WO2007072919A1 - Ｌｅｄを用いた照明器具 - Google Patents

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WO2007072919A1
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led chip
led
circuit board
light
chip unit
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PCT/JP2006/325527
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Youji Urano
Takuya Nakatani
Yasuhiro Hidaka
Yoshiro Goto
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Matsushita Electric Works, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a lighting apparatus using LEDs.
  • LED chips and LED chip power phosphors (fluorescent pigments, fluorescent dyes, etc.) as wavelength converting materials that are excited by the emitted light and emit light of a different emission color from the LED chip.
  • phosphors fluorescent pigments, fluorescent dyes, etc.
  • Research and development of light-emitting devices that emit light with a color different from the LED chip's emission color in combination are underway.
  • a white light emitting device generally a white LED
  • white light emission spectrum by combining an LED chip that emits ultraviolet light with blue light or a phosphor. This product is called “Ru”.
  • the metal plate of the circuit board is thermally coupled to the metal fixture body that forms part of the lighting fixture to improve heat dissipation, and lightning surge resistance is also improved.
  • an insulating sheet is required to be interposed between the metal fixture body and the metal plate of the circuit board. Two insulating layers intervene in the heat dissipation path from the D chip to the conductor pattern on the circuit board, the insulating layer on the circuit board itself, the metal plate on the back of the circuit board, the insulating sheet, and the metal body of the circuit board. There is a problem that it is difficult to do enough.
  • the present invention has been made to overcome the above-described problems, and is an LED that can suppress an increase in the temperature of the LED chip, increase the light output, and reduce the cost of the circuit board. It is in providing the lighting fixture using.
  • the luminaire according to the present invention includes a metal fixture body 90, a plurality of LED chip units 1 having a pair of lead terminals 42 and 43 to which the LED chip and each electrode of the LED chip are electrically connected, and a fixture.
  • An insulating layer 80 is provided between the main body 90 and each LED chip unit 1 to electrically insulate them from each other and to thermally couple them.
  • a plurality of window holes 23 through which each LED chip unit 1 penetrates are formed in the circuit board 20, and the lead terminals are electrically connected to the circuit pattern 22 on the circuit board at the periphery of the window holes, and each LED chip The lower surface of the unit is thermally coupled to the instrument body 90 via an insulating layer 80.
  • heat generated in the LED chip is transferred to the fixture body through the insulating layer without passing through the circuit board. Since the heat of the LED chip can be released to the fixture body without interposing the circuit board in this way, the LED chip's light-emitting area can be reduced and the heat resistance to the fixture body can be reduced, improving heat dissipation.
  • the input power can be increased to increase the light output, and the circuit board does not take heat dissipation into consideration, such as a glass epoxy board. Since a circuit board that is less expensive than a metal substrate can be used, the cost of the circuit board can be reduced.
  • each chip unit is defined by the lead terminals 42 and 43, the lead terminals are stacked on the insulating layer 80, and the heat generated by the LEDs is insulated from the lead terminals. It is efficiently transmitted to the instrument body through the layers.
  • the luminaire includes translucent members 91 and 200 that transmit visible light from each LED chip unit 1, and a mirror that reflects visible light on the upper surface of the circuit board 20 that faces the translucent member.
  • Preferably 24 is formed.
  • a circuit pattern 22 is formed on the upper surface of the circuit board 20 together with the mirror 24.
  • the circuit pattern 22 can also be formed on the lower surface of the circuit board 20.
  • the circuit pattern and the mirror can be formed with an appropriate pattern using an appropriate material, the degree of freedom in pattern design is increased, the surface area of the mirror can be increased, and the light output is further increased. This can be further enhanced.
  • the instrument body is formed in a disk shape having a storage recess 192 for storing the LED chip unit 1 and the circuit board on one side, and is electrically connected to the circuit board at the center of the circuit board. It is preferable that a wire through hole 194 for inserting a power feeding wire is provided in the center of the instrument body at the bottom of the housing recess. In this case, it is not necessary to provide a space for routing the electric wire in the housing recess 192 of the device body, and the device body can be made thinner.
  • a plurality of attachment screws for attaching the instrument main body 90 to the construction material are inserted from the one surface side into the periphery of the storage recess 192 in the instrument main body.
  • a plurality of screw insertion holes 195 are provided therethrough and have an opening window 211 that exposes the light exit surface side of the translucent member.
  • a frame-shaped decorative cover 210 is attached to the instrument body so as to cover the mounting screw, and the decorative cover is made of metal. According to such a configuration, for example, it is easy to attach the instrument main body to a construction material such as a ceiling material using a mounting screw.
  • the cosmetic cover can prevent the mounting screws from being seen from the surface force of the appliance body, which can improve the appearance.
  • both the strength and the fact that the decorative cover is made of metal can increase the heat dissipation, and the temperature rise of the junction temperature of the LED chip can be further suppressed.
  • the translucent member has a lens unit 205 for controlling the light distribution of the light emitted from the LED chip unit at each part facing the LED chip unit.
  • the parts other than the lens parts are preferably made of metal.
  • the entire translucent member is made of synthetic resin, glass, etc. by using a metal other than each lens part. As compared with the case where it is formed, heat dissipation can be improved, and the temperature rise of the junction temperature of the LED chip can be further suppressed.
  • the LED chip unit is interposed between the LED chip and the heat transfer plate due to the heat conductive material force, and the LED chip is mounted on the LED chip unit.
  • a submount member 30 that relieves stress acting on the LED chip and an insulating substrate 120 laminated on the heat transfer plate.
  • a pair of terminal patterns that are electrically connected to the respective electrodes of the LED chip are provided on the surface of the insulating substrate 120 to constitute the lead terminals.
  • the insulating substrate is provided with a through hole for exposing the submount member, and the lower surface of the submount member is brought into contact with the heat transfer plate.
  • the heat transfer plate defines the lower surface of the LED chip unit, and the heat generated in the LED chip does not pass through the circuit board 20 but from the submount member 30 through the heat transfer plate 121.
  • the submount member can relieve the stress acting on the LED chip due to the difference in linear expansion coefficient between the LED chip and the heat transfer plate.
  • the terminal pattern 123 constituting the lead terminal of the LED chip is formed on the insulating substrate 120, the insulation distance between the instrument body 90 and the lead terminals 123a, 123b can be increased. , Improve reliability.
  • the circuit pattern 22 of the circuit board 20 includes: It is also preferable that the peripheral portion of the window frame 23 is configured to be electrically connected to the outer lead portion 123.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a main part of a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the main part of the above.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the main part of the above.
  • FIG. 4 is a partially cutaway schematic side view of the above.
  • [5] An exploded perspective view of the main part of the above.
  • FIG. 6 is a schematic exploded perspective view showing a main part of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic exploded perspective view showing a main part of the third embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of the main part of the above.
  • FIG. 12 shows a fourth embodiment, (a) is a partially broken schematic front view, and (b) is a schematic bottom view.
  • FIG. 13 The main body of the instrument is shown, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of (a).
  • FIG. 14 shows the instrument body in the same as above, (a) is a partially broken sectional view, and (b) is a plan view of the main part.
  • FIG. 15 is a perspective view of the instrument main body.
  • FIG. 16 shows the translucent member of the above, (a) is a plan view, (b) is a partially broken cross-sectional view, and (c) is a cross-sectional view of the main part.
  • FIG. 17 shows another configuration example of the translucent member in the above, (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view.
  • FIG. 18 shows a decorative cover as above, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of (a).
  • FIG. 19 is a perspective view of the decorative cover of the above.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the LED chip unit mounted on the fixture body.
  • FIG. 22 is a plan view of an essential part of the LED chip unit in the same as above.
  • FIG. 23 is a perspective view of the submount member of the above.
  • FIG. 24 shows the same insulating substrate as above, (a) is a plan view, (b) is an A-B-C-D cross-sectional view of (a), and (c) is a partially broken bottom view. .
  • FIG. 25 shows the circuit board of the above, wherein (a) is a plan view and (b) is a bottom view.
  • FIG. 26 shows Embodiment 5, wherein (a) is a schematic perspective view, and (b) is an enlarged view of the main part of (a).
  • FIG. 27 is a schematic exploded perspective view showing the above.
  • FIG. 28 is a schematic perspective view showing Embodiment 6.
  • FIG. 29 is an enlarged perspective view of the main part of the above.
  • FIG. 30 is a schematic exploded perspective view showing the same.
  • FIGS. 1-5 the lighting fixture of this embodiment is demonstrated, referring FIGS. 1-5.
  • the lighting fixture of the present embodiment is used as, for example, a spotlight, and an arm 112 having one end coupled to a rotating base 110 fixed on the support base 100 using a shaft screw 111.
  • an instrument body 90 made of metal for example, metal having high thermal conductivity such as Al or Cu is coupled using a coupling screw 113.
  • the instrument main body 90 is formed in a bottomed cylindrical shape (in this embodiment, a bottomed cylindrical shape) whose one surface (front surface) is open, and a plurality of LED chip units (light emitting devices) 1 are accommodated therein. ing.
  • each LED chip unit 1 is mounted on the bottom wall 90a via an insulating layer 80 made of a green sheet, and the opening is closed by the front cover 91.
  • the front cover 91 includes a transparent plate 9 la having a disk-shaped glass plate force and an annular window frame 91 b that holds the transparent plate 9 la, and the window frame 91 b is attached to the instrument body 90. ing.
  • the insulating layer 80 contains a filler such as silica or alumina, and reduces the viscosity when heated (for example, an organic green sheet such as an epoxy resin sheet that is melted and highly filled with a filler made of silica). ), And has high electrical insulation and high thermal conductivity. This material has high fluidity when heated, and has high adhesion to the instrument body 90, so that the LED chip unit 1 can be firmly fixed to the instrument body 90.
  • a filler such as silica or alumina
  • an organic green sheet such as an epoxy resin sheet that is melted and highly filled with a filler made of silica
  • This material has high fluidity when heated, and has high adhesion to the instrument body 90, so that the LED chip unit 1 can be firmly fixed to the instrument body 90.
  • an unfired ceramic body formed into a sheet shape such as a green sheet can be used.
  • the translucent plate 91a is not limited to a glass substrate, but may be formed of a translucent material.
  • each LED chip unit 1 arranged in the appliance main body 90 is electrically connected by a circuit board 20 arranged in the appliance main body 90. It should be noted that the outer peripheral shape of the circuit board 20 is formed in a shape in which a circular portion is notched and a linear portion is provided.
  • the circuit board 20 is composed of a glass epoxy board in which a circuit pattern 22 for supplying power to each LED chip unit 1 is formed on one surface side in the thickness direction. A plurality of rectangular window holes 23 to be inserted are penetrated in the thickness direction.
  • the above-described translucent plate 91a is disposed away from the circuit board 20 on the opposite side of the circuit board 20 from the surface facing the instrument body 90, and visible light from each LED chip unit 1 is disposed.
  • a translucent member that transmits light is configured.
  • the circuit pattern 22 on the circuit board 20 is designed so as to connect a plurality of LED chip units 1 in parallel, and the circuit patterns 22 at both ends of the parallel circuit of the plurality of LED chip units 1.
  • a power supply wire (not shown) connected to the wire by solder or the like and having a lead wire force is passed through a wire through hole 90c penetrating through the bottom wall 90a of the instrument body 90, and a plurality of LED chips are connected.
  • the power supply circuit power is also supplied to the parallel circuit of G1.
  • a power supply circuit for example, a power supply circuit having a rectifier circuit composed of a diode bridge that rectifies and smoothes the AC output of an AC power supply such as a commercial power supply and a smoothing capacitor that smoothes the output of the rectifier circuit is employed. That's fine.
  • a plurality of LED chip units 1 in the instrument body 90 are connected in parallel.
  • the connection relationship of the plurality of LED chip units 1 is not particularly limited. You can also use a combination of series and parallel connections.
  • the LED chip unit 1 includes a rectangular plate-shaped LED chip 10, a chip mounting member 41 that is formed in a rectangular plate shape larger than the chip size of the LED chip 10 and on which the LED chip 10 is mounted, and a chip mounting member A strip-shaped lead terminal 42 formed integrally on one side edge of 41, a T-shaped lead terminal 43 spaced apart from the other side edge of the chip mounting member 41, and an LED chip 10 A reflector (reflector) 50 that reflects the light emitted from the LED chip 10 and radiated from the side of the LED chip 10 to the front of the LED chip 10 (upward in FIG.
  • the chip mounting member 41 and each lead terminal 42, 43 are formed by using a lead frame that has a force of a metal plate (for example, a copper plate), and the chip mounting member 41 and each lead terminal 42, 43 are insulated.
  • the inner lead portions 42a and 43a of the lead terminals 42 and 43 and the chip mounting member 41 are arranged on the inner side of the holding frame 45.
  • the outer lead portions 42b and 43b of the lead terminals 42 and 43 are disposed outside the holding frame 45, respectively.
  • the above-described insulating layer 80 is interposed between the chip mounting member 41 and each lead terminal 42, 43 and the instrument body 90, and the insulating layer 80 includes the chip mounting member 41 and each lead terminal 42, 43 and the instrument body 90 are both electrically insulated and thermally coupled.
  • the lead terminals 42 and 43 are electrically connected to the circuit patterns 22 of the circuit board 20 through the joints 95 having the solder leads 42b and 43b.
  • the holding frame 45, the chip mounting member 41, the lead terminals 42 and 43, the reflector 50, the protective cover 60, and the insulating layer 80 constitute an LED chip 10 package. Yes.
  • a single sheet that is slightly smaller than the bottom wall 90a of the power device main body 90 in which the insulating layer 80 is provided for each LED chip unit 1 is shared by a plurality of LED chip units 1. May be.
  • the material of the lead frame is not limited to copper, but may be phosphor bronze, for example.
  • the chip mounting member 41 and the lead terminals 42 and 43 are formed on the holding frame 45 at the same time, but the holding frame 45 is not necessarily provided, and the chip mounting member 41 and the lead are not necessarily provided. It is not necessary to form the terminal 42 in one piece.
  • the chip mounting member 41 and the lead terminal 42 are formed integrally and provided with the holding frame 45 described above, the LED chip unit 1 can be easily handled as an individual part during assembly, etc. There is an advantage that an individual inspection can be easily performed before the chip unit 1 is mounted on the instrument body 90.
  • the LED chip 10 is a GaN-based blue LED chip that emits blue light.
  • the n-type SiC substrate is closer to the lattice constant and crystal structure force GaN than the sapphire substrate and has conductivity.
  • the light emitting part 12 is formed of a GaN-based compound semiconductor material on the main surface side of the conductive substrate 11 and has a laminated structure having, for example, a double hetero structure. Growth method (eg MOVPE method)
  • a force sword electrode (n electrode), which is an unillustrated force sword side electrode, is formed on the back surface of the conductive substrate 11, and is formed on the surface of the light emitting portion 12 (the outermost surface on the main surface side of the conductive substrate 11).
  • an anode electrode which is an electrode on the anode side
  • the LED chip 10 has an anode electrode formed on one surface side and a force sword electrode formed on the other surface side.
  • the force sword electrode and the anode electrode are composed of a laminated film of a Ni film and an Au film.
  • the material of the force sword electrode and the anode electrode is not particularly limited, and good ohmic characteristics can be obtained. For example, A1 may be adopted as long as it is a material.
  • the one lead terminal 42 constitutes a force sword side lead terminal
  • the other lead terminal 43 constitutes an anode side lead terminal.
  • the LED chip 10 is mounted on the chip mounting member 41 so that the light emitting portion 12 of the LED chip 10 is on the side farther from the chip mounting member 41 than the conductive substrate 11.
  • the light emitting unit 12 may be mounted on the chip mounting member 41 so as to be closer to and closer to the chip mounting member 41 than the conductive substrate 11. Considering the light extraction efficiency, it is desirable to arrange the light emitting part 12 on the side away from the chip mounting member 41.
  • the conductive substrate 11 and the light emitting part 12 have the same refractive index. Therefore, even if the light emitting part 12 is arranged close to the chip mounting member 41, the light extraction loss does not become too large.
  • the reflector 50 is a frame-like shape having a circular opening, and is formed in a shape in which the opening area increases as the distance from the LED chip 10 increases in the thickness direction of the LED chip 10.
  • Each of the lead terminals 42 and 43 is fixed by a fixing material 55 having a sheet-like adhesive film strength.
  • the outer peripheral shapes of the reflector 50 and the fixing member 55 are formed in a rectangular shape that is slightly smaller than the inner peripheral shape of the holding frame 45.
  • a material of the reflector 50 a material (for example, A1) having a relatively high reflectance with respect to light emitted from the LED chip 10 (here, blue light) may be employed.
  • a circular opening 55 a corresponding to the opening of the reflector 50 is formed in the fixing member 55.
  • a sealing portion inside the reflector 50 by potting a transparent sealing resin (for example, silicone resin) that seals the LED chip 10.
  • the protective cover 60 is continuous from the periphery of the opening of the cover 62 to the side, with a dome-shaped cover 62 arranged so that the center is located on the center line along the thickness direction of the LED chip 10.
  • the protective cover 60 may be bonded to the reflector 50 using, for example, an adhesive (for example, silicone resin, epoxy resin).
  • the protective cover 60 includes a transparent material such as silicone resin and a particulate yellow phosphor that emits broad yellow light when excited by the blue light emitted from the LED chip 10. It is comprised by the molded article of the mixed mixture. Therefore, the LED chip unit 1 in this embodiment also serves as a color conversion member that emits light of a color different from the emission color of the LED chip 10 when excited by the light emitted from the protective cover 60-power LED chip 10.
  • the LED chip unit 1 as a whole constitutes a white LED that outputs white light composed of the combined light of the blue light emitted from the LED chip 10 and the light emitted from the yellow phosphor.
  • the transparent material used as the material of the protective cover 60 is not limited to silicone resin, and for example, acrylic resin, epoxy resin, glass, or the like may be employed.
  • the phosphor mixed with the transparent material used as the material of the protective cover 60 is not limited to the yellow phosphor.
  • white light can be obtained by mixing a red phosphor and a green phosphor.
  • the emission color of the LED chip 10 is the same as the desired emission color of the LED chip unit 1, it is not necessary to mix the phosphor with the transparent material.
  • a blue LED chip whose emission color is blue as described above is adopted as the LED chip 10, and the SiC substrate is adopted as the conductive substrate 11.
  • a GaN substrate can be used.
  • the crystal growth substrate has a higher thermal conductivity and a lower thermal resistance.
  • the light emission color of the LED chip 10 is not limited to blue, and may be, for example, red or green.
  • the material of the light emitting portion 12 of the LED chip 10 is not limited to the GaN compound semiconductor material, but depends on the emission color of the LED chip 10.
  • GaAs-based compound semiconductor materials, GaP-based compound semiconductor materials, etc. may be employed.
  • the conductive substrate 11 is not limited to the SiC substrate, and may be appropriately selected from, for example, a GaAs substrate, a GsP substrate, etc. according to the material of the light emitting unit 12.
  • the thermal resistance values in Table 1 are as follows: the thickness of the crystal growth substrate is 0.3 mm, the cross-sectional area perpendicular to the thickness direction of the crystal growth substrate is lmm 2, and the thermal resistance is This is the value of the thermal resistance when conducting.
  • the LED chip 10 is formed in a rectangular plate shape larger than the chip size of the LED chip 10 on the chip mounting member 41 described above, and the linear expansion coefficient between the LED chip 10 and the chip mounting member 41 that also serves as a heat transfer plate. It is mounted via a submount member 30 that alleviates the stress acting on the LED chip 10 due to the difference between the two.
  • the submount member 30 has a heat conduction function to transfer heat generated in the LED chip 10 only by the above-described stress relaxation function to a wider range than the chip size of the LED chip 10 in the chip mounting member 41.
  • the surface area of the chip mounting member 41 on the LED chip 10 side is desirably sufficiently larger than the surface area of the LED chip 10 on the chip mounting member 41 side.
  • the contact area between the chip mounting member 41 and the insulating layer 80 is increased, and the heat of the LED chip 10 is wide. It is preferable to use the above lead frame which is preferable to reduce the thermal resistance by conducting heat uniformly over the
  • the surface area of the LED chip 10 side of the chip mounting member 41 formed by V is 10 times or more the surface area of the LED chip 10 on the chip mounting member 41 side.
  • the submount member 30 has a function of relieving the stress, the thickness can be reduced, and a material having a relatively large thermal conductivity should be adopted. As a result, the thermal resistance can be reduced.
  • CuW is adopted as the material of the submount member 30, and the LED chip 10 has the force sword electrode connected to the one lead through the submount member 30 and the chip mounting member 41.
  • the inner lead portion 43a of the other lead terminal 43 is connected to the inner lead portion 42a of the terminal 42 through a bonding wire 14 that is electrically connected to the anode electrode and has a metal fine wire (for example, gold fine wire, aluminum fine wire, etc.) force.
  • a metal fine wire for example, gold fine wire, aluminum fine wire, etc.
  • the lead wires 93 are electrically connected to the outer lead portions 42b and 43b of the lead terminals 42 and 43, respectively, via joints 95 made of solder.
  • the material of the submount member 30 is not limited to CuW.
  • the coefficient of linear expansion is relatively close to 6H-SiC, which is the material of the conductive substrate 11, and the thermal conductivity is comparative.
  • W, A1N, composite SiC, Si, etc. may be adopted as long as the material is high.
  • an insulator such as A1N or composite SiC is used as the submount member 30, for example, an appropriate conductor pattern bonded to the anode electrode is provided on the surface of the submount member 30 on the LED chip 10 side.
  • the conductor pattern may be electrically connected to the inner lead portion 42a of the one lead terminal 42 via a bonding wire.
  • the material of the chip mounting member 41 is Cu
  • the submount member 30 and the chip mounting member 41 are directly joined. Therefore, for example, as shown in Table 3 below, the bonding area between the submount member 30 and the chip mounting member 41 is smaller than when the submount member 30 and the chip mounting member 41 are bonded using a brazing material. The thermal resistance at the joint between the submount member 30 and the chip mounting member 41 can be reduced.
  • the LED chip 10 and the submount member 30 are joined using lead-free solder such as AuSn or SnAgCu.
  • the submount member 30 and the submount member 30 and the chip mounting member 41 are directly joined, as shown in Table 4 below, the submount member 30 and Compared with the case where the chip mounting member 41 is joined using silver solder, the thermal conductivity is increased and the thermal resistance can be reduced.
  • the material strength SCu of the chip mounting member 41 is A1N, composite SiC, etc.
  • the chip mounting member 41 and the submount member 30 are made of AuSn, SnAgCu, etc. Bonding using lead-free solder.
  • a reflective film that reflects visible light (for example, a metal film such as an A1 film) is formed on the surface of the circuit board 20 facing the light transmitting plate 91a.
  • the mirror 24 is formed, the visible light totally reflected by the translucent plate 91a of the visible light emitted from each LED chip unit 1 is reflected by the mirror 24.
  • the light output can be further increased.
  • the circuit board 20 has the circuit pattern 22 and the mirror 24 separately formed on the side facing the translucent plate 91a, so that the degree of freedom in the design of the circuit pattern 22 increases and the circuit Since the material of each of pattern 22 and mirror 24 can be selected as appropriate, the light output can be further increased by selecting a material having higher reflectivity as the material of mirror 24. For example, A1 can be selected as the material of mirror 24. If it is adopted, the reflectance of light having a wavelength in the visible light region can be increased and the light output can be increased as compared with the case of using Ni.
  • the material of the circuit pattern 22 is not limited to the force Au adopting Au, and for example, Cu or the like may be adopted.
  • the heat generated in each LED chip unit 1 at the time of lighting is made of metal through the insulating layer 80 such as a green sheet without passing through the circuit board. Since heat can be transferred to the fixture body 90 to dissipate heat, the LED unit's circuit board is thermally coupled to the bottom wall of the fixture body via a sheet-like insulating member. The distance from the light emitting part 12 of the chip 10 to the fixture body 90 and the thermal resistance can be reduced, improving heat dissipation, and the light emitting part 12 of the LED chip 10 Since the temperature rise of the cushion temperature can be suppressed, the input power can be increased and the optical output can be increased. In addition, when used with the same light output as the configuration of a lighting fixture using conventional LEDs, the junction temperature of the LED chip 10 can be reduced compared to the configuration of a lighting fixture using conventional LEDs. There is an advantage that the life of the chip 10 is extended.
  • the circuit substrate 20 it is not necessary to use a conventional metal substrate (metal base printed wiring board) as the circuit substrate 20, for example, a metal substrate such as a glass epoxy substrate. Compared to the circuit board 20, an inexpensive circuit board can be adopted, and the cost of the circuit board 20 can be reduced.
  • a conventional metal substrate metal base printed wiring board
  • the submount member 30 interposed between the LED chip 10 and the chip mounting member 41 has a relatively small difference in linear expansion coefficient between the LED chip 10 and the chip mounting member 41. In this case, it is not always necessary to provide it. Force when the submount member 30 is not interposed between the LED chip 10 and the chip mounting member 41 Distance between the LED chip 10 and the bottom wall 90a of the metal instrument body 90 Since the heat resistance from the light emitting part 12 of the LED chip 10 to the fixture body 90 can be further reduced and the heat dissipation is further improved, the light output can be further increased.
  • the configuration of the luminaire using the LED of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the structure of the LED chip unit 1 is different as shown in FIGS.
  • symbol is attached
  • a force not shown in the present embodiment is also provided with a front cover 91 (see FIG. 4) similar to that in the first embodiment.
  • the LED chip 10 is mounted on the front side.
  • a lead terminal comprising a plate-like conductive plate 71 and a conductor pattern formed on the one surface side of the conductive plate 71 via an insulating film 72 and electrically connected to the anode electrode and the force electrode of the LED chip 10 respectively.
  • an insulating layer 80 is interposed between the base 71 and the bottom wall 90a of the instrument body 90.
  • a material of the conductive plate 71 for example, a material having conductivity and relatively high thermal conductivity such as copper and phosphor bronze may be used.
  • a material of the lead terminals 73 and 73 for example, Copper may be used.
  • the reflector 50 is integrally provided with the mounting portion 51 on which the annular positioning rib 61a protruding from the flange portion 61 of the protective cover 60 is mounted, and the protective cover is provided. It is now possible to position the 60 with respect to the reflector 50 stably!
  • an anode electrode (not shown) on one surface side (the upper surface side in FIG. 7) of the LED chip 10 is connected to one end portion (i) of one lead terminal 73 via the bonding wire 14.
  • the force sword electrode (not shown) on the other surface side (the lower surface side in FIG. 7) of the LED chip 10 is electrically connected to the inner lead portion), and one end portion (inner portion) of the other lead terminal 73 through the bonding wire 14.
  • the other end portion of each lead terminal 73 is electrically connected to the circuit pattern 22 of the circuit board 20 via a joint portion 95 having a soldering force.
  • the chip mounting member 70, the reflector 50, and the protective cover 60 constitute the package of the LED chip 10!
  • the heat resistance from the light emitting portion 12 of the LED chip 19 to the fixture main body 90 can be reduced as compared with the conventional case to dissipate heat. And the temperature rise of the junction temperature of the LED chip 10 can be suppressed, so that the input power can be increased and the light output can be increased.
  • the circuit board 20 can be a glass epoxy board or the like. In addition, since a circuit board that is less expensive than a metal substrate can be employed, the cost of the circuit board 20 can be reduced.
  • the submount member 30 interposed between the LED chip 10 and the conductive plate 71 of the chip mounting member 70 is a line between the LED chip 10 and the conductive plate 71.
  • the difference in expansion coefficient is relatively small, it is not always necessary to provide it.
  • the submount member 30 is not interposed between the LED chip 10 and the conductive plate 71, When the distance between the LED chip 10 and the bottom wall 90a of the metal fixture body 90 is shortened, the thermal resistance from the light emitting part 12 of the LED chip 10 to the fixture body 90 can be further reduced, and the heat dissipation is improved. Since it improves further, the optical output can be further increased.
  • the LED chip unit 1 can be easily handled as an individual part during assembly, and an individual inspection can be easily performed before each LED chip unit 1 is mounted on the instrument body 90. There is an advantage that can be done.
  • the configuration of the luminaire using the LED of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the structure of the circuit board 20 is different as shown in FIGS. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the present embodiment also includes a front cover 91 (see FIG. 4) similar to that of the first embodiment.
  • the circuit board 20 in the present embodiment is different in that a circuit pattern 22 is formed on the side opposite to the surface facing the light transmitting plate 91a (see Fig. 4).
  • the connection part with each LED chip unit 1 in the circuit pattern 22 is extended along the inner surface of the window hole 23 to the opposite surface to the light-transmitting plate 91a. It is electrically connected to the lead terminals 42 and 43 via
  • the surface area of the mirror 24 formed on the surface of the circuit board 20 facing the translucent plate 91a can be made larger than in the first embodiment. It is possible to further increase the light output.
  • the circuit board 20 in the present embodiment may be used instead of the circuit board 20 in the second embodiment.
  • the lighting fixture using the LED of the present embodiment is a ceiling light, and is made of a metal (for example, a metal having high thermal conductivity such as Al or Cu) attached to the construction material 180 such as a ceiling material.
  • An instrument body 190 is provided.
  • the tool body 190 is formed in a disc shape as shown in FIGS. 12 to 15, and is one side of the tool body 190 opposite to the construction material 180 side (see FIG. 12 (a)).
  • a recess 191 having a circular opening is formed on the lower surface, and a plurality (8 in this embodiment) of LED chip units 1 and a disc-shaped circuit board 20 are accommodated on the inner bottom surface of the recess 191.
  • a storage recess 192 for receiving is formed.
  • the circuit board 20 is formed with a plurality of (in this embodiment, eight) circular window holes 23 (see FIG. 25) through which a part of each LED chip unit 1 is inserted.
  • a circuit pattern 22 (see FIG. 25 (a)) for supplying power to the LED chip unit 1 is formed on one surface side of the main body 190 opposite to the inner bottom surface of the storage recess 192. Are arranged on the same side as each LED chip unit 1.
  • the circuit pattern 22 in FIG. 25 (a) is formed so that eight LED chips 1 are connected in series.
  • a cylindrical embedding portion 193 inserted into a circular mounting hole 181 formed in the construction material 180 projects from the center of the other surface of the instrument body 190 (upper surface in FIG. 12 (a)).
  • the instrument main body 1 90 has a wire insertion hole 194 for introducing the electric wires 96, 96 for supplying power to the circuit board 20 into the storage recess 192. It is penetrated at a portion between the center of the inner bottom surface of the place 192.
  • the appliance main body 190 has an electric wire through hole 194 provided at the bottom of the storage recess 192.
  • the other end of each wire 96, 96 opposite to the one connected to the circuit board 20 is detachably connected to the first connector for output of a separate power supply unit (not shown).
  • a second connector 97 is provided.
  • the circuit board 20 has a pair of wire connecting through-hole wirings 26, 26 (see FIG. 25) for electrically connecting the power feeding wires 96, 96 formed in the center. .
  • Each wire connecting through-hole wiring 26, 26 is formed across the inner surface of the through-hole penetrating in the thickness direction of the circuit board 20 and the peripheral portion of the through-hole on both surfaces of the circuit board 20, The wires 96 and 96 are connected using solder. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the instrument main body 190 without having to provide a space for routing the electric wires 96, 96 in the storage recess 192 of the instrument main body 190.
  • Each through-hole wiring 26, 26 for connecting electric wires is connected to the circuit pattern 22 on the one surface side of the circuit board 20.
  • LED chip unit 1 will be described with reference to FIGS.
  • the LED chip unit 1 includes an LED chip 10 and a mounting board 1 on which the LED chip 10 is mounted. 20 and a frame 140 that surrounds the LED chip 10 on the mounting surface side of the LED chip 10 on the mounting substrate 120, and a bonding wire 14 and 14 connected to the LED chip 10 and the LED chip 10 inside the frame 140.
  • the sealing part 150 that also has the power of sealing light-transmitting material (sealing grease), the lens 160 arranged so as to overlap the sealing part 150 and the frame 140, and the light emitted from the LED chip 10
  • the LED chip 10 is a molded product made of a phosphor that emits light of a color different from the light emission color together with a transparent material, and an air layer is formed between the light emitting surface 160b of the lens 160 and the outer surface of the frame 140.
  • a dome-shaped color conversion member 170 disposed so as to form 180.
  • the mounting substrate 120 includes a metal plate 121 and terminal patterns 123, 123 each having a pair of conductor patterns electrically connected to both electrodes (not shown) of the LED chip 10 on the surface opposite to the metal plate 121 side.
  • a glass epoxy (FR4) substrate that is laminated on a metal plate 121 and an insulating substrate 122 that has power, and a through hole 124 is provided in the portion corresponding to the LED chip 10 in the insulating substrate 122. Heat generated in the chip 10 can be transferred to the metal plate 121 without passing through the insulating substrate 122.
  • Cu is used as the material of the metal plate 121.
  • the metal plate 121 is not limited to Cu as long as it has a relatively high thermal conductivity and may be A1, or the like as long as it is a metal material.
  • the metal plate 121 constitutes a heat transfer plate on which the LED chip 10 is mounted because of the heat conductive material force, and the terminal patterns 123 and 123 correspond to the LED chip 10 respectively. It constitutes a lead terminal that is electrically connected to each electrode.
  • the metal plate 121 and the insulating substrate 122 include a metal layer (here, Cu) formed on the surface of the insulating substrate 122 facing the metal plate 121, and a bonding metal layer 125 ( (See Fig. 20 and Fig. 24).
  • Each lead pattern 123, 123 is composed of a laminated film of a Cu film, a Ni film, and an Ag film.
  • a resist layer 126 made of a white resin is laminated so as to cover the lead patterns 123 and 123.
  • the LED chip 10 is formed on the metal plate 121 in the shape of a rectangular plate larger than the chip size of the LED chip 10, and the linear expansion of the LED chip 10 and the metal plate 21 serving as a heat transfer plate is performed. It is mounted via a submount member 30 that relieves stress acting on the LED chip 10 due to the difference in rate.
  • the submount member 30 not only has the function of relieving the stress, but also the heat conduction function of transferring the heat generated in the LED chip 10 to the metal plate 121! /, And in a wider range than the chip size of the LED chip 10. have.
  • A1N having a relatively high thermal conductivity and insulation is adopted as the material of the submount member 30, and the LED chip 10 has the force sword electrode as the LED chip 1 in the submount member 30.
  • the anode electrode is electrically connected to the other lead pattern 123 via the bonding wire 14.
  • the LED chip 10 and the submount member 30 may be joined using, for example, solder such as SnPb, AuSn, SnAgCu, or silver paste, but may be joined using lead-free solder such as AuSn, SnAgCu. It is preferable to do.
  • the submount member 30 includes a reflective film (for example, a laminated film of a Ni film and an Ag film) 32 that reflects light emitted from the LED chip 10 around the conductor pattern 31. .
  • the material of the submount member 30 is not limited to A1N, and any material that has a linear expansion coefficient that is relatively close to 6H-SiC that is the material of the conductive substrate 11 and a relatively high thermal conductivity may be used. Composite SiC, Si, etc. may be used.
  • the LED chip 10 since the LED chip 10 is mounted on the metal plate 121 via the submount member 30, heat generated in the LED chip 10 can be efficiently radiated via the submount member 130 and the metal plate 121.
  • the stress acting on the LED chip 10 due to the difference in linear expansion coefficient between the LED chip 10 and the metal plate 121 can be relaxed.
  • the translucent material of the sealing portion 150 described above is not limited to force silicone resin using silicone resin, and acrylic resin or the like may be used.
  • the frame 140 has a cylindrical shape and is formed of a molded product of a transparent resin.
  • the transparent resin used for the molded product silicone resin is used.
  • the frame body 140 is formed of a light transmissive material having a linear expansion coefficient equivalent to that of the light transmissive material of the sealing portion 150.
  • the inside of the frame body 140 is filled (potted) with a light-transmitting material of the sealing portion 150 and thermally cured. Part 150 is formed.
  • acrylic resin is used instead of silicone resin as the translucent material of the sealing part 150, it is desirable that the frame 140 is formed of a molded product of acrylic resin.
  • the frame body 140 is disposed so as to surround the LED chip 10 and the submount member 30 on the side opposite to the metal plate 121 side of the insulating substrate 122.
  • the lens 160 is constituted by a biconvex lens in which the light incident surface 160a and the light emitting surface 160b on the sealing portion 150 side are each formed in a convex curved surface shape.
  • the lens 160 is formed of a silicone resin molded product and has the same refractive index as that of the sealing portion 150.
  • the lens 160 is not limited to the silicone resin molded product, for example, Alternatively, it may be composed of a molded product of acrylic resin.
  • the lens 160 has a light exit surface 160b which is formed in a convex curved surface shape so that the light incident from the light entrance surface 160a is not totally reflected at the boundary between the light exit surface 160b and the air layer 180 described above.
  • the lens 160 is arranged so that the optical axis of the lens 160 is positioned on the center line of the light emitting unit 12 along the thickness direction of the LED chip 10. The light emitted from the side force of the LED chip 10 propagates through the sealing portion 150 and the air layer 180 to reach the color conversion member 170 and excites the phosphor of the color conversion member 170 or collides with the phosphor. Without passing through the color conversion member 170.
  • the color conversion member 170 is a particulate yellow that emits broad yellow light by being excited by a transparent material such as silicone resin and the blue light emitted from the LED chip 10 and transmitted through the sealing portion 150. It is comprised by the molded article of the mixture which mixed fluorescent substance. Therefore, in the LED chip unit 1 in the present embodiment, the blue light emitted from the LED chip 10 and the light emitted also from the yellow phosphor force are emitted through the outer surface 170b of the color conversion member 170 to obtain white light. be able to.
  • the transparent material used as the material of the color conversion member 170 is not limited to silicone resin, and for example, acrylic resin, epoxy resin, glass, or the like may be employed. In addition, it is mixed with the transparent material used as the material of the color conversion member 170.
  • the fluorescent material to be used is not limited to the yellow fluorescent material. For example, white light can be obtained by mixing a red fluorescent material and a green fluorescent material.
  • the color conversion member 170 is formed such that the inner surface 170a is along the light emitting surface 160b of the lens 160. Therefore, the distance between the light emitting surface 160b and the inner surface 170a of the color conversion member 170 in the normal direction is a substantially constant value regardless of the position of the light emitting surface 160b of the lens 160.
  • the color conversion member 170 is molded so that the thickness along the normal direction is uniform regardless of the position.
  • the color conversion member 170 is fixed to the insulating substrate 122 at the periphery of the opening through a joint (not shown) made of, for example, an adhesive (for example, silicone resin, epoxy resin). Goodbye!
  • the submount member 30 is formed in a flat plate shape having a plane size larger than that of the SLED chip 10 as described above, and the conductor pattern 31 serving as a bonding portion of the LED chip 10 is used.
  • a reflection film 32 that reflects light also emitted from the side force of the LED chip 10 is provided around the surface of the LED chip 10, and the surface of the reflection film 32 is a metal plate 121 than the edge of the color conversion member 170 on the insulating substrate 122 side. Since the thickness dimension is set so as to be located away from the light source, the light emitted from the side surface of the LED chip 10 can be prevented from being absorbed by the insulating substrate 122, and can be transmitted to the outside.
  • the light extraction efficiency can be improved, and both the force and the side force of the LED chip 10 can prevent the emitted light from being emitted through the joint between the color conversion member 170 and the insulating substrate 122. Can reduce color unevenness
  • the light output can be improved by improving the light extraction efficiency to the outside.
  • the LED chip 10 is arranged at the center of the submount member 30 such that each side in plan view intersects one of the pair of diagonal lines of the submant member 30.
  • the light emitted from the side surface of the LED chip 10 to the submount member 30 side can be efficiently reflected by the reflective film 32, and the light output can be improved by improving the light extraction efficiency to the outside.
  • the central axis of the LED chip 10 and the submant member 30 substantially coincides with each other in the thickness direction, and each side in the plan view of the LED chip 10 corresponds to the submount member 30. It is arranged to form an angle of approximately 45 degrees with the one diagonal line.
  • the mounting substrate 120 has a laminated structure of the metal plate 121 and the insulating substrate 122 described above. In comparison, the insulation distance between the instrument body 190 and the terminal patterns 123, 123 as lead terminals can be increased, and the reliability is improved.
  • the color conversion member 170 is arranged in such a manner that an air layer 180 is formed between the light emitting surface 160b of the lens 160 and the frame 140.
  • the color conversion member 170 does not need to be in close contact with the lens 160 and the frame body 140, it is possible to suppress a decrease in yield due to the dimensional accuracy and positioning accuracy of the color conversion member 170.
  • the air layer 180 is formed between the color conversion member 170 and the lens 160, the color conversion member 170 is deformed when an external force is applied to the color conversion member 170.
  • the stress generated in the color conversion member 170 due to the external force is transmitted to the LED chip 10 and the bonding wires 14 and 14 through the lens 160 and the sealing portion 150.
  • This has the advantage that reliability is improved because fluctuations in the light emission characteristics of the LED chip 10 and disconnection of the bonding wires 14 and 14 occur due to the above external force.
  • the air layer 180 is formed between the color conversion member 170 and the lens 160, there is an advantage that it is difficult to reach the moisture power LED chip 10 in the external atmosphere.
  • the air layer 180 is formed between the color conversion member 170 and the lens 160, it is emitted from the LED chip 10 and enters the color conversion member 170 through the sealing portion 150 and the lens 160.
  • the amount of light scattered to the lens 160 side and transmitted through the lens 160 can be reduced, and the LED chip unit 1 as a whole is exposed to the outside. There is an advantage that the extraction efficiency can be improved.
  • Each LED chip unit 1 described above is mounted on the inner bottom surface of the housing recess 192 of the appliance body 190 via an insulating layer 80 made of, for example, a green sheet.
  • an insulating layer 80 made of, for example, a green sheet.
  • the above-described window hole 23 in the circuit board 20 shown in FIG. 25 is formed in a circular shape having an opening size that allows the color conversion member 170 of the LED chip 1 to pass therethrough.
  • the plate 20 is arranged around each window hole 23 at each outer lead portion 123b of the LED chip unit 1.
  • a unit connection through-hole wiring 27 for electrically connecting the water lead portion 123b and the circuit pattern 22 using a brazing material such as solder is formed in the portion overlapping with each other.
  • Each unit connecting through-hole wiring 27 is formed across the inner surface of the through-hole penetrating in the thickness direction of the circuit board 20 and the periphery of the through-hole on both sides of the circuit board 20. Is connected to the circuit pattern 22 on the one surface side.
  • a mirror 24 may be provided on the surface of the circuit board 20 facing the light transmitting member 200 described later, as in the second embodiment, or a white resist layer may be used as the light reflecting film. Even if it is set up as
  • a plurality of (two in this embodiment) mounting screws 198 for attaching the tool body 190 to the construction material 180 are inserted into the tool body 190 from the one surface side.
  • two screw threading holes 195 are provided in a portion between the inner bottom surface of the recess 191 and the other surface of the instrument main body 190. Therefore, the appliance main body 190 can be attached to the construction material 180 such as a ceiling material using the attachment screws 198.
  • the circuit board 20 includes a translucent member 200 that is disposed on the opposite side of the inner surface of the housing recess 192 of the instrument main body 190 and transmits visible light from each LED chip unit 1. Yes.
  • the translucent member 200 is formed of a molded product of a translucent material (for example, acrylic resin), and a circuit is formed on the other surface side of the circuit board 20 as shown in FIGS.
  • a front plate portion 201 disposed away from the substrate 20 and an annular side plate portion 202 that continuously and integrally protrudes from the periphery of the front plate portion 201 toward the inner bottom surface of the housing recess 191 of the instrument body 190.
  • the instrument body 190 is formed with two screw insertion holes 197 through which a fixing screw 199 for fixing the translucent member 200 is passed, and the translucent member 200 has the other surface of the instrument body 190 described above.
  • Two boss portions 203 having a screw hole 204 into which a distal end portion of a fixing screw 199 threaded through a screw threading hole 197 of the instrument main body 190 is screwed from the side are integrally formed.
  • a cutout portion 28 is formed in a portion corresponding to each boss portion 203 in the peripheral portion of the circuit board 20.
  • the lighting fixture using the LED of the present embodiment has a circular opening window 211 (see FIG. 18) that exposes the light emitting surface side (the lower surface side of FIG. 12 (a)) of the translucent member 200.
  • Instrument body 190 On the one surface side, a frame-shaped decorative cover 210 attached to the instrument body 190 is provided so as to cover the peripheral portion of the storage recess 192 and the mounting screws 198. Therefore, after attaching the tool body 1 90 to the construction material 180 using the mounting screws 198, if the makeup bar 210 is attached to the tool body 190, the mounting screws cannot be seen from the one surface side of the tool body 190. Can be improved.
  • the decorative cover 210 is formed using elastic synthetic resin (for example, PBT, ABS, etc.), and engages with each of the plurality of engagement holes 196 formed in the instrument body 190.
  • a plurality of locking projections 212 are also provided so as to face the instrument body 190. That is, the decorative cover 210 is attached to the instrument main body 190 by inserting the respective locking projections 212 into the respective engagement holes 196 of the instrument main body 190 and engaging with the peripheral portions of the respective engagement holes 196. .
  • the above-mentioned decorative cover 210 is made of a synthetic resin molded product. If the decorative cover 210 is made of a metal, the decorative cover 210 is made of a synthetic resin. And the temperature rise of the junction temperature of the LED chip 10 can be further suppressed.
  • the decorative cover 210 is made of metal, for example, it may be detachable from the instrument body 190 by adopting a structure that is attached to the instrument body 190 using a leaf spring. It is also possible to adopt a structure that is screwed into 190 and attachable to and detachable from the instrument body 190.
  • the above-described translucent member 200 has a front plate portion 201 having a flat plate shape. As shown in FIG. 17, each LED chip unit 1 is opposed to each portion facing each LED chip. If the molded product is made of a translucent material (for example, acrylic resin, glass, etc.) having a lens portion 205 that controls the light distribution of the light emitted from the chip unit 1, each LED chip 1 also emits a force. The light distribution of the emitted light can be controlled.
  • each lens unit 205 is a Fresnel lens, and has a recess 206 for housing the color conversion member 70 of the LED chip unit 1 so that the optical axis coincides with the lens 160 of the LED chip unit 1. Be placed.
  • Each lens unit 205 has a function of reflecting light incident from the inner surface 206b of the recess 206 by the outer surface 205b and guiding it to the light emitting surface 205a side of the lens unit 205.
  • the entire translucent member 200 is formed of synthetic resin, glass, or the like.
  • the heat dissipation can be improved compared to the case where the temperature of the junction temperature of the LED chip 10 is further suppressed.
  • the lighting fixture using the LED of the present embodiment is different from the fourth embodiment in the shape of the metal fixture body 290, and the configuration of the LED chip unit 1 is the same as that in the fourth embodiment. It is. Note that the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the instrument body 290 in the present embodiment is formed in a band plate shape (elongated rectangular plate shape), and a plurality of (eight in the illustrated example) LED chip units 1 and a band plate shape on one surface.
  • a storage recess 290a for storing the circuit board 20 is formed.
  • the plurality of LED chip units 1 are arranged in parallel at a predetermined interval in the longitudinal direction of the instrument body 290.
  • Each LED chip unit 1 is mounted on the inner bottom surface of the housing recess 290a of the instrument body 290 via an insulating layer 80 (see FIG. 20) made of, for example, a green sheet, as in the fourth embodiment.
  • a circuit pattern (not shown) for connecting LED chips 1 in series is formed on the side of the circuit board 20 opposite to the inner bottom surface of the storage recess 290a.
  • An electric wire (not shown) introduced into the storage recess 290a through a wire through hole (not shown) is appropriately connected.
  • the circuit board 20 is provided with one window hole 23 and two unit connecting through-hole wirings 27 for each portion corresponding to each LED chip unit 1.
  • the temperature rise of the LED chip 10 can be suppressed, the light output can be increased, and the cost of the circuit board 20 can be increased. Can be reduced.
  • the circuit board 20 in the present embodiment is not limited to a glass epoxy board, and for example, a flexible printed wiring board (FPC) may be used.
  • the basic configuration of the lighting fixture using the LED of this embodiment is substantially the same as that of the fifth embodiment.
  • all the LED chip units in the fixture main body 290 are formed with one circuit board 20.
  • all LED chip units 1 are connected using a plurality of circuit boards 20, as shown in FIGS. are different.
  • two LED chip units 1 arranged in parallel in the longitudinal direction of the fixture body 290 are connected by one circuit board 20, and a lead wire (not shown) is connected between the circuit boards 20 arranged in the longitudinal direction. ). Since other configurations are the same as those of the fifth embodiment, description thereof is omitted.
  • one circuit board 20 may be divided into a plurality of circuit boards and connected as appropriate.
  • a glass epoxy substrate is exemplified as the circuit board 20.
  • a ceramic MID substrate is used to project to the instrument main body side at a portion that does not overlap the LED chip unit 1. If a portion that contacts the main body is provided, it is possible to further improve heat dissipation.

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Abstract

　LEDを用いた照明器具は、金属製の器具本体９０と、ＬＥＤチップおよびＬＥＤチップの各電極がそれぞれ電気的に接続された一対のリード端子４２、４３を有する複数のＬＥＤチップユニット1と、器具本体９０と各LEDチップユニット１との間に介在させて両者を電気的に絶縁すると共に、両者を熱結合させる絶縁層８０とを備える。回路基板２０に、各LEDチップユニットが貫通する複数の窓孔２３が形成されて、窓孔の周縁部分で前記リード端子が回路基板上の回路パターンに電気接続され、各LEDチップユニットの下面が器具本体90へ絶縁層８０を介して熱的に結合され、LEDチップで発生する熱が回路基板を介することなく器具本体へ絶縁層を経て伝達される。

Description

明 細 書
LEDを用いた照明器具
技術分野
[0001] 本発明は、 LEDを用いた照明器具に関するものである。
背景技術
[0002] 従来から、 LEDチップと LEDチップ力 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 、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 ヽ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 、る）の商 品ィ匕がなされている。
[0003] 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 が盛んになっており、日本特許公開 2003— 59332号公報には、複数個の白色 LE Dを 1枚の回路基板に実装した LEDユニット (LEDモジュール）が提案されて ヽる。
[0004] 光出力の高出力化に伴って、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力 日本特許公開 2003— 168829号公報や日本特許公 開 2001— 203396号公報で開示されている。しかしながら、従来の LEDユニットでは 、各 LEDチップが回路基板上の導体パターンへ直接に電気接続されているため、 LE Dチップで発生する熱がこの電気接続部力 回路基板に伝達される構造となってい ることから、回路基板全体に放熱効果を与えるために、回路基板の背面全面に亘っ て金属の放熱板を設けることが必要であり、回路基板として金属放熱板を組み込ん だものが使用されている。このため、回路基板自体のコストが高くなるという問題があ つた。更に、このような LEDユニットを照明器具に組み込む場合は、回路基板の金属 板を照明器具の一部を構成する金属製器具本体に熱的結合させて放熱性を向上さ せると共に、耐雷サージ力も LEDユニットを保護するために、金属製器具本体と回路 基板の金属板との間に絶縁シートを介在させることが要求されるが、この場合は、 LE Dチップから回路基板上の導体パターン、回路基板自体の絶縁層、回路基板背面の 金属板、絶縁シート、金属製器具本体に至る放熱経路に、 2つの絶縁層が介在する ことになり、放熱を十分に行うことが難しいという問題がある。
発明の開示
[0005] 本発明は、上記の問題点を克服するためになされたものであって、 LEDチップの 温度上昇を抑制できて光出力の高出力化を図れ且つ回路基板のコストを低減可能 な LEDを用いた照明器具を提供することにある。本発明に係る照明器具は、金属製 の器具本体 90と、 LEDチップおよび LEDチップの各電極がそれぞれ電気的に接続 された一対のリード端子 42、 43を有する複数の LEDチップユニット 1と、器具本体 90 と各 LEDチップユニット 1との間に介在させて両者を電気的に絶縁すると共に、両者 を熱結合させる絶縁層 80とを備える。前記の回路基板 20に、各 LEDチップユニット 1 が貫通する複数の窓孔 23が形成されて、窓孔の周縁部分で前記リード端子が回路 基板上の回路パターン 22に電気接続され、各 LEDチップユニットの下面が器具本体 90へ絶縁層 80を介して熱的に結合される。この構成によれば、 LEDチップで発生す る熱が回路基板を介することなく器具本体へ絶縁層を経て伝達される。このように回 路基板を介在させることなく LEDチップの熱を器具本体に放出することができるため、 従来に比べて LEDチップの発光部力 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 を大きくできて光出力の高出力化を図れ、しかも、回路基板として放熱を考慮せずに 、例えばガラスエポキシ基板などのように金属基板に比べて安価な回路基板を採用 することができるので、回路基板のコストの低減が可能になる。
[0006] 好ましくは、各チップユニットの下面が前記リード端子 42、 43にて規定され、このリ ード端子が上記絶縁層 80の上に積層され、 LEDで発生した熱がこのリード端子から 絶縁層を介して器具本体に効率よく伝達される。
[0007] 照明器具には各 LEDチップユニット 1からの可視光を透過させる透光部材 91、 20 0が備えられ、この透光部材に対向する回路基板 20の上面に可視光を反射するミラ 一 24が形成されることが好ましい。これにより、各 LEDチップユニット 1から放射され た可視光のうち透光部材で全反射された可視光がミラーにより反射されるので、光出 力をより高めることが可能となる。
[0008] 前記回路基板 20の上面に前記ミラー 24と共に回路パターン 22が形成されることが 好ましい。
[0009] 回路パターン 22は前記回路基板 20の下面に形成することも可能である。この場合 、回路パターンとミラーとを適宜の材料で適宜のパターンで形成することができ、バタ ーン設計の自由度が高くなるとともに、ミラーの表面積を大きくすることができ、光出 力をより一層高めることが可能となる。
[0010] ミラーとしては、アルミニウムを使用して、可視光域の波長の光の反射率を高くする ことが好ましい。
[0011] 前記器具本体が一面に前記各 LEDチップユニット 1および回路基板を収納する収 納凹所 192を有する円盤状に形成され、前記回路基板の中央部で前記回路基板に 電気的に接続される給電用の電線を挿通する電線揷通孔 194が前記器具本体の中 央部において前記収納凹所の底部に貫設されることが好ましい。この場合、前記器 具本体の収納凹所 192内で電線を引き回すためのスペースを設ける必要がなく、前 記器具本体の薄型化を図れる。
[0012] 更に、本発明の好ましい形態では、前記器具本体における前記収納凹所 192の周 部に前記器具本体 90を造営材に取り付けるための複数の取付ねじをそれぞれを前 記一面側から挿通する複数のねじ挿通孔 195が貫設され、前記透光部材の光出射 面側を露出させる開口窓 211を有し前記器具本体の前記一面側にお ヽて前記収納 凹所 192の周部および各取付ねじを覆う形で前記器具本体に取着される枠状の化 粧カバー 210を備え、当該化粧カバーが金属により形成される。このような構成によ ると、例えば天井材などの造営材に取付ねじを用いて前記器具本体を取り付けること が容易である。また、化粧カバーにて器具本体の表面力も取付ねじが見えないように することができ、見栄えを良くすることができる。し力も、化粧カバーが金属であること 力も放熱性を高めることができ、前記 LEDチップのジャンクション温度の温度上昇を より抑制できる。
[0013] 前記透光部材は、前記各 LEDチップユニットそれぞれに対向する各部位それぞれ に、前記 LEDチップユニットから放射された光の配光を制御するレンズ部 205を有し 、各レンズ部以外の部位が金属により形成されることが好ましい。この場合、各 LED チップユニットそれぞれから放射された光の配光を制御することができ、し力も、各レ ンズ部以外の部位が金属とすることにより、透光部材全体が合成樹脂やガラスなどに より形成されている場合に比べて放熱性を高めることができ、前記 LEDチップのジャ ンクシヨン温度の温度上昇をより抑制できる。
[0014] 更に、 LEDチップユニットには、熱伝導性材料力 なり前記 LEDチップが実装され る伝熱板 121と、前記 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 して前記 LEDチップに働く応力を緩和するサブマウント部材 30と、伝熱板上に積層 される絶縁性基板 120とを備えることが好ましい。この場合、絶縁性基板 120の表面 には LEDチップの前記各電極それぞれと電気的に接続される一対の端子パターン が設けられて、前記のリード端子を構成する。また、絶縁性基板にはサブマウント部 材を露出させる透孔が設けられてサブマウント部材の下面を伝熱板に接触させる。こ の場合、伝熱板が LEDチップユニットの下面を規定することになり、前記 LEDチップ で発生した熱が、回路基板 20を介さずに、サブマウント部材 30から伝熱板 121を介 して器具本体へ効率よく放熱させることが出来ると共に、サブマウント部材が前記 LE Dチップと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。また、前記 LEDチップのリード端子を構成する端子パターン 123を絶 縁基板 120上に形成しているため、前記器具本体 90と前記リード端子 123a、 123bと の間の絶縁距離を長くすることができ、信頼性が向上する。
[0015] また、 LEDチップユニット 1における端子パターン 123の一部が前記絶縁性基材 12 0の表面に露出してアウターリード部 123bが形成され、前記回路板 20の前記回路パ ターン 22が、前記窓枠 23の周縁部分において、前記アウターリード部 123に電気接 続されるよう〖こ構成することも好まし 、。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]実施形態 1を示す要部概略分解斜視図である。
[図 2]同上における要部概略斜視図である。
[図 3]同上における要部概略断面図である。
[図 4]同上における一部破断した概略側面図である。 圆 5]同上における要部分解斜視図である。
圆 6]実施形態 2を示す要部概略分解斜視図である。
圆 7]同上における要部概略断面図である。
圆 8]同上における要部概略分解斜視図である。
圆 9]実施形態 3を示す要部概略分解斜視図である。
圆 10]同上における要部概略斜視図である。
[図 11]同上における要部概略断面図である。
[図 12]実施形態 4を示し、（a)は一部破断した概略正面図、（b)は概略下面図である
[図 13]同上における器具本体を示し、（a)は平面図、（b)は（a)の A— A'断面図であ る。
[図 14]同上における器具本体を示し、（a)は一部破断した断面図、（b)は要部平面 図である。
[図 15]同上における器具本体の斜視図である。
[図 16]同上における透光部材を示し、（a)は平面図、（b)は一部破断した断面図、（c )は要部断面図である。
[図 17]同上における透光部材の他の構成例を示し、（a)は平面図、（b)は断面図で ある。
[図 18]同上における化粧カバーを示し、（a)は平面図、（b)は (a)の A— A'断面図で ある。
[図 19]同上における化粧カバーの斜視図である。
[図 20]同上における LEDチップユニットを器具本体に実装した状態の概略断面図で ある。
圆 21]同上の要部分解斜視図である。
[図 22]同上における LEDチップユニットの要部平面図である。
[図 23]同上におけるサブマウント部材の斜視図である。
[図 24]同上における絶縁性基板を示し、（a)は平面図、（b)は（a)の A—B— C— D断 面図、（c)は一部破断した下面図である。 [図 25]同上における回路基板を示し、（a)は平面図、（b)は下面図である。
[図 26]実施形態 5を示し、（a)は概略斜視図、（b)は (a)の要部拡大図である。
[図 27]同上を示す概略分解斜視図である。
[図 28]実施形態 6を示す概略斜視図である。
[図 29]同上の要部拡大斜視図である。
[図 30]同上を示す概略分解斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] (実施形態 1)
以下、本実施形態の照明器具について図 1〜図 5を参照しながら説明する。
[0018] 本実施形態の照明器具は、例えばスポットライトとして用いられるものであり、支持 台 100上に固定された回転基台 110に一端部が軸ねじ 111を用いて結合されたァ ーム 112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 90が結合ねじ 113を用いて結合されて 、る。
[0019] 器具本体 90は、一面 (前面)が開口した有底筒状 (本実施形態では、有底円筒状） に形成されており、複数個の LEDチップユニット (発光装置） 1が収納されている。こ こにおいて、器具本体 90は、底壁 90aに各 LEDチップユニット 1がグリーンシートか らなる絶縁層 80を介して実装され、開口部分が前カバー 91により閉塞されている。 前カバー 91は、円板状のガラス板力 なる透光板 9 laと、透光板 9 laを保持する円 環状の窓枠 91bとからなり、窓枠 91bが器具本体 90に対して取り付けられている。な お、絶縁層 80は、シリカやアルミナなどのフィラーを含有し、加熱時に低粘度化する 榭脂シート (例えば、溶融しシリカからなるフィラーを高充填したエポキシ榭脂シート のような有機グリーンシート）のような熱硬化性の材料を使用しており、高い電気絶縁 性を有すると共に熱伝導率が高い。この材料は加熱時の流動性が高ぐ器具本体 9 0への密着性が高くて、 LEDチップユニット 1を器具本体 90へ強固に固定できる。絶 縁層 80としては、この他、グリーンシートのようなシート状に成形したセラミックスの未 燒結体を使用することができる。また、透光板 91a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ぐまた、透光板 91aに各 LEDチップユニット 1 力も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。 [0020] ところで、器具本体 90内に配置された各 LEDチップユニット 1は、器具本体 90内に 配置される回路基板 20により電気的に接続されている。なお、回路基板 20の外周形 状は、円形の一部を切り欠いて直線部分を設けた形状に形成されている。
[0021] 回路基板 20は、厚み方向の一面側に各 LEDチップユニット 1への給電用の回路パ ターン 22が形成されたガラスエポキシ基板により構成されており、各 LEDチップュ- ット 1それぞれが挿通される複数の矩形状の窓孔 23が厚み方向に貫設されている。 なお、本実施形態では、上述の透光板 91aが、回路基板 20における器具本体 90と の対向面とは反対側に回路基板 20から離間して配置され各 LEDチップユニット 1か らの可視光を透過させる透光部材を構成して 、る。
[0022] ここで、回路基板 20における回路パターン 22は、複数個の LEDチップユニット 1を 並列接続するようにパターン設計されており、複数個の LEDチップユニット 1の並列 回路の両端の回路パターン 22に半田などにより接続されたリード線力もなる給電用 の電線（図示せず）が器具本体 90の底壁 90aに貫設された電線揷通孔 90cに揷通さ れ、複数個の LEDチップュ-ット 1の並列回路に図示しな 、電源回路力も電力が供 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、器具本体 90内の複数個の LEDチップユニット 1を並列接続して 、るが 、複数個の LEDチップユニット 1の接続関係は特に限定するものではなぐ例えば、 直列接続するようにしてもょ ヽし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよ ヽ。
[0023] LEDチップユニット 1は、矩开板状の LEDチップ 10と、 LEDチップ 10のチップサイ ズよりも大きな矩形板状に形成され LEDチップ 10が搭載されたチップ搭載部材 41と 、チップ搭載部材 41の一側縁に連続一体に形成された短冊状のリード端子 42と、チ ップ搭載部材 41における他側縁から離間して配置された T字状のリード端子 43と、 L EDチップ 10を囲むように配置され LEDチップ 10の側面力も放射された光を LEDチ ップ 10の前方（図 3における上方)へ反射させるリフレクタ (反射器） 50と、 LEDチッ プ 10を覆う形でリフレクタ 50の前面側に取り付けられる保護カバー 60とを備えている [0024] チップ搭載部材 41と各リード端子 42, 43とは金属板 (例えば、銅板など)力 なるリ ードフレームを用いて形成してあり、チップ搭載部材 41および各リード端子 42, 43は 、絶縁性を有する矩形枠状の合成樹脂成形品からなる保持枠 45に同時一体に成形 され当該保持枠 45の内側に各リード端子 42, 43のインナリード部 42a, 43aおよび チップ搭載部材 41が配置されるとともに、保持枠 45の外側に各リード端子 42, 43の ァウタリード部 42b, 43bが配置されている。ここで、チップ搭載部材 41および各リー ド端子 42, 43と器具本体 90との間には上述の絶縁層 80が介在しており、絶縁層 80 は、チップ搭載部材 41および各リード端子 42, 43と器具本体 90との両者を電気的 に絶縁し且つ熱結合させる機能を有している。また、各リード端子 42, 43は、ァゥタリ ード部 42b, 43bが回路基板 20の回路パターン 22と半田力もなる接合部 95を介して 電気的に接続されている。なお、本実施形態では、保持枠 45と、チップ搭載部材 41 と、各リード端子 42, 43と、リフレクタ 50と、保護カバー 60と、絶縁層 80とで LEDチッ プ 10のパッケージを構成している。また、本実施形態では、絶縁層 80を各 LEDチッ プユニット 1毎に設けている力 器具本体 90の底壁 90aよりもやや小さい 1枚のダリー ンシートを複数個の LEDチップユニット 1に対して共用してもよい。
[0025] 上記リードフレームの材料は銅に限らず、例えば、リン青銅などでもよ 、。また、本 実施形態では、チップ搭載部材 41および各リード端子 42, 43を保持枠 45に同時一 体に成形してあるが、保持枠 45は必ずしも設ける必要はなぐチップ搭載部材 41とリ ード端子 42とを連続一体に形成する必要もない。ただし、チップ搭載部材 41とリード 端子 42とを連続一体に形成するとともに上述の保持枠 45を備えている場合には、組 立時などにおいて LEDチップユニット 1を個別部品として取り扱いやすくなり、各 LE Dチップユニット 1を器具本体 90に実装する前に、容易に個別の検査を行うことがで きるという利点がある。
[0026] 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力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 る積層構造部力もなる発光部 12がェ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力ソード側の電極である力ソード 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 、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 ヽる。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力 ソード電極が形成されている。上記力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力 上記力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、良好なォーミック特性が得られる材料であればよ ぐ例えば、 A1などを採用してもよい。
[0027] なお、本実施形態では、上記一方のリード端子 42が力ソード側リード端子を構成し 、上記他方のリード端子 43がアノード側リード端子を構成している。また、本実施形 態では、 LEDチップ 10の発光部 12が導電性基板 11よりもチップ搭載部材 41から離 れた側となるようにチップ搭載部材 41に搭載されて ヽるが、 LEDチップ 10の発光部 12が導電性基板 11よりもチップ搭載部材 41に近 、側となるようにチップ搭載部材 4 1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をチップ 搭載部材 41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をチップ搭載部 材 41に近 、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 、。
[0028] また、リフレクタ 50は、円形状に開口した枠状の形状であって、 LEDチップ 10の厚 み方向において LEDチップ 10から離れるに従って開口面積が大きくなる形状に形 成されており、絶縁性を有するシート状の接着フィルム力もなる固着材 55により各リ ード端子 42, 43と固着されている。なお、リフレクタ 50および固着材 55の外周形状 は、保持枠 45の内周形状よりもやや小さな矩形状に形成されている。
[0029] ここにおいて、リフレクタ 50の材料としては、 LEDチップ 10から放射される光（ここで は、青色光）に対する反射率が比較的大きな材料 (例えば、 A1など)を採用すればよ い。なお、固着材 55には、リフレクタ 50の開口部に対応する円形状の開口部 55aが 形成されている。また、リフレクタ 50の内側には、 LEDチップ 10を封止する透明な封 止榭脂 (例えば、シリコーン榭脂など)をポッティングして封止部を形成することが望ま しい。 [0030] 保護カバー 60は、 LEDチップ 10の厚み方向に沿った中心線上に中心が位置する ように配置されるドーム状のカバー部 62と、カバー部 62の開口部の周縁から側方に 連続一体に突出したフランジ部 61とを備え、フランジ部 61におけるリフレクタ 50側の 面の周部に環状の位置決めリブ 6 laが突設されており、リフレクタ 50に対して安定し て位置決めすることができるようになつている。なお、保護カバー 60は、リフレクタ 50 に対して、例えば接着剤 (例えば、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂など)を用いて接着 すればよい。
[0031] また、保護カバー 60は、シリコーン榭脂のような透明材料と 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。したがって、本実施形態に おける LEDチップユニット 1は、保護カバー 60力 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色変換部 材を兼ねており、当該 LEDチップユニット 1全体として、 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の合成光からなる白色の光を出力する白 色 LEDを構成している。なお、保護カバー 60の材料として用いる透明材料は、シリコ ーン榭脂に限らず、例えば、アクリル榭脂、エポキシ榭脂、ガラスなどを採用してもよ い。また、保護カバー 60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。また、 LEDチップ 10の発光色が LEDチップユニット 1の所望の発光色と同じ場 合には透明材料に蛍光体を混合する必要はない。
[0032] ところで、本実施形態では、 LEDチップ 10として、上述のように発光色が青色の青 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力 SiC 基板の代わりに GaN基板を用いてもよぐ SiC基板や GaN基板を用いた場合には下 記表 1から分力るように、日本特許公開 2003— 168829号公報で開示されるように、 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熱抵抗が小さい。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、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。
[表 1]
Figure imgf000013_0001
表 1中の熱抵抗の値は、結晶成長用基板の厚みを 0. 3mm,結晶成長用基板にお ける厚み方向に直交する断面の面積を lmm2とし、結晶成長用基板の厚み方向に熱 を伝導させる場合の熱抵抗の値である。
また、 LEDチップ 10は、上述のチップ搭載部材 41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と伝熱板を兼ねるチップ 搭載部材 41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を介して搭載されている。サブマウント部材 30は、上記応力を緩和す る機能だけでなぐ LEDチップ 10で発生した熱をチップ搭載部材 41において LED チップ 10のチップサイズよりも広 、範囲に伝熱させる熱伝導機能を有しており、チッ プ搭載部材 41における LEDチップ 10側の表面の面積は LEDチップ 10におけるチ ップ搭載部材 41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. Omm角の LEDチップ 10から廃熱を効率良く行うためには、チップ搭載部材 41と 絶縁層 80との接触面積を大きくし、且つ、 LEDチップ 10の熱が広範囲に亘つて均 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ぐ上記リードフレームを用
V、て形成されるチップ搭載部材 41における LEDチップ 10側の表面の面積を LEDチ ップ 10におけるチップ搭載部材 41側の表面の面積の 10倍以上とすることが望まし レ、。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 よぐ厚み寸法を小さくすることができ、熱伝導率が比較的大きな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。
[0034] 本実施形態では、サブマウント部材 30の材料として CuWを採用しており、 LEDチ ップ 10は、上記力ソード電極がサブマウント部材 30およびチップ搭載部材 41を介し て上記一方のリード端子 42のインナリード部 42aと電気的に接続され、上記アノード 電極が金属細線 (例えば、金細線、アルミニウム細線など）力もなるボンディングワイ ャ 14を介して上記他方のリード端子 43のインナリード部 43aと電気的に接続されて いる。また、各リード端子 42, 43のァウタリード部 42b, 43bには、それぞれ上述のリ ード線 93が半田カゝらなる接合部 95を介して電気的に接続されている。
[0035] サブマウント部材 30の材料は CuW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ぐ例えば、 W、 A1N、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として A1N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側の表面に上記アノード電極 と接合される適宜の導体パターンを設けておき、当該導体パターンと上記一方のリー ド端子 42のインナリード部 42aとをボンディングワイヤを介して電気的に接続すれば よい。
[表 2]
材料 線膨張率 熱伝導率
[ x io K] (W/m * KJ
6 H S i C 4.2 350
結晶成長用 G a N 5.59 130
基板の材料 G a P 4.65 110
G a A s 5.9 54
サファイア 5.3 42
A 1 23.2 237
C u 16.6 398
サブマウント
W 4.5 178
部材の材料
C u W 6.4 160
S i 2.6 168
A 1 N 4.6 165
アルミナ 7.1 29
A u 14.2 315
接合材料 63 S n - 37P b 21.0 50
銀ペースト 70.0 1.1 ここにおいて、チップ搭載部材 41の材料が Cuである場合、サブマウント部材 30とし て、 CuWもしくは Wを採用すれば、サブマウント部材 30とチップ搭載部材 41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 チップ搭載部材 41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 とチップ搭載部材 41との接合面積を大きくできてサブマウント部材 30とチップ搭載部 材 41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、 AuSn、 SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合されている。
[¾3]
Figure imgf000015_0001
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とチップ搭 載部材 41とを直接接合した場合、下記表 4から分力^)ように、サブマウント部材 30と チップ搭載部材 41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、チップ搭載部材 41の材料力 SCuであり、サブマウント部 材 30の材料として A1N、複合 SiCなどを採用した場合には、チップ搭載部材 41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。
[表 4]
Figure imgf000016_0001
[0038] ところで、本実施形態の LEDを用いた照明器具では、上述の回路基板 20における 透光板 91aとの対向面に、可視光を反射する反射膜 (例えば、 A1膜などの金属膜） 力もなるミラー 24が形成されており、各 LEDチップユニット 1から放射された可視光の うち透光板 91aで全反射された可視光がミラー 24により反射されるので、ミラー 24を 設けていない場合に比べて光出力をより高めることが可能となる。ここにおいて、回路 基板 20は、透光板 91aとの対向面側に回路パターン 22とミラー 24とが別々に形成さ れているので、回路パターン 22のパターン設計の自由度が高くなるとともに、回路パ ターン 22およびミラー 24それぞれの材料を適宜選択できるから、ミラー 24の材料とし てより反射率の高い材料を選択することで光出力をさらに高めることができ、例えば、 ミラー 24の材料として A1を採用すれば、 Niを採用する場合に比べて可視光域の波 長の光の反射率を高めることができ、光出力を高めることができる。なお、回路パター ン 22の材料としては、 Auを採用している力 Auに限らず、例えば、 Cuなどを採用し てもよい。
[0039] 以上説明した本実施形態の LEDを用いた照明器具では、点灯時に各 LEDチップ ユニット 1で発生した熱を回路基板を通すことなくグリーンシートのような絶縁層 80を 介して金属製の器具本体 90へ伝熱して放熱することができるので、 LEDユニットの 回路基板を器具本体の底壁にシート状の絶縁部材を介して熱結合させるような従来 の照明器具の構成に比べて、 LEDチップ 10の発光部 12から器具本体 90までの距 離および熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、 LEDチップ 10の発光部 12のジヤン クシヨ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、従来の LEDを用いた照明器具の構成と同じ光出力で使用する場 合には従来の LEDを用 ヽた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。
[0040] し力も、本実施形態の LEDを用いた照明器具では、回路基板 20として従来のよう な金属基板 (金属ベースプリント配線板)を用いる必要がなぐ例えばガラスエポキシ 基板などのように金属基板に比べて安価な回路基板を採用することができるので、回 路基板 20のコストの低減が可能になる。
[0041] なお、上述のように LEDチップ 10とチップ搭載部材 41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とチップ搭載部材 41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ぐ LEDチップ 10とチップ搭載部材 41と の間にサブマウント部材 30を介在させない場合の方力 LEDチップ 10と金属製の 器具本体 90の底壁 90aとの間の距離が短くなつて、 LEDチップ 10の発光部 12から 器具本体 90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。
[0042] (実施形態 2)
本実施形態の LEDを用いた照明器具の構成は実施形態 1と略同じであって、図 6 〜図 8に示すように、 LEDチップユニット 1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。また、図示していない 力 本実施形態においても、実施形態 1と同様の前カバー 91 (図 4参照）を備えてい る。
[0043] 本実施形態における LEDチップユニット 1では、実施形態 1におけるチップ搭載部 材 41および各リード端子 42, 43および保持枠 45を設ける代わりに、 LEDチップ 10 がー面側に搭載される矩形板状の導電性プレート 71および当該導電性プレート 71 の上記一面側に絶縁膜 72を介して形成され LEDチップ 10のアノード電極および力 ソード電極がそれぞれ電気的に接続される導体パターンからなるリード端子 73, 73 を有する実装基板 (チップ搭載部材) 70を備えており、伝熱板として機能する導電性 プレート 71と LEDチップ 10との間にサブマウント部材 30を介在させ、導電性プレー ト 71と器具本体 90の底壁 90aとの間に絶縁層 80を介在させている点などが相違す る。なお、導電性プレート 71の材料としては、例えば、銅、リン青銅などの導電性を有 し熱伝導率が比較的高い材料を採用すればよぐリード端子 73, 73の材料としては 、例えば、銅を採用すればよい。また、導電性プレート 71は、 LEDチップ 10を搭載 するリードフレームと同様の厚みを有していればよいから、厚み寸法を先行技術に記 載された LEDユニットにおける回路基板の厚み寸法に比べて小さくすることができる
[0044] また、本実施形態では、リフレクタ 50に、保護カバー 60のフランジ部 61から突設さ れた環状の位置決めリブ 61aが載置される載置部 51を一体に設けてあり、保護カバ 一 60をリフレクタ 50に対して安定して位置決めすることができるようになって!/、る。
[0045] また、本実施形態では、 LEDチップ 10の一表面側（図 7における上面側）のァノー ド電極（図示せず)がボンディングワイヤ 14を介して一方のリード端子 73の一端部 (ィ ンナリード部）に電気的に接続され、 LEDチップ 10の他表面側（図 7における下面側 )の力ソード電極（図示せず）がボンディングワイヤ 14を介して他方のリード端子 73の 一端部 (インナリード部）に電気的に接続され、各リード端子 73の他端部が回路基板 20の回路パターン 22に半田力もなる接合部 95を介して電気的に接続されている。 なお、本実施形態では、上述のチップ搭載部材 70とリフレクタ 50と保護カバー 60と で LEDチップ 10のパッケージを構成して!/、る。
[0046] 以上説明した本実施形態の LEDを用いた照明器具においても、実施形態 1と同様 に、従来に比べて LEDチップ 19の発光部 12から器具本体 90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て光出力の高出力化を図れ、し力も、回路基板 20とし て例えばガラスエポキシ基板などのように金属基板に比べて安価な回路基板を採用 することができるので、回路基板 20のコストの低減が可能になる。
[0047] ここにおいて、上述のように LEDチップ 10とチップ搭載部材 70の導電性プレート 7 1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と導電性プレート 7 1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ぐ LEDチッ プ 10と導電性プレート 71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 90の底壁 90aとの間の距離が短くなつて、 LED チップ 10の発光部 12から器具本体 90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。
[0048] また、本実施形態でも、組立時などにぉ 、て LEDチップユニット 1を個別部品として 取り扱いやすくなり、各 LEDチップユニット 1を器具本体 90に実装する前に、容易に 個別の検査を行うことができるという利点がある。
[0049] (実施形態 3)
本実施形態の LEDを用いた照明器具の構成は実施形態 1と略同じであって、図 9 〜図 11に示すように、回路基板 20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。また、図示していないが、本 実施形態においても、実施形態 1と同様の前カバー 91 (図 4参照）を備えている。
[0050] 本実施形態における回路基板 20は、透光板 91a (図 4参照）との対向面とは反対側 に回路パターン 22が形成されている点が相違する。ここで、回路パターン 22におけ る各 LEDチップユニット 1との接続部位は窓孔 23の内面に沿って透光板 91aとの対 向面まで延設されており、半田など力もなる接合部 95を介してリード端子 42, 43と電 気的に接続されている。
[0051] しかして、本実施形態の LEDを用いた照明器具では、実施形態 1に比べて、回路 基板 20における透光板 91aとの対向面に形成するミラー 24の表面積を大きくするこ とができ、光出力をより一層高めることが可能となる。なお、実施形態 2における回路 基板 20の代わりに、本実施形態における回路基板 20を用いてもよい。
[0052] (実施形態 4)
以下、本実施形態の LEDを用いた照明器具について、図 12〜図 25を参照しなが ら説明する。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適 宜省略する。
[0053] 本実施形態の LEDを用いた照明器具は、シーリングライトであり、天井材のような造 営材 180に取り付けられる金属（例えば、 Al、 Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の 器具本体 190を備えている。器具本体 190は、図 12〜図 15に示すように円盤状に 形成され、当該器具本体 190における造営材 180側とは反対側の一面（図 12 (a)の 下面）に円形状に開口した凹所 191が形成され、さらに凹所 191の内底面に、複数 個（本実施形態では、 8個）の LEDチップユニット 1および円板状の回路基板 20を収 納する収納凹所 192が形成されている。ここにおいて、回路基板 20は、各 LEDチッ プユニット 1それぞれの一部が挿通される複数 (本実施形態では、 8つ）の円形状の 窓孔 23 (図 25参照）が形成されており、器具本体 190の収納凹所 192の内底面と対 向する一表面側に、 LEDチップユニット 1への給電用の回路パターン 22 (図 25 (a) 参照）が形成されており、器具本体 190に対して各 LEDチップユニット 1と同じ側に配 置されている。なお、図 25 (a)における回路パターン 22は、 8個の LEDチップュ-ッ ト 1を直列接続するように形成されて ヽる。
[0054] 器具本体 190の他面（図 12 (a)の上面）の中央部には造営材 180に形成された円 形状の取付孔 181に挿入される円柱状の埋込部 193が突設されており、器具本体 1 90は、回路基板 20への給電用の電線 96, 96を収納凹所 192内へ導入するための 電線揷通孔 194が、埋込部 193の先端面と収納凹所 192の内底面の中央部との間 の部位に貫設されている。要するに、器具本体 190は、収納凹所 192の底部に電線 揷通孔 194が貫設されている。なお、各電線 96, 96における回路基板 20に接続さ れる一端側とは反対の他端側には、別置の電源ユニット（図示せず)の出力用の第 1 のコネクタに着脱自在に接続される第 2のコネクタ 97が設けられて 、る。
[0055] これに対し、回路基板 20は、給電用の電線 96, 96を電気的に接続する一対の電 線接続用スルーホール配線 26, 26 (図 25参照）が中央部に形成されている。なお、 各電線接続用スルーホール配線 26, 26は、回路基板 20の厚み方向に貫通したス ルーホールの内面と回路基板 20の両面における当該スルーホールの周部とに跨つ て形成されており、半田を用いて電線 96, 96を接続するようになっている。したがつ て、器具本体 190の収納凹所 192内で電線 96, 96を引き回すためのスペースを設 ける必要がなぐ器具本体 190の薄型化を図れる。なお、各電線接続用スルーホー ル配線 26, 26は、回路基板 20の上記一表面側において、回路パターン 22と接続さ れている。
[0056] ここで、 LEDチップユニット 1について図 20〜図 24を参照しながら説明する。
[0057] LEDチップユニット 1は、 LEDチップ 10と、 LEDチップ 10が実装された実装基板 1 20と、実装基板 120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 140と、枠体 140の内側で LEDチップ 10および LEDチップ 10に接続されたボン デイングワイヤ 14, 14を封止した透光性材料 (封止榭脂）力もなる封止部 150と、封 止部 150および枠体 140に重なる形で配置されたレンズ 160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 する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であってレンズ 160の光出射面 160b および枠体 140の外側面との間に空気層 180が形成される形で配設されるドーム状 の色変換部材 170とを備えている。
[0058] 実装基板 120は、金属板 121と、金属板 121側とは反対の表面に 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導体パターンからなる端子 パターン 123, 123が設けられ金属板 121に積層されたガラスエポキシ (FR4)基板 力 なる絶縁性基板 122とで構成され、絶縁性基板 122において LEDチップ 10に 対応する部位に透孔 124が設けられており、 LEDチップ 10で発生した熱が絶縁性 基板 122を介さずに金属板 121に伝熱できるようになつている。ここにおいて、金属 板 121の材料としては Cuを採用して 、るが、熱伝導率の比較的高!、金属材料であ ればよぐ Cuに限らず、 A1などを採用してもよい。なお、本実施形態における LEDチ ップユニット 1では、金属板 121が、熱伝導性材料力もなり LEDチップ 10が実装され る伝熱板を構成し、各端子パターン 123, 123が、 LEDチップ 10の各電極それぞれ に電気的に接続されたリード端子を構成している。
[0059] また、金属板 121と絶縁性基板 122とは、絶縁性基板 122における金属板 121との 対向面に形成された金属材料 (ここでは、 Cu)カゝらなる接合用金属層 125 (図 20およ び図 24参照）を介して固着されている。また、各リードパターン 123, 123は、 Cu膜と Ni膜と Ag膜との積層膜により構成されている。絶縁性基板 122における金属板 121 側とは反対の表面側には、各リードパターン 123, 123を覆う形で白色系の樹脂から なるレジスト層 126 (図 24参照）が積層されており、レジスト層 126は、中央部に両リ ードパターン 123, 123のインナリード部 123a, 123aを露出させる円形状の開口窓 126a力 S形成され、周咅に各!;一ドノターン 123, 123のァウタリード咅 123b, 123b それぞれを露出させる円形状の開口窓 126b, 126bが形成されている。 [0060] また、 LEDチップ 10は、上述の金属板 121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と伝熱板である金属板 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 121にお!/、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 A1Nを採用してお り、 LEDチップ 10は、上記力ソード電極がサブマウント部材 30における LEDチップ 1 0側の表面に設けられ上記力ソード電極と接続される導体パターン 31 (図 23参照）お よび金属細線 (例えば、金細線、アルミニウム細線など）力もなるボンディングワイヤ 1 4を介して一方のリードパターン 123と電気的に接続され、上記アノード電極がボン デイングワイヤ 14を介して他方のリードパターン 123と電気的に接続されている。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。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 、る。
[0061] サブマウント部材 30の材料は A1N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ぐ例えば、 複合 SiC、 Siなどを採用してもよい。本実施形態では、 LEDチップ 10がサブマウント 部材 30を介して金属板 121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 130および金属板 121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と金属板 121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。
[0062] 上述の封止部 150の透光性材料としては、シリコーン榭脂を用いている力 シリコ ーン榭脂に限らず、アクリル榭脂などを用いてもよい。
[0063] これに対して、枠体 140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榭脂としては、シリコーン榭脂を採用してい る。要するに、本実施形態では、封止部 150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 140を形成してある。ここに、本実施形態では、 枠体 140を実装基板 120に固着した後で枠体 140の内側に封止部 150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 150を形成してある。なお、封 止部 150の透光性材料としてシリコーン榭脂に代えてアクリル榭脂を用いている場合 には、枠体 140をアクリル榭脂の成形品により構成することが望ましい。また、枠体 14 0は、絶縁性基板 122における金属板 121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 、る。
[0064] レンズ 160は、封止部 150側の光入射面 160aおよび光出射面 160b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 160 は、シリコーン榭脂の成形品により構成してあり、封止部 150と屈折率が同じ値となつ ているが、レンズ 160は、シリコーン榭脂の成形品に限らず、例えば、アクリル榭脂の 成形品により構成してもよい。
[0065] ところで、レンズ 160は、光出射面 160bが、光入射面 160aから入射した光を光出 射面 160bと上述の空気層 180との境界で全反射させな 、凸曲面状に形成されて 、 る。ここで、レンズ 160は、当該レンズ 160の光軸が LEDチップ 10の厚み方向に沿つ 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 面力も放射された光は封止部 150および空気層 180を伝搬して色変換部材 170ま で到達し色変換部材 170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 170を透過したりする。
[0066] 色変換部材 170は、シリコーン榭脂のような透明材料と LEDチップ 10から放射され 封止部 150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 LEDチップユニット 1は、 LEDチップ 10から放射された青色 光と黄色蛍光体力も放射された光とが色変換部材 170の外面 170b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 170の材料として用いる 透明材料は、シリコーン榭脂に限らず、例えば、アクリル榭脂、エポキシ榭脂、ガラス などを採用してもよい。また、色変換部材 170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。
[0067] ここで、色変換部材 170は、内面 170aがレンズ 160の光出射面 160bに沿った形 状に形成されている。したがって、レンズ 160の光出射面 160bの位置によらず法線 方向における光出射面 160bと色変換部材 170の内面 170aとの間の距離が略一定 値となっている。なお、色変換部材 170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 170は、開口部の周縁を絶縁性基板 1 22に対して、例えば接着剤 (例えば、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂など)からなる接 合部（図示せず)を介して固着すればよ!、。
[0068] 本実施形態における LEDチップユニット 1では、上述のようにサブマウント部材 30 力 SLED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の側面力も放射された 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 170 における絶縁性基板 122側の端縁よりも金属板 121から離れて位置するように厚み 寸法が設定されて ヽるので、 LEDチップ 10の側面カゝら放射された光が絶縁性基板 1 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、し力も、 LEDチップ 10の側面力も放射された光が色変換部材 170と絶縁性基 板 122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を向上による光出力の向上を図れる。
[0069] 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 3 0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の各側面それぞれ力もサブマウント部 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、本実施形態では、実装基板 120が 上述の金属板 121と絶縁性基板 122との積層構造を有しているので、実施形態 1に 比べて、器具本体 190とリード端子たる端子パターン 123, 123との間の絶縁距離を 長くすることができ、信頼性が向上する。
[0070] また、本実施形態における LEDチップユニット 1では、色変換部材 170がレンズ 16 0の光出射面 160bおよび枠体 140との間に空気層 180が形成される形で配設する ようにしてあり、色変換部材 170をレンズ 160および枠体 140に密着させる必要がな いので、色変換部材 170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、本実施形態における LEDチップユニット 1では、色変換部材 170 とレンズ 160との間に空気層 180が形成されているので、色変換部材 170に外力が 作用したときに色変換部材 170が変形してレンズ 160に当接する可能性が低くなつ て上記外力により色変換部材 170に発生した応力がレンズ 160および封止部 150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《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 17 0とレンズ 160との間に上記空気層 180が形成されていることにより、外部雰囲気中 の水分力LEDチップ 10に到達しにくくなるという利点がある。
[0071] また、色変換部材 170とレンズ 160との間に上記空気層 180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 150およびレンズ 160を通して色変換部 材 170に入射し当該色変換部材 170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 160側へ散乱されてレンズ 160を透過する光の光量を低減できて LEDチッ プユニット 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。
[0072] 上述の各 LEDチップユニット 1は、器具本体 190の収納凹所 192の内底面に例え ばグリーンシートからなる絶縁層 80を介して実装されている。しかして、本実施形態 の LEDを用いた照明器具においても、他の実施形態と同様に、 LEDチップ 10の温 度上昇を抑制できて光出力の高出力化を図れ且つ回路基板 20のコストを低減可能 になる。
[0073] ところで、図 25に示した回路基板 20における上述の窓孔 23は、 LEDチップュ-ッ ト 1の色変換部材 170を揷通可能な開口サイズの円形状に形成されており、回路基 板 20は、各窓孔 23の周部において、 LEDチップユニット 1の各ァウタリード部 123b のそれぞれに重複する部位に、ァウタリード部 123bと回路パターン 22とを半田など のろう材を用いて電気的に接続するためのユニット接続用スルーホール配線 27が形 成されている。なお、各ユニット接続用スルーホール配線 27は、回路基板 20の厚み 方向に貫通したスルーホールの内面と回路基板 20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おり、回路基板 20の上記一表面側において、回路パ ターン 22と接続されている。なお、回路基板 20において後述の透光部材 200との対 向面には、実施形態 2と同様にミラー 24 (図 9参照）を設けてもよいし、白色系のレジ スト層を光反射膜として設けるようにしてもょ 、。
[0074] また、上述の器具本体 190には、当該器具本体 190を造営材 180に取り付けるた めの複数 (本実施形態では、 2つ）の取付ねじ 198それぞれを上記一面側から挿通 する複数 (本実施形態では、 2つ）のねじ揷通孔 195が凹所 191の内底面と器具本 体 190の上記他面との間の部位に貫設されている。したがって、天井材などの造営 材 180に取付ねじ 198を用いて器具本体 190を取り付けることができる。
[0075] また、回路基板 20における器具本体 190の収納凹所 192の内底面との対向面とは 反対側に配置され各 LEDチップユニット 1からの可視光を透過させる透光部材 200 を備えている。
[0076] 透光部材 200は、透光性材料 (例えば、アクリル榭脂など）の成形品により構成され ており、図 12および図 16に示すように、回路基板 20の上記他表面側において回路 基板 20から離間して配置される前板部 201と、前板部 201の周縁から器具本体 190 の収納凹所 191の内底面側へ連続一体に突出した円環状の側板部 202とを備えて いる。また、器具本体 190には透光部材 200を固定するための固定ねじ 199を揷通 する 2つのねじ揷通孔 197が形成されており、透光部材 200には、器具本体 190の 上記他面側から器具本体 190のねじ揷通孔 197に揷通された固定ねじ 199の先端 部が螺合するねじ孔 204を有する 2つのボス部 203が連続一体に形成されている。 なお、回路基板 20の周部において各ボス部 203それぞれに対応する部位には、切 欠部 28が形成されている。
[0077] また、本実施形態の LEDを用いた照明器具は、透光部材 200の光出射面側（図 1 2 (a)の下面側）を露出させる円形状の開口窓 211 (図 18参照）を有し器具本体 190 の上記一面側において収納凹所 192の周部および各取付ねじ 198を覆う形で器具 本体 190に取着される枠状の化粧カバー 210を備えている。したがって、器具本体 1 90を取付ねじ 198を用いて造営材 180に取り付けた後で、器具本体 190に化粧力 バー 210を取り付ければ、器具本体 190の上記一面側から取付ねじが見えなくなる ので、見栄えを良くすることができる。ここにおいて、化粧カバー 210は、弾性を有す る合成樹脂（例えば、 PBT、 ABSなど）を用いて形成されており、器具本体 190に形 成された複数の係合孔 196それぞれに係合する複数の係止突起 212が器具本体 1 90との対向面力も突設されている。すなわち、化粧カバー 210は、各係止突起 212 それぞれを器具本体 190の各係合孔 196それぞれに挿入して各係合孔 196の周部 に係合させることにより器具本体 190に取着される。
[0078] ところで、上述の化粧カバー 210は合成樹脂の成形品により構成されている力 化 粧カバー 210を金属により形成すれば、化粧カバー 210が合成樹脂により形成され て 、る場合に比べて放熱性を高めることができ、 LEDチップ 10のジャンクション温度 の温度上昇をより抑制できる。なお、化粧カバー 210を金属により形成する場合には 、例えば、板ばねを利用して器具本体 190に取り付けるような構造を採用することで 器具本体 190に対して着脱自在としてもよいし、器具本体 190にねじ込んで取り付け るような構造を採用して器具本体 190に対して着脱自在としてもよい。
[0079] ところで、上述の透光部材 200は、前板部 201が平板状の形状となっている力 図 17に示すように、各 LEDチップユニット 1それぞれに対向する各部位それぞれに、 L EDチップユニット 1から放射された光の配光を制御するレンズ部 205を有する透光 性材料 (例えば、アクリル榭脂、ガラスなど）の成形品とすれば、各 LEDチップュ-ッ ト 1それぞれ力も放射された光の配光を制御することができる。ここにおいて、各レン ズ部 205は、フレネルレンズであり、 LEDチップユニット 1の色変換部材 70を収納す る凹所 206を有して LEDチップユニット 1のレンズ 160に光軸が一致する形で配置さ れる。また、各レンズ部 205は、凹所 206の内側面 206bから入射した光を外側面 20 5bで反射して当該レンズ部 205の光出射面 205a側に導く機能を有している。
[0080] また、図 17に示した構成の透光部材 200において、各レンズ部 205以外の部位を 金属により形成すれば、透光部材 200全体が合成樹脂やガラスなどにより形成され て 、る場合に比べて放熱性を高めることができ、 LEDチップ 10のジャンクション温度 の温度上昇をより抑制できる。
[0081] (実施形態 5)
本実施形態の LEDを用いた照明器具は、図 26および図 27に示すように、金属製 の器具本体 290の形状が実施形態 4と相違し、 LEDチップユニット 1の構成は実施 形態 4と同じである。なお、実施形態 4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。
[0082] 本実施形態における器具本体 290は、帯板状 (細長の矩形板状）に形成されてお り、一面に複数個（図示例では、 8個）の LEDチップユニット 1および帯板状の回路基 板 20を収納する収納凹所 290aが形成されている。ここにおいて、複数個の LEDチ ップユニット 1は、器具本体 290の長手方向において所定間隔で並設されている。な お、各 LEDチップユニット 1は、実施形態 4と同様に、例えばグリーンシートからなる 絶縁層 80 (図 20参照）を介して器具本体 290の収納凹所 290aの内底面に実装され ている。
[0083] 回路基板 20における収納凹所 290aの内底面との対向面側には、 LEDチップュ- ット 1を直列接続する回路パターン（図示せず)が形成されており、器具本体 290の電 線揷通孔（図示せず)を通して収納凹所 290a内へ導入された電線（図示せず)が適 宜接続されるようになっている。また、回路基板 20には、実施形態 4と同様に、各 LE Dチップユニット 1に対応する部位ごとに 1つの窓孔 23と 2つのユニット接続用スルー ホール配線 27とが形成されて 、る。
[0084] しかして、本実施形態の LEDを用いた照明器具においても、実施形態 4と同様に、 LEDチップ 10の温度上昇を抑制できて光出力の高出力化を図れ且つ回路基板 20 のコストを低減可能になる。なお、本実施形態における回路基板 20としては、ガラス エポキシ基板に限らず、例えば、フレキシブルプリント配線板 (FPC)を用いてもよい
[0085] (実施形態 6)
本実施形態の LEDを用いた照明器具の基本構成は実施形態 5と略同じであって、 実施形態 5では、 1枚の回路基板 20で器具本体 290内の全ての LEDチップユニット 1を接続していたのに対して、本実施形態では、図 28〜図 30に示すように、複数枚 の回路基板 20を用いて全ての LEDチップユニット 1を接続するようにして 、る点が相 違する。なお、本実施形態では、 1つの回路基板 20で器具本体 290の長手方向に 並設された 2つの LEDチップユニット 1を接続し、上記長手方向に並ぶ回路基板 20 間をリード線（図示せず）により接続している。他の構成は実施形態 5と同じなので説 明を省略する。
[0086] なお、他の実施形態においても 1枚の回路基板 20を複数の回路基板に分割して 適宜接続するようにしてもょ ヽ。
[0087] なお、上記各実施形態では、回路基板 20としてガラスエポキシ基板を例示したが、 例えば、セラミック製の MID基板を用いて、 LEDチップユニット 1と重ならない部位に 器具本体側へ突出して器具本体に当接する部位を設ければ、さらに放熱性を向上さ せることが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 金属製の器具本体と、
LEDチップおよび LEDチップの各電極がそれぞれ電気的に接続された一対のリー ド端子を有する複数の LEDチップユニットと、
各 LEDチップユニットへの給電用の回路パターンが形成された回路基板と、 器具本体と各 LEDチップユニットとの間に介在させて両者を電気的に絶縁すると共に
、両者を熱結合させる絶縁層とを備えた照明器具であって、
前記の回路基板に、各 LEDチップユニットが貫通する複数の窓孔が形成されて、窓 孔の周縁部分で前記リード端子が回路基板上の回路パターンに電気接続され、 各 LEDチップュ-ット 1の下面が器具本体へ絶縁層を介して熱的に結合されたことを 特徴とする LEDを用いた照明器具。
[2] 各チップユニットの下面が前記リード端子にて規定され、このリード端子が上記絶縁 層の上に積層されたことを特徴とする請求項 1に記載の LEDを用 ヽた照明器具。
[3] 前記各 LEDチップユニットからの可視光を透過させる透光部材を備え、前記透光 部材に対向する回路基板 20の上面に可視光を反射するミラーが形成されてなること を特徴とする請求項 1記載の LEDを用いた照明器具。
[4] 前記回路基板は、前記透光部材に対向する上面に、前記回路パターンと前記ミラ 一とが形成されてなることを特徴とする請求項 3記載の LEDを用いた照明器具。
[5] 前記回路基板の下面に前記回路パターンが形成されてなることを特徴とする請求 項 3記載の LEDを用 、た照明器具。
[6] 前記ミラーは、アルミニウムにより形成されてなることを特徴とする請求項 3ないし請 求項 5の 、ずれかに記載の LEDを用いた照明器具。
[7] 前記器具本体が一面に前記各 LEDチップユニットおよび回路基板を収納する収 納凹所を有する円盤状に形成され、前記回路基板の中央部で前記回路基板に電気 的に接続される給電用の電線を挿通する電線揷通孔が前記器具本体の中央部にお
V、て前記収納凹所の底部に貫設されてなることを特徴とする請求項 3な 、し請求項 6 記載の LEDを用 ヽた照明器具。
[8] 前記器具本体における前記収納凹所の周部に前記器具本体を造営材に取り付け るための複数の取付ねじそれぞれを前記一面側から挿通する複数のねじ揷通孔が 貫設され、前記透光部材の光出射面側を露出させる開口窓を有し前記器具本体の 前記一面側において前記収納凹所の周部および各取付ねじを覆う形で前記器具本 体に取着される枠状の化粧カバーを備え、当該化粧カバーが金属により形成されて なることを特徴とする請求項 7記載の LEDを用いた照明器具。
[9] 前記透光部材は、前記各 LEDチップユニットそれぞれに対向する各部位それぞれ に、前記 LEDチップユニットから放射された光の配光を制御するレンズ部を有し、各 レンズ部以外の部位が金属により形成されてなることを特徴とする請求項 1ないし請 求項 8の 、ずれかに記載の LEDを用いた照明器具。
[10] 前記 LEDチップユニットは、
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 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前記 LEDチ ップに働く応力を緩和するサブマウント部材と、
前記 LEDチップの前記各電極それぞれと電気的に接続される一対の端子パターン が形成された絶縁性基材とを備え、
上記端子パターンが前記のリード端子を規定し、
前記絶縁性基材に前記サブマウント部材を収める透孔が形成され、サブマウント部 材が前記伝熱板に直接接触し、
前記 LEDチップユニットの下面が上記伝熱板で規定されたことを特徴とする請求項 1 な 、し請求項 8の 、ずれかに記載の LEDを用いた照明器具。
[11] 前記端子パターンの一部が前記絶縁性基材の表面に露出してアウターリード部が 形成され、前記回路板の前記回路パターンが、前記窓枠の周縁部分において、前 記アウターリード部に電気接続されたことを特徴とする請求項 10に記載の LEDを用 いた照明器具。
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