JP2009295909A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から発せられた光がリフレクタ底面と該底面が載置されている面との間の隙間に進入することを回避し、光の利用効率を高める。
【解決手段】基板３上に設けられたリフレクタ４の反射面４ａによって囲まれた基板３上の空間５内に発光素子６が配置され、発光素子６が空間５内に充填された樹脂によってモールドされている発光装置１Ａであって、リフレクタ４の下部が基板３に形成された凹部１２ａ内に配置され、リフレクタ４の反射面４ａの下端と発光素子６との間に凹部１２ａの側壁１２ｂが介在している。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置に関するものである。

近年、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と呼ぶ場合もある。）などの発光素子を光源とする発光装置が多数開発されている。それら発光装置の中には、ＬＥＤから発せられる光の利用効率を高めるために、ＬＥＤの周囲にリフレクタを設けたものもある。特許文献１には、パッケージの上面の中央部に設けられた搭載部に発光素子が搭載された発光装置が開示されている。上記パッケージは、搭載部を有する基体と、この基体の側面に内周面の下端部が全周にわたって接合された枠体とを具備している。枠体には、基体よりも上側の内周面に全周にわたって、下面の全面が基体と接しないように搭載部側に張り出した張出部が形成されている。そして、特許文献１には、張出部の内周面をパッケージの上側に向かうに伴って開口径が大きくなるように傾斜面にするとともに、この内周面の算術平均粗さを０．０１μｍ以下にすることによって、発光素子から横方向に出射される光を内周面にて上方向に反射させ効率よくパッケージの外部へ光を放射することができる、と記載されている。

すなわち、特許文献１には、基体の上にリフレクタが設けられ、そのリフレクタの内側にＬＥＤが配置された発光装置が記載されている。かかる基本構造を有する発光装置においては、様々な理由により、リフレクタの底面と該底面が載置されている面との間に隙間が生じる。例えば、特許文献１には、基体とリフレクタ（枠体）との熱膨張係数の差に起因して発生する応力によって基体表面とリフレクタ底面との接合部にクラックが発生することを回避するために、基体表面とリフレクタ底面との間に意図的に隙間を設けることが記載されている。また、リフレクタ底面と該底面が載置されている面との間には意図せず隙間が発生することもある。例えば、基体表面の平坦度が低い場合や何らかの理由により基体に反りが発生した場合、基体表面とリフレクタ底面との間に隙間が発生する。また、基体表面に絶縁層や配線層などが設けられ、それら層の上にリフレクタが設けられることもある。この場合、絶縁層や配線層に凹凸が存在すると、絶縁層や配線層とリフレクタとの間に隙間が発生する。

何れにしても、リフレクタ底面と該底面が載置されている面との間に隙間が存在すると、発光素子から発せられた光の一部はその隙間に入射してしまうので、光の利用効率が低下する。

この点、特許文献１には、リフレクタを構成している張出部の下面の搭載部側の端に凸部を形成することで、発光素子から横方向に出射される光が基体と枠体との隙間に入るのを有効に遮断し、この光を張出部の内周面で効率よく反射させることができる、と記載されている。
特開２００４−３２７６３２号公報（[0020]、[0032]、[0035]、図１、図２）

本発明は、特許文献１に記載されている構造とはまったく異なる構造によって、発光素子から発せられた光がリフレクタ底面と該底面が載置されている面との間の隙間に進入することを回避し、光の利用効率を高めることを目的とする。

本発明の発光装置の一つは、基板上に設けられたリフレクタの反射面によって囲まれた前記基板上の空間内に発光素子が配置されている発光装置であって、前記リフレクタの下部が前記基板に形成された凹部内に配置され、前記リフレクタの反射面の下端と前記発光素子との間に前記凹部の側壁が介在していることを特徴とする。

本発明の発光装置の他の一つは、基板上に設けられたリフレクタの反射面によって囲まれた前記基板上の空間内に発光素子が配置されている発光装置であって、前記リフレクタの底面が、前記発光素子から発せられる光を反射可能な樹脂によって前記基板の表面に接着されていることを特徴とする。

本発明によれば、発光素子から発せられた光がリフレクタ底面と該底面が載置されている面との間の隙間に進入することが防止され、光の利用効率が高まる。

（実施形態１）
本発明の発光装置の実施形態の一例について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本例の発光装置１Ａの平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面拡大図、図３は図１のＢ−Ｂ’断面拡大図である。

本例の発光装置１Ａでは、ベース基板２の表面に積層された配線基板３の上に環状のリフレクタ４が設けられている。さらに、リフレクタ４の内側の空間５内にＬＥＤ６が配置されるとともに、該ＬＥＤ６が空間５内に充填された不図示の透明樹脂によってモールドされている。そして、ＬＥＤ６から発せられた光の一部は透明樹脂を透過して直接外部に出射し、他の一部はリフレクタ４の内周面（反射面）４ａにより反射されて外部に出射する。なお、空間５内に樹脂を充填する代わりに、空間５を真空封止したり、窒素封止したりしてＬＥＤ６の保護を図ってもよい。以下、上記各構成要素について具体的に説明する。

ベース基板２は、発光装置１Ａを構成する基本的部材の一つであるとともに、ＬＥＤ６から発せられる熱を外部に放熱する放熱部材としての役割を有する。かかる放熱性の観点からは、ベース基板２の材料は熱伝導率の高い金属材料であることが好ましく、例えば、アルミ（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはこれらの合金などが適している。

配線基板３は、絶縁層１０と、絶縁層１０の上に形成された配線層１１と、配線層１１の上に形成された保護層１２とを有する厚み約0.3mmの積層体である。絶縁層１０は、エポキシ樹脂中にガラス繊維を分散させてなるガラスエポキシ樹脂により形成されている。配線層１１は、絶縁層１０の上に描かれた配線パターンからなる層である。配線パターンは、導電性材料（本例では銅（Ｃｕ））によって描かれている。保護層１２は、耐熱性樹脂によって形成されている。保護層１２は所定パターンでエッチングされ、下層の配線層１１が部分的に露出している。かかる積層構造を有する配線基板３は、ベース基板２とは別に製造され、ベース基板２の表面に接着材により貼り付けられている。もっとも、配線基板３を構成している上記各層をベース基板２の表面に順次形成（積層）してもよい。いずれにしても配線基板３の略中央には貫通穴が設けられており、配線基板３が貼り付けられたベース基板２の表面の一部が貫通穴において露出している。以下の説明では、ベース基板２の表面のうち配線基板３の貫通穴から露出している領域をマウント領域と呼んでその他の領域と区別する。

ＬＥＤ６は、上記マウント領域にサブマウント２０を介して搭載されている。サブマウント２０は、配線基板３の絶縁層１０を形成している樹脂材料と同様の樹脂材料からなる絶縁層であり、表面には配線パターン（不図示）が形成されており、該配線パターンにＬＥＤ６の下部電極（不図示）が電気的に接続されている。さらに、ＬＥＤ６の下部電極と接続されたサブマウント２０の上記配線パターンは、ボンディングワイヤ（銅線２１ａ）を介して配線基板３の配線層１１（配線パターン）に接続されている。一方、ＬＥＤ６の上部電極（不図示）は、ボンディングワイヤ（銅線２１ｂ）を介して配線基板３の配線層１１（配線パターン）に接続されている。

リフレクタ４は、アルミ（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはこれらの合金などによって作られている。上記のとおり、リフレクタ４は、マウント領域を取り囲むように環状に形成されている。さらに、リフレクタ４の内周面（反射面）４ａは、ベース基板表面から離れるに従って外周面４ｂに近接するように傾斜したテーパ面となっている。換言すれば、ＬＥＤ６が配置されている空間５は、ベース基板表面から離れるに従って（上方に向けて）拡径するすり鉢状の形状を有している。なお、リフレクタ４は金属製に限定されるものではなく、たとえば樹脂製などでもよい。但し、光反射率の低い材質によってリフレクタ４を作る場合には、少なくとも内周面４ａに白色塗料を塗布するなどして光反射率を高める必要がある。

さらに、リフレクタ４は配線基板３の保護層に形成された凹部１２ａの内側に配置されている。具体的には、図２に最も明確に示されているように、保護層１２にはマウント領域を取り囲むように環状の凹部１２ａが形成されており、この凹部１２ａ内にリフレクタ４の下部が配置されている。この結果、リフレクタ４の下部とＬＥＤ６との間には、リフレクタ内周面４ａの全周に亘って凹部１２ａの側壁１２ｂが介在している。凹部１２ａは保護層１２をエッチングしたり、機械的に研磨したりして形成したものであり、凹部１２ａの底面はＬＥＤ６の上面よりも低い位置にある。具体的には、図２に示す凹部１２ａの深さは約0.1mmである。換言すれば、凹部１２ａの側壁１２ｂの高さは約0.1mmである。

上記のように、リフレクタ４の下部を配線基板３に設けられた凹部１２ａ内に配置することによって、リフレクタ４の底面と該底面が載置されている面（本例では、凹部１２ａの底面）との間の隙間にＬＥＤ６から発せられた光が進入することを効果的に防止することができる。すなわち、ベース基板２やそこに積層されている配線基板３に先天的な反りが存在したり、後天的に反りが発生したりすると、リフレクタ底面と凹部底面との間に隙間が発生する。特に、ベース基板２やそこに積層されている配線基板３には図４に示すような反りが存在したり、発生したりする場合が多い。すなわち、マウント領域が落ち込む方向の反りが存在したり、発生したりする場合が多い。この場合、リフレクタ内周面４ａの下端に近い箇所ほど大きな隙間３０が発生することは図４から明らかである。しかし、隙間３０の高さが図２に示す凹部１２ａの側壁１２ｂよりも低ければ、ＬＥＤ６から発せられた光は側壁１２ｂの表面で反射され、隙間３０に入射することはない。

また、凹部１２ａの底面に先天的な凹凸が存在したり、後天的に凹凸が発生したりした場合にもリフレクタ底面と凹部底面との間に隙間が発生する。しかし、この場合にも上記と同様に、隙間の高さが凹部の深さよりも低ければＬＥＤ６から発せられた光は隙間に入射することなく、側壁表面で反射される。

そして、側壁表面で反射された光は透明樹脂を透過して外部に出射するか、空間５内で反射を繰り返すうちにリフレクタ内周面４ａによって反射されて外部に出射する。尚、便宜上、図４では凹部１２ａが形成されていない配線基板３上にリフレクタ４が配置された状態を示してある。

要するに、本発明の一つは、リフレクタ下部をＬＥＤの周囲に形成された溝内に嵌め込むことによって、リフレクタとＬＥＤとの間に、ＬＥＤから発せられた光がリフレクタ底面と該底面が載置されている面との間の隙間に進入することを阻止する遮光部を形成することを特徴とする。

なお、透明樹脂中に蛍光物質を分散させることによって、ＬＥＤから発せられる光とは異なる波長の光を得ることもできる。より具体的には、ＬＥＤから発せられる光によって励起されて、ＬＥＤから発せられる光よりも長波長の光や短波長の光を発する蛍光物質を透明樹脂中に分散させてもよい。また、上記蛍光物質が分散された樹脂シートやガラスシートを透明樹脂の上に被せたり、透明樹脂中に埋設したりしても同様の作用が得られる。
（実施形態２）
以下、本発明の発光装置の実施形態の他例について図５を参照して説明する。尚、実施形態１にかかる発光装置１Ａと共通する構成については図５中に同一の符号を付して説明を省略する。

本例の発光装置１Ｂでは、配線基板３の保護層１２に図２に示す凹部１２ａは形成されておらず、保護層表面は平坦である。そして、リフレクタ４は保護層１２の表面に光反射率の高い接着材４０により固定されている。より具体的には、リフレクタ底面のうち、内周面４ａの下端に接する一部の領域が接着材４０により保護層表面に固定されている。この結果、リフレクタ底面と該底面が載置されている面（本例では、保護層表面）との間の隙間に進入しようとする光は接着材４０によって反射され、上記隙間に進入することはない。そして、接着材４０によって反射された光は空間５内の透明樹脂を透過して外部に出射するか、空間５内で反射を繰り返すうちにリフレクタ内周面４ａによって反射されて外部に出射する。なお、図５では配線基板３の保護層１２のみが図示されているが、配線基板３の構造は実施形態１と同様である。

接着材４０はＬＥＤ６から発せられる光を効率良く反射可能なものであれば特に限定されないが、白色シリコン系樹脂、白色アクリル系樹脂、反射物質（例えば銀フィラー）が含有されたエポキシ系樹脂などが好適である。また、接着材４０として反射物質が含有された樹脂を用いる場合、反射率を高める観点からは反射物質の含有量が多いほど良く、例えば、含有量が９５重量％以上であることが好ましい。

以上の説明より、リフレクタ底面と保護層表面との間の隙間に光が進入することを防止するとの目的を達成するためには、リフレクタ底面の全領域が接着材４０により保護層表面に固定されている必要がないことは容易に理解できるはずである。すなわち、リフレクタ４の内周面４ａの下端に接する一部の領域と保護層表面との間に接着材４０が介在していれば上記目的は達成される。もちろん、接着強度を高めるべく、リフレクタ底面の全領域を接着材４０により保護層表面に固定してもよい。また、内周面４ａの下端に接する一部の領域以外の領域は、他の接着剤により保護層表面に固定してもよい。

実施形態１にかかる発光装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ’断面拡大図である。 図１のＢ−Ｂ’断面拡大図である。 反りが発生した状態の発光装置を示す断面拡大図である。 実施形態２にかかる発光装置の平面図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 発光装置
２ ベース基板
３ 配線基板
４ リフレクタ
４ａ 内周面（反射面）
４ｂ 外周面
５ 空間
６ 発光素子（ＬＥＤ）
１０ 絶縁層
１１ 配線層
１２ 保護層
２０ サブマウント
２１ａ、２１ｂ ボンディングワイヤ（銅線）
３０ 隙間
４０ 接着材

Claims (9)

1. 基板上に設けられたリフレクタの反射面によって囲まれた前記基板上の空間内に発光素子が配置されている発光装置であって、
   前記リフレクタの下部が前記基板に形成された凹部内に配置され、前記リフレクタの反射面の下端と前記発光素子との間に前記凹部の側壁が介在していることを特徴とする発光装置。
2. 前記基板は、絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた配線層と、該配線層の上に設けられた保護層とを少なくとも有し、前記凹部が前記保護層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記基板の厚みが０．３μmであり、前記凹部の深さが０．１μmであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 基板上に設けられたリフレクタの反射面によって囲まれた前記基板上の空間内に発光素子が配置されている発光装置であって、
   前記リフレクタの底面が、前記発光素子から発せられる光を反射可能な樹脂によって前記基板の表面に接着されていることを特徴とする発光装置。
5. 前記リフレクタの底面のうち、前記反射面の下端と接する一部の領域のみが前記樹脂によって前記基板の表面に接着されていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記樹脂が、白色シリコン系樹脂、白色アクリル系樹脂または反射物質を含有するエポキシ系樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の発光装置。
7. 前記基板が金属製のベース基板の上に重ねて設けられてい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装置。
8. 前記発光素子が前記空間内に充填された樹脂によってモールドされ、該樹脂中に、前記発光素子から発せられる光によって励起されて、前記発光素子から発せられる光とは異なる波長の光を発する物質が含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発光装置。
9. 前記発光素子から発せられる光によって励起されて、前記発光素子から発せられる光とは異なる波長の光を発する物質が含まれたシート材が前記空間の内外の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発光装置。

Images