(57)【要約】【課題】薄型であって、かつ光の取出し効率が高い発光装置を提供する。【解決手段】発光素子と、該発光素子を収納し、底面において発光素子を載置する窪み部を形成したパッケージ成型体とからなり、前記窪み部に前記発光素子を覆う透光性の封止樹脂を充填し、前記封止樹脂と空気との界面を出射面とし、前記出射面から光を取り出す発光装置であって、前記発光素子は該発光素子の底面近傍に活性層が形成され、光強度の放射特性において、該発光素子の側面方向に強いピークを有し、前記窪み部が底面より順に緩斜面と急斜面からなる反射面を有する。  緩斜面と急斜面とからなる２つの反射面によりパッケージの薄型化が図れ、主に発光素子の側面から放射した光は緩斜面で反射し、出射面に対し入射角が臨界角より小さくでき光の取り出し効果を向上できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子を収納し、底面において発光素子を載置する窪み部を形成したパッケージ成型体とからなり、前記窪み部に前記発光素子を覆う透光性の封止樹脂を充填し、前記封止樹脂と空気との界面を出射面とし、
前記出射面から光を取り出す発光装置であって、
前記発光素子は、該発光素子の底面近傍に活性層が形成され、光強度の放射特性において、該発光素子の側面方向に強いピークを有し、
前記窪み部は底面より順に緩斜面と急斜面からなる反射面を有する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子は、該発光素子の底面から天面に向かって側面に傾斜が与えられた
ことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記緩斜面からなる反射面は主として前記発光素子の側面から放射される光の成分を反射する
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】
前記緩斜面と前記活性層のなす角度が６６度以下である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記出射面が略平面である
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記出射面が長方形、または長軸と短軸を備えた多角形、または楕円形である
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記窪み部の少なくとも短軸方向の側壁に、底面より順に緩斜面と急斜面からなる反射面を有する
ことを特徴とする、請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記緩斜面と急斜面の境界が発光素子の天面より、発光装置の出射面側にある
ことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の発光装置。
【請求項９】
前記緩斜面と急斜面の境界が曲面を有することを
ことを特徴とする、請求項１から８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、発光素子と、発光素子を収納するとともに外部への光取り出しのためのリフレクタ機能を備えた窪み部を形成したパッケージ成型体とからなる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶表示装置などに用いられる薄型の面状光源として、液晶表示体の下面に配置した導光板の端面側に面実装型発光装置（以下発光装置と記す）を配設したものがある。
【０００３】
この面状光源は、導光板の端面と発光装置の出射面とが正対するように実装面上に導光板と発光装置が並置され、薄型に構成されている。
【０００４】
発光装置が発光した光は導光板の端面より入射して導光板の上部平面から放射する。
【０００５】
この面状光源に使用される発光装置として、例えば特許文献１に記載されるように、導光板の端面に光を効率的に入射させるためのリフレクタを備えたものがある。
【０００６】
この発光装置は、ＬＥＤチップ（以下、チップと記す）を収納するとともに外部への光取り出しのためのリフレクタ機能を備えた窪み部を形成したパッケージ成型体を有し、窪み部に導光板の端面に向かって開口が広がった扁平なリフレクタ機能を持たせている。
【０００７】
前記リフレクタ（窪み部）はチップが載置される底面と、底面の周縁に沿って斜設された側壁とを有し、実装面にたいして平行に光を放射するように形成されている。
【０００８】
前記チップは窪み部底面に載置され、ワイヤで外部電極に配線されたのち、透光性の封止樹脂によって封止されている。
【０００９】
また、チップの封止樹脂と空気との界面の全反射を抑制することにより、光の取り出し効率を向上した発光装置として、例えば特許文献２に記載のものがある。
【００１０】
この発光装置は、チップと、該チップを載置する多角形の底面と、底面の周縁に沿って斜設された側壁を有するホーン状のリフレクタと、チップを封止する樹脂とからなる。前記リフレクタは底面から順に緩斜面と急斜面を備える。さらに、封止樹脂は空気との界面における全反射を抑制するに十分な高さまで充填されている。
【特許文献１】特開２００４−１９３５３７号  公報
【特許文献２】特表２００４−５１６６６６号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載の発光装置は、単に一つの斜面からなるリフレクタを備えているだけである。
【００１２】
また、特許文献２に記載の発光装置は、底面が多角形のホーン状のリフレクタであり、しかもリフレクタは緩斜面と急斜面とを有するが全反射を抑制するため、樹脂を十分な高さまで充填するものである。
【００１３】
一方、発光輝度が高くかつ発光効率の高いチップとして、光強度の放射特性においてチップの側面方向に強いピークを有する素子、例えば発光素子の底面から天面に向かって側面に傾斜が与えられ、かつ底面近傍に活性層を有する素子が知られている。しかしながら、特許文献１に記載されたリフレクタの側壁や、特許文献２に記載された、緩斜面からなるリフレクタは、主として、底面近傍に活性層がありチップの側面から多く放射される光の成分を反射するようには、何ら考慮されていない。したがって、該チップを使用した場合の光の取り出し効率は十分ではなかった。
【００１４】
また特許文献２においては、リフレクタを扁平に形成し、発光装置の薄型化を図ることについて、何ら考慮されていない。
【００１５】
以上の課題に鑑み本発明は、底面近傍に活性層が形成され、光強度の放射特性において、側面方向に強いピークを有するチップを用いた発光装置において、薄型であって、かつ光の取り出し効率の高い発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する為に本発明の発光装置は、発光素子と、該発光素子を収納し、底面において発光素子を載置する窪み部を形成したパッケージ成型体とからなり、前記窪み部に前記発光素子を覆う透光性の封止樹脂を充填し、前記封止樹脂と空気との界面を出射面とし、前記出射面から光を取り出す発光装置であって、前記発光素子は該発光素子の底面近傍に活性層が形成され、光強度の放射特性において、該発光素子の側面方向に強いピークを有し、前記窪み部が底面より順に緩斜面と急斜面からなる反射面を有することを特徴とする。
【００１７】
ここで前記発光素子は、例えば該発光素子の底面から天面に向かって側面に傾斜が与えられた素子である。
【００１８】
また、前記緩斜面からなる反射面は主として前記発光素子の側面から放射される光の成分を反射することを特徴とする。
【００１９】
また、前記緩斜面と前記活性層のなす角度が６６度以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、前記出射面が略平面であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記出射面が長方形、または長軸と短軸を備えた多角形、または楕円形であることを特徴とする。
【００２２】
また、前記窪み部の少なくとも短軸方向の側壁に、底面より順に緩斜面と急斜面からなる反射面を有することを特徴とする。
【００２３】
また、前記緩斜面と急斜面の境界が発光素子の天面より、発光装置の出射面側にあることを特徴とする。
【００２４】
また、前記緩斜面と急斜面の境界が曲面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の構成によれば、主としてチップの側面から放射された光の成分は、リフレクタが有する緩斜面により反射され、封止樹脂と空気との界面からなる出射面での全反射を抑制し、効率的に取り出すことができる。また、前記緩斜面の或る部分から急斜面とすることにより、パッケージを薄くすることができる。
【００２６】
その結果、薄型であってもチップが発光する光の取り出し効率が高い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】
【００２７】
以下、本発明の発光装置の実施形態を図に基づき説明する。
【００２８】
図１は本実施の形態における発光装置の断面図である。
【００２９】
本発光装置は、皿状の窪み部を有する略長方体のパッケージ成型体（以下パッケージ１０１と記す）と、図２に示すＬＥＤチップ（以下チップ１０２と記す）とからなる。
【００３０】
前記窪み部は底面１０３ｃと、底面の周縁に沿って斜設された側壁とからなるリフレクタ１０３を構成する。リフレクタ１０３は白色パッケージなどパッケージ１０１自身の反射性によりリフレクタ機能を付与することができるし、別途窪み部の側壁に反射膜形成などによって反射率が高くなるように加工し、リフレクタ機能を付与してもよい。
【００３１】
図１（ａ）に示す短軸方向の断面において、リフレクタ１０３の側壁は底面１０３ｃより出射面１０４ａに向かい、緩斜面１０３ａと急斜面１０３ｂの順に構成されている。
【００３２】
緩斜面１０３ａは底面１０３ｃに対し６６度以下の傾斜角θとなるように形成されている。また、急斜面１０３ｂは例えば傾斜角８８度などで形成されている。
【００３３】
チップ１０２は底面１０３ｃの略中央部に配設される。
【００３４】
底面１０３ｃにはチップ１０２に電力を供給するための電極１０５が備えられ、ワイヤ１０６によりチップ１０２と電気的に接続されている。
【００３５】
さらに窪み部に、透光性の封止樹脂１０４が充填される。
【００３６】
なお、チップ１０２の発光波長を変換するための蛍光体が封止樹脂１０４に混合されていてもよい。
【００３７】
この封止樹脂１０４と空気との界面は出射面１０４ａをなす。
【００３８】
この出射面１０４ａの形状は長方形に限定されず、多角形や楕円形であってもよい。
【００３９】
また、出射面１０４ａは略平面であるのが好ましい。これにより後述する入射角θｉがより正確になるから、光の取出し効率が向上する。
【００４０】
なお、図１（ｂ）、（ｃ）は長軸方向の断面図、および出射面１０４ａから見た平面図である。
【００４１】
図２（ａ）、（ｂ）はチップ１０２の断面図と光強度の放射特性図である。放射角はチップ１０２の法線に対する角度を表している。
【００４２】
チップ１０２は該チップの底面から天面に向かって側面に傾斜が与えられて、例えば角錐台状に形成されたチップであり、発光部である活性層１０２ａはチップ１０２の略中央部より底面側に形成されている。活性層１０２ａは通常、チップ１０２の底面にたいして平行に形成されている。
【００４３】
チップ１０２はこのような構造により、チップから封止樹脂１０４への光の取り出し効率を向上させている。この場合特に、放射角が４０度から６０度付近であるチップ１０２の側面方向に光強度のピークがある。
【００４４】
図３は本実施の形態における発光装置の光路図である。
【００４５】
なお、図３はリフレクタ１０３の一方の側壁について拡大して示したものであって、他方の側壁についても同等な原理が成り立つことはいうまでもない。
【００４６】
主としてチップ１０２の側面から放射した光はリフレクタ１０３の側壁で反射し、入射角θｉで出射面１０４ａに入射し、空気中へ放射される。
【００４７】
屈折率の高い媒質から低い媒質へ光が通過するとき、入射角θｉが或る角度より大きい場合、媒質の界面で全反射が起こる。この角度は臨界角といわれている。
【００４８】
つまり入射光が媒質の界面に入射する角度が、界面に対して垂直に近いほど全反射が最小となり、光の取り出し効率が最大となるのである。
【００４９】
封止樹脂１０４の屈折率はこの分野で使われる多くの材料は大体ｎ＝１．５前後であり、空気の屈折率をｎ＝１とすると、臨界角は約４２度となる。つまり、入射角θｉが約４２度以下のとき全反射が最小であるから、光の取出し効率が最大となる。
【００５０】
活性層１０２ａに対する仰角をφとしたとき、チップ１０２の側面から放射する光の光路を、図３に示す(1)から(3)を例に説明する。
【００５１】
なお、(1)から(3)は図２（ｂ）に示した光強度の放射特性のほぼ(1)から(3)に対応するものである。
【００５２】
(1)は仰角φ≒０、すなわち活性層１０２ａと略平行、すなわち図２（ｂ）の放射角９０度で放射された光の光路である。
【００５３】
このとき、光は緩斜面１０３ａで反射し、入射角θｉが約４２度以下で出射面１０４ａに入射するから、出射面１０４ａにおける全反射は最小である。
【００５４】
(2)は緩やかな仰角、すなわち放射角７０度前後で放射された光の光路である。
【００５５】
このとき、光は緩斜面１０３ａにおいて、(1)と比べて、より緩やかな角度で反射するから、θｉは(1)と比べて小さい。したがってこのときも、全反射はほとんどない。
【００５６】
(3)は(2)と比べて、より急な仰角、すなわち放射角４０度前後で放射された光の光路である。
【００５７】
このとき、この実施の形態では光は急斜面１０３ｂで反射するが、殆どの全ての光の成分が出射面１０４ａに入射するとともに、入射角θｉは約４２度以下とすることができる。したがってこのときも、全反射はほとんどない。
【００５８】
さらに急な仰角、すなわち４０度前後よりさらに小さい放射角で放射された光は急斜面１０３ｂで反射されるか、または出射面１０４ａに直接入射される。いずれの場合であっても、入射角θｉは約４２度以下とすることができ、全反射はほとんどない。
【００５９】
このように、緩斜面１０３ａ及び急斜面１０３ｂを有するリフレクタ１０３においては、チップ１０２の光強度の放射角が０度から９０度の間にある殆ど全ての成分を、入射角θｉが約４２度以下となるように導光することができる。
【００６０】
すなわち、底面から天面に向かって側面に傾斜が与えられ、かつ底面近傍に活性層１０２aを有するチップ１０２であって、傾斜する側面から放射される、光強度がピークであるところの、放射角が４０度から６０度に分布する成分を効率的に導光できる。
【００６１】
なお、緩斜面１０３ａの傾斜角θは封止樹脂１０４の屈折率によって適宜調整すべきであり、必ずしも６６度以下に限定されない。要はチップ１０２の、主として側面から放射した光が緩斜面１０３ａで反射し、入射角θｉで出射面１０４ａに入射するとき、入射角θｉが臨界角以下であって、全反射が起こらない角度に形成されれば良い。
【００６２】
緩斜面１０３ａは主としてチップ１０２の側面から放射する光を反射するから、チップ１０２の天面より出射面１０４ａ側に、境界１０３ｄを設けるのが好ましい。また、境界１０３ｄは曲面であってもよい。
【００６３】
ところで、リフレクタ１０３の短軸方向における側壁が単なる緩斜面だけであっては、パッケージ１０１の厚みｔが大きくなってしまう。しかし、上述のように側壁を或る部分から急斜面とすることで、仰角の緩やかな光の成分は全反射を起こさせないように出射面１０４ａに入射させることができるので、リフレクタ１０３の形状をより扁平にしてパッケージ１０１の厚みを薄くできる。
【００６４】
また、急斜面１０３ｂは、図３の(3)に示したように、チップ１０２の側面からだけではなく、天面から放射する光の成分も出射面１０４ａの方向に効率的に導光させる作用を兼ね備える。
【００６５】
急斜面１０３ｂの傾斜角は急であるほど厚みｔを薄くできる。しかし、出射面１０４ａにおける入射角θｉが大きくなるから全反射成分が増加し、導光の効率が低下する。また急斜面１０３ｂと向かい合った急斜面に再入射する成分が増加し、導光の効率が低下する。これらの問題を勘案し、急斜面１０３ｂの傾斜角は、導光の効率と薄さとが両立する角度に形成することが重要である。
【００６６】
なお、リフレクタ１０３の長軸方向においてパッケージ１０１の幅ｗは、厚みｔに比べて十分に大きいから、設計余裕度が大きい。
【００６７】
したがって、リフレクタ１０３の長軸方向の側壁は、傾斜角６６度以下の単一な斜面であっても良いし、短軸方向と同様に緩斜面と急斜面とを有しても良い。
【００６８】
発光装置が有するリフレクタの側壁が底面に対し８０度の単一の傾斜角である従来の形態のものと、本実施の形態における発光装置とを、放射特性において比較する。チップは本実施の形態と同様に、発光素子の側面方向に光強度のピークを有したチップで、角錐台状に形成され、活性層は底面近傍に形成されたものである。
【００６９】
図４は本実施の形態における発光装置の光強度の、従来の形態に対する比較である。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、短軸方向および長軸方向に対する特性を示す。本実施の形態における発光装置は、従来の形態のものと比べ、全放射角にわたって光強度が向上している。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施の形態における発光装置の断面図である。
【図２】チップの断面図と放射特性である。
【図３】本発明の一実施の形態における発光装置の光路図である。
【図４】発光装置の放射特性である。
【符号の説明】
【００７１】
１０１  パッケージ  
１０２  チップ
１０２ａ  活性層
１０３  リフレクタ
１０３ａ  緩斜面
１０３ｂ  急斜面
１０３ｃ  底面
１０３ｄ  境界
１０４  封止樹脂
１０４ａ  出射面
【図１】
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【図２】
2007142289.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007142289.tif 000006