WO2022176574A1 - 発光装置、発光装置の製造方法、光源装置及び灯具 - Google Patents

発光装置、発光装置の製造方法、光源装置及び灯具 Download PDF

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壮一 渋沢
大蔵 神原
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Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting device, a method for manufacturing a light-emitting device, a light source device, and a lamp.
  • a light source unit provided with a light emitting element and a lens and used for a vehicle lamp, for example, is known.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting module arranged in a socket housing, a sealing portion for sealing a light emitting element and a conductive portion on a substrate, and a lens formed on the sealing portion by curing a molding resin.
  • a light source unit is disclosed that includes a portion.
  • Patent Document 2 a frame provided on a substrate to surround a light emitting element, an optical element, and a sealing made of a resin supplied to a space surrounded by the inner wall of the frame, the optical element, and the substrate is disclosed.
  • a vehicular lighting device is disclosed that includes a portion.
  • Patent Document 3 discloses a light emitting element provided on a substrate, a frame portion surrounding the light emitting element, a sealing portion provided inside the frame portion and covering the light emitting element, and a A vehicular lighting system is disclosed comprising a provided optical element.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned points, and the positional deviation and the optical axis deviation between the light emitting element and the optical element are suppressed, the light distribution characteristic is highly accurate, and the temperature change is not affected. It is an object of the present invention to provide a highly accurate and long-life light-emitting device, a method for manufacturing the light-emitting device, a light source device, and a lamp, which have high adhesion between a sealing portion and a lens.
  • a light-emitting device comprises: a substrate having circuit wiring; a semiconductor light emitting device mounted on the substrate; a frame erected on the substrate so as to surround the semiconductor light emitting element; a sealing portion that seals the inner wall of the frame, the upper surface of the substrate inside the frame, and the semiconductor light emitting element;
  • the sealing portion includes a first resin portion having a concave surface formed of at least one rotating surface with the central axis of the frame as a rotation axis, and covering the concave surface of the first resin portion.
  • a second resin portion provided and having a convex outer surface;
  • the sealing portion has an outer surface in which the outer surface of the first resin portion and the outer surface of the second resin portion are integrated.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing the upper surface of a light source device 10 according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a top view schematically showing the internal structure of a light emitting device 11 provided in the light source device 10
  • FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the light-emitting device 11 taken along line AA of FIG. 1B.
  • FIG. 3 is an optical microscope image of a cross section of the light emitting device 11; It is the figure which showed the boundary of the 1st resin part 23A and the 2nd resin part 23B in FIG. 2A with the broken line.
  • 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the interface between the first resin portion 23A and the second resin portion 23B and the shape of the surface of the sealing portion 23.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which the second resin injected onto the first resin becomes oblate spheroids; It is a sectional view showing typically a section in a field containing a central axis of light emitting device 41 of a 2nd embodiment. It is a sectional view showing typically a section in a field containing a central axis of light emitting device 45 of a 3rd embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a lighting fixture 50 of a fourth embodiment; 4 is an exploded view of the lamp 50.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which the second resin injected onto the first resin becomes oblate spheroids; It is a sectional view showing typically a section in a field containing a central axis of light emitting device 41 of a 2nd embodiment. It is a sectional view showing typically a section in a field containing a central axis of light emitting device 45 of a 3rd embodiment
  • FIG. 1A is a plan view schematically showing the upper surface of the light source device 10 according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 1B is a top view schematically showing the internal structure of the light emitting device 11 provided in the light source device 10.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the light emitting device 11 taken along line AA of FIG. 1B.
  • the light source device 10 is, for example, a ceramic substrate, and has a light emitting device 11 provided on a substrate 12 having a wiring circuit and an electronic component 18 provided on the substrate 12.
  • the electronic component 18 includes, for example, resistors R1 to R5 (hereinafter generically referred to as resistor R), capacitors C1 and C2 (hereinafter generically referred to as capacitor C), and diode Di1 (hereinafter generically referred to as Di). is. Note that these electronic components 18 may not necessarily be provided.
  • the light-emitting device 11 has circuit wiring 13 on the substrate 12 .
  • the circuit wiring 13 includes a circuit wiring 13A and a circuit wiring 13B, and has an LED (light emitting diode) 15, which is a light emitting element, bonded to the circuit wiring 13A with a metal bonding layer 14 such as AuSn (gold tin).
  • the upper surface of the LED 15 is the light exit surface.
  • the LED 15 is electrically connected to the circuit wiring 13B by a bonding wire 17 such as Au (gold).
  • a bonding wire 17 such as Au (gold).
  • FIG. 1C schematically shows the bonding wires 17 provided at the back of the AA cross section for ease of understanding of the drawing and explanation.
  • One of the circuit wirings 13A and 13B is an anode, and the other is a cathode.
  • the light emitting device 11 has a frame body (resin dam) 21 formed on the substrate 12 so as to be inclined inwardly.
  • the frame body 21 is arranged so as to surround the LED 15 inside thereof.
  • the frame body 21 has an annular bottom surface of the substrate 12 and has a rotationally symmetrical shape with respect to a central axis CX passing through the center O of the annular ring and perpendicular to the substrate 12 (z direction). Further, the frame 21 has a top part with a curved upper edge.
  • the light emitting device 11 is provided with four LEDs 15 . At least one LED 15 may be provided in the light emitting device 11 .
  • the plurality of LEDs 15 are arranged on the substrate 12 at positions rotationally symmetrical with respect to the center of the light emitting device 11 (point O in FIG. 1B), that is, the central axis CX of the frame 21. is preferably arranged.
  • the plurality of LEDs 15 arranged at rotationally symmetrical positions have the same light distribution characteristics.
  • a sealing portion 23 made of a sealing resin is formed on the frame body 21 .
  • the LED 15 and bonding wires 17 are enclosed in the sealing portion 23 .
  • the sealing portion 23 is composed of a first resin portion 23A and a second resin portion 23B, and functions as a lens that is an optical element.
  • FIG. 2A corresponds to FIG. 1C and is an optical microscope image of the cross section of the light emitting device 11 observed.
  • FIG. 2B is a diagram showing a boundary between the first resin portion 23A and the second resin portion 23B in FIG. 2A with a dashed line.
  • the first resin portion 23A is formed so as to cover at least a portion of the top portion of the frame 21, the substrate 12, and the surfaces of the LEDs 15.
  • the second resin portion 23B is formed so as to cover the entire upper surface of the first resin portion 23A. That is, the first resin portion 23A and the second resin portion 23B are formed in close contact with each other, and the inside of the frame 21 is filled with the sealing portion 23. As shown in FIG.
  • the boundary line BR between the first resin portion 23A and the second resin portion 23B is above the top of the frame 21 and inside the outer peripheral edge of the frame 21.
  • the boundary line BR is formed as a circle whose height from the substrate 12 is the same within the plane perpendicular to the central axis CX.
  • the second resin portion 23B is formed on the first resin portion 23A so as to have the shape of an oblate sphere (flat sphere). Further, the outer surfaces of the first resin portion 23A and the second resin portion 23B are continuous, and the first resin portion 23A and the second resin portion 23B have a common oblate spherical outer surface. That is, the outer surface of the sealing portion 23 made up of the first resin portion 23A and the second resin portion 23B is formed as one rotationally symmetric oblate spherical surface, and the cross section of the plane including the central axis CX has an elliptical shape. .
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the interface between the first resin portion 23A and the second resin portion 23B and the shape of the surface of the sealing portion 23.
  • FIG. FIG. 4 is an optical microscope image in which an ellipse (broken line) fitted to the interface between the first resin portion 23A and the second resin portion 23B and the surface of the sealing portion 23 is inserted.
  • the first resin portion 23A and the second resin portion 23B form a first interface (an interface on the center side) between the LEDs 15 facing each other with the center O of the light emitting device 11 interposed therebetween. It has two concave interfaces with a second interface (interface on the outer peripheral side) extending from the upper surface to the outer surface of the sealing portion 23 .
  • the first interface between the LEDs 15 is formed from the upper surface of the LEDs 15 to the outside of the encapsulation 23 by the surface of the first oblate sphere ES1. It is understood that the second interface to the surface is fitted by the surface of the second oblate spheroid ES2.
  • the surface of the first resin portion 23A (that is, the interface with the second resin portion 23B) is at least one flat spherical surface coaxial with the central axis CX of the frame 21 and is a concave surface.
  • the oblate spheroid is a body of revolution (ellipsoid) obtained by rotating an ellipse with the central axis CX as the axis of rotation.
  • the oblate spheroid has the shape of a body of revolution when it is rotated about the minor axis of the ellipse.
  • the concave surface of the first resin portion 23A is composed of at least one oblate spherical surface according to the number and arrangement of the LEDs 15 (light emitting elements) placed inside the frame 21.
  • the sealing portion 23 is formed as a flattened sphere, that is, its outer surface is a flattened sphere surface and is formed as a convex surface.
  • the first to third oblate spheres ES1 to ES3 are oblate spheres coaxial with the central axis CX of the light emitting device 11 perpendicular to the substrate 12 (z direction).
  • the curvature of the concave surface of the first resin portion 23A preferably satisfies the following conditions.
  • the flattening ratio of the oblate spheroid 1-(b/a), the ratio (b/a) of the oblate spheroid
  • the curvatures CV1, CV2 and CV3 of the first to third oblate spheroids ES1, ES2 and ES3 are given by CV1 ⁇ CV3, CV2 ⁇ CV3 Expression (1) is preferably
  • the curvature of the third oblate sphere ES3 is greater than the curvature of the oblate surface of the concave surface of the first resin portion 23A. That is, the degree of curvature (curvature radius) of the third oblate spherical surface is the largest.
  • the surface of the first resin portion 23A may be formed as a concave surface having at least one surface of rotation with the central axis CX as the axis of rotation.
  • the curvature of the outer surface of the second resin portion 23B is at least the curvature of the concave surface of the first resin portion 23A. preferably greater than the curvature of either of the two surfaces of revolution.
  • the first resin portion 23A and the second resin portion 23B are rotationally symmetrical with respect to the central axis CX.
  • 23 is formed as an optical element (lens) rotationally symmetrical with respect to the central axis CX of the light emitting device 11 . Therefore, a highly accurate optical element (lens) is formed with no or very little deviation of the optical axis.
  • the spherical surface precision as an optical element such as a lens is extremely high.
  • the bonding wire 17 connecting the circuit wiring 13 and the LED 15 is not completely embedded in the first resin portion 23A. That is, the bonding wire 17 is embedded so as to reach the inside of the second resin portion 23B. However, the bonding wire 17 may be entirely embedded in the first resin portion 23A.
  • LEDs light emitting elements
  • the plurality of LEDs 15 be arranged at rotationally symmetrical positions with respect to the central axis CX of the light emitting device 11 .
  • shape of frame 21 and sealing portion 23 In the above-described embodiment, the case where the frame body 21 is an annular body whose bottom surface, which is the contact surface with the substrate 12, is an annular ring, and the sealing part 23 is an oblate sphere has been described, but the present invention is not limited to this. .
  • the frame 21 may be an annular body having an elliptical bottom surface.
  • the sealing portion 23 has an ellipsoidal shape whose diameter is the major axis, the minor axis, and the central axis CX of the frame 21 .
  • a first interface and a second interface of the first resin portion 23A and the second resin portion 23B are ellipsoidal surfaces coaxial with the central axis CX. Therefore, a light-emitting device having high-precision optical elements (lenses) with no deviation of the optical axis is formed.
  • the term elliptical ring includes oval-shaped circular rings including oval-shaped rings.
  • the frame 21 is made of silicone resin, for example, and is made of a reflective white resin containing titanium oxide particles and the like.
  • a resin having a high affinity with the resin of the first resin portion 23A, a viscosity higher than that of the first resin portion 23A, and a viscosity capable of forming the frame body is used.
  • silicone resin is used as the resin (first resin) of the first resin portion 23A.
  • first resin a fluid, low-viscosity, cohesive resin is used.
  • a resin having a viscosity of about 1 to 2 Pa ⁇ s is used.
  • a resin having a high chemical affinity with the resin of the frame 21 and the second resin portion 23B is used. Since a low-viscosity resin is used as the first resin, there is an advantage that air bubbles are not involved.
  • the shape can be complementary to the shape of the frame 21 and the second resin portion 23B.
  • silicone resin is used as the resin (second resin) of the second resin portion 23B. That is, a resin having a higher viscosity or higher cohesiveness than the first resin is used as the second resin. For example, a resin having a viscosity of about 17 to 26 Pa ⁇ s is used. For example, a nanosilica filler is added to form a highly aggregated three-dimensional network structure.
  • the first resin portion 23A and the second resin portion 23B are preferably made of the same type of resin, such as silicone resin.
  • resins with a small difference in thermal expansion coefficient or the same resin That is, it is possible to form an optical element that prevents delamination.
  • resins having a small difference in refractive index or the same resin This is because the light emitted from the LED 15 can easily control the directional characteristics of the light emitted from the light emitting device 11 after passing through the sealing portion 23 .
  • STEP 2 Apply the dam resin (frame body resin) in a circular shape to a predetermined thickness.
  • STEP 3 Inject the first resin so as to fill the inside of the dam (frame body 21).
  • STEP 4 Inject the second resin onto the first resin.
  • STEP 5 Next, harden the resin. Heat treatment is performed in an electric furnace to simultaneously harden the dam resin (frame body resin), the first resin and the second resin to form a seal composed of the frame body 21, the first resin portion 23A and the second resin portion 23B. A stop portion 23 is formed. That is, in STEPs 2 and 3, only the resin is injected and not cured. The light emitting device 11 is manufactured through the above steps.
  • dam resin frame body resin
  • first resin and the second resin to form a seal composed of the frame body 21, the first resin portion 23A and the second resin portion 23B.
  • a stop portion 23 is formed. That is, in STEPs 2 and 3, only the resin is injected and not cured.
  • the light emitting device 11 is manufactured through the above steps.
  • the curing process in STEP 5 is preferably performed so that the frame resin is cured to form the frame 21 inclined inward (inclination axis AT) with respect to the central axis CX.
  • the applied frame body resin may be cured by heat treatment.
  • FIG. 6 schematically shows state changes of the first resin and the second resin injected into the frame 21 .
  • the second resin has higher viscosity or higher cohesion than the first resin.
  • the second resin injected onto the first resin moves while being deformed in the first resin (indicated by arrows in the figure), and is stabilized at the central portion by self-alignment (indicated by solid lines in the figure). Also, at this time, the entire surface of the second resin and the first resin becomes a flattened spherical surface so that the internal energy is minimized. Further, the surfaces of the first resin and the second resin are integrated to form a common oblate spherical surface.
  • a phosphor may be added to the first resin portion 23A.
  • the LED 15 is a blue LED, a yellow phosphor, an amber phosphor, or the like may be added.
  • a phosphor may be added to the second resin portion 23B.
  • the phosphor may be added to both the first resin portion 23A and the second resin portion 23B.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a cross section on a plane including the central axis of the light emitting device 41 of the second embodiment.
  • the interface between the first resin portion 23A and the second resin portion 23B is the surface of the concave oblate sphere ES.
  • one LED 15 is arranged at the center O of the light emitting device 41 .
  • a phosphor plate 32 is placed on the upper surface of the LED 15 (that is, the light emitting surface).
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a cross section on a plane including the central axis of the light emitting device 45 of the third embodiment.
  • one LED 15 is arranged at the center O of the light emitting device 41 .
  • a phosphor-containing layer 33 is formed so as to embed the LED 15 therein.
  • the phosphor-containing layer 33 contains phosphor particles in a resin.
  • the first resin portion 23A can be made of a light-reflective resin. It is also possible to dispose a phosphor plate on the upper surface of each LED 15 in the first embodiment described above, and to embed the LEDs 15 in a phosphor-containing layer.
  • FIG. 9A is a perspective view showing the lamp 50 of the fourth embodiment. 9B is an exploded view of the lamp 50.
  • the lamp 50 is, for example, a vehicle lamp.
  • the lamp 50 is configured by mounting the light source device 10 on an LED socket (hereinafter simply referred to as socket) 51 .
  • the socket 51 has a light source mounting portion 51A, a mounting portion 51B made of a bayonet for mounting the lamp 50 on a vehicle or the like, a flange 51C, and a heat radiation fin 51D.
  • the configuration of the lamp 50 will be described below with reference to FIG. 9B.
  • the socket 51 of the lamp 50 is configured by integrally molding (insert-molding) a socket main body 51M, a heat sink 52 and a terminal base 53 .
  • the terminal base 53 is electrically connected to the light source device 10 .
  • the light source device 10 is mounted on the heat sink 52 via thermally conductive grease 54 .
  • a cover or the like is attached to the socket 51 via an O-ring 55 .
  • the lamp 50 of the present embodiment has highly accurate light distribution characteristics in which optical axis deviation is suppressed. Further, according to the present embodiment, a highly accurate and long-life lamp is provided.
  • a light emitting device, a light source device, and a lamp are provided that suppress misalignment and optical axis misalignment between the light emitting element and the optical element and have highly accurate light distribution characteristics.

Abstract

回路配線を有する基板と、基板上に実装された半導体発光素子と、半導体発光素子を囲むように基板上に円環状又は長円環状に立設された枠体と、枠体の内壁、枠体の内側の基板の上面及び半導体発光素子を封止する封止部と、を備えている。封止部は、枠体の中心軸を回転軸とする少なくとも１つの回転面からなる凹状の表面を有する第１の樹脂部と、第１の樹脂部の凹状の表面を覆って設けられるとともに、凸状の外表面を有する第２の樹脂部と、を有し、封止部は、第１の樹脂部の外表面と、第２の樹脂部の外表面とが一体化した外表面を有する。

Description

発光装置、発光装置の製造方法、光源装置及び灯具
　本発明は、発光装置、発光装置の製造方法、光源装置及び灯具に関する。
　従来、発光素子及びレンズが設けられた、例えば車両用灯具に用いられる光源ユニットが知られている。
　例えば、特許文献１には、ソケットハウジングに配置された発光モジュールと、基板に発光素子と導電部を封止する封止部と、封止部上に成形用樹脂を硬化させて形成されたレンズ部とを備えた光源ユニットが開示されている。
　また、特許文献２には、基板上に設けられて発光素子を囲む枠部と、光学要素と、枠部の内壁、光学要素、および基板により囲まれた空間に供給された樹脂からなる封止部とを具備する車両用照明装置が開示されている。
　また、特許文献３には、基板の上に設けられた発光素子と、発光素子を囲む枠部と、枠部の内側に設けられ、発光素子を覆う封止部と、封止部の上に設けられた光学要素とを具備する車両用照明装置が開示されている。
特開２０１６－１９５０９９号公報 特開２０１９－１０６２５９号公報 特開２０１９－１４９２８号公報
　しかしながら、樹脂の注入によりレンズを成形する場合では、成形時のずれにより、発光素子に対するレンズの位置ずれが発生し、所望の配光が得られないという問題があった。
　また、従来技術においては、封止樹脂とレンズとの熱膨張係数差によって、例えば剥離が生じるなどの密着性の問題があった。
　本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、発光素子と光学要素との位置ずれ及び光軸ずれが抑制され、高精度の配光特性を有し、また、温度変化に対しても封止部及びレンズの密着性が高く、高精度で長寿命の発光装置、発光装置の製造方法、光源装置及び灯具を提供することを目的としている。
　本発明の１実施形態による発光装置は、
　回路配線を有する基板と、
　前記基板上に実装された半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子を囲むように前記基板上に円環状又は長円環状に立設された枠体と、
　前記枠体の内壁、前記枠体の内側の前記基板の上面及び前記半導体発光素子を封止する封止部と、を備え、
　前記封止部は、前記枠体の中心軸を回転軸とする少なくとも１つの回転面からなる凹状の表面を有する第１の樹脂部と、前記第１の樹脂部の前記凹状の表面を覆って設けられるとともに、凸状の外表面を有する第２の樹脂部と、を有し、
　前記封止部は、前記第１の樹脂部の外表面と、前記第２の樹脂部の前記外表面とが一体化した外表面を有している。
第１の実施形態による光源装置１０の上面を模式的に示す平面図である。 光源装置１０に設けられた発光装置１１の内部構造を模式的に示す上面図である。 図１ＢのＡ－Ａ線に沿った発光装置１１の断面を模式的に示す断面図である。 発光装置１１の断面を観察した光学顕微鏡像である。 図２Ａにおいて第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの境界を破線で示した図である。 第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂ間の界面、及び封止部２３の表面の形状を説明するための模式的な断面図である。 第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂ間の界面、及び封止部２３の表面にフィッティングされた楕円（破線）を挿入した光学顕微鏡像である。 発光装置１１の製造方法を示す模式的な断面図である。 第１の樹脂上に注入された第２の樹脂が扁球体となるメカニズムについて説明するための模式的な図である。 第２の実施形態の発光装置４１の中心軸を含む面における断面を模式的に示す断面図である。 第３の実施形態の発光装置４５の中心軸を含む面における断面を模式的に示す断面図である。 第４の実施形態の灯具５０を示す斜視図である。 灯具５０の分解図である。
　以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［第１の実施形態］
　図１Ａは、本発明の第１の実施形態による光源装置１０の上面を模式的に示す平面図である。図１Ｂは、光源装置１０に設けられた発光装置１１の内部構造を模式的に示す上面図である。また、図１Ｃは、図１ＢのＡ－Ａ線に沿った発光装置１１の断面を模式的に示す断面図である。
　図１Ａに示すように、光源装置１０は、例えばセラミック基板であり、配線回路を有する基板１２上に設けられた発光装置１１と、基板１２上に設けられた電子部品１８を有している。電子部品１８は、例えば、抵抗器Ｒ１～Ｒ５（以下、抵抗器Ｒと総称する。）、キャパシタＣ１，Ｃ２（以下、キャパシタＣと総称する。）及びダイオードＤｉ１（以下、Ｄｉと総称する。）である。なお、これらの電子部品１８は必ずしも設けられていなくともよい。
　図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、発光装置１１は、基板１２の回路配線１３を有している。回路配線１３は回路配線１３Ａと回路配線１３Ｂからなり、回路配線１３Ａ上にＡｕＳｎ（金錫）などの金属接合層１４によって接合された発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）１５を有している。ＬＥＤ１５の上面が光出射面である。
　ＬＥＤ１５は、回路配線１３ＢとはＡｕ（金）などのボンディングワイヤ１７によって電気的に接続されている。なお、図１Ｃにおいては、図及び説明の分かり易さのため、Ａ－Ａ断面の奥に設けられているボンディングワイヤ１７を模式的に示している。また、回路配線１３Ａ，１３Ｂは一方がアノード、他方がカソードであり、以下において特に区別しない場合には回路配線１３と称して説明する。
　発光装置１１は、基板１２上に、その内側に傾斜するように立設して形成された枠体（樹脂ダム）２１を有している。枠体２１は、その内側にＬＥＤ１５を囲むように配されている。
　枠体２１は、基板１２の底面が円環形状を有し、円環の中心Ｏを通り基板１２に垂直（ｚ方向）な中心軸ＣＸに関して回転対称な形状を有している。また、枠体２１は、上縁が丸く湾曲した頂部を有している。
　本実施形態においては、発光装置１１には、４つのＬＥＤ１５が設けられている。発光装置１１には少なくとも１つのＬＥＤ１５が設けられていればよい。なお、複数のＬＥＤ１５が設けられる場合には、複数のＬＥＤ１５は、基板１２上において発光装置１１の中心（図１Ｂの点Ｏ）、すなわち枠体２１の中心軸ＣＸに対して回転対称の位置に配されていることが好ましい。また、回転対称の位置に配される複数のＬＥＤ１５は同一の配光特性を有していることが好ましい。
　枠体２１上には、封止樹脂からなる封止部２３が形成されている。封止部２３内には、ＬＥＤ１５及びボンディングワイヤ１７が封入されている。封止部２３は、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂからなり、封止部２３は光学要素であるレンズとして機能する。
　図２Ａは、図１Ｃに対応し、発光装置１１の断面を観察した光学顕微鏡像である。また、図２Ｂは、図２Ａにおいて第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの境界を破線で示した図である。
　図２Ｂに示すように、第１の樹脂部２３Ａは、枠体２１の頂部、基板１２、及びＬＥＤ１５の表面の少なくとも一部を覆うように形成されている。第２の樹脂部２３Ｂは、第１の樹脂部２３Ａの上面全体を覆うように形成されている。すなわち、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂは互いに密着して形成され、また、枠体２１の内側は封止部２３によって充填されている。
　また、図２Ｂに示すように、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの境界線ＢＲは、枠体２１の頂部の上方にあり、かつ枠体２１の外周縁より内側にある。なお、図２Ｂの左右の枠体２１の高さに見られるように、枠体２１の高さには差があるが、第１の樹脂部２３Ａによってその差は補償される。従って、境界線ＢＲは、基板１２からの高さが中心軸ＣＸに垂直な面内で同一である円として形成されている。
　第２の樹脂部２３Ｂは、第１の樹脂部２３Ａ上に扁球体（扁平な球体）の形状を有して形成されている。また、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの外表面は連続し、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂは共通の扁球体の外表面を有している。すなわち、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂからなる封止部２３の外表面は回転対称な１つの扁球体面として形成され、中心軸ＣＸを含む面における断面は楕円形状を有する。
　図３は、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂ間の界面、及び封止部２３の表面の形状を説明するための模式的な断面図である。また、図４は、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂ間の界面、及び封止部２３の表面にフィッティングされた楕円（破線）を挿入した光学顕微鏡像である。
　図３に示すように、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂは、発光装置１１の中心Ｏを挟んで対向するＬＥＤ１５間の第１の界面（中心側の界面）と、ＬＥＤ１５の上面から封止部２３の外表面に至る第２の界面（外周側の界面）との２つの凹状の界面を有している。
　より詳細には、図４に示すように、また図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、ＬＥＤ１５間における第１の界面は第１の扁球体ＥＳ１の表面によって、ＬＥＤ１５の上面から封止部２３の外表面に至る第２の界面は第２の扁球体ＥＳ２の表面によってフィッティングされることが理解される。
　また、封止部２３の外表面は第３の扁球体ＥＳ３の表面によってフィッティングされることが理解される。
　より詳細には、第１の樹脂部２３Ａの表面（すなわち、第２の樹脂部２３Ｂとの界面）は、枠体２１の中心軸ＣＸと同軸の少なくとも１つの扁球体面であり凹状の表面である。すなわち、当該扁球体は、中心軸ＣＸを回転軸として楕円を回転した回転体（楕円体）である。図３及び図４に示す場合では、当該扁球体は、当該楕円の短軸を回転軸として回転したときの回転体の形状を有する。
　また、第１の樹脂部２３Ａの凹状の表面は、枠体２１の内側に載置されたＬＥＤ１５（発光素子）の数、配置に応じて、少なくとも１つの扁球体面から構成される。一方、封止部２３は１つの扁球体として、すなわち、その外表面は１つの扁球体面であり凸状の表面として形成されている。
　従って、第１～第３の扁球体ＥＳ１～ＥＳ３は、図３及び図４に示すように、基板１２に垂直（ｚ方向）な発光装置１１の中心軸ＣＸと同軸の扁球体である。
　ここで、第１の樹脂部２３Ａの表面又はその一部が扁球体面であると見なすことができる場合、第１の樹脂部２３Ａの凹状の表面の曲率は以下の条件を満たすことが好ましい。
　すなわち、偏球体の断面（楕円）の長軸半径をａとし、短軸半径をｂとしたときの偏球体の扁平率＝１－（ｂ／ａ）における比率（ｂ／ａ）を当該偏球体面の曲率ＣＶと定義したとき、第１～第３の扁球体ＥＳ１，ＥＳ２，ＥＳ３の曲率ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３は、
　ＣＶ１＜ＣＶ３，ＣＶ２＜ＣＶ３　　・・・式（１）
であることが好ましい。
　換言すれば、第３の扁球体ＥＳ３の曲率は、第１の樹脂部２３Ａの凹状の表面における扁球体面の曲率よりも大きい。すなわち、第３の扁球体面の曲がりの程度（曲率半径）が最も大きい。
　なお、第１の樹脂部２３Ａの表面（界面）が少なくとも１つの扁球体面からなる場合について説明したが、これに限らない。第１の樹脂部２３Ａの表面は、中心軸ＣＸを回転軸とする少なくとも１つの回転面からなる凹状の表面として形成されていればよい。
　従って、一般に、第１の樹脂部２３Ａの表面が当該少なくとも１つの回転面からなる場合、第２の樹脂部２３Ｂの外表面の曲率は、第１の樹脂部２３Ａの凹状の表面における当該少なくとも１つの回転面のいずれの曲率よりも大きいことが好ましい。
　以上、説明したように、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂはそれぞれ中心軸ＣＸに関して回転対称であるから、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂからなる封止部２３は、発光装置１１の中心軸ＣＸに関して回転対称な光学要素（レンズ）として形成されている。従って、光軸のずれが無い、又は有っても極めて僅かな高精度の光学要素（レンズ）が形成されている。また、レンズなどの光学要素としての球面精度も極めて高い。
　なお、図２Ａ、図２Ｂ及び図３等に示すように、回路配線１３とＬＥＤ１５とを接続するボンディングワイヤ１７は第１の樹脂部２３Ａによって完全に埋め込まれていない。すなわち、ボンディングワイヤ１７は、第２の樹脂部２３Ｂ内に至るように埋め込まれている。しかし、第１の樹脂部２３Ａによってボンディングワイヤ１７の全体が埋め込まれるように構成されていてもよい。
（発光素子（ＬＥＤ）１５の個数及び配置）
　発光素子（ＬＥＤ）１５が１つ設けられる場合には、ＬＥＤ１５の中心軸は発光装置１１の中心軸ＣＸと共通であるように配されることが好ましい。
　また、ＬＥＤ１５が複数設けられる場合には、当該複数のＬＥＤ１５は発光装置１１の中心軸ＣＸに関して回転対称の位置に配されることが好ましい。
（枠体２１及び封止部２３の形状）
　上記した実施形態においては、枠体２１が、基板１２との接触面である底面が円環である環状体であり、封止部２３が扁球体である場合について説明したが、これに限らない。
　例えば、枠体２１が、底面が楕円環である環状体であってもよい。この場合、封止部２３は枠体２１の長軸、短軸及び中心軸ＣＸを径とする楕円体形状を有する。また、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの第１の界面及び第２の界面は、中心軸ＣＸと同軸の楕円体面である。従って、光軸のずれが無い高精度の光学要素（レンズ）を有する発光装置が形成される。なお、本明細書において、楕円環の用語は、オーバル形状を含む長円形状の円環を含む。
（枠体２１、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの材料）
　枠体２１は、例えばシリコーン樹脂によって形成され、酸化チタン粒子などを含む反射性白色樹脂として形成されている。第１の樹脂部２３Ａの樹脂と親和性が高く、第１の樹脂部２３Ａよりも高粘度であって、枠体を形成し得る粘度の樹脂が用いられる。
　第１の樹脂部２３Ａの樹脂（第１の樹脂）としては、例えばシリコーン樹脂が用いられる。第１の樹脂として、流動性のある低粘度であり、凝集性のある樹脂が用いられる。例えば粘度が１～２Ｐａ・ｓ程度の樹脂が用いられる。また、枠体２１及び第２の樹脂部２３Ｂの樹脂と化学的な親和性が高い樹脂が用いられる。第１の樹脂として低粘度の樹脂を用いるため、気泡を巻き込むことがないという利点を有する。また、枠体２１及び第２の樹脂部２３Ｂの形状に対して相補的な形状になることができる。　
　第２の樹脂部２３Ｂの樹脂（第２の樹脂）としては、例えばシリコーン樹脂が用いられる。すなわち、第２の樹脂として第１の樹脂よりも高粘性又は高凝集性である樹脂が用いられる。例えば粘度が１７～２６Ｐａ・ｓ程度の樹脂が用いられる。例えば、ナノシリカのフィラーが添加され、３次元ネットワーク構造の高凝集構造が形成されている。
　第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂには、同種の樹脂、例えばシリコーン樹脂が用いられることが好ましい。特に、熱膨張係数の差が小さい、又は同一の樹脂が用いられることが好ましい。すなわち、剥離が防止された光学要素を形成することができる。また、屈折率の差が小さい、又は同一の樹脂が用いられることが好ましい。これにより、ＬＥＤ１５から出射された光が封止部２３を経て発光装置１１から出光する光の指向特性の制御が容易になるからである。
（発光装置１１の製造方法及び）
　ＳＴＥＰ１：発光装置１１の製造方法について図５を参照して説明する。まず、ＬＥＤ１５を回路配線１３Ａ上にＡｕＳｎ接合層１４によって接合する。ＬＥＤ１５の電極１６と回路配線１３ＢとをＡｕワイヤーでワイヤーボンディングを行い、接続する。
　ＳＴＥＰ２：ダム樹脂（枠体樹脂）を円環状に所定の厚さで塗布する。
　ＳＴＥＰ３：第１の樹脂をダム（枠体２１）内部を充填するように注入する。
　ＳＴＥＰ４：第１の樹脂上に第２の樹脂を注入する。
　ＳＴＥＰ５：続いて、樹脂の硬化処理を行う。電気炉により熱処理を行い、ダム樹脂（枠体樹脂）、第１の樹脂及び第２の樹脂を同時に硬化して、枠体２１、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂからなる封止部２３を形成する。すなわち、ＳＴＥＰ２，３においては樹脂の注入のみ行い硬化は行わない。以上の工程により、発光装置１１が製造される。
　なお、ＳＴＥＰ５の硬化処理は、枠体樹脂が硬化して、中心軸ＣＸに関して内側に傾斜した（傾斜軸ＡＴ）枠体２１が形成されるように実行されることが好ましい。あるいは、ＳＴＥＰ２において、塗布された枠体樹脂に熱処理を行って硬化させてもよい。この場合、枠体樹脂が内側に傾斜して硬化するように熱処理を行うことが好ましい。このように、枠体樹脂が内側に傾斜した形状とすることで、枠体２１の内側面で反射した光が発光装置１１から迷光として出光することを防ぐことができる。
（メカニズム）
　次に、図６を参照して、第１の樹脂上に注入された第２の樹脂が扁球体となるメカニズムについて説明する。図６は、枠体２１中に注入された第１の樹脂及び第２の樹脂の状態変化を模式的に示している。
　第２の樹脂は第１の樹脂よりも高い粘性又は高凝集性を有する。第１の樹脂上に注入された第２の樹脂は、第１の樹脂中を変形しつつ移動し（図中、矢印）、セルフアライメントによって中心部において安定化する（図中、実線）。また、この際、第２の樹脂及び第１の樹脂の全体の表面は、内部エネルギが最小となるように、扁平した球体面となる。また、第１の樹脂及び第２の樹脂の表面は一体化して共通の扁球体面をなす。
　従って、発光素子と光学要素との位置ずれ及び光軸ずれが抑制される。また、得られる光学要素の球面精度も高い。従って、高精度の配光特性を有する発光装置が得られる。
（第１の実施形態の改変例）
　上記した第１の実施形態の発光装置１１において、第１の樹脂部２３Ａに蛍光体が添加されていてもよい。例えば、ＬＥＤ１５が青色ＬＥＤの場合、黄色蛍光体又はアンバー蛍光体などが添加されていてもよい。
　または、第２の樹脂部２３Ｂに蛍光体が添加されていてもよい。あるいは、第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの両者に蛍光体が添加されていてもよい。
　本改変例によれば、位置ずれ及び光軸ずれが抑制された高精度の配光特性が得られることに加え、色むらが抑制された発光装置が実現される。
［第２の実施形態］
　図７は、第２の実施形態の発光装置４１の中心軸を含む面における断面を模式的に示す断面図である。
　発光装置４１の封止部２３が第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂを有している点は上記した第１の実施形態の発光装置１１と同様である。第１の樹脂部２３Ａ及び第２の樹脂部２３Ｂの界面は凹状の扁球体ＥＳの表面である。
　第２の実施形態においては、１つのＬＥＤ１５が発光装置４１の中心Ｏに配置されている。また、ＬＥＤ１５の上面（すなわち、光出射面）上には蛍光体プレート３２が載置されている。
　上記したように、本実施形態においても位置ずれ及び光軸ずれが抑制された高精度の配光特性が得られる。また、蛍光体を用いた場合でも色むらが抑制された発光装置が実現される。
［第３の実施形態］
　図８は、第３の実施形態の発光装置４５の中心軸を含む面における断面を模式的に示す断面図である。
　第３の実施形態においては、１つのＬＥＤ１５が発光装置４１の中心Ｏに配置されている。また、ＬＥＤ１５を埋設するように蛍光体含有層３３が形成されている。蛍光体含有層３３は、樹脂に蛍光体粒子が含有されている。
　本実施形態においても位置ずれ及び光軸ずれが抑制された高精度の配光特性が得られる。また、蛍光体を用いた場合でも色むらが抑制された発光装置が実現される。
　なお、前述の第２の実施形態及び第３の実施形態においては、第１の樹脂部２３Ａを光反射性の樹脂とすることもできる。また、前述の第１の実施形態において各ＬＥＤ１５の上面に蛍光体プレートを配置すること、及びＬＥＤ１５を蛍光体含有層で埋設することもできる。
［第４の実施形態］
　図９Ａは、第４の実施形態の灯具５０を示す斜視図である。また、図９Ｂは、灯具５０の分解図である。灯具５０は、例えば車両用の灯具である。
　図９Ａに示すように、灯具５０は、ＬＥＤソケット（以下、単にソケットと称する。）５１に光源装置１０が実装されて構成されている。より詳細には、ソケット５１は、光源実装部５１Ａ、灯具５０を車両等に装着するためのバヨネットからなる装着部５１Ｂ、フランジ５１Ｃ及び放熱フィン５１Ｄを有する。
　図９Ｂを参照して灯具５０の構成について以下に説明する。灯具５０のソケット５１は、ソケット本体部５１Ｍ、ヒートシンク５２及び端子ベース５３が一体成形（インサート成形）されて構成されている。端子ベース５３は光源装置１０に電気的に接続されている。
　光源装置１０は、熱伝導グリース５４を介してヒートシンク５２上に実装されている。ソケット５１にはＯリング５５を介してカバーなどが取り付けられるようになっている。
　本実施形態の灯具５０は、光軸ずれが抑制された高精度の配光特性を有している。また、本実施形態によれば高精度で長寿命の灯具が提供される。
　以上、詳細に説明したように、発光素子と光学要素との位置ずれ及び光軸ずれが抑制され、高精度の配光特性を有する発光装置、光源装置及び灯具が提供される。また、温度変化に対しても封止部及びレンズの密着性が高く、高精度で長寿命の発光装置、光源装置及び灯具が提供される。
　１０：光源装置、１１，４１，４５：発光装置、１２：基板、１３：回路配線、１４：接合層、１５：発光素子、１７：ボンディングワイヤ、１８：電子部品、２１：枠体、２３：封止部、２３Ａ：第１の樹脂部、２３Ｂ：第２の樹脂部、５０：灯具、５１：ソケット、ＣＸ：中心軸、ＥＳ１～ＥＳ３：第１～第３の扁球体
 
 

Claims (17)

  1. 　回路配線を有する基板と、
    　前記基板上に実装された半導体発光素子と、
    　前記半導体発光素子を囲むように前記基板上に円環状又は長円環状に立設された枠体と、
    　前記枠体の内壁、前記枠体の内側の前記基板の上面及び前記半導体発光素子を封止する封止部と、を備え、
    　前記封止部は、前記枠体の中心軸を回転軸とする少なくとも１つの回転面からなる凹状の表面を有する第１の樹脂部と、前記第１の樹脂部の前記凹状の表面を覆って設けられるとともに、凸状の外表面を有する第２の樹脂部と、を有し、
    　前記封止部は、前記第１の樹脂部の外表面と、前記第２の樹脂部の前記外表面とが一体化した外表面を有する、発光装置。
  2. 　前記凹状の表面は、前記枠体の中心軸と同軸の少なくとも１つの扁球体面又は楕円体面からなる、請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記封止部の前記外表面は、前記第１の樹脂部の外表面と、前記第２の樹脂部の前記外表面とが一体化して共通の扁球体面又は楕円体面をなしている、請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 　前記枠体は内側に傾斜するように立設されている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 　前記第１の樹脂部は前記枠体の頂部を覆って形成され、前記封止部の前記外表面における前記第１の樹脂部及び前記第２の樹脂部の境界線は、前記枠体の前記頂部の上方で、かつ前記枠体の外周縁より内側にある、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 　前記第２の樹脂部の前記外表面の曲率は、前記第１の樹脂部の前記凹状の表面の曲率よりも大なる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 　前記第１の樹脂部及び前記第２の樹脂部は同種の樹脂により形成され、前記第２の樹脂部の樹脂は前記第１の樹脂部の樹脂よりも高粘度である、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 　前記第２の樹脂部はナノシリカのフィラーが添加されている、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 　前記基板上に複数の半導体発光素子が前記枠体の中心軸に関して回転対称位置に配されている、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 　請求項１ないし９のいずれか一項に記載の発光装置を備えた光源装置であって、
    　前記基板は、前記発光装置の外部に前記半導体発光素子に接続された基板回路と、前記基板上に載置され、前記基板回路上に実装された電子部品と、を有する光源装置。
  11. 　請求項１０に記載の光源装置と、
    　前記光源装置が取り付けられ、前記光源装置に電気的に接続された端子を有するソケットと、を有する灯具。
  12. 　（ａ）回路配線を有する基板上に半導体発光素子を実装するステップと、
    　（ｂ）前記半導体発光素子を囲むように前記基板上に円環状又は長円環状に枠体樹脂を塗布するステップと、
    　（ｃ）前記枠体樹脂の内壁、前記枠体樹脂の内側の前記基板の上面及び前記半導体発光素子を封止する封止部を形成するステップと、を有し、
    　前記封止部を形成するステップ（ｃ）は、
    　（ｃ１）前記枠体樹脂の内側に第１の樹脂を注入するステップと、
    　（ｃ２）前記第１の樹脂上に前記第１の樹脂よりも高粘度の第２の樹脂を注入するステップと、
    　（ｃ３）前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂を同時に硬化させる樹脂硬化を行って、前記枠体樹脂の中心軸を回転軸とする少なくとも１つの回転面からなる凹状の表面を有する第１の樹脂部と、前記第１の樹脂部の前記凹状の表面を覆い、凸状の外表面を有する第２の樹脂部とを形成するステップと、を有する発光装置の製造方法。
  13. 　前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂を同時に硬化させる前記樹脂硬化を行うステップ（ｃ３）は、塗布された前記枠体樹脂を硬化させるように実行される、請求項１２に記載の発光装置の製造方法。
  14. 　前記樹脂硬化を行うステップ（ｃ３）は、前記枠体樹脂が内側に傾斜して硬化するように実行される、請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
  15. 　前記枠体樹脂を塗布するステップ（ｂ）は、塗布された前記枠体樹脂の硬化を行うステップ（ｂ１）を含む、請求項１４に記載の発光装置の製造方法。
  16. 　前記塗布された前記枠体樹脂の硬化を行うステップ（ｂ１）は、前記枠体樹脂が内側に傾斜して硬化するように実行される、請求項１５に記載の発光装置の製造方法。
  17. 　前記封止部の前記外表面は、前記第１の樹脂部の外表面と前記第２の樹脂部の前記外表面とが一体化して共通の扁球体面又は楕円体面をなしている、請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
     
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