JP2009076326A

JP2009076326A - 照明器具

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Publication number: JP2009076326A
Application number: JP2007244343A
Authority: JP
Inventors: Yoji Urano; 洋二浦野
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: JP4981600B2

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る照明器具を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップを用いた複数の発光装置１が有機系絶縁基板２０１の一表面側に導体層２０２を有するベース基板２００の導体層２０２に搭載されたＬＥＤモジュール２と、ＬＥＤモジュール２が収納配置される金属製の器具本体１００とを備える。器具本体１００は、ＬＥＤモジュール２が取り付けられる平板状のモジュール取付部１０２を有しており、モジュール取付部１０２には、各発光装置１それぞれが挿入される複数の窓孔１０３が形成されている。ＬＥＤモジュール２は、発光装置１が導体層２０２に接合されて熱結合され、ベース基板２００がモジュール取付部１０２の後面側に配置され導体層２０２がモジュール取付部１０２に熱結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップを用いた発光装置を複数備えた照明器具に関するものである。

従来から、この種の照明器具として、図１０に示すように、ＬＥＤチップを用いた複数の発光装置１’がプリント配線基板からなるベース基板２００’に実装されたＬＥＤモジュール２’と、ＬＥＤモジュール２’を収納する収納凹所５ａ’が形成され当該収納凹所５ａ’の内底面にベース基板２００’の他表面が密着する形でＬＥＤモジュール２’を収納する金属板５’と、ＬＥＤモジュールと金属板５’とからなるＬＥＤユニットＡ’を収納する器具本体１００’とを備えた照明器具が提案されている（特許文献１）。ここにおいて、上記特許文献１に開示された照明器具では、ＬＥＤモジュール２’のベース基板２００’を構成するプリント配線基板として、ガラスエポキシ樹脂基板からなる有機系絶縁基板の一表面側に導体層が形成されたものを用いているので、金属ベースプリント配線基板を用いる場合に比べて低コスト化を図ることができるという利点がある。
特開２００７−５２１６号公報

しかしながら、図１０に示した構成の照明器具では、各発光装置１’と器具本体１００’との間の熱伝達経路にガラスエポキシ樹脂基板のような有機系絶縁基板が存在するので、ベース基板２００’として金属ベースプリント配線基板を用いる場合に比べて、ＬＥＤチップから器具本体１００’までの熱抵抗が大きくなってしまい、ＬＥＤチップ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チップへの入力電力を制限する必要があり、光出力の高出力化が難しかった。

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る照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップを用いた複数の発光装置が有機系絶縁基板の一表面側に導体層を有するベース基板の導体層に搭載されたＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールを取り付けるモジュール取付部を有する金属製の器具本体とを備え、モジュール取付部は、各発光装置それぞれが挿入される複数の窓孔が形成され、ＬＥＤモジュールは、発光装置が導体層に接合されて熱結合され、ベース基板がモジュール取付部の後面側に配置され導体層がモジュール取付部に熱結合されてなることを特徴とする。

この発明によれば、金属製の器具本体におけるモジュール取付部は、各発光装置それぞれが挿入される複数の窓孔が形成され、ＬＥＤモジュールは、発光装置が導体層に接合されて熱結合され、ベース基板がモジュール取付部の後面側に配置され導体層がモジュール取付部に熱結合されているので、発光装置で発生した熱を有機系絶縁基板の一表面側の導体層を通して金属製の器具本体のモジュール取付部へ伝熱させることができ、ＬＥＤチップから器具本体までの熱抵抗を小さくすることができるから、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。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、各発光装置の接続関係を規定する回路パターンが他の有機系絶縁基板の一表面上に形成されるとともに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モジュール取付部の前面側に配置される回路基板を備え、ベース基板は、有機系絶縁基板の前記一表面の全体に亘って導体層が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、ベース基板において有機系絶縁基板の前記一表面の一部に導体層が形成されている場合に比べて、放熱性が向上する。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、ベース基板は、有機系絶縁基板の前記一表面側の導体層が各発光装置の接続関係を規定する回路パターンを構成しており、発光装置を搭載する回路パターンの平面サイズが発光装置の平面サイズよりも大きいことを特徴とする。

この発明によれば、ベース基板とは別に各発光装置の接続関係を規定する回路パターンが形成された回路基板を設ける必要がないので、低コスト化を図れる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、ベース基板は、有機系絶縁基板の前記一表面側の導体層とは別に、他表面の全体に亘って導体層を有することを特徴とする。

この発明によれば、ベース基板において有機系絶縁基板の他表面側に伝熱された熱を他表面側の導体層により広い範囲に伝熱させることができるので、放熱性が向上する。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、発光装置は、ＬＥＤチップと、一表面側にＬＥＤチップへの給電用の導体パターンを有しＬＥＤチップが前記一表面側に実装された実装基板とを備え、実装基板は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップが搭載される伝熱板と、前記導体パターンを有し伝熱板における前記ＬＥＤチップの搭載面側に固着された配線基板とからなることを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤチップが伝熱板に搭載されているので、ＬＥＤチップが配線基板に搭載される場合に比べてＬＥＤチップから器具本体までの熱抵抗を小さくすることができる。

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いう効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の照明器具について図１〜図７を参照しながら説明する。

本実施形態の照明器具は、図１〜図３に示すように、ＬＥＤチップ１０を用いた複数の発光装置１がベース基板２００の一表面側の導体層２０２に搭載されたＬＥＤモジュール２と、ＬＥＤモジュール２が収納配置される金属（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、各発光装置１それぞれから放射された光の配光を制御する複数のレンズ部３０１を有するカバー部材３とを備えている。

器具本体１００は、円筒状の外郭部１０１と、外郭部１０１の軸方向の中間において外郭１０１の内側に設けられＬＥＤモジュール２が取り付けられる平板状のモジュール取付部１０２とが連続一体に形成されている。ここにおいて、本実施形態の照明器具は、器具本体１００のモジュール取付部１０２に、各発光装置１それぞれが挿入される複数の窓孔１０３が形成されており、モジュール取付部１０２の後面側に、ＬＥＤモジュール２のベース基板２００が配置され、モジュール取付部１０２の前面側に、各発光装置１の接続関係を規定する回路パターン４０２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の一部を通す開口窓４０３が形成された回路基板４が配置されている。なお、器具本体１００のモジュール取付部１０２には、回路基板４に接続される給電用の電線（図示せず）を挿通する電線挿通孔１０４が貫設されている。また、本実施形態の照明器具は、ダウンライトであり、外郭部１０１の下端部から外方へ外鍔部１０１ａが延設されており、造営材である天井材に貫設した取付孔に挿入され外鍔部１０１ａが取付孔の周部下面に当接する形で天井材に取り付けられる。

発光装置１は、図４〜図６に示すように、ＬＥＤチップ１０と、一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しＬＥＤチップ１０が上記一表面側に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の上記一表面側に固着された透光性材料からなるドーム状の光学部材６０と、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間に充実され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複数本（本実施形態では、２本）のボンディングワイヤ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および透光性材料により形成されたものであって実装基板２０の上記一表面側において実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０などを囲む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。ここにおいて、色変換部材７０は、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との間に空気層８０が形成されるように配設されている。また、実装基板２０は、上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状の堰部２７が突設されている。

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基板を用いており、ＳｉＣ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）により成長されている。ここで、ＬＥＤチップ１０は、一表面側（図５（ａ）における上面側）にアノード電極（図示せず）が形成され、他表面側（図５（ａ）における上面側）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。また、ＬＥＤチップ１０の構造は特に限定するものではなく、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する支持基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。

実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が搭載される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図５（ａ）における上面側）に例えばポリオレフィン系の固着シート２９（図４参照）を介して固着された矩形板状のフレキシブルプリント配線板からなる配線基板２２とで構成され、配線基板２２の中央部に伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０の搭載面（上記一面の一部）を露出させる矩形状の窓孔２４が形成されており、ＬＥＤチップ１０が窓孔２４の内側に配置された後述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。したがって、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に伝熱されるようになっている。ここにおいて、伝熱板２１の上記一面には、サブマウント部材３０の位置決め精度を高めるためのアライメントマーク２１ｃが形成されている。

なお、本実施形態では、伝熱板２１の熱伝導性材料として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、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に搭載されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に搭載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、本実施形態では結晶成長用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。

上述の配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０への給電用の一対の導体パターン２３，２３が設けられるとともに、各導体パターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいて導体パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系のレジスト（樹脂）からなる保護層２６が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射され保護層２６の表面に入射した光が保護層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が配線基板２２に吸収されるのを防止することができ、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、各導体パターン２３，２３は、絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。

保護層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各導体パターン２３，２３の２箇所が露出し、配線基板２２の周部において各導体パターン２３，２３の１箇所が露出するようにパターニングされており、各導体パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した２つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａを構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部２３ｂを構成している。なお、配線基板２２の導体パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。また、２つの外部接続用電極部２３ｂのうちＬＥＤチップ１０の上記アノード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図４における右側の外部接続用電極部２３ｂ）には「＋」の表示が形成され、ＬＥＤチップ１０の上記カソード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図４における左側の外部接続用電極部２３ｂ）には「−」の表示が形成されているので、発光装置１における両外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。

ところで、ＬＥＤチップ１０は、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に搭載されている。ここで、サブマウント部材３０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。したがって、本実施形態の発光装置１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に搭載されているので、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てＬＥＤチップ１０が配線基板２２に搭載される場合に比べて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。

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電極パターン（図示せず）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を介して一方の導体パターン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を介して他方の導体パターン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く、サブマウント部材３０がＣｕであって、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、サブマウント部材３０およびＬＥＤチップにおける接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。また、サブマウント部材３０と伝熱板２１とは、例えば、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が、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、伝熱板２１における接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が結晶成長用基板の材料である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、Ｃｕ、ＣｕＷなどを採用してもよい。なお、サブマウント部材３０は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０側の表面の面積はＬＥＤチップ１０における伝熱板２１側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。

また、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、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の保護層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。なお、サブマウント部材３０においてＬＥＤチップ１０が接合される側の表面においてＬＥＤチップ１０との接合部位の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜を形成すれば、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に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここで、反射膜は、例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成すればよい。

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、ガラスなど）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おり、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致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と空気層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および空気層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いる。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性材料と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材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料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材料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、内面７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、光学部材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と色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、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。また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０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）を用いて固着すればよい。

ところで、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と各導体パターン２３，２３とをそれぞれ２本のボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている樹脂注入孔２８（図４参照）からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）を注入した後に硬化させ、その後、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の残りの部分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を形成するのと同時に光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するような製造方法が考えられるが、このような製造方法でも、製造過程において封止部５０に気泡（ボイド）が発生する恐れがあるので、光学部材６０に液状の封止樹脂を多めに注入する必要がある。

そこで、本実施形態における発光装置１では、上述のように、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間（光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間）から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状（本実施形態では、円環状）の堰部２７を突設してある。ここにおいて、堰部２７は、白色系のレジストにより形成されている。また、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数（本実施形態では、４つ）のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して等間隔で設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねている。ここで、上述のセンタリング用爪部２７ｂの数は４つに限定するものではないが、少なくとも３つ設けることが望ましく、堰部２７と光学部材６０との間に溜めることが可能な封止樹脂の許容量を多くするためにセンタリング用爪部２７ｂの幅寸法は小さいほうが望ましい。

また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁に、堰部２７に係合する切欠部７１が全周に亘って形成されている。したがって、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０に対する色変換部材７０の位置決め精度を高めることができ、また、色変換部材７０と光学部材６０との間隔を短くすることができる。なお、切欠部７１は、色変換部材７０の端縁側と内面７０ａ側とが開放されている。

また、上述の実装基板２０における導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が上述の外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成している。

本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、図７（ａ）に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装して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、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている樹脂注入孔２８からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間、ドーム状の光学部材６０の内側それぞれに上述の封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入して光学部材６０を実装基板２０に対向させ、図７（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づけ、図７（ｃ）に示すように光学部材６０を位置決めしてから液状の封止樹脂５０ａを硬化させることにより封止部５０を形成するとともに光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するようにしている。ここで、図７（ａ）では、ドーム状の光学部材６０の内側に、光学部材６０の内側空間の容積よりも多い適量（定量）の封止樹脂５０ａを注入するようにしている。また、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０と堰部２７と保護層２６とで囲まれた空間に溜まった封止樹脂５０ａは、硬化させることにより図５（ａ）における樹脂部５０ｂとなる。

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。ここで、図７（ｂ）のように光学部材６０を実装基板２０に近づける前（つまり、図７（ａ）の段階）に、サブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に注入した封止樹脂５０ａを硬化させておけば、図７（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づける際にボイドが抜けやすくなるという利点がある。

以上説明した発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材６０がドーム状に形成され実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着されており、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた上記空間に充実されＬＥＤチップ１０を封止した透光性の封止樹脂からなる封止部５０と、実装基板２０の上記一表面側で光学部材６０を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０とを備え、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止樹脂５０ａを堰き止める環状の堰部２７が突設され、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねており、導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成しているので、封止部５０にボイドが発生するのを防止できてボンディングワイヤ１４，１４の断線や光出力の低下を防止できるとともに光学部材６０の位置決め精度を高めることができ、しかも、光学部材６０と堰部２７の内周面とが離間しているので、堰部２７の外側へ封止樹脂５０ａが溢れて外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂ上に付着するのを抑制することができ、外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂでの半田付け不良などの発生を防止可能となる。

また、上述の発光装置１では、堰部２７が、白色系のレジストにより形成されているので、ＬＥＤチップ１０から放射された光や蛍光体から放射された光が堰部２７で吸収されるのを防止することができ、光出力の高出力化を図れる。

また、上述の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の上記一表面（保護層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ので、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２に吸収されるのを抑制でき、光出力の高出力化を図れる。

また、上述の回路基板４は、各発光装置１の接続関係を規定する回路パターン（配線パターン）４０２が有機系絶縁基板４０１の一表面側に形成されている。ここにおいて、回路基板４の有機系絶縁基板４０１の材料としては、例えば、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂を採用すればよいが、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。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。

また、回路基板４は、器具本体１００のモジュール取付部１０２に貫設されている電線挿通孔１０４に挿通された給電用のリード線が挿通される電線挿通孔４０６が貫設されており、電線挿通孔４０６に挿通された一対の電線が電気的に接続されるようになっている。また、回路基板４は、器具本体１００のモジュール取付部１０２側とは反対の表面側に白色系のレジスト層からなる光反射層２０３が形成されており、回路パターン４０２の大部分が光反射層２０３により覆われている。

また、回路基板４は、発光装置１の一部を通す各開口窓４０４の開口サイズが発光装置１における実装基板２０の平面サイズよりもやや大きく設定されている。ここにおいて、回路基板４には、発光装置１のＬＥＤチップ１０へ過電圧が印加されるのを防止するために、過電圧防止用の表面実装型のツェナダイオード４３１および表面実装型のセラミックコンデンサ４３２が各開口窓２０４の近傍で実装されている。なお、回路基板４は、固定ねじ（図示せず）を用いて器具本体１００のモジュール取付部１０２に取り付けられている。

また、発光装置１は、図３に示すように、実装基板２０の各外部接続用電極部２３ｂが端子板４１０を介して回路基板４の回路パターン４０２と電気的に接続されている。ここにおいて、端子板４１０は、細長の金属板の一端部をＬ字状に曲成することにより回路パターン４０２に厚み方向が重なる形で半田などを用いて接合される端子片４１１を形成するとともに、他端部をＪ字状に曲成することにより外部接続用電極部２３ｂに厚み方向が一致する形で半田などを用いて接合される端子片４１２を形成したものであり、器具本体１００と回路基板４との線膨張率差に起因して接続端子４１０と外部接続用電極部２３ｂおよび回路パターン４０２それぞれとの接合部に発生する応力を緩和可能となっており、各発光装置１と回路基板４との間の接続信頼性を高めることができる。なお、端子板４１０としては、ジャンパピンを用いてもよい。

また、上述のカバー部材３は、透光性材料（例えば、アクリル樹脂、ガラスなど）の成形品により構成されており、器具本体１００のモジュール取付部１０２の前面側において回路基板４から離間して配置される前板部３ａと、前板部３ａの周縁からモジュール取付部１０２の前面側へ連続一体に突出した円環状の側板部３ｂとを備えている。なお、カバー部材３は、器具本体１００のモジュール取付部１０２に取付ねじ（図示せず）を用いて取り付けられている。また、カバー部材３は、上述の前板部３ａに各レンズ部３０１が連続一体に形成されており、各レンズ部３０１が各発光装置１の光軸に一致する形で配置されている。

カバー部材３における各レンズ部３０１は、発光装置１に向かって凸となる形状に形成されるとともに先端部に発光装置１の少なくとも一部（本実施形態では、色変換部材７０）を収納する凹所３０２が形成されており、凹所３０２の内底面３０２ａから入射した光を当該レンズ部３０１の光出射面３０１ｂに直接導く機能と、凹所３０２の内側面３０２ｂから入射した光を当該レンズ部３０１の外側面３０１ｃで反射して当該レンズ部３０１の光出射面３０１ｂに導く機能とを有するように設計してあり、カバー部材３の前板部３ａにおけるモジュール取付部１０２との対向面を含む平面からモジュール取付部１０２に近づくにつれて外径が徐々に小さくなる形状となっている。また、各レンズ部３０１の光出射面３０１ｂは、中央部が凸曲面状に形成され周部が平面状に形成されている。なお、発光装置１の構造によっては、レンズ部３０１の凹所３０２に発光装置１の全部を収納するようにしてもよい。

ところで、ＬＥＤモジュール２のベース基板２００は、ガラスエポキシ樹脂基板からなる有機系絶縁基板２０１の一表面側に導体層（以下、第１の導体層と称する）２０２を有するとともに他表面側に導体層（以下、第２の導体層と称する）２０３を有しており、ＬＥＤモジュール２の各発光装置１は、ベース基板２００の第１の導体層２０２に接合されて熱結合されている。ここにおいて、ＬＥＤモジュール２は、ベース基板２００における有機系絶縁基板２０１の上記一表面の全体に亘って第１の導体層２０２が形成されており、各発光装置１それぞれと第１の導体層２０２との間に発光装置１と第１の導体層２０２とを電気的に絶縁し且つ両者を熱結合させる熱硬化性の固着材からなる絶縁層９０が介在している。ここで、熱硬化性の固着材としては、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且つ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）を用いており、上記樹脂シートは、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、発光装置１の実装基板２０とベース基板２００の第１の導体層２０２との間に上記樹脂シートを介在させた後で上記樹脂シートを加熱することで実装基板２０とベース基板２００の第１の導体層２０２とを接合する際に絶縁層９０と実装基板２０およびベース基板２００の第１の導体層２０２との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができ。

また、上述のＬＥＤモジュール２は、ベース基板２００が器具本体１００のモジュール取付部１０２の後面側に配置され第１の導体層２０２がモジュール取付部１０２に熱結合されている。なお、ベース基板２００は、上述の回路基板４をモジュール取付部１０２に取り付ける固定ねじによりモジュール取付部１０２に取り付けて第１の導体層２０２をモジュール取付部１０２の後面に密着させることで熱結合させてもよいし、上述の熱硬化性の固着材を用いてモジュール取付部１０２と第１の導体層２０２とを接合することで熱結合させるようにしてもよし、熱硬化性の固着材と固定ねじとの両方を利用してもよい。

以上説明した本実施形態の照明器具では、金属製の器具本体１００におけるモジュール取付部１０２に各発光装置１それぞれが挿入される複数の窓孔１０３が形成され、各発光装置１がベース基板２００における有機系絶縁基板２０１の上記一表面側の第１の導体層２０２に接合されて熱結合され、ベース基板２００がモジュール取付部１０２の後面側に配置され第１の導体層２０２がモジュール取付部１０２に熱結合されているので、各発光装置１で発生した熱を有機系絶縁基板２０１の上記一表面側の第１の導体層２０２を通して金属製の器具本体１００のモジュール取付部１０２へ伝熱させることができ、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るから、ＬＥＤチップ１０の温度上昇を抑制できて光出力の高出力化を図れる。

また、本実施形態の照明器具では、各発光装置１の接続関係を規定する回路パターン４０２が他の有機系絶縁基板４０１の一表面上に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の一部を通す開口窓４０３が形成されモジュール取付部１０２の前面側に配置される回路基板４を備え、ベース基板２００の第１の導体層２０２が有機系絶縁基板２０１の上記一表面の全体に亘って形成されているので、ベース基板２００において有機系絶縁基板２０１の上記一表面の一部に第１の導体層２０２が形成されている場合に比べて、放熱性が向上する。

また、本実施形態の照明器具では、ベース基板２００が、有機系絶縁基板２０１の上記一表面側の第１の導体層２０２とは別に、他表面の全体に亘って第２の導体層２０３を有しているので、ベース基板２００において有機系絶縁基板２０１の他表面側に伝熱された熱を他表面側の第２の導体層２０３により広い範囲に伝熱させることができ、放熱性が向上する。なお、本実施形態では、各導体層２０２，２０３が銅箔により形成されており、厚み寸法を１８μｍに設定してあるが、厚み寸法は１８μｍに限定するものではなく、例えば、３５μｍでもよく、放熱性の観点からは各導体層２０２，２０３の厚み寸法を大きくすることが望ましい。

（実施形態２）
本実施形態の照明器具の基本構成は実施形態１と略同じあり、実施形態１にて説明した回路基板４を用いずに、図８に示すように、ベース基板２００の上記一表面側の第１の導体層２０２が各発光装置１の接続関係を規定する回路パターンを構成するようにし、発光装置１を搭載する回路パターンの平面サイズが発光装置１の平面サイズよりも大きくなっている点に特徴がある。ここにおいて、発光装置１は、実装基板２０の各外部接続用電極部２３ｂがジャンパピン４２０を介して、それぞれ第１の導体層２０２の一部からなる回路パターンと電気的に接続されている。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適宜省略する。

しかして、本実施形態の照明器具では、ベース基板２００とは別に実施形態１にて説明した回路基板４を設ける必要がないので、低コスト化を図れる。

（実施形態３）
本実施形態の照明器具の基本構成は実施形態２と略同じであり、実施形態１，２にて説明した発光装置１における実装基板２０を用いずに、図９に示すように、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介してベース基板２００の上記一表面側の第１の導体層２０２に搭載されている点が相違する。なお、実施形態２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。

しかして、本実施形態の照明器具では、実施形態２に比べて低コスト化を図れるとともに、ＬＥＤチップ１０から器具本体１０までの熱抵抗を低減することができる。

なお、上述の各実施形態１〜３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、結晶成長用基板としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板やサファイア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、上述のＬＥＤチップ１０は、上記一表面側に上記アノード電極が形成され、上記他表面側にカソード電極が形成されているが、上記一表面側にアノード電極およびカソード電極が形成されていてもよく、この場合には、アノード電極およびカソード電極の両方ともボンディングワイヤ１４を介して導体パターン２３，２３と直接接続することができる。また、ＬＥＤチップ１０から放射される光は青色光に限らず、例えば、赤色光、緑色光、紫色光、紫外光などでもよい。

また、実施形態１，２においてＬＥＤチップ１０と実装基板２０における伝熱板２１との線膨張率の差が比較的小さい場合にはサブマウント部材３０は必ずしも設ける必要はない。実施形態１，２における発光装置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をサブマウント部材３０の電極パターン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。また、発光装置１の構造は実施形態１〜３の構造に限らず、例えば、ＬＥＤチップ１０を収納する収納凹所が一表面に形成されたセラミックパッケージを備えた表面実装型の発光装置でもよい。

実施形態１の照明器具の概略断面図である。同上の照明器具の要部概略分解斜視図である。同上の照明器具の要部概略斜視図である。同上の照明器具におけるＬＥＤモジュールの概略分解斜視図である。同上の照明器具における発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は他の概略断面図である。同上の照明器具における発光装置の要部概略平面図である。同上の照明器具における発光装置の製造方法の説明図である。実施形態２の照明器具の概略断面図である。実施形態３の照明器具を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）はＬＥＤモジュールの要部概略断面図である。従来例を示し、（ａ）は照明器具の概略断面図、（ｂ）はＬＥＤユニットの概略斜視図、（ｃ）はＬＥＤユニットの概略断面図である。

符号の説明

１発光装置
２ＬＥＤモジュール
４回路基板
１０ＬＥＤチップ
２０実装基板
２１伝熱板
２２配線基板
２３導体パターン
９０絶縁層
１００器具本体
１０２モジュール取付部
１０３窓孔
２００ベース基板
２０１有機系絶縁基板
２０２導体層
２０３導体層
４０１有機系絶縁基板（他の有機系絶縁基板）
４０２回路パターン
４０３開口窓

Claims

ＬＥＤチップを用いた複数の発光装置が有機系絶縁基板の一表面側に導体層を有するベース基板の導体層に搭載されたＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールを取り付けるモジュール取付部を有する金属製の器具本体とを備え、モジュール取付部は、各発光装置それぞれが挿入される複数の窓孔が形成され、ＬＥＤモジュールは、発光装置が導体層に接合されて熱結合され、ベース基板がモジュール取付部の後面側に配置され導体層がモジュール取付部に熱結合されてなることを特徴とする照明器具。
各発光装置の接続関係を規定する回路パターンが他の有機系絶縁基板の一表面上に形成されるとともに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モジュール取付部の前面側に配置される回路基板を備え、ベース基板は、有機系絶縁基板の前記一表面の全体に亘って導体層が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
ベース基板は、有機系絶縁基板の前記一表面側の導体層が各発光装置の接続関係を規定する回路パターンを構成しており、発光装置を搭載する回路パターンの平面サイズが発光装置の平面サイズよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の照明器具。
ベース基板は、有機系絶縁基板の前記一表面側の導体層とは別に、他表面の全体に亘って導体層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の照明器具。
発光装置は、ＬＥＤチップと、一表面側にＬＥＤチップへの給電用の導体パターンを有しＬＥＤチップが前記一表面側に実装された実装基板とを備え、実装基板は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップが搭載される伝熱板と、前記導体パターンを有し伝熱板における前記ＬＥＤチップの搭載面側に固着された配線基板とからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の照明器具。