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JP4991173B2 - 発光素子搭載用基体ならびにこれを用いた発光装置 - Google Patents

発光素子搭載用基体ならびにこれを用いた発光装置 Download PDF

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Description

本発明は、発光素子が搭載される発光素子搭載用基体と、この発光素子から発せられる光を外部に放射することによって、表示や照明を行なう発光装置に関する。
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子から発せられる近紫外線光や青色光等の光によって赤色，緑色，青色，黄色等の長波長側の蛍光を発する複数の蛍光体で波長変換して白色発光する発光装置を図13に示す。図13において、発光装置は、上側主面の中央部に発光素子15を搭載するための搭載部11ａを有し、搭載部11ａやその周辺から発光装置の外面へ導出された、発光装置の内外を電気的に導通接続するための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なる基体11と、基体11の上側主面に接着固定され、上側開口が下側開口より大きい貫通孔12ａが形成されているとともに、貫通孔12ａの内周面が発光素子15が発する光を反射する反射面12ｂとされている枠状の反射部材12と、反射部材12の内側に充填され、発光素子15が発する光を長波長側に波長変換する蛍光体14を含有した透光性部材13と、搭載部11ａに搭載固定された発光素子15とから主に構成されている。
基体11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11がセラミックスから成る場合、その上側主面に配線導体がタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）合金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11が樹脂から成る場合、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成るリード端子が樹脂と一体にモールド成型されて基体11の内部に設けられる。
また、反射部材12は、上側開口が下側開口より大きい貫通孔12ａが形成されるとともに内周面に光を反射する反射面12ｂが形成された枠状となっている。具体的には、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、切削加工や金型成型または押し出し成型等の成形技術により形成される。
さらに、反射部材12の反射面12ｂは、貫通孔12ａの内周面を平滑化することにより、あるいは、貫通孔12ａの内周面にＡｌ等の金属を蒸着法やメッキ法により被着することにより形成される。そして、反射部材12は、半田，銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材または樹脂接着材等の接合材により、搭載部11ａを反射部材12の内周面で取り囲むように基体11の上側主面に接合される。
そして、搭載部11ａの周辺に配置した配線導体と発光素子15とをボンディングワイヤや金属ボール等の電気接続手段16を介して電気的に接続し、しかる後、蛍光体14を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性部材13をディスペンサー等の注入機で発光素子15を覆うように反射部材12の内側に注入しオーブンで熱硬化させることで、発光素子15からの光を蛍光体により長波長側に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なし得る（下記の特許文献１参照）。
特開2003-37298号公報
近年、上記の発光装置を照明用として利用する動きが活発化しており、放射輝度、放熱特性のよい発光装置が要求されている。
しかしながら、近年になって大きな放射輝度を実現できる発光素子15が登場し、これに伴って発光素子15の発熱が増大しているが、上記従来の発光素子15が発する熱を絶縁体から成る基体11を介して基板に放熱する発光装置においては、熱伝導性に優れる好適な絶縁体は少なく、放熱特性のよい発光装置としにくいという問題点があった。
また、より有効な放熱対策が施されないと、発光素子15が温度上昇して熱劣化を来たし、発光素子15の光放射効率が低下したり放射光の色調にムラが発生したりするなどの不具合が発生する場合があった。
また、基体11の上側主面の光の反射率が小さく、発光素子15から基体11の上側主面に向けて放射された光の一部が基体11によって上側に反射されなかったり、また透光性部材13中に含まれる蛍光体14によって発光された光の一部が基体11の上側主面に届いた場合に、基体11によって反射されなかったりして、発光装置から放射される光の輝度が小さくなってしまうという問題点を有していた。
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、放熱特性が良好で発光素子の温度上昇を抑えて効率よく発光素子を発光させることができるとともに、基体の光反射が高く発光効率の良好な発光装置が得られる発光素子搭載用基体ならびにこれを用いた発光装置および照明装置を提供することである。
本発明の一態様に係る発光素子搭載用基体は、環状金属体と、この環状金属体の内側に設置され、上端面が発光素子搭載部とされた支持金属体と、この支持金属体および前記環状金属体の間に配置された封止部材とを具備し、封止部材が、少なくとも発光素子搭載部の周囲に配される搭載面側が多孔質な無機材料から成る第１の部位、および第１の部位における搭載面側とは反対側の面を覆う封止樹脂から成る第２の部位を備えていることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記封止部材は、その気孔率が１５〜４３％であることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記封止部材の前記搭載面側に透明部材が被着されていることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記透明部材と前記無機材料との間に空隙が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記無機材料は、酸化チタン，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム，酸化亜鉛，酸化カルシウム，酸化マグネシウム，硫酸バリウムから選ばれた１種またはこれらの混合物を含むことを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記無機材料は、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム，酸化マグネシウムの混合物を主成分とすることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記環状金属体は、その上面外周部に全周にわたって突出部が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記突出部は、その内側面が下端から上端に向かうに伴って外側に広がる傾斜面とされていることを特徴とする。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記環状金属体は、その外周面の下端から上方に向けて螺条が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子搭載用基体と、前記発光素子搭載部に搭載されるとともに前記支持金属体および前記環状金属体に電気的に接続された発光素子と、この発光素子を覆うように設けられた透明樹脂層とを具備していることを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、上記構成において好ましくは、前記透明樹脂層を覆うように配置されるとともに、蛍光体を含有して成る透光性樹脂層が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、上記構成において好ましくは、前記透光性樹脂層は、その表面が上方に向けて凸の曲面であることを特徴とする。
また、本発明の発光装置は、上記構成において好ましくは、前記透光性樹脂層は、その中央部が外周部よりも厚いことを特徴とする。
本発明の発光素子搭載用基体は、環状金属体と、この環状金属体の内側に設置され、上端面が発光素子搭載部とされた支持金属体と、この支持金属体および環状金属体の間に配置された封止部材とを具備することから、支持金属体の上面に発光素子が搭載されることによって、発光素子が発する熱をこの支持金属体を介して効率よく発光素子搭載用基体の下面側に導出することが可能となる。よって発光素子の温度上昇に起因する発光効率の低下や、発光の色調にムラが発生することを抑えることができるものとなる。
また、支持金属体および封止部材の周囲を取り囲むように環状金属体が配置されるので、支持金属体の上端面に搭載された発光素子が発する光が封止部材を透過して環状金属体の側面から漏出することがない。これによって、本発明の発光素子搭載用基体を用いた発光装置とその周囲とのコントラストを向上させて視認性をよくすることができる。
また、この支持金属体と、封止部材を介して支持金属体の周囲に配置された環状金属体とを発光装置の内外を電気的に導通接続するための導体として機能させることができる。また、支持金属体と環状金属体との間に封止部材が配置されることによって発光装置の内外を良好に封止することができる。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、封止部材が、少なくとも発光素子搭載部の周囲に配される搭載面側が多孔質な無機材料から成る第１の部位を備えていることによって、無機材料が樹脂に比して特定波長の光を吸収することが少ないことから、光エネルギーの減衰が少なくなる。
さらに、多孔質な無機材料から成る部分を有する第１の部位における発光素子の搭載面側とは反対の面を覆う封止樹脂から成る第２の部位を備えていることから、封止部材の封止性を高めることができる。
また、封止部材は、例えば複数の無機粒子を互いに一部分で一体化させて無機粒子間に気孔（間隙）を設けて多孔質に形成されていることから、光などの波成分を封止部材の表面で反射させるばかりでなく、封止部材の内部に進入した波成分を、無機材料の内面と間隙との界面において全反射させることが可能となる。すなわち、空気などの気体や無機粒子よりも屈折率の低い透明材料を間隙に充填させることにより、無機材料の内面と間隙の充填物との間の屈折率差によって、それらの界面（反射面）において、入射した波成分を全反射させることができる。また、封止部材を適度な気孔率の多孔質に形成することによって、封止部材の内部に適度な間隙（気孔）が形成され、封止部材の内部における反射面を多く確保することが可能となる。これにより、封止部材は、封止部材の内部に進入した波成分を効率よく反射させることができるようになる。その結果、封止部材の表面および内部において、極めて高い反射効率を達成することができる。
また、反射層を無機物によって形成した封止部材は、有機物を主成分とする反射層を有する反射部材に比べて、耐光性および耐熱性が高くなる。そのため、本発明の発光素子搭載用基体の封止部材は、材料劣化による反射効率の低下が少なく封止性も高い。
さらに、無機粒子を互いに一体化することで反射層を形成すれば、無機粒子が剥がれ落ちることのない十分な強度を有する封止部材（反射部材）を得ることができる。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、封止部材は、搭載面側の気孔率が15〜43％であることにより、間隙（気孔）が不当に多く存在することもないために封止部材の強度を十分に確保できるとともに、無機材料の内面と間隙との界面（反射面）の面積が不当に小さくなってしまうこともない。その結果、封止部材は、高強度および高反射効率なものとなる。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、封止部材の搭載面側に透明部材が被着されていることがより好ましい。これにより、上記の多孔質な無機材料をその搭載面側で封止することができる。これによって、例えば、発光素子を覆うように塗布された未硬化の透明樹脂層が多孔質な無機材料に浸透することを抑制できる。そして、多孔質な無機材料の気孔内に浸透した透明樹脂層によって、多孔質な無機材料と気孔との屈折率差が小さくなってしまい、透明樹脂層と多孔質な無機材料との界面で光が効率よく上方に反射されにくくなるのに対し、発光素子から発せられ、封止部材によって反射されて発光装置の外部に放射される光が減少してしまうことがなく発光装置の光出力および発光効率は向上する。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、透明部材と多孔質な無機材料との間に空隙が設けられていることがより好ましい。これにより、発光素子から下方に放射された光は透明部材に入射し、一部の光は空隙との界面でスネルの法則によって上方に全反射される。さらに、空隙に入射した光は、無機材料表面の反射率に応じて上方に反射されて発光装置の外部に放射される。このように、透明部材と多孔質の無機材料との間に空隙が設けられていることにより、発光素子から下方に放射される光に対する反射率が向上し、発光装置の光出力および発光効率は向上する。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、無機材料は、酸化チタン，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム，酸化亜鉛，酸化カルシウム，酸化マグネシウム，硫酸バリウムから選ばれた１種またはこれらの混合物を含むことにより、反射すべき光に対する吸収が少なく、また屈折率が大きいので大きな全反射角を確保できる。したがって、高反射率の封止部材とすることができる。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、前記無機材料は、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム，酸化マグネシウムの混合物を主成分とすることから、多孔質な無機材料を仮焼成させた仮焼体を容易に形成することができる。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、環状金属体は、その上面外周部に全周にわたって突出部が設けられていることにより、発光装置からの放射光を一定の方向に揃えて放射させやすくすることができる。また、発光素子搭載用基体の上面に透光性樹脂層等を設けるときに、突出部によって樹脂層を保持することができるので、発光装置の製造が容易になる。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、突出部は、その内側面が下端から上端に向かうに伴って外側に広がる傾斜面とされていることから、傾斜面を光の反射面として機能させることにより、集光性を高め、発光装置の輝度を向上させることができる。
また、本発明の発光素子搭載用基体は、上記構成において好ましくは、環状金属体は、その外周面の下端から上方に向けて螺条が形成されていることにより、本発明の発光素子搭載用基体を電球のようにソケットに螺着させて用いることができ、半田付けで発生するような熱的または機械的衝撃による剥離およびこれに伴う導通不良が改善される。
また、本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子搭載用基体と、発光素子搭載部に搭載されるとともに支持金属体および環状金属体に電気的に接続された発光素子と、この発光素子を覆うように設けられた透明樹脂層とを具備していることから、発光素子の温度上昇を低くできるとともに、輝度の高い、発光装置を得ることが可能となる。
また、本発明の発光装置を光源として用いるとともに支持金属体および支持金属体に搭載された発光素子を所定の配置に設置し、発光装置の周囲に所要の形状に光学設計した反射具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、所望の配光分布の光を放射する発光装置とすることができる。
また、本発明の発光装置は、上記構成において好ましくは、透明樹脂層を覆うように配置されるとともに、蛍光体を含有して成る透光性樹脂層が設けられていることから、発光素子の発する光を透光性樹脂層の蛍光体によって所望の波長の光に変換し、この変換光を発光装置から放射させることにより、または、この変換光と発光素子の発する光とを混合して発光装置から放射させることにより、所望の発光色を有する発光装置を得ることができる。
また、本発明の発光装置は、上記構成において好ましくは、透光性樹脂層は、その表面が上方に向けて凸の曲面であることから、発光装置から放射状に放射される光の配光分布を良好なものとできる。
また、本発明の発光装置は、上記構成において好ましくは、透光性樹脂層は、その中央部が外周部よりも厚いことから、発光素子近辺の発光素子の発する光が強く照射される透光性樹脂層の中央部において、厚い透光性樹脂層に含まれる多くの蛍光体によって光を蛍光に変換することができる。その結果、発光装置の発光色が均質なものとなる。
本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の発光素子搭載用基体の実施の形態の一例を示す断面図である。同図において、１は環状金属体、２は環状金属体１の内側に上下方向に設置され、上端面が発光素子６の搭載部とされた支持金属体、３は支持金属体２および環状金属体１の間に配置された封止部材、３ａは封止部材３に混合される透明樹脂、３ｂは透明樹脂３ａに混合されるとともに透明樹脂３ａの屈折率よりも大きな屈折率を有する粒状体であり、主としてこれらで本発明の発光素搭載用基体Ａが構成される。
環状金属体１は、ＡｌやＡｌ合金，Ｃｕ，Ｃｕ合金，マグネシウム（Ｍｇ），ステンレス鋼（ＳＵＳ），Ｆｅ等の金属から成る。環状金属体１は、円筒状，多角筒状等の金属部材の上下面間に貫通孔が設けられた筒状体である。また、環状金属体１の下側外周部に必要に応じて螺条Ｃ（図９参照）を設けることにより、本発明の発光素子搭載用基体Ａを電球のようにソケットに螺着させて用いることができるものとなる。この目的から、環状金属体１の少なくとも下側外周は円筒状とすることが好ましい。
螺条Ｃによって螺着させることにより、半田付け等による接合方法に比して、接合部に衝撃が加わった場合に発光装置が外れてしまう、あるいは接合する際の雰囲気のバラツキによって半田の流れ性等が阻害され、これによる接続不良で歩留まりが低下するなどといった不具合が解消される。また、工具を用いる必要の無い交換容易な発光装置とすることができる。
環状金属体１は、発光素子６に電流を供給する導電路としても機能し、発光素子６の一方の電極と環状金属体１の上面とがボンディングワイヤ７等によって電気的に接続される。ボンディングワイヤ７による接続工程をより効率的に行なうために、環状金属体１の上面は、支持金属体２の上面より発光素子６の電極の高さ分上方に高い位置にするとよい。
また、環状金属体１の上面は、光が良好に反射される反射面とするのが好ましい。良好な反射面とするためには、環状金属体１の上面を研磨したり、金型を押し付ける等によって平滑化したり、あるいは、環状金属体１の上面に、例えば、メッキや蒸着等によりＡｌ，Ａｇ，金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｎｉ，Ｃｕ、またはこれらの合金等の高反射率の金属薄膜層を形成すればよい。
また、図３に示すように、環状金属体１の上面外周部に全周にわたって突出部１ａを設けてもよい。これにより、発光装置Ｂからの放射光を一定の方向に揃えて放射させやすくすることができる。また、発光素子搭載用基体Ａの上面に透光性樹脂層５等を設けるときに、突出部１ａによって樹脂層を保持することができるので、発光装置Ｂの製造が容易になる。
さらに、突出部１ａは、図４に示すように、その内側面が下端から上端に向かうに伴って外側に広がる傾斜面１ｂとするのがよい。傾斜面１ｂを光の反射面として機能させることにより、発光装置Ｂの輝度を向上させることができる。そして、発光素子６の一方の電極は、傾斜面１ｂの内側の肩部１ｂ−Ａにボンディングワイヤ７等を介して電気的に接続される。
なお、傾斜面１ｂの下端から内側方向に突出する肩部１ｂ−Ａは、環状金属体１の貫通孔の周囲の全周に形成されていても、あるいは、部分的に形成されていてもよく、部分的に形成されている場合は、封止部材３の面積をより大きくすることができ、封止部材３による光の反射面積を大きくすることができる。
そして、この環状金属体１の貫通孔の内側、例えば中央の上下方向に、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ｍｇ，ＡｌやＡｌ合金，ＳＵＳ，Ｆｅ等の良好な熱伝導体から成る円柱状，角柱状等の支持金属体２を設置し、その周囲に封止部材３が注入される等して配置される。この支持金属体２の上下面は、封止部材３に覆われずに露出されており、上面には発光素子６が搭載される。
また、支持金属体２は、その外周面の太さを変化させたものとするとよい。例えば、図２に示すように、封止部材３に埋設される外周面に鍔状の突起２ａが設けられ、突起２ａは封止部材３に埋設されているのがよい。これにより、支持金属体２は封止部材３によってしっかり保持され、支持金属体２がその長さ方向にずれることがない。また支持金属体２がその中心線に垂直な方向にぶれにくくなる。また、支持金属体２と封止部材３とがしっかり保持されるので、支持金属体２と封止部材３との間が剥離しにくく、さらに支持金属体２の上下間沿面距離が長くなるので支持金属体２と封止部材３との間の封止が破れにくくなる。さらに、封止部材３を透過して封止部材３の下面から漏れる光を遮光する機能も果たせる。または、例えば、支持金属体２の中央部を細いものとしたり上半分と下半分とを太さの異なるものとしたりしてもよいし、円柱状部と角柱状部とを組み合わせたものとしてもよい。
同様に環状金属体１の内周面においてもその上下位置の平面視形状を変化させたものとするとよい。例えば、内周面に突出する突起（図示せず）を設けたり、内周面に沿って溝状の凹部を設けたり、または、円形状と多角形状とのように異なる断面を組み合わせた形状としてもよい。
さらに鍔部２ａや支持金属体２の外周面、環状金属体１の貫通孔の内周面には、貫通孔の周方向と直交する溝を形成しておくと、本発明の発光装置Ｂをソケットに螺着させる際に、封止部材３と支持金属体２または環状金属体１の内周面とが螺着時の外力によって剥離しにくくなる。
また、支持金属体２により、発光素子６が発する熱を効率よく発光素子搭載用基体Ａの下面から外部に放散させることができる。そして、発光素子６の温度上昇が抑制され、発光素子６の性能を長期間に亘って安定させることができる。
支持金属体２は、必要に応じて、貫通孔の内側に複数本配置してもよい。そして、それぞれの支持金属体２の上面に発光素子６を搭載したり、２本をペアにして用いて、その一方の支持金属体２の上面に発光素子６を搭載し、もう一方の支持金属体２をこの発光素子６に電流を供給する線路導体として用いたりしてもよい。また、支持金属体２の上面は、発光素子６の下面形状と同じか少し小さい形状に加工することによって、発光素子６の側面から下方向に放射される光を支持金属体２の上面が遮らないようにしたり、支持金属体２の下端側が上面側よりも太い形状に加工することによって、支持金属体２の伝熱性が良好になるようにしたりしてもよい。
また、支持金属体２の下端は、それぞれの支持金属体２同士を電気的に接続するような金属板に接続し、発光素子６が並列に接続されるようにしてもよい。
封止部材３は、例えば高耐熱のシリコーン樹脂から成る透明樹脂３ａに、平均粒径が0.5μｍ乃至３μｍの、酸化チタン（チタニア：ＴｉＯ２），酸化亜鉛（ＺｎＯ），硫酸バリウム（ＢａＳＯ４），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２），ダイアモンド，酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から選ばれた無機物質を主成分とする結晶体状または多結晶体状粒状体３ｂを１種またはこれら粒状体３ｂの混合物を分散させたものである。封止部材３の表面は、反射に寄与する粒状体３ｂが封止部材３の表面近くに存在することで平坦面でなくなり、粒状体３ｂが存在しない表面に比して封止部材３の表面積が実質的に格段に大きくなる。これによって、封止部材３の表面の反射光は乱反射されて、発光装置Ｂの色むらの発生を小さくできる。この場合、透明樹脂３ａのみから成る表面メニスカス形状が、粒状体３ｂが表面に存在することによって凹凸面に変化されておればよく、必ずしも粒状体３ｂが透明樹脂３ａから露出している必要はない。
また、封止部材３は、支持金属体２と環状金属体１とを絶縁する絶縁材としても機能する。
このような封止部材３は、粒状体３ｂと透明樹脂３ａとをニーダーなどの混練手段によって混練し、得られた混合物を環状金属体１の貫通孔の内面と支持金属体２の外周面との間にシリンジなどの供給手段によって流し込み、その後、所定の加熱温度で加熱して固化させて形成される。もちろん、予め所定形状に成形したものを支持金属体２と環状金属体１との間に挿入して配置してもよい。粒状体３ｂの混合量は、封止部材３の反射率が最適となるようにその粒形等に応じて適宜決められる。
なお、粒状体３ｂの平均粒径は、遠心沈降光透過法（粒状体を懸濁化して放置させた懸濁液中における粒状体の濃度分布の変化を光の透過量の経時変化として検出し、ストークスの式によって粒度分布を測定する方法）や、レーザー回折散乱法（粒状体にレーザー光を当てたときに散乱される光の強度と散乱角度からＭｉｅの理論によって粒度分布を測定する方法）や、レーザードップラー（微粒子のブラウン運動の速度を検出し、粒度分布によって粒度分布を測定する方法）によって測定された粒状体の粒度分布から、粒状体の累積率が５０％となる粒状体の粒径を平均粒径とすることによって決められる。
粒状体３ｂの屈折率は、その周囲の透明樹脂３ａの屈折率よりもはるかに大きいために、粒状体３ｂに入射した光は、その入射面と反対側の粒状体３ｂの表面でスネルの法則によって粒状体３ｂ内側へ高効率に全反射される。全反射された光は、発光素子搭載用基体Ａの上面側へ出射されて、発光装置Ｂの輝度を大きくすることに寄与する。つまり、粒状体３ｂ内に入射して吸収されてしまったり、粒状体３ｂを透過して発光素子搭載用基体Ａの下面方向へ進行してしまったりする光が少なくなり、発光素子６から出射される光が効率よく利用されて、発光装置Ｂの放射光となる。
このような理由により、粒状体３ｂは、ＴｉＯ２（屈折率ｎ＝2.8），ＺｎＯ（ｎ＝2.0）、ＺｒＯ２（ｎ＝2.1）、ダイヤモンド（ｎ＝2.4）等の屈折率が透明樹脂３ａの屈折率（例えば、シリコーン樹脂の屈折率ｎ＝1.4）より大きい屈折率を有する材料から成るのが、大きな全反射角を確保することができる点で好適である。酸化チタンは、屈折率が大きい点で最適である。また屈折率がやや大きな材料としては上記のＡｌ２Ｏ３（ｎ＝1.7），ＢａＳＯ４（ｎ＝1.6）などがあり、これらの材料を用いることもできる。その他にも、粉末が光を反射し易い色調の白色や，白色に近い色調を有している粒状体３ｂでもよい。
ここで、全反射角とは、粒状体３ｂ側から透明樹脂３ａとの界面に入射する光が、透明樹脂３ａに進行しなくなったときの界面に垂直な線と入射光とのなす角度（臨界角）より大きい角度またはその角度の範囲を意味する。臨界角は透明樹脂３ａと粒状体３ｂとの屈折率差で決まり、透明樹脂３ａと粒状体３ｂとの屈折率差が大きいほど入射する光を全反射できる臨界角が小さくなる。よって、上記にて透明樹脂３ａと粒状体３ｂとの界面で光が全反射されやすくするためには、粒状体３ｂの屈折率が大きく、透明樹脂３ａの屈折率が小さいほど反射率の高い封止部材３を得ることができる。
また、入射した光が全反射する確率を上げるためには、粒状体３ｂは球形状よりも板形状や柱形状などの不定形である方がよい。さらに、粒状体３ｂは、粒径が入射する光の波長の１／４より大きく、かつできるだけ小さい方が反射率の良い封止部材３を得ることができる。粒状体３ｂの大きさが光の波長の１／４より小さい場合、粒径が小さくなりすぎて、透明樹脂３ａと粒状体３ｂとの混合物内部での光の乱反射の回数が多くなり過ぎるので、透明樹脂３ａと粒状体３ｂとの混合物において光が反射しにくくなるためである。また、粒状体３ｂの大きさが大きすぎると、透明樹脂３ａに含まれる粒状体３ｂの個数が少なくなるので、封止部材３の体積あたりの粒状体３ｂの量が少なくなり、その結果、粒状体３ｂと透明樹脂３ａとの間に生じる反射面の量が少なくなる。従って、粒状体３ｂの大きさは、光の波長の１／４より大きく、かつできるだけ小さい方がよい。
また、粉末状のＴｉＯ２は白色であるとともに、屈折率も大きいので、発光素子６が発する光が良好に反射され、発光装置Ｂの輝度を高くするのに好適である。さらに粉末状のＺｎＯは光の吸収スペクトルが420〜720ｎｍの範囲であるために青色発光素子６が発する光（380〜400ｎｍ）が良好に反射され、発光装置Ｂの輝度を高くするのに好適である。また、ＢａＳＯ４も同様に青色発光素子６が発する光（380〜400ｎｍ）を良好に反射し、発光装置Ｂの輝度を高くするのに好適である。その他、ＺｒＯ２，ダイアモンド，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，ＭｇＯについても、同様である。
また、無機材料は、光吸収（透過率）の観点からは反射すべき光の波長に応じて選択することができる。例えばＴｉＯ２は屈折率の観点からは好ましいが、光の波長350ｎｍ前後の近紫外領域で光を吸収する特性を有する。また、ＺｒＯ２は400ｎｍ以下の短波長帯で顕著な光吸収特性を有する。そのため、封止部材３を波長が350ｎｍ前後の近紫外光を反射するように構成するためには、近紫外光を吸収しにくいＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を使用するのが好ましい。
粒状体３ｂの屈折率は、屈折率ベッケ線法によって求められる。屈折率ベッケ線法は、プレパラート上に粒状体３ｂをセットし、分散液を滴下した後、顕微鏡により粒状体３ｂの縁の内側と外側に生じるベッケ線を目視により観察する。この時、鏡筒を上下させ、ベッケ線が確認できるまで、分散液の屈折率を調節し、分散液の屈折率から粒状体３ｂの屈折率を求める方法である。
また、透明樹脂３ａの屈折率は、プラスチックの屈折率測定方法（JISK7142）によって計測される。また、上述のベッケ線法、または、浸液の屈折率を変えて物質の屈折率を測定する浸液検査法によってもよい。
封止部材３に混合される透明樹脂３ａとしては、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。透明樹脂３ａには、通常透明な樹脂を用いるのであるが、上記目的を達成するできるものであれば必ずしも透明でなくてもよい。例えば、光吸収性が少ないが光散乱性を有するために透明でない樹脂や光散乱性の物質が混合された樹脂を用いてもよい。
封止部材３に混合される透明樹脂３ａがシリコーン樹脂である場合は、例えば、シリコーン樹脂が未硬化の封止部材３を支持金属体２および筒状部材１の間に注入し、150℃で40分間程度加熱処理することによってシリコーン樹脂を硬化させる。その結果、封止部材３は、支持金属体２を円環状金属体１の内側において強固に保持する。なお、支持金属体２の上面および環状金属体１の上面には封止部材３が被着されないようにする。好ましくは、封止部材３の表面は、図１に示されるように、凹面になっていると、反射面積が増大できるとともに、反射光を分散させないようにすることができるので、反射光の輝度を大きくすることができる。
発光素子搭載用基体Ａの支持金属体２の上面に発光素子６を接合するに際しては、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）ロウ材（ロウ付け温度が280℃程度）等が用いられるが、ロウ付け時間が短いために、シリコーン樹脂等が変質することはなく、初期の密着輝度を維持することに問題はない。
なお、透明樹脂３ａがエポキシ樹脂である場合においては、加熱処理温度は例えば100℃であって、耐熱温度が最大でも230℃程度なので、発光素子６を支持金属体２上面に接合する接合材としては、溶融温度が200〜210℃程度の低温半田を用いると良い。
また、本発明の発光素子搭載用基体の封止部材３は、図６に示すように少なくとも発光素子搭載部の周囲に配される搭載面側が多孔質な無機材料３Ｂから成る筒状のものであってもよい。より具体的には、封止部材３は、複数の無機粒子３Ｂを互いに一部分で一体化させることで多数の間隙３Ａ（以下、気孔３Ａともいう）を有する多孔質に形成されている。間隙３Ａは、気体（例えば空気）または無機材料３Ｂより屈折率の小さい透明部材により満たされている。好ましくは、間隙３Ａは気体（空気）に満たされている。また、好ましくは、無機材料３Ｂは非金属の無機材料３Ｂであるのがよい。金属であれば無機材料３Ｂ中を光が透過しにくいので、光が間隙の中に閉じ込められて損失が大きくなりやすい。
このような多孔質な無機材料３Ｂから成る封止部材３は、例えば、無機材料３Ｂを仮焼成した仮焼体によって実現される。なお、仮焼成とは、無機粒子の間に間隙がほとんど存在しない状態（気孔率が0.001〜１％程度）の焼結体（セラミック）とは異なり、適度な気孔率を有する多孔質体を形成するための不完全な焼成を意味している。
または、封止部材３は、粒子状の無機材料３Ｂが接着剤により相互に結合された多孔質体として形成することもできる。このような多孔質体は、粒子状の無機材料３Ｂ、接着剤および溶剤を含む材料を、所定形状に成形の後に、溶剤を揮発させることにより形成することもできる。この場合に使用する接着剤は、多孔質体に残存するため、接着剤における光吸収に起因した反射率の低下を抑制するために、接着剤としては透光性を有するものを使用するのが好ましい。このような接着剤としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、メタクリル樹脂およびポリカーボネート樹脂などの樹脂系接着剤、あるいは低融点ガラス、ゾル−ゲルガラスおよびシリコン（Ｓｉ）−Ｍｇ−Ａｌ−Ｏ系などのガラス系接着剤を使用することができる。また、多孔質でない部材の表面の搭載面側に粒子状の無機材料３Ｂ、接着剤および溶剤を含む材料を塗布することによって封止部材３としてもよい。
このような無機材料３Ｂとしては、具体的には、例えば平均粒径が0.5乃至３μｍのＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＳＯ４を主成分とする粉体から選ばれた１種またはこれら粉体の混合物からなるものがよい。
すなわち、例えば、白色の光を発する照明装置に用いる発光装置および発光素子搭載用基体とする場合、無機材料３Ｂは白色、すなわち所要領域の光に対して吸収性が少ないものが好ましく、例えば可視光領域の光に対し光吸収率が５％以下であるものがよい。また、紫外光や近紫外光、青色光を光源としてその光の全部、あるいは一部を蛍光体等で波長変換して白色の光を発する照明装置に用いる場合、無機材料３Ｂは白色のものが好ましく、光源から発せられる紫外光や近紫外光、青色光に対しても、蛍光体等で波長変換された光に対しても光吸収率が５％以下であるのがよい。
光吸収率は、分光測色計（ミノルタ製：ＣＭ−３７００ｄ、基準光源：Ｄ６５、波長範囲：３６０〜７４０ｎｍ、視野：１０℃、マスク：ＭＡＶ）を用いて測定した反射率の補数として求めることができる。すなわち、１００％から上記の無機材料の全反射率（％）を減算することによって求めることができる。
また、多孔質な無機材料３Ｂから成る封止部材３を備えた本発明の発光素子搭載用基体Ａでは、光の一部が無機材料３Ｂの表面で反射され、残りの無機材料３Ｂを透過して無機材料３Ｂと間隙３Ａとの界面に入射する光が臨界角より大きい場合、入射した光は界面で全反射される。無機材料３Ｂと間隙３Ａとの界面が臨界角より小さい場合、入射した光は間隙３Ａを透過して一部はその先の無機材料３Ｂの表面で反射され、残りは無機材料３Ｂを透過するが、この透過した光の光路の先にさらに無機材料３Ｂと間隙３Ａとの界面が存在し、かつその界面が光入射角度に対し臨界角より大きい角度で存在すると、この入射した光はこの界面で全反射される。封止部材３内部においては、この様な現象、すなわち上述の透明樹脂３ａおよび粒状体３ｂの混合物の場合と同様の現象が生じることによって、反射現象が生じているものと考えられ、これによって高反射率な封止部材３が得られる。
また、無機材料３Ｂと間隙３Ａとの界面における全反射現象を利用する封止部材３を作製する場合、無機材料３Ｂに対して光の透過が繰り返されることになるため、無機材料３Ｂは光に対しできるだけ透明な材料で構成されている必要がある。例えば、ＴｉＯ２は屈折率が高いために入射した光を全反射する角度領域が大きくなり、封止部材３に使用すると高い反射率を得やすいが、光の波長410〜350ｎｍ前後の近紫外領域で光を吸収する特性を有するため、光の波長410〜350ｎｍ前後の近紫外領域を反射する封止部材３として用いた場合は、光反射効率の向上効果は小さい。一方、Ａｌ２Ｏ３は光の波長350ｎｍ前後の光を吸収し難いため、光の波長350ｎｍ前後の近紫外領域を反射する封止部材３として適している。なお、無機材料３Ｂの特性については、上記粒状体３ｂの場合と共通するものが多いため、重複説明を避ける。
封止部材３を仮焼体によって作成する場合、無機材料３Ｂは、高屈折率でありかつ高透過性であるが粘性を有しないため、それぞれの無機材料３Ｂを繋いでおくために無機材料３Ｂ粒子を仮焼体として形成するのがよい。仮焼体は、以下のようにして作製される。
先ず、樹脂等の母材に適度な粒径および形状に整えられた粒子状の無機材料３Ｂを混入する。例えば、無機材料３Ｂにアクリル樹脂やパラフィン樹脂、ポリエチレン樹脂を加えたものを金型に入れ、圧力を加えて成形する工程により、仮焼体となる形状を作製する。
その後、仮焼体中の樹脂は、温度をかけて蒸散させるか、燃焼させることにより、除去する。一般的にアクリル樹脂やパラフィン樹脂、ポリエチレン樹脂などは500℃前後で蒸散する。
次に、無機材料３Ｂ同士を一部固溶させて、複数の粒子状の無機材料３Ｂを互いに一部分で一体化させるために、無機材料３Ｂを完全に焼結しない温度で短時間焼成する。なお、焼結温度を低温、かつ短時間にするには無機材料３Ｂの成分と固溶、もしくは化合することで焼結温度を下げる酸化珪素（ＳｉＯまたはＳｉＯ２），ＣａＯ、ＭｇＯなどの焼結助剤を添加すればよい。例えば、無機材料３ＢにＡｌ２Ｏ３を使用する場合、焼結助剤としての二酸化珪素（ＳｉＯ２），ＣａＯ，ＭｇＯを0.1〜10質量％程度添加すればよい。
一般的なセラミックスは、無機材料３Ｂを間に間隙３Ａがほとんど存在しない状態にまで完全に焼成し、一体化したものをいうが、本発明ではこのように完全に焼成するのではなく、図６，図７，図８，図９に示すように、無機材料３Ｂ同士が括れまたはネック状の固溶部３Ｃで結合し、隣接しあう無機材料３Ｂ同士の間に間隙３Ａができた多孔質状態で焼成を終了しており、このような不完全な焼成を仮焼成という。なお、図６，図７，図８，図９において、判りやすくするために、封止部材３中の無機材料３Ｂ部分の一部分にのみクロスハッチングを付した。
無機材料３Ｂが酸化アルミニウムである場合、無機材料３Ｂ同士を一部固溶させるには1000〜1400℃程度で焼成すればよい。1000℃未満で焼成した場合は、無機材料３Ｂ同士の固溶が進行し難いため、非常にもろい仮焼体となりやすく、ＪＩＳ Ｒ １６０１で規格化されたファインセラミックスの曲げ強さ試験方法によって計測した抗折強度（曲げ強さ）は１ＭＰａ未満となり、仮焼体の表面を擦ると粒子が剥落しやすくなる。そのため、光反射率は高いものの、仮焼体として発光装置に使用することは別途工夫が必要となる。
また1400℃以上で焼成した場合、無機材料３Ｂ同士の焼結が進み、間隙３Ａがほとんど存在しない状態に近づく結果、光反射に寄与する界面の量が少なくなり、仮焼体の反射率が低下しやすくなる。なお、この場合の抗折強度は300ＭＰａであり、強度はあるものの仮焼体に透明性を帯びるようになって、反射効率が低下しやすくなる。
よって、1000℃〜1400℃で焼成した場合、無機材料３Ｂ同士は程よく固溶しかつ間隙３Ａも存在する状態になるので、照明装置に使用する際に十分な強度を持ち、かつ反射率も高い仮焼体を得ることができる。この場合の抗折強度は１ＭＰａ〜300ＭＰａであり、仮焼体８の表面を擦っても粒子が剥落することなく、表面は白色であり、また間隙３Ａとの屈折率差が大きいために無機材料３Ｂとの界面での全反射角を広くすることができ、より多くの光が反射され、透過し難くなる。
なお、無機材料３ＢがＣａＯやＭｇＯである場合は、その一部が焼結助剤として消費されるが、残分が光反射用の多孔質な無機材料３Ｂとして機能するために光反射作用には影響は無い。
また、仮焼体の反射率を支配する要因の一つは反射界面の数であるから、できるだけ多くの反射界面が単位体積あたりに存在する方が都合がよい。つまり単位体積あたりに多くの無機材料３Ｂおよび間隙３Ａから成る界面を存在させる方が反射率の良い仮焼体を得ることができる。
これらの封止部材３は、内部に進入した透過光を、高確率で反射・出射させるために、気孔率が15〜43%となるように形成するのが好ましい。これは、気孔率が不当に小さい場合には、間隙３Ａ（または気孔３Ａ）が少なくなるために、光反射に寄与する反射界面の数が少なくなり（内表面積が小さくなり）、反射率が低下するからであり、気孔率を不当に大きくした場合には、封止部材３の強度が低下するからである。
また、図１４（ａ）および図１４（ｂ）から分かるように、アルミナ粒子を使用した反射部材は、測定波長に拘わらず、気孔率が１０〜４５％の範囲において高い反射率を示している。とくに、気孔率が１５〜４３％の範囲では、比較例として用いたラブスフェア社製の標準反射板（商品名「スペクトラロン」）よりも高い反射率を示している。したがって、アルミナを用いて反射部材を形成する場合には、気孔率を１５〜４３％の範囲に設定するのが好ましいといえる
なお、反射率は、分光測色計（ミノルタ製ＣＭ−３７００Ｄ）により測定した。得られたサンプルにキセノンランプの光を入射してサンプル表面で反射させ、その反射光の強度を測定波長４００ｎｍまたは６００ｎｍについて測定し入射光と反射光の強度比を取り反射率としている。
ここで、気孔率は、下記数式１により定義されるものである。
Figure 0004991173
数式１における嵩密度はアルキメデス法により、真密度は気相置換法（ピクノメータ法）により測定することができる。また、多孔質部分が薄い場合、反射層の断面を顕微鏡により観察し、その断面における気孔３Ａの面積率（気孔の面積の総和を総面積で割ることにより求められる）を求め、この気孔３Ａの面積率を３／２乗することにより気孔率を求めることができる。
そして、封止部材３は、多孔質な無機材料３Ｂから成るため、長時間光に晒されても反射率がほとんど劣化することがなく、例えばＬＥＤ素子６を光源として用いた照明装置において、長期間にわたって安定して機能する光反射部材として使用することができる。また、無機材料３ＢをＡｌ２Ｏ３にすることで、波長350ｎｍ前後の近紫外領域まで反射率の高い仮焼体を得ることができるので、とくに近紫外発光ＬＥＤ素子６を用いたＬＥＤ発光装置に使用すると、高効率なＬＥＤ照明装置を得ることができる。
また、仮焼体の表面は、反射に寄与する無機材料３Ｂが封止部材３の発光素子搭載面側の表面近くに存在することで、発光素子６の発する光が効率よく仮焼体の表面で乱反射され、発光装置Ｂの色むらの発生を小さくできる。
このように環状金属体１および支持金属体２の間に配置可能な形状に形成された仮焼体等の多孔質な無機材料３Ｂから成る封止部材３は、例えば図６に示すように、環状金属体１と支持金属体２との間に挿入され、樹脂接着剤８で固定される。また、多孔質な無機材料３Ｂの発光素子搭載面側と反対の面は、同じ樹脂接着剤８または異なる封止樹脂で覆っておくと、封止部材３の封止性を高めることができる。なお、樹脂接着剤８には、多孔質な無機材料３Ｂと、環状金属体１および支持金属体２とに良好な接着性を有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の適当な有機樹脂が用いられる
また、多孔質な無機材料３Ｂは、図１０に示す断面図のように、封止部材３の搭載面側に透明部材８Ａが被着されていることがより好ましい。これにより、上記の多孔質な無機材料３Ｂをその搭載面側で封止することができる。これによって、例えば、発光素子６を覆うように塗布された未硬化の透明樹脂層４が、多孔質な無機材料３Ｂに浸透することを抑制できる。その結果、多孔質な無機材料３Ｂの間隙３Ａ内に浸透した透明樹脂層４によって、多孔質な無機材料３Ｂと間隙３Ａとの屈折率差が小さくなってしまい、透明樹脂層４と多孔質な無機材料３Ｂとの界面で光が効率よく上方に反射されにくくなるのに対し、発光素子６から発せられ、封止部材３によって反射されて発光装置の外部に放射される光が減少してしまうことがない。したがって、封止部材３の搭載面側に透明部材８Ａが被着されていることにより、封止部材３によって反射される光が増加し、発光装置の光出力および発光効率は向上する。
また、透明部材８Ａと多孔質な無機材料３Ｂとの間には、図１１に示す断面図のように空隙９が設けられていることがより好ましい。これにより、発光素子６から下方に放射された光は透明部材８Ａを透過し、一部の光は空隙９との界面でスネルの法則によって上方に全反射される。
例えば、透明部材８Ａとして屈折率が１．４６程度の石英ガラスを用い、空隙９として屈折率が１程度の空気を用いる場合、透明部材８Ａと空隙９との界面における臨界角θ１は、約４３°（θ１＝ｓｉｎ−１（１／１．４６））となる。この臨界角より大きな角度で透明部材８Ａと空隙９との界面に入射する光は界面で全反射され発光装置の放射光として外部に放射される。このように、本発明の発光素子搭載用基体においては、透明部材８Ａと無機材料３Ｂとの間に空隙９が設けられることにより、発光素子６から下方に放射される光に対する反射率が向上し、発光装置の光出力および発光効率は向上する。
なお、図１１に示す発光装置においては、多孔質の無機材料３Ｂから成る場合を例に説明したが、図１乃至図５に示す透明樹脂３ａに粒状体３ｂを含有した封止部材３の搭載面側に本透明部材８Ａを配置してもよく、上記と同様の効果を発揮させることができる。
また、透明部材８Ａは、発光素子６からの光に対して透過率が高く、空隙９との屈折率差が大きくなる材料を適宜選択することが好ましい。例えば、紫外領域から青色領域の範囲内の光を含む、短波長でエネルギーの高い光が発光素子６から放射される場合、このような光に対して透過率が高く、耐候性や長期信頼性に優れた石英ガラス，硼酸と珪酸とを含む光学ガラス等の透明ガラスや、水晶，サファイアあるいは螢石等から成る透明無機材料や、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，フッ素系樹脂等の透明ポリマーを用いてもよい。
または、青色領域から赤色領域の範囲内の光を含む、長波長でエネルギーの低い光が発光素子６から放射される場合、この様な光に対して透過率が高く、耐候性や長期信頼性に優れたシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ポリカーボネート樹脂，アクリル樹脂，フッ素系樹脂等の透明ポリマーや、石英ガラス，硼酸と珪酸とを含む光学ガラス等の透明ガラスや、水晶，サファイアあるいは螢石等から成る透明無機材料を用いてもよい。
また、透明部材８Ａは、屈折率が透明樹脂層４より小さいことがより好ましい。これによって、発光素子６から放射された一部の光は、透明樹脂層４と透明部材８Ａとの界面でスネルの法則によって上方に全反射される。さらに、透明部材８Ａを透過した発光素子６からの一部の光は、図１０に示す透明部材８Ａと多孔質な無機材料３Ｂとの界面や、図１１に示す透明部材８Ａと空隙９との界面および無機材料３Ｂとの界面または粒状体３ｂと透明樹脂３ａとが混合された封止部材３との界面で上方に反射される。その結果、それぞれの界面で上方に反射された光は、効率よく発光装置の上方外部に放射され、発光装置の光出力および発光効率が向上する。
透明部材８Ａは、支持金属体２が挿入固定される貫通孔が中央部に形成されるように、トランスファーモールド成型やインジェクション成型等の金型成型によって樹脂を成形したり、板状に成形した透明部材８Ａを切削加工または打抜加工することによって形成されたりする。そして、透明部材８Ａは、支持金属体２または環状金属体１に接着固定され、多孔質な無機材料３Ｂまたは粒状体３ｂと透明樹脂３ａとが混合された封止部材３の上方に設けられる。透明部材８Ａが透明な接着樹脂から成る場合は、樹脂接着剤８と共用してもよい。
また、空隙９は、不活性ガスから構成されることが好ましく、例えばアルゴンや窒素やヘリウム等から成る不活性ガスを封入することにより、金属材料から成る環状金属体１，支持金属体２の酸化反応が抑制されるとともに反射率の低下が抑制され、発光装置を長期間にわたって効率よく作動させることができる。
なお、封止部材３は、仮焼体が金属やセラミック、樹脂などから成る部材の表面に接着等によって層状に形成されていてもよい。
さらに、仮焼体を封止部材３として用いる発光素子搭載用基体Ａにおいても図７、図８に示すように環状金属体１の上面外周部に突出部１ａ、あるいはその内側面が下端から上方に向かうに伴って外側に広がる傾斜面１ｂが形成された突出部１ａであっても良く、封止部材３として透明樹脂３ａおよび粒状体３ｂを用いた場合と同様の効果を有することは勿論である。
次に本発明の発光装置Ｂについて説明する。図５は封止部材３として透明樹脂３ａおよび粒状体３ｂから構成された本発明の発光装置Ｂの断面図を示し、図９は封止部材３として多孔質な無機材料３Ｂから構成された本発明の発光装置Ｂの断面図を示す。これらの図において、６は支持金属体２の上面に搭載される発光素子、４は発光素子６を覆うように設けられた透明樹脂層、５は蛍光体５ａを含有し、透明樹脂層４を覆うように設けられた透光性樹脂層である。その他の図１〜図５と共通する部分には同じ符合を付している。なお、７は発光素子６の電極と環状金属体１とを電気的に接続するボンディングワイヤを示す。
発光素子６は、例えばガリウムナイトライド（Ｇａ−Ｎ）やインジウムガリウムナイトライド（Ｉｎ−Ｇａ−Ｎ）等から成るＬＥＤ等の所謂縦型構造を有する半導体発光素子であり、素子の上下面に電極が形成されている。発光素子６がこの構造を有していることにより、片側（下側）の電極を支持金属体２に接合することによって支持金属体２と電気的に接続させることができ、発光素子６に電流を供給することができることに加えて、発光素子６が発する熱を支持金属体２を介して外部に効率よく放散させることが可能になる。
発光素子６を支持金属体２の上端面に接合する方法としては、Ａｕ−ＳｎやＳｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ，Ｓｎ−鉛（Ｐｂ）等のロウ材や半田を介して接合するのが一般的であるが、これ以外にも半田やＡｇエポキシ樹脂（Ａｇ粒子を含有させて導電性とされたエポキシ樹脂）などによってもよい。発光素子６のもう一方の電極は、周知のワイヤボンディング法により円筒状等の環状金属体１に電気的に接合される。従来のＬＥＤ搭載用基体では、発光素子６の表面（上面）側に２つの電極が形成され、この電極を２本のワイヤボンディングによってＬＥＤ搭載用基体上の所定の電極に接続されていたが、本発明の発光素子搭載用基体では１本のボンディングワイヤ７で接続すればよいので、ボンディングワイヤ７によって発光素子から出力された光が遮られることが無く発光装置Ｂの発光輝度を大きくすることができる。
また、支持金属体２の上面に搭載される発光素子６の下側電極（正電極）は支持金属体２にロウ材または導電性の樹脂接着材によって直接接続されているためにボンディングワイヤ７を用いる必要が無く、よって生産性に寄与するところ大である。
なお、発光素子６の実装方法はこれに限らず、例えば、支持金属体２と環状金属体１との間に封止部材３をまたがるように発光素子６を配置し、その電極を下側にしてフリップチップ実装してもよい。
そして、発光素子６の下面側端子を支持金属体２の上端面に導電性接合材などで電気的に接続して発光素子６を支持金属体２の上端面に搭載した後、発光素子６を覆うように透明樹脂層４を設けることにより本発明の照明装置となる。なお、発光素子６から発せられる光を所望の色に変換するために、発光素子６の光を波長変換することが可能な蛍光体５ａなどを含有させた透光性樹脂層５を発光素子６を覆うように設けてもよい。
透光性樹脂層５は、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ポリカーボネート樹脂，アクリル樹脂，フッ素系樹脂等の透明ポリマーや、石英ガラス，硼酸と珪酸とを含む光学ガラス等の透明ガラス等の透明部材に蛍光体５ａを含有させたものであり、例えば、図５，図９，図１０，図１１に示すように、透明樹脂層４の表面に中央部が厚くなるように塗布した後に透明部材を硬化させることによって透明樹脂層４を覆うように形成される。
蛍光体５ａには、様々な蛍光体材料を用いることができるが、例えば、赤色光への変換にはＬａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＥｕドープＬａ２Ｏ２Ｓ）やＬｉＥｕＷ２Ｏ８、緑色光への変換にはＺｎＳ：Ｃｕ，ＡｌやＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、青色光への変換には（ＢａＭｇＡｌ）１０Ｏ１２：ＥｕやＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ等の粒子状のものを用いることができる。さらに、このような蛍光体５ａ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。
発光素子６は、放射するエネルギーのピーク波長が紫外線域から赤外線域までのいずれのものでもよいが、白色光や種々の色の光を視感性よく放出させるという観点から300乃至500ｎｍの近紫外系から青色系で発光する素子であるのがよい。例えば、サファイア基板上にＧａ−Ｎ，Ａｌ−Ｇａ−Ｎ，Ｉｎ−ＧａＮ等から構成されるバッファ層，Ｎ型層，発光層，Ｐ型層を順次積層した窒化ガリウム系化合物半導体やシリコンカーバイト系化合物半導体が用いられる。
さらに、また、図３に示すように、環状金属体１の突出部１ａの内側にワイヤボンディングを可能にする段差（肩部１ｂ−Ａ）があることで、発光素子６の上面の高さと環状金属体１ａの肩部１ｂ−Ａとの高さの差を小さくすることが出来るので、ワイヤボンディング工程を容易かつ確実なものにすることができる。
なお、発光素子３から発生する光の紫外領域とは、可視光の短波長端３６０〜４００ｎｍを下限とし、上限は１ｎｍくらいまでの波長範囲の電磁波とする（理化学事典第５版／岩波書店）。また、青色領域とは、可視光の短波長端３６０〜４００ｎｍを上限とし、下限は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）。
また、本発明の発光装置Ｂは、１個の発光素子６を光源として用いる場合以外に、発光素子搭載用基板Ａの支持金属体２を複数本設けることによって、複数個の発光素子６を所定の配置となるように設置してもよく、これによって、発光装置Ｂを大光量の照明装置に用いることができる。例えば、発光装置Ｂの平面視において、発光素子６を縦横に格子状に配置したり、一列に配置された複数個の発光素子６の間に隣り合う列の発光素子６が配置された配置、いわゆる千鳥状配置にしたり、放射状配置，あるいは円状や多角形状等の配置となるように配置したりすることにより、大きな輝度が得られる照明装置とすることができる。
この場合の各発光素子６間の接続は、例えば、発光素子６を６個配置する場合には、図12の発光装置Ｂの平面図に示すように、６個の発光素子６の上面の各電極同士をボンディングワイヤ７で相互に接続し、最後の発光素子６の電極を環状金属体１に接続することで、極めて容易にこれらの発光素子６どうしを直列接続することができる。発光素子６を直列接続すると、それぞれの発光素子６に流れる電流値が同じになり、各発光素子６の発光強度が同じになるのでよい。また、各発光素子６の各電極をそれぞれ環状金属体１にボンディングワイヤ７を介して接続する並列接続にしてもよいことは言うまでもなく、これによって１個の発光素子６が故障しても、全ての発光素子６が作動しなくなることはない。
本発明の発光装置Ｂは、発光素子６を用いることによって従来の蛍光放電管を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命な発光装置Ｂとすることが可能であり、さらに、本発明の発光素子搭載用基体Ａによって熱を外部に速やかに導出することが出来るために発光素子６の温度上昇の少ない、かつ小型の発光装置Ｂとすることができる。そして、発光素子６の温度上昇が少ない結果、発光素子６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輝度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発光装置Ｂとすることができる。
このような発光装置Ｂ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、街路灯用照明器具、誘導灯器具および信号装置、舞台およ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。例えば、発光装置Ｂの透光性樹脂層５の表面に保護用の透明樹脂を追加するとともに、中央部の厚みが厚い透明樹脂を被着させたり、透明樹脂をフレネルレンズ形状に成形し、光軸中央方向に集光される発光装置Ｂとしたり、各部を所定の厚みに変化させて、所要の分散光を得る発光装置Ｂとしてもよい。
本発明の発光素子搭載用基体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の発光素子搭載用基体の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光素子搭載用基体の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光素子搭載用基体の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の発光素子搭載用基体の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光素子搭載用基体の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光素子搭載用気体の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す平面図である。 従来の発光装置の例を示す断面図である。 気孔率と反射率との測定結果を示すグラフであり、（ａ）は測定波長が４００ｎｍ、（ｂ）は測定波長が６００ｎｍのときの結果を示すものである。
符号の説明
１：環状金属体
１ａ：突出部
１ｂ：傾斜面
１ｂ−Ａ：肩部
２：支持金属体
２ａ：突起
３：封止部材
３ａ：透明樹脂
３ｂ：粒状体
３Ａ：間隙（気孔）
３Ｂ：無機材料
４：透明樹脂層
５：透光性樹脂層
５ａ：蛍光体
６：発光素子
７：ボンディングワイヤ
Ａ：発光素子搭載用基体
Ｂ：発光装置
Ｃ：螺条
８Ａ：透明部材
９：空隙

Claims (15)

  1. 環状金属体と、該環状金属体の内側に設置され、上端面が発光素子搭載部とされた支持金属体と、該支持金属体および前記環状金属体の間に配置された封止部材とを具備し、
    前記封止部材が、少なくとも前記発光素子搭載部の周囲に配される搭載面側が多孔質な無機材料から成る第１の部位、および該第１の部位における前記搭載面側とは反対側の面を覆う封止樹脂から成る第２の部位を備えていることを特徴とする発光素子搭載用基体。
  2. 前記第１の部位が、前記発光素子搭載部の周囲に配される搭載面側に位置して多孔質な無機材料から成る部分と、この部分における前記搭載面側とは反対側に形成された金属、セラミックスまたは樹脂から成る部分とを有することを特徴とする請求項１記載の発光素子搭載用基体。
  3. 前記封止部材は、その気孔率が１５〜４３％であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光素子搭載用基体。
  4. 前記封止部材の前記搭載面側に透明部材が被着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子搭載用基体。
  5. 前記透明部材と前記無機材料との間に空隙が設けられていることを特徴とする請求項４記載の発光素子搭載用基体。
  6. 前記空隙に不活性ガスが封入されていることを特徴とする請求項５記載の発光素子搭載用基体。
  7. 前記無機材料は、酸化チタン，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム，酸化亜鉛，酸化カルシウム，酸化マグネシウム，硫酸バリウムから選ばれた１種またはこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光素子搭載用基体。
  8. 前記無機材料は、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム，酸化マグネシウムの混合物を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光素子搭載用基体。
  9. 前記環状金属体は、その上面外周部に全周にわたって突出部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発光素子搭載用基体。
  10. 前記突出部は、その内側面が下端から上端に向かうに伴って外側に広がる傾斜面とされていることを特徴とする請求項９記載の発光素子搭載用基体。
  11. 前記環状金属体は、その外周面の下端から上方に向けて螺条が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の発光素子搭載用基体。
  12. 請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の発光素子搭載用基体と、前記発光素子搭載部に搭載されるとともに前記支持金属体および前記環状金属体に電気的に接続された発光素子と、該発光素子を覆うように設けられた透明樹脂層とを具備していることを特徴とする発光装置。
  13. 前記透明樹脂層を覆うように配置されるとともに、蛍光体を含有して成る透光性樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
  14. 前記透光性樹脂層は、その表面が上方に向けて凸の曲面であることを特徴とする請求項１３記載の発光装置。
  15. 前記透光性樹脂層は、その中央部が外周部よりも厚いことを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の発光装置。
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