(57)【要約】【課題】発光素子の外囲器について複雑な製造工程を追加することなく放射角を制御可能にする。【解決手段】パッケージ２０における凹部２１の中央に、凹部２１の深さよりも高く、側壁に反射面を備えた凸部２３を配置し、凹部２１に発光素子１、凸部２３を覆うように凸部２３から粘性を有する透明材料３０を注入する。これにより、透明材料３０が盛り上がったレンズ状に形成されるので、放射角を変更することが可能となる。そして、この凸部２３の反射面の角度や高さを調節することにより、透明材料３０によるレンズの形状が変わるので、簡単に放射角を制御することができる。また、透明材料３０は、製造工程において凸部２３に粘性で付着しつつ注入され、レンズ形状を形成しながら凹部２１内に留まるので、透明材料３０を凹部２１に注入する工程を１回で済ますことが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁に反射面を備えた凹部と、
凹部の中央に配置され、凹部の深さよりも高く、側壁に反射面を備えた凸部と、
凹部内で凸部の周囲に配置された発光素子と、
凹部に発光素子、凸部を覆うように凸部から注入された粘性を有する透明材料と、
を有することを特徴とする発光素子の外囲器。
【請求項２】
前記凸部は、上部に平坦面を有することを特徴とする請求項１記載の発光素子の外囲器。
【請求項３】
前記凸部は、円錐台状又は円柱状であることを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子の外囲器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子が発した光を外部へ放射するようにした発光素子の外囲器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED）等の発光素子には、光を外部へ効率的に放射するために外囲器（パッケージ）が必要である。その一例として、大型ＳＭＤ(Surface Mount Device)外囲器がある。
【０００３】
このような外囲器としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。図８の斜視図および図９の断面図に示すように、従来の外囲器は、パッケージ２０に内壁が傾斜した凹部２１を備え、凹部２１の底面に金属製のカソード側のリードフレーム１１とアノード側のリードフレーム１２が別々に配置される。
【０００４】
発光素子１の下端の電極はリードフレーム１１に銀ペースト等の導電性材料で接続され、発光素子１の上端の電極はワイヤ３を通じてリードフレーム１２に接続される。凹部２１は、内壁に完全拡散反射に近い状態で発光素子１からの光を反射する反射面を備え、パッケージ２０は、このような反射が可能となるように白色のポリフタルアミド樹脂で形成される。
【０００５】
この凹部２１には、上面の開口部から透明材料３０が液体の状態で注入され、その後、加温され硬化される。透明材料３０としては、例えば透光性のエポキシ樹脂が用いられる。透明材料の表面は重力が均等にかかるのでほぼ平坦となる。
【０００６】
このような構成により、同図の外囲器は、発光素子１が発した直接光およびこの直接光が凹部２１の反射面で反射した反射光を透明材料３０を介して外部へ放射する。図１０は、上記構成の外囲器における放射パターンを示す図である。同図に示すように、その放射角（半値全角）θは１１０°と比較的広くなっている。
【０００７】
また、白色を含めた混色を実現するために、図１１の斜視図に示すように、異なる色の複数の発光素子を外囲器に搭載することもある。同図では、ＲＢＧ三色の発光素子１ａ，１ｂ，１ｃの下端の電極が、それぞれ別個のカソード側のリードフレーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に銀ペーストもしくは共晶半田で接続される。そして、発光素子１ａ，１ｂ，１ｃの上端の電極は、それぞれに対応するワイヤ３ａ，３ｂ，３ｃを通じて共通のアノード側のリードフレーム１２に接続される。この場合も、凹部２１に注入された透明材料３０の表面はほぼ平坦となる。
【特許文献１】特開２００３−１６３３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記各構成の外囲器では、放射角を広くしたり狭くする必要があるときに、放射角を制御することができないという問題がある。また、放射角を制御可能な外囲器を製造する際には、複雑な製造工程を追加することなく、低コストで製造可能とすることが望ましい。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、発光素子の外囲器について複雑な製造工程を追加することなく放射角を制御可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光素子の外囲器は、内壁に反射面を備えた凹部と、凹部の中央に配置され、凹部の深さよりも高く、側壁に反射面を備えた凸部と、凹部内で凸部の周囲に配置された発光素子と、凹部に発光素子、凸部を覆うように凸部から注入された粘性を有する透明材料と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、凹部の中央に、凹部の深さよりも高く、側壁に反射面を備えた凸部を配置し、凹部に発光素子、凸部を覆うように凸部から粘性を有する透明材料を注入したことで、透明材料が盛り上がったレンズ状に形成されるので、放射角を変更することが可能となる。そして、この凸部の反射面の角度や高さを調節することにより、透明材料によるレンズの形状が変わるので、簡単に放射角を制御することができる。また、透明材料は、製造工程において凸部に粘性で付着しつつ注入され、レンズ形状を形成しながら凹部内に留まるので、透明材料を凹部に注入する工程を１回で済ますことが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光素子の外囲器によれば、複雑な製造工程を追加することなく放射角を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、一実施の形態における発光素子の外囲器の構成を示す斜視図であり、図２はその断面図である。本外囲器は、枠構造のパッケージ２０に、内壁が反射面となる凹部２１を備える。パッケージ２０は、凹部２１の反射面が受けた光を完全拡散反射に近い状態で反射するように、白色のＰＰＡ（ポリフタルアミド）樹脂で形成される。この凹部２１のの中央には、凹部２１の深さよりも高く、側壁に反射面を備えた凸部２３が配置される。凸部２３は、上部が平坦にカットされた円錐台状である。凸部２３は、金型を用いたインジェクションモールドにより凹部２１の底面に１回の工程で形成される。
【００１４】
凹部２１の底面には、金属製のカソード側のリードフレーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…と、アノード側のリードフレーム１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…がそれぞれリング状に配置される。これらリードフレーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、対応するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等による発光素子１ａ，１ｂ，１ｃ…（以下総称して「発光素子１」という）の下端の電極が銀ペーストあるいは共晶半田によりそれぞれ接続される。各発光素子１は、すべて同色としてもよいし、白色を含む混色を実現するために異色としてもよい。各発光素子１の上端の電極は、それぞれに対応するワイヤ３ａ，３ｂ，３ｃ…を介して対応するリードフレーム１２ａ，１２ｂ，１２ｃに接続される。
【００１５】
凹部２１には、発光素子１、凸部２３を覆うように凸部２３から粘性を有する透明材料３０が液体の状態で注入される。透明材料３０としては、例えばエポキシ樹脂を用いる。透明材料３０の注入に際しては、透明材料３０を凸部２３の上部から注入し、その粘性で凸部２３に付着させるようにする。本実施形態では、凸部２３の上部は平坦面となっているので、この平坦面で透明材料３０が受け止められ、透明材料３０が粘性によって凸部２３から徐々に凹部２１に流れて留まるようになり、透明材料３０を盛り上がったレンズ状に形成することが可能となっている。この際、透明材料３０が凹部２１の外にこぼれることがないように、透明材料の注入量を適正に設定しておく。そして、透明材料３０の粘性によりレンズ形状が維持されている間に、加熱あるいは紫外線照射を行うことで透明材料３０を硬化させる。
【００１６】
このような工程を経ることで、最終的には透明材料３０について盛り上がったレンズ形状が得られる。各発光素子１から放射された光は、凹部２１の内壁の反射面および凸部２３の側壁の反射面で拡散反射される。
【００１７】
図３は、本外囲器による放射パターンを示す図である。透明材料３０の凸状部分のレンズ効果により、従来の図１０のものと比べて狭い放射角が得られている。ただし、凸部２３で拡散反射した光の一部は、透明材料３０の側部からも放射されるので、同図の放射角パターンには、側部方向への裾がみられる。
【００１８】
本外囲器においては、凸部２３の反射面の角度や高さを調節することにより、容易に放射角を制御することが可能である。例えば、放射角をより狭くする場合には、図４の断面図に示すように、凸部２３の高さを高くしたり、凸部２３の反射面の凹部２１の底面に対する角度を急峻にする。また、放射角を広くする場合には、これとは逆に凸部２３の高さを低くしたり、凸部２３の反射面の角度を緩やかにする。このように凸部２３の形状を変えることで、透明材料３０によるレンズの形状が変わるので、放射角を制御することができる。
【００１９】
次に比較例の発光素子の外囲器について説明する。図５の斜視図に示すように、比較例の外囲器は、図８に示した従来の外囲器において、透明樹脂３０の平坦な表面の上に盛り上がったレンズ状の凸部分が別の工程で形成された構成である。この工程では、凹部２１の開口部分に逆椀状の金型を配置し、この金型に透明材料３０を注入することで、透明材料３０の平坦な表面の上にレンズ状の凸部分を追加して形成する。その他、図８と同一物には同一の符号を付す。
【００２０】
図６の放射パターンに示すように、比較例の外囲器も放射角が狭くなっている。しかし、比較例の凸部分は、透明材料３０の平坦な表面の上に違和感なく連続して接着させなければならず、このために難しい工程が増え、製造コストが増加することとなる。
【００２１】
したがって、本実施の形態によれば、パッケージ２０の凹部２１における中央に、凹部２１の深さよりも高く、側壁に反射面を備えた凸部２３を配置し、凹部２１に発光素子１、凸部２３を覆うように凸部２３から粘性を有する透明材料３０を注入したことで、透明材料３０が盛り上がったレンズ状に形成されるので、放射角を変更することが可能となる。そして、この凸部２３の反射面の角度や高さを調節することにより、透明材料３０によるレンズの形状が変わるので、簡単に放射角を制御することができる。また、透明材料３０は、製造工程において凸部２３に粘性で付着しつつ注入され、レンズ形状を形成しながら凹部２１内に留まるので、透明材料３０を凹部２１に注入する工程を１回で済ますことが可能となる。よって、複雑な製造工程を追加することなく放射角を制御することができる。
【００２２】
本実施の形態によれば、凸部２３の上部を平坦面としたことで、注入された透明材料３０がこの平坦面で受け止められ、透明材料３０が粘性によって凸部２３から徐々に凹部２１に流れて留まるようになるので、透明材料３０を確実に盛り上がったレンズ状に形成することができる。
【００２３】
本実施の形態によれば、凸部２３を円錐台状のような単純な形状としたことで、金型を用いたインジェクションモールドにより凹部２１の底面に凸部２３を１回の工程で形成でき、複雑な工程を経ることなく凸部２３を形成することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、凸部２３を円錐台状としたが、これに限られるものではない。例えば、図７の斜視図に示すように、凸部２４を円柱状としてもよい。このように、凸部２４を円柱状とした場合も、上部は平坦面であるので、注入された透明材料３０を受け止めることができ、透明材料を確実に盛り上がったレンズ状に形成することができる。また、円柱状のような単純な形状としたことで、金型を用いたインジェクションモールドにより凹部２１の底面に凸部２４を１回の工程で形成でき、複雑な工程を経ることなく、凸部２４を形成することができる。なお、図７において、図１と同一物には同一の符号を付すものとし、重複した説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施の形態における発光素子の外囲器の構成を示す斜視図である。
【図２】上記発光素子の外囲器の構成を示す断面図である。
【図３】上記発光素子の外囲器の放射パターンを示す図である。
【図４】上記発光素子の外囲器における放射角の制御方法を説明するための断面図である。
【図５】比較例の発光素子の外囲器の構成を示す斜視図である。
【図６】比較例の発光素子の外囲器の放射パターンを示す図である。
【図７】別の実施の形態における発光素子の外囲器の構成を示す斜視図である。
【図８】従来の発光素子の外囲器の構成を示す斜視図である。
【図９】従来の発光素子の外囲器の構成を示す断面図である。
【図１０】従来の発光素子の外囲器の放射パターンを示す図である。
【図１１】従来の複数の発光素子を搭載した外囲器の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…発光素子
２，２ａ，２ｂ，２ｃ…電極
３，３ａ，３ｂ，３ｃ…ワイヤ
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…リードフレーム
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…リードフレーム
２０…パッケージ
２１…凹部，２３，２４…凸部
３０…透明材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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