(57)【要約】【課題】放熱性と光取り出し効率を両立させるために、ＬＥＤチップを放熱性基板の突出部に搭載した場合、突出部とＬＥＤチップを覆う樹脂との密着性が悪いために、ＬＥＤチップの発熱に伴い突出部及び樹脂の熱膨張率の差による剥離が生じる。【解決手段】伝熱性基板と、前記伝熱性基板上に形成された伝熱性突出部と、前記伝熱性突出部に搭載されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップ及び前記伝熱性突出部を覆う封止材料とを備え、前記伝熱性突出部の縁が丸みを帯びている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱性基板と、
前記伝熱性基板上に形成された伝熱性突出部と、
前記伝熱性突出部に搭載された少なくとも１個のＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップ及び前記伝熱性突出部を覆う封止材料とを備え、
前記伝熱性突出部の縁が丸みを帯びていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記伝熱性突出部の縁の曲率半径が、前記伝熱性突出部の高さの１／５０以上であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記伝熱性基板と前記伝熱性突出部の境界が丸みを帯びていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記伝熱性基板上における前記突出部とその近傍以外に配線基板が配され、
前記伝熱性突出部の上面が、前記配線基板の上面と同じかそれよりも高くなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記伝熱性突出部が、金属であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記伝熱性突出部が、めっきによって形成されていることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記伝熱性基板上に複数の前記伝熱性突出部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記複数の伝熱性突出部が個々に前記封止材料に封止されていることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
前記複数の伝熱性突出部が略正三角形の頂点に配されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
前記配線基板上にリフレクタ部が形成されていることを特徴とする請求項４から９のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１１】
前記リフレクタ部が前記封止材料と接していないことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ又はＬＥＤチップと蛍光体を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明装置の光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）が多く用いられるようになってきている。ＬＥＤを使った照明装置の白色光を得る方法として、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤの三種類のＬＥＤを用いる方法、青色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤから発した励起光を変換して黄色光を発する蛍光体を用いる方法などがある。
【０００３】
照明用光源としては、十分な輝度の白色光が要求されているため、ＬＥＤチップを複数用いた照明装置が製品化されている。その場合、十分な放熱性の確保が課題となる。特許文献１では、メタル基板上にＬＥＤチップを搭載することにより放熱性を向上させている。
【０００４】
放熱性向上と光取り出し効率向上を両立させるため、特許文献２では次のような構造となっている。図５（ａ）は特許文献２に記載の照明装置の断面模式図である。放熱性に優れたアルミニウムなどの金属板１０に、上方へ突出する複数の円柱状の突出部１０ａと、ＬＥＤチップ１を収納する収納凹部１０ｂが形成され、ＬＥＤチップ１が収納凹部１０ｂに搭載されている。金属板１０上に、配線用基板１１が接着されている。ＬＥＤチップ１上部に形成された電極（図示せず）と配線用基板１１との間に、電気接続用のＡｕ線２が接続されている。
【０００５】
図５（ｂ）は断面模式図の一部拡大図である。突出部１０ａ、収納凹部１０ｂとそこに配置されてあるＬＥＤチップ１、Ａｕ線２を覆うように、蛍光体９が分散されたシリコーン樹脂６が形成されている。ＬＥＤチップ１から発光した光及びその光を蛍光体９で変換した光（光線Ｐ２）がリフレクタとしての働きを有する突出部１０ａにて上方へ反射される構造となっており、光の外部取出し効率を向上させている。
【０００６】
図５に示す構成の照明装置では、ＬＥＤチップ１で発熱した熱を、それが搭載されている金属板１０に直接伝える事が可能であるため、放熱効率をあげることが出来る。そのため、温度上昇による発光効率の低下、寿命低下、ＬＥＤチップ１を覆っているシリコーン樹脂６の劣化などを抑制することが出来るとされている。
【特許文献１】特開２００４−２６５９８６号公報
【特許文献２】特開２００３−１５２２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
放熱性に優れた金属板１０とシリコーン樹脂６との密着性はもともと十分でない。しかも、ＬＥＤチップ１が発光する際に発熱を伴うため、ＬＥＤチップ１の近傍に配置されている収納凹部１０ｂや突出部１０ａとシリコーン樹脂６へも熱が加わる。これらの材料は熱膨張率に違いがあるため、ＬＥＤチップ１の発光時に熱膨張差が生じ、これが繰り返されるとお互いの接触部分に隙間（剥がれ）が生じやすくなる。さらに、図５に示す構造では、リフレクタ部としての働きを有する突出部１０ａの周辺部の鋭利な形状がＬＥＤチップ１の近くにあるためその影響が大きくなる。鋭利な部分にクラックが入る場合があり、その結果、突出部１０ａ・収納凹部１０ｂとシリコーン樹脂６の間に生じた隙間には空気層が発生し、ＬＥＤチップ１にて発光した光線Ｐ２が効率よくシリコーン樹脂６内を進むことが出来ず、全体の発光輝度の低下が生じてしまう。また、上記剥がれ、クラックを原因として、シリコーン樹脂６内全体に亀裂が起こることがある。亀裂が生じた場合、照明装置として安定した輝度を確保することができなくなり、動作不能となる故障にもつながる。突出部の縁が特許文献２に示す鋭利な形状でなく単なる直角であっても、一般に垂直な角部において応力の集中が生じるため、剥離の要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、伝熱性基板と、前記伝熱性基板上に形成された伝熱性突出部と、前記伝熱性突出部に搭載された少なくとも１個のＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップ及び前記伝熱性突出部を覆う封止材料とを備え、前記伝熱性突出部の縁が丸みを帯びていることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。
【０００９】
本発明は、前記伝熱性突出部の縁の曲率半径が、前記伝熱性突出部の高さの1/50以上であることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１０】
本発明は、前記伝熱性基板と前記伝熱性突出部の境界が丸みを帯びていることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１１】
本発明は、前記伝熱性基板上における前記突出部とその近傍以外に配線基板が配され、前記伝熱性突出部の上面が、前記配線基板の上面と同じかそれよりも高くなっていることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１２】
本発明は、前記伝熱性突出部が、金属であることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１３】
本発明は、前記伝熱性突出部が、めっきによって形成されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１４】
本発明は、前記伝熱性基板上に複数の前記伝熱性突出部を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１５】
本発明は、前記複数の伝熱性突出部が個々に前記封止材料に封止されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、前記複数の伝熱性突出部が略正三角形の頂点に配されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１７】
本発明は、前記配線基板上にリフレクタ部が形成されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【００１８】
本発明は、前記リフレクタ部が前記封止材料と接していないことを特徴とするＬＥＤ照明装置であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＬＥＤチップを搭載する部分を良好な放熱性材料としたことに伴い新たに生じた封止材料との密着性の問題を解決して、信頼性の良好なＬＥＤ照明装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１のＬＥＤ照明装置の模式断面図である。アルミニウムを材料とした伝熱性のＡｌ基板２４（厚さ１ｍｍ）の上部に、熱伝導の良い突出部２３が形成されている。突出部２３に隣接して、配線用基板としてのガラスエポキシ基板２５（厚さＬ２＝０．５ｍｍ）が配置されている。ガラスエポキシ基板２５は突出部２３に対応する部分に穴が形成されたものであって、Ａｌ基板２４に接着されている。突出部２３の表面高さＬ１は、ガラスエポキシ基板７と略同じか高いくらい（高さＬ１＝０．５〜０．６ｍｍ）となるように形成されている。
【００２１】
突出部２３の上部にはＬＥＤチップ２１がダイボンドペースト２７にて接着されている。ガラスエポキシ基板２５の上面には配線パターン（図示せず）がエッチング等などで作成されており、ＬＥＤチップ２１の表面に形成されているｐ側電極及びｎ側電極（図示せず）との間がＡｕ線２２で電気的に接続されている。ここで、ＬＥＤチップ２１としてはＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤを用いている。ＬＥＤチップ２１の厚さはおおよそ１３０〜２４０μｍである。
【００２２】
突出部２３、ＬＥＤチップ２１、Ａｕ線２２を覆うように、封止材料であるシリコーン樹脂２６が形成されている。このシリコーン樹脂２６はＬＥＤチップ２１、Ａｕ線２２を傷、湿気などから保護する役目も担っている。シリコーン樹脂２６内には、蛍光体２９が分散されている。蛍光体２９は、ＬＥＤチップ２１に駆動電流を流して生じる青色光を黄色光に変換し、この黄色光とＬＥＤチップ２１からの青色光とで白色を作り出している。蛍光体２９としては、Ｃｅ：ＹＡＧ（セリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体、Ｅｕ：ＢＯＳＥあるいはＳＯＳＥ（ユーロピウム賦活ストロンチウム・バリウム・シリケート）蛍光体、ユーロピウム賦活αサイアロン蛍光体等を好適に用いることができる。
【００２３】
突出部２３上にＬＥＤチップ２１を配置することにより、ＬＥＤチップ２１の側面方向に出射する光線Ｐ１がガラスエポキシ基板２５にさえぎられることなく、良好に外部に出射する。
【００２４】
ここで、突出部２３をＣｕメッキで製造することにより、その上部の縁部２３Ａにおいて、製造条件に応じて自然に例えば曲率半径Ｒ１＝１０、２０又は５０μｍ程度の丸みを帯びた形状となる。シリコーン樹脂２６との間の剥離を防止するため、この丸みの曲率半径としては、突出部２３の高さの１／５０以上（本実施の形態においては１０μｍ以上）が好ましく、１／１０程度（本実施の形態においては５０μｍ）であればさらに好ましいと考えられる。このように曲率半径を突出部２３の高さに対して規定している理由は、高さ方向の熱膨張量が「Ｌ１×熱膨張率差×温度変化量」となるためである。この曲率半径は、例えばめっきの形成条件を調整することにより調整できる。曲率半径の突出部高さに対する比の上限としては１以下であればよいが、小型化のためにＬＥＤチップ２１とガラスエポキシ基板２５との距離を縮小するためには１／２以下が好ましい。
【００２５】
なお、突出部２３の形成方法として、通常の電解めっきでもよく、無電解めっきでもよい。めっきする材料としては、Ｃｕの他にＮｉなどでもよい。また、めっき以外の方法、例えばＡｌ基板２４を図１の下方向からプレスする方法によっても、縁部２３Ａに相当する部分が丸みを帯びた形状とすることができる。また、突出部２３として、このように縁部２３Ａに相当する部分が丸みを帯びた金属材料や伝熱性セラミック材料などの伝熱性材料を貼り付けてもよい。そして、反射率を向上させるため、突出部の形成後にＡｇなどの反射率の良好な材料をめっきなどの手法で薄くコーティングすることが好ましい。
【００２６】
また、シリコーン樹脂２６との剥離をさらに抑制するために、突出部２３の裾、すなわちＡｌ基板２４との境界部の裾形状がなだらかになるように、例えば裾部２３Ｂの丸み（曲率半径Ｒ２）が１０μｍから５０μｍとなるように形成する。
【００２７】
このように、突出部２３において鋭角的な部分をなくすことにより、ＬＥＤ照明装置の動作試験を行っても、封止材料としてのシリコーン樹脂２６との剥がれは生じなかった。
【００２８】
放熱に関しては、ＬＥＤチップ２１の直下に熱伝導の良い材料からなる突出部２３を選択して挿入しているため、ＬＥＤチップ２１で発生した熱をＡｌ基板２４に効率よく伝える事が可能である。Ａｌ基板２４へ伝わった熱は裏面（ＬＥＤチップ等が配置されている側とは反対側）から効果的に放熱させることができる。この裏面に放熱ひだ等（図示せず）を配置させておくとさらなる放熱効果を得ることができる。
【００２９】
なお、ＬＥＤチップ２１の一方の面にｐ側電極及びｎ側電極が形成され、その面を上面として２本のワイヤボンディングを行った状態を示したが、電極形成面を下にして突出部２３側にするいわゆるフリップチップ配置としてもよい。また、ＬＥＤチップの一方の面にｐ側電極、それに対向する面にｎ側電極を形成したものを用いても良く、この場合は上面となる側の電極について１本のワイヤボンディングを行えばよい。また、ＬＥＤチップ２１として青色発光のものを示したが、発光色はこれに限定されず、例えば紫外線発光のものや緑色発光のものを用いてもよい。また、ＬＥＤチップ２１から発する光を蛍光体によって変換して白色を得る方法を示したが、蛍光体を用いずに例えば赤、緑、青の３色のＬＥＤチップをそれぞれ用いて白色など照明に必要な色を得ても良い。
【００３０】
突出部２３には、ＬＥＤチップ２１を１個搭載した場合を図示したが、光量を確保するため、あるいは複数の色のＬＥＤチップを用いるために、１つの突出部２３に複数のＬＥＤチップを搭載してもよい。
【００３１】
（実施の形態１におけるＬＥＤチップの配置）
ＬＥＤチップ搭載部である突出部２３は、上面模式図である図２に示すように正三角形の頂点にＬ３＝２ｍｍの間隔で配置されている（各突出部２３には複数のＬＥＤチップを搭載することが可能であるが、本実施の形態においては１個のＬＥＤチップが搭載されている）。ＬＥＤチップ搭載部を密集して配置する際に、正三角形の配置の場合は、一つのＬＥＤチップ搭載部から隣のＬＥＤチップ搭載部までの間隔が同心円上に並び一定であるため、その距離を必要十分な値とすることにより各ＬＥＤチップからの出射光が隣のＬＥＤチップを含む樹脂にさえぎられにくい。従って、突出部にＬＥＤチップを搭載したＬＥＤ照明装置において、隣のＬＥＤチップ搭載部までの間隔が不均一である格子状配置に比べてＬＥＤチップ搭載部を無駄なく密集させることができる。
【００３２】
また、ＬＥＤ照明装置を構成する複数のＬＥＤチップを全体として樹脂で覆うのではなく、個々のＬＥＤチップ搭載部ごとに蛍光体を含んだ樹脂で覆うようにしている。この方法だと、ＬＥＤチップ２１を発した光がシリコーン樹脂２６を通る長さが、上方向に出射する光に比べて横方向に出射する光についてあまり長くならないため、色の不均一性が少なくなる（光が蛍光体を含む樹脂を長く通過すると、青色光が蛍光へ変換される量が大きくなるため、黄色成分が多くなる）。また、使用する樹脂量も抑えることができる。さらに、個々のＬＥＤチップ搭載部ごとに樹脂封止を行うことにより、シリコーン樹脂２６とＡｌ基板２４・突出部２３との熱膨張率差が長さ方向に加算されなくなるため、両者が剥離しにくくなるという利点も有している。
【００３３】
このとき、蛍光体２９を分散したシリコーン樹脂２６の側壁面は出来るだけ垂直になるようにするとよい。内部で作られた青色光と黄色光は蛍光体２９の略垂直側壁面に達すると、屈折され、略上方に進行する（光線Ｐ１）。この上方に進行する白色光を照明光として利用する。このように側面からの出射光を用いることにより、リフレクタを用いなくても良好な光取り出し効率が得られる。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の照明装置の断面模式図を図３に示す（図１と同じ構成要素には同一符号を付しており、説明を省略する）。図３は図１に示す実施の形態１の構造において、ＬＥＤチップ２１等を含んでいる個々のシリコーン樹脂２６の周囲にリフレクタ２８を配置したものである。リフレクタ２８は、Ａｌなどの金属板からなり、ＬＥＤチップが配置される部分に複数の穴をあけ、その壁面をリフレクタとしての形状をなすよう加工したものである。このリフレクタ２８を配置することにより、蛍光体２９を含んだシリコーン樹脂２６の側壁面を透過してきた青色光、黄色光を上方へ反射させ（光線Ｐ２）、照明装置としてより高い軸上光度（出射方向の輝度）を得る構造とすることが可能となる。
【００３５】
ここで、リフレクタ２８がシリコーン樹脂２６と接していないため、両者の剥離の問題が生じないという利点を有している。また、光の出射の点からみても、光が一旦シリコーン樹脂２６の側面から取り出され、その後で方向が変えられるため、リフレクタが樹脂に覆われている場合よりも光取り出し効率に優れている。
【００３６】
実施の形態２の照明装置の上面模式図を図４に示す。ＬＥＤチップ２１を搭載している突出部２３は上面から見て正三角形の頂点に配置されている。リフレクタ２８があるため、ＬＥＤチップ２１の間隔を実施の形態１に比べて狭くしても、光線Ｐ２が隣接するシリコーン樹脂２６に入射して損失となることがない。そのため、ＬＥＤチップ２１をより密集して置くことができる。本実施の形態では、ＬＥＤチップ２１の間隔Ｌ４を１．２ｍｍとした。
【００３７】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施の形態に係る照明装置の断面模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る照明装置の上面模式図である。
【図３】第２の実施の形態に係る照明装置の断面模式図である。
【図４】第２の実施の形態に係る照明装置の上面模式図である。
【図５】従来の照明装置の断面模式図及びその拡大図である。
【符号の説明】
【００３９】
２１  ＬＥＤチップ
２２  Ａｕ線
２３  突出部
２３Ａ  縁部
２３Ｂ  裾部
２４  Ａｌ基板
２５  ガラスエポキシ基板
２６  シリコーン樹脂
２７  ダイボンドペースト
２８  リフレクタ
２９  蛍光体
Ｐ１  光線
Ｐ２  光線
【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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