(57)【要約】【課題】光学系で制御できない光が放射されることを防ぐとともに薄型で小型でも集光度および放射効率を高めることのできるＬＥＤパッケージを提供する。【解決手段】レンズ部５にＺ軸と直交するＸ軸方向へ光を集光させる第１光学部５１、Ｚ軸方向へ光を集光させる第２光学部５２を設け、発光素子４が発する光の全光量を制御するようにしたので、光の利用効率が高く、光度を大にすることができる。このことにより、レンズ部５のサイズを小にしても所望の方向および照射範囲における光度を高めることができる。【選択図】      図１
2004281605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子の中心軸に対し４０度乃至５０度以上の方向に配置され、前記発光素子の発する光を前記発光素子の中心軸に対し略垂直な方向へ集光放射する第１光学部と、
前記発光素子の発光面側に前記発光素子の発光面を包囲するように配置され、前記発光素子の発する光を集光して外部放射する第２光学部とを有することを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
発光素子と、
前記発光素子の中心軸に対し４０度乃至５０度以上の方向に配置され、前記発光素子の発する光を前記発光素子の中心軸に対し略垂直な方向へ集光放射する第１光学部と、
前記発光素子の発光面側に前記発光素子の発光面を包囲するように配置され、前記発光素子の発する光を集光して外部放射する第２光学部と、
前記第２光学部の周囲に前記第２光学部から放射される光を反射する反射面を有することを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
前記反射面は、前記第１光学部から放射される光を前記発光素子の中心軸方向に外部放射させることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
前記反射面は、前記第２光学部と一体的に設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
前記第１光学部は、前記発光素子の発する光を前記発光素子の中心軸に対し略垂直な方向へ略平行光として集光放射する請求項１から４の何れかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
前記第１光学部は、前記第２光学部と略同一の外径で形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
前記第１光学部は、前記発光素子を光透過性材料で封止するとともに、モールド形成されることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
前記第１光学部は、光透過性材料により前記発光素子を収容する素子収容部を有するように形成され、前記素子収容部内に充填される前記光透過性材料を介して前記発光素子と結合していることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
前記第１光学部は、内周面に蛍光体層を形成された素子収容部で前記発光素子を包囲するように外付け固定されることを特徴とする請求項８記載のＬＥＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：以下「ＬＥＤ」ともいう。）から放射される光を光学系を介して所定の方向および範囲に放射するＬＥＤパッケージに関し、特に、外部放射効率が高く、集光性に優れ、高輝度高光度を実現でき、かつ、薄型化を図ることのできるＬＥＤパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光素子を光源として使用し、この光源から放射される光を光学系で配光制御して所定の方向に放射させるようにしたＬＥＤパッケージとして、レンズ型のＬＥＤパッケージが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
このレンズ型のＬＥＤパッケージでは、集光度を高めた光学面形状とすると発光素子に対するレンズ面の立体角を充分にとることができず、発光素子が発する光の３０％程度しか制御できないので、効率良く外部放射させることができない。これに対し、周囲に反射鏡を設けたＬＥＤパッケージがある。
【０００４】
図１３は、特許文献１に示されるＬＥＤパッケージに設けられるレンズの断面図である。
このＬＥＤパッケージは、光源である発光ダイオード６０と、発光ダイオードから放射される光Ｌを集光して放射するレンズ６１とを有する。
【０００５】
レンズ６１は、ほぼ円錐台形状の中央に設けられる円筒形の凹部６１Ａと、凹部６１Ａに位置して設けられる半球状の凸レンズ６１Ｂと、小底面６１Ｃに設けられる断面円形の空間６１Ｄと、レンズ６１の側壁を構成する反射面６１Ｅを有し、空間６１Ｄ内の中央に発光ダイオード６０が設けられている。
【０００６】
このＬＥＤパッケージにおいて、発光ダイオード６０から放射された光は、凸レンズ６１Ｂで集光されてレンズ中心軸に平行な光となって放射される。また、発光ダイオード６０から反射面６１Ｅの方向に放射された光は、反射面６１Ｅで全反射されてレンズ中心軸に平行な光となって放射される。このようにして発光ダイオード６０から放射された光を全反射および集光に基づいて放射させることにより同一での距離点での照度を大にすることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１０７２３５号公報（第４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＬＥＤパッケージによると、レンズに至らない光を有効に光学制御するために大きな反射鏡を用いる必要があった。図１２において、レンズに至らない光を有効に光学制御するためには、反射面６１Ｅを更に高い位置まで引き延ばす必要がある。引き延ばすことによる反射面の発光素子５１に対する立体角Ａは大きく、この方向は発光素子５１からの放射強度も大であるため、引き延ばされた反射面で制御できる光の光量は無視できない量となる。また、大きな反射鏡とすると、外径Ｄｗに対するレンズ径ＤＬは小になり、外径Ｄｗを小サイズに設定すると、発光源の発光面積に対するレンズ径の相似比が不適切となって光学系で制御できない光が生じるため、集光性が低下して所望の方向および範囲に充分な光度の光を放射することができないという問題がある。また、高輝度化や大出力化の要求に伴って発光源が大型化し、そのことによって発光面積が大になった場合にもレンズに対する相似比が不適切となるために同様の問題が生じる。
【０００９】
また、反射面での反射光を放射する放射面での全反射を利用し、外部放射効率を高めるとともに薄型としてあるものもあるが、反射面への入射光が２光路になるため、高い集光度は得られない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、光学系で制御できない光が放射されることを防ぐとともに薄型で小型でも集光度および放射効率に優れるＬＥＤパッケージを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、発光素子と、
前記発光素子の中心軸に対し４０度乃至５０度以上の方向に配置され、前記発光素子の発する光を前記発光素子の中心軸に対し略垂直な方向へ集光放射する第１光学部と、
前記発光素子の発光面側に前記発光素子の発光面を包囲するように配置され、前記発光素子の発する光を集光して外部放射する第２光学部とを有することを特徴とするＬＥＤパッケージを提供する。
【００１２】
このような構成によれば、発光素子から放射される光の配光に応じて放射方向が適切に制御される。
【００１３】
また、本発明は、上記目的を達成するため、発光素子と、
前記発光素子の中心軸に対し４０度乃至５０度以上の方向に配置され、前記発光素子の発する光を前記発光素子の中心軸に対し略垂直な方向へ集光放射する第１光学部と、
前記発光素子の発光面側に前記発光素子の発光面を包囲するように配置され、前記発光素子の発する光を集光して外部放射する第２光学部と、
前記第２光学部の周囲に前記第２光学部から放射される光を反射する反射面を有することを特徴とするＬＥＤパッケージを提供する。
【００１４】
このような構成によれば、発光素子から放射される光の配光および反射に応じて放射方向が適切に制御される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図であり、（ａ）はＬＥＤパッケージの光軸方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。以下の説明では、発光素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸上の発光素子の上面位置を原点とし、原点でＺ軸にそれぞれ直交するＸ軸とＹ軸を設けた座標系を定義する。ただし、Ｚ軸は中心軸Ｚ、あるいは光軸Ｚとも称す。
【００１７】
また、集光とはＺ軸方向にスポット状に集光する集光の他に、Ｚ軸に平行な方向への放射、Ｚ軸と直交する方向への集光や、Ｚ軸に対して所定の角度を有する方向への集光も含むものとする。
【００１８】
このＬＥＤパッケージ１は、絶縁層６Ａと、アルミニウム等の良熱伝導体からなるベース材６Ｂと、絶縁層６Ａの表面に設けられる配線パターン３Ａおよび３Ｂとを有した基板６と、配線パターン３Ａにフェイスアップ接合される発光素子４と、発光素子４の電極部（図示せず）と配線パターン３Ａおよび３Ｂとを電気的に接続するワイヤ７と、発光素子４およびワイヤ７を包囲するように基板６に外付け固定されるレンズ部５と、レンズ部５の周囲に環状に配置される反射部８とを有する。
【００１９】
配線パターン３Ａおよび３Ｂは、絶縁層６Ａを介してベース材６Ｂに接着された銅箔層をエッチング加工して所定の回路パターンを形成したものである。また、レンズ部５に設けられる凸部と凹凸嵌合させるための位置決め凹部をエッチング加工に基づいて形成されている。
【００２０】
発光素子４は、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体やＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）等で４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色系で発光するように形成されている。この発光素子４は、３００×３００μｍのチップサイズを有し、主として電極形成面および側面から光を出射するようになっている。なお、青色系ＬＥＤの素子構造については周知技術であるので、詳細な説明については省略する。
【００２１】
レンズ部５は、光透過性樹脂を射出成型することによって形成されており、例えば、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂等の成形性および光透過性の良好な樹脂を用いることができる。このレンズ部５は、略半球状の集光レンズである第１光学部５１と、ドーム状集光レンズである第２光学部５２と、第１光学部５１の下部に窪み状に形成されて発光素子４およびワイヤ７を包囲する素子収容部５０とを有し、素子収容部５０は、発光素子４との間に形成される隙間を可能な限り小にする形状およびサイズとなっている。なお、本実施の形態では、レンズ部５を外径４．５ｍｍで形成している。
【００２２】
第１光学部５１は、発光素子４を包囲するように設けられて光を光軸Ｚと直交する略水平なＸ軸方向に屈折させるようになっており、Ｚ軸に対して約４５度から９０度にかけての方向に放射される光を屈折させてＸ軸に対し平行な方向に放射させる凸型曲面を有する。即ち、Ｘ軸上に対称軸を持ち、原点から楕円中心までの距離がＤ１、Ｘ軸方向の径がｎ・Ｄ１、Ｚ軸方向の径が√（ｎ２−１）・Ｄ１の楕円をＺ軸周りに回転させた形状である。なお、ｎはレンズ材料の屈折率であり、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂の場合、ｎ≒１．５である。Ｄ１は相似比を決める任意の値である。
【００２３】
第２光学部５２は、第１光学部５１のＺ軸方向に突出して一体的に設けられて発光素子４から放射された光をＺ軸方向に集光するようになっており、Ｚ軸から約４５度にかけての方向に放射される光を集光してＺ軸方向に放射させる凸型曲面を有する。即ち、Ｚ軸上に対称軸を持ち、原点から楕円中心までの距離がＤ２、Ｘ軸方向の径が√（ｎ２−１）・Ｄ２、Ｚ軸方向の径がｎ・Ｄ２の楕円をＺ軸周りに回転させた回転楕円面形状である。なお、Ｄ２は相似比を決める任意の値である。
【００２４】
また、レンズ部５は、発光素子４を搭載した基板６に対して所定の位置に位置決め固定されるようになっている。この位置決めについては図示しないが、基板６に形成された凹部と、レンズ部５に形成される凸部との凹凸嵌合に基づいて行っている。なお、他の位置決め方法によって位置精度良く固定されるようにしても良い。
【００２５】
反射部８は、例えば、透明アクリル樹脂やポリカーボネート等の樹脂で成形した後、アルミ蒸着を施すことによって反射面８Ａを形成している。また、反射面８Ａは、スパッタリングやメッキ等の他の成膜技術に基づいて形成することも可能である。この反射面８Ａは、（ｂ）に示すように約４５度の傾斜角を有して形成されており、第１光学部５１から放射された光を反射してＺ軸方向に放射するようになっている。なお、この反射部８は、第１光学部からの放射特性との組み合わせ等によっては反射面８Ａを湾曲状に形成することによって反射集光性を有するようにしても良い。なお、本実施の形態では、反射部８を外径７．５ｍｍで形成している。
【００２６】
また、反射部８を構成する樹脂として、例えば、エポキシ樹脂や紫外線硬化樹脂を用いても良く、その他にも成形性に優れる他の樹脂材料を用いることができる。
【００２７】
このようなＬＥＤパッケージ１を製造するには、まず、銅箔層を表面に有する基板６をエッチング加工して配線パターン３Ａおよび３Ｂを形成する。次に、配線パターン３Ａの表面に発光素子４をフェイスアップ接合する。次に、発光素子４の電極部（図示せず）と配線パターン３Ａおよび３Ｂとをワイヤ７で電気的に接続する。
【００２８】
レンズ部５および反射部８は別工程で形成される。まず、レンズ形状に応じた金型に上記した光透過性樹脂を充填することにより図１（ｂ）に示すような断面形状で素子収容部５０を有したレンズ部５を射出成型する。また、樹脂成型時に位置決め用の凸部をあわせて成型する。
【００２９】
また、反射部に応じた形状の金型にアクリル樹脂を充填することにより図１（ｂ）に示すような断面形状の反射部８を射出成型する。なお、樹脂成型時にレンズ部５と同様の位置決め用の凸部をあわせて成型するようにしても良い。
【００３０】
次に、レンズ部５の凸部と、配線パターン３Ａおよび３Ｂに設けられた凹部とが嵌合するように両者を位置決め固定する。このとき、素子収容部５０に透明なシリコン樹脂を注入する。次に、配線パターン３Ａおよび３Ｂを覆うようにレンズ部５を被せて基板６に接着固定するとともに発光素子４をシリコン封止する。
【００３１】
次に、反射部８をレンズ部５の周囲の所定の位置に位置決め固定する。なお、レンズ部５を基板６に接着固定する前に反射部８を基板６に接着固定するようにしても良い。
【００３２】
以下に、第１の実施の形態のＬＥＤパッケージの動作を説明する。
【００３３】
図示しない駆動部は、配線パターン３Ａおよび３Ｂに駆動電圧を印加する。発光素子４は駆動電圧に基づいて発光して青色光を放射する。発光素子４から放射される青色光は、Ｚ軸から約４５度にかけての範囲に放射される光が第２光学部で集光されることによりＺ軸に対し平行な方向に放射される。また、Ｚ軸に対して約４５度から９０度の範囲に放射される光が第１光学部５１で屈折することによりＺ軸に対し垂直な方向に放射される。このようにして発光素子４から放射されるすべての光がＺ軸方向あるいはＺ軸に対し垂直な方向へ放射されるようになっている。そして、Ｚ軸に対し垂直な方向へ放射された光は、反射面８ＡでＺ軸方向に反射され、外部放射される。
【００３４】
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）レンズ部５にＺ軸と直交するＸ軸方向へ光を集光させる第１光学部５１、Ｚ軸方向へ光を集光させる第２光学部５２を設け、発光素子４が発する光の全光量を制御するようにしたので、光の利用効率が高く、光度を大にすることができる。
（２）反射面を大きくとることなく、光の利用効率を高くできるので、薄型化できる。
（３）反射面が極度に大きくなく、全体の径に対しレンズの径が充分取れるので、全体の径の小型化や発光素子サイズの大型化を図っても光源サイズの影響による集光度の低下を抑えることができる。
（４）レンズ部５を外付け構造としたので、発光素子４の樹脂封止に伴って生じる熱応力に起因するクラック等の成型困難性を回避でき、生産性に優れるとともに、基板６との密着性によらずに成形性や光透過性に応じた好ましい材料を選択できることから、成型の自由度を高めることができる。
（５）外付けのレンズ部５を配線パターン３Ａおよび３Ｂに対して位置決め固定するようにしたので、発光素子４とレンズ部５とが適切な位置関係で配置されるようになり、方位によって放射むらが生じることがなく、所望の照射範囲に精度良く光を放射させることができるようになる。また、用途等に応じた形状のレンズ部５を選択的に取り付けることも可能となる。
（６）反射面をさらに外側に設ける（円錐の一部形状である反射面の径を大にする）ことで、パッケージ単体での見かけの発光面積を増すことができる。この際、薄型のまま光の利用効率を高く保つことができる。
【００３５】
なお、上記した第１の実施の形態では、青色光を放射する発光素子４を用いた構成を説明したが、青色光以外の赤色光、緑色光、あるいは紫外光を放射する発光素子４を用いた構成であっても良い。
【００３６】
また、レンズ部５についても透明なものに限定されず、着色されたもの、あるいは青色光で励起されて励起光を放射する蛍光体、光拡散材等を含有していても良い。
【００３７】
また、発光素子４として、大出力型のラージチップ（例えば、１０００×１０００μｍ）を用いることもできる。
【００３８】
また、図１（ｃ）に示すように、第１光学部５２をフレネルレンズ形状とすることで、更なる薄型化を図っても良い。
【００３９】
図２は、第２の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、１０００×１０００μｍのラージチップである発光素子４と、発光素子４の外形に応じて隙間が小になるように形成された素子収容部５０を有するレンズ部５とを有する構成において第１の実施の形態と相違している。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００４０】
発光素子４は、バンプ４Ａを介して配線パターン３Ａおよび３Ｂにフリップチップ接合されている。また、発光素子４は、素子収容部５０に注入されたシリコン樹脂によって一体的に封止されている。
【００４１】
上記した第２の実施の形態によると、第１の実施の好ましい効果に加えて、サイズの大なる発光素子４から放射される光であっても第１光学系および第２光学系で効率良くＺ軸方向およびＸ軸方向に放射できるので、ＬＥＤパッケージの高輝度化、大出力化に余裕をもって対応することができる。
【００４２】
また、本実施の形態にかかる構成は、発光素子４から放射される青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体を発光素子４の周囲に配置し、青色光と黄色光との混合によって白色光を得る波長変換型のＬＥＤパッケージに適用することもできる。
【００４３】
図３は、第３の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、１０００×１０００μｍのラージチップである発光素子４と、素子収容部５０の内周面に沿って薄く層状に設けられる黄色蛍光体からなる蛍光体層５Ａを有するレンズ部５とを有する構成において第２の実施の形態と相違している。
【００４４】
蛍光体層５Ａは、発光素子４から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射するＣｅ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）からなり、黄色光と青色光とを混合することによって白色光を生じる。
【００４５】
上記した第３の実施の形態によると、第１および第２の実施の好ましい効果に加えて、素子収容部５０の内周面に薄い蛍光体層５Ａを有することで、サイズの大なる発光素子４であっても蛍光体層５Ａが励起発光することに基づく光源サイズの拡大を最小限に抑えることができ、第２光学部５２との相似比が確保されてＺ軸方向への光を集光径を大にすることなくスポット状に集光することができる。また、第１光学系とも相似比が確保されることからＸ軸方向への放射性が低下することも防げる。
【００４６】
図４は、第４の実施の形態に係るＬＥＤパッケージであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面である。
このＬＥＤパッケージ１は、絶縁層６Ａの表面に設けられる配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃとを有した基板６と、配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃにそれぞれ所定の配列でフリップチップ接合される赤色ＬＥＤ４０および青色発光素子４１と、赤色ＬＥＤ４０および青色発光素子４１の周囲を包囲して封止する素子収容部５０とを有する。
【００４７】
青色発光素子４１は、図４（ｂ）に示すように、赤色発光素子４０の周囲に８個が配置されている。この赤色発光素子４０および青色発光素子４１は、それぞれ３００×３００μｍのチップサイズを有する。
【００４８】
素子収容部５０は、発光素子４との間に形成される隙間を可能な限り小にする形状およびサイズとなっており、青色発光素子４１から放射される青色光に基づいて励起されて黄色光を放射するＣｅ：ＹＡＧからなる蛍光体層５Ａを内周面に薄く層状に形成されている。
【００４９】
上記した第４の実施の形態によると、第１および第３の実施の形態の好ましい効果に加えて青色発光素子４１から放射される青色光と、青色光によって励起された蛍光体層５Ａから放射される黄色光とが混合されることによって白色光が得られるとともに、赤色発光素子４０から放射される赤色光が加わることによって、演色性の高い白色光を得ることができる。
【００５０】
図５は、第５の実施の形態に係るＬＥＤパッケージを部分的に示す。
このＬＥＤパッケージ１は、電源供給部として銅合金等の導電材料からなるリード２Ａおよび２Ｂと、リード２Ａおよび２Ｂの素子搭載側に設けられて表面に配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃを有するサブマウント３と、配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃにバンプ４Ａを介してそれぞれフリップチップ接合される赤色発光素子４および青色発光素子４１とを有する構成において第４の実施の形態と相違している。
【００５１】
サブマウント３は、ＡｌＮ等の高熱伝導性材料によって形成されており、表面に形成される銅箔の配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃにバンプ４Ａを介して発光素子４をフリップチップ接合している。また、配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃはリード２Ａおよび２Ｂと図示しないビアホールを介して電気的に接続されている。
【００５２】
上記した第５の実施の形態によると、赤色発光素子４および青色発光素子４１をサブマウント３上の配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃに搭載したので、赤色発光素子４および青色発光素子４１の点灯に基づく発熱を速やかに効率良くリード２Ａおよび２Ｂに伝熱させることが可能になる。また、熱応力を小にできることから高輝度化、大出力化に余裕を持って対応でき、素子収容部５０内での熱収縮を抑えて安定した動作性を付与するとともに、信頼性を向上させることができる。
【００５３】
図６は、第６の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、第１光学部５１と第２光学部とが略同一の外径を有して形成されるレンズ部５と、レンズ部５の周囲を環状に包囲するように設けられる反射部８とを有する構成において第１の実施の形態と相違している。
【００５４】
反射部８は、屈折率１．５のポリカーボネート樹脂のような比較的屈折率の高い光透過性樹脂を成型加工して形成されており、第１光学部５１から入射する光を樹脂界面の全反射により反射してＺ軸方向に放射する反射面８Ａと、反射された光を外部に放射する光放射面８Ｂとを有する。この反射面８Ａは約４５度の傾斜角を有して設けられている。
【００５５】
上記した第６の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて反射部８を含む光学系全体の小型化を実現することができる。また、反射部８のための蒸着等の鏡面処理を省き、量産性を高めることができる。なお、第１光学部５１と第２光学部とを同一の外径で形成しても良い。さらに、第２光学部による集光がＺ軸に対し、９０度より小さいＺ軸に対し略垂直な６０〜９０度範囲の角度方向へ略平行光として放射されるものとしても良い。これに伴い反射面８Ａの法線方向はＺ軸に対し大きな角度になるものとするので、第１光学部および第２光学部の径を変えることなく、反射面８Ａの径だけを小さくできる。つまり、外径を小にして上記の第６の実施の形態の特性を得ることができる。
【００５６】
図７は、第７の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、発光素子４およびワイヤ７を一体的に封止して設けられる光透過性樹脂からなる第１光学部５１と、第１光学部５１を底部に収容して発光素子４から放射される光を集光および反射に基づいてＺ軸方向に放射させる光透過性樹脂からなる第２光学部５２とを有するレンズ部５を有する構成において第１の実施の形態と相違している。
【００５７】
第１光学部５１は、エポキシ樹脂をモールド成型加工することにより、図示されるように上面が平らで側部が曲面からなる扁平状に形成されている。
【００５８】
第７の実施の形態において、発光素子４からＺ軸に対し約４５度以下の範囲に放射される光は、第１光学部５１の平坦な上面に至る。第１光学部５１の上面と接する第２光学部５２の下面も平坦で間隔は僅かであるため、光はこの境界部では殆ど屈折することなしに直進し、第２光学部５２のレンズ面に至り、Ｚ軸に平行な方向に外部放射される。なお、発光素子４からＺ軸に対し約３５度以上の範囲に放射される光は、第１光学部５１と第２光学部５２の境界部での界面反射損失が大であるので、光学接着剤を介することにより空気層を排除し、界面反射損失を抑えることが望ましい。また、発光素子４からＺ軸に対し約４５度以上の範囲に放射される光は第１光学部５１の側面レンズでＺ軸に対し垂直な方向に放射され、第２光学部５２の入射面５２Ａに垂直入射し、反射面５２ＢでＺ軸に平行な方向へ反射され、光放射面５２Ｃに垂直入射した後、Ｚ軸に平行な方向へ外部放射される。
【００５９】
上記した第７の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて第２光学部５２に反射面５２Ｂと光放射面５２Ｃとを一体的に形成することにより、別途第１光学部５１を形成しておき、これを取り付ける必要がなくなるため、製造の手間を省くとともに両者の位置精度が向上するので、Ｚ軸方向への集光性および光反射性を位置精度に基づいて向上させることができる。さらに、別部材の際の肉厚を確保する必要があるといった制約がないので、より小型の第１光学部５１を形成できる。
【００６０】
図８は、第８の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、フリップチップタイプの発光素子４を用いており、この発光素子４を空間を有して包囲する素子収容部５０を有する光透過性樹脂からなる第１光学部５１と、素子収容部５０の内周面に沿って薄く層状に設けられる黄色蛍光体からなる蛍光体層５Ａと、第１光学部５１に発光素子４の発光面中心である座標系の原点を原点とする球面形状の放射面５１Ａを設け、第２光学部５２の開口部５２Ａに放射面５１Ａの形状に応じた入射面５２Ｄを設けた構成において第７の実施の形態と相違している。
【００６１】
上記した第８の実施の形態によると、第７の実施の形態の好ましい効果に加えて蛍光体層５Ａを有した素子収容部５０を発光素子４の周囲に設ける構成でも、蛍光体層５Ａを薄く形成できることによって光源サイズが大になることを防ぎ、ワイヤスペース等が不要で発光素子４に近接した箇所へ集光性を向上させることができる。
【００６２】
図９は、第９の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、第１光学部５１に発光素子４の発光面中心である座標系の原点を原点とする球面形状の放射面５１Ａを設け、第２光学部５２の開口部５２Ａに放射面５１Ａの形状に応じた入射面５２Ｄを設けた構成において第７の実施の形態と相違している。
【００６３】
上記した第９の実施の形態によると、第７の実施の形態の好ましい効果に加えて発光素子４から約３５度〜４５度の範囲に放射される光は、第１光学部５１と第２光学部５２の境界部での界面反射損失を、光学接着剤を介することなく小にできる。それぞれの界面への入射角が略垂直となるためである。なお、光学接着剤を介することが界面反射をより低く抑えるためにはより望ましい。
【００６４】
図１０は、第１０の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、第１光学部５１に樹脂封止される発光素子４をリードフレーム実装型とした構成において第９の実施の形態と相違している。
【００６５】
リードフレーム２Ｃおよび２Ｄは、鉄合金あるいは高熱伝導性を有する銅合金、アルミニウム等の金属材料を打ち抜き加工することによって形成されている。
【００６６】
第１光学部５１は、リードフレーム２Ｃの先端部に発光素子４を実装し、発光素子４の図示しない電極部とリードフレーム２Ｃおよびワイヤ７で電気的に接続し、これらをエポキシ樹脂等の光透過性材料で封止するとともに一体的に形成される。
【００６７】
上記した第１０の実施の形態によると、第７および第９の実施の形態の好ましい効果に加えてリードフレーム実装型のＬＥＤパッケージが必要となる用途に対して、放射効率に優れた小型のＬＥＤパッケージを提供できる。また、リードフレーム２Ｃの先端に発光素子４が実装されることにより、基板実装型と比較してリード部分の樹脂封止面積を小にでき、熱応力に起因する信頼性の低下を防ぐことができる。また、現在主流のキャスティングモールドによる方法で製造でき、量産性に優れる。
【００６８】
図１１は、第１１の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、発光素子４を空間を有して包囲する素子収容部５０を有する光透過性樹脂からなる第１光学部５１と、第１光学部５１を底部に収容して発光素子４から放射される光を集光および反射に基づいてＺ軸方向に放射させる光透過性樹脂からなる第２光学部５２とを有するレンズ部５を有する構成において第７の実施の形態と相違している。
【００６９】
第１光学部５１は、別工程で形成されて発光素子４を搭載された基板６に接着固定されている。
【００７０】
上記した第１１の実施の形態によると、第７の実施の形態の好ましい効果に加えて発光素子４および基板６に熱応力を付与することなく第１光学部５１を固定でき、Ｚ軸方向への集光性および光反射性に優れるとともに信頼性を向上させることができる。
【００７１】
図１２は、第１２の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
このＬＥＤパッケージ１は、発光素子４から放射される光を屈折させてＺ軸に対し垂直な方向に放射させる第１光学部５１と、発光素子４から放射される光を集光してＺ軸方向に放射させる第２光学部５２と、発光素子４から放射される光を全反射に基づいてＺ軸方向に放射する第３光学部５３からなるレンズ部５を有する構成において第１の実施の形態と相違している。
【００７２】
第１光学部５１は、発光素子４からＺ軸に対して約６０度から９０度にかけての範囲方向に放射される光を屈折させてＺ軸に対し垂直な方向に放射させる凸型曲面を有する。
【００７３】
第２光学部は、発光素子４からＺ軸に対して約３５度以内の範囲方向に放射される光を集光してＺ軸方向に放射させる凸型曲面を有する。
【００７４】
第３光学部は、Ｚ軸に対して約３５度から６０度にかけての範囲方向に放射される光を全反射する回転放物面形状の反射面５３Ａと、全反射された光をＺ軸方向に放射させる光放射面５３Ｂとを有する。
【００７５】
上記した第１２の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて界面反射の生じ易いレンズ領域に全反射に基づいて光を放射させる反射面５３Ａを設けるようにしたので、損失光の発生を効果的に抑えることが可能となり、Ｚ軸方向への集光性をより向上させることができる。
【００７６】
上記した各実施の形態では、集光または反射に基づいて発光素子４が発する略全光量をＺ軸に対し平行な光として放射させる構成を説明したが、光の放射方向は一方向に限定されず、例えば、Ｚ軸に対し所定の角度以内の範囲に外部放射される光学面形状としても良いし、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは非対称な配光とする光学面形状としても良い。また、光軸Ｚ方向とＺ軸に対し垂直な方向の複数の方向に配光制御された光を放射するものであっても良い。
【００７７】
本発明は、発光素子から斜め方向（例えば、Ｚ軸に対し４５度以上の方向）へ放射され、制御しにくい光、あるいは、制御するために種々の不都合が生じる光をＺ軸に対し略垂直な方向へ集光放射することで高い制御効率を得るとともに種々の不都合が生じないようにするものである。具体的な形態や効果については、上述した構成以外にも本発明の主旨に含まれるものであれば対象範囲である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のＬＥＤパッケージによると、発光素子の中心軸に対し４０度乃至５０度以上の方向に配置されて発光素子の発する光を発光素子の中心軸に対し略垂直な方向へ集光放射する第１光学部と、発光素子の発光面を包囲するように配置されて発光素子の発する光を集光して外部放射する第２光学部とを有するようにしたため、光学系で制御できない光が放射されることを防ぐとともに薄型で小型でも集光度および放射効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図であり、（ａ）はＬＥＤパッケージの光軸方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図であり、（ｃ）は第２光学部の一部を変更した構成を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図４】第４の実施の形態に係るＬＥＤパッケージであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面である。
【図５】第５の実施の形態に係るＬＥＤパッケージを部分的に示す。
【図６】第６の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図７】第７の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図８】第８の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図９】第９の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図１０】第１０の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図１１】第１１の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図１２】第１２の実施の形態に係るＬＥＤパッケージの縦断面図である。
【図１３】特許文献１に示されるＬＥＤパッケージに設けられるレンズの断面図である。
【符号の説明】
１、ＬＥＤパッケージ  ２Ａ、リード  ２Ｂ、リード  ２Ｃ、リードフレーム
２Ｄ、リードフレーム  ３、サブマウント  ３Ａ、配線パターン
３Ｂ、配線パターン  ３Ｃ、配線パターン  ４、発光素子
４Ａ、バンプ  ５、レンズ部  ５Ａ、蛍光体層  ６Ｂ、ベース材
６、基板  ６Ａ、絶縁層  ６Ｂ、ベース材  ７、ワイヤ
８、反射部  ８Ａ、反射面  ８Ｂ、光放射面  ４０、赤色発光素子
４１、青色発光素子  ５０、素子収容部  ５１、第１光学部
５１Ａ、集光部  ５２、第２光学部  ５２Ａ、開口部
５２Ｂ、反射面  ５２Ｃ、光放射面  ５２Ｄ、窪み
５３、第３光学部  ５３Ｂ、光放射面  ５３Ａ、反射面
６０、発光ダイオード  ６１、レンズ  ６１Ａ、凹部  ６１Ｂ、凸レンズ
６１Ｅ、反射面  ６１Ｃ、小底面  ６１Ｄ、空間
【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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【図１２】
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【図１３】
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