JP4182784B2

JP4182784B2 - 発光装置およびその製造方法

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Publication number: JP4182784B2
Application number: JP2003069290A
Authority: JP
Inventors: 好伸末広; 英昭加藤; 光宏井上
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004281606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（Light-Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」という。）から放射される光を光学系を介して所定の方向および範囲に放射する発光装置およびその製造方法に関し、特に、光度を大にできるとともに集光性に優れる発光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＥＤチップを光源として使用し、この光源から放射される光を光源に近接して設けられる光学系で反射して所定の方向に放射させるようにした発光装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載される発光装置を示す。（ａ）は光源を中心とする縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ部における断面図である。
【０００４】
この発光装置は、図７（ａ）に示すように、光を放射する発光素子６０と、発光素子６０と一体的に設けられるドーム部６１およびベース部６１Ａを有する光源６２と、入射面６３、第１の反射領域６４、第１の反射面６４Ａ、直接伝導領域６５、第２の反射領域６６、照射面６７、縁６８および６９、ポスト７０および７１とからなるレンズ要素７２と、ピローレンズ７３Ａをアレイ状に形成した光学要素７３とを有し、レンズ要素７２の第２の反射領域６６には抽出面６６Ａとステップダウン部（step downs）６６Ｂとの組が第１の反射領域６４の周囲３６０度に形成されている。
【０００５】
光源６２は、図７（ｂ）に示すように、ベース部６１Ａの窪み６２Ａおよび６２Ｂとレンズ要素７２のポスト７０および７１とを結合させることによってドーム部６１を第１の反射領域６４の中心に位置決め固定している。
【０００６】
このような構成において、光源６２から光を放射すると、入射面６３からレンズ要素７２に光が入射する。この光は、第１の反射面６４Ａで光源６２の中心軸方向と直交する方向に反射され、更に抽出面６６Ａで中心軸方向に反射されて照射面６７から放射される光Ａと、光源６２から直接伝導領域６５を透過して中心軸方向に放射される光Ｂとして光学要素７３に入射する。これにより、光学要素７３に照射範囲の拡大された光が入射する。
【０００７】
【特許文献１】
国際公開第９９／０９３４９号パンフレット（第４頁、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の発光装置によると、光源６２からの放射光を中心軸上に集光させるドーム部６１を有するため、厚みが大きくなってしまうという問題がある。また、レンズ要素７２の中心軸と光源６２の中心軸とを完全に一致させて組み立てることが困難なため、位置ずれを起こし易く全方向の明るさが不均一となり易いという問題がある。即ち、光源６２とレンズ要素７２とを別体で形成し、これらを位置決めしているので、レンズ要素７２の第１の反射領域６４に対する光源６２の中心軸の位置精度が低下すると、第１の反射領域６４によって全反射方向に反射される反射光の光量が不均一となってＬＥＤライトの表面に明暗（明るさの差）が生じる。特に、光源６２の出射光の殆どが上方に放射される集光度の高い光学系の場合、光源６２自体の配光ばらつきや、上述のレンズ要素７２と光源６２との中心軸に対し垂直な方向への位置ずれによる光学特性のばらつきによる明るさの差が顕著になる。
更に、ドーム部６１によって中心軸上に集光できない側方光は、光の利用効率が低下し、照射面積の増大ができないという問題もある。即ち、光源６２から水平面方向（Ｘ方向）に放出された光は第２の反射領域６６によって反射されず、また第１の反射領域６４及び第２の反射領域６６のどちらにも反射されない光はＺ方向に放射されないため、光効率が劣るという不都合がある。
しかも、図７（ａ）の発光装置では、光源６２とレンズ要素７２とが別体であるため、光源６２から放射された光が一旦空気層を通過した後にレンズ要素７２の入射面６３に入射するので、介在する空気層や界面で光のロスを生じたり、光源６２とレンズ要素７２との界面に汚れが溜まって透光性を阻害し、光のロスを助長することがあった。更に、物理的衝撃が生じた場合に位置ずれを起こし易く、発光素子と反射鏡とを近接させた光学系を成立できなかった。また、部品点数や組み立て工程数が増加したり、組み立て精度のばらつきが大きくなるという問題点もあった。
【０００９】
また、図８（ａ）に示すように、発光素子６０から放射される光をドーム部（集光光学系）６１で集光するとき、発光素子６０の発光面積が小さく、点光源とみなせるときには光Ｌが充分に集光される。一方、図８(ｂ)に示すように発光素子６０の発光面積が大であると充分な集光ができないことから、点光源とみなせない集光度の低下が生じる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、発光源から放射される光の損失を生じることなく有効に活用することができ、光度を大にできるとともに所望の方向および範囲に集光された光を照射することのできる発光装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、発光素子と、前記発光素子に電力を供給する電源供給部と、前記発光素子を原点とし前記発光素子の中心軸に対し大きな角度をなす領域に配置される第１光学部と、前記発光素子の発光面側に対向配置される反射面と、前記発光素子から放射されて前記反射面で反射された光を外部放射する放射面とを有する第２光学部とを具備し、前記第１光学部は、前記発光素子が発した光を前記中心軸に直交する方向に屈折させるようになっており、前記中心軸に対して約５５度から９０度にかけての方向に放射される光を屈折させて前記中心軸に直交する方向に放射させる凸型曲面を有し、前記第２光学部は、前記発光素子を原点として、前記発光素子の中心軸に直角な軸を対称軸とする放物線の一部を前記中心軸の周りに３６０度回転させた円状の反射形状を成す上面反射面と、前記上面反射面で全反射された光を側面方向に放射し前記中心軸と平行に形成された側面放射面とを有し、前記中心軸方向高さについて、前記上面反射面の底部が前記第１光学部の前記凸型曲面上端部以上の高さであり、前記中心軸に直交する方向について、前記第２光学部は、前記発光素子から発し前記中心軸に対して９０度以内に放射される全ての光が前記第１光学部の前記凸型曲面か前記第２光学部の前記上面反射面のいずれかに至るように、前記第１光学部の寸法よりも大きく形成され、前記第１光学部および前記第２光学部は、前記発光素子が発した光を前記発光素子の中心軸に対し略垂直な方向に略平行光として外部放射することを特徴とする発光装置を提供する。
【００１２】
このような構成によれば、発光素子から放射される光の配光に応じて放射方向が適切に制御される。
【００１３】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記発光装置を製造するにあたり、電源供給部を形成する第１の工程と、前記電源供給部に発光素子を実装する第２の工程と、前記発光素子を覆って一体的に収容する素子収容部を設けられて光を集光して前記発光素子の中心軸に直交する方向に放射させる集光面を形成された第１光学部と、前記光を全反射して前記方向に放射させる反射面を形成された第２光学部とを有する光学部を前記電源供給部に対して位置決めする第３の工程と、前記素子収容部によって前記発光素子が包囲されるように前記光学部と前記電源供給部とを接着固定する第４の工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法を提供する。
【００１４】
このような構成によれば、発光素子のサイズや配光特性に応じた光の放射方向がレンズとの結合に基づいて選択的に付与される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の縦断面図である。
以下の説明では、発光素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸上の発光素子の上面位置を原点とし、原点でＺ軸にそれぞれ直交するＸ軸とＹ軸を設けた座標系を定義する。ただし、Ｚ軸は光軸Ｚとも称す。
【００１７】
また、集光とはＺ軸方向にスポット状に集光する集光の他に、Ｚ軸と直交する方向への集光や、Ｚ軸に対して所定の角度を有する方向への集光も含むものとする。
【００１８】
この発光装置１は、絶縁層６Ａと、アルミニウム等の良熱伝導体からなるベース材６Ｂと、絶縁層６Ａの表面に設けられる配線パターン３Ａおよび３Ｂとを有した基板６と、配線パターン３Ａにフェイスアップ接合される発光素子４と、発光素子４の電極部（図示せず）と配線パターン３Ａおよび３Ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ７と、発光素子４およびボンディングワイヤ７を包囲するように基板６に外付け固定される光学部５とを有する。
【００１９】
配線パターン３Ａおよび３Ｂは、絶縁層６Ａを介してベース材６Ｂに接着された銅箔層をエッチング加工して所定の回路パターンを形成したものである。また、光学部５に設けられる凸部と凹凸嵌合させるための位置決め凹部をエッチング加工に基づいて形成されている。
【００２０】
発光素子４は、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体やＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）等で４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色系で発光するように形成されている。この発光素子４は、３００×３００μｍのチップサイズを有し、主として電極形成面および側面から光を出射するようになっている。なお、青色系ＬＥＤの素子構造については周知技術であるので、詳細な説明については省略する。
【００２１】
光学部５は、ポリカーボネート樹脂等の比較的屈折率の高い光透過性樹脂を射出成型することによって形成されており、発光素子４を包囲するように設けられて光をＺ軸と直交する略水平なＸ軸方向に集光させる第１光学部５１と、第１光学部５１と一体的に設けられて全反射に基づいて光をＺ軸と直交する略水平なＸ軸方向に放射させる第２光学部５２と、第１光学部５１の下部に窪み状に形成されて発光素子４およびボンディングワイヤ７を包囲する素子収容部５０とを有し、素子収容部５０は、発光素子４との間に形成される隙間５Ｂを可能な限り小にする形状およびサイズとなっている。
【００２２】
また、光学部５は、発光素子４を搭載した基板６に対して所定の位置に位置決め固定されるようになっている。この位置決めについては図示しないが、基板６に形成された凹部と、光学部５に形成される凸部との凹凸嵌合に基づいて行っている。なお、他の位置決め方法によって位置精度良く固定されるようにしても良い。
【００２３】
第１光学部５１は、発光素子４を包囲するように設けられて光を光軸Ｚに直交する方向に屈折させるようになっており、Ｚ軸に対して約５５度から９０度にかけての方向に放射される光を屈折させてＺ軸に直交する方向に放射させる凸型曲面を有する。即ち、Ｘ軸上に対称軸を持ち、原点から楕円中心までの距離がＤ₁、Ｘ軸方向の径がｎ・Ｄ₁、Ｚ軸方向の径が√（ｎ²−１）・Ｄ₁の楕円をＺ軸周りに回転させた形状である。なお、ｎはレンズ材料の屈折率であり、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂の場合、ｎ≒１．５である。Ｄ₁は相似比を決める任意の値である。
【００２４】
第２光学部５２は、発光素子４の上記した原点を焦点として、Ｘ軸を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに３６０度回転させた円状の反射形状を成し、Ｚ軸に対して５５度以内の角度範囲に形成された上面反射面５Ｄと、Ｚ軸を中心軸とした円柱形状の上面反射面５Ｄで全反射された光を側面方向に放射する側面放射面５Ｅとを有する。なお、用途に応じて、第２光学部５２の中央部にＺ軸方向へ光を取り出すための平坦面を設けても良い。
【００２５】
第１光学部５１と第２光学部５２との位置およびサイズ関係は、図１で示されるように、発光素子４から発し、Ｚ軸に対して９０度以内に放射される全ての光が第１光学部５１のレンズ面か第２光学部５２の上面反射面５Ｄのいずれかに至るもの、かつ、第２光学部５２の上面反射面５Ｄで反射された光が側面放射面５Ｅに至るもの（Ｚ軸方向高さにおいて、上面反射面５Ｄの底部が第１光学部５１のレンズ面上端部以上の高さ）としてある。このため、第２光学部５２の径は第１光学部５１の径より大になる。
【００２６】
このような発光装置１を製造するには、まず、銅箔層を表面に有する基板６をエッチング加工して配線パターン３Ａおよび３Ｂを形成する。次に、配線パターン３Ａの表面に発光素子４をフェイスアップ接合する。次に、発光素子４の電極部（図示せず）と配線パターン３Ａおよび３Ｂとをボンディングワイヤ７で電気的に接続する。
【００２７】
光学部５は別工程で形成される。まずレンズ形状に応じた割金型に光透過性樹脂を充填することにより図１に示すような形状で素子収容部５０を有した光学部５を射出成型する。また、樹脂成型時に位置決め用の凸部をあわせて成型する。
【００２８】
次に、光学部５の凸部と、配線パターン３Ａおよび３Ｂに設けられた凹部とが嵌合するように両者を位置決め固定する。このとき、素子収容部５０に透明なシリコン樹脂を注入する。次に、配線パターン３Ａおよび３Ｂに光学部５を被せて接着固定するとともに発光素子４をシリコン封止する。
【００２９】
以下に、第１の実施の形態の発光装置の動作を説明する。
【００３０】
図示しない駆動部は、配線パターン３Ａおよび３Ｂに駆動電圧を印加する。発光素子４は駆動電圧に基づいて発光して青色光を放射する。発光素子４から放射される青色光は、Ｚ軸から約６０度にかけての範囲の光が第２光学部５２の上面反射面５Ｄに至り全反射され、側面放射面５Ｅに垂直入射した後、Ｚ軸と直交する方向に外部放射される。また、Ｚ軸に対して約６０度から９０度にかけての範囲の光が第１光学部５１に至り、レンズにより集光され、Ｚ軸と直交する方向に放射される。このようにして発光素子４から放射される略全ての青色光を、全反射とレンズに基づいてＺ軸と直交する方向に外部放射させるようになっている。
【００３１】
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）光源（発光素子４と光学部５）の径に対する厚さを薄く形成することができる。
（２）光源とレンズ要素との軸ずれ、および発光素子４と光学部５との位置ずれに起因する光源の配光特性ずれ（集光レンズの集光度が高いほど顕著となる）によって、側面方向へ放射される光の配光特性が不安定となることを原理的に防ぎ、安定した配光特性を得ることができる。
（３）側面方向への放射効率を向上させることができる。即ち、ドーム部によって中心軸上に集光できない側方光は、光の利用効率が低下して照射面積の増大が困難であることや、光源とレンズ要素とを別体で形成することに基づく空気層の介在や界面での光のロス発生、光源とレンズ要素との界面における汚れの堆積による光のロス等が生じることなく、発光素子４が発する略全ての光を光学制御することができる。
（４）発光素子４から放射されて外部放射される際の発光素子４から第１光学部５１へ至る光の入射角と、発光素子４から上部反射面５Ｄで反射され、側面放射面５Ｅに至る光の入射角とを、ｎ＝１．５の材料で界面反射率が増さない３５度以下に設けることで（全反射を利用する上面反射面は除く）、界面反射ロスの少ないものとすることができる。また、基本光学系は、発光素子４が発する略全ての光を光学制御できるものなので、径を小さくしても放射効率が低下しないものか、あるいは、放射効率低下率の低いものとすることができる。
（５）側面放射を実現するための第１光学部５１および第２光学部５２を一体成型しているので、物理的衝撃等での発光素子４に対する光学系の位置ずれが生じない。また、部品点数や組立て工程が増加したり、組立て精度のばらつきが大になるといったことも生じない。
【００３２】
第１光学部は、やや界面反射の影響があるが、Ｚ軸に対しθ＝ｓｉｎ^-1（１／ｎ）まで形成でき、ｎ＝１．５の場合に約４０度まで形成することができる。このため、発光素子が発する略全光束を光学制御するには、発光素子４からＺ軸に対し約４０度までを覆う反射面を形成する必要がある。一般に、Ｚ軸に対し約４０度の範囲は発光素子４からの放射強度が大きい領域である。
【００３３】
前述の領域を反射面で広くカバーすることは光の外部放射効率上有利である。即ち、第１光学部５１は光学制御できる角度範囲に制限があり、かつ、第１光学部５１を大にすると、端部（Ｚ軸方向の高い位置）では界面反射ロスが生じ易くなる。
【００３４】
なお、第１光学部５１は、Ｚ軸に直交する方向に平行な光を外部放射するものに限定されず、例えば、３０度範囲程度の拡がりをもって集光放射するものであっても良い。この場合には、界面反射が大にならない範囲として、第１光学部５１をＺ軸に対し最大で約３５度まで形成することができる。
【００３５】
また、界面反射の影響があるものであれば、Ｚ軸に対し約２０度まで形成することができる。この際に形成すべき範囲の反射面は、それぞれＺ軸に対し約３５度、約２０度である。ただし、光学面が不連続な箇所では成型上エッジが形成しにくいこと、ひけの発生等で成型精度が低下する恐れがあることから、発光素子４からの放射強度が大である範囲は反射面で広くカバーすることが望ましい。そのため、反射鏡はＺ軸に対し４０度以上の範囲まで形成されていることが望ましい。
【００３６】
また、第２光学部５２についても、第１光学部５１と同様に、ある程度の拡がりをもって集光放射するものであっても良い。
【００３７】
なお、上記した第１の実施の形態では、青色光を放射する発光素子４を用いた構成を説明したが、青色光以外の赤色光、緑色光、あるいは紫外光を放射する発光素子４を用いた構成であっても良い。また、発光素子４として、大出力型のラージチップ（例えば、１０００×１０００μｍ）を用いることもできる。発光素子４と上部反射面５Ｄとの距離は、光学部５の半径のおよそ１／２以上と比較的長いので、大きなサイズの発光素子４や発光素子４から放射される青色光によって励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体を発光素子４の周囲に配置し、青色光と黄色光との混合によって白色光を得る場合のように、光源サイズが大きくなる場合でも上部反射面５Ｄでの全反射を利用することができる。
【００３８】
また、光学部５についても透明なものに限定されず、着色されたものでも良い。また、Ｚ軸に直交する方向へ略平行光として集光放射するものとして説明したが、所定の環状範囲へ有効に外部放射するものであれば効果を奏する。Ｚ軸に対し約４５度以上の略垂直な方向範囲へ、略平行光でなくとも広がりをもった光として外部放射するものであっても良い。
【００３９】
図２は、第２の実施の形態に係る発光装置の縦断面図である。
この発光装置１は、発光素子４として１０００×１０００μｍのラージチップをバンプ４Ａを介してフリップチップ接合し、この発光素子４を光学部５の素子収容部５０で包囲した構成を有し、素子収容部５０は、内周面に発光素子４から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射するＣｅ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）からなる蛍光体層５Ａを薄く形成されている構成において第１の実施の形態と相違している。素子収容部５０は、発光素子４との間に形成される隙間を可能な限り小にする形状およびサイズで形成されている。
【００４０】
上記した第２の実施の形態によると、外付けの光学部５に素子収容部５０を設け、素子収容部５０の内周面に蛍光体層５Ａを薄く設けて発光素子４を一体的に包囲するようにしたので、白色光を得ることができる。また、第１の実施の好ましい効果に加えて、蛍光体層５Ａを均一に薄く形成することが可能になる。また、均一な薄さを有する蛍光体層５Ａを形成できることにより、光吸収による光度の低下を防ぐことができる。また、ラージサイズの発光素子４を用いても蛍光体層５Ａの層厚による光源のサイズ拡大を最小限に抑えることができるので、外部への放射効率を大にできるとともに良好な集光性を付与することができる。
【００４１】
図３は、第３の実施の形態に係る発光装置であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面である。
【００４２】
この発光装置１は、ラージサイズの発光素子４を搭載する電源供給部として銅合金等の導電材料からなるリード２Ａおよび２Ｂと、リード２Ａおよび２Ｂの素子搭載側に設けられて表面に配線パターン３Ａおよび３Ｂを有するサブマウント３と、配線パターン３Ａおよび３Ｂにバンプ４Ａを介してフリップチップ接合される発光素子４とを有する。
【００４３】
サブマウント３は、ＡｌＮ等の高熱伝導性材料によって形成されており、表面に形成される銅箔の配線パターン３Ａおよび３Ｂにバンプ４Ａを介して発光素子４をフリップチップ接合している。また、配線パターン３Ａはリード２Ａと、配線パターン３Ｂはリード２Ｂと図示しないビアホールを介して電気的に接続されている。
【００４４】
光学部５は、発光素子４を搭載したリード２Ａおよび２Ｂに対して所定の位置に凹凸嵌合に基づいて位置決め固定されるようになっている。また、素子収容部５０の内周面には薄い層状に形成された蛍光体層５Ａが設けられている。この素子収容部５０は、図３（ｂ）に示すように、発光素子４との間に形成される隙間５Ｂが可能な限り小となるサイズで形成されている。
【００４５】
このような発光装置１を製造するには、まず、金属材料の打ち抜き加工によってリード２Ａおよび２Ｂを形成する。また、リード２Ａおよび２Ｂの打ち抜き加工時に位置決め用の凸部を圧痕形成する。次に、リード２Ａおよび２Ｂの素子搭載側に高熱伝導性材料によってサブマウント３を形成する。次に、サブマウント３の表面に銅箔による所定の配線パターン３Ａおよび３Ｂを形成する。次に、配線パターン３Ａおよび３Ｂの所定の位置にバンプ４Ａを介して発光素子４をフリップチップ接合する。
【００４６】
光学部５は別工程で形成される。まずレンズ形状に応じた金型に光透過性樹脂を充填することにより第１光学部５１、第２光学部５２（図示せず）、および素子収容部５０を有した光学部５を射出成型する。また、樹脂成型時に位置決め用の凹部をあわせて成型する。次に、素子収容部５０に蛍光体を薄く塗布して蛍光体層５Ａを形成する。
【００４７】
次に、上記した光学部５に設けられた凹部と、リード２Ａおよび２Ｂに設けられた凸部とが嵌合するように両者を位置決め固定する。このとき、素子収容部５０に透明なシリコン樹脂を注入する。次に、リード２Ａおよび２Ｂに光学部５を被せて接着固定するとともに発光素子４をシリコン封止する。
【００４８】
上記した第３の実施の形態によると、ラージサイズの発光素子４をサブマウント３上の配線パターン３Ａおよび３Ｂに搭載したので、発光素子４の点灯に基づく発熱を速やかに効率良くリード２Ａおよび２Ｂに伝熱させることが可能になり、大出力化に余裕を持って対応でき、素子収容部５０内での熱収縮を抑えて安定した動作性を付与するとともに、信頼性を向上させることができる。なお、発光素子４が第１の実施の形態で説明した３００×３００μｍのチップサイズのものであっても良く、この場合には光源サイズの小型化によって集光性が向上することから、所望の照射範囲における光度を大にできる。
【００４９】
図４は、第４の実施の形態に係るレンズの素子収容部を示す。この光学部５は、発光素子４を包囲する素子収容部５０を発光素子４の外形とほぼ同じ矩形状に形成したものである。
【００５０】
上記した第４の実施の形態によると、発光素子４と蛍光体層５Ａとの間の隙間５Ｂをより小にできることから、光源サイズの拡大をより効果的に抑制でき、そのことによって放射される光の集光性をより高めることができる。
【００５１】
図５は、第５の実施の形態に係る発光装置であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面である。
【００５２】
この発光装置１は、サブマウント３上の配線パターン３Ａ、３Ｂ、および３Ｃに赤色発光素子４０および複数の青色発光素子４１をフリップチップ接合して構成されている。
【００５３】
青色発光素子４１は、図５（ｂ）に示すように、赤色発光素子４０の周囲に８個が配置されている。この赤色発光素子４０および青色発光素子４１は、それぞれ３００×３００μｍのチップサイズを有する。
【００５４】
蛍光体層５Ａは、青色発光素子４１から放射される青色光に基づいて励起されて黄色光を放射するＣｅ：ＹＡＧからなる。
【００５５】
上記した第５の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて青色発光素子４１から放射される青色光と、青色光によって励起された蛍光体層５Ａから放射される黄色光とが混合されることによって白色光が得られるとともに、赤色発光素子４０から放射される赤色光が加わることによって、演色性の高い白色光を得ることができる。
【００５６】
なお、複数の発光素子を設ける他の構成として、例えば、青色発光素子４１に代えて紫外線発光素子４１を赤色発光素子４０の周囲に配置し、赤色、青色、および緑色の蛍光体を混合した蛍光体層５Ａに紫外光を通過させることに基づいて白色光を得るようにしても良い。また、赤色発光素子４０を設ける代わりに９個の紫外線発光素子４１を設けても良い。
【００５７】
図６は、第６の実施の形態に係る発光装置の縦断面図である。
この発光装置１は、第１の実施の形態で説明した光学部５の第２光学部５２に階段形状部５Ｆを設けたものである。
【００５８】
上記した第６の実施の形態によると、光学部５の樹脂層の略均一化を図ることができるため、成形性が向上し、ひけ等による光学面形状の歪みを低く抑えることができ、さらに、肉厚部の冷却時間も除くことができるので量産性も向上する。また、必要樹脂量も減ずることができ、コストを下げることができる。なお、階段形状部５Ｆは図示した形状および段数に限定されない。また、配線パターン３Ａおよび３Ｂにフリップチップ接合される発光素子４を有する構成にも適用することができ、更に、ラージサイズの発光素子４を用いることで光度を大にすることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の発光装置およびその製造方法によると、発光素子の中心軸に対して大きな角度をなす領域に配置される第１の光学系と、反射面と放射面とを有する第２の光学系とで発光素子が発した光を発光素子の中心軸に対して略垂直な方向に外部放射するようにしたため、発光源から放射される光の損失を生じることなく有効に活用することができ、光度を大にできるとともに所望の方向および範囲に集光された光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の中心部分における縦断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る発光装置の中心部分における縦断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係る発光装置の一部（第１光学部周辺）を示し、（ａ）は中心部分における縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ部における部分断面図である。
【図４】第４の実施の形態に係る発光装置の素子収容部の部分断面図である。
【図５】第５の実施の形態に係る発光装置の一部（第１光学部周辺）を示し、（ａ）は中心部分における縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ部における部分断面図である。
【図６】第６の実施の形態に係る発光装置の中心部分における縦断面図である。
【図７】（ａ）は、従来の発光装置を示す縦断面図である。
（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ部における部分断面図である。
【図８】（ａ）は、光源サイズが小である場合の集光性を示す図である。
（ｂ）は、光源サイズが大である場合の集光性を示す図である。
【符号の説明】
１、発光装置２Ａ、リード２Ｂ、リード３、サブマウント
３Ａ、配線パターン３Ｂ、配線パターン４Ａ、バンプ
４、発光素子５、光学部５Ａ、蛍光体層５Ｂ、隙間
５Ｄ、上面反射面５Ｅ、側面放射面５Ｆ、階段形状部
６、基板６Ａ、絶縁層６Ｂ、ベース材７、ボンディングワイヤ
４０、赤色発光素子４１、青色発光素子
５０、素子収容部５１、第１光学部５２、第２光学部
６０、発光素子６１、ドーム部６１Ａ、ベース部６２、光源
６３、入射面６４、反射領域６４Ａ、反射面６５、直接伝導領域
６６、反射領域６６Ａ、抽出面６７、照射面６８、縁
７０、ポスト７２、レンズ要素７３、光学要素７３Ａ、ピローレンズ

Claims

発光素子と、
前記発光素子に電力を供給する電源供給部と、
前記発光素子を原点とし前記発光素子の中心軸に対し大きな角度をなす領域に配置される第１光学部と、
前記発光素子の発光面側に対向配置される反射面と、前記発光素子から放射されて前記反射面で反射された光を外部放射する放射面とを有する第２光学部とを具備し、
前記第１光学部は、前記発光素子が発した光を前記中心軸に直交する方向に屈折させるようになっており、前記中心軸に対して約５５度から９０度にかけての方向に放射される光を屈折させて前記中心軸に直交する方向に放射させる凸型曲面を有し、
前記第２光学部は、前記発光素子を原点として、前記発光素子の中心軸に直角な軸を対称軸とする放物線の一部を前記中心軸の周りに３６０度回転させた円状の反射形状を成す上面反射面と、前記上面反射面で全反射された光を側面方向に放射し前記中心軸と平行に形成された側面放射面とを有し、
前記中心軸方向高さについて、前記上面反射面の底部が前記第１光学部の前記凸型曲面上端部以上の高さであり、
前記中心軸に直交する方向について、前記第２光学部は、前記発光素子から発し前記中心軸に対して９０度以内に放射される全ての光が前記第１光学部の前記凸型曲面か前記第２光学部の前記上面反射面のいずれかに至るように、前記第１光学部の寸法よりも大きく形成され、
前記第１光学部および前記第２光学部は、前記発光素子が発した光を前記発光素子の中心軸に対し略垂直な方向に略平行光として外部放射することを特徴とする発光装置。
前記上面反射面は、前記発光素子を原点とし前記発光素子の中心軸に対し４０度以上の範囲まで形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記第１光学部の前記凸型曲面は、前記中心軸と直交する軸上に対称軸を持ち前記原点から楕円中心までの距離がＤ_１（ただし、Ｄ_１＞０）の楕円を、前記中心軸周りに回転させた形状であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
前記レンズ部の屈折率をｎとすると、
前記第１光学部の凸型曲面は、前記中心軸と直交する軸方向の径がｎ・Ｄ_１であり、前記中心軸方向の径が√（ｎ^２−１）・Ｄ_１の楕円を前記中心軸周りに回転させた形状であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
前記第１光学部は、前記発光素子の外形に沿って近接して設けられる素子収容部を有することを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
前記素子収容部に注入され前記発光素子を封止するシリコン樹脂を有することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
前記発光素子は、複数の発光素子を規則的に配列して形成されていることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
前記発光素子は、発光波長の異なる複数の発光素子を規則的に配列して形成されていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
請求項５から８のいずれか１項に記載の発光装置を製造するにあたり、
電源供給部を形成する第１の工程と、
前記電源供給部に発光素子を実装する第２の工程と、
前記発光素子を覆って一体的に収容する素子収容部を設けられて光を集光して前記発光素子の中心軸に直交する方向に放射させる集光面を形成された第１光学部と、前記光を全反射して前記方向に放射させる反射面を形成された第２光学部とを有する光学部を前記電源供給部に対して位置決めする第３の工程と、
前記素子収容部によって前記発光素子が包囲されるように前記光学部と前記電源供給部とを接着固定する第４の工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
前記第４の工程は、前記素子収容部に蛍光体材料を内周面に吹き付けることによって薄く層状に蛍光体層を形成されている前記光学部を前記電源供給部と接着固定することを特徴とする請求項９に記載の発光装置の製造方法。
前記第４の工程は、前記素子収容部に透明封止樹脂を注入して前記光学部と前記電源供給部とを接着固定することを特徴とする請求項１０に記載の発光装置の製造方法。