JP2013004824A

JP2013004824A - Ｌｅｄ照明装置及びｌｅｄ照明装置の製造方法

Info

Publication number: JP2013004824A
Application number: JP2011135865A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Ikeda; 一貴池田; Satoshi Nakamura; 中村　　聡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】ＬＥＤチップからの放熱性を向上できるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１では、ＬＥＤチップ１は、金属板２上に形成されたＬＥＤ搭載凹部２ａに収納され、接着樹脂３を介してＬＥＤ搭載凹部２ａに接着固定される。接着樹脂３は、ＬＥＤチップ１の発光面に対して反対側となる裏面と、ＬＥＤ搭載凹部２ａの底部４１との間に充填されるのに加え、ＬＥＤチップ１のチップ側面５２と、ＬＥＤ搭載凹部２ａの底部側面４２との間の空隙を埋めるようにも充填される。ＬＥＤチップ１のチップ側面５２が接着樹脂３を介して熱的に金属板２に接続されることで、ＬＥＤチップ１の放熱面積が増大するため、効率よく放熱することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、照明光源などに使用されるＬＥＤ照明装置に関する。

図７は、発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称す）を用いた、従来の照明装置の構成を示す図である。図７に示すＬＥＤ照明装置１０は、金属板１２の前面にガラスエポキシ樹脂などの絶縁樹脂からなる絶縁層１３が形成されている。ＬＥＤ照明装置１０は、絶縁層１３上の銅箔からなる配線パターン１４が形成された金属基板１１を備え、絶縁層１３上にＬＥＤチップ１の発光面と反対側の面（裏面）とが、接着樹脂３により接着固定されている。また、ＬＥＤチップ１は、ボンディングワイヤ５を介して配線パターン１４と電気的に接続されている。なお、金属基板１１には、ＬＥＤチップ１を実装した部分の周囲に円形の開口を設けた樹脂製（白色系）の枠部材１５を接着樹脂よりなる接着層１６を介して接着して、枠部材１５の内側にエポキシ樹脂などの透明な封止樹脂１８を流し込んで、ＬＥＤチップ１を封止している。

ところで、ＬＥＤチップが発光すると熱を発生するが、一般的にＬＥＤチップの温度が高くなるほど、ＬＥＤチップの発光効率は低下し、発光出力は小さくなる。また、ＬＥＤチップの劣化は、高温に晒されるほど早まるため、ＬＥＤチップの温度上昇は、ＬＥＤチップの寿命低下などを生じさせる。よって、図７に示した従来のＬＥＤ照明装置１０では、ＬＥＤチップ１と放熱部材である金属板１２の間に熱伝導性の悪い絶縁層１３があるなどして、放熱性がよくないという課題があった。

そこで、特許文献１においては、ＬＥＤチップを金属板に直接接合することにより、放熱特性の向上を図っている。その他、特許文献２においても、特許文献１と同様に金属製のベース部材に直接ＬＥＤチップを接着固定することで、放熱特性を向上している。

特開２００３−１５２２２５号公報特開２００９−４５０３号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２などでは、ＬＥＤチップを直接金属板に実装することで、放熱特性を向上させてはいるが、ＬＥＤチップから発生した熱は、金属板と接着樹脂を介して接しているＬＥＤチップの発光面と反対側の面（裏面）からしか放熱できないため、放熱性が十分とはいえない。

この発明は、放熱特性に優れたＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

この発明のＬＥＤ照明装置は、
底部と前記底部の周縁から起立する側面である底部側面とを有することで前記底部と前記底部側面とにより相手部品を収納する収納空間を形成する金属製の収納部を持つ金属板と、
前記相手部品として前記収納部に収納されるＬＥＤチップであって、発光光が出射される側の面である上面と、前記上面に対して反対側となる裏面と、前記上面と前記裏面とをつなぐ側面であるチップ側面とを有し、前記裏面が前記底部に対向して前記収納部に収納されると共に、
前記収納部に収納された状態において、前記底部と前記裏面との間と、前記底部側面と前記チップ側面との間とに、接着剤が充填されるＬＥＤチップと
を備えたことを特徴とする。

この発明により、放熱特性に優れたＬＥＤ照明装置を提供できる。

実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置１００を示す断面図。図１のＸ方向矢視を示す模式図。実施の形態１におけるＬＥＤ照明装置１００のＬＥＤチップ１からの熱伝導を示す模式図。実施の形態１におけるＬＥＤチップ１の配置バリエーションを示す図。実施の形態１におけるＬＥＤチップ１の収納部品３０を示す図。実施の形態２におけるＬＥＤ照明装置２００を示す断面図。従来のＬＥＤ照明装置１０を示す断面図。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１００の構成例を示す断面図である。図１において、ＬＥＤ照明装置１００は、熱伝導性の良い金属板２と、金属板２の上に配置された発光ダイオードチップ１（以下、ＬＥＤチップ１と称す）と、金属板２とＬＥＤチップ１を接着固定する接着樹脂３（接着剤）と、金属板２の上に接着樹脂（図示せず）を介して接着固定された回路基板４と、ＬＥＤチップ１と回路基板４を電気的に接続するボンディングワイヤ５と、ＬＥＤチップ１とボンディングワイヤ５を封止する封止樹脂６とからなる。

（金属板２）
金属板２は、銅またはアルミニウムなどの熱伝導性のよい金属から構成される。金属板２には、前面（図１における上方）にＬＥＤチップ１を搭載するＬＥＤ搭載凹部２ａ（収納部）が凹形状に形成されている。ＬＥＤ搭載凹部２ａは、底部４１と底部４１の周縁４１−１から起立する側面である底部側面４２とを有することで底部４１と底部側面４２とにより、相手部品であるＬＥＤチップ１を収納する収納空間４３を形成する。

図２は、ＬＥＤ照明装置１００の平面視（図１のＸ方向矢視）であり、ＬＥＤチップ１、ＬＥＤ搭載凹部２ａ、接着樹脂３の関係を模式的に示している。図２に示すように、ＬＥＤ搭載凹部２ａの平面視寸法は、ＬＥＤチップ１のサイズより若干大きい寸法に設定してある。また、図１に示すように、ＬＥＤ搭載凹部２ａの深さ方向の寸法Ｈは、ＬＥＤチップ１の厚みＢよりも小さい寸法に設定している。

（ＬＥＤチップ１）
ＬＥＤチップ１は、図１に示すように、発光面（上面）に対して反対側の面（裏面）を金属板２の前面に対して対向するようにしてＬＥＤ搭載凹部２ａの収納空間４３に収納され、接着樹脂３により接着固定されている。ＬＥＤチップ１は、上面と裏面とをつなぐ側面であるチップ側面５２を有する。接着樹脂３は、底部側面４２とチップ側面５２との間にも充填される。図１のＬＥＤチップ１は、Ｐ電極およびＮ電極が、同一面側（図１に示す上面側）に構成される。

（接着樹脂３）
接着樹脂３は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化型樹脂からなる。接着樹脂３は、ＬＥＤチップ１とＬＥＤ搭載凹部２ａとの間にできる空隙を埋めるように配置され、ＬＥＤチップ１の裏面および側面を接着固定している。すなわち図１に示すように、ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤ搭載凹部２ａに収納された状態において、底部４１と裏面との間と、底部側面４２とチップ側面５２との間とに、接着樹脂３が充填される。また、図１に示すように、接着樹脂３はＬＥＤチップ１の発光面よりも低い高さでＬＥＤチップ側面を接着固定している。すなわち、底部側面４２とチップ側面５２との間に充填された接着樹脂３は、ＬＥＤチップ１の裏面から上面に向かう方向を上方（矢印Ｘと反対方向）とした場合に、最も上方となる箇所が上面よりも下方に位置するように充填される。これによって、ＬＥＤチップ１の発光面への接着樹脂３の付着を防止できる。

接着樹脂３に関しては、熱伝導性の良い金属フィラー剤等が入っている接着樹脂（導電性樹脂）が望ましいが絶縁性の接着樹脂であっても、従来のＬＥＤチップ下面からのみ放熱させる方法と比較して、側面部も放熱に使用することで、全体として放熱面積が広くなり、放熱効果が向上する。

（熱の伝わり方）
図３は、ＬＥＤチップ１から発生する熱の伝わり方を示す模式図である。図３において、矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、熱の伝わる方向を示す。図３に示すように、ＬＥＤチップ１の裏面および側面は、金属板２上に形成されたＬＥＤ搭載凹部２ａに接着樹脂３を介して接着固定されており、ＬＥＤチップ１で発生した熱は、矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅのように直接金属板２へ伝えられ、外部へ放出される。

（回路基板４）
回路基板４は、ガラスエポキシ基板などの絶縁性を有する基板からなり、金属板２のＬＥＤ搭載凹部２ａの周囲に円形に開口させたＬＥＤ搭載凹部２ａよりも大きい寸法の貫通孔４ｂが形成されている。また、回路基板４は、銅箔からなる配線パターン４ａが設けられた面に対して反対側の面が、金属板２に対向するように、接着樹脂（図示せず）を介して金属板２に接着固定されている。また、回路基板４の前面に設けられた配線パターン４ａは、ボンディングワイヤ５を介してＬＥＤチップ１と電気的に接続されている。

また、ＬＥＤチップ１とボンディングワイヤ５は、ＬＥＤチップ１からの光を透過する封止樹脂６によって封止されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１としては、窒化ガリウム系化合物半導体よりなる青色系ＬＥＤチップを用いており、封止樹脂６には、ＬＥＤチップ１の青色発光で励起されると黄色系の光を発する蛍光体が配合されている。

（ＬＥＤチップ１の配置バリエーション）
図４は、ＬＥＤチップ１を、接着樹脂３を用いてＬＥＤ搭載凹部２ａに配置する際の配置バリエーションを示す図である。図４は、図１のＸ方向矢視に相当し、図４（ａ）は、図２そのものである。
平面視でＬＥＤチップ１及びＬＥＤ搭載凹部２ａが四角形に見える場合、
図４（ａ）のようにＬＥＤチップ１のチップ側面５２の全周に接着樹脂３を充填してもよいし、
図４（ｂ）のように、隣あう２つのチップ側面５２を底部側面４２に押し当て、残りの２つのチップ側面５２に接着樹脂３を充填してもよいし、
図４（ｃ）のように１つのチップ側面５２を底部側面４２に押し当て、残りの３つのチップ側面５２に接着樹脂３を充填してもよいし、
図４（ｄ）のように向かいあうチップ側面５２を底部側面４２に押し当て、残りの向かいあうチップ側面５２に接着樹脂３を充填してもよいし、
図４（ｅ）のように３つのチップ側面５２を底部側面４２に押し当て、残りの１つのチップ側面５２に接着樹脂３を充填してもよい。
すなわち、図４（ｂ）〜（ｅ）に破線で示す箇所に、チップ側面５２と底部側面４２とが密着する密着領域２１を設け、ＬＥＤチップ１と金属板２とを接着樹脂３を介在せずに直接、接触させても構わない。

（収納部品３０）
図１のＬＥＤ照明装置１００では、金属板２にＬＥＤ搭載凹部２ａを直接形成する場合を説明したが一例である。
図５は、金属板２とは別部品の金属製の収納部品３０（収納部）にＬＥＤチップ１を配置（収納）した状態を示す図である。収納部品３０は金属板２に熱伝導性を持つ接着剤等により固定される。図５は、図３の破線部３２を抜き出したものに相当し、収納部品３０は破線部３２内の破線３１の部分に対応する。

以上の構成によれば、ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤ搭載凹部２ａの底面だけでなく側面も接着樹脂３により接着固定されていることから、チップ側面も接着樹脂３を介して金属板２に熱的に接続している。このためＬＥＤチップ１の放熱面積を大きくすることができ、ＬＥＤチップ１で発生した熱を速やかに放熱できる。つまり、ＬＥＤチップ１の温度上昇を抑えることができることになる。これにより、ＬＥＤ照明装置の長寿命化を図ることができる。

なお、実施の形態１で説明したＬＥＤ照明装置１００は、ＬＥＤ照明装置の製造方法の実施の形態としても把握することが可能である。すなわち、底部４１と底部４１の周縁４１−１から起立する側面である底部側面４２とを有することで底部４１と底部側面４２とにより相手部品であるＬＥＤチップを収納する収納空間４３を形成する金属製のＬＥＤ搭載凹部２ａ（収納部）を持つ金属板２のＬＥＤ搭載凹部２ａに、発光光が出射される側の面である上面と、上面に対して反対側となる裏面と、上面と裏面とをつなぐチップ側面５２とを有するＬＥＤチップ１を収納する際に、裏面を底部４１に対向してＬＥＤ搭載凹部２ａに収納すると共に、底部４１と裏面との間と、底部側面４２とチップ側面５２との間とに、接着樹脂を充填する充填工程を備えたＬＥＤ照明装置の製造方法、として把握することもできる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置２００の構成例を示す断面図である。ＬＥＤ照明装置２００は、実施の形態１のＬＥＤ照明装置１００と基本的には同一の構成であるが、ＬＥＤチップ１及びボンディングワイヤ５−Ｎが、図６に示す構成になっている点及び接着樹脂３として導電性ペーストを用いる点で、実施の形態１とは相違する。

実施の形態１のＬＥＤチップ構造では、導電性ペーストを接着樹脂として使用しても良いし、絶縁性樹脂を接着樹脂として使用してもよい。実施の形態２のＬＥＤチップ構造の場合は、ＬＥＤチップ下面と金属板との間で電気的に導通させる必要があるので、接着樹脂は導電性ペースト（樹脂）に限られ、絶縁性樹脂は使用しない。

具体的には、ＬＥＤチップ１は、両面（上下面）にＰ電極（上面側）、Ｎ電極（下面側）を有するチップとして形成されている。ＬＥＤチップ１は、導電性ペースト７（たとえば、銀ペースト）を介してＬＥＤ搭載凹部２ａと接着固定されている。金属板２と配線パターン４ａ（図の左側）は、ボンディングワイヤ５−Ｎにより電気的に接続されている。また、ＬＥＤチップ１の上面と配線パターン４ａ（図の右側）は、ボンディングワイヤ５−Ｐにより電気的に接続されている。

図６の構成によれば、ＬＥＤチップ１として両面（上下面）に電極を有するＬＥＤチップを用いることができる。

１ＬＥＤチップ、２，１２金属板、２ａＬＥＤ搭載凹部、３接着樹脂、４回路基板、４ａ，１４配線パターン、４ｂ貫通孔、５ボンディングワイヤ、６封止樹脂、７導電性ペースト、１０ＬＥＤ照明装置、１１金属基板、１３絶縁層、１５枠部材、１６接着層、１７封止樹脂、３０収納部品、４１底部、４２底部側面、４３収納空間、５２チップ側面、１００，２００ＬＥＤ照明装置。

Claims

底部と前記底部の周縁から起立する側面である底部側面とを有することで前記底部と前記底部側面とにより相手部品を収納する収納空間を形成する金属製の収納部を持つ金属板と、
前記相手部品として前記収納部に収納されるＬＥＤチップであって、発光光が出射される側の面である上面と、前記上面に対して反対側となる裏面と、前記上面と前記裏面とをつなぐ側面であるチップ側面とを有し、前記裏面が前記底部に対向して前記収納部に収納されると共に、
前記収納部に収納された状態において、前記底部と前記裏面との間と、前記底部側面と前記チップ側面との間とに、接着剤が充填されるＬＥＤチップと
を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記収納部は、
前記金属板の表面に、直接、凹形状に形成されると共に、前記凹形状の内部空間が前記収納空間であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
前記底部側面と前記チップ側面との間に充填された前記接着材は、
前記ＬＥＤチップの裏面から上面に向かう方向を上方とした場合に、最も上方となる箇所が前記上面よりも下方に位置することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤチップは、
前記チップ側面の一部が前記底部側面の一部と密着する密着領域を形成し、
前記底部側面と前記チップ側面との間に充填される前記接着材は、
前記密着領域以外の、記前記底部側面と前記チップ側面との間の隙間に充填されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
前記接着材は、
導電性ペーストであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
底部と前記底部の周縁から起立する側面である底部側面とを有することで前記底部と前記底部側面とにより相手部品を収納する収納空間を形成する金属製の収納部を持つ金属板の前記収納部に、
前記相手部品として、発光光が出射される側の面である上面と、前記上面に対して反対側となる裏面と、前記上面と前記裏面とをつなぐ側面であるチップ側面とを有するＬＥＤチップを収納する際に、前記裏面を前記底部に対向して前記収納部に収納すると共に、前記底部と前記裏面との間と、前記底部側面と前記チップ側面との間とに、接着剤を充填する充填工程を
備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置の製造方法。