JP4123105B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）チップを用いた発光装置であって、特に放熱性が良好となるように改良された発光装置に関する。
従来、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色光あるいは紫外線を放射するＬＥＤチップを種々の蛍光体と組み合わせることにより、白色を含め、ＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの光を出すことができるＬＥＤ発光装置が開発されている。このような、ＬＥＤチップを用いた発光装置は、小型、軽量、省電力といった長所があり、表示用光源、小型電球の代替光源、あるいは液晶パネル用光源等として広く用いられている。しかしながら、照明用光源や液晶パネル用光源などに使用する場合、現在のＬＥＤは１チップ当たりの明るさが小さく不十分である。そこで、外部端子となる配線部を有する実装基板にＬＥＤチップを実装・封止してＬＥＤパッケージを形成し、これを複数個、プリント金属配線基板に実装して必要な明るさを得ることが一般的に行われている。
また、より大きな光出力を得るため注入電流をより大きくすることも行われる。現在のＬＥＤはエネルギー効率が１０％程度であり、入力した電気エネルギーの大部分が熱になり、その発熱量は流す電流とともに増大する。また、発熱によるＬＥＤの温度上昇は、ＬＥＤの寿命や発光効率などに悪影響を与えることが知られている。しかしながら、上記のようなプリント金属配線基板は、一般に、熱伝導率の低いポリイミド、エポキシなどの樹脂材料を用いて形成されており、ＬＥＤパッケージにおいて発生した熱を効率良く放散させることができないという問題がある。
このようなＬＥＤパッケージにおいて発生した熱を効率良く放散させる従来例として、図４４に示すような発光装置９９が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来の発光装置９９において、ＬＥＤチップは一対の外部端子９５を備えた、いわゆる面実装タイプのＬＥＤパッケージ９０として形成されている。また、これを実装するプリント金属配線基板はポリイミドフィルムからなるフィルム基板９２であり、その表面に導電パターンのランド部９３が形成され、その下面は、金属部材からなる光源支持フレーム９１に接着剤を介して接着固定されている。ＬＥＤパッケージ９０は、電極９５をランド部９３に電気接続してマウントされる。また、プリント金属配線基板９２及び光源支持フレーム９１を貫通する貫通孔が、ＬＥＤパッケージ９０に対向する部位に設けられている。
この貫通孔にはＬＥＤパッケージ９０の背面側に達するように熱伝導性の高い接着性充填剤９４が充填されている。ＬＥＤチップの発熱による熱の一部はランド部９３を伝わってフィルム基板９２に伝熱・放熱され、さらに、フィルム基板９２から光源支持フレーム９１に伝わって放熱される。また、熱の大部分はＬＥＤパッケージ９０から直に熱伝導性の接着性充填剤９４を伝導してフィルム基板９２に伝熱されて放熱されると共に、フィルム基板９２に伝わった後、光源支持フレーム９１に伝熱・放熱され、さらに、ＬＥＤパッケージ９０から接着性充填剤９４を介して直に光源支持フレーム９１に伝わって放熱される。
特開２００２−１６２６２６号公報
しかしながら、上述した図４４や特許文献１に示されるようなＬＥＤパッケージの放熱構造においては、次のような問題がある。この構造では、ＬＥＤチップで発生した熱を伝導させるため、主にシリコーン系の樹脂を主材料とする熱伝導性の接着性充填剤を用いている。このような熱伝導剤は、例えば、金属やセラミック等の材料と比べると熱伝導率が劣る欠点がある。また、組立て工程として、ＬＥＤパッケージ９０をランド部９３にマウントして接合する工程の他に、少なくとも貫通孔に熱伝導性充填剤を充填して放熱路を形成する充填工程が必要であり、また、その充填工程が煩雑であるという問題がある。
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により放熱性の向上を実現できるＬＥＤ（発光ダイオード）チップを用いた発光装置を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、配線部を有する実装基板、及びその実装基板上に実装されたＬＥＤ（発光ダイオード）チップを含む発光素子サブマウント構造体と、金属板、及びその金属板上に絶縁層を介して形成された配線パターンを含む金属配線基板とを備え、前記発光素子サブマウント構造体を前記金属配線基板に実装してなる発光装置において、前記ＬＥＤチップは前記実装基板の配線部に電気接続されて実装され、前記実装基板の配線部が、前記金属配線基板の方向に引き出されて、はんだによって前記配線パターンに電気的に接続されており、且つ前記実装基板が、前記はんだ接合部の張力により前記金属配線基板の露出した金属板に圧接されて金属板と熱的接触している発光装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記実装基板と金属配線基板の少なくとも一方が凸型部を持ち、前記凸型部で両基板が熱的接触しているものである。
請求項３の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記実装基板と金属配線基板のいずれか一方が凸型、他方が凹型であり、その凹凸形状部分で嵌合して熱的接触しているものである。
請求項４の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記ＬＥＤチップは、接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、その接合部材は、実装基板に設けたスルーホールを介して前記金属板と熱的接触しているものである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の発光装置において、前記スルーホールは、その中に実装基板よりも高熱伝導の材料を含むものである。
請求項６の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記実装基板と金属配線基板との間に金属部材を介在させて熱的接触させたものである。
請求項７の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記実装基板がセラミックからなるものである。
請求項８の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記金属板と接触する前記実装基板の面側に１個又は複数個の溝部を設けたものである。
請求項９の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記溝部の形状は、断面視において溝部底面と該溝部底面から開口方向に向って次第に広がる壁面とで構成されるものである。
請求項１０の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記溝部の内側に前記実装基板に比べて高熱伝導の放熱補助材料を含むものである。
請求項１１の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記ＬＥＤチップは、接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、前記溝部を前記接合部材の略直下に設けたものである。
請求項１２の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記溝部は複数個の溝部であると共に、前記実装基板の、実装基板上に実装されている前記ＬＥＤチップの中央直下部に近いほど、溝部の密集度が高くなるようにしたものである。
請求項１３の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記溝部は深さに深浅がつけられた複数個の溝部であると共に、前記実装基板の、実装基板上に実装されている前記ＬＥＤチップの中央直下部に近いほど、溝部の深さが深いものである。
請求項１４の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記溝部は深さに深浅がつけられた複数個の溝部であり、前記ＬＥＤチップは接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、前記接合部材の略直下に近い位置に設けられた溝部ほど、溝部の深さが深いものである。
請求項１５の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記溝部は複数個の溝部であると共に、前記ＬＥＤチップは接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、前記接合部材の略直下に近いほど、溝部の密集度が高くなるようにしたものである。
請求項１６の発明は、請求項８に記載の発光装置において、前記ＬＥＤチップは複数個のＬＥＤチップであり、前記溝部は複数個の溝部であると共に、集合実装された複数個のＬＥＤチップ群の略中央に近い部位ほど、溝部の密集度が高くなるようにしたものである。
請求項１７の発明は、請求項８に記載の発光装置において、ＬＥＤチップは複数個のＬＥＤチップであり、溝部は深さに深浅がつけられた複数個の溝部であり、集合実装された複数個のＬＥＤチップ群の略中央に近い部位ほど、溝部の深さが深いものである。
請求項１の発明によれば、実装基板が金属配線基板の露出した金属板と熱的接触しているので、実装基板から金属板への放熱路が確保され、ＬＥＤチップにおいて発生した熱を速やかに金属配線基板側に逃がすことができる。実装基板の配線部が金属配線基板の方向に引き出されているので、その配線部を、例えば、はんだリフローにより金属配線板の配線パターンに電気的に接続することができる。さらに、１回のリフロー工程により、実装基板と金属配線基板とを電気的に接合でき、且つ、露出した金属板における接触により放熱路の形成もできるため、従来に比べて製造工程を簡略化して、放熱性能の向上した発光装置が得られる。
請求項２の発明によれば、実装基板と金属配線基板の少なくとも一方が持つ凸型部で接触しているので、実装基板と金属板とを確実に熱的に接触させることができ、また、他の介在物にじゃまされずに直接接触させることが容易となる。
請求項３の発明によれば、実装基板と金属配線基板とを凹凸形状部分で嵌合して熱的接触しているので、熱的接触する面積を増やして伝熱性を向上させることができ、また、実装基板を金属配線基板に実装する工程において実装基板の位置決めを精度良く行うことができる。
請求項４の発明によれば、実装基板にスルーホールを設けたので、例えば、金属配線基板と実装基板との間に、実装基板よりも高熱伝導性を有する金属部材を介在させて熱伝導性を向上させることができ、ＬＥＤチップをフェースダウン実装するための接合部材から、より直接的に放熱させることができる。
請求項５の発明によれば、実装基板にスルーホールを設け、その中に実装基板よりも高熱伝導の材料を含むので、実装基板を介するよりも熱伝導性を向上させることができる。例えば、スルーホール内に高熱伝導の充填剤を充填させてもよく、また、金属配線基板の金属板をスルーホールに嵌合させてもよい。いずれにせよ、熱抵抗の小さいスルーホールを介してＬＥＤチップの接合部材と金属板を熱接触させて、ＬＥＤチップにおいて発生した熱を速やかに金属板まで伝えて放熱させることができる。
請求項６の発明によれば、例えば、実装基板と金属配線基板の金属板とが対向する面間に金属ブロックを介在させて両基板間の熱的接触を図ることができる。これにより、実装基板と金属配線基板の少なくとも一方に凸型部を持たせてその凸型部で両基板を熱的接触させたのと同等の効果が得られる。
請求項７の発明によれば、実装基板材料をセラミックとするので、樹脂を用いた実装基板よりも放熱性を向上させることができる。
請求項８の発明によれば、溝部を設けることにより、実装基板の強度を保って実装基板の底面を部分的に薄くできるので、例えば、溝部に高熱伝導の放熱補助材料を充填することや、通風して排熱することができ、ＬＥＤチップの放熱性を向上する効果がある。
請求項９の発明によれば、溝部を、断面視において底平面と開口方向に向って次第に広がる壁面とで構成されるようにするので、例えば、実装基板に凹部を形成してその底部にＬＥＤチップを実装する際に、実装基板における凹部を形成する側面部に近接してこのような溝部を設けることができ、その側面部の厚みを薄くできる。また、その溝部に高熱伝導材充填や通風等を行うことにより、全体の放熱性を向上させることができ、配線基板側への放熱が促進され、請求項８記載の発明に比べてさらにＬＥＤチップの放熱性が向上する効果がある。
請求項１０の発明によれば、溝部の内側に、実装基板に比べて高熱伝導の放熱補助材料を含むことにより、実装基板から配線基板側への放熱が促進されるので、請求項８記載の発明に比べてさらにＬＥＤチップの放熱性が向上する効果がある。
請求項１１の発明によれば、実装基板底面部に溝部を設ける際に、発熱源に近いＬＥＤチップの直下部に溝部を設けたので、放熱に用いられる溝部の効果をＬＥＤチップに集中でき、ＬＥＤチップの放熱性を高められる効果がある。
請求項１２の発明によれば、実装基板底面部に複数個の溝部を設ける際に、均一に分布させるのではなく、発熱源に近いＬＥＤチップの直下部に近いほど、溝部の密集度が高くなるようにしたので、放熱に用いられる溝部の効果をＬＥＤチップに集中でき、溝部を均一に分布させる場合に比べてＬＥＤチップの放熱性が高められる効果がある。
請求項１３の発明によれば、実装基板底面部に複数個の溝部を設ける際に、溝部の深さに深浅をつけ、発熱源であるＬＥＤチップの直下部に近いほど、深さの深い溝を設けたので、放熱に用いられる溝部の効果をＬＥＤチップに集中でき、同じ深さの複数の溝部を設ける場合に比べてＬＥＤチップの放熱性が高められる効果がある。
請求項１４の発明によれば、実装基板底面部に複数個の溝部を設ける際に、溝部の深さに深浅をつけ、発熱源であるＬＥＤチップからの主要な放熱経路に当る接合部材の直下部に近いほど、深さの深い溝を設けたので、放熱に用いられる溝部の効果をＬＥＤチップの放熱に集中でき、同じ深さの複数の溝部を設ける場合に比べてチップの放熱性が高められる効果がある。
請求項１５の発明によれば、実装基板底面部に複数個の溝部を設ける際に、均一に分布させるのではなく、発熱源であるＬＥＤチップの主要な放熱経路に当る接合部材の直下部に近いほど、溝部の密集度が高くなるようにしたので、放熱に用いられる溝部の効果をＬＥＤチップの主要な放熱経路（接合部材）に集中でき、溝部を均一に分布させる場合に比べてチップの放熱性が高められる効果がある。
請求項１６の発明によれば、実装基板底面部に複数個の溝部を設ける際に、均一に分布させるのではなく、集合実装されたＬＥＤチップ群の略中央に近い部位ほど、溝部の密集度が高くなるようにするので、放熱に用いられる溝部の効果を、例えば、熱のこもりやすい中央部のＬＥＤチップに集中でき、溝部を均一に分布させる場合に比べてＬＥＤチップの放熱性が高められる効果がある。
請求項１７の発明によれば、実装基板底面部に複数個の溝部を設ける際に、溝部の深さに深浅をつけ、集合実装されたＬＥＤチップ群の略中央に近い部位ほど、深さの深い溝を設けたので、放熱に用いられる溝部の効果を、周囲に比べて温度が高くなる集合実装した複数個のＬＥＤチップ群の略中央直下に集中でき、同じ深さの複数の溝部を設ける場合に比べてＬＥＤチップの放熱性が高められる効果がある。
以下、本発明の一実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。図１は発光装置２００を示す。発光装置２００は、発光素子サブマウント構造体１００を、その底面にある凸部１１を金属配線基板３００の金属板３０に熱的に接触させた状態で実装して構成されている。発光素子サブマウント構造体１００は、配線部１２〜１４、１５〜１７を有する実装基板１０、及びその実装基板１０上に実装されたＬＥＤ（発光ダイオード）チップ５を備えている。また、金属配線基板３００は、金属板３０、及びその金属板３０上に絶縁層４０を介して形成された配線パターン４１を備えている。ＬＥＤチップ５は、窒化ガリウム系半導体を用いたものである。以下、本発明の各実施形態において、ＬＥＤチップ５として窒化ガリウム系半導体前提とするが、それに限るものではない。
発光素子サブマウント構造体１００は、その上面にＬＥＤチップ５を搭載するための凹所となったカップ部を備えて断面が略Ｔ字型をした実装基板１０と、その実装基板１０のカップ部の底面近傍から右方向に延伸され、実装基板１０におけるＴ字型の鍔部裏面に至る配線部１２，１３，１４、同様に左方向に延伸された配線部１５，１６，１７を有している。このような発光素子サブマウント構造体１００は、通常、Ｔ字型を対称軸の回りに回転させた回転対称形をしているが、それに限るものではなく、外形が略直方体のものとしてもよい。
ＬＥＤチップ５は、実装基板１０の上面に設けられたカップ部の底面にダイボンディング材によってボンディングされ、また、ＬＥＤチップ５の上面に設けられた２つの電極（不図示）が実装基板１０の配線部１２、１５にボンディングワイヤ６，６によって電気接続されている。
また、金属配線基板３００は、金属板３０の一部を露出させている。その露出した金属板部分に、実装基板１０の裏面（ＬＥＤチップ５を実装する面と反対側の面）に形成された凸部１１の下端面を熱的に接触して発光素子サブマウント構造体１００が実装されている。以下において、金属板３０の露出部分と、実装基板１０の下端面が熱的に接触した部位を熱接触部１と呼ぶ。実装基板１０上の配線部１３、１６は、発光素子サブマウント構造体１００の実装にあたり、金属配線基板３００上の配線パターン４１と、例えば、はんだ４２を用いたリフロー工程により容易に接合することができるように、金属配線基板３００方向に引き出されており、さらに、接合を確実とするため実装基板１０の裏面まで引き出された配線部１４，１７となっている。
また、発光素子サブマウント構造体１００の裏面配線部１４，１７が設けられた面と実装基板１０の凸部１１の下端面とは、平行である。さらに、その間隔は、発光素子サブマウント構造体１００を金属配線板３００に、例えば、はんだリフロー工程により実装したときに、はんだ接合部の張力により、実装基板１０の凸部１１の端面が金属板３０の露出部に圧接されるような寸法に設定されている。
このように、金属配線基板３００には、金属板３０の一部を露出させ、その露出部分と実装基板１０の凸部１１が熱的に接触するように発光素子サブマウント構造体１００が実装されている。従って、実装基板１０から金属板３０への放熱路が確保され、ＬＥＤチップ５において発生した熱を速やかに金属配線基板３００側に逃がすことができる。実装基板１０上の配線部１４，１７を、はんだリフローにより金属配線板３００の配線パターン４１に電気的に接続するとき、同時に、実装基板１０と金属配線基板３００との間に熱接触部１を形成して放熱路の形成ができるので、従来方法に比べて製造工程を簡略化して、放熱性能の向上した発光装置が得られる。また、実装基板１０の金属板３０に対向する面に金属層を形成しておき、金属板３０の露出部と、はんだなどで接合するとさらに放熱性を向上させることができる。このことは、以下に説明する各実装基板においても同様である。
次に、一実施形態に係る他の発光装置について説明する。図２は発光装置２０１を示す。この発光装置２０１は、発光素子サブマウント構造体１０１を構成する実装基板１０のＬＥＤチップ５実装部が平坦である点が、前出の図１に示した発光装置２００と異なるだけである。例えば、実装基板１００をセラミックスで構成するなどのように凹形状に加工困難な場合、又は、特に凹形状にする必要性がない場合には、このようにＬＥＤチップ５実装部が平坦な面でもよい。
次に、一実施形態に係るさらに他の発光装置について説明する。図３は発光装置２０２を示す。発光装置２０２は、ＬＥＤチップ５０を実装基板１０にフェースダウン（フリップチップ）実装して形成した発光素子サブマウント構造体１０２を金属配線基板３０２に実装したものである。ここに示した実装基板１０は、下面に凸部がなく平坦であり、その代わりに、金属配線基板３０２の金属露出部が凸部３１を有している。その他、発光素子サブマウント構造体１０２と金属配線基板３０２の接合の仕方などは前出のものと同様である。
ＬＥＤチップ５０、及びそのフェースダウン実装について説明する。ＬＥＤチップ５０は、透明結晶基板６０の上にｎ型半導体層６１、ｐ型半導体層６４を積層し、それぞれの層に電極６２，６５（ｎ電極、ｐ電極）を備え、さらにｐ型半導体層６４の上に絶縁層６７を介して絶縁された金属層６８を備えて形成されている。そしてこのＬＥＤチップ５０は、透明結晶基板６０を上方に向け、各電極６２，６５を下に（フェースダウン）して実装基板１０の上面凹部にマウントされる。
実装基板１０の上面凹部の底面には、配線部１２，１５に加えて、ダミーの配線部１８が設けられている。実装基板１０の凹部底面における各配線部には、ＬＥＤチップ５０上の各電極との接合のための接合部材が予め設けられる。そして、ｎ型半導体層６１は、電極６２、及び接合部材６３を介して、実装基板１０上の配線部１２に電気接続される。ｐ型半導体層６４は、同様に、電極６５、及び接合部材６６を介して、実装基板１０上の配線部１５に電気接続され。また、ＬＥＤチップ上の金属層６８は、接合部材６９を介して実装基板１０のダミー配線部１８に接合される。
これらの接合部材６３，６６，６９は、金などによるスタッドバンプやはんだなどによるソルダーバンプなどの単体金属、又は合金製の接合部材が用いられる。このような接合部材を用いることにより、ワイヤボンディングを用いる場合よりも、ＬＥＤチップ５０と実装基板１０との熱的結合を高めることができ、ＬＥＤチップ５０からの放熱性を向上させることができる。接合部材の個数は各ｐ，ｎ電極について１個づつでも良いが、各電極に複数の接合部材を用いることにより、さらに放熱性を向上させることができる。
また、絶縁層６７を各電極や半導体層の上に形成し、接合に必要な面積分だけ開口させることにより、接合部材間を介した短絡が発生する危険性を弱めることができるので、さらに多数の接合部材を用いることができる。また、絶縁層６７の一部をメタライズして、他の電極６２，６５とは電気的に絶縁して形成した金属層６８用いることにより、本来のｐ、ｎ電極における接合に加え、接合可能な領域の面積を増やして、熱接触を高めることができる。
次に、一実施形態に係るさらに他の発光装置について説明する。図４（ａ）は発光素子サブマウント構造体１０３を示し、図４（ｂ）は発光装置２０３を示す。この発光素子サブマウント構造体１０３は、前出の図３に示した発光素子サブマウント構造体１０２において、実装基板１０のＬＥＤチップ５実装用上面凹部の底面から実装基板１０の下面に至る部位を貫通してスルーホール２０が設けられた構造をしている。このスルーホール２０は、下方に向かって拡径しており、その内面には、配線部１２等と同様にめっきなどにより金属膜２１が形成されている。発光素子サブマウント構造体１０３を金属配線基板３０３に実装するとき、スルーホール２０の内面から延伸した金属膜２１と金属配線基板３０３の露出した金属板面との間をはんだ４３により接合している。このような構造によると、通常用いられる実装基板１０の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有するスルーホール２０表面の金属膜２１を介して、ＬＥＤチップ５０の熱が金属配線基板３０３側へと伝導されるので、ＬＥＤチップ５０の放熱性をより向上させることができる。
このようなスルーホール２０を用いる他の発光装置として、図５に示すような構造の発光装置２０４としてもよい。この発光装置２０４は、発光素子サブマウント構造体１０４が下部に凸部１１を有し、金属配線基板３００の金属板露出面が平坦な場合である。この構成においても前記と同様の効果が得られる。
次に、一実施形態に係るさらに他の発光装置について説明する。図６は発光素子サブマウント構造体１０５を示す。この発光素子サブマウント構造体１０５は、前出の図４（ａ）に示した発光素子サブマウント構造体１０３において、スルーホール２０内に、例えば、銅、銀やはんだなどの、実装基板１０よりも高熱伝導率の充填材２３を充填したものである。これにより、図４（ｂ）又は図５に示した発光装置よりもさらに放熱性を向上させた発光装置が得られる。
次に、一実施形態に係るさらに他の発光装置について説明する。図７は発光装置２０６を示す。この発光装置２０６の発光素子サブマウント構造体１０６は、図３に示した発光素子サブマウント構造体１０２において、実装基板１０の下面にＶ字型の凹部１９を形成した構造をしており、また、金属配線基板３０６は、同じく図３に示した金属配線基板３０２において、金属板３０の露出した凸部３１に、くさび状凸部３２がさらに形成されたものである。そして、発光素子サブマウント構造体１０６の下面の凹部１９と金属配線基板３０６の金属板３０のくさび状凸部３２を嵌合させて発光装置２０６が形成されている。このような構造によると、実装基板１０と金属板３０の接触面積を大きくすることができるので、両者の熱接触がより確実となり（熱抵抗が下がり）、ＬＥＤチップ５０の放熱性を向上させることができる。また、発光素子サブマウント構造体１０６を金属配線基板３０６に実装する工程において、発光素子サブマウント構造体１０６と金属配線基板３０６との位置決めを容易に行うことができる。
次に、一実施形態に係るさらに他の５種類の発光装置について説明する。図８〜図１１は、それぞれ発光装置２０７〜２１０を示している。これらの発光装置は、発光素子サブマウント構造体及び金属配線基板の熱的接触部の構造が異なる組合せを示している。まず、図８に示す発光装置２０７は、前出の図１に示した発光装置２００における熱的接触部の凸部の位置が上下で入れ替わったものである。すなわち、図１に示す発光装置２００の金属板の露出部は平らであるが、本発光装置２０７においては金属板の露出部は凸部３１を有する形状になり、平らな底面を有する実装基板１０と接触している。この場合、前出の発光装置２００と比べると、ＬＥＤチップ５と金属板３０の距離が近くなっており、放熱性を向上させることができる。
また、図９、図１０、図１１に示す発光装置２０８、２０９、２１０は、発光素子サブマウント構造体の実装基板１０の下面及び金属配線基板の金属板３０の露出した部分のいずれか一方を凸型、他方を凹型にして嵌合したものである。また、後者２つの発光装置２０９、２１０では、凸部又は凹部がさらに凹部又は凸部を有する２重構造の凹凸形状を形成して嵌合されている。これらの凹凸を嵌合させた構造では、前出の図８に示す発光装置２０７と同等の放熱性を保ちながら、発光素子サブマウント構造体を金属配線基板に実装する工程において、より精度良く発光素子サブマウント構造体の位置決めをすることができる。
図１０に示す発光装置２０９は、金属板３０の露出した凸部３１内に凹部３３を設け、その金属板３０の凹部３３と実装基板１０の凸部１１が嵌合した構造になっている。この構造では、金属配線基板３０９と発光素子サブマウント構造体１０９の実装基板１０の熱接触部１における接触面積が、図９に示す発光装置２０８のものよりも大きいため、放熱性をさらに向上できる。また、ＬＥＤチップ５と金属板３０間の距離についても、より短いため、放熱性が向上する。
図１１に示す発光装置２１０は、図９に示す発光装置２０８に近い構造であるが、実装基板１０の凸部１１内に凹部を設け、その実装基板１０の凹部と金属板３０の凸部３１が嵌合した構造となっている。従って、上記と同様に、金属板３０と実装基板１０の接触面積が、図９に示す発光装置２０８のものよりも大きく、また、ＬＥＤチップ５と金属板３０間の距離が、より短いため、放熱性が向上する。
次に、一実施形態に係るさらに他の発光装置について説明する。図１２は発光装置２１１を示す。この発光装置２１１は、図１に示す発光装置２００における実装基板１０の凸部１１を高熱伝導性を有する金属部材２５に置き換えた構造になっている。このため、図１に示す発光装置２００よりも熱抵抗を減少でき、放熱性を向上させることができる。また、絶縁層４０の厚みが薄い（例えば、約１００μｍ以下の）金属配線基板３００を用いて、金属部材２５の代わりに、はんだ、銀ペースト等を用いてもよい。
次に、一実施形態に係る発光装置の応用例について説明する。図１３、図１４は前述の発光装置２０８の応用例を示す。図１３に示すものは、発光装置２０８を液晶表示用のバックライトや交通道路標識灯などの発光装置部分に応用するものである。バックライトや標識灯としての所望の発光色を得るため、所定の色の光を発光するＬＥＤチップ５が選択され、その色を変換する機能を持つ蛍光体を含む蛍光部材８１と組み合わせて用いられる。ＬＥＤチップ５及び蛍光部材８１により得られた希望の色の光は、導光板８２へ入射して他の表示部分（不図示）へと導かれ、外部空間へと放射される。
また、図１４に示すものは、発光装置２０８を上述のように蛍光部材８１と組合せて得られた光を、レンズ部分８４を有する光学部材８３に入射させて、集光した光を特定方向に照射して用いるものである。
次に、一実施形態に係るさらに他の発光装置について説明する。図１５は発光素子サブマウント構造体１１４を示す。ＬＥＤチップ５０をフェースダウン実装した他の発光素子サブマウント構造体、例えば、前出の図３に示す発光素子サブマウント構造体１０２においては接合部材６９が他の電極６５（ｐ電極）とは絶縁されていたのが、本発光素子サブマウント構造体１１４においては、接合部材６９が電極６５（ｐ電極）を延伸した部分に接合されている点が異なる。このような構造では、接合部材６９を接合するための電極を新たに設ける必要がなく工程が簡単になるという利点がある。
次に、一実施形態に係るさらに他の発光装置について説明する。図１６、図１７は発光装置２１５、２１６を示す。これらの発光装置において、発光素子サブマウント構造体が上述のいずれのものとも異なっており、その実装基板１０が有する配線部が、金属配線板３００の配線パターンと平行となるところまで延伸されていないものである。
図１６に示す発光装置２１５では、実装基板１０の配線部が金属配線基板３００の配線パターン４１に向かって引き出された配線部１３、１６と配線パターン４１との間で、はんだ４２により接合されて発光素子サブマウント構造体が金属配線基板３００に実装されている。前出の図１に示す発光装置２００においては発光素子サブマウント構造体が下面ではんだ接合されているが、本発光装置２１５においては側面ではんだ接合されている点が異なっている。このような構造の発光素子サブマウント構造体１１５では、下部の配線部（図１に示す配線部１４，１７）がない分、製造工程が簡単となる。また、発光素子サブマウント構造体１１５と金属配線基板３００とを積層する方向、すなわち発光素子サブマウント構造体１１５と金属配線基板３００との間には、はんだ層が存在しないので、はんだ層による寸法変動がなく、この方向における構造物の寸法精度を決めやすく、従って、熱接触部の信頼性が得られやすいという利点がある。
図１７に示す発光装置２１６は、実装基板１０が金属配線基板３００に向かう方向に傾斜した上面を有し、その上に配線部１２，１５が引き出された構造になっている。そして、上述と同様に、本発光装置２１６では、発光素子サブマウント構造体１１６が側面で、はんだ接合されて金属配線基板３００に実装されている。このような構造の発光素子サブマウント構造体１１６では、前記同様、下部の配線部がない分、製造工程が簡単となり、また実装基板１０の上面が平らではなく肩部が落ちた形となっているので、前出のいずれかと比べて、実装基板材料の使用量が少なくて済む利点がある。また、上記同様に、はんだ層による寸法変動がないという利点がある。
次に、以上に説明した各実施形態について、それらの変形例について説明する。図４、図５に示した実施形態の発光装置２０３，２０４では、発光素子サブマウント構造体と金属配線基板の金属板露出部との熱接触部１は、はんだにより接合されている。他の実施形態の発光装置における熱接触部１は、介在物なしで接触した状態である。そこで、これらの発光装置についても、実装基板の底面に金属膜を形成し、発光素子サブマウント構造体と金属板との間を、はんだを介在させて接合するようにしてもよい。これにより、さらに放熱性を向上させることができる。熱接触部１に、はんだを用いて熱接触を確実にする場合、リフロー工程によって配線部の電気接続と同時に熱接触部１の接合を行うことができる。
また、熱接触部１にはんだを介在させる場合、その熱接触部１の位置は、金属配線基板の配線パターン４１の位置から下方にずれた位置が好ましい。熱接触部１の位置が、配線パターン４１の位置よりも下にある、例えば、図１に示される発光装置２００においては、この熱接触部１をはんだ付けするとき、実装基板１０の配線部１４と配線部１７がはんだにより短絡されることは防止される。図９、図１１に示される発光装置２０８、２１０においては、最外接触部が絶縁層４０よりもさらに下方に落ち込んだ位置にあるため、熱接触部１に、はんだを用いたときの短絡防止の効果がより大きい。
以下において、金属配線基板の金属板と発光素子サブマウント構造体の実装基板とが接触する実装基板の面側に、１個又は複数個の溝部を設けた構造の一連の発光装置について説明する。背景技術の項で述べたように、ＬＥＤチップのｐｎ層から発したエネルギーのうち、一部は光となってＬＥＤチップ外部に放出されるが、大部分は熱に変換される。ＬＥＤチップで生じた熱の一部はチップ表面から対流や熱輻射によって外部に放熱されるが、大部分は接合部材等を介して実装基板に伝わり、さらにその下面のはんだや金属配線基板を通って金属配線基板の表面から放熱される。
このような伝熱経路において最も熱抵抗が大きいのは、熱伝導率の小さい実装基板部分（熱抵抗：０．３〜１０Ｗ／ｍＫ）である。熱抵抗は、通常、伝熱方向の厚みに比例し熱伝導率に反比例するため、実装基板のチップ下部の厚みは薄いほど良い。しかしながら、主要熱伝導経路であるＬＥＤチップ実装部下部の実装基板部分を薄くすることは実装基板の形成を難しくし、また、強度の低下を招き、実装基板へのＬＥＤチップ実装工程時における基板破損の可能性を高くするという問題がある。そこで、以下に示すように、１個又は複数個の溝部を実装基板に設けることにより、実装基板の形成が容易で実装基板の強度を保ちつつ実装基板の実質的な熱抵抗の低減が実現される。
まず、一実施形態に係る発光装置の実装基板に溝部を有する最初の例について説明する。図１８は平行な複数の溝（凹部）を設けた発光装置を示す。ＬＥＤチップ５０は、図１８（ａ）（ｂ）に示すように、発光素子サブマウント構造体１１７の実装基板１０の上面開口凹部に接合部材５１を介してフェースダウン（フリップチップ）実装されている。実装基板１０は、例えばアルミナで形成されており、その底面に凸部１１を有しており、図１８（ｂ）に示すように、その凸部１１の表面の中央部に平行な３本の溝部７が形成されている。これらの溝部７は、ＬＥＤチップ５０からの熱を効率良く放熱するために、凸部１１表面におけるチップ投影部５０ａを通過するように形成されている。すなわち、ＬＥＤチップ５０の下部の実装基板の平均的な厚みが薄くなっており、この部分の熱抵抗が低減されている。
発光素子サブマウント構造体１１７を金属配線基板３００に搭載する際は、図１８（ｃ）に示すように、実装基板１０の裏面と金属配線基板３００の金属板３０の間には、はんだ４３を介在させる。このはんだ４３は、溝部７内にも充填されており、溝部７がない場合に比べ、ＬＥＤチップ５０と金属板３０との間の平均的な熱抵抗が低減されている。
上述の溝部７の構造にすることにより、アルミナのように比較的もろい材質の実装基板においても、強度を確保しつつ実装基板１０の厚みを部分的に小さくすることができる。また、溝部７の表面に、例えば熱伝導率の大きいＣｕめっき（熱伝導率：３１３Ｗ／ｍＫ）による金属膜を形成してもよく、さらに溝部７に、はんだ（熱伝導率：５０Ｗ／ｍＫ）を充填することで、この部分の熱抵抗が大幅に低減される。従って、主要伝熱経路であるＬＥＤチップ実装部下部の実装基板部分の熱抵抗が小さくなるので、チップの温度上昇を小さくすることができる。また、金属膜の形成方法として、めっき法の他に、蒸着法などを用いてもよい。金属膜の材料としては、銅の他、例えば金、銀など、実装基板より熱伝導性に優れ、はんだの濡れ性の良いものであればよい。実装基板底面の溝部７表面に、実装基板よりも熱伝導性に優れ、かつ、はんだと濡れ性の良い銅めっきを施すことにより、実装基板から配線基板側への放熱が促進される。溝部７を有する発光装置において、放熱補助材料として溝部７に充填される充填材は、上述のはんだに限られず、銀ペーストや放熱シリコーン樹脂等の、実装基板１０よりも高熱伝導率の材料を用いることができる。また、放熱補助材料は、はんだ付き金属線であってもよく、例えば、はんだ付き銅線を用いることができる。
溝部７の構造は、図１８（ｄ）に示すように、断面視において底面と開口方向に向かって次第に広がる壁面とで構成したものでもよい。溝部７をこのように開口方向に向かって次第に広がる構成にすることにより、実装基板１０から金属配線基板（の金属板３０）への放熱が促進されるので、上述の図１８（ｃ）に示すものよりもさらに放熱性が向上する効果がある。また、断面が開口に向かって次第に広がる構造では、はんだ等の充填材を気泡の発生を抑制して溝部７に充填できるので、放熱性向上に効果がある。
次に、上述の発光装置の変形例を図１９に示す。上述の発光素子サブマウント構造体１１７は、前出の図１に示すように実装基板１０の下側に凸部１１を有するものであるが、前出の図３に示すものと同様に実装基板１０下面側に凸部を持たないものを用いて、図１９（ａ）（ｂ）に示す発光素子サブマウント構造体１１８のように、実装基板１０下面の全面に平行な溝部７を設けるようにしてもよい。
サブマウント構造体１１８を金属配線基板３００に搭載する際は、図１９（ｃ）に示すように、絶縁層４０の厚みが薄い（例えば、約１００μｍ以下）金属配線基板３００を用いて、はんだの厚みを利用して平坦な金属板３０をもつ金属配線基板３００上に直接搭載することができる。
また、サブマウント構造体１１８の金属配線基板への搭載の他の方法としては、前出の図３に示すような、金属板３０に凸部３１を有する金属配線基板３０２を用いて金属板３０の凸部３１に実装基板の底面を接触させてもよい。また、前出の図１２に示すものと同様に、図１９（ｄ）に示すように、溝部７に嵌合するような凸部を備えた金属部材２５ａを、実装基板１０と金属配線基板３００の金属板３０間に介在させてもよい。
次に、上述の溝部７を設けた発光素子サブマウント構造体１１７、１１８を搭載した発光装置について伝熱シミュレーションの結果を説明する。前記溝部構造を実装基板下面に、（０）設けない場合、（１）等間隔で配置した場合、（２）溝部分の空間の総体積は同じであるがＬＥＤチップの接合部材直下に溝部が配置されるようにした場合、について、ＬＥＤチップの発熱条件や雰囲気温度の条件を同一にした伝熱シミュレーションにおけるチップ温度の大小関係は、（０）溝部を設けない場合＞（１）溝部を等間隔で配置した場合＞（２）接合部材直下に溝を配置した場合、の順で低くなった。溝部を設けない場合のチップ温度を１００とした場合、溝部を等間隔で配置した場合は８３、接合部材直下に溝を配置した場合は７７であった。従って、図１８や図１９の形態に対して、溝部７の位置をＬＥＤチップ５０の接合部材５１の直下に配置すれば、さらに放熱性が向上し、ＬＥＤチップ５０の温度上昇を小さくすることができる効果がある。
次に、図２０に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置について説明する。この発光装置において、溝部７は、ＬＥＤチップ５０の接合部材５１の直下及びその近傍の溝部（群）が他の領域に比べて、より突出して設けられている。このような構造によると、実装基板１０の強度を確保しつつ、接合部材５１直下部の厚みをさらに小さくできるため、ＬＥＤチップ５０から金属板３０側への熱抵抗がさらに小さくなり、ＬＥＤチップ５０の温度上昇を低下させることができる。
次に、図２１に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置について説明する。この発光装置において、溝部７は、ＬＥＤチップ５０の接合部材５１直下の溝部７が最も深く（高く）、その最も深い溝部を中心にして段階的に溝部７の深さ（高さ）が浅く（低く）なっている。このような溝部７構造によると、前出の図２１に示したものと同様に、実装基板１０の強度を確保しつつ、接合部材５１直下部の厚みを薄くできるため、ＬＥＤチップ５０から金属板３０側への熱抵抗がさらに小さくなり、ＬＥＤチップ５０の温度上昇を低下させることができる。
次に、図２２に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置について説明する。この発光装置において、まず実装基板１０の下面のＬＥＤチップ５０直下付近に幅広の溝部である凹部７１が設けられ、その凹部７１の内部でかつ接合部材５１直下にＬＥＤチップ５０側に向けてさらに突出した状態で、溝突起部である溝部７が設けられている。このような凹部７１、溝部７の構造によると、前出の図２１におけるよりも、さらに溝凹部が広く、かつ溝突起部の高さが低いので、はんだが溝部７に入り込み易く充填しやすいという効果がある。
次に、図２３〜図２６に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置について説明する。この発光装置において、実装基板１０上中央部に複数のＬＥＤチップ５０が近接して実装されている。実装基板１０下面のＬＥＤチップ５０直下に溝部７（凹部）が設けられている。図２３に示す発光装置では、溝部７が各ＬＥＤチップ直下に同じ形態で設けられている。図２４に示す発光装置では、幅広の溝部７が、各ＬＥＤチップ直下に設けられており、その高さ（深さ）はＬＥＤチップ群の中央にあるＬＥＤチップに対応するものほど高くなっている。図２５に示す発光装置では、幅の狭い溝部７が各ＬＥＤチップ直下に複数設けられており、その個数はＬＥＤチップ群の中央にあるＬＥＤチップに対応する部位のものほど密度が大きくなっている。
また、図２６に示す発光装置では、いわば前出の図２４、図２５に示した溝部構造の混合した形態の溝部７が設けられており、ＬＥＤチップ群の中央部では、周辺のＬＥＤチップに対応する溝部よりも、深くかつ密集して溝部７が設けられている。このような溝部７の構造によると、熱のこもり易い中央部のＬＥＤチップから積極的に効率よく放熱でき、ＬＥＤチップ群の温度分布を均一にすることができる。
次に、図２７〜図３０に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置について説明する。これらの発光装置は、前出の図２３〜図２６の構造において、ＬＥＤチップ５０をフェースアップに実装したものに対応する。ＬＥＤチップ５５は、ダイボンディング材やめっき膜などからなる接合部５７を介して実装基板１０に実装されている。また、ＬＥＤチップ５５の電気的接続は、電極５６を介して、ワイヤボンディング等により行われる。これらの発光装置において、各溝部７の構造は、上記同様に、ＬＥＤチップ群の温度分布を均一にして効率良く放熱することができる効果がある。
次に、図３１（ａ）（ｂ）に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体１１９において、溝部７は、図３１（ｂ）に示すように、実装基板１０の底面（裏面）に縦横に形成されている。発光素子サブマウント構造体１１９の金属配線基板上への搭載時には、実装基板１０裏面と金属配線基板間には、はんだが介在し、前出の図１９に示したように、例えば、はんだが溝部７内に充填される。
このような縦横に形成された溝部７の構造によると、前出の図１８、図１９に示したような一方向のみに溝部を形成し密集させた場合よりも、あまり実装基板の強度を落とすことなく溝を密集させることができ、またＬＥＤチップから配線基板側への放熱性が向上し、ＬＥＤチップの温度が更に低下する効果がある。また、溝部７を縦横に形成したことにより、実装基板１０の凸部１１側面から空気が抜け易くなるため、溝部７内に、はんだが充填され易くなり、はんだの熱伝導率が実装基板本体に比べて大きいので放熱性が向上するという効果がある。溝部が交差している場所にＬＥＤチップを実装することによりさらに放熱性が向上するという効果がある。
次に、図３２に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体において、溝部７は、中心から放射状に形成されている。本図において１個のＬＥＤチップが想定されている（中央部のチップ投影部５０ａ）が、ＬＥＤチップを複数個実装してもよい。ＬＥＤチップを複数個実装する際、光学設計の観点から放射状に実装する場合が多々あるので、実装基板１０底面に放射状の溝７を形成しておくと、高温になる中央部にあるＬＥＤチップ直下の実装基板厚を薄くできるので、ＬＥＤチップ群から配線基板側への放熱性が向上し、ＬＥＤチップ群の温度を、平均的に低下させる効果がある。
次に、図３３に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体において、溝部７は、実装基板１０底面に疎密をつけて形成されている。実装基板１０の底面において、特に高温となる中央部に密に溝部７が形成されている。このような溝部７の構造によると、上記同様の効果がある。
次に、図３４（ａ）（ｂ）に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体１２０において、例えば、ＬＥＤチップの接合部材の直下に深井戸部７２が形成され、その深井戸部７２を通るように溝部７が形成されている。実装基板１０の底面と金属配線基板間には、はんだが介在し、はんだは溝部７内及び深井戸部７２に充填される。なお、溝部７の数、深井戸部７２の数、及びこれらの位置関係については上記に限定されるものではない。このような溝部７及び深井戸部７２の構造によると、ＬＥＤチップの主要な放熱経路である接合部材直下に深井戸部７２を形成するので、接合部材直下の実装基板厚を薄くでき、ＬＥＤチップから配線基板側への放熱性が向上し、ＬＥＤチップの温度が低下する効果がある。
次に、図３５に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体において、実装基板１０の底面の中心から放射状の溝部７と同心円状の溝部７ａが形成されている。このような溝部７，７ａの構造によると、チップ投影部５０ａで示すように、ＬＥＤチップを複数個実装する際、光学設計の観点から放射状に実装する場合が多々あるので、実装基板底面に放射状かつ同心円状の溝部７，７ａを形成しておくと、特に高温になる中央部のＬＥＤチップ直下の実装基板厚が薄くできるので、ＬＥＤチップから金属板側への放熱性が向上し、ＬＥＤチップの温度が低下する効果がある。
次に、図３６に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体において、溝部７は、複数のＬＥＤチップ（チップ投影部５０ａ）の各中心部から放射状に形成されている。ＬＥＤチップを複数個実装する際、各ＬＥＤチップ直下の部分が高温になり高温部が実装基板内に複数個存在することとなるが、上記のような溝部７の構造によると、各ＬＥＤチップを中心にして放射状に溝部を形成しているので、高温になる各ＬＥＤチップ直下の実装基板厚を薄くでき、各ＬＥＤチップから金属板側への放熱性が向上し、ＬＥＤチップの温度が低下する効果がある。
次に、図３７、図３８に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。図３７に示す発光素子サブマウント構造体では渦巻き状の溝部７が、また、図３８に示す発光素子サブマウント構造体ではつづら折り状の溝部７がそれぞれ一筆書き状に形成されている。このような発光素子サブマウント構造体を金属配線基板に搭載する際に、実装基板１０底面と金属板間には、はんだが介在される。
また、一筆書き状に形成された溝部７内には、放熱補助材料として、はんだ付金属線、例えば、はんだ付銅線が挿入される。銅線（金属線）は、通常、実装基板１０よりも熱伝導率が高く、また、はんだよりも熱伝導率が高い。従って、はんだのみで溝部を充填するよりも、はんだ付き銅線を挿入した方が熱抵抗を下げることができる。そして、溝部７内にはんだ付銅線を挿入する際、溝部７の形状を一筆書き状にすることにより、はんだ付銅線を挿入し易くなる効果がある。
次に、図３９（ａ）（ｂ）に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置及び発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光装置の発光素子サブマウント構造体１２１においては、実装基板１０の下面に空洞部（溝部）７３が形成されている。実装基板１０の底面と金属配線基板３００の金属板３０の間には、はんだ４３が介在する。このような空洞部７３の構造によると、前出の図１等に示す発光装置に比べて、実装基板１０と金属板３０の熱的接合部（はんだ４３）から電気的接合部（はんだ４２）までの沿面距離が増加するのでこの間の電気的ショートを抑制することができる。
次に、図４０（ａ）（ｂ）に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置及び発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光装置の発光素子サブマウント構造体１２２においては、前出の図３９に示した発光素子サブマウント構造体１２１における空洞部７３と同様の部位に、空洞部７３よりもより拡大した空洞部（溝部）７４が形成されている。すなわち、空洞部７４は、図４０（ａ）に示すように、その断面視において溝部底面と溝部底面から溝部開口方向（紙面下方）に向って次第に広がる壁面とで構成される。
このような空洞部７４の構造によると、上述と同様に、実装基板１０と金属板１０配線基板の熱的接合部（はんだ４３）から、電気的接合部（はんだ４２）までの沿面距離が増加するのでこの間の電気的ショートを防止できる。さらにこのような空洞部（溝部）７４を形成することにより、放熱表面積が増大して放熱性が向上する効果がある。また、射出成型三次元回路基板を用いて、図４０に示す実装基板１０を製造する場合、前出の図３９に示す実装基板１０の構造に比べて、各部位における肉厚差が小さいので、偏肉が生ぜず製造が容易であり、また、射出成型材料も少なくて済むという効果がある。
次に、図４１に示すさらに他の溝部構造を有する発光装置について説明する。この発光装置において、発光素子サブマウント構造体１２３の実装基板１０は、前出の図４０に示す実装基板１０が有するものと同様の空洞部（溝部）７４を有している。この空洞部７４には、実装基板１０の上面中央部に設けたＬＥＤチップ実装用の凹部の壁面に対向する側の面にめっき膜７４ａが形成されている。
めっき膜７４ａとしては、例えば、銀めっきや銀以外の金属（例：銅、ニッケル等）めっきを用いることができる。また、めっきに替えて、白色塗料を塗布したものであってもよい。このような空洞部７４及びめっき膜７４ａの構造によると、上記同様の効果に加え、さらに、ＬＥＤチップ５０から放射されて実装基板１０内を透過した光に対してその一部又は全部をめっき膜７４ａによって反射することができる。すなわち、側方への迷光を実装基板の上面側へ取り出すことができ、光利用効率が向上するという効果がある。
次に、図４２に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体１２４において、実装基板１０は、前出の図４０に示す実装基板１０と同様の空洞部（溝部）７４を有している。さらに、実装基板１０の下部凸部１１において、空洞部７４の内部から実装基板１０の側面方向に向う空気口（溝部）７５が形成されている。このような空洞部７４及び空気口７５の構造によると、上記同様の効果に加え、空洞部７４から側面に向けて空気口７５を通じて排熱が行えるので、ＬＥＤチップの放熱性をさらに向上できる。
次に、図４３に示すさらに他の溝部構造を有する発光素子サブマウント構造体について説明する。この発光素子サブマウント構造体１２５において、実装基板１０は、前出の図４２に示す実装基板１０が有するものと同様の空洞部（溝部）７４と空気口７５を有している。さらに実装基板１０内の空洞部７４から実装基板１０上面方向に向う空気口（溝部）７６が形成されている。このような空洞部７４及び空気口７５、７６の構造によると、上記同様の効果に加え、空洞部７６から側面方向だけでなく上面方向に対しても空気口７６を通じて排熱が行えるので、ＬＥＤチップの放熱性をさらに向上できる。
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、各発光素子サブマウント構造体における実装基板とＬＥＤチップの実装形態（ワイヤボンディング実装、フェースダウン実装）とは、上述に限らず、応用目的に応じて置き換えることができる。
実装基板１０の材質として、例えばアルミナが用いられるが、アルミナ以外のセラミックでも良く、また樹脂などでもよい。さらに、溝部７を有する発光装置において、溝部７に充填される充填材は、上述のはんだに限られず、銀ペーストや放熱シリコーン樹脂等の実装基板１０よりも高熱伝導率の材料を用いることができる。また、溝部７の数や１つの発光素子サブマウント構造体に実装されるＬＥＤチップの個数についても上述の構成に限定されるものではない。
本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係る他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の断面図、（ｂ）は同発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係る発光装置の応用を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る発光装置の他の応用を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の断面図、（ｂ）は同発光素子サブマウント構造体の下平面図、（ｃ）は同発光装置の断面図、（ｄ）は同発光装置の変形例を示す断面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の断面図、（ｂ）は同発光素子サブマウント構造体の下平面図、（ｃ）は同発光装置の断面図、（ｄ）は同発光装置の変形例を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の部分断面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の断面図、（ｂ）は同発光素子サブマウント構造体の下平面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の下平面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の下平面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の断面図、（ｂ）は同発光素子サブマウント構造体の下平面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の下平面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の下平面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の下平面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の下平面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図、（ｂ）は同発光装置の発光素子サブマウント構造体の斜視図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図、（ｂ）は同発光装置の発光素子サブマウント構造体の斜視図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の断面図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置の発光素子サブマウント構造体の斜視図。 本発明の一実施形態に係るさらに他の発光装置のの発光素子サブマウント構造体の斜視図。 従来技術に係る発光装置の断面図。
符号の説明
１ 熱接触部
５，５０ ＬＥＤチップ
７，７ａ，７３〜７６ 溝部
１０ 実装基板
１１，３１ 凸型部
１２〜１７ 配線部
２０ スルーホール
２５ 金属部材
３０ 金属板
４０ 絶縁層
４１ 配線パターン
６３，６６，６９ 接合部材
１００〜１２５ 発光素子サブマウント構造体
２００〜２１６ 発光装置

Claims (17)

  1. 配線部を有する実装基板、及びその実装基板上に実装されたＬＥＤ（発光ダイオード）チップを含む発光素子サブマウント構造体と、
    金属板、及びその金属板上に絶縁層を介して形成された配線パターンを含む金属配線基板とを備え、
    前記発光素子サブマウント構造体を前記金属配線基板に実装してなる発光装置において、
    前記ＬＥＤチップは前記実装基板の配線部に電気接続されて実装され、
    前記実装基板の配線部が、前記金属配線基板の方向に引き出されて、はんだによって前記配線パターンに電気的に接続されており、且つ前記実装基板が、前記はんだ接合部の張力により前記金属配線基板の露出した金属板に圧接されて金属板と熱的接触していることを特徴とする発光装置。
  2. 前記実装基板と金属配線基板の少なくとも一方が凸型部を持ち、前記凸型部で両基板が熱的接触している請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記実装基板と金属配線基板のいずれか一方が凸型、他方が凹型であり、その凹凸形状部分で嵌合して熱的接触している請求項１に記載の発光装置。
  4. 前記ＬＥＤチップは、接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、その接合部材は、実装基板に設けたスルーホールを介して前記金属板と熱的接触している請求項１に記載の発光装置。
  5. 前記スルーホールは、その中に実装基板よりも高熱伝導の材料を含む請求項４に記載の発光装置。
  6. 前記実装基板と金属配線基板との間に金属部材を介在させて熱的接触させた請求項１に記載の発光装置。
  7. 前記実装基板がセラミックからなる請求項１に記載の発光装置。
  8. 前記金属板と接触する前記実装基板の面側に１個又は複数個の溝部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  9. 前記溝部の形状は、断面視において溝部底面と該溝部底面から開口方向に向って次第に広がる壁面とで構成されることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記溝部の内側に前記実装基板に比べて高熱伝導の放熱補助材料を含むことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  11. 前記ＬＥＤチップは、接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、前記溝部を前記接合部材の略直下に設けたことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  12. 前記溝部は複数個の溝部であると共に、前記実装基板の、実装基板上に実装されている前記ＬＥＤチップの中央直下部に近いほど、溝部の密集度が高くなるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  13. 前記溝部は深さに深浅がつけられた複数個の溝部であると共に、前記実装基板の、実装基板上に実装されている前記ＬＥＤチップの中央直下部に近いほど、溝部の深さが深いことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  14. 前記溝部は深さに深浅がつけられた複数個の溝部であり、前記ＬＥＤチップは接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、前記接合部材の略直下に近い位置に設けられた溝部ほど、溝部の深さが深いことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  15. 前記溝部は複数個の溝部であると共に、前記ＬＥＤチップは接合部材を介して前記実装基板にフェースダウン（フリップチップ）実装され、前記接合部材の略直下に近いほど、溝部の密集度が高くなるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  16. 前記ＬＥＤチップは複数個のＬＥＤチップであり、前記溝部は複数個の溝部であると共に、集合実装された複数個のＬＥＤチップ群の略中央に近い部位ほど、溝部の密集度が高くなるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  17. 前記ＬＥＤチップは複数個のＬＥＤチップであり、前記溝部は深さに深浅がつけられた複数個の溝部であり、集合実装された複数個のＬＥＤチップ群の略中央に近い部位ほど、溝部の深さが深いことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
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