JP2015056649A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】実施形態は、出射方向に依存する色ムラを抑制することが可能な発光装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る発光装置は、第１リードフレームと、前記第１リードフレームに並んで配置された第２リードフレームと、前記第１リードフレームと第２リードフレームとに跨がって実装された発光素子と、前記第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの上において、前記発光素子の周りを囲む第１枠体と、前記第１枠体の内側に充填され、前記発光素子を覆う樹脂であって、前記発光素子の放射光により励起され、前記放射光とは波長の異なる光を放射する蛍光体を含む樹脂と、第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの上において前記第１枠体の周りを囲む第２枠体であって、その上端の内縁と、前記樹脂の上面の中心と、を結ぶ線が前記第１枠体と交差しない高さを有する第２枠体と、を備える。【選択図】図１

Description

実施形態は、発光装置に関する。
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等を光源とする照明装置の開発が進められている。例えば、青色ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた発光装置は、小型で長寿命であり照明装置の光源に適している。しかしながら、このタイプの発光装置では、蛍光体を励起するＬＥＤ光の光路長に依存して、出射光のスペクトルが変化する。このため、その出射方向に依存した色ムラを生じる。
特開２０１０−２８３２８１号公報
実施形態は、出射方向に依存する色ムラを抑制することが可能な発光装置を提供する。
実施形態に係る発光装置は、第１リードフレームと、前記第１リードフレームに並んで配置され、前記第１リードフレームから電気的に絶縁された第２リードフレームと、前記第１リードフレームと第２リードフレームとに跨がって実装された発光素子と、前記第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの上において、前記発光素子の周りを囲む第１枠体と、前記第１枠体の内側に充填され、前記発光素子を覆う樹脂であって、前記発光素子の放射光により励起され、前記放射光とは波長の異なる光を放射する蛍光体を含む樹脂と、第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの上において前記第１枠体の周りを囲む第２枠体であって、その上端の内縁と、前記樹脂の上面の中心と、を結ぶ線が前記第１枠体と交差しない高さを有する第２枠体と、を備える。
実施形態に係る発光装置を表す模式図。 実施形態に係る発光装置の製造過程を表す模式断面図。 実施形態の変形例に係る発光装置を表す模式図。 実施形態の別の変形例に係る発光装置を表す模式断面図。 実施形態の他の変形例に係る発光装置を表す模式断面図。 比較例に係る発光装置を表す模式断面図。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
図１は、実施形態に係る発光装置１を表す模式図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ｂ）は、上方から見た形状を表す平面図である。
図１（ａ）に表すように、発光装置１は、第１リードフレーム（以下、リードフレーム１０）と、第２リードフレーム（以下、リードフレーム２０）と、リードフレーム１０の上にマウントされた発光素子３０と、発光素子３０を覆う樹脂４０と、を備える。 リードフレーム２０は、リードフレーム１０に並べて配置される。リードフレーム１０は、リードフレーム２０から隔離して配置され、その間に絶縁体１３が設けられる。これにより、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、の間は、電気的に絶縁される。
発光素子３０は、例えば、発光面と裏面との間に駆動電流を流す縦型の青色ＬＥＤであり、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、に跨がって実装される。発光素子３０は、例えば、発光面とは反対側の裏面をリードフレーム１０に向けてマウントされる。そして、例えば、発光面の一部に設けられた電極と、リードフレーム２０と、に金属ワイヤ３３をボンディングし、両者を電気的に接続する。
さらに、図１（ｂ）に表すように、発光装置１は、発光素子３０を囲む第１枠体（以下、枠体５０）と、枠体５０を囲む第２枠体（以下、枠体６０）と、を備える。枠体５０および６０は、リードフレーム１０およびリードフレーム２０の上ににおいて、両者に跨がって設けられる。
枠体５０の内側には、発光素子３０を覆う樹脂４０を充填する。樹脂４０は、発光素子３０の放射光を透過する基材と、発光素子３０の放射光により励起され、その放射光とは波長の異なる光を放射する蛍光体４１を含む。なお、「透過」とは、発光素子３０の放射光の全てを透過させることに限らず、その一部を吸収する場合も含むものとする。
樹脂４０の基材は、例えば、シリコーン樹脂であり、可視光を透過する。蛍光体４１は、例えば、ＹＡＧ蛍光体であり、発光素子３０が放射する青色光を吸収し、黄色光を放射する。
枠体６０は、枠体５０の外側に設けられる。枠体６０の各リードフレームからの高さは、枠体５０よりも高く、例えば、枠体６０の上端６０ａの内縁と、樹脂４０の上面４０ａの中心と、を結ぶ線ＬＰが枠体５０に交差しない高さを有する。また、図１（ａ）に示すように、枠体６０は、リードフレーム１０およびリードフレーム２０に接する下部６０ｂにおいて、枠体５０につながっても良い。
枠体５０および６０は、発光素子３０および蛍光体４１の放射光を反射する部材を含む。枠体５０および６０には、例えば、酸化チタンの微粒子を分散したエポキシ樹脂もしくはシリコーン（白樹脂）を用いる。そして、枠体５０および６０は、発光素子３０の放射光、および、樹脂４０に含まれる蛍光体４１の放射光を反射する。
一方、リードフレーム１０およびリードフレーム２０の発光素子３０を実装した面とは反対側の面は、発光装置１の裏面側に露出する。すなわち、発光装置１は、リードフレーム１０および２０の裏面側をボンディングパッドとして、例えば、回路基板の上に実装することができる。
また、リードフレーム１０および２０の発光素子３０を実装した面は、発光素子３０および蛍光体４１の放射光に対する反射率が、各リードフレームの芯材よりも高い部材、例えば、銀（Ａｇ）含むことが好ましい。
次に、図６を参照して、発光装置１の特性を説明する。図６は、比較例に係る発光装置７を表す模式断面図である。
図６に示すように、発光装置７は、リードフレーム１０の上にマウントされた発光素子３０と、発光素子３０を囲む枠体５０と、枠体５０の内部に充填された樹脂４０と、を備える。しかし、枠体５０を囲む外側の枠体６０を備えていない。
図６中に示す矢印Ｌ１〜Ｌ３は、発光装置７から放射される光の配光特性を模式的に表している。矢印の長さは、黄色光の比率を表し、矢印が長いほど黄色光の比率が高いことを表している。
発光素子３０から放射される青色光は、樹脂４０の中を通過し、その上面４０ａから外部に放射される。そして、青色光の一部は、樹脂４０に分散された蛍光体４１に吸収され黄色光に変換される。このため、発光素子３０から放射される青色光のうちの樹脂４０中の光路長が長い光ほど減衰する。したがって、樹脂４０中を横方向（±Ｘ方向）に伝播し、樹脂４０の外に放出される青色光の強度が弱くなる。その結果、上方（Ｚ方向）に放射される光Ｌ１よりも斜め横方向に放射される光Ｌ３の方が黄色光の割合が高くなり、色ムラが生じる。
これに対し、実施形態に係る発光装置１では、発光素子３０を囲む枠体５０の外側に設けられた枠体６０が、斜め横方向に出射される光Ｌ１を反射する。そして、枠体６０により反射された光は、Ｚ方向に放射される光Ｌ１およびＬ２に混合される。これにより、発光装置１では、出射方向に依存する色ムラを抑制することができる。
また、枠体６０により横方向に出射される光Ｌ１を遮るだけでも、色ムラを軽減することができる。すなわち、枠体６０は、発光素子３０から放射される青色光、および、蛍光体４１から放射される黄色光を吸収しても良い。具体的には、枠体６０には、例えば、カーボン粒子を含む黒樹脂を用いても良い。
また、図１（ａ）に示す枠体６０の高さＨは、黄色光の割合が大きい光Ｌ１の放射角を勘案して設定する。例えば、樹脂４０の上面４０ａと、直線ＬＰと、の間の角度θの上限は、実装条件もしくは配光角により制限される。一方、θの下限は、色ムラの許容される範囲に対応して設定される。
次に、図２を参照して、実施形態に係る発光装置１の製造方法を説明する。図２（ａ）〜図２（ｂ）は、実施形態に係る発光装置１の製造過程を表す模式断面図である。
図２（ａ）に表すように、金属プレート１５の上に樹脂枠１７を成形する。金属プレート１５は、例えば、パンチング加工されたリードパターンを含む銅プレートである。金属プレート１５の上面には、発光素子３０および蛍光体４１の放射光に対する反射率が高い部材、例えば、銀（Ａｇ）をメッキすることが望ましい。また、金属プレート１５は、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、の間を絶縁する絶縁体１３を含む。
樹脂枠１７は、例えば、酸化チタンの粉末を分散したエポキシ樹脂、もしくは、シリコーンを用いて、枠体５０と、枠体６０に分割される突起部６５と、を含むように成形する。
次に、図２（ｂ）に表すように、金属プレート１５の枠体５０に囲まれた部分に発光素子３０をマウントする。発光素子３０は、リードフレーム１０に加工される部分に、例えば、導電ペーストを介して固着される。続いて、発光素子３０の発光面（上面）に設けられた電極、および、リードフレーム２０に加工される部分に金属ワイヤ３３をボンディングする。
次に、図２（ｃ）に表すように、枠体５０に囲まれた部分に樹脂４０を充填し、発光素子３０を封じる。樹脂４０は、例えば、ポッティング法を用いてそれぞれの部分に注入し、硬化させる。樹脂４０は、枠体５０の上面と同じ高さに充填しても良いし、枠体５０の上面よりも高く盛り上げるように充填しても良い。また、樹脂４０の上面４０ａが枠体５０の上面よりも低いレベルとなるように充填しても良い。
次に、図２（ｄ）に表すように、樹脂枠１７および金属プレート１５を突起部６５の中央で分断し、発光装置１を完成させる。樹脂枠１７および金属プレート１５は、例えば、ダイシングブレードを用いて切断する。上記の方法を用いることにより、小型で低コストの発光装置を容易に形成することができる。
次に、図３〜図５を参照して、実施形態の変形例に係る発光装置２〜６を説明するが、これらは代表的な例であり、実施形態はこれらに限定されないことに留意すべきである。
図３は、実施形態の変形例に係る発光装置２を表す模式図である。図３（ａ）は、図３（ｂ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図３（ｂ）は、上方から見た形状を表す平面図である。
図３（ａ）に表すように、発光装置２は、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、リードフレーム１０の上にマウントされた発光素子３０と、発光素子３０を覆う樹脂４０と、を備える。樹脂４０は、枠体５０の内側に充填される。
そして、枠体５０の外側には、枠体６１が設けられる。枠体６１の内面６１ａは、光の放射方向（Ｚ方向）に広がる形状を有する。内面６１ａは、例えば、放物面であり、樹脂４０から斜め横方向に放射される光をＺ方向に反射する。また、図３（ｂ）に表すように、枠体６１は円形に形成することができる。
この例に限らず、枠体５０の外側に設けられる枠体の平面形状は任意であり、四角形、円形もしくは楕円形であっても良い。また、枠体５０の平面形状も任意であり、図１および図３に示す四角形に限定される訳ではない。
図４（ａ）は、発光装置３を表す模式断面図である。同図に表すように、発光装置３は、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、リードフレーム１０の上にマウントされた発光素子３０と、発光素子３０を覆う樹脂４０と、を備える。樹脂４０は、枠体５０の内側に充填される。
枠体５０の外側には、枠体６３が設けられる。枠体６３の内面６３ａは、光の放射方向（Ｚ方向）に広がる傾斜を有し、樹脂４０から斜め横方向に放射される光を上方に反射する。
図４（ｂ）は、発光装置４を表す模式断面図である。同図に表すように、発光装置４は、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、リードフレーム１０の上にマウントされた発光素子３５と、発光素子３５を覆う樹脂４０と、を備える。樹脂４０は、枠体５０の内側に充填される。そして、枠体５０の外側には、枠体６０が設けられる。
発光素子３５は、発光面とは反対の裏面にｐ電極およびｎ電極を有する。そして、発光素子３５は、リードフレーム１０および２０に跨がってフリップチップ実装される。他の実施形態に示す発光素子３０を、発光素子３５に置き換えても良い。
図５（ａ）は、発光装置５を表す模式断面図である。同図に表すように、発光装置５は、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、リードフレーム１０の上にマウントされた発光素子３０と、発光素子３０を覆う樹脂４０と、を備える。樹脂４０は、枠体５０の内側に充填される。
枠体５０の外側には、枠体６７が設けられる。枠体６７のリードフレーム１０および２０に接する部分は、枠体５０から隔離して形成される。この例では、枠体６７の内面６７ａは、リードフレーム１０および２０のそれぞれに垂直に形成されるが、これに限定される訳ではない。例えば、図３および図４（ａ）に表すように、光の放射方向（Ｚ方向）に広がる形状を有しても良い。
図５（ｂ）は、発光装置６を表す模式断面図である。同図に表すように、発光装置６は、リードフレーム１０と、リードフレーム２０と、リードフレーム１０の上にマウントされた発光素子３０と、発光素子３０を覆う樹脂４０と、を備える。
この例では、リードフレーム１０および２０の上に枠体７０が設けられ、樹脂４０は、枠体７０の内側に充填される。枠体７０は、外周部７１と、その内側に階段状に設けられた内周部７３と、を有する。
外周部７１は、内周部７３よりも高く形成され、樹脂４０から斜め横方向に放射される光を反射する。外周部７１の内面７１ａは、光の放射方向（Ｚ方向）に広がる形状を有しても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１〜７・・・発光装置、 １０、２０・・・リードフレーム、 １３・・・絶縁体、 １５・・・金属プレート、 １７・・・樹脂枠、 ３０、３５・・・発光素子、 ３３・・・金属ワイヤ、 ４０・・・樹脂、 ４０ａ・・・上面、 ４１・・・蛍光体、 ５０、６０、６１、６３、６７、７０・・・枠体、 ６０ａ・・・上端、 ６０ｂ・・・下部、 ６１ａ、６３ａ、６７ａ、７１ａ・・・内面、 ６５・・・突起部、 ７１・・・外周部、 ７３・・・内周部

Claims (6)

  1. 第１リードフレームと、
    前記第１リードフレームに並んで配置され、前記第１リードフレームから電気的に絶縁された第２リードフレームと、
    前記第１リードフレームと第２リードフレームとに跨がって実装された発光素子と、
    前記第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの上において、前記発光素子の周りを囲む第１枠体と、
    前記第１枠体の内側に充填され、前記発光素子を覆う樹脂であって、前記発光素子の放射光により励起され、前記放射光とは波長の異なる光を放射する蛍光体を含む樹脂と、
    第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの上において前記第１枠体の周りを囲む第２枠体であって、その上端の内縁と、前記樹脂の上面の中心と、を結ぶ線が前記第１枠体と交差しない高さを有する第２枠体と、
    を備えた発光装置。
  2. 前記第２枠体は、発光方向に広がる内面を有する請求項１記載の発光装置。
  3. 前記第２枠体は、前記第１リードフレームおよび前記第２リードフレームに接する下部において、前記第１枠体につながる請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記第１枠体は、前記発光素子の放射光および前記蛍光体の放射光を反射する部材を含む請求項１または２に記載の発光装置。
  5. 前記第２枠体は、前記発光素子の放射光および前記蛍光体の放射光を反射する部材を含む請求項１または２に記載の発光装置。
  6. 前記第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの前記発光素子を実装した面とは反対側の面を裏面側に露出させた請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
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