JP2021100060A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの上昇を抑制しつつ小型化が可能な発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ発光装置１は、配線パターン１４０及び複数の凹部１００を有する反射基板１０と、複数の凹部１００のそれぞれに１つずつ配置され、配線パターン１４０に接続された複数のＬＥＤダイ１１と、それぞれの入射面１２３が複数のＬＥＤダイ１１のそれぞれに一対一で対向するように配置された複数の光学素子１２２と、を有し、複数の凹部１００のそれぞれは、その側部に反射面を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ発光装置に関する。

ＬＥＤなど発光素子が平面上に点在し、それぞれの発光素子に対応してレンズなどの光学素子が配置されたＬＥＤ発光装置が知られている。例えば、特許文献１には、複数の発光素子と、これらの発光素子が２次元配列した実装面と、各発光素子に対応させて配置される光学素子がシート状に一体化したレンズアレイ（以後、単独で取り扱われる光学素子又は一体化した状態で取り扱われる複数の光学素子を「光学部材」という）と、を有するＬＥＤ発光装置が記載されている。

特許文献１に記載されるＬＥＤ発光装置では、複数の発光素子が配列された実装面に対し、各光学素子を透過した光が略垂直に出射する。つまり、点光源として２次元配列した発光素子に光学素子を一対一で組み合わせることによって、それぞれの発光素子の出射光は、各光学素子によりコリメートされ、実装面に対して垂直に出射する。

特開２００２−０４９３２６号公報

ＬＥＤ発光装置では、発光素子から出射した光のうち、できるだけ多くの光を光学素子に入射させて発光効率を向上させることが望ましい。特許文献１に記載されるＬＥＤ発光装置では、発光素子から出射する光は、放射状に広がるため、光学素子の入射面を大きくして発光素子からの出射光を光学素子に多く入射させている。しかしながら、光学素子の入射面が大きくなると、光学素子は幅が広くなると共に高さが増す。すなわち、光学素子のサイズが大きくなり、これに連動してＬＥＤ発光装置のサイズも大きくなる。

なお、光学素子としてアレイ状のフレネルレンズ群を採用することで、ＬＥＤ発光装置の薄型化が可能である。しかしながら、技術の進化に従って小型化が進んだＬＥＤ発光装置において、微小サイズのフレネルレンズを高い加工精度で形成することは容易でない。つまり、フレネルレンズの製造のために使用される金型の製作は容易ではなく、金型の製作費用も高くなる。この結果、小型化が進んだ発光装置において、微小サイズのフレネルレンズが配列した光学部材を採用することは現実的でなくなる。

このような課題を解決するために、本発明は、製造コストの上昇を抑制しつつ小型化が可能なＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＬＥＤ発光装置は、配線パターン及び複数の凹部を有する反射基板と、複数の凹部のそれぞれに１つずつ配置され、配線パターンに接続された複数のＬＥＤダイと、それぞれの入射面が複数のＬＥＤダイのそれぞれに一対一で対向するように配置された複数の光学素子と、を有し、複数の凹部のそれぞれは、その側部に反射面を有する。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、反射基板は、複数のＬＥＤダイが実装された実装基板と、複数の孔部が形成された反射部材と、を有し、複数の凹部は、実装基板の表面と複数の孔部とにより形成され、複数のＬＥＤダイは、反射部材に囲まれるように配置されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、複数の孔部のそれぞれは、外側に突出するように形成された切欠き部を有し、複数のＬＥＤダイのそれぞれは、切欠き部の底面でボンディングワイヤを介して配線パターンに接続されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、反射基板は、表面に配線パターンが形成され、実装基板と反射部材との間に配置された回路基板を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、反射基板は、ＬＥＤダイが発した光を反射する反射材を含有し、且つ、実装基板と回路基板とを接着する接着層を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、反射面に配置された反射膜を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、反射基板は、複数のＬＥＤダイが実装された実装基板と、複数のＬＥＤダイから出射された光を反射する複数のダム材と、を有し、複数の凹部は、実装基板の表面と複数のダム材とにより形成され、複数のＬＥＤダイは、ダム材に囲まれるように配置されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、複数のＬＥＤダイは、複数のＬＥＤダイ群に分割され、複数のＬＥＤダイ群のそれぞれに含まれる複数のＬＥＤダイは、ＬＥＤダイ群毎に異なる実装領域に配置されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、複数のＬＥＤダイ群のそれぞれに含まれる複数のＬＥＤダイは、実装領域において均等配置されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、複数の光学素子は、複数のＬＥＤダイ群に含まれるＬＥＤダイが出射する光が入射する光学素子毎に一体化されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、複数のＬＥＤダイのそれぞれは、矩形状の平面形状を有し、複数のＬＥＤダイのそれぞれの間の離隔距離は、ＬＥＤダイの対角線の長さの３倍の長さよりも長いことが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、複数のＬＥＤダイのそれぞれを封止する封止材を更に有し、複数の光学素子のそれぞれは、入射面に対向して配置されるＬＥＤダイを封止する封止材と離隔して配置されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ発光装置では、封止材は、蛍光材を含有し且つ複数のＬＥＤダイのそれぞれを覆うように配置された第１封止材と、蛍光材を含有せず且つ複数のＬＥＤダイのそれぞれに接続されたボンディングワイヤが接続される配線パターンの接続部を少なくとも覆うように配置された第２封止材とを有することが好ましい。

また、本発明に係るＬＥＤ発光装置は、表面に配線パターンが形成された実装基板と、実装基板に配置され、配線パターンに接続された複数のＬＥＤダイと、それぞれの入射面が複数のＬＥＤダイのそれぞれに一対一で対向するように配置された複数の光学素子と、を有し、ＬＥＤダイは、シリコン基板上にｎ型窒化ガリウム層及びｐ型窒化ガリウム層が積層している。

本発明に係るＬＥＤ発光装置は、製造コストの上昇を抑制しつつ小型化が可能になる。

第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の斜視図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の側面図である。 図２から光学部材を取り外したＬＥＤ発光装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１に示す回路基板の平面図である。 図１に示す反射部材の平面図である。 図１に示す光学部材の斜視図である。 図１に示すＬＥＤダイの接続関係を示す回路図である。 第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は、第１工程、（ｂ）は、第２工程、（ｃ）は、第３工程、（ｄ）は、第４工程、（ｅ）は、第５工程、（ｆ）は、第６工程を示す。 （ａ）は、第１比較例に係るＬＥＤ発光装置の斜視図、（ｂ）は、第２比較例に係るＬＥＤ発光装置の斜視図である。 （ａ）は、第１比較例に係るＬＥＤ発光装置の平面図、（ｂ）は、第２比較例に係るＬＥＤ発光装置の平面図、（ｃ）は、図１に示すＬＥＤ発光装置の平面図、（ｄ）は、第１比較例に係るＬＥＤ発光装置の側面図、（ｅ）は、第２比較例に係るＬＥＤ発光装置の側面図、（ｆ）は、図１に示すＬＥＤ発光装置の側面図である。 第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置の斜視図である。 図１３に示すＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１３に示すＬＥＤ発光装置の側面図である。 図１４から光学部材を取り外したＬＥＤ発光装置の平面図である。 図１４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図１３に示す回路基板の平面図である。 図１３に示すＬＥＤダイの接続関係を示す回路図である。 第１変形例に係るＬＥＤ発光装置の断面図である。 第２変形例に係るＬＥＤ発光装置の断面図である。 第３変形例に係るＬＥＤ発光装置の断面図である。 第４変形例に係るＬＥＤ発光装置の断面図である。 第５変形例に係るＬＥＤ発光装置の平面図である。 図２４のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図２４に示す反射部材の平面図である。 第６変形例に係るＬＥＤ発光装置の斜視図である。 図２７に示すＬＥＤ発光装置の平面図である。 図２８のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るＬＥＤ発光装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

（実施形態に係るＬＥＤ発光装置の概要）
実施形態に係るＬＥＤ発光装置は、反射基板から局所的に放射される光を上方向に絞り込む共に、当該放射光について光学素子を一対一で対向するように配置し、製造コストの増加を抑制しつつ小型化を図る。

（第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の構成および機能）
図１は、第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置１の斜視図、図２は、ＬＥＤ発光装置１の平面図、図３は、ＬＥＤ発光装置１の側面図、図４は、光学部材を取り外したＬＥＤ発光装置１の平面図、図５は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図６は、図１に示す回路基板１４の平面図、図７は、図１に示す反射部材１５の平面図、図８は、図１に示す光学部材１２の斜視図、図９は、図１に示すＬＥＤダイ１１の接続関係を示す回路図である。

ＬＥＤ発光装置１は、反射基板１０と、複数のＬＥＤダイ１１と、光学部材１２とを有する。反射基板１０は、実装基板１３と、回路基板１４と、反射部材１５とを有すると共に、回路基板１４に配置される配線パターン１４０及び複数の凹部１００を有する。複数の凹部１００のそれぞれは、複数のＬＥＤダイ１１のそれぞれが発した光を、光学部材１２が有する光学素子１２２の入射面１２３の方向に反射する反射面を有する。

実装基板１３は、アルミニウム等の熱伝導率が高い金属で形成された金属基板であり、複数のＬＥＤダイ１１が実装される。回路基板１４は、表面に配線パターン１４０、アノード電極１４１及びカソード電極１４２を有し、裏面が実装基板１３に接着される。配線パターン１４０、アノード電極１４１及びカソード電極１４２のそれぞれは、例えば銅箔等の導電性の薄膜である。配線パターン１４０、アノード電極１４１及びカソード電極１４２が配置される領域以外の回路基板１４の表面は、例えば、レジスト等の絶縁膜によって覆われる。回路基板１４は、ＬＥＤダイ１１を実装基板１３に配置する部分に複数の貫通孔１４３が形成される。

反射部材１５は、白色粒子が混入された不透明なシリコーン樹脂等の合成樹脂により形成された円板状の部材であり、複数の孔部１５０が形成される。複数の孔部１５０のそれぞれは、実装基板１３の表面及び回路基板１４の貫通孔１４３と共に、反射基板１０に対し複数の凹部１００を形成する。すなわち、実装基板１３の表面には複数の凹部１００が形成され、貫通孔１４３の内壁が凹部１００の下側の側面となり、孔部１５０の内壁が凹部１００の上側の側面（反射面）となる。

複数の孔部１５０のそれぞれは、ダイ収容部１５１と、ダイ収容部１５１から外側に突出するように形成された一対の切欠き部１５２及び１５３とを有する。ダイ収容部１５１は、円筒状の形状を有し、底部にＬＥＤダイ１１が配置されると共に、蛍光体を含有する第１封止材１６１が充填される。第１封止材１６１は、透光性の合成樹脂材であり、ＬＥＤダイ１１の発光の一部を透過し、残りを波長変換する。第１封止材１６１に含有される蛍光体は、例えば、ＬＥＤダイ１１が発した青色光を吸収して黄色光に波長変換するＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）等の微粒子である。

一対の切欠き部１５２及び１５３のそれぞれは、直方体状の形状を有し、底部に配線パターン１４０が配置されると共に、第２封止材１６２が充填される。第２封止材１６２は、第１封止材１６１と異なり、蛍光体の代わりに酸化Ｔｉ等の白色反射性微粒子を含有した白色の合成樹脂であり、ＬＥＤダイ１１の発した光を透過させない。

複数のＬＥＤダイ１１のそれぞれは、例えば、サファイヤ基板上に窒化ガリウム（GaN）層を備えた矩形の平面形状を有する半導体チップである。複数のＬＥＤダイ１１のそれぞれは、アノード電極１４１とカソード電極１４２との間にしきい値電圧以上の電圧が印加されたときに４５０ｎｍのピーク波長を有する青色光を発する青色ＬＥＤダイである。ＬＥＤ発光装置１では、搭載された１２個のＬＥＤダイ１１が直列接続しているが、実施形態に係るＬＥＤ発光装置に搭載されるＬＥＤダイ１１の数は１２個に限定されない。

複数のＬＥＤダイ１１のそれぞれは、複数の凹部１００のそれぞれに１つずつ、反射部材１５に囲まれるように配置される。ＬＥＤダイ１１は、配線パターン１４０及び他のＬＥＤダイ１１を介してアノード電極１４１及びカソード電極１４２に接続される。直列接続した１２個のＬＥＤダイ１１は、しきい値電圧以上の電圧が、アノード電極１４１とカソード電極１４２との間に印加されると発光する。

光学部材１２は、基部１２０と、３つの支持部１２１と、１２個の光学素子１２２とを有する。光学部材１２は、ＬＥＤダイ１１が発した光を透過するポリメチルメタクリレートやポリカーボネートなどの合成樹脂により一体成形される。

基部１２０は、反射部材１５と略同一の平面形状を有し、反射基板１０及び複数のＬＥＤダイ１１を覆うように配置される。３つの支持部１２１は、基部１２０の外縁に均等配置され、基部１２０の外縁から反射基板１０に向かって延伸し、端部が反射基板１０に固定される。

１２個の光学素子１２２のそれぞれは、ＴＩＲ（全内部反射）レンズであり、それぞれの入射面１２３が１２個のＬＥＤダイ１１のそれぞれに一対一で対向するように配置される。１２個の光学素子１２２のそれぞれの入射面１２３は、対向するように配置されたＬＥＤダイ１１を封止する第１封止材１６１及び第２封止材１６２の表面から離隔して配置される。すなわち、光学素子１２２の入射面１２３と第１封止材１６１及び第２封止材１６２の表面との間が離隔することで、光学素子１２２の入射面１２３と第１封止材１６１及び第２封止材１６２の表面との間に空気層が形成される。

なお、ＬＥＤダイ１１と光学素子１２２とが一対一で対向するように配置されるので、ＬＥＤダイ１１のそれぞれの間の離隔距離は、光学素子１２２の上面の径に応じて決定される。この距離は、概ね、ＬＥＤダイ１１の対角線の長さの３倍より長くなる。

（第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の製造方法）
図１０は、ＬＥＤ発光装置１の製造方法を説明するための図である。図１０（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ第１〜６工程を示し、図２のＢ−Ｂ線に対応する断面図である。

第１工程では反射基板１０が提供される。反射基板１０は、実装基板１３、回路基板１４及び反射部材１５を接着剤等により接着することにより形成される。次いで、第２工程において、ＬＥＤダイ１１が反射基板１０の凹部１００に実装される。ＬＥＤダイ１１は、接着剤により実装基板１３に実装される。

次いで、第３工程において、ＬＥＤダイ１１がボンディングワイヤ１１０によって回路基板１４に形成される配線パターンに接続される。次いで、第４工程において、切欠き部１５２、１５３（図７参照）に、白色反射性微粒子を含有する第２封止材１６２を充填する。第２封止材１６２は、チクソ性が高く、切欠き部１５２、１５３に滴下され、欠き部１５２、１５３のボンディングワイヤ１１０を封止する。

次いで、第５工程において、ダイ収納部１５１に蛍光材を含有する第１封止材１６１を充填する。第１封止材１６１は、第２封止材１６２よりもチクソ性が低く、ＬＥＤダイ１１を封止する。凹部１００に第１封止材１６１及び第２封止材１６２が充填された状態で、反射基板１０を加熱処理し、第１封止材１６１及び第２封止材１６２を硬化させる。

最後に、第６工程において、光学素子１２２の入射面１２３がＬＥＤダイ１１に一対一で対向するように光学部材１２が配置される。

（第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置の作用効果）
ＬＥＤダイ１１の発光及び第１封止材１６１中の蛍光体の発光は、第１封止材１６１から上方に向かって放射される。なお、発光時に上方に向かわない成分の光は、反射部材１５の反射面や実装基板１３の表面などで反射し、上方に向かう。第１封止材１６１から放射された光は、光学素子１２２の入射面１２３に入射し、光学部材１２の直上方向に出射する。なお、光学素子１２２への入射時に上方に向かわない成分の光は、光学素子１２２の側面（反射面）で全反射し、上方に向かう。以上のようにして、１２個の光学素子１２２のそれぞれは、１２個のＬＥＤダイ１１及び蛍光体の発光を集光して直上に出射する。

次に、図１１〜１２を参照して、ＬＥＤ発光装置１の小型化に係る作用効果を説明する。図１１において、（ａ）は、第１比較例に係るＬＥＤ発光装置９０１の斜視図、（ｂ）は、第２比較例に係るＬＥＤ発光装置９０２の斜視図である。図１２において、（ａ）は、ＬＥＤ発光装置９０１の平面図、（ｂ）は、ＬＥＤ発光装置９０２の平面図、（ｃ）は、ＬＥＤ発光装置１の平面図、（ｄ）は、ＬＥＤ発光装置９０１の側面図、（ｅ）は、ＬＥＤ発光装置９０２の側面図、（ｆ）は、ＬＥＤ発光装置１の側面図である。図１２（ａ）〜（ｃ）に示す平面図の縮尺、及び図１２（ｄ）〜１２（ｆ）に示す側面図の縮尺は、同一である。

ＬＥＤ発光装置９０１は、ＣＯＢチップ９１０と、光学部材９１１とを有する。ＣＯＢチップ９１０において、１２個のＬＥＤダイは、実装基板９１２に搭載されると共に、封止材９１４によって封止される。封止材９１４は、周囲をダム材９１３によって囲まれている。なお、ＣＯＢチップ９１０の構成は、良く知られているのでここでは詳細な説明は省略する。光学部材９１１は、単独のＴＩＲレンズであり、その入射面がダム材９１３に囲われた発光領域を覆う。

ＬＥＤ発光装置９０１では、発光素子の入射面がＣＯＢチップ９１０の大きな発光領域を覆わなければならないので、光学部材９１１が大型化する。すなわち、発光領域の大きさに応じて光学部材９１１の高さＨ１が高くなると共に上面の直径Ｄ１が大きくなる。

ＬＥＤ発光装置９０２は、実装基板９２０と、１２個のＳＭＤチップ９２１と、光学部材９２２とを有する。実装基板９２０は、１２個のＳＭＤチップ９２１が実装されると共に、１２個のＳＭＤチップ９２１に電気的に接続された配線パターン９２３が配置される。ＳＭＤチップ９２１は、パッケージ基板９２４を備え、そのパッケージ基板９２４に１個（不図示）のＬＥＤダイを実装している。ＬＥＤダイは、ダム材９２５に囲われ、封止材９２６によって封止される。なお、ＳＭＤチップ９２１の構成は、良く知られているのでここでは詳細な説明は省略する。光学部材９２２は、ＴＩＲレンズである１２個の光学素子９２７を有する。それぞれの光学素子９２７の入射面は、ＳＭＤチップ９２１のダム材９１３に囲われた発光領域を覆う。

ＬＥＤ発光装置９０２では、ＬＥＤ発光装置９０１と出射面のサイズ（直径Ｄ１と直径Ｄ２）を概ね等しくし、さらにＬＥＤ発光装置９０１の光学素子（光学部材９１１のなかで実質的にＴＩＲレンズとして機能する部分）と光学素子９２２とを相似形状としている。さらに、ＳＭＤチップ９２１の発光領域は、光学素子９２２の入射面のサイズに合わせている。このようにすると、ＬＥＤ発光装置９０２の高さＨ２は、ＬＥＤ発光装置９０１の高さＨ１の約１／３にすることができる。

ＬＥＤ発光装置１では、ＬＥＤ発光装置９０１、９０２と相似形状の光学素子（ＴＩＲレンズ）を備え、発光領域を極力小さくしている。すなわち、光学素子１２２の入射面１２３の面積を極力小さくしているので、ＬＥＤ発光装置９０１の高さＨ１に対し、ＬＥＤ発光装置１の高さＨ０は、約１／８となり、ＬＥＤ発光装置９０２の高さＨ２に対しても約１／３にできる。

さらに、ＬＥＤ発光装置１では、光学素子１２２の入射面１２３の面積を極力小さくすることで、光学部材１２の上面の直径Ｄ０が、光学部材９１１の上面の直径Ｄ１の約１／４、光学部材９２２の上面の直径Ｄ２の約１／３となった。

以上のように、ＬＥＤ発光装置１は、各ＬＥＤダイ１１が係る発光領域及び光学素子１２２のサイズを小さくすることで、小型化する。

なお、ＬＥＤ発光装置１において、孔部１５０の側面は、上側が広く下側が狭くなっていた。しかしながら、反射基板１０から局所的に放射される光は、光学素子１２２の入射面１２３に達するよう絞り込まれていれば良い。つまり、孔部１５０の側面は、上側と下側の開口が等しく（いわゆる「円筒状の空洞」）、又は、上側の開口が狭く、下側の開口が広く（いわゆる「逆テーパー」）ても良い。このようにすると、光学素子１２２の入射面を小さくできるので、ＬＥＤ発光装置１をさらに小型化できる。なお、この場合でも、孔部１５０の側面を反射面とすると良い。

（第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置の構成および機能）
図１３、図１４、図１５は、第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置２の斜視図、平面図、側面図、図１６は、光学部材を取り外したＬＥＤ発光装置２の平面図、図１７は、図１４のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図１８は、図１３に示す回路基板２０の平面図、図１９は、図１３に示すＬＥＤダイ１１の接続関係を示す回路図である。

ＬＥＤ発光装置２は、反射基板２０と、複数のＬＥＤダイ１１と、７個の光学部材１２とを有する。反射基板２０は、実装基板２１と、回路基板２２と、７個の反射部材１５とを有すると共に、回路基板２２に配置される配線パターン２２０及び複数の凹部２００を有する。複数の凹部２００のそれぞれは、ＬＥＤ発光装置１と同様に第１封止材１６１及び第２封止材１６２が配置され、ＬＥＤダイ１１及び蛍光体の発光を、光学部材１２が有する光学素子１２２の入射面１２３の方向に反射する反射面を有している。

ＬＥＤ発光装置２では、搭載されるＬＥＤダイ１１の数がＬＥＤ発光装置１と相違する。ＬＥＤ発光装置１に搭載されるＬＥＤダイ１１の数は、１２個であるのに対し、ＬＥＤ発光装置２に搭載されるＬＥＤダイ１１の数は、ＬＥＤ発光装置１に搭載されるＬＥＤダイ１１の数の７倍の８４個である。

ＬＥＤ発光装置２に搭載される８４個のＬＥＤダイ１１は、１２個のＬＥＤダイ１１をそれぞれが有する７個のＬＥＤダイ群２０１〜２０７に分割される。ＬＥＤダイ群２０１〜２０７のそれぞれは、ＬＥＤダイ群毎に異なる第１実装領域２１１〜第７実装領域２１７に配置される。

第１実装領域２１１〜第７実装領域２１７は、それぞれ反射部材１５を含み、円形状の平面形状を有する。ＬＥＤダイ群２０１〜２０７のそれぞれに１２個ずつ含まれるＬＥＤダイ１１は、第１実装領域２１１〜第７実装領域２１７のそれぞれにおいて均等に配置される。

ＬＥＤダイ群２０１〜２０７のそれぞれに含まれる１２個のＬＥＤダイ１１は、６個ずつ直列接続された一対のＬＥＤ列が並列接続される。実施形態に係るＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤダイ群に含まれるＬＥＤダイの数は１２個の限定されず、接続関係も適宜設定できる。

実装基板２１は、８４個のＬＥＤダイ１１を搭載可能とすることが実装基板１３と相違する。また、回路基板２２は、表面の面積が８４個のＬＥＤダイ１１を搭載可能なように回路基板１４よりも大きいこと、配線パターン２２０の形状、及びアノード電極２２１及びカソード電極２２２の数、が回路基板１４と相違する。このとき、回路基板２２には、８４個の貫通孔２２３が形成される。

実装基板２１及び回路基板２２の双方は、円形状の平面形状を有する。回路基板２２の表面の面積は、実装基板２１の表面の面積よりも小さい。実装基板２１及び回路基板２２の材料や積層に係る構造は、実装基板１３及び回路基板１４の構造と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。７個の反射部材１５のそれぞれは、ＬＥＤ発光装置１に含まれる反射部材１５と同様な構成を有するので、ここでは詳細な説明は省略する。

反射部材１５では、複数の孔部１５０のそれぞれが実装基板２１の表面及び回路基板２２の貫通孔２２３と共に複数の凹部２００を形成する。また、それぞれの光学部材１２において、光学素子１２２の入射面１２３は、ＬＥＤダイ１１に一対一で対向し、且つ、第１封止材１６１及び第２封止材１６２の表面から離隔する。光学部材１２及び反射部材１５の構成及び機能は、既に説明したので、ここでは詳細な説明は省略する。

ＬＥＤ発光装置２の製造方法は、図１０を参照して説明したＬＥＤ発光装置１の製造方法と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

（実施形態に係るＬＥＤ発光装置の変形例）
図１〜１９を参照して、実施形態に係るＬＥＤ発光装置の一例であるＬＥＤ発光装置１及び７個のＬＥＤ発光装置を一体化したＬＥＤ発光装置２が説明されたが、実施形態に係るＬＥＤ発光装置は、これらの実施形態に限定されるものではない。

（第１変形例に係るＬＥＤ発光装置の構成及び機能）
図２０は、第１変形例に係るＬＥＤ発光装置３の断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する。

ＬＥＤ発光装置３は、反射基板３０を反射基板１０の代わりに有することがＬＥＤ発光装置１と相違する。ＬＥＤ発光装置３において、反射基板３０以外の構成及び機能は、同一符号が付されたＬＥＤ発光装置１の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

反射基板３０は、実装基板３１と、回路基板３２とを有する。実装基板３１は、実装基板１３と同様に、熱伝導率が高い金属で形成された金属基板であり、切削することで形成される複数の凹部３００が表面に有する。複数の凹部３００のそれぞれには、ＬＥＤダイ１１が実装される。回路基板３２は、回路基板１４と同様に配線パターン、アノード電極及びカソード電極を表面に有し、外部電源から供給される電力をアノード電極及びカソード電極を介してＬＥＤダイ１１に供給する。ＬＥＤダイ１１と配線パターンとはボンディングワイヤで接続する。

ＬＥＤ発光装置３は、実装基板３１の表面に配置される複数の凹部３００にＬＥＤダイ１１を配置することで、反射部材１５に対応する部材を配置することなく、ＬＥＤダイ１１及び蛍光体の発光を反射する反射面を形成することができる。

（第２変形例に係るＬＥＤ発光装置の構成及び機能）
図２１は、第２変形例に係るＬＥＤ発光装置４の断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する。

ＬＥＤ発光装置４は、複数の凹部１００のそれぞれの反射面に反射膜１０１が配置されることがＬＥＤ発光装置１と相違する。ＬＥＤ発光装置４において、複数の凹部１００以外の構成及び機能は、同一符号が付されたＬＥＤ発光装置１の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

反射膜１０１は、ＬＥＤダイ１１の発光及び第１封止樹脂１６１に含まれる蛍光体の発光のうち、上方に向かわない成分を上方に反射する。このとき、反射膜１０１は、反射率が高い銀等の金属膜であり、例えば、蒸着処理により複数の凹部１００の反射面に配置される。

ＬＥＤ発光装置４は、反射率が高い反射膜１０１を複数の凹部１００のそれぞれの反射面に配置することで、ＬＥＤ発光装置１よりも発光効率を向上させることができる。

（第３変形例に係るＬＥＤ発光装置の構成及び機能）
図２２は、第３変形例に係るＬＥＤ発光装置５の断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する。

ＬＥＤ発光装置５は、反射基板５０を反射基板１０の代わりに有することがＬＥＤ発光装置１と相違する。ＬＥＤ発光装置５において、反射基板５０以外の構成及び機能は、同一符号が付されたＬＥＤ発光装置１の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

反射基板５０は、実装基板１３と回路基板１４との間に配置される厚い接着層１７を有することが反射基板１０と相違する。接着層１７以外の反射基板５０の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された反射基板１０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

接着層１７は、ＬＥＤダイ１１及び蛍光体の発光を反射する反射材が含有され、実装基板１３と回路基板１４とを接着する。接着層１７に含有される反射材は、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等の反射率が高い材料で形成される。

ＬＥＤ発光装置５は、反射材が含有された接着層１７によって実装基板１３と回路基板１４とを接着することで、実装基板１３と回路基板１４との間に侵入した光を反射する。このようにして、ＬＥＤ発光装置５は発光効率を向上させることができる。

（第４変形例に係るＬＥＤ発光装置の構成及び機能）
図２３は、第４変形例に係るＬＥＤ発光装置６の断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する。

ＬＥＤ発光装置６は、反射基板６０を反射基板１０の代わりに有することがＬＥＤ発光装置１と相違する。ＬＥＤ発光装置６において、反射基板６０以外の構成及び機能は、同一符号が付されたＬＥＤ発光装置１の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

反射基板６０は、ダム材１８を反射部材１５の代わりに有することが反射基板１０と相違する。ダム材１８以外の反射基板６０の構成及び機能は、反射基板１０の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

ダム材１８は、白色粒子が混入された不透明なシリコーン樹脂等の合成樹脂により形成されたリング状の部材であり、複数のＬＥＤダイ１１のそれぞれの周囲を囲うように配置される。ＬＥＤダイ１１及び蛍光体の発光のうち横方向に進行する成分は、ダム材１８で反射し、最終的に上方に向かう。

ＬＥＤ発光装置６は、ダム材１８により小さい面積でＬＥＤダイ１１を囲んでいるので、ＬＥＤ発光装置１と同様に光学素子の高さ及び径を小さくできる。

（第５変形例に係るＬＥＤ発光装置の構成及び機能）
図２４は、第５変形例に係るＬＥＤ発光装置７の平面図、図２５は、図２４のＤ−Ｄ線に沿う断面図、図２６は、図２４に示す反射部材の平面図である。

ＬＥＤ発光装置７は、反射基板７０を反射基板１０の代わりに有すること、及びＬＥＤダイ７１がフリップチップ実装されていることがＬＥＤ発光装置１と相違する。ＬＥＤ発光装置７において、反射基板７０及びＬＥＤダイ７１以外の構成及び機能は、同一符号が付されたＬＥＤ発光装置１の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

反射基板７０では、実装基板７３上に反射部材７９が積層している。実装基板７３は、セラミック又は表面に絶縁層が設けられた金属板などの絶縁基板を基材とし、上面に配線パターンが設けられている。ＬＥＤダイ７１は、透明なサファイヤ基板の下面に発光層並びにアノード電極及びカソード電極が形成され、当該電極が配線パターンに直接的に接続している。

反射部材１９は、白色粒子が混入された不透明なシリコーン樹脂等の合成樹脂により形成された円板状の部材であり、複数の孔部１９０が形成されている。複数の孔部１９０のそれぞれは、実装基板７３の表面と共に複数の凹部７００を形成する。凹部７００では、内壁が反射面を構成するとともにＬＥＤダイ７１が収納されている。孔部１９０には、ＬＥＤダイ７１が発した光を色変換する蛍光体を含有する第１封止材１６１が充填される。

（第６変形例に係るＬＥＤ発光装置の構成及び機能）
図２７は、第６変形例に係るＬＥＤ発光装置８の斜視図、図２８は、ＬＥＤ発光装置８の平面図、図２９は、図２８のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

ＬＥＤ発光装置８は、反射基板１０及び１２個のＬＥＤダイ１１の代わりに、実装基板８０及び１２個のＬＥＤダイ８５を有することがＬＥＤ発光装置１と相違する。なお、ＬＥＤ発光装置８では、実装基板８０だけで反射基板となる。ＬＥＤ発光装置８において、実装基板８０及びＬＥＤダイ８５以外の構成及び機能は、同一符号が付されたＬＥＤ発光装置１の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

実装基板８０は、セラミック又は表面に絶縁層が設けられた金属板などの絶縁基板を基材とし、上面に金属膜により形成された配線パターン８４が設けられている。配線パターン８４には、アノード電極８１及びカソード電極８２が含まれる。ＬＥＤダイ８５は、Ｓｉ（シリコン）基板上に、下層がｐ型、上層がｎ型のＧａＮ（窒化ガリウム）層が積層した垂直構造型のＬＥＤダイであり、底面がアノード、上面がカソードとなる。ＧａＮ層は、レーザーリフトオフ法で製造され、Ｓｉ基板に導電接続される。ＬＥＤダイ８５を流れる電流は、Ｓｉ基板と導電接続する配線パターン８４から流入し、上面と接続するボンディングワイヤを介して他の配線パターン８４に流出する。

ＬＥＤダイ８５は、ＧａＮ層が薄いため、ほとんどの発光が上面から出射する。すなわち、ＬＥＤダイ８５の水平方向へ出射する光が僅かであるため、ＬＥＤ発光装置１等が備えていた反射部材１５等が不要になる。つまり、ＬＥＤダイ８５から上方に発した光は、ほとんどそのまま光学素子１２２に入射する。なお、ＧａＮ層やワイヤ等を保護するため透明樹脂で実装基板上面を被覆する。蛍光樹脂でＬＥＤダイ８５を被覆する場合は、蛍光体の放射特性が等方向的であるため、ＬＥＤ発光装置１等と同様に反射部材１５が必要になる。

以上のように、ＬＥＤ発光装置８は、ＬＥＤダイ８５が直上方向にのみ光を発するので、光学素子１２２の入射面１２３の面積を小さくして、光学部材１２のサイズを小さくすることができる。なお、ＬＥＤダイ８５の個数は、１２個に限定されず、ＬＥＤダイ８５の接続関係は、直列接続ではなく、直並列接続であってもよい。また、ＬＥＤダイ８５は、ＬＥＤ発光装置２と同様に複数のＬＥＤダイ群毎に異なる実装領域に実装されてもよく、光学素子は、複数のＬＥＤダイ群に含まれるＬＥＤダイ８５が出射する光が入射する光学素子毎に一体化されてもよい。

１〜８ ＬＥＤ発光装置
１０、２０、３０、５０、６０、７０ 反射基板
１１、７１、８５ ＬＥＤダイ
１２ 光学部材
１３、２１、７３、８０ 実装基板
１４、２２ 回路基板
１５ 反射部材

Claims (14)

1. 配線パターン及び複数の凹部を有する反射基板と、
   前記複数の凹部のそれぞれに１つずつ配置され、前記配線パターンに接続された複数のＬＥＤダイと、
   それぞれの入射面が前記複数のＬＥＤダイのそれぞれに一対一で対向するように配置された複数の光学素子と、を有し、
   前記複数の凹部のそれぞれは、その側部に反射面を有する、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記反射基板は、
   前記複数のＬＥＤダイが実装された実装基板と、
   複数の孔部が形成された反射部材と、を有し、
   前記複数の凹部は、前記実装基板の表面と前記複数の孔部とにより形成され、
   前記複数のＬＥＤダイは、前記反射部材に囲まれるように配置される、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記複数の孔部のそれぞれは、外側に突出するように形成された切欠き部を有し、
   前記複数のＬＥＤダイのそれぞれは、前記切欠き部の底面でボンディングワイヤを介して前記配線パターンに接続される、請求項２に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記反射基板は、表面に前記配線パターンが形成され、前記実装基板と前記反射部材との間に配置された回路基板を更に有する、請求項２又は３に記載のＬＥＤ発光装置。
5. 前記反射基板は、前記ＬＥＤダイが発した光を反射する反射材を含有し、且つ、前記実装基板と前記回路基板とを接着する接着層を更に有する、請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
6. 前記反射面に配置された反射膜を更に有する、請求項２〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
7. 前記反射基板は、
   前記複数のＬＥＤダイが実装された実装基板と、
   前記複数のＬＥＤダイから出射された光を反射する複数のダム材と、を有し、
   前記複数の凹部は、前記実装基板の表面と前記複数のダム材とにより形成され、
   前記複数のＬＥＤダイは、前記ダム材に囲まれるように配置される、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
8. 前記複数のＬＥＤダイは、複数のＬＥＤダイ群に分割され、
   前記複数のＬＥＤダイ群のそれぞれに含まれる複数のＬＥＤダイは、前記ＬＥＤダイ群毎に異なる実装領域に配置される、請求項１〜７の何れか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
9. 前記複数のＬＥＤダイ群のそれぞれに含まれる複数のＬＥＤダイは、前記実装領域において均等配置される、請求項８に記載のＬＥＤ発光装置。
10. 前記複数の光学素子は、前記複数のＬＥＤダイ群に含まれるＬＥＤダイが出射する光が入射する光学素子毎に一体化される、請求項８又は９に記載のＬＥＤ発光装置。
11. 前記複数のＬＥＤダイのそれぞれは、矩形状の平面形状を有し、
    前記複数のＬＥＤダイのそれぞれの間の離隔距離は、前記ＬＥＤダイの対角線の長さの３倍の長さよりも長い、請求項１〜１０の何れか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
12. 前記複数のＬＥＤダイのそれぞれを封止する封止材を更に有し、
    前記複数の光学素子のそれぞれは、入射面に対向して配置される前記ＬＥＤダイを封止する前記封止材と離隔して配置される、請求項１〜１１の何れか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
13. 前記封止材は、蛍光材を含有し且つ前記複数のＬＥＤダイのそれぞれを覆うように配置された第１封止材と、蛍光材を含有せず且つ前記複数のＬＥＤダイのそれぞれに接続されたボンディングワイヤが接続される配線パターンの接続部を少なくとも覆うように配置された第２封止材とを有する、請求項１２に記載のＬＥＤ発光装置。
14. 表面に配線パターンが形成された実装基板と、
    前記実装基板に配置され、前記配線パターンに接続された複数のＬＥＤダイと、
    それぞれの入射面が前記複数のＬＥＤダイのそれぞれに一対一で対向するように配置された複数の光学素子と、を有し、
    前記ＬＥＤダイは、シリコン基板上にｎ型窒化ガリウム層及びｐ型窒化ガリウム層が積層している、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。

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