JP2017204522A

JP2017204522A - Ｌｅｄ光源装置

Info

Publication number: JP2017204522A
Application number: JP2016094430A
Authority: JP
Inventors: 渡邊　誠; Makoto Watanabe; 誠渡邊; 祐輔新井; Yusuke Arai
Original assignee: Koha Co Ltd
Current assignee: Koha Co Ltd
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: JP6690825B2; WO2017195590A1

Abstract

【課題】放熱性に優れ、ＬＥＤ素子の高密度実装が可能なＬＥＤ光源装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ光源装置１は、絶縁基板４と、絶縁基板４に実装された複数のＬＥＤ素子５と、透光性を有する樹脂７０、及び樹脂７０に対する質量の割合が０．８〜１．４となるように含有された蛍光体７１を含んで複数のＬＥＤ素子５を封止する封止部材７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ光源装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を高密度実装した高輝度高出力のＬＥＤ光源装置が提案されている（特許文献１参照）。

このＬＥＤ光源装置は、放熱機能を有する金属板と、金属板上に配置され、金属板を露出させる開口を有し、上面に配線パターンが形成された絶縁基板と、絶縁基板上に配線パターンに接続されて２層に実装され、層ごとに蛍光体含有樹脂で覆われた複数のＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤ素子を囲むように絶縁基板上に設けられた円形の封止枠と、封止枠の内側に充填された蛍光体入りの透明樹脂からなる封止材とを備える。

特開２０１５−７０２４２号公報

しかし、従来の特許文献１に記載されたＬＥＤ光源装置は、蛍光体含有樹脂を構成する樹脂は断熱材の機能を有することから、封止樹脂中に分散されている蛍光体で発生する熱は放熱されにくく、封止樹脂や蛍光体の温度上昇を招き、ＬＥＤ素子そのものからの発熱と複合されることで、光源の効率の低下や寿命が短くなるなどの悪影響を与える。特にＬＥＤを多数実装した場合には発熱の影響がより顕著となり、ＬＥＤ素子を実装する数が制限されるおそれがある。

したがって、本発明の目的は、放熱性に優れ、ＬＥＤ素子の高密度実装が可能なＬＥＤ光源装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、基板と、前記基板に実装された複数のＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性を有する樹脂、及び前記樹脂に対する質量の割合が０．８以上となるように含有された蛍光体を含む封止部材と、を備えたＬＥＤ光源装置を提供する。

本発明によれば、放熱性に優れ、ＬＥＤ素子の高密度実装が可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置の概略の構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示すＬＥＤ光源装置の平面図である。図３は、図２に示す枠部材の変形例を示すＬＥＤ光源装置の平面図である。図４は、本発明の実施例に係る蛍光体含有樹脂層の表面温度の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態及び実施例について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置の概略の構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示すＬＥＤ光源装置の平面図である。

このＬＥＤ光源装置１は、図１に示すように、金属ブロック２と、金属ブロック２の上面２ａにはんだ層３を介して設けられた絶縁基板４と、絶縁基板４に高密度実装された複数のＬＥＤ素子５と、複数のＬＥＤ素子５全体を囲むように絶縁基板４上に形成された枠部材６と、枠部材６の内側に複数のＬＥＤ素子５を覆うように形成された蛍光体含有樹脂層７と、蛍光体含有樹脂層７の表面を封止する封止樹脂８とを備える。ここで、金属ブロック２は、放熱部材の一例である。はんだ層３は、金属接合層の一例である。蛍光体含有樹脂層７及び封止樹脂８は、封止材の一例である。

また、ＬＥＤ光源装置１は、金属ブロック２の上面２ａにスペーサ９を介して設けられた給電基板１０と、給電基板１０に接続された一対の給電用ハーネス１１Ａ、１１Ｂとを備える。

金属ブロック２は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属から形成されている。金属ブロック２は、絶縁基板４の表面積及び体積と同等かそれよりも大きい表面積及び体積を有する。金属ブロック２は、金属ブロック２を固定するための貫通孔又はネジ穴が形成されているのが好ましい。また、金属ブロック２は、腐食防止のため、表面処理されているのが好ましい。

なお、放熱効果を高めるため、金属ブロック２の下面２ｂに、多数のフィンを有する放熱器を取り付けてもよい。放熱器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属から形成されている。また、放熱器は、ヒートパイプを備えたものでもよい。また、放熱器は、ファンや水冷等の強制冷却機構を備えたものでもよい。

絶縁基板４は、絶縁性を有する基材４０と、基材４０の上面の第１の主面４０ａに形成された配線パターン４１と、基材４０の下面の第２の主面４０ｂに形成された金属層４２とを備える。配線パターン４１は、例えば銅箔をエッチングして形成される。金属層４２は、例えば銅箔を用いることができる。配線パターン４１は、一端がＬＥＤ素子５の電極に接続され、他端が給電基板１０を介して給電用ハーネス１１Ａ、１１Ｂのコネクタに接続される。基材４０は、放熱性及び耐熱性の観点より、例えば、熱伝導率が大きい窒化アルミニウム等のセラミック基板を用いるのが好ましい。

ＬＥＤ素子５は、一対の電極を下面に有するフリップチップタイプのものを用いることができる。ＬＥＤ素子５は、例えば、青色光を出射する青色ＬＥＤ素子を用いることができる。ＬＥＤ素子５は、所定の実装密度で絶縁基板４上に実装されている。ＬＥＤ素子５の実装密度は、実装面積に対する発光面積の合計の比率で定義される。実装密度は、５０％以上が好ましい。実装面積は、枠部材６の内側の面積をいう。発光面積は、ＬＥＤ素子５の平面視の面積である。

枠部材６は、例えば正方形を有し、例えばシリコーン樹脂から形成される。なお、枠部材６は、正方形に限られず、長方形でも円形等の他の形状でもよい。枠部材６は、正方形や長方形の方がＬＥＤ素子５の実装密度を高める上で好ましい。

蛍光体含有樹脂層７は、樹脂７０と粒状の蛍光体７１とを所定の比率で混合して形成されたものである。樹脂７０は、ＬＥＤ素子５の発光波長に対して透過性を有し、かつ、蛍光体７１を保持できる材料から形成される。このような樹脂材料として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等の透明樹脂を用いることができる。樹脂７０に対し蛍光体７１の他にシリカ等からなる分散材を混合して用いてもよい。蛍光体含有樹脂層７の厚みは、例えば、３０〜１５０μｍである。樹脂７０に対する蛍光体７１の質量の割合が増えると、熱が樹脂７０を介して伝わることで生じている熱抵抗を低減できるため好ましい。一方、樹脂７０に対する蛍光体７１の質量の割合が大きくなり過ぎると、ＬＥＤ素子５上の蛍光体含有樹脂層７が薄くなり製造の際、塗布が困難になる。したがって、樹脂７０に対する蛍光体７１の質量の割合は、０．８以上２．０以下が好ましく、１．１以上１．４以下がより好ましい。

ＬＥＤ素子５の出射光の色を青色とし、蛍光体として青色の光を黄色の光に変換するものを用いた場合、ＬＥＤ素子５から出射された青色光の一部は蛍光体によって黄色光に変換され、ＬＥＤ素子５から出射され、蛍光体によって黄色光に変換されなかった青色光と黄色光とが合成されてＬＥＤ光源装置１から白色光が出射される。

封止材８は、ＬＥＤ素子５の発光波長に対して透過性を有する材料から形成される。このような樹脂材料として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等の透明樹脂を用いることができる。なお、封止材８は、ＬＥＤ素子５から出射された光を拡散する拡散材を含有してもよい。

給電基板１０は、図２に示すように、８角形を有するが、この形状に限定されない。給電基板１０は、枠部材６が内側に入るように、枠部材６の外形よりもやや大きい開口１０ａを有する。給電基板１０の下面に配線パターン（図示せず）が形成されている。給電基板４の配線パターンの一端は、絶縁基板４の配線パターン４１に電気的に接続され、他端は、給電用ハーネス１１Ａ、１１Ｂのコネクタ１１１の端子ピンが接続されるピン孔１０ｂに電気的に接続される。

給電用ハーネス１１Ａ、１１Ｂは、電線１１０と、コネクタ１１１とを備える。コネクタ１１１は、複数の図示しない端子ピンが下方向に露出している。コネクタ１１１は、端子ピンを給電基板１０に形成された複数のピン孔１０ｂに挿入することにより給電基板１０に形成された配線パターン、及び絶縁基板４の配線パターン４１を介してＬＥＤ素子５に電気的に接続される。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（ａ）蛍光体含有樹脂層７に含有される蛍光体７１の含有量を所定の値以上とすることにより蛍光体含有樹脂層７の熱抵抗が低減されることで放熱性能が高くなり、放熱され易くなるため、放熱性に優れたＬＥＤ光源装置１を提供することができる。

（枠部材の変形例）
図３は、図２に示す枠部材６の変形例を示すＬＥＤ光源装置の平面図である。図３に示すように、枠部材１６は円形でもよい。

（蛍光体含有樹脂層の表面温度）
図２に示す構成において、樹脂７０に対する蛍光体７１の割合を変え、異なる質量比（配合比）毎に蛍光体含有樹脂層７の表面温度を赤外線サーモグラフィにて測定した結果を表１及び図４に示す。表１では、樹脂７１の質量を１００としたときの蛍光体７１の質量を示している。ＬＥＤ素子５の数を１２１個、全ＬＥＤ素子５への投入電力を１９０Ｗとした。

表１及び図４から樹脂７０に対する蛍光体７１の質量の割合（配合比）を大きくすることにより蛍光体含有樹脂層７の表面温度が小さくなることが分かる。配合比が０．７から１．４まで蛍光体含有樹脂層７の表面温度が急激に低下していることから、配合比は０．８以上２．０以下が好ましく、１．１以上１．４以下がより好ましい。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形可能である。上記実施の形態では、複数のＬＥＤ素子５を共通の蛍光体含有樹脂層７で封止したが、ＬＥＤ素子５ごとに個別に蛍光体含有樹脂層で封止してもよい。

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことが可能である。例えば、封止材８を省いてもよい。

１…ＬＥＤ光源装置、２…金属ブロック、２ａ…上面、２ｂ…下面、
３…はんだ層、３ａ〜３ｃ…ボイド、４…絶縁基板、５…ＬＥＤ素子、
６…枠部材、７…蛍光体含有樹脂層、８…封止樹脂、
９…スペーサ、１０…給電基板、１０ａ…開口、１０ｂ…ピン孔、
１１Ａ、１１Ｂ…給電用ハーネス、１６…枠部材、４０…基材、４０ａ…第１の主面、
４０ｂ…第２の主面、４１…配線パターン、４２…金属層、
７０…樹脂、７１…蛍光体、１１０…電線、１１１…コネクタ

Claims

基板と、
前記基板に実装された複数のＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止する透光性を有する樹脂、及び前記樹脂に対する質量の割合が０．８以上となるように含有された蛍光体を含む封止部材と、
を備えたＬＥＤ光源装置。
前記ＬＥＤ素子の実装密度は、実装面積に対する発光面積の合計が５０％以上である、
請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
絶縁性を有する基材の第１の主面に配線パターンが形成され、前記第１の主面と反対側の第２の主面に金属層が形成された絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記第１の主面に前記配線パターンに接続されて５０％以上の実装密度でフリップチップ実装された複数のＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止する透光性を有する樹脂と、前記樹脂に対する質量の割合が０．８以上となるように含有された蛍光体とを含む封止部材と、
を備えたＬＥＤ光源装置。