JP2007088084A

JP2007088084A - 発光装置

Info

Publication number: JP2007088084A
Application number: JP2005272860A
Authority: JP
Inventors: Sakuo Kamata; 策雄鎌田; Yasushi Nishioka; 恭志西岡; Yoji Urano; 洋二浦野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】大型化を伴わずに発光効率を向上する。
【解決手段】発光色が少なくとも青色、赤色、緑色の３種類を含む複数のＬＥＤチップ１０と、これら複数の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の実装面側で全てのＬＥＤチップ１０を囲む枠体４０と、枠体４０の内側に透明樹脂材料を充填して形成されて各ＬＥＤチップ１０および個々のＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４を封止し且つ弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重ねて配置されるレンズ６０と、透明材料を成形した成形品であってレンズ６０の光出射面６０ｂ側にレンズ６０を覆い光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設されるドーム状の保護カバー７０とを備える。
【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、白色光を得る発光装置として、例えば、青色光を放射するＬＥＤチップとＬＥＤチップ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光を放射する黄色蛍光体とを組み合わせて白色光を得るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１４８５０９号公報

しかしながら、単一のＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて白色光を得る従来例においては、そのサイズに比較して発光効率がよくないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、大型化を伴わずに発光効率が向上する発光装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、発光色が少なくとも青色、赤色、緑色の３種類を含む複数のＬＥＤチップと、これら複数のＬＥＤチップが実装された実装基板と、実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側で全てのＬＥＤチップを囲む透明樹脂材料からなる枠体と、枠体の内側に透明樹脂材料を充填して形成され各ＬＥＤチップ及び当該各ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤを封止する封止部と、封止部に重ねて配置されるレンズと、透明材料を成形した成形品であってレンズの光出射面側にレンズを覆い光出射面および枠体との間に空気層が形成される形で配設されるドーム状の保護カバーとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、発光色が少なくとも青色、赤色、緑色の３種類を含む複数のＬＥＤチップを実装基板に実装したため、全ての色が混色された白色光が得られるとともに、単一のＬＥＤチップと蛍光体を組み合わせる場合に比較して光が放射される総面積が増大して発光効率が向上でき、しかも、小型のＬＥＤチップを用いることで大型化することがないものである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図１は本実施形態の発光装置の断面図、図２は分解斜視図、図３は要部の平面図をそれぞれ示している。

本実施形態の発光装置は、複数（本実施形態では８個）のＬＥＤチップ１０と、これら複数の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の実装面側で全てのＬＥＤチップ１０を囲む枠体４０と、枠体４０の内側に透明樹脂材料を充填して形成されて各ＬＥＤチップ１０および個々のＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４を封止し且つ弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重ねて配置されるレンズ６０と、透明材料を成形した成形品であってレンズ６０の光出射面６０ｂ側にレンズ６０を覆い光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設されるドーム状の保護カバー７０とを備えている。

実装基板２０は、扁平な略矩形板状の金属板２１と、金属板２１の表面（図１，２における上面）に接合された略矩形平板状の絶縁部材２２とを具備する。絶縁部材２２は、例えば、難燃性のガラス布基材エポキシ樹脂を使い、一般的な耐熱性を備えた銅張り積層板（いわゆるＦＲ−４基板）からなり、表面に対となるリードパターン２３，２３が形成されるとともに、中央には厚み方向に貫通する略矩形の窓孔２４が設けられている。金属板２１は、熱伝導率が比較的高い金属材料（ＣｕやＡｌなど）によって絶縁部材２２よりも十分に厚みの大きい略矩形平板状に形成されている。ここで、絶縁部材２２の窓孔２４内において、後述するサブマウント部材３０が金属板２１に接合されており、各ＬＥＤチップ１０で発生した熱がサブマウント部材３０を介して金属板２１に伝熱されるようになっている。なお、金属板２１と絶縁部材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、色変換部材７０により覆われていない部位がアウターリード部２３ｂとなっている。

ＬＥＤチップ１０は、青色、赤色、緑色の３種類の光をそれぞれ放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップ、ＧａＡｓ系赤色ＬＥＤチップ、ＧａＰ系緑色ＬＥＤチップであり、一辺がおよそ０．２〜０．５ｍｍの直方体状である。青色ＬＥＤチップは、例えば、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（図示せず）を用いており、導電性基板の主表面側に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（図示せず）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、発光部の表面（導電性基板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。なお、赤色ＬＥＤチップ及び緑色ＬＥＤチップについては青色ＬＥＤチップと同様の構造であるから詳細な説明を省略する。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の発光部が導電性基板よりも金属板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の発光部が導電性基板よりも金属板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と発光部とが同程度の屈折率を有しているので、発光部を金属板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、熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮで略矩形平板状に形成されており、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。サブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面には、図３に示すように個々のＬＥＤチップ１０のカソード電極と接続される複数（合計８個）の電極パターン３１が形成され、各電極パターン３１と別の電極パターン３１にカソード電極が接続されたＬＥＤチップ１０のアノード電極とが金属細線（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を介して電気的に接続されている。本実施形態では８個のＬＥＤチップ１０が全て直列接続されており、一端側のＬＥＤチップ１０のアノード電極がサブマウント部材３０の表面に形成された中継用の導電パターン３２及び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、他端側のＬＥＤチップ１０と接続された電極パターン３１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（図３参照）。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０の電極パターン３１とは、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合されている。

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いるが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。

これに対して、枠体４０は、円筒状の形状であって、透明樹脂の成形品により構成されているが、当該成形品に用いる透明樹脂としては、シリコーン樹脂を採用している。要するに、本実施形態では、封止部５０の透明樹脂材料の線膨張率と同等の線膨張率を有する透光性材料により枠体４０を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体４０を金属基板２０に固着した後で枠体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を形成している。なお、上記透明樹脂材料としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体４０をアクリル樹脂の成形品により構成することが望ましい。

レンズ６０は、封止部５０側の光入射面６０ａ並びに光出射面６０ｂが凸曲面状に形成された両凸レンズからなる。ここにおいて、レンズ６０は、シリコーン樹脂の成形品により構成してあり、上記透明樹脂材料と屈折率が同じ値となっているが、シリコーン樹脂の成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。

ところで、レンズ６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および枠体４０および空気層８０を伝搬して保護カバー７０まで到達し保護カバー７０を透過する。

保護カバー７０は、シリコーン樹脂のような透明材料の成形品により、内面７０ａがレンズ６０の光出射面６０ｂに沿ったドーム形状（つまり、レンズ６０の光出射面６０ｂに対応した上記球面よりも直径が大きな球面の一部からなる形状）に形成されている。したがって、レンズ６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと保護カバー７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、保護カバー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。保護カバー７０は、開口部の周縁を絶縁部材２２に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて接着すればよい。なお、保護カバー７０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。

ところで、本実施形態の発光装置を照明器具の光源に用いる場合、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にグリーンシートからなる絶縁層９０を介して実装される。絶縁層９０は、実装基板２０と器具本体１００との両者を電気的に絶縁し且つ熱結合させる機能を有している。但し、絶縁層９０は、グリーンシートのようなシート状に成形したセラミックスの未燒結体に限らず、例えば、熱硬化性の固着材（例えば、エポキシ樹脂など）を用いてもよい。

上述のように本実施形態の発光装置では、発光色が少なくとも青色、赤色、緑色の３種類を含む複数のＬＥＤチップ１０を実装基板２０に実装したため、全ての色が混色された白色光が得られるとともに、単一のＬＥＤチップ（通常は、一辺がおよそ０．７〜１ｍｍの直方体状に形成されている。）と蛍光体を組み合わせる場合に比較して光が放射される総面積が増大するために発光効率が向上でき、しかも、小型のＬＥＤチップ１０を用いることで大型化することがないものである。但し、青色、赤色、緑色の３種類のＬＥＤチップ１０だけでなく、橙色や黄色の光を放射するＬＥＤチップ１０を含めることで演色性を向上させるようにしても構わない。なお、橙色や黄色の光を放射するＬＥＤチップは、例えばＧａＡｓＰ系化合物半導体材料で形成すればよい。

実施形態を示す断面図である。同上の分解斜視図である。同上の要部の平面図である。

符号の説明

１０ＬＥＤチップ
２０実装基板
２１金属板
２２絶縁部材
２３リードパターン
３０サブマウント部材
４０枠体
５０封止部
６０レンズ
７０保護カバー

Claims

発光色が少なくとも青色、赤色、緑色の３種類を含む複数のＬＥＤチップと、これら複数のＬＥＤチップが実装された実装基板と、実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側で全てのＬＥＤチップを囲む透明樹脂材料からなる枠体と、枠体の内側に透明樹脂材料を充填して形成され各ＬＥＤチップ及び当該各ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤを封止する封止部と、封止部に重ねて配置されるレンズと、透明材料を成形した成形品であってレンズの光出射面側にレンズを覆い光出射面および枠体との間に空気層が形成される形で配設されるドーム状の保護カバーとを備えたことを特徴とする発光装置。