(57)【要約】【課題】パッケージと封止材との間の剥離を抑制しつつ、生産性が向上した発光装置を提供すること。【解決手段】発光素子を凹部内に収容するパッケージにおいて、凹部内に壁部と、柱状部と、壁部と柱状部で取り囲まれた溝部を設け、凹部内に充填される封止材が、壁部と柱状部側面とが接続された接続部を介して溝内に充填されるようにした。【選択図】図１
2010034395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子に給電する一対のリードを有する電極と、
前記電極の一部が表出するよう凹部を有し、前記凹部内に前記発光素子が配置される搭載面と、前記搭載面の法線方向を光軸としてその外部に光放射するよう開口部を有するパッケージと、を備え、その前記凹部内に封止材が充填される発光装置において、
前記凹部は、
前記搭載面と接続し、前記発光素子の周囲を取り囲み、前記発光素子から放出された光を前記光軸方向に反射する反射面と、
前記反射面から前記開口部にわたって延びる柱状部と、
前記反射面から前記開口部に向かい、前記光軸と略平行な方向に延出し、前記光軸を取り囲むよう形成され、前記柱状部の側面に接続され形成される壁部と、
前記壁部と前記柱状部の側面とで取り囲まれることでその少なくとも一部が構成される溝部と、を有し、
前記封止材は前記柱状部と前記壁部との接続部を介して充填され、前記溝部と前記壁部とを埋設する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記凹部における深さ方向において、
前記開口部における前記封止材と前記パッケージとで形成された界面の境界線からなる外周部は、前記開口部方向に向かい前記反射面を延長した仮想面よりも突出しないことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記壁部において前記溝部を構成する内壁面は、前記光軸と平行に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記柱状部と前記壁部の接続する部位において、前記壁部は周囲の壁部よりも低く形成されていることを特徴とする請求項２乃至３いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記柱状部は、前記発光素子から離れるほどその断面が狭くなるよう、前記壁部と接続した側面が傾斜していることを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記凹部内における前記反射面で囲まれた領域に前記封止材を充填し、前記壁部と前記柱状部側面の接続部に前記封止材の流路を形成することで前記凹部内を前記封止材で満たすことを特徴とする請求項１乃至５いずれか発光装置の封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関し、特に耐久性に優れた高信頼性の発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子を用いた発光装置には、発光素子を搭載し汎用性を向上させると共に、外場から発光素子を保護するパッケージを備えるものが広く知られている。パッケージは一般に、その発光面側に凹部からなる素子搭載部が形成され、この凹部内の底面に発光素子が搭載され、凹部内を透光性の樹脂、無機部材などの封止材で充填することにより、全体が構成される。
【０００３】
パッケージ材料としては、その成形加工の容易性や耐熱・耐光性からナイロン系樹脂が好適に用いることが出来、所望の特性値を付与するためパッケージ樹脂には無機フィラーや添加物が添加される。
一方で封止材は、有機材料としてはエポキシやシリコーン系樹脂（シリコーン、これらの変性樹脂（エポキシ変性シリコーン、エポキシ基含有シリコーン）など）が、無機材料としては高融点の溶解ガラスや低融点のゾルゲルガラスが、それぞれ好適に用いられている。
【０００４】
近年の発光素子の高出力化に伴い、封止材として高融点ガラスが着目されているが、ガラスはその成形上の問題から、歩留まりが低下しコストが向上してしまい、さらにはリフレクタやパッケージなどの構成部品とは別体に成形されるため、所望形状の発光装置を形成しにくく汎用性が樹脂パッケージの場合に比べ低下し易い、などの問題がある。このため低コストで歩留まり良く成形できる生産性の高い有機封止材を用いた、高信頼性を備えた発光素子の開発が望まれている。
【０００５】
高信頼性の有機封止材を用いた発光装置として、封止材にシリコーン系樹脂を用いることが広く知られている。シリコーンは、エポキシ等の他樹脂封止材で問題となる、黄変（または黒変）による光透過率の低下の問題を改善できるからである。この問題は、発光素子の高光出力化に伴い封止材への光照射強度が増加したことと、家庭用など一般照明に用いられる際に高照度の光を得るため、発光装置に印加する電圧・電流値が増加したことによる発熱量の増加によるものと考えられている。
またシリコーン系樹脂を用いた際に問題であった、線膨張係数が比較的大きいことによる、パッケージからの剥がれの問題を、パッケージ凹部に壁部を設けることで防止する技術も開示されている。これによれば封止材とパッケージの接着面積が拡大する他、その壁形状によるアンカー効果も期待でき、信頼性は飛躍的に向上するものと考えられる。
【特許文献１】特表２００６−５１６８１６号公報
【特許文献２】特開２００８−０４１９１７号公報
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１、２においては、封止材をシリコーン系樹脂とした利点の１つである低コストで歩留まり良く成形できる等の生産性が考慮されていない。凹部内に壁を設けたのみではその構造が複雑化してしまい、封止材充填時に空気が封入されるためである。空気が封入されると封止材の剥がれの原因となりやすく、また発光素子から放射される光の散乱などの問題が生じやすいため、不良品となってしまう。
特許文献２の図３Ａには、空気封入を防止するため壁部に浅い溝を形成し、充填時の封止材の流れを改善するという技術も開示されている。しかし、溝が形成されることで壁が低くなりアンカー効果が弱まってしまう。また熱膨張（または収縮）時の封止材の伸縮方向におけるパッケージとの接触面積も減少し、さらにはこのパッケージとの接触面において、接着強度に寄与しない段差（角部）、即ち剥がれの起点となりうる角部が凹部内に表出することとなり、目的である信頼性が逆に損なわれてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、シリコーンなどの膨張係数の大きい封止材を用いた際の、パッケージからの剥離を防止するため凹部内に壁部を設けた発光装置において、そのパッケージと封止材との接触面積を確保しつつ、生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の発光装置は、発光素子と、前記発光素子に給電する一対のリードを有する電極と、前記電極の一部が表出するよう凹部を有し、前記凹部内に前記発光素子が配置される搭載面と、前記搭載面の法線方向を光軸としてその外部に光放射するよう開口部を有するパッケージと、を備え、その前記凹部内に封止材が充填される発光装置において、
前記凹部は、前記搭載面と接続し、前記発光素子の周囲を取り囲み、前記発光素子から放出された光を前記光軸方向に反射する反射面と、前記反射面から前記開口部にわたって延びる柱状部と、前記反射面から前記開口部に向かい、前記光軸と略平行な方向に延出し、前記光軸を取り囲むよう形成され、前記柱状部の側面に接続され形成される壁部と、前記壁部と前記柱状部の側面とで取り囲まれることでその少なくとも一部が構成される溝部と、を有し、前記封止材は前記柱状部と前記壁部との接続部を介して充填され、前記溝部と前記壁部とを埋設することを特徴とする。
【０００９】
このような発光装置によれば、凹部内に封止材を充填する際、壁部上端で表面張力により封止材が這い上がらなくなるため、柱状部と壁部との間で封止材が這い上がる高さに差が生じ、表面張力による平衡状態が崩れた際にこの部位、即ち、壁部と柱状部側面とが接続している接続部を介して封止材が溝部に流れ込むこととなる。この結果、気泡の形成されやすいエッジ部分（隅部）から封止材を供給できることとなり、気泡の元となる空気を押出す（排除）ことが出来る。
また封止材の熱収縮時には壁部に負荷が働くが、壁部と接続した柱状部が、リブの働きをし、壁部を保護することが出来る。さらに柱状部を反射面から開口部にわたって延ばしたことで、反射面を実質延長し拡大することが出来る。このため従来の単に壁部、溝部を設けた技術に対し、パッケージと封止材との接触面積を確保しつつ、熱に対する信頼性を低下させること無く、発光素子から発せられた光の利用効率、即ち光取出し効率を向上させることが出来る。
【００１０】
そして第１の発光装置において、前記凹部における深さ方向に対し、前記開口部における前記封止材と前記パッケージとで形成される界面の境界線からなる外周部を、前記開口部方向に向かい前記反射面を延長した仮想面よりも低い位置に形成していることを次の特徴とする。
このように外周部を設定、即ち凹部の深さと反射面の角度を規定することで、外周部を起点とした封止材の剥離を防止することが出来る。ここで反射面の角度とは実装面に対する反射面の傾斜角度である。
【００１１】
また、前記壁部において前記溝部を構成する内壁面を前記光軸と平行に形成しても良く、前記柱状部を前記発光素子から離れるほどその断面が狭くなるよう、前記壁部と接続した側面が傾斜していても良い。
壁部または柱状部をこのような形状とすることで、封止材の伸縮方向に対する楔となり、封止材とパッケージとの間がより強固に接合、固定される。このためシリコーンなどの熱膨張係数が大きい封止材であっても、剥離などの問題を限りなく低減出来る。
【００１２】
さらに、前記柱状部と前記壁部の接続する部位において、前記壁部は周囲の壁部よりも短く形成することができる。
ここで、「低く」とは周囲の壁部と比較した際に、その壁部の延出方向における大きさ（高さ）が小さいことを示し、延出していない状態、即ち壁部が存在しない状態は除かれる。これは熱による封止材の伸縮時に、この壁部が欠落した部位が起点となりパッケージから剥がれることで、この剥がれが壁部にまで及んで拡大し、全体が剥がれてしまうなどの問題となりうるためである。
このため、接続部付近にも壁部を設けることで、上記の剥離を効果的に防止出来る。さらには接続部付近の壁部を低く形成することで、封止材充填時に封止材の流路がこの部位により形成されやすくなり、気泡の発生しやすいエッジ部分（隅部）に対し効果的に封止材を供給出来る。これによりエッジ部分の空気が押出され、気泡の形成を防止することが出来る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、封止材とパッケージとの接触面積を確保しつつ、封止材充填時に表面張力を利用し溝部内に封止材をスムーズに充填することが出来、生産性がより向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施例により、本発明を実施するための最良の形態を開示する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の発光装置１０の全体を示した斜視図であって、２０はパッケージ、３０は電極であり３０１と３０２の一対のリードからなり、パッケージ２０の側面から引出され、底面側に折り曲げられている。パッケージ２０にはその開口部が発光面となる凹部５０が設けられ、この内部には図示しない封止材４０が充填されている。
図２は発光素子１０の平面図（図２Ａ）と、平面図においてＡ−Ａで表した部分の断面図（図２Ｂ）である。凹部５０の底面には一対のリード３０１、３０２が表出しており、該リード上には発光素子であるＬＥＤ６０が配置されている。凹部内面（側面）は反射面５０５としてＬＥＤ６０を取り囲んでおり、ＬＥＤ６０からの放出光を、凹部５０底面に対し垂直な方向、即ちＬＥＤの光軸方向へ反射する（以後、凹部５０の底面であるＬＥＤ６０実装面に対し垂直な軸をＬＥＤ光軸、または単に光軸と表記する。）。
反射面５０５の光軸方向側（上側）には、反射面と連続しパッケージ２０の上面まで延びる２つの柱状部５０３と、凹部５０内において互いの柱状部５０３の間を結び、柱状部５０３の側面に連結することで、柱状部５０３を除く全周を取り囲むよう形成された、光軸方向に突出する壁部５０１と、該壁部５０１と一対となる溝部５０２とが形成される。
【００１６】
封止材４０としては、透光性を有するシリコーンが用いられている。封止材４０にはＬＥＤ光を拡散するための拡散材と、ＬＥＤ光により励起されることで発光する蛍光体と、が添加されている。
パッケージ２０にはナイロンが用いられており、フィラーを添加することでＬＥＤ光のリフレクタとして機能する白色のパッケージ２０として形成されている。ナイロン材としては、６Ｔナイロンや９Ｔナイロンなどの公知のものを用いることが出来る。またパッケージ２０の形状により封止材４０の剥がれを防止する構造であるため、材質もナイロンには限らず、その成形性に応じさまざまなものを適用することが出来る。しかしながら封止材４０であるシリコーンとの接着力など考慮すると、ナイロンが好ましい。
本実施例において、発光素子は青色ＬＥＤであるが、発光色は青に限られるものではない。しかし紫外から青色などの発光波長の短い発光素子を用いた場合には封止材４０の光による劣化が顕著になり、その封止材４０中における分子間結合が変化、変質することで封止材４０が伸縮してしまうことからも、本発明は紫外〜青色を発光する発光素子において、その伸縮を阻害する効果が特に得られるため、好適に用いることが出来るといえる。
【００１７】
図２Ａにおいて、開口部の外形（封止材４０とパッケージ２０との間の界面が開口部に表出している部分、境界線の形状）は、開口部の中心方向に突出したコの字状の柱状部５０３を左右に有し、これを挟むよう、半円が上下に配置された、開口部の中心に対し点対称な形状で形成される。このような対称な形状、即ち平面視において発光素子６０を中心点とした点対称形状にすることで、発光装置１０から放出される光の配光性が制御しやすい他、封止材４０の熱伸縮時に応力が分散しやすく、信頼性が向上する。
【００１８】
図２Ｂに示したよう、この開口部の外形を構成する境界線（図中において黒三角：▲で示した）は、光軸方向である凹部５０の深さ方向において、反射面５０５にそって延長した仮想面（図中において点線で示した仮想線）から、凹部５０内側の領域に突出しないよう配置されている。反射面５０５近傍において、封止材４０は、反射面５０５に沿って膨張、伸縮する。このため伸縮方向である反射面と平行で、反射面を延長した先に境界線が配置されると、境界線を構成する封止材４０とパッケージ２０との界面に応力が集中することとなり、該境界線を起点として剥離が生じてしまうからである。そこで境界線を上記仮想面から外れた部位に配置する必要がある。さらに本実施例の様、仮想面から突出しないようにした場合は、相対的に反射面５０５の面積を広くすることが出来、また壁部５０１、溝部５０２を開口部付近に設けることが可能となる。
【００１９】
柱状部５０３は、反射面５０５と連続し面一とされているため、その凹部５０内側の面も柱状反射面５０３ａとして機能する。このため引用文献に開示の発光装置に比べ、反射面積を広くとることができ、光取出しの観点からも好ましい。
【００２０】
壁部５０１は、その全体が、柱状部５０３よりも低く形成されており、封止材中に埋設している。壁部５０１の内、反射面５０５と反対側の面、即ち溝部５０２を構成するＬＥＤ側の面として、ＬＥＤ光軸と略平行な内壁面５０１ａを有する。該内壁面５０１ａにより、光軸と垂直な方向に対する封止材４０の伸縮を効果的に防止できる。
【００２１】
壁部５０１は、柱状部の側面５０３ｂと接続することで柱状部５０３と一体とされており、柱状部５０３は壁部５０１よりも高く形成されている。このように形成することで、封止材４０を凹部５０内に充填する際、空気などが封入されること無く、高い生産性を実現することが出来る。図３に充填時の封止材４０の動きの概略図を示す。尚、図中の矢印は封止材４０の動きを示したものである。
【００２２】
まず封止材４０を充填する際、封止材４０は反射面５０５の表面を伝い、ＬＥＤ光軸方向にその樹脂界面ｍが上がっていく（図３Ａ）。壁部５０１の上端にまで界面ｍが達すると、壁部５０１の上端との間で表面張力が働き、その界面は壁面５０１を這い上がらなくなる（ｍ１）。一方、柱状反射面５０３ａに到達した界面ｍはそのまま柱状反射面５０３ａを這い上がり（ｍ２）、界面ｍ１・ｍ２間に界面の段差が生じる（図３Ｂ）。このまま封止材４０を充填し続けると、界面ｍ１・ｍ２間の表面張力の平衡状態が崩れ、ｍ１・ｍ２間がなだらかな曲面で接続されることで、壁面５０１の上端と柱状部側面５０３ｂとの接続部位に封止材４０が流れ込む流路Ｌが形成される。これにより封止材４０が、壁面を伝い溝部５０２内のすみずみにまで供給されることとなり、凹部５０内の角・エッジ部分などの比較的空気が封入されやすい部位へも効率良く供給出来る。このため不良品が形成されることなく生産性も低下せずに、信頼性の高い発光装置１０を製造することができる。
【００２３】
表面張力を利用して流路Ｌを形成するため、反射面５０５と壁部５０１とが接続される壁部５０１の上端は、なだらかな曲面ではなくその傾きが不連続となるよう形成することが望ましく、例えば略９０°の角部を有するよう形成することができる。このように形成することで、界面ｍ１・ｍ２間の段差が十分に形成される前に、界面ｍ１が壁部５０１上端を這い上がり溝部５０２に流入してしまい、流路Ｌが形成されないことによる空気封入などの上記の不具合を抑止できる。
【００２４】
本図においては柱状部側面５０３ｂと壁部５０１との接続部分における壁部５０１の高さは、その周囲の壁部の高さと同じとされている。しかし、より効率良く溝部５０２内に封止材を供給するため、この接続部の壁部５０１を周囲より低く形成することが出来る。このように形成することで、壁部５０１の上端がなだらかであっても、周囲の壁部５０１の上端から封止材が流入する前に、接続部付近に流路Ｌを形成することが出来る。このため周囲の壁部５０１から流入した封止材が、溝部５０２内のエッジ部分（隅部）に到達して空気を封入してしまう前に、エッジ部分から封止材を供給でき、気泡の形成がより効果的に防止できる。
本形態は、光の取出し効率を向上させるために反射面５０５を広くした、即ち壁部５０１をより開口部側に近づけた場合等、流路Ｌを形成するための十分な界面ｍ１・ｍ２間の段差が形成出来ない場合等でも適用することが出来る。
【００２５】
また柱状反射面５０３ａは、光軸に沿って、発光素子６０から離れるほど幅狭となる台形状に形成することが好ましい。この場合、壁部５０１に対応する界面ｍ１と柱状反射面に対応する界面ｍ２との間の距離が、封止材４０が柱状反射面５０３を這い上がるにつれ広くなっていく（ＬＥＤ実装面に対し水平な方向（横方向）に広がる）。このため、ｍ１・ｍ２間で流路を形成しやすくなるからである。しかし、封止材４０とパッケージ２０との濡れ性にもよるが、ｍ１・ｍ２間の段差高さに比べ、ｍ１・ｍ２間の横方向の距離が比較的大きくなってしまうと、その封止材４０の平衡性から流路Ｌが形成され難くなってしまう。このため、柱状反射面５０３ａを台形状に形成する場合は、封止材４０とパッケージ材２０との組合せに応じ、適宜その形状を最適化することが好ましい。本実施例においては、封止材４０としてシリコーンを、パッケージ材としてナイロンを用いており、この場合の台形状反射面の底面に対する側辺部の傾斜角はおよそ４５〜８８°が好ましい。下限を４５°としたのは、上記の通り流路Ｌが形成され難くなる為である。また上限値を８８°としたのは２°程度の傾斜を設けるだけで効果的に流路Ｌが形成されやすくなるためである。
またこのような傾斜により、パッケージ成形時において、その金型からパッケージ２０を取り出しやすくなるという効果もある。金型による樹脂成形時の条件等について、本発明においても公知の技術を適用できることは当業者であれば容易に推測できることであろう。
【００２６】
上記のよう柱状部５０３は、発光素子６０から離れるほどその断面が狭くなるよう、柱状部側面５０３ｂを傾斜させることが出来る。図４に第２実施例における柱状部付近の拡大図を示す。尚、図示された壁部８０１及び柱状部８０３以外の構成は、第１実施例と同様である。
【００２７】
本実施例の柱状部８０３は、光軸と垂直な方向に対し、発光素子２０から離れるに従いその断面積が減少し狭くなるよう形成されている。言い換えれば、光軸方向から見たときに反射面側が幅広で、発光素子２０から離れるに従い幅狭となる台形状の柱状部とされている。封止材４０の伸縮方向は、熱の主発生源である発光素子２０を中心に生じる。このため発光素子２０側が幅広の台形状としていることで、封止材４０の収縮時にパッケージ２０によって楔状に保持することが可能となる。このため信頼性が飛躍的に向上する。
【００２８】
また本実施例においては、前述の封止材４０の流路Ｌが再現性良く形成出来るよう、壁部８０１と柱状部側面８０３ｂとの接合部位８０１ｂが、周囲の壁部８０１ａに比べて低く形成されている。このように本実施例の形態においても、前述の実施例で開示した構造を適用して良いことは明らかである。
このような構成によれば、壁部８０１における柱状部側面８０３ｂとの接合部位８０１ｂを除いた周辺領域を開口部近傍にまで伸ばして配置することができるようになる。このため反射面５０５をより広くでき、光取り出し効率が向上する。しかし、このような場合であっても、壁部８０１は、その全体が封止材４０により埋設されていることが好ましい。凹部５０内における反射面５０５側の領域と溝部５０２との間をつなぐ封止材４０の断面積が減少し、断裂や、アンカー効果の低下が問題となるためである。
【００２９】
本実施例においてはコの字状の切欠を設けた壁部８０１を開示したが、このような形状ではなく、三角状の切欠、半円状の切欠など、その作用効果が得られる範囲であれば、どのような形状でも良いことは当業者であれば容易に相当出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の発光装置は、ダウンライトや自動車用前照灯のような高光出力が求められる発光装置、さらには使用環境が過酷となる室外等で長期間用いられる車両用照明など高信頼性が求められる発光装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施例の発光装置の斜視図。
【図２Ａ】図２Ａは第１実施例の発光装置の平面図。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２ＡにおけるＡ−Ａ断面図。
【図３Ａ】第１実施例における封止材充填時の封止材の動きを示した概略図。
【図３Ｂ】第１実施例における封止材充填時の封止材の動きを示した概略図。
【図３Ｃ】第１実施例における封止材充填時の封止材の動きを示した概略図。
【図４】第２実施例の発光装置の部分拡大図。
【符号の説明】
【００３２】
１０    発光装置
２０    パッケージ
３０    電極
４０    封止材
５０    凹部
５０１  壁部
５０２  溝部
５０３  柱状部
５０５  反射面
６０    発光素子
【図１】
2010034395.tif 000003
【図２Ａ】
2010034395.tif 000004
【図２Ｂ】
2010034395.tif 000005
【図３Ａ】
2010034395.tif 000006
【図３Ｂ】
2010034395.tif 000007
【図３Ｃ】
2010034395.tif 000008
【図４】
2010034395.tif 000009