JP2009130298A

JP2009130298A - 発光装置

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Publication number: JP2009130298A
Application number: JP2007306593A
Authority: JP
Inventors: Takanori Akeda; 孝典明田; Kazunari Kuzuhara; 一功葛原; Koji Nishioka; 浩二西岡
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: JP5180564B2

Abstract

【課題】光拡散材の量を低減でき且つ色変換部材の局所的な発熱を抑制することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０と、当該ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子が透光性材料（シリコーン樹脂など）からなる母材に分散されてなり実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０とを備えている。色変換部材７０は、上記母材とは屈折率の異なる光拡散材７３をＬＥＤチップ１０の配向特性に基づく相対入射光強度が規定値を超える規定領域のみに分散させてある。
【選択図】図１

Description

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

従来から、青色光あるいは紫外光を放射するＧａＮ系のＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光体や光吸収体とを組み合わせることにより、白色を含め、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（例えば、特許文献１参照）、発光装置の光出力の増大に伴い照明用途への応用が進んでいる。

ここにおいて、上記特許文献１には、図９に示すように、ＬＥＤチップ１０’と、ＬＥＤチップ１０’が一表面側に実装された実装基板２０’と、ＬＥＤチップ１０’から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０’よりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子および透光性材料により形成され実装基板２０’との間にＬＥＤチップ１０’を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０’とを備え、色変換部材７０’中に光拡散材を分散させてなる発光装置１’が提案されている。なお、図９に示した構成の発光装置１’では、ＬＥＤチップ１０’としてＧａＮ系の青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材７０’の蛍光体として黄色蛍光体を用いており、白色光を得ることができる。
特開２００７−２５０８１７号公報

ところで、上述の発光装置１’では、色むらを少なくすることができるが、色変換部材７０’の全体に亘って光拡散材を分散させてあるので、光拡散材の量が比較的多くなってコストが高くなり、また、ストークスシフトによるエネルギ損失に起因して発熱する蛍光体粒子の分布がＬＥＤチップ１０’の配光分布に起因して局所的に集中しやすくなり、色変換部材７０’の温度が局所的に上昇し、蛍光体粒子の光変換効率の低下や色変換部材７０’の信頼性低下の原因になりやすかった。

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、光拡散材の量を低減でき且つ色変換部材の局所的な発熱を抑制することが可能な発光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、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子が透光性材料からなる母材に分散されてなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設されたドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、前記母材とは屈折率の異なる光拡散材をＬＥＤチップの配向特性に基づく相対入射光強度が規定値を超える規定領域のみに分散させてなることを特徴とする。

この発明によれば、色変換部材は、前記母材とは屈折率の異なる光拡散材をＬＥＤチップの配向特性に基づく相対入射光強度が規定値を超える規定領域のみに分散させてあるので、色変換部材の全体に亘って光拡散材を分散させる場合に比べて、光拡散材の量を低減でき、しかも、色変換部材において相対入射光強度が規定値を超える規定領域では光拡散材によりＬＥＤチップからの光を拡散させることができ、ストークスシフトによるエネルギ損失に起因して発熱する蛍光体粒子が局所的に集中するのを防止することができるから、光拡散材の量を低減でき且つ色変換部材の局所的な発熱を抑制することが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明に比べて、前記母材は、ガラスであることを特徴とする。

この発明によれば、前記母材がシリコーン樹脂などの有機材料である場合に比べて、前記色変換部材の温度上昇を抑制することができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記光拡散材は、ガラス繊維からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記光拡散材が球状である場合に比べて、前記色変換部材の前記蛍光体粒子で発生した熱を効率的に放熱させることが可能となり、前記色変換部材の局所的な発熱をより抑制することが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記光拡散材は、金属ナノ粒子からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップからの光によって前記光拡散材において表面プラズモンポラリトンが励起され、前記ＬＥＤチップからの光が増強されるので、外部への光取り出し効率を高めることが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記実装基板は、熱伝導性材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記色変換部材で発生した熱を前記実装基板を通して効率良く放熱させることが可能となり、前記色変換部材の局所的な発熱をより抑制することが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記色変換部材よりも内側で前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配設されたドーム状の光学部材と、光学部材の内側で前記ＬＥＤチップを封止した封止部とを備え、前記色変換部材と光学部材との間に空気層が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射され前記色変換部材中の前記蛍光体粒子により散乱された光のうち光学部材側へ散乱されて光学部材を透過する光の光量を低減できて装置全体としての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。

請求項１の発明では、光拡散材の量を低減でき且つ色変換部材の局所的な発熱を抑制することが可能になるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図６を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しＬＥＤチップ１０が上記一表面側に実装された矩形板状の実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着された透光性材料からなるドーム状の光学部材６０と、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間に充実されＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に電気的に接続された複数本（本実施形態では、２本）のボンディングワイヤ１４を封止した透光性の封止樹脂からなる封止部５０と、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０および光学部材６０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子が透光性材料からなる母材に分散されてなり実装基板２０の上記一表面側において実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０などを囲む形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。ここにおいて、色変換部材７０は、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０の光出射面６０ｂとの間に空気層８０が形成されるように配設されている。また、実装基板２０は、上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状の堰部２７が突設されている。

ここにおいて、本実施形態の発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、例えば、照明器具における金属（例えば、Ａｌ，Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００（図２、図５、図６参照）と実装基板２０とを、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）からなる接合用部材９０により接合すればよい。ここで、上記樹脂シートからなる接合用部材９０は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、実装基板２０を金属製の器具本体１００に接合用部材９０を介して接合する（実装基板２０と器具本体１００との間に接合用部材９０を介在させた後で接合用部材９０を加熱することで実装基板２０と器具本体１００とを接合する）際に接合用部材９０と実装基板２０および器具本体１００との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができ、従来のように発光装置を回路基板に実装して回路基板と器具本体との間にサーコン（登録商標）のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。なお、本実施形態の発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、図５に示すように、器具本体１００に複数個の発光装置１を実装して複数個の発光装置１を直列接続したり並列接続したりすればよい。また、発光装置１は、金属製の器具本体１００に限らず、接合用部材９０を介して金属製部材に接合するようにしてもよい。

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基板を用いており、ＳｉＣ基板の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長されている。ここで、ＬＥＤチップ１０は、一表面側（図１（ａ）における上面側）にアノード電極（図示せず）が形成され、他表面側（図１（ａ）における下面側）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。また、ＬＥＤチップ１０の構造は特に限定するものではなく、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する支持基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。

実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が搭載される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図１（ａ）における上面側）に例えばポリオレフィン系の固着シート２９（図２参照）を介して固着された矩形板状のフレキシブルプリント配線板からなる配線基板２２とで構成され、配線基板２２の中央部に伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０の実装面（上記一面の一部）を露出させる矩形状の窓孔２４が形成されており、ＬＥＤチップ１０が窓孔２４の内側に配置された後述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。したがって、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱されるようになっている。ここにおいて、伝熱板２１の上記一面には、サブマウント部材３０の位置決め精度を高めるためのアライメントマーク２１ｃ（図２参照）が形成されている。

なお、本実施形態では、伝熱板２１の熱伝導性材料としてＣｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に搭載されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に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、発光部を伝熱板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では結晶成長用基板と発光部とが同程度の屈折率を有しているので、発光部を伝熱板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。

上述の配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０への給電用の一対の導体パターン２３，２３が設けられるとともに、各導体パターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいて導体パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系のレジスト（樹脂）からなる保護層２６が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射され保護層２６の表面に入射した光が保護層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が配線基板２２に吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、各導体パターン２３，２３は、絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。

保護層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各導体パターン２３，２３の２箇所が露出し、配線基板２２の周部において各導体パターン２３，２３の１箇所が露出するようにパターニングされており、各導体パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した２つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａを構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部２３ｂを構成している。なお、配線基板２２の導体パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。また、２つの外部接続用電極部２３ｂのうちＬＥＤチップ１０の上記アノード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図６における右側の外部接続用電極部２３ｂ）には「＋」の表示が形成され、ＬＥＤチップ１０の上記カソード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図６における左側の外部接続用電極部２３ｂ）には「−」の表示が形成されているので、発光装置１における両外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。

ところで、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和する上述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。ここで、サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されている。

サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。したがって、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができるとともに、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和することができる。

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３１（図２参照）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方の導体パターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２３と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましく、サブマウント部材３０がＣｕであって、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、サブマウント部材３０およびＬＥＤチップにおける接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。また、サブマウント部材３０と伝熱板２１とは、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましいが、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、伝熱板２１における接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が結晶成長用基板の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｃｕ、ＣｕＷなどを採用してもよい。なお、サブマウント部材３０は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０側の表面の面積はＬＥＤチップ１０における伝熱板２１側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。

また、本実施形態の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の保護層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。なお、サブマウント部材３０においてＬＥＤチップ１０が接合される側の表面においてＬＥＤチップ１０との接合部位の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜を形成すれば、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここで、反射膜は、例えば、Ｎｉ膜とＡｌ膜との積層膜により構成すればよい。

上述の封止部５０の材料である封止樹脂としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばアクリル樹脂などを用いてもよい。また、封止樹脂の代わりに、ガラスを用いてもよい。

光学部材６０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、ガラスなど）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材６０をシリコーン樹脂の成形品により構成しているので、光学部材６０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部５０の材料がアクリル樹脂の場合には、光学部材６０もアクリル樹脂により形成することが好ましい。

ところで、光学部材６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されており、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致するように配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射され光学部材６０の光入射面６０ａに入射された光が光出射面６０ｂと空気層８０との境界で全反射されることなく色変換部材７０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および光学部材６０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体粒子を励起したり蛍光体粒子には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。また、光学部材６０は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一様となるように形成されている。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性材料とＬＥＤチップ１０から放射され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蛍光体粒子とを混合した混合物の成形品により構成されている（色変換部材７０は、蛍光体粒子が透光性材料からなる母材に分散されている）。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と蛍光体粒子から放射された光とが色変換部材７０の光出射面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体粒子も黄色蛍光体粒子に限らず、例えば、赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子とを混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、光入射面７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、光学部材６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の光入射面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラスなど）を用いて固着すればよい。

本実施形態の発光装置１を光源として用いた上述の照明器具は、図５および図６に示すように、各発光装置１の接続関係を規定する配線パターン２０２が絶縁性基材２０１の一表面側に形成された回路基板２００を備えている。なお、本実施形態では、複数の発光装置１を直列接続しているが、複数の発光装置１の接続関係は特に限定するものではなく、例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。

回路基板２００は、浅い有底円筒状の器具本体１００内において当該器具本体１００の底壁１００ａから離間して配置されるものであり、各発光装置１それぞれに対応する部位に各発光装置１の一部を通す開孔窓２０４が形成されている。なお、回路基板２００の絶縁性基材２０１の材料としては、例えば、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂を採用すればよいが、ガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。また、器具本体１００の形状は特に限定するものではなく、例えば、平板状でもよい。

上述の回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａに貫設されている挿通孔１００ｃに挿通された給電用のリード線が挿通される電線挿通孔２０６が貫設されており、電線挿通孔２０６に挿通された一対の電線が電気的に接続されるようになっている。また、回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａ側とは反対の表面側に白色系のレジスト層からなる光反射層２０３が形成されており、配線パターン２０２の大部分が光反射層２０３により覆われている。

また、回路基板２００は、各開口窓２０４の開口サイズが発光装置１における実装基板２０の平面サイズよりもやや大きく設定されている。なお、回路基板２００には、発光装置１のＬＥＤチップ１０へ過電圧が印加されるのを防止するために、過電圧防止用の表面実装型のツェナダイオード２３１（図６参照）および表面実装型のセラミックコンデンサ２３２（図６参照）が各開口窓２０４の近傍で実装されている。

一方、発光装置１は、実装基板２０の各外部接続用電極部２３ｂが端子板２１０を介して回路基板２００の配線パターン２０２と電気的に接続されている。ここにおいて、端子板２１０は、細長の金属板の一端部をＬ字状に曲成することにより配線パターン２０２に厚み方向が重なる形で半田などを用いて接合される端子片２１１を形成するとともに、他端部をＪ字状に曲成することにより外部接続用電極部２３ｂに厚み方向が一致する形で半田などを用いて接合される端子片２１２を形成したものであり、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因して接続端子２１０と外部接続用電極部２３ｂおよび配線パターン２０２それぞれとの接合部に発生する応力を緩和可能となっており、各発光装置１と回路基板２００との間の接続信頼性を高めることができる。

また、上述のシート状の接合用部材９０の平面サイズを伝熱板２１の平面サイズよりも大きく設定しておけば、接合用部材９０と伝熱板２１とが同じ平面サイズに形成されている場合に比べて、伝熱板２１と金属部材である器具本体１００との間の沿面距離を長くすることができ、照明器具用の光源として用いる場合の耐雷サージ性を高めることができる（ただし、一般的に屋内用の照明器具と屋外用の照明器具とで要求される発光装置と金属部材との沿面距離は異なり、屋外用の照明器具の方がより長い沿面距離を要求される）。ここにおいて、シート状の接合用部材９０の厚みについては、耐雷サージ性の要求耐圧に応じて厚みを設計する必要があるが、熱抵抗を低減する観点からはより薄く設定することが望ましい。したがって、接合用部材９０に関しては、厚みを設定した上で、沿面距離の要求を満足できるように平面サイズを設定すればよい。

上述の発光装置１の製造方法にあたっては、例えば、ＬＥＤチップ１０と各導体パターン２３，２３とをそれぞれ２本のボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている注入孔２８からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）を注入した後に硬化させ、その後、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の残りの部分となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）を注入してから、光学部材６０を実装基板２０における所定位置に配置して封止樹脂を硬化させることにより封止部５０を形成するのと同時に光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するような製造方法が考えられるが、このような製造方法でも、製造過程において封止部５０に気泡（ボイド）が発生する恐れがあるので、光学部材６０に液状の封止樹脂を多めに注入する必要がある。

そこで、本実施形態の発光装置１では、上述のように、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間（光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間）から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状（本実施形態では、円環状）の堰部２７を突設してある。ここにおいて、堰部２７は、白色系のレジストにより形成されている。また、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数（本実施形態では、４つ）のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して等間隔で設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねている。ここで、上述のセンタリング用爪部２７ｂの数は４つに限定するものではないが、少なくとも３つ設けることが望ましく、堰部２７と光学部材６０との間に溜めることが可能な封止樹脂の許容量を多くするためにセンタリング用爪部２７ｂの幅寸法は小さいほうが望ましい。

また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁に、堰部２７に係合する切欠部７１が全周に亘って形成されている。したがって、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０に対する色変換部材７０の位置決め精度を高めることができ、また、色変換部材７０と光学部材６０との間隔を短くすることができる。なお、切欠部７１は、色変換部材７０の端縁側と内面７０ａ側とが開放されている。

また、上述の実装基板２０における導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が上述の外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成している。

本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、図４（ａ）に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている樹脂注入孔２８（図２参照）からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に上述の封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入するとともに、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の一部となる液状の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入して光学部材６０を実装基板２０に対向させ、図４（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づけ、図４（ｃ）に示すように光学部材６０を位置決めしてから液状の封止樹脂５０ａを硬化させることにより封止部５０を形成するとともに光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するようにしている。ここで、図４（ａ）では、ドーム状の光学部材６０の内側に、光学部材６０の内側空間の容積よりも多い適量（定量）の封止樹脂５０ａを注入するようにしている。また、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０と堰部２７と保護層２６とで囲まれた空間に溜まった封止樹脂５０ａは、硬化させることにより図１（ａ）における樹脂部５０ｂとなる。

このような製造方法によれば、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。ここで、図４（ｂ）のように光学部材６０を実装基板２０に近づける前（つまり、図４（ａ）の段階）に、サブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に注入した封止樹脂５０ａを硬化させておけば、図４（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づける際にボイドが抜けやすくなるという利点がある。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材６０がドーム状に形成され実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着されており、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた上記空間に充実されＬＥＤチップ１０を封止した透光性の封止樹脂からなる封止部５０と、実装基板２０の上記一表面側で光学部材６０を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０とを備え、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止樹脂５０ａを堰き止める環状の堰部２７が突設され、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねており、導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成しているので、封止部５０にボイドが発生するのを防止できてボンディングワイヤ１４，１４の断線や光出力の低下を防止できるとともに光学部材６０の位置決め精度を高めることができ、しかも、光学部材６０と堰部２７の内周面とが離間しているので、堰部２７の外側へ封止樹脂５０ａが溢れて外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂ上に付着するのを抑制することができ、外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂでの半田付け不良などの発生を防止可能となる。なお、図７に示すように、実装基板２０の上記一表面において環状の堰部２７と各外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂとの間それぞれに、堰部２７と同じ材料（本実施形態では、白色のレジスト）により形成された弧状の樹脂止め部２５，２５を設ければ、製造時に封止樹脂５０ａが外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの表面に付着するのをより確実に防止することができる。

また、本実施形態の発光装置１では、堰部２７が、白色系のレジストにより形成されているので、ＬＥＤチップ１０から放射された光や蛍光体から放射された光が堰部２７で吸収されるのを防止することができ、光出力の高出力化を図れる。また、本実施形態の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の上記一表面（保護層２６の表面）よりも伝熱板２１から離れるように設定してあるので、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２に吸収されるのを抑制でき、光出力の高出力化を図れる。

また、本実施形態の発光装置１は、実装基板２０の上記一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しているので、実装基板２０を回路基板に実装することなく照明器具の器具本体１００と熱結合させることが可能となり、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。

ところで、本実施形態の発光装置１における色変換部材７０は、図１に示すように、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）からなる母材とは屈折率の異なる球状の光拡散材７３をＬＥＤチップ１０の配向特性（ＬＥＤチップ１０の各方向の光強度を矢印の方向と長さで表した放射光ベクトルの矢の先端の包絡面である配向立体）に基づく相対入射光強度（＝〔特定方向の光強度／最大光強度〕×１００％）が規定値を超える規定領域のみに分散させてある。ここにおいて、本実施形態におけるＬＥＤチップ１０の配向特性は、ＬＥＤチップ１０の法線方向で光強度が最大となる指向性の強い配向特性であり、色変換部材７０の頂部における相対入射光強度が色変換部材７０の周部に比べて大きくなるので、上記規定値を９０％に設定して、色変換部材７０の頂部を上記規定領域としてある。ただし、上記規定値は９０％に限らず、５０％〜９０％程度の範囲で適宜設定すればよい。

しかして、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０は、上記母材とは屈折率の異なる光拡散材７３をＬＥＤチップ１０の配向特性に基づく相対入射光強度が規定値を超える規定領域のみに分散させてあるので、色変換部材７０の全体に亘って光拡散材７３を分散させる場合に比べて、光拡散材７３の量を低減でき、しかも、色変換部材７０において相対入射光強度が規定値を超える規定領域では光拡散材７３によりＬＥＤチップ１０からの光を拡散させることができ、ストークスシフトによるエネルギ損失に起因して発熱する蛍光体粒子が局所的に集中するのを防止することができるから、光拡散材の量を低減でき且つ色変換部材７０の局所的な発熱を抑制することが可能になって蛍光体粒子の光変換効率を向上させることが可能となるとともに色変換部材７０の信頼性低下を防止することが可能になる。

ここにおいて、光拡散材７３の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２（ガラス）、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの透明な無機材料を採用することが好ましい。なお、光拡散材７３の屈折率が高くなるほど拡散効果が大きくなる。

また、色変換部材７０の母材は、シリコーン樹脂に限らず、ガラスでもよく、ガラスを採用すれば、母材がシリコーン樹脂などの有機材料である場合に比べて、色変換部材７０の温度上昇を抑制することができる。色変換部材７０の母材を高融点ガラス、拡散材７３を低融点ガラスとしてもよい。

また、光拡散材７３は、球状のガラスに限らず、ガラス繊維や、メッシュ状のガラス、金属ナノ粒子などにより構成してもよい。ここで、光拡散材７３としてガラス繊維を採用すれば、光拡散材７３が球状のガラスである場合に比べて、色変換部材７０の蛍光体粒子で発生した熱を効率的に放熱させることが可能となり、色変換部材７０の局所的な発熱をより抑制することが可能となる。また、光拡散材７３として金属ナノ粒子（例えば、金や銀などの貴金属のナノ粒子）を採用すれば、ＬＥＤチップ１０からの光によって光拡散材７３において表面プラズモンポラリトンが励起され、ＬＥＤチップ１０からの光が増強されるので、外部への光取り出し効率を高めることが可能となる。

また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０よりも内側で実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設されたドーム状の光学部材６０と、光学部材６０の内側でＬＥＤチップ１０を封止した封止部５０とを備え、色変換部材７０と光学部材６０との間に空気層８０が形成されているので、ＬＥＤチップ１０から放射され色変換部材７０中の蛍光体粒子により散乱された光のうち光学部材６０側へ散乱されて光学部材６０を透過する光の光量を低減できて装置全体としての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。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、図８に示すように、実装基板２０が、セラミック基板（例えば、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板などの電気絶縁性を有し且つ熱伝導率の高いセラミック基板）からなる絶縁性基板２０ａを用いて形成されている（要するに、実装基板２０が熱伝導性材料により形成されている）点などが相違する。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省略する。

本実施形態における実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０の各電極とそれぞれ電気的に接続される２つの導体パターン２３，２３が絶縁性基板２０ａの一表面と側面と他表面とに跨って形成されて、絶縁性基板２０の他表面側に形成された部位が外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成しており、絶縁性基板２０の上記他表面の中央部にＬＥＤチップ１０よりも平面サイズの大きな矩形状の放熱用導体部１２６が形成されている。ここで、本実施形態の発光装置１は、絶縁性基板２０ａの上記一表面側において一方の導体パターン２３上にＬＥＤチップ１０を搭載してあるが、実施形態１にて説明したサブマウント部材３０を介して導体パターン２３上に搭載するようにしてもよい。また、導体パターン２３，２３を絶縁性基板２０ａの上記一表面側のみに設けて各導体パターン２３，２３それぞれの一部を外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂとしてもよい。

本実施形態の発光装置１では、実施形態１と同様、色変換部材７０は、上記母材とは屈折率の異なる光拡散材７３をＬＥＤチップ１０の配向特性に基づく相対入射光強度が規定値を超える規定領域のみに分散させてあるので、光拡散材７３の量を低減でき且つ色変換部材７０の局所的な発熱を抑制することが可能になって蛍光体粒子の光変換効率を向上させることが可能となるとともに色変換部材７０の信頼性低下を防止することが可能になる。

また、実施形態１では実装基板２０が熱伝導性材料からなる伝熱板２１と、有機系の絶縁性基材２２ａを用いた配線基板２２とで構成されており、色変換部材７０で発生した熱が実装基板２０へ伝熱されにくくなっているが、本実施形態の発光装置１は、実装基板２０が熱伝導性材料からなる絶縁性基板２０ａを用いて形成されているので、色変換部材７０で発生した熱を実装基板２０を通して効率良く放熱させることが可能となり、色変換部材７０の局所的な発熱をより抑制することが可能となる。

なお、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、結晶成長用基板としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板やサファイア基板を用いてもよく、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、上述のＬＥＤチップ１０は、上記一表面側に上記アノード電極が形成され、上記他表面側にカソード電極が形成されているが、上記一表面側にアノード電極およびカソード電極が形成されていてもよく、この場合には、アノード電極およびカソード電極の両方ともボンディングワイヤ１４を介して導体パターン２３，２３と直接接続することができる。また、ＬＥＤチップ１０から放射される光は青色光に限らず、例えば、赤色光、緑色光、紫色光、紫外光などでもよい。

実施形態１の発光装置の概略断面図である。同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。同上の発光装置の要部概略平面図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略斜視図である。同上の他の構成例の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。実施形態２の発光装置の概略断面図である。従来例の発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
１４ボンディングワイヤ
２０実装基板
２１伝熱板
２２配線基板
２３導体パターン
２３ｂ外部接続用電極部
３０サブマウント部材
５０封止部
６０光学部材
７０色変換部材
７０ａ光入射面
７０ｂ光出射面
７３光拡散材
８０空気層

Claims

ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子が透光性材料からなる母材に分散されてなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設されたドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、前記母材とは屈折率の異なる光拡散材をＬＥＤチップの配向特性に基づく相対入射光強度が規定値を超える規定領域のみに分散させてなることを特徴とする発光装置。
前記母材は、ガラスであることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記光拡散材は、ガラス繊維からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
前記光拡散材は、金属ナノ粒子からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
前記実装基板は、熱伝導性材料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４のいずれか１項に記載の発光装置。
前記色変換部材よりも内側で前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配設されたドーム状の光学部材と、光学部材の内側で前記ＬＥＤチップを封止した封止部とを備え、前記色変換部材と光学部材との間に空気層が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５のいずれか１項に記載に発光装置。