JP2003124528A - Ｌｅｄ照明装置およびカード型ｌｅｄ照明光源 - Google Patents

Ｌｅｄ照明装置およびカード型ｌｅｄ照明光源

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱性および光利用効率を向上させ、高密度
でＬＥＤを集積したＬＥＤ照明光源およびＬＥＤ照明装
置を提供する。 【解決手段】 本発明のＬＥＤ照明装置は、基板の片面
にＬＥＤが実装された着脱可能なカード型ＬＥＤ照明光
源１０に接続される少なくとも１つのコネクタと、この
コネクタを介してカード型ＬＥＤ照明光源１０と電気的
に接続される点灯回路とを備えている。カード型ＬＥＤ
照明光源１０は、好ましくは、金属ベース基板と、金属
ベース基板の片面に実装された複数のＬＥＤとを備え、
金属ベース基板のうちＬＥＤが実装されていない基板裏
面が照明装置の一部に熱的に接触する。コネクタて電気
的に接続される給電端子は、金属ベース基板のうちＬＥ
Ｄが実装されている基板片面に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ照明装置お
よびカード型ＬＥＤ照明光源に関する。より詳細には、
複数のＬＥＤが実装されたカード型ＬＥＤ照明光源を用
いるＬＥＤ照明装置と、このＬＥＤ照明装置に好適に用
いられるカード型ＬＥＤ照明光源とに関している。
【０００２】
【従来の技術】照明器具や看板の光源として、従来から
白熱電球、蛍光ランプ、高圧放電ランプなどが使用され
ている。これらの光源に変わる新しい照明光源として、
ＬＥＤ照明光源の研究が進められている。このＬＥＤ照
明光源は、上記の光源と比べて寿命が長いという優れた
利点があり、次世代の照明光源としての期待は大きい。
しかし、１個のＬＥＤ素子では、光束が小さいため、白
熱電球、蛍光ランプと同程度の光束を得るためには、複
数のＬＥＤ素子を配置してＬＥＤ照明光源を構成する必
要がある。
【０００３】以下、図面を参照しながら、従来のＬＥＤ
照明光源を説明する。
【０００４】図１（ａ）および（ｂ）は、従来のＬＥＤ
照明光源の構成を示し、図２（ａ）および（ｂ）は、そ
のＬＥＤ照明光源におけるＬＥＤの断面構成を示してい
る。
【０００５】このＬＥＤ照明光源は、図１（ａ）および
（ｂ）に示すように、基板２１を備えており、その基板
２１の上に複数のＬＥＤベアチップ２２が実装されてい
る。本明細書において、「ＬＥＤベアチップ」とは、基
板２１に実装する前の段階において、ＬＥＤが樹脂など
によってモールドされていないものを意味するものとす
る。また、実装前の段階でＬＥＤがモールドされてお
り、発光部などが露出していない状態にあるＬＥＤを
「ＬＥＤ素子」と呼んで区別することにする。図１
（ａ）に示す基板２１の上には、ＬＥＤベアチップ２２
から出た光を透過する孔２３ａが開けられ板２３が設け
られている。一方、図１（ｂ）に示す基板２１の上に
は、ＬＥＤベアチップ２２から出た光を透過する層状の
樹脂２４が形成されており、ＬＥＤベアチップ２２は樹
脂２４で覆われている。
【０００６】これらのＬＥＤ照明光源では、図２（ａ）
および（ｂ）に示されるようにしてベアチップ状態のＬ
ＥＤベアチップ２２が基板２１の上に実装されている。
ＬＥＤベアチップ２２は、サファイアやＳｉＣ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ等の素子基板３１と、素子基板３１上に形成
された発光部とを有しており、発光部は、ＧａＮ系等の
ｎ型半導体層３２、活性層３３、およびｐ型半導体層３
４を積層することによって構成されている。ｎ型半導体
層３２の電極３２ａおよびｐ型半導体層３４の電極３４
ａは、それぞれ、金製のワイヤ４１および４２によって
基板２１上の配線パターン２１ａと電気的に接続されて
いる。なお、上記発光部の構成は一例に過ぎず、ＬＥＤ
は、量子井戸、プラッグ反射層、共振器構造などを備え
ていてもよい。
【０００７】図１（ａ）および図２（ａ）に示される構
成において、ＬＥＤベアチップ２２で発生した光は、板
２３に設けられた孔（開口部）２３ｂの内周面に相当す
る反射面２３ａで反射され、素子外へ出射する。板２３
の孔２３ｂには、ＬＥＤベアチップ２２とワイヤ４１お
よび４２とをモールドするように樹脂２４が充填されて
いる。また、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示される構
成においては、ＬＥＤベアチップ２２で発生した光はモ
ールド樹脂２４を介して素子外へ出射する。
【０００８】ＬＥＤベアチップ２２におけるｎ型半導体
層３２の電極３２ａとｐ型半導体層３４の電極３４ａと
の間に順方向のバイアス電圧を印加すると、電子および
正孔が半導体層内に注入され、再結合する。この再結合
により、活性層３３で光が発生し、活性層３３から光が
出射される。ＬＥＤ照明光源では、基板上に実装された
複数のＬＥＤベアチップ２２から出射された光を照明光
として利用する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のＬＥＤ照明光源では、発光に伴ってＬＥＤベアチッ
プ２２が多量の熱を発生する。発生した熱は、素子基板
３１を介して基板２１から放散することが意図されてい
る。しかし、このようなＬＥＤ照明装置の実用化にあた
っては、以下のような解決すべき課題が残っている。
【００１０】上述したように、各ＬＥＤベアチップ２２
からの光束は小さいため、所望の明るさを得るために
は、相当な数のＬＥＤベアチップ２２を基板２１上に配
列する必要がある。このため、多数のＬＥＤベアチップ
２２を設けても基板のサイズが大型化しないように、実
装するＬＥＤベアチップ２２の高密度化を図らなければ
ならない。
【００１１】また、各ＬＥＤベアチップ２２の光束をで
きる限り増加させるために、照明以外の通常用途におけ
る電流（例えば２０ｍＡ程度；０．３ｍｍ角のＬＥＤベ
アチップを想定すると単位面積当たりの電流密度は約２
２２．２［ｍＡ／ｍｍ2］）よりも大きな電流（過電
流：例えば４０ｍＡ程度；前記に同じく単位面積当たり
の電流密度は約４４４．４［ｍＡ／ｍｍ2］）を各ＬＥ
Ｄベアチップ２２に流す必要がある。各ＬＥＤベアチッ
プ２２に大きな電流を流した場合には、ＬＥＤベアチッ
プ２２からの発熱量が大きくなるため、ＬＥＤベアチッ
プ２２の温度（ベアチップ温度）が高温に上昇する。ベ
アチップ温度はＬＥＤベアチップの寿命に大きな影響を
もたらす。具体的には、ベアチップ温度が１０℃上昇す
ると、ＬＥＤベアチップ２２を組み込んだＬＥＤ装置の
寿命は半減するといわれている。
【００１２】このため、一般にＬＥＤの寿命は長いと考
えられているが、ＬＥＤを照明用途に用いる場合は、そ
の常識は通用しなくなる。また、発熱量の増加に伴って
ベアチップ温度が高くなると、ＬＥＤベアチップ２２の
発光効率も低下するという問題もある。
【００１３】以上の理由から、多数のＬＥＤベアチップ
２２を高密度で実装したＬＥＤ照明装置を実用化するに
は、従来以上に高い放熱性を実現し、ベアチップ温度を
低く抑えなければならない。また、ＬＥＤベアチップ２
２から発する光をできる限り無駄なく照明光として使用
できるように、光の利用効率を高くする必要もある。
【００１４】このような課題を解決するため、従来から
種々のＬＥＤベアチップを集積したＬＥＤ照明光源の提
案がなされてはいるが、それらのすべての課題に十分に
対応できるＬＥＤ照明光源の出現は見られていない。
【００１５】以下、図１（ａ）および（ｂ）や図２
（ａ）および（ｂ）を参照しながら、従来のＬＥＤ照明
光源の問題を説明する。まず、ＬＥＤの連続した点灯に
より、集積された多数のＬＥＤ基板の中央部が熱くな
り、ＬＥＤ基板の周辺部との温度差が大きくなるという
問題がある。例えば、図１（ａ）および図２（ａ）に示
す構成は、ＬＥＤのドットマトリクスディスプレイに採
用されている。ＬＥＤディスプレイでは、板２３が各Ｌ
ＥＤの発光と非発光の部分のコントラストを上げるよう
に機能する。ディスプレイの場合、全てのＬＥＤが常に
大出力で点灯状態になることはなく、発熱は大きな問題
にならないが、照明装置として使用する場合には、全Ｌ
ＥＤが長時間点灯状態を維持するため、発熱の問題が顕
在化する。
【００１６】上記従来の構成例では、基板２１および板
２３の材料に樹脂が用いられ、一体化される。このた
め、基板２１および板２３の各熱膨張率は略等しいが、
通常の樹脂材料の熱伝導率は低く、熱がこもりやすくな
るので、大出力で常時点灯される照明装置には適してい
ない。
【００１７】また、一体化される基板２１と板２３の基
板中央部と周囲部には温度差があるため、材質の熱膨張
率差により基板周囲部に大きな応力が発生する。照明装
置にＬＥＤを応用する場合、ＬＥＤの点灯・消灯を繰り
返すたびに加熱による応力が発生するため、ついにはＬ
ＥＤの電極３２ａや電極３４ａの断線につながる。
【００１８】更に、板２３を個別に構成せずに、熱伝導
率の高い基板材料と同程度の熱伝導率を示す材料を用い
て板２３に相当する厚さの部分を基板自身に形成し、そ
の基板にＬＥＤベアチップを実装する凹部を設けた場合
でも、基板材料の熱伝導率に放熱と均熱化の能力が律則
される。
【００１９】また、上記の構成を採用した場合、基板自
身を厚くする必要があることと、ＬＥＤベアチップ２２
が実装される基板を薄くすることができないことから、
熱伝導率が高くとも、基板に熱が蓄積される。このた
め、照明装置のように、大きな電流で通電点灯状態が長
時間連続すると、基板中央に実装されたＬＥＤベアチッ
プの温度が特に上昇し、基板中央と周囲との間で大きな
温度差が発生する。従って、高い熱伝導率を有する基板
材料の特性が活かせず、放熱の問題を解決できない。更
に、基板表面に形成する凹部を大きくしなければ、ＬＥ
Ｄベアチップ２２を実装し、かつ、ＬＥＤベアチップ２
２をワイヤボンドにより配線するスペースを確保でき
ず、光学系が大型化してしまうという問題もある。更に
は、凹部内にＬＥＤベアチップ２２を実装することは各
種ボンダーのキャピラリーやコレットのサイズの観点か
ら、困難である。キャピラリーやコレットを凹部内に挿
入可能とするには、凹部と光学系（光出射領域）のサイ
ズを大きくすることが必要となる。
【００２０】一方、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す
構成によれば、モールド樹脂２４が基板２１の片面を覆
うため、モールド樹脂２４の硬化時に中央と周囲に硬化
反応の時間差が生じ、樹脂内部に大きな残留応力が発生
する。更に、ＬＥＤベアチップ２２から発した光が、他
のＬＥＤベアチップ２２によって吸収されるため（ＬＥ
Ｄによる自己吸収）、ＬＥＤ全体からの光取り出し効率
が低下する。更に、モールド樹脂２４は保熱材料として
働くため、基板中央部と周囲部には温度差が発生し、材
質の熱膨張率差に起因して基板周囲部にモールド樹脂２
４の応力が伝播する。
【００２１】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、これらのすべての課題（高密度化、放熱性、光
利用効率）を同時に解決できるＬＥＤ照明光源およびＬ
ＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明によるＬＥＤ照明
装置は、基板の片面にＬＥＤが実装された着脱可能なカ
ード型ＬＥＤ照明光源に接続される少なくとも１つのコ
ネクタと、前記コネクタを介して前記カード型ＬＥＤ照
明光源と電気的に接続される点灯回路とを備えている。
【００２３】好ましい実施形態において、前記基板は、
前記ＬＥＤが実装されている面に絶縁層および導電性配
線パターンが設けられた金属ベース基板である。
【００２４】好ましい実施形態において、前記ＬＥＤ
は、ベアチップ状態で前記基板に実装されている。
【００２５】好ましい実施形態では、前記基板のうち前
記ＬＥＤが実装されている基板面の一端側に給電電極が
形成されており、前記基板において前記ＬＥＤが実装さ
れている光出射領域の中心位置が前記基板の中心位置か
らずれている。
【００２６】好ましい実施形態では、前記基板のうち前
記ＬＥＤが実装されていない基板裏面と熱的に接触し、
前記基板裏面から熱を受け取る熱伝導部材を備えてい
る。
【００２７】好ましい実施形態において、前記基板裏面
と前記熱伝導部材との間の接触面積は、前記基板におい
て前記ＬＥＤが実装されている光出射領域の面積に等し
いか、それ以上である。
【００２８】好ましい実施形態では、前記点灯回路に対
して外部から電気エネルギーを供給するための給電ソケ
ットを更に有している。
【００２９】好ましい実施形態において、前記給電ソケ
ットは、電球用口金である。
【００３０】好ましい実施形態では、前記コネクタに接
続された状態の前記カード型ＬＥＤ照明光源から出た光
を透過するカバーを備えている。このカバーは、光の反
射、屈折、拡散を行うように種々の光学的特性を備えて
いてもよい。
【００３１】好ましい実施形態では、前記カード型ＬＥ
Ｄ照明光源の固定および取り外しが可能な受容部と、前
記カード型ＬＥＤが前記受容部から外れることを防止す
る脱落防止手段とを備えており、前記脱落防止手段は、
人間の指によって前記受容部から前記カード型ＬＥＤ照
明光源を取り外すことが可能なように動作する。
【００３２】好ましい実施形態において、前記基板のう
ち前記ＬＥＤが実装されている基板面の形状は略長方形
であり、前記受容部は、前記カード型ＬＥＤ照明光源を
スライドさせるように案内するガイドを有しており、前
記受容部に固定された前記カード型ＬＥＤ照明光源は前
記コネクタからの給電を受けるとともに、前記カード型
ＬＥＤ照明光源の前記基板裏面が前記受容部と熱的に接
触する。
【００３３】好ましい実施形態では、前記カード型ＬＥ
Ｄ照明光源を前記受容部に固定する固定部を有する可動
機構を備え、前記受容部に固定された前記カード型ＬＥ
Ｄ照明光源は前記コネクタからの給電を受けるととも
に、前記カード型ＬＥＤ照明光源の前記基板裏面が前記
受容部と熱的に接触する。
【００３４】好ましい実施形態では、前記カード型ＬＥ
Ｄ照明光源のＬＥＤが実装されていない基板裏面と前記
ＬＥＤとの間の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下である。
【００３５】好ましい実施形態では、前記基板のうち前
記ＬＥＤが実装されていない基板裏面からの熱を放熱さ
せる手段を備えている。
【００３６】本発明のカード型ＬＥＤ照明光源は、金属
ベース基板と、前記金属ベース基板の片面に実装された
複数のＬＥＤベアチップとを備えたカード型ＬＥＤ照明
光源であって、コネクタおよび点灯回路を備えた照明装
置に着脱可能に支持され、かつ、前記金属ベース基板の
うち前記ＬＥＤベアチップが実装されていない基板裏面
が前記照明装置の一部に熱的に接触し、前記金属ベース
基板のうち前記ＬＥＤベアチップが実装されている前記
基板片面に給電端子が設けられている。
【００３７】好ましい実施形態では、前記金属ベース基
板のうち前記ＬＥＤベアチップが実装されている基板面
に、各ＬＥＤベアチップを取り囲む孔の開いた光学反射
板が設けられ、かつ、各ＬＥＤベアチップが封止されて
いる。
【００３８】好ましい実施形態では、前記光学反射板の
前記孔に光学レンズが配置されている。
【００３９】好ましい実施形態では、前記金属ベース基
板と前記光学反射板との間に応力緩和手段が配置されて
いる。
【００４０】好ましい実施形態において、前記金属ベー
ス基板の中心位置は、前記金属ベース基板において前記
ＬＥＤベアチップが実装されている光出射領域の中心位
置からずれている。
【００４１】好ましい実施形態では、前記金属ベース基
板のうち前記ＬＥＤベアチップが実装されていない基板
裏面と前記ＬＥＤベアチップとの間の熱抵抗が１０℃／
Ｗ以下である。
【００４２】好ましい実施形態において、前記金属ベー
ス基板のうち前記ＬＥＤベアチップが実装されている基
板面には絶縁層および導電性配線パターンが形成されて
おり、前記絶縁層は、少なくとも無機フィラーおよび樹
脂組成物を含むコンポジット材料から形成されている。
【００４３】好ましい実施形態において、前記絶縁層は
白色である。
【００４４】好ましい実施形態では、絶縁層を介して積
層された２層以上の配線層を備えており、前記絶縁層の
所定位置において前記２層以上の配線層を相互接続する
構造を有している。
【００４５】好ましい実施形態において、前記複数のＬ
ＥＤベアチップの少なくとも一部は、フリップチップボ
ンディングにより、前記金属ベース基板の配線パターン
に接続されている。
【００４６】好ましい実施形態では、前記ＬＥＤベアチ
ップから出た光の少なくとも一部を受け、可視光を発す
る蛍光体が前記金属ベース基板上に設けられている。
【００４７】本発明の装置は、上記いずれかのカード型
ＬＥＤ照明光源を給電するコネクタを備えている。
【００４８】本発明による他のカード型ＬＥＤ照明光源
は、各々が素子基板上に発光部を有する複数のＬＥＤベ
アチップが放熱基板上に設けられているカード型ＬＥＤ
照明光源であって、前記ＬＥＤベアチップは、前記発光
部と前記放熱基板との距離が前記素子基板と前記放熱基
板との距離よりも小さくなるようにして前記放熱基板上
に設けられ、前記ＬＥＤベアチップの前記素子基板の光
出射表面は、辺縁部が中央部に比べて低背になるような
傾斜面状を形成している。
【００４９】好ましい実施形態において、前記ＬＥＤベ
アチップは、前記放熱基板に直接フリップチップボンデ
ィングされている。
【００５０】好ましい実施形態において、前記放熱基板
は、コンポジット基板である。
【００５１】好ましい実施形態では、前記ＬＥＤベアチ
ップの各々を囲むように配置され、前記ＬＥＤベアチッ
プからの光の方向を制御する光学反射板が前記放熱基板
上に設けられている。
【００５２】
【発明の実施の形態】本発明のＬＥＤ照明装置は、着脱
可能なカード型ＬＥＤ照明光源に電気的に接続されるコ
ネクタと、このコネクタを介してカード型ＬＥＤ照明光
源と電気的に接続される点灯回路とを備えており、カー
ド型ＬＥＤ照明光源を装着することにより、照明光を放
射することができる。カード型ＬＥＤ照明光源は、後に
詳しく説明するように、複数のＬＥＤが放熱性に優れた
基板の片面に実装された構成を有している。
【００５３】従来のＬＥＤ照明光源について説明したよ
うに、多数のＬＥＤ素子を基板上に高密度で実装し、か
つ、各ＬＥＤ素子に大きな電流を流した場合、ＬＥＤの
発熱量が過大なレベルに達し、ＬＥＤの寿命が短縮され
るという問題があり、このことがＬＥＤ照明装置の実用
化を阻んでいた。
【００５４】本発明では、照明装置の光源部分を着脱可
能なカード状構造物によって構成し、各ＬＥＤで発生し
た熱をスムーズに放熱させる効果を高めるとともに、寿
命の尽きた光源だけを新しい光源と取替え可能とするこ
とにより、ＬＥＤ照明装置の光源以外の構造体を長期間
使用できるようにしている。
【００５５】放熱性向上の観点からは、ＬＥＤはベアチ
ップとして基板の片面に実装されている方が好ましい。
これは、ＬＥＤで発生した熱が基板に直接的に伝達さ
れ、より高い放熱性が発揮されるからである。
【００５６】ＬＥＤおよび給電電極を基板の一主要面で
ある片面に集中させることにより、その主要面と対をな
す他面（裏面）を、広く放熱用の熱伝導面として機能さ
せることが可能となる。このため、ＬＥＤ照明装置にお
ける熱伝導部材と接触する面積をＬＥＤが実装されてい
る光出射領域の面積に等しいか、それ以上とすることが
可能となる。熱伝導を促進するには、ＬＥＤが実装され
ていない基板裏面を金属から形成することが好ましい。
【００５７】カード型ＬＥＤ照明光源のサイズや給電電
極の位置を規格化することにより、多様な照明装置にお
けるカード型ＬＥＤ照明光源の利用を可能とし、カード
型ＬＥＤ照明光源の量産化によるコストダウンが可能と
なる。
【００５８】給電電極のピッチは、電極間の絶縁性と他
の機器の電極との整合の観点から、例えば、０．３、
０．５、０．８、１．２５、１．２７、１．５、２．５
４ｍｍに設定される。カード型ＬＥＤ照明光源の基板を
大量生産する際には、大きな基板の原板を分割して多数
のカード型ＬＥＤ照明光源の基板を作製することが好ま
しいが、切断には加工誤差が存在する。カード型ＬＥＤ
照明光源が着脱されるＬＥＤ照明装置のコネクタの寸法
についても、機械的製造誤差が発生する。このため、電
極間ピッチを小さくしすぎると、ＬＥＤ照明装置のコネ
クタ部で、給電電極どうしがショートする可能性があ
る。以上のことから、電極間ピッチは０．８ｍｍ以上の
大きさに設定されることが好ましい。
【００５９】また、ＬＥＤは高温において順方向電圧が
低下するため、動作安定性の観点からは、定電圧駆動よ
りも定電流駆動を採用することが好ましい。定電流駆動
を行う場合、カード型ＬＥＤ光源には定電流駆動のため
の駆動経路の数だけのグランドラインが必要となる。好
ましくは、電気的に独立した複数のグランド給電電極が
基板上に形成される。従って、このようなカード型ＬＥ
Ｄ照明光源に対応するＬＥＤ照明装置においても、複数
のグランド電極コネクタを設けることが好ましい。前記
カード型ＬＥＤ光源に多数の給電電極を配置する場合、
電極間ピッチは２ｍｍ以下に設定することが好ましく、
１．２５ｍｍ以下に設定することが更に好ましい。
【００６０】後述するように、本発明のカード型ＬＥＤ
光源およびＬＥＤ照明装置を用い、青、緑（青緑）、黄
（橙）、赤、白のＬＥＤを個別に駆動することによって
照明を行う場合は、各色のＬＥＤについて２つの電極
（計１０個の電極）を設けることが好ましい。
【００６１】本発明のカード型ＬＥＤ光源は、定電圧駆
動のみならず定電流駆動に対応するように設計さりても
良いし、電気的に独立した多経路の駆動を行うようにし
てもよい。これらの場合、カード型ＬＥＤ光源は、絶縁
層を介して積層された２層以上の配線層を備え、前記２
層以上の配線層を相互接続する構造を有することが望ま
しい。
【００６２】２層以上の配線層を相互接続する構造とし
てビア構造を採用する場合、ビアの直径は、例えば１０
０μｍから３５０μｍの間で任意に設定可能である。ビ
アの穴あけ誤差を考えると、カード型ＬＥＤ光源の給電
電極の幅は、ビアの直径の２倍から３倍の大きさを有す
ることが好ましく、例えば、２００μｍ〜１０５０μｍ
の大きさを有する。
【００６３】給電電極の長さは、ＬＥＤ照明装置のコネ
クタがビアと直接接触することがないように設定される
ことが好ましい。故に、給電電極の長さは、例えば１ｍ
ｍ以上に設定されることが好ましい。ただし、カード型
ＬＥＤ光源を小型化するためには、給電電極の長さを５
ｍｍ以下に抑えることが好ましい。
【００６４】以下、図面を参照しながら、本発明による
ＬＥＤ照明装置の実施形態を最初に説明する。
【００６５】（実施形態１）図３（ａ）は、本発明によ
るＬＥＤ照明装置の一部を示す斜視図であり、着脱可能
な複数のカード型ＬＥＤ照明光源１０が嵌め込まれるヒ
ートシンク１９を示している。
【００６６】カード型ＬＥＤ照明光源１０は、ヒートシ
ンク１９の側面に設けられたスロットを通じて所定位置
まで挿入される。ヒートシンク１９は、装着されたカー
ド型ＬＥＤ照明光源１０の裏面と熱的に接触し、カード
型ＬＥＤ照明光源１０の基板裏面から熱を外部に放散す
る。
【００６７】ヒートシンク１９の中に挿入されたカード
型ＬＥＤ照明光源１０は、ヒートシンク１９内に設けら
れているコネクタ（不図示）と電気的に接続される。カ
ード型ＬＥＤ照明光源１０は、このコネクタを介して不
図示の点灯回路と電気的に接続される。なお、本明細書
において、「コネクタ」の文言は、着脱可能な機構によ
り、カード型ＬＥＤ照明光源との電気的接続を行う部材
・部品を広くカバーするものとする。コネクタとして
は、各種メモリカードなどが着脱される多様な構成を有
するものが存在しているが、本発明では、それら既存の
コネクタと略同様の構成を有するコネクタを採用するこ
とができる。
【００６８】このようなヒートシンク１９と点灯回路と
を備えたＬＥＤ照明装置は、薄型化が容易であるため、
面光源として好適に利用される。また、複数のカード型
ＬＥＤ照明光源１０のいずれかが故障した場合、故障し
たカード型ＬＥＤ照明光源１０をヒートシンク１９から
取り外し、新しい（故障または劣化していない）カード
型ＬＥＤ照明光源１０を装着すれば、照明装置としての
使用を継続することができる。
【００６９】本発明の好ましい実施形態では、特別の道
具・器具を用いずにカード型ＬＥＤ照明光源１０の着脱
が簡単に行えるように、カード型ＬＥＤ照明光源１０の
表面に給電電極を設けており、カード型ＬＥＤ照明光源
１０をコネクタに接続するだけで給電電極とコネクタと
の電気的接触および接続を実現できる。このようなカー
ド型ＬＥＤ照明光源１０の構造として好ましい具体例
は、後に詳しく説明する。
【００７０】上述したように、図３（ａ）の例では、ヒ
ートシンク１９がカード型ＬＥＤ照明光源１０の基板裏
面（ＬＥＤが実装されていない側）に熱的に接触する。
従って、このヒートシンク１９が、カード型ＬＥＤ照明
光源の基板裏面から熱を受け取る熱伝導部材として機能
するが、熱伝導部材としては、シリコングリースやゲル
などから形成した放熱シートを用いても良いし、これら
の放熱シートとヒートシンクの組み合わせや、ヒートパ
イプやファンなどとの組み合わせを用いても良い。ま
た、ＬＥＤ照明装置の筐体それ自体を熱伝導部材として
用いても良い。
【００７１】次に、図３（ｂ）を参照する。
【００７２】図３（ｂ）に示すＬＥＤ照明装置は、公知
の白熱電球と置き換え可能な照明装置であり、カード型
ＬＥＤ照明光源を着脱可能に支持するアダプタ２０と、
装着された状態のカード型ＬＥＤ照明光源を覆う光透過
カバー２０ａとを備えている。アダプタ２０の内部には
不図示の点灯回路が設けられている。アダプタ２０の下
部には、外部から内部の点灯回路に電気エネルギーを供
給するための給電ソケット（スクリューソケット）が設
けられている。この給電ソケットの形状およびサイズ
は、通常の白熱電球に設けられた給電ソケットの形状お
よびサイズと等しい。このため、図３（ｂ）のＬＥＤ照
明装置は、白熱電球がはめ込まれる既存の電気器具にそ
のまま装着されて使用され得る。なお、スクリュー型ソ
ケットに代えて、ピン型ソケットを採用してもよい。
【００７３】図３（ｂ）に示されているＬＥＤ照明装置
のアダプタ２０には、カード型ＬＥＤ照明光源１０を挿
入するためのスロットが設けられている。スロットの奥
には、不図示のコネクタが配置されており、このコネク
タを介してカード型ＬＥＤ照明光源１０と点灯回路との
電気的接続が行われる。なお、図示されている例では、
アダプタ２０にスロットが設けられ、このスロットを介
してカード型ＬＥＤ照明光源１０の着脱が行われるが、
着脱の形式はこれに限定されない。スロットを設けない
タイプの実施形態については、後に説明する。 上述の
ように、図３（ｂ）のカード型ＬＥＤ照明光源１０は、
コネクタに対して簡単に抜き差しが行える機構を有して
いるため、照明器具との間で容易に取り外し交換が可能
となる。このようにカード型ＬＥＤ照明光源１０の取り
外しが容易なため、以下に述べる利点がある。
【００７４】まず、第１に、ＬＥＤの実装密度が異なる
カード型ＬＥＤ照明光源１０を差し替えることにより、
発光光量が異なる照明器具を容易に提供できる。第２
に、カード型ＬＥＤ照明光源１０が短期間で劣化して光
源としての寿命は短くなっても、通常の電球、蛍光灯の
交換と同様に、カード型ＬＥＤ照明光源１０のみを差し
替えるだけで光源部のみの交換を行うことができる。
【００７５】第３に、カード型ＬＥＤ照明光源１０に実
装されるＬＥＤを、相関色温度が低い光色用または相関
色温度が高い光色用や青、赤、緑、黄など個別の光色を
有するものとすることができる。このようなカード型Ｌ
ＥＤ照明光源１０から適切なものを選択すれば、対応す
るＬＥＤ照明装置に装着すれば、ＬＥＤ照明装置の発光
光色を切り替えや制御することができる。
【００７６】更に、多発光色（２種以上の光色）のＬＥ
Ｄをカード型ＬＥＤ照明光源１０に実装することによ
り、相関色温度が低い光色から相関色温度が高い光色ま
で、１枚のカード型のカード型ＬＥＤ照明光源１０によ
って発光光色を制御できる。この場合、２種の光色を用
いた２波長タイプのときには演色性は低いが高効率な光
源が実現可能であり、相関色温度が低いときには赤と青
緑（緑）発光の組合せ、相関色温度が高いときには青と
黄（橙）発光の組合せを採用することが望ましい。な
お、青と赤との発光のＬＥＤの組合せに青で励起されこ
の中間の波長に発光ピークのある蛍光体（例えば、ＹＡ
Ｇ蛍光体など）を加えた場合は、高効率かつ平均演色評
価数が８０以上の光源を実現できる。更に、３種の光色
を用いた３波長タイプの場合は青と青緑（緑）と赤発光
の組合せ、４種の光色を用いた４波長タイプの場合は青
と青緑（緑）と黄（橙）と赤発光の組合せが望ましく、
特に４波長タイプのときには平均演色評価数が９０を超
える高演色な光源を実現できる。なお、実装されるＬＥ
Ｄベアチップが単色または紫外線を放射する場合や、Ｌ
ＥＤベアチップで蛍光体や燐光材を励起することによっ
て白色発光する場合にも本発明を適用できる。また、蛍
光体や燐光材を基板に含有させてもよい。更に、青発光
のＬＥＤと青色光で励起される蛍光体や燐光材と赤発光
ＬＥＤを組み合わせ、高効率・高演色を同時に満足させ
ることもできる。
【００７７】上述のカード型ＬＥＤ照明光源１０は、正
方形のカード型形状を有しているが、本発明は、これに
限定されない。給電用の電極（給電電極）は、カード型
ＬＥＤ照明光源１０の基板上において、ＬＥＤが配列さ
れている領域の周辺部に形成されることが好ましい。よ
り望ましい態様では、基板周辺の一端（一辺）の近傍に
複数の給電電極が配列される。給電電極の数が多い場
合、基板の一辺を長くした長方形状を採用してもよい。
この場合、ＬＥＤのクラスター中心（ＬＥＤが配列され
た光出射領域の中心）と基板の中心とがずれるため、曲
げストレスが光学系を有する光出射領域の中心に加わら
ないため、曲げストレスに強くなる。また、長方形形状
の角を丸めることで人間の指でカード型ＬＥＤを取り出
す際に基板角部でＬＥＤ照明器具をスクラッチしてしま
う可能性を減らすことができる。
【００７８】なお、基板の一部に切り欠き、マーク、ま
たは凹凸を設けることによってカード型ＬＥＤ照明光源
１０の方向を明確にしてもよい。こうすれば、カード型
ＬＥＤ照明光源１０を照明装置に装着するとき、照明装
置に対するカード型ＬＥＤ照明光源１０の位置決めを正
確かつ容易に行うことができる。
【００７９】上記の例では、カード型ＬＥＤ照明光源上
に給電電極を設け、コネクタ電極と接続する構成を採用
しているが、以下のような構成を採用することも可能で
ある。
【００８０】構成例１．面実装型のケーブルコネクタ部
品をカード型ＬＥＤ照明光源の電極上に実装し、カード
形ＬＥＤ照明光源自体に給電ケーブルをぬきさしできる
ようにする。
【００８１】構成例２．カード型ＬＥＤ光源に直接給電
ケーブルを接合し、カード形ＬＥＤ光源に接合されてい
ない一端でケーブルを抜き挿しできるようにする。
【００８２】以上の構成を採用する場合、給電ケーブル
はフレキシビリティを有するフラットケーブルであるこ
とが好ましい。
【００８３】（実施形態２）次に、本発明によるカード
型ＬＥＤ照明光源の実施形態を説明する。
【００８４】図４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に
おけるカード型ＬＥＤ照明光源の構成を示している。本
実施形態のカード型ＬＥＤ照明光源は、図３の照明装置
に対して好適に用いられる。
【００８５】本実施形態のカード型ＬＥＤ照明光源で
は、図４（ａ）に示すように、放熱基板１の片面に複数
のＬＥＤベアチップ２が実装されている。図の例では、
ＬＥＤベアチップ２が行および列からなるマトリクス状
に配列されているが、本発明はこれに限定されず、ＬＥ
Ｄベアチップ２の配列パターンは任意である。
【００８６】ＬＥＤベアチップ２が実装された放熱基板
１に対して、更に、図４（ａ）の光学反射板３が組み合
わせられ、図４（ｂ）に示すカード型ＬＥＤ照明光源が
構成されている。光学反射板３には、放熱基板１上に配
列されたＬＥＤベアチップ２に対応する開口部（孔）３
ｂが形成されている。このため、光学反射板３の開口部
３ｂを介してＬＥＤベアチップ２からの光が外部に取り
出される。なお、光学反射板の開口部（孔）は、光取り
出し効率を高めるため、放熱基板側よりも放熱基板と反
対側の光出射部で径が大きくなるようにすることが好ま
しい。
【００８７】本実施形態では、カード型ＬＥＤ照明光源
の放熱基板１として、高い熱伝導率（３．２Ｗ／（ｍ・
Ｋ）程度）を有するアルミナコンポジット基板を用いて
いる。アルミナコンポジット製の放熱基板１は、ベース
となる金属板（厚さ：例えば０．５〜３．０μｍ）と、
金属板上に設けられた絶縁層とを備えた金属ベース基板
である。基板厚さは、熱によるそりや曲げ強度の観点か
らは０．７ｍｍ以上であることが好ましく、基板の切り
出しの観点からは２．０ｍｍ以下であることが好まし
い。放熱性を高めるという観点から、カード型ＬＥＤ照
明光源のＬＥＤベアチップが実装されていない基板裏面
と、ＬＥＤベアチップとの間の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下
に設定されることが好ましい。
【００８８】次に、図５（ａ）および（ｂ）参照しなが
ら、カード型ＬＥＤ照明光源の断面構成を詳細に説明す
る。図５（ａ）は、絶縁層を単層構成（絶縁層１ｃ）と
した例の一部断面を示し、図５（ｂ）は絶縁層１ｃを複
層（絶縁層１ｃおよび１ｅの２層）構成とした他の例の
一部断面を示している。
【００８９】図５（ａ）および（ｂ）からわかるよう
に、本実施形態の放熱基板１は、金属板１ｂと、金属板
１ｂ上に貼り付けられた絶縁層１ｃ（および絶縁層１
ｅ）とを備えている。絶縁層１ｃ、１ｅは、無機フィラ
ーおよび樹脂組成物を含むコンポジット材料から形成さ
れていることが好ましく、絶縁層１ｃ、１ｅの厚さは、
合計で、例えば１００〜４００μｍに設定される。図５
（ｂ）は、絶縁層の２層化の一例を示しているが、更な
る多層化も可能である。
【００９０】無機フィラーとしては、Ａｌ2Ｏ3、Ｍｇ
Ｏ、ＢＮ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ 4およびＡｌＮか
ら選ばれた少なくとも一種類のフィラーを用いることが
好ましい。充填率および熱伝導性を高めるという観点か
ら、無機フィラーの粒形は球状であることが好ましい。
無機フィラーが分散される樹脂組成物は、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれた少な
くとも一種類を含み、更には、前記無機フィラー７０〜
９５重量％と前記樹脂組成物５〜３０重量％の混合から
形成されることが好ましい。
【００９１】金属板１ｂは、放熱基板１の機械的強度を
保つとともに、放熱基板１の均熱化に寄与する。また、
金属板１ｂは、裏面が平坦であるため、図示されていな
いヒートシンク部材などの熱伝導性に優れた部材と熱的
に接触することにより、高い放熱効果を実現することが
できる。
【００９２】他の実施例としては放熱基板１のベースメ
タルである金属板１ｂの真上の絶縁層１ｅについて上記
の構成を持つものの代わりに、コンポジット材料よりも
熱伝導率が低い低温焼成ガラス・セラミック基板を用い
ても良い。また、より高価であるが、熱伝導率が高いセ
ラミック基板、ホーロー基板、窒化アルミニウム基板、
酸化ベリリウム基板などを機材として用いてもよい。た
だ、放熱性と機械強度を考えると、金属板を放熱基板１
のベースメタルとして用いることが最も好ましい。この
絶縁層として上記のセラミックス基板などの基板を選択
し、金属板に貼り付けても良い。この場合、金属板に貼
り付ける絶縁性基板の厚さは薄く、かつ、貼り付け可能
なだけの強度を有することが好ましく、例えば８０μｍ
〜１０００μｍの範囲に設定される。こうして、材質や
組成の異なる絶縁層をベースメタル上に積層することも
可能になる。
【００９３】放熱基板１上には、配線パターン１ａ（お
よび１ｄ）が形成されており、この配線パターン１ａ
（および１ｄ）は、コンポジット材料から形成された絶
縁層１ｃ（および１ｅ）により、金属板１ｂから電気的
に絶縁されている。
【００９４】図５（ｂ）の例では、１層目の絶縁層１ｃ
に形成したビア１ｆを介して、２層目の絶縁層１ｃ上に
形成された配線パターン１ａと２層目の絶縁層１ｅ上に
形成されたの配線パターン１ｄとが電気的に接続されて
いる。
【００９５】図５（ａ）に示す放熱基板１では、多色
（例えば２〜４色）発光のために複数のＬＥＤを同一基
板上に並べた場合、発光色毎に、図６（ａ）および
（ｂ）に示すような単純な直並列接続かラダー接続を採
用することになる。このようなラダー形の接続を採用す
ることにより、ＬＥＤの電流電圧特性のバラツキを抑え
ながら点灯させることができる。また、１つのＬＥＤが
断線した場合、図６（ａ）の回路では、その断線したＬ
ＥＤと直列に接続する全てのＬＥＤが不点灯になるが、
図６（ｂ）の回路ではその断線したＬＥＤのみが不点灯
になるだけである。これに対して、図５（ｂ）のような
多層構成の放熱基板１によれば、図１５に示すような電
気的に異なる系のＬＥＤを隣接させる配置が可能とな
り、回路系事に不点や輝度ばらつきを更に感じにくくす
ることができる。また、多色のＬＥＤの混光にも有利と
なる。ラダー形の接続が可能となる。
【００９６】本実施形態では、ベアチップ状態のＬＥＤ
（「ＬＥＤベアチップ」）２を放熱基板１の上に直接搭
載している。このＬＥＤベアチップ２は、図５（ａ）、
（ｂ）に示すように、サファイアからなる素子基板１１
上に発光部１５を備えており、発光部１５は、ＧａＮ系
のｎ型半導体層１２、活性層１３、およびｐ型半導体層
１４が積層された構造を有している。
【００９７】本実施形態では、図１に示す従来例とは異
なり、素子基板１１よりも発光部１５を放熱基板１に近
い側に向けてＬＥＤベアチップ２を実装している。つま
り、フリップチップボンディングにより、ｐ型半導体層
１４の電極１４ａが放熱基板１の配線パターン１ａ上に
直接接続されている。ｎ型半導体層１２の電極１２ａも
ワイヤを介さずに放熱基板１の配線パターン１ａにバン
プ１６により接続されている。なお、電極１２ａおよび
電極１４ａがいずれも各種のバンプ接合されることも可
能であり、配線パターン１ａに金属接合されるＬＥＤベ
アチップ２のこれらの電極１２ａ、１４ａの面積が大き
くなればなるほど、放熱には有利となる。この点から
も、素子基板１１側から光を取り出し、発光部１５側に
大きな金属コンタクト面積を取れる本実施形態の構成が
有利である。
【００９８】各ＬＥＤベアチップ２のサイズは、ＬＥＤ
ベアチップの現状を考えた場合、縦および横が２５０〜
３５０μｍ程度、厚さが９０〜３５０μｍ程度とするこ
とが現実的であるが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
【００９９】本実施形態のように、フリップチップ接続
によってＬＥＤベアチップ２を配線パターンと接続し、
ＬＥＤベアチップ２を縦および横１ｍｍ程度またはそれ
以上に大きくし、１個のＬＥＤベアチップ２から取り出
す光量を増加させる際にいくつかの利点が生じる。
【０１００】ＬＥＤベアチップが５００μｍ以上に大型
化した場合、電極と接合されて給電されるｐ型半導体、
ｎ型半導体の抵抗およびその電流密度分布が原因となっ
て、電極近傍では強く発光するが電極から遠いところで
は発光が弱くなるという問題がある。本発明のように大
型のＬＥＤベアチップをフリップチップ構成として、そ
のＬＥＤベアチップの電極を素子面積の５０％以上に大
型化することにより、この問題は解決できる。この解決
は、ＬＥＤベアチップの光とり出し面と給電面とが反対
側になっている本発明の特有の構成から生じるものであ
る。なお、ＬＥＤベアチップの電極をｐ型、ｎ型の一対
にするのではなくて多数にすることにより、ＬＥＤベア
チップ内の電流密度ムラを抑えることも可能である。こ
の多数対の構成を従来のワイヤボンディングにて行う場
合には、ワイヤの取り回しが長くなる、ワイヤボンディ
ングの回数が増加する等の問題がある。
【０１０１】なお、本実施形態では、素子基板１１つま
りＬＥＤベアチップの基板の表面（光出射側表面）が完
全な平面ではなく、中央部が高くて周縁部に向かって低
くなる形状（一例としてドーム状）をなしている。
【０１０２】ＬＥＤベアチップ２で発生した光の進行方
向を制御する反射面３ａを各ＬＥＤベアチップ２を取り
囲む位置に有し、各ＬＥＤベアチップ２の設置位置には
孔３ｂが開いている金属（アルミニウム）製の光学反射
板３が、放熱基板１に設けられている。そして、この孔
３ｂには、ＬＥＤベアチップ２をモールドするように樹
脂４（エポキシ、レジン、シリコーン、またはこれらの
組み合せ）が充填されている。この充填された樹脂４
は、レンズとして機能する。
【０１０３】このような構成により、電極１２ａ、電極
１４ａ間に順方向のバイアス電圧を印加させた場合、ｎ
型半導体層１２に注入された電子とｐ型半導体層１４に
注入された正孔との再結合によって、活性層１３から光
が出射され、この出射光を照明として利用する。また、
図５（ａ）、（ｂ）の横方向に出射された光を光学反射
板３の反射面３ａにて上方に反射させて光利用効率の向
上を図っている。
【０１０４】本実施形態の場合でも、ＬＥＤベアチップ
２の発光動作に伴って多量の熱が発生するが、この発生
した熱は、発光部１５から直に放熱基板１へ放散され
る。また同時に、金属製の光学反射板３は、放熱基板１
の均熱化にも寄与し、放熱基板１中央部への熱集中を抑
制する効果も果たす。
【０１０５】本実施形態のＬＥＤベアチップ２は、例え
ば、次のような工程により作製される。
【０１０６】まず、直径２インチ程度のサファイア基板
上に、ＧａＮ系のｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導
体層を例えばＣＶＤ法により順次積層形成し、更に電極
１２ａ、１４ａを形成して半導体ウェハを製造する。そ
して、製造した半導体ウェハにサンドブラスト処理とダ
イシング処理とを組み合わせて各ＬＥＤベアチップ２を
作製する。
【０１０７】サファイア基板側を上にした半導体ウェハ
に細かいセラミック粒または金属粒を吹き付けて、素子
毎の分離溝をサファイア基板側から形成した後、その分
離溝を更にダイシングして複数のＬＥＤベアチップ２に
切り分ける。このようにすることにより、素子基板１１
の光出射側表面がドーム状をなした複数のＬＥＤベアチ
ップ２を作製する。ここで、吹き付けるセラミック粒ま
たは金属粒の流量、流速を制御することにより、素子基
板１１の表面形状を制御できる。この他、ダイシング用
ブレードの刃の形の異なるものを組み合わせ、まず傾斜
部を切削形成してから、別の刃型を有するダイシング用
ブレードで完全に個別に切り分けることでも実現可能で
ある。
【０１０８】本実施形態では、従来のＬＥＤベアチップ
の上下に電極を構成した場合と異なり、フリップチップ
構成を採用するとともに、ＬＥＤベアチップの上面が下
面より小さくなっている。このため、上述した加工を行
う際に、上面電極の大きさや損傷を気にす必要がなくな
る。また、ＬＥＤベアチップの上面にワイヤがないた
め、ワイヤによる放射のけられ（妨害）をなくすことが
でき、ワイヤによる配光の乱れや光出力の低下を避ける
ことができる。
【０１０９】本実施例ではサファイア基板を例にとった
が、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板などを用いも良い。重要な
点は、可視光に限らず、ＬＥＤが輻射する光を透過する
基板を用いれば良い。また、ＬＥＤベアチップを従来の
スルーホール素子（砲弾形素子など）や面実装素子（Ｓ
ＭＤ（サーフェス・マウント・デバイス）やチップ型素
子など）などの素子に組み込んで用いてもよい。
【０１１０】このようにして作製した複数のＬＥＤベア
チップ２を、放熱基板１の配線パターン１ａ、１ａに電
極１２ａ、１４ａを接続させて、マトリクス状に放熱基
板１上に配設する。そして、光学反射板３を被せた後
に、樹脂４にて各ＬＥＤベアチップ２をモールドする。
なお、この光学反射板３の孔３ｂに樹脂４を封入する際
に、印刷手法での樹脂封止を行うようにする場合には、
一度に大量の樹脂レンズの形成が可能であって、量産効
果を高くできる。
【０１１１】本発明のカード型ＬＥＤ照明光源では、発
光部１５を放熱基板１側にして各ＬＥＤベアチップ２を
設けているので、図１に示す従来例に見られるような給
電用のワイヤを設ける必要がなく、ワイヤボンディング
に要する領域も不要となるので、隣り合って設置される
ＬＥＤベアチップ２、２の間隔を狭くでき、ＬＥＤベア
チップ２の高集積化を図ることができる。なお、この点
は発光色の異なる多数のＬＥＤベアチップ２（またはベ
アチップ）を使用しての混光にも有利である。
【０１１２】また、発光部１５にて発生した熱は、熱伝
導率が高い放熱基板１を介して外部に効率良く放散され
る。この際、各ＬＥＤベアチップ２では熱を発生する発
光部１５が放熱基板１に直接接続されているので、図１
に示した従来例のように素子基板を介して熱が放散され
るのではなく、発光部１５にて発生した熱が直接放熱基
板１を介して外部に放散されることになり、その放熱性
は優れている。よって、放熱性に優れていて、多量の熱
が発生してもその発生した熱を容易に放散させてＬＥＤ
ベアチップ２の温度上昇を抑制することができるため、
各ＬＥＤベアチップ２に強い電流を流すことができ、大
きい光束を得ることが可能となる。
【０１１３】なお、ＬＥＤベアチップ２の素子基板１１
（サファイア）の屈折率と、樹脂４（エポキシ樹脂また
はシリコーン樹脂）の屈折率とは異なるので、素子基板
１１の光出射側表面において、発光部１５から発せられ
た光の一部は各々の屈折率の差によって全反射する。こ
の全反射された光はＬＥＤベアチップ２側に進むので、
照明用としては寄与しない。従って、生じた光を有効に
利用するためには、この全反射をできる限り抑制するこ
とが必要である。
【０１１４】本実施形態では、各ＬＥＤベアチップ２の
素子基板１１の光出射側表面の形状を、発光面に対して
水平ではなくドーム状に加工成形している。こうするこ
とにより、発光部１５から発せられた光の全反射の割合
を低くするようにしている。図７（ａ）は、光出射側表
面がドーム状をなす本発明における光の進路を示す図で
あり、図７（ｂ）は光出射側表面が水平面をなす比較例
における光の進路を示す図である。
【０１１５】光出射側表面が水平面をなす場合に、その
周縁部にあっては入射角が大きくなって臨界角に達する
光（図７（ｂ）のＢ）の割合も多くなり、全反射が起こ
り易くなる。これに対して、光出射側表面がドーム状を
なす場合では、その周縁部にあっても光の入射角が臨界
角に達する割合は少なくなり、発光部１５から発せられ
た大部分の光（図７（ａ）のＡ）は全反射されることな
く外部に出射される。
【０１１６】素子基板１１の光出射側表面の形状をドー
ム状に加工成形したＬＥＤベアチップ２（本発明例）
と、素子基板１１の光出射側表面が水平形状であるＬＥ
Ｄベアチップ２（比較例）とにおける光の出射光束のシ
ミュレーション結果を図８（ａ）、（ｂ）に示す。図８
（ａ）、（ｂ）を比較すると、本発明例では比較例に比
べて照明光として寄与できる上方への光束が増大してお
り、光の外部取り出しを有効に行えていることがわか
る。本発明者の測定によれば、本発明例では比較例に比
べて光取り出し効率を１．６倍に向上できている。
【０１１７】このように、本発明のカード型ＬＥＤ照明
光源では、素子基板１１の光出射側表面をドーム形状と
したので、発生した光を外部へ無駄なく取り出すことが
でき、発生光における照明光への利用効率を非常に高く
することが可能となる。
【０１１８】なお、上述した例では、素子基板１１の光
出射側表面の形状をドーム状としたが、全反射が起こり
にくいような形状（中央部が高くて周縁部が低くなるよ
うな傾斜面状）であれば、任意の形状に設定することが
できる。例えば、図９（ａ）に示すように上記例と逆で
あって発光部１５側に凸状に傾斜面が形成された形状、
図９（ｂ）に示すような傾斜角が一定である傾斜面（テ
ーパ面）が形成された形状を用いるようにしても良い。
【０１１９】ただし、傾斜面が曲面でなく、平面または
多面体である場合は、この効果が低下する。傾斜面はド
ーム状が好ましく、この場合にはＬＥＤベアチップ２自
体にレンズが形成された効果を生じる。ＬＥＤベアチッ
プ２自体がレンズ効果を有するため、ＬＥＤベアチップ
２自体の配光がレンズ前面に集中し、ＬＥＤベアチップ
２側方に出射される光量が低下する。これにより、ＬＥ
Ｄベアチップ２が組み込まれる光学系の迷光成分が減少
し、その結果、カード型ＬＥＤ照明光源全体としての光
利用効率が向上する。
【０１２０】上述した例では、ＧａＮ系半導体層／サフ
ァイア素子基板構成で青色光を発するＬＥＤベアチップ
２を用いた青色光のカード型ＬＥＤ照明光源について説
明したが、他の赤色光を発するＬＥＤベアチップ、緑色
光を発するＬＥＤベアチップまたは黄色光を発するＬＥ
Ｄベアチップを用いるカード型ＬＥＤ照明光源であって
も、本発明を同様に適用できることは勿論である。ま
た、これらの４種のＬＥＤ素子を混在配置させ、それら
の発色光を配光制御して白色光や可変色光を提供する白
色カード型ＬＥＤ照明光源でも、本発明が適用可能であ
ることは勿論である。
【０１２１】他の実施の形態としては、青色発光、緑
（青緑）色発光を示すＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などの異
なる素子基板上に構成したＧａＮ系のＬＥＤが存在する
が、この場合には素子基板自体が導電性を有するため、
図５（ａ）および（ｂ）における活性層１３を挟んだｎ
型、ｐ型半導体層１２、１４に電極を形成する他に、一
方の電極を素子基板自体とする構成も可能である。
【０１２２】この他、黄（橙）色、赤色の発光を示すＡ
ｌＩｎＧａＰ系のＬＥＤベアチップ（素子）の場合に
は、素子基板としてこれらの発光色に対して透過率が高
いＧａＰ基板を使用して同様の構成をとることができ
る。
【０１２３】なお、ＡｌＩｎＧａＰ系のＬＥＤベアチッ
プの発光部を、透明電極が形成されたサファイア基板、
ガラス基板等の透明基板にウエファボンドすることでも
同様の構成をとり得る。
【０１２４】更に、図１０に示すように、光学的な開口
部を有した金属電極１８が形成されたサファイア基板、
ガラス基板等の透明な素子基板１１に、同じく光学的な
開口部を有した金属電極が形成されたＡｌＩｎＧａＰ系
のＬＥＤベアチップ（素子）の発光部１５を金属接合
（例えば超音波接合などを用いての金属接合）すること
でも同様の構成をとり得る。この場合、ウエファボンド
の接合部は種々の形状をとることが可能であり、その一
例を図１１（ａ）〜（ｄ）に示す。
【０１２５】ＡｌＩｎＧａＰ系ＬＥＤベアチップの場
合、成長基板を除去しない状態で、まず、ベアチップの
開口部を有した金属電極とウエファボンドされる透明な
素子基板１１に開口部を有した金属電極とを金属接合し
てもよい。この場合、金属接合の後、ＬＥＤベアチップ
の成長基板を取り除く工程を行うことになる。素子基板
１１の形状加工は、ウエファボンド工程の前後いずれの
時点で行ってもよく、ＬＥＤベアチップの成長基板を取
り除く工程の前後いずれの時点で行ってもよい。
【０１２６】なお、光学的に透明な接着手段を使用して
も透明基板とＬＥＤベアチップの発光部とのウエファボ
ンドが可能である。
【０１２７】上述した例では、サンドブラスト処理によ
り素子基板１１の表面形状を形成したが、ウォータジェ
ットによる加工または選択的な化学エッチング処理によ
りその表面形状を形成すること、ＬＥＤ素子基板１１と
同等の屈折率を有する光学レンズを張り合わせるように
しても良い。また、ＧａＮ系のＬＥＤべアチップの加工
について述べたように、ダイシングブレードの刃先を用
いる切削によっても素子基板１１の表面形状を得ること
が可能である。なお、これらの加工が施されたフリップ
チップ用ベアチップを従来の砲弾形やＳＭＤなどの素子
に組み込んでも使用しても良い。
【０１２８】上記構成は、ワイヤボンドを不用とするた
め、光学系の小形化と高効率化に寄与する。
【０１２９】ＡｌＩｎＧａＰ系ＬＥＤを用いる場合で
も、ＬＥＤベアチップが実装される基板（放熱基板）に
近い側に位置するＬＥＤ電極の面積を大きくすることに
より、実装用基板に向う光を反射させ、光取り出し効率
が向上する。
【０１３０】なお、放熱基板１は、図５（ａ）、（ｂ）
に示すような金属板ベース基板以外にも、金属コア基板
等で作製することが可能である。ただし、金属ベース基
板である場合には、基板下面が金属であるとともに、基
板上にも金属製の光学反射板を配することが可能なた
め、基板の上面および下面からの両面放熱が可能とな
り、放熱効果はより大きくなる。
【０１３１】（実施形態３）次に、本発明によるカード
型ＬＥＤ照明光源の他の実施形態を説明する。
【０１３２】まず、図１２を参照しながら、本実施形態
のカード型ＬＥＤ照明光源を説明する。
【０１３３】本実施形態のカード型ＬＥＤ照明光源は、
図１２に示すように、金属板５０と、多層配線基板５１
と、金属製の光学反射板５２とを備えている。金属板５
０および多層配線基板５１は、全体として１つの「カー
ド型ＬＥＤ照明光源」を構成している。
【０１３４】金属板５０は、放熱基板のベースメタルで
ある。金属板５０および光学反射板５２は、アルミ、
銅、ステンレス、鉄、または、これらの合金から作製さ
れ得る。金属板５０と光学反射板５２の材料は異なって
いても良い。熱伝導率の観点から好ましい材料を並べる
と、銅、アルミニウム、鉄、ステンレスの順となる。一
方、熱膨張率の観点から好ましい材料を並べると、ステ
ンレス、鉄、銅、アルミの順となる。防錆処理などの使
い勝手の良さからアルミニウム系材料が好ましく、熱膨
張に起因する信頼性劣化を避ける観点からは、ステンレ
ス系材料が好ましい。
【０１３５】金属板５０の裏面は、平坦であり、熱伝導
性に優れた部材（不図示）の平坦な面と接触することが
できる。
【０１３６】金属板５０に対して、電解研磨、アルマイ
ト処理、無電解メッキ、または電着などで絶縁処理を施
しておけば、金属板５０が配線パターンに直接接触して
も電気的ショートが発生しない。
【０１３７】なお、金属板５０の表面において、少なく
ともＬＥＤベアチップから放射された光を反射する部分
に対して、反射率を向上させるための処理を行うことが
好ましい。反射率向上のための処理には、屈折率の異な
る物質層を多数積層する増反射処理や、金属板５０の表
面における鏡面性を向上させる処理が含まれる。
【０１３８】多層配線基板５１は、実施形態２と同様
に、無機フィラーと樹脂組成物との混合物からなる第１
絶縁層と第２絶縁層の２層構造を有している。第１絶縁
層と第２絶縁層との間には下層配線が形成されており、
第２絶縁層の上には上層配線が形成されている。第２絶
縁層に設けられたビアを介して上層配線と下層配線とが
電気的に接続されている。
【０１３９】光学反射板５２の孔にＬＥＤ封止樹脂を充
填し、樹脂からなる凹レンズまたは凸レンズを形成する
ことも可能であるし、また、樹脂で孔部分を埋めること
によって平坦化することも可能である。しかし、光学反
射板５２の面積は多層配線基板５１の面積より小さいた
め、光学反射板５２の全体を樹脂でモールドすることも
可能である。光学反射板５２を樹脂で完全に覆えば、封
止性が向上する。
【０１４０】照明装置側に設けられるコネクタは、例え
ば、図１３に示されるように、カード型ＬＥＤ照明光源
をスライドさせながら案内するガイド部を有する本体５
５と、カード型ＬＥＤ照明光源と電気的に接続する複数
のコネクタ電極５６と、熱伝導性に優れた金属プレート
（底板）５７と、コネクタ電極を回路（点灯回路など）
に接続する配線コード５８とを備えている。
【０１４１】コネクタに差し込まれたカード型ＬＥＤ照
明光源の給電電極５４は、対応するコネクタ電極５６と
接触し、導通する。放熱性の観点からは、コネクタにカ
ード型ＬＥＤ照明光源を差し込んだとき、金属板５０の
裏面の全部または１部がコネクタの金属プレート５７と
熱的に接触することが好ましい。
【０１４２】本実施形態では、図１２に示すように、給
電電極５４が多層配線基板５１の上面における４つの辺
のうちの１つの辺の側に集中的に配列されているため、
カード型ＬＥＤ照明光源は、図中の矢印Ａの方向に押さ
れて、コネクタに差し込まれることになる。
【０１４３】図１２からわかるように、給電電極５４が
設けられる領域の広さだけ、多層配線基板５１のサイズ
は光学反射板５２のサイズよりも大きくなる。このた
め、本実施形態では、ＬＥＤベアチップ５３がマトリッ
クス状に実装されている領域（光出射領域またはＬＥＤ
クラスタ領域）の中心位置（光学中心）と基板の中心位
置とが一致せず、カード型ＬＥＤ照明光源の曲げの応力
中心が、もろい光学系の中心と一致せず、強度が向上し
ている。また、給電電極５４を基板の一端に集中させる
ことにより、多層配線基板５１の上面における他の３つ
の辺に対応する端部は、必ずしもコネクタの内部に完全
に嵌め込まれる必要がなくなり、形状などの設計自由度
が向上する。
【０１４４】多層配線基板５１（および金属板５０）の
長辺方向サイズ（矢印Ａに平行な辺のサイズ）を適切に
設定することにより、光学中心の位置を任意に調節する
ことができる。
【０１４５】光学反射板５２は、基本的には、図４
（ａ）に示す光学反射板３と同様の構成を有しており、
ＬＥＤベアチップ５３の配列に対応する複数の開口部を
有している。光学反射板５２の開口部には、樹脂レンズ
が形成されることが好ましく、この樹脂レンズによって
ＬＥＤベアチップ５３が封止されるため、ＬＥＤベアチ
ップ５３と多層配線基板５１との接続がより強固なもの
となる。このようにＬＥＤベアチップ５３と多層配線基
板５１との接続が強固になると、カード型ＬＥＤ照明光
源を放熱用部材にネジ止めする目的で、カード型ＬＥＤ
照明光源のカードにネジ止め用の穴を設けたり、カード
の基板のエッジ辺の一部にネジ止め用の円弧を設けるこ
とが可能となる。
【０１４６】図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照し
て、本実施形態のカード型ＬＥＤ照明光源の構成を更に
詳細に説明する。図１４（ａ）は、活生層がフェイスダ
ウンの状態でフリップチップ実装されたＬＥＤベアチッ
プ５３を示している。後述するように、本実施形態で
は、ＬＥＤベアチップ５３の種類に応じて異なる実装方
式を採用している。
【０１４７】ＬＥＤベアチップ５３は、多層配線基板５
１の配線パターン５９と接続され、かつ、多層配線基板
５１上に固定されるように実装されている。金属製の光
学反射板５２は、ＬＥＤベアチップ５３が多層配線基板
５１上に実装された後、多層配線基板５１上に貼り付け
られている。
【０１４８】多層配線基板５１には、２層の配線パター
ン５９が形成されており、異なる層における配線パター
ン５９がビア６３によって接続されている。最上層にお
ける配線パターン５９は、Ａｕバンプ６１を介してＬＥ
Ｄベアチップ５３の電極と接続されている。配線パター
ン５９は、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、また
は、これらの金属を主成分とする合金から形成した配線
パターンによって構成される。
【０１４９】このような多層配線基板５１では、前述の
ように、絶縁性を有する樹脂組成物と無機フィラーとの
混合物からなる絶縁層を含んでおり、この混合物は、好
ましくは熱硬化性樹脂を含んでいる。絶縁層を構成する
樹脂組成物および無機フィラーの種類・量を適切に選択
することにより、絶縁層の熱伝導性、線膨張係数、誘電
率などを調節することができる。絶縁層の好ましい熱伝
導率は、１〜１０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。絶縁層は白色
であることが好ましい。白色の絶縁層を採用することに
より、絶縁層の露出部分による可視光反射率が高まり、
光の利用効率が更に改善される。
【０１５０】無機フィラーとしては、熱伝導性に優れる
Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ
3Ｎ4、およびＡｌＮからなる群から選択された少なくと
も１種類のフィラーを用いることが好ましい。無機フィ
ラーの平均粒径は、０．１〜１００μｍの範囲から設定
されることが好ましい。平均粒径が、この範囲を外れる
と、フィラーの充填性や基板の放熱性が低下するからで
ある。
【０１５１】熱硬化樹脂としては、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、およびシアネート樹脂からなる群から選択
された少なくとも１種類の樹脂を用いることが好まし
い。これらの樹脂が硬化後に示す電気絶縁性、機械的強
度、耐熱性が他の樹脂硬化物よりも優れているからであ
る。樹脂組成物には、必要に応じて、カップリング剤、
分散剤、着色剤、離型剤などの添加剤が加えられていて
も良い。
【０１５２】アルミナフィラーのコンポジット材料から
なる厚さ１６０μｍのシートを用い、合計３２０μｍの
絶縁層を有する２層配線の多層配線基板を用意し、アル
ミニウムメタルベースに貼り付ける方法でカード型ＬＥ
Ｄ照明光源の試作品を作製した。前記アルミニウムメタ
ルベースのアルミナコンボジット２層基板の上にＬＥＤ
ベアチップを直接実装し、ＬＥＤベアチップとベースメ
タル間の熱抵抗を測定したところ、約１［℃／Ｗ］とい
う熱抵抗が得られた。
【０１５３】前記試作品に対して無風状態でヒートシン
クによる自然放熱を行う場合、約０．３ｍｍ角のＬＥＤ
ベアチップ（６４個）を４０ｍＡ（定格の２倍の電流、
電流密度は約４４４［ｍＡ／ｍｍ2］）で駆動しようと
すると、ＬＥＤベアチップの温度を約８０℃に保持する
ためには、約３００［ｃｍ2］のヒートシンク表面積が
要求される。また、自然空冷を行う場合において、この
ように大きな電流で動作させようとする場合、ＬＥＤベ
アチップとベースメタル間の熱抵抗は約１０［℃／Ｗ］
以下に設定する必要がある。
【０１５４】自然空冷を行う場合、ＬＥＤベアチップの
温度が８０〜１２０℃を超えるようになると、ＬＥＤベ
アチップの封止樹脂（エポキシやシリコーンなどの樹
脂）の熱劣化および光劣化が激しくなるため、好ましく
ない。
【０１５５】熱抵抗が約５［℃/Ｗ］以下であれば、理
想的に大きな面積を有するヒートシンクではなく、現実
的な有限の面積を有するヒートシンクを用いた場合であ
っても、自然空冷による充分な放熱が可能である。更
に、熱抵抗が約2〜1［℃/Ｗ］以下であれば、小型のヒ
ートシンクでも充分な放熱が可能となる。
【０１５６】また、絶縁層厚みを薄くしたり、更には約
２〜４［Ｗ／ｍＫ］の熱伝導率を有するアルミナコンポ
ジット材の絶縁層ではなく、約３から５［Ｗ／ｍＫ］の
熱伝導率を有するボロン系のコンポジット材の絶縁層を
用いるなど１［℃/Ｗ］以下の熱抵抗を有する系も実現
可能であり、この場合はさらにヒートシンク面積を小型
化しても同様の効果が得られる。
【０１５７】また、１〜２．５［Ｗ・ｍｋ］の熱伝導率
を有するシリカコンポジット材の絶縁層を用いた場合
も、熱伝導率がより高い絶縁層を用いた場合と比較して
絶縁層を薄くすることにより、上記範囲の熱抵抗を実現
することができる。
【０１５８】多層配線基板５１の配線パターン５９は、
例えば、有機フィルムなどの離型キャリア上に配線パタ
ーンを形成し、その後、離型キャリアから上記の絶縁層
上に配線パターンを転写することによって形成すること
ができる。離型キャリアの配線パターンは、銅箔などの
金属箔を接着剤を介して離型キャリアに接着させたり、
更に、その金属箔上に電解メッキまたは無電解メッキで
膜状に金属層を堆積した後、化学エッチングなどにより
金属をパターニングして作製され得る。ただし、金属箔
から配線パターンを形成する場合、金属箔の接着強度を
高めるため、絶縁層の表面は粗面化されていることが好
ましい。
【０１５９】上記の配線パターン５９は他の方法で作製
されていてもよい。また、配線パターン５９は、絶縁層
中に埋没されていてもよいし、平坦な絶縁層表面に付着
した状態にあってもよい。なお、異なる層における配線
パターン５９を接続するビア６３は、絶縁層に形成した
孔（ビアホールまたはスルーホール）の内部にめっきや
導電性樹脂組成部を設けることによって作製される。
【０１６０】このような構成を有する多層配線基板５１
の上面の大半は光学反射板５２で覆われているが、一部
は露出している。多層配線基板５１上の露出領域には複
数の給電電極５４が形成されている。この給電電極５４
は、カード型ＬＥＤ照明光源が差し込まれるコネクタを
介して照明装置の点灯回路に電気的に接続される。
【０１６１】光学反射板５２と多層配線基板５１との間
にはアンダーフィル（応力緩和層）６０が設けられてい
る。このアンダーフィル６０により、金属製の光学反射
板５２と多層配線基板５１との間にある熱膨張差に起因
する応力が緩和されるとともに、光学反射板５２と多層
配線基板５１上の上層配線との間の電気的絶縁も確保さ
れる。
【０１６２】光学反射板３の全体が金属から形成されて
いることが好ましい。絶縁層（基板絶縁層）を基板ベー
スメタルと金属反射板で挟みこむことにより、基板両側
からの放熱が可能になり、また、発熱体であるＬＥＤの
実装側の中央部の熱を周辺部に対して均熱化できること
等の効果が得られる。また、基板絶縁層の両側から互い
の金属板のそりを押さえ込む効果も副次的に期待でき
る。
【０１６３】更に、樹脂組成物および無機フィラーから
なるコンポジット材料から基板絶縁層を形成すれば、こ
のようなコンポジット材料の持つ弾性により、両方の金
属の応力緩和を図ることができる。その結果、高温高出
力で点灯される照明装置としての信頼性を向上させるこ
とができる。
【０１６４】また、応力を更に緩和し、信頼性を更に向
上させるため、光学反射板と基板絶縁層の間に、これら
の材質とは異なる材質からなる応力緩和層を設けること
が好ましい。絶縁層上の配線の上にバンプを形成した
り、配線のほかにバンプ用のランドを設けることによ
り、絶縁層と光学反射板との間に空隙を設け、この空隙
内に上述のアンダーフィルや、ＬＥＤのモールドに用い
る樹脂（エポキシやシリコーン）を充填しても応力を緩
和することが可能である。このような応力緩和手段を設
けると、点滅試験の熱衝撃による応力が加えられている
過酷な条件のもとでも、不点灯や信頼性低下を抑制する
ことができる。
【０１６５】光学反射板５２の開口部には、モールドさ
れた樹脂６２によってレンズが形成されている。放熱性
向上の観点から、光学反射板５２はアルミニウムなどの
金属プレートから形成されていることが好ましいが、他
の絶縁性材料から形成されたプレートを用いてもよい。
その場合、開口部の内周壁面の少なくとも一部（好まし
くは全部）に、絶縁性プレートよりも反射率の高い材
料、例えば、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌなどの金
属、または、これらの金属を主成分とする合金から形成
した反射膜を設けることが望ましい。こうすることによ
り、ＬＥＤから側方に出た光が、反射膜によって適切に
反射され、光の利用効率を向上させることが可能であ
る。
【０１６６】裏面に貼り付けられる金属板５０の材料
は、アルミニウムに限られず、銅でもよい。金属板５０
の裏面は、コネクタなどに設けた熱伝導性の良い部材と
接触して放熱性を高めるように平坦であることが好まし
いが、裏面の一部に放熱のためのフィンや線状凹凸を設
けても良い。その場合、金属板５０の裏面と接触する部
材の表面には、フィンや線状凹凸に対応する凹凸形状が
設けられることが好ましい。カード型ＬＥＤ照明光源を
スライドさせてコネクタに接続する構成を採用する場
合、金属板の裏面に設けるフィンや線状凹凸は、スライ
ドを阻害しないように、スライド方向に沿って延びてい
ることが好ましい。このようにする場合、フィンや線状
凹凸自身がガイドとして機能するともに、接触面積が増
加する効果が得られる。
【０１６７】熱伝導材部材とカード型ＬＥＤ照明光源と
の熱的接触を高めるにためには、熱伝導材部材をカード
型ＬＥＤ照明光源に対して押圧する機構を採用すること
が好ましい。このような押圧はバネ性を有した給電端子
で行うことが可能である。しかし、これだけで充分な押
圧力を得るためには給電端子のバネ性を充分に強くする
必要が生じる。給電端子との電気的コンタクトのために
必要な機械的押圧力が端子当たり５０〜１００ｇ程度の
場合、これよりも強い押圧力を付与する押圧手段を追加
的に設けることが好ましい。このような押圧手段とし
て、カード型ＬＥＤ照明光源における給電端子以外の部
分に対して２００ｇ以上の加圧を行うバネ性部材を配置
することができる。このような押圧手段を複数個設けて
も良い。
【０１６８】上記の押圧手段を設ければ、給電端子への
機械的押圧をあまり大きくする必要がなくなるので、カ
ード型ＬＥＤ照明光源の着脱を人間の指によって行うこ
とが容易になる。ユーザは、カード型ＬＥＤ照明光源を
ＬＥＤ照明装置のコネクタに装着した後、上記押圧手段
によってカード型ＬＥＤ照明光源の基板裏面を熱伝導部
材に強固に押し付けることができる。このような押し付
けにより、カード型ＬＥＤ照明光源はＬＥＤ照明装置に
一種のロックされた状態になり、不用意にカード型ＬＥ
Ｄ照明光源が装置から抜け落ちることが防止される。
【０１６９】図１４（ｂ）は、コネクタと接続された状
態にあるカード型ＬＥＤ照明光源の端部断面を示してい
る。図中、コネクタは破線で示されている。便宜上、図
１４（ｂ）のカード型ＬＥＤ照明光源は、図１４（ａ）
に示すカード型ＬＥＤ照明光源よりも薄く記載してい
る。
【０１７０】図１４（ｂ）からわかるように、多層配線
基板５１のコネクタ側端部には給電電極５４が形成され
ており、給電電極５４は配線パターン５９と直接的に、
またはビアを介して電気的に接続されている。多層配線
基板５１のうち給電電極５４が形成されている領域は、
光学反射板５２によって覆われていないため、コネクタ
電極５６は給電電極５４と容易に接触することができ
る。
【０１７１】コネクタ電極５６と給電電極５４との電気
的接続／非接続は、カード型ＬＥＤ照明光源をコネクタ
に対して抜き差しすることにより簡単に実行できる。カ
ード型ＬＥＤ照明光源の抜き差しを検知するスイッチを
カード型ＬＥＤ照明光源がさし込まれるコネクタ側に設
置し、カード型ＬＥＤ照明光源が挿入されていない時の
通電を防止すれば安全性が向上する。この場合、スイッ
チはカードの下面、側面、および上面のいずれの位置に
設けてもよい。
【０１７２】なお、図１３において、コネクタ電極５６
が外部から見えるように図示されているが、現実のコネ
クタ電極５６は、図１４（ｂ）に示すように、人間の指
が触れないように設計されることが好ましい。
【０１７３】なお、本実施形態では、赤色（Ｒ）、緑色
（Ｇ）、青色（Ｂ）、および黄色（Ｙ）の光を発する４
種類のＬＥＤベアチップをそれぞれ１６個づつ、１つの
基板上に配列している。基板サイズは、例えば、長辺２
８．５ｍｍ×短辺２３．５ｍｍ×厚さ１．３ｍｍであ
り、６４個のＬＥＤが配列された矩形領域のサイズは、
例えば、２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ１ｍｍである。この
例において、ＬＥＤが配置される領域（反射板が存在す
る領域）が約２ｃｍ角のサイズを有する理由は、低ワッ
トの小型電球の中で一般的な小丸電球やミニクリプトン
電球のバルブサイズと同等の発光部面積を与えることに
より、これら既存の低ワット電球と代替可能とするため
である。なお、小丸電球によれば、約５から１０Ｗの電
力で約２０から５０ｌｍの全光束が得られ、ミニクリプ
トン電球によれば、約２２から３８Ｗの電力で、約２５
０から５００ｌｍの全光束が得られる。
【０１７４】本発明者の実験によれば、白色ＬＥＤを用
いた実施形態において、自然空冷で室温が２５℃の場
合、約１００〜３００ｌｍの光束が得られ、小型電球と
同等の発光部サイズで同等の光量が得られた。また、カ
ード型ＬＥＤ照明光源をビーム電球相当の筐体に組みこ
み、ビーム型のダイクロイックハロゲン電球相当の径の
中に収める場合、反射板が設けられた光出射領域（発光
領域）の中心を電球の光軸中心と一致させようとすれ
ば、前記発光部中心から略四角形のカードの長辺の端面
（給電電極側）までの距離は、以下のようになる。
【０１７５】径３５ｍｍの場合： 約１３ｍｍ。
【０１７６】径４０ｍｍの場合： 約１５ｍｍ。
【０１７７】径５０ｍｍの場合： 約２３ｍｍ。
【０１７８】また、基板周辺部には前記ガイド部と接触
しうる平坦な部分を確保することが好ましい。また、反
射板の全体を樹脂封止するためには、基板周辺部にＬＥ
Ｄを設けない領域を配置することが好ましい。このよう
な領域は、約２ｃｍ角サイズの光出射領域の両側に設け
られ、それぞれの領域の幅は、例えば１〜３ｍｍに設定
される。この領域（余白部）をより大きく設定する場
合、発光部中心から前記端面までの距離が縮小する必要
がある。
【０１７９】カード差込みタイプの利用形式やカードを
設置して押圧するタイプの利用形式で、照明器具および
ランプの両方の用途に対応する場合、カード型ＬＥＤ照
明光源の片面に給電電極が集中していることが、各種方
式の抜き差しに対応する観点からも望ましく、反射鏡板
（光出射領域）が基板の幾何中心からずれるように配置
されることが更に望ましい。
【０１８０】なお、カード型ＬＥＤ照明光源の基板裏面
からの放熱を有効に行うため、給電電極は基板の光出射
側面に集中して設置されていることが好ましいが、更
に、基板裏面の広範囲な面にわたる熱伝導部材（放熱手
段）との熱的接触を確保するため、給電端子による押し
当てだけではなく、他の押圧手段による押し当てを行う
ことが好ましい。このような押圧を行うためのスペース
を基板主面上に余白部として設けておくことが望まし
い。
【０１８１】前記発光部中心から給電電極の存在しない
基板端面までの距離は、給電電極の存在する側の距離よ
り短く設定できる。この距離を光出射領域の両側におけ
る余白部の幅と一致させれば、例えば４つのカード型Ｌ
ＥＤ照明光源を２辺ずつが接するように密接配置される
とき、反射鏡板（光出射領域）の間隔を等距離で、かつ
可能な限り短く設定することが可能となる。
【０１８２】以上説明した観点から、カード型ＬＥＤ照
明光源における光出射領域の中心（発光部中心）から基
板端面（給電電極側の端面）までの距離を約１６．５ｍ
ｍ、上記発光部中心から基板端面（給電電極側とは反対
の端面）までの距離を約１２ｍｍとする試作品を作製し
た。給電電極と反対側のスペース（幅）を充分な大きさ
に設定することにより、反射板（光出射領域）の外側
（基板の余白部）において、下層配線層とのビア接続が
可能となる。この場合、本部分を部分単層とすること
で、ビアを用いなくとも上下層のワイヤリングなどによ
って導通をとることも可能である。また逆に、給電電極
側を部分単層とすることも可能である。更に、基板上の
一部のみにおいて、更なる部分多層化を行い、配線のジ
ャンパの自由度を高めることも可能である。この場合、
上記余白部は有効なスペースとなる。
【０１８３】本実施形態において、給電電極は、コネク
タ電極との接触についての機械的誤差や、ビアの製造誤
差を考慮し、略四角形の形状を持つように設計し、幅
０．８ｍｍ、長さ２．５ｍｍ、給電電極間の中心と中心
の距離１．２５ｍｍに設定している。カード型ＬＥＤ照
明光源の基板上において、できるだけ多くの独立した回
路を形成するには、給電電極の数は多い方が好ましい。
本実施形態の構成例では、１６個の給電電極を設けるこ
とが可能である。
【０１８４】定電流駆動用に、同数のアノード側電極お
よびカソード側電極を設ける場合、青、緑（青緑）、黄
（橙）、赤、および白の各々に給電電極に割り当てた上
で、６個（３経路）の予備端子を設けることが可能とな
る。
【０１８５】本実施形態では、給電電極とメタルベース
基板との間の最小絶縁距離を確保するため、給電電極の
エッジと基板端面との距離を最小で２ｍｍに設定してい
る。この絶縁性を更に向上させるためには、給電電極の
間を平面ではなく立体的にし、絶縁層でリプを形成する
ことも可能である。
【０１８６】１枚のカード型ＬＥＤ照明光源に設けた６
４個のＬＥＤベアチップの相互接続状態を表す等価回路
を図１５に示す。図１５において、Ｒ（＋）は、赤色光
を出すＬＥＤベアチップのアノード側を意味し、Ｒ
（−）は、赤色光を出すＬＥＤベアチップのカソード側
を意味している。他の色（Ｙ、Ｇ、Ｂ）についても、同
様である。
【０１８７】図１６は、ＬＥＤ点灯回路の構成例を示す
ブロック図である。図示されている構成例では、カード
型ＬＥＤ照明光源の点灯回路７０が整流／平滑回路７
１、電圧降下回路７２、および定電流回路７３を備えて
いる。整流／平滑回路７１は、ＡＣ１００Ｖの電源に接
続され、交流を直流化する機能を有する公知の回路であ
る。なお、電源はＡＣ１００Ｖに限られず、ＤＣ電源を
用いても良い。ＤＣ電源を用いる場合、平滑回路と降圧
回路の組み合わせた整流／平滑回路回路７１を用いる代
わりに、電圧変換回路（降圧・昇圧回路）を用いれば良
い。
【０１８８】電圧降下回路７２は、直流化された電圧を
ＬＥＤの発光に適した電圧（例えば１８Ｖ）に低下させ
る。定電流回路７３は、青色、緑色、黄色、および赤色
のためのＬＥＤコントロール定電流回路から構成されて
いる。ＬＥＤコントロール定電流回路は、カード型ＬＥ
Ｄ照明光源７５における各色のＬＥＤ群７６に供給する
電流を一定値に調節する機能を有している。定電流回路
７３と各ＬＥＤ群７６との間の電気的接続は、カード型
ＬＥＤ照明光源７５を照明装置のコネクタにはめ込むこ
とによって達成される。具体的には、カード型ＬＥＤ照
明光源７５の基板上に形成された給電電極が、コネクタ
内の対応する給電電極と接触することにより、電気的に
導通する。
【０１８９】このような点灯回路７０は、回路要素の一
部として電解コンデンサを含んでいる。電解コンデンサ
の温度は約１００℃程度で寿命が著しく短くなるため、
電解コンデンサの近傍における温度は１００℃を充分に
下回る必要がある。本実施形態によれば、カード型ＬＥ
Ｄ照明光源７５で発生した熱がカード型ＬＥＤ照明光源
７５の金属板を介して照明装置内の放熱部材を通じて放
熱手段から放熱されるため、点灯回路の電解コンデンサ
の近傍温度は８０℃程度以下に維持され、点灯回路の長
寿命化も果たされる。
【０１９０】本実施形態では、青色、緑（青緑）色、黄
（橙）色、および赤色の各々のＬＥＤ群７６について定
電流駆動を行うため、別々にグランド電位を与えてい
る。このため、本実施形態におけるカード型ＬＥＤ照明
光源７５の給電電極数は８個である。８個の給電電極の
うちの半分はアノード電極として機能し、他の半分はカ
ソード電極として機能する。
【０１９１】以下、図１７および図１８を参照しなが
ら、本実施形態におけるカード型ＬＥＤ照明光源の多層
配線パターンを説明する。図１７は、多層配線基板にお
ける上層配線パターンのレイアウトを示し、図１８は、
下層配線パターンのレイアウトを示している。
【０１９２】図１７および図１８において、配線パター
ン７８の上に示されている小さな円形領域７９は、上下
配線パターンを接続するビアの位置を示している。な
お、図１７および図１８では、簡単化のため、参照符号
「７８」および「７９」をそれぞれ各図において一箇所
にしか示していないが、現実には多数の配線パターンと
ビアとが形成されていることは言うまでもない。
【０１９３】図１７において、代表的に示される破線で
囲まれた領域８５ａおよび８５ｂにＬＥＤベアチップが
実装される。図１９（ａ）および（ｂ）は、領域８５ａ
および８５ｂを拡大して示している。図１９（ａ）に示
す部分には、フリップチップ（ＦＣ）実装形式でＬＥＤ
ベアチップが実装される。一方、図１９（ｂ）に示す部
分には、ワイヤボンド（ＷＢ）実装形式でＬＥＤベアチ
ップが実装される。図１９（ｃ）は、ＦＣ実装されたＬ
ＥＤベアチップの断面を示し、図１９（ｄ）は、ＷＢ実
装されたＬＥＤベアチップの断面を示している。
【０１９４】本実施形態では、青色または緑（青緑）色
の光を発するＬＥＤベアチップについては、ＦＣ実装を
行い、黄（橙）色または赤色の光を発するＬＥＤベアチ
ップについては、ＷＢ実装を行っている。
【０１９５】赤色または黄（橙）色の光（相対的に波長
が長い光）を発するＬＥＤベアチップ（素子）は、通
常、発光層を含む積層構造がＧａＡｓ基板上に形成され
ている。ＧａＡｓ基板は、赤色や黄色の光を透過しにく
いため、発光層の下方に位置するように実装される。こ
のため、このようなＬＥＤベアチップは、フェイスダウ
ン状態で実装することができない。
【０１９６】図１９（ｃ）に示すＦＣ実装の場合は、Ｌ
ＥＤベアチップの発光層が存在する側にｎ電極およびｐ
電極が形成され、それらの電極と多層配線基板上の配線
（上層配線）との接続は金パンプを介して行われてい
る。
【０１９７】なお、本実施形態では、基板上の配線パタ
ーンは、銅箔の上にニッケルメッキを行い、その上に金
めっきを行うことによって作製されている。上記の銅箔
の厚さを３５μｍ以下に設定することにより、フリップ
チップ実装に必要な横方向サイズが５０μｍ以下となる
部分ファインパターンを形成している。部分ファインパ
ターンを形成することにより、基板全面のパターン設計
ルールにおけるラインアンドスペースを大きな値に維持
したまま、フリップチップ実装がなされる箇所における
電極間隔を短縮することが可能となる。このため、配線
パターンを効率的に作製でき、基板の製造歩留まりが向
上する。
【０１９８】また、配線パターンは基板上において離散
的に存在しているため、ある条件では、無電解メッキで
形成した。試作品では、ニッケルメッキの厚さを約６μ
ｍに設定し、その上に形成した金メッキの厚つさを０．
６μｍに設定した。このように金メッキの厚さを十分大
きく設定することにより、ＬＥＤベアチップと金属接合
する際に生じる金のくわれによる接合強度不足を補うこ
とが可能となる。
【０１９９】なお、ＬＥＤベアチップが実装されない領
域での反射率を上げるため、配線パターンや基板表面の
上に反射率の高い材料からなる層または部材を配置して
もよい。
【０２００】一方、青色または緑（青緑）色の光（相対
的に波長が短い光）を発するＬＥＤベアチップ（素子）
では、通常、発光層を含む積層構造がサファイア基板上
に形成される。サファイア基板は、青色や緑色の光を透
過するため、発光層の下方でも上方でも任意の配置で実
装され得る。ＦＣ実装の方が、高密度化に適しているた
め、本実施形態では、青色ＬＥＤベアチップおよび緑色
ＬＥＤベアチップを、ＦＣ実装により基板に搭載してい
る。図１９（ｄ）に示すＷＢ実装の場合は、基板裏面お
よびＬＥＤベアチップの発光層が存在する側に、それぞ
れ、ｎ電極およびｐ電極が形成され、ｐ電極が多層配線
基板上の配線（上層配線）とボンディングワイヤを介し
て接続される。ｎ電極は、導電性ペースト、ハンダ、金
属接合、異方性導電性接着剤などを介して、多層配線基
板上の配線（上層配線）と接続される。また、これらを
更に強固に接続するため、アンダーフィル材を用いても
良い。
【０２０１】なお、各色のＬＥＤの構造や実装形式は、
本実施形態におけるものに限定されるわけではない。１
つの基板上における全てのＬＥＤが１種類の実装形式で
搭載されていてもよいし、３種類以上の実装形式で搭載
されていても良い。採用するＬＥＤの構造に応じて最適
な実装形式で各ＬＥＤを搭載することが望ましい。ま
た、素子との接合信頼性を高める観点から、基板の配線
パターンの少なくとも表面は金層から形成されているこ
とが望ましい。金に対する金属接合を確実にするために
は、金層の厚さを０．５μｍ以上に設定することが好ま
しく、１μｍ以上に設定することが更に好ましい。
【０２０２】異なる種類のＬＥＤを同一基板上に配列し
たり、あるいは、複数の種類の実装方法でＬＥＤを同一
基板上に配列する場合、ＬＥＤによって発光層の位置が
変化する。このため、ＬＥＤごとに設けるレンズの幾何
学的形状（焦点位置や開口率）をＬＥＤの発光位置や発
光色によって生じる色収差に応じて最適化することが好
ましい。
【０２０３】図１７および図１８を参照して、配線のレ
イアウトを説明する。
【０２０４】図１７に示す電極８０ａ、８０ｂ、８０
ｃ、および８０ｄは、それぞれ、例えば、赤色、青色、
緑色、および黄色の各ＬＥＤ群に対してアノード電位を
与える給電電極である。一方、電極９０ａ、９０ｂ、９
０ｃ、および９０ｄは、それぞれ、例えば、赤色、青
色、緑色、および黄色の各ＬＥＤ群に対してカソード電
位（グラウンド電位）を与える給電電極である。
【０２０５】電極８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、および８０
ｄは、それそれ、ビアを介して、図１８に示す配線８１
ａ、８１ｂ、８１ｃ、および８１ｄと接続されている。
一方、図１７に示す電極９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、およ
び９０ｄは、それそれ、ビアを介して、図１８に示す配
線９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、および９２ｄと接続されて
いる。
【０２０６】図１７および図１８に示す多層配線構成に
より、図１５の回路と実質的に等しい回路が形成されて
いるが、配線パターンのレイアウトは、任意であり、図
１７および図１８に示す構成に限定されないことは言う
までもない。
【０２０７】本実施形態では、図１７の下方に示す領域
に全ての給電電極（アノード電極およびカソード電極）
８０ａ〜８０ｄ、９０ａ〜９０ｄを１直線状に配列し、
基板の一辺近傍に給電電極を集中させているため、カー
ド型ＬＥＤ照明光源とコネクタとの接続が容易になる。
このように、異なる色を発するＬＥＤ群ごとにグランド
ラインも分離しつつ、給電電極を基板の一辺側に集中さ
せることができる理由は、上述のような多層配線構造を
採用しているためである。
【０２０８】以上説明してきたように、本実施形態で
は、カード型ＬＥＤ照明光源の金属板の裏面に給電電極
が存在せず、金属板裏面が平坦である。このため、この
金属板と熱伝導性に優れる部材（照明装置に設けられ
る）との接触面積を広く確保し、カード型ＬＥＤ照明光
源から外部への熱の放散を促進することができる。この
接触面積は、ＬＥＤが配列された領域（光出射領域また
はＬＥＤクラスタ領域）の面積以上の大きさをもつこと
が好ましい。
【０２０９】本実施形態では、１つの基板上に異なる波
長の光を発する４種類のＬＥＤベアチップを配列してい
るが、本発明はこれに限定されない。発する光の色（波
長帯域）は、１〜３種類でも５種類以上であってもよ
い。また、各々が複数の光を発するＬＥＤベアチップ
や、蛍光体を添加することで白色光を発するＬＥＤベア
チップを用いてもよい。なお、白色光を放射するＬＥＤ
ベアチップを用いない限り、一般的には、白色発光のた
めにＬＥＤベアチップの周囲を蛍光体で覆う必要があ
る。この場合、基板と反射板とによって形成される空間
内に蛍光体を封入すれば、ＬＥＤによる蛍光体励起を実
現できる。このようにする代わりに、蛍光体を分散させ
たシートを反射板の上面に張りつけてもよい。また、前
記蛍光体を分散させたシート自体を更に透明な樹脂材料
でカード型ＬＥＤ光源と一体に形成しても良い。
【０２１０】（実施形態４）以下、図２０から図３１を
参照しながら、本発明によるＬＥＤ照明装置の種々の実
施形態を説明する。
【０２１１】まず、図２０を参照する。図２０は、電球
型のＬＥＤ照明装置を示している。このＬＥＤ照明装置
は、基本的には、図３に示すＬＥＤ照明装置と同様の構
成を有しているが、カード型ＬＥＤ照明光源を照明装置
に組み込む方式が異なっている。図２０のＬＥＤ照明装
置は、照明装置本体９６に光透過性カバー９７が組み合
わされて使用されるが、カード型ＬＥＤ照明光源９５の
取り外しは、光透過性カバー９７を本体９６から一時的
に外した状態で行う。本体９６の上面には、カード型Ｌ
ＥＤ照明光源９６が嵌め込まれる受容部９８が設けられ
ており、本体９６は、受容部９８に嵌め込まれたカード
型ＬＥＤ照明光源９６を上面から押さえる固定蓋９９を
備えている。固定蓋９９は、その一端の近傍を回動軸と
して開閉するように支持されており、カード型ＬＥＤ照
明光源９５上の給電電極９５ａと接触するコネクタ電極
９９ａを有している。このコネクタ電極９９ａは、本体
９６内の点灯回路（不図示）と接続されている。固定蓋
９９ａおよび受容部９８は、その組合せにより、１つの
「コネクタ」として機能する。
【０２１２】固定蓋９９は、受容部９８に収められたカ
ード型ＬＥＤ照明光源９５の光出射領域を開放しつつ、
給電電極９５ａやその他の部分を押さえる構造を有して
いる。固定蓋９９を閉めた状態において、カード型ＬＥ
Ｄ照明光源９５の基板裏面は、受容部９８の底面と熱的
に接触する。受容部９８の底面は、熱伝導性の優れた材
料（例えばアルミニウムなどの金属材料）から形成され
ていることが好ましい。この熱伝導性に優れた材料は、
ヒートシンクとして機能し、カード型ＬＥＤ照明光源９
５で発生した熱を放散し、過度の昇温を抑えることがで
きる。
【０２１３】好ましい実施形態では、光透過性カバー９
７の取り外しや固定蓋９９の開閉は、特別の道具を用い
ることなく、人の手や指によって簡単に行うことができ
るように構成されている。このため、カード型ＬＥＤ照
明光源９５の取り替え（着脱）は容易に行える。なお、
光透過性カバー９７は、光拡散性を有していてもよい。
なお、光透過性カバー９７に代えて、着色材、蛍光材、
リン光材から作製した他のカバー９７ａを用いても良
い。また、レンチキュラーレンズ９７ｂや光拡散カバー
９７ｃを採用してもよい。あるいは、複レンズや反射
材、または、上記した各種の光学部材を複合させた機能
を有するカバーを採用してもよい。
【０２１４】図２０の照明装置では、１枚のカード型Ｌ
ＥＤ照明光源９５が着脱されるが、１つの照明装置に対
して着脱されるカード型ＬＥＤ照明光源の枚数は複数で
あってもよい。図２１は、複数枚のカード型ＬＥＤ照明
光源が装着される電球型のＬＥＤ照明装置を示してい
る。カード型ＬＥＤ照明光源は、開閉可能な一対の固定
蓋によって抑えつけられ、固定される。
【０２１５】図２０および図２１では、電球型ランプと
置き換え可能なＬＥＤ照明装置が示されているが、直管
蛍光ランプや丸管蛍光ランプと置き換え可能なＬＥＤ照
明光源を本発明のカード型ＬＥＤ照明光源を用いて実現
することも可能である。直管蛍光ランプや丸管蛍光ラン
プと同様の形態を有するＬＥＤ照明光源を作製すれば、
既存の装置に対して直管または丸管の蛍光ランプの代わ
りに本発明によるＬＥＤ照明光源を取り付けて使用する
ことができる。
【０２１６】図２２は、スタンド型のＬＥＤ照明装置を
示している。図２２に示されている照明装置本体９６に
は、カード型ＬＥＤ照明光源９５を収容するための受容
部９８が設けられている。この受容部９８は、カード型
ＬＥＤ照明光源９５をスライドさせるように案内するガ
イドを有している。給電電極９５ａが設けられている部
分を先端としてカード型ＬＥＤ照明光源９５を照明装置
の受容部９８に挿入すれば、カード型ＬＥＤ照明光源９
５が装着された状態で給電電極９５ａとコネクタ電極と
の接続が完了する。装着されたカード型ＬＥＤ照明光源
９５は、摩擦力によって固定され、不用意には外れな
い。また、カード型ＬＥＤ照明光源９５の基板裏面は受
容部９８と熱的に接触するため、この接触部分は熱伝導
性に優れた材料から形成しておくことが好ましい。
【０２１７】図２２のスタンド型照明装置では、１枚の
カード型ＬＥＤ照明光源９５が着脱されるが、１つの照
明装置に対して着脱されるカード型ＬＥＤ照明光源の枚
数は複数であってもよい。図２３は、２枚のカード型Ｌ
ＥＤ照明光源が着脱される構成のスタンド型ＬＥＤ照明
装置を示している。
【０２１８】図２４は、スタンド型ＬＥＤ照明装置の他
の実施形態を示している。このＬＥＤ照明装置では、図
２１に示すタイプのコネクタが採用されている。固定蓋
によってカード型ＬＥＤ照明光源が照明装置に固定され
ている。この固定蓋の開閉は、人の指によって簡単に実
行できる。
【０２１９】図２５は、懐中電灯やペンライトとして携
帯可能なＬＥＤ照明装置を示している。この照明装置に
は、カード型ＬＥＤ照明光源９５を着脱するためのスロ
ット１００が設けられている。ただし、カード型ＬＥＤ
照明光源９５の着脱は、スロットを設けずに行う構成を
採用していも良い。図２５のＬＥＤ照明装置は、乾電池
や充電池によってカード型ＬＥＤ照明光源を動作させる
ことができ、持ち運び可能な構成を有している。
【０２２０】図２６は、従来の直管蛍光ランプを用いる
照明装置に置き換わるＬＥＤ照明装置を示している。こ
のＬＥＤ照明装置の本体１０１には、複数のカード型Ｌ
ＥＤ照明光源９５を着脱することのできるコネクタが設
けられており、本体１０１のスロット１００を介してカ
ード型ＬＥＤ照明光源９５の着脱が行われる。
【０２２１】図２６の照明光源は、直管蛍光ランプその
ものと置き換え可能なＬＥＤ照明光源ではなく、直管蛍
光ランプを用いたスタンド型照明装置と置き換えられる
ＬＥＤ照明光源である。
【０２２２】図２７は、従来の丸管蛍光ランプを用いる
照明装置に置き換わるＬＥＤ照明装置を示している。Ｌ
ＥＤ照明装置の本体１０２には、複数のカード型ＬＥＤ
照明光源９５を着脱することのできるコネクタが設けら
れており、本体１０２のスロット１００を介してカード
型ＬＥＤ照明光源９５の着脱が行われる。
【０２２３】図２８は、ダウンライト型のＬＥＤ照明光
源を示している。本発明のＬＥＤ照明装置は薄型化しや
すいため、ダウンライトとして部屋や車の天井に配設す
ることが容易である。
【０２２４】図２９は、光軸可変型のＬＥＤ照明装置を
示している。カード型ＬＥＤ照明光源が装着されている
部分を特定軸（１つ軸に限定されず、多軸を含む）を中
心に任意の角度たけ回転することにより、光出射方向を
所望の方位に設定することが容易である。
【０２２５】図３０は、カード型のＬＥＤ照明装置を示
している。電源としてボタン電池などの薄型電池を採用
し、照明装置自体を薄型化している。このようなＬＥＤ
照明装置は、薄型・軽量化により、携帯しやすい。
【０２２６】図３１は、キーホールダ型のＬＥＤ照明装
置を示している。このＬＥＤ照明装置も、ボタン電池な
どの薄型電池で動作し、小型軽量化されているため、持
ち運びに便利である。
【０２２７】以上、図２０から図３１を参照しながら本
発明によるＬＥＤ照明装置の種々の実施形態を説明して
きたが、本発明の実施形態は、これらに限定されず、多
様な形態をとり得る。
【０２２８】上記実施形態の説明からも明らかなよう
に、１つの照明装置に対して１枚または複数枚のカード
型ＬＥＤ照明光源を用いるように各照明装置を設計する
場合、規格化された所定のカード型ＬＥＤ照明光源が普
及しやすい。例えば、図２１の照明装置の場合、１枚の
大面積カード型ＬＥＤ照明光源を用いるより、図２０の
照明装置に対しても着脱可能なカード型ＬＥＤ照明光源
をそのまま複数枚使用できるように構成する方が好まし
い。そうすれば、カード型ＬＥＤ照明光源の量産効果に
より、単体の価格を低下させやすいという重要な効果が
得られる。また、照明装置の種類や生産メーカの違いに
よって使用可能なカード型ＬＥＤ照明光源が異なると、
互換性が悪く、ユーザの不満が強まるため、カード型Ｌ
ＥＤ照明光源の主要部分については、規格化された機能
や寸法を持つことが好ましい。
【０２２９】なお、上記実施形態におけるカード型ＬＥ
Ｄ照明光源では、いずれも、ＬＥＤベアチップが実装さ
れたものを用いているが、有機ＥＬ膜が形成されたカー
ド型ＬＥＤ照明光源を採用しても良い。本明細書におけ
る「基板の片面にＬＥＤが実装された着脱可能なカード
型ＬＥＤ照明光源」は、放熱基板上に有機ＥＬを設けた
カード型ＬＥＤ照明光源をも広く含むものとする。
【０２３０】以上説明してきたように、本発明によるＬ
ＥＤ照明装置は、カード型ＬＥＤ照明光源を簡単に着脱
できる部材として用いることにより、照明装置としての
寿命が延び、既存の照明装置と置き換えられ得るように
なる。このようなＬＥＤ照明装置には、図１２に示す構
成のカード型ＬＥＤ照明光源が好適に使用されるが、本
発明のＬＥＤ照明装置に用いるカード型ＬＥＤ照明光源
は、前述した実施形態に制限されるわけではない。
【０２３１】このように、本発明のＬＥＤ照明装置に着
脱するカード型ＬＥＤ照明光源としては、種々の構成を
有するものを採用することが可能であり、図面を参照し
て説明したカード型ＬＥＤ照明光源の実施形態に限定さ
れない。
【０２３２】また、本発明のカード型ＬＥＤ照明光源
は、照明装置以外の装置に採用することも可能である。
例えば、照明装置と同様に輝度の高い光の出射が必要な
機器や、その他の装置の光源部分な、本発明による着脱
可能なカード型ＬＥＤ照明光源を用いても良い。
【０２３３】なお、基板上にＬＥＤベアチップを直接実
装する代わりに、ＬＥＤベアチップがモールドされた状
態のＬＥＤ素子（好ましくは面実装型）を基板に接合し
てもよい。この場合、ＬＥＤがモールドされた状態で別
途作製されるので、ＬＥＤベアチップを直接実装する場
合に比べて、基板とＬＥＤベアチップとの間の熱抵抗は
高くなる。しかし、前述した基板構成を採用すれば、Ｌ
ＥＤ素子を基板上に設置した場合でも、従来よりも優れ
た放熱性を実現することができ、ＬＥＤ素子の集積時の
放熱性を向上させることが可能である。
【０２３４】
【発明の効果】本発明のＬＥＤ照明装置によれば、光源
部分を着脱可能なカード状構造物によって構成すること
により、光源における各ＬＥＤ素子で発生した熱をスム
ーズに放熱させる効果を高めるとともに、寿命の尽きた
光源だけを新しい光源と取替え可能とすることによって
照明装置の光源以外の構造体を長期間使用できるように
なる。
【０２３５】また、本発明のカード型ＬＥＤ照明光源に
よれば、ＬＥＤ素子の高密度化、良好な放熱性、およ
び、発生した光の利用効率の向上を同時に実現すること
ができ、カード型ＬＥＤ照明光源の実用化が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、従来のＬＥＤ照明光源の斜視図であ
り、（ｂ）は、従来の他のＬＥＤ照明光源の斜視図であ
る。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）のＬＥＤ照明光源におけ
るＬＥＤの部分断面図であり、（ｂ）は、図１（ｂ）の
ＬＥＤ照明光源におけるＬＥＤの部分断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明による平面型のＬＥＤ照明装
置の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明による
電球型のＬＥＤ照明装置を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明のカード型ＬＥＤ照明光源の
一実施形態における分解斜視図であり、（ｂ）は、その
ＬＥＤ照明光源の斜視図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明のカ
ード型ＬＥＤ照明光源の実施形態におけるＬＥＤの断面
図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、カード型ＬＥＤ照明光
源における複数のＬＥＤの接続例を示す等価回路図であ
る。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤから出た光の進
路を示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤから出た光の出
射光束についてのシミュレーション結果を示す図であ
る。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤにおける素子基
板の光出射側表面の他の形状例を示す断面図である。
【図１０】ＬＥＤの他の構成例を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、図１０に示すＬＥＤにお
けるウエファボンドの接合部の構成例を示す平面レイア
ウト図である。
【図１２】本発明のカード型ＬＥＤ照明光源の他の実施
形態を示す分解斜視図である。
【図１３】本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るコネ
クタを示す図である。
【図１４】（ａ）は、図１２のカード型ＬＥＤ照明光源
におけるＬＥＤが設けられている領域の断面図であり、
（ｂ）は、給電電極が設けられている領域の断面図であ
る。
【図１５】図１２のカード型ＬＥＤ照明光源におけるＬ
ＥＤの接続構成を示す等価回路図である。
【図１６】図１２のカード型ＬＥＤ照明光源が装着され
るＬＥＤ照明装置の点灯回路の構成を示すブロック図で
ある。
【図１７】図１２のカード型ＬＥＤ照明光源における上
層配線パターンを示す平面レイアウト図である。
【図１８】図１２のカード型ＬＥＤ照明光源における下
層配線パターンを示す平面レイアウト図である。
【図１９】フリップチップ（ＦＣ）実装される部分の配
線パターンを示す平面図、（ｂ）は、ワイヤボンド（Ｗ
Ｂ）実装される部分の配線パターンを示す平面図、
（ｃ）は、ＦＣ実装されたＬＥＤベアチップの断面図、
（ｄ）は、ＷＢ実装されたＬＥＤベアチップの断面図で
ある。
【図２０】本発明のＬＥＤ照明光源の他の実施形態を示
す図であり、電球型のＬＥＤ照明装置を示している。
【図２１】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、複数枚のカード型ＬＥＤ照明光源が装
着される電球型のＬＥＤ照明装置を示している。
【図２２】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、スタンド型のＬＥＤ照明装置を示して
いる。
【図２３】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、２枚のカード型ＬＥＤ照明光源が着脱
される構成のスタンド型ＬＥＤ照明装置を示している。
【図２４】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、スタンド型ＬＥＤ照明装置の他の実施
形態を示している。
【図２５】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、懐中電灯やペンライトのＬＥＤ照明装
置を示している。
【図２６】従来の直管蛍光ランプを用いる照明装置に置
き換わるＬＥＤ照明装置を示している。
【図２７】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、従来の丸管蛍光ランプを用いる照明装
置に置き換わるＬＥＤ照明装置を示している。
【図２８】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、ダウンライト型のＬＥＤ照明装置を示
している。
【図２９】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、光軸可変型のＬＥＤ照明装置を示して
いる。
【図３０】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、カード型のＬＥＤ照明装置を示してい
る。
【図３１】本発明のＬＥＤ照明光源の更に他の実施形態
を示す図であり、キーホールダ型のＬＥＤ照明装置を示
している。
【符号の説明】
１ 放熱基板 １ａ 配線パターン １ｂ 金属板 １ｃ 絶縁層 １ｄ 配線パターン １ｅ 絶縁層 ２ ＬＥＤベアチップ ３ 光学反射板 ３ａ 反射面 ３ｂ 光学反射板の孔（開口部） ４ 樹脂 １０ カード型ＬＥＤ照明光源 １１ ＬＥＤの素子基板 １２ ＧａＮ系のｎ型半導体層 １３ 活性層 １４ ｐ型半導体層 １５ 発光部 １６ バンプ １９ ヒートシンク ２０ アダプタ ２１ 基板 ２１ａ 配線パターン ２２ ＬＥＤベアチップ ２３ 板 ２３ａ 板２３の反射面 ２３ｂ 板２３の孔（開口部） ２４ 樹脂（モールド樹脂） ３１ 素子基板 ３２ ｎ型半導体層 ３３ 活性層 ３４ ｐ型半導体層 ３４ａ 電極 ４１ 金製のワイヤ ４２ 金製のワイヤ ５０ 金属板 ５１ 多層配線基板 ５２ 金属製光学反射板 ５３ ＬＥＤ ５４ 給電電極 ５５ コネクタ本体 ５６ コネクタ電極 ５７ 金属プレート（底板） ５８ 配線コード ５９ 配線パターン ６０ アンダーフィル ６１ Ａｕバンプ ６２ 樹脂 ６３ ビア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬戸本 龍海 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松井 伸幸 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田村 哲志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA12 BB04 BB09 CA37 CA40 DA09 DA39 DA43 DA58 DA72 DA78 DA81 DB08 EE17 EE25 FF11

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の片面にＬＥＤが実装された着脱可
    能なカード型ＬＥＤ照明光源に接続される少なくとも１
    つのコネクタと、 前記コネクタを介して前記カード型ＬＥＤ照明光源と電
    気的に接続される点灯回路と、 を備えたＬＥＤ照明装置。
  2. 【請求項２】 前記基板は、前記ＬＥＤが実装されてい
    る面に絶縁層および導電性配線パターンが設けられた金
    属ベース基板である請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
  3. 【請求項３】 前記ＬＥＤは、ベアチップ状態で前記基
    板に実装されている請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
  4. 【請求項４】 前記基板のうち前記ＬＥＤが実装されて
    いる基板面の一端側に給電電極が形成されており、 前記基板において前記ＬＥＤが実装されている光出射領
    域の中心位置が前記基板の中心位置からずれている請求
    項３に記載のＬＥＤ照明装置。
  5. 【請求項５】 前記基板のうち前記ＬＥＤが実装されて
    いない基板裏面と熱的に接触し、前記基板裏面から熱を
    受け取る熱伝導部材を備えている請求項４に記載のＬＥ
    Ｄ照明装置。
  6. 【請求項６】 前記基板裏面と前記熱伝導部材との間の
    接触面積は、前記基板において前記ＬＥＤが実装されて
    いる光出射領域の面積に等しいか、それ以上である請求
    項５に記載のＬＥＤ照明装置。
  7. 【請求項７】 前記点灯回路に対して外部から電気エネ
    ルギーを供給するための給電ソケットを更に有している
    請求項１から６のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
  8. 【請求項８】 前記給電ソケットは、電球用口金である
    請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
  9. 【請求項９】 前記コネクタに接続された状態の前記カ
    ード型ＬＥＤ照明光源から出た光を透過するカバーを備
    えている請求項８に記載のＬＥＤ照明装置。
  10. 【請求項１０】 前記カード型ＬＥＤ照明光源の固定お
    よび取り外しが可能な受容部と、 前記カード型ＬＥＤが前記受容部から外れることを防止
    する脱落防止手段とを備えており、 前記脱落防止手段は、人間の指によって前記受容部から
    前記カード型ＬＥＤ照明光源を取り外すことが可能なよ
    うに動作する、請求項１から６のいずれかに記載のＬＥ
    Ｄ照明装置。
  11. 【請求項１１】 前記基板のうち前記ＬＥＤが実装され
    ている基板面の形状は長方形であり、 前記受容部は、前記カード型ＬＥＤ照明光源をスライド
    させるように案内するガイドを有しており、 前記受容部に固定された前記カード型ＬＥＤ照明光源は
    前記コネクタからの給電を受けるとともに、前記カード
    型ＬＥＤ照明光源の前記基板裏面が前記受容部と熱的に
    接触する請求項１０に記載のＬＥＤ照明装置。
  12. 【請求項１２】 前記カード型ＬＥＤ照明光源を前記受
    容部に固定する固定部を有する稼動機構を備え、 前記受容部に固定された前記カード型ＬＥＤ照明光源は
    前記コネクタからの給電を受けるとともに、前記カード
    型ＬＥＤ照明光源の前記基板裏面が前記受容部と熱的に
    接触する請求項１０に記載のＬＥＤ照明装置。
  13. 【請求項１３】 前記カード型ＬＥＤ照明光源のＬＥＤ
    が実装されていない基板裏面と前記ＬＥＤとの間の熱抵
    抗が１０℃／Ｗ以下である請求項１から７のいずれかに
    記載のＬＥＤ照明装置。
  14. 【請求項１４】 前記基板のうち前記ＬＥＤが実装され
    ていない基板裏面からの熱を放熱させる手段を備えてい
    る請求項１から６のいずれかに記載されたＬＥＤ照明装
    置。
  15. 【請求項１５】 金属ベース基板と、前記金属ベース基
    板の片面に実装された複数のＬＥＤベアチップとを備え
    たカード型ＬＥＤ照明光源であって、 コネクタおよび点灯回路を備えた照明装置に着脱可能に
    支持され、かつ、前記金属ベース基板のうち前記ＬＥＤ
    ベアチップが実装されていない基板裏面が前記照明装置
    の一部に熱的に接触し、 前記金属ベース基板のうち前記ＬＥＤベアチップが実装
    されている前記基板片面の一端側に給電端子が設けられ
    ているカード型ＬＥＤ照明光源。
  16. 【請求項１６】 前記金属ベース基板のうち前記ＬＥＤ
    ベアチップが実装されている基板面に、各ＬＥＤベアチ
    ップを取り囲む孔の開いた光学反射板が設けられ、か
    つ、各ＬＥＤベアチップが封止されている請求項１５に
    記載のカード型ＬＥＤ照明光源。
  17. 【請求項１７】 前記光学反射板の前記孔に光学レンズ
    が配置されている請求項１６に記載のカード型ＬＥＤ照
    明光源。
  18. 【請求項１８】 前記金属ベース基板と前記光学反射板
    との間に応力緩和手段が配置されている請求項１６に記
    載のカード型ＬＥＤ照明光源。
  19. 【請求項１９】 前記金属ベース基板の中心位置は、前
    記金属ベース基板において前記ＬＥＤベアチップが実装
    されている光出射領域の中心位置からずれている請求項
    １６に記載のカード型ＬＥＤ照明光源。
  20. 【請求項２０】 前記金属ベース基板のうち前記ＬＥＤ
    ベアチップが実装されていない基板裏面と前記ＬＥＤベ
    アチップとの間の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下である請求項
    １６に記載のＬＥＤ照明光源。
  21. 【請求項２１】 前記金属ベース基板のうち前記ＬＥＤ
    ベアチップが実装されている基板面には絶縁層および導
    電性配線パターンが形成されており、 前記絶縁層は、少なくとも無機フィラーおよび樹脂組成
    物を含むコンポジット材料から形成されている請求項１
    ４から２０のいずれかに記載のカード型ＬＥＤ照明光
    源。
  22. 【請求項２２】 前記絶縁層は白色である請求項２１に
    記載のカード型ＬＥＤ照明光源。
  23. 【請求項２３】 絶縁層を介して積層された２層以上の
    配線層を備えており、前記絶縁層の所定位置において前
    記２層以上の配線層を相互接続する構造を有している請
    求項２１に記載のカード型ＬＥＤ照明光源。
  24. 【請求項２４】 前記複数のＬＥＤベアチップの少なく
    とも一部は、フリップチップボンディングにより、前記
    金属ベース基板の配線パターンに接続されている請求項
    １５から２０のいずれかに記載のカード型ＬＥＤ照明光
    源。
  25. 【請求項２５】 前記ＬＥＤベアチップから出た光の少
    なくとも一部を受け、可視光を発する蛍光体が前記金属
    ベース基板上に設けられている請求項１５から２０のい
    ずれかに記載のカード型ＬＥＤ照明光源。
  26. 【請求項２６】 請求項１５から２０のいずれかに記載
    のカード型ＬＥＤ照明光源を給電するコネクタを備えた
    装置。
  27. 【請求項２７】 各々が素子基板上に発光部を有する複
    数のＬＥＤベアチップが放熱基板上に設けられているカ
    ード型ＬＥＤ照明光源であって、 前記ＬＥＤベアチップは前記発光部と前記放熱基板との
    距離が前記素子基板と前記放熱基板との距離よりも小さ
    くなるようにして前記放熱基板上に設けられ、 前記ＬＥＤベアチップの前記素子基板の光出射表面は、
    辺縁部が中央部に比べて低背になるような傾斜面状を形
    成しているカード型ＬＥＤ照明光源。
  28. 【請求項２８】 前記ＬＥＤベアチップは、前記放熱基
    板に直接フリップチップボンディングされている請求項
    ２７に記載のカード型ＬＥＤ照明光源。
  29. 【請求項２９】 前記放熱基板は、コンポジット基板で
    ある請求項２７または２８に記載のカード型ＬＥＤ照明
    光源。
  30. 【請求項３０】 前記ＬＥＤベアチップの各々を囲むよ
    うに配置され、前記ＬＥＤベアチップからの光の方向を
    制御する光学反射板が前記放熱基板上に設けられている
    請求項２８に記載のカード型ＬＥＤ照明光源。
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