(57)【要約】【課題】  製造工程を煩雑化することなく、光拡散性が良好な発光装置を提供する。【解決手段】  蛍光体５Ａとシリカ粒子５Ｂとを混合した封止樹脂７でケース部６を封止し、蛍光体５Ａとシリカ粒子５Ｂを比重に基づいて沈降させてＬＥＤ素子２の周囲に配置する。これにより、シリカ粒子５Ｂ中に蛍光体５Ａが分散した状態で沈降して光拡散部５を形成することができる。シリカ粒子５ＢはＬＥＤ素子２から放射された青色光を散乱して光拡散部５中に不規則に分散させることにより、シリカ粒子５Ｂ中に混在している蛍光体５Ａが効率良く励起される。このため、白色光を得るのに必要な蛍光体の使用量を低減することができる。【選択図】        図１
2005167079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子を光透過性材料で封止して形成される発光装置において、
前記光透過性材料は、粒状の光拡散体と蛍光体とを混合した混合体を含むとともに前記混合体を前記ＬＥＤ素子の周囲に配置した光拡散部を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記粒状の光拡散体は、前記蛍光体の粒径より小なる粒径を５〜１０重量％含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記粒状の光拡散体は、エポキシシランの表面処理を施されたシリカ粒子であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
青色光を放射するＬＥＤ素子を光透過性材料で封止して形成される発光装置において、
前記光透過性材料は、粒径０．２〜８μｍのシリカ粒子を５〜１０重量％と、黄色光を放射する粒径１０μｍの黄色蛍光体を１８重量％とを混合した混合体を含むとともに前記混合体を前記ＬＥＤ素子の周囲に配置した光拡散部を有することを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子および発光装置に関し、特に、発光素子から放射される光を効率良く外部に取り出すことのできる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode：発光ダイオード）素子を光源として使用し、ＬＥＤ素子から放射される光によって蛍光体を励起し、励起された蛍光体から放射される励起光とＬＥＤ素子から放射される光とを混合することにより生じる波長変換光を放射する発光装置がある。
【０００３】
係る発光装置として、蛍光体と酸化マグネシウムからなる拡散剤をＬＥＤ素子を覆う樹脂ケースに混入したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図４は、特許文献１に記載される発光装置の断面図である、この発光装置１０は、リードフレーム１１および１２と、リードフレーム１１に搭載されるＬＥＤ素子１３と、ＬＥＤ素子１３から放射される光によって励起される蛍光剤１４と、ＬＥＤ素子１３から放射される光を拡散する拡散剤１６と、リードフレーム１１，１２、ＬＥＤ素子１３、蛍光剤１４、および拡散剤１６を一体的に覆って封止する砲弾形状の樹脂ケース１５とを有して形成されている。
【０００５】
この発光装置１０によると、樹脂ケース１５に混入された拡散剤１６がＬＥＤ素子１３から放射される光を拡散するため、蛍光剤１４の劣化が抑えられて発光色の変化や光量の低下が生じにくくなり、長時間の使用を可能にすることができる。
【特許文献１】特許第３０６５５４４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された発光装置によると、安定した長期使用性を実現するには樹脂ケース１５内に均一に蛍光剤１４および拡散剤１６を分散させる必要があるため、樹脂材料、蛍光剤１４、および拡散剤１６の厳密な混合、および製造管理が必要となって製造工程が煩雑化するという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、製造工程を煩雑化することなく、光拡散性が良好な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】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するため、ＬＥＤ素子を光透過性材料で封止して形成される発光装置において、前記光透過性材料は、粒状の光拡散体と蛍光体とを混合した混合体を含むとともに前記混合体を前記ＬＥＤ素子の周囲に配置した光拡散部を有することを特徴とする発光装置を提供する。
【０００９】
前記粒状の光拡散体は、前記蛍光体の粒径より小なる粒径を５〜１０重量％含むことが好ましい。
【００１０】
前記粒状の光拡散体は、エポキシシランの表面処理を施されたシリカ粒子を用いることができる。
【００１１】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、青色光を放射するＬＥＤ素子を光透過性材料で封止して形成される発光装置において、前記光透過性材料は、粒径０．２〜８μｍのシリカ粒子を５〜１０重量％と、黄色光を放射する粒径１０μｍの黄色蛍光体を１８重量％とを混合した混合体を含むとともに前記混合体を前記ＬＥＤ素子の周囲に配置した光拡散部を有することを特徴とする発光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光装置によれば、ＬＥＤ素子の周囲に粒状の光拡散体と蛍光体とを混合した混合体を沈降させることによって光拡散部を形成するため、製造工程を煩雑化せずに良好な光拡散性を発光装置に付与することができる。
【００１３】
また、本発明の発光装置によれば、青色光を放射するＬＥＤ素子の周囲に粒状の粒径０．２〜８μｍのシリカ粒子５〜１０重量％と粒径１０μｍの黄色蛍光体１８重量％とを混合した混合体を沈降させることによって光拡散部を形成するため、製造工程を煩雑化せずに良好な光拡散性を発光装置に付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る表面実装型発光装置の断面図である。この発光装置１は、ＧａＮ系半導体化合物からなるフリップチップタイプのＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２を外部回路と電気的に接続するための配線パターン３Ａ、３Ｂを有する基板部３と、ＬＥＤ素子２の電極と配線パターン３Ａ、３Ｂとを電気的に接続するＡｕバンプ４と、ＬＥＤ素子２の周囲を覆うように配置される蛍光体５Ａおよび光拡散剤としてのシリカ粒子５Ｂからなる光拡散部５と、光を外部に放射させるように傾斜形状に形成される反射面６Ａを有し、アクリル樹脂等の樹脂材料で形成されるケース部６と、ケース部６のＬＥＤ素子収容部に注入されてＬＥＤ素子２および光拡散部５を封止する光透過性の封止樹脂７によって構成されている。
【００１５】
ＬＥＤ素子２は、サファイア基板上に有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によってｎ型層、発光層を含む層、およびｐ型層を結晶成長させることによって形成されており、発光波長４５０〜４８０ｎｍの青色光を主としてサファイア基板側から放射するように形成されている。
【００１６】
基板部３は、ガラスエポキシ材料によって形成されており、銅箔によって外周を覆うように設けられる配線パターン３Ａ、３Ｂを有している。配線パターン３Ａ、３Ｂは、基板部３の上面から側面、および底部にかけて設けられており、半田接合等によって図示しない外部回路への表面実装が可能である。
【００１７】
光拡散部５は、光拡散剤として光透過性を有する粒径０．２〜８μｍのシリカ粒子５Ｂを有し、シリカ粒子５Ｂは、樹脂中での分散性を向上させるためにエポキシシランを表面に塗布している。シリカ粒子５Ｂの添加量は、５〜１０重量％である。また、蛍光体５Ａは、黄色蛍光体であるＣｅ：ＹＡＧであり、粒径は約１０μｍである。Ｃｅ：ＹＡＧはＬＥＤ素子２から放射される光によって励起されて黄色光を放射する。蛍光体５Ａの添加量は、１８重量％である。
【００１８】
ケース部６は、基板部３上に貼り付け固定されており、反射面６Ａを側面とする窪みの内部にＬＥＤ素子２、光拡散部５、および封止樹脂７を有している。反射面６Ａは、スパッタリングによって表面にアルミニウムの薄膜を光反射膜として形成されている。
【００１９】
封止樹脂７は、光透過性および成形性に優れるエポキシ樹脂によって形成されており、樹脂中に上記した割合で混入された蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５ＢをＬＥＤ素子２の周囲に沈降させることにより設けられる光拡散部５と、光拡散部５の外側に配置される透明部とを有している。
【００２０】
次に、第１の実施の形態の発光装置１の製造工程について以下に説明する。
【００２１】
図２は、発光装置の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はＬＥＤ素子の搭載工程、（ｂ）は封止樹脂の注入工程、（ｃ）は封止樹脂の硬化工程である。まず、図２（ａ）に示すように、配線パターン３Ａおよび３Ｂを設けられた長尺上の基板材料に別工程で射出成形されたケース部６を貼り付け固定する。ケース部６にはエッチング等によって予め反射面６Ａに応じた孔が開口されている。次に、ケース部６の底部、すなわち、配線パターン３Ａおよび３Ｂの露出した基板材料の表面にＡｕバンプ４を介してＬＥＤ素子２を超音波接合する。ＬＥＤ素子２は、長尺上の基板材料に対して複数を所定の間隔で配置することができる。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂを前述の割合でエポキシ樹脂に混合し、十分な攪拌を行って凝集のない混合体とする。次に、ＬＥＤ素子２を固定されているケース部６の孔に蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂを混入されたエポキシ樹脂を注入する。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示すように、エポキシ樹脂を注入した状態で一定時間放置してＬＥＤ素子２の周囲に蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂを沈降させる。このとき、蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂは、分散状態を保ったまま沈降し、堆積することによって光拡散部５を形成する。一方、蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂと分離したエポキシ樹脂は透明となり、光拡散部５上に配置される。次に、全体を１２０℃から１８０℃の温度で加熱処理することによってエポキシ樹脂を熱硬化させることによりケース部６と一体化した封止樹脂７とする。次に、ダイサーによってＬＥＤ素子２の配置間隔に応じた間隔で全体を切り分けることにより発光装置１が得られる。
【００２４】
次に、第１の実施の形態の発光装置１の動作について以下に説明する。
【００２５】
発光装置１の配線パターン３Ａおよび３Ｂを図示しない電源装置に接続して通電することにより、ＬＥＤ素子２の発光層において発光し、主として発光層の上側に配置されるサファイア基板からＬＥＤ素子２の外部に光が放射される。サファイア基板から放射された光のうち、蛍光体５Ａに照射される光は蛍光体５Ａを励起させる。励起された蛍光体５Ａは黄色の励起光を放射する。また、シリカ粒子５Ｂに照射される光はシリカ粒子５Ｂの形状に応じて不規則な方向に透過、散乱を繰り返しながら伝播し、ケース部６内部に行き渡るとともに反射面６Ａによって反射される。ケース部６内部において、ＬＥＤ素子２から放射された青色光と蛍光体５Ａの励起に基づいて生じる励起光とが混合されることによって白色光となり、封止樹脂７を介して外部放射される。
【００２６】
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）蛍光体５Ａとシリカ粒子５Ｂとを混合したエポキシ樹脂でケース部６を封止し、蛍光体５Ａとシリカ粒子５Ｂを比重に基づいて沈降させてＬＥＤ素子２の周囲に配置するようにしたため、シリカ粒子５Ｂ中に蛍光体５Ａが分散した状態で沈降して光拡散部５を形成することができる。シリカ粒子５ＢはＬＥＤ素子２から放射された青色光を散乱して光拡散部５中に不規則に分散させることにより、シリカ粒子５Ｂ中に混在している蛍光体５Ａが効率良く励起される。このため、外部への光拡散性が向上するとともに、白色光を得るのに必要な蛍光体の使用量を低減することができる。
（２）エポキシシランによる表面処理を施したシリカ粒子５Ｂと蛍光体５Ａとを混合しているため、エポキシ樹脂中へシリカ粒子５Ｂおよび蛍光体５Ａの分散性が向上し、特に、蛍光体５Ａの粒子同士が物理的に接触して分散性が低下することを防げる。
【００２７】
なお、第１の実施の形態では、青色光を発するＬＥＤ素子２と、黄色光を発する蛍光体５Ａによって白色光を生じる波長変換型の発光装置１を説明したが、白色光を生じる波長変換は上記したものに限定されず、例えば、紫外光を発するＬＥＤ素子２と紫外光によって励起されるＲＧＢ蛍光体を用いた波長変換であっても良い。
【００２８】
また、ＬＥＤ素子２についても、第１の実施の形態で説明したフリップチップタイプのＬＥＤ素子２に代えて光放射面側に電極を有するフェイスアップタイプのＬＥＤ素子２を用いることも可能である。また、フリップチップタイプのＬＥＤ素子２を窒化アルミニウム等のサブマウント部材を介して接続するものであっても良い。
【００２９】
また、基板部３についてもガラスエポキシ以外の材料としてアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の材料を用いることも可能である。
【００３０】
また、ケース部６についてもアクリル樹脂以外の材料としてナイロン樹脂、エポキシ樹脂、あるいはセラミック等の材料を用いることも可能である。
【００３１】
また、封止樹脂７を構成する光透過性材料についてもエポキシ樹脂に限定されるものではなく、シリコン樹脂を用いることも可能である。
【００３２】
また、第１の実施の形態では、長尺状の基板材料に対してケース部６および複数のＬＥＤ素子２を搭載し、ダイサーで切断して発光装置１とする製造工程について説明したが、例えば、ケース部６を構成するウエハー状の第１の材料にエッチング等によって複数の開口を形成し、ウエハー状の第２の材料に配線パターンを形成して第１の材料と貼り付け接合し、ＬＥＤ素子２の搭載、蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂを混入された封止樹脂７の注入、光拡散部５の形成、および封止樹脂７の熱硬化を行った後にダイサー、あるいはレーザー等で切断して発光装置１を形成するようにしても良い。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る表面実装型発光装置の断面図である。この発光装置１は、第１の実施の形態で説明したケース部６を設けずに蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂを混入された封止樹脂７でＬＥＤ素子２を封止した構成を有している。また、その他の構成において、第１の実施の形態と同一の部分については共通の引用数字を付している。
【００３４】
第２の実施の形態の発光装置１では、配線パターン３Ａおよび３Ｂを設けられた長尺上の基板材料を金型に収容し、金型内に蛍光体５Ａとシリカ粒子５Ｂとを混合した封止樹脂７を充填する方法により形成する。
【００３５】
次に、第２の実施の形態の発光装置１の製造工程について以下に説明する。
【００３６】
まず、長尺上の基板材料上に設けられる配線パターン３Ａおよび３Ｂに位置するように所定の間隔でＡｕバンプ４を介してＬＥＤ素子２を超音波接合する。次に、ＬＥＤ素子２を接合された基板材料を金型で包囲して封止樹脂７を充填し、一定時間放置してＬＥＤ素子２の周囲に蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂを沈降させる。このとき、蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂは、分散状態を保ったまま沈降し、堆積することによって光拡散部５を形成する。一方、蛍光体５Ａおよびシリカ粒子５Ｂと分離した封止樹脂７は透明となり、光拡散部５上に配置される。次に、金型とともに全体を１２０℃から１８０℃の温度で加熱処理することによって封止樹脂７を熱硬化させることにより基板材料と一体化する。次に、金型を分離する。次に、ダイサーによってＬＥＤ素子２の配置間隔に応じた間隔で全体を切り分けることにより発光装置１が得られる。
【００３７】
上記した第２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ＬＥＤ素子２の上側だけでなく側面方向にも波長変換された白色光を効率良く外部放射させることが可能になる。
【００３８】
なお、上記した第１および第２の実施の形態で説明した発光装置１の封止樹脂７に凸状、凹状といった光学形状を設けて放射される光の集光、あるいは拡散を行う構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表面実装型発光装置の断面図である。
【図２】本発明の発光装置の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はＬＥＤ素子の搭載工程、（ｂ）は封止樹脂の注入工程、（ｃ）は封止樹脂の硬化工程である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る表面実装型発光装置の断面図である。
【図４】特許文献１に記載される発光装置の断面図である、
【符号の説明】
【００４０】
１、発光装置  ２、ＬＥＤ素子  ３、基板部  ３Ａ、配線パターン
４、バンプ  ５、光拡散部  ５Ａ、蛍光体  ５Ｂ、シリカ粒子
６、ケース部  ６Ａ、反射面  ７、封止樹脂  １０、発光装置
１１、リードフレーム  １３、ＬＥＤ素子  １４、蛍光剤
１５、樹脂ケース  １６、拡散剤
【図１】
2005167079.tif 000003
【図２】
2005167079.tif 000004
【図３】
2005167079.tif 000005
【図４】
2005167079.tif 000006