JP5237540B2

JP5237540B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5237540B2
Application number: JP2006254810A
Authority: JP
Inventors: 策雄鎌田; 恭志西岡; 洋二浦野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2007116129A

Description

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。

近年のＬＥＤチップの高出力化に伴って、ＬＥＤチップを照明用途に利用する発光装置の開発が進められている（例えば特許文献１参照）。

上記特許文献に開示された発光装置は、金属などの無機材料により一面開口の箱形に形成された基材と、透明なガラス或いはセラミックからなり基材の開口を塞ぐ気密容器形成材とで構成される気密容器を備え、基材の底壁に複数個のＬＥＤチップを分散して実装してあり、ＬＥＤチップの発光は気密容器形成材を通して気密容器の外部に照射されるようになっている。
特開２００４−１１９６３４号公報

上記構成の発光装置では、金属などの無機材料からなる基材の底壁にＬＥＤチップを直接実装しているので、ＬＥＤチップの材料と基材の材料との線膨張率の差に起因して、ＬＥＤチップに応力が加わる虞があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、線膨張率の差に起因してＬＥＤチップに加わる応力を低減した発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが搭載された実装基板と、透光性材料により形成されて前記ＬＥＤチップおよび前記ＬＥＤチップの電極に電気的に接続されたボンディングワイヤを封止する封止部と、前記封止部を透過した前記ＬＥＤチップからの放射光の配光を制御する光学部材と、前記光学部材を覆うようにして前記実装基板に配置された保護カバーとを備える。前記ＬＥＤチップは、前記実装基板側の一表面にアノード電極又はカソード電極の内の一方が、他表面に前記アノード電極又は前記カソード電極の内の他方がそれぞれ形成されている。前記実装基板は、熱伝導性材料からなり前記ＬＥＤチップが搭載される伝熱板と、前記伝熱板における前記ＬＥＤチップの非搭載部位に積層され、前記ＬＥＤチップの電極に前記ボンディングワイヤを介して電気的に接続されるリードパターンが前記伝熱板と反対側の表面に形成された絶縁性基材とからなる。前記伝熱板における前記ＬＥＤチップの搭載部位にサブマウント部材を配置し、前記サブマウント部材を介して前記ＬＥＤチップを前記伝熱板に搭載する。前記サブマウント部材の材料を、導体又は半導体の何れかであって前記ＬＥＤチップの材料と線膨張率が略同じ材料とし、前記サブマウント部材に前記ＬＥＤチップの一方の電極を電気的に接続し、前記サブマウント部材と前記リードパターンの間を前記ボンディングワイヤを介して電気的に接続する。そして、前記光学部材の光出射面は凸曲面状であり、前記保護カバーは、透光性材料及び蛍光体を含む材料によりドーム状に形成され、前記光学部材の前記光出射面と前記保護カバーの内面との間の距離が略一定値となるように、前記光出射面と前記内面との間に隙間を設けた状態で、前記光出射面を覆うように設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、伝熱板とＬＥＤチップとの間に、ＬＥＤチップの材料と線膨張率が略同じ材料で形成されたサブマウント部材を配置しているので、熱膨張率の差に起因してＬＥＤチップに加わる応力を低減できるという効果がある。さらに、ＬＥＤチップにおける実装基板側の表面に一方の電極が形成され、サブマウント部材が導体又は半導体の何れかで形成されているので、ＬＥＤチップの一方の電極をサブマウント部材に接続するとともに、サブマウント部材とリードパターンとの間をボンディングワイヤを介して電気的に接続することによって、ＬＥＤチップとリードパターンとの間を電気的に接続することができ、サブマウント部材そのものを電路の一部として利用できるから、サブマウント部材の表面に電極パターンを形成する必要が無く、コストダウンを図ることができるという効果もある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図３を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が搭載された実装基板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を囲む枠体４０と、枠体４０の内側に透明樹脂材料を充填して形成されて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を封止し且つ弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重ねて配置されるレンズなり封止部５０を透過したＬＥＤチップ１０からの放射光の配光を制御する光学部材６０と、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蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であって、光学部材６０の光出射面６０ｂ側に光学部材６０を覆い光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設されるドーム状の保護カバー７０とを備えている。

なお発光装置１は、例えば照明器具の光源として用いるものであり、例えば、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）により形成される絶縁層９０を介して金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００に実装することで、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗が小さくなって、放熱性が向上する。従って、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制でき、入力電力を大きくできるから、光出力の高出力化を図ることができる。

実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０が搭載される金属板２１（伝熱板）と、金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の非搭載部位に積層されたガラスエポキシ基板のような絶縁性基材２２ａからなる配線基板２２とで構成される。絶縁性基材２２ａにおける金属板２１と反対側の表面には、ＬＥＤチップ１０の図示しない両電極（アノード電極およびカソード電極）にそれぞれ電気的に接続される一対のリードパターン２３が形成される。また絶縁性基材２２ａにおいてＬＥＤチップ１０に対応する部位に窓孔２４が設けられており、窓孔２４から露出する金属板２１の表面に後述のサブマウント部材３０を介してＬＥＤチップ１０が搭載されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱は絶縁性基材２２ａを介さずに金属板２１に伝熱できるようになっている。ここにおいて、金属板２１の材料としてはＣｕＷを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、ＣｕＷに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。なお、金属板２１と絶縁性基材２２ａとは、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材２５により固着されている。また、各リードパターン２３は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、平面視において枠体４０よりも内側の部位がインナーリード部（ボンディング電極）２３ａ，２３ａとなり、保護カバー７０に覆われていない部位がアウターリード部（接続用電極）２３ｂ，２３ｂとなっている。

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。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よりも金属板２１から離れた側となるように金属板２１に搭載されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも金属板２１に近い側となるように金属板２１に搭載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を金属板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を金属板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。

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て、ＬＥＤチップ１０と金属板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サブマウント部材３０を介して金属板２１に搭載されている。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で発生した熱を金属板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。サブマウント部材３０の材料としては、導体又は半導体の何れかであって、線膨張率がＬＥＤチップ１０の線膨張率と略同じで熱伝導率が比較的高い材料を用いている。ここにおいて、線膨張率が略同じとは、ＬＥＤチップ１０の線膨張率を中心値とした場合に±３×１０^−６／Ｋの範囲内である場合を言い、本実施形態ではＬＥＤチップ１０の材料であるＳｉＣ（線膨張率４．２×１０^−６／Ｋ）の線膨張率に比較的近い線膨張率を有するＳｉ（線膨張率２．６×１０^−６／Ｋ、熱伝導率１６８Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いている。

なお、サブマウント部材３０の材料をＳｉのような半導体材料に限定する趣旨のものではなく、線膨張率がＬＥＤチップ１０の材料に比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い導体材料又は半導体材料を選定すれば良い。また本実施形態では、導電性基板１１を下側（サブマウント部材３０側）にしてＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０に実装されているので、サブマウント部材３０の材料として、導電性基板１１の材料であるＳｉＣの線膨張率と略同じ材料を用いているが、発光部１２を下側（サブマウント部材３０側）にしてＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０に実装された場合には、サブマウント部材３０の材料として、発光部１２の材料と線膨張率が略同じ材料を用いれば良い。

ここにおいて、本実施形態では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、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の発光色も青色に限らず、例えば赤色や緑色などでもよい。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。ここで、ＬＥＤチップ１０（つまり導電性基板１１）の材料としてＧａＮ（線膨張率５．５９×１０^−６／Ｋ）やＧａＡｓ（線膨張率５．９×１０^−６／Ｋ）を用いる場合には、これらの材料の線膨張率に比較的近い線膨張率を有するＣｕＷ（線膨張率６．４×１０^−６／Ｋ、熱伝導率１６８Ｗ／ｍ・Ｋ）をサブマウント部材３０の材料として用いれば良いし、ＬＥＤチップ１０の材料としてＧａＰ（線膨張率４．６５×１０^−６／Ｋ）を用いる場合には、線膨張率が比較的近いＷ（線膨張率４．５×１０^−６／Ｋ、熱伝導率１７８Ｗ／ｍ・Ｋ）をサブマウント部材３０の材料として用いれば良い。

また、サブマウント部材３０の表面（金属板２１と反対側の面）にはＬＥＤチップ１０が実装され、サブマウント部材３０の表面においてＬＥＤチップ１０の非実装部位には金属細線（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の一端を接続するとともに、ボンディングワイヤ１４の他端を一方のリードパターン２３に接続することで、ＬＥＤチップ１０のカソード電極が、サブマウント部材３０および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に電気的に接続される。またＬＥＤチップ１０のアノード電極は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。なお、サブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面には、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜（例えばＮｉ膜とＡｇ膜との積層膜からなる）を形成しても良い。

上述の封止部５０の透明樹脂材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。

これに対して、枠体４０は、円筒状の形状であって、例えばシリコーンのような透光性材料により形成されている。要するに、本実施形態では、封止部５０の材料である封止樹脂と同等の線膨張率を有する透光性材料により枠体４０を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体４０を実装基板２０に固着した後で枠体４０の内側に上記封止樹脂を充填（ポッティング）して熱硬化させることで封止部５０を形成してある。なお、封止部５０の封止樹脂としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体４０の透光性材料としてアクリル樹脂を採用することが望ましい。

光学部材６０は、封止部５０側の光入射面６０ａおよび光出射面６０ｂそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。ここにおいて、光学部材６０は、シリコーン樹脂の成形品により構成してあり、封止部５０と屈折率が同じ値となっているが、光学部材６０はシリコーンの成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。

ところで、光学部材６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、光学部材６０は、当該光学部材６０の光軸がＬＥＤチップ１０の厚み方向に沿った発光部１２の中心線上に位置するように配置されている。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および空気層８０を伝搬して保護カバー７０まで到達し、保護カバー７０の蛍光体を励起したり、蛍光体には衝突せずに保護カバー７０を透過したりする。

保護カバー７０は、シリコーンのような透明材料と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とを混合した混合物の成形品により構成されている（つまり、保護カバー７０は透光性材料と蛍光体とで形成される。）。したがって、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが保護カバー７０の外面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、保護カバー７０の材料として用いる透明材料はシリコーンに限らず、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、保護カバー７０の材料として用いる透明材料に混合する蛍光体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を混合しても白色光を得ることができる。本実施形態の保護カバー７０は発光部分を保護する機能と色変換の機能とを備えているが、保護カバー７０に必ずしも色変換の機能を持たせる必要はなく、単なる保護のみの目的に用いても良い。この場合には蛍光体が不要となり、透光性材料のみで保護カバー７０が形成される。

ここで、保護カバー７０は、内面７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、光学部材６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと保護カバー７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、保護カバー７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。保護カバー７０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて接着すればよい。また保護カバー７０と光学部材６０との間に空気層８０が形成されており、この空気層８０が断熱層として機能するので、保護カバー７０の蛍光体で発生した熱がＬＥＤチップ１０へ伝熱されるのを抑制することができる。

以上説明したように本実施形態の発光装置１では、金属板２１におけるＬＥＤチップ１０の搭載部位に、導体材料又は半導体材料の何れかであって、ＬＥＤチップ１０の材料と線膨張率が略同じ材料で形成されたサブマウント部材３０を設けてある。すなわち金属板２１とＬＥＤチップ１０との間に、ＬＥＤチップ１０の材料と線膨張率が略同じ材料で形成されたサブマウント部材３０を配置しているので、熱膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に加わる応力を低減できる。またサブマウント部材３０の材料としては熱伝導率の良好な材料を用いているので、ＬＥＤチップ１０の放熱性を向上させることができる。さらに、ＬＥＤチップ１０における実装基板２０側の表面にアノード電極又はカソード電極の内の一方が形成され、サブマウント部材３０が導体又は半導体の何れかで形成されているので、ＬＥＤチップ１０の一方の電極をサブマウント部材３０に電気的に接続するとともに、サブマウント部材３０とリードパターン２３との間をボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続することによって、ＬＥＤチップ１０とリードパターン２３との間を電気的に接続することができ、サブマウント部材３０そのものを電路の一部として利用できるから、サブマウント部材３０の表面に電極パターンを形成する必要が無く、コストダウンを図ることができる。またサブマウント部材３０の厚みは、絶縁性基材２２ａよりも厚めに形成されているので、サブマウント部材３０に搭載されたＬＥＤチップ１０が、絶縁性基材２２ａの表面よりも上方に位置することになり、ＬＥＤチップ１０から側方に照射された光が絶縁性基材２２ａに遮光されてケラレが発生するのを防止でき、光取り出し効率が向上するという利点がある。

なお、本各実施形態では、サブマウント部材３０にＬＥＤチップ１０を１つだけ実装しているが、それぞれ実装基板２０側（サブマウント部材３０側）の一表面にアノード電極又はカソード電極の内の一方が形成されるとともに、他表面にアノード電極又はカソード電極の内の他方が形成された複数個のＬＥＤチップをサブマウント部材３０に搭載し、さらにサブマウント部材３０をボンディングワイヤ１４を介してリードパターン２３に電気的に接続することにより、一方の電極をサブマウント部材３０及びボンディングワイヤ１４を介してリードパターン２３に電気的に接続するとともに、各ＬＥＤチップ１０の他表面に形成された電極をボンディングワイヤ１４を介して直接リードパターン２３に電気的に接続することによって、１つのサブマウント部材３０に複数個のＬＥＤチップ１０を実装するようにしても良い。またサブマウント部材３０に複数個のＬＥＤチップ１０を実装する場合、異なる波長の光をそれぞれ照射する複数種類のＬＥＤチップ１０を実装すれば、複数種類のＬＥＤチップ１０からの照射光を混色することによって、所望の発光色を得ることができる。なお、この場合には保護カバー７０に色変換の機能を持たせる必要はなく、保護カバー７０を透光性材料のみで形成し、単なる保護のみの目的で保護カバー７０を用いても良い。

（実施形態２）
以下、本実施形態の発光装置１を図４〜図８に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４及び図５に示すように光学部材６０と枠体４０とが同一の透光性材料（例えばシリコーンなど）により一体成形されている点などが相違している。なお実施形態１と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

また、本実施形態における絶縁性基材２２ａは、金属板２１側とは反対の表面に、リードパターン２３，２３とリードパターン２３，２３が形成されていない部位とを覆う白色系の樹脂からなるレジスト層２６（図４および図６参照）が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射され、レジスト層２６の表面に入射した光がレジスト層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が絶縁性基材２２ａにおける金属板２１と反対側の表面（図４の上面）を通して吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率を向上させて、光出力の向上を図ることができる。

なお、レジスト層２６には、絶縁性基材２２ａの窓孔２４の近傍において各リードパターン２３，２３のインナーリード部２３ａ，２３ａを露出させる円形状の開口部２６ａが形成されるとともに、絶縁性基材２２ａの周部において各リードパターン２３，２３のアウターリード部２３ｂ，２３ｂをそれぞれ露出させる円形状の開口部２６ｂ，２６ｂが形成されている。

また本実施形態における光学部材６０は、封止部５０側の光入射面６０ａが平面状に形成されるとともに、光出射面６０ｂが凸曲面状に形成されており、平凸レンズ状に形成されている。

ここにおいて、光学部材６０と枠体４０とは上述のように同一の透光性材料（例えばシリコーンなど）により一体成形されており（換言すれば光学部材６０と枠体４０とが連続一体に形成されており）、封止部５０と屈折率および線膨張率が略同じ値に形成されている。なお光学部材６０および枠体４０の透光性材料は、封止部５０の封止材料と同等の線膨張率を有する材料を用いるのが好ましい。また光学部材６０と枠体４０とは、封止部５０の封止材料の屈折率および弾性率を下回らない透光性材料により一体成形すれば良く、例えば封止部５０の封止樹脂がアクリル樹脂である場合には、光学部材６０と枠体４０とをアクリル樹脂により一体成形しても良い。

また、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０が、実装基板２０の最表面（レジスト層２６の表面）を含む平面から、当該平面の法線方向において離間した位置に配置されており、光学部材６０と枠体４０とで構成されるレンズブロックにおいて光学部材６０と枠体４０とで囲まれた空間がＬＥＤチップ１０を収納する収納凹部を構成している（図４参照）。

ところで、本実施形態の発光装置１の製造方法としては、図７に示すように、ＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、光学部材６０と枠体４０とで囲まれる空間（つまり上記の収納凹部）に封止部５０となる透明な液状の封止樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）５０ｃを注入し、枠体４０を実装基板２０側にして上記収納凹部内にＬＥＤチップ１０が収納される形で光学部材６０と枠体４０とを実装基板２０に配置し、封止樹脂材料５０ｃを硬化させることによって封止部５０を形成する方法が考えられる。しかしながら、このような製造方法では製造過程において封止部５０にボイドが発生する可能性があるため、以下のような製造方法で製造することが好ましい。

すなわち、発光装置１を製造するにあたって、図８に示すように実装基板２０にＬＥＤチップ１０を搭載してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を封止部５０の一部となる透明な液状の第１の封止樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）５０ａにより覆うとともに、光学部材６０と枠体４０とで囲まれる空間（収納凹部）に、第１の封止樹脂材料５０ａと同一の透明な液状の材料からなり、封止部５０の他の部分となる第２の封止樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）５０ｂを注入し、枠体４０を実装基板２０側にして上記収納凹部内にＬＥＤチップ１０が収納される形で光学部材６０と枠体４０とを実装基板２０に配置して、第１および第２の封止樹脂材料５０ａ，５０ｂを接触させ、両封止樹脂材料５０ａ，５０ｂを硬化させることによって封止部５０を形成するのである。このような製造方法によれば、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。

ここで、第２の封止樹脂材料５０ｂを収納凹部内に注入する前に、第１の封止樹脂材料５０ａを硬化させておけば、第１の封止樹脂材料５０ａの粘度が低下し上記収納凹部内に閉じ込められたボイド（気泡）が抜けやすくなるという利点がある。なお本実施形態では、実装基板２０のレジスト層２６に形成した円形状の開口部２６ａの内径を保護カバー７０の開口部（実装基板２０と接触する端縁）の外径よりもやや大きな寸法に設定してあり、第１の封止樹脂材料５０ａをポッティングした際に開口部２６ａの内周面近傍まで流れ込んだ第１の封止樹脂材料５０ａを、保護カバー７０と実装基板２０とを接合する接着剤として利用している。

以上説明したように本実施形態の発光装置１では、光学部材６０と枠体４０とが同一の透光性材料により一体成形されているので、光学部材６０と枠体４０とが別部品で構成されている場合に比べて部品点数を少なくできるとともに、光学部材６０とＬＥＤチップ１０との位置合わせが容易にできるので、ＬＥＤチップ１０と光学部材６０との光軸のずれに起因した光出力の低下を抑制することができる。

（実施形態３）
以下、本実施形態の発光装置を図９および図１０に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態２と略同じであって、図９に示すようにレジスト層２６に設けた開口部２６ａの内径を、保護カバー７０の開口部（実装基板２０と接触する端縁）の内径よりもやや小さい寸法に設定してあり、保護カバー７０における実装基板２０側の端縁とレジスト層２６における開口部２６ａの周部とを全周に亘って接着剤からなる接合部７５により接合している点が相違する。なお実施形態２と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

この発光装置１の製造にあたっては、実施形態２と同様、図１０に示すように実装基板２０にＬＥＤチップ１０を搭載してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を封止部５０の一部となる透明な液状の第１の封止樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）５０ａにより覆うとともに、光学部材６０と枠体４０とで囲まれる空間（収納凹部）に、第１の封止樹脂材料５０ａと同一の透明な液状の材料からなり封止部５０の他の部分となる第２の封止樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）５０ｂを注入し、枠体４０を実装基板２０側にして上記収納凹部内にＬＥＤチップ１０が収納される形で光学部材６０と枠体４０とを実装基板２０に配置して、第１および第２の封止樹脂材料５０ａ，５０ｂを接触させ、両封止樹脂材料５０ａ，５０ｂを硬化させることによって封止部５０を形成するのである。このような製造方法によれば、実施形態２で説明したのと同様に、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。

ここにおいて、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、レジスト層２６により、保護カバー７０の接合部位まで第１の封止樹脂材料５０ａが流れ込むのを防止しており、保護カバー７０の実装基板２０側の端縁と実装基板２０とを接着剤により接合しているので、保護カバー７０と実装基板２０との間に介在する接合部７５の厚みの制御が容易になるとともに、保護カバー７０と実装基板２０との接合の信頼性が向上する。なお、接合部７５を構成する接着剤としては、保護カバー７０と同じ材料を用いるのが望ましい。

（実施形態４）
以下、本実施形態の発光装置を図１１〜図１４に基づいて説明するが、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

本実施形態の発光装置１は、図１１に示すように実施形態２で説明した枠体４０を備えておらず、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材６０がドーム状（半球状）に形成されて、実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の一表面側に配設されている。また、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を封止する封止部５０は、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間に透光性を有する封止樹脂材料（例えばシリコーン樹脂）を充実することによって形成されており、保護カバー７０が、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０を覆い、光学部材６０の光出射面６０ｂとの間に空気層８０が形成されるようにして配設されている。

また本実施形態では、実装基板２０における配線基板２２として、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に給電用の一対のリードパターン２３，２３が形成されたフレキシブルプリント配線板を採用している。

ここにおいて各リードパターン２３，２３は、図１２に示すように絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。またレジスト層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各リードパターン２３，２３の１箇所が矩形状に露出し、配線基板２２の周部において各リードパターン２３，２３の１箇所が円形状に露出するようにパターニングされており、各リードパターン２３において、窓孔２４の近傍で露出する矩形状の部位（窓孔２４の対向する２辺の略中央部）が、ボンディングワイヤ１４の接続されるインナーリード部２３ａとなり、配線基板２２の周部において露出する円形状の部位がアウターリード部２３ｂとなっている。

また本実施形態ではＬＥＤチップ１０として、実装基板２０側（つまりサブマウント部材３０側）の一表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、他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）が形成されたものを用いており、カソード電極は導体又は半導体からなるサブマウント部材３０に電気的に接続されている。そして、ＬＥＤチップ１０のアノード電極と一方のリードパターン２３のインナーリード部２３ａをボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続するともに、サブマウント部材３０と他方のリードパターン２３のインナーリード部２３ａをボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続してある。ここで、２つのアウターリード部２３ｂ，２３ｂのうち、ＬＥＤチップ１０のアノード電極に電気的に接続されるアウターリード部２３ｂ（図１３中右側のアウターリード部２３ｂ）には「＋」の表示が形成され、カソード電極に電気的に接続されるアウターリード部２３ｂ（図１３中左側のアウターリード部２３ｂ）には「−」の表示が形成されているので、発光装置１における両アウターリード部２３ｂ，２３ｂの極性を視覚的に判別でき、誤接続を防止することができる。

ところで、本実施形態では配線基板２２に設けた窓孔２４は矩形状であり、図１２に示すように矩形状の窓孔２４の対向２辺の中央部近傍にインナーリード部２３ａが設けられているが、窓孔２４の対向２辺の端部付近にインナーリード部２３ａを設けても良く、ボンディングワイヤ１４の全長を長くするで、封止部５０の膨張、収縮に起因したボンディングワイヤ１４の断線が起こりにくくなって、信頼性が向上する。

なお本実施形態で用いるＬＥＤチップ１０は、結晶成長用基板として６Ｈ−ＳｉＣ基板を用いた青色ＬＥＤチップであり、実施形態１と同様に、サブマウント部材３０の材料としてＳｉのような半導体材料を用いているが、サブマウント部材３０の材料としては、線膨張率がＬＥＤチップ１０の材料に比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い導体材料又は半導体材料を採用すれば良い。

また本実施形態における発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２のレジスト層２６の表面よりも金属板２１から離れるような寸法に形成してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。なお、サブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０が接合される側の表面においてＬＥＤチップ１０の接合部位の周部に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜を形成しても良く、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止して、外部への光取り出し効率をさらに向上させることができる。

一方、光学部材６０は、実施形態２と同様に、透光性材料（例えばシリコーンなど）により形成されているが、実施形態２では平凸レンズ形状に形成されているのに対して、本実施形態ではドーム状（半球状）に形成されている。ここにおいて、光学部材６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと空気層８０との界面で全反射させないような凸曲面に形成されており、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致するように配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射され、光学部材６０の光入射面６０ａに入射した光が、光出射面６０ｂと空気層８０との界面で全反射されることなく保護カバー７０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なおＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は、封止部５０、光学部材６０および空気層８０を伝搬して保護カバー７０まで到達し、保護カバー７０の蛍光体を励起したり、蛍光体に衝突せずに保護カバー７０を透過したりする。また光学部材６０は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一様となるように形成されている。なお、本実施形態では封止部５０の材料としてシリコーン樹脂を採用しており、光学部材６０をシリコーンの成型品により構成しているので、光学部材６０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができるが、封止部５０の材料がアクリル樹脂の場合には、光学部材６０もアクリル樹脂により形成するのが好ましい。

また保護カバー７０は、内面７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されており、光出射面６０ｂの位置によらず、法線方向において光出射面６０ｂと保護カバー７０の内面７０ａとの距離が略一定値となっている。

このような発光装置１を製造するに当たっては、例えばＬＥＤチップ１０のアノード電極と一方のリードパターン２３の間、サブマウント部材３０と他方のリードパターン２３の間をそれぞれボンディングワイヤ１４，１４を介して電気的に接続した後、図１３に示すようにディスペンサ４００のノズル４０１の先端部を配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている樹脂注入孔２８に合わせてサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に、封止部５０の一部となる透明な液状の封止樹脂（例えばシリコーン樹脂）を注入してから硬化させる。その後、ドーム状の光学部材６０の内側に上記封止部５０の残部となる透明な液状の封止樹脂（例えばシリコーン樹脂）を注入してから、光学部材６０を実装基板２０における所定位置に配置して封止樹脂を硬化させることにより、封止部５０を形成するのと同時に光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後保護カバー７０を実装基板２０に固着するのである。このような製造方法によれば、製造過程において封止部５０に気泡（ボイド）が発生しにくくなり、ボイドに起因したボンディングワイヤ１４への応力集中を抑制して、信頼性を高めることができる。

なお、上記のような製造方法を採用する場合でも、製造過程において封止部５０に気泡（ボイド）が発生する可能性があるので、光学部材６０に液状の封止樹脂を多めに注入することが好ましい。

しかしながら、光学部材６０に封止樹脂を多めに注入すると、光学部材６０を実装基板２０の所定位置に配置する際に、光学部材６０に注入された液状の封止樹脂の一部が光学部材６０と実装基板２０とで囲まれる空間から外側に溢れ出て、レジスト層２６の表面に広がってしまい、溢れ出た封止樹脂が硬化してできた不要部によって光が吸収されたり、不要部の凹凸によって光が乱反射されたりして、発光装置１全体として光の取り出し効率が低下する可能性がある。

そこで、本実施形態の発光装置１では、図１１および図１３に示すように実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の開口部の端縁に重なるリング状の部位と、保護カバー７０の開口部の端縁に重なるリング状の部位との間に、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれる空間から溢れ出た封止樹脂を溜める複数の樹脂溜め用穴２７を光学部材６０の外周方向に離間して形成してある。したがって、光学部材６０に注入された液状の封止樹脂の一部が光学部材６０と実装基板２０とで囲まれる空間から外側に溢れ出たとしても、溢れ出た封止樹脂を樹脂溜め用穴２７に溜めることによって、実装基板２０の一表面において光学部材６０と保護カバー７０との間の部位に溢れ出た封止樹脂が硬化して不要部が形成されることはなく、不要部による光の吸収や不要部の凹凸による光の乱反射に起因して光取り出し効率が低下するのを抑制でき、光出力の高出力化を図ることができる。

ここで、各樹脂溜め用穴２７は、配線基板２２に形成した貫通孔２７ａと、金属板２１において貫通孔２７ａに対応する部位に形成された凹部２７ｂとで構成されており（図１１参照）、配線基板２２（つまり絶縁性基材２２ａ）の厚みを薄くしたとしても、金属板２１の厚みを十分大きくとることで樹脂溜め用穴２７の深さ寸法を大きくでき、その結果樹脂溜め用穴２７に溜めることが可能な封止樹脂の量を多くすることができる。しかも、樹脂溜め用穴２７内で硬化した封止樹脂が、ＬＥＤチップ１０から保護カバー７０への熱伝達を阻止する断熱部として機能することとなり、ＬＥＤチップ１０の発熱に伴う保護カバー７０の温度上昇を抑制でき、ＬＥＤチップ１０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。

さらに、本実施形態では、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の開口部の端縁に重なるリング状の部位と、保護カバー７０の開口部の端縁に重なるリング状の部位との間に配置されて、各樹脂溜め用穴２７を覆うリング状の光吸収防止用基板１４０を備えている（図１１及び図１４参照）。この光吸収防止用基板１４０は、実装基板２０側とは反対側の表面にＬＥＤチップ１０や保護カバー７０などからの光を反射する白色系のレジスト層が形成されているので、各樹脂溜め用穴２７内に溜まって硬化した封止樹脂からなる樹脂部によって上記の光が吸収されるのを防止することができる。なお光吸収防止用基板１４０は、光学部材６０を実装基板２０の所定位置に配置する際に溢れ出た封止樹脂が各樹脂溜め用穴２７内に充填された後で、実装基板２０の上記一表面側に載置すれば良く、その後で封止樹脂を硬化させる際に封止樹脂により実装基板２０に固着されることになる。ここで、リング状の光吸収防止用基板１４０には、図１２及び図１４に示すように各樹脂溜め用穴２７の微少領域を露出させる複数の切欠部１４２が形成されているので、樹脂溜め用穴２７内の封止樹脂を硬化させる際に空気が抜けやすく、ボイドの発生を抑制することができる。

ここにおいて、本実施形態における発光装置１では、複数の樹脂溜め用穴２７が光学部材６０の外周方向に離間して複数設けられているので、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の端縁に重なる部位と、保護カバー７０の端縁に重なる部位との間の距離を短くしながらも、実装基板２０の上記一表面上に封止樹脂からなる不要部が形成されるのを抑制することができ、またリードパターン２３，２３が樹脂溜め用穴２７によって分離されるのを防止することができるから、ＬＥＤチップ１０への給電路の低抵抗化を図ることができる。

なお、上述の各実施形態では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、結晶成長用基板である導電性基板１１としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板を用いても良く、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た場合に比べて、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の発光色も青色に限らず、例えば赤色や緑色などでもよい。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く、発光部１２の材料に応じて結晶成長用基板の材料を適宜選択すればよい。

また、上述の各実施形態では、サブマウント部材３０にＬＥＤチップ１０が１つしか実装されていないが、サブマウント部材３０に複数個のＬＥＤチップ１０を実装しても良い。サブマウント部材３０に複数個のＬＥＤチップ１０を実装する場合、異なる波長の光をそれぞれ照射する複数種類のＬＥＤチップ１０を実装すれば、複数種類のＬＥＤチップ１０からの照射光を混色することによって、所望の発光色を得ることができる。この場合には保護カバー７０に色変換の機能を持たせる必要はなく、保護カバー７０を透光性材料のみで形成し、単なる保護のみの目的で保護カバー７０を用いても良い。

なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。

実施形態を示す概略断面図である。同上を示し、一部破断した概略分解斜視図である。同上を示す要部概略平面図である。実施形態２を示す概略断面図である。同上を示し、一部破断した概略分解斜視図である。同上における配線基板の概略平面図である。同上の製造方法を説明する概略断面図である。同上の他の製造方法を説明する概略断面図である。実施形態３を示す概略断面図である。同上の製造方法を説明する概略断面図である。実施形態４を示す概略断面図である。同上の一部破断した概略分解斜視図である。同上の製造方法の説明図である。同上の概略分解斜視図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
１４ボンディングワイヤ
２０実装基板
２１金属板（伝熱板）
２２配線基板
２２ａ絶縁性基材
２３リードパターン
３０サブマウント部材
５０封止部
６０光学部材
７０保護カバー

Claims

ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが搭載された実装基板と、透光性材料により形成されて前記ＬＥＤチップおよび前記ＬＥＤチップの電極に電気的に接続されたボンディングワイヤを封止する封止部と、前記封止部を透過した前記ＬＥＤチップからの放射光の配光を制御する光学部材と、前記光学部材を覆うようにして前記実装基板に配置された保護カバーとを備え、
前記ＬＥＤチップは、前記実装基板側の一表面にアノード電極又はカソード電極の内の一方が、他表面に前記アノード電極又は前記カソード電極の内の他方がそれぞれ形成されており、
前記実装基板は、熱伝導性材料からなり前記ＬＥＤチップが搭載される伝熱板と、前記伝熱板における前記ＬＥＤチップの非搭載部位に積層され、前記ＬＥＤチップの電極に前記ボンディングワイヤを介して電気的に接続されるリードパターンが前記伝熱板と反対側の表面に形成された絶縁性基材とからなり、
前記伝熱板における前記ＬＥＤチップの搭載部位にサブマウント部材を配置し、前記サブマウント部材を介して前記ＬＥＤチップを前記伝熱板に搭載してあり、
前記サブマウント部材の材料を、導体又は半導体の何れかであって前記ＬＥＤチップの材料と線膨張率が略同じ材料とし、
前記サブマウント部材に前記ＬＥＤチップの一方の電極を電気的に接続し、前記サブマウント部材と前記リードパターンの間を前記ボンディングワイヤを介して電気的に接続し、
前記光学部材の光出射面は凸曲面状であり、
前記保護カバーは、透光性材料及び蛍光体を含む材料によりドーム状に形成され、前記光学部材の前記光出射面と前記保護カバーの内面との間の距離が略一定値となるように、前記光出射面と前記内面との間に隙間を設けた状態で、前記光出射面を覆うように設けられたことを特徴とする発光装置。