JP5241411B2

JP5241411B2 - 発光装置用基板、発光装置及び発光装置を用いた照明装置

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Publication number: JP5241411B2
Application number: JP2008249770A
Authority: JP
Inventors: 和弘川畑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: JP2010080830A

Description

本発明は、発光装置用基板、発光素子を備えた発光装置及びこの発光装置に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。

電子ディスプレイ用のバックライト電源及び蛍光ランプとして発光装置を用いる場合、白色光を得るため、ＲＧＢ３色分のＬＥＤ発光素子が用いられる。これらの発光素子は、発光色に応じて発熱量が異なるため、発熱量の相対的に多い発光素子から発熱量の相対的に少ない発光素子に熱が伝わり、発光効率が低下する可能性がある。そこで、特許文献１に開示されているように、複数の放熱片と、各放熱片上に配設された複数のＬＥＤチップと、複数の放熱片間に配設された断熱部とを備えた光半導体装置が提案されている。
特開２００８−１８６９４８号公報

特許文献１に記載の光半導体装置（発光装置）を用いることにより、各放熱片（基体）間における熱の伝達を抑制することができる。しかしながら、各発光素子は、発光色に応じて発熱量が異なるため、各放熱片の熱膨張量も異なる。そのため、各放熱片の間に位置する断熱部に応力が集中しやすい。

各放熱片として、ＬＥＤの放熱特性に応じた熱伝導率を有する部材を用いることにより、各放熱片の熱膨張量のばらつきを抑制することができるが、放熱片として、複数の種類の部材を用いなければならず、手間とコストが大きくなっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安価に製造することができつつも、放熱片の間に位置する断熱部への応力の集中を抑制し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、それぞれ主面を有する複数の基体と、該複数の基体の主面上にそれぞれ配設された複数の発光素子と、前記複数の基体間に配設され、内部に前記基体の主面に平行な方向よりも前記基体の主面に垂直な方向に大きい空孔を有し、基体よりも空孔率が高い断熱部材とを備えている。

本発明の発光装置によれば、複数の基体間に配設され、内部に空孔を有し、基体よりも空孔率が高い断熱部材を備えているため、各基体の熱膨張量の違いによって断熱部材に応力が集中した場合であっても、断熱部材の内部に存在する空孔により、上記の応力を吸収することができる。また、断熱部材の空隙率が基体の空隙率よりも高いため、基体の熱伝導率を高くしつつ、断熱部材の断熱効果を高くすることができる。

以下、本発明の発光装置及び発光装置用基板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、それぞれ主面３ａ〜３ｄを有する複数の基体５ａ〜５ｄと、複数の基体５ａ〜５ｄ間に配設され、内部に空孔７を有し、基体５よりも空孔率が高い断熱部材９とを備えた発光装置用基板１１を具備している。また、各基体５ａ〜５ｄの主面３ａ〜３ｄ上にそれぞれ配設された複数の発光素子１３を具備している。

本実施形態の発光装置１（発光装置用基板１１）は、複数の基体５ａ〜５ｄ間に配設され、内部に空孔７を有し、基体５よりも空孔率が高い断熱部材９を備えていることから、各基体５ａ〜５ｄの熱膨張量の違いによって断熱部材９に応力が集中した場合であっても、断熱部材９の内部に存在する空孔７により、上記の応力を吸収することができる。このように、基体５として複数の種類の部材を用いることなく、断熱部材９に加わる応力を緩和させることができるので、安価に発光装置１（発光装置用基板１１）を製造することができる。

また、本実施形態にかかる発光装置１（発光装置用基板１１）は、断熱部材９の空孔率が基体５の空孔率よりも高い。空孔率が高いほど熱伝導率が低下するため、本実施形態にかかる発光装置１（発光装置用基板１１）は、各基体５ａ〜５ｄ内での熱伝導率を高くしつつも、断熱部材９における熱伝導率を小さくして、各基体５ａ〜５ｄ間における熱の伝達を抑制することができる。これにより、基体５の熱伝導率を高くしつつ、断熱部材９による断熱効果を高くすることができる。

なお、本実施形態において、基体５の主面３（３ａ〜３ｄ）に垂直な断面における断面積に対する空孔７の面積比率を空孔率としている。つまり、基体５の主面３に垂直な方向における断熱部材９の断面積に対する空孔７の面積比率が、基体５の主面３に垂直な方向における基体５の断面積に対する空孔７の面積比率よりも大きい。そのため、基体５の主面３に垂直な方向における基体５及び断熱部材９の断面を評価することにより、空孔率を評価することができる。

断熱部材９の主面に対して垂直な断熱部材の断面において、空孔７は曲面形状であることが好ましい。基体５の熱膨張及び断熱部材９自体の熱膨張に伴い断熱部材９が変形した場合において、空孔７の表面の一部に応力が集中することを抑制できるからである。

また、基体５の主面３に垂直な断熱部材９の断面において、各空孔７を断熱部材９の側面に投影した場合に、側面全体に空孔７が投影されるように空孔７が形成されていることが好ましい。このように空孔７が形成されていることにより、空孔７による熱伝導の阻害効果を高めることができるからである。

基体５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１３に通電すると、発光素子１３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５の強度を向上させつつ、樹脂により発光素子１３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。

断熱部材９としては、熱伝導率の低い部材を用いることが好ましい。具体的には、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、断熱部材９は、基体５を構成する成分の少なくとも一部を含有することが好ましい。これにより、断熱部材９と基体５の接合性を高めることができる。また、断熱部材９として用いる部材と、基体５として用いる部材の熱膨張率を近づけることができるので、断熱部材９と基体５の熱膨張率の差により生じる断熱部材９と基体５の界面に生じる熱応力を小さくすることができる。

発光素子１３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１３は通電部材１５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１５は、基体５の主面３上に配設すればよい。また、基体５に主面３から裏面にかけて孔部を形成し、この孔部を介して基体５の裏面上に通電部材１５を配設してもよい。

また、本実施形態の発光装置１は、基体５、断熱部材９及び発光素子１３上に配設された透光性部材１７を備えている。このような透光性部材１７を備えていることにより、発光素子１３が外気に触れることが抑制されるので、発光素子１３の劣化を抑制することができる。透光性部材１７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、本実施形態の発光装置１（発光装置用基板１１）は、断熱部材９の主面上に配設され、基体５と離隔する反射板１９を更に備えている。このように、断熱部材９の主面上に配設された反射板１９を備えていることにより、断熱部材９の主面に進行する光の反射率を高めることができるので、発光装置１の発光効率を高めることができる。また、反射板１９は、基体５と離隔するように配設されている。そのため、反射板１９を介しての基体５間での熱の伝達を抑制することができる。反射板１９として金属を用いることができるが、反射板１９として金属を用いる場合には、本実施形態が特に有効となる。金属は熱伝導率が高いからである。

また、反射板１９として、高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜とから構成される誘電体多層膜、又は研磨加工するなどして表面の反射率を高めたセラミック部材を用いることもできる。反射板１９として熱伝導率の低い部材を用いる場合には、隣り合う基体５を跨ぐようにして反射板１９を配設してもよい。この場合には、基体５の主面３に進行する光の反射率を高めることができる。

さらに、反射板１９を備えている場合には、反射板１９は、上面が発光素子１３よりも下方に位置することが好ましい。発光素子１３の端面から斜下方向に放射され、発光装置用基板１１の表面に進行する光を、反射板１９で反射させることができるので、発光装置１の発光効率を向上させることができるからである。

次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。

図５に示すように、本実施形態の発光装置１（発光装置用基板１１）は、第１の実施形態と比較して、基体５の主面３に垂直な断面における空孔７の形状が、基体５の主面３に垂直な方向の幅よりも、基体５の主面３に平行な方向の幅が大きい形状であることを特徴とする。本実施形態のように空孔７が横に細長い形状である場合、基体５の熱膨張による断熱部材９への横方向の押圧力に対して断熱部材９が変形しやすくなる。そのため、断熱部材９の耐久性を高める必要がある場合、本実施形態が特に有効となる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明をする。

図６に示すように、本実施形態の発光装置１（発光装置用基板１１）は、第１の実施形態と比較して、基体５の主面３に垂直な断面における空孔７の形状が、基体５の主面３に垂直な方向の幅よりも、基体５の主面３に平行な方向の幅が小さい形状であることを特徴とする。本実施形態のように、空孔７が縦に細長い形状である場合、基体５間の熱の伝導を抑制する効果を高めることができる。そのため、断熱部材９によって基体５間の熱の伝導をより抑制する必要がある場合には、本実施形態が特に有効となる。

次に、本発明の第４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（発光装置用基板１１）は、第１の実施形態と比較して、基体５の主面３に垂直な断面における断熱部材９の空孔７が、上方よりも下方の空孔率が高くなるように分布していることを特徴としている。本実施形態のように、空孔７が分布している場合には、外部基板との接合時に発生する熱応力を緩和させことができる。

次に、本発明の第５の実施形態について説明をする。

図８に示すように、本実施形態の発光装置１（発光装置用基板１１）は、第１の実施形態と比較して、基体５の主面３に垂直な断面における断熱部材９の空孔７が、上方よりも下方の空孔率が低くなるように分布していることを特徴としている。本実施形態のように、空孔７が分布している場合には、断熱部材９から外部基板へ放熱しやすくなるので、断熱部材９の耐久性を高めることができる。

次に、本発明の第６の実施形態について説明をする。

図９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、基体５の主面３上に配設され、発光素子１３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１３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９に示すように、基体５の主面３上であって発光素子１３を取り囲むように位置し、内周面が発光素子１３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。

反射部材２１としては、発光素子１３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について説明する。

図１０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１０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１３が基体５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１３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１０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に示す実施形態にかかる発光装置用基板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。図３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の実施形態にかかる発光装置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斜視図である。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拡大断面図である。本発明の第６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・・・主面
５・・・基体
７・・・空孔
９・・・断熱部材
１１・・・発光装置用基板
１３・・・発光素子
１５・・・通電部材
１７・・・透光性部材
１９・・・反射板
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

それぞれ主面を有する複数の基体と、該複数の基体の主面上にそれぞれ配設された複数の発光素子と、前記複数の基体間に配設され、内部に前記基体の主面に平行な方向よりも前記基体の主面に垂直な方向に大きい空孔を有し、基体よりも空孔率が高い断熱部材とを備えた発光装置。
前記断熱部材の主面上に配設され、前記基体と離隔する反射板を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記反射板は、上面が前記発光素子よりも下方に位置することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
前記断熱部材の主面に対して垂直な前記断熱部材の断面において、前記空孔の縁の形状が曲線を含んだものとなっていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記断熱部材は、前記基体を構成する成分の少なくとも一部を含有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
請求項１〜５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。