JP2005191138A

JP2005191138A - 発光装置

Info

Publication number: JP2005191138A
Application number: JP2003428248A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Tanaka; 信幸田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】発光素子の発光する光の放射強度を高くすることにより、軸上光度や輝度，演色性等の光特性に優れた発光装置を提供すること。
【解決手段】発光装置は、上面の中央部に発光素子５を搭載するための搭載部１ａを有する基体１と、基体１の上面の外周部に搭載部１ａを取り囲んで設けられた内周面が発光素子５から発光される光を反射する反射面２ｂとされている枠状の反射部材１と、搭載部１ａに接着材を介して搭載された発光素子５と、発光素子５を覆う透明部材３とを具備しており、発光素子５は、下面に透光性樹脂層７が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を収納するための発光装置に関する。

従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子15から発光される近紫外線光や青色光等の光を赤色，緑色，青色，黄色等の複数の蛍光体で長波長変換して白色発光する発光装置を図２に示す。図２において、発光装置は、上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17が形成された絶縁体からなる基体11と、基体11上面に接着固定され、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、内周面が発光素子15が発光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の内部に充填され発光素子15が発光する光を長波長変換する蛍光体を含有した透明樹脂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、その上面に配線導体17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モールド成型されて基体11の内部に設置固定される。

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が設けられる枠状となっている。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の内周面を研磨して平坦化することにより、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）ロウ等の導電性接着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の上面に接合される。

そして、搭載部11ａに配置した配線導体17と発光素子15とを発光素子15の下面に設けられた電極を介して電気的に接続する。発光素子15の電極と配線導体17とは、樹脂接着材やＡｇペースト（Ａｇ粒子を含有する樹脂）等の導電性接着材18によって、接合され、しかる後、蛍光体を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂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の内部に充填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る。

この発光装置は、外部電気回路（図示せず）から供給される電流電圧によって発光素子15を起動させ、可視光を発光し発光装置として使用される。その適応範囲は各種インジケーター、光センサー、ディスプレイ、ホトカプラ、バックライト光源や光プリントヘッドなどに利用される。
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増加しており、放射強度、放熱特性において、より高特性の発光装置が要求されている。また、発光素子を使用した発光装置においては長寿命性を期待するところも少なくない。

しかしながら、上記従来の発光装置においては、発光素子15からあらゆる方向に光が発光されるものの、発光素子15の下面は搭載部11ａに導電性接着材18で接続されるため、下側方向に発光された光はこの導電性接着材18により吸収され、発光素子15から下方に発光される光を活かすことができず、発光素子15の性能を最大限活かしきれないものとなっていた。即ち、発光装置15から発光する光の放射強度を最大限まで高めることができない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、発光素子から発光される光の放射強度を高くすることにより、軸上光度や輝度，演色性等の光特性に優れた発光装置を提供することである。

本発明の発光装置は、上面の中央部に発光素子を搭載するための搭載部を有する基体と、該基体の上面の外周部に前記搭載部を取り囲んで設けられた内周面が前記発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、前記搭載部に接着材を介して搭載された発光素子と、前記発光素子を覆う透明部材とを具備しており、前記発光素子は、下面に透光性樹脂層が形成されていることを特徴とする。

本発明の発光装置において、好ましくは、前記接着材は、前記発光素子から発光される光を透過する透光性のものであることを特徴とする。

本発明の発光装置は、上面の中央部に発光素子を搭載するための搭載部を有する基体と、該基体の上面の外周部に前記搭載部を取り囲んで設けられた内周面が前記発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、前記搭載部に接着材を介して搭載された発光素子と、前記発光素子を覆う透明部材とを具備しており、前記発光素子は、下面に透光性樹脂層が形成されていることから、透光性樹脂層によって発光素子と搭載部との間に光を透過することのできる領域が形成され、発光素子から下方に発光される光を、この透光性樹脂層を透過させて外部に放出させることができる。よって、発光素子から下方に発光される光を活かすことができ、発光素子の性能をより高い効率で活かしきれるものとなる。よって、発光装置からきわめて高い効率で発光させて放射強度をより高めることができ、軸上光度や輝度，演色性等の光特性が良好なものとすることができる。

本発明の発光装置は、接着材が発光素子から発光される光を透過する透光性のものであることから、接着材で光が吸収されるのを有効に抑制して発光素子から下方に発光される光を効率よく放出させることができる。

本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において、１は基体、２は反射部材、３は透明部材、７は透光性樹脂層、８は配線導体であり、主としてこれらで発光装置が構成される。

本発明の発光装置は、上面の中央部に発光素子５を搭載するための搭載部１ａを有する基体１と、基体１の上面の外周部に搭載部１ａを取り囲んで設けられた内周面が発光素子５から発光される光を反射する反射面２ｂとされている枠状の反射部材２と、搭載部１ａに接着材を介して搭載された発光素子５と、発光素子５を覆う透明部材３とを具備しており、発光素子５は、下面に透光性樹脂層７が形成されている。即ち、発光素子５は下面に透光性樹脂層７が被着成形されており、この透光性樹脂層７の下面が搭載部１ａに接着固定されている。

本発明における基体１は、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１は、上側主面に発光素子５を搭載する搭載部１ａを有している。

搭載部１ａには、発光素子５が搭載固定される。また基体１の上面には搭載部１ａの周囲に発光素子５が電気的に接続される配線導体８が形成されている。この配線導体８が基体１内部に形成された配線導体（図示せず）を介して発光装置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５と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。

透光性樹脂層７は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂が用いられ、好ましくは、反射部材２の内側に充填される透明部材３と同じ材料であるのがよい。これにより、透明部材３と透光性樹脂層７との熱膨張係数差による応力を小さくできるとともに、透明部材３と透光性樹脂層７との屈折率差を小さくして光がこれらの境界で反射されるのを有効に防止でき、外部に効率よく光を放射することができる。

また、下面に透光性樹脂層７が被着成形された発光素子５を搭載部１ａに接着固定するための接着材としては、エポキシ樹脂系接着材，シリコーン樹脂系接着材，アクリル樹脂系接着材等の樹脂製の接着材、半田等のろう材等が挙げられる。ろう材を用いる場合は、透光性樹脂層７の下面にめっき等で金属膜を形成しておき、この金属膜を基体１の上面にメタライズ等で形成した搭載部１ａにろう材を介して接合すればよい。

好ましくは、接着材が発光素子５から発光される光を透過する透光性のものであるのがよい。これにより、接着材で光が吸収されるのを有効に抑制して発光素子５から下方に発光される光を効率よく放出させることができる。

発光素子５は少なくともその下面にあらかじめエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性樹脂層７が被着された状態で搭載部１ａにエポキシ樹脂系接着材，シリコーン樹脂系接着材，アクリル樹脂系接着材等の樹脂製の接着材を介して接着固定されている。これにより、透光性樹脂層７によって発光素子５と搭載部１ａとの間に光を透過することのできる領域が形成され、発光素子５から下方に発光される光を、この透光性樹脂層７を透過させて外部に放出させることができる。よって、発光素子５から下方に発光される光を活かすことができ、発光素子５の性能をより高い効率で活かしきれるものとなる。よって、発光装置からきわめて高い効率で発光させて放射強度をより高めることができ、軸上光度や輝度，演色性等の光特性が良好なものとすることができる。また、発光素子５にあらかじめ透光性樹脂層７が固定された状態であるので、載置部１ａと発光素子５の下面との間の距離を一定にして精度良く発光素子５を搭載固定するのが容易であり、発光素子５の実装の作業効率を向上できるという利点がある。

また、発光素子５下面から側面の下端部かけて、または、発光素子５の下面から側面全面にかけて透光性樹脂層７が被着されているのがよく、好ましくは、発光素子５が透光性樹脂層７に埋設され、発光素子５の上面が露出した状態になっているのがよい。この構成により、発光素子５と透光性樹脂層７との密着を強固なものとするとともに、発光素子５の側部を保護し、実装時に発光素子５の側面に傷等による損傷が発生するのを防止することができる。

透光性樹脂層７は、発光素子５の下面と搭載部１ａとの間の厚みが0.3〜３ｍｍであるのがよい。これにより、発光素子５の下面から発光された光を発光素子５の下面と搭載部１ａとの間で反射させてこれらの隙間からより効率よく放出させることが可能となる。0.3ｍｍ未満であると、発光素子５の下面から発光された光が発光素子５の下面と搭載部１ａとの間で反射する回数が多くなり、光損失が生じやすくなる。また、３ｍｍを超えると、発光素子５で発生した熱を基体１に伝えて放熱するのが困難になりやすい。

配線導体８は、基体１がセラミックスから成る場合、その上面に配線導体８がＷ，Ｍｏ−Ｍｎ，Ｃｕ，Ａｇ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１が樹脂から成る場合、ＣｕやＦｅ−Ｎｉ合金等から成るリード端子がモールド成型されて基体１の内部に設置固定される。

発光素子５を配線導体８に接続する方法としては、ワイヤボンディング９を介して接続する方法が用いられる。ワイヤボンディング９により、リボン線等を介して電気的に接続する場合に比べ線の太さを細くすることができるため、発光強度が低下するのを抑制することができる。

なお、配線導体８の露出する表面には、Ｎｉや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８の酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子５と配線導体８との接続を強固にし得る。したがって、配線導体８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、基体１の上面の外周部には、反射部材２が半田，Ａｇロウ等のロウ材やエポキシ樹脂等の接着材等の接合材により取着される。反射部材２は、中央部に貫通孔２ａが形成されているとともに内周面が発光素子５が発光する光を反射する反射面２ｂとされている。

反射面２ｂは、反射部材２に対して切削加工や金型成形等を行うことにより形成される。あるいは、貫通孔２ａの内周面に、例えば、メッキや蒸着等によりＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｃｕ等の高反射率の金属薄膜を形成することにより反射面２ｂを形成してもよい。なお、反射面２ｂがＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合には、その表面に、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良い。これにより反射面２ｂの耐腐食性が向上する。

また、反射面２ｂ表面の算術平均粗さＲａは、0.004〜４μｍであるのが良く、これにより、反射面２ｂが発光素子５や蛍光体の光を良好に反射させることができる。Ｒａが４μｍを超えると、発光素子５の光を均一に反射させることができず、発光装置の内部で乱反射する。一方、0.004μｍ未満では、そのような面を安定かつ効率良く形成することが困難となる傾向にある。

反射面２ｂは、例えば、縦断面形状が、上側に向かうにともなって外側に広がった図１に示すような直線状の傾斜面、上側に向かうにともなって外側に広がった曲面状の傾斜面、あるいは矩形状の面等の形状等が挙げられる。

透明部材３は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂から成る。透明部材３は、ディスペンサー等の注入機で発光素子５を覆うように反射部材２の内部に充填され、オーブン等で熱硬化される。また、透明部材３内には発光素子５から発光される光を波長変換するための蛍光体が含まれていてもよい。

また、透明部材３の上面は図１に示すように上に凸の形状になっているのがよい。これにより、発光素子５から斜め上方に放出された光に対しても発光部と透明部材３の表面との間隔が長くなるのを防止することができ、より放射強度を高めることができる。

かくして、本発明の発光装置は、搭載部１ａに導電性接着材を介して発光素子５が搭載され、発光素子５を透明部材３で覆うことによって、発光装置と成る。

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、放射強度の向上のために基体１に発光素子５を複数設けてしても良い。また反射面２ｂの角度や、反射面２ｂ上端から透明部材３の上面までの距離を任意に調整することも可能であり、これにより、補色域を設けることによりさらに良好な演色性を得ることができる。

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。従来の発光装置を示す断面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：搭載部
２：反射部材
３：透明部材
５：発光素子
７：透光性樹脂層

Claims

上面の中央部に発光素子を搭載するための搭載部を有する基体と、該基体の上面の外周部に前記搭載部を取り囲んで設けられた内周面が前記発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、前記搭載部に接着材を介して搭載された発光素子と、前記発光素子を覆う透明部材とを具備しており、前記発光素子は、下面に透光性樹脂層が形成されていることを特徴とする発光装置。
前記接着材は、前記発光素子から発光される光を透過する透光性のものであることを特徴とする請求項１記載の発光装置。