JP2010056461A - 発光装置及び発光装置を用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック基板上に配設される上面電極が平坦である場合、発光素子と上面電極との接合面に大きな応力が加わり、上面電極及び発光素子の耐久性が低下する場合があった。これは、発光素子と上面電極に用いられる金属との熱膨張差が大きいため、発光素子と上面電極との界面に大きな熱応力が加わるからである。
【解決手段】絶縁性基体が主面上に複数の凸部を有するとともに凸部から裏面にかけて貫通する孔部を有し、孔部内に配設されるとともに発光素子と電気的に接続された接続導体を更に備えた発光装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置及び発光装置を用いた照明装置に関するものである。発光装置及び照明装置は、例えば、電子ディスプレイ用のバックライト電源、蛍光ランプに好適に用いることができる。

従来から、発光素子を備えた発光装置は、発光強度を高めることが求められている。しかしながら、発光強度を高めるために発光素子への通電量を増加させると、発光素子の発熱量が増大して発光装置の発光効率が低下する可能性があった。

そこで、特許文献１に記載されているようにセラミック基板にビアを設け、このビアの内部に導電金属ペースト層を配設した発光装置が提案されている。このような導電金属ペースト層を備えることにより、発光素子で生じた熱の放熱性を高めることができるので、発光装置の発光効率の低下を抑制することができる。
特開２００５−１９１０９７号公報

特許文献１に記載されているように、導電金属ペースト層を備えることにより、発光素子で生じた熱の放熱性を高めることができる。しかしながら、特許文献１に記載の発光装置においては、セラミック基板上に配設される上面電極が平坦であるため、発光素子と上面電極との接合面に大きな応力が加わり、上面電極及び発光素子の耐久性が低下する場合があった。これは、発光素子と上面電極に用いられる金属との熱膨張差が大きいため、発光素子と上面電極との界面に大きな熱応力が加わるからである。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子と基体の接合面に加わる応力を低減し、発光素子及び基体の耐久性を向上させた発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、主面上に複数の凸部を有する絶縁性基体と、１つの前記凸部上から他の前記凸部上にかけて配設された発光素子と、前記絶縁性基体及び前記発光素子上に配設された透光性部材とを備えている。そして、前記絶縁性基体が、前記凸部から裏面にかけて貫通する孔部を有し、該孔部内に配設されるとともに前記発光素子と電気的に接続された接続導体を更に備えている。

本発明の発光装置によれば、絶縁性基体が主面上に複数の凸部を有するとともに凸部から裏面にかけて貫通する孔部を有し、該孔部内に配設されるとともに前記発光素子と電気的に接続された接続導体を更に備えていることから、絶縁性基体と発光素子の接合面積を小さくすることができるので、発光素子と基体の接合面に加わる応力を低減することができる。また、発光素子の少なくとも一部が絶縁性基体により直接支持されているので、発光素子の位置ずれが生じにくい。このため、発光素子が接続導体から剥離しにくくなる。これにより、発光装置の耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の発光装置について図面を用いて詳細に説明する。

図１〜４に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる発光装置１は、主面３ａ上に複数の凸部５を有する絶縁性基体３と、絶縁性基体３の主面３ａのうち凸部５を除く部分から離隔するように絶縁性基体３の凸部５上に配設された発光素子７と、絶縁性基体３及び発光素子７上に配設された透光性部材９とを備えている。

このように、本実施形態の発光装置１では、発光素子７が、絶縁性基体３に対して、主面３ａ上に形成された複数の凸部５のみと接するように配設されている。特許文献１においては、発光素子と上面電極に用いられる金属との熱膨張差が大きいため、発光素子と上面電極との界面に大きな熱応力が加わる。そのため、たとえ、上面電極の表面を凹凸形状としても、発光素子と上面電極に用いられる金属との大きな熱膨張差により、発光素子と上面電極との接合部分に大きな熱応力が加わる。

一方、本実施形態にかかる発光装置１は、上面電極と比較して発光素子７との熱膨張差の小さい絶縁性基体３に対して、発光素子７が主面３ａ上に形成された複数の凸部５のみと接するように配設されている。そのため、絶縁性基体３と発光素子７の接合面積を小さくすることができるので、絶縁性基体３により強固に発光素子７を支持しつつも、発光素子７と絶縁性基体３の接合面に加わる応力を低減することができる。

そして、絶縁性基体３が、凸部５から裏面３ｂにかけて貫通する孔部１３を有し、孔部１３内に配設されるとともに発光素子７と電気的に接続された接続導体１５を更に備えている。絶縁性基体３として用いられるセラミック部材などと比較した場合、金属部材は熱膨張しやすい。しかしながら、本実施形態においては、発光素子７の少なくとも一部が絶縁性基体３により直接支持されているので、発光素子７の位置ずれが生じにくい。このため、発光素子７が接続導体１５から剥離しにくくなる。結果として、発光素子７に安定して通電することができる。

また、発光素子７は、通電部材を絶縁性基板上に配設することにより外部電源と電気的に接続されるのではなく、孔部１３内に配設された接続導体１５により外部電源と電気的に接続されている。このように、絶縁性基板３の主面上に必ずしも通電部材を配設しなくても外部電源と電気的に接続することができるので、絶縁性基板３の主面上における光の反射率を高めることができる。

本実施形態における絶縁性基体３は、主面３ａ上に複数の凸部５を有している。本実施形態において、凸部５とは、絶縁性基体３の主面３ａのうち凸部５を除く部分と離隔するように発光素子７を絶縁性基体３の主面３ａ上に配設するためのものである。そのため、製造工程上、絶縁性基体３の表面に生じる不可避な凹凸を意味するものではない。具体的には、凸部５の高さは１５〜１００μｍであることが好ましい。凸部５の高さが１５μｍ以上であることにより、発光素子７が通電による熱膨張した場合であっても、絶縁性基体３の主面３ａのうち凸部５を除く部分からより確実に離隔させることができる。さらに、後述するように、絶縁性基体３と発光素子７との間であって絶縁性基体３と発光素子７とが離隔する部分に透光性部材９を充填する場合には、凸部５の高さが１５μｍ以上であることにより、透光性部材９を充填することが容易となる。

また、絶縁性基体３の凸部５で発光素子７を支持するため、凸部５に応力が集中しやすいが、凸部５の高さが１００μｍ以下であることにより、絶縁性基体３の耐久性を高めることができる。

また、凸部５の幅と高さの比がおよそ１：１であることが好ましい。これにより、凸部５の耐久性を向上させることができるからである。

また、絶縁性基体３は、凸部５を３つ以上有し、絶縁性基体３を平面視した場合に、発光素子７の中心部が中心である円周Ｘ１上に複数の凸部５が存在することが好ましい。絶縁性基体３が凸部５を３つ以上有している場合には、これらの凸部５により安定して発光素子７を支持することができる。さらに、これらの凸部５が円周Ｘ１上に位置している場合には、発光素子７を絶縁性基体３の主面３ａ上に配設する時に位置決めしやすくなる。そのため、発光素子７の絶縁性基体３の主面３ａ上への配設が容易となる。

特に、絶縁性基体３を平面視した場合に、複数の凸部５は、発光素子７の中心部が中心である円周上において隣り合う孔部１３の間隔が略一定であることがより好ましい。これにより、発光素子７から絶縁性基体３に加わる応力が、複数の凸部５のうちの一部に集中することを抑制し、各凸部５に上記の応力を分散させることができるからである。結果として、絶縁性基体３の耐久性を高めることができる。

本実施形態において、絶縁性基体３を平面視した場合に、発光素子７の中心部が中心である円周Ｘ上に複数の凸部５が存在する、とは、発光素子７の中心部が中心部である円周Ｘ上に少なくとも一部が含まれるように複数の凸部５が存在することを意味している。つまり、発光素子７の中心部が中心である円周Ｘ上に凸部５の中心が厳密に位置することを意味するものではない。また、発光素子７の中心部とは、発光素子７を平面視した場合における中心を意味している。具体的には、平面視したときに発光素子７の形状が円形である場合には、その中心が中心部とする。また、平面視したときに発光素子７の形状が矩形である場合には、対角線の交点を中心部とする。

さらに、上記の場合において、隣り合う凸部５の間隔が略一定となるように凸部５が位置している、とは、隣り合う凸部５の間隔が厳密に一定であるというものではなく、凸部５の幅程度の誤差を含めるものである。

絶縁性基体３としては、例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックスのようなセラミックス、又は、エポキシ樹脂のような樹脂を用いることができる。また、セラミックスの上に樹脂を重ねた積層体であってもよい。セラミックスの上に樹脂を積層した積層体を用いることにより、発光装置１の耐久性を向上させることができる。発光素子７に通電すると、発光素子７は、発光すると同時に発熱する。また、樹脂は、セラミックスと比較して弾性変形しやすい。そのため、セラミックスにより絶縁性基体３の強度を向上させつつ、樹脂により発光素子７の発熱により生じる熱応力を吸収することができるからである。

また、本実施形態にかかる発光装置１において、接続導体１５としては、導電性の良いものを用いればよく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなど金属を用いることができる。特に熱伝導性に優れたＡｌ，Ａｇ，Ｃｕを用いることが好ましい。

接続導体１５は、図４、５に示すように、凸部５を除く部分の高さから開口部にかけて径の大きくなるテーパ形状であることが好ましい。接続導体１５として用いられる金属部材は、絶縁性基体３として用いられるセラミック部材などと比較して熱膨張しやすい。そのため、接続導体１５の熱膨張により孔部１３の径を大きくしようとするように、絶縁性基体３の主面３ａに対して平行な方向に熱応力が絶縁性基体３に加わる。しかしながら、本実施形態の発光装置１においては、接続導体１５が上記のようなテーパ形状であることにより、孔部１３の径を大きくしようとする、絶縁性基体３の主面３ａに対して平行な方向の熱応力を絶縁性基体３の上方へと分散させることができる。そのため、凸部５に大きな熱応力が加わって破損する可能性を低減できる。

また、各孔部１３内に配設されるとともに発光素子７と電気的に接続された複数の接続導体１５の一部は、互いに電気的に接続されていることが好ましい。具体的には、絶縁性基体３内に埋設された金属層１７を介して隣り合う接続導体１５が電気的に接続されていることが好ましい。これにより、金属層１７を介して発光素子７で生じた熱を絶縁性基体３の主面３ａに対して平行な方向に効率よく分散させることができるからである。結果として、絶縁性基体３における放熱性をさらに高めることができる。

また、本実施形態の発光装置１のように、絶縁性基体３の裏面３ｂ上に配設され、接続導体１５と電気的に接続された導電部材１９を備えていることが好ましい。このような導電部材１９を備えていることにより、発光素子７から生じた熱を絶縁性基体３の裏面３ｂ側へ放出させることが容易となるからである。また、導電部材１９を介することにより、別途、配線を発光素子７の上面に接続することなく発光素子７に通電することができる。

導電部材１９としては、接続導体１５と同様に、導電性の良いものを用いればよく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなど金属を用いることができる。特に熱伝導性に優れたＡｌ，Ａｇ，Ｃｕを用いることが好ましい。

発光素子７としては、駆動電力により光を発生させることのできる素子を用いればよい。例えば、半導体材料からなる発光ダイオードを用いることができる。具体的には、ＧａＡｓ、ＧａＮ或いはＡｌＮを主成分とする発光ダイオードを用いることができる。

また、本実施形態の発光装置１は、発光素子７を被覆する透光性部材９を備えている。発光素子７が外気に露出されていると、長時間の使用により発光素子７の耐久性が低下する可能性があるが、透光性部材９により発光素子７が被覆されている場合には、発光効率を大きく低下させることなく、発光素子７の耐久性を向上させることができるからである。

透光性部材９は上に凸の形状になっていることが好ましい。これにより、発光素子７から斜め上方に放出された光に対しても発光素子７と透光性部材９の表面との間隔が短くなることを抑制できるからである。これにより、透光性部材９による光の吸収を抑制できるので、発光装置１の発光効率を高めることができる。透光性部材９としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明樹脂を用いることができる。

また、絶縁性基体３と発光素子７との間であって絶縁性基体３と発光素子７とが離隔する部分に透光性部材９が充填されていることが好ましい。これにより、発光素子７で生じた熱を効率よく絶縁性基体３に伝えることができるので、発光素子７が過度に高温となることを抑制できるからである。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図６に示すように、本実施形態の発光装置１は、第１の実施形態と比較して、絶縁性基体３を平面視した場合に、発光素子７の中心部が中心である第１の円周Ｘ１上及びこの第１の円周よりも外側に位置する第２の円周Ｘ２上に、隣り合う凸部５の間隔が略一定となるようにそれぞれ３つ以上の凸部５が位置していることを特徴としている。

一つの円周上において、隣り合う凸部５の間隔が略一定となるように３つ以上の凸部５５が形成されていることにより、安定して発光素子７を支持することができる。本実施形態においては、第１の円周Ｘ１上及びこの第１の円周Ｘ１よりも外側に位置する第２の円周Ｘ２上に、隣り合う凸部５の間隔が略一定となるようにそれぞれ３つ以上の凸部５が位置している。これにより、上記の円周の径方向に対する発光素子７からの放熱のばらつきを抑制することができるので、第１の実施形態と比較して、絶縁性基体３の主面３ａ上での放熱の均一性を向上させることができる。結果として、絶縁性基体３の一部への熱応力の集中がさらに抑制されるので、発光装置１の耐久性をより一層向上させることができる。

また、図６に示すように、絶縁性基体３を平面視した場合に、第１の円周Ｘ１上に形成された凸部５と第２の円周Ｘ２上に形成された凸部５とが、互い違いとなるように形成されていることが好ましい。これにより、絶縁性基体３の一部への熱応力の集中を抑制する効果をさらに高めることができるからである。

次に、本発明の第３の実施形態について説明をする。

図７に示すように、本実施形態の発光装置１は、第１の実施形態と比較して、発光装置１用基板上に配設され、発光素子７から発光される光を反射する反射面を有する反射部材２１を備えている。上記のような反射部材２１を備えることにより、発光素子７から放出された光を集光して、所望の光出射方向へ放出することができる。

より具体的には、図７に示すように、発光装置１用基板上であって発光素子７を取り囲むように位置し、内周面が発光素子７から発光される光を反射する反射面である枠状の反射部材２１を用いることができる。また、複数の発光素子７を備えている場合、発光装置１用基板上であって発光素子７間に位置し、側面が発光素子７から発光される光を反射する反射面である反射部材２１を用いることができる。

反射部材２１としては、発光素子７と対抗する面における光の反射率が高いものであれば良く、例えば、Ａｌ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属を用いることができる。また、アルミナセラミックスなどのセラミックス及びエポキシ樹脂などの樹脂の表面に、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどの反射率の高い金属薄膜が配設されたものを反射部材２１として用いることもできる。さらに、金属薄膜としてＡｇ，Ｃｕのように腐食しやすい部材を用いる場合には、金属薄膜の表面をＮｉのような腐食しにくい部材で被覆することが好ましい。

次に、本発明の一実施形態にかかる照明装置２３について説明する。

図８に示すように、本実施形態の照明装置２３は、上記の実施形態に代表される発光装置１と、発光装置１が搭載される搭載板２５と、発光装置１に通電する電気配線２７と、発光装置１から出射される光を反射する光反射手段２９とを備えている。

本実施形態の照明装置２３における発光装置１は搭載板２５上に載置される。このとき、図８に示すように、本実施形態の照明装置２３は、下方を照明するように形成されているため、発光装置１は発光素子７が絶縁性基体３よりも下方に位置するようにして、搭載板２５上に載置される。本実施形態の照明装置２３においては、電気配線２７を通じて発光装置１に通電することにより、発光素子７が光を射出する。そして、光反射手段２９により、上記射出された光を反射させることで所望の方向を照らす照明装置２３として機能する。

照明装置２３は、発光装置１を一つのみ備えていてもよく、また、図８に示すように、複数備えていても良い。また、発光装置１を複数備えている場合には、各発光装置１を電気配線２７により、直列配置としても、並列配置としても良い。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

本発明の第１の実施形態における発光装置を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の平面図である。 図２における領域Ａを拡大した拡大平面図である。 図１に示す発光装置の断面図である。 図４における領域Ａを拡大した拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す拡大平面図である。 本発明の第３の実施形態を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる照明装置を示す斜視断面図である。

符号の説明

１・・・発光装置
３・・・絶縁性基体
３ａ・・・主面
３ｂ・・・裏面
５・・・凸部
７・・・発光素子
９・・・透光性部材
１３・・・孔部
１５・・・接続導体
１７・・・金属層
１９・・・導電部材
２１・・・反射部材
２３・・・照明装置
２５・・・搭載板
２７・・・電気配線
２９・・・光反射手段

Claims (5)

1. 主面上に複数の凸部を有する絶縁性基体と、１つの前記凸部上から他の前記凸部上にかけて配設された発光素子と、前記絶縁性基体及び前記発光素子上に配設された透光性部材とを備えた発光装置であって、
   前記絶縁性基体は、前記凸部から裏面にかけて貫通する孔部を有し、該孔部内に配設されるとともに前記発光素子と電気的に接続された接続導体を更に備えたことを特徴とする発光装置。
2. 前記絶縁性基体は、前記凸部を３つ以上有し、前記絶縁性基体を平面視した場合に、前記発光素子の中心部が中心である円周上に前記３つ以上の凸部が存在することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記絶縁性基体を平面視した場合に、前記３つ以上の凸部は、前記発光素子の中心部が中心である円周上において隣り合う孔部の間隔が略一定であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記絶縁性基体と前記発光素子との間であって前記絶縁性基体と前記発光素子とが離隔する部分に前記透光性部材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
5. 請求項１〜４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る搭載板と、前記発光装置に通電する電気配線と、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備えた照明装置。