(57)【要約】【課題】  下方向、すなわち発光素子の搭載面の裏側方向に光を取り出すことができる発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】  発光素子１０６と、前記発光素子と電気的に接続されたリードフレーム１０５と、前記リードフレームの一部および前記発光素子を被覆する透光性部材１０４とを有し、前記透光性部材の上端中央部に形成され、前記発光素子から上方に出射された光を側方に反射させる第１の面１０１と、前記透光性部材の上端周縁部に形成され、前記側方に反射された光をさらに下方に反射させる第２の面１０２と、前記第１の面と前記第２の面とを繋ぐ、前記発光素子の載置面と略平行な第３の面１０３と、を有することを特徴とする発光装置。【選択図】  図１
2009259890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子と電気的に接続されたリードフレームと、
前記リードフレームの一部および前記発光素子を被覆する透光性部材とを有し、
前記透光性部材の上端中央部に形成され、前記発光素子から上方に出射された光を側方に反射させる第１の面と、
前記透光性部材の上端周縁部に形成され、前記側方に反射された光をさらに下方に反射させる第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面とを繋ぐ、前記発光素子の載置面と略平行な第３の面と、
を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１の面は、錐状の凹部の側面に形成される請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第２の面は、前記下方に向かうに従って前記側方に広がる傾斜面である請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方に光反射材を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方が粗面である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、より詳細には、発光素子から出射された光を透光性部材を通して外部へ放射する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子は、発光装置の光源として利用することができる。さらに、近年、これらの発光素子を搭載した発光装置が実用化され、照明、フルカラーディスプレイ、装飾等、様々な用途に使用されている。
【０００３】
一般的に知られている発光装置は、反射材を備えたリードフレームに発光素子を搭載し、該発光素子を透光性の被覆部材で被覆している。その被覆部材は、発光装置の光学特性を考慮して、例えばレンズ状などの種々の形状に成型され、発光素子の上方向が最も明るくなるように設計されることが多い。反面、リードフレームに発光素子を搭載した場合には、搭載面の裏側へ向かう光は少なくなる。この構造は、必要な方向にのみ光を取り出すことによってエネルギーの有効利用を図る半導体発光素子の特長であるが、光の方向を限定することが望ましくないような、言い換えれば光を拡散させて使用するような用途に関しては適さないともいえる。
【０００４】
そこで、光を拡散させるために、被覆部材に光拡散材などを添加することによって光を拡散させる手法がとられる場合がある。しかしながら、被覆部材が光を集光する形状であれば、発光素子の上方向が最も明るいという特性は変わらない。また、光拡散材の添加によって被覆部材の色が変化し、発光装置自体の見栄えが変わってしまうことも問題となりうる。そこで、被覆部材の上端の形状を凹形状にすることにより、光の方向を変える発光装置が提案されている。（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開平３−６７４６３号公報。
【０００６】
【特許文献２】特開２００６−１４７９９０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および２に開示された発光装置は、横方向への光取り出しは大きくなるものの、下方向すなわち発光素子の搭載面の裏側方向への発光強度は大きくならない。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、下方向、すなわち発光素子の搭載面の裏側方向に光を取り出すことができる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子と電気的に接続されたリードフレームと、前記リードフレームの一部および前記発光素子を被覆する透光性部材とを有し、前記透光性部材の上端中央部に形成され、前記発光素子から上方に出射された光を側方に反射させる第１の面と、前記透光性部材の上端周縁部に形成され、前記側方に反射された光をさらに下方に反射させる第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを繋ぐ、前記発光素子の載置面と略平行な第３の面と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この発光装置においては、前記第１の面は、錐状の凹部の側面に形成されることも可能である。
【００１１】
また、前記第２の面は、前記下方に向かうに従って前記側方に広がる傾斜面とすることも可能である。
【００１２】
さらに、前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方に光反射材を備えることも可能である。
【００１３】
さらに、前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方を粗面とすることも可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の発光装置によれば、横方向のみならず、下方向、すなわち発光素子の搭載面の裏側方向に光を取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置およびその製造方法を例示するものであって、本発明は発光装置およびその製造方法を以下に限定するものではない。
【００１６】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。
図１乃至図３は、本発明に係る発光装置１００の実施の形態を示したものである。図１は実施の形態に係る発光装置の模式的な断面図、図２は図１に係る発光装置の斜視図である。図１において、矢印は光の出射の様子を示している。また、図３は図１の部分拡大図である。
【００１７】
図１に示されるように、本形態の発光装置は、発光素子１０６と、発光素子１０６とワイヤ等（図示せず）により電気的に接続されたリードフレーム１０５と、リードフレーム１０５の一部および発光素子１０６を被覆する透光性部材１０４とを有している。
さらに、透光性部材１０４は、その上端中央部に、発光素子１０６から上方に出射された光を側方に反射させる第１の面１０１と、その上端周縁部に、前記側方に反射された光をさらに下方に反射させる第２の面１０２と、第１の面１０１と第２の面１０２とを繋ぐ、発光素子１０６の載置面と略平行な第３の面１０３とを備えることを特徴とする
ここで、「上方」とは、発光素子１０６の光取り出し面方向、「下方」とは上方と反対の方向、言い換えると発光素子１０６の載置面の裏側の方向のことをいう。
【００１８】
すなわち、本形態にかかる発光装置は、発光素子１０６から上方に出射された光を、透光性部材１０４の上端に形成される第１の面１０１に入射させて反射させ、その進行方向を変えることで第２の面１０２に入射させ、該第２の面で再び反射させて進行方向を変えることで下方（外部）へと光を取り出すことができる。また、本発明の透光性部材１０４は、さらに、第３の面１０３を備えている。このように、第１の面１０１と第２の面１０２とを繋ぐように、発光素子１０６の載置面と略平行に、かつ、発光素子１０６の上方に第３の面１０３を備えることにより、発光素子１０６から第３の面１０３に入射した光を直接下方へ反射することができる。これにより、光を下方へと取り出すことができる。
また、発光素子から第３の面１０３に入射した光を集光せずにそのまま上方に取り出すこともできる。つまり、透光性部材１０４の上端部に、レンズ効果を持たせるような曲面を形成しないか、もしくはその面積をごく僅かに留めることにより、特定の方向へと向かう光量が低減し、上方に対しても、より均一に光を取り出すことができる。さらに、第１の面１０１により反射された光が第３の面１０３に入射することにより、第３の面で反射された光が第２の面に入射し、第２の面で反射された光を下方に取り出すこともできる。これにより、光の取り出し方向にバリエーションを持たせることができる。
【００１９】
（透光性部材１０３）
本形態の透光性部材１０３は、後述の発光素子１０６およびリードフレーム１０５の一部を被覆し、該発光素子１０６から出射された光を外部に放射させるものであり、第１の面１０１と、第２の面１０２と、第３の面１０３を有している。本形態においては、リードフレーム１０５の一方の端部に載置された発光素子１０６と、該リードフレームとを一体に覆うように透光性部材１０４が配置され、透光性部材１０４の下部からリードフレーム１０５の他方の端部が突出して外部接続用の端子となるように形成されている。
【００２０】
本形態において、第１の面１０１は、透光性部材１０４の上端中央部に形成され、第２の面１０２は、透光性部材１０４の上端周縁部に形成されている。中央部上端、すなわち発光素子１０６からの光が最も強く入射する箇所に第１の面１０１を設けることにより、第１の面１０１でこれらの光を側方に分散することができる。さらに、上端周縁部に第２の面を形成することにより、側方に反射された光を効率良く下方に反射させることができる。ここで、第３の面１０３を、第１の面１０１と第２の面１０２との間に設けることにより、第１の面から斜め上方に反射した光の一部は第３の面で反射することにより、斜め下方へと進行方向を変え、第２の面へ向かうことになる。第１の面から斜め上方に反射した光が直接第２の面に入射した場合に比べて入射角が臨界角以上になりやすく、第２の面で下方への全反射が発生しやすい。
【００２１】
特に、本形態においては、透光性部材１０４は、その上方側からみて、中央部に一対のリードフレーム１０５を有しており、該リードフレーム１０５に載置される発光素子１０６は、第１の面の略中央の直下に載置されている。第２の面１０２は、中央部から離間した周縁部に設けられており、その直下にはリードフレーム１０５が存在しないため、リードフレームで遮られる光量を少なくすることができる。
透光性部材の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等が好適に用いられ、用途に応じて選択される。
【００２２】
（第１の面１０１）
第１の面１０１は、発光素子１０６から出射された光を側方に反射し、後述の第２の面１０２へ入射させる機能を備える面である。言い換えると、発光素子１０６からの光に対し、臨界角以上になるように第１の面１０１の少なくとも一部が形成されており、側方に反射された光を第２の面１０２に入射させることのできる面である。このような機能を持つ面であれば、平面であっても曲面であってもよい。
【００２３】
本形態において、第１の面１０１は、円錐状の凹部の側面に形成される。このように形成することにより、発光素子１０６から入射する光の角度を臨界角より大きくすることが容易にできるため、好ましい。発光素子の載置面と平行な面と第１の面とがなす角度（図３のα）は、光の反射方向及びその程度に応じて適宜設定される。なお、本形態において、錐形は円錐形とされているが、角錐形であってもよい。
【００２４】
（第２の面１０２）
第２の面１０２は、前述の第１の面１０１が側方に反射した光を、下方へ反射させる面である。言い換えると、第１の面１０１が側方に反射した光に対し、臨界角以上に第２の面１０２の少なくとも一部が形成されており、反射された光を下方に出射することのできる面である。このような機能を持つ面であれば、第１の面同様に、平面であっても曲面であってもよい。例えば、略円柱状に形成された透光性部材１０４の上端周縁部を面取りあるいは角丸めしたような形状である。
【００２５】
本形態において、第２の面１０２は、下方に向かうに従って側方に広がる傾斜面である。言い換えると、本形態において透光性部材１０４は、その上端周縁部を台錐形の側面として、透光性部材１０３の上部が台錐形となるように形成されており、その上面に逆円錐の切欠部を有している。また、このとき、台錐形の高さL２は、前述の第１の面の円錐の高さL１の５０％以上となることが好ましい。これにより、発光をより均一にさせることができる。L２を大きくするほど、第２の面１０２に入射する光の量が多くなり、下方に取り出される光も多くなる。他方、L１を大きくすると第２の面で反射されずに側方に取り出される光が多くなる。
【００２６】
さらに、本形態においては、図３の部分拡大図に示すように、第２の面の高さL２（台円錐の高さL２）と第１の面の高さL１（逆円錐の高さL１）が略同じである。言い換えると、台円錐形の上面に前述の第１の面として、円錐形の凹部の側面を有しており、台円錐の底面と逆円錐の頂点は略同一面上に形成されており、台円錐の上面と逆円錐の底面は略同一面上に形成されている。この形状の場合、少なくとも第１の面で真横に反射した光は全て、第２の面で反射または屈折することになる。発光素子の載置面と平行な面と第２の面とがなす角度（図３のβ）は、前述のαと同様に、適宜設定される。なお、本形態において、台錐形は台円錐形とされているが、台角錐形であってもよい。
【００２７】
（第３の面１０３）
透光性部材１０４には、前述の第１の面１０１と第２の面１０２とを繋ぐように、第３の面１０３が形成される。ここで「第１の面１０１と第２の面１０２とを繋ぐ」とは、実質的に連結されていればよく、例えば、第１の面と第３の面との境界、または第２の面と第３の面との境界に、透光性部材１０４を型に入れて成型する際の離型性などを考慮して曲面が形成されていてもよい。
【００２８】
本形態において、第３の面１０３は、透光性部材１０４の上端部に、発光素子１０６の載置面と略平行な面として形成され、第１の面１０１の円錐の底面を形成する線と、第２の面１０２の台錐の上面を形成する線とで画定される環状（言い換えると、リング状）の面である。なお、第３の面１０３に前述の光反射材を設けたり、第３の面１０３を粗面にしたりしてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
（光反射材  図示しない）
第１の面１０１および第２の面１０２には、透光性部材１０３とは別に、光反射材を形成することができる。光反射材は、反射を促進させることのできる部材で、例えば、材料として、Ａｇ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｕ等の金属、白色部材、又は、ＳｉＯ２/ＺｒＯ２、若しくは、ＳｉＯ２/ＴｉＯ２等の金属酸化膜層が使用される。さらにはＳｉＯ２/Ｔｉ、ＳｉＯ２／白色部材のように、金属酸化膜層を形成後、金属や白色部材を形成することもできる。
また、第１の面１０１および第２の面１０２を粗面としてもよい。これにより、光を散乱させることができ、散乱した光の一部は下方へと進行方向を変え、下方へ光を取り出すことができる。
【００３０】
（発光素子１０６）
発光素子１０６は、半導体発光素子であればよく、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であればどのようなものでもよい。例えば、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
このような発光素子１０６は、後述するリードフレーム１０５にワイヤ等（図示しない）により電気的に接続され、好ましくはリードフレーム１０５に載置される。発光素子をリードフレーム１０５に載置するためには、接合部材が用いられる。例えば、青または緑発光を有し、サファイア基板上に窒化物半導体を成長させた発光素子の場合には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子の裏面にＡｌメッキをしてもよいし、樹脂を使用せず、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材を用いて接続してもよい。さらに、ＧａＡｓ等からなり、赤色発光を有する発光素子のように、両面に電極が形成された発光素子の場合には、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等によってダイボンディングすることにより、リードフレームと電気的接続をとることもできる。本発明の発光装置では、発光素子１０５は１つのみ搭載されていてもよく、２つ以上搭載されていてもよい。
また、本発明の発光装置は、さらに保護素子を搭載していてもよい。保護素子は、特に限定されるものではなく、発光装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、過熱、過電圧、過電流等に対する保護回路用の素子（例えば、静電保護素子）等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオード、トランジスタ・ダイオード等が利用できる。これらの保護素子を、前述の光反射材で被覆することにより、保護素子が光を吸収しないようにすることができる。
【００３１】
（リードフレーム１０５）
リードフレーム１０５は、透光性部材１０４内部に配置された発光素子１０６と電気的に接続される部分と、透光性部材１０４から突出して外部接続用の端子となる部分とを有し、ている。リードフレーム１０５はその一端部に発光素子１０６を載置することのできる部分を有することが好ましい。該載置部を凹状とすることで、前述の透光性部材１０４を２層以上に形成することが容易にできる。例えば、該載置部の凹部に、前述の蛍光物質を含有させた透光性部材を充填し、さらに透光性部材で覆うことで、発光素子１０６近辺のみで波長変換をすることができる。また、該凹部の内壁面の角度を調節することにより、発光素子から出射された光のうち、前述の第１の面に入射させる光の量を調節することができる。
【００３２】
リードフレーム１０５の材料としては、例えば、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝道率を有しているもの、比較的大きい機械的強度を有するもの、あるいは打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料が好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。また、リードフレーム１０５の表面、特に発光素子１０６の近辺には、搭載される発光素子１０６からの光を効率よく取り出すために反射メッキが施されていることが好ましい。リードフレーム１０５の大きさ、厚み、形状等は、得ようとする発光装置の大きさ、形状等を考慮して適宜調整することができる。なお、リードフレーム１０５の外部接続用の端子となる部分は、実装形態に応じて、適宜屈曲、変形させることができる。
【００３３】
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００３４】
本実施例における発光装置１００は、図１乃至図３に示すように、発光素子１０６と、発光素子１０６と電気的に接続されたリードフレーム１０５と、リードフレーム１０５の一部および発光素子１０６を被覆する透光性部材１０４とを有しており、該透光性部材１０４は、その上端中央部に、発光素子１０６から上方に出射された光を側方に反射させる第１の面１０１と、その上端周縁部に、前記側方に反射された光をさらに下方に反射させる第２の面１０２と、第１の面１０１と第２の面１０２とを繋ぐ、発光素子１０６の載置面と略平行な第３の面１０３とを備えている。
【００３５】
本実施例において、発光素子１０６は、青色系に発光する窒化物系半導体からなり、波長４５５ｎｍ付近の光を放射する発光素子を用いる。発光素子の上面には、正及び負の電極がそれぞれ形成されている。リードフレーム１０５は、鉄入り銅の合金からなり、発光素子からの光を効率よく取り出すために、リードフレーム１０５の端部に形成された凹部に発光素子が載置され、その載置部近辺に銀メッキが施されている。
【００３６】
発光素子１０６およびリードフレーム１０５の一部を覆う透光性部材１０４は、エポキシ樹脂により形成されている。透光性部材１０４は、第１の面１０１、第２の面１０２、第３の面１０３に対応する面を有する成形型に、未硬化のエポキシ樹脂を充填し、発光素子が実装されたリードフレームの先端を挿入し、エポキシ樹脂を硬化させて形成することができる。なお、本実施例において図３における第１の面の高さL１（逆円錐の高さL１）は０．５３ｍｍ、第２の面の高さL２の高さ（台円錐の高さL２）は０．５３ｍｍである。また、発光素子１０６の載置面と第１の面１０１とがなす角度αは３６°、発光素子１０６の載置面と第２の面１０２とがなす角度βは４５°である。
【００３７】
このように形成された発光装置１００は、下方向すなわち発光素子の搭載面の裏側方向に対しても光を取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の発光装置は、照明、フルカラーディスプレイ、装飾等、様々な用途に使用されて光源として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態である発光装置の模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態である発光装置の模式的斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態である発光装置の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  発光装置
１０１  第１の面
１０２  第２の面
１０３  第３の面
１０４  透光性部材
１０５  リードフレーム
１０６  発光素子
【図１】
2009259890.tif 000003
【図２】
2009259890.tif 000004
【図３】
2009259890.tif 000005