JP3978451B2

JP3978451B2 - 発光装置

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Publication number: JP3978451B2
Application number: JP2005217626A
Authority: JP
Inventors: 智也田淵; 徹三宅; 大輔作本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP2007035951A

Description

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装置に関する。

従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子２１４を収容するための発光装置２１１を図１８に示す。図１８に示すように、発光装置は、上面の中央部に発光素子２１４を載置するための搭載部２１２ａを有し、搭載部２１２ａおよびその周辺から発光装置の内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線等からなる配線導体（図示せず）が形成された絶縁体から成る基体２１２と、基体２１２の上面に接着固定され、中央部に発光素子２１４を収納するための貫通孔が形成された、金属、樹脂またはセラミックス等から成る枠体２１３とから主に構成される。

基体２１２は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る。基体２１２がセラミックスから成る場合、その上面にメタライズ配線層がタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体２１２が樹脂から成る場合、基体２１２をモールド成型する際に、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成るリード端子が基体２１２の内部に一端部が突出するように固定される。

また、枠体２１３は、アルミニウム（Ａｌ）やＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属、アルミナ質焼結体等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型、押し出し成型等により形成される。さらに、枠体２１３の中央部には上方に向かうに伴って外側に広がる貫通孔が形成されており、貫通孔の内周面の光の反射率を向上させる場合、この内周面にＡｌ等の金属が蒸着法やメッキ法により被着される。そして、枠体２１３は、半田、銀ロウ等のロウ材または樹脂接着剤により、基体２１２の上面に接合される。

そして、基体２１２表面に形成した配線導体（図示せず）と発光素子２１４の電極とをボンディングワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続し、しかる後、発光素子２１４の表面に蛍光体層２１７を形成した後に、枠体２１３の内側に透明樹脂２１５を充填し熱硬化させることで、発光素子２１４からの光を蛍光体層２１７により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置と成すことができる。また、発光素子２１４として発光波長が３００〜４００ｎｍの紫外領域を含むものを選び、蛍光体層２１７に含まれる赤、青、緑の３原色の蛍光体粒子の混合比率を調整することで色調を自由に設計することができる。

また一般的に蛍光体粒子は粉体であり、蛍光体単独では蛍光体層２１７の形成が困難なため、樹脂もしくはガラスなどの透明部材中に蛍光体粒子を混入して発光素子２１４の表面に塗布し蛍光体層２１７とするのが一般的である。

特許第３０６５２６３号公報特開２００３−１１０１４６号公報

しかし、従来の発光装置２１１の場合、蛍光体層２１７で波長変換された後に蛍光体層２１７の下側に発光される光や、発光素子から発光された後に蛍光体層２１７の上面で下側に反射される光は、枠体２１３の内側で反射が繰り返されて減衰したり、基体２１２や発光素子２１４によって吸収され、その結果、光損失が著しく増加するという問題点を有していた。

また、発光素子２１４から斜め上方向に発光された光は、枠体２１３で反射されることなく発光装置２１１の外側に大きな放射角度で放射されるため、放射角度が大きくなって軸上光度が低いという問題点も有していた。

したがって、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光取り出し効率を向上させ、放射光強度、軸上光度および輝度が高い発光装置を提供することである。

本発明に係る発光装置は、基体と、
該基体上に搭載された発光素子と、
前記基体上に配置されており、前記発光素子を囲む反射面と、
該反射面の内側に前記発光素子を覆って設けられた第１の透光性部と、
該第１の透光性部の上方に設けられており、前記発光素子から放射された光を波長変換する第２の透光性部と、
前記第１の透光性部と前記第２の透光性部との間に設けられた気体層とを備えており、
前記第１の透光性部の上面と前記第２の透光性部の下面との間の距離が、全面的に同じであり、
前記反射面は、前記気体層の下側でかつ発光素子の搭載領域の上側に、前記第１の透光性部に接する傾斜領域を有していることを特徴とする。

また本発明において、前記第１の透光性部は、前記反射面の内側の全体にわたって平坦な上面を有することが好ましい。

また本発明において、前記発光素子が、近紫外域または紫外域に発光ピーク波長を有する発光ダイオードであることが好ましい。

本発明によれば、反射面は、気体層の下側でかつ発光素子の搭載領域の上側に、第１の透光性部に接する傾斜領域を有することによって、発光素子を覆う第１の透光性部から放射される光の進行方向を制御して、第２の透光性部における光波長の変換むらを低減させることができる。その結果、発光装置の発光特性を向上させることができる。

さらに、前記発光素子は、近紫外域または紫外域に主発光ピークを有する発光ダイオードであることが好ましい。これにより外部に放出される可視光は、全て第２の透光性部に含有されている蛍光体によって波長変換された光に由来することになる。その結果、光の混色割合を設計する際、発光素子からの光の影響が小さくなり、蛍光体の成分調整だけで済むようになる。

（第１実施形態）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１実施形態を示す断面図である。まず図１Ａに示すように、発光装置１は、基体２と、発光素子４と、第１の透光性部５と、第２の透光性部７と、第３の透光性部Ｇなどで構成される。

基体２は、上面から下面または側面にかけて、発光素子４に電流を供給するための配線導体が形成される。

発光素子４は、基体２の配線導体と電気的に接続されるように、基体２の上面に搭載される。

第１の透光性部５は、透光性材料で形成されており、発光素子４を被覆する。

第２の透光性部７は、発光素子４が発光する光を波長変換する蛍光体を含有した透光性材料で形成されており、第１の透光性部５の上方に、第１の透光性部５を覆うように設けられる。

第３の透光性部Ｇは、第１の透光性部５と第２の透光性部７との間に設けられる。

第１の透光性部５、第２の透光性部７および第３の透光性部Ｇは、発光素子４を中心とした曲面状に形成している。

本実施形態では、第１の透光性部５の屈折率をｎ１、第２の透光性部７の屈折率をｎ２、第３の透光性部Ｇの屈折率をｎ３としたとき、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係を満たすように、第１の透光性部５、第２の透光性部７および第３の透光性部Ｇの材質を選定している。

具体的には、第１の透光性部５として、シリコーン樹脂（屈折率：１．４１〜１．５２）、エポキシ樹脂（屈折率：１．５５〜１．６１）、アクリル樹脂（屈折率：約１．４８）、フッ素樹脂（屈折率：約１．３１）、ポリカーボネート樹脂（屈折率：約１．５９）、ポリイミド樹脂（屈折率：約１．６８）等が使用できる。

また、第２の透光性部７として、シリコーン樹脂（屈折率：１．４１〜１．５２）、エポキシ樹脂（屈折率：１．５５〜１．６１）、アクリル樹脂（屈折率：約１．４８）、フッ素樹脂（屈折率：約１．３１）、ポリカーボネート樹脂（屈折率：約１．５９）等が使用でき、さらに第２の透光性部７に含有される蛍光体として、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、ＬｉＥｕＷ_２Ｏ_８、ＺｎＳ：Ａｇ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、（ＢａＭｇＡｌ）_１０Ｏ_１２：Ｅｕ、ＳｒＣａＳ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ等が使用できる。

また、第３の透光性部Ｇとして、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、フッ素樹脂等が使用でき、あるいは空気等からなる気体層で構成することもできる。いずれの場合も、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係を満たすよう材料を選定する。例えば、発光素子から発せられる光が紫外域から近紫外域に主発光ピークを有する場合、紫外域から近紫外域において透過率が高く、黄変や強度劣化の生じ難いシリコーン樹脂を用いるのがよく、この場合、第１および第２の透光性部５，７として、屈折率が１．５２であるシリコーン樹脂を用い、第３の透光性部として、屈折率が１．４１であるシリコーン樹脂を用いる。これにより、本発明の発光装置を構成することができる。

こうした構成によって、蛍光体を含有する第２の透光性部７は、第２の透光性部７よりも屈折率の低い第３の透光性部Ｇに接しているため、第２の透光性部７の中に含有される蛍光体で波長変換された後、蛍光体から下側方向に発せられる光および第２の透光性部７の上面で下側方向に反射された光の大部分は、全反射等によって第２の透光性部７の下面によって反射され、上方に向けて光を進行させることができる。

また、外部から発光装置内部へ入射する光の大部分は、全反射等によって第２の透光性部７と第３の透光性部Ｇとの界面で反射されることから、外部光に起因する部材の劣化、例えば、第１の透光性部５の強度や透過率、接着強度の劣化を抑制することができる。

また、第１の透光性部５全体を覆うように蛍光体含有の第２の透光性部７が設けられていることから、発光素子４から出た光が漏れなく第２の透光性部７に入射して波長変換されるため、発光効率が上がる。

さらに、第３の透光性部Ｇとして、屈折率が１．０前後の気体層で構成することが好ましく、屈折率が１．５前後である樹脂などを充填する場合と比べて、第２の透光性部７の中に含有される蛍光体で波長変換された後、蛍光体から下側方向に発せられる光および第２の透光性部７の上面で下側方向に反射された光の大部分を第２の透光性部７の下面でより多く反射でき、上方に光を進行させることができる。

また、外部環境から発光素子４までの間に第３の透光性部Ｇとして気体層を設けることにより、断熱効果が得られる。そのため外部環境からの熱が発光素子４に伝達されることを抑制することができる。その結果、発光素子４の温度変動に起因した波長変動が抑制され、発光装置から放出される光の色変動が抑制される。

さらに本実施形態において、第３の透光性部Ｇの厚みは略一定であることが好ましい。第３の透光性部Ｇの厚みは、第１の透光性部５の上面と第２の透光性部７の下面との間の距離に相当し、全体として±５％の誤差の範囲であることが好ましい。

仮に、第３の透光性部Ｇの上面または下面に凹凸などがあり、厚みが略一定でないとすると、上下面で屈折が起きて、光の強度分布が変動する可能性がある。そのため第３の透光性部Ｇの厚みを略一定とすることで、第１の透光性部５から第２の透光性部７に入射する光の強度分布が変動しなくなるため、第２の透光性部７で波長変換される光量分布もほぼ均一となり、発光面における色バラツキや色むらを抑制することができる。

次に図１Ｂにおいては、基体２の形状を工夫しており、発光素子４を搭載する基体２の上面はフラットで、発光素子４が搭載される基板１の上面から周辺に向かって上方に傾斜した円錐面を形成している。こうした傾斜面を設けることによって、発光素子４から放射された光は上方に指向するようになるため、光の利用効率が向上する。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態を示す断面図である。発光装置１は、基体２と、枠体３と、発光素子４と、第１の透光性部５と、第２の透光性部７と、第３の透光性部Ｇなどで構成される。

枠体３は、基体２の上に固定され、発光素子４を取り囲むように上向きに傾斜した内面を有する。枠体３の内面は、光利用効率の点で光反射性であることが好ましい。

第１の透光性部５、第２の透光性部７および第３の透光性部Ｇは、基体２の上面とほぼ平行な多層構成が得られるように、水平な界面を有する。

本実施形態では、第１の透光性部５の屈折率をｎ１、第２の透光性部７の屈折率をｎ２、第３の透光性部Ｇの屈折率をｎ３としたとき、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係を満たすように、第１の透光性部５、第２の透光性部７および第３の透光性部Ｇの材質を選定している。具体的な材質は、上述の実施形態で列挙したものが使用でき、これらの材質を適宜組合せることによって、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係を満たすことが可能である。

（第３実施形態）
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の第３実施形態を示す断面図である。まず図３Ａに示すように、発光装置１は、基体２と、枠体３と、発光素子４と、第１の透光性部５と、第２の透光性部７と、第３の透光性部Ｇなどで構成される。

本実施形態では、第１の透光性部５の屈折率をｎ１、第２の透光性部７の屈折率をｎ２、第３の透光性部Ｇの屈折率をｎ３としたとき、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係を満たすように、第１の透光性部５、第２の透光性部７および第３の透光性部Ｇの材質を選定している。具体的な材質は、上述の実施形態で列挙したものが使用でき、これらの材質を適宜組合せることによって、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係を満たすことが可能である。こうした関係を満たすことによって、上述したように、光の利用効率が向上する。

さらに、図３Ａに示すように、第１の透光性部５の下面、第２の透光性部７の上面、第２の透光性部７と第３の透光性部Ｇの界面は、基体２の上面とほぼ平行な界面を有し、第１の透光性部５の上面形状は、凹面状であることが好ましい。これにより第１の透光性部５と第３の透光性部Ｇとの界面は、光を拡散する凹レンズとして機能するようになる。そのため発光素子４からの光は、第２の透光性部７全体を均等に照らすようになり、発光装置１の発光分布が均一化される。

この代替として、図３Ｂに示すように、第１の透光性部５の上面形状は、凸面状であることが好ましい。これにより第１の透光性部５と第３の透光性部Ｇとの界面は、光を集光する凸レンズとして機能するようになる。そのため発光素子４からの光は、第２の透光性部７に効率よく入射するようになり、発光装置１の発光強度が向上する。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１１）
発光素子が搭載される基体の上面から基体の外表面にかけて配線導体が形成された、幅１５ｍｍ×奥行き１５ｍｍ×厚さ１ｍｍの板状のアルミナセラミックス基板を準備した。

また、発光素子が搭載される基体は、上面に発光素子の電極と接続される一対の円形パッドを有しており、Ｍｏ−Ｍｎ粉末を焼成して得られたメタライズ層によって成形されている。

またさらに、この一対の円形パッドの表面には、厚さ３μｍのＮｉメッキ層と厚さ３μｍのＡｕメッキ層とを電解メッキ法によって順次被着している。

そして、上述の基体の上面に、発光素子を取り囲むように、アクリル樹脂から成る接着材を介して、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ５ｍｍの表面を化学研磨したＡｌ（アルミニウム）から成る枠状の反射部材を取着した。なお、この反射部材は、下端部の内周径φ_１が５ｍｍ、上端部の内周径φ_２が１０ｍｍの、内周面が上端部に向かうに従って広がる直線状の傾斜面が形成された貫通孔を有している。

次に、上述の円形パッドにＡｇペーストを介して、４０５ｎｍの波長にピークを有する近紫外光を発する、０．３５ｍｍ×０．３５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの窒化物系化合物半導体から成る発光素子の一対の電極を接着固定した。

その後、シリコーン樹脂から成る屈折率ｎ１＝１．４１の第１の透光性部５を、ディスペンサーを用いて発光素子を覆うように反射部材の内側に厚さ２．５ｍｍとなるように滴下し、熱硬化した。

一方、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（赤色蛍光体）、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（緑色蛍光体）、（ＢａＭｇＡｌ）_１０Ｏ_１２：Ｅｕ（青色蛍光体）をエポキシ樹脂に含有させた、屈折率ｎ２＝１．５５で、厚み０．５ｍｍの板状の第２の透光性部７を形成した。この第２の透光性部を、第１の透光性部５全体を覆うように、第１の透光性部５の上方に配置させ、反射部材に接着させることによって、発光装置を形成した。このとき、第１の透光性部５と第２の透光性部７とは、２ｍｍの隙間を空けるようにして設けられており、この隙間が屈折率ｎ３＝１の第３の透光性部Ｇとして機能する。以下の実施例においても同様である。

（実施例１２）
厚みが０．５ｍｍで、シリコーン樹脂から成る屈折率ｎ４＝１．４１の板状に形成された第４の透光性部６を、第２の透光性部７の下面に密着させた以外は、実施例１１と同様にして、発光装置を形成した。ここで、第４の透光性部６の屈折率ｎ４が、第２の透光性部７の屈折率ｎ２に比べて小さいことが、実施例１１との違いである。

（比較例１１）
反射部材の内周面と第２の透光性部７で取り囲まれる発光装置の内部に第１の透光性部５を充填し、第３の透光性部Ｇおよび第４の透光性部６を設けない以外は、実施例１２と同様にして発光装置を形成した。

実施例１１，１２および比較例１１の各全光束量を測定したところ、実施例１１の全光束量は、比較例１１に対して約３％程度多く、実施例１２の全光束量は、比較例１１に対し約７％程度多かった。よって、実施例１１および実施例１２は比較例１１に比べて発光効率が良好であることが確認された。

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態を示す断面図である。発光装置１は、基体２と、枠体３と、発光素子４と、第１の透光性部５と、第２の透光性部７と、第３の透光性部Ｇと、第４の透光性部６などで構成される。

基体２は、アルミナセラミックス，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、エポキシ樹脂等の樹脂、または金属から成り、発光素子４を支持する支持部材として機能する。

基体２がセラミックスの場合、発光素子４が電気的に接続されるための配線導体（図示せず）が基体２の上面やその周辺に形成されている。この配線導体が基体２の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、発光素子４と外部電気回路基板とが電気的に接続されることとなる。

発光素子４を配線導体に接続する方法としては、ワイヤボンディング（図示せず）を介して接続する方法、または、発光素子４の下面で半田バンプ（図示せず）により接続するフリップチップボンディング方式を用いた方法等が用いられる。好ましくは、フリップチップボンディング方式により接続するのがよい。これにより、配線導体を発光素子４の直下に設けることができるため、発光素子４の周辺の基体２の上面に配線導体を設けるためのスペースを設ける必要がなくなる。よって、発光素子４から発光された光がこの基体２の配線導体用のスペースで吸収されて放射光強度が低下するのを有効に抑制することができるとともに発光装置１を小型にすることができる。

この配線導体は、基体２がセラミックスから成る場合、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，銀（Ａｇ）等の金属粉末のメタライズ層により形成される。または、配線導体が形成された絶縁体から成る入出力端子を基体２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、基体２が樹脂から成る場合、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のリード端子を埋設することによって形成される。

なお、配線導体の露出する表面には、Ｎｉや金（Ａｕ）等の耐食性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚さで被着させておくのが良く、配線導体の酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子４と配線導体との接続を強固にし得る。したがって、配線導体の露出表面には、例えば、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのがより好ましい。

また、枠体３は、ＡｌやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属、アルミナセラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工、金型成型、押し出し成型等により形成される。

また、枠体３の内周面の表面は、その表面の算術平均粗さＲａが、０．１μｍ以下であるのが好ましく、これにより発光素子４の光を良好に発光装置１の上側に反射することができる。Ｒａが０．１μｍを超える場合、発光素子４の枠体３の内周面で光を上側に反射し難くなるとともに発光装置１の内部で乱反射し易くなる。その結果、発光装置１の内部における光の伝搬損失が大きく成り易いとともに、所望の放射角度で光を発光装置１の外部に出射することが困難になる。

また、第２の透光性部７は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、または、ガラス等の透光性部中に、例えば、赤、青、緑の３原色の蛍光体を混入して、第２の透光性部の上面に塗布または載置することで形成される。蛍光体としては様々な材料が用いられており、例えば、赤はＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（ＥｕドープＬａ_２Ｏ_２Ｓ）の蛍光体、緑はＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌの蛍光体、青は（ＢａＭｇＡｌ）_１０Ｏ_１２：Ｅｕの蛍光体等の粒子状のものを用いる。さらに、このような蛍光体は１種類に限らず、複数のものを任意の割合で配合することにより、所望の発光スペクトルと色を有する光を出力することができる。

また、第２の透光性部７の厚みは０．１〜１ｍｍであるのが好ましい。これにより、発光素子４から発光された光を効率よく波長変換させることができる。蛍光体層７の厚みが０．１ｍｍ未満であると、発光素子４から発せられた光のうち、蛍光体層７で波長変換されずに蛍光体層７を透過する割合が高くなり、波長変換効率が低下しやすくなる。また、１ｍｍを超えると、蛍光体層７で波長変換された光が蛍光体層７で吸収されやすくなり、放射光強度が低下しやすくなる。

また、第１の透光性部５は、発光素子４を覆うように形成されている。第１の透光性部５は、発光素子４との屈折率差が小さく、紫外線領域から可視光領域の光に対して透過率の高いものから成るのがよく、例えば、第１の透光性部５は、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス、ゾル−ゲルガラス等から成る。これにより、発光素子４と第１の透光性部５との屈折率差により光の反射損失が発生するのを有効に抑制することができる。

好ましくは、第１の透光性部５がシリコーン樹脂から成るのが好ましい。シリコーン樹脂は発光素子４から発せられる紫外光などの光に対して劣化しにくいため、封止の信頼性の高い発光装置を提供することができる。

また、図５に示すように、第１の透光性部５が半球状であるのが好ましい。これにより、発光素子４から発せられる光の進行方向は、第１の透光性部５の上面との間の角度を直交にすることができるため、第１の透光性部５の上面で全反射することなく光を効率よく取り出すことができ、放射光強度の高い発光装置１とすることができる。

第２の透光性部７の下面に第４の透光性部６が形成されているのが好ましい。これにより、第２の透光性部７の下面に蛍光体が露出していたとしても、その露出した蛍光体を第４の透光性部６で覆うことにより、蛍光体から発せられた光を第４の透光性部６の下面で良好に全反射させて上側に光を進行させることができる。よって、蛍光体から直接隙間に光が発せられて光が基体２や発光素子４に吸収されるのを有効に防止し、より光取り出し効率を向上することが可能な発光装置１とすることができる。

このような第４の透光性部６は、第１の透光性部５との間に隙間をあけて第１の透光性部５を覆うように設けられ、紫外線領域から可視光領域の光に対して透過率が高いものから成るのがよい。このように、第４の透光性部６が第１の透光性部との間に隙間をあけて第１の透光性部を覆うように設けられているので、第１の透光性部５の上面から広範囲に出射した光を第４の透光性部６の下面に入射する際に基体２に対して直角な上側方向に進行させることができる。よって、第２の透光性部７中を透過する光路長を第２の透光性部７全体において近似させて波長変換効率の差によって色むらが生じるのを有効に防止することができるとともに、発光装置１の軸上へ指向性よく光を放射させて放射光強度、軸上光度および輝度を高めることができる。

さらに、第４の透光性部６の下面は、より屈折率の低い空気層等からなる第３の透光性部Ｇと接しているので、第２の透光性部７中の蛍光体から下側方向に発せられる光や、第２の透光性部７の上面で下側方向に反射された光の多くを第４の透光性部６の下面で全反射させることができ、光が枠体３の内側で反射を繰り返して減衰したり、基体２や発光素子４に吸収されるのを有効に防止して、光取り出し効率が低下するのを有効に抑制することができる。

なお、第３の透光性部Ｇ、即ち、第１の透光性部５と第２の透光性部７との間の隙間、または第１の透光性部５と第４の透光性部６との間の隙間は、第１の透光性部５や第４の透光性部６、蛍光体層を構成する第２の透光性部７の屈折率よりも小さくなっていればよく、必ずしも空気層である必要はない。例えば、他の気体の層であってもよく、低屈折率の透光性部の層であってもよい。

第４の透光性部６は、第２の透光性部７との屈折率差が小さく、紫外線領域から可視光領域の光に対して透過率の高いものから成るのがよく、例えば、第４の透光性部６は、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス、ゾル−ゲルガラス等から成る。第４の透光性部６は、蛍光体層を構成する第２の透光性部７と同じ材料であるのが好ましい。これにより、第２の透光性部７と第４の透光性部６との界面で光を良好に透過させて光損失を小さくすることができるとともに、第２の透光性部７と第４の透光性部６との熱膨張係数差による応力でこれらが剥離するのを有効に防止できる。

また、第１の透光性部５をシリコーン樹脂とするのが好ましい。シリコーン樹脂は発光素子４から発せられる紫外光などの光に対して劣化しにくいため、封止の信頼性の高い発光装置を提供することができる。

また、第１の透光性部５の厚みや、第１の透光性部５と第２の透光性部７との間隔（隙間の幅）、第１の透光性部５と第４の透光性部６との間隔（隙間の幅）、第４の透光性部６の厚みは、第１の透光性部５と第２の透光性部７の界面や第１の透光性部５と第４の透光性部６の界面における反射効率を考慮して適切に選択すれば良い。

また、発光装置の厚みが同じと仮定した場合、好ましくは、図７に示すように、第３の透光性部Ｇの厚さ、即ち、第１の透光性部５の上面と第２の透光性部７との間隔（隙間の幅）、または第１の透光性部５の上面と第４の透光性部６との間隔（隙間の幅）は、第１の透光性部５の厚みよりも小さくするのがよい。これにより、隙間の熱膨張を小さくするとともに隙間の熱膨張による応力を第１の透光性部５で十分吸収して発光素子４に応力が生じて発光素子４の発光特性が変化するのを良好に防止できる。

一方、光損失を低減するという観点からは、発光装置の厚みが同じと仮定した場合、第１の透光性部５と第２の透光性部６の厚みの合計（第２の透光性部６がない場合は、第１の透光性部５の厚み）が、隙間の幅（第１の透光性部５と第２の透光性部６との間隔、または第１の透光性部５と第２の透光性部７との間隔）よりも、小さくなっているのがよい。これにより、発光素子４から発光された光が外部に放出されるまでに通過する経路において、透過率が高い空気層の割合を大きくすることができ、発光装置内で閉じ込められたり、乱反射を繰り返すことによって生じる光の伝搬損失を抑制することができる

また、図６に示すように、枠体３の上面に、ガラス、サファイア、石英、またはエポキシ樹脂，シリコーン樹脂，アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂（プラスチック）などの透明部材から成る蓋体８を載置固定しても良い。この場合、枠体３の内側に設置された、発光素子４、配線導体、ボンディングワイヤ、第１の透光性部５、第４の透光性部６を保護するとともに、発光装置１内部を気密に封止し、発光素子４を長期に安定した動作をさせることができる。また、蓋体８をレンズ状に形成して光学レンズの機能を付加することによって、光を集光または分散させて所望の放射角度、強度分布で光を発光装置１の外部に取りだすことができる。

また、本発明の発光装置１は、１個のものを所定の配置となるように設置して光源として用いたことにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状，放射状，複数の発光装置から成る、円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等所定の配置となるように設置して光源として用いたことにより、本発明の照明装置とすることができる。これにより、光取り出し効率を向上させ、放射光強度、軸上光度および輝度が高い照明装置を提供することができる。

また、半導体から成る発光素子４の電子の再結合による発光を利用しているため、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能であり、発熱の小さな小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子４から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度（配光分布）で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。

また、本発明の照明装置は、複数個の発光装置１を所定の配置となるように設置したものだけでなく、１個の発光装置１を所定の配置となるように設置したものでもよい。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例２１）
まず、基体２となるアルミナセラミックス基板を準備した。基体２は、幅８ｍｍ×奥行き８ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの直方体とした。

また、発光素子４が搭載される基体２の上面から基体２の外表面にかけて配線導体を形成した。発光素子４が搭載される基体２の上面の配線導体は、Ｍｏ−Ｍｎ粉末からなるメタライズ層により直径０．１ｍｍの円形パッドに成形され、その表面には厚さ３μｍのＮｉメッキ層が被着された。また、基体２内部の配線導体は、貫通導体からなる電気接続部、いわゆるスルーホールによって形成された。このスルーホールについてもＭｏ−Ｍｎ粉末からなるメタライズ導体で成形された。

さらに、基体２と枠体３を接着剤で接合し、しかる後、屈折率が１．６１のエポキシ系樹脂から成る第１の透光性部５を、発光素子４を覆うように枠体３の内部に半径０．４ｍｍの半球形状となるように載置し、さらに、その半球形状の天頂部より高さ方向へ１．１ｍｍの隙間を設け、その上方に屈折率が１．４１のシリコーン樹脂から成る、厚みが０．１ｍｍの板状の第４の透光性部６を、第１の透光性部５を覆うように枠体３の内側に接着した。そして、第４の透光性部６の上面に、赤はＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、緑はＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、青は（ＢａＭｇＡｌ）_１０Ｏ_１２：Ｅｕから成る蛍光体をシリコーン樹脂から成る透光性部材に含有して成る第２の透光性部７を被覆させることで本発明の発光装置１を構成した。

（比較例２１）
一方、比較例２１として、枠体３の内部に、第１の透光性部５を厚さ１．５ｍｍで充填して構成したこと以外は、実施例２１と同一条件のものを構成した。

このようにして作製した実施例２１と比較例２１について、各全光束量を測定したところ、実施例２１の全光束量が、比較例２１に対し約１０％程度多くなり、実施例２１の方が優れていることが分かった。

（第５実施形態）
図８〜図１０は、本発明の第５実施形態を示す断面図である。発光装置１は、基体２と、発光素子４と、第１の透光性部５と、第２の透光性部７と、第３の透光性部Ｇなどで構成される。

基体２がセラミックスの場合、発光素子４が電気的に接続されるための配線導体（図示せず）基体２の上面やその周辺に形成されている。この配線導体が基体２の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、発光素子４と外部電気回路基板とが電気的に接続されることとなる。

第１の透光性部５は、透光性材料で形成されており、発光素子４の上面を被覆する。

また、図８〜図１０において、基体２の表面や内部には、発光装置１の内外を電気的に導通接続するためのＷ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末を用いたメタライズ等の導電路１８が形成されており、この導電路１８の基体２の上面に露出した部位に発光素子４の電極が電気的に接続される。また、この導電路１８は基体２の下面等の外部に露出した部位が、Ｃｕ、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリード端子などを介して外部電気回路に接続される。これにより、発光素子４が導電路１８を介して外部電気回路と電気的に接続される。

なお、導電路１８は、その露出する表面にＮｉや金（Ａｕ）等の耐食性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、導電路１８が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、導電路１８と発光素子４との電気的な接続および導電路１８と導電性接着部材１７との接続を強固にすることができる。従って、導電路１８の露出表面には、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されていることがより好ましい。

枠体３は、アルミニウム（Ａｌ）やＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属、アルミナ質焼結体等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成形、押し出し成型等の成形技術により枠状に形成される。また、枠体３の中央部は、上方に向かうに伴って外側に広がる貫通孔が形成されており、貫通孔の内周面は光反射面とされている。

このような光反射面は、切削加工や金型成形、押し出し成型等の成形技術により内周面を平滑化したり、内周面にＡｌ等の金属を蒸着法やメッキ法により被着したりすることにより形成される。そして、枠体３は、半田、銀ロウ等のロウ材または樹脂接着剤により、基体２の上側主面に接合される。

本発明の発光素子４は、図８〜図１０に示すようにＡｕ−Ｓｎ共晶半田などの導電性接着部材１７を介したフリップチップボンディングにより、基体２の上面に形成された導電路１８に接続されることによって基体２に搭載される。あるいは基体２の上面に半田やゾルゲルガラス，低融点ガラスなどの無機接着剤、もしくはエポキシ樹脂などの有機接着剤で取り付けられ、発光素子４の電極がボンディングワイヤを介して導電路１８に電気的に接続される。

そして、図８〜図１０に示すように、発光素子４が導電路１８にフリップチップ実装される場合、発光素子４の下面側には第１の透光性部５が存在せず、第１の透光性部５よりも小さい屈折率を有し、シリコーン樹脂等から成る第３の透光性部Ｇが形成されているのがよい。これにより、発光素子４から発せられる光は、屈折率差の大きい発光素子４の下面から第３の透光性部Ｇへ進行するよりも、屈折率差の小さい発光素子４の上面または側面から第１の透光性部５へ進行し、第３の透光性部Ｇへと進行しやすくなる。その結果、発光素子４から発せられた光が、発光素子の下方にある電極と導電路１８とを接続する、例えばＡｕ−Ｓｎ合金のようなＡｕを含有したろう材等の導電性接着部材１７に吸収されて発光効率が低下するのを有効に防止できる。

また、図８は、発光素子４の上面に第１の透光性部５が設けられ、この第１の透光性部の上方に第１の透光性部全体を覆うように第２の透光性部が設けられている。これにより、発光素子４から発せられる光を発光素子４の上方へ良好に進行させて、導電性接着部材１７に吸収されるのを抑制するとともに、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係をみたすことによって、発光素子４からの光をより効率よく放出させることができる。

また、図９および図１０では、発光素子４の上面および側面が第１の透光性部５によって被覆されている。これにより、発光素子４から発せられる光を発光素子４の上方および側方に良好に進行させることができるので、導電性接着部材１７に吸収されるのを抑制するとともに、ｎ３＜ｎ１およびｎ３＜ｎ２の関係をみたすことによって、発光素子４からの光をより効率よく放出させることができる。

また、上述の図８〜図１０において、第３の透光性部Ｇを気体層とするのが好ましい。すなわち、発光素子４の下側に第３の透光性部Ｇとして樹脂等から成る透明材料が配置される場合と比べて、発光素子４から生じる熱によって発光素子４の下方に形成された第３の透光性部Ｇが熱膨張すること等がなく、これにより、第３の透光性部Ｇの熱膨脹によって生じる応力により発光素子４が導電路１８から剥がされることを抑制でき、電気的な導通を良好とし、発光装置を正常に作動させることができる。

第２の透光性部７は、第１の透光性部５全体を覆うように形成され、その設置方法としては、蛍光体を透明材料に含有して成る第２の透光性部７を予め所望の形状に成形した後、第１の透光性部５の上に隙間を空けて搭載することによって、または第１の透光性部５の上に第３の透光性部Ｇとなるシリコーン樹脂等を所望の厚さまで塗布するとともに順次熱硬化させ、その上に、蛍光体と透明材料とを混練後、液状の波長変換部材前駆体の状態でディスペンサを用いて第２の透光性部７を形成し、オーブンで硬化させる方法等によって行われる。

また、第１の透光性部５は、発光素子４を基体２に接合する前に発光素子４に被着させておいたほうが簡易に形成でき、より好ましい。例えば、サファイア等の透明基板のウエハ上にｎ型窒化ガリウムおよびｐ型窒化ガリウムなどの発光層を形成するための半導体をエピ成長し、その後、電極を形成し発光素子４のウエハを得ることができる。そして、紫外線硬化フィルムなどの支持部材上にサファイアウエハを貼り付けた状態で第１の透光性部５となる液状の透光性部材前駆体をスピンコータ法や、スプレー法で塗布することで一度に大量の発光素子４上に第１の透光性部５を被着させることができる。その後、サファイアウエハをダイサーにより個片に切断し基体２に設置することで上面に第１の透光性部５が形成された発光素子４を容易かつ低コストに再現性良く得ることができる。

または、上記発光素子４のウエハを切断して互いに間隔をあけて個々の発光素子４に分離した状態で第１の透光性部５を個々の発光素子４に一度に設けることにより、容易かつ低コストに再現性良く発光素子４の上面または上面と側面とを第１の透光性部５で取り囲むことができる。

このように第１の透光性部５を、発光素子４を基体２に接合する前に発光素子４に被着させておくことにより、個々の発光素子４を発光素子収納用パッケージに搭載した後に第１の透光性部５を形成した場合のように第１の透光性部５の厚みが所望のものとならずに不良品となって、発光素子４だけでなく発光素子収納用パッケージまで無駄となるのを防止でき、製造歩留まりを向上させることができる。

また、本実施形態において、第１の透光性部５は、図９に示すように発光素子４上の領域を含む表面の少なくとも一部が曲面状であるのが好ましい。より好ましくは、第１の透光性部５の全体形状が発光素子４の発光部の重心を中心とした半球状であるのがよい。これにより、発光素子４から第１の透光性部５に放出された光の進行方向と第１の透光性部５および第３の透光性部Ｇの界面との成す角度を９０度に近づけることができ、光がこの界面で反射される確率を格段に低くすることができる。

このような半球状の第１の透光性部５は、液状の透光性材料前駆体を発光素子４の上面から側面にかけて被着させ、発光素子４の角部に働く表面張力を利用することで、容易に発光素子４を中心とした半球状とすることができ、これを硬化させて第１の透光性部５とすることができる。なお、第１の透光性部５の形状は発光素子４の直方体形状をできる限り半球状に近づけることができればよく、ここで言う半球状とは図１０に示すような、半球を歪めた、曲面形状も含まれる。

また、本発明の発光装置１は、１個のものを所定の配置となるように設置し、本発明の発光装置１を光源として用いたことにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状，放射状，複数の発光装置から成る、円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等所定の配置となるように設置し、本発明の発光装置１を光源として用いたことにより、照明装置とすることができる。これにより、半導体から成る発光素子４の電子の再結合による発光を利用しているため、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能であり、発熱の小さな小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子４から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度（配光分布）で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。

（第６実施形態）
図１１は、本発明の第６実施形態を示す断面図である。発光装置１は、基体２と、枠体３と、発光素子４と、第１の透光性部５と、第２の透光性部７と、第３の透光性部Ｇと、弾性部材１４などで構成され、全体として発光素子収納パッケージを構成している。

枠体３は、基体２の上面に取着され、発光素子４を取り囲む反射面３ａを有する。枠体３の外周面と下面との間には、切り欠き部３ｂが形成される。

弾性部材１４は、逆Ｌ字状の断面を有するリング状部材であり、弾性部材１４の上部は切り欠き部３ｂに埋入されるとともに、弾性部材１４の下部は基体２の側方に配置される。

基体２は、発光素子４を支持し搭載するための支持部材および発光素子４の熱を放熱させるための放熱部材として機能する。基体２の上面には、発光素子４が樹脂接着剤や錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田、Ａｕ−Ｓｎ等の低融点ロウ材等を介して取着される。そして、発光素子４の熱は、樹脂接着剤や低融点ロウ材を介して基体２に伝達され、外部に効率よく放散されることにより、発光素子４の作動性を良好に維持する。また、発光素子４から出射される光は、反射面３ａで反射されて外部に放射される。

また、基体２は、酸化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等から成る。また、発光素子４が搭載される基体２の上面の近傍からは、発光素子収納パッケージの外側にかけて導出する配線導体が形成されている。

また、基体２に形成した配線導体は、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ等のメタライズ層で形成しており、例えば、Ｗ等の粉末に有機溶剤、溶媒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焼成することによって基体２に形成させる。この配線導体の表面には、酸化防止のためとボンディングワイヤ（図示せず）を強固に接続するために、厚さ０.５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０.５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくことが好ましい。

また、枠体３は、基体２の上面に発光素子４を取り囲むように形成されており、枠体３の下面と外周面との間には、切り欠き部３ｂが形成されている。そして、枠体３は、Ａｌ，ステンレス（ＳＵＳ）,Ａｇ，鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属や樹脂、セラミックス等からなり、枠体３が金属からなる場合、内周面を研磨等の方法で鏡面化することにより、内周面を発光素子４から発せられる可視光を良好に反射することのできる反射面３ａとすることができる。

また、枠体３が樹脂やセラミックスからなる場合、内周面にメッキや蒸着等で金属層を形成することにより、内周面を発光素子４から発せられる可視光を良好に反射することのできる反射面３ａとすることができる。発光素子４からの可視光の反射効率の高い反射面３ａをより簡単に製造することができるという観点、および酸化等による腐食を防止することができるという観点からは、枠体３はＡｌやＳＵＳから成ることが好ましい。

また、このような枠体３は、金属からなる場合、その材料のインゴットに切削加工、圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって、上記の所定形状に形成される。

本発明の弾性部材１４は、その縦弾性率が枠体３の縦弾性率よりも小さい材料から成る。好ましくは、弾性部材１４の縦弾性率が枠体３の縦弾性率の１／５倍以下であるのがよい。枠体３よりも小さい縦弾性率を有することにより、基体２および枠体３に、発光素子４が作動時に発生する熱や外部環境の温度変化等が繰り返し印加されて、基体２および枠体３が膨張あるいは収縮しても、歪みによって生じる応力を弾性部材１４により有効に緩和して、枠体３に及ぼす影響を非常に低減することができる。

また、弾性部材１４は、枠体３の切り欠き部３ｂに上部を埋入させるとともに、下部を基体２の側方に配して枠体３に取着させており、例えば、エポキシ樹脂や液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの高耐熱性の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂から成り、弾性部材１４の縦弾性率は１０［ＭＰａ］〜２０［ＭＰａ］の値をもつのがよい。なぜなら、上記のような縦弾性率の値をもつことによって、弾性部材１４が緩衝材となり、発光素子４の作動時に発生する熱や、外部環境の温度変化等が基体２に繰り返し印加されたとしても、大きな熱応力が発生することは抑制されるので、基体２にクラックが生じたり、基体２と枠体３とが剥離することを有効に防止できるからである。

その結果、配線導体等に断線等の電気的接続不良が生じることを抑制でき、発光素子４から発せられて枠体３で反射される光束（光ビーム）のパターンが一定になり、光の放射角度が安定で、単一の光束またはそれらの集合体で表される光強度分布を所望の値およびパターンとできる。

なお、弾性部材１４の縦弾性率が７０［ＭＰａ］よりも大きい値であると、発光素子４の発熱時に基体２と枠体３とに生じる応力を緩和し難く不向きとなる傾向がある。また、弾性部材１４の縦弾性率が５［ＭＰａ］よりも小さい値であると、枠体３を弾性部材１４が支持する効果が小さくなり、枠体３を基体２上に安定に固定できなくなる傾向がある。よって、弾性部材１４の縦弾性率は、５［ＭＰａ］〜７０［ＭＰａ］が好ましく、より好適には１０［ＭＰａ］〜２０［ＭＰａ］の値とするのが良い。

また、図１１で示すように、弾性部材１４を基体２の上面に接着させ、熱伝導率が枠体３よりも低い弾性部材１４を用いる場合、基体２から枠体３への熱伝導を、熱伝導率の低い弾性部材によって抑制でき、枠体３が熱により歪むのを特に有効に防止でき好ましい。たとえ、発光素子４の熱によって基体２が歪んだとしても、歪みによって生じる応力を基体２と枠体３とに接着された弾性部材１４により緩和して、枠体３におよぼす影響を非常に低減することができる。従って、発光素子収納パッケージから放出される光の強度分布や照射面における照度分布にムラが生じず、安定した光を出力し、発光装置を長期間にわたり高信頼性でかつ安定して作動することができる。

また、発光素子収納パッケージを外部接続基板と接続する際には、基体２の下面に、一端部が平面視で基体２より外方に飛び出すように外部接続端子を設けて接続したり、あるいは基体２の下面に形成した接続パッドに直接、導電性接合材を設けて接続する場合が多い。これらのうち、例えば、図１３に示すように、外部接続端子としてＬ字型のリード端子２１を、基体２と弾性部材１４の下面に設けた場合では、たとえ発光素子４の発熱時に生じた応力でＬ字型のリード端子２１が基体２にぶつかろうとしても、Ｌ字型のリード端子２１は、基体２の側方に形成された弾性部材１４と接触して基体２との接触が防止され、あるいはぶつかったとしてもその応力が弾性部材１４によって緩衝されるため、Ｌ字型のリード端子２１と基体２との接触による基体２の欠けや割れ、クラック等の発生を有効に防止できるからである。その結果、発光素子４を気密に収容することができ、発光素子４を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。

また、このようにＬ字型のリード端子２１を基体２の下面に設ける場合には、図１３に示したように、基体２の中央部よりもリード端子２１の接合部が上方に位置するように段差部を設け、その段差部にＬ字型のリード端子２１を接続するのが好ましい。段差部にＬ字型のリード端子２１を設けることで、外部接続基板とＬ字型のリード端子２１との短絡を抑制することができる。

また、基体２の下面に形成した接続パッドに直接、導電性接合材を設けて発光素子収納パッケージと外部接続基板とを取着させる場合、導電性接合材を溶融したときに、たとえ外部接続基板と発光素子収納パッケージの間から導電性接合材がはみ出し、基体２を伝わって這い上がろうとしても、従来では枠体３であった部分に本発明では弾性部材１４が存在するため、枠体３と導電性接合材は接触しにくい。よって、枠体３が金属等からなるとしても、枠体３と導電性接合材が容易には接触しないため、電気的な短絡を有効に防止できる。

また、基体２がセラミックスからなる場合においては、弾性部材１４の下部を基体２の側方に配して枠体３に取着させたことにより、側方にある弾性部材１４の下部によってセラミック基体２の側面から外部に漏れ出ていた光は進行を妨げられ、外部に漏れ出るのを防ぐことができる。その結果、本発明の発光装置を表示装置として用いても、光がぼやけず良好な視認性を得ることができる。

また、弾性部材１４の下部と基体２の側方との間に隙間が設けられていることが好ましく、発光素子４から発生した熱が基体２に伝わり、基体２と弾性部材１４の隙間から、その熱を放熱することができるためよい。また、放熱性が高まることによって、発光素子４の劣化を防止し、さらに熱による発光素子収納パッケージの変形も有効に防止できるため、より好ましいといえる。

また、さらに好ましくは、枠体３の切り欠き部３ｂは、枠体３の外周面に沿って環状に周設されているのがよい。これにより、基体２と枠体３の間に、環状に切り欠き部３ｂが周設される前よりも容量の大きい外気層が存在することとなり、発光素子４の作動時に発生する熱が基体２から枠体３に伝達するのを有効に防止できる。その結果、枠体３から基体２に伝わる曲げモーメントを抑制でき、基体２にクラックや割れが発生するのを有効に防止できる。

また更に、枠体３の体積を小さくし、基体２と枠体３との接する面積を小さくすることができ、発光装置を作動させる際に発光素子４より発生する熱により、基体２や枠体３との接合部に集中する応力が抑制される。その結果、基体２や、基体２と枠体３との接合部におけるクラックや剥離をさらに抑制できる。

また、弾性部材１４を枠体３の外周面に沿って環状に周設すると、基体２の下面に一端部が平面視で基体２より外方に飛び出すように外部接続端子を設けて、発光素子収納パッケージを外部接続基板接合した場合に、たとえ発光素子４の発熱時に生じた応力等で外部接続端子がどのような位置にずれたとしても、弾性部材１４が基体２にぶつかって生じる応力は、環状に形成された弾性部材１４によって緩衝されるため、さらに好ましい。その結果、基体２や基体２の外周部に生じる欠けや割れ、クラック等の発生を、より有効に防止でき、発光素子４を気密に収容して、発光素子４を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。

また、枠体３は、切り欠き部３ｂの上面のみが弾性部材１４に接合されているのが好ましい。これにより、枠体３が適度に変形しやすくなり、弾性部材１４による拘束を適度に開放することができる。その結果、弾性部材１４や基体２が歪んだとしてもその歪みによって枠体３も歪むのを有効に抑制できる。また、枠体３の下面の弾性部材１４よりも内側に位置する部位と、基体２の上面との間に隙間を形成するのがよい。これにより、基体２から反射面３ａに熱が伝わり難くすることができるため好ましい。

また、反射面３ａは、図１１に示すように、第３の透光性部Ｇの下側でかつ発光素子４の搭載領域の上側に、第１の透光性部５に接する傾斜領域を有しており、基体２の上面に対して３５〜７０度の角度で傾斜しているのが好ましい。これにより、基体２の上面に搭載した発光素子４の光を、傾斜した反射面３ａで良好に反射させ、外部に放射角度４５度以内の範囲で光を良好に放射することができ、本発明の発光素子収納パッケージを使用した発光装置の発光効率や輝度、光度を極めて高いものとすることができる。なお、光の放射角度とは、発光素子４の中心を通る基体２に直交する平面上での光の広がりの角度のことであり、枠体３の横断面における開口形状が円形状であれば放射角度は、反射面３ａの全周にわたって一定である。また、枠体３の横断面における開口形状が楕円形状などの偏りがある場合は、放射角度はその最大値である。

また、反射面３ａは、基体２の上面となす角度が３５度未満になると、放射角度が４５度を超えて広がり、分散した光の量が多くなり、光の輝度や光度が低下しやすくなる。一方、角度が７０度を超えると、発光素子収納パッケージの外部に発光素子４の光が良好に放射されずに発光素子収納パッケージ内で乱反射しやすくなる。

なお、反射面３ａの形状が逆円錐状である場合は、反射面３ａと基体２の上面とのなす角度を全周にわたって３５〜７０度とするのが好ましい。また、反射面３ａの形状が四角錐状である場合は、少なくとも一対の対向する内面が基体２の上面に対して３５〜７０度で傾斜しているのが好ましい。内面の全面が基体２の上面に対して３５〜７０度で傾斜することにより、発光効率をきわめて高いものとすることができる。

また、反射面３ａの算術平均粗さＲａは、０.００４〜４μｍとするのが好ましい。即ち、反射面３ａの算術平均粗さＲａが４μｍを超える場合、発光素子収納パッケージに収容された発光素子４の光を正反射させて発光素子収納パッケージの上方に出射させることが困難になり、光強度が減衰したり偏りが発生しやすくなる。また、反射面３ａの算術平均粗さＲａが０.００４μｍ未満の場合、このような面を安定かつ効率よく形成することが困難となるとともに、製品コストが高くなりやすい。なお、反射面３ａのＲａを上記の範囲とするには、従来周知の電解研磨加工，化学研磨加工もしくは切削加工により形成することができる。また、金型の面精度を利用した転写加工により形成する方法を用いてもよい。

さらに枠体３と弾性部材１４との接合や、枠体３と基体２との接合は、シリコーン系やエポキシ系等の樹脂接着剤や、Ａｇ−Ｃｕロウ等の金属ロウ材やＰｂ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕ−Ｓｎ−ケイ素（Ｓｉ）,Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の半田等により行われる。なお、このような接着剤や半田等の接合材は、基体２、弾性部材１４および枠体３の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよく、特に限定されるものではない。また、基体２と弾性部材１４、および弾性部材１４と枠体３との接合の高信頼性が必要とされる場合、好ましくは金属ロウ材や半田により接合するのがよい。

また、発光装置の特性を重要視する場合は、接合材によって枠体３と弾性部材１４がずれるのを防止するため、かしめ方法により接合するのがよい。かしめ方法では、枠体３の位置決めが一義的に行なわれ、発光素子収納パッケージの製造工程における枠体３の位置ずれや傾きを抑制できるとともに、弾性部材１４と枠体３との中心軸とを高精度に一致させ接合できる。その結果、発光素子４の光軸と光を反射する枠体３の中心軸とを発光素子収納パッケージ製造工程において高精度に一致させることができる。従って、所望の光強度分布や照度分布、発光色が得られる発光装置を製造することができる。

また、弾性部材１４と枠体３との熱膨張係数の関係式は、弾性部材１４の熱膨張係数をα１、枠体３の熱膨張係数をα２としたときに、α１＜α２であることがよい。これにより、枠体３と基体２との熱膨張係数差を弾性部材１４により緩和して、熱膨張差による応力が基体２や枠体３、弾性部材１４に生じるのを有効に抑制することができる。よって、発光素子収納パッケージの製造工程や発光装置を作動させる際の熱膨張、熱吸収により生じる応力を緩和できるとともに、枠体３の傾きや変形を抑制することができる。

かくして、本発明の発光素子収納パッケージは、基体２の上面に発光素子４を搭載するとともに、発光素子４をＡｕやＡｌ等のボンディングワイヤおよび配線導体を介して発光素子収納パッケージの外部の外部電気回路に電気的に導通させることができる。そして、枠体３の内側に透明樹脂等の透光性材料を充填し硬化させて、発光素子４の側面や上面、あるいは、発光素子４全体を覆うように、第１の透光性部５を形成する。そして、図１１に示すように、第１の透光性部５と隙間を空けて、第３の透光性部Ｇとして気体層が存在するように、第２の透光性部７を形成し、必要に応じて枠体３の上面に透光性の蓋体（図示せず）を半田や樹脂接着剤等で接合することにより本発明の発光装置となる。このとき第１の透光性部５の上面と第２の透光性部７の下面との間の距離が、全面的に同じであることが好ましい。また、第１の透光性部５は、反射面３ａの内側の全体にわたって平坦な上面を有することが好ましい。あるいは、第１の透光性部５を形成した後、シリコーン樹脂等から成る第３の透光性部Ｇを形成し、その上に、第１の透光性部５全体を覆うようにして第２の透光性部７を形成し、必要に応じて、枠体３の上面に透光性の蓋体を半田や樹脂接着剤等で接合することにより、発光素子４の光を蛍光体により波長変換し、所望の波長スペクトルを有する光を取り出すことができる発光装置となる。

また、本発明の発光装置は、１個のものを光源として所定の配置となるように設置したことにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状，放射状，複数の発光装置から成る、円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等の所定の配置となるように設置したことにより、照明装置とすることができる。これにより、従来の照明装置よりも強度ムラの抑制されたものとすることができる。

また、本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射できる照明装置とすることができる。

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うことは何等支障ない。例えば、発光装置より出射される光を任意に集光し拡散させる光学レンズや平板状の透光性の蓋体を半田や樹脂接合剤等で接合することにより、所望する放射角度で光を取り出すことができ長期信頼性が向上する。また、ボンディングワイヤによる光損失を抑制するために、基板１にメタライズ配線を形成し、そのメタライズ配線に半田を介して発光素子３を電気的に接続するフリップチップ実装をした発光装置でもよい。

上述した各実施形態に係る発光装置１は、光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置１の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射できる照明装置とすることができる。

例えば、図１４に示す平面図および図１５に示す断面図のように、複数個の発光装置１が発光装置駆動回路基板１０に複数列に配置され、発光装置１の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具９が設置されて成る照明装置の場合、隣接する一列上に配置された複数個の発光装置１において、隣り合う発光装置１との間隔が最短に成らないような配置、いわゆる千鳥状とすることが好ましい。

即ち、発光装置１が格子状に配置される際には、光源となる発光装置１が直線上に配列されることによりグレアが強くなり、このような照明装置が人の視覚に入ってくることにより、不快感を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、グレアが抑制され人間の目に対しても不快感を低減することができる。

さらに、隣り合う発光装置１間の距離が長くなることにより、隣接する発光装置１間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置１が実装された発光装置駆動回路基板１０内における熱のこもりが抑制され、発光装置１の外部に効率よく熱が放散される。その結果、人の目に対しても不快感を与えずに長期間にわたり光学特性の安定した長寿命の照明装置を作製することができる。

また、照明装置が、図１６に示す平面図および図１７に示す断面図のように、発光装置駆動回路基板１０上に複数の発光装置１から成る円状や多角形状の発光装置１群を、同心状に複数群形成した照明装置の場合、１つの円状や多角形状の発光装置１群における発光装置１の配置数を照明装置の中央側より外周側ほど多くすることが好ましい。これにより、発光装置１同士の間隔を適度に保ちながら発光装置１をより多く配置することができ、照明装置の照度をより向上させることができる。

また、照明装置の中央部の発光装置１の密度を低くして発光装置駆動回路基板１０の中央部における熱のこもりを抑制することができる。よって、発光装置駆動回路基板１０内における温度分布が一様となり、照明装置を設置した外部電気回路基板やヒートシンクに効率よく熱が伝達され、発光装置１の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光装置１は長期間にわたり安定して動作することができるとともに長寿命の照明装置を作製することができる。

このような照明装置としては、例えば、室内や室外で用いられる、一般照明用器具、シャンデリア用照明器具、住宅用照明器具、オフィス用照明器具、店装，展示用照明器具、街路用照明器具、誘導灯器具及び信号装置、舞台及びスタジオ用の照明器具、広告灯、照明用ポール、水中照明用ライト、ストロボ用ライト、スポットライト、電柱等に埋め込む防犯用照明、非常用照明器具、懐中電灯、電光掲示板等や、調光器、自動点滅器、ディスプレイ等のバックライト、動画装置、装飾品、照光式スイッチ、光センサ、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等支障ない。

本発明によれば、高い光取り出し効率、放射光強度、軸上光度および輝度を有する発光装置および照明装置を提供することができ、産業上極めて有用である。

本発明の第１実施形態を示す断面図である。本発明の第１実施形態を示す断面図である。本発明の第２実施形態を示す断面図である。本発明の第３実施形態を示す断面図である。本発明の第３実施形態を示す断面図である。本発明の第４実施形態を示す断面図である。第１の透光性部が半球状である例を示す断面図である。レンズ状の蓋体を載置した例を示す断面図である。第３の透光性部が薄い例を示す断面図である。本発明の第５実施形態を示す断面図である。透光性部材が半球状である例を示す断面図である。透光性部材が曲面形状である例を示す断面図である。本発明の第６実施形態を示す断面図である。図１１に示す発光装置の各透光性部を省略した破断斜視図である。Ｌ字型のリード端子を基体下面に設けた例を示す断面図である。本発明に係る発光装置をアレイ状に配列した照明装置の一例を示す平面図である。図１４に示す照明装置の断面図である。本発明に係る発光装置を円形状に配列した照明装置の他の例を示す平面図である。図１６に示す照明装置の断面図である。従来の発光装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１発光装置
２基体
３枠体
３ａ反射面
３ｂ切り欠き部
４発光素子
５第１の透光性部
６第４の透光性部
７第２の透光性部
Ｇ第３の透光性部
９反射治具
１０発光装置駆動回路基板
１４弾性部材
１７導電性接着部材
１８導電路
２１リード端子

Claims

基体と、
該基体上に搭載された発光素子と、
前記基体上に配置されており、前記発光素子を囲む反射面と、
該反射面の内側に前記発光素子を覆って設けられた第１の透光性部と、
該第１の透光性部の上方に設けられており、前記発光素子から放射された光を波長変換する第２の透光性部と、
前記第１の透光性部と前記第２の透光性部との間に設けられた気体層とを備えており、
前記第１の透光性部の上面と前記第２の透光性部の下面との間の距離が、全面的に同じであり、
前記反射面は、前記気体層の下側でかつ発光素子の搭載領域の上側に、前記第１の透光性部に接する傾斜領域を有していることを特徴とする発光装置。
前記第１の透光性部は、前記反射面の内側の全体にわたって平坦な上面を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記発光素子が、近紫外域または紫外域に発光ピーク波長を有する発光ダイオードであることを特徴とする請求項１記載の発光装置。