JP2009032851A

JP2009032851A - 発光装置

Info

Publication number: JP2009032851A
Application number: JP2007194209A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Ito; 優輝伊藤
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】光が補強材を透過することによる光ロスを生じることなく、光反射効率に優れる発光装置を提供する。
【解決手段】開口２ａが形成され反射面２１が湾曲状とされた反射部２３を有し、表面に光反射膜としてＡｌからなるめっき膜２１１を設けたガラス繊維からなる補強材２００を含むポリアミド系樹脂材料からなる反射ケース２と、反射ケース２の底面に形成された所定の高さの素子搭載部２２と、素子搭載部２２に搭載されたＬＥＤチップ３を備え、ＬＥＤチップ３から反射面２１方向の底面寄りへ出射した光を反射ケース２の反射面２１にて開口２ａ側へ反射させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子を収容するケースを有した発光装置に関する。

従来から、一面に開口を有するケースの底面にＬＥＤチップが配置され、ケース内に光透過性の樹脂が充填される表面実装型の発光装置が知られている。ケースの内面は、ＬＥＤチップから出射される光の反射面をなす。反射面は、ケースの底面側から開口側へ向かって、底面に対して所定角度で傾斜して拡開するよう形成される。これにより、ＬＥＤチップから側方へ出射する光は、内面にて開口側へ反射されてケースの開口から取り出される。

この種の発光装置として、成形性に優れる材料としてポリアミド系樹脂（ナイロン）を用いてケースを形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。上記した発光装置等の電子機器は近年小型化が進み、はんだリフローによる実装が行われていることから、はんだリフローに耐える耐熱性とケース強度の確保が求められる。特許文献１に記載の発光装置では、ポリアミド系樹脂材料に耐熱剤や補強材を添加している。

また、この種の発光装置として、ポリアミド系樹脂材料からなるケースに補強材としてガラス繊維を含むものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平２−２８８２７４号公報特開２００２−３７４００７号公報

しかしながら、特許文献２に記載の発光装置によると、ポリアミド系樹脂材料に含まれるガラス繊維は透明であることから、光源である発光素子から発せられる光がガラス内を透過してケース外部への光漏れを生じ、光反射効率が低下するという問題がある。

従って、本発明の目的は、光が補強材を透過することによる光ロスを生じることなく、光反射効率に優れる発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、樹脂材料によって形成され、前記樹脂材料に添加されるとともに光反射性を有する補強材を含むケースと、前記ケースと一体的に設けられて前記ケースの一面に形成される開口の底面に露出し、前記発光素子を搭載されるとともに前記発光素子と電気的に接続されるリードと、前記開口に収容される前記発光素子および前記リードを封止する封止樹脂とを備えたことを特徴とする発光装置が提供される。

この発光装置によれば、ケースを構成する樹脂材料に光反射性を有する補強材を添加することから、光源である発光素子から発せられる光が補強材内に入射せずに反射されるので、光ロスが生じないものとでき、光反射効率を高めることができる。

また、上記発光装置において、前記樹脂材料は、前記補強材を混合されるポリアミド系樹脂からなることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記補強材は、ガラス繊維であることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記ガラス繊維は、繊維の長さと径の比が１０〜５０であることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記ガラス繊維は、表面に光反射膜を着膜させてなることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記光反射膜は、電気めっきによって前記ガラス繊維の表面に形成されることが好ましい。

本発明によれば、光が補強材を透過することによる光ロスを生じることなく、優れた光反射効率を付与することができる。

図１から図４は本発明の一実施形態を示すもので、図１は発光装置の概略外観斜視図、図２は発光装置の模式正面図である。

図１に示すように、発光装置１は、開口２ａが形成され反射面２１が湾曲状とされた反射部２３を有する反射ケース２を備えている。図２に示すように、発光装置１は、本実施形態に係る補強材を含有させた樹脂材料からなる反射ケース２の底面に形成された所定の高さの素子搭載部２２と、素子搭載部２２に搭載された発光素子としてのＬＥＤチップ３とを備えている。ＬＥＤチップ３は、反射ケース２の反射部２３により包囲される。反射ケース２の底面にはＬＥＤチップ３の電極と接続される負極リード４及び正極リード５が配される。図１に示すように、負極リード４及び正極リード５は、反射ケース２の外部まで形成され、基板実装時に基板の配線部に接続される。

この発光装置１は、液晶バックライト、パネルメータ、表示灯、面発光スイッチ等に利用される面状発光装置に用いられる。面状発光装置は、発光装置１からの光が端面に入射される導光板を有し、導光板の発光面から光を面状に放射する。すなわち、発光装置１は、導光板の厚さに対応して比較的薄型となっている。そして、基板実装時に開口２ａが側方（基板とほぼ平行な方向）を指向し、開口２ａから基板とほぼ平行に光が取り出される。開口２ａは、正面視にて水平方向に長尺な略四角形状を呈する。本実施形態においては、開口２ａの上部中央側は、上方に拡大して形成されている。

図３は、発光装置の模式横断面図である。反射ケース２は、例えば、ポリアミド系樹脂からなり、具体的には９Ｔナイロン樹脂材料に補強材として、表面にアルミニウム（Ａｌ）のめっき膜が形成されたガラス繊維からなる補強材２００と、光反射性を高めるための酸化チタン（ＴｉＯ_２）からなる光反射材２０３とが混合されている。なお、この９Ｔナイロン樹脂材料には、ケースとしての特性を阻害しない範囲において補強材２００や光反射材２０３以外の他の添加剤を混合することができる。他の添加剤として、例えば、充填材、酸化安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤等がある。また、他のポリアミド系樹脂として６Ｔナイロン樹脂材料を用いることもできる。

また、図３に示すように、反射ケース２の反射面２１は、反射ケース２の底面側から開口２ａ側へ向かって拡がるよう形成される。反射面２１は、開口２ａ側から順に、底面に対して一定の傾斜角をなす傾斜区間２１ａと、底面側へ向かって窄むように湾曲する湾曲区間２１ｂと、底面側に対して垂直に延びるオフセット区間２１ｃとを有している。すなわち反射面２１は、オフセット区間２１ｃにて階段状に形成されるとともに、底面側の区間が湾曲状に形成され、開口側の区間が直線状に形成されている。

反射ケース２の底面には、所定の高さに突出した素子搭載部２２が形成される。本実施形態においては、素子搭載部２２の高さは１００〜１５０μｍである。また、反射面２１のオフセット区間２１ｃの底面からの高さも１００〜１５０μｍである。素子搭載部２２とオフセット区間２１ｃの底面からの高さは同じ、若しくは、素子搭載部２２の方が高くなるよう構成される。尚、素子搭載部２２がオフセット区間２１ｃよりも底面から高く形成された方が、同じ高さに形成されるよりも好ましい。

また、反射ケース２の底面には、負極リード４及び正極リード５が配置される。負極リード４及び正極リード５は、例えば銀メッキを施された銅合金からなる。ここで、反射面２１のオフセット区間２１ｃは、各リード４，５の上面から垂直に延びている。各リード４，５の一端は、素子搭載部２２の側面に埋入され、素子搭載部２２にて絶縁されている。本実施形態においては、素子搭載部２２における各リード４，５間の距離は１００〜２００μｍである。

図３に示すように、素子搭載部２２は、反射ケース２と一体的に形成され、ＬＥＤチップ３がダイボンドペースト７により搭載されている。ダイボンドペースト７の厚みは５〜１０μｍであり、素子搭載部２２とオフセット区間２１ｃの底面からの高さが同じである場合、ＬＥＤチップ３の下端位置はダイボンドペースト７の分だけ、反射面２１のオフセット区間２１ｃの高さより高くなる。素子搭載部２２は反射ケース２の内側の内部空間において、底面から突出するように形成されている。反射ケース２の底面には、素子搭載部２２、正極リード４及び負極リード５が露出している（図２参照）。

ここで、底面側へ向かって窄む湾曲区間２１ｂは、斜め下方へ進む光を上方へ反射させるのに好適である。本実施形態においては、ＬＥＤチップ３の発光部分としての発光層が、反射面２１の湾曲区間２１ｂよりも、底面から高い位置に配置されている。これにより、ＬＥＤチップ３の発光層から斜め下方へ出射した光は反射面２１により的確に上方へ反射する。

図４は、本実施形態で用いられる補強材の部分断面を示す拡大図である。この補強材２００は、ガラス繊維２１０の表面に電気めっきによってＡｌからなるめっき膜２１１が設けられており、そのめっき厚は１０ｎｍ〜１μｍで形成されている。

ガラス繊維２１０は、針状あるいは棒状の形状を有し、径が５〜１０μｍ、長さ１５０〜１７５μｍで、その長さと径の比（長さ／径）が１０〜５０のものが用いられ、ポリアミド系樹脂材料に１０〜２５重量％が混合される。なお、めっき膜２１１を形成する電気めっきについて、上記したＡｌ以外に、Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｇ等の他の金属によるめっき膜２１１を形成してもよい。このようにガラス繊維２１０にめっき膜２１１による光反射性を付与することにより、ガラス繊維内への光入射を防ぐとともに、その大なる表面積に基づく好ましい光反射性が得られる。また、ガラス繊維が有する強度に基づいて反射ケース２の強度を大にすることができ、ガラス繊維内に光が入射することに基づく光ロスの発生を防げる。

ＬＥＤチップ３は、４６０ｎｍの波長の光を発する発光層を有するフェイスアップ型の青色ＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ３の各電極と各リード４，５とはワイヤ６により接続されている。ＬＥＤチップ３は、反射ケース２の内部に充填された樹脂材８により封止されている。

樹脂材８は、黄色蛍光体を含有する透明樹脂である。黄色蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系、ＢＯＳ（Barium ortho-Silicate）系等の蛍光体が用いられる。黄色蛍光体は、ＬＥＤチップ３から発せられた青色光を受けて励起されると、黄色の波長変換光を発する。この結果、青色光と黄色光とが混ざった白色の状態で、開口２ａから光が取り出される。

図５は、発光装置の中央部における断面図である。本実施形態における反射ケース２は、ＬＥＤチップ３の搭載部分から開口２ａの端面（光出射部）にかけて厚みが小になっている。こうした厚みの薄い部分では光が透過し易いことから、ガラス繊維内に光が入射すると反射ケース２に対する光の透過が促進され、光反射効率が低下するという不具合がある。例えば、反射ケース２を透過する光を小にするために酸化チタン等の光反射性を有するフィラーをより多く混合すると、ケース強度やパッケージの信頼性を低下させることから、適量の補強材を混合してケース強度を確保する必要がある。

図５に示す反射ケース２の場合、開口２ａの端面付近まで補強材２００が行きわたっていることから、ケース強度を確保しつつ、光反射性を付与された補強材２００によって反射ケース２の外部への光の透過が生じにくい構成を有している。

図６は、発光装置における光の行路を示す説明図である。尚、図６においては説明のため、樹脂材のハッチングを省略している。本実施形態の発光装置１では、反射ケース２の反射面２１が湾曲状とされていることから、反射面２１へ入射する光を開口２ａ方向へ的確に集光することができる。また、湾曲区間２１ｂが反射面２１の底面側に形成されているので、ＬＥＤチップ３から反射面２１方向のケース底面寄りへ出射される光を的確に開口２ａ側へ反射させることができる。

また、オフセット区間２１ｃに続いて湾曲区間２１ｂを形成したことから、反射面２１の底面側端部の厚みが極度に薄くなることはなく、反射面２１の湾曲形状の成形が容易である。具体的に、樹脂製の反射ケース２を成形する際に、金型の湾曲形状部分に樹脂が流れ込み難くなるようなことはなく、湾曲区間２１ｂを所期の形状とすることができる。また、反射ケース２を構成する９Ｔナイロン樹脂材料に対してめっき膜２１１を表面に設けた補強材２００を混合している。これにより、湾曲区間２１ｂによる集光性能を確実に発揮させることができる。

また、図６に示すように、素子搭載部２２が反射ケース２の底面から突出しているので、ＬＥＤチップ３から反射面２１方向の底面寄りへ出射した光を反射面２１の湾曲区間２１にて開口２ａ側へ反射させることができる。このとき、湾曲区間２１にて反射した光は開口２ａ側へ進出し、ＬＥＤチップ３側へ進むことはない。

さらに、ＬＥＤチップ３から各リード４，５方向へ出射した光を、各リード４，５にて反射させることができる。ここで、ＬＥＤチップ３と各リード４，５とが離隔していることから、ＬＥＤチップ３から各リード４，５方向へ出射した光は、所定距離だけ進んだ後に、反射ケース２の底面に配置された各リード４，５にて反射する。これにより、ＬＥＤチップ３と各リード４，５が隣接する従来のもののように各リード４，５にて反射した光が直接的にＬＥＤチップ３へ入射することはない。各リード４，５にて反射した光は、直接的または反射面２１を経由して間接的に開口２ａへ進入する。

また、素子搭載部２２に各リード４，５が埋入されることから、各リード４，５を確実に固定することができる。また、各リード４，５の埋入部を利用して、ＬＥＤチップ３から素子搭載部２２側へ出射される光も反射させるとともに、ＬＥＤチップ３にて生じた熱を各リード４，５を通じて逃がすことができる。尚、素子搭載部２２を設けずに、ＬＥＤチップ３をリード４または５のいずれかの上に搭載して樹脂封止するようにしても良く、この場合には素子搭載部２２のサイズ等に限定されない設計の自由度が得られる。

このように、本実施形態の発光装置１によれば、反射ケース２を構成する９Ｔナイロン樹脂材料に添加するガラス繊維からなる補強材２００の表面に光反射膜としてＡｌからなるめっき膜２１１を設けているので、反射ケース２のケース強度を損なうことなく、ガラス繊維への光入射に基づく光ロスを防ぐことができ、光反射効率に優れるものとできる。尚、本実施形態では、ガラス繊維に電気めっきによるめっき膜２１１を設ける構成を説明したが、ガラス繊維への光入射を防ぐ他の構成であっても良い。例えば、表面が粗面化されて光拡散性を付与されたガラス繊維を用いるものや、白色等の光反射性を有する色に着色されたガラス繊維をポリアミド系樹脂材料に添加するものであってもよい。

また、反射面２１へ入射する光を開口２ａ方向へ的確に集光することができるので所望の集光特性を得ることができる。また、ＬＥＤチップ３から斜め下方へ出射した光を反射ケース２の反射面２１にて開口２ａ側へ反射させることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。

また、反射ケース２が樹脂製であるので、セラミック等に比して湾曲区間２１ｂの成形が容易であるし、セラミックのように枠体を積層する必要がないので製造工数が嵩むこともない。

尚、前記実施形態においては、素子搭載部２２にＬＥＤチップ３がフェイスアップ実装されるものを示したが、例えば図７に示すように、ＬＥＤチップ１０３が素子搭載部２２にフリップチップ実装されるものであってもよい。ここで、図７は変形例を示す発光装置の模式横断面図である。図７には、サブマウントとしてツェナーダイオード９を用い、ツェナーダイオード９の電極と各リード４，５とをワイヤ６により接続された発光装置１０１を示している。この構成によれば、ツェナーダイオード９の表面にてＬＥＤチップ１０３から出射される光を反射させることができるし、ＬＥＤチップ１０３にて生じる熱をツェナーダイオード９を通じて放出することができる。

また、前記実施形態においては、基板実装時に開口２ａが基板とほぼ平行な方向を指向し、開口２ａから基板とほぼ平行に光が取り出されるものを示したが、例えば図８から図１１に示すように、基板実装時に開口２ａが基板に対して垂直な方向を指向し、開口２ａから基板とほぼ垂直に光が取り出されるものであってもよい。

図８及び図９は発光装置の変形例を示すものであり、図８は発光装置の概略外観斜視図、図９は発光装置の模式縦断面図である。
図８に示すように、この発光装置２０１は、反射ケース２０２の開口２０２ａが上方を指向した状態で基板に実装される。反射ケース２０２は、上面視にて略長方形状であり、図９に示すように、正極リード４及び負極リード５は反射ケース２０２の下面に延在している。反射ケース２０２は、表面に光反射膜としてＡｌからなるめっき膜２１１を設けたガラス繊維からなる補強材２００と、光反射性を高めるための酸化チタンからなる光反射材２０３とを含む９Ｔナイロン樹脂材料によって形成されている。

図１０及び図１１は発光装置の変形例を示すものであり、図１０は発光装置の概略外観斜視図、図１１は発光装置の模式縦断面図である。
図１０に示すように、この発光装置３０１は、反射ケース３０２の開口３０２ａが上方を指向した状態で基板に実装される。反射ケース３０２は、上面視にて略正方形状であり、図１１に示すように、正極リード４及び負極リード５は反射ケース３０２の下面に延在している。反射ケース３０２は、表面に光反射膜としてＡｌからなるめっき膜２１１を設けたガラス繊維からなる補強材２００と、光反射性を高めるための酸化チタンからなる光反射材２０３とを含む９Ｔナイロン樹脂材料によって形成されている。

また、前記実施形態においては、補強材としてガラス繊維を９Ｔナイロン樹脂材料に添加する構成を説明したが、他の補強材として、例えば、ケイ酸カルシウムを用いても良い。

また、前記実施形態においては、素子搭載部２２が反射ケース２と一体に成形されたものを示したが、素子搭載部２２を反射ケース２と別部材としてもよい。この場合、素子搭載部２２としては、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックが好ましい。

また、前記実施形態においては、各リード４，５が素子搭載部２２に埋入したものを示したが、必ずしも埋入させる必要はない。例えば、素子搭載部２２としてセラミックを用いた場合、各リード４，５を埋入せずとも十分な放熱効果を得ることができる。

また、前記実施形態においては、発光素子として青色光のＬＥＤチップ３を用いたものを示したが、発光素子として例えば、赤色光、緑色光、紫外光等のＬＥＤチップを用いてもよい。例えば、紫外光のＬＥＤチップを用い、樹脂材８に赤、緑及び青の蛍光体を含ませることによって、白色に発光させるようにしてもよい。

また、前記実施形態においては、反射面２１の一部区間を湾曲させたものを示した、全区間を湾曲させてもよいことは勿論である。また、反射面２１の底面側にオフセット区間２１ｃの長さは任意であるし、オフセット区間２１ｃを形成しない構成としてもよい。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である

本発明の一実施形態を示すもので発光装置の概略外観斜視図である。発光装置の模式正面図である。発光装置の模式横断面図である。本実施形態で用いられる補強材の部分断面を示す拡大図である。発光装置の中央部における断面図である。光の行路を示す説明図である。変形例を示す発光装置の模式横断面図である。変形例を示す発光装置の概略外観斜視図である。変形例を示す発光装置の模式縦断面図である。変形例を示す発光装置の概略外観斜視図である。変形例を示す発光装置の模式縦断面図である。

符号の説明

１発光装置
２反射ケース
２ａ開口
３ＬＥＤチップ
４正極リード
５負極リード
６ワイヤ
７ダイボンドペースト
８樹脂材
９ツェナーダイオード
２１反射面
２１ａ傾斜区間
２１ｂ湾曲区間
２１ｃオフセット区間
２２素子搭載部
２３反射部
１０１発光装置
１０３ＬＥＤチップ
２００補強材
２０１発光装置
２０２反射ケース
２０２ａ開口
２０３光反射材
２１０ガラス繊維
２１１めっき膜
３０１発光装置
３０２反射ケース
３０２ａ開口

Claims

発光素子と、
樹脂材料によって形成され、前記樹脂材料に添加されるとともに光反射性を有する補強材を含むケースと、
前記ケースと一体的に設けられて前記ケースの一面に形成される開口の底面に露出し、前記発光素子を搭載されるとともに前記発光素子と電気的に接続されるリードと、
前記開口に収容される前記発光素子および前記リードを封止する封止樹脂とを備えたことを特徴とする発光装置。
前記樹脂材料は、前記補強材を混合されるポリアミド系樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記補強材は、ガラス繊維であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記ガラス繊維は、繊維の長さと径の比が１０〜５０である請求項３に記載の発光装置。
前記ガラス繊維は、表面に光反射膜を着膜させてなる請求項３又は４に記載の発光装置。
前記光反射膜は、電気めっきによって前記ガラス繊維の表面に形成される請求項５に記載の発光装置。