JP4789672B2 - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子が発する光を外部に効率よく放射する発光装置およびそれを用いた照明装置に関し、より詳細には配光特性を改善する発光装置およびそれを用いた照明装置に関する。

従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子から発光される近紫外光、および青色、赤色、緑色、青色、黄色等の可視領域波長の光を発光する発光装置を図１０に示す。図１０において、１１は基体、１３は発光素子、１４は反射部材、１７は透光性部材を示す。

従来の発光装置は、上側主面１１ｃに発光素子１３を搭載するための搭載部１１ａを有し、搭載部１１ａまたはその周辺から発光装置の内外を電気的に導通接続する配線導体１１ｂが表面に形成された絶縁体からなる基体１１と、搭載部１１ａに配線導体１１ｂと導電性部材１６を介してフリップチップ実装され電気的に接続固定された発光素子１３と、上側主面１ｃに発光素子１３を取り囲むように配置された反射部材１４と、反射部材１４の内側開口内に発光素子１３を封止するように注入された透光性部材１７から主に構成される。

この発光装置は、発光装置駆動回路基板（図示せず）から供給される駆動電流により、発光素子１３を発光させ、光を放射することができる発光装置である。もしくは、発光素子１３から放射された可視光や近紫外光によって波長変換部材（図示せず）を励起させ、所望の波長スペクトルに変換して可視光を放射することができる発光装置である。

近年、この様な発光装置は、照明用光源として利用され始めており、特に発光装置の発光効率や長期信頼性に対する要求が高まってきている。
特開２００２−２１７４５９号公報

しかしながら、上記構成の発光装置においては、基体１１と反射部材１４との接合部１５に残留した気層が、反射部材１４の内側に注入された未硬化の透光性部材１７に気泡となって移動するとともに、この透光性部材１７を硬化させる際に気泡が透光性部材１７内に残留する。これにより、発光素子１３からの光は、透光性部材１７に残留した気泡によって乱反射され、所望の配光分布を乱すとともに発光装置の光出力が低下するという問題点を有していた。

また、接合部１５の気層が透光性部材１７内に移動するに伴って、未硬化の透光性部材１７が基体１１と反射部材１４との接合部１５に流入する。これによって、接合部１５に流入して硬化した透光性部材１７が、発光装置の作製工程または作動環境における熱によって熱膨張や組成変化することにより、基体１１と反射部材１４との接合強度が低下し、発光装置の長期信頼性が低下するという問題点を有していた。

また、基体１１の上側主面１１ｃや配線導体１１ｂまたは接合部１５が発光素子１３から放射される光に照射され、これらの部位で吸収されて光損失を生じるという問題点を有していた。

さらに、接合部１５に照射された発光素子１３から放射される光によって基体１１と反射部材１４とを接合する樹脂接着剤が劣化するという問題点を有していた。例えば、発光素子１３から紫外領域や近紫外領域または青色領域等の短波長でエネルギーの高い光が放射されるとともに、接合部１５がエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂接着剤から成る場合、発光素子１３から放射される光によって樹脂接着剤の分子結合が切断され、樹脂接着剤の機械的強度や接合強度等の材料特性に変化が生じ、発光装置の光出力や発光効率および長期信頼性が低下するという問題点を有していた。

したがって、本発明は上記問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は透光性部材内に気泡が発生するのを抑制し、接合部に透光性部材を流入しにくくするとともに、基体と反射部材とを接合する接着剤の劣化を防止することによって、安定した配光分布を有し
かつ光出力および発光効率の高い長期信頼性に優れた発光装置および照明装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、上側主面に発光素子が搭載された基体と、前記上側主面に前記発光素子を取り囲むように接合部を介して取着された反射部材と、前記反射部材の内側に前記発光素子を被覆するように注入された透光性部材とから成る発光装置において、前記反射部材の内周面と前記発光素子の搭載部との間の前記上側主面を覆うとともに前記接合部を塞ぐ環状部材が設けられていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記発光素子の搭載部は、前記上側主面より突出した突出部の上面に形成されており、前記環状部材が前記反射部材の内周面と前記突出部との間の前記上側主面を覆っていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記環状部材は、その上面が前記発光素子からの光を反射する反射面とされていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記環状部材は、その下面に凹凸部が形成されているとともに、前記上側主面に接着剤を介して取着されていることを特徴とする。

本発明の発光装置において好ましくは、前記環状部材の内周部に、切り欠き部が設けられていることを特徴とする。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置と、前記発光装置が搭載され、前記発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、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含む。

本発明の発光装置は、基体の反射部材の内周面と発光素子の搭載部との間の基体の上側主面を覆う環状部材が設けられていることにより、反射部材の内側に透光性部材を注入した際に、環状部材が基体と反射部材との接合部を覆って塞いでしまうので、基体と反射部材との接合部に残留する気層が透光性部材内に気泡となって移動しにくい。したがって、硬化された透光性部材内に気泡が残留してしまうことを抑制できる。さらに、未硬化の透光性部材を反射部材の開口内側に注入する際に、環状部材が基体と反射部材との接合部を覆っているので、透光性部材が基体と反射部材との接合部に流入してしまわないようにすることができる。

また、環状部材は、基体の上側主面や配線導体または接合部を覆うので、これらの部位が発光素子から放射される光によって直接照射されることがない。これにより、上側主面や配線導体または接合部による光吸収を防ぐことができる。

さらに、環状部材が接合部を覆うので、樹脂接着剤が発光素子から放射される光に曝されることがなく、樹脂接着剤が劣化することがない。その結果、樹脂接着剤の機械的強度や接合強度等の材料特性の変化を抑制できる。この結果、発光装置の光出力や発光効率および長期信頼性が向上する。

また、本発明の発光装置において好ましくは、発光素子の搭載部は、上側主面より突出した突出部の上面に形成されており、環状部材が反射部材の内周面と突出部との間の上側主面を覆っていることから、発光素子から側方に放射される光が、環状部材によって遮られることがない。

また、本発明の発光装置において好ましくは、環状部材の上面が発光素子からの光を反射する反射面とされていることから、発光素子から下方に放射される光が環状部材によって上方に反射され、発光装置の外部に放射される光が増加する。

また、本発明の発光装置において好ましくは、環状部材の下面に凹凸部が形成されているとともに、基体の上側主面に接着剤を介して取着されていることから、接着剤が、凹凸部に沿って基体と環状部材との間を均等に濡れ広がるので、基体と環状部材との接着強度を強くすることができる。

さらに、接着剤が凹凸部に充填されるように濡れ広がることにより、接着剤が環状部材の上面に染み出したり、発光素子の側面や上面に這い上がったりすることを抑制することができる。これによって、発光素子から放射される光が接着剤によって吸収され、発光装置の光出力や発光効率が低下することがない。

また、本発明の発光装置において好ましくは、環状部材の内周部に切り欠き部が設けられていることから、接着剤によって基体と環状部材とを接着する際に、余分な接着剤が切り欠き部に溜め込まれる。その結果、接着剤が環状部材の上面に這い上がったり、発光素子の側面や上面に這い上がったりすることが抑制される。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置と、発光装置が搭載され、発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含むことから、それぞれ配光分布が改善された発光装置によって、それらを集めて照明装置とした本発明の照明装置の配光分布も改善される。

本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図１乃至図５はそれぞれ本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図または上視平面図である。それぞれの図において、１は基体、３は発光素子、４は基体の上側主面１ｃに発光素子３を取り囲むように設けられた反射部材、７は反射部材４の内側に注入された透光性部材、２は反射部材４の内周面４ａと発光素子３の搭載部１ａとの間の基体１の上側主面１ｃを覆う環状部材であり、主としてこれらで本発明の発光装置が構成される。

また、１ｂは基体１の搭載部１ａまたはその周囲に一端が配され、他端が発光装置の外側に形成された配線導体、２ａは環状部材２の下面に形成された凹凸部、２ｂは環状部材２の内周部に設けられた切り欠き部、５は基体１と反射部材４との接合部、６は配線導体１ｂの一端と発光素子３に設けられた電極（図示せず）とを接続する導電性部材であり、必要に応じて適宜本発明の発光装置に用いられる。

本発明の基体１は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミックスや、エポキシ樹脂または液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の樹脂から成る絶縁体であり、基体１の上側主面１ｃに発光素子３が搭載されることによって、発光素子３を支持する支持部材として機能する。

基体１の上側主面１ｃの中央部には、発光素子３の搭載部１ａが設けられる。搭載部１ａは、基体１と同一主面もしくは基体１より突出した突出部１ｄの上面に形成される。搭載部１ａは、その平面視形状が円形であり、その中央部にＬＥＤ等の発光素子３が接合可能なように金属層が形成されている。金属層は、配線導体１ｂと接続されていてもよい。なお、搭載部１ａは円形に限られることなく、四角形その他、発光素子３を設置できる適宜な形状に形成される。

突出部１ｄは、上側主面１ｃの中央部にアルミナセラミックス，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミックス、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金または銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属部材、または、エポキシ樹脂等の有機部材から成る。そして上側主面１ｃにロウ材や接着剤等の接合材により突出部１ｄとなるこれら角柱状や円柱状の部材を取着することにより形成されるか、または、基体１の上側主面１ｃに角柱状や円柱状に突出するように基体１と一体に形成される。また、突出部１ｄは、基体１の中央部に設けられた貫通孔に、上記のセラミックス、金属部材、または有機部材から成る部材を、その上面が基体１の上側主面１ｃから突出するように嵌着されることによって設けられてもよい。なお、突出部１ｄの形状は、角柱状や円柱状の他にも、発光素子３の搭載形態等によって適宜変更可能である。

なお、突出部１ｄは、基体１と同じ材質により形成されるのが好ましい。これにより、突出部１ｄと基体１との熱膨張差を小さくすることができ、基体１と突出部１ｄとの間に熱歪みが生じることによって、突出部１ｄが変形し、これによって発光素子３が変位してしまうのを抑制できる。

さらに、突出部１ｄと基体１とは同じ部材によって一体に形成されているのが好ましい。これにより、基体１と突出部１ｄとの間に接合材を介在させる必要がないため、基体１と突出部１ｄとの間に生じる歪みをより抑制できる。そして、突出部１ｄが変形することによって生じる発光素子３の変位を抑制できる。その結果、発光素子３を所望の位置で発光させることができ、所望の配光分布を有する発光装置とすることができる。

なお、突出部１ｄを基体１と同じ部材によって一体に形成する場合、例えば、ブラスト加工，切削加工，エッチング加工等の加工法を用いて形成すればよい。

また、基体１がセラミックスから成る場合、基体１となる複数のセラミックグリーンシートに、発光装置の内外を電気的に導通接続するために、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銅（Ｃｕ）等の金属ペーストから成る配線導体１ｂを配置し、基体１を焼成すると同時に金属ペーストも焼成することにより、配線導体１ｂを有する基体１が形成される。

また、基体１がエポキシ樹脂やＬＣＰ等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂から成る絶縁体である場合、配線導体１ｂは、Ｃｕ、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金またはＦｅ−Ｎｉ合金等の導電性を有するリード端子（図示せず）を基体１に埋設し、リード端子の一端を搭載部１ａに導出し、他端を基体１の側面や下面に導出して露出させることによって形成される。成形型で一体的に形成できることから、容易に基体１を作製することができ、またコストも低減することができる。

なお、配線導体１ｂには、その基体１から露出する表面に厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や、厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層等の耐食性に優れる金属層が被着されているのがよく、これにより配線導体１ｂが酸化腐食するのを防止できるとともに、半田等の導電性部材６による発光素子３との接合を強固にすることができる。

なおまた、基体１は、発光素子３を搭載する機能を有しておればよく、上記構成はその一例であって、これに限ることはない。

そして、基体１には、その上側主面１ｃに搭載部１ａを取り囲むように反射部材４が設けられる。

反射部材４は、基体１と同じ材質の部材または基体１がセラミックスで反射部材４が樹脂系材料のように基体１と異なる材質で構成されてもよい。反射部材４が、基体１と同じ材質である場合、基体１と一体に形成されてもよく、例えば基体１および反射部材４がセラミックスからなる場合、基体１となるセラミックグリーンシートと反射部材４となるセラミックグリーンシートとを積層し、同時に焼成することにより形成できる。または、成形金型によって所定形状に一体成形することにより形成できる。

反射部材４は、その内周面４ａが発光素子３の光を効率良く反射する反射面とされ、発光素子３は内周面４ａに取り囲まれている構成により、発光素子３から側方に発せられた光は、発光装置の上方に効率良く反射され、その結果、発光装置の光出力や発光効率は著しく向上する。

発光素子３の光を上方に効率よく反射させるために、内周面４ａは、上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているのがよい。これによって内周面４ａは、発光素子３から側方に放射された光を効率よく発光装置の上方に反射することができる。

反射部材４は、Ａｌ，Ａｇ，金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｃｕ等の金属や白色等のセラミックス、白色等のエポキシ樹脂またはＬＣＰ樹脂等で構成された反射部材４を、切削加工や金型成形によって所定形状に形成し、内周面４ａを電界研磨や科学研磨等で鏡面加工することにより形成される。あるいは、内周面４ａに、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等の金属鏡面を金属メッキや蒸着等により形成したり、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂，アクリル樹脂等の未硬化の透明樹脂に、酸化アルミニウムや酸化チタン，酸化ジルコニウム等の粒子を含有させたペースト状の反射材料を塗布したりすることにより内周面４ａを形成してもよい。なお、内周面４ａがＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合、その表面に、紫外光領域から可視光領域にわたり透過率の優れる低融点ガラス，ゾル−ゲルガラスなどの無機物や、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂などの有機物を被着するのが良い。これにより、内周面４ａの耐腐食性、耐薬品性、耐候性が向上する。

なお、内周面４ａは、その表面の算術平均粗さＲａを４μｍ以下とする場合、発光素子３からの光を低損失にかつ良好に発光装置の上方に反射することができる。これにより、例えば、発光素子３から直接外部に取り出された光と、波長変換部材からの光と混合して光を放射する発光装置において発光効率は向上する。

また、内周面４ａは、その表面の算術平均粗さＲａを４μｍより大きくする場合、発光素子３からの光を内周面４ａで発光装置の上方に拡散反射させることができることから、発光素子３からの光を反射部材４で波長変換部材（図示せず）全体に効率よく入射させることができる。その結果、波長変換部材（図示せず）は、その波長変換効率に応じた光を発生させることができ、発光装置の光出力や発光効率は向上する。

なお、内周面４ａのＲａを上記の範囲にするには、従来周知の電解研磨加工、化学研磨加工もしくは切削研磨加工等により形成すればよい。また、金型の面精度を利用した転写加工により形成する方法を用いてもよい。

また、内周面４ａは、発光装置より放射される光として発光素子３の光を利用する発光装置の場合、内周面４ａを放物面または双曲線等の曲面状に形成することにより、発光素子３から指向性の強い光を波長変換部材（図示せず）に入射させ、効率よく発光装置の外部に放射できる。

反射部材４は、発光素子３を外部環境に存在する水分等の有害物から保護する機能や発光装置を落下させた際の衝撃から保護する機能をもつ。従って、上記に示す構成はその一例であって、これに限ることはなく、前記機能を果たせるものであればよい。また、内周面４ａが必ず反射面になっている必要もない。

そして、反射部材４は、基体１の上側主面１ｃの外周部に接合部５として、Ａｇ−Ｃｕ半田，鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ）半田，Ａｕ−Ｓｎ半田，Ａｕ−ケイ素（Ｓｉ）半田,Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田等の半田や、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂接着剤で取着される。接合材は、基体１および反射部材４の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定されればよく、特に限定されるものではない。また、基体１と反射部材４との接合に高信頼性が要求される場合、金属ロウ材や半田を用いるとよい。

また、基体１の上側主面１ｃには、反射部材４の内周面４ａ下端と発光素子３の搭載部１ａとの間の基体１の上側主面１ｃを覆うように環状部材２が設けられている。環状部材２は、アルミナセラミックス，酸化ジルコニウム質焼結体（ジルコニアセラミックス），酸化チタン質焼結体（チタニアセラミックス）等の金属酸化物が焼成されたセラミックス、Ａｌ，Ａｇ，金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），Ｃｕ等の金属部材、エポキシ樹脂，ＬＣＰ樹脂，フッ素樹脂等の有機部材から成り、平板状の部材の中央部に発光素子３の搭載部１ａの形状に合わせて上下主面を貫通する貫通孔が設けられるとともに、外周部が反射部材４の内周面４ａの内側形状に合わせて形成された環状の部材である。そして、これら部材を、金型成型，切削加工，トランスファーモールド成型，射出（インジェクション）成型，電界研磨，化学研磨等を用いて成形加工することにより形成するか、または、平板状の部材を打ち抜き加工等によって形成する。

環状部材２が金属から成る場合は、配線導体１ｂは基体１の内部に貫通導体および内層導体を組み合わせて形成される。これによって一対の配線導体１ｂ同士が電気的に短絡することがない。

この環状部材２によって反射部材４の内周面４ａと搭載部１ａとの間の基体１の上側主面を覆うことで、基体１と反射部材４との接合部５も覆われる。接合部５が覆われることによって、基体１と反射部材４との接合部５も塞がれてしまう。接合部５が塞がれることによって、接合部５に透光性部材７が接触することがなくなり、接合部５内に残留する気層が、反射部材４の内側に充填された透光性部材７内に気泡となって移動してしまうことがなくなる。また、気泡が透光性部材７内に残留したまま透光性部材７が硬化されてしまうことを抑制できる。さらに、未硬化の透光性部材７を反射部材４の内側に充填した際に、透光性部材７が接合部５に流入することを抑制できる。

これによって、発光素子３からの光は、透光性部材７に残留した気泡によって乱反射されることなく、効率よく所望の配光分布で発光装置の外部に放射される。さらに、接合部５に流入して硬化された透光性部材７が、発光装置の作製工程または作動環境における温度変化によって熱膨張や熱収縮を繰り返すことを抑制できる。その結果、基体１と反射部材４との位置関係が変位することによって、透光性部材７と反射部材４の内周面４ａの界面において歪みや変形が発生することがなく、効率よく反射部材４で反射をさせることができるので、発光装置は、所望の配光分布を保持し、高出力の光を長期間にわたって放射させ続けることができる。

また、環状部材２は、上側主面１ｃや配線導体１ｂまたは接合部５を覆うので、上側主面１ｃ，配線導体１ｂまたは接合部５によって光吸収されることがない。さらに、接合部５にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂接着剤８が用いられていても、これらが発光素子３からの光に曝されることによって分子結合が切断されてしまい、機械的強度や接合強度等の樹脂接着剤８の材料特性が劣化することがない。

また、環状部材２が反射部材４と突出部１ｄとの間に設けられている場合、発光素子３が環状部材２の上面よりも上方の突出部１ｄの上面に搭載されるので、発光素子３の側方から放射される光が、環状部材２によって遮られることがない。さらに、環状部材２を接着剤８等によって上側主面１ｃに接着する場合、余分な接着剤８等が環状部材２の内側に流れ出して、発光素子３の側面や上面に被着されてしまい、発光素子３の光出力が低下してしまうことを避けることができる。これによって、発光装置の光出力が減少することがなく、所望の発光効率を得ることができる。

また、環状部材２は、その上面が発光素子３からの光を反射する反射面とされていることが好ましく、発光素子３から下方に放射される光が環状部材２によって上方に反射され、発光装置の外部に放射される光が増加する。

そのために、所望の形状に成形されたセラミックスまたは有機部材から成る環状部材２の表面には、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属を金属メッキや真空蒸着等することによって反射面とすればよい。または、エポキシ樹脂，シリコーン樹脂またはアクリル樹脂等の未硬化の透明樹脂に、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、ジルコニアセラミックス等の粒子を含有させたペーストを成形型に入れて熱をかけることによって、所望の形状に固化し形成された環状部材２としてもよい。

環状部材２の表面がアルミナセラミックスまたはジルコニアセラミックスから成る場合、環状部材２の表面がチタニアセラミックス、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＣｒまたはＣｕ等の金属部材や有機部材から成る場合と比較し、紫外領域から青色領域に含まれる光の吸収が大きくないので、窒化ガリウム系化合物半導体やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体やセレン化亜鉛系化合物半導体またはダイヤモンド系化合物半導体や窒化ホウ素系化合物半導体等の紫外領域から青色領域に含まれる光を放射する発光素子３を用いた発光装置において良好な光反射面を得ることができる。

さらに、環状部材２またはその表面がＡｇ，Ｃｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合、その表面に、紫外光領域から可視光領域にわたり透過率に優れる低融点ガラス，ゾル−ゲルガラス等の透明ガラス、または、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂等の透明樹脂を被着するのが良い。これによって、環状部材２の耐腐食性、耐薬品性、耐候性を向上できる。

また、環状部材２は、透光性部材７を透視した上視平面図である図３（ａ）およびそのＡ−Ａ’線で切断した断面図である図３（ｂ）、または他の例を示す上視平面図図４（ａ）およびそのＢ−Ｂ’線で切断した断面図である図４（ｂ）に示すように、環状部材２の下面に凹凸部２ａが形成されているとともに、基体１の上側主面１ｃに接着剤８を介して取着されていることが好ましい。これにより、接着剤８が、凹凸部２ａに沿って基体１と環状部材２との間を均等に濡れ広がるので、基体と環状部材２との接着強度を強くすることができる。さらに、接着剤８が凹凸部２ａに充填されるように濡れ広がることにより、余分な接着剤８が環状部材２の上面に流れ出したり、発光素子３の側面や上面に被着したりするのを避けることができるとともに、基体１と環状部材２との接合強度を増すことができる。

凹凸部２ａは、環状部材２の下面に複数の突起を設けることにより、突起の先端と隣接する突起との間で凹凸部２ａを形成したものでもよいが、図３に示すように、環状部材２の下面に内周側から外周側に向けて放射状に複数の溝を形成することによって凹凸部２ａが形成されたもの、または、図４に示すように、環状部材２の下面に環状部材２の中央部を中点とした同心円状の溝を形成することによって凹凸部２ａが形成されたものが好ましい。

図３に示すように、放射状の溝を形成することによって凹凸部２ａを形成した場合は、環状部材２を接着剤８によって接着する際に、環状部材２の凹凸部２ａに残留する気体が環状部材２の内周側面から外周側面に亘って形成された放射状の溝を通じて排気されやすく、環状部材２と基体１とを強固に接着することができる。

また、図４に示すように、環状の溝を形成することによって凹凸部２ａを形成した場合は、凹凸部２ａに接着剤８を溜め込み、基体１と強固に接合できるとともに、凹凸部２ａが環状部材２の内周側面と外周側面に挟まれるように形成されているため、接着剤８が漏れ出て環状部材２の内周側面や外周側面に付着することを防止することができる。これによって、接着剤８が漏れ出ることによる光の吸収や損失を抑えることができる。

また、凹凸部２ａを構成する溝は、接着剤８の材質や粘度等の材料特性を考慮した断面形状に形成される。特に、溝の断面形状が図４（ｂ）に示すように略半球状等の曲面状である場合、接着剤８が溝に沿ってムラなく均一に濡れ広がりやすくなる。そして、凹凸部２ａに気層が発生してしまい難く、接着剤８による接着強度の低下が抑制される。

なお、凹凸部２ａは、上記の金属部材やセラミックス、有機部材から成る環状部材２の下面に切削加工や研磨加工等の加工技術を施すことによって形成される。または、放射状や同心円状に形成された凹凸部２ａを形成できる成形型を用いた金型成型，トランスファーモールド成型，インジェクション成型等の成形加工によって形成される。また、環状部材２ａがアルミナセラミックス，ジルコニアセラミックス，チタニアセラミックス等の金属酸化物から成るセラミックスによって作製される場合、凹凸部２ａは、セラミックグリーンシートを用いて凸部となる部位を積層して形成し、その後高温で焼成することによって形成することもできる。

また、環状部材２は、透光性部材７を透視した上視平面図である図５に示すように、環状部材２の内周部に切り欠き部２ｂが設けられていることが好ましく、接着剤８によって基体１と環状部材２とを接着する際に、余分な接着剤８が切り欠き部２ｄに溜め込まれる。その結果、接着剤８が、環状部材２の上面に這い上がったり、発光素子３の側面や上面に這い上がったりすることが抑制される。これにより、発光素子３からの光が、環状部材２の上面に這い上がった接着剤８や、発光素子３に付着した接着剤８によって吸収されることを避けることができ、発光装置の光出力や発光効率が低下することがない。

さらに、接着剤８が切り欠き部２ｂに溜め込まれることにより、環状部材２をより強固に上側主面１ｃに接着することができる。なお、図５に示す切り欠き部２ｂの形状や数は一例であり、接着剤８の材料や粘度、環状部材２の厚さや材質等によって適宜変更すればよい。

例えば、図５に示す例では、環状部材２の内周側面に環状部材２の両主面を貫くように平面視において四角形状の切欠き部２ｂを設けているが、平面視において半球状にしてもよいし、環状部材２の内周側面と下面との間に上主面側を残すような切り欠き部２ｂとしてもよいし、内周側面と上面との間に下主面側を残すような切り欠き部２ｂとしてもよい。そして、これら切り欠き部２ｂによっても上記同様に接着剤８を溜め込むことができる。また、図３に示す凹凸部２ａと組み合わせる場合は、切り欠き部２ｂを溝の内側に設けるのがよい。

なお、切り欠き部２ｂは、上記の金属部材やセラミックス、有機部材から成る環状部材２の内周部を所望の形状に切削加工や研磨加工を施すことによって作製したり、切り欠き部２ｂが形成されるように作製された成形型を用いて成型加工したりすることにより作製
すればよい。また、環状部材２が、アルミナセラミックス，ジルコニアセラミックス，チタニアセラミックス等の金属酸化物を焼成して成るセラミックスから成る場合、予めセラミックグリーンシートを打ち抜き加工等によって切り欠き部２ｂを形成しておき、高温で焼成することによって形成することができる。

また、環状部材２を基体１の上側主面１ｃに取着する接着剤８は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂系の接着剤を好適に用いることができる。

発光素子３は、その電極がＡｕ−Ｓｎ半田，Ｓｎ−Ａｇ半田，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田またはＳｎ−Ｐｂ半田等の半田を用いた金属バンプ、またはＡｕやＡｇ等の金属を用いた金属バンプ、エポキシ樹脂等の樹脂にＡｇ等の金属粉末を含有して成る導電性樹脂から成る導電性部材６を介し、フリップチップ実装によって配線導体１ｂに電気的に接続される。例えば、配線導体１ｂ上にペースト状のＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の半田やＡｇペースト等から成る導電性部材６がディスペンサー等を用いて載置され、発光素子３は発光素子３の電極と導電性部材６とが接触するように搭載され、その後、全体が１５０〜３５０℃程度で加熱されるとともに冷却されることにより、発光素子３の電極と配線導体１ｂとが導電性部材６によって電気的に接続される方法や、配線導体１ｂ上にペースト状のＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の半田から成る導電性部材６がディスペンサー等を用いて載置されるとともに、全体が１５０〜３５０℃程度で加熱され、その後、発光素子３の電極と導電性部材６とが接触するように発光素子３が搭載され、発光素子３の電極と配線導体１ｂとが導電性部材６によって電気的に接続される方法を用いてもよい。また、配線導体１ｂおよび発光素子３の電極を、例えば、ボンディングワイヤ等の導電性部材６で電気的に接続する方法を用いてもよい。

上記の電気接続方法を用いて発光素子３を搭載することにより、発光素子３は、配線導体１ｂに導電性部材６を介して電気的に接続され、基体１の側面や下面などに導出された配線導体１ｂが発光装置駆動回路基板（図示せず）に電気的に接続されることにより、発光装置駆動回路基板と発光素子３とが電気的に接続される。

また、発光素子３は、サファイア基板上にガリウム（Ｇａ）−窒素（Ｎ），Ａｌ−Ｇａ−Ｎ，インジウム（Ｉｎ）−ＧａＮ等から構成されるバッファ層，Ｎ型層，発光層，Ｐ型層を順次積層した窒化ガリウム系化合物半導体やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体やセレン化亜鉛系化合物半導体またはダイヤモンド系化合物半導体や窒化ホウ素系化合物半導体等の紫外領域から青色領域に含まれる光を発光するＬＥＤ発光素子３等が用いられる。その他にも赤色，黄色または緑色に発光するＬＥＤ発光素子３等を用いてもよい。

なお、発光素子３から発生する光の紫外領域とは、可視光の短波長端３６０〜４００ｎｍを下限とし、上限は１ｎｍくらいまでの波長範囲の電磁波とする（理化学事典第５版／岩波書店）。また、青色領域とは、可視光の短波長端３６０〜４００ｎｍを上限とし、下限は４９５ｎｍくらいまでの波長範囲とする（ＪＩＳ Ｚ8701 ＸＹＺ表色系の色度座標）。

また、透光性部材７は、発光素子３との屈折率差の小さいものを選択することにより、発光素子３内部から放射される光が透光性部材７との界面において全反射され難くなる。その結果、発光素子３から効率よく透光性部材７に光を取り出すことができ、透光性部材７を介して発光装置の外部に放射される光が増加し、発光装置の光出力および発光効率は向上する。

なお、透光性部材７は、例えばシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂，フッ素系樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリイミド系樹脂等が挙げられるが、これに限定されるものではなく、基体１や反射部材４の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよい。また、透光性部材７は、未硬化の透光性部材７が反射部材４の内側開口に発光素子３および環状部材２を被覆するようにディスペンサー等の注入器で注入され、加熱や自然放置または光照射されることによって硬化される。

さらにまた、透光性部材７は、シリコーン樹脂から成ることがより好ましく、発光素子３から紫外光や近紫外光または青色光等の波長が短くエネルギーが高い光が放射される場合、シリコーン樹脂はこれら光に対して透過性がよく、発光素子３からの光に対して分子結合が切断されにくい。その結果、長期間にわたって光出力が劣化し難く、封止信頼性に優れた発光装置を提供することができる。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置と、発光装置が搭載され、発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含むことにより、発光装置が、配光特性および輝度が向上し、放射される光の波長等の変動およびそれぞれの発光装置の強度むらが抑制されたものであることから、それらを集めて照明装置とした本発明の照明装置の強度むらも抑制され、輝度の高いものとなる。

また、本発明の照明装置において、図６、図７、図８、図９に示されるように、一個の発光装置１０１を所定の配置となるように設置したり、または、複数個を、例えば、格子状や千鳥状、放射状等の所定の配置となるように設置したりしてもよい。あるいは、複数の発光装置１０１から成る円形状や多角形状の発光装置１０１群を同心状に複数群形成したもの等を所定の配置となるように設置してもよい。

例えば、図６の平面図およびその断面図を示す図７のように複数個の発光装置１０１が発光装置１０１を駆動するための電気配線を有する駆動部１０２上に複数列に配置され、発光装置１０１の周囲に任意の形状に光学設計されて光反射を行なう反射板等の光反射手段１０３が設置されて成る照明装置の場合、隣り合う発光装置１０１との間隔が最短にならない配置、例えば一列に配置された複数個の発光装置１０１の間に隣り合う列の発光装置１０１が配置された配置、いわゆる千鳥状の配置とすることが好ましい。即ち、発光装置１０１が格子状に配置される場合には、発光装置１０１が縦横直線状の格子に配列されることによりグレアが強くなり、このような発光装置１０１が人の視覚に入ってくることにより、不快感を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、グレアが抑制され人の眼に対する不快感を低減することができる。さらに、隣り合う発光装置１０１間の距離が長くなることにより、隣接する発光装置１０１間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置１０１が実装された駆動部１０２内における熱のこもりが抑制され、発光装置１０１の外部に効率よく熱が放散される。その結果、人の眼に対して不快感が小さく、長期間にわたって光学特性の安定した長寿命の発光装置を作製することができる。

また、発光装置が、図８の平面図およびその断面図を示す図９のような駆動部１０２上に複数の発光装置１０１からなる円形状や多角形状の発光装置１０１群を、同心状に複数群形成した照明装置の場合、一つの円形状や多角形状の発光装置１０１群における発光装置１０１の配置数を照明装置の中央側より外周側ほど多くすることが好ましい。これにより、発光装置１０１同士の間隔を適度に保ちながら発光装置１０１をより多く配置することができ、照明装置の照度をより向上させることができる。また、照明装置の中央部の発光装置１０１の密度を低くして駆動部１０２の中央部における熱のこもりを抑制することができる。その結果、駆動部１０２内における温度分布が一様となり、照明装置を設置した外部電気回路基板やヒートシンクに効率よく熱が伝達され、発光装置１０１の温度上昇を抑制することができ、発光装置１０１は長期間にわたり安定して動作することができるとともに長寿命の照明装置を作製することができる。

このような発光装置１０１を用いた照明装置としては、例えば、室内や室外で用いられる、一般照明用器具、シャンデリア用照明器具、住宅用照明器具、オフィス用照明器具、店装、展示用照明器具、街路灯用照明器具、誘導灯器具および信号装置、舞台およびスタジオ用の照明器具、広告灯、照明用ポール、水中照明用ライト、ストロボ用ライト、スポットライト、電柱等に埋め込む防犯用照明、非常用照明器具、懐中電灯、電光掲示板等や、調光器、自動点滅器、ディスプレイ等のバックライト、動画装置、装飾品、照光式スイッチ、光センサ、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等支障ない。例えば、反射部材４の上面もしくは蓋体に発光素子３からの光を波長変換する蛍光体を含有させた波長変換部材を配設したり、透光性部材７に蛍光体を含有させたりすることにより、様々な波長スペクトルを有する光を放射できる発光装置を作製できる。

また、上記実施の形態例において、反射部材４の内周面４ａが平面視において円形状である例を示して説明したが、円形状に限定されることはなく、四角形状やその他の多角形状、楕円形状、その他星型等の不定形状であってもよい。また、反射部材４および基体１の外周形状も円形状に限定されることはなく、その他の多角形状、四角形状や楕円形状、その他の不定形状であってもよい。また、反射部材４の断面形状が直角三角形状のブロック状に示したが、例えば板材等で錐台状に形成されたものでもよい。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す上視平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）は、本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す上視平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す上視平面図である。 本発明の照明装置の実施の形態の一例を示す上視平面図である。 図６の照明装置の断面図である。 本発明の照明装置の実施の形態の他の例を示す上視平面図である。 図８の照明装置の断面図である。 従来の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：搭載部
１ｃ：上側主面
１ｄ：突出部
２：環状部材
２ａ：凹凸部
２ｂ：切り欠き部
３：発光素子
４：反射部材
４ａ：内周面
５：接合部
７：透光性部材
８：接着剤

Claims (6)

1. 上側主面に発光素子が搭載された基体と、前記上側主面に前記発光素子を取り囲むように接合部を介して取着された反射部材と、前記反射部材の内側に前記発光素子を被覆するように注入された透光性部材とから成る発光装置において、前記反射部材の内周面と前記発光素子の搭載部との間の前記上側主面を覆うとともに前記接合部を塞ぐ環状部材が設けられていることを特徴とする発光装置。
2. 前記発光素子の搭載部は、前記上側主面より突出した突出部の上面に形成されており、前記環状部材が前記反射部材の内周面と前記突出部との間の前記上側主面を覆っていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記環状部材は、その上面が前記発光素子からの光を反射する反射面とされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
4. 前記環状部材は、その下面に凹凸部が形成されているとともに、前記上側主面に接着剤を介して取着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記環状部材の内周部に、切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光装置。
6. 請求項１乃至請求項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、前記発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、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含む照明装置。

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