JP2005210042A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子の発光する光を蛍光体により効率よく波長変換するとともに放射強度を高くし、軸上光度や輝度，演色性等の光特性に優れた発光装置を提供すること。
【解決手段】 発光装置は、上側主面から突出した発光素子５の載置部１ａを有する基体１と、基体１の上側主面に載置部１ａを囲繞するように接合された、内周面が発光素子５が発光する光を反射する反射面２ｂとされている枠状の反射部材２と、載置部１ａに載置固定された発光素子５と、反射部材２の内側に発光素子５を覆うように設けられた、発光素子５が発光する光を波長変換する蛍光体４を含有する透光性部材３とを具備しており、発光素子５の発光部が反射面２ｂの下端２ｃよりも上側に位置しており、透光性部材３はその上面と発光部との間の距離が0.1乃至0.5ｍｍである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子から発光される光を蛍光体で波長変換し外部に発光する発光装置およびそれを用いた照明装置に関する。

従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子15から発光される近紫外線光や青色光等の光を赤色，緑色，青色，黄色等の複数の蛍光体14で長波長変換して白色発光する発光装置を図６に示す。図６において、発光装置は、上面の中央部に発光素子15を載置するための載置部11ａを有し、載置部11ａおよびその周辺から発光装置の内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線等からなる配線導体（図示せず）が形成された絶縁体からなる基体11と、基体11上面に接着固定され、上側開口が下側開口より大きい貫通孔12ａが形成されているとともに、内周面が発光素子15が発光する光を反射する反射面12ｂとされている枠状の反射部材12と、反射部材12の内部に充填され発光素子15が発光する光を励起し長波長変換する蛍光体14を含有した透明樹脂13と、載置部11aに載置固定された発光素子15とから主に構成されている。

基体11は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や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等の樹脂から成る。基体11がセラミックスから成る場合、その上面に配線導体がタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体11が樹脂から成る場合、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成るリード端子がモールド成型されて基体11の内部に設置固定される。

また、反射部材12は、上側開口が下側開口より大きい貫通孔12aが形成されるとともに内周面に光を反射する反射面12bが設けられる枠状となっている。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）やＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属、アルミナセラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型または押し出し成型等の成形技術により形成される。

さらに、反射部材12の反射面12bは、貫通孔12ａの内周面を研磨して平坦化することにより、あるいは、貫通孔12ａの内周面にＡｌ等の金属を蒸着法やメッキ法により被着することにより形成される。そして、反射部材12は、半田，銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材または樹脂接着材等の接合材により、載置部11ａを反射部材12の内周面で取り囲むように基体11の上面に接合される。

そして、載置部11ａの周辺に配置した配線導体と発光素子15とをボンディングワイヤや金属ボール等の電極16を介して電気的に接続し、しかる後、蛍光体14を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂13をディスペンサー等の注入機で発光素子15を覆うように反射部材12の内部に充填しオーブンで熱硬化させることで、発光素子15からの光を蛍光体14により長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なし得る。
特開2003-37298号公報

近年、発光装置の放射強度をさらに高めることが望まれている。しかしながら、上記従来の発光装置においては、放射光強度を高めるために発光素子15に入力する電流値をより大きくすると、発光素子15の発光強度が限界に近づいてばらつき易くなり、安定した放射強度が得られないという問題点を有していた。

また、発光素子15を被覆するとともに発光素子15からの光を波長変換するための蛍光体14を含有した透明樹脂13において、蛍光体14の含有率を上げて波長変換の効率を向上させようとすると、光が蛍光体14によって妨害され易くなるため、放射強度を向上できないという問題点を有していた。

また逆に、蛍光体14の含有率を下げると、波長変換の効率が低下して所望の波長の光が得られず、その結果、放射強度の向上ができないという問題点を有していた。

さらに、発光素子15から発生した熱が基体11を伝達して反射部材12に伝わり易く、反射部材12と基体11との熱膨張差によって反射部材12が熱膨張して変形し、放射角度がばらついたり放射強度が低下するという問題点も有していた。

したがって、本発明は上記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、発光素子の発光する光を蛍光体により効率よく波長変換するとともに放射強度を高くすることにより、軸上光度や輝度，演色性等の光特性に優れた発光装置を提供することである。

本発明の発光装置は、上側主面から突出した発光素子の載置部を有する基体と、該基体の上側主面に前記載置部を囲繞するように接合された、内周面が前記発光素子が発光する光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、前記載置部に載置固定された発光素子と、前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように設けられた、前記発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体を含有する透光性部材とを具備しており、前記発光素子の発光部が前記反射面の下端よりも上側に位置しており、前記透光性部材はその上面と前記発光部との間の距離が0.1乃至0.5ｍｍであ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、その表面の算術平均粗さが外周部よりも中央部で大きいことを特徴とする。

本発明の発光装置において、好ましくは、前記突出した載置部は、その側面が基体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を所定の配置となるように設置したことを特徴とする。

本発明の発光装置は、上側主面から突出した発光素子の載置部を有する基体と、この基体の上側主面に載置部を囲繞するように接合された、内周面が発光素子が発光する光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、載置部に載置固定された発光素子と、反射部材の内側に発光素子を覆うように設けられた、発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体を含有する透光性部材とを具備しており、発光素子の発光部が反射面の下端よりも上側に位置しており、透光性部材はその上面と発光部との間の距離が0.1乃至0.5ｍｍであることから、発光素子から発せられる光のうち、反射面で反射されることなく直接反射部材の上側開口から放射される光を非常に強度の高いものとすることができる。即ち、発光素子から発せられた光を、発光素子の発光部の上側の一定の厚さの透光性部材に含まれる蛍光体によって高効率に波長変換し、それらの波長変換した光を蛍光体に妨害されることなく直接透光性部材の外部に放出することができる。その結果、発光装置の放射強度を高めて、軸上光度や輝度，演色性等の光特性を良好なものとし得る。

また、発光素子から発生した熱が基体に伝わっても、載置部が突出しているため、載置部と反射部材との間の距離が大きくなるとともに突出した基体と透光性部材との接触面積が大きくなって放熱性が向上し、反射部材に熱が伝達されるのを有効に抑制することができる。その結果、反射部材と基体との熱膨張差によって反射部材が変形するのを有効に抑制することができる。

また、本発明の発光装置において好ましくは、透光性部材の表面の算術平均粗さが外周部よりも中央部で大きいことから、透光性部材の中央部と外周部より出射される光の放射強度の差を抑制することができる。即ち、発光素子より発光され反射部材等で反射されることなく直接透光性部材表面の中央部より放射される比較的強度の大きい光を、透光性部材表面の中央部の粗面により適度に散乱させて光強度を若干弱くすることにより、反射部材で反射されて比較的強度が小さくなった透光性部材表面の外周部から放射される光の強度に近似させることができ、透光性部材の中央部と外周部との放射強度の差を小さくすることができる。その結果、発光装置は一様な光を広範囲にわたって放射することができるとともに、発光面の一部に放射強度が集中することにより生じる、人の目に強い刺激を与えるグレアという現象が抑制され、人の目に対する悪影響を抑制することができる。

また、本発明の発光装置において好ましくは、突出した載置部の側面が基体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から、発光素子から発生する熱の拡散性を向上させることができるとともに、突出する載置部の側面によって光を上方向に効率よく反射させることができる。その結果、発光素子の発光効率および蛍光体の波長変換の効率を向上させることができるとともに、発光素子や蛍光体から発せられる光を効率よく上方向に反射させることができ、長期間にわたり高い放射強度で光を出力することが可能なものとなる。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置を所定の配置となるように設置したことから、半導体から成る発光素子の電子の再結合による発光を利用しているため、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な小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子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、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された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する照明装置とすることができる。

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の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において、１は基体、２は反射部材、３は蛍光体４を含有した透光性部材であり、主としてこれらで発光素子５の発光を方向性をもって外部に発光させ得る発光装置が構成される。

本発明における基体１は、アルミナセラミックスや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、エポキシ樹脂等の樹脂から成る。また、基体１は、上側主面に、発光素子５を載置する、上側主面から突出した載置部１ａを有している。

このような載置部１ａは、基体１の上側主面に、アルミナセラミックスや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、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属、または、エポキシ樹脂等の樹脂から成る凸部１ｂを基体１の上面にロウ材や接着剤等の接合材により取着することによって、または、基体１の上面に凸部１ｂを基体１と一体として形成しておいてもよい。さらには基体１の中央部に設けた貫通孔に、上記のセラミックス，金属または樹脂から成る凸部１ｂをその上側が基体１の上面から突出するように嵌着して取着することによって設けてもよい。

好ましくは、凸部１ｂと基体１とを同じ材質にするのがよい。これにより、載置部1ａと基体1との熱膨張差を小さくすることができ、載置部1ａに歪みが生じて発光素子５の位置がずれ、発光効率が低下するのを有効に抑制できる。

より好ましくは、凸部１ｂと基体１とが一体となっているのが好ましい。これにより、凸部１ｂと基体１との間に接合材を介在させる必要がないため、発光素子５から発生した熱をきわめて良好に基体１に放散させることができる。

凸部１ｂが基体１と一体となっている場合、例えば、凸部１ｂや基体１と成るセラミックグリーンシートを積層して同時焼成することによって、切削加工等の金属加工方法によって、または、射出成型等で樹脂をモールド成型することによって作製することができる。

また、凸部１ｂは、図９に示すように、側面が基体１側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているのがよい。これにより、発光素子５から発生する熱の拡散性を向上させることができるとともに、突出する載置部１ａの側面によって光を上方向に効率よく反射させることができる。その結果、発光素子５の発光効率および蛍光体４の波長変換の効率を向上させることができるとともに、発光素子５や蛍光体４から発せられる光を効率よく上方向に反射させることができ、長期間にわたり高い放射強度で光を出力することが可能なものとなる。

載置部１ａには、発光素子５が電気的に接続されるための電気接続用パターン（図示せず）が形成されている。この電気接続用パターンが基体１内部に形成された配線層（図示せず）を介して発光装置の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、発光素子５と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。

発光素子５を電気接続用パターンに接続する方法としては、ワイヤボンディングを介して接続する方法、または、発光素子５の下面で半田バンプ等の電極６により接続するフリップチップボンディング方式を用いた方法等が用いられる。好ましくは、フリップチップボンディング方式により接続するのがよい。これにより、電気接続用パターンを発光素子５の直下に設けることができるため、発光素子５の周辺の基体１の上面に電気接続用パターンを設けるためのスペースを設ける必要がなくなる。よって、発光素子５から発光された光がこの基体１の電気接続用パターン用のスペースで吸収されて軸上光度が低下するのを有効に抑制することができる。

この電気接続用パターンは、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末のメタライズ層を基体１の表面や内部に形成することによって、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のリード端子を基体１に埋設することによって、または、配線導体が形成された絶縁体から成る入出力端子を基体１に設けた貫通孔に嵌着接合させることによって設けられる。

なお、電気接続用パターンの露出する表面には、Ｎｉや金（Ａｕ）等の耐食性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚さで被着させておくのが良く、電気接続用パターンの酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子５と電気接続用パターンとの接続を強固にし得る。したがって、電気接続用パターンの露出表面には、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのがより好ましい。

また、基体１の上面には、反射部材２が半田，Ａｇロウ等のロウ材やエポキシ樹脂等の接着剤等の接合材により取着される。反射部材２は、中央部に貫通孔２ａが形成されているとともに内周面が発光素子５が発光する光を反射する反射面２ｂとされている。

反射部材２は、反射部材２に対して切削加工や金型成形等を行うことにより形成される。あるいは、貫通孔２ａの内周面に、例えば、メッキや蒸着等によりＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｃｕ等の高反射率の金属薄膜を形成することにより反射面２ｂを形成してもよい。なお、反射面２ｂがＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合には、その表面に、例えば厚さ１〜10μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのが良い。これにより反射面２ｂの耐腐食性が向上する。

また、反射面２ｂ表面の算術平均粗さＲａは、0.004〜４μｍであるのが良く、これにより、反射面２ｂが発光素子５や蛍光体４の光を良好に反射し得る。Ｒａが４μｍを超えると、発光素子５の光を均一に反射させ得ず、発光装置の内部で乱反射する。一方、0.004μｍ未満では、そのような面を安定かつ効率良く形成することが困難となる傾向にある。

反射面２ｂは、例えば、縦断面形状が、上側に向かうにともなって外側に広がった図１，２に示すような直線状の傾斜面、上側に向かうにともなって外側に広がった曲面状の傾斜面、あるいは図５に示す矩形状の面等の形状が挙げられる。

反射部材２は、基体１の上面の凸部１ｂ以外のいかなる部位に取着されてもよいが、発光素子５の周囲に所望の面精度、例えば、発光装置の縦断面において、発光素子５を間に挟んで発光素子５の両側に設けられた反射面２ｂが対称になっている状態で反射面２ｂが設けられるように取着されるのがよい。これにより、発光素子５からの光を蛍光体４で波長変換して外部へ直接放射させるだけでなく、発光素子５から横方向等に発光された光や蛍光体４から下側に放出された光を反射面２ｂで均一にむらなく反射させることができ、軸上光度および輝度さらには演色性等を効果的に向上させることができる。

特に図２に示すように、反射部材２が凸部１ｂに近接しているほど上記の効果が顕著に現れる。これにより、載置部１ａを有する凸部１ｂの周囲を反射部材２で取り囲むことによって、より多くの光を反射させることができ、より高い軸上光度を得ることが可能となる。

また、載置部１ａに搭載された発光素子５の発光部は、反射面２ｂの下端２ｃよりも高い位置になるように設けられている。すなわち、発光素子５の発光部の基体１の上側主面からの高さは、貫通孔２ａの下側開口部の周囲の反射部材２の厚さＬよりも大きい。これにより、発光素子５が発光した光が、反射部材２の加工時に反射面２ｂの下端２ｃに発生したバリ等や反射部材２を基体１に接合する際にはみ出したロウ材によって、乱反射するのを有効に防止できるとともに、発光素子５が発光する光を透光性部材３の表面近傍の多量の蛍光体４に照射することができ、波長変換効率を非常に良好なものとし得る。

本発明の透光性部材３は、発光素子５からの光を波長変換することのできる蛍光体４を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂から成る。透光性部材３は、ディスペンサー等の注入機で発光素子５を覆うように反射部材２の内部に充填され、オーブン等で熱硬化されることで、発光素子５からの光を蛍光体４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。

また、透光性部材３は、その上面と発光素子５の発光部との間隔Ｘが0.1〜0.5ｍｍとなるように設けられている。これにより、発光素子５から発せられた光を、発光素子５の発光部の上側の一定の厚さの透光性部材３に含まれる蛍光体４によって高効率に波長変換し、それらの波長変換した光を蛍光体４に妨害されることなく直接透光性部材３の外部に放出することができる。その結果、発光装置の放射強度を高めて、軸上光度や輝度，演色性等の光特性を良好なものとし得る。

発光素子５の発光部と透光性部材３の表面との間隔Ｘが図３に示すように0.5ｍｍより長い場合、蛍光体４のうち発光素子５に近接しているもの（斜線で示している蛍光体４）は、発光素子５の光を直接励起して波長変換することできるが、この波長変換した光を透光性部材３の外部へ直接放出するのが困難である。即ち、透光性部材３の表面付近の蛍光体４（図３の斜線部以外の蛍光体４）により、光の進行を妨害されることにより、外部への軸上光度を良好なものとし難い。

一方、図４に示すように発光素子５の発光部と透光性部材３の表面との間隔Ｘが0.1ｍｍより短い場合、発光素子５の光を効率よく波長変換するのが困難となり、波長変換されずに透光性部材３を透過する視感性の低い波長の光が多くなり、軸上光度や輝度，演色性等の光特性を良好なものとし難い。

また図８に示すように、透光性部材３は、表面の算術平均粗さが外周部よりも中央部で大きいのがよい。これにより、透光性部材３の中央部と外周部より出射される光の放射強度の差を抑制することができる。即ち、発光素子５より発光され反射部材２等で反射されることなく直接透光性部材３表面の中央部より放射される比較的強度の大きい光を、透光性部材３表面の中央部の粗面７により適度に散乱させて光強度を若干弱くすることにより、反射部材２で反射されて比較的強度が小さくなった透光性部材３表面の外周部から放射される光の強度に近似させることができ、透光性部材３の中央部と外周部との放射強度の差を小さくすることができる。その結果、発光装置は一様な光を広範囲にわたって放射することができるとともに、発光面の一部に放射強度が集中することにより生じる、人の目に強い刺激を与えるグレアという現象が抑制され、人の目に対する悪影響を抑制することができる。

透光性部材３の表面の算術平均粗さは、中央部がO.5μｍ以上であるとともに、外周部が0.1μｍ以下であるのがよい。これにより、透光性部材３の表面における放射強度をよりむらなく均一なものとすることができるとともに、放射強度も良好にすることができる。

なお、透光性部材３が中央部から外周部にかけて平滑面で構成されている場合、中央部では発光素子５から透光性部材３までの距離が短いために、伝搬損失も少なく放射強度が強いのに対し、透光性部材３の外周部では発光素子５の光が反射部材２によって反射され、発光装置の外部に出射されるため、光路長が長くなり、反射部材２の反射損失により放射強度が小さくなる結果、透光性部材３の中央部と外周部において、光強度に大きな差が生じ、発光装置より出射する光の色むらや照射面における照度分布のむらが生じる。これに対し、透光性部材３の表面の算術平均粗さを、外周部よりも中央部で大きくすることにより、発光装置より出射する光の色むらや照射面における照度分布のむらが生じるのを有効に防止できる。

このような、粗面７は、例えば、透光性部材３表面の外周部を金属膜でマスキングし、発光装置の上側よりセラミックス等の粉体を噴射して粗化することにより形成することができる。

また、透光性部材３の上面は図１に示すように上に凸の形状になっているのがよい。これにより、発光素子５から斜め上方に放出された光に対しても発光部と透光性部材３の表面との間隔を0.1〜0.5ｍｍにすることができ、より放射強度を高めることができる。

また、本発明の発光装置は、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、半導体から成る発光素子５の電子の再結合による発光を利用しているため、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。その結果、発光素子５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、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された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10，図11に示す平面図，断面図のように複数個の発光装置９が発光装置駆動回路基板20に複数列に配置され、発光装置９の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具10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９において、隣り合う発光装置９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。即ち、発光装置９が格子状に配置される際には、光源となる発光装置９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、不快感や目の障害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や目に及ぼす障害を低減することができる。さらに、隣り合う発光装置９間の距離が長くなることにより、隣接する発光装置９間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置９が実装された発光装置駆動回路基板20内における熱のこもりが抑制され、発光装置９の外部に効率よく熱が放散される。その結果、人の目に対しても障害の小さい長期間にわたり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12，図13に示す平面図，断面図のような発光装置駆動回路基板20上に複数の発光装置９から成る円状や多角形状の発光装置９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９群における発光装置９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９同士の間隔を適度に保ちながら発光装置９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９の密度を低くして発光装置駆動回路基板20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20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９の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光装置９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、誘導灯器具及び信号装置、舞台及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、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。

本発明の発光装置について図５にもとづき以下に実施例を示す。

まず、基体１となるアルミナセラミックス基板を準備した。なお、基体１は載置部１ａを有する凸部１ｂを一体的に形成しており、載置部１ａの上面と載置部１ａ以外の部位の基体１の上面とを平行にした。

基体１は、直径0.8ｍｍ×厚さ0.5ｍｍの円柱板の上面中央部に、直径0.4ｍｍ×厚さ（種々の値）の円柱状の凸部１ｂを形成したものである。

また、凸部１ｂの発光素子５が載置される載置部１ａに、発光素子５と外部電気回路基板とを基体１の内部に形成した内部配線を介して電気的に接続するための電気接続用パターンを形成した。電気接続用パターンは、Ｍｏ−Ｍｎ粉末からなるメタライズ層により直径が0.1ｍｍの円形パッドに成形されており、その表面に厚さ３μｍのＮｉメッキ層と厚さ２μｍのＡｕメッキ層とが順次被着された。また、基体１内部の内部配線は、貫通導体からなる電気接続部、いわゆるスルーホールによって形成された。このスルーホールについても電気接続用パターンと同様にＭｏ−Ｍｎ粉末からなるメタライズ導体で成形された。

さらに、基体１上面の凸部１ｂ以外の部位の全面に、基体１と反射部材２とをＡｕ−錫（Ｓｎ）ロウにより接合するための接合部を形成した。この接合部は、Ｍｏ−Ｍｎ粉末からなるメタライズ層の表面に厚さ３μｍのＮｉメッキ層と厚さ２μｍのＡｕメッキ層とが被着されたものであった。

さらにまた、反射部材２を用意した。この反射部材２は、図５に示すような縦断面において、内周面が矩形状の貫通孔２ａを有しており、この貫通孔２ａの内周面の表面をＲａが0.1μｍの反射面２ｂとされた。

また、反射部材２は、外形の直径が0.8ｍｍで高さが1.0ｍｍとされ、上側開口の直径が0.8ｍｍ、下側開口の直径が0.5ｍｍ、反射面２ｂの下端２ｃの高さ（下側開口周囲の反射部材２の厚さＬ）が0.15ｍｍの円柱状とされた。

次に、近紫外光を発する厚さ0.08ｍｍの発光素子５にＡｕ−Ｓｎバンプ（電極６）を設けておき、このＡｕ−Ｓｎバンプを介して発光素子５を電気接続用パターンに接合するとともに、反射部材２を基体１の上面の接合部にＡｕ−Ｓｎロウで接合した。発光素子５の発光部とＡｕ−Ｓｎバンプの下面との高さ、つまり載置部１ａから発光部までの高さは約0.03ｍｍであった。

次に、赤色発光，緑色発光，青色発光を行なう３種類の蛍光体４を含有するシリコーン樹脂（透光性部材３）をディスペンサーにて基体１と反射部材２に囲まれた領域の反射部材２の内周面の最上端まで充填することにより、サンプルとしての発光装置を作製した。

そして、凸部１ｂの厚さを種々の値にすることにより、発光素子５の発光部の基体１からの高さＨ（ｍｍ）を変えた（Ｈは、凸部１ｂの厚さと載置部１ａから発光部までの高さ0.03ｍｍとの和で表される）。なお、発光素子５の発光部と透光性部材３の上面との間隔Ｘ（ｍｍ）は、透光性部材３の上面と基体１との距離である1.0ｍｍからＨ（ｍｍ）を引いた値で表すことができる。

ＨおよびＸの値に対するそれぞれのサンプルの軸上光度を測定した結果を図７に示す。図７のグラフより、Ｈが0.1〜0.15ｍｍのとき（発光部が反射面２ｂの下端２ｃの高さ0.15ｍｍ以下のとき）、軸上光度は小さいのに対し、Ｈが0.16ｍｍ以上となる（発光部が反射面２ｂの下端２ｃの高さ0.15ｍｍより大きくなる）と、軸上光度は非常に良好となることがわかった。これは、発光部が反射面２ｃの下端２ｃの高さより高くなることで発光素子５からの光を反射面２ｃで良好に反射することができるようになって反射効率が高くなったためである。

さらにＨを大きくすると、軸上光度はなだらかに大きくなるが、Ｘが0.1〜0.5ｍｍのときに軸上光度が著しく向上することがわかった。これは、発光部と透光性部材３の上面との間隔が適度な大きさとなることにより、発光素子５から発光された光が、蛍光体４により高い効率で波長変換され、余分な蛍光体４によって妨害されることなく、高い効率で透光性部材３の外部に放出されたためと考えられる。また、この軸上光度の著しく向上したサンプルは、輝度や演色性等についても十分であることを確認した。

なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等支障ない。

例えば、放射強度の向上のために基体１に発光素子５を複数設けても良い。また反射面２ｂの角度や、反射面２ｂ上端から透光性部材３の上面までの距離を任意に調整することも可能であり、これにより、補色域を設けることによりさらに良好な演色性を得ることができる。

また、本発明の照明装置は、複数個の発光装置９を所定の配置となるように設置したものだけでなく、１個の発光装置９を所定の配置となるように設置したものでもよい。

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。 本発明の発光装置における透光性部材の上面と発光部との間隔についての説明をするための断面図である。 本発明の発光装置における透光性部材の上面と発光部との間隔についての説明をするための断面図である。 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。 従来の発光装置を示す断面図である。 本発明の発光装置における透光性部材の上面と発光部との間隔と発光強度との関係を示すグラフである。 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10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12の照明装置の断面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：凸部
２：反射部材
２ａ：貫通孔
２ｂ：反射面
２ｃ：反射面の下端
３：透光性部材
４：蛍光体
５：発光素子
９：発光装置
10：反射治具
20：発光装置駆動回路基板

Claims (4)

1. 上側主面から突出した発光素子の載置部を有する基体と、該基体の上側主面に前記載置部を囲繞するように接合された、内周面が前記発光素子が発光する光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、前記載置部に載置固定された発光素子と、前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように設けられた、前記発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体を含有する透光性部材とを具備しており、前記発光素子の発光部が前記反射面の下端よりも上側に位置しており、前記透光性部材はその上面と前記発光部との間の距離が０．１乃至０．５ｍｍであることを特徴とする発光装置。
2. 前記透光性部材は、その表面の算術平均粗さが外周部よりも中央部で大きいことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記突出した載置部は、その側面が基体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を特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置を所定の配置となるように設置したことを特徴とする照明装置。

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