JPWO2013065414A1 - 発光装置、照明装置、及び、発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[構成]
図1及び図2を参照して、本実施の形態に係る発光装置50は、光源としての発光素子60と、発光素子60を搭載するセラミック基板70と、セラミック基板70の発光素子60が搭載される面上に形成され、発光素子60を封止する封止体80と、セラミック基板70の裏面側(発光素子60が搭載された面とは反対側の面)に形成された金属反射膜90とを含む。
図1及び図6を参照して、本実施の形態に係る発光装置50の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る発光装置50は以下のように動作する。
本実施の形態では、上記のように、セラミック基板70の非搭載面70b上に金属反射膜90を形成することによって、セラミック基板70を透過した発光素子60からの光を金属反射膜90で反射できる。放熱性を高めるためにセラミック基板70の厚みを小さくした場合、発光素子60からの光はセラミック基板70を透過するが、透過した光は金属反射膜90で上方に向けて反射される。そのため、セラミック基板70の厚みを小さくした場合でも、セラミック基板70の反射率を向上できる。また、セラミック基板70の厚みを小さくすることによって、放熱性の向上効果も得られる。したがって、上記構成により、放熱性を高めつつ、セラミック基板70での反射率を向上できる。
[構成]
図9を参照して、本実施の形態に係る発光装置250は、第1の実施の形態に係るセラミック基板70(図2参照)に代えて、セラミック基板270を含む。このセラミック基板270は、非搭載面270bに研磨処理が施されていないため、非搭載面270bの表面粗さが、第1の実施の形態に比べて大きい。
本実施の形態に係る発光装置250の製造方法は、第1の実施の形態と同様である。ただし、セラミック基板270の非搭載面270bを研磨する研磨工程を含まない点において、第1の実施の形態とは異なる。
[構成]
図10を参照して、本実施の形態に係る発光装置350は、上記第1の実施の形態に係る発光装置50(図2参照)の金属反射膜90(図2参照)に代えて、金属反射膜390を含む。金属反射膜390は、Alの反射膜又はその合金の反射膜からなる。すなわち、本実施の形態に係る発光装置350は、第1の実施の形態に係る発光装置50と同様であるが、金属反射膜390がAlの反射膜又はその合金の反射膜から構成される点において、Agの反射膜又はその合金の反射膜から構成される金属反射膜90を含む発光装置50と異なる。
本実施の形態に係る発光装置350の製造方法は、金属反射膜390の形成に際し、Alの反射膜又はその合金の反射膜を形成する点を除き、第1の実施の形態と同様である。金属反射膜390の形成も、上記第1の実施の形態と同様、例えば、EB蒸着装置を用いた蒸着法、スパッタ装置を用いたスパッタ法、又は、CVD法等を用いて行なうことができる。金属反射膜390のパターニングも同様に行なうことができる。金属反射膜390の厚みは、50nm以上10μm以下が好ましい。
[構成]
実施例1の発光装置として、第1の実施の形態に係る発光装置50と同様の発光装置を作製した。この実施例1では、セラミック基板として、アルミナの焼結体からなる基板を用いた。セラミック基板の厚みは1mmである。
アルミナの焼結体からなるセラミック基板を準備し、このセラミック基板の一方の面(搭載面)に配線パターンを形成した。具体的には、スパッタリング法を用いて、厚み約0.07mmの金膜をセラミック基板の上面に形成した後、フォトエッチング法によりパターニングすることで配線パターンを得た。
実施例1の発光装置を用いて光束(ルーメン:lm)を測定した。具体的には、室温環境下において700mAの直流の一定電流を発光素子に流し、その際に発光装置から発せられる光の光束を測定した。光束の測定は、図11に示すように、測定器のステージ3000上に発光装置50を載置し、積分球3100に発光装置50の上面が入るようにセットした後、発光装置50に電流を流して発光させた。そして、発光素子が搭載されたセラミック基板70の搭載面70aから上方に出射される光が全て積分球3100内に入るようにして、積分球3100に取付けた受光素子3200により光束を測定した。
[構成]
実施例1との光束を比較するために、セラミック基板の非搭載面の算術平均粗さRaが0.16μmであり、非搭載面に金属反射膜を形成しない発光装置を作製した。
作製方法は実施例1と同様であるが、セラミック基板の非搭載面を研磨する研磨工程を行なっていない点、及び、金属反射膜を形成する工程を行なっていない点において、実施例1とは異なる。
実施例1との光束を比較するために、実施例1と同様の評価を行なった。
比較例1の発光装置は、光束が2400lm、電圧(発光装置全体にかける電圧)が38.2Vであった。これに対し、実施例1の発光装置の光束は、2472lmと比較例1に対して3%程度光束が上昇した。電圧に関してはどちらもほぼ同等であった。これは、実施例1では、セラミック基板の非搭載面に形成された金属反射膜によって発光素子から出射された光が反射され、搭載面の上方に出射されたためであると考えられる。また、発光素子から出射され、封止体に含まれる蛍光体で発光した光も、セラミック基板の裏面側の金属反射膜によって反射されて発光素子の上方に取出される光量に含まれるためである。一方、比較例1の発光装置において、セラミック基板の非搭載面からは透過光が観測された。以上より、セラミック基板の非搭載面上に金属反射膜を形成することによって、この金属反射膜が有効に機能していることが確認された。
セラミック基板の厚み依存性(光束に及ぼす厚みの影響)を評価するために、セラミック基板の厚みが異なる複数種類の発光装置を作製した。発光装置のその他の構成及び製造方法は、実施例1と同様である。この発光装置を用いて、実施例1と同様の方法で各発光装置の光束を測定した。
実施例2との光束を比較するために、セラミック基板の厚みが異なる複数種類の発光装置を作製した。各発光装置のセラミック基板の厚みは実施例2と同じとした。発光装置のその他の構成及び製造方法は、比較例1と同様である。この発光装置を用いて、実施例1と同様の方法で各発光装置の光束を測定した。
実施例2と比較例2とでセラミック基板の厚みが同じ場合、比較例2よりも実施例2の方が、光束が高くなる結果が得られた。比較例2ではセラミック基板の厚みが小さくなるにしたがい、非搭載面から透過する光の光量が増加した。このため、セラミック基板の厚みの減少にともない、積分球3100(図11参照)で測定される光束は低下する傾向にあった。これに対して、実施例2の発光装置は、金属反射膜の形成により、セラミック基板の厚みが異なる場合でも光束の低下はほとんど見られなかった。
セラミック基板における非搭載面の表面粗さ依存性(光束に及ぼす表面粗さの影響)を評価するために、非搭載面の表面粗さが異なる複数種類のセラミック基板を準備した。各セラミック基板の非搭載面の表面粗さ(算術平均粗さ)Raは、0.16μm、0.081μm、0.06μm、0.04μm、及び0.014μmの5種類である。各セラミック基板の非搭載面には金属反射膜を形成している。
金属反射膜を形成する前のセラミック基板を用いて、セラミック基板の非搭載面の表面粗さを触針段差計にて測定した。この測定に用いたセラミック基板は、非搭載面の表面粗さRaが、0.16μm、0.081μm、0.04μm、及び0.014μmの4種類である。その結果を図13〜図16に示す。図13〜図16において、縦軸は凹凸の深さ(高低)を示している。単位はnm(ナノメートル)である。横軸は基準長さ(距離(μm))を示している。
セラミック基板における非搭載面の表面粗さ依存性(光束に及ぼす表面粗さの影響)を評価するために、セラミック基板における非搭載面の表面粗さが異なる複数の発光装置を作製した。具体的には、非搭載面の表面粗さ(算術平均粗さ)Raが、0.16μm、0.081μm、0.06μm、0.04μm、0.014μm、及び0.01μmの6種類の発光装置を作製した。
光束の測定は、実施例1と同様に行なった。Ra=0.16μmのセラミック基板を用いた発光装置を基準にした場合の各発光装置の光束上昇割合を図23に示す。図23において、横軸はセラミック基板の非搭載面の表面粗さRa(μm)を示しており、縦軸はRa=0.16μmを基準にした場合の各発光装置の光束の上昇割合(%)を示している。
[構成]
実施例5の発光装置として、第2の実施の形態に係る発光装置250と同様の発光装置を作製した。具体的には、実施例5の発光装置は、実施例1と同様であるが、セラミック基板の非搭載面を研磨していない点、及び、金属反射膜の厚みを1μmとした点において、実施例1とは異なる。実施例5において、セラミック基板の非搭載面の表面粗さRaは約0.16μmである。
作製方法は実施例1と同様である。ただし、実施例5は、セラミック基板の非搭載面を研磨する研磨工程を行なっていない点、及び、金属反射膜を1μmの厚みで形成している点において、実施例1とは異なる。
実施例1と同様の方法により光束を測定し、光束の上昇について評価した。
[構成]
金属反射膜を形成していない点以外は実施例5と同様とした。
作製方法は実施例5と同様であるが、金属反射膜を形成する工程を行なっていない点において、実施例5とは異なる。
実施例5との光束を比較するために、実施例5と同様の評価を行なった。
比較例3の発光装置は、光束が2400lm、電圧(発光装置全体にかける電圧)が38.2Vであった。これに対し、実施例5の発光装置の光束は、2436lmと比較例3に対して1.5%程度光束が上昇した。電圧に関してはどちらもほぼ同等であった。これより、金属反射膜を形成することで、非搭載面を研磨しない場合でも、光束の向上効果が確認できた。
[構成]
実施例6の発光装置として、第3の実施の形態に係る発光装置350と同様の発光装置を作製した。この実施例6では、金属反射膜としてAlの合金膜を用いた。その他の構成は実施例1と同様である。
作製方法は同様実施例1と同様である。ただし、金属反射膜としてAlの合金膜を形成している点において、実施例1とは異なる。
実施例1と同様の方法により光束を測定し、光束の上昇について評価した。
[構成]
金属反射膜を形成していない点以外は実施例6と同様とした。
作製方法は実施例6と同様であるが、金属反射膜を形成する工程を行なっていない点において、実施例6とは異なる。
実施例6との光束を比較するために、実施例6と同様の評価を行なった。
実施例6と比較例4との比較においても、実施例1と比較例1との比較結果と同様の結果が得られた。すなわち、Ag合金膜からなる金属反射膜に代えて、Al合金膜からなる金属反射膜を形成した実施例6でも、金属反射膜を形成していない比較例4に比べて、3%程度の光束の上昇が認められた。このように、金属反射膜の材質が異なる場合でも、金属反射膜を形成することによって、光束の上昇効果が得られることが確認された。
セラミック基板における非搭載面の表面粗さ依存性(光束に及ぼす表面粗さの影響)を評価するために、非搭載面の表面粗さが異なる複数種類のセラミック基板を準備した。各セラミック基板の非搭載面の表面粗さ(算術平均粗さ)Raは、0.16μm、0.04μm、及び0.014μmの3種類である。各セラミック基板の非搭載面には金属反射膜を形成している。
準備した3種類のセラミック基板を用いて、波長450nm及び波長650nmの光の反射率におけるRa依存性を評価した。評価方法は実施例3と同様である。その結果を図24に示す。図24において、横軸は表面粗さRa(μm)を指数表示で示しており、縦軸は反射率(%)を示している。図24を参照して、図22に示す金属反射膜にAgの合金膜を用いた実施例3に比べ、長波長領域(波長650nm)と短波長領域(波長450nm)との差は若干小さいものの、長波長領域(波長650nm)では、短波長領域(波長450nm)に比べ、Raの依存性が大きく、Raが0.04μm以下の領域では高い反射率が得られている。金属反射膜をAlの合金膜から構成した場合でも、Agの合金膜から構成した場合と同様の傾向があることが確認された。このため、Raが0.04μm以下のセラミック基板の表面に金属反射膜を形成することで、蛍光体により出射された長波長側の光を有効に反射できることが分かる。
セラミック基板の厚み依存性(光束に及ぼす厚みの影響)を評価するために、セラミック基板の厚みが異なる複数種類の発光装置を作製した。発光装置のその他の構成及び製造方法は、実施例6と同様である。また、セラミック基板の厚みは、実施例2と厚みとした。この発光装置を用いて、実施例6と同様の方法で各発光装置の光束を測定した。
実施例8との光束を比較するために、セラミック基板の厚みが異なる複数種類の発光装置を作製した。各発光装置のセラミック基板の厚みは実施例8と同じとした。発光装置のその他の構成及び製造方法は、比較例6と同様である。この発光装置を用いて、実施例8と同様の方法で各発光装置の光束を測定した。
セラミック基板の厚みを種々変化させた場合において、光束の上昇率をAlの合金膜からなる金属反射膜を用いた発光装置においても調べたところ、実施例2と比較例2との比較結果とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、実施例8において、光束の上昇割合は、セラミック基板の厚みが小さくなるにしたがい増加する傾向を示した。セラミック基板の厚みは、2mm以下が好ましく、特に好ましい厚みは、0.2mm以上1.5mm以下であった。
[構成]
図25を参照して、本実施の形態に係る発光装置450は、セラミック基板470の搭載面470aの表面粗さが、非搭載面470bの表面粗さより大きくなるように構成されている。具体的には、本実施の形態では、セラミック基板470の非搭載面470bの表面粗さRaが0.04μm以下とされており、セラミック基板470の搭載面470aの表面粗さRaが0.04μmより大きくされている。その他の構成は、上記第3の実施の形態と同様である。
本実施の形態に係る発光装置450の製造方法は、第3の実施の形態と同様である。ただし、セラミック基板470の搭載面470aの表面粗さを非搭載面470bの表面粗さより大きくする際に、必要に応じて、搭載面470aに研磨処理を施すことができる。搭載面470aの研磨処理は、非搭載面470bの研磨処理と同様の方法で行なうことができる。
本実施の形態では、上記のように、セラミック基板470における搭載面470aの表面粗さを、非搭載面470bの表面粗さより大きくすることによって、金属反射膜390で反射された光の外部への取出し効率を向上できる。このため、放熱性を高めつつ、セラミック基板470での反射率をより向上できる。
本実施の形態に係る照明装置1000は光源にLEDチップを用いた電球型の発光ランプである。以下、この照明装置1000について説明する。
図26を参照して、照明装置1000は、上記第1の実施の形態で示した発光装置50を光源として含む。照明装置1000はさらに、口金1100と、発光装置50が取付けられる取付面1210を有し、この口金1100に固着されるヒートシンク1200と、ヒートシンク1200に取付けられた発光装置50を覆うように設けられるカバー部材1300とを含む。
本実施の形態では、上記のように、発光装置50を光源として用いることにより、照明装置1000の輝度を向上できる。
第1〜第4の実施の形態では、発光装置のセラミック基板に、Ag及びその合金の反射膜、並びに、Al及びその合金のいずれかの反射膜からなる金属反射膜を形成した例を示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。セラミック基板に形成される金属反射膜は、上記以外の材料から構成されていてもよい。その場合、金属反射膜は80%以上の反射率を有しているのが好ましい。
60 発光素子
70、270、470 セラミック基板
70a、470a 搭載面
70b、270b、470b 非搭載面
72 固定用穴
80 封止体
90、390 金属反射膜
100 配線パターン
102 アノード用配線パターン
104 カソード用配線パターン
102a、104a 接続部
102b、104b ランド部
102c、104c 連結部
106、108 配線パターン
110 ボンディングワイヤ
120 発光部
1000 照明装置
1100 口金
1200 ヒートシンク
1210 取付面
1300 カバー部材
1400 固定用治具
1500 熱伝導材
Claims (14)
- 発光素子と、
前記発光素子が搭載される搭載面及び前記搭載面の反対側の面であって前記発光素子が搭載されない面である非搭載面を有するセラミック基板と、
前記非搭載面上に形成され、前記セラミック基板を透過した前記発光素子からの光を反射する金属反射膜とを備える、発光装置。 - 前記セラミック基板における前記非搭載面の最大高さ粗さ(Rz)は前記発光素子が出射する光の波長以下である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記セラミック基板における前記非搭載面の算術平均粗さ(Ra)は0.04μm以下である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記セラミック基板の厚みは0.2mm以上2.0mm以下である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記金属反射膜は、Ag及びその合金の反射膜、並びに、Al及びその合金の反射膜のいずれかを含む、請求項1に記載の発光装置。
- 前記金属反射膜の形成領域は、前記発光素子の直下の領域を含む、請求項1に記載の発光装置。
- 前記セラミック基板は、アルミナの焼結体からなる基板を含む、請求項1に記載の発光装置。
- 前記セラミック基板の前記搭載面上に形成され、前記発光素子からの光によって励起される蛍光体を含有する、前記発光素子を封止するための封止体をさらに備える、請求項1に記載の発光装置。
- 発光素子と、
前記発光素子が搭載される搭載面及び前記搭載面の反対側の面であって前記発光素子が搭載されない面である非搭載面を有するセラミック基板と、
前記非搭載面上に形成され、前記セラミック基板を透過した前記発光素子からの光を反射する金属反射膜とを備え、
前記セラミック基板における前記搭載面の表面粗さが、前記非搭載面の表面粗さより小さい、発光装置。 - 前記セラミック基板における前記搭載面の算術平均粗さ(Ra)は0.04μmより大きい、請求項9に記載の発光装置。
- 前記セラミック基板における前記非搭載面の算術平均粗さ(Ra)は0.04μm以下である、請求項9に記載の発光装置。
- 請求項1〜請求項11のいずれかに記載の発光装置を搭載した、照明装置。
- セラミック基板上に発光素子が搭載された発光装置の製造方法であって、
前記セラミック基板の一方の面上に、前記発光素子から出射されて前記セラミック基板を透過した光を反射させるための金属反射膜を形成する工程と、
前記セラミック基板の他方の面上に、前記発光素子を搭載する工程とを備える、発光装置の製造方法。 - 前記金属反射膜を形成する工程に先立って、
前記セラミック基板の一方の面の算術平均粗さ(Ra)を0.04μm以下にするための、前記一方の面を研磨する工程をさらに備える、請求項13に記載の発光装置の製造方法。
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