JP4606302B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を収容する発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子を用いた発光装置は、今後さらなる低消費電力化や長寿命化が進むものと予測されていることから注目されており、近年、各種インジケーター、光センサー、ディスプレイ、ホトカプラ、バックライト、光プリンタヘッド等の種々の分野で使用され始めている。従来の発光素子を搭載するための発光素子収納パッケージ（以下、単にパッケージともいう）の断面図を図１５に示す。

図１５に示すように、従来のパッケージは、基板１１を有しており、配線導体（図示せず）を介してパッケージ内の搭載部１１ａに搭載された発光素子１３に外部から電力が供給され、発光素子１３が作動可能となる。

基板１１の上面の外周部には、搭載部１１ａを取り囲むように接合された、反射部材１２が設けられている。

発光素子１３は、基板１１の搭載部１１ａ上にダイボンドされるとともに、発光素子１３の電極と搭載部１１ａの周辺に配置した配線導体とが電気的に接続される。しかる後、反射部材１２の内側に透明樹脂１７を発光素子１３を覆うように充填し熱硬化させることにより、発光素子１３を保護するとともに発光素子１３をパッケージに強固に密着させて発光装置と成すことができる。または、発光素子１３の側面や上面に蛍光体や蛍光体を混入した透明樹脂を塗布した後に、反射部材１２の内側に透明樹脂１７を充填し熱硬化させることで、発光素子１３からの光を蛍光体により波長変換し、所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置と成すことができる。なお反射部材１２の上面には、必要に応じて透光性の蓋体（図示せず）を接合させることもできる。

この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子１３を発光させることで可視光を放出することができる。近年、この発光装置を照明用として利用するようになってきており、高輝度、放熱性の点でより高特性のものが要求されている。また、照明用として使用する場合には寿命が重要な問題となるため、長寿命な発光装置が要求されている。

そこで、最近では発光装置の発光輝度を向上させるために、反射部材１２や基板１１をより反射率の高い材料で構成することが検討されている。
特開２００２−３４４０２９号公報

しかしながら、上記従来のパッケージは、発光素子１３が作動したときに発生した熱が効率よく放散されず、パッケージ内に熱がこもって、発光素子１３の温度が著しく上昇し、フォノン散乱などによって発光効率が低下するという問題があった。

また、発光素子１３が作動時に発生する熱や、外部環境の温度変化等が繰り返し印加されて、基板１１と反射部材１２との熱膨張係数差に因って発光素子１３と配線導体のパターンの実装部やパッケージに応力が生じ、発光素子収納パッケージ全体に曲げモーメントが生じるという問題があった。その結果、基板１１や基板１１と反射部材１２との結合部にクラックが発生したり、発光素子１３にピエゾ効果が生じたり、基板１１と反射部材１２、発光素子１３と基板１１とが剥離するという問題があった。このため、配線導体等に断線等の電気的接続不良が発生し、発光素子収納パッケージから放出される光の強度分布や照射面における照度分布にムラが生じたり、出力光が不安定なものとなったり、発光装置を長期間にわたって高信頼性を維持して作動することが出来ないという問題点を有していた。特に、発光装置が局部照明の用途等に使用される場合、光の強度分布や照度分布の不安定性は重要な問題点となる。

したがって、本発明はかかる従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、放熱性が高く、発光素子が発光する光を外部に均一に効率よく放射させ、光の強度分布や照度分布が安定した光学的特性が得られ、また、クラック等の不良を低減した、高品質な発光装置を提供することにある。

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、配線導体を有する基板と、基板の上面に実装されているとともに配線導体に電気的に接続された発光素子と、発光素子を囲んでいる反射部材とを備えている。平面透視において、反射部材の側面は、基板の側面より外側に位置している。反射部材は、前記基板が配置される外部回路基板と反射部材との間に空隙が設けられるように、基板の上に設けられている。

本発明の発光装置は、発光素子と、発光素子が搭載された基板と、基板の上方に形成された反射面を有し、基板の側面を部分的に覆う反射部材とを有することにより、従来では、基板に接合されていた反射部材の下面外側の部位が外気に露出するため、その露出した反射部材の表面から熱を有効に放出することができる。特に、基板より外側に位置する反射部材の下面を、側面視して基板の下面の高さ位置よりも上方に位置させたことにより、基板と反射部材と外部回路基板との間に隙間が形成されて、そこに入り込んだ外気に伝えられた熱が、自然対流によって隙間から発光装置の外部上方に向かって移動する。その結果、放熱性を高くすることができる。

また、発光素子から発生される熱を効率よく発光装置の外部に放熱できることにより、発光素子の温度が著しく上昇することを抑制できる。このためフォノン散乱などにより生じていた発光効率の低下も抑制される。

また、上述のように放熱性が高くなることに加え、基板と反射部材との接触する面積が小さくなることにより、発光素子の作動時に生じた熱や、外部環境の温度変化が繰り返し印加されても、基板と反射部材との熱膨張係数差に因る応力が生じるのを緩和できる。さらに、基板と反射部材との接触面積が小さいために、製造工程などにおいて外的な応力が反射部材に加わった場合にも、反射部材から基板に応力が伝わることを有効に抑制できる。その結果、発光素子収納パッケージ全体に生じる曲げモーメントを抑制でき、基板や、基板と反射部材との接合部におけるクラックの発生、または発光素子に生じるピエゾ効果、あるいは基板と反射部材、基板と発光素子との剥離を有効に抑制することができる。このため、配線導体等に断線等の電気的接続不良が発生せず、発光素子収納パッケージから放出される光の強度分布や照射面における照度分布のムラを抑制し、出力光を安定なものとし、発光装置を長期間にわたって高信頼性を維持して作動できる。

本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の発光装置について実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、基板１の上面に発光素子３が搭載されており、基板１の上面には発光素子３を取り囲む反射部材２が形成されている。なお、本明細書の説明において用いられる上下左右という表現は、単に図面上の各部の位置関係を説明するものであり、実使用における位置関係を規定するものではない。

本発明の発光装置に用いられる発光素子収納パッケージは、上面に発光素子３の搭載部１ａを有するとともに、基板の上面から下面にかけて導電路（図示せず）を形成したセラミックス等から成る基板１と、基板１の上面に搭載部１ａを取り囲む反射面２ａを有して取着された反射部材２とを有しており、基板１の側面（外側面）を、平面視で反射部材２の側面（外側面）よりも内側に位置させるとともに、基板１よりも外側に位置する反射部材２の下面を、側面視して基板１の下面の高さ位置Ａ−Ａ’よりも上方に位置させている。

本発明の基板１は、発光素子３を支持し搭載するための支持部材として機能する。基板１には発光素子３の搭載部１ａが設けられており、発光素子３が樹脂接着剤や錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田、Ａｕ−Ｓｎ等の低融点ロウ材等を介して取着される。そして、発光素子３の熱は、樹脂接着剤や低融点ロウ材を介して基板１に伝達され外部に効率よく放散されることにより、発光素子３の作動性を良好に維持する。また、発光素子３から出射される光は、反射面２ａで反射されて外部に放射される。

また、基板１は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス等から成り、基板１の中央部には搭載部１ａが形成されている。また、搭載部１ａの近傍からは、発光素子収納パッケージの外側にかけて導出する配線導体（図示せず）が形成されている。

また、基板１に形成した配線導体は例えばＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ等のメタライズ層で形成しており、例えばＷ等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、所定パターンに印刷塗布し焼成することによって基板１に形成させる。この配線導体の表面には、酸化防止のためとボンディングワイヤ（図示せず）を強固に接続するために、厚さ０.５〜９μｍの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良い。

また、反射部材２はＡｌ，ステンレス（ＳＵＳ）,Ａｇ，鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属や樹脂、セラミックス等からなる。反射部材２が金属からなる場合、内周面を研磨等の方法で鏡面化することにより、内周面を発光素子３から発せられる可視光を良好に反射することのできる反射面２ａとすることができる。また、樹脂やセラミックス等からなる場合、内周面にメッキや蒸着等で金属層を形成することにより、内周面を発光素子３から発せられる可視光を良好に反射することのできる反射面２ａとすることができる。発光素子３からの可視光の反射効率の高い反射面２ａをより簡単に製造することができるという観点、および酸化等による腐食を防止することができるという観点からは、反射部材２はＡｌやＳＵＳから成ることが好ましい。また、このような反射部材２は、金属からなる場合、その材料のインゴットに切削加工、圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって、所定形状に形成される。

また、基板１および反射部材２は、セラミックスから成ることがより好ましい。すなわち、基板１と発光素子３との熱膨張差が小さくなり、発光素子３から発生する熱や外部環境の熱によって発生する、基板１と発光素子３との間の応力が抑制される。さらに、基板１と反射部材２との熱膨張係数差に起因して発生する、基体１と反射部材２との接合部における応力や反射面２ａの変形が抑制される。さらにまた、セラミックスは透水性が小さいので、基板１および反射部材２から水分が浸入することによる耐水性を向上できる。また、樹脂材料や金属材料と比して、セラミックスは、例えば、Ｐｂ（鉛）−Ｓｎ（錫）半田やＡｕ（金）−Ｓｎ半田、Ａｕ−Ｓｉ（珪素）半田、Ａｕ−Ｇｅ（ゲルマニウム）半田、Ｓｎ−Ａｇ（銀）半田、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（銅）半田等の半田による半田付け時に熱変質を生じにくく、さらに、大気や大気中の水分や酸素等によるセラミックス表面の酸化や腐食も少ないことから、基板および反射部材の反射率の劣化を抑制できる。その結果、発光装置は、長期間にわたり光出力の低下を抑制しつつ発光素子３を安定して作動させることができる。

発光素子３が窒化ガリウム系化合物半導体の場合、発光層が形成される基体として、熱膨張係数が約５×10-6／℃であるサファイア基体が用いられる。また、発光素子３がガリウム砒素系化合物半導体の場合、ガリウム砒素系化合物半導体の熱膨張係数は約６×10-6／℃である。また、基体１および反射部材２として酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合、酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数は約６×10-6／℃であり、上記の発光素子３との熱膨張係数差を小さくできる。一方、基体１がエポキシ樹脂や液晶ポリマ（ＬＣＰ）樹脂から成る場合、熱膨張係数が約20×10-6／℃となり、上記の発光素子３との熱膨張係数差が大きくなり、基体１と発光素子３との接合部に応力が集中し、発光素子３がフリップチップ実装される発光装置では電気的な接続不良が発生し、発光素子３を正常に作動させることができなくなる場合がある。また、基体１と発光素子３との接合部に発生する応力が発光素子３の発光層に集中するため、発光素子３はピエゾ効果による波長のズレが発生するとともに、発光装置から放出される光の色が変化したり、強度がバラついたり、光ムラが発生したりして、照明装置に用いる光源として良好な照明光を得ることが難しくなる。

また、基板１および反射部材２は、白色系のセラミックス、例えば、酸化アルミニウム質焼結体，酸化ジルコニウム質焼結体（ジルコニアセラミックス）、酸化イットリウム質焼結体（イットリアセラミックス）または酸化チタン質焼結体（チタニアセラミックス）から成ることがより好ましい。なお、白色系とは、少なくとも紫外領域から可視光領域にわたる反射率の最大値と最小値との差分が、10％以内の反射特性を有するものである。基板１および反射部材２に白色系のセラミックスを用いることにより、紫外領域から可視光領域にわたって効率のよい波長依存性の少ない反射部材２とできる。

そして、反射部材２は、基板１の上面に搭載部１ａを取り囲むように形成されており、反射部材２の外側面は、基板１よりも外側に位置させているとともに、基板１よりも外側に位置する反射部材２の下面を、側面視して基板１の下面の高さ位置Ａ−Ａ’よりも上方に位置させている。このため、基板１と反射部材２との接触面積が小さくなり、従来では、基板１１に接合していた反射部材１２の部位が外気に露出するため、その露出した反射部材２の表面から熱を有効に放出することができる。

また、基板１よりも外側に位置する反射部材２の下面を、側面視して基板１の下面の高さ位置Ａ−Ａ’よりも上方に位置させたことにより、基板１と反射部材２と外部回路基板４との間に隙間が形成される。この隙間に外気が入り込み、外気が自然対流を起こすことによって、反射部材２から隙間に存在する外気に伝えられた熱が発光装置外部の上方へと移動し、放熱性をさらに高くすることができる。

また、このようにして発光素子３の放熱性が高まるため、発光素子３が高温になって劣化し、発光強度が低下することを抑制できる。

また、基板１と接触する反射部材２の表面積を小さくできることにより、発光素子３の作動時に生じた熱や、外部環境の温度変化が繰り返し印加されても、基板１と反射部材２との熱膨張係数差に因る応力が生じるのを緩和できる。さらに、基板１と反射部材２との接触面積が小さいために、製造工程などにおいて外的な応力が反射部材２に加わった場合にも、反射部材２から基板１に応力が伝わることを有効に抑制できる。その結果、発光素子収納パッケージ全体に生じる曲げモーメントを抑制でき、基板１や、基板１と反射部材２との接合部におけるクラックの発生、または発光素子３に生じるピエゾ効果、あるいは基板１と反射部材２との剥離を有効に抑制することができる。従って、配線導体等に断線等の電気的接続不良が発生せず、発光素子収納パッケージから放出される光の強度分布や照射面における照度分布のムラを抑制し、出力光を安定なものとし、長期間にわたって高信頼性を維持して発光装置を作動できる。

さらに、基板１から反射部材２へと熱が移動する経路が狭くなるため、基板１から反射部材２へ熱が伝達されるのを有効に防げ、熱による反射部材２の歪み等が生じにくくなるため、発光素子３で発生した光を安定に外部に放出できる。

また、好ましくは図３に示すように基板１の外側面を、平面視で反射部材２の外側面よりも内側に位置させるとともに、基板１よりも外側に位置する反射部材２の下面を、側面視して基板１の上面の高さ位置Ｂ−Ｂ’上か、または基板１の上面の高さ位置Ｂ−Ｂ’よりも上方に位置させるのがよい。基板１の上面の高さ位置Ｂ−Ｂ’よりも上方に反射部材２を位置させることによって、基板１と反射部材２と外部回路基板４との間の隙間がより大きくなるとともに基板１の全外側面が外気に露出するため、放熱性をより向上させることができる。

また、図５で示すように基板１の上面に接着させた反射部材２の外面を、上方に反るように形成すると、基板１と反射部材２との隙間がより大きくなるため、隙間に熱がこもるのを有効に抑制できるとともに、基板１の側面から上方向への外気の自然対流が起こりやすくなり、さらに放熱性が高まるので好ましい。たとえ、発光素子３の熱が基板１に伝わり、基板１から反射部材２に熱が伝わっても、基板１と反射部材２と外部回路基板４との間の隙間が大きくなるため、熱がより対流しやすくなり、より熱を外部に放熱しやすくなる。その結果、高温に因る発光素子３の劣化や、発光強度の低下をより有効に抑制できる。そして、発光素子収納パッケージから放出される光の強度分布や照射面における照度分布にムラが生じず、より安定した光を出力し、発光装置を長期間にわたり高信頼性でかつ安定して作動することができる。

また、基板１の側面は傾斜するのが好ましい。なぜなら基板１の側面が傾斜することで基板１が外気に露出する表面積が大きくなるためであり、これによって発光素子３から発生した熱を基板１から発光装置外部に効率よく放熱できるためである。

特に、図６で示したように、基板１の深さ方向に伴って基板１の断面積が大きくなるように基板１が形成される場合、外部回路基板４により大きな面積で接続することができるため、発光素子３で発生した熱がより発光装置外部に拡散されやすくなり、より効率よく熱の放散をすることができ好ましい。

また、反射部材２と接する部位の基板１の面積は、反射部材２の下面の面積に対して３分の２倍を超えると、反射部材２と基板１との接触面積とが大きくなりすぎ、反射部材２の下面が外気に十分に露出されず、また外気の自然対流も生じ難くなり、放熱性が悪くなるとともに、反射部材２と基板１との熱膨張係数差に因る応力を抑制し難くなる。また、２０分の１倍未満であると、基板１が反射部材２を十分に保持できず、反射部材２の安定性が欠けてしまう。よって、放熱性および安定性の観点から、反射部材２と接する部位の基板１の面積は、反射部材２の下面の面積に対して２０分の１倍以上３分の２倍以下とするのが好ましい。

図７に、外部回路基板に実装した実施の形態の参考例を示す。反射部材２と基板１と外部回路基板４との隙間に放熱性のよい金属や導電性樹脂などを形成してもよい。これにより、隙間に形成した金属６などを介して外部へ放熱するとともに、金属６等が発光素子収納パッケージを保持し、外部回路基板とのズレを抑制して、長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。

なお、光反射面２ａは、その断面形状が図１に示すように平坦（直線状）であってもよく、また、図４に示すように円弧状（曲面状）であってもよい。円弧状とする場合、発光素子３の光をまんべんなく反射させて指向性の高い光を外部により均一に放射することができる。

また、さらに好ましくは、基板１の外側面が、平面視で反射部材２の外側面よりも全周にわたって内側に位置するのが好ましい。これにより、基板１の外側面が、平面視で反射部材２の外側面よりも全周にわたって内側に位置する前よりも、容量の大きい外気層が存在することとなり、発光素子３の作動時に発生する熱が反射部材２から外部にさらに有効に放熱でき、基板１と反射部材２との熱膨張係数差に起因する発光素子収納パッケージ内部に生じる応力や、製造工程において発光素子収納パッケージに生じる応力が、反射部材２から基板１に伝わることをさらに有効に緩和できる。その結果、反射部材２から基板１に伝わる曲げモーメントをさらに抑制でき、基板１にクラックや割れ、発光素子３が基板１から剥離するのを、一層抑制できる。

また、好ましくは反射面２ａは、基板１の上面に対して３５〜７０度の角度で傾斜しているのがよい。これにより、搭載部１ａに搭載した発光素子３の光を、傾斜した反射面２ａで良好に反射させ、外部に放射角度４５度以内の範囲で光を良好に放射することができ、本発明の発光素子収納パッケージを使用した発光装置の発光効率や輝度、光度を極めて高いものとすることができる。なお、光の放射角度とは、発光素子３の中心を通る基板１に直交する平面上での光の広がりの角度のことであり、反射部材２の横断面における開口形状が円形状であれば放射角度は反射面２ａの全周にわたって一定である。また、反射部材２の横断面における開口形状が楕円形状などの偏りがある場合は、放射角度はその最大値である。

また、反射面２ａは、基板１の上面となす角度が３５度未満になると放射角度が４５度を超えて広がり、分散した光の量が多くなり、光の輝度や光度が低下しやすくなる。一方、角度が７０度を超えると、発光素子収納パッケージの外部に発光素子３の光が良好に放射されずに発光素子収納パッケージ内で乱反射しやすくなる。

なお、反射面２ａの形状が逆円錐状である場合は、反射面２ａと基板１の上面とのなす角度を全周にわたって３５〜７０度とするのがよい。また、反射面２ａの形状が四角錐状である場合は、少なくとも一対の対向する内面が基板の上面に対して３５〜７０度で傾斜しているのがよい。好ましくは、内面の全面が基板１の上面に対して３５〜７０度で傾斜しているのがよい。これにより、発光効率をきわめて高いものとすることができる。

また、反射面２ａの算術平均粗さＲａは、０.００４〜４μｍとするのが好ましい。即ち、反射面２ａの算術平均粗さＲａが、４μｍを超える場合、発光素子収納パッケージに収容された発光素子３の光を正反射させて発光素子収納パッケージの上方に出射させることが困難になり、光強度が減衰したり偏りが発生したりしやすくなる。また、反射面２ａの算術平均粗さ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。なお、反射面２ａのＲａを上記の範囲とするには、従来周知の電解研磨加工，化学研磨加工もしくは切削加工により形成することができる。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。

また、反射部材２は、図８（ａ），（ｂ）の断面図および一部を切断した斜視図に示すように、反射部材２の外側面２ｂを取り囲むように設けられた反射枠体８を備えていることがより好ましい。反射枠体８は、Ａｌ，ＳＵＳ,Ａｇ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属、アルミナセラミックス，ジルコニアセラミックス，イットリアセラミックスまたはチタニアセラミックス等のセラミックス、または、テフロン（登録商標）樹脂，フッ素系樹脂，液晶ポリマー，エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート等の樹脂等から成り、反射部材２の外周に嵌着または樹脂接着剤１０を介して反射部材２の外周に接合される。

これにより、発光素子収納パッケージの製造工程において、発光素子収納パッケージに熱が繰り返し加えられたり、発光装置を作動させる際に発生する発光素子３からの熱や外部環境による熱が反射部材２に伝達されたりしても、反射部材２の熱による変形、すなわち熱膨張または熱収縮が、反射枠体８によって拘束されて抑制される。その結果、基板１と反射部材２との接合部に集中する応力やクラックの発生、または基板１と反射部材２との剥離を抑制できるとともに、発光装置から放出される光の配光分布の変動を抑制できる。さらに、反射枠体８は、発光装置を作動させる際に、発光素子３から反射部材２へ伝導される熱を効率よく大気中に放散できる構成とすることもできる。

例えば、熱膨張係数が約25×10-6／℃、ヤング率が約70ＧＰａであるＡｌから成る反射部材２の外側面２ｂに、熱膨張係数が約６×10-6／℃、ヤング率が約280ＧＰａである酸化アルミニウム質焼結体から成る反射枠体８を取着する場合、反射部材２より熱膨張や熱収縮が小さく剛性が高い反射枠体８が、反射部材２の水平方向に膨張するような変形を拘束して抑制できる。その結果、発光素子収納パッケージおよび発光装置は、反射部材２の変形によって発生する、基板１と反射部材２との接合部において集中する応力やクラックの発生、あるいは基板１と反射部材２との剥離や、発光装置から放出される光の配光分布の変動を抑制できる。さらに、反射枠体８が反射部材２の水平方向への熱膨張による変形または熱収縮によって発生する、基板１への曲げモーメントを抑制できることにより、発光素子収納パッケージおよび発光装置は、配線導体等に断線等の電気的接続不良が発生せずに歩留まり良く製造される。従って、発光素子収納パッケージおよび発光装置は、長期間にわたって気密性が保持されるとともに正常に作動させることができる。

また、例えば熱伝導率が約20Ｗ／ｍ・Ｋである酸化アルミニウム質焼結体から成る反射部材２の外側面２ｂに、熱伝導率が約200Ｗ／ｍ・ＫであるＡｌから成る反射枠体８を取着する場合、発光装置を作動させる際の発光素子３から反射部材２に伝導した熱が、反射部材２の内部に籠もらず、接着剤10を介して反射枠体８に伝導される。このように、発光装置は、その外表面でかつ発光装置の垂直方向に、熱伝導率が大きい反射枠体８が配置されることにより、発光装置の放熱面積を増加させることができ、反射部材２の熱膨張や熱収縮による変形が抑制され、発光装置は所望の配光分布を有する光を安定して放出することができるとともに、発光素子３の波長変動や光特性の劣化を抑制できる。

また、反射枠体８は、アルミニウムから成ることがより好ましい。これにより、反射枠体８は、酸化による不動態膜が形成されて反射率の変化が少なくなるので、発光素子３からの光を効率よくかつ作動環境による反射率の変化が少ない発光素子収納パッケージを作製できる。また、アルミニウムは、紫外領域から可視光領域における反射率の波長依存性が少ないので、発光素子３から発する紫外領域から可視光領域の光の波長が変化しても、光出力の変動が少ない安定した光出力を維持できる発光装置を作製できる。

さらに、アルミニウムから成る反射枠体８を用いることにより、酸化アルミニウム質焼結体等から成る透光性の反射部材２を透過して反射部材２の側面から出る光を遮光することができる。これによって、発光装置を表示用の光源として用いる際には、発光装置の発光面と非発光面とのコントラストがより明確になり、表示用の光源として視認性の優れた発光装置を作製できる。また、発光素子３が青色領域から紫外領域において発光するものである場合には、反射部材２を透過する高エネルギー光を遮光することができることになる。

さらに反射部材２と基板１との接合は、シリコーン系やエポキシ系等の樹脂接着剤や、Ａｇ−Ｃｕロウ等の金属ロウ材やＰｂ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕ−Ｓｎ−ケイ素（Ｓｉ）,Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の半田等により行われる。なお、このような接着剤や半田等の接合材は、基板１および反射部材２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、基板１と反射部材２との接合の高信頼性が必要とされる場合、好ましくは金属ロウ材や半田により接合するのがよい。

かくして、本発明の発光装置に用いられる発光素子収納パッケージは、基板１の搭載部１ａに発光素子３を搭載するとともに、発光素子３をＡｕやＡｌ等のボンディングワイヤおよび配線導体を介して発光素子収納パッケージの外部の外部電気回路に電気的に導通させることができる。そして、反射部材２の内側に透明樹脂等の透光性部材５を充填し熱硬化させて発光素子３を覆う被覆層を形成し、必要に応じて反射部材２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本発明の発光装置となる。または、発光素子３の側面や上面に蛍光体もしくは蛍光体を混入した透明樹脂等を塗布した後、発光素子３を覆う透光性部材５を充填し熱硬化させ、反射部材２の上面に透光性の蓋体を半田や樹脂接着剤等で接合することにより、発光素子３の光を蛍光体により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出すことができる発光装置となる。

また、本発明の発光装置は、図９（ａ），（ｂ）の断面図および一部断面斜視図に示すように、上記の発光素子収納パッケージと、搭載部１ａに搭載された発光素子３と、反射枠体８の開口部を塞ぐように配置された、発光素子３からの光の一部または全部を波長変換する波長変換部材９とを備えているものである。これにより、発光装置は、発光素子３から発生する熱に起因した波長変換部材９の特性劣化を抑制できる。すなわち、波長変換部材９を反射枠体８の上端面８ｂに配置する場合、発光素子３から波長変換部材９までの放熱経路が長くなり熱抵抗が増加するとともに、例えば、接着剤１０にシリコーン樹脂やアクリル樹脂，エポキシ樹脂等の樹脂接着剤を用いた際は、これらの樹脂接着剤によって発光素子３から波長変換部材９までの熱抵抗がより増加し、発光素子３からの熱が波長変換部材９に伝熱され難くなる。その結果、波長変換部材９の母材としてエポキシ樹脂やアクリル樹脂を用いた際は、加熱による母材の黄変および透過率の劣化を抑制できる。さらに、波長変換部材９に充填された蛍光体の酸化，還元反応等の化学反応が加速されることによる光出力の劣化を抑制できる。さらにまた、波長変換部材９の下面の外周部より下方に放出される光が、反射部材２または反射枠体８の上端面８ｂで上方に反射されることにより、波長変換部材９から上方に放出される光が増加し、発光装置の光出力や輝度が向上する。

また、図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ），（ｂ）、図１２（ａ），（ｂ）、図１３（ａ），（ｂ）、図１４（ａ），（ｂ）に示す断面図および一部断面斜視図のように、反射部材２の外側面２ｂを取り囲み、反射枠体８の上端面８ｂが反射部材２の上端面より上方に位置するように設けられた反射枠体８を備えているとともに、波長変換部材９が反射枠体８の内側に配置されることがより好ましい。これにより、波長変換部材９の上面から放出される光が増加し、発光装置の光出力が向上する。すなわち、波長変換部材９の下面の外周部より下方に放出される光は、反射部材２の上端面で上方に反射され、さらに、波長変換部材９に含有された蛍光体を励起させずに、波長変換部材９の側方に放出される発光素子３の光は、反射枠体８の内周面８ａによって波長変換部材９の内部に反射され、再び蛍光体を励起することができる。その結果、発光装置は、波長変換部材９によって波長変換される光が増加し、発光装置の光出力や発光効率および輝度を向上できる。

なお、反射枠体８が導電性部材から成る場合、図１４（ａ），（ｂ）に示すように発光装置駆動回路基板や、基板１の側方に取り出すように設置されたリード端子（図示せず）との電気的導通を防止するために、反射枠体８の下面が反射部材２の下面より上方に配置されるように取着するとよい。

さらにまた、図１１（ａ），（ｂ）、図１３（ａ），（ｂ）、図１４（ａ），（ｂ）に示す断面図および一部断面斜視図のように、透光性部材７を第１の反射部材２の上面より下側に充填し、波長変換部材９を第１の反射部材２の上面に配置することにより、透光性部材７の上面と波長変換部材９の下面との間に空隙部２０を設ける場合、波長変換部材９の内部から下方向に出力される可視光の一部が、波長変換部材９の下面と空隙部２０との界面で上方向に全反射される。その結果、発光装置は、波長変換部材９から上方に放出される可視光が増加し、発光装置の光出力が向上する。

また、発光素子３は、少なくとも紫外領域から青色領域の光を放出する発光素子３であることがより好ましい。すなわち、発光素子３からの光を波長変換する波長変換部材９に、発光素子３の光によって励起され蛍光を発生する蛍光体を含有させた場合、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の光によって、発光素子３の光より長波長でエネルギーの低い蛍光に変換する蛍光体の波長変換効率は向上し、発光装置の光出力が増加する。

なお、発光素子３から発生する光の紫外領域とは、可視光の短波長端360〜400ｎｍを上限とし、下限は１ｎｍくらいまでの波長範囲の電磁波とする（理化学事典第５版／岩波書店）。また、青色領域とは、可視光の短波長端360〜400ｎｍを下限とし、上限は495ｎｍくらいまでの波長範囲とする（ＪＩＳ Ｚ8701 ＸＹＺ表色系の色度座標）。

また、本発明の発光装置は、１個のものを光源として所定の配置となるように設置したことにより、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の所定の配置となるように設置したことにより、照明装置とすることができる。これにより、従来の照明装置よりも強度ムラの抑制されたもの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治具や光学レンズ、光拡散板等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１６，図１７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治具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において、隣り合う発光装置１０１との間隔が最短に成らないような配置、いわゆる千鳥状とすることが好ましい。隣り合う発光装置１０１間の距離が長くなることにより、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。

また、照明装置が、図１８，図１９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が改善され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。

本発明の発光素子収納パッケージを外部回路基板に実装した実施の形態の一例を示す断面図である。 図１の発光素子収納パッケージの平面図である。 本発明の発光素子収納パッケージを外部回路基板に実装した実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光素子収納パッケージを外部回路基板に実装した実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光素子収納パッケージを外部回路基板に実装した実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光素子収納パッケージを外部回路基板に実装した実施の形態の他の例を示す断面図である。 発光素子収納パッケージを外部回路基板に実装した実施の形態の参考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および一部断面斜視図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図および一部断面斜視図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図および一部断面斜視図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図および一部断面斜視図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図および一部断面斜視図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図および一部断面斜視図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図および一部断面斜視図である。 従来の発光素子収納パッケージを外部回路基板に実装した断面図である。 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９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１１の照明装置の断面図である。

符号の説明

１：基板
１ａ：搭載部
２：反射部材
２ａ：反射面
３：発光素子
７：透光性部材
８：反射枠体
Ａ−Ａ’：本発明の発光素子収納パッケージを側面視して基板１の下面の高さ位置

Claims (2)

1. 配線導体を有する基板と、
   前記基板の上面に実装されているとともに、前記配線導体に電気的に接続された発光素子と、
   前記発光素子を囲んでいる反射部材とを備えており、
   平面透視において、前記反射部材の側面が、前記基板の側面より外側に位置しているとともに、
   前記基板が配置される外部回路基板と前記反射部材との間に空隙が設けられるように、前記反射部材が、前記基板の上に設けられていることを特徴とする発光装置。
2. アルミニウムを含んでおり、前記反射部材を囲むように前記反射部材の前記側面に固定されおり、前記発光素子から前記反射部材へ伝導される熱を放散させる反射枠体をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。

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