(57)【要約】      （修正有）【課題】発光ダイオード素子の放熱性を向上させ低コストにて高輝度発光を実現する発光装置及び照明装置を提供する。【解決手段】中央部に上方に向かって拡がる第１の開口部を有し、第１の開口部の底部を貫通して第１の開口部よりも口径の小さい第２の開口部を有する樹脂成型体１と、第２の開口部を塞ぐように埋め込まれ且つ一部が樹脂成型体１の外部に露出された放熱板２と、第１の開口部内に露出した放熱板２上に実装された複数の電極を有する発光ダイオード素子４と、第１の開口部内に一端が露出し他端が樹脂成型体１の外部に引き出された放熱板２と同一金属部材の同一成型体からなる複数のリードフレーム３ａ，３ｂと、リードフレーム３ａ，３ｂと発光ダイオード素子４の電極を接続するボンディングワイヤ５と、発光ダイオード素子４上に充填された透光性樹脂材からなる封止材７と、封止材７の上部に装着された透光性樹脂材からなるレンズ８とから構成する。【選択図】図３
2007214522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に上方に向かって拡がる傾斜面を有する第１の開口部を有し、当該第１の開口部の底部を貫通して前記第１の開口部よりも口径の小さい第２の開口部を有する樹脂成型体と、
前記樹脂成型体の第２の開口部を塞ぐように埋め込まれ、且つ一部が前記樹脂成型体の外部に露出された放熱板と、
前記第２の開口部内に露出した前記放熱板上に実装された複数の電極を有する発光ダイオード素子と、
前記樹脂成型体の内部を貫通して一部が前記第１の開口部内に一端が露出し、他端が前記樹脂成型体の外部に引き出された前記放熱板と同一金属部材の同一成型体からなる複数のリードフレームと、
前記複数のリードフレームの一端と前記発光ダイオード素子の複数の電極とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記発光ダイオード素子上に充填された透光性樹脂材からなる封止材と、
前記封止材の上部に装着された透光性樹脂材からなるレンズと、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記発光ダイオード素子は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子と白色発光素子とから選択された少なくとも一個の発光素子であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記レンズは、耐熱性樹脂材の成型体により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記レンズは、外形が円形状の凸レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記樹脂成型体の開口端の周縁部と前記レンズの周縁部との間にリング状の隙間を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記レンズは、前記樹脂成型体の前記リング状隙間にシール材を介して保持固定されたことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記光源装置が前記リードフレーム同士を複数直列接続してなることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
前記光源装置の発光ダイオード素子は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子と白色発光素子とから選択された少なくとも一個の発光素子であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光源装置及びこれを用いた照明装置に係り、特に発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）を用いた光源装置から放射された出射光を被写体に投射させる投光手段に適用して好適な光源装置及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  この種の光源装置では、例えば、電気信号を光信号に変換する手段として回路基板上に発光素子を実装し、この回路基板上の発光素子の全面を覆うように半球型レンズ部を有する透光性の封止樹脂で封止して構成された光素子モジュール構造が提案されている。【０００３】  近年、この種の光源装置として白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いた照明手段が実用化しつつある。照明用途としてＬＥＤを使用するには、高出力で且つ高効率なＬＥＤが必須である。現行では、白色ＬＥＤでは、約７０ｍＷ程度の入力で約１１ｍ程度の明るさしか得られなかった。【０００４】  最近になって約１Ｗ入力クラスの白色ＬＥＤが相次いで発表され始め、一部では市販されているが、本格的な照明として十分な光束が得られていない。また、発光効率も約２０１ｍ／Ｗ程度であり、白熱電球よりも高いものの、蛍光灯には遠く及ばない。ＬＥＤ照明に期待されている長寿命及びコンパクト性等の特長は、高出力化と技術的に相反するという問題があった。【０００５】  この種の技術的な問題を解決するために各種の手段が提案されている。これらの各種の手段としては、器具筐体と、ユニットと、パッケージと、ＬＥＤチップ（以下、チップと称する）とから構成されている。ユニットの形態としては、チップがパッケージを介してユニット基板に実装された構造（砲弾（一般的な形状）型，ＳＭＤ（表面実装）型，ハイパワーＬＥＤ  ＦＵ（ｆａｃｅ  ｕｐ）型，ハイパワーＬＥＤ  ＦＤ（ｆａｃｅ  ｄｏｗｎ）型及び直接ユニット基板に実装された構造（ｃｈｉｐ  ｏｎ  ｂｏａｒｄ（ＣＯＢ））等とがある。なお、上記ハイパワーＬＥＤとは、チップのサイズが通常の約１０倍程度であり、一個当たりの出力が大きく、フリップチップ実装されている構造である。また、この種の従来技術に関しては、例えば下記非特許文献１に開示されている。【０００６】
【非特許文献１】  松下電工技報（Ｖｏｌ．５３  Ｎｏ．１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  このように構成された光源装置では、実装基板からチップ発光部までの熱抵抗が小さく、耐熱温度が高いほど、高い周囲温度と大入力での使用が可能であり、これがＬＥＤを高出力化していくためのキーポイントとなっている。しかしながら、熱抵抗と耐熱性とはパッケージの材質とチップの実装形態に大きく依存しているために最適化が難しく、高出力化を拒む主要因となっている。【０００８】  このようなＬＥＤからユニットへの熱抵抗を低くするために図１３に要部断面図で示すようにカップ形状２１ａをプレス成形したアルミニウム板２１と、穴２２を設けたプリント配線基板２３とを接合し、アルミニウム板２１に形成したカップ形状２１ａ内にＬＥＤ２４を直接的に実装し、ＬＥＤ２４とプリント配線基板２３とをボンディングワイヤ２５で接続した後に封止枠２６により封止して構成した発光装置が提案されている。このように構成される光源装置は、熱抵抗が極めて低く、従来構造の約３倍の入力が可能となり、約３倍の光束が得られることを可能としている。【０００９】  しかしながら、このように構成された光源装置は、熱抵抗を向上させ、放熱効果を向上させて高出力で高効率を実現する手段としてアルミニウム板２１へのカップ形状２１ａの成形，プリント配線基板２３への回路配線の形成及びプリント配線基板２３への穴２２の形成等の工程を経て製作することから、部品点数及び組み立て工数が増大し、生産コストが高価となる等の課題があった。【００１０】  したがって、本発明は前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成で発光ダイオード素子の放熱性を向上させることにより、低コストにて高輝度発光を実現可能とする発光装置及び照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  このような目的を達成するために本発明による光源装置は、中央部に上方に向かって拡がる傾斜面を有する第１の開口部を有し、当該第１の開口部の底部を貫通して第１の開口部よりも口径の小さい第２の開口部を有する樹脂成型体と、この樹脂成型体の第２の開口部を塞ぐように埋め込まれ、且つ一部が樹脂成型体の外部に露出された放熱板と、第１の開口部内に露出した放熱板上に実装された複数の電極を有する発光ダイオード素子と、樹脂成型体の内部を貫通して一部が第１の開口部内に一端が露出し、他端が樹脂成型体の外部に引き出された放熱板と同一金属部材の同一成型体からなる複数のリードフレームと、複数のリードフレームの一端と発光ダイオード素子の複数の電極とを電気的に接続するボンディングワイヤと、発光ダイオード素子上に充填された透光性樹脂材からなる封止材と、この封止材の上部に装着された透光性樹脂材からなるレンズとから構成することにより、発光ダイオード素子からの発熱が放熱板を介して効率良く伝導され、外部に放熱されるので、背景技術の課題を解決することができる。【００１２】  また、本発明による照明手段は、上記構成による光源装置をリードフレーム同士一体接続して構成することにより、背景技術の課題を解決することができる。【００１３】  なお、本発明は、前述した各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、発光ダイオード素子を実装した放熱板が樹脂成型体から露出されることにより、発光ダイオード素子の発熱が効率的に放熱板に伝導して放熱させることができるので、放熱性の高い光源装置が得られるという極めて優れた効果を有する。【００１５】  また、本発明によれば、放熱板と樹脂成型体とを一体成型により製造されるので、簡単な構成でしかも低コストにて放熱性の高い光源装置が得られるという極めて優れた効果を有する。【００１６】  また、本発明によれば、樹脂成型体が擂鉢状の開口部を有する高耐熱、且つ高光反射性の射出成形樹脂により構成されており、発光ダイオード素子からの放射光が効率良く反射されるので、低コストにて高輝度発光の光源装置を容易に実現できるという極めて優れた効果が得られる。【００１７】  また、本発明による光源装置を用いた照明装置によれば、発光ダイオード素子の同色発光または各色発光の発光ダイオード素子を組み合わせて直列接続により、所望の発光色の高輝度照明光が容易に得られるという極めて優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】  図１は本発明による光源装置の実施例１による構成を説明する上方から見た要部平面図であり、レンズを除いてある。図２は図１の矢印Ａ方向から見た側面図、図３は図１のＢ−Ｂ′線に沿って切断した断面図、図４は図１のＣ−Ｃ′線に沿って切断した断面図、図５は図１の樹脂成型体を裏面から見た平面図である。【００２０】  参照符号１は、樹脂成型体であり、この樹脂成型体１は、高耐熱、且つ高光反射性を有するＰＰＡ樹脂等の射出成形により形成されている。この樹脂成型体１には、上方に向かって略擂鉢状に広がり、底部が貫通する開口部１ａが一体的に形成され、外形が略円形状に形成されている。なお、この開口部１ａ内の内面は、光反射性を持たせるために鏡面仕上げが施されている。【００２１】  また、参照符号２は、後述する発光ダイオード素子を実装する台座部も兼ね備えた放熱板であり、この放熱板２は、開口部１ａの底部に後述する発光ダイオード素子を実装する台座部２ａ及びこの台座部２ａに連結し、樹脂成型体１内を貫通して一部を外部方向に略放射状に突出させた複数の放熱片２ｂが一体的に形成されている。【００２２】  この台座部２ａは樹脂成型体１の開口部１ａの底部に形成された開口を塞ぐように、さらに複数の放熱片２ｂは樹脂成型体１の内部にこの樹脂成型体１の成型と同時に嵌入され、台座部２ａの背面は樹脂成型体１の背面（底面）側に露出して放熱機能をもたせる構造となっている。この台座部２ａ及び放熱片２ｂを一体的に有する放熱板３は、例えば板厚が約０．２５ｍｍの銅合金板のプレス成型により形成され、その表面には銀メッキ処理が施されている。【００２３】  また、参照符号３ａ，３ｂは、一対のリードフレームであり、このリードフレーム３ａ，３ｂは、放熱板２と同一部材の銅合金板の成型体により形成され、その表面には銀メッキ処理が施されている。また、このリードフレーム３ａ，３ｂと、台座部２ａ及び放熱片２ｂを有する放熱板２とは、ロール状に巻かれた帯状の銅合金板をプレス成型法により同時に一体成型され、多数個連続してフレーム枠内に組み込まれてリードフレーム組み立て体として一体形成される。【００２４】  そして、このリードフレーム組み立て体は、樹脂成型体１の射出成形時に組み合わせて成型することにより、台座２ａ，放熱片２ｂ及びリードフレーム３ａ，３ｂが樹脂成型体１内のそれぞれの所定位置に設置されて一体化されて成形されることになる。【００２５】  また、参照符号４は、フェイスアップ型の発光ダイオード素子であり、この発光ダイオード素子４は、表面側に発光面及びその一部に複数の電極端子を有し、その背面側が台座部２ａ上に熱伝導性の高い例えばシリコン樹脂接着材を介して密着配置されて実装されている。なお、この発光ダイオード素子４は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子と白色発光素子とから選択された少なくとも一個の発光素子であれば良い。【００２６】  また、参照符号５は、ボンディングワイヤであり、このボンディングワイヤ５は、例えば直径約３０μｍ程度の金線により形成され、一方は発光ダイオード素子４の電極とリードフレーム３ａの端子部との間に、他方は発光ダイオード素子４の電極とリードフレーム３ｂの端子部との間にそれぞれワイヤボンダにより電気的に接続され、さらに一方のリードフレーム３ａの端子部と他方のリードフレーム３ｂの端子との間にリードフレーム３ｂ上に接続されたＺＤ素子（ツェナーダイオード素子）６を介して電気的に接続されている。このＺＤ素子６は、リードフレーム３ａ側に正極が接続され、リードフレーム３ｂ側に負極が接続されている。つまり、発光ダイオード素子４と逆並列に接続されて静電破壊防止機能を持たせている。【００２７】  また、参照符号７は、封止材であり、この封止材７は、樹脂成型体１の開口部１ａ内に例えば透光性のシリコン樹脂材のポッティング法により充填して形成され、発光ダイオード素子４及びボンディングワイヤ５を開口部１ａ内に保持固定させている。また、参照符号８は、レンズであり、このレンズ８は、例えば透光性の耐熱性シリコン樹脂材の成型体により凸状に突出して外形が円形状に形成されて樹脂成型体１の開口部１ａを塞ぐようにその周縁部に形成されたリング状の隙間に嵌合させ、シール材により保持固定されている。【００２８】  このように構成された発光装置は、発光ダイオード素子４が樹脂成型体１の背面に露出した放熱板２の台座部２ａ上に密着配置されて実装されるので、発光ダイオード素子４の発熱が直接的に放熱板２の台座部２ａから外部に放熱されるとともに、この台座部２ａを介して放熱片２ｂに伝導して外部に効率よく放熱されることになる。つまり、樹脂成型体１から外部に露出している放熱板２から効率よく放熱される。【００２９】  また、このように構成された発光装置は、樹脂成型体１が上方に向かって略擂鉢状に広がる鏡面を有する開口部１ａを有しているので、発光ダイオード素子４からの放射光が高い反射率で効率よく反射され、レンズ８を介して外部に向かって高輝度で投射させることができる。【００３０】  図６〜図１１は、実施例１で説明した発光装置の製作方法を説明する平面図である。図６に示すように実施例１による発光装置１０は、ロール状に巻かれた帯状の銅合金板からなるフレーム３にこのフレーム３に放熱板２及びリードフレーム３ａ，３ｂとなる部分を残してプレス成型法により打ち抜いた後、図７に示すように放熱板２とフレーム３との結合部に下方向（垂直方向）に折れ曲がる曲げ加工を施す。次に図８に示すように放熱板２及びリードフレーム３ａ，３ｂとなる部分に高耐熱、且つ高光反射性を有するＰＰＡ樹脂材をインサート射出成形する。【００３１】  次に、図９に示すようにこの樹脂成型体１の開口部１ａ内に露出している台座部２ａ上に発光ダイオード素子４を実装した後、この発光ダイオード素子４とリードフレーム３ａ，３ｂとをそれぞれワイヤボンダにより電気的に接続する。次に樹脂成型体１の開口部１ａ内に図示しないが、この発光ダイオード素子４上に封止材を充填した後に図１０に示すように樹脂成型体１の開口部１ａ上の隙間にシール材を介してレンズ８を装着して保持固定する。【００３２】  次に、図１１に示すようにリードフレーム３ａ，３ｂ及び放熱板の放熱片２ｂを残してフレーム３から切断して切り離すことにより、図１に示した発光装置１０が互いに隣接するリードフレーム３ａとリードフレーム３ｂとを直列接続して形成された照明装置を得ることができる。また、図中、Ｄ部で切断することにより、図１に示した個々の発光装置が得られる。
【実施例２】
【００３３】  図１２は、図１１に示した発光装置１０を直列接続して形成された照明装置の構成を説明する図であり、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）断面図である。図１２において、この照明装置は、複数の発光装置１０が行方向に隣接するリードフレーム３ａ，３ｂを互いに行方向に直列接続し、さらに列方向に複数段に配列して例えば筐体等の放熱体１１に密着させて搭載することにより、発光ダイオード素子４からの発熱が放熱板２を介して効率的に放熱させることができるとともに、輝度の高い面状の照明光を得ることができる。なお、この放熱体１１は、例えば板厚が１ｍｍ〜５０ｍｍ程度のアルミニウム板または銅板等の熱伝導率の高い金属板により形成される。【００３４】  このような構成によれば、複数の発光装置１０を実装する配線基板を不要として低コストにて高輝度の面状照明光を得ることができる。【００３５】  なお、前述した実施例において、発光ダイオード素子４は、樹脂成型体１内に赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子と白色発光素子とから選択された少なくとも一個の発光素子を実装する場合について説明したが、本発明においては、１個の樹脂成型体１内に複数個の単色発光の発光ダイオード素子を実装しても良く、また、複数色発光（赤，緑，青発光）の発光ダイオード素子を実装しても良い。さらには、図１２に示す構成において、１行目に連結して配列される発光装置１０の発光ダイオード素子を赤色発光素子とし、２行目に連結して配列される発光ダイオード素子は緑色発光素子とし、３行目に連結して配列される発光ダイオード素子は青色発光素子としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】  本発明による光源装置の実施例１による構成を説明する上方から見た要部平面図である。
【図２】  図２は図１の矢印Ａ方向から見た側面図である。
【図３】  図１のＢ−Ｂ′線に沿って切断した断面図である。
【図４】  図１のＣ−Ｃ′線に沿って切断した断面図である。
【図５】  図１の樹脂成型体を裏面から見た平面図である。
【図６】  図１に示した発光装置の製作方法を説明する平面図である。
【図７】  図６に引き続く発光装置の製作方法を示す平面図である。
【図８】  図７に引き続く発光装置の製作方法を示す平面図である。
【図９】  図８に引き続く発光装置の製作方法を示す平面図である。
【図１０】  図９に引き続く発光装置の製作方法を示す平面図である。
【図１１】  図１０に引き続く発光装置の製作方法を示す平面図である。
【図１２】  図１１に示した発光装置を直列接続して形成された照明装置の構成を示す図である。
【図１３】  従来の発光装置の構成を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３７】  １・・・樹脂成型体、１ａ・・・開口部、２・・・放熱板、２ａ・・・台座部、２ｂ・・・放熱片、３・・・フレーム、３ａ・・・リードフレーム、３ｂ・・・リードフレーム、４・・・発光ダイオード素子、５・・・ボンディングワイヤ、６・・・ＺＤ素子（ツェナーダイオード素子）、７・・・封止材、８・・・レンズ、１０・・・光源装置、１１・・・放熱体。
【図１】
2007214522.tif 000003
【図２】
2007214522.tif 000004
【図３】
2007214522.tif 000005
【図４】
2007214522.tif 000006
【図５】
2007214522.tif 000007
【図６】
2007214522.tif 000008
【図７】
2007214522.tif 000009
【図８】
2007214522.tif 000010
【図９】
2007214522.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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