WO2005083805A1

WO2005083805A1 - Ｌｅｄ光源

Info

Publication number: WO2005083805A1
Application number: PCT/JP2005/002692
Authority: WO
Inventors: Kiyoshi Takahashi; Tomoaki Ono; Noriyasu Tanimoto; Toshifumi Ogata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2005-09-09
Also published as: CN1806347A; JPWO2005083805A1; US20050274973A1; CN100391020C; US7227195B2; JP3892030B2

Abstract

　本発明のＬＥＤ光源は、主面１０ａを有する基板１０と、基板１０の主面１０ａに支持された少なくとも１つのＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２の側面を取り囲む反射面１４を有する開口部を備え、基板１０の主面１０ａに支持された反射板１６と、ＬＥＤ素子１２および反射板１６を覆う封止樹脂層１８とを備えている。そして、封止樹脂層１８のうち、反射板１６の側面１６ｗを覆う部分の厚さをＤｗ、反射板の上面１６ｈを覆う部分の厚さをＤｈとするとき、Ｄｈ／Ｄｗが１．２以上１．８以下である。

Description

明細書

LED光源

技術分野

[0001] 本発明は、 LED光源に関し、特に、一般照明用の白色光源として好適に使用され得る LED光源に関する。

背景技術

[0002] 発光ダイオード素子（以下、「LED素子」と称する。 )は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光を示す半導体素子であり、優れた単色性ピークを有している。 LED素子を用いて白色発光をさせる場合、例えば赤色 LED素子、緑色 LED素子、および青色 LED素子を近接するように配置し、拡散混色を行えばよい。しかし、各 LED素子が優れた単色性ピークを有するがゆえに、色ムラが生じやすいという問題がある。すなわち、各 LED素子からの発光が不均一になって混色がうまくいかないと、色ムラが生じた白色発光となってしまう。このような色ムラの問題を解消するために、青色 LED 素子と黄色蛍光体とを組み合わせて白色発光を得る技術が開発されている（例えば、特許文献 1、特許文献 2)。

[0003] 特許文献 1に開示されてレ、る技術によれば、青色 LED素子からの発光と、その発光で励起され黄色を発光する黄色蛍光体からの発光とによって白色発光を得ている。この技術では、 1種類の LED素子だけを用いて白色発光を得るので、複数種類の LED素子を近接させて白色発光を得る場合に生じる色ムラの問題を解消することができる。

[0004] 特許文献 2に開示された LED照明光源は、図 11に示すような構成を有している。

すなわち、図 11の LED照明光源は、 LED素子 401を載置しているカップ 403の内部が蛍光体を含む第 1の樹脂 405で充填され、さらに LED素子 401の全体が第 2の樹脂 404で封止された構造を有している。 LED素子 401はリードフレーム 402およびワイヤ 406を介して駆動電流が供給され、発光する。 LED素子 401から放射された光は、第 1の樹脂 405に含まれる蛍光体によって当該光の波長よりも波長の長い光に変換される。 LED素子 401から放射された光と、第 1の樹脂 405で変換された光とが混色を起こす結果、所望の色の光（を合成することができる。 LED素子 401から青色が発光される場合において、その光によって第 1の樹脂 405内の蛍光物質が黄色を発光すると、両方の色が混じりあって白色が得られる。

[0005] 一般に 1個の LED素子から得られる光束は小さいため、一般照明用光源として広く普及している白熱電球や蛍光ランプと同程度の光束を得るには、複数の LED素子を同一基板上に配歹 1Jして LED照明光源を構成することが望ましい。そのような LED照明光源は、例えば特許文献 3に開示されている。

特許文献 1 :特開平 10 - 242513号公報

特許文献 2：特開平 10 - 56208号公報

特許文献 3 :特開 2003 - 124528号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 同一基板上に多数の LEDチップを高密度で実装する場合、製造の容易さから、多数の LEDチップの配列された基板面が樹脂で一括的に封止される。しかしながら、本願発明者の実験によると、上記の樹脂封止が行なわれた LED光源には、熱衝撃時によって封止樹脂層と基板との界面に割れやクラックが生じ、封止樹脂層にリークが生じるという問題のあることがわかった。このようなリークが発生すると、空気中の水分により LEDチップが劣化する。その結果、信頼性が低下し、素子寿命が短くなつてしまうため、実用上大きな支障となっている。

[0007] 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、熱衝撃による封止樹脂層の割れやクラックの発生を抑制し、信頼性および寿命を改善した LED光源を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明の LED光源は、主面を有する基板と、前記基板の主面に支持された少なくとも 1つの LED素子と、前記 LED素子の側面を取り囲む反射面を有する開口部を備え、前記基板の主面に支持された反射板と、前記 LED素子および前記反射板を覆う封止樹脂層とを備え、前記封止樹脂層のうち、前記反射板の側面を覆う部分の厚さを Dw、前記反射板の上面を覆う部分の厚さを Dhとするとき、 DhZDwが 1. 2以上 1 . 8以下である。

[0009] 好ましい実施形態において、前記反射板の開口部の内壁面と前記 LED素子との間に配置され、前記 LED素子を覆う波長変換部を備え、前記波長変換部は、前記し ED素子から放射された光を当該光の波長よりも長い波長の光に変換する。

[0010] 好ましい実施形態において、前記波長変換部は、前記 LED素子から放射された光を当該光の波長よりも長い波長に変換する蛍光体を含有する樹脂から形成されている。

[0011] 好ましい実施形態において、前記封止樹脂層のうち、前記反射板の開口部に位置する部分は、前記反射板の上面を覆う部分よりも突出したレンズ形状を有している。

[0012] 好ましい実施形態において、前記 LED素子の動作中における発熱量は、 lW/c m²以上である。

[0013] 好ましい実施形態において、前記基板の主面に支持される前記 LED素子の個数は 2以上である。

[0014] 好ましい実施形態において、前記基板の熱膨張係数 nは、 0. 4 X 10— ⁵/K以上 2

1

. 5 X 10— ⁵/Κ以下であり、前記封止樹脂層の熱膨張係数 ηは、 6. 0 X 10— ⁵/Κ以

2

上 8. 0 X 10— ⁵/Κ以下であり、前記反射板の熱膨張係数 ηは、 2. 3 X 10— ⁵/Κ以上

3

8. 6 X 10— 5/Κ以下である。

[0015] 好ましい実施形態において、 Dhは 100 μ m以上 1500 μ m以下であり、 Dwが 100 i m以上 1500 i m"下 C?める。

[0016] 好ましい実施形態において、 Dwは 100 μ ΐη以上 900 /i m以下である。

[0017] 好ましい実施形態において、前記反射板は、前記開口部が形成された平板から構成されている。

[0018] 好ましい実施形態において、前記反射板に形成された前記開口部の個数は、 4以上である。

[0019] 好ましい実施形態において、前記封止樹脂層はエポキシ樹脂を主成分として含有する材料から形成されてレヽる。

[0020] 好ましい実施形態において、前記封止樹脂層は前記反射板の上面全体を覆っている。 [0021] 好ましい実施形態において、前記反射板の上面の輪郭は矩形である。

[0022] 本発明の照明装置は、上記いずれかの LED光源と、前記 LED光源に電力を供給する回路とを備えている。

[0023] 本発明の LED光源の製造方法は、主面を有する基板と、前記基板の主面に支持された少なくとも 1つの LED素子と、前記 LED素子の側面を取り囲む反射面を有する開口部を備え、前記基板の主面に支持された反射板とを備えた構造物を用意する工程と、前記 LED素子および前記反射板を覆う封止樹脂層の形状を規定する成形型を用意する工程と、前記成形型の内壁面と前記反射板の上面および側面との間に所定の間隔を有する隙間を形成するように前記基板に対する前記成形型の位置を合わせる工程と、前記隙間に樹脂を流し込み、前記樹脂を硬化させることにより、前記 LED素子および前記反射板を覆う封止樹脂層を形成する工程とを含み、前記封止樹脂層のうち、前記反射板の側面を覆う部分の厚さを Dw、前記反射板の上面を覆う部分の厚さを Dhとするとき、 Dh/Dwを 1. 2以上 1. 8以下の範囲内に調節する。

発明の効果

[0024] 本発明によれば、反射板を覆う封止樹脂層の厚さを調節することにより、熱衝撃による封止樹脂層の劣化を抑え、信頼性および寿命を改善した LED光源を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1] (a)は、本発明の LED光源の構成を模式的に示す断面図であり、 (b)は、その上面図である。

[図 2]本発明の LED光源の他の構成を模式的に示す断面図である。

[図 3] (a)は、本発明の LED光源の更に他の構成を模式的に示す断面図であり、 (b) は、その上面図である。

[図 4] (a)から (c)は封止樹脂層の作製方法の従来例を示す工程断面図である。

[図 5] (a)から (c)は、本発明で好適に用いられ得る封止樹脂層の作製方法の一例を示す工程断面図である。

[図 6] (a)から (c)は、封止樹脂層の作製工程における位置あわせズレを示す断面図である。

園 7]本発明の実施形態における LED光源の概略図である。

園 8]本発明の実施形態における LED光源の一部の断面図である。

園 9] (a)は、本発明の実施形態における LED光源の断面図であり、 (b)は、 LED光源の上面図である。

園 10]本発明の実施形態における LED光源に関するヒートサイクル試験の結果を示すグラフである。

園 11]従来の LED光源の断面図である。

符号の説明

10 基板

10a 基板の主面

12 LED素子

14 反射面

16 反射板

16w 反射板の側面

16h 反射板の上面

18 封止樹脂層

Dw 封止樹脂層のうち、反射板の側面を覆う部分の厚さ、

Dh 封止樹脂層のうち、反射板の上面 hを覆う部分の厚さ

20 成形型

40 成形型

101 金属ベース

102 コンポジット層

103 LED素子

104 蛍光体樹脂部

105 反射板

106 封止樹脂層

401 LED素子 402 リードフレーム

403 カップ

404 第 2樹脂部

405 第 1樹脂部

406 ワイヤ

1001 基板

発明を実施するための最良の形態

[0027] 本発明の LED光源は、図 1 (a)および (b)に示すように、主面 10aを有する基板 10 と、基板 10aの主面 10aに支持された少なくとも 1つの LED素子 12と、 LED素子 12 の側面を取り囲む反射面 14を有する開口部を備えた反射板 16とを備えている。反射板 16は、基板 10の主面 10aに支持されている。 LED素子 12および反射板 16は封止樹脂層 18によつて全体が覆われてレ、るため、 LED素子 12は大気から遮断 (封止）されている。

[0028] LED素子 12は、後に詳しく説明するように、好適には LEDベアチップと、このチップを覆う蛍光体樹脂とから構成される。 LED素子 12から放射された光は、封止樹脂層 18を透過して矢印の方向に取り出される。より具体的には、 LED素子 12から放射された光の一部は、反射板 16の反射面 14によって反射された後、封止樹脂層 18の外側に出射され、前記光の残りの部分は、反射面 14で反射されることなく封止樹脂層 18を透過して封止樹脂層 18の外側に出射される。

[0029] 本願明細書では、封止樹脂層 18のうち、反射板 16の側面 16wを覆う部分の厚さを Dw、反射板 16の上面 16hを覆う部分の厚さを Dhとする。図 1には示されていないが、封止樹脂層 18の一部にレンズ状の凸部が設けられていてもよレ、。図 2は、レンズ状に突出する部分 (マイクロレンズ部）を有する封止樹脂層 18を示す図である。図 2に示す LED光源では、反射板 16の上面 16hを覆う部分の厚さは一様ではなレ、。マイク口レンズ部の厚さ Dh'は、反射板 16の上面 16hからマイクロレンズ部の上端までの距離（レベル差）である。この厚さ Dh'は、厚さ Dhの 2倍から 20倍の大きさを有している。このようなマイクロレンズ部の厚さ Dh'は、封止樹脂層 18の熱衝撃耐性にほとんど影響しない。本発明にとって重要なパラメータは、反射板 16の端面近傍おける封止樹脂層 18の厚さである。したがって、本明細書における「Dh」は、反射板 16の端面近傍おける封止樹脂層 18の厚さを意味するものとのする。

[0030] なお、図 1に示すように、反射板 16における開口部の内壁面を反射面 14として機能させるには、開口部の内壁面を凹面上にカーブさせたり、傾斜させることが好ましレ、。

[0031] 図 1の例では、単一の LED素子が基板 10に実装されている力光束を高めるとレヽう観点からは、 1つの基板 10に実装する LED素子の個数を複数にすることが好ましレ、。図 3 (a)及び（b)は、 7 X 7 = 49個の LED素子を基板 10上に実装した LED光源の上面図を示している。図 3の例では、反射板 16に 49個の開口部が設けられており、各開口部の中心付近に LED素子（図 3において不図示）が設けられている。このような場合でも、封止樹脂層 18は、 1つの連続した層として、複数の LED素子のすべてを覆っている。

[0032] 本発明では、封止樹脂層 18のクラック発生を抑制し、 LED光源の耐久性を高めるため、 Dh/Dwを 1. 2以上 1. 8以下の範囲内に設定している。

[0033] 従来、 LED素子および反射板を封止樹脂層によって封止する場合、製造方法上の理由から、封止樹脂層の一部は反射板から外側に広く延びた形状を有していた。このため、従来の LED光源における Dh/Dwは、 1に略等しいか、 1より小さな値を有していた。

[0034] 以下、従来の LED光源における Dh/Dwが 1よりも小さな値を有していた理由を理解するため、まず、図 4 (a)から（c)を参照しながら、従来のトランスファモールド法によって封止樹脂層 18を形成する方法を説明する。

[0035] まず、図 4 (a)に示すように、主面 10a上に LED素子（不図示）および反射板 16を実装した基板 10を用意する。不図示の LED素子は、例えば超音波フリップチップ実装によって基板 10に固着されている。反射板 16は、例えば接着層を介して基板 10 の主面に固着されている。一方、封止樹脂層 18の形状を規定する成形型 20を用意し、成形装置 (不図示）にセットする。成形型 20の凹部が封止樹脂層 18の外形を規定することになる。より詳細には、成形型 20の凹部の内壁面 20aが封止樹脂層 18の上面および側面を規定することになる。 [0036] 次に、図 4 (b)に示すように、成形型 20に基板 10を押し当て、成形型 20の凹部内に反射板 16を完全に収容する。このとき、成形型 20の内壁面 20aと反射板 16の上面および側面との間には隙間 20bが形成され、その隙間 20bに樹脂が充填される。樹脂は、成形型 20に設けた不図示の樹脂供給路を通って成形型 20の凹部に注入される。

[0037] 成形型 20の内壁面 20aと反射板 16の上面および側面との間に形成されている隙間 20bに注入された樹脂は、加圧された状態のまま、 150— 180°Cの温度で 3— 5分程度保持され、硬化する。その後、図 4 (c)に示すように、基板 10を成形型 20から離すことにより、封止樹脂層 18を形成することができる。

[0038] 成形型 20を反射板 16が搭載された基板 10に押し当てるには、上述のように成形型 20の凹部内に反射板 16を完全に収容する必要がある。成形型 20の内壁面 20aと反射板 16の側面との間に形成される隙間 20bを小さくしょうとすると、反射板 16に対する成形型 20の位置合わせ（ァライメント）精度を高めることが必要になる。

[0039] 従来、成形型 20の内壁面 20aと反射板 16の側面との間には、十分な隙間が形成されるように位置合わせのマージンを確保していた。このため、最終的に形成される封止樹脂層 18のうち、反射板 16の側面 16wを覆う部分の厚さ Dwは大きくなり、 Dh /Dwはせレ、ぜぃ 1か、それよりも小さな値を有してレ、た。

[0040] 本発明者は、封止樹脂層 18に発生するクラックが封止樹脂層 18と基板 10または反射板 16との間に存在する熱膨張率の差に起因して生じると考え、また、後に詳しく説明するように、封止樹脂層 18のうち反射板 16の側面を覆う部分の厚さ Dwを従来よりも小さく設定して Dh/Dwは 1. 2以上 1. 8以下の範囲内に調節すれば、クラックの発生を抑制できることを見出し、本発明に想到した。

[0041] 以下、図 5 (a)から（c)を参照しながら、本発明における封止樹脂層 18を形成する方法を説明する。

[0042] まず、図 5 (a)に示すように、主面 10a上に LED (素子）および反射板 16を実装した基板 10と、成形型 40を用意する。本発明では、成形型 40の凹部のサイズが従来の成形型 20の凹部のサイズと異なっている。

[0043] 次に、図 5 (b)に示すように、成形型 40に基板 10を押し当て、成形型 40の凹部内に反射板 16を完全に収容する。このときに形成される成形型 40の内壁面 40aと反射板 16の上面との隙間の大きさを Dhに設定し、成形型 40の内壁面 20aと反射板 16の隙間の大きさを Dwに設定する。 Dh/Dwは 1 · 2以上 1 · 8以下の範囲にある。

[0044] この後、上記隙間に樹脂を充填し、従来方法と同様にして樹脂を硬化させる。その後、図 5 (c)に示すように、基板 10を成形型 40から離すことにより、封止樹脂層 18を形成する。得られた封止樹脂層 18の外形は、成形型 40の凹部の内壁 40aの形状によって規定され、 DhZDwは 1. 2以上 1. 8以下の範囲内にある。

[0045] 本発明では、反射板 16が搭載された基板 10に成形型 40を押し当てるときの位置合わせ精度を従来よりも高めることが必要になる。この位置合わせ精度が低ぐ成形型 40と基板 10との水平方向の配置関係がずれると、成形型 40の凹部内に反射板 1 6を適切に収容できなくなり、 DhZDwを所定範囲内に調節することができなくなる。図 6 (a)の矢印の方向に成形型 40と基板 10との配置関係がずれると、図 6 (b)または図 6 (c)に示すように、成形型 40と反射板 16とが衝突する場合さえある。このような衝突が発生すると、封止樹脂層 18を形成することができなくなる。本願発明では、このような不具合を避けるように、位置合わせ精度の高い成形装置を用いて封止樹脂層

18を形成する。

[0046] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

[0047] (実施形態）

まず、図 7から図 10を参照しながら本発明による LED光源の実施形態を説明する

[0048] 図 7は、本実施形態における LED光源の概観を示した斜視図である。簡単のため、 LEDチップの配線や給電ピンなどの記載を図 7から省略している。図 8は、本実施形態の LED光源における或る LEDチップ 103およびその周辺部を拡大した断面図である。

[0049] 本実施形態では、光束を高めるために、基板 1001上に多数の LEDチップを二次元的に配列している。 1つの基板 1001上に配列する LEDチップの個数は、例えば 4 一 100個である力この個数は用途によって変化し、この範囲から外れても良い。また、 1つのチップでも高い光束を実現できる大型 LEDチップを用いる場合は、基板 1 001上に単一の LEDチップを実装しても良レ、。本実施形態では、 7行 X 7列に合計で 49個の LEDチップを配列してレ、る。

[0050] 本発明では、点灯時の LED素子から発生する熱量が基板主面における単位面積あたり、 2WZcm²以上である場合に特に顕著な効果を得ることができる。このように発熱量が高いと、光源の ON/OFFに伴って LED光源の温度が大きく上下するため、前述した熱膨張係数差に起因したクラックが発生しやすくなるからである。 1つの大型 LEDチップを基板上に実装する場合、 1個の LEDチップから 1W程度の熱量が発生すること力 Sある。このような場合、単位面積あたりの発熱量は、 4WZcm²以上に達することになり、多数の LEDチップを実装した場合と同様に封止樹脂層にクラックが生じやすくなる。し力、しながら、本発明によれば、このようなクラックの発生を効果的に抑制することができる。

[0051] 本実施形態における各 LEDチップ 103は、図 8に示すように、蛍光物質を含んだ蛍光体樹脂部 104で覆われている。蛍光体樹脂部 104は、 LEDチップ 103から放射された光を当該光の波長よりも長い波長の光に変換する蛍光体 (蛍光物質)と、蛍光体を分散させる樹脂とから形成されている。 LEDチップ 103は、基板 1001の上面上に実装されている。基板 1001の上面には、配線パターン (不図示）が形成されており、本実施形態では、その配線パターンの一部（例えば、ランド）に、 LEDチップ 10 3がフリップチップ方式で実装されている。

[0052] 基板 1001の上面（主面）には、図 7に示されるように反射板 105が配置されており、反射板 105には、蛍光体樹脂部 104を取り囲む複数の開口部が形成されている。各開口部の内壁面は、 LEDチップ 103から放射された光を反射する反射面として機能する。

[0053] 本実施形態では、蛍光体樹脂部 104および反射板 105がエポキシ樹脂からなる封止樹脂層 106で覆われている。封止樹脂層 106は、反射板 105の開口部の内部へ外気が進入することを防レヽでレ、る。

[0054] 基板 1001は、好ましくは放熱性に優れた材料から形成される。本実施形態の基板 1001は、図 8に示されるように、金属ベース 101と、コンポジット層 102とを備えている。金属ベース 101は、熱伝導率の高い A1 (アルミニウム）や Cu (銅）などの金属材料力形成されることが好ましい。コンポジット層 102は、例えばアルミナとエポキシ樹脂のコンポジットから形成されている。コンポジット層 102は絶縁層の機能を発揮するとともに、優れた放熱性を発揮する。コンポジット層 102の厚さは、放熱性の観点から、 0. 1mm以上 0. 6mm以下の範囲に設定される。本実施形態におけるコンポジット層 102の厚さは 0. 2mmである。なお、基板 1001の全体としての厚さは、例えば 0. lm m以上 5mm以下であり、 0. 5mm以上 3. Omm以下が実用的である。本実施形態の基板 1001の厚さは 1. Ommである。

[0055] このようなコンポジット基板は、高い熱伝導率（例えば、 1. 2°C/W以上）を実現でき、放熱性に優れる。その結果、各 LEDチップの温度上昇を抑制しながら、各 LED チップに大きな電流を流すことができるため、大きい光束を得ることができる。

[0056] なお、基板 1001は、上記構成を有するものに限定されず、 A1N等のセラミック基板であってもよい。ただし、基板 1001の熱膨張係数 nは、 0. 4 X 10— 5/K以上 2. 5 X

1

10— ⁵/K以下の範囲に設定されることが好ましい。本実施形態の基板 1001では、 A1 力なる金属ベース 101の厚さがコンポジット層 102の厚さの 3倍以上であるため、基板 1001の全体としての熱膨張係数は、 A1の熱膨張係数に支配され、 2. 35 X 10— ⁵ /Κ程度である。

[0057] 現在普及している青色の LED素子 103の大きさは、その発光面の一辺が 0. 3mm 以上 2. 0以下 mm程度である。本実施形態では、発光面の形状が 0. 3mm X O. 3m mの正方形の LED素子 103を用いている。 LEDチップ素子 103の発光中心波長は 400nm以上 500nm以下程度の範囲にあることが好ましい。本実施形態では、発光効率の点から、発光中心波長が 470nmの LED素子を用いている。

[0058] LED素子 103を覆う蛍光体樹脂部 104は、シリコーンを主成分とした樹脂であり、蛍光物質を含有している。蛍光物質は、例えば (Y' Sm) (Al-Ga) O ： Ceや (Y

3 5 12 0.39

Gd Ce Sm ) Al O などである。

0.57 0.03 0.01 3 5 12

[0059] 反射板 105は、蛍光体樹脂部 104から出てくる光を効率よく矢印 Dの方向へ反射するように、放物面加工が施されている。反射板 105は、好適には A1や樹脂などから形成される。本発明に好適に用いられる反射板の熱膨張係数 nは 2. 3 X 10— ⁵ZK以

3

上 8. 6 X 10— ⁵ΖΚ以下の範囲にある。反射板 105の厚さは、好ましくは 0. 5mm以上 2. Omm以下に設定される。反射板 105の上面が矩形である場合、その一辺の長さは 5mm以上 30mm以下に設定されることが実用的である。本実施形態の反射板 10 5は、熱膨張係数 2. 35 X 10— ⁵/Kの A1から形成され、その厚さは 1. 0mm、上面の輪郭は 20mm X 20mmの正方形である。

[0060] 封止樹脂層 106は、エポキシ樹脂を主成分としており、透明（可視光透過率 98% /mm程度）である。封止樹脂層 106は、蛍光体樹脂部 104と反射板 105を覆っており、封止樹脂層 106および基板 1001によって LED素子 103が封止されている。封止樹脂層の熱膨張係数 nは、 6. 0 X 10— ⁵/K以上 8. 0 X 10— ⁵/Κの範囲に設定されることが実用的である。本実施形態の封止樹脂層 106の熱膨張係数は 6. 5 X 1 0— ⁵/Κである。

[0061] このような構成の LED光源について、熱衝撃試験を行い、封止樹脂層 106のクラックを観察し、リークの有無を検討した。具体的な試験は、 JIS規格の「JIS C 7021 A- 3」に沿って行った。試験条件は、本実施形態に係る LED光源を 100°Cの液層に 15 秒以上漬けた後、 3秒以内に 0°Cの液層に移載する。 LED光源を 0°Cの液層に 5分以上漬けた後、 3秒以内に再び 100°Cの液層に漬け、その中で 15秒以上保持する。これらの工程をヒートショックの 1サイクルとし、封止樹脂層 106にクラックなどの外観異常が発生するまでのヒートショックのサイクル数を測定した。 JIS規格では、 10サイクル以上の耐久性が要求されている。

[0062] 図 9 (a)は、 LED光源の側面図であり、図 9 (b)は、その上面図である。図 9 (a)に示す「Dh」は、反射板 105の上面（反射板 105の光取り出し方向の面）における封止榭脂層 106の厚さを示している。「Dw」は、反射板 105の側面（反射板 105の上面と垂直な面）における封止樹脂層 106の平均厚さを示している。反射板 105の側面における封止樹脂層 106の厚さは、場所によって異なる力平均厚さ Dwの ±約 10%の範囲に含まれる。

[0063] 本実験では、 Dhを 100 μ m以上 1500 μ m以下の範囲内で変化させ、 Dwを 100 μ m以上 1500 μ m以下の範囲内で変化させた多数のサンプルを作製し、上記の熱衝撃試験を行った。図 10は、熱衝撃試験の結果を示すグラフである。グラフの横軸は、 Dwに対する Dhの比率（Dh/Dw)であり、縦軸は、クラックなどの外観異常がはじめて現れるヒートショックのサイクルの数を示している。

[0064] 図 10からわかるように、 Dh/Dwが 1 · 18以上 1· 8以下の場合、 20サイクル以上の耐久性がある。 20サイクルの耐久性は、 LED光源のオン-オフ 'スイッチングを行なう場合の寿命に換算すると、 20000回のスイッチングに相当し、通常の使用条件における 20000時間の寿命に相当する。

[0065] DhZDwを 1. 18よりも大きくしてゆくと、耐久性が向上し、 Dh/Dwを 1. 2では、 3 0サイクルの耐久性が得られ、 DhZDwを 1. 23のときには、 60サイクルの耐久性が達成される。 Dh/Dwが 1. 23以上 1. 45以下ときには、 60サイクル以上の優れた耐久性が発揮されるが、 DhZDwが 1. 35程度でピーク値をとり、その後は、 Dh/Dw が増加するにつれて耐久性の低下が観察される。し力、しながら、 DhZDwが 1. 8を超えない限り、耐久性は充分に高く維持される。

[0066] 製造工程中における各種プロセスパラメータの変動を考慮すると、 Dh/Dwを 1. 2 以上 1. 8以下の範囲内に調節することが好ましい。 Dh/Dwがこの範囲内にあれば、 10サイクル以上の耐久性を充分に満足する。

[0067] Dh/Dwが約 1. 2よりも小さくなると、熱衝撃に対する耐久性が低下する理由は、反射板 105の側面における封止樹脂層 106の厚さ Dwが相対的に大きくなるとほど、反射板 105の側面における封止樹脂層 106が基板主面に平行な方向に大きく熱膨張および熱収縮するようになる。一方、反射板 105の上面における封止樹脂層 106 は、反射板 105の側面における封止樹脂層 106の膨張 ·収縮の影響を受けて膨張 · 収縮しょうとする。しかし、反射板 105の上面における封止樹脂層 106の厚さ Dhが充分に大きな値を有していないと、基板主面に平行な方向における膨張 ·収縮の程度が、反射板 105の上面に位置する封止樹脂層 106と側面に位置する封止樹脂層 10 6との間で大きく異なるものとなる。このような場合に、反射板 105の周囲（特に四隅の近傍）における封止樹脂層 106にクラックが発生しやすくなる。 DhZDwが小さくなり、 1に近づくにつれ、反射板 105の上面における封止樹脂層 106の基板主面に平行な方向における膨張 *収縮の程度が急激に低下するため、反射板 105の側面部における封止樹脂層 106の膨張 ·収縮を吸収できず、耐久性も顕著に低下することになる。 [0068] 一般に、 Dhよりも Dwを小さくなることは製造工程の点で難しぐ従来の製造方法に従えば、 Dh/Dwは 1以下になっていた。このため、従来の LED光源では、封止樹脂層 106の四隅で特にクラックが発生しやすぐ寿命に問題があった。

[0069] Dwを小さく設定するためには、成形装置の位置合わせ精度を高める必要がある。

クラックの発生を抑制するには、 Dwを 900 z m以下、より好ましくは 600 x m以下に調節することが好ましい。 Dwをこのような値に設定するには、成形装置の位置合わせ精度を Dwの 10%程度に高める制御が必要になる。

[0070] 一方、 DhZDwが 1. 8よりも大きくなると、反射板 105の上面における封止樹脂層 106の厚さ Dhが相対的に大きくなるため、その膨張 ·収縮を反射板 105の側面における封止樹脂層 106が充分に吸収できなくなり、クラックが発生しやすくなる。

[0071] なお、封止樹脂層 106にレンズ形状を付与する場合、成形型にレンズ形状に対応した面を形成すればよレ、。封止樹脂層 106の一部がレンズまたはレンズアレイと機能する場合、前述のように、 Dhは、レンズが存在してない部分における封止樹脂層 10 6の厚さになる。この厚さ（Dh)は、例えば 700 μ m以上 800 μ m以下に設定される。

[0072] 本実施形態における基板および反射板の形状は、いずれも、上面および下面の輪郭が正方形であるが、本発明における基板および反射板の形状は、これに限定されない。基板および反射板の形状は、円柱、円錐台、曲板であっても良い。

[0073] 反射板の四隅では、封止樹脂層 106の膨張収縮による応力の集中が生じやすぐこのような応力の集中は、封止樹脂層 106のクラックを引き起こす原因となる。このため、反射板は、角が丸められた形状、例えば円柱や円錐台の形状を有することが好ましレ、。上面および下面の形状が円である平板から反射板を構成した場合、封止榭脂層 106の膨張収縮による応力の集中が緩和されるため、より熱衝撃に強レ、 LED光？原を得ること力 Sできる。

[0074] 基板の上面や反射板の上下面は、カーブしているよりも平坦であることが好ましい。

これらの面が平坦であれば、封止樹脂層の成型時に樹脂の流れがよぐ成型時のクラック発生や残留応力が軽減される。

[0075] 蛍光体樹脂部の主成分としてシリコーン樹脂を用いている。シリコーン樹脂は、透光性に優れ、光の取り出し効率が高くなる。ただし、蛍光体を含有する樹脂はこれに限定されない。

産業上の利用可能性

本発明の LED光源は、熱衝撃に対して高い信頼性を示すため、一般照明だけではなぐより使用環境の厳しい状況で使用される光源にも適している。

Claims

請求の範囲

[1] 主面を有する基板と、

前記基板の主面に支持された少なくとも 1つの LED素子と、

前記 LED素子の側面を取り囲む反射面を有する開口部を備え、前記基板の主面に支持された反射板と、

前記 LED素子および前記反射板を覆う封止樹脂層と、

を備え、

前記封止樹脂層のうち、前記反射板の側面を覆う部分の厚さを Dw、前記反射板の上面を覆う部分の厚さを Dhとするとき、 Dh/Dwが 1 · 2以上 1 · 8以下である LED 光源。

[2] 前記反射板の開口部の内壁面と前記 LED素子との間に配置され、前記 LED素子を覆う波長変換部を備え、

前記波長変換部は、前記 LED素子から放射された光を当該光の波長よりも長い波長の光に変換する請求項 1に記載の LED光源。

[3] 前記波長変換部は、前記 LED素子から放射された光を当該光の波長よりも長い波長に変換する蛍光体を含有する樹脂から形成されている請求項 2に記載の LED光源。

[4] 前記封止樹脂層のうち、前記反射板の開口部に位置する部分は、前記反射板の上面を覆う部分よりも突出したレンズ形状を有している請求項 1から 3のいずれかに記載の LED素子。

[5] 前記 LED素子の動作中における発熱量は、 lW/cm²以上である請求項 1に記載の LED素子。

[6] 前記基板の主面に支持される前記 LED素子の個数は 2以上である請求項 1に記載の LED素子。

[7] 前記基板の熱膨張係数 nは、 0. 4 X 10— ⁵/K以上 2. 5 X 10— ⁵/K以下であり、

1

前記封止樹脂層の熱膨張係数 ηは、 6. 0 X 10— ⁵/Κ以上 8. 0 X 10— ⁵/Κ以下で

2

あり、

前記反射板の熱膨張係数 ηは、 2. 3 X 10— ⁵/Κ以上 8. 6 X 10—ソ Κ以下である、請求項 1に記載の LED光源。

Dhは 100 μ m以上 1500 μ m以下であり、 Dwが 100 μ m以上 1500 μ m以下である請求項 1に記載の LED光源。

Dwは 100 μ m以上 900 μ m以下である請求項 8に記載の LED光源。

前記反射板は、前記開口部が形成された平板力構成されている請求項 1に記載の LED光源。

前記反射板に形成された前記開口部の個数は、 4以上である請求項 10に記載の L ED光源。

前記封止樹脂層はエポキシ樹脂を主成分として含有する材料力形成されている請求項 1に記載の LED光源。

前記封止樹脂層は前記反射板の上面全体を覆っている請求項 1に記載の LED光源。

前記反射板の上面の輪郭は矩形である請求項 1に記載の LED光源。

請求項 1に記載の LED光源と、

前記 LED光源に電力を供給する回路と、

を備えた照明装置。