JP2009032850A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂材料中に所望の量の添加剤を精度良く混合させることのでき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、耐熱安定剤又は耐光安定剤でコーティングされたＴｉＯ_２をフィラー２００として含む樹脂材料からなるケース２と、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。
【選択図】図３

Description

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。

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。

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。

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光反射性のフィラーを含むものがある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の発光装置では、ケースを構成するポリアミド系樹脂に光反射性を付与する酸化チタン、チタン酸カリウム等のフィラーを含有している。
特開平２−２８８２７４号公報 特開２００２−３７４００７号公報

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フィラーを混合する混合工程において熱が生じるため、フィラーとともに樹脂材料に混合される添加剤が熱によって揮発し、ケースに要求される所望の特性が得られないという問題がある。特に、耐熱安定剤や耐光安定剤はこうした傾向が顕著である。

従って、本発明の目的は、樹脂材料中に所望の量の添加剤を精度良く混合させることのできる発光装置を提供することにある。

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て前記樹脂材料に添加する添加剤を表面にコーティングされたフィラーを含むケースと、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。

この発光装置によれば、ケースを構成する樹脂材料に添加する添加剤をフィラーに表面にコーティングして投入することから、ケースの基となる樹脂材料を形成する際の混合に伴って生じる熱により、添加剤が揮発することを抑制することができる。また、添加剤の揮発を抑えられることにより、樹脂材料に添加すべき所望の添加量を精度よく添加することができる。

また、上記発光装置において、前記樹脂材料は、前記フィラー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。

また、上記発光装置において、前記フィラーは、酸化チタンであることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記フィラーは、粒子径が０．０１〜３μｍであることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記フィラーは、ケイ酸カルシウム、およびチタン酸カリウムの少なくとも１つであることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記フィラーは、前記ケイ酸カルシウムおよび前記チタン酸カリウムについて、粒子径が０．１〜５μｍ、長さが１〜２０μｍであり、前記ガラス繊維について、繊維の長さと径の比が１０〜５０であることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記添加剤は、ヒンダードフェノール系化合物からなる耐熱安定剤およびヒンダードアミン系化合物からなる耐光安定剤の少なくとも１つであることが好ましい。

また、上記発光装置において、前記ケースは、前記開口の前記底面に光取り出し方向に突出した素子搭載部を有することが好ましい。

本発明によれば、発光装置のケースを構成する樹脂材料中に所望の量の添加剤を精度良く混合させることができる。

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。

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、本実施形態に係るフィラー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。

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。

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、芳香族ポリアミド系樹脂に補強剤としてのガラス繊維と、光反射性を高めるための酸化チタン（ＴｉＯ_２）とがフィラー２００として混合されている。ＴｉＯ_２は耐熱安定剤又は耐光安定剤で表面をコーティングしたものをポリアミド系樹脂に混合している。なお、このポリアミド系樹脂には、ケースとしての特性を阻害しない範囲においてガラス繊維や酸化チタン以外の他の添加剤を混合することができる。ガラス繊維は、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、ケース強度を得るうえでポリアミド系樹脂材料に１０〜２５重量％が混合されることが好ましい。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、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。

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。

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。

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）。

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。

図４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態で用いられるフィラーの部分断面を示す拡大図である。図４（ａ）は、フィラー２００としてＴｉＯ_２２１０の表面に添加剤として耐熱安定剤２１１をコーティングしたものである。ＴｉＯ_２２１０にはルチル型とアナターゼ型が存在するが、本実施形態では触媒作用の小なるルチル型を用いている。このルチル型のＴｉＯ_２２１０は粒子径が０．０１〜３μｍのものを用いることができる。図４（ｂ）は、フィラー２００としてＴｉＯ_２２１０の表面に添加剤として耐光安定剤２１２をコーティングしたものであり、その他は耐熱安定剤２１１をコーティングしたものと同様である。このようにＴｉＯ_２２１０に添加剤をコーティングすることで、添加剤がフィラー２００に担持された状態でポリアミド系樹脂材料と混合される。このことにより、添加剤を単体で投入して混合する場合と比較して熱による添加剤の揮発損失が小になるとともに、添加剤がフィラー２００とともにポリアミド系樹脂材料中に均一に分散する。

耐熱安定剤２１１は、ヒンダードフェノール系化合物からなる耐熱安定剤を溶媒に希釈してＴｉＯ_２２１０の表面に噴霧することによってコーティングしている。

耐光安定剤２１２は、ヒンダードアミン系化合物である耐光安定剤を溶媒に希釈してＴｉＯ２２１０の表面に噴霧することによってコーティングしている。

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。

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。

図５は、発光装置における光の行路を示す説明図である。尚、図５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。

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。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。

また、図５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。

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。

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。

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を構成するポリアミド系樹脂材料に添加する耐熱安定剤２１１および耐光安定剤２１２をフィラー２００としてのＴｉＯ_２２１０の表面にコーティングして投入するようにしたので、反射ケース２の基となる樹脂材料を形成する際の混合に伴って生じる熱により、耐熱安定剤２１１および耐光安定剤２１２が揮発することを抑制することができ、所望の量の添加剤を樹脂材料に精度良く混合させることが可能になる。なお、本実施形態では、耐熱安定剤２１１および耐光安定剤２１２をフィラー２００としてのＴｉＯ_２２１０にコーティングする構成について説明したが、フィラー２００は、例えば、ケイ酸カルシウムやチタン酸カリウムであってもよい。また、ガラス繊維にコーティングして混合することで、反射ケース２のケース強度を大にするとともに、表面積の大なるガラス繊維に応じた好ましい量の添加剤を混合することが可能になる。

フィラーに対する添加剤のコーティングについて、例えば、補強フィラーは樹脂鎖を絡み易くする為、異方的形状であり、パッケージ成形時の流路によってしばしば偏りが生じる。このため、コーティングされる添加剤についてもその分散に偏りが生じるという不具合が生じる。このことから、反射ケース２に対する添加剤の混合については、上記した偏りを生じにくい反射フィラー（ＴｉＯ_２）に適用することが好ましい。

また、ＴｉＯ_２２１０は光触媒機能を有しており、そのことによって反射ケース２を構成する樹脂材料を分解し、ケース強度を低下させることがないように、光触媒機能を抑える耐熱安定剤および耐光安定剤を選択することがより好ましい。

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。

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。

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６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６は変形例を示す発光装置の模式横断面図である。図６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。

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７から図１０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。

図７及び図８は発光装置の変形例を示すものであり、図７は発光装置の概略外観斜視図、図８は発光装置の模式縦断面図である。
図７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８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、耐熱安定剤および耐光安定剤をコーティングしたＴｉＯ_２を含むポリアミド系樹脂材料によって形成されている。

図９及び図１０は発光装置の変形例を示すものであり、図９は発光装置の概略外観斜視図、図１０は発光装置の模式縦断面図である。
図９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１０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、耐熱安定剤および耐光安定剤をコーティングしたＴｉＯ_２を含むポリアミド系樹脂材料によって形成されている。

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。

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。

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。

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が、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

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。 発光装置の模式正面図である。 発光装置の模式横断面図である。 本実施形態で用いられるフィラーの部分断面を示す拡大図である。 光の行路を示す説明図である。 変形例を示す発光装置の模式横断面図である。 変形例を示す発光装置の概略外観斜視図である。 変形例を示す発光装置の模式縦断面図である。 変形例を示す発光装置の概略外観斜視図である。 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

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 フィラー
２０１ 発光装置
２０２ 反射ケース
２０２ａ 開口
２１０ 酸化チタン（ＴｉＯ_２）
２１１ 耐熱安定剤
２１２ 耐光安定剤
３０１ 発光装置
３０２ 反射ケース
３０２ａ 開口

Claims (8)

1. 発光素子と、
   樹脂材料によって形成されて前記樹脂材料に添加する添加剤を表面にコーティングされたフィラーを含むケースと、
   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。
2. 前記樹脂材料は、前記フィラー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。
3. 前記フィラーは、酸化チタン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。
4. 前記フィラーは、粒子径が０．０１〜３μｍである請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記フィラーは、ケイ酸カルシウム、チタン酸カリウム、およびガラス繊維の少なくとも１つ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。
6. 前記フィラーは、前記ケイ酸カルシウムおよび前記チタン酸カリウムについて、粒子径が０．１〜５μｍ、長さが１〜２０μｍであり、前記ガラス繊維について、繊維の長さと径の比が１０〜５０である請求項５に記載の発光装置。
7. 前記添加剤は、ヒンダードフェノール系化合物からなる耐熱安定剤およびヒンダードアミン系化合物からなる耐光安定剤の少なくとも１つである請求項１に記載の発光装置。
8. 前記ケースは、前記開口の前記底面に光取り出し方向に突出した素子搭載部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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