JP6303738B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
例えば、照明用途等に用いられる発光装置では、蛍光体等の波長変換部材を含有させた封止部材で発光素子を被覆することにより、白色発光装置としている。具体的には、この種の発光装置では、発光素子及びワイヤを被覆する熱硬化性樹脂が形成されており、この封止樹脂に蛍光体を含有させることにより、白色発光が可能な発光装置としている(特許文献1、段落43に記載)。
本発明の発光装置の態様の1つは、発光素子が載置された第1のリードと、前記第1のリードと間隔を開けて配置された第2のリードと、前記第1のリード及び前記第2のリードを固定する絶縁性部材と、前記発光素子を被覆する波長変換部と、前記波長変換部を被覆するレンズ部と、を有し、前記絶縁性部材の厚みは前記第1のリード及び前記第2のリードと略同じであり、前記第1のリードの上面には前記波長変換部を特定の領域に留めるための溝部又は凹部が設けられており、前記波長変換部の形成された領域の反対側となる前記第1のリードの下面は、前記絶縁性部材に被覆されずに外部に露出されていることを特徴とする。
また、本発明の発光装置の別の態様の1つは、
発光素子が載置された第1のリードと、
前記第1のリードと間隔を開けて配置された第2のリードと、
前記第1のリード及び前記第2のリードを固定する絶縁性部材と、
前記発光素子を被覆する拡散材含有部と、
前記拡散材含有部を被覆する波長変換部と、
前記波長変換部を被覆するレンズ部と、を有し、
前記絶縁性部材の厚みは前記第1のリード及び前記第2のリードと略同じであり、
前記第1のリードの上面には前記波長変換部を特定の領域に留めるための溝部又は凹部が設けられており、該溝部又は凹部の内側に、第2の溝部又は凹部が形成されており、該第2の溝部又は凹部の内側に前記拡散材含有部が充填されていることを特徴とする。
図1(a)に、本発明の第1実施形態に係る発光装置100を断面図で示す。また、図1(b)は図1(a)の発光装置100を上から見た図(平面図)であり、図1(b)のI−I線断面図が図1(a)となる。
(第1のリード12、第2のリード14)
第1のリード12及び第2のリード14は、例えば、鉄、銅、リン青銅、銅合金、42アロイのような鉄系合金、これらの材料を積層したクラッド材等の電気良導体を用いて形成される。プレス、エッチング、レーザーにより加工することができる。また、必要に応じて、その表面に金属メッキをすることができる。メッキ材料には、Ag、Ag合金、Au、Au合金、Cu、Ni、Pdなどが挙げられる。最表面のメッキは、好ましくはAg、Ag合金、Au、Au合金であり、下地は、Ag、Ag合金、Au、Au合金、Cu、Ni、Pdが積層されていても良い。
絶縁性部材20としては、樹脂が好適に用いられる。アクリレート樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、液晶樹脂の少なくとも1種以上含む熱可塑性樹脂、または、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂、ウレタン樹脂、これらの樹脂を少なくとも1種以上含む熱硬化性樹脂により形成されることが好ましい。特にエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂が好ましい。
高熱伝導材料としては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどを用いることができる。酸化防止剤は、フェノール系、硫黄系、燐系、アミン系なども用いることができる。滑剤としては、高級脂肪酸エステル、シリコーン系、フッ素系などを用いることができる。紫外線吸収剤、光安定剤などの添加剤が含まれていても良い。
波長変換部16は、樹脂部材中に波長変換部材が含有されてなる。樹脂部材としては、アクリレート樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、液晶樹脂の少なくとも1種以上を含む熱可塑性樹脂、または、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂、ウレタン樹脂の少なくとも1種以上含む熱硬化性樹脂により形成されることが好ましい。特にエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂が好ましい。
また、樹脂部材は、所定の機能を持たせるため、拡散剤等を混合することもできる。拡散剤としては、酸化チタン、酸化ジルコン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ホウ素、中空フィラー等の1つ以上を用いることができる。また、ナノ材料で、ナノ酸化チタン、ナノ酸化ジルコン、ナノ酸化アルミニウム、ナノ酸化ケイ素、ナノ酸化ホウ素等を用いることができる。平均粒径は、1nm〜50μmが好ましく、5nm〜20μmが好ましい。
波長変換部材としては、発光素子10の光を所望の波長の光に変換するものであれば特に限定されない。例えば、YAG系蛍光体(黄色〜緑色蛍光物質)や、LAG系蛍光体(黄色〜緑色蛍光物質)、Eu,Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体、Eu,Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体等を用いることができる。なお、ユーロピウムドープの赤色蛍光物質としては、例えば、(Sr,Ca)AlSiN3:EuのようなSCASN系蛍光体、CaAlSiN3:EuのようなCASN系蛍光体、SrAlSiN3:Eu等がある。他にも、発光素子の青色光を吸収して緑色光を発光する、例えば、クロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を用いることができる。
レンズ部18には、樹脂材料を好適に用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、液晶樹脂の少なくとも1種以上を含む熱可塑性樹脂、または、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂の少なくとも1種以上を含む熱硬化性樹脂、低融点ガラス、水ガラス等の無機材料の少なくとも1種により形成さることが好ましい。特にエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂が好まく、更には、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂が好ましい。
具体的な拡散剤としては、酸化チタン、酸化ジルコン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ホウ素を用いることができる。平均粒径は、0.1μm〜50μmが好ましく、0.5μm〜40μmが、より好ましい。また、ナノ材料で、ナノ酸化チタン、ナノ酸化ジルコン、ナノ酸化アルミニウム、ナノ酸化ケイ素、ナオ酸化ホウ素等を用いることができる。平均粒径は、1nm〜100nmが好ましく、5nm〜90nmが好ましい。高熱伝導材料は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、ナノダイヤモンド等を用いることができる。さらに、レンズ部18は、発光素子からの光を吸収し、波長変換する波長変換物質を含有させることもできる。
発光素子10は、発光ダイオードであることが好ましい。例えば発光ピーク波長が350nm〜800nmのものを使用することができる。特に、窒化物系半導体からなる発光素子を用いる場合には、420nm〜550nmの可視光の短波長領域に発光ピーク波長を有するものを用いることが好ましい。
発光装置100には、図1(b)に示すように、さらに保護素子32を設けることもできる。保護素子としては、例えばツェナーダイオードを好適に用いることができる。保護素子32は、発光素子10の載置された溝部26の外側の領域に載置されることが好ましい。これにより、保護素子32により発光素子10からの光が吸収されることを抑制し、発光装置100の光取り出し効率の低下を抑制することができる。また、配光特性にも影響を与えにくくすることができ、光質を高めることができる。
第1実施形態に係る発光装置100の製造方法について説明する。図3及び図4は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法を示す図である。
成形方法はトランスファー成形が好ましいが、射出成形、圧縮成形、押出成形であってもよい。
波長変換部16は、溝部26により、ピン止め効果により凸形状とされる。
図2(a)に、本発明の第2実施形態に係る発光装置200を断面図で示す。また、図2(b)は図2(a)の発光装置200を上から見た図(平面図)であり、図2(b)のII−II線断面図が図2(a)となる。
第1のリード12には、波長変換部16を特定の領域に留めるための凹部28が形成されている。本実施形態において凹部28は図2(b)に示すように平面視で円形状とされており、この凹部28に発光素子10が4つ配置されている。図2(a)に示すように、凹部28は、第1のリード12が厚み方向に薄くされて形成されてなる。すなわち、凹部28の発光素子10を載置する底面が、絶縁性部材20の上面よりも下方向に位置するように形成されている。
図5に本発明の第3実施形態に係る発光装置300を平面図で示す。発光装置300は、溝部26が平面視で矩形状に形成されており、2つの発光素子10が溝部26の内側に配置されている点が第1実施形態と異なっており、その他の部分は第1実施形態と実質的に同じである。本実施形態によれば、波長変換部16の底面が発光素子10の外形に沿って形成される。これにより、発光素子10近辺に、発光素子10外周に沿って、均一に波長変換部16を形成できるので、発光素子10近辺の色度、波長変換部16の端部の色度の差が小さくなり、優れた光質が得られる。
第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
図6に本発明の第4実施形態に係る発光装置400を平面図で示す。発光装置400は、凹部28が平面視で矩形状に形成されている点が第2実施形態と異なっており、その他の部分は第2実施形態と実質的に同じである。
凹部28を矩形状に形成することにより、発光素子10近辺に、波長変換部16が形成されるため、発光素子10近辺の色度、波長変換部16の端部の色度の差が小さくなり、一方で、凹部の開口から上面方向への発光される光が多くなるので、発光面積を小さくでき、見切りの良い光質が得られる。
第4実施形態においても、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
図7に本発明の第5実施形態に係る発光装置500を断面図で示す。発光装置500は、第1のリード12の上面よりも下側に、発光素子10の上面が形成される点が第2実施形態と異なっており、その他の部分は第2実施形態と実質的に同じである。第1のリード12上面よりも下側に発光素子10の上面が形成されることにより、発光素子10上面に、波長変換部16中の波長変換物質を均一に分散させやすくなり、光取り出し効率を向上させつつ、優れた光質を得ることができる。
第5実施形態においても、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
図8に本発明の第6実施形態に係る発光装置600を断面図で示す。発光装置600は、第2実施形態ではレンズ部18は半球状とされていたが、本実施形態においては第2実施形態よりもレンズ部18の曲率が小さく形成されており、より広配光に光を取り出すことができる点が第2実施形態と異なっており、その他の部分は第2実施形態と実質的に同じである。
第6実施形態においても、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
図9に本発明の第7実施形態に係る発光装置700を断面図で示す。発光装置700は、レンズ部18が断面形状で2つの凸を形成し、中央部が凹状に窪んでいる。このようなレンズ形状により、いわゆるバットウイング配光とすることができ、第2実施形態に比べてより広い配光に光を取り出すことができる点が第2実施形態と異なっており、その他の部分は第2実施形態と実質的に同じである。
第7実施形態においても、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
図10に本発明の第8実施形態に係る発光装置800を断面図で示す。発光装置800は、第1実施形態ではレンズ部18の形状は半球状とされていたが、本実施形態では第1実施形態よりもレンズ部18の曲率が小さく形成されており、より広配光に光を取り出すことができる点が第1実施形態と異なっており、その他の部分は第1実施形態と実質的に同じである。
第8実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
図11に本発明の第9実施形態に係る発光装置900を断面図で示す。発光装置900は、レンズ層レンズ部18が断面形状で2つの凸を形成し、中央部が凹状に窪んでいる。このようなレンズ形状により、いわゆるバットウイング配光とすることができ、第1実施形態に比べてより広い配光に光を取り出すことができる点が第1実施形態と異なっており、その他の部分は第1実施形態と実質的に同じである。
第9実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
図14(a)に、本発明の第10実施形態に係る発光装置120を断面図で示す。図14(b)は図14(a)の発光装置120を上から見た図(平面図)であり、図14(b)のIII−III断面図が図14(a)となる。
第1のリード12には、波長変換部16等を特定の領域に留めるための溝部又は凹部の内側又は外側に、これら溝部又は凹部と同様の第2の溝部又は凹部が形成されていてもよい。図14A(a)及び(b)では、図14B(c)に示すように、第1のリード12には、凹部28の外側に溝部26が第2の溝として形成されているが、図14B(d)に示すように、溝部28aの外側に溝部26が第2の溝として形成されていてもよいし、図14B(e)に示すように、凹部28の外側に凹部26aが第2の凹部として形成されていてもよいし、図14B(f)に示すように、溝28aの外側に凹部26aが第2の凹部として形成されていてもよい。この第2の溝部又は凹部は、波長変換部16、レンズ部18又は後述する拡散材含有部54等を充填することができる。
なお、第1のリード12には、レンズ部18との密着性を向上させるため、平面視が円状の凹部21aが設けられている。また、第2のリード14には同様に平面視が湾曲した帯状の凹部21bが設けられている。これらは、リードフレームにハーフエッチング加工をすることにより形成することができる。
本発明の第11実施形態に係る発光装置130の断面図を図15に示す。発光装置130は、凹部28には拡散材含有部54が第2実施形態と同様に凸状に形成されており、その上方に、拡散材含有部54を被覆するように波長変換部16が溝部26によりピン止め効果で凸状に形成されており、2層構造とされている点が異なる他は、第10実施形態と同様である。拡散材含有部54で複数の発光素子10を被覆することにより、これら複数の発光素子からの光を拡散させて拡散材含有部54全体が一つの光として光っているような状態を作り出すことができる。そして、その上に波長変換部16を形成することにより、色ムラを抑制することができる。
波長変換部16に含有される拡散材は、波長変換部材を含む波長変換部16とは別個に、拡散材含有部54として配置されてもよい。拡散材含有部は、拡散材と、樹脂材料とによって形成することができる。樹脂材料としては、波長変換部16に用いることのできる樹脂を好適に用いることができる。拡散材としては、波長変換部16に用いることのできる拡散材を好適に用いることができる。拡散材含有部54と波長変換部16の樹脂は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、拡散材含有部54と波長変換部16の拡散材は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
本発明の第12実施形態に係る発光装置140の断面図を図16に示す。発光装置140は、発光装置130の拡散材含有部54に代えて、拡散材を含有しない樹脂部材55が第2実施形態と同様に凸状に形成されており、その上方に、樹脂部材55を被覆するように波長変換部16が溝部26によりピン止め効果で凸状に形成されており、2層構造とされている点が異なる他は、第10及び11実施形態と同様である。拡散材を含有しない樹脂部材55で発光素子10を被覆することにより、発光素子10からの光を、樹脂部材55と波長変換部16との界面により効率的に反射させ、この反射光を、さらに発光素子10が実装されていない第1のリード12の表面で反射させることができる。これにより、光取り出し効果を向上させることができる。また、樹脂部材55には、光を遮断/吸収する材料が存在しないために、発光素子からの光が上述した反射光とともに、樹脂部材55内全体に亘って進行することができ、色ムラを改善することができる。
樹脂部材55は、拡散材含有部54に代えて、拡散材含有部54とともに、波長変換部の下に配置することができる。樹脂部材55は、波長変換部16又は拡散材含有部54に用いることのできる樹脂を用いて形成することができる。樹脂部材55の樹脂は、拡散材含有部54及び/又は波長変換部16の樹脂と、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
10 発光素子
12 第1のリード
14 第2のリード
16 波長変換部
18 レンズ部
20 絶縁性部材
21a、21b 凹部
24 ワイヤ
26 溝部
26a 凹部
28 凹部
28a 溝部
30 樹脂基板
32 保護素子
34 リードフレーム
36、38、40、42 吊りリード
44 樹脂成形体
46 上金型
48 下金型
50 孔
52 平坦部
54 拡散材含有部
55 樹脂部材
Claims (9)
- 発光素子が載置された第1のリードと、
前記第1のリードと間隔を開けて配置された第2のリードと、
前記第1のリード及び前記第2のリードを固定する絶縁性部材と、
前記発光素子を被覆する波長変換部と、
前記波長変換部を被覆するレンズ部と、を有し、
前記絶縁性部材の厚みは前記第1のリード及び前記第2のリードと略同じであり、
前記第1のリードの上面には前記波長変換部を特定の領域に留めるための溝部が設けられており、
前記溝部で囲まれた領域に前記発光素子が配置され、
前記波長変換部の形成された領域の反対側となる前記第1のリードの下面は、前記絶縁性部材に被覆されずに外部に露出されていることを特徴とする発光装置。 - 発光素子が載置された第1のリードと、
前記第1のリードと間隔を開けて配置された第2のリードと、
前記第1のリード及び前記第2のリードを固定する絶縁性部材と、
前記発光素子を被覆する拡散材含有部と、
前記拡散材含有部を被覆する波長変換部と、
前記波長変換部を被覆するレンズ部と、を有し、
前記絶縁性部材の厚みは前記第1のリード及び前記第2のリードと略同じであり、
前記第1のリードの上面には前記波長変換部を特定の領域に留めるための溝部が設けられており、該溝部の内側に、第2の溝部又は凹部が形成されており、
前記溝部で囲まれた領域に前記発光素子が配置され、
該第2の溝部又は凹部の内側に前記拡散材含有部が充填されていることを特徴とする発光装置。 - 前記絶縁性部材と前記波長変換部は接していない請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記溝部の底面と前記波長変換部は接していない請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子と前記第2のリードはワイヤによって電気的に接続されており、前記ワイヤは前記波長変換部及び前記レンズ部に被覆されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1のリードに接している前記発光素子の底面の面積は、前記第1のリードの上面であって前記波長変換部の形成された領域の面積の10%以上である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1のリードは前記第2のリードと対向する方向に突出しており、前記第2のリードは前記第1のリードの突出に対応して窪んでいる請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は複数個配置されている請求項1乃至7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記波長変換部の形成された領域及び前記拡散材含有部が充填された領域の反対側となる前記第1のリードの下面は、前記絶縁性部材に被覆されずに外部に露出されている請求項2乃至8のいずれか1項に記載の発光装置。
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