光源装置およびその製造方法

【課題】簡単な構成でかつ全方位出射特性を有する光源装置およびその製造方法を提供することである。
【解決手段】全方位に対して出射する配光特性を有するＬＥＤ素子３，４を透光性基板２の上に設ける。透光性樹脂１０，１１でＬＥＤ素子３，４と透光性基板２とを一体的にモールドし、透光性モールド体を形成する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤと呼ぶ）等の発光素子チップを用いる光源装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、例えば特開平４−１６３９７３号公報に記載された砲弾型ＬＥＤランプのモールド樹脂内部の構成を示す図である。図１０（ａ）はリードフレームとその上に配置されたＬＥＤチップを示す平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の模式的なＡ−Ａ線矢視断面図である。
【０００３】図１０に示すＬＥＤチップ５１は、リード５２の先端部のカップ部５３に搭載されている。ＬＥＤチップ５１が発する光は、ＬＥＤチップ５１の上方へ出射される。これらをモールドするモールド樹脂は、図１０R>０（ｂ）のＬＥＤチップ５１の上方に先端がある砲弾型に成形される。
【０００４】また、砲弾型ＬＥＤランプにおいて、多色用に複数個のＬＥＤチップをリード上に搭載できるように改良されたものが、例えば特開平７−２３５６２４号公報に記載されている。また、その他の形態としてセラミックパッケージの基板上にＬＥＤチップを搭載し、パッケージ内部を透光性樹脂で埋めた表面実装用フラットパッケージＬＥＤランプ等がある。
【０００５】このような砲弾型ＬＥＤランプやフラットパッケージＬＥＤランプの配光特性は、図１０（ｂ）の砲弾型ＬＥＤランプを例にして説明すると、搭載したＬＥＤチップ５１の法線軸５４の上方とのなす角をθとすれば、ＬＥＤチップ５１の上面側、すなわち角度θが９０°以下の領域にのみ配光され、ＬＥＤチップ５１の下面側、すなわち角度θが９０°以上の領域には配光されないものとなっている。
【０００６】そのため、周囲の人々に注意を喚起する信号灯等を砲弾型ＬＥＤランプやフラットパッケージＬＥＤランプ等の光源装置で構成する場合、例えば複数のＬＥＤチップ５１の法線軸の方向を少しずつずらして光源装置の周囲のどこから見てもいずれかのＬＥＤチップ５１の上面と向き合うことができるように多数のＬＥＤチップ５１を複数の方位に向けて配置する必要がある。
【０００７】そこで従来から、複数のＬＥＤチップ５１を板上の支持部材の両面に直接貼り付けることによって、全方位にわたって配光性があり、しかも構成が簡単化された光源装置が提案されている。例えば図１１は実開平６−７７１０７号公報に記載された光源装置の構成を示す斜視図であり、図１２は図１１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。図１１の信号灯６５においてベース６３の両側に配置された２つのＬＥＤユニット基板６１の表面に発光素子チップ６０が多数配置されている。発光素子チップ６０から出た光は、ベース６３の表面および裏面の両方へ出射されるので、信号灯６５の全方位に配光することが可能になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の光源装置は例えば図１２に示すようにベース６３の表面および裏面に発光素子チップ６０が配置されなければならないため、ベース６３の表面および裏面に２つのＬＥＤユニット基板６１を配置しなければならず、構成が複雑になっている。
【０００９】本発明の目的は、簡単な構成で全方位から視認できる光源装置およびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の発明に係る光源装置は、透光性基板上に半導体発光層を備えてなる発光素子チップが透光性支持部材上に配置され、発光素子チップおよび透光性支持部材が透光性材料で一体的にモールドされて透光性モールド体が形成されたものである。
【００１１】本発明に係る光源装置においては、全方位に対して光を出射する発光素子チップが透光性モールド体によって透光性支持部材に一体的にモールドされているので、簡単な構成でかつ、発光素子チップの全方位にわたって光が透過できる全方位出射特性を持つ光源装置が得られる。
【００１２】半導体発光層は、ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなっていてもよい。
【００１３】この場合には、全方位に光を出射できる青色系統の発光が可能な光源装置を提供することができる。
【００１４】発光素子チップは半導体発光層上に電極を有し、透光性支持部材は、透光性絶縁基板と透光性絶縁基板上に形成された配線パターンとを備え、発光素子チップの電極が透光性絶縁基板上の配線パターンに電気的に接続されていてもよい。
【００１５】この場合には、配線パターンが透光性絶縁基板に形成されているので、配線パターンが配光特性の妨げとならず簡便に発光素子チップへの配線を実現できる。
【００１６】透光性モールド体から出射される光の配光特性が発光素子チップの表面側、裏面側および両側面側でほぼ均一になるように透光性モールド体の表面の形状が設定されていてもよい。
【００１７】この場合には、透光性モールド体の表面の形状で配光特性が表面側、裏面側および両側面側でほぼ均一になっているので、いずれの方位からでも等しく視認することができ、注意を喚起する能力を全方位にわたって均一化することができる。
【００１８】透光性材料中に拡散材が添加されていてもよい。この場合には、透光性材料中に添加された拡散材により指向性を緩和し、配光特性を均一化することができる。
【００１９】第２の発明に係る光源装置は、透光性支持部材上に複数の発光素子チップが配置され、複数の発光素子チップおよび透光性支持部材が透光性材料で一体的にモールドされて透光性モールド体が形成されたものである。
【００２０】本発明に係る光源装置においては、透光性モールド体によって透光性支持部材と複数の発光素子チップが一体的にモールドされているので、簡単な構成で、かつ複数の発光素子チップの全方位にわたって光が透過でき、複数の素子チップが同一色の場合には輝度の高い全方位出力特性を、複数の発光素子チップが異なる色で発光する場合にはそれぞれの発光色について全方位光出力特性を持つ光源装置が得られる。
【００２１】複数の発光素子チップの少なくとも１つは、透光性基板上に半導体発光層を備えてもよい。
【００２２】この場合には、その少なくとも１つの発光素子チップで全方位に光を出射することができ、構成が簡単化される。
【００２３】第３の発明に係る光源装置の製造方法は、透光性支持部材上に、透光性基板上に半導体発光層を備えてなる発光素子チップを実装する工程と、前記発光素子チップの周囲を第１の透光性材料で被覆する工程と、前記第１の透光性材料の上から前記透光性支持部材および前記発光素子チップの第２の透光性材料で一体的にモールドして透光性モールド体を形成する工程とを備えるものである。
【００２４】本発明に係る光源装置の製造方法によれば、透光性基板上に半導体発光層を備えてなる発光素子チップが透光性支持基板上に実装され、その発光素子チップの周囲が第１の透光性材料で被覆される。さらに、第１の透光性材料の上から透光性支持部材および発光素子チップの第２の透光性材料で一体的にモールドされ、透光性モールド体が形成される。
【００２５】本発明の製造方法により製造された光源装置は、第１の透光性材料で被覆された発光素子チップが第１の透光性材料で保護されるので、第２の透光性材料でモールドされるまでの間の製造過程での発光素子チップの損傷が少なくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における光源装置の構成を示す正面図であり、図２はその平面図である。
【００２７】図１および図２の光源装置１において、透光性のガラス基板２の表面上にＧａＮ系青色ＬＥＤ素子３とＧａＮ系緑色ＬＥＤ素子４とＧａＡｓ系赤色ＬＥＤ素子５ａとが並べて配置されている。ＧａＮ系ＬＥＤ素子３，４はガラス基板２の表面だけに設けられているが、ＧａＡｓ系赤色ＬＥＤ素子５ａ，５ｂはガラス基板２の表裏に設けられている。
【００２８】ガラス基板２上には、電気回路を形成するための配線パターン６が設けられている。配線パターン６は、ガラス基板２の裏面に配置されたＧａＡｓ系赤色ＬＥＤ素子５ｂのためにガラス基板２の裏面にも設けられている。ＬＥＤ素子３，４の電極と配線パターン６とは金ワイヤー７で電気的に接続されている。
【００２９】また、ＬＥＤ素子５ａ，５ｂはその裏面側の電極を導電性接着剤で配線パターン６に固定されており、その上面側の電極が金ワイヤー７で配線パターン６と電気的に接続されている。ガラス基板２の端部に引き回された配線パターン６には、半田材９によってリードフレーム８が取り付けられている。
【００３０】ＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂと金ワイヤー７の全体を覆うように透光性樹脂１１がガラス基板２の表面の一部と裏面の一部に配置されている。ＬＥＤ発光素子３，４，５ａ，５ｂから出射した光の指向性を緩和するため、透光性樹脂１１には拡散材が混入されている。拡散材の種類には、無機系のチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等と有機系のグアナミン酸樹脂等がある。ガラス基板２と、透光性樹脂１１で覆われたＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂとは、透光性樹脂１０で一体的にモールドされ、透光性モールド体が形成されている。
【００３１】透光性のガラス基板２は透光性絶縁基板の一例であり、ガラス基板２の代わりに透光性樹脂からなる透光性絶縁基板等他の種類の透光性絶縁基板を用いてもよい。また、ＬＥＤ素子３，４は、例えばサファイア基板等の透光性基板の上に形成された活性層等の半導体発光層を有する発光素子チップの一例であり、透光性基板上に形成された半導体発光層を備える発光素子チップであれば、他の発光素子チップを用いてもよい。
【００３２】次に、図３〜図６を用いて図１に示す光源装置１の製造方法について説明する。まず、ガラス基板２の表面および裏面上に配線パターン６を形成する。図３R>３に示すように、ＧａＮ系ＬＥＤ素子３，４をガラス基板２の表面のうち配線パターン６が形成されていない領域に透光性のエポキシ樹脂系接着剤１５で固定する。一方、ＧａＡｓ系ＬＥＤ素子５ａ，５ｂを配線パターン６上に、銀フィラー等を混ぜ合わせた導電性のエポキシ樹脂系接着剤１６で固定する。
【００３３】その後、図４に示すように、ワイヤーボンダ装置を用いて金ワイヤー７により配線パターン６およびＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂの電極にボンディングする。
【００３４】そして、図５および図６に示すように、ＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂと金ワイヤー７が配置されている領域全体に拡散材入りの透光性樹脂１１を滴下して硬化する。その後、ハイブリッドＩＣ用のリードフレーム８を、ガラス基板２に形成された引き出し配線パターン６に半田材９で取り付ける。このとき、ＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂおよび金ワイヤー７は透光性樹脂１１によって保護される。透光性樹脂１１の上からＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂは、例えばキャスティングモールド法を用いて、リードフレーム８が取り付けられたガラス基板２とともに透光性樹脂１０で一体的にモールドされる。
【００３５】ここで用いたＧａＮ系青色ＬＥＤ素子３は、図７に示すように全方位にわたって光を出射する。ただし、０°と１８０°の方向に出射される光量は他の方向に比べて少なくなっている。ＧａＮ系緑色ＬＥＤ素子４は、ＧａＮ系青色ＬＥＤ素子３と比べて、活性層のインジウムの組成比が異なるだけで同一の構成を有しており、例えば青色ＬＥＤ素子３と同じ配光特性を有している。
【００３６】本実施例の光源装置１においては、上記のような配光特性を持つＬＥＤ素子３，４を透光性のガラス基板２で支持し透光性モールド体で覆っているので、全方位に対して光を出射することができる。すなわち、ＬＥＤ素子３，４から出た光はガラス基板２の表面側および両側面側では、拡散材入りの透光性樹脂１１を透過し、さらに透光性樹脂１０を透過して光源装置１から出射される。
【００３７】一方、ガラス基板２の裏面側では、ＬＥＤ素子３，４から出た光は、透光性のエポキシ樹脂系接着剤１５を透過し、ガラス基板２を透過し、さらに透光性樹脂１０，１１を透過して光源装置１から出射される。その結果、例えばガラス基板２の表面に配置した１個のＬＥＤ素子３によって全方位光出射特性を得ることができ、光源装置１の構成が簡素化されている。
【００３８】ところで、ＧａＡｓ系赤色ＬＥＤ素子５ａ，５ｂについては、図３に示すようにガラス基板２の両面に配置することによって全方位光出射特性を得ている。ただし、２枚のＧａＡｓ系赤色ＬＥＤ素子５ａ，５ｂは、ガラス基板２の両面に背中合わせに配置されているので、ＬＥＤ素子３，４と似た配光特性を有している。すなわち、赤色ＬＥＤ素子５ａ，５ｂにおいては、０°と１８０°の方位への出射光の光量が他の方位への光量に比べて少なくなっている。
【００３９】このように、ＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂから出射される青色、緑色、赤色の全ての配光特性は、光源装置１の側面部分の光量が少ないものとなっているので、それを補うために透光性樹脂１０を両側面側で球面状に成形している。両側面側から出射される光は透光性樹脂１０の球面状の表面で屈折されて光量が少ない方に集まるので、光量分布は全方位にわたってほぼ均一になる。また、上面側でも光量分布をなだらかにするために透光性樹脂１０の上面を球面状に成形している。
【００４０】なお、ＬＥＤ素子３，４，５ａ，５ｂの両側に配線パターン６が配置されているが配線パターン６は微細であり、透光性基板表面を占める比率が小さいため光源装置１の配光特性に影響を与えない。
【００４１】図８および図９は図１の光源装置１を組み込んだ信号灯の斜視図である。図８および図９の信号灯はいずれも全方位にわたてダイヤカット付き透光性カバー２０，２２で覆われている。この光源装置１の発光は、電源および電気コントロール回路２１，２３で制御される。このように構成された信号灯は光源装置１に対して特定方位に位置する人々だけでなく全方位の人々の注意を同時に喚起することができる。図８および図９に示す信号灯は、例えば広告灯、工場等における工程異常を報知する信号とあるいは駐車場の出入口や工事現場等で注意を促す信号灯などに用いることができる。
【００４２】なお、本実施例の説明では、光の３原色である赤色、青色および緑色を同一のガラス基板２に搭載した多色表示可能なタイプについて説明したが、単色の場合、例えば青色一色の場合であっても光源装置の構成は簡素化される。
【００４３】また、明るい光源が必要な場合には、複数のＬＥＤ素子を並列または直列に接続して同時に発光するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における光源装置の正面図である。
【図２】図１の光源装置の平面図である。
【図３】図１の光源装置の製造方法を示す模式的工程側面図である。
【図４】図１の光源装置の製造方法を示す模式的工程平面図である。
【図５】図１の光源装置の製造方法を示す模式的工程平面図である。
【図６】図１の光源装置の製造方法を示す模式的工程側面図である。
【図７】ＬＥＤ素子の配光特性の一例を示すグラフである。
【図８】図１の光源装置を用いた信号灯の一例を示す斜視図である。
【図９】図１の光源装置を用いた信号灯の他の例を示す斜視図である。
【図１０】従来の砲弾型ランプの構成を説明するための模式的平面図および模式的断面図である。
【図１１】従来の信号灯の一例を示す斜視図である。
【図１２】図１１の信号灯の部分断面図である。
【符号の説明】
１光源装置
２ガラス基板
３ＧａＮ系青色ＬＥＤ素子
４ＧａＮ系緑色ＬＥＤ素子
５ａ，５ｂＧａＡｓ系赤色ＬＥＤ素子
６配線パターン
７金ワイヤー
８リードフレーム
１０，１１透光性樹脂
１５透光性のエポキシ樹脂系接着剤
１６導電性のエポキシ樹脂系接着剤

【特許請求の範囲】
【請求項１】透光性基板上に半導体発光層を備えてなる発光素子チップが透光性支持部材上に配置され、前記発光素子チップおよび前記透光性支持部材が透光性材料で一体的にモールドされて透光性モールド体が形成されたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】前記半導体発光層は、ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも１つを含む窒化物系半導体からなることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】前記発光素子チップは、前記半導体発光層上に電極を有し、前記透光性支持部材は、透光性絶縁基板と前記透光性絶縁基板上に形成された配線パターンとを備え、前記発光素子チップの前記電極が前記透光性絶縁基板上の前記配線パターンに電気的に接続されたことを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項４】前記透光性モールド体から出射される光の配光特性が前記発光素子チップの表面側、裏面側および両側面側でほぼ均一になるように前記透光性モールド体の表面の形状が設定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】前記透光性材料中に拡散材が添加されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項６】透光性支持部材上に複数の発光素子チップが配置され、前記複数の発光素子チップおよび前記透光性支持部材が透光性材料で一体的にモールドされて透光性モールド体が形成されたことを特徴とする光源装置。
【請求項７】前記複数の発光素子チップの少なくとも１つは、透光性基板上に半導体発光層を備えてなることを特徴とする請求項６記載の光源装置。
【請求項８】透光性支持部材上に、透光性基板上に半導体発光層を備えてなる発光素子チップを実装する工程と、前記発光素子チップの周囲を第１の透光性材料で被覆する工程と、前記第１の透光性材料の上から前記透光性支持部材および前記発光素子チップの第２の透光性材料で一体的にモールドして透光性モールド体を形成する工程とを備える光源装置の製造方法。

【図１】