JP4449897B2 - LED package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を収納するLED用パッケージに関するものである。 The present invention relates to an LED package that houses an LED chip (light emitting diode chip).
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(例えば、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 emit light by combining LED chips and wavelength conversion materials (for example, fluorescent pigments, fluorescent dyes, etc.) 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 are 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.
ここにおいて、白色LEDに限らず、LEDを用いた発光装置は、従来の白熱電球や蛍光灯などに比べて、小型化、軽量化、省電力化を図れるといった長所があり、現在、表示用光源、ディスプレイ用光源、小型電球(白熱電球、ハロゲン電球など)の代替の光源、携帯電話の液晶パネル用光源(液晶パネル用バックライト)などとして広く用いられている。 Here, not only white LEDs but also light emitting devices using LEDs have advantages in that they can be reduced in size, weight, and power saving compared to conventional incandescent bulbs and fluorescent lamps. It is widely used as a light source for display, an alternative light source for small light bulbs (incandescent light bulbs, halogen light bulbs, etc.), and a light source for liquid crystal panels for mobile phones (backlight for liquid crystal panels).
また、最近の白色発光装置の高出力化に伴い、白色発光装置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、上述の白色発光装置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つの白色発光装置では所望の光出力を得ることができないので、複数個の白色発光装置を1つの配線板上に搭載した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1参照)。 In addition, with the recent increase in output of white light emitting devices, research and development for expanding the use of white light emitting devices for lighting applications has become active. When used for an application that requires output, a single white light emitting device cannot obtain a desired light output. Therefore, an LED unit having a plurality of white light emitting devices mounted on one wiring board is configured. Generally, a desired light output is ensured as a whole (see, for example, Patent Document 1).
ところで、複数個の発光装置を1つの配線板上に搭載したLEDユニットでは、各発光装置を点灯させた状態における個々の発光装置の発熱量は比較的少ないものの、発光装置の数の増加に伴って発熱量が多くなるので、配線板に熱が蓄積されやすく、LEDユニット全体の温度が上昇しやすい傾向にある。 By the way, in an LED unit in which a plurality of light emitting devices are mounted on one wiring board, although the amount of heat generated by each light emitting device is relatively small when each light emitting device is turned on, the number of light emitting devices increases. As the amount of heat generated increases, heat tends to accumulate on the wiring board, and the temperature of the entire LED unit tends to rise.
そこで、LEDチップを収納するLED用パッケージとして、LEDチップを収納する収納凹所が一表面に形成されたセラミック製の実装基板を採用することで放熱性を向上させ、各LEDチップ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することが考えられている(例えば、特許文献2参照)。なお、特許文献2には、実装基板においてLEDチップを収納する収納凹所が形成された一表面とは反対側に放熱用の金属板とプリント配線板との積層構造体を設け、プリント配線板に設けた開口部を通して実装基板と金属板とを接合したものも開示されている。
ところで、LEDユニットのサイズを大きくすることなしにLEDユニット全体の光出力を向上させるにはLED用パッケージの配置密度を高める必要があるが、特許文献1に開示されたLEDユニットではLED用パッケージを実装するベース部材である配線板が灯具本体の形状に合わせた円形状であるのに対して、特許文献2に開示されたLED用パッケージでは、LEDチップを実装する実装基板や、金属板とプリント配線板との積層構造体の外周形状が矩形状なので、LED用パッケージ間の無駄なスペースが多くなってしまい、LED用パッケージの配置密度を高めるのが難しかった。
By the way, in order to improve the light output of the entire LED unit without increasing the size of the LED unit, it is necessary to increase the arrangement density of the LED package. However, in the LED unit disclosed in
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、実装面が円形状であるベース部材への配置密度を高めることが可能なLED用パッケージ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 package for LED which can raise the arrangement | positioning density to the base member whose mounting surface is circular shape.
請求項1の発明は、LEDチップが実装される実装基板と、実装基板との間にLEDチップを収納する形で実装基板におけるLEDチップの実装面側に固着されるドーム状のカバー部材とを備え、実装基板の外周形状を台形状としてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、実装面が円形状であるベース部材への配置密度を高めることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to increase the arrangement density on the base member whose mounting surface is circular.
また、請求項1の発明では、実装基板は、熱伝導性材料からなりLEDチップが実装される伝熱板と、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および連絡用導体パターンが設けられるとともにLEDチップに対応する中央部に窓孔が設けられ伝熱板に積層された絶縁性基板とからなり、一対のリードパターンは、カバー部材よりも内側に形成された部位の一部がインナーリード部を構成するとともに、カバー部材よりも外側に形成された部位がアウターリード部を構成しており、実装基板は、台形状の外周形状の下底に沿った広幅部の両側それぞれにアウターリード部が配置されており、台形状の外周形状の上底に沿った狭幅部の中央でカバー部材よりも外側に連絡用導体パターンの一方の接続部が配置され、当該一方の接続部と一方のアウターリード部との間においてカバー部材の外側で当該一方のアウターリード部寄りに連絡用導体パターンの他方の接続部が配置され、2つのインナーリード部と連絡用導体パターンにおける両接続部間の部位の一部とで絶縁性基板の窓孔を略全周に亘って囲んでいることを特徴とする。
Further, in the invention of
この発明によれば、実装基板が、熱伝導性材料からなりLEDチップが実装される伝熱板と、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および連絡用導体パターンが設けられるとともにLEDチップに対応する中央部に窓孔が設けられ伝熱板に積層された絶縁性基板とからなることにより、前記LEDチップで発生した熱を、伝熱板を介して効率良く放熱させることができ、また、一対のリードパターンは、カバー部材よりも内側に形成された部位の一部がインナーリード部を構成するとともに、カバー部材よりも外側に形成された部位がアウターリード部を構成しており、実装基板は、台形状の外周形状の下底に沿った広幅部の両側それぞれにアウターリード部が配置されており、台形状の外周形状の上底に沿った狭幅部の中央でカバー部材よりも外側に連絡用導体パターンの一方の接続部が配置され、当該一方の接続部と一方のアウターリード部との間においてカバー部材の外側で当該一方のアウターリード部寄りに連絡用導体パターンの他方の接続部が配置され、2つのインナーリード部と連絡用導体パターンにおける両接続部間の部位の一部とで絶縁性基板の窓孔を略全周に亘って囲んでいるので、複数個のLED用パッケージを実装面が円形状であるベース部材に実装するような場合に、ベース部材の中央に給電用の電線を通すための挿通孔を設けることができ、しかも、無駄なスペースを少なくできて配置密度を高めることが可能となるとともにLEDチップからベース部材までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上する。 According to the present invention , the mounting substrate is made of a heat conductive material and is electrically connected to each of both electrodes of the LED chip on the surface opposite to the heat transfer plate side on which the LED chip is mounted. A pair of lead patterns and a conductor pattern for connection are provided, and a window hole is provided in the center corresponding to the LED chip, and an insulating substrate laminated on the heat transfer plate, thereby generating heat generated in the LED chip. , Ki de be efficiently dissipated through the heat transfer plate, also a pair of lead patterns, with a portion of the site than the cover member is formed on the inside constitute the inner lead portion, than the cover member The part formed on the outside constitutes the outer lead part, and the outer lead part is arranged on each side of the wide part along the lower bottom of the trapezoidal outer peripheral shape of the mounting board One connecting portion of the connecting conductor pattern is arranged outside the cover member at the center of the narrow portion along the upper base of the trapezoidal outer peripheral shape, and between the one connecting portion and one outer lead portion. And the other connecting portion of the connecting conductor pattern is arranged near the one outer lead portion outside the cover member, and is insulated between the two inner lead portions and a part of the portion between the connecting portions of the connecting conductor pattern. Since the window hole of the conductive board is surrounded over the entire circumference, when a plurality of LED packages are mounted on a base member having a circular mounting surface, a power supply wire is provided at the center of the base member. An insertion hole can be provided to pass through, and wasteful space can be reduced, the arrangement density can be increased, and the thermal resistance from the LED chip to the base member can be reduced to dissipate heat. There is improved.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記LEDチップの外形サイズよりも大きく前記窓孔の開口サイズよりも小さな平板状に形成されて前記LEDチップと前記伝熱板との間に介在させるサブマウント部材であって両者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備えてなることを特徴とする。
The invention of claim 2 is the invention of
この発明によれば、前記LEDチップで発生した熱をサブマウント部材および前記伝熱板を介して効率良く放熱させることができるとともに、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ことができる。 According to the present invention, the heat generated in the LED chip can be efficiently radiated through the submount member and the heat transfer plate, and is caused by the difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate. Thus, the stress acting on the LED chip can be relaxed.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記サブマウント部材は、前記LEDチップの接合部位の周囲に前記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、当該反射膜の表面が前記カバー部材の開口部の周縁よりも前記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ることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the submount member is provided with a reflective film that reflects light emitted from a side surface of the LED chip around the bonding portion of the LED chip. The thickness dimension is set so that the surface of the film is located farther from the heat transfer plate than the peripheral edge of the opening of the cover member .
この発明によれば、前記LEDチップの側面から放射された光が前記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、前記LEDチップの側面から放射された光が前記カバー部材と前記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、前記カバー部材が前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記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含有している場合には、色むらを低減できる。 According to the present invention, the light emitted from the side surface of the LED chip can be prevented from being absorbed by the insulating substrate, and the light extraction efficiency to the outside can be improved. The light emitted from the side surface of the chip can be prevented from being emitted through the joint between the cover member and the insulating substrate, and the cover member is excited by the light emitted from the LED chip and is When a phosphor that emits light of a color different from the emission color of the LED chip is contained, color unevenness can be reduced.
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、前記絶縁性基板における前記伝熱板側とは反対の表面側で前記窓孔を囲む形で配設される透明樹脂の成形品であって内側に前記LEDチップを封止する封止樹脂が充填される枠体を備えてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the transparent resin is molded so as to surround the window hole on the surface of the insulating substrate opposite to the heat transfer plate. And a frame body filled with a sealing resin for sealing the LED chip.
この発明によれば、枠体を備えていることにより、前記LEDチップを封止する封止樹脂からなる封止部のサイズを枠体のサイズにより決めることができ、前記実装基板の小型化を図れ、枠体が透明樹脂の成形品からなるので、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とともに、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。 According to this invention, since the frame is provided, the size of the sealing portion made of the sealing resin for sealing the LED chip can be determined by the size of the frame, and the mounting substrate can be downsized. Since the frame body is made of a transparent resin molded product, the difference in linear expansion coefficient between the frame body and the sealing portion can be reduced as compared with the case where the frame body is formed of a metal material. Thus, it is possible to suppress the occurrence of light reflection loss.
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記封止樹脂からなる封止部に重ねて配置されるレンズを備え、前記カバー部材は、前記LEDチップから放射された光によって励起されて前記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光性材料とともに成形した成形品であり、レンズおよび枠体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。 According to a fifth aspect of the invention, there is provided the lens according to the fourth aspect of the invention , wherein the cover member is excited by the light emitted from the LED chip. A molded product obtained by molding a phosphor that emits light of a color different from the emission color of the LED chip together with a translucent material , and disposed in a form in which an air layer is formed between the lens and the frame. It is characterized by becoming .
この発明によれば、前記LEDチップから放射される光と蛍光体から放射される光との混色光を得ることができ、しかも、前記LEDチップから放射され封止部およびレンズをとおして前記カバー部材も入射し前記カバー部材中の蛍光体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外部への光取り出し効率を向上できる。また、この発明によれば、前記カバー部材に外力が作用したときに前記カバー部材が変形してレンズに当接する可能性が低くなって前記外力により前記カバー部材に発生した応力がレンズおよび封止部を通して前記LEDチップに伝達されるのを抑制でき、前記外力による前記LEDチップの発光特性の変動が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点や、外部雰囲気中の水分が前記LEDチップに到達しにくくなるという利点がある。 According to the present invention, the through which the LED Ki from light and phosphor emitted from the chip out to obtain a mixed light of the light emitted, moreover, the sealing portion and the lens is emitted from the LED chip Of the light incident on the cover member and scattered by the phosphor in the cover member, the amount of light scattered to the lens side and transmitted through the lens can be reduced, and the light extraction efficiency to the outside can be improved. Further, according to the present invention, when an external force is applied to the cover member, the cover member is less likely to deform and come into contact with the lens, and the stress generated in the cover member due to the external force is reduced by the lens and the sealing. It is possible to suppress the transmission to the LED chip through the part, and the light emission characteristics of the LED chip are less likely to fluctuate due to the external force. Therefore, the reliability is improved, and moisture in the external atmosphere is applied to the LED chip. There is an advantage that it is difficult to reach.
請求項1の発明では、実装面が円形状であるベース部材への配置密度を高めることが可能になるという効果がある。
In the invention of
以下、本発明のLED用パッケージを有する発光装置を複数備えたLEDユニットについて、図1〜図10を参照しながら説明する。 Hereinafter, an LED unit including a plurality of light emitting devices having the LED package of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態のLEDユニット1は、円形状のガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板(第1の絶縁性基板)100に一対の第1の給電用導体パターン101が形成された給電板Aと、給電板Aの周方向に沿って並設する複数個(本実施形態では、8個)の発光装置Bの接続関係を規定する配線用導体パターン201および上記接続関係を有する発光装置Bの群への給電路になる一対の第2の給電用導体パターン203が輪帯状のガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板(第2の絶縁性基板)200に形成された配線板Cとを備えている。ここにおいて、配線板Cは、給電板Aと同一平面上で給電板Aを囲み且つ給電板Aとの間に隙間が形成される形で配置されている。
The
発光装置Bは、図3および図4に示すように、LEDチップ10と、LEDチップ10一表面側に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の内側に封止樹脂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、本実施形態では、色変換部材70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におけるLEDチップ10の実装面側に固着されるカバー部材を構成しており、基本的には実装基板20と色変換部材70とでLED用パッケージPを構成しているが、本実施形態におけるLED用パッケージPは、実装基板20および色変換部材70以外の付加的な構成要素として、上述の枠体40および後述のサブマウント部材30を備えている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the light emitting device B includes the
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(第3の絶縁性基板)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、絶縁性基板22における金属板21との対向面に形成された金属材料(ここでは、Cu)からなる接合用金属層25を介して固着されている。また、各リードパターン23は、Cu膜とNi膜とAg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よりも外側で円形状に形成された部位がアウターリード部23bを構成している。
The mounting
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、LEDチップ10は、平面形状が正方形状に形成されている。
The
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上述のサブマウント部材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7参照)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(図5における右側)のリードパターン(カソード側リードパターン)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(図5における左側)のリードパターン(アノード側リードパターン)23と電気的に接続されている。ここで、本実施形態における発光装置Bでは、図5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。
In addition, the
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。
The
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。
The material of the submount
上述の封止部50の封止樹脂としては、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。
As the sealing resin of the sealing
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の封止樹脂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。なお、封止部50の封止樹脂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。
On the other hand, the
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。
The
また、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。
Further, the
色変換部材70は、シリコーン樹脂のような透光性材料と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、本実施形態における発光装置B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。
The
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。
Here, the
また、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おり、開口部の周縁を実装基板20における絶縁性基板22の表面側に、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)を介して固着されている。ここにおいて、本実施形態におけるLED用パッケージPおよび発光装置B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く窓孔24の開口サイズよりも小さ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、色むらを低減できるとともに、外部への光取り出し効率を向上による光出力の向上を図れる。
In addition, the
また、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。
Further, the
また、本実施形態におけるLED用パッケージPおよび発光装置Bでは、枠体40を備えていることにより、LEDチップ10を封止する封止樹脂からなる封止部50のサイズを枠体40のサイズにより決めることができ、実装基板20の小型化を図れ、枠体40が透明樹脂の成形品からなるので、枠体40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とともに、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。
Further, in the LED package P and the light emitting device B in the present embodiment, since the
また、本実施形態におけるLED用パッケージPおよび発光装置B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。
Further, in the LED package P and the light emitting device B in the present embodiment, the
また、本実施形態におけるLED用パッケージPおよび発光装置B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。
Further, in the LED package P and the light emitting device B in the present embodiment, since the
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発光装置B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 addition, since the
ところで、本実施形態の発光装置Bは、LED用パッケージPにおける実装基板20の外周形状が台形状であって、実装基板20の上記一表面側において当該実装基板20の広幅部側(図5における上部側)が配線板Aに重なり狭幅部側(図5における下部側)が給電板Cに重なる形で配置されるとともに、配線板Aおよび給電板Bに重ならない部位にLEDチップ10が実装されている。また、実装基板20は、LEDチップ10の各電極それぞれと電気的に接続された一対のリードパターン23,23であって配線板Cに重なる部位で配線用導体パターン201と電気的に接続される一対のリードパターン23,23と、給電板Aに重なる部位で第1の給電用導体パターン101と電気的に接続可能であり配線板Cに重なる部位で第2の給電用導体パターン203と電気的に接続可能である連絡用導体パターン26とが形成されている。
Incidentally, in the light emitting device B of the present embodiment, the outer peripheral shape of the mounting
ここにおいて、給電板Aは、一対の第1の給電用導体パターン101が実装基板20側とは反対側の表面に形成されており、各給電用導体パターン101それぞれと給電用の電線とをろう材(例えば、半田など)を用いて電気的に接続するための2つの電線接続用スルーホール配線111と、各給電用導体パターン101それぞれと各1個のLED用パッケージPの連絡用導体パターン26の一方の接続部26aとをろう材(例えば、半田など)を用いて電気的に接続するための2つの給電用スルーホール配線112とが形成されている。すなわち、給電板Aは、2つのLED用パッケージPそれぞれの連絡用導体パターン26の一方の接続部26aと重なる部位それぞれに給電用スルーホール配線112が形成されている。ここで、各スルーホール配線111,112は、絶縁性基板100の厚み方向に貫通した円形状のスルーホールの内面と絶縁性基板100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ている。したがって、本実施形態のLEDユニット1では、給電板Aと各発光装置BのLED用パッケージPにおける実装基板20とを重ねた状態でスルーホールの内側に上記ろう材を充填している。なお、接続部26aは、平面形状を円形状としてある。
Here, the power supply plate A has a pair of first power
上述の給電板Aは、2つの電線接続用スルーホール配線111が絶縁性基板100の中央部に形成され、2つの給電用スルーホール配線112が絶縁性基板100の周部において周方向に離間して形成されている。なお、本実施形態のLEDユニット1では、給電用の2つの電線のうち高電位側の電線を図1における右側の第1の給電用導体パターン101と電気的に接続し、低電位側の電線を同図における左側の第1の給電用導体パターン101と電気的に接続して用いる。
In the above-described power supply plate A, two through-
また、配線板Cは、配線用導体パターン201および一対の第2の給電用導体パターン203が各発光装置BにおけるLED用パッケージPの実装基板20側とは反対側の表面に形成されており、各LED用パッケージPの各リードパターン23のアウターリード部23bそれぞれと重なる部位それぞれに接続用スルーホール配線202が形成されるとともに、各LED用パッケージPそれぞれの連絡用導体パターン26の他方の接続部26bと重なる部位それぞれに連絡用スルーホール配線204が形成されている。ここで、各スルーホール配線202,204は、絶縁性基板200の厚み方向に貫通した円形状のスルーホールの内面と絶縁性基板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ている。したがって、本実施形態のLEDユニット1では、配線板Cと各発光装置BにおけるLED用パッケージPの実装基板20とを重ねた状態でスルーホールの内側にろう材(例えば、半田)を充填して接続用スルーホール配線202とアウターリード部23bとを電気的に接続するとともに連絡用スルーホール配線204と接続部26bとを電気的に接続している。なお、接続部26bは、平面形状を円形状としある。
The wiring board C has a
したがって、本実施形態のLEDユニット1では、各発光装置BそれぞれのLED用パッケージPにおける実装基板20と給電板Aおよび配線板Cとの間隔を狭くすることができ、各発光装置Bから放射された光を効率良く外部へ取り出すことが可能になるとともに、ユニット全体の薄型化を図れる。なお、各LED用パッケージPは、一対のリードパターン23それぞれのインナーリード部23aと連絡用導体パターン26における両接続部26a,26b間の部位の一部とで絶縁性基板22の窓孔24を略全周に亘って囲むように各パターン23,26の平面形状を設定してある。
Therefore, in the
また、本実施形態のLEDユニット1は、図示していないが各発光装置Bそれぞれに並列接続する複数個(本実施形態では、8個)の表面実装型のツェナダイオード(チップツェナダイオード)を備え、配線板Cにおける各発光装置Bの実装基板20側とは反対側の表面に、各ツェナダイオードを各発光装置Bに並列接続するための並列接続用導体パターン205が形成されている。要するに、本実施形態のLEDユニット1は、各LEDチップ10それぞれと並列接続される複数個のツェナダイオードが配線板Cにおける実装基板20側とは反対の表面側に実装されているので、それぞれ熱源となるツェナダイオードとLEDチップ10とを離すことができ、ツェナダイオードの発熱に起因したLEDチップ10の温度上昇を抑制することができるとともに、LEDチップ10の発熱に起因したツェナダイオードの温度上昇を抑制することができる。
The
また、本実施形態のLEDユニット1では、配線板Cにおける絶縁性基板200の内周縁に各発光装置Bの色変換部材70それぞれの外周形状に沿った複数の切欠部200aが形成されているので、配線板Cの外径を大きくすることなく各色変換部材70のサイズを大きくすることが可能となり、上述のレンズ60のレンズ径を大きくすることも可能となる。
Further, in the
上述のLEDユニット1は、例えば図10に示すような照明器具(ここでは、スポットライト)の光源として用いることができる。ここで、図10に示した例では、LEDユニット1を熱伝導率の高い金属(例えば、Al、Cuなど)により形成された円柱状の灯具本体310の前面に例えばグリーンシートからなる絶縁層(図示せず)を介して実装してある。
The
図10に示した構成の照明器具は、天井材400に設けた取付孔401の周部下面からなる施工面400aに当接する形で複数本(図示例では、2本)の取付ねじ304を用いて天井材400に固定されるフランジ部302と取付孔401に埋め込まれた形で配置される埋込部303とが連続一体に形成された取付器体300と、取付器体300に上端部が取り付けられるアーム301と、アーム301の下端部に連結される灯具本体310とを備えている。ここにおいて、灯具本体310は、アーム301の下端部に軸ねじ313を用いて結合されており、この構成により灯具本体310がアーム301に対して上下方向に首振り可能になっている。また、取付器体300の埋込部303の上面側には、別置の電源ユニット(図示せず)から導出された電源線の先端に設けられた第1のコネクタが着脱自在に接続される第2のコネクタ(図示せず)が設けられており、当該第2のコネクタに電気的に接続された電線がアーム301の内部空間および灯具本体310の中心線に沿って形成された挿通孔311を通してLEDユニット1の給電板Aの一対の第1の給電用導体パターン101に接続されるようになっている。
The lighting fixture having the configuration shown in FIG. 10 uses a plurality of (two in the illustrated example) mounting
また、図10に示した構成の照明器具は、灯具本体310の前面側にLEDユニット1の各発光装置Bから放射された光を配光するレンズ330を保持した金属製のカバー320が取り付けられている。
Further, in the lighting fixture having the configuration shown in FIG. 10, a
本実施形態のLED用パッケージPを有する発光装置Bを複数備えたLEDユニット1では、外周形状が台形状である複数個の実装基板20が、広幅部側が配線板Cに重なり狭幅部側が給電板Aに重なる形で給電板Aの周方向に沿って並設されているので、実装基板20間の無駄なスペースを少なくでき、従来に比べてユニット全体の小径化が可能になり、また、実装基板20においてLEDチップ10が実装される上記一表面側に給電板Aおよび配線板Cが配置されているので、上述のように照明器具に用いる場合には、LEDチップ10から灯具本体310までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、各LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。また、LEDユニット1の中央部に給電板Aが配置されているので、灯具本体310の中央に設けられた挿通孔311を通して引き出された電線を引き回すためのスペースを設ける必要がなく、灯具本体310の小型化を図れる。
In the
以上説明した本実施形態のLED用パッケージPでは、実装基板20の外周形状を台形状としてあるので、実装面が円形状である灯具本体310への配置密度を高めることが可能になる。ここにおいて、台形状の実装基板20の4辺のうちの2つの斜辺同士のなす角度をθとすれば、角度θは、360°を実装面に実装するLED用パッケージPの個数nで除算した値(つまり、θ=360÷n)に設定することが望ましい。ここで、本実施形態のLEDユニット1では、8個のLED用パッケージPを円形状の実装面に実装するようにしているので、θ=360÷8=45°としてある。なお、上述の実施形態のLED用パッケージPは、枠体40を備えているが、枠体40を備えていない構造を採用してもよい。また、上述の例では、実装面が円形状の灯具本体310がLED用パッケージPを実装するベース部材を構成しているが、ベース部材は上述の灯具本体310のような円柱状の形状に限らず、例えば、円板状や有底円筒状であって実装面が円形状のものでもよい。また、実装面が細長の長方形状のものでも、当該実装面の長手方向に沿って実装基板20の広幅部と狭幅部とが交互に並ぶように並設すれば(つまり、台形状の形状における上底と下底とが交互に並ぶように並設すれば)、配置密度を高めることが可能になる。
In the LED package P of the present embodiment described above, the outer peripheral shape of the mounting
なお、上述の実施形態における発光装置B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。
In the light emitting device B in the above-described embodiment, a blue LED chip whose emission color is blue is adopted as the
A 給電板
B 発光装置
C 配線板
P LED用パッケージ
1 LEDユニット
10 LEDチップ
20 実装基板
21 金属板
22 絶縁性基板(第3の絶縁性基板)
23 リードパターン
26 連絡用導体パターン
30 サブマウント部材
32 反射膜
40 枠体
70 色変換部材
100 絶縁性基板(第1の絶縁性基板)
101 第1の給電用導体パターン
111 電線接続用スルーホール配線
112 給電用スルーホール配線
200 絶縁性基板(第2の絶縁性基板)
201 配線用導体パターン
202 接続用スルーホール配線
203 第2の給電用導体パターン
204 連絡用スルーホール配線
A power supply plate B light emitting device C wiring board
23
DESCRIPTION OF
201 Conductive pattern for wiring 202 Through-hole wiring for
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