JP2009289854A

JP2009289854A - Light emitting device and lighting unit

Info

Publication number: JP2009289854A
Application number: JP2008138961A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Tanaka; 信幸田中; Tadayuki Mori; 督享森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the number of components while improving heat dissipation of a light emitting device 22. <P>SOLUTION: The light emitting device 22 has a base 100, a frame member 200, and a light emitting element 300. The base 100 has an upper surface including a recess. The base 100 has a conductor pattern and a metal material pattern 109 provided on an inside side surface of the recess. The frame member 200 has a side surface 201 brought into thermal contact with the metal material pattern 109, and is provided on the base 100. The light emitting element 300 is disposed inside the frame member 200, and electrically connected to the conductor pattern. The light emitting element 300 is mounted on the upper surface of the base 100. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置および照明ユニットに関するものである。 The present invention relates to a light emitting device and a lighting unit having a light emitting element such as a light emitting diode.

近年、例えば照明分野などにおいて、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。発光装置の開発において、高出力化が期待されている。発光装置の高出力化を図るに伴って、発光装置の発熱量が増大している。今後、発光装置は、放熱性の観点において改善が求められている。
特開２００５−１２１５５号公報 In recent years, for example, in the illumination field, development of a light emitting device having a light emitting element has been advanced. In the development of light emitting devices, high output is expected. As the output of the light emitting device increases, the amount of heat generated by the light emitting device increases. In the future, the light emitting device is required to be improved in terms of heat dissipation.
JP 2005-12155 A

今後、放熱性の観点などにおいて改善を進めるにおいて、発光装置の低コスト化が求められている。低コスト化は、部品点数の低減、または、製造工程数の低減などによって実現される。 In the future, cost reduction of the light emitting device is demanded in order to improve from the viewpoint of heat dissipation. Cost reduction is achieved by reducing the number of parts or the number of manufacturing processes.

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、基体、枠部材および発光素子を有している。基体は、凹部を含む上面を有している。基体は、導体パターンと凹部の内側の側面に設けられた金属材料パターンとを有している。枠部材は、金属材料パターンに熱的接触された側面を有しており、基体上に設けられている。発光素子は、枠部材の内側に配置されており、導体パターンに電気的に接続されている。発光素子は、基体の上面に実装されている。 According to one aspect of the present invention, a light emitting device includes a base, a frame member, and a light emitting element. The base has an upper surface including a recess. The base has a conductor pattern and a metal material pattern provided on the inner side surface of the recess. The frame member has a side surface in thermal contact with the metal material pattern, and is provided on the base. The light emitting element is arrange | positioned inside the frame member, and is electrically connected to the conductor pattern. The light emitting element is mounted on the upper surface of the substrate.

本発明の一つの態様によれば、照明ユニットは、基板と、基板上に実装された複数の発光装置と、複数の発光装置を囲んでいる反射部材とを有している。複数の発光装置の各々が、基体と、枠部材と、発光素子とを有している。基体は、凹部を含む上面を有しているとともに、導体パターンと金属材料パターンとを有しており、金属材料パターンが凹部の内側の側面に設けられている。枠部材は、金属材料パターンに熱的接触された側面を有しており、基体上に設けられている。発光素子は、枠部材の内側に配置されているとともに、導体パターンに電気的に接続されており、基体の上面に実装されている。 According to one aspect of the present invention, the lighting unit includes a substrate, a plurality of light emitting devices mounted on the substrate, and a reflective member surrounding the plurality of light emitting devices. Each of the plurality of light emitting devices includes a base, a frame member, and a light emitting element. The base has an upper surface including a recess, and has a conductor pattern and a metal material pattern, and the metal material pattern is provided on the inner side surface of the recess. The frame member has a side surface in thermal contact with the metal material pattern, and is provided on the base. The light emitting element is disposed inside the frame member, is electrically connected to the conductor pattern, and is mounted on the upper surface of the base.

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、基体および枠部材を有している。基体は、凹部の内側の側面に設けられた金属材料パターンを有している。枠部材は、金属材料パターンに熱的接触された側面を有している。発光装置は、このような構成により、放熱性に関して改善されているとともに、部品点数に関して低減されている。 According to one aspect of the present invention, the light emitting device has a base and a frame member. The base has a metal material pattern provided on the inner side surface of the recess. The frame member has a side surface that is in thermal contact with the metal material pattern. With such a configuration, the light emitting device is improved in terms of heat dissipation and reduced in the number of parts.

本発明の一つの態様によれば、照明ユニットは、複数の発光装置を有している。複数の発光装置の各々は、基体および枠部材を有している。基体は、凹部の内側の側面に設けられた金属材料パターンを有している。枠部材は、金属材料パターンに熱的接触された側面を有している。発光装置は、このような構成により、放熱性に関して改善されているとともに、部品点数に関して低減されている。照明ユニットは、このような構成により、放熱性に関して改善されているとともに、部品点数に関して低減されている。 According to one aspect of the present invention, the lighting unit includes a plurality of light emitting devices. Each of the plurality of light emitting devices has a base and a frame member. The base has a metal material pattern provided on the inner side surface of the recess. The frame member has a side surface that is in thermal contact with the metal material pattern. With such a configuration, the light emitting device is improved in terms of heat dissipation and reduced in the number of parts. With such a configuration, the lighting unit is improved in terms of heat dissipation and reduced in the number of parts.

本発明の一つの実施形態における照明ユニット１は、図１に示されているように、プレート部材１０、照明モジュール２０および反射部材３０を有している。照明ユニット１は、カバー部材４０をさらに有している。 The illumination unit 1 in one embodiment of the present invention includes a plate member 10, an illumination module 20, and a reflection member 30, as shown in FIG. The lighting unit 1 further includes a cover member 40.

照明モジュール２０は、プレート部材１０の上に設けられている。照明モジュール２０は、プリント基板２１および複数の発光装置２２を有している。複数の発光装置２２は、プリント基板２１に実装されている。発光装置２２は、表面実装型の発光ランプである。反射部材３０は、プレート部材１０の上に設けられており、複数の発光装置２２を囲んでいる。カバー部材４０は、反射部材３０の上に設けられており、透光性を有している。反射部材３０の透光性とは、複数の発光装置２０から放射された光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。 The illumination module 20 is provided on the plate member 10. The illumination module 20 includes a printed circuit board 21 and a plurality of light emitting devices 22. The plurality of light emitting devices 22 are mounted on the printed circuit board 21. The light emitting device 22 is a surface mount type light emitting lamp. The reflecting member 30 is provided on the plate member 10 and surrounds the plurality of light emitting devices 22. The cover member 40 is provided on the reflecting member 30 and has translucency. The translucency of the reflecting member 30 means that at least some wavelengths of light emitted from the plurality of light emitting devices 20 can be transmitted.

本発明の一つの実施形態における発光装置２２は、図２から図４までに示されているように、基体１００、枠部材２００および発光素子３００を有している。発光装置２２は、図５および図６に示されているように、透光性材料層４００および発光部材５００をさらに有している。発光装置２２は、仮想のｘｙｚ空間のｘｙ平面に実装されている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the light emitting device 22 in one embodiment of the present invention includes a base body 100, a frame member 200, and a light emitting element 300. As shown in FIGS. 5 and 6, the light emitting device 22 further includes a light transmissive material layer 400 and a light emitting member 500. The light emitting device 22 is mounted on the xy plane of the virtual xyz space.

図７に示されているように、基体１００は、第１層１０１、第２層１０２および第３層１０３を含んでいる。第１層１０１から第３層１０３までは絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。第２層１０２は、第１層１０１の上に設けられている。第３層１０３は、第２層１０２の上に設けられている。第３層１０３は、第１部分１０３−１から第４部分１０３−４までを含んでいる。 As shown in FIG. 7, the substrate 100 includes a first layer 101, a second layer 102, and a third layer 103. The first layer 101 to the third layer 103 are made of an insulating material. An example of the insulating material is ceramics. The second layer 102 is provided on the first layer 101. The third layer 103 is provided on the second layer 102. The third layer 103 includes the first portion 103-1 to the fourth portion 103-4.

図８に示されているように、基体１００は、上面１０４、下面１０５および側面１０６を有している。上面１０４は、凹部１０７を含んでいる。凹部１０７は、図７に示された第１部分１０３−１から第４部分１０３−４によって定められている。“凹部”とは、図８に示されているように、部分的に内側表面が途切れている構造も含まれる。 As shown in FIG. 8, the base body 100 has an upper surface 104, a lower surface 105, and side surfaces 106. The upper surface 104 includes a recess 107. The recess 107 is defined by the first portion 103-1 to the fourth portion 103-4 shown in FIG. The “concave portion” includes a structure in which the inner surface is partially interrupted as shown in FIG.

基体１００は、導体パターン１０８、金属材料パターン１０９および端子パターン１１０を有している。導体パターン１０８は、基体１００の内部に設けられている。導体パターン１０８は、第１層１０１の上面に形成されている。 The base body 100 has a conductor pattern 108, a metal material pattern 109, and a terminal pattern 110. The conductor pattern 108 is provided inside the base body 100. The conductor pattern 108 is formed on the upper surface of the first layer 101.

金属材料パターン１０９は、凹部１０７の内側表面に設けられている。図７に示されているように、金属材料パターン１０９は、第１パターン１０９−１および第２パターン１０９−２を含んでいる。第１パターン１０９−１は、第２層１０２の上面に形成されている。第２パターン１０９−２は、第３層１０３の内側の側面に形成されている。 The metal material pattern 109 is provided on the inner surface of the recess 107. As shown in FIG. 7, the metal material pattern 109 includes a first pattern 109-1 and a second pattern 109-2. The first pattern 109-1 is formed on the upper surface of the second layer 102. The second pattern 109-2 is formed on the inner side surface of the third layer 103.

金属材料パターン１０９は、端子パターン１１０に熱的結合されている。“熱的結合”とは、比較的熱抵抗の小さな材料からなる部分によって結合されていることをいう。具体例としては、“熱的結合”とは、金属材料からなる部分によって結合されていることをいう。金属材料パターン１０９は、側面パターン１１１を介して端子パターン１１０に熱的結合されている。 Metal material pattern 109 is thermally coupled to terminal pattern 110. “Thermal coupling” refers to bonding by parts made of a material having a relatively small thermal resistance. As a specific example, “thermal bonding” refers to bonding by a portion made of a metal material. The metal material pattern 109 is thermally coupled to the terminal pattern 110 through the side surface pattern 111.

端子パターン１１０は、基体１００の下面１０５に設けられている。“端子パターン”とは、発光装置２２に駆動電力を供給するためのパターンのことをいう。端子パターン１１０は、第１層１０１の下面に形成されている。端子パターン１１０は、導体パターン１０８に電気的に接続されている。 The terminal pattern 110 is provided on the lower surface 105 of the base body 100. The “terminal pattern” refers to a pattern for supplying driving power to the light emitting device 22. The terminal pattern 110 is formed on the lower surface of the first layer 101. The terminal pattern 110 is electrically connected to the conductor pattern 108.

枠部材２００は、基体１００上に設けられている。枠部材２００は、絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。枠部材２００は、側面２０１を有している。側面２０１は、凹部１０７の内側の側面に設けられた金属材料パターン１０９に熱的接触されている。“熱的接触”とは、直接接している第１構造、または、比較的熱抵抗の小さい材料を介して結合されている第２構造を含む。第２構造の具体例として、枠部材２００の側面は、金属材料からなるろう材を介して第２パターン１０９−２に熱的接触されている。枠部材２００の下面２０２は、第１パターン１０９−１に熱的接触されている。下面２０２は、金属材料からなるろう材を介して第１パターン１０９−１に熱的接触されている。 The frame member 200 is provided on the base body 100. The frame member 200 is made of an insulating material. An example of the insulating material is ceramics. The frame member 200 has a side surface 201. The side surface 201 is in thermal contact with the metal material pattern 109 provided on the inner side surface of the recess 107. “Thermal contact” includes a first structure that is in direct contact, or a second structure that is bonded through a relatively low thermal resistance material. As a specific example of the second structure, the side surface of the frame member 200 is in thermal contact with the second pattern 109-2 via a brazing material made of a metal material. The lower surface 202 of the frame member 200 is in thermal contact with the first pattern 109-1. The lower surface 202 is in thermal contact with the first pattern 109-1 via a brazing material made of a metal material.

発光素子３００は、基体１００の上面１０４に実装されており、導体パターン１０８に電気的に接続されている。発光素子３００は、枠部材２００の内側に配置されている。発光素子３００は、半導体材料からなる発光ダイオードである。発光素子３００は、端子パターン１１０に供給される駆動電力に応じて第１次光を放射する。 The light emitting element 300 is mounted on the upper surface 104 of the base body 100 and is electrically connected to the conductor pattern 108. The light emitting element 300 is disposed inside the frame member 200. The light emitting element 300 is a light emitting diode made of a semiconductor material. The light emitting element 300 emits primary light according to the driving power supplied to the terminal pattern 110.

図９に示されているように、発光素子３００は、基体１００にフリップチップ実装（すなわち、フェースダウン実装）されている。発光素子３００は、ビア導体１１２を介して、導体パターン１０８に電気的に接続されているとともに、導体パターン１０８に熱的結合されている。 As shown in FIG. 9, the light emitting element 300 is flip-chip mounted (that is, face-down mounted) on the base body 100. The light emitting element 300 is electrically connected to the conductor pattern 108 via the via conductor 112 and is thermally coupled to the conductor pattern 108.

透光性材料層４００は、発光素子３００を封入している。層４００の透光性とは、発光素子３００から放射された第１次光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。層４００の材料例は、シリコーン樹脂である。封入層４００は、発光素子３００の上端および側面に付着されている。透光性材料層４００は、枠部材２００の内側表面に付着されている。 The light transmissive material layer 400 encapsulates the light emitting element 300. The light-transmitting property of the layer 400 means that at least part of the wavelength of the primary light emitted from the light emitting element 300 can be transmitted. An example of the material of the layer 400 is silicone resin. The encapsulating layer 400 is attached to the upper end and the side surface of the light emitting element 300. The translucent material layer 400 is attached to the inner surface of the frame member 200.

発光部材５００は、発光素子３００および透光性材料層４００の上方に配置されており、枠部材２００の上端に設けられている。発光部材５００は、マトリクス材料および蛍光材料を含んでいる。マトリクス材料は、透光性を有している。マトリクス材料の透光性とは、発光素子３００から放射された第１次光の少なくとも一部の波長が透過することをいう。マトリクス材料の例は、シリコーン樹脂である。 The light emitting member 500 is disposed above the light emitting element 300 and the translucent material layer 400 and is provided at the upper end of the frame member 200. The light emitting member 500 includes a matrix material and a fluorescent material. The matrix material has translucency. The translucency of the matrix material means that at least a part of the wavelength of the primary light emitted from the light emitting element 300 is transmitted. An example of the matrix material is a silicone resin.

蛍光材料は、発光素子３００から放射された第１次光によって励起される。蛍光材料から放射された光の少なくとも一部はマトリクス材料を透過する。発光部材５００は、発光素子３００から放射された第１次光に応じて第２次光を放射する。 The fluorescent material is excited by the primary light emitted from the light emitting element 300. At least a portion of the light emitted from the fluorescent material is transmitted through the matrix material. The light emitting member 500 emits secondary light according to the primary light emitted from the light emitting element 300.

発光装置２２の放熱構造が、図１０および図１１に示されている。発光素子３００によって発生された熱は、発光素子３００に熱的結合されている導体パターン１０８を介して、端子パターン１１０に伝わる。熱は、端子パターン１１０から放散される。枠部材２００に溜まる熱の一部は、第１パターン１０９−１を介して、端子パターン１１０に伝わる。枠部材２００に溜まる熱の他の一部は、枠部材２００に熱的接触された第２パターン１０９−２を介して、第１パターン１０９−１または第３層１０３に伝わる。 The heat dissipation structure of the light emitting device 22 is shown in FIGS. 10 and 11. The heat generated by the light emitting device 300 is transmitted to the terminal pattern 110 through the conductor pattern 108 that is thermally coupled to the light emitting device 300. Heat is dissipated from the terminal pattern 110. Part of the heat accumulated in the frame member 200 is transmitted to the terminal pattern 110 via the first pattern 109-1. Another part of the heat accumulated in the frame member 200 is transmitted to the first pattern 109-1 or the third layer 103 through the second pattern 109-2 in thermal contact with the frame member 200.

発光装置２２は、放熱性の観点において改善されつつ、部品点数の観点において改善されている。 The light emitting device 22 is improved in terms of the number of parts while being improved in terms of heat dissipation.

発光装置２２の製造方法が、図１２を参照して説明されている。製造段階Ａにおいて、発光素子３００が、基体１００に実装される。製造段階Ａにおいて得られる構造が、図１３に示されている。 A method for manufacturing the light emitting device 22 will be described with reference to FIG. In the manufacturing stage A, the light emitting element 300 is mounted on the base body 100. The structure obtained in manufacturing stage A is shown in FIG.

製造段階Ｂにおいて、枠部材２００が、基体１００上に設けられる。枠部材２００は、ろう材によって金属材料パターンの第１パターン１９０−１および第２パターン１０９−２に固定される。枠部材２００は、ろう材を介して、金属材料パターンの第１パターン１９０−１および第２パターン１０９−２に熱的接触される。製造段階Ｂにおいて得られる構造が、図１４に示されている。 In the manufacturing stage B, the frame member 200 is provided on the base body 100. The frame member 200 is fixed to the first pattern 190-1 and the second pattern 109-2 of the metal material pattern by a brazing material. The frame member 200 is in thermal contact with the first pattern 190-1 and the second pattern 109-2 of the metal material pattern via the brazing material. The structure obtained in manufacturing stage B is shown in FIG.

製造段階Ｃにおいて、発光素子３００が透光性材料層４００によって封入される。製造段階Ｄにおいて、発光部材５００が、枠部材２００に固定される。発光装置２２の製造方法は、製造工程数が低減されている。 In the manufacturing stage C, the light emitting element 300 is encapsulated by the translucent material layer 400. In the manufacturing stage D, the light emitting member 500 is fixed to the frame member 200. In the method for manufacturing the light emitting device 22, the number of manufacturing steps is reduced.

図１５および図１６に示されているように、発光装置２２の他の実施形態は、放熱パターン１１２を有している。放熱パターン１１２は、金属材料パターンの第１パターン１０９−１および第２パターン１０９−２に熱的結合されている。放熱パターン１１２は、基体１００の下面１０５に設けられている。発光装置２２は、放熱性の観点において改善されつつ、部品点数の観点において低減されている。 As shown in FIGS. 15 and 16, another embodiment of the light emitting device 22 has a heat dissipation pattern 112. The heat radiation pattern 112 is thermally coupled to the first pattern 109-1 and the second pattern 109-2 of the metal material pattern. The heat radiation pattern 112 is provided on the lower surface 105 of the base body 100. The light emitting device 22 is reduced in terms of the number of parts while being improved in terms of heat dissipation.

本発明の一つの実施形態における照明装置１を示している。1 shows a lighting device 1 according to an embodiment of the present invention. 図１に示された発光装置２２を示している。2 shows the light emitting device 22 shown in FIG. 発光装置２２の裏面を示している。The back surface of the light-emitting device 22 is shown. 発光装置２２の分解構造を示している。The decomposition | disassembly structure of the light-emitting device 22 is shown. 図２のＶ−Ｖ’線における断面図を示している。FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line V-V ′ of FIG. 2. 図２のVI−VI’線における断面図を示している。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line VI-VI ′ of FIG. 2. 基体１００の分解構造を示している。The decomposition | disassembly structure of the base | substrate 100 is shown. 基体１００を示している。A substrate 100 is shown. 発光素子３００の実装構造を示している。The mounting structure of the light emitting element 300 is shown. 発光装置２２の放熱構造を示している。The heat dissipation structure of the light emitting device 22 is shown. 発光装置２２の放熱構造を示している。The heat dissipation structure of the light emitting device 22 is shown. 本発明の一つの実施形態における発光装置２２の製造方法を示している。The manufacturing method of the light-emitting device 22 in one embodiment of this invention is shown. 製造段階Ａにおいて得られる構造を示している。The structure obtained in manufacturing stage A is shown. 製造段階Ｂにおいて得られる構造を示している。The structure obtained in manufacturing stage B is shown. 発光装置２２の他の実施形態を示している。3 shows another embodiment of the light emitting device 22. 図１５に示された基体１００の分解構造を示している。The decomposition | disassembly structure of the base | substrate 100 shown by FIG. 15 is shown.

Explanation of symbols

２２発光装置
１００基体
１０９金属材料パターン
２００枠部材
２０１側面
３００発光素子
５００発光部材 22 Light emitting device 100 Base 109 Metal material pattern 200 Frame member 201 Side surface 300 Light emitting element 500 Light emitting member

Claims

A base having a top surface including a recess, a conductor pattern and a metal material pattern, and the metal material pattern provided on an inner side surface of the recess;
Having a side surface in thermal contact with the metal material pattern, and a frame member provided on the substrate;
A light emitting element disposed on the inner side of the frame member and electrically connected to the conductor pattern, and mounted on the upper surface of the base;
A light emitting device comprising:

The base further has a terminal pattern thermally coupled to the metal material pattern;
The light emitting device according to claim 1, wherein the terminal pattern is electrically connected to the conductor pattern.

The light-emitting device according to claim 2, wherein the terminal pattern is provided on a lower surface of the base body.

The light-emitting device according to claim 1, wherein the light-emitting element is flip-chip mounted on the base.

The light emitting device according to claim 4, wherein the light emitting element is thermally coupled to the conductor pattern through a via conductor provided in the base.

The light emitting device according to claim 1, wherein the base further has a heat dissipation pattern thermally coupled to the metal material pattern.

The light-emitting device according to claim 6, wherein the heat radiation pattern is provided on a lower surface of the base body.

A substrate,
A plurality of light emitting devices mounted on the substrate;
A reflective member surrounding the light emitting devices;
With
Each of the plurality of light emitting devices includes a base, a frame member, and a light emitting element,
The base has an upper surface including a recess, and has a conductor pattern and a metal material pattern, and the metal material pattern is provided on an inner side surface of the recess,
The frame member has a side surface in thermal contact with the metal material pattern, and is provided on the base;
The lighting unit, wherein the light emitting element is disposed on the inner side of the frame member, is electrically connected to the conductor pattern, and is mounted on the upper surface of the base body.