(57)【要約】【課題】  本発明はＬＥＤ発光装置の小型化及び放熱性の改良に関する技術を提供する。【解決手段】  ＬＥＤチップが搭載される熱伝導性フレームと、ＬＥＤチップの電極が接続される一対のリードフレームと、熱伝導性フレームの一部と、及びリードフレームの一部とを被覆するとともに、ＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、ＬＥＤチップの光出射方向が前記リードフレームの伸長方向と略垂直であり、熱伝導性フレームの露出部が、勘合部を形成したＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源の前記勘合部と係合する係合部を有するヒートシンクで、ヒートシンクは、リードフレームと略並行に配置され、前記リードフレームが固定される配線基板に固定される突起を備えるＬＥＤ発光装置。【選択図】      図１
2007096207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップが搭載される熱伝導性フレームと、
前記ＬＥＤチップの電極が接続される一対のリードフレームと、
前記熱伝導性フレームの一部と、及び前記リードフレームの一部とを被覆するとともに、前記ＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、
前記ＬＥＤチップの光出射方向が前記リードフレームの伸長方向と略垂直であり、
前記熱伝導性フレームの露出部が、勘合部を形成したＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の前記勘合部と係合する係合部を有するヒートシンクで、
前記ヒートシンクは、前記リードフレームと略並行に配置され、前記リードフレームが固定される配線基板に固定される実装用領域を備える、ＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクの前記係合部が溝であり、前記熱伝導性フレームの前記勘合部が前記溝に係合する凸構造となっていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
前記熱伝導性フレームが前記リフレクタから広がる足として配置され、前記足が、前記ヒートシンクの前記係合部として形成された溝に挿入されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ発光装置に関する。詳しくは、本発明はＬＥＤ発光装置の小型化及び放熱性の改良に関する技術を提供する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイのバックライトなどにおいて、面状光（又は線状光）を得るための光源としてＬＥＤが利用されている。一般的に採用されているエッジライト方式の構成では、ＬＥＤ光源の光を導光板の端面（エッジ）より導入し、導光板の上面より取り出す。このようなエッジライト方式においては、効率的に導光板へ光を導入するため導光板端面の近傍にＬＥＤ光源が配置される。これに伴い、ＬＥＤ光源が実装される配線基板やコネクタ等も同様に導光板端面の近傍に配置されることとなるが、配線基板やコネクタを配置するための十分なスペースを確保できない場合も多く、設計が非常に困難となる。
【０００３】
一方、ＬＥＤ光源の高輝度化に伴い、積極的な放熱対策が必要とされている。従来、放熱対策としては、ＬＥＤ光源の後方に金属層等の熱伝導性材料を介してヒートシンクを設置する方法が一般的である（例えば特許文献１〜３を参照）。
【特許文献１】特開２００４−２６５６２６号公報
【特許文献２】特表２００４―５２８６９８号公報
【特許文献３】特表２００５−５１３８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のヒートシンクの取り付け構造では、ヒートシンクとＬＥＤ光源を位置決めしながら実装することは困難であった。
【０００５】
本発明の目的とするところは、ＬＥＤランプを他部材と簡易に固定することにより、ＬＥＤランプの位置精度が向上し、目的の部位を適切に照明可能なＬＥＤランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
ＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップが搭載される熱伝導性フレームと、
前記ＬＥＤチップの電極が接続される一対のリードフレームと、
前記熱伝導性フレームの一部と、及び前記リードフレームの一部とを被覆するとともに、前記ＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、
前記ＬＥＤチップの光出射方向が前記リードフレームの伸長方向と略垂直であり、
前記熱伝導性フレームの露出部が、勘合部を形成したＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の前記勘合部と係合する係合部を有するヒートシンクで、
前記ヒートシンクは、前記リードフレームと略並行に配置され、前記リードフレームが固定される配線基板に固定される実装用領域を備える、ことを要旨とする。
【０００７】
この構成によれば、ヒートシンクとＬＥＤ光源が共に配線基板に固定され、ヒートシンクとＬＥＤ光源はリフレクタ近傍で係合するため、ＬＥＤ光源とヒートシンクは、容易に一体化しながら配線基板に精度良く固定できる。
【０００８】
請求項２に記載のＬＥＤ発光装置は、前記ヒートシンクの前記係合部が溝であり、前記熱伝導性フレームの前記勘合部が前記溝に係合する凸構造となっていることを要旨とする。
【０００９】
この構成によれば、ＬＥＤ光源とヒートシンクが容易に係合可能である。
【００１０】
請求項３に記載のＬＥＤ発光装置は、前記熱伝導性フレームが前記リフレクタから広がる足として配置され、前記足が、前記ヒートシンクの前記係合部として形成された溝に挿入されることを要旨とする。
【００１１】
この構成によれば、ＬＥＤ光源の熱伝導性フレームが板材のプレスのみで形成できるため、簡易にＬＥＤ光源を製造することができ、ＬＥＤ光源とヒートシンクが容易に係合可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＬＥＤ発光装置を配線基板と簡易に固定することにより、ＬＥＤ発光装置の位置精度が向上し、目的の部位を適切に照明可能なＬＥＤ発光装置を提供することができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を構成する各要素について説明する。
（ＬＥＤチップ）
ＬＥＤチップの種類は特に限定されるものではなく、任意の構成のものを採用することができる。例えば、III族窒化物系化合物半導体層を備えるＬＥＤチップを用いることができる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。
【００１４】
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
【００１５】
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。
【００１６】
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、窒化ガリウム、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましく、サファイア基板のａ面を利用することが更に好ましい。
【００１７】
ＬＥＤチップの発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、青色、赤色、緑色等、所望の発光色に応じて選択される。また、ＬＥＤチップを複数個用いることもできる。その場合には、同種類のＬＥＤチップを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類のＬＥＤチップを複数組み合わせても良い。例えば、最終的に白色光が得られるように一種又は発光色の異なる二種以上のＬＥＤチップを使用する。
【００１８】
本発明の一形態ではＬＥＤチップと蛍光体とを併用する。そしてＬＥＤチップの光と、ＬＥＤチップの光の一部を利用して蛍光体から生ずる蛍光との混合（混色）によって白色光を得る。蛍光体は例えば後述の封止部材に含有させる。
【００１９】
蛍光体の種類は特に限定されず、有機系、無機系を問わず採用することができる。様々な蛍光色を有する蛍光体を採用することができ、例えば光の三原色である赤色、緑色、又は青色の蛍光色を有する蛍光体の他、それらの中間色を蛍光する蛍光体（例えば黄色系蛍光体）を用いることができる。複数の蛍光体を組み合わせて用いることもでき、例えば赤色系蛍光体、緑色系蛍光体、及び青色系蛍光体を混合して用いることができる。
【００２０】
ＬＥＤチップは、その光軸がリードフレームの伸長方向と垂直になるように熱伝導性フレーム上にマウントされる。これによって本発明のＬＥＤ発光装置ではリードフレームの足に対して垂直方向に光が出射する。
（熱伝導性フレーム）
熱伝導性フレームはＬＥＤチップからの熱を放散するためのヒートシンクとして機能する。熱伝導性フレームはＬＥＤチップがマウントされる領域を備える。また、熱伝導性フレームの一部はリフレクタに被覆されている。即ち、リフレクタと一体的に構成されている。そして、熱伝導性フレームにおいて、リフレクタから外部に飛び出した部分、即ち露出部（勘合部）がヒートシンクへの伝熱部となり、ＬＥＤの熱をそこでヒートシンクへ伝達する。効率的な伝熱を達成するためには勘合部の割合を大きくするとよい。
【００２１】
熱伝導性フレームの材質としてはアルミ、アルミ合金、銅、及び銅合金を例示することができる。
【００２２】
（ヒートシンク）
ヒートシンクの実装領域に形成される配線基板に固定される突起は左右２箇所形成されることが好ましい。かかる形態によれば、装置の実装の際、一対のリードフレームの各先端と各ヒートシンクの固定用突起との合計４箇所において配線基板への固定を行うことができる。従って、各ヒートシンクの実装用領域による配線基板への固定とリードによる固定により発光源となるリフレクタの実質的に４箇所の固定点により固定が行われることになるから、一層信頼性の高い実装が可能となり、安定した姿勢で装置を実装でき、実装精度及び実装信頼性が向上する。
【００２３】
ヒートシンクの材質としてはアルミ、アルミ合金、銅、及び銅合金を例示することができる。
（リードフレーム）
本発明のＬＥＤ発光装置は一対のリードフレームを備える。リードフレームにはＬＥＤチップの電極が電気的に接続される。リードフレームの一部はリフレクタに被覆される。
【００２４】
本発明のＬＥＤ発光装置は、光出射方向がリードフレームの伸長方向に垂直であるという特徴を活かして、導光板を用いたバックライト用の光源として好適である。このような用途に使用される場合、ＬＥＤ発光装置を実装した配線基板に対して所定の間隔をおき平行に導光板が配置される。つまり、ＬＥＤ発光装置の光軸上に導光板が配置される。このような配置態様を実現できるように、ＬＥＤ発光装置のリード足の長さを通常のＬＥＤ発光装置の場合よりも長くしておくとよい。
（リフレクタ）
リフレクタ（反射部材）は、熱伝導性フレームの一部及び一対のリードフレームの一部を被覆するとともに、ＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成する。この反射面はＬＥＤチップから横又は斜め上方向に放出された光を反射し、光の取り出し方向へ光の向きを変える。ここでのカップ状とは、ＬＥＤチップの光軸に垂直方向の断面の面積がその底部側から発光装置の光の取り出し方向に向かって連続的又は段階的に増加する空間を囲む形状をいう。かかる条件を満たす範囲において反射面の形状は特に限定されるものではない。
【００２５】
リフレクタの形成材料は特に限定されず、金属、合金、合成樹脂等から適当な材料を選択して用いることができる。但し、ＬＥＤチップに対向する面、即ち反射面はＬＥＤチップの光に対して反射性であることが要求される。例えば白色系の樹脂など、光反射率の高い樹脂でリフレクタを作製することができる。樹脂製のリフレクタは成形が容易であるという利点を有する。
【００２６】
一方、リフレクタの材料としてＬＥＤチップの光に高い反射性を有しないものを選択した場合には、少なくとも反射面となる領域の表面に反射率の高い層を形成する。このような反射層は例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｐｄ等から選択される一以上の金属又はその合金を材料として形成することができる。特に、Ａｌ又はその合金によって反射層を構成することが好ましい。反射層の形成には蒸着、塗付、印刷等の方法を採用できる。特に、蒸着法によれば厚さが均一でかつ表面が平滑な反射層を容易に形成することができる。反射層は必ずしもカップ状部の内周面表面の全体に形成されなくてもよいが、反射層による発光効率の改善効果が最大限発揮されるようにＬＥＤチップから横又は斜め上方向に放出された光が照射する領域についてはその全体に反射層を設けることが好ましい。
（封止部材）
リフレクタのカップ状部にＬＥＤチップ封止用の材料を充填してもよい。このようにして形成される封止部材は主として外部環境からＬＥＤチップを保護する目的で備えられる。封止部材の材料としてはＬＥＤチップの光に対して透明であり、且つ耐久性、耐候性などに優れたものを採用することが好ましい。例えばシリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム、及びシリコーンエラストマーを含む）、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ガラス等の中から、ＬＥＤチップの発光波長との関係で適当なものを選択することができる。ＬＥＤチップの光が短波長領域の光を含む場合には特に紫外線劣化が問題となるため、シリコーン等の紫外線劣化に対する耐性の高い材料を採用することが好ましい。
【００２７】
封止部材の材料は、ＬＥＤチップの光に対する透過性、硬化した状態の硬度、取り扱いの容易さ等を考慮して適当なものが採用される。
【００２８】
封止部材に蛍光体を含有させることもできる。蛍光体を用いることによりＬＥＤチップからの光の一部を異なる波長の光に変換することができ、発光装置の発光色を変化させ又は補正することができる。ＬＥＤチップからの光により励起可能なものであれば任意の蛍光体を用いることができ、その選択においては発光装置の発光色、耐久性等が考慮される。蛍光体を封止部材に一様に分散させても、また一部の領域に局在させてもよい。例えば蛍光体をＬＥＤチップの近傍に局在させることにより、ＬＥＤチップから放出された光を効率的に蛍光体に照射できる。
【００２９】
複数種類の蛍光体を組み合わせて封止部材に含有させることもできる。この場合にはＬＥＤチップからの光により励起されて発光する蛍光体と当該蛍光体からの光により励起されて発光する蛍光体とを組み合わせて用いることもできる。
【００３０】
封止部材に光拡散材を含有させて封止部材内での光の拡散を促進させ、発光ムラの減少を図ることもできる。特に上記のように蛍光体を用いる構成においては、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの光との混色を促進させて発光色のムラを少なくするためにこのような光拡散材を用いることが好ましい。
【００３１】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
以下、本発明のＬＥＤ発光装置を具体化した第１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第1実施形態を示す斜視図を示し、図２はその断面図を示す。
【００３４】
ＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ光源１０とヒートシンク２０からなる。ＬＥＤ光源１０は、光反射性が良好な白色樹脂リフレクタ１１、金属性の熱伝導性フレーム１３、熱伝導性フレーム１３上に透明なペースト（接着剤）により固定されている窒化ガリウム系化合物半導体からなるＬＥＤチップ１６と、ＬＥＤチップに電力を供給する一対のリード１４、リフレクタ１１の凹部に充填されＬＥＤチップ１６及び熱伝導性フレーム１３一対のリード１４の一部を覆っているシリコーンよりなる封止樹脂１２からなる。
【００３５】
ヒートシンク２０は、本体２１と、本体２１下部端から下方に突出する2つの突起２２と、本体２１の1面に設けられたＬＥＤ光源１０の熱伝導性フレーム１３の一部が挿入される溝２３と、本体２１の他面に設けられる放熱フィン２４とからなる。
【００３６】
熱伝導性フレーム１３のリフレクタ１１を形成していない面には断面略三角形の勘合部１５が、ヒートシンク２０に設けられている熱伝導性フレーム１３の勘合部１５と略同一断面を有する溝２３に挿入される構造となっている。
【００３７】
ＬＥＤ光源１０のＬＥＤチップ１６は、青色に発光するものが使用されており、また、シリコーンからなる封止樹脂１２には、Ce:YAG蛍光体が分散混入されている。このため、ＬＥＤチップ１６が青色光を発光すると封止樹脂１２中に分散混入されている蛍光体が青色光の一部を吸収し、黄色光に色変換し、残りの青色光と黄色光の混色により白色発光する。
【００３８】
ＬＥＤ発光装置は、図２に示すように、ＬＥＤ光源１０の勘合部１５とヒートシンク２０の溝２３を挿入した状態で、配線基板３０に設けられたリード１４と突起２２を固定する孔３２、３３に挿入してはんだ等で固定して使用する。
【００３９】
このため、ヒートシンク２０の突起２２とＬＥＤ光源１０のリード１４の４箇所が配線基板３０への固定点となるため、リフレクタ１１から放射される光の方向が安定する。
【００４０】
（第２実施形態）
以下、本発明のＬＥＤ発光装置を具体化した第２実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４１】
図３は、本発明の第２実施形態を示す斜視図を示す。
【００４２】
ＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ光源５０とヒートシンク６０からなる。ＬＥＤ光源５０は、光反射性が良好な白色樹脂リフレクタ５１、金属性の熱伝導性フレーム５３、熱伝導フレーム５３上に透明なペースト（接着剤）により固定されている窒化ガリウム系化合物半導体からなるＬＥＤチップと、ＬＥＤチップに電力を供給する一対のリード５４、リフレクタ５１の凹部に充填されＬＥＤチップ及び熱伝導フレーム５３一対のリード５４の一部を覆っているシリコーンよりなる封止樹脂５２からなる。
【００４３】
ヒートシンク６０は、本体６１と、本体６１下部端から下方に突出する2つの突起６２と、本体６１の1面に設けられたＬＥＤ光源５０の熱伝導性フレーム５３の一部が挿入される溝６３と、本体６１の他面に設けられる放熱フィン６４とからなる。
【００４４】
熱伝導フレーム５３のリフレクタ５１を形成していない面には熱伝導フレーム本体５５と段差を有し、リフレクタ５１の幅方向に広がる勘合部５６を形成しており、ヒートシンク６０に設けられている熱伝導フレーム５３の勘合部５６と略同一断面を有する溝６３に挿入される構造となっている。
【００４５】
ＬＥＤ光源１０のＬＥＤチップは、近紫外光に発光するものが使用されており、また、シリコーンからなる封止樹脂５２には、近紫外光を励起光とする赤色蛍光体、青色蛍光体、緑色蛍光体が分散混入されている。このため、ＬＥＤチップが近紫外光を発光すると封止樹脂５２中に分散混入されている各蛍光体が近紫外光を吸収し、赤色、青色、緑色に色変換し、光の混色により白色発光する。
【００４６】
第２実施形態のＬＥＤ発光装置は、第１実施形態と同様に図２に示すような方法で使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示した斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態を示した断面図
【図３】本発明の第２の実施形態を示した斜視図
【符号の説明】
【００４８】
１０…ＬＥＤ光源、１１…リフレクタ、１３…熱伝導フレーム、１５…勘合部、２０…ヒートシンク、２２…突起。
【図１】
2007096207.tif 000003
【図２】
2007096207.tif 000004
【図３】
2007096207.tif 000005