JP2017098398A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性体の熱劣化を防止可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置２０は、ＬＥＤチップ２６、リードフレーム２４、ＬＥＤチップ２６と対向配置されてリードフレーム２４と接触する蛍光体シート２８、ケース２１、ケース２１から露出された蛍光体シート２８の表面に積層された弾性体シート３１とを備える。ＬＥＤチップ２６がリードフレーム２４に接続されているため、ＬＥＤチップ２６から発生する熱がリードフレーム２４を介して速やかに放熱されることから、その熱が弾性体シート３１に伝搬するのを防止できる。また、蛍光体シート２８の内面がリードフレーム２４の側端面と接触しているため、蛍光体シート２８から発生する熱がリードフレーム２４を介して速やかに放熱されることから、その熱が弾性体シート３１に伝搬するのを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は発光装置および照明装置に係り、詳しくは、光放射面に弾性体を備えた発光装置と、その発光装置を用いた照明装置とに関するものである。

特許文献１には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源からの光を導光板の端面から入射させて出射面から出射させる面発光装置であって、ＬＥＤ光源は、凹部を有するパッケージと、パッケージの凹部内に実装されたＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を覆い且つパッケージの上面より突出するよう設けられた封止部とを有し、封止部のパッケージの上面より突出する部分は弾性体からなり、封止部は弾性体を介して導光板の端面と接合されており、弾性体はシリコーンである技術が開示されている。

特許文献２には、支持体にＬＥＤランプが装着された光源と、導光板の端面とを接合する方法であって、支持体と導光板の端面とを透明な弾性体を介して接合し、弾性体が、シリコン樹脂、シリコンゴム、アクリルフォーム、弾性を有する接着剤（例えば、弾性のある基材の両面に接着剤が塗布された両面テープ、接着後も弾性を有する透明な接着剤など）のいずれかである技術が開示されている。

特開２００３−２３４００８号公報 特開平９−５０７０４号公報

特許文献１および特許文献２では、ＬＥＤ（発光素子）から発生する熱により弾性体が劣化するという問題があった。
また、ＬＥＤの放射光を波長変換する蛍光体を備える場合には、波長変換に蛍光体から発生する熱により弾性体が劣化するという問題もある。

本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
（１）弾性体の熱劣化を防止可能な発光装置を提供する。
（２）前記（１）の発光装置と導光体とを用いた照明装置を提供する。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

＜第１局面＞
第１局面は、
発光素子と、
前記発光素子と接続されたリードフレームと、
前記発光素子と対向配置され、前記リードフレームと接触する蛍光体と、
前記発光素子と前記リードフレームと前記蛍光体とを収容するケースと、
前記ケースから露出された前記蛍光体の表面に積層された弾性体と
を備えた発光装置である。

第１局面では、発光素子がリードフレームに接続されているため、発光素子から発生する熱がリードフレームを介して速やかに放熱されることから、発光素子から発生する熱が弾性体に伝搬するのを防止可能である。
また、蛍光体がリードフレームと接触しているため、発光素子の放射光を蛍光体が波長変換する際に発生する熱がリードフレームを介して速やかに放熱されることから、蛍光体から発生する熱が弾性体に伝搬するのを防止可能である。
その結果、第１局面によれば、弾性体の熱劣化を防止することができる。

＜第２局面＞
第２局面は、第１局面において、前記発光素子と前記蛍光体とが接触する。
第２局面では、蛍光体から発生する熱が発光素子を介して速やかに放熱されることから、蛍光体から発生する熱が弾性体に伝搬するのを更に確実に防止可能であり、第１局面の前記作用・効果を高めることができる。

＜第３局面＞
第３局面は、第１局面または第２局面において、前記リードフレームにおける前記発光素子と接続されている面の反対面が前記ケースから露出されている。
第３局面では、ケースから露出されたリードフレームの面から外気へ放熱されるため、リードフレームの放熱性を促進させることが可能であり、第１局面の前記作用・効果を高めることができる。

＜第４局面＞
第４局面は、第１〜第３局面において、前記発光素子が前記リードフレームにフリップチップ接続されている。
第４局面では、フリップチップ接続は放熱性に優れているため、発光素子からリードフレームへの放熱を促進させることが可能であり、第１局面の前記作用・効果を高めることができる。

＜第５局面＞
第５局面は、第１〜第４局面の発光装置と、導光体とを備え、前記導光体の入射面と前記弾性体とが接合された照明装置である。
第５局面では、発光装置の光放射面である蛍光体の表面と、導光体の入射面とを、弾性体を介して接合することにより、発光装置の光放射面と導光体の入射面との隙間を無くすことが可能になるため、発光装置の放射光を効率良く導光体に導光させることができる。

本発明を具体化した第１実施形態の照明装置１０および第２実施形態の照明装置４０の上面図。 第１実施形態の照明装置１０の横断面図（図３および図４に示すＹ−Ｙ矢示断面図）。 第１実施形態の照明装置１０の縦断面図（図１および図２に示すＸ１−Ｘ１矢示断面図）。 本発明を具体化した第１〜第３実施形態の照明装置１０，４０，５０の縦断面図（図１，図２，図５，図７に示すＸ２−Ｘ２矢示断面図）。 第２実施形態の照明装置４０の横断面図（図６に示すＹ−Ｙ矢示断面図）。 第２実施形態の照明装置４０の縦断面図（図５に示すＸ１−Ｘ１矢示断面図）。 第３実施形態の照明装置５０の横断面図（図８に示すＹ−Ｙ矢示断面図）。 第３実施形態の照明装置５０の縦断面図（図７に示すＸ１−Ｘ１矢示断面図）。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。

＜第１実施形態＞
図１〜図４に示すように、第１実施形態の照明装置１０は、導光体１１、実装基板１２、発光装置２０などを備える。
導光体（導光板）１１は、矩形平板状の透光性を有する合成樹脂材料（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂など）から成る。
実装基板１２の表面には配線層（図示略）が形成されている。

発光装置２０は、ケース２１（側面開口部２１ａ、下面開口部２１ｂ、上面開口部２１ｃ〜２１ｅ）、リードフレーム２２〜２４（端子部２２ａ，２３ａ）、ＬＥＤチップ２５，２６、バンプ２７、蛍光体シート２８、光反射シート２９、封止材３０、弾性体シート３１などを備え、側面方向に光を放射するサイドビュータイプの発光装置（側面発光装置）である。
発光装置２０は、横長扁平状であり、長手方向を二分する中心線（基準線）Ｌに対して、構成部材が線対称に配置形成されている。

ケース（パッケージ）２１は、横長扁平箱状であり、光反射性の高い白色の合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）の射出成形によって一体形成されている。
ケース２１の側面には側面開口部２１ａが形成され、ケース２１の下面には下面開口部２１ｂが形成され、ケース２１の上面には３個の上面開口部２１ｃ〜２１ｅが形成され、各開口部２１ａ〜２１ｅは矩形状である。
ケース２１内には、リードフレーム２２〜２４、ＬＥＤチップ２５，２６、バンプ２７、蛍光体シート２８、光反射シート２９、封止材３０が収容されている。

リードフレーム２２〜２４は、矩形状の金属板のプレス加工によって形成されており、ケース２１の射出成形時にインサート成形されてケース２１に埋設され、ケース２１の長手方向に並置されている。
リードフレーム２２，２３の寸法形状および配置は、中心線Ｌに対して線対称である。
リードフレーム２４は、ケース２１の長手方向の中央部にて中心線Ｌ上に配置されると共に、ＬＥＤチップ２５，２６間に配置されている。
リードフレーム２２〜２４の上面は、ケース２１の上面開口部２１ｃ〜２１ｅから表出（露出）している。
リードフレーム２２〜２４において、ケース２１の上面開口部２１ｃ〜２１ｅから表出している部分の下面は、ケース２１内に表出している。
リードフレーム２２，２３は階段状に折り曲げられ、リードフレーム２２，２３の片端部に形成された端子部２２ａ，２３ａは、ケース２１から外部へ引き出され、発光装置２０の外部接続端子を構成している。

ＬＥＤチップ２５，２６は扁平な略直方体状であり、ＬＥＤチップ２５，２６の上面にはそれぞれカソード電極（図示略）およびアノード電極（図示略）が形成されており、各電極はバンプ２７を介してケース２１内に表出しているリードフレーム２２〜２４の下面とフリップチップ接続されている。
ＬＥＤチップ２５，２６は、リードフレーム２２〜２４およびバンプ２７を介して直列接続されている。

ケース２１の側面開口部２１ａには、矩形平板状の蛍光体シート２８が隙間無く嵌合固定されている。
蛍光体シート２８はＬＥＤチップ２５，２６と対向配置されており、蛍光体シート２８の内面はＬＥＤチップ２５，２６の側面と接触している。
また、蛍光体シート２８の内面は、リードフレーム２２〜２４の側端面と接触している。
蛍光体シート２８は、蛍光体（例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系など）の微粒子を含有した透光性を有する材料（例えば、合成樹脂材料、ガラス材料など）によって形成されており、波長変換部材（波長変換層）として機能する。

ケース２１の下面開口部２１ｂには、矩形平板状の光反射シート２９が隙間無く嵌合固定されている。
光反射シート２９の内面は、ＬＥＤチップ２５，２６の下面（バンプ２７と接続される面の反対面）と接触している。
光反射シート２９は、光反射性の高い白色の合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）によって形成されており、光反射部材として機能する。

ケース２１内の空隙には封止材３０が充填されており、封止材３０によりＬＥＤチップ２５，２６とバンプ２７と蛍光体シート２８とが封止されている。
封止材３０は、透光性を有する合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂など）によって形成されている。
ケース２１の側面開口部２１ａから露出された蛍光体シート２８の表面には、矩形平板状の弾性体シート３１が貼着固定されることにより積層されており、各シート２８，３１は略同一平面形状である。
弾性体シート（ソフトコーティング）３１は、透光性を有する弾性材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）によって形成されている。

発光装置２０は、弾性体シート３１を介して導光体１１の端面（入射面）と接合されている。
発光装置２０は実装基板１２上に載置され、リードフレーム２２，２３の端子部２２ａ，２３ａが実装基板１２の配線層（図示略）に対して半田付けされることにより、発光装置２０は実装基板１２に表面実装されている。

発光装置２０では、ＬＥＤチップ２５，２６から放射された一次光（青色光）と、その一次光の一部が蛍光体シート２８に含有される蛍光体を励起することにより波長変換された二次光（黄色光）とが混色され、その混色により生成された白色光が、発光装置２０の光放射面（発光面）である弾性体シート３１の表面から放射される。
照明装置１０では、発光装置２０の放射光が、弾性体シート３１の表面と密着する導光体１１の端面に入射され、導光体１１内を導光されながら導光体１１の表面（発光面）全体から放射され、均一な面発光が得られる。

［発光装置２０の製造方法］
発光装置２０は、以下の工程により製造される。
工程１：折り曲げ加工されたリードフレーム２２〜２４を、ケース２１の射出成形時にインサート成形してケース２１と一体化させる。
工程２：ケース２１の上下を逆にし、ケース２１の下面開口部２１ｂを上方に向けた状態し、その状態でケース２１内にＬＥＤチップ２５，２６およびバンプ２７を収容し、リードフレーム２２〜２４とＬＥＤチップ２５，２６とをバンプ２７を介してフリップチップ接続する。
工程３：ケース２１の下面開口部２１ｂに光反射シート２９を嵌合し、ＬＥＤチップ２５，２６と光反射シート２９とを密着させる。

工程４：ポッティング（ディスペンス）法を用い、側面開口部２１ａからケース２１内に液状の封止材３０を滴下し、ケース２１内の空隙に封止材３０を充填する。
工程５：ケース２１の側面開口部２１ａに蛍光体シート２８を嵌合し、ＬＥＤチップ２５，２６と蛍光体シート２８とを密着させる。
工程６：封止材３０を硬化させ、その封止材３０によりケース２１内を封止すると共に、硬化させた封止材３０を介して各シート２８，２９とケース２１とを接着固定する。
工程７：蛍光体シート２８の表面に弾性体シート３１を貼着固定すると、発光装置２０が完成する。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］発光装置２０では、ＬＥＤチップ２５，２６がリードフレーム２２〜２４に接続されているため、ＬＥＤチップ２５，２６から発生する熱がリードフレーム２２〜２４を介して速やかに放熱されることから、ＬＥＤチップ２５，２６から発生する熱が弾性体シート３１に伝搬するのを防止可能である。
また、蛍光体シート２８の内面がリードフレーム２２〜２４の側端面と接触しているため、ＬＥＤチップ２５，２６の放射光を蛍光体シート２８が波長変換する際に発生する熱がリードフレーム２２〜２４を介して速やかに放熱されることから、蛍光体シート２８から発生する熱が弾性体シート３１に伝搬するのを防止可能である。
その結果、発光装置２０によれば、弾性体シート３１の熱劣化を防止することができる。

［２］発光装置２０では、ＬＥＤチップ２５，２６の側面と蛍光体シート２８の内面とが接触している。
そのため、蛍光体シート２８から発生する熱がＬＥＤチップ２５，２６を介して速やかに放熱されることから、蛍光体シート２８から発生する熱が弾性体シート３１に伝搬するのを更に確実に防止可能であり、前記［１］の作用・効果を高めることができる。

［３］発光装置２０では、リードフレーム２２〜２４におけるＬＥＤチップ２５，２６と接続されている面（下面）の反対面（上面）がケース２１の上面開口部２１ｃ〜２１ｅから露出されているため、その露出されたリードフレーム２２〜２４の上面から外気へ放熱されることから、リードフレーム２２〜２４の放熱性を促進させることが可能であり、前記［１］の作用・効果を高めることができる。

［４］発光装置２０では、ＬＥＤチップ２５，２６がバンプ２７を介してリードフレーム２２〜２４にフリップチップ接続されている。
フリップチップ接続は放熱性に優れているため、ＬＥＤチップ２５，２６からリードフレーム２２〜２４への放熱を促進させることが可能であり、前記［１］の作用・効果を高めることができる。

［５］発光装置２０は、ケース２１の下面開口部２１ｂに嵌合固定されてＬＥＤチップ２５，２６と接触し、光反射性を有する光反射シート２９を備えている。
そのため、ＬＥＤチップ２５，２６の放射光を光反射シート２９が反射し、その反射光が蛍光体シート２８に入射されるため、発光装置２０の発光効率を高めることができる。

［６］発光装置２０は、ケース２１内の空隙に充填された透光性を有する封止材３０を備えている。
そのため、ＬＥＤチップ２５，２６および蛍光体シート２８から発生する熱が封止材３０を介してリードフレーム２２〜２４およびケース２１に伝搬されるため、ＬＥＤチップ２５，２６および蛍光体シート２８から発生する熱が弾性体シート３１に伝搬するのを更に確実に防止可能であり、前記［１］の作用・効果を高めることができる。

［７］照明装置１０では、発光装置２０の光放射面である蛍光体シート２８の表面と、導光体１１の入射面とを、弾性体シート３１を介して接合することにより、発光装置２０の光放射面と導光体１１の入射面との隙間を無くすことが可能になるため、発光装置２０の放射光を効率良く導光体１１に導光させることができる。

＜第２実施形態＞
図１，図４〜図６に示すように、第２実施形態の照明装置４０は、導光体１１、実装基板１２、発光装置４１などを備える。
発光装置４１は、ケース２１（側面開口部２１ａ、下面開口部２１ｂ、上面開口部２１ｃ〜２１ｅ）、リードフレーム２２〜２４（端子部２２ａ，２３ａ）、ＬＥＤチップ２５，２６、バンプ２７、蛍光体シート２８、光反射シート２９、封止材３０、弾性体シート３１などを備える。

第２実施形態の発光装置４１において、第１実施形態の発光装置２０と異なるのは、蛍光体シート２８の上端面がリードフレーム２２〜２４の下面と接触している点である。
従って、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。

＜第３実施形態＞
図４，図７，図８に示すように、第３実施形態の照明装置５０は、導光体１１、実装基板１２、発光装置５１などを備える。
発光装置５１は、ケース２１（側面開口部２１ａ、下面開口部２１ｂ、上面開口部２１ｃ〜２１ｅ）、リードフレーム２２〜２４（端子部２２ａ，２３ａ）、ＬＥＤチップ２５，２６、バンプ２７、蛍光体シート２８、光反射シート２９、封止材３０、弾性体シート３１などを備える。

第３実施形態の発光装置５１において、第１実施形態の発光装置２０と異なるのは、ＬＥＤチップ２５，２６と蛍光体シート２８との間に封止材３０が充填されており、ＬＥＤチップ２５，２６と蛍光体シート２８とが接触していない点である。
従って、第３実施形態によれば、第１実施形態の前記［１］［３］〜［７］と同様の作用・効果が得られる。

＜別の実施形態＞
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［Ａ］ＬＥＤチップ２５，２６は、どのような半導体発光素子（例えば、ＥＬ（Electro Luminescence）チップ、ＬＤ（Laser Diode）チップなど）に置き換えてもよい。

［Ｂ］前記各実施形態では直列接続された２個のＬＥＤチップ２５，２６を備えるが、１個のＬＥＤチップのみを備えるようにしてもよく、直並列接続された３個以上のＬＥＤチップを備えるようにしてもよい。その場合には、ＬＥＤチップの個数に合わせてリードフレームの個数を適宜設定すればよい。

［Ｃ］蛍光体シート２８は、液状の蛍光体をＬＥＤチップ２５，２６の側面に塗布した後に硬化させた蛍光体層に置き換えてもよい。
また、弾性体シート３１は、液状の弾性体を蛍光体シート２８の表面に塗布した後に硬化させた弾性体層に置き換えてもよい、

［Ｄ］前記各実施形態では、リードフレーム２２〜２４とＬＥＤチップ２５，２６とをバンプ２７を介して接続するフリップチップ接続を用いたが、リードフレーム２２〜２４とＬＥＤチップ２５，２６とをボンディングワイヤを介して接続するワイヤボンディング接続を用いてもよい。

［Ｅ］前記各実施形態および前記［Ａ］〜［Ｄ］を適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた実施形態の作用・効果を合わせもたせたり、相乗効果を得ることができる。

＜実施形態の記載に基づく付記事項＞
前記した各実施形態および別の実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。

［付記１］前記ケースの下面開口部に嵌合固定されて前記発光素子と接触し、光反射性を有する光反射シートを備えた、第１〜第４局面のいずれかに記載の発光装置。
付記１では、発光素子の放射光を光反射シートが反射し、その反射光が蛍光体に入射されるため、発光装置の発光効率を高めることができる。

［付記２］前記ケース内の空隙に充填された透光性を有する封止材を備えた、第１〜第４局面または前記付記１のいずれかに記載の発光装置。
付記２では、発光素子および蛍光体から発生する熱が封止材を介してリードフレームおよびケースに伝搬されるため、発光素子および蛍光体から発生する熱が弾性体に伝搬するのを更に確実に防止可能であり、第１局面の作用・効果を高めることができる。

本発明は、前記各局面、前記各実施形態、前記付記事項の記載に何ら限定されるものではない。前記各局面、前記各実施形態、前記付記事項および特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１０，４０，５０…照明装置
１１…導光体
１２…実装基板
２０，４１，５１…発光装置
２１…ケース
２１ａ…側面開口部
２１ｂ…下面開口部
２１ｃ〜２１ｅ…上面開口部
２２〜２４…リードフレーム
２２ａ，２３ａ…端子部
２５，２６…ＬＥＤチップ（発光素子）
２７…バンプ
２８…蛍光体シート
２９…光反射シート
３０…封止材
３１…弾性体シート

Claims (5)

1. 発光素子と、
   前記発光素子と接続されたリードフレームと、
   前記発光素子と対向配置され、前記リードフレームと接触する蛍光体と、
   前記発光素子と前記リードフレームと前記蛍光体とを収容するケースと、
   前記ケースから露出された前記蛍光体の表面に積層された弾性体と
   を備えた発光装置。
2. 前記発光素子と前記蛍光体とが接触する、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記リードフレームにおける前記発光素子と接続されている面の反対面が前記ケースから露出された、
   請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 前記発光素子が前記リードフレームにフリップチップ接続された、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置と、導光体とを備え、
   前記導光体の入射面と前記弾性体とが接合された照明装置。

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