特許 6789650 ＬＥＤ発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6789650

(24)【登録日】2020年11月6日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/64 20100101AFI20201116BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20201116BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/64

   H01L33/50

   H01L23/36 D

   H01L23/12 J

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-62947(P2016-62947)

(22)【出願日】2016年3月28日

(65)【公開番号】特開2017-183301(P2017-183301A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年11月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097043

【弁理士】

【氏名又は名称】浅川 哲

(74)【代理人】

【識別番号】100128071

【弁理士】

【氏名又は名称】志村 正樹

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 豪一郎

【審査官】 大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５１７５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９３９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９５３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２９６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４１１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２９８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６８２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１７３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３９０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０３９２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一のＬＥＤ素子及び第二のＬＥＤ素子と、
複数の前記第一のＬＥＤ素子が上面に実装された第一の基板と、
前記第一の基板の上にあって、複数の第二のＬＥＤ素子が上面に実装された第二の基板と、
前記第二の基板の上方に前記第二のＬＥＤ素子の発光面と離間して配置された波長変換部材と、
複数の前記第二のＬＥＤ素子を取り囲むように設けられ、前記波長変換部材を支持する枠体と、
透光性の熱伝導部材と、
を備え
前記熱伝導部材は、前記第二の基板を貫通して、前記波長変換部材の下面と前記第一の基板の上面とを接続している
ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。

【請求項2】

前記第一のＬＥＤ素子の発光面が前記熱伝導部材に向くように、前記第一の基板上面を傾斜させた
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項3】

第一のＬＥＤ素子及び第二のＬＥＤ素子と、
複数の前記第一のＬＥＤ素子が実装される凹部を有する第一の基板と、
前記第一の基板の上にあって、複数の第二のＬＥＤ素子が上面に実装された第二の基板と、
前記第二の基板の上方に前記第二のＬＥＤ素子の発光面と離間して配置された波長変換部材と、
複数の前記第二のＬＥＤ素子を取り囲むように設けられ、前記波長変換部材を支持する枠体と、
透光性の熱伝導部材と、を備え
前記熱伝導部材は、前記第二の基板を貫通して、前記波長変換部材の下面と前記第一の基板とを接続し、
前記第一のＬＥＤ素子は、前記第一の基板の上面に前記熱伝導部材の周囲を取り囲むように設けられた前記凹部の内壁面に、前記第一のＬＥＤ素子の発光面が前記熱伝導部材と対峙するように配置されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置。

【請求項4】

前記熱伝導部材は、前記第一のＬＥＤ素子の発光面の上方かつ前記第二の基板の下方の領域にて、前記第二の基板から前記第一のＬＥＤ素子へ向けて断面積が漸増する領域を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項5】

前記熱伝導部材は、前記波長変換部材と接続される上端部に光散乱剤を備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項6】

前記熱伝導部材は、前記枠体と離間し、前記波長変換部材の中央部に接続するように配置されている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＬＥＤ発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ素子と各種の蛍光体とを組合せることにより白色をはじめとしてＬＥＤ素子の発光色とは異なる色の光を発する発光装置に関し、とりわけ小型でありながら高輝度と放熱性を改良したＬＥＤ発光装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ＬＥＤ照明が従来の白熱灯や蛍光灯に変わり急速に普及している。これは、特に省エネルギー、長寿命等の長所がある為であり今後さらなる普及拡大が見込まれる。ＬＥＤ発光装置は更なる小型化、高輝度化の要求があり、それらの改良に関する発光装置が提案されている。

【0003】

特許文献１に示す従来技術は、基板上に実装された複数の青色光を発するＬＥＤ素子と、シリコン等の放熱性の良い材料に貫通孔を形成することで基板に接合してＬＥＤ素子を確実に分離する隔壁を備えた型枠と、貫通孔に配設されＬＥＤ素子より発せられた光を所定の波長に変換する蛍光体フィルター板（以下、「波長変換部材」と呼ぶ）を備えた照明装置である。また、ＬＥＤ素子と波長変換部材は離間して配置されることで、波長変換部材はＬＥＤ素子からの熱による影響を受けることがない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献2】特開２００９−１３４９６５号公報（５頁−６頁、図２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置では、隔壁によってＬＥＤ素子も波長変換部材も分離されているため、照明用光源として用いようとすると、枠体によって影ができるため、一般的な照明用光源としては不向きであるという課題があった。

【0006】

そこで、上記課題を解決する方法として特許文献１に記載の照明装置から隔壁を取り除くことが考えられるが、隔壁を取り除くことで波長変換部材内にある蛍光体が励起する際に発せられる熱を効率的に逃がすことができなくなり、温度消光によって発光効率が低下するという新たな課題が発生する。

【0007】

（発明の目的）
そこで本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、発光効率を低下させることなく所定の基板面積において輝度を向上させると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第一のＬＥＤ素子及び第二のＬＥＤ素子と、上面に第一のＬＥＤ素子が実装された第一の基板と、第一の基板の上にあって、複数の第二のＬＥＤ素子が上面に実装された第二の基板と、第二の基板の上方に第二のＬＥＤ素子の発光面と離間して配置された波長変換部材と、第二のＬＥＤ素子を取り囲むように設けられ、波長変換部材を支持する枠体と、 透光性の熱伝導部材と、を備え、熱伝導部材は、第二の基板を貫通して、波長変換部材の下面と第一の基板の上面とを接続していることを特徴とする。

【0009】

これにより、基板を二層構造とすることによって、波長変換部材内の励起熱を透光性の
熱伝導部材により第一及び第二の基板へ効率的に逃がすことができる。一方、下層にある第一の基板上に実装されたＬＥＤ素子から発せられた光を、上層にある第二の基板を貫通する透光性を有する熱伝導部材を介して波長変換部材へ届けることができるので、発光量を増加させて輝度を高めることができる。この結果、発光効率を低下させることなく所定の基板面積において輝度をさらに高めると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0010】

第一のＬＥＤ素子の発光面が熱伝導部材に向かうように、第一の基板上面を傾斜させるとよい。

【0011】

第一のＬＥＤ素子は、第一の基板の上面に前記熱伝導部材の周囲を取り囲むように設けられた凹部の内壁面に、前記第一のＬＥＤ素子の発光面が前記熱伝導部材と対峙するように配置されている。

【0012】

熱伝導部材は、第一のＬＥＤ素子の発光面の上方かつ第二の基板の下方の領域にて、第二の基板から第一のＬＥＤ素子へ向けて断面積が漸増する領域を有するとよい。

【0013】

熱伝導部材は、波長変換部材と接続される上端部に光散乱剤を備えるとよい。

【0015】

これにより、ＬＥＤ素子の発光面から離間して載置された波長変換部材内の励起熱を、熱伝導部材によって基板へ効率的に逃がすことで発光効率の低下を防ぎ、放熱性が向上した分発光量を増加させて輝度を高めることができる。また、熱伝導部材が透光性を有することから熱伝導部材による影をでき難くすることができる。この結果、発光効率を低下させることなく所定の基板面積において輝度を高めると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0016】

熱伝導部材は、枠体と離間し、波長変換部材の中央部に接続するように配置されているとよい。

【発明の効果】

【0018】

上記の如く本発明によれば、ＬＥＤ素子の発光面から離間して載置された波長変換部材内の励起熱を、波長変換部材と基板とを接続する透光性の熱伝導部材によって基板へ効率的に逃がすことができるので放熱性が向上し、これにより波長変換部材からの発光量を増加させて輝度を高めることができる。また、基板を二層構造として発光量を増加させることで輝度をさらに高めると共に、波長変換部材の下面と下層側にある第一の基板の上面とを、上層側にある第二の基板を貫通して透光性の熱伝導部材で接続することによって波長変換部材内の励起熱を第一及び第二の基板に効率的に逃がすことができる。
これにより、所定の基板面積において、発光効率を低下させることなく輝度を向上させると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明のＬＥＤ発光装置の第１の実施形態を示す断面図及び斜視図である。

【図2】本発明のＬＥＤ発光装置の第２の実施形態を示す断面図である。

【図3】図２の第２の実施形態の変形例を示す断面図である。

【図4】本発明のＬＥＤ発光装置の第３の実施形態を示す断面図である。

【図5】本発明のＬＥＤ発光装置の第４の実施形態を示す断面図である。

【図6】本発明のＬＥＤ発光装置の第５の実施形態を示す断面図である。

【図7】図６の第５の実施形態の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
ただし、以下に示す実施形態は、本発明の思想を具体化するためのＬＥＤ発光装置を例示するものであって、本発明は以下に説明する構成に特定するものではない。特に実施形態に記載されている構成部材の材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく説明例に過ぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は説明をわかりやすくするために誇張していることがある。

【0021】

説明にあっては、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略するものとする。また、発明に関係のない部分は省略している。
尚、各実施形態において、「発光方向の中心線を通る断面図」を掲示しているが、「発光方向」とは、図１（ｃ）の矢印Ｐの方向を示す。また、「中心線を通る断面図」とは、図１（ｃ）のＹ−Ｙ´断面を示す。

【0022】

［第１の実施形態の説明：図１］
図１を用いて、第１の実施形態のＬＥＤ発光装置１００を説明する。図１（ａ）はＬＥＤ発光装置１００の発光方向の中心線を通る断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）の切断線Ａ−Ａ´における断面図を示す。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）の断面を説明する斜視図である（各実施形態に共通）。

【0023】

第１の実施形態の特徴は、波長変換部材３の下面と基板２０の上面とを透光性の熱伝導部材４で接続した点である。

【0024】

図１（ａ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置１００は、上面（実装面）に図示しないボンディングパッドが設けられた基板２０と、ボンディングパッドに実装された複数のＬＥＤ素子１と、貫通孔１０を備え複数のＬＥＤ素子１を取り囲むように基板２０に接合された枠体２と、枠体２の上面に支持されＬＥＤ素子１の発光面から離間して接合された波長変換部材３と、波長変換部材３の下面の中央と基板２０の上面の中央とを接続する透光性の熱伝導部材４とから構成されている。

【0025】

基板２０に実装された複数のＬＥＤ素子１は、例えば、ＧａＮ系の材料からなる発光層を持つ紫外ＬＥＤ素子あるいは青色ＬＥＤ素子を用いることができる。複数のＬＥＤ素子１は、例えばＡｕバンプを備えており、フリップチップ実装等によって実装することができる。尚、本実施例ではＬＥＤ素子１の発光面と波長変換部材３の下面は離間して配置されているので、フリップチップ実装に限定されずワイヤボンディング実装を用いることができる。

【0026】

基板２０は、例えば、表面が酸化絶縁処理された熱伝導性の高い金属基板を用い、図示しないボンディングパッド、入力電極、それらを接続する配線等が、スルーホール技術やフォトリソグラフィ技術等を用いて形成されている。また、基板２０の中央には熱伝導部材４を位置決めする凹部１２が設けられている。枠体２は、例えば、熱伝導性及び光反射性の高い金属を用い、貫通孔１０を有し、基板２０に、例えば、ハンダ、低融点ガラス、又は高い熱伝導性を有する接着剤等により接合されている。

【0027】

波長変換部材３は、例えば、ガラスに所定量の蛍光体を均一に含有させ所定の厚さの平板状に形成したものを用い、枠体２に、例えば低融点ガラスや接着剤等により接合されて
いる。熱伝導部材４は、例えば、ガラスや透光性のセラミックスなどの熱伝導性の高い透光性部材からなり、下端側は基板２０に設けられた凹部１２に嵌合させて位置決めされ、ハンダ、低融点ガラス、又は高い熱伝導性を有する接着剤等により接着されており、上端側は波長変換部材３の下面と当接又は低融点ガラスや透明接着剤等により接合されている。

【0028】

また、図１（ｂ）に示す様に、複数のＬＥＤ素子１は、基板２０の上面にマトリックス状に配置されていて、中央には透光性の熱伝導部材４が配置されている。また、基板２０の外周部は貫通孔１０を有する枠体２が複数のＬＥＤ素子１を囲うように配置されている。

【0029】

［動作の説明：図１］
図１（ａ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置１００は、所定の面積の基板２０に複数のＬＥＤ素子１が実装されており、図示しない入力電極に駆動電圧が供給されると、各ＬＥＤ素子１が例えば青色光を発光する。ＬＥＤ素子１は発光するとともに発熱するが、波長変換部材３は各ＬＥＤ素子１の発光面から離間して配置されているので、ＬＥＤ素子１の熱によって直接影響を受けることはない。また、各ＬＥＤ素子１の光の多くは、直接又は枠体２の内側面で反射して波長変換部材３に入射する。そしてＬＥＤ素子１から発せられた光は波長変換部材３内の蛍光体を励起し、ＬＥＤ素子１の光とは異なる色の励起光（例えば黄色光）を放出し、蛍光体と遭遇しなかったＬＥＤ素子１の光と混色してＬＥＤ素子１の光とは異なる色の光（例えば白色光）を放出する。また、各ＬＥＤ素子１の光の一部は、熱伝導部材４に取り込まれて波長変換部材３に導光され蛍光体を励起し、一部は熱伝導部材４を透過する。これにより、熱伝導部材５による影をでき難くしている。

【0030】

一方、波長変換部材３内では励起光の放出とともに励起熱を発生する。この励起熱の一部は、波長変換部材３の外周部から枠体２を経由して基板２０に放熱されるが、波長変換部材３の枠体から離れている中央付近には励起熱が溜まりやすい。ここで、波長変換部材４の中央と基板２０の中央を繋ぐように設けられた熱伝導部材４により、励起熱を熱伝導部材４から基板２０に効率的に逃がすことができる。このようにして、波長変換部材３は放熱性が向上するので、励起光の輝度を高めることができる。

【0031】

［効果の説明］
ＬＥＤ発光装置１００は、このような構造とすることによって、熱伝導部材４によって発光の一部を取り込んで波長変換部材３に導光し、一部は透過する。これにより、熱伝導部材による影をでき難くすることができる。また、波長変換部材の熱を枠体にのみに逃がしていた従来の放熱ルートでは、波長変換部材３の中央付近に溜まりやすかった励起熱を、波長変換部材の中央と接する熱伝導部材４を経由して基板２０の中央に逃がすことができる。これにより波長変換部材３の温度消光が低下するので発光効率の低下を防ぐことができる。この結果、発光効率を低下させることなく所定の基板面積において輝度を高めると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0032】

尚、基板２０に凹部１２を設けて熱伝導部材４を位置決めするようにしたが、これに限定されるものではなく、凹部１２を設けずに治具等を用いて位置決めして接着してもよい。また、熱伝導部材４の上端面と波長変換部材３の下面との接合において低融点ガラスや透明接着剤等を用いる場合は、接合面における屈折または界面反射等の悪影響を避けるために屈折率が互いに近い材料を選択することが望ましい。また、枠体２の貫通孔１０の形状は図に示すような角型に限定されず円形または他の形状でもよい。また、複数のＬＥＤ素子１は図のような配列や個数に限定されず輝度と放熱性を考慮して決めることが好ましい。また、熱伝導部材４は円柱状としたが、これに限定されず、角柱状としてもよく、また、直径（又は断面積）は輝度と放熱性を考慮して決めることが好ましい。また、熱伝導
部材４は波長変換部材３及び基板２０の中央以外に配置されても良く、例えば枠体と接するように配置しても良いが、波長変換部材３及び基板２０の中央に配置した時に波長変換部材３の励起熱を最も効率的に放熱することができる。

【0033】

ここで、特に限定はしないが、基板２０に用いる主な材料をあげておく。
例えば、金属であるアルミニウムにＡｌ_２Ｏ_３の酸化被膜を形成したものや、セラミックスであるＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮなどであり、より熱伝導性が高く高反射性を備えた材料であることが望ましい。
また、特に限定はしないが、枠体２に用いる主な材料をあげておく。
例えば、金属であるアルミニウムや、セラミックスであるＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮなどであり、より熱伝導性が高く高反射性を備えた材料であることが望ましい。
また、特に限定はしないが、波長変換部材３に用いる主な材料をあげておく。
例えば、ガラスに蛍光体を含有したもの、シリコーン樹脂に蛍光体を含有させたシートをサファイアに貼り付けたもの、シリコーン樹脂に蛍光体を含有したものなど透光性を備えたものであり、より熱伝導性が高い材料であることが望ましい。
また、特に限定はしないが、熱伝導部材４に用いる主な材料をあげておく。
例えば、サファイア、ガラス、透光性セラミックスなどであり、より熱伝導性が高く、より透明であることが望ましい。
以上にあげた各部材に用いる主な材料は、以下に説明する他の実施形態又は変形例に用いる部材にも適用することができる。

【0034】

［第２の実施形態の説明：図２］
次に、図２を用いて、第２の実施形態のＬＥＤ発光装置２００を説明する。図２（ａ）は、ＬＥＤ発光装置２００の発光方向で中心線を通る断面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の切断線Ｂ−Ｂ´における断面図を示し、図２（ｃ）は、図２（ａ）の切断線Ｃ−Ｃ´における断面図を示す。

【0035】

第２の実施形態のＬＥＤ発光装置２００の特徴は、２つの基板を用いて二層構造とし、波長変換部材３の下面と下層側の基板３０（第一の基板）の上面とを、熱伝導部材５によって、上層側の基板４０（第二の基板）を貫通して接続した点である。また、熱伝導部材５は第二の基板４０とも接触している。尚、ＬＥＤ発光装置２００における第二の基板４０よりも上層側は、ＬＥＤ発光装置１００と基本的に共通するので、同一要素には同一番号又は同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0036】

図２（ａ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置２００は、中央に貫通孔１４を備え複数のＬＥＤ素子２１（第二のＬＥＤ素子）を実装した第二の基板４０と、第二の基板４０の下にあって中央に凹部１２を備え複数のＬＥＤ素子１１（第一のＬＥＤ素子）を実装した基板３０と、第二の基板４０の上面に接合された枠体２と、第１の基板３０と第二の基板４０との間に接合された枠体２ａと、第二のＬＥＤ素子２１の発光面から離間するように枠体２の上面に接合された波長変換部材３と、波長変換部材３の下面と第一の基板３０の上面とを、第二の基板４０を貫通して接続し、上端部に光散乱剤９を備える透光性の熱伝導部材５とから構成されている。

【0037】

図２（ｂ）に示す様に、第二の基板４０に実装されるＬＥＤ素子１の配列及び実装方法等はＬＥＤ発光装置１００と同様である（図１参照）。また、図２（ｃ）に示す様に、第一の基板３０に実装されるＬＥＤ素子１の配列及び実装方法等はＬＥＤ発光装置１００と同様である。
また、図２（ａ）に示す様に、第一の基板３０及び第二の基板４０に用いる材質、枠体２及び枠体２ａに用いる材質はＬＥＤ発光装置１００と同様である。また、接合方法等も同様である。

【0038】

熱伝導部材５は、例えば、ガラスや透光性のセラミックスなどの熱伝導性の高い透光性部材からなり、下端側は、第二の基板４０に設けられた貫通孔１４を貫通して、さらに第一の基板３０に形成された凹部１２に嵌合されて位置決めされ、例えばハンダ、低融点ガラス、又は高い熱伝導性を有する接着剤等により接着されている。一方、熱伝導部材５の上端側は、光散乱剤９を備え、波長変換部材３に当接又は低融点ガラスや透明接着剤等により接合されている。光散乱剤９は、例えば、熱伝導部材５と同様の透光性部材に、例えば、アルミナ粒子等の反射性を有する部材を所定量含有させて用いている。

【0039】

［動作の説明：図２］
図２（ａ）に示す様に、所定の面積を有する第一の基板３０及び第二の基板４０に、それぞれ複数の第一のＬＥＤ素子１１、第二のＬＥＤ素子２１が実装されており、図示しない入力電極に電圧が供給されると、下層側の第一の基板３０及び上層側の第二の基板４０に実装された第一のＬＥＤ素子１１及び第二のＬＥＤ素子２１が発光する。上層側の第二の基板４０の発光動作は前述したＬＥＤ発光装置１００と同様である。下層側の第一の基板３０に実装された第一のＬＥＤ素子１１からの発光は、すべてではないが透光性の熱伝導部材５に取り込まれて波長変換部材３に向けて導光される。そして第二の基板４０と波長変換部材３との間において、第一の基板３０の各第一のＬＥＤ素子１１から取り込まれた光と、第二の基板４０の各ＬＥＤ素子２１から取り込まれた光が合流する。したがって、前述したＬＥＤ発光装置１００に比べて、波長変換部材３と熱伝導部材５（または光散乱剤９）との接合部では、光量が増加して輝度を高めることができる。ここで、光散乱剤９は、例えばアルミナ粒子の様な反射性を有する粒子を含有して用いるので、増加した光の一部を、接合部より下方の領域（光散乱剤部）において拡散させることができる。これにより、熱伝導部材５に導光された光を波長変換部材３との接合部から離れた領域に、拡散させて入射させることができる。

【0040】

一方、波長変換部材３内では励起光の放出とともに励起熱を発生する。この励起熱の一部は波長変換部材３から枠体２及び枠体２ａを経て第一の基板３０及び第二の基板４０に放熱されるが、波長変換部材３の枠体から離れている中央付近には励起熱が溜まりやすい。ここで、波長変換部材３の中央に接するように設けられた熱伝導部材５により、励起熱を熱伝導部材５から第一の基板３０及び第二の基板４０に効率的に逃がすことができる。尚、第二の基板４０より上層側の各ＬＥＤ素子２１の発光の一部は、熱伝導部材５に取り込まれて波長変換部材３に導光されるが、このとき熱伝導部材５は、透光性を有することから熱伝導部材５による影をでき難くしている。

【0041】

［効果の説明］
ＬＥＤ発光装置２００は、このような構造とすることによって、２層構造によって発光量を増加させて輝度を高めることができる。また、第一のＬＥＤ素子１１、第二のＬＥＤ素子２１より出射された光のうち熱伝導部材５に入った光を光散乱剤９によって拡散させることによって、輝度ムラや色ムラを低減することができる。一方、前述したＬＥＤ発光装置１００と同様に、波長変換部材３の励起熱の放熱ルートが、従来は枠体２のみであったのに対し、さらに熱伝導部材５を経由して第一の基板３０及び第二の基板４０に逃がす放熱ルートができるので、温度消光による発光効率の低下を防ぐことができる。また、熱伝導部材５が透光性を有することから熱伝導部材による影をでき難くすることができる。この結果、発光効率を低下させることなく所定の基板面積において輝度を高めると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0042】

尚、光散乱剤９は、熱伝導部材５と同様の透光性部材に光散乱粒子を均一に含有させた部材を接着してもよく、あるいは、熱伝導部材５の所定領域に光散乱粒子を含有させたものでも良い。また、光散乱剤９の位置を熱伝導部材５の上端側としたがこれに限定されず
、波長変換部材３の下面と第二の基板４０の上面との間の任意の位置でもよく、場合によっては設けなくてもよい。また、第一の基板３０に凹部１２を設けて熱伝導部材５を位置決めするようにしたがこれに限定されず、凹部を設けずに治具等を用いて位置決めして接着剤等により接着してもよい。また、枠体２及び枠体２ａの貫通孔１０の形状は図に示すような角型に限定されず円形または他の形状でもよい。また、第一の基板３０及び第二の基板４０に実装される複数の第一のＬＥＤ素子１１及び第二のＬＥＤ２１は、図のような配列や個数に限定されず輝度と放熱性を考慮して決めることが好ましい。また、熱伝導部材４は円柱状としたが、これに限定されず、角柱状または多角柱状としてもよい。また、本実施形態では、２つの基板を用いた２層構造としたが、これに限定されず、３層以上の複数層とすることもできる。

【0043】

ここで、特に限定はしないが、光散乱剤に用いる主な材料をあげておく。
例えば、アルミナ粒子、酸化チタン粒子等である。

【0044】

［第２の実施形態の変形例の説明：図３］
次に、図３を用いて、第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置２１０を説明する。
図３（ａ）は、ＬＥＤ発光装置２１０の発光方向で中心線を通る断面図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）の切断線Ｄ−Ｄ´における断面図を示し、図３（ｃ）は、図３（ａ）の切断線Ｅ−Ｅ´における断面図を示す。

【0045】

第２の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置２１０の特徴は、ＬＥＤ発光装置２００に対して、熱伝導部材の数量を増した点である。尚、ＬＥＤ発光装置２１０は、ＬＥＤ発光装置２００と基本的な構成は同一であるので、同一要素には同一番号又は同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0046】

図３（ａ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置２１０は第２の実施形態に記載のＬＥＤ発光装置２００に比べ、熱伝導部材５の両側に透光性を備えた熱伝導部材６が追加されている。これを図３（ｂ）、及び図３（ｃ）で見ると、第一の基板３５の四隅に熱伝導部材６が第二の基板４５を貫通して配置されていることがわかる。これらの４つの熱伝導部材６は、それぞれ、第二の基板４５に設けられた貫通孔１４（破線で示す）を貫通して波長変換部材３の下面と第一の基板３５の上面とを接続している。また、４つの熱伝導部材６の下端側は、熱伝導部材５と同様に第一の基板３５に設けられた凹部１２（破線で示す）に嵌合して位置決めされハンダ、低融点ガラス、又は高い熱伝導性を有する接着剤等により接着されている。また、上端側は波長変換部材３に当接又は低融点ガラスや透明接着剤等により接合されている。

【0047】

ＬＥＤ発光装置２１０は、このような構造とすることで、熱伝導部材５、及び熱伝導部材６により上層側第二のＬＥＤ素子２１及び下層側の第一のＬＥＤ素子１１からの光を効率的に取り込んで波長変換部材３へ導光することができるので輝度をいっそう高めることができる。また、波長変換部材３と熱伝導部材５及び複数の熱伝導部材６との接合部に光を分散させるので熱伝導部材が一本の第２の実施形態に比べ輝度ムラ及び色むらをより低減することが出来る。一方、波長変換部材３に発生する励起熱を熱伝導部材５及び熱伝導部材６から第一の基板３５及び第二の基板４５に効率的に逃がすことができるので、放熱性がさらに向上し温度消光よる発光効率の低下を防ぐことができる。また、熱伝導部材５及び熱伝導部材６が透光性を有することから熱伝導部材による影をでき難くすることができる。この結果、発光効率を低下させることなく所定の基板面積において輝度をさらに向上させると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0048】

尚、熱伝導部材６の直径は、熱伝導部材５よりも少し細い直径としたが、これに限定されるものではなく、輝度と放熱性を考慮してそれぞれの断面積を決めることが好ましい。
また、熱伝導部材６は、枠体２又は枠体２ａに対して離間して配置したが、これに限定されるものではなく、枠体２又は枠体２ａに接するようにしてもよい。また、４つの熱伝導部材６の上端側には光散乱剤９を配置していないが、輝度と放熱性を考慮して必要に応じて配置してもよい。また、各熱伝導部材６は円柱状としたがこれに限定されず角柱状としてもよい。

【0049】

また、熱伝導部材５と熱伝導部材６の配置は、図３（ｂ）に示すような配置に限定されず、熱伝導部材５又は熱伝導部材６を好適に配置することができる。また、熱伝導部材５又は熱伝導部材６を配置することによって放熱性が向上するので、枠体２又は枠体２ａは、例えば、シリコーンなどの樹脂を用いてもよい。

【0050】

［第３の実施形態の説明：図４］
次に、図４を用いて、第３の実施形態のＬＥＤ発光装置３００を説明する。図４（ａ）は、ＬＥＤ発光装置３００の発光方向の中心線を通る断面図を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の切断線Ｆ−Ｆ´における断面図を示し、図４（ｃ）は、図４（ａ）の切断線Ｇ−Ｇ´における断面図を示す。

【0051】

第３の実施形態のＬＥＤ発光装置３００の特徴は、ＬＥＤ発光装置２００に対して、下層側の基板５０に実装された第一のＬＥＤ素子１１の発光面が熱伝導部材５に向くように基板５０の上面を傾斜させた点である。ＬＥＤ発光装置３００は、ＬＥＤ発光装置２００と基本的な構成は同一であるので、同一要素には同一番号又は同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0052】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置３００は、第二の基板４０よりも上層側の構造は前述したＬＥＤ発光装置２００と同様である（図２参照）。一方、第二の基板４０よりも下層側の構造において、第一の基板５０の実装面が熱伝導部材５に向かって２つの面が傾斜している。また、図４（ｃ）に示す様に、第一の基板５０の４つの傾斜面が互いに傾斜して対向していることを示している。このように、４つの傾斜した実装面に、それぞれ所定数の第一のＬＥＤ素子１１が実装され、各第一のＬＥＤ素子１１の発光面が熱伝導部材５に向かって配置されている。

【0053】

また、図４（ａ）に示す様に、下層側の貫通孔１０を有する枠体２ｂは、下面が傾斜して基板５０の４つの斜面に当接し、上面は基板３０の下面に当接し、それぞれ接着剤等により接合されている。特に図示はしないが、基板３０及び基板５０にはボンディングパッド、入力電極、それらを接続する配線等がスルーホール技術やフォトリソグラフィ技術等を用いて形成され、また、基板側面及び枠体側面を利用して外部との電気的な接続ができるようになっている。

【0054】

ＬＥＤ発光装置３００は、このような構造とすることによって、第二の基板４０よりも下層側にあるＬＥＤ素子１１から発せられた光を、より効率的に透光性の熱伝導部材５に取り込んで輝度を高めることができる。この結果、所定の基板面積において、発光効率を低下させることなく輝度をさらに向上させると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0055】

尚、下層側の基板５０の斜面を４つの斜面として説明したが、これに限定されず、すり鉢状等、目的を同一とする他の斜面形状としてもよい。

【0056】

［第４の実施形態の説明：図５］
次に、図５を用いて、第４の実施形態のＬＥＤ発光装置４００を説明する。図５（ａ）は、ＬＥＤ発光装置４００の発光方向の中心線を通る断面図を示し、図５（ｂ）は、図５
（ａ）の切断線Ｈ−Ｈ´における断面図を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）の切断線Ｉ−Ｉ´における断面図を示す。

【0057】

第４の実施形態のＬＥＤ発光装置４００の特徴は、ＬＥＤ発光装置２００に対して、下層側の第一の基板６０の上面に熱伝導部材５の周囲を取り囲む凹部を備え、凹部の内壁面に第一のＬＥＤ素子１１の発光面が熱伝導部材５に対峙するように配置した点である。ＬＥＤ発光装置４００は、ＬＥＤ発光装置２００と基本的な構成は同一であるので、同一要素には同一番号又は同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0058】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置４００は、第二の基板４０の上層側の構造は前述したＬＥＤ発光装置２００と同様である（図１参照）。一方、第二の基板４０の下層側の構造において、基板６０の中央部に凹部１３が形成されておりＬＥＤ素子１の実装面は熱伝導部材５の長手方向と平行になっている。また、ＬＥＤ素子１の発光面が熱伝導部材５の外周面に当接するように配置されている。また、図５（ｃ）に示す様に、下層側の第一の基板６０に形成された凹部１３の４つの内壁面に実装されたＬＥＤ素子１が熱伝導部材５の外周面に当接している。

【0059】

図５（ａ）に示す様に、本実施形態では第二の基板４０は第一の基板６０上に直接配置されているので、下層側の枠体は不要となっている。特に図示はしないが、基板６０は、熱伝導部材５を中心にして長手方向に分割（例えば、２分割、４分割等）して実装面を露出させることにより、第一のＬＥＤ素子１１の実装を容易にすることができる。第二の基板４０及び第一の基板６０にはボンディングパッド、入力電極、それらを接続する配線等がスルーホール技術やフォトリソグラフィ技術等を用いて形成され、基板側面及び枠体側面を利用して各分割面の電気的な接続ができるようになっている。

【0060】

ＬＥＤ発光装置４００は、このような構造とすることによって、第一のＬＥＤ素子１１から放熱部材５に直接光を入射できるので、より効率的に熱伝導部材５に光を取り込んで輝度を高めることができる。一方、波長変換部材３内の励起熱を、熱伝導部材５によって効率良く第一の基板６０及び第二の基板４０へ逃がすことができるだけでなく、第一のＬＥＤ１１の熱も第一の基板６０に加えて放熱部材５へ逃がすことが出来る。さらに、第二の基板４０は前述の通り第一の基板６０に枠体を介さず直接配置されるため、第二のＬＥＤ素子２１から発せられた熱が、第二の実施形態に比べてより第一の基板６０へ放熱されやすくなる。これらにより、波長変換部材３、第一のＬＥＤ素子１１及び第二のＬＥＤ素子２１の発光効率が向上する。この結果、所定の基板面積において、発光効率を低下させることなく輝度をさらに向上させると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0061】

尚、第一の基板６０の凹部１３を１か所として説明したが、これに限定されず第２の実施形態２の変形例で説明したように（図３参照）、熱伝導部材６を複数設け、それぞれに対応した凹部１３を形成し、第一のＬＥＤ素子１１を実装できるようにしてもよい。また、第一のＬＥＤ素子１１と熱伝導部材５を当接させるとしたが、これに限定されず、熱伝導部材５と離間して配置し、第一のＬＥＤ素子と熱伝導部材５の間を透明樹脂等によって充填する構造としてもよい。また、熱伝導部材５は円柱状としたがこれに限定されず角柱状としてもよい。

【0062】

［第５の実施形態の説明：図６］
次に、図６を用いて、第５の実施形態のＬＥＤ発光装置５００を説明する。図６（ａ）は、ＬＥＤ発光装置５００の発光方向の中心線を通る断面図を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）の切断線Ｊ−Ｊ´における断面図を示し、図６（ｃ）は、図６（ａ）の切断線Ｋ−Ｋ´における断面図を示す。

【0063】

第５の実施形態のＬＥＤ発光装置５００の特徴は、ＬＥＤ発光装置２００に対して、上層側の第二の基板４０の下面から下層側の第一の基板７０の上面に向けて、断面積が漸増する領域を有する熱伝導部材７を設けた点である。ＬＥＤ発光装置５００は、ＬＥＤ発光装置２００と基本的な構成は同一であるので、同一要素には同一番号又は同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0064】

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置５００は、第二の基板４０より上層側の構造が前述したＬＥＤ発光装置２００と同様である（図２参照）。一方、図６（ａ）及び図６（ｃ）に示す様に、第二の基板４０より下層側の構造は、基板７０の実装面に複数の第一のＬＥＤ素子１１を実装し、熱伝導部材７は、基板４０の下面と基板７０の上面との間において、断面積が漸増する領域Ｓを有する円錐状部を形成している。また、熱伝導部材７は、下端側において広い底面１６を有し、底面１６には、各ＬＥＤ素子１が挿入される複数の凹部１５を備え、底面１６は、基板７０に当接している。

【0065】

図６（ａ）に示す様に、下層側の枠体２ｃは、熱伝導部材７の断面積が漸増する領域Ｓを覆うように形成されており熱伝導部材７から枠体２ｃへの放熱を良くしている。また、枠体２ｃは、基板４０の下面と基板７０の上面とを接続するように配置され、接着剤等により接合されている。また、図６（ｃ）に示す様に、熱伝導部材７の広い底面１６は円状であるために、第一のＬＥＤ素子１１の実装数に制限が有り、ＬＥＤ発光装置２００の基板３０の実装数より若干少なくなっている。

【0066】

ＬＥＤ発光装置５００は、このような構造とすることによって、ＬＥＤ素子１を熱伝導部材７の凹部１５に挿入して、発光面と凹部１５の底面とを近接して対向させることができるので、ＬＥＤ素子１の発光をさらに効率的に熱伝導部材７に導光して輝度を高めることができる。一方、波長変換部材３内の励起熱を熱伝導部材７から効率的に第二の基板４０、枠体２ｃ及び第一の基板７０へ逃がすことができる。特に、熱伝導部材７の領域Ｓを有する円錐状部は、枠体２ｃの内壁面と接しているのでより効率的に放熱ができる。この結果、所定の基板面積において、発光効率を低下させることなく輝度をさらに向上させると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0067】

尚、熱伝導部材７の領域Ｓ部の外周面に、金属膜による反射面を形成して、より熱伝導部材７内の導光を効率的に行えるようにしてもよい。

【0068】

［第５の実施形態の変形例の説明：図７］
次に、図７を用いて、第５の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置５１０を説明する。
図７（ａ）は、ＬＥＤ発光装置５１０の発光方向の中心線を通る断面図を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）の切断線Ｌ−Ｌ´における断面図を示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）の切断線Ｍ−Ｍ´における断面図を示す。

【0069】

第５の実施形態の変形例のＬＥＤ発光装置５１０の特徴は、ＬＥＤ発光装置５００に対して、下層側の枠体２ｄは開口部１０を有し、熱伝導部材７の断面積が漸増する領域Ｓの外周部に空気層８を設けた点である。ＬＥＤ発光装置５１０は、ＬＥＤ発光装置５００と基本的な構成は同一であるので、同一要素には同一番号又は同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0070】

図７（ａ）に示す様に、ＬＥＤ発光装置５１０は、第二の基板４０より上層側の構造は前述したＬＥＤ発光装置５００と同様である（図６参照）。一方、下層側の枠体２ｄは、貫通孔１０を有しており、熱伝導部材７の断面積が漸増する領域Ｓの外周部を覆わずに空気層８を形成している。また、熱伝導部材７、第一の基板７０の構成はＬＥＤ発光装置５
００と同様である。このように、熱伝導部材７の断面積が漸増する領域Ｓの外周部に空気層８を設けることによって、熱伝導部材７の底面１６側から取り込まれた発光が領域Ｓの斜面に入射するときに全反射を起こし易くして導光を改善することができる。

【0071】

その理由として、例えば、熱伝導部材７の内部に取り込まれた発光の多くは、熱伝導部材７の断面積が漸増する領域Ｓの内面に到達する。ここで、熱伝導部材７にガラスを用いた場合、到達した光は、屈折率の高い媒質（ガラス：ｎ＝１．５とする）から低い方の媒質（空気層：ｎ＝１）へ入射する界面反射に相当し、よく知られたスネルの法則を適用できる。詳しい計算は省略するが、全反射する臨界角をθｃとすると、θｃ＝約４１．８°となり、臨界角θｃより大きい入射角で入射する光は全反射して内部へ取り込むことができる。これにより、断面積が漸増する領域Ｓにおいて、より効率的な導光を行うことができ、領域Ｓの外側への漏光を減らすことができる。

【0072】

ＬＥＤ発光装置５１０は、このような構成とすることにより、熱伝導部材７の底面１６に形成された凹部１５から入射したＬＥＤ素子１の発光を、より効率的に上端側へ導光して輝度を高めることができる。一方、波長変換部材３内の励起熱を熱伝導部材７から効率的に第二の基板４０、枠体２ｃ及び第一の基板７０へ逃がすことができる。この結果、所定の基板面積において、発光効率を低下させることなく輝度をさらに向上させると共に、一般的な照明用光源として有用な発光装置を提供することができる。

【0073】

尚、ＬＥＤ発光装置５００及び５１０における熱伝導部材７の底面１６について、円状であると説明したが、これに限らず底面１６は例えば三角形や四角形などの多角形でもよい。また、熱伝導部材７は第二の基板４０の下面と第一の基板７０の上面との間において、円錐上部を形成すると説明したが、これに限らず底面１６に合わせて多角錘形状としてもよい。

【0074】

以上、ＬＥＤ発光装置の各種実施形態及びその変形例について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態及び変形例に限定されるものではなく、細部の構成、素材、数量において、本発明の思想を逸脱しない範囲で、任意に変更、組合せ、削除することができる。即ち、上述したＬＥＤ発光装置の実施形態又は変形例に限定されることはなく、それらのすべてを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々に変更、組合せ、省略をすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は、ＬＥＤ素子と各種の蛍光体とを組合せることにより、白色をはじめとしてＬＥＤ素子の発光色とは異なる色の光を発する一般的な照明用として使用可能な発光装置、とりわけ、小型でありながら発光効率を低下させることがなく高輝度を必要とする照明用製品に好適である。

【符号の説明】

【0076】

１ ＬＥＤ素子
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 枠体
３ 波長変換部材
４、５、６、７ 熱伝導部材（透光性）
８ 空気層
９ 光散乱剤（光散乱剤を含有した透光性の熱伝導部材）
１０、１４ 貫通孔
１１ 第一のＬＥＤ素子
１２、１３、１５ 凹部
１６ 底面
２０ 基板
３０、３５、５０、６０、７０ 第一の基板
４０、４５ 第二の基板
２１ 第二のＬＥＤ素子
１００、２００、２１０、３００、４００、５００、５１０ ＬＥＤ発光装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】