(57)【要約】【課題】放射光強度を向上させるとともに、放射光の強度むらや色むらを低減させた発光装置を提供すること。【解決手段】基体２と、基体２上に搭載された発光素子４と、基体２側に配置された第１の反射面６および外部側に配置された第２の反射面８を有する反射部材３と、発光素子４から放出された光の波長を変換する蛍光体が含まれており、反射部材３の内側に設けられているとともに、第２の反射面８より下方に位置する発光面７を有する透光性部材５とを備えている。【選択図】図１
2006203262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
該基体上に搭載された発光素子と、
前記基体上に配置されているとともに前記発光素子を囲み、前記基体側に配置された第１の反射面および外部側に配置された第２の反射面を有する反射部材と、
前記発光素子から放出された光の波長を変換する蛍光体が含まれており、前記反射部材の内側に設けられているとともに、前記第２の反射面より下方に位置する発光面を有する透光性部材とを備えた発光装置。
【請求項２】
前記第１の反射面の第１の傾斜角度と前記第２の反射面の第２の傾斜角度とが異なる請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子が、窒化物半導体からなる発光ダイオードである請求項１または請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体が、前記発光素子から放出された光により励起されて、青色，赤色および緑色に発光する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記透光性部材が、前記反射部材の内側に充填された熱硬化性樹脂である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から発光される光を蛍光体で波長変換し外部に発光する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子14から発光される近紫外光や青色光等の光を赤色，緑色，青色，黄色等の光に変換する蛍光体により任意の色を発光する発光装置11を図２に示す。図２において、発光装置11は、上面の中央部に発光素子14を載置するための載置部12ａを有し、載置部12ａおよびその周辺から発光装置11の内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線等からなる配線導体（図示せず）が形成された絶縁体からなる基体12と、基体12の上面に接着固定され、上側開口が下側開口より大きい貫通孔が形成されているとともに、内周面が発光素子14から発光される光を反射する反射面とされている枠体13と、枠体13の内部に充填される、発光素子14の光を長波長変換する蛍光体（図示せず）が含有された透光性部材15と、載置部12ａに載置固定された発光素子14とから主に構成されている。
【０００３】
基体12は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る。基体12がセラミックスから成る場合、その上面に配線導体（図示せず）がタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体12が樹脂から成る場合、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成るリード端子がモールド成型されて基体12の内部に設置固定される。
【０００４】
また、枠体13は、上側開口が下側開口より大きい貫通孔が形成されるとともに貫通孔の内周面に光を反射する反射面が設けられた枠状となっている。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）やＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属、アルミナセラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型または押し出し成型等の成形技術により形成される。
【０００５】
さらに、枠体13の反射面は、研磨して平坦化することにより、あるいは、枠体13の内周面にＡｌ等の金属を蒸着法やメッキ法により被着することにより形成される。そして、枠体13は、半田，銀（Ａｇ）ペースト等のロウ材または樹脂接着材等の接合材により、載置部12ａを内周面で取り囲むように基体12の上面に接合される。
【０００６】
また、発光素子14は、半田やＡｇペースト等の導電性を有する接着剤（図示せず）で載置部12ａに載置される。
【０００７】
そして、載置部12ａの周辺に配置した配線導体（図示せず）と発光素子14とをボンディングワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続し、しかる後、蛍光体を含有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性部材15をディスペンサー等の注入機で発光素子14を覆うように枠体13の内部に充填しオーブンで熱硬化させることで、発光素子14からの光を蛍光体により長波長側に波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置11となし得る。
【特許文献１】特開平10−107325号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の発光装置11は、発光素子14から上方向に発光されて透光性部材15の上面である発光面17から放射される光と、横方向や下側方向に発光されて枠体13で反射された後に発光面17から放射される光とで透光性部材15を透過する行路長が異なるため、放射光強度のむらや色むらが発光面17において生じやすいという問題点を有していた。
【０００９】
このような問題点を解決するために、枠体13の内周面の基体12の上面に対する角度θ３を大きくし、発光素子14からあらゆる方向に発光される光の行路長差を小さくするという方法がある。しかし、角度θ３を大きくするに従って、発光素子14の光が枠体13内部で反射する反射回数が増加するために、光の反射損失や透光性部材15内での伝搬損失が増加するという問題点を有していた。
【００１０】
また、枠体13内側における光の反射回数を小さくするために角度θ３を小さくすると、発光面17の面積が大きくなって発光装置11より発光される光の指向性が低くなり、その結果、指向性を高めるために光学レンズ等の集光部材を発光面17の上面に取着する必要があり、発光装置11の小型化が困難になるという問題点を有していた。
【００１１】
さらに、発光素子14から発光される光によって照射される蛍光体の割合を高めて光を効率よく波長変換させるために発光素子14を取り囲む枠体13の内周面の算術平均粗さを大きくして発光素子14からの光を散乱させた場合、波長変換効率は向上して放射光強度が高まるものの、枠体13における散乱により発光装置11の外部へ所望とする放射角度で光を放射させることが困難となり指向性が低下し易いという問題点を有していた。
【００１２】
また逆に、発光素子14を取り囲む枠体13の内周面を平滑にして、発光素子14からの光を内周面で正反射させ所望とする放射角度で光を放射させた場合、放射光の指向性は高まるものの、発光素子14の光が内周面で正反射することから、正反射方向以外の蛍光体を照射する光の割合が低下して波長変換効率が低下し、光出力が劣化しやすくなるという問題点を有していた。
【００１３】
従って、本発明はかかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、放射光強度が高いとともに指向性が高く、放射光の強度むらや色むらがきわめて少ない発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の発光装置は、基体と、該基体上に搭載された発光素子と、前記基体上に配置されているとともに前記発光素子を囲み、前記基体側に配置された第１の反射面および外部側に配置された第２の反射面を有する反射部材と、前記発光素子から放出された光の波長を変換する蛍光体が含まれており、前記反射部材の内側に設けられているとともに、前記第２の反射面より下方に位置する発光面を有する透光性部材とを備えているものである。
【００１５】
また、本発明の発光装置は、前記第１の反射面の第１の傾斜角度と前記第２の反射面の第２の傾斜角度とが異なるものである。
【００１６】
また、本発明の発光装置は、前記発光素子が、窒化物半導体からなる発光ダイオードであるものである。
【００１７】
また、本発明の発光装置は、前記蛍光体が、前記発光素子から放出された光により励起されて、青色，赤色および緑色に発光するものである。また、本発明の発光装置は、前記透光性部材が、前記反射部材の内側に充填された熱硬化性樹脂であるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の発光装置は、基体側に配置された第１の反射面および外部側に配置された第２の反射面を有する反射部材と、前記第２の反射面より下方に位置する発光面を有する透光性部材とを備えている。
【００１９】
本発明の発光装置は、このような構成により、発光輝度を向上させることができるとともに、色むらを低減させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の発光装置は、前記第１の反射面の第１の傾斜角度と前記第２の反射面の第２の傾斜角度とが異なることにより、発光特性をさらに向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の発光装置は、前記発光素子が、窒化物半導体からなる発光ダイオードであることにより、発光効率を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明の発光装置は、前記蛍光体が、前記発光素子から放出された光により励起されて、青色，赤色および緑色に発光することにより、所望の発光スペクトルおよび色を有する光を放射することができる。
【００２３】
また、本発明の発光装置は、前記透光性部材が、前記反射部材の内側に充填された熱硬化性樹脂であることにより、発光効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において、１は本発明の発光装置、２は基体、３は枠体（反射部材）、４は発光素子、５は蛍光体を含有した透光性部材、６は基体２の上面に対しθ１の角度（傾斜角度）を成す第１の内周面（反射面）、８は基体２の上面に対しθ2の角度（傾斜角度）を成す第２の内周面（反射面）、２ａは基体２の発光素子４の載置部である。
【００２５】
本発明の発光装置１は、上面に発光素子４の載置部２ａを有する基体２と、基体２の上面の外周部に載置部２ａを取り囲むように樹脂接着剤やろう材等で取着された枠体３と、搭載部２ａから基体２の外面にかけて形成された配線導体（図示せず）と、載置部２ａに接着剤等で載置されるとともに配線導体にボンディングワイヤ等で電気的に接続された発光素子４と、枠体３の内側に発光素子４を覆うように設けられ、発光素子４が発光する光を波長変換する蛍光体を含有した透光性部材５とを具備している。
【００２６】
基体２は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、または、エポキシ樹脂や液晶ポリマー等の樹脂から成る絶縁体から成る。基体２は、その上面に発光素子４を載置するための載置部２ａを有しており、発光素子４を支持する支持部材として機能する。
【００２７】
本発明の枠体３は、その内周面の傾斜角度が互いに異なる下側の第1の内周面６と上側の第２の内周面８とから成り、第１および第２の内周面６，８と基体２の上面との成す角度をそれぞれθ1およびθ２としたときに、θ２＞θ１である。これにより、発光素子４から横方向や下側方向に発光された光を第１の内周面６で効率よく上方向に反射させ、枠体３内で反射を繰り返すことなく良好に放射させることができ放射光強度をきわめて高くすることができる。また、斜め上方に進む光を第２の内周面８で効果的に発光装置１の発光軸の方向に反射させることができ、放射光の指向性を非常に高めることができる。これらの結果、高い放射光強度と高い指向性とをともに有する発光特性に優れた発光装置１となる。
【００２８】
枠体３は、ＡｌやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属、アルミナセラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型または押し出し成型等の成形技術により形成される。
【００２９】
また、角度θ１は、30°〜45°であるのがよく、角度θ２は、50°〜70°であるのがよい。これにより、高い放射光強度と高い指向性とをより高めることができる。
【００３０】
本発明の透光性部材５は、好ましくは、第１の内周面６の上端より下側に充填されるのがよい。これにより、発光素子４からあらゆる方向に発光される光の透光性部材５を透過する行路長を均一に近づけることができ、波長変換効率がばらつくのを有効に抑制して放射光強度むらや色むらを非常に少なくすることができる。
【００３１】
本発明の第１および第２の内周面６，８は、発光素子４の光を高い反射率で反射させ得る反射面を有している。このような、反射面は、枠体３を切削加工や金型成形、研磨等研磨等の方法で加工して第１および第２の内周面６，８を平坦化することにより形成することができる。特に、光反射効率を高くするため、枠体３としてＡｌ，Ａｇ，金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｃｕ等の高反射率の金属を用い、切削加工や金型成形、研磨等により第１および第２の内周面６，８を平坦化することにより形成するのが好ましい。
【００３２】
あるいは、反射面は、耐候性や耐湿性に優れるＣｕ−Ｗ合金やＳＵＳ合金，セラミックスより形成された枠体３の第１，第２の内周面６，８に、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等の金属メッキや蒸着等の金属薄膜を形成することにより作製してもよい。なお、反射面がＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合には、その表面に、紫外領域から可視光領域にわたり透過率の優れる低融点ガラスやゾル−ゲルガラス、または、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂を被着するのが良く、これにより、枠体３の第１の内周面６および第２の内周面８の耐腐食性、耐薬品性、耐候性を向上することができる。
【００３３】
また、第１の内周面６は、好ましくは、算術平均粗さが第２の内周面８よりも大きくなっているのがよい。これにより、第１の内周面６で反射光を良好に散乱させて多くの蛍光体に光を照射させることができ、波長変換効率をより高くすることができるとともに、斜め上方に進行する光を第２の内周面８により、乱反射させることなく上方向に効率よく正反射させて指向性を高めることができ、放射光強度および指向性をともにより向上させることができる。
【００３４】
また、第１および第２の内周面６，８は、その算術平均粗さをそれぞれａ１およびａ２としたときに、0.4μｍ≦ａ１≦0.8μｍ、ａ２≦0.1μｍとすることが好ましい。例えば、Ｒａが0.8μｍ＜ａ１の場合、発光素子４の枠体３の第１の内周面６で光の乱反射が必要以上に起こり、枠体３の外部に出射する光が減少しやすくなる。また、ａ１＜0.4μｍの場合、光が第１の内周面６で正反射しすぎることで一部の蛍光体には強い光が照射し、また一部の蛍光体には光が照射しない現象がおこりやすくなり、蛍光体で効率よく波長変換するのが困難になる。その結果、発光装置１の内部における光の伝搬損失が大きくなり、光を効率よく発光装置１の外部に出射することが困難になる。
【００３５】
また、0.1μｍ＜ａ２の場合、発光素子４の枠体３の第２の内周面８で光を正反射することが困難になるとともに発光装置１の内部で乱反射しやすくなる。その結果、発光装置１の内部における光の伝搬損失が大きく成りやすいとともに、所望の放射角度で光を発光装置１の外部に出射することが困難になる。
【００３６】
蛍光体は、発光素子４の光で励起され電子の再結合により青色，赤色，緑色等に発光する、無機系，有機系の蛍光体が透明性部材５に充填される。これにより、蛍光体を任意の割合で配合することにより、所望の発光スペクトルと色を有する光を出力することができる。
【００３７】
発光素子４は、サファイア基板上にＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ等から構成されるバッファ層，ｎ型層，発光層，ｐ型層を順次積層した窒化物半導体が用いられる。
【００３８】
透光性部材５は、発光素子４との屈折率差が小さく、紫外線領域から可視光領域の光に対して透過率の高いものから成るのがよい。例えば、透光性部材５は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ユリア樹脂等の透明樹脂や低融点ガラスやゾル−ゲルガラス等から成る。これにより、発光素子４と透光性部材５との屈折率差により光の反射損失が発生するのを有効に抑制するとともに、発光装置１の外部へ高効率で所望の放射強度，角度分布で光を出射する発光装置１を製造できる。
【００３９】
かくして、本発明のパッケージは、基体２の搭載部２ａに発光素子４を搭載するとともに、発光素子４をボンディングワイヤ（図示せず）と配線導体（図示せず）とを介して外部電気回路基板に電気的に導通させ、しかる後、発光素子４の周囲または表面に蛍光体もしくは蛍光体を混入した透光性部材５を充填し熱硬化させることにより、発光素子４の光を蛍光体により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を発光面７より取り出すことができる発光装置１となる。
【００４０】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。例えば、枠体３の上面に平板状の透光性の蓋体を半田や樹脂接着剤等で接合することにより、発光装置１の内部への耐浸水性が改善され長期信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の発光装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：発光装置
２：基体
２ａ：載置部
３：枠体
４：発光素子
５：透光性部材
６：第１の内周面
７：発光面
８：第２の内周面
【図１】
2006203262.tif 000003
【図２】
2006203262.tif 000004