JP2006156662A

JP2006156662A - 発光装置

Info

Publication number: JP2006156662A
Application number: JP2004344432A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nagai; 秀男永井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】基板上に多数の発光素子が配置され、各発光素子が封止部で覆われた発光装置において、反射板が不要で、かつ反射面を備える封止部の形成が可能な発光装置を提供する。
【解決手段】基板２と、基板２の上に配置された複数の発光素子３と、発光素子３を覆う透光性の封止部５とを含み、封止部５は、発光素子３の側面に対向する外側面５ａを備え、外側面５ａは、発光素子３から側方に出射された光を上方に反射させる反射面を構成し、封止部５と発光素子３との間には、封止材６が配置されている発光装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を用いた発光装置に関する。

発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記す。）は、白熱電球、ハロゲン電球などと比べて発光効率及び寿命などの観点から優位性を有しているので、各種の表示装置、照明装置などの発光装置として用いられつつある。このＬＥＤは、基本的に発光素子と、その発光素子を封止する透光性の封止部とから成り立っている。

このような発光装置においては、一般にＬＥＤベアチップを直列や並列に接続するための導体パターンが絶縁層表面に形成され、各ＬＥＤベアチップが各実装位置にマウントされるような構成をとっている。また、上記発光装置は、各ＬＥＤベアチップからの光を効率よく前方に照射するために、反射板が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の反射板は、各ＬＥＤベアチップに対応して反射孔が開設されてなる板体で形成されている。この反射板は、板体の下面から上面に向って拡径されたすり鉢状をしており、その斜面が反射面となるように鏡面に仕上げられている。また、上記反射孔は、樹脂で封止されており、この樹脂によりＬＥＤベアチップを保護している。上記構成を有する反射板では、各反射孔は対応するＬＥＤベアチップを包囲し、ＬＥＤベアチップから側方に出射された光が、上記反射面で反射され前方に照射される。

しかし、特許文献１の発光装置は、反射面を有する反射板を基板上に取り付け、さらに反射孔を樹脂で封止する必要があるため、その製造工程において部品数及び製造工数が増加するという問題がある。

このため、上記反射板を用いないＬＥＤ構造も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載のＬＥＤは、樹脂モールドレンズの側面に設けた全反射面により発光素子が側方に出射した光を上方に反射する構造をとっている。この構造では、反射板をモールドレンズが兼ねており、特許文献１の発光装置で用いた反射板が不要となる。
特開２００４−２４１５０９号公報特開２００４−１７２５７２号公報

特許文献２に記載の樹脂モールドレンズは、トランスファーモールド用金型を使用して形成される。しかし、特許文献２に記載の側面に全反射面を設けた樹脂モールドレンズを、特許文献１に記載の多数のＬＥＤを備える発光装置に、上記モールド用金型を用いて形成することは困難である。即ち、特許文献１に記載の発光装置では、例えば、基板上に行列状に６４個のＬＥＤを実装しているが、これに上記モールド用金型を用いて上記樹脂モールドレンズを形成すると、基板の周囲に配置されているＬＥＤの樹脂モールドレンズの外周側に反射面を設けることは可能であるが、その内側に配置されているＬＥＤの樹脂モールドレンズに反射面を形成することは、ＬＥＤ間にモールド用金型を挿入できないため、困難である。

本発明は上記問題点を解決したもので、基板上に多数の発光素子が配置され、各発光素子が封止部で覆われた発光装置において、反射板が不要で、かつ反射面を備える封止部の形成が可能な発光装置を提供するものである。

本発明の発光装置は、基板と、前記基板の上に配置された複数の発光素子と、前記発光素子を覆う透光性の封止部とを含む発光装置であって、前記封止部は、前記発光素子の側面に対向する外側面を備え、前記外側面は、前記発光素子から側方に出射された光を上方に全反射させる反射面を構成し、前記封止部と前記発光素子との間には、空間部又は封止材が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、基板上に多数の発光素子が配置され、各発光素子が封止部で覆われた発光装置において、反射板が不要で、かつ反射面を備える封止部の形成が可能な発光装置を提供でき、その製造工程において部品数及び製造工数を削減することができる。

本発明の発光装置の一例は、基板と、この基板の上に配置された複数の発光素子と、この発光素子を覆う透光性の封止部とを含む。また、上記封止部は、上記発光素子の側面に対向する外側面を備え、上記外側面は、上記発光素子から側方に出射された光を上方に全反射させる反射面を構成し、上記封止部と上記発光素子との間には、空間部又は封止材が配置されている。

上記構造とすることにより、基板上に多数実装されている各発光素子に対して、反射面を備えた封止部を形成することができる。また、反射板を用いなくても、発光素子から側方に出射された光を上方に全反射させることができ、発光素子から出射された光を有効に利用可能となるとともに、製造工程において部品数及び製造工数を削減することができる。さらに、封止部と反射面とを一体化できるので、それぞれの位置合せ精度が向上する。

また、封止部と発光素子との間に空間部を設けることにより、発光素子に外部から応力が加わることを防止でき、発光素子の損傷を抑制できる。一方、封止部と発光素子との間に封止材を配置することにより、発光素子を外部から密閉して保護できる。

上記封止部の外側面は、反射膜でさらに覆われていることが好ましい。これにより、反射面の反射効率を向上できる。また、反射面に反射膜を形成すると、全反射面のみの場合に比べて、反射面を基板に対してより大きな角度に設定できるので、封止部の外側面の外径をより小さくできる。

上記反射膜は、誘電体層又は金属層からなることが好ましい。これらは、反射効率が高いからである。

上記封止材の屈折率は、上記封止部の屈折率より小さいことが好ましい。これにより、封止材と封止部との界面における光の反射が減少し、光取出し効率が高まる。

上記封止部のガラス転移温度は、上記封止材のガラス転移温度より高いことが好ましい。これにより、予め形成した封止部と基板とを液状の封止材により接着することができる。

上記封止部と上記空間部との間には、反射防止膜がさらに配置されていることが好ましい。これにより、空間部と封止部との界面における光の反射が減少し、光取出し効率が高まる。

さらに、蛍光体層を上記発光素子の表面に配置することもできる。これにより、発光素子の出射光を蛍光体層で波長変換し、所望の波長の光、又は異なる波長の光の混色による白色光を得ることができる。

また、上記蛍光体層は、上記封止部と、上記空間部又は上記封止材との間に配置することもできる。これにより、発光素子に直接蛍光体層が接触しないので、蛍光体層に対する発光素子の発熱の影響を低減でき、熱飽和による蛍光体層の発光効率の低下を抑制できる。また、蛍光体層に照射される発光素子からの光の単位照射密度が低減するので、光飽和による蛍光体層の発光効率の低下を抑制できる。

上記封止部は、上記発光素子の上方に配置されたレンズ部を備えていることが好ましい。これにより、発光素子から出射された光の集光が効率的に実現できる。

上記封止部は、相互に連結していることが好ましい。これにより、製造工程において部品数をさらに削減することができる。

上記封止部の外側面の外側には、封止材がさらに配置されていることが好ましい。これにより、基板と封止部との接着力をより強化できるとともに、発光素子をより完全に密閉でき、発光素子の信頼性が向上する。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の発光装置の一例を示す斜視図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線の断面図である。

図１及び図２において、本実施形態の発光装置１は、基板２と、基板２の上に配置された複数の発光素子３と、発光素子３の表面を覆う蛍光体層４と、蛍光体層４を覆う封止部５とを備えている。封止部５は、発光素子３の側面に対向する曲面状の外側面５ａを備え、外側面５ａは、発光素子３から側方に出射された光を上方に全反射させる反射面を構成している。また、封止部５は、発光素子３から出射された光を集光するレンズ部５ｂを備えている。さらに、封止部５と蛍光体層４との間には、封止材６が充填されている。

また、基板２は、金属板７と、第１の絶縁層８と、第２の絶縁層９とを積層して形成されている。第１の絶縁層８の上には、端子１０と、配線パターン１１とが配置されている。発光素子３と配線パターン１１とは、サブマウント１２を介して電気的に接続されている。また、封止部５と第２の絶縁層９とは、接着剤１３により接合されている。

封止部５の材料としては、透光性と剛性を有する材料が好ましい。これにより、発光素子３を保護しつつ光の取出しが可能となる。透光性と剛性を有する材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラス、ナイロン樹脂、ポリカーボネート、アクリル樹脂などを用いることができるが、本実施形態ではガラス以外の材料を用いた例を示した。

封止材６の材料としては、透光性と耐熱・耐光性を有する材料が好ましい。これにより、発光素子３から出射される熱と光による封止材６の劣化を抑制して、光の取出しを維持できる。透光性と耐熱・耐光性を有する材料としては、例えば、シリコーン変性エポキシ樹脂、水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテルを主体とした耐熱性・耐光性のエポキシ樹脂、フッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーン樹脂、シリコーンゴムなどのシリコーン材料、水ガラスなどを用いることができる。

蛍光体層４は、蛍光体と、蛍光体を分散させる母材からなる。蛍光体としては特に限定されず、発光装置の要求性能に適合する各種の蛍光体を用いることができる。また、母材としては、透光性、耐熱・耐光性及び弾性を有する材料が好ましい。透光性及び耐熱・耐光性を有することにより、母材の劣化を抑制して光の取出しを維持できる。また、弾性を有することにより、発光素子に加わる機械的な応力から発光素子を保護できる。透光性、耐熱・耐光性及び弾性を有する材料としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーンゴムなどのシリコーン材料、水ガラスなどを用いることができる。

封止材６の屈折率は、封止部５の屈折率より小さいことが好ましい。これにより、封止材６と封止部５との界面における光の反射が減少し、光取出し効率が高まる。従って、例えば、封止部５をエポキシ樹脂（屈折率：１．４９）で形成した場合には、封止材６は、シリコーン樹脂（屈折率：１．４１）を用いることが好ましい。

封止部５のガラス転移温度は、封止材６のガラス転移温度より高いことが好ましい。これにより、予め形成した封止部５と基板２とを液状の封止材６により接着することができる。従って、例えば、封止部５をエポキシ樹脂（ガラス転移温度：１５０℃）で形成した場合には、封止材６は、シリコーン樹脂（ガラス転移温度：１３０℃）を用いることが好ましい。

なお、上記発光装置１の各部材の大きさ、厚さなどは特に限定されないが、例えば、基板２の大きさは縦２４ｍｍ、横２８ｍｍ、レンズ部５ｂの最大径は６ｍｍとすることができる。また、上記各部材の材料も、上記で記載したものを含めて特に限定されない。

（実施形態２）
図３は、本発明の発光装置の他の一例を示す断面図である。図３では、図２と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

本実施形態の発光装置１は、実施形態１で用いた封止材６を使用せず、封止部５と蛍光体層４との間に空間部１４を設けた以外は、実施形態１の発光装置と同様である。空間部１４を設けることにより、発光素子３に外部から応力が加わることがなく、発光素子３の損傷が抑制できる。

空間部１４には、乾燥不活性ガスを充填することが好ましい。これにより、発光素子３の劣化を防止できる。不活性ガスとしては、窒素ガスなどを用いることができる。

（実施形態３）
図４は、本発明の発光装置の他の一例を示す断面図である。図４では、図２と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

本実施形態の発光装置１は、封止部５の外側面５ａの表面を反射膜１５で覆った以外は、実施形態１の発光装置と同様である。反射膜１５を設けることにより、反射効率を向上できる。

反射膜１５としては、厚さ０．２μｍ〜２μｍの誘電体層又は金属層から形成できる。また、誘電体層は、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコンなどから形成でき、金属層は、アルミニウム、銀、金、白金、ロジウムなどから形成できる。

（実施形態４）
図５は、本発明の発光装置の他の一例を示す断面図である。図５では、図３と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

本実施形態の発光装置１は、封止部５と空間部１４との間に反射防止膜１６を配置した以外は、実施形態２の発光装置と同様である。反射防止膜１６を設けることにより、空間部１４と封止部５との界面における光の反射が減少し、光取出し効率が高まる。

反射防止膜１６の材料としては、酸化チタン、酸化ジルコンなどを用いることができる。また、反射防止膜１６の厚さは、０．２μｍ〜２μｍとすることができる。

（実施形態５）
図６は、本発明の発光装置の他の一例を示す断面図である。図６では、図３と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

本実施形態の発光装置１は、封止部５と空間部１４との間に蛍光体層４を配置し、封止部５の外側面５ａの表面を反射膜１５で覆い、発光素子３を蛍光体層で覆わないワイヤ付きベアチップとし、封止部５と第２の絶縁層９との間に封止材１７を充填した以外は、実施形態２の発光装置と同様である。

封止部５と空間部１４との間に蛍光体層４を配置することにより、発光素子３に直接蛍光体層４が接触しないので、蛍光体層４に対する発光素子３の発熱の影響を低減でき、熱飽和による蛍光体層４の発光効率の低下を抑制できる。また、蛍光体層４に照射される発光素子３からの光の単位照射密度が低減するので、光飽和による蛍光体層４の発光効率の低下を抑制できる。

また、空間部１４を設けることにより、発光素子３に外部から応力が加わることがなく、発光素子３のワイヤが切断する恐れがない。さらに、反射膜１５を設けることにより、反射効率を向上できる。また、封止材１７を充填することにより、基板２と封止部５との接着力をより強化できるとともに、発光素子３をより完全に密閉でき、発光素子３の信頼性が向上する。

（実施形態６）
図７は、本発明の発光装置の他の一例を示す断面図である。図７では、図２と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

本実施形態の発光装置１は、封止部５の外側面５ａの表面を反射膜１５で覆い、封止部５と第２の絶縁層９との間に封止材１７を充填し、接着剤１３を用いなかった以外は、実施形態１の発光装置と同様である。反射膜１５を設けることにより、反射効率を向上できる。また、封止材１７を充填することにより、接着剤を用いなくても基板２との封止部５とを接着できるとともに、発光素子３をより完全に密閉でき、発光素子３の信頼性が向上する。

（実施形態７）
図８は、本発明の発光装置の他の一例を示す断面図である。図８では、図２と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

本実施形態の発光装置１は、封止部５を各発光素子３ごとに分離独立させ、第１のセラミック層１８、第２のセラミック層１９及び第３のセラミック層２０を積層して基板２を形成した以外は、実施形態１の発光装置と同様である。

（実施形態８）
図９は、本発明の発光装置の他の一例を示す断面図である。図９では、図３と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

本実施形態の発光装置１は、封止部５をコバールガラス（ホウ珪酸ガラス）で形成し、封止部５と基板２とをコバール金属（鉄−ニッケル−コバルト合金）枠２１を介して接合した以外は、実施形態２の発光装置と同様である。なお、コバール金属枠２１と封止部５とは低融点ガラス２２により接着されている。また、第２の絶縁層９の上には表面が金メッキされた鉄合金２３が配置され、コバール金属枠２１と鉄合金２３とは溶接により接合されている。

コバール金属の熱膨張係数とコバールガラスの熱膨張係数とはほぼ同じであるため、封止部５をガラスで形成しても基板２と安定的に接合できる。

（実施形態９）
図１０は、実施形態１の発光装置の製造工程の一例を示す断面図である。図１０では、図２と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

実施形態１の発光装置１を製造するには、図１０に示すように、先ず蛍光体層４で被覆された発光素子３が複数実装された基板２を準備する。次に、予めモールド成形した封止部５の凹部に封止材６を充填し、封止部５の周囲に接着剤１３を塗布する。その後、基板２と封止部５とを所定の位置に合わせた後、基板２と封止部５とを接合する。これにより、図２に示す実施形態１の発光装置１が完成する。

（実施形態１０）
図１１は、実施形態５の発光装置の製造工程の一例を示す断面図である。図１１では、図６と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

実施形態５の発光装置１を製造するには、図１１Ａに示すように、先ず予めモールド成形により外側面５ａ（反射面）を有する封止部５を形成する。次に、図１１Ｂに示すように、封止部５の外側面５ａの表面に反射膜１５を蒸着、スパッタ、塗布などにより形成する。次に、図１１Ｃに示すように、反射膜１５を形成した封止部５の凹部に封止材１７を充填する。次に、図１１Ｄに示すように、封止部５の残りの凹部の内面に蛍光体層４を塗布などにより形成し、封止部５の周囲に接着剤１３を塗布する。最後に、図１１Ｅに示すように、発光素子３が複数実装された基板２と上記封止部５とを所定の位置に合わせた後、基板２と封止部５とを接合する。これにより、図６に示す実施形態５の発光装置１が完成する。

（実施形態１１）
図１２は、実施形態６の発光装置の製造工程の一例を示す断面図である。図１２では、図７と同一部分には同一の符号を付し、その説明を省略した。

実施形態６の発光装置１を製造するには、図１２Ａに示すように、先ず予めモールド成形により外側面５ａ（反射面）を有する封止部５を形成する。次に、図１２Ｂに示すように、封止部５の外側面５ａの表面に反射膜１５を蒸着、塗布などにより形成する。次に、蛍光体層４で被覆された発光素子３が複数実装された基板２と上記封止部５とを所定の位置に合わせた後、基板２と封止部５とを接触させる（図示せず。）最後に、図１２Ｃに示すように、封止部５と基板２との空間部に封止材６と封止材１７とを充填する。これにより、図７に示す実施形態６の発光装置１が完成する。

以上のように本発明の発光装置は、反射板が不要で、その製造工程において部品数及び製造工数を削減することができる。また、本発明の発光装置は、各種の表示装置、照明装置などに利用でき、その産業上の利用範囲は広い。

本発明の実施形態１の発光装置を示す斜視図である。図１のＩ−Ｉ線の断面図である。本発明の実施形態２の発光装置を示す断面図である。本発明の実施形態３の発光装置を示す断面図である。本発明の実施形態４の発光装置を示す断面図である。本発明の実施形態５の発光装置を示す断面図である。本発明の実施形態６の発光装置を示す断面図である。本発明の実施形態７の発光装置を示す断面図である。本発明の実施形態８の発光装置を示す断面図である。本発明の実施形態１の発光装置の製造工程の一例を示す断面図である。本発明の実施形態５の発光装置の製造工程の一例を示す断面図である。本発明の実施形態６の発光装置の製造工程の一例を示す断面図である。

符号の説明

１発光装置
２基板
３発光素子
４蛍光体層
５封止部
５ａ外側面
５ｂレンズ部
６封止材
７金属板
８第１の絶縁層
９第２の絶縁層
１０端子
１１配線パターン
１２サブマウント
１３接着剤
１４空間部
１５反射膜
１６反射防止膜
１７封止材
１８第１のセラミック層
１９第２のセラミック層
２０第３のセラミック層
２１コバール金属枠
２２低融点ガラス
２３鉄合金

Claims

基板と、前記基板の上に配置された複数の発光素子と、前記発光素子を覆う透光性の封止部とを含む発光装置であって、
前記封止部は、前記発光素子の側面に対向する外側面を備え、
前記外側面は、前記発光素子から側方に出射された光を上方に反射させる反射面を構成し、
前記封止部と前記発光素子との間には、空間部又は封止材が配置されていることを特徴とする発光装置。
前記外側面は、反射膜でさらに覆われている請求項１に記載の発光装置。
前記反射膜は、誘電体層又は金属層からなる請求項２に記載の発光装置。
前記封止材の屈折率は、前記封止部の屈折率より小さい請求項１に記載の発光装置。
前記封止部のガラス転移温度は、前記封止材のガラス転移温度より高い請求項１に記載の発光装置。
前記封止部と前記空間部との間に、反射防止膜がさらに配置されている請求項１に記載の発光装置。
蛍光体層が、前記発光素子の表面にさらに配置されている請求項１に記載の発光装置。
蛍光体層が、前記封止部と、前記空間部又は前記封止材との間にさらに配置されている請求項１に記載の発光装置。
前記封止部は、前記発光素子の上方に配置されたレンズ部を備えている請求項１に記載の発光装置。
前記封止部は、相互に連結している請求項１に記載の発光装置。
前記封止部の外側面の外側に、封止材がさらに配置されている請求項１に記載の発光装置。