JP7212241B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置に関する。
従来から、ＬＥＤチップの実装面に黒色の光吸収層を設けた発光装置が提案されている（特許文献１、２等参照）。これらの発光装置は、太陽光、室内光などの発光装置に対する外光反射の影響を抑制して、発光装置における点灯時と消灯時とのコントラストを向上させるものである。
特開２００３－４６１３８号公報 特開２０１５－１２２０３号公報
しかし、黒色の光吸収層が発光面に存在する場合には、光の取り出し効率を低減させることになる。
本開示は、光の取り出し効率を低減させることなく、外光反射の影響を受けにくい発光装置を提供することを目的とする。
本開示は、光取出面側に開口を有する凹部を備えたパッケージと、
前記凹部の底面に載置された発光素子と、
前記発光素子と離間して前記凹部内に配置され、前記光取出面側に露出面を有する光吸収部材とを備える発光装置を提供する。
本開示の実施形態による発光装置によれば、光の取り出し効率を低減させることなく、外光反射の影響を受けにくいものとすることができる。
本開示の一実施形態に係る発光装置の概略平面図である。 図１ＡのＩ－Ｉ’線断面図である。 本開示の別の実施形態に係る発光装置の概略平面図である。 図２ＡのＩＩ－ＩＩ’線断面図である。
以下に示す形態は、本開示の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の大きさ及び位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号については、原則として同一又は同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。
実施形態１
本願の実施形態１の発光装置１０は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、光取出面側に開口を有する凹部１ａを備えたパッケージ１と、凹部１ａの底面１ｅに載置された発光素子２と、発光素子２と離隔して凹部１ａ内に配置され、光取出面側に露出面を有する光吸収部材３とを備える。
このように、光取出面側に露出面を有する光吸収部材３を備えることにより、例えば、この発光装置をディスプレイに対して使用する場合に、発光装置の光取出面側から見た場合に、外光反射の影響を受けにくい発光装置とすることができる。
（パッケージ１）
パッケージ１は、リード電極５、６と、樹脂部４とを有して構成されている。パッケージ１は、平面視の形状が、円形、楕円形、四角形、六角形等の多角形等、種々の形状とすることができ、好ましくは四角形であり、外形は、これらの略柱形状とすることができる。ただし、平面視において、外形の角の一部は面取りされたような形状としてもよい。面取りされた一部の角は、発光装置１０の極性を識別するためのマーク１ｄとしてもよい。
パッケージ１の樹脂部４は、発光装置１０の光取り出し面となる上面１ｂ側に開口を有する凹部１ａを有している。
開口の形状は、上面において、例えば、円形、楕円形、四角形、六角形等の多角形又はこれら多角形の角部を丸めた形状とすることができる。凹部１ａの内側面は、上方ほど広がるように傾斜した傾斜面となっており、発光素子２から側方に出射した光を、光取り出し方向である上方に反射させるように構成されている。傾斜面は、部分的にその傾斜角度が異なっていてもよい。また、凹部１ａの内側面は、１以上の段差を有していてもよい。ここでの段差とは、凹部の内側面を高さ方向に分断し、パッケージの光取出し面及び／又は底面に平行又は略平行に配置された部位を指す。略平行とは、光取出し面に対して±１０度の傾斜が許容されることを意味する。
樹脂部４に用いられる樹脂材料としては、熱硬化性樹脂及び／又は熱可塑性樹脂等を用いることができる。例えば、熱硬化性樹脂としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーンハイブリッド樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又はこれらの樹脂を１種類以上含むハイブリッド樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフタルアミド樹脂、ポリエステル樹脂、液晶樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂又はこれらの樹脂を１種類以上含むハイブリッド樹脂などが挙げられる。なかでも、耐熱性、耐光性の優れるＰＣＴ（ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）等のポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンハイブリッド樹脂が好ましい。
樹脂部４は、透光性を有する樹脂に光反射性物質等のフィラーを含有していてもよい。これにより、凹部１ａにおいて、発光素子２からの光を反射して、上方に効率的に出射させるための光反射部材としても機能させることができる。
樹脂部４に含有させる光反射性物質としては、上述した樹脂材料との屈折率差が大きい材料を用いることが好ましい。
光反射性物質としては、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト等が挙げられる。光反射性物質は、例えば、樹脂の重量に対して、２０重量％～８０重量％以下の割合で用いることができる。
リード電極５、６は、正負の極性に対応した一対の電極であり、それらの一部が樹脂部４に埋設され、一部の上面が凹部１ａの底面に露出し、凹部１ａの底面１ｅを構成している。リード電極５、６は、１対のみ配置されていてもよいし、２対以上配置されていてもよい。リード電極５の上面には、発光素子２が搭載されており、ワイヤ７等の導電部材を用いて、リード電極５、６と電気的に接続されている。あるいは、リード電極５、６を跨ぐように、発光素子２がフリップチップ実装されていてもよい。
樹脂部４から露出するリード電極５、６の他の一部は、外部と接続するための発光装置１０の外部電極とすることができる。従って、発光装置１０は、底面１ｅと対向する下面を実装面として、半田などの導電性の接合部材を用いて、下面に位置するリード電極５、６の他の一部が実装基板に接合される。
リード電極５、６は、板状の金属を用いて形成され、その厚みは均一であってもよいし、部分的に厚く又は薄くてもよい。リード電極５、６を構成する材料は特に限定されないが、熱伝導率の比較的大きな材料で形成することが好ましい。このような材料で形成することにより、発光素子２で発生する熱を効率的に、リード電極５、６を介して外部に放熱することができる。リード電極５、６を構成する材料は、例えば、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有しているもの、比較的大きい機械的強度を有するもの、あるいは打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料が好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄－ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。また、凹部１ａの底面１ｅに露出するリード電極５、６の上面には、搭載される発光素子２からの光を効率よく取り出すために、良好な光反射性を有するＡｇなどの反射メッキが施されていることが好ましい。
リード電極５、６は、パッケージ１の外面において露出していることが好ましい。この場合、リード電極５、６は、屈曲することなく、その下面及び／又は側面がパッケージ１の樹脂部４から露出していてもよいし、図１Ｂに示すように、樹脂部４内で、樹脂部４の一部を囲む又は挟むように１回以上屈曲し、パッケージ１の側面及び／又は下面で露出していてもよい。例えば、図１Ｂに示すように、樹脂部4内において、凹部１ａの底面１ｅから、パッケージ１の下面側に１回屈曲し、さらに凹部１ａの底面１ｅに平行又は略平行になるように１回屈曲し、樹脂部４の側面から露出し、さらにパッケージ１の側面及び底面に沿って複数回屈曲するものが挙げられる。ここでの略平行とは、±１０度の傾斜が許容されることを意味する。このように、リード電極５、６を、凹部１ａの底面からパッケージの下方及び／又は外側面に向かって１回以上又は複数回屈曲させることにより、リード電極５、６を樹脂部４と大きな表面積で接触させることができるため、リード電極５、６と樹脂部４との剥がれを効果的に抑制することができる。また、リード電極の屈曲によって、リード電極５、６の、底面１ｅに露出する部分と樹脂部４の外表面から露出する部分との距離を長くすることができるため、水分等の外部からの侵入を抑制することができる。
図１Ａ及び１Ｂにおいては、パッケージ１は、上面が３ｍｍ×３ｍｍの略矩形状、側面の高さが２．５ｍｍの略直方体形状である。リード電極５、６は、凹部１ａの底面１ｅで露出する部分にＡｇによるメッキが施された銅からなる板状の金属板から形成されており、凹部１ａの底面から、樹脂部４内で、パッケージ１の下面側に１回屈曲し、さらに凹部１ａの底面に平行又は略平行になるように１回屈曲し、さらにパッケージ１の外側面及び下面に沿って２回屈曲している。樹脂部４は、酸化チタンを含有するポリアミド樹脂から構成されており、凹部１ａの側壁が底面に対して、９８度の角度で傾斜した凹部１ａを有したものが用いられている。
（発光素子２）
発光素子２としては、発光ダイオード素子などの半導体発光素子を用いることができる。例えば、発光素子２は、特に、紫外～可視域の発光が可能な窒化物半導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）の発光素子であることが好ましい。発光素子２は、１つの発光装置に１つのみ搭載されていてもよいし、２つ以上搭載されていてもよい。この場合、互いに同じ波長の光を出射するものであってもよいし、異なる波長の光を出射するものであってもよい。例えば、青色の光を発する青色発光素子、緑色の光を発する緑色発光素子及び赤色の光を発する赤色発光素子の３つを搭載したものであってもよい。複数の発光素子は、直列及び／又は並列に接続することができる。
発光素子は、ワイヤ７等によりリード電極５、６にそれぞれ接続してもよいし、リード電極５、６を跨ぐようにリード電極にフリップチップ実装することにより接続してもよい。複数の発光素子を備える場合、複数の発光素子それぞれの接続方法として、これらを組み合わせて接続してもよい。
また、発光素子２に加えて、リード電極５、６の上面には、ツェナーダイオードなどの保護素子が載置されていてもよい。発光装置が複数の発光素子と、複数の発光素子をそれぞれ駆動する複数対のリードを有する場合には、対となるリードそれぞれに保護素子が載置されていてもよい。
図１Ａ及び１Ｂにおいては、発光素子は、パッケージ１の凹部１ａの底面１ｅであって、３対のリード電極５の露出した面において、それぞれ、合計３つ配置されている。
（光吸収部材３）
パッケージ１の凹部１ａ内には、光吸収部材３が配置されている。光吸収部材３は、発光素子２と離隔して凹部１ａ内に配置され、発光装置の光取出面側に露出面を有するように配置されている。言い換えると、光吸収部材３は、凹部１ａ内において凹部１ａの内表面の一部を被覆するように配置されるとともに、発光素子２から出射された一次光が当たらない又は当たりにくい、つまり、発光素子２からの一次光が光吸収部材３に吸収されない又はされにくいような位置に露出面を有する。なお、光吸収部材３の露出面とは、凹部１ａにおいて樹脂部４から露出する光吸収部材３の表面を意味する。ここで、光取出し面側に露出面を有するとは、光吸収部材３が、発光装置の光取出し面であるパッケージ１の上面１ｂ及び／又は底面１ｅに平行に又は略平行に露出面を有することを意味する。略平行とは、上面１ｂに対して、±１０度の傾斜を許容することを意味し、±５度以内の傾斜が好ましく、±３度以内の傾斜がより好ましい。ただし、光吸収部材３の露出面は１つのパッケージ１に対して１つのみでもよいし、２以上配置されていてもよい。また、その角度を変えて配置されていてもよい。なかでも、露出面は、パッケージ１の凹部１ａの底面１ｅにのみ露出面を有するか、パッケージの凹部が側面に段差又は溝部を有する場合には、その段差又は溝部にのみ露出面を有することが好ましい。
このように、パッケージ１の凹部１ａ内において、光取出面側に露出面を有する光吸収部材を配置することにより、光取出し面側から見た場合、外光反射の影響を効果的に低減することができ、コントラストを向上することができる。このような効果は、特に、ディスプレイ用途において有用である。
具体的には、図１Ａ及び１Ｂに示すように、光吸収部材３は、凹部１ａの底面１ｅにおいて、発光素子２の載置面と同一面に露出面を有するように、つまり、凹部１ａの底面１ｅと光吸収部材３の露出面とが略面一となるように配置されることが好ましい。さらに、光吸収部材３は、発光素子２から離隔して、発光素子２の回りを取り囲むように配置されることが好ましい。言い換えると、パッケージ１は、凹部１ａの外周に沿った又は凹部１ａ側面に隣接した窪み１ｃを有し、その窪み１ｃ内に、光吸収部材３が配置されていることが好ましい。あるいは、光吸収部材３の露出面は光取り出し面側に凹の形状となって窪み１ｃ内に配置されていてもよい。また、光吸収部材３の露出面は、凹部１ａの底面１ｅよりも凹んで配置されていてもよい。
光吸収部材３は、光取出し面側から見た場合、凹部１ａの底面１ｅにおいて、発光素子２の一辺と同程度又は±５０％程度の幅で、発光素子２の外周を取り囲むように配置されていることが好ましい。別の観点から、光吸収部材３は、光取出し面から見た場合、その平面積が、発光装置の全平面積の１５％～５０％であることが好ましく、凹部１ａの底面１ｅの平面積の４５％～４００％であることが好ましい。あるいは、幅１５０μｍ～１０００μｍであることが好ましい。このような平面積及び幅は、一辺が３ｍｍ以上の比較的大きいサイズの発光装置に適用することがより好ましい。このような範囲で光吸収部材３を配置することによって、光取出し面側から見た場合、外光反射の影響を低減させることができる。
光吸収部材３の深さ又は厚みは、外光反射の影響を低減可能な範囲において、適宜調整することができる。
光吸収部材３は、パッケージ１を形成する際に、上述した部位に窪み１ｃを形成し、この窪み１ｃ内に、ポッティング等によって配置することができる。あるいは、パッケージ１を形成する場合に、樹脂部４とは異なる材料を用いて適所に光吸収部材を配置するなどして、パッケージ１と同時に形成してもよい。
光吸収部材３は、発光素子２から出射される波長の光又は可視光を吸収し得る材料によって形成することができ、例えば、光吸収物質を含有する樹脂材料によって形成されるものが好ましい。樹脂材料としては、パッケージ１の樹脂部４で例示したものの何れを用いてもよい。また、光吸収物質としては、パッケージの樹脂部４よりも可視光に対する光吸収係数が大きいものが挙げられる。具体的には顔料、なかでもカーボンブラックやグラファイトなどの炭素系顔料が挙げられる。
光吸収部材３は、発光素子２から出射される光又は可視光の７０％以上を吸収する材料であるものが好ましい。具体的には、カーボンブラック等の黒色顔料を含有するエポキシ樹脂が挙げられる。光吸収部材３は、光吸収物質とともに光散乱物質等を含んでいてもよい。光散乱物質としては、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどが挙げられる。光吸収物質は、例えば、光吸収部材３の全重量に対して、１重量％～２０重量％用いることが好ましい。
図１Ａ及び１Ｂにおいては、光吸収部材３は、カーボンブラックを１重量％～１５重量％含有するエポキシ樹脂により形成されており、発光素子が搭載された凹部１ａの底面１ｅの外周、つまり、凹部１ａの側壁に隣接して、底面においてのみ、幅３００μｍ、深さ６００μｍで露出面が配置されている。光吸収部材３は、その上面が、発光素子が搭載された凹部１ａの底面１ｅよりも若干凹んで配置されている。この光吸収部材３は、例えば、光取出し面側から見た発光装置の平面積の２５％程度の平面積を占める。
（封止部材）
発光装置１０は、発光素子２が載置された凹部１ａ内に、封止部材を有することが好ましい。このような封止部材によって、発光素子２を外力、埃、水分等から保護することができ、発光素子２の耐熱性、耐候性、耐光性等を向上させることができる。
封止部材は、発光素子２から出射される光の６０％以上を透過するもの、さらに、７０％、８０％又は９０％以上を透過するものが好ましい。封止部材の材料としては、パッケージ１の樹脂部４で挙げた樹脂材料と同様のものを用いることができる。封止部材には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどの光散乱粒子を分散させてもよい。また、発光素子２からの発光の波長を変換する材料（蛍光体等）の粒子が分散されていてもよい。蛍光体としては、具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウムおよび／若しくはクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（カルシウムの一部をストロンチウムで置換可）、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、ユウロピウムで賦活されたアルミン酸ストロンチウム、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム等が挙げられる。
光散乱粒子および／又は蛍光体の含有量は、例えば、封止部材の全重量に対して１０重量％～９０重量％であることが好ましい。
封止部材は、上面形状を凹状又は凸状とすることができる。
実施形態２
本願の実施形態１の発光装置２０は、図２Ａ及び２Ｂに示すように、光取出面側に開口を有する凹部２１ａを備えたパッケージ２１と、凹部２１ａの底面２１ｅに載置された発光素子２と、発光素子２と離隔して凹部２１ａ内に配置され、光取出面側に露出面を有する光吸収部材１３とを備える。
このような構成により、上述したように、この発光装置をディスプレイに対して使用する場合に、発光装置の光取出面側から見た場合に、外光反射の影響を受けにくい発光装置とすることができる。
この発光装置２０において、パッケージ２１は、パッケージ２１の上面２１ｂである光取出し面に開口を有し、上面側が幅広となるよう凹部２１ａを備える。凹部２１aは、開口と底面２１ｅとの間に、上面２１ｂに平行となるような段差２１ｆを有し、段差２１ｆと底面２１ｅとの間に、第２側面２１ｃを備えている。底面２１ｅは、上面２１ｂと略平行に形成されており、この底面２１ｅにおいて、３対のリード電極１５、１６が露出しており、この露出した各リード電極１５上に、発光素子が合計３つ配置されている。
段差２１ｆには、底面２１ｅおよび第２側面２１ｃから離隔して、かつ凹部２１ａの側壁に隣接して、窪み２１ｄが形成されており、窪み２１ｄ内にのみ、光吸収部材１３が配置されている。ここでの光吸収部材１３の露出面の幅は５００μｍである。窪み２１ｄの深さは３００μｍである。光吸収部材１３は、底面２１ｅに平行である段差２１ｆにおいて、光取出し面側に露出面を有するために、発光素子２から出射される一次光は、光吸収部材１３に直接当たることがないために、光の取り出し効率の低減を最小限に留めることができる。
（光吸収膜２２）
パッケージ２１は、光取出面側の一面及び／又はパッケージ２１の外側面の一部に光吸収膜２２を有していることが好ましい。図２Ａ及び２Ｂでは、パッケージ２１は、その上面２１ｂから外側面にわたって、光吸収膜２２で被覆されている。この光吸収膜２２は、上述した光吸収部材を含む材料によって形成することができる。光吸収膜２２は、例えば、パッケージの上面及び側面に対するローラによる塗布、スクリーン印刷、転写印刷等の印刷、スプレー、ディッピング等の公知の方法を利用して形成することができる。光吸収膜２２は、パッケージ２１の上面において、パッケージ２１の開口を除く上面の全面に配置されていることが好ましい。外側面は、光吸収膜で、上面２１ｂ側の一部が被覆されていればよいが、その全部が被覆されていてもよい。例えば、パッケージ２１の高さの上面２１ｂ側から１／３～４／５程度の高さまで被覆されればよい。
図２Ａ及び２Ｂにおいては、例えば、光吸収部材１３及び光吸収膜２２の光取出し面側から見た平面積は、発光装置２０の全平面積の２５％程度を占める。
このように、パッケージ２１の上面２１ｂ及び外側面の上面側を光吸収膜２２で被覆することにより、より一層、外光の反射を低減することができ、視界全体のより一層のコントラストの向上を図ることができる。
また、パッケージの凹部が段差を有することにより、パッケージの上面から底面までの距離を長くすることができるために、パッケージを構成する材料と、発光素子を封止する材料との界面距離を長くすることができるために両者の剥離を効果的に防止することができる。
本開示の発光装置は種々の用途における光源として利用可能であり、特に、高輝度であることが求められる発光装置、例えば、バックライト、照明、車載ライト等に好適に用いられる。
１、２１ パッケージ
１ａ、２１ａ 凹部
１ｂ、２１ｂ 上面
２１ｃ 第２側面
１ｃ、２１ｄ 窪み
１ｄ カソードマーク
１ｅ、２１ｅ 底面
２ 発光素子
３、１３ 光吸収部材
４ 樹脂部
５、６、１５、１６ リード電極
７ ワイヤ
１０、２０ 発光装置
２１ｆ 段差
２２ 光吸収膜

Claims (7)

  1. 光取出面側に開口を有する凹部を備えたパッケージと、
    前記凹部の底面に載置された発光素子と、
    前記発光素子と離隔して前記凹部内に配置され、前記光取出面側に露出面を有する光吸収部材とを備え、
    前記パッケージは、前記凹部内に、
    前記凹部の側面に隣接した窪みを有するか、又は、
    前記開口と前記底面との間に配置され、前記パッケージの上面に平行となるような段差と、前記段差に形成された窪みとを有し、前記段差に形成された前記窪みは、前記段差及び前記底面の間に配置された第２側面と、前記底面とから離隔し、かつ、前記凹部の側壁に隣接しており、
    前記凹部の前記側面に隣接した前記窪み内、又は、前記段差に形成された前記窪み内に、前記光吸収部材が配置されている発光装置。
  2. 前記凹部の底面と、前記凹部の前記側面に隣接した前記窪み内に配置された前記光吸収部材の前記露出面とが面一に配置されているか、又は、
    前記段差と、前記段差に形成された前記窪み内に配置された前記光吸収部材の前記露出面とが面一に配置されている請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記凹部の前記側面に隣接した前記窪み内に配置された前記光吸収部材の前記露出面が前記凹部の底面よりも凹んで配置されているか、又は、
    前記段差に形成された前記窪み内に配置された前記光吸収部材の前記露出面が前記段差よりも凹んで配置されている請求項１に記載の発光装置。
  4. 前記パッケージは、前記凹部の底面で露出する一対のリードを備え、該リードがパッケージ内に配置された屈曲部を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
  5. さらに、前記パッケージの光取出面側の一面及び前記パッケージの外側面の前記光取出面側の一部に光吸収膜を有する請求項１～４のいずれか１つに記載の発光装置。
  6. 前記光吸収部材は、黒色顔料を含んで構成される請求項１～５のいずれか１つに記載の発光装置。
  7. 前記凹部の前記側面に隣接した前記窪み、又は、前記段差に形成された前記窪みは前記凹部の外周に沿って配置されている、請求項１～６のいずれか１つに記載の発光装置。
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