(57)【要約】【課題】拡散反射面を用いつつ、パッケージからの光の漏れだしを防止して出射方向へ効率よく光を放出可能とした発光装置を提供する。【解決手段】凹部が形成された樹脂またはセラミックを有するパッケージと、前記凹部の中に設けられた発光素子と、を備え、前記樹脂またはセラミックの外壁面に、反射膜が設けられたことを特徴とする発光装置が提供される。また、上面に凹部が形成された樹脂またはセラミックを有するパッケージと、前記凹部の中に設けられた発光素子と、を備え、前記上面に隣接する側面に、反射膜が設けられたことを特徴とする発光装置が提供される。【選択図】図１
2008160032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成された樹脂またはセラミックを有するパッケージと、
前記凹部の中に設けられた発光素子と、
を備え、
前記樹脂またはセラミックの外壁面に、反射膜が設けられたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上面に凹部が形成された樹脂またはセラミックを有するパッケージと、
前記凹部の中に設けられた発光素子と、
を備え、
前記上面に隣接する側面に、反射膜が設けられたことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記上面にも反射膜が設けられたことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射膜は、金属膜、金属酸化物の微粒子を含む膜及び誘電体からなる多層膜よりなる群から選択されたいずれかであることを特徴とする請求項１〜３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、発光装置に関し、具体的にはパッケージの凹部の中に発光素子を収容した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明や各種の表示、光通信、あるいは液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）のバックライトなどに用いられる発光装置のうちで、樹脂やセラミックなどからなるパッケージの凹部の中にＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子を収容した構造のものがある。その一例としては、例えば表面実装型（Surface Mount Type：ＳＭＤ）の発光装置を挙げることができる。
【０００３】
このような発光装置として、例えば、セラミックのパッケージの凹部の中に発光素子をマウントし、凹部の内側面に金属層を被覆した発光素子収納用パッケージが開示されている（特許文献１）。また、セラミックのパッケージの凹部の中に発光素子をマウントし、発光素子を取り囲むように金属製のリングをロウ付けして、このリングを反射鏡として用いる発光ダイオードパッケージが開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−２３２０１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、発光装置から放出される光の配光特性を考慮すると、反射層として金属を用いた場合には光は正反射に近い条件で反射されるために反射光が特定の方向に偏ってしまい、均一性の点で不十分となることがある。より均一な配光を得るためには、金属ではなく、樹脂やセラミックの反射面で得られる拡散反射を利用することが望ましい。
【０００５】
ところが、樹脂やセラミックは、発光素子から放出された光を、例えば２０〜３０パーセント程度透過してしまう。つまり、発光素子を取り囲む凹部の内側壁において反射されず、出射方向の光強度が低下する。特に、最近では発光装置の小型化が進み、凹部の内側壁から発光装置の外壁までの厚みが薄くなりつつある。本来は、凹部の出射方向だけに光を取り出すべきであるが、この厚みが薄くなることにより、発光装置の横方向にも光が漏れてしまうという問題も起きつつある。
【０００６】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、拡散反射面を用いつつ、パッケージからの光の漏れだしを防止して出射方向へ効率よく光を放出可能とした発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、凹部が形成された樹脂またはセラミックを有するパッケージと、前記凹部の中に設けられた発光素子と、を備え、前記樹脂またはセラミックの外壁面に、反射膜が設けられたことを特徴とする発光装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、上面に凹部が形成された樹脂またはセラミックを有するパッケージと、前記凹部の中に設けられた発光素子と、を備え、前記上面に隣接する側面に、反射膜が設けられ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】
本発明により、拡散反射面を用いつつ、パッケージからの光の漏れだしを防止して出射方向へ効率よく光を放出可能とした発光装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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は、本発明の実施の形態にかかる発光装置を表す模式斜視図である。すなわち、図１（ａ）は発光装置を光取り出し面の側から眺めた斜視図であり、図１（ｂ）は発光装置を光取り出し面とは反対側から眺めた斜視図である。  
また、図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１１】
本実施形態の発光装置は、上面に凹部１ａが設けられた略直方体状のパッケージ１と、凹部１ａの中に設けれた半導体発光素子３と、を有する。凹部１ａの底面には、リード電極５ａ、５ｂが設けられている。ＬＥＤなどの発光素子３は、リード電極５ａの上にマウントされている。また、半導体発光素子３の上面に設けられた電極（図示せず）と、リード電極５ｂと、はボンディングワイヤ４により接続されている。そして、凹部１ａは、エポキシやシリコーンなどの透光性の樹脂１６により封止されている。なお、樹脂１６に蛍光体を分散させ、発光素子３から放出される光を波長変換して白色光などを得ることもできる。また、このような蛍光体を樹脂１６に分散させる代わりに、発光素子３の上面または周囲に被覆してもよい。なお、図１は、図示の便宜上、樹脂１６を取り除いた状態を表す。
【００１２】
略直方体状のパッケージ１の裏面側には、一対の実装電極（給電電極面）２ａ、２ｂが設けられ、これら実装電極２ａ、２ｂの間には、半導体発光素子３からの放熱を促進するためのヒートシンク用金属９が設けられている。
【００１３】
図２に表したように、パッケージ１は、基板２０と、その上に設けられた枠体２１と、を有する。基板２０及び枠体２１は、それぞれアルミナ系やムライト系などのセラミックやガラスセラミック、ガラスエポキシ、紙エポキシ、紙フェノール、熱硬化性樹脂、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などにより形成することができる。基板２０は略板状であり、枠体２１には孔が形成されている。これら基板２０と枠体２１とが積層されて、凹部１ａが形成される。なお、樹脂により形成する場合には、基板２０と枠体２１とは必ずしも別体である必要はなく、一体的に成型してもよい。
【００１４】
凹部１ａの内壁面Ｓは、光反射面とすることができる。すなわち、枠体２１を構成するセラミックや樹脂の無垢の材料表面を内壁面Ｓとし、半導体発光素子３から放出された光を内壁面Ｓにおいて反射させることができる。この場合には、光は乱反射されるので、均一な拡散反射面を形成することができる。こうすることにより、凹部１ａから放射される光の配光特性に偏りがなくなり、均一な配光分布が得られる。  
リード電極５ａ、５ｂは、互いに絶縁されつつ、基板２０と枠体２１との間に設けられている。そして、リード電極５ａ、５ｂは、接続ビア５ｃ、５ｄを介して、パッケージ１の裏面に延在し、パッケージ１の裏面に設けられた実装電極２ａ、２ｂとそれぞれ接続されている。つまり、パッケージ１の裏面の実装電極２ａ、２ｂは、リード電極５ａ、５ｂを介して、半導体発光素子３の２つの電極と接続されている。
【００１５】
そして、本実施形態においては、パッケージの外壁面が反射膜１０により覆われている。すなわち、図１及び図２に表した具体例においては、パッケージの上面と側面が反射膜１０により覆われている。発光素子３から放出された光は、凹部１ａの内壁面Ｓにおいて反射され、上方（凹部１ａの開口方向）に取り出される。しかし、樹脂やセラミックの内壁面Ｓは、発光素子３から放出された光に対する反射率が１００パーセントではない。特に、最近では、発光装置の小型化が進められており、内壁面Ｓからパッケージ１の外壁面（側面）までの厚みが薄くなりつつある。例えばアルミナ系のセラミックの場合、厚みが１ミリメータ程度であれば、その反射率は８０パーセント以上に達するが、厚みが０．２ミリメータでは反射率は６０パーセント程度にまで低下し、上方への光の取り出し効率に２０パーセント程度の損失が生ずる。反射されなかった光は、パッケージ１の外壁面（側面など）から外部に漏れ出すこととなる。またさらに、このように本来必要のない方向への光の漏れだしは発光装置の配光特性を劣化させ、発光装置を搭載する機器の性能に影響を与えることも懸念される。
【００１６】
これに対して、本実施形態によれば、パッケージ１の外壁面を反射膜１０で覆うことにより、内壁面Ｓを透過して枠体２１や基板２０の中に侵入した光を反射し、凹部１ａに戻して外部に放射させることが可能となる。その結果として、発光装置を小型化した場合でも、パッケージ１の外壁面からの光の漏れだしを防止し、凹部１ａから高い効率で光を取り出すことができる。具体的には、例えば、発光装置のサイズを１ミリメータ以下としたような微小なパッケージの場合でも、凹部１ａ以外の外壁面からの光の漏れ出しを防止し、凹部１ａから高い輝度で光を取り出すことができる。その結果として、小型で高輝度で所望の配光特性が維持された高性能の発光装置を実現できる。
【００１７】
反射膜１０は、必ずしもパッケージ１の外壁面に密着している必要はなく、外壁面に併設させてもよい。また、反射膜１０の材料は、被覆する基板２０や枠体２１よりも反射率が高い材料であることが望ましい。具体的には、反射膜１０は、例えば、銀、金、アルミニウム、パラジウム、白金などの金属により形成することができる。また、金属以外にも、酸化チタンや酸化マグネシウムなどの酸化物の微粒子を樹脂などに分散させたものでもよい。またさらに、レンズなどに被覆される光学用反射膜と同様に、金属酸化膜などの誘電体からなる多層膜を反射膜１０として用いることもできる。
【００１８】
反射膜１０を金属などの導電性の材料で形成する場合は、実装電極２ａ、２ｂのいずれとも短絡しないように形成することが望ましい。実装電極２ａ及び２ｂのいずれか一方のみと短絡する場合には、使用することが可能であるが、実装電極２ａ及び２ｂの両方と短絡すると使用不能となる。
【００１９】
一方、反射膜１０を絶縁体により形成する場合には、電気的な短絡などの問題がないので、図１及び図２に表したようにパッケージ１の外壁面のうちで上面と側面のすべてを覆うように設けることができる。
【００２０】
また、反射膜１０の形成方法としては、例えば、金属や金属酸化物を含有したペーストを塗布して焼成したり、金属や誘電体多層膜を蒸着やスパッタリングなどの方法で堆積させる方法を挙げることができる。またさらに、金属や金属酸化物の微粒子を含む樹脂を密着させたり、金属箔や、金属または金属酸化物の微粒子を含む樹脂フィルムなどを貼り付ける方法も挙げることができる。
【００２１】
図３は、本実施態の第２の具体例としての発光装置を表す模式斜視図である。すなわち、図３（ａ）は発光装置を光取り出し面の側から眺めた斜視図であり、図３（ｂ）は発光装置を光取り出し面とは反対側から眺めた斜視図である。  
また、図４は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図３以降の図については、既出の図に表したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００２２】
本具体例においては、パッケージ１の側面のうちでマウント面に近い側に反射膜１０が被覆されていない露出部１ｅが設けられている。例えば、反射膜１０を金属などの導電性の材料により形成する場合、反射膜１０をパッケージ１のマウント面に近接させると、発光装置を図示しない実装基板などにマウントした時に、実装基板のマウント電極と反射膜１０とが電気的に短絡してしまうこともあり得る。特に、発光装置を実装基板にマウントする際に、半田や導電性接着剤などが発光装置の周囲にはみ出すと、側面に被覆された反射膜１０と接触しやすくなる。このようにして、もし実装電極２ａと２ｂとが反射膜１０を介して短絡すると、動作不能となる。
【００２３】
これに対して、本具体例によれば、パッケージ１の側面のうちでマウント面に近い側には反射膜１０を設けない。このようにすれば、発光装置をマウントした時に半田や導電性接着剤などが発光装置の周囲にはみ出した場合でも、電気的な短絡を防止できる。
【００２４】
また、図４から分かるように、発光素子３は、通常は、パッケージ１の比較的上方に配置されている。つまり、発光素子３から放出され、内壁面Ｓから枠体２１、基板２０の中に侵入した光のうちで、露出部１ｅから漏れ出す成分はごく僅かでありその殆どを反射膜１０より反射して凹部１ａに戻すことが可能である。
【００２５】
図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施態の第３及び第４の具体例としての発光装置をそれぞれ表す模式斜視図である。
【００２６】
図５（ａ）に表した第３具体例においては、パッケージ１の外壁面のうちの側面には反射膜１０が設けられ、上面には反射膜１０が設けられず露出部１ｅとされている。このようにしても、横方向への光の漏れだしを防止でき、上方すなわち凹部１ａが設けられた方向のみに光を取り出すことが可能である。
【００２７】
また、図５（ｂ）に表した第４具体例においては、やはりパッケージ１の上面は反射膜１０が設けられない露出部１ｅとされ、またさらに、側面のうちでマウント面に近い側にも露出部１ｅが設けられている。このようにすれば、第２具体例に関して前述したように、発光装置をマウントする際にも短絡を防止できる。
【００２８】
図６（ａ）、本実施態の第５の具体例としての発光装置を表す模式斜視図であり、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
本具体例においては、実装電極２ａ、２ｂがパッケージ１の側面から突出している。このようなパッケージ１は、例えばリードフレームに形成された実装電極２ａ、２ｂを樹脂からなる母体に埋め込み成形することにより形成することができる。  
この構造の場合、反射膜１０を金属などの導電性材料で形成する時には、本具体例のように実装電極２ａ、２ｂに近接した部分には反射膜１０を設けずに露出部１ｅとすると、実装電極２ａ、２ｂの短絡を防止できる。また、本具体例においては、実装電極２ａ、２ｂが突出した側面と直交する側面においては、露出部１ｅを設けず、その全面に反射膜１０を被覆している。ただし、この発光装置をマウントする実装基板などの電極パターンがこれら側面の反射膜１０と短絡するおそれがある場合には、図５（ｂ）に表したように、マウント面の近傍には反射膜１０を設けず、露出部１ｅを形成すればよい。
【００３０】
図７は、本実施態の第６の具体例としての発光装置を表す模式斜視図である。すなわち、図７（ａ）は発光装置を光取り出し面の側から眺めた斜視図であり、図７（ｂ）は発光装置を光取り出し面とは反対側から眺めた斜視図である。  
本具体例においては、略直方体のパッケージ１の長手方向の両端において、実装電極２ａ、２ｂがパッケージ１の周囲を取り囲むように設けられいる。これら実装電極２ａ、２ｂは、偏平な開口形状を有する凹部１ａの底に設けられたリード電極５ａ、５ｂとそれぞれ接続されている。そして、パッケージ１の外壁面のうち、凹部１ａが設けられた面及びこれに直交する面に反射膜１０が設けられている。一方、凹部１ａが設けられた面の裏側には、放熱用のヒートシンク用金属９が設けられている。本具体例においても、反射膜１０を設けることにより、発光素子３から放出され、内壁面Ｓからパッケージ１の中に侵入した光を反射膜１０で反射して凹部１ａに戻すことができる。その結果として、小型化した場合でも、凹部１ａ以外からの光の漏れだしを防止し、凹部１ａから高い輝度で光を取り出すことができる。
【００３１】
また、本具体例は、ヒートシンク用金属９をマウント面として基板などに実装してもよいが、それ以外にも、いわゆる「サイドビュー型」の発光装置として用いることも可能である。  
図８は、本具体例の発光装置をサイドビュー型として用いる場合の実装状態を表した模式図である。
【００３２】
本具体例の発光装置をサイドビュー型として用いる場合には、実装基板などの実装部材１００の上に、凹部１ａを横に向けた状態で、実装電極２ａ、２ｂを半田１２０によりマウントすることができる。例えば、液晶ディスプレイのバックライトとして用いる場合、このようにマウントされた発光装置の正面（凹部１ａが設けられている面に対向する）に導光板を隣接して併設し、発光装置から放出された光を導光板の側面に高い効率で入射させることができる。こうすれば、導光板と発光装置の高さＨをいずれも１ミリメートル以下とした超薄型で高輝度のバックライトを実現できる。しかも、本具体例においては、発光装置の高さＨをこのように非常に小さくした場合でも、反射膜１０を設けることにより、凹部１ａ以外の部分からの光の漏れだしを防止し、凹部１ａから高い輝度の発光を得ることができる。
【００３３】
なお、このように実装部材１００の上に発光装置をマウントした状態で、凹部１ａとは反対側に設けられたヒートシンク用金属９に図示しないヒートシンクなどを接続することにより、半導体発光素子３から放出された熱を、そのすぐ裏側に設けられた広いヒートシンク用金属９を介して外部に効率よく放出させることができる。
【００３４】
図９は、本実施態の第７の具体例としての発光装置を表す模式斜視図である。  
本具体例は、図７及び図８に関して前述した第６具体例と類似した構造を有するが、凹部１ａが設けられた面に反射膜１０が形成されず、露出部１ｅとされている点が異なる。このようにしても、凹部１ａが形成された面に対して横方向の光の漏れだしを防止でき、凹部１ａが形成された面から高い効率で光を取り出すことが可能である。
【００３５】
次に、反射膜１０の形成方法について説明する。  
図１０は、パッケージ１の側面に反射膜１０を形成する方法を例示する工程図である。  まず、図１０（ａ）に表したように、複数のパッケージ１を反射膜１０が形成される面を特定の方向に向けて並べる。  
そして、図１０（ｂ）に表したように、これらパッケージ１を治具などで固定し、反射膜１０となる材料Ｍをこの面に供給する。その方法としては、例えば、印刷機を用いて銀ペーストなどを塗布し、その後焼成して樹脂成分を蒸発させて、図１０（ｃ）に表したように、銀の反射膜１０を形成する方法を挙げることができる。  
または、この治具に固定した状態で真空チャンバ内に載置し、図１０（ｂ）に表したように、蒸着やスパッタリングなどの方法で銀などの材料Ｍを堆積することにより、図１０（ｃ）に表したように反射膜１０を形成することができる。  
または、アルミニウムなどの金属箔を接着剤などで貼り付けてもよい。なお、この時に金属箔をある程度薄くしておけば、図１０（ｃ）に表したように貼り付けた後に、治具を取り外して個々のパッケージ１に分離する際に、金属箔がそれぞれのパッケージ１に付着したままパッケージ１同士のつなぎ目で切断することができる。  
なお、パッケージ１の他の面に反射膜１０を形成する際には、パッケージ１を並べ直して、図１０に関して前述した工程を繰り返せばよい。このように工程を繰り返すことにより、必要とする外壁面の全てに反射膜１０を設けることができる。
【００３６】
図１１は、マスクを用いる方法を表す工程図である。なお、図１１（ａ）及び（ｃ）はパッケージ１の上面側を表し、図１１（ｂ）はパッケージ１の裏面側を表す。  
まず、図１１（ａ）及び（ｂ）に表したように、パッケージ１の表面のうちで、反射膜１０を形成しない部分に予めフォトレジストなどによりマスク５０を形成する。そして、真空チャンバの中に載置し、例えば傾斜させつつ自公転させながら蒸着やスパッタリングにより銀などの反射膜１０をパッケージ１の上面及び側面に堆積する。その後、フォトレジスト・リムーバーなどでマスク５０を除去することにより、その上に堆積した反射膜１０をリフトオフして、図１１（ｃ）に表したように反射膜１０を所定のパターンに形成できる。
【００３７】
あるいは、フッ素樹脂系の材料などで図１１（ａ）及び（ｂ）に表したようにマスク５０を形成し、銀ペーストの中にディップする。マスク５０の上では銀ペーストははじかれて塗布されない。その後、マスク５０を除去し、焼成すれば、図１１（ｃ）に表したように反射膜１０を所定のパターンに形成できる。
【００３８】
以上、具体例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、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。例えば、本発明の発光装置を構成する基板、枠体、凹部、発光素子、リード電極、実装電極、ヒートシンク用金属、ワイヤ、樹脂などについては、当業者が適宜設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
【００３９】
また、各具体例及び各変型例を技術的に可能な範囲で組み合わせたものについても、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる発光装置を表す模式斜視図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本実施態の第２の具体例としての発光装置を表す模式斜視図である。
【図４】図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本実施態の第３及び第４の具体例としての発光装置をそれぞれ表す模式斜視図である。
【図６】本実施態の第５の具体例としての発光装置を表す模式斜視図であり、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図７】本実施態の第６の具体例としての発光装置を表す模式斜視図である。
【図８】本具体例の発光装置をサイドビュー型として用いる場合の実装状態を表した模式図である。
【図９】本実施態の第７の具体例としての発光装置を表す模式斜視図である。
【図１０】パッケージ１の側面に反射膜１０を形成する方法を例示する工程図である。
【図１１】マスクを用いる方法を表す工程図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ パッケージ、  １ａ 凹部、  １ｅ 露出部、  ２ａ、２ｂ 実装電極、  ３ 発光素子、  ４ ボンディングワイヤ、  ５ａ、５ｂ リード電極、  ５ｃ 接続ビア、  ９ ヒートシンク用金属、 １０ 反射膜、 １６ 樹脂、 ２０ 基板、 ２１ 枠体、 ５０ マスク、１００ 実装部材、１２０ 半田
【図１】
2008160032.tif 000003
【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】
2008160032.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2008160032.tif 000011
【図１０】
2008160032.tif 000012
【図１１】
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