JP4192742B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関し、特に、発光素子の高出力化に対して、耐熱性、及び放熱性の向上を可能にした発光装置に関する。

近年、高出力のＬＥＤ（Ｌight-Emitting Diode：発光ダイオード）の開発が進められており、すでに数ワットの大出力タイプも製品化されている。ＬＥＤは発熱の少ないことが特徴であるが、高出力（高輝度）タイプのＬＥＤ素子は大電流が流れるため、無視できないレベルの発熱が生じる。

従来、ＬＥＤ素子には高出力型がなく、従って特に放熱対策はとられておらず、リード部分から放熱させることで済んでいた。そして、発熱が問題になる場合には、ＬＥＤ素子を搭載している部材の下面に銅製の放熱板を取り付けるなどの対策が取られていた（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１のＬＥＤパッケージでは、ヒートシンクとなるスラグがインサートモールドされると共に成形された埋め込みプラスチック材料を有するリードフレームに挿入される。スラグには、熱伝導性に優れる副基台を介して発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）が直接的又は間接的に取り付けられ、ＬＥＤダイにはＬＥＤが実装される。ＬＥＤ及び発光ダイオードダイとリードフレームとの間は、ワイヤによって接続される。

このような構成にすることで、ＬＥＤダイはスラグに熱的に結合されているため、ＬＥＤダイは従来のパッケージよりも低い接合温度に維持される。温度が低くなることで、初期特性としての発光出力低下を抑えることができ、また、大電力動作における信頼性及び良好な特性を維持することができる。
特開２０００−１５０９６７号（[０００８]、図２）

しかし、従来の発光装置によると、ＬＥＤダイ封止は、プラスチック材料であり、光や熱によって劣化が生じる。また、点灯時の熱影響により断線が生じる。さらに、リードやスラグ等は、インサートモールドされたプラスチック材料で保持されており、レンズもプラスチック材料である。これらは、鉛フリー半田対応のリフロー炉に対する耐熱はない。即ち、シリコーンは、エポキシ樹脂より光や熱により劣化は生じにくいが、シリコーンの硬化材は劣化要因となる。尚、屈折率がやや低くＬＥＤダイからの光取り出し効率がやや劣るという問題もある。また、プラスチック材料は、スラグ材である金属やＬＥＤダイに対し、はるかに大きな熱膨張率である。ＬＥＤダイの封止材料は柔らかい材料であるもののＬＥＤダイの発熱により電極接点へのストレスを生じさせるものとなる。

さらに、およそ３００℃での熱処理に対し、インサートモールドされたプラスチック材料では、軟化して変形が生じる。

従って、本発明の目的は、発光素子の高出力化に対して、耐熱性、耐久性を向上し、かつ、高放熱性を可能にした発光装置を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、発光素子と、前記発光素子が搭載されると共に前記発光素子と給電側との接続を電極又は配線層を介して行うサブマウントと、前記サブマウントが搭載されると共に前記サブマウントを通して伝熱される前記発光素子の熱を放熱する金属ベース部と、先端部が前記サブマウントの両端の平面上に載置及び接続されることにより前記発光素子に電気的に接続されると共に、先端部以外の部分が前記金属ベース部に絶縁状態にして配設される一対のリード部と、前記発光素子及び前記サブマウントを覆うようにして前記金属ベースに接着されるとともに所定の形状に形成されるガラス封止部とを備え、前記サブマウントは段差部を有し、前記リードは前記段差部に固定されていることを特徴とする発光装置を提供する。

前記リード部は、前記先端部以外の前記金属ベース部上に介在する部分が前記ガラス封止部によって絶縁されていることが好ましい。

前記発光素子は、複数からなり、同一発光色による複数のグループ、又は複数の発光色のグループに別けて給電が行われるようにしても良い。

前記サブマウントは、前記一対のリード部の前記先端部を埋設できる深さの溝が形成されていることが好ましい。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、フェイスダウン型の発光素子と、前記発光素子が搭載されると共に前記発光素子と給電側との接続を電極又は配線層を介して行うサブマウントと、前記サブマウントが搭載されると共に前記サブマウントを通して伝熱される前記発光素子の熱を放熱する金属ベース部と、先端部が前記サブマウントの両端の平面上に載置及び接続されることにより前記発光素子に電気的に接続されると共に、先端部以外の部分が前記金属ベース部に絶縁状態にして配設される一対のリード部と、前記一対のリード部に非接触にして前記金属ベース部に重ね合わされると共に、中心部にすり鉢形の反射面が形成された金属反射鏡と、一部又は全部がレンズを成すようにして前記すり鉢形の反射面内に配設されるガラス部材とを備え、前記サブマウントは段差部を有し、前記リードは前記段差部に固定されていることを特徴とする発光装置を提供する。

前記ガラス部材は、前記発光素子からの光を前方及び側面方向に集光させる構造のレンズ、又は、前記発光素子の同軸上にレンズ部が形成され且つ前記すり鉢形の反射面内を満たす状態に封止されたガラス封止部であっても良い。

前記一対のリード部は、前記金属ベース部と前記反射鏡部とに挟まれる部分の周囲が前記ガラス封止部とは異なるガラス材によって絶縁されていることが好ましい。

前記金属ベース部及び前記反射鏡部は、前記一対のリード部が配設される部分に、前記一対のリード部に接触しない幅を有する切り通し部が形成され、前記一対のリード部と前記金属ベース部との間に前記ガラス封止部とは異なるガラス材が配設されていることが好ましい。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、フェイスアップ型の発光素子と、前記発光素子が搭載される凸部を有すると共に前記発光素子からの熱を放熱する金属ベース部と、前記金属ベース部に絶縁させた状態で前記金属ベース部の上部に配設され、先端部が前記発光素子の給電部分にワイヤを介して接続される一対のリード部と、前記発光素子及び前記一対のリード部の先端部を覆うようにして前記金属ベースに接着されるとともに所定の形状に形成されるガラス封止部とを備えることを特徴とする発光装置を提供する。

本発明の発光装置によれば、発光素子の熱はサブマウントを介して或いは直接的に金属ベース部に伝熱され、金属ベース部によって放熱が行われるため、発光素子の温度上昇を抑え発光素子の電気・光学的特性を安定させるとともに、信頼性の高いものとできる。また、ガラス材料によって発光素子を封止するとともに、金属ベース部との接着を行っているのでクラックや剥離が生じにくくなる。更に、耐熱性部材によって構成されているので、耐熱性が向上し、鉛フリー半田対応のリフロー炉での熱処理にも耐えることができる。

また、本発明の他の発光装置によれば、発光素子の熱がサブマウントを介して金属ベース部に伝熱され、更に金属反射鏡に伝熱されるため、発光素子の熱は金属ベース部と金属反射鏡によって効果的に放熱され、発光素子の温度上昇を抑え発光素子の電気・光学的特性を安定させるとともに、信頼性の高いものとできる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。以下に示すリード部は、リードフレームの一部として形成されている。通常、リードフレームには両側に各リード部のアウター側を連結している帯状部が設けられているが、ここでは図示を省略している。また、リードフレーム上には、通常、複数のＬＥＤ素子（発光素子）が実装されるが、ここでは１個のみを図示している。

発光装置１は、放熱器としての銅材（熱伝導率：４００Ｗ・ｍ^-1・ｋ^-1、熱膨張率：１７×１０^-6／℃）からなる金属ベース部１１と、この金属ベース部１１の上面の中央部に搭載されるサブマウント１２と、このサブマウント１２上に搭載されるＬＥＤ素子１３と、サブマウント１２の両側の段差面上に先端部が突き合わせられるリード部１４ａ，１４ｂと、金属ベース部１１、サブマウント１２、及びＬＥＤ素子１３の露出面のほかリード部１４ａ，１４ｂの先端部を覆うように透光性のガラス（熱膨張率：１１．４×１０^-6／℃で封止されたガラス封止部１５とを備えて構成されている。発光装置１は、全体として短い砲弾型の外形を有している。

金属ベース部１１は、銅、アルミニウム等の熱伝導性に優れる金属が用いられ、ＬＥＤ素子１３の消費電力等に応じて十分な放熱効果が得られるだけの厚さ及びサイズを有している。

サブマウント１２は、例えば高熱伝導のＡｌＮ（窒化アルミニウム（熱伝導率：１８０Ｗ・ｍ^-1・ｋ^-1））が用いられ、内部には必要に応じて素子破壊防止用のツェナーダイオード等が設けられている。サブマウント１２は四角形で段差を有する外形を有し、その最上面にはＬＥＤ素子１３が搭載され、下段の両側の上面にリード部１４ａ，１４ｂの先端部が載置及び固定される。サブマウント１２は、上面及び側面に電極（いずれも図示せず）を有し、両者は配線パターンや内部に形成されたスルーホールを介して接続されているが、ここでは、その図示を省略している。

ＬＥＤ素子１３は、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ等の材料を用いて作られた高出力型であり、下面にはサブマウント１２の導電部との接続に用いられる半田バンプ又は電極が設けられている。ＬＥＤ素子１３のチップサイズは、０．３×０．３ｍｍ（標準サイズ）、１×１ｍｍ（ラージサイズ）等である。そして、ＬＥＤ素子１３は、電極又はバンプを接続要素とするフリップチップ（ＦＣ）型（ここでは、素子下面の接続部の図示は省略している。）である。

リード部１４ａ，１４ｂは、リードフレームの一部として加工されており、ガラス封止部１５の封止が終了した後にリードフレームの帯部から分離切断される。ガラス封止部１５には、透光性及び低融点を有するガラス材を用いられるが、リード部１４ａ，１４ｂ及び金属ベース部１１の熱膨張率と同等の熱膨張率特性を有するものを用いる。例えば、金属ベース部１１及びサブマウント１２は、１００Ｗ・ｍ^-1・ｋ^-1以上の熱伝導率である。金属ベース部１１とガラス封止部１５の熱膨張率を同等にすることで、ガラス封止部１５にクラックが発生するのを防止することができる。

尚、同等の熱膨張率では、金属の塑性によりセラミックスとの接合と比較すれば、熱膨張率差が大きくても接合を行うことができ、その範囲は軟金属の方が広くなるが、その比が０．５７〜１．７５程度を意味する。

図２は、サブマウント１２の詳細構造を示す斜視図である。サブマウント１２は、ＬＥＤ素子１３が搭載される中心部に対して、両側がカットされ、段差面１２ａ，１２ｂが形成されている。この段差面１２ａ，１２ｂにはリード部１４ａ，１４ｂの先端部が埋まる深さ及び幅の溝が形成されている。そして、溝の底面又は側面には、リード部１４ａ，１４ｂに接触する電極又は配線パターンが形成されている。このように、サブマウント１２に溝が形成されていることにより、リード部１４ａ，１４ｂの位置決めが正確に行われ、金属ベース部１１の上面に対する高さが規定されるため、金属ベース部１１との接触を防止することができる。

次に、発光装置１の組み立てについて説明する。

まず、金属ベース部１１の中心部にサブマウント１２を搭載し、接着剤等により固定する。次に、リード部１４ａ，１４ｂの幅及び金属ベース部１１に対面する部分の長さ相当のガラス片を金属ベース部１１のリード部１４ａ，１４ｂの敷設位置に載置する。次に、ガラス片上にリード部１４ａ，１４ｂを載置し、かつ先端部がサブマウント１２の段差面１２ａ，１２ｂ上に載るようにし、熱雰囲気に晒して相互の接触面を熱融着する。

次に、サブマウント１２の最上面にＬＥＤ素子１３を搭載し、リフローを行うことにより、サブマウント１２の電極又は配線層と、ＬＥＤ素子１３のバンプ又は電極との半田接続及び固定を行う。最後に、金属ベース部１１の上面全ての露出面を覆うように、かつガラス片と融合するようにガラス封止部１５が封止される。ガラス封止部１５は、上部が凸レンズを形成するように砲弾型に形成される。以上により、発光装置１が完成する。

例えば、リード部１４ａがＬＥＤ素子１３のアノード側に接続されているとすると、リード部１４ａに直流電源（図示せず）のプラス側が接続され、リード部１４ｂにはマイナス側が接続される。電源供給に伴い、電流は、リード部１４ａ→サブマウント１２→ＬＥＤ素子１４→サブマウント１２→リード部１４ｂの経路で流れることにより、ＬＥＤ素子１３が発光する。ＬＥＤ素子１３の上面から出た光はガラス封止部１５内を通過して外部へ出光する。

図３は、サブマウントの他の構成例を示す図である。（ここでは、ＬＥＤ素子搭載面のみを示し、リード部の搭載面は図示を省略している。）。図３において、（ａ）はサブマウントの平面図、（ｂ）は回路図である。図１においては、搭載されるＬＥＤ素子が１個である構成としたが、複数個にすることもできる。

図３においては、９個のＬＥＤ素子（Ｄ１〜Ｄ９）を搭載した状態を示している。なお、ＬＥＤ素子の搭載個数が多くなるにつれて、サブマウント最上面の搭載部面積は大きくする必要がある。

図３に示すサブマウント３０は、ＬＥＤ素子Ｄ１〜Ｄ９が同一平面上に等間隔に配設されている。ここではＬＥＤ素子を９個搭載するものとしたが、任意の数にすることができる。ＬＥＤ素子Ｄ１〜Ｄ９は、全てが同一発光色であっても、３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に応じて３個づつに別けて搭載されていてもよいが、ここでは、３個毎に直列接続し、この３回路の夫々に抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）を接続したものを並列接続して給電を行っている。ＬＥＤ素子Ｄ１〜Ｄ９は、従って、給電端は２つでもよいことになるが、ここでは、大電流を供給できるように、アノードは１ヵ所（電極３１）、カソードは３ヵ所（電極３２，３３，３４）から供給を行っている。

電極３１、３２は一端の上面端に形成され、電極３３、３４は他端の上面端に形成されている。電極３２，３３，３４のそれぞれには、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が接続されているが、これは電流制限用であり、通電によって発熱が生じるほか、ＬＥＤ素子内に搭載するスペースの確保が難しいことから外付けとしている。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の電源側は共通接続され、電源供給端子３５に接続されている。

上記した第１の実施の形態によると、リード部１４ａ，１４ｂのサブマウント１２に接触していない部分は、ガラス封止部１５（製造工程中は、ガラス小片）によって絶縁されているため、リード部１４ａ，１４ｂと金属ベース部１１との接触が防止される。そして、ＬＥＤ素子１３からサブマウント１２に伝導した熱は、その殆どが金属ベース部１１に伝熱されることにより放熱され、他の一部はリード部１４ａ，１４ｂを通して放熱される。従って、ＬＥＤ素子１３が高出力型であっても、ＬＥＤ素子１３の温度上昇を抑え、ＬＥＤ素子１３の電気・光学的特性を安定させるとともに、信頼性の高いものとできる。これに加え、ＬＥＤ素子１３の封止がガラスであることにより、光や熱によって劣化が生じない。なお、ガラス材料によれば、エポキシ樹脂同等、あるいは、それ以上の屈折率材料を選択することができ、ＬＥＤ素子１３からの光取り出し効率を向上することができる。また、ガラス材料の熱膨張率は、金属やＬＥＤ素子に対し、樹脂のように大きな差がなく、また、ガラスは金属と酸化物を介して接合される。このため、熱ストレスが生じにくく、かつ、接合強度が大きくクラックや剥離が生じにくいという意味での信頼性も向上させることができる。さらに、発光装置は、金属ベース１１とガラス封止部とによって全体が保持されるため、鉛フリー半田対応のリフロー炉処理にも十分耐える。

図４は、第２の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。第２の実施の形態の発光装置４０が第１の実施の形態の発光装置１と異なるところは、給電側との接続がワイヤにより行われるフェイスアップ型のＬＥＤ素子を用い、さらに、ＬＥＤ素子を封止するガラス材料としてＳｉＯ₂にフェニル基やアルキル基を含んだ低融点ハイブリッドガラスを用いた発光装置としたところに特徴がある。

発光装置４０は、放熱器として機能する金属ベース部４１と、フェイスアップのＬＥＤ素子４２と、金属ベース部４１に絶縁して金属ベース部４１の上部に配置されたリード部４３ａ，４３ｂと、リード部４３ａ，４３ｂの端部とＬＥＤ素子４２上の電極とを接続するワイヤ４４ａ，４４ｂと、金属ベース部４１の上面の露出部を封止するガラス封止部４５とを備えて構成されている。

金属ベース部４１は、第１の実施の形態における金属ベース部１１と同じ材料が用いられ、その上面の中心部にはＬＥＤ素子４２を搭載するための凸部４１ａが形成されている。また、ガラス封止部４５は、第１の実施の形態におけるガラス封止部１５より低融点で囲う地の粘度を低くすることができる材料が用いられる。

次に、図４の発光装置４０の製造手順について説明する。

まず、金属ベース部４１上の中心部にＬＥＤ素子４２が搭載され、熱伝導性の接着剤、半田溶着等により固定される。次に、リード部４３ａ，４３ｂの先端部を金属ベース部４１から浮かせた状態に配置する。それには、リード部４３ａ，４３ｂと金属ベース部１１の間に細長いガラス小片を置き、このガラス小片の上にリード部４３ａ，４３ｂを載置すればよい。この状態のまま、リード部４３ａ，４３ｂの先端部とＬＥＤ素子４２の電極（図示せず）とを、ワイヤ４４ａ，４４ｂによって接続する。次に、ＬＥＤ素子４２及びワイヤ４４ａ，４４ｂを含む金属ベース部４１の上面をガラス封止部４５により封止する。なお、ガラス小片は、ガラス封止部４５と同一の材料を用いる。

例えば、リード部４３ａがＬＥＤ素子４２のアノード側に接続されているとすると、リード部４３ａに直流電源（図示せず）のプラス側が接続され、リード部４３ｂにはマイナス側が接続される。電源供給に伴い、電流は、リード部４３ａ→ワイヤ４４ａ→ＬＥＤ素子４２→ワイヤ４４ｂ→リード部４３ｂの経路で流れることにより、ＬＥＤ素子４２が発光する。ＬＥＤ素子４２の上面から出た光はガラス封止部４５内を通過して外部へ出光する。なお、ワイヤ接続を要するＬＥＤ素子の封止では、封止材料の粘度が高いとワイヤを潰すことから、何らかの対策が必要であるが、ここでは無機材料と誘起材料との組み合わせによるハイブリッドガラスにて加工時の低粘度を図っている。

上記した第２の実施の形態によると、ＬＥＤ素子４２の動作に伴って生じた熱は、ＬＥＤ素子４２から金属ベース部４１に伝導し、この金属ベース部４１によって放熱される。ＬＥＤ素子４２と金属ベース部４１は直に接しており、サブマウントを用いないために第１の実施の形態に比べて放熱効果を高めることができる。

図５は、第３の実施の形態に係る発光装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ断面図である。第３の実施の形態の発光装置５０は、金属ベース部の上部に反射鏡と放熱器を兼ねる金属反射鏡を配設すると共に金属反射鏡の凹部内にレンズを配設し、前記各実施の形態に設けられていたガラス封止部は設けていないところに特徴がある。

発光装置５０は、金属ベース部５１と、金属ベース部５１上に搭載されるサブマウント５２と、このサブマウント５２の最上面に搭載されるＬＥＤ素子５３と、金属ベース部５１に積層した状態に配設されるリング状の金属反射鏡５４と、この金属反射鏡５４の凹部内のＬＥＤ素子５３上に配設されるレンズ５５（ガラス部材）と、サブマウント５２の両側の段差面上に先端部が接続されるリード部５６ａ，５６ｂと、このリード部５６ａ，５６ｂの下面に配設される絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂと、リード部５６ａ，５６ｂの上面に配設される絶縁封着ガラス５８ａ，５８ｂとを備えて構成されている。

金属ベース部５１は、銅、アルミニウム、ＡｌＮ（窒化アルミ）等の熱伝導性に優れる材料が用いられ、ＬＥＤ素子５３の消費電力等に応じて十分な放熱効果が得られる厚み及び大きさを有している。

更に、金属ベース部５１は、ＬＥＤ素子５３を中心にして一直線上に溝（図示せず）が形成されている。この溝は、絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂ、リード部５６ａ，５６ｂ、及び絶縁封着ガラス５８ａ，５８ｂを埋設できるだけの深さを有している。リード部５６ａ，５６ｂは、絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂと５８ａ，５８ｂで挟持された状態で溝内に配設されるため、リード部５６ａ，５６ｂは金属ベース部５１と絶縁され、電気的に接続されることはない。なお、金属ベース部５１は、金属反射鏡５４と同一サイズにしているが、金属反射鏡５４より大きくすることも、四角形等の他の形状にすることもできる。

サブマウント５２は、例えば高熱伝導のＡｌＮ（窒化アルミニウム）が用いられ、内部には必要に応じて素子破壊防止用のツェナーダイオード等が設けられている。サブマウント５２は四角形で段差を有する外形を有し、その最上面にはＬＥＤ素子５３が搭載され、下段の両側の上面にリード部５６ａ，５６ｂの先端部が載置される。サブマウント５２は図１のサブマウント１２と同様に、上面及び側面に電極（いずれも図示せず）を有している。上面の電極と側面の電極との接続は、配線層によることもスルーホールによることも可能であるが、ここでは、その図示を省略している。

ＬＥＤ素子５３は、第１の実施の形態で説明したＬＥＤ素子１３と同じものが用いられる。金属反射鏡５４は、熱伝導性に優れるＣｕによって形成されており、中心部にはすり鉢形の凹部が形成され、その内表面には銀蒸着、クロームや銀のメッキ、銀色又は白色の表面処理等によって鏡面状態に仕上げられていることにより、反射面５４ａが形成されている。これにより、金属反射鏡５４の横方向から出射した光を前面へ効果的に導くことができる。また、金属反射鏡５４は、熱伝導性の良いＣｕを用いているため、反射鏡としての機能のほかに放熱器としても機能する。

レンズ５５には、透明で低融点のガラスを用いる。このレンズ５５及び絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂは、金属ベース部５１やリード部５６ａ，５６ｂと同等の熱膨張率を有するガラス材を用いる。

次に、発光装置５０の組み立てについて説明する。

まず、金属ベース部５１の中心部にサブマウント５２を搭載し、接着剤、半田融着等により固定する。次に、金属ベース部５１上の溝に、長板状に加工された絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂを載置し、この絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂ上にリード部５６ａ，５６ｂ及び絶縁封着ガラス５８ａ，５８ｂを重ねて載置する。更に、絶縁封着ガラス５８ａ，５８ｂ及び金属ベース部５１の露出面に金属反射鏡５４を載置する。この状態のまま高温雰囲気下で加圧プレスを行い、絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ、リード部５６ａ，５６ｂのそれぞれと、金属反射鏡５４を固定する。

リード部５６ａ，５６ｂの先端部以外の側面及び上下面は、絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂにより絶縁されるので、金属ベース部５１及び金属反射鏡５４に接触することはない。次に、サブマウント５２の最上面にＬＥＤ素子５３を搭載し、その電極又はバンプをサブマウント５２の導体部に半田接続する。最後に、ガラス材を封止してレンズ５５を形成する。

例えば、リード部５６ａがＬＥＤ素子５３のアノード側に接続されているとすると、リード部５６ａに直流電源（図示せず）のプラス側が接続され、リード部５６ｂにはマイナス側が接続される。電源供給に伴い、電流は、リード部５６ａ→サブマウント５２→ＬＥＤ素子５３→サブマウント５２→リード部５６ｂの経路で流れることにより、ＬＥＤ素子５３が発光する。ＬＥＤ素子５３の上面から出た光はレンズ５５内を通過して外部へ出光し、レンズ５５の側面部から出た光は金属反射鏡５４の反射面５４ａで反射した後、金属反射鏡５４の外へ出光する。

上記した第３の実施の形態によると、第１の実施の形態による効果に加え、以下の効果が得られる。
（１）ガラス材による絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂによりリード部５６ａ，５６ｂが絶縁されていることにより、リード部５６ａ，５６ｂと金属ベース部５１及び金属反射鏡５４との接触を防止することができる。
（２）リード部５６ａ，５６ｂの敷設部を除いた他の部分は、金属ベース部５１と金属反射鏡５４とが直接に接合するため、ＬＥＤ素子５３からサブマウント５２及びリード部５６ａ，５６ｂに伝導した熱は、金属ベース部５１及び金属反射鏡５４に効果的に伝熱され、金属ベース部５１及び金属反射鏡５４により放熱される。従って、ＬＥＤ素子５３が高出力型であっても、熱効率が高められる。この効果は、特にラージサイズの発光装置において顕著になる。

なお、金属反射鏡５４は、熱伝導性の良い他の金属としてアルミニウム等の金属を用いて形成することも可能である。

図６は、第４の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。第４の実施の形態の発光装置６０は、第３の実施の形態の変形例に相当し、発光装置５０との違いは、レンズの形状にある。

すなわち、発光装置６０は、第３の実施の形態の発光装置５０において、レンズ５５に代えて、凸レンズ６１ａを有する透光性のガラス封止部６１（ガラス部材）を金属反射鏡５４の凹部内に設けたところに特徴がある。

発光装置６０における放熱効果は発光装置５０と同じである。しかし、ＬＥＤ素子５３からの光の出光経路に違いがある。発光装置５０が凸レンズが中心部の第１の凸レンズと、その周囲に形成されたリング状の第２の凸レンズとによる二段構成になっているのに対し、発光装置６０は中心部に１つの凸レンズが設けられた構成である。このため、出射光の照射分布、出射角度等に相違が出るので、用途等に応じて使い分けることができる。また、ガラス封止部６１と金属ベース部５１及び金属反射鏡５４との熱膨張率を同等にすることで、相互間に熱応力が生じにくくなり、クラック等が発生するのを防止することができる。

図７は、第５の実施の形態に係る発光装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ断面図、（ｃ）はＦ−Ｆ断面図である。第５の実施の形態に係る発光装置７０の基本的な構成及び作用効果は、第３の実施の形態の発光装置５０と同じである。第５の実施の形態の発光装置７０が第３の実施の形態の発光装置５０と異なるところは、リード部の敷設構造にある。

発光装置７０は、金属ベース部７１と、この金属ベース部７１上に搭載されるサブマウント７２と、このサブマウント７２の最上面に搭載されるＬＥＤ素子５３と、金属ベース部７１に積層した状態に配設されるリング状の金属反射鏡７３と、この金属反射鏡７３の凹部内のＬＥＤ素子５３上に配設されるレンズ５５と、サブマウント５２の両側の段差面上に先端部が接続されるリード部５６ａ，５６ｂと、このリード部５６ａ，５６ｂの下面に配設される絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂと、リード部５６ａ，５６ｂの上面に配設される絶縁封着ガラス５８ａ，５８ｂとを備えて構成されている。

金属ベース部７１は、前記各実施の形態における金属ベース部１１，４１，５１と同一の材料を用いて作られており、金属反射鏡７３と前記各実施の形態における金属反射鏡５４と同一の材料を用いて作られている。

金属反射鏡７３は金属反射鏡５４と同様に中心部にはすり鉢型の反射面７３ａが形成されている。絶縁封着ガラス５７ａとリード部５６ａ、及び絶縁封着ガラス５７ｂとリード部５６ｂを埋設する幅及び長さの溝が上面に形成されている。

更に、金属反射鏡７３には、リード部５６ａ，５６ｂ及び絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂを上方から挿入できるように切り通し部７３ｂが形成されている。この切り通し部７３ｂは、図７の（ｃ）に示すように、リード部５６ａ，５６ｂに接触しない幅を有しているため、リード部５６ａ，５６ｂと金属反射鏡７３との接触を防止することができる。

上記した第５の実施の形態によると、リード部５６ａ，５６ｂが金属反射鏡７３に接触しないように切り通し部７３ｂが形成されているため、図５及び図６に示す発光装置５０，６０が必要とした絶縁封着ガラス５８ａ，５８ｂを不要にすることができる。このため、発光装置５０，６０に比べ、部品数の低減及び製造工程の簡略化が可能になる。

上記した発光装置１，４０，６０においては、波長変換のための蛍光体層をガラス封止部１５，４５，６１に配設することができる。蛍光体層は、例えば、ＬＥＤ素子が青色発光である場合、この青色光によって励起されることにより黄色光を放射する特性を有するＣｅ（セリウム）：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等の蛍光体を用いることができる。

また、上記した各実施の形態においては、金属ベース部１１，４１，絶縁封着ガラス５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂの表面に銀やアルミニウムによるメッキ又は蒸着等による反射面を形成し、光の出射効率を高めるようにしてもよい。

また、各実施の形態において、金属ベース部１１，４１，５１，７１、及び金属反射鏡５４，７３に放熱フィンを形成し、或いは取り付けることが可能である。これにより、放熱効果を更に高めることができる。

また、第２〜第５の実施の形態においても、図３に示したように複数のＬＥＤ素子を搭載することが可能である。

更に、図１、図４の発光装置においては、ガラス封止部１５，４５を砲弾型にしたが、他の形状、例えば、円柱型であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。 第１の実施の形態に係るサブマウントの詳細構造を示す斜視図である。 サブマウントの他の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は回路図である。 第２の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る発光装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ断面図である。 第４の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。 第５の実施の形態に係る発光装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ断面図、（ｃ）はＦ−Ｆ断面図である。

符号の説明

１ 発光装置
１１ 金属ベース部
１２ サブマウント
１２ａ，１２ｂ 段差面
１３ ＬＥＤ素子
１４ａ，１４ｂ リード部
１５ ガラス封止部
３０ サブマウント
３１，３２，３３，３４ 電極
３５ 電源供給端子
４０ 発光装置
４１ 金属ベース部
４１ａ 凸部
４２ ＬＥＤ素子
４３ａ，４３ｂ リード部
４４ａ，４４ｂ ワイヤ
４５ ガラス封止部
５０ 発光装置
５１ 金属ベース部
５２ サブマウント
５３ ＬＥＤ素子
５４ 金属反射鏡
５５ レンズ
５６ａ，５６ｂ リード部
５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ 絶縁封着ガラス
６０ 発光装置
６１ ガラス封止部
６１ａ 凸レンズ
Ｄ１〜Ｄ９ ＬＥＤ素子
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗

Claims (9)

1. 発光素子と、
   前記発光素子が搭載されると共に前記発光素子と給電側との接続を電極又は配線層を介して行うサブマウントと、
   前記サブマウントが搭載されると共に前記サブマウントを通して伝熱される前記発光素子の熱を放熱する金属ベース部と、
   先端部が前記サブマウントの両端の平面上に載置及び接続されることにより前記発光素子に電気的に接続されると共に、先端部以外の部分が前記金属ベース部に絶縁状態にして配設される一対のリード部と、
   前記発光素子及び前記サブマウントを覆うようにして前記金属ベースに接着されるとともに所定の形状に形成されるガラス封止部とを備え、
   前記サブマウントは段差部を有し、前記リードは前記段差部に固定されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記リード部は、前記先端部以外の前記金属ベース部上に介在する部分が前記ガラス封止部によって絶縁されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記発光素子は、複数からなり、同一発光色による複数のグループ、又は複数の発光色のグループに別けて給電が行われることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 前記サブマウントは、前記一対のリード部の前記先端部を埋設できる深さの溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
5. フェイスダウン型の発光素子と、
   前記発光素子が搭載されると共に前記発光素子と給電側との接続を電極又は配線層を介して行うサブマウントと、
   前記サブマウントが搭載されると共に前記サブマウントを通して伝熱される前記発光素子の熱を放熱する金属ベース部と、
   先端部が前記サブマウントの両端の平面上に載置及び接続されることにより前記発光素子に電気的に接続されると共に、先端部以外の部分が前記金属ベース部に絶縁状態にして配設される一対のリード部と、
   前記一対のリード部に非接触にして前記金属ベース部に重ね合わされると共に、中心部にすり鉢形の反射面が形成された金属反射鏡と、
   一部又は全部がレンズを成すようにして前記すり鉢形の反射面内に配設されるガラス部材とを備え、
   前記サブマウントは段差部を有し、前記リードは前記段差部に固定されていることを特徴とする発光装置。
6. 前記ガラス部材は、前記発光素子からの光を前方及び側面方向に集光させる構造のレンズ、又は、前記発光素子の同軸上にレンズ部が形成され且つ前記すり鉢形の反射面内を満たす状態に封止されたガラス封止部であることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
7. 前記一対のリード部は、前記金属ベース部と前記反射鏡部とに挟まれる部分の周囲が前記ガラス封止部とは異なるガラス材によって絶縁されていることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
8. 前記金属ベース部及び前記反射鏡部は、前記一対のリード部が配設される部分に、前記一対のリード部に接触しない幅を有する切り通し部が形成され、前記一対のリード部と前記金属ベース部との間に前記ガラス封止部とは異なるガラス材が配設されていることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
9. フェイスアップ型の発光素子と、
   前記発光素子が搭載される凸部を有すると共に前記発光素子からの熱を放熱する金属ベース部と、
   前記金属ベース部に絶縁させた状態で前記金属ベース部の上部に配設され、先端部が前記発光素子の給電部分にワイヤを介して接続される一対のリード部と、
   前記発光素子及び前記一対のリード部の先端部を覆うようにして前記金属ベースに接着されるとともに所定の形状に形成されるガラス封止部とを備えることを特徴とする発光装置。

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