(57)【要約】【課題】ＬＥＤチップの発熱に起因した蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１は、青色光を放射するＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４を封止する透光性材料（シリコーン）により形成され且つＬＥＤチップ１０から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する多数の粒子状の蛍光体（黄色蛍光体）４２を含有した色変換部４０とを備えている。色変換部４０は、多数の気泡４３が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された実装基板と、実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを封止する透光性材料により形成され且つＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した色変換部とを備え、色変換部に多数の気泡が形成されてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記色変換部は、前記気泡内の気体が空気であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記色変換部は、前記気泡内の気体が空気よりも熱伝導率の小さい気体であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図６に示すように、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を封止する透光性樹脂により形成され且つＬＥＤチップ１０から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する多数の粒子状の蛍光体４２’を含有した色変換部４０’とを備え、白色光を得ることができる発光装置が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１参照）。なお、図６に示した構成の発光装置は、実装基板２０の一表面にＬＥＤチップ１０を収納する収納凹所２０ａが形成されており、ＬＥＤチップ１０が収納凹所２０ａの内底面に実装され、収納凹所２０ａ内に色変換部４０’が形成されている。
【特許文献１】特開２００４−１５３１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、図６に示した構成の発光装置では、色変換部４０’がＬＥＤチップ１０に接しているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が色変換部４０’の蛍光体４２’に伝わりやすくて蛍光体４２’の温度が上昇しやすく、蛍光体４２’の発光効率が当該蛍光体４２’の温度上昇に伴って低下する温度消光の問題があった。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＬＥＤチップの発熱に起因した蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された実装基板と、実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを封止する透光性材料により形成され且つＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した色変換部とを備え、色変換部に多数の気泡が形成されてなることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、色変換部に多数の気泡が形成されているので、ＬＥＤチップで発生した熱が気泡の断熱効果によって色変換部中の蛍光体へ熱伝導されにくくなり、蛍光体の温度上昇が抑制され、ＬＥＤチップの発熱に起因した蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記色変換部は、前記気泡内の気体が空気であることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記気泡内の気体として空気以外の気体を採用する場合に比べて、低コスト化を図れる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記色変換部は、前記気泡内の気体が空気よりも熱伝導率の小さい気体であることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、請求項２の発明に比べて、前記蛍光体の温度上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明では、ＬＥＤチップの発熱に起因した蛍光体の発光効率の低下を抑制することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１３】
本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４を封止する透光性材料により形成され且つＬＥＤチップ１０から放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体４２を含有した色変換部４０とを備えている。
【００１４】
実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が熱応力緩和用のサブマウント部材３０を介して実装される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図５における上面側）に積層される配線基板２２とで構成されている。上述の熱伝導性材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。
【００１５】
配線基板２２は、伝熱板２１側とは反対の一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の一対のリードパターン２３，２３が形成されるとともにサブマウント部材３０に対応する部位に厚み方向に貫通する矩形状の窓孔２４が形成されたガラスエポキシ（ＦＲ４）基板により構成されており、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱できるようになっている。なお、配線基板２２の絶縁性基材の材料は、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。
【００１６】
配線基板２２の各リードパターン２３，２３は、上記ガラスエポキシ基板の上記一表面側に形成されたＣｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、色変換部４０により覆われていない部位がアウターリード部２３ｂとなっている。
【００１７】
ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板からなる導電性基板１１を用いており、導電性基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長され、導電性基板１１の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極（ｎ電極）が形成され、発光部１２の表面（導電性基板１１の主表面側の最表面）に図示しないアノード側の電極であるアノード電極（ｐ電極）が形成されている。要するに、ＬＥＤチップ１０は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。
【００１８】
なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に実装されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に実装するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部１２を伝熱板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では導電性基板１１と発光部１２とが同程度の屈折率を有しているので、発光部１２を伝熱板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。
【００１９】
また、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和する上述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に実装されている。
【００２０】
サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン３１（図４参照）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方のリードパターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方のリードパターン２３と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。
【００２１】
また、サブマウント部材３０は、図４に示すように、導体パターン３１の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜３２が形成されている。サブマウント部材３０の厚み寸法は、反射膜３２の表面が配線基板２２の上記一表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してある。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光がサブマウント部材３０や配線基板２２に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、反射膜３２は、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成してある。また、反射膜３２には、両ボンディングワイヤ１４、１４が接触したときにＬＥＤチップ１０の両電極間が反射膜３２を介して短絡されるのを防止するために反射膜３２を２つの領域に絶縁分離するスリット３３，３３が形成されている。
【００２２】
ここにおいて、ＬＥＤチップ１０およびサブマウント部材３０は、それぞれ平面形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、ＬＥＤチップ１０は、平面視における各辺それぞれがサブマント部材３０の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形でサブマウント部材３０の中央部に配置されているので、ＬＥＤチップ１０の各側面それぞれからサブマウント部材３０側へ放射された光を反射膜３２により効率良く反射することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０とサブマント部材３０とを厚み方向に沿った中心軸が略一致し、且つ、ＬＥＤチップ１０の平面視における各辺それぞれがサブマウント部材３０の上記一方の対角線と略４５度の角度をなすように配置してある。
【００２３】
サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が導電性基板１１の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉなどを採用してもよい。本実施形態では、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に実装されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができるとともに、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和することができる。
【００２４】
上述の色変換部４０は、透光性材料として、シリコーンを用い、蛍光体４２として、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を採用している（つまり、色変換部４０は、多数の粒子状の蛍光体４２を含有している）。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と蛍光体４２から放射された光とが色変換部４０の表面である光出射面４０ｂから出射されることとなり、ＬＥＤチップ１０から放射された光と蛍光体４２から放射された光との混色光として白色光を得ることができる。ここにおいて、色変換部４０は、ＬＥＤチップ１０に光軸が一致する凸レンズ状の形状に形成されている。なお、色変換部４０の材料として用いる透光性材料は、シリコーンに限らず、例えば、アクリル樹脂などを採用してもよい。また、色変換部４０の材料として用いる蛍光体４２も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体との両方を用いるようにしてもよい。
【００２５】
以上説明した本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との間に、両者の線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和するサブマウント部材であってＬＥＤチップ１０のチップサイズよりもサイズが大きくＬＥＤチップ１０と伝熱板２１とを熱結合させるサブマウント部材３０を介在させてあるので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を効率良く伝熱板２１へ放熱させることができ、且つ、上記線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０が破損するのを防止することができて信頼性を高めることができる。
【００２６】
ここにおいて、本実施形態の発光装置１では、色変換部４０に多数の気泡４３が形成されており、色変換部４０全体の断熱性が向上するとともに、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が気泡４３の断熱効果によって色変換部４０中の蛍光体４２へ熱伝導されにくくなり、蛍光体４２の温度上昇が抑制され、ＬＥＤチップ１０の発熱に起因した蛍光体４２の発光効率の低下を抑制することができる。ここで、本実施形態における色変換部４０は気泡４３内の気体を空気としてあり、気泡４３内の気体として空気以外の気体を採用する場合に比べて、低コスト化を図れる。これに対して、気泡４３内の気体として空気よりも熱伝導率の小さい気体（例えば、アルゴンガスなど）を採用すれば、蛍光体４２の温度上昇をより抑制することができる。
【００２７】
なお、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、導電性基板１１としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板を用いてもよく、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、ＬＥＤチップ１０の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、ＬＥＤチップ１０の発光部１２の材料はＧａＮ系化合物半導体材料に限らず、ＬＥＤチップ１０の発光色に応じて、ＧａＡｓ系化合物半導体材料やＧａＰ系化合物半導体材料などを採用してもよい。また、導電性基板１１もＳｉＣ基板に限らず、発光部１２の材料に応じて、例えば、ＧａＡｓ基板、ＧｓＰ基板などから適宜選択すればよい。
【００２８】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置１は、図５に示すように、実装基板２０の一表面にＬＥＤチップ１０を収納する収納凹所２０ａが形成され、収納凹所２０ａの内底面にＬＥＤチップ１０が実装されている点や、色変換部４０が収納凹所２０ａ内に設けられている点などが実施形態１と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００２９】
実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０のアノード電極およびカソード電極それぞれが電気的に接続される配線（図示せず）が設けられたセラミック基板により構成してある。ここで、実装基板２０における収納凹所２０ａは、内底面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっており、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光を収納凹所２０ａの開口面側へ反射することができる。なお、上記配線は実装基板２０の表面に沿って形成されたものでもよいし、一部を貫通孔配線により形成したものでもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０を構成するＧａＮ系青色ＬＥＤチップの結晶成長用基板として実施形態１と同様にＳｉＣ基板を用いているが、結晶成長用基板としてサファイア基板を用い、フェースアップあるいはフェースダウンで実装するようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態の発光装置１においても、実施形態１と同様に、色変換部４０に多数の気泡４３が形成されているので、色変換部４０全体の断熱性が向上するとともに、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が気泡４３の断熱効果によって色変換部４０中の蛍光体４２へ熱伝導されにくくなり、蛍光体４２の温度上昇が抑制され、ＬＥＤチップ１０の発熱に起因した蛍光体４２の発光効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１の発光装置を示す概略断面図である。
【図２】同上の発光装置の要部概略分解斜視図である。
【図３】同上の発光装置の要部概略平面図である。
【図４】同上の発光装置におけるサブマウント部材の概略斜視図である。
【図５】実施形態２の発光装置を示す概略断面図である。
【図６】従来例の発光装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  発光装置
１０  ＬＥＤチップ
１４  ボンディングワイヤ
２０  実装基板
２１  伝熱板
２２  配線基板
２３  リードパターン
３０  サブマウント部材
４０  色変換部
４０ｂ  光出射面
４２  蛍光体
４３  気泡
【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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