JP2007227876A

JP2007227876A - 発光装置

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Publication number: JP2007227876A
Application number: JP2006290354A
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: 2006-10-25
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: JP3918873B1

Abstract

【課題】信頼性を高めることができる発光装置を提供する。
【解決手段】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およびボンディングワイヤ１４，１４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と、ＬＥＤチップ１０から放射され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、色変換部材７０の頂部が光学部材６０の光出射面６０ｂに接している。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。
【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チップが実装される実装基板と、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によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光材料を透光性樹脂とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材とを備え、白色光を得ることができる発光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

なお、上述の発光装置では、色変換部材を実装基板に接着剤により固着しており、色変換部材の端縁と実装基板との間にシリコーン樹脂などの接着剤からなる接合部が介在している。
特開２００４−２７３７９８号公報

上述の発光装置では、耐候性を高めたり所望の配光を得るために、色変換部材と実装基板とで囲まれる空間を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するシリコーン樹脂からなる封止部で充実させたり、ＬＥＤチップおよびボンディングワイヤを封止するシリコーン樹脂からなる封止部と当該封止部を通過した光の配光を制御するレンズのような光学部材とで充実させることが考えられる。

しかしながら、このような発光装置を天井取付型の照明器具の光源として用いる場合、少なくともＬＥＤチップおよび色変換部材が実装基板の下方に位置するが、シリコーン樹脂からなる封止部がゲル状であり、封止部のガラス転移温度がＬＥＤチップのジャンクション温度よりも低いので、ＬＥＤチップの発熱に起因して封止部が軟化して封止部の外側に配置されている部材である色変換部材や光学部材が落下してしまう懸念があった。

また、上述の発光装置では、色変換部材と封止部もしくは光学部材とが密着しているので、色変換部材への外力に起因した応力がＬＥＤチップおよび各ボンディングワイヤに伝達されやすく、ＬＥＤチップの発光特性の変動やボンディングワイヤの断線が起こる懸念があった。

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、信頼性を高めることができる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、ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板との間にＬＥＤチップを収納する形で実装基板の一表面側に固着された透光性材料からなる光学部材と、光学部材と実装基板とで囲まれた空間でＬＥＤチップ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と、ＬＥＤチップから放射され封止部および光学部材を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ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の前記一表面側で光学部材の光出射面との間に空隙が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材の頂部と光学部材の光出射面とが近接しており、色変換部材は、係止爪を有する複数の取付脚が実装基板側へ突設され、実装基板は、前記一表面側に各取付脚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が係止される係止面を有する複数の凹所が形成されてなることを特徴とする。なお、色変換部材の頂部と光学部材の光出射面とが近接とは、色変換部材の頂部と光学部材の光出射面とが接している場合、色変換部材の頂部と光学部材の光出射面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る。

この発明によれば、色変換部材が実装基板の一表面側において光学部材の光出射面との間に空隙が形成される形で配設されているので、色変換部材に外力が作用したときに色変換部材に発生した応力がＬＥＤチップに伝達されるのを抑制できて信頼性を高めることができ、また、色変換部材の頂部と光学部材の光出射面とが近接しており、色変換部材から実装基板側へ突設された複数の取付脚それぞれの先端部に設けられた係止爪が実装基板の一表面に形成された複数の凹所それぞれの係止面に係止されているので、例えば天井取付型の照明器具などのように実装基板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チップなどの発熱に起因して封止部が軟化しても光学部材および色変換部材が落下するのを防止することができ、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、前記凹所が、配線基板において窓孔の周囲で厚み方向に貫設された貫通孔と、伝熱板の前記一面側に形成されて前記貫通孔に連通し且つ前記貫通孔よりも開口面積が大きな凹溝とで構成され、配線基板において前記凹溝に臨む面が前記係止面を構成してなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップで発生した熱をサブマウント部材および伝熱板を介して効率良く放熱させることができるとともに、前記ＬＥＤチップと伝熱板との線膨張率差に起因して前記ＬＥＤチップに働く応力を緩和することができるので、信頼性が向上し、また、前記凹所が、配線基板において窓孔の周囲で厚み方向に貫設された貫通孔と、伝熱板の前記一面側に形成されて前記貫通孔に連通し且つ前記貫通孔よりも開口面積が大きな凹溝とで構成され、配線基板において前記凹溝に臨む面が前記係止面を構成しているので、前記凹所を容易に形成することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記色変換部材は、前記各取付脚が前記実装基板側の端縁から突設され、前記係止爪は、前記取付脚の先端部から外方へ突設されてなることを特徴とする。

この発明によれば、組立時に前記係止爪が前記光学部材に接触して前記封止部に応力がかかるのを防止することができる。

請求項１の発明では、信頼性を高めることができるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置１について図１〜図４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が実装された矩形板状の実装基板２０と、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１（ａ）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。

なお、本実施形態の発光装置１は、例えば照明器具の光源として用いるものであり、例えば、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）により形成される絶縁層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に接合することによって、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に比べて、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、照明器具の光源として用いる場合には、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、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１（ａ）における上面側）に積層される矩形板状の配線基板２２とで構成されている。ここにおいて、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が設けら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。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。また、配線基板２２の絶縁性基材としては、ＦＲ４を用いたガラスエポキシ基板を採用しており、各リードパターン２３，２３は、上記ガラスエポキシ基板の一表面側に形成されたＣｕ膜とＮｉ膜とＡｇ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（図示せず）を用いて固着されているが、反り防止用金属膜２５および伝熱板２１それぞれの材料がＣｕの場合には、接着フィルムを用いずに固着することも可能である。また、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、ポリイミド系樹脂や、フェノール樹脂などでもよい。

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、中央部に両リードパターン２３，２３のインナーリード部２３ａ，２３ａを露出させる開口窓２６ａが形成され、周部に各リードパターン２３，２３のアウターリード部２３ｂ，２３ｂそれぞれを露出させる円形状の開口窓２６ｂ，２６ｂが形成されている。

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４参照）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、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、本実施形態の発光装置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）。

本実施形態の発光装置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、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、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、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各封止樹脂を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、本実施形態では、配線基板２２のレジスト層２６の中央部に形成された開口窓２６の内周縁により上記各封止樹脂がレジスト層２６の表面へ流れ出すのを防止することができるとともに第１の封止樹脂の注入量を管理することができる。なお、上述の製造方法では、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、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。

以上説明した本実施形態の発光装置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の頂部と光学部材６０の光出射面６０ｂとが近接しており、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、例えば天井取付型の照明器具などのように実装基板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。また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０の各係止爪７１ａが各取付脚７１それぞれの先端部から外方へ突設されているので、組立時に各係止爪７１ａが光学部材６０に接触して封止部５０に応力がかかるのを防止することができる。

ところで、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、図５に示すように、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（なお、図５中の２つのボンディングワイヤ１４，１４は、複数個のＬＥＤチップ１０の直列回路と給電用のリードパターン２３，２３とを接続するためのものである）。

（実施形態２）
以下、本実施形態の発光装置１について図６〜図１１を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであって、実装基板２０における配線基板２２の形状や、ＬＥＤチップ１０の静電破壊を防止するための保護素子として表面実装型のツェナダイオード１３１および表面実装型のコンデンサ（セラミックコンデンサ）１３２が実装基板２０に実装されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における配線基板２２は、図６（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、上述のツェナダイオード１３１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、上述のコンデンサ１３２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、配線基板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、配線基板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、実施形態１と同様に、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が積層されているが、本実施形態では、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の他表面側には反り防止用金属膜２５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を用いて固着されている。

本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、実装基板２０の配線基板２２にツェナダイオード１３１およびコンデンサ１３２を実装し、その後、実施形態１と同様に、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。

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６，図１０，図１１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２２６ａと第２のレジスト膜２２６ｂと第３のレジスト膜２２６ｃとにより構成してあり、第２のレジスト膜２２６ｂの中央部に形成された丸孔状の開孔部２２６ｂ_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２２６ｂの開孔部２２６ｂ_１の周囲に形成された複数（４つ）の長孔状の開孔部２２６ｂ_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２２６ａは、図１１（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１１（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２２６ａ_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２２６ａ_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２２６ａ_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２２６ａ_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２２６ａ_６が形成されている。また、第２のレジスト膜２２６ｂ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２２６ｂには、上述の１つの開孔部２２６ｂ_１、４つの開孔部２２６ｂ_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２２６ｂ_３が形成されている。また、第３のレジスト膜２２６ｃは、第２のレジスト膜２２６ｂと同じ外周形状に形成され、当該第３のレジスト膜２２６ｃには、第２のレジスト膜２２６ｂの開孔部２２６ｂ_１および各開孔部２２６ｂ_２を露出させる開孔部２２６ｃ_１が中央部に形成され、当該開孔部２２６ｃ_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２２６ｃ_３が形成されている。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、実施形態１と同様に、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、例えば天井取付型の照明器具などのように実装基板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、信頼性が高くなり、しかも、ＬＥＤチップ１０の静電破壊を防止するための表面実装型のツェナダイオード１３１および表面実装型のコンデンサ１３２が実装基板２０に実装されているので、過電圧によるＬＥＤチップ１０の静電破壊を防止することができる。

ところで、上述の各実施形態では、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。

実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は器具本体に実装した状態の概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。同上の発光装置の一部破断した概略分解斜視図である。同上の発光装置における色変換部材を示し、（ａ）は一部破断した正面図、（ｂ）は下面図である。同上の発光装置におけるサブマウント部材の概略斜視図である。同上の発光装置の他の構成例を示す要部概略平面図である。実施形態２の発光装置を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は器具本体に実装した状態の概略断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。同上の発光装置を示し、器具本体に実装した状態の概略断面図である。同上の発光装置の一部破断した概略分解斜視図である。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。

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
２４窓孔
２６レジスト層
２７凹所
２７ａ貫通孔
２７ｂ凹溝
３０サブマウント部材
５０封止部
６０光学部材
６０ａ光入射面
６０ｂ光出射面
７０色変換部材
７１取付脚
７１ａ係止爪
８０空隙

Claims

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板との間にＬＥＤチップを収納する形で実装基板の一表面側に固着された透光性材料からなる光学部材と、光学部材と実装基板とで囲まれた空間でＬＥＤチップ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と、ＬＥＤチップから放射され封止部および光学部材を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ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の前記一表面側で光学部材の光出射面との間に空隙が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材の頂部と光学部材の光出射面とが近接しており、色変換部材は、係止爪を有する複数の取付脚が実装基板側へ突設され、実装基板は、前記一表面側に各取付脚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が係止される係止面を有する複数の凹所が形成されてなることを特徴とする発光装置。
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、前記凹所が、配線基板において窓孔の周囲で厚み方向に貫設された貫通孔と、伝熱板の前記一面側に形成されて前記貫通孔に連通し且つ前記貫通孔よりも開口面積が大きな凹溝とで構成され、配線基板において前記凹溝に臨む面が前記係止面を構成してなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記色変換部材は、前記各取付脚が前記実装基板側の端縁から突設され、前記係止爪は、前記取付脚の先端部から外方へ突設されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。