(57)【要約】【課題】  良好な光取り出し効率を得ることができる発光素子をドーム状の透光性封止樹脂で封止した構造の発光装置を提供する。【解決手段】  発光装置は、基板と、基板上に配置された発光素子と、基板上において発光素子を中心にして回転対称位置に配置され、部分的に上面に突出した凸部を有する複数の凸部材と、基板上において発光素子を囲む円形開口部を有し、凸部を覆いかつ円形開口部に面する傾斜面を有するガラス膜と、円形開口部を覆いかつ傾斜面上にその端部を有するドーム状の透光性封止樹脂と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された発光素子と、
前記基板上において前記発光素子を中心にして回転対称位置に配置され、部分的に上面に突出した凸部を有する複数の凸部材と、
前記基板上において前記発光素子を囲む円形開口部を有し、前記凸部を覆いかつ前記円形開口部に面する傾斜面を有するガラス膜と、
前記円形開口部を覆いかつ前記傾斜面上にその端部を有するドーム状の透光性封止樹脂と、を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記基板上において前記発光素子を中心にして回転対称位置に配置された少なくとも２つの第１金属膜を有し、
前記凸部材は前記発光素子を中心にして対称な位置に配置されかつ前記第１金属膜の前記発光素子側とは反対側の端部と重なるように形成された一対の第２金属膜からなり、    前記凸部は、前記第２金属膜における前記第１金属膜との重なり領域に形成されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記凸部材は光反射材料からなることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項４】
前記一対の第２金属膜各々は前記円形開口部に沿う形状の前記発光素子側端部を有し、前記発光素子側端部において前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項５】
前記少なくとも２つの第１金属膜は、前記円形開口部に沿う形状に前記第２金属膜との重なり領域を有することを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つの第１金属膜は、前記発光素子側とは反対側の端部が、前記円形開口部に沿う形状であることを特徴とする請求項４又は５記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子をドーム状の透光性封止樹脂で封止した構造の発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の発光素子が生成する光を効率良く取り出すために発光素子をドーム状の透光性封止樹脂で封止した構造の発光装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２）。このような構造の発光装置の製造の際には、一般に、発光素子が配置された基板上に発光素子の周囲に樹脂堰き止め用の円枠形のガラス膜を形成し、高チクソ性の樹脂溶液をガラス膜の範囲内に塗布してそれを硬化させることにより基板上に発光素子を封止する半球のドーム状の透光性封止樹脂が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０１−１９４４４６号公報
【特許文献２】特開平０７−２３１１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、かかる従来の発光装置においては、樹脂溶液の塗布によって発光素子を封止したドーム状の透光性封止樹脂の円中心と発光素子の中心とを一致させることが難しく、その中心ずれが大きいと発光素子からの光取り出し効率が低下するという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、かかる点を鑑みてなされたものであり、良好な光取り出し効率を得ることができる発光素子をドーム状の透光性封止樹脂で封止した構造の発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発光装置は、基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上において前記発光素子を中心にして回転対称位置に配置され、部分的に上面に突出した凸部を有する複数の凸部材と、前記基板上において前記発光素子を囲む円形開口部を有し、前記凸部を覆いかつ前記円形開口部に面する傾斜面を有するガラス膜と、前記円形開口部を覆いかつ前記傾斜面上にその端部を有するドーム状の透光性封止樹脂と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の発光装置によれば、基板上において発光素子を囲むガラス膜が凸部材上に形成され、その凸部材によってガラス膜の発光素子側に傾斜面が形成されるので、ガラス膜の円形開口部を覆うドーム状の透光性封止樹脂の端部がその傾斜面上に位置する。これにより製造時に塗布された封止樹脂材料の堰き止め効果を向上させることができ、安定したドーム状の透光性封止樹脂を形成することができる。よって、ドーム状の透光性封止樹脂の円中心の発光素子の中心からの位置ずれを小さくすることができるので、良好な光取り出し効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１の発光装置を示す上面図及び断面図である。
【図２】本発明の実施例２の発光装置を示す上面図である。
【図３】本発明の実施例３の発光装置を示す上面図である。
【図４】本発明の実施例４の発光装置を示す上面図である。
【図５】本発明の実施例５の発光装置を示す上面図である。
【図６】ドーム状樹脂の位置ずれと色度シフトとの関係を示す特性図である。
【図７】従来装置、実施例１及び２の色度座標を示す特性図である。
【図８】色度Ｃｘのばらつきを頻度として示す特性図である。
【図９】本発明の実施例５の発光装置を示す上面図である。
【図１０】発光装置の比較例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１０】
図１(a)は本発明の実施例１として発光装置の上面図を示し、図１(b)は図１(a)の発光装置のＡ−Ａ部分の断面図を示している。この発光装置においては、基板１１上に発光素子１２が配置されている。基板１１としては、高反射のアルミナ等のセラミック基板が用いられる。また、基板１１は正方形の主面を有し、その中央に発光素子１２が配置されている。基板１１は主面サイズ５×５ｍｍで厚さ０．５ｍｍである。
【００１１】
発光素子１２はワイヤボンディング方式のＬＥＤ（発光ダイオード）からなる。図１(a)の上面図から分かるように、発光素子１２の発光主面は正方形である。発光素子１２はシリコーン接着剤を用いて基板１１上に接着されている。
【００１２】
基板１１上には、発光素子１２から離間しかつ発光素子１２を中心にして対称な位置に一対のワイヤ接続電極１３（第１金属膜）が配置されている。一対のワイヤ接続電極１３は金（Ａｕ）からなり、金のペーストを基板１１上に印刷し、それを焼成することにより形成されている。また、ワイヤ接続電極１３は、発光素子１２と金製の２つのボンディングワイヤ１４によって接続されている。ワイヤ接続電極１３の断面は台形形状であり、その厚みは１〜５μｍの範囲であり、例えば、４μｍである。ワイヤ接続電極１３は、９０度以内の角度（例えば、約１０度）の側面を発光素子１２側及び基板１１の辺側に有する。なお、図１(a)及び(b)において符号１３Ａはワイヤ接続電極１３の基板１１の辺側の端部（ワイヤ接続電極１３の発光素子側と反対側の端部）である。
【００１３】
また、基板１１上には、発光素子１２を中心にして（発光素子１２の搭載位置の中心を中心として）対称な位置に長手の一対の外部取出し電極１５（第２金属膜）が凸部材として配置されている。一対の外部取出し電極１５は光反射材料の銀（Ａｇ）からなり、銀のペーストを基板１１上に印刷し、それを焼成することにより形成されている。外部取出し電極１５各々の一端部がワイヤ接続電極１３の外側部分上に、例えば、約０．２ｍｍの幅で重なっており、その重なった部分は凸状断面となっている。つまり、外部取り出し電極１５の発光素子１２側の端領域は、ワイヤ接続電極１３の発光素子１２とは反対側の端領域に重なり、上面に突出した凸部が形成されている。一対の外部取出し電極１５の他端部各々は互いに基板１１の辺位置まで延在している。外部取出し電極１５の厚みは５〜１５μｍの範囲であり、例えば、１０μｍである。また、外部取出し電極１５は９０度以内の角度（例えば、１０度）の側面を発光素子１２側に有する。
【００１４】
更に、基板１１上に発光素子１２を中心にして円環状の枠であるガラス膜１６が配置されている。すなわち、ガラス膜１６は基板１１上に円形開口部を有し、その円形開口部内に発光素子１２が配置されている。図１(a)及び(b)において符号１６Ａは円形開口部を形成するガラス膜１６の端部である。ガラス膜１６はガラスペーストを基板１１及び外部取出し電極１５上に印刷し、それを焼成することにより形成されている。
【００１５】
このガラス膜１６の円の開口径は例えば、１．７ｍｍであり、発光素子１２の一辺の長さの４〜５倍の大きさである。また、ガラス膜１６は外部取出し電極１５を覆っており、そのガラス膜１６の外部取出し電極１５を覆う部分の発光素子１２側の一端部は凸状断面となっており、ワイヤ接続電極１３に接している。凸状の発光素子１２側の一端部側面は順テーパの傾斜面となっている。ガラス膜１６の厚みは例えば、５〜１５μｍであり、ワイヤ接続電極１３、外部取出し電極１５及びガラス膜１６の重なり部分の厚さは１５〜３５μｍの範囲であり、例えば、２０μｍである。また、ガラス膜１６はその重なり部分では４５度以内の角度（例えば、２５度）の傾斜側面を発光素子１２側に有する。
【００１６】
なお、ガラス膜１６は上記したように円形開口部を有するが、その円形開口部には楕円形開口部が含まれる。また、ガラス膜１６は、外部取り出し電極１５の少なくとも上記した凸部を覆うものであれば良く、外部取り出し電極１５の全てを覆うものでなくても良い。
【００１７】
ガラス膜１６で囲まれた円形部分にはドーム状樹脂１７（透光性封止樹脂）が充填されている。ドーム状樹脂１７は、発光素子１２、ボンディングワイヤ１４及びワイヤ接続電極１３を封止している。ガラス膜１６は本発光装置の製造時にドーム状樹脂１７が硬化するまでの堰き止めとして作用している。ドーム状樹脂１７の端部１７Ａはガラス膜１６の傾斜側面上に位置している。
【００１８】
ドーム状樹脂１７は図示しない多数の蛍光体粒子を含有している。その蛍光体粒子は発光素子１２の発する光により励起され所定波長の蛍光を発する例えば、ＹＡＧ蛍光体粒子である。ドーム状樹脂１７は、発光素子１２の発する光と共に、蛍光体粒子が発する蛍光に対して透光性を有する材料が用いられ、例えば、液状の高チクソ性樹脂をディスペンサにより発光素子１２上から塗布し、それを加熱硬化することにより形成することができる。ドーム状樹脂１７の直径は例えば、２．２ｍｍである。
【００１９】
なお、基板１１上には、発光素子１２を中心にして（発光素子１２の搭載位置の中心を中心として）点対称な位置に長手の一対の外部取出し電極１５が凸部材として配置されているが、凸部材は発光素子１２を中心にして回転対称位置に配置されても良い。また、本発明において凸部材は必ずしも電極を兼ねるものでなくても良く、電極とは別に形成された金属膜などでも良い。
【００２０】
かかる実施例１の発光装置では、発光素子１２から上方に放射された光（例えば、青色光）は、ドーム状樹脂１７に入射し、一部がドーム状樹脂１７内の蛍光体粒子によって所定の波長の光（例えば、黄色光）に変換され、蛍光体粒子によって変換されなかった光と混合されてドーム状樹脂１７の表面から出射される。
【００２１】
また、かかる実施例１の発光装置では、基板１１上の発光素子１２について対称となる２箇所においてワイヤ接続電極１３、外部取出し電極１５及びガラス膜１６が重なり合って凸状になっているので、本発光装置の製造時にディスペンサによるドーム状樹脂１７の液状材料の塗布によってドーム状樹脂１７をその中心が発光素子１２の中心位置に合致するように形成することができる。特に、凸状の故にガラス膜１６の傾斜側面の傾斜角度を大きくとることができるので、製造時に塗布されたドーム状樹脂１７材料の堰き止め効果を向上させることができ、安定したドーム状樹脂１７を形成することができる。この結果、発光素子１２の中心に対するドーム状樹脂１７の中心位置ずれを小さくすることができる。例えば、上記したように直径が２．２ｍｍのドーム状樹脂１７の中心位置と発光素子１２の中心位置とのずれを０．０５ｍｍとすることができ、そのドーム状樹脂１７の直径に対して１６％以内のずれに収めることができた。
【００２２】
また、外部取出し電極１５がガラス膜１６によって覆われているので、外部取出し電極１５の硫化や酸化によってその反射率が低下するという不具合を防止することができる。
【００２３】
なお、従来、安定したドーム状樹脂を形成して中心位置ずれを低減するためにはガラス膜を厚くして樹脂のドーム径が大きくとれるようにする必要があった。これは樹脂の硬化の際に樹脂の粘度が低くなり、それによりドーム径の大きさやその位置が安定しなくなるためである。しかしながら、例えば、上記したようにガラスペーストを印刷して焼成することによってガラス膜を形成する場合にはガラス膜を厚くするためにその印刷と焼成を何度も繰り返す必要がある。よって、従来、ガラス膜を厚くした場合にはコスト高を招くだけでなく、ガラス膜とドーム状樹脂との界面での光の吸収が大きくなり、光取り出し効率が低下することになっていた。これに対して、実施例１の発光装置においては、ガラス膜１６を厚く形成するする必要がないので、ガラス膜とドーム状樹脂との界面での光の吸収を抑えることができ、良好な光取り出し効率を確保することができる。
【００２４】
図２〜図５は本発明の他の実施例２〜５として発光装置の上面図を示している。なお、図２〜図５の各発光装置のＢ−Ｂ部分の断面は図１(b)に断面図として示した実施例１のＡ−Ａ断面と同一である。
【００２５】
図２及び図３の実施例２及び３では、一対の外部取出し電極１５各々の端部がガラス膜１６の円環状の枠に沿って湾曲状に基板１１上に形成されている。つまり、外部取出し電極１５は、発光素子側端部１５Ａが、円形開口部に沿う形状に形成されている。外部取出し電極１５は実施例３ではその枠部分だけであるが、実施例２では基板１１の各辺位置まで形成されている。ただし、基板１１上において発光素子１２及び一対のワイヤ接続電極１３各々の中心を通る直線と発光素子１２で直角に交差する方向には外部取出し電極１５が配置されておらず、その部分は絶縁領域となっている。こうすることにより、ワイヤ接続電極１３、外部取出し電極１５及びガラス膜１６が重なり合った２箇所以外においてもガラス膜１６の高さを大きくすることができる。よって、製造時に塗布されたドーム状樹脂１７材料の堰き止め効果をより向上させることができ、この結果、ドーム状樹脂１７の中心位置ずれを小さくすることができる。
【００２６】
図４の実施例４では、実施例２の構造に更に、２対の段差形成用金属１３’を追加することにより、ワイヤ接続電極１３或いは段差形成用金属１３’、外部取出し電極１５及びガラス膜１６が重なり合った部分が発光素子１２を中心にして回転対称位置に６箇所形成されている。
【００２７】
図５の実施例５では、実施例３の構造に加えて、ワイヤ接続電極１３各々の端部がガラス膜１６の円環状の枠に沿って湾曲状に基板１１上に形成されている。すなわち、ワイヤ接続電極１３は、発光素子側とは反対側の端部１３Ａがガラス膜の円形開口部に沿う形状に形成されており、ワイヤ接続電極１３、外部取出し電極１５及びガラス膜１６が重なり合った部分がガラス膜１６の円環状の枠に沿って湾曲状に基板１１上に形成されている。
【００２８】
よって、実施例４及び５では、製造時に塗布されたドーム状樹脂１７材料の堰き止め効果をより向上させることができ、この結果、ドーム状樹脂１７の位置ずれを小さくすることができる。
【００２９】
図６は、基板３１上の青色発光素子３２を、青色光を黄色光へ波長変換する蛍光体を含有した透光性封止樹脂３３で封止した図１０に示す構造の白色の発光装置（比較例の発光装置）のサンプルを作製し、透光性封止樹脂の形状と色度シフトとの関係を示したグラフである。図６において、横軸は、発光素子と透光性封止の最頂部が一致した場合の色度を基準とした場合の色度のずれを色度座標上のｘ軸の値（Cx）の差で示す。縦軸は、発光素子の中心と透光性封止樹脂の最頂部との距離を透光性封止樹脂の径で割った値を位置ずれ割合として示す。発光素子をドーム状の透光性封止樹脂で封止した構造の発光装置では、通常、図６に示すように、ドーム状樹脂の位置ずれが大きくなるほど色度シフトが増加する関係があるので、上記した各実施例においては、ドーム状樹脂１７の位置ずれを小さくしたことにより色ばらつきを低減することができる。また、図７及び図８は、比較例、実施例１、実施例２の構成の発光装置のサンプルをそれぞれ作成し、それらの色度分布を測定した結果を示すグラフである。図７は、色度座標上に各サンプルの色度をプロットしたグラフ、図８は、Cx値の頻度を各サンプルの最大頻度で規格化して示したグラフである。尚、比較例のサンプルは、ボンディングワイヤ３６のワイヤ接続電極を兼ねて外部取り出し電極３４をＡｕ膜で構成してそれをガラス膜３５で覆った以外は、実施例１（図１）と同じ構成である（図１０）。上記した実施例１及び２においては、比較例の発光装置に比べて、図７に示すように色度座標（Ｃｘ，Ｃｙ）の分布特性が得られ、また、図８に示すように色度Ｃｘと頻度との関係特性が得られた。これらの特性から、実施例１及び２では色度ばらつきを比較例の発光装置に比べて約半分に抑えることが可能である。特に、実施例２では色度ばらつきを小さくすることができ、このことからワイヤ接続電極１３と外部取出し電極１５との重なり部分が多いほど色度ばらつきを小さくできることが分かった。
【００３０】
なお、上記した各実施例においては、単一の発光素子を有する発光装置として示したが、本発明は１つの基板上に複数の発光素子を有する発光装置にも適用することができる。例えば、図９に示すように、上記した発光素子１２、ワイヤ接続電極１３、ボンディングワイヤ１４、外部取出し電極１５、ガラス膜１６及びドーム状樹脂１７からなる部分を１つの発光ユニット２１とし、その発光ユニット２１を１つの基板２２上に行及び列方向に配列しても良い。
【００３１】
また、上記した各実施例においては、発光素子としてワイヤボンディング方式の発光ダイオードを用いた発光装置を示したが、本発明はフリップチップ方式の発光素子に適用することができる。更に、本発明は発光ダイオード以外に有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子等の他の発光素子を用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１１，２２，３１  基板
１２，３２  発光素子
１３  ワイヤ接続電極
１４，３６  ボンディングワイヤ
１５，３４  外部取出し電極
１６，３５  ガラス膜
１７，３３  ドーム状樹脂
２１  発光ユニット
【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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