WO2006101174A1

WO2006101174A1 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置ならびに照明装置

Info

Publication number: WO2006101174A1
Application number: PCT/JP2006/305846
Authority: WO
Inventors: Fumiaki Sekine; Daisuke Sakumoto; Yuki Mori; Mitsuo Yanagisawa; Shingo Matsuura
Original assignee: Kyocera Corporation
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2006-09-28
Also published as: CN101147270B; JP5065888B2; KR20070117684A; TW200644190A; CN101147270A; US8029152B2; TWI311803B; DE112006000694T5; JPWO2006101174A1; US20090296367A1; KR100924474B1; JP5437420B2; JP2012114468A; DE112006000694B4

Abstract

　基体と反射部材との熱膨張係数差等によって起きる発光装置の配光分布の変動を抑制することができる発光素子収納用パッケージが提供される。上面に発光素子４の搭載部１ａを有する基体１と、基体１の上面に搭載部１ａを取り囲むように取着された、内周面が第１の光反射面２ａとされた枠状の第１の反射部材２と、基体１の上面に、第１の反射部材２の外周面２ｂに対し隙間７を介して第１の反射部材２を取り囲むように取着されるとともに、第１の反射部材２の上端よりも上方に第２の光反射面２ｂが設けられた枠状の第２の反射部材３とを具備する。反射部材２，３と基体１との間に生じる応力を小さくすることができる。

Description

明細書

発光素子収納用パッケージおよび発光装置ならびに照明装置

技術分野

[0001] 本発明は、発光素子から発光される光を蛍光体で波長変換し外部に放射する発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置ならびに照明装置に関する。背景技術

[0002] 従来の発光装置は、発光素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージとも!/、う）と

、発光素子と、透光性部材とを備えることによって主に構成されている。パッケージは

、基体と、反射部材とから成る。反射部材は、枠状に形成され、内周面が、発光素子が発光する光を反射する反射面とされてヽる。

この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子 14を発光させることができる。近年、これらの発光装置は、照明用光源として利用されるようになってきており、発光装置の作動時における配光分布、放熱性のよいものが要求されている。また、この発光装置を照明用光源として用いる場合、発光装置の寿命が重要な問題となることから、高輝度であるとともに長寿命な発光装置が要求されている。

そこで最近では発光装置の安定した配光分布を得るために、反射部材の様々な構造が検討されている。

関連技術として、特開平 10— 107325号公報がある。

し力しながら、上記従来の発光装置において、所望の反射特性を有する一体の反射面を有した体積の大きい反射部材を接合すると、パッケージ製造工程における取り扱いの際、または発光装置を使用する際等に基体 11および反射部材 12に、熱膨張係数差による応力および曲げモーメント等が発生したり、ノッケージの封止性が十分なものでなくなったりすると!/、う問題点を招来させて、た。

発明の開示

[0003] したがって、本発明は力かる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、熱膨張係数差等によって起きる発光装置の配光分布の変動を抑制することができ、封止性が良好な発光装置を提供することである。

本発明は、上面に発光素子の搭載部を有する基体と、

前記基体の上面に前記搭載部を取り囲むように取着された、内周面が第 1の光反射面とされた枠状の第 1の反射部材と、

前記基体の上面に、前記第 1の反射部材の外周面に対し隙間を介して前記第 1の反射部材を取り囲むように取着されるとともに、前記第 1の反射部材の上端よりも上方に第 2の光反射面が設けられた枠状の第 2の反射部材とを具備することを特徴とする発光素子収納用パッケージである。

また、本発明において、前記第 1の反射部材は、前記第 1の反射部材の高さを Yl、前記第 2の光反射面の下端までの高さを Υ2、前記第 2の反射部材の高さを Υ3とした場合、 Υ2≤Υ1 <Υ3であることを特徴とする。

また、本発明において、前記基体および前記第 1の反射部材は、セラミックス力も成ることを特徴とする。

また、本発明において、前記基体および前記第 1の反射部材は、白色系のセラミツタス力成ることを特徴とする。

また、本発明において、前記第 2の反射部材は、アルミニウム力も成ることを特徴とする。

本発明は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、

前記搭載部に搭載された発光素子と、

前記第 1の反射部材の内側に前記発光素子を覆うように設けられた透光性部材とから成ることを特徴とする発光装置である。

また、本発明は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、

前記搭載部に搭載された発光素子と、

前記第 2の反射部材の開口部を塞ぐように前記第 2の反射部材に取着された、前記発光素子からの光の一部または全部を波長変換する蛍光体層とを備えていることを特徴とする発光装置である。

また、本発明において、前記発光素子は、少なくとも紫外領域から青色領域の光を放出する発光素子であることを特徴とする。本発明は、上記本発明の発光装置と、前記発光装置が搭載され、前記発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、前記発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含むことを特徴とする照明装置である。

図面の簡単な説明

[0004] 本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

図 1は、本発明の第 1の実施形態の発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置を示す断面図である。

図 2は、本発明の第 2の実施形態の発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置を示す断面図である。

図 3は、本発明の第 3の実施形態の発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置を示す断面図である。

図 4は、本発明の第 4の実施形態の発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置を示す断面図である。

図 5Aおよび図 5Bは、本発明の第 5の発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置を示す断面図および一部を断面で示す斜視図である。

図 6は、本発明の第 6の実施形態の発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置を示す断面図である。

図 7は、本発明の第 7の実施形態の照明装置を示す平面図である。

図 8は、図 7の照明装置の断面図である。

図 9は、本発明の第 8の実施形態の照明装置を示す平面図である。

図 10は、図 9の照明装置の断面図である。

図 11は、従来の発光装置の例を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0005] 以下図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

本発明の発光素子収納用パッケージおよびこれを用いた発光装置ならびに照明装置について以下に詳細に説明する。図 1は本発明の第 1の実施形態の発光装置を示す断面図である。この図において、基体 1と、第 1の反射部材 2と、第 2の反射部材 3とによって、主として発光素子収納用パッケージが構成される。また、主として、発光素子 4と、第 1の反射部材 2の内側に発光素子 4を覆うように設けられた透光性部材 5 とが、本発明のノッケージに備えられることによって発光素子 4を収納する発光装置が構成される。

基体 1は、酸ィ匕アルミニウム質焼結体 (アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、または榭脂等力成り、基体 1上面の中央部には発光素子 4の搭載部 laが形成されている。また、搭載部 laの近傍には、発光素子収納用パッケージの外側にかけて導出される配線導体 lbの一端が形成されている。なお、搭載部 laを基体 1の上面中央部に設けられた突出部の上面に設けてもよい。

配線導体 lbは、例えば、 W、 Mo、 Mn、 Cu等のメタライズ層で形成されており、例えば、 W等の粉末に溶媒および可塑剤を添加混合して得た金属ペーストを、所定パターンに印刷塗布し高温で焼成することによって基体 1に形成される。配線導体 lb の表面には、酸化防止の目的ならびにボンディングワイヤ（図示せず)および導電性部材 6を強固に接続する目的のために、厚さ 0. 5〜9 μ mの Ni層、または厚さ 0. 5〜 5 μ mの Au層等の金属層をメツキ法によって被着させておくと良い。

また、配線導体 lbは、基体 1の内部に形成された配線層を介して他端が発光装置の外表面に導出されて外部電気回路に接続されることによって、発光素子 4と外部電気回路とを電気的に接続する機能を有する。

また、基体 1は、発光素子 4を支持し搭載するための支持部材として機能する。基体 1上面には発光素子 4の搭載部 laが設けられており、発光素子 4が榭脂接着剤、または錫（Sn)—鉛 (Pb)半田もしくは Au— Sn半田等の低融点ロウ材等を介して取着される。

さらに、基体 1には、上面に第 1の反射部材 2が、半田もしくは Agロウ等のロウ材、またはエポキシ榭脂、アクリル榭脂もしくはシリコーン榭脂等の榭脂接着剤カゝら成る接合材を介して発光素子 4が搭載される搭載部 laを取り囲むように取着されるとともに、第 1の反射部材 2の外周面 2bに対し隙間 7を介して第 1の反射部材 2を取り囲むように第 2の反射部材 3が半田もしくは Agロウ等のロウ材、またはエポキシ榭脂、アクリル榭脂もしくはシリコーン榭脂等の榭脂接着剤カゝら成る接合材を介して取着される。第 1の反射部材 2は、発光素子 4に面する内周面が第 1の光反射面 2aとされており、その内側の基体 1および第 1の反射部材 2によって形成される凹部には、発光素子 4の光で励起されて発光する蛍光体（図示せず)を含有した透光性部材 5が発光素子 4を覆うように注入される。なお、第 1の反射部材 2の内周面は、下端よりも上端の方が外方に広がった傾斜面とされ、この傾斜面に第 1の光反射面 2aが形成される。また、平面視における第 1の反射部材 2の外周面 2b、内周面の形状は特に限定されるものではないが、多角形状、円形状、または楕円形状等に形成される。

本発明の第 2の反射部材 3は、第 1の反射部材 2の外周面 2bを隙間 7を介して取り囲む第 2の反射部材 3の内周面 3aと、この内周面 3aよりも上側に設けられ、少なくとも第 1の反射部材 2の上端よりも上方に透光性部材 5または発光素子 4からの光を配光制御する第 2の反射面 3bが形成される。また、第 2の反射面 3bは、その下端よりも上端の方が外方に広がった傾斜面に形成される。なお、平面視における第 2の反射部材 3の外周面、内周面の形状は特に限定されるものではないが、多角形状、円形状または楕円形上等に形成される。内周面 3aは必ずしも第 1の反射部材 2の外周面 2bと同軸状に対応させる必要はないが、通常は対応させた多角形状、円形状または楕円形状等に形成される。

第 2の反射部材 3は、基体 1上面に第 1の反射部材 2の外周面 2bと第 2の反射部材 3の内周面 3aとの間に隙間 7を設けて取着されることによって、発光素子収納用パッケージの製造工程における加熱および冷却、または発光装置を作動させる際に発光素子 4が発生する熱および発光素子収納用パッケージの周囲温度によって、基体 1 、第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3の熱膨張および熱収縮によって生じる熱応力を緩和することができる。即ち、反射部材 2, 3が 2つに分割されて、第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3それぞれの体積が小さくなるので、それぞれの熱膨張量または熱収縮量は少なくなる。さらに第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3との間に隙間 7を設けることによって、第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3とが熱膨張しても、第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3が相互に押し合うように作用して生じるそれぞれの反射部材 2, 3内部の応力と、この応力によって生じる変形を隙間 7で吸収することができ、これらによって基体 1に作用する力を緩和することができる。

第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3を、図 11に示すように分割されたものとし、第 1の反射部材 2の外周面と第 2の反射部材 3の内周面とを接触させた発光素子収納用パッケージが考えられる。これによつても、ノッケージ製造工程における加熱および冷却、または発光装置を作動させる際に発生する熱等が加わることによる熱膨張および熱収縮によって、第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3との間にお互いに応力が掛かり、形状が変化することによって発光装置の配光分布が変動するという問題点をある程度解決することができる。

し力しながら、図 1のように構成することによって、基体 1と第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3との間で発生する熱膨張係数差に起因した水平方向の応力がより好適に緩和されることになり、第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3との作用で発生する基体 1への曲げモーメントが緩和される。これによつて、基体 1中央部に集中する応力が減少し、基体 1に生じるクラックの発生が抑制されるとともに、基体 1と第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3との剥離の発生も抑制することができる。その結果、基体 1に形成された配線導体 lbに断線等の障害を及ぼすことがなくなり、発光装置は、発光素子 4に安定した電力供給を維持することができ、第 1および第 2の反射部材 2 , 3と基体 1との剥離等が生じることがなくなるので、発光素子収納用パッケージとしての気密性を保持することができ、長期信頼性に優れたものとなる。また、第 1の反射部材 2の内側に充填される透光性部材 5の表面が変形したり、第 1の光反射面 2aと第 2の光反射面 3baとの傾斜角度が変化したりすることがなくなるので、所望の配光分布で光を放射することができる発光装置とすることができる。

また、反射部材 2, 3が第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3とに 2分割されているため、蛍光体を含有した透光性部材 5および発光素子 4からの光を配光制御する機能を、第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3とによって独立させて行なわせることができ、発光装置に発光素子 4が発生する熱および周囲温度等による熱が負荷されても、第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3とを隙間 7を介して配置することによって、熱膨張によって相互に作用し合う変形等の影響を小さくでき、この変形による発光特性や配光特性の変動を抑制することができる。すなわち、発光素子 4に近接してその周囲を取り囲む、透光性部材 5が充填された第 1の反射部材 2を、例えば発光部とし、発光素子 4から離間させて第 1の反射部材 2 の外周面 2bを取り囲むように配置された第 2の反射部材 3を配光制御部とし、それぞれの機能を独立させるように第 1および第 2の反射部材 2, 3を配置させることによって、配光制御の機能を有する第 2の反射部材 3には、発光素子 4の熱が第 1の反射部材 2を介して伝導され難くなり、さらには基体 1の外周部に取着した第 2の反射部材 3 まで発光素子 4の熱が伝導され難くなる。その結果、発光素子 4の熱による第 2の反射部材 3の変形が抑制され、発光素子 4の作動時における発光装置の配光特性を安定させることができる。その結果、本発明の発光装置は、作動時における発光装置の配光特性、色変動および発光特性の変動の少な!、安定したものとなる。

また、本発明は、高反射率であるがビッカース硬度が低く配光分布の変動が起こりやす、Aほたは Ag等の金属を反射部材に用いても安定した光学特性を提供することがでさる。

さらに、第 1の反射部材 2と第 2の反射部材 3との間に隙間 7を設けることによって、第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3の外気に接する表面積が増え、これによつて、発光装置周囲の気流によって放熱を向上させることができる。なお、隙間 7に、例えば、熱伝導性のよい弾性部材を充填することによって、発光素子 4の発する熱を第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3を介して放熱する構造としてもよいことは言うまでも無い。こうすれば、発光装置の冷却がよくなり、発光素子 4の発光効率および寿命を損じることなぐまた、発光波長が長波長側に遷移することを抑制できる。また、図 1に示されるように、第 1の反射部材 2の外周高さを Yl、第 2の光反射面 3b の下端までの高さを Y2、第 2の反射部材 3の高さを Υ3とした場合、 Υ2≤Υ1 <Υ3とすることが好ましい。これによつて、発光素子 4および透光性部材 5中の蛍光体から発せられて第 1の反射部材 2の側方へ出射される光は、常に第 2の反射部材 3上の第 2の光反射面 3bに照射されるので、第 2の反射部材 3によって配光制御することができ、所望の発光装置の配光分布を得ることができる。

例えば、図 2に示す本発明の第 2の実施形態のように、第 1の反射部材 2の高さ Y1 と第 2の光反射面 3bの下端の高さ Y2とが Y2>Y1の場合、発光素子 4または透光性部材 5中の蛍光体からの光の一部は内周面 3aに照射されてしまい、第 2の光反射面 3bに照射されない。したがって、内周面 3aに照射されて分散されてしまう光によって発光装置の配光分布が広くなるとともに、光の分散によって明るさにムラを生じる。また、図 3に示す本発明の第 3の実施形態のように、第 1の反射部材 2の高さ Y1と第 2 の反射部材 3の高さ Y3とが Yl > Y3の場合、第 2の反射部材 3の第 2の光反射面 3b にまったく光が照射されず、発光装置は十分に指向性がある光を放射することができない。

また、第 1の反射部材 2は、第 1の光反射面 2aの光反射率が 90%以上であることが好ましい。これによつて、第 1の光反射面 2aによって反射されて蛍光体を励起させる光が増加し、透光性部材 5中の蛍光体力発生する光を増加させることができるとともに、蛍光体や発光素子 4からの光を上側に効率よく反射することができ、発光装置の発光効率が向上する。

第 1の光反射面 2aは、第 1の反射部材 2が Aほたは Ag等の金属力も成る場合、内周面をィ匕学研磨や電解研磨等の研磨加工で鏡面化することによって形成され、これによって光反射率を 90%以上にすることができる。第 1の反射部材 2がステンレス鋼（ SUS)、鉄 (Fe)—Ni—コバルト (Co)合金、 Fe— Ni合金、セラミックスまたは榭脂等から成り、鏡面においても比較的に反射率の低い材料力成る場合、その内周面にメツキ法または蒸着法等によって Al、 Ag、金 (Au)、白金 (Pt)、チタン (Ti)、クロム（ Cr)または銅 (Cu)等の金属薄膜の鏡面を形成すればよい。または、表面に、例えば厚さ 1〜10 μ m程度の Niメツキ層と厚さ 0. 1〜3 μ m程度の Auメツキ層とが電解メッキ法または無電解メツキ法によって順次被着されていてもよい。これによつて、第 1の光反射面 2aの耐食性が向上するとともに、反射率の劣化が抑制される。さらに、第 1 の反射部材 2が榭脂から成る場合、酸化チタン (チタ-ァ)力もなるフィラーを分散させた榭脂材料またはフッ素系のテフロン (登録商標)榭脂等の反射率の高、材料を用い、切削加工または金型成型等を行なって形成することも可能である。

第 2の反射部材 3は、透光性部材 5からの散乱光を第 2の光反射面 3bで反射させて配光を制御するために、正反射率の高い金属、セラミックスまたは榭脂、即ち Al、 Ag、 Au、 Pt、 Ti、 Crまたは Cu等の金属、酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコ二ゥム質焼結体等のセラミックス、エポキシ榭脂、液晶ポリマ (LCP)等の樹脂に切削加ェまたは金型成形等を行なうことによって形成される。を用いてもよい。第 2の光反射面 3bは、拡散反射率よりも正反射率が高い反射面とするのがよぐこの点で、第 2の光反射面 3bは、榭脂またはセラミックスで形成するよりも金属で形成するのが好ましい。

第 2の光反射面 3bは、切削加工や金型成形等で形成された第 2の反射部材 3をィ匕学研磨または電解研磨等の研磨加工を施して鏡面化されることによって形成される。あるいは、第 2の反射部材 3がセラミックスまたは榭脂等の絶縁体力も成る場合、第 2 の光反射面 3bにメツキまたは蒸着等によって Al、 Ag、 Au、 Pt、 Ti、 Crまたは Cu等の金属薄膜の鏡面を形成してもよい。または、表面に厚さ 1〜： LO /z m程度の Niメツキ層と厚さ 0. 1〜3 μ m程度の Auメツキ層とが電解メツキ法または無電解メツキ法によつて順次被着されていてもよい。これによつて、内周面 3aの耐食性が向上するとともに、第 2の光反射面 3bにおける反射率の劣化が抑制される。

なお、第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3は、 Al、 Ag、 Auまたは Cu等の熱伝導性の高い金属材料を用いることが好ましい。これによつて、発光装置全体の放熱性が向上し、熱が発光素子 4に蓄積され難くなる。したがって、発光素子 4は、発光効率や長期信頼性が維持されるとともに、発光素子 4の温度上昇によって発光の中心波長が遷移することを抑制することができる。

また、第 1の反射部材 2は、第 2の反射部材 3と異なる材料を用いてもよい。即ち、基体 1が、熱膨張係数が 6 X 10^_6Z°Cであるセラミックス力も成り、第 1の反射部材 2または第 2の反射部材 3が、熱膨張係数が大きく異なる金属部材または榭脂から成る場合、基体 1と第 1の反射部材 2または第 2の反射部材 3との熱膨張係数差が大きくなり、発光素子収納用パッケージの製造工程における加熱および冷却、または発光装置を作動させる際の発光素子 4が発生する熱および発光装置の周囲温度によって、基体 1と第 1の反射部材 2または第 2の反射部材 3とに発生する応力が増大し、基体 1や基体 1と第 1の反射部材 2または第 2の反射部材 3との接合部にクラックが生じたり、剥離が生じたりする。したがって、第 1の反射部材 2または第 2の反射部材 3に基体 1の熱膨張係数と近似する材料、例えば Cr (熱膨張係数 6. 8 X 10"V°O、炭化珪素（ SiC、熱膨張係数 6. 6 X 10^_bZ°C)等を用いたり、ヤング率の大きな材料、例えば F e (192. 2GPa)、Ti(104. 3GPa)、またはヤング率が大きいとともに高反射率の Al もしくは Ag等を第 1の反射部材 2または第 2の反射部材 3として用いたりすることによつて、基体 1と第 1の反射部材 2または第 2の反射部材 3との熱膨張係数差による各部の応力の発生を抑制することができるとともに、基体 1の反りを緩和することができ、第 1および第 2の光反射面 2a, 3bの反射角度の変動を少なくすることができる。また、本発明の基体 1および第 1の反射部材 2は、セラミックス力も成ることが好ましい。基体 1がセラミックス力成ることによって、基体 1と発光素子 4との熱膨張係数差が小さくなり、発光素子 4から発生する熱および外部環境の熱によって発生する、基体 1と発光素子 4との間の応力が抑制される。さらに、基体 1および第 1の反射部材 2 はセラミックス力なるので、基体 1と第 1の反射部材 2との熱膨張係数差に起因して発生する、基体 1と第 1の反射部材 2との接合部における応力、およびこれらの応力に起因した第 1の光反射面 2aの変形が抑制される。さらにまた、榭脂から成る基体 1 および第 1の反射部材 2と比較し、作動環境の水分および熱または発光素子 4からの熱および光による、基板 1および第 1の光反射面 2aの反射率および耐水性の劣化等を抑制できる。その結果、発光装置は、長期間にわたり光出力の低下が抑制されつつ発光素子 4を安定して作動させることができる。

発光素子 4が窒化ガリウム系化合物半導体の場合、発光層が形成される基板として、熱膨張係数が約 5 X 10^_6Z°Cであるサファイア基板が用いられる。また、発光素子 4がガリウム砒素系化合物半導体の場合、ガリウム砒素系化合物半導体の熱膨張係数は約 6 X 10^_6Z°Cである。また、基体 1および第 1の反射部材 2として酸化アルミ- ゥム質焼結体を用いる場合、酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数は約 6 X 10_⁶ Z°Cであり、上記の発光素子 4との熱膨張係数差を小さくできる。一方、基体 1がェポキシ榭脂または液晶ポリマ (LCP)榭脂から成る場合、熱膨張係数が約 20 X 10^_6Z °Cとなり、上記の発光素子 4との熱膨張係数差が大きくなり、基体 1と発光素子 4との接合部に応力が集中し、発光素子 4がフリップチップ実装される発光装置では電気的な接続不良が発生し、発光素子 4を正常に作動させることができなくなる場合がある。また、基体 1と発光素子 4との接合部に発生する応力が発光素子 4の発光層に集中するため、発光素子 4はピエゾ効果が原因と推測される光波長のズレが発生するとともに、発光装置から放出される光の色が変化したり、強度がノラついたり、光ムラが発生したりして、照明装置に用いる光源として良好な照明光を得ることが難しくなる。また、セラミックスは安定な材質であるので、作動環境の温度および水分等による第 1 の光反射面 2aの反射率の低下を抑制でき、発光素子収納用パッケージおよび発光装置は、長期間にわたり光出力の低下を抑制しつつ、発光素子 4を安定して作動させることができるとともに、色特性の安定した光を放出することができる。

また、基体 1および第 1の反射部材 2は、白色系のセラミックス、例えば、酸化アルミ -ゥム質焼結体、酸ィ匕ジルコニウム質焼結体 (ジルコ-アセラミックス）、酸化イットリウム質焼結体 (イットリアセラミックス)または酸化チタン質焼結体 (チタ二アセラミックス）力も成ることがより好ましい。なお、白色系とは、少なくとも紫外領域から可視光領域にわたる反射率の最大値と最小値との差分が、 10%以内の反射特性を有するものである。

このように、基体 1および第 1の反射部材 2にセラミックスを用いることによって、発光素子収納用パッケージの製造工程にお、て、発光素子収納用パッケージに熱が繰り返し加えられても、製造工程における作業環境が変化しても、製造工程の経過時間が長くなつても、基体 1と第 1の反射部材 2との接合部に集中する応力によるクラックの発生、または基体 1と第 1の反射部材 2との剥離、基体 1や第 1の反射部材 2の変形を抑制できるとともに、基体 1および第 1の反射部材 2の反射率の変動を抑制できる。さらに、このセラミックスが白色系であることによって、紫外領域から可視光領域にわたって効率よぐさらに波長依存性による影響を小さくして光を反射できる。その結果、発光装置は、長期間にわたって正常かつ安定して作動できるとともに、光出力および色のバラツキが抑制された光を放出できる。

また、第 2の反射部材 3は、アルミニウム力も成ることが好ましい。これによつて、第 2 の反射部材 3は、酸ィ匕による不動態膜によって反射率の変化が少なぐ発光素子からの光を効率よくかつ作動環境による反射率の低下が少ない発光素子収納パッケ一ジを作製できる。また、アルミニウムは、紫外領域から可視光領域における反射率の波長依存性が少な!、ので、紫外領域から近紫外領域または青色領域の光に対する反射率の低下が少なぐまた、作動環境における水分および酸素による腐食に起因する反射率の低下を抑制でき、発光装置の光出力および長期信頼性の低下を抑制することができる。

さらに、アルミニウム力成る第 2の反射部材 3を用いることによって、例えば、酸ィ匕アルミニウム質焼結体等から成る透光性を有する第 1の反射部材 2を用いる場合、第 1の反射部材 2の側面を透過して発光装置の外部に漏れ出る光を遮光することができる。これによつて、発光装置を表示用の光源として用いる際には、発光装置の発光面と非発光面とのコントラストがより明確になり、表示用の光源として視認性の優れた発光装置を作製できる。さらに、発光素子 4が青色領域から紫外領域において発光するものである場合、第 1の反射部材 2を透過する高エネルギー光を遮光することができ、周囲の光劣化部材を劣化させなヽ耐環境性に優れた発光装置を作製できる。発光素子 4は、基体 1に形成された配線導体 lbにワイヤボンディング（図示せず）、または発光素子 4の電極部を下側にして、 Au— Sn半田もしくは Pb— Sn半田等の半田材あるいは Agペースト等の導電性榭脂から成る導電性部材 6によって接続するフリップチップボンディング方式を用いて電気的に接続される。

好ましくは、フリップチップボンディング方式によって接続するのがよぐこれによつて、配線導体 lbを発光素子 4の直下に設けることができるため、発光素子 4周辺の基体 1上面に配線導体 lbを設けるためのスペースを設ける必要がなくなる。これによつて、発光素子 4から発光された光が、基体 1の配線導体 lbで吸収されて放射光強度が低下するのを抑制することができる。さらに、発光素子 4からの熱は、配線導体 lb を介して基体 1に効率よく伝導されることによって、発光装置の作動時における発光素子 4の温度上昇を有効に抑制することができ、発光効率の低下や発光波長の変動を抑制することができる。

配線導体 lbは、基体 1がセラミックス力成る場合、 W、 Mo、 Cuまたは Ag等の金属粉末のメタライズ層を基体 1の表面および内部に形成することによって形成される。または、基体 1がエポキシまたは LCP等の榭脂から成る場合、 Fe— Ni— Co合金等のリード端子を埋設し一端を載置部 laに露出させることによって形成される。または、配線導体 lbが形成された絶縁体から成る入出力端子を基体 1に設けた貫通孔に嵌着接合させることによって設けられる。

また、配線導体 lbの露出する表面には、 Mまたは Au等の耐食性に優れる金属を 1〜20 m程度の厚さで被着させておくのが良ぐ配線導体 lbの酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子 4と配線導体 lbとの電気的な接続を強固にし得る。したがって、配線導体 lbの露出表面には、例えば、厚さ 1〜： LO /z m程度の Niメツキ層と厚さ 0. 1〜3 μ m程度の Auメツキ層とが電解メツキ法または無電解メツキ法によって順次被着されて、るのがより好ま、。

透光性部材 5は、エポキシ榭脂もしくはシリコーン榭脂等の透明榭脂または透明ガラス力成り、蛍光体を含有した未硬化の透明部材を第 1の反射部材 2の内側にディスペンサ一等の注入器によって発光素子 4を覆うように注入し、加熱硬化させることによって形成される。また、発光素子 4が屈折率 2. 5の GaN力も成り、発光素子 4が屈折率 1. 7のサファイア基板上に形成されているとき、屈折率 1〜1. 7の透明榭脂ゃ透明ガラスを用いることによって、発光素子 4および基板との屈折率差力 S小さくなり、発光素子 4から光をより多く取り出すことができる。これによつて、発光強度が向上し、放射光強度や輝度を著しく向上できるとともに、蛍光体の光を用いて任意の波長スベクトルを有する光を放射することができる発光装置を作製することができる。

また、透光性部材 5は、図 4に示す本発明の第 4の実施形態のように、蛍光体を含有しない透光性部材 5を第 1の反射部材 2の内側に配置して、その上面を塞ぐように蛍光体を含有した透明部材で作製したシート状の蛍光体層 8を配置する構成にしてもよい。このように発光素子 4の周りに蛍光体を配置しないことによって、蛍光体による光の閉じ込めが抑制され、発光素子 4の周りの榭脂の劣化および光吸収損失が抑制される。その結果、発光素子 4から効率よく光を取り出し、シート状の蛍光体層 8〖こ光を照射することができるので、蛍光体力も発生する光出力が増加するとともに色むらが小さく発光効率の高い発光装置を作製することができる。

また、本発明の第 5の実施形態において、発光装置は、図 5Aの断面図および図 5 Bの一部を断面で示す斜視図のように、上記の発光素子収納用パッケージと、搭載部 laに搭載された発光素子 4と、第 2の反射部材 3の開口部を塞ぐように第 2の反射部材 3に取着された、発光素子 4からの光の一部または全部を波長変換する蛍光体層 8とを備えているのが良い。これによつて、発光素子 4から発生する熱に起因した蛍光体層 8の特性劣化を抑制できる。すなわち、蛍光体層 8を第 2の反射部材 3の開口部に配置する場合、蛍光体層 8を第 1の反射部材 2の内側もしくは開口部を塞ぐように配置する際と比較し、発光素子 4から第 2の反射部材 3を経由した蛍光体層 8までの放熱経路が長くなり蛍光体層 8に熱が伝わり難くなる。

また、発光素子 4から第 1の反射部材 2を介して蛍光体層 8に伝わる熱の経路は隙間 7によって遮断されるので伝わり難くなる。従って、発光素子 4からの熱が蛍光体層 8に伝わり難いので、蛍光体を含有する透明部材としてエポキシ榭脂、アクリル榭脂またはシリコーン榭脂等を用いた場合、透明樹脂が加熱されて黄変したり、透過率が劣化したりするのを抑制できるとともに、蛍光体層 8に充填された蛍光体の酸化、還元反応等の化学反応が熱によって加速されることによる光出力の劣化を抑制できる。さらに、蛍光体層 8の下面の外周部よりも下方に放出される光、および蛍光体層 8の側面よりも側方に放出される光が、第 1の反射部材 2の上端面および第 2の光反射面 3bで反射されることによって、蛍光体層 8から上方に放出される光が増加し、発光装置の光出力および輝度が向上する。

また、第 1の反射部材 2の内側に透光性部材 5を充填したときに透光性部材 5の表面が表面張力によって一定の形状にならなくても、蛍光体層 8は、第 2の反射部材 3 の開口部を塞ぐように第 2の反射部材 3に取着され、第 1の反射部材 2の透光性部材 5の表面と接触させることなく取着できる。したがって、例えば、あら力じめ板状 (シート状）に形成した蛍光体層 8を第 2の反射部材 3の開口部に配置する際に、透光性部材 5の表面形状に影響されずに配置することができる。これによつて、発光素子 4からの光の照射が均一となり、色ムラが生じ難い発光装置とすることができる。

なお、第 2の光反射面 3bは、発光素子 4および蛍光体層 8からの光の配光分布を任意に制御するために、下端よりも上端の方が外方に広がった傾斜面に形成されてもよい。これによつて、蛍光体層 8から放出される光の一部は、少なくとも第 2の光反射面 3bに照射されるので、第 2の反射部材 3によって配光制御され、所望の発光装置の配光分布を得ることができる。また、蛍光体層 8は、第 2の反射部材 3の開口部を塞ぐように第 2の反射部材 3の光反射面 3bに、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂またはアクリル榭脂等の透明部材を介して取着されることによって、蛍光体層 8と第 2の反射部材 3との間に空気層ができないので、空気層の屈折率差によって生じる反射損失を抑制することができる。その結果、蛍光体層 8から第 2の光反射面 3bで反射される光が増加し、発光装置の光出力が向上する。

さらにまた、図 5Aおよび図 5Bのように、透光性部材 5の上面と蛍光体層 8の下面との間に空隙部 9を設ける場合、蛍光体層 8の内部から下方向に出力される可視光の一部が、蛍光体層 8の下面と空隙部 9との界面で上方向に全反射される。その結果、発光装置は、蛍光体層 8から上方に放出される可視光が増加し、発光装置の光出力が向上する。

なお、発光装置から拡散光を放出させる場合、図 6に示す本発明の第 6の実施形態の発光装置の断面図のように、第 2の反射部材 3の外側面の高さを内周面 3aの高さと同一、もしくは内周面 3aよりも低くし、内周面 3aの第 1の反射部材 2の上端よりも上方を第 2の光反射面としてもよい。蛍光体層 8からの光は、図 5Aおよび図 5Bの第 2の光反射面 3bの傾斜面によるような配光制御は行なえないが、発光装置の外部に拡散させて照射することができ、十分目的を達成することができる。

また、発光素子 4は、少なくとも紫外領域力青色領域の光を放出する発光素子 4 であることがより好ましい。すなわち、発光素子 4からの光を波長変換する蛍光体層 8 に、発光素子 4の光によって励起され蛍光を発生する蛍光体を含有させた場合、少なくとも紫外領域力青色領域の短波長でエネルギーの高い発光素子 4の光によつて、発光素子 4の光よりも長波長でエネルギーの低、蛍光に変換する蛍光体の波長変換効率は向上し、発光装置の光出力が増加する。

なお、発光素子 4から発生する光の紫外領域とは、可視光の短波長端 360〜400n mを上限とし、下限は lnmくらいまでの波長範囲の電磁波とする (理ィ匕学事典第 5版 Z岩波書店)。また、青色領域とは、可視光の短波長端 360〜400nmを下限とし、上限は 495nmくらいまでの波長範囲とする (JIS Z8701 XYZ表色系の色度座標）次に、図 7は本発明の第 7の実施形態の照明装置を示す平面図であり、図 8は図 7 の断面図を示す。また、図 9は本発明の第 8の実施形態の照明装置を示す平面図であり、図 10は図 9の断面図を示す。図 7、図 8、図 9および図 10において、照明装置は、本発明の発光装置 101と、発光装置 101を駆動する電気配線を有する駆動部 1 02と、光反射手段 103とを含む。光反射手段の一例として、図には反射板が示される。反射板は、例えば発光装置 101から出射される光を反射し、所定の配光分布に調整する機能を有する金属板等で形成される。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置 101を光源として備えたものであり、例えば駆動部 102に、本発明の発光装置 101を所定の配置（図 7および図 9参照）で搭載し、その周囲に光反射手段 103等が設置される。駆動部 102には発光装置 101 を駆動し、発光装置 101への電力制御機能を有する回路を備えることによって、発光装置 101の光量を変動させることもできる。また、駆動部 102にパルス制御機能を有する回路を備えることによって、発光素子 4を短時間に点滅させる機能を持たせることが可能になるとともに、パルス制御によって発光素子 4の合計の発光時間を短縮させることができ、照明装置の消費電力を低下させたり、発光素子 4の寿命を延ばしたりすることができる。さらにまた、駆動部 102に過電圧保護機能を備えることによって、発光素子 4の劣化や故障を防ぐことができ、長寿命かつ高信頼性の照明装置を提供することができる。

本発明の照明装置は、複数個の発光装置 101を光源として備えてもよぐこのとき、それぞれの発光装置 101の光の強弱が生じてしまうのを避けるために、第 2の反射部材 2の配光を広くし、その上部に光の拡散を目的とした光学レンズまたは平板状の透光性の蓋体を半田または接着剤等で接合することによって光を均一に拡散させるものとすることができる。また、色ムラの少ない、所望の配光分布を有する照明装置を得ることができる。好ましくは、複数個の発光装置 101全てを覆う第 3の反射部材 3を設け、その上部に、光を集光させたり、拡散させたりする光学レンズまたは平板状の透光性の蓋体を半田または接着剤等で接合してもよい。これによつて、色ムラの少ない、所望の放射角度で光を取り出すことができるとともに発光装置 101の内部への耐浸水性が改善された長期信頼性に優れる照明装置とすることができる。そして、さらに照明装置の反射板 103の開口部にレンズまたは透光性の蓋体を設ければよい。なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等支障ない。例えば、第 1の光反射面 2aおよび Z または第 2の光反射面 3bを曲面状として発光装置力放射される光の配光制御をすることによって、指向性が高い光を放射することができる。

また、隙間 7には、シリコーン榭脂等の弾性部材を配置してもよぐ第 1の反射部材 2 と第 2の反射部材 3との熱膨張が生じても弾性部材によって吸収することができ、第 1 および第 2の反射部材 2, 3の変形を防ぐことができる。さらに、好ましくは第 1の反射部材 2の外周面 2bと第 2の反射部材 3の内周面 3aの平面視における形状を円形にすること〖こよって、それぞれの面 2b, 3aで発生する応力、および曲がりモーメントも均等に分散することができ、応力を分散させることによって、クラックおよび第 1および第 2の反射部材 2, 3の変形を抑制しやすくすることができる。

さらにまた、第 1の反射部材 2および第 2の反射部材 3の上面に透光性部材 5から出射される光、ならびに第 2の光反射面 3bで反射した光^^光させたり、拡散させたりする光学レンズまたは平板状の透光性の蓋体を半田または接着剤等で接合することによって、所望の放射角度で光を取り出すことができる発光装置になるとともに、発光装置の内部への耐浸水性が改善されるので長期信頼性が向上した発光装置となる。なお、上記実施の形態の説明に用いた上下左右の表現は、単に図面上の位置関係を説明するものであって、実際の使用時における配置を規定するものではない。本発明は、その精神または主要な特徴力逸脱することなぐ他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

産業上の利用可能性

本発明によれば、発光素子収納用パッケージにおいては、反射部材が 2つに分割されて、第 2の反射部材が、基体の上面に第 1の反射部材の外周面に対し隙間を介して第 1の反射部材を取り囲むように取着される。これによつて、パッケージ製造工程における加熱および冷却、または発光装置を作動させる際に発生する熱等が加わつても、第 1および第 2の反射部材の熱膨張が小さくなるとともに、介在する隙間によつてそれぞれの熱膨張による変形が相互に応力を生じさせない。したがって、これらと基体との間に生じる熱膨張係数差による応力および曲げモーメントの発生を緩和することができる。また、第 1および第 2の反射部材の相互作用による変形が、介在する隙間によって吸収され、発光装置の配光分布の変動を抑制することができる。

また、第 2の光反射面が第 1の光反射面よりも上方に設けられるので、第 1の光反射面と合わせて光反射面を広くできるとともに、相互に連携させて配向制御をすることができ、発光素子からの光を効率よくかつ所望の配光分布で上方の発光装置外に導くことができる。

本発明によれば、第 1の反射部材の高さを Yl、第 2の反射部材の光反射面の下端までの高さを Υ2、第 2の反射部材の高さを Υ3とした場合、 Υ2≤Υ1 <Υ3とすると、第 2の反射部材によって配光制御をさせることができ、発光装置の所望の配光分布を得ることができるので、配光分布のバラツキを抑えることができる。

本発明によれば、基体および第 1の反射部材は、セラミックス力も成るので、基体と発光素子との熱膨張係数差が小さくなり、発光素子力発生する熱および外部環境の熱によって発生する、基体と発光素子との間の応力が抑制される。さらに、基体および第 1の反射部材はセラミックス力成るので、基体と第 1の反射部材との熱膨張係数差に起因して発生する、基体と第 1の反射部材との接合部における応力も、また、これらの応力に起因した第 1の光反射面の変形が抑制される。さらにまた、榭脂から成る基体および第 1の反射部材と比較し、作動環境の水分および熱または発光素子からの熱および光による、基板および第 1の光反射面の反射率および耐水性の劣化等を抑制できる。その結果、発光装置は、長期間にわたり光出力の低下が抑制されつつ発光素子を安定して作動させることができる。

本発明によれば、基体および第 1の反射部材は白色系のセラミックス力成るので、紫外領域から可視光領域にわたって効率のよい、波長依存性の少ない反射部材とすることができる。その結果、発光装置は、光出力および色のバラツキの少ない光を放出できる。本発明によれば、第 2の反射部材はアルミニウム力成るので、酸ィ匕による不動態膜によって反射率の変化が少なぐ発光素子力の光を効率よくかつ作動環境による反射率の低下が少ない発光素子収納パッケージを作製できる。また、アルミニウムは、紫外領域力も可視光領域における反射率の波長依存性が少ないので、紫外領域から近紫外領域または青色領域の光に対する反射率の低下が少なぐまた、作動環境における水分および酸素による腐食に起因する反射率の低下を抑制でき、発光装置の光出力や長期信頼性の低下を抑制することができる。

さらに、アルミニウム力も成る第 2の反射部材を用いることによって、例えば、酸ィ匕ァルミ二ゥム質焼結体等から成る透光性を有する第 1の反射部材を用いる場合、第 1の反射部材の側面を透過して発光装置の外部に漏れ出る光を遮光することができる。これによつて、発光装置を表示用の光源として用いる際には、発光装置の発光面と非発光面とのコントラストがより明確になり、表示用の光源として視認性の優れた発光装置を作製できる。さらに、発光素子が青色領域から紫外領域において発光するものである場合、第 1の反射部材を透過する高エネルギー光を遮光することができ、周囲の光劣化部材を劣化させない耐環境性に優れた発光装置とできる。

本発明によれば、発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージの搭載部に発光素子を搭載するとともに、発光素子を被覆するようにして透光性部材を設けてヽるので、安定した光学的特性を得ることができる。

本発明によれば、発光装置は、上記本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部に搭載された発光素子と、第 2の反射部材の開口部を塞ぐように第 2の反射部材に取着された、発光素子力もの光の一部または全部を波長変換する蛍光体層とを備えているので、発光素子から発生する熱に起因した蛍光体層の特性劣化を抑制できる。すなわち、蛍光体層を第 2の反射部材の開口部に配置する場合、蛍光体層を第 1の反射部材の内側もしくは開口部を塞ぐように配置する際と比較し、発光素子から蛍光体層までの放熱経路が長くなり、熱抵抗が増加するとともに、発光素子から第 1 の反射部材を介して蛍光体層に伝搬する熱の経路も隙間によって遮断される。従つて、発光素子から蛍光体層までの熱が伝わり難ぐその結果、蛍光体を含有する透明部材としてエポキシ榭脂ゃアクリル榭脂等を用いた場合、透明樹脂が加熱されて黄変したり透過率が劣化したりするのを抑制できるとともに、蛍光体層に充填された蛍光体の酸化還元反応等の化学反応が熱によって加速されることによる光出力の劣化を抑制できる。

本発明によれば、発光素子は、少なくとも紫外領域から青色領域の光を放出する発光素子である。したがって、発光素子からの光を波長変換する蛍光体層に、発光素子の光によって励起され蛍光を発生する蛍光体を含有させた場合、少なくとも紫外領域力青色領域の短波長でエネルギーの高、発光素子力の光によって、発光素子の光よりも長波長でエネルギーの低い蛍光に変換できるので、蛍光体の波長変換効率が向上し、発光装置の光出力が増加する。

本発明によれば、照明装置は、上記本発明の発光装置と、発光装置が搭載され、発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含むので、任意の配光分布を持つ、色ムラの少ない安定した光学特性の照明装置とすることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 上面に発光素子の搭載部を有する基体と、

前記基体の上面に、前記第 1の反射部材の外周面に対し隙間を介して前記第 1の反射部材を取り囲むように取着されるとともに、前記第 1の反射部材の上端よりも上方に第 2の光反射面が設けられた枠状の第 2の反射部材とを具備することを特徴とする発光素子収納用パッケージ。

[2] 前記第 1の反射部材の高さを Yl、前記第 2の光反射面の下端までの高さを Υ2、前記第 2の反射部材の高さを Υ3とした場合、 Υ2≤Υ1 <Υ3であることを特徴とする請求項 1記載の発光素子収納用パッケージ。

[3] 前記基体および前記第 1の反射部材は、セラミックス力成ることを特徴とする請求項 1または 2記載の発光素子収納用パッケージ。

[4] 前記基体および前記第 1の反射部材は、白色系のセラミックス力成ることを特徴とする請求項 3記載の発光素子収納用パッケージ。

[5] 前記第 2の反射部材は、アルミニウム力成ることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージ。

[6] 請求項 1〜5のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージと、

前記搭載部に搭載された発光素子と、

前記第 1の反射部材の内側に前記発光素子を覆うように設けられた透光性部材とから成ることを特徴とする発光装置。

[7] 請求項 1〜5のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージと、

前記搭載部に搭載された発光素子と、

前記第 2の反射部材の開口部を塞ぐように前記第 2の反射部材に取着された、前記発光素子からの光の一部または全部を波長変換する蛍光体層とを備えていることを特徴とする発光装置。

[8] 前記発光素子は、少なくとも紫外領域から青色領域の光を放出する発光素子であることを特徴とする請求項 6または 7記載の発光装置。請求項 6〜8の、ずれかに記載の発光装置と、

前記発光装置が搭載され、前記発光装置を駆動する電気配線を有する駆動部と、前記発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを含むことを特徴とする照明装置。