ＬＥＤ光源装置
【課題】ＬＥＤチップを覆う透光性樹脂層を簡単な工程で形成することができ、しかも、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率が高いＬＥＤ光源装置を提供する。
【解決手段】基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップと、前記基板の表面に形成された、前記ＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜と、この枠状金属膜によって包囲される領域内において前記ＬＥＤチップを覆うよう形成された、略半球状の透光性樹脂層とを有してなることを特徴とする。
【解決手段】基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップと、前記基板の表面に形成された、前記ＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜と、この枠状金属膜によって包囲される領域内において前記ＬＥＤチップを覆うよう形成された、略半球状の透光性樹脂層とを有してなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップが実装された基板の表面に当該ＬＥＤチップを覆うよう透光性樹脂層が形成されてなるＬＥＤ光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ光源装置は、白熱電球や、蛍光灯等の放電ランプなどの他の光源に比較して、消費電力が小さく、しかも、使用寿命が長いことから、種々の分野において利用され始めている。そして、ＬＥＤ光源装置としては、給電用配線を有する基板上に実装されたＬＥＤチップを保護するために、当該ＬＥＤチップが略半球状の透光性樹脂層によって封止されてなるものが知られている（特許文献１参照。）。
このＬＥＤ光源装置における透光性樹脂層は、ＬＥＤチップが実装された基板の表面に、液状の熱硬化型または光硬化型の硬化性樹脂によるポッティング加工を施すことによって形成されている。具体的には、基板の表面に、液状の熱硬化型または光硬化型の硬化性樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップを覆う略半球状の液滴よりなる硬化性樹脂層を形成した後、加熱処理または光照射処理によって硬化性樹脂層層を硬化させることにより、基板の表面に透光性樹脂層が形成される。
【０００３】
しかしながら、このようなＬＥＤ光源装置においては、透光性樹脂層を形成する際に、ポッティング加工における精度上の問題により、透光性樹脂層の中心位置がＬＥＤチップの中心位置から位置ずれしたり、液状の硬化性樹脂が過度に流延することによって、略半球状の透光性樹脂層が形成されなかったりするため、得られるＬＥＤ光源装置において、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率が低下する、という問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、ＬＥＤチップが実装された基板の表面に、樹脂層成型用枠部材を配置した後、ポッティング加工を施すことによって透光性樹脂層を形成する方法が提案されている（特許文献２参照。）。
然るに、このような方法によって透光性樹脂層を形成する場合には、ポッティング加工を施す前において、樹脂層成型用枠部材を基板に対して位置合わせして配置する作業を行うと共に、ポッティング加工を施した後において、樹脂層成型用枠部材を基板から取り外す作業を行うことが必要であるため、製造工程が煩雑となり、その結果、生産効率が低下する、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７７５６号公報
【特許文献２】特開２００７−２３４９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、ＬＥＤチップを覆う透光性樹脂層を簡単な工程で形成することができ、しかも、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率が高いＬＥＤ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＬＥＤ光源装置は、基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップと、前記基板の表面に形成された、前記ＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜と、この枠状金属膜によって包囲される領域内において前記ＬＥＤチップを覆うよう形成された、略半球状の透光性樹脂層とを有してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のＬＥＤ光源装置においては、前記基板には、前記ＬＥＤチップに給電するための給電用配線が形成されており、当該給電用配線の一部によって、前記枠状金属膜が構成されていることが好ましい。
また、本発明のＬＥＤ光源装置においては、前記枠状金属膜の平面形状が円環状または部分円環状であることが好ましい。
このようなＬＥＤ光源装置においては、前記ＬＥＤチップの平面形状が矩形であり、前記枠状金属膜の平面形状に係る円環または部分円環の内径が、前記ＬＥＤチップの平面形状に係る矩形の対角線の長さの１．１〜１．５倍であることが好ましい。
また、本発明のＬＥＤ光源装置においては、前記透光性樹脂層は、前記基板の表面にポッティング加工を施すことによって形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＬＥＤ光源装置によれば、基板の表面にＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜が形成されていることにより、ポッティング加工によって透光性樹脂層を形成する際に、枠状金属膜が液状の硬化性樹脂のダムとして機能する、すなわち基板の表面に滴下された液状の硬化性樹脂が枠状金属膜によって塞き止められるため、樹脂層成型用枠部材を用いることなしに、略半球状の透光性樹脂層を所要の位置に確実に形成することができ、従って、透光性樹脂層を簡単な工程で形成することができると共に、ＬＥＤチップからの光について高い取り出し効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明のＬＥＤ光源装置の変形例における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明のＬＥＤ光源装置の他の変形例における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明のＬＥＤ光源装置の更に他の変形例における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のＬＥＤ光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置の構成を示す平面図であり、図２は、図１に示すＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
このＬＥＤ光源装置においては、絶縁性の基板１５の表面上に、それぞれ平面形状が矩形の板状の複数（図示の例では１６個）のＬＥＤチップ１０が、縦横に並んだ状態で、それぞれ接着材１１によって固定されて配置されている。
【００１２】
基板１５の表面には、ＬＥＤチップ１０の各々に給電するための給電用配線１６が形成されており、この給電用配線１６によって、例えば８個のＬＥＤチップ１０が直列に接続されている。図示の例では、給電用配線１６の一部によって、ＬＥＤチップ１０の各々を包囲する、それぞれ平面形状が部分円環状の複数の枠状金属膜１７が形成されている。この例のＬＥＤチップ１０は、上面にカソード電極（図示省略）を有すると共に下面にアノード電極（図示省略）を有するものであり、ＬＥＤチップ１０のカソード電極は、ボンディングワイヤ１８によって、給電用配線１６の一部である枠状金属膜１７に電気的に接続され、ＬＥＤチップ１０のアノード電極は、例えば半田等によって枠状金属膜１７以外のアノード側の給電用配線１６に電気的に接続されている。
【００１３】
そして、基板１５の表面上には、複数の透光性樹脂層２０が、それぞれ枠状金属膜１７によって包囲される領域内において、当該枠状金属膜１７の内周縁に当該透光性樹脂層２０の周縁が接した状態で、ＬＥＤチップ１０を覆うよう形成されている。
【００１４】
ＬＥＤチップ１０としては、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光層を有するものを用いることができる。
また、ＬＥＤチップ１０の発光波長は、特に限定されず、青色波長域、緑色波長域、赤色波長域などの可視光域の発光波長を有するもの、紫外線域に発光波長を有するもの、赤外線域に発光波長を有するもののいずれであってもよい。
ＬＥＤチップ１０としては、平面の縦横の寸法がそれぞれ０．２〜２．０ｍｍのものを用いることが好ましい。この寸法が過大である場合には、後述するポッティング加工によって透光性樹脂層２０を形成することが困難となることがある。
また、ＬＥＤチップ１０の厚みは、例えば５０〜３００μｍである。
【００１５】
基板１５を構成する材料としては、窒化アルミニウム、アルミナセラミックス、ガラス繊維補強型エポキシ樹脂、シリコンなどを用いることができる。
枠状金属膜１７を含む給電用配線１６としては、銅よりなるもの、または銅よりなる配線基材の表面に、ニッケル、パラジウム、金またはこれらの複数がメッキされてなるものを用いることができ、具体的な一例を挙げると、厚みが例えば２０μｍの銅よりなる配線基材の表面に、厚みが例えば３μｍのニッケル、厚みが例えば０．１μｍのパラジウムおよび厚みが例えば０．１μｍの金がこの順でメッキされてなるものである。
配線１６を形成する方法としては、蒸着法、スクリーン印刷法、メッキ法などを利用することができる。
また、ボンディングワイヤ１８は、例えば金によって構成され、その線径は例えば３０μｍである。
【００１６】
枠状金属膜１７の平面形状に係る部分円環の内径は、ＬＥＤチップ１０の平面形状に係る矩形の対角線の長さの１．１〜１．５倍であることが好ましい。この内径が過小である場合には、枠状金属膜１７がＬＥＤチップ１０の接着材１１と接触し、アノードとカソードとが短絡する可能性がある。一方、この内径が過大である場合には、硬化性樹脂の滴下量が多くて塞き止める効果がなくなり、硬化性樹脂が流延し略半球状の透光性樹脂層２０が形成されない。
枠状金属膜１７の内径および外径の具体的な値を示すと、内径が例えば０．３〜４．２ｍｍ、外径が例えば０．４〜４．７ｍｍ、枠状金属膜１７の幅が例えば０．１〜０．５ｍｍである。
また、枠状金属膜１７における基板１５の表面からの突出高さは、２０〜４０μｍであることが好ましい。この突出高さが過小である場合には、後述するポティング加工によって透光性樹脂層２０を形成する際に、枠状金属膜１７が熱硬化性樹脂のダムとして機能せず、得られる透光性樹脂層２０に位置ずれが生じやすくなる。
【００１７】
透光性樹脂層２０は、基板１５の表面に液状の熱硬化型または光硬化型の硬化性樹脂を用いたポッティング（樹脂盛り）加工を施すことによって形成されている。具体的には、基板１５の表面にＬＥＤチップ１０を実装した後、当該基板１５の表面における枠状金属膜１７によって包囲される領域内に、液状の硬化性樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップ１０およびその周辺領域を覆う液状樹脂層を形成した後、加熱処理または光照射処理によって液状樹脂層を硬化させることにより、透光性樹脂層２０が形成される。
【００１８】
透光性樹脂層２０を形成するための硬化性樹脂としては、得られる硬化樹脂が透明なものであればよく、その具体例としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
また、透光性樹脂層２０を形成するための熱硬化性樹脂は、基板１５の表面に滴下したときに略半球状の液滴が形成される程度の高い粘度を有するものを用いることが好ましい。
【００１９】
また、透光性樹脂層２０は、ＬＥＤチップ１０を中心とする略半球状に形成されている。具体的には、基板１５の面方向における透光性樹脂層２０の半径ｒと、透光性樹脂層２０におけるＬＥＤチップ１０の基板１５の表面からの突出高さｈとの比（ｒ／ｈ）が０．３〜１．２であることが好ましく、より好ましくは０．７〜１．０である。
透光性樹脂層２０における半径ｒおよび突出高さｈの具体的な値を示すと、半径ｒが例えば０．２〜２．１ｍｍ、突出高さｈが例えば０．２〜２．４ｍｍである。
【００２０】
このようなＬＥＤ光源装置によれば、基板１５の表面にＬＥＤチップ１０を包囲する枠状金属膜１７が形成されていることにより、ポッティング加工によって透光性樹脂層２０を形成する際に、枠状金属膜１７が液状の硬化性樹脂のダムとして機能する、すなわち基板１５の滴下された液状の硬化性樹脂が枠状金属膜１７によって塞き止められるため、樹脂層成型用枠部材を用いることなしに、略半球状の透光性樹脂層２０を所要の位置に確実に形成することができ、従って、透光性樹脂層２０を簡単な工程で形成することができると共に、ＬＥＤチップ１０からの光について高い取り出し効率が得られる。
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
このＬＥＤ光源装置においては、給電用配線１６が形成された絶縁性の基板１５の表面に、それぞれ平面形状が矩形の板状の複数のＬＥＤチップ１０が、縦横に並んだ状態で、それぞれフリップチップ実装されている。具体的に説明すると、この例のＬＥＤチップ１０は、下面にカソード電極（図示省略）およびアノード電極（図示省略）を有するものであり、カソード電極およびアノード電極の各々の表面には半田ボール１２が形成されており、ＬＥＤチップ１０のカソード電極およびアノード電極の各々は、半田ボール１２および基板１５に形成された当該基板１５の厚み方向に貫通して伸びるバイアホール１９を介して基板１５の裏面に形成された給電用配線１６に電気的接続されている。
基板１５の表面には、ＬＥＤチップ１０の各々を包囲する、それぞれ平面形状が円環状の複数の枠状金属膜１７が形成されている。この例の枠状金属膜１７は、給電用配線１６とは別体のものである。
そして、基板１５の表面上には、ＬＥＤチップ１０を中心とする略半球状の複数の透光性樹脂層２０が、それぞれ枠状金属膜１７によって包囲される領域内において、当該枠状金属膜１７の内周縁に当該透光性樹脂層２０の周縁が接した状態で、ＬＥＤチップ１０を覆うよう形成されている。
この第２の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置におけるその他の具体的な構成は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置と同様である。
【００２２】
このようなＬＥＤ光源装置によれば、基板１５の表面にＬＥＤチップ１０を包囲する枠状金属膜１７が形成されていることにより、ポッティング加工によって透光性樹脂層２０を形成する際に、枠状金属膜１７が液状の硬化性樹脂のダムとして機能する、すなわち基板１５の表面に滴下された液状の硬化性樹脂が枠状金属膜１７によって塞き止められるため、樹脂層成型用枠部材を用いることなしに、略半球状の透光性樹脂層２０を所要の位置に確実に形成することができ、従って、透光性樹脂層２０を簡単な工程で形成することができると共に、ＬＥＤチップ１０からの光について高い取り出し効率が得られる。
【００２３】
本発明のＬＥＤ光源装置は、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ＬＥＤチップ１０は、その表面にアノード電極およびカソード電極の両方を有するものであってもよい。このようなＬＥＤチップ１０を用いる場合には、図４に示すように、２つの半円環状金属膜１７ａ，１７ｂがＬＥＤチップ１０を中心とする円上に沿って互いに離間して配置されてなる枠状金属膜１７を形成し、一方の半円環状金属膜１７ａをアノード側の給電用配線１６の一部として構成すると共に、他方の半円環状金属膜１７ｂをカソード側の給電用配線１６の一部として構成し、アノード電極をボンディングワイヤ１８によって一方の半円環状金属膜１７ａに電気的に接続し、カソード電極をボンディングワイヤ１８によって他方の半円環状金属膜１７ｂに電気的に接続することができる。
【００２４】
また、図５に示すように、下面にアノード電極（図示省略）およびカソード電極（図示省略）を有するＬＥＤチップ１０を例えばフリップチップ実装する場合には、アノード側の給電用配線１６が一方の半円環状金属膜１７ａを交差し、カソード側の給電用配線１６が、他方の半円環状金属膜１７ｂを交差するよう形成されていてもよい。
【００２５】
また、図６に示すように、給電用配線１６と別体の枠状金属膜１７を設ける場合において、上面にカソード電極（図示省略）を有すると共に下面にアノード電極（図示省略）を有するＬＥＤチップ１０を用いるときには、アノード電極が、基板１５に形成された当該基板１５の厚み方向に貫通して伸びるバイアホール１９を介して、基板１５の裏面に形成された給電用配線１６に電気的に接続され、カソード電極が、ボンディングワイヤ１８、基板１５の表面における枠状金属膜１７によって包囲される領域内に形成された端子電極１４、および基板１５に形成された当該基板１５の厚み方向に貫通して伸びるバイアホール１９を介して、基板１５の裏面に形成された給電用配線１６に電気的に接続されていてもよい。
また、図２および図６の各々に示すＬＥＤ光源装置において、アノード電極およびカソード電極の接続構造が逆のものであってもよい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明のＬＥＤ光源装置の具体的な実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００２７】
〈実施例１〉
図１および図２の構成に従い、以下のようにしてＬＥＤ光源装置を製造した。
厚みが０．６３５ｍｍの窒化アルミニウムよりなる基板（１５）の表面に、スクリーン印刷法によって厚みが２０μｍの銅よりなる配線基材を形成し、この配線基材の表面に、メッキ法により、厚みが３．０μｍのニッケルメッキ層、厚みが０．１μｍのパラジウムメッキ層、および厚みが０．１μｍの金メッキ層をこの順で形成することにより、部分円環状の枠状金属膜（１７）を含む給電用配線（１６）を形成した。
得られた給電用配線（１６）の配線パターンは、１８個のＬＥＤチップが直列に接続されるものであり、枠状金属膜（１７）の平面形状に係る円環の内径が２ｍｍで外径が２．２ｍｍのものである。
【００２８】
次いで、上面にカソード電極を有すると共に下面にアノード電極を有し、平面形状が１ｍｍ×１ｍｍの矩形（対角線の長さが約１．４１ｍｍ）で、厚みが２５０μｍのＬＥＤチップ（１０）を合計で１８個用意した。このＬＥＤチップ（１０）は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光層を有する、発光ピーク波長が３９５ｎｍのものである。
これらのＬＥＤチップ（１０）の各々を、 基板（１５）の表面における枠状金属膜（１７）に包囲される領域内の所要の位置に配置し、アノード電極をＣｕＳｎ半田によって給電用配線（１６）に電気的に接続すると共に、カソード電極を線径が３０μｍの金よりなるボンディングワイヤ（１８）によって枠状金属膜（１７）に電気的に接続した。
【００２９】
そして、基板（１５）の表面における枠状金属膜（１７）によって包囲される領域内に、液状の硬化型のシリコーン樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップ（１０）およびその周辺領域を覆う液状樹脂層を形成した後、８５℃で２０分間、１５０℃で１時間の加熱処理を施すことによって液状樹脂層を硬化させることにより、透光性樹脂層（２０）を形成し、以て、ＬＥＤ光源装置を製造した。得られたＬＥＤ光源装置における透光性樹脂層（２０）の各々は、いずれもＬＥＤチップ（１０）を中心とする略半球状のものであり、基板（１５）の面方向における直径（２ｒ）が約２．０ｍｍで、基板（１５）の表面からの突出高さ（ｈ）が１．９ｍｍの略半球状のものであった。
【００３０】
このＬＥＤ光源装置における基板（１５）の裏面に、ヒートシンクおよびファンを設置し、当該ＬＥＤ光源装置に１．０Ａの直流電流を供給して点灯させ、基板（１５）から１０ｍｍ離間した位置における照度を測定したところ、２．０Ｗ／ｃｍ2 であった。この照度の値は、透光性樹脂層が形成されていないＬＥＤ光源装置による照度の値と同等のものであり、上記のＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤチップ（１０）からの光の取り出し効率が高いものであることが確認された。
【符号の説明】
【００３１】
１０ ＬＥＤチップ
１１ 接着材
１２ 半田ボール
１４ 端子電極
１５ 基板
１６ 給電用配線
１７ 枠状金属膜
１７ａ，１７ｂ 半円環状金属膜
１８ ボンディングワイヤ
１９ バイアホール
２０ 透光性樹脂層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップが実装された基板の表面に当該ＬＥＤチップを覆うよう透光性樹脂層が形成されてなるＬＥＤ光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ光源装置は、白熱電球や、蛍光灯等の放電ランプなどの他の光源に比較して、消費電力が小さく、しかも、使用寿命が長いことから、種々の分野において利用され始めている。そして、ＬＥＤ光源装置としては、給電用配線を有する基板上に実装されたＬＥＤチップを保護するために、当該ＬＥＤチップが略半球状の透光性樹脂層によって封止されてなるものが知られている（特許文献１参照。）。
このＬＥＤ光源装置における透光性樹脂層は、ＬＥＤチップが実装された基板の表面に、液状の熱硬化型または光硬化型の硬化性樹脂によるポッティング加工を施すことによって形成されている。具体的には、基板の表面に、液状の熱硬化型または光硬化型の硬化性樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップを覆う略半球状の液滴よりなる硬化性樹脂層を形成した後、加熱処理または光照射処理によって硬化性樹脂層層を硬化させることにより、基板の表面に透光性樹脂層が形成される。
【０００３】
しかしながら、このようなＬＥＤ光源装置においては、透光性樹脂層を形成する際に、ポッティング加工における精度上の問題により、透光性樹脂層の中心位置がＬＥＤチップの中心位置から位置ずれしたり、液状の硬化性樹脂が過度に流延することによって、略半球状の透光性樹脂層が形成されなかったりするため、得られるＬＥＤ光源装置において、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率が低下する、という問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、ＬＥＤチップが実装された基板の表面に、樹脂層成型用枠部材を配置した後、ポッティング加工を施すことによって透光性樹脂層を形成する方法が提案されている（特許文献２参照。）。
然るに、このような方法によって透光性樹脂層を形成する場合には、ポッティング加工を施す前において、樹脂層成型用枠部材を基板に対して位置合わせして配置する作業を行うと共に、ポッティング加工を施した後において、樹脂層成型用枠部材を基板から取り外す作業を行うことが必要であるため、製造工程が煩雑となり、その結果、生産効率が低下する、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７７５６号公報
【特許文献２】特開２００７−２３４９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、ＬＥＤチップを覆う透光性樹脂層を簡単な工程で形成することができ、しかも、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率が高いＬＥＤ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＬＥＤ光源装置は、基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップと、前記基板の表面に形成された、前記ＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜と、この枠状金属膜によって包囲される領域内において前記ＬＥＤチップを覆うよう形成された、略半球状の透光性樹脂層とを有してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のＬＥＤ光源装置においては、前記基板には、前記ＬＥＤチップに給電するための給電用配線が形成されており、当該給電用配線の一部によって、前記枠状金属膜が構成されていることが好ましい。
また、本発明のＬＥＤ光源装置においては、前記枠状金属膜の平面形状が円環状または部分円環状であることが好ましい。
このようなＬＥＤ光源装置においては、前記ＬＥＤチップの平面形状が矩形であり、前記枠状金属膜の平面形状に係る円環または部分円環の内径が、前記ＬＥＤチップの平面形状に係る矩形の対角線の長さの１．１〜１．５倍であることが好ましい。
また、本発明のＬＥＤ光源装置においては、前記透光性樹脂層は、前記基板の表面にポッティング加工を施すことによって形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＬＥＤ光源装置によれば、基板の表面にＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜が形成されていることにより、ポッティング加工によって透光性樹脂層を形成する際に、枠状金属膜が液状の硬化性樹脂のダムとして機能する、すなわち基板の表面に滴下された液状の硬化性樹脂が枠状金属膜によって塞き止められるため、樹脂層成型用枠部材を用いることなしに、略半球状の透光性樹脂層を所要の位置に確実に形成することができ、従って、透光性樹脂層を簡単な工程で形成することができると共に、ＬＥＤチップからの光について高い取り出し効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明のＬＥＤ光源装置の変形例における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明のＬＥＤ光源装置の他の変形例における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明のＬＥＤ光源装置の更に他の変形例における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のＬＥＤ光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置の構成を示す平面図であり、図２は、図１に示すＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
このＬＥＤ光源装置においては、絶縁性の基板１５の表面上に、それぞれ平面形状が矩形の板状の複数（図示の例では１６個）のＬＥＤチップ１０が、縦横に並んだ状態で、それぞれ接着材１１によって固定されて配置されている。
【００１２】
基板１５の表面には、ＬＥＤチップ１０の各々に給電するための給電用配線１６が形成されており、この給電用配線１６によって、例えば８個のＬＥＤチップ１０が直列に接続されている。図示の例では、給電用配線１６の一部によって、ＬＥＤチップ１０の各々を包囲する、それぞれ平面形状が部分円環状の複数の枠状金属膜１７が形成されている。この例のＬＥＤチップ１０は、上面にカソード電極（図示省略）を有すると共に下面にアノード電極（図示省略）を有するものであり、ＬＥＤチップ１０のカソード電極は、ボンディングワイヤ１８によって、給電用配線１６の一部である枠状金属膜１７に電気的に接続され、ＬＥＤチップ１０のアノード電極は、例えば半田等によって枠状金属膜１７以外のアノード側の給電用配線１６に電気的に接続されている。
【００１３】
そして、基板１５の表面上には、複数の透光性樹脂層２０が、それぞれ枠状金属膜１７によって包囲される領域内において、当該枠状金属膜１７の内周縁に当該透光性樹脂層２０の周縁が接した状態で、ＬＥＤチップ１０を覆うよう形成されている。
【００１４】
ＬＥＤチップ１０としては、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光層を有するものを用いることができる。
また、ＬＥＤチップ１０の発光波長は、特に限定されず、青色波長域、緑色波長域、赤色波長域などの可視光域の発光波長を有するもの、紫外線域に発光波長を有するもの、赤外線域に発光波長を有するもののいずれであってもよい。
ＬＥＤチップ１０としては、平面の縦横の寸法がそれぞれ０．２〜２．０ｍｍのものを用いることが好ましい。この寸法が過大である場合には、後述するポッティング加工によって透光性樹脂層２０を形成することが困難となることがある。
また、ＬＥＤチップ１０の厚みは、例えば５０〜３００μｍである。
【００１５】
基板１５を構成する材料としては、窒化アルミニウム、アルミナセラミックス、ガラス繊維補強型エポキシ樹脂、シリコンなどを用いることができる。
枠状金属膜１７を含む給電用配線１６としては、銅よりなるもの、または銅よりなる配線基材の表面に、ニッケル、パラジウム、金またはこれらの複数がメッキされてなるものを用いることができ、具体的な一例を挙げると、厚みが例えば２０μｍの銅よりなる配線基材の表面に、厚みが例えば３μｍのニッケル、厚みが例えば０．１μｍのパラジウムおよび厚みが例えば０．１μｍの金がこの順でメッキされてなるものである。
配線１６を形成する方法としては、蒸着法、スクリーン印刷法、メッキ法などを利用することができる。
また、ボンディングワイヤ１８は、例えば金によって構成され、その線径は例えば３０μｍである。
【００１６】
枠状金属膜１７の平面形状に係る部分円環の内径は、ＬＥＤチップ１０の平面形状に係る矩形の対角線の長さの１．１〜１．５倍であることが好ましい。この内径が過小である場合には、枠状金属膜１７がＬＥＤチップ１０の接着材１１と接触し、アノードとカソードとが短絡する可能性がある。一方、この内径が過大である場合には、硬化性樹脂の滴下量が多くて塞き止める効果がなくなり、硬化性樹脂が流延し略半球状の透光性樹脂層２０が形成されない。
枠状金属膜１７の内径および外径の具体的な値を示すと、内径が例えば０．３〜４．２ｍｍ、外径が例えば０．４〜４．７ｍｍ、枠状金属膜１７の幅が例えば０．１〜０．５ｍｍである。
また、枠状金属膜１７における基板１５の表面からの突出高さは、２０〜４０μｍであることが好ましい。この突出高さが過小である場合には、後述するポティング加工によって透光性樹脂層２０を形成する際に、枠状金属膜１７が熱硬化性樹脂のダムとして機能せず、得られる透光性樹脂層２０に位置ずれが生じやすくなる。
【００１７】
透光性樹脂層２０は、基板１５の表面に液状の熱硬化型または光硬化型の硬化性樹脂を用いたポッティング（樹脂盛り）加工を施すことによって形成されている。具体的には、基板１５の表面にＬＥＤチップ１０を実装した後、当該基板１５の表面における枠状金属膜１７によって包囲される領域内に、液状の硬化性樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップ１０およびその周辺領域を覆う液状樹脂層を形成した後、加熱処理または光照射処理によって液状樹脂層を硬化させることにより、透光性樹脂層２０が形成される。
【００１８】
透光性樹脂層２０を形成するための硬化性樹脂としては、得られる硬化樹脂が透明なものであればよく、その具体例としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
また、透光性樹脂層２０を形成するための熱硬化性樹脂は、基板１５の表面に滴下したときに略半球状の液滴が形成される程度の高い粘度を有するものを用いることが好ましい。
【００１９】
また、透光性樹脂層２０は、ＬＥＤチップ１０を中心とする略半球状に形成されている。具体的には、基板１５の面方向における透光性樹脂層２０の半径ｒと、透光性樹脂層２０におけるＬＥＤチップ１０の基板１５の表面からの突出高さｈとの比（ｒ／ｈ）が０．３〜１．２であることが好ましく、より好ましくは０．７〜１．０である。
透光性樹脂層２０における半径ｒおよび突出高さｈの具体的な値を示すと、半径ｒが例えば０．２〜２．１ｍｍ、突出高さｈが例えば０．２〜２．４ｍｍである。
【００２０】
このようなＬＥＤ光源装置によれば、基板１５の表面にＬＥＤチップ１０を包囲する枠状金属膜１７が形成されていることにより、ポッティング加工によって透光性樹脂層２０を形成する際に、枠状金属膜１７が液状の硬化性樹脂のダムとして機能する、すなわち基板１５の滴下された液状の硬化性樹脂が枠状金属膜１７によって塞き止められるため、樹脂層成型用枠部材を用いることなしに、略半球状の透光性樹脂層２０を所要の位置に確実に形成することができ、従って、透光性樹脂層２０を簡単な工程で形成することができると共に、ＬＥＤチップ１０からの光について高い取り出し効率が得られる。
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置における要部を拡大して示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
このＬＥＤ光源装置においては、給電用配線１６が形成された絶縁性の基板１５の表面に、それぞれ平面形状が矩形の板状の複数のＬＥＤチップ１０が、縦横に並んだ状態で、それぞれフリップチップ実装されている。具体的に説明すると、この例のＬＥＤチップ１０は、下面にカソード電極（図示省略）およびアノード電極（図示省略）を有するものであり、カソード電極およびアノード電極の各々の表面には半田ボール１２が形成されており、ＬＥＤチップ１０のカソード電極およびアノード電極の各々は、半田ボール１２および基板１５に形成された当該基板１５の厚み方向に貫通して伸びるバイアホール１９を介して基板１５の裏面に形成された給電用配線１６に電気的接続されている。
基板１５の表面には、ＬＥＤチップ１０の各々を包囲する、それぞれ平面形状が円環状の複数の枠状金属膜１７が形成されている。この例の枠状金属膜１７は、給電用配線１６とは別体のものである。
そして、基板１５の表面上には、ＬＥＤチップ１０を中心とする略半球状の複数の透光性樹脂層２０が、それぞれ枠状金属膜１７によって包囲される領域内において、当該枠状金属膜１７の内周縁に当該透光性樹脂層２０の周縁が接した状態で、ＬＥＤチップ１０を覆うよう形成されている。
この第２の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置におけるその他の具体的な構成は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ光源装置と同様である。
【００２２】
このようなＬＥＤ光源装置によれば、基板１５の表面にＬＥＤチップ１０を包囲する枠状金属膜１７が形成されていることにより、ポッティング加工によって透光性樹脂層２０を形成する際に、枠状金属膜１７が液状の硬化性樹脂のダムとして機能する、すなわち基板１５の表面に滴下された液状の硬化性樹脂が枠状金属膜１７によって塞き止められるため、樹脂層成型用枠部材を用いることなしに、略半球状の透光性樹脂層２０を所要の位置に確実に形成することができ、従って、透光性樹脂層２０を簡単な工程で形成することができると共に、ＬＥＤチップ１０からの光について高い取り出し効率が得られる。
【００２３】
本発明のＬＥＤ光源装置は、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ＬＥＤチップ１０は、その表面にアノード電極およびカソード電極の両方を有するものであってもよい。このようなＬＥＤチップ１０を用いる場合には、図４に示すように、２つの半円環状金属膜１７ａ，１７ｂがＬＥＤチップ１０を中心とする円上に沿って互いに離間して配置されてなる枠状金属膜１７を形成し、一方の半円環状金属膜１７ａをアノード側の給電用配線１６の一部として構成すると共に、他方の半円環状金属膜１７ｂをカソード側の給電用配線１６の一部として構成し、アノード電極をボンディングワイヤ１８によって一方の半円環状金属膜１７ａに電気的に接続し、カソード電極をボンディングワイヤ１８によって他方の半円環状金属膜１７ｂに電気的に接続することができる。
【００２４】
また、図５に示すように、下面にアノード電極（図示省略）およびカソード電極（図示省略）を有するＬＥＤチップ１０を例えばフリップチップ実装する場合には、アノード側の給電用配線１６が一方の半円環状金属膜１７ａを交差し、カソード側の給電用配線１６が、他方の半円環状金属膜１７ｂを交差するよう形成されていてもよい。
【００２５】
また、図６に示すように、給電用配線１６と別体の枠状金属膜１７を設ける場合において、上面にカソード電極（図示省略）を有すると共に下面にアノード電極（図示省略）を有するＬＥＤチップ１０を用いるときには、アノード電極が、基板１５に形成された当該基板１５の厚み方向に貫通して伸びるバイアホール１９を介して、基板１５の裏面に形成された給電用配線１６に電気的に接続され、カソード電極が、ボンディングワイヤ１８、基板１５の表面における枠状金属膜１７によって包囲される領域内に形成された端子電極１４、および基板１５に形成された当該基板１５の厚み方向に貫通して伸びるバイアホール１９を介して、基板１５の裏面に形成された給電用配線１６に電気的に接続されていてもよい。
また、図２および図６の各々に示すＬＥＤ光源装置において、アノード電極およびカソード電極の接続構造が逆のものであってもよい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明のＬＥＤ光源装置の具体的な実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００２７】
〈実施例１〉
図１および図２の構成に従い、以下のようにしてＬＥＤ光源装置を製造した。
厚みが０．６３５ｍｍの窒化アルミニウムよりなる基板（１５）の表面に、スクリーン印刷法によって厚みが２０μｍの銅よりなる配線基材を形成し、この配線基材の表面に、メッキ法により、厚みが３．０μｍのニッケルメッキ層、厚みが０．１μｍのパラジウムメッキ層、および厚みが０．１μｍの金メッキ層をこの順で形成することにより、部分円環状の枠状金属膜（１７）を含む給電用配線（１６）を形成した。
得られた給電用配線（１６）の配線パターンは、１８個のＬＥＤチップが直列に接続されるものであり、枠状金属膜（１７）の平面形状に係る円環の内径が２ｍｍで外径が２．２ｍｍのものである。
【００２８】
次いで、上面にカソード電極を有すると共に下面にアノード電極を有し、平面形状が１ｍｍ×１ｍｍの矩形（対角線の長さが約１．４１ｍｍ）で、厚みが２５０μｍのＬＥＤチップ（１０）を合計で１８個用意した。このＬＥＤチップ（１０）は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光層を有する、発光ピーク波長が３９５ｎｍのものである。
これらのＬＥＤチップ（１０）の各々を、 基板（１５）の表面における枠状金属膜（１７）に包囲される領域内の所要の位置に配置し、アノード電極をＣｕＳｎ半田によって給電用配線（１６）に電気的に接続すると共に、カソード電極を線径が３０μｍの金よりなるボンディングワイヤ（１８）によって枠状金属膜（１７）に電気的に接続した。
【００２９】
そして、基板（１５）の表面における枠状金属膜（１７）によって包囲される領域内に、液状の硬化型のシリコーン樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップ（１０）およびその周辺領域を覆う液状樹脂層を形成した後、８５℃で２０分間、１５０℃で１時間の加熱処理を施すことによって液状樹脂層を硬化させることにより、透光性樹脂層（２０）を形成し、以て、ＬＥＤ光源装置を製造した。得られたＬＥＤ光源装置における透光性樹脂層（２０）の各々は、いずれもＬＥＤチップ（１０）を中心とする略半球状のものであり、基板（１５）の面方向における直径（２ｒ）が約２．０ｍｍで、基板（１５）の表面からの突出高さ（ｈ）が１．９ｍｍの略半球状のものであった。
【００３０】
このＬＥＤ光源装置における基板（１５）の裏面に、ヒートシンクおよびファンを設置し、当該ＬＥＤ光源装置に１．０Ａの直流電流を供給して点灯させ、基板（１５）から１０ｍｍ離間した位置における照度を測定したところ、２．０Ｗ／ｃｍ2 であった。この照度の値は、透光性樹脂層が形成されていないＬＥＤ光源装置による照度の値と同等のものであり、上記のＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤチップ（１０）からの光の取り出し効率が高いものであることが確認された。
【符号の説明】
【００３１】
１０ ＬＥＤチップ
１１ 接着材
１２ 半田ボール
１４ 端子電極
１５ 基板
１６ 給電用配線
１７ 枠状金属膜
１７ａ，１７ｂ 半円環状金属膜
１８ ボンディングワイヤ
１９ バイアホール
２０ 透光性樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップと、前記基板の表面に形成された、前記ＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜と、この枠状金属膜によって包囲される領域内において前記ＬＥＤチップを覆うよう形成された、略半球状の透光性樹脂層とを有してなることを特徴とするＬＥＤ光源装置。
【請求項２】
前記基板には、前記ＬＥＤチップに給電するための給電用配線が形成されており、当該給電用配線の一部によって、前記枠状金属膜が構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項３】
前記枠状金属膜の平面形状が円環状または部分円環状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤチップの平面形状が矩形であり、前記枠状金属膜の平面形状に係る円環または部分円環の内径が、前記ＬＥＤチップの平面形状に係る矩形の対角線の長さの１．１〜１．５倍であることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項５】
前記透光性樹脂層は、前記基板の表面にポッティング加工を施すことによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項１】
基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップと、前記基板の表面に形成された、前記ＬＥＤチップを包囲する枠状金属膜と、この枠状金属膜によって包囲される領域内において前記ＬＥＤチップを覆うよう形成された、略半球状の透光性樹脂層とを有してなることを特徴とするＬＥＤ光源装置。
【請求項２】
前記基板には、前記ＬＥＤチップに給電するための給電用配線が形成されており、当該給電用配線の一部によって、前記枠状金属膜が構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項３】
前記枠状金属膜の平面形状が円環状または部分円環状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤチップの平面形状が矩形であり、前記枠状金属膜の平面形状に係る円環または部分円環の内径が、前記ＬＥＤチップの平面形状に係る矩形の対角線の長さの１．１〜１．５倍であることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ光源装置。
【請求項５】
前記透光性樹脂層は、前記基板の表面にポッティング加工を施すことによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５５１７２（Ｐ２０１３−５５１７２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１３０５（Ｐ２０１１−１９１３０５）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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