説明

発光装置

【課題】光が補強材を透過することによる光ロスを生じることなく、光反射効率に優れる発光装置を提供する。
【解決手段】開口2aが形成され反射面21が湾曲状とされた反射部23を有し、表面に光反射膜としてAlからなるめっき膜211を設けたガラス繊維からなる補強材200を含むポリアミド系樹脂材料からなる反射ケース2と、反射ケース2の底面に形成された所定の高さの素子搭載部22と、素子搭載部22に搭載されたLEDチップ3を備え、LEDチップ3から反射面21方向の底面寄りへ出射した光を反射ケース2の反射面21にて開口2a側へ反射させるようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子を収容するケースを有した発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、一面に開口を有するケースの底面にLEDチップが配置され、ケース内に光透過性の樹脂が充填される表面実装型の発光装置が知られている。ケースの内面は、LEDチップから出射される光の反射面をなす。反射面は、ケースの底面側から開口側へ向かって、底面に対して所定角度で傾斜して拡開するよう形成される。これにより、LEDチップから側方へ出射する光は、内面にて開口側へ反射されてケースの開口から取り出される。
【0003】
この種の発光装置として、成形性に優れる材料としてポリアミド系樹脂(ナイロン)を用いてケースを形成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。上記した発光装置等の電子機器は近年小型化が進み、はんだリフローによる実装が行われていることから、はんだリフローに耐える耐熱性とケース強度の確保が求められる。特許文献1に記載の発光装置では、ポリアミド系樹脂材料に耐熱剤や補強材を添加している。
【0004】
また、この種の発光装置として、ポリアミド系樹脂材料からなるケースに補強材としてガラス繊維を含むものがある(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開平2−288274号公報
【特許文献2】特開2002−374007号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献2に記載の発光装置によると、ポリアミド系樹脂材料に含まれるガラス繊維は透明であることから、光源である発光素子から発せられる光がガラス内を透過してケース外部への光漏れを生じ、光反射効率が低下するという問題がある。
【0006】
従って、本発明の目的は、光が補強材を透過することによる光ロスを生じることなく、光反射効率に優れる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、樹脂材料によって形成され、前記樹脂材料に添加されるとともに光反射性を有する補強材を含むケースと、前記ケースと一体的に設けられて前記ケースの一面に形成される開口の底面に露出し、前記発光素子を搭載されるとともに前記発光素子と電気的に接続されるリードと、前記開口に収容される前記発光素子および前記リードを封止する封止樹脂とを備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
【0008】
この発光装置によれば、ケースを構成する樹脂材料に光反射性を有する補強材を添加することから、光源である発光素子から発せられる光が補強材内に入射せずに反射されるので、光ロスが生じないものとでき、光反射効率を高めることができる。
【0009】
また、上記発光装置において、前記樹脂材料は、前記補強材を混合されるポリアミド系樹脂からなることが好ましい。
【0010】
また、上記発光装置において、前記補強材は、ガラス繊維であることが好ましい。
【0011】
また、上記発光装置において、前記ガラス繊維は、繊維の長さと径の比が10〜50であることが好ましい。
【0012】
また、上記発光装置において、前記ガラス繊維は、表面に光反射膜を着膜させてなることが好ましい。
【0013】
また、上記発光装置において、前記光反射膜は、電気めっきによって前記ガラス繊維の表面に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、光が補強材を透過することによる光ロスを生じることなく、優れた光反射効率を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図1から図4は本発明の一実施形態を示すもので、図1は発光装置の概略外観斜視図、図2は発光装置の模式正面図である。
【0016】
図1に示すように、発光装置1は、開口2aが形成され反射面21が湾曲状とされた反射部23を有する反射ケース2を備えている。図2に示すように、発光装置1は、本実施形態に係る補強材を含有させた樹脂材料からなる反射ケース2の底面に形成された所定の高さの素子搭載部22と、素子搭載部22に搭載された発光素子としてのLEDチップ3とを備えている。LEDチップ3は、反射ケース2の反射部23により包囲される。反射ケース2の底面にはLEDチップ3の電極と接続される負極リード4及び正極リード5が配される。図1に示すように、負極リード4及び正極リード5は、反射ケース2の外部まで形成され、基板実装時に基板の配線部に接続される。
【0017】
この発光装置1は、液晶バックライト、パネルメータ、表示灯、面発光スイッチ等に利用される面状発光装置に用いられる。面状発光装置は、発光装置1からの光が端面に入射される導光板を有し、導光板の発光面から光を面状に放射する。すなわち、発光装置1は、導光板の厚さに対応して比較的薄型となっている。そして、基板実装時に開口2aが側方(基板とほぼ平行な方向)を指向し、開口2aから基板とほぼ平行に光が取り出される。開口2aは、正面視にて水平方向に長尺な略四角形状を呈する。本実施形態においては、開口2aの上部中央側は、上方に拡大して形成されている。
【0018】
図3は、発光装置の模式横断面図である。反射ケース2は、例えば、ポリアミド系樹脂からなり、具体的には9Tナイロン樹脂材料に補強材として、表面にアルミニウム(Al)のめっき膜が形成されたガラス繊維からなる補強材200と、光反射性を高めるための酸化チタン(TiO)からなる光反射材203とが混合されている。なお、この9Tナイロン樹脂材料には、ケースとしての特性を阻害しない範囲において補強材200や光反射材203以外の他の添加剤を混合することができる。他の添加剤として、例えば、充填材、酸化安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤等がある。また、他のポリアミド系樹脂として6Tナイロン樹脂材料を用いることもできる。
【0019】
また、図3に示すように、反射ケース2の反射面21は、反射ケース2の底面側から開口2a側へ向かって拡がるよう形成される。反射面21は、開口2a側から順に、底面に対して一定の傾斜角をなす傾斜区間21aと、底面側へ向かって窄むように湾曲する湾曲区間21bと、底面側に対して垂直に延びるオフセット区間21cとを有している。すなわち反射面21は、オフセット区間21cにて階段状に形成されるとともに、底面側の区間が湾曲状に形成され、開口側の区間が直線状に形成されている。
【0020】
反射ケース2の底面には、所定の高さに突出した素子搭載部22が形成される。本実施形態においては、素子搭載部22の高さは100〜150μmである。また、反射面21のオフセット区間21cの底面からの高さも100〜150μmである。素子搭載部22とオフセット区間21cの底面からの高さは同じ、若しくは、素子搭載部22の方が高くなるよう構成される。尚、素子搭載部22がオフセット区間21cよりも底面から高く形成された方が、同じ高さに形成されるよりも好ましい。
【0021】
また、反射ケース2の底面には、負極リード4及び正極リード5が配置される。負極リード4及び正極リード5は、例えば銀メッキを施された銅合金からなる。ここで、反射面21のオフセット区間21cは、各リード4,5の上面から垂直に延びている。各リード4,5の一端は、素子搭載部22の側面に埋入され、素子搭載部22にて絶縁されている。本実施形態においては、素子搭載部22における各リード4,5間の距離は100〜200μmである。
【0022】
図3に示すように、素子搭載部22は、反射ケース2と一体的に形成され、LEDチップ3がダイボンドペースト7により搭載されている。ダイボンドペースト7の厚みは5〜10μmであり、素子搭載部22とオフセット区間21cの底面からの高さが同じである場合、LEDチップ3の下端位置はダイボンドペースト7の分だけ、反射面21のオフセット区間21cの高さより高くなる。素子搭載部22は反射ケース2の内側の内部空間において、底面から突出するように形成されている。反射ケース2の底面には、素子搭載部22、正極リード4及び負極リード5が露出している(図2参照)。
【0023】
ここで、底面側へ向かって窄む湾曲区間21bは、斜め下方へ進む光を上方へ反射させるのに好適である。本実施形態においては、LEDチップ3の発光部分としての発光層が、反射面21の湾曲区間21bよりも、底面から高い位置に配置されている。これにより、LEDチップ3の発光層から斜め下方へ出射した光は反射面21により的確に上方へ反射する。
【0024】
図4は、本実施形態で用いられる補強材の部分断面を示す拡大図である。この補強材200は、ガラス繊維210の表面に電気めっきによってAlからなるめっき膜211が設けられており、そのめっき厚は10nm〜1μmで形成されている。
【0025】
ガラス繊維210は、針状あるいは棒状の形状を有し、径が5〜10μm、長さ150〜175μmで、その長さと径の比(長さ/径)が10〜50のものが用いられ、ポリアミド系樹脂材料に10〜25重量%が混合される。なお、めっき膜211を形成する電気めっきについて、上記したAl以外に、Ni,Au,Cu,Sn,Ag等の他の金属によるめっき膜211を形成してもよい。このようにガラス繊維210にめっき膜211による光反射性を付与することにより、ガラス繊維内への光入射を防ぐとともに、その大なる表面積に基づく好ましい光反射性が得られる。また、ガラス繊維が有する強度に基づいて反射ケース2の強度を大にすることができ、ガラス繊維内に光が入射することに基づく光ロスの発生を防げる。
【0026】
LEDチップ3は、460nmの波長の光を発する発光層を有するフェイスアップ型の青色LEDチップである。LEDチップ3の各電極と各リード4,5とはワイヤ6により接続されている。LEDチップ3は、反射ケース2の内部に充填された樹脂材8により封止されている。
【0027】
樹脂材8は、黄色蛍光体を含有する透明樹脂である。黄色蛍光体としては、例えば、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)系、BOS(Barium ortho-Silicate)系等の蛍光体が用いられる。黄色蛍光体は、LEDチップ3から発せられた青色光を受けて励起されると、黄色の波長変換光を発する。この結果、青色光と黄色光とが混ざった白色の状態で、開口2aから光が取り出される。
【0028】
図5は、発光装置の中央部における断面図である。本実施形態における反射ケース2は、LEDチップ3の搭載部分から開口2aの端面(光出射部)にかけて厚みが小になっている。こうした厚みの薄い部分では光が透過し易いことから、ガラス繊維内に光が入射すると反射ケース2に対する光の透過が促進され、光反射効率が低下するという不具合がある。例えば、反射ケース2を透過する光を小にするために酸化チタン等の光反射性を有するフィラーをより多く混合すると、ケース強度やパッケージの信頼性を低下させることから、適量の補強材を混合してケース強度を確保する必要がある。
【0029】
図5に示す反射ケース2の場合、開口2aの端面付近まで補強材200が行きわたっていることから、ケース強度を確保しつつ、光反射性を付与された補強材200によって反射ケース2の外部への光の透過が生じにくい構成を有している。
【0030】
図6は、発光装置における光の行路を示す説明図である。尚、図6においては説明のため、樹脂材のハッチングを省略している。本実施形態の発光装置1では、反射ケース2の反射面21が湾曲状とされていることから、反射面21へ入射する光を開口2a方向へ的確に集光することができる。また、湾曲区間21bが反射面21の底面側に形成されているので、LEDチップ3から反射面21方向のケース底面寄りへ出射される光を的確に開口2a側へ反射させることができる。
【0031】
また、オフセット区間21cに続いて湾曲区間21bを形成したことから、反射面21の底面側端部の厚みが極度に薄くなることはなく、反射面21の湾曲形状の成形が容易である。具体的に、樹脂製の反射ケース2を成形する際に、金型の湾曲形状部分に樹脂が流れ込み難くなるようなことはなく、湾曲区間21bを所期の形状とすることができる。また、反射ケース2を構成する9Tナイロン樹脂材料に対してめっき膜211を表面に設けた補強材200を混合している。これにより、湾曲区間21bによる集光性能を確実に発揮させることができる。
【0032】
また、図6に示すように、素子搭載部22が反射ケース2の底面から突出しているので、LEDチップ3から反射面21方向の底面寄りへ出射した光を反射面21の湾曲区間21にて開口2a側へ反射させることができる。このとき、湾曲区間21にて反射した光は開口2a側へ進出し、LEDチップ3側へ進むことはない。
【0033】
さらに、LEDチップ3から各リード4,5方向へ出射した光を、各リード4,5にて反射させることができる。ここで、LEDチップ3と各リード4,5とが離隔していることから、LEDチップ3から各リード4,5方向へ出射した光は、所定距離だけ進んだ後に、反射ケース2の底面に配置された各リード4,5にて反射する。これにより、LEDチップ3と各リード4,5が隣接する従来のもののように各リード4,5にて反射した光が直接的にLEDチップ3へ入射することはない。各リード4,5にて反射した光は、直接的または反射面21を経由して間接的に開口2aへ進入する。
【0034】
また、素子搭載部22に各リード4,5が埋入されることから、各リード4,5を確実に固定することができる。また、各リード4,5の埋入部を利用して、LEDチップ3から素子搭載部22側へ出射される光も反射させるとともに、LEDチップ3にて生じた熱を各リード4,5を通じて逃がすことができる。尚、素子搭載部22を設けずに、LEDチップ3をリード4または5のいずれかの上に搭載して樹脂封止するようにしても良く、この場合には素子搭載部22のサイズ等に限定されない設計の自由度が得られる。
【0035】
このように、本実施形態の発光装置1によれば、反射ケース2を構成する9Tナイロン樹脂材料に添加するガラス繊維からなる補強材200の表面に光反射膜としてAlからなるめっき膜211を設けているので、反射ケース2のケース強度を損なうことなく、ガラス繊維への光入射に基づく光ロスを防ぐことができ、光反射効率に優れるものとできる。尚、本実施形態では、ガラス繊維に電気めっきによるめっき膜211を設ける構成を説明したが、ガラス繊維への光入射を防ぐ他の構成であっても良い。例えば、表面が粗面化されて光拡散性を付与されたガラス繊維を用いるものや、白色等の光反射性を有する色に着色されたガラス繊維をポリアミド系樹脂材料に添加するものであってもよい。
【0036】
また、反射面21へ入射する光を開口2a方向へ的確に集光することができるので所望の集光特性を得ることができる。また、LEDチップ3から斜め下方へ出射した光を反射ケース2の反射面21にて開口2a側へ反射させることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。
【0037】
また、反射ケース2が樹脂製であるので、セラミック等に比して湾曲区間21bの成形が容易であるし、セラミックのように枠体を積層する必要がないので製造工数が嵩むこともない。
【0038】
尚、前記実施形態においては、素子搭載部22にLEDチップ3がフェイスアップ実装されるものを示したが、例えば図7に示すように、LEDチップ103が素子搭載部22にフリップチップ実装されるものであってもよい。ここで、図7は変形例を示す発光装置の模式横断面図である。図7には、サブマウントとしてツェナーダイオード9を用い、ツェナーダイオード9の電極と各リード4,5とをワイヤ6により接続された発光装置101を示している。この構成によれば、ツェナーダイオード9の表面にてLEDチップ103から出射される光を反射させることができるし、LEDチップ103にて生じる熱をツェナーダイオード9を通じて放出することができる。
【0039】
また、前記実施形態においては、基板実装時に開口2aが基板とほぼ平行な方向を指向し、開口2aから基板とほぼ平行に光が取り出されるものを示したが、例えば図8から図11に示すように、基板実装時に開口2aが基板に対して垂直な方向を指向し、開口2aから基板とほぼ垂直に光が取り出されるものであってもよい。
【0040】
図8及び図9は発光装置の変形例を示すものであり、図8は発光装置の概略外観斜視図、図9は発光装置の模式縦断面図である。
図8に示すように、この発光装置201は、反射ケース202の開口202aが上方を指向した状態で基板に実装される。反射ケース202は、上面視にて略長方形状であり、図9に示すように、正極リード4及び負極リード5は反射ケース202の下面に延在している。反射ケース202は、表面に光反射膜としてAlからなるめっき膜211を設けたガラス繊維からなる補強材200と、光反射性を高めるための酸化チタンからなる光反射材203とを含む9Tナイロン樹脂材料によって形成されている。
【0041】
図10及び図11は発光装置の変形例を示すものであり、図10は発光装置の概略外観斜視図、図11は発光装置の模式縦断面図である。
図10に示すように、この発光装置301は、反射ケース302の開口302aが上方を指向した状態で基板に実装される。反射ケース302は、上面視にて略正方形状であり、図11に示すように、正極リード4及び負極リード5は反射ケース302の下面に延在している。反射ケース302は、表面に光反射膜としてAlからなるめっき膜211を設けたガラス繊維からなる補強材200と、光反射性を高めるための酸化チタンからなる光反射材203とを含む9Tナイロン樹脂材料によって形成されている。
【0042】
また、前記実施形態においては、補強材としてガラス繊維を9Tナイロン樹脂材料に添加する構成を説明したが、他の補強材として、例えば、ケイ酸カルシウムを用いても良い。
【0043】
また、前記実施形態においては、素子搭載部22が反射ケース2と一体に成形されたものを示したが、素子搭載部22を反射ケース2と別部材としてもよい。この場合、素子搭載部22としては、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックが好ましい。
【0044】
また、前記実施形態においては、各リード4,5が素子搭載部22に埋入したものを示したが、必ずしも埋入させる必要はない。例えば、素子搭載部22としてセラミックを用いた場合、各リード4,5を埋入せずとも十分な放熱効果を得ることができる。
【0045】
また、前記実施形態においては、発光素子として青色光のLEDチップ3を用いたものを示したが、発光素子として例えば、赤色光、緑色光、紫外光等のLEDチップを用いてもよい。例えば、紫外光のLEDチップを用い、樹脂材8に赤、緑及び青の蛍光体を含ませることによって、白色に発光させるようにしてもよい。
【0046】
また、前記実施形態においては、反射面21の一部区間を湾曲させたものを示した、全区間を湾曲させてもよいことは勿論である。また、反射面21の底面側にオフセット区間21cの長さは任意であるし、オフセット区間21cを形成しない構成としてもよい。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の一実施形態を示すもので発光装置の概略外観斜視図である。
【図2】発光装置の模式正面図である。
【図3】発光装置の模式横断面図である。
【図4】本実施形態で用いられる補強材の部分断面を示す拡大図である。
【図5】発光装置の中央部における断面図である。
【図6】光の行路を示す説明図である。
【図7】変形例を示す発光装置の模式横断面図である。
【図8】変形例を示す発光装置の概略外観斜視図である。
【図9】変形例を示す発光装置の模式縦断面図である。
【図10】変形例を示す発光装置の概略外観斜視図である。
【図11】変形例を示す発光装置の模式縦断面図である。
【符号の説明】
【0048】
1 発光装置
2 反射ケース
2a 開口
3 LEDチップ
4 正極リード
5 負極リード
6 ワイヤ
7 ダイボンドペースト
8 樹脂材
9 ツェナーダイオード
21 反射面
21a 傾斜区間
21b 湾曲区間
21c オフセット区間
22 素子搭載部
23 反射部
101 発光装置
103 LEDチップ
200 補強材
201 発光装置
202 反射ケース
202a 開口
203 光反射材
210 ガラス繊維
211 めっき膜
301 発光装置
302 反射ケース
302a 開口

【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光素子と、
樹脂材料によって形成され、前記樹脂材料に添加されるとともに光反射性を有する補強材を含むケースと、
前記ケースと一体的に設けられて前記ケースの一面に形成される開口の底面に露出し、前記発光素子を搭載されるとともに前記発光素子と電気的に接続されるリードと、
前記開口に収容される前記発光素子および前記リードを封止する封止樹脂とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項2】
前記樹脂材料は、前記補強材を混合されるポリアミド系樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
【請求項3】
前記補強材は、ガラス繊維であることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光装置。
【請求項4】
前記ガラス繊維は、繊維の長さと径の比が10〜50である請求項3に記載の発光装置。
【請求項5】
前記ガラス繊維は、表面に光反射膜を着膜させてなる請求項3又は4に記載の発光装置。
【請求項6】
前記光反射膜は、電気めっきによって前記ガラス繊維の表面に形成される請求項5に記載の発光装置。

【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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【図11】
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【公開番号】特開2009−32851(P2009−32851A)
【公開日】平成21年2月12日(2009.2.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−194209(P2007−194209)
【出願日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【出願人】(000241463)豊田合成株式会社 (3,467)
【Fターム(参考)】