JP4013077B2

JP4013077B2 - 発光装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP4013077B2
Application number: JP2005336192A
Authority: JP
Inventors: 幹生桝井; 洋二浦野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: EP2264797A3; CN101313415B; EP1953835A1; WO2007057984A1; EP1953835A4; CN101313415A; EP1953835B1; US8278678B2; JP2007142281A; KR101010229B1; ATE534149T1; EP2264797B1; ES2374927T3; KR20080073344A; US20090095967A1; EP2264797A2

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およびその製造方法に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された回路基板と、当該回路基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲む金属製（例えば、アルミニウム製）の枠体と、枠体の内側に充填されＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤを封止した透明樹脂（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）からなる封止部とを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。ここにおいて、上記特許文献１，２に記載された枠体は、回路基板から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されるとともに内側面が鏡面となっており、ＬＥＤチップから放射された光を反射するリフレクタを兼ねている。

また、上記特許文献２には、ＬＥＤチップとして青色光を放射する青色ＬＥＤチップを用い、青色ＬＥＤチップを封止する透明樹脂に青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて発光する黄色蛍光体を分散させておくことで白色光の発光スペクトルを得ることができる発光装置が提案されている。
特開２００１−８５７４８号公報特開２００１−１４８５１４号公報

ところで、上述の発光装置において、封止部の材料としてエポキシ樹脂を用いたものでは、−４０℃の低温期間と８０℃の高温期間とを交互に繰り返すヒートサイクル試験（温度サイクル試験）を行うと、高温時に回路基板からなる実装基板の導体パターンの熱膨張に起因してボンディングワイヤが断線してしまうことがあった。また、封止部の材料としてエポキシ樹脂を用いたものでは、シリコーン樹脂を用いたものに比べて耐候性が低いという不具合があった。

これに対して、上述の発光装置において、封止部の材料としてシリコーン樹脂を用いたものでは、封止部がゲル状であって弾性を有しており、ヒートサイクル試験の高温時にボンディングワイヤが断線するのを防止することができるが、封止部の材料であるシリコーン樹脂の線膨張率が枠体の材料であるアルミニウムの線膨張率の１０倍以上の値であり、両者の線膨張率差に起因してヒートサイクル試験の低温時に封止部中にボイドが発生してしまうという不具合があった。

また、上述の発光装置においては、枠体の内側面を鏡面とすることでＬＥＤチップからの光を効率的に封止部の外部へ取り出すようにしているが、枠体の内側面での反射時に光損失が生じてしまうという不具合があった。

また、上記特許文献１に記載の発光装置において、ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズを封止部上および枠体上に跨って配置する構成を採用した場合には、枠体およびレンズの寸法精度や組立精度によりＬＥＤチップとレンズとの光軸がずれて光出力が低下してしまうことがあった。

また、上記特許文献２には、ＬＥＤチップおよびＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤを封止する封止部の一部を凸レンズ状の形状とした発光装置が記載されているが、封止部に外力が作用したときに封止部に発生した応力がＬＥＤチップおよび各ボンディングワイヤに伝達されてＬＥＤチップの発光特性の変動やボンディングワイヤの断線が起こる恐れや、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップに到達してしまう恐れがあった。

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、信頼性を高めることができるとともに光出力の向上を図れる発光装置およびその製造方法を提供することにある。

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、当該実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲んだ枠体と、枠体の内側でＬＥＤチップを封止した封止樹脂材料からなる封止部と、封止部に重なる形で配置されたレンズと、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レンズの光出射面側に配設されるドーム状の色変換部材とを備え、レンズと枠体とが同一の透明樹脂材料により一体成形されてなり、色変換部材とレンズの光出射面および枠体の外側面との間に空気層が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、レンズと枠体とが同一の透明樹脂材料により一体成形されているので、従来のように枠体が金属材料により形成されている場合に比べて枠体と封止部との線膨張率差を小さくすることができ、ヒートサイクル試験の低温時に封止部にボイドが発生するのを抑制することができるから、信頼性を高めることができ、しかも、枠体で光の反射損失が生じるのを抑制することができるから、光出力の向上を図れる。また、レンズと枠体とが別部材である場合に比べて部品点数を削減できるとともに、ＬＥＤチップとレンズとの光軸のずれに起因した光出力の低下を防止することができる。

また、この発明によれば、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レンズの光出射面側に配設されるドーム状の色変換部材を備えているので、ＬＥＤチップから放射された光と蛍光体から放射された光との混色光を得ることができ、例えば、白色光を得ることができる。また、色変換部材の肉厚を均一にすることで色むらを低減できる。

また、この発明によれば、色変換部材とレンズの光出射面および枠体の外側面との間に空気層が形成されており、色変換部材をレンズに密着させる必要がないので、色変換部材の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できるとともに、色変換部材に外力が作用したときに色変換部材に発生した応力がレンズおよび封止部を通してＬＥＤチップに伝達されるのを抑制できるという利点や、ＬＥＤチップから放射され封止部およびレンズを通して色変換部材に入射し色変換部材中の蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ側へ散乱されてレンズを透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点や、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップに到達しにくくなるという利点がある。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記レンズは、前記光出射面が、前記封止部側の光入射面から入射した光を前記光出射面と前記空気層との境界で全反射させない凸曲面状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光が前記光出射面と前記空気層との境界で全反射されることなく前記色変換部材まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記実装基板は、熱伝導性材料からなり前記ＬＥＤチップが実装される伝熱板と、前記ＬＥＤチップと伝熱板との間に介在し前記ＬＥＤチップと伝熱板との間に両者の線膨張率差に起因して前記ＬＥＤチップに働く応力を緩和するサブマウント部材と、伝熱板側とは反対の表面に前記ＬＥＤチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンが設けられるとともにサブマウント部材を露出させる窓孔が厚み方向に貫設され伝熱板に積層された絶縁性基板とからなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップで発生した熱をサブマウント部材および伝熱板を介して効率良く放熱させることができるとともに、前記ＬＥＤチップと伝熱板との線膨張率差に起因して前記ＬＥＤチップに働く応力を緩和することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記サブマウント部材は、前記ＬＥＤチップにおける前記サブマウント部材側の表面が、前記色変換部材における前記実装基板側の端縁よりも前記伝熱板から離れて位置するように厚み寸法が設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから側方に放射された光が前記色変換部材と前記実装基板との接合部を通して出射されるのを防止することができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法であって、実装基板にＬＥＤチップを実装した後、ＬＥＤチップを封止部の一部となる第１の封止樹脂材料により覆ってから、レンズと枠体とで囲まれる空間に第１の封止樹脂材料と同一材料からなり封止部の他の部分となる第２の封止樹脂材料を注入し、その後、レンズを実装基板との間に枠体が介在する形で実装基板に対向配置して各封止樹脂材料を硬化させることにより封止部を形成することを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤチップを実装基板に実装した後、レンズと枠体とで囲まれる空間に封止部となる封止樹脂材料を注入してから、レンズを実装基板との間に枠体が介在する形で実装基板に対向配置して封止樹脂材料を硬化させることにより封止部を形成するような製造方法を採用する場合に比べて、製造過程で封止部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を提供することができる。

請求項１の発明では、信頼性を高めることができるとともに光出力の向上を図れるという効果がある。

請求項５の発明では、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置を提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図５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を囲んだ枠体４０と、枠体４０の内側でＬＥＤチップ１０およびＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４を封止した封止樹脂材料からなり弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重なる形で配置されたレンズ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レンズ６０の光出射面６０ｂ側にレンズ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色変換部材７０とを備えており、レンズ６０と枠体４０とが同一の透明樹脂材料により一体成形されている。

なお、本実施形態の発光装置１は、例えば照明器具の光源として用いるものであり、例えばグリーンシートからなる絶縁層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までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上し、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るから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。ここで、照明器具の場合には、所望の光出力が得られるように、器具本体１００に複数個の発光装置１を実装して複数個の発光装置１を直列接続したり並列接続したりすればよい。

実装基板２０は、金属板２１と、金属板２１側とは反対の表面にＬＥＤチップ１０の図示しない両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン２３，２３が設けられ金属板２１に積層されたガラスエポキシ（ＦＲ４）基板からなる絶縁性基板２２と、後述のサブマウント部材３０で構成され、絶縁性基板２２にはサブマウント部材３０を露出させる窓孔２４が厚み方向に貫設されており、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が絶縁性基板２２を介さずにサブマウント部材３０および金属板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Ｃｕ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、Ｃｕに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、金属板２１が熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が実装される伝熱板を構成している。また、金属板２１と絶縁性基板２２とは、絶縁性基板２２における金属板２１との対向面に形成された金属材料（ここでは、Ｃｕ）からなる接合用金属層２５（図１および図５参照）を介して固着されている。また、各リードパターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成されている。絶縁性基板２２における金属板２１側とは反対の表面側には、各リードパターン２３，２３を覆う形で白色系の樹脂からなるレジスト層２６（図１および図５参照）が積層されており、レジスト層２６は、中央部に両リードパターン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窓２６ａが形成され、周部に各リードパターン２３，２３のアウターリード部２３ｂ，２３ｂそれぞれを露出させる円形状の開口窓２６ｂ，２６ｂが形成されている。

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よりも金属板２１に近い側となるように金属板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、上述の金属板２１に、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を介して実装されている。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。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。また、サブマウント部材３０は、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（例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜）が形成されている。

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をサブマウント部材３０を介して金属板２１に実装してあるので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および金属板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と金属板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。

上述の封止部５０の封止樹脂材料としては、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、例えばアクリル樹脂などを用いてもよい。

枠体４０は、図３に示すように円環状の形状に形成されており、レンズ６０は、封止部５０側の光入射面６０ａが平面状に形成され光出射面６０ｂが凸曲面状に形成された平凸レンズ状に形成されている。

ここにおいて、レンズ６０と枠体４０とは上述のように、同一の透明樹脂材料（ここでは、シリコーン樹脂）により一体成形されており（言い換えれば、レンズ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同じ値となっている。なお、レンズ６０と枠体４０とは封止部５０の封止樹脂材料の屈折率および弾性率を下回らない透明樹脂材料により一体成形すればよく、例えば、封止樹脂材料がアクリル樹脂である場合には、レンズ６０と枠体４０とをアクリル樹脂により一体成形してもよい。また、レンズ６０および枠体４０の透明樹脂材料は、封止樹脂材料の線膨張率と同等の線膨張率を有していればよい。

ところで、レンズ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、レンズ６０は、光出射面６０ｂが球面の一部により形成されており、当該球面の中心が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。言い換えれば、レンズ６０は、当該レンズ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。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射されレンズ６０の光入射面６０ａに入射された光が光出射面６０ｂと空気層８０との境界で全反射されることなく色変換部材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および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂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、色変換部材７０は、蛍光体を含有している）。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黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材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、色変換部材７０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、色変換部材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。

ここで、色変換部材７０は、内面７０ａがレンズ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、レンズ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と色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材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。色変換部材７０は、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）を用いて接合すればよい。

ところで、本実施形態の発光装置１では、上述のサブマウント部材３０の厚み寸法を、ＬＥＤチップ１０におけるサブマウント部材３０側の表面が色変換部材７０における実装基板２０側の端縁よりも金属板２１から離れて位置するように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が色変換部材７０と実装基板２０との接合部を通して出射されるのを防止することができる（つまり、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光が色変換部材７０を通らずに外部へ出射されるのを防止することができる）。ここで、本実施形態の発光装置１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離間した位置に配置されており、レンズ６０と枠体４０とで構成されるレンズブロックにおいてレンズ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。

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とを接続した後、レンズ６０と枠体４０とで囲まれる空間に上述の封止部５０となる液状の封止樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂）５０ｃを注入してから、レンズ６０を実装基板２０との間に枠体４０が介在する形で実装基板２０に対向配置して封止樹脂材料５０ｃを硬化させることにより封止部５０を形成するような製造方法が考えられる。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恐れがある。

そこで、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、図６に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを接続した後、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により覆ってから、レンズ６０と枠体４０とで囲まれる空間に第１の封止樹脂材料５０ａと同一材料からなり封止部５０の他の部分となる液状の第２の封止樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂）５０ｂを注入し、その後、レンズ６０を実装基板２０との間に枠体４０が介在する形で実装基板２０に対向配置して各封止樹脂材料５０ａ，５０ｂを硬化させることにより封止部５０を形成するようにしている。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の中央部に形成された円形状の開口窓２６ａの内径を色変換部材４０の最大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窓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、色変換部材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。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、レンズ６０と枠体４０とが同一の透明樹脂材料により一体成形されているので、従来のように枠体が金属材料により形成されている場合に比べて枠体４０と封止部５０との線膨張率差を小さくすることができ、ヒートサイクル試験の低温時に封止部５０にボイドが発生するのを抑制することができるから、信頼性を高めることができ、しかも、枠体４０で光の反射損失が生じるのを抑制することができるから、光出力の向上を図れる。また、レンズ６０と枠体４０とが別部材である場合に比べて部品点数を削減できるとともに、ＬＥＤチップ１０とレンズ６０との光軸のずれに起因した光出力の低下を防止することができる。

また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０はレンズ６０の光出射面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すればよく、色変換部材７０をレンズ６０および枠体４０に密着させる必要がないので、色変換部材７０の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。また、本実施形態の発光装置１では、組立時に色変換部材７０の組付けが最終工程となるので、ＬＥＤチップ１０の発光波長に応じて透明材料に対する蛍光体の配合を調整した色変換部材７０を用いることで色ばらつきを低減することもできる。また、色変換部材７０がドーム状に形成されているので、色変換部材７０の肉厚を均一にすることで色むらを低減できる。

また、本実施形態の発光装置１では、上述のように色変換部材７０とレンズ６０との間に空気層８０が形成されているので、色変換部材７０に外力が作用したときに色変換部材７０が変形してレンズ６０に当接する可能性が低くなって上記外力により色変換部材７０に発生した応力がレンズ６０および封止部５０を通してＬＥＤチップ１０や各ボンディングワイヤ１４，１４に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるＬＥＤチップ１０の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ１４，１４の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップ１０に到達しにくくなるという利点がある。

また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０およびレンズ６０を通して色変換部材７０に入射し当該色変換部材７０中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ６０側へ散乱されてレンズ６０を透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。

ここで、図８（ａ），（ｂ）に示すように、色変換部材７０の光軸とＬＥＤチップ１０の光軸とが一致しており、色変換部材７０における光軸方向の中央の位置ＰでＬＥＤチップ１０からの青色光が全方位に散乱されたとし、色変換部材７０と空気層８０との界面での全反射角をφａ、色変換部材７０と当該色変換部材７０の外側の媒質である空気との界面での全反射角をφｂ、位置Ｐで散乱された光に関して色変換部材７０の内面７０ａ側のエスケープコーンＥＣａの広がり角を２θａ、位置Ｐで散乱された光に関して色変換部材７０の外面７０ｂ側のエスケープコーンＥＣｂの広がり角を２θｂとすれば、図８（ａ）に示すように全反射角φａ，φｂが４０°のときには２θａ＝６０°、２θｂ＝９８°となり、図８（ｂ）に示すように全反射角φａ，φｂが５０°のときには２θａ＝７６°、２θｂ＝１３４°となる。

ここにおいて、色変換部材７０に用いている透明材料の屈折率をｎ、位置Ｐで散乱され内面７０ａ側のエスケープコーンＥＣａを通して放出される青色光の最大放出効率をηとすれば、η＝（１／４ｎ²）×１００〔％〕で表されるので、上述のように透明材料としてシリコーン樹脂を用いている場合には、ｎ＝１．４として、η≒１３％となる。したがって、色変換部材７０とレンズ６０との間に空気層８０が形成されていない場合には、位置Ｐで散乱された青色光の５０％がレンズ６０に戻ってしまうのに対して、空気層８０を形成したことにより、位置Ｐで散乱された青色光の１３％しかレンズ６０に戻らなくなるので、青色光による封止部５０の劣化を抑制できる。なお、エスケープコーンＥＣａを通して放出される青色光を少なくするには、色変換部材７０の厚みを大きくすることが望ましい。

（実施形態２）
図９に示す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、レジスト層２６の中央部の開口窓２６ａの内径を色変換部材７０の最大内径よりもやや小さく設定してあり、色変換部材７０における実装基板２０側の端縁とレジスト層２６における開口窓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１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

したがって、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、実施形態１と同様、図１０に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを接続した後、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により覆ってから、レンズ６０と枠体４０とで囲まれる空間に第１の封止樹脂材料５０ａと同一材料からなり封止部５０の他の部分となる液状の第２の封止樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂）５０ｂを注入し、その後、レンズ６０を実装基板２０との間に枠体４０が介在する形で実装基板２０に対向配置して各封止樹脂材料５０ａ，５０ｂを硬化させることにより封止部５０を形成するようにしているが、レジスト層２６により、色変換部材７０の接合部位まで第１の封止樹脂材料５０ａが流出するのを防止しており、色変換部材７０の実装基板２０側の端縁とを接着剤により接合しているので、色変換部材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、色変換部材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の接着剤としては、色変換部材７０と同じ材料を用いるのが望ましい。

（参考例）
図１１に示す本参考例の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであって、レンズ６０と枠体４０とで構成されるレンズブロックに、レンズブロックと実装基板２０との間の空間に封止樹脂材料を注入する注入孔４１および封止樹脂材料の余剰分を排出する排出孔４２が形成されている点が相違し、実装基板２０にレンズブロックを固着した後で実装基板２０とレンズブロックとで囲まれた空間に封止樹脂材料を注入する製造方法を採用することが可能となる。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省略する。

本参考例の発光装置１の製造にあたっては、例えば、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを接続した後、レンズブロックを介して実装基板２０に固着してから、レンズブロックと実装基板２０とで囲まれた空間へレンズブロックの注入孔４１を通して未硬化の封止樹脂材料を充填し、その後、封止樹脂材料を硬化させることにより封止部５０を形成し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着すればよく、このような製造方法を採用することで、信頼性を高めることができるとともに光出力の向上を図れ、且つ低コスト化が可能な発光装置１を提供することが可能となる。また、ＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを接続した後、レンズブロックの内側に封止部５０となる封止樹脂材料を注入してから、レンズブロックを実装基板２０に対して位置決めして封止樹脂材料を硬化させることにより封止部５０を形成するような製造方法を採用する場合に比べて、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなるという利点がある。

また、本参考例の発光装置１の製造にあたっては、例えば、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを接続した後、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を封止部５０の一部となる未硬化の第１の封止樹脂材料により覆い、その後、レンズブロックを実装基板２０に固着してから、レンズブロックと実装基板２０とで囲まれた空間へ第１の封止樹脂材料と同一材料からなり封止部５０の他の部分となる未硬化の第２の封止樹脂材料をレンズブロックの注入孔４１を通して充填し、その後、第１の封止樹脂材料および第２の封止樹脂材料を硬化させることにより封止部５０を形成するようにしてもよく、製造過程で封止部５０にボイドがより発生しにくくなるという利点がある。

ところで、上述の各実施形態および参考例では、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。また、ＬＥＤチップ１０と実装基板２０との線膨張率の差が比較的小さい場合には上記各実施形態および参考例で説明したサブマウント部材３０は必ずしも設ける必要はない。また、実装基板２０についても上記各実施形態で説明した構造以外の構造を採用してもよい。

実施形態１の発光装置の概略断面図である。同上の発光装置の一部破断した概略分解斜視図である。同上の発光装置の要部概略平面図である。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。同上の発光装置における絶縁性基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ概略断面図、（ｃ）は一部破断した概略下面図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。同上の発光装置の要部説明図である。実施形態２の発光装置の概略断面図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。参考例の発光装置の概略断面図である。

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
２２絶縁性基板
２３リードパターン
２６レジスト層
３０サブマウント部材
４０枠体
５０封止部
６０レンズ
７０色変換部材
８０空気層

Claims

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された実装基板と、当該実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲んだ枠体と、枠体の内側でＬＥＤチップを封止した封止樹脂材料からなる封止部と、封止部に重なる形で配置されたレンズと、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レンズの光出射面側に配設されるドーム状の色変換部材とを備え、レンズと枠体とが同一の透明樹脂材料により一体成形されてなり、色変換部材とレンズの光出射面および枠体の外側面との間に空気層が形成されてなることを特徴とする発光装置。
前記レンズは、前記光出射面が、前記封止部側の光入射面から入射した光を前記光出射面と前記空気層との境界で全反射させない凸曲面状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記実装基板は、熱伝導性材料からなり前記ＬＥＤチップが実装される伝熱板と、前記ＬＥＤチップと伝熱板との間に介在し前記ＬＥＤチップと伝熱板との間に両者の線膨張率差に起因して前記ＬＥＤチップに働く応力を緩和するサブマウント部材と、伝熱板側とは反対の表面に前記ＬＥＤチップの両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターンが設けられるとともにサブマウント部材を露出させる窓孔が厚み方向に貫設され伝熱板に積層された絶縁性基板とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
前記サブマウント部材は、前記ＬＥＤチップにおける前記サブマウント部材側の表面が、前記色変換部材における前記実装基板側の端縁よりも前記伝熱板から離れて位置するように厚み寸法が設定されてなることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法であって、実装基板にＬＥＤチップを実装した後、ＬＥＤチップを封止部の一部となる第１の封止樹脂材料により覆ってから、レンズと枠体とで囲まれる空間に第１の封止樹脂材料と同一材料からなり封止部の他の部分となる第２の封止樹脂材料を注入し、その後、レンズを実装基板との間に枠体が介在する形で実装基板に対向配置して各封止樹脂材料を硬化させることにより封止部を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。