(57)【要約】【課題】発光素子が発光した光を外囲器表面から均等な強度で外部へ放射する。【解決手段】封止樹脂３の空気との境界面に凹凸を形成する。この凹凸の形状は境界面上における光強度分布（ｃ）を光強度分布（ａ）に補償するための形状である。光強度分布（ａ）の分布特性を得るために、封止樹脂３の境界面は光強度分布（ｃ）を上下反転させて略転写した形状の凹凸パターンに形成されている。境界面（ｂ）は光強度分布（ｃ）のうち発光素子１の真上付近が最も光強度が強くなるので、この部分の境界面は凹状にし、その周囲の光強度が弱くなる部分は凸状に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が導電性のリードフレームにマウントされ、マウントされた該発光素子が透明材料にて被覆された発光デバイスにおいて、
透明材料から放射される空気との境界の形状を、到達した発光素子の光強度分布に相反する凹凸形状としたことを特徴とする発光素子の外囲器。
【請求項２】
前記透明材料は、空気との境界面上の光強度分布における光強度が、該透明材料側から該境界面に入射する光の照度、あるいは光束発散度とされていることを特徴とする請求項１記載の発光素子の外囲器。
【請求項３】
前記透明材料は、空気との境界面上の光強度分布における光強度が、該境界面での輝度とされていることを特徴とする請求項１記載の発光素子の外囲器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子が発した光を外部へ放射するようにした発光素子の外囲器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等の発光素子には、光を外部へ効率的に放射するために外囲器（パッケージ）が必要である。このような外囲器としては、例えば図８の断面図に示す構成のものが知られている。図８の断面図に示すような従来の外囲器は、パッケージ４に内壁が傾斜した凹部５を備えている。凹部５の底部には発光素子１が配置され、ボンディングワイヤ２が接続されて発光可能に構成されている。
【０００３】
この凹部５は透光性の封止樹脂３０により封止されており、発光素子１が発光することにより透光性の封止樹脂３０を透過して光強度分布（ｃ）に示すような光強度分布特性をもって光が空気中へ放射される。
【０００４】
なお、図８に示した外囲器や、あるいは特許文献１に代表される外囲器では、封止樹脂３０と空気との境界面は一様に平坦に形成されている。故に、発光素子１で発光した光の光強度分布（ｃ）は発光素子１の真上付近が最も強く、直上から外れるほど、境界面上での光強度が弱い分布となる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１７４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、発光ダイオードのような小型光源を用いて平坦なスクリーンに光を照射して照明する場合には、スクリーン全域を均等な明るさで照明する必要がある。またカメラの撮影用フラッシュ光源用途においても、撮像素子の画角領域内に均等に光を放射可能な光源が望まれる。
【０００６】
ところが、上記各構成の外囲器あるいは、特許文献１に代表される外囲器では、被照射物上の発光素子真上付近のみが明るく照明され、被照射物全体を均等な光強度分布で照明することは難しかった。特に、光源を被照射物に近づけて照明する場合には明暗の差が顕著に現れてしまっていた。
【０００７】
また、発光素子の設置面に対して垂直方向に強い光を放射する発光素子が外囲器の凹部に設置された場合、被照射物上に発光素子１の電極パターンや、およびボンディングワイヤ２の影が投影され、光強度分布が不均一となり明暗の差が生じてしまう。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、発光素子が発光した光を外囲器表面から均等な強度で外部へ放射することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る発光素子の外囲器は、発光素子が導電性のリードフレームにマウントされ、マウントされた該発光素子が透明材料にて被覆された発光デバイスにおいて、透明材料から放射される空気との境界の形状を、到達した発光素子の光強度分布に相反する凹凸形状としたことを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、発光素子が発光し、透明材料と空気との境界面上における光の強度分布を転写するように上下反転させた形状で空気との境界面を形成する。そして、この境界面の形状により光強度分布の強弱を補償して均等な強度で外部へ光を放射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光素子の外囲器によれば、発光素子が発光した光を外囲器表面から均等な強度で外部へ放射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
図１は、外囲器の第１の実施の形態を説明するための断面図を示す。この図１には、パッケージ４と、パッケージ４に傾斜した内壁をもって設けられた凹部５と、凹部５の底部に配置された発光素子１と、発光素子１を発光させるための電力を供給するボンディングワイヤ２と、透光性の封止樹脂３と、が示されている。
【００１３】
この図１に示す外囲器の第１の実施の形態が備える封止樹脂３は、既に図８に示した封止樹脂３０に較べて周囲の空気との境界面の形状が異なっている。封止樹脂３の空気との境界面には凹凸が形成されており、この凹凸の形状は図１中に破線で示した封止樹脂３０による外囲器の光強度分布（ｃ）を光強度分布（ａ）に補償する形状を備えている。この形状は、封止樹脂３の境界面が光強度分布（ｃ）を上下反転させて略転写した凹凸パターンである。
【００１４】
この凹凸パターンについて、封止樹脂３の境界面を図１中の境界面（ｂ）に示す。この境界面（ｂ）は、光強度分布（ｃ）のうち発光素子１の真上付近が最も光強度が強くなるので、この部分の境界面は凹状にし、その周囲の光強度が最も弱くなる部分は凸状に形成されている。
【００１５】
これは、高屈折率の封止樹脂３側から低屈折率の空気中へ光が透過する場合、その境界面が凹レンズ状であれば透過光６は広い角度範囲に広げられ、境界面が凸レンズ状であれば狭い角度範囲に集光する。
【００１６】
従って空気と封止樹脂３の境界面を封止樹脂３の形状にすると、発光素子１の真上付近における光強度が強い領域では凹レンズ、強度が弱い領域では凸レンズとして封止樹脂３の境界面が機能する。
【００１７】
よって封止樹脂３の境界面が平坦な場合（つまり、封止樹脂３０のような平坦な境界面）の透過光強度分布の強弱を補償する効果が得られ、外囲器表面から均等な強度で光を外部へ放射することができる。
【００１８】
なお、封止樹脂３の空気との境界面（ｂ）における光強度分布による光強度は、封止樹脂３側から境界面（ｂ）に入射する光の照度か、あるいは光束発散度に基づいて決定され、その凹凸パターンが形成されてもよい。あるいは、境界面（ｂ）での輝度に基づいて決定され、その凹凸パターンが形成されてもよい。
【００１９】
＜第２の実施の形態＞
図２は、外囲器の第２の実施の形態を説明するための断面図を示す。
【００２０】
この図２に示した外囲器の第２の実施の形態における封止樹脂７は、図１において示した光強度分布（ｃ）が極大を示す境界面領域（ｄ）に、発光素子１の発光上側表面の金属製電極パターン及びボンディングワイヤ形状を略転写する形状で凹凸が設けられている。この凹凸形状は、発光素子１の上側の発光面に存在する金属製電極パターンとボンディングワイヤに相当する領域を凸状として、それ以外の領域を凹状とした凹凸パターンを備えている。こうした凹凸パターンを備えた境界面領域（ｄ）により光強度分布（ｃ）に対して光強度分布（ａ’）に示すように略均等な光強度分布とすることができる。
【００２１】
ここで、金属製電極パターンとボンディングワイヤの形状について説明する。まず、図３に発光素子１とボンディングワイヤ２との位置関係を説明するための説明図を示す。パッケージ４の表面には互いに接合されたｐ型領域１２とｎ型領域１３が銀ペースト１０により固定されている。ｐ型領域１２の表面には電極パターン１１が形成され、この電極パターン１１にはボンディングワイヤ２が接続されている。
【００２２】
次に、図４に電極パターン１１の一つの例を示す。ｐ型領域１２とｎ型領域１３が接合されて発光する面に電極パターン１１が形成されており、この電極パターン１１へボンディングワイヤ２が接続して発光のための電力を供給する。
【００２３】
このように、発光素子１の内部で発生した光は発光素子１の表面（たとえばｐ型領域１２）の金属製電極パターン１１によって遮られるため、金属性電極パターン１１のない表面領域からのみ封止樹脂７中に光が放射される。また発光素子１から放射した後も、この放射された光はボンディングワイヤ２によって遮られる。
【００２４】
したがって、特に発光素子の設置面に対して垂直方向に強い指向性を示すように発光素子１が外囲器の凹部５に設置された場合、被照射物上に発光素子１の金属製電極パターン１１、及びボンディングワイヤ２の影が明瞭に現れる。
【００２５】
本実施の形態では、発光素子１の金属性電極パターン１１およびボンディングワイヤ２の構造に由来する光強度分布の明暗（影）を、封止樹脂７の境界面に設けた凹凸の境界面領域（ｄ）によって均等になるように補償し、光強度分布（ａ’）の均一な光強度分布特性を得ることができる。
【００２６】
＜第３の実施の形態＞
図４は、外囲器の第３の実施の形態を説明するための断面図を示す。
【００２７】
この図５に示した外囲器の第３の実施の形態における封止樹脂８は、図１に示した光強度分布（ｃ）が極大を示す境界面領域（ｅ）に、フリップチップ実装された発光素子２１の設置側裏面の金属製電極パターン１８を転写するように、金属性電極パターン１８に相当する領域を凹状、それ以外の領域を凸状とした凹凸パターンを備えている。こうした凹凸パターンを備えた境界面領域（ｅ）により光強度分布（ｃ）に対して光強度分布（ａ’’）に示すように略均等な光強度分布とすることができる。
【００２８】
ここで、図６および図７にフリップチップ実装された発光素子２１とバンプ１８との位置関係を説明するための説明図を示す。パッケージ４の底面に配置された発光素子２１には電極パターン１７が設けられている。一方、パッケージ４の底面側には絶縁層２０が設けられ、この絶縁層２０の表面にも電極パターン１９が設けられている。これらの電極パターン１７と電極パターン１９とはバンプ１８により相互に接合され、フリップチップ実装が行われている。
【００２９】
このように発光素子２１がフリップチップ実装された場合、設置側裏面の電極パターン１７の真上の発光素子内で主に光が発生する。このフリップチップ実装では、発光素子２１の観測者側表面に金属性電極およびボンディングワイヤが存在しない。このため、発光素子２１内での光の強度分布が、封止樹脂８と空気の境界面（ｅ）での光強度分布にある程度転写される。本実施の形態では、空気との封止樹脂境界面（ｅ）に電極パターン１７を略転写した凹凸パターンを設けることによって、この光強度分布における明暗を解消し、光強度分布（ａ’’）の均一な光強度分布特性を得ることができる。
【００３０】
以上説明した発光素子の外囲器の実施の形態によれば、発光素子が発光した光を外囲器表面から均等な強度で外部へ放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施の形態における外囲器の構成を説明するための断面図を示す。
【図２】第２の実施の形態における外囲器の構成を説明するための断面図を示す。
【図３】第２の実施の形態における発光素子の構成を説明するための説明図を示す。
【図４】第２の実施の形態における金属製電極パターンを説明するための説明図を示す
【図５】第３の実施の形態における外囲器の構成を説明するための断面図を示す。
【図６】第３の実施の形態における発光素子の構成を説明するための説明図を示す。
【図７】第３の実施の形態における発光素子の構成を説明するための説明図を示す。
【図８】従来の発光素子の外囲器の構成の断面図を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１…発光素子
２…ボンディングワイヤ
３…封止樹脂
４…パッケージ
５…凹部
【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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