JP5334702B2 - 発光装置、および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置、および照明装置に関する。

従来の発光装置は、一般に、基体と、基体上に設けられた発光素子と、発光素子を覆うようにして設けられており、かつ基体と接合する封止部材とを備えている（例えば、特許文献１参照）。なお、この封止部材は、基体の主面と隙間なく接合されている。

特開２００８−４１８４２号公報

しかしながら、上記従来の発光装置においては、次のような問題が生じる可能性があった。すなわち、発光装置の使用時において、発光素子が発光するとともに発熱するため、基体および封止部材がそれぞれ熱膨張し、基体と封止部材との界面に反りが生じて発光装置が変形する、という問題である。これは、基体と封止部材との熱膨張係数がそれぞれ異なることに起因する。発光装置が変形すると、発光装置の発光効率も低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光装置の変形を抑制しつつ、発光効率が向上する発光装置、および照明装置に関する。

上記目的を達成するために本発明における発光装置は、セラミックスから構成される基体と、前記基体上に設けられた発光素子と、前記発光素子を覆うようにして設けられており、かつ前記基体と接合する封止部材とを備えた発光装置であって、前記発光素子と前記基体の外周との間において、前記基体には、前記封止部材と接合する面において前記封止部材と離隔する凹部が形成されている。凹部は、前記基体を平面視した場合において円状に形成されている。

上記目的を達成するために本発明における照明装置は、本発明に係る発光装置と、前記発光装置が載置される載置板と、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部と、を備える。

本発明の発光装置、および照明装置は、発光装置の変形を抑制しつつ、発光効率が向上するという効果を奏する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の一例を示す概略図である。 図２は、図１の発光装置を上面側から見た場合の、当該発光装置を示す平面図である。 図３は、図１および図２中に示した切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した断面図である。 図４は、上記の発光装置を備える照明装置の一例を示す概略図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の一例を示す断面図である。 図６は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置の一例を示す断面図である。 図７は、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明に係る発光装置、および照明装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

[実施の形態１]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置Ｌ１の一例を示す概略図である。図２は、図１の発光装置Ｌ１を上面側から見た場合の、当該発光装置Ｌ１を示す平面図である。図３は、図１および図２中に示した切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した断面図である。図１〜図３に示すように、本実施形態に係る発光装置Ｌ１は、発光素子２、基体３、封止部材４、および蛍光体層５を備えている。

発光素子２は、例えば、ＧａＡｓ，ＧａＮ，またはＡｌＮを主成分とする発光ダイオードから構成される。発光素子２は、通電部材（図示せず）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。ここで、通電部材は、基体３の主面３ｕ上に設けてもよいし、基体３の主面３ｕから裏面３ｄにかけて孔部を形成し、この孔部を介して基体３の裏面３ｄ上に設けてもよい。なお、発光素子２として、光を発生する素子であれば、発光ダイオードに限らず、任意である。

基体３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等のセラミックスから構成される。なお、基体３は、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。この積層体を用いることにより、発光装置Ｌ１の耐久性を向上させることができる。すなわち、発光素子２に通電すると、発光素子２は、発光するとともに発熱する。ここで、樹脂は、セラミックスと比較して弾性変形し易い。このため、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２の発熱により生じる熱応力を緩和することができる。

また、本実施形態においては、基体３の形状は、図１および図２に示すように、円板状であるが、これに限らず、矩形状、正方形状等であってもよい。また、本実施形態においては、基体３を平面視した場合において、基体３の中心部における主面３ｕ上に、発光素子２が設けられている。なお、発光素子２は、基体３上に設けられていれば、本実施形態のように基体３の主面３ｕ上に直接的に設けられていてもよいし、例えば、台座等の載置部を介して基体３の主面３ｕ上に間接的に設けられていてもよい。すなわち、載置部を介して基体３の主面３ｕ上に発光素子２が設けられている場合も、基体３上に発光素子２が設けられている態様である。

封止部材４は、光透過性の高い材料から構成されるのが好ましい。このため、封止部材４は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の透明樹脂から構成される。また、封止部材４は、発光素子２を覆うようにして設けられており、かつ基体３の主面３ｕと接合している。また、本実施形態においては、封止部材４の形状は、半球状であるが、これには特に限定されない。

蛍光体層５は、封止部材４と同様、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の透明樹脂から構成されており、かつ所定の蛍光体が含まれている。蛍光体層５は、発光素子２からの光（一次光）を吸収して外部に二次光を発光する機能を有している。また、本実施形態においては、蛍光体層５は、封止部材４の表面全体に印刷されている。なお、本発明に係る発光装置Ｌ１においては、蛍光体層５は必ずしも設けなくともよい。

ここで、発光素子２と基体３の外周との間において、基体３には、封止部材４と接合する面において封止部材４と離隔する凹部６が形成されている。本実施形態においては、基体３を平面視した場合において、この凹部６は、基体３に円状に形成されているが、これに限定されるものではなく、単なる穴部や切欠部であってもよい。このように、本実施形態に係る発光装置Ｌ１は、封止部材４が基体３に対して部分的に接合していることから、基体３と封止部材４との接合面積をある程度確保しつつ、凹部６において基体３と封止部材４との熱膨張差に起因する熱応力を緩和することができる。つまり、基体３と封止部材４との離隔した部分で、基体３と封止部材４とがそれぞれ変形するため、基体３と封止部材４との界面に集中する応力を分散させることができるからである。これにより、発光装置Ｌ１の変形を抑制することができる。

また、基体３には、上記のような凹部６が形成されていることから、凹部６の上面６ｕ（具体的には、凹部６と封止部材４とが接する面）で、発光素子２からの光を封止部材４側へ反射させることができる。図３では、凹部６の上面６ｕで、発光素子２からの光を封止部材４側へ反射している様子を、矢印にて表している。これにより、発光装置Ｌ１の発光効率を向上することができる。ここで、発光素子２からの光を封止部材４側へ反射させることができれば、凹部６内に樹脂等の部材が充填されていてもよいが、凹部６内は空隙であることが好ましい。

また、本実施形態のように、基体３を平面視した場合において、凹部６は、基体３に円状に形成されていることが好ましい。この場合、基体３を平面視した場合において、発光素子２は、凹部６の略中心に位置することになる。このように凹部６が基体３に円状に形成されていることにより、基体３を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを小さくすることができる。これにより、発光装置Ｌ１の発光効率を向上しつつ、輝度ムラを抑制することができる。

また、本実施形態のように、基体３を平面視した場合において、複数の凹部６（本実施形態では３つ）は、基体３に同心円状に形成されていることが特に好ましい。このように複数の凹部６が基体３に同心円状に形成されていることにより、基体３を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを小さくすることができ、しかも、発光素子２からの光を封止部材４側へより反射させることができる。これにより、発光装置Ｌ１の発光効率をより向上しつつ、輝度ムラを抑制することができる。

なお、基体３を平面視した場合において、発光素子２は、凹部６の略中心に位置する、とは、凹部６の中心に発光素子２が厳密に位置することを意味するものではない。すなわち、凹部６の略中心に発光素子２の一部が位置してもよい。

以上のように、本実施形態に係る発光装置Ｌ１によれば、発光装置Ｌ１の変形を抑制しつつ、発光効率を向上することができる。

図４は、本実施形態に係る発光装置Ｌ１を備える照明装置Ｘの一例を示す概略図である。図４に示すように、照明装置Ｘは、本実施形態に係る発光装置Ｌ１と、発光装置Ｌ１が載置される載置板１１と、発光装置Ｌ１に通電する電気配線１２と、発光装置Ｌ１から出射される光を反射する光反射部１３とを備えている。

載置板１１は、本実施形態に係る発光装置Ｌ１が載置される。ここで、本実施形態に係る照明装置Ｘは、下方を照明するように構成されているため、本実施形態に係る発光装置Ｌ１は、発光素子２が基体３よりも下方に位置するようにして載置板１１上に載置される。また、本実施形態に係る照明装置Ｘは、電気配線１２を通じて発光装置Ｌ１に通電することにより、発光素子２が光を照射する。そして、光反射部１３により、照射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Ｘとして機能する。

ここで、照明装置Ｘは、発光装置Ｌ１を１つ備えていてもよいし、図４に示すように、複数備えていてもよい。また、発光装置Ｌ１が複数備えられている場合には、各々の発光装置Ｌ１を電気配線１２により直列配置してもよいし並列配置してもよい。

以上のように、本実施形態に係る照明装置Ｘは、本実施形態に係る発光装置Ｌ１を備えていることから、上述した発光装置Ｌ１と同様の効果を享受することができる。

[実施の形態２]
図５は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置Ｌ２の一例を示す断面図である。すなわち、本実施形態に係る発光装置Ｌ２は、基体３に代えて基体３１を採用する点において発光装置Ｌ１と異なる。発光装置Ｌ２の他の構成については、発光装置Ｌ１に関して上述したのと同様である。

本実施形態においても、発光素子２と基体３１の外周との間において、基体３１には、封止部材４と離隔する凹部６１を有している。但し、本実施形態に係る発光装置Ｌ２は、発光装置Ｌ１と異なり、基体３１を平面視した場合において、発光素子２から遠い部分に存在する凹部６１の径方向の幅は、発光素子２から近い部分に存在する凹部６１の径方向の幅よりも大きい。本実施形態において、発光素子２から最も近い部分に存在する凹部６１を「第１凹部６１ａ」、発光素子２から最も遠い部分に存在する凹部６１を「第３凹部６１ｃ」、第１凹部６１ａと第３凹部６１ｃとの間に存在する凹部６１を「第２凹部６１ｂ」とする。また、第１凹部６１ａの径方向の幅を「Ｒ_１」、第２凹部６１ｂの径方向の幅を「Ｒ_２」、第３凹部６１ｃの径方向の幅を「Ｒ_３」とするとき、Ｒ_１＜Ｒ_２＜Ｒ_３の不等式を満たすことが好ましい。

ところで、基体３１と封止部材４との界面に作用する応力は、発光素子２に近い中心側よりも発光素子２から遠い端部側が大きくなり易い。このため、本実施形態のように、発光素子２から遠い部分に存在する凹部６１の径方向の幅は、発光素子２から近い部分に存在する凹部６１の径方向の幅よりも大きくすることにより、発光素子２から遠い端部側で大きく作用する応力を十分に緩和することができる。すなわち、発光素子２から遠い端部側における基体３１と封止部材４とが接合している面積は、発光素子２に近い中心側における基体３１と封止部材４とが接合している面積よりも小さいからである。これにより、発光装置Ｌ２の変形を、上述の発光装置Ｌ１と比較して、より抑制することができる。

[実施の形態３]
図６は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置Ｌ３の一例を示す断面図である。すなわち、本実施形態に係る発光装置Ｌ３は、基体３に代えて基体３２を採用する点において発光装置Ｌ１と異なる。発光装置Ｌ３の他の構成については、発光装置Ｌ１に関して上述したのと同様である。

本実施形態においても、発光素子２と基体３２の外周との間において、基体３２には、封止部材４と離隔する凹部６２を有している。但し、本実施形態に係る発光装置Ｌ３は、発光装置Ｌ１と異なり、基体３２を断面視した場合において、発光素子２から遠い部分に存在する凹部６２の深さは、発光素子２から近い部分に存在する凹部６２の深さよりも大きい。本実施形態において、発光素子２から最も近い部分に存在する凹部６２を「第１凹部６２ａ」、発光素子２から最も遠い部分に存在する凹部６２を「第３凹部６２ｃ」、第１凹部６２ａと第３凹部６２ｃとの間に存在する凹部６２を「第２凹部６２ｂ」とする。また、第１凹部６２ａの深さを「Ｆ_１」、第２凹部６２ｂの深さを「Ｆ_２」、第３凹部６２ｃの深さを「Ｆ_３」とするとき、Ｆ_１＜Ｆ_２＜Ｆ_３の不等式を満たすことが好ましい。

本実施形態に係る発光装置Ｌ３によれば、図６に示す矢印（熱の経路を示す矢印）で記載のように、発光素子２から発せられる熱は、凹部６２の下側の基体３２を伝わって、速やかに、発光装置Ｌ３が載置されるべき載置板へ放熱されることになる。また、言い換えるならば、本実施形態に係る発光装置Ｌ３は、発光素子２から発せられる熱を、載置板へ導くことが可能となる。このため、本実施形態に係る発光装置Ｌ３は、放熱効果が向上するので、上述の発光装置Ｌ１と比較して、発光装置Ｌ３の変形をより抑制することができる。

[実施の形態４]
図７は、本発明の第４の実施形態に係る発光装置Ｌ４の一例を示す断面図である。すなわち、本実施形態に係る発光装置Ｌ４は、基体３に代えて基体３３を採用する点において発光装置Ｌ１と異なる。発光装置Ｌ４の他の構成については、発光装置Ｌ１に関して上述したのと同様である。

本実施形態においても、発光素子２と基体３３の外周との間において、基体３３には、封止部材４と離隔する凹部６３を有している。但し、本実施形態に係る発光装置Ｌ４は、発光装置Ｌ１と異なり、基体３３には、凹部６３と外部とが連通する連通孔５１が形成されている。

基体３３に上記のような連通孔５１が形成されているので、凹部６３内の空気等を外部へ逃がすことが可能となる。すなわち、凹部６３内には、基体３３と封止部材４との接合時に発生するガスや発光素子２の発熱により暖められた空気等が存在する。このようなガスや空気が凹部６３内に蓄積されていくと、基体３３と封止部材４との界面に反りが生じて発光装置Ｌ４が変形する原因となる。このため、本実施形態のように、基体３３に上記のような連通孔５１が形成されていれば、凹部６３内の空気等を外部へ逃がすことが可能となる。これにより、本実施形態に係る発光装置Ｌ４は、上述の発光装置Ｌ１と比較して、発光装置Ｌ４の変形をより抑制することができる。

なお、上記では、本発明の第１の実施形態に係る発光装置Ｌ１を備えた照明装置Ｘの例について説明したが、発光装置Ｌ１に代えて、本発明の第２の実施形態に係る発光装置Ｌ２、本発明の第３の実施形態に係る発光装置Ｌ３、あるいは、本発明の第４の実施形態に係る発光装置Ｌ４を採用してもよい。

また、本発明の第２の実施形態に係る発光装置Ｌ２と、本発明の第３の実施形態に係る発光装置Ｌ３とを組み合わせた発光装置を採用してもよい。具体的には、基体を平面視した場合において、発光素子から遠い部分に存在する凹部の径方向の幅は、発光素子から近い部分に存在する凹部の径方向の幅よりも大きく、かつ、基体を断面視した場合において、発光素子から遠い部分に存在する凹部の深さは、発光素子から近い部分に存在する凹部の深さよりも大きい態様となる発光装置である。またこれと同様に、発光装置Ｌ２と発光装置Ｌ４とを組み合わせた発光装置、発光装置Ｌ３と発光装置Ｌ４とを組み合わせた発光装置、あるいは、発光装置Ｌ２〜Ｌ４を組み合わせた発光装置を採用してもよい。このように、上記にて説明した態様を各種組み合わせることにより、様々な発光装置を実現することができる。

すなわち、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。つまり、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以上のように、本発明は、発光装置の変形を抑制しつつ、発光効率が向上する発光装置、または照明装置として有用である。

Ｌ１〜Ｌ４ 発光装置
Ｘ 照明装置
２ 発光素子
３，３１〜３３ 基体
４ 封止部材
６，６１〜６３ 凹部（非接合部）
１１ 載置板
１２ 電気配線
５１ 連通孔

Claims (8)

1. セラミックスから構成される基体と、前記基体上に設けられた発光素子と、前記発光素子を覆うようにして設けられており、かつ前記基体と接合する封止部材とを備えた発光装置であって、
   前記発光素子と前記基体の外周との間において、前記基体には、前記封止部材と接合する面において前記封止部材と離隔する凹部が、前記基体を平面視した場合において円状に形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記凹部により前記基体と前記封止部材との間には空隙が存在する、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記基体を平面視した場合において、前記発光素子は、前記凹部の略中心に位置している、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記基体を平面視した場合において、複数の前記凹部は、前記基体に同心円状に形成されている、請求項３に記載の発光装置。
5. 前記基体を平面視した場合において、前記発光素子から遠い部分に存在する前記凹部の径方向の幅は、前記発光素子から近い部分に存在する前記凹部の径方向の幅よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記基体を断面視した場合において、前記発光素子から遠い部分に存在する前記凹部の深さは、前記発光素子から近い部分に存在する前記凹部の深さよりも大きい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記基体には、前記凹部と外部とが連通する連通孔が形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置と、
   前記発光装置が載置される載置板と、
   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部と、を備えた、照明装置。

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