JP2007201334A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置の外部からの熱によって発光素子の温度が上昇することを抑制することにより、発光効率や色特性の安定した長期信頼性に優れる発光装置を提供すること。
【解決手段】発光装置は、発光素子搭載用基体１と、発光素子搭載用基体１に搭載された発光素子３とから成る発光装置において、発光素子搭載用基体１は、発光素子３の搭載部１ａの直下を含む領域で、発光素子搭載用基体１の内部に、発光素子搭載用基体１の上面に沿って延びる間隙部２を有する。発光装置外部から発光素子搭載用基体１を介して伝わる熱を遮断し、発光素子３の発光を安定なものとできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子搭載用基体に発光素子が搭載された発光装置および照明装置に関する。

従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を搭載した発光装置を図１２に示す。図１２に示すように発光装置は、上面の中央部に形成された搭載部１１ａに発光素子１３を搭載し、発光素子１３と発光装置駆動回路基板（図示せず）とを電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線層等から成る配線導体１１ｂが形成された絶縁体から成る発光素子搭載用基体１１と、搭載部１１ａに搭載されるとともに配線導体１１ｂに導電性部材１４を介して電気的に接続され、発光装置駆動回路基板により入力された電流によって発光する発光素子１３とから成る。

発光素子１３は、発光素子搭載用基体１１に形成した配線導体１１ｂと発光素子１３の電極部（図示せず）とを導電性部材１４によって電気的に接続する、所謂フリップチップ実装によって発光装置駆動回路基板と電気的に接続される。もしくは、発光素子１３の電極部が形成された一方の面を上側に配置し、電極部と対向する他方の面を下側にし、他方の面を搭載部に接着剤によって取着するとともに、上側の電極部をボンディングワイヤによって配線導体１１ｂと電気的に接続する、所謂ワイヤボンディング実装によって、発光素子１３と発光装置駆動回路基板とが電気的に接続される。

また、他の発光装置の形態として図１３に示すように、発光素子搭載用基体１１の上面に搭載部１１ａを取り囲むように接着固定され、中央部に発光素子１３を収納するための貫通孔が形成された金属、樹脂またはセラミックス等から成る反射枠体１５とから構成される発光装置もある。この様な発光装置においては、反射枠体１５の内側に透光性部材１６を充填するとともに熱硬化や光硬化等させることにより、発光素子１３は透光性部材１６によって外部環境から保護されるとともに、配光制御された光を放出できる発光装置を作製できる。

さらに、この透光性部材１６内部もしくは透光性部材１６の上面に蛍光体を含有してなる蛍光体層（図示せず）を形成することにより、発光素子１３からの光を所望の波長スペクトルに波長変換し、任意の色を有する可視光を放出する発光装置を作製できる。

また、必要に応じて反射枠体１５の上面に透光性の蓋体（図示せず）を半田や樹脂接着剤等で接合することにより、蓋体は発光素子１３や透光性部材１６を外部環境から保護する保護部材として機能し、発光素子１３を長期間にわたって正常かつ安定して作動させることができる。

近年、この様な発光装置は、照明用光源として利用され始めており、特に作動環境による発光装置の発光効率の安定性や放射される光の色再現性、色安定性に対する要求が高まってきている。
特開２００１−３６１４０号公報

しかしながら図１２に示す上記従来の発光装置において、発光装置外部の発光装置駆動回路基板からの熱が発光素子搭載用基体１１を介して発光素子１３に伝えられ、発光素子１３の温度が上昇することにより、発光素子１３の発光効率が低下するとともに、発光素子１３から放出される光のピーク波長が変動し、発光装置の発光色が変動する。すなわち、外部からの熱によって発光素子１３の動作温度が上昇することにより、発光素子１３の活性層におけるバンドギャップが変動し、電子と正孔との再結合による光放出量が変動するとともに、活性層より放出されるエネルギーが変動して光のピーク波長が変動してしまい、発光装置から安定した発光効率で所望する発光色を得ることができないという問題があった。

さらに、図１３に示す上記従来の発光装置において、発光装置外部の発光装置駆動回路基板から発光素子搭載用基体１１および反射枠体１５を介して透光性部材１６に伝えられる熱により、透光性部材１６が黄変したり、透過率や接着強度が低下したり、熱膨張や熱収縮によって剥離やクラックが発生したりすることにより、発光装置は正常に作動しなくなり、発光装置の長期信頼性や動作寿命が低下するという問題があった。

また、発光素子搭載用基体１１が酸化アルミニウム質焼結体や酸化ジルコニウム質焼結体等のセラミックスから成る場合、発光素子１３から放射される光が発光素子搭載用基体１１を透過し、発光装置の外部に漏洩してしまうことにより、発光装置の発光効率が低下するとともに、例えば発光素子１３から少なくとも紫外領域や近紫外領域または青色領域を含む光が放射される場合、外部環境や周辺機器の材料特性に影響を及ぼすという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、発光装置外部の発光装置駆動回路基板からの熱による、発光素子や透光性部材の温度上昇を抑制できるとともに、発光素子からの光が発光素子搭載用基体を透過して発光装置の外部に放射されることを抑制でき、発光効率や長期信頼性または色再現性、色安定性に優れた発光装置およびそれを用いた照明装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、発光素子搭載用基体と、この発光素子搭載用基体に搭載された発光素子とから成る発光装置において、前記発光素子搭載用基体は、前記発光素子の搭載部の直下を含む領域で、前記発光素子搭載用基体の内部に、前記発光素子搭載用基体の上面に沿って延びる間隙部を有することを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記間隙部の外周は、平面視において前記発光素子の外周より外方に位置していることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記発光素子搭載用基体は、その上面側に配置される透明部材と下面側に配置される反射部材とを一体化して成り、前記透明部材と前記反射部材との間に前記間隙部が配置されていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記発光素子搭載用基体の内部に、前記間隙部と前記発光素子搭載用基体の下面との間を連通する複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記複数の貫通孔の前記間隙部における開口間に溝部が形成されていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記発光素子搭載用基体の上面に、前記発光素子を取り囲むようにして反射枠体が取着されており、前記反射枠体の内周面が光反射面とされていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記間隙部の外周は、平面視において前記反射枠体の内周面の下端より外方に位置していることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記発光素子は、透光性部材によって被覆されていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記透光性部材は、シリコーン樹脂から成ることを特徴とする。

前記発光素子は、紫外領域から青色領域に含まれる光を発することを特徴とする。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置と、前記発光装置が搭載され、前記発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、前記発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含む。

本発明の発光装置は、発光素子の搭載部の直下を含む領域で、発光素子搭載用基体の内部に、発光素子搭載用基体の上面に沿って延びる間隙部を有していることから、発光装置駆動回路基板等の発光装置外部で発生した熱が間隙部によって遮断され発光素子に伝えられにくくなる。その結果、発光素子の温度上昇は抑制されるとともに動作が安定し、発光素子の発光効率は安定するとともに活性層より放射される光のピーク波長が安定する。よって、発光装置は、発光効率や色再現性、色安定性に優れた光を放射することができる。

本発明の発光装置において好ましくは、間隙部の外周は平面視において発光素子の外周より外方に位置していることから、発光素子の斜め下方に放射されるとともに発光素子搭載用基体を透過する一部の光は、発光素子搭載用基体の屈折率と間隙部の屈折率とが異なる界面でスネルの法則によって全反射される。その結果、発光素子搭載用基体を透過して発光装置外部に放射される光が低減されるとともに、間隙部との界面で全反射された一部の光は発光素子搭載用基体から上方に放射される。すなわち、発光素子搭載用基体内部の間隙部との界面で上方に全反射される発光素子からの光が増加し、発光装置の光出力や発光効率が向上する。従って、発光効率が高く光出力が大きい発光装置を提供できるとともに、発光素子搭載用基体を透過して放射される光による外部環境や周辺部材の劣化が抑制され、信頼性が高く安全な発光装置を提供することができる。

本発明の発光装置において好ましくは、発光素子搭載用基体の上面側に配置される透明部材と下面側に配置される反射部材とを一体化して成り、透明部材と反射部材との間に間隙部が配置されていることから、発光素子から発光素子搭載用基体側に放射される一部の光は、透明部材と間隙部との界面で上方に全反射される。さらに、透明部材と間隙部との界面で全反射されずに間隙部に透過した光は、反射部材によって上方に反射される。その結果、発光素子から発光素子搭載用基体側に放射される光は、透明部材と間隙部との界面および反射部材によって上方に反射され、発光装置の光出力や発光効率がさらに向上する。

本発明の発光装置において好ましくは、発光素子搭載用基体の内部に間隙部と発光素子搭載用基体の下面との間を連通する複数の貫通孔が設けられていることから、間隙部内に充填された不活性の気体や液体を複数の貫通孔を介して循環させることができる。これにより、発光装置駆動回路基板等の発光装置外部からの熱によって温められた間隙部内の気体や液体の温度上昇は抑制されるとともに一定となり、発光素子搭載用基体を介して発光素子に伝えられる熱が減るとともに発光素子の作動特性は安定する。

本発明の発光装置において好ましくは、発光素子搭載用基体の内部に形成した複数の貫通孔の間隙部における開口間に溝部が形成されていることにより、間隙部内に充填される不活性の気体や液体を整流させて溝部に沿って循環させることができる。その結果、間隙部内の気体や液体の流通がスムースになり、発光素子搭載用基体を介して発光素子に伝えられる熱が断熱されるとともに発光素子の作動特性は安定する。

本発明の発光装置において好ましくは、発光素子搭載用基体の上面に発光素子を取り囲むようにして反射枠体が取着されており、反射枠体の内周面が光反射面とされていることから、発光素子から発せられた光は反射枠体によって発光装置の上方に効率よく反射されるとともに、発光素子搭載用基体による光の吸収や透過が効果的に抑制されるため、発光装置の輝度や光度および照度を著しく向上させることができ、また発光素子が反射枠体によって取り囲まれることによって、発光素子に直接機械的な外力が作用し難く、発光素子を保護できるとともに、反射枠体によって外部環境から保護できる。

本発明の発光装置において好ましくは、間隙部の外周が平面視において反射枠体の内周面より外方に位置していることから、発光素子搭載用基体から発光素子に伝達される熱とともに、発光素子搭載用基体から反射枠体に伝達される熱が抑制される。その結果、光反射面５ａの変形や反射率の低下、発光素子搭載用基体と反射枠体との熱膨張係数差によって発生する応力が抑制され、長時間にわたって安定した光出力と発光効率を維持できる発光装置を提供できる。

本発明の発光装置において好ましくは、発光素子は透光性部材によって被覆されていることから、発光素子からの光取り出し効率を向上できる。すなわち、発光素子を空気より屈折率の大きい透光性部材によって被覆することにより、発光素子の表面で発光素子の内側に全反射される光を効率よく発光素子外部に取り出すことができるとともに、発光素子を外部環境から保護したり、特性劣化を抑制したりすることができ、長寿命な発光装置を作製できる。

本発明の発光装置において好ましくは、透光性部材はシリコーン樹脂から成ることから、発光素子から発せられる紫外光や近紫外光または青色光等の波長が短くエネルギーが高い光に対し、分子結合が切断されにくいため、透光性部材の透過率の劣化が抑制され、封止信頼性に優れた発光装置を提供することができる。

本発明の発光装置において好ましくは、発光素子は紫外領域から青色領域に含まれる光を発することから、透光性部材内または透光性部材上に発光素子からの光を波長変換する蛍光体を配置させた場合、紫外領域から青色領域の短波長でエネルギーの高い発光素子の光により、発光素子の光より長波長でエネルギーの低い蛍光に効率よく変換でき、発光装置の光出力や発光効率を向上できる。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置と、発光装置が搭載され、発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含むことにより、発光装置の輝度や、放射される光の波長等の変動、それぞれの発光装置の強度むらが抑制され、それらを集めて照明装置とした本発明の照明装置の強度むらも抑制される。

本発明の発光素子搭載用基体およびこれを用いた発光装置ならびに照明装置について以下詳細に説明する。図１乃至図７は本発明の発光装置における発光素子搭載用基体の実施の形態のそれぞれの例を示す断面図および平面図である。この図において、１は発光素子搭載用基体、２は間隙部、３は発光素子、４は導電性部材を示す。また、５は反射枠体、６は反射枠体５の内側に発光素子３を覆うように設けられた透光性部材である。本発明の発光素子搭載用基体１に主として発光素子３を搭載することによって、発光素子３を収納する発光装置が構成される。

本発明の発光素子搭載用基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂や液晶ポリマー（ＰＬＣ）等の樹脂から成る絶縁体である。発光素子搭載用基体１は、発光素子３を支持する支持部材として機能し、発光素子３が発光素子搭載用基体１上面に形成された搭載部１ａに搭載される。なお、搭載部１ａを発光素子搭載用基体１の上面に一段高く設けられた突出部の上面に設けてもよい。

また、発光素子搭載用基体１がセラミックス等から成る場合、発光素子搭載用基体１となる複数のグリーンシートに、発光装置の内外を電気的に導通接続するために、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）等の金属ペーストから成る配線導体１ｂを配置し、発光素子搭載用基体１を焼成すると同時に金属ペーストも焼成することにより、配線導体１ｂを有する発光素子搭載用基体１が形成される。そして、配線導体１ｂは、例えばＷ等の粉末に溶媒および可塑剤を添加混合して得た金属ペーストを、所定のパターンに印刷塗布し高温で焼成することによって発光素子搭載用基体１に形成される。配線導体１ｂの表面には、酸化防止の目的およびボンディングワイヤ（図示せず）や導電性部材４を強固に接続する目的のために、厚さ０．５〜９μｍのニッケル（Ｎｉ）層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくとよい。

また、発光素子搭載用基体１がセラミックス等から成る場合、セラミックグリーンシートを焼成し、間隙部２となる個所を研磨などにより凹形状に研磨し、研磨した２つの凹形状のセラミックスを接合材によって張り合わせることによって凹部を間隙部２とする形成方法や、グリーンシートの状態で間隙部２となる個所を、打ち抜きなどによってあらかじめ打ち抜いたものを積層して焼成する方法や、セラミックス粉体をプレス成形等で凹形状にプレスした後、これによって作られた生の成形体を２つ接合した後高温で焼成し、凹部を間隙部２とする等の形成方法を用いることによって、発光素子搭載用基体１の内部に発光素子搭載用基体１の上面に沿って延びる間隙部２が形成される。

平面視における間隙部２の形状は、正方形、長方形、円形、楕円形等の各種形状とすればよい。正方形や長方形等の矩形状の場合では角部に極度の応力等が加わり、角部に欠けやクラック等が発生し、発光素子搭載用基体１が破損する恐れや、求めている機能を果たせない可能性がある。間隙部２の平面視形状を円形状や楕円形状にすると、この応力を分散させることができ、一点に余計な応力等がかかり難く発光素子搭載用基体１が破損を抑制できる等の点で好ましい。

また、側面視における間隙部２の形状は、図１、図２、図３、図５、図６、図７に示すような矩形状の他、中央部が厚い紡錘形状、外周部に対して中央部の発光素子３直下が薄い形状等種々の形状とすることができる。なお、中央部が薄い形状とし、空隙部２内に不活性の気体や液体等の冷却材を循環させる場合は、薄い部分の冷却材の流速を速めることができ、この部分における熱を速やかに除去することができるものとなる。

なお、平面視における間隙部２の面積によっては、間隙部２とこれに隣接する間隙部２との間に間隙部２の天面と床面とをつなぐ壁面を設けるようにして間隙部２を複数に分割してもよい。

また、発光素子搭載用基体1が樹脂から成る絶縁体の場合、配線導体１ｂは、Ｃｕ、鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金またはＦｅ−Ｎｉ合金等から成るリード端子を発光素子搭載用基体１に埋設し、リード端子の一端を搭載部１ａに導出し、他端を発光素子搭載用基体１の側面や下面に導出して露出させることによって形成される。

発光素子搭載用基体１が樹脂から成る場合、間隙部２となる部分を凹形状になるように切削により削った後、凹形状となった２つを接合して凹部を間隙部２とする形成方法や、あらかじめ間隙部２となる個所を成形型によって中央部が貫通となった状態の樹脂を形成したものに、発光素子３の搭載部１ａとなる部分を上面に発光素子搭載用基体１の下面となる部分を下面に接合することによって、発光素子搭載用基体１の内部に発光素子搭載用基体１の上面に沿って延びる間隙部２を形成すればよい。

また、発光素子搭載用基体１は、上面に発光素子３からの光透過を抑制するとともに、発光素子搭載用基体１の上側に光を効率良く反射させることを目的として、配線導体１ｂに対して電気的に短絡しないように、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、Ａｕ、白金（Ｐｔ）、Ｃｕ等の金属層が蒸着法やメッキ法により形成され、発光素子搭載用基体１の光の反射率を向上させる反射層が作製されることがより好ましい。

発光素子３は、鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ）半田、金（Ａｕ）−Ｓｎ半田等の低融点ロウ材や半田等の導電性部材４を介し、搭載部１ａの近傍に導出された配線導体１ｂの一端に電気的に接続されるとともに、発光素子搭載用基体１の側面や下面などに導出された配線導体１ｂの他端と発光装置駆動回路基板（図示せず）とが電気的に接続されることにより、発光装置駆動回路基板と発光素子３とが電気的に接続される。

図１２や図１３に示す従来の発光装置では、発光素子搭載用基体１内の熱伝導率は一様であることから、発光装置駆動回路基板等の発光装置外部で発生した熱が発光素子搭載用基体１を介して発光素子１３に伝えられやすく、その結果、発光素子３の温度が上昇し、発光素子３のバンドギャップが変動して、発光素子３の活性層内における電子と正孔との再結合によって放射される光の量が変化し、発光素子３の発光効率が変動するとともに、発光素子３より放射される光のエネルギーおよびピーク波長が変動してしまう。しかしながら、本発明の発光装置では、発光素子搭載用基体１は、発光素子３の搭載部１ａの直下を含む領域で、その内部に発光素子搭載用基体１の上面に沿って延びる間隙部２を有していることから、発光装置駆動回路基板等の発光装置外部から発光素子搭載用基体１を介して発光素子３に伝えられる熱の経路が、間隙部２によって遮断される。その結果、発光素子３に外部の熱が伝えられにくく、発光素子３の温度上昇が抑制されるとともに動作が安定し、発光素子３の発光効率および発光素子３の活性層より放射される光のピーク波長が安定する。よって、発光装置は、発光効率や色再現性、色安定性に優れた光を放射することができる。

この間隙部２の外周２ｃは、平面視において、発光素子３の外周３ａより外方に位置しているのが好ましい。平面視において間隙部の外周２ｃが発光素子３の外周３ａより外方に位置していることから、発光素子３から斜め下方に放射されるとともに発光素子搭載用基体１を透過する一部の光は、発光素子搭載用基体１内の間隙部２の壁面において全反射される。すなわち、発光素子搭載用基体１を構成する材質の屈折率が間隙部２内に充填されている物質の屈折率より大きい場合、発光素子搭載用基体１の上面側から間隙部２に全反射角より小さい角度で進行する光は、スネルの法則によって間隙部２の壁面で発光素子搭載用基体１の上面側に全反射される。その結果、発光素子搭載用基体１を透過して発光装置外部に放射される光が低減されるとともに、間隙部２の壁面で全反射された一部の光は発光素子搭載用基体１から上方に放射される。従って、発光装置の光出力や発光効率が向上し、発光効率が高く光出力が大きい発光装置を提供できる。

さらに、間隙部２は、発光素子３からの光が発光素子搭載用基体１を透過して漏洩する光を低減することから、例えば発光素子３から放射される光の発光波長が４００ｎｍから青色領域にわたる場合、これらの光が発光装置駆動回路基板等の発光装置外部に漏洩することによって、発光装置や照明装置を構成する部材を劣化させる恐れがある。よって、本発明の発光装置においては、外部環境や部材の劣化を防ぐことができるようになり、信頼性が高く発光装置の外部部材に対しても安全な発光装置を提供できる。

また、発光素子搭載用基体１は、例えば図２に示すように、上面側に配置される透明部材１ｃと下面側に配置される反射部材１ｄとを一体化して成り、透明部材１ｃと反射部材１ｄとの間に間隙部２が配置されているのが好ましく、発光素子３から発光素子搭載用基体１側に放射される一部の光は、透明部材１ｃと間隙部２との界面（間隙部２の上側壁面または天面）で上方に全反射させることができる。さらに、透明部材１ｃと間隙部２との界面で全反射されずに間隙部２に透過した光は、間隙部２と反射部材１ｄとの界面（間隙部２の下側壁面または底面）によって上方に反射される。その結果、発光素子３から発光素子搭載用基体１側に放射される光は、透明部材１ｃと間隙部２との界面および間隙部２と反射部材１ｄとの界面によって上方に反射され、発光装置の光出力や発光効率がさらに向上する。同時に、発光素子搭載用基体１を透過して発光素子搭載用基体１の下面から漏出する光を低減できる。

なお、発光素子搭載用基体１は、上側の透明部材１ｃとしてサファイアや石英等の４００ｎｍ以下の領域において高い透過率を示す材料が好ましく、下側の反射部材１ｄとしてＡｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ、ロジウム（Ｒｈ）等の４００ｎｍ以下の波長領域において高い反射率を示す材料を用いることが望ましい。これにより、発光装置の光出力や発光効率が向上し、発光素子搭載用基体１から発光素子３の光が漏洩することを抑制できるとともに、外部環境への影響や部材の劣化を防ぐことができる。

また、発光素子搭載用基体１は、例えば図３に示すように、その内部に間隙部２と発光素子搭載用基体１の下面との間を連通する複数の貫通孔２ａが設けられていてもよく、これによって、複数の貫通孔２ａを通じて間隙部２内に充填された不活性の気体や液体を発光装置外部との間で循環させることができる。これにより、間隙部２内の気体や液体の温度上昇が抑制され、発光素子搭載用基体１を介して発光素子３に伝えられる熱が少なくなるので、発光素子３の温度は安定する。

なお、間隙部２と発光素子搭載用基体１の下面との間を連通する複数の貫通孔２ａを設ける場合は、セラミックスなどによって形成する場合であれば、グリーンシートに打ち抜き加工やピン加工等の方法によって貫通孔２ａを形成して高温で焼成する方法や、樹脂等の場合であれば、発光素子搭載用基体１の裏面の貫通孔２ａとなる個所を切削法やレーザなどの加工法等によって形成すればよい。

また、貫通孔２ａは、間隙部２の下面と発光素子搭載用基体１の下面との間に、発光素子の直下を挟んでその両側に配列するように配置される。貫通孔２ａの横断面形状は、円形状、長方形形状、正方形形状であるのがよく、特に円形状にすると、長方形や正方形等の矩形状に比べ、角がないため角の欠けや角による気体や液体の流通の妨げが少ない点から好ましい。

また、発光素子搭載用基体１は、内部に形成した複数の貫通孔２ａの間隙部２における開口間に溝部２ｂが形成されているのが好ましく、間隙部２内に充填される不活性の気体や液体を効率よく溝部２ｂに沿って循環させることができる。図４、図５は、本実施の形態例を示し、図４は図３のＡ−Ａ’面における断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ’面における断面図である。例えば図５に示すように、間隙部２内の両側に設けられた２つの貫通孔２ａの間の間隙部２の底面に、貫通孔２ａを結ぶ線に平行に複数の壁を立設することによって壁と壁との間に複数の溝部２ｂを平行に配置する。これにより、間隙部２を流動する気体や液体が溝部２ｂに沿って整流されて効率よく循環され、間隙部２内の気体や液体の温度上昇は抑制されるとともに安定化され、発光素子搭載用基体１を介して発光素子搭載用基体１の下面から上面へと発光素子３に伝えられる熱が抑制され、発光素子３の温度は安定化される。また、発光素子３が発する熱も、これら気体や液体によって発光素子搭載用基体１外へと排出されるので、発光素子３の冷却効果も得られる。

図４および図５に示すように貫通孔２ａの開口間に並行する複数の溝部２ｂを形成する場合は、セラミックスで形成される場合は、セラミックグリーンシートで壁となる部分を積層して高温焼成によって形成する方法や、高温焼成し焼結体とした後に研磨等によって、発光素子３を搭載する上面側となる上半分の下面を凹形状に形成し、発光素子搭載用基体１の下面側となる下半分の上面側を凹凸形状に形成し、これらを接合して溝部２ｂにする方法、また樹脂等からなる場合であれば、成形されたものを切削加工により凹凸形状に形成して、前述と同様に下面を凹形状としたものと上面を凹凸形状としたものを接合して溝部２ｂとする方法や、あらかじめ成形型によって溝部２ｂを形成し、溝部２ｂを形成したものと発光素子３の搭載部１ａを設けたものと、発光素子搭載基体１の下面にくる部分を接合して形成する方法などがある。なお、図４および図５において溝部２ｂは平行に６本形成した例を示すが、この溝部２ｂの幅および数は空隙部２の大きさと流体の粘度等の性状によって適宜決めればよい。

さらに、図４および図５に示す実施の形態例においては、壁を立設することによって溝部２ｂを形成したが、間隙部の底面に沿って、これら複数の貫通孔２ａの開口間に溝部２ｂを掘り込むように形成してもよく、間隙部２ｂを流通させる流体の整流効果を発揮すればよい。また、壁を立設する場合も、壁の平面視形状を２つの貫通孔２ａを結ぶ曲線状にしてもよいし、図５における縦断面形状を、矩形状から上部で壁の厚みが薄くなる形状にしてもよい。

また、発光素子搭載用基体１は、その上面に発光素子３を取り囲むようにして反射枠体５が取着されており、反射枠体５の内周面が光反射面５ａとされていてもよい。また、反射枠体５の内周面は、下側から上側に向けて外側に拡がる傾斜面にするのがより好ましい。このような反射枠体５を設けることにより、発光素子３から発せられた光は発光装置の上方に効率よく反射されるとともに、上方へと向かう指向性を持たせることができ、発光素子搭載用基体１による光の吸収や透過が効果的に抑制されるため、発光装置の光度や輝度および照度を著しく向上させることができ、また発光素子３を外部環境から保護できる。

反射枠体５は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、Ｃｕ等の金属や白色等のセラミックス、白色等の樹脂等で構成された反射枠体５を、切削加工や金型成形等で鏡面加工することにより形成される。あるいは、反射枠体５の内周面に、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属鏡面を金属メッキや蒸着等により形成することにより光反射面５ａを形成してもよい。なお、光反射面５ａがＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合、その表面に、紫外光領域から可視光領域にわたり透過率の優れる低融点ガラス、ゾル−ゲルガラスなどの無機物や、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの有機物を被着するのが良い。その結果、光反射面５ａの耐腐食性、耐薬品性、耐候性が向上する。

また、反射枠体５は、Ａｇ−Ｃｕ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−ケイ素（Ｓｉ）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の金属ロウ材や半田から成る接合材（図示せず）や、シリコーン系やエポキシ系等の樹脂から成る接合材（図示せず）で取着されてもよい。

接合材は、発光素子搭載用基体１や反射枠体５の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよく、特に限定されるものではない。また、発光素子搭載用基体１と反射枠体５との接合に高信頼性が要求される場合、金属ロウ材や半田を用いるとよい。

また、反射枠体５は、発光素子搭載用基体１と一体に形成されてもよく、例えば、発光素子搭載用基体１および反射枠体５とがセラミックスからなる場合、発光素子搭載用基体１となるセラミックグリーンシートと、反射枠体５となるセラミックグリーンシートとを積層し、同時に焼成することにより形成することができる。

光反射面５ａは、図６、図７に示すように、上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜していることにより、発光素子３から発光された光や蛍光体から発光された蛍光を効率よく発光装置の上方に反射することができる。なお、光反射面５ａにおける表面の算術平均粗さＲａは、４μｍ以下とするのが好ましい。これにより発光素子３の光損失を小さくした状態で良好に発光装置の上方に反射することができる。Ｒａが４μｍを超える場合、光反射面５ａで発光素子３の光を反射させて発光装置の上方に出射させることが困難になる。その結果、発光装置の内部における光の伝搬損失が大きくなりやすく、発光装置の発光装置駆動回路基板等の発光装置外部に高効率に光を出射するのが困難になる。

また、光反射面５ａは、算術平均粗さＲａが0.004μｍ未満の場合、このような面を安定かつ効率よく形成することが困難となるとともに、製品コストが高くなりやすい。従って、光反射面５ａの算術平均粗さは0.004〜４μｍとするのがより好ましい。

なお、光反射面５ａのＲａを上記の範囲にするには、従来周知の電解研磨加工、化学研磨加工もしくは切削研磨加工等により形成すればよい。また、金型の面精度を利用した転写加工により形成する方法を用いてもよい。

なお、光反射面５ａは、その縦断面形状が図６に示すように平坦（直線状）であってもよく、また、円弧状（曲線状）であってもよい。円弧状とする場合、発光素子３の光を集散させて、指向性または拡散性を持たせた光を上方に均一に放射することができる。

また、間隙部２は、図７に示すように、外周が平面視において反射枠体５が発光素子搭載用基体１と接合される部位における内周面５ａより外方に位置していると、発光素子搭載用基体１から発光素子３に伝達される熱とともに、反射枠体５を経由して発光素子３に伝達される熱を遮ることができる。間隙部２が反射枠体５の内周面５ａよりも内側にある場合、発光装置駆動回路基板等の発光装置外部から発光素子３に伝えられる熱は間隙部２によって遮られるが、反射枠体５の下方には間隙部２が配置されないので、発光素子搭載用基体１を介して反射枠体５に熱が伝えられ、内周面５ａが変形したり、光反射面５ａの材質が変化することによって反射率が低下したりする。その結果、発光素子３からの光を光反射面５ａによって所望の角度に効率よく反射できず、発光装置の光出力や発光効率および輝度や照度が低下する。

よって、間隙部２は、外周が平面視において反射枠体５の内周面５ａより外方に位置していることにより、発光装置駆動回路基板等の発光装置外部からの熱が、間隙部２によって遮られ、内周面５ａの変形や、反射率の低下や、発光素子搭載用基体１と反射枠体５との熱膨張係数差によって発生する応力を抑制できる。その結果、発光装置の光出力や発光効率および輝度や照度の低下が抑制され、長時間においても安定した発光装置を提供できる。

発光素子３は、搭載部１ａに載置されるとともに配線導体１ｂに導電性部材４を介して電気的に接続された後に、図６、図７に示すように、反射枠体５の内側に透光性部材６によって被覆されていると、発光素子３からの光取り出し効率を向上できる。すなわち、発光素子３と透光性部材６との屈折率差を小さくすることにより、発光素子３の表面で全反射される光を効率よく発光素子３外部そして発光装置外部に取り出すことができるとともに、発光素子３を外部環境から保護したり、特性劣化を抑制したりすることができ、長寿命な発光装置を作製できる。このような観点から、透光性部材６は、発光素子３との屈折率差が小さく、紫外光領域から可視光領域の光に対して透過率の高いシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス、ゾル−ゲルガラス等の透明ガラスから成るのが好ましい。

なお、透光性部材６は、発光素子搭載用基体１や反射枠体５の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよく、特に限定されるものではない。発光素子３との屈折率差を小さくすることにより、発光素子３と透光性部材６との屈折率差によって光の反射損失が発生することを有効に抑制することができるとともに、発光素子３の内部から効率よく発光装置駆動回路基板等の発光装置外部に光を取り出すことができる。

また、透光性部材８は、シリコーン樹脂から成ることがより好まし。シリコ−ン樹脂は、発光素子３から発せられる紫外光や近紫外光または青色光等の波長が短くエネルギーが高い光を透過させ易く、分子結合が切断されることが少ないため、透光性部材の透過率の劣化が抑制され、封止信頼性に優れた発光装置を提供することができる。

また、発光素子３は、紫外領域から青色領域に含まれる光を放射する発光素子３であるのがよい。透光性部材６内または透光性部材６上に発光素子３からの光を波長変換する蛍光体を配置させる場合、少なくとも紫外領域から青色領域の短波長でエネルギーの高い発光素子３の光により、発光素子３の光より長波長でエネルギーの低い蛍光に効率よく変換でき、発光装置の光出力や発光効率を向上できる。

また、発光素子３は、白色光や種々の色の光を発光装置から視感性よく放射させるという観点から２００乃至５００ｎｍの紫外領域から青色領域に含まれる光を発光する素子であるのがよい。例えば、サファイア基板上にガリウム（Ｇａ）−窒素（Ｎ）、Ａｌ−Ｇａ−Ｎ、インジウム（Ｉｎ）−ＧａＮ等から構成されるバッファ層、Ｎ型層、発光層、Ｐ型層を順次積層した窒化ガリウム系化合物半導体やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）系化合物半導体が用いられる。

また、発光素子３は、その電極がＡｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕまたはＳｎ−Ｐｂ等のロウ材や半田を用いた金属バンプ、またはＡｕやＡｇ等の金属を用いた金属バンプから成る導電性部材４を介してフリップチップ実装によって配線導体１ｂに電気的に接続される。例えば、配線導体１ｂ上にペースト状のＡｕ−ＳｎやＰｂ−Ｓｎ等の半田材やＡｇペースト等からなる導電性部材４をディスペンサー等で載置し、発光素子３の電極と導電性部材４の上面が接触するように発光素子３を搭載し、その後、全体を２５０℃〜３５０℃程度で加熱することによって、発光素子３の電極と配線導体１ｂとを導電性部材４によって電気的に接続した発光装置を作製する方法等がある。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置と、発光装置が搭載され、発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含む。また発光装置は、１個のものを所定の配置となるように設置して光源として用いることにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状、放射状、複数の発光装置から成る円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等所定の配置となるように配列させた光源として用いることにより、本発明の照明装置とすることができる。これにより、発光効率を向上させ、輝度、光度および照度が高い本発明の照明装置を提供することができる。

本発明の照明装置は、半導体から成る発光素子３の発光を利用した場合に、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能であり、発熱の小さな小型の照明装置とすることができる。そして、効率的に低電力で動作させることができる結果、発光素子３の発熱量が少なく、発光素子３から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度（配光分布）で光を照射することができるとともに、照射面における色ムラや照度分布の偏りが少ない照明装置とすることができる。

また、本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射材や光学レンズ、光拡散板等の光反射手段を設置することにより、任意の配光分布の光を放射できる照明装置とすることができる。

例えば、図８、図９に示す平面図、断面図のように複数個の発光装置１０１が発光装置駆動回路基板１０２等の駆動部に複数列に配置され、発光装置１０１の周囲に任意の形状に光学設計した反射材１０３が設置されて成る照明装置の場合、隣接する一列上に配置された複数個の発光装置１０１の間に、隣り合う発光装置１０１が配置された、いわゆる千鳥状に配置し、発光装置同士の間隔が最短に成らないように配置することが好ましい。即ち、発光装置１０１が格子状に配置される際には、光源となる発光装置１０１が直線上に配列されることによりグレアが強くなり、このような照明装置が人の視覚に入ってくることにより、不快感を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、グレアが抑制され人間の目に対する不快感を低減することができる。さらに、隣り合う発光装置１０１間の距離が均等になることにより、隣接する発光装置１０１間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置１０１が実装された発光装置駆動回路基板１０２内における熱のこもりが抑制され、発光装置１０１の外部に効率よく熱が放散される。その結果、長期間にわたって光学特性の安定した長寿命の照明装置を作製することができる。

また、照明装置が、図１０、図１１に示す平面図、断面図のような発光装置駆動回路基板１０２上に複数の発光装置１０１から成る円状や多角形状の発光装置１０１群を、同心状に複数群形成した照明装置の場合、１つの円状や多角形状の発光装置１０１群における発光装置１０１の配置数を照明装置の中央側より外周側ほど多くすることが好ましい。これにより、発光装置１０１同士の間隔を適度に保ちながら発光装置１０１をより多く配置することができ、照明装置の照度をより向上させることができる。また、照明装置の中央部の発光装置１０１の密度を低くして発光装置駆動回路基板１０２の中央部における熱のこもりを抑制することができる。よって、発光装置駆動回路基板１０２内における温度分布が一様となり、照明装置を設置した外部電気回路基板やヒートシンクに効率よく熱が伝達され、発光装置１０１の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光装置１０１は長期間にわたり安定して動作することができるとともに長寿命の照明装置を作製することができる。

このような照明装置としては、例えば、室内や室外で用いられる、一般照明用器具、シャンデリア用照明器具、住宅用照明器具、オフィス用照明器具、店装、展示用照明器具、街路灯用照明器具、誘導灯器具および信号装置、舞台およびスタジオ用の照明器具、広告灯、照明用ポール、水中照明用ライト、ストロボ用ライト、スポットライト、電柱等に埋め込む防犯用照明、非常用照明器具、懐中電灯、電光掲示板等や、調光器、自動点滅器、ディスプレイ等のバックライト、動画装置、装飾品、照光式スイッチ、光センサー、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等支障ない。例えば、発光装置より出射される光を任意に集光し拡散させる光学レンズや平板状の透光性の蓋体を半田や樹脂接合剤等で接合することにより、所望する放射角度で光を取り出すことができるとともに発光装置内部への耐浸水性等の特性が向上し長期信頼性が向上する。また、ボンディングワイヤによる光損失を抑制するために、基板１にメタライズ配線を形成し、そのメタライズ配線に半田を介して発光素子３を電気的に接続するフリップチップ実装をした発光装置でもよい。また、上記実施の形態例において複数の蛍光を得るため、複数の蛍光体（図示せず）を透光性部材６に含有させたり、透光性部材６上に蛍光体を含有した板状の蛍光体シートを配置したり、蛍光体層を設けてもよい。

本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ’面における断面図である。 図３のＢ−Ｂ’面における断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の照明装置の実施の形態の一例を示す平面図である。 図８の照明装置の断面図である。 本発明の照明装置の実施の形態の他の例を示す平面図である。 図１０の照明装置の断面図である。 従来の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 従来の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１：発光素子搭載用基体
１ａ：搭載部
１ｃ：透明部材
１ｄ：反射部材
２：間隙部
２ａ：貫通孔
２ｂ：溝部
２ｃ：間隙部外周
３：発光素子
３ａ：発光素子外周
５：反射枠体
５ａ：内周面
６：透光性部材

Claims (11)

1. 発光素子搭載用基体と、該発光素子搭載用基体に搭載された発光素子とから成る発光装置において、前記発光素子搭載用基体は、前記発光素子の搭載部の直下を含む領域で、前記発光素子搭載用基体の内部に、前記発光素子搭載用基体の上面に沿って延びる間隙部を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記間隙部の外周は、平面視において前記発光素子の外周より外方に位置していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記発光素子搭載用基体は、その上面側に配置される透明部材と下面側に配置される反射部材とを一体化して成り、前記透明部材と前記反射部材との間に前記間隙部が配置され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. 前記発光素子搭載用基体の内部に、前記間隙部と前記発光素子搭載用基体の下面との間を連通する複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記複数の貫通孔の前記間隙部における開口間に溝部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記発光素子搭載用基体の上面に、前記発光素子を取り囲むようにして反射枠体が取着されており、該反射枠体の内周面が光反射面とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記間隙部の外周は、平面視において前記反射枠体の内周面の下端より外方に位置していること特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記発光素子は、透光性部材によって被覆されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発光装置。
9. 前記透光性部材は、シリコーン樹脂から成ることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 前記発光素子は、紫外領域から青色領域に含まれる光を発することを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載の発光装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の発光装置と、前記発光装置が搭載され、前記発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、前記発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含む照明装置。

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