JP2010171168A

JP2010171168A - 発光装置及びこれを用いた照明装置

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Publication number: JP2010171168A
Application number: JP2009011727A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kawabata; 和弘川畑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: JP5361408B2

Abstract

【課題】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。そのため、基体や反射部材の外表面における放熱性を向上させる必要がある。
【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、反射部材は、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。そのため、基体や反射部材の外表面における放熱性を向上させる必要がある。本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基体や反射部材、特に反射部材での放熱性を向上させることにより、発光効率を向上させた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、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。

本発明の発光装置によれば、反射部材は、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。このように外周面の表面粗さが相対的に大きいため、反射部材における放熱性を高めることができる。また、内周面の表面粗さが相対的に小さいため、発光素子から放射され反射部材に進行する光の反射率を高めることができる。結果として、発光効率の高い発光装置とすることができる。

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。本発明の一実施形態にかかる照明装置を示す斜視断面図である。

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、発光素子５と対向する内周面７ａにおける表面粗さが、外周面７ｂにおける表面粗さよりも小さい。

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７ａ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７ｂにおける表面粗さが、内周面７ａにおける表面粗さよりも大きく、外周面７ｂ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。

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９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９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９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７ａ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。

そして、本実施形態にかかる反射部材７は、発光素子５と対向する内周面７ａにおける表面粗さが、外周面７ｂにおける表面粗さよりも小さい。発光素子５と対向する内周面７ａにおける表面粗さを外周面７ｂにおける表面粗さよりも小さくするためには、例えば、内周面７ａを研磨すればよい。これにより、内周面７ａにおける表面粗さを相対的に小さくすることができる。

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、反射部材７として、上記のようなセラミックスを用いる場合には、空隙１７となるバインダーを相対的に多く含有する第１のセラミックグリーンシートと空隙１７となるバインダーを相対的に少なく含有する第２のセラミックグリーンシートとを用いて、以下のようにして反射部材７を形成してもよい。

まず、外周面側に第１のセラミックグリーンシートを配置し、内周面側に第２のセラミックグリーンシートを配置する。そしてこれらのセラミックグリーンシートを焼成する。これにより、外周面側の空隙率が内周面側の空隙率よりも大きい反射部材７が形成される。このような反射部材７は、発光素子５と対向する内周面７ａにおける表面粗さが、外周面７ｂにおける表面粗さよりも小さい。そのため、反射部材７における放熱性を高めることができるとともに、発光素子５から放射され反射部材７に進行する光の反射率を高めることができる。

また、このように外周面側の空隙率が内周面側の空隙率よりも大きい反射部材７を用いた場合、発光素子５に相対的に近く多くの熱が伝わりやすい内周面側における熱の伝達効率を高めることができる。また、発光素子５から相対的に遠く、基体３との接合面でより大きな応力が加わりやすい外周面側において空隙率が相対的に大きいことから、この応力を緩和させる効果を高めることができる。なお、内周面側における空隙率及び外周面側における空隙率は、基体３の主面に対して垂直な反射部材７の断面において、それぞれの断面積全体に対する空隙１７の面積の総和の比率を算出することにより評価することができる。

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１１をさらに備えている。透光性部材１１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１１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。

また、本実施形態にかかる発光装置１のように、透光性部材１１が、発光素子５を被覆するとともに反射部材７と接触していることが好ましい。これにより、発光素子５で生じた熱を反射部材７へ効率良く伝達させることができるからである。

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、第１の実施形態にかかる発光装置１と比較して、反射部材７が、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１３と、第1の反射部材１３上に位置して第1の反射部材１３よりも空隙率が小さい第２の反射部材１５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１３の空隙率が第２の反射部材１５の空隙率よりも高いため、基体３と第1の反射部材１３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１５の空隙率が第1の反射部材１３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１３及び第２の反射部材１５の断面におけるそれぞれの断面積全体に対する空隙１７の面積の総和の比率を意味している。

第1の反射部材１３及び第２の反射部材１５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１３と第２の反射部材１５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１５としては、第1の反射部材１３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１３と第２の反射部材１５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１３と第２の反射部材１５からなるが、第２の反射部材１５上に位置し、第２の反射部材１５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１３と第２の反射部材１５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、第1の反射部材１３の内周面７ａにおける表面粗さと第２の反射部材１５の内周面７ａにおける表面粗さとの差が、第1の反射部材１３の外周面７ｂにおける表面粗さと第２の反射部材１５の外周面７ｂ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１３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１５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。

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１３における空隙１７の平均径が、第２の反射部材１５における空隙１７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１３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１３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１３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１３及び第２の反射部材１５における空隙１７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１３及び第２の反射部材１５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１７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１３における各空隙１７の幅の平均値及び第２の反射部材１５における各空隙１７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１３及び第２の反射部材１５における空隙１７の平均径を評価することができる。

第1の反射部材１３及び第２の反射部材１５における熱の伝達を抑制するため、空隙１７には、第1の反射部材１３及び第２の反射部材１５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１３における空隙１７には第1の反射部材１３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１３における単位面積あたりの空隙１７の数が、第２の反射部材１５における単位面積あたりの空隙１７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１３における単位面積あたりの空隙１７の数が、第２の反射部材１５における単位面積あたりの空隙１７の数よりも多いため、基体３と第1の反射部材１３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１３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１３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１３及び第２の反射部材１５における単位面積あたりの空隙１７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１３及び第２の反射部材１５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１７の数を測定する。そして、第1の反射部材１３における各部分領域での空隙１７の数の平均値及び第２の反射部材１５における各部分領域での空隙１７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１３及び第２の反射部材１５における単位面積あたりの空隙１７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１１上に配設された蛍光体層１９を更に備えている。そして、蛍光体層１９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１１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１９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１９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１１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１９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１９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１９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２１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２１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２３と、発光装置１に通電する電気配線２５と、発光装置１から出射される光を反射する光反射手段２７とを備えている。

本実施形態の照明装置２１における発光装置１は搭載板２３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２１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５が基体３よりも下方に位置するようにして、搭載板２３上に載置される。本実施形態の照明装置２１においては、電気配線２５を通じて発光装置１に通電することにより、発光素子５が光を射出する。そして、光反射手段２７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２１として機能する。

照明装置２１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２５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。

１・・・発光装置
３・・・基体
５・・・発光素子
７・・・反射部材
７ａ・・・内周面
７ｂ・・・外周面
９・・・通電部材
１１・・・透光性部材
１３・・・第１の反射部材
１５・・・第２の反射部材
１７・・・空隙
１９・・・蛍光体層
２１・・・照明装置
２３・・・搭載板
２５・・・電気配線
２７・・・光反射手段

Claims

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、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発光装置。
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請求項１に記載の発光装置。
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。
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。
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。
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２に記載の発光装置。
前記反射部材は、前記第２の反射部材上に位置し、前記第２の反射部材よりも空隙率が小さい第３の反射部材を更に具備することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
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。