JP6108794B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。より詳細には、本発明は、半導体発光素子を有する発光装置に関する。

表示装置及び照明装置として、半導体発光素子である発光ダイオード（Light-Emitting Diode、ＬＥＤ）を発光素子として使用する発光装置が広く使用されている。発光ダイオードを有する発光装置は、発光ダイオードを透明な樹脂モールドで封止することにより形成されている。封止された発光ダイオードは、ワイヤーボンディング又はフリップチップ実装によりプリント基板に実装されている。

特許文献１には、透明又は半透明のシリコーン等のカプセル材で複数の発光素子を封止し、カプセル部材の外面に反射コーティングを塗布する技術が記載されている。特許文献１に記載される技術では、複数の発光素子から照射される光を反射コーティングでランダムに反射することにより、複数の発光素子から照射される光を均一に混合することができる。

しかしながら、発光ダイオードから照射される光の光束を大きくするために、発光ダイオードの消費電力を増加させると、発光ダイオードから発熱される発熱量が、樹脂モールドから放熱される放熱量を超えるおそれがある。また、発光ダイオードでは、発光ダイオードの温度が上昇すると、発光ダイオードから照射される光の全光束が低下して、発光ダイオードの発光効率が低下することが知られている。このような問題を解決するため、発光ダイオードを封止する封止部材として、樹脂モールドよりも高い放熱特性を有する部材を採用することが検討されている。

特許文献２及び３には、液体を半導体発光装置の封止部材として採用する技術が記載されている。特許文献２に記載されている発光ダイオードパッケージは、発光ダイオードチップの封止部材として、液状の冷媒を使用するものである。特許文献２に記載されている発光ダイオードパッケージでは、発光素子層が積層されるサファイア基板は、窓板部材に面するよう配置されている。一方、特許文献３に記載されるＬＥＤアレーヘッドは、ＬＥＤチップの封止部材として、絶縁性の液体物質を使用するものである。特許文献３に記載されるＬＥＤアレーヘッドでは、ＬＥＤチップは、ハンダバンプにより透明基板上にフリップチップ実装され、液体物質とともにシール材で密封されている。

特開２００６−１２１０８３号公報 特開２００８−４６８９号公報 実公平７−２１３２９号公報

特許文献２に記載される発光ダイオードパッケージでは、発光ダイオードチップは、照射される光量が比較的少ないサファイア基板が、光が外部に照射される窓板部材に面するよう配置される。このため、特許文献２に記載される発光ダイオードパッケージでは、発光ダイオードパッケージの発光効率が低くなる。

一方、特許文献３に記載されるＬＥＤアレーヘッドでは、ＬＥＤチップの発光部が、ＬＥＤアレーヘッドの外部に光が照射される透明基板に面するように実装されるものの、液体物質はシール材で密封されている。一般に、シール材は反射率が低いため、特許文献３に記載されるＬＥＤアレーヘッドでは、ＬＥＤチップから側面及び背面に照射される光の多くが照射されない。このため、特許文献３に記載されるＬＥＤアレーヘッドの発光効率を高くすることは容易ではない。

また、特許文献３に記載されるＬＥＤアレーヘッドは、ＬＥＤプリンタで使用されることを想定しているため、発光部から照射された光の一部を透明基板からスペーサ及びレンズを介して照射するものである。特許文献３に記載されるＬＥＤアレーヘッドでは、透明基板の全面から光が照射されないので、発光効率を高くすることは更に容易ではない。

そこで、本発明は、半導体発光素子を有する発光装置において、発光効率が高い発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子から照射される光を透過可能であって、半導体発光素子がフリップチップ実装された窓板部材と、半導体発光素子を冷却するための冷却溶液と、冷却溶液を、窓板部材と共同してその内部に封止する封止容器と、封止容器において、窓板部材が配置される面と異なる何れかの面に設けられた実装用の電極と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る発光装置では、封止容器を形成する封止容器材料は、アルミニウム、若しくはアルミニウム又は銀でめっき加工された銅を含むことが好ましい。

封止容器材料の内面が、反射率が高いアルミニウム又は銀で形成されることによって、半導体発光素子から照射される光を反射して、窓板部材を介して半導体発光素子の外部に照射することができるので、発光装置の発光効率を向上させることができる。

また、封止容器材料が熱伝導率が高いアルミニウム又は銅を含むことによって、半導体発光素子から発熱された熱は、冷却溶液、封止容器及び実装基板によって形成される熱伝導路を介して放熱できるので、発光装置の放熱特性が向上する。発光装置の放熱特性が向上されることにより、発光装置の発光効率を更に向上させることができる。

さらに、本発明に係る発光装置では、封止容器の内面に凹凸部が形成されることが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、凹凸部は冷却溶液を対流させることが好ましい。

封止容器の内面に凹凸部が形成されることにより、冷却溶液をランダムに攪拌させることができる。冷却溶液がランダムに攪拌されることにより、発光装置の放熱特性を更に向上させることができる。

さらに、本発明に係る発光装置では、凹凸部はフレネルレンズ状の形状を有することが好ましい。

凹凸部が封止容器の窓板部材に対向する面に形成され、フレネルレンズ状の形状を有することにより、半導体発光素子から窓板部材と反対側に照射された光の反射光の多くを、半導体発光素子の外部に直接照射させることができる。

凹凸部が窓板部材の半導体発光素子を実装する面に形成され、フレネルレンズ状の形状を有することにより、凹凸部に入射された光を、所望の方向に屈折させて照射させることができる。

本発明に係る発光装置によれば、半導体発光素子から照射される光の多くを半導体発光素子の外部に照射させることができるので、発光装置の発光効率を向上させることが可能になった。

また、本発明に係る発光装置によれば、半導体発光素子の熱を冷却溶液、封止容器及び実装基板によって形成される熱伝導路を介して放熱できるので、発光装置の発光効率を更に向上させることが可能になった。

（ａ）は、発光ダイオードの温度と発光ダイオードから照射される光の全光束との関係を概略的に示す図であり、（ｂ）は、発光ダイオードに印加される電流と発光ダイオードから照射される光の全光束との関係を概略的に示す図である。 発光装置の一例の斜視図である。 図２に示す発光装置の一断面の断面図である。 図２に示す発光装置の他の断面の断面図である。 （ａ）は、図２に示す発光装置の発光状態を示す図であり、（ｂ）は、図２に示す発光装置の放熱状態を示す図である。 （ａ）は、発光装置の他の例の一断面の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す発光装置の他の断面の断面図である。 （ａ）は、図６に示す発光装置の発光状態を示す図であり、（ｂ）は、図６に示す発光装置の放熱状態を示す図である。 （ａ）は、発光装置の他の例の一断面の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す発光装置の他の断面の断面図である。 （ａ）は、図８に示す発光装置の発光状態を示す図であり、（ｂ）は、図８に示す発光装置の放熱状態を示す図である。 発光装置の他の例の一断面の断面図である。 発光装置の他の例の一断面の断面図である。

以下図面を参照して、本発明に係る発光装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１（ａ）は一定電流が印加される発光ダイオードの温度と発光ダイオードから照射される光の全光束との関係を概略的に示す図であり、図１（ｂ）は発光ダイオードに印加される電流と発光ダイオードから照射される光の全光束との関係を概略的に示す図である。図１（ｂ）において、破線は従来の発光装置の特性を示す曲線であり、実線は良好な放熱特性を有する発光装置の特性を示す曲線である。

図１（ａ）に示すように、発光ダイオードから照射される光の全光束は、電流値が一定の電流が発光ダイオードに印加されている場合でも、発光ダイオードの温度の上昇に従って徐々に低下する。発光ダイオードの温度が上昇する要因には、外的要因及び内的要因の２つの要因がある。外的要因は、発光ダイオードの周囲の環境温度等の要因である。内的要因は、発光ダイオードに印加される電流の電流値を上げることによる温度上昇等の要因である。

発光ダイオードの温度が上昇すると、発光ダイオードから照射される光の全光束が減少する。発光ダイオードの温度が上昇したときに、発光ダイオードから照射される光の全光束を維持するためには、発光ダイオードに印加される電流の電流値を大きくすることが求められる。しかしながら、上記の内的要因で示されるように、発光ダイオードに印加される電流の電流値が大きくなると、発光ダイオードの温度が上昇する。発光ダイオードに印加される電流の電流値が大きくなり、発光ダイオードの温度が上昇すると、同一の電流値で発光ダイオードから照射される光の全光束が減少する。

発光ダイオードの発光効率は、発光ダイオードから照射される光の全光束と発光ダイオードで消費される消費電力との比率で示される。このため、発光ダイオードから照射される光の全光束を維持するために発光ダイオードに印加される電流値を増加させると、発光ダイオードの発光効率が低下することになる。

発光ダイオードの放熱特性を向上させることにより、同一の電流値を印加したときの発光ダイオードの温度上昇が抑制され、発光ダイオードの発光効率が低下することを防止できる。すなわち、発光ダイオードの放熱特性を向上させることにより、図１（ｂ）の矢印ａで示されるように、電流値が同一の電流を発光ダイオードに印加したときに、発光ダイオードから照射される光の全光束が増加することになる。また、発光ダイオードの放熱特性を向上させることにより、図１（ｂ）の矢印ｂで示されるように、同一の全光束を得るために、発光ダイオードに印加される電流の電流値が小さくなる。

そこで本発明では、発光効率に搭載される発光ダイオードの放熱特性を向上させることにより、発光効率が高い発光装置を提供することを目的とする。

図２は発光装置１の斜視図であり、図３は発光装置１のＡ−Ａ´断面における垂直断面図であり、図４は発光装置１のＢ−Ｂ´断面図である。

発光装置１は、発光ダイオード１０と、バンプ１５と、窓板部材２０と、封止容器２２と、冷却溶液３０と、給電部４０とを有し、実装基板１００に実装される。

発光ダイオード１０は、サファイア基板である基板１１と、基板１１の上に形成された半導体層１３とを有する。半導体層１３は、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを含み、基板１１の一方の面に形成される。半導体層１３は、バンプ１５を介して所定のしきい値電圧以上の電圧が印加されると発光を開始する。

発光ダイオード１０は、上方向、側面方向及び下方向の全ての方向に対して光を照射する。発光ダイオード１０から下方向に照射される光の光束は、基板１１を介して照射されるため、発光ダイオード１０から他の方向に照射される光の光束よりも小さくなる。また、発光ダイオード１０から下方向に照射される光は、基板１１と冷却溶液３０との界面において、基板１１及び冷却溶液３０それぞれの透磁率及び誘電率により規定される屈折率で屈折する。

バンプ１５は、金で形成される接合部材であり、発光ダイオード１０と窓板部材２０とを接合するとともに、発光ダイオード１０の半導体層１３に電力を供給する。バンプ１５は、半導体層１３を介して基板１１と対向するように配置される。

窓板部材２０は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide、酸化インジウムスズ）による電極を有するガラスからなる矩形の板面部材である。窓板部材２０は、発光ダイオードの半導体層１３から上方向に照射される光を直接透過するとともに、発光ダイオードの半導体層１３から他の方向に照射された光の反射光を透過する。

封止容器２２は、アルミニウムからなり、４つの側壁部２２ａ〜２２ｄと、底面部２２ｅとを有し、窓板部材２０と共同して冷却溶液３０をその内部に封止する。封止容器２２の４つの側壁部２２ａ〜２２ｄはそれぞれ、矩形の壁部であり、側壁部２２ａ〜２２ｄの側辺はそれぞれ、隣接して配置される側壁部２２ａ〜２２ｄの側辺と直角を成して接するように配置される。底面部２２ｅは、矩形の壁部であり、４つの側壁部２２ａ〜２２ｄの底辺にそれぞれ直角を成して接するように配置される。封止容器２２は、対応する形状を有する金型を使用して、プレス成形される。

封止容器２２の４つの側壁部２２ａ〜２２ｄの底面部２２ｅに接する底辺と対向する辺はそれぞれ、窓板部材２０の発光ダイオード１０が実装された面の端部に不図示の接合部材を介して接合される。接合部材は、側壁部２２ａ〜２２ｄと窓板部材２０との間の接合部が強固に接合されるように選択される。

冷却溶液３０は、窓板部材２０及び封止容器２２によって封止されており、発光ダイオード１０で発熱された熱を封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄ及び底面部２２ｅに伝導する液状の冷却媒体である。冷却溶液３０は、フッ素系不活性液体である。フッ素系不活性液体は、絶縁物であり、且つ発光ダイオード１０及びバンプ１５などを形成する材料に対して不活性な液体である。

給電部４０は、電極４１及び４２と、配線４３〜４６とを有する。電極４１及び４２はそれぞれ、窓板部材と反対側の底面に設けられ、実装基板１００上に形成される不図示の電源供給部と接続される実装用の電極である。配線４３及び４４はそれぞれ、銅からなる導電部と、導電部の周囲に配置される絶縁物で形成される外皮部とを有する。配線４３及び４４はそれぞれ、封止容器２２の側壁部２２ｃ及び２２ａの外面上に配置され、一端が電極４１及び４２にそれぞれ接続され、他端が配線４５及び４６にそれぞれ接続される。配線４５及び４６はそれぞれ、ＩＴＯからなり、窓板部材２０の発光ダイオード１０が実装された面と反対の面に配置される。配線４５及び４６はそれぞれ、一端が配線４３及び４４にそれぞれ接続され、他端が窓板部材２０に形成される孔及び電極を介してバンプ１５にそれぞれ接続される。

実装基板１００は、発光ダイオード１０及び不図示の他の電子部品を搭載するための導電パターンが表面に形成されたガラスコンポジット基板である。

図５（ａ）は、発光装置１の発光状態を示す図である。図５（ａ）において、破線矢印は、発光装置１の発光ダイオード１０から照射される光の進路を示す。図５（ａ）において、説明を簡単にするため、給電部４０は省略されている。

発光ダイオード１０の半導体層１３の上面は、光を透過する窓板部材２０にバンプ１５を介して面している。このため、発光ダイオード１０の半導体層１３の上面から照射された光は、窓板部材２０から発光装置１の外部に直接照射される。

一方、発光ダイオード１０の半導体層１３の下面は、一面に亘り基板１１と接している。このため、発光ダイオード１０の半導体層１３の下面から照射される光の光束は、発光ダイオード１０の半導体層１３の上面窓板部材２０から照射される光の光束よりも小さくなる。発光ダイオード１０の半導体層１３の下面から照射される光は、封止容器２２の内面を反射して、窓板部材２０から発光装置１の外部に照射される。したがって、発光装置１では、発光ダイオード１０の半導体層１３から照射される光の多くを窓板部材２０から発光装置１の外部に照射することができる。

図５（ｂ）は、発光装置１の放熱状態を示す図である。図５（ｂ）において、破線矢印は、発光装置１の発光ダイオード１０から照射される熱の伝導路を示す。図５（ｂ）において、説明を簡単にするため、給電部４０は省略されている。

発光ダイオード１０で発生した熱の第１の伝導路は、バンプ１５、窓板部材２０及び封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄを介して実装基板１００に達する経路である。また、発光ダイオード１０で発生した熱の第２の伝導路は、冷却溶液３０及び封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄ又は底面部２２ｅを介して実装基板１００に達する経路である。

発光ダイオード１０が発熱しているとき、発光ダイオード１０の近傍に位置する冷却溶液３０の温度と、封止容器２２の近傍に位置する冷却溶液３０の温度との間で温度差が生じる。このため、封止容器２２の内部で冷却溶液３０は対流し、発光ダイオード１０で発生した熱の第２の伝導路を介する放熱効果は向上する。

図６（ａ）は発光装置２の垂直断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す発光装置２のＣ−Ｃ´断面図である。図６（ａ）及び６（ｂ）において、説明を簡単にするため、給電部４０は省略されている。

発光装置２は、封止容器２２の底面部２２ｅの内面上に凹凸部５０が形成されることが、図２〜５を参照して説明された発光装置１と相違する。

凹凸部５０は、アルミニウムからなり、封止容器２２の他の部分とともに一体成形される。凹凸部５０は、凹型フレネルレンズ状の形状を有し、斜面が発光ダイオード１０の方向に向くように形成される。凹凸部５０の断面は、斜面が発光ダイオード１０の方向に向くように配置された略直角三角形の形状が連続して配置された形状になる。また、凹凸部５０を発光ダイオード１０の方向から見ると、複数の同心円が配置された形状になる。

凹凸部５０が凹型フレネルレンズ状の形状を有することにより、発光ダイオード１０から照射された光が直接入射したときに、入射した光を窓板部材２０の平面に略垂直の方向に反射することができる。

図７（ａ）は、発光装置２の発光状態を示す図である。図７（ａ）において、破線矢印は、発光装置２の発光ダイオード１０から照射される光の進路を示す。図７（ａ）において、説明を簡単にするため、給電部４０は省略されている。

発光ダイオード１０の半導体層１３の上面から照射された光は、窓板部材２０から発光装置２の外部に直接照射される。

一方、発光ダイオード１０の半導体層１３の下面から照射される光は、凹凸部５０に入射し、窓板部材２０の平面に略垂直の方向に反射されて、窓板部材２０から発光装置２の外部に照射することができる。発光装置２では、発光ダイオード１０の半導体層１３の下面から照射された光の多くを、封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄ等の封止容器２２の内壁に再度反射させることなく、窓板部材２０から発光装置２の外部に照射することができる。

図７（ｂ）は、発光装置２の放熱状態を示す図である。図７（ｂ）において、破線矢印は発光装置２の発光ダイオード１０から照射される熱の伝導路を示し、実線矢印は冷却溶液３０が対流する方向を示す。図７（ｂ）において、説明を簡単にするため、給電部４０は省略されている。

発光装置２の発光ダイオード１０で発生した熱の伝導路は、図３〜５を参照して説明した発光装置１の発光ダイオード１０で発生した熱の伝導路と同様である。すなわち、第１の伝導路は、バンプ１５、窓板部材２０及び封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄを介する経路であり、第２の伝導路は、冷却溶液３０及び封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄ又は底面部２２ｅを介する経路である。

発光ダイオード１０が発熱しているとき、封止容器２２の内部で冷却溶液３０は対流する。発光装置２では、対流する冷却溶液３０が凹凸部５０に衝突して、対流する方向がランダムに変化して、乱流が発生する。これにより、発光装置２では、封止容器２２の内部の冷却溶液３０の攪拌効果が向上して、発光ダイオード１０で発生した熱の第２の伝導路を介する放熱効果が更に向上する。

図８及び９を参照して、発光装置の他の例である発光装置３について説明する。

図８（ａ）は発光装置３の垂直断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す発光装置３のＤ−Ｄ´断面図である。図８（ａ）及び８（ｂ）において、説明を簡単にするため、給電部４０は省略されている。

発光装置３は、窓板部材２０の発光ダイオード１０を実装する面に凹凸部５２が形成されることが、図２〜５を参照して説明された発光装置１と相違する。

凹凸部５２は、ガラスからなり、窓板部材２０の他の部分とともに一体成形される。凹凸部５２は、凸型フレネルレンズ状の形状を有し、斜面が発光ダイオード１０と反対の方向に向くように形成される。凹凸部５２の断面は、斜面が発光ダイオード１０と反対の方向に向くように配置された直角三角形が連続して配置された形状になる。また、凹凸部５２を封止容器２２の底面部２２ｅ方向から見ると、円心部に配置された発光ダイオード１０の周りに複数の同心円が配置された形状になる。

図９（ａ）は、発光装置２の発光状態を示す図である。図９（ａ）において、破線矢印は、発光装置３の発光ダイオード１０から照射される光の進路を示す。図９（ａ）及び９（ｂ）において、説明を簡単にするため、給電部４０は省略されている。

発光ダイオード１０の半導体層１３の上面から照射された光は、窓板部材２０から発光装置２の外部に直接照射される。

一方、発光ダイオード１０の半導体層１３の下面から照射される光の多くは、封止容器２２の底面部２２ｅ及び２２ａ〜２２ｄで反射して、凹凸部５２に入射する。凹凸部５２に入射した光は、凹凸部５２により屈折されて、窓板部材２０の平面に略垂直の方向に照射される。

凹凸部５２が凸型フレネルレンズ状の形状を有することにより、封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄから発光ダイオード１０に向かう光が凹凸部５２に入射したときに、略鉛直の方向に進む光が、窓板部材２０から発光ダイオードの外部に照射される。すなわち、凹凸部５２は、封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄから発光ダイオード１０に向かう光を窓板部材２０に略垂直の方向に屈折する。例えば、発光ダイオード１０の下面から照射された光が、封止容器２２の底面部２２ｅ及び側壁部２２ａ〜２２ｄに反射した後に凹凸部５２に入射したときに、窓板部材２０に略垂直の方向に進む光が、窓板部材２０から発光ダイオードの外部に照射される。また、凹凸部５２は、封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄから発光ダイオード１０に向かう光だけでなく、封止容器２２の底面部２２ｅの周辺部分から発光ダイオード１０に向かう光を発光ダイオードの外部に照射できる。

図９（ｂ）は、発光装置３の放熱状態を示す図である。図９（ｂ）において、破線矢印は発光装置３の発光ダイオード１０から照射される熱の伝導路を示し、実線矢印は冷却溶液３０が対流する方向を示す。

発光装置３の発光ダイオード１０で発生した熱の伝導路は、図３〜５を参照して説明した発光装置１の発光ダイオード１０で発生した熱の伝導路と同様である。すなわち、第１の伝導路は、バンプ１５、窓板部材２０及び封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄを介する経路であり、第２の伝導路は、冷却溶液３０及び封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄ又は底面部２２ｅを介する経路である。

発光ダイオード１０が発熱しているとき、封止容器２２の内部で冷却溶液３０は対流する。発光装置３では、対流する冷却溶液３０が凹凸部５２に衝突して、対流する方向がランダムに変化して、乱流が発生する。これにより、発光装置３では、封止容器２２の内部の冷却溶液３０の攪拌効果が向上して、発光ダイオード１０で発生した熱の第２の伝導路を介する放熱効果が更に向上する。

発光装置１〜３は、発光ダイオード１０が半導体層１３を介して基板１１と対向するように配置された接合部材によって窓板部材２０に接合されるので、発光効率が高い面から照射される光を発光装置１〜３の外部に直接照射できる。また、半導体層１３の下面から基板１１を介して照射された光の多くは、封止容器２２の内面を反射して発光装置１〜３の外部に照射できる。したがって、発光装置１〜３は、発光効率を向上させることができる。

発光装置１〜３では、発光ダイオード１０で発生した熱は、冷却溶液３０及び封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄ又は底面部２２ｅを介して実装基板１００に達する伝導路を介して放熱されるので、発光ダイオード１０の温度上昇を抑制できる。このため、発光装置１〜３は、発光効率を更に向上させることができる。

発光装置２は、凹凸部５０を有するので、半導体層１３の下面から基板１１を介して照射され、凹凸部５０に入射する光の多くの反射光を、更に他に面に反射させることなく、発光装置２の外部に窓板部材２０を介して照射できる。

また、発光装置２は、凹凸部５０を有するので、冷却溶液３０をランダムに攪拌させることにより、発光装置２の放熱特性を更に向上させることができる。

発光装置３は、凹凸部５２を有するので、凹凸部５２に入射された光を、所望の方向に屈折させて照射させることができる。

また、発光装置３は、凹凸部５２を有するので、冷却溶液３０をランダムに攪拌させることにより、発光装置３の放熱特性を更に向上させることができる。

発光装置１〜３の発光ダイオード１０は、窓板部材２０の略中央部に配置されるが、窓板部材２０の面内のいずれの位置に配置されてもよい。また、発光装置１〜３には、それぞれ単一の発光ダイオード１０が搭載されるが、複数の発光ダイオードを搭載してもよい。例えば、発光装置には、赤色の光を発光する第１ダイオード、緑色の光を発光する第２ダイオード及び青色の光を発光する第３ダイオードの３つの発光ダイオードが搭載されてもよい。

また、発光装置１〜３の発光ダイオード１０の基板１１は、サファイア基板であるが、光を透過する他の材料で形成される基板としてもよい。

また、発光装置１〜３の発光ダイオード１０と窓板部材２０との間を接合するバンプ１５は、金で形成される接合部材であるが、銅及びニッケル等の他の金属又は金、銅及びニッケル等の金属を含む合金で形成される接合部材としてもよい。また、バンプ１５の代わりに、導電性ペースト等の他の結合部材を採用してもよい。

また、発光装置１〜３の窓板部材２０は、ＩＴＯを有するガラスからなる板面部材であるが、光を透過し、且つ発光ダイオード１０の発熱による変形及び経年劣化を生じない材料により形成される板面部材としてもよい。

また、発光装置１〜３の封止容器２２は、アルミニウムからなるが、熱伝導率が常温で５０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上であり、且つ光を反射する他の金属で形成してもよい。例えば、封止容器２２は、銅に反射層として銀又はアルミニウムをめっき加工することにより形成してもよい。また、封止容器２２は、熱伝導率が常温で５０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上である金属若しくはセラミック等の金属以外の材料を使用し、内面をめっき加工等の処理により光を反射するように加工した部材により形成されてもよい。なお、発光装置１〜３の封止容器２２を形成する材料の熱伝導率は、常温で５０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上であることが好ましいが、発光ダイオード１０から発熱される熱量によっては、熱伝導率常温で５０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以下の材料を使用してもよい。

また、封止容器２２の代わりに、底板部を有しない円筒形状の部材を使用してもよい。封止容器２２の代わりに円筒形状の部材を使用する場合、円筒形状の部材と実装基板１００との間は、封止容器２２と窓板部材２０との間の接合と同様な方法により接合される。

また、発光装置１〜３の冷却溶液３０として使用されるフッ素系不活性液体は、発光ダイオード等の材料に対して不活性であれば何れのフッ素系液体もよいが、３Ｍ（登録商標）から提供されるフロリナート（登録商標）を使用することが好ましい。また、フッ素系不活性液体として、ソルヴェイ ソレクシス ソチエタ ペル アチオニから提供されるガルデン（登録商標）を使用することが好ましい。

また、発光装置１〜３の冷却溶液３０は、フッ素系不活性液体であるが、冷却溶液３０として純水を使用してもよい。なお、冷却溶液３０は、沸点が１５０℃以上の液体が好ましく、沸点が２００℃以上の液体であれば更に好ましい。

また、発光装置１〜３の給電部４０の配線４５及び４６はそれぞれ、窓板部材２０の発光ダイオード１０が実装された面と反対の面に配置されるが、配線４５及び４６はそれぞれ、窓板部材２０の発光ダイオード１０が実装された面に配置されてもよい。

図１０は、発光装置４を示す図である。

発光装置４は、配線４５及び４６がそれぞれ、窓板部材２０の発光ダイオード１０が実装された面に配置されることが、図２〜５を参照して説明された発光装置１と相違する。

発光装置４では、配線４５及び４６がそれぞれ、窓板部材２０の発光ダイオード１０が実装された面に配置されるため、窓板部材２０に孔が形成されない。発光装置４では窓板部材２０に孔を形成する工程を省略できるので、発光装置１〜３よりも製造工程を減らすことができる。また、発光装置４では、孔の内部に配置されるＩＴＯと窓板部材２０との境界で起きる光の反射及び屈折による光の損失を低減できる。さらに、発光装置４では、孔の内部に配置されるＩＴＯと窓板部材２０との境界で起きる射光の反射及び屈折による光の方向のばらつきを防止できる。さらに、ＩＴＯは比較的高い屈折率を有するので、光の進路の方向に対してＩＴＯ、窓板部材２０及び空気の順番で配置する方が、窓板部材２０、ＩＴＯ及び空気の順番で配置するよりも光の取り出しが容易になる。

また、発光装置１〜４では、窓板部材２０は実装基板面１００と接する封止容器２２の底面２２ｅに対向して配置され、電極４１及び４２は封止容器２２の底面２２ｅに設けられる。しかしながら、電極４１及び４２は、封止容器２２の窓板部材２０が配置される面と異なる何れかの面に設けてもよい。

図１１は、発光装置５を示す図である。

発光装置５は、封止容器２２の底面２２ｅが実装基板面１００と接するのではなく、封止容器２２の側面２２ｃが実装基板面１００と接することが、図２〜５を参照して説明された発光装置１と相違する。また、電極４１及び４２が封止容器２２の底面２２ｅに設けられるではなく、電極４１及び４２が封止容器２２の側面２２ｃに設けられることが、図２〜５を参照して説明された発光装置１と相違する。

発光装置５では、電極４１は配線４３を介して発光ダイオード１０に接続され、電極４２は配線４４ａ、４４ｂ及び４６を介して発光ダイオード１０に接続される。しかしながら、電極４２は、電極４１と同様に、配線４４ａ、４４ｂ及び４６を介さずに、窓板部材２０上に形成される配線のみを介して発光ダイオード１０に接続されてもよい。

また、発光装置２の凹凸部５０は、封止容器２２と一体成形されることにより形成されるが、封止容器２２とは別に成形した部材を封止容器２２の底面部２２ｅに接合することにより凹凸部５０を形成してもよい。この場合、凹凸部５０は、熱伝導率が常温で５０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上である材料を使用し、内面をめっき加工等の処理により光を反射するように加工した部材により形成されてもよい。

また、発光装置２の凹凸部５０は、凹型フレネルレンズ状の形状を有しているが、ランダムな凹凸形状など他の凹凸形状としてもよい。凹凸部５０は、発光装置２が使用される用途、及び発光装置２に搭載される発光ダイオードの数に応じた好ましい形状とすることができる。

また、発光装置２の凹凸部５０は、封止容器２２の底面部２２ｅの内面上に形成されているが、封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄの内面上に形成されてもよい。

また、発光装置３の凹凸部５２は、窓板部材２０と一体成形されることにより形成されるが、窓板部材２０とは別に成形した部材を窓板部材２０の板面に接合することにより凹凸部５２を形成してもよい。この場合、凹凸部５２は、光を透過するガラス以外の部材により形成されてもよい。

また、発光装置３の凹凸部５２は、凸型フレネルレンズ状の形状を有しているが、ランダムな凹凸形状など他の凹凸形状としてもよい。凹凸部５２は、発光装置３が使用される用途、及び発光装置３に搭載される発光ダイオードの数に応じた好ましい形状とすることができる。

発光装置２では凹凸部５０が形成され、発光装置３では凹凸部５２が形成されているが、発光装置は、凹凸部５０及び５２の双方を有してもよい。また、発光装置は、凹凸部５０及び５２に加えて、封止容器２２の側壁部２２ａ〜２２ｄの内面上に形成される凹凸部を更に有してもよい。

１、２、３ 発光装置
１０ 発光ダイオード
２０ 窓板部材
２２ 封止容器
３０ 冷却溶液
４０ 給電部
４１、４２ 電極
５０、５２ 凹凸部
１００ 実装基板

Claims (6)

1. 半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子から照射される光を透過可能であって、前記半導体発光素子がフリップチップ実装され且つ前記半導体発光素子で発生した熱を伝導する窓板部材と、
   前記半導体発光素子が発光するときに対流して前記半導体発光素子を冷却する冷却溶液と、
   前記冷却溶液を、前記窓板部材と共同してその内部に封止し且つ前記半導体発光素子で発生した熱を伝導する封止容器と、
   前記封止容器において、前記窓板部材が配置される面と異なる何れかの面に設けられた実装用の電極と、を有し、
   前記窓板部材の前記半導体発光素子を実装する面に、フレネルレンズ状の形状を有し且つ前記半導体発光素子の発熱によって対流する前記冷却溶液を乱流させる凹凸部が形成される、ことを特徴とする発光装置。
2. 前記窓板部材の前記半導体発光素子を実装する面と対向する前記封止容器の底面に凹凸部が形成される、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記封止容器の底面に形成された凹凸部は、フレネルレンズ状の形状を有する、請求項２に記載の発光装置。
4. 前記窓板部材の前記半導体発光素子を実装する面と前記封止容器の底面との間に位置する前記封止容器の側面に凹凸部が形成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の発光装置。
5. 前記封止容器の側面に形成された凹凸部は、フレネルレンズ状の形状を有する、請求項４に記載の発光装置。
6. 前記封止容器を形成する封止容器材料は、アルミニウム、若しくはアルミニウム又は銀でめっき加工された銅を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の発光装置。

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