(57)【要約】【課題】ＬＥＤを用いた発光装置において、発光素子の放熱性を向上させて、発光装置の寿命や効率を改善する。【解決手段】配線部３０１，３０２を有する実装基板３０と、前記実装基板３０上に実装されたＬＥＤチップ３３とを備える１個または複数個の発光素子サブマウント構造体３を、配線基板を兼ねる第１の放熱用基板に搭載してなる発光装置であって、前記発光素子サブマウント構造体３における前記実装基板３０は、絶縁部材３００を間に挟む２つの導電体ブロック３０１，３０２から成り、ＬＥＤチップ３３のｐ側電極、ｎ側電極が、前記２つの導電体ブロック３０１，３０２の各々に接続されており、前記発光素子サブマウント構造体３の第１の放熱用基板に面する側とは異なる側の面を、第２の放熱用基板に接触または接合した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線部を有する実装基板と、前記実装基板上に実装されたＬＥＤチップとを備える１個または複数個の発光素子サブマウント構造体を、配線基板を兼ねる第１の放熱用基板に搭載してなる発光装置であって、前記発光素子サブマウント構造体における前記実装基板は、絶縁部材を間に挟む２つの導電体ブロックから成り、ＬＥＤチップのｐ側電極、ｎ側電極が、前記２つの導電体ブロックの各々に接続されており、前記発光素子サブマウント構造体の第１の放熱用基板に面する側とは異なる側の面を、第２の放熱用基板に接触または接合したことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
配線部を有する実装基板と、前記実装基板上に実装されたＬＥＤチップとを備える複数個の発光素子サブマウント構造体を、配線基板を兼ねる第１の放熱用基板に搭載してなる発光装置であって、前記発光素子サブマウント構造体の第１の放熱用基板に面する側とは異なる側の面を、第２の放熱用基板に接触または接合し、一部の発光素子サブマウント構造体を挟みこむ、少なくとも第３の放熱用基板が設けられ、前記第１、第２の放熱用基板に挟みこまれた発光素子サブマウント構造体と、第２、第３の放熱用基板に挟みこまれた発光素子サブマウント構造体とが、千鳥格子状に互い違いに配列されている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ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体によって、青色光あるいは紫外線を放射するＬＥＤチップが開発された。そして、ＬＥＤチップを種々の蛍光体と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ことができるＬＥＤ発光装置の開発が試みられている。このＬＥＤ発光装置には、小型、軽量、省電力といった長所があり、現在、表示用光源、小型電球の代替光源、あるいは液晶パネル用光源等として広く用いられている。しかしながら、現在のＬＥＤは１チップ当たりの明るさが小さいために、照明用光源や液晶パネル用光源などに使用する場合には、配線部を有する実装基板にＬＥＤチップを実装封止してなるＬＥＤパッケージを複数個、プリント配線基板に実装して必要な明るさを得るのが一般的である。また、大きな光出力を得るためには注入電流を大きくする必要がある。なお、特許文献１には、金属平板上に、凹部にＬＥＤチップを収納した金属ブロックを取り付けた構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１４１５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在のＬＥＤは、効率が１０％程度であるため、入力した電気エネルギーの大部分が熱になる特性を有しており、発熱量は電流を多く流すと増大する。発熱によりＬＥＤの温度が上昇すると、寿命や効率などの特性に悪影響を与えることが知られている。しかしながら、上記のようなプリント配線基板は一般に熱伝導率が低いポリイミド、エポキシなどの樹脂材料を用いて形成されているので、ＬＥＤパッケージにおいて発生した熱を効率良く放散させることができないといった問題があった。
【０００４】
そこで、本出願人は先に特願２００３−１４８０５０号において、この問題を解決するための構造案を特許出願した。配線部を有する実装基板と、実装基板上に実装されたＬＥＤチップからなる発光素子サブマウント構造体を、金属板上に絶縁層を介して形成された配線パターンからなる配線基板に実装して発光装置と成した。この発光装置において、実装基板上の配線部は配線基板方向に引き出されて配線パターンに電気的に接続されており、金属板の一部が露出されて実装基板に接触されている。金属板の露出した部位と実装基板とを接触させたことにより、放熱性が向上するので、ＬＥＤチップにおいて発生した熱を速やかに配線基板側に逃がすことができる。さらに、一回のリフロー工程により、実装基板と配線基板とを接合し、且つ、放熱路の形成も行える構造としたため、従来例に比べて製造工程を簡略化できる効果を有する。
【０００５】
しかしながら、上述の発光装置においては、発光素子サブマウント構造体の裏面側の配線基板との接触部以外には放熱の経路が無い。そのため、照明に必要な光出力を得るために、ＬＥＤチップに注入する電流をある限度以上に増加させると、発熱によりＬＥＤチップの温度が上昇して、発光装置の寿命や効率などの特性に悪影響を与えるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１、図２に示すように、配線部３０１，３０２を有する実装基板３０と、前記実装基板３０上に実装されたＬＥＤチップ３３とを備える１個または複数個の発光素子サブマウント構造体３を、配線基板を兼ねる第１の放熱用基板１に搭載してなる発光装置であって、前記発光素子サブマウント構造体３における前記実装基板３０は、絶縁部材３００を間に挟む２つの導電体ブロック３０１，３０２から成り、ＬＥＤチップ３３のｐ側電極、ｎ側電極が、前記２つの導電体ブロック３０１，３０２の各々に接続されており、前記発光素子サブマウント構造体３の第１の放熱用基板１に面する側とは異なる側の面を、第２の放熱用基板２に接触または接合したことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、上記の課題を解決するために、図１、図２に示すように、配線部３０１，３０２を有する実装基板３０と、前記実装基板３０上に実装されたＬＥＤチップ３３とを備える複数個の発光素子サブマウント構造体３を、配線基板を兼ねる第１の放熱用基板１に搭載してなる発光装置であって、前記発光素子サブマウント構造体３の第１の放熱用基板１に面する側とは異なる側の面を、第２の放熱用基板２に接触または接合し、一部の発光素子サブマウント構造体３を挟みこむ、少なくとも第３の放熱用基板４が設けられ、前記第１、第２の放熱用基板１，２に挟みこまれた発光素子サブマウント構造体３と、第２、第３の放熱用基板２，４に挟みこまれた発光素子サブマウント構造体３とが、千鳥格子状に互い違いに配列されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、発光素子サブマウント構造体からの放熱の経路が増加するので、発光素子サブマウント構造体の放熱性が向上し、ＬＥＤチップの温度が低下する効果がある。また、発光素子サブマウント構造体を、熱伝導性に優れる導電性ブロックで構成したことにより、ＬＥＤチップから実装基板に伝達された熱が、速やかに第１、第２の放熱用基板方向へ拡散する。このことにより、発光素子サブマウント構造体の放熱性が向上し、ＬＥＤチップの温度がさらに低下する効果がある。
【０００９】
請求項２の発明によれば、発光素子サブマウント構造体からの放熱の経路が増加するので、発光素子サブマウント構造体の放熱性が向上し、ＬＥＤチップの温度が低下する効果がある。また、隣り合う発光素子サブマウント構造体同士の距離を最大限に離すことができる。従って、発光素子サブマウントの温度を低下させることができ、ＬＥＤチップの温度がさらに低下する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施例１）
図１及び図２に実施例１の概略構造を示す。発光素子サブマウント構造体３として、図１に示すように、実装基板３０が絶縁部材３００を間に挟む２つの導電体ブロック３０１，３０２から成り、ＬＥＤチップ３３のｐ側電極、ｎ側電極が、前記２つの導電体ブロック３０１，３０２の各々に接続されたものを用いる。
【００１１】
図２に示すように、第１、第２の放熱用基板１，２を平行に配置し、発光素子サブマウント構造体３を２枚の放熱用基板１，２の間に配置する。発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２は接触または接合させる。また、第２、第３の放熱用基板２，４を平行に配置し、発光素子サブマウント構造体３を２枚の放熱用基板２，４の間に配置する。発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板２，４は接触または接合させる。
【００１２】
発光素子サブマウント構造体３は、図２に示すように、千鳥格子状に配置する。つまり、両面に発光素子サブマウント構造体３を接続する放熱用基板２において、片面の発光素子サブマウント構造体３との接触面の直背面には、他面の発光素子サブマウント構造体３を配置しない。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウントの配置間隔は図示されたものに限定されない。
【００１３】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。また、発光素子サブマウント構造体を千鳥格子状に配置することによって、放熱性が向上する。
【００１４】
（実施例２）
図３に実施例２の概略構造を示す。発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２を交互に配置する。放熱用基板１，２の一端に発光素子サブマウント構造体３のｐ極側、他の一端にｎ極側を接続する。電気的に直列接続となる発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２からなる集合体を構成する。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウント構造体の配置間隔は限定されない。
【００１５】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。また、集合体を構成するＬＥＤに均一の電流が流れるため、個々のＬＥＤチップ間の光出力のばらつきが少ない。
【００１６】
（実施例３）
図４に実施例３の概略構造を示す。一定間隔で配置したリードフレーム５を樹脂材料６で固定することにより、放熱用基板１，２を構成する。当該放熱用基板１，２のリードフレーム面を対向させ、発光素子サブマウント構造体３をリードフレーム５に接合し、電気的に直列接続となる発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２からなる集合体を構成する。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウント構造体の配置間隔、リードフレームの材質、厚さ、樹脂材料の材質は限定されない。
【００１７】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。集合体を構成するＬＥＤに均一の電流が流れるため、個々のＬＥＤチップ間の光出力のばらつきが少ない。
【００１８】
（実施例４）
図５に実施例４の概略構造を示す。一定間隔で配置したリードフレーム５を樹脂材料６で固定することにより、放熱用基板１，２を構成する。当該放熱用基板１，２のリードフレーム面を対向させ、発光素子サブマウント構造体３をリードフレーム５に接合する。電気的に直列接続となる発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２からなる集合体を構成する。さらに放熱用基板１，２のリードフレーム５の反対面に金属板１１，２１を接合する。このように、第１、第２の放熱用基板の少なくとも１つは、サブマウント構造体に面する側に金属製のリードフレームを用いた基板とすることで、リードフレームを介して発光素子サブマウント構造体からの放熱性が向上する。また、リードフレームは加工性が良いので、個々の発光素子サブマウント構造体への配線の自由度が増加する。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウントの配置間隔、リードフレームの材質、厚さ、樹脂材料の材質、金属板の材質、形状は限定されない。  
【００１９】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。集合体を構成するＬＥＤに均一の電流が流れるため、個々のＬＥＤチップ間の光出力のばらつきが少ない。外郭面に金属板を接合することにより、放熱性の更なる向上が可能となる。
【００２０】
（実施例５）
図６に実施例５の概略構造を示す。金属板１１上に絶縁層１２を介して配線パターン１３を形成してなる放熱用基板１を設ける。また、金属板２１上に絶縁層２２を介して配線パターン２３を形成してなる放熱用基板２を設ける。配線パターン１３，２３を対向させ、平行に配置し、当該基板１，２間に発光素子サブマウント構造体３を配置する。配線パターン１３，２３と発光素子サブマウント構造体３は、接触または接合している。電気的に直列接続となる発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２からなる集合体を構成する。放熱用基板１，２の枚数、素材、発光素子サブマウント構造体の配置間隔は限定されない。
【００２１】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。また、集合体を構成するＬＥＤチップに均一の電流が流れるため、個々のＬＥＤチップ間の光出力のばらつきが少ない。さらに、放熱用基板の絶縁部材を薄膜化できるため、金属板への放熱効果が向上する。また、任意のパターン構成により、発光素子以外の電子部品の配置も可能となる。
【００２２】
（実施例６）
図７に実施例６の概略構造を示す。樹脂材料６を中心に構成される放熱用基板１，２を平行に配置する。対向する放熱用基板１，２間を接続するリードフレーム５を構成する。電気的に直列接続となる発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２からなる集合体を構成する。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウント構造体の配置間隔、リードフレームの材質、厚さ、樹脂材料の材質は限定されない。
【００２３】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。また、集合体を構成するＬＥＤに均一の電流が流れるため、個々のＬＥＤチップ間の光出力のばらつきが少ない。さらに、放熱用基板に接続される発光素子サブマウント構造体の極性がｐ極もしくはｎ極に統一されるため、実装性が向上する。
【００２４】
（実施例７）
図８に実施例７の概略構造を示す。同心円状に配置された金属製の放熱用基板１，２を設ける。発光素子サブマウント構造体３を２枚の放熱用基板１，２の間に配置する。発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２は接触または接合する。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウント構造体の配置間隔は限定されない。
【００２５】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。また、円形状の器具装置に好適な光出力が可能となる。
【００２６】
（実施例８）
図９に実施例８の概略構造を示す。同心円状に配置された多角形状の金属製の放熱用基板１，２を設ける。発光素子サブマウント構造体３を２枚の放熱用基板１，２の間に配置する。発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２は接触または接合させる。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウント構造体の配置間隔、多角形の角数（六角形、八角形、…等）は限定されない。
【００２７】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。また、比較的半径の小さい円形状において、発光素子サブマウント構造体と放熱用基板の接合性を向上させることができる。
【００２８】
（実施例９）
図１０に実施例９の概略構造を示す。円形状の放熱用基板１，２を平行に配置する。発光素子サブマウント構造体３を２枚の放熱用基板１，２の間に配置する。発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２は接触または接合させる。発光素子サブマウント構造体３の底部に接する極性毎に放熱用基板１，２に接続した。なお、同図（ｂ）に示すように、金属製リング状部材７を設けてもよい。放熱用基板の枚数、素材、発光素子サブマウント構造体の配置間隔は限定されない。
【００２９】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱できる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。また、指向性の強いＬＥＤを用いて、全方位への光放射が可能となる。さらに、金属製リング状部材を用いた場合は更なる放熱性向上が可能となる。
【００３０】
（実施例１０）
図１１に実施例１０の概略構造を示す。柔軟性を有する導電性材料からなる放熱用基板１，２を少なくとも２枚有する。複数の発光素子サブマウント構造体３のｐ極側を一枚の放熱用基板１に、ｎ極側を他の放熱用基板２に接続する。発光素子サブマウント構造体３と放熱用基板１，２は接触または接合させる。放熱基板の枚数、素材、発光素子サブマウントの配置間隔は限定されない。
【００３１】
本実施例によれば、発光素子サブマウント構造体の発熱を２つの放熱用基板に対して効率的に伝熱することができる。また、放熱用基板が電気接続を兼ねることにより高密度実装が可能となる。従来例に比して、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制しつつ注入電流を増加することができ、光出力の増大が可能となる。さらに、柔軟性を有した構造であるため、ユーザーの必要に応じた形状の発光体の実現が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の発光装置は、表示装置や照明装置の光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１の発光装置に用いる発光素子サブマウント構造体の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の発光装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例２の発光装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例３の発光装置の断面図である。
【図５】本発明の実施例４の発光装置の断面図である。
【図６】本発明の実施例５の発光装置の断面図である。
【図７】本発明の実施例６の発光装置の断面図である。
【図８】本発明の実施例７の発光装置の断面図である。
【図９】本発明の実施例８の発光装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施例９の発光装置を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【図１１】本発明の実施例１０の発光装置の製造工程を示す図であり、（ａ）は半製品の断面図、（ｂ）は完成品の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    第１の放熱用基板
２    第２の放熱用基板
３    発光素子サブマウント構造体
４    第３の放熱用基板
３０  実装基板
３３  ＬＥＤチップ
３００  絶縁部材
３０１  導電体ブロック（配線部）
３０２  導電体ブロック（配線部）
【図１】
2008072143.tif 000003
【図２】
2008072143.tif 000004
【図３】
2008072143.tif 000005
【図４】
2008072143.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008072143.tif 000010
【図９】
2008072143.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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