WO2014002628A1 - 発光装置、照明装置および表示装置用バックライト - Google Patents

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    • H10W90/753Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between laterally-adjacent chips

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device having a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode), for example, an illumination device including the light emitting device, and a backlight for a display device.
  • a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode)
  • an illumination device including the light emitting device
  • a backlight for a display device.
  • Patent Document 1 Conventionally, as a light emitting device including an LED, for example, there is one disclosed in Patent Document 1.
  • the molded body (reflector) in which the LED is embedded is connected to the first reflective surface that expands upward from the bottom surface of the molded body, and is connected to the first reflective surface.
  • a second reflecting surface that expands toward the surface is formed, and the periphery of the LED is sealed with resin.
  • the inclination angle of the second reflecting surface is set to be larger than 0 ° and smaller than the critical angle at the interface between the resin and the air layer.
  • the first reflecting surface (inner wall) of the molded body is located in the vicinity of the side of the LED, and light emitted from the LED directly enters the inner wall (at a short distance). Therefore, there is a concern that the inner wall is discolored and the life of the package is reduced.
  • a high-brightness blue LED is used as the LED and the molded body is made of a white resin having a high reflectance, yellowing of the white resin proceeds and the light output of the package is significantly reduced. The service life is significantly reduced.
  • a metal lead frame is bent to form a recess, the periphery thereof is surrounded by a reflector, and an LED is disposed on the bottom surface of the recess and sealed with a transparent resin.
  • the amount of light directly incident on the inner wall of the reflector can be reduced, so the discoloration of the inner wall is alleviated and the life of the package is reduced. Can be extended.
  • an LED is arranged on one of a plurality of metal lead frames that are arranged apart from each other, and electrodes having different polarities of the LEDs are electrically connected to different metal lead frames through bonding wires, respectively.
  • a light emitting device in which a blade portion is integrated with each metal lead frame is also disclosed.
  • the blade portions are provided on both sides of the bottom portion of each metal lead frame so as to be inclined with respect to the bottom portion and constitute a reflection surface. Even in a configuration in which light from the LED arranged at the bottom of the metal lead frame is reflected by the blades, the amount of light directly incident on the inner wall of the reflector can be reduced to reduce discoloration of the inner wall. it can.
  • JP 2010-62427 A (refer to claim 1, paragraphs [0018], [0019], FIG. 1, FIG. 2, etc.) JP 2008-53726 A (see paragraphs [0009], [0026], [0037], FIG. 5, FIG. 8, etc.)
  • the range of the inclination angle of the second reflecting surface is too wide, and it cannot be said that the light extraction efficiency can be sufficiently improved.
  • the incident angle of light incident on the interface between the resin and the air layer becomes closer to 90 °, and the second reflection surface is totally reflected at the second interface. After being reflected by the reflecting surface, the light incident on the interface again tends to be totally reflected there, and the light extraction efficiency decreases.
  • a light-emitting device is a light-emitting element disposed in any one of a plurality of metal lead frames spaced apart from each other, and a light provided so as to collectively surround the plurality of metal lead frames.
  • a reflector made of a reflective resin, the electrodes having different polarities of the light emitting element are electrically connected to different metal lead frames, and the light emitting element located inside the reflector is sealed with a light transmissive resin.
  • the light emitting device is stopped, the light emitting element is disposed in a recess formed by bending the metal lead frame, the reflector is located outside the recess of the metal lead frame, It has a resin reflecting surface inclined with respect to the bottom surface of the concave portion, and the concave portion of the metal lead frame is a compound inclined with respect to the bottom surface.
  • Each of the resin reflecting surfaces has an inclination angle with respect to the bottom surface of at least one of the metal reflecting surfaces is ⁇ s2 (°), and the resin reflecting surface has an inclination angle ⁇ s2 with respect to the bottom surface.
  • An illumination device is configured to illuminate an illumination target with the light emitting device.
  • a backlight for a display device includes the light emitting device and a light guide plate that guides light from the light emitting device to illuminate a liquid crystal panel.
  • the discoloration of the inner wall of the reflector is suppressed and the life of the device is extended, and the conditional expressions (1) and (2) are satisfied.
  • the light extraction efficiency to the outside can be sufficiently improved.
  • FIG. 1A is a plan view of an LED package 1 as a light emitting device of the present embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the short side direction of the LED package 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the long side direction of the package 1.
  • FIG. 1A for the sake of convenience, the same hatching as that of the cross-sectional view is given to the above-described region in order to clarify the region of the metal lead frame 2 (to be described later).
  • the LED package 1 has a rectangular shape in plan view, an LED chip 3 as a light emitting element is disposed on a metal lead frame 2, the periphery of the metal lead frame 2 is surrounded by a reflector 4, and the inner side of the reflector 4 (opening portion) The LED chip 3 located in 4b) is sealed with a light-transmitting resin 5.
  • the direction along the long side and the short side of the LED package 1 is also simply referred to as a long side direction (left-right direction in FIG. 1A) and a short side direction (up-down direction in FIG. 1A).
  • the metal lead frame 2 is composed of two metal lead frames 21 and 22 that are arranged apart from each other in the long side direction and are electrically connected to an external power source. These metal lead frames 21 and 22 are collectively surrounded by the reflector 4.
  • the LED chip 3 is disposed on one metal lead frame 21. In the present embodiment, two LED chips 31 and 32 as the LED chip 3 are arranged side by side in the long side direction in a recess 21 p formed by bending the metal lead frame 21.
  • the concave portion 21p has a side surface inclined with respect to the bottom surface 21m on which the LED chip 3 is disposed in the concave portion 21p as a metal reflecting surface 21a.
  • the metal reflecting surface 21a is located on the opposite side to the bottom surface 21m, and is located on the opposite side to the two metal reflecting surfaces 21a 1 and 21a 2 located along the long side direction and the bottom surface 21m. and, and, and, and a two metallic reflection surfaces 21a 3 ⁇ 21a 4 located along the short side direction.
  • the depth of the recess 21p is equal to or greater than the thickness of the LED chips 31 and 32.
  • the LED chips 31 and 32 are each composed of a light emitting diode that emits blue light.
  • the light-transmitting resin 5 that seals the LED chip 3 contains, for example, a yellow phosphor that absorbs blue light and emits yellow fluorescence.
  • a yellow phosphor that absorbs blue light and emits yellow fluorescence.
  • LED package 1 white light can be radiate
  • a yellow phosphor in the light-transmitting resin 5 it becomes possible to use the high-luminance blue LED chip 3 as a light emitting element, which is suitable for a backlight for a liquid crystal display device and an indoor lighting device described later.
  • LED package 1 can be realized.
  • the first electrode 31a and the second electrode 31b having different polarities are formed on the upper surface of the LED chip 31.
  • a first electrode 32 a and a second electrode 32 b having different polarities are formed on the upper surface of the LED chip 32.
  • the first electrode 31a and the first electrode 32a can be configured as one of an anode electrode and a cathode electrode
  • the second electrode 31b and the second electrode 32b are configured as the other of the anode electrode and the cathode electrode.
  • the first electrode 31 a of the LED chip 31 is connected to the metal lead frame 22 and the metal wire 6
  • the second electrode 31 b of the LED chip 31 is connected to the first electrode 32 a of the LED chip 32 and the metal wire 6. It is connected.
  • the second electrode 32 b of the LED chip 32 is connected to the metal lead frame 21 by the metal wire 6.
  • the electrodes having different polarities of the LED chip 31 are electrically connected to different metal lead frames through at least the metal wires.
  • electrodes having different polarities are electrically connected to different metal lead frames through at least metal wires.
  • the reflector 4 is made of a white resin that is a light-reflective resin, and has a resin reflecting surface 4a that is positioned outside the recess 21p of the metal lead frame 21 and is inclined with respect to the bottom surface 21m of the recess 21p. ing.
  • the resin reflection surface 4a is more than the inclination angle ⁇ s2 with respect to the bottom surface 21m.
  • the resin inclined surface is inclined at a small inclination angle ⁇ s1 (°).
  • the resin reflecting surface 4a is located on the opposite side to the concave portion 21p, and is disposed along the long side direction with respect to the two resin inclined surfaces 4a 1 and 4a 2 and the concave portion 21p. It has two resin inclined surfaces 4a 3 and 4a 4 located on the opposite side and located along the short side direction.
  • An opening 4b of the reflector 4 is formed in a space surrounded by the four resin inclined surfaces 4a 1 to 4a 4 , and the light-transmitting resin 5 is placed in the opening 4b.
  • the critical angle ⁇ c is such that when light travels from the light transmissive resin 5 to a medium different from this (including air and gas other than air), the refractive index of the light transmissive resin 5 is n,
  • the inclination of the resin inclined surfaces 4a 1 to 4a 4 will be collectively described as the inclination of the resin reflecting surface 4a.
  • 2 and 3 are explanatory diagrams showing the result of simulating the shape of the reflector 4.
  • the reflecting surface of the reflector 4 has a parabolic shape, and the center of the upper surface of the LED chip 3 is located at the focal point of the parabola.
  • An angle with respect to is assumed to be ⁇ 0 (°).
  • the light emitted from the upper surface of the LED chip 3 is directly incident on the interface B and taken out to the outside (in the atmosphere) or reflected by the reflector 4. After being reflected by the surface, it is taken out through the interface B. Therefore, with such a structure, good light extraction can be realized.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing the appearance of the reflector 4 in which the resin reflecting surface 4a is configured with a steeply inclined surface.
  • a reflector 4 can be used for a light-emitting device of a thin side view type for a backlight of a small and medium-sized liquid crystal panel.
  • FIG. 5 is an explanatory view schematically showing how light travels when a shallow reflector 4 corresponding to a thinner package is used
  • FIG. 6 is an enlarged view of the reflector 4 of FIG. It is explanatory drawing shown.
  • light emitted from the center of the upper surface of the LED chip 3 in the shallow reflector 4 satisfying ⁇ 0> ⁇ c is divided into the following three (a), (b), and (c).
  • the angle of the light emitted from the center of the upper surface of the LED chip 3 with respect to the axis perpendicular to the upper surface of the LED chip 3 is ⁇ t (°).
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of light emitted from the LED chip 3 within the angle range of (a). In this angle range, the light is totally reflected at the interface B between the light-transmitting resin 5 and the air layer and confined inside the package, and part of the light becomes stray light in the package and is finally absorbed.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the progress of light emitted from the LED chip 3 in the angle range of (b). In this angle range, the light emitted from the LED chip 3 is not totally reflected at the interface B and is extracted to the air layer side.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state of light emitted from the LED chip 3 in an angle range of (c). In this angle range, the light emitted from the LED chip 3 is reflected by the reflector 4 and then extracted outside through the interface B.
  • the light emitted in the angle range of (a) cannot be extracted outside the package, and this reduces the light extraction efficiency from the package. It becomes a factor. Therefore, a design that efficiently extracts such light to the outside is required.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a light distribution pattern by light emission from the top surface of a junction-up type blue LED that emits blue light.
  • the light distribution pattern of the blue LED is often approximated by a Lambertian type light distribution pattern, as shown by the thick solid line in FIG.
  • FIG. 11 is explanatory drawing which shows the light distribution pattern by light emission of fluorescent substance.
  • the light distribution pattern of the phosphor is a uniform pattern in the circumferential direction as shown by the thick solid line in FIG. In the polar coordinates of the radius r shown in FIGS. 10 and 11, the emission intensity of the blue LED is represented by r ⁇ cos ⁇ a, and the emission intensity of the phosphor is represented by r.
  • FIG. 12 shows a light distribution pattern of a light source (LED chip 3 and phosphor 3 ′) planarly sealed with a resin (refractive index n) that extends infinitely in a two-dimensional direction.
  • the light distribution patterns of the LED chip 3 and the phosphor 3 ′ can be considered to be the same as the light distribution patterns shown in FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 13 shows the result of calculating the ratio of light that can directly escape from the sealing resin into the atmosphere when the refractive index n of the sealing resin is between 1.4 and 1.6 for both Lambert radiation and uniform radiation. It is a graph which shows. For example, when the refractive index n of the sealing resin is 1.5, the proportion of light that can escape directly into the atmosphere is less than 45% for Lambertian radiation and less than 13% for uniform radiation. As described above, the light directly emitted from the sealing resin directly into the atmosphere is less than 50% even when the light is emitted from an ideal LED chip, and less than 15% when the light is emitted from a phosphor.
  • the light extraction efficiency has been described by taking a simple system in which a light source (LED chip 3) is arranged at the focal point of a parabola and the light source is sealed with resin as an example.
  • the light emitted from the light source can be considered by dividing it into three (a) to (c) as described above.
  • the incident angle when the light emitted from the LED chip 3 enters the interface B between the light-transmitting resin 5 and the air layer is defined as ⁇ (°).
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a state of light emitted from the LED chip 3 and incident on the interface B in the angle range of (d). is there. In this angular range, the light emitted from the LED chip 3 is totally reflected at the interface B and confined inside the package.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing a state of light emitted from the LED chip 3 and incident on the interface B in the angle range of (e). is there. In this angle range, the light emitted from the LED chip 3 is extracted to the air layer side via the interface B.
  • the condition for effectively reflecting the light incident on the interface B in the angle range of (d) and totally reflected there by the reflector 4 is to consider the light ray regularly reflected by the reflector 4. It has been found that it is sufficient to satisfy the conditional expression (1) described above. Hereinafter, this point will be described in more detail.
  • the light incident on the interface B at the incident angle ⁇ is totally reflected on the interface B, then specularly reflected on the resin reflecting surface 4a of the reflector 4, and re-enters the interface B.
  • the incident angle with respect to the interface B Is as small as 2 ⁇ c ⁇ .
  • the light incident on the interface B first is only the light in the above-mentioned angle range (d), that is, only the light that satisfies ⁇ ⁇ ⁇ c and totally reflects on the interface B.
  • the incident angle (2 ⁇ c ⁇ ) of the light incident on is always equal to or smaller than ⁇ c and can be extracted from the interface B to the outside.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a state in which light in the angular range of (d) travels when ⁇ s1> ⁇ c.
  • the light incident on the incident point 1 of the interface B is totally reflected there, reflected at the reflection point on the resin reflecting surface 4 a of the reflector 4, and then reenters the incident point 2 of the interface B. It shows how the light travels.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing how light travels when the inclination angle ⁇ s1 of the resin reflecting surface 4a of the reflector 4 is sufficiently smaller than the critical angle ⁇ c.
  • ⁇ ′ ( ⁇ 90 °)
  • FIG. 21 is a graph showing the relationship between the refractive index n of the light transmissive resin 5 and the inclination angle ⁇ s1 that satisfies the conditional expression (1).
  • the inclination angle ⁇ s1 is preferably 33.9 °, 33.0 °, 32.2 °, or an angle in the vicinity thereof.
  • the recessed part 21p is formed in the metal lead frame 2, and the LED chip 3 is arrange
  • the LED package 1 of the present embodiment using a blue LED with very high luminance is suitable for a backlight for a display device such as a liquid crystal television or a lighting device that illuminates an illumination target, which requires bright illumination light. It becomes.
  • the depth of the recess 21p is set to be equal to or greater than the thickness of the LED chip 3, almost all the light emitted from the LED chip 3 to the side is reflected by the metal reflecting surface 21a of the recess 21p and is reflected on the reflector 4. Since it is possible to prevent direct incidence at a short distance, deterioration of the inner wall of the reflector 4 can be reliably suppressed.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram showing a state of light emitted from the LED chip 3 laterally in the LED package 1 of the present embodiment. Since the LED chip 3 is surrounded by the side surface (metal reflection surface 21a) of the recess 21p of the metal lead frame 2, most of the light emitted in the direction of the chip side surface is reflected by the metal reflection surface 21a. Guided forward. At this time, light can be efficiently taken out of the light-transmitting resin 5 by appropriately setting the inclination angle of the metal reflecting surface 21a of the recess 21p.
  • FIG. 23 is an explanatory view showing a part of the LED package 1 in FIG. 22 in an enlarged manner.
  • the inclination angle ⁇ s2 of the metal reflecting surface 21a may be set so that as much light as possible enters the region. Since the light incident on the conical region is incident on the interface B at an angle smaller than the critical angle ⁇ c, the light can be extracted outside without being totally reflected at the interface B and pushed back into the package.
  • the inclination angle ⁇ s2 of the metal reflecting surface 21a is 45 °.
  • the traveling direction of light emitted in the direction perpendicular to the chip side surface (on the axial direction) is changed by 90 ° by reflection at the metal reflection surface 21a having an inclination angle of 45 °, and the interface B Incident perpendicular to Furthermore, light emitted from the side surface of the chip at an angle close to vertical is also incident on the interface B with a slight angle inclined from the vertical direction. Thereby, almost no reflection occurs at the interface B, and light can be efficiently extracted out of the package.
  • ⁇ s2 45 ° is optimal.
  • the direction in which the light emission intensity is maximum may be inclined with respect to an axis perpendicular to the side surface of the chip.
  • FIG. 24 is an explanatory view showing a state in which light emitted from the side surface of the chip proceeds while being inclined from an axis perpendicular to the side surface of the chip.
  • light emitted from the side surface of the LED chip 3 in a direction inclined by an angle ⁇ 0 (°) with respect to an axis perpendicular to the side surface forms an angle of ⁇ (°) with respect to an axis perpendicular to the interface B.
  • the light is assumed to have a deviation angle of ⁇ (°) during regular reflection on the metal reflecting surface 21a, and the light after regular reflection is an angle of ⁇ ′ (°) with respect to an axis perpendicular to the interface B.
  • Shall be made.
  • FIG. 26 is an explanatory view showing a state in which light emitted from the side surface of the chip is regularly reflected downward by the metal reflecting surface 21a.
  • the incident light is regularly reflected as shown in FIG. 26 when ⁇ ⁇ s2.
  • 2 ( ⁇ s2- ⁇ )> 0
  • takes a positive value.
  • the metal reflection surface is set by setting the inclination angle ⁇ s2 of the metal reflection surface 21a so that the angle ⁇ ′ becomes zero.
  • the light specularly reflected by 21a can be made perpendicularly incident on the interface B, and the light can be efficiently extracted outside.
  • the inclination angle ⁇ s2 of the metal reflecting surface 21a can vary within a range of 45 ° ⁇ 10 °. Therefore, in consideration of such light distribution characteristics, by satisfying the conditional expression (2) described above, the light emitted to the side of the chip is incident almost perpendicularly to the interface B through the metal reflecting surface 21a. Therefore, it can be said that light can be efficiently extracted outside without causing reflection at the interface B.
  • the LED package 1 In order to make the LED package 1 versatile with respect to the light distribution characteristics of various LEDs, it is most desirable to set the inclination angle ⁇ s2 of the metal reflecting surface 21a to 45 °.
  • FIG. 29 is a simplified cross-sectional view of the LED package 1 described above. It is desirable that the LED package 1 further satisfies the following conditional expression (3). That is, D> 2 ⁇ d ⁇ tan ⁇ c (3) However, D: Minimum width (mm) in the cross section passing through the light emitting element (LED chip) of the opening where the interface between the light transmitting resin and the air layer is located in the reflector d: Distance from the upper surface of the light emitting element to the interface between the light transmissive resin and the air layer (mm) It is.
  • D Minimum width (mm) in the cross section passing through the light emitting element (LED chip) of the opening where the interface between the light transmitting resin and the air layer is located in the reflector
  • d Distance from the upper surface of the light emitting element to the interface between the light transmissive resin and the air layer (mm) It is.
  • said D points out the width
  • conditional expression (1) described above satisfies at least one of the four resin inclined surfaces 4a 1 to 4a 4 (see FIG. 1) constituting the resin reflecting surface 4a, the effect of improving the light extraction efficiency is achieved. However, it is desirable to satisfy all of the resin inclined surfaces 4a 1 to 4a 4 because the effect can be most obtained.
  • conditional expression (2) described above is emitted to the side of the chip if at least one of the four metal reflecting surfaces 21a 1 to 21a 4 (see FIG. 1) constituting the metal reflecting surface 21a is satisfied.
  • the light can be efficiently extracted from the interface B to the outside through the metal reflecting surface 21a, but satisfying all the metal reflecting surfaces 21a 1 to 21a 4 can obtain the most effect. desirable.
  • each of the four resins inclined surfaces 4a 1 ⁇ 4a 4 is, for each of the four metal reflective surfaces 21a 1 ⁇ 21a 4, ⁇ s1 ⁇ ⁇ s2 are satisfied, the resin inclined surfaces 4a 1 ⁇ 4a 4 It is desirable that the conditional expression (1) is satisfied for each of the above and that the conditional expression (2) is satisfied for each of the metal reflecting surfaces 21a 1 to 21a 4 .
  • the LED package 1 shown in FIG. 1 is designed to satisfy such conditions.
  • two metal reflecting surfaces 21a 3 and 21a 4 positioned along the short side direction are two metal reflecting surfaces 21a positioned along the long side direction. Since the area is smaller than 1.21a 2 and the amount of incident light from the LED chip 3 is also small, the influence on the light extraction efficiency is small. In consideration of this, at least the four resin inclined surfaces 4a 1 to 4a 4 satisfy the conditional expression (1), and the two metal reflecting surfaces a 1 and 21a 2 positioned along the long side direction are satisfied. If Expression (2) is satisfied, it can be said that the efficiency of extracting light to the outside can be improved.
  • FIG. 30A is a plan view showing another configuration of the LED package 1
  • FIG. 30B is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the short side direction of the LED package 1
  • FIG. 30C is the LED package.
  • 1 is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to a long side direction of 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to a long side direction of 1.
  • each of the two resin inclined surfaces 4a 3 and 4a 4 positioned along the short side direction has four metal reflecting surfaces 21a 1 to 21a. of the four, for two metallic reflective surfaces 21a 1 ⁇ 21a 2 located along the longitudinal direction, and has a design that satisfies? s1 ⁇ ? s2.
  • the conditional expression (1) is satisfied
  • the two metal reflecting surfaces 21a 1 and 21a 2 positioned along the long side direction are satisfied.
  • Conditional expression (2) is satisfied.
  • FIG. 31A is a plan view showing still another configuration of the LED package 1
  • FIG. 31B is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the short side direction of the LED package 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the long side direction of the package 1.
  • FIG. This LED package 1 has the same design as that of FIG. 30, but has a shorter length in the short side direction than that of FIG.
  • the LED package 1 of the present embodiment is applied to a backlight 210 of a liquid crystal display device 200 (see FIG. 40) described later, when the backlight 210 is thinned, the LED package 1 corresponding to the thickness direction of the light guide plate 213. It is necessary to shorten the length in the short side direction. At this time, the two resin inclined surfaces 4a 3 and 4a 4 positioned along the short side direction of the LED package 1 are inclined more than the two resin inclined surfaces 4a 1 and 4a 2 positioned along the long side direction. It is easy to design such that the angle ⁇ s1 is smaller than the inclination angle ⁇ s2.
  • the degree of freedom in designing the inclination angle to be small is higher for the resin inclined surfaces 4a 3 and 4a 4 than for the resin inclined surfaces 4a 1 and 4a 2 , and the design satisfying the conditional expression (1) becomes easy.
  • the light extraction efficiency can be improved with a configuration corresponding to the thin backlight 210. Can be improved.
  • the two metal reflecting surfaces 21a 1 to 21a 4 are the two metals positioned along the short side direction. Since the area is larger than that of the reflective surfaces 21a 3 and 21a 4, more light from the LED chip 3 enters. Therefore, by satisfying conditional expression (2) for the two metal reflecting surfaces 21a 1 and 21a 2 positioned along the long side direction, the light is emitted from the LED chip 3 to the side, via the metal reflecting surface 21a. Light incident on the interface B can be extracted efficiently.
  • FIG. 32A is a plan view showing still another configuration of the LED package 1
  • FIG. 32B is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the short side direction of the LED package 1
  • FIG. 32C is a cross-sectional view of the LED package 1. It is sectional drawing in a cross section perpendicular
  • each of the two resin inclined surfaces 4a 1 and 4a 2 positioned along the long side direction has four metal reflecting surfaces 21a 1 to 21a. of the four, for two metallic reflective surfaces 21a 1 ⁇ 21a 2 located along the longitudinal direction, and has a design that satisfies? s1 ⁇ ? s2.
  • the conditional expression (1) is satisfied
  • the two metal reflecting surfaces 21a 1 and 21a 2 positioned along the long side direction are satisfied.
  • Conditional expression (2) is satisfied.
  • FIG. 33A is a plan view showing still another configuration of the LED package 1
  • FIG. 33B is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the short side direction of the LED package 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the long side direction of the package 1.
  • FIG. This LED package 1 has the same design as that of FIG. 32 except that the LED chip 3 to be used is singular and the length in the long side direction of the package is further shortened.
  • the two resin inclined surfaces 4a 1 and 4a 2 positioned along the long side direction of the LED package 1 are two resin inclined surfaces positioned along the short side direction. Since the area is larger than 4a 3 and 4a 4, more light from the LED chip 3 enters. Therefore, the light incident on the interface B can be efficiently extracted by satisfying the conditional expression (1) for the two resin inclined surfaces 4a 1 and 4a 2 positioned along the long side direction.
  • the LED package 1 is applied to a lighting device 100 (see FIG. 39), which will be described later, there is no restriction on the length of the LED package 1 in the short side direction. It can be said that the package 1 is suitable for the lighting device 100.
  • the two metal reflecting surfaces 21a 1 and 21a 2 positioned along the long side direction of the LED package 1 have a larger area than the two metal reflecting surfaces 21a 3 and 21a 4 positioned along the short side direction, Since more light from the LED chip 3 is incident, by satisfying the conditional expression (2) for the two metal reflecting surfaces 21a 1 and 21a 2 , the light is emitted from the LED chip 3 to the side, and the metal reflecting surface 21a Thus, the light incident on the interface B can be efficiently extracted.
  • FIG. 34A is a plan view showing still another configuration of the LED package 1
  • FIG. 34B is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the short side direction of the LED package 1
  • FIG. 34C is the LED package 1. It is sectional drawing in a cross section perpendicular
  • the metal lead frame 2 may be composed of three metal lead frames 21 to 23 that are electrically connected to an external power source.
  • the LED chips 31 and 32 may be disposed on separate metal lead frames 21 and 23.
  • the first electrode 31a of the LED chip 31 is connected to the metal lead frame 21 by the metal wire 6
  • the second electrode 31b of the LED chip 31 is connected to the metal lead frame 22 by the metal wire 6,
  • the first electrode 32 a of the chip 32 is connected to the metal lead frame 22 by the metal wire 6, and the second electrode 32 b of the LED chip 32 is connected to the metal lead frame 23 by the metal wire 6. it can.
  • FIG. 35A is a plan view showing still another configuration of the LED package 1
  • FIG. 35B is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the short side direction of the LED package 1
  • FIG. It is sectional drawing in a cross section perpendicular
  • the LED chip 3 included in the LED package 1 may be singular as in FIG.
  • the first electrode 31a of the LED chip 31 is connected to the metal lead frame 22 by the metal wire 6
  • the second electrode 31b of the LED chip 31 is connected to the metal lead frame 21 in which the LED chip 31 is disposed and the metal. It can be set as the structure connected by the line 6.
  • the resin reflecting surface 4a of the reflector 4 may include a steeply inclined surface 41 in part. That is, the resin reflecting surface 4 a may include a resin inclined surface 42 having an inclination angle ⁇ s 1 and a steeply inclined surface 41 having a larger inclination angle than the resin inclined surface 42.
  • the number of steeply inclined surfaces 41 is not particularly limited, and may be one, may be two as shown in FIG. 36, or may be more.
  • the effect of improving the light extraction efficiency can be obtained by satisfying the conditional expression (1) described above. That is, it is only necessary to satisfy the above-described conditional expression (1) for at least a part of the resin reflecting surface 4a.
  • FIG. 37A is a plan view showing still another configuration of the LED package 1
  • FIGS. 37B and 37C are cross-sectional views of the LED package 1 at different cross sections.
  • the LED package 1 may be formed in a square shape in plan view.
  • the shape of the metal lead frames 21 and 22 may be set according to the planar shape of the LED package 1. That is, the shape of the metal lead frames 21 and 22 may be set so that the metal lead frames 21 and 22 have a square shape in plan view as a whole in a state where they are spaced apart from each other.
  • FIG. 38A is a plan view showing still another configuration of the LED package 1
  • FIG. 38B is a cross-sectional view of the LED package 1.
  • the LED package 1 may be formed in a circular shape in plan view.
  • the shape of the metal lead frames 21 and 22 may be set according to the planar shape of the LED package 1. That is, the shape of the metal lead frames 21 and 22 may be set so that the metal lead frames 21 and 22 have a circular shape in plan view as a whole in a state where they are spaced apart from each other.
  • the resin reflecting surface 4a is constituted by a continuous resin inclined surface in a direction along the outer periphery of the package.
  • the LED chip 31 is disposed in the recess 21p of the metal lead frame 21, thereby suppressing discoloration of the inner wall of the reflector 4 and extending the life of the package.
  • conditional expressions (1) and (2) for the resin inclined surface and the metal reflecting surface satisfying ⁇ s1 ⁇ s2 the light extraction efficiency to the outside can be sufficiently improved.
  • the effects of improving the light extraction efficiency in the package described above are the specific package size, the reflection characteristics of the reflector resin and metal frame used, the refractive index of the sealing resin, the presence or absence of phosphors, the chip size and characteristics. Although it depends largely on various conditions, generally, an improvement effect of about 4% to 12% can be expected. When the reflectance of the reflector resin or metal frame to be used is particularly low, the improvement rate is high, and may exceed, for example, 12%.
  • FIG. 39 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a lighting device 100 as an application example of the LED package 1 of the present embodiment.
  • the lighting device 100 is installed, for example, indoors or outdoors, and illuminates an illumination target (for example, a space or a person), and includes a light source 101 that projects light and a housing 102 in which the light source 101 is built. Yes.
  • the illuminating device 100 may include a heat radiating unit for releasing the heat of the light source 101.
  • the light source 101 is configured by arranging a plurality of LED packages 101a in an annular shape on a substrate 102b, and is fixed to the housing 102 by a holder (not shown).
  • Each LED package 101a is composed of the LED package 1 of the present embodiment described above.
  • the housing 102 includes a socket coupling portion 102a coupled to an electrical socket (not shown), and a main body portion 102 that is coupled to the socket coupling portion 102a and incorporates the light source 101.
  • FIG. 40 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device 200 including a backlight 210 for a display device as another application example of the LED package 1 of the present embodiment.
  • the liquid crystal display device 200 includes a backlight 210 and a liquid crystal panel 220.
  • the backlight 210 includes an LED package 211, a mounting substrate 212, and a light guide plate 213.
  • the LED package 211 is configured by the LED package 1 of the above-described embodiment, and is mounted on the mounting substrate 212 so that light can be incident on the end surface of the light guide plate 213 arranged in parallel with the mounting substrate 212.
  • the mounting substrate 212 is supported by the apparatus housing 231.
  • the light guide plate 213 guides the light emitted from the LED package 211 and incident inside through the end face to emit light from the upper surface of the light guide plate 213 and illuminates the liquid crystal panel 220 through the optical sheet 232.
  • the liquid crystal panel 220 can display an image by modulating the light emitted from the light guide plate 213 according to the image data.
  • the liquid crystal panel 220 is fixed to the apparatus housing 231 by a frame portion 233 that faces the LED package 211 via the reflection sheet 234.
  • the LED package 1 of the present embodiment as described above, even when a high-luminance blue LED is used, it is possible to suppress the deterioration of the white resin to suppress the decrease in light output, and to extend the life of the package. In addition, the light extraction efficiency to the outside can be improved. Therefore, by applying such an LED package 1 to the backlight 210 of the illumination device 100 or the liquid crystal display device 200, the illumination device 100 and the backlight 210 with high brightness and long life can be realized.
  • the LED package 1 can be configured by appropriately combining the configurations described with reference to the drawings and applied to a backlight or a lighting device.
  • the light emitting device, the lighting device, and the backlight for the display device shown in this embodiment can be expressed as follows.
  • a light emitting device is provided so as to collectively surround a plurality of metal lead frames and a light emitting element arranged in any one of a plurality of metal lead frames spaced apart from each other.
  • a reflector made of a light-reflective resin, the electrodes having different polarities of the light-emitting element are electrically connected to different metal lead frames, and the light-emitting element positioned inside the reflector is made of a light-transmitting resin.
  • the light emitting device is a light emitting device, wherein the light emitting element is disposed in a recess formed by bending the metal lead frame, and the reflector is positioned outside the recess of the metal lead frame.
  • the resin reflecting surface is inclined with respect to the bottom surface when an inclination angle of at least one of the metal reflecting surfaces with respect to the bottom surface is ⁇ s2 (°). It has a resin inclined surface inclined at an inclination angle ⁇ s1 (°) smaller than ⁇ s2, and the critical angle of light emitted from the light emitting element and incident on the interface between the light transmitting resin and the air layer is ⁇ c ( )),
  • the following conditional expressions (1) and (2) are satisfied simultaneously for the resin inclined surface and the metal reflecting surface in the relationship of ⁇ s1 ⁇ s2.
  • the resin reflective surface may be arrange
  • the resin reflective surface may be comprised by the continuous reflective surface arrange
  • the light-emitting element Since the light-emitting element is disposed in a recess formed by bending the metal lead frame, the light emitted from the light-emitting element to the side is reflected by the side surface (metal reflective surface) of the recess and emitted forward. Can be made. As a result, the amount of light directly incident on the reflector (light reflecting resin) from the light emitting element at a short distance can be reduced, discoloration of the inner wall of the reflector can be suppressed, and the life of the apparatus can be extended.
  • the incidence of light incident on the interface between the resin and the air layer The closer the angle is to 90 °, the more the light that is totally reflected at the interface and reflected by the resin inclined surface and then incident again on the interface is more likely to be totally reflected there, and the light extraction efficiency decreases.
  • the conditional expression (1) that is, the inclination angle ⁇ s1 of the resin inclined surface is larger than 45 ° ⁇ c / 2 and smaller than ⁇ c, it is totally reflected at the interface and is reflected on the resin inclined surface. After being reflected, the light incident on the interface again can be extracted outside without being totally reflected at the interface, and the light extraction efficiency can be improved.
  • conditional expression (2) that is, by setting the inclination angle ⁇ s2 of the metal reflecting surface within the range of 45 ° ⁇ 10 °, the light emitted from the light emitting element to the side is reflected by the metal reflecting surface. It can be reflected and incident so as to be substantially perpendicular to the interface. Thereby, light can be efficiently extracted outside without causing reflection at the interface.
  • the inclination angle ⁇ s1 of the resin inclined surface is an intermediate value between the upper limit and the lower limit of the conditional expression (1), the light extraction efficiency is improved by a design with a margin that the inclination angle ⁇ s1 is far from the upper limit and the lower limit. Can be made.
  • the light emitting device having the above configuration further satisfies the following conditional expression (3). That is, D> 2 ⁇ d ⁇ tan ⁇ c (3)
  • D Minimum width (mm) of the opening where the interface between the light-transmitting resin and the air layer is located in the cross section passing through the light emitting element.
  • d Distance from the upper surface of the light emitting element to the interface between the light transmissive resin and the air layer (mm) It is.
  • the light emitted from the center of the upper surface of the light emitting element is incident on the interface between the light transmissive resin and the air layer at an incident angle greater than the critical angle and is totally reflected there. Includes light.
  • the above-described configuration of the present invention that improves the light extraction efficiency from the interface to the outside is very effective.
  • the depth of the concave portion of the metal lead frame may be equal to or greater than the thickness of the light emitting element. In this case, most of the light emitted from the light emitting element to the side can be reflected by the side surface of the recess so that it is not directly incident on the reflector. Thereby, deterioration of the inner wall of a reflector can be suppressed reliably.
  • the light-emitting device having the above configuration is rectangular in plan view, and the resin inclined surfaces are respectively provided along the long side direction of the light-emitting device at positions opposite to the concave portion.
  • the metal reflecting surfaces are provided at positions opposite to each other along the short side direction of the light emitting device, and the metal reflecting surfaces are positioned opposite to the bottom surface of the recess.
  • Each of the four resin inclined surfaces is provided along the long side direction, and is provided along the short side direction at positions opposite to each other with respect to the bottom surface of the recess.
  • conditional expression (1) is satisfied for each of the four resin inclined surfaces of the reflector, and the conditional expression (2 for each of the four metal reflecting surfaces of the concave portion of the metal lead frame). ), The effect of improving the light extraction efficiency of the light emitting element can be maximized.
  • the light-emitting device having the above configuration is rectangular in plan view, and the resin inclined surfaces are respectively provided along the long side direction of the light-emitting device at positions opposite to the concave portion.
  • the metal reflecting surfaces are provided at positions opposite to each other along the short side direction of the light emitting device, and the metal reflecting surfaces are positioned opposite to the bottom surface of the recess.
  • Each of the four resin inclined surfaces is provided along the long side direction, and is provided along the short side direction at positions opposite to each other with respect to the bottom surface of the recess.
  • the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction among the four metal reflecting surfaces satisfy ⁇ s1 ⁇ s2, and the conditional expression ( Satisfy 1) Conditional expression (2) may be satisfied for the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction.
  • conditional expression (1) for each of the four resin inclined surfaces, it is possible to improve the extraction efficiency of light reflected by each resin inclined surface and re-entering the interface.
  • the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction of the light emitting device have an area larger than the two metal reflecting surfaces positioned along the short side direction. , And more light from the LED enters. Therefore, by satisfying conditional expression (2) for the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction, the light emitted from the light emitting element to the side and incident on the interface via the metal reflecting surface is efficiently obtained. Can be taken out well.
  • the light-emitting device having the above configuration is rectangular in plan view, and the resin inclined surfaces are respectively provided along the long side direction of the light-emitting device at positions opposite to the concave portion.
  • the metal reflecting surfaces are provided at positions opposite to each other along the short side direction of the light emitting device, and the metal reflecting surfaces are positioned opposite to the bottom surface of the recess.
  • Each of the four resin inclined surfaces is provided along the long side direction, and is provided along the short side direction at positions opposite to each other with respect to the bottom surface of the recess.
  • Each of the two resin inclined surfaces positioned along the short side direction satisfies ⁇ s1 ⁇ s2 with respect to two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction among the four metal reflecting surfaces.
  • the short side Conditional expression (1) may be satisfied for the two resin inclined surfaces positioned along the direction
  • Conditional expression (2) may be satisfied for the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction.
  • the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction of the light emitting device have a larger area than the two metal reflecting surfaces positioned along the short side direction. More light from the LED enters. Therefore, by satisfying conditional expression (2) for the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction, the light emitted from the light emitting element to the side and incident on the interface via the metal reflecting surface is efficiently obtained. Can be taken out well.
  • the length of the light-emitting device corresponding to the thickness direction of the light guide plate is shortened. Is required.
  • the inclination angle ⁇ s1 is smaller than the inclination angle ⁇ s2 than the two resin inclined surfaces positioned along the long side direction.
  • the direction in which the inclination angle of the two resin inclined surfaces located along the long side direction is reduced corresponds to the direction in which the length in the short side direction of the light emitting device is increased).
  • the length of the light emitting device in the short side direction is shortened corresponding to the thin backlight. Even in this case, the light extraction efficiency can be improved.
  • the light-emitting device having the above configuration is rectangular in plan view, and the resin inclined surfaces are respectively provided along the long side direction of the light-emitting device at positions opposite to the concave portion.
  • the metal reflecting surfaces are provided at positions opposite to each other along the short side direction of the light emitting device, and the metal reflecting surfaces are positioned opposite to the bottom surface of the recess.
  • Each of the four resin inclined surfaces is provided along the long side direction, and is provided along the short side direction at positions opposite to each other with respect to the bottom surface of the recess.
  • Each of the two resin inclined surfaces positioned along the long side direction satisfies ⁇ s1 ⁇ s2 with respect to the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction among the four metal reflecting surfaces.
  • the long side Conditional expression (1) may be satisfied for the two resin inclined surfaces positioned along the direction
  • Conditional expression (2) may be satisfied for the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction.
  • the two resin inclined surfaces positioned along the long side direction of the light emitting device have a larger area than the two resin inclined surfaces positioned along the short side direction, and thus are emitted from the light emitting element. As a result, more light totally reflected at the interface is incident. Therefore, by satisfying the conditional expression (1) for the two resin inclined surfaces positioned along the long side direction, the light re-entering the interface can be efficiently extracted.
  • the two metal reflecting surfaces positioned along the long side direction of the light emitting device have a larger area than the two metal reflecting surfaces positioned along the short side direction, and light emitted from the LED to the side is more Since a large amount of light is incident, the light can be efficiently extracted by satisfying conditional expression (2) for the two metal reflecting surfaces.
  • a plurality of the light emitting elements may be arranged in the long side direction of the light emitting device in the recess.
  • the present invention for improving the light extraction efficiency is very effective for a configuration in which a plurality of light emitting elements are arranged in the long side direction.
  • the light transmitting resin may contain a phosphor.
  • white light is emitted by mixing blue light and yellow light by using, for example, an LED that emits blue light as a light emitting element and using a phosphor that absorbs blue light and emits yellow fluorescence.
  • a light emitting device can be realized.
  • the illumination device may be configured to illuminate an illumination target with the above-described light emitting device.
  • an illuminating device with high brightness and long life can be realized.
  • a backlight for a display device may include the above-described light emitting device and a light guide plate that guides light from the light emitting device inside to illuminate a liquid crystal panel.
  • a backlight for a display device having high luminance and a long lifetime can be realized.
  • the light emitting device of the present invention can be used, for example, for a backlight of a lighting device or a display device.

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Abstract

 LEDチップ(3)は、金属リードフレーム(2)を折り曲げることによって形成される凹部(21p)内に配置されている。リフレクタ(4)は樹脂反射面(4a)を有しており、凹部(21p)は金属反射面(21a)を有している。少なくとも1つの金属反射面(21a)の傾斜角をθs2(°)としたとき、樹脂反射面(4a)は、傾斜角θs2よりも小さい傾斜角θs1(°)で傾斜した樹脂傾斜面を有している。LEDチップ(3)から出射されて光透過性樹脂(5)と空気層との界面に入射する光の臨界角をθc(°)としたとき、θs1<θs2の関係にある樹脂傾斜面および金属反射面について、条件式(1);45°-θc/2<θs1<θc、および条件式(2);35°≦θs2≦55°、を同時に満足する。

Description

発光装置、照明装置および表示装置用バックライト
 本発明は、例えばLED(Light Emitting Diode)のような発光素子を有する発光装置と、その発光装置を備えた照明装置および表示装置用バックライトとに関するものである。
 従来、LEDを備えた発光装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。この発光装置では、LEDが埋め込まれる成型体(リフレクタ)に、該成型体の底面から上方に向かって拡開する第1の反射面と、その第1の反射面と連結されて、さらに上方に向かって拡開する第2の反射面とを形成し、LEDの周囲を樹脂で封止している。第2の反射面の傾斜角は、0°よりも大きく、樹脂と空気層との界面における臨界角よりも小さくなるように設定されている。このように第2の反射面の傾斜角を設定することにより、上記界面で全反射された後、第2の反射面で全反射され、再度上記界面に入射する光のうち、外部に取り出し可能な光を増大させて、光の取り出し効率の向上が図られている。
 しかし、特許文献1の構成では、LEDの側方近傍に、成型体の第1の反射面(内壁)が位置しており、LEDから出射された光が直接(短い距離で)内壁に入射するため、内壁が変色して、パッケージの寿命が低下することが懸念される。特に、LEDとして、輝度の高い青色LEDを使用し、成型体を高反射率の白色樹脂で構成した場合には、白色樹脂の黄変が進行してパッケージの光出力が著しく低下し、パッケージの寿命が著しく低下する。
 そこで、特許文献2の発光装置では、金属リードフレームを折り曲げて凹部を形成し、その周囲をリフレクタで囲むとともに、凹部の底面にLEDを配置して透明樹脂で封止している。この構成では、LEDから出射された光が凹部の側面で反射されることで、リフレクタの内壁に直接入射する光の光量を減少させることができるので、内壁の変色を緩和して、パッケージの寿命を延ばすことができる。
 また、特許文献2には、互いに離間して配置される複数の金属リードフレームの一方にLEDを配置し、LEDの極性の異なる電極をそれぞれボンディングワイヤーを介して異なる金属リードフレームと電気的に接続した構成において、各金属リードフレームに羽根部を一体化した発光装置も開示されている。羽根部は、各金属リードフレームの底部の両側に、底部と傾斜するように設けられて反射面を構成している。金属リードフレームの底部に配置されるLEDからの光を羽根部で反射させる構成であっても、リフレクタの内壁に直接入射する光の光量を減少させて、内壁が変色するのを緩和することができる。
特開2010-62427号公報(請求項1、段落〔0018〕、〔0019〕、図1、図2等参照) 特開2008-53726号公報(段落〔0009〕、〔0026〕、〔0037〕、図5、図8等参照)
 ところが、特許文献2においては、LEDの側方に設けられる反射面の傾斜角の範囲については何ら規定されていない。このため、上記反射面の傾斜角によっては、LEDから側方に出射された光が、上記反射面を介して、LEDを封止する樹脂と空気層との界面に入射したときに、そこで反射される光の割合が増大し、界面に入射する光を外部に効率よく取り出すことができない場合がある。
 また、特許文献1の発光装置では、第2の反射面の傾斜角の範囲が広すぎて、光の取り出し効率を十分に向上させることができるとは必ずしも言えない。例えば、第2の反射面の傾斜角が0°に近づくと、樹脂と空気層との界面に入射する光の入射角が90°に近くなればなるほど、上記界面で全反射されて第2の反射面で反射された後、再度上記界面に入射する光がそこで全反射されやすくなり、光の取り出し効率が低下する。
 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、パッケージの内壁の変色を抑えつつ、発光素子が発光した光の外部への取り出し効率を十分に向上させることができる発光装置と、その発光装置を備えた照明装置および表示装置用バックライトとを提供することにある。
 本発明の一側面に係る発光装置は、互いに離間して配置される複数の金属リードフレームのいずれかに配置される発光素子と、前記複数の金属リードフレームをまとめて囲むように設けられる、光反射性樹脂からなるリフレクタとを備え、前記発光素子の極性の異なる電極をそれぞれ異なる金属リードフレームと電気的に接続した上で、前記リフレクタの内側に位置する前記発光素子を光透過性樹脂で封止した発光装置であって、前記発光素子は、前記金属リードフレームを折り曲げることによって形成される凹部内に配置されており、前記リフレクタは、前記金属リードフレームの前記凹部の外側に位置して、前記凹部の底面に対して傾斜した樹脂反射面を有しており、前記金属リードフレームの前記凹部は、前記底面に対して傾斜した複数の側面をそれぞれ金属反射面として有しており、少なくとも1つの前記金属反射面の前記底面に対する傾斜角をθs2(°)としたとき、前記樹脂反射面は、前記底面に対して傾斜角θs2よりも小さい傾斜角θs1(°)で傾斜した樹脂傾斜面を有しており、前記発光素子から出射されて前記光透過性樹脂と空気層との界面に入射する光の臨界角をθc(°)としたとき、θs1<θs2の関係にある前記樹脂傾斜面および前記金属反射面について、以下の条件式(1)および(2)を同時に満足している。すなわち、
    45°-θc/2<θs1<θc    ・・・(1)
    35°≦θs2≦55°        ・・・(2)
である。
 本発明の他の側面に係る照明装置は、前記発光装置によって照明対象を照明する構成である。
 本発明のさらに他の側面に係る表示装置用バックライトは、前記発光装置と、前記発光装置からの光を内部で導光して液晶パネルを照明する導光板とを備えている構成である。
 本発明によれば、発光素子を金属リードフレームの凹部内に配置することで、リフレクタの内壁の変色を抑えて装置の長寿命化を図りつつ、条件式(1)および(2)を満足することで外部への光の取り出し効率を十分に向上させることができる。
本発明の実施の形態に係る発光装置としてのLEDパッケージの平面図である。 上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージの長辺方向に垂直な断面での断面図である。 LEDチップからの光を反射させるリフレクタの形状の一例を示す説明図である。 上記リフレクタの形状の他の例を示す説明図である。 図3のリフレクタの外観を模式的に示す斜視図である。 上記リフレクタの形状のさらに他の例を示すとともに、上記リフレクタを用いた場合の光の進行の様子を模式的に示す説明図である。 図5のリフレクタを拡大して示す説明図である。 LEDチップから所定の角度範囲で出射される光の進行の様子を示す説明図である。 LEDチップから上記とは異なる角度範囲で出射される光の進行の様子を示す説明図である。 LEDチップから上記とはさらに異なる角度範囲で出射される光の進行の様子を示す説明図である。 青色LEDの天面からの発光による配光パターンを示す説明図である。 蛍光体の発光による配光パターンを示す説明図である。 樹脂に封止された光源の配光パターンを示す説明図である。 封止樹脂から大気中へ直接脱出できる光の割合を示すグラフである。 LEDチップから出射されて所定の角度範囲で光透過性樹脂と空気層との界面に入射する光の進行の様子を示す説明図である。 LEDチップから出射されて上記とは異なる角度範囲で上記界面に入射する光の進行の様子を示す説明図である。 上記所定角度で上記界面に入射した光が、そこで全反射され、リフレクタを介して外部に取り出される場合の光の進行の様子を示す説明図である。 上記リフレクタの樹脂反射面の傾斜角が臨界角に等しい場合に、上記所定の角度範囲で上記界面に入射する光が進行する様子を示す説明図である。 上記リフレクタの樹脂反射面の傾斜角が臨界角よりも大きい場合に、上記所定の角度範囲で上記界面に入射する光が進行する様子を示す説明図である。 上記界面に入射した光が、そこで全反射され、リフレクタの反射面で反射された後、界面に再入射するときの光の進行の様子を示す説明図である。 上記リフレクタの樹脂反射面の傾斜角が臨界角よりも十分に小さい場合の光の進行の様子を示す説明図である。 光透過性樹脂の屈折率と、条件式(1)を満足する上記傾斜角との関係を示すグラフである。 上記LEDパッケージにおいて、LEDチップから側方に出射される光の進行の様子を示す説明図である。 図22のLEDパッケージの一部を拡大して示す説明図である。 LEDチップの側面から出る光が、上記側面に垂直な軸から傾いて進行する様子を示す説明図である。 LEDチップの側面から出る光が、金属反射面にて上側(界面側)に正反射される場合の様子を示す説明図である。 LEDチップの側面から出る光が、金属反射面にて下側に正反射される場合の様子を示す説明図である。 LEDチップの側面から下向きに20°傾いて出射される光の進行の様子を示す説明図である。 LEDチップの側面から上向きに20°傾いて出射される光の進行の様子を示す説明図である。 上記LEDパッケージの簡易的な断面図である。 上記LEDパッケージの他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージの長辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージの長辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージの長辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージの長辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージの長辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージの長辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す断面図であって、上記LEDパッケージの短辺方向に垂直な断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの断面図である。 上記LEDパッケージの、図37Bとは異なる断面での断面図である。 上記LEDパッケージのさらに他の構成を示す平面図である。 上記LEDパッケージの断面図である。 上記LEDパッケージが適用される照明装置の概略の構成を示す分解斜視図である。 上記LEDパッケージが適用される表示装置用のバックライトを備えた液晶表示装置の概略の構成を示す断面図である。
 本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、各図面では、実装基板と電気的な接続に必要なリード部(外部リード、アウターリード)の図示を省略している。
 〔発光装置の構成〕
 図1Aは、本実施形態の発光装置としてのLEDパッケージ1の平面図であり、図1Bは、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図であり、図1Cは、上記LEDパッケージ1の長辺方向に垂直な断面での断面図である。なお、図1Aの平面図では、後述する金属リードフレーム2の領域を明確にするために、便宜的に、上記領域に断面図と同じハッチングを付している(以降の平面図でも同様)。
 LEDパッケージ1は、平面視で長方形状であり、金属リードフレーム2上に発光素子としてのLEDチップ3を配置し、金属リードフレーム2の周囲をリフレクタ4で囲み、そのリフレクタ4の内側(開口部4b)に位置するLEDチップ3を光透過性樹脂5で封止して構成されている。以下では、LEDパッケージ1の長辺および短辺に沿う方向を、単に長辺方向(図1Aでは左右方向)および短辺方向(図1Aでは上下方向)とも称する。
 金属リードフレーム2は、長辺方向に互いに離間して配置され、外部電源と電気的に接続される2つの金属リードフレーム21・22で構成されている。これらの金属リードフレーム21・22はまとめてリフレクタ4で囲まれている。LEDチップ3は、一方の金属リードフレーム21上に配置されている。本実施形態では、LEDチップ3としての2つのLEDチップ31・32が、金属リードフレーム21を折り曲げることによって形成される凹部21p内に、長辺方向に並べて配置されている。
 凹部21pは、該凹部21p内でLEDチップ3が配置される底面21mに対して傾斜した側面を金属反射面21aとして有している。金属反射面21aは、底面21mに対して互いに反対側に位置し、かつ、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aと、底面21mに対して互いに反対側に位置し、かつ、短辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aとで構成されている。凹部21pの深さは、LEDチップ31・32の厚さ以上となっている。
 LEDチップ31・32は、それぞれ青色光を出射する発光ダイオードで構成されている。一方、LEDチップ3を封止する光透過性樹脂5には、例えば青色光を吸収して黄色の蛍光を発する黄色蛍光体が含有されている。これにより、LEDパッケージ1としては、青色光と黄色光との混色により白色光を出射することができる。また、光透過性樹脂5に黄色蛍光体を含有させることで、発光素子として高輝度の青色LEDチップ3を用いることが可能となり、後述する液晶表示装置用のバックライトや室内の照明装置に好適なLEDパッケージ1を実現することができる。
 LEDチップ31の上面には、互いに異なる極性の第1の電極31aおよび第2の電極31bが形成されている。また、LEDチップ32の上面には、互いに異なる極性の第1の電極32aおよび第2の電極32bが形成されている。ここで、第1の電極31aおよび第1の電極32aは、アノード電極およびカソード電極の一方で構成することができ、第2の電極31bおよび第2の電極32bは、アノード電極およびカソード電極の他方で構成することができる。LEDチップ31の第1の電極31aは、金属リードフレーム22と金属線6で接続されており、LEDチップ31の第2の電極31bは、LEDチップ32の第1の電極32aと金属線6で接続されている。また、LEDチップ32の第2の電極32bは、金属リードフレーム21と金属線6で接続されている。これにより、LEDチップ31の互いに極性の異なる電極が、それぞれ少なくとも金属線を介して異なる金属リードフレームと電気的に接続されることになる。また、LEDチップ32についても同様に、互いに極性の異なる電極が、それぞれ少なくとも金属線を介して異なる金属リードフレームと電気的に接続されることになる。
 リフレクタ4は、光反射性樹脂である白色系樹脂で構成されており、金属リードフレーム21の凹部21pの外側に位置して、凹部21pの底面21mに対して傾斜した樹脂反射面4aを有している。ここで、上記した4つの金属反射面21a~aの少なくとも1つの、底面21mに対する傾斜角をθs2(°)としたとき、樹脂反射面4aは、底面21mに対して傾斜角θs2よりも小さい傾斜角θs1(°)で傾斜した樹脂傾斜面を有している。より詳しくは、樹脂反射面4aは、凹部21pに対して互いに反対側に位置し、かつ、長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aと、凹部21pに対して互いに反対側に位置し、かつ、短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aとを有している。これらの4つの樹脂傾斜面4a~4aで囲まれた空間で、リフレクタ4の開口部4bが形成されており、この開口部4b内に光透過性樹脂5が入れられている。
 〔樹脂傾斜面の傾斜角について〕
 本実施形態では、LEDチップ3から出射されて光透過性樹脂5と空気層との界面Bに入射する光の臨界角をθc(°)としたとき、θs1<θs2の関係にある樹脂傾斜面および金属反射面について、以下の条件式(1)を満足している。すなわち、
    45°-θc/2<θs1<θc    ・・・(1)
である。
 ここで、臨界角θcは、光透過性樹脂5からこれとは異なる媒質(空気および空気以外のガスを含む)に光が向かうときに、光透過性樹脂5の屈折率をn、上記媒質の屈折率をn0として、
    θc=sin-1(n0/n)
で表される。特に、上記媒質が空気の場合は、n0=1として、
    θc=sin-1(1/n)
で表される。以下、条件式(1)を設定した理由について説明する。なお、以下では、便宜上、樹脂傾斜面4a~4aの傾斜をまとめて樹脂反射面4aの傾斜として説明する。
 図2および図3は、リフレクタ4の形状をシミュレーションした結果を示す説明図である。なお、ここでは、リフレクタ4の反射面は、放物線形状であり、放物線の焦点の位置にLEDチップ3の上面中心が位置しているものとする。また、LEDチップ3の上面中心から出射されて、リフレクタ4の反射面と、光透過性樹脂5と空気層との界面Bとの交点に入射する光の、LEDチップ3の上面に垂直な軸に対する角度をθ0(°)とする。
 図2に示すような、θ0<θcとなる深いリフレクタ4では、LEDチップ3の上面から出射される光は、界面Bに直接入射して外部(大気中)に取り出されるか、リフレクタ4の反射面で反射された後、界面Bを介して外部に取り出される。したがって、このような構造では、良好な光の取り出しを実現することができる。
 このとき、リフレクタ4が、白色の反射性物質を含有した樹脂リフレクタで構成される場合は、図3に示すように、リフレクタ4の樹脂反射面4aを急傾斜面で代用しても、ほぼ良好な光の取り出しを実現することができる。図4は、樹脂反射面4aを急傾斜面で構成したリフレクタ4の外観を模式的に示す斜視図である。このようなリフレクタ4は、中小型液晶パネルのバックライト用薄型サイドビュータイプの発光デバイスに用いることができる。
 一方、図5は、パッケージの薄型化に対応した、浅いリフレクタ4を用いた場合の光の進行の様子を模式的に示す説明図であり、図6は、図5のリフレクタ4を拡大して示す説明図である。θ0>θcとなる浅いリフレクタ4では、深いリフレクタ4と同様の構造では良好な光の取り出しを実現することができない。その理由は、以下の考察より明らかである。
 なお、説明の理解をしやすくするため、θ0>θcとなる浅いリフレクタ4において、LEDチップ3の上面中心から出射される光を、以下の(a)、(b)、(c)の3つに分けて考える。なお、LEDチップ3の上面中心から出射される光の、LEDチップ3の上面に垂直な軸に対する角度をθt(°)とする。
 (a)θc≦θt<θ0となる角度θtで出射される光
 図7は、LEDチップ3から(a)の角度範囲で出射される光の進行の様子を示す説明図である。この角度範囲では、光透過性樹脂5と空気層との界面Bで光が全反射されてパッケージ内部に閉じ込められ、一部はパッケージ内で迷光となり、最終的に吸収されてしまう。
 (b)0°≦θt<θcとなる角度θtで出射される光
 図8は、LEDチップ3から(b)の角度範囲で出射される光の進行の様子を示す説明図である。この角度範囲では、LEDチップ3から出射される光は、界面Bで全反射されず、空気層側に取り出される。
 (c)θ0≦θt<90°となる角度θtで出射される光
 図9は、LEDチップ3から(c)の角度範囲で出射される光の進行の様子を示す説明図である。この角度範囲では、LEDチップ3から出射される光は、リフレクタ4で反射された後、界面Bを介して外部に取り出される。
 つまり、LEDチップ3の上面から出射される光のうち、(a)の角度範囲で出射される光については、パッケージの外部に取り出すことができず、これがパッケージからの光の取り出し効率を低下させる要因となる。したがって、このような光を外部に効率的に取り出すような設計が必要となる。
 また、図8において、0°≦θt<θcとなる角度θtでLEDチップ3から出射される光が界面Bを介して空気層側に直接取り出される場合でも、その割合は僅かであるため、界面Bでの全反射によってパッケージ内部に押し戻された光を効率的に取り出す設計が益々重要となる。以下、この点について説明する。
 図10は、青色光を発光するジャンクション・アップ型の青色LEDの天面からの発光による配光パターンを示す説明図である。青色LEDの配光パターンは、同図の太い実線で示すように、しばしばランバーシアン型の配光パターンで近似される。また、図11は、蛍光体の発光による配光パターンを示す説明図である。蛍光体の配光パターンは、同図の太い実線で示すように、周方向に均一なパターンである。図10および図11で示した半径rの極座標では、青色LEDの放射強度はr・cosθaで表され、蛍光体の放射強度はrで表される。
 図12は、2次元方向に無限の広がる樹脂(屈折率n)に平面封止された光源(LEDチップ3および蛍光体3’)の配光パターンを示している。同図に示すように、LEDチップ3および蛍光体3’の各配光パターンは、図10および図11で示した各配光パターンと同様と考えることができる。
 次に、このようなLEDチップ3および蛍光体3’から発光される光が、封止樹脂から大気中へ直接脱出できる割合について考える。スネルの法則を用いた簡易的な見積もりによれば、屈折率nの封止樹脂中で発光した光のうち、大気中へ直接脱出できる割合は、
 (A)ランバーシアン放射の場合
     (1-cos(2・θc))/2×100(%)
 (B)均一な放射の場合
     (1-cosθc)/2×100(%)
となる。なお、上記割合の導出においては、当然のことではあるが、鉛直方向の軸の周りの方位角(0°~360°)方向も考慮に入れている。ここで、θcは、封止樹脂から大気へ向かう光の臨界角である。したがって、封止樹脂の屈折率をn、大気の屈折率を1としたとき、
     θc=sin -1(1/n)
である。
 図13は、封止樹脂から大気中へ直接脱出できる光の割合を、ランバート放射および均一放射のそれぞれにおいて、封止樹脂の屈折率nが1.4から1.6までの間で計算した結果を示すグラフである。例えば、封止樹脂の屈折率nが1.5の場合、大気中に直接脱出できる光の割合は、ランバーシアン放射の場合、45%未満であり、均一放射の場合、13%未満である。このように、封止樹脂から大気中に直接出射する光は、最大に見積もっても、理想的なLEDチップの発光でも50%未満であり、蛍光体の発光では15%に満たない。
 以上のことから、θ0>θcとなる浅いリフレクタ4を用いた低背パッケージでは、LEDから出射された光のうち、封止樹脂と空気層との界面での全反射によって押し戻される光の割合が多くなることがわかる。したがって、このような全反射光を効率的に取り出すような光学設計が不可欠となる。
 以上では、放物線の焦点に光源(LEDチップ3)を配置し、光源を樹脂で封止した単純な系を例として、光の取り出し効率について述べた。このような単純な系では、光源から出射される光を上記のように(a)~(c)の3つに分けて考察することができる。
 一方、例えば、光源がパッケージの中心部からズレて配置されている場合や複数配置されている場合、光源を封止する樹脂中に蛍光体を加えたような場合のように、複雑な系である場合、低背パッケージからの光の取り出し効率の改善を一般化された形で考察するためには、次の2つを考えれば十分である。なお、LEDチップ3から出射された光が、光透過性樹脂5と空気層との界面Bに入射するときの入射角をθ(°)とする。
 (d)θ≧θcとなる角度θで界面Bに入射する光
 図14は、LEDチップ3から出射されて(d)の角度範囲で界面Bに入射する光の進行の様子を示す説明図である。この角度範囲では、LEDチップ3から出射された光は、界面Bで全反射されてパッケージ内部に閉じ込められる。
 (e)θ<θcとなる角度θで界面Bに入射する光
 図15は、LEDチップ3から出射されて(e)の角度範囲で界面Bに入射する光の進行の様子を示す説明図である。この角度範囲では、LEDチップ3から出射された光は、界面Bを介して空気層側に取り出される。
 LEDチップ3から出射された光が、パッケージ内部のリフレクタ4で反射したとしても、その光は界面Bに到達するため、上記(d)(e)のどちらかの条件を満たす。したがって、複雑な系においては、上記2つの場合分けで、光の取り出し効率について議論することができる。
 なお、上記(e)の角度範囲の光については、界面Bを介してパッケージの外部に取り出されるので、ここでは、上記(d)の角度範囲の光について、取り出し効率の改善について考えればよい。つまり、図16に示すように、上記(d)の角度範囲の光であって、光透過性樹脂5と空気層との界面Bで全反射された光を、リフレクタ4で効果的に反射させて界面Bを介して外部に取り出すことができれば、光の取り出し効率を大幅に改善することができる。
 ここで、上記(d)の角度範囲で界面Bに入射し、そこで全反射された光をリフレクタ4で効果的に反射するための条件は、リフレクタ4で正反射する光線を考察することで、上述した条件式(1)を満足すればよいことが判明した。以下、この点についてさらに詳細に説明する。
 (条件式(1)についての考察)
 (θs1<θcについて)
 まず、臨界的な条件であるθs1=θcの場合について考える。ここでは、界面Bに対して臨界角θcで入射した光線(臨界角上の光線とも称する)が、界面Bで全反射された後、リフレクタ4の樹脂反射面4aに対して垂直に入射するように、樹脂反射面4aが(凹部21pの底面21mに対して)傾斜角θs1で傾斜している場合を考える。
 図17は、θs1=θcの場合において、上記(d)の角度範囲の光が進行する様子を示す説明図である。入射角θで界面Bに入射した光は、界面Bで全反射された後、リフレクタ4の樹脂反射面4aで正反射されて、界面Bに再度入射するが、このときには、界面Bに対する入射角は、2θc-θと小さくなっている。今、ここでは、界面Bに最初に入射する光は、上記(d)の角度範囲の光、すなわち、θ≧θcを満たして界面Bで全反射する光だけを考えているので、再度界面Bに入射する光の入射角(2θc-θ)は、常にθc以下となり、界面Bから外部に取り出すことができる。
 ただし、θ=θcとなる臨界角上の光線については、リフレクタ4の反射面で正反射された後、同じ経路を逆に戻っていくため、パッケージから光を取り出すことはできない。これを除いた、θ<θcを満たす場合には(上記(e)の角度範囲の光)、図15で示した通り、リフレクタ4の反射面で反射させた後、全て外部に取り出すことが可能となる。
 ここで、θ=θcとなる臨界角上の光線も含めて、再度界面Bに入射した光を全て外部に取り出そうとする場合に、角度θs1を臨界角θcから若干小さくして、θs1<θcとすればよいことは、すでに自明である(θ=θcとなる臨界角上の光線は、リフレクタ4の反射面で正反射された後、同じ経路を逆戻りせず、臨界角以下の角度で界面Bに入射するため)。
 なお、参考のため、θs1>θcの場合について考察する。図18は、θs1>θcの場合において、上記(d)の角度範囲の光が進行する様子を示す説明図である。また、図19は、界面Bの入射点1に入射した光が、そこで全反射され、リフレクタ4の樹脂反射面4a上の反射点で反射された後、界面Bの入射点2に再入射するときの光の進行の様子を示している。入射点1にθ>θcとなる角度θで入射した光は、反射点でΔθ=2(θs1-θ)の偏角を受けるため、入射点2での入射角θ’(°)は、θ+Δθとなる。すなわち、
    θ’=θ+2(θs1-θ)
      =2θs1-θ
となる。
 角度θおよびθ’で界面Bに入射した光がそこで全反射されるための条件は、
    θ≧θc
    θ’≧θc、すなわち、θ+2(θs1-θ)≧θc
である。これらをまとめると、
    θc≦θ≦2θs1-θc
となり、さらにこの式は、
    θc≦θ≦θc+2(θs1-θc)
と変形できる。すなわち、このような角度範囲で最初に界面Bに入射した光は、リフレクタ4の樹脂反射面4aで正反射された後、界面Bに再度入射したときに、界面Bで全反射され、外部に取り出せなくなる。
 先に述べたθs1=θcの条件では、θ=θcの光だけが界面Bへの再入射で再度全反射されるのに対して、樹脂反射面4aの傾斜が急なθs1>θcの場合は、臨界角θcの近傍の2(θs1-θc)の角度範囲にある光も、界面Bへの再入射で再度全反射される。このため、この部分が余分にパッケージ内に閉じ込められ、光の取り出し効率が低下することになる。
 なお、蛇足ではあるが、
    θ>θc+2(θs1-θc)
の範囲で界面Bに入射した光は、リフレクタ反射後の界面Bへの再入射で、パッケージの外部に取り出すことができる。
 (θs1>45°-θc/2について)
 次に、リフレクタ4の樹脂反射面4aの傾斜角θs1が臨界角θcの近傍である場合の考察を離れ、θs1<<θcの領域でも同様の考察を行う。図20は、リフレクタ4の樹脂反射面4aの傾斜角θs1が臨界角θcよりも十分に小さい場合の光の進行の様子を示す説明図である。
 今まで、リフレクタ4の樹脂反射面4aの傾斜角θs1が臨界角θcの近傍である場合、θs1<θcを満たしていれば、界面Bに再入射するときに、再入射した光を全て外部に取り出すことが可能であった。しかし、図20に示すように、θs1を0°に近づけて行った場合には、水平方向に近い入射角を持つ光、つまり、界面Bに対する入射角が90°に近い光から順番に、界面Bに再入射するときも再度全反射するようになる(図20で破線で囲った部分参照)。このような現象は、光の取り出し効率を低下させる。以下、このような現象が起こり始める境界条件を求める。
 図19で示した考察から、リフレクタ4の樹脂反射面4aで正反射後、界面Bに再入射する光の入射角θ’は、
    θ’=2θs1-θ
である。水平(θ=90°)方向に進行する光が界面Bで全反射され、リフレクタ4で正反射された後に、再度界面Bで全反射される条件は、|θ’(θ=90°)|=θcで求められ、
    90°-2θs1=θc
となる。つまり、
    θs1=(90°-θc)/2=45°-θc/2
である。したがって、リフレクタ4の樹脂反射面4aの傾斜角θs1が、45°-θc/2以下の範囲では、界面Bへの再入射時に全反射が生じることになる。逆に、
    θs1>45°-θc/2
のときには、界面Bに再入射した光を全て大気中に取り出すことができる。
 以上の考察より、界面Bからの光の取り出し効率を向上させるためには、
    θs1<θc
    θs1>45°-θc/2
の2式をまとめて、
    45°-θc/2<θs1<θc(条件式(1))
を満足することが必要であると結論付けられる。
 ただし、実際の設計では、条件式(1)における傾斜角θs1が上限の臨界角θcに近い値となるのを避け、また、下限の45°-θc/2に近い値となるのも避けることが望ましい。例えば、傾斜角θs1が、条件式(1)の上限および下限の中間にあたる22.5°+θc/4付近となるように設計することがより好ましい。これは、実際の光の反射は全反射の臨界角の近傍で急速に大きくなること、LEDパッケージ1のリフレクタ4の材料として広く使用される白色樹脂での反射は正反射からずれて拡散反射の割合が大きくなること等を考慮したことによる。つまり、そのような要因の影響を軽減して、光の取り出し効率を少しでも高めるために、余裕を持った条件でLEDパッケージ1を製作することが望ましい。
 (光透過性樹脂の屈折率と傾斜角θs1との関係について)
 次に、封止樹脂である光透過性樹脂5の屈折率を変化させ、条件式(1)を満足するようなリフレクタ4の樹脂反射面4aの傾斜角θs1を調べた。図21は、光透過性樹脂5の屈折率nと、条件式(1)を満足する傾斜角θs1との関係を示すグラフである。
 光透過性樹脂5の屈折率nを1.4から1.6まで変化させ、そのときの条件式(1)を満足する理想的な傾斜角θs1の上限および下限を求めると、以下の通りであった。
 n=1.4に対して、θs1(下限)=22.0°、θs1(上限)=45.6°
 n=1.5に対して、θs1(下限)=24.1°、θs1(上限)=41.8°
 n=1.6に対して、θs1(下限)=25.7°、θs1(上限)=38.7°
 最も理想的には、上述したように、傾斜角θs1は、条件式(1)の上限および下限の中間の値であることが望ましく、n=1.4、1.5、1.6のそれぞれに対して、傾斜角θs1は、33.9°、33.0°、32.2°、あるいはその近傍の角度とすることが望ましい。
 〔凹部の金属反射面の傾斜角について〕
 次に、LEDパッケージ1において、LEDチップ3が配置される凹部21pの金属反射面21aの傾斜角について説明する。本実施形態では、金属反射面21aの傾斜角をθs2(°)として、以下の条件式(2)をさらに満足している。すなわち、
    35°≦θs2≦55°       ・・・(2)
である。以下、その理由について説明する。
 前述したように、高出力の青色系LEDチップを白色樹脂からなるリフレクタでパッケージした構成では、LEDチップから白色樹脂に光が直接入射すると、白色樹脂が黄変してパッケージの光出力が著しく低下し、パッケージの寿命が著しく低下する。このため、本実施形態では、金属リードフレーム2に凹部21pを形成して、その凹部21p内にLEDチップ3を配置するようにしている。この構成により、(a)LEDチップ3からリフレクタ4の樹脂反射面4aまでの距離を離すことができ、また、(b)LEDチップ3からリフレクタ4に直接入射する光の光量を減少させることができる。この2つの理由により、単位面積あたりの明るさが極端に明るい光を白色樹脂に照射せずに済み、白色樹脂の劣化を緩和して光出力の低下を抑え、パッケージの寿命を延ばすことができる。したがって、非常に輝度の高い青色LEDを用いた本実施形態のLEDパッケージ1は、明るい照明光を必要とする、液晶テレビなどの表示装置用のバックライトや、照明対象を照明する照明装置に好適となる。
 特に、凹部21pの深さがLEDチップ3の厚さ以上に設定されることで、LEDチップ3から側方に出射される光をほとんど凹部21pの金属反射面21aで反射させて、リフレクタ4に短い距離で直接入射させないようにすることができるので、リフレクタ4の内壁の劣化を確実に抑えることができる。
 ここで、図22は、本実施形態のLEDパッケージ1において、LEDチップ3から側方に出射される光の進行の様子を示す説明図である。LEDチップ3は、金属リードフレーム2の凹部21pの側面(金属反射面21a)で周囲を囲まれているため、チップ側面の方向に放射された光の多くは、金属反射面21aで反射されて前方に導かれる。このとき、凹部21pの金属反射面21aの傾斜角を適切に設定することにより、光を効率的に光透過性樹脂5の外に取り出すことができる。
 図23は、図22におけるLEDパッケージ1の一部を拡大して示す説明図である。LEDチップ3のチップ側面から出た光を効率的に光透過性樹脂5の外側に取り出すには、光が金属リードフレーム2で反射されるときに、反射点を頂点とした頂角2θcの円錐領域に、なるべく多くの光が入るように、金属反射面21aの傾斜角θs2を設定すればよい。上記円錐領域に入射した光は、界面Bに対して臨界角θcよりも小さい角度で入射するため、界面Bで全反射されてパッケージ内部に押し戻されることなく、光を外部に取り出すことができる。
 このような金属反射面21aの傾斜角θs2は45°であることが望ましい。このように傾斜角θs2を設定すると、チップ側面に対して垂直方向(軸上方向)に出た光は、傾斜角45°の金属反射面21aでの反射によって進行方向が90°変わり、界面Bに対して垂直に入射する。さらには、チップ側面から垂直に近い角度で出た光も、界面Bに対して垂直方向から微小角度だけ傾斜して入射する。これにより、界面Bでほぼ反射が生じず効率的にパッケージの外に光を取り出すことができる。
 ここで、チップ側面に対して垂直方向に出る光の強度が強い場合には、θs2=45°が最適であるが、一般に、チップの厚み、裏面の反射面等のチップ構造によって、チップ側面から出る光のうちで光の出射強度が最大となる方向が、チップ側面に垂直な軸に対して傾く場合がある。
 図24は、チップ側面から出る光が、チップ側面に垂直な軸から傾いて進行する様子を示す説明図である。ここで、LEDチップ3の側面から、側面に垂直な軸に対して角度θ0(°)だけ傾く方向に出射された光は、界面Bに垂直な軸に対してθ(°)の角度をなすものとする。また、上記光は、金属反射面21aでの正反射時にΔθ(°)の偏角を受けるものとし、正反射後の光は、界面Bに垂直な軸に対してθ’(°)の角度をなすものとする。
 図24において、界面Bに垂直な軸に対して角度θをなす方向に、LEDチップ3の側面から出射された光は、金属反射面21aでの正反射によって、
    Δθ=2(θs2-θ)
の偏角を受けるため、正反射後の角度θ’は、
    θ’=θ+Δθ
となる。すなわち、
    θ’=θ+2(θs2-θ)
      =2θs2-θ
である。
 ただし、Δθの正負を以下のように定義しておく。図25は、チップ側面から出る光が金属反射面21aにて上側(界面B側)に正反射される場合の様子を示す説明図である。入射光が図25のように正反射されるのは、θ>θs2の場合である。このとき、
    Δθ=2(θs2-θ)<0
となり、Δθは負の値をとる。
 一方、図26は、チップ側面から出る光が金属反射面21aにて下側に正反射される場合の様子を示す説明図である。入射光が図26のように正反射されるのは、θ<θs2の場合である。このとき、
    Δθ=2(θs2-θ)>0
となり、Δθは正の値をとる。
 チップ側面から出る光がチップ側面に垂直な軸に対して傾く方向に進行する場合でも、角度θ’が0となるように、金属反射面21aの傾斜角θs2を設定することにより、金属反射面21aで正反射された光を界面Bに垂直に入射させて、その光を効率よく外部に取り出すことができる。
 例えば、チップ側面から出射される光の出射方向(光の出射強度が最大となる方向)が、チップ側面の軸方向に対して下向きに20°傾くのであれば(θ0=20°)、金属反射面21aの傾斜角θs2を35°とし、逆に上向きに20°傾くのであれば(θ0=-20°)、金属反射面21aの傾斜角θs2を55°とすることで、金属反射面21aで正反射された光を界面Bに垂直に入射させて、その光を効率よく外部に取り出すことができる。この点について、図面を用いてより詳細に説明する。
 図27は、チップ側面からθ0=20°で出射される光の進行の様子を示す説明図である。金属反射面21aでの正反射後の角度θ’が0°となるためには、
    θ’=2θs2-θ=0°
となるように、傾斜角θs2を設定すればよい。上式より、
    θs2=θ/2
が導き出される。また、
    θ=90°-θ0
であるので、
    θs2=(90°-θ0)/2
       =(90°-20°)/2
       =35°
となる。
 ちなみに、この場合に、金属反射面21aに入射する光が受ける偏角Δθは、
    Δθ=2(θs2-θ)
      =2(θs2-(90°-θ0))
      =2(35°-(90°-20°))
      =-70°
である。
 一方、図28は、チップ側面からθ0=-20°で出射される光の進行の様子を示す説明図である。θ0=20°の場合と同様に考えて、
    θs2=(90°-θ0)/2
       =(90°-(-20°))/2
       =55°
となる。
 ちなみに、この場合に、金属反射面21aに入射する光が受ける偏角Δθは、
    Δθ=2(θs2-θ)
      =2(θs2-(90°-θ0))
      =2(55°-(90°-(-20°)))
      =-110°
である。
 以上のように、LEDチップ3の構造により、光の配光特性が異なることを考えると、金属反射面21aの傾斜角θs2は、45°±10°の範囲内で変動し得る。したがって、このような配光特性を考慮して、上述した条件式(2)を満足することにより、チップ側方に出射された光を金属反射面21aを介して界面Bにほぼ垂直に入射させることができ、これによって、界面Bで反射を生じさせずに効率よく外部に光を取り出すことができると言える。
 なお、LEDパッケージ1を種々のLEDの配光特性に対して汎用性を持たせるには、金属反射面21aの傾斜角θs2は、45°に設定しておくことが最も望ましい。
 〔LEDチップと界面との距離について〕
 図29は、上述したLEDパッケージ1の簡易的な断面図である。LEDパッケージ1は、以下の条件式(3)をさらに満足していることが望ましい。すなわち、
    D>2・d・tanθc        ・・・(3)
  ただし、
   D:リフレクタにおいて光透過性樹脂と空気層との界面が位置する開
口部の、発光素子(LEDチップ)を通る断面内での最小幅(mm)
   d:発光素子の上面から光透過性樹脂と空気層との界面までの距離(mm)
である。なお、上記のDは、リフレクタ4の開口部4bが平面視で長方形状である場合はその短辺方向の幅を指し、開口部4bが平面視で円形の場合(図38参照)はその直径を指す。
 図29に示すように、リフレクタ4において界面Bが位置する開口部4bの最小幅Dが2L=2(d・tanθc)よりも大きい場合、LEDチップ3の上面中心から出た光のうち、頂角2θcの円錐の内側に放射された光については、光透過性樹脂5と空気層との界面Bで全反射せずに外部に取り出すことができるが、上記円錐の外側に放射された光については、上記界面Bに臨界角θc以上の入射角で入射するため、そこで全反射される。したがって、そのような全反射光の外部への光の取り出し効率を向上させる本実施形態の構成(上述した条件式を含む)は、このような薄型の(Dに対してdが非常に小さい)LEDパッケージ1において非常に有効となる。
 〔条件式を満足する樹脂傾斜面および金属反射面について〕
 上述した条件式(1)は、樹脂反射面4aを構成する4つの樹脂傾斜面4a~4a(図1参照)の少なくとも1つについて満足していれば、光の取り出し効率を向上させる効果を得ることができるが、全ての樹脂傾斜面4a~4aについて満足することが、その効果を最も得ることができるため望ましい。
 また、上述した条件式(2)は、金属反射面21aを構成する4つの金属反射面21a~21a(図1参照)の少なくとも1つについて満足していれば、チップ側方に出射された光を金属反射面21aを介して界面Bから効率よく外部に光を取り出すことができるが、全ての金属反射面21a~21aについて満足することが、その効果を最も得ることができるため望ましい。
 つまり、4つの樹脂傾斜面4a~4aの各々は、4つの金属反射面21a~21aの各々に対して、θs1<θs2を満足しており、各樹脂傾斜面4a~4aのそれぞれについて条件式(1)を満足し、各金属反射面21a~21aのそれぞれについて条件式(2)を満足することが望ましい。図1で示したLEDパッケージ1は、このような条件を満足した設計となっている。
 また、4つの金属反射面21a~21aのうち、短辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aについては、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aよりも面積が小さく、LEDチップ3からの入射光量も小さいので、光の取り出し効率に与える影響が小さい。このことを考慮すると、少なくとも、4つの樹脂傾斜面4a~4aのそれぞれについて条件式(1)を満足し、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面a・21aについて条件式(2)を満足すれば、外部への光の取り出し効率を向上させることができると言える。
 また、図30Aは、LEDパッケージ1の他の構成を示す平面図であり、図30Bは、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図であり、図30Cは、上記LEDパッケージ1の長辺方向に垂直な断面での断面図である。このLEDパッケージ1は、4つの樹脂傾斜面4a~4aのうち、短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aの各々が、4つの金属反射面21a~21aのうち、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aに対して、θs1<θs2を満足する設計となっている。そして、短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aについて、条件式(1)を満足し、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aについて、条件式(2)を満足している。
 また、図31Aは、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す平面図であり、図31Bは、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図であり、図31Cは、上記LEDパッケージ1の長辺方向に垂直な断面での断面図である。このLEDパッケージ1は、図30と同様の設計であるが、図30よりもさらに短辺方向の長さが短いものとなっている。
 後述する液晶表示装置200(図40参照)のバックライト210に本実施形態のLEDパッケージ1を適用する場合において、バックライト210を薄型化すると、導光板213の厚さ方向に対応するLEDパッケージ1の短辺方向の長さを短くすることが必要となる。このとき、LEDパッケージ1の短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aについては、長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aよりも、傾斜角θs1が傾斜角θs2よりも小さくなるような設計がしやすい。これは、バックライト210の薄型化に対応すべく、LEDパッケージ1の短辺方向の長さがある程度規制された条件では、樹脂傾斜面4a・4aの傾斜角を小さくすることが困難なためである(樹脂傾斜面4a・4aの傾斜角を小さくする方向は、樹脂傾斜面4a・4aが倒れることによってLEDパッケージ1の短辺方向の長さを増大させる方向に働くためである)。一方、樹脂傾斜面4a・4aの傾斜角を小さくする方向は、LEDパッケージ1の長辺方向の長さを長くする方向に働くが、この方向はバックライト210の薄型化とは無関係な方向であり、何ら規制されない。
 したがって、傾斜角を小さくする設計の自由度については、樹脂傾斜面4a・4aよりも樹脂傾斜面4a・4aのほうが高く、条件式(1)を満足する設計が容易となる。このため、短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aについて、条件式(1)を満足することにより、薄型のバックライト210に対応した構成で、光の取り出し効率を向上させることができる。
 また、4つの金属反射面21a~21aのうち、LEDパッケージ1の長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aは、短辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aよりも面積が大きいため、LEDチップ3からの光がより多く入射する。したがって、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aについて条件式(2)を満足することにより、LEDチップ3から側方に出射されて、金属反射面21aを介して界面Bに入射する光を効率よく取り出すことができる。
 図32Aは、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す平面図であり、図32Bは、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図であり、図32Cは、上記LEDパッケージ1の長辺方向に垂直な断面での断面図である。このLEDパッケージ1は、4つの樹脂傾斜面4a~4aのうち、長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aの各々が、4つの金属反射面21a~21aのうち、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aに対して、θs1<θs2を満足する設計となっている。そして、長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aについて、条件式(1)を満足し、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aについて、条件式(2)を満足している。
 また、図33Aは、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す平面図であり、図33Bは、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図であり、図33Cは、上記LEDパッケージ1の長辺方向に垂直な断面での断面図である。このLEDパッケージ1は、用いるLEDチップ3を単数とし、パッケージの長辺方向の長さをさらに短くした以外は、図32と同様の設計である。
 4つの樹脂傾斜面4a~4aのうち、LEDパッケージ1の長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aは、短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aよりも面積が大きいため、LEDチップ3からの光がより多く入射する。したがって、長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面4a・4aについて条件式(1)を満足することにより、界面Bに入射する光を効率よく取り出すことができる。例えば、LEDパッケージ1を後述する照明装置100(図39参照)に適用する場合においては、LEDパッケージ1の短辺方向の長さに制約がないので、図32や図33のような設計のLEDパッケージ1は、照明装置100に好適であると言える。
 また、LEDパッケージ1の長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aは、短辺方向に沿って位置する2つの金属反射面21a・21aよりも面積が大きく、LEDチップ3からの光がより多く入射するため、2つの金属反射面21a・21aについて条件式(2)を満足することにより、LEDチップ3から側方に出射されて、金属反射面21aを介して界面Bに入射する光を効率よく取り出すことができる。
 また、図30~図32のように、LEDチップ3が凹部21p内で、チップ長辺がパッケージ長辺方向に沿うように、パッケージ長辺方向に複数並べて配置されると、その長辺方向においては、臨界角θcよりも大きい入射角で、光透過性樹脂5と空気層との界面Bに入射する光が増大し、界面Bからの光の取り出し効率が低下しやすい。したがって、光の取り出し効率を向上させる本実施形態の構成は、このように複数のLEDチップ3を長辺方向に並べて配置する場合に非常に有効となる。
 〔発光装置の変形例〕
 図34Aは、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す平面図であり、図34Bは、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図であり、図34Cは、上記LEDパッケージ1の長辺方向に垂直な断面での断面図である。
 金属リードフレーム2は、外部電源と電気的に接続される3つの金属リードフレーム21~23で構成されていてもよい。そして、LEDチップ31・32は、別々の金属リードフレーム21・23に配置されていてもよい。この場合、LEDチップ31の第1の電極31aは、金属リードフレーム21と金属線6で接続され、LEDチップ31の第2の電極31bは、金属リードフレーム22と金属線6で接続され、LEDチップ32の第1の電極32aは、金属リードフレーム22と金属線6で接続され、LEDチップ32の第2の電極32bは、金属リードフレーム23と金属線6で接続される構成とすることができる。
 このような構成であっても、金属リードフレーム21・23の各凹部21p・23pにLEDチップ31・32を配置することで、リフレクタ4の内壁の変色を抑えてパッケージの長寿命化を図りつつ、θs1<θs2となる樹脂傾斜面および金属反射面について条件式(1)および(2)を満足することにより、外部への光の取り出し効率を十分に向上させることができる。
 図35Aは、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す平面図であり、図35Bは、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図であり、図35Cは、上記LEDパッケージ1の長辺方向に垂直な断面での断面図である。
 LEDパッケージ1が有するLEDチップ3は、図33と同様に単数であってもよい。この場合、LEDチップ31の第1の電極31aは、金属リードフレーム22と金属線6で接続され、LEDチップ31の第2の電極31bは、LEDチップ31が配置される金属リードフレーム21と金属線6で接続される構成とすることができる。
 このような構成であっても、金属リードフレーム21の凹部21pにLEDチップ31を配置することで、リフレクタ4の内壁の変色を抑えてパッケージの長寿命化を図りつつ、θs1<θs2となる樹脂傾斜面および金属反射面について条件式(1)および(2)を満足することにより、外部への光の取り出し効率を十分に向上させることができる。
 図36は、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す断面図であって、上記LEDパッケージ1の短辺方向に垂直な断面での断面図である。同図の破線部で示すように、リフレクタ4の樹脂反射面4aは、一部に急傾斜面41を含んでいてもよい。つまり、樹脂反射面4aは、傾斜角がθs1の樹脂傾斜面42と、この樹脂傾斜面42よりも傾斜角の大きい急傾斜面41とを含んでいてもよい。なお、急傾斜面41の数は特に限定されず、1つであってもよいし、図36のように2つであってもよいし、それ以上であってもよい。この場合、樹脂反射面4aにおいて急傾斜面41以外の樹脂傾斜面42について、上述した条件式(1)を満足することにより、光の取り出し効率を向上させる効果を得ることができる。つまり、樹脂反射面4aの少なくとも一部について、上述した条件式(1)を満足すればよい。
 図37Aは、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す平面図であり、図37Bおよび図37Cは、上記LEDパッケージ1の異なる断面での断面図である。このように、LEDパッケージ1は、平面視で正方形状に形成されてもよい。なお、金属リードフレーム21・22の形状は、上記LEDパッケージ1の平面形状に応じて設定されればよい。つまり、金属リードフレーム21・22は、互いに離間して配置された状態で全体として平面視で正方形状となるように、形状が設定されればよい。
 図38Aは、LEDパッケージ1のさらに他の構成を示す平面図であり、図38Bは、上記LEDパッケージ1の断面図である。このように、LEDパッケージ1は、平面視で円形状に形成されてもよい。なお、金属リードフレーム21・22の形状は、上記LEDパッケージ1の平面形状に応じて設定されればよい。つまり、金属リードフレーム21・22は、互いに離間して配置された状態で全体として平面視で円形状となるように、形状が設定されればよい。なお、LEDパッケージ1が平面視で円形状の場合、樹脂反射面4aは、パッケージの外周に沿う方向に一続きの樹脂傾斜面で構成されることになる。
 このように、図37および図38の構成であっても、金属リードフレーム21の凹部21pにLEDチップ31を配置することで、リフレクタ4の内壁の変色を抑えてパッケージの長寿命化を図りつつ、θs1<θs2となる樹脂傾斜面および金属反射面について条件式(1)および(2)を満足することにより、外部への光の取り出し効率を十分に向上させることができる。
 以上で説明したパッケージにおける光の取り出し効率の改善効果は、具体的なパッケージのサイズ、使用するリフレクタ用樹脂や金属フレームの反射特性、封止樹脂の屈折率、蛍光体の有無、チップサイズおよび特性など、諸条件に大きく依存するが、一般的には4%から12%程度の改善効果が期待できる。使用するリフレクタ用樹脂や金属フレームの反射率が特に低い場合には、改善率は高くなり、例えば上記12%を超えることもある。
 〔発光装置の応用例〕
 図39は、本実施形態のLEDパッケージ1の応用例としての照明装置100の概略の構成を示す分解斜視図である。照明装置100は、例えば室内や室外に設置されて、照明対象(例えば空間や人物)を照明するものであり、光を投射する光源101と、光源101が内蔵されるハウジング102とを有している。なお、照明装置100は、光源101の熱を放出するための放熱部を含んでいてもよい。
 光源101は、複数個のLEDパッケージ101aを基板102b上に円環状に配置して構成されており、図示しないホルダーによってハウジング102に固定されている。各LEDパッケージ101aは、上述した本実施形態のLEDパッケージ1で構成されている。
 ハウジング102は、電気ソケット(図示せず)に結合されるソケット結合部102aと、ソケット結合部102aと連結されて光源101が内蔵される本体部102とを有している。
 また、図40は、本実施形態のLEDパッケージ1の他の応用例としての表示装置用のバックライト210を備えた液晶表示装置200の概略の構成を示す断面図である。液晶表示装置200は、バックライト210と、液晶パネル220とを有している。
 バックライト210は、LEDパッケージ211と、実装基板212と、導光板213とを有している。LEDパッケージ211は、上述した本実施形態のLEDパッケージ1で構成されており、実装基板212と平行に配置される導光板213の端面に光を入射させることができるように、実装基板212に実装されている。実装基板212は、装置筐体231に支持されている。導光板213は、LEDパッケージ211から出射されて端面を介して内部に入射した光を内部で導光して、導光板213の上面から出射させ、光学シート232を介して液晶パネル220を照明する。液晶パネル220は、導光板213から出射される光を画像データに応じて変調することにより、画像を表示することができる。この液晶パネル220は、LEDパッケージ211と反射シート234を介して対向する額縁部233によって、装置筐体231に固定されている。
 本実施形態のLEDパッケージ1によれば、上述したように、高輝度の青色LEDを用いた場合でも、白色樹脂の劣化を抑えて光出力の低下を抑え、パッケージの寿命を延ばすことができ、また、外部への光の取り出し効率を向上させることもできる。したがって、このようなLEDパッケージ1を照明装置100や液晶表示装置200のバックライト210に適用することにより、高輝度で長寿命の照明装置100およびバックライト210を実現することができる。
 なお、各図面に基づいて説明した構成を適宜組み合わせて、LEDパッケージ1を構成し、これをバックライトや照明装置に適用することも勿論可能である。
 なお、本実施形態で示した発光装置、照明装置および表示装置用バックライトは、以下のように表現することができる。
 本発明の実施の一形態に係る発光装置は、互いに離間して配置される複数の金属リードフレームのいずれかに配置される発光素子と、前記複数の金属リードフレームをまとめて囲むように設けられる、光反射性樹脂からなるリフレクタとを備え、前記発光素子の極性の異なる電極をそれぞれ異なる金属リードフレームと電気的に接続した上で、前記リフレクタの内側に位置する前記発光素子を光透過性樹脂で封止した発光装置であって、前記発光素子は、前記金属リードフレームを折り曲げることによって形成される凹部内に配置されており、前記リフレクタは、前記金属リードフレームの前記凹部の外側に位置して、前記凹部の底面に対して傾斜した樹脂反射面を有しており、前記金属リードフレームの前記凹部は、前記底面に対して傾斜した複数の側面をそれぞれ金属反射面として有しており、少なくとも1つの前記金属反射面の前記底面に対する傾斜角をθs2(°)としたとき、前記樹脂反射面は、前記底面に対して傾斜角θs2よりも小さい傾斜角θs1(°)で傾斜した樹脂傾斜面を有しており、前記発光素子から出射されて前記光透過性樹脂と空気層との界面に入射する光の臨界角をθc(°)としたとき、θs1<θs2の関係にある前記樹脂傾斜面および前記金属反射面について、以下の条件式(1)および(2)を同時に満足することを特徴としている。すなわち、
    45°-θc/2<θs1<θc    ・・・(1)
    35°≦θs2≦55°        ・・・(2)
である。なお、発光装置全体が平面視で四角形状の場合には、樹脂反射面は、その四角形の各辺に沿うように4か所に配置されていてもよい。また、発光装置全体が平面視で円形の場合には、樹脂反射面は、その円形の外周に沿うように配置される一続きの反射面で構成されてもよい。
 発光素子は、金属リードフレームを折り曲げることによって形成される凹部内に配置されているので、発光素子から側方に出射される光を、凹部の側面(金属反射面)で反射させて前方に出射させることができる。これにより、発光素子からリフレクタ(光反射性樹脂)に短い距離で直接入射する光の光量を減少させて、リフレクタの内壁の変色を抑えることができ、装置の長寿命化を図ることができる。
 また、リフレクタの樹脂反射面が有する樹脂傾斜面の傾斜角θs1が、金属リードフレームの凹部の金属反射面の傾斜角θ2よりも小さい構成では、樹脂と空気層との界面に入射する光の入射角が90°に近くなればなるほど、上記界面で全反射されて樹脂傾斜面で反射された後、再度上記界面に入射する光がそこで全反射されやすくなり、光の取り出し効率が低下する。しかし、条件式(1)を満足する、つまり、樹脂傾斜面の傾斜角θs1を45°-θc/2よりも大きく、θcよりも小さくすることで、上記界面で全反射されて樹脂傾斜面で反射された後、再度上記界面に入射する光を、上記界面にて全反射させずに外部に取り出すことが可能となり、光の取り出し効率を向上させることができる。
 また、条件式(2)を満足する、つまり、金属反射面の傾斜角θs2を45°±10°の範囲内に設定することにより、発光素子から側方に出射された光を金属反射面で反射させて、上記界面に対してほぼ垂直となるように入射させることができる。これにより、上記界面で反射を生じさせずに効率よく外部に光を取り出すことができる。
 つまり、発光素子を金属リードフレームの凹部内に配置することで、リフレクタの内壁の変色を抑えて装置の長寿命化を図りつつ、条件式(1)および(2)を満足することで外部への光の取り出し効率を十分に向上させることができる。
 上記構成において、前記樹脂傾斜面の傾斜角θs1は、
    θs1=22.5°+θc/4
であることが望ましい。
 樹脂傾斜面の傾斜角θs1が、条件式(1)の上限と下限との中間の値であるため、傾斜角θs1が上限および下限から離れた、余裕を持った設計で光の取り出し効率を向上させることができる。
 上記構成の発光装置は、以下の条件式(3)をさらに満足していることが望ましい。すなわち、
    D>2・d・tanθc        ・・・(3)
  ただし、
   D:リフレクタにおいて光透過性樹脂と空気層との界面が位置する開
口部の、発光素子を通る断面内での最小幅(mm)
   d:発光素子の上面から光透過性樹脂と空気層との界面までの距離(mm)
である。
 条件式(3)を満足する場合、発光素子の上面中心から出射される光に、光透過性樹脂と空気層との界面に臨界角以上の入射角で入射してそこで全反射されるような光が含まれる。このため、上記界面から外部への光の取り出し効率を向上させる上述した本発明の構成が非常に有効となる。
 前記金属リードフレームの前記凹部の深さは、前記発光素子の厚さ以上であってもよい。この場合、発光素子から側方に出射される光をほとんど凹部の側面で反射させて、リフレクタに直接入射させないようにすることができる。これにより、リフレクタの内壁の劣化を確実に抑えることができる。
 上記構成の発光装置は、平面視で長方形状であり、前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記4つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面の各々に対して、θs1<θs2を満足しており、前記4つの樹脂傾斜面のそれぞれについて、条件式(1)を満足し、前記4つの金属反射面のそれぞれについて、条件式(2)を満足していてもよい。
 発光装置が平面視で長方形状である場合において、リフレクタの4つの樹脂傾斜面のそれぞれについて条件式(1)を満足し、金属リードフレームの凹部の4つの金属反射面のそれぞれについて条件式(2)を満足することにより、発光素子の光の取り出し効率の向上の効果を最大限に得ることができる。
 上記構成の発光装置は、平面視で長方形状であり、前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記4つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面に対して、θs1<θs2を満足しており、前記4つの樹脂傾斜面のそれぞれについて、条件式(1)を満足し、前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について、条件式(2)を満足していてもよい。
 4つの樹脂傾斜面のそれぞれについて条件式(1)を満足することにより、各樹脂傾斜面で反射されて界面に再入射する光の取り出し効率を向上させることができる。
 また、金属リードフレームの凹部の4つの金属反射面のうち、発光装置の長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面は、短辺方向に沿って位置する2つの金属反射面よりも面積が大きく、LEDからの光がより多く入射する。したがって、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について条件式(2)を満足することにより、発光素子から側方に出射され、金属反射面を介して上記界面に入射する光を効率よく取り出すことができる。
 上記構成の発光装置は、平面視で長方形状であり、前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記4つの樹脂傾斜面のうちで前記短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面に対して、θs1<θs2を満足しており、前記短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面について、条件式(1)を満足し、前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について、条件式(2)を満足していてもよい。
 金属リードフレームの凹部の4つの金属反射面のうち、発光装置の長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面は、短辺方向に沿って位置する2つの金属反射面よりも面積が大きく、LEDからの光がより多く入射する。したがって、長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について条件式(2)を満足することにより、発光素子から側方に出射され、金属反射面を介して上記界面に入射する光を効率よく取り出すことができる。
 また、例えば本発明の発光装置を、導光板を用いたエッジライト方式の薄型のバックライトに適用する場合、導光板の厚さ方向に対応する発光装置の短辺方向の長さを短くすることが必要となる。この場合、発光装置の短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面については、長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面よりも、傾斜角θs1が傾斜角θs2よりも小さくなるような設計がしやすい(長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面の傾斜角を小さくする方向は、発光装置の短辺方向の長さを増大させる方向と対応するため)。したがって、発光装置の短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面について条件式(1)を満足することにより、薄型のバックライトに対応して発光装置の短辺方向の長さを短くする場合でも、光の取り出し効率を向上させることができる。
 上記構成の発光装置は、平面視で長方形状であり、前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、前記4つの樹脂傾斜面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面に対して、θs1<θs2を満足しており、前記長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面について、条件式(1)を満足し、前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について、条件式(2)を満足していてもよい。
 4つの樹脂傾斜面のうち、発光装置の長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面は、短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面よりも面積が大きいため、発光素子から出射されて界面で全反射された光がより多く入射する。したがって、長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面について条件式(1)を満足することにより、界面に再入射する光を効率よく取り出すことができる。
 また、発光装置の長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面は、短辺方向に沿って位置する2つの金属反射面よりも面積が大きく、LEDから側方に出射された光がより多く入射するので、この2つの金属反射面について条件式(2)を満足することにより、上記光を効率よく取り出すことができる。
 上記構成において、前記発光素子は、前記凹部内で、該発光装置の長辺方向に複数並べて配置されていてもよい。このように複数の発光素子が配置されると、発光装置の長辺方向において、臨界角よりも大きい入射角で界面に入射する光が増大し、界面からの光の取り出し効率が低下しやすい。したがって、光の取り出し効率を向上させる本発明は、このように複数の発光素子を長辺方向に並べて配置する構成に非常に有効となる。
 前記光透過性樹脂は、蛍光体を含有していてもよい。この場合、例えば発光素子として青色光を出射するLEDとして用い、蛍光体として青色光を吸収して黄色の蛍光を発するものを用いることで、青色光と黄色光との混色により白色光を出射する発光装置を実現することができる。
 本発明の実施の一形態に係る照明装置は、上述した発光装置によって照明対象を照明する構成であってもよい。この場合、高輝度で長寿命の照明装置を実現することができる。
 本発明の実施の一形態に係る表示装置用バックライトは、上述した発光装置と、前記発光装置からの光を内部で導光して液晶パネルを照明する導光板とを備えていてもよい。この場合、高輝度で長寿命の表示装置用バックライトを実現することができる。
 本発明の発光装置は、例えば照明装置や表示装置のバックライトに利用可能である。
   1   LEDモジュール(発光装置)
   2   金属リードフレーム
   3   LEDチップ(発光素子)
   4   リフレクタ
   4a  樹脂反射面
   4a1   樹脂傾斜面
   4a2   樹脂傾斜面
   4a3   樹脂傾斜面
   4a4   樹脂傾斜面
   5   光透過性樹脂
  21   金属リードフレーム
  21a  金属反射面
  21a1   金属反射面
  21a2   金属反射面
  21a3   金属反射面
  21a4   金属反射面
  21m  底面
  21p  凹部
  23p  凹部
  22   金属リードフレーム
  23   金属リードフレーム
  31   LEDチップ(発光素子)
  31a  第1の電極
  31b  第2の電極
  32   LEDチップ(発光素子)
  32a  第1の電極
  32b  第2の電極
  42   樹脂傾斜面
 100   照明装置
 210   バックライト
 213   導光板
 220   液晶パネル
   B   界面

Claims (12)

  1.  互いに離間して配置される複数の金属リードフレームのいずれかに配置される発光素子と、
     前記複数の金属リードフレームをまとめて囲むように設けられる、光反射性樹脂からなるリフレクタとを備え、
     前記発光素子の極性の異なる電極をそれぞれ異なる金属リードフレームと電気的に接続した上で、前記リフレクタの内側に位置する前記発光素子を光透過性樹脂で封止した発光装置であって、
     前記発光素子は、前記金属リードフレームを折り曲げることによって形成される凹部内に配置されており、
     前記リフレクタは、前記金属リードフレームの前記凹部の外側に位置して、前記凹部の底面に対して傾斜した樹脂反射面を有しており、
     前記金属リードフレームの前記凹部は、前記底面に対して傾斜した複数の側面をそれぞれ金属反射面として有しており、
     少なくとも1つの前記金属反射面の前記底面に対する傾斜角をθs2(°)としたとき、前記樹脂反射面は、前記底面に対して傾斜角θs2よりも小さい傾斜角θs1(°)で傾斜した樹脂傾斜面を有しており、
     前記発光素子から出射されて前記光透過性樹脂と空気層との界面に入射する光の臨界角をθc(°)としたとき、θs1<θs2の関係にある前記樹脂傾斜面および前記金属反射面について、以下の条件式(1)および(2)を同時に満足することを特徴とする発光装置;
        45°-θc/2<θs1<θc    ・・・(1)
        35°≦θs2≦55°        ・・・(2)
    である。
  2.  前記樹脂傾斜面の傾斜角θs1は、
        θs1=22.5°+θc/4
    であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3.  以下の条件式(3)をさらに満足することを特徴とする請求項1に記載の発光装置;
        D>2・d・tanθc        ・・・(3)
      ただし、
       D:リフレクタにおいて光透過性樹脂と空気層との界面が位置
    する開口部の、発光素子を通る断面内での最小幅(mm)
       d:発光素子の上面から光透過性樹脂と空気層との界面までの距離(mm)
    である。
  4.  前記金属リードフレームの前記凹部の深さは、前記発光素子の厚さ以上であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  5.  該発光装置は、平面視で長方形状であり、
     前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記4つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面の各々に対して、θs1<θs2を満足しており、
     前記4つの樹脂傾斜面のそれぞれについて、条件式(1)を満足し、
     前記4つの金属反射面のそれぞれについて、条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  6.  該発光装置は、平面視で長方形状であり、
     前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記4つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面に対して、θs1<θs2を満足しており、
     前記4つの樹脂傾斜面のそれぞれについて、条件式(1)を満足し、
     前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について、条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  7.  該発光装置は、平面視で長方形状であり、
     前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記4つの樹脂傾斜面のうちで前記短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面に対して、θs1<θs2を満足しており、
     前記短辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面について、条件式(1)を満足し、
     前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について、条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  8.  該発光装置は、平面視で長方形状であり、
     前記樹脂傾斜面は、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部に対して互いに反対側の位置で、該発光装置の短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記金属反射面は、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記長辺方向に沿ってそれぞれ設けられているとともに、前記凹部の前記底面に対して互いに反対側の位置で、前記短辺方向に沿ってそれぞれ設けられており、
     前記4つの樹脂傾斜面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面の各々は、前記4つの金属反射面のうちで前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面に対して、θs1<θs2を満足しており、
     前記長辺方向に沿って位置する2つの樹脂傾斜面について、条件式(1)を満足し、
     前記長辺方向に沿って位置する2つの金属反射面について、条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  9.  前記発光素子は、前記凹部内で、該発光装置の長辺方向に複数並べて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  10.  前記光透過性樹脂は、蛍光体を含有していることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  11.  請求項1から10のいずれかに記載の発光装置によって照明対象を照明することを特徴とする照明装置。
  12.  請求項1から10のいずれかに記載の発光装置と、
     前記発光装置からの光を内部で導光して液晶パネルを照明する導光板とを備えていることを特徴とする表示装置用バックライト。
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