(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製の絶縁基体と、
前記絶縁基体のおもて面に分割して配置され、板状を呈し、第１の部分と、第２の部分と、を有する正面金属部材と、
前記正面金属部材側に実装された半導体発光素子と、
前記絶縁基体の裏面に設けられ、前記正面金属部材の厚みと略同一の厚みを有し、前記正面金属部材に対する体積比が５０％以上であり、前記正面金属部材の面積より大きな面積を有し、板状を呈する裏面金属部材と、
を備え、
前記第１の部分は、前記半導体発光素子に電力を供給し、
前記第２の部分は、その少なくとも一部が前記絶縁基体の外周部に設けられるとともに、前記第１の部分に対して電気絶縁されるように間隔をおいて設けられ、
前記正面金属部材、および前記裏面金属部材は、銅からなり、
前記正面金属部材、および前記裏面金属部材は、互いに電気的および機械的に非接触状態となるように設けられていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第２の部分は、前記第１の部分を挟むように設けられた帯状の補強フレームを含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記正面金属部材の表面には、ニッケルを含むメッキ層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載された発光装置。
【請求項４】
光源として少なくとも１つの請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された発光装置を備えることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子を備える発光装置及び発光装置を備える照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源に半導体発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用いた発光装置がある。ＬＥＤは、発光効率が向上したので、オフィスや一般照明用など、比較的大きな照明器具の光源として採用されるようになった。そして、光源としての用途を広げるために、変換効率が高く高出力のＬＥＤが要求されている。高出力のＬＥＤを実現させるためには、ＬＥＤが発光する時に発生する熱を如何に効率よく放熱させるかが重要な課題となっている。
【０００３】
ＬＥＤチップを１Ｗ以上の電力で点灯させる発光装置がある。第１金属層と絶縁コアと第２金属層とが層を成した基板が、ＬＥＤチップを実装する基板として用いられる。絶縁コアは平らなセラミックス製である。第１金属層は、ＬＥＤチップを配線するために導電性に優れた銅製またはアルミニウム製であり、絶縁コアの一方の面にパターンを形成している。複数のＬＥＤチップは、パターンにデザインされた第１金属層に実装されている。第２金属層は、電気的な接続機能を担わず放熱部材と接合し放熱機能を発揮するために、熱伝導性に優れた銅製またはアルミニウム製でほぼ一体に平らに、第１金属層と反対側の絶縁コアの面に形成されている。この発光装置は、熱伝導性に優れた材料を第２金属層に使用しているので、ＬＥＤが発生する熱を効率よく基板内に拡散する。したがって、この発光装置は、放熱機能を有していない場合に比べて大きい電流でＬＥＤを作動させることができる。
【０００４】
また、ＬＥＤを実装するための回路基板として熱伝導率の高いセラミックスを使用した発光装置がある。ＬＥＤが発生する熱をこの回路基板で伝導することで基板に歪が生じるのを抑制する。この発光装置は、ＬＥＤが実装された側と反対側に金属製の接合パターンが形成されている。発光装置の接合パターンは、向き合って配置された放熱基板と鉛フリー半田で接合される。接合パターンと放熱基板とが半田接合されるときにクラックが生じないようにするために、放熱基板は、接合パターンと同一材料または熱膨張率が略同一の材料で形成される。発光装置は、ＬＥＤが配置された場所に対応する接合パターンと放熱基板との間に形成されるメイン接合部の周囲に開放領域を有している。開放領域は、クラックがメイン接合部に達しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−  ７９５９３号公報
【特許文献２】特開２００９−２１２３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、絶縁コアに対して第１金属層および第２金属層が接合された基板を採用する発光装置において、第１金属層および第２金属層は、それぞれ直接接合または蝋着されている。第１金属層および第２金属層を絶縁コアに直接接合して構成された基板をＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板と呼び、第１金属層および第２金属層を絶縁コアに鉛フリー半田によって接合して構成された基板を活性金属蝋着(Active Metal Bonding: ＡＭＢ)基板と呼ぶ。これらＤＣＢ基板およびＡＭＢ基板を構成する絶縁コアと第１金属層または第２金属層とは材質が異なっているので、当然、熱膨張率および熱伝導速度も異なっている。第１金属層は、配線パターンを形成するために金属層が部分的に形成されている。第２金属層は、放熱作用を発揮させるためにほぼ全面にわたり金属層が形成されている。このように、第１金属層と第２金属層とでパターンの形状が異なっているので、製造段階において高温の雰囲気や急激な温度変化にさらされると基板全体に顕著な反りが生じる。なお、熱伝導率の高いセラミックスを基板に採用した発光装置は、基板の全体的な反りを防止することについて考慮されていない。
【０００７】
基板が全体的に反っていると、発光装置を製造する工程において、ハンドリング性が悪くなる。また反りが生じたまま完成した発光装置は、照明機器に組み込まれる際に、放熱のためのケース部材やヒートシンク等の放熱部材との接触面積が十分に得られない。つまり、ＬＥＤチップが発生した熱をケース部材や放熱部材へ伝達できなくなる。これにより、発光効率が低下し、設計された値どおりの光束が得られない。また、基板が反っていると、基板とケース部材や放熱部材との間に隙間が形成される。隙間をなくすために、ネジ等の締結具で基板を必要以上に締め付けると、基板にクラックが発生し破損するかもしれない。
【０００８】
ＤＣＢ基板は、耐熱性を高めるために第１金属層の厚みを大きくする。ＤＣＢ基板の第２金属層は、絶縁コアよりも薄く、半田、熱グリース、相変化テープ、または熱ブランケットなど接続材料を介してヒートシンクに接合される。あるいは、ＤＣＢ基板は、第２金属層よりも厚く広いベースを第２金属層に接続される。ベースは、周部に設けられた２つの切欠にボルトまたはリベットを通され、ヒートシンクなどへ固定される。しかし、ＤＣＢ基板と別にベースを設けると、部品点数が増えてコストが高くなる。
【０００９】
半田の溶融温度は、鉛フリー半田の場合でも２３０℃前後であり、ＬＥＤチップを第１金属層に実装する接着材の耐熱温度よりも低い。接続材料として半田を用いて第２金属層をヒートシンクに取り付けた場合、発光装置が高温環境下で使用されたり、点灯消灯によって繰り返し温度変化が加わったりすると、高温クリープや熱応力疲労によって、半田に劣化やクラックが生じるかもしれない。半田部分を良好な状態に保つためには、ＤＣＢ基板の温度が高くなりすぎないように、ＬＥＤチップに供給する電力を抑制しなければならない。しかし、このことはＬＥＤチップの輝度を上げることに反する。
【００１０】
ＤＣＢ基板に直接ヒートシンクを固定する方法として、ＤＣＢ基板の絶縁コアに形成したネジ穴を利用してヒートシンクを固定することが考えられる。しかし、以下の２つの点で好ましくない。第１に、ネジを締め付けるトルクが強すぎた場合、絶縁コアはセラミックス製であるので、破損するかもしれない。第２に、ＤＣＢ基板の第２金属層とヒートシンクの線膨張係数は、ＤＣＢ基板の線膨張係数に比べて大きいので、ＤＣＢ基板とヒートシンクの温度が上昇すると、ＤＣＢ基板が反ることもある。このような場合は、ネジ穴に応力が集中して絶縁コアが破損するかもしれない。そのため、発光装置と別部品のベースを用いることなくＤＣＢ基板をヒートシンクなどの放熱器に固定する技術が求められている。
【００１１】
そこで、セラミックス製の基板が熱で反りにくい発光装置、および、この発光装置を備える照明器具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態の発光装置は、セラミックス製の絶縁基体と、前記絶縁基体のおもて面に分割して配置され、板状を呈し、第１の部分と、第２の部分と、を有する正面金属部材と、前記正面金属部材側に実装された半導体発光素子と、前記絶縁基体の裏面に設けられ、前記正面金属部材の厚みと略同一の厚みを有し、前記正面金属部材に対する体積比が５０％以上であり、前記正面金属部材の面積より大きな面積を有し、板状を呈する裏面金属部材と、を備え、前記第１の部分は、前記半導体発光素子に電力を供給し、前記第２の部分は、その少なくとも一部が前記絶縁基体の外周部に設けられるとともに、前記第１の部分に対して電気絶縁されるように間隔をおいて設けられ、前記正面金属部材、および前記裏面金属部材は、銅からなり、前記正面金属部材、および前記裏面金属部材は、互いに電気的および機械的に非接触状態となるように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
正面金属部材の体積に対して裏面金属部材の体積を５０%以上とした発光装置は、絶縁基体を含む基板が熱によって反るのを抑制する。また、基板が反るのを抑制するこの発光装置を備える照明器具は、基板の熱を効率よく放熱させることで、半導体発光素子の寿命を安定させ、品質の整った照明を供給する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】第１の実施形態の発光装置を光放射側から見た平面図。
【図１Ｂ】図１Ａ中の１ｂ−１ｂ線に沿う発光装置の断面図。
【図１Ｃ】図１Ａに示した発光装置の背面図。
【図２Ａ】図１Ａに示した発光装置を有する照明器具の断面図。
【図２Ｂ】図２Ａに示した照明器具を光放射側から見た正面図。
【図３Ａ】第２の実施形態の発光装置を光放射側から見た平面図。
【図３Ｂ】図３Ａ中の３ｂ−３ｂ線に沿う発光装置の断面図。
【図３Ｃ】図３Ａに示した発光装置の背面図。
【図４Ａ】第３の実施形態の発光装置を光放射側から見た平面図。
【図４Ｂ】図４Ａ中の４ｂ−４ｂ線に沿う発光装置の断面図。
【図５Ａ】図４Ｂに示した発光装置の一部を切り欠いた断面図。
【図５Ｂ】図５Ａに相当する従来の発光装置の断面図。
【図６Ａ】第４の実施形態の発光装置を光放射側から見た平面図。
【図６Ｂ】図６Ａ中の６ｂ−６ｂ線に沿う発光装置の断面図。
【図６Ｃ】図６Ａに示した発光装置の背面図。
【図７】第５の実施形態の発光装置を光源として備えた照明器具を示す斜視図。
【図８】図７に示した照明器具を光放射側から見た正面図。
【図９】図７に示した照明器具の断面図。
【図１０】図７に示した照明器具の分解斜視図。
【図１１】図７に示した発光装置を光放射側から見た正面図。
【図１２】図１１に示した発光装置の背面図。
【図１３】図１１に示した発光装置にＬＥＤチップが実装される前の状態の正面図。
【図１４】図１１中のＦ１４−Ｆ１４線に沿う発光装置の断面図。
【図１５】図１１に示した発光装置のＬＥＤチップの配列の平面図。
【図１６】図１５の発光装置の裏面金属部材に対する正面金属部材の体積比と絶縁基体に生じる変形量との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
一実施形態の発光装置は、セラミックス製の絶縁基体と、前記絶縁基体のおもて面に分割して配置され、板状を呈し、第１の部分と、第２の部分と、を有する正面金属部材と、前記正面金属部材側に実装された半導体発光素子と、前記絶縁基体の裏面に設けられ、前記正面金属部材の厚みと略同一の厚みを有し、前記正面金属部材に対する体積比が５０％以上であり、前記正面金属部材の面積より大きな面積を有し、板状を呈する裏面金属部材と、を備え、前記第１の部分は、前記半導体発光素子に電力を供給し、前記第２の部分は、その少なくとも一部が前記絶縁基体の外周部に設けられるとともに、前記第１の部分に対して電気絶縁されるように間隔をおいて設けられ、前記正面金属部材、および前記裏面金属部材は、銅からなり、前記正面金属部材、および前記裏面金属部材は、互いに電気的および機械的に非接触状態となるように設けられていることを特徴とする。
【００１６】
絶縁基体と正面金属部材と裏面金属部材とは、基板を構成する。基板として、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＤＢＡ（Direct Brazing Aluminum）基板、ＡＭＣ（Active Metal Brazed Copper）基板等がある。ＤＣＢ基板は、裏面金属部材となる銅板をセラミックス製の絶縁基体に直接接合して形成している。ＤＢＡ基板は、セラミックス製の絶縁基体に裏面金属部材となるアルミニウム板を蝋着して形成されたものである。ＡＭＣ基板は、セラミックス製の絶縁基体に裏面金属部材として銅板を蝋着して形成されたものである。
【００１７】
絶縁基体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ等、光源となる半導体発光素子を配置するための部材であって、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）を主成分とする化合物から造られる焼結材などが許容される。絶縁基体の形状は、求められる配光特性を満足するすべての形状、例えば、正方形や長方形、六角形、四角形の四隅をカットして作られる八角形などの多角形状、あるいは円形や楕円形といったような複数のＬＥＤチップを一定の間隔で配列して形成される面モジュール、または、長尺なライン上にＬＥＤチップを並べて形成される線モジュールが、採用される。
【００１８】
この明細書において、ＬＥＤチップが実装され光が放射される側の絶縁基体の面を「おもて」と呼び、これと反対側を「裏」と呼ぶ。
【００１９】
絶縁基体のおもて面に形成された正面金属部材は、配線パターンを形成する。半導体発光素子であるＬＥＤチップは、この配線パターン上に配設される。絶縁基体の製造方法およびＬＥＤチップの実装方法は、特定のものに限定されない。設定されたパターンの正面金属部材を絶縁基体に形成する場合、設定されたパターンおよび個々のパーツを連結するブリッジを残した一次部材を、一枚の金属部材から金型で打ち抜くなどによって、まず用意する。この一次部材をセラミックス製の絶縁基体に接合した後、ブリッジ等の不要な部分を切除することによって、正面金属部材を得る。あるいは、一枚の金属部材をセラミックス製の絶縁基体に接合した後、設定されたパターンにエッチングする。
【００２０】
正面金属部材の材質は、導電性に優れた材料であれば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金など、全ての材料が許容される。正面金属部材の配列は、これらの金属によって、絶縁基体に一定の間隔を有したマトリックス状に一部または全体が配列されるか、千鳥配置、放射状、螺旋状など、規則的に一定の順序をもって一部または全体が配置されるか、ランダムに配置されるか、限定されない。
【００２１】
ＬＥＤチップで構成される以外に、半導体レーザ、有機ＥＬなどを光源とした発光素子も、半導体発光素子として利用される。半導体発光素子は、照明の用途に応じて、必要な個数が選択される、すなわち、複数の半導体発光素子が、１個の正面金属部材に実装されてもよいし、１個の半導体発光素子のみが１個の正面金属部材に実装されてもよい。半導体発光素子は、照明器具の用途に応じて光源となる色が設定される、すなわち、白色光を放射するように構成する場合、単色で構成されるか、赤色、青色、緑色、黄色などの複数色を組み合わせた合成色で構成される。
【００２２】
絶縁基体の裏面に形成された裏面金属部材は、正面金属部材の厚みと同じまたは薄く形成され、ケースやヒートシンク等の放熱部材に発光装置を固定するために用いられる。裏面金属部材は、通常、電気的な接続機能をもたず、放熱機能を発揮させるために構成される。したがって、銀、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導性に優れた全ての金属が、裏面金属部材として利用可能である。これらの金属で形成された裏面金属部材は、放熱性を考慮して一続きの平板に構成される。裏面金属部材は、必ずしも全て一続きに形成されている必要はなく、一部が切り欠かれていたり、複数に分割されていたりしてもよい。
【００２３】
正面金属部材および裏面金属部材は、薄いシート状に形成された金属であって、セラミックス製の絶縁基体に対して蝋着によって接合される。蝋着する代わりに、共晶接合や拡散接合によって直接に金属のシートをセラミックス製の絶縁基体に界面接合させてもよい。銅箔をセラミックスに共晶接合する場合、酸化させた銅箔をセラミックス製の絶縁基体上に配置して約１０７０℃程度に加熱加圧することによって接合させる。また、正面金属部材および裏面金属部材は、電気メッキおよびエッチングによって形成された薄い金属層であってもよい。
【００２４】
正面金属部材に対する裏面金属部材の体積比は、正面金属部材の体積を基準に裏面金属部材の厚さ寸法を調整して体積比が５０％以上にしてもよいし、裏面金属部材の体積を基準に正面金属部材の厚さ寸法を調整し、正面金属部材に対する裏面金属材の体積比を５０％以上にしてもよい。また、正面金属部材および裏面金属部材の体積比の調整は、厚さ寸法を同じにして表面積を変えて体積比を設定してもよいし、表面積を同じにして厚さ寸法を変えて体積比を設定してもよい。さらに正面金属部材および裏面金属部材の体積比の調整は、（正面金属部材と裏面金属部材との）両方の厚さ寸法や表面積を組み合わせて設定してもよい。また、正面金属部材に対する裏面金属部材の体積比を５０％以上にし、かつ、裏面金属部材の面積は、正面金属部材の面積より大きくする。
【００２５】
正面金属部材の体積は、半導体発光素子を実装した正面金属部材のみにより設定されてもよいし、半導体発光素子を実装していない端子部や絶縁基体を補強するフレームを構成する部材を含めて設定されてもよい。同様に、裏面金属部材の体積は、正面金属部材に対応する範囲の部材によって設定されてもよいし、端子部を構成する部材や絶縁基体補強用のフレームを構成する部材を含めて設定されてもよい。半導体発光素子を実装していない端子部を構成する部材や絶縁基体補強用のフレームを構成する部材は、正面金属部材や裏面金属部材と同一の材料で構成されてもよいし、異なる材質で構成されてもよい。
【００２６】
正面金属部材に対する裏面金属部材の体積比は、５０％から１２０％までの範囲において、１００％に近づけることが好ましい。体積比が５０％未満であると体積に起因する正面金属部材と裏面金属部材の熱容量の差が大きくなり、絶縁基体の反りを防止し難くなる。体積比が１２０％を超えると、正面金属部材および裏面金属部材を絶縁基体に接合する時の温度が高い（約１０７０℃）ため、常温まで除冷した後で中央部がおもて側へ出っ張るように反りが生じる。裏面金属部材は、発光装置が固定される部位に対して、密着しにくくなる。
【００２７】
正面金属部材は、半導体発光素子の配置にしたがったパターンで設けられている。裏面金属部材の面積は、正面金属部材の面積より大きいので、裏面金属部材の厚みは、正面金属部材の厚みよりも薄くする。正面金属部材の厚みを裏面金属部材の厚みよりも大きくすることで、正面金属部材の体積を裏面金属部材の体積と同じ程度にする。温度変化に伴う正面金属部材と裏面金属部材の膨張および収縮の差を小さくすることで、絶縁基体に生じる反りを抑制する。
【００２８】
正面金属部材の一部は、絶縁基体の外周部に沿う長尺な帯状部分を含む。正面金属部材の帯状部分が絶縁基体の外周部における補強フレームとして作用するので、基板の全体的な反りを防止するとともに、外周部にクラックが発生するのを防止する。この帯状部分は、基板の外周部に設けられる端子部分を避けて設けられる。すなわち、基板が長方形であって、端子が基板の短辺に沿って配置される場合、帯状部分は、端子を避けた長辺に沿って、それぞれが対称となるように配置する。基板を広げることなく、基板のおもて側のデッドスペースを有効に利用し、基板が補強される。帯状部分は、基板の全周囲に連続して形成されてもよいし、一部を不連続に形成してもよい。正面金属部材の帯状部分は、補強フレームとして機能すればよい。したがって、半導体発光素子を実装するための正面金属部材と同時に、同一の金属材料によって形成されてもよいし、別の工程において別材質の金属で形成されてもよい。
【００２９】
また、発光装置において、絶縁基板は、ネジ固定用の孔を有し、正面金属部材の一部に含まれる補強部をおもて面の孔の周囲に有している。正面金属部材は、その一部が孔の周囲に補強部として配置されているので、この補強部が孔の補強フレームの役割を果たす、つまり、ネジを締めた場合にクラックが発生するのを防止する。補強部は、孔の周囲に切れ目無しに連続していても、部分的に不連続であってもよい。また、補強部は、電極部として半導体発光素子を実装するための正面金属部材や帯状部分として外周部の補強フレームを成す正面金属部材が形成されるのと同時に、同一の金属材料によって形成されるか、別の工程において別部材で形成される。
【００３０】
他の実施形態の発光装置は、セラミックス製の絶縁基体と、正面金属部材と、裏面金属部材と半導体発光素子とを含む。絶縁基体は、半導体発光素子が実装されるおもて面およびこのおもて面と反対側の裏面を定義される。正面金属部材は、設定されたパターンで、絶縁基体のおもて面に直接接合又は蝋着される。正面金属部材は、パッドおよび給電部を含む。パッドは、少なくとも１つの半導体発光素子を支持する。給電部は、絶縁基体の外周部に配置され、半導体発光素子に配電する電力が供給される端子部を備える。裏面金属部材は、絶縁基体の外周縁よりも絶縁基体の裏面に沿って延びた固定部を一体に有し、絶縁基体の裏面に直接接合または蝋着される。固定部は、ネジ通し部が形成されている。絶縁基体と正面金属部材と裏面金属部材とは、基板を構成する。半導体発光素子は、正面金属部材のパッドに実装されるとともに給電部に電気的に接続される。
【００３１】
給電部は、セラミックス等の絶縁基体の周縁部から外側へ突出したタブのように形成される。または、給電部は、孔または溝によって作られる開放部を絶縁基体の一部に設け、この開放部を塞ぐように形成される。
【００３２】
裏面金属部材の縁部がセラミックス製の絶縁基体の周部から出ている場合、この縁部に固定部として用いるネジ通し部を形成する。裏面金属部材の縁部は、固定部を除く領域を絶縁基体と略同じ大きさに形成する、すなわち固定部のみが絶縁基体の周部から突出する。絶縁基体の周部を切り欠いて作られた凹部に露出する裏面金属部材の縁部を、固定部として用いる。裏面金属部材は、厚みが一定な平板に限定されない。裏面金属部材は、正面金属部材のパターンに応じて孔やスリットが形成される。つまり、正面金属部材のパターンの密度の分布に対応して、孔や切り欠きを形成する。
【００３３】
この発光装置は、裏面金属部材を絶縁基体の裏面に直接接合又は蝋着するので、ぶ厚い板状の裏面金属部材を用いることができる。裏面金属部材と一体でかつネジ通し部が形成された固定部は、ヒートシンク等の被取付部材に基板をネジ止めするのに十分な強度を有する。固定部は、セラミックス製の絶縁基体の周部から張り出しているので、絶縁基体にネジを通すことなく、基板を被取付け部材に固定できる。固定部は、裏面金属部材と一体であるので、固定部のための別部品が不要である。したがって、部品点数を増やすことなく被取付部材に基板をネジ止めできるとともに、ネジで締め付けたことに原因して絶縁基体が破損しない。
【００３４】
以上の発光装置は、天井から全般照明を行うオフィスのような、施設用や業務用といった比較的大きな照明器具の光源として適用されるだけでなく、一般住宅用の照明器具などの小型の照明器具、口金付のランプ形態の照明器具の光源としても適用される。オフィスや施設など業務用の照明器具は、発光装置を複数個組み合わせ、長尺に、あるいは、大きなパネル形状に作られる。業務用に比べて小型の一般住宅用の照明器具は、１つの発光装置で作られる。
【００３５】
照明器具は、光源となる発光装置と、放熱機能を有するケースと、発光装置のＬＥＤチップを点灯させるための点灯回路や電源回路と、を備える。発光装置は、ケースに用意された熱伝達面に、裏面金属部材を接触させて固定される。裏面金属部材と熱伝達面との間に熱伝達を促進させるためのペーストやシリコーングリースを充填する。ケースは、熱伝導性に優れた材料、すなわち鋼板、ステンレス、アルミニウム等の金属や、耐熱性、耐光性で、電気絶縁性を有する合成樹脂、すなわちポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）など、で造られる。点灯回路および電源回路は、例えば交流電圧１００Ｖから３００Ｖを所望の直流電圧に変換してＬＥＤチップに供給する。点灯回路および電源回路は、ケース内に配置するか、ケースと離して設置する。また点灯回路は、輝度や発光色を変化させる調光機能を有してもよい。
【００３６】
発光装置は、裏面金属部材の厚みを正面金属部材の厚みより薄く、かつ、裏面金属部材の体積に対して正面金属部材の体積の比を５０％以上とした。これにより、発光装置は、正面金属部材と裏面金属部材の面積差に起因して製造過程において絶縁基体に生じる反りを抑制する。また、この発光装置は、裏面金属部材の敷設面積を正面金属部材の面積よりも大きくすると、製造過程で絶縁基体に発生する反りがさらに小さくなる。
【００３７】
絶縁基体の外周部に形成された帯状部分が正面金属部材の一部に含まれており、帯状部分が絶縁基体の外周部の補強フレームとして機能するので、絶縁基体の反りを防止すると共に、外周部にクラックが発生するのを防止する。ネジ締め用の取付孔の周囲に設けられた補強部が正面金属部材に含まれており、補強部が取付孔の補強フレームとして機能するので、取付孔からクラックが発生するのを防止する。
【００３８】
他の形態の発光装置は、絶縁基体の裏面に直接接合又は蝋着により接合された裏面金属部材と一体に形成された固定部のネジ通し部にネジを通され、基板を被取付部材に固定する。発光装置は、部品点数を増さずに基板を被取付部材にネジ止めできる構造を得た。ネジの締め付けが強くてもセラミックス製の絶縁基体が破損しない。また、この発光装置は、裏面金属部材の一部として形成された固定部を有している。部品点数を増やさずに、被取付部材にネジ止めする際に、セラミックス製の絶縁基体を破損させる心配がない。
【００３９】
第１から第５の実施形態の発光装置および照明器具は、以下に説明する。  
第１の実施形態の発光装置１０の構成を説明する。図１Ａに示す発光装置１０は、半導体発光素子１３としての発光ダイオード（ＬＥＤ）をＤＣＢ基板に実装して構成されている。発光装置１０は、図１Ｂに示すように、セラミックス製の絶縁基体１１、絶縁基体１１のおもて面１１Ａに形成された銅製の正面金属部材１２、ＬＥＤで構成されて正面金属部材１２上に実装された半導体発光素子１３、絶縁基体１１の裏面１１Ｂに形成された銅製の裏面金属部材１４を含む。基板１１１は、絶縁基体１１と正面金属部材１２と裏面金属部材１４とで構成される。
【００４０】
絶縁基体１１は、半導体発光素子１３を配列するために、セラミックス製、本実施例では窒化アルミニウム製、の長方形の平板である。正面金属部材１２は、配線パターンを構成するために、絶縁基体１１のおもて面に形成される。図１Ａにおいて、図２Ａに示す照明器具２０のケース２１に発光装置１０を固定するためのネジ締め用の取付孔１１Ｃは、絶縁基体１１の四隅に形成されている。
【００４１】
正面金属部材１２は、セラミックス製の絶縁基体１１のおもて面に３つに分かれて配置され、絶縁基体１１の長手方向に沿って並んでいる。図１Ａにおいて正面金属部材１２のパターンを構成するパッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、絶縁基体１１の中央領域に、電気絶縁のための間隔Ｓを有して配置され、半田によって絶縁基体１１のおもて面に図１Ｂに示すように接合される。この各パッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃの表面は、酸化を防止するためのニッケル（Ｎｉ）をメッキされる。ニッケルの代わりに金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などをメッキしてもよい。これらの金属は、パッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃの表面を覆ってメッキされるので、半導体発光素子１３から放射された光を効果的に反射させる。放射された光の損失が減るので、発光装置１０の発光効率は、向上する。メッキされていない銅の反射率は、約６０％であるのに対して、銀メッキの反射率は約９５％である。
【００４２】
正面金属部材１２の表面に半導体発光素子１３が実装される。半導体発光素子１３は、ＬＥＤチップで構成される。半導体発光素子１３は、同一性能を有するものが複数個用意される。本実施形態において各半導体発光素子１３は、高輝度、高出力の青色ＬＥＤチップで構成する。複数個の青色の半導体発光素子１３は、各パッド１２ａ，１２ｂに、それぞれ２個ずつ、ほぼ均等な間隔を有したマトリックス配列で実装される。本実施例において、基板はＤＣＢ基板としたので、半導体発光素子１３は一辺が約１ｍｍ程度で１．１〜１．５Ｗの大容量のＬＥＤチップを採用する。
【００４３】
正面金属部材１２に実装されたそれぞれの半導体発光素子１３は、図１Ｂに示すように透明なシリコーン樹脂に黄色蛍光体を混合した封止部材１５で覆われる。青色の半導体発光素子１３によって黄色蛍光体を励起し、黄色光を発光させる。この発光装置１０は、黄色蛍光体が発する黄色光と半導体発光素子１３が発する青色光とを混光させて、白色を発光する。半導体発光素子１３は、金線のボンディングワイヤＷによって各パッド１２ａ，１２ｂに接続され、４個の各半導体発光素子１３は、２個ずつ直列に接続される。
【００４４】
また、セラミックス製の絶縁基体１１の裏面１１Ｂに形成された銅製の裏面金属部材１４は、絶縁基体１１の表面に形成された銅製の正面金属部材１２の板厚より薄い。この裏面金属部材１４は、図１Ｃに示すように一続きの平板であって、絶縁基体１１の裏面１１Ｂに半田で接合される。
【００４５】
ＤＣＢ基板を有した発光装置１０において、正面金属部材１２の体積に対して、裏面金属部材１４の体積は、５０％以上に作られる。本実施形態において、絶縁基体１１、正面金属部材１２、裏面金属部材１４は次の寸法及び体積に構成した。
【００４６】
図１Ａにおいて、左側に示されたパッド１２ａは、板厚を約０．２５ｍｍ、面積を約４０ｍｍ２に構成し、中央のパッド１２ｂは、板厚を左側と同様に約０．２５ｍｍとし、面積を約６０ｍｍ２に構成し、右側のパッド１２ｃは、板厚を約０．２５ｍｍとし、面積を約２０ｍｍ２に構成した、つまり正面金属部材１２の板厚は約０．２５ｍｍで、総面積を約１２０ｍｍ２に構成した。また、裏面金属部材１４の板厚は、正面金属部材１２の板厚より薄い約０．２ｍｍとし、面積を約１４０ｍｍ２にして構成した。絶縁基体１１は、板厚が約０．２５ｍｍ、面積は裏面金属部材１４の銅板より大きい約３２２ｍｍ２の窒化アルミニウムで構成し、図１Ｃに示すように外周にブランク領域が残るように裏面金属部材１４を接合した。
【００４７】
上述の寸法に基づく正面金属部材１２の体積は、約３０ｍｍ３、裏面金属部材１４の体積は、約２８ｍｍ３となる。正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積比は、約９３％となり、目標とする５０％以上で１００％に近くなるように構成された。
【００４８】
本実施形態において、正面金属部材１２の板厚を固定して、裏面金属部材１４の板厚を正面金属部材１２の板厚より薄く形成し、すなわち裏面金属部材１４の板厚および表面積を調整することによって、正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積比が１００％に近くなるように形成し、絶縁基体１１の反りをコントロールした。
【００４９】
このように、正面金属部材１２と裏面金属部材１４とを同一の材料である銅板とすることによって、セラミックス製の絶縁基体１１の両面における熱膨張率の差をなくし、かつ、正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積比を約９３％にすることによって、絶縁基体１１の両面における熱容量の差を極力無くすように、発光装置１０を構成した。この結果、発光装置１０は、熱によって絶縁基体１１に生じる反りを抑制する。
【００５０】
この発光装置１０によれば、製造過程において、正面金属部材１２に半導体発光素子１３をダイボンディングによって実装する際に、約３００℃程度の高温の雰囲気にさらされても基板が反り難くい。また、製造過程においてハンドリング性が悪くなる問題も改善される。
【００５１】
ＤＣＢ基板を有し外形が長方形で薄い板状をなす発光装置１０は、図２に示すように、照明器具２０のケース２１に組み込まれる。この照明器具２０は、発光装置１０を光源とした小形のダウンライトであって、上述した発光装置１０、発光装置１０が固定されるケース２１、発光装置１０を点灯させ点灯装置２２で構成される。
【００５２】
ケース２１は、図２Ａに示すように、アルミダイカスト製で、両端部に開口を有する円筒形である。ケース２１は、発光装置１０を取り付けるための仕切り板２１ａを図２Ａ中の胴部の下方よりの内部に一体に有している。仕切り板２１ａは、発光装置１０をケース２１に固定するための支持部であり、かつ図２Ａ中において下面に熱伝達面となる平坦な面を有する。
【００５３】
発光装置１０は、絶縁基体１１の周囲の４か所に設けた取付孔１１Ｃに通されたネジによって、仕切り板２１ａに締め付けられ、銅製の裏面金属部材１４をアルミニウム製の仕切り板２１ａの平坦な面上に確実に密着させた状態で、固定される。発光装置１０の基板が反っていない、つまり、絶縁基体１１と仕切り板２１ａとの間に隙間が生じないので、ネジ締めの際に、絶縁基体１１にクラックが発生しない。裏面金属部材１４が仕切り板２１ａに密着するので、半導体発光素子１３が発生する熱は、裏面金属部材１４を通して仕切り板２１ａに効率よく放熱される。
【００５４】
この発光装置１０は、正面金属部材１２が長手方向に分割されている。したがって、もし、仕切り板２１ａの平坦度が悪く、絶縁基体１１が歪んで固定された場合でも、柔軟に倣うので、クラックが発生し難くいと共に、密着して固定される。
【００５５】
反射体２３は、図２Ａに示すように仕切り板２１ａに固定された発光装置１０の表面側に装着され、図２Ｂに示すように各半導体発光素子１３を囲む。反射体２３は、耐光性、耐熱性および電気絶縁性を有する白色の合成樹脂、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等で構成される。反射体２３は、発光装置１０の各パッド１２ａ，１２ｂに実装された４個の半導体発光素子１３を囲む直径の円形の光取込口２３ａ、およびこれらの半導体発光素子１３を囲む回転放物面によっていわゆる「すり鉢状」に形成された反射面２３ｂを一体に有している。照明器具２０の発光部Ａは、発光装置１０の光軸ｘ−ｘが反射体２３の光軸ｙ−ｙに略一致するように構成される。
【００５６】
点灯装置２２は、発光装置１０の４個の半導体発光素子１３を点灯するために必要な点灯回路および電源回路を構成する回路部品を含み、商用電源から得られる１００Ｖの交流電圧を２４Ｖの直流電圧に変換し、各半導体発光素子１３に一定の直流電流を供給する。この点灯装置２２は、ケース２１の内部に収納される。点灯装置２２に商用電源からの電力を供給するための電源端子台２４は、光放出側と反対側のケース２１の端部に用意される。図２Ａおよび図２Ｂ中に示すように、化粧枠２５は、ケース２１の発光部Ａに隣接しており、透明なカバー部材２５ａによって覆われる。ケース２１を天井Ｘに保持するための支持具２６は、板バネで構成されている。
【００５７】
このダウンライト形の照明器具２０は、被設置面となる天井Ｘに１つ設置するか、または複数個を送り用ケーブルにより互いに接続させて設置する。図２Ａ中に一点鎖線で示す天井Ｘに円形に形成された設置孔Ｈに配線された電源線を電源端子台２４に接続する。支持具２６を手で内方に撓ませ、その先端をケース２１と共に設置孔Ｈに挿入したのち、支持具２６から手を放す。支持具２６が自らの弾性により復元して設置孔Ｈの内面に圧接するので、ケース２１は、化粧枠２５を天井Ｘに当接させた状態に保持される。この状態で、設置孔Ｈの切り口は、化粧枠２５によって覆われる。
【００５８】
照明器具２０を点灯すると、各半導体発光素子１３から出射された光は、反射体２３の反射面２３ｂで反射して、略円錐形に下向きに広がって放射され、スポット的な照明を行う。この際、半導体発光素子１３から放射された光は、ニッケル、銀、金など、正面金属部材１２の各パッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃの表面にメッキされた金属で反射される。また、絶縁基体１１が白色のセラミックスで構成されていることによって絶縁基体１１の表面でも光が反射されるので、照明器具２０は、光損失の少ない照明を行う。
【００５９】
また、正面金属部材１２および裏面金属部材１４が熱伝導性に優れた銅製であり、絶縁基体１１も熱伝導性を有するセラミックス製であり、さらに、ケース２１も熱伝導性に優れたアルミニウムで形成されている。各半導体発光素子１３が発生した熱は、正面金属部材１２から絶縁基体１１を通って裏面金属部材１４へ伝達され、さらに仕切り板２１ａの熱伝達面を介してケース２１に伝達され、照明器具２０の外部へ放熱される。つまり、熱は、表面積の大きなケース２１の側壁から、効果的に外部に放熱される。
【００６０】
また、半導体発光素子１３を実装した正面金属部材１２のパッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、絶縁基体１１の長手方向に沿って配置されている。半導体発光素子１３が発生する熱は、熱容量の大きな基板の長手方向に沿って伝達されることで、一層効果的に放熱される。また、発光装置１０は、反りがない状態に構成されるので、裏面金属部材１４をケース２１の仕切り板２１ａに確実に密着させた状態に固定される。裏面金属部材１４から仕切り板２１ａへの熱伝達損失が少ないので、効果的に放熱される。
【００６１】
照明器具２０は、上述の放熱作用によって、各半導体発光素子１３の光変換効率の低下を抑制し、照度の明るい照明を行なう。また、半導体発光素子１３の寿命も延びる。
【００６２】
第１の実施形態の発光装置１０は、正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積比を約９３％にしたように、絶縁基体１１の両面における熱容量の差を極力無くすように構成したので、熱によってセラミックス製の絶縁基体１１が反ることを確実に防止する。このとき、正面金属部材１２と裏面金属部材１４を同一材料である銅製にすることで絶縁基体１１の両面における熱膨張率の差をなくしたので、発光装置１０の絶縁基体１１が熱によって反りにくい。
【００６３】
さらに、裏面金属部材１４の厚みを、正面金属部材１２の厚みより薄く形成し、すなわち、正面金属部材１２の厚みを基準に裏面金属部材１４の厚みと表面積を調整し、正面金属部材１２の体積に対する裏面金属部材１４の体積の比を１００％に近づけることによって、絶縁基体１１の反りをコントロールした。複雑な配線パターンの無い、放熱用の平板を成す単純な裏面金属部材１４の寸法変化のみでコントロールするので、体積比の調整がしやすく、求める体積比に近づけることが容易である、すなわちこの発光装置１０は、製造性に優れている。
【００６４】
発光装置１０は、製造過程において高温の雰囲気にさらされても絶縁基体１１に反りが生じ難くいし、絶縁基体１１が熱によって反ることが確実に防止される。また、発光装置１０は、製造過程においてハンドリングしやすく改善される。発光装置１０の基板が反っていないので、基板の裏面金属部材１４と仕切り板２１ａとの間に隙間が形成されない。ネジ止めの際に、絶縁基体１１にクラックが発生しにくい。また、裏面金属部材１４が仕切り板２１ａと密着しているので、半導体発光素子１３の熱が効果的に放熱される。その結果、照明器具２０の照度は明るくなる。
【００６５】
第２の実施形態の発光装置１０は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを参照して説明される。第１の実施形態の発光装置１０と同じ機能を有する構成は、各図中において第１の実施形態と同じ符号を付し、第１の実施形態における記載を参酌する。この発光装置１０は、裏面金属部材１４が図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、分割されている。すなわち、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、裏面金属部材１４は、セラミックス製の絶縁基体１１の裏面において３箇所に分割して配置され、かつ基板の長手方向に沿って並んで配置される。図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、裏面金属部材１４は、絶縁基体１１のおもて面に配置された正面金属部材１２のパターンに対応しており、裏面金属部材１４を構成する各ブロック１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、絶縁基体１１の中央領域に長手方向に沿って、間隔Ｓで隣接しており、半田によって絶縁基体１１に接合される。
【００６６】
各ブロック１４ａ，１４ｂ，１４ｃの間隔Ｓは、半導体発光素子１３に対応する位置を避けて配置される。これによって半導体発光素子１３から発生する熱は、絶縁基体１１の反対側に位置する裏面金属部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対して、短い熱伝導路で伝達される。裏面金属部材１４を分割しても放熱効率は変わらない。なお、半導体発光素子１３の真裏に間隔Ｓが位置する場合、半導体発光素子１３の裏側に空間が形成されるため、熱抵抗が大となり放熱効率は、悪くなる。特に、熱伝導性の低い絶縁基体１１と組み合わせると、半導体発光素子１３の熱は、絶縁基体１１で拡散され難いので、放熱効率が極めて悪くなる。
【００６７】
発光装置１０は、パッド１２ａ，１２ｂにそれぞれ半導体発光素子１３を２個ずつ実装し、合計４個の半導体発光素子１３で発光部Ａを構成した。１つの正面金属部材に対して１つの半導体発光素子を実装し、より多くの半導体発光素子を配置することによって、高出力化を図った発光部Ａを構成してもよい。
【００６８】
第３の実施形態の発光装置１０は、図４Ａ，図４Ｂおよび図５を参照して説明される。第１の実施形態の発光装置１０と同じ機能を有する構成は、各図中において同一の符号を付して第１の実施形態における説明を参酌し、ここでの説明を省略する。第３の実施形態では図４Ａに示すように、正面金属部材となる複数個のパッド１２ｇは、セラミックス製の長方形の絶縁基体１１のおもて面に、配列されている。このパッド１２ｇは、絶縁基体１１の長手方向に沿って５列、これと交差する方向へ４列、総数２０個が、略等間隔のマトリックス状に配置され、半田により絶縁基体１１のおもて面に接合される。各パッド１２ｇの上に、上述したとの同様に酸化を防止するためにニッケル（Ｎｉ）をメッキする。ニッケルの代わりに金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などをメッキしてもよい。
【００６９】
マトリックス配列された各パッド１２ｇは、図４Ａに示すように、平面視で正方形のエッジ部分となるコーナー１２ｇ１を丸いチャンファになるように形成し、全体を略八角形に形成する。図４Ｂおよび図５Ａに示すように、パッド１２ｇは、絶縁基体１１の厚み方向に略台形、すなわち、頂部１２ｇ２から底部１２ｇ３に向って拡がるテーパー１２ｇ４を有し、底部１２ｇ３をセラミックス製の絶縁基体１１のおもて面に半田で接合されている。
【００７０】
１つの半導体発光素子１３は、各パッド１２ｇの頂部１２ｇ２の略中央部分に実装される。この実施形態の発光装置１０は、絶縁基体１１のおもて面に合計２０個の半導体発光素子１３をマトリックス状に配列した長方形のＤＣＢ基板を備える。ＤＣＢ基板は、配線パターンを形成する銅製のパッド１２ｇを厚く形成できる。このため、図５Ａにおいてパッド１２ｇが配置されない領域１２０は、比較的深い溝となる。図５Ｂに示すように、領域１２０が矩形断面の溝であると、半導体発光素子１３から放射された光の一部は、この溝内に取り込まれてしまう。
【００７１】
これに対し、第３の実施形態の発光装置１０のパッド１２ｇは、図５Ａのように全周にテーパー１２ｇ４を形成したので、光の一部が図５Ａに矢印で示すように、図５Ａ中において上向きの光放射方向にテーパー１２ｇ４で反射する。半導体発光素子１３から絶縁基体１１側に向って放射された光は、溝に取り込まれることなく放出される。発光装置１０は、発光効率が向上する。
【００７２】
また、パッド１２ｇは、コーナー１２ｇ１を丸いチャンファに形成したので、鋭い角がなく、電解集中し難い。酸化防止のためにパッド１２ｇの表面をメッキする場合、角が無いので、ニッケルや銀等の金属によるマイグレーション（migration）現象の発生が防止される。パッド１２ｇ間の絶縁抵抗が低下することが抑制され安全な発光装置１０が提供される。また、コーナー１２ｇ１を丸いチャンファに形成したので、隣接するパッド１２ｇ間の距離が長くなり、確実に電気絶縁される。
【００７３】
第３の実施形態の発光装置１０において、銅製のパッド１２ｇは、絶縁基体１１に半田で接合される。パッド１２ｇは、エッチングによって構成してもよい。この場合、ＤＣＢ基板の特徴である厚い銅層をエッチングするだけで、エッチング面が図５Ａに示すような山形になり、自動的にパッド１２ｇの全周にテーパー１２ｇ４が形成される。このテーパー１２ｇ４によって光の一部は、反射される。
【００７４】
第４の実施形態の発光装置１０は、図６Ａ，図６Ｂおよび図６Ｃを参照して説明される。第１の実施形態の発光装置１０と同じ機能を有する構成は、各図中において同一の符号を付し、第１の実施形態における対応する記載を参酌し、ここでの説明を省略する。
【００７５】
第４の実施形態の発光装置１０は、正面金属部材１２の構成が第１の実施形態の発光装置１０と異なっている。正面金属部材１２は、パッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃと帯状部分１２ｄと補強部１２ｅと給電部１２ｆを含む。帯状部分１２ｄおよび補強部１２ｅを設けることによって発光装置１０の強度を向上させて、基板の反りを防止する。
【００７６】
第４の実施形態の発光装置１０は、図６Ａに示すように、銅製の正面金属部材１２の一部が帯状部分１２ｄとして絶縁基体１１の外周部に設けられている。帯状部分１２ｄは、パッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、それぞれが共通して対向する辺、図６Ａ中の絶縁基体１１の上縁寄りおよび下縁寄りに位置し、各正面金属部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃに跨る長さで、かつ絶縁基体１１の長手方向に沿っている。帯状部分１２ｄは、各パッド１２ａ，１２ｂどうしの間に設けられる電気絶縁用の間隔Ｓと同じ間隔を有するように配置され、半田によって絶縁基体１１のおもて面に接合される。この各帯状部分１２ｄの表面にも、酸化を防止するためにニッケル（Ｎｉ）等をメッキする。
【００７７】
この帯状部分１２ｄは、絶縁基体１１の外周部に設けられていることにより次のように作用する。帯状部分１２ｄは、絶縁基体１１の長手方向に沿って設けられているので、基板自体の反りを軽減する。また、セラミックス製の絶縁基体１１をケース２１等に対してネジ締めによって固定する際、ケース側の反りまたは表面の平坦度などの影響で、正面金属部材１２のパッド１２ａ，１２ｂのエッジ部分、図６Ａ，図６Ｂにおいて矢印Ｃで示すエッジ部分、に応力が集中してクラックが発生し易くなる。
【００７８】
本実施例によれば、補強フレームとなる帯状部分１２ｄを設けたことによって、図６Ａおよび図６Ｂ中のエッジ部Ｃに集中する局所的な応力を分散する。パッド１２ａ，１２ｂのエッジ部Ｃにクラックが発生しにくい。
【００７９】
また、強度が比較的弱い基板の周囲の特に基板の外周における補強フレームの作用を成し、外周部におけるクラックの発生も防止することができる。また、帯状部分１２ｄは、絶縁基体１１上のデッドスペースを利用しては配置される。補強フレームを設置するために基板を大きくする必要がない。
【００８０】
また、本実施例においては、正面金属部材１２の一部に含まれる補強部１２ｅがネジ締め用の取付孔１１Ｃの周囲に形成されている。すなわち、絶縁基体１１の四隅に形成された４個のネジ締め用の取付孔１１Ｃ、それぞれに対して孔の周囲を囲むように補強部１２ｅを、隣接する他の正面金属部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとの間に電気絶縁用の間隔を有するように配置し、半田によって絶縁基体１１のおもて面に接合する。この各補強部１２ｅの表面にも、同様に酸化を防止するためのニッケル（Ｎｉ）等をメッキする。
【００８１】
この補強部１２ｅは、取付孔１１Ｃの周囲を囲むようにして設けられていることにより次のように作用する。すなわち、補強部１２ｅは、絶縁基体１１をケース等にネジで固定する際に、ネジ締め付け部位に局所的に応力が集中しないように分散させる。取付孔１１Ｃの周囲に設けられた補強部１２ｅは、補強フレームの役目を成し、取付孔１１Ｃに局所的にかかる応力を分散させるので、ネジ締め部およびその周辺においてクラックが発生するのを防止する。
【００８２】
第４の実施形態の発光装置１０は、一対の端子部を構成する給電部１２ｆを絶縁基体１１のおもて面に有している。長方形のセラミックス製の絶縁基体１１の短辺に、略正方形の端子部を成す給電部１２ｆを、隣接するパッド１２ａ，１２ｂ、帯状部分１２ｄ、補強部１２ｅとの間に電気絶縁用の間隔を空けて配置し、半田によって絶縁基体１１のおもて面に接合する。この各給電部１２ｆの表面にも、正面金属部材１２の他の部分と同様に酸化を防止するためのニッケル（Ｎｉ）等をメッキする。
【００８３】
基板の外周部の補強フレームを成す帯状部分１２ｄ、取付孔１１Ｃの補強フレームを成す補強部１２ｅおよび端子部を構成する給電部１２ｆは、半導体発光素子１３を実装するためのパッド１２ａ，１２ｂと同様に、板厚が約０．２５ｍｍの銅によって構成する。また、給電部１２ｆは、絶縁基体１１のおもて面にパッド１２ａ，１２ｂと同時に半田によって接合される。
【００８４】
これら正面金属部材１２には、パッド１２ａ，１２ｂと同様に、ニッケル、銀、金などの金属が、その表面を覆ってメッキされる。半導体発光素子１３から絶縁基体１１側へ放射された光を光放射側へ反射させることによって発光効率が向上する。絶縁基体１１は、正面金属部材１２に含まれる帯状部分１２ｄおよび補強部１２ｅで補強されるので、絶縁基体１１の板厚を薄くできる。半導体発光素子１３の熱は、効率よく裏面金属部材１４に伝達される。
【００８５】
第４の実施形態の発光装置１０は、補強フレームとなる帯状部分１２ｄおよび補強部１２ｅを含む正面金属部材１２を構成するので、絶縁基体１１の外周部や取付孔の周囲が補強される。絶縁基体１１にクラックが発生するのが防止されると共に、これら補強フレームを活用することによって、正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積比を５０％以上に調整しやすくなる。発光装置１０は、基板自体の反りを簡単な構造および方法で防止する。
【００８６】
正面金属部材１２の面積が増えることにより、正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積比が１に近づくので、体積の差に起因した絶縁基体１１の反りを防止しやすい。補強フレーム等を設けない構成であって、正面金属部材１２の方が裏面金属部材１４より体積比が小さい場合、追加で帯状部分１２ｄや補強部１２ｅを設けることは有効である。補強フレーム等を設けない構成であって、正面金属部材１２の方が裏面金属部材１４よりも体積が大きい場合、帯状部分１２ｄや補強部１２ｅを追加すると、正面金属部材１２の総体積が大きくなりすぎる。このような場合は、裏面金属部材１４の厚みや敷設領域を大きくすればよい。裏面金属部材１４の敷設領域が大きくなると絶縁基体の放熱効果が高まる。
【００８７】
第４の実施形態の発光装置１０は、端子部を構成する給電部１２ｆを有し、図６Ｃに示すように裏面金属部材１４の面積も大きくした。裏面金属部材１４の板厚は、第１の実施形態と同様に約０．２ｍｍである。正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積比は、約９５％であり、１００％に近くなった。発光装置１０は、絶縁基体１１の両面における熱容量の差が少なくなるので、熱によって絶縁基体１１に生じる反りを防止しやすい。第４の実施形態の発光装置１０は、絶縁基体１１の長手方向に沿って帯状部分１２ｄが設けられているので、基板の反りが小さくなる。
【００８８】
第２から第４の実施形態の発光装置１０は、図２Ａおよび図２Ｂに示した照明器具２０の発光装置１０として採用される。
【００８９】
第５の実施形態の発光装置１０を備える照明器具１００は、図７から図１６を参照して説明される。図７〜図１０に示す照明器具１００は、発光装置１０を２つ有したスポットライトである。この照明器具１００は、２つの発光装置１０と、被取付部材３と、凹面反射鏡４と、鏡支持部材５とを含む。発光装置１０は、ＣＯＢ（chip on board）型であって、図１１〜図１４に示すように基板１１１と、複数の半導体発光素子となるＬＥＤチップ１３１と、枠部材１６と、透光性の封止部材１８となどを有する。
【００９０】
基板１１１は、ＤＣＢ基板であって、図１４に示すように絶縁基体１１と、正面金属部材１２と、裏面金属部材１４とを備えている。絶縁基体１１は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＮ等のセラミックス製の平板である。図１１及び図１３に示すように板状の絶縁基体１１は、その周部、例えば四隅の内の二つの隅部に凹部１１Ｄを有している。一対の凹部１１Ｄは、絶縁基体１１の対角の位置を切り欠いて形成されており、絶縁基体１１の周面及び厚み方向にそれぞれ開放されている。図１１に示すようにＬＥＤチップ１３１が実装される実装面１１Ａを絶縁基体１１のおもて面と定義し、実装面１１Ａの反対側の面を絶縁基体１１の裏面１１Ｂと定義する。絶縁基体１１の実装面１１Ａと裏面１１Ｂは、平行である。
【００９１】
正面金属部材１２は、絶縁基体１１のおもて面側に形成されている。正面金属部材１２は、パッド１２ｐと給電部１２ｑとを含む。パッド１２ｐおよび給電部１２ｑは、絶縁基体１１の実装面１１ＡにＤＣＢ法により直接接合されている。正面金属部材１２は、ＬＥＤチップ１３１の熱を放熱させるとともにこのＬＥＤチップ１３１が発する光りを反射する。裏面金属部材１４は、絶縁基体１１の裏面１１Ｂ側に配置され、ＤＣＢ法により直接接合されている。正面金属部材１２及び裏面金属部材１４はいずれも銅である。
【００９２】
ＤＣＢ法による直接接合において、銅製の正面金属部材１２および裏面金属部材１４は、一面に酸化銅被膜を形成し、この酸化銅被膜をセラミックス製の絶縁基体１１に向けて配置する。加熱炉によって銅の溶融温度より低く酸化銅被膜の溶融温度より高い温度で加熱することにより、銅製の正面金属部材１２および裏面金属部材１４とセラミックス製の絶縁基体１１の接合界面に共晶溶融物が形成される。この共晶溶融物によって正面金属部材１２および裏面金属部材１４は、絶縁基体１１の実装面１１Ａまたは裏面１１Ｂに接合する。
【００９３】
実装面１１Ａに直接接合された正面金属部材１２は、マトリクス状に分割された複数のパッド１２ｐで構成される。図１５に示すように、各パッド１２ｐは、複数のＬＥＤチップ１３１の配列に対応して正方配列の等間隔に並べられたマトリクス状に配置される。給電部１２ｑは、図１５中において配列されたパッド１２ｐの領域の両側部に一定のギャップをあけて配置される。
【００９４】
実装面１１Ａに重なり合っている範囲の給電部１２ｑは、実装面１１Ａに直接接合されている。絶縁基体１１の実装面１１Ａから外側へ真っ直ぐに張り出した各給電部１２ｑの自由端部は、給電端子１２ｒとして用いられる。給電端子１２ｒは、図１４に示すように、絶縁基体１１の厚み方向へ位置を変えることなく、実装面１１Ａと平行に延びている。給電端子１２ｒは、絶縁基体１１の厚み方向へ実装面１１Ａから離れる方向に折れ曲がり、更にその先で、実装面１１Ａと平行な方向へ折れ曲がったクランク形に形成されていてもよい。
【００９５】
給電部１２ｑは、絶縁基体１１の中心に対し点対称に形成されており、その給電端子１２ｒは、図１１及び図１３に示す絶縁基体１１の凹部１１Ｄに対してずれて配置されている。給電部１２ｑは、図示されていない給電用の絶縁被覆電線に接続される。
【００９６】
第５の実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１３１を直列に接続したＬＥＤ直列回路を並列に複数列設けている。図１５に示す発光装置１０は、７つのＬＥＤチップ１３１を直列につないだＬＥＤ直列回路を５つ並列に給電部１２ｑに接続している。各ＬＥＤ直列回路に給電をするために給電部１２ｑは、パッド１２ｐの領域の両外側に一対に配置されている。全てのＬＥＤチップ１３１は、直列に接続されて給電されても良い。その場合は、給電部１２ｑは、直列回路の両端のパッド１２ｐの隣に配置される。
【００９７】
正面金属部材１２であるパッド１２ｐ及び給電部１２ｑの表面は、これら正面金属部材１２より遥かに薄い金属層が積層される。この金属層は、正面金属部材１２の表面に約３μｍの厚みでメッキされた下地メッキ層と、この外側に約０.３μｍの厚みでメッキされた表面メッキ層とで構成される。下地メッキ層は、ニッケルメッキ層であり、表面メッキ層は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）のいずれかのメッキ層である。表面メッキ層は、銀メッキ層で形成すると、メッキ層がない場合に比べて正面金属部材１２を成す各パッド１２ｐにおける光反射量を大きくなる。
【００９８】
正面金属部材１２のパッド１２ｐ及び給電部１２ｑは、絶縁基体１１の実装面１１Ａのおもて面に決められたパターンに以下の手順で形成される。まず、均質な厚みを有する一枚の金属シート、第５の実施形態では銅シートを、予め決められたパターンにプレス機の金型で打ち抜く。打ち抜いた銅シートは、共晶接合や拡散接合など界面接合によって実装面１１Ａに直接接合する。メッキ処理を施した後、実装面１１Ａに接合されている銅シートのパッド１２ｐ及び給電部１２ｑどうしを接続していたブリッジ部を切除する。これによって、独立したパッド１２ｐ及び給電部１２ｑが形成される。
【００９９】
パッド１２ｐ及び給電部１２ｑは、他の方法で形成してもよい。すなわち、一定の厚み及び大きさに形成された一枚の銅シートを絶縁基体１１の実装面１１Ａに直接接合した後、所望するパターンに不要な部位を取り除くためにエッチングする。残った必要部分、つまり、正面金属部材１２のパッド１２ｐ及び給電部１２ｑは、その後でメッキ処理を施される。
【０１００】
裏面金属部材１４は、絶縁基体１１の裏面１１ＢにＤＣＢ法により直接接合される。裏面金属部材１４は、基板１１１の製造工程中の反りを防止し、かつ放熱のために設けられている。裏面金属部材１４は、図１２に示すように絶縁基体１１の裏面１１Ｂの略全域を覆っている。この裏面金属部材１４は、平らであり、図１１〜図１３に示すように複数、第５の実施形態では２か所に固定部１４Ｃを一体に有している。
【０１０１】
固定部１４Ｃは、絶縁基体１１の周部から絶縁基体１１の凹部１１Ｄへ裏面１１Ｂに沿って突出している。この固定部１４Ｃは、ネジ通し孔１４Ｄを有している。ネジ通し孔１４Ｄの代わりに、固定部として切り欠いたスロットであってもよい。
【０１０２】
シート状の金属材料として絶縁基体１１に直接接合された正面金属部材１２のパッド１２ｐ、給電部１２ｑと、裏面金属部材１４の厚みは、これらが絶縁基体１１に直接接合されることによって目的の厚みになるように、２００μｍ〜５００μｍの範囲で選択される。正面金属部材１２及び裏面金属部材１４は、金属メッキ層に比較して遥かに厚いので、機械的強度を有する。
【０１０３】
裏面金属部材１４の厚みは、正面金属部材１２の給電部１２ｑの厚みより薄い。基板１１１をＤＣＢ法によって製造する場合、基板１１１の温度が、直接接合によって上昇したあと、常温まで下がると、正面金属部材１２側が凸となり裏面金属部材１４側が凹となる傾向がある。裏面金属部材１４の厚みは、基板１１１が反ることを抑制するために、正面金属部材１２のパターンに応じて決定される。
【０１０４】
各ＬＥＤチップ１３１は、さまざまな発光色の半導体発光素子を用いることができる。第５の実施形態では、青色を発光するＬＥＤチップが採用される。ＬＥＤチップ１３１は、半導体ベアチップであって、図１４に示すように、素子基板１３１ａと半導体発光層１３１ｂと素子電極１３１ｃとを積層して構成される。素子基板１３１ａは、サファイアなどの絶縁物質で作られる。半導体発光層１３１ｂは、素子基板１３１ａの上に積層され、青色に単色発光する。素子電極１３１ｃは、正極及び負極で一対に構成され、半導体発光層１３１ｂの上に形成される。
【０１０５】
絶縁基体１１の実装面１１Ａ側にＬＥＤチップ１３１を実装するために、半導体発光層１３１ｂが積層された反対側の素子基板１３１ａの面は、ダイボンド材１７によって各パッド１２ｐに夫々固定される。ダイボンド材１７は、銀ベースト、あるいは透明シリコーン樹脂等の樹脂接着剤である。
【０１０６】
各ＬＥＤチップ１３１は、約３００℃に加熱された雰囲気内で実装される。この場合、正面金属部材１２のパッド１２ｐ及び給電部１２ｑが絶縁基体１１の実装面１１Ａに対して占める面積と、裏面金属部材１４が絶縁基体１１の裏面１１Ｂに対して占める面積との差を調整することによって、基板１１１の反りをコントロールする。すなわち、絶縁基体１１のおもて面に接合される正面金属部材１２および裏面１１Ｂに接合される裏面金属部材１４のそれぞれの面積と厚みを基に換算されるボリューム差を基に、絶縁基体１１の反りを抑制する。正面金属部材１２は、パッド１２ｐと給電部１２ｑで構成されるパターンに形成されるので、裏面金属部材１４よりも面積が小さい。正面金属部材１２と裏面金属部材１４の厚みが同じであると、絶縁基体１１の実装面１１Ａ側が凸となり裏面１１Ｂ側が凹となるように、基板１１１は反ると予測される。そこで裏面金属部材１４の厚みは、正面金属部材１２の厚みより薄くする。
【０１０７】
正面金属部材１２に対して裏面金属部材１４の厚みが調整されていない場合、基板１１１に許容できない反りがＬＥＤチップ１３１を実装する工程までに発生するかもしれない。基板１１１に反りが生じているとダイボンド材１７の厚みを適正に管理することが難しくなる。ダイボンド材１７の厚みが不均質であると、ＬＥＤチップ１３１が実装不良となるかもしれない。実装が不十分なＬＥＤチップ１３１は、ＬＥＤチップ１３１が点灯している間に発生する熱を、ダイボンド材１７を介してパッド１２ｐへ放出する能力が低下する。そうすると、ＬＥＤチップ１３１は、発光性能が低下し、寿命も縮まる。
【０１０８】
ＬＥＤチップ１３１が点灯している間に反りが発生すると、放熱部材に密着しているはずの基板１１１の中央部が放熱部材から離れるかもしれない。放熱部材から剥離した部分は、熱伝達作用が低下し、いわゆるヒートスポットを形成する。ヒートスポットが形成された部分のＬＥＤチップ１３１は、発光性能が低下し、寿命が縮む。第５の実施形態の発光装置１０は、正面金属部材１２のパッド１２ｐ及び給電部１２ｑの厚みより裏面金属部材１４の厚みを薄くすることによって、基板１１１にＬＥＤチップ１３１を実装する前及びＬＥＤチップ１３１を点灯させている間の基板１１１の反りを小さく抑制する。発光装置１０の基板１１１が許容量以上に反るという不具合は、削減されるので、発光装置１０の品質は、高まる。
【０１０９】
照明器具１００は、正面金属部材１２のパッド１２ｐ及び給電部１２ｑの厚みより裏面金属部材１４の厚みが薄い発光装置１０を備えるので、照明器具１００が点灯している間に絶縁基体１１のおもて面と裏面とに形成される金属部材の体積比に起因して絶縁基体１１の実装面１１Ａ側が凸で裏面１１Ｂ側が凹となる反りが発生するのが抑制される。また、基板１１１に反りが発生するのを抑制されることによって基板１１１の中央部が放熱部材から剥離しにくくなるので、基板１１１にヒートスポットが形成されなくなる。
【０１１０】
図１４及び図１５に示すように各ＬＥＤチップ１３１の素子電極１３１ｃとパッド１２ｐ及び給電部１２ｑとは、ボンディングワイヤＷによって電気的に接続される。この場合、一方の極の素子電極１３１ｃは、このＬＥＤチップ１３１が実装されたパッド１２ｐへボンディングワイヤＷによって接続され、他方の極の素子電極１３１ｃは、ＬＥＤチップ１３１が実装されたパッド１２ｐに隣接した他のパッド１２ｐにボンディングワイヤＷによって接続されている。ボンディングワイヤＷとパッド１２ｐとを介して接続されるＬＥＤチップ１３１どうしは、直列接続される。
【０１１１】
直列接続されたＬＥＤチップ列の一端に位置したＬＥＤチップ１３１の素子電極１３１ｃは、このＬＥＤチップ１３１が実装されたパッド１２ｐに隣接した給電部１２ｑにボンディングワイヤＷによって接続され、ＬＥＤチップ列の他端に位置したＬＥＤチップ１３１が実装されたパッド１２ｐが、他方の給電部１２ｑにボンディングワイヤＷによって接続されている。複数のＬＥＤチップ列は、その列が延びる方向の両側に位置された給電部１２ｑ間に並列接続されている。
【０１１２】
図１１及び図１４に示すように、発光装置１０は、パッド１２ｐおよび給電部１２ｑの一部を囲って配置される枠部材１６を有している。枠部材１６は、パッド１２ｐに実装された各ＬＥＤチップ１３１およびそれぞれを接続するボンディングワイヤＷをその内側に納める高さを有し、基板１１１の実装面１１Ａ上に接着されている。
【０１１３】
ＬＥＤチップ１３１およびボンディングワイヤＷは、枠部材１６で囲われた内側に充填される封止部材１８によって埋没する。封止部材１８は、透明樹脂、第５の実施形態では透明なシリコーン樹脂製であって、内部に蛍光体を含有している。蛍光体は、ＬＥＤチップ１３１が放射する青色光の一部によって励起された場合に特定色の光を放射する。第５の実施形態の場合、ＬＥＤチップ１３１が放射する青色光に対して、黄色光を励起放射する黄色蛍光体、赤色光を励起放射する赤色蛍光体、或いは緑色光を励起放射する緑色蛍光体が、それぞれ予め設定された配合比で封止部材１８に練り込まれている。
【０１１４】
以上の構成の発光装置１０は、図９に示すように照明器具１００の被取付部材３に取付けられる。図９及び図１０に示すように被取付部材３は、ケースを成すヒートシンク３１と、受熱部３５とを備えている。被取付部材３は、図７に示す照明器具１００以外に適用する場合、金属製のケースであってもよい。照明器具１００において照明用の光が放射される側を「正面」または「前」と定義し、これと反対側を「背面」または「後ろ」と定義する。
【０１１５】
ヒートシンク３１は、アルミニウム製のダイカストであり、図９および図１０に示すように略円板状のベース３２の背面に垂直に取り付けられた放熱フィン３３を一体に複数有している。各放熱フィン３３は、互に平行である。
【０１１６】
受熱部３５は、ベース３２の厚みと同程度の厚みを有した直方体である。この受熱部３５は、ヒートシンク３１とは別体であって、ベース３２に対して放熱フィン３３と反対側の正面に取り付けられる。受熱部３５は、図９に示すようにベース３２の正面に接触させて、放熱フィン３３側からベース３２に挿入された複数のネジ等の連結具３４によってヒートシンク３１と連結されている。受熱部３５は、ベース３２と一体成形してもよい。
【０１１７】
ベース３２に固定された受熱部３５は、ベース３２の中心を通ってこのベース３２の径方向に延びていて、かつ、放熱フィン３３と平行に設けられている。図１０に示すように、受熱部３５が取り付けられる位置に対応して、連結具３４が通される連結孔３２ａを有している。
【０１１８】
発光装置１０は、ベース３２の正面に対して垂直に受熱面３５ｂを配置する受熱部３５に固定される。これら発光装置１０は、裏面金属部材１４を受熱面３５ｂに向け、図１０に示すように裏面金属部材１４と受熱面３５ｂとの間に伝熱シート３６を挿入して固定されている。各発光装置１０は、固定部１４Ｃのネジ通し孔１４Ｄを通して受熱部３５に装着されるネジで固定される。
【０１１９】
図１０に示すように受熱部３５は、受熱面３５ｂのそれぞれに逃げ溝３５ａを有している。給電端子１２ｒは、この逃げ溝３５ａに合致する位置に配置されている。給電端子１２ｒに接続される絶縁被覆電線は、逃げ溝３５ａに配線される。伝熱シート３６は、熱伝導性に優れた軟質のシリコーン樹脂製である。温度変化によって基板１１１が少し反っても、伝熱シート３６は、扁平することによって受熱面３５ｂと基板１１１の裏面金属部材１４と両方に隙間なく接触する。伝熱シート３６が挿入されているので、発光装置１０で発生した熱は、裏面金属部材１４から受熱面３５ｂへ伝達損失が少なく伝達される。
【０１２０】
被取付部材３の受熱部３５にネジ止めされる発光装置１０の基板１１１は、ＤＣＢ基板であり、セラミックス製の絶縁基体１１の裏面１１Ｂに直接接合された裏面金属部材１４を備えている。この金属部材１４は、２００μｍ〜５００μｍの厚みの銅シートが用いられる。裏面金属部材１４と一体に形成された固定部１４Ｃは、受熱部３５に基板１１１をネジ止めするのに十分な強度を有している。固定部１４Ｃは、絶縁基体１１の周部よりも外側に延びた裏面金属部材１４の一部である。つまり、セラミックス製の絶縁基体１１にネジを通すことなく、固定部１４Ｃのネジ通し孔１４Ｄにネジを装着することによって、発光装置１０の基板１１１を受熱部３５に取付けることができる。
【０１２１】
ネジ通し部としてネジ通し孔１４Ｄが形成された固定部１４Ｃは、ＤＣＢ基板となる基板１１１の裏面金属部材１４と一体である。したがって、部品点数を増やさずに基板１１１をネジ止めできる。また、発光装置１０の基板１１１を受熱部３５に固定するためのネジは、セラミックス製の絶縁基体１１に通されないので、ネジの締め付けトルクが少し過剰であっても絶縁基体１１が容易に破損しない。
【０１２２】
図７〜図１０に示すように凹面反射鏡４は、アルミニウムで作られた一対の凹面鏡部材４１で構成される。各凹面鏡部材４１の反射面は、図９に示すように放物面に形成されているとともに、鏡面に仕上げられている。凹面鏡部材４１は、図１０に示すように、光出射側に位置する半円弧状の縁４１ａと、ヒートシンク３１のベース３２側に位置する座部４１ｂを有している。座部４１ｂは、ベース３２に沿う平らに形成され、切欠４１ｃを有している。凹面鏡部材４１は、図９に示すように座部４１ｂをヒートシンク３１のベース３２の正面に接触させ、切欠４１ｃに掛かるようにベース３２の固定孔３２ｃに装着されるネジ４２によって、ベース３２に固定される。凹面鏡部材４１をベース３２に固定するためのネジ４２は、ベース３２に受熱部３５を取り付ける前に、固定孔３２ｃに装着される。
【０１２３】
ヒートシンク３１の正面側に固定された一対の凹面鏡部材４１は、受熱部３５の両側に発光装置１０に面しており、この受熱部３５を境に面対称に配置されている。発光装置１０の発光部となる蛍光体入りの封止部材１８は、凹面鏡部材４１の放物面によって構成される反射面に対向する。発光装置１０は、図１５に示す発光装置１０の発光部の中心部Ｐが凹面鏡部材４１の焦点に位置するように、配置されている。
【０１２４】
照明器具１００から放射される光束の中心から半径方向に離れた受熱部３５の端部は、正面側から鏡押え４５がビスで固定される。鏡押え４５は、受熱部３５に当接される取付片部４５ａと、反射面に沿って折れ曲がった塞ぎ片部４５ｂとを一体に有している。一対の凹面鏡部材４１は、間に受熱部３５が挿入されている分だけ、反射面が離れている。取付片部４５ａが受熱部３５にネジ止めされると、塞ぎ片部４５ｂが凹面鏡部材４１の間の隙間を塞ぐように配置される。これにより、図７及び図８に示すように凹面鏡部材４１の縁４１ａと塞ぎ片部４５ｂの先端縁４５ｃとは、円形に近似した形を形成する。
【０１２５】
凹面反射鏡４のカバーを兼ねる鏡支持部材５は、図９および図１０に示すように円筒形の基部５ａと、この一端からラッパ状に拡がった支え部５ｂとで構成される。支え部５ｂは、基部５ａより大径なテーパー形状であり、図８に示すように正面側から見ると円形である。鏡支持部材５は、基部５ａをベース３２の正面に突き当て、かつ、支え部５ｂを凹面反射鏡４の外周部裏面に接触させることによって、ベース３２と凹面反射鏡４の周部との間に保持される。鏡支持部材５は、凹面反射鏡４を裏側から支持する。
【０１２６】
鏡支持部材５は、予めベース３２の正面側に配置されたのち、ベース３２に固定される凹面鏡部材４１よって、保持される。鏡支持部材５の支え部５ｂに形成される開口縁５ｃは、凹面鏡部材４１の縁４１ａ及び鏡押さえ４５の先端縁４５ｃよりも前側、つまり、光出射側に位置されている。図９に示すように凹面反射鏡４及び鏡押え４５は、鏡支持部材５内に収納される。図７及び図１０に示されるケーブル孔５ｄは、給電端子１２ｒに接続される絶縁被覆電線を通すために設けられている。
【０１２７】
この照明器具１００が点灯されると、発光装置１０の各ＬＥＤチップ１３１が発光する。蛍光体入りの封止部材１８は、ＬＥＤチップ１３１の光に励起されて白色発光する。封止部材１８が放射する光は、この発光部に対向している凹面鏡部材４１によって反射されて、照明器具１００の光放射方向へ出射される。この一対の凹面鏡部材４１で反射された光の投射パターンは、略円形であり、かつ、これらのパターンは、スポットライトとなる照明器具１００に対して十分遠方の照射対象上においてほぼ合致する。
【０１２８】
発光装置１０の基板１１１の温度は、照明器具１００の点灯と消灯に伴い変化する。照明器具１００が点灯している間、各ＬＥＤチップ１３１が発生する熱によって、基板１１１及び受熱部３５の温度は、上昇する。この場合、受熱部３５の熱膨張の方が、基板１１１のセラミック製の絶縁基体１１の熱膨張より大きい。基板１１１は、この熱膨張差により受熱部３５の受熱面３５ｂに押され、受熱面３５ｂから離れる方向に凸変形する。また、絶縁基体１１の裏面１１Ｂに直接接合されている銅製の裏面金属部材１４の熱膨張は、セラミック製の絶縁基体１１の熱膨張より大きい。したがって、基板１１１は、この熱膨張差によって受熱部３５の受熱面３５ｂから離れる方向に凸に変形する。
【０１２９】
第５の実施形態の照明器具１００の発光装置１０は、絶縁基体１１にネジを通すことなく、裏面金属部材１４に設けられる固定部１４Ｃのネジ通し孔１４Ｄにネジを通して基板１１１を受熱部３５に固定する。セラミック製の絶縁基体１１に負荷が掛からないので、ネジ止め部を原因として絶縁基体１１が破損しない。
【０１３０】
図１５に示した第５の実施形態の発光装置１０の１／４部分をモデルに、ＤＣＢ基板を製造する際に発生する反りの量をシミュレーションした。絶縁基体１１の物性値は、セラミックス製として、ヤング率３５４０００［ＭＰａ］、ポアソン比０．２６、線膨張係数７．０９×１０−６、熱伝導率０．０２４［Ｗ／ｍｍ・℃］とした。また、正面金属部材１２および裏面金属部材１４の物性値は、いずれも銅製として、ヤング率１３００００［Ｍｐａ］、ポアソン比０．３４３、線膨張係数１７．７×１０−６、熱伝導率０．３９８［Ｗ／ｍｍ・℃］とした。
【０１３１】
また、絶縁基体１１の厚みは、一定の０．２５ｍｍとし、正面金属部材１２および裏面金属部材１４の厚みをそれぞれ変化させた６つのモデルについて試験した。製造工程の温度条件として、室温２５℃から共晶接合のプロセスを模擬した３００℃まで温度が変化した場合を想定し、基板１１１の中心に対して基板１１１の全体の変形量を数値解析した。
【０１３２】
解析結果を基に、裏面金属部材１４の体積に対する正面金属部材１２の体積の比率と基板１１１の全変形量との関係を図１６に示す。これによれば、体積比が０．７以上で１．０７以下の範囲において、体積比が１．００に近いほど基板１１１の反りが小さいことがわかった。この体積比を正面金属部材１２に対する裏面金属部材１４の体積に換算すると、体積比が９３％〜１４０％の範囲のときに基板の反り量を許容範囲内に納まることになる。
【０１３３】
第１の実施形態の発光装置１０の正面金属部材１２と裏面金属部材１４の体積比に対する基板の反り量の関係において、正面金属部材１２に対する裏面金属部材の体積比を５０％から１００％の範囲で裏面金属部材１４の厚みと表面積を調整すれば、基板の反り量が許容範囲内に納まることがわかっている。このとき、体積比が１００％に近いほうが基板の反りが少ない。
【０１３４】
第１の実施形態の結果および第５の実施形態のシミュレーションの結果を踏まえると、次のことが言える。正面金属部材のパッドや給電部のパターンが違っても基板が反る量は、あまり変わらない。正面金属部材に対する裏面金属部材の体積比は、５０〜１４０％の範囲で、基板の反り量が許容範囲内に納まる。このとき、体積比が１００％近傍であると、基板の反り量が少ない。
【０１３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明した。これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３６】
１０…発光装置、１１１…基板、１１…絶縁基体、１１Ａ…実装面（おもて面)、１１Ｂ…裏面、１２…正面金属部材、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｇ，１２ｐ…パッド、１２ｄ…帯状部分、１２ｆ，１２ｑ…給電部、１３…半導体発光素子、１３１…ＬＥＤチップ(半導体発光素子)、１４…裏面金属部材、１４Ｃ…固定部、１４Ｄ…ネジ通し孔、２０，１００…照明器具。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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