(57)【要約】【課題】ＣＯＢモジュールの温度が上昇し、ＣＯＢモジュールに含まれるサブマウント基板が反っても、熱抵抗が上昇しにくい発光装置を提供する。【解決手段】ホルダ１１の開口１１ｂの周りに設けられた４個の突起１１ｃにより、それぞれＣＯＢモジュール１２に含まれるサブマウント基板１２ｃの上面を基台１４に向かって押し、ＣＯＢモジュール１２を固定する。サブマウント基板１２ｃが反っても、サブマウント基板１２ｃと熱伝導シート１３との密着性が確保されているため、ＣＯＢモジュール１２から基台１４に至る熱抵抗が上昇しない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブマウント基板上に複数のＬＥＤダイが実装されたＣＯＢモジュールと、前記ＣＯＢモジュールを覆うようにして固定するホルダと、前記ホルダを取り付ける基台とを備えた発光装置において、
前記ホルダは、開口周りに複数の突起を有し、
前記複数の突起は、前記サブマウント基板の各辺の中央付近で、それぞれ前記サブマウント基板の上面を前記基台に向かって押す
ことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマウント基板上に多数のＬＥＤダイが実装されたＣＯＢモジュールと、そのＣＯＢモジュールを覆うようにして固定するホルダと、ホルダを取り付ける基台とを備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源として、いわゆるＣＯＢ（チップオンボード）モジュールを使用した発光装置が上市されている。ＣＯＢモジュールでは、多数のＬＥＤダイをサブマウント基板に実装し、このＬＥＤダイを蛍光樹脂等で被覆することが多い。また、ＣＯＢモジュールは、ネジ止めやホルダでヒートシンク等の基台に固定される。例えば、特許文献１の図１には、ＣＯＢモジュール３（光源）がホルダ４（リフレクタ）で基台２（ＬＥＤベース基板）に固定された発光装置１（照明装置）が記載されている。そこで、特許文献１の図１を図６に引用し、発光装置１について説明する。なお、（）には、引用文献１で使われている用語を示した。
【０００３】
図６は、従来例として示す発光装置１の断面図である。図６に示すように、発光装置１は、前方に光を出射するＣＯＢモジュール３と、ＣＯＢモジュール３の前方外側を覆うホルダ４と、ホルダ４の前方側に配置される光学部材５とを備えている。ＣＯＢモジュール３は、サブマウント基板３１上にＬＥＤ発光部３２を備え、ホルダ４の段部４１ｄで基台２に押し付けられている。ＬＥＤ発光部３２は、ホルダ４の第１及び第２開口部４１ａ、４２ａに配置され、上方に向って光を放射する。ホルダ４は、ヒートシンク部４１とホルダ部４２からなる。ヒートシンク部４１は、外周部に図示していない放熱フィンが設けられている。ホルダ部４２は、傾斜面４２ａが反射面となっており、段部４２ｃで光学部材５を保持する。
【０００４】
なお、発光装置１は、薄型化するために放熱フィンをリフレクタ４の外周部に設けた。ホルダ４の段部４１ｄとサブマウント基板３１の上面との間、及びサブマウント基板３１の底面と基台２の上面との間には、ＴＩＭ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）として熱伝導シート７、６が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６―１２９０９０号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に示した発光装置１において、ＣＯＢモジュール３に含まれるサブマウント基板３１は、周辺部がヒートシンク部４１の段部４１ｄで基台２にしっかりと固定されている。このため、ＣＯＢモジュール３の温度上昇によりサブマウント基板３１が熱膨張すると、サブマウント基板３１の中央部が盛り上がるように反る（以下「山反り」という）。
【０００７】
山反りは、ホルダ４の代わりにネジでサブマウント基板３１を基台２にしっかりと固定したときにも起こる。すなわち、アルミやセラミクスなどを基材とするサブマウント基板３１は、熱膨張する際、周辺部がしっかり固定されていると、水平方向に延びることができない結果、ひずむようにして垂直方向に変形する。
【０００８】
山反りが起こると、サブマウント基板３１の底面と熱伝導シート６との間や、熱伝導シ
ート６と基台２の上面との間に隙間が生じ、ＣＯＢモジュール３から基台２に至る経路の熱抵抗が上昇する。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、光源として使用するＣＯＢモジュールの温度が上昇し、当該ＣＯＢモジュールに含まれるサブマウント基板が熱膨張で反っても、ＣＯＢモジューから基台に至る経路の熱抵抗が上昇しにくい発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の発光装置は、サブマウント基板上に複数のＬＥＤダイが実装されたＣＯＢモジュールと、前記ＣＯＢモジュールを覆うようにして固定するホルダと、前記ホルダを取り付ける基台とを備えた発光装置において、前記ホルダは、開口周りに複数の突起を有し、前記複数の突起は、前記サブマウント基板の各辺の中央付近で、それぞれ前記サブマウント基板の上面を前記基台に向かって押すことを特徴とする。
【００１１】
本発明の発光装置では、ホルダに形成した突起で、ＣＯＢモジュールの周辺部を押し、ＣＯＢモジュールを基台に固定する。この突起は、ＣＯＢモジュールに含まれるサブマント基板の周辺部を比較的弱い力で押しているだけなので、サブマウント基板は、熱膨張するときに周辺部が反り上がる（以下「谷反り」という）。
【発明の効果】
【００１２】
ＣＯＢモジュールの温度が上昇し、サブマウント基板が熱膨張により谷反りを起こすと、ＣＯＢモジュールの周辺部では、サブマウント基板の底面とＴＩＭとの間や、ＴＩＭと基台との間に隙間が生じる。この一方で、発光部が存在するため最も発熱量が大きくなるＣＯＢモジュールの中央部では、サブマウント基板の谷反りによりＴＩＭが圧縮されるため、隙間が生じないばかりか密着性が高まる。この結果、本発明の発光装置は、光源として備えられたＣＯＢモジュールの温度が上昇し、ＣＯＢモジュールに含まれるサブマウント基板が熱膨張により反っても、ＣＯＢモジュールから基台に至る経路の熱抵抗が上昇しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態として示す発光装置の斜視図である。
【図２】図１に示す発光装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示す発光装置の平面図である。
【図４】図１に示す発光装置の断面図である。
【図５】熱膨張と熱抵抗の関係を説明するための図であり、（ａ）は、図１に示す発光装置の断面図、（ｂ）は、比較例として示す発光装置の断面図である。
【図６】従来技術として示す発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜５を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態として示す発光装置１０の斜視図である。図１に示すように、発光装置１０は、ホルダ１１と基台１４を含み、ホルダ１１が基台１４に取り付けられている。基台１４は、金属からなり、ヒートシンクとして機能する。ホルダ１１は、プラスチックからなり、上部の開口が円形、下部の開口が正方形となる中空円筒である。ホルダ１１の上部の開口１１ｂからは、ＣＯＢモジュール１２の発光部１２ａが観察される。また、ホルダ１１の上面には、２か所にネジ穴１１ａがあり、各ネジ穴１１ａからネジ１
５の頭部が観察される。
【００１６】
図２は、図１に示した発光装置１０の分解斜視図である。なお、図２において、基台１４及びネジ１５は図示していない。図２に示すように、ホルダ１１にＣＯＢモジュール１２と熱伝導シート１３が順に取り付けられる。ホルダ１１の開口１１ｂからは、段部１１ｄの水平面１１ｆ（図４参照）に形成された突起１１ｃの先端部が観察される。
【００１７】
ＣＯＢモジュール１２は、平面形状が正方形であるサブマウント基板１２ｃと、サブマウント基板１２ｃ上に形成された円形の発光部１２ａと、サブマウント基板１２ｃ上に形成され、発光部１２ａを囲む環状のダム材１２ｂとを備えている。サブマウント基板１２ｃは、平面サイズが３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さが３００μｍ程度であり、そのベース材は、表面に絶縁層を備えたアルミニウムである。なお、サブマウント基板１２ｃのベ−ス材は、アルミナからなる白色のセラミクス、又は表面を反射処理した窒化アルミニウムであっても良い。図示していないが、サブマウント基板１２ｃの上面には、Ｃｕ上にＮｉ，Ａｕを積層した電極配線及び電力供給端子がある。
【００１８】
熱伝導シート１３は、アスカーＣ（ＡＳＫＥＲ  Ｃ）が２０以下であるゲルタイプのシリコーンからなり、厚さが０．３ｍｍである。熱伝導シート１３の平面形状は、サブマウント基板１２ｃの平面形状と概ね等しい。なお、ゲルタイプのシリコーンは、流動性はないが、外力に対して大きく変形する。
【００１９】
図３は、突起１１ｃ及び段部１１ｄの側面１１ｅ並びにサブマウント基板１２ｃを透視するようにして描いた発光装置１０の平面図である。図３に示すように、ホルダ１１の開口１１ｂの周囲４か所に突起１１ｃが存在する。段部１１ｄは、ホルダ１１の上面と平行な水平面１１ｆと、外延となる側面１１ｅからなる。突起１１ｃは、下方に向かうようにして水平面１１ｆ上に形成される（図４参照）。サブマウント基板１２ｃは、平面視したとき正方形となり、各辺の中央付近で突起１１ｃと接する。サブマウント基板１２ｃの外縁と段部１１ｄの側面１１ｅとは接していない。
【００２０】
図４は、図３のＡＡ´線に沿って描いた発光装置１０の一部分（図３の領域Ｂ）の断面図である。図４に示すように、発光装置１０において、ホルダ１１は、貫通孔を備え、その上部が開口１１ｂとなっており、下部に段部１１ｄがある。段部１１ｄは、平面視したとき正方形となり（図４参照）、水平面１１ｆと、側面１１ｅから構成される。突起１１ｃは、基台１４に向かうようにして水平面１１ｆ上に形成され、サブマウント基板１２ｃの周辺部で点状に接するようにしてサブマウント基板１２ｃを下方に押している。
【００２１】
発光部１２ａでは、多数の青色ＬＥＤダイ１２ｄがサブマウント基板１２ｃ上に実装され、その上部を蛍光樹脂１２ｅが覆っている。蛍光樹脂１２ｅは、蛍光体を含有したシリコーン樹脂であり、厚さが４００〜７００μｍ程度である。ダム材１２ｂは、白色のシリコーン樹脂からなり、太さが０．７〜１．０ｍｍ、高さが０．５〜０．８ｍｍである。ＬＥＤダイ１２ｄ同士及びＬＥＤダイ１２ｄと電極配線（図示せず）の間はワイヤ１２ｆで接続する。サブマウント基板１２ｃは、高反射アルミ板１２ｇの上面に透明な絶縁層１２ｈを積層したものである。サブマウント基板１２ｃと基台１４の間には熱伝導シート１３が配置されている。
【００２２】
図５により、発光装置１０の熱抵抗が上昇しにくくなる考え方を説明する。図５は、熱膨張と熱抵抗の関係に対する説明図であり、（ａ）は、熱膨張が起きたときの発光装置１０の模式的な断面図、（ｂ）は、熱膨張が起きたときの比較例６０の模式的な断面図である。なお、図５では、変形を誇張して描いているが、実際の変形量は概ね２μｍ以下である。また、「隙間」は、ボイド（気泡）や部分的な剥離と言い換えることができる。
【００２３】
図５（ａ）に示すように、発光装置１０では、基台１４上に、熱伝導シート１３と、発光部１２ａ及びサブマウント基板１２ｃを備えるＣＯＢモジュール１２とが積層し、ホルダ１１に形成された突起１１ｃがサブマント基板１２ｃを押している。ＣＯＢモジュール１２の温度が上昇し、サブマウント基板１２ｃが熱膨張すると、サブマウント基板１２ｃの周辺部が反り上がる（谷反り）。これは、突起１１ｃがサブマウント基板１２ｃの周辺部を比較的弱い力で抑えているためと、何にも固定されない自由な状態にしたＣＯＢモジュール１２が熱膨張率の大きい高反射アルミ板１２ｇ（図４参照）の上側に熱膨張率の小さい絶縁層１２ｈ（図４参照）や発光部１２ａを備えているためである。この谷反りの結果、サブマウント基板１２ｃと熱伝導シート１３との間に隙間５１が発生する。このとき、突起１１ｃを支点として、サブマウント基板１２ｃの中央部が熱伝導シート１３に沈み込む。
【００２４】
図５（ｂ）に示すように、発光装置６０では、基台６４上に、熱伝導シート６３と、発光部６２ａ及びサブマウント基板６２ｃを備えるＣＯＢモジュール２２とが積層し、固定部材６１がサブマント基板６２の端部をしっかりと押さえている。ＣＯＢモジュール６２の温度が上昇しサブマウント基板６２ｃが熱膨張すると、サブマウント基板６２ｃの中央部が盛り上がる（山反り）。これは、サブマウント基板６２ｃの周辺部がしっかりと固定されているためである。この山反りの結果、サブマウント基板６２ｃと熱伝導シート６３との間に隙間５２が発生する。
【００２５】
すなわち、発光装置１０は、ＣＯＢモジュール１２の温度が上昇し、サブマウント基板１２ｃが谷反りを起こしても、最も発熱量の多い発光部１２ａの直下に隙間が生じない。この結果、発光装置１０は、ＣＯＢモジュール１２の温度上昇によりサブマウント基板１２ｃが反っても、ＣＯＢモジュール１２から基台１４に至る経路の熱抵抗が上昇しにくくなる。
【００２６】
これに対し、発光装置６０は、ＣＯＢモジュール６２の温度が上昇し、サブマウント基板６２ｃが山反りを起こすと、最も発熱量の多い発光部６２ａの直下に隙間５２が生じる。この結果、発光装置６０は、ＣＯＢモジュール６２の温度上昇によりサブマウント基板６２ｃが反ると、ＣＯＢモジュール６２から基台６４に至る経路の熱抵抗が上昇する。
【００２７】
また、発光装置１０は、サブマウント基板１２ｃが水平方向にできる限り延びやすくしておき、サブマウント基板１２ｃのひずみを小さくしている。ＣＯＢモジュール１２を自然に反らせながら水平方向にも延びやすくするためには、ＣＯＢモジュール１２を押す位置は、中心に近いほど効果が大きい。そこで、発光装置１０では突起１１ｃを開口１１ｂの周囲に配置した。また、同じ理由で、平面視したとき一般的な四角形となるＣＯＢモジュール１２に対し、各辺の中心線上に突起１１ｃが接するようにし、押さえるべきポイントを４か所設けた。これらの効果は、ホルダ１１とサブマウント基板１２ｃの接触面積が小さいほど大きくなる。また、ホルダ１１にＰＢＴ（ポリブチレン−テレフタレート）のような伸縮しやすい樹脂を使うと、ＣＯＢモジュール１２に対する拘束力が弱くなくなり、例えば突起１１ｃを省くことができるようになる。谷反りを誘発させるためには、突起１１ｃの代わりに樹脂シートでＣＯＢモジュール１２を固定しても良い。ホルダ１１の代わりにバネを使用しても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１０…発光装置、
１１…ホルダ、
１１ａ…ネジ穴、
１１ｂ…開口、
１１ｃ…突起、
１１ｄ…段部、
１１ｅ…側面、
１１ｆ…水平面、
１２…ＣＯＢモジュール、
１２ａ…発光部、
１２ｂ…ダム材、
１２ｃ…サブマウント基板、
１２ｄ…ＬＥＤダイ、
１２ｅ…蛍光樹脂、
１２ｆ…ワイヤ、
１２ｇ…高反射アルミ板、
１２ｈ…絶縁層、
１３…熱伝導シート、
１４…基台、
１５…ネジ。
【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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