(57)【要約】【課題】すぐれた放熱特性を有し、且つ、プリント基板材料が限定されない、高輝度発光素子及びそれを用いた発光装置及び高輝度発光素子の製造方法を実現する。【解決手段】熱伝導性を有する基台２１の上面に導電パターン２３，２４を形成した配線板２２を固着し、該配線板２２に設けられた実装孔２２ｂによって露出された前記基台の上面にある実装エリア２１ｃにＬＥＤ２５を熱結合させて実装し、前記配線板の導電パターン２３，２４と前記ＬＥＤ２５とをワイヤー２６ａ〜２６ｄによって電気的に接続すると共に、前記配線板の導電パターンの一部を成す端子部２３ａ，２３ｂ，２４ａ、２４ｂと前記基台の放熱面２１ａとが対向して配置される構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性を有する基台と、該基台に固着する導電部を備えた配線板と、前記基台の実装エリアに実装される発光素子チップとを有し、前記基台は前記発光素子チップからの熱を放熱するための放熱面を備え、前記配線板の導電部は前記発光素子チップと電気的接続部材によって接続されると共に、該導電部の一部に前記発光素子チップを駆動する駆動電流を供給するための電気的接続面を設け、該電気的接続面と前記基台の放熱面とが対向して配置されることを特徴とする高輝度発光素子。
【請求項２】
前記配線板は実装孔を有し、該実装孔によって前記基台の実装エリアが露出されることを特徴とする請求項１記載の高輝度発光素子。
【請求項３】
前記発光素子チップは透光性を有する封止部材によって封止されることを特徴とする請求項１又は２記載の高輝度発光素子。
【請求項４】
前記基台は基台凸部を有し、該基台凸部の先端と前記配線板の電気的接続面とは略同一高さであると共に、該基台凸部は前記発光素子チップと電気的に結合され、発光素子チップの端子電極として機能することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の高輝度発光素子。
【請求項５】
前記基台は、放熱凹部又は放熱凸部又は放熱孔を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の高輝度発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の高輝度発光素子と、導電パターンを備える基板とを有し、該基板の導電パターンと前記高輝度発光素子の電気的接続面が接着手段によって機械的電気的に接続されることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
前記基板は、前記高輝度発光素子が発光する光を透過させる透過孔を有することを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光装置は放熱性部材を有し、該放熱性部材は前記高輝度発光素子の基台の放熱面と熱結合して配置されることを特徴とする請求項６又は７記載の発光装置。
【請求項９】
前記発光装置は略棒状の熱伝導性部材と放熱性部材を有し、該熱伝導性部材の一端は前記高輝度発光素子の基台と熱結合され、該熱伝導性部材の他端は前記放熱性部材と熱結合されることを特徴とする請求項６又は７記載の発光装置。
【請求項１０】
導電部を備える配線板を集合配線板によって複数個形成する工程と、熱伝導性を有する基台を集合基台によって複数個形成する工程と、前記集合配線板と前記集合基台を固着して集合基板を形成する工程と、複数の発光素子チップを前記集合基板に実装する工程と、前記実装された複数の発光素子チップと前記集合配線板上に複数個形成された配線板の導電部とを電気的に接続する工程と、透光性を有する封止部材で前記複数の発光素子チップを封止する封止工程と、前記集合基板によって完成された高輝度発光素子を切り離す分離工程とを有することを特徴とする高輝度発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記）を搭載した高輝度発光素子及びそれを用いた発光装置及び高輝度発光素子の製造方法に係わり、更に詳しくは放熱性を向上させるために改良した高輝度発光素子及びそれを用いた発光装置及び高輝度発光素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、化合物半導体であるＬＥＤは、長寿命や小型化の特徴を生かして発光素子として幅広く利用されている。また、窒化ガリウム系化合物半導体等による青色を発光するＬＥＤが開発され製品化されたことにより、その応用分野はカラー表示装置にまで広がり、携帯電話の小型カラーバックライト装置や車載用表示装置、更に高輝度高出力の照明用発光装置へとますます応用分野が拡大し、更なる高輝度、長寿命等が求められている。
【０００３】
特に近年は、ＬＥＤを用いた表面実装タイプの発光素子が、小型化や優れた量産性を特徴として数多く製品化されている。しかし、これらの発光素子を高輝度高出力の用途で使用する場合、放熱対策が問題になる。すなわち、ＬＥＤは一定の動作領域まで駆動電流と輝度がほぼ比例関係にあるので、高輝度を得るためには駆動電流を増やせばよい。しかし、駆動電流を増やすとそれに比例してＬＥＤでの電力損失が増加し、大部分のエネルギーは熱に変換されてＬＥＤの温度は上昇し高温となる。ここでＬＥＤはその特性として、温度が低いほど発光効率（すなわち電流−光変換効率）が高いので、ＬＥＤが高温になると発光輝度は低下するという問題が生じる。また、ＬＥＤの動作寿命も高温動作になるほど短くなり、更には、ＬＥＤを封止している透過性の樹脂が熱による変色で透明度を低下させる等の問題もあり、高輝度高出力用途としては寿命や信頼性に大きな問題があった。
【０００４】
これらの問題を解決するためには発光素子の放熱対策が不可欠であり、放熱手段としていくつかの提案がなされている。その一つは、熱伝導性を有する金属材料からなる一対の導電部材を絶縁部材で固着し、ＬＥＤを該一対の導電部材にまたがって実装させた発光素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。以下、図１６に基づいて従来の発光素子を説明する。図１６に於いて１は従来の表面実装タイプの発光素子であり、２ａ、２ｂは熱伝導性を有する金属材料から成る一対の導電部材であり、３は該一対の導電部材２ａ、２ｂを電気的に分離し固着する絶縁部材である。
【０００５】
３ａは絶縁部材３の上部にある凹部であって前記導電部材２ａ、２ｂの一部を露出させている。４はＬＥＤであり絶縁部材３の凹部３ａから露出する一対の導電部材２ａ、２ｂにまたがって実装され、ＬＥＤ４は導電部材２ａ、２ｂと電気的に結合されると共に熱的にも結合される。５はＬＥＤ４を封止する透光性を有する封止部材である。６はプリント基板でありその導電パターン６ａ、６ｂに発光素子１を実装する。ここで導電パターン６ａ、６ｂからＬＥＤ４に駆動電流を流すとＬＥＤ４は発光するが、同時にＬＥＤ４には電力損失が発生して発熱する。この熱はＬＥＤ４と熱的に結合している導電部材２ａ、２ｂに効率よく伝達されるので、プリント基板６が熱伝導性の優れた材料であれば、効率の良い放熱を実現することが出来る。
【０００６】
他の放熱の手段は、ＬＥＤを実装する基台と端子電極としてのリードフレームを同一材料とし、該基台とリードフレームの最下面を略同じ面に位置させ、基台を直接プリント基板に実装させた発光素子が提案されている。（例えば特許文献２参照）。以下、図１７に基づいて従来の発光素子を説明する。図１７に於いて１０は従来の発光素子であり、１１は基台であり、１２ａと１２ｂはリードフレームである。基台１１とリードフレーム１２ａ，１２ｂは同じ材料から成り、基台１１とリードフレーム１２ａ、１２ｂの最下面は略同じ面に位置されている。１３はＬＥＤであり基台１１の底部に実装され基台１１と熱結合される。
【０００７】
１４ａと１４ｂは金属細線によってなるワイヤーであり、ＬＥＤ１３のアノードとカソードをリードフレーム１２ａ、１２ｂと電気的に接続する。１５は透光性を有する封止部材であり、ＬＥＤ１３と共に基台１１、リードフレーム１２ａ、１２ｂ、ワイヤー１４ａ、１４ｂを封止する。１６はプリント基板であり、リードフレーム１２ａ、１２ｂは半田１７によって該プリント基板１６に実装される。ここで基台１１の最下面はリードフレーム１２ａ、１２ｂの最下面と略同じ面に位置しているので、基台１１もプリント基板１６と密着し半田１７によって固着され、基台１１とプリント基板１６は熱的にも結合される。
【０００８】
ここでＬＥＤ１３にプリント基板１６を介して駆動電流を流すとＬＥＤ１３は発光するが、同時にＬＥＤ１３には電力損失が発生して発熱する。この熱はＬＥＤ１３と熱結合されている基台１１に効率よく伝達され、更に基台１１はプリント基板１６と熱結合しているので、プリント基板１６が熱伝導性の優れた材料であればすぐれた放熱効果を発揮出来る。また、プリント基板１６に導電パターンによるスルホール（図示せず）を設け、該プリント基板１６の裏面に放熱部材（図示せず）を配置して、スルホールを介して該放熱部材へ熱を伝達する提案も成されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３０７８２０号公報（特許請求の範囲、第７図）
【特許文献２】
特開２００２−２５２３７３号公報（特許請求の範囲、図３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６で示した発光素子１は、プリント基板６に熱伝導性のすぐれたメタルコア基板等を用いれば優れた放熱効果を期待できるが、コストの安いガラスエポキシ材等のプリント基板では放熱効果を期待できない。すなわち、ガラスエポキシ材等の熱伝導率は、メタルコア基板の材料である銅合金などと比較して数百分の１程度と小さいので、熱抵抗が大きく熱が伝達されない。このため、効率の良い放熱を実現するにはメタルコア基板の使用が不可欠であるが、基板材料が限定されるのでコスト高となり、また、メタルコア基板は両面配線が難しく高密度実装が困難という問題もある。更には、メタルコア基板は導電性材料であるために、表面に絶縁層を設けて絶縁する必要があるが、この絶縁層によって熱伝導率が低下するので十分な放熱効果を発揮できない問題も有している。
【００１１】
また、図１７の発光素子１０に於いても、同様な問題がある。すなわち、基台１１はプリント基板１６と密着して実装されるので、基台１１からプリント基板１６への熱伝達は非常に効率がよい。しかし、プリント基板１６がガラスエポキシ材等のプリント基板では熱伝導率が悪いので、すぐれた放熱効果を期待できず、やはりメタルコア材等のプリント基板が必要となる。また、プリント基板１６の裏面に放熱部材を配置する構造は、基台１１と放熱部材はプリント基板１６を挟んで配置されるので熱結合されず、また、プリント基板１６のスルホール構造も熱結合を強化するにはそれほど有効とは言えず、大幅な放熱効果の改善を期待することは難しい。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題を解決して、すぐれた放熱特性を有し、且つ、高輝度発光素子を実装するプリント基板の材料が限定されない、高輝度発光素子及びそれを用いた発光装置及び高輝度発光素子の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の高輝度発光素子及びそれを用いた発光装置及び高輝度発光素子の製造方法は、下記記載の構成と方法を採用する。
【００１４】
本発明の高輝度発光素子は、熱伝導性を有する基台と、該基台に固着する導電部を備えた配線板と、前記基台の実装エリアに実装される発光素子チップとを有し、前記基台は前記発光素子チップからの熱を放熱するための放熱面を備え、前記配線板の導電部は前記発光素子チップと電気的接続部材によって接続されると共に、該導電部の一部に前記発光素子チップを駆動する駆動電流を供給するための電気的接続面を設け、該電気的接続面と前記基台の放熱面とが対向して配置されることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、発光素子チップを実装する基台は、発光素子チップからの発熱を効率良く伝達出来、また、発光素子チップに駆動電流を供給するための電気的接続面は、基台の放熱面と対向して配置されているので、発光素子チップの放熱ルートと発光素子チップへの電流供給ルートを分離する事が出来、効率の良い放熱が実現できると共に、高輝度発光素子を実装する基板材料の最適化が可能である。
【００１６】
また、前記配線板は実装孔を有し、該実装孔によって前記基台の実装エリアが露出されることを特徴とする。
【００１７】
この構成により、基台の実装エリアを露出させることが出来るので、発光素子チップを基台の実装エリアに直接実装することが出来る。
【００１８】
また、前記発光素子チップは透光性を有する封止部材によって封止されることを特徴とする。
【００１９】
この構成により、発光素子チップは封止部材によって機械的に保護され、また、発光素子チップが発光する光は封止部材を透過して放射する事が出来る。
【００２０】
また、前記基台は基台凸部を有し、該基台凸部の先端と前記配線板の電気的接続面とは略同一高さであると共に、該基台凸部は前記発光素子チップと電気的に結合され、発光素子チップの端子電極として機能することを特徴とする。
【００２１】
この構成により、対向する両面にそれぞれ電極を持つ発光素子チップに対し、基台の一部である基台凸部が発光素子チップの端子電極となって駆動電流を供給する事が出来る。
【００２２】
また、前記基台は、放熱凹部又は放熱凸部又は放熱孔を有することを特徴とする。
【００２３】
この構成により、基台の表面積を拡大出来るので、放熱効果を高めることが出来る。また、放熱孔に熱伝導性部材を挿入できるので、放熱効果を高めることが出来る。
【００２４】
本発明の発光装置は電気的接続面を備える前記高輝度発光素子と、導電パターンを備える基板とを有し、該基板の導電パターンと前記高輝度発光素子の電気的接続面が接着手段によって機械的電気的に接続されることを特徴とする。
【００２５】
この構成により、放熱に関わりなく、基板から高輝度発光素子の電気的接続面を介して発光素子チップに駆動電流を供給出来るので、基板の材料が限定されず、最適な基板を使用することが出来る。
【００２６】
また、本発明の発光装置の基板は、前記高輝度発光素子が発光する光を透過させる透過孔を有することを特徴とする。
【００２７】
この構成により、高輝度発光素子が発光する光は、基板に妨げられることなく前面に放射する事が出来る。
【００２８】
また、本発明の発光装置は放熱性部材を有し、該放熱性部材は前記高輝度発光素子の基台の放熱面と熱結合して配置されることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、発光素子チップからの熱は、基台から放熱性部材に伝達されるので、効率の良い放熱を実現することが出来る。
【００３０】
また、本発明の発光装置は略棒状の熱伝導性部材と放熱性部材を有し、該熱伝導性部材の一端は前記高輝度発光素子の基台と熱結合され、該熱伝導性部材の他端は前記放熱性部材と熱結合されることを特徴とする。
【００３１】
この構成により、熱伝導性部材によって高輝度発光素子と放熱性部材との距離を離すことが出来るので、放熱効果が高く、且つ、設計自由度が高い発光装置を実現することが出来る。
【００３２】
本発明の高輝度発光素子の製造方法は、導電部を備える配線板を集合配線板によって複数個形成する工程と、熱伝導性を有する基台を集合基台によって複数個形成する工程と、前記集合配線板と前記集合基台を固着して集合基板を形成する工程と、複数の発光素子チップを前記集合基板に実装する工程と、前記実装された複数の発光素子チップと前記集合配線板上に複数個形成された配線板の導電部とを電気的に接続する工程と、透光性を有する封止部材で前記複数の発光素子チップを封止する封止工程と、前記集合基板によって完成された高輝度発光素子を切り離す分離工程とを有することを特徴とする。
【００３３】
この製造方法により、集合基板によって多数の高輝度発光素子を一括製造できるので、均一でコストの安い高輝度発光素子を大量に製造することが出来る。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態である高輝度発光素子の斜視図であり、図２は図１の高輝度発光素子をＡ−Ａ’で断面した断面図である。図１と図２に於いて２０は本発明の高輝度発光素子であり、２１は熱伝導性を有する略直方体形状の基台であり、その材料は熱伝導性の優れた銅合金等によって成るメタルコア材が好ましい。２１ａは基台２１の下面に位置する放熱面であり、後述するが該放熱面２１ａは別部材である放熱部材と熱結合される。２２はプリプレグ等によって成る絶縁性を有する配線板であり、基台２１の上面に位置する基台上面２１ｂに接着剤２２ａによって熱圧着される。
【００３５】
２３、２４は配線板２２の表面に銅箔等によって形成される導電部としての二つの導電パターンである。該導電パターン２３，２４はそれぞれの端部に電気的接続面としての端子部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂを有し、後述するプリント基板と電気的機械的に接続される。ここで端子部２３ａ，２３ｂ，２４ａ、２４ｂは配線板２２と基台２１を挟んで、基台２１の放熱面２１ａと対向して配置される。
【００３６】
２２ｂは配線板２２の中心付近に位置する略円形の実装孔であり、該実装孔２２ｂによって基台２１の上面に位置する実装エリア２１ｃを露出させる。尚、実装孔２２ｂの形状は円形に限定されない。２５は発光素子チップとしてのＬＥＤであり、実装孔２２ｂによって露出される実装エリア２１ｃに好ましくは導電性を有する銀ペースト２５ａによって実装される。この結果、ＬＥＤ２５は銀ペースト２５ａを介して基台２１に直接実装され熱結合する。
【００３７】
２６ａ〜２６ｄは金属細線によってなる電気的接続部材としての４本のワイヤーであり、それぞれ２本ずつ用いてＬＥＤ２５のアノード端子（図示せず）とカソード端子（図示せず）を導電パターン２３，２４と電気的に接続する。尚、ワイヤーはＬＥＤ２５のアノード端子とカソード端子に対して１本ずつ計２本でもよいが、高輝度発光素子を実現するためには大電流の駆動電流が必要となるので、アノード端子とカソード端子にそれぞれ２本ずつ計４本のワイヤーで接続させる方が電流容量的に好ましい。２７は略円柱形の透光性を有する封止部材であり、ＬＥＤ２５とワイヤー２６ａ〜２６ｄ及び配線板２２の一部を覆い機械的に保護する。
【００３８】
次に高輝度発光素子の動作について説明する。ＬＥＤ２５に駆動電圧を印加して駆動電流を流しＬＥＤ２５を駆動させると、ＬＥＤ２５は駆動電圧と駆動電流の積に等しい電力を消費し、そのエネルギーの一部は光となって封止部材２７を透過して放射されるが、大部分のエネルギーは熱となってＬＥＤ２５から放出される。ここで、ＬＥＤ２５は前述した如く銀ペースト２５ａを介して熱伝導性に優れた基台２１に熱結合されているので、ＬＥＤ２５から放出された熱は効率よく基台２１に伝達さる。
【００３９】
また、詳細は後述するが、基台２１の下面に位置する放熱面２１ａに熱容量の大きな放熱部材を密着させれば、基台２１の熱は放熱部材に伝達されるので効率の良い放熱を実現することが出来る。尚、ここではＬＥＤの数を一つとして図示したが、これに限定されず、例えば基台２１をやや細長い直方体とし、長手方向に複数のＬＥＤを実装させても良い。また、基台２１の形状を略直方体と説明したが、これにも限定されず、多角形体や円柱形であっても良い。
【００４０】
次に本発明の第２の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は本発明の第２の実施形態である高輝度発光素子の斜視図である。尚、第１の実施形態と同一要素には同一番号を付す。図３に於いて３０は本発明の第２の実施形態である高輝度発光素子であり、配線板２２、ＬＥＤ２５、封止部材２７等は第１の実施形態と同一構成であるので説明は省略する。３１は略直方体形状の熱伝導性を有する基台であり、その材料は熱伝導性の優れた銅合金等によって成るメタルコア材が好ましい。３１ａはライン状の放熱凹部であり、基台３１の下面に位置する放熱面３１ｂに複数配置されて、放熱面３１ｂの表面積を拡大する。
【００４１】
ここで、ＬＥＤ２５に駆動電流を流すとＬＥＤ２５は駆動されて電力消費に伴う熱放出がなされるが、ＬＥＤ２５と基台３１は熱結合されているので効率よく基台３１に熱が伝達される。また、基台３１の放熱面３１ｂは放熱凹部３１ａによって表面積が拡大されているので、周囲の空気層に対して効率の良い放熱を実現できる。また、高輝度発光素子３０の近傍にファン等を設置し基台３１周辺の空気層を流動させれば、更に効率の良い放熱を実現する事が出来る。尚、放熱凹部３１ａはライン状に限定されず、基台３１の表面積を広げる目的に於いて同じであれば、どのような形状であっても良く、凹部の代わりに凸部を設けても良い。また、凹部や凸部は基台３１の側面に設けても良い。
【００４２】
次に本発明の第３の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は本発明の第３の実施形態である高輝度発光素子の斜視図である。尚、第１の実施形態と同一要素には同一番号を付す。図４に於いて４０は本発明の第３の実施形態である高輝度発光素子であり、配線板２２、ＬＥＤ２５等は第１の実施形態と同一構成であるので説明は省略する。４１は略直方体形状の熱伝導性を有する基台であり、その材料は熱伝導性の優れた銅合金等によって成るメタルコア材が好ましい。
【００４３】
４１ａは基台４１に設けられた複数の放熱孔であり、後述するが該放熱孔４１ａに熱伝導性部材を挿入し放熱効果を高めることが出来る。尚、放熱孔４１ａは２個に限定されず、また、その深さは基台４１を貫通しても一定の深さであっても良い。またその孔形状も円形に限定されず挿入される熱伝導性部材の形状に合わせて、任意であって良い。
【００４４】
次に本発明の第４の実施形態を図５と図６に基づいて説明する。図５は本発明の第４の実施形態である高輝度発光素子の斜視図であり、図６は図５の高輝度発光素子をＡ−Ａ’で断面した断面図である。尚、第１の実施形態と同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。図５と図６に於いて５０は本発明の高輝度発光素子であり、５１は略直方体形状の熱伝導性を有する基台であり、メタルコア材等の導電性材料で構成される。５１ａは基台５１と好ましくは一体構造で成る基台凸部であり、基台５１の端部に配置される。５１ｂは基台凸部５１ａの先端に配置される基台端子部であり、端子電極として機能する。
【００４５】
配線板２２は基台５１の基台凸部５１ａを逃げて基台凸部５１ａの外形に合わせて切り取られた形状を有している。このため、配線板２２に形成される導電パターン２４の一部を成す端子部は削除され、導電パターン２４の端子部は端子部２４ａだけが存在する。また、端子部２３ａ，２３ｂ、２４ａの高さと、基台凸部５１ａの先端にある基台端子部５１ｂの高さは略同一である。ＬＥＤ５２は対向する両面に電極を有する構造であり、上面電極５２ａ（例えばアノード）はワイヤー２６ａによって導電パターン２３と電気的に接続される。また、ＬＥＤ５２の下面電極５２ｂ（例えばカソード）は、基台５１を介して基台凸部５１ａの先端にある基台端子部５１ｂと電気的に接続される。
【００４６】
この結果、ＬＥＤ５２の端子電極は、一方の端子（例えばアノード）が導電パターン２３の一部である端子部２３ａ、２３ｂとなり、他方の端子（例えばカソード）が基台凸部５１ａの先端にある基台端子部５１ｂとなる。よって、配線板２２上の導電パターン２４は、第４の実施形態に於いては電極として機能しないダミー電極であり、削除しても良い。ここで、端子部２３ａ、２３ｂと基台凸部５１ａの先端にある基台端子部５１ｂの間に駆動電圧を印加し、ＬＥＤ５２に駆動電流を流すとＬＥＤ５２は駆動されて電力消費に伴う熱放出がなされるが、ＬＥＤ５２と基台５１は熱結合されているので効率よく基台５１に熱が伝達される。
【００４７】
尚、ワイヤー２６ａは１本で導電パターン２３と接続したが、２本でも良いことはもちろんである。また、基台５１の端子電極として機能する基台凸部５１ａも一つとして説明したが、端子部２４ａを削除してこの位置に新たに追加し基台凸部を２個としても良い。以上のように、本発明の第４の実施形態によれば、対向する両面に電極を有するＬＥＤ５２に対して、基台５１の一部である基台凸部５１ａがＬＥＤ５２の端子電極となって駆動電流を供給する事が出来るので、電極構造の異なる様々なＬＥＤを実装する事が可能となり、高輝度発光素子の応用を広げることが出来る。
【００４８】
次に本発明の第５の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は本発明の第５の実施形態である発光装置の断面図であり、本発明の第１の実施形態と同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。図７に於いて６０は本発明の発光装置であり、第１の実施形態で示した高輝度発光素子２０と基板としてのプリント基板６１と、熱伝導性を有する材料から成る放熱性部材としての放熱部材６２によって構成される。
【００４９】
プリント基板６１は、銅箔等によって成る導電パターン６１ａを有し、また、略円形の透過孔６１ｂを有している。該透過孔６１ｂは高輝度発光素子２０の封止部材２７を逃げ、且つ、ＬＥＤ２５から放射される出力光６３を透過させる。ここで高輝度発光素子２０の端子電極である端子部２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂ（２３ａと２４ｂのみ図示）は、プリント基板６１の導電パターン６１ａと接着手段としての半田６１ｃによって電気的機械的に接続される。また、放熱部材６２は高輝度発光素子２０の基台２１の放熱面２１ａに固着し熱結合される。
【００５０】
次に、発光装置６０の動作を説明する。プリント基板６１の導電パターン６１ａを介して端子部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂに駆動電流を供給すると、ＬＥＤ２５に駆動電流が流れてＬＥＤ２５は駆動され、出力光６３が封止部材２７を透過してプリント基板６１の透過孔６１ｂより出力され、発光装置として機能する。また、ＬＥＤ２５より放出される熱は、基台２１に伝達され、更に放熱面２１ａから放熱部材６２に伝達される。
【００５１】
以上のように、本発明の第５の実施形態によれば、ＬＥＤ２５から放出された熱は基台２１を介して効率よく放熱部材６２に伝達され、放熱部材６２は伝達された熱を周囲の空気層等に効率よく放熱出来るので、ＬＥＤ２５の温度上昇は最小限に抑えられ、この結果、大電流の駆動に十分耐えられる高輝度高出力用途に適した発光装置を提供することが出来る。また、この放熱効果によりＬＥＤ２５の温度上昇が抑えられるので、ＬＥＤ２５のジャンクションの熱劣化や封止部材２７の熱による変色での輝度低下を防ぐことが出来、信頼性が高く寿命の長い発光装置を実現することが出来る。
【００５２】
また、高輝度発光素子２０の端子部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂは基台２１の放熱面２１ａと対向する面に配置されているので、端子部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂと接続されるプリント基板６１は、基台２１の放熱面２１ａと対向して離れた位置に配置され、この結果、プリント基板６１はＬＥＤ２５から放出される熱に対して放熱の役割を持たない。このため、プリント基板６１は熱伝導性に優れたメタルコア基板等の高価な材料を使用する必要が無く、通常のガラスエポキシ材等のプリント基板を使用する事が出来るので、基板材料の選定に高い自由度を持たせることが可能となる。
【００５３】
尚、放熱部材６２は表面積を広げて放熱効果を更に高めるために、大きな板状としても良く、又は、凹凸等を有する任意な形状であって良い。また、第５の実施形態では第１の実施形態で示した高輝度発光素子２０を用いたが、これに限定される事はなく、例えば、第２の実施形態の高輝度発光素子３０や第４の実施形態の高輝度発光素子５０を用いても良い。また、第２の実施形態の高輝度発光素子３０を用いる場合は、基台３１に放熱効果を高める放熱凹部３１ａが配置されているので、このような場合は、放熱部材６２を使用せずに高輝度発光素子単体で発光装置として用いることも可能である。
【００５４】
次に本発明の第６の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は本発明の第６の実施形態である発光装置の斜視図であり、本発明の第３の実施形態と同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。図８に於いて７０は本発明の発光装置であり、本発明の第３の実施形態で示した高輝度発光素子４０と熱伝導性部材としてのヒートパイプ７１と、熱伝導性を有する材料から成る放熱性部材としての放熱部材７２によって構成される。
【００５５】
複数のヒートパイプ７１の一端は高輝度発光素子４０の基台４１に設けられた放熱孔４１ａに挿入されて基台４１と熱結合し、ヒートパイプ７１の他端は放熱部材７２に固定されて熱結合する。尚、ヒートパイプ７１は真空状態の内部に熱伝導を行う液体が注入された熱伝導部材である。また、高輝度発光素子４０はプリント基板に実装されるが、説明の簡略化のために図示しない。
【００５６】
次に、発光装置７０の動作を説明する。発光装置７０はプリント基板（図示せず）を介して高輝度発光素子４０に駆動電流が供給されると、ＬＥＤ２５に駆動電流が流れてＬＥＤ２５が駆動されて出力光（図示せず）が放射され、発光装置として機能する。また、ＬＥＤ２５より放出される熱は基台４１に伝達され、更に放熱孔４１ａからヒートパイプ７１に伝達し、放熱孔４１ａから伝達された熱は効率良くヒートパイプ７１によって熱伝導されて放熱部材７２に伝達される。
【００５７】
以上のように、本発明の第６の実施形態によれば、ＬＥＤ２５は熱伝導性を有する基台４１に実装されて熱結合され、基台４１はヒートパイプ７１と熱結合し、更にヒートパイプ７１は放熱部材７２と熱結合され、放熱部材７２は伝達された熱を周囲の空気層等に効率よく放熱出来るので、ＬＥＤ２５の温度上昇は最小限に抑えられる。この結果、大電流の駆動に十分耐えられる高輝度高出力用途に適した発光装置を提供することが出来る。また、ヒートパイプ７１によって高輝度発光素子４０と放熱部材７２を分離することが出来るので、システム内に組み込み易い発光装置を提供することが出来る。
【００５８】
また、プリント基板（図示せず）は第５の実施形態と同様に、メタルコア基板等の熱伝導性に優れた高価な材料を使用する必要が無く、通常のガラスエポキシ材等のプリント基板を使用してなんら問題が無い。尚、放熱部材７２は任意な形状であって良く、また、ヒートパイプの本数も２本に限定されるものではない。また、ヒートパイプ７１は放熱孔４１ａによって基台４１と熱結合されているが、この方法に限定されず、例えば、基台４１とヒートパイプ７１を熱伝導性の接着剤で固着する等の任意な方法を用いて良い。
【００５９】
次に図９に基づいて本発明の第７の実施形態を説明する。図９は本発明の第７の実施形態である発光装置の側面図であり、前述した第１の実施形態と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。図９に於いて８０は本発明の発光装置であり、本発明の第１の実施形態で示した複数の高輝度発光素子２０と、基板としてのフレキシブルプリント基板（以下ＦＰＣと略す）８１と、放熱部材８２によって構成される。
【００６０】
ＦＰＣ８１は複数の透過孔８１ａ〜８１ｃを有しており、この透過孔８１ａ〜８１ｃに高輝度発光素子２０の封止部材２７を挿入し、更にＦＰＣ８１の導電パターン（図示せず）と高輝度発光素子２０の端子部（図示せず）を接着手段としての半田８３によって機械的電気的にそれぞれ固着する。放熱部材８２は複数の取付孔８２ａ〜８２ｃを有しており、この取付孔８２ａ〜８２ｃに高輝度発光素子２０の基台２１をそれぞれはめ込んで固着し、放熱部材８２と基台２１の放熱面２１ａを熱結合させる。
【００６１】
次に、発光装置８０の動作を説明する。発光装置８０はＦＰＣ８１を介して複数の高輝度発光素子２０に駆動電流が供給されると、各高輝度発光素子２０のＬＥＤ２５に駆動電流が流れてＬＥＤ２５が駆動され、出力光８４ａ〜８４ｃがそれぞれ放射されて発光装置として機能する。また、ＬＥＤ２５より放出された熱は基台２１に伝達され、更に放熱面２１ａから取付孔８２ａ〜８２ｃを介して放熱部材８２全体に伝達し、放熱部材８２から放熱される。
【００６２】
以上のように、本発明の第７の実施形態によれば、高輝度発光素子２０の基台２１は放熱部材８２の取付孔８２ａ〜８２ｃに固着されて熱結合し、更に取付孔８２ａ〜８２ｃを有する放熱部材８２は伝達された熱を周囲の空気層等に効率よく放熱するので、ＬＥＤ２５の温度上昇は最小限に抑えられ、この結果、大電流の駆動に十分耐えられる高輝度高出力用途に適した発光装置を提供することが出来る。また、それぞれの高輝度発光素子２０を固着するＦＰＣは、第５、第６の実施形態と同様に放熱に対しての役割を持たないので、ＦＰＣの材料が限定されることがない。
【００６３】
この発光装置８０によれば、複数の高輝度発光素子を連結して配置できるので、例えば、赤、緑、青の各発光色を有する高輝度発光素子を配置すれば、フルカラーの発光装置を実現できる。また、実装基板としてＦＰＣを用いることが出来るので、図９のように円弧形をした放熱部材の内面に高輝度発光素子を実装して出力光を集光したり、または、円弧形をした放熱部材の外面に実装して出力光を拡散したり等の様々な形態の発光装置を提供することが出来る。
【００６４】
尚、第７の実施形態では、高輝度発光素子は３個実装されているが、この数に限定されるものではなく、任意な数の発光素子を実装し連結することが可能である。また、放熱部材８２は円弧状の形状をしているが、直方体やその他、任意の形状で良く、また、放熱部材８２はそれぞれの高輝度発光素子２０に対応して分離しても良い。
【００６５】
次に、図１０〜図１５に基づいて本発明の高輝度発光素子の製造方法について概略を説明する。この製造方法は高輝度発光素子を複数個同時に製造することが出来る集合基板を用いた製造方法である。図１０は本発明の高輝度発光素子を多数個同時に形成する集合基板の原型である集合配線板と集合基台の製造工程を示す斜視図である。図１０に於いて９０は集合配線板であり、プリプレグ等によってなる絶縁板に銅箔等によってなる導電パターン９０ａがエッチング加工によって複数形成され、更に略円形の実装孔９０ｂがプレス加工等によって複数形成される。９１は熱伝導性を有するメタルコア材等によってなる集合基台であり、略直方体に形成される。
【００６６】
次に集合配線板９０と集合基台９１の固着工程について説明する。図１１は集合基板の完成斜視図である。図１１に於いて、集合基台９１の上面に集合配線板９０を配置し、接着剤（図示せず）による熱圧着等によって集合配線板９０と集合基台９１を固着し、集合基板９２を完成させる。
【００６７】
次に複数のＬＥＤを集合基板上に実装する工程を説明する。図１２はＬＥＤを集合基板９２上に実装する工程を示す斜視図である。図１２に於いて、ＬＥＤ９３を集合配線板９０に複数設けられた実装孔９０ｂによって露出している集合基台９１の上面に位置する実装エリア９１ａにそれぞれ銀ペースト等で実装し、その後熱硬化し固着する。
【００６８】
次に実装されたＬＥＤのワイヤーボンディング工程を説明する。図１３はＬＥＤのワイヤーボンディング工程を示す斜視図である。図１３に於いて金属細線によって成るワイヤー９４により、複数のＬＥＤ９３と集合配線板９０上に多数個形成された導電パターン９０ａとを接続し電気的に結合する。ここでＬＥＤ９３は高出力用として大電流に対応できるようにアノード端子とカソード端子をそれぞれ２個ずつ備えるので、ワイヤー９４は一つのＬＥＤに対して４本ずつ配線されるが、４本には限定させない。例えば、アノード端子とカソード端子を１本ずつのワイヤーで配線しても良く、また、第４の実施形態で示したように、対向する両面に電極を有するＬＥＤの場合は、１本のワイヤーで接続しても良い。
【００６９】
次に封止部材でＬＥＤを封止する封止工程を説明する。図１４はＬＥＤを封止する封止工程を示す斜視図である。図１４に於いて９５は透光性を有する略円柱形の封止部材であり、集合基台９１上に実装された各ＬＥＤ９３を覆い封止する。この結果、各ＬＥＤ９３とワイヤー９４が封止され、機械的に保護される。以上の工程により、本発明の高輝度発光素子は集合基板９２上に完成される。
【００７０】
次に集合基板上に完成された高輝度発光素子を切り離す分離工程を説明する。図１５は集合基板によって完成された高輝度発光素子の分離工程を示す斜視図である。図１５に於いて集合基板９２の中心部から縦横にダイシングすると、高輝度発光素子９６がそれぞれ分離し、単体の高輝度発光素子９６として完成する。
【００７１】
以上のように本発明の製造方法によれば、一枚の集合基板によって多数の高輝度発光素子を一括製造できるので、均一でコストの安い高輝度発光素子を大量に製造することが出来る。尚、この製造工程を説明する都合上、集合基板９２に縦横２個ずつ合計４個の高輝度発光素子９６を形成したが、その数量は限定されず任意で良く、また例えば、縦１列又は横１列といった配置も可能である。また、各高輝度発光素子９６は一つのＬＥＤ９３が実装されているが、これに限定されず、各高輝度発光素子９６は複数のＬＥＤが実装されても良い。
【００７２】
尚、本発明の高輝度発光素子は、ＬＥＤを覆う封止部材等に光散乱材、蛍光粒子、減光材等を含有させることも可能である。これにより、出力光の指向特性や発光波長等が異なる各種の高輝度発光素子とそれを用いた発光装置を提供できる。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように本発明の高輝度発光素子及びそれを用いた発光装置は、熱伝導性を有する基台にＬＥＤを直接実装するので、ＬＥＤからの発熱は効率よく基台に伝達され、優れた放熱効果を有する高輝度高出力の発光素子及びそれを用いた発光装置を提供することが出来る。また、高輝度発光素子を実装するプリント基板は、基台の放熱面と対向した位置に配置される端子部と接続されるので、プリント基板はＬＥＤの放熱に関わりがなく、プリント基板の材料が制限を受けず材料選定の自由度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である高輝度発光素子の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である高輝度発光素子の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である高輝度発光素子の斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施形態である高輝度発光素子の斜視図である。
【図５】本発明の第４の実施形態である高輝度発光素子の斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である高輝度発光素子の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態である発光装置の断面図である。
【図８】本発明の第６の実施形態である発光装置の斜視図である。
【図９】本発明の第７の実施形態である発光装置の側面図である。
【図１０】本発明の集合配線板と集合基台の製造工程を示す斜視図である。
【図１１】本発明の集合配線板と集合基台を固着し完成させた集合基板の完成斜視図である。
【図１２】本発明の集合基板にＬＥＤを実装する実装工程を示す斜視図である。
【図１３】本発明のＬＥＤのワイヤーボンディング工程を示す斜視図である。
【図１４】本発明のＬＥＤを封止する封止工程を示す斜視図である。
【図１５】本発明の集合基板によって完成された高輝度発光素子を分離する分離工程を示す斜視図である。
【図１６】従来の表面実装タイプの発光素子を示す斜視図である。
【図１７】従来のリードフレームを用いた発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１０  発光素子
２ａ、２ｂ  導電部材
３  絶縁部材
３ａ  凹部
４、１３、２５、５２，９３  ＬＥＤ
５、１５、２７、９５  封止部材
６、１６、６１  プリント基板
６ａ、６ｂ、２３，２４、６１ａ、９０ａ  導電パターン
１１、２１、３１、４１、５１  基台
１２ａ，１２ｂ  リードフレーム
１４ａ，１４ｂ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、９４  ワイヤー
１７、６１ｃ、８３  半田
２０、３０、４０、５０、９６  高輝度発光素子
２１ａ、３１ｂ  放熱面
２１ｂ  基台上面
２１ｃ、５１ｃ，９１ａ  実装エリア
２２  配線板
２２ａ  接着剤
２２ｂ、９０ｂ  実装孔
２３ａ，２３ｂ，２４ａ、２４ｂ  端子部
２５ａ  銀ペースト
３１ａ  放熱凹部
４１ａ  放熱孔
５１ａ  基台凸部
５１ｂ  基台端子部
５２ａ  上面電極
５２ｂ  下面電極
６０、７０、８０  発光装置
６１ｂ、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ  透過孔
６２、７２、８２  放熱部材
６３、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ  出力光
７１  ヒートパイプ
８１  ＦＰＣ
８２ａ、８２ｂ、８２ｃ  取付孔
９０  集合配線板
９１  集合基台
９２  集合基板
【図１】
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【図２】
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【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】
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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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【図１７】
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