the bonding wire 14 extending in the direction along one diagonal line that is, the inner side of the conductor pattern 23 electrically connected to the electrode on the surface of the LED chip 10 and the bonding wire 14 through the bonding wire 14
  • the distance between the lead portion 23a and the lead wire 23a can be shortened, the decrease in light extraction efficiency due to the bonding wire 14 can be suppressed, and the overall size of the frame 40 and the light emitting device 1 can be reduced.
  • silicone resin is used as the sealing resin that is the material of the sealing unit 50 described above, it is not limited to silicone resin, and acrylic resin or the like may be used.
  • the frame body 40 is cylindrical, and the frame body 40 and the optical member 60 are integrally formed of the same light-transmitting material (for example, silicone) (in other words, the optical member 60 and the frame body).
  • the frame body 40 and the optical member 60 are integrally formed of the same light-transmitting material (for example, silicone) (in other words, the optical member 60 and the frame body).
  • a concave part is formed.
  • the frame body 40 and the optical member 60 have the same values of the refractive index and the linear expansion coefficient as the sealing portion 50.
  • the frame body 40 and the optical member 60 may be integrally formed of a light-transmitting material that does not fall below the refractive index and elastic modulus of the sealing resin material of the sealing portion 50.
  • acrylic resin the optical member 60 and the frame body 40 may be integrally formed with acrylic resin.
  • the light incident surface 60a on the sealing portion 50 side is formed in a flat shape, and the light emitting surface 60b transmits light incident from the light incident surface 60a to the light emitting surface 60b and the air layer 80 described above. It is formed in the shape of a plano-convex lens that is formed in a convex curved surface that does not reflect completely at the boundary. Further, the optical member 60 is disposed so as to be positioned on the center line of the light emitting unit 12 along the thickness direction of the optical axial force LED chip 10 of the optical member 60.
  • the light radiated by the side force of the LED chip 10 propagates through the sealing portion 50, and then propagates through the optical member 60 or the frame body 40 and the air layer 80 to reach the color conversion member 70 and reaches the color conversion member 70.
  • the fluorescent material is excited or transmitted through the color conversion member 70 without colliding with the fluorescent material.
  • the color conversion member 70 is a mixture of a translucent material such as silicone and a particulate yellow phosphor that emits broad yellow light when excited by the blue light emitted from the LED chip 10.
  • the mixture is formed of a molded product (that is, the color conversion member 70 is formed of a light-transmitting material and a phosphor). Therefore, in the light emitting device 1, the blue light emitted from the LED chip 10 and the light emitted from the yellow phosphor force are emitted through the outer surface 7 Ob of the color conversion member 70, and white light can be obtained.
  • the translucent material used as the material of the color conversion member 70 is not limited to silicone.
  • An hybrid material or the like may be used.
  • the phosphor mixed with the translucent material used as the material of the color conversion member 70 is not limited to the yellow phosphor.
  • white light can be obtained by mixing a red phosphor and a green phosphor.
  • the inner surface 70 a is formed in a shape along the light emitting surface 60 b of the optical member 60 and the outer surface of the frame body 40. Therefore, the distance between the light emitting surface 60b in the normal direction and the inner surface 70a of the color conversion member 70 is a substantially constant value regardless of the position of the light emitting surface 60b of the optical member 60. Note that the color conversion member 70 is formed so that the thickness along the normal direction is uniform regardless of the position. Further, the color conversion member 70 has an end edge (periphery of the opening) on the mounting substrate 20 side with respect to the mounting substrate 20 using, for example, an adhesive (for example, silicone resin, epoxy resin). Glue it.
  • an adhesive for example, silicone resin, epoxy resin
  • the color conversion member 70 includes the light exit surfaces of the color conversion member 70 and the optical member 60.
  • An air layer 80 is formed between 60b and the outer surface of the frame 40, that is, inside the color conversion member 70. Therefore, the air layer 80 inside the color conversion member 70 functions as a heat insulating layer, and heat generated in the phosphor of the color conversion member 70 can be prevented from being transferred to the LED chip, and the temperature rise of the LED chip can be suppressed. be able to. Further, since the color conversion member 70 does not need to be in close contact with the optical member 60 and the frame body 40, it is possible to suppress a decrease in yield due to the dimensional accuracy and positioning accuracy of the color conversion member 70.
  • the assembly of the color conversion member 70 is the final process at the time of assembly, the color conversion member 70 in which the composition of the phosphor with respect to the translucent material is adjusted according to the emission wavelength of the LED chip 10 By using it, color variation can be reduced.
  • the color conversion member 70 is applied when an external force is applied to the color conversion member 70. Is less likely to contact the optical member 60 and the frame body 40, and the stress generated in the color conversion member 70 due to the external force is suppressed from being transmitted to the LED chip 10 and the bonding wires 14 and 14. It is possible to reduce the light emission characteristics of the LED chip 10 due to the external force and disconnection of the bonding wires 14 and 14, which has the advantage of improving reliability. This makes it difficult for moisture in the external atmosphere to reach the LED chip 10, and it is emitted from the LED chip 10 to enter the color conversion member 70 and the yellow phosphor in the color conversion member 70.
  • Optical member of light scattered by particles There is an advantage that the light extraction efficiency of the light emitting device 1 as a whole can be improved by reducing the amount of light scattered to the 60 side or the frame 40 side and transmitted through the optical member 60 or the frame 40.
  • each light emitting device 1 has an insulating layer that has electrical insulation and is interposed between the heat transfer plate 21 and the apparatus main body 100 to thermally couple them.
  • the light emitting device 1 is mounted on the bottom wall 100a of the instrument main body 100 via the insulating layer 90 !.
  • the insulating layer 90 contains a filler that can serve as a filler such as silica or alumina and has a low viscosity when heated (for example, an epoxy resin sheet highly filled with fused silica). (Organic green sheet) .
  • a Darine sheet that has an unconsolidated strength of ceramics formed into a sheet shape may be used.
  • the heat transfer plate 21 and the insulation layer 90 are A gap is generated between the two due to insufficient adhesion, increasing the thermal resistance, or varying the thermal resistance up to the instrument body 100 for each light-emitting device 1.Therefore, the torque when applying a load to the heat transfer plate 21 is increased. Must be managed. It is also conceivable to employ insulating grease as the insulating layer 90 described above. In this case, it is possible to prevent a gap from being formed between the heat transfer plate 21 and the insulating layer 90. Due to aging of the layer 90 (viscosity change, shrinkage, etc.), there is a possibility that a gap is generated between them and the thermal resistance increases, or the thermal resistance up to the fixture body 100 varies from one light emitting device 1 to another.
  • the bonding member made of the above-described resin sheet has electrical insulation, high thermal conductivity, high fluidity during heating, and high adhesion to the uneven surface.
  • the heat transfer plate 21 of the mounting board 20 is joined to the metal instrument body 100 (the joint member is interposed between the heat transfer plate 21 and the bottom wall 100a of the instrument body 100, and then the joining member is heated. It is possible to prevent the formation of a gap between the joining member, the heat transfer plate 21 and the instrument body 100 when the heat transfer plate 21 and the instrument body 100 are joined).
  • the secular change is reduced and the increase in thermal resistance and the occurrence of variation due to insufficient adhesion can be prevented, and the force between the heat transfer plate 21 and the insulating layer 90 is also reduced due to the secular change of the insulating layer 90. It is possible to prevent the thermal resistance from increasing due to the generation of gaps. If the effective contact area for heat transfer in the insulating layer 90 is 25 mm2 and the thickness of the insulating layer 90 is 0.1 mm, the insulating layer 90 can be controlled to have a thermal resistance of 1 KZW or less. It is necessary to satisfy the condition that the thermal conductivity of 90 is 4 WZm'K or more. However, if the above-mentioned organic green sheet is used as the resin sheet, this condition can also be satisfied.
  • the mounting substrate 20 that is a constituent element of each light-emitting device 1 is first applied to the apparatus main body 100 via the insulating layer 90 using, for example, vacuum thermocompression bonding technology.
  • the submount member 30 to which the LED chip 10 is joined is joined to the heat transfer plate 21.
  • each electrode of LED chip 10 and mounting board 20 The conductor patterns 23 and 23 are electrically connected by bonding wires 14 and 14.
  • the LED chip 10 and the bonding wires 14 and 14 are covered with a liquid first sealing resin material (for example, silicone resin) 50a that becomes a part of the sealing portion 50.
  • the liquid second sealing resin made of the same material as the first sealing resin material 50a and the other part of the sealing portion 50 is used.
  • a material (for example, silicone resin) 50b is injected, and then the optical member 60 is arranged opposite to the mounting substrate 20 with the frame body 40 interposed between the sealing resin material 50a, The sealing part 50 is formed by curing 50b.
  • the color conversion member 70 is fixed to the wiring substrate 22 of the mounting substrate 20 with, for example, an adhesive (for example, silicone resin, epoxy resin).
  • the inner diameter of the circular opening window 26a formed at the center of the resist layer 26 of the mounting substrate 20 is set to be slightly larger than the maximum outer diameter of the protective cover 70, and the first sealing is performed.
  • the first sealing resin material 50a that flows into the vicinity of the inner peripheral surface of the opening window 26a when potting the resin material 50a, it is used as an adhesive that bonds the protective cover 70 and the mounting board 20 together. Yes.
  • the circuit board 200 is housed in the instrument main body 100 and attached to the instrument main body 100, and the circuit board 200 is electrically connected to each light emitting device 1 and each electric wire, and then the front cover 130 is attached to the instrument main body 100. Attach to.
  • the sealing portion 50 and the above-described sealing portion 50 are formed in a space surrounded by the optical member 60 and the frame body 40.
  • a liquid sealing resin material for example, silicone resin
  • the optical member 60 is disposed opposite to the mounting substrate 20 with the frame body 40 interposed between the mounting substrate 20 and sealed.
  • a manufacturing method in which the sealing part 50 is formed by curing the resin material 50c is also conceivable. However, in such a manufacturing method, a void may be generated in the sealing portion 50 during the manufacturing process.
  • the manufacturing method as described above it is possible to provide the light emitting device 1 that is less likely to generate voids in the sealing portion 50 during the manufacturing process, has high reliability, and has a large light output.
  • the first sealing resin material 5 Oa is cured before injecting the second sealing resin material 50b, the viscosity of the first sealing resin material 50a decreases and the above-mentioned There is an advantage that voids confined in the storage recess are easily removed.
  • the inner diameter of the opening window 26a at the center of the resist layer 26 is made larger than the maximum inner diameter of the protective cover 70.
  • the edge of the protective cover 70 on the mounting substrate 20 side and the peripheral portion of the opening window 26a in the resist layer 26 may be joined by the joint portion 75 having an adhesive force over the entire circumference.
  • the thickness of the joint 75 interposed between the protective cover 70 and the mounting board 20 can be easily controlled, and the bonding reliability between the protective cover 70 and the mounting board 20 is improved. Note that it is desirable to use the same material as the protective cover 70 as the adhesive for the joint 75.
  • each light emitting device 1 has electrical insulation and is interposed between the heat transfer plate 21 and the apparatus body 100 to thermally couple them. It is bonded to the fixture body 100 through the insulating layer 90, and the heat generated in each light emitting device 1 during lighting does not pass through the circuit board 200 having a relatively large thickness, and passes through the insulating layer 90 to make a metal fixture. Since heat is transferred to the main body 100 to dissipate heat, a rubber sheet like Sarcon (registered trademark) is used between the LED unit circuit board 300 (see Figs. 18 and 19) and the fixture body as in the past.
  • Sarcon registered trademark
  • the thermal resistance from the LED chip 10 to the fixture body 100 can be reduced, improving heat dissipation and reducing the variation in thermal resistance. Since the temperature rise can be suppressed, the input power can be increased. , The light output can be increased. In each light emitting device 1, the combined thickness dimension of the heat transfer plate 21 and the submount member 30 can be made smaller than the thickness dimension of the circuit board 300.
  • the junction temperature of the LED chip 10 is reduced compared to the configuration of the conventional LED lighting fixture.
  • the light emitting device 1 is provided with the outer lead portions 23b and 23b on the mounting surface side of the LED chip 10 on the mounting substrate 20 that also has a partial force of the conductor patterns 23 and 23. Therefore, if the light emitting devices 1 are appropriately connected by lead wires or the like without using the circuit board 200, the cost can be reduced and the light emitting device 1 can be arranged with a high degree of freedom. It becomes easy to change the number and layout.
  • the LED chip 10 force is reduced.
  • the stress acting on the LED chip 10 due to the difference in linear expansion coefficient between the LED chip 10 and the heat transfer plate 21 is relaxed. Since it is mounted on the heat transfer plate 21 via the submount member 30 to be unified, it is possible to prevent the LED chip 10 from being damaged due to the difference in linear expansion coefficient between the LED chip 10 and the heat transfer plate 21. And reliability can be improved.
  • the submount member 30 interposed between the LED chip 10 and the heat transfer plate 21 is used when the difference in the linear expansion rate between the LED chip 10 and the heat transfer plate 21 is relatively small.
  • the area of the submount member 30 is made larger than the area of the LED chip 10, and the inscribed circle of the surface facing the submount member 30 in the LED chip 10 is defined as the upper bottom surface.
  • the angle formed by the generatrix of the truncated cone with the circumscribed circle of the other surface as the bottom surface relative to the bottom surface The submount member 30 so that the outer periphery of the submount member 30 comes out of the truncated cone when ⁇ is around 45 degrees
  • the heat generated from the LED chip 10 can be conducted to the entire other surface of the heat transfer plate 21 and heat can be radiated efficiently by flowing the heat flow linearly. Can do.
  • the planar size of the insulating layer 90 is set larger than the planar size of the heat transfer plate 21, the insulating layer 90 and the heat transfer plate 21 are on the same plane. Compared to the case where it is formed in a size, the creepage distance between the heat transfer plate 21 made of a metal material and the main body 100 of the metal member can be increased, and lightning surge resistance can be improved. Can do.
  • the thickness of the insulating layer 90 it is necessary to design the thickness in accordance with the required withstand voltage of lightning surge resistance, but it is desirable to set the viewpoint power for reducing the thermal resistance to be thinner. Therefore, for the insulating layer 90, after setting the thickness, the plane size should be set so that the creepage distance requirement can be satisfied.
  • the frame 40 in each light emitting device 1 is a translucent material having a linear expansion coefficient equivalent to that of the sealing resin that is the material of the sealing portion 50. Therefore, the frame body 40 is formed of a light-transmitting material that is lower than the refractive index and elastic modulus of the sealing resin, so that the frame body 40 is formed in comparison with the case where the frame body 40 is formed of a metal material (for example, A1).
  • sealing part 50 Since the difference in linear expansion coefficient can be reduced and the occurrence of voids in the sealing part 50 at low temperatures in the heat cycle test can be suppressed, the reliability can be improved and the frame 40 can Since the occurrence of light reflection loss can be suppressed, the light output can be improved.
  • the frame body 40 and the optical member 60 are integrally formed.
  • the frame body 400 and the optical member 600 may be provided separately.
  • the optical member 600 is composed of a biconvex lens in which each of the light incident surface 600a and the light emitting surface 600b on the sealing portion 50 side is formed in a convex curved surface shape.
  • a sealing portion 50 is formed by filling (potting) a sealing resin inside the frame body 400 and thermosetting, and then the optical member 600. May be fixed to the sealing portion 50 and the frame body 400.
  • the basic configuration of the LED lighting apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the structure of the light emitting device 1 and the structure of the circuit board 200 are different.
  • symbol is attached
  • the light emitting device 1 in the present embodiment does not include the frame body 40 described in the first embodiment, and the optical member 60 that controls the light distribution of the light emitted from the LED chip 10 includes the mounting substrate 20.
  • the LED chip 10 is housed between the LED chip 10 and a bonding dome 14 electrically connected to the LED chip 10. , 14 is filled in a space surrounded by the optical member 60 and the mounting substrate 20, and the color conversion member 70 is disposed on the one surface side of the mounting substrate 20 of the optical member 60.
  • An air layer 80 is formed between the light emitting surface 60b.
  • a board is used as the wiring board 22 in the mounting board 20.
  • each conductor pattern 23, 23 on the wiring board 22 is formed in an outer peripheral shape slightly smaller than half of the outer peripheral shape of the insulating base material 22a.
  • Insulating substrate As the material of 22a, FR4, FR5, paper phenol, etc. may be adopted.
  • each conductor pattern 23, 23 is exposed in the vicinity of the window hole 24 of the wiring substrate 22, and one portion of each conductor pattern 23, 23 is exposed in the peripheral portion of the wiring substrate 22.
  • Each conductor pattern 23, 23 is formed in the vicinity of the window hole 24 of the wiring board 22, and the two exposed rectangular parts are connected to the inner lead portion ( The terminal portion) 23a is formed, and the circular portion exposed at the peripheral portion of the wiring board 22 forms the outer lead portion (external connection electrode portion) 23b.
  • anode electrodes 13a are formed at two adjacent corners on one surface side, and force swords are formed at the remaining two locations.
  • Each electrode 13b is used, and each anode electrode 13a is electrically connected to one conductor pattern 23 through a bonding wire 14, and each force sword electrode 13b is connected through a bonding wire 14.
  • the other conductor pattern 23 is electrically connected.
  • the outer lead portion 23b (the right one lead portion 23b in FIG. 12) to which the respective anode electrodes 13a of the LED chip 10 are electrically connected is displayed with “+”.
  • the light emitting device 1 The polarity of both outer lead portions 23a and 23b can be visually recognized, and erroneous connection can be prevented.
  • the window hole 24 in the wiring board 22 is rectangular, and as shown in FIG. 14A, an inner lead portion 23a is provided near the center of each side of the rectangular window hole 24.
  • FIG. 14B by providing the inner lead portion 23a in the vicinity of one end of each side of the window hole 24, the entire length of the bonding wire 14 can be increased, and the sealing portion 50 can be expanded and contracted. As a result, the bonding wire 14 is disconnected, which improves reliability.
  • the LED chip 10 in Embodiment 1 is a blue LED chip using a 6H—SiC substrate as a crystal growth substrate, and as in Embodiment 1, heat conduction is used as the material of the submount member 30.
  • the force that uses A1N which has a relatively high rate of insulation and insulation.
  • the material of the submount member 30 is not limited to A1N, and the linear expansion coefficient is relatively close to 6H—SiC, which is the material of the substrate for crystal growth, and For example, composite SiC, Si, Cu, CuW, etc. may be adopted.
  • the thickness dimension of the submount member 30 is set so that the surface of the submount member 30 is farther from the heat transfer plate 21 than the surface of the resist layer 26 of the wiring board 22.
  • the light emitted from the LED chip 10 to the side can be prevented from being absorbed by the wiring board 22 through the inner peripheral surface of the window hole 24 of the wiring board 22.
  • a reflection film that reflects the light emitted from the LED chip 10 is formed around the bonding portion with the LED chip 10 on the surface of the submount member 30 where the LED chip 10 is bonded. If formed, the light emitted from the side surface of the LED chip 10 can be prevented from being absorbed by the submount member 30, and the light extraction efficiency to the outside can be further increased.
  • the optical member 60 is formed of a light-transmitting material (for example, silicone) as in the first embodiment, whereas in the first embodiment, the optical member 60 is formed into a plano-convex lens shape. It is formed in a dome shape.
  • the light emitting surface 60b is formed in a convex curved surface shape that does not totally reflect the light incident from the light incident surface 60a at the boundary between the light emitting surface 60b and the air layer 80 described above.
  • the chip 10 and the optical axis are arranged so as to coincide with each other.
  • the light emitted from the LED chip 10 and incident on the light incident surface 60a of the optical member 60 can easily reach the color conversion member 70 without being totally reflected at the boundary between the light emitting surface 60b and the air layer 80.
  • the total luminous flux can be increased.
  • the light radiated from the side force of the LED chip 10 propagates through the sealing portion 50, the optical member 60, and the air layer 80 to reach the color conversion member 70 to excite the phosphor of the color conversion member 70 or to fluoresce it. It passes through the color conversion member 70 without colliding with the body.
  • the optical member 60 is formed so that the thickness is uniform along the normal direction regardless of the position.
  • the color conversion member 70 has an inner surface 70 a formed along the light emitting surface 60 b of the optical member 60. Therefore, the distance between the light emitting surface 60b and the inner surface 70a of the color conversion member 70 in the normal direction is substantially constant regardless of the position of the light emitting surface 60b of the optical member 60.
  • liquid sealing resin for example, silicone resin
  • the sealing member 50 is formed by placing it at a predetermined position in 20 and curing the sealing resin 50.
  • the optical member 60 is fixed to the mounting substrate 20, and then the color conversion member 70 is mounted on the mounting substrate 20.
  • a manufacturing method that adheres to the substrate can be considered. According to such a manufacturing method, it is possible to suppress the generation of bubbles (voids) in the sealing portion 50 during the manufacturing process, and it is difficult to cause stress concentration on the bonding wire 14 due to the voids. Can be increased. However, even when such a manufacturing method is adopted, bubbles may be generated in the sealing portion 50 during the manufacturing process, so it is necessary to inject a large amount of liquid sealing resin into the optical member 60. is there.
  • the resin reservoir hole 27 includes a through hole 27a formed in the wiring board 22 and a recess 27b formed in a portion corresponding to the through hole 27a in the heat transfer plate 21.
  • the sealing resin cured in 27 functions as a heat insulating part that prevents heat transfer from the LED chip 10 to the color conversion member 70, and the temperature of the color conversion member 70 is increased due to the heat generation of the LED chip 10. Since it can be suppressed, it is possible to suppress a decrease in the luminous efficiency of the phosphor due to the heat generation of the LED chip 10.
  • the light emitting device 1 is disposed between the portion overlapping the ring-shaped end edge of the optical member 60 and the portion overlapping the ring-shaped end edge of the color conversion member 70 on the one surface side of the mounting substrate 20.
  • a ring-shaped light absorption preventing substrate 140 covering each of the resin reservoir holes 27 is provided, and light from the resin portion made of the sealing resin that has accumulated and hardened in each of the resin reservoir holes 27 is provided. Absorption can be prevented by the light absorption preventing substrate 140.
  • the light absorption preventing substrate 140 is provided with a white resist layer that reflects light from the LED chip 10 and the color conversion member 70 on the surface side opposite to the mounting substrate 20 side, The absorption of the light can be prevented.
  • the light absorption preventing substrate 140 is filled with the sealing resin that overflows when the optical member 60 is disposed at a predetermined position on the mounting substrate 20 after filling each resin reservoir hole 27.
  • the sealing resin is hardened after being mounted on the one surface side of the mounting substrate 20, it is fixed to the mounting substrate 20 by the sealing resin.
  • the ring-shaped light absorption preventing substrate 140 is formed with a plurality of notches 142 for exposing a minute region of each resin reservoir hole 27, and sealing in the resin reservoir hole 27 is performed. It is possible to prevent the generation of voids when curing the resin.
  • the plurality of grease reservoir holes 27 are provided apart from each other in the outer peripheral direction of the optical member 60, the above table of the mounting substrate 20 is provided. Although the distance between the part of the optical member 60 that overlaps the edge of the mounting board 20 side and the part of the color conversion member 70 that overlaps the edge of the mounting board 20 side is shortened, It is possible to suppress the formation of unnecessary portions made of sealing resin on the surface, and it is possible to prevent the conductor patterns 23, 23 from being separated by the resin reservoir holes 27, Low resistance of the power feed path to the LED chip 10 can be achieved.
  • the circuit board 200 shown in FIGS. 16 and 17 is inserted with a power supply wire (lead wire) inserted through a through hole 100c penetrating through the bottom wall 100a of the instrument body 100.
  • An electric wire through-hole 206 is provided so that a pair of electric wires inserted through the electric wire through-hole 206 is electrically connected.
  • the circuit board 200 has a light reflecting layer 203 made of a white resist layer formed on the surface side opposite to the bottom wall 100a side of the instrument body 100, and most of the wiring pattern 202 is the light reflecting layer 203. Covered by
  • the opening size of each opening window 204 is set to be slightly larger than the planar size of the mounting board 20 in the light emitting device 1.
  • the chamfered portions are formed at the four corners of the mounting substrate 20 in plan view and rounded.
  • the chamfered portions near the outer lead portions 23b (the left and right sides in FIG.
  • the radius of curvature of the remaining two chamfered portions (upper and lower chamfered portions in FIG. 16) is larger than the chamfered portion), so that the region where the wiring pattern 202 can be formed on the one surface side of the circuit board 200 is increased.
  • the area can be increased. As shown in FIG.
  • the circuit board 200 has a surface mount type Zener diode 231 and a surface mount type for preventing overvoltage in order to prevent an overvoltage from being applied to the LED chip 10 of the light emitting device 1.
  • a type ceramic capacitor 232 is mounted in the vicinity of each open window 204.
  • each outer lead portion 23b of the mounting board 20 is electrically connected to the wiring pattern 202 of the circuit board 200 via the terminal board 210.
  • the terminal plate 210 forms a terminal piece 211 that is joined to the wiring pattern 202 using solder or the like so as to overlap the wiring pattern 202 by bending one end of an elongated metal plate into an L shape. The other end is bent in a J shape to form a terminal piece 212 that is joined to the outer lead 23b using a solder or the like so that the thickness direction matches the outer lead 23b.
  • connection terminal 210 Due to the difference in linear expansion coefficient from the substrate 200, the connection terminal 210, the outer lead 23b and the wiring It is possible to relieve the stress generated at the junction with each of the noturns 202, and the connection reliability between each light emitting device 1 and the circuit board 200 can be improved.
  • each light emitting device 1 has electrical insulation and is interposed between the heat transfer plate 21 and the fixture body 100, as in the first embodiment. Since it is bonded to the fixture body 100 via an insulating layer 90 that thermally couples the two, as in the conventional case, a sircon (between the circuit board 300 of the LED unit (see FIGS. 18 and 19) and the fixture body is provided.
  • a sircon between the circuit board 300 of the LED unit (see FIGS. 18 and 19) and the fixture body is provided.
  • the thermal resistance from the LED chip 10 to the fixture body 100 can be reduced, improving heat dissipation and reducing thermal resistance. The variation is reduced and the temperature rise of the junction temperature of the LED chip 10 can be suppressed, so that the input power can be increased and the light output can be increased.
  • the insulating layer 90 is provided for each light emitting device 1.
  • a single resin sheet which is slightly smaller than the bottom wall 100a of the device main body 100, is used as a plurality of light emitting elements. May be shared for device 1.
  • the optical member 60 is not necessarily provided and may be provided as necessary.
  • a protective cover that is formed of a translucent material and does not contain a phosphor instead of the color conversion member 70. May be provided.
  • the shape of the instrument body 100 is not particularly limited, and may be, for example, a flat plate shape.
  • the spotlight is exemplified as the LED lighting fixture.
  • the LED lighting fixture to which the technical idea of the present invention can be applied is not limited to the spotlight, and can be applied to various LED lighting fixtures. It can also be applied to ceiling lights attached to construction materials such as ceiling materials.

Abstract

　器具本体１００に保持される発光装置１が、ＬＥＤチップ１０と、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が実装される伝熱板２１と、一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有し伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０の実装面を露出させる窓孔（露出部）２４が形成された配線基板２２と、配線基板２２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１０を封止した封止部５０と、蛍光体および透光性材料により形成され配線基板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とを備え、電気絶縁性を有し且つ伝熱板２１と器具本体１００との間に介在して両者を熱結合させる絶縁層９０を介して器具本体１００に接合されている。

Description

明 細 書
LED照明器具
技術分野
[0001] 本発明は、 LEDチップ (発光ダイオードチップ)を用いた発光装置を光源として備 えた LED照明器具に関するものである。
背景技術
[0002] 従来から、 LEDチップと LEDチップ力 放射された光によって励起されて LEDチッ プとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光体 (蛍光顔料、蛍光 染料など）とを組み合わせて LEDチップの発光色とは異なる色合 、の光を出す発光 装置の研究開発が各所で行われている。この種の発光装置としては、例えば、青色 光ある ヽは紫外光を放射する LEDチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光（白色 光の発光スペクトル)を得る白色発光装置（一般的に白色 LEDと呼ばれて 、る）の商 品ィ匕がなされている。
[0003] また、最近の白色 LEDの高出力化に伴い、白色 LEDを照明用途に展開する研究 開発が盛んになってきているが、上述の白色 LEDを一般照明などのように比較的大 きな光出力を必要とする用途に用いる場合、 1つの白色 LEDでは所望の光出力を得 ることができないので、複数個の白色 LEDを 1枚の回路基板上に搭載した LEDュ- ットを構成し、 LEDユニット全体で所望の光出力を確保するようにしているのが一般 的である（例えば、特開 2003 - 59332号公報 (特許文献 1)参照)。
[0004] また、従来から、複数の LEDチップと各 LEDチップを実装する回路基板とを備える LEDユニットにおいて、各 LEDチップのジャンクション温度の上昇を抑制して入力電 力を大きくすることで光出力の高出力化を図るために、各 LEDチップの発光部で発 生した熱を効率良く外部に放熱させるための構造が提案されている (例えば、特開 2 003— 168829号公報（特許文献 2)の段落〔0030〕および図 6、特開 2001— 2033 96号公 (報特許文献 3)の図 6参照)。
[0005] 上記特許文献 2に開示された LEDユニットでは、図 18に示すように、回路基板 300 として、金属板 301上に絶縁榭脂層 302を介して導体パターン力もなる回路パターン 303が形成された金属基板を採用しており、各 LEDチップ 10'で発生した熱が熱伝 達部材 310を介して金属板 301に伝熱されるようになつている。ここにおいて、各 LE Dチップ 10'は、 GaN系化合物半導体材料力 なる発光部が絶縁体であるサフアイ ァ基板からなる結晶成長用基板の一表面側に形成された GaN系青色 LEDチップで あり、回路基板 300にフリップチップ実装されており、結晶成長用基板の他表面が光 取り出し面となっている。
[0006] また、上記特許文献 3に開示された LEDユニットでは、図 19に示すように、各 LED チップ 10"が金属基板からなる回路基板 300に実装されて 、るが、各 LEDチップ 10 "として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力ソード電極が形成 されたものを用いており、アノード電極と力ソード電極とのうち回路基板 300に近い側 の電極が第 1の導体板 312に電気的に接続されるとともに、回路基板 300から遠い 側の電極が第 2の導体板 313に金属細線力もなるボンディングワイヤ 314を介して電 気的に接続されており、第 1の導体板 312および第 2の導体板 313それぞれが回路 基板 300の回路パターン 303と接合されて 、る。
[0007] ところで、図 18や図 19に示した構成の LEDユニットを照明器具に用いる場合、器 具本体を金属製とし、 LEDユニットの回路基板 300における金属板 301を器具本体 に熱的に結合させることで LEDユニットの熱をより効率的に放熱させることが考えら れるが、耐雷サージ性を確保するために、器具本体と回路基板 300の金属板 301と の間に例えばシート状の絶縁部材 (絶縁層）として例えばサーコン (登録商標）のよう なゴムシート状の放熱シートを挟んでいるのが現状であり、各 LEDチップ 10，， 10" の発光部から器具本体までの熱抵抗が大きくなつてしまい、各 LEDチップ 10' , 10" のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないように各 LEDチップ 10，， 10"への入力電力を制限する必要があり、光出力の高出力化が難し力つた。
[0008] また、回路基板 300の金属板 301と器具本体との間に上述の放熱シートを挟んだ 場合には、金属板 301と放熱シートとの密着不足により、両者の間に空隙が発生して 熱抵抗が増大したり、各 LEDチップ 10' , 10"の発光部ごとに器具本体までの熱抵 抗がばらついていた。
[0009] また、上記特許文献 2に開示された LEDユニットでは、 LEDチップ 10'の発光部で 発生した熱を LEDチップ 10'のサイズよりも小さな熱伝達部材 310を介して金属板 3 01へ伝熱させるので LEDチップ 10'から金属板 301までの熱抵抗が比較的大きぐ 結晶成長用基板であるサファイア基板を金属板 301に熱結合させるように実装した 場合には、サファイア基板の熱抵抗が大きくなつてしまうという不具合もあった。
[0010] 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、 LEDチップの温度 上昇を抑制でき光出力の高出力化を図れる LED照明器具を提供することにある。 発明の開示
[0011] 本発明の照明装置は、 LEDチップを用いた発光装置が金属製の器具本体に保持 された照明器具であって、発光装置は、 LEDチップと、熱伝導性材料からなり前記 L EDチップが一表面側に実装される伝熱板と、一表面側に LEDチップへの給電用の 導体パターンを有し伝熱板における LEDチップの実装面側に固着された配線基板 であり伝熱板における前記 LEDチップの実装面を露出させる露出部が形成された配 線基板と、配線基板の前記一表面側において LEDチップを封止した封止部と、 LE Dチップ力 放射される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 を放射する蛍光体および透光性材料により形成され配線基板の前記一表面側にお V、て封止部を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材とを備え、電気絶縁性を有 し且つ伝熱板と器具本体との間に介在して両者を熱結合させる絶縁層を介して器具 本体に接合されてなることを特徴とする。
[0012] この場合、従来のように LEDチップを実装した回路基板と器具本体との間にシート 状の放熱シートを挟んで 、る場合に比べて、 LEDチップの発光部から器具本体まで の熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、 LEDチップ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。また、従 来と同じ光出力で使用する場合には従来に比べて LEDチップのジャンクション温度 を低減できて LEDチップの寿命が長くなるという利点がある。
[0013] 好ましくは、前記発光装置は、前記 LEDチップが、前記 LEDチップと前記伝熱板と の線膨張率差に起因して前記 LEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材を 介して前記伝熱板に実装されてなる。
[0014] この場合、前記 LEDチップと前記伝熱板との線膨張率差に起因して前記 LEDチッ プが破損するのを防止することができ、信頼性を高めることができる。
[0015] 好ましくは、前記サブマウント部材は、前記 LEDチップよりも面積が大きぐ前記 LE Dチップにおけるサブマウント部材との対向面の内接円を上底面とし前記伝熱板の 他表面の外接円を下底面とした円錐台の外側にサブマウント部材の外周が出るよう にサブマウント部材の寸法が設定されて 、る。
[0016] この場合、サブマウント部材の面積力 SLEDチップの面積よりも大き!/、ので、 LEDチ ップと実装基板との間の熱抵抗を小さくすることができ、し力も、 LEDチップにおける サブマウント部材との対向面の内接円を上底面とし伝熱板の他表面の外接円を下底 面とした円錐台の外側にサブマウント部材の外周が出るようにサブマウント部材の寸 法が設定されて 、るので、 LEDチップで発生した熱がサブマウント部材を通過して伝 熱板に伝導される際に、 LEDチップ力 サブマウント部材を通って伝熱板の他表面 の端部に向力う経路において熱流を直線的に流すことができ、伝熱板の前記他表面 の全面にわたって LEDチップからの熱を効率よく伝達することができる。つまり、 LE Dチップで発生した熱をより広範囲に亘つて伝熱させることができて、伝熱板の前記 他表面の全面を用いて放熱することができるので、放熱効率を高めることができて L EDチップのジャンクション温度の上昇を抑制することができるから、一層の高出力化 を図ったり、長寿命化を図ったりすることが可能になる。
[0017] さらに好ましくは、前記円錐台の下底面と母線とのなす角度が 45度に設定されてい る。
[0018] この場合、前記 LEDチップから前記伝熱板の前記他表面への熱の伝導効率が他 の角度を選択する場合よりも高くなる。
[0019] また、前記絶縁層は、フィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する 榭脂シートにより形成されてなるのが好ましい。
[0020] この場合、前記伝熱体と前記絶縁層との密着不足により前記伝熱板と前記絶縁層 との間に空隙が発生して熱抵抗が増大したり、前記絶縁層の経年変化により前記伝 熱板と前記絶縁層との間に間隙が発生して熱抵抗が増大するのを防止することがで きる。
[0021] また、前記絶縁層は、前記伝熱板よりも平面サイズが大きく設定されてなるのが好ま しい。
[0022] この場合、前記絶縁層と前記伝熱板とが同じ平面サイズに形成されている場合に 比べて、前記伝熱板と前記器具本体との間の沿面距離を長くすることができ、耐雷サ 一ジ性を高めることができる。
[0023] また、前記色変換部材は、当該色変換部材の内側に空気層が形成されるように配 置されるのが好ましい。
[0024] この場合、前記空気層が断熱層として機能し、前記色変換部材で生じた熱が LED に伝達されるのを抑制することができ、 LEDチップの温度上昇を抑制することができ る。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明の実施形態 1の LED照明器具における発光装置の概略断面図である。
[図 2]図 1の LED照明器具における発光装置の一部破断した要部概略分解斜視図 である。
[図 3]図 1の LED照明器具における発光装置の要部概略平面図である。
[図 4]図 1の LED照明器具における発光装置の要部概略平面図である。
[図 5]図 1の LED照明器具における発光装置の製造方法の説明図である。
[図 6]図 1の LED照明器具における発光装置の製造方法の説明図である。
[図 7]図 1の LED照明器具の一部破断した概略側面図である。
[図 8]図 1の LED照明器具の要部概略分解斜視図である。
[図 9]図 1の LED照明器具における別の形態の発光装置の概略断面図である。
[図 10]本発明の実施形態 2の LED照明器具における発光装置の概略断面図である
[図 11]図 10の LED照明器具における発光装置の一部破断した要部概略分解斜視 図である。
[図 12]図 10の LED照明器具における発光装置の製造方法の説明図である。
[図 13]図 10の LED照明器具における発光装置の製造方法の説明図である。
[図 14A]図 10の LED照明器具における発光装置の要部説明図である。
[図 14B]図 10の LED照明器具における発光装置の要部説明図である。 [図 15]図 10の LED照明器具における発光装置の概略分解斜視図である。
[図 16]図 10の LED照明器具の要部概略分解斜視図である。
[図 17]図 10の LED照明器具の一部破断した要部概略斜視図である。
[図 18]従来例の LEDユニットの概略断面図である。
[図 19]他の従来例の LEDユニットの概略構成図である。
発明を実施するための最良の形態
[0026] (実施形態 1)
以下、本実施形態の LED照明器具を添付の図 1〜9を参照しながら詳細に説明す る。
[0027] 本実施形態の LED照明器具は、例えばスポットライトとして用いられるものであり、 図 7に示すように、支持台 110上に固定された回転基台 120に一端部が軸ねじ 121 を用いて結合されたアーム 122に対して金属（例えば、 Al、 Cuなどの熱伝導率の高 V、金属)製の器具本体 100が結合ねじ 123を用いて結合されて 、る。
[0028] 器具本体 100は、一面が開口した浅い有底円筒状に形成されており、 LEDチップ 10および LEDチップ 10への給電用の導体パターン 23, 23が設けられ LEDチップ 1 0が実装された実装基板 20を有する複数個 (本実施形態では、 8個）の発光装置 1と 、各発光装置 1の接続関係を規定する回路パターン力もなる配線パターン（図示せ ず)が形成されるとともに各発光装置 1それぞれに対応する部位に各発光装置 1の一 部を通す開口窓 204が形成された円板状の回路基板 200とが収納され (図 8参照）、 上記一面が前カバー 130により閉塞されている。なお、回路基板の絶縁性基材の材 料としては、例えば、 FR4のようなガラスエポキシ榭脂を採用すればよいが、ガラスェ ポキシ榭脂に限らず、例えば、ポリイミド系榭脂、フエノール榭脂などでもよい。
[0029] ここにおいて、本実施形態の LED照明器具は、器具本体 100の底壁 100aに各発 光装置 1を実装することで各発光装置 1が器具本体 100に保持されている。一方、回 路基板 200は、各発光装置 1それぞれに対応する部位に上述の開口窓 204が形成 されており、各開口窓 204の周部が各発光装置 1の実装基板 20の周部に重なる形 で器具本体 100の底壁 100aから離間して配置されている。なお、開口窓 204の開 口サイズは、後述の色変換部材 70の外径よりも大きな寸法に設定してある。 [0030] 回路基板 200における上記配線パターンは、複数の発光装置 1の接続関係が直列 接続の関係となるようにパターン設計されており、器具本体 100の底壁 100aの中央 部に貫設されている電線揷通孔 101 (図 8参照）に挿通された給電用の一対の電線（ 図示せず）が電気的に接続されるようになっている。具体的には、回路基板 200の中 央部に形成された一対の電線接続用スルーホール配線 205, 205それぞれの内側 に上記各電線を挿入した後で半田を用いて電線接続用スルーホール配線 205, 20 5と上記各電線とを接続している。また、回路基板 200は、各開口窓 204の周部にお いて、上記回路パターンと発光装置 1の導体パターン 23とを電気的に接続するため の発光装置接続用スルーホール配線 207が形成されている。ここにおいて、各電線 接続用スルーホール配線 205, 205および発光装置接続用スルーホール配線 207 は、回路基板 200の厚み方向に貫通したスルーホールの内面と回路基板 200の両 面における当該スルーホールの周部とに跨って形成され、上記回路パターンと接続 されている。なお、回路基板 200は、器具本体 100の底壁 100aに対向する一表面 側に上記回路パターンが形成されており、他表面側には、金属層もしくは白色系の レジスト層からなる光反射層（図示せず）が形成されている。
[0031] また、回路基板 200において接続関係が規定された各発光装置 1へは、上述の一 対の電線を介して電源回路（図示せず)力 電力が供給されるようになって!/、る。な お、電源回路としては、例えば、商用電源のような交流電源の交流出力を整流平滑 するダイオードブリッジからなる整流回路と、整流回路の出力を平滑する平滑コンデ ンサとを備えた構成のものを採用すればよい。なお、本実施形態では、複数個の発 光装置 1を直列接続しているが、複数個の発光装置 1の接続関係は特に限定するも のではなぐ例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み 合わせてもよい。
[0032] 前カバー 130は、円板状のガラス板力もなる透光板 130aと、透光板 130aを保持す る円環状の窓枠 130bとからなり、窓枠 130bが器具本体 100に対して取り付けられて いる。なお、透光板 130aは、ガラス基板に限らず、透光性を有する材料により形成さ れていればよい。また、透光板 130aに、各発光装置 1から放射された光の配光を制 御するレンズを一体に設けてもょ 、。 [0033] 図 1に示すように、発光装置 1は、 LEDチップ 10と、 LEDチップ 10が実装された矩 形板状の実装基板 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を囲んだ枠体 40と、枠体 40の内側で LEDチップ 10および LEDチップ 10に 電気的に接続されたボンディングワイヤ 14, 14を封止した封止榭脂からなり透光性 および弾性を有する封止部 50と、枠体 40と一体に形成され LEDチップ 10から放射 され封止部 50を透過した光の配光を制御するレンズからなる光学部材 60と、 LEDチ ップ 10力も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および透光性材料により形成されたものであって実装基板 20と の間に封止部 50を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材 70とを備えている。こ こにおいて、色変換部材 70は、光学部材 60の光出射面 60bおよび枠体 40の外側 面との間に空気層 80が形成される形で実装基板 20における LEDチップ 10の実装 面側に配設されている（つまり、本実施形態では、封止部 50が枠体 40と光学部材 60 とで囲まれており、この光学部材 60および枠体 40を囲むように色変換部材 70が配 設されている）。
[0034] 実装基板 20は、熱伝導性材料力もなり LEDチップ 10が実装される矩形板状の伝 熱板 21と、伝熱板 21の一面側（図 1における上面側）に固着された矩形板状の配線 基板 22とで構成され、配線基板 22の中央部に伝熱板 21における LEDチップ 10の 実装面（上記一面の一部）を露出させる矩形状の窓孔 24が形成されており、 LEDチ ップ 10が窓孔 24の内側に配置されたサブマウント部材 30を介して伝熱板 21に実装 されている。 LEDチップ 10で発生した熱は、配線基板 22を介さずにサブマウント部 材 30および伝熱板 21に伝熱される。なお、本実施形態では、伝熱板 21の熱伝導性 材料として熱伝導率の高い金属である Cuを採用している（つまり、伝熱板 21として金 属板を採用している）が、熱伝導性材料としては Cuに限らず、例えば、 A1などの他の 金属やこれら金属と同様に熱伝導率の高い非金属を採用してもよい。また、本実施 形態では、配線基板 22の窓孔 24が、伝熱板 21における LEDチップ 10の実装面を 露出させる露出部を構成して ヽる。
[0035] 上述の配線基板 22は、ガラスエポキシ基板カゝらなる絶縁性基材 22aの一表面側に 、 LEDチップ 10の各電極（図示せず）と電気的に接続される一対の給電用の導体パ ターン（リードパターン） 23, 23が設けられている。各導体パターン 23, 23は、 Cu膜 と Ni膜と Au膜との積層膜により構成されており、平面視において枠体 40よりも内側 の部位カインナーリード部 23a, 23aを構成し、色変換部材 70よりも外側の部位がァ ウタ一リード部 23b, 23bを構成している。伝熱板 21と配線基板 22とは、絶縁性を有 するシート状の接着フィルム力もなる固着シート 25を介して固着されている。なお、絶 縁性基材 22aの材料は、 FR4のようなガラスエポキシ榭脂に限らず、例えば、ポリイミ ド系榭脂や、フエノール榭脂などでもよい。
[0036] さらに配線基板 22は、絶縁性基材 22aにおける伝熱板 21側とは反対の表面側に、 導体パターン 23, 23の一部および絶縁性基材 22aにおいて導体パターン 23, 23が 形成されていない部位を覆う白色系の榭脂からなるレジスト層 26 (図 3参照）が積層 されている。したがって、 LEDチップ 10の側面力も放射されレジスト層 26の表面に入 射した光がレジスト層 26の表面で反射されるので、 LEDチップ 10から放射された光 が配線基板 22における伝熱板 21側とは反対の表面を通して吸収されるのを防止す 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。
[0037] ここにおいて、レジスト層 26は、配線基板 22の窓孔 24の近傍において各導体パタ ーン 23, 23のインナーリード部 23a, 23aを露出させる円形状の開口窓 26aが形成さ れ、配線基板 22の周部において各導体パターン 23, 23のアウターリード部 23b, 23 bそれぞれを露出させる円形状の開口窓 26b, 26bが形成されている。
[0038] 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力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 る積層構造部力もなる発光部 12がェ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力ソード側の電極である力ソード 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 、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 ヽる。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力 ソード電極が形成されている。上記力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力 上記力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、良好なォーミック特性が得られる材料であればよ ぐ例えば、 A1などを採用してもよい。
[0039] 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よりも伝熱板 21から離れた側となるように伝熱板 21に搭載されている力 LEDチップ 10の発光部 12が導電性基板 11よりも伝熱板 21に近 、側となるように伝熱板 21に搭載するように してもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部 12を伝熱板 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 、るので、発光部 12を伝熱板 21に近 、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 、。
[0040] 本実施形態では、 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力 SiC基板の代わりに GaN基 板を用いてもよぐ SiC基板や GaN基板を用いた場合には下記表 1から分力るように 、上記特許文献 2のように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 Ga P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基板などカゝら適宜選択 すればよい。
[0041] [表 1] 結晶成長用基板 熱伝導率 線膨張率 熱抵抗
[W/m · K〕 〔X IOVK〕 [K/W]
6 H- S i C 350 4.2 0.857
G a N 130 5.59 2.308
G a P 110 4.65 2.727
G a A s 54 5.9 5.556
サファイア 42 5.3 7.143 但し、 表 1中の熱抵抗の値は、 結晶成長用基板における厚み方向に直交する断面の面積 を 1 mm2、結晶成長用基板の厚みを 0.3mmとし、結晶成長用基板の厚み方向に熱を伝導さ せる場合の熱抵抗の値である。
[0042] LEDチップ 10は、上述の伝熱板 21に、 LEDチップ 10のチップサイズよりも大きな サイズの矩形板状に形成され LEDチップ 10と伝熱板 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ぐ LEDチップ 10で発 生した熱を伝熱板 21にお!/、て LEDチップ 10のチップサイズよりも広!、範囲に伝熱さ せる熱伝導機能を有して!/ヽる。
[0043] ところで、伝熱板 21における LEDチップ 10側の表面の面積は LEDチップ 10にお ける伝熱板 21側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。例えば、 0. 3〜1 . Omm角の LEDチップ 10から排熱を効率良く行うためには、伝熱板 21と器具本体 1 00との間に介在する後述の絶縁層 90と伝熱板 21との接触面積を大きくし、且つ、 L EDチップ 10の熱が広範囲に亘つて均一に熱伝導するようにして熱抵抗を小さくする ことが好ましぐ伝熱板 21における LEDチップ 10側の表面の面積を LEDチップ 10 における伝熱板 21側の表面の面積の 10倍以上とすることが望ましい。
[0044] より詳細には、伝熱板 21の面積 (厚み方向に直交する平面内での面積）は、 LED チップ 10の周囲温度、光出力、投入電力を規定の発光条件としたときに、 LEDチッ プ 10のジャンクション温度が最大ジャンクション温度よりも低く規定した所定温度以下 になるように決定される。ただし、 LEDチップ 10のジャンクション温度を直接測定する のではなぐ伝熱板 21における器具本体 100との対向面 (伝熱板 21の厚み方向の 上記一面とは反対側の他面）の温度が規定した温度以下になるように伝熱板 21の面 積が設定される。言い換えると、 LEDチップ 10の発光条件が決まれば、伝熱板 21の 面積を決定することができる。ここで、 1個の LEDチップ 10に対応して占有する面積 を小さくするには、伝熱板 21の面積を小さくすることが望ましぐ伝熱板 21の面積を 小さくするには、 LEDチップ 10で発生した熱を伝熱板 21の上記他面 (裏面）に効率 よく伝導することが要求される。
[0045] ここで、平面視における LEDチップ 10におけるサブマウント部材 30との対向面の 内接円を上底面とし、伝熱板 21の上記他面の外接円を下底面とする円錐台を考え る。この円錐台の母線が下底面に対してなす角度 0 (図 1参照）は 45度が望ましいこ とが実験的に確認された。角度 Θを 45度付近にしたとき、 LEDチップ 10から伝熱板 21の上記他面の全面に効率よく熱を伝導させるには、 LEDチップ 10から伝熱板 21 の上記他面まで熱を直線的に伝導させることが望ましい。
[0046] そこで、サブマウント部材 30の寸法は、サブマウント部材の外周が上述した円錐台 の母線よりも外側まで広がるように設定するのが好ましい。この場合、 LEDチップ 10 力も伝熱板 21の上記他面の端縁まで熱流が直線的に流れることができ、結果的に L EDチップ 10で発生した熱を伝熱板 21の上記他面の全体に効率よく伝導させること ができる。
[0047] 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 A1Nを採用しており、 LEDチップ 10は、上記力ソード電極がサブマウン ト部材 30における伝熱板 21側とは反対側の表面に設けられた導電パターン 31およ び金属細線 (例えば、金細線、アルミニウム細線など）力もなるボンディングワイヤ 14 を介して一方の導体パターン 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を介して他方の導体パターン 23と電気的に接続されている。ここにおい て、サブマウント部材 30は、導電パターン 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) 32が形成されてい る。なお、 LEDチップ 10とサブマウント部材 30とは、 AuSn、 SnAgCuなどの鉛フリ 一半田を用 ヽて接合されて!、る。
[0048] サブマウント部材 30の材料は A1Nに限らず、例えば下記表 2から分かるように、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ぐ例えば、 CuW、 W、複合 SiC、 Siなどを採用してもよい。た だし、サブマウント部材 30の材料として、 CuWや Wなどの導電性材料を採用する場 合には、上述の導電パターン 31は必ずしも設ける必要はない。
[0049] [表 2]
Figure imgf000015_0001
[0050] ここにお 、て、伝熱板 21の材料力 Cuである場合、サブマウント部材 30の材料とし て、 CuWもしくは Wを採用すれば、サブマウント部材 30と伝熱板 21とを直接接合す ることが可能なので、例えば下記表 3に示すように、サブマウント部材 30と伝熱板 21 とをろう材を用いて接合する場合に比べて、サブマウント部材 30と伝熱板 21との接 合面積を大きくできてサブマウント部材 30と伝熱板 21との接合部の熱抵抗を低減で きる。なお、 LEDチップ 10とサブマウント部材 30とは、例えば、 SnPb、 AuSn、 SnA gCu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。ここで、サブマウント部材 30が C uであって、 AuSnを用いて接合する場合には、サブマウント部材 30における接合表 面にあるカ^め Auまたは Ag力もなる金属層を形成する前処理が必要である。
[0051] [表 3] ろう付け 直接接合 接合面積 60-80% ほぼ 100%
接合強度 98N/mm2以上 127N/mm2以上 剪断強度 98N/mm2 127N/mm2 接合部 フラックスが残留することがある。
[0052] また、サブマウント部材 30の材料として Wを採用してサブマウント部材 30と伝熱板 2 1とを直接接合した場合、下記表 4から分力るように、サブマウント部材 30と伝熱板 21 とを銀ろうを用いて接合した場合に比べて熱伝導率が大きくなり、熱抵抗を低減でき る。なお、伝熱板 21の材料が Cuであり、サブマウント部材 30の材料として A1N、複合 SiCなどを採用した場合には、伝熱板 21とサブマウント部材 30とは、 AuSn、 SnAg Cuなどの鉛フリー半田を用いて接合すればょ ヽが、 AuSnを用いて接合する場合に は、伝熱板 21における接合表面にある力じめ Auまたは Ag力もなる金属層を形成す る前処理が必要である。
[0053] [表 4]
Figure imgf000016_0001
[0054] ところで、本実施形態における発光装置 1は、サブマウント部材 30の厚み寸法を、 当該サブマウント部材 30の表面が配線基板 22のレジスト層 26の表面よりも伝熱板 2 1から離れるように設定してあり、 LEDチップ 10から側方に放射された光が配線基板 22の窓孔 24の内周面を通して配線基板 22に吸収されるのを防止することができると ともに、 LEDチップ 10から側方に放射された光が色変換部材 70と実装基板 20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る（つまり、 LEDチップ 10から放 射された青色光が色変換部材 70を通らずに外部へ出射されるのを防止することがで きる）。また、上述のように、サブマウント部材 30において LEDチップ 10が接合される 側の表面において LEDチップ 10との接合部位である導電パターン 31の周囲に、 LE Dチップ 10から放射された光を反射する反射膜 32を形成してあるので、 LEDチップ 10の側面力 放射された光がサブマウント部材 30に吸収されるのを防止することが でき、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。 [0055] また、図 4に示すように、発光装置 1は、 LEDチップ 10およびサブマウント部材 30 それぞれの平面視における外周形状が正方形状であり、平面視において LEDチッ プ 10の外周線がサブマント部材 30の外周線よりも内側に位置し且つ両外周線が並 行しないように LEDチップ 10がサブマウント部材 30の中央部に接合されており、 LE Dチップ 10の対角線とサブマウント部材 30の対角線とが非平行となっている。より具 体的には、 LEDチップ 10の対角線とサブマウント部材 30の対角線とのなす角度が 略 45度となるように LEDチップ 10がサブマント部材 30の中央部に接合されて 、る。
[0056] したがって、 LEDチップ 10とサブマウント部材 30とが両者の外周線が並行するよう な位置関係にある場合に比べて、サブマウント部材 30の平面サイズを小さくすること なぐ LEDチップ 10の 1つの対角線に沿った方向へ延出されるボンディングワイヤ 1 4の両端間の直線距離（つまり、 LEDチップ 10表面の電極と当該電極にボンディン グワイヤ 14を介して電気的に接続される導体パターン 23のインナーリード部 23aとの 距離)を短くすることができ、ボンディングワイヤ 14に起因した光取出し効率の低下を 抑制することができるとともに、枠体 40および発光装置 1全体の小型化を図ることが できる。要するに、サブマウント部材 30による熱伝導機能を低下させることなぐボン デイングワイヤ 14に起因した光取出し効率の低下を抑制することができるとともに、枠 体 40や発光装置 1全体の小型化を図ることができる。
[0057] また、上述の封止部 50の材料である封止榭脂としては、シリコーン榭脂を用いてい るが、シリコーン榭脂に限らず、アクリル榭脂などを用いてもよい。
[0058] 枠体 40は円筒状であり、枠体 40と光学部材 60とは、同一の透光性材料 (例えば、 シリコーンなど）により一体成形されており（言い換えれば、光学部材 60と枠体 40とが 連続一体に形成されており）、枠体 40と光学部材 60とで構成されるレンズブロックに おいて枠体 40と光学部材 60とで囲まれた空間が LEDチップ 10を収納する収納凹 部を構成している。また、枠体 40と光学部材 60は、封止部 50と屈折率および線膨張 率が同じ値となっている。なお、枠体 40と光学部材 60とは封止部 50の封止榭脂材 料の屈折率および弾性率を下回らない透光性材料により一体成形すればよぐ例え ば、封止榭脂がアクリル榭脂である場合には、光学部材 60と枠体 40とをアクリル榭 脂により一体成形してもよい。また、光学部材 60および枠体 40の透光性材料は、封 止榭脂の線膨張率と同等の線膨張率を有して 、ればよ 、。
[0059] 光学部材 60は、封止部 50側の光入射面 60aが平面状に形成され、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た平凸レンズ状に形成されている。また、光学部材 6 0は、当該光学部材 60の光軸力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の側面力も放射され た光は封止部 50を伝搬した後、光学部材 60あるいは枠体 40と空気層 80とを伝搬し 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。
[0060] 色変換部材 70は、シリコーンのような透光性材料と 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（つまり、色変換部材 70は、透光性 材料および蛍光体により形成されている）。したがって、発光装置 1は、 LEDチップ 1 0から放射された青色光と黄色蛍光体力も放射された光とが色変換部材 70の外面 7 Ob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光性材料は、シリコーンに限らず、例えば、アクリル榭脂、ガラス、 有機成分と無機成分とが nmレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機 .無機 ノ、イブリツド材料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光 性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。
[0061] 上述の色変換部材 70は、内面 70aが光学部材 60の光出射面 60bおよび枠体 40 の外側面に沿った形状に形成されている。したがって、光学部材 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。また、色変換部材 70は、実装基板 2 0側の端縁（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 ーン榭脂、エポキシ榭脂など)を用いて接着すればょ 、。
[0062] ところで上述のように、色変換部材 70は、色変換部材 70と光学部材 60の光出射面 60bおよび枠体 40の外側面との間、すなわち色変換部材 70の内側に空気層 80が 形成されるように配置されている。従って、色変換部材 70の内側の空気層 80が断熱 層として機能し、色変換部材 70の蛍光体で発生した熱が LEDチップに伝達されるの を抑制でき、 LEDチップの温度上昇を抑制することができる。また、色変換部材 70を 光学部材 60および枠体 40に密着させる必要がな 、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、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 長に応じて透光性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。
[0063] また、上述のように色変換部材 70と光学部材 60および枠体 40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 形して光学部材 60や枠体 40に当接する可能性が低くなり、上記外力により色変換 部材 70に発生した応力が 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り、し 力も、上述の空気層 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や、 LEDチップ 10から放射されて色変換部材 7 0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光 学部材 60側あるいは枠体 40側へ散乱されて光学部材 60あるいは枠体 40を透過す る光の光量を低減できて発光装置 1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。
[0064] ところで、本実施形態の LED照明器具は、各発光装置 1が、電気絶縁性を有し且 つ伝熱板 21と器具本体 100との間に介在して両者を熱結合させる絶縁層 90を介し て器具本体 100に接合されている（つまり、各発光装置 1が絶縁層 90を介して器具 本体 100の底壁 100aに実装されて!、る）。
[0065] ここにおいて、絶縁層 90は、シリカやアルミナなどのフイラ一力もなる充填材を含有 し且つ加熱時に低粘度化する榭脂シート (例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ 榭脂シートのような有機グリーンシート)力もなる接合用部材を用いて形成されている 。なお、絶縁層 90としては、シート状に成形したセラミックスの未燒結体力もなるダリ ーンシートを用いてもよい。
[0066] ここで、上述の絶縁層 90の代わりに、従来のゴムシート状の放熱シート (熱伝導シ ート）を挟む構成を採用した場合には、伝熱板 21と絶縁層 90との密着不足により両 者の間に空隙が発生して熱抵抗が増大したり発光装置 1ごとに器具本体 100までの 熱抵抗がばらついてしまうので、伝熱板 21などに荷重をかけるときのトルクを管理す る必要がある。また、上述の絶縁層 90として絶縁グリースを採用することも考えられ、 この場合には、伝熱板 21と絶縁層 90との間に空隙が形成されるのを防ぐことができ るが、絶縁層 90の経年変化 (粘度変化、収縮など）により両者の間に間隙が発生して 熱抵抗が増大したり、発光装置 1ごとに器具本体 100までの熱抵抗がばらついてしま う恐れがある。
[0067] これに対して、上記榭脂シートからなる接合用部材は、電気絶縁性を有するととも に熱伝導率が高く且つ加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、実装 基板 20の伝熱板 21を金属製の器具本体 100に接合する（伝熱板 21と器具本体 10 0の底壁 100aとの間に接合用部材を介在させた後で接合用部材を加熱することで 伝熱板 21と器具本体 100とを接合する)際に接合用部材と伝熱板 21および器具本 体 100との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着信頼性が向上すると ともに経年変化が少なくなり、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止 することができ、し力も、絶縁層 90の経年変化により伝熱板 21と絶縁層 90との間に 間隙が発生して熱抵抗が増大するのを防止することができる。なお、絶縁層 90にお ける熱伝達のための有効接触面積を 25mm2、絶縁層 90の厚みを 0. 1mmとした場 合、絶縁層 90の熱抵抗を 1KZW以下に抑制するには、絶縁層 90の熱伝導率が 4 WZm'K以上である条件を満足する必要があるが、上記榭脂シートとして上述の有 機グリーンシートを採用すれば、この条件を満足することもできる。
[0068] 本実施形態の LED照明器具の製造にあたっては、まず、例えば真空熱圧着技術 などを利用して各発光装置 1の構成要素である実装基板 20を器具本体 100に対し 絶縁層 90を介して接合し、その後、あらカゝじめ LEDチップ 10が接合されたサブマウ ント部材 30を伝熱板 21に接合する。その後、 LEDチップ 10の各電極と実装基板 20 の導体パターン 23, 23とをボンディングワイヤ 14, 14により電気的に接続する。次に 、図 5に示すように、 LEDチップ 10およびボンディングワイヤ 14, 14を封止部 50の 一部となる液状の第 1の封止榭脂材料 (例えば、シリコーン榭脂） 50aにより覆ってか ら、光学部材 60と枠体 40とで囲まれる空間に第 1の封止榭脂材料 50aと同一材料か らなり封止部 50の他の部分となる液状の第 2の封止榭脂材料 (例えば、シリコーン榭 脂） 50bを注入し、その後、光学部材 60を実装基板 20との間に枠体 40が介在する 形で実装基板 20に対向配置して各封止榭脂材料 50a, 50bを硬化させることにより 封止部 50を形成する。続いて、色変換部材 70を実装基板 20の配線基板 22に対し て例えば接着剤 (例えば、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂など)などにより固着する。 本実施形態では、実装基板 20のレジスト層 26の中央部に形成された円形状の開口 窓 26aの内径を保護カバー 70の最大外径よりもやや大きな寸法に設定してあり、第 1 の封止榭脂材料 50aをポッティングした際に開口窓 26aの内周面近傍まで流れ込ん だ第 1の封止榭脂材料 50aを、保護カバー 70と実装基板 20とを接合する接着剤とし て利用している。さらにその後、回路基板 200を器具本体 100内に収納して器具本 体 100に取り付け、回路基板 200と各発光装置 1および各電線との電気的接続を行 つてから、前カバー 130を器具本体 100に取り付ける。
[0069] なお、図 6に示すように、 LEDチップ 10とボンディングワイヤ 14, 14とを電気的に 接続した後、光学部材 60と枠体 40とで囲まれる空間に上述の封止部 50となる液状 の封止榭脂材料 (例えば、シリコーン榭脂） 50cを注入してから、光学部材 60を実装 基板 20との間に枠体 40が介在する形で実装基板 20に対向配置して封止榭脂材料 50cを硬化させることにより封止部 50を形成するような製造方法も考えられる。しかし ながら、このような製造方法では、製造過程において封止部 50にボイドが発生する 恐れがある。そこで、上述のような製造方法を用いることで、製造過程で封止部 50に ボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置 1を提供するこ とができる。ここで、第 2の封止榭脂材料 50bを注入する前に、第 1の封止榭脂材料 5 Oaを硬化させておけば、第 1の封止榭脂材料 50aの粘度が低下し上記収納凹部内 に閉じ込められたボイドが抜けやすくなるという利点がある。
[0070] また、レジスト層 26の中央部の開口窓 26aの内径を保護カバー 70の最大内径より もやや小さく設定し、保護カバー 70における実装基板 20側の端縁とレジスト層 26に おける開口窓 26aの周部とを全周に亘つて接着剤力もなる接合部 75により接合して もよい。この場合、保護カバー 70と実装基板 20との間に介在する接合部 75の厚み の制御が容易になるとともに、保護カバー 70と実装基板 20との接合の信頼性が向上 する。なお、接合部 75の接着剤としては、保護カバー 70と同じ材料を用いるのが望 ましい。
[0071] 以上のように、本実施形態の LED照明器具では、各発光装置 1が、電気絶縁性を 有し且つ伝熱板 21と器具本体 100との間に介在して両者を熱結合させる絶縁層 90 を介して器具本体 100に接合されており、点灯時に各発光装置 1で発生した熱が厚 み寸法の比較的大きな回路基板 200を通さずに絶縁層 90を介して金属製の器具本 体 100へ伝熱されて放熱されるので、従来のように LEDユニットの回路基板 300 (図 18、図 19参照）と器具本体との間にサーコン (登録商標)のようなゴムシート状の放 熱シートなどを挟んだ構成に比べて、 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するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、 L ED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。なお、各発光装置 1において伝熱板 21とサブマ ゥント部材 30とを合わせた厚み寸法は、回路基板 300の厚み寸法に比べて小さくす ることがでさる。
[0072] また、本実施形態の LED照明器具では、従来の LED照明器具と同じ光出力で使 用する場合には従来の LED照明器具の構成に比べて、 LEDチップ 10のジャンクシ ヨン温度を低減できて LEDチップ 10の寿命が長くなるという利点がある。なお、本実 施形態の LED照明器具では、発光装置 1が実装基板 20における LEDチップ 10の 実装面側に導体パターン 23, 23の一部力もなるアウターリード部 23b, 23bが設けら れているので、回路基板 200を用いることなく発光装置 1間をリード線などにより適宜 接続するようにすれば、低コストィ匕を図れるとともに、発光装置 1の配置の自由度が高 くなつて発光装置 1の個数の変更やレイアウト変更が容易になる。
[0073] また、本実施形態の LED照明器具では、各発光装置 1において LEDチップ 10力 LEDチップ 10と伝熱板 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を介して伝熱板 21に実装されているので、 LEDチップ 10 と伝熱板 21との線膨張率差に起因して LEDチップ 10が破損するのを防止すること ができ、信頼性を高めることができる。なお、上述のように LEDチップ 10と伝熱板 21 との間に介在させているサブマウント部材 30は、 LEDチップ 10と伝熱板 21との線膨 張率の差が比較的小さい場合には必ずしも設ける必要はなぐ LEDチップ 10と伝熱 板 21との間にサブマウント部材 30を介在させない場合の方力 LEDチップ 10と金 属製の器具本体 100の底壁 100aとの間の距離が短くなつて、 LEDチップ 10の発光 部 12から器具本体 100までの熱抵抗をより小さくすることができ、放熱性がさらに向 上するので、光出力のより一層の高出力化を図れる。
[0074] また、サブマウント部材 30の面積を LEDチップ 10の面積よりも大きくし、かつ LED チップ 10におけるサブマウント部材 30との対向面の内接円を上底面とし、伝熱板 21 の上記他面の外接円を下底面とした円錐台の母線が下底面に対してなす角度 Θを 45度付近とするときに、サブマウント部材 30の外周が円錐台の外側に出るようにサ ブマウント部材 30の寸法を設定することにより、 LEDチップ 10から発生した熱を伝熱 板 21の上記他面の全体に伝導することができる上に、熱流を直線的に流すことで効 率よく放熱することができる。
[0075] また、本実施形態の LED照明器具では、絶縁層 90の平面サイズを伝熱板 21の平 面サイズよりも大きく設定してあるので、絶縁層 90と伝熱板 21とが同じ平面サイズに 形成されて ヽる場合に比べて、金属材料カゝらなる伝熱板 21と金属部材である器具本 体 100との間の沿面距離を長くすることができ、耐雷サージ性を高めることができる。 ここにおいて、絶縁層 90の厚みについては、耐雷サージ性の要求耐圧に応じて厚 みを設計する必要があるが、熱抵抗を低減する観点力 はより薄く設定することが望 ましい。したがって、絶縁層 90に関しては、厚みを設定した上で、沿面距離の要求を 満足できるように平面サイズを設定すればょ 、。
[0076] また、本実施形態の LED照明器具では、各発光装置 1における枠体 40が、封止部 50の材料である封止榭脂と同等の線膨張率を有する透光性材料であって封止榭脂 の屈折率および弾性率を下回らな ヽ透光性材料により形成されて ヽるので、枠体 40 を金属材料 (例えば、 A1など）により形成する場合に比べて、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、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、しかも、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。
[0077] なお、本実施形態では、枠体 40と光学部材 60とが一体に形成されて 、たが、図 9 に示すように、枠体 400と光学部材 600とを別体に設けても良い。図 9では、光学部 材 600は、封止部 50側の光入射面 600aおよび光出射面 600b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。この場合、枠体 400を実装基板 20 に固着した後で枠体 400の内側に封止榭脂を充填 (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、その後、光学部材 600を封止部 50及び枠体 400に固着 すればよい。
(実施形態 2)
以下、本実施形態の LED照明器具を添付の図 10〜図 17に基づいて説明する。
[0078] 本実施形態の LED照明器具の基本構成は実施形態 1と略同じであり、発光装置 1 の構造および回路基板 200の構造が相違している。なお、実施形態 1と同様の構成 要素には同一の符号を付して説明を省略する。
[0079] 本実施形態における発光装置 1は、実施形態 1にて説明した枠体 40を備えておら ず、 LEDチップ 10から放射された光の配光を制御する光学部材 60が、実装基板 20 との間に LEDチップ 10を収納する形で実装基板 20の一表面側に配設されるドーム 状に形成されており、 LEDチップ 10および当該 LEDチップ 10に電気的に接続され たボンディングワイヤ 14, 14を封止した封止部 50が、光学部材 60と実装基板 20と で囲まれた空間に充実されており、色変換部材 70が、実装基板 20の上記一表面側 において光学部材 60の光出射面 60bとの間に空気層 80が形成されるように配設さ れている。
[0080] また、本実施形態では、実装基板 20における配線基板 22として、ポリイミドフィルム 力もなる絶縁性基材 22aの一表面側に給電用の一対の導体パターン 23, 23が形成 されたフレキシブルプリント配線板を採用している。
[0081] 本実施形態では、配線基板 22における各導体パターン 23, 23は、絶縁性基材 22 aの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材 22aの材料としては、 FR4、 FR5、紙フエノールなどを採用してもよい。
[0082] レジスト層 26は、配線基板 22の窓孔 24の近傍において各導体パターン 23, 23の 2箇所が露出し、配線基板 22の周部において各導体パターン 23, 23の 1箇所が露 出するようにパターユングされており、各導体パターン 23, 23は、配線基板 22の窓 孔 24近傍にぉ 、て露出した 2つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ 14が接続さ れるインナーリード部 (端子部） 23aを構成し、配線基板 22の周部において露出した 円形状の部位がアウターリード部 (外部接続用電極部） 23bを構成している。
[0083] また、本実施形態では、 LEDチップ 10として、一表面側において四隅のうちの隣り 合う 2箇所にアノード電極 13a (図 12および図 14A参照）が形成され、残りの 2箇所に 力ソード電極 13bが形成されたものを用いており、各アノード電極 13aそれぞれがボ ンデイングワイヤ 14を介して一方の導体パターン 23と電気的に接続され、各力ソード 電極 13bそれぞれがボンディングワイヤ 14を介して他方の導体パターン 23と電気的 に接続されている。また、 2つのアウターリード部 23bのうち LEDチップ 10の各ァノー ド電極 13aが電気的に接続されるアウターリード部 23b (図 12における右側のァウタ 一リード部 23b)には「 +」の表示が形成され、 LEDチップ 10の各力ソード電極 13b が電気的に接続されるアウターリード部 73b (図 12における左側の電極部 23b)には 「一」の表示が形成されているので、発光装置 1における両アウターリード部 23a, 23 bの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。
[0084] 本実施形態では、配線基板 22における窓孔 24が矩形状であり、図 14Aに示すよう に、当該矩形状の窓孔 24の各辺の中央部近傍にインナーリード部 23aが設けられて いる力 図 14Bに示すように、窓孔 24の各辺の一端近傍にインナーリード部 23aを設 けることにより、ボンディングワイヤ 14の全長を長くすることができ、封止部 50の膨張 収縮に起因したボンディングワイヤ 14の断線が起こりに《なり、信頼性が向上する。
[0085] なお、本実施形態 1における LEDチップ 10は、結晶成長用基板として 6H— SiC基 板を用いた青色 LEDチップであり、実施形態 1と同様に、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 A1Nを採用している力 サブマウン ト部材 30の材料は A1Nに限らず、線膨張率が結晶成長用基板の材料である 6H— S iC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ぐ例えば、複合 SiC、 Si、 Cu、 CuWなどを採用してもよい。
[0086] また、本実施形態における発光装置 1も、サブマウント部材 30の厚み寸法を、当該 サブマウント部材 30の表面が配線基板 22のレジスト層 26の表面よりも伝熱板 21から 離れるように設定してあり、 LEDチップ 10から側方に放射された光が配線基板 22の 窓孔 24の内周面を通して配線基板 22に吸収されるのを防止することができる。なお 、実施形態 1と同様に、サブマウント部材 30において LEDチップ 10が接合される側 の表面において LEDチップ 10との接合部位の周囲に、 LEDチップ 10から放射され た光を反射する反射膜を形成すれば、 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に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさ らに高めることが可能となる。
[0087] 光学部材 60は、実施形態 1と同様に透光性材料 (例えば、シリコーンなど）により形 成されているが、実施形態 1では平凸レンズ状の形状に形成されていたのに対して、 ドーム状に形成されている。ここにおいて、光学部材 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おり、 LEDチップ 10と光軸が一致するように配置されている。 したがって、 LEDチップ 10から放射され光学部材 60の光入射面 60aに入射された 光が光出射面 60bと空気層 80との境界で全反射されることなく色変換部材 70まで到 達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、 LEDチップ 10の側面力も放射さ れた光は封止部 50および光学部材 60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 7 0を透過したりする。また、光学部材 60は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一 様となるように形成されて 、る。
[0088] また、色変換部材 70は、内面 70aが光学部材 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、光学部材 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つ ている。
[0089] 上述の発光装置 1の製造方法にあたっては、例えば、 LEDチップ 10と各導体パタ ーン 23, 23とをそれぞれ 2本のボンディングワイヤ 14を介して電気的に接続した後、 図 12に示すようにデイスペンサ 400のノズル 401の先端部を配線基板 22の窓孔 24 に連続して形成されて 、る榭脂注入孔 28に合わせてサブマウント部材 30と配線基 板 22との隙間に封止部 50の一部となる液状の封止榭脂（例えば、シリコーン榭脂） を注入して力 硬化させ（図 13に当該封止榭脂からなる榭脂部 50dを示してある）、 その後、ドーム状の光学部材 60の内側に上述の封止部 50の残りの部分となる液状 の封止榭脂 (例えば、シリコーン榭脂）を注入してから、光学部材 60を実装基板 20に おける所定位置に配置して封止榭脂を硬化させることにより封止部 50を形成するの と同時に光学部材 60を実装基板 20に固着し、その後、色変換部材 70を実装基板 2 0に固着するような製造方法が考えられる。このような製造方法によれば、製造過程 において封止部 50に気泡（ボイド）が発生するのを抑制することができ、ボイドに起因 したボンディングワイヤ 14への応力集中を起こりにくくでき、信頼性を高めることがで きる。ただし、このような製造方法を採用する場合でも、製造過程において封止部 50 に気泡（ボイド）が発生する恐れがあるので、光学部材 60に液状の封止榭脂を多め に注入する必要がある。
[0090] し力しながら、このような製造方法を採用した場合、光学部材 60を実装基板 20にお ける上記所定位置に配置する際に液状の封止榭脂の一部が光学部材 60と実装基 板 20とで囲まれる空間力も溢れ出てレジスト層 26の表面上に広がってしまい、当該 溢れ出た封止榭脂からなる不要部での光吸収や当該不要部の凹凸に起因した光の 乱反射などにより、発光装置 1全体としての光取り出し効率が低下してしまうことが考 えられる。
[0091] そこで、本実施形態の発光装置 1では、実装基板 20の上記一表面において光学 部材 60のリング状の端縁に重なる部位と色変換部材 70のリング状の端縁に重なる 部位との間に、光学部材 60と実装基板 20とで囲まれる空間から溢れ出た封止榭脂 を溜める複数の榭脂溜め用穴 27を光学部材 60の外周方向に離間して形成してある 。ここで、榭脂溜め用穴 27は、配線基板 22に形成した貫通孔 27aと伝熱板 21にお いて貫通孔 27aに対応する部位に形成された凹部 27bとで構成されており、配線基 板 22の厚みを薄くしても榭脂溜め用穴 27の深さ寸法を大きくできて、榭脂溜め用穴 27に溜めることが可能な封止榭脂の量を多くすることができ、しかも、榭脂溜め用穴 27内で硬化した封止榭脂が LEDチップ 10から色変換部材 70への熱伝達を阻止す る断熱部として機能することとなり、 LEDチップ 10の発熱に伴う色変換部材 70の温 度上昇を抑制できるから、 LEDチップ 10の発熱に起因した蛍光体の発光効率の低 下を抑制することができる。
[0092] また、発光装置 1は、実装基板 20の上記一表面側において光学部材 60のリング状 の端縁に重なる部位と色変換部材 70のリング状の端縁と重なる部位との間に配置さ れて各榭脂溜め用穴 27を覆うリング状の光吸収防止用基板 140を備えており、各榭 脂溜め用穴 27内に溜まって硬化した封止榭脂からなる榭脂部による光吸収を、光吸 収防止用基板 140によって防止することができる。ここにおいて、光吸収防止用基板 140は、実装基板 20側とは反対の表面側に LEDチップ 10や色変換部材 70などか らの光を反射する白色系のレジスト層が設けられているので、上記光の吸収を防止 することができる。なお、光吸収防止用基板 140は、光学部材 60を実装基板 20にお ける所定位置に配置する際に溢れ出た封止榭脂が各榭脂溜め用穴 27内に充填さ れた後で、実装基板 20の上記一表面側に載置すればよぐその後で封止榭脂を硬 ィ匕させる際に封止榭脂により実装基板 20に固着されることとなる。ここで、リング状の 光吸収防止用基板 140には、各榭脂溜め用穴 27の微小領域を露出させる複数の切 欠部 142が形成されており、榭脂溜め用穴 27内の封止榭脂を硬化させる際にボイド が発生するのを防止することができる。
[0093] 以上説明した発光装置 1では、実装基板 20の上記一表面において光学部材 60の 実装基板 20側の端縁に重なる部位と色変換部材 70の実装基板 20側の端縁に重な る部位との間に榭脂溜め用穴 27が形成されているので、榭脂溜め用穴 27に溜めら れた封止榭脂が色変換部材 70を実装基板 20に固着する際に溢れることがなぐ実 装基板 20の上記一表面上に溢れ出た封止榭脂からなる不要部が形成されるのを抑 制することができる力ら、当該不要部での光吸収や当該不要部の凹凸に起因した光 の乱反射などによる光取り出し効率の低下を抑制することができ、光出力の高出力 化を図れる。
[0094] ここにおいて、本実施形態における発光装置 1では、複数の榭脂溜め用穴 27が光 学部材 60の外周方向に離間して複数設けられているので、実装基板 20の上記一表 面において光学部材 60の実装基板 20側の端縁に重なる部位と色変換部材 70の実 装基板 20側の端縁に重なる部位との間の距離を短くしながらも、実装基板 20の上記 一表面上に封止榭脂からなる不要部が形成されるのを抑制することができ、また、導 体パターン 23, 23が榭脂溜め用穴 27により分離されるのを防止することができ、 LE Dチップ 10への給電路の低抵抗ィ匕を図れる。
[0095] また、図 16および図 17に示した回路基板 200は、器具本体 100の底壁 100aに貫 設されている揷通孔 100cに挿通された給電用の電線 (リード線）が挿通される電線 揷通孔 206が貫設されており、電線揷通孔 206に挿通された一対の電線が電気的 に接続されるようになっている。また、回路基板 200は、器具本体 100の底壁 100a 側とは反対の表面側に白色系のレジスト層からなる光反射層 203が形成されており、 配線パターン 202の大部分が光反射層 203により覆われて 、る。
[0096] また、回路基板 200は、各開口窓 204の開口サイズが発光装置 1における実装基 板 20の平面サイズよりもやや大きく設定されている。ここにおいて、本実施形態にお ける発光装置 1では、実装基板 20の平面視における四隅に面取り部を形成して丸み をもたせてある力 各アウターリード部 23b近傍の面取り部（図 16における左右の面 取り部）に比べて残りの 2つの面取り部（図 16における上下の面取り部）の曲率半径 を大きくしてあるので、回路基板 200の上記一表面側において配線パターン 202の 形成可能な領域の面積を大きくすることができる。なお、図 17に示すように、回路基 板 200には、発光装置 1の LEDチップ 10へ過電圧が印加されるのを防止するため に、過電圧防止用の表面実装型のツエナダイオード 231および表面実装型のセラミ ックコンデンサ 232が各開口窓 204の近傍で実装されている。
[0097] 発光装置 1は、実装基板 20の各アウターリード部 23bが端子板 210を介して回路 基板 200の配線パターン 202と電気的に接続されている。ここにおいて、端子板 210 は、細長の金属板の一端部を L字状に曲成することにより配線パターン 202に厚み 方向が重なる形で半田などを用いて接合される端子片 211を形成するとともに、他端 部を J字状に曲成することによりアウターリード部 23bに厚み方向が一致する形で半 田などを用いて接合される端子片 212を形成したものであり、器具本体 100と回路基 板 200との線膨張率差に起因して接続端子 210とアウターリード部 23bおよび配線 ノターン 202それぞれとの接合部に発生する応力を緩和可能となっており、各発光 装置 1と回路基板 200との間の接続信頼性を高めることができる。
[0098] 以上説明した本実施形態の LED照明器具においても、実施形態 1と同様に、各発 光装置 1が、電気絶縁性を有し且つ伝熱板 21と器具本体 100との間に介在して両者 を熱結合させる絶縁層 90を介して器具本体 100に接合されているので、従来のよう に LEDユニットの回路基板 300 (図 18、図 19参照）と器具本体との間にサーコン (登 録商標）のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟んだ構成に比べて、 LEDチップ 1 0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するとともに 熱抵抗のばらつきが小さくなり、 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。
[0099] なお、上記各実施形態では、絶縁層 90を各発光装置 1毎に設けているが、器具本 体 100の底壁 100aよりもやや小さい 1枚の上記榭脂シートを複数個の発光装置 1に 対して共用してもよい。また、光学部材 60は必ずしも設ける必要は無ぐ必要に応じ て設けるようにすればよい。また、 LEDチップ 10の発光色と発光装置 1の所望の光 色とが同じである場合には、色変換部材 70の代わりに、透光性材料により形成され 蛍光体を含有していない保護カバーを設ければよい。また、器具本体 100の形状も 特に限定するものではなぐ例えば、平板状でもよい。また、上記各実施形態では、 L ED照明器具としてスポットライトを例示したが、本発明の技術思想を適用できる LED 照明器具はスポットライトに限らず、種々の LED照明器具に適用可能であり、例えば 、天井材のような造営材に取り付けるシーリングライトなどにも適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] LEDチップを用いた発光装置が金属製の器具本体に保持された LED照明器具で あって、
発光装置は、
LEDチップと、
熱伝導性材料力 なり前記 LEDチップが一表面側に実装される伝熱板と、 一表面側に前記 LEDチップへの給電用の導体パターンを有し前記伝熱板におけ る LEDチップの実装面側に固着された配線基板であり前記伝熱板における前記 LE Dチップの実装面を露出させる露出部が形成された配線基板と、
前記配線基板の前記一表面側において前記 LEDチップを封止した封止部と、 前記 LEDチップ力 放射される光によって励起されて前記 LEDチップの発光色と は異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成され前記配線基板 の前記一表面側において前記封止部を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材 とを備え、
電気絶縁性を有し且つ前記伝熱板と器具本体との間に介在して両者を熱結合させ る絶縁層を介して器具本体に接合されてなる。
[2] 請求項 1に記載の LED照明器具にお 、て、
前記発光装置は、前記 LEDチップが、前記 LEDチップと前記伝熱板との線膨張率 差に起因して前記 LEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材を介して前記 伝熱板に実装されてなる。
[3] 請求項 2に記載の LED照明器具にぉ 、て、
前記サブマウント部材は、前記 LEDチップよりも面積が大きぐ前記 LEDチップに おけるサブマウント部材との対向面の内接円を上底面とし前記伝熱板の他表面の外 接円を下底面とした円錐台の外側にサブマウント部材の外周が出るようにサブマウン ト部材の寸法が設定されて 、る。
[4] 請求項 3に記載の LED照明器具において、
前記円錐台の下底面と母線とのなす角度が 45度に設定されている。
[5] 請求項 1に記載の LED照明器具にお 、て、 前記絶縁層は、フイラ一力 なる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する榭脂シ ートにより形成されてなる。
[6] 請求項 1に記載の LED照明器具にお 、て、
前記絶縁層は、前記伝熱板よりも平面サイズが大きく設定されてなる。
[7] 請求項 1に記載の LED照明器具にお 、て、
前記色変換部材は、当該色変換部材の内側に空気層が形成されるように配置される
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