JP5407116B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、搭載部上の発光素子がガラスにより封止される発光装置に関する。

従来から、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子をエポキシ系、シリコーン系等の透光性樹脂材料で封止した発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、搭載部としての基板上に発光素子としてのＬＥＤチップが実装され、これらがエポキシ樹脂からなる透光性樹脂材料により覆われる発光装置が開示されている。特許文献１によれば、透光性樹脂材料の上部面を投光面とし、透光性樹脂材料の側面に金属からなる反射層を形成するとされている。発光素子の封止に用いられる樹脂材料とガラス材料を比較すると、ガラス材料の屈折率は樹脂材料に比して高い傾向にあり、封止材の形状が同じであるならば、ガラス材料の方が発光素子からの光取り出し効率が高くなる。

ガラス封止材料を用いた発光装置としては、ホットプレス加工により板ガラスを発光素子が搭載された基板に接合することで、発光素子のガラス封止を実現したものが本願発明者らにより提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の発光装置は、複数の発光素子を板ガラスにより一括して封止した後、基板とともにガラスをダイサー等により切断することにより製造される。
特開２００７−５８０１号公報 国際公開ＷＯ２００４／０８２０３６号パンフレット

ところで、特許文献２には、ガラス封止部から出射される光を導光板等の特定の部材へ入射させる構造について開示されていない。ガラス封止材料を用いた発光装置の実用化にあたり、ガラス封止部から出射される光を導光板等へ効率良く入射させるべく、本願発明者らは鋭意研究を重ねていた。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガラス封止部から出射される光を導光板等へ効率良く入射させることのできる発光装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、前記発光素子を搭載する搭載部と、前記搭載部上にて前記発光素子を封止するガラス封止部と、を有する発光装置であって、前記ガラス封止部は、光を取り出す第１の面と、光を取り出す面とはならない、凹凸が形成された第２の面とを含み、前記ガラス封止部よりも屈折率が低い透光性媒体の層を前記第２の面に接して配置されるとともに、金属反射板を前記第２の面に沿って前記第２の面と密着せずに配置され、前記発光素子から出射される光のうち前記第２の面へ入射する光を前記第２の面と前記透光性媒体の層の界面にて前記第１の面へ向かって反射し、前記第２の面と前記透光性媒体の層との界面にて反射せずに前記透光性媒体の層へ進入した光を前記金属反射板にて前記第１の面へ向かって反射する発光装置が提供される。

この発光装置によれば、発光素子から放射された光のうち、ガラス封止部の光を取り出す面とはならない第２の面へ入射するものについては、ガラス封止部と透光性媒体の界面にて反射の条件が成立する入射角であれば、当該界面にて全て反射する。界面反射では、反射時における光学的なロスはほとんどない。界面にて反射の条件が成立しない入射角であれば、光はガラス封止部と透光性媒体との界面にて反射せずに、透光性媒体へ進入して金属反射部にて反射する。
これにより、ガラス封止部の第２の面において、界面反射により光学的なロスがないよう光を反射させ、ガラス封止部の光を取り出す第１の面から光を取り出すことができる。また、ガラス封止部と透光性媒体の界面で反射しなかった光の成分については、金属反射部にて反射させることにより、ガラス封止部の第１の面から光が取り出される。

上記発光装置において、前記光を取り出す第１の面は、前記ガラス封止部を直方体にしたときの上面又は少なくとも１つの側面であり、前記光を取り出す面とはならない第２の面は、前記ガラス封止部を直方体にしたときの前記上面又は少なくとも１つの側面を除いた面であり、前記直方体の側面は、ダイサーカットにより凹凸が形成されていてもよい。

上記発光装置において、前記搭載部が実装されるメタルベース基板を有することが好ましい。

上記発光装置において、前記搭載部と前記金属反射部とは、前記発光素子から生じた熱が前記搭載部を介して前記金属反射部へ伝わるように接続されていることが好ましい。

上記発光装置において、前記ガラス封止部の外面における他部の領域から出射された光が入射する導光板を有することが好ましい。

本発明によれば、ガラス封止部から出射される光を導光板等へ効率良く入射させることができる。

図１は本発明の第１の実施形態を示す発光装置の概略断面図である。

図１に示すように、この発光装置１は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料からなる発光素子としてのＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２を搭載する搭載部としての素子搭載基板３と、素子搭載基板３に形成されＬＥＤ素子２へ電力へ供給するための回路パターン４と、ＬＥＤ素子２を素子搭載基板３上にて封止するガラス封止部６と、ガラス封止部６の外面における一部の領域と間隔をおいて形成された金属反射部５と、ガラス封止部６と金属反射部５との間に介在する空気層７と、ＬＥＤ素子２と素子搭載基板３との間に設けられる中空部１１と、を備えている。ＬＥＤ素子２と、素子搭載基板３と、回路パターン４と、ガラス封止部６と、によりガラス封止ＬＥＤ１０を構成している。

発光素子としてのＬＥＤ素子２は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる成長基板の表面に、III族窒化物系半導体をエピタキシャル成長させることにより、バッファ層と、ｎ型層と、ＭＱＷ層と、ｐ型層とがこの順で形成されている。このＬＥＤ素子２は、７００℃以上でエピタキシャル成長され、その耐熱温度は６００℃以上であり、後述する低融点の熱融着ガラスを用いた封止加工における加工温度に対して安定である。また、ＬＥＤ素子２は、ｐ型層の表面に設けられるｐ側電極と、ｐ側電極上に形成されるｐ側パッド電極と、を有するとともに、ｐ型層からｎ型層にわたって一部をエッチングすることにより露出したｎ型層に形成されるｎ側電極を有する。ｐ側パッド電極とｎ側電極には、それぞれＡｕバンプ２８が形成される。

ＬＥＤ素子２は、厚さ１００μｍで３４６μｍ角に形成されており、熱膨張率は７×１０^−６／℃である。ここで、ＬＥＤ素子２のＧａＮ層の熱膨張率は５×１０^−６／℃であるが、大部分を占めるサファイアからなる成長基板の熱膨張率が７×１０^−６／℃であるため、ＬＥＤ素子２本体の熱膨張率は成長基板の熱膨張率と同等となっている。尚、各図においてはＬＥＤ素子２の各部の構成を明確にするために実寸と異なるサイズで各部を示している。ｐ側電極とｎ側電極に電圧を印加すると、ＬＥＤ素子２のＭＱＷ層からは、ピーク波長が例えば４６０ｎｍの青色光が放出される。

素子搭載基板３は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の多結晶焼結材料からなり、厚さ０．２５ｍｍで１．０ｍｍ角に形成されており、熱膨張率αが７×１０^−６／℃である。図１に示すように、素子搭載基板３の回路パターン４は、基板表面に形成されてＬＥＤ素子２と電気的に接続される表面パターン４１と、基板裏面に形成されて外部端子と接続可能な裏面パターン４２と、を有している。表面パターン４１は、ＬＥＤ素子２の電極形状に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｇ層４ｃと、を含んでいる。裏面パターン４２は、後述する外部接続端子４４に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｕ層４ｄと、を含んでいる。表面パターン４１と裏面パターン４２は、素子搭載基板３を厚さ方向に貫通するビアホール３ａに設けられＷからなるビアパターン４３により電気的に接続されている。外部接続端子４４はアノード側とカソード側で１つずつ設けられる。各外部接続端子４４は、素子搭載基板３に平面視にて対角に配されている。

ガラス封止部６は、ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５−Ｎａ_２Ｏ−Ｌｉ_２Ｏ系の熱融着ガラスからなる。尚、ガラスの組成はこれに限定されるものではなく、例えば、熱融着ガラスは、Ｌｉ_２Ｏを含有していなくてもよいし、任意成分としてＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等を含んでいてもよい。図１に示すように、ガラス封止部６は、素子搭載基板３上に直方体状に形成され、素子搭載基板３からの厚さが０．５ｍｍとなっている。ガラス封止部６の側面６ａは、ホットプレス加工によって素子搭載基板３と接着された板ガラスが、素子搭載基板３とともにダイサー(dicer)でカットされることにより形成される。また、ガラス封止部６の上面６ｂは、ホットプレス加工によって素子搭載基板３と接着された板ガラスの一面である。この熱融着ガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４９０℃で、屈伏点（Ａｔ）が５２０℃であり、ＬＥＤ素子２のエピタキシャル成長層の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が十分に低くなっている。また、熱融着ガラスの１００℃〜３００℃における熱膨張率（α）は６×１０^−６／℃である。熱膨張率（α）は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を超えるとこれより大きな数値となる。これにより、熱融着ガラスは約６００℃で素子搭載基板３と接合し、ホットプレス加工が可能となっている。また、ガラス封止部６の熱融着ガラスの屈折率は１．７である。

また、ガラス封止部６に蛍光体８が分散されている。蛍光体８は、ＭＱＷ層２３から発せられる青色光により励起されると、黄色領域にピーク波長を有する黄色光を発する黄色蛍光体である。本実施形態においては、蛍光体８としてＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体が用いられる。蛍光体８は、平均粒径は１０μｍであり、ガラス封止部６内に２．２重量％含有されている。尚、蛍光体８は、珪酸塩蛍光体や、ＹＡＧと珪酸塩蛍光体を所定の割合で混合したもの等であってもよい。

尚、熱融着ガラスの組成は、ガラス転移温度（Ｔｇ）がＬＥＤ素子２の耐熱温度よりも低く、熱膨張率（α）が素子搭載基板３と同等であれば任意である。ガラス転移温度が比較的低く、熱膨張率が比較的小さいガラスとしては、例えば、ＺｎＯ−ＳｉＯ_２−Ｒ_２Ｏ系（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ等のＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種）のガラス、リン酸系のガラス及び鉛ガラスが挙げられる。これらのガラスでは、ＺｎＯ−ＳｉＯ_２−Ｒ_２Ｏ系のガラスが、リン酸系のガラスに比して耐湿性が良好で、鉛ガラスのように環境的な問題が生じることがないので好適である。

図２は発光装置の平面図である。
金属反射部５はガラス封止部６の側面６ａと間隔をおいて配置され、金属反射部５とガラス封止部６との間に空気層７が形成されている。空気層７の空気は、ガラス封止部６と金属反射部５との間に配置された透光性媒体である。空気は、屈折率が１．０であることから、ガラス封止部６よりも屈折率が低くなっている。本実施形態においては、図２に示すように、金属反射部５は、４つの側面６ａ全てと一定の間隔をおいて配置され、ガラス封止ＬＥＤ１０を取り囲むよう形成されている。具体的に、金属反射部５は、ガラス封止部６の側面６ａと平行に形成された厚さ０．０１ｍｍのアルミ箔からなり、支持体９により支持されている。尚、支持体９の構成は任意であり、各図中には支持体９を仮想線で示している。

この発光装置１の製造方法について、以下に説明する。
ビアホール３ａが形成された素子搭載基板３を用意し、素子搭載基板３の表面に回路パターンに応じてＷペーストをスクリーン印刷する。次いで、Ｗペーストを印刷された素子搭載基板３を１０００℃余で熱処理することによりＷを素子搭載基板３に焼き付け、さらに、Ｗ上にＮｉめっきを施し、表面側についてはＡｇめっき、裏面側についてはＡｕめっきを施すことで回路パターン４を形成する。

次に、素子搭載基板３の回路パターン４の表面パターン４１に複数のＬＥＤ素子２を各Ａｕバンプ２８によって電気的に接合する。本実施形態においては、ｐ側２点、ｎ側１点の合計３点のバンプ接合が施される。

そして、各ＬＥＤ素子２を実装した素子搭載基板３を下金型、板状の熱融着ガラスを上金型にセットする。この板状の熱融着ガラスには、予め蛍光体を分散させておく。下金型及び上金型にはそれぞれヒータが配置され、各金型で独立して温度調整される。次いで、各金型を移動させて略平坦な素子搭載基板３の表面（実装面）に板状の熱融着ガラスを重ね、下金型及び上金型を加熱しながら加圧することにより、窒素雰囲気中でホットプレス加工を行う。これにより、ＬＥＤ素子２が搭載された素子搭載基板３に板状の熱融着ガラスが接合され、ＬＥＤ素子２は素子搭載基板３上で熱融着ガラスにより封止される。ホットプレス加工は、各部材に対して不活性な雰囲気中で行えばよく、窒素雰囲気の他に例えば真空中で行うようにしてもよい。この結果、熱融着ガラスは素子搭載基板３とこれらに含まれる酸化物を介して接合される。

以上の工程で、複数の発光装置１が横方向に連結された状態の中間体が作製される。この後、ガラス封止部６と一体化された素子搭載基板３をダイサー(dicer)にセットして、各ＬＥＤ素子２を分割するようダイシングする。尚、各ＬＥＤ素子２の分割方法は任意であり、例えばレーザを用いて分割するようにしてもよい。この後、ガラス封止部６と間隔をおいて金属反射部５を配置することにより、発光装置１が完成する。

以上のように構成された発光装置１では、回路パターン４を通じてＬＥＤ素子２に電圧が印加されると、ＬＥＤ素子２から青色光が発せられる。そして、青色光の一部は蛍光体８により黄色に変換され、青色と黄色の組合せによる白色光が装置から取り出される。図３は、ＬＥＤ素子から発せられる光の経路の一例を示す説明図である。この発光装置１によれば、図３に示すように、ＬＥＤ素子２から出射した光のうちガラス封止部６の側面６ａへ入射するものについては、ガラス封止部６と空気層７との界面にて上面６ｂへ向かって反射する。ガラス封止部６と空気層７との界面が凹凸等が形成されていない理想的な平面であるならば、図３中の実線の矢印で示すように側面６ａへ入射した光は全て反射する。これは、ガラス封止部６の屈折率よりも空気層７の屈折率が低いことにより、当該界面にて全反射の条件が成立しているからである。界面反射においては、光学的なロスはほとんどない。

ここで、ガラス封止部６の表面には、ホットプレス加工、中間体の分割加工等により、凹凸が形成されている。この凹凸は、ダイサーカットにより形成された表面であれば顕著に生じるが、例えレーザカットにより加工したとしても、程度の差はあるものの必ず生じることとなる。これにより、ガラス封止部６と空気層７の界面へ入射する光の一部は、図３中の破線で示すように、当該界面にて反射しないで空気層７内へ進入する。そして、空気層７へ進入した光は、金属反射部５の表面にて反射する。金属反射部５の表面では、表面の金属材料の反射率に依存して光が反射することとなる。従って、空気層７へ進入した光についても、金属反射部５によってガラス封止部６の上面６ｂへ向かって反射される。

このように、本実施形態の発光装置１によれば、ガラス封止部６と空気層７の界面における反射を利用して、ガラス封止部６の外面における一部の領域（４つの側面６ａ）へ入射する光について、ガラス封止部６の外面における他部の領域（上面６ｂ）から光を取り出すことができる。また、ガラス封止部６と空気層７の界面から空気層７へ入射した光についても、ガラス封止部６の上面６ｂ側から光を取り出すことができる。そして、ガラス封止部６の上面６ｂから出射される光を導光板等へ効率良く入射させることができる。

また、ガラス封止部６としてＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５−Ｎａ_２Ｏ−Ｌｉ_２Ｏ系の熱融着ガラスを用いたので、ガラス封止部６の安定性及び耐候性を良好とすることができる。従って、発光装置１が過酷な環境下等で長期間にわたって使用される場合であっても、ガラス封止部６の劣化が抑制され、光取り出し効率の経時的な低下を効果的に抑制することができる。さらに、ガラス封止部６が高屈折率でかつ高透過率特性のため、高信頼性と高発光効率の両立を実現できる。

透明樹脂等の樹脂材料は、多少なりとも弾力を有することから、金属反射部を押し付けると密着する。しかし、ガラスは金属反射部を押し付けても変形は殆ど生じないことから、介在する空気層が無くなることはなく、空気層を有した状態を保つ。このため、光反射性を有した支持体、あるいは支持体を介して金属反射部がガラス封止ＬＥＤに加圧されて保持されても、光学的な効果を保つことができる。

また、ガラスでは、透明樹脂材料では困難なｎ＝１．６以上の屈折率を選択でき、ＬＥＤ素子として、ＧａＮ基板等の発光層と同じ屈折率部材へのＧａＮエピタキシャル成長層としたものを選択することで。ＬＥＤ素子内で発せられた光を効率良くガラスへ入射させることができる。そして、ガラスの屈折率ｎが１．６以上であることによって、ガラス内に光が封じ込めがちになるものを、極力ガラス−空気界面の全反射を用い、金属反射ロスを軽減しながら、導光板へ光結合させることができる。つまり、ＬＥＤ素子内で発した光を効率良く導光板に入射して伝送させることができる。

また、ガラスは、熱伝導率が透明樹脂に対して１０倍以上優れることから、ガラスと接している金属反射部や支持体を介して放熱を図ることができる。

素子搭載基板３の表面パターン４１は、ビアパターン４３により裏面パターン４２に引き出されるので、ガラスが不必要な箇所へ入り込むことや、電気端子が覆われること等への特別な対策を要することなく、製造工程を簡略化できる。また、板状のガラスを複数のＬＥＤ素子２に対して一括封止加工できるので、ダイサーカットにより複数の発光装置１を容易に量産することができる。なお、熱融着ガラスは高粘度状態で加工されるため、樹脂のように封止材料の流れ出しに対して充分な対策をとる必要はなく、ビアホールによらなくても外部端子が裏面に引き出されていれば充分に量産対応可能である。

また、ＬＥＤ素子２をフリップ実装とすることで、ガラス封止ＬＥＤ１０を例えば０．５ｍｍ角として、発光装置１全体を小型とすることができる。これは、ワイヤのボンディングスペースが不要で、かつ、熱膨張率部材が同等のガラス封止部６と素子搭載基板３とが選択されるとともに、化学結合に基づく強固な接合によって、わずかなスペースでの接着でも界面剥離が生じないことによる。

さらに、ＬＥＤ素子２とガラス封止部６の熱膨張率が同等であるので、素子搭載基板３を含めた部材の熱膨張率が同等となり、ガラス封止における高温加工と常温との温度差においても内部応力は極めて小さく、クラックを生じることのない安定した加工性が得られる。また、内部応力を小にできるので、耐衝撃性が向上し、信頼性に優れる発光装置１となる。

また、ガラス封止部６と一体化された素子搭載基板３をダイサー等で分割することにより、小型で多数個を一括生産でき、廉価で量産性に優れたガラス封止ＬＥＤ１０とすることができる。

さらにまた、アルミナからなる素子搭載基板３を用いることで、部材コストの低減を図れるとともに入手が容易であることから、量産性および装置コストの低減を実現できる。また、アルミナが熱伝導性に優れているので、大光量化、高出力化に対して余裕のある構成とできるし、アルミナが光吸収が小さいことから光学的にも有利である。

尚、第１の実施形態では、ＬＥＤ素子２としてＧａＮ系半導体材料からなるものを用いた発光装置１を説明したが、ＬＥＤ素子はＧａＮ系のＬＥＤ素子２に限定されず、例えばＺｎＳｅ系やＳｉＣ系のように他の半導体材料からなる発光素子であってもよい。また、ＬＥＤ素子２は、青色領域にピーク波長を有するものでなくとも、例えば、紫外領域、緑色領域、赤色領域等にピーク波長を有するものであってもよい。また、ガラス封止部６に蛍光体８が含有されず、ＬＥＤ素子２から放出された光の全てが波長変換されることなく取り出されるものであってもよい。

図４は本発明の第２の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。尚、以下の説明においては、既述した要素と同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図４に示すように、発光装置１０１は、第１の実施形態にて説明したガラス封止ＬＥＤ１０と、ガラス封止ＬＥＤ１０におけるガラス封止部６の上面６ｂと光学的に接続される導光板１１０と、ガラス封止ＬＥＤ１０へ電力を供給するメタルベース基板１２０と、ガラス封止ＬＥＤ１０におけるガラス封止部６の側面６ａと間隔をおいて配置される金属反射部１０５と、ガラス封止ＬＥＤ１０のガラス封止部６と金属反射部１０５との間に介在する空気層１０７と、金属反射部１０５を支持するとともにアルミベース基板１２０と接続される支持体１３０と、を備えている。

導光板１１０は、一定の厚さの平板状に形成され、ガラス封止ＬＥＤ１０のガラス封止部６の光が入射する入射端面１１１を有する。導光板１１０は、透明樹脂から形成され、例えば、屈折率が１．５の透明アクリル樹脂から形成される。導光板１１０は、表面１１２及び裏面１１３が、ガラス封止部６の側面６ａと面一となるようにガラス封止部６と接続されている。導光板１１０の入射端面１１１は平坦に形成されており、ガラス封止部６の上面６ｂと当接している。入射端面１１１から光が入射されると、導光板１１０は表面１１２及び裏面１１３にて面状に発光する。

図５は本発明の第２の実施形態を示す発光装置の概略横断面図である。
メタルベース基板１２０は、メタル板１２１と、メタル板１２１上に形成された絶縁層１２２と、絶縁層１２２上に形成された回路パターン１２３と、を有している。メタル板１２１は例えばアルミニウム、銅等の金属からなり、メタルベース基板１２０は、ガラスエポキシ基板のような樹脂ベース基板よりも、ガラス封止ＬＥＤ１０の放熱性能に優れている。メタルベース基板１２０は、一定の幅方向寸法及び一定の厚さ寸法で、導光板１１０の入射端面１１１と平行に延びて配置される。メタルベース基板１２０と導光板１１０の入射端面１１１との間には、複数のガラス封止ＬＥＤ１０が介在している。図５に示すように、各ガラス封止ＬＥＤ１０は、互いに間隔をおいて、メタルベース基板１２０の延在方向に並んでいる。

絶縁層１２２は、絶縁材料であれば特に材料が限定されるものではないが、例えば無機フィラーを含有するエポキシ樹脂とすると、ガラス封止ＬＥＤ１０にて生じる熱をアルミニウム板１２１への伝熱性能が向上して望ましい。回路パターン１２３は、導電性の金属からなり、本実施形態においては銅により形成されている。回路パターン１２３は、はんだ材からなるバンプ１４０を介して、ガラス封止部６の外部接続端子４４と接続されている。

支持体１３０は、平板状に形成され、導光板１１０の表面１１２側と裏面１１３側から、導光板１１０の入射端面１１１側と、ガラス封止ＬＥＤ１０と、メタルベース基板１２０と、を導光板１１０の厚さ方向外側から覆っている。支持体１３０は、銅からなり、メタルベース基板１２０の幅方向外側に接続され、ガラス封止ＬＥＤ１０及び導光板１１０と間隔をおいて配置されている。支持体１３０の材質は任意であるが、ガラス封止ＬＥＤ１０にて生じる熱は、メタルベース基板１２０を介して支持体１３０にも伝わることから、熱伝導率が比較的高い金属が好ましい。

支持体１３０のガラス封止ＬＥＤ１０側及び導光板１１０側の表面には、金属反射部１０５が形成されている。金属反射部１０５は、薄膜状のアルミニウムからなる。金属反射部１０５は、例えば真空蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成法により支持体１３０の表面上に堆積させて形成することもできるし、例えばアルミ箔テープを支持体１３０の表面に接着させて形成することもできる。この金属反射部１０５とガラス封止部６の間に空気層１０７が介在している。また、金属反射部１０５は、ガラス封止ＬＥＤ１０の外側のみならず、導光板１１０の外側にわたって連続的に形成されている。

以上のように構成された発光装置１０１では、メタルベース基板１２０を通じて各ガラス封止ＬＥＤ１０に電力が供給されると、各ガラス封止部６の上面６ｂから白色光が出射され、入射端面１１１を介して導光板１１０へ白色光が入射し、導光板１１０の表面１１２及び裏面１１３が面状に発光する。この発光装置１０１においては、ガラス封止部６と空気層１０７の界面における反射を利用してガラス封止部６の上面６ｂから光が取り出され、空気層７へ入射した光についても上面６ｂ側から光が取り出されるので、より多くの光を導光板１１０へ入射させ、導光板１１０における発光強度を従来よりも格段に向上させることができる。

また、金属反射部１０５が導光板１１０の入射端面１１１側の外側に配置されていることから、導光板１１０の入射端面１１１側にて外側へ放射された光を、金属反射部１０５により覆われていない領域にまで導くことができる。従って、導光板１１０にて照明等の利用に供される領域の発光強度を増大させることができる。

また、ＬＥＤ素子２の封止材がガラスであることから、封止材が樹脂である場合のようにＬＥＤ素子２にて生じる熱等により封止材が劣化することはなく、封止材の劣化を考慮することなくＬＥＤ素子２に比較的大きな電流を流すことができる。これによっても、導光板１１０における発光強度を向上させることができる。
ＬＥＤ素子２に樹脂封止時よりも大きな電流を流した場合、ＬＥＤ素子２にて生じる熱も大きくなる。しかし、この熱を素子搭載基板３を介してメタルベース基板１２０へ放散することができるので、十分な放熱性を確保することができる。さらに、メタルベース基板１２０に支持体１３０が接続されているので、支持体１３０へも熱を放散することができ、実用に際して極めて有利である。

図６は本発明の第３の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
図６に示すように、この発光装置２０１は、各ガラス封止ＬＥＤ２１０に蛍光体８が含有されておらず、各ガラス封止ＬＥＤ２１０と導光板１１０の入射端面１１１との間に蛍光体層２５０が設けられている。また、各ガラス封止ＬＥＤ２１０のＬＥＤ素子２０２からは紫外光が放出され、蛍光体層２５０には紫外光を青色光、緑色光及び赤色光に変換する３種類の蛍光体２０８が含有されている。すなわち、この発光装置２０１は、各ガラス封止ＬＥＤ２１０から放出された紫外光を青色、緑色及び赤色に変換することにより、白色光を生成するものである。

図７は本発明の第３の実施形態を示す発光装置の概略横断面図である。
図７に示すように、蛍光体層２５０は、導光板１１０の入射端面１１１の全ての領域を覆い、入射端面１１１上に一定の厚さで形成されている。蛍光体層２５０は、透光性の材料に蛍光体２０８を分散させて構成されている。蛍光体層２５０をなす透光性材料として、アクリル樹脂、ガラス等を用いることができる。蛍光体層２５０は、その屈折率が、ガラス封止部６の屈折率以下で、かつ、導光板１１０の屈折率以上であることが望ましい。

図６に示すように、メタルベース基板１２０のメタル板１２１は、ガラス封止ＬＥＤ２１０の実装面と反対側に延びるよう形成される。この発光装置２０１においては、メタル板１２１は銅スラグからなり、ガラス封止ＬＥＤ２１０にて生じた熱が伝達される。また、金属反射部２０５は厚さ１．０ｍｍのアルミ板であり、一対の金属反射部２０５が導光板１１０の厚さ方向外側からメタルベース基板１２０及び導光板１１０を挟み込むようになっている。各金属反射部２０５とガラス封止ＬＥＤ２１０とは接触せず、ガラス封止ＬＥＤ２１０との間には空気層２０７が介在している。

この発光装置２０１では、メタルベース基板１２０を通じて各ガラス封止ＬＥＤ２１０に電力が供給されると、各ガラス封止部６の上面６ｂ及び側面６ａから紫外光が出射され、蛍光体層２５０にて蛍光体２０８により波長変換されて白色光となる。そして、入射端面１１１を介して導光板１１０へ白色光が入射し、導光板１１０の表面１１２及び裏面１１３が面状に発光する。この発光装置１０１においては、蛍光体層２５０が導光板１１０の入射端面１１１に全面的に形成されているので、各ガラス封止ＬＥＤ２１０から放出された紫外光は全て蛍光体層２５０を介して導光板１１０へ入射することとなり、紫外光を青色、緑色及び赤色に的確に波長変換することができる。

図８は本発明の第４の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
図８に示すように、この発光装置３０１では、導光板３１０がガラス封止ＬＥＤ１０よりも厚く形成されている。導光板３１０は、板状に形成され、互いに平行な表面３１２及び裏面３１３と、ガラス封止部６の側面６ａと接続される入射端面３１１を有している。入射端面３１１は、導光板３１０の厚さ方向がガラス封止部６と等しくなるよう形成され、入射端面３１１と表面３１２及び裏面３１３とは湾曲面３１４により接続されている。湾曲面３１４は、図８に示す断面において、ガラス封止ＬＥＤ１０を頂点とする放物線の軌跡を描いている。これにより、入射端面３１１から導光板３１０へ入射した光のうち、湾曲面３１４へ入射した光については、湾曲面３１４にて反射して導光板３１０の表面３１２及び裏面３１３と平行な光となる。

また、金属反射部３０５は、予め成形された厚さ０．０１ｍｍのアルミニウム箔からなり、メタルベース基板１２０、ガラス封止ＬＥＤ１０及び導光板３１０と所定の間隔をおいて配置されている。これにより、ガラス封止ＬＥＤ１０のガラス封止部６と金属反射部３０５との間には空気層３０７が介在している。金属反射部３０５は、メタルベース基板１２０とは接続されず、図示しない支持体により支持されている。

この発光装置３０１によっても、導光板３１０における発光強度を従来よりも格段に向上させることができる。このように、導光板３１０の形状、金属反射部３０５の形状等を適宜変更することが可能である。

図９は本発明の第５の実施形態を示す発光装置の概略横断面図である。この発光装置４０１は、導光板４１０が第２の実施形態の発光装置１０１と異なっている。

図９に示すように、この発光装置４０１では、導光板４１０の入射端面４１１が、各ガラス封止ＬＥＤ１０におけるガラス封止部６の上面６ｂと当接する当接部４１１ａと、複数の当接部４１１ａの間にてメタルベース基板１２０側へ突出する突出部４１１ｂと、を有している。各突出部４１１ｂは、各ガラス封止ＬＥＤ１０間の中間部分にて最も突出し、図９の断面にて当接部４１１ａの端部から最も突出する部分まで直線状に形成されている。この発光装置４０１によれば、各ガラス封止ＬＥＤ１０から側方へ出射された光を導光板４１０へ直接入射させることができる。

図１０は本発明の第６の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
この発光装置５０１は、前述のガラス封止ＬＥＤ１０と、ガラス封止ＬＥＤ１０におけるガラス封止部６の１つの側面６ａと光学的に接続される導光板５１０と、ガラス封止ＬＥＤ１０へ電力を供給するメタルベース基板１２０と、ガラス封止部６における導光板５１０と接続された側面６ａを除く他の側面６ａ及び上面６ｂと間隔をおいて配置される金属反射部５０５と、ガラス封止部６と金属反射部５０５との間に介在する光透過層５０７と、を備えている。

導光板５１０は、入射端面５１１がガラス封止部６の側面６ａと素子搭載基板３の側面とに当接し、入射端面５１１から光が入射すると、表面５１２及び裏面５１３が面状に発光する。導光板５１０の裏面５１３の入射端面５１１側は、メタルベース基板１２０におけるガラス封止ＬＥＤ１０の実装面と当接している。また、導光板５１０の表面５１２は、ガラス封止部６の上面６ｂと面一に形成されている。

光透過層５０７は、屈折率が１．５の透光性のアクリル樹脂からなり、ガラス封止ＬＥＤ１０の上面６ｂ及び３つの側面６ａに加え、素子搭載基板３の導光板５１０と反対側を覆っている。光透過層５０７は、内面がガラス封止部６の側面６ａ及び上面６ｂに密着し、一定の厚さで形成されている。また、光透過層５０７は、外面が金属反射部５０５により覆われている。これにより、金属反射部５０５と、メタルベース基板１２０の回路パターン１２３、バンプ１４０及びガラス封止ＬＥＤ１０の外部接続端子４４等との絶縁が図られている。尚、光透過層５０７は、ガラス封止部６のガラスより屈折率が低く、絶縁性及び透光性を有していれば、アクリル樹脂以外の樹脂を用いたり、例えばＳｉＯ_２のような樹脂以外の材料を用いてもよい。

金属反射部５０５は、光透過層５０７の外側に密着して形成される。金属反射部５０５は、例えば真空蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成方法により樹脂層５０７の外面上に堆積させて直接形成することもできるし、例えば金属泊テープを樹脂層５０７の外面上に接着させて形成することもできる。

本実施形態の発光装置５０１によれば、ＬＥＤ素子２から出射した光のうち、光透過層５０７で覆われたガラス封止部６の各側面６ａ及び上面６ｂへ入射するものについては、ガラス封止部６と光透過層５０７との界面にて、導光板５１０と接続された側面６ａへ向かって反射する。ここで、光透過層５０７の屈折率はガラス封止部６の屈折率よりも低いことから、これらの界面において全反射の条件が成立している。

ここで、ガラス封止部６の表面には、ホットプレス加工、中間体の分割加工等により、凹凸が形成されている。これにより、ガラス封止部６と光透過層５０７の界面へ入射する光の一部は、当該界面にて反射しないで光透過層５０７内へ進入する。そして、光透過層５０７へ進入した光は、金属反射部５０５の表面にて反射する。金属反射部５０５の表面では、表面の金属材料の反射率に依存して光が反射することとなる。従って、光透過層５０７へ進入した光についても、金属反射部５０５によって導光板５１０と接続された側面６ａへ向かって反射される。

このように、本実施形態の発光装置５０１によれば、ガラス封止部６と光透過層５０７の界面における反射を利用してガラス封止部６の１つの側面６ａから光を取り出すことができる。また、ガラス封止部６と光透過層５０７の界面から光透過層５０７へ入射した光についても、ガラス封止部６の側面６ｂから光を取り出すことができる。

また、金属反射部５０５がアクリル樹脂からなる光透過層５０７の外面に形成されているので、金属反射部５０５の形成が簡単容易である。

図１１は本発明の第７の実施形態を示すガラス封止ＬＥＤの概略断面図である。
図１１に示すように、このガラス封止ＬＥＤ６０２は、複数のＬＥＤ素子２０２が一の素子搭載基板３に所定方向へ一列に並んで搭載されている。複数のＬＥＤ素子２０２と、素子搭載基板３と、回路パターン４と、ガラス封止部６と、によりガラス封止ＬＥＤ６０２は構成されている。そして、ガラス封止ＬＥＤ６０２には、素子搭載基板３の裏面側の延在方向両端側に外部接続端子４４が形成され、素子搭載基板３の裏面側の延在方向中央側に放熱パターン６１５が形成されている。

図１２は本発明の第７の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
図１２に示すように、この発光装置６０１では、導光板６１０とガラス封止ＬＥＤ６０２との間に、蛍光体層２５０及び光接続部６６０が介在している。蛍光体層２５０は、第３の実施形態と同様のものであり、ガラス封止ＬＥＤ６０２のガラス封止部６の上面６ｂに蛍光体層２５０が形成されている。導光板６１０はガラス封止ＬＥＤ６０２及び蛍光体層２５０よりも厚い板状に形成され、導光板６１０と蛍光体層２５０の間に光接続部６６０が配置されている。

光接続部６６０は、例えばエポキシ系、シリコーン系の樹脂からなり、導光板６１０の入射端面６１１と密着する出射端面６６１と、導光板６１０の表面６１２及び裏面６１３と面一に形成される表面６６２及び裏面６６３と、表面６６２及び裏面６６３からガラス封止部６及び蛍光体層２５０の界面まで形成される湾曲面６６４と、を備えている。湾曲面６６４は、図１２に示す断面において、ガラス封止ＬＥＤ２１０を頂点とする放物線の軌跡を描いている。これにより、ガラス封止ＬＥＤ２１０から蛍光体層２５０を介して光り接続部６６０へ入射した光のうち、湾曲面６６４へ入射した光については、湾曲面６６４にて反射して光接続部６６０の表面６６２及び裏面６６３と平行な光となって出射端面６６１へと向かう。尚、本実施形態においては、蛍光体層２５０が光接続部６６０の内部へ突出した構造となっている。

ガラス封止ＬＥＤ６０２の放熱パターン６１５は、導光板６１０と反対方向へ延びる放熱用の銅スラグ６２１に接続される。銅スラグ６２１は、ガラス封止ＬＥＤ６０２、光接続部６６０及び導光板６１０の入射端面６１１側を、空気層６０７を介して覆う金属反射部６０５と接続されている。金属反射部６０５は、アルミニウムからなり、内面がガラス封止ＬＥＤ６０２、光接続部６６０及び導光板６１０に沿った形状を呈し、外面が略平坦に形成される。金属反射部６０５は、例えば、アルミニウム材の押し出し成形等により形成されており、アルミニウム箔等に比して比較的高い剛性及び強度を有している。

図１３は、本発明の第７の実施形態を示す発光装置の概略横断面図である。
図１３に示すように、複数のガラス封止ＬＥＤ６０２が、ガラス封止ＬＥＤ６０２の延在方向について間隔をおいて並べられている。銅スラグ６２１は、各ガラス封止ＬＥＤ６０２の放熱パターン６１５とそれぞれ接続され、各ガラス封止ＬＥＤ６０２側へ突出する複数の突出部６２１ａを有している。すなわち、銅スラグ６２１は、放熱パターン６１５においてのみ各ガラス封止ＬＥＤ６０２と接触している。各ガラス封止ＬＥＤ６０２は、隣接するガラス封止ＬＥＤ６０２とフレキシブル基板６２０により電気的に接続される。具体的に、フレキシブル基板６２０は、隣接するガラス封止ＬＥＤ６０２の外部接続端子６４４を接続する。

以上のように構成された発光装置６０１では、フレキシブル基板６２０を通じて各ガラス封止ＬＥＤ６０２に電力が供給されると、各ガラス封止ＬＥＤ６０２から紫外光が出射され、蛍光体層２５０にて蛍光体２０８により波長変換されて白色光となる。そして、光接続部６６０を介して導光板６１０へ白色光が入射し、導光板６１０の表面６１２及び裏面６１３が面状に発光する。この発光装置６０１においては、蛍光体層２５０が光接続部６６０の入射側に全面的に形成されているので、各ガラス封止ＬＥＤ６０２から放出された紫外光は全て蛍光体層２５０を介して光接続部６６０へ入射することとなり、紫外光を青色、緑色及び赤色に的確に波長変換することができる。

このとき、ガラス封止部６と空気層６０７の界面における反射を利用してガラス封止部６の上面６ｂから光を取り出すことができる。また、ガラス封止部６と空気層６０７の界面から空気層６０７へ入射した光についても、金属反射部６０５の反射を利用して、ガラス封止部６の上面６ｂ側から光を取り出すことができる。さらに、光接続部６６０においても、空気層６０７との界面における反射を利用するとともに、金属反射部６０５の反射を利用して、導光板６１０へ光を入射させることができる。

また、この発光装置６０１では、複数のＬＥＤ素子２が一の素子搭載基板３に搭載されているため、一のＬＥＤ素子２が一の素子搭載基板３に搭載されている場合と比べて大きな発熱を生じることとなるが、放熱パターン６１５を通じて銅スラグ６２１へ熱を放散することができる。さらに、銅スラグ６２１に接続されたアルミニウムからなる金属反射部へも熱が放散されるので、十分な放熱性能が確保されている。

尚、前記各実施形態においては、金属反射部としてアルミニウムを用いたものを例示したが、金属反射部の材質はこれに限定されず、例えば金、銀、ロジウム等であってもよい。また、金属反射部の形状も適宜変更が可能であり、要は、金属反射部とガラス封止部との間に透光性媒体が配置されていればよい。

また、前記各実施形態において、例えば図１４及び図１５に示すように、ガラス封止部６の全体に樹脂コート７０７が施されたガラス封止ＬＥＤ７１０を用いるようにしてもよい。図１４には、第１の実施形態にて説明したガラス封止ＬＥＤ１０のガラス封止部６に樹脂コート７０７を施し、樹脂コート７０７の側面に金属反射部５を形成した発光装置７０１を示す。透光性媒体としての樹脂コート７０７は、ガラス封止部６よりも屈折率が低いものが選択される。尚、この発光装置７０１のガラス封止部６には蛍光体は含有されていない。また、図１５には、ガラス封止ＬＥＤ７１０の樹脂コート７０７の上面に導光板１１０を接続し、素子搭載基板３をメタルベース基板１１２に実装して構成した発光装置８０１を示す。

また、前記各実施形態において、ガラス封止部６が直方体形状を呈するものを示したが、ガラス封止部の形状はこれに限定されるものではなく、例えば半球形状を呈するものであってもよいことは勿論である。さらに、例えばガラス封止部６に拡散粒子を含有させてもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能である。

本発明の第１の実施形態を示す発光装置の概略断面図である。 発光装置の平面図である。 ＬＥＤ素子から発せられる光の経路の一例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 発光装置の概略横断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 発光装置の概略横断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 本発明の第５の実施形態を示す発光装置の概略横断面図である。 本発明の第６の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。 本発明の第７の実施形態を示すガラス封止ＬＥＤの概略断面図である。 発光装置の概略縦断面図である。 発光装置の概略横断面図である。 変形例を示す発光装置の概略断面図である。 変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。

符号の説明

１…発光装置
２…ＬＥＤ素子
３…素子搭載基板
５…金属反射部
６…ガラス封止部
６ａ…側面
６ｂ…上面
７…空気層
１０…ガラス封止ＬＥＤ
１０１…発光装置
１０５…金属反射部
１０７…空気層
１１０…導光板
２０１…発光装置
２０２…ＬＥＤ素子
２０５…金属反射部
２０７…空気層
３０１…発光装置
３０５…金属反射部
３０７…空気層
３１０…導光板
４０１…発光装置
４１０…導光板
５０１…発光装置
５０５…金属反射部
５０７…光透過層
５１０…導光板
６０１…発光装置
６０２…ガラス封止ＬＥＤ
６０５…金属反射部
６０７…空気層
６１０…導光板
６６０…光接続部
７０１…発光装置
７０７…樹脂コート
７１０…ガラス封止ＬＥＤ
８０１…発光装置

Claims (5)

1. 発光素子と、
   前記発光素子を搭載する搭載部と、
   前記搭載部上にて前記発光素子を封止するガラス封止部と、を有する発光装置であって、
   前記ガラス封止部は、光を取り出す第１の面と、光を取り出す面とはならない、凹凸が形成された第２の面とを含み、前記ガラス封止部よりも屈折率が低い透光性媒体の層を前記第２の面に接して配置されるとともに、金属反射板を前記第２の面に沿って前記第２の面と密着せずに配置され、
   前記発光素子から出射される光のうち前記第２の面へ入射する光を前記第２の面と前記透光性媒体の層の界面にて前記第１の面へ向かって反射し、前記第２の面と前記透光性媒体の層との界面にて反射せずに前記透光性媒体の層へ進入した光を前記金属反射板にて前記第１の面へ向かって反射する発光装置。
2. 前記光を取り出す第１の面は、前記ガラス封止部を直方体にしたときの上面又は少なくとも１つの側面であり、
   前記光を取り出す面とはならない第２の面は、前記ガラス封止部を直方体にしたときの前記上面又は少なくとも１つの側面を除いた面であり、
   前記直方体の側面は、ダイサーカットにより凹凸が形成されている請求項１記載の発光装置。
3. 前記搭載部が実装されるメタルベース基板を有する請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記搭載部と前記金属反射板とは、前記発光素子から生じた熱が前記搭載部を介して前記金属反射板へ伝わるように接続されている請求項３に記載の発光装置。
5. 前記ガラス封止部の前記光を取り出す第１の面から出射された光が入射する導光板を有する請求項３または４に記載の発光装置。

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