JP2011176054A

JP2011176054A - 発光装置

Info

Publication number: JP2011176054A
Application number: JP2010037909A
Authority: JP
Inventors: Yuya Yamamoto; 祐也山本; Kenichiro Tanaka; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】製造された発光装置１０それぞれの光出力特性がより均一で、より高出力に発光することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１と、該ＬＥＤチップ１が熱伝導性のサブマウント部材５を介して配置される配線基板２とを備えた発光装置１０であり、配線基板２は、絶縁性基材２１と、該絶縁性基材２１の一表面２ａ側に形成されＬＥＤチップ１へ給電する配線パターン２３，２３と、絶縁性基材２１の上記一表面２ａと反対の他表面２ｂ側に設けられＬＥＤチップ１で生じた熱を放熱する放熱層２２とを備え、絶縁性基材２１を貫設し上記一表面２ａ側から放熱層２２が露出する孔部２１ａの底面２２ａにサブマウント部材５が位置決めされる凸部３を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子であるＬＥＤチップを備えた発光装置に関するものである。

近年、半導体発光素子たるＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを被覆し、該ＬＥＤチップからの光の少なくとも一部を吸収し波長変換した蛍光を発する蛍光体を含有した透光性部材からなる波長変換部とを備え、たとえば、ＬＥＤチップからの青色光と、波長変換部からの黄色光とを混色した白色光を放射する発光装置が開発されている。この種の発光装置は、ＬＥＤチップの光出力の向上にともない照明器具にまで応用されている。

このような発光装置を照明器具に応用する場合、高い光出力を得るためにＬＥＤチップに大電流を流すとＬＥＤチップ自身の発熱により、発光効率が低下する傾向にある。発光装置は、ＬＥＤチップの発光効率を維持するため、ＬＥＤチップに生じる熱を発光装置の外部に効率よく放熱させる必要がある。

そのため、発光装置１０’は、たとえば、図８に示すように、ＬＥＤチップ１と、該ＬＥＤチップ１が熱伝導性のサブマウント部材５を介して実装された実装基板２６とを備え、実装基板２６が、ＬＥＤチップ１を収納させることが可能な窓孔２６ｂｂを備えた絶縁性基材２６ｂａと該窓孔２６ｂｂの周部の絶縁性基材２６ｂａ上にＬＥＤチップ１に給電する配線パターン２３，２３が形成された配線基板２６ｂと、配線基板２６ｂの配線パターン２３，２３が形成された一表面側と反対の他表面側に設けられＬＥＤチップ１で生じた熱を放熱する伝熱板２６ａとを有し、窓孔２６ｂｂの底面にＬＥＤチップ１が実装されたサブマウント部材５を配置させたものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。

なお、発光装置１０’のＬＥＤチップ１は、導電性基板１ｂ上に発光部１ａが形成されたものを用いている。ＬＥＤチップ１は、ワイヤ４，４などを用いて配線基板２６ｂの配線パターン２３，２３と電気的に接続され給電可能に構成されている。ＬＥＤチップ１は、筒状の枠体２７で周囲が囲まれており、枠体２７には、透光性樹脂からなる封止部材２８を内部に充填し光学レンズ部２９で覆っている。枠体２７および光学レンズ部２９は、空気層８を介してドーム状の波長変換部材９で覆われている。また、発光装置１０’は、樹脂シート３２を介して照明器具の器具本体１２の底壁１２ａに固定されている。

ＬＥＤチップ１は、外部から配線パターン２３，２３、ワイヤ４，４やサブマウント部材５の導体パターン３１を介して給電されて青色光を発光する。ＬＥＤチップ１が発光した青色光は、封止部材２８、光学レンズ部２９の光入射面２９ａ、光学レンズ部２９の光出射面２９ｂ、空気層８、波長変換部材９の光入射面９ａを通り、波長変換部材９で一部が波長変換され波長変換部材９の光出射面９ｂから外部に放出される。

発光装置１０’は、ＬＥＤチップ１からの青色光の一部が波長変換部材９で波長変換された黄色光と、波長変換部９を透過したＬＥＤチップ１からの残りの青色光との混色光からなる白色光を放出させることができる。

このような発光装置１０’は、ＬＥＤチップ１で生じた熱を、実装基板２６の伝熱板２６ａから器具本体１２側の外部に放出することで、ＬＥＤチップ１の発光効率が低下することを抑制することができる。

特開２００７−１１６１０９号公報

ところで、発光装置１０’は、より小型化、薄型化される一方、より高い光出力が求められている。また、製造された発光装置１０’それぞれから放出される光の光出力特性（光の出射角や発光強度など）もより均一なものが求められている。

ここで、発光装置１０’に用いられるＬＥＤチップ１は、サブマウント部材５や実装基板２６上に実装するＬＥＤチップ１の配置を正確に位置決めできなければ、ＬＥＤチップ１が発光する光の出射角などが製造された発光装置１０’ごとに不揃いとなり、光出力特性を均一にさせることが難しい傾向にある。ＬＥＤチップ１のサブマウント部材５上への実装は、サブマウント部材５の導体パターン３１などを利用して比較的位置決めなどしやすいものの、伝熱板２６ａ上にサブマウント部材５を精度よく位置決めして実装させることが難しい傾向にある。特に、熱伝導性に優れた材料を用いる伝熱板２６ａは、一般に硬質で位置決めのためのマーキング部などを制御性よく加工することが難しく、伝熱板２６ａへサブマウント部材５を精度よく位置決めして実装させることが難しい。

そのため、発光装置１０’が小型化、薄型化されるにつれ、ＬＥＤチップ１やＬＥＤチップ１を実装させるサブマウント部材５を、より高い精度で所定の位置に実装させることが求められている現在においては、上述の発光装置１０’の構成だけでは十分ではなく更なる改良が求められている。

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、製造された発光装置それぞれの光出力特性がより均一で、より高出力に発光することが可能な発光装置を提供することにある。

上記課題を解決するために第１の発明は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップが熱伝導性のサブマウント部材を介して配置される配線基板とを備えた発光装置であって、前記配線基板は、絶縁性基材と、該絶縁性基材の一表面側に形成され前記ＬＥＤチップへ給電する配線パターンと、前記絶縁性基材の前記一表面と反対の他表面側に設けられ前記ＬＥＤチップで生じた熱を放熱する放熱層とを備え、前記絶縁性基材を貫設し前記一表面側から前記放熱層が露出する孔部の底面に前記サブマウント部材が位置決めされる凸部を有することを特徴とする。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記放熱層は、前記サブマウント部材が実装される一方面と対向する他方面側に該他方面側の表面積を大きくする凹凸部を有することを特徴とする。

第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明において、前記放熱層は、前記サブマウント部材が実装される部位が、該部位の周部の厚みよりも厚いことを特徴とする。

第４の発明は、上記第１の発明ないし第３の発明のいずれか１つにおいて、前記サブマウント部材は、前記ＬＥＤチップが配置される表面側よりも、前記放熱層側となる他面側の面積が大きいことを特徴とする。

第１の発明では、製造された発光装置それぞれの光出力特性がより均一で、より高出力に発光することが可能な発光装置を提供できるという顕著な効果がある。

実施形態１の発光装置を示す概略断面図である。同上の発光装置に用いられる配線基板の製造工程を示す模式工程図である。同上の別の発光装置を示す概略断面図である。同上の他の発光装置を示す概略断面図である。同上のさらに別の発光装置を示す概略断面図である。実施形態２の発光装置を示す概略断面図である。同上の発光装置に用いられる配線基板の製造工程を示す概略断面図である。従来の発光装置を示す概略断面図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置を図１、図３ないし図５に基づいて説明し、発光装置に用いられる配線基板の製造工程を図２で説明する。なお、同一の部材については、同一の番号を付して説明してある。

本実施形態の図１に示す発光装置１０は、ＬＥＤチップ１と、該ＬＥＤチップ１が熱伝導性および絶縁性を有する窒化アルミニウムからなるサブマウント部材５を介して配置される配線基板２とを備えている。配線基板２は、絶縁性基材２１と、該絶縁性基材２１の一表面２ａ側に形成されＬＥＤチップ１へ給電する配線パターン２３，２３と、絶縁性基材２の上記一表面２ａと反対の他表面２ｂ側に設けられＬＥＤチップ１で生じた熱を放熱する放熱層２２とを備え、絶縁性基材２１を貫設し上記一表面２ａ側から放熱層２２が露出する孔部２１ａの底面２２ａにサブマウント部材５が位置決めされる凸部３を有している。

より具体的には、本実施形態の発光装置１０の配線基板２は、平板状の絶縁性基材２１（たとえば、ガラスエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂など）の上記一表面２ａ上にＬＥＤチップ１に給電するための配線パターン（たとえば、銅パターンやアルミニウムパターン）２３，２３が形成されている。また、配線基板２は、配線パターン２３，２３を外部と電気的に接続させる給電接続部以外に、ＬＥＤチップ１から放射された光を反射させる白色系の樹脂材料からなる表面反射層２４を積層することにより上記一表面２ａ側を保護している。配線基板２には、絶縁性基材２１の配線パターン２３が形成されている上記一表面２ａと反対の上記他表面２ｂ側に、厚さ約３５〜１００μｍの金属箔（たとえば、銅箔）からなる放熱層２２を設けている。放熱層２２は、絶縁性基材２１の外周縁２ｃ側で露出しないように、外周縁２ｃより内側で上記他表面２ｂ側の略全面に形成してある。

サブマウント部材５は、表面反射層２４、配線パターン２３、絶縁性基材２１の一部が除去され、放熱層２２が露出した部位に実装する。すなわち、配線基板２は、サブマウント部材５が配置できるように、絶縁性基材２１を貫設し上記一表面２ａ側から放熱層２２が露出する孔部２１ａの底面２２ａを備えている。

孔部２１ａの底面２２ａには、該底面２２ａの周部において、サブマウント部材５の外形と略相似形でサブマウント部材５の外形よりも若干大きい矩形のリング形状に付加型樹脂材料（たとえば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂）を滴下し、硬化させている。これにより、孔部２１ａの底面２２ａに滴下された上記樹脂材料は、サブマウント部材５が実装される上記部位に対して突出し、サブマウント部材５を位置決めさせることが可能なリング状の凸部３となる。

サブマウント部材５のＬＥＤチップ１が配置される表面と反対の他面側には、たとえば、ＳｎＡｇＣｕからなる金属層（図示していない）を予め形成させている。サブマウント部材５は、ダイボンド装置（図示していない）などを用いて、配線基板２の孔部２１ａで放熱層２２が露出している底面２２ａに設けられた凸部３に沿わして位置決めされ配置している。サブマウント部材５は、サブマウント部材５の上記金属層と、配線基板２の放熱層２２とを接合して孔部２１ａの底面２２ａに実装している。

また、ＬＥＤチップ１は、配線基板２の孔部２１ａの底面２２ａにおける凸部３に位置決めされたサブマウント部材５の導体パターン（図示していない）上に、たとえば、ＡｕＳｎからなる導電性部材（図示していない）を用いて実装している。これにより、ＬＥＤチップ１の一方の電極（たとえば、カソード電極）とサブマウント部材５に形成させた上記導体パターンとを電気的に接続させることができる。

サブマウント部材５に実装されたＬＥＤチップ１の他方の電極（たとえば、アノード電極）は、ワイヤ（たとえば、金線やアルミニウム線など）４によって、配線基板２の一対の配線パターン２３，２３の一方とワイヤボンディングしている。また、ＬＥＤチップ１の一方の電極と接続されたサブマウント部材５の上記導体パターンは、ワイヤ（たとえば、金線やアルミニウム線など）４によって、配線基板２の一対の配線パターン２３，２３の他方とワイヤボンディングしている。

また、発光装置１０は、配線基板２上に光学部材７となる別途に成形させておいた内部が空洞で外形が凸状の透光性樹脂（たとえば、シリコーン樹脂）からなる成形品と、該成形品の内部にゲル状のリコーン樹脂を充填させた封止部６とをＬＥＤチップ１上に被せて形成させる。さらに、本実施形態の発光装置１０では、青色光を吸収して黄色の蛍光を放射可能な黄色蛍光体（たとえば、（Ｂａ_０．０５Ｓｒ_０．９３Ｅｕ_０．０２）_２ＳｉＯ_４）を透光性樹脂（たとえば、シリコーン樹脂）中に含有させて別途に成形したドーム状の波長変換部材９を備えている。発光装置１０は、波長変換部材９を、空気層８を介して光学部材７に被せ、接着剤（図示していない）で配線基板２に接着させることで封止して形成させる。

このように形成された本実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１が実装されたサブマウント部材５と、配線基板２との位置ずれを抑制して比較的簡単に形成することができる。

すなわち、本実施形態の発光装置１０は、配線基板２が、絶縁性基材２１と、該絶縁性基材２１の上記一表面２ａ側に形成されＬＥＤチップ１の給電のための配線パターン２３，２３と、絶縁性基材２１の他表面２ｂ側に設けられＬＥＤチップ１から発せられた熱を拡散する放熱層２２と、絶縁性基材２１を貫設し上記一表面２ａ側から放熱層２２が露出する孔部２１ａの底面２２ａにサブマウント部材５の他面側が位置決めできる凸部３を有している。

これにより、ＬＥＤチップ１で生じた熱は、サブマウント部材５を介して放熱層２２に沿って放熱層２２の面方向に拡散することが可能となる。また、発光装置１０は、放熱層２２が配線基板２の一部を利用して形成することができるから、発光装置１０全体を薄型化することも可能となる。そのため、発光装置１０は、サブマウント部材５を実装する際における位置決めが容易となり、発光装置１０から放出される光学設計を簡便にし、製造された発光装置１０それぞれの光出力特性がより均一で、より高出力に発光することが可能となる。

なお、図１に示す発光装置１０は、配線基板２の放熱層２２側を熱伝導性の高い金属材料（たとえば、Ａｌ材料やＣｕ材料）からなる器具本体１２に、熱伝導性および絶縁性に優れた接着シート１１を用いて接着している。なお、熱伝導性および絶縁性に優れた接着シート１１としては、たとえば、シリコーンゴム、アルミナやシリカなどのフィラーを半硬化のエポキシ樹脂中に７０ｗｔ％から９０ｗｔ％の高濃度に含有させ、厚みが約５μｍ〜２００μｍのシート状のものが挙げられる。このような接着シート１１は、エポキシ樹脂の硬化度を調整し、粘着性はないが加熱溶融後には接着性を有する状態まで乾燥硬化させた状態にすることで、流動性の高いシートとして用いることができる。したがって、発光装置１０の配線基板２は、接着シート１１を介して器具本体１２に加熱しながら加圧することで接着することができる。

本実施形態の発光装置１０において、ＬＥＤチップ１で発生した熱は、サブマウント部材５に伝わり、サブマウント部材５が実装された放熱層２２で放熱層２２の面方向に広げられた後、接着シート１１を介して器具本体１２に放熱することが可能となる。なお、配線基板２の放熱層２２は、絶縁性基材２１の外周縁２ｃ側で露出しないように、外周縁２ｃより内側で上記他表面２ｂ側の略全面に形成してあるので、発光装置１０側と、器具本体１２側との絶縁性を高めることが可能となる。

以下、本実施形態の発光装置１０に用いられる各構成について詳述する。

本実施形態１の発光装置１０に用いられる半導体発光素子たるＬＥＤチップ１は、通電により光を発光可能なものである。ＬＥＤチップ１の放射する光は、たとえば、可視光のうちピーク波長が４２０ｎｍから４９０ｎｍの範囲内にある青色光とすることができるが、青色光のみに限定するものではなく、他の波長である緑色や赤色の光や紫外線を放射させるものでもよい。

このようなＬＥＤチップ１としては、たとえば、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板や炭化シリコン基板などの結晶成長基板上にｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、多重量子井戸構造や単一量子井戸構造の発光層となるインジウムが含有された窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層を順に積層させたものが挙げられる。ＬＥＤチップ１は、たとえば、大きさが約１ｍｍ角で、厚み約１００μｍで形成することができるが、これらの寸法は、特に限定するものではない。

なお、結晶成長基板として導電性基板を用いたＬＥＤチップ１は、ＬＥＤチップ１の厚み方向の両面側にアノード電極やカソード電極を形成すればよい。また、絶縁性基板を用いたＬＥＤチップ１は、上記ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層側から上記ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層の一部を露出させることにより、同一平面側でアノード電極およびカソード電極をそれぞれ形成することができる。

ＬＥＤチップ１に設けられる上記アノード電極や上記カソード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ａｌ膜、ＩＴＯ膜など窒化ガリウム系化合物半導体層などと良好なオーミック特性が得られる材料であれば、特に、限定されるものではない。

ＬＥＤチップ１として、厚み方向の両面側に上記アノード電極や上記カソード電極が形成されたＬＥＤチップ１は、ＬＥＤチップ１が実装されるサブマウント部材５上に形成された導電パターン（図示していない）と、ＬＥＤチップ１の上記アノード電極あるいは上記カソード電極とを導電性部材（たとえば、ＡｕＳｎなど）を介して接合するなどして電気的に接続させることができる。また、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側の上記カソード電極あるいは上記アノード電極は、ワイヤ（たとえば、金線やアルミニウム線など）４を介して配線基板２の配線パターン２３と電気的に接続させている。

また、同一平面側に上記アノード電極および上記カソード電極が設けられたＬＥＤチップ１を用いる場合は、サブマウント部材５の表面側に形成させた一対の導電パターン（図示していない）に、Ａｕバンプなどの金属バンプ１３を用いてフリップチップ実装させることができる（図３ないし図５を参照）。

なお、本実施形態の図１に示す発光装置１０では、サブマウント部材５に１個のＬＥＤチップ１を実装しているが、ＬＥＤチップ１の数は、これに限定されるものでもなく適宜増加させることができる。たとえば、図３ないし図５では、大きさが０．３ｍｍ角のＬＥＤチップを複数個実装している。この場合、各ＬＥＤチップ１は、サブマウント部材５の上記導電パターンを利用して、適宜に直列、並列や直並列に電気的に接続させればよい。また、ＬＥＤチップ１は、同種のものを用いてもよいし、異なる発光波長の光を発光する複数個のＬＥＤチップ１を用いてもよい。

次に、本実施形態の発光装置１０に用いられる配線基板２は、サブマウント部材５を介してＬＥＤチップ１を実装可能なものである。配線基板２は、絶縁性基材２１と、絶縁性基材２１の一表面２ａ側に形成されＬＥＤチップ１へ給電する一対の配線パターン２３，２３と、絶縁性基材２１の他表面２ｂ側に設けられＬＥＤチップ１で生じた熱を放熱する放熱層２２とを備えている。特に、配線基板２は、絶縁性基材２１を貫設し、一表面２ａ側から放熱層２２が露出する孔部２１ａを備えている。

なお、本実施形態の発光装置１０の配線基板２に設けられる絶縁性基材２１の孔部２１ａは、ＬＥＤチップ１の戻り光を利用するために、外部に向かって広がるテーパ状の側壁（図示していない）に形成しても良い。

さらに、配線基板２の放熱層２２は、図３の発光装置１０で示すように、サブマウント部材５が実装される一方面と対向する他方面側に該他方面の表面積を大きくする凹凸部２２ｂを有していてもよい。放熱層２２は、上記他表面の表面積を大きくする凹凸部２２ｂを有することにより、放熱層２２と、接着シート１１との接触面積が大きくなり放熱効率をより向上させることができる。また、放熱層２２は、他方面側に凹凸部２２ｂを有することにより、放熱層２２と接着シート１１との接着力が高まるアンカー効果が得られ、放熱層２２と接着シート１１との接着強度をより向上させることができる。

また、配線基板２の放熱層２２は、図４の発光装置１０で示すように、サブマウント部材５が実装される部位の厚みを該部位の周部よりも厚くしてもよい。放熱層２２は、サブマウント部材５が実装される部位の厚みを該部位の周部よりも厚くする代わりにサブマウント部材５の厚みを薄くすることにより、ＬＥＤチップ１の配線基板２に対する位置（高さ）を図３の発光装置１０におけるＬＥＤチップ１の配線基板２に対する位置（高さ）と同等にすることができる。すなわち、図４に示す発光装置１０は、サブマウント部材５の厚みを図３に示す発光装置１０に用いられたサブマウント部材５の厚みよりも相対的に薄くすることが可能となる。そのため、図４に示す発光装置１０は、発光装置１０の低熱抵抗化を維持しつつ、比較的高価なサブマウント部材５の使用量を低減することによるコストを低減させることが可能となる。なお、このような配線基板２は、サブマウント部材５が実装される部位が該部位の周部の厚みよりも厚い放熱層２２を孔部２１ａを有する絶縁性基材２１に貼り合せることで形成させることができる。

本実施形態の発光装置１０に用いられる配線基板２は、たとえば、両面に金属層などが形成されたガラスエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、紙フェノールなどの絶縁材料からなる絶縁性基材２１を用いることができる。配線基板２は、サブマウント部材５を実装させる部位に孔部２１ａを設けている。絶縁性基材２１の一表面２ａに形成される配線パターン２３の一部は、給電接続部としてＬＥＤチップ１へ給電するための電極パッドなどとすることができる。配線基板２における配線パターン２３，２３の厚みは、たとえば、１８μｍ〜１４０μｍ程度とすればよい。また、配線基板２の放熱層２２は、配線パターン２３，２３が形成されている絶縁性基材２１の一表面２ａとは反対の他表面２ｂ側の略全面に、たとえば、銅やアルミニウム箔などによって形成させることができる。放熱層２２は、ＬＥＤチップ１で生じた熱を放熱層２２に沿って放熱層２２の面方向に拡散させる役割を有している。このような放熱層２２の厚みは、たとえば、１８μｍ〜１４０μｍ程度とすることができる。なお、配線基板２のサブマウント部材５が実装される放熱層２２の底面２２ａは、金メッキするなどメッキ処理を施していてもよい。また、配線基板２は、孔部２１ａ内に凸部３が存在することで、ＬＥＤチップ１が配置されるサブマウント部材５などを実装するときの位置決めを容易にすることができる。配線基板２に設けられた凸部３は、凸部３の縁の高さを、たとえば３０μｍ程度として形成すればよい。凸部３は、放熱部２２と別体に形成させてもよいし、放熱部２２の一部を利用して形成させてもよい。

また、発光装置１０は、配線基板２の絶縁性基材２１における上記一表面２ａ側に、ＬＥＤチップ１から放射された光を反射させる表面反射層２４を設けてもよい。表面反射層２４は、絶縁性基材２１の上記一表面２ａにおける配線パターン２３，２３の上記給電接続部以外に形成してあり、白色系の樹脂材料を積層して形成させることもできる。表面反射層２４は、ＬＥＤチップ１から放射される光を効率よく反射可能なものであって、たとえば、ＢａＳＯ_４などの白色顔料となる無機材料が含有されたレジスト材料、やＡｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金などの金属材料を用いて構成することもできる。なお、表面反射層２４が導電性を有する場合、発光装置１０は、ＬＥＤチップ１の上記アノード電極と上記カソード電極とが短絡しないように、表面反射層２４と一対の配線パターン２３，２３との間に絶縁層（図示していない）を適宜に形成させればよい。

これにより、ＬＥＤチップ１の側面から発せられた光が、配線基板２の表面で吸収されることを防止することができる。なお、表面反射層２４には、波長変換部材９の底部９ｃを固定することができるリング状の溝（図示していない）を形成させることもできる。波長変換部材９の底部９ｃを、配線基板２に設けられたリング状の上記溝に嵌め合わせることで波長変換部材９の位置決めを行うことが容易となる。

本実施形態の発光装置１０の配線基板２における孔部２１ａの底面２２ａに設けられる凸部３は、ＬＥＤチップ１が配置されるサブマウント部材５を位置合わせてして固定することができるものである。凸部３は、放熱層２２と別途に形成させてもよいし、放熱層２２の一部を用いて形成してもよい。なお、凸部３の形状は、サブマウント部材５を位置合わせして固定できればよく、必ずしもリング状に形成させる必要もなく、サブマウント部材５の形状に合わせて適宜の形状に形成すればよい。

本実施形態の発光装置１０に用いられる凸部３は、配線基板２の孔部２１ａの底面２２ａで露出した放熱層２２上に設けられたものであって、サブマウント部材５の位置決めをすることが可能なものである。すなわち、配線基板２の孔部２１ａで露出した放熱層２２に設けられている凸部３は、サブマウント部材５が実装されるための位置決めされが可能な形状を備えている。そのため、発光装置１０は、サブマウント部材５を実装する際における位置決めが容易となり、発光装置１０から放出される光学設計を簡便にでき、製造された発光装置１０それぞれの光出力特性がより均一で、より高出力に発光することが可能となる。

なお、本実施形態の発光装置１０に用いられる配線基板２の製造工程について、図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。

発光装置１０の配線基板２は、ガラスエポキシ樹脂を用いた絶縁性基材２１の一表面２ａ側に配線パターン２３，２３となる金属層（たとえば、銅箔）２３’と、他表面２ｂ側に放熱層２２となる金属層（たとえば、銅箔）２２’とが、予め形成されたガラスエポキシ基板を用いている（図２（ａ）を参照）。

絶縁性基材２１の上記一表面２ａ側に形成された金属層２３’をエッチングなどを利用してパターニングすることにより配線パターン２３，２３が形成される。また、絶縁性基材２１の上記他表面２ｂ側の金属層２２’が放熱層２２として機能することになる。

次に、絶縁性基材２１の上記一表面２ａ側から上記他表面２ｂ側の放熱層２２が露出するまで、スライス盤（図示していない）により、絶縁性基材２１を掘り込み孔部２１ａの形成を行う孔部形成工程を行う（図２（ｂ）を参照）。

続いて、配線基板２の孔部２１ａの底面２２ａの周部において、サブマウント部材５の外形と略相似形でサブマウント部材５の外形よりも若干大きい矩形のリング状に付加型樹脂材料であるクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を滴下し、硬化させる。これにより、配線基板２にサブマウント部材５を位置決めするためのリング状の凸部３を形成する凸部形成工程を行う（図２（ｃ）を参照）。

ここで、凸部３は、凸部３の材料となる上記付加型樹脂材料の粘度、滴下位置の管理を行うことで、配線基板２の孔部２１ａの底面２２ａにおける位置および形状や精度を適宜に設定して形成することができる。

次に、本実施形態の発光装置１０に用いられるサブマウント部材５は、ＬＥＤチップ１で生じた熱を放熱層２２側へ効率よく放熱させるために用いられるものである。このようなサブマウント部材５の材料としては、熱伝導率が比較的高く、かつ電気絶縁性を有する材料として、窒化アルミニウムを好適に用いることができる。サブマウント部材５は、平面視の外形をＬＥＤチップ１より大きくしてあり、ＬＥＤチップ１から発せられた熱を、ＬＥＤチップ１のサイズよりも広い範囲に拡散させるヒートスプレッダとしての機能を備えている。また、サブマウント部材５は、配線基板２の放熱層２２と、ＬＥＤチップ１との線膨張係数差によって発生する応力を緩和する機能を備えている。さらに、サブマウント部材５は、ＬＥＤチップ１と、放熱層２２との電気絶縁性を確保する機能を合わせ持たせることができる。

また、サブマウント部材５は、図５の発光装置１０で示すように、ＬＥＤチップ１が配置される表面側よりも、放熱層２２側となる他面側の面積を大きくしてもよい。サブマウント部材５は、ＬＥＤチップ１が配置される表面側よりも、放熱層２２側となる他面側の面積を大きくすることにより、サブマウント部材５と放熱層２２との接触面積が大きく放熱効率を向上させることができる。

サブマウント部材５は、表面にＬＥＤチップ１に給電するために電気的に接合する導体パターン（図示していない）と、ＬＥＤチップ１から発せられた光の吸収を防止するための反射膜（図示していない）とを好適に形成してもよい。上記導体パターンは、たとえば、Ａｕを主成分とするＡｕとＳｎの合金により形成させることができ、上記反射膜は、金により形成させることができる。なお、サブマウント部材５の厚み寸法は、ＬＥＤチップ１からの光を効率よく放出させるためには、配線基板２の孔部２１ａの深さと同等以上とすることがより好ましい。サブマウント部材５の表面が、配線基板２の表面反射層２４の表面よりも、放熱層２２の一方面に対して高くすることにより、ＬＥＤチップ１の側面から発せられた光を配線基板２の上記反射膜で効率よく反射させることができる。

本実施形態の発光装置１０に用いられる光学部材７は、シリコーン樹脂などの透光性材料の成形品であって、ドーム状に成形している。また、光学部材７の内部には、ＬＥＤチップ１やワイヤ４，４などを被覆するゲル状のシリコーン樹脂である封止部６を充填している。光学部材７は、外形をドーム状に形成することにより、ＬＥＤチップ１から発せられた光が光学部材７の光出射面と空気層８の界面とで全反射するのを防止することができる。

本実施形態の発光装置１０では、光学部材７と封止部６とを同じシリコーン樹脂を用いて形成しているため、屈折率差、線膨張係数差を小さくすることができ、線膨張係数差によって発生する応力を緩和することができる。また、光学部材７の内部で、ワイヤ４，４やＬＥＤチップ１を絶縁材料となる封止部６により封止することにより、ＬＥＤチップ１などを保護することができると共に電気的な短絡を防止することができる。なお、封止部６は、透明なゲル状のシリコーン樹脂だけでなく、エポキシ樹脂などを用いても良い。

ここで、光学部材７は、配線基板２の孔部２１ａ内に実装されたＬＥＤチップ１から放射された光の集光や外部から保護するために好適に設けられている。したがって、波長変換部材９がＬＥＤチップ１を覆って固定できれば、光学部材７や封止部６は、必ずしも設ける必要もなく、光学部材７や封止部６を設ける代わりに空気層８だけとしてもよい。

本実施形態の発光装置１０に用いられる波長変換部材９は、ＬＥＤチップ１が放射する光の少なくとも一部を吸収して波長変換し、ＬＥＤチップ１からの光よりも長波長側に主発光波長となる蛍光を発することが可能なものであり、たとえば、発光装置１０から白色光を放出させるために好適に設けている。波長変換部材９は、たとえば、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を吸収して、より長波長側に主発光波長となる蛍光を放射する蛍光体をシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やガラスなどの透光性材料中に含有して形成すればよい。波長変換部材９の厚みは、それぞれ発光装置１０から放射する光の目標とする色温度、ＬＥＤチップ１から放射される光の発光強度や蛍光体の発光効率などによって適宜設定すればよい。

本実施形態の発光装置１０において、波長変換部材９は、透光性材料（たとえば、シリコーン樹脂）と、ＬＥＤチップ１から発せられた青色光を波長変換するための黄色蛍光体を混合した成形品により形成している。また、波長変換部材９の形状は、ドーム状として内部が光学部材７の外形と相似形状に形成させてある。波長変換部材９は、波長変換部材９の形状を膜厚が一定のドーム状に形成することで、光学部材７から発せられたＬＥＤチップ１の光が波長変換部材９の光入射面９ａから入射し波長変換部材９を通過して光出射面９ｂから光が出射する際に、波長変換部材９における光路長差を小さくすることが可能となる。

そのため、発光装置１０は、波長変換部材９を透過するＬＥＤチップ１からの光の光路長差が異なることにより生ずる光の色むらを低減させることが可能となる。また、波長変換部材９に混合する蛍光体は、青色光を吸収して黄色光を発する黄色蛍光体に限らず、赤色光を発する赤色蛍光体、緑色光を発する緑色蛍光体などを透光性樹脂中に混合させてもよい。たとえば、波長変換部材９に含まれる蛍光体は、発光装置１０から、より演色性の高い白色光を放射させるため、緑色光が発光可能な緑色蛍光体（たとえば、Ｅｕで付活された（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４など）と、ＬＥＤチップ１からの青色光を吸収して赤色光が発光可能な赤色蛍光体（たとえば、Ｅｕで付活されたＣａＡｌＳｉＮ_３など）とを用いることもできる。

したがって、波長変換部材９に用いられる蛍光体としては、Ｅｕで付活されたＢａ_２ＳｉＯ_４やＥｕで付活された（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４などの希土類でドープされた珪酸塩系の蛍光体のほか、たとえば、Ｃｅで付活されたＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２やＣｅで付活されたＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２などの希土類でドープされたアルミネート系の蛍光体、Ｅｕで付活されたＣａＡｌＳｉＮ_３、Ｅｕで付活されたＳｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８、Ｅｕで付活されたＣａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８、Ｅｕで付活されたＳｒＳｉ_７Ｎ_１０やＥｕで付活されたＣａＳｉ_７Ｎ_１０などの希土類でドープされた窒化物系の蛍光体を適宜に採用すればよい。

本実施形態の発光装置１０を照明器具に利用する場合、発光装置１０が実装される照明器具の器具本体１２は、熱伝導性の高い金属材料（たとえば、アルミダイカスト）の板材を用いることができる。また、発光装置１０は、熱伝導性および絶縁性に優れた接着シート１１によって器具本体１２に接着固定させればよい。

このような接着シート１１としては、アルミナ、シリカや酸化チタンなどの熱伝導性のフィラーをエポキシ樹脂中に充填して半硬化のシート状に形成させたものが挙げられる。接着シート１１は、樹脂中に熱伝導性のフィラーを混合させることで、比較的高い熱伝導率（たとえば、約３Ｗ/ｍ・Ｋ）で、かつ絶縁性を有することができる。本実施形態の発光装置１０は、熱伝導性および絶縁性に優れた接着シート１１を用いることにより、照明器具全体としての絶縁性を向上させることができる。また、接着シート１１は、たとえば、シート厚みを約１００μｍ程度とすることができ、加熱時に低粘度化する。そのため、他の一般的なゴム状の放熱シートを用いる場合より、シート厚を薄くできるため熱抵抗が小さくなり、器具本体１２へ効率よく放熱することが可能となる。

なお、発光装置１０は、配線基板２に複数個の孔部２１ａを設け、それぞれにＬＥＤチップ１がサブマウント部材５を介して実装させることにより、複数個のＬＥＤチップ１を備えた発光装置１０からなるＬＥＤユニットとして用いることができる。このような発光装置１０は、ＬＥＤチップ１を１個内蔵した複数個の発光装置１０を器具本体１２に固着する照明器具と比較して製造工程を簡略化することもできる。

（実施形態２）
図６に示す発光装置１０は、図１に示す実施形態の発光装置１０と同様の構成であって、ＬＥＤチップ１が実装されたサブマウント部材５を配線基板２の放熱層２２上に別途に形成させた凸部３を用いる代わりに、放熱層２２と一体となった凸部３を用いた点が異なる。また、図１と同様の構成については、同じ番号を付して説明を省略してある。

本実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１と、該ＬＥＤチップ１が熱伝導性のサブマウント部材５を介して配置される配線基板２とを備えている。配線基板２は、絶縁性基材２１と、該絶縁性基材２１の一表面２ａ側に形成されＬＥＤチップ１へ給電する配線パターン２３，２３と、絶縁性基材２１の他表面２ｂ側に設けられＬＥＤチップ１で生じた熱を放熱する放熱層２２とを備えている。特に、配線基板２は、絶縁性基材２１を貫設し上記一表面２ａ側から放熱層２２が露出する孔部２１ａの底面２２ａにサブマウント部材５が位置決めされる放熱層２２と一体となった凸部３を有している。

以下、本実施形態の発光装置１０に用いられる配線基板２の凸部３について、図７の配線基板２の製造工程を用いて説明する。

本実施形態の発光装置１０に用いられる配線基板２は、実施形態１の発光装置１０における配線基板２にスライス盤で孔部２１ａを形成させるまでは同様にして配線基板２を形成する（図２（ｂ）を参照）。

次に、配線基板２は、放熱層２２の孔部２１ａの底部にサブマウント部材５の他面と相似形で他面側よりも若干大きなリング状のレジストマスク２５を形成する（図７（ａ）を参照）。

また、配線基板２は、放熱層２２の上記底部を、レジストマスク２５を介してエッチング処理することにより、放熱層２２と一体となった凸部３を形成する凸部形成工程を行うことができる（図７（ｂ）を参照）。なお、凸部３を形成後に、レジストマスク２５を放熱層２２から除去する。

続いて、予めＡｕＳｎが形成されたサブマウント部材５の他面側を、配線基板２の放熱層２２の凸部３をガイドとして配線基板２の孔部２１ａの底面２２ａに配置し、サブマウント部材５の他面側と放熱層２２とを金属接合により接合させて実装する。また、サブマウント部材５の導体パターン（図示していない）上にＬＥＤチップ１を実装させると共に、サブマウント部材５の上記導体パターンやＬＥＤチップ１と、配線基板２の配線パターン２３，２３とをワイヤ４，４でボンディングすることにより、ＬＥＤチップ１へ給電可能に構成することができる。

その後は、実施形態１の発光装置１０と同様にして図６に示す発光装置１０を形成することができる。なお、図６では、表面反射層２４を図示していないが、適宜に設ければよい。

ここで、スライス盤を用いて、配線基板２に孔部２１ａを形成させる場合、孔部２１ａの形成に伴い放熱層２２の表面にバリなどが生ずる恐れもある。放熱層２２のバリは、サブマウント部材５を孔部２１ａの底面２２ａに実装させることを難しくさせる場合も考えられる。本実施形態の発光装置１０では、放熱層２２を部分的にエッチング処理して凸部３を形成させている。そのため、本実施形態の発光装置１０は、凸部３の形成に伴い放熱層２２に生ずる上記バリなどを除去することもでき、サブマウント部材５をエッチング処理されたリング状の凸部３内における平滑な底面２２ａ上に実装させることができる。

このように形成された本実施形態の発光装置１０は、サブマウント部材５を実装する際における位置決めが容易となり、発光装置１０から放出される光学設計を簡便にし、製造された発光装置１０それぞれの光出力特性がより均一で、より高出力に発光することが可能となる。

１ＬＥＤチップ
２配線基板
２ａ一表面
２ｂ他表面
３凸部
５サブマウント部材
１０発光装置
２１絶縁性基材
２１ａ孔部
２２放熱層
２２ａ底面
２２ｂ凹凸部
２３配線パターン

Claims

ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップが熱伝導性のサブマウント部材を介して配置される配線基板とを備えた発光装置であって、
前記配線基板は、絶縁性基材と、該絶縁性基材の一表面側に形成され前記ＬＥＤチップへ給電する配線パターンと、前記絶縁性基材の前記一表面と反対の他表面側に設けられ前記ＬＥＤチップで生じた熱を放熱する放熱層とを備え、前記絶縁性基材を貫設し前記一表面側から前記放熱層が露出する孔部の底面に前記サブマウント部材が位置決めされる凸部を有することを特徴とする発光装置。
前記放熱層は、前記サブマウント部材が実装される一方面と対向する他方面側に該他方面側の表面積を大きくする凹凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記放熱層は、前記サブマウント部材が実装される部位が、該部位の周部の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
前記サブマウント部材は、前記ＬＥＤチップが配置される表面側よりも、前記放熱層側となる他面側の面積が大きい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項に記載の発光装置。