(57)【要約】【課題】  信頼性の高い発光装置を提供する。【解決手段】  実施形態の発光装置は、セラミック基板１と、第１の面１１に形成された第１の金属層２および第２の金属層３と、第２の面に形成された第３の金属層４と、一端は第１の金属層２の一端側、他端は第２の金属層３の一端側と電気的に接続された発光素子５２を含む発光部５と、第１の金属層２の他端側に設けられた第１のコネクタ８と、第２の金属層３の他端側に設けられた第２のコネクタ９と、第３の金属層４に半田層６４を介して接続された金属製の放熱板１０とを備える。発光部３は、その中央部Ｃがセラミック基板１の中央部Ｃ’に略一致するように配置され、発光部３の中心部Ｃ、第１のコネクタ８および第２のコネクタ９は、Ｘ軸上に配置されるとともに、第１のコネクタ８および第２のコネクタ９は、発光部３を間に挟むように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面および前記第１の面の反対側に位置する第２の面を有するとともに、一対の第１の端辺および前記第１の端辺と直交し、前記第１の端辺と長さが同じか、短い一対の第２の端辺を有するセラミック基板と、
前記第１の面に形成された第１の金属層および第２の金属層と、
前記第２の面に形成された第３の金属層と、
一端は前記第１の金属層の一端側、他端は前記第２の金属層の一端側と電気的に接続された発光素子を含む発光部と、
前記第１の金属層の他端側に設けられた第１のコネクタと、
前記第２の金属層の他端側に設けられた第２のコネクタと、
前記第３の金属層に、半田層を介して前記セラミック基板と対面接続された金属製の放熱板と、を備え、
前記セラミック基板の中央部を通り、かつ前記第１の端辺に沿う軸を第１の軸、前記セラミック基板の前記中央部を通り、かつ前記第２の端辺に沿う軸を第２の軸としたとき、
前記発光部は、その中央部が前記セラミック基板の前記中央部に略一致するように配置され、前記発光部の前記中心部、前記第１のコネクタおよび前記第２のコネクタは、前記第１の軸上に配置されるとともに、前記第１のコネクタおよび前記第２のコネクタは、前記発光部を間に挟むように配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１のコネクタと前記第２のコネクタは、前記第２の軸に対して、略対称となるようにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光部は、円筒状の壁部と、前記壁部の円筒内に配置された複数の発光素子と、複数の前記発光素子を電気的に接続する素子間金属層と、前記発光素子を覆うように、前記壁部の円筒内に充填された封止樹脂と、を備え、前記発光素子は、前記第１の軸および前記第２の軸に対して、対称となるように設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
第１の面および第２の面を有する円形状または多角形状のセラミック基板と、
前記第１の面に形成された第１の金属層および第２の金属層と、
前記第２の面に形成された第３の金属層と、
一端は前記第１の金属層の一端側、他端は前記第２の金属層の一端側と電気的に接続された発光素子を含む発光部と、
前記第１の金属層の他端側に設けられた第１のコネクタと、
前記第２の金属層の他端側に設けられた第２のコネクタと、
前記第３の金属層に、半田層を介して前記セラミック基板と対面接続された金属製の放熱板と、を備え、
前記セラミック基板の中央部を通り、かつ前記セラミック基板の幅が最長となる部分を通る軸を第１の軸、前記セラミック基板の前記中央部を通り、かつ前記第１の軸に直交する軸を第２の軸としたとき、
前記発光部は、その中央部が前記セラミック基板の前記中央部に略一致するように配置され、前記発光部の前記中心部、前記第１のコネクタおよび前記第２のコネクタは、前記第１の軸上に配置されるとともに、前記第１のコネクタおよび前記第２のコネクタは、前記発光部を間に挟むように配置されていることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光装置は、発光素子を使用した光源であり、例えば照明や表示用途に使用されている。発光素子は点状光源であることから、発光装置は蛍光灯などの線状光源と比べ、発熱密度が高いことが知られている。近年では、狭い発光面積で、高強度の光を発光する発光装置が要求されており、したがって、発光素子で発生した熱を効率よく逃がす構造を確保する必要がある。
【０００３】
この放熱性を確保するための一例として、発光素子を実装した面とは反対側の基板の面に金属製の放熱板を設けることがある。基板と放熱板の接続には、基板の裏面に金属層を形成し、その金属層と放熱板を半田で接合することによりで行われる。これによって、発光素子からの熱を放熱板に伝達可能な放熱路が形成される。
【０００４】
しかしながら、基板がセラミックである場合、金属である放熱板との熱膨張係数差により、半田に大きな応力がかかり、クラックが生じる。さらに応力が加わり続けると、クラックが進行し、信頼性が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−８４７３３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７１３２０号公報
【特許文献３】特開２０１２−９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高い発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、実施形態の発光装置は、第１の面および前記第１の面の反対側に位置する第２の面を有するとともに、一対の第１の端辺および前記第１の端辺と直交し、前記第１の端辺と長さが同じか、短い一対の第２の端辺を有するセラミック基板と、前記第１の面に形成された第１の金属層および第２の金属層と、前記第２の面に形成された第３の金属層と、一端は前記第１の金属層の一端側、他端は前記第２の金属層の一端側と電気的に接続された発光素子を含む発光部と、前記第１の金属層の他端側に設けられた第１のコネクタと、前記第２の金属層の他端側に設けられた第２のコネクタと、前記第３の金属層に、半田層を介して前記セラミック基板と対面接続された金属製の放熱板と、を備え、前記セラミック基板の中央部を通り、かつ前記第１の端辺に沿う軸を第１の軸、前記セラミック基板の前記中央部を通り、かつ前記第２の端辺に沿う軸を第２の軸としたとき、前記発光部は、その中央部が前記セラミック基板の前記中央部に略一致するように配置され、前記発光部の前記中心部、前記第１のコネクタおよび前記第２のコネクタは、前記第１の軸上に配置されるとともに、前記第１のコネクタおよび前記第２のコネクタは、前記発光部を間に挟むように配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の発光装置について説明するための図である。
【図２】第１の実施形態の発光装置の断面について説明するための図である。
【図３】第１の実施形態の発光装置において、発光素子、コネクタ等の部材を外した状態について説明するための図である。
【図４】従来の発光装置について説明するための図である。
【図５】第２の実施形態の発光装置について説明するための図である。
【図６】第３の実施形態の発光装置について説明するための図である。
【図７】他の実施形態の発光装置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１、図２および図３を参照して、第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の発光装置について説明するための図であり、図２は、第１の実施形態の発光装置の断面について説明するための図、図３は、第１の実施形態の発光装置において、発光素子、コネクタ等の部材を外した状態について説明するための図である。
【００１１】
本実施形態の発光装置は、照明や表示用途に使用される発光装置であり、主要部として、アルミナや窒化アルミナなどのセラミック材料、あるいはセラミック材料と複合セラミック材料などで構成されたセラミック基板１を備えている。セラミック基板１は、前面となる第１の面１１および裏面となる第２の面１２を有する。また、一対の第１の端辺１３、１４および第１の端辺１３と直交し、第１の端辺１３、１４よりも長さが短い第２の端辺１５、１６を有する。すなわち、本実施形態のセラミック基板１は、第１の面１１および第２の面１２の形状が長方形で、厚みが１ｍｍ以下であるような薄板である。
【００１２】
セラミック基板１は、ＤＰＣ（Direct Plated Copper）基板として構成される。すなわち、セラミック基板１には少なくとも、第１の面１１に第１の金属層２、第２の金属層３および第２の面に第３の金属層４が形成されている。第１の金属層２、第２の金属層３および第３の金属層４は、同一の材料で構成できる。例えば、スパッタリングにより形成された酸化チタン層の上に、銅からなる０．１ｍｍ以下の厚みの第１めっき層を積層してなるものである。第１めっき層上には、さらにニッケル／金、またはニッケル／パラジウム／金からなる第２めっき層を積層してもよい。また、第１の面１１に形成される金属層の総体積は、第２の面１２に形成される金属層の総体積よりも小さいことが望ましい。このような関係とすることで、後述する放熱板１０との間に介在する半田層６４の形成領域を広げることが可能となるため、発熱部となる発光素子５２から放熱板１０に熱を伝える放熱経路を広く確保することができ、よって放熱性を向上させることができる。
【００１３】
セラミック基板１の第１の面１１における配線パターンについて、図３を参照して詳しく説明する。セラミック基板１の中央部Ｃ’を通り、かつ第１の端辺１３、１４に沿う第１の軸をＸ軸、 中央部Ｃ’を通り、第２の端辺１５、１６に沿う第２の軸をＹ軸としたとき、第１の金属層２は、セラミック基板１上の第２の端辺１５近傍に、Ｘ軸に一致するように形成されている。このとき、第１の金属層２の端部は、第２の端辺１５にまでは達していない。その第１の金属層２には、第２の端辺１５側の端部に、Ｙ軸に沿い、かつ第１の端辺１３の方向に突出する給電用金属層２１が形成されている。また、第１の金属層２には、発光部５側の端部と給電用金属層２１の間に、第１の端辺１４の方向にＹ軸に沿って突出する検査用金属層２２が形成されている。さらに第１の金属層２には、発光部５側の端部と検査用金属層２２の間に、第１の端辺１３の方向にＹ軸に沿って突出する部品実装用金属層２３が形成されている。
【００１４】
一方、第２の金属層３は、セラミック基板１上の第２の端辺１６近傍に、Ｘ軸に一致するように形成されている。このとき、第１の金属層２の端部は、第２の端辺１５にまでは達していない。その第２の金属層３には、第２の端辺１６側の端部に、第１の端辺１３の方向にＹ軸に沿って突出する給電用金属層３１が形成されている。また、第２の金属層３には、発光部５側の端部と給電用金属層３１の間に、第１の端辺１４の方向にＹ軸に沿って突出する検査用金属層３２が形成されている。
【００１５】
セラミック基板１の第１の面１１には、発光部５が設けられている。発光部５は、円柱状であり、光が出光する発光面５１を備えている。発光部５は、中心部Ｃがセラミック基板１の中心部Ｃ’に略一致するように配置されている。すなわち、発光部５は、セラミック基板１の角から中心部Ｃ’までの距離がそれぞれ略同じ長さである。なお、本実施形態における「略」とは、同じであるのが最適であるが、誤差程度のズレ、例えば３ｍｍ程度のズレは許容するという意味である。
【００１６】
発光部５は発光素子５２を備える。発光素子５２は、例えば青色の光を発生させるフリップチップタイプの発光素子である。具体的には、一方側から他方側に向かって順に、透明なサファイア層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されてなり、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ電極が形成された発光素子である。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層に一対の電極を介して電力を供給することで、素子の下側に位置する発光層で光が生じ、その光はサファイア層から放出される。発光素子５２は、一方の電極は第１の金属層２の一端側、他方の電極は第２の金属層３の他端側と、半田層６１により電気的に接続される。
【００１７】
本実施形態では、発光素子５２は複数で構成されている。例えば、発光素子５２は９６個である。それら複数の発光素子５２は、第１のセクション５３と第２のセクション５４とに分けて配置される。第１のセクション５３は、半数（４８個）の発光素子５２で構成されており、素子実装用金属層５５によって直列接続されているとともに、一端は第１の金属層２に接続され、他端は第２の金属層３に接続されている。また、第１のセクション５３の第２の金属層３との接続側は、途中で分岐し、部品実装用金属層５６が第１の金属層２の方向に延出している。部品実装用金属層５６と部品実装用金属層２３の間には、２個のコンデンサ７１、７２が部品実装用金属層７３を介して接続されている。コンデンサ７１、７２は、暗点灯防止のためのものである。なお、コンデンサを複数としたのは、一つであるとコンデンサのサイズ、特に高さが高くなり、発光部５で発生した光を遮光する可能性があるためである。第２のセクション５４も同様に、半数（４８個）の発光素子５２で構成されており、素子実装用金属層５５によって直列接続されているとともに、一端は第１の金属層２に接続され、他端は第２の金属層３に接続されている。
【００１８】
また、発光部５は円筒状の壁部５７を備える。壁部５７は、発光素子５２の高さより高く、その円筒内に発光素子５２を囲むようにセラミック基板１の第１の面１１上に形成されている。また、一部は金属層の上に位置するように形成されている。壁部５７は、発光素子５２を覆うため、光反射性の高い材料で形成されるのが望まれる。前面側に向かって傾斜するバンクを有していてもよい。
【００１９】
壁部５７とセラミック基板１等により形成される空間には、発光素子４を覆うようにシリコーン等の樹脂からなる封止樹脂５８が充填される。封止樹脂５８は、黄色系の蛍光体材料を含むものである。すなわち、発光素子５２で発生した青色の光は、一部は封止樹脂５８が含む蛍光体で励起されて黄色光となり、一部は青色光のままで封止樹脂５８を透過することで、それらが混ざり合った光は白色光として発光部５の発光面５１から放出される。発光面５１の面積に対する全光束、いわゆる光束発散度は、１０ｌｍ／ｍｍ2〜１００ｌｍ／ｍｍ2であり、総投入電力に対する全光束は、５０ｌｍ／Ｗ〜１５０ｌｍ／Ｗである。このように本実施形態の発光装置は、狭い発光面積で、高強度の光を発光する。
【００２０】
第１の金属層２の他端側、すなわち給電用金属層２１には、第１のコネクタ８が設けられている。第１のコネクタ８は、発光素子５２に電力を供給するための部材であり、点灯回路から引き伸ばされた給電線と接続されている。第１のコネクタ８は金属端子を有しており、半田層６２を介して第１の金属層２と接続されている。第２の金属層３の他端側、すなわち給電用金属層３１には、第２のコネクタ９が設けられている。第２のコネクタ９も第１のコネクタ８と同様に、金属端子を有しており、半田層６３を介して第２の金属層３と接続されている。その際、第１のコネクタ８と第２のコネクタ９がＹ軸に対して対称の位置となるように、配置される。つまり、発光部２と第１のコネクタの距離Ｌ１と発光部２と第１のコネクタの距離Ｌ２は略同じ距離である。なお、第１のコネクタ８と第２のコネクタ９は、発熱源である発光素子５２から第１の金属層２、第２の金属層３を介して熱が伝わることで、温度が高くなる可能性のある部材である。よって、熱がセラミック基板１の中央部に偏ることを抑制するために、距離Ｌ１、Ｌ２は、２ｍｍ以上であるのが望ましい。一方、クラックの起点付近に高温になりうる部材が近接し、クラックが進行しやすくなることを避けるため、セラミック基板１の端部とコネクタとの距離、特に最短距離Ｌ３は、５ｍｍ以上であるのが望ましい。なお、金属端子は、樹脂等の絶縁ケースに覆われているものでもよい。
【００２１】
セラミック基板１の第２の面１２には、放熱板１０が配置されている。放熱板１０は、ヒートスプレッタとして機能する、厚みが５ｍｍ以下であるような金属板である。放熱板は、半田層６４を介して、セラミック基板１の第２の面１２と対面するように、第３の金属層４と接続される。
【００２２】
以上のように、本実施の形態では、発光部５をその中央部Ｃがセラミック基板１の中央部Ｃ’に略一致するように配置し、単極コネクタである第１のコネクタ２と第２のコネクタ３を発光部５の両端に離間配置したため、信頼性の高い発光装置を提供することができる。すなわち、セラミック基板１と放熱板１０を半田層６４によって接続した、狭い発光面積で高強度の光を発光する発光装置の場合、点灯時・消灯時の熱膨張差によって半田層６４には大きな応力がかかってクラックが生じ、そのクラックが選択的に進展した結果、信頼性の低下につながる恐れがあるが、本実施形態ではそれを抑制できる。
【００２３】
従来の発光装置を参照してより具体的に説明すると、図４のように、発光部５がセラミック基板１の第１の面１１において偏った位置に配置され、かつ両極のコネクタ８’が配置されている発光装置では、特に信頼性の低下につながる恐れが高い。発光装置において温度が高くなる部分は、発熱源である発光素子を含む発光部５と、その熱が金属層２、３を介して伝達するアノードコネクタおよびカソードコネクタを含むコネクタ８’であり、図４のようにセラミック基板１上において高温になりうる部材の配置が偏っていると、熱分布も偏るためである。つまり、クラックは、セラミック基板１の角付近の半田層で発生し、徐々に基板の中央方向に進展することになるが、クラックの進展は温度が高い部分ほど顕著になるため、熱分布の偏りは局所的なクラックの進行につながる。部分的にでも半田層のクラックが発光部５の裏側にまで進行すると、発光素子から放熱板への放熱経路が絶たれ、発光素子が壊れる等が発生する。
【００２４】
したがって、第１の本実施形態においては、発光部５をセラミック基板１の中心に配置し、その両端に単極コネクタを離間配置したので、発熱源が分散されてセラミック基板１における熱分布の偏りが解消され、局所的なクラックの進行の発生を抑制でき、また進行を遅延できる。また、発光部５をクラックの起点となるセラミック基板１の角から離間したので、発光部５の裏側にまでクラックが到達する時間を十分に遅らせることができる。よって、信頼性の高い発光装置を提供することができる。なお、第１のコネクタ８付近のみにコンデンサ７１、７２を配置しているが、コンデンサ７１、７２の発熱は大きくないため、このような配置は熱分布の偏りの大きな原因とはならない。
【００２５】
また、第１のコネクタ８と第２のコネクタ９を、Ｙ軸に対して、それぞれが対称となるように設けたので、熱分布が均一化されて、信頼性がさらに向上する。また、複数の発光素子５２を、Ｘ軸およびＹ軸に対して対称となるように設けたので、熱分布が均一化されて、信頼性がさらに向上する。また、第１のコネクタ８と第２のコネクタ９を、その長手方向がＹ軸に沿うように第１の金属層２および第２の金属層３に接続したので、信頼性がさらに向上する。
【００２６】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の発光装置について説明するための図である。この第２の実施の形態の各部について、第１の実施形態の各部と同一部分は、同一符号で示し、その説明を省略する。
【００２７】
この実施形態では、セラミック基板１の第１の面１１の形状が楕円形状の基板を使用している。また、セラミック基板１の中央部Ｃ’を通り、かつ放熱板１０の端辺に沿うとともに、セラミック基板１の幅が最長となる部分を通るＸ軸上に、発光部５の中心部Ｃ、第１のコネクタ８および第２のコネクタ９を配置している。
【００２８】
第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様、熱分布の偏りが均一化されるため、信頼性の高い発光装置を提供することができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態の発光装置について説明するための図である。
【００３０】
この実施形態では、第１の面１１の形状が長方形状のセラミック基板１の四隅を斜めに切欠部１７を形成することで、多角形状をなす基板を使用している。また、セラミック基板１の中央部Ｃ’を通り、かつ放熱板１０の端辺に沿うとともに、セラミック基板１の幅が最長となる部分を通るＸ軸上に、発光部５の中心部Ｃ、第１のコネクタ８および第２のコネクタ９を配置している。
【００３１】
第３の実施形態でも、第１の実施形態と同様、熱分布の偏りが均一化されるため、信頼性の高い発光装置を提供することができる。
【００３２】
本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３３】
例えば、発光部５は、円柱状の形状に限らず、楕円柱状や多角形柱状であってもよい。
【００３４】
発光素子５２は、フリップチップタイプの発光素子に限らず、ボンディングワイヤを使用して電気的な接続を行うフェースアップタイプの発光素子でもよい。
【００３５】
第１のコネクタ８や第２のコネクタ９は、図７のように、セラミック基板１の中心Ｃに対して、対称となるように配置してもよい。第１の金属層２や第２の金属層３の一部のパターンについても同様である。
【００３６】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、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は意図していない。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、発明の範囲や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】
【００３７】
１  セラミック基板
１１  第１の面
１２  第２の面
１３、１４  第１の端辺
１５、１６  第２の端辺
２  第１の金属層
３  第２の金属層
４  第３の金属層
５  発光部
５２  発光素子
６４  半田層
８  第１のコネクタ
９  第２のコネクタ
１０  放熱板
【図１】
2014110397.tif 000003
【図２】
2014110397.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014110397.tif 000009