(57)【要約】【課題】出射光束を増大化させるとともに、放熱特性を向上させること。【解決手段】基体１４、発光素子１０および発光部材１３を有している。基体１４は、透光性の結晶構造材料からなる。発光素子１０は、基体１４の第１の面１４ｕ上に実装されている。発光部材１３は、発光素子１０の上方に配置されている。発光装置は、第１の光反射面１１および第２の光反射面１２を有している。第１の光反射面１１は、基体１４および発光部材１３の間の空間Ｓを囲んでいる。第２の光反射面１２は、基体１４の第２の面１４ｂを覆っている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の結晶構造材料からなり、第１の面と、前記第１の面より下側に位置する第２の面とを有している基体と、
前記基体の前記第１の面上に実装された発光素子と、
蛍光材料を含んでおり、前記発光素子の上方に配置された発光部材と、
前記基体の前記第１の面および前記発光部材の間の空間を囲んでいる第１の光反射面と、
前記基体の前記第２の面を覆っている第２の光反射面と、
を備えた発光装置。
【請求項２】
前記透光性の結晶構造材料がサファイアであることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記透光性の結晶構造材料が水晶であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
透光性材料からなり、第１の面と、前記第１の面より下側に位置する第２の面とを有している基体と、
前記基体内に形成された導電性ビアと、
前記導電性ビアに熱的に結合されており、前記基体の前記第１の面上に実装された発光素子と、
蛍光材料を含んでおり、前記発光素子の上方に配置された発光部材と、
前記基体の前記第１の面および前記発光部材の間の空間を囲んでいる第１の光反射面と、
前記基体の前記第２の面を覆っている第２の光反射面と、
を備えた発光装置。
【請求項５】
前記発光素子が前記導電性ビアに電気的に接続されていることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
透光性材料からなり、第１の面と、前記第１の面より下側に位置する第２の面とを有している基体と、
前記基体の前記第１の面上に実装された発光素子と、
蛍光材料を含んでおり、前記発光素子の上方に配置された発光部材と、
前記基体の前記第１の面および前記発光部材の間の空間を囲んでいる第１の光反射面と、
前記基体の前記第２の面を覆っている第２の光反射面と、
前記基体の前記第１の面上に形成されており、前記発光素子に熱的に結合された導体パターンと、
前記導体パターンに熱的に結合された実装端子と、
を備えた発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明分野などにおいて、発光ダイオードなどの発光素子を有する発光装置の開発が進められている。この発光装置は、発光素子によって発生された光の波長を変換する発光部材を有している。今後、発光装置において、出射光束のさらなる増大化が求められている。
【特許文献１】特開２００５−２２８９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発光装置の出射光束の増大化において、発光素子によって発生される熱の制御が課題となる。発光素子によって発生される熱は、発光装置の発光効率に影響を及ぼす。今後の発光装置の出射光束の増大化において、発光装置の放熱構造に関する改善が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一つの態様において、発光装置は、基体、発光素子および発光部材を有している。基体は、透光性の結晶構造材料からなり、第１の面と、第１の面より下側に位置する第２の面とを有している。発光素子は、基体の第１の面上に実装されている。発光部材は、蛍光材料を含んでおり、発光素子の上方に配置されている。発光装置は、第１の光反射面および第２の光反射面をさらに有している。第１の光反射面は、基体の第１の面および発光部材の間の空間を囲んでいる。第２の光反射面は、基体の第２の面を覆っている。
【０００５】
本発明の他の態様において、発光装置は、基体、導電性ビアおよび発光素子を有している。基体は、透光性材料からなり、第１の面と、第１の面より下側に位置する第２の面とを有している。導電性ビアは、基体内に形成されている。発光素子は、導電性ビアに熱的に結合されており、基体の第１の面上に実装されている。発光装置は、発光部材、第１の光反射面および第２の光反射面を有している。発光部材は、蛍光材料を含んでおり、発光素子の上方に配置されている。第１の光反射面は、基体の第１の面および発光部材の間の空間を囲んでいる。第２の光反射面は、基体の第２の面を覆っている。
【０００６】
本発明の他の態様において、発光装置は、基体、発光素子および発光部材を有している。基体は、透光性材料からなり、第１の面と、第１の面より下側に位置する第２の面とを有している。発光素子は、基体の第１の面上に実装されている。発光部材は、蛍光材料を含んでおり、発光素子の上方に配置されている。発光装置は、第１の光反射面および第２の光反射面を有している。第１の光反射面は、基体の第１の面および発光部材の間の空間を囲んでいる。第２の光反射面は、基体の第２の面を覆っている。発光装置は、導体パターンおよび実装端子を有している。導体パターンは、基体の第１の面上に形成されており、発光素子に熱的に結合されている。実装端子は、導体パターンに熱的に結合されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様による発光装置は、透光性の結晶構造材料からなる基体を有していることにより、出射光束が増大化された構成において放熱特性が向上されている。
【０００８】
本発明の他の態様による発光装置は、発光素子に熱的に結合された導電性ビアを有していることにより、出射光束が増大化された構成において放熱特性が向上されている。
【０００９】
本発明の他の態様による発光装置は、発光素子に熱的に結合されており基体の第１の面上に形成された導体パターンと、導体パターンに熱的に結合された実装端子とを有していることにより、出射光束が増大化された構成において放熱特性が向上されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態が図面を参照して詳細に説明されている。本実施の形態の概念が、図１を参照して説明されている。発光装置１は、発光素子１０によって発生された光を上方へ反射する第１の光反射面１１および第２の光反射面１２を有している。“上方”とは、仮想のＸＺ空間におけるＺ方向のことをいう。発光装置１は、発光素子１０の上方に配置された発光部材１３をさらに有している。発光素子１０から上方へ放射された光Ｌ１ａｃ，Ｌ１ａｐは、第１の光反射面１１によって発光部材１３の方向へ反射される。光Ｌ１ａｃ，Ｌ１ａｐは、発光部材１３によって波長変換される。波長変換された光が、符号Ｌ２として示されている。発光素子１０から下方に放射された光Ｌ１ｂは、第２の光反射面１２によって発光部材１３の方向へ反射される。“下方”とは、仮想のＸＹ空間におけるＺ’方向のことをいう。光Ｌ１ｂは、発光部材１３によって波長変換される。波長変換された光が、符号Ｌ２として示されている。本実施の形態の発光装置１は、発光部材１３による波長変換において、発光素子１０から下方へ放射された光Ｌ１ｂを補足的に利用するものである。
【００１１】
以下、本実施の形態の発光装置１および比較例の発光強度分布が、図２および図３を参照して説明されている。図２に示されたように、比較例の発光装置において、発光部材の中央領域に届く光Ｌ１ａｃの強度は、発光部材の周辺領域に届く光Ｌ１ａｐの強度より大きい。図３において破線によって示されたように、比較例の出力光は、光照射領域の中央部分において光強度が強く、周囲部分ほど光強度が弱い。一方、図１に示されたように、本実施の形態の発光装置１において、発光素子１０から下方へ放射された光Ｌ１ｂが、第２の光反射面１２によって、発光部材１３の周囲領域に補足的に到達する。図３において実線によって示されたように、本実施の形態の出力光は、光照射領域の全体において、光強度のむらが低減されている。
【００１２】
以下、発光装置における熱制御が説明されている。図４−図６に示されたように、本実施の形態の発光装置１は、発光素子１０、第１の光反射面１１および第２の光反射面１２を有している。発光装置１は、発光部材１３および基体１４をさらに有している。
【００１３】
発光素子１０は、半導体材料からなる発光ダイオードである。発光素子１０は、基体１４の第１の面１４ｕ（上面１４ｕ）上に実装されており、導体パターン１４ｃに電気的に接続されている。発光素子１０は、フリップチップ接続によって上面１４ｕ上に実装されている。図７に示されたように、発光素子１０は、基板１０ｂ上に積層された第１導電型半導体層（ｎ型層）１０ｎ、半導体活性層１０ａおよび第２導電型半導体層（ｐ型層）１０ｐを有している。基板１０ｂは、透光性材料からなる。基板１０ｂの“透光性”とは、半導体活性層１０ａにおいて発生された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。第１の電極パッド（ｎ側電極パッド）１０ｎｐが、ｎ型層１０ｎ上に形成されている。ｎ側電極パッド１０ｎｐは、金（Ａｕ）からなる。透光性電極１０ｅがｐ型層１０ｐ上に形成されている。電極１０ｅの“透光性”とは、半導体活性層１０ａにおいて発生された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。透光性電極１０ｅは、酸化インジウム−酸化スズからなるＩＴＯである。第２の電極パッド（ｐ側電極パッド）１０ｐｐが透光性電極１０ｅ上に形成されている。ｐ側電極パッド１０ｐｐは、金（Ａｕ）からなる。
【００１４】
発光素子１０は、ｎ側電極パッド１０ｎｐおよびｐ側電極パッド１０ｐｐを含む実装面Ｍを有している。図８に示されたように、発光素子１０は、半田１７を介して基体１４上に実装されている。半田１７は、金−スズ（Ａｕ−Ｓｎ）合金からなる。半田１７が付着される電極１６が、導体パターン１４ｃ上に形成されている。電極１６は、金（Ａｕ）からなる。
【００１５】
第１の光反射面１１は、発光素子１０および発光部材１３の間の空間Ｓを囲んでいる。発光素子１０から上方へ放射された光Ｌ１ａは、第１の光反射面１１によって発光部材１３の方向へ反射される。第２の光反射面１２は、基体１４の第２の面１４ｂ（下面１４ｂ）を覆っている。第２の光反射面１２は、第２の面１４ｂ上に形成されている。第２の光反射面１２は、金属材料からなる。金属材料は、アルミニウム（Ａｌ）である。第２の光反射面１２は、蒸着によって下面１４ｂに付着されている。第２の光反射面１２は、曲面形状を有している。曲面形状は、放物面である。発光素子１０から下方に放射された光Ｌ１ｂは、第２の光反射面１２によって発光部材１３の方向へ反射される。第１の光反射面１１および第２の光反射面１２は、全体的に放物面を形成している。発光素子１０は、第１の光反射面１１および第２の光反射面１２からなる放物面の焦点に配置されている。本実施の形態の発光装置１は、発光部材１３による波長変換において、発光素子１０から下方へ放射された光Ｌ１ｂを補足的に利用していることにより、発光効率が向上されている。
【００１６】
発光部材１３は、発光素子１０の上方に配置されている。発光部材１３は、発光素子１０によって発生された光（Ｌ１ａおよびＬ１ｂ）によって励起されて、第２の光Ｌ２を放射する蛍光材料を含んでいる。発光部材１３は、シート形状を有している。
【００１７】
基体１４は、透光性の結晶構造材料からなる。基体１４の“透光性”とは、発光素子１０によって発生された光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。基体１４は、サファイアからなる。基体１４の材料の他の例は、水晶である。基体１４の材料の他の例は、人工ダイアモンドである。本実施の形態の発光装置１は、結晶構造材料からなる基体１４を有していることにより、発光素子１０によって発生された熱の放散特性が向上されている。図６に示されたように、発光素子１０によって発生された熱は、結晶構造材料からなる基体１４によって放散される。
【００１８】
基体１４は、第１の面（上面）１４ｕ、第２の面（下面）１４ｂおよび導体パターン１４ｃを有している。発光装置１は、仮想のＸＹＺ空間に置かれている。上面１４ｕは、平坦な形状を有している。下面１４ｂは、曲面形状を有しており、上面１４ｕの下側に位置している。下面１４ｂの形状は、放物面である。導体パターン１４ｃは、上面１４ｕ上に形成されている。導体パターン１４ｃは、透光性材料からなる。透光性材料は、ＩＴＯである。透光性材料の他の例は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。導体パターン１４ｃの他の例は、光反射性を有する金属材料からなる。金属材料は、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選択される。
【００１９】
図６に示されたように、発光装置１は、第２の透光性材料からなる層１５をさらに有している。層１５の“透光性”とは、発光素子１０によって発生された光（Ｌ１ａｃ、ｌ１ａｐおよびＬ１ｂ）の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。層１５は、導体パターン１４ｃおよび発光素子１０を封入している。第２の透光性材料は、樹脂である。樹脂は、シリコーン，エポキシまたはアクリルである。第２の透光性材料の他の例は、低融点ガラスである。層１５は、基体１４の透光性材料の屈折率より小さな屈折率を有している。層１５は、基体１４の上面１４ｕに付着している。層１５は、第１の光反射面１１に付着している。
【００２０】
発光装置１は、第１の部分１８ａおよび第２の部分１８ｂからなるパッケージを有している。第１の光反射面１１は、パッケージの第１の部分１８ａの内側表面に位置する。パッケージの第２の部分１８ｂは、樹脂接着剤を介して第１の部分１８ａに付着されている。発光装置１は、導体パターン１４ｃに電気的に接続された実装端子１９を有している。
【００２１】
以下、本発明の発光装置の他の実施の形態が説明されている。図９に示されたように、発光装置２は、導電性ビア１４ｖを有している。図４に示された構成と同様の構成には同一の符号が付されている。導電性ビア１４ｖは、発光素子１０に熱的に結合されている。熱的な結合とは、発光素子１０および導電性ビア１４ｖの間に伝熱経路が形成されていることをいう。図９に示されたように、発光素子１０および導電性ビア１４ｖは、半田１７を介して、伝熱経路によって熱的に結合されている。導電性ビア１４ｖは、半田１７によって、発光素子１０のｎ側電極パッド１０ｎｐおよびｐ側電極パッド１０ｐｐに熱的に結合されている。導電性ビア１４ｖは、発光素子１０に電気的に接続されている。発光装置２は、導電性ビア１４に電気的に接続された実装端子２０を有している。基体１４は、透光性材料からなる。
【００２２】
以下、本発明の発光装置の他の実施の形態が説明されている。図１１に示されたように、発光装置３は、基体１４の上面１４ｕにおいて、発光素子１０から実装端子１９までの放熱経路を有している。導体パターン１４ｃは、基体１４の上面１４ｕに形成されており、発光素子１０に熱的に結合されている。熱的な結合とは、導体パターン１４ｃおよび発光素子１０との間に伝熱経路が形成されていることをいう。図１２に示されたように、発光素子１０のｎ側電極パッド１０ｎｐおよびｐ側電極パッド１０ｐｐは、半田１７を介して、導体パターン１４ｃ上に形成された電極１６に熱的に結合されている。発光素子１０および導体パターン１４ｃは電気的に接続されている。実装端子１９は、導体パターン１４ｃに熱的に結合されている。熱的な結合とは、導体パターン１４ｃおよび実装端子１９の間に伝熱経路が形成されていることをいう。図１３に示されたように、導体パターン１４ｃおよび実装端子１９は、半田２１を介して、伝熱経路が形成されている。導体パターン１４ｃおよび実装端子１９は電気的に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の概念を示す図である。
【図２】比較例を示す図である。
【図３】図１および図２に示した発光装置の発光強度分布を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の発光装置を示す斜視図である。
【図５】図４に示された発光装置の分解図である。
【図６】図４に示された発光装置の断面図である。
【図７】発光素子１０の構成を示す斜視図である。
【図８】発光素子１０の実装構造を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態の発光装置を示す断面図である。
【図１０】図９に示された構造の熱的な結合を説明する図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態の発光装置を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示された構造の熱的な結合を説明する図である。
【図１３】図１１に示された構造の熱的な結合を説明する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  発光装置
１０  発光素子
１１  第１の光反射面
１２  第２の光反射面
１３  発光部材
１４  基体
１５  透光性材料層
【図１】
2009111121.tif 000003
【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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