JP4204058B2 - LED lighting fixtures - Google Patents
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Description
本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を用いた発光装置を光源として備えたLED照明器具に関するものである。 The present invention relates to an LED lighting apparatus including a light emitting device using an LED chip (light emitting diode chip) as a light source.
従来から、LEDチップとLEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光体(蛍光顔料、蛍光染料など)とを組み合わせてLEDチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている。この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射するLEDチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光(白色光の発光スペクトル)を得る白色発光装置(一般的に白色LEDと呼ばれている)の商品化がなされている。 Conventionally, LED chips are combined with LED chips and phosphors (fluorescent pigments, fluorescent dyes, etc.) as wavelength conversion materials that are excited by light emitted from the LED chips and emit light of a different emission color from the LED chips. Research and development of light-emitting devices that emit light of a color different from the color of the light is being conducted in various places. As this type of light-emitting device, for example, a white light-emitting device (generally called a white LED) that obtains white light (white light emission spectrum) by combining an LED chip that emits blue light or ultraviolet light and a phosphor. Has been commercialized.
また、最近の白色LEDの高出力化に伴い、白色LEDを照明用途に展開する研究開発が盛んになってきているが、上述の白色LEDを一般照明などのように比較的大きな光出力を必要とする用途に用いる場合、1つの白色LEDでは所望の光出力を得ることができないので、複数個の白色LEDを1枚の回路基板上に搭載したLEDユニットを構成し、LEDユニット全体で所望の光出力を確保するようにしているのが一般的である(例えば、特許文献1)。 In addition, with the recent increase in output of white LEDs, research and development for expanding white LEDs into lighting applications has become active, but the above-mentioned white LEDs require a relatively large light output, such as general lighting. When using for a purpose, it is impossible to obtain a desired light output with a single white LED. Therefore, an LED unit in which a plurality of white LEDs are mounted on a single circuit board is configured, and the desired overall LED unit is formed. Generally, light output is ensured (for example, Patent Document 1).
また、従来から、複数のLEDチップと各LEDチップを実装する回路基板とを備えるLEDユニットにおいて、各LEDチップのジャンクション温度の上昇を抑制して入力電力を大きくすることで光出力の高出力化を図るために、各LEDチップの発光部で発生した熱を効率良く外部に放熱させるための構造が提案されている(例えば、特許文献2,3参照)。 Conventionally, in an LED unit including a plurality of LED chips and a circuit board on which each LED chip is mounted, the increase in the junction temperature of each LED chip is suppressed and the input power is increased to increase the light output. In order to achieve this, a structure for efficiently radiating the heat generated in the light emitting portion of each LED chip to the outside has been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
上記特許文献2に開示されたLEDユニットでは、図14に示すように、回路基板300として、金属板301上に絶縁樹脂層302を介して導体パターンからなる回路パターン303が形成された金属基板を採用しており、各LEDチップ10’で発生した熱が熱伝達部材310を介して金属板301に伝熱されるようになっている。ここにおいて、各LEDチップ10’は、GaN系化合物半導体材料からなる発光部が絶縁体であるサファイア基板からなる結晶成長用基板の一表面側に形成されたGaN系青色LEDチップであり、回路基板300にフリップチップ実装されており、結晶成長用基板の他表面が光取り出し面となっている。
In the LED unit disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 14, as a
また、上記特許文献3に開示されたLEDユニットでは、図15に示すように、各LEDチップ10”が金属基板からなる回路基板300に実装されているが、各LEDチップ10”として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たものを用いており、アノード電極とカソード電極とのうち回路基板300に近い側の電極が第1の導体板312に電気的に接続されるとともに、回路基板300から遠い側の電極が第2の導体板313に金属細線からなるボンディングワイヤ314を介して電気的に接続されており、第1の導体板312および第2の導体板313それぞれが回路基板300の回路パターン303と接合されている。
ところで、図14や図15に示した構成のLEDユニットを照明器具に用いる場合、器具本体を金属製とし、LEDユニットの回路基板300における金属板301を器具本体に熱的に結合させることでLEDユニットの熱をより効率的に放熱させることが考えられるが、耐雷サージ性を確保するために、器具本体と回路基板300の金属板301との間に例えばシート状の絶縁部材(絶縁層)として例えばサーコン(登録商標)のようなゴムシート状の放熱シートを挟んでいるのが現状であり、各LEDチップ10’,10”の発光部から器具本体までの熱抵抗が大きくなってしまい、各LEDチップ10’,10”のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないように各LEDチップ10’,10”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難しかった。
By the way, when using the LED unit of the structure shown in FIG.14 or FIG.15 for a lighting fixture, the fixture main body is made of metal, and the
また、回路基板300の金属板301と器具本体との間に上述の放熱シートを挟んだ場合には、金属板301と放熱シートとの密着不足により、両者の間に空隙が発生して熱抵抗が増大したり、各LEDチップ10’,10”の発光部ごとに器具本体までの熱抵抗がばらついていた。
In addition, when the above-described heat dissipation sheet is sandwiched between the
また、上記特許文献2に開示されたLEDユニットでは、LEDチップ10’の発光部で発生した熱をLEDチップ10’のサイズよりも小さな熱伝達部材310を介して金属板301へ伝熱させるのでLEDチップ10’から金属板301までの熱抵抗が比較的大きく、結晶成長用基板であるサファイア基板を金属板301に熱結合させるように実装した場合には、サファイア基板の熱抵抗が大きくなってしまうという不具合もあった。
In the LED unit disclosed in Patent Document 2, heat generated in the light emitting portion of the
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チップの温度上昇を抑制でき光出力の高出力化を図れるLED照明器具を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said reason, The objective is to provide the LED lighting fixture which can suppress the temperature rise of LED chip and can aim at the high output of light output.
請求項1の発明は、LEDチップを用いた発光装置が金属製の器具本体に保持された照明器具であって、発光装置は、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、一表面側にLEDチップへの給電用の導体パターンを有し伝熱板におけるLEDチップの実装面側に固着された配線基板であり伝熱板におけるLEDチップの実装面を露出させる露出部が形成された配線基板と、配線基板の前記一表面側においてLEDチップを封止した封止部と、LEDチップから放射される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および透光性材料により形成され配線基板の前記一表面側において封止部を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材とを備え、電気絶縁性を有し且つ伝熱板と器具本体との間に介在して両者を接合させ且つ熱結合させる絶縁層を介して器具本体に接合されてなり、絶縁層は、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し当該加熱時の流動性が高いエポキシ樹脂シートにより形成されてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、従来のようにLEDチップを実装した回路基板と器具本体との間にシート状の放熱シートを挟んでいる場合に比べて、LEDチップの発光部から器具本体までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、LEDチップ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。また、従来と同じ光出力で使用する場合には従来に比べてLEDチップのジャンクション温度を低減できてLEDチップの寿命が長くなるという利点がある。また、絶縁層が、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し当該加熱時の流動性が高いエポキシ樹脂シートにより形成されているので、加熱時の流動性が高くて凹凸面への密着性が高く、伝熱板と絶縁層との密着不足により伝熱板と絶縁層との間に空隙が発生して熱抵抗が増大したり、絶縁層の経年変化により伝熱板と絶縁層との間に間隙が発生して熱抵抗が増大するのを防止することができる。 According to this invention, compared with the conventional case where a sheet-like heat dissipation sheet is sandwiched between the circuit board on which the LED chip is mounted and the instrument body, the thermal resistance from the light emitting part of the LED chip to the instrument body Since the heat dissipation is improved and the temperature rise of the junction temperature of the LED chip can be suppressed, the input power can be increased and the light output can be increased. Further, when used with the same light output as before, there is an advantage that the junction temperature of the LED chip can be reduced and the life of the LED chip is prolonged as compared with the conventional one. Moreover, since the insulating layer contains a filler composed of a filler and is formed of an epoxy resin sheet having a low viscosity during heating and high fluidity during heating, the fluidity during heating is high, and the uneven surface Adhesion is high, and the heat resistance increases due to insufficient adhesion between the heat transfer plate and the insulating layer, resulting in an increase in thermal resistance, and the heat transfer plate and the insulating layer due to aging of the insulating layer. It is possible to prevent a thermal resistance from increasing due to a gap between the two.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記発光装置は、前記LEDチップが、前記LEDチップと前記伝熱板との線膨張率差に起因して前記LEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材を介して前記伝熱板に実装されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the light emitting device according to the first aspect of the present invention, the light emitting device relieves stress applied to the LED chip due to a difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate. It is mounted on the heat transfer plate through a submount member.
この発明によれば、前記LEDチップと前記伝熱板との線膨張率差に起因して前記LEDチップが破損するのを防止することができ、信頼性を高めることができる。 According to this invention, it is possible to prevent the LED chip from being damaged due to a difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate, and to improve reliability.
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、前記絶縁層は、前記伝熱板よりも平面サイズが大きく設定されてなることを特徴とする。 A third aspect of the invention is characterized in that, in the first or second aspect of the invention, the insulating layer is set to have a larger planar size than the heat transfer plate.
この発明によれば、前記絶縁層と前記伝熱板とが同じ平面サイズに形成されている場合に比べて、前記伝熱板と前記器具本体との間の沿面距離を長くすることができ、耐雷サージ性を高めることができる。 According to this invention, compared with the case where the insulating layer and the heat transfer plate are formed in the same plane size, the creepage distance between the heat transfer plate and the instrument body can be increased, Lightning surge resistance can be improved.
請求項1の発明では、従来に比べてLEDチップの発光部から器具本体までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、LEDチップ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という効果がある。また、請求項1の発明では、伝熱板と絶縁層との密着不足により伝熱板と絶縁層との間に空隙が発生して熱抵抗が増大したり、絶縁層の経年変化により伝熱板と絶縁層との間に間隙が発生して熱抵抗が増大するのを防止することができるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, since the heat resistance from the light emitting part of the LED chip to the fixture body can be reduced and the heat dissipation is improved and the temperature rise of the junction temperature of the LED chip can be suppressed compared to the conventional case, the input power is increased. This has the effect of increasing the optical output. In the first aspect of the present invention, a gap is generated between the heat transfer plate and the insulating layer due to insufficient adhesion between the heat transfer plate and the insulating layer, and the heat resistance is increased. There is an effect that it is possible to prevent an increase in thermal resistance due to a gap between the plate and the insulating layer.
(実施形態1)
以下、本実施形態のLED照明器具について図1〜図5を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the LED lighting fixture of this embodiment is demonstrated, referring FIGS.
本実施形態のLED照明器具は、例えばスポットライトとして用いられるものであり、図4に示すように、支持台110上に固定された回転基台120に一端部が軸ねじ121を用いて結合されたアーム122に対して金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の器具本体100が結合ねじ123を用いて結合されている。
The LED lighting apparatus of this embodiment is used as, for example, a spotlight. As shown in FIG. 4, one end of the LED lighting apparatus is coupled to a rotating
器具本体100は、一面が開口した浅い有底円筒状に形成されており、LEDチップ10およびLEDチップ10への給電用の導体パターン23,23が設けられLEDチップ10が実装された実装基板20を有する複数個(本実施形態では、8個)の発光装置1と、各発光装置1の接続関係を規定する回路パターンからなる配線パターン(図示せず)が形成されるとともに各発光装置1それぞれに対応する部位に各発光装置1の一部を通す開口窓204が形成された円板状の回路基板200とが収納され、上記一面が前カバー130により閉塞されている。なお、回路基板の絶縁性基材の材料としては、例えば、FR4のようなガラスエポキシ樹脂を採用すればよいが、ガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。
The instrument
ここにおいて、本実施形態のLED照明器具は、器具本体100の底壁100aに各発光装置1を実装することで各発光装置1が器具本体100に保持されている。一方、回路基板200は、各発光装置1それぞれに対応する部位に上述の開口窓204が形成されており、各開口窓204の周部が各発光装置1の実装基板20の周部に重なる形で器具本体100の底壁100aから離間して配置されている。なお、開口窓204の開口サイズは、後述の色変換部材70の外径よりも大きな寸法に設定してある。
Here, in the LED lighting fixture of this embodiment, each
回路基板200における上記配線パターンは、複数の発光装置1の接続関係が直列接続の関係となるようにパターン設計されており、器具本体100の底壁100aの中央部に貫設されている電線挿通孔101(図5参照)に挿通された給電用の一対の電線(図示せず)が電気的に接続されるようになっている。具体的には、回路基板200の中央部に形成された一対の電線接続用スルーホール配線205,205それぞれの内側に上記各電線を挿入した後で半田を用いて電線接続用スルーホール配線205,205と上記各電線とを接続している。また、回路基板200は、各開口窓204の周部において、上記回路パターンと発光装置1の導体パターン23とを電気的に接続するための発光装置接続用スルーホール配線207が形成されている。ここにおいて、各電線接続用スルーホール配線205,205および各発光装置接続用スルーホール配線207は、回路基板200の厚み方向に貫通したスルーホールの内面と回路基板200の両面における当該スルーホールの周部とに跨って形成され、上記回路パターンと接続されている。なお、回路基板200は、器具本体100の底壁100aに対向する一表面側に上記回路パターンが形成されており、他表面側には、金属層もしくは白色系のレジスト層からなる光反射層(図示せず)が形成されている。
The wiring pattern on the
また、回路基板200において接続関係が規定された各発光装置1へは、上述の一対の電線を介して電源回路(図示せず)から電力が供給されるようになっている。なお、電源回路としては、例えば、商用電源のような交流電源の交流出力を整流平滑するダイオードブリッジからなる整流回路と、整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサとを備えた構成のものを採用すればよい。また、本実施形態では、複数個の発光装置1を直列接続しているが、複数個の発光装置1の接続関係は特に限定するものではなく、例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。
In addition, power is supplied from a power supply circuit (not shown) to each light emitting
前カバー130は、円板状のガラス板からなる透光板130aと、透光板130aを保持する円環状の窓枠130bとからなり、窓枠130bが器具本体100に対して取り付けられている。なお、透光板130aは、ガラス基板に限らず、透光性を有する材料により形成されていればよい。また、透光板130aに、各発光装置1から放射された光の配光を制御するレンズを一体に設けてもよい。
The
発光装置1は、LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された矩形板状の実装基板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を囲んだ枠体40と、枠体40の内側でLEDチップ10およびLEDチップ10に電気的に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止した封止樹脂からなり透光性および弾性を有する封止部50と、LEDチップ10から放射され封止部50を透過した光の配光を制御するレンズからなる光学部材60と、LEDチップ10から放射され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および透光性材料により形成されたものであって実装基板20との間に封止部50を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材70とを備えている。ここにおいて、色変換部材70は、光学部材60の光出射面60bおよび枠体40の外側面との間に空気層80が形成される形で実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側に配設されている(つまり、本実施形態では、封止部50が枠体40と光学部材60とで囲まれており、この光学部材60および枠体40を囲むように色変換部材70が配設されている)。
The
実装基板20は、熱伝導性材料からなりLEDチップ10が実装される矩形板状の伝熱板21と、伝熱板21の一面側(図1における上面側)に固着された矩形板状の配線基板22とで構成され、配線基板22の中央部に伝熱板21におけるLEDチップ10の実装面(上記一面の一部)を露出させる矩形状の窓孔24が形成されており、LEDチップ10が窓孔24の内側に配置されたサブマウント部材30を介して伝熱板21に実装されている。したがって、LEDチップ10で発生した熱が配線基板22を介さずにサブマウント部材30および伝熱板21に伝熱されるようになっている。なお、本実施形態では、伝熱板21の熱伝導性材料として熱伝導率の高い金属であるCuを採用している(つまり、伝熱板21として金属板を採用している)が、熱伝導性材料としてはCuに限らず、例えば、Alなどの他の金属やこれら金属と同様に熱伝導率の高い非金属を採用してもよい。また、本実施形態では、配線基板22の窓孔24が、伝熱板21におけるLEDチップ10の実装面を露出させる露出部を構成している。
The mounting
上述の配線基板22は、ガラスエポキシ基板からなる絶縁性基材22aの一表面側に、LEDチップ10の各電極(図示せず)と電気的に接続される一対の給電用の導体パターン(リードパターン)23,23が設けられている。各導体パターン23,23は、Cu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成されており、平面視において枠体40よりも内側の部位がインナーリード部23a,23aを構成し、色変換部材70よりも外側の部位がアウターリード部23b,23bを構成している。伝熱板21と配線基板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シート25を介して固着されている。なお、絶縁性基材22aの材料は、FR4のようなガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂や、フェノール樹脂などでもよい。
The above-described
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。
The
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よりも伝熱板21から離れた側となるように伝熱板21に搭載されているが、LEDチップ10の発光部12が導電性基板11よりも伝熱板21に近い側となるように伝熱板21に搭載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を伝熱板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を伝熱板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。
In the present embodiment, the
ところで、本実施形態では、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下記表1から分かるように、上記特許文献2のように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。
By the way, in the present embodiment, a blue LED chip whose emission color is blue is adopted as the
また、LEDチップ10は、上述の伝熱板21に、LEDチップ10のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されLEDチップ10と伝熱板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。
The
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で発生した熱を伝熱板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おり、伝熱板21におけるLEDチップ10側の表面の面積はLEDチップ10における伝熱板21側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。例えば、0.3〜1.0mm角のLEDチップ10から排熱を効率良く行うためには、伝熱板21と器具本体100との間に介在する後述の絶縁層90と伝熱板21との接触面積を大きくし、且つ、LEDチップ10の熱が広範囲に亘って均一に熱伝導するようにして熱抵抗を小さくすることが好ましく、伝熱板21におけるLEDチップ10側の表面の面積をLEDチップ10における伝熱板21側の表面の面積の10倍以上とすることが望ましい。ここにおいて、サブマウント部材30は、上記応力を緩和する機能を有していればよく、厚み寸法を上記特許文献1〜3に記載されたLEDユニットにおける回路基板300の厚み寸法に比べて小さくすることができるから、熱伝導率が比較的高い材料を採用することにより、熱抵抗を小さくすることができる。
The
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における伝熱板21側とは反対側の表面に設けられた導電パターン31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を介して一方の導体パターン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を介して他方の導体パターン23と電気的に接続されている。ここにおいて、サブマウント部材30は、導電パターン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)32が形成されている。なお、LEDチップ10とサブマウント部材30とは、AuSn、SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合されている。
In the present embodiment, AlN having a relatively high thermal conductivity and insulation is adopted as the material of the submount
サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、例えば下記表2から分かるように、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、CuW、W、複合SiC、Siなどを採用してもよい。ただし、サブマウント部材30の材料として、CuWやWなどの導電性材料を採用する場合には、上述の導電パターン31は必ずしも設ける必要はない。
The material of the submount
ここにおいて、伝熱板21の材料がCuである場合、サブマウント部材30の材料として、CuWもしくはWを採用すれば、サブマウント部材30と伝熱板21とを直接接合することが可能なので、例えば下記表3に示すように、サブマウント部材30と伝熱板21とをろう材を用いて接合する場合に比べて、サブマウント部材30と伝熱板21との接合面積を大きくできてサブマウント部材30と伝熱板21との接合部の熱抵抗を低減できる。なお、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。ここで、サブマウント部材30がCuであって、AuSnを用いて接合する場合には、サブマウント部材30における接合表面にあるかじめAuまたはAgからなる金属層を形成する前処理が必要である。
Here, when the material of the
また、サブマウント部材30の材料としてWを採用してサブマウント部材30と伝熱板21とを直接接合した場合、下記表4から分かるように、サブマウント部材30と伝熱板21とを銀ろうを用いて接合した場合に比べて熱伝導率が大きくなり、熱抵抗を低減できる。なお、伝熱板21の材料がCuであり、サブマウント部材30の材料としてAlN、複合SiCなどを採用した場合には、伝熱板21とサブマウント部材30とは、AuSn、SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合すればよいが、AuSnを用いて接合する場合には、伝熱板21における接合表面にあるかじめAuまたはAgからなる金属層を形成する前処理が必要である。
Further, when W is used as the material of the submount
ところで、本実施形態における発光装置1は、サブマウント部材30の厚み寸法を、当該サブマウント部材30の表面が配線基板22の表面よりも伝熱板21から離れるように設定してあり、LEDチップ10から側方に放射された光が配線基板22の窓孔24の内周面を通して配線基板22に吸収されるのを防止することができるとともに、LEDチップ10から側方に放射された光が色変換部材70と実装基板20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る(つまり、LEDチップ10から放射された青色光が色変換部材70を通らずに外部へ出射されるのを防止することができる)。また、上述のように、サブマウント部材30においてLEDチップ10が接合される側の表面においてLEDチップ10との接合部位である導電パターン31の周囲に、LEDチップ10から放射された光を反射する反射膜32を形成してあるので、LEDチップ10の側面から放射された光がサブマウント部材30に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。
By the way, in the
また、発光装置1は、LEDチップ10およびサブマウント部材30それぞれの平面視における外周形状が正方形状であり、平面視においてLEDチップ10の外周線がサブマント部材30の外周線よりも内側に位置し且つ両外周線が並行しないようにLEDチップ10がサブマウント部材30の中央部に接合されており、LEDチップ10の対角線とサブマウント部材30の対角線とが非平行となっている。より具体的には、LEDチップ10の対角線とサブマウント部材30の対角線とのなす角度が略45度となるようにLEDチップ10がサブマント部材30の中央部に接合されている。
In the
したがって、LEDチップ10とサブマウント部材30とが両者の外周線が並行するような位置関係にある場合に比べて、サブマウント部材30の平面サイズを小さくすることなく、LEDチップ10の1つの対角線に沿った方向へ延出されるボンディングワイヤ14の両端間の直線距離(つまり、LEDチップ10表面の電極と当該電極にボンディングワイヤ14を介して電気的に接続される導体パターン23のインナーリード部23aとの距離)を短くすることができ、ボンディングワイヤ14に起因した光取出し効率の低下を抑制することができるとともに、枠体40および発光装置1全体の小型化を図ることができる。要するに、サブマウント部材30による熱伝導機能を低下させることなく、ボンディングワイヤ14に起因した光取出し効率の低下を抑制することができるとともに、枠体40や発光装置1全体の小型化を図ることができる。
Therefore, compared with the case where the
また、上述の封止部50の材料である封止樹脂としては、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。
Moreover, as a sealing resin which is a material of the above-mentioned
枠体40は、円筒状の形状であって、透光性材料(例えば、シリコーンなど)により形成されている。ここで、枠体40は、封止部50の材料である封止樹脂と同等の線膨張率を有する透光性材料であって封止樹脂の屈折率および弾性率を下回らない透光性材料により形成すればよく、封止樹脂がアクリル樹脂の場合には枠体40の透光性材料としてアクリル樹脂を採用することが望ましい。なお、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の内側に封止樹脂を充填(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。
The
光学部材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、光学部材60は、シリコーンの成形品により構成されており(要するに、シリコーンにより形成されており)、封止部50と屈折率が同じ値となっているが、光学部材60は、シリコーンの成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。
The
ところで、光学部材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、光学部材60は、当該光学部材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を伝搬した後、光学部材60あるいは枠体40と空気層80と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。
By the way, the
色変換部材70は、シリコーンのような透光性材料とLEDチップ10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とを混合した混合物の成形品により構成されている(つまり、色変換部材70は、透光性材料および蛍光体により形成されている)。したがって、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光性材料は、シリコーンに限らず、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70の材料として用いる透光性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。
The
上述の色変換部材70は、内面70aが光学部材60の光出射面60bおよび枠体40の外側面に沿った形状に形成されている。したがって、光学部材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。また、色変換部材70は、実装基板20側の端縁(開口部の周縁)を実装基板20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)を用いて接着すればよい。
In the
以上説明した発光装置1では、色変換部材70は光学部材60の光出射面60bおよび枠体40の外側面との間に空気層80が形成される形で配設すればよく、色変換部材70を光学部材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、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光性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。
In the
また、発光装置1は、上述のように色変換部材70と光学部材60および枠体40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が変形して光学部材60や枠体40に当接する可能性が低くなり、上記外力により色変換部材70に発生した応力が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り、しかも、上述の空気層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や、LEDチップ10から放射されて色変換部材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光学部材60側あるいは枠体40側へ散乱されて光学部材60あるいは枠体40を透過する光の光量を低減できて発光装置1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。
In the
ところで、本実施形態のLED照明器具では、各発光装置1が、電気絶縁性を有し且つ伝熱板21と器具本体100との間に介在して両者を熱結合させる絶縁層90を介して器具本体100に接合されている(つまり、各発光装置1が絶縁層90を介して器具本体100の底壁100aに実装されている)。
By the way, in the LED lighting fixture of this embodiment, each light-emitting
ここにおいて、絶縁層90は、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)からなる接合用部材を用いて形成されている。なお、絶縁層90としては、シート状に成形したセラミックスの未燒結体からなるグリーンシートを用いてもよい。
Here, the insulating
ここで、上述の絶縁層90の代わりに、従来のゴムシート状の放熱シート(熱伝導シート)を挟む構成を採用した場合には、伝熱板21と絶縁層90との密着不足により両者の間に空隙が発生して熱抵抗が増大したり発光装置1ごとに器具本体100までの熱抵抗がばらついてしまうので、伝熱板21などに荷重をかけるときのトルクを管理する必要がある。また、上述の絶縁層90として絶縁グリースを採用することも考えられ、この場合には、伝熱板21と絶縁層90との間に空隙が形成されるのを防ぐことができるが、絶縁層90の経年変化(粘度変化、収縮など)により両者の間に間隙が発生して熱抵抗が増大したり、発光装置1ごとに器具本体100までの熱抵抗がばらついてしまう恐れがある。
Here, in the case where a conventional rubber sheet-like heat radiation sheet (heat conduction sheet) is used instead of the above-described
これに対して、上記樹脂シートからなる接合用部材は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く且つ加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、実装基板20の伝熱板21を金属製の器具本体100に接合する(伝熱板21と器具本体100の底壁100aとの間に接合用部材を介在させた後で接合用部材を加熱することで伝熱板21と器具本体100とを接合する)際に接合用部材と伝熱板21および器具本体100との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着信頼性が向上するとともに経年変化が少なくなり、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、しかも、絶縁層90の経年変化により伝熱板21と絶縁層90との間に間隙が発生して熱抵抗が増大するのを防止することができる。なお、絶縁層90における熱伝達のための有効接触面積を25mm2、絶縁層90の厚みを0.1mmとした場合、絶縁層90の熱抵抗を1K/W以下に抑制するには、絶縁層90の熱伝導率が4W/m・K以上である条件を満足する必要があるが、上記樹脂シートとして上述の有機グリーンシートを採用すれば、この条件を満足することもできる。
On the other hand, the bonding member made of the resin sheet has electrical insulation, high thermal conductivity, high fluidity during heating, and high adhesion to the uneven surface. The
なお、本実施形態のLED照明器具の製造にあたっては、まず、例えば真空熱圧着技術などを利用して各発光装置1の構成要素である実装基板20を器具本体100に対し絶縁層90を介して接合し、その後、あらかじめLEDチップ10が接合されたサブマウント部材30を伝熱板21に接合する。その後、LEDチップ10の各電極と実装基板20の導体パターン23,23とをボンディングワイヤ14,14により電気的に接続し、続いて、枠体40を実装基板20の配線基板22に対して接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)などにより固着する。次に、枠体40の内側にシリコーン樹脂などの封止樹脂を充填(ポッティング)して熱硬化させることで封止部50を形成する。その後、光学部材60を封止部50および枠体40に固着し、続いて、色変換部材70を実装基板20の配線基板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)などにより固着すればよい。さらにその後、回路基板200を器具本体100内に収納して器具本体100に取り付け、回路基板200と各発光装置1および各電線との電気的接続を行ってから、前カバー130を器具本体100に取り付ければよい。
In manufacturing the LED lighting apparatus of the present embodiment, first, for example, the mounting
以上説明した本実施形態のLED照明器具では、各発光装置1が、電気絶縁性を有し且つ伝熱板21と器具本体100との間に介在して両者を熱結合させる絶縁層90を介して器具本体100に接合されており、点灯時に各発光装置1で発生した熱が厚み寸法の比較的大きな回路基板200を通さずに絶縁層90を介して金属製の器具本体100へ伝熱されて放熱されるので、従来のようにLEDユニットの回路基板300(図14、図15参照)と器具本体との間にサーコン(登録商標)のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟んだ構成に比べて、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するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、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。なお、各発光装置1において伝熱板21とサブマウント部材30とを合わせた厚み寸法は、回路基板300の厚み寸法に比べて小さくすることができる。
In the LED lighting fixture of this embodiment described above, each light-emitting
また、本実施形態のLED照明器具では、従来のLED照明器具と同じ光出力で使用する場合には従来のLED照明器具の構成に比べて、LEDチップ10のジャンクション温度を低減できてLEDチップ10の寿命が長くなるという利点がある。なお、本実施形態のLED照明器具では、発光装置1が実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側に導体パターン23,23の一部からなるアウターリード部23b,23bが設けられているので、回路基板200を用いることなく発光装置1間をリード線などにより適宜接続するようにすれば、低コスト化を図れるとともに、発光装置1の配置の自由度が高くなって発光装置1の個数の変更やレイアウト変更が容易になる。
Moreover, in the LED lighting fixture of this embodiment, when using it with the same light output as the conventional LED lighting fixture, compared with the structure of the conventional LED lighting fixture, the junction temperature of the
また、本実施形態のLED照明器具では、各発光装置1においてLEDチップ10が、LEDチップ10と伝熱板21との線膨張率差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を介して伝熱板21に実装されているので、LEDチップ10と伝熱板21との線膨張率差に起因してLEDチップ10が破損するのを防止することができ、信頼性を高めることができる。なお、上述のようにLEDチップ10と伝熱板21との間に介在させているサブマウント部材30は、LEDチップ10と伝熱板21との線膨張率の差が比較的小さい場合には必ずしも設ける必要はなく、LEDチップ10と伝熱板21との間にサブマウント部材30を介在させない場合の方が、LEDチップ10と金属製の器具本体100の底壁100aとの間の距離が短くなって、LEDチップ10の発光部12から器具本体100までの熱抵抗をより小さくすることができ、放熱性がさらに向上するので、光出力のより一層の高出力化を図れる。
Moreover, in the LED lighting fixture of this embodiment, in each light-emitting
また、本実施形態のLED照明器具では、絶縁層90の平面サイズを伝熱板21の平面サイズよりも大きく設定してあるので、絶縁層90と伝熱板21とが同じ平面サイズに形成されている場合に比べて、金属材料からなる伝熱板21と金属部材である器具本体100との間の沿面距離を長くすることができ、耐雷サージ性を高めることができる。ここにおいて、絶縁層90の厚みについては、耐雷サージ性の要求耐圧に応じて厚みを設計する必要があるが、熱抵抗を低減する観点からはより薄く設定することが望ましい。したがって、絶縁層90に関しては、厚みを設定した上で、沿面距離の要求を満足できるように平面サイズを設定すればよい。
Moreover, in the LED lighting fixture of this embodiment, since the planar size of the insulating
また、本実施形態のLED照明器具では、各発光装置1における枠体40が、封止部50の材料である封止樹脂と同等の線膨張率を有する透光性材料であって封止樹脂の屈折率および弾性率を下回らない透光性材料により形成されているので、枠体40を金属材料(例えば、Alなど)により形成する場合に比べて、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、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、しかも、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。
Moreover, in the LED lighting fixture of this embodiment, the
(実施形態2)
以下、本実施形態のLED照明器具について図6〜図13に基づいて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the LED lighting fixture of this embodiment is demonstrated based on FIGS.
本実施形態のLED照明器具の基本構成は実施形態1と略同じであり、発光装置1の構造および回路基板200の構造が相違している。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省略する。
The basic configuration of the LED lighting apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the structure of the
本実施形態における発光装置1は、実施形態1にて説明した枠体40を備えておらず、LEDチップ10から放射された光の配光を制御する光学部材60が、実装基板20との間にLEDチップ10を収納する形で実装基板20の一表面側に配設されるドーム状に形成されており、LEDチップ10および当該LEDチップ10に電気的に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止した封止部50が、光学部材60と実装基板20とで囲まれた空間に充実されており、色変換部材70が、実装基板20の上記一表面側において光学部材60の光出射面60bとの間に空気層80が形成されるように配設されている。
The
また、本実施形態では、実装基板20における配線基板22として、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材22aの一表面側に給電用の一対の導体パターン23,23が形成されたフレキシブルプリント配線板を採用している。
In this embodiment, a flexible printed wiring board in which a pair of
また、配線基板22は、絶縁性基材22aの一表面側に、各導体パターン23,23および絶縁性基材22aにおいて導体パターン23,23が形成されていない部位を覆う白色系の樹脂からなるレジスト層26が積層されている。したがって、LEDチップ10の側面から放射されレジスト層26の表面に入射した光がレジスト層26の表面で反射されるので、LEDチップ10から放射された光が配線基板22に吸収されるのを防止することができ、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、各導体パターン23,23は、絶縁性基材22aの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材22aの材料としては、FR4、FR5、紙フェノールなどを採用してもよい。
Further, the
レジスト層26は、配線基板22の窓孔24の近傍において各導体パターン23,23の2箇所が露出し、配線基板22の周部において各導体パターン23,23の1箇所が露出するようにパターニングされており、各導体パターン23,23は、配線基板22の窓孔24近傍において露出した2つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ14が接続されるインナーリード部(端子部)23aを構成し、配線基板22の周部において露出した円形状の部位がアウターリード部(外部接続用電極部)23bを構成している。
The resist
また、本実施形態では、LEDチップ10として、一表面側において四隅のうちの隣り合う2箇所にアノード電極13a(図8および図10(a)参照)が形成され、残りの2箇所にカソード電極13b(図8および図10(a)参照)が形成されたものを用いており、各アノード電極13aそれぞれがボンディングワイヤ14を介して一方の導体パターン23と電気的に接続され、各カソード電極13bそれぞれがボンディングワイヤ14を介して他方の導体パターン23と電気的に接続されている。また、2つのアウターリード部23bのうちLEDチップ10の各アノード電極13aが電気的に接続されるアウターリード部23b(図8における右側のアウターリード部23b)には「+」の表示が形成され、LEDチップ10の各カソード電極13bが電気的に接続されるアウターリード部23b(図8における左側の電極部23b)には「−」の表示が形成されているので、発光装置1における両アウターリード部23a,23bの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。
In the present embodiment, as the
本実施形態では、配線基板22における窓孔24が矩形状であり、図10(a)に示すように、当該矩形状の窓孔24の各辺の中央部近傍にインナーリード部23aが設けられているが、図10(b)に示すように、窓孔24の各辺の一端近傍にインナーリード部23aを設けることにより、ボンディングワイヤ14の全長を長くすることができ、封止部50の膨張収縮に起因したボンディングワイヤ14の断線が起こりにくくなり、信頼性が向上する。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態におけるLEDチップ10は、結晶成長用基板として6H−SiC基板を用いた青色LEDチップであり、実施形態1と同様に、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を採用しているが、サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、線膨張率が結晶成長用基板の材料である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、Cu、CuWなどを採用してもよい。
The
また、本実施形態における発光装置1では、サブマウント部材30の厚み寸法を、当該サブマウント部材30の表面が配線基板22のレジスト層26の表面よりも伝熱板21から離れるように設定してあり、LEDチップ10から側方に放射された光が配線基板22の窓孔24の内周面を通して配線基板22に吸収されるのを防止することができる。なお、実施形態1と同様に、サブマウント部材30においてLEDチップ10が接合される側の表面においてLEDチップ10との接合部位の周囲に、LEDチップ10から放射された光を反射する反射膜を形成すれば、LEDチップ10の側面から放射された光がサブマウント部材30に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。
In the
光学部材60は、実施形態1と同様に透光性材料(例えば、シリコーンなど)により形成されているが、実施形態1では両凸レンズ状の形状に形成されていたのに対して、ドーム状に形成されている。ここにおいて、光学部材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おり、LEDチップ10と光軸が一致するように配置されている。したがって、LEDチップ10から放射され光学部材60の光入射面60aに入射された光が光出射面60bと空気層80との境界で全反射されることなく色変換部材70まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、LEDチップ10の側面から放射された光は封止部50および光学部材60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。また、光学部材60は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一様となるように形成されている。
The
また、色変換部材70は、内面70aが光学部材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、光学部材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。
The
ところで、上述の発光装置1の製造方法にあたっては、例えば、LEDチップ10と各導体パターン23,23とをそれぞれ2本のボンディングワイヤ14を介して電気的に接続した後、図8に示すようにディスペンサ400のノズル401の先端部を配線基板22の窓孔24に連続して形成されている樹脂注入孔28に合わせてサブマウント部材30と配線基板22との隙間に封止部50の一部となる液状の封止樹脂(例えば、シリコーン樹脂)を注入してから硬化させ(図9に当該封止樹脂からなる樹脂部50aを示してある)、その後、ドーム状の光学部材60の内側に上述の封止部50の残りの部分となる液状の封止樹脂(例えば、シリコーン樹脂)を注入してから、光学部材60を実装基板20における所定位置に配置して封止樹脂を硬化させることにより封止部50を形成するのと同時に光学部材60を実装基板20に固着し、その後、色変換部材70を実装基板20に固着するような製造方法が考えられる。このような製造方法によれば、製造過程において封止部50に気泡(ボイド)が発生するのを抑制することができ、ボイドに起因したボンディングワイヤ14への応力集中を起こりにくくでき、信頼性を高めることができる。ただし、このような製造方法を採用する場合でも、製造過程において封止部50に気泡(ボイド)が発生する恐れがあるので、光学部材60に液状の封止樹脂を多めに注入する必要がある。
By the way, in the manufacturing method of the light-emitting
しかしながら、このような製造方法を採用した場合、光学部材60を実装基板20における上記所定位置に配置する際に液状の封止樹脂の一部が光学部材60と実装基板20とで囲まれる空間から溢れ出てレジスト層26の表面上に広がってしまい、当該溢れ出た封止樹脂からなる不要部での光吸収や当該不要部の凹凸に起因した光の乱反射などにより、発光装置1全体としての光取り出し効率が低下してしまうことが考えられる。
However, when such a manufacturing method is adopted, when the
そこで、本実施形態の発光装置1では、実装基板20の上記一表面において光学部材60のリング状の端縁に重なる部位と色変換部材70のリング状の端縁に重なる部位との間に、光学部材60と実装基板20とで囲まれる空間から溢れ出た封止樹脂を溜める複数の樹脂溜め用穴27を光学部材60の外周方向に離間して形成してある。ここで、樹脂溜め用穴27は、配線基板22に形成した貫通孔27aと伝熱板21において貫通孔27aに対応する部位に形成された凹部27bとで構成されており、配線基板22の厚みを薄くしても樹脂溜め用穴27の深さ寸法を大きくできて、樹脂溜め用穴27に溜めることが可能な封止樹脂の量を多くすることができ、しかも、樹脂溜め用穴27内で硬化した封止樹脂がLEDチップ10から色変換部材70への熱伝達を阻止する断熱部として機能することとなり、LEDチップ10の発熱に伴う色変換部材70の温度上昇を抑制できるから、LEDチップ10の発熱に起因した蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる。
Therefore, in the
また、発光装置1は、実装基板20の上記一表面側において光学部材60のリング状の端縁に重なる部位と色変換部材70のリング状の端縁と重なる部位との間に配置されて各樹脂溜め用穴27を覆うリング状の光吸収防止用基板140を備えており、各樹脂溜め用穴27内に溜まって硬化した封止樹脂からなる樹脂部による光吸収を、光吸収防止用基板140によって防止することができる。ここにおいて、光吸収防止用基板140は、実装基板20側とは反対の表面側にLEDチップ10や色変換部材70などからの光を反射する白色系のレジスト層が設けられているので、上記光の吸収を防止することができる。なお、光吸収防止用基板140は、光学部材60を実装基板20における所定位置に配置する際に溢れ出た封止樹脂が各樹脂溜め用穴27内に充填された後で、実装基板20の上記一表面側に載置すればよく、その後で封止樹脂を硬化させる際に封止樹脂により実装基板20に固着されることとなる。ここで、リング状の光吸収防止用基板140には、各樹脂溜め用穴27の微小領域を露出させる複数の切欠部142が形成されており、樹脂溜め用穴27内の封止樹脂を硬化させる際にボイドが発生するのを防止することができる。
In addition, the
以上説明した発光装置1では、実装基板20の上記一表面において光学部材60の実装基板20側の端縁に重なる部位と色変換部材70の実装基板20側の端縁に重なる部位との間に樹脂溜め用穴27が形成されているので、樹脂溜め用穴27に溜められた封止樹脂が色変換部材70を実装基板20に固着する際に溢れることがなく、実装基板20の上記一表面上に溢れ出た封止樹脂からなる不要部が形成されるのを抑制することができるから、当該不要部での光吸収や当該不要部の凹凸に起因した光の乱反射などによる光取り出し効率の低下を抑制することができ、光出力の高出力化を図れる。
In the
ここにおいて、本実施形態における発光装置1では、複数の樹脂溜め用穴27が光学部材60の外周方向に離間して複数設けられているので、実装基板20の上記一表面において光学部材60の実装基板20側の端縁に重なる部位と色変換部材70の実装基板20側の端縁に重なる部位との間の距離を短くしながらも、実装基板20の上記一表面上に封止樹脂からなる不要部が形成されるのを抑制することができ、また、導体パターン23,23が樹脂溜め用穴27により分離されるのを防止することができ、LEDチップ10への給電路の低抵抗化を図れる。
Here, in the
また、図12および図13に示した回路基板200は、器具本体100の底壁100aに貫設されている挿通孔100cに挿通された給電用の電線(リード線)が挿通される電線挿通孔206が貫設されており、電線挿通孔206に挿通された一対の電線が電気的に接続されるようになっている。また、回路基板200は、器具本体100の底壁100a側とは反対の表面側に白色系のレジスト層からなる光反射層203が形成されており、配線パターン202の大部分が光反射層203により覆われている。
The
また、回路基板200は、各開口窓204の開口サイズが発光装置1における実装基板20の平面サイズよりもやや大きく設定されている。ここにおいて、本実施形態における発光装置1では、実装基板20の平面視における四隅に面取り部を形成して丸みをもたせてあるが、各アウターリード部23b近傍の面取り部(図8における左右の面取り部)に比べて残りの2つの面取り部(図8における上下の面取り部)の曲率半径を大きくしてあるので、回路基板200の上記一表面側において配線パターン202の形成可能な領域の面積を大きくすることができる。なお、回路基板200には、発光装置1のLEDチップ10へ過電圧が印加されるのを防止するために、過電圧防止用の表面実装型のツェナダイオード231および表面実装型のセラミックコンデンサ232が各開口窓204の近傍で実装されている。
In the
一方、発光装置1は、実装基板20の各アウターリード部23bが端子板210を介して回路基板200の配線パターン202と電気的に接続されている。ここにおいて、端子板210は、細長の金属板の一端部をL字状に曲成することにより配線パターン202に厚み方向が重なる形で半田などを用いて接合される端子片211を形成するとともに、他端部をJ字状に曲成することによりアウターリード部23bに厚み方向が一致する形で半田などを用いて接合される端子片212を形成したものであり、器具本体100と回路基板200との線膨張率差に起因して端子板210とアウターリード部23bおよび配線パターン202それぞれとの接合部に発生する応力を緩和可能となっており、各発光装置1と回路基板200との間の接続信頼性を高めることができる。
On the other hand, in the
以上説明した本実施形態のLED照明器具においても、実施形態1と同様に、各発光装置1が、電気絶縁性を有し且つ伝熱板21と器具本体100との間に介在して両者を熱結合させる絶縁層90を介して器具本体100に接合されているので、従来のようにLEDユニットの回路基板300(図14、図15参照)と器具本体との間にサーコン(登録商標)のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟んだ構成に比べて、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するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、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。
Also in the LED lighting fixture of this embodiment described above, each light-emitting
なお、上記各実施形態では、絶縁層90を各発光装置1毎に設けているが、器具本体100の底壁100aよりもやや小さい1枚の上記樹脂シートを複数個の発光装置1に対して共用してもよい。また、光学部材60は必ずしも設ける必要は無く、必要に応じて設けるようにすればよい。また、LEDチップ10の発光色と発光装置1の所望の光色とが同じである場合には、色変換部材70の代わりに、透光性材料により形成され蛍光体を含有していない保護カバーを設ければよい。また、器具本体100の形状も特に限定するものではなく、例えば、平板状でもよい。また、上記各実施形態では、LED照明器具としてスポットライトを例示したが、本発明の技術思想を適用できるLED照明器具はスポットライトに限らず、種々のLED照明器具に適用可能であり、例えば、天井材のような造営材に取り付けるシーリングライトなどにも適用できる。
In each of the above embodiments, the insulating
1 発光装置
10 LEDチップ
20 実装基板
21 伝熱板
22 配線基板
23 導体パターン
24 窓孔(露出部)
30 サブマウント部材
50 封止部
70 色変換部材
90 絶縁層(樹脂シート)
100 器具本体
DESCRIPTION OF
30
100 Instrument body
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