JP5491691B2 - 発光装置および照明器具 - Google Patents

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照明器具に関するものである。

従来から、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１’と、ＬＥＤチップ１’が一表面側に実装された実装基板２’と、ＬＥＤチップ１’から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１’の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されたドーム状の色変換部材４’とを備えた発光装置Ａ’が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、図１０に示した発光装置Ａ’の実装基板２’は、絶縁性基板の一表面側にＬＥＤチップ１’への給電用の配線パターン（図示せず）が形成されており、上記一表面側の中央部においてＬＥＤチップ１’がフリップチップ実装されている。また、図１０に示した構成の発光装置Ａ’では、色変換部材４’が実装基板２’の上記一表面側にＬＥＤチップ１’を覆うように配置されている。なお、上述の発光装置Ａ’では、ＬＥＤチップ１’として青色光を放射する青色ＬＥＤチップを採用し、色変換部材４’の蛍光体として黄色蛍光体を採用することにより、ＬＥＤチップ１’から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４’の光出射面から放射されることとなり、白色光を得ることができる。

また、図１０に示した発光装置Ａ’を光源として組み込んだ照明器具の一例として、図１１や図１２に示す構成のものが考えられている（公知文献にかかるものではない）。

ここにおいて、図１１および図１２それぞれに示した照明器具は、上述の発光装置Ａ’と、発光装置Ａ’が収納される有底円筒状の器具本体９’と、器具本体９’内に収納され発光装置Ａ’の色変換部材４’の光出射面から放射される光の配光を制御する配光制御部材である椀状の反射鏡５’と、透光性材料（例えば、アクリル樹脂、ガラスなど）により形成され反射鏡５’の開口面を閉塞する形で配設される円板状の透光性カバー８’と、器具本体９’の開口縁に形成された溝部９ｂ’の底面との間に透光性カバー８’の周部と反射鏡５’の開口縁から外方へ延設された外鍔部５ｃ’とを重ねた形で保持する円環状の保持枠１０’とを備えている。なお、配光制御部材である反射鏡５’は、照明器具の小型化（コンパクト化）および高効率化のために設けられている。

ここで、図１１の照明器具では、外部への光取り出し効率を向上させるために、反射鏡５’の底部の開口部５ａ’のサイズが色変換部材４’よりも大きく且つ実装基板２’よりも小さく設定され、反射鏡５’の開口部５ａ’の内側面が色変換部材４’の周部に近接している。要するに、図１１の照明器具では、色変換部材４’の開口端（実装基板２’側の端縁）を含む平面Ｐ１よりも反射鏡５ａ’の底部の開口面を含む平面Ｐ２の方が器具本体９’の内底面から遠くなるように反射鏡５ａ’の形状が設計されている。

一方、図１２の照明器具では、外部への光取り出し効率を向上させるために、反射鏡５’の底部の開口部５ａ’の内側面が実装基板２’の外側面に対向するように反射鏡５’が設計されている。要するに、図１２の照明器具では、色変換部材４’の開口端を含む平面Ｐ１よりも反射鏡５ａ’の底部の開口面を含む平面Ｐ２の方が器具本体９’の内底面に近くなるように反射鏡５ａ’の形状が設計されている。

また、図１０に示した構成の発光装置Ａ’を光源として組み込んだ照明器具としては、図１３に示す構成のものも考えられている（公知文献にかかるものではない）。

ここにおいて、図１３（ａ）に示した照明器具の基本構成は図１１と略同じであり、配光制御部材として反射鏡５’の代わりに、発光装置Ａ’から放射される光の配光を制御するハイブリッドレンズ６’を備えており、ハイブリッドレンズ６’の外側面から外方へ延設された外鍔部６ｄ’が、器具本体９’の開口縁に形成された溝部９ｂ’の底面と保持枠１０’との間に保持されている。

上述のハイブリッドレンズ６’は、図１３（ｂ）に示すように、発光装置Ａ’側に形成された凹所６１’の内底面６１ａ’と内側面６１ｂ’とが光入射面６ａ’を構成しており、光入射面６ａ’側の焦点Ｆから凹所６１’の内底面６１ａ’へ入射した光を屈折させて更に光出射面６ｂ’で屈折させる機能と、光入射面６ａ’側の焦点Ｆから凹所６１’の内側面６１ｂ’へ入射した光を屈折させた後に外側面６ｃ’で全反射させ更に光出射面６ｂ’で屈折させる機能とを有しており、図１３（ｂ）中に矢印で示すように焦点Ｆから放射され光入射面６ａ’へ入射した光が光出射面６ｂ’から出射される。なお、ハイブリッドレンズ６’は、外側面６ｃ’が回転放物面状に形成され、光出射面６ｂ’が凸曲面状に形成されているが、外側面６ｃ’はＬＥＤチップ１’の光軸方向においてＬＥＤチップ１’から離れるにつれて外形が徐々に大きくなる曲面状であって凹所６１’の内側面６１ｂ’から入射した光を光出射面６ｂ’側へ全反射できる形状であればよく、光出射面６ｂ’は平面状でもよいし、フレネルレンズ状でもよい。
特開２００７−４９００１９号公報（段落〔００１２〕−〔００１７〕および図１）

ところで、図１０に示した発光装置Ａ’は、同図中に矢印で示すようにドーム状の色変換部材４’の光出射面の任意の点から放射される光の配光が拡散配光となるが、平面視における色変換部材４’のサイズよりも実装基板２’のサイズが大きいので、色変換部材４’の光出射面から放射され実装基板２’の上記一表面に入射した光の一部が実装基板２’に吸収され、外部への光取り出し効率が低下してしまう。また、上述の発光装置Ａ’は、実装基板２’が絶縁性基板を用いて形成されているので、当該絶縁性基板の熱伝導率が低く、ＬＥＤチップ１’で発生した熱を効率良く放熱させることができず、ＬＥＤチップ１’の温度上昇による光束低下、寿命および信頼性低下を抑制するために、ＬＥＤチップ１’のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないようにＬＥＤチップ１’への入力電力を制限する必要があり、光出力の高出力化が難しかった。

また、上述のように小型化および高効率化が望まれる照明器具に用いる配光制御部材には、コンパクト且つ高い光入射効率が要求され、図１１に示した照明器具では、外部への光取り出し効率を向上させるために、発光装置Ａ’の光軸に直交する面内において色変換部材４’と反射鏡５’の開口部５ａ’の内側面とを接触しないように近接させてあるが、反射鏡５’の底部が実装基板２’の上記一表面側において実装基板２’から離間して位置しているので、色変換部材４’と反射鏡５’の開口部５ａ’の内側面との間の隙間から同図中に矢印で示すように光が漏れて損失となるので、照明器具全体としての外部への光取り出し効率が低下してしまう。

また、図１１に示した照明器具では、当該照明器具を正面から見た場合、色変換部材４’と反射鏡５’の開口部５ａ’の内側面との間の隙間が非発光部となるため、正面から見た光度が低下してしまう。なお、このような正面から見た光度の低下を抑制するためには、反射鏡５’の光出射側の開口部５ｂ’のサイズを大きくする必要があり、照明器具全体のサイズが大きくなってしまう。

また、図１２に示した照明器具では、色変換部材４’の開口端を含む平面Ｐ１よりも反射鏡５ａ’の底部の開口面を含む平面Ｐ２の方が器具本体９’の内底面に近くなるように反射鏡５ａ’の形状が設計されているので、図１１の照明器具に比べて、色変換部材４’の周部から放射された光の反射鏡５’への入射効率を高めることができるが、色変換部材４’の光出射面から放射され実装基板２’の上記一表面に入射した光の一部が実装基板２’に吸収され、照明器具全体としての外部への光取り出し効率が低下してしまう。また、図１２に示した照明器具では、反射鏡５’の開口部５ａ’のサイズを実装基板２’のサイズよりも大きくする必要があるので、色変換部材４’と反射鏡５’の内側面との間の隙間が非発光部となるため、正面から見た光度が低下してしまう。

また、図１３（ａ）に示した照明器具では、ハイブリッドレンズ６’の凹所６１’の内面を発光装置Ａ’の色変換部材４’に近接させることにより、ハイブリッドレンズ６’の凹所６１’の開口面のサイズを小さくしてハイブリッドレンズ６’のコンパクト化を図るとともに、発光装置Ａ’から放射された光のハイブリッドレンズ６’への入射効率を高めてあるが、ハイブリッドレンズ６’が実装基板２’の上記一表面に接触しないように、ハイブリッドレンズ６’の凹所６１’の開口面を含む平面Ｐ３を発光装置Ａ’の実装基板２’の上記一表面を含む平面Ｐ１から離間して配置する必要があり、発光装置Ａ’の光軸方向において実装基板２’とハイブリッドレンズ６’との間に隙間が生じるので、図１３（ａ）中に矢印で示すように光が漏れ、光漏れによる損失が生じてしまう。また、このような光漏れによる損失の発生を抑制するために、ハイブリッドレンズ６’の凹所６１’の開口面のサイズを実装基板２’のサイズよりも大きくし、ハイブリッドレンズ６’の凹所６１’内に発光装置Ａ’全体が収まるようにハイブリッドレンズ６’を配置することも考えられるが、この場合には、ハイブリッドレンズ６’のサイズが大きくなってしまう。

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、外部への光取り出し効率を向上させることができる発光装置および照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板と、前記ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて前記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た透光性材料により形成され前記実装基板の前記一表面側に配設された色変換部材とを備え、前記色変換部材がドーム状であり、平面視において前記色変換部材の外周線よりも前記実装基板の外周線が内側に位置し、前記色変換部材の開口端が前記実装基板の前記一表面側で前記実装基板の外周部と接合されてなることを特徴とする。

この発明によれば、平面視において色変換部材の外周線よりも実装基板の外周線が内側に位置し色変換部材の開口端が実装基板の外周部と接合されているので、色変換部材の周部から放射された光が実装基板に吸収されることなく外部へ出射されることとなり、発光装置全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ＬＥＤチップと前記色変換部材との間に、前記ＬＥＤチップを封止した透光性材料からなる封止部が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップの光取り出し面が接する媒質が空気の場合に比べて前記ＬＥＤチップと前記光取り出し面が接する媒質との屈折率差が小さくなり、前記ＬＥＤチップからの光取り出し効率が向上し、結果的に発光装置全体としての光取り出し効率が向上する。

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、前記実装基板の他表面側に、前記実装基板よりも熱伝導率の高い材料により形成され前記ＬＥＤチップで発生した熱が伝熱される伝熱プレートが埋設されてなり、平面視における前記伝熱プレートの外周線が前記ＬＥＤチップの外周線の外側に位置してい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が前記ＬＥＤチップよりも広い伝熱プレートへ伝熱されて放熱されるので、前記ＬＥＤチップの温度上昇が抑制され、光束の向上を図れるとともに、寿命および信頼性の向上を図れる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記伝熱プレートは、前記実装基板の前記一表面側に露出するマウント部が突設されてなり、前記ＬＥＤチップは、前記マウント部に搭載されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップで発生した熱が前記伝熱プレートへ直接伝熱されるので、放熱性が向上し、光束の向上を図れるとともに、寿命および信頼性の向上を図れる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記マウント部は、前記実装基板の前記一表面を含む平面から突出してい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る光のうち前記実装基板の前記一表面へ入射して吸収される成分を低減できて、前記色変換部材に直接入射する成分が増えるから、発光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。

請求項６の発明は、請求項３ないし請求項５の発明において、前記伝熱プレートは、前記実装基板の前記他表面側と同じ面側に中央から外側に向かって幅の広くなる溝が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、発光装置を配線基板に実装して用いるにあたって、前記伝熱プレートを配線基板に半田により接合する際に、半田の溶融から硬化の過程で生じるフラックスなどのガスおよび気泡が溝に沿って外部に抜けやすくなり、硬化後の半田からなる接合部の内部にボイドが生じるのを抑制することができ、結果的に、前記ＬＥＤチップと前記配線基板との間の熱抵抗のばらつきを小さくすることができるとともに、温度サイクルがかかった時に実装基板と配線基板との線膨張率差によって生じる応力変化に対する接合部の耐性が高くなって信頼性が向上する。

請求項７の発明は、請求項４ないし請求項６の発明において、前記マウント部は、前記ＬＥＤチップの搭載領域の周囲に短絡防止溝が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チップを前記搭載領域に半田により接合する際に前記ＬＥＤチップ直下から溢れ出た余分な半田が短絡防止溝に溜まるので、余分な半田が前記実装基板の前記一表面側の配線パターン上まで流れ出ることによる短絡を防止することができる。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置から放射される光の配光を制御する反射鏡であって底部に前記発光装置が挿入される開口部を有する前記反射鏡と、前記発光装置および前記反射鏡が収納される器具本体とを備えてなることを特徴とする。

この発明によれば、発光装置の色変換部材の周部と反射鏡における底部の開口部の内側面との間の隙間を小さくすることができ、照明器具を正面から見た時の非発光部の面積が小さくなって正面光度が向上するとともに、照明器具の小型化を図りつつ照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。

請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記反射鏡は、前記開口部の周部の厚みが前記発光装置における前記実装基板の厚みよりも薄く、前記開口部の開口縁が前記色変換部材の前記開口端を含む平面よりも後退して位置するように配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記色変換部材の周部から放射された光の前記反射鏡への入射効率を高めることができ、照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。

請求項１の発明では、発光装置全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができるという効果がある。

請求項８の発明では、照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置Ａは、図１に示すように、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１が一表面側に実装された実装基板２と、ＬＥＤチップ１から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されＬＥＤチップ１を実装基板２との間に囲む形で実装基板２の上記一表面側に配設されたドーム状の色変換部材４と、ＬＥＤチップ１と色変換部材４との間に設けられＬＥＤチップ１を封止した透光性材料からなる封止部３とを備えている。ここにおいて、本実施形態の発光装置Ａは、ＬＥＤチップ１を実装基板２との間に囲む形で実装基板２の上記一表面側に配設されたドーム状の光学部材１５を備えており、色変換部材４が、光学部材１５の光出射面との間に空気層１６が形成される形で実装基板２に接合されており、光学部材１５と実装基板２とで囲まれた空間に封止部３が充実されている。

なお、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材４の蛍光体として、ＬＥＤチップ１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を用いており、ＬＥＤチップ１から放射され封止部３および光学部材１５および色変換部材４を透過した青色光と、色変換部材４の黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４の光出射面から拡散した配光となって出射されることとなり、白色光を得ることができる。

実装基板２は、ＬＥＤチップ１が電気的に接続される配線パターン２１が一表面側に設けられた多層セラミック基板により構成されている。ここにおいて、実装基板２の他表面側には外部接続用電極２３が形成されており、配線パターン２１がビア２２ａを介して内部の導体パターン２２ｂと繋がっており、当該導体パターン２２ｂが側面に沿って形成された導体パターン２２ｃを介して外部接続用電極２３と電気的に接続されている。なお、実装基板２の材料はセラミックに限らず、絶縁性の高いガラスエポキシ樹脂や液晶ポリマーなどの耐熱性樹脂でもよい。

また、本実施形態の発光装置Ａは、実装基板２の他表面側に、実装基板２よりも熱伝導率の高い材料（例えば、Ｃｕなど）により形成されＬＥＤチップ１で発生した熱が伝熱される伝熱プレート２５が埋設されており、平面視における伝熱プレート２５の外周線がＬＥＤチップ１の外周線の外側に位置している。要するに、伝熱プレート２５の投影領域内にＬＥＤチップ１が配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１で発生した熱がＬＥＤチップ１よりも広い伝熱プレート２５へ伝熱されて放熱されるので、ＬＥＤチップ１の温度上昇が抑制され、光束の向上を図れるとともに、寿命および信頼性の向上を図れる。ここにおいて、伝熱プレート２５は、実装基板２の上記一表面側に露出するマウント部２５ｂが一表面の中央部から連続一体に突設されており、ＬＥＤチップ１は、マウント部２５ｂに搭載されているので、ＬＥＤチップ１で発生した熱が伝熱プレート２５へ直接伝熱されるから、放熱性が向上し、光束の向上を図れるとともに、寿命および信頼性の向上を図れる。ここにおいて、実装基板２は、上記他表面の中央部に伝熱プレート２５が埋設される埋込穴２４ａが設けられるとともに上記一表面と埋込穴２４ａの内底面との間の部位にマウント部２５ｂが挿入される貫通孔２４ｂが設けられ、埋込穴２４ａの内底面（伝熱プレート２５との接合部位）にメッキが施されており、伝熱プレート２５がロウ付けなどで接合されている。また、伝熱プレート２５は、他表面が実装基板２の上記他表面を含む平面よりも僅かに突出しており、伝熱プレート２５の上記他表面が実装基板２の上記他表面を含む平面と平行になっている。なお、伝熱プレート２５の材料は、Ｃｕに限らず、例えば、ＣｕＷなどでもよい。

また、本実施形態では、マウント部２５ｂが実装基板２の上記一表面を含む平面から突出しているので、ＬＥＤチップ１から放射される光のうち実装基板２の上記一表面へ入射して吸収される成分を低減できて、色変換部材４に直接入射する成分が増え、発光装置Ａ全体としての外部への光取り出し効率を向上できる。

ところで、ＬＥＤチップ１は、厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成されており、実装基板２側とは反対側の一方の電極が金細線からなるボンディングワイヤ１４を介して配線パターン２１と電気的に接続され、実装基板２側の電極が半田からなる接合部１２を介してマウント部２５ｂに接合されて電気的に接続されるとともに熱結合されている。なお、接合部１２の材料は半田に限らず、導電性の高い銀ペーストなどを採用してもよい。

実装基板２は、上述のように上記他表面側に外部接続用電極２３が形成されるとともに、伝熱プレート２５が外部接続用電極を兼ねているので、一対の配線パターン７３，７５が形成された配線基板７に実装する際に、前者の外部接続用電極２３を半田からなる接合部８３を介して配線基板７の配線パターン７３と接合して電気的に接続するとともに、伝熱プレート２５を半田からなる接合部８５を介して配線基板７の配線パターン７５と接合して電気的に接続し且つ熱結合させることにより、ＬＥＤチップ１で発生した熱は上述の接合部１２を通して伝熱プレート２５へ直接伝熱され伝熱プレート２５で拡散しつつ配線基板７へ伝熱されて外部へ放熱される。なお、配線基板７は、Ｃｕ製あるはＡｌ製の金属板７１上に絶縁層７２が形成され、絶縁層７２上に配線パターン７３，７５が形成された金属ベース基板（金属ベースプリント配線板）により構成されているが、金属ベース基板に限らず、例えば、ガラスエポキシ樹脂製の絶縁性基板上に配線パターン７３，７５が形成されたものでもよい。

また、ＬＥＤチップ１およびボンディングワイヤ１４は、上述の封止部３により封止されている。ここにおいて、封止部３は、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１およびボンディングワイヤ１４を覆う凸レンズ状に形成されており、光出射面が光学部材１５の光入射面と密着している。しかして、本実施形態の発光装置Ａでは、ＬＥＤチップ１と色変換部材４との間に、ＬＥＤチップ１を封止した透光性材料からなる封止部３が設けられているので、ＬＥＤチップ１の光取り出し面が接する媒質が空気の場合に比べてＬＥＤチップ１と当該ＬＥＤチップ１の光取り出し面が接する媒質との屈折率差が小さくなり、ＬＥＤチップ１からの光取り出し効率が向上し、結果的に発光装置Ａ全体としての光取り出し効率が向上する。なお、本実施形態では、封止部３の透光性材料としてシリコーン樹脂を採用しているが、シリコーン樹脂に限らず、エポキシ樹脂などを採用してもよい。

上述の光学部材１５は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材１５をシリコーン樹脂により形成してあるので、光学部材１５と封止部３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。

ところで、光学部材１５は、光出射面が、光入射面から入射した光を光出射面と上述の空気層１６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１５は、光出射面が球面（楕円球面も含む）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１の光軸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１から放射され光学部材１５の光入射面に入射された光が光出射面と空気層１６との境界で全反射されることなく色変換部材４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１の側面から放射された光は封止部３および光学部材１５および空気層１６を伝搬して色変換部材４まで到達し色変換部材４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４を透過したりする。また、光学部材１５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形成されている。

色変換部材４は、シリコーン樹脂からなる透光性材料にＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を分散させた混合材料を用いてドーム状に形成されている。なお、色変換部材４の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、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、色変換部材４の材料として用いる透光性材料に含有させる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることで演色性の高い白色光を得ることができる。ここで、複数種類の蛍光体を用いる場合には必ずしも発光色の異なる蛍光体の組み合わせに限らず、例えば、発光色はいずれも黄色で発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体を組み合わせてもよい。

ところで、色変換部材４は、実装基板２の上記一表面側が開口され光入射面および光出射面それぞれが球面の一部からなるドーム状に形成されており、実装基板２を内包する形で実装基板２に接合されている。具体的には、色変換部材４および実装基板２それぞれの平面視における外周形状が円形状であり、平面視において色変換部材４の外周線よりも実装基板２の外周線が内側に位置し色変換部材４の開口端（実装基板２側の端縁）が実装基板２の外周部とシリコーン樹脂などの接着剤により接合されている。ここにおいて、色変換部材４の開口端には、実装基板２の外周部から突設された環状の突部２ｂが係合する切欠部４ｂが形成されている。なお、実装基板２の環状の突部２ｂは、色変換部材４および光学部材１５の位置決め部を兼ねるとともに、上述の封止部３の形成時に封止部３の透光性材料が実装基板２の側面へ流れるのを防止する堰部として機能する。また、本実施形態では、実装基板２の外周形状が円形状となっているが、円形状に限らず、多角形状でもよい。

以上説明した本実施形態の発光装置Ａでは、平面視において色変換部材４の外周線よりも実装基板２の外周線が内側に位置し色変換部材４の開口端が実装基板２の外周部と接合されているので、色変換部材４の周部から放射された光が実装基板２に吸収されることなく外部へ出射されることとなり、発光装置Ａ全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、ＬＥＤチップ１として一表面側に各電極が形成されたものを用い、図２に示すように、ＬＥＤチップ１が、当該ＬＥＤチップ１と伝熱プレート２５との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１に働く応力を緩和するサブマウント部材３０を介して伝熱プレート２５のマウント部２５ｂに搭載されている点などが相違する。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適宜省略する。

サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１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いる。ここにおいて、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１で発生した熱を伝熱プレート２５のマウント部２５ｂにおいてＬＥＤチップ１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。したがって、本実施形態の発光装置Ａでは、ＬＥＤチップ１がサブマウント部材３０を介して伝熱プレート２５のマウント部２５ｂに搭載されているので、ＬＥＤチップ１で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱プレート２５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１と伝熱プレート２５との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１に働く応力を緩和することができる。なお、サブマウント部材３０は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱プレート２５のマウント部２５ｂにおけるＬＥＤチップ１側の表面の面積はＬＥＤチップ１におけるマウント部２５ｂ側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。

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、サブマウント部材３０の厚み方向の両面にＡｕ層をめっきしてあり、ＬＥＤチップ１とサブマウント部材３０とが半田からなる接合部１２により接合され、サブマウント部材３０と伝熱プレート２５のマウント部２５ｂとが半田からなる接合部３１により接合されている。なお、サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、例えば、熱伝導率の高いセラミックやＳｉＣなどを採用してもよい。また、サブマウント部材３０の厚みは０．１μｍに設定してあるが、この厚みは一例であって特に限定するものではない。

また、実装基板２は、上記一表面側にＬＥＤチップ１の各電極それぞれがボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続される配線パターン２１が２つ設けられており、上記他表面側に外部接続用電極２３が２つ設けられている。

本実施形態の発光装置Ａは、実施形態１と同様、平面視において色変換部材４の外周線よりも実装基板２の外周線が内側に位置し色変換部材４の開口端が実装基板２の外周部と接合されているので、色変換部材４の周部から放射された光が実装基板２に吸収されることなく外部へ出射されることとなり、発光装置Ａ全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。

なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１として一表面側に各電極が形成されたものを用いているが、実施形態１と同様にＬＥＤチップ１として厚み方向の両面に電極が形成されたものを用いる場合には、サブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１側のＡｕ層と実装基板２の配線パターン２１と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り、ＬＥＤチップ１におけるサブマウント部材３０側の電極を配線パターン２１と電気的に接続するようにすればよい。また、ＬＥＤチップ１として厚み方向の両面に電極が形成されたものを用いる場合、実施形態１と同様に伝熱プレート２５が外部接続用電極を兼ねる実装基板２を用い、サブマウント部材３０に厚み方向の両面のＡｕ層同士を電気的に接続するビアを設けるようにしてもよい。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、図３に示すように、伝熱プレート２５に実施形態１で説明したマウント部２５ｂ（図１（ｂ）参照）が設けられておらず、実装基板２の上記一表面側に、ＬＥＤチップ１における実装基板２側の電極が接合される配線パターン２１（要するに、ＬＥＤチップ１が搭載されるダイパッド部）が設けられており、当該配線パターン２１がビア２２ａを介して伝熱プレート２５と電気的に接続され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適宜省略する。

しかして、本実施形態の発光装置Ａは、実施形態１と同様、平面視において色変換部材４の外周線よりも実装基板２の外周線が内側に位置し色変換部材４の開口端が実装基板２の外周部と接合されているので、色変換部材４の周部から放射された光が実装基板２に吸収されることなく外部へ出射されることとなり、発光装置Ａ全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。なお、本実施形態の発光装置Ａでは、ＬＥＤチップ１で発生した熱が実装基板２の上記一表面と埋込穴２４ａの内底面との間の薄肉部を通して伝熱プレート２５へ伝熱されるので、熱抵抗を小さくする観点から上記薄肉部の厚みは薄い方が望ましい。

（実施形態４）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、伝熱プレート２５の上記他表面側（つまり、実装基板２の上記他表面側と同じ面側）に、中央から外側に向かって幅の広くなる複数の溝２５ｄが放射状に形成されている点が相違する。ここにおいて、各溝２５ｄは、伝熱プレート２５の上記他表面の中央から外側に向かって幅寸法が徐々に大きくなるとともに深さ寸法も徐々に大きくなっている。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適宜省略する。

ところで、実施形態１で説明したように実装基板２の伝熱プレート２５を配線基板７の配線パターン７５に半田からなる接合部８５により接合した構成では、伝熱プレート２５の上記他表面が平面であり外部接続用電極２３に比べて面積がかなり大きいので、接合部８５にボイドが発生する恐れがあり、接合部８５にボイドがあると、温度サイクルがかかった時に実装基板２と配線基板７との線膨張率差によって生じる応力変化に起因して、接合部８５に、当該接合部８５のボイドが基点となってクラックが発生することがある。

これに対して、本実施形態の発光装置Ａでは、伝熱プレート２５の上記他表面側に、中央から外側に向かって幅の広くなる溝２５ｄが形成されているので、発光装置Ａを配線基板７に実装して用いるにあたって、図４（ｃ）に示すように伝熱プレート２５を配線基板７の配線パターン７５に半田８５’により接合する際に、半田８５’の溶融から硬化の過程で生じるフラックスなどのガス８６および気泡（図示せず）が溝２５ｄに沿って外部に抜けやすくなり、硬化後の半田８５’からなる接合部８５の内部にボイドが生じるのを抑制することができ、結果的に、ＬＥＤチップ１と配線基板７との間の熱抵抗のばらつきを小さくすることができるとともに、温度サイクルがかかった時に実装基板２と配線基板７との線膨張率差によって生じる応力変化に対する接合部８５の耐性が高くなって信頼性が向上する。なお、実施形態２，３の発光装置Ａにおける伝熱プレート２５の上記他表面に、本実施形態で説明した複数の溝２５ｄを形成してもよいことは勿論である。

（実施形態５）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、図５に示すように、伝熱プレート２５のマウント部２５ｂにおけるＬＥＤチップ１の搭載領域の周囲に短絡防止溝２５ｃが形成され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適宜省略する。

しかして、本実施形態の発光装置Ａでは、ＬＥＤチップ１をマウント部２５ｂの搭載領域に半田により接合する際にＬＥＤチップ１直下から溢れ出た余分な半田１２ｃが短絡防止溝２５ｃに溜まるので、余分な半田１２ｃが実装基板２の上記一表面側の配線パターン２１上まで流れ出ることによる短絡を防止することができる。なお、実施形態４の発光装置Ａにおいても、マウント部２５ｂにおけるＬＥＤチップ１の搭載領域の周囲に短絡防止溝２５ｃを設けてもよいし、実施形態２の発光装置Ａにおいて、マウント部２５ｂにおけるサブマウント部材３０の搭載領域の周囲に短絡防止溝２５を設けてもよい。

（実施形態６）
本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、図６に示すように、色変換部材４が箱型のドーム状に形成されている点などが相違する。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適宜省略する。

本実施形態における色変換部材４は、シリコーン樹脂からなる透光性材料にＬＥＤチップ１から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を分散させた混合材料を用いて円筒状に形成された色変換部４１と、液晶ポリマー系の樹脂あるいはセラミックにより形成され色変換部４１の一端側の開口面を閉塞する形で配設されてＬＥＤチップ１からの光を拡散反射する円板状の反射部４２とを結合することにより形成されている。したがって、ＬＥＤチップ１から放射され封止部３および光学部材６および空気層１１を伝搬する光は、色変換部４１に直接入射したり、反射部４２で反射されて色変換部４１に入射する。ここにおいて、反射部４２として、Ａｌ板の表面に高反射の白塗装を施したものや、Ａｌ板の表面にＡｇ蒸着などおによる鏡面仕上げを施したものを用いてもよく、これらを用いた場合には、色変換部材４の色変換部４１で発生した熱が反射部４２から効率良く放熱されるので、色変換部材４の変換効率が向上するとともに信頼性が向上する。なお、色変換部４１は、実装基板２から離れるにつれて内径および外径が徐々に小さくなるテーパを有する円筒状に形成されている。また、反射部４２の形状は、図７に示すように、ＬＥＤチップ１に近づくにつれて断面積が小さく錐状に形成されていてもよい。

しかして、本実施形態の発光装置Ａは、実施形態１と同様、平面視において色変換部材４の外周線よりも実装基板２の外周線が内側に位置し色変換部材４の開口端が実装基板２の外周部と接合されているので、色変換部材４の周部から放射された光が実装基板２に吸収されることなく外部へ出射されることとなり、発光装置Ａ全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。なお、他の実施形態２〜５における色変換部材４の代わりに、本実施形態における色変換部材４を用いてもよい。

（実施形態７）
本実施形態では、実施形態１にて説明した発光装置Ａを備えた照明器具を例示する。

本実施形態の照明器具は、図８に示すように、発光装置Ａと、発光装置Ａが実装された配線基板７と、発光装置Ａから放射される光の配光を制御する反射鏡５と、配線基板７、発光装置Ａおよび反射鏡５が収納される有底円筒状の器具本体９とを備えてなる。ここにおいて、反射鏡５は、椀状に形成され、底部に、発光装置Ａが挿入される開口部５ａを有しており、発光装置Ａの周囲を囲む形で器具本体９内に配置されている。また、器具本体９は、金属材料（例えば、Ａｌなど）により形成されている。

また、本実施形態の照明器具は、透光性材料（例えば、アクリル樹脂、ガラスなど）により形成され反射鏡５の開口面を閉塞する形で配設される円板状の透光性カバー８と、器具本体９の開口縁に形成された溝部９ｂの底面との間に透光性カバー８の周部と反射鏡５の開口縁から外方へ延設された外鍔部５ｃとを重ねた形で保持する円環状の保持枠１０とを備えている。ここで、保持枠１０は、外郭９に対して接着剤により固定されている。

また、配線基板７は、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且つ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）を用い、当該樹脂シートにより配線基板７と器具本体９の底壁とを接合し、更に複数本の固定ねじ９１により固定してある。上記樹脂シートは電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く、しかも、加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、上記樹脂シートと配線基板７および器具本体９の底壁との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができ、ゴムシート状の放熱シートを用いる場合に比べて、ＬＥＤチップ１から器具本体９までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１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。

反射鏡５は、色変換部材４の光出射面から放射されて入射した光を透光性カバー８側へ反射させ狭角配光が得られるように内側面の形状が設計されており、当該内側面がドーム状の色変換部材４の頂点を焦点とする放物面状に形成されている。なお、反射鏡５の内周面の形状は特に限定するものではなく、反射鏡５は、所望の配光特性に応じて、ＬＥＤチップ１の光軸方向においてＬＥＤチップ１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる椀状の形状に形成されていればよい。

反射鏡５の材料としては、例えば、ＬＥＤチップ１や蛍光体から放射される光の反射率が高い金属（例えば、Ａｌなど）などを採用すればよく、本実施形態では、Ａｌを採用している。また、反射鏡５の内側面は、ＡｌやＡｇなどを蒸着したり、白色塗装したり、拡散反射面としたりすることで所望の反射率を確保している。なお、反射鏡５の材料は金属に限らず、高耐熱の樹脂（例えば、ＰＢＴなど）などを採用してもよい。

なお、本実施形態における反射鏡５は、外鍔部５ｃが器具本体９と保持枠１０との間に透光性カバー８の周部を介して保持され、実装基板２や配線基板７へ直接固定する必要がないから、反射鏡５を実装基板２や配線基板７に直接固定する場合に比べて、反射鏡５の機械的強度の制約が少なくなるとともに実装基板２と配線基板７との接合部８３，８５に機械的ストレスを与えるのを防止することができる。

以上説明した本実施形態の照明器具では、実施形態１の発光装置Ａと、発光装置Ａから放射される光の配光を制御する反射鏡５であって底部に発光装置Ａが挿入される開口部５ａを有する反射鏡５と、発光装置Ａおよび反射鏡５が収納される器具本体９とを備えているので、発光装置Ａの色変換部材４の周部と反射鏡５における底部の開口部５ａの内側面との間の隙間を小さくすることができ、照明器具を正面から見た時の非発光部の面積が小さくなって正面光度が向上するとともに、配光制御部材である反射鏡５の小型化による照明器具の小型化を図りつつ照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。ここにおいて、発光装置Ａの色変換部材４の周部と反射鏡５における底部の開口部５ａの内側面との間の隙間は小さい方が望ましく（要するに、色変換部材４の周部と反射鏡５における底部の開口部５ａの内側面とを近接させることが望ましく）、当該隙間の寸法は、反射鏡５および発光装置Ａの設置公差などを考慮して設定すればよい。

また、本実施形態の照明器具では、反射鏡５は、底部の開口部５ａの周部の厚みが発光装置Ａにおける実装基板２の厚みよりも薄く、開口部５ａの開口縁を含む平面Ｐ２が色変換部材４の開口端を含む平面Ｐ１よりも後退して位置するように配置されているので、色変換部材４の周部から放射された光の反射鏡５への入射効率を高めることができ、照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。図８（ｃ）中には色変換部材４の周部から放射された光の進行経路を矢印で例示してある。

なお、本実施形態では、光源として実施形態１の発光装置Ａを備えた照明器具について例示したが、光源としては実施形態２〜６のいずれかの発光装置Ａを用いてもよい。

（実施形態８）
図９に示す本実施形態の照明器具の基本構成は実施形態７と略同じであり、発光装置Ａから放射される光の配光を制御する配光制御部材として、実施形態７で説明した反射鏡５の代わりに、ハイブリッドレンズ（配光レンズ）６を備えている点が相違する。なお、実施形態７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。

本実施形態の照明器具では、ハイブリッドレンズ６の外側面から外方へ延設された外鍔部６ｄが、器具本体９の開口縁に形成された溝部９ｂの底面と保持枠１０との間に保持されている。

ハイブリッドレンズ６は、発光装置Ａ側に、発光装置Ａが挿入される凹所６１が形成されている。ここにおいて、ハイブリッドレンズ６は、凹所６１の内底面６１ａと内側面６１ｂとが光入射面６ａを構成しており、光入射面６ａ側の焦点（図示せず）から凹所６１の内底面６１ａへ入射した光を屈折させて更に光出射面６ｂで屈折させる機能と、光入射面６ａ側の上記焦点から凹所６１の内側面６１ｂへ入射した光を屈折させた後に外側面６ｃで全反射させ更に光出射面６ｂで屈折させる機能とを有しており、発光装置Ａから放射され光入射面６ａへ入射した光が光出射面６ｂから出射される。なお、ハイブリッドレンズ６は、外側面６ｃが回転放物面状に形成され、光出射面６ａが凸曲面状に形成されているが、外側面６ｃはＬＥＤチップ１の光軸方向においてＬＥＤチップ１から離れるにつれて外形が徐々に大きくなる曲面状であって凹所６１の内側面６１ｂから入射した光を光出射面６ａ側へ全反射できる形状であればよく、光出射面６ａは平面状でもよいし、フレネルレンズ状でもよい。

本実施形態の照明器具では、光源として、実施形態１にて説明した発光装置Ａを用いているので、色変換部材４とハイブリッドレン６の凹所６１の光入射面６ａとを近接して配置することが可能となるから、配光制御部材であるハイブリッドレンズ６の小型化による照明器具の小型化を図りつつ照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。ここにおいて、発光装置Ａの色変換部材４の周部とハイブリッドレンズ６における凹所６１の内側面６１ｂとの間の隙間は小さい方が望ましく（要するに、色変換部材４の周部とハイブリッドレンズ６における凹所６１の内側面６１ｂとを近接させることが望ましく）、当該隙間の寸法は、例えば、ハイブリッドレンズ６および発光装置Ａの組立て公差に設定すればよい。

また、本実施形態の照明器具では、ハイブリッドレンズ６における凹所６１の開口面を含む平面Ｐ３が色変換部材４の開口端を含む平面Ｐ１よりも配線基板７に近くなるように配置されているので、色変換部材４の周部から放射された光のハイブリッドレンズ６への入射効率を高めることができ、照明器具全体としての外部への光取り出し効率を向上させることができる。

なお、本実施形態では、光源として実施形態１の発光装置Ａを備えた照明器具について例示したが、光源としては実施形態２〜６のいずれかの発光装置Ａを用いてもよい。

ところで、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１として、青色光を放射する青色ＬＥＤチップを採用しているが、ＬＥＤチップ１は青色光を放射するものに限らず、例えば、紫外光を放射するものでもよく、色変換部材４における蛍光体の発光色も特に限定するものではない。

実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は配線基板に実装した状態の概略断面図である。 実施形態２の発光装置を示す概略断面図である。 実施形態３の発光装置を示す概略断面図である。 実施形態４の発光装置を示し、（ａ）は配線基板に実装した状態の概略断面図、（ｂ）は伝熱プレートの下面側から見た概略斜視図、（ｃ）は要部説明図である。 実施形態５の発光装置を示し、（ａ）は配線基板に実装した状態の概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図、（ｃ）は要部概略断面図である。 実施形態６の発光装置を示す概略断面図である。 同上の他の構成例を示す概略断面図である。 実施形態７の照明器具を示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略断面図である。 実施形態８の照明器具を示す概略断面図である。 従来例を示す発光装置の概略断面図である。 従来例を示す照明器具の概略断面図である。 他の従来例の照明器具を示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略断面図である。 別の従来例の照明器具を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部の機能説明図である。

符号の説明

Ａ 発光装置
１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
３ 封止部
４ 色変換部材
５ 反射鏡
５ａ 開口部
６ ハイブリッドレンズ
９ 器具本体
２５ 伝熱プレート
２５ｂ マウント部
２５ｃ 短絡防止溝
２５ｄ 溝

Claims (9)

1. ＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板と、前記ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて前記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た透光性材料により形成され前記実装基板の前記一表面側に配設された色変換部材とを備え、前記色変換部材がドーム状であり、平面視において前記色変換部材の外周線よりも前記実装基板の外周線が内側に位置し、前記色変換部材の開口端が前記実装基板の前記一表面側で前記実装基板の外周部と接合されてなることを特徴とする発光装置。
2. 前記ＬＥＤチップと前記色変換部材との間に、前記ＬＥＤチップを封止した透光性材料からなる封止部が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記実装基板の他表面側に、前記実装基板よりも熱伝導率の高い材料により形成され前記ＬＥＤチップで発生した熱が伝熱される伝熱プレートが埋設されてなり、平面視における前記伝熱プレートの外周線が前記ＬＥＤチップの外周線の外側に位置してい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。
4. 前記伝熱プレートは、前記実装基板の前記一表面側に露出するマウント部が突設されてなり、前記ＬＥＤチップは、前記マウント部に搭載されてなることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
5. 前記マウント部は、前記実装基板の前記一表面を含む平面から突出していることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
6. 前記伝熱プレートは、前記実装基板の前記他表面側と同じ面側に中央から外側に向かって幅の広くなる溝が形成されてなることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記マウント部は、前記ＬＥＤチップの搭載領域の周囲に短絡防止溝が形成されてなることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置から放射される光の配光を制御する反射鏡であって底部に前記発光装置が挿入される開口部を有する前記反射鏡と、前記発光装置および前記反射鏡が収納される器具本体とを備えてなることを特徴とする照明器具。
9. 前記反射鏡は、前記開口部の周部の厚みが前記発光装置における前記実装基板の厚みよりも薄く、前記開口部の周部が前記色変換部材の前記開口端を含む平面よりも後退して位置するように配置されてなることを特徴とする請求項８記載の照明器具。

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