JP2010153556A - 発光装置及びこれを用いた照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基体の主面上に配設される反射部材は、発光素子からの放射光を反射させるために開口部を有していることから、反射部材の空隙率を大きくすると、反射部材の耐久性が低下する可能性がある。
【解決手段】主面を有する基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、前記基体の主面上であって前記発光素子を取り囲むように位置する反射部材とを備え、前記反射部材は、基体から離隔するに従い、空隙率が小さくなる発光装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置及び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、発光効率の向上が求められている。そこで、特許文献１に記載されているように、ベース体（基体）と、ベース体の主面上に配設され、反射面を有する開口を形成したカバー体（反射部材）とを備えた発光ダイオード用パッケージが提案されている。特許文献１においては、ベース体及びカバー体が気孔を有し、この気孔の直径を調整することにより、ベース体及びカバー体の反射率を向上させている。このようにベース体及びカバー体の反射率を向上させることにより、発光装置の発光効率を向上させている。
特開２００６−１０８１８０号公報
しかしながら、発光装置の発光量を向上させるために発光素子の発光量を大きくした場合、発光素子における発熱量も増加するため、発光素子が主面上に配設される基体の熱膨張量も増加する。特に、基体の側端部における変位量が大きくなるため、基体と、反射部材との間に大きな応力が加わる。反射部材の空隙率を大きくすることにより、この応力を緩和させることができる。しかしながら、反射部材は、発光素子からの放射光を反射させるために開口部を有していることから、反射部材の空隙率を大きくすると、反射部材の耐久性が低下する可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、反射部材の耐久性の低下を抑制しつつも、基体と反射部材との接合面に加わる応力を抑制できる発光装置及びこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
本発明の発光装置は、主面を有する基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、前記基体の主面上であって前記発光素子を取り囲むように位置する反射部材とを備え、前記反射部材は、基体から離隔するに従い、空隙率が小さくなることを特徴としている。
本発明の発光装置によれば、反射部材は、基体から離隔するに従って空隙率が小さくなる。このように、基体との接合面に近い部分では空隙率が高いため、空隙で応力を緩和させることができるので、基体と反射部材との接合面に加わる応力を抑制できる。また、基体との接合面から遠い部分では空隙率が低いため、反射部材の耐久性を高くすることができる。結果として、反射部材の耐久性の低下を抑制しつつも、基体と反射部材との接合面に加わる応力を抑制することができる。
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、２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、主面を有する基体３と、基体３の主面上に配設された発光素子５と、基体３の主面上であって発光素子５を取り囲むように位置する反射部材７とを備えている。そして、反射部材７は、基体３から離隔するに従い、空隙率が小さくなっている。
このように、反射部材７が、基体３から離隔するに従って空隙率が小さくなる形状であることから、基体３との接合面に近い部分では空隙率が高いため、空隙１５で応力を緩和させることができる。そのため、基体３と反射部材７との接合面に加わる応力を抑制できる。また、基体３との接合面から遠い部分では空隙率が低いため、反射部材７の耐久性を高くすることができる。結果として、反射部材７の耐久性の低下を抑制しつつも、基体３と反射部材７との接合面に加わる応力を抑制することができる。
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５に通電すると、発光素子５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基体３の強度を向上させつつ、樹脂により発光素子５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。
本実施形態にかかる発光装置１は、基体３の主面上に配設された発光素子５を備えている。発光素子５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。発光素子５は通電部材８を介して外部電源より通電されることにより発光することができる。通電部材８は、基体３の主面上に配設すればよい。また、基体３に主面から裏面にかけて孔部を形成し、この孔部及び基体３の裏面上に通電部材８を配設してもよい。
本実施形態にかかる発光装置１は、基体３の主面上であって発光素子５を取り囲むように位置し、内周面が発光素子５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７を備えている。上記のような反射部材７を備えることにより、発光素子５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。
さらに、本実施形態にかかる反射部材７は、基体３から離隔するに従って空隙率が小さくなる形状である。これにより、反射部材７の耐久性の低下を抑制しつつも、基体３と反射部材７との接合面に加わる応力を抑制することができる。
なお、本実施形態における空隙率は、基体３の主面に対して垂直な反射部材７の断面における断面積全体に対する空隙１５の面積の総和の比率を意味している。そして、基体３から離隔するに従って空隙率が小さくなる形状とは、例えば、以下のようにして評価することができる。
基体３の主面に対して垂直な方向における反射部材７の厚みの中心より下方側の部分を第１の領域７ａとし、基体３の主面に対して垂直な方向における反射部材７の厚みの中心より上方側の部分を第２の領域７ｂとする。そして、第１の領域７ａ及び第２の領域７ｂのそれぞれにおける空隙率を測定する。第１の領域７ａにおける空隙率が第２の領域７ｂにおける空隙率よりも大きければ、反射部材７が基体３から離隔するに従って空隙率が小さくなる形状であるとすることができる。
反射部材７としては、発光素子５と対抗する面（図２では内側面）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７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。
また、本実施形態にかかる発光装置１は、基体３の主面上に位置して発光素子５を被覆する透光性部材９をさらに備えている。透光性部材９を備えていることにより、発光素子５が外気に触れることが抑制されるので、発光素子５の劣化を抑制することができる。透光性部材９としては、光透過性の高いものを用いることが好ましく、例えば、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。
次に、本発明の第２の実施形態にかかる発光装置１について説明をする。
図３，４に示すように、本実施形態にかかる発光装置１は、主面を有する基体３と、基体３の主面上に配設された発光素子５と、基体３の主面上であって発光素子５を取り囲むように位置する反射部材７とを備えている。そして、反射部材７は、基体３の主面上であって発光素子５を取り囲むように位置する第１の反射部材１１と、第１の反射部材１１上に位置して第１の反射部材１１よりも空隙率が小さい第２の反射部材１３と、を具備している。
このように、基体３と接合する第１の反射部材１１の空隙率が第２の反射部材１３の空隙率よりも高いため、基体３と第１の反射部材１１との接合面における応力を緩和させることができる。また、第２の反射部材１３の空隙率が第１の反射部材１１の空隙率よりも低いため、反射部材７の耐久性を高くすることができる。結果として、反射部材７全体の耐久性の低下を抑制しつつも、基体３と反射部材７との接合面に加わる応力を抑制することができる。なお、本実施形態における空隙率は、基体３の主面に対して垂直な第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３の断面におけるそれぞれの断面積全体に対する空隙１５の面積の総和の比率を意味している。
第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３としては、第１の実施形態における反射部材７と同様に、発光素子５と対抗する面（図３では内側面）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７として用いることもできる。なお、第１の反射部材１１と第２の反射部材１３とは接合樹脂などを用いて接合すればよい。
また、第２の反射部材１３としては、第１の反射部材１１の主成分と同じ成分を主成分とすることが好ましい。これにより、第１の反射部材１１と第２の反射部材１３との界面に応力が集中することを抑制できるからである。
なお、本実施形態においては、反射部材７が第１の反射部材１１と第２の反射部材１３からなるが、第２の反射部材１３上に位置し、第２の反射部材１３よりも空隙率が小さい第３の反射部材７を更に具備していてもよい。これにより、第１の反射部材１１と第２の反射部材１３との界面に加わる応力を緩和させやすくなる。そのため、反射部材７の耐久性をさらに向上させると同時に基体３と反射部材７との接合面に加わる応力をさらに抑制することができる。
また、図４に示すように、基体３の主面に対して垂直な反射部材７の断面において、第１の反射部材１１における空隙１５の平均径が、第２の反射部材１３における空隙１５の平均径よりも大きいことが好ましい。これにより、第１の反射部材１１における応力を緩和させる効果を高めることができる。そのため、基体３と第１の反射部材１１との接合面に局所的に大きな応力が加わった場合であっても、第１の反射部材１１が基体３から剥離する可能性を低減できる。
第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３における空隙１５の平均径は、例えば、以下のようにして評価することができる。まず、第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３のそれぞれにおいて無作為に部分領域を抽出する。次に、抽出された部分領域内に位置する空隙１５における基体３の主面に対して平行な方向における幅を測定する。そして、第１の反射部材１１における各空隙１５の幅の平均値及び第２の反射部材１３における各空隙１５の幅の平均値を算出する。このようにして第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３における空隙１５の平均径を評価することができる。
第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３における熱の伝達を抑制するため、空隙１５には、第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３を構成する部材よりも熱伝導性の低い部材が充填されていても良い。しかしながら、応力を緩和させる効果を高めるため、特に第１の反射部材１１における空隙１５には第１の反射部材１１とは別の部材が充填されていない気孔とすることが好ましい。
次に、本発明の第３の実施形態にかかる発光装置１について説明をする。
図５、６に示すように、本実施形態にかかる発光装置１は、第２の実施形態にかかる発光装置１と比較して、基体３の主面に対して垂直な反射部材７の断面において、第１の反射部材１１における単位面積あたりの空隙１５の数が、第２の反射部材１３における単位面積あたりの空隙１５の数よりも多いことを特徴としている。
本実施形態にかかる反射部材７は、第１の反射部材１１における単位面積あたりの空隙１５の数が、第２の反射部材１３における単位面積あたりの空隙１５の数よりも多いため、基体３と第１の反射部材１１との接合面に加わる応力を抑制できる。さらに、第１の反射部材１１に加わる応力を広範囲に分散させやすいので、基体３と第１の反射部材１１の界面に局所的に大きな応力が加わる可能性を低減することができる。
第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３における単位面積あたりの空隙１５の数は、例えば、以下のようにして評価することができる。まず、第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３のそれぞれにおいて無作為に複数の部分領域を抽出する。次に、各部分領域における空隙１５の数を測定する。そして、第１の反射部材１１における各部分領域での空隙１５の数の平均値及び第２の反射部材１３における各部分領域での空隙１５の数の平均値を算出する。このようにして第１の反射部材１１及び第２の反射部材１３における単位面積あたりの空隙１５の数を評価することができる。
次に、本発明の第４の実施形態にかかる発光装置１について説明をする。
図７に示すように、本実施形態にかかる発光装置１は、第２の実施形態にかかる発光装置１と比較して、反射部材７は、発光素子５と対向する内周面における表面粗さが、外周面における表面粗さよりも小さいことを特徴としている。
このように、発光素子５から発光される光を反射する反射面である内周面における表面粗さが相対的に小さいため、発光効率を向上させることができる。また、反射部材７の外周面における表面粗さが、内周面における表面粗さよりも大きく、外周面の表面積が大きい。そのため、発光素子５から生じて反射部材７へ伝わる熱を発光装置１の側方へ効率良く放熱することができる。これにより、発光装置１の発光効率を向上させると同時に、発光装置１の耐久性を向上させることができる。
特に、第１の反射部材１１の内周面における表面粗さと第２の反射部材１３の内周面における表面粗さとの差が、第１の反射部材１１の外周面における表面粗さと第２の反射部材１３の外周面における表面粗さとの差よりも小さいことが好ましい。これにより、発光素子５から発光され、第１の反射部材１１で反射される光と、発光素子５から発光され、第２の反射部材１３で反射される光との間での輝度ムラを小さくすることができるからである。
次に、本発明の第５の実施形態にかかる発光装置１について説明をする。
図８に示すように、本実施形態にかかる発光装置１は、第１の実施形態にかかる発光装置１と比較して、透光性部材９上に配設された蛍光体層１７を更に備えている。そして、蛍光体層１７と接合する部分における反射部材７の表面粗さが、透光性部材９と接合する部分における反射部材７の表面粗さよりも大きいことを特徴としている。
本実施形態にかかる発光装置１は、蛍光体層１７を備えていることにより、発光素子５から発せられた光を所望の波長の光に変換させることができる。蛍光体層１７としては、波長変換部材を含有する樹脂やガラスを用いることができる。波長変換部材の種類や含有量は、発光素子５からの放射光の波長及び所望の波長に応じて選択すればよい。
本実施形態においては、相対的に発光素子５から近く反射する光の量が大きいところの透光性部材９と接合する部分における反射部材７の表面粗さが、蛍光体層１７と接合する部分における反射部材７の表面粗さよりも小さいため、発光効率を向上させることができる。また、蛍光体層１７と接合する部分における反射部材７の表面粗さが相対的に大きいため、蛍光体層１７の反射部材７からの剥離を抑制することができる。
次に、本発明の一実施形態にかかる照明装置について説明する。
図９に示すように、本実施形態の照明装置１９は、上記の実施形態に代表される発光装置と、発光装置が搭載される搭載板２１と、発光装置に通電する電気配線２３と、発光装置から出射される光を反射する光反射手段２５とを備えている。
本実施形態の照明装置１９における発光装置は搭載板２１上に載置される。このとき、図９に示すように、本実施形態の照明装置１９は、下方を照明するように形成されているため、発光装置は発光素子が基体よりも下方に位置するようにして、搭載板２１上に載置される。本実施形態の照明装置１９においては、電気配線２３を通じて発光装置に通電することにより、発光素子が光を射出する。そして、光反射手段２５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１９として機能する。
照明装置１９は、発光装置を一つのみ備えていてもよく、また、図９に示すように、複数備えていても良い。また、発光装置を複数備えている場合には、各発光装置を電気配線２３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の実施形態にかかる発光装置を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる発光装置を示す断面図である。 図３における領域Ａを示す拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる発光装置を示す拡大断面図である。 図５における領域Ｂを示す拡大断面図である。 本発明の第４の実施形態にかかる発光装置を示す拡大断面図である。 本発明の第５の実施形態にかかる発光装置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・・・基体
５・・・発光素子
７・・・反射部材
７ａ・・・第１の領域
７ｂ・・・第２の領域
８・・・通電部材
９・・・透光性部材
１１・・・第１の反射部材
１３・・・第２の反射部材
１５・・・空隙
１７・・・蛍光体層
１９・・・照明装置
２１・・・搭載板
２３・・・電気配線
２５・・・光反射手段

Claims (8)

  1. 主面を有する基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、前記基体の主面上であって前記発光素子を取り囲むように位置する反射部材とを備え、
    前記反射部材は、基体から離隔するに従い、空隙率が小さくなることを特徴とする発光装置。
  2. 主面を有する基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、前記基体の主面上であって前記発光素子を取り囲むように位置する反射部材とを備え、
    前記反射部材は、前記基体の主面上であって前記発光素子を取り囲むように位置する第１の反射部材と該第１の反射部材上に位置し、前記第１の反射部材よりも空隙率が小さい第２の反射部材とを具備することを特徴とする発光装置。
  3. 前記基体の主面に対して垂直な前記反射部材の断面において、前記第１の反射部材における空隙の平均径が、前記第２の反射部材における空隙の平均径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記基体の主面に対して垂直な前記反射部材の断面において、前記第１の反射部材における空隙の数が、前記第２の反射部材における空隙の数よりも多いことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  5. 前記第１の反射部材の主成分が、前記第２の反射部材の主成分と同じであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  6. 前記反射部材は、前記発光素子と対向する内周面における表面粗さが、外周面における表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  7. 前記第１の反射部材の内周面における表面粗さと前記第２の反射部材の内周面における表面粗さとの差が、前記第１の反射部材の外周面における表面粗さと前記第２の反射部材の外周面における表面粗さとの差よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか１つ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。
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