JP5116551B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば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。

近年、例えば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盛んに進められている。特に、例えば照明分野などにおいては、発光強度を含む発光特性のさらなる向上が求められている。
特開２００５−２２８９９６号公報

発光装置の発光特性を向上されるためには、発光素子を実装するための基板の変形を低減させる必要がある。基板の変形を低減させるためには、発光装置における熱制御に関する改善が必要である。

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、基板および発光素子を有している。基板は、金属材料からなる基体と、第１絶縁層と、第２絶縁層とを含んでいる。第１絶縁層は、基体の上面の第１領域に埋め込まれている。第２絶縁層は、基体の下面における第１領域に対応する第２領域に埋め込まれている。発光素子は、基板の上面に実装されている。第１領域は、基体の上面のうち少なくとも周縁部分の全周に形成されているとともに、基体の上面において最も低い部分である。

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、金属材料からなる基体と、第１絶縁層と、第２絶縁層とを含んでいる基板を有している。第２絶縁層は、基体の下面における第１領域に対応する第２領域に埋め込まれている。第１領域は、基体の上面のうち少なくとも周縁部分の全周に形成されているとともに、基体の上面において最も低い部分である。発光装置は、このような構成を有していることにより、熱制御に関する改善が図られている。従って、発光装置は、変形に関する改善が図られており、発光特性に関する向上が図られている。

図１に示されているように、本発明の一つの実施形態に係る照明装置１００は、複数の発光装置１、基板２およびカバー３を有している。図１において、照明装置１００は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面上に設けられている。

複数の発光装置１は、基板２上に実装されており、二次元に配置されている。基板２は、平板形状を有している。カバー３は、基板２上に固定されており、複数の発光装置２を覆っている。図１において、照明装置１００の内部の構成を示すために、カバー３は、基板２から取り外された状態で示されている。カバー３は、透光性を有する光出射部３ａを有している。光出射部３ａの透光性とは、複数の発光装置１から放射された光の少なくとも一部が透過することをいう。照明装置１００の光出射方向は、ｚ軸の正方向である。照明装置１００は、白色光を放射する。

図２および図３に示されているように、発光装置１は、基板１１、発光素子１２および封入材料１３を有している。発光装置１は、発光部材１４をさらに有している。図２において、発光装置１は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面上に実装されている。

基板１１は、基体１１ａ、第１および第２絶縁層１１ｂ，１１ｃを有している。基体１１ａは金属材料からなる。金属材料の例は、銅（Ｃｕ）である。基板１１は、第１絶縁層１１ｂ上に形成された複数の導体パターン１１ｄを有している。

図４に示されているように、第１絶縁層１１ｂは、基体１１ａの上面の第１領域１１ａｕに埋め込まれている。第１絶縁層１１ｂの材料例は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）である。図５に示されているように、第１絶縁層１１ｂは、第１パターン１１ｂ−１および第２パターン１１ｂ−２を含んでいる。第２パターン１１ｂ−２は、第１パターン１１ｂ−１を囲んでいる。

第２絶縁層１１ｃは、基体１１ａの下面の第２領域１１ａｂに埋め込まれている。第２絶縁層１１ｃの材料例は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）である。図５に示されているように、第２絶縁層１１ｃは、第１パターン１１ｃ−１および第２パターン１１ｃ−２を含んでいる。第２パターン１１ｃ−２は、第１パターン１１ｃ−１を囲んでいる。

図４に示されているように、第２領域１１ａｂは、第１領域１１ａｕに対応している。従って、基板１１の上面および下面において、熱膨張係数の差が低減されている。特に、基板１１の上面および下面のｘｙ平面方向における熱膨張係数の差が低減されている。基板１１における変形が低減されている。従って、発光装置１の発光特性が向上されている。第２領域１１ａｂは、第１領域１１ａｕと同じ形状を有している。

第２絶縁層１１ｃの厚みＴ１１ｃは、第１絶縁層１１ｂの厚みＴ１１ｂと同じである。第１および第２絶縁層１１ｂ，１１ｃの厚みＴ１１ｂ，Ｔ１１ｃは、０．５ｍｍから２ｍｍまでの範囲に含まれる。基体１１ａの厚みＴ１１ａは、１．５ｍｍから６ｍｍまでの範囲に含まれる。すなわち、基板１１の厚みは、２ｍｍから８ｍｍまでの範囲に含まれる。このような構成によって、基板１１のｚ軸方向の熱膨張係数の差が低減されている。基板１１における変形が低減されている。従って、発光装置１における発光特性が向上されている。

発光素子１２は、半導体材料からなる発光ダイオードである。発光素子１２は、ｎ型層、活性層およびｐ型層を含む複数の半導体層を有している。発光素子１２は、駆動電力に応じて第１次光を発生する。発光素子１２は、第１絶縁層１１ｂの第１パターン１１ｂ−１上に配置されている。発光素子１２は、複数のワイヤ１５によって、複数の導体パターン１１ｄに電気的に接続されている。

封入材料１３は、発光素子１２の側面および上端に付着されており、透光性を有している。封入材料１３の透光性とは、発光素子１２から放射された第１次光の少なくとも一部が透過することをいう。封入材料１３の例は、シリコーン樹脂である。封入材料１３は、ドーム形状を有している。

発光部材１４は、発光素子１２から放射された第１次光に応じて第２次光を放射する。第２次光は、第１次光より大きい波長を有している。発光部材１４は、マトリクス材料および蛍光材料を含んでいる。マトリクス材料は、透光性を有している。マトリクス材料の透光性とは、発光素子１２から放射された第１次光の少なくとも一部が透過することをいう。マトリクス材料の例は、シリコーン樹脂である。蛍光材料は、発光素子１２から放射された第１次光によって励起される。

発光部材１４は、ドーム形状を有している。発光部材１４は、第１絶縁層１１ｂの第１パターン１１ｂ−１上に設けられている。このような構成によって、発光素子１２によって発生された熱は、第１パターン１１ｂ−１によって、発光部材１４に伝わりにくい。従って、熱による発光部材１４の劣化が低減されている。

図６を参照して、発光装置１の熱制御について説明する。第２絶縁層１１ｃは、金属材料からなる基体１１ａに埋め込まれている。第２絶縁層１１ｃの下側表面は、基体１１ａの下側表面の最も低い部分の高さ位置と同じかまたは高い位置にある。従って、発光装置１の実装構造において、基体１１ａは、基板２に熱的に接続されている。発光素子１２によって発生された熱は、基体１１ａに吸収されて、基板２へ放散される。このように、発光装置１において熱制御が行われていることによって、熱による発光装置１の変形が低減されている。従って、発光装置１の発光特性が向上されている。

図７に示されているように、本発明の他の実施形態に係る照明装置２００は、複数の発光装置１および基板２を有している。複数の発光装置１は、基板２上に実装されている。図７において、照明装置２００は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面上に設けられている。照明装置２００の光出射方向は、ｚ軸の正方向である。照明装置２００は、白色光を放射する。

図８に示されているように、本発明の他の実施形態に係る発光装置１は、基板２１、複数の発光素子２２および発光部材２４を有している。発光装置１は、ツェナーダイオード２５をさらに有している。図８において、発光装置１は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面上に実装されている。

基板２１は、基体２１ａ、第１および第２絶縁層２１ｂ，２１ｃを有している。基体２１は金属材料からなる。金属材料の例は、銅（Ｃｕ）である。基板２１は、第１絶縁層２１ｂ上に形成された複数の導体パターン２１ｄを有している。

図９に示されているように、第１絶縁層２１ｂは、基体２１ａの上面の第１領域２１ａｕに埋め込まれている。第１絶縁層２１ｂの材料例は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）である。第２絶縁層２１ｃの材料例は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）である。第２絶縁層２１ｃは、基体２１ａの下面の第２領域２１ａｂに埋め込まれている。

第２領域２１ａｂは、第１領域２１ａｕに対応している。従って、基板２１の上面および下面において、熱膨張係数の差が低減されている。特に、基板２１の上面および下面のｘｙ平面方向における熱膨張係数の差が低減されている。基板２１における変形が低減されている。従って、発光装置１の発光特性が向上されている。第２領域２１ａｂは、第１領域２１ａｕと同じ形状を有している。

第２絶縁層２１ｃの厚みは、第１絶縁層２１ｂの厚みと同じである。第１および第２絶縁層の厚みは、０．５ｍｍから２ｍｍまでの範囲に含まれる。基体２１ａの厚みは、１．５ｍｍから６ｍｍまでの範囲に含まれる。すなわち、基板１１の厚みは、２ｍｍから８ｍｍまでの範囲に含まれる。このような構成により、基板１１のｘ軸方向における熱膨張係数の差が低減されている。基板２１における変形が低減されている。従って、発光装置１における発光特性が向上されている。

発光素子２２は、半導体材料からなる発光ダイオードである。発光素子２２は、ｎ型層、活性層およびｐ型層を含む複数の半導体層を有している。発光素子２２は、駆動電力に応じて第１次光を発生する。発光素子２２は、第１絶縁層２１ｂ上に配置されている。発光素子２２は、フリップチップ接続によって、複数の導体パターン２１ｄに電気的に接続されている。

発光部材２４は、発光素子２２から放射された第１次光に応じて第２次光を放射する。第２次光は、第１次光より大きい波長を有している。発光部材２４は、マトリクス材料および蛍光材料を含んでいる。マトリクス材料は、透光性を有している。マトリクス材料の透光性とは、発光素子２２から放射された第１次光の少なくとも一部が透過することをいう。マトリクス材料の例は、シリコーン樹脂である。蛍光材料は、発光素子２２から放射された第１次光によって励起される。発光部材２４は、発光素子２２の側面および上端に付着されている。ツェナーダイオード２５は、基板２１上に実装されており、複数の導体パターン２１ｄに電気的に接続されている。

図１０を参照して、発光装置１の熱制御について説明する。第２絶縁層２１ｃは、金属材料からなる基体２１ａに埋め込まれている。第２絶縁層２１ｃの下側表面は、基体２１ａの下側表面の最も低い部分の高さ位置と同じかまたは高い位置にある。従って、発光装置１の実装構造において、基体２１ａは、基板２に熱的に接続されている。発光素子２２によって発生された熱は、基体２１ａに吸収されて、基板２へ放散される。このように、発光装置１において熱制御が行われていることによって、熱による発光装置１の変形が低減されている。従って、発光装置１の発光特性が向上されている。

図１１に示されているように、発光装置１において、複数の発光素子２２ａ〜２２ｈが、端子Ｔ１およびＴ２間に電気的に接続されている。第１の電源電圧が、端子Ｔ１に与えられる。第１の電源電圧は、電源電圧ＶＤＤである。第２の電源電圧が、端子Ｔ２に与えられる。第２の電源電圧は、接地電圧ＧＮＤである。

直列に接続された発光素子２２ａおよび２２ｂが、ノードｎ３およびｎ４間に電気的に接続されている。発光素子２２ａのアノードが発光素子２２ｂのカソードに電気的に接続されている。発光素子２２ａのカソードが、ノードｎ３に電気的に接続されている。発光素子２２ｂのアノードが、ノードｎ４に電気的に接続されている。発光素子２２ｃおよび２２ｄは、ノードｎ５およびｎ６間に電気的に接続されている。発光素子２２ｅおよび２２ｆは、ノードｎ７およびｎ８間に電気的に接続されている。発光素子２２ｇおよび２２ｈは、ノードｎ７およびｎ８間に電気的に接続されている。

ツェナーダイオード２５が、ノードｎ１およびｎ２間に電気的に接続されている。ツェナーダイオード２５のアノードが、ノードｎ１に電気的に接続されている。ツェナーダイオード２５のカソードが、ノードｎ２に電気的に接続されている。

本発明の一つの実施形態における照明装置１００を示している。 図１に示された発光装置１を示している。 発光装置１の縦断面図を示している。 基体１１ａの上面および下面を示している。 基板１１の上面および下面を示している。 発光装置１における熱制御を示している。 本発明の他の実施形態における照明装置２００を示している。 図７に示された発光装置１を示している。 基体１１ａの上面および下面を示している。 発光装置１における熱制御を示している。 発光装置１の回路構成を示している。

符号の説明

１ 発光装置
１１ 基板
１１ａ 基体
１１ｂ 第１絶縁層
１１ｃ 第２絶縁層
１１ｄ 導体パターン
１２ 発光素子
１３ 封入材料
１４ 発光部材
１５ ワイヤ

Claims (5)

1. 金属材料からなる基体と第１絶縁層と第２絶縁層とを含んでおり、前記第１絶縁層が前記基体の上面の第１領域に埋め込まれており、前記第２絶縁層が前記基体の下面における前記第１領域に対応する第２領域に埋め込まれている基板と、
   前記基板の上面に実装された発光素子と、
   を備えており、前記第１領域が、前記基体の上面のうち少なくとも周縁部分の全周に形成されているとともに、前記基体の上面において最も低い部分である発光装置。
2. 前記第２絶縁層の下側表面の高さ位置が、前記基体の下面において最も低い部分の高さ位置と同じであるかまたは高いことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記第１絶縁層および前記第２絶縁層が同じ厚みを有していることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記基板の厚みが、２ｍｍから８ｍｍまでの範囲に含まれることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
5. 前記第２絶縁層の厚みが、０．５ｍｍから２ｍｍまでの範囲に含まれることを特徴とする請求項４記載の発光装置。

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