JP2011096974A - 発光装置および発光装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、発光素子、発光素子パッケージ、成形枠体、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材、蛍光体含有膜体から少なくとも構成されている発光装置、および発光装置の作製方法に関するものである。
【解決手段】本発明の発光装置は、発光素子を備えた発光素子パッケージと、光を反射する成形体と、前記発光素子を覆う硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材と、蛍光体含有膜体とから構成されている。前記成形体は、底部に前記発光素子パッケージが設けられている。前記蛍光体含有膜体は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上部にある空気層を介して前記成形体の開口部に設けられている。前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、発光素子を覆っている部分の体積が小さいこと、および透明で、屈折率が低い部材からなるため、光が全反射または不所望な方向に反射されず、効率良く、外部に放射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子、発光素子パッケージ、成形枠体、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材、蛍光体含有膜体から少なくとも構成されている発光装置、および発光装置の作製方法に関するものである。特に、本発明は、発光素子を覆っている部材から空気層に出る際に、不所望な方向に反射されず、効率の良い発光装置および発光装置の作製方法に関するものである。

図２は従来例における発光装置を説明するための模式図である。図２において、発光装置は、樹脂成形体２１と、前記樹脂成形体２１の下部に取り付けられている発光素子パッケージ２２と、空気層２３と、蛍光体含有膜体２４とから少なくとも構成されている。前記発光素子パッケージ２２は、図示されていない発光ダイオードと、それぞれに接続された電極と、リード配線等から少なくとも構成されている。前記発光ダイオードから放射された青色光は、空気層２３を通過し、前記蛍光体含有膜体により、白色光に変換される。

図３（イ）は他の従来例における発光装置を説明するための断面模式図で、（ロ）は一部拡大断面図である。図３（イ）および（ロ）において、発光装置は、樹脂成形体３１と、前記樹脂成形体３１の下部に取り付けられている発光素子パッケージ３２と、樹脂層３５と、空気層３３と、蛍光体含有膜体３４とから少なくとも構成されている。前記発光ダイオードから放射された青色光は、樹脂層３５および空気層３３を通過した後、蛍光体含有膜体３４により、白色光に変換される。

また、従来の発光装置は、たとえば、特開２００８−２５８５６７号公報に記載されている。前記発光装置は、絶縁分離された金属基板またはセラミック基板上に、パッケージ電極および反射体が取り付けられている。また、上下電極型発光ダイオードは、前記パッケージ電極の一方に下部電極が接合され、上部部分電極と他方のパッケージ電極が金属部材によって接続されている。

特開２００８−２５８５６７号公報

しかしながら、図２に示す発光素子から放射される青色光は、空気層２３の屈折率の差により、前記発光素子と空気層２３の境界面で光の反射が起こるため、光量が減衰し、光量が低いという欠点があった。また、図３に示す発光素子から放射される青色光は、前記樹脂層３５から空気層３３に出る際の境界面で、屈折された反射光２７および全反射された反射光２８により、光量が減衰するという欠点があった。

また、前記特開２００８−２５８５６７号公報に記載されている発光装置は、前記上下電極型発光ダイオードの電極とパッケージ電極との接続において、ワイヤーボンディングのものより大電流を流すことができる。しかし、前記発光装置は、前記発光素子と空気層の境界面で光の反射が起こるため、光量が減衰するということを考慮していなかった。

以上のような課題を解決するために、本発明は、発光素子と、前記発光素子を囲む樹脂層と空気層の境界面における光の反射を少なくし、前記境界面における光の減衰を防止す
る発光装置および発光装置の作製方法を提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明の発光装置は、発光素子が設けられている発光素子パッケージと、前記発光素子パッケージが設けられる底部、前記発光素子の光を反射する反射部、前記底面に対向する位置に設けられた開口部が一体に成形されている成形体と、前記発光素子をほぼ半球状に覆う硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材と、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上部にある空気層を介して前記成形体の開口部に設けられた蛍光体含有膜体とから少なくとも構成されていることを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の発光装置は、発光素子が設けられている発光素子パッケージと、前記発光素子パッケージが設けられる底部、前記発光素子の光を反射する反射部、前記底面に対向する位置に設けられた開口部が一体に成形されている成形体と、前記発光素子を覆うとともに、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材が充填されている半球状容器と、前記半球状容器の上部にある空気層を介して前記成形体の開口部に設けられた蛍光体含有膜体とから少なくとも構成されていることを特徴とする。

（第３発明）
第３発明の発光装置において、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、発光素子からの光をほぼ直線状に放射させる形状であることを特徴とする。

（第４発明）
第４発明における発光装置の作製方法は、底部と、光反射面を有する反射部と、前記底面に対向する位置に設けられた開口部とからなる成形体を一体に成形する工程と、発光素子が設けられている発光素子パッケージを前記成形体の底部に取り付ける工程と、前記発光素子の周囲をほぼ半球状に硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材によって覆う工程と、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上に空気層を介し、前記成形体の開口部に蛍光体含有膜体を取り付ける工程とから構成されていることを特徴とする。

（第５発明）
第５発明における発光装置の作製方法は、底部と、光反射面を有する反射部と、前記底面に対向する位置に設けられた開口部とからなる成形体を一体に成形する工程と、発光素子が設けられている発光素子パッケージを前記成形体の底部に取り付ける工程と、前記成形された成形体の底部に、前記発光素子の周囲を囲む硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材が充填されているほぼ半球状容器を設ける工程と、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上に空気層を介し、前記成形体の開口部に蛍光体含有膜体を取り付ける工程とから構成されていることを特徴とする。

（第６発明）
第６発明における発光装置の作製方法において、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、ほぼ半球状の凹部を有する治具内に成形された後、上部から前記発光素子が取り付けられた成形体を被せ、接着剤により接着させることを特徴とする。

本発明によれば、発光素子の周囲をほぼ半球状の硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材によって覆っているため、発光素子から出る青色光が前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材と空気層との境界において、屈折せずに、光束が減衰しない。

本発明によれば、発光素子の周囲をほぼ半球状の硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材により覆っているため、発光素子から出る青色光が直進して放射できるため、光の減衰を防止することができる。

本発明によれば、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材に屈折率の少ない部材とすることにより、発光素子から放射する光束が減衰しない。

（イ）は本発明の実施例である発光装置の断面模式図で、（ロ）は一部拡大断面図である。（実施例１） 従来例における発光装置を説明するための模式図である。 （イ）は他の従来例における発光装置を説明するための断面模式図で、（ロ）は一部拡大断面図である。 本発明の実施例、従来例１、従来例２の発光装置における色温度、光束等を比較したデータが描かれた表である。 本発明の実施例、従来例１、従来例２に使用ししたＬＥＤ素子、蛍光体、シリコーン樹脂の使用部材名を表にしたものである。 図４におけるデータ１およびデータ２に使用した蛍光膜の配合割合を表にしたものである。

（第１発明）
第１発明の発光装置は、発光素子を備えた発光素子パッケージと、光を反射する成形体と、前記発光素子を覆う硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材と、発光素子の、たとえば、青色光を白色光に変換する蛍光体含有膜体とから構成されている。前記発光素子は、たとえば、上下電極型発光ダイオードを用い、大電流を流すことができるタイプのものである。前記成形体は、合成樹脂部材またはセラミック部材から構成され、金型等により成形される。前記成形体は、合成樹脂部材またはセラミック部材の一体成形品からなり、底部に前記発光素子パッケージが設けられている。前記発光素子パッケージは、前記成形体を作製する際に、リード部分等を一部にインサートすることができる。

また、前記成形体は、前記発光素子の光を反射する反射部を備えているとともに、前記底面と対向する位置に開口部が一体に成形されている。前記成形体の内部に設けられた反射部は、たとえば、酸化チタン等の拡散剤から形成された透明コーティング膜とすることができる。前記透明コーティング膜は、たとえば、発光素子からの青色光を一部全反射させ、あるいは内部を透過して、外部に放射できるようになっている。また、前記透明コーティング膜は、青色光が成形体の側面に当たることで、光が減光することを抑制することができる。

前記発光素子パッケージは、発光素子、発光素子の電極、リード配線、および電源に接続する電気的接続部等を含むものである。また、前記発光素子パッケージは、前記各部品を接続する、たとえば、ハンダ付け、絶縁樹脂等を含むものである。前記発光素子は、ほぼ半球状の硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材によって覆われている。前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、透明なシリコーンオイル等を主成分として構
成することができる。前記蛍光体含有膜体は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上部にある空気層を介して前記成形体の開口部に設けられている。

前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、発光素子を覆っている部分の体積が小さいこと、および透明で、屈折率が低い部材からなるため、光が全反射または不所望な方向に反射されず、効率良く、外部に放射される。前記発光素子からの光は、たとえば、低屈折率の硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材を通過し、効率良く外部に放射される。

（第２発明）
第２発明の発光装置は、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材が充填されている半球状容器によって、前記発光素子を覆っている点でのみ相違している。前記半球状容器は、ガラスまたは透明な合成樹脂部材からなる。また、前記半球状容器は、薄い膜からなるレンズとすることもできる。前記半球状容器は、発光素子からの光が外部に出る際に、屈折が少ないため、光束が減少しない。

（第３発明）
第３発明の発光装置において、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、発光素子を覆うだけの大きさとしているため、前記発光素子からの光がほぼ真っ直ぐに放射させる形状になっている。すなわち、前記発光素子からの光の放射方向は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の表面とほぼ直角となる方向に放射される。前記発光素子からの光は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材から空気層に出る際に、全反射または屈折がないため、光量を減らすことがない。

本発明の発光装置において、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、透明な接着性樹脂が混入されて、成形体の底部に取り付けることが容易にできる。また、前記接着性樹脂は、流動性のあるジェルを固化することができる。

（第４発明）
第４発明における発光装置の作製方法は、成形体の成形工程、発光素子パッケージの作製および取り付け工程、発光素子の上に硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材を成形する工程、前記成形体の開口部に蛍光体含有膜体を取り付ける工程とから構成されている。前記成形体の成形工程は、たとえば、ポーラスセラミックまたは合成樹脂からなる部材を金型により、底部と、側部反射部と、前記底面に対向する開口部とからなる成形体を成形する。前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、透明な低屈折率からなる部材を使用することが望ましい。

前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、前記発光素子の周囲をほぼ半球状に覆い、前記発光素子からの光が空気層に出る際に、全反射または屈折するの防止し、効率良く光を外部に放射する。蛍光体含有膜体は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上に空気層を介して設けられる。前記発光素子から放射する青色光は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材を通過する際に、屈折することなく、前記蛍光体含有膜体によって白色光に変換される。

（第５発明）
第５発明における発光装置の作製方法は、前記発光素子の周囲を囲む硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材がほぼ半球状容器内に充填されている点でのみ異なっている。前記半球状容器は、透明な薄い合成樹脂製の膜、透明な塗膜、ガラス、あるいは薄膜レンズとすることができる。

（第６発明）
第６発明における発光装置の作製方法において、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、ほぼ半球状の凹部を有する治具内に充填される。次に、発光素子が設けられている発光素子パッケージは、成形体の底部に取り付けられる。その後、前記治具内に充填された前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、上部から前記発光素子が取り付けられた成形体を被せ、接着剤により成形体に接着される。

前記治具による取り付けは、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材内に空気が入り難いため、不所望な屈折を皆無にすることができる。前記発光素子は、１ｍｍ×１ｍｍ×０．１ｍｍ（厚さ）であるため、前記治具内に充填された前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材が溢れ出ることがほとんどない。すなわち、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、一部がしみ出て、乾燥され、互いに接着される。前記発光素子は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上に、浮いたように、載置されているだけであるため、空気が溜まらず、前記発光素子からの光が屈折することなく、効率良く、外部に放射される。

図１（イ）は本発明の実施例である発光装置の断面模式図で、（ロ）は一部拡大断面図である。図１（イ）および（ロ）において、発光装置は、反射枠体１１と、前記反射枠体１１の底部に取り付けられている発光素子パッケージ１２と、前記発光素子パッケージ１２を覆う硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材１３と、必要に応じて、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材１３の上に設けられた半球状容器１５と、前記半球状容器１５の上に空気層１６を介して前記反射枠体１１の開口部に設けられた蛍光体含有膜体１４とから少なくとも構成されている。

前記発光素子パッケージ１２は、図示されていない、たとえば、上下電極型発光ダイオードと、それぞれの電極と外部接続端子とを接続する薄板状導電性部材とから少なくとも構成されている。前記発光ダイオードから放射された青色光は、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材１３、および空気層１６を通過し、一部が反射枠体１１の反射部１１１で反射された後、前記蛍光体含有膜体１４により、白色光に変換されて、外部に放射される。

前記反射枠体１１は、合成樹脂部材またはセラミック部材からなる。前記反射枠体１１は、合成樹脂部材の場合、反射面部１１１に光を反射する塗膜、たとえば、酸化チタン等の拡散剤から形成された透明コーティング膜とすることができる。また、前記反射枠体１１は、セラミック部材の場合、表面をポーラスとすることにより、反射性を向上させることができる。前記発光ダイオードから放射した青色光は、反射率の小さい前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材を通過した後、屈折せずにほぼ直進する（図１符号１７から符号１９参照）。

前記青色光は、ほぼ直進する光、および一部の光が反射部１１１により反射された後、前記蛍光体含有膜体１４によって、白色光に変換される。また、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材１３は、表面をガラスで覆い、またはガラス等の透明容器１５に入れることもできる。さらに、前記透明容器１５は、塗膜とすることもできる。

前記蛍光体含有膜体１４は、青色発光ダイオードを白色に変換するものであるが、必要に応じて、発光ダイオードから放射する色を変えるとともに、所望の色の照明となるような蛍光体含有膜体を選択することができる。発光ダイオードは、たとえば、青色光を放射し、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材１３から空気層１６に出る際に、屈折がほとんどなく、光束が減少しない。

また、前記青色光は、半球状のレンズ状になっているため、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材１３と空気層１６との間の境界面における無駄な反射が少ない。前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、透明接着剤（図示されていない）を入れることにより、所定の硬さにするだけでなく、反射枠体の底部に取り付けることができる。

前記半球状に成形した硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、たとえば、半球形状に成形された凹部を有する治具（図示されていない）の内部に挿入される。次に、発光素子が設けられた反射枠体１４は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材１３の入った治具の上において、逆さまに被せる。前記治具による取り付けは、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材内に空気が入り難いため、不所望な屈折を皆無にすることができる。

前記発光素子は、たとえば、１ｍｍ×１ｍｍ×０．１ｍｍ（厚さ）程度の大きさであるため、前記治具内に充填された前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材が溢れ出ることがほとんどない。すなわち、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、一部がしみ出て、乾燥され、互いに接着される。前記発光素子は、前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上に、浮いたように、載置されているだけであるため、空気が溜まらず、前記発光素子からの光が屈折することなく、効率良く、外部に放射される。

図４は本発明の実施例、従来例１、従来例２の発光装置における色温度、光束等を比較したデータが描かれた表である。図４において、本発明の実施例は、図１の実施例により作製された発光装置であり、従来例１は、図２に示された発光装置、従来例２は、図３の反射枠体に封止樹脂をほぼ中央部まで充填した発光装置である。なお、発光ダイオードおよび蛍光体含有膜体は、全て同じものを用いている。

図４において、データ１は、色温度（Ｋ）を低めにして、少し赤みを帯びた電球色にしている。また、データ２は、白色に近い昼光色となるようにしたものである。本発明の発光装置は、データ１およびデータ２において、光束（ｍ）が従来例より高くなっている。特に、本発明の発光装置は、データ２の昼光色において、著しく高い光束を得ることができた。

図５は本発明の実施例、従来例１、従来例２に使用ししたＬＥＤ素子、蛍光体、シリコーン樹脂の使用部材名を表にしたものである。図５において、図４の比較例におけるＬＥＤ素子は、セミレッズ社製（ＳＬ−Ｖ−Ｂ４０ＡＣ−ＢＨ）の１ｍｍ角のものを使用した。また、同じく、比較例の蛍光体は、インテマテックス社製で、黄色蛍光体は、シリケート系、赤色蛍光体は、窒化物系、緑色蛍光体は、シリケート系蛍光体とした。また、シリコーンは、２液硬化型シリコーン樹脂を使用した。

図６は図４におけるデータ１およびデータ２に使用した蛍光膜の配合割合を表にしたものである。図６において、前記蛍光膜の厚みは、２５０μｍ、測定使用電流値は、３５０ｍＡである。図６におけるＮｏ１に記載されている蛍光膜は、図４に示されているデータ１における実施例と従来例１および従来例２に使用されている。また、図６におけるＮｏ２に記載されている蛍光膜は、図４に示されているデータ２の実施例と従来例１および従来例２に使用されている。本発明の図１に示された構成は、ＬＥＤ素子および蛍光膜が同一であっても、図４に示されている通り、従来例１および従来例２と比較して、光束が明らかに向上していることが判る。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない
。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、発光素子パッケージの発光ダイオードを上下電極型発光ダイオード、その他の発光ダイオードに変えること、前記発光ダイオードを載置または接続する部材として第１金属基板および第２金属基板を用いること、あるいは、反射枠体の大きさ、厚さ、幅、凹部の大きさ、深さ、材質、蛍光体含有膜体に入れる蛍光体の種類、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材に添加されるシリコーン系樹脂以外の部材等を適宜選択することができる。

１１・・・反射枠体
１１１・・・反射部
１２・・・発光素子パッケージ
１３・・・硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材
１４・・・蛍光体含有膜体
１５・・・ガラス
１６・・・空気層
１７、１８、１９・・・光

Claims (6)

1. 発光素子が設けられている発光素子パッケージと、
   前記発光素子パッケージが設けられる底部、前記発光素子の光を反射する反射部、前記底面に対向する位置に設けられた開口部が一体に成形されている成形体と、
   前記発光素子をほぼ半球状に覆う硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材と、
   前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上部にある空気層を介して前記成形体の開口部に設けられた蛍光体含有膜体と、
   から少なくとも構成されていることを特徴とする発光装置。
2. 発光素子が設けられている発光素子パッケージと、
   前記発光素子パッケージが設けられる底部、前記発光素子の光を反射する反射部、前記底面に対向する位置に設けられた開口部が一体に成形されている成形体と、
   前記発光素子を覆うとともに、硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材が充填されている半球状容器と、
   前記半球状容器の上部にある空気層を介して前記成形体の開口部に設けられた蛍光体含有膜体と、
   から少なくとも構成されていることを特徴とする発光装置。
3. 前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、前記発光素子からの光をほぼ直線状に放射させる形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された発光装置。
4. 底部と、光反射面を有する反射部と、前記底面に対向する位置に設けられた開口部とからなる成形体を一体に成形する工程と、
   発光素子が設けられている発光素子パッケージを前記成形体の底部に取り付ける工程と、
   前記発光素子の周囲をほぼ半球状に硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材によって覆う工程と、
   前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上に空気層を介し、前記成形体の開口部に蛍光体含有膜体を取り付ける工程と、
   から構成されていることを特徴とする発光装置の作製方法。
5. 底部と、光反射面を有する反射部と、前記底面に対向する位置に設けられた開口部とからなる成形体を一体に成形する工程と、
   発光素子が設けられている発光素子パッケージを前記成形体の底部に取り付ける工程と、
   前記成形された成形体の底部に、前記発光素子の周囲を囲む硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材が充填されているほぼ半球状容器を設ける工程と、
   前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材の上に空気層を介し、前記成形体の開口部に蛍光体含有膜体を取り付ける工程と、
   から構成されていることを特徴とする発光装置の作製方法。
6. 前記硬化性またはジェル状シリコーン系樹脂部材は、ほぼ半球状の凹部を有する治具内に成形された後、上部から前記発光素子が取り付けられた成形体を被せ、接着剤により接着させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載された発光装置の作製方法。

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