JP2010027514A

JP2010027514A - 発光装置

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Publication number: JP2010027514A
Application number: JP2008190083A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Yokoya; 良二横谷
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-23
Also published as: JP5270991B2

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの群を実装する実装領域のコンパクト化を図りながらも所望の放熱性を確保することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】複数個のＬＥＤチップ１を実装した実装基板２が絶縁層７を介して照明器具の筐体（金属部材）６に熱結合されている。任意の１個のＬＥＤチップ１と他のｎ個のＬＥＤチップ１それぞれとの中心間距離をＲ_１〜Ｒ_ｎ、全てのＬＥＤチップ１それぞれを規定の入力電力で点灯させたときの他のｎ個のＬＥＤチップ１それぞれの発熱量をＱ_１〜Ｑ_ｎとするとき、

で規定した熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップ１の許容ジャンクション温度と筐体６の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるようにＬＥＤチップ１の群を配置してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の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、複数個のＬＥＤチップと、当該複数個のＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板と、実装基板の上記一表面側において複数個のＬＥＤチップを囲む形で配置された枠体と、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体を含有した透光性材料により形成され枠体の内側で複数個のＬＥＤチップを封止した色変換部とを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、この種の発光装置では、例えば、ＬＥＤチップとして青色光を放射する青色ＬＥＤチップを採用し、色変換部の蛍光体として黄色蛍光体を採用することにより、ＬＥＤチップから放射された青色光と黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部の光出射面から放射されることとなり、白色光を得ることができる。

そこで、上述の発光装置を照明器具などに適用する場合には、ＬＥＤチップで発生した熱を効率良く放熱させるために、実装基板を金属部材である筐体に対して、電気絶縁性および熱伝導性を有する絶縁層を介して設置することが考えられる。

ところで、上記特許文献１には、例えば、図１４に示すように、複数個（図示例では、１２個）のＬＥＤチップ１の群を実装基板２上で２つの同心状の仮想円ＶＣ１，ＶＣ２上に分けて配置してある発光装置が記載されている。ここで、図１４では、各仮想円ＶＣ１，ＶＣ２上それぞれにおいて同じ個数（図示例では、６個）のＬＥＤチップ１を等間隔で配置してあり、隣接する２つの仮想円ＶＣ１，ＶＣ２のうち外側の仮想円ＶＣ２上の任意のＬＥＤチップ１と、そのＬＥＤチップ１に最も近い内側の仮想円ＶＣ１の２個のＬＥＤチップ１との間隔が等しくなっている。
特開２００５−１５９２６２号公報

しかしながら、上述の発光装置は、同一の仮想円ＶＣ１，ＶＣ２上で隣接するＬＥＤチップ１間の間隔が小さくなると、同一の仮想円ＶＣ１，ＶＣ２上の隣接する２個のＬＥＤチップ１からの熱負荷の影響を受けて、それら２個のＬＥＤチップ１の間のＬＥＤチップ１の温度が高くなってしまう。

また、隣接する２つの仮想円ＶＣ１，ＶＣ２のうち外側の仮想円ＶＣ２上のＬＥＤチップ１と、そのＬＥＤチップ１に最も近い内側の仮想円ＶＣ１の２個のＬＥＤチップ１との間隔が等しくなるには、これら３個のＬＥＤチップ１が仮想二等辺三角形の各頂点に位置する必要があり、外側の仮想円ＶＣ２上のＬＥＤチップ１の個数と内側の仮想円ＶＣ１上のＬＥＤチップ１の個数とが等しくなる必要がある。このため、外側の仮想円ＶＣ２上のＬＥＤチップ１間の間隔が大きくなり、外側の仮想円ＶＣ２上のＬＥＤチップ１と内側の仮想円ＶＣ１上のＬＥＤチップ１との間隔も大きくなるので、外側の仮想円ＶＣ２のＬＥＤチップ１の方が内側の仮想円ＶＣ１のＬＥＤチップ１に比べて、他のＬＥＤチップ１からの熱負荷の影響が少なくなり、ＬＥＤチップ１の温度が低くなる。

したがって、上述のＬＥＤチップ１の群の温度分布は内側のＬＥＤチップ１ほど高くなる不均一な温度分布となり、当該内側のＬＥＤチップ１のジャンクション温度が製造ばらつきを考慮して最大ジャンクション温度（例えば、１３０℃）よりも小さな温度に設定する許容ジャンクション温度（例えば、１２０℃）を超えないようにＬＥＤチップ１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制限される。また、ＬＥＤチップで発生した熱を効率良く放熱させるために、上述のように、実装基板を筐体（外郭）に対して電気絶縁性および熱伝導性を有する絶縁層を介して設置することが考えられるが、例えば、ＪＩＳＣ８１０５−１では、照明器具において人の手が触れる恐れの有る外郭の最高温度は８５℃と記載されているので、製造ばらつきなどを考慮して、筐体の許容温度は８０℃程度に設定するのが望ましく、ＬＥＤチップのジャンクション温度と筐体との間の熱抵抗を小さくすることが重要である。

ところで、複数個のＬＥＤチップ１を用いた発光装置の信頼性は複数個のＬＥＤチップ１の群の中で最も温度の高くなるＬＥＤチップ１のジャンクション温度で決まるが、図１４に示した構成の発光装置では、内側の仮想円ＶＣ１上に配置されたＬＥＤチップ１のジャンクション温度で決まるので、外側の仮想円ＶＣ２上で隣接するＬＥＤチップ１の間隔が必要以上に大きい配置となっており、発光装置におけるＬＥＤチップの実装領域の平面サイズが大きくなってしまう。ここで、小型化および高効率化が望まれる照明器具に用いる配光制御部材には、コンパクト且つ高い光入射効率が要求され、発光装置においては、ＬＥＤチップ１の群を実装する実装領域を小さくすることが望まれる。

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チップの群を実装する実装領域のコンパクト化を図りながらも所望の放熱性を確保することが可能な発光装置を提供することにある。

複数個のＬＥＤチップの群と、当該複数個のＬＥＤチップの群が一表面側に実装された実装基板とを備え、実装基板が当該実装基板の他表面側に設けられ電気絶縁性および熱伝導性を有する絶縁層を介して金属部材に熱結合された発光装置であって、複数個のＬＥＤチップの群のうち任意の１個のＬＥＤチップと他のｎ個のＬＥＤチップそれぞれとの中心間距離をＲ_１〜Ｒ_ｎ、全てのＬＥＤチップそれぞれを規定の入力電力で点灯させたときの当該他のｎ個のＬＥＤチップそれぞれの発熱量をＱ_１〜Ｑ_ｎとするとき、

で規定した熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップの許容ジャンクション温度と金属部材の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップの群を配置してあることを特徴とする。

この発明によれば、熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップの許容ジャンクション温度と金属部材の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップの群を配置してあるので、ＬＥＤチップの群を実装する実装領域のコンパクト化を図りながらも所望の放熱性を確保することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、熱負荷指数Ｄが全てのＬＥＤチップで同じになるように複数個のＬＥＤチップの群を配置してあることを特徴とする。

この発明によれば、全てのＬＥＤチップの熱負荷が同等となり、全てのＬＥＤチップの温度を均一化することができるから、各ＬＥＤチップの光取り出し量を一様にすることができ、各ＬＥＤチップの発光強度のばらつきを軽減することができる。

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、複数個のＬＥＤチップの群を複数の同心状の仮想円上に分けて配置してあることを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤチップの群全体としての発光分布の均一化を図れる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、同一の仮想円上のＬＥＤチップは等間隔で配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、同一の仮想円上のＬＥＤチップの間隔が等間隔でない場合に比べて、実装領域のコンパクト化を図れる。

請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、相対的に内側に位置する仮想円上のＬＥＤチップの数に比べて相対的に外側に位置する仮想円上のＬＥＤチップの数が多いことを特徴とする。

この発明によれば、実装領域のコンパクト化を図れる。

請求項１の発明では、ＬＥＤチップの群を実装する実装領域のコンパクト化を図りながらも所望の放熱性を確保することが可能となるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置Ａは、図１に示すように、複数個（図示例では、１６個）のＬＥＤチップ１と、熱伝導性材料により形成され当該複数個のＬＥＤチップ１の群が一表面側に実装された実装基板２と、ＬＥＤチップ１から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されＬＥＤチップ１を実装基板２との間に囲む形で実装基板２の上記一表面側に配設されたドーム状の色変換部材４と、ＬＥＤチップ１と色変換部材４との間に設けられＬＥＤチップ１を封止した透光性材料からなる凸レンズ状の封止部３とを備え、実装基板２が当該実装基板２の他表面側に設けられ電気絶縁性および熱伝導性を有する絶縁層７を介して照明器具の金属部材である筐体６に熱結合されている。ここで、本実施形態の発光装置Ａは、実装基板２が絶縁層７を介して筐体６に接合され、実装基板２と筐体６とが絶縁層７により電気的に絶縁され且つ熱結合されている。また、本実施形態の発光装置Ａは、色変換部材４が、封止部３の光出射面との間に空気層５が形成される形で実装基板２に接合されている。

ここで、本実施形態の発光装置Ａを備えた照明器具は、図２に示すように、上述の筐体６が有底円筒状に形成されており、発光装置Ａから放射される光の配光を制御する反射鏡８が筐体６内に収納されている。ここにおいて、反射鏡８は、椀状に形成され、底部に、発光装置Ａが挿入される開口部８ａを有している。なお、筐体６は、金属材料（例えば、Ａｌなど）により形成されている。

また、本実施形態の照明器具は、筐体９の開口縁との間に反射鏡８の開口縁から外方へ延設された外鍔部８ｃを挟持する形で保持する円環状の保持枠１０を備えている。ここで、保持枠１０は、筐体９に対して複数本の取付ねじ９１により固定されている。

また、上述の照明器具は、発光装置Ａの実装基板２が筐体６の底壁６ａに対して、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）を熱硬化させた上記絶縁層７により接合され、更に複数本の固定ねじ６１により固定されている。また、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、しかも、加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、絶縁層７と実装基板２および筐体６の底壁６ａ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、ゴムシート状の放熱シートを用いる場合に比べて、ＬＥＤチップ１から筐体６までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１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。

反射鏡８は、色変換部材４の光出射面から放射されて入射した光を透光性カバー８側へ反射させ狭角配光が得られるように内側面の形状が設計されており、当該内側面がドーム状の色変換部材４の頂点を焦点とする放物面状に形成されている。なお、反射鏡８の内周面の形状は特に限定するものではなく、反射鏡８は、所望の配光特性に応じて、ＬＥＤチップ１の光軸方向においてＬＥＤチップ１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる椀状の形状に形成されていればよい。

反射鏡８の材料としては、例えば、ＬＥＤチップ１や蛍光体から放射される光の反射率が高い金属（例えば、Ａｌなど）などを採用すればよく、本実施形態では、Ａｌを採用している。また、反射鏡８の内側面は、ＡｌやＡｇなどを蒸着したり、白色塗装したり、拡散反射面としたりすることで所望の反射率を確保している。なお、反射鏡８の材料は金属に限らず、高耐熱の樹脂（例えば、ＰＢＴなど）などを採用してもよい。

また、本実施形態の発光装置Ａでは、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材４の蛍光体として、ＬＥＤチップ１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を用いており、ＬＥＤチップ１から放射され封止部３および色変換部材４を透過した青色光と、色変換部材４の黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４の光出射面から拡散した配光となって出射されることとなり、白色光を得ることができる。

実装基板２は、セラミック基板（例えば、アルミナセラミック基板、窒化アルミニウム基板など）からなる絶縁性基板の一表面側に金属材料（例えば、Ｃｕ）からなる配線パターンが形成されている。なお、実装基板２の絶縁性基板は、セラミック基板に限らず、ガラスエポキシ樹脂基板やホーロー基板などを用いてもよいが、セラミック基板のような熱伝導性材料により形成されたものが好ましい。なお、本実施形態では、実装基板２の外周形状が円形状となっているが、円形状に限らず、多角形状でもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１は、実装基板２の配線パターンの一部からなるダイパッド部に半田や銀ペーストなどの熱伝導性を有する接合材料を用いて接合されている。

また、封止部３は、透光性材料としてシリコーン樹脂を採用しているが、シリコーン樹脂に限らず、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。

また、色変換部材４は、シリコーン樹脂からなる透光性材料にＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を分散させた混合材料を用いてドーム状に形成されている。なお、色変換部材４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４の材料として用いる透光性材料に含有させる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることで演色性の高い白色光を得ることができる。ここで、複数種類の蛍光体を用いる場合には必ずしも発光色の異なる蛍光体の組み合わせに限らず、例えば、発光色はいずれも黄色で発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体を組み合わせてもよい。

ところで、本実施形態では、複数個のＬＥＤチップ１を同一の実装基板２に実装した構造において任意のＬＥＤチップ１が他の全てのＬＥＤチップ１から受ける熱負荷の影響を示す指数として熱負荷指数Ｄを規定し、熱負荷指数Ｄが規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップ１の群を配置した点に特徴がある。以下、説明を簡単にするために図３に示すように１個の実装基板２に同一構成の３個のＬＥＤチップ１が実装された例で熱負荷指数Ｄを説明する。

図３において、任意の１個のＬＥＤチップ１に対する他のＬＥＤチップ１からの熱は、その大部分がＬＥＤチップ１直下の実装基板２に伝わる。ここで、実装基板の熱伝導率は一様であるから、実装基板２に伝わった熱は実装基板２におけるＬＥＤチップ１直下の表面を基点として実装基板２内の全方向に一様に伝わる。したがって、上記基点から同一距離の球面上の任意点を通過する熱量は等しい値となるから、同一球面上の単位面積当たりの熱量は等しい値となる。しかして、ＬＥＤチップ１で発生した熱量をＱ、球面の面積をＳ、球面上の単位面積当たりの熱量をｑとすれば、Ｑ＝Ｓ・ｑとなる。ここにおいて、球面の面積Ｓは、上記基点からの距離の２乗に比例するから、他のＬＥＤチップ１から任意のＬＥＤチップ１に寄与する伝熱量はＬＥＤチップ１間の距離の２乗に反比例する。

そこで、図３における３個のＬＥＤチップ１を同一の規定の入力電力で点灯させる場合、同図における中央のＬＥＤチップ１を任意のＬＥＤチップ１とし、同図における右上のＬＥＤチップ１の発熱量をＱ_１、任意のＬＥＤチップ１との中心間距離をＲ_１、同図における左上のＬＥＤチップ１の発熱量をＱ_２、任意のＬＥＤチップ１との中心間距離をＲ_２とするとき、熱負荷指数Ｄを、Ｄ＝Ｑ_１／Ｒ_１ ^２＋Ｑ_２／Ｒ_２ ^２と規定する。

上述の例はＬＥＤチップ１の群が３個のＬＥＤチップ１で構成される例であるが、ＬＥＤチップ１の個数は複数個であれば何個でもよいから、複数個のＬＥＤチップ１の群のうち任意の１個のＬＥＤチップ１と他のｎ個のＬＥＤチップ１それぞれとの中心間距離をＲ_１〜Ｒ_ｎ、全てのＬＥＤチップ１それぞれを規定の入力電力で点灯させたときの当該他のｎ個のＬＥＤチップそれぞれの発熱量をＱ_１〜Ｑ_ｎとして、熱負荷指数Ｄを一般化すると、下記式（１）で表される。

また、本実施形態の発光装置Ａでは、上記式（１）で規定した熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップ１の許容ジャンクション温度と金属部材である筐体６の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップ１の群を配置してある。ここにおいて、本願発明者らは、この規定値を規定するにあたって、まず、図４に示すようなＬＥＤチップ１の群の多数（図示例では、１０）の配置例それぞれについて熱負荷指数Ｄの最大値（熱負荷指数ｍａｘ値）、および、ＬＥＤチップ１のジャンクションと筐体６との間の熱抵抗Ｒｊｂを求めたところ、図５に示すように熱負荷指数ｍａｘ値と熱抵抗Ｒｊｂとが線形関係を有するという知見を得た。なお、熱負荷指数Ｄを求めるにあたっては、ＬＥＤチップ１を照明器具用に用いられる高輝度の青色ＬＥＤチップとし、規定の入力電力を１．３Ｗ（電流３５０ｍＡ）とした。

ここにおいて、ＬＥＤチップ１および封止部３の信頼性を確保するための目安としてＬＥＤチップ１の許容ジャンクションを１２０℃、筐体６の許容温度を８０℃とすると、許容される熱抵抗Ｒｊｂは、Ｒｊｂ＝（１２０−８０）／１．３≒３０℃／Ｗとなる。これに対して、図５から、熱抵抗Ｒｊｂが３０℃／Ｗとなるときの熱負荷指数ｍａｘ値は、０．６９であり、熱負荷指数ｍａｘ値が０．６９以下であれば、熱抵抗Ｒｊｂが３０℃／Ｗ以下となり、コンパクト化を図りながらも所望の信頼性および放熱性を確保できるので、本実施形態では、上記規定値を０．６９としてある。

なお、本実施形態では、１６個のＬＥＤチップ１が実装基板２の上記一表面側において図１（ｂ）に示すように１つの仮想円ＶＣ上（仮想円ＶＣの円周上）に等間隔で配置されているが、仮想円ＶＣの直径φを１３．９４ｍｍ、仮想円ＶＣ上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐを２．７２ｍｍとしてあり、各ＬＥＤチップ１の熱負荷指数Ｄが全て０．５８となり、熱負荷指数ｍａｘ値が０．５８、熱抵抗Ｒｊｂの最大値が２９℃／Ｗとなり、全てのＬＥＤチップ１の温度が略等しくなっている。したがって、筐体６の温度が８０℃であるとすれば、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度は１１８℃となり、高い信頼性を確保することができる。

以上説明した本実施形態の発光装置Ａでは、上記式（１）で規定した熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップ１の許容ジャンクション温度と金属部材である筐体６の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップ１の群を配置してあるので、ＬＥＤチップ１の群を実装する実装領域のコンパクト化を図りながらも所望の放熱性を確保することが可能となる。しかして、本実施形態の発光装置Ａを適用した照明器具では、配光制御部材である反射鏡８の小型化による照明器具の小型化を図りつつ照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。

また、本実施形態の発光装置Ａは、熱負荷指数Ｄが全てのＬＥＤチップ１で同じになるように複数個のＬＥＤチップ１の群を配置してあるので、全てのＬＥＤチップ１の熱負荷が同等となり、全てのＬＥＤチップ１の温度を均一化することができるから、各ＬＥＤチップ１の光取り出し量を一様にすることができ、各ＬＥＤチップ１の発光強度のばらつきを軽減することができ、輝度むらを軽減することができる。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、図６に示すように、複数個（図示例では、１６個）のＬＥＤチップ１の群を複数（図示例では２つ）の同心状の仮想円ＶＣ１，ＶＣ２上に分けて配置してあ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適宜省略する。

本実施形態では、内側の仮想円ＶＣ１上（仮想円ＶＣ１の円周上）に６個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置し、外側の仮想円ＶＣ２上（仮想円ＶＣ２の円周上）に１０個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置してあるが、内側の仮想円ＶＣ１の直径を７ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２の直径を１３．４ｍｍ、内側の仮想円ＶＣ１上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ１を３．５ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ２を４．３ｍｍとしてあるので、内側の仮想円ＶＣ１上の６個のＬＥＤチップ１と外側の仮想円ＶＣ２上の１０個のＬＥＤチップ１との組み合わせにおいて最近接するＬＥＤチップ１の中心間距離Ｈが３．５ｍｍとなっており、熱負荷指数ｍａｘ値が図６において太線の丸で囲んだ４個のＬＥＤチップ１の０．６８３となっており、これら４個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２９．７℃／Ｗとなり、他のＬＥＤチップ１では熱抵抗Ｒｊｂが２９．７℃／Ｗよりも小さな値となっている（つまり、熱抵抗Ｒｊｂの最大値が３０℃／Ｗよりも小さな２９．７℃／Ｗとなっている）。

しかして、本実施形態の発光装置Ａにおいても、実施形態１と同様、上記式（１）で規定した熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップ１の許容ジャンクション温度と金属部材である筐体６の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップ１の群を配置してあるので、ＬＥＤチップ１の群を実装する実装領域のコンパクト化を図りながらも所望の放熱性を確保することが可能となる。

また、本実施形態の発光装置Ａでは、複数個のＬＥＤチップ１の群を２つの同心状の仮想円ＶＣ１，ＶＣ２上に分けて配置してあるので、ＬＥＤチップ１の群全体としての発光分布の均一化を図れる。なお、同心状の仮想円の数は特に限定するものではない。

ここで、図７に示すように、色変換部材４（蛍光体キャップ）の光軸Ｍ１と実装基板２の上記一表面との交点をＯ２とし、本実施形態の発光装置Ａにおいて、上記交点Ｏ２を仮想円ＶＣ１，ＶＣ２の中心と一致させ（要するに、上記実装領域の中心と一致させ）、交点Ｏ２から色変換部材４に向かう直線と光軸Ｍ１とのなす角度をθ（℃）とした場合の角度θと色変換部材４表面の輝度との関係を図８（ａ）に示し、実施形態１の発光装置Ａにおいて、上記交点Ｏ２を仮想円ＶＣの中心と一致させ（要するに、上記実装領域の中心と一致させ）、交点Ｏ２から色変換部材４に向かう直線と光軸Ｍ１とのなす角度をθ（℃）とした場合の角度θと色変換部材４表面の輝度との関係を図８（ｂ）に示す。

図８（ａ），（ｂ）から、本実施形態の発光装置Ａのように、複数個のＬＥＤチップ１の群を２つの同心状の仮想円ＶＣ１，ＶＣ２上に分けて配置することにより、実施形態１のように複数個のＬＥＤチップ１を１つの仮想円ＶＣ上にのみに配置する場合に比べて、色変換部材４表面の輝度むらを軽減できるので、照明器具による照射面の照度むらを低減することができる。

また、本実施形態の発光装置では、同一の仮想円ＶＣ１上のＬＥＤチップ１、仮想円ＶＣ２上のＬＥＤチップそれぞれが等間隔で配置されているので、同一の仮想円ＶＣ，ＶＣ２上のＬＥＤチップ１の間隔が等間隔でない場合に比べて、実装領域のコンパクト化を図れる。また、本実施形態の発光装置では、相対的に内側に位置する仮想円ＶＣ１上のＬＥＤチップ１の数に比べて相対的に外側に位置する仮想円ＶＣ２上のＬＥＤチップ１の数が多いので、実装領域のコンパクト化を図れる。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態２と略同じであり、図９に示すように、ＬＥＤチップ１の個数が１２個であり、内側の仮想円ＶＣ１上に６個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置し（要するに、正６角形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）、外側の仮想円ＶＣ２上に６個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置してある（要するに、正６角形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）点などが相違する。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適宜省略する。

本実施形態では、内側の仮想円ＶＣ１の直径を７ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２の直径を１２．１ｍｍ、内側の仮想円ＶＣ１上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ１を３．５ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ２を６．０５ｍｍとしてあるので、内側の仮想円ＶＣ１上の６個のＬＥＤチップ１と外側の仮想円ＶＣ２上の６個のＬＥＤチップ１との組み合わせにおいて最近接するＬＥＤチップ１の中心間距離Ｈが３．５ｍｍとなっており、熱負荷指数ｍａｘ値が内側の仮想円ＶＣ１上の６個のＬＥＤチップ１の０．６２となっており、これら６個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２９．６℃／Ｗとなり、外側の仮想円ＶＣ２上の６個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２７℃／Ｗとなっている（つまり、熱抵抗Ｒｊｂの最大値が３０℃／Ｗよりも小さな２９．６℃／Ｗとなっている）。

しかして、本実施形態の発光装置Ａにおいても、実施形態２と同様、上記式（１）で規定した熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップ１の許容ジャンクション温度と金属部材である筐体６の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップ１の群を配置してあるので、ＬＥＤチップ１の群を実装する実装領域のコンパクト化を図りながらも所望の放熱性を確保することが可能となる。

（実施形態４）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態２と略同じであり、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１の個数が１２個であり、内側の仮想円ＶＣ１上に４個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置し（要するに、正方形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）、外側の仮想円ＶＣ２上に８個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置してある（要するに、正８角形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）点などが相違する。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適宜省略する。

本実施形態では、内側の仮想円ＶＣ１の直径を５．３ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２の直径を１２．１ｍｍ、内側の仮想円ＶＣ１上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ１を３．７５ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ２を４．６４ｍｍとしてあるので、内側の仮想円ＶＣ１上の４個のＬＥＤチップ１と外側の仮想円ＶＣ２上の８個のＬＥＤチップ１との組み合わせにおいて最近接するＬＥＤチップ１の中心間距離Ｈが３．７５ｍｍとなっており、熱負荷指数ｍａｘ値が内側の仮想円ＶＣ１上の４個のＬＥＤチップ１の０．５９となっており、これら４個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２９．４℃／Ｗとなり、外側の仮想円ＶＣ２上の８個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２６．６℃／Ｗとなっている（つまり、熱抵抗Ｒｊｂの最大値が３０℃／Ｗよりも小さな２９．４℃／Ｗとなっている）。

（実施形態５）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態２と略同じであり、図１１に示すように、ＬＥＤチップ１の個数が１５個であり、内側の仮想円ＶＣ１上に５個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置し（要するに、正５角形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）、外側の仮想円ＶＣ２上に１０個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置してある（要するに、正１０角形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）点などが相違する。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適宜省略する。

本実施形態では、内側の仮想円ＶＣ１の直径を５．９５ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２の直径を１３．４５ｍｍ、内側の仮想円ＶＣ１上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ１を３．５ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ２を４．１６ｍｍとしてあるので、内側の仮想円ＶＣ１上の５個のＬＥＤチップ１と外側の仮想円ＶＣ２上の１０個のＬＥＤチップ１との組み合わせにおいて最近接するＬＥＤチップ１の中心間距離Ｈが４．０ｍｍとなっており、熱負荷指数ｍａｘ値が内側の仮想円ＶＣ１上の５個のＬＥＤチップ１の０．６７となっており、これら５個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２９．５℃／Ｗとなり、外側の仮想円ＶＣ２上の１０個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２６．６℃／Ｗとなっている（つまり、熱抵抗Ｒｊｂの最大値が３０℃／Ｗよりも小さな２９．５℃／Ｗとなっている）。

（実施形態６）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態２と略同じであり、図１２に示すように、ＬＥＤチップ１の個数が２４個であり、内側の仮想円ＶＣ１上に８個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置し（要するに、正８角形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）、外側の仮想円ＶＣ２上に１６個のＬＥＤチップ１を等間隔で配置してある（要するに、正１６角形の各頂点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）点などが相違する。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適宜省略する。

本実施形態では、内側の仮想円ＶＣ１の直径を１０．４５ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２の直径を２０．５ｍｍ、内側の仮想円ＶＣ１上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ１を４．０ｍｍ、外側の仮想円ＶＣ２上で隣り合うＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐ２を４．０ｍｍとしてあるので、内側の仮想円ＶＣ１上の８個のＬＥＤチップ１と外側の仮想円ＶＣ２上の１６個のＬＥＤチップ１との組み合わせにおいて最近接するＬＥＤチップ１の中心間距離Ｈが５．０３ｍｍとなっており、熱負荷指数ｍａｘ値が内側の仮想円ＶＣ１上の８個のＬＥＤチップ１の０．５３となっており、これら８個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２６．７℃／Ｗとなり、外側の仮想円ＶＣ２上の１６個のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２５．７℃／Ｗとなっている（つまり、熱抵抗Ｒｊｂの最大値が３０℃／Ｗよりも小さな２６．７℃／Ｗとなっている）。

（実施形態７）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１３に示すように、１２個のＬＥＤチップ１が３行×４列の２次元アレイ状に配置してある（３行×４列の仮想正方格子の各格子点にＬＥＤチップ１の中心が位置している）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適宜省略する。

本実施形態では、ＬＥＤチップ１の中心間距離Ｐを４．０ｍｍとしてあり、熱負荷指数ｍａｘ値が０．５５となっており、熱負荷指数Ｄが０．５５のＬＥＤチップ１に関する熱抵抗Ｒｊｂが２８．９℃／Ｗとなっている（つまり、熱抵抗Ｒｊｂの最大値が３０℃／Ｗよりも小さな２８．９℃／Ｗとなっている）。

ところで、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射する青色ＬＥＤチップを採用しているが、ＬＥＤチップ１は青色光を放射するものに限らず、例えば、紫外光を放射するものでもよく、色変換部材４における蛍光体の発光色も特に限定するものではない。

実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。同上の発光装置を用いた照明器具の概略断面図である。同上の発光装置における熱負荷指数の説明図である。同上における熱負荷指数と熱抵抗との関係を求めるために用いたＬＥＤチップの配置例図である。同上における熱負荷指数と熱抵抗との関係説明図である。実施形態２の発光装置における実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。同上の発光装置の要部説明図である。同上の発光装置と実施形態１の発光装置との特性比較図である。実施形態３の発光装置における実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。実施形態４の発光装置における実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。実施形態５の発光装置における実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。実施形態６の発光装置における実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。実施形態７の発光装置における実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。従来例の発光装置における実装基板上のＬＥＤチップの配置を説明するための概略平面図である。

符号の説明

Ａ発光装置
１ＬＥＤチップ
２実装基板
６筐体（金属部材）
７絶縁層
ＶＣ，ＶＣ１，ＶＣ２仮想円

Claims

複数個のＬＥＤチップの群と、当該複数個のＬＥＤチップの群が一表面側に実装された実装基板とを備え、実装基板が当該実装基板の他表面側に設けられ電気絶縁性および熱伝導性を有する絶縁層を介して金属部材に熱結合された発光装置であって、複数個のＬＥＤチップの群のうち任意の１個のＬＥＤチップと他のｎ個のＬＥＤチップそれぞれとの中心間距離をＲ_１〜Ｒ_ｎ、全てのＬＥＤチップそれぞれを規定の入力電力で点灯させたときの当該他のｎ個のＬＥＤチップそれぞれの発熱量をＱ_１〜Ｑ_ｎとするとき、

で規定した熱負荷指数Ｄの最大値が当該最大値とＬＥＤチップの許容ジャンクション温度と金属部材の許容温度との関係に基づいて規定した規定値以下となるように複数個のＬＥＤチップの群を配置してあることを特徴とする発光装置。
熱負荷指数Ｄが全てのＬＥＤチップで同じになるように複数個のＬＥＤチップの群を配置してあることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
複数個のＬＥＤチップの群を複数の同心状の仮想円上に分けて配置してあ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。
同一の仮想円上のＬＥＤチップは等間隔で配置されてなることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
相対的に内側に位置する仮想円上のＬＥＤチップの数に比べて相対的に外側に位置する仮想円上のＬＥＤチップの数が多いことを特徴とする請求項３または請求項４記載の発光装置。