JP2007053320A

JP2007053320A - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP2007053320A
Application number: JP2005239199A
Authority: JP
Inventors: Takuya Nakatani; 卓也中谷; Yoji Urano; 洋二浦野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】ＬＥＤチップと色変換部材とで構成される光源の小型化を図れるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装されたベース部材である回路基板４０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材料を透明材料とともに成形した成形品からなりＬＥＤチップ１０を囲むドーム状の色変換部材２０とを備え、ＬＥＤチップ１０と色変換部材２０とで光源を構成している。色変換部材２０は、一対の半割体２０ａ，２０ｂにより形成され、一対の半割体２０ａ，２０ｂの互いの突き合わせ面の一方に、ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４が通る２つの切欠部２１が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用したＬＥＤ照明装置に関するものである。

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１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１には、図４に示すように、青色の光を放射するＬＥＤチップ１０’と、ＬＥＤチップ１０’が実装されたベース部材である回路基板１４０’と、透光性樹脂の成形品であってＬＥＤチップ１０’を囲むドーム状に形成されたキャップ１５０’と、キャップ１５０’の外表面に設けられた蛍光体層１６０’と、ＬＥＤチップ１０’から放射された光と蛍光体層１６０’から放射された光との混色光（つまり、ＬＥＤチップ１０’と蛍光体層１６０’とで構成される光源から放射された光）を配光する配光レンズ１７０’とを備えたＬＥＤ照明装置が開示されている。

ここにおいて、ＬＥＤチップ１０’は、一対の電極（図示せず）それぞれがボンディングワイヤ１４’，１４’を介して回路基板１４０’の導体パターン１４３’，１４３’と電気的に接続されており、キャップ１５０’はＬＥＤチップ１０’だけでなくボンディングワイヤ１４’，１４’を囲むことができる大きさに形成されている。

また、上記特許文献２には、ＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色の異なる色の光を発光する蛍光体と透明樹脂との混合物の成形品からなるドーム状の色変換部材がＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップに電気的に接続されたボンディングワイヤを囲む形で配置された発光装置が開示されている。
特開２００４−２６６１４８号公報特開平１１−８７７８４号公報

ところで、上記特許文献１に開示された図４に示す構造のＬＥＤ照明装置においては、ＬＥＤチップ１０’とともに光源を構成する蛍光体層１５０’がＬＥＤチップ１０’だけでなく当該ＬＥＤチップ１０’に接続されたボンディングワイヤ１４’，１４’の全部を囲む大きさに形成されたキャップ１５０’の外表面に設けられているので、光源のサイズがＬＥＤチップ１０’のサイズに比べて大きくなり過ぎてしまい、点光源で配光設計がし易いというＬＥＤの利点を十分には生かせていなかった。

また、上記特許文献２に開示された発光装置においても、ＬＥＤチップと色変換部材とで構成される光源のサイズがＬＥＤチップのサイズに比べて大きくなり過ぎていた。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＬＥＤチップと色変換部材とで構成される光源の小型化を図れるＬＥＤ照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなりベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲むドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、一対の半割体により形成され、一対の半割体の互いの突き合わせ面の少なくとも一方に、ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤが通る切欠部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲むドーム状の色変換部材が、一対の半割体により形成され、一対の半割体の互いの突き合わせ面の少なくとも一方に、ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤが通る切欠部が形成されているので、色変換部材がＬＥＤチップだけでなく当該ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤの全部を囲むドーム状に形成されている場合に比べて、色変換部材を小型化でき、ＬＥＤチップと色変換部材とで構成される光源の小型化を図れる。

請求項１の発明では、ＬＥＤチップと色変換部材とで構成される光源の小型化を図れるという効果がある。

本実施形態のＬＥＤ照明装置は、図１に示すように、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装されたベース部材である回路基板４０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材料を透明材料とともに成形した成形品からなり回路基板４０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を囲むドーム状の色変換部材２０とを備えており、ＬＥＤチップ１０と色変換部材２０とで光源１（図３（ａ）参照）を構成している。

回路基板４０は、金属板４１上に絶縁層４２を介して対となる導体パターン４３，４３が形成された金属基板を採用しており、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が金属板４１に伝熱されるようになっている。なお、金属板４１の材料としてはＣｕを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、Ｃｕに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板からなる導電性基板１１を用いており、導電性基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長され、導電性基板１１の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極（ｎ電極）が形成され、発光部１２の表面（導電性基板１１の主表面側の最表面）に図示しないアノード側の電極であるアノード電極（ｐ電極）が形成されている。要するに、ＬＥＤチップ１０は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも金属板４１から離れた側となるように配置されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも金属板４１に近い側となるように配置してもよい。

また、ＬＥＤチップ１０は、回路基板４０の金属板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と金属板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４１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される電極パターン（図示せず）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方の導体パターン４３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン４３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、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合されている。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が導電性基板１１の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣやＳｉなどを採用してもよい。また、本実施形態では、色変換部材２０をサブマウント部材３０に接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて固着してあるが、ＬＥＤチップ１０の導電性基板１１とサブマウント部材３０との線膨張率が比較的近い場合にはサブマウント部材３０は必ずしも設ける必要はなく、サブマウント部材３０を設けない場合には色変換部材２０を回路基板４０に固着すればよい。

色変換部材２０は、シリコーン樹脂のような透明材料とＬＥＤチップ１０から放射され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からなる蛍光材料とを混合した混合物によりドーム状に形成されている。したがって、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤチップに図示しない電源部から電力を供給することにより、ＬＥＤチップ１０から青色光が放射されるとともに色変換部材２０の黄色蛍光体からブロードな黄色系の光が放射されるので、ＬＥＤチップ１０からの光と黄色蛍光体からの光との混色光が色変換部材２０から出射され、ＬＥＤチップ１０と色変換部材２０とで構成される光源１から放射された光を配光する照明用の配光レンズ７０（図３（ａ）参照）を通して放射される。ここにおいて、電源部としては、例えば、交流電源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。なお、図３（ａ）に示した配光レンズ７０は、光源１の光軸方向において光源１から離れるにつれてレンズ径が徐々に大きくなる形状に形成されており、光出射面が平面状の形状となっているが、配光レンズ７０の形状は特に限定するものではない。

色変換部材２０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機材料と無機材料とを複合化した材料などを採用してもよい。また、色変換部材２０の材料として用いる透明材料に混合する蛍光材料も黄色蛍光体に限らず、例えば、ＬＥＤチップ１０が青色ＬＥＤチップである場合には、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、色変換部材２０における蛍光材料は、ＬＥＤチップ１０が紫〜近紫外ＬＥＤチップである場合には、赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。

ところで、色変換部材２０は、一対の半割体２０ａ，２０ｂにより形成され、一対の半割体２０ａ，２０ｂの互いの突き合わせ面の一方に、ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４が通る２つの切欠部２１が形成されている。ここにおいて、本実施形態では、一方の半割体２０ａのみに切欠部２１，２１を形成してあるが、他方の半割体２０ｂのみに切欠部２１，２１を形成してもよいし、両方の半割体２０ａ，２０ｂに切欠部２１を形成してもよい。要するに、一対の半割体２０ａ，２０ｂの互いの突き合わせ面の少なくとも一方に切欠部２１を形成してあればよい。ただし、両方の半割体２０ａ，２０ｂを同じ形状として両方に同数（１ないし複数）の切欠部２１を形成するようにすれば、部品管理が容易になるとともに低コスト化を図れるという利点がある。また、図１に示した例では、一方のボンディングワイヤ１４の一端部が色変換部材２０の内側でサブマウント部材３０の上記電極パターンにボンディングされているが、上記一方のボンディングワイヤ１４の上記一端部を色変換部材２０の外側で上記電極パターンにボンディングするようにしてもよく、この場合には半割体２０ａに形成する切欠部２１の数を少なくできるという利点がある。

なお、色変換部材２０とサブマウント部材３０（サブマウント部材３０を設けない場合には回路基板４０）とで囲まれる空間には、ＬＥＤチップ１０を封止する封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部（図示せず）を設けてもよく、このような封止部を設ける場合には、ＬＥＤチップ１０を封止した後に一対の半割体２０ａ，２０ｂからなる色変換部材２０をサブマウント部材３０に固着するようにしてもよいし、一対の半割体２０ａ，２０ｂからなる色変換部材２０をサブマウント部材３０に固着した後に切欠部２１を通して封止樹脂を注入するようにしてもよい。

以上説明した本実施形態のＬＥＤ照明装置では、ベース部材たる回路基板４０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を囲むドーム状の色変換部材２０が、一対の半割体２０ａ，２０ｂにより形成され、一対の半割体２０ａ，２０ｂの互いの突き合わせ面の少なくとも一方に、ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４が通る切欠部２１，２１が形成されているので、図２に示すように色変換部材２０’がＬＥＤチップ１０だけでなく当該ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４の全部を囲むドーム状に形成されている場合に比べて、色変換部材２０を小型化でき（ここで、各色変換部材２０，２０’それぞれが内表面の曲率半径を一定とするように設計する場合、色変換部材２０の方が色変換部材２０’に比べて内表面の曲率半径を小さくできる）。したがって、ＬＥＤチップ１０と色変換部材２０とで構成される光源１を図２に示す比較例のようにＬＥＤチップ１０と色変換部材２０’とで構成される光源１’に比べて小型化することができる。要するに、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、上記特許文献１や上記特許文献２に比べて光源１を小型化できる。また、光源１を小型化して点光源化することで、図３（ａ）に示すように光源１に光軸を一致させて配置する配光レンズ７０において所望のレンズ特性を付与するための設計が容易になるとともに、図３（ｂ）に示すように図２の光源１’に光軸を一致させて配置する配光レンズ７０’に比べて配光レンズ７０を小型化することができ、ＬＥＤ照明装置全体の薄型化を図れる。

なお、上記実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、導電性基板１１としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板を用いてもよく、結晶成長用基板として導電性基板１１に代えてサファイア基板を用いてもよく、この場合には発光部１２に設けられたアノード電極およびカソード電極それぞれをボンディングワイヤ１４を介して導体パターン４３，４３と接続すればよい。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のIII−V族化合物半導体材料を採用してもよいし、II−VI族化合物半導体材料を採用してもよく、結晶成長用基板の材料も発光部１２の材料に応じて適宜変更すればよい。

実施形態を示し、（ａ）は、色変換部材を構成する一対の半割体の一方の半割体を取り外した状態の概略断面図、（ｂ）は色変換部材の分解斜視図である。比較例を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は色変換部材の概略斜視図である。実施形態１と比較例との説明図である。従来例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ＬＥＤチップ
１４ボンディングワイヤ
２０色変換部材
２０ａ半割体
２０ｂ半割体
２１切欠部
３０サブマウント部材
４０回路基板
４１金属板
４２絶縁層

Claims

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなりベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲むドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、一対の半割体により形成され、一対の半割体の互いの突き合わせ面の少なくとも一方に、ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤが通る切欠部が形成されてなることを特徴とするＬＥＤ照明装置。