JP2007088075A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 部材数が少なく、外部への光取り出し効率が高い発光装置を提供する。
【解決手段】 LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側でLEDチップ10を囲みLEDチップ10から放射された光を反射する枠状のリフレクタ40と、リフレクタ40の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてLEDチップ10および当該LEDチップ10に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止し且つ弾性を有する封止部50とを備え、封止部50はシリコーン樹脂により凸レンズの形状に形成される。
【選択図】図1
【解決手段】 LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側でLEDチップ10を囲みLEDチップ10から放射された光を反射する枠状のリフレクタ40と、リフレクタ40の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてLEDチップ10および当該LEDチップ10に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止し且つ弾性を有する封止部50とを備え、封止部50はシリコーン樹脂により凸レンズの形状に形成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を利用した発光装置に関するものである。
従来から、LEDチップと、LEDチップが実装された回路基板と、当該回路基板におけるLEDチップの実装面側でLEDチップを囲む金属製(例えば、アルミニウム製)の枠体と、枠体の内側に充填されLEDチップおよび当該LEDチップに接続されたボンディングワイヤを封止した透明樹脂(例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など)からなる封止部とを備えた発光装置が提案されている。(例えば、特許文献1参照)
また、光学部材としてレンズを備えるものもある。(例えば、特許文献2参照)
特開2001−85748号公報
特開2004−349647号公報
また、光学部材としてレンズを備えるものもある。(例えば、特許文献2参照)
上記特許文献1,2において、LEDチップから放射された光は、封止部,レンズ等を伝播して外部へ出力されるのであるが、その様々な部材の中を伝播していく際に光損失が発生し、装置全体としての外部への光取り出し効率が低下していた。また、部材数が多いことでコストアップの要因にもなっていた。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、部材数が少なく、外部への光取り出し効率が高い発光装置を提供することにある。
請求項1の発明は、LEDチップと、LEDチップが実装された実装基板と、当該実装基板におけるLEDチップの実装面側でLEDチップを囲みLEDチップから放射された光を反射するリフレクタであって前記実装面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されたリフレクタと、LEDチップおよび当該LEDチップに電気的に接続されたボンディングワイヤを封止した封止部とを備え、実装基板は、金属板と、金属板側とは反対の表面にLEDチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンが設けられるとともにLEDチップに対応する部位に窓孔が設けられ金属板に積層された絶縁性基材とからなり、LEDチップは、一表面側に一方の電極が形成されるとともに他表面側に他方の電極が形成されており、当該LEDチップと金属板との間に両者の熱膨張率差に起因して当該LEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材であってLEDチップのチップサイズよりもサイズが大きくLEDチップと金属板とを熱結合させるサブマウント部材を介して金属板に実装され、両電極のうちサブマウント部材側の電極が当該サブマウント部材に設けた導体パターンを介して一方のボンディングワイヤと接続されるとともにサブマウント部材側とは反対側の電極が他方のボンディングワイヤと直接接続され、封止部は、シリコーン樹脂により凸レンズの形状に形成されることを特徴とする。
この発明によれば、封止部に凸レンズの機能を兼用させることで、部材数を削減でき、低コスト化を図ることができる。さらに、LEDチップから放射された光は、封止部を伝播するだけで外部へ出力されるので、従来の封止部とは別に備えたレンズによる光損失が発生せず、光損失が従来に比べて低減して、装置全体としての外部への光取り出し効率が向上する。
以上説明したように、本発明では、部材数が少なく、外部への光取り出し効率を高くすることができるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態)
以下、本実施形態の発光装置について図1〜図5を参照しながら説明する。
以下、本実施形態の発光装置について図1〜図5を参照しながら説明する。
本実施形態の発光装置1は、LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側でLEDチップ10を囲みLEDチップ10から放射された光を反射する枠状のリフレクタ40と、リフレクタ40の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてLEDチップ10および当該LEDチップ10に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止し且つ弾性を有する封止部50とを備えている。なお、本実施形態の発光装置1は、例えばスポットライトなどの照明器具の光源として用いるものであり、例えばグリーンシートからなる絶縁層90を介して金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の器具本体100に実装することで、LEDチップ10から器具本体100までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上し、LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。ここで、照明器具の場合には、所望の光出力が得られるように、器具本体100に複数個の発光装置1を実装して(なお、図5では、10個の発光装置1を有底円筒状の器具本体100の底壁の内底面において周方向に沿って等間隔で配置した例を示してある)、複数個の発光装置1を直列接続したり並列接続したりすればよい。
実装基板20は、LEDチップ10が搭載される金属板21と、金属板21に積層されたガラスエポキシ基板からなる絶縁性基材22とで構成されており、当該絶縁性基材22における金属板21側とは反対側の表面にLEDチップ10の図示しない両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン23が設けられるとともに、絶縁性基材22においてLEDチップ10に対応する部位に窓孔24が設けられており、LEDチップ10で発生した熱が絶縁性基材22を介さずに金属板21に伝熱できるようになっている。ここにおいて、金属板21の材料としてはCuを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、Cuに限らず、Alなどを採用してもよい。なお、金属板21と絶縁性基材22とは、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材25により固着されている。また、各リードパターン23は、Ni膜とAu膜との積層膜により構成されており、リフレクタ40により覆われていない部位がアウターリード部23bとなっている。また、絶縁性基材22は、窓孔24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27が形成されている。ここで、反射膜27は、Ni膜とAg膜との積層膜により構成されている。
LEDチップ10は、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がGaNに近く且つ導電性を有するn形のSiC基板からなる導電性基板11を用いており、導電性基板11の主表面側にGaN系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部12がエピタキシャル成長法(例えば、MOVPE法など)により成長され、導電性基板11の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極(n電極)が形成され、発光部12の表面(導電性基板11の主表面側の最表面)に図示しないアノード側の電極であるアノード電極(p電極)が形成されている。要するに、LEDチップ10は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ni膜とAu膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Alなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、LEDチップ10の発光部12が導電性基板11よりも金属板21から離れた側となるように金属板21に実装されているが、LEDチップ10の発光部12が導電性基板11よりも金属板21に近い側となるように金属板21に実装するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部12を金属板21から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では導電性基板11と発光部12とが同程度の屈折率を有しているので、発光部12を金属板21に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。
また、LEDチップ10は、上述の金属板21に、LEDチップ10のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されLEDチップ10と金属板21との線膨張率の差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を介して実装されている。サブマウント部材30は、上記応力を緩和する機能だけでなく、LEDチップ10で発生した熱を金属板21においてLEDチップ10のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材30の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するAlNを採用しており、LEDチップ10は、上記カソード電極がサブマウント部材30におけるLEDチップ10側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン31(図2参照)および金属細線(例えば、金細線、アルミニウム細線など)からなるボンディングワイヤ14を介して一方のリードパターン23と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ14を介して他方のリードパターン23と電気的に接続されている。なお、LEDチップ10とサブマウント部材30とは、例えば、SnPb、AuSn、SnAgCuなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、AuSn、SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。
サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、線膨張率が導電性基板11の材料である6H−SiCに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合SiC、Siなどを採用してもよい。
上述の封止部50の透明樹脂材料としては、シリコーン樹脂を用いており、封止部50がゲル状であって弾性を有している。
リフレクタ40は、円形状に開口した枠状の形状であって、LEDチップ10の側面から放射された光が、実装基板20の実装面とは反対側のリフレクタ40の開口側へ反射されるように内側面40aの形状が設計されている。すなわち、リフレクタ40は、LEDチップ10の厚み方向においてLEDチップ10から離れるに従って開口面積が大きくなる形状(つまり、上記実装面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状)に形成されている。ここにおいて、リフレクタ40の材料としては、LEDチップ10から放射される光(ここでは、青色光)に対する反射率が比較的大きな材料(例えば、Alなど)を採用し、リフレクタ40の内側面40aを鏡面とすればよく、リフレクタ40は例えばアルミニウムの基材を絞り加工して形成すればよい。また、リフレクタ40は、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材26により実装基板20に固着されている。なお、本実施形態では、リフレクタ40を実装基板20に固着した後でリフレクタ40の内側に上記透明樹脂材料を充填(ポッティング)して熱硬化させることで封止部50を形成してある。
封止部50は、実装基板20の実装面とは反対側のリフレクタ40の開口側が凸曲面状に形成されて凸レンズを構成しており、その外面が光出射面50aとなる。
ところで、封止部50とリフレクタ40とは互いの光軸が一致し且つ各光軸がLEDチップ10を通るように配置されており、封止部50は、光出射面50aが、LEDチップ10から放射された光を光出射面50aと当該封止部50の外側の媒質である空気との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、封止部50は、光出射面50aが球面の一部により形成されており、当該球面の中心がLEDチップ10の厚み方向に沿った発光部12の中心線上に位置するように配置されている。したがって、LEDチップ10から放射された光(LEDチップ10から放射されリフレクタ40に反射されることなく封止部50の光出射面50aから出射した光およびLEDチップ10から放射されリフレクタ40の内側面40aで反射されて封止部50の光出射面50aから出射した光)が光出射面50aと外側の媒質である空気との境界で全反射されにくくなり、全光束を高めることができる。
以上説明した本実施形態の発光装置1では、封止部50がLEDチップ10および一対のボンディングワイヤ14,14を封止するとともに、光学部材としての凸レンズの機能も具備しており、封止部50に凸レンズの機能を兼用させることで、部材数を削減でき、低コスト化を図ることができる。さらに、LEDチップ10から放射された光は、封止部50を伝播するだけで外部へ出力されるので、従来の封止部とは別に備えたレンズによる光損失が発生せず、光損失が従来に比べて低減して、装置全体としての外部への光取り出し効率が向上する。
ところで、上述の実施形態では、LEDチップ10として、発光色が青色の青色LEDチップを採用しており、導電性基板11としてSiC基板を採用しているが、SiC基板の代わりにGaN基板を用いてもよく、SiC基板やGaN基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、LEDチップ10の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、LEDチップ10の発光部12の材料はGaN系化合物半導体材料に限らず、LEDチップ10の発光色に応じて、GaAs系化合物半導体材料やGaP系化合物半導体材料などを採用してもよい。また、導電性基板11もSiC基板に限らず、発光部12の材料に応じて、例えば、GaAs基板、GsP基板などから適宜選択すればよい。
10 LEDチップ
14 ボンディングワイヤ
20 実装基板
21 金属板
22 絶縁性基材
23 リードパターン
30 サブマウント部材
40 リフレクタ
50 封止部
14 ボンディングワイヤ
20 実装基板
21 金属板
22 絶縁性基材
23 リードパターン
30 サブマウント部材
40 リフレクタ
50 封止部
Claims (1)
- LEDチップと、LEDチップが実装された実装基板と、当該実装基板におけるLEDチップの実装面側でLEDチップを囲みLEDチップから放射された光を反射するリフレクタであって前記実装面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されたリフレクタと、LEDチップおよび当該LEDチップに電気的に接続されたボンディングワイヤを封止した封止部とを備え、実装基板は、金属板と、金属板側とは反対の表面にLEDチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンが設けられるとともにLEDチップに対応する部位に窓孔が設けられ金属板に積層された絶縁性基材とからなり、LEDチップは、一表面側に一方の電極が形成されるとともに他表面側に他方の電極が形成されており、当該LEDチップと金属板との間に両者の熱膨張率差に起因して当該LEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材であってLEDチップのチップサイズよりもサイズが大きくLEDチップと金属板とを熱結合させるサブマウント部材を介して金属板に実装され、両電極のうちサブマウント部材側の電極が当該サブマウント部材に設けた導体パターンを介して一方のボンディングワイヤと接続されるとともにサブマウント部材側とは反対側の電極が他方のボンディングワイヤと直接接続され、封止部は、シリコーン樹脂により凸レンズの形状に形成されることを特徴とする発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005272840A JP2007088075A (ja) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | 発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005272840A JP2007088075A (ja) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | 発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007088075A true JP2007088075A (ja) | 2007-04-05 |
Family
ID=37974786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005272840A Withdrawn JP2007088075A (ja) | 2005-09-20 | 2005-09-20 | 発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007088075A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2016143152A1 (ja) * | 2015-03-12 | 2017-08-31 | 三菱電機株式会社 | 発光素子及び映像表示装置 |
US10355183B2 (en) | 2015-09-18 | 2019-07-16 | Rohm Co., Ltd. | LED package |
-
2005
- 2005-09-20 JP JP2005272840A patent/JP2007088075A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2016143152A1 (ja) * | 2015-03-12 | 2017-08-31 | 三菱電機株式会社 | 発光素子及び映像表示装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081202 |