JP2007096285A - 発光素子搭載用基板、発光素子収納用パッケージ、発光装置および照明装置 - Google Patents

発光素子搭載用基板、発光素子収納用パッケージ、発光装置および照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】反り変形が生じにくく、外部電気回路基板への放熱性が良好なために発光装置の放射強度や軸上光度、輝度、演色性等のばらつきを低減させることが可能な発光素子搭載用基板、およびこれを用いた発光素子収納用パッケージ,発光装置および照明装置を提供する。
【解決手段】発光素子搭載用基板は、絶縁基板1と、絶縁基板1の一主面に形成され、発光素子6の電極が電気的に接続される実装用パッド3a,3bと、絶縁基板1の他主面のほぼ全面にわたって形成された導体層4a,4aと、絶縁基板1の内部で、実装用パッド3a,3bと導体層4a,4bとの間に配置され、導体層4a,4bとほぼ同じパターンを有した内層導体層8a,8bを設け、実装用パッド3a、内層導体層8aおよび導体層4aを電気的に接続する接続導体5aと、実装用パッド3b、内層導体層8bおよび導体層4bを電気的に接続する接続導体5bとを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、発光素子から発せられる光を外部へ放射する発光装置、または発光素子から発せられる光を蛍光体で波長変換してから外部に放射する発光装置および照明装置用の発光素子収納用パッケージ,発光素子搭載用基板と、これら発光装置および照明装置とに関する。
従来の発光素子収納用パッケージおよび発光装置を図9に示す。
図9において、発光素子収納用パッケージには、一主面の中央部に発光素子16を載置するための搭載部11aを有し、搭載部11aおよびその周辺に発光素子16のアノード電極およびカソード電極がそれぞれ電気的に接続される第一の実装用パッド13aと第二の実装用パッド13bとが形成されている。発光素子収納用パッケージの外側面には、第一の導体層14aと第二の導体層14bとが形成され、第一の接続導体15aを介して第一の実装用パッド13aと第一の導体層14aとが電気的に接続され、第二の接続導体15bを介して第二の実装用パッド13bと第二の導体層14bとが電気的に接続されている。そして、このような配線導体が形成された絶縁体からなる発光素子搭載用基板11と、発光素子搭載用基板11の一主面の外周部に接着固定され、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16が発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とを備えている。
発光装置には、搭載部11aに発光ダイオード(LED)等の発光素子16が載置固定され、発光素子16から発せられる光を反射部材12で反射させて発光装置外部に放射する。
発光素子搭載用基板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から成る。そして、第一の実装用パッド13a,第二の実装用パッド13b,第一の導体層14aおよび第二の導体層14bは、タングステン(W),モリブデン(Mo),マンガン(Mn)等がセラミックスとともに焼成されたメタライズ層によって形成されている。
この発光素子収納用パッケージの搭載部11aおよびその周辺に配置した第一の実装用パッド13aと第二の実装用パッド13bと発光素子16の電極とをボンディングワイヤや金属ボール等の電気的接続手段17を介して電気的に接続することで発光装置となし得る(例えば、特許文献1参照)。
または、第一の実装用パッド13aと第二の実装用パッド13bと発光素子16の電極と発光素子16とをボンディングワイヤや金属ボール等の電気的接続手段17を介して電気的に接続した後、蛍光体を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性部材をディスペンサー等の注入機で発光素子を覆うように反射部材の内側に注入し、オーブンで熱硬化させることで、発光素子16からの光を蛍光体により長波長側に波長変換させて、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(例えば、特許文献2参照)。
このようにして作製された発光装置は、発光素子搭載用基板11の他主面に形成された第一の導体層14aおよび第二の導体層14bを外部電気回路基板のそれぞれの配線に半田やAgエポキシ等の導電性接着材によって、機械的かつ電気的に接続することによって、発光装置として作動することとなる。
そして、近年、上記の発光装置を照明用として利用する動きが増加しており、放射強度、放熱特性のよい発光装置が要求されている。
特開2004−289106号公報 特開2003−37298号公報 特開平3−178195号公報
しかしながら、上記の発光装置に用いられる発光素子搭載用基板11においては、発光素子16の搭載部11aに形成された第一の実装用パッド13aおよび第二の実装用パッド13bが発光素子16の発する光を吸収してしまうという性質があり、発光装置の放射強度を大きなものとするために、第一の実装用パッド13aおよび第二の実装用パッド13bのそれぞれの形成面積を最小限に抑える必要があった。
一方で、発光装置から発生する熱を外部電気回路基板に効率よく放散させ、発光素子16が温度上昇して放射強度が低下してしまうのを防止するため、発光装置を外部電気回路基板に広面積で接着固定できるようにするのが好ましい。また、発光素子搭載用基板11から外部電気回路基板への熱伝導を良好にする目的で、発光素子搭載用基板11の他主面に形成された第一の導体層14aおよび第二の導体層14bはそれぞれその形成面積を最大限とし、これによって広面積で接着固定できるようにするのが好ましい。そして、広面積で接着固定するためには、発光素子搭載用基板11の反り変形を一定範囲内のものに管理されたものとする必要がある。
ところで、発光素子搭載用基板11に形成された第一の実装用パッド13aおよび第二の実装用パッド13b、ならびに第一の導体層14aおよび第二の導体層14bが焼成されメタライズ層となる際、第一の実装用パッド13aおよび第二の実装用パッド13b、ならびに第一の導体層14aおよび第二の導体層14bは、それぞれ体積収縮するのであるが、上記したように発光素子搭載用基板11の一主面に形成される第一の実装用パッド13aおよび第二の実装用パッド13bの形成面積を最小限とし、発光素子搭載用基板11の他主面に形成される第一の導体層14aおよび第二の導体層14bの形成面積を最大限とすれば、発光素子搭載用基板11の両主面間でメタライズ層の形成面積が大きく異なるため、発光素子搭載用基板11の両主面間で体積収縮量が異なって、発光素子搭載用基板11に大きな反り変形が生じてしまう場合があった。
特に、近時においては、発光装置から発生する熱を外部電気回路基板にさらに効率よく放散させるため、発光素子搭載用基板11が薄形化する傾向にあり、発光素子搭載用基板11が大きく反り易くなってしまう傾向がある。
その結果、発光素子搭載用基板11の他主面を外部電気回路基板に広面積で接触させるように固定するのが困難となり、発光装置から発生する熱を外部電気回路基板に効率よく放散させるのが困難となる。そうすると、発光素子16の発する熱を効率よく放散させることが困難となり、発光素子16の発光特性が劣化したり、発光装置の放射強度が低下したりするとともに、軸上光度、輝度、演色性等が発光装置ごとにばらついたり、色むらや強度むらが生じたりするという問題点が発生していた。
セラミック基板の反り変形を一定範囲内の小さいものとする方法としては、セラミック基板の両主面に同形状、同面積のメタライズ層を形成する構成が提案されているが(例えば、特許文献3参照)、発光素子搭載用基板11においてこの構成を採用すると、上記のように第一の実装用パッド13aおよび第二の実装用パッド13bの面積も増えることとなり、発光装置の放射強度および放熱特性が低下してしまうため、採用するのが甚だ困難であった。
従って、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、反り変形が生じにくく、そのために発光装置の放射強度や軸上光度、輝度、演色性等のばらつきを低減させることが可能な発光素子搭載用基板、およびこれを用いた発光素子収納用パッケージ,発光装置および照明装置を提供することである。
本発明の発光素子搭載用基板は、絶縁基板と、この絶縁基板の一主面に形成され、発光素子の電極が電気的に接続される実装用パッドと、前記絶縁基板の他主面のほぼ全面にわたって形成された導体層と、前記絶縁基板の内部で、前記実装用パッドと前記導体層との間に配置され、前記導体層と対向させてほぼ同じ面積となるように形成された内層導体層と、前記実装用パッドおよび前記導体層を電気的に接続する接続導体とを備える。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、前記接続導体は、前記絶縁基板の外周部に設けられていることを特徴とする。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、前記導体層は、スリット状の導体非形成部を有することを特徴とする。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、前記内層導体層は、前記導体層とほぼ同じパターンに形成されていることを特徴とする。
本発明の発光素子収納用パッケージは、上記構成の発光素子搭載用基板の一主面に、内周面が光反射面とされた枠状の反射部材が前記発光素子搭載部を取り囲むように取着されていることを特徴とする。
本発明の発光装置は、上記構成の発光素子収納用パッケージと、前記実装用パッドに電気的に接続された前記発光素子とを具備していることを特徴とする。
本発明の照明装置は、上記構成の発光装置と、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。
本発明の発光素子搭載用基板は、絶縁基板と、この絶縁基板の一主面に形成され、発光素子の電極が電気的に接続される実装用パッドと、絶縁基板の他主面のほぼ全面にわたって形成された導体層と、絶縁基板の内部で、実装用パッドと導体層との間に配置され、導体層と対向させてほぼ同じ面積となるように形成された内層導体層と、実装用パッドおよび導体層を電気的に接続する接続導体とを備えることから、導体層と内層導体層とが焼成されメタライズ層となる際、導体層および内層導体層は、ほぼ同じ量で体積収縮するようになり、導体層と内層導体層との間に位置する絶縁基板に生じる反り変形を小さく抑制できる。反り量を一定範囲内の小さく抑制されたものとできるために、実装性が向上する。
その一方、一主面に形成される実装用パッドを小面積のものとすることができ、実装用パッドによる光の吸収を少なくすることができる。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、接続導体は絶縁基板の外周部に設けられていることにより、接続導体の形成面積を大きくすることができるので、導体層と内層導体層とを接続する接続導体が貫通導体である場合に比べて電気抵抗値を低くすることができ、導体層と内層導体層との間で電気抵抗による損失を小さく抑えることができる。その結果、外部電気回路基板から効率良く発光素子に電力を供給することができる。また、外周部に設けられた接続導体と外部電気回路基板の配線との間に導電性接着材の良好なメニスカスを形成させることも可能となり、発光素子搭載用基板を外部電気回路基板に強固に固定することができる。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、導体層は、スリット状の導体非形成部を有することから、導体層を外部電気回路基板に導電性接着材を介して接合した際に、導体層がスリット状の導体非形成部によって小さい面積の各金属層に区画されたものとなるため、各金属層を介して作用する絶縁基板と導電性接着材との熱膨張差による応力を小さくすることができる。その結果、発光素子搭載用基板にクラック等の破損が生じるのを抑制することができる。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、内層導体層は、導体層とほぼ同じパターンに形成されていることから、導体層に、スリット状の導体非形成部を設けた場合においても、導体層および内層導体層は、同じ量で体積収縮するようになり、導体層と内層導体層との間に位置する絶縁基板に生じる反り変形を抑制できる。そして発光素子搭載用基板全体としての反り変形が生じてしまうのを有効に抑制することができる。
本発明の発光素子収納用パッケージは、上記構成の発光素子搭載用基板の一主面に、内周面が光反射面とされた枠状の反射部材が発光素子搭載部を取り囲むように取着されていることから、発光素子搭載用基板において発光素子の発する熱を外部電気回路基板に効率よく放散させるとともに、反射部材によって輝度の高い発光装置とすることができる。そして、発光素子の発光特性を安定なものとし、発光装置の軸上光度、輝度、演色性等がばらつかず、色むらや強度むらの少ないものとできる。
本発明の発光装置は、上記構成の発光素子収納用パッケージと、実装用パッドに接続された発光素子とを具備していることから、放射強度や軸上光度,輝度,演色性等の光特性に優れた発光装置とできる。
本発明の照明装置は、上記構成の発光装置と、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から、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した光学レンズや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する照明装置とすることができる。
本発明の発光素子搭載用基板,発光素子収納用パッケージ,発光装置および照明装置について以下に詳細に説明する。
図1に本発明の発光装置の実施の形態の一例を、図2に本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す。図1(a)は本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図、図1(b)は図1(a)の発光装置に用いられる発光素子搭載用基板を下面側から見た分解斜視図である。また、図2(a)は本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図、図2(b)は図2(a)の発光装置に用いられる発光素子搭載用基板を下面側から見た分解斜視図である。図3(a),図3(b)は発光素子搭載用基板の他の例を示す発光素子搭載用基板の下面側から見た分解斜視図である。図4は発光素子搭載用基板のさらに他の例を示す発光素子搭載用基板の下面側から見た分解斜視図である。
これらの図において、1は絶縁基板、1aは発光素子6が載置される発光素子搭載部、2は反射部材、3は実装用パッド(3aは第一の実装用パッド,3bは第二の実装用パッド)、4は導体層(4aは第一の導体層,4bは第二の導体層)、41は導体非形成部(41aは第一の導体非形成部,41bは第二の導体非形成部)、5は接続導体(5aは第一の接続導体,5bは第二の接続導体)、6は発光素子、7は電気的接続手段、8は内層導体層(8aは第一の内層導体層,8bは第二の内層導体層)であり、主としてこれらで発光素子6から発せられる光が方向性をもって外部に放射される発光装置が構成される。なお、図1(b)および図2(b)において、導体層4および内層導体層8にクロスハッチングを付しているが、これは図をわかりやすくするためのものであり、断面を示すものではない。
本発明の発光素子搭載用基板は、絶縁基板1と、この絶縁基板1の一主面に形成され、発光素子6の電極が電気的に接続される実装用パッド3と、絶縁基板1の他主面のほぼ全面にわたって形成された導体層4と、絶縁基板1の内部で、実装用パッド3と導体層4との間に配置され、導体層4と対向させてほぼ同じ外形と面積とを有した内層導体層8と、実装用パッド3および導体層4を電気的に接続する接続導体5とを備えている。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、導体層4と内層導体層8とを接続する接続導体5は、絶縁基板1の外周部に設けられた側部接続導体50によって実現される。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、導体層4は、スリット状の導体非形成部41が設けられることによって、導体層4が複数個の金属層40に区画される。
本発明の発光素子搭載用基板は、好ましくは、内層導体層8は、導体層4とほぼ同じ形状と面積とを有するパターンに形成される。例えば、導体層4にスリット状の導体非形成部41が設けられて複数個の金属層40に区画される場合には、内層導体層8にも同様のスリット状の内層導体非形成部81が設けられ、各内層金属層80の形状,面積および配置が、導体層4の金属層40と絶縁基板1の誘電体を挟んで同一の形状,面積,配置となる対称形状のパターンにされる。
なお、図3(a),図3(b)および図4において、各金属層40または各内層金属層80は、導体非形成部41または内層導体非形成部81によってそれぞれ互いに接続されない孤立した形状に示されているが、それぞれが一部で導体層によって接続された形状にされても何等問題はない。
本発明の発光素子収納用パッケージは、上記構成の発光素子搭載用基板の一主面に、発光素子6を収容するための貫通孔2aを有するとともに、貫通孔2aの内周面が光反射面2bとされた枠状の反射部材2が発光素子搭載部1aを取り囲むようにして発光素子6の発光部が焦点となるように取り着けられているものである。
本発明の発光装置は、上記構成の発光素子収納用パッケージと、発光素子搭載部1aに搭載されるとともに実装用パッド3に電気的に接続された発光素子6とを具備しているものである。
本発明の照明装置は、上記構成の発光装置と、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ものである。
本発明における絶縁基板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から成り、平面視形状が円形状,楕円形状,多角形状等の板状のものである。
また、絶縁基板1の一主面すなわち図1の上側主面には発光素子6を載置する発光素子搭載部1aが設けられる。発光素子搭載部1aまたはその周辺には発光素子6のアノード電極およびカソード電極がそれぞれ電気的に接続される第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bとが形成されているとともに、他主面に第一の導体層4aと第二の導体層4bとが形成され、第一の接続導体5aを介して第一の実装用パッド3aと第一の導体層4aとが電気的に接続され、第二の接続導体5bを介して第二の実装用パッド3bと第二の導体層4bとが電気的に接続されている。
なお、導体層4は、第一の導体層4aおよび第二の導体層4bが電気的に接続されないように間隙を設けて、絶縁基板1の他主面すなわち図1の下側主面のほぼ全面にわたって形成されるとともに、実装用パッド3と導体層4との間に、導体層4とほぼ同じパターンを有した、すなわちほぼ同じ形状と面積を有した内層導体層8が絶縁基板1の下部セラミック層1cを介して導体層4と重なるように設けられている。導体層4とほぼ同じパターンを有した内層導体層8が配置されていることで、導体層4と内層導体層8とが焼成されメタライズ層となる際、導体層4および内層導体層8は、ほぼ同じ量で体積収縮するようになり、導体層4と内層導体層8との間に位置する絶縁基板1に反り変形が生じにくくなり、そして発光素子搭載用基板全体に大きな反り変形が生じてしまわないようにすることができる。
導体層4が絶縁基板1の他主面のほぼ全面に形成されるとは、絶縁基板1の他主面の全面積の0.8倍以上の面積に形成されることを意味する。
その結果、一主面に形成される実装用パッド3を小面積のものとし、絶縁基板1の一主面側と他主面側とのメタライズ層の形成面積の違いによる収縮率の違いが生じても、発光素子搭載用基板を例えば平坦に近い管理されたものとすることができ、発光素子搭載用基板の他主面を外部電気回路基板の配線に密着させた状態で、発光装置を外部電気回路基板に機械的に固定することができ、発光素子6から発生する熱を外部電気回路基板に効率よく放散させることができる。
ところで、図1(b)または図2(b)に示すように、内層導体層8は発光素子搭載用基板と成る上部セラミック層1bと下部セラミック層1cとの層間に形成されるため、内層導体層8の形成部で上部セラミック層1bと下部セラミック層1cとの密着強度が低下する場合がある。そのため、図1(b)または図2(b)に示すように、第一の内層導体層8aおよび第二の内層導体層8bの外周端と絶縁基板1の外周端との間に上部セラミック層1bおよび下部セラミック層1c同士が内層導体層8を介さずに密着積層される一定の幅を設けておくのが好ましい。例えば、この幅の距離を0.1mm以上とするのがよい。これにより、上部セラミック層1bと下部セラミック層1cとをそれぞれの外周部で互いに強固に密着させ、上部セラミック層1bと下部セラミック層1cとの密着強度の低下を防止することができる。
また、第一の内層導体層8aと第二の内層導体層8bとの間は第一の内層導体層8aおよび第二の内層導体層8bを電気的に絶縁するとともに、上部セラミック層1bおよび下部セラミック層1c同士が内層導体層8を介さずに密着積層されるように間隙、例えば0.1mm以上の間隙を設けるのがよい。これにより、上部セラミック層1bおよび下部セラミック層1c同士を第一の内層導体層8aと第二の内層導体層8bとの間のメタライズ層の非形成部で密着させることができ、上部セラミック層1bと下部セラミック層1cとをより強固に密着積層させることが可能となる。
さらに、第一の内層導体層8aおよび第二の内層導体層8bの面積は、それぞれ第一の導体層4aおよび第二の導体層4bの面積の0.8倍以上は確保するのがよい。すなわち、内層導体層8が導体層4とほぼ同じパターンを有するとは、内層導体層8の外形形状が導体層4の外形形状と相似の形状を有するとともに、内層導体層8の面積が導体層4の面積の0.8倍以上または導体層4の面積が内層導体層8の面積の0.8倍以上であることを意味する。例えば、導体層4がスリット状の導体非形成部41によって区画された複数個の金属層40から成り、内層導体層8にはスリット状の内層導体非形成部81が形成されていない場合、内層導体層8の面積は、内層導体非形成部81の面積だけ導体層4より広く成るが、この差が相互に0.8倍〜1.25倍の範囲内であればよい。
これにより、第一の導体層4aおよび第二の導体層4bと第一の内層導体層8aおよび第二の内層導体層8bとの体積収縮量がほぼ同じとなり、導体層4と内層導体層8との間に位置する下部セラミック層1cに大きな反り変形が生じるのを抑制でき、そして発光素子搭載用基板全体として大きな反り変形が生じてしまわないようにすることができる。第一の内層導体層8aおよび第二の内層導体層8bの面積が、それぞれ第一の導体層4aおよび第二の導体層4bの面積の0.8倍未満であると、第一の導体層4aおよび第二の導体層4bと第一の内層導体層8aおよび第二の内層導体層8bとの体積収縮量が大きく異なる傾向にあり、そして発光素子搭載用基板全体としての大きな反り変形が生じてしまう場合がある。また、反り変形を防止するために、内部導体層8と導体層4とはほぼ平行に配置される。
また、上部セラミック層1bの厚みは、光反射率を維持できる厚み、例えば0.2mm以上であれば十分であり、上部セラミック層1bの厚みをBとし、下部セラミック層1cの厚みをCとした場合、B<Cとするのがよい。これにより、上部セラミック層1bに実装用パッド3と内層導体層8との体積収縮量の差で反り変形が生じようとしても、下部セラミック層1cが厚いために下部セラミック層1cによって上部セラミック層1bの反りを拘束することができ、発光素子搭載用基板全体としての大きな反り変形が生ずるのを有効に防止することができる。B≧Cであると、上部セラミック層1bが実装用パッド3と内層導体層8との体積収縮量の差で反り変形が生じようとした場合、下部セラミック層1cが上部セラミック層1bの厚み以下であるために、上部セラミック層1bとともに下部セラミック層1cも反ってしまい、そして発光素子搭載用基板全体としての大きな反り変形が生じてしまう場合がある。
また、図1(b)または図2(b)においては、第一の導体層4aと第二の導体層4bとは左右対称に同じ面積で形成されているが、左右非対称に形成されてもよい。発光素子搭載用基板全体としての大きな反り変形抑制には左右対称に形成することよりも、面積が同じになるようにすることの方が重要である。
また、発光素子搭載用基板の他主面が接着固定される外部電気回路基板の表面に、第一の導体層4aを覆う第一の電極と、第二の導体層4bを覆う第二の電極とを形成し、これら第一の電極と第一の導体層4aとを、および第二の電極と第二の導体層4bとをロウ材等の導電性接着材を介して接合することにより、第一の導体層4aおよび第二の導体層4bがそれぞれ外部電気回路基板の第一の電極と第二の電極に電気的に接続された状態になる。
発光素子搭載用基板の一主面に形成された第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3b、発光素子搭載用基板の他主面に形成された第一の導体層4aと第二の導体層4b、実装用パッド3と導体層4との間の発光素子搭載用基板の内層に形成された第一の内層導体層8aと第二の内層導体層8bとは、それぞれの部位となるセラミックグリーンシート表面にW,Mo,Mn等から成る金属ペーストをスクリーン印刷法等により印刷塗布し、これらセラミックグリーンシートを積層した後にさらに高温で焼成して形成される。第一の接続導体5aと第二の接続導体5bは、発光素子搭載用基板と成るセラミックグリーンシートを積層した後に貫通孔を設けるとともにこの貫通孔にW,Mo−Mn等から成る金属ペーストを充填し高温で焼成することによって形成される。
好ましくは、図2に示すように、第一の導体層4aと第一の内層導体層8aとを接続する第一の接続導体5aおよび第二の導体層4bと第二の内層導体層8bとを接続する第二の接続導体5bとはそれぞれ外周部に設けられた第一の側部接続導体50aおよび第二の側部接続導体50bとなっているのがよい。この場合、発光素子搭載用基板の外周側面にW,Mo,Mn等から成る金属ペーストを帯状に塗布し高温で焼成することによって第一の側部接続導体50aおよび第二の側部接続導体50bが形成される。この場合、第一および第二の側部接続導体50a,50bの形成面積を適宜広くできるので、導体層4と内層導体層8とを接続する接続導体5が図1のような貫通導体である場合に比べて電気抵抗値を容易に低くすることができ、導体層4と内層導体層8との間で電気抵抗による損失を小さく抑え、その結果、外部電気回路基板から効率良く発光素子6に電力を供給することができる。また、第一の側部接続導体50aおよび第二の側部接続導体50bと外部電気回路基板の第一の電極および第二の電極との間に外部接続用のロウ材,半田やAgエポキシ等の導電性接着材のメニスカスを形成させることも可能となり、導電性接着材を介して発光素子搭載用基板を外部電気回路基板に強固に固定させることができる。
なお言うまでもなく、図2に示すように、導体層4と内層導体層8とを接続する接続導体5としては、貫通導体と側部接続導体50とが並列して設けられる形態であってもよいし、貫通導体が形成されず側部接続導体50のみが設けられる形態であってもよい。好ましくは、貫通導体と側部接続導体50とが並列して設けられる形態であるのがよく、この構成により、導体層4と内層導体層8との間をより低い電気抵抗値で接続させ、外部電気回路基板からより効率良く発光素子6に電力を供給させることが可能となる。なお、導体層4と内層導体層8との間に形成される貫通導体は多数であるのがよく、導体層4と内層導体層8との間をより低い電気抵抗値で接続させ、外部電気回路基板からより効率良く発光素子6に電力を供給することが可能となる。また、熱放散の点でも有利である。
さらに図2に示すように第一の側部接続導体50aおよび第二の側部接続導体50bは、発光素子搭載用基板に切欠部を設けるとともに切欠部内面に導体層を設けたキャスタレーション導体として形成するのがよい。この構成により、発光素子搭載用基板と成るセラミックグリーンシートに予め切欠部と成る矩形状または楕円形状等の貫通孔を形成しておき、吸引印刷法により切欠部と成る貫通孔の内面に金属ペーストを印刷塗布することが可能となり、第一の側部接続導体50aおよび第二の側部接続導体50bの形成が容易となる。
また、外部電気回路基板の第一の電極および第二の電極との間に形成される外部接続用の導電性接着材のメニスカスを切欠部内面に収めることができ、導電性接着剤のメニスカスが発光素子搭載用基板の外周部に形成されることがなくなるため、外部電気回路基板の第一の電極および第二の電極を第一の導体層4aおよび第二の導体層4bに比べて広面積とする必要がなくなるという作用効果がある。すなわち、発光素子搭載用基板を製造効率に優れたものとすることができるとともに近時の外部電気回路基板の小型化傾向に適合するものとなる。
なお、第一の接続導体5aおよび第二の接続導体5bは、図1のように発光素子搭載用基板の一主面から他主面にかけて垂直に形成され、第一の実装用パッド3aおよび第二の実装用パッド3bの直下に形成された第一の導体層4aおよび第二の導体層4bに接続されるが、これら実装用パッド3および導体層4の接続は、複数本の第一の接続導体5aおよび第二の接続導体5bによってもよい。また、発光素子6の下面面積と同じ程度の太い第一の接続導体5aおよび第二の接続導体5bとしてもよい。このようにすることにより、発光素子6の発する熱が、金属製の第一の接続導体5aおよび第二の接続導体5bによって他主面の導体層4に効率よく伝導される。
また、第一の内層接続導体8aおよび第二の内層接続導体8bから第一の導体層4aおよび第二の導体層4bにかけて形成される第一の接続導体5aおよび第二の接続導体5bの本数を多くすると、第一の接続導体5aおよび第二の接続導体5bによって、発光素子6の発する熱が、他主面の導体層4に効率よく伝導される。また、発光素子搭載用基板の内部の内層接続導体で導体を引き回した後に、他主面の任意の位置に形成された導体層4に電気的に接続する方法を用いてもよい。
このように発光素子搭載部1aの上面に形成され発光素子6の電極が半田等の電気的接続手段を介して電気的に接続される第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bとが、第一の接続導体5aと第二の接続導体5bとを介して発光装置の外表面の第一の導体層4aと第二の導体層4bと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6と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。
好ましくは、図3(a)に示すように、導体層4(第一の導体層4aと第二の導体層4b)は、スリット状の導体非形成部41(第一の導体非形成部41aと第二の導体非形成部41b)によって区画された複数個の金属層40(第一の金属層40aと第二の金属層40b)から成っているのがよい。この場合、導体層4(第一の導体層4aと第二の導体層4b)が小さい面積の金属層40(第一の金属層40aと第二の金属層40b)に区分されるため、外部電気回路上の第一の電極(図示せず)と第一の導体層4aとを、および外部電気回路上の第二の電極(図示せず)と第二の導体層4bとをロウ材,半田やAgエポキシ等の導電性接着材を介して接合した際に、第一の金属層40aおよび第二の金属層40bに作用する絶縁基板と導電性接着材との熱膨張差による応力を小さくすることができる。その結果、発光素子搭載用基板にクラック等の破損が生じるのを抑制することができる。
また、図3(a)において、導体層4および金属層40の平面視形状は四角形状であるが、これに限定されることはなく、種々の形状とすることができる。例えば、図3(b)に示すように、円弧状であってもよいし、三角形等の種々の多角形状としてもよい。
なお、非形成部41の幅は、好ましくは、0.1mm以上とするのがよい。メタライズ層と成るW,Mo,Mn等から成る金属ペーストをスクリーン印刷法等により印刷塗布する際に金属ペーストが滲むのであるが、導体非形成部41の幅が0.1mm未満であると、金属ペーストが滲むことによって導体非形成部41を形成するのが困難となる傾向がある。
また、導体層4(第一の導体層4aと第二の導体層4b)が、スリット状の導体非形成部41(第一の非形成部41aと第二の非形成部41b)によって区画された複数個の金属層40(第一の金属層40aと第二の金属層40b)から成っている場合にも、好ましくは、図4に示すように、内層導体層8(第一の内層導体層8aと第二の内層導体層8b)は、スリット状の内層導体非形成部81(第一の内層導体非形成部81aと第二の内層導体非形成部81b)によって区画された複数個の内層金属層80(第一の内層金属層80aと第二の内層金属層80b)から成り、スリット状の導体非形成部41によって区画された複数個の金属層40から成る導体層4と同一の形状となっている。この構成により、導体層4(第一の導体層4aと第二の導体層4b)は、スリット状の導体非形成部41(第一の導体非形成部41aと第二の導体非形成部41b)によって区画された複数個の金属層40(第一の金属層40aと第二の金属層40b)から成っている場合においても、導体層4および内層導体層8は、同じ量で体積収縮するようになり、導体層4と内層導体層8との間に位置する絶縁基板1に生じる反り変形を抑制できる。そして発光素子搭載用基板全体としての大きな反り変形が生じてしまうのをより確実に抑制することができる。
また図4に示すように、内層導体層8(第一の内層導体層8aと第二の内層導体層8b)が、スリット状の内層導体非形成部81(第一の内層導体非形成部81aと第二の内層導体非形成部81b)によって区画された複数個の内層金属層80(第一の内層金属層80aと第二の内層金属層80b)から成る構成において、隣接する各内層金属層80が部分的に導通するようにメタライズ層が被着されているのがよく、図2(b)に示すように第一の側部接続導体50aおよび第二の側部接続導体50bが設けられる場合や、導体層4と内層導体層8との間に形成される貫通導体を多数とする場合に、導体層4と内層導体層8との間をより低い電気抵抗値で接続させ、外部電気回路基板からより効率良く発光素子6に電力を供給することが可能となる。
発光素子6の電極を第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3b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6の下面で半田バンプ等の電気的接続手段7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、第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bとを発光素子6の直下に小さい面積で設けることができるため、発光素子6の周辺の発光素子搭載用基板の一主面に第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bと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6の発する光がこの発光素子搭載用基板の第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bとで吸収されて軸上光度が低下するのを抑制するとともに光の放射強度を大きなものとすることができる。
また、発光素子搭載用基板の他主面に形成される第一の導体層4aと第二の導体層4bの面積は、第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bの面積よりも広い面積で形成される。このように、発光素子搭載用基板の他主面に形成された導体層4を、実装用パッド3より大きな形成面積とすることで、発光装置を外部電気回路基板に広面積で機械的に接着固定させることができる。
よって、一主面の発光素子搭載部1aに小面積で第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bとを形成することで、第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bとが発光素子6の発する光を吸収してしまうのを最小限に抑えるとともに、他主面に大面積で第一の導体層4aと第二の導体層4bとを形成し、発光素子搭載用基板を外部電気回路基板に広面積で機械的に接着固定させ、発光素子6から発生する熱を外部電気回路基板に効率よく放散させることができ、発光素子6が温度上昇するのを防止し、放射強度を高い状態に維持することができるとともに、外部電気回路基板に強固に固着させることができる。
また、図1(b)または図2(b)において、導体層4および内層導体層8の平面視形状も四角形状であるが、これに限定されることはなく、種々の形状とすることができる。例えば、円弧状であってもよいし、三角形等の種々の多角形状としてもよく、発光素子搭載用基板の平面視形状に合わせて最大限大きくとるのがよい。
なお、実装用パッド3,導体層4および側部接続導体50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、実装用パッド3,導体層4および側部接続導体50の酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子6の電極と実装用パッド3と、および導体層4または側部接続導体50と外部電気回路基板の電極との接続を強固にし得る。従って、これらの露出表面には、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。
好ましくは、発光素子搭載部1aは発光素子搭載用基板の一主面に突出する凸部の上面に形成されている(図示せず)のがよく、これにより、発光素子6から斜め下方に向けて発せられる光を反射部材2で反射させ易くすることができ、発光素子搭載用基板の一主面および反射部材2等で多重反射して光が吸収されるのを防止し、発光素子6から発せられる光の多くを発光装置の放射光に利用することができる。その結果、発光素子6の発光特性を最大限に引き出すことができ、軸上光度や輝度,演色性等の光特性に優れた発光装置とすることができる。
また、発光素子搭載用基板の一主面から突出する凸部とされた発光素子搭載部1aの場合、発光素子6を発光素子搭載部1aに実装するのが容易となり、発光素子6を所望の位置に正確かつ容易に載置することができるという作用効果もある。
この場合、発光素子搭載部1aは、発光素子搭載用基板の発光素子搭載部1aの周囲を切削加工や機械研磨、ブラスト研磨等の手段で除去することによって、あるいは、金型成型やセラミックグリーンシートの積層法によって発光素子搭載用基板と一体に形成することができる。または、発光素子搭載用基板の一主面に発光素子搭載部1aとなる部材を接着剤等で接合してもよい。
また、発光素子搭載用基板の一主面には、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樹脂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、その上方が外側に向かって傾斜面となるように形成されているとともに、貫通孔2aの内周面が発光素子6が発する光や蛍光体が発する光等を反射する光反射面2bとされている。
反射部材2は、金属やセラミックス,樹脂等から成り、切削加工や金型成形等を行なうことにより形成される。さらに、貫通孔2aの内周面に形成される光反射面2bは、光を反射するものであれば特に限定されないが、より高い反射率とするために、貫通孔2aの内周面を研磨したり、金型を押し付ける等によって平滑化したり、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層を形成することにより光反射面2bが形成される。
また、光反射面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、光反射面2bが発光素子6や蛍光体の光を良好に反射し得る。Raが4μmを超えると、発光素子6の光を均一に反射させるのが困難となり、発光装置の内部で乱反射し易くなる。一方、0.004μm未満では、そ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傾向にある。
光反射面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(a)または図2(a)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、あるいは直線を組み合わせて成り、上側に向かうにともなって外側に広がった折れ線状の面等の形状が挙げられる。また、平面視形状は、円形状,楕円形状,多角形状等の形状が挙げられる。
反射部材2は、発光素子搭載用基板の一主面の発光素子搭載部1a以外のどの部位に取着されてもよいが、発光素子6の周囲に所望の面精度、例えば、図1(a)の発光装置の縦断面において、発光素子6を間に挟んで発光素子6の両側に設けられた光反射面2bが対称になっている状態で光反射面2bが設けられるように取着されるのがよい。発光素子6から横方向等に発せられた光や下方に発せられた光を光反射面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、反射部材2が発光素子搭載部1a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、発光素子搭載部1a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。
そして、発光素子搭載部1aの周辺に配置した第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bと発光素子6の電極とをボンディングワイヤや金属ボール等の電気的接続手段7を介して電気的に接続することで発光装置となし得る。
または、第一の実装用パッド3aと第二の実装用パッド3bと発光素子6の電極とをボンディングワイヤや金属ボール等の電気的接続手段7を介して電気的に接続した後、蛍光体を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性部材をディスペンサー等の注入機で発光素子6を覆うように反射部材2の内側に注入しオーブンで熱硬化させることで、発光素子6からの光を蛍光体により長波長側に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。
このようにして作製された発光装置は、発光素子搭載用基板の他主面に形成された第一の導体層4aと第二の導体層4bとを外部電気回路基板の電極にロウ材,半田やAgエポキシ等の導電性接着材によって、機械的かつ電気的に接続させることによって、発光装置として作動することとなる。
また、本発明の発光装置を、1個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,円状や多角形状等の同心状等の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、照明装置とすることができる。これにより本発明の照明装置は、発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)その他発光する半導体から成る発光素子6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であり、長寿命とすることが可能であり、さらに発熱の少ない小型の照明装置とすることができる。また、発光素子搭載用基板の冷却性能がよいので、発光素子6から発せられ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強度かつ放射角度で光を放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少ない照明装置とすることができる。
例えば、図5,図6に示す平面図,断面図のように複数個の本発明の発光装置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の周囲に所要の形状に光学設計された金属部材等の成形品から成る光反射手段103が設置されて成る照明装置の場合、一列に配置された複数個の発光装置101の間に隣り合う列の発光装置101が配置された配置、いわゆる千鳥状配置とすることが好ましい。すなわち、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、不快感等を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、発光装置101がほぼ均等間隔で平面上に配置されるので、グレアが抑制され人間の目に対する不快感等を低減することができる。
さらに、発光装置101が直線上に配列される場合に比べ、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、人の目に対しても不快感の少な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7,図8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、同心状に複数群配列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、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されず、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発光素子搭載用基板に発光素子6が複数個載置されても良い。また光反射面2bの角度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101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101を所定の配置となるように設置したものでもよい。例えば、1個の発光装置101を照明装置の中央部に配置する。
なお、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。
(a)は本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図、(b)は(a)の発光装置に用いられる発光素子搭載用基板の下面側から見た分解斜視図である。 (a)は本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図、(b)は(a)の発光装置に用いられる発光素子搭載用基板の下面側から見た分解斜視図である。 (a),(b)は、本発明の発光素子搭載用基板の実施の形態の他の例を示し、発光素子搭載用基板を下面側から見た分解斜視図である。 本発明の発光素子搭載用基板の実施の形態の他の例を示し、発光素子搭載用基板を下面側から見た分解斜視図である。 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5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7の照明装置の断面図である。 従来の発光装置の例を示す断面図である。
符号の説明
1:絶縁基板
1a:発光素子搭載部
2:反射部材
2b:光反射面
3:実装用パッド
3a:第一の実装用パッド
3b:第二の実装用パッド
4:導体層
4a:第一の導体層
4b:第二の導体層
5:接続導体
5a:第一の接続導体
5b:第二の接続導体
6:発光素子
8:内層導体層
8a:第一の内層導体層
8b:第二の内層導体層
40:金属層
40a:第一の金属層
40b:第二の金属層
41:導体非形成部
41a:第一の導体非形成部
41b:第二の導体非形成部
50:側部接続導体
50a:第一の側部接続導体
50b:第二の側部接続導体
80:内層金属層
80a:第一の内層金属層
80b:第二の内層金属層
81:内層導体非形成部
81a:第一の内層導体非形成部
81b:第二の内層導体非形成部
101:発光装置
102:発光装置駆動回路基板
103:光反射手段

Claims (7)

  1. 絶縁基板と、該絶縁基板の一主面に形成され、発光素子の電極が電気的に接続される実装用パッドと、前記絶縁基板の他主面のほぼ全面にわたって形成された導体層と、前記絶縁基板の内部で、前記実装用パッドと前記導体層との間に配置され、前記導体層と対向させてほぼ同じ面積となるように形成された内層導体層と、前記実装用パッドおよび前記導体層を電気的に接続する接続導体とを備える発光素子搭載用基板。
  2. 前記接続導体は、前記絶縁基板の外周部に設けられていることを特徴とする請求項1記載の発光素子搭載用基板。
  3. 前記導体層は、スリット状の導体非形成部を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の発光素子搭載用基板。
  4. 前記内層導体層は、前記導体層とほぼ同じパターンに形成さ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素子搭載用基板。
  5. 請求項1乃至請求項4記載の発光素子搭載用基板の一主面に、内周面が光反射面とされた枠状の反射部材が前記発光素子搭載部を取り囲むように取着されていることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
  6. 請求項5記載の発光素子収納用パッケージと、前記実装用パッドに電気的に接続された前記発光素子とを具備していることを特徴とする発光装置。
  7. 請求項6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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