JP4960657B2 - Light emitting device - 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)を利用した発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device using 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としての蛍光材料とを組み合わせてLEDチップの発光色とは異なる色合いの混色光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている(例えば、特許文献1参照)。なお、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, an LED chip and a fluorescent material that is excited by light emitted from the LED chip and emits light of a different emission color from the LED chip are combined with a light emitting color different from that of the LED chip. Research and development of light-emitting devices that emit mixed color light are performed in various places (for example, see Patent Document 1). In addition, as this kind of light emitting device, for example, a white light emitting device (generally 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).
上記特許文献1には、この種の発光装置の一例として、図8に示すように、LEDチップ110と、LEDチップ110が実装された実装基板120と、LEDチップ110に重ねて配置された凸レンズ状の光学部材(光取出し増大部)160と、LEDチップ110から放射された光によって励起されてLEDチップ110の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有し光学部材160を覆うように実装基板120に気密的に封着されたドーム状の色変換部材(波長変換部材)170とを備えたものが提案されている。
In
ここにおいて、実装基板120は、LEDチップ110および光学部材160の一部を収納する収納凹所123が一表面に設けられており、収納凹所123内でLEDチップ110がフリップチップ実装されている。また、図8に示した構成の発光装置は、実装基板120の収納凹所123に収納されたLEDチップ110を封止した封止樹脂からなる封止部150を備えている。
Here, the
また、図8に示した構成の発光装置は、実装基板120の上記一表面に、収納凹所123を全周にわたって囲み収納凹所123に封止部150の封止樹脂を充填した際に溢れ出た余分な封止樹脂を溜める環状の凹溝127が形成されており、色変換部材170における実装基板120側の部位が全周にわたって凹溝127内に挿入されて凹溝127内の封止樹脂により実装基板120に固着されている。
ところで、図8に示した構成の発光装置では、実装基板120の上記一表面に環状の凹溝127が形成されているので、製造過程において封止部150に気泡(ボイド)が発生しないように収納凹所123に封止樹脂を多めに注入することができる。
By the way, in the light emitting device having the configuration shown in FIG. 8, since the annular
しかしながら、LEDチップ100の各電極が実装基板120の収納凹所123の内底面に対向する形でフリップチップ実装され、LEDチップ100に凸レンズ状の光学部材160を重ねて配置してあるので、LEDチップ100の側面から放射されて収納凹所123の内側面に入射した光の一部が実装基板120に吸収されて、外部への光取り出し効率が低下し、光出力が低下してしまう。
However, each electrode of the
また、図8に示した構成の発光装置では、色変換部材170を実装基板120に固着する際に凹溝127内の封止樹脂が溢れ出て実装基板120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、発光装置全体としての光取り出し効率が低下し、光出力が低下してしまう。また、上述の発光装置では、実装基板120の上記一表面に環状の凹溝127が形成されるとともに他表面側に給電用の導体パターン(図示せず)が設けられており、例えば照明器具の光源として用いる場合には実装基板120を回路基板に実装して器具本体に収納する必要があるので、LEDチップ110の発光部から器具本体までの熱抵抗が大きくなり、LEDチップ110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LEDチップ110への入力電力を制限する必要があるから、光出力の高出力化が難しかった。
In the light emitting device having the configuration shown in FIG. 8, when the
また、LEDチップ110およびLEDチップ110よりも外形サイズの大きな光学部材160の一部を実装基板120の収納凹所123内に収納した後で封止樹脂を注入する必要があるので、封止部150にボイドが発生して光取り出し効率が低下し、光出力が低下してしまうことがあった。
Further, since it is necessary to inject the sealing resin after 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、光出力の高出力化を図れる発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a light-emitting device capable of increasing the light output.
LEDチップと、一表面側にLEDチップへの給電用の導体パターンを有しLEDチップが前記一表面側に実装された実装基板と、LEDチップから放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板との間にLEDチップを収納する形で実装基板の前記一表面側に固着されたドーム状の光学部材と、光学部材と実装基板とで囲まれた空間に充実されLEDチップを封止した透光性の封止樹脂からなる封止部と、LEDチップから放射され封止部および光学部材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および透光性材料により形成したものであって実装基板の前記一表面側で前記光学部材を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材とを備え、実装基板は、前記一表面において光学部材の実装基板側の端縁に重なる部位と色変換部材の実装基板側の端縁に重なる部位との間に、光学部材を実装基板に固着する際に前記空間から溢れ出た封止樹脂を溜める樹脂溜め用穴が設けられてなることを特徴とする。 An LED chip, a mounting substrate having a conductive pattern for supplying power to the LED chip on one surface side, the LED chip being mounted on the one surface side, and an optical member for controlling the light distribution of the light emitted from the LED chip The LED chip is filled in a space surrounded by the dome-shaped optical member fixed to the one surface side of the mounting substrate so as to house the LED chip between the mounting substrate and the optical member and the mounting substrate. A light-transmitting sealing resin and a light emitted from the LED chip that is excited by the light transmitted through the sealing part and the optical member to emit light of a color different from that of the LED chip. And a dome-shaped color conversion member disposed on the one surface side of the mounting substrate so as to surround the optical member. Optics on the surface When the optical member is fixed to the mounting substrate, the sealing resin overflowing from the space is accumulated between the portion overlapping the mounting substrate side edge and the color conversion member overlapping the mounting substrate side edge. A resin reservoir hole is provided.
この発明によれば、LEDチップから放射された光の配光を制御する光学部材がドーム状に形成され実装基板との間にLEDチップを収納する形で実装基板の一表面側に固着されているので、従来のように実装基板にLEDチップおよび光学部材の一部を収納する収納凹所を設けた発光装置に比べて、実装基板での光吸収損失を低減できて外部への光取り出し効率を高めることができるとともに、封止部にボイドが発生す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高めることができるから、光出力の高出力化を図れる。しかも、実装基板の前記一表面において光学部材の実装基板側の端縁に重なる部位と色変換部材の実装基板側の端縁に重なる部位との間に、光学部材を実装基板に固着する際に光学部材と実装基板とで囲まれた空間から溢れ出た封止樹脂を溜める樹脂溜め用穴が形成されているので、樹脂溜め用穴に溜められた封止樹脂が色変換部材を実装基板に固着する際に溢れることがなく、実装基板の前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。また、実装基板の前記一表面側にLEDチップへの給電用の導体パターンを有しているので、実装基板を回路基板に実装することなく照明器具の器具本体と熱結合させることが可能となり、LEDチップ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。 According to the present invention, the optical member for controlling the light distribution of the light emitted from the LED chip is formed in a dome shape, and is fixed to the one surface side of the mounting substrate in such a manner that the LED chip is housed between the mounting substrate and the LED member. Therefore, compared with conventional light emitting devices with mounting recesses that store part of the LED chip and optical member on the mounting board, the light absorption loss on the mounting board can be reduced and the light extraction efficiency to the outside can be reduced. In addition, the generation of voids in the sealing portion can be prevented and the light extraction efficiency to the outside can be increased, so that the light output can be increased. Moreover, when the optical member is fixed to the mounting substrate between the portion of the one surface of the mounting substrate that overlaps the mounting substrate side edge of the optical member and the portion of the color conversion member that overlaps the mounting substrate side edge. Since a resin reservoir hole for storing sealing resin overflowing from the space surrounded by the optical member and the mounting substrate is formed, the sealing resin stored in the resin reservoir hole causes the color conversion member to be mounted on the mounting substrate. Since it does not overflow when fixed, it can suppress the formation of an unnecessary portion made of sealing resin overflowing on the one surface of the mounting substrate, so light absorption at the unnecessary portion and the unnecessary It is possible to suppress a decrease in light extraction efficiency due to irregular reflection of light caused by the unevenness of the part, and to increase the light output. In addition, since it has a conductor pattern for feeding power to the LED chip on the one surface side of the mounting board, it becomes possible to thermally couple with the fixture body of the lighting fixture without mounting the mounting board on the circuit board, Since the heat resistance from the LED chip to the fixture body can be reduced, 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.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記実装基板は、熱伝導性材料からなり前記LEDチップが実装される伝熱板と、前記導体パターンを有し伝熱板における前記LEDチップの実装面側に固着された配線基板であって伝熱板における前記LEDチップの実装面を露出させる窓孔が厚み方向に貫設された配線基板とからなり、前記樹脂溜め用穴が、配線基板に貫設された貫通孔と、伝熱板に凹設された凹部とにより構成されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the mounting substrate includes a heat transfer plate made of a heat conductive material on which the LED chip is mounted, and the LED chip in the heat transfer plate having the conductor pattern. A wiring board that is fixed to the mounting surface side of the heat transfer plate and that has a window hole that exposes the mounting surface of the LED chip in the heat transfer plate in the thickness direction, and the resin reservoir hole is a wiring board It is comprised by the through-hole penetrated by the board | substrate and the recessed part recessed by the heat-transfer board, It is characterized by the above-mentioned.
この発明によれば、前記樹脂溜め用穴の深さ寸法を大きくできて、前記樹脂溜め用穴に溜めることが可能な前記封止樹脂の量を多くすることができ、しかも、前記樹脂溜め用穴内で硬化した前記封止樹脂が前記LEDチップから前記色変換部材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、前記LEDチップの発熱に伴う前記色変換部材の温度上昇を抑制できるから、前記LEDチップ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。 According to this invention, the depth dimension of the resin reservoir hole can be increased, the amount of the sealing resin that can be stored in the resin reservoir hole can be increased, and the resin reservoir Since the sealing resin cured in the hole functions as a heat insulating portion that prevents heat transfer from the LED chip to the color conversion member, the temperature increase of the color conversion member due to heat generation of the LED chip can be suppressed. The decrease in the luminous efficiency of the phosphor due to the heat generation of the LED chip can be suppressed.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記LEDチップは、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 third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the LED chip includes a submount member that relieves stress acting on 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.
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て、信頼性を高めることができ、また、前記LEDチップの側面から放射された光が前記配線基板に吸収されるのを抑制でき、光出力の高出力化を図れる。 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 the reliability. The light emitted from the side surface of the LED chip can be prevented from being absorbed by the wiring board, and the light output can be increased.
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、前記樹脂溜め用穴が前記光学部材の外周方向に離間して複数設けられ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 present invention, a plurality of the resin reservoir holes are provided apart from each other in the outer peripheral direction of the optical member.
この発明によれば、前記樹脂溜め用穴が前記光学部材の外周方向に離間して複数設けられていることにより、前記実装基板の前記一表面において前記光学部材の前記実装基板側の端縁に重なる部位と前記色変換部材の前記実装基板側の端縁に重なる部位との間の距離を短くしながらも、前記実装基板の前記一表面上に前記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。また、前記実装基板の前記一表面側の前記導体パターンが前記樹脂溜め用穴により分離されるのを防止することができ、前記LEDチップへの給電路の低抵抗化を図れる。 According to this invention, the plurality of the resin reservoir holes are provided apart from each other in the outer peripheral direction of the optical member, so that the one end surface of the mounting substrate has an edge on the mounting substrate side of the optical member. An unnecessary portion made of the sealing resin is formed on the one surface of the mounting substrate while shortening the distance between the overlapping portion and the portion overlapping the edge of the color conversion member on the mounting substrate side. Can be suppressed. In addition, it is possible to prevent the conductor pattern on the one surface side of the mounting substrate from being separated by the resin reservoir hole, and to reduce the resistance of the power supply path to the LED chip.
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記実装基板の前記一表面側に前記樹脂溜め用穴を覆う形で配設され前記樹脂溜め用穴内の封止樹脂による光吸収を防止するリング状の光吸収防止用基板を備え、当該光吸収防止用基板は、前記実装基板側とは反対の表面側に白色系のレジスト層が形成されてなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the one surface side of the mounting substrate is disposed so as to cover the resin reservoir hole and prevents light absorption by the sealing resin in the resin reservoir hole. A ring-shaped light absorption preventing substrate is provided, and the light absorption preventing substrate has a white resist layer formed on the surface side opposite to the mounting substrate side.
この発明によれば、光吸収防止用基板を備えていることにより、前記樹脂溜め用穴内の封止樹脂による光吸収を防止することができ、光出力の高出力化を図れ、また、光吸収防止用基板の表面側に白色系のレジスト層が形成されていることにより、光吸収防止用基板での光吸収を防止することができ、光出力の高出力化を図れる。 According to this invention, by providing the light absorption preventing substrate, it is possible to prevent light absorption by the sealing resin in the resin reservoir hole, and to increase the light output, and to absorb the light. Since the white resist layer is formed on the surface side of the prevention substrate, light absorption by the light absorption prevention substrate can be prevented, and the light output can be increased.
請求項1の発明では、光出力の高出力化を図れるという効果がある。 According to the first aspect of the invention, there is an effect that the optical output can be increased.
以下、本実施形態の発光装置について図1〜図7を参照しながら説明する。 Hereinafter, the light-emitting device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態の発光装置1は、LEDチップ10と、LEDチップ10が一表面側において実装された矩形板状の実装基板20と、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であって実装基板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(図1における上面側)に固着された透光性材料からなるドーム状の光学部材60と、光学部材60と実装基板20とで囲まれた空間に充実され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複数本(本実施形態では、4本)のボンディングワイヤ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および光学部材60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の上記一表面側において実装基板20との間にLEDチップ10などを囲む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。ここにおいて、色変換部材70は、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、本実施形態の発光装置1は、実装基板20の他表面側に、シート状の接合用部材90として、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)を備えている。しかして、本実施形態の発光装置1を照明器具の光源として用いる場合には、例えば、照明器具における金属(例えば、Al,Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の器具本体100(図2、図6、図7参照)と実装基板20とを接合用部材90により接合することができる。ここにおいて、上記樹脂シートからなる接合用部材90は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く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を金属製の器具本体100に接合用部材90を介して接合する(実装基板20と器具本体100との間に接合用部材90を介在させた後で接合用部材90を加熱することで実装基板20と器具本体100とを接合する)際に接合用部材90と実装基板20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、従来のように発光装置を回路基板に実装して回路基板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む場合に比べて、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、本実施形態の発光装置1を照明器具の光源として用いる場合には、図6に示すように、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。
In addition, the
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基板を用いており、SiC基板の主表面側に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)により成長されている。ここで、LEDチップ10は、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3および図4(a)参照)が形成され、残りの2箇所にカソード電極13b(図3および図4(a)参照)が形成されている。
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)に例えばポリオレフィン系の固着シート29(図2参照)を介して固着された矩形板状のフレキシブルプリント配線板からなる配線基板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後述のサブマウント部材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Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Alなどを採用してもよい。また、本実施形態では、LEDチップ10の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板21から離れた側となるように伝熱板21に実装されているが、LEDチップ10の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板21に近い側となるように伝熱板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、本実施形態では結晶成長用基板と発光部とが同程度の屈折率を有しているので、発光部を伝熱板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。
The mounting
上述の配線基板22は、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、LEDチップ10への給電用の一対の導体パターン23,23が設けられるとともに、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。
The above-mentioned
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外部接続用の電極部23bを構成している。ここで、本実施形態では、上述のようにLEDチップ10としてアノード電極13aおよびカソード電極13bを2つずつ備え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73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73と電気的に接続されている。なお、配線基板22の導体パターン23,23は、Cu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成されている。また、2つの電極部73b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電極部73b(図7における右側の電極部73b)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電極部73b(図7における左側の電極部73b)には「−」の表示が形成されているので、発光装置1における両電極部73a,73b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。
The resist
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4(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端子部23aが設けられているが、図4(b)に示すように、窓孔24の各辺の一端近傍に端子部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 this embodiment, the
ところで、LEDチップ10は、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上述のサブマウント部材30を介して伝熱板21に実装されている。ここで、サブマウント部材30は、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ている。
By the way, 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いる。したがって、本実施形態の発光装置1では、LEDチップ10がサブマウント部材30を介して伝熱板21に実装されているので、LEDチップ10で発生した熱をサブマウント部材30および伝熱板21を介して効率良く放熱させることができるとともに、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。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く、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およびLEDチップにおける接合表面にあらかじめ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。また、サブマウント部材30と伝熱板21とは、例えば、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らかじめ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。
In the present embodiment, AlN having a relatively high thermal conductivity and insulating properties is employed as the material of the submount
また、本実施形態の発光装置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、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。ここで、反射膜は、例えば、Ni膜とAg膜との積層膜により構成すればよい。
In the
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、例えばアクリル樹脂などを用いてもよい。
As the sealing resin that is the material of the sealing
光学部材60は、透光性材料(例えば、シリコーンなど)の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材60をシリコーンの成形品により構成しているので、光学部材60と封止部50との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部50の材料がアクリル樹脂の場合には、光学部材60もアクリル樹脂により形成することが好ましい。
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。
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、蛍光体を含有している)。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
ここで、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。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)を用いて固着すればよい。
Here, 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3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、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が、このような製造方法でも、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76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、本実施形態の発光装置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40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40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40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40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40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42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。
Further, in the
また、本実施形態の発光装置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の上記一表面(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るので、LEDチップ10から側方に放射された光が配線基板22に吸収されるのを抑制でき、光出力の高出力化を図れる。
In the
ところで、本実施形態の発光装置1を光源として用いた上述の照明器具は、図6および図7に示すように、各発光装置1の接続関係を規定する配線パターン202が絶縁性基材201の一表面側に形成された回路基板200を備えている。なお、本実施形態では、複数の発光装置1を直列接続しているが、複数の発光装置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。
By the way, in the above-described lighting fixture using the
回路基板200は、浅い有底円筒状の器具本体100内において当該器具本体100の底壁100aから離間して配置されるものであり、各発光装置1それぞれに対応する部位に各発光装置1の一部を通す開孔窓204が形成されている。なお、回路基板200の絶縁性基材201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。なお、器具本体100の形状は特に限定するものではなく、例えば、平板状でもい。
The
上述の回路基板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、本実施形態の発光装置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、各電極部23b近傍の面取り部(図3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3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(図7参照)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
ところで、本実施形態の発光装置1は、実装基板20の各電極部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電極部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接続端子210と電極部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。
By the way, in the light-emitting
また、本実施形態の発光装置1では、シート状の接合用部材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、接合用部材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、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、照明器具用の光源として用いる場合の耐雷サージ性を高めることができる(ただし、一般的に屋内用の照明器具と屋外用の照明器具とで要求される発光装置と金属部材との沿面距離は異なり、屋外用の照明器具の方がより長い沿面距離を要求される)。ここにおいて、シート状の接合用部材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、接合用部材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 light-emitting
以上説明した本実施形態の発光装置1では、LEDチップ10から放射された光の配光を制御する光学部材60がドーム状に形成され実装基板20との間にLEDチップ10を収納する形で実装基板20の上記一表面側に固着されているので、従来のように実装基板120にLEDチップ110および光学部材160の一部を収納する収納凹所123を設けた発光装置に比べて、実装基板20での光吸収損失を低減できて外部への光取り出し効率を高めることができるとともに、封止部50にボイドが発生す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高めることができるから、光出力の高出力化を図れる。
In the
また、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。
Also, a
また、本実施形態の発光装置1は、実装基板20の上記一表面側にLEDチップ10への給電用の導体パターン23,23を有しているので、実装基板20を回路基板に実装することなく照明器具の器具本体100と熱結合させることが可能となり、LEDチップ10から器具本体100までの熱抵抗を小さく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。
Moreover, since the light-emitting
ここにおいて、本実施形態の発光装置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
なお、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、結晶成長用基板としてSiC基板を採用しているが、SiC基板の代わりにGaN基板やサファイア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、上述のLEDチップ10は、一表面側にアノード電極13aおよびカソード電極13bが設けられているが、一表面側にアノード電極13aとカソード電極13bとのうちの一方の電極が設けられ他表面側に他方の電極が設けられたものでもよく、サブマウント部材30としてAlNや複合SiCのような絶縁体を採用する場合には、例えば、サブマウント部材30におけるLEDチップ10側の表面に上記他方の電極と接合される適宜の電極パターンを設けておき、上記他方の電極と導体パターン23とを上記電極パターンおよびボンディングワイヤ14を介して電気的に接続すればよい。また、LEDチップ10にアノード電極13aおよびカソード電極13bが2つずつ設けられているが、これらの数も特に限定するものではない。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、LEDチップ10と実装基板20との線膨張率の差が比較的小さい場合には上述の実施形態で説明したサブマウント部材30は必ずしも設ける必要はない。
In the above-described embodiment, a blue LED chip whose emission color is blue is used as the
1 発光装置
10 LEDチップ
14 ボンディングワイヤ
20 実装基板
21 伝熱板
22 配線基板
23 導体パターン
26 レジスト層
27 樹脂溜め用穴
27a 貫通孔
27b 凹部
30 サブマウント部材
40 光吸収防止用基板
50 封止部
60 光学部材
70 色変換部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
A ring-shaped light absorption preventing substrate disposed on the one surface side of the mounting substrate so as to cover the resin reservoir hole and preventing light absorption by the sealing resin in the resin reservoir hole; 5. The light emitting device according to claim 4, wherein the prevention substrate has a white resist layer formed on a surface side opposite to the mounting substrate side.
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