(57)【要約】【課題】成型体における光吸収を低減し、成型体の劣化を抑制しつつ光取り出し効率を高めることが可能な発光装置を提供する。【解決手段】第１のリードと、前記第１のリードに接着された発光素子と、前記第１のリードの一方の端部と対向し、かつ前記発光素子との間で電気的に接続された一方の端部を有する第２のリードと、凹部を有し、反射性フィラーが分散配置された透光性樹脂からなる成型体であって、前記凹部の底面には前記発光素子及び前記第２のリードの前記一方の端部が露出し、前記第１のリードの他方の端部及び前記第２のリードの他方の端部が互いに反対方向に突出するように設けられた成型体と、前記発光素子を覆うように前記凹部内に充填され、前記成型体の屈折率よりも高い屈折率を有し、透光性を有する封止樹脂層と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。【選択図】図１
2011124515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のリードと、
前記第１のリードに接着された発光素子と、
前記第１のリードの一方の端部と対向し、かつ前記発光素子との間で電気的に接続された一方の端部を有する第２のリードと、
凹部を有し、反射性フィラーが分散配置された透光性樹脂からなる成型体であって、前記凹部の底面には前記発光素子及び前記第２のリードの前記一方の端部が露出し、前記第１のリードの他方の端部及び前記第２のリードの他方の端部が互いに反対方向に突出するように設けられた成型体と、
前記発光素子を覆うように前記凹部内に充填され、前記成型体の屈折率よりも高い屈折率を有し、透光性を有する封止樹脂層と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１のリードは、前記発光素子が接着された底面及び前記発光素子からの放出光を上方に向けて反射可能な側壁を有し、上方からみて前記成型体に設けられた前記凹部よりも小さい凹部を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記封止樹脂層の上に設けられ、外部空間の屈折率よりも高く前記封止樹脂層の屈折率よりも低い屈折率を有し、透光性を有する上部樹脂層をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子を覆うように前記封止樹脂層の下に設けられ、前記発光素子の屈折率よりも低く前記封止樹脂層の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ透光性を有する下部樹脂層をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記成型体の前記凹部は上方に向かって拡開したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装（ＳＭＤ：Surface  Mounted  Device）型の発光装置は、凹部を有し樹脂からなる成型体を筐体として用いると量産性を高めることができる。この場合、成型体に酸化チタン微粒子を混合すると、発光素子からの放出光が凹部の内側壁に当たって上方に反射される。このために光取り出し効率を高めることができる。
【０００３】
また、成型体の凹部内に封止樹脂を充填すると、凹部の底面に接着された発光素子を保護することができるので信頼性を高めることができる。
【０００４】
筐体とする成型体の樹脂材料として、例えば熱可塑性樹脂を用いるとその屈折率は略１．６である。また、封止樹脂としてシリコーンを用いるとその屈折率は、略１．４である。発光素子からの放出光が、屈折率が低い封止樹脂から屈折率が高い成型体へ向かって入射する場合、界面において全反射を生じないので放出光は成型体側に集まりやすくなり、光取り出し効率が低下する。
【０００５】
発光素子から出射される光の取り出し効率を向上させる発光装置の開示例がある（特許文献１）。この例では、エポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂を主成分とする樹脂層と、樹脂層の屈折率よりも高い屈折率を有するジルコニア分散樹脂層と、からなる樹脂封止層を用いて発光素子を封止している。
しかしながら、この例では樹脂封止層が、屈折率の高い樹脂成型体に取り囲まれる場合が多く、光取り出し効率をより高めることが困難である。    
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４６９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
成型体における光吸収を低減し、成型体の劣化を抑制しつつ光取り出し効率を高めることが可能な発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、第１のリードと、前記第１のリードに接着された発光素子と、前記第１のリードの一方の端部と対向し、かつ前記発光素子との間で電気的に接続された一方の端部を有する第２のリードと、凹部を有し、反射性フィラーが分散配置された透光性樹脂からなる成型体であって、前記凹部の底面には少なくとも前記発光素子及び前記第２のリードの前記一方の端部が露出し、前記第１のリードの他方の端部及び前記第２のリードの他方の端部が互いに反対方向に突出するように設けられた成型体と、前記発光素子を覆うように前記凹部内に充填され、前記成型体の屈折率よりも高い屈折率を有し、透光性を有する封止樹脂層と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
成型体における光吸収を低減し、成型体の劣化を抑制しつつ光取り出し効率を高めることが可能な発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態にかかる発光装置の模式断面図
【図２】比較例にかかる発光装置の模式断面図
【図３】シリコーン系樹脂の構造式
【図４】第２の実施形態にかかる発光装置の模式断面図
【図５】第３の実施形態にかかる発光装置の模式断面図
【図６】第４の実施形態にかかる発光装置の模式断面図
【図７】第５の実施形態にかかる発光装置の模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｃ）は部分拡大模式断面図、である。
第１のリード２０の一方の端部側に可視光などを放出可能な発光素子１０が、導電性接着剤や金属半田材（図示せず）を用いて接着されている。発光素子１０の電極（図示せず）が、第１のリード２０の一方の端部と対向する第２のリード２２の一方の端部と、金線などからなるボンディングワイヤ３６を用いて電気的に接続されている。
【００１２】
なお、第１及び第２のリード２０、２２は、銅または鉄系合金などからなり、厚さは０．１〜１ｍｍなどとする。また、厚さ１００ｎｍのＮｉ及び厚さ１００ｎｍのＡｇをリードの表面にメッキなどによりコーティングすると反射率を高めることができる。
【００１３】
上方に向かって拡開したカップ状の凹部を有し、樹脂からなる成型体３０が、第１のリード２０の一方の端部及び第２のリード２２の一方の端部を埋め込むように設けられている。また、第１のリード２０の他方の端部及び第２のリード２２の他方の端部は、成型体３０から互いに反対方向に向かって突出するように設けられている。すなわち、成型体３０は発光装置のパッケージの基材となっている。パッケージの長さＬは１０ｍｍ、幅Ｗは５ｍｍ、高さＨは２ｍｍなどとすることができる。
【００１４】
成型体３０の凹部３０ａの底面には、第１のリード２０の上面２０ａの一部に接着された発光素子１０と、第２のリード２２の一方の端部の上面２２ａの一部と、ボンディングワイヤ３６と、が露出している。成型体３０の凹部３０ａは、カップ部及び切り欠き部３０ｂを有している。切り欠き部３０ｂを設けると、ボンディングワイヤ３６を設けることが容易となる。また、第１のリード２０の下面２０ｂ及び第２のリード２２の下面２２ｂは成型体３０の下面から露出している。第１のリード２０の下面２０ｂ、第２のリード２２の下面２２ｂ、及び成型体３０の下面３０ｃ、が同一平面となるようにすると、回路基板へ確実に取り付けることができる。
【００１５】
さらに、凹部３０ａ内において、発光素子１０を覆うように透光性を有する封止樹脂層４０を充填すると、発光素子１０を保護し信頼性を高めることができる。
【００１６】
成型体３０は、シリコーン樹脂のような熱硬化性樹脂を用いて成型することができる。また、成型体３０は、チタン酸カリウムの微粒子などからなる反射性フィラー３２が分散配置された白樹脂とすることができる。このように反射性フィラー３２が混合配置され、封止樹脂層４０との界面３１をなす凹部３０ａの側壁に傾斜を設けると、発光素子１０からの放出光を上方に向けて反射させることが容易となる。
【００１７】
封止樹脂層４０は、成型体３０に設けられた凹部３０ａにシリコーン樹脂のような熱硬化性樹脂を充填し、熱硬化して形成することができる。図１（ａ）の模式平面図において、封止樹脂層４０の領域を塗りつぶしにして表してある。
【００１８】
図１（ｃ）は、本実施形態の作用を表す。例えば、成型体３０の屈折率ｎｍを１．４などとし、封止樹脂層４０の屈折率ｎｓを成型体３０の屈折率ｎｍよりも高く１．６などとする。また発光素子１０の周囲に充填された封止樹脂層４０から成型体３０への入射光の入射角をθｉ１とする。この場合、入射光は屈折率が１．６の媒質から屈折率が１．４と低い媒質へ入射するので、臨界角θｃが略６１度となる。臨界角θｃ以上の入射角θｉ１を有する光Ｇ１は、界面３１において全反射されて成型体３０には入射しない。
【００１９】
他方、θｃ＞θｉ１≧０の光Ｇ２は、成型体３０へ入射可能である。入射された光は成型体３０に分散配置された反射性フィラー３２により反射され散乱される。散乱された光
のうち、成型体３０から封止樹脂層４０への光の入射角をθｉ２とする。９０°＞θｉ２≧０の光Ｇ３は界面３１で全反射を生じることなく、式（１）に表すスネルの法則に従って封止樹脂層４０へ戻ることが可能である。
ｓｉｎθｔ／ｓｉｎθｉ＝ｎ１／ｎ２     式（１）
但し、θｉ：媒質１から媒質２への入射角
θｔ：媒質２内の屈折角
ｎ１：媒質１の屈折率
ｎ２：媒質２の屈折率
【００２０】
他方、反射性フィラー３２により反射されたのち、界面３１へ入射できない光は、成型体３０内で吸収されるなどして有効に外部に取り出すことが困難である。なお、本明細書において、屈折率は発光素子１０の放出光波長において測られるものとする。
【００２１】
発光素子１０は、例えば、発光ダイオードである。具体的には、発光素子１０は、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる組成式で表されるＩｎＧａＡｌＰ系材料やＧａｘＡｌ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）なる組成式で表されるＧａＡｌＡｓ系材料などからなる発光層を有し、緑色〜赤色波長範囲の光を放出するものとすることができる。または、発光素子１０は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）なる組成式で表される窒化物系半導体からなる発光層を有し、紫外〜緑色波長範囲の光を放出するものとすることができる。
【００２２】
例えば、発光素子１０が青色光を放出する場合、封止樹脂層４０に珪酸塩系材料からなる蛍光体粒子４２を分散配置すると、青色光を吸収した蛍光体粒子４２が波長変換光として黄色光を放出する。このために、青色光と黄色光との混合色として、白色光や白熱電球色を得ることができる。また、ＹＡＧ（Yttrium  Aluminum Garnet)材料からなる蛍光体粒子４２などを用いて、赤色、緑色などの波長変換光を生成して、３色以上の光を混合することもできる。蛍光体粒子の平均粒径は、１〜５０μｍの範囲などとすることができる。なお、波長変換光も、界面の２つの屈折率により決定される屈折方向や臨界角によりその進路が決定される。
【００２３】
図２（ａ）は比較例にかかる発光装置の模式平面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、である。
第１のリード１２０の一方の端部近傍に可視光などを放出可能な発光素子１１０が、接着剤などを用いて接着されている。発光素子１１０の電極（図示せず）が、第１のリード１２０の一方の端部と対向する第２のリード１２２の一方の端部と、金線などのボンディングワイヤ１３６を用いて電気的に接続されている。カップ部を有する凹部１３０ａを有し、樹脂からなる成型体１３０が、第１のリード１２０の一方の端部及び第２のリード１２２の一方の端部を埋め込むように設けられている。凹部１３０ａの底面には、発光素子１１０と、第２のリード１２２の一方の端部と、ボンディングワイヤ１３６と、が露出している。また、成型体１３０には、チタン酸カリウムのような反射性フィラー１３２の微粒子が分散配置されている。
【００２４】
比較例では、成型体１３０はポリアミド（polyamide)樹脂やポリフタルアミド（polyphthalamide）樹脂などからなり、屈折率が例えば１．６であるものとする。また、凹部１３０内に充填される封止樹脂層１４０をシリコーン樹脂とし、その屈折率は１．４であるものとする。発光素子１１０の周囲の封止樹脂層１４０から成型体１３０へ向かう光は、界面１３１において全反射を生じることなく、成型体１３０へ入射することができる。すなわち、入射角θi１１と屈折角θｔ１１との間には式（１）のスネルの法則が成り立っている。
【００２５】
他方、成型体１３０から封止樹脂層１４０へ入射する場合、臨界角は略６１度である。このために、反射性フィラー１３２により反射された光のうち、式（２）で表される範囲の入射角θｉ２２の光は封止樹脂層１４０に戻ることができる。
６１°＞θｉ２２≧０      式（２）
【００２６】
他方、式（３）で表される範囲の入射角θｉ２２の光Ｇ１は界面１３１で全反射され、成型体１３０内で吸収される。
９０°≧θｉ２２≧６１°  式（３）
【００２７】
すなわち、封止樹脂層１４０から成型体１３０への入射では全反射を生じることなく、成型体１３０から封止樹脂層１４０への入射では全反射を生じる。このために、成型体１３０内にとどまる光量が多くなり、封止樹脂層１４０の上方からの光取り出し効率を高くすることが困難である。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、成型体３０へ入射する光は比較例よりも低減された上に、界面３１で全反射されないので封止樹脂層３０へ戻る光の割合が比較例よりも多い。このために、成型体３０内で吸収される光量を少なくし、封止樹脂層４０から外部に放出される光量を多くできる。すなわち、光吸収が低減され光取り出し効率を高くすることができる。
【００２９】
図３（ａ）はジメチル系シリコーン樹脂、図３（ｂ）はフェニール系シリコーン樹脂、の構造式をそれぞれ表す。例えば成型体３０に用いる樹脂として、図３（ａ）に表す屈折率が略１．４のジメチル系シリコーン樹脂とすることができる。また、メチル基ＣＨ３の一つをフェニール基Ｃ６Ｈ５で置換すると、フェニール系シリコーン樹脂とできる。フェニール系シリコーン樹脂の屈折率は、例えば１．４〜１．６の間とすることができ、封止樹脂層４０として用いることが可能となる。
【００３０】
発明者は、第１の実施形態及び比較例において光度及びその経時変化を調べた。発光素子としてはＳｉＣ基板上にＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる発光層が設けられたチップを用い、銅系合金からなる第１及び第２のリードと、酸化チタン微粒子からなる反射性フィラーが分散配置されシリコーン系材料からなる成型体と、黄色蛍光体粒子が分散配置された封止樹脂層と、を備えた発光装置をそれぞれ準備した。
【００３１】
この結果、色度を０．３に設定した場合、第１の実施形態の光度は比較例の光度よりも略５％高いことが判明した。また、１０００時間連続動作したのちの光度は、比較例では初期値よりも略１２％低下した。これに対して、本実施形態の光度は初期値に対して略３％の低下と改善された。一般に、発光素子１０の放出光の波長範囲が青色光よりも短いと、放出光の照射により樹脂が変色を生じやすい。本実施形態では、このような樹脂変色による光の反射率変化または透過率変化を抑制することが容易であり、１０００時間動作後においても光度変化を抑制できることが判明した。
【００３２】
図４（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。図１に表す第１の実施形態と同様に、成型体３０の屈折率ｎｍは１．４、封止樹脂層４０の屈折率ｎｓは１．６とする。本実施形態では、第１のリード２１は、カップ状の凹部２１ａを有している。凹部２１ａの深さＲは０．５ｍｍ、凹部２１ａの底面２１ｃの直径Ｄは２ｍｍ、などとする。また、発光素子１０のサイズは、一辺の長さが０．５ｍｍの正方形、厚さを０．４ｍｍ、などとする。第１のリード２１の凹部２１ａの側壁の傾きは、要求された指向特性に合わせて適正な角度とすることができる。
【００３３】
このような発光素子１０を凹部２１ａの底面２１ｃに接着すると、発光素子１０から側方へ放出される光Ｇ５は凹部２１ａの側壁で反射され上方へ向かって進む。本実施形態では、成型体３０の凹部３０ａの側壁へ臨界角よりも小さい入射角で入射する光を低減可能であり、成型体３０内での光吸収が低減可能できる。また、第１のリード２１の凹部２１ａの深さＲを発光素子１０の厚さよりも大きくすると側方へ向かう光をより上方へ向けて反射させることができる。
【００３４】
図５（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
凹部３０ａ内に充填された封止樹脂層４０の上面４０ａの上には、シリコーン系樹脂からなり、屈折率が封止樹脂層４０の屈折率ｎｓよりも低く、空気のような外部空間の屈折率よりも高い上部樹脂層２８が設けられている。なお、上部樹脂層２８には反射性フィラーや蛍光体粒子が分散されなくともよい。
【００３５】
例えば、屈折率ｎｓが１．６の封止樹脂層４０と屈折率が１の空気層との間に中間の屈折率１．４を有する上部樹脂層２８を設けると、封止樹脂層４０内にとどまる光量を低減し、光取り出し効率を高めることができる。また、上部樹脂層２８の上面２８ａに上に向かって凸となる球面や微小凹凸を設けると、上面２８ａにおける全反射を低減し光取り出し効率をさらに改善することが容易となる。
【００３６】
図６（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。下部樹脂層２６が発光素子１０を覆うように設けられている。下部樹脂層２６はシリコーン系樹脂からなり、その屈折率は発光素子１０の屈折率よりも低く封止樹脂層４０よりも高い１．６とする。なお、成型体３０の屈折率ｎｍは１．４、下部樹脂層２６を覆い凹部３０ａ内に充填される封止樹脂層４０の屈折率は１．４５、とする。この場合、下部樹脂層２６を球状、または楕円体状など外部に向かって凸となる球面とすると発光素子１０から上方へ向かう光Ｇ６は集光され出射される。また、側方へ向かう光Ｇ７は集光されカップ状の凹部２１ａの側壁に当たり上方に反射される。このために高い光取り出し効率が可能となる。
【００３７】
なお、発光素子１０が窒化物系半導体からなる場合、その屈折率は２．５〜２．７の間などである。また、発光素子１０がＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる場合、屈折率は３．２近傍である。
【００３８】
図７（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。第１のリード２１及び第２のリード２３は、成型体３０の側面からは突出するが、成型体３０の底面３０ｄからは露出しないようにすると、成型体３０と第１及び第２のリード２１、２３との間で密着性を高めることが容易となる。
【００３９】
第１〜第５の実施形態により、樹脂からなる成型体が放出光や波長変換光により劣化することが抑制され、光取り出し効率が高められた発光装置が提供される。このような発光装置は、照明装置、表示装置、信号機などに広く用いることができる。
【００４０】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明を構成する成型体、封止樹脂層、リード、反射性フィラー、蛍光体粒子、シリコーン樹脂、発光素子などの材質、サイズ、形状、配置などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４１】
１０  発光素子、２０、２１  第１のリード、２１ａ  （リード）凹部、２２、２３  第２のリード、２６  下部樹脂層、２８  上部樹脂層、３０  成型体、３０ａ  （成型体）凹部、３２  反射性フィラー、４２  蛍光体粒子
【図１】
2011124515.tif 000003
【図２】
2011124515.tif 000004
【図３】
2011124515.tif 000005
【図４】
2011124515.tif 000006
【図５】
2011124515.tif 000007
【図６】
2011124515.tif 000008
【図７】
2011124515.tif 000009