JP2015023261A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ付きの発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、ベース部と、ベース部上に搭載された発光素子と、ベース部に取り付けられ、発光素子上方に配置された光学部材とを有する。ベース部には、発光素子側に第一の傾斜面を有する凸部が、光学部材には、前記凸部に対応する位置に第一の傾斜面に当接する第二の傾斜面を有する切欠き部が形成されている。第一の傾斜面と第二の傾斜面の傾斜角および幅は略同一である。両傾斜面を当接して固定することにより光学部材の位置ずれを抑制することができる。また、位置ずれ検出を容易とすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関し、特に、光学部材を備えた半導体発光装置に関する。

特許文献１には、実装基板上にＬＥＤチップを配置し、ＬＥＤチップを樹脂で覆った封止部に重ねてレンズを配置した発光装置が記載されている。レンズの光出射面側には、ドーム状の色変換部材を備えている。

特開２００８−１２４５００号公報

特許文献１のような発光装置においては、レンズが所定位置からずれて固定されてしまうことがあり、光軸ずれや指向特性不良などの問題を生じていた。レンズの位置ずれは、封止樹脂量のばらつきや、封止樹脂の硬化時に硬化炉内の送風、など種々の要因により生じていた。また、レンズの位置ずれは、ｘ、ｙ、ｚ方向で生じていた。

レンズの位置ずれを外観検査により検出する場合、発光装置の上方からｘ、ｙ方向のずれを確認し、発光装置の側方からｚ方向のずれを確認しなければならなかった。また、発光装置の上方からの検査において、レンズ形状や、封止樹脂への添加物によりＬＥＤチップを認識し難い場合には、検出が困難であった。

そこで、本発明は、上記課題を解決して、レンズの位置ずれを抑制し、レンズの位置ずれの検出が容易な、信頼性を向上した発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、ベース部と、ベース部上に搭載された発光素子と、ベース部に取り付けられ、発光素子上方に配置された光学部材とから構成する。ベース部には、前記発光素側に第一の傾斜面を有する凸部、光学部材の凸部に対応する位置に設けた第一の傾斜面に当接する第二の傾斜面を有する切欠き部を設ける。第一の傾斜面と前記第二の傾斜面の傾斜角および幅は略同一とする。

これにより、第一の傾斜面と第二の傾斜面を当接させて、凸部と切欠き部を嵌め合せて光学部材をベース部上に固定する。

本発明の発光装置によれば、光学部材の位置ずれ、特にｘ、ｙ方向のずれを低減した発光装置を提供することができる。光学部材の位置ずれを抑制することにより、所望の指向特性を得ることができる。

また、仮に光学部材の位置ずれがわずかに生じた場合にも、凸部と切欠き部を利用して発光装置の上方のみから検出可能とし、光学部材の位置ずれの有無の確認を容易とすることができる。

（ａ）本発明の実施例１の発光装置における要部の上面図である。（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。 （ａ）本発明の実施例１の発光装置におけるベース部に形成された凸部近傍の拡大図である。（ｂ）本発明の実施例１の発光装置における凸部の斜視図である。 （ａ）本発明の実施例１の発光装置におけるレンズを上面（光出射側）から見た平面図である。（ｂ）図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。（ｃ）本発明の実施例１の発光装置におけるレンズを下面（光入射側）から見た平面図である。（ｄ）図３（ｃ）の切欠き部の拡大図である。 本発明の実施例１の発光装置におけるレンズ位置ずれ検出方法を説明する説明図である。 本発明の実施例２の発光装置における要部の概略断面図である。 （ａ）本発明の実施例３の発光装置における要部の上面図である。（ｂ）図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う概略断面図である。 本発明の実施例４の発光装置における要部の上面図である。 本発明の実施例５の発光装置における要部の上面図である。 本発明の実施例６の発光装置における要部の概略断面図である。

以下、この発明の好適な実施形態を詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

以下に、本発明の実施例１に係る発光装置１０について、図１〜図３を参照しつつ説明する。本願において、図１（ａ）の紙面の左右方向をＸ軸方向、紙面の上下方向をＹ軸方向、紙面に垂直な方向をＺ軸方向と定義する。また、図１（ｂ）の紙面の左右方向をＸ軸方向、紙面の上下方向をＺ軸方向、紙面に垂直な方向をＹ軸方向と定義する。

図１（ａ）は、本発明の実施例１に係る発光装置１０を光放射面側から見た平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図２（ａ）は、本発明の実施例１に係る発光装置１０におけるベース部に形成された凸部近傍の拡大図である。図２（ｂ）は、該凸部のみの斜視図である。

図３（ａ）は、本発明の実施例１に係る発光装置１０におけるレンズを上面（光出射側）から見た平面図である。レンズを上面から観測した場合において、切欠き部が確認される。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図であり、切欠き部を通る概略断面図である。図３（ｃ）は、本発明の実施例１に係る発光装置１０におけるレンズを下面（光入射側）から見た平面図である。図３（ｄ）は、図３（ｃ）における切欠き部の拡大図であり、レンズ下面（光入射側）から見た切欠き部の拡大図である
。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、実施例１に係る発光装置１０は、ベース部１と、ベース部１上に搭載されたＬＥＤチップ５と、ＬＥＤチップ５の上方に配置されたレンズ３とから構成されている。

ベース部１は、凹部を有するシリコーン樹脂からなる成形樹脂部と、凹部内に端部が露出したリードフレーム８とから構成されている。成形樹脂部は、シリコーン樹脂に限らずナイロンなど適宜な材料を用いることができる。尚、本発明の発光装置１０において、ベース部は、発光素子を搭載して、発光素子に給電可能な種々の構成をとることができ、種々の材料で構成することができる。例えば、リードフレームをインサート成形したＰＬＣＣ、金属メッキ等で配線パターン８が施されたガラスエポキシ基板から構成することができる。

ＬＥＤチップ５は、凹部内のリードフレームに導電性の接合材６を介して固定されるとともに、リードフレーム８と電気的に接続されている。凹部内には、ＬＥＤチップ５を覆う封止樹脂７が充填されている。封止樹脂７は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができ、封止樹脂７には、蛍光体、燐光体などのフィラーを分散することができる。

本発明の発光装置において、発光素子５は、ＬＥＤチップ、ＬＤチップなどの半導体発光素子を用いることができる。発光素子５は一対の電極が、半導体素子の上面と下面に形成されているもの、上面のみに形成されているもの、あるいは、下面のみに形成されているものを用いることができる。また、発光素子５は、金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤを介してリードフレームと電気的に接続することもできる。また、発光素子は、単数でも複数でもよい。

ＬＥＤチップ５の上方、かつ封止樹脂７の上にはレンズ３が配置されている。レンズ３は、シリコーン樹脂からなる凸レンズである。凸レンズの光軸がＬＥＤチップ５の中心とそろうように、凸レンズが配置され、凸レンズの光軸が発光装置の光軸とされている。

尚、本実施例においては光学部材としてレンズ３を配置しているが、本発明の発光装置において、レンズ３には、発光素子からの発光の少なくとも一部を透過して光を屈折させて発散または集束させることのできる種々の光学部材の構成をとることができる。例えば、凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズ、プリズム等の屈折光学部材や、フィルター、偏光板などの他の光学部材を適用することができる。さらに、光学部材は、種々の材料から構成することができ、例えば、ガラス、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂などから構成することができる。

図１および図２に示す通り、ベース部１には、ＬＥＤチップ５を搭載する凹部の外側に凸部２が形成されている。凸部２は、図２（ｂ）に示す通り、四角錐台形状である。凸部２は、レンズ３の光軸を中心として対称位置に２つ形成されている。凸部２には、ＬＥＤチップ５側に傾斜面２ａが形成されている。以下、本願において、凸部２における傾斜面を凸部傾斜面２ａと呼称する。凸部傾斜面２ａは、平面からなり、凸部２においてレンズ３の光軸に対向する位置に形成されている。凸部傾斜面２ａは、光出射方向に（Ｚ軸上方に従い）、光軸からの距離が大きくなる傾斜角Θｐを有する。

図１および図３に示す通り、レンズ３には、ベース部１の凸部２に対応する位置に、レンズ外周面から窪んだ切欠き部４が形成されている。切欠き部４は、レンズ３のベース図１の凸部に対向する位置に設けられている。切欠き部４は、レンズの光軸９を中心として対称位置に２つ形成されている。切欠き部４には、傾斜面４ａが形成されている。以下、本願において、切欠き部４における傾斜面を切欠き部傾斜面４ａと呼称する。切欠き部傾斜面４ａは、平面からなり、レンズの光軸に対向するよう形成されている。切欠き部傾斜面４ａは、光出射方向に（Ｚ軸上方に従い）、光軸からの距離が大きくなる傾斜角Θｌを有する。

対応する凸部２と切欠き部４において、凸部傾斜面２ａの傾斜角Θｐと切欠き部傾斜面４ａの傾斜角Θｌとは略同一の傾斜角とされている。ベース部１とレンズ３は、対応する凸部２と切欠き部４において、凸部傾斜面２ａと切欠き部傾斜面４ａで当接される。このとき、切欠き部傾斜面４ａが凸部傾斜面２ａより内側（光軸側）に配置される。

また、対応する凸部２と切欠き部４において、凸部傾斜面２ａと切欠き部傾斜面４ａは、略同一幅とされている。そのため、レンズ３はベース部１の所定位置に配置される。つまり、凸部２と切欠き部４を突き合わせることにより、レンズ３の位置を確定することができ、位置ずれを抑制することができる。位置ずれを抑制することができるため、本願発明の発光装置は所望の指向特性を得ることが容易となり、指向特性ばらつきを抑制することができる。以下、本願において、対応する凸部２と切欠き部４を、位置合わせ部と呼称する。

また、位置合わせ部において、凸部傾斜面２ａと切欠き部傾斜面４ａとによる面接触によりベース部にレンズが強固に固定されるため、固定後にレンズ３がずれる可能性が低く、例えば、硬化炉内の送風による位置ずれなども抑制することができる。

切欠き部４は、切欠き部傾斜面４ａに隣接する二つの側面が発光装置１０の外側方向に拡大するように形成されている。そのため、図１（ａ）に示す通り、切欠き部傾斜面４ａに隣接する二つの側面は、凸部２の側面との空間的余裕を確保することができ、切欠き４部と凸部２との突き合わせ作業を容易とすることができる。

図３（ａ）に示す通り、切欠き部４は、レンズ３の下面に達するように形成されている。レンズ部３の下面と切欠き部傾斜面４ａとの間に形成される稜線が凸部傾斜面２ａに当接されることにより、レンズ３の高さ位置が確定される。

図３（ａ）に示す通り、切欠き部４は、レンズ３の上面に達するように形成されており、発光装置１０の光出射側（上方）から視認可能に形成されている。従って、ベース部１の凸部２も、発光装置１０の光出射側に露出して、レンズ３を通さずに切欠き部４において視認可能となっている。

本願発明の発光装置において、一の位置合わせ部における切欠き部傾斜面４ａと凸部傾斜面２ａとの傾斜角と幅を等しいものとすれば、他の位置合わせ部における切欠き部傾斜面４ａと凸部傾斜面２ａとの傾斜角と幅との関係は任意である。

本実施例では、二つの位置合わせ部における、各切欠き部傾斜面４ａの傾斜角Θｌと幅は同一であり、各凸部傾斜面２ａの傾斜角Θｐと幅は同一としている。本実施例のように、レンズが回転対称な形状である場合においては、対称位置に形成された位置合わせ部は、傾斜角と幅を等しく、つまり同一形状とすることが好ましい。いずれの切欠き部４と凸部２との組合せにおいても突き合わせ可能とすることによりレンズ３の取り付けが容易となるためである。

一方で、極性認識表示機能をもたせるなどの目的で、一の位置合わせ部と他の位置合わせ部の各凸部の傾斜角や各凸部の大きさを異なるものとすることができる。その場合においても、各位置合わせ部において、凸部傾斜面２ａと切欠き部傾斜面４ａの傾斜角および幅を略同一とする。

本発明の発光装置において、位置合わせ部において、切欠き部傾斜面４ａと凸部傾斜面２ａとを当接させて、光学部材３をベース部１へ固定するため、ｘ軸、およびｙ軸方向の位置ずれを抑制することができる。ｚ軸方向についても、位置合わせ部を２組以上形成することにより、光学部材３の下面と切欠き部傾斜面４ａとの間に形成される稜線４ｂを凸部傾斜面２ａに２か所以上で当接させることができ、位置ずれを抑制することができる。

次に、本実施例の発光装置１０の光学部材３の位置ずれの検出について、図４を参照して説明する。図４（ａ）にｚ軸方向の位置ずれのない場合、図４（ｂ）にｚ軸方向の位置ずれが生じた場合を模式的に示す。

二つの凸部２に関し、光学部材３で覆われていない領域の幅ＷＬおよびＷＲは、発光装置１０の上方から観測可能である。幅ＷＬ、ＷＲは、図４（ａ）のように位置ずれが生じない場合には、同じである。一方、幅ＷＬ、ＷＲは、図４（ｂ）のように位置ずれが生じた場合には、異なる。従って、レンズ３で覆われていない領域の凸部の幅を確認することにより位置ずれの有無を把握することができる。尚、位置ずれの確認について、凸部の外側の段差を基準とした凸部の露出領域幅で確認を行う場合を説明したが、凸部の外側の段差に限らず、上方から観測可能な任意の基準位置と凸部を利用して検出することができる。

上述の通り、本発明の発光装置において、光学部材のｘ軸、およびｙ軸方向のずれは、ほとんど生じないため、この方法により検出された位置ずれは、ほぼｚ軸方向のずれによるものとみなすことができる。そのため、従来の発光装置のような発光装置の側方からｚ軸方向のずれを確認する工程を不要とすることができ、検査工数を低減することができる。

発光装置の上方からの位置ずれの確認は、外観検査のタイミングで、他の検査項目と同時に画像認識などにより行うことができる。例えば、ベース部上面のレンズに覆われていない部分に印字したロット番号等の読み取りと同時に行うことができる。

また、発光装置の上方からの位置ずれ検査において、ＬＥＤチップを基準とする必要がないため、レンズ形状や封止樹脂へ添加物が分散されるなどによりＬＥＤチップを認識し難い場合においても、容易に検出することができる。

［本発明の実施例１の製造方法］
次に、本発明の実施例１の発光装置１０の製造方法について説明する。

まず、ベース部１およびレンズ３を用意する。リードフレーム８をインサート成形して、発光素子５を配置する凹部を備えたベース部１と、凸レンズ形状に成形したレンズ３を形成する。ベース部１には、凸部２を形成し、レンズ３には凸部２に対応する位置に切欠き部４を形成する。凸部２および切欠き部４には、相互に当接可能な傾斜面である凸部傾斜面２ａおよび切欠き部傾斜面４ａを形成する。凸部傾斜面２ａおよび切欠き部傾斜面４ａの傾斜角および幅は同一幅とする。

ベース部１の凹部内に半導体発光素子５を搭載し、凹部内に露出したリード８と半導体発光素子５とを電気的に接続する。本実施例では、半導体発光素子５を導電性の接合材６を介してリード８上に固定する。

ベース部１の凹部内に蛍光体を含有した未硬化のシリコーン樹脂からなる封止樹脂７を充填する。

凸部傾斜面２ａと切欠き部傾斜面４ａが当接するように、レンズ３をベース部１および封止樹脂７上に配置する。必要に応じて、レンズ３をベース部１および封止樹脂７へ押圧する。

レンズ３を封止樹脂７上へ配置後、硬化炉へ投入して、封止樹脂７を硬化する。凸部２と切欠き部４が当接していることにより、硬化炉において、レンズ３がずれることがない。また封止樹脂７の硬化により、レンズ３は封止樹脂７上に接合され、固定される。

以下に、本発明の実施例２に係る発光装置２０について、図５を参照して説明する。実施例１と同じ要素については、同じ符号で示す。図５は、本発明の実施例２に係る発光装置２０の要部を示す概略平面図である。

実施例２に係る発光装置２０は、半導体発光素子が複数搭載されていること、レンズの形状、および、レンズと封止樹脂とが離間していること以外の構成に関しては、実施例１の発光装置１０の構成と同一である。

本実施例の発光装置２０のように、半導体発光素子は複数搭載することができる。また、レンズ３は、各半導体発光素子に対応して凸レンズ部が形成されたレンズ形状を有することができる。また、レンズ３と封止樹脂７とを離間して設けることができる。

また、本実施例において、レンズ３の固定は、例えば、切欠き部傾斜面４ａと凸部傾斜面２ａとを当接後、凸部２と切欠き部４を接着剤で覆うことにより行うことができる。

以下に、本発明の実施例３に係る発光装置３０について、図６を参照して説明する。実施例１と同じ要素については、同じ符号で示す。図６（ａ）は、本発明の実施例３の発光装置における要部の上面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う概略断面図である。

実施例３に係る発光装置３０は、ベース部の構成、レンズの形状、および、凸部・切欠き部の大きさおよび形状が光軸に対して対称形状ではないこと以外の構成に関しては、実施例１の発光装置１０の構成と同一である。

本実施例の発光装置３０のように、ベース部１は、板状の基板、基板上に形成された配線パターン、および基板上に配置された凸部２とから構成することができる。

本実施例の発光装置３０のように、光学部材３は、半導体発光素子３を囲む形状に形成することができる。

本実施例の発光装置３０のように、ベース部１の凸部２および光学部材３の切欠き部４は、光軸に対して非対称な形状とすることができる。例えば、凸部傾斜面２ａの傾斜角、凸部傾斜面２ａの幅、凸部の頂面の幅などを左右にて異なるものとすることにより、非対称な形状とすることができる。本実施例においては、頂面の幅が異なる凸部２−１と凸部２−２を形成した。ただし、その場合においても、対応する凸部傾斜面２ａと切欠き部傾斜面４ａは相互に当接可能なように同一の傾斜角および幅で形成する。

ベース部１の凸部２および光学部材３の切欠き部４は、光軸に対して非対称な形状に形成することにより、極性識別表示としても利用することができる。極性識別表示の機能をもたせることにより、別途の極性表示スペースが不要となるため、発光装置の小型化を図ることができる。

さらに、本実施例では適用していないが、ベース部１の凸部２および光学部材３の切欠き部４は、当接面とする凸部傾斜面２ａおよび切欠き部傾斜面４ａを光軸に対して非対称な形状となるように形成してもよい。例えば、実施例３における凸部２−１と凸部２−２の凸部傾斜面２ａの傾斜角または／および幅を異なるように形成することができる。凸部傾斜面２ａおよび切欠き部傾斜面４ａを光軸に対して非対称な形状に形成することで、当接可能な凸部２と切欠き部４との対応関係が特定される。そして、例えば実施例２のように光軸に非対称形状の光学部材３を備え、光軸に非対称な指向特性を有する発光装置２０に適用すれば、凸部２と切欠き部４の誤組付けを防止することもできる。

また、本実施例の発光装置３０のように、レンズ３の底面をベース部１の凸部２の形成されていない面に当接させるよう形成することができる。

また、本実施例の発光装置３０のように、封止樹脂とレンズ３とを離間して配置することができる。

以下に、本発明の実施例４に係る発光装置４０について、図７を参照して説明する。実施例１と同じ要素については、同じ符号で示す。図７は、本発明の実施例３の発光装置における要部の上面図である。

実施例４に係る発光装置４０は、凸部・切欠き部以外の構成に関しては、実施例１の発光装置１０の構成と同一である。

本実施例の発光装置４０において、凸部と切欠き部は、三組形成されている。凸部２として、凸部２−３、凸部２−４、凸部３−５の３つが形成されている。三組の凸部と切欠き部のうち二組、つまり凸部２で示すと凸部２−３と凸部２−４は、相互に光軸に対して対称に配置されている。二組を対称に配置することにより高い固定精度で光学部材３を取り付けることができる。

凸部と切欠き部の数を増やすことにより、よりレンズの固定精度を向上することができる。また、凸部と切欠き部を非対称に配置することにより、極性識別表示としての機能をもたせることができる。

以下に、本発明の実施例５に係る発光装置５０について、図８を参照して説明する。実施例１と同じ要素については、同じ符号で示す。図８は、本発明の実施例５の発光装置における要部の上面図である。

実施例５に係る発光装置５０は、凸部・切欠き部以外の構成に関しては、実施例１の発光装置１０の構成と同一である。

本実施例の発光装置５０において、凸部と切欠き部は、三組形成されており、それぞれ図８に示すａ、ｂ、およびｃの位置に形成されている。凸部２として、位置ａに凸部２−６、位置ｂに凸部２−７、位置ｃに凸部２−８が形成されている。位置ａおよび位置ｂは、紙面に向かって左に設けられ、位置ｃは、紙面に向かって右に設けられ、三組は非対称位置に設けられている。

また、位置ｃは、位置ａ、位置ｂ、光軸位置ｏとがなす角（角ａｏｂ）の対頂角（角ａ´ｏｂ´）のなす範囲内に設けられている。実施例４に係る発光装置４０のようにいずれか二組を対称位置に配置せずとも、対頂角の範囲内に設けることにより、レンズ３を高い固定精度で取り付けることができる。

本実施例のように、凸部と切欠き部の数を増やすことにより、よりレン部の固定精度を向上することができる。また、凸部と切欠き部を非対称に配置することにより、極性識別表示としての機能をもたせることができる。

以下に、本発明の実施例６に係る発光装置６０について、図９を参照して説明する。実施例１と同じ要素については、同じ符号で示す。図９は、本発明の実施例６の発光装置における要部の概略断面図である。

実施例６に係る発光装置６０は、凸部・切欠き部以外の構成に関しては、実施例１の発光装置６０の構成と同一である。

実施例１において、凸部傾斜面はベース部に形成された凹部の内周面に連続して形成されているのに対し、実施例６において、凸部傾斜面は、ベース部に形成された凹部の内周面とは連続して形成されていない。

そのため、レンズの底面を、ベース部の凸部の形成されていない領域の上面に当接することができる。これにより、位置合わせ部を、一組とすることができる。光学部材３の底面とベース部１とが当接することにより、一組でも凸部傾斜面２ａと切欠き部傾斜面４ａとの当接を確実なものとすることができるためである。

尚、本発明の発光装置は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることは勿論である。

１：ベース部
２：凸部
２ａ：凸部傾斜面（第一の傾斜面）
３：光学部材（レンズ）
４：切欠き部
４ａ：切欠き部傾斜面（第二の傾斜面）
５：発光素子
６：接合材
７：封止樹脂
８：配線パターン
９：光軸
１０：発光装置

Claims (4)

1. ベース部と、
   前記ベース部上に搭載された発光素子と、
   前記ベース部に取り付けられ、前記発光素子の上方に配置された光学部材と、を有し、
   前記ベース部は、前記発光素子側に第一の傾斜面を有する凸部を有し、
   前記光学部材は、前記凸部に対向する位置に切欠き部を有し、
   前記切欠き部は、前記第一の傾斜面に当接する第二の傾斜面を有し、
   前記第一の傾斜面と前記第二の傾斜面の傾斜角および幅が略同一であることを特徴とする発光装置。
2. 前記切欠き部は、前記光学部材の上面まで達し、前記凸部は前記切欠き部において上方から視認可能であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記凸部の前記第一の傾斜面に隣接する側面は、前記レンズから離間していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 前記凸部は、前記ベース部上に複数配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置。

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