JP2007200727A

JP2007200727A - 照明器具

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Publication number: JP2007200727A
Application number: JP2006018275A
Authority: JP
Inventors: Yoji Urano; 洋二浦野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP3998028B2

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの温度上昇を抑制できて光出力の高出力化を図れ且つ各発光装置と回路基板との間の接続信頼性を高めることができる照明器具を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０を有する複数の発光装置１が金属製の器具本体１００の内底面１００ａに固着され、各発光装置１の接続関係を規定する導体パターンが形成された回路基板２００が、開口窓２０３の周部が実装基板２０の周部に重なる形で上記内底面１００ａから離間して配置される。実装基板２０と回路基板２００との間に配置されリードパターン２３と上記導体パターンとの間の電路となる配線パターン１５１を有するフレキシブルプリント配線板１５０により、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因してリードパターン２３と上記導体パターンとの間の接合部に働く応力を緩和する応力緩和手段を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップを用いた発光装置を光源として用いた照明器具に関するものである。

従来から、図１４に示すように、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’を囲んだ枠体４０’と、枠体４０’の内側で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’を封止した封止樹脂材料（エポキシ系樹脂またはシリコーン系樹脂）からなる封止部５０’とを備えた発光装置１’が提案されている（特許文献１参照）。なお、上記特許文献１には、ＬＥＤチップ１０’として青色光を放射するものを用い、封止部５０’にＹＡＧ蛍光体を含有させておくことにより、白色発光が可能となることが記載されている。

上述の発光装置１’は、実装基板２０’を、熱伝導性材料（例えば、Ｃｕ，Ａｌなど）からなりＬＥＤチップ１０’が実装される伝熱板２１’と、伝熱板２１’の一面側に積層されるガラスエポキシ基板からなり伝熱板２１’側とは反対の表面側にＬＥＤチップ１０’への給電用の一対のリードパターン２３’，２３’が設けられるとともにＬＥＤチップ１０’を露出させる窓孔２４’が形成されたガラスエポキシ基板からなる配線基板２２’とで構成してある。したがって、上述の発光装置１’では、ＬＥＤチップ１０’で発生した熱を配線基板２２’を介さずに伝熱板２１’を通して放熱できるので、放熱性が高いという利点を有している。

ところで、上述の発光装置１’を照明器具の光源として用いる場合、各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を超えないように各ＬＥＤチップ１０’への入力電力を制限する必要があるので、図１５に示すように、複数の発光装置１’の接続関係を規定する導体パターンを有する回路基板２００’として、上記導体パターンが形成されるとともに伝熱板２１’を通す開口窓２０４’が形成されたガラスエポキシ基板を用い、各リードパターン２３’，２３’と回路基板２００’の上記導体パターンとを半田からなる接合部２２０’，２２０’を介して接合し、伝熱板２１’を金属製の器具本体１００’に接触させることで放熱性を高めることが考えられる。

しかしながら、上述の照明器具では、伝熱板２１’がＣｕやＡｌなどの金属により形成されている場合には、耐雷サージ性を確保するために、実装基板２０’と金属製の器具本体１００’との間にサーコン（登録商標）のような絶縁性を有するゴムシート状の放熱シートを挟む必要があり、伝熱板２１’および器具本体１００’と放熱シートと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ＬＥＤチップ１０’から器具本体１００’までの熱抵抗がばらついてしまうので、光出力の高出力化が難しかった。また、上記特許文献１には、伝熱板２１’の材料として、金属材料以外に非金属材料を採用することも記載されているが、伝熱板２１’と器具本体１００’との互いの対向面の平面度に起因して両者の間に空隙が発生してしまい、熱抵抗が増大してしまうという不具合があった。

そこで、発光装置１’の実装基板２０’と器具本体１００’とを熱伝導性に優れたグリーンシートを用いて固着することでＬＥＤチップ１０’から器具本体１００’までの熱抵抗を低減するとともに発光装置１’ごとのＬＥＤチップ１０’から器具本体１００’までの熱抵抗のばらつきを低減することが考えられる。
特開２００６−５２９０号公報

しかしながら、上述のように発光装置１’を器具本体１００’に固着した場合には、器具本体１００’と回路基板２００’との線膨膨張率に起因した応力によって、発光装置１’のリードパターン２３’，２３’と回路基板２００’の導体パターンとを接続している接合部２２０’，２２０’にクラックが入って接続信頼性が低下してしまう懸念があった。

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て光出力の高出力化を図れ且つ各発光装置と回路基板との間の接続信頼性を高めることができる照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、金属製の器具本体と、ＬＥＤチップおよびＬＥＤチップへの給電用の一対のリードパターンが設けられＬＥＤチップが実装された実装基板を有する複数の発光装置であって器具本体に固着された複数の発光装置と、各発光装置の接続関係を規定する導体パターンが形成された回路基板であって各発光装置それぞれに対応する部位に各発光装置の一部を通す開口窓が形成され開口窓の周部が実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側における周部に重なる形で器具本体から離間して配置される回路基板とを備え、器具本体と回路基板との線膨張率差に起因してリードパターンと導体パターンとの間の接合部に働く応力を緩和する応力緩和手段が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、発光装置が金属製の器具本体に固着されているので、各ＬＥＤチップから器具本体までの熱抵抗を低減するとともに発光装置ごとのＬＥＤチップから器具本体までの熱抵抗のばらつきを低減することができて放熱性が向上し、各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、各ＬＥＤチップへの入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れ、しかも、器具本体と回路基板との線膨張率差に起因してリードパターンと導体パターンとの間の接合部に働く応力を緩和する応力緩和手段が設けられているので、各発光装置と回路基板との間の接続信頼性を高めることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和手段は、前記実装基板と前記回路基板との間に配置され前記リードパターンと前記導体パターンとの間の電路となる配線パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板からなることを特徴とする。

この発明によれば、器具本体と回路基板との線膨張率差に起因してリードパターンと導体パターンとの間の接合部に働く応力をフレキシブルプリント配線板により吸収することができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板は、熱伝導性材料からなり前記ＬＥＤチップが熱応力緩和用のサブマウント部材を介して実装される伝熱板と、伝熱板の一面側に積層される配線基板であって伝熱板側とは反対の表面側に前記リードパターンが設けられるとともにサブマウント部材に対応する部位に厚み方向に貫通する窓孔が形成された配線基板とからなり、前記応力緩和手段は、配線基板に形成されたスリットからなることを特徴とする。

この発明によれば、前記応力緩和手段として別途に部材を用意する必要がないので、部品点数を削減でき、低コスト化を図れるとともに製造が容易になる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和手段は、前記回路基板に形成されたスリットからなることを特徴とする。

請求項１の発明では、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制できて光出力の高出力化を図れるとともに、各発光装置と回路基板との間の接続信頼性を高めることができるという効果がある。

以下、本実施形態の照明器具について図１〜図１２を参照しながら説明する。

本実施形態の照明器具は、一面が開口した有底円筒状に形成された金属（例えば、Ａｌ，Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００と、ＬＥＤチップ１０およびＬＥＤチップ１０への給電用の一対のリードパターン２３，２３が設けられＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０を有する複数の発光装置１と、各発光装置１の接続関係を規定する導体パターン（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の一部を通す開孔窓２０３が形成された円板状のガラスエポキシ（ＦＲ４）基板からなる回路基板２００とを備えている。また、器具本体１００の上記一面側には、発光装置１それぞれから放射された光の配光を制御するレンズ部３０１（図４（ｂ），（ｃ）参照）を発光装置１ごとに有するレンズブロック３００（図４（ｂ），（ｃ）参照）を保持した金属製のカバー（図示せず）が取り付けられている。なお、回路基板２００の絶縁性基材の材料は、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。また、本実施形態では、レンズブロック３００を保持する上記カバーを金属製とすることで、発光装置１で発生した熱をより効果的に放熱させることが可能となる。

ここにおいて、各発光装置１は、例えばグリーンシート（例えば、シリカやアルミナなどのフィラーを高充填したエポキシ樹脂層のような熱伝導性が高く加熱時の流動性が高い可塑性シート材料）９０を器具本体１００の内底面１００ａとの間に介在させた後で当該グリーンシート９０を加熱して塑性変形させることにより器具本体１００に固着されている。したがって、発光装置１と器具本体１００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む場合や発光装置１と器具本体１００とを単に接触させているだけの場合に比べて、各ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を低減するとともに発光装置１ごとのＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗のばらつきを低減することができて放熱性が向上し、各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、各ＬＥＤチップ１０への入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

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２０３が形成されており、開口窓２０３の周部が実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側における周部に重なる形で器具本体１００の内底面１００ａから離間して配置される。なお、開口窓２０３の開口サイズは、後述の色変換部材７０の外径よりも大きく且つ上述のレンズ部３０１の一部を挿入可能となるように設定してある。

回路基板２００における上記導体パターンは、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の底壁の中央部に貫設されている電線挿通孔１０１（図３参照）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２１０，２１０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２１０，２１０と上記各電線とを接続している。ここにおいて、各電線接続用スルーホール配線２１０，２１０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、上記導体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の内底面１００ａに対向する一表面側に上記導体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。

なお、本実施形態では、複数の発光装置１を直列接続しているが、複数の発光装置１の接続関係は特に限定するものではなく、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。

発光装置１は、上述のＬＥＤチップ１０および実装基板２０の他に、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御するドーム状の光学部材であって実装基板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（図５における上面側）に固着された透光性材料からなる光学部材６０と、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間で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（図４参照）を封止した封止樹脂からなり透光性および弾性を有する封止部５０（図４参照）と、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０および光学部材６０を透過し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を透光性樹脂とともに成形した成形品であって実装基板２０の上記一表面側で光学部材６０の光出射面６０ｂとの間に空隙８０（図４参照）が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。

実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が熱応力緩和用のサブマウント部材３０を介して実装される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図５における上面側）に積層される配線基板２２とで構成されている。上述の熱伝導性材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。

配線基板２２は、伝熱板２１側とは反対の表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の一対のリードパターン２３，２３が一表面側に形成されるとともにサブマウント部材３０に対応する部位に厚み方向に貫通する矩形状の窓孔２４が形成されたガラスエポキシ（ＦＲ４）基板により構成されており、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱できるようになっている。なお、配線基板２２の絶縁性基材の材料は、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。

配線基板２２の各リードパターン２３，２３は、上記ガラスエポキシ基板の上記一表面側に形成されたＣｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。なお、配線基板２２の他表面側には反り防止用金属膜２５（図４（ｃ）および図７（ｂ），（ｃ）参照）が形成されており、伝熱板２１と配線基板２２とは、シート状の接着フィルム２８（図４および図５参照）を用いて固着されている。なお、反り防止用金属膜２５は、Ｃｕ膜により構成されている。

また、配線基板２２は、図７（ａ）における左右両側縁それぞれの中央部から側方に突出する突出片２２ｂ，２２ｂが延設されており、一方の突出片２２ｂに、ＬＥＤチップ１０へ過電圧が印加されるのを防止する過電圧防止用の表面実装型のツェナダイオード１３１（図４参照）を接続可能とするための一対のダイオード接続用ランド１２４，１２４が形成され、他方の突出片２２ｂに、表面実装型のセラミックコンデンサ１３２（図４参照）を接続可能とするための一対のコンデンサ接続用ランド１２６，１２６が形成されている。ここにおいて、各ダイオード接続用ランド１２４，１２４および各コンデンサ接続用ランド１２６，１２６は、回路基板２２においてリードパターン２３，２３と同一面上に形成されており、回路基板２２には、ダイオード接続用ランド１２４，１２４とリードパターン２３，２３とを接続する第１の配線用導体パターン１２３，１２３が形成されるとともに、コンデンサ接続用ランド１２６，１２６とリードパターン２３，２３とを接続する第２の配線用導体パターン１２５，１２５が形成されている。

また、配線基板２２は、伝熱板２１側とは反対の表面側に白色系の樹脂からなるレジスト層２６が積層されており、レジスト層２６は、各リードパターン２３，２３のインナーリード部２３ａ，２３ａおよびアウターリード部２３ｂ，２３ｂ、各ダイオード接続用ランド１２４，１２４、各コンデンサ接続用ランド１２６，１２６それぞれが露出するように形成されている。なお、配線基板２２にツェナダイオード１３１およびセラミックコンデンサ１３２を実装する場合には、回路基板２００に、ツェナダイオード１３１、セラミックコンデンサ１３２それぞれに対応する部位に上記開口窓２０３とは別途に開口窓を形成することで器具本体１００の内底面１００ａと回路基板２００との間の距離が長くなるのを防止でき、器具本体１００の薄型化が可能となる。

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（図５参照）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（図５参照）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よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板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よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板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いるので、発光部１２を伝熱板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、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上述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に実装されている。

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で発生した熱を伝熱板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９参照）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。

また、サブマウント部材３０は、図９に示すように、導体パターン３１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３２が形成されている。サブマウント部材３０の厚み寸法は、反射膜３２の表面が配線基板２２の上記一表面（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る。したがって、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や配線基板２２に吸収されるのを防止することができて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。なお、反射膜３２は、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成してある。また、反射膜３２には、両ボンディングワイヤ１４、１４が接触したときにＬＥＤチップ１０の両電極間が反射膜３２を介して短絡されるのを防止するために反射膜３２を２つの領域に絶縁分離するスリット３３，３３が形成されている。

ここにおいて、ＬＥＤチップ１０およびサブマウント部材３０は、それぞれ平面形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、ＬＥＤチップ１０は、平面視における各辺それぞれがサブマント部材３０の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形でサブマウント部材３０の中央部に配置されているので、ＬＥＤチップ１０の各側面それぞれからサブマウント部材３０側へ放射された光を反射膜３２により効率良く反射することができ、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。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０とサブマント部材３０とを厚み方向に沿った中心軸が略一致し、且つ、ＬＥＤチップ１０の平面視における各辺それぞれがサブマウント部材３０の上記一方の対角線と略４５度の角度をなすように配置してある。

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。本実施形態では、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に実装されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができるとともに、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ことができる。

上述の封止部５０の材料である封止樹脂としては、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、例えばアクリル樹脂などを用いてもよい。

光学部材６０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材６０をシリコーン樹脂の成形品により構成しているので、光学部材６０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部５０の材料がアクリル樹脂の場合には、光学部材６０もアクリル樹脂により形成することが好ましい。

ところで、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と上述の空隙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。ここで、光学部材６０は、光出射面６０ｂ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。言い換えれば、光学部材６０は、当該光学部材６０の光軸が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と空隙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の側面から放射された光は封止部５０および光学部材６０および空隙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７０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おり、上述の封止部５０は、半球状の形状に形成されている。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性樹脂と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、蛍光体を含有している）。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の外面７０ｂ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樹脂は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂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樹脂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。

ここで、色変換部材７０は、当該色変換部材７０の内面７０ａの曲率半径を光学部材６０の光出射面６０ｂの曲率半径よりもやや大きく設定してあり、色変換部材７０の頂部と光学部材６０の光出射面６０ｂとが近接し、当該頂部から離れるにつれて光学部材６０の光出射面６０ｂとの間の距離が徐々に大きくなっている。なお、色変換部材７０の頂部と光学部材６０の光出射面６０ｂとが近接とは、色変換部材７０の頂部と光学部材６０の光出射面６０ｂとが接している場合、色変換部材７０の頂部と光学部材６０の光出射面６０ｂとを接しない程度に近づけてある場合の両方を含む概念であり、図示例では、前者の場合を示してある。また、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。

ところで、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁から実装基板２０側へ突出し先端部に外方へ突出した係止爪７１ａを有する複数（本実施形態では、４つ）の取付脚７１が上記端縁の周方向に離間して設けられ、実装基板２０は、上記一表面側に各取付脚７１それぞれが挿入される複数の凹所であってそれぞれ係止爪７１ａが係止される係止面を有する複数の凹所２７（図４〜図６参照）が形成されている。要するに、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０における実装基板２０側の端縁から実装基板２０側へ突出した複数の取付脚７１の先端部に設けられた係止爪７１ａが実装基板２０の上記一表面に形成された凹所２７の上記係止面に係止されている。ここで、凹所２７は、配線基板２２において窓孔２４の周囲で厚み方向に貫設された矩形状の貫通孔２７ａと、伝熱板２１の上記一面側に形成されて貫通孔２７ａに連通し且つ貫通孔２７ａよりも開口面積が大きな円形状の凹溝２７ｂとで構成され、配線基板２２において凹溝２７ｂに臨む面が上記係止面を構成している。したがって、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０における凹所２７を容易に形成することが可能である。

なお、本実施形態における発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、上述のように反射膜３２の表面が配線基板２２の上記一表面（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るが、当該厚み寸法を、反射膜３２の表面が色変換部材７０における実装基板２０側の端縁よりも伝熱板２１から離れて位置するように設定することにより、色変換部材７０の端縁と実装基板２０の上記一表面との間に隙間が形成されている場合でも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との隙間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）。

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とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）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樹脂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が考えられる。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、本実施形態では、発光装置１の製造にあたって、実装基板２０の伝熱板２１にＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０を介して実装して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、サブマウント部材３０および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の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）により覆ってから、第１の封止樹脂を熱硬化させ、その後、光学部材６０の内側に第１の封止樹脂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の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）を注入し、その後、光学部材６０を実装基板２０における所定位置に配置して第２の封止樹脂を熱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に固着してから、色変換部材７０を実装基板２０に取り付けるようにしている。このような製造方法によれば、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。なお、上述の製造方法では、第２の封止樹脂の一部を光学部材６０における実装基板２０側の端縁と実装基板２０とを固着する接着剤として利用しているが、第２の封止樹脂とは別の接着剤を用いて光学部材６０の端縁と実装基板２０とを固着するようにしてもよい。

ところで、本実施形態では、配線基板２２におけるレジスト層２６を図４，図７，図８に示すように、それぞれ所定形状にパターニングされた第１のレジスト膜２６ａと第２のレジスト膜２６ｂと第３のレジスト膜２６ｃとにより構成してあり、第２のレジスト膜２６ｂの中央部に形成された丸孔状の開孔部２６ｂ_１の内周縁により上記第１の封止樹脂が堰き止められるので、上記第１の封止樹脂の注入量を容易に管理することができ、第２のレジスト膜２６ｂの開孔部２６ｂ_１の周囲に形成された複数（４つ）の長孔状の開孔部２６ｂ_２に、光学部材６０と配線基板２２とで囲まれる空間からはみだした第２の封止樹脂を溜めることができるので、封止部５０にボイドが発生するのをより確実に防止することができる。

なお、第１のレジスト膜２６ａは、図８（ｂ）に示すように、配線基板２２と同じ外周形状に形成され、上述のサブマント部材３０および配線基板２２の各リードパターン２３（図８（ａ）参照）のインナーリード部２３ａを露出させる１つの開孔部２６ａ_１、上述の４つの貫通孔２７ａそれぞれの一部を構成する４つの開孔部２６ａ_３、各リードパターン２３のアウターリード部２３ｂそれぞれを露出させる２つの開孔部２６ａ_４、各ダイオード接続用ランド１２４それぞれを露出させる２つの開孔部２６ａ_５、各コンデンサ接続用ランド１２６それぞれを露出させる２つの開孔部２６ａ_６が形成されている。また、第２のレジスト膜２６ｂは、配線基板２２よりも小さな円形状に形成され、当該第２のレジスト膜２６ｂには、上述の１つの開孔部２６ｂ_１、４つの開孔部２６ｂ_４の他に、上述の４つの貫通孔２７ａそれぞれの一部を構成する４つの開孔部２６ｂ_３が形成されている。また、第３のレジスト膜２６ｃは、第２のレジスト膜２６ｂと同じ外周形状に形成され、当該第３のレジスト膜２６ｃには、第２のレジスト膜２６ｂの開孔部２６ｂ_１および各開孔部２６ｂ_２を露出させる開孔部２６ｃ_１が中央部に形成され、当該開孔部２６ｃ_１の他に、上述の４つの貫通孔２７ａそれぞれの一部を構成する４つの開孔部２６ｃ_３が形成されている。

以上説明した発光装置１では、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との間に空隙８０が形成される形で配設されているので、色変換部材７０に外力が作用したときに色変換部材７０に発生した応力がＬＥＤチップ１０やボンディングワイヤ１４，１４に伝達されるのを抑制でき、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高くなり、また、色変換部材７０の頂部が光学部材６０の光出射面６０ｂに接しており、色変換部材７０における実装基板２０側の端縁から実装基板２０側へ突出した複数の取付脚７１の先端部に設けられた係止爪７１ａが実装基板２０の上記一表面に形成された凹所２７の係止面に係止されているので、実装基板２０の上記一表面側が下側となるような状態で使用される場合にＬＥＤチップ１０などの発熱に起因してゲル状の封止部５０が軟化しても光学部材６０および色変換部材７０が落下するのを防止することができ、信頼性が高くなる。

ところで、回路基板２００の開口窓２０３は、上述の発光装置１の色変換部材１７０を挿通可能な開口サイズの円形状に形成されており、回路基板２００は、各開口窓２０３の周部において、当該回路基板２００の上記導体パターンと発光装置１の各アウタリード部２３ｂ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。なお、各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ており、回路基板２００の上記一表面側において上記導体パターンと接続されている。

ここで、回路基板２００において各開口窓２０３それぞれの周部に形成された各一対の発光装置接続用スルーホール配線２０７の形成位置は、実装基板２０のアウターリード部２３ａの投影領域からずらしてある。具体的には、各一対の発光装置接続用スルーホール配線２０７の形成位置は、発光装置１の回路基板２２の四隅のうちの２箇所に重なるように設計してある。また、発光装置１の配線基板２２のレジスト層２６は、発光装置接続用スルーホール配線２０７と重なる部位には第１のレジスト膜２６ａは形成されているが、第２のレジスト膜２６ｂおよび第３のレジスト膜２６ｃは形成されていない。

本実施形態の照明器具は、各発光装置１ごとに、発光装置１の実装基板２０と回路基板２００との間に配置されリードパターン２３，２３と上記導体パターンとの間の電路となる配線パターン１５１，１５１が形成された一対のフレキシブルプリント配線板１５０，１５０を備えている。なお、組立時には、一対のフレキシブルプリント配線板１５０，１５０は、図１１に示すように２つの連結部１５９，１５９を介して連続一体に形成されており、実装基板２０上に配置して実装基板２０に接続した後で、連結部１５９，１５９を例えばレーザ光などにより切除するようになっている。なお、本実施形態では、各フレキシブルプリント配線板１５０が、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因してリードパターン２３と上記導体パターンとの間の接合部に働く応力を緩和する応力緩和手段を構成している。

フレキシブルプリント配線板１５０は、図４（ｃ）に示すように、ポリイミドフィルム１５０ａの一表面側（図４（ｃ）における上面側）に接着層１５２を介して配線パターン１５１が形成され、配線パターン１５１の表面側に白色系のレジスト層１５５が形成されている。また、ポリイミドフィルム１５０ａの他表面側（図４（ｃ）における下面側）に接着層１５４を介して反り防止用の導体パターン１５３が形成されている。なお、配線パターン１５１，１５１は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してある。

各フレキシブルプリント配線板１５０，１５０の配線パターン１５１，１５１（図１２（ａ）参照）には、発光装置１のアウターリード部２３ｂ，２３ｂに重なる部位にＵ字状の第１の接合用パターン部１５１ａが形成され、発光装置接続用スルーホール配線２０７に重なる部位に円形状の第２の接合用パターン部１５１ｂが形成されており、アウターリード部２３ｂと第１の接合用パターン部１５１ａとが半田からなる第１の接合部を介して接合されて電気的に接続され、発光装置接続用スルーホール配線２０７と第２の接合用パターン部１５１ｂとが半田からなる第２の接合部（図示せず）を介して接合されて電気的に接続されている。なお、レジスト層１５５には、第１の接合用パターン部１５１ａを露出させる切欠部１５５ａ（図１２（ｂ）参照）および第２の接合用パターン部１５１ｂを露出させる開孔部１５５ｂ（図１２（ｂ）参照）が形成されている。

上述の２つのフレキシブルプリント配線板１５０は、当該２つのフレキシブルプリント配線板１５０，１５０で第２のレジスト膜２６ｂと第３のレジスト膜２６ｃとのレジスト積層膜の外周縁の略全周を囲むような形状に形成されている。すなわち、各フレキシブルプリント配線板１５０，１５０の平面形状は、上記レジスト積層膜の外周縁に沿って湾曲した形状に形成されている。

以上説明した本実施形態の照明器具では、発光装置１が金属製の器具本体１００に固着されているので、各ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を低減するとともに発光装置１ごとのＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗のばらつきを低減することができて放熱性が向上し、各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、各ＬＥＤチップ１０への入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れ、しかも、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因してリードパターン２３と上記導体パターンとの間の接合部に働く応力を緩和する応力緩和手段が設けられているので、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。

ここにおいて、本実施形態では、上述の応力緩和手段が、実装基板２０と回路基板２００との間に配置されリードパターン２３と上記導体パターンとの間の電路となる配線パターン１５１が形成されたフレキシブルプリント配線板１５０からなるので、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因してリードパターン２３と上記導体パターンとの間の接合部に働く応力をフレキシブルプリント配線板１５０により吸収することができる。

ところで、上述の実施形態では、実装基板２０と回路基板２００との間に配置するフレキシブルプリント配線板１５０が応力緩和手段を構成しているが、応力緩和手段は、上述のフレキシブルプリント配線板１５０に限らず、例えば、図１３に示すように、実装基板２０における配線基板２２をフレキシブルプリント配線板により構成し、当該配線基板２２に形成されたスリット２９，２９が応力緩和手段を構成するようにしてもよく、この場合には、応力緩和手段として別途に部材を用意する必要がないので、部品点数を削減でき、低コスト化を図れるとともに製造が容易になる。また、応力緩和手段は、回路基板２００に形成されたスリットにより構成してもよく、この場合にも、応力緩和手段として別途に部材を用意する必要がないので、部品点数を削減でき、低コスト化を図れるとともに製造が容易になる。

また、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。また、ＬＥＤチップ１０と実装基板２０との線膨張率の差が比較的小さい場合には上述の実施形態で説明したサブマウント部材３０は必ずしも設ける必要はない。

また、上述の実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０としてチップサイズが１ｍｍ□のものを用いサブマウント部材３０上に１個のＬＥＤチップ１０を配置しているが、ＬＥＤチップ１０のチップサイズや数は特に限定するものではなく、例えば、ＬＥＤチップ１０としてチップサイズが０．３ｍｍ□のものを採用するようにして、１個のサブマウント部材３０上に複数個（図示例では、８個）のＬＥＤチップ１０を配置し、これら複数個のＬＥＤチップ１０を導体パターン３１および図示しないボンディングワイヤを介して直列接続するようにしてもよい

実施形態を示し、一部破断した要部概略分解斜視図である。同上の要部概略斜視図である。同上の要部概略分解斜視図である。同上を示し、（ａ）は発光装置の概略平面図、（ｂ）は要部概略断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。同上の要部概略断面図である。同上における発光装置の要部概略平面図である。同上における発光装置の配線基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ概略断面図、（ｃ）は一部破断した概略下面図である。同上における配線基板の説明図である。同上における発光装置のサブマウント部材の概略斜視図である。同上における発光装置の色変換部材を示し、（ａ）は一部破断した正面図、（ｂ）は下面図である。同上におけるフレキシブルプリント配線板の説明図である。同上におけるフレキシブルプリント配線板の説明図である。同上の他の構成例を示す要部概略平面図である。従来例を示す発光装置の概略断面図である。従来例を示す照明器具の要部概略断面図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
１４ボンディングワイヤ
２０実装基板
２１伝熱板
２２配線基板
２３リードパターン
２３ａインナーリード部
２３ｂアウターリード部
３０サブマウント部材
５０封止部
６０光学部材
７０色変換部材
１００器具本体
１００ａ内底面
１５０フレキシブルプリント配線板
１５１配線パターン
１５１ａ第１の接合用パターン部
１５１ｂ第２の接合用パターン部
２００回路基板
２０３開口窓
２０７発光装置接続用スルーホール配線

Claims

金属製の器具本体と、ＬＥＤチップおよびＬＥＤチップへの給電用の一対のリードパターンが設けられＬＥＤチップが実装された実装基板を有する複数の発光装置であって器具本体に固着された複数の発光装置と、各発光装置の接続関係を規定する導体パターンが形成された回路基板であって各発光装置それぞれに対応する部位に各発光装置の一部を通す開口窓が形成され開口窓の周部が実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側における周部に重なる形で器具本体から離間して配置される回路基板とを備え、器具本体と回路基板との線膨張率差に起因してリードパターンと導体パターンとの間の接合部に働く応力を緩和する応力緩和手段が設けられてなることを特徴とする照明器具。
前記応力緩和手段は、前記実装基板と前記回路基板との間に配置され前記リードパターンと前記導体パターンとの間の電路となる配線パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板からなることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
前記実装基板は、熱伝導性材料からなり前記ＬＥＤチップが熱応力緩和用のサブマウント部材を介して実装される伝熱板と、伝熱板の一面側に積層される配線基板であって伝熱板側とは反対の表面側に前記リードパターンが設けられるとともにサブマウント部材に対応する部位に厚み方向に貫通する窓孔が形成された配線基板とからなり、前記応力緩和手段は、配線基板に形成されたスリットからなることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
前記応力緩和手段は、前記回路基板に形成されたスリットからなることを特徴とする請求項１記載の照明器具。