JP2011023621A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光取り出し効率を向上させることができるとともに、その効果を長期間にわたって持たせ、かつ、製造を容易に行うことが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】この発光装置は、発光素子１と、発光素子１の周囲を囲むように配置された枠状のリフレクタ２ａとを備えている。そして、それぞれが発光素子１の周囲を囲み、かつ、それぞれが発光素子１からの光を反射することが可能な金属枠体２２および樹脂枠体２３を含む構造体がリフレクタ２ａとなっているとともに、金属枠体２２が樹脂枠体２３により覆われている。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子からの光を反射するリフレクタを備えた発光装置に関する。

従来、ＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）などの発光素子を光源とし、その発光素子で生成された光を所定方向に出射することが可能な発光装置が知られている。以下に、ＬＥＤチップを光源とする従来の発光装置の構成について簡単に説明する。

従来の発光装置では、ＬＥＤチップが銅板などからなるフレームに搭載されているとともに、そのフレームにＬＥＤチップの電極が電気的に接続されている。また、枠状のリフレクタがＬＥＤチップの周囲を取り囲むように配置されており、ＬＥＤチップからの光の一部（リフレクタで囲まれた領域内においてリフレクタの側壁に向かって進行する光）を所定方向に反射するようになっている。さらに、ＬＥＤチップを封止するために、シリコーン系樹脂などからなる封止部材がリフレクタの内周面側に埋め込まれている。

上記した従来の構成において、所定方向への光の取り出し効率を向上させるためには、リフレクタの光反射面（ＬＥＤチップの周囲を取り囲む内周面）の光反射率を高めることが効果的である。したがって、従来では、白色顔料を含有する熱可塑性樹脂によってリフレクタを形成したり、リフレクタに銀メッキを施したりしていた。

しかしながら、白色顔料を含有する熱可塑性樹脂によってリフレクタを形成した従来の構成では、ＬＥＤチップから放射される熱や光によってリフレクタが劣化するので、リフレクタの光反射面の光反射率が低下してしまうという不都合があった。

また、リフレクタに銀メッキを施した従来の構成では、メッキ材料である銀が外気中の硫化水素と反応することでリフレクタが劣化（黒色化）する。このため、リフレクタに銀メッキを施したとしても、リフレクタの光反射面の光反射率が低下してしまうという不都合があった。ところで、この構成の場合、リフレクタの光反射面側には封止部材が埋め込まれているため、外観上ではリフレクタの光反射面と外気とが遮断された状態となっている。ただし、封止部材の構成材料であるシリコーン系樹脂は、信頼性（耐久性）、光透過性および加工性などを考慮すると非常に優れた封止材と言えるが、ガスの透過性が高いために外気中の成分が透過され易い。したがって、リフレクタの光反射面側に封止部材が埋め込まれていたとしても、リフレクタの光反射面の劣化は起こってしまう。

そこで、従来では、リフレクタの光反射面の劣化を抑制するための種々の技術が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１および２では、樹脂からなるリフレクタを形成し、さらに、そのリフレクタの光反射面を樹脂製のコーティング部材で覆うことによって、リフレクタの光反射面の劣化の抑制を図っている。

また、特許文献３では、耐熱性や耐光性に優れた材料であるポーラスアルミナをリフレクタの構成材料とし、それによってリフレクタの光反射面の劣化の抑制を図っている。

特開２００５−１３６３７８号公報 特開２００５−１３６３７９号公報 特開２００７−３０５８４４号公報

しかしながら、特許文献１および２の構成では、リフレクタの光反射面をコーティング部材で覆うことによりリフレクタの光反射面の劣化を抑制しているが、このリフレクタは光反射率がそれほど高くない樹脂からなっているため、リフレクタに銀メッキを施した構成よりも光取り出し効率が劣るという問題がある。さらに、リフレクタが樹脂からなっているため、リフレクタの肉厚を十分に確保しなければ、リフレクタの側壁を光が透過し、光取り出し効率がさらに低下してしまう。

また、特許文献３では、ポーラスアルミナをリフレクタの構成材料とすることでリフレクタの光反射面の劣化を抑制しているが、ポーラスアルミナからなるリフレクタは製造が困難で、高い寸法精度を得難いという問題がある。なお、寸法精度が悪くなる理由としては、セラミックスの製造プロセスには高温焼成プロセスがあり、その際に形状収縮を起こすためである。そして、寸法精度が悪くなると寸法選別が必要となり、量産歩留りの低下の原因となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光取り出し効率を向上させることができるとともに、その効果を長期間にわたって持たせ、かつ、製造を容易に行うことが可能な発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一の局面による発光装置は、光を生成する発光素子と、発光素子の周囲を囲むように配置され、発光素子からの光を反射する枠状のリフレクタとを備えている。そして、それぞれが発光素子の周囲を囲み、かつ、それぞれが発光素子からの光を反射することが可能な金属製の第１枠体および樹脂製の第２枠体を含む構造体がリフレクタとなっているとともに、第１枠体の少なくとも発光素子側の面が第２枠体により覆われている。なお、発光素子側の面とは、光反射面として機能する面のことである。

この一の局面による発光装置では、上記のように、それぞれが発光素子の周囲を囲み、かつ、それぞれが発光素子からの光を反射することが可能な金属製の第１枠体および樹脂製の第２枠体を含む構造体をリフレクタとし、第１枠体の少なくとも発光素子側の面を第２枠体により覆うことによって、発光素子側から見ると、第２枠体および第１枠体の順で配置された状態となる。このため、リフレクタで囲まれた領域内においてリフレクタの側壁に向かって進行する光は、先ず第２枠体の発光素子側の面で反射される。そして、第２枠体で反射されずに透過してしまう光が存在したとしても、その透過した光は、第１枠体の発光素子側の面で反射されることになる。このため、リフレクタの光反射率としては、第１枠体および第２枠体の２つで光の反射が行われることで高くなる。したがって、リフレクタで反射されることにより所定方向に進行する光が増大するので、光取り出し効率を向上させることができる。

また、一の局面による発光装置では、上記のような構造体をリフレクタとすることによって、光取り出し効率が向上するという効果を長期間にわたって持たせることができる。具体的に言うと、第１枠体の発光素子側の面が第２枠体により覆われているので、第１枠体の発光素子側の面が外気と遮断され、第１枠体の発光素子側の面と外気中の成分との反応が抑制される。すなわち、第１枠体の発光素子側の面が劣化（変色）し難くなる。これにより、第１枠体の発光素子側の面の光反射率を高い状態で維持することができ、リフレクタの光反射率の経時的な低下が抑制される。

また、一の局面による発光装置では、上記のような構造体をリフレクタとすることによって、金型を用いた樹脂成形法によりリフレクタを形成することができるので、その製造が容易になる。ところで、リフレクタの形成方法としては、まず、金属材を加工して第１枠体を形成する。そして、リフレクタの外形を反映した形状のキャビティを有する金型を準備し、その金型に第１枠体をセットして型締めする。その状態で、キャビティ内に溶融樹脂（第２枠体となるもの）を充填した後、キャビティ内の溶融樹脂を硬化させる。これにより、型開きして取り出された成形品がリフレクタとなる。

これらの結果、一の局面による発光装置では、光取り出し効率を向上させることができるとともに、その効果を長期間にわたって持たせ、かつ、製造を容易に行うことが可能となる。

さらに、一の局面による発光装置では、上記のような構造体をリフレクタとすることによって、リフレクタの肉厚（第２枠体の肉厚）を薄くしたとしても、リフレクタの側壁を透過してしまう光が増大するのを抑制することができる。したがって、リフレクタの肉厚（第２枠体の肉厚）を薄くすることで発光装置の小型化を図ることが可能となる。

上記一の局面による発光装置において、第１枠体の少なくとも発光素子側の面に金属メッキが施されていることが好ましい。このように構成すれば、光反射率が高いメッキ材料を選定することで、第１枠体の構成材料の光反射率が低かったとしても、第１枠体の発光素子側の面の光反射率を高めることができる。したがって、たとえば、光反射率は低いが熱伝導率が高い銅を第１枠体の構成材料とすれば、放熱性も向上させることができる。

第１枠体の少なくとも発光素子側の面に金属メッキが施された構成において、第１枠体の少なくとも発光素子側の面に施される金属メッキが銀メッキであることが好ましい。このように構成すれば、第１枠体の発光素子側の面（銀メッキが施された面）の光反射率が９５％以上となるので、リフレクタの光反射率がより高くなり、光取り出し効率のさらなる向上を図ることができる。なお、この場合には、第１枠体の発光素子側の面が第２枠体により覆われていることで、第１枠体の発光素子側の面の硫化、すなわち、銀の硫化（黒色化）が抑制される。

上記一の局面による発光装置において、第２枠体が白色顔料を含有する熱硬化性樹脂からなっていることが好ましい。このように構成すれば、容易に、第２枠体の信頼性を高めることができる。

上記一の局面による発光装置において、第２枠体の内部に第１枠体が埋め込まれていることが好ましい。このように構成すれば、容易に、第１枠体の発光素子側の面が第２枠体により覆われた状態で保持することができる。

上記一の局面による発光装置において、第１枠体が板状またはブロック状であることが好ましい。特に、第１枠体がブロック状であれば、第１枠体の表面積が増大するので、放熱性を向上させることができる。

上記一の局面による発光装置において、好ましくは、発光素子が搭載されるパッケージをさらに備え、第１枠体および第２枠体がパッケージの一部をなしている。

以上のように、本発明によれば、光取り出し効率を向上させることができるとともに、その効果を長期間にわたって持たせ、かつ、製造を容易に行うことが可能な発光装置を得ることができる。

本発明の一実施形態による発光装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による発光装置の断面図である。 本発明の一実施形態による発光装置の効果を説明するための図（光の挙動を表した図）である。 本発明の一実施形態による発光装置の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による発光装置の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による発光装置の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による発光装置の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による発光装置の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の変形例による発光装置の断面図である。

以下に、図１および図２を参照して、本実施形態による発光装置の構成について説明する。

本実施形態による発光装置は、図１および図２に示すように、光を生成する発光素子１と、その発光素子１が搭載されるとともに、発光素子１で生成された光を取り出すための光出射口を持つパッケージ２と、発光素子１を封止する封止部材３とを備えており、所定方向に光を出射するように構成されている。

発光素子１はＬＥＤチップからなっており、その発光面がパッケージ２の光出射口側に向くようにパッケージ２に搭載されている。

発光素子１が搭載されるパッケージ２は枠状の側壁を有する凹形状体であって、その凹形状体の底面が発光素子１を搭載するための搭載面となっている。また、凹形状体の側壁の内周面は光反射面となっており、所定方向に向かって放射状に広がっているとともに、底面に搭載された発光素子１の周囲を取り囲んでいる。言い換えると、パッケージ２は、発光素子１の周囲を取り囲む枠状のリフレクタ２ａを一体的に有していることになる。なお、パッケージ２に一体的に形成されたリフレクタ２ａは、発光素子１からの光の一部（リフレクタ２ａで囲まれた領域内においてリフレクタ２ａの側壁に向かって進行する光）を所定方向に反射することで、パッケージ２の光出射口を介して所定方向に取り出される光を増大させるためのものである。

具体的な構造としては、このパッケージ２は、金属製の板状部材を加工することで得られるフレーム２１を少なくとも含んでいる。そして、発光素子１は、フレーム２１にボンディングされることでパッケージ２に搭載された状態となっている。

フレーム２１を構成する金属製の板状部材は熱伝導率が比較的高い銅板などからなっており、発光素子１の発熱を良好に放熱することが可能となっている。また、このフレーム２１の全面には金属メッキが施されている。フレーム２１に施す金属メッキとしては銀メッキなどがあるが、発光素子１がボンディングされる面に金メッキを施しておくことで、信頼性を確保するようにしてもよい。

また、フレーム２１は、互いに電気的に絶縁されたフレーム部２１ａおよび２１ｂの２つに分割されている。これらフレーム部２１ａおよび２１ｂは、それぞれの表面積が互いに異なるように形成されており、フレーム部２１ａの方がフレーム部２１ｂに比べて表面積が大きくなっている。

フレーム部２１ａおよび２１ｂのうち、表面積が大きい方のフレーム部２１ａは、発光素子１がボンディングされるチップボンディング部２１ｃを有している。このチップボンディング部２１ｃには、発光素子１がボンディングされ、かつ、発光素子１の一方電極に電気的に接続されたワイヤ１ａがボンディングされている。また、表面積が小さい方のフレーム部２１ｂは、チップボンディング部２１ｃの近傍にワイヤボンディング部２１ｄを有している。そして、ワイヤボンディング部２１ｄには、発光素子１の他方電極に電気的に接続されたワイヤ１ａがボンディングされている。

また、フレーム部２１ａおよび２１ｂのそれぞれは、外部機器（図示せず）に電気的に接続される端子部２１ｅおよび２１ｆを有している。一方の端子部２１ｅは、フレーム部２１ａの外周端部がチップボンディング部２１ｃ側に折り返されることによって形成されており、他方の端子部２１ｆは、フレーム部２１ｂの外周端部がワイヤボンディング部２１ｄ側に折り返されることによって形成されている。

そして、本実施形態では、このフレーム２１の発光素子１が搭載される側に、リフレクタ２ａの一部をなす金属枠体２２が設けられている。なお、金属枠体２２は、本発明の「第１枠体」の一例である。

リフレクタ２ａの一部をなす金属枠体２２は、銅板などの金属製の板状部材を加工することによって得られるものであり、発光素子１の周囲を取り囲むように配置されているとともに、所定方向に向かって放射状に広がる内周面（発光素子１側の面）を持っている。なお、金属枠体２２の内周面は光反射面となる面であるが、本実施形態では、金属枠体２２の全面に銀メッキを施すことによって、金属枠体２２の内周面の光反射率を高めるようにしている。

また、この金属枠体２２はフレーム部２１ａとは接触しているが、フレーム部２１ｂとは接触していない。すなわち、金属枠体２２のフレーム部２１ｂ側を見ると、金属枠体２２とフレーム部２１ｂとの間に間隙が設けられた状態となっている。したがって、フレーム部２１ａおよび２１ｂが金属枠体２２を介して互いに電気的に接続されることはない。

ここで、本実施形態では、フレーム２１の発光素子１が搭載される側に樹脂枠体２３も設けられており、その樹脂枠体２３と金属枠体２２とがリフレクタ２ａをなしている。なお、樹脂枠体２３は、本発明の「第２枠体」の一例である。

金属枠体２２と共にリフレクタ２ａをなす樹脂枠体２３は、白色顔料が含有されたエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂からなっており、発光素子１の周囲を取り囲むように配置されているとともに、所定方向に向かって放射状に広がる内周面（発光素子１側の面）を持っている。そして、樹脂枠体２３の内部に金属枠体２２が埋め込まれることによって、金属枠体２２の内周面（光反射面）を含む全面が樹脂枠体２３により覆われた状態となっている。なお、この樹脂枠体２３の内周面は、金属枠体２２の内周面と共に光反射面となる。

また、フレーム２１の裏側（発光素子１が搭載される側とは反対側）には樹脂部材２４が形成されているが、この樹脂部材２４は樹脂枠体２３と同じ材料からなっている。そして、樹脂枠体２３および樹脂部材２４によって、フレーム２１と金属枠体２２とが固着されているとともに、フレーム部２１ａとフレーム部２１ｂとが固着されている。

また、発光素子１を封止する封止部材３はシリコーン系樹脂などからなっており、リフレクタ２ａの内周面側の全域に埋め込まれている。

本実施形態では、上記のように、それぞれが発光素子１の周囲を囲み、かつ、それぞれが発光素子１で生成された光を反射することが可能な金属枠体２２および樹脂枠体２３を含む構造体をリフレクタ２ａとし、金属枠体２２の発光素子１側の面を含む全面を樹脂枠体２３で覆うことによって、発光素子１側から見ると、樹脂枠体２３および金属枠体２２の順で配置された状態となる。このため、図３に示すように、リフレクタ２ａで囲まれた領域内においてリフレクタ２ａの側壁に向かって進行する光は、先ず樹脂枠体２３の発光素子１側の面で反射される（図３中の矢印Ｌ１参照）。そして、樹脂枠体２３で反射されずに透過する光が存在したとしても、その透過した光は、金属枠体２２の発光素子１側の面で反射される（図３中の矢印Ｌ２参照）。なお、図３中の矢印Ｌ３は、リフレクタ２ａで反射されることなく進行する光の挙動を表している。これにより、リフレクタ２ａの光反射率としては、金属枠体２２および樹脂枠体２３の２つで光の反射が行われることにより高くなる。したがって、リフレクタ２ａで反射されることにより所定方向に進行する光が増大するので、光取り出し効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のような構造体をリフレクタ２ａとすることによって、光取り出し効率が向上するという効果を長期間にわたって持たせることができる。具体的には、金属枠体２２の発光素子１側の面が樹脂枠体２３で覆われているので、金属枠体２２の発光素子１側の面が外気と遮断され、金属枠体２２の発光素子１側の面と外気中の成分との反応が抑制される。すなわち、金属枠体２２の発光素子１側の面が劣化（変色）し難くなる。このため、金属枠体２２の発光素子１側の面の光反射率を高い状態で維持することができ、リフレクタ２ａの光反射率の経時的な低下が抑制される。

また、本実施形態では、上記のような構造体をリフレクタ２ａとすることによって、金型を用いた樹脂成形法によりリフレクタ２ａを形成することができるので、その製造が容易になる。なお、リフレクタ２ａの形成方法は、後に詳細に説明する。

これらの結果、本実施形態による発光装置では、光取り出し効率を向上させることができるとともに、その効果を長期間にわたって持たせ、かつ、製造を容易に行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、上記のような構造体をリフレクタ２ａとすることによって、リフレクタ２ａの肉厚（樹脂枠体２３の肉厚）を薄くしたとしても、リフレクタ２ａの側壁を透過してしまう光が増大するのを抑制することができる。したがって、リフレクタ２ａの肉厚（樹脂枠体２３の肉厚）を薄くすることで発光装置の小型化を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、上記のように、金属枠体２２の全面に銀メッキを施すことによって、金属枠体２２の発光素子１側の面の光反射率が９５％以上となるので、リフレクタ２ａの光反射率がより高くなり、光取り出し効率のさらなる向上を図ることができる。なお、この場合には、金属枠体２２の発光素子１側の面が樹脂枠体２３により覆われていることで、金属枠体２２の発光素子１側の面の硫化、すなわち、銀の硫化（黒色化）が抑制される。

また、本実施形態では、上記のように、熱伝導率が高い銅を金属枠体２２の構成材料とすることによって、放熱性についても向上させることができる。なお、金属枠体２２の構成材料である銅は光反射率が低い材料であるが、金属枠体２２の全面に銀メッキが施されているので問題はない。

また、本実施形態では、上記のように、白色顔料を含有する熱硬化性樹脂を樹脂枠体２３の構成材料とすることによって、容易に、樹脂枠体２３の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、金属枠体２２を樹脂枠体２３に埋め込むことによって、容易に、金属枠体２２の発光素子１側の面が樹脂枠体２３により覆われた状態で保持することができる。

ところで、本実施形態による発光装置は、たとえば、以下のようにして製造される。

すなわち、まず、図４に示すように、金属製の板状部材を加工することでフレーム２１および金属枠体２２を作製し、それぞれに対してメッキ処理を施しておく。そして、パッケージ２の外形を反映した形状のキャビティ４ａを有する一対の金型（上型および下型）４を準備し、フレーム２１および金属枠体２２を一対の金型４の間にセットして型締めする。

続いて、図５に示すように、樹脂枠体２３および樹脂部材２４となる溶融樹脂２５をキャビティ４ａ内に充填し、その溶融樹脂２５を硬化させる。そして、図６に示すように、型開きして成形品を取り出す。これにより、リフレクタ（金属枠体２２が樹脂枠体２３の内部に埋め込まれた構造体）２ａを一体的に有するパッケージ２が得られる。

次に、図７に示すように、フレーム２１の外周端部（フレーム部２１ａの端子部２１ｅおよびフレーム部２１ｂの端子部２１ｆ）を折り返し、その後、図８に示すように、チップボンディングおよびワイヤボンディングを行う。

最後に、図１および図２に示したように、リフレクタ２ａの内周面側の全域に封止部材３を埋め込むことで発光素子１を封止することによって、本実施形態による発光装置が製造される。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記した実施形態では、板状の金属枠体２２（図２参照）を用いるようにしたが、本発明はこれに限らず、図９に示すように、ブロック状の金属枠体５２を用いてもよい。このように構成すれば、ブロック状の金属枠体５２は板状の金属枠体２２よりも表面積が大きいので、放熱性のさらなる向上を図ることが可能となる。

また、上記した実施形態では、フレームに金属枠体を後付けするようにしたが、本発明はこれに限らず、フレームと金属枠体とが最初から一体となっていてもよい。

また、上記した実施形態では、金属枠体の全面を樹脂で覆うようにしたが、本発明はこれに限らず、金属枠体の少なくとも発光素子側の面が樹脂で覆われていれば、金属枠体の全面が樹脂で覆われていなくてもよい。

１ 発光素子
２ パッケージ
２ａ リフレクタ
２２、５２ 金属枠体（第１枠体）
２３ 樹脂枠体（第２枠体）

Claims (7)

1. 光を生成する発光素子と、
   前記発光素子の周囲を囲むように配置され、前記発光素子からの光を反射する枠状のリフレクタとを備え、
   それぞれが前記発光素子の周囲を囲み、かつ、それぞれが前記発光素子からの光を反射することが可能な金属製の第１枠体および樹脂製の第２枠体を含む構造体が前記リフレクタとなっているとともに、前記第１枠体の少なくとも前記発光素子側の面が前記第２枠体により覆われていることを特徴とする発光装置。
2. 前記第１枠体の少なくとも前記発光素子側の面に金属メッキが施されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１枠体の少なくとも前記発光素子側の面に施される金属メッキが銀メッキであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第２枠体が白色顔料を含有する熱硬化性樹脂からなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記第２枠体の内部に前記第１枠体が埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記第１枠体が板状またはブロック状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記発光素子が搭載されるパッケージをさらに備え、
   前記第１枠体および前記第２枠体が前記パッケージの一部をなしていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。

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