JP3952075B2

JP3952075B2 - 発光装置

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Publication number: JP3952075B2
Application number: JP2006018198A
Authority: JP
Inventors: 洋二浦野; 策雄鎌田; 恭志西岡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2007116075A

Description

本発明は、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、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された回路基板と、当該回路基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲む金属製（例えば、アルミニウム製）の枠体と、枠体の内側に充填されＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤを封止した透光性材料（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの透明樹脂）からなる封止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１，２参照）。ここにおいて、上記特許文献１，２に記載された枠体は、回路基板から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されるとともに内側面が鏡面となっており、ＬＥＤチップから放射された光を反射するリフレクタを兼ねている。

また、上記特許文献２には、ＬＥＤチップとして青色光を放射する青色ＬＥＤチップを用い、青色ＬＥＤチップを封止する透光性材料に青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて発光する黄色蛍光体を分散させておくことで白色光の発光スペクトルを得ることができる発光装置が提案されている。
特開２００１−８５７４８号公報特開２００１−１４８５１４号公報

ところで、上述の発光装置において、封止部の透光性材料としてエポキシ樹脂を用いたものでは、−４０℃の低温期間と８０℃の高温期間とを交互に繰り返すヒートサイクル試験（温度サイクル試験）を行うと、高温時に回路基板からなる実装基板の導体パターンの熱膨張に起因してボンディングワイヤが断線してしまうことがあった。また、封止部の透光性材料としてエポキシ樹脂を用いたものでは、シリコーン樹脂を用いたものに比べて耐候性が低いという不具合があった。

これに対して、上述の発光装置において、封止部の透光性材料としてシリコーン樹脂を用いたものでは、封止部がゲル状であって弾性を有しており、ヒートサイクル試験の高温時にボンディングワイヤが断線するのを防止することができるが、封止部の透光性材料であるシリコーン樹脂の線膨張率が枠体の材料であるアルミニウムの線膨張率の１０倍以上の値であり、両者の線膨張率差に起因してヒートサイクル試験の低温時に封止部中にボイドが発生してしまうという不具合があった。

また、上述の発光装置においては、枠体の内側面を鏡面とすることでＬＥＤチップからの光を効率的に封止部の外部へ取り出すようにしているが、枠体の内側面での反射時に光損失が生じてしまうという不具合があった。

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、信頼性を高めることができるとともに光出力の向上を図れる発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップが実装される伝熱板と、ＬＥＤチップよりも大きく伝熱板よりも小さな平板状に形成されてＬＥＤチップと伝熱板との間に介在し両者の線膨張率差に起因してＬＥＤチップに働く応力を緩和するサブマウント部材と、伝熱板側とは反対の表面にＬＥＤチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンが設けられるとともにサブマウント部材を露出させる窓孔が厚み方向に貫設され伝熱板に積層された絶縁性基板と、ＬＥＤチップを封止した透光性材料からなり弾性を有する封止部と、封止部に重ねて配置されたレンズと、ＬＥＤチップから放射され封止部を透過し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透明材料とともに成形した成形品であってレンズを覆うように絶縁性基板における伝熱板側とは反対側に配設されたドーム状の色変換部材とを備え、サブマウント部材は、ＬＥＤチップの接合部位の周囲にＬＥＤチップの側面から放射された光を反射する反射膜が設けられており、当該反射膜の表面が色変換部材における絶縁性基板側の端縁よりも伝熱板から離れて位置するように厚み寸法が設定されてなり、色変換部材は、レンズの光出射面との間に空気層が形成される形で配設されてなることを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤチップから放射され封止部を透過し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透明材料とともに成形した成形品であってレンズを覆うように絶縁性基板における伝熱板側とは反対側に配設されたドーム状の色変換部材を備えているので、従来のような金属材料からなる枠体を用いる必要がなく、ヒートサイクル試験の低温時に封止部にボイドが発生するのを抑制することができるから、信頼性を高めることができ、しかも、サブマウント部材は、ＬＥＤチップの接合部位の周囲にＬＥＤチップの側面から放射された光を反射する反射膜が設けられており、当該反射膜の表面が色変換部材における絶縁性基板側の端縁よりも伝熱板から離れて位置するように厚み寸法が設定されているので、ＬＥＤチップの側面から放射された光が絶縁性基板に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率を向上することができ、また、ＬＥＤチップの側面から放射された光が色変換部材と絶縁性基板との接合部を通して出射されるのを防止することができ、色むらを低減できるとともに、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。さらに、色変換部材が、レンズの光出射面との間に空気層が形成される形で配設されていることにより、色変換部材をレンズに密着させる必要がないので、色変換部材の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できるとともに、色変換部材に外力が作用したときに色変換部材に発生した応力がレンズおよび封止部を通してＬＥＤチップに伝達されるのを抑制でき、また、ＬＥＤチップから放射され封止部およびレンズを通して色変換部材に入射し色変換部材中の蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ側へ散乱されてレンズを透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上でき、また、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップに到達しにくくなる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ＬＥＤチップおよび前記サブマウント部材は、平面形状がそれぞれ正方形状であり、前記ＬＥＤチップは、平面視における各辺それぞれが前記サブマント部材の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形で前記サブマウント部材の中央部に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップの各側面それぞれから前記サブマウント部材側へ放射された光を前記反射膜により効率良く反射することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。

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、前記絶縁性基板における前記伝熱板側とは反対側で前記サブマント部材および前記ＬＥＤチップを囲んだ枠体を備え、前記封止部は、枠体の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてなり、枠体は、透明樹脂の成形品からなることを特徴とする。

この発明によれば、枠体を備えていることにより、枠体により封止部のサイズを決めることができ、枠体が透明樹脂の成形品からなるので、従来のように枠体が金属材料により形成されている場合に比べて枠体と封止部との線膨張率差を小さくすることができるから、ヒートサイクル試験の低温時に封止部にボイドが発生するのを抑制することができ、また、枠体で光の反射損失が生じるのを抑制することができるから、光出力の向上を図れる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記ＬＥＤチップは、一表面側に一方の電極が形成されるとともに他表面側に他方の電極が形成されており、両電極のうち前記サブマント部材側の電極が前記サブマウント部材に設けた導体パターンを介して一方のボンディングワイヤと接続されるとともに前記サブマウント部材側とは反対側の電極が他方のボンディングワイヤと直接接続されてなり、当該他方のボンディングワイヤは、前記ＬＥＤチップの１つの対角線に沿った方向へ延出され、前記封止部は、前記ＬＥＤチップおよび各ボンディングワイヤを封止してなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップにおける前記サブマウント部材側とは反対側の電極に接続されたボンディングワイヤが前記ＬＥＤチップの１つの対角線に沿った方向へ延出されているので、前記ＬＥＤチップの側面から放射される光がボンディングワイヤにより遮られにくくなり、ボンディングワイヤに起因した光取り出し効率の低下を抑制できる。

請求項１の発明では、信頼性を高めることができるとともに光出力の向上を図れるという効果があり、また、ＬＥＤチップから放射され封止部およびレンズを通して色変換部材に入射し色変換部材中の蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ側へ散乱されてレンズを透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという効果がある。

以下、本実施形態の発光装置について図１〜図４を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を囲む枠体４０と、枠体４０の内側に透光性材料（透明樹脂材料）を充填して形成されてＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４を封止し且つ弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重ねて配置されるレンズ６０と、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であってレンズ６０の光出射面６０ｂ側にレンズ６０を覆い光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。なお、本実施形態の発光装置１は、例えば照明器具の光源として用いるものであり、例えばグリーンシートからなる絶縁層９０を介して金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００に実装することで、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上し、ＬＥＤチップ１０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。ここで、照明器具の場合には、所望の光出力が得られるように、器具本体１００に複数個の発光装置１を実装して複数個の発光装置１を直列接続したり並列接続したりすればよい。

実装基板２０は、金属板２１と、金属板２１に積層されたガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板２２とで構成されており、当該絶縁性基板２２における金属板２１側とは反対側の表面にＬＥＤチップ１０の図示しない両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン２３が設けられるとともに、金属板２１とＬＥＤチップ１０との間に介在させる後述のサブマウント部材３０を露出させる窓孔２４が絶縁性基板２２の厚み方向に貫設されており、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が絶縁性基板２２を介さずに金属板２１に伝熱できるようになっている。ここにおいて、金属板２１の材料としてはＣｕを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、Ｃｕに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、金属板２１が熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が実装される伝熱板を構成している。また、金属板２１と絶縁性基板２２とは、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材２５により固着されている。また、各リードパターン２３は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、枠体４０よりも内側に設けられている部位がインナーリード部２３ａを構成し、色変換部材７０により覆われていない部位がアウターリード部２３ｂを構成している。ここで、各リードパターン２３は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜に限らず、例えば、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成してもよい。また、上述の固着材２５の代わりに、絶縁性基板２２の金属板２１側に接合用金属層を設けておき、絶縁性基板２２と金属板２１とを接合用金属層を介して固着するようにしてもよい。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板からなる導電性基板１１を用いており、導電性基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長され、導電性基板１１の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極（ｎ電極）が形成され、発光部１２の表面（導電性基板１１の主表面側の最表面）に図示しないアノード側の電極であるアノード電極（ｐ電極）が形成されている。要するに、ＬＥＤチップ１０は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも金属板２１から離れた側となるように金属板２１に実装されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも金属板２１に近い側となるように金属板２１に実装するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部１２を金属板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では導電性基板１１と発光部１２とが同程度の屈折率を有しているので、発光部１２を金属板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。なお、ＬＥＤチップ１０は、平面形状が正方形状に形成されている。

また、ＬＥＤチップ１０は、上述の金属板２１に、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きく金属板２１よりも小さなサイズの矩形板状（ここでは、平面形状が正方形状の平板状）に形成されＬＥＤチップ１０と金属板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和するサブマウント部材３０を介して実装されている。サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を金属板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン３１（図４参照）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方のリードパターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方のリードパターン２３と電気的に接続されている。ここで、本実施形態の発光装置では、図３に示すように、ＬＥＤチップ１０と電気的に接続された各ボンディングワイヤ１４，１４が、ＬＥＤチップ１０の１つの対角線に沿った方向に延出されており、ＬＥＤチップ１０の各側面から放射される光がボンディングワイヤ１４，１４により遮られにくくなり、ボンディングワイヤ１４，１４に起因した装置全体の光取り出し効率の低下を抑制できる。

ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。また、サブマウント部材３０は、導体パターン３１の周囲に、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光を反射する反射膜（例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜、Ａｌ膜など）３２が形成されている。つまり、サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１０の接合部位となる導体パターン３１の周囲にＬＥＤチップ１０の側面から放射された光を反射する反射膜３２が設けられている。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が導電性基板１１の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉなどを採用してもよい。

上述の封止部５０の透光性材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。

これに対して、枠体４０は、円筒状の形状であって、透明樹脂の成形品により構成されているが、当該成形品に用いる透明樹脂としては、シリコーン樹脂を採用している。要するに、本実施形態では、封止部５０の透光性材料の線膨張率と同等の線膨張率を有する透光性材料により枠体４０を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体４０を実装基板２０に固着した後で枠体４０の内側に封止部５０の透光性材料を充填（ポッティング）して熱硬化させることで封止部５０を形成してある。なお、封止部５０の透光性材料としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体４０をアクリル樹脂の成形品により構成することが望ましい。また、枠体４０は、絶縁性基板２２における金属板２１側とは反対側でＬＥＤチップ１０およびサブマウント部材３０を囲む形で配設されている。

レンズ６０は、封止部５０側の光入射面６０ａおよび光出射面６０ｂそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。ここにおいて、レンズ６０は、シリコーン樹脂の成形品により構成してあり、封止部５０と屈折率が同じ値となっているが、レンズ６０は、シリコーン樹脂の成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。

ところで、レンズ６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、レンズ６０は、当該レンズ６０の光軸がＬＥＤチップ１０の厚み方向に沿った発光部１２の中心線上に位置するように配置されている。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透明材料とＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０を透過し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とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の外面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、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７０の材料として用いる透明材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、内面７０ａがレンズ６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、レンズ６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。色変換部材７０は、開口部の周縁を絶縁性基板２２に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）からなる接合部（図示せず）を介して固着すればよい。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であってレンズ６０を覆うように絶縁性基板２２における金属板２１側とは反対側に配設されたドーム状の色変換部材７０を備えているので、従来のような金属材料からなる枠体を用いる必要がなく、ヒートサイクル試験の低温時に封止部５０にボイドが発生するのを抑制することができるから、信頼性を高めることができる。しかも、本実施形態の発光装置１では、上述のようにサブマウント部材３０がＬＥＤチップ１０よりも平面サイズが大きな平板状に形成されるとともに、ＬＥＤチップ１０の接合部位となる導体パターン３１の周囲にＬＥＤチップ１０の側面から放射された光を反射する反射膜３２が設けられており、当該反射膜３２の表面が色変換部材７０における絶縁性基板２２側の端縁よりも金属板２１から離れて位置するように厚み寸法が設定されているので、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光が絶縁性基板２２に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率を向上することができ、しかも、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光が色変換部材７０と絶縁性基板２２との上記接合部を通して出射されるのを防止することができ、色むらを低減できるとともに、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。

ここにおいて、ＬＥＤチップ１０は、平面視における各辺それぞれがサブマント部材３０の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形でサブマウント部材３０の中央部に配置されているので、ＬＥＤチップ１０の各側面それぞれからサブマウント部材３０側へ放射された光を反射膜３２により効率良く反射することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０とサブマント部材３０とを厚み方向に沿った中心軸が略一致し、且つ、ＬＥＤチップ１０の平面視における各辺それぞれがサブマウント部材３０の上記一方の対角線と略４５度の角度をなすように配置してある。

また、本実施形態の発光装置１では、枠体４０を備えていることにより、枠体４０により封止部５０のサイズを決めることができ、枠体４０が透明樹脂の成形品からなるので、従来のように枠体が金属材料により形成されている場合に比べて枠体４０と封止部５０との線膨張率差を小さくすることができるから、ヒートサイクル試験の低温時に封止部５０にボイドが発生するのを抑制することができ、また、枠体４０で光の反射損失が生じるのを抑制することができるから、光出力の向上を図れる。

また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０がレンズ６０の光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設するようにしてあり、色変換部材７０をレンズ６０および枠体４０に密着させる必要がないので、色変換部材７０の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。また、本実施形態の発光装置１では、組立時に色変換部材７０の組付けが最終工程となるので、ＬＥＤチップ１０の発光波長に応じて透明材料に対する蛍光体の配合を調整した色変換部材７０を用いることで色ばらつきを低減することもできる。

また、本実施形態の発光装置１では、上述のように色変換部材７０とレンズ６０との間に空気層８０が形成されているので、色変換部材７０に外力が作用したときに色変換部材７０が変形してレンズ６０に当接する可能性が低くなって上記外力により色変換部材７０に発生した応力がレンズ６０および封止部５０を通してＬＥＤチップ１０や各ボンディングワイヤ１４，１４に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるＬＥＤチップ１０の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ１４，１４の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップ１０に到達しにくくなるという利点がある。

また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０およびレンズ６０を通して色変換部材７０に入射し当該色変換部材７０中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ６０側へ散乱されてレンズ６０を透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。

ここで、図５（ａ），（ｂ）に示すように、色変換部材７０の光軸とＬＥＤチップ１０の光軸とが一致しており、色変換部材７０における光軸方向の中央の位置ＰでＬＥＤチップ１０からの青色光が全方位に散乱されたとし、色変換部材７０と空気層８０との界面での全反射角をφａ、色変換部材７０と当該色変換部材７０の外側の媒質である空気との界面での全反射角をφｂ、位置Ｐで散乱された光に関して色変換部材７０の内面７０ａ側のエスケープコーンＥＣａの広がり角を２θａ、位置Ｐで散乱された光に関して色変換部材７０の外面７０ｂ側のエスケープコーンＥＣｂの広がり角を２θｂとすれば、図５（ａ）に示すように全反射角φａ，φｂが４０°のときには２θａ＝６０°、２θｂ＝９８°となり、図５（ｂ）に示すように全反射角φａ，φｂが５０°のときには２θａ＝７６°、２θｂ＝１３４°となる。

ここにおいて、色変換部材７０に用いている透明材料の屈折率をｎ、位置Ｐで散乱され内面７０ａ側のエスケープコーンＥＣａを通して放出される青色光の最大放出効率をηとすれば、η＝（１／４ｎ²）×１００〔％〕で表されるので、上述のように透明材料としてシリコーン樹脂を用いている場合には、ｎ＝１．４として、η≒１３％となる。したがって、色変換部材７０とレンズ６０との間に空気層８０が形成されていない場合には、位置Ｐで散乱された青色光の５０％がレンズ６０に戻ってしまうのに対して、空気層８０を形成したことにより、位置Ｐで散乱された青色光の１３％しかレンズ６０に戻らなくなるので、青色光による封止部５０の劣化を抑制できる。なお、エスケープコーンＥＣａを通して放出される青色光を少なくするには、色変換部材７０の厚みを大きくすることが望ましい。

ところで、上述の実施形態の発光装置１は、枠体４０を備えているが、図６に示すように枠体４０を備えていない構造を採用してもよい。

また、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、導電性基板１１としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板を用いてもよく、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、ＬＥＤチップ１０の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、ＬＥＤチップ１０の発光部１２の材料はＧａＮ系化合物半導体材料に限らず、ＬＥＤチップ１０の発光色に応じて、ＧａＡｓ系化合物半導体材料やＧａＰ系化合物半導体材料などを採用してもよい。また、導電性基板１１もＳｉＣ基板に限らず、発光部１２の材料に応じて、例えば、ＧａＡｓ基板、ＧｓＰ基板などから適宜選択すればよい。

実施形態を示す概略断面図である。同上を示し、一部破断した概略分解斜視図である。同上を示す要部概略平面図である。同上におけるサブマウント部材の概略斜視図である。同上の要部説明図である。同上の他の構成例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ＬＥＤチップ
１４ボンディングワイヤ
２０実装基板
２１金属板
２２絶縁性基板
２３リードパターン
３０サブマウント部材
４０枠体
５０封止部
６０レンズ
７０色変換部材
８０空気層

Claims

ＬＥＤチップと、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップが実装される伝熱板と、ＬＥＤチップよりも大きく伝熱板よりも小さな平板状に形成されてＬＥＤチップと伝熱板との間に介在し両者の線膨張率差に起因してＬＥＤチップに働く応力を緩和するサブマウント部材と、伝熱板側とは反対の表面にＬＥＤチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンが設けられるとともにサブマウント部材を露出させる窓孔が厚み方向に貫設され伝熱板に積層された絶縁性基板と、ＬＥＤチップを封止した透光性材料からなり弾性を有する封止部と、封止部に重ねて配置されたレンズと、ＬＥＤチップから放射され封止部を透過し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透明材料とともに成形した成形品であってレンズを覆うように絶縁性基板における伝熱板側とは反対側に配設されたドーム状の色変換部材とを備え、サブマウント部材は、ＬＥＤチップの接合部位の周囲にＬＥＤチップの側面から放射された光を反射する反射膜が設けられており、当該反射膜の表面が色変換部材における絶縁性基板側の端縁よりも伝熱板から離れて位置するように厚み寸法が設定されてなり、色変換部材は、レンズの光出射面との間に空気層が形成される形で配設されてなることを特徴とする発光装置。
前記ＬＥＤチップおよび前記サブマウント部材は、平面形状がそれぞれ正方形状であり、前記ＬＥＤチップは、平面視における各辺それぞれが前記サブマント部材の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形で前記サブマウント部材の中央部に配置されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記絶縁性基板における前記伝熱板側とは反対側で前記サブマント部材および前記ＬＥＤチップを囲んだ枠体を備え、前記封止部は、枠体の内側に前記透光性材料を充填して形成されてなり、枠体は、透明樹脂の成形品からな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。
前記ＬＥＤチップは、一表面側に一方の電極が形成されるとともに他表面側に他方の電極が形成されており、両電極のうち前記サブマント部材側の電極が前記サブマウント部材に設けた導体パターンを介して一方のボンディングワイヤと接続されるとともに前記サブマウント部材側とは反対側の電極が他方のボンディングワイヤと直接接続されてなり、当該他方のボンディングワイヤは、前記ＬＥＤチップの１つの対角線に沿った方向へ延出され、前記封止部は、前記ＬＥＤチップおよび各ボンディングワイヤを封止してなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光装置。