JP3185958U - 高い放熱特性を備える全光束発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】透明基板と、少なくとも一つの発光チップと、少なくとも一つの放熱ブラケットと、一つの熱伝導性接着剤とを有し、高い放熱特性を備える全光束発光素子を提供する。
【解決手段】透明基板はダイボンティング区域１１０を有し、該区域は面積Ａを有する。発光チップ１２は前記ダイボンティング区域に取り付けられている。放熱ブラケット１３は、透明基板に当設され、該放熱ブラケットは片状構造を形成し、放熱区域１３２と、熱源接触区域１３１とを有し、該放熱ブラケットの熱源接触区域は、前記ダイボンティング区域に隣接して設けられ、該熱源接触区域は面積Ｂを有し、かつ条件式３％≦Ｂ／Ａ≦２６％（公式１）を満足している。熱伝導性接着剤１４は前記ダイボンティング区域と前記放熱ブラケットとを覆い被せて、パッケージされている。発光チップ１２の発生熱が放熱ブラケットの放熱区域と熱源接触区域によって有効に伝導できると共に、３６０度全光束の光源が得られる。
【選択図】図３

Description

本考案は発光素子に関し、特に発光チップの発生熱を有効に放出できると共に３６０度全光束の光源が得られる高い放熱特性を備える全光束発光素子に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤという。）は盛んに発展しており、ＬＥＤは現代の照明分野でもっともホットな発光素子となっている。しかし、ＬＥＤは発光するときに大量の熱が発生するため、適切にこれを放出させないと、温度の上昇により、輝度が低下するほか、温度がセ氏１００度を超えるときは、ＬＥＤ本体およびパッケージ材の劣化が発生し、発光チップが損傷し、ＬＥＤの寿命も低化する。

周知のとおり、熱の伝導には熱伝送と、熱対流と熱放射との、３つの方式がある。固体伝熱媒質方式は熱伝導に適しており、一般的に金属およびセラミックスがより良い熱伝導能力を有し、さらに、熱伝導の接触面積が大きいほど、熱伝導の効果に役立つとされる。
熱対流方式は液体媒体と気体媒体に適用でき、高温側から低温側に伝達する原理を利用できる。熱放射式は、電磁波の形式により熱を伝達する。よって、ＬＥＤの照明分野において、放熱面積の増加、より良い熱伝導部材の使用、放熱ブロックの追加およびファンとの組合せが、現時点においてＬＥＤの放熱問題解決によく見られる対策方法である。
しかし、前述の方式には改良すべき点が残る。放熱ブロックを新たに追加設置する方式には、放熱ブロックとファンとの追加設置によりコストがかさむばかりでなく、放熱ブロックも加工処理しなければ、放熱ブロックをＬＥＤ発光装置とを一体に設けることはできないため、生産プロセスに掛かる時間が長くなる。
さらに、放熱面積を増やすことは、全体の寸法設計に制限を与えてしまうほか、部材の選定におけるコスト面の問題から、容易に実現することが難しい。

このほか、従来式のＬＥＤチップはサファイア基板（ｓａｐｐｈｉｒｅ）を基板にしており、熱伝導係数は約２０Ｗ／ｍＫしかなく、エピ層の発生熱を素早く外部に排出することには無理がある。さらに、従来式のＬＥＤパッケージはダイボンディング方式を使用しているため、金属基板、サファイア基板に対する伝熱速度は非常に遅く、熱源は金属ワイヤを介して伝送されるが、放熱効果は良くない。

そのため、需要の観点から、透明基板に取り付けられたＬＥＤチップの発生熱を有効に排出することができ、ＬＥＤチップの出射光を妨げず、しかも３６０度全光束光源が得られる全光束発光素子が、市場の応用において一刻の猶予もできない課題となっている。

前述した公知技術の課題に対して、本考案の目的は放熱区域と熱源接触区域を備える放熱ブラケットを有し、発光チップの発生熱を有効に伝導させ、発光チップの出射光を妨げず、しかも３６０度全光束発光素光源が得られる高い放熱特性を備える全光束発光素子の提供によって、公知技術の課題解決を図る点にある。

本考案の目的に基づき、透明基板と、少なくとも一つの発光チップと、少なくとも一つの放熱ブラケットと、一つの熱伝導性接着剤とを有し高い放熱特性を備える全光束発光素子を提供する。
そのうち、透明基板はダイボンティング区域を有し、ダイボンティング区域は面積Ａを有する。発光チップはダイボンティング区域に設けられている。放熱ブラケットは透明基板１１に当接し、片状構造を形成していて、放熱区域と熱源接触区域とを有し、放熱ブラケットの熱源接触区域はダイボンティング区域に当接して隣設され、熱源接触区域は面積Ｂを有しており、かつ条件式３％≦Ｂ／Ａ≦２６％（公式１）を満足している。熱伝導性接着剤をダイボンティング区域と放熱ブラケットに覆い被せて、パッケージする。

もう一つの実施例において、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子は、第１蛍光体層と、第２蛍光体層とをさらに含み、第１蛍光体層は透明基板の下方に設けられ、第２蛍光体層を熱伝導性接着剤と、発光チップと、放熱ブラケットの上方に設けることによって、透明基板と、熱伝導性接着剤と、発光チップと、放熱ブラケットとを第１蛍光体層と第２蛍光体層との間に挟み込む。

そのうち、発光チップは１チップ２光源のチップであり、放熱ブラケットの部材は金属である。

前述した高い放熱特性を備える全光束発光素子において、熱伝導性接着剤はソルダーペーストを用いる。

本考案前記の説明その他の目的、特徴および長所をよりよく理解するため、以下にて好ましい実施例と、図面とを併せて詳細説明する。

本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例１の第１態様を示す図である。 本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例１の第２態様を示す図である。 本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例１の立体図である。 本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例２の断面図である。 本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例３の立体図である。

以下、関連図面に基づいて、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例を説明する。理解のため、以下の実施例のうち、同じ素子には同じ符号が割りつけられている。

図１ないし３の、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例１による第１態様と、同第２態様の概略図と、立体図とを併せて参照する。このうち、図１は本実施例の高い放熱特性を備える全光束発光素子１の正面を示し、図２は本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子１の背面を示す。
本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子１は透明基板１１と、少なくとも一つの発光チップ１２と、少なくとも一つの放熱ブラケット１３と、一つの熱伝導性接着剤１４と、を備える。
そのうち、透明基板１１はダイボンディング区域１１０を有し、ダイボンディング区域１１０は面積Ａを有し、係るダイボンディング区域１１０にて発光チップ１２を設けられ、発光チップ１２は例えば１チップ構造であり、片側または両側より単色の光源を出射する。
言い換えれば、本実施例の高い放熱特性を備える全光束発光素子１の透明基板１１に２光源を出射できる発光チップ１２と、放熱ブラケット１３とを結合することによって、高い放熱特性を備える全光束発光素子１が形成される。

放熱ブラケット１３は片状構造を形成し、透明基板１１に当接していて、放熱区域１３２と、熱源接触区域１３１とを有し、熱源接触区域１３１はダイボンディング区域１１０に当接して隣設され、熱源接触区域１３１は面積Ｂを有する。
さらに、ダイボンディング区域１１０の面積と熱源接触区域１３１の面積は３％≦Ｂ／Ａ≦２６％の関係式（公式１）を満足しており、放熱ブラケット１３の材質は、金属または金属合金を選択することが好ましい。特に説明したいことは、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子１に備える放熱区域１３２の長さまたは面積は需要に従って調整することができ、制限されない。

よって、図に示すように、放熱ブラケット１３を直接に透明基板１１に貼り付けて、発光チップ１２が透明基板１１のダイボンディング区域１１０において発生する高熱が直接に放熱ブラケット１３の熱源接触区域１３１に伝導した上、放熱区域１３２に伝送し放熱される。
放熱ブラケット１３の熱源接触区域１３１はくし状を形成する複数の突き出し部を有し、突き出し部は発光チップ１２の周りに貼り付けて設けられ、発光チップ１２から放熱区域１３２までの距離は非常に短いため、放熱ルートが最短、最も直接のルートにより、本考案のとの高い放熱特性を備える全光束発光素子１に最も良い放熱効果を与えることができる。

さらに、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子１の伝熱効果の強化を図るため、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子１は、ダイボンティング区域１１０および放熱ブラケット１３の上に熱伝導性接着剤１４を覆い被せてパッケージすることができる。
さらに、熱伝導性接着剤１４は透明状であるため、発光チップ１２の出射光を妨げることなく、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子１により良い発光効果をもたらすことができる。

このほか、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子１に備える放熱ブラケット１３の材質は例えば金属を選択することにより、本考案の放熱ブラケット１３により良い熱伝導効果をもたらすことができる。

引き続き図４の、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例２による断面図を参照する。実施例１と異なる点は、本実施例の高い放熱特性を備える全光束発光素子２は第１蛍光体層１５と第２蛍光体層１６とをさらに含み、発光チップ１２がこれを用いて混ぜ合わせて、異なる波長の光色を励起することができる点である。

そのうち、第１蛍光体層１５は透明基板１１の一側に設けられ、第２蛍光体層１６は熱伝導性接着剤１４と、発光チップ１２と、放熱ブラケット１３もう一つ側に設けて、透明基板１１と、熱伝導性接着剤１４と、発光チップ１２と、放熱ブラケット１３とを第１蛍光体層１５と第２蛍光体層１６との間に挟み込む。
さらに、発光チップ１２はシングルチップ構造であり、１チップ２光源のチップを用いて、上下両側からそれぞれ異なる波長の光源を第１蛍光体層１５と第２蛍光体層１６に出射し、混色の光源を励起する。そのうち、熱伝導性接着剤１４は例えばソルダーペーストを選択して、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子２の放熱効率を向上させる。

そのうち、透明基板１１は二酸化けい素ＳｉＯ２、ガリウムヒ素ＧａＰ、炭化けい素ＳｉＣ、ガリウム‐アルミニウムひ化物ＡｌＧａＡｓまたはサファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）のいずれかの材料より仕上げる。
引き続き図５の、本考案の高い放熱特性を備える全光束発光素子の実施例３による立体図を参照する。図に示すように、実施例２と異なる点は、本実施例の高い放熱特性を備える全光束発光素子３は第３蛍光体層１７をさらに含み、透明基板１１と、熱伝導性接着剤１４と、発光チップ１２と、放熱ブラケット１３の左右両側に設けることにより、微かな光源を左右両側より出射したとき、第３蛍光体層１７を用いて、混色の光源を励起する点である。

１、２、３ 高い放熱特性を備える全光束発光素子
１１ 透明基材
１１０ ダイボンティング区域
１２ 発光チップ
１３ 放熱ブラケット
１３１ 熱源接触区域
１３２ 放熱区域
１４ 熱伝導性接着剤
１５ 第１蛍光体層
１６ 第２蛍光体層
１７ 第３蛍光体層

Claims (5)

1. 高い放熱特性を備える全光束発光素子であって、
   ダイボンティング区域を有し、ダイボンティング区域は面積Ａを有する透明基板と、
   ダイボンティング区域に設ける少なくとも一つの発光チップと、
   透明基板に当設され、片状構造を形成していて、放熱区域と、熱源接触区域とを有し、前記熱源接触区域は、前記ダイボンティング区域に隣接して設けられ、前記熱源接触区域は面積Ｂを有し、かつ関係式３％≦Ｂ／Ａ≦２６％（公式１）を満足する放熱ブラケットと、
   前記ダイボンティング区域と前記放熱ブラケットとを覆うことによって、パッケージする熱伝導性接着剤と、を備えることを特徴とする、
   高い放熱特性を備える全光束発光素子。
2. 第１蛍光体層と、第２蛍光体層とをさらに含み、前記第１蛍光体層は前記透明基板の下方に設けられ、前記第２蛍光体層を前記熱伝導性接着剤と、前記発光チップと、前記放熱ブラケットの上方に設けることによって、前記透明基板と、前記熱伝導性接着剤と、前記発光チップと、前記放熱ブラケットとを前記第１蛍光体層と前記第２蛍光体層との間に挟み込むことを特徴とする、請求項１記載の、高い放熱特性を備える全光束発光素子。
3. 前記発光チップは１チップ２光源のチップであることを特徴とする、請求項１記載の、高い放熱特性を備える全光束発光素子。
4. 前記放熱ブラケットの材質は金属であることを特徴とする、請求項１記載の、高い放熱特性を備える全光束発光素子。
5. 前記熱伝導性接着剤の材質はソルダーペーストであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の、高い放熱特性を備える全光束発光素子。

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