(57)【要約】【課題】発光素子から生じる熱の放熱性の良好な発光装置が求められている。【解決手段】本発明の一態様に基づく発光装置は、上面に開口する貫通孔を有する金属基板と、該金属基板の上面に載置された発光素子と、貫通孔内に充填された絶縁部材と、金属基板から離隔するように絶縁部材内に配設されるとともに発光素子と電気的に接続された配線導体と、金属基板の上面であって平面視した場合に発光素子及び絶縁部材を囲むように配設された、金属からなる枠体とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に開口する貫通孔を有する金属基板と、
該金属基板の上面に載置された発光素子と、
前記貫通孔内に充填された絶縁部材と、
前記金属基板から離隔するように前記絶縁部材内に配設されるとともに前記発光素子と電気的に接続された配線導体と、
前記金属基板の上面であって平面視した場合に前記発光素子及び前記絶縁部材を囲むように配設された、金属からなる枠体とを備えた発光装置。
【請求項２】
前記枠体が前記金属基板に接合さ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】
前記貫通孔は前記金属基板の上面および側面に開口し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４】
前記金属部材を構成する金属材料と前記枠体を構成する金属材料が同じであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記金属基板は上面であって前記貫通孔と隣接する位置に凸部を有し、該凸部に前記発光素子が載置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を備えた発光装置の製造方法に関するものである。発光装置は照明装置に用いることができる。照明装置は、例えば、電子ディスプレイ用のバックライト電源、蛍光灯タイプやダウンライト等々の各種照明機器用の光源に好適に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
発光素子を備えた発光装置としては、例えば、特許文献１に記載の発光装置がある。特許文献１に記載の発光装置は、上面に凹部を有するとともに凹部底面に貫通孔が形成されたガラスエポキシ基板と、貫通孔に埋設された放熱性材料と、放熱性材料の上方に載置された発光素子とを備えた発光装置が記載されている。このような発光装置においては、発光素子から生じた熱が放熱性材料を介して発光装置の下面側に放熱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、発光素子への通電量の増加に伴い発光素子（ＬＥＤ素子）からは従来よりも多くの熱が発生するようになってきている。そのため、特許文献１に記載の発光装置においては、発光素子から発光装置の下面側へと伝わる熱が放熱性材料に集中しやすく、ガラスエポキシ基板との間で熱膨張差に起因する大きな応力が生じやすくなっている。また、基板部分と凹部を構成するテーパ部分とが接着剤層によって接合されていることから、発光素子から凹部側面へと伝わった熱を発光装置の下面側へと放熱することが難しくなっている。
【０００５】
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、発光素子から生じる熱の放熱性の良好な発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様にかかる発光装置は、上面に開口する貫通孔を有する金属基板と、該金属基板の上面に載置された発光素子と、前記貫通孔内に充填された絶縁部材と、前記金属基板から離隔するように前記絶縁部材内に配設されるとともに前記発光素子と電気的に接続された配線導体と、前記金属基板の上面であって平面視した場合に前記発光素子及び前記絶縁部材を囲むように配設された、金属からなる枠体とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
上記の態様に基づく発光装置においては、上面に開口する貫通孔を有する金属基板を備えていることから、発光素子から発光装置の下面側へと伝わる熱を金属基板全体で効率よく放熱することができる。また、金属基板の上面であって平面視した場合に発光素子及び絶縁部材を囲むように配設された、金属からなる枠体を備えていることから、発光素子から枠体へと伝わった熱を発光装置の下面側に効率よく放熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の発光装置を示す斜視断面図である。
【図２】図１に示す発光装置の平面透視図である。
【図３】図１に示す発光装置における拡大断面図である。
【図４】第１の実施形態の発光装置の変形例を示す斜視断面図である。
【図５】図４に示す発光装置における拡大断面図である。
【図６】第２の実施形態の発光装置を示す斜視断面図である。
【図７】図６に示す発光装置における拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各実施形態の発光装置について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、下記の実施形態を構成する部材のうち、特徴的な構成を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、各実施形態の発光装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１０】
第１の実施形態の発光装置１は、図１〜３に示すように、上面に開口する貫通孔３ａを有する金属基板３と、金属基板３の上面に載置された発光素子５と、貫通孔３ａ内に充填された絶縁部材７と、金属基板３から離隔するように絶縁部材７内に配設されるとともに発光素子５と電気的に接続された配線導体９と、金属基板３の上面であって平面視した場合に発光素子５及び絶縁部材７を囲むように配設された、金属からなる枠体１１とを備えている。
【００１１】
このように、第１の実施形態の発光装置１によれば、上面に開口する貫通孔３ａを有する金属基板３を備えていることから、発光素子５から発光装置１の下面側へと伝わる熱を金属基板３の全体で効率よく放熱することができる。また、金属基板３の上面であって平面視した場合に発光素子５及び絶縁部材７を囲むように配設された、金属からなる枠体１１を備えていることから、発光素子５から枠体１１へと伝わった熱を発光装置１の下面側に効率よく放熱することが可能となる。
【００１２】
本実施形態の発光装置１は、四角板形状であって、上面に発光素子５が載置される載置領域を有する金属基板３を備えている。金属基板３の例示的な大きさとしては、５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍである。金属基板３は、上面における載置領域の周囲において開口する貫通孔３ａを有している。本実施形態の発光装置１における貫通孔３ａは一方が金属基板３の上面に開口するとともに他方が金属基板３の側面に開口している。貫通孔３ａは、図４，５に示すように、一方が金属基板３の上面に開口するとともに他方が金属基板３の下面に開口していてもよい。
【００１３】
また、本実施形態の発光装置１における貫通孔３ａは、金属基板３の上面における載置領域の周囲において開口しているが、載置領域内において開口していても良い。しかしながら、発光素子５から金属基板３へと伝わった熱を金属基板３の下面側へと効率よく伝えるためには、貫通孔３ａは、金属基板３の上面における載置領域の周囲において開口していることが好ましい。
【００１４】
金属基板３としては、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＣｏまたはＣｕのような金属材料、或いはこれらの金属からなる合金を用いることができる。このような金属部材のインゴットに鍛造加工法、鋳込み加工法、打ち抜き加工法、機械加工法のような金属加工法を施すことによって金属基板３を作製することができる。また、金属基板３は一つの基板によって構成されていても良いが、複数の基板の積層構造であってもよい。なお、発光素子５からの光を金属基板３の上面で良好に反射させるためには、金属基板３の少なくとも上面部分に、光反射性の良好な表面状態としたＡｌ，Ｎｉ
，Ａｇ，ＡｕまたはＣｕ等の金属を用いたり、光反射性に優れた無機粉末を含む反射層を付加することが好ましい。
【００１５】
金属基板３の載置領域には発光素子５が載置されている。なお、金属基板３と発光素子５との間での高い絶縁性が求められる場合には、実装基板（不図示）を別途金属基板３の載置領域に配設するとともに、実装基板の上に発光素子５を実装すればよい。
【００１６】
発光素子５としては、駆動電力により光を発生させることのできる素子を用いればよい。例えば、半導体材料からなる発光ダイオードを用いることができる。具体的には、ＧａＡｓ、ＧａＮ或いはＡｌＮを主成分とする発光ダイオードを用いることができる。
【００１７】
金属基板３の貫通孔３ａの内部には絶縁部材７が充填されている。また、絶縁部材７内には金属基板３から離隔するように配線導体９が配設されている。配線導体９は発光素子５と電気的に接続されている。言い換えれば、本実施形態の発光装置１においては、金属基板３の貫通孔３ａに、金属基板３から離隔するように配線導体９が挿入されており、貫通孔３ａと配線導体９との間に絶縁部材７が充填されている。このように貫通孔３ａと配線導体９との間に絶縁部材７が配設されていることによって、配線導体９と金属基板３とが電気的に短絡することを防止できる。
【００１８】
また、一般的に発光素子５にワイヤーボンディングのような配線を接続するとともに、枠体１１の上方からこのワイヤーボンディングを引き出すことによって発光素子５と外部配線（不図示）とを電気的に接続することができる。しかしながら、このように発光素子５とワイヤーボンディングとを接続した場合、大きな長さのワイヤーボンディングを用いる必要があるため、発光素子５からの光がワイヤーボンディングによって遮られ、大きな発光ムラが生じる可能性がある。
【００１９】
一方、本実施形態の発光装置１においては、配線導体９が金属基板３に設けられた貫通孔３ａ内に位置しているため、大きな長さのワイヤーボンディングを用いることなく、発光素子５と外部配線とを電気的に接続することができる。特に、発光素子５における発光量を大きくするため、発光素子５に大きな電流を流す場合、配線導体９の断面積を大きくする必要があるが、配線導体９を貫通孔３ａ内に位置させることによって、発光素子５からの光であって遮られる光の量を抑制できる。
【００２０】
絶縁部材７を構成する部材の熱伝導率は、金属基板３を構成する部材の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。発光素子５から金属基板３へと伝わった熱が、絶縁部材７を介して配線導体９へと伝わることを抑制できるからである。
【００２１】
絶縁部材７と配線導体９としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体および窒化珪素質焼結体等やガラスセラミックス製の多層基板の内部に同時焼結にて導電性金属粉末により形成された配線導体部の延在部の一部として形成される前記多層基板の表面部の配線導体接続部、および外部配線（不図示）と電気的に接続する外部配線用端子部分（不図示）を露出して構成し、前記配線導体接続部、および外部配線用端子部分（不図示）に接続用金属皮膜として、例えば、Ｎｉ鍍金皮膜を施した後に、Ａｕ鍍金皮膜を形成したセラミックス多層基板やガラスセラミックス多層基板を用いることができる。
【００２２】
発光素子５と配線導体９とは、ワイヤーボンディングのような配線１３によって接続されている。上述の通り、配線導体９が貫通孔３ａ内に配設されていることからワイヤーボンディングを短くすることができ、ワイヤーボンディングによって遮られる発光素子５からの光の量を少なくすることができる。なお、ワイヤーボンディングを用いた接続によっ
て発光素子５と配線導体９とを接続する場合、発光素子５と金属基板３との電気的な短絡を抑制するために、上述の通り、発光素子５と金属基板３との間に実装基板を配設すればよい。
【００２３】
発光素子５と配線導体９とは、ワイヤーボンディングのような配線１３によって接続されるものに限られない。例えば、貫通孔３ａを載置領域内において開口するものとして配線導体９上にフリップチップ実装してもよい。
【００２４】
配線導体９の導電性金属粉末としては、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，ＡｕまたはＣｕのような金属材料、或いはこれらの金属からなる合金を用いることができる。
【００２５】
本実施形態の発光装置１は、金属からなる枠体１１を備えている。枠体１１は、金属基板３の上面であって平面視した場合に発光素子５及び絶縁部材７を囲むように配設されている。本実施形態の発光装置１は、上面に開口する貫通孔３ａを有する金属基板３を備え、この貫通孔３ａ内に配線導体９が配設されているとともに、金属からなる枠体１１が、金属からなる金属基板３に接合されていることから、発光素子５から枠体１１へと伝わった熱を発光装置１の下面側に効率よく放熱することが可能となる。
【００２６】
平面視した場合に発光素子５を囲むように形成された枠体１１の開口部分は、下端側における内周の径よりも上端側における内周の径が大きくなるように内周面が傾斜した形状となっている。これにより、発光素子５から放射されて枠体１１の内周面で反射する光を外部に放出しやすくなるので、発光装置１の発光量を増加させることができる。
【００２７】
本実施形態における枠体１１は、金属基板３に直接に接合されている。そのため、枠体１１から金属基板３への熱の伝導を良好に行なうことができる。なお、本実施形態の発光装置１においては、金属基板３と枠体１１とが直接に接合されているが、これに限られるものではない。例えば、金属基板３と枠体１１とが一体形成されていてもよい。一体形成されている場合には、枠体１１から金属基板３への熱の伝導をより良好に行なうことができる。
【００２８】
枠体１１としては、金属基板３と同様に、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＣｏまたはＣｕのような金属材料、或いはこれらの金属からなる合金を用いることができる。このような金属部材のインゴットに鍛造加工法、鋳込み加工法、圧延加工法、打ち抜き加工法、機械加工法のような金属加工法を施すことによって枠体１１を作製することができる。なお、発光素子５からの光を枠体１１の内周面で良好に反射させるためには、枠体１１の少なくとも内周面部分に、光反射性の良好な表面状態としたＡｌ，Ｎｉ，Ａｇ，ＡｕまたはＣｕ等の金属を用いたり、光反射性に優れた無機粉末を含む反射層を付加することが好ましい。
【００２９】
なお、枠体１１を構成する金属材料が、金属基板３を構成する金属材料と同じであることが好ましい。枠体１１から金属基板３への熱の伝導を良好に行なうことができるだけでなく、金属基板３と枠体１１との熱膨張差を小さくすることができるので、発光装置１の耐久性を向上させることができるからである。
【００３０】
なお、本実施形態の発光装置１はさらに、金属基板３および枠体１１で囲まれた領域に位置して発光素子５を被覆する透光性の封止樹脂１５を備えている。このような封止樹脂１５は発光素子５が外気に触れて劣化することを抑制するとともに発光素子５が発する光に起因した熱を吸収し、封止樹脂１５の中にて拡散させる機能を備えている。
【００３１】
封止樹脂１５としては、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂およびエポキシ樹脂のよ
うな透光性の絶縁樹脂が用いられる。また、封止樹脂１５の熱伝導率は、例えば０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。なお、本実施形態における封止樹脂１５は上面が平坦な形状となっているが、特にこれに限られるものではない。たとえば、上面が球曲面である形状であってもよい。
【００３２】
本実施形態の発光装置１は、封止樹脂１５の上に位置して封止樹脂１５を被覆するように配設された波長変換部材１７をさらに備えている。波長変換部材１７は、発光素子５１１から発せられる光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体が励起されて、光を発するものである。
【００３３】
波長変換部材１７は、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂から成り、その樹脂中に、例えば４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。
【００３４】
また、蛍光体は、波長変換部材１７の中に均一に分散するようにしている。なお、波長変換部材１７の熱伝導率は、例えば０．１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、波長変換部材１７の厚みは、例えば最も厚みの大きい部分が５ｍｍ以下であるとともに最も厚みの小さい部分が０．１ｍｍ以上に設定されている。
【００３５】
なお、本実施形態の発光装置１は、発光素子５を被覆する透光性の封止樹脂１５及び封止樹脂１５の上に位置して封止樹脂１５を被覆するように配設された波長変換部材１７をさらに備えているが、これに限られるものではない。例えば、波長変換部材１７に含有される蛍光体を封止樹脂１５に含有させることによって、封止樹脂１５を波長変換部材１７として用いてもよい。また、波長変換部材１７を枠体１１に接合することによって金属基板３、枠体１１、波長変換部材１７の間に密閉空間を形成し、封止樹脂１５を用いることなく発光素子５を封止してもよい。
【００３６】
また、本実施形態の発光装置１は、金属基板３の下面に接合された、放熱部材１９を備えている。放熱部材１９は、金属基板３の下方に位置している。放熱部材１９は、金属基板３の下面に当接される平板の形状の部位１９ａと、この部位の下面側に位置する複数のフィン１９ｂとを有している。平板の形状の部位１９ａと複数のフィン１９ｂとは、別々に作製した後で、平板の形状の部位１９ａの下面にフィン１９ｂを接合してもよい。また、平板の形状の部位１９ａと複数のフィン１９ｂとは、一体的に形成してもよい。
【００３７】
平板の形状の部位１９ａの厚みとしては、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍに設定できる。また、複数のフィン１９ｂの、金属基板３の上面に垂直な方向の長さとしては、例えば、３ｍｍ〜５０ｍｍに設定できる。このような放熱部材１９を備えていることによって、発光素子５から生じた熱を、放熱部材１９を介して外部に効率良く放熱することができる。
【００３８】
次に、第２の実施形態の発光装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態にかかる各構成において、第１の実施形態と同様の機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の発光装置１においては、図６，７に示すように、第１の実施形態と比較して、金属基板３が、その上面であって貫通孔３ａと隣接する位置に凸部２１を有している。そして、凸部２１に発光素子５が載置されている。
【００４０】
これにより、発光素子５から放射されて絶縁部材７に入射する光の量を抑制することが
できる。そのため、発光素子５から放射され、金属基板３に入射する光を金属基板３の上面で良好に反射させることができる。結果として、発光素子５からの光を外部に良好に取り出すことができるとともに、発光装置１の発光ムラを抑制することができる。
【００４１】
上述の通り、各実施形態の発光装置について説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、種々の変更や実施の形態の組み合わせを施すことは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・発光装置
３ａ・・・貫通孔
３・・・金属基板
５・・・発光素子
７・・・絶縁部材
９・・・配線導体
１１・・・枠体
１３・・・配線
１５・・・封止樹脂
１７・・・波長変換部材
１９・・・放熱部材
１９ａ・・・平板の形状の部位
１９ｂ・・・フィン
２１・・・凸部
【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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