(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力で使用される場合において、高密度に複数の発光素子を実装しても、高い放熱性と絶縁耐圧性を両立する発光装置及び照明器具を提供すること。【解決手段】発光装置１は、複数の発光素子６を有する発光装置であって、前記複数の発光素子が実装された熱拡散性部材４と、側壁３ａと底壁３ｂとからなる凹部３を有し、前記熱拡散性部材の底面を前記凹部の底壁の表面に当接させて嵌合する絶縁性部材２と、前記熱拡散性部材上に設けられ前記複数の発光素子に給電を行うための回路を有する回路基板７と、を備える。【選択図】図３
2015128139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を有する発光装置であって
前記複数の発光素子が実装された熱拡散性部材と、側壁と底壁とを備える凹部を有し、前記熱拡散性部材の底面を前記凹部の底壁の表面に当接させて嵌合する絶縁性部材と、前記熱拡散性部材上に設けられ前記複数の発光素子に給電を行うための回路を有する回路基板と、を備える発光装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記熱拡散性部材の側面に沿って当該熱拡散性部材の上面までの範囲で前記側壁が形成された請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記凹部は、その側壁の厚みが、前記底壁の厚みよりも大きい請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記絶縁性部材は、前記側壁の外側にツバ部を備えてなる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記ツバ部は、前記側壁から遠ざかるにつれて厚みが小さくなる肉厚部を備える請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記複数の発光素子が、サブマウント上に実装され、前記サブマウントが前記熱拡散性部材上に設けられ、
前記回路基板は、前記サブマウントの周囲に設置される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記サブマウントと前記回路基板との間隙に、光反射性樹脂が充填された請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記熱拡散性部材は、上面が平面に形成され、かつ、前記上面と同一形状の下面を備える立体形状である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記凹部の開口面積は、前記凹部の底壁の表面面積よりも大きくなるよう内壁に傾斜が設けられ、その傾斜に沿うよう前記熱拡散性部材の側面にも傾斜が設けられた請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発光装置を用いた照明器具。
【請求項１１】
前記照明器具は、その金属筐体の埋没取付部に埋没するように前記発光装置を取り付け、
前記発光装置は、前記埋没取付部に取り付けられたときに当該埋没取付部の周りの周面よりも前記発光素子の位置が突出している請求項１０に記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を使用する発光装置及びその発光装置を使用した照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高出力系半導体光源においては、金属製基板上や、セラミック製基板上に複数の発光素子（半導体発光素子）を実装したパッケージ形発光装置が周知の技術として提案されている。
【０００３】
これらの発光装置を１つ又は複数個使用し、発光素子が発する熱が発光装置内に籠らないように放熱経路を確保し、さらに、高い絶縁耐圧性を確保しながら照明灯具に組み込んで最終製品としている（例えば、特許文献１参照）。
従来の発光装置では、実際に照明灯具に組み込む際、放熱性の高い金属製基板パッケージでは絶縁耐圧性が低くなる。そして、従来の発光装置では、絶縁耐圧性を確保しようと、例えば、発光装置裏面に絶縁性の板材を挟み込むと放熱性能の低下が起こる。また、従来の発光装置では、金属製基板端からの沿面距離をとるために板材面積を大きくしなければならないため小型化を妨げ、放熱性と絶縁耐圧性の両立が困難であった。
【０００４】
一方、絶縁耐圧性の高いセラミックス製基板パッケージでは、高出力化すればするほど熱伝導率の低さに起因して、熱が発光装置内に籠り、効率と寿命の悪化を招くという問題があった。
また、金属製基板パッケージ同様に、絶縁耐圧性を高めるために、給電端子部からセラミックス基板端面への沿面距離も大きくとらなければならず、小型化を妨げるという問題もある。
そこで、従来、発光素子が実装される実装基板上に、沿面距離を増加させる放電抑制部を備えて小型化するという発光装置の技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。この発光装置では、発光素子を実装する基板周縁に細い凹凸を設けることで沿面距離を稼ぐように放電抑制部が形成されている。また、この発光装置では、実装基板を、例えば、アルミダイキャストで形成された金属体に設置して使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１８７６１号公報
【特許文献２】特開２０１３−０３８４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の発光装置では、以下に示すような問題点が存在した。
従来の発光装置によれば、例えば、実装基板として、絶縁性が高く、熱伝導率も一定以上見込めコストも安いアルミナ等のセラミックス部材が好んで使用されている。しかし、従来の発光装置では、実装基板に用いられるセラミックス材料の熱伝導率が、金属系材料に比べ１／３〜１／２０程度と劣るため、特に高出力（１０Ｗ以上）を印加するような用途において、発光素子・発光装置をこのような実装基板に直接実装すると、放熱性が十分にとれず性能・寿命の悪化を招く。加えて、従来の発光装置では、熱抵抗を低減させるために、実装基板としてのアルミナ基板の厚みを薄くすると、セラミックス特有の脆さに起因して、反り、ゆがみ等が発生する。
【０００７】
また、従来の発光装置では、沿面距離を稼ぐために、基板表面に周回する細い凹又は突出した形状の壁部を複数設けるとの記載がなされているが、基板表面への細かい加工は困難であり、クラック・欠けの危険性が増し、沿面距離の確保が危ぶまれる。
【０００８】
さらに、従来の発光装置では、前記したように放熱性を確保するためには基板厚みを薄くせざるを得ず、そのため基板に加工する凹状の溝は深くできず、突出した形状の壁部の高さで沿面距離を稼ぐ必要が生じる。しかし、従来の発光装置では、壁部の高さを上げると加工性・コストのデメリットのみならず、発光素子の横方向の光を遮り、発光効率の低下を招く。
【０００９】
本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたもので、複数の発光素子を実装しても、高い放熱性と絶縁耐圧性を両立することができる発光装置及びその発光装置を用いた照明器具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光装置は、複数の発光素子を有する発光装置であって、前記複数の発光素子が実装された熱拡散性部材と、この熱拡散性部材の底面を当接させて嵌合する凹部を有する絶縁性部材と、前記熱拡散性部材上に設けられ前記複数の発光素子に給電を行うための回路を有する回路基板と、を備える構成とした。
【００１１】
また、本発明に係る照明器具は、前記した発光装置を設けた照明器具であって、前記照明器具は、その金属筐体の埋没取付部に埋没するように前記発光装置を取り付け、前記発光装置は、前記埋没取付部に取り付けられたときに当該埋没取付部の周りの周面よりも前記発光素子の位置が突出する構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る発光装置では、熱拡散性部材上に発光素子及び回路基板を設け、熱拡散性部材を絶縁性部材の凹部内に嵌合させることで、高密度に複数の発光素子を実装して用いる高出力の光源として使用された場合にも、放熱性と絶縁耐圧性とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る発光装置の全体を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る発光装置を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明に係る発光装置を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、短手方向において断面にした状態を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、装置の一部を拡大して熱の拡散方向を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】本発明に係る発光装置の回路基板とサブマウントとの間に光反射樹脂を充填した状態を模式的に示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る発光装置のツバ部を有する絶縁性部材の形状が異なる構成をそれぞれ模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明に係る発光装置の絶縁性部材及び熱拡散性部材の変形例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明に係る発光装置を用いた照明器具を模式的に示す図である。
【図８】図７のうち、発光装置を通る断面を模式的に示す図であって、放熱状態を説明する図である。
【図９】本発明に係るツバ部を備える発光装置の構成の凹部の側壁の高さについての説明と、ツバ部を備えない発光装置の構成の凹部の側壁の高さについての説明をするための模式図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る発光装置のツバ部を有する絶縁性部材の形状が異なる構成をそれぞれ模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る発光装置及び照明器具について、図面を参照して説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため部分的に誇張して示すことがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一の構成、部材もしくは同質の構成、部材を示しており、説明を適宜省略する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、発光装置１は、凹部３を備える絶縁性部材２と、この絶縁性部材２の凹部３に嵌合される熱拡散性部材４と、この熱拡散性部材４上に設けられたサブマウント５と、このサブマウント５上に設けられた発光素子６と、この発光素子６から接続ワイヤＷｓ（図３参照）を介して接続されサブマウント５の周囲で熱拡散性部材４上に設置された回路基板７を備える。そして、発光装置１は、一例として、回路基板７の周縁に樹脂枠９が設けられ、その樹脂枠９の内側を透光性樹脂８により封止された状態で構成されている。
【００１６】
［絶縁性部材］
絶縁性部材２は、発光装置を実装する実装部材から、発光素子６及び回路基板７までの沿面距離を確保すると共に、装置筐体の役割をするものである。この絶縁性部材２としては、絶縁耐圧性が確保でき、熱伝導率が絶縁物質のなかでも比較的高い材料が必要であり、さらには、耐熱性が高く熱膨張率の低い材料が好ましい。好適にはセラミックスを使用することが望ましい。例えば、絶縁性部材２は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。
【００１７】
図１〜図３に示すように、絶縁性部材２は、ここでは、側壁と底壁とを備えた凹部３であって、側壁と底壁に囲まれた領域が直方体形状をなす凹部３と、この凹部３の長手両端となる凹部３の側壁３ａから外側に形成したツバ部２ａ、２ａを備えている。凹部３は、後記するように熱拡散性部材４が収納接合され、接合されたときに、熱拡散性部材４の底面が凹部３の底壁３ｂの表面に当接するように形成されている。さらに、絶縁性部材２は、熱拡散性部材４と嵌合するように形成されている。そして、凹部３の側壁３ａは、熱拡散性部材４の上面までの範囲で形成されており、ここでは、側壁３ａの上面が熱拡散性部材４の上面と同一平面になるように形成されている。
【００１８】
また、絶縁性部材２は、全体として凹部３と、ツバ部２ａ、２ａを一体としたケース状に成形した状態として構成されることが望ましい。なお、ツバ部２ａ、２ａには、直接、固定ボルトＢｔで後記する照明器具３０の所定位置に固定できるように、取付溝あるいは取付穴等の取付部２ｂが形成されている。
【００１９】
凹部３は、熱拡散性部材４を嵌合するためのものである。この凹部３は、底壁３ｂの厚みとして、例えば、照明器具（図７参照）として屋外灯具で使う際に要求されるＡＣ５ｋＶ程度の絶縁耐圧性が確保でき、かつ熱伝導をできるだけ妨げないよう薄くすることが望ましい。底壁３ｂは、アルミナを絶縁性部材２として用いた場合は、一例として、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下の厚みが望ましい。このとき、絶縁性部材２は、板状のアルミナに比べ、箱型ケース状に成形されていることから、底壁３ｂの厚みを薄くしても強度が確保しやすく、割れ、反り、ゆがみ等の発生を抑制することができる。
【００２０】
加えて、絶縁性部材２は、図３（ａ）に示すように、凹部３内に熱拡散性部材４である導電性材料が嵌合されることから、例えば、凹部３の側壁上面幅Ｄ１と、側壁高Ｈ１との合計長さを５ｍｍ以上とすることで、ＡＣ５ｋＶ程度の絶縁耐圧性を確保することが可能である。そして、絶縁性部材２は、側壁上面幅Ｄ１＜側壁高Ｈ１としても放熱性能に影響がないため、装置の上面面積を小さくして小型化を図ることが可能となる。ここでは、絶縁性部材２は、底壁厚みＢ１＜側壁上面幅Ｄ１＜側壁高Ｈ１となるように構成されている。
【００２１】
凹部３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、底壁３ｂの厚みよりも、側壁３ａの厚みが大きくなるように構成されている（Ｂ１＜Ｄ１）。側壁３ａは、厚みをもたせることで、空気中への放熱が効率よく行われる。具体的には、熱拡散性部材４から熱を受け取り、一時的に蓄熱し、側壁内で拡散し、効率的に外側へ熱を放射することができる。また、側壁３ａは、後記する照明器具３０（図７参照）の金属筐体３０ａ側の広い範囲に熱を伝達して拡散放熱の効率を上げると共に、沿面距離を大きく取ることが可能となる。また、底壁３ｂは、側壁３ａより薄くすることで、後記する照明器具３０（図７参照）の放熱フィン３４側に早く熱を伝達して拡散放熱の効率を上げることができる。
【００２２】
［熱拡散性部材］
図２及び図３に示すように、熱拡散性部材４は、ここでは、上面と下面とが同一形状となる立体形状に、具体的には直方体形状に形成されている。そして、熱拡散性部材４の側面及び底面は、絶縁性部材２の凹部３に嵌合して凹部３の側壁３ａの内面及び凹部３の底壁３ｂにそれぞれ接触するように平坦面に形成されている。熱拡散性部材４は、絶縁性部材２の凹部３の深さと同等かそれ以上の厚みとなるように形成されている。このような構成により、熱拡散性部材４から絶縁性部材２へ効率よく熱が放射される。
【００２３】
熱拡散性部材４としては、熱伝導率の高い材料が好ましく、例えばＡｌ、Ｃｕまたはそれらの合金材料などが望ましい。さらに、絶縁性部材２やサブマウント５との接合信頼性を考慮すると、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率の小さいものが望ましく、例えば、Ｃｕ−Ｍｏ積層材料やＡｌ−Ｃ複合材料、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料などを使用することがより好ましい。特に、熱拡散性部材４としてＡｌ−Ｃ複合材料を使用すると、熱伝導率に異方性があるので、熱伝導率の高い方向を厚み方向に用いることにより、底面における熱密度低下を促進することが可能であり、放熱性をさらに高くすることができるために好ましい。
【００２４】
そして、熱拡散性部材４は、後記するように、複数の発光素子６を集中して実装し、高電力（１０Ｗ以上）を印加した場合においても、熱拡散性部材４の上面から底面への熱拡散移動によって、底面における熱密度を十分に低くすることが可能となる。そのため、熱拡散性部材４の熱伝導特性により、接触している次段の絶縁性部材２による熱抵抗が増加する影響を最小限に抑えることが可能となる。従って、発光装置１として、発光面積が小さいまま高出力化することが可能となるため、配光制御性も高めることができることになる。
【００２５】
熱拡散性部材４は、少なくとも熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料を用いることが望ましい。さらに、熱拡散性部材４は、上面に実装された発光素子６の熱が底面において均一に拡散可能な厚み、例えば３ｍｍ以上であることが望ましい。
【００２６】
絶縁性部材２と熱拡散性部材４とは、凹部３の底壁３ｂの表面及び熱拡散性部材４の底面において接合され接触面積が大きいことが望まれる。したがって、接触を確実にするためには、例えば、熱硬化高熱伝導性シリコーン、ＳｎＡｇ（Ｃｕ）ハンダ、ＡｕＳｎ共晶、ＡｌＣｕ共晶などの接合材料（図示せず）を使用することが好ましい。また、接合材料の粘度及び使用量を適時調整することにより、底面のみならず、凹部３に熱拡散性部材４を嵌合したときに這い上がり効果にて、側面部分まで接合材料による密着を促すことも可能である。また、接合材料が側面部分まで這い上がることで、その領域において、絶縁性部材２と熱拡散性部材４とが実質当接することになる。
【００２７】
熱拡散性部材４は、その上面が絶縁性部材２の凹部３の深さと同等かそれ以上の高さとなるため、絶縁性部材２との接合時の加圧が容易になるばかりでなく、熱拡散性部材４の上面に実装される発光素子６の光を絶縁性部材２で遮ることもなくなるため、光の取り出し効率を高めることができる。
【００２８】
［サブマウント部材］
図１〜図３に示すように、サブマウント５は、熱拡散性部材４の上面に接合され、複数の発光素子６を実装するために用いられる。このサブマウント５は、ここでは、矩形板状に形成され、熱伝導性の高い材料で形成されることが好ましい。
サブマウント５は、熱伝導率が高く、熱膨張率が低く、面精度の出しやすい部材が好ましい。例えば、サブマウント５は、シリコン、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの素材が挙げられる。
そして、サブマウント５は、次段の熱拡散性部材４に素早く熱を伝えるために、厚みは十分薄くすることが望ましい。サブマウント５は、例えば、０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度が望ましい。
【００２９】
サブマウント５は、熱拡散性部材４の上面の平面度が十分でない場合、熱拡散性部材４に接合部材を介して接合されることで、熱拡散性部材４の上面の凹凸をキャンセルすることができる。発光素子実装面については、例えば、白色樹脂などの、光反射膜が設けられていることが望ましい。
サブマウント５と、熱拡散性部材４の接合においては、Ａｇペースト、ＳｎＡｇ（Ｃｕ）半田、ＡｎＳｎ共晶、Ａｇ焼結材料などの接合部材が使用される。また、それぞれの接合部材・方式に応じて適時、接合面に鍍金等の表面処理が施されることが好ましい。
【００３０】
［発光素子］
発光素子６としては、発光ダイオードを用いるのが好ましく、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。発光素子６は、ここでは、複数がサブマウント５に縦横に２次元配列して設けられ接続ワイヤＷｓにより電気的に配線されて回路基板７に接続されている（図３（ａ）参照）。この発光素子６は、例えば、青色（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）の発光素子６としては、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることができる。また、発光素子６は、その上面の一側にｐ電極が、他側にｎ電極が設けられた構造の素子であっても、フリップチップ実装される構造の素子であっても、対向電極構造の発光素子であってもよい。発光素子の成分組成や発光色、サイズ等は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３１】
回路基板７は、図示しない外部の電源からの給電を発光素子６に行うためのものである。この回路基板７は、中央に所定間隔を空けて矩形に板を貫通して開口部７ａが形成されている。回路基板７は、開口部７ａがサブマウント５の数に対応して形成されている。そして、回路基板７の開口部７ａは、サブマウント５を熱拡散性部材４に当接させることができる大きさに形成されている。
【００３２】
この回路基板７は、各発光素子６の外部に接続される接続ワイヤＷｓを複数接続して、接続ワイヤＷｓを介して全ての発光素子６に給電できるように配線が形成されている。また、回路基板７は、外部の電源に接続される外部接続ワイヤＷｃ、Ｗａが設けられている。回路基板７は、熱拡散性部材４上で熱拡散性部材４に接合材を介して当接するように設置されている。回路基板７は、熱拡散性部材４に当接する面が通電しないように構成され、板厚がほぼサブマウント５と同等に形成されている。また、ここで使用される接合材は、サブマウント５を接合する接合部材であってもよく、一般的なものであってもよい。
【００３３】
［蛍光物質］
蛍光物質１０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、発光素子６を被覆する透光性樹脂に含まれており、層状に発光素子６を被覆している。蛍光物質１０の種類は、１種とすることもできるし、複数種とすることもできる。蛍光物質としては、用いる発光素子６の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）などが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光（例えば白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。特に、青色発光素子に組み合わせて白色発光させる蛍光体としては、青色で励起されて黄色のブロードな発光を示す蛍光体を用いることが望ましい。
蛍光物質１０は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ：Ｅｕ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢｘＮ３＋ｘ：Ｅｕ、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ及びＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの蛍光物質１０を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。
【００３４】
また、発光素子６周囲の蛍光物質１０は、透光性樹脂中に蛍光物質を混合して封止と同時に沈降／分散状態として実現させてもよいし、透光性材料に蛍光物質をあらかじめ混合し成形された板材料などを透光性樹脂８上面に接合させて使用してもよい。また、樹脂封止前にスプレー塗布等で散在させてもよい。
また、前記した絶縁性部材２、熱拡散性部材４等の構成とすると、厚みが３ｍｍ以上の位置に発光素子６が実装されるため、発光面高さを十分にとることができる。これは、後記する照明器具３０（図７参照）の二次光学系において、光の利用効率、配光制御性を高めることができるとともに、二次光学系の固定方法・配置の自由度や、設置誤差の余裕度を与えることができる。
【００３５】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、透光性樹脂８は、発光素子６を保護するものである。この透光性樹脂８は、発光素子６で発光された光及び蛍光物質１０で変化された光を透過することができる既存のもので形成されている。なお、透光性樹脂８は、その周りに樹脂枠９を形成してその内側に充填されることで設けられている。なお、樹脂枠９に使用される樹脂は、透光性樹脂８と同様の組成で既存のものであれば、限定されるものではない。なお、透光性樹脂８は、ここでは設ける構成として説明したが、特に設ける構成としなくてもよい。
【００３６】
以上説明したように構成される発光装置１は、発光するときには、外部の電源に外部接続ワイヤＷａ、Ｗｃを介して接続した状態で図示しないスイッチを入れることで、発光素子６から光が放出される（図３（ｂ）の白抜き矢印）。なお、発光装置１では、蛍光物質１０が設けられている場合は、蛍光物質１０で光が変換されて外部に放出される。また、発光装置１は、回路基板７の位置が凹部３の側壁３ａの内側である熱拡散性部材４の上面に設けられていることから、沿面距離が大きく取ることができ、高い電圧が必要な場合でも短絡することがない。
【００３７】
さらに、発光装置１は、図３（ｂ）に示すように、複数の発光素子６を使用することで、熱が発生した場合、矢印で示すように、サブマウント５に伝わり、サブマウント５から熱拡散性部材４に伝達される。熱拡散性部材４に伝達された熱は、主に絶縁性部材２の凹部の底壁３ｂ側に伝わるものと、凹部３の側壁３ａに伝わるものとがある。そして、熱拡散性部材４から凹部３の底壁３ｂ側に伝わった熱は、凹部３の底壁３ｂが薄く形成されていることから、底壁３ｂの裏面に接続しているもの（金属等）に即座に伝わる。また、熱拡散性部材４から凹部３の側壁３ａ側に伝わった熱は、凹部３の側壁３ａが凹部３の底壁３ｂよりも厚みがあるので、側壁内を拡散するように伝わることになる。したがって、発光装置１は、熱拡散性部材４から凹部３の側壁３ａ及び凹部３の底壁３ｂ側へ発光素子６から発生した熱を効率よく伝達して放出させることが可能となる。
【００３８】
発光装置１では、サブマウント５を複数（３つ）使用した例として説明したが、サブマウント５を使用する場合には、サブマウント５と回路基板７との間に間隙ができることがある。このように間隙を有する場合、サブマウント５と回路基板７との間の間隙に光反射性樹脂１１を充填する構成とすることで、光の外部取り出し効率を高めることができる。また、蛍光物質１０をスプレー塗布により形成すると、この間隙に、蛍光物質１０が散在することがあるが、図４に示すように、当該隙間に光反射性樹脂１１を充填するようにすればよい。つまり、蛍光物質１０が散在する場合には、スプレー塗布後に、さらに、ＴｉＯ２などを樹脂に混合させた光反射性樹脂１１を隙間に充填することで、間隙での不要な蛍光物質１０の励起を抑えることができるとともに、光の外部取り出し効率を高めることができる。
【００３９】
発光装置１の構成において、絶縁部材２２、２３の全体形状及びツバ部２２ａ、２２ｂの形状について、それぞれ、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように構成してもよい。図１０（ａ）、（ｂ）の発光装置１Ｅ、１Ｆでは、ツバ部２２ａ、２２ｂは、側壁１３ａ、２３ａ側で最も厚く、側壁１３ａ、２３ａから遠ざかるにつれて、その厚みが小さくなる肉厚部２２ｒ、２３ｒをそれぞれ備える。この厚みの変化は、段階的でもよいし、連続的でもよい。肉厚部は、例えば、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁部材の上面側に曲面を備えるアール形状であってもよく、平面を備える形状であってもよい。肉厚部２２ｒ、２３ｒの長さは、側壁１３ａ、２３ａから縁までの長さの５〜５０％程度とすることができる。例えば、肉厚部２２ｒ、２３ｒは、その表面が曲面を有していることが好ましい。ツバ部が、このような肉厚部を有することにより、取付部２ｂを利用してツバ部を螺子止めする場合に、側壁とツバ部との間の部分にかかる応力を低減することができるため、ツバ部が破損するおそれを低減することができる。
【００４０】
また、絶縁部材２３、回路基板７、透光性樹脂８、樹脂枠９等を上面側から見た場合の外形状は、図２等に示すような長方形以外に、図１０（ｂ）の発光装置１Ｆに示すように、略正方形であってもよい。さらに、熱拡散部材およびサブマウントも、略正方形であってもよい。なお、各部材の上面側から見た場合の形状は略四角形に限られず、円、楕円、多角形およびそれらの組み合わせであってもよい。特に、樹脂枠ないし透光性樹脂を略円形とすることで、発光面を略円形とすることができ、スポットライト等の照明器具に適した発光装置とすることができる。
【００４１】
さらに、ツバ部２２ｂは、図２に示すツバ部２ａのような略一定の長さ及び幅を有する形状以外に、図１０（ｂ）に示す発光装置１Ｆのように、側壁１３ａ、２３ａから遠ざかるにつれて、その幅が狭くなる形状を有していてもよい。この幅の変化は、段階的でもよいし、連続的でもよい。幅の変化は、縁における幅が、側壁２３ｂ側の幅の５〜５０％とすることができる。
【００４２】
また、発光装置１の構成において、全体形状及びツバ部２ａ、２ａの形状あるいは形成位置について、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すように構成してもよい。図５（ａ）〜（ｃ）では、外部接続ワイヤＷａ、Ｗｃは、回路基板７，７Ａの長手方向において対向する位置に配置された構成としているが、図１と同じように開口の長手方向に対向する位置であってもよい。
図５（ａ）に示すように、発光装置１Ａは、形状を有底円筒形とした絶縁性部材２Ａとし、その凹部の底壁と凹部の側壁との関係を既に説明したものと同様に形成し、かつ、ツバ部１２ａ、１２ａを対向する位置に設ける構成としてもよい。ツバ部１２ａ、１２ａは、ここでは、板厚方向に貫通した取付穴である取付部２ｂが形成されている。
【００４３】
図５（ｂ）に示すように、発光装置１Ｂにおいて、ツバ部１２ｂは、絶縁性部材２Ａの外周に沿って全周にわたって形成する構成としてもよい。そして、ツバ部１２ｂには、周方向に等間隔となる４方（９０度ごと）に取付穴である取付部２ｂが形成されている。
図５（ｃ）に示すように、発光装置１Ｃは、すでに図１で説明したような構成において、ツバ部２ａ、２ａ、１２ｃ、１２ｃを全ての辺の凹部の側壁３ａに形成してもよい。なお、ツバ部２ａ、２ａ、１２ｃ、１２ｃでは、取付穴である取付部２ｂが形成されている。
【００４４】
図６に示すように、発光装置１Ｄとして、絶縁性部材２の凹部３Ｂの断面形状の空間部分が台形となるような凹部形状とし、その凹部形状に合わせた熱拡散性部材４Ｂとしてもよい。つまり、凹部３Ｂは、側壁３Ｂａの外壁面は垂直とし、上面の開口面積よりも底壁の面積が小さくなるよう内壁に傾斜が設けられている。そして、熱拡散性部材４Ｂは、凹部３Ｂの内壁の傾斜に略沿うように側壁面に傾斜を設けた形状となっている。側壁３Ｂａは、ここでは上面となる位置の厚みが、底壁３Ｂｂの厚みよりも大きくなるように構成されている。
【００４５】
発光装置１Ｄでは、凹部３Ｂに熱拡散性部材４Ｂを嵌合させるときに、接合部材Ｓｚを使用することができる。そして、凹部３Ｂに熱拡散性部材４Ｂを嵌合する場合、熱拡散性部材４Ｂを押しこむと、接合部材Ｓｚの這いあがり性を高め、かつ接合時の加圧力が底面のみならず側面にも十分加わるようにすることができる。したがって、発光装置１Ｄでは、側面からの放熱性能も高めることができるうえ、接合強度・信頼性の高い構成とすることができる。
【００４６】
さらに、図７及び図８に示すように、前記した発光装置１〜１Ｆを灯具に装着することで照明器具３０としてもよい。なお、ここでは発光装置１を照明器具３０に使用する例について説明する。
使用例としては、照明器具３０の金属筐体３０ａの埋没取付部３２に埋没するように発光装置１を取り付け、発光装置１は、埋没取付部３２に取り付けられたときに当該埋没取付部３２の周りの周面よりも発光素子６の位置が突出している照明器具である。このように、照明器具３０では、発光装置１を埋没取付部３２に設けて使用することで、発光装置１からの光を直接外部に照射することができる。また、発光装置１の絶縁性部材２からの熱が、接触する埋没取付部３２から放熱されると共に、さらに埋没取付部３２から熱拡散性部材４上の回路基板７までの距離があることで絶縁耐圧性にも優れた照明器具３０とすることができる。
【００４７】
［照明器具］
図７に示すように、照明器具３０は、発光装置１を取り付けて光を外部に送り出す金属筐体３０ａと、発光装置１が点灯したときに発生する熱を発散させる放熱フィン３４とを主として備えており、金属筐体３０ａにおいて開放されている光照射部３１から光を照射するように構成されている。なお、図８に示すように、金属筐体３０ａの開放端には、透明カバー３５が配置されているが、図７では省略している。
【００４８】
金属筐体３０ａは、ステンレスやアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属で側方に開口となる凹形状に形成され、その側方の開口を光照射部３１としている。そして、金属筐体３０ａは、底面となる取付平面３３ａと、この取付平面３３ａから立ち上げて形成された立上面３３ｂと、立上面３３ｂに隣接し、取付平面３３ａと対向する上平面３３ｃを備えるように構成されている。そして、金属筐体３０ａは、取付平面３３ａから連続するように放熱フィン３４が設けられるように構成されている。
埋没取付部３２は、発光装置１が取り付けられる部分である。この埋没取付部３２は、取付平面３３ａに発光装置１を着脱自在に取り付けられるように構成されている。そして、埋没取付部３２に取り付けられる発光装置１からの光を効率よく送り出すように、取付平面３３ａ、立上面３３ｂ及び上平面３３ｃを反射部３３として構成している。
【００４９】
図７及び図８に示すように、埋没取付部３２は、発光装置１のツバ部２ａ，２ａに形成された取付部２ｂ，２ｂに対向する位置にネジ穴が形成され、発光装置１を固定ボルトＢｔ，Ｂｔ（図２参照）により着脱自在に取り付けできるように構成されている。この埋没取付部３２は、発光装置１が取り付けられたときに、発光素子６が取付平面（周面）３３ａよりも突出する位置（凹開口よりも突出する位置）になるような深さに設定されている。なお、埋没取付部３２は、図示しない外部電源接続手段が所定位置に設けられ、発光装置１の外部接続ワイヤＷａ，Ｗｃが接続されるように構成されている。
【００５０】
図７に示すように、反射部３３は、取り付けられた発光装置１からの光を反射させるためのものである。この反射部３３は、ここでは、埋没取付部３２が形成された取付平面３３ａと、その取付平面３３ａから立ち上げられた立上面３３ｂと、立上面３３ｂに隣接し、取付平面３３ａと対向する上平面３３ｃが光を反射するように構成されている。反射部３３は曲面を含んで構成されていることが好ましく、放物面がより好ましい。そして、反射部３３から反射された光は、光照射部３１（取付平面３３ａ、立上面３３ｂ、上平面３３ｃが設けられていない面）から外部に出力される。この照明器具３０は、発光装置１からの直接の光と反射部３３で反射した光の両方を、光照射部３１から効率よく外部に取り出すことができる。なお、反射部３３は、光を反射する金属材料で形成されることや、光を反射する反射材料を表面に設けることで反射するように構成することができる。
【００５１】
放熱フィン３４は、装着された発光装置１で発生する熱を外部に放出するものである。この放熱フィン３４は、ここでは、薄板状に形成したフィン３４ａを、取付平面３３ａの埋没取付部３２から効率よく熱を放出するように複数形成することで構成されている。この放熱フィン３４は、埋没取付部３２が形成される板部分と一体に形成されることや、別体に形成してねじや溶接により接続する構成とすることができる。なお、放熱フィン３４は、この種の照明用の装置に使用されるものであれば、特に限定されるものではない。
【００５２】
以上のように構成した照明器具３０は、発光装置１を使用した場合に、一例として以下のようになる。
例えば、照明器具３０は、金属筐体３０ａに形成した埋没取付部３２に、発光装置１を、ツバ部２ａ，２ａに形成した取付部２ｂ，２ｂに金属ねじである固定ボルトＢｔ，Ｂｔで固定することで装着する。このように、照明器具３０では、固定ボルトＢｔ，Ｂｔで装着するといった簡便な方法で取り付けることが可能である。また、照明器具３０では、発光装置１が既に説明したように回路基板７が熱拡散性部材４上に位置する構成であるため、固定ボルトＢｔとして金属ねじを使用しても、金属筐体３０ａとの絶縁耐圧性を気にする必要がない。また、照明器具３０では、ツバ部２ａ上面から絶縁性部材２の高さと同等の位置にボルト頭部を突出分確保しても、凹部３の側壁３ａがボルト頭部よりも高い位置になるように構成されているので、放熱性に影響がなく、さらに、発光素子６の位置がボルト頭部よりも高い位置であることにより光を遮られる懸念もない。
【００５３】
また、照明器具３０では、金属筐体３０ａに形成された取付平面３３ａへの実装でももちろん十分な放熱は可能であるが、金属筐体３０ａに略発光装置外形寸で凹穴として形成された埋没取付部３２を、深さが発光装置高さ以下として構成して、その埋没取付部３２に発光装置１を嵌合して取り付ければ、絶縁性部材２の凹部３の底壁３ｂから金属筐体３０ａへの放熱経路のみならず、凹部３の側壁３ａから金属筐体３０ａへの放熱経路も確保することができる。
【００５４】
なお、発光装置１と金属筐体３０ａの凹壁との隙間を、図示しない熱伝導性グリスを充填し、直接的に放熱を促すこともできる。また、照明器具３０は、絶縁性部材２を輻射率の高いアルミナなどの材料として、アルミナ輻射熱と発光装置１が装着される部分の金属筐体３０ａによる熱吸収という熱交換を利用することもできる。また、照明器具３０は、発光装置１の凹部３の側壁３ａまで埋没取付部３２の金属筐体３０ａが隣接することとなる場合もあるが、回路基板７を熱拡散性部材４上に設けることで沿面距離が確保されているため、絶縁耐圧性能にも問題がない。
【００５５】
以上、本発明の実施形態に係る発光装置１〜１Ｆおよび照明器具３０について説明したが、本発明の実施形態に係る発光装置１〜１Ｆによれば、高密度に複数の発光素子６を実装した形態においても、高い放熱性と絶縁性を兼ね備えた構成を実現することができる。
なお、発光装置１、１Ａ〜１Ｆにおいて、凹部３の側壁３ａ，３Ｂａの高さは、図９の右側半分に示すように、熱拡散性部材４の上面までの範囲であればよく、例えば、熱拡散性部材４の上面まで半分（Ｈ２の高さ）、あるいは、１／３、１／４、１／５…、１／１０（Ｈ３の高さ：図面では誇張して示す）等であっても構わない。
また、図９の左半分で示すように、発光装置１、１Ａ〜１Ｆにおいて、ツバ部を設けない構成としてもよく、その場合の凹部３の側壁３ａ，３Ｂａの高さも例えば、熱拡散性部材の上面と同等、半分（Ｈ２の高さ）、１／３、１／４、１／５…、１／１０（Ｈ３の高さ：図面では誇張して示す）等であっても構わない。
なお、図９では、左右で異なる絶縁性部材２の構成を示すように模式的に記載されているものである。
【００５６】
さらに、発光装置１〜１Ｆでは、熱拡散性部材４の上面の平坦度が高い場合は、凹凸をキャンセルする目的でサブマウントを用いなくてもよい場合もある。発光装置１〜１Ｆにおいて、サブマウントを用いない場合は、熱拡散性部材４の上面に直接、発光素子６を実装し、発光素子６と回路基板７との間（及び発光素子６の間）に、ＴｉＯ２などからなる光反射性フィラーを樹脂に混合させた光反射性樹脂１１である反射部材（図４参照）を充填する高光反射膜処理を施すようにするとよい。加えて、サブマウント５を用いない場合として、可撓性の回路基板７に直接、複数の発光素子６を実装し、可撓性の回路基板７を熱拡散性部材４上面に取り付けてもよく、１つまたは複数の発光素子６がパッケージされた複数の発光装置を直接、熱拡散性部材４上面に取り付けてもよい。
【００５７】
なお、発光素子６に給電するための回路構成などをサブマウント５上、または熱拡散性部材４上に設けることができる。また、絶縁性部材２は、後記する照明器具３０に発光装置１が取り付けられる場合に、照明器具３０の金属筐体３０ａが凹部３の側壁３ａに隣接するような状態がある。したがって、照明器具３０は、凹部３の側壁上面幅Ｄ１を適時調整することで絶縁耐圧性を確保することができる。
【００５８】
なお、以上説明したように発光装置１〜１Ｆ及び照明器具３０の形態について、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は、発光装置１〜１Ｆ及び照明器具３０に特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、例えば、ベースライト、スポットライト、ダウンライトなどの一般照明用の照明器具や、街路灯、道路灯、駐車場灯、投光器、看板照明、高天井灯等の種々の商業照明用の照明器具などに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ      発光装置
２、２Ａ、２Ｂ、２２、２３        絶縁性部材
２ａ、１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ  ツバ部
２ｂ    取付部
３、３Ｂ      凹部
３ａ、３Ｂａ、１３ａ、２３ａ  側壁
３ｂ、３Ｂｂ  底壁
４、４Ｂ      熱拡散性部材
５      サブマウント
６      発光素子
７      回路基板
７ａ    開口部
８      透光性樹脂
９      樹脂枠
１０    蛍光物質
１１    光反射性樹脂
２２ｒ、２２ｓ      肉厚部
３０    照明器具
３０ａ  金属筐体
３１    光照射部
３２    埋没取付部
３３    反射部
３３ａ  取付平面
３３ｂ  立上面
３３ｃ  上平面
３４    放熱フィン
３４ａ  フィン
３５  透明カバー
Ｂｔ    固定ボルト
Ｓｚ    接合部材
Ｗｃ    外部接続ワイヤ
Ｗａ    外部接続ワイヤ
Ｗｓ    接続ワイヤ
【図１】
2015128139.tif 000003
【図２】
2015128139.tif 000004
【図３】
2015128139.tif 000005
【図４】
2015128139.tif 000006
【図５】
2015128139.tif 000007
【図６】
2015128139.tif 000008
【図７】
2015128139.tif 000009
【図８】
2015128139.tif 000010
【図９】
2015128139.tif 000011
【図１０】
2015128139.tif 000012