CN103339751A - 发光模块以及使用该发光模块的灯 - Google Patents

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Abstract

发光模块(1)具备:基板(110);配置在基板(110)的主面侧的LED芯片(120);密封部件(140),以覆盖LED芯片(120)的方式配置在基板(110)的主面侧,对从LED芯片(120)放出的光的波长进行变换;以及传热部件(160),将LED芯片(120)的侧面与基板(110的主面热结合,将由LED芯片(120)产生的热向基板(110)放出。而且,传热部件(160)包括:硅树脂;以及分散在该硅树脂中且由热传导率比该硅树脂高的ZrO2形成的纳米粒子和由MgO构成的微粒子(161)。

Description

发光模块以及使用该发光模块的灯
技术领域
本发明涉及一种使用了半导体发光元件的发光模块,特别涉及提高散热性的技术。
背景技术
近年,LED(Light Emitting Diode)芯片等半导体发光元件,白炽灯泡或者卤素灯泡相比高效率且长寿命,因此作为灯用的新光源值得期待。该LED芯片为,当其温度上升时,光输出会降低。因此,在使用了该LED芯片的灯中,抑制LED芯片的温度上升较重要。
因此,一直以来,提出有实现了抑制LED芯片的温度上升的灯(参照专利文献1、2)。
专利文献1、2记载的灯为,具备:由基板和基板上所安装的多个LED芯片构成的发光模块;安装该发光模块的基台;以及一部分向灯外部露出并且在内部保持基台的壳体;基台和壳体一体形成。在这些灯中,由LED芯片产生并向基台传递的热被向壳体高效地传递,因此能够抑制LED芯片的温度上升。
在这些灯中,一般,使用将LED芯片提高由硅树脂等构成的粘合剂粘合在基板上而成的发光模块。然后,由LED芯片产生的热经由由硅树脂构成的粘合剂向基板传热。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-313717号公报
专利文献2:日本特开2009-037995号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,近年来,灯的高亮度化的要求提高,LED芯片使用高输出的情况也较多,这种高输出的LED芯片的发热量较大。
与此相对,专利文献1、2记载的灯,未提高将LED芯片与基板粘合的粘合剂的散热性。因此,从LED芯片向基板的散热性不充分,可能不能够充分抑制LED芯片的温度上升。
本发明是鉴于上述事由而进行的,其目的在于提供能够实现半导体发光元件的散热性提高的发光模块。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明的发光模块具备:基板;配置在基板的主面侧的半导体发光元件;波长变换部件,以覆盖半导体发光元件的方式配置在基板的主面侧,对从半导体发光元件放出的光的波长进行变换;以及传热部件,将半导体发光元件的外周面的至少一部与基板的主面热结合,将由半导体发光元件产生的热向基板传递;传热部件由具有透光性的基材、和分散在该基材中且由热传导率比该基材高的透光性材料形成的粒子构成。
发明的效果
根据本构成,发光模块具备传热部件,该传热部件将半导体发光元件的外周面的至少一部与基板的上述主面热结合并将由上述半导体发光元件产生的热向基板传热,该传热部件由具有透光性的基材、和分散在该基材中且由热传导率比该基材高的透光性材料形成的粒子构成,与传热部件仅由基材构成的情况相比,由半导体发光元件产生的热经由传热部件被高效地传热到基板,因此促进半导体发光元件的温度上升的抑制。
此外,该传热部件由具有透光性的基材、和分散在该基材中且由热传导率比该基材高的透光性材料形成的粒子构成,从半导体发光元件发出的光未被传热部件遮挡,因此能够抑制从半导体发光元件发出的光的取出效率的降低。并且,通过使传热部件由基材和热传导率比基材高的粒子构成,由此能够实现传热部件的设计自由度的提高。
附图说明
图1表示实施方式1的发光模块,(a)为平面图,(b)是从箭头的方向观察(a)中的按照A-A’线切断的剖面的图,(c)是将(b)中由点划线A1包围的区域放大的截面图,(d)是从箭头的方向观察(a)中按照B-B’线切断的剖面的图。
图2中(a-1)是比较例的发光模块的局部截面图,(a-2)是用于说明比较例的发光模块的散热特性的热电路图,(b-1)是实施方式1的发光模块的局部截面图,(b-2)是用于说明实施方式1的发光模块的散热特性的热电路图。
图3是用于对实施方式1的发光模块说明传热部件内的热传递路径的图。
图4是用于说明实施方式1的传热部件的光学特性的图。
图5是用于说明实施方式1的传热部件的光学特性的图。
图6是实施方式1的发光模块的各制造工序的截面图。
图7是实施方式2的发光模块的局部截面图。
图8是用于说明实施方式2的传热部件的散热特性的图。
图9表示实施方式3的发光模块,(a)为平面图,(b)是对于(a)中由点划线A2包围的区域将密封部件除去的状态的平面图,(c)为局部截面图。
图10表示实施方式3的灯,(a)为立体图,(b)为截面图。
图11是实施方式4的灯单元的立体图。
图12是实施方式4的灯单元的分解立体图。
图13是实施方式5的照明装置的截面图。
图14是变形例的发光模块的局部截面图。
图15是变形例的发光模块的局部截面图。
图16是变形例的发光模块的局部截面图。
图17是变形例的发光模块的局部截面图。
图18是变形例的发光模块的局部截面图。
图19是变形例的发光模块的局部截面图。
图20表示变形例的发光模块,(a)是对于一部分将密封部件除去的状态的平面图,(b)为局部截面图。
图21是变形例的发光模块的局部平面图。
图22是变形例的灯的截面图。
具体实施方式
<实施方式1>
<1>整体构成
图1的(a)是本实施方式的发光模块1的平面图。图1的(b)是从箭头方向观察图1中按照A-A’线切断的剖面的图,图1的(c)是将图1的(b)中由点划线A1包围的区域放大的截面图。
如图1的(a)所示那样,发光模块1具备基板110、在基板110上配设了2列的多个LED芯片(半导体发光元件)120、用于向LED芯片120供给电力的布线图案130、以及按照每列将多个LED芯片120一并密封的密封部件140。此外,如图1的(c)所示那样,发光模块1具有用于将LED芯片120粘合在基板110上的芯片安装部件150以及用于将由LED芯片120产生的热向基板110放出的传热部件160。
<1-1>基板
如图1的(a)所示那样,基板110形成为俯视矩形状,在长边方向的两端部分别形成有贯通孔112,该贯通孔112用于连接用于从电源电路向LED芯片120供给电力的导线。此外,考虑到将基板110向散热片等上固定时的便利,在基板110的大致中央部形成有贯通孔114。此外,基板110不限定于俯视矩形状,也可以为椭圆形、多边形等其他形状,此外,也可以不形成贯通孔112或者贯通孔114。
该基板110例如由散热性优良的高热传导率的陶瓷形成。此外,该基板110相对于可见光是透明的。因此,即使在LED芯片120仅安装在基板110的厚度方向的一面侧的情况下,从LED芯片120放射的光也会从基板110的厚度方向的另一面侧放出,因此能够得到全方位配光特性。作为这种基板110的材料,例如使用具有透过率为96%的透光性的陶瓷的一种、即氧化铝(Al2O3)即可。此外,该基板110的材料不限定于陶瓷,也可以是树脂、玻璃。此外,如果不考虑配光特性,则也可以是金属(例如铝等)。
<1-2>LED芯片
如图1的(a)所示那样,LED芯片120为,构成将20个LED芯片120沿着基板110的长边方向配设2列而成的元件列。这些元件列被设置为,在基板110的短边方向上以夹着贯通孔112的形式并列。此外,LED芯片120的个数不限定于20个,也可以根据发光模块1的用途而适当地变更,此外,元件列也可以仅设置1列、或者也可以设置3列以上的多列。
此外,如图1的(b)所示那样,LED芯片120是表面安装型(所谓COB型)的LED。此外,如图1的(c)所示那样,在LED芯片120的上表面上设置有电极(未图示)。然后,多个LED芯片120为,经由将相互相邻的LED芯片120的电极彼此电连接的金属线122串联地连接。
该LED芯片120是由进行蓝色发光的GaN系材料形成的LED。该LED芯片120从夹在由N型半导体构成的复合层和由P型半导体构成的复合层之间的由半导体构成的活性层放出光。此外,LED芯片120具有长方体状的形状,从LED芯片120的活性层放出的光,不仅从LED芯片120的上表面以及底面、还从4个侧面向LED芯片120的外部放射。换句话说,LED芯片120的光出射面为上表面、底面以及4个侧面。此外,LED芯片120在产生光的同时还产生热。
<1-3>布线图案
如图1的(a)所示那样,布线图案130分别形成在基板110的长边方向的两端部。该布线图案130包括:焊盘部130a,配设在基板110的贯通孔112的外周部;以及2个脚部130b,从焊盘部130a的基板110的短边方向的两侧沿着基板110的相邻的2边延伸突出。然后,在基板110的长边方向的两端部所形成的布线图案130之间,配设2列元件列。在此,各布线图案130的焊盘部130a,通过钎焊等与分别插入在基板110的贯通孔112中的导线的前端部电连接。然后,在2个布线图案130中的任一方上,连接电源电路的高电位侧的输出端,在另一方上连接电源电路的低电位侧的输出端。该布线图案130例如由银(Ag)、钨(W)、铜(Cu)或者ITO(IndiumTinOxide)等导电性材料形成。此外,如图1的(c)所示那样,各布线图案130的脚部130b和LED芯片120经由金属线124电连接。
此外,也可以在布线图案的表面上实施镍(Ni)/金(Au)等的电镀处理,对焊盘部130a以及脚部130b的将与焊盘部130a连续的一端部相反侧的另一端部(金属线124的端部所结合的部位)除去的部位、实施玻璃等的涂层。此外,2个布线图案130的任一方也可以接地。
<1-4>密封部件
如图1的(a)所示那样,密封部件140以覆盖2个上述元件列各自的方式,沿着基板110的长边方向设置。该密封部件140由含有荧光体的透光性的树脂材料形成。该密封部件140作为对从LED芯片120放射的光的波长进行变换的波长变换部件起作用。
作为该透光性的树脂材料,例如为硅树脂、氟树脂、硅·环氧的混合树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚氨基甲酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等。此外,密封部件140的材料不限定于透光性的树脂材料,也可以是以SiO2等为主成分的玻璃等。或者,作为密封部件140的材料,也可以使用有机-无机混合透光体。该有机-无机混合透光体由玻璃和树脂构成。
此外,作为荧光体,例如能够使用YAG荧光体((Y,Gd)3Al5O12:Ce3+)、硅酸盐荧光体((Sr,Ba)2SiO4:Eu2+)、氮化物荧光体((Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu2+)、氮氧化物荧光体(Ba3Si6O12N2:Eu2+)的粉末。由此,通过使从各LED芯片120出射的蓝光、与将该蓝光的一部分通过荧光体变换而出射的黄绿色进行混色,由此得到白色光。此外,密封部件140不一定需要含有荧光体。此外,LED芯片120由密封部件140密封,由此能够防止LED芯片120的劣化。
<1-5>芯片安装部件
如图1的(c)以及(d)所示那样,芯片安装部件150夹在LED芯片120和基板110的主面之间,将LED芯片120粘合固定在基板110上。该芯片安装部件150例如由粘合剂构成,该粘合剂由硅树脂等具有透光性的热传导性树脂形成。如此,芯片安装部件150具有透光性,因此从LED芯片120的底面放射的光透过芯片安装部件150而向基板110的内部传播。
该芯片安装部件150的热阻,通过以下的式(1)计算。
[数1]
RthD = TD SD × κD
……(式1)
在此,RthD表示芯片安装部件150的热阻,TD表示芯片安装部件150的厚度,SD表示芯片安装部件150的剖面积,κD表示芯片安装部件150的热传导率。
例如,在芯片安装部件150的外形尺寸形成为365μm×365μm×2μm、材料为硅树脂的情况下,由于硅树脂的热传导率为0.15W/m·K,因此根据式(1),芯片安装部件150的热阻成为大约100(K/W)。
<1-6>传热部件
传热部件160具有将LED芯片120在产生光时产生的热向基板110放出的功能。如图1的(c)以及(d)所示那样,传热部件160配置在基板110上的LED芯片120的外周区域,与LED芯片120的4个侧面接触,将LED芯片120与基板110热结合。该“热结合”是指,成为能够从所结合的2个物体之间的一方向另一方传导热的状态。此外,相邻的2个LED芯片120各自的外周区域所配置的传热部件160相互不相接。
该传热部件160由具有透光性的基材、分散在该基材中且由热传导率比该基材高的透光性材料形成的粒子构成。具体地说,传热部件160包括:具有透光性的基材即硅树脂;以及分散在该硅树脂中的由纳米粒子形成的复合材料162和微粒子161。在此,纳米粒子和微粒子,相当于由热传导率比基材高的透光性材料形成的粒子。以下,将复合材料162称为纳米复合材料。该纳米复合材料162起到保持微粒子161的作用。在此,纳米粒子是指平均粒径为蓝光的波长即450nm以下的粒子,微粒子161是指平均粒径大于红色光的波长即660nm的1μm至100μm的粒子。此外,作为纳米粒子以及微粒子161的材料,例如使用ZnO、MgO、蓝宝石、Al2O3、Y2O3、TiO2、ZrO2即可。此外,构成纳米粒子以及微粒子的透光性材料,是除了荧光体材料以外的材料。因此,从LED芯片120出射的光,在透过该传热部件160时,不进行波长变换。如此,通过成为不利用传热部件160来进行波长变换的构成,由此从发光模块1出射的光的颜色,仅由从LED芯片120出射的光的颜色和通过密封部件140变换而发出的光的颜色决定。由此,存在从发光模块1出射的光的颜色容易进行调整这种优点。
在此,如果可见光波长的波段比450nm大且为750nm以下,则微粒子161的平均粒径比可见光波长大,纳米粒子的平均粒径比可见光波长小。
在此,蓝宝石的热传导率为42(K/m·W),Al2O3的热传导率为36(K/m·W),Y2O3的热传导率为11(K/m·W),ZnO以及MgO的热传导率为54(W/m·K),ZrO2的热传导率为3.0(W/m·K),硅树脂的热传导率高于0.15(W/m·K)。这些陶瓷,能够使用为构成传热部件160的一部分的微粒子161、纳米粒子的材料。例如,也可以使微粒子161由MgO形成,使纳米粒子由ZrO2形成。在该情况下,构成微粒子161的MgO的热传导率比构成纳米粒子的ZrO2大。
此外,微粒子161也可以使用平均粒径相互不同的多种粒子。例如,在使用平均粒径不同的两种微粒子的情况下,平均粒径较小的微粒子(以下称为“小微粒子”。)的平均粒径优选为,即使在将平均粒径较大的微粒子(以下称为“大微粒子”。)最密地填充到传热部件160中的情况下、也能够进入到在相邻接的大微粒子之间产生的间隙中的大小以下。由此,能够提高传热部件160中的微粒子161的填充率,因此能够提高从LED芯片120向基板110的传热性。
微粒子161以及纳米粒子的平均粒径,通过使用了动态光散射法的测定方法(例如,作为测定装置,使用了日机装公司制的nanotrac-UT151的测定方法)来测定。然后,将纳米粒子混入有机溶剂等溶剂,使用含有纳米粒子的浓度低于30wt%的溶液来测定。其原因为,当溶液的浓度为30wt%以上时,由于多重散射的影响而不能够得到正确的值。此外,本说明书的“平均粒径”相当于如下粒径:相对于根据通过测定而得到的粒径分布来计算的纳米粒子的总体积,从粒径较小一方对纳米粒子的体积进行累加的结果,累积体积成为总体积的50%时的粒径。此外,微粒子161以及纳米粒子的平均粒径,也可以在将传热部件160在任意的位置切断后,利用使用SEM(ScanningElectronMicroscope)等观察该剖面而得到的结果来测定。
此外,传热部件160接触的LED芯片120的侧面的数量不限定于4个,也可以为一个以上、3个以下。此外,传热部件160不限定于与LED芯片120的侧面整体接触,例如也可以与LED芯片120的侧面的一部分(例如下部)接触。
<2>关于发光模块的散热特性
在此,关于本实施方式的发光模块1的散热路径,在与比较例的发光模块的散热路径进行比较的同时进行说明。
图2的(a-1)是比较例的发光模块的局部截面图,图2的(a-2)是用于说明比较例的发光模块的散热特性的热电路图。此外,图2的(b-1)是本实施方式的发光模块1的局部截面图,图2的(b-2)是用于说明本实施方式的发光模块1的散热特性的热电路图。
在比较例的发光模块中,由LED芯片120产生的热经由经过了芯片安装部件150的散热路径(参照图2的(a-1)中的箭头AR1),向基板110放出。因此,当将LED芯片120设为热源P,将芯片安装部件150设为热阻RthD,将基板110以及收纳基板110的壳体等设为热阻RthH时,能够用图2的(a-2)所示那样的热电路图来表示。
另一方面,如图2的(b-1)所示那样,在发光模块1中,由LED芯片120产生的热,除了经过了芯片安装部件150的散热路径(参照图2的(b-1)中的箭头AR1)以外,还经由经过了传热部件160的散热路径(参照图2的(b-1)中的箭头AR2)向基板110放出。因此,当将LED芯片120设为热源P,将芯片安装部件150设为热阻RthD,将传热部件160设为热阻Rthn,将基板110以及收纳基板110的壳体等设为热阻RthH时,如图2的(b-2)所示那样,能够用与芯片安装部件150相当的热阻RthD和与传热部件160相当的热阻Rthn并联地连接在LED芯片120与基板110以及壳体等之间的热电路来表示。于是,芯片安装部件150和传热部件160的合成热阻能够用以下的式(2)来表示。
[数2]
Rsyns = RthD × Rthn RthD + Rthn
……(式2)
在此,Rsyns为合成热阻,RthD为芯片安装部件150的热阻,Rthn为传热部件160的热阻。
因此,在本实施方式的发光模块1中,在想将芯片安装部件150以及传热部件160的合成热阻Rsyns的大小,减小到芯片安装部件150的热阻RthD单体的大小的10分之1的情况下,使传热部件160的热阻Rthn成为芯片安装部件150的热阻RthD的9分之1即可。例如,在芯片安装部件150的热阻RthD为100(K/W)的情况下,使传热部件160的热阻Rthn成为大约11(K/W)即可。
在此,使用图3,对在传热部件160内传递的热的热传递路径进行说明。该热传递路径是指,由LED芯片120产生的热向基板110放出为止的路径。
在图3的(a)所示那样的情况下,通过一个微粒子161,形成主要的热传递路径PT10。在热传递路径PT10中,仅存在热传导率比纳米复合材料162高的微粒子161。
此外,如图3的(b)所示那样,在与LED芯片120的侧面接触的微粒子161和与基板110接触的微粒子161相互接触的情况下,由LED芯片120产生的热的主要的热传递路径PT11为,从LED芯片120进入与LED芯片120的侧面接触的一方的微粒子161内,然后通过2个微粒子161的接触部分而进入与基板110接触的另一方的微粒子161内,并到达基板110的路径。在该情况下,在热传递路径PT11中,也仅存在热传导率比纳米复合材料162高的微粒子161。
此外,在如图3的(c)所示那样的情况下,通过与LED芯片120侧面接触的微粒子161、与基板110的主面接触的微粒子161、以及夹在这2个微粒子161之间的纳米复合材料162,形成主要的热传递路径PT20。在图3的(c)的情况下,在热传递路径PT20中夹有热传导率比微粒子161低的纳米复合材料162,因此与图3的(a)所示的热传递路径PT10以及图3的(b)所示的热传递路径PT11相比,热传递路径PT20上的每单位长度的热阻变大,相应地散热性降低。
因此,传热部件160为,自身所含有的微粒子161的量越多,则微粒子161彼此越容易接触,越容易形成仅存在微粒子161的热传递路径。由此,容易实现传热部件160的热阻的减少。
<3>传热部件的光学特性
接下来,对传热部件160的光学特性进行说明。
图4表示用于说明本实施方式的传热部件的光学特性的图。
在从LED芯片120放射的光中,存在从LED芯片120的侧面进入传热部件160、并如图4所示那样在传热部件160内传播而向传热部件160的外部放出的成分。
当微粒子161的折射率比纳米复合材料162的折射率大或者小时,如图4的(a)所示那样,在微粒子161和纳米复合材料162的界面光会被散射。结果,LED芯片120的光的取出效率可能降低。
与此相对,如果微粒子161的折射率与纳米复合材料162的折射率相同,则如图4的(b)所示那样,抑制微粒子161和纳米复合材料162的界面的光散射。结果,能够防止LED芯片120的光的取出效率降低。
因此,在本实施方式中着眼于如下情况,使纳米粒子分散在基材中而成的纳米复合材料162为,在构成自身的一部分的纳米粒子的体积分率为0%时,为构成基材的材料单体的折射率,在纳米粒子的体积分率为100%时,是构成纳米粒子的材料单体的折射率,在纳米粒子的体积分率为0%至100%之间,则折射率与纳米粒子的体积分率成正比例地变化。例如,在纳米粒子由ZrO2形成、基材为硅树脂的情况下,纳米粒子的体积分率为0%的纳米复合材料162的折射率、与硅树脂单体的折射率1.4相同,纳米粒子的体积分率为100%时的纳米复合材料162的折射率、与ZrO2单体的折射率2.4相同。此外,在纳米粒子的体积分率为0%至100%的中间值的情况下,纳米复合材料162的折射率成为1.4至2.4之间的值。
图5的(a)示出对纳米复合材料162中分散的由ZrO2形成的纳米粒子的体积分率与纳米复合材料162的折射率之间的关系进行表示的直线,图5的(b)表示硅树脂以及ZrO2等主要的陶瓷的折射率。
在本实施方式中,以构成传热部件160的一部分的纳米复合材料162的折射率与构成微粒子161的MgO的折射率成为相同的方式,设定纳米复合材料162中的纳米粒子的体积分率。如图5的(b)所示那样,MgO的折射率为1.72,因此将纳米复合材料162在的由ZrO2形成的纳米粒子的体积分率设定为大约25%即可(参照图5的(a)的虚线)。
另一方面,纳米复合材料162具有当所含有的纳米粒子的体积分率变大时、其变脆这种性质。特别是,当纳米粒子的体积分率成为80%以上时,纳米复合材料162变脆的可能性提高。因此,从纳米复合材料162的脆性的观点出发优选为,即使得到相同的折射率,也通过使用折射率较大的纳米粒子来降低纳米粒子的体积分率。
此外,微粒子161的折射率接近硅树脂的折射率时,能够降低为了成为与微粒子161的折射率相同所需要的纳米粒子的体积分率,因此从纳米复合材料162的脆性的观点出发是有利的。
<4>发光模块的制造方法
图6表示本实施方式的发光模块1的各制造工序的截面图。
如图6的(a)所示那样,首先,在基板110的厚度方向的单面侧配设LED芯片120。此时,LED芯片120通过芯片安装部件150固定在基板110上。在本实施方式中,配设20个LED芯片120。
接下来,如图6的(b)所示那样,预先制作而准备形成有多个贯通孔1002的掩膜1000,并以掩膜1000的贯通孔1002分别与LED芯片120对置的方式进行配置。在此,掩膜1000的贯通孔1002各自的中心位置与基板110上所配设的LED芯片120各自的中心位置大致一致。此外,贯通孔1002的俯视形状为大致矩形状,且比LED芯片120的外形尺寸大。
接着,如图6的(b)的箭头所示那样,将各LED芯片120向掩膜1000的贯通孔1002中插入,而使基板110与掩膜1000贴合。此时,在LED芯片120的侧面与掩膜1000的贯通孔1002的内壁之间,形成有间隙。在此,掩膜1000以各贯通孔1002围绕LED芯片120的方式固定在基板110上。此外,基板110与掩膜1000之间的固定,使用与由硅树脂形成的粘合剂相比粘合力更弱的粘合剂(未图示)来进行。
然后,如图6的(c)所示那样,向掩膜1000的贯通孔1002内,将成为传热部件160的基础的、由微粒子161和纳米复合材料162构成的混合液1160,向在LED芯片120的侧面与掩膜1000的贯通孔1002的内壁之间形成的间隙中填充。该混合液1160如下制造:首先,向硅树脂中混入由ZnO2形成的纳米粒子并进行搅拌之后,进一步混入有MgO形成的微粒子161并进行搅拌。
此外,混合液1160的填充为,如图6的(c)所示那样,使用分配器按照掩膜1000的每个贯通孔1002依次进行。此外,以混合液1160不会从贯通孔1002溢出的方式,预先计算贯通孔1002内侧的填充容积,使用定量喷嘴而以一定的填充量进行填充。该填充容积根据贯通孔1002内侧的填充容积和LED芯片12的体积来计算。
然后,如图6的(d)所示那样,当在LED芯片120的周部配置有混合液1160时,将掩膜1000从基板110剥离(参照图6的(e))。此处,混合液1160具有比较高的粘性,因此不会沿着基板110上流动。
接下来,通过对基板110整体加热来形成传热部件160。
最后,通过从基板110上、选择地除去为了将基板110与掩膜1000进行固定而使用的粘合剂,由此完成发光模块1。
最终,本实施方式的发光模块1为,具备将LED芯片120的侧面与基板110的主面热结合并将由LED芯片120产生的热向基板110放出的传热部件160,由此由LED芯片120产生的热经由传热部件160向基板110放出,因此促进LED芯片120的温度上升的抑制。
此外,传热部件160包括具有透光性的硅树脂、分散在该硅树脂中且具有透光性的纳米复合材料162、具有透光性的微粒子161,从LED芯片120发出的光不会被传热部件160遮挡,因此能够抑制从LED芯片120发出的光的取出效率的降低。
并且,传热部件160包括在硅树脂中分散由ZrO2形成的纳米粒子而成的纳米复合材料162;以及微粒子161。然后,通过改变纳米复合材料162中的纳米粒子的体积分率,能够将纳米复合材料162的折射率以接近微粒子161的折射率的方式自由地设定。由此,能够扩大微粒子161使用的材料选择范围,因此能够实现传热部件160的设计自由度的提高。
<实施方式2>
以下,对本实施方式的发光模块2的构造进行说明。
图7是发光模块2的局部截面图。
如图7所示那样,发光模块2与实施方式1的发光模块1为大致同样的构成,与实施方式1的不同点为,传热部件260不含有微粒子161,而仅有纳米复合材料单体构成。因此,在本实施方式中,对传热部件260进行说明。此外,对于与实施方式1同样的构成赋予相同的附图标记而适当地省略说明。
传热部件260与实施方式1同样,具有将由LED芯片120产生的热向基板110放出的功能。如图7所示那样,传热部件260配置在LED芯片120的外周面的与基板110的主面正交的4个侧面和基板110的主面之间,将LED芯片120与基板110热结合。
该传热部件260由向作为基材的硅树脂中分散了由ZrO2形成的纳米粒子的纳米复合材料构成。
然而,在该纳米复合材料的热传导率与纳米复合材料中所分散的纳米粒子的体积分率之间,以下的式(3)所示的关系成立。
[数3]
1 - Vd = κm - κd κc - κd ( κc κm ) 1 3
……(式3)
在此,Vd为纳米粒子的体积分率,κm为纳米复合材料的热传导率,κd为构成纳米粒子的材料单体的热传导率,κc为基材的热传导率。
此外,硅树脂的热传导率为0.15(W/m·K),ZnO以及MgO的热传导率为54(W/m·K),TiO的热传导率为8.0(W/m·K),ZrO2的热传导率为3.0(W/m·K)。根据这些热传导率以及式(3),纳米粒子的体积分率与纳米复合材料的热传导率之间的关系能够用图8所示那样的曲线来表示。
根据图8可知,作为纳米粒子的材料,与使用ZrO2、TiO2相比,在使用了ZnO、MgO的情况下,能够以更低的体积分率得到更高的热传导率。纳米复合材料具有当所含有的纳米粒子的体积分率变大时、其脆性增大这种性质。因此,作为构成纳米粒子的材料,在选择了能够以更低的体积分率得到更高的热传导率的材料、例如ZnO、MgO的情况下,从发光模块2的可靠性的观点出发是有利的。
此外,实际上,在将平均粒径为4.0nm的由ZrO2形成的纳米粒子向硅树脂中混入、而试着制造了纳米复合材料时,可知其并不白浊、相对于可见光为透明。如果为该纳米复合材料,则如图7所示那样,传热部件260能够以与LED芯片120的作为光出射面的4个侧面分别接触的状态配置。
因此,如果通过由分散了由ZrO2形成的纳米粒子的硅树脂形成的纳米复合材料来构成传热部件260,则能够在维持从LED芯片120发出的光的取出效率的同时,能够实现与硅树脂单体相比提高热传导率。
然而,在发光模块2中,在想将芯片安装部件150以及传热部件260的合成热阻的大小减少到芯片安装部件150的热阻RthD单体的大小的10分之1的情况下,如之前使用式(2)进行了说明的那样,使传热部件260的热阻成为芯片安装部件150的热阻的9分之1即可。
例如,在芯片安装部件150的热阻为2(K/W)的情况下,使传热部件260的热阻成为0.2(K/W)即可。在此,当将通过芯片安装部件150的热路径的剖面积设为Sd,将长度设为Ld,将热传导率设为κd,将通过传热部件260的热路径的剖面积设为Sn,将长度设为Ln,将构成传热部件260的纳米复合材料的热传导率设为κd时,式(4)的关系式成立。
[数4]
Rn Rd = Ln / Ld κn / κd × Sn / Sd
……(式4)
然后,关于本实施方式的发光模块2,如果使通过传热部件260的热路径的剖面积为通过芯片安装部件150的热路径的剖面积的2倍,使通过传热部件260的热路径的长度为通过芯片安装部件150的热路径的长度的4倍,则根据芯片安装部件150的热传导率κd为0.15W/m·K、以及由式(4)表示的关系式,构成传热部件260的纳米复合材料所需要的热传导率κn成为2.7W/m·K。
于是,根据式(3)的关系式,如果使纳米复合材料的基材为硅树脂,则在想得到热传导率κn为2.7W/m·K的纳米复合材料的情况下,在形成纳米粒子的材料为ZnO以及MgO的情况下,纳米粒子的体积分率成为大约60%,在成为纳米粒子的材料为TiO的情况下,纳米粒子的体积分率成为大约71%,在形成纳米粒子的材料为ZrO2的情况下,纳米粒子的体积分率成为大约95%。根据上述的纳米复合材料的脆性的观点,作为形成纳米粒子的材料,ZnO、MgO是有利的。
<实施方式3>
以下,对本实施方式的发光模块1001的构造进行说明。此外,对于与实施方式1同样的构成赋予相同的附图标记而适当地省略说明。
图9表示本实施方式的发光模块,(a)为平面图,(b)是对于(a)中由点划线A2包围的区域将密封部件除去了的状态的平面图,(c)为局部截面图。
如图9的(a)至(c)所示那样,发光模块1001具备基板1110、多个LED芯片120、密封部件1140、以及配置在多个LED芯片120各自的外周区域的多个传热部件160。
基板1110形成为矩形板状,在一面上形成布线图案,并且在该一面的大致中央部配设有俯视圆环状的框体1118。布线图案构成为,包括:用于从外部电源受电的电极焊盘1130a;以及用于将相互相邻的2个LED芯片120彼此进行电连接的焊盘部1130b。焊盘部1130b在基板1110的主面侧的框体1118内侧的区域中、在列方向(图9的(a)中的上下方向)上配置在每相邻的2个LED芯片120之间。基板1110例如由如下部件形成:在由铝等金属材料形成的板材上,形成有由陶瓷基板、热传导树脂等形成的绝缘层而成的双层构造的部件。
如图9的(a)所示那样,多个LED芯片120在基板1110的主面侧配设为行列状,作为整体形成大致圆形的轮廓。此外,多个LED芯片120的配置不限定于图9的(a)所示的配置。
多个LED芯片120与传热部件160一起,由设置在框体1118内侧的密封部件1140覆盖。如图9的(b)以及(c)所示那样,LED芯片120的上表面所设置的电极和焊盘部1130b,经由金属线1122电连接。然后,相互相邻的2个LED芯片120彼此,经由在与这2个LED芯片120对应的位置上配置的焊盘部1130b和两根金属线1122电连接。此外,传热部件160被配置为,不覆盖LED芯片120的电极、构成布线图案的一部分的焊盘部1130b以及金属线1122。
此外,在本实施方式中,对使用在实施方式1说明了的含有纳米复合材料162和微粒子161的传热部件160的例子进行了说明,但也可以代替该传热部件160,而使用在实施方式2说明了的由纳米复合材料单体形成的传热部件260。
<实施方式4>
对具备实施方式1的发光模块的灯100进行说明。
图10的(a)是灯100的立体图,图10的(b)是灯100的截面图。
如图10的(a)所示那样,灯100具备作为光源的发光模块1、具有透光性的灯罩10、对电力进行受电的灯座30、灯柱40、支撑部件50、壳体60以及一对导线70a、70b。此外,如图10的(b)所示那样,灯100具备收纳在壳体60内部的电源电路80。
发光模块1成为灯100的光源,如图10的(a)所示那样,配置在灯罩10内。具体地说,发光模块1配置在灯罩10内的球状部分的大致中心部分。如此,发光模块1配置在灯罩10的球状部分的大致中心位置,由此灯100能够得到与以往的使用灯丝线圈的白炽灯泡近似的全方位配光特性。
此外,如图10的(b)所示那样,发光模块1从电源电路80经由两根导线70a、70b接受电力供给。在此,如图10的(b)所示那样,两根导线70a、70b的前端部,以插入到在发光模块1的长边方向的两端部贯通设置的贯通孔112中的状态,经由焊锡90与布线图案130电连接。
如图10的(a)所示那样,灯罩10为一方被封闭为球状、另一方具有开口部的形状。即,灯罩10为中空的球的一部分向从球的中心部远离的方向延伸并且变窄那样的形状,并在从球的中心部远离的位置形成有开口部。本实施方式的灯罩10的形状为与一般的白炽灯泡同样的A形(JISC7710)。该灯罩10由相对于可见光为透明的石英玻璃等透光性材料形成。
此外,灯罩10的形状不需要一定为A形。例如,灯罩10的形状也可以为G形或者E形等。此外,灯罩10不需要一定相对于可见光为透明,例如也可以通过涂覆石英而形成乳白色的扩散膜等来实施扩散处理。此外,也可以着色为红色、黄色等有色,或者绘制花纹、绘画,也可以如反射灯泡那样在比光源靠灯座侧实施反射膜等。此外,灯罩10的材料不需要一定为石英玻璃,也可以是丙烯酸等透明树脂。
如图10的(b)所示那样,灯座30用于从外部电源(未图示)对向电源电路80供给的电力进行受电,通过灯座30受电的电力经由电源线82a、82b向电源电路80供给。
如图10的(a)所示那样,灯座30具有有底筒状的形状,在外周面上形成有用于供照明器具的插头(未图示)螺合的雄螺纹部32。此外,如图10的(b)所示那样,在灯座30的内周面上形成有与壳体60螺合的雌螺纹部34。该灯座30由金属等导电性材料形成。该灯座30为E26形的灯座。此外,灯座30不需要一定为E26形的灯座,也可以是E17形等不同大小的灯座。此外,灯座30不需要一定为螺入形的灯座,例如也可以是插入形等不同形状的灯座。
灯柱40用于保持发光模块1,如图10的(a)所示那样,灯柱40具有大致棒状的形状,从灯罩10的开口部附近朝向灯罩10内侧延伸。此外,如图10的(b)所示那样,灯柱40具有配置在长边方向的灯罩10内侧的、用于在一端部40a搭载发光模块1的平坦部41a,在该平坦部41a的大致中央部设置有向灯柱40的延伸方向突出的凸部41b。然后,发光模块1以凸部41b插入到基板110上所贯通设置的贯通孔114中的状态、固定在灯柱40的一端部40a。此处,发光模块1的基板110的安装有LED芯片120的面侧相反一侧的面,与灯柱40的一端部40a的平坦部41a抵接。
此外,灯柱40由热传导率比较大的铝等金属材料形成。此外,形成灯柱40的材料不限定于金属材料,也可以是陶瓷等热传导率比较大的材料。如此,灯柱40由热传导率比较大的材料形成,因此由发光模块1产生的热容易经由灯柱40向灯座30、灯罩10传递。结果,能够抑制温度上升导致的LED芯片120的发光效率的降低以及寿命的降低。
此外,灯柱40的长边方向的另一端部40b形成为大致圆锥台形状,在该另一端部40b的内部形成有用于插入导线70a、70b的2个插入孔40b1、40b2。
此外,发光模块1的基板110和灯柱40通过由硅树脂形成的粘合剂(未图示)固定。此外,作为粘合剂,例如也可以使用由通过在硅树脂中分散金属微粒子等而使热传导率提高了的材料形成的粘合剂。
如图10的(a)所示那样,支撑部件50以堵塞灯罩10的开口部的方式配置。该支撑部件50以与壳体60嵌合的状态固定。此外,在支撑部件50的灯罩10侧固定有灯柱40。该支撑部件50和灯柱40通过螺纹固定。该支撑部件50具有大致圆板状的形状,其圆周面与壳体60的内周面抵接。此外,在支撑部件50的大致中央部,形成有用于插入导线70a、70b的贯通孔52。然后,如图10的(b)所示那样,从电源电路80导出的导线70a、70b,通过支撑部件50的贯通孔52以及在灯柱40的另一端部40b所形成的插入孔40b1、40b2,延长到发光模块1,与发光模块1的布线图案130电连接。
此外,在支撑部件50的周部形成有台阶部52a,灯罩10的开口端与该台阶部52a抵接。此外,支撑部件50、壳体60以及灯罩10的开口端,通过向在台阶部52a与壳体60的周壁之间形成的空隙中流入的粘合剂,固定在该台阶部52a上。该支撑部件50由铝等金属材料形成。此外,作为形成支撑部件50的材料,不限定于金属材料,例如也可以是陶瓷等。此外,作为对支撑部件50、壳体60以及灯罩10进行固定的粘合剂,例如也可以是由使金属微粒子分散在硅树脂中而成的材料形成的粘合剂。
如此,支撑部件50由热传导率较大的材料构成,因此从发光模块1向灯柱40热传导的热,向支撑部件50高效地传导。此外,支撑部件50与灯罩10连接,因此向支撑部件50传导的热,向灯罩10传导,并从灯罩10的外表面向大气中放出。结果,能够抑制温度上升导致的LED芯片120的发光效率的降低以及寿命的降低。此外,支撑部件50还与壳体60连接,因此向支撑部件50传导的发光模块1的热,还从壳体60的外表面向大气中放出。
壳体60由非导电性的树脂材料形成,将灯柱40和灯座30进行绝缘,并且收纳电源电路80。作为该非导电性的树脂材料,例如存在含有玻璃纤维的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等。如图10的(b)所示那样,壳体60包括配置在灯柱40侧的圆筒状的主部61、以及与主部61连续外嵌有灯座30的圆筒状的灯座安装部62。
主部61的内径与支撑部件50的外径几乎相同。然后,在支撑部件50嵌合而固定在主部61内侧的状态下,主部61的内周面的一部分与支撑部件50的圆周面接触。在此,主部61的外表面露出于外部空气,因此向壳体60传导的热主要从主部61放出。
在灯座安装部62的外周面上形成有能够与灯座30的内周面所形成的雌螺纹部34螺合的雄螺纹部64。然后,通过在该雄螺纹部64上螺合灯座30的雌螺纹部34,由此灯座30外嵌在灯座安装部62上,灯座安装部62的外周面与灯座30接触。然后,向壳体60传导的热,还经由灯座安装部62向灯座30传导,并从灯座30的外表面放出。
如图10的(b)所示那样,电源电路80是用于向发光模块1供给电力的电路,收纳在壳体60内。具体地说,电源电路80具有多个电路元件80a、以及安装各电路元件80a的电路基板80b。然后,电源电路80将从灯座30受电的交流电力变换为直流电力,经由两根导线70a、70b向发光模块1供给直流电力。
<实施方式5>
对具备实施方式3的发光模块1001的灯(以下称为“灯单元”。)2001进行说明。
图11表示本实施方式的灯的立体图,图12表示灯单元2001的分解立体图。
灯单元2001作为光源而内置有实施方式1的发光模块1001。灯单元2001除了发光模块1001以外,还具备底座2020、支架2030、装饰罩2040、罩2050、罩按压部件2060以及布线部件2070等。
底座2020为圆板状,在上面侧的中央具有搭载部2021,在该搭载部2021搭载有发光模块1001。此外,在底座2020的上表面侧,在夹着搭载部2021的两侧,设置有用于螺合支架2030固定用的组装螺钉2035的螺纹孔2022。在底座2020的周部设置有插入孔2023、冲孔2024以及切口部2025。关于插入孔2023、冲孔2024以及切口部2025的作用将后述。该底座2020例如由铝压铸件等金属材料形成。
支架2030为有底圆筒状,具有圆板状的压板部2031、以及从该压板部2031的周边向底座2020侧延伸配置的圆筒状的周壁部2032。通过用压板部2031将发光模块1001按压到搭载部2021上,由此发光模块1001被固定在底座2020上。
在压板部2031的中央部,设置有用于使发光模块1001的密封部件1140露出的窗孔2033。此外,在压板部2031的周部,形成有与窗孔2033连通的开口部2034。该开口部2034用于防止与发光模块1001连接的导线2071对支架2030干扰。并且,在支架2030的压板部2031的周部的、与底座2020的螺纹孔2022对应的位置,贯通设置由供组装螺钉2035插入的插入孔2036。此处,在将支架2030向底座2020安装时,首先在从支架2030的窗孔2033露出发光模块1001的密封部件1140的状态下,通过底座2020和支架2030夹持发光模块1001。接下来,将组装螺钉2035从压板部2031的底座2020侧的相反侧向插入孔2036插入,并使其与底座2020的螺纹孔2022螺合。由此,支架2030安装在底座2020上。
装饰罩2040为圆环状,配置在支架2030与罩2050之间,遮蔽从开口部2034露出的导线2071、组装螺钉2035等。在装饰罩2040的中央部,形成有用于使发光模块1001的密封部件1140露出的窗孔2041。该装饰罩2040由白色不透明的树脂等非透光性材料形成。
罩2050形成为大致穹顶状,具有覆盖密封部件1140的主体部2051、以及从该主体部2051的周边部向外侧延伸配置的外凸缘部2052,该外凸缘部2052固定在底座2020上。该罩2050例如由硅树脂、丙烯酸树脂、玻璃等透光性材料形成,从密封部件1140出射的光透过罩2050而向灯单元2001的外部取出。
罩按压部件2060由铝等金属材料、白色不透明的树脂那样的非透光性材料构成,以不妨碍从罩2050的主体部2051出射的光的方式形成为圆环板状。罩2050的外凸缘部2052由罩按压部件2060和底座2020夹持并固定。
在罩按压部件2060上,设置有向底座2020侧突出的圆柱状的冲头2061。此外,在罩2050的外凸缘部2052的、与冲头2061对应的位置上,形成有用于避开冲头2061的半圆状的切口部2053。并且,在底座2020的周边部的、与冲头2061对应的位置上,形成有用于插入冲头2061的冲孔2024。此处,在将罩按压部件2060向底座2020固定时,使罩按压部件2060的冲头2061插入底座2020的冲孔2024中,从底座2020的罩按压部件2060侧的相反侧向冲头2061的前端部照射激光,使该前端部塑性变形为难以从冲孔2024拔出的形状。由此,罩按压部件2060被固定在底座2020上。
在罩2050的外凸缘部2052以及罩按压部件2060的周边部的、与底座2020的插入孔2023对应的位置上,分别形成有半圆状的切口部2054、2062,插入孔2023所插入的安装螺钉(未图示)不与罩按压部件2060、罩2050接触。
布线部件2070具有与发光模块1001电连接的一组导线2071,在导线2071的与发光模块1001连接一侧的相反侧的端部,安装有连接器2072。与发光模块1001连接的布线部件2070的导线2071,经由底座2020的切口部2025向灯单元2001的外部导出。
<实施方式6>
图13表示本实施方式的照明装置3001的截面图。
照明装置3001是埋入顶棚C而安装的下射灯,具备器具3003、电路单元3004、调光单元3005以及在实施方式5中说明了的灯单元2001。
器具3003具有灯收容部3003a、电路收容部3003b以及外凸缘部30033c。器具3003例如由铝压铸件等金属材料形成。灯收容部3003a为有底圆筒状,在内部能够装卸地安装灯单元2001。电路收容部3003b向灯收容部3003a的底侧延伸配置,内部收容由电路单元3004。外凸缘部3003c为圆环状,从灯收容部3003a的开口部朝向外侧延伸配置。器具3003在灯收容部3003a以及电路收容部3003b被埋入到贯通设置在顶棚C上的埋入孔C1中、外凸缘部3003c与顶棚C的下表面C2的埋入孔C1的周部抵接的状态下,例如通过安装螺钉(未图示)安装在顶棚C上。
电路单元3004用于使灯单元2001点亮,具有与灯单元2001电连接的电源线3004a,在该电源线3004a的前端安装有与灯单元2001的导线2071的连接器2072能够装卸地连接的连接器3004b。此外,在照明装置3001中,灯单元2001和电路单元3004被分别单元化,但与电路单元3004相当的电路也可以是内置于灯单元的构成。
调光单元3005用于供用户进行灯单元2001的照明光的色温度的设定,与电路单元3004电连接,接受用户的操作而向电路单元3004输出调光信号。
此外,在本实施方式中,对具有在实施方式5中说明了的灯单元2001的照明装置3001的例子进行了说明,但本发明的照明装置不限定于此,例如也可以是具备在实施方式4中说明了的灯100的照明装置。
<变形例>
(1)在实施方式1的发光模块1中,对传热部件160仅与LED芯片120的侧面接触的例子进行了说明,但不限定于此。
例如,也可以如图14的(a)所示的发光模块3那样,传热部件360被配置为,除了侧面、还覆盖LED芯片120的与芯片安装部件150侧的面(底面)相反侧的面(上表面),并与LED芯片120的上表面接触。
此外,在实施方式1的发光模块1中,对在相邻的2个LED芯片120各自的外周区域配置的传热部件160相互不相接的例子进行了说明,但不限定于此,例如,在相邻的2个LED芯片120各自的外周区域配置的传热部件160彼此也可以相互相接。
并且,也可以如图14的(b)所示的发光模块3a那样,是基板110与密封部件140a之间的配设有LED芯片120等的区域被传热部件360a充满的构造。
(2)在实施方式1的发光模块1中,对于芯片安装部件150用由硅树脂形成的粘合剂来构成的例子进行了说明,但不限定于此。
例如,也可以如图15所示的发光模块4那样,芯片安装部件350由含有微粒子351和纳米复合材料352的粘合剂构成。
(3)在实施方式1的发光模块1中,对密封部件140被设置为对LED芯片120以及传热部件160进行密封的例子进行了说明,但不限定于此。
例如,也可以如图16的(a)所示的发光模块5那样,使密封部件440具有中空构造,在密封部件440的内周面与LED芯片120以及传热部件160之间形成空隙。
(4)在实施方式1的发光模块1中,对使用COB型的LED芯片120的例子进行了说明,但不限定于此。
例如,也可以如图16的(b)所示的发光模块6那样,使用表面安装型LED520。该LED520具备:由PCA等透光性材料形成的封装542;使用由焊锡等构成的连接部件544安装在封装542内部的LED芯片120;以及对封装542内部进行密封的密封部件540。在该情况下,如图16的(b)所示那样,传热部件560与封装542的侧面接触,从LED芯片120向封装542传导的热,经由传热部件560以及芯片安装部件550向基板110传导。换句话说,基板110的主面和LED芯片120的底面,经由封装542、传热部件560而热结合。传热部件560由微粒子561和纳米复合材料562构成。
此外,也可以如图17所示的发光模块7那样,是通过芯片安装部件150以及传热部件160固定在封装842的内部,并通过密封部件840进行密封的构成。在此,封装842通过粘合剂750固定在基板110上。
(5)在实施方式3中,对传热部件160不覆盖LED芯片120的电极部分以及布线图案的焊盘部1130b的构成进行了说明,但不限定于此,也可以构成为传热部件的一部分覆盖焊盘部1130b。
图18的(a)、图18的(b)以及图19表示本变形例的发光模块8a、8b、8c的局部截面图。
如图18的(a)所示那样,在发光模块8a中,LED芯片120的电极部分未被传热部件160a覆盖,而传热部件160a的一部分覆盖焊盘部1130b。
根据本构成,能够使由LED芯片120产生的热经由热传导性良好的焊盘部1130b向基板1110侧放出。
如图18的(b)所示那样,在发光模块8b中,LED芯片120的电极部分被传热部件160b覆盖,焊盘部1130b未被传热部件160b覆盖。
根据本构成,能够使由LED芯片120产生的热还从LED芯片120的电极部分经由传热部件160b向基板1110侧放出。
如图18的(c)所示那样,在发光模块8c中,LED芯片120的电极部分以及焊盘部1130b的双方被传热部件160c覆盖。然后,在传热部件160c的外周面的一部分设置有台阶部163c。
根据本构成,能够使由LED芯片120产生的热经由热传导性良好的焊盘部1130b向基板1110侧放出,并且还能够从LED芯片120的电极部分经由传热部件160c向基板1110侧放出。
然而,在本发明的发光模块的制造过程中,存在为了使传热部件热固化而对基板整体加热的工序。因此,金属线1122中埋设于传热部件中的部位越大,则在传热部件进行热固化时,对金属线1122施加的应力越大。
与此相对,在本构成中,通过在传热部件160c的外周面的一部分设置台阶部163c,由此能够减小金属线1122中埋设于传热部件160c的部位的大小。由此,能够减少传热部件160c热固化时对金属线1122施加的应力,因此能够抑制在制造过程中产生金属线1122的断线等不良情况。
(7)在实施方式3中,对传热部件160被配置为个别地围绕各LED芯片120的例子进行了说明,但不限定于此。
图20的(a)表示对于本变形例的发光模块1002,对于一部分的区域将密封部件1140除去了的状态的平面图,图20的(b)表示局部截面图。此外,发光模块1002整体的平面图与在实施方式3中说明了的图9的(a)所示的构成大致同样。此外,对于与实施方式3同样的构成赋予相同的附图标记而适当地省略说明。
在发光模块1002中,基板1110与密封部件1140之间的配设LED芯片120等的区域被传热部件460填满。由此,传热部件460将基板1110的多个LED芯片120各自的外周区域、以及多个LED芯片120的上表面全部一并覆盖。
根据本构成,能够使由LED芯片120产生的热经由热传导性良好的焊盘部1130b向基板1110侧放出,并且还能够从LED芯片120的电极部分经由传热部件460向基板1110侧。
此外,根据本构成,仅在基板1110上的配设多个LED芯片120的区域正面上、涂覆成为传热部件460的基础的材料(纳米复合材料和微粒子的混合液)即可,因此与在实施方式3中说明了的发光模块1001相比能够实现制造容易化。
此外,图21的(a)至(b)表示本变形例的其他构成的发光模块1003、1004、1005。此外,发光模块1003、1004、1005整体的平面图与在实施方式3中说明了的图9的(a)所示的构成大致同样。此外,对于与实施方式3同样的构成赋予相同的附图标记而适当地省略说明。
如图21的(a)所示那样,在发光模块1003中,传热部件660形成为带状,并被配置为,覆盖基板1110的主面侧的、包含在行方向上排列为一列的多个LED芯片120各自的外周区域全部的区域、以及该多个LED芯片120的上表面全部。换句话说,传热部件660以行单位将多个LED120各自的外周区域、以及该多个LED120的上表面一并覆盖。
由此,传热部件660被配置为,覆盖LED芯片120的电极部分且不覆盖焊盘部130b。
根据本构成,仅通过在基板1110上的配设多个LED芯片120的区域中、将成为传热部件660的基础的材料(纳米复合材料与微粒子的混合液)涂覆为带状即可,因此与在实施方式3中说明了的发光模块1001那样、按照每个LED芯片120分别独立地进行涂敷的情况相比,能够实现制造容易化。
此外,根据本构成,能够使由LED芯片120产生的热还从LED芯片120的电极部分经由传热部件160b向基板1110侧放出,因此相应地能够实现通过散热性提高来抑制LED芯片120的发光效率降低。
并且,根据本构成,与图20所示的构成相比,金属线1122中埋设于传热部件660的部位的大小变小。由此,在发光模块1003的制造过程中,能够减小使传热部件660热固化时对金属线1122施加的应力,因此能够抑制在制造过程中产生金属线1122的断线等不良情况。
如图21的(b)所示那样,发光模块1004与图21的(a)所示的构成大致相同,但与图21的(a)所示的构成的不同点为,传热部件760被配置为不覆盖LED芯片120的电极部分、而覆盖焊盘部130b。此处,传热部件760被配置为,覆盖相邻的2行之间的在多个LED芯片120的排列方向上延伸的带状区域。
根据本构成,仅通过在基板1110上的、配设多个LED芯片120的区域中、将成为传热部件760的基础的材料(纳米复合材料和微粒子的混合液)涂覆为带状即可,因此与在实施方式3中说明的发光模块1001相比,能够实现制造容易化。
此外,根据本构成,使由LED芯片120产生的热经由热传导性良好的焊盘部1130b向基板1110侧放出,因此相应地能够实现通过散热性提高来抑制LED芯片120的发光效率降低。
并且,根据本构成,与图20所示的构成相比,金属线1122中埋设于传热部件760的部位的大小变小。由此,在发光模块1003的制造过程中,能够减小使传热部件760热固化时对金属线1122施加的应力,因此能够抑制在制造过程中产生金属线1122的断线等不良情况。
如图21的(c)所示那样,在发光模块1005中,传热部件860配置为,覆盖基板1110的主面侧的、包含位于在列方向上排列为一列的多个半导体发光元件各自的行方向的两侧的外周区域的一部分、且沿着列方向延伸的带状区域。该传热部件860被配置为,不覆盖LED芯片120的电极部分、焊盘部130b以及金属线1122。
根据本构成,仅通过在基板1110上的配设多个LED芯片120的区域中、将成为传热部件860的基础的材料(纳米复合材料与微粒子的混合液)涂覆为带状即可,因此与如在实施方式3中说明了的发光模块1001那样按照每个LED芯片120分别独立地进行涂敷的情况相比,能够实现制造容易化。
此外,根据本构成,与图20、图21的(a)以及(b)所示的构成不同,金属线1122未被传热部件860覆盖。由此,在发光模块1003的制造过程中,传热部件860热固化时的传热部件860的热收缩不对金属线1122产生影响,因此能够实现进一步抑制在制造过程中产生的金属线1122的断线等不良情况。
(6)在实施方式4中,对使用了具有作为波长变换部件起作用的密封部件140的发光模块1的灯100的例子进行了说明,但不限定于此。例如,也可以如图22所示那样,是使用具有不含有荧光体的密封部件740的发光模块7、在灯罩10的内周面设置含有荧光体的波长变换部件12的灯102。此外,在图22中,对于与实施方式3同样的构成赋予相同的附图标记。
(7)在实施方式1至3中说明了的发光模块1、2、1001中,均对密封部件含有荧光体并作为波长变换部件起作用的例子进行了说明,但不限定于此,也可以是密封部件不含有荧光体的构成。根据本构成,密封部件不作为波长变换部件起作用,从LED芯片出射的光不被密封部件进行波长变换,而直接向密封部件的外部放射。
附图标记的说明
1、2、3、4、5、6、7  发光模块
10  灯罩
12  波长变换部件
30  灯座
40  散热片
50  支撑部件
60  壳体
70a、70b  导线
80  电源电路
82a、82b  电源线
100、102  灯
110  基板
112、114  贯通孔
120  LED芯片
122、124  金属线
130  布线图案
130a  焊盘部
130b  脚部
140、640  密封部件
150  芯片安装部件
160  传热部件
161、351  微粒子
162  纳米复合材料

Claims (18)

1.一种发光模块,其特征在于,
具备:
基板;
配置在上述基板的主面侧的1个或者多个半导体发光元件;以及
传热部件,将上述半导体发光元件的外周面的至少一部分与上述基板的上述主面热结合,将由上述半导体发光元件产生的热向上述基板传递,
上述传热部件包括:具有透光性的基材;以及分散在该基材中且由热传导率比该基材高的透光性材料形成的粒子。
2.如权利要求1记载的发光模块,其特征在于,
上述粒子包括:由第一种类的透光性材料形成的第一粒子;以及由第二种类的透光性材料形成的第二粒子,
上述第一粒子的平均粒径比红色光的波长大,上述第二粒子的平均粒径比蓝光的波长小,
上述第一种类的透光性材料与上述第二种类的透光性材料相比热传导率更大。
3.如权利要求2记载的发光模块,其特征在于,
上述第一种类的透光性材料的折射率与仅使上述第二粒子分散在上述基材而成的复合材料的折射率相同。
4.如权利要求2或者权利要求3记载的发光模块,其特征在于,
上述第一种类的透光性材料为第一无机化合物,
上述第二种类的透光性材料为与第一无机化合物不同的第二无机化合物。
5.如权利要求2至4中任1项记载的发光模块,其特征在于,
上述第一粒子的平均粒径为1μm至100μm。
6.如权利要求2至5中任1项记载的发光模块,其特征在于,
上述第二粒子的平均粒径为450nm以下。
7.如权利要求1至6中任1项记载的发光模块,其特征在于,
还具备波长变换部件,该波长变换部件以覆盖上述半导体发光元件的方式配置在上述基板的主面侧,对从上述半导体发光元件放出的光的波长进行变换。
8.如权利要求1至7中任1项记载的发光模块,其特征在于,
上述半导体发光元件经由粘合剂与上述基板的上述主面粘合,
上述传热部件的热阻比上述粘合剂的热阻小。
9.如权利要求1至8中任1项记载的发光模块,其特征在于,
上述波长变换部件还覆盖上述传热部件,
上述传热部件的热传导率比上述波长变换部件的热传导率大。
10.如权利要求1至9中任1项记载的发光模块,其特征在于,
上述半导体发光元件以底面与上述基板的上述主面对置的形式配置,
上述传热部件配置在上述基板上的上述半导体发光元件的外周区域,与上述半导体发光元件的侧面的至少一部分接触。
11.如权利要求10记载的发光模块,其特征在于,
上述传热部件还以覆盖上述半导体发光元件的与上述底面相反一侧的上表面的形式配置,与上述半导体发光元件的上述上表面的至少一部分接触。
12.如权利要求11记载的发光模块,其特征在于,
上述半导体发光元件存在多个,
上述传热部件将多个半导体发光元件各自的外周区域以及上述多个半导体发光元件的上表面的全部一并覆盖。
13.如权利要求11记载的发光模块,其特征在于,
在上述基板的上述主面侧行列状地配设多个上述半导体发光元件而成,
上述传热部件按照行单位或者列单位对多个半导体发光元件各自的外周区域以及上述多个半导体发光元件的上表面一并覆盖。
14.如权利要求10记载的发光模块,其特征在于,
在上述基板的上述主面侧行列状地配设多个上述半导体发光元件而成,
上述传热部件被配置为,覆盖上述基板的上述主面侧的、相邻的2个行或者列之间的沿着多个半导体发光元件的排列方向延伸的带状的区域。
15.如权利要求10或者权利要求11记载的发光模块,其特征在于,
上述半导体发光元件在上表面具有电极,
在上述基板的上述主面侧,形成有包括与上述半导体发光元件隔开地配置的焊盘部在内的布线图案,
上述半导体发光元件的上述电极和上述焊盘部经由金属线电连接,
上述金属线的至少一部分位于上述传热部件的外部。
16.一种灯,其特征在于,
具备权利要求1至15中任1项记载的发光模块。
17.一种灯,其特征在于,
具备:
发光模块,具有基板;配置在上述基板的主面侧的半导体发光元件;以及传热部件,将上述半导体发光元件的外周面的至少一部分与上述基板的上述主面热结合,并将由上述半导体发光元件产生的热向上述基板传热;
灯罩,将上述发光模块收纳在内部;以及
波长变换部件,配置在上述灯罩的内部,对从上述半导体发光元件放出的光的波长进行变换,
上述传热部件包括:具有透光性的基材;以及分散在该基材中且由热传导率比该基材高的透光性材料构成的粒子。
18.一种照明装置,其特征在于,
具备权利要求16或者权利要求17记载的灯。
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