(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力かつ高光束密度の光源において蛍光体の放熱性を向上させ、蛍光体変換効率の低下および発熱に起因する信頼性低下を抑制する発光モジュールおよび照明装置を提供する。【解決手段】発光モジュール１１は、複数の発光素子１２と、基板１３と、封止樹脂１７とを有する。基板１３は一面側に発光素子１２が実装される実装部２３を複数有し、実装部２３の間に実装部２３よりも突出した複数の凸部１５を有する。封止樹脂１７は、透光性を有し、発光素子１２の照射光により励起されて発光する蛍光体が混入され、発光素子１２および凸部１５を覆う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と；
一面側に前記発光素子が少なくとも一つ以上実装される実装部を複数有し、前記実装部の間に前記実装部よりも突出した複数の凸部を有した基板と；
透光性を有し、前記発光素子の照射光により励起されて発光する蛍光体が混入され、前記発光素子および前記複数の凸部を覆う封止樹脂と；
を具備していることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記発光素子の厚さは３００μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記凸部は表面に電極パターンを有し、前記凸部は前記電極パターンと前記発光素子の上面が面一もしくは前記発光素子の上面よりも低くなるように構成され、前記電極パターンと前記発光素子が配線で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記基板の凸部側面は傾斜を有していることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の発光モジュール。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか一記載の発光モジュールと、
前記発光モジュールを備えた本体と、
を具備した照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数の発光素子を用いた発光モジュールおよびこの発光モジュールを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物半導体を用いた半導体発光素子である発光ダイオード(ＬＥＤ)は、省電力化や小型化などの観点から、照明などに用いられてきている。このような発光素子を備えた発光モジュールでは、高効率化が求められるとともに、安定した動作、特に高光束密度(発散度)な発光モジュールを用いた照明装置の場合には効率的な放熱性が求められる。
【０００３】
このような高光束密度の発光モジュールでは、放熱性と高密度実装との両立が必要である。このため、一般には、金属基板に複数の発光素子を実装するとともに、蛍光体が混入された封止樹脂で発光部を形成した発光モジュールであるＣＯＢ（Chip On Board）モジュールが用いられている。しかしながら、エポキシやシリコーンに代表される封止樹脂は熱伝導率が低いため、蛍光体で発生した熱を放熱し難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０８１１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、高出力かつ高光束密度の光源において蛍光体の放熱性を向上させ、蛍光体変換効率の低下および発熱に起因する信頼性低下を抑制する発光モジュールおよび照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の発光モジュールは、基板と、発光素子と、絶縁層と、電極パターンと封止樹脂とを有する。基板は一面に実装部を複数有し、実装部の間に実装部より突出した凸部を有する。封止樹脂は、透光性を有し、発光素子の照射光により励起されて発光する蛍光体が混入され、発光素子および凸部を覆うように封止する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発光素子で発生した熱を基板に伝達して放熱性を確保するとともに、蛍光体で発生した熱を基板に伝達して放熱性を確保できることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の発光モジュールを示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２における放熱経路図である。
【図４】第２の実施形態の発光モジュールを示す平面図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図１の変形例を示す斜視図である。
【図７】図１の変形例を示す斜視図である。
【図８】実施形態に係る発光モジュールを用いた照明装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する
【００１０】
図８に照明装置を示す。照明装置１は、例えばライトアップなどに用いられる投光器である。照明装置１は、本体２を有し、本体２には投光窓３が設けられ、本体２内には投光窓３に対向する複数の発光モジュール１１が収容されている。本体２の下部には、発光モジュール1１に点灯電力を供給する点灯装置４が収容されている。そして、点灯装置４から複数の発光モジュール１１に点灯電力を供給することにより、複数の発光モジュール１１が点灯し、光を投光窓３から放射する。
【００１１】
図２において、１１は発光モジュールを示し、この発光モジュール１１は、複数の発光素子１２と、一面側に発光素子１２が少なくとも一つ以上実装される実装部２３を複数有し、実装部２３の間に実装部２３よりも突出した凸部１５を有する基板１３と、透光性を有し、発光素子１２の照射光により励起されて発光する蛍光体が混入され、発光素子１２および凸部１５を覆う封止樹脂１７などを備えている。
【００１２】
基板１３は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた金属材料により形成されており、この基板１３の他面側は平面な放熱面を形成しており一面側は、反射層２１が形成されている。なお、基板１３は、例えば、白色系の酸化アルミニウム、窒化アルミニウムや窒化ケイ素等のセラミックス材料を適用することができる。この基板１３は、発光素子１２が実装される実装部２３が複数形成されており、実装部２３の間に実装部２３よりも突出した凸部１５が形成されている。凸部１５は、凸部表面２４、凸部表面２４から実装部２３にかけて傾斜する凸部傾斜面２２を有する。
【００１３】
凸部表面２４上に形成される反射層２１上には、絶縁層１８が形成され、この絶縁層１８上に電極パターン１９が形成されている。
【００１４】
凸部表面２４は基板１３の一面側に面一で構成され、凸部表面２４から離散的に設けられた実装部２３が凸部表面２４に対する凹部として設けられている。各実装部２３はそれぞれ基板１３の他面側からの高さが同じであってもよいし異なる高さであってもよい。基板１３の他面側から凸部表面２４までの高さ、すなわち基板１３の厚みは均一でもよいし、凸部表面２４の場所によって異なる部分があってもよい。
【００１５】
また、発光素子１２は、チップ状で、両端にアノードおよびカソードの電極がそれぞれ形成されているとともにこれら電極間の表面に光を発光する発光部が形成されている。さらに、発光素子１２は、全体の厚みが３００μｍ〜５００μmである。この発光素子１２は接合部材１６を介して実装部２３に取り付けられ、発光素子１２の電極と電極パターン１９とを配線１４によって接続される。配線１４は、ボンディングワイヤとも呼ばれるもので、本実施形態では金(Ａｕ)により形成され、発光素子１２の上面の電極と、凸部１５上に形成される電極パターン１９とを電気的に接続する。また、発光素子１２は、フリップチップを使用してもよい。この場合は、実装部２３上に絶縁層１８を形成し、この絶縁層１８上に電極パターン１９を形成し、この電極パターン１９上に発光素子１２を実装させる。
【００１６】
凸部表面２４には、複数の実装部２３を囲むように環状のバンク部２０が形成されている。本実施例では、全ての実装部２３を囲むようにバンク部２０が形成されており、言い換えれば全ての発光素子１２がバンク部２０内に実装される。例えば、バンク部２０は、白色で反射率が高い白色の樹脂で形成される。これにより、バンク部２０は、高反射枠として機能する。このバンク部２０の内側に、発光素子１２および凸部１５を覆う封止樹脂１７が充填されている。
【００１７】
封止樹脂１７は、例えばシリコーン樹脂などの透光性を有する樹脂であり、発光素子１２からの照射光で励起する蛍光体が混入されている。例えば、発光素子１２の表面から封止樹脂１７の表面までの高さが２００〜５００μｍ程になるように形成される。また、発光モジュール１１が白色の光を放射する場合には、青色発光の発光素子１２と黄色を主成分とする蛍光体が用いられる。発光素子１２から照射される青色光と、発光素子１２が発生する青色光で励起した蛍光体が発生する黄色光とが混ざり、封止樹脂１７の表面から白色の光を放射する。なお、照射する光の色に応じて対応する光色を照射する発光素子１２および対応する励起光を放射する蛍光体が用いられる。
【００１８】
この発光モジュール１１は、点灯装置１４から点灯回路を介して定電流が供給されることで各発光素子１２が青色光を発光し、これら発光素子１２の照射光により励起された蛍光体が黄色光を照射することで、これらの光が混ざり合い、白色光が封止樹脂１７の上面全体から出射される。
【００１９】
次に、実施形態における発光素子１２および蛍光体の放熱経路を図３用いて説明する。
【００２０】
発光素子１２は、接合部材１６を介して基板１３に熱的に接続されているため、充分な熱伝導性が得られ、発光素子１２の発熱は、接合部材１６を介して基板１３に伝達され、この基板１３を介して効果的に放熱される(図３中の黒矢印)。また、蛍光体を含んだ封止樹脂１７は、熱伝導率が低いため封止樹脂１７の表面側に、蛍光体で発生した熱が溜まりやすく、放熱が難しい。しかし、本実施形態では、基板１３に凸部１５を設け、この凸部１５を封止樹脂１７で覆っているため、封止樹脂１７の表面から凸部１５まで距離が短くなる。そのため、蛍光体は充分な熱伝導性が得られ、蛍光体で発生した熱は封止樹脂１７を介して基板１３の凸部分１５に伝達され、この凸部分１５を介して効果的に放熱される(図３中の白矢印)。また、発光素子１２は素子の厚みが増加するほど光取り出し効率が向上するが、封止樹脂１７は発光素子１２の表面を覆うように封止する必要があるため、発光素子１２の厚さ増加に伴い封止樹脂１７の厚みも増加する。このため、基板１３に凸部１５がなく基板１３の一面側が実装部２３と同じ高さで構成されている場合には、封止樹脂１７の表面から基板１３の一面側までの放熱経路が長くなる。これに対し、凸部１５を設けることで、封止樹脂１７の表面から凸部１５まで放熱経路は封止樹脂１７の表面から実装部２３までの距離に比べて短くなる。このため、封止樹脂１７の表面近傍の熱を基板１３へ伝達し易くなる。また、発光素子１２の上面から発光された光は、そのまま上方に照射され、側面から側方に発光した光は、凸部傾斜面２２にて上方に反射されるため、発光素子１２から放射された光を効果的に取り出すことができる。また、発光素子１２の上面と凸部１５上の電極パターン１９は配線１４によって接続されている。凸部１５は、電極パターン１９が発光素子１２の上面と面一もしくは発光素子の上面よりも低くなるように構成されることが好ましく、凸部１５は、実装部２３よりも突出しいるため、発光素子１２の上面と電極パターン１９の差が短い。そのため、配線１４の形状が緩やかになり、配線１４にかかる負担が軽減され、応力による配線１４の断線を抑制できる。電極パターン１９が発光素子１２の上面よりも高く構成されると、発光素子１２から放射された光が凸部１５上を通過しにくくなり、色むらが生じてしまうおそれがある。
【００２１】
このように、上記第１の実施形態によれば、基板１３に凸部１５を設け、発光素子１２の発光により励起されて発光する蛍光体を含有した封止樹脂１７で発光素子１２および凸部１５を封止することで、発光素子１２の発光時の発熱を基板１３に伝達して放熱できるとともに、蛍光体の発熱を凸部１５に伝達して放熱性を確保することができる。
【００２２】
すなわち、発光素子１２の発光による発光素子１２の発熱および蛍光体の発熱に対して充分な放熱性を考慮すると、放熱性の高い基板１３を用いることが好ましい一方で、単に平坦な基板１３上に発光素子１５を実装し、蛍光体を混合した封止樹脂１７で覆った場合には、封止樹脂１７の表面から基板１３まで距離が離れているため、封止樹脂１７の表面と基板１３の放熱経路が長くなり、封止樹脂１７の蛍光体で発生した熱を、基板１３を介して充分に放熱することができない。そこで、基板１３に凸部１５を設けることで、封止樹脂１７の表面から凸部１５までの放熱経路が短くなるため、蛍光体の放熱性を確保した発光モジュール１１を構成できる。
【００２３】
これにより、蛍光体の放熱性が向上し、熱による蛍光体の変換効率の低下、および発熱に起因する信頼性の低下を抑制することができる。
【００２４】
次に、第２の実施形態を、図４および図５を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
この第２の実施形態は、図４に示すように封止樹脂１７を離散的に形成したものであり、複数の実装部２３を囲むように形成された環状のバンク部２０が複数設けられている。
【００２６】
図５に示すように、複数のバンク部２０がそれぞれ凸部１５および発光素子１２を囲むように形成され、バンク部２０の内側に封止樹脂１７が封じされている。この場合、各実装部２３に取り付けられる発光素子１２および封止樹脂１７に混合される蛍光体の種類を変えることにより所望の色の光を得ることができこれらの出力を調整することで可変色制御ができる。また、凸部１５を封止樹脂１７で封止しているため、蛍光体の熱を、凸部１５を介して基板１３へ放熱できる。
【００２７】
次に図６、図７に第１の実施形態の変形例を示す。第１の実施形態では、基板１３上の一面側に実装部２３が離散的に設けられ、この実装部２３以外が凸部１５になっているが、図６では複数の凸部１５を離散的に有する形態、また、図７に示すような中心に凸部１５がある形態でもよい。これらの変形例においても、発光素子１２および凸部１５を封止樹脂１７で覆うようことで蛍光体の放熱経路が確保できる。
【００２８】
なお、第1の実施形態および第２の実施形態において、凸部１５は凸部傾斜面２２を有することが光取り出しの面で効果的であるものの、凸部１５の側面は傾斜ではなく直角に形成しても良く、放熱性は充分有効である。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３０】
１１   発光モジュール
１２   発光素子
１３   基板
１５   凸部
１７   封止樹脂
２３   実装部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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