(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱性が向上したＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ発光装置１は、金属製の実装基板１１０と、金属製の枠体１４０と、開口部１２１を有し、実装基板１１０と枠体１４０との間に配置された断熱性の回路基板１２０と、開口部１２１内で実装基板１１０上に実装されたＬＥＤ素子１３０と、枠体１４０上に固定された熱伝導性の透光性蓋部材１５０と、ＬＥＤ素子１３０から出射された光の少なくとも一部を波長変換するために、ＬＥＤ素子１３０との間に間隔を設けて透光性蓋部材１５０上に固定された蛍光体層１６０と、を有する。【選択図】図１
2016162860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の実装基板と、
金属製の枠体と、
開口部を有し、前記実装基板と前記枠体との間に配置された断熱性の回路基板と、
前記開口部内で前記実装基板上に実装されたＬＥＤ素子と、
前記枠体上に固定された熱伝導性の透光性蓋部材と、
前記ＬＥＤ素子から出射された光の少なくとも一部を波長変換するために、前記ＬＥＤ素子との間に間隔を設けて前記透光性蓋部材上に固定された蛍光体層と、
を有することを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
前記回路基板は樹脂製の基板である、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子と前記蛍光体層とは、空気層により隔てられている、請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ素子と前記蛍光体層とは、樹脂層により隔てられている、請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項５】
前記透光性蓋部材は単結晶サファイアから構成される、請求項１〜４の何れか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項６】
前記回路基板上に固定された放熱フィルムを更に有し、
前記枠体は、前記放熱フィルムの少なくとも一部の上に固定される、請求項１〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項７】
前記枠体は放熱フィンを有する、請求項１〜６の何れか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ発光装置に関し、特に、蛍光体層を有するＬＥＤ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子であるＬＥＤ素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、照明等に広く利用されるようになってきた。
【０００３】
ベースに結合されたＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子が発する光を波長変換する蛍光体と、蛍光体及びベースを熱的に接続する熱伝導体を有する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５１７５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記発光装置では、ＬＥＤ素子が発する熱は、ベースへと伝わり、ベースから周囲へ放熱される。上記発光装置では、更に、蛍光体が発する熱は、熱伝導体を経由してベースへと伝わり、ベースから周囲へ放熱される。このように、ＬＥＤ素子及び蛍光体が熱的に接続された発光装置においては、両者が発する熱が混合してしまい、発光装置全体として効率良く放熱することが容易ではなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解消することを可能としたＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、放熱性が向上したＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＬＥＤ発光装置は、金属製の実装基板と、金属製の枠体と、開口部を有し、実装基板と枠体との間に配置された断熱性の回路基板と、開口部内で実装基板上に実装されたＬＥＤ素子と、枠体上に固定された熱伝導性の透光性蓋部材と、ＬＥＤ素子から出射された光の少なくとも一部を波長変換するために、ＬＥＤ素子との間に間隔を空けて透光性蓋部材上に固定された蛍光体層と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、回路基板は樹脂製の基板であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤ素子と蛍光体層とは、空気層により隔てられていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤ素子と蛍光体層とは、樹脂層により隔てられていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、透光性蓋部材は単結晶サファイアから構成されることが好ましい。
【００１３】
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、回路基板上に固定された放熱フィルムを更に有し、枠体は、放熱フィルムの少なくとも一部の上に固定されることが好ましい。
【００１４】
本発明に係るＬＥＤ発光装置では、枠体は放熱フィンを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＬＥＤ素子が発する熱が放熱する経路と蛍光体層が発する熱を放熱する経路を熱的に遮断する様にしたので、放熱性が向上したＬＥＤ発光装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は本発明に係るＬＥＤ発光装置１の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡＡ’線に沿った断面図である。
【図２】ＬＥＤ発光装置１の製造方法を説明するための図である。
【図３】ＬＥＤ発光装置１の放熱の様子を説明するための図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る他のＬＥＤ発光装置２の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢＢ’線に沿った断面図である。
【図５】（ａ）は本発明に係る更に他のＬＥＤ発光装置３の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣＣ’線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るＬＥＤ発光装置について詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００１８】
図１（ａ）は本発明に係るＬＥＤ発光装置１の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡＡ’線に沿った断面図である。
【００１９】
実装基板１１０は、その上面にＬＥＤ素子１３０が実装される平面領域を有する基板であり、放熱性を高めるためにアルミニウムで構成される。実装基板１１０は、アルミニウムに限られるものではなく、耐熱性および放熱性に優れた他の素材で構成される金属基板であっても良い。実装基板１１０は略正方形の形状を有しているが、同様に、この形状に限られるものではない。
【００２０】
回路基板１２０は、実装基板１１０と同じ大きさの略正方形の形状を有し、その中心部には円形の開口部１２１が形成されている。回路基板１２０の下面は、接着シートにより実装基板１１０上に貼り付けられて固定される。回路基板１２０は、断熱性のガラスエポキシ（ガラス繊維にエポキシ樹脂を染みこませ熱硬化処理を施したもの）により形成される。ガラスエポキシの熱伝導率は概ね１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。しかしながら、回路基板１２０は、ガラスエポキシ以外の熱伝導率の低い素材から形成されてもよい。言い換えると、回路基板１２０は後述する様にＬＥＤ素子１３０が発する熱を放熱する経路と、蛍光体層１６０が発する熱を放熱する経路とを、熱的に十分に遮断できる程度の断熱性を有することが必要である。
【００２１】
回路基板１２０の上面には、接続電極１２３Ａ及び接続電極１２３Ｂが、それぞれ形成されている。接続電極１２３Ａ、１２３Ｂは一方がアノード電極で他方がカソード電極である。また、回路基板１２０の上面には、金属製の放熱端子１２５Ａ及び放熱端子１２５Ｂが、それぞれ形成されている。
【００２２】
ＬＥＤ素子１３０は、青色光を発するＬＥＤ素子であり、回路基板１２０の開口部２１から露出している実装基板１１０上に実装される。ＬＥＤ素子１３０として、青色光以外の光を発するＬＥＤ素子を用いても良い。開口部１２１から露出している実装基板１１０上には、ＬＥＤ素子１３０又は蛍光体層１６０が発する光を反射する効果を高めるための増反射膜を形成してもよい。増反射膜としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）及び二酸化チタン（ＴｉＯ2）のように、屈折率の差が大きい誘電体の薄膜対から成る多層膜（当該薄膜対を複数積層してもよい）を用いることができる。
【００２３】
ＬＥＤ発光装置１には、２１個のＬＥＤ素子１３０が実装される。ＬＥＤ素子１３０の下面は、実装基板１１０と熱的に接続されるように、透明な絶縁性の接着剤により、実装基板１１０の上面に固定される。また、ＬＥＤ素子１３０は上面に一対の素子電極を有し、隣接するＬＥＤ素子１３０の素子電極は、ボンディングワイヤ１３１により相互に接続される。開口部１２１の外周側に位置するＬＥＤ素子１３０から出たボンディングワイヤ１３１は、接続電極１２３Ａと導通されている配線パターン１２２Ａ及び接続電極１２３Ｂと導通されている配線パターン１２２Ｂに接続される。接続電極１２３Ａ、１２３Ｂに電圧が印加されることにより、ＬＥＤ素子１３０が発光する。なお、ＬＥＤ素子１３０の個数は２１個に限定されるものではない。
【００２４】
枠体１４０は、開口部１２１の大きさに合わせて構成された円形の枠体であり、回路基板１２０の上面で放熱フィルム１２４Ａ、１２４Ｂの一部と重なる位置に固定される。枠体１４０は、アルミニウムから成るが、他の熱伝導率の高い素材から構成されてもよい。また、枠体１４０は、ＬＥＤ素子１３０から側方に出射された光を反射する機能を有していてもよい。
【００２５】
透光性蓋部材１５０は、単結晶サファイアから成り、枠体１４０の大きさに合わせて構成された円板状をしている。透光性蓋部材１５０は、枠体１４０と熱的に接続するように、且つ、ＬＥＤ素子１３０を覆う様に枠体１４０の上部に固定されている。単結晶サファイアの熱伝導率は、２０℃においておよそ４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。しかしながら、透光性蓋部材１５０の素材はこれに限るものではなく、透光性及び熱伝導性を有する限り他の素材から形成されてもよく、熱伝導率が高いものが好ましい。
【００２６】
蛍光体層１６０は、シリコン樹脂によるバインダ樹脂に、蛍光体粒子が分散混入されて構成された層である。なお、バインダ樹脂としてはエポキシ樹脂等を利用することができる。蛍光体層１６０は、ＬＥＤ素子１３０との間に間隔を設けて透光性蓋部材１５０の裏面上に固定される。蛍光体層１６０に含まれる蛍光体粒子は、ＬＥＤ素子１３０の青色光の少なくとも一部を波長変換して黄色光を発する。すなわち、ＬＥＤ素子１３０の青色光の少なくとも一部によって励起され、黄色光を発する。ＬＥＤ素子１３０の青色光と蛍光体粒子が発する黄色光とが混合し、透光性蓋部材１５０の上面からは白色光が発せられる。なお、蛍光体層１６０は、バインダ樹脂を有さず、焼結等の方法によって透光性蓋部材１５０の裏面に固定された蛍光体粒子からなる層であってもよい。この場合にも、蛍光体層１６０は透光性蓋部材１５０と熱的に接続される。
【００２７】
充填材１７０は、実装基板１１０、回路基板１２０、ＬＥＤ素子１３０、枠体１４０、透光性蓋部材１５０、及び蛍光体層１６０によって囲まれた空間に充填されたシリコン系の紫外線硬化樹脂であり、ＬＥＤ素子１３０と蛍光体層１６０とを隔てている。充填材１７０は、例えばエポキシ樹脂を利用することができる。充填材１７０は、実装基板１１０、枠体１４０、透光性蓋部材１５０、及び蛍光体層１６０のいずれの熱伝導率よりも極めて低い熱伝導率（例えば、約１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下）を有する。
【００２８】
図２は、ＬＥＤ発光装置１の製造方法を説明するための図である。
【００２９】
図２（ａ）に示す様に、まず、上面に配線パターン１２２Ａ、１２２Ｂ及び放熱フィルム１２３Ａ、１２３Ｂが設けられた回路基板１２１を、実装基板１１０の上面に接着シートにより接着する。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示す様に、２１個のＬＥＤ素子１３０を開口部１２１から露出した実装基板１１０上に、高熱伝導性のダイボンド材により接着する。
【００３１】
次に、図２（ｃ）に示す様に、ボンディングワイヤ２３１によって、配線パターン１２２Ａと１２２Ｂとの間に、７個のＬＥＤ素子１３０が直列に接続されたグループ３つを互いに並列に接続する。
【００３２】
次に、図２（ｄ）に示す様に、枠体１４０を、放熱フィルム１２３Ａ、１２３Ｂを覆う様に、回路基板１２０の上に高熱伝導性のダイボンド材により接着する。
【００３３】
次に、充填材１７０を枠体１４０の内部に充填し、蛍光体層１６０が固定された円形の透光性蓋部材１５０を、蛍光体層１６０が実装基板１１０側になるように、枠体１４０の上部に高熱伝導性のダイボンド材により接着する。更に、透光性蓋部材１５０の上部から紫外線を照射して、充填材１７０を硬化させ、ＬＥＤ発光装置１を得る（図１参照）。
【００３４】
図３は、ＬＥＤ発光装置１の放熱の様子を説明するための図である。
【００３５】
ＬＥＤ素子１３０は、発光する際に熱を発する。上述の通り実装基板１１０の熱伝導率は充填材１７０の熱伝導率に比して極めて高いので、矢印Ｔ１に示す様に、ＬＥＤ素子１３０が発した熱の大部分は実装基板１１０内へ移動する。実装基板１１０に移動した熱は、実装基板１１０内を拡散しながら、矢印Ｔ２に示す様に、対流や熱伝導等によって実装基板１１０の外部へ放熱される。回路基板１２０は熱伝導率が低いため、実装基板１１０に移動した熱のほとんどは回路基板１２０内へは移動しない。以上の様にして、ＬＥＤ素子１３０が発する熱がＬＥＤ発光装置１の外部へ放熱される。
【００３６】
一方、蛍光体粒子を含有する蛍光体層１６０は、ＬＥＤ素子１３０の光により蛍光体粒子が励起されて黄色光を発する際に熱を発する。上述の通り透光性蓋部材１５０の熱伝導率は充填材１７０の熱伝導率に比して極めて高いので、矢印Ｔ３に示す様に、蛍光体層１６０が発した熱の大部分は充填材１７０ではなく透光性蓋部材１５０内へと移動する。蛍光体層１６０から透光性蓋部材１５０内に移動した熱の大部分は、矢印Ｔ４に示す様に透光性蓋部材１５０内を拡散し、透光性蓋部材１５０内に移動した熱の一部分は矢印Ｔ７に示す様に外部へ放熱される。透光性蓋部材１５０内を拡散した熱の大部分は、矢印Ｔ５に示す様に、枠体１４０内へ移動する。
【００３７】
枠体１４０内に移動した熱の一部は、矢印Ｔ６に示す様に対流や熱伝導等によって枠体１４０の側面から外部へ放熱される。また、枠体１４０内に移動した熱の他の一部は、金属製の放熱フィルム１２４Ａ、１２４Ｂへ移動し、放熱端子１２５Ａ、１２５Ｂを経て外部の放熱部（例えば、放熱端子１２５Ａ、１２５Ｂに熱的に接続されたＬＥＤ発光装置１をパッケージングする装置の金属部材等）へ放熱される。回路基板１２０は熱伝導率が低いため、枠体１４０内に移動した熱のほとんどは回路基板１２０内へは移動しない。以上の様にして、蛍光体層１６０が発する熱がＬＥＤ発光装置１の外部へ放熱される。
【００３８】
上述の通り、ＬＥＤ発光装置１において、ＬＥＤ素子１３０が発する熱と蛍光体層１６０が発する熱とは異なる経路を移動し、互いに混合されることなく外部へと放熱される。したがって、ＬＥＤ発光装置１では、ＬＥＤ素子１３０が発する熱を放熱する経路と、蛍光体層１６０が発する熱を放熱する経路とを熱的に遮断する様にしたので、放熱性が向上する。
【００３９】
図４（ａ）は本発明に係る他のＬＥＤ発光装置２の斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢＢ’線に沿った断面図である。
【００４０】
ＬＥＤ発光装置２では、ＬＥＤ発光装置１における充填材１７０の代わりに空気層２７０が設けられており、ＬＥＤ素子１３０と蛍光体層１６０は空気層２７０により隔てられている。ＬＥＤ発光装置２のその他の点は、ＬＥＤ発光装置１と同様である。
【００４１】
一般に、空気は樹脂よりも熱伝導率が低い。そのため、両者が充填材によって隔てられたＬＥＤ発光装置１よりも、両者が空気層によって隔てられたＬＥＤ発光装置２の方が、ＬＥＤ素子と蛍光体層との間の熱の移動を妨げる効果が高い。したがって、ＬＥＤ発光装置２では、更に放熱性が向上する。
【００４２】
図５（ａ）は本発明に係る更に他のＬＥＤ発光装置３の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＣＣ’線に沿った断面図である。
【００４３】
ＬＥＤ発光装置３では、ＬＥＤ発光装置１における枠体１４０の代わりに他の枠体３４０が設けられている。ＬＥＤ発光装置３のその他の点は、ＬＥＤ発光装置１と同様である。
【００４４】
ＬＥＤ発光装置３の枠体３４０の側面には、多数の溝から成る放熱フィン３４１が設けられている。放熱フィン３４１の溝の深さ、幅、数、及び形状等は特に限定されない。また、放熱フィン３４１は、枠体３４０の全周に渡って設けられている必要はなく、枠体３４０の一部にのみ設けられていてもよい。
【００４５】
ＬＥＤ発光装置３では、放熱フィン３４１によって、枠体３４０が外部に接触する面積が増加する。よって、蛍光体層１６０に含有される蛍光体粒子から発せられ、透光性蓋部材１５０を通り枠体３４０に到達した熱が枠体３４０から外部へと放熱される効果が、更に高まる。したがって、ＬＥＤ発光装置３では、更に放熱性が向上する。なお、ＬＥＤ発光装置３では、ＬＥＤ発光装置２のように、充填材１７０を空気層に代えても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１、２、３    ＬＥＤ発光装置
１１０    実装基板
１２０    回路基板
１３０    ＬＥＤ素子
１４０、３４０    枠体
１５０    透光性蓋部材
１６０    蛍光体層
１７０    充填材
２７０    空気層
３４１    放熱フィン
【図１】
2016162860.tif 000003
【図２】
2016162860.tif 000004
【図３】
2016162860.tif 000005
【図４】
2016162860.tif 000006
【図５】
2016162860.tif 000007