CN1753200A - Led器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在确保小型化的同时，混色性良好、对外部(大气中)的光取出效率高、发光强度高的LED器件。将多个分离的引线框(2)在由具有高反射率的白色树脂构成的反射框架(1)中进行嵌件成型而形成LED器件的封装件。在反射框架(1)内形成具有朝上方开口的内周面(7)的空腔(8)、以及在所述空腔(8)内分别以分离的2个引线框(2)为底面的具有圆筒形状的外壁(9)的杯(11)。并且，在各个杯(11)的底面上的引线框(2)上接合固定红色LED芯片(3)和绿色LED芯片(4)，使各LED芯片(3、4)的下侧电极和引线框(2)一对一地电导通，使各LED芯片(3、4)的各自的上侧电极通过接合线(5)与引线框(2)一对一地电导通，在空腔(8)内填充透光性树脂(6)。

Description

LED器件
技术领域
本发明涉及LED器件，具体涉及将光源色互不相同的不少于2种的LED芯片组合成为光源并混合从各个LED芯片发出的光而获得期望的色调的光的LED器件。
背景技术
LED芯片的发光光谱具有陡峭的上升沿和下降沿，大致为与光谱分布的峰值发光波长相当的色调的光源色。为了从具有这种光学特性的LED光源获得与光源色不同色调的光，一般采用以下方法，即：将光源色互不相同的不少于2种的LED芯片组合成为光源，混合从各个LED芯片发出的光而获得期望色调的光。
作为上述LED器件的现有例，有图9所示的LED器件。该LED器件也被称为炮弹型，在前端部形成有以内周面为反射面的凹形状的杯的3个引线框51R、51G、51B和前端部是平面的3个引线框52R、52G、52B相互保持预定间隔而平行配置。
在3个引线框51R、51G、51B的各自的杯的底面搭载有光源色分别是红色、绿色以及蓝色的红色LED芯片53R、绿色LED芯片53G以及蓝色LED芯片53B，红色LED芯片53R的下侧电极和搭载了红色LED芯片53R的引线框51R电导通。另一方面，红色LED芯片53R的上侧电极通过接合线与前端部是平面的引线框52R的前述前端部连接，实现电导通。
并且，在绿色LED芯片53G和蓝色LED芯片53B的各自的LED芯片的上侧所形成的一对电极中的一方通过接合线与搭载有各个LED芯片的引线框51G、51B连接，实现电导通。另一方面，在绿色LED芯片53G和蓝色LED芯片53B的各自的LED芯片的上侧所形成的一对电极中的另一方通过接合线与各个前端部是平面的引线框52G、52B的前述前端部连接，实现电导通。
并且，所有引线框51R、51G、51B、52R、52G、52B的前端部使用透光性树脂来封装，红色LED芯片53R、绿色LED芯片53G以及蓝色LED芯片53B和接合线由封装树脂54加以保护。此时，在封装树脂54的光出射面上形成有光轴与红色LED芯片53R、绿色LED芯片53G以及蓝色LED芯片53B的光轴大致对齐的3个半椭球形状的凸透镜55。
此时，对于从各LED芯片发出的红色光、绿色光以及蓝色光的各方，一部分在封装树脂的透光性树脂内被引导而直接朝向作为光出射面的半椭球形状的凸透镜，一部分在搭载有LED芯片的引线框的杯的内周面被反射，反射光在透光性树脂内被导向凸透镜。沿着这2条光路到达凸透镜的光由光出射面的凸透镜进行配光，获得预定的指向性，然后向外部(大气中)出射。
并且，从各凸透镜的光出射面出射的作为光的三基色的红色光、绿色光以及蓝色光被混合而形成白色光。另外，通过选择性地控制从红色LED芯片、绿色LED芯片以及蓝色LED芯片的各LED芯片出射的光的量(包括熄灭)而进行混合，可获得包含各LED芯片的光源色和白色光在内的基本上所有颜色的光(例如，参照专利文献1)。
[专利文献1]日本特开平10-173242号公报
然而，随着近年来的电子设备的小型和薄型化以及价格低廉化，对于内置于电子设备中的电子部件搭载基板，也逐渐提出了同样的要求。因此，供电子设备搭载基板所使用的印刷基板被做成仅在印刷基板的一个面形成布线图形的单面基板，以在单面上密集地配置搭载部件。并且，通过把表面安装型电子部件安装在单面基板的形成有布线图形的同一面上，实现电子部件搭载基板的高度降低和低成本化。
与此相对，上述现有的LED器件不能与单面基板上所安装的表面安装型电子部件搭载于同一面上。因此，为了在印刷基板上混合搭载现有的LED器件和表面安装型电子部件，必须使用在印刷基板的双面形成了布线图形的双面基板，把LED器件搭载到双面基板的与搭载有表面安装型电子部件的面相反的面上。
由此，电子部件搭载基板的厚度变厚，并且还由于印刷基板的成本上升而提升了电子部件搭载基板的成本，产生与上述要求相反的结果。
因此，为了实现电子设备的小型和薄型化以及价格低廉化，一般使用与上述现有的炮弹型LED器件具有相同光学作用的图10和图11所示的表面安装型LED器件。
在图10所示的现有的表面安装型LED器件中，使用具有高反射率的白色树脂对形成有搭载LED芯片61的多个凹形状的杯62的引线框63进行嵌件成型，构成具有在前述杯的上方设置有内周面朝上方开口的凹形状的空腔66的反射框架64的封装件。
并且，在各杯62内通过未图示的导电部件固定有LED芯片61，LED芯片61的下侧电极和搭载了LED芯片61的引线框63电导通。并且，LED芯片61的上侧电极通过接合线65与和形成有杯62的引线框63分离的引线框63’连接，实现电导通。
并且，在空腔66内以及各杯62和LED芯片61的间隙内填充透光性树脂67，LED芯片61和接合线65由封装树脂加以保护。并且同时，在封装树脂的光出射面上一体地形成有光轴与各LED芯片61大致对齐的凸形状的透镜68。
并且，图11所示的现有的另一种表面安装型LED器件构成为去除了上述图10所示的LED器件的引线框63下方的白色树脂。即，引线框63的上方采用与图10所示的LED器件相同的结构，表现出相同的光学作用。
然而，在上述表面安装型LED器件中所使用的引线框一般使用冲压模具对金属平板进行冲压加工而制成。此时，在模具的结构上，相邻的杯之间的最短间隔由引线框的厚度决定。因此，对于各杯上所搭载的相邻的LED芯片的最短距离，存在由引线框的厚度带来的限制。
因此，在把光源色互不相同的多个LED芯片搭载到各杯上而对于分别从各LED芯片发出的光进行混合的情况下，由于不能使LED芯片的相互距离充分接近，因而成为光的混合不充分且混色性较差的LED器件。
并且，对杯之间的间隔的一定限制也给LED器件的小型化造成影响，因而成为小型化不充分的LED器件。
并且，由于引线框通过金属平板的冲压加工来制成，因而包括杯的内径和深度等在内的引线框的形状由于金属板的硬度等物理性质和厚度等的特性而受到限制。因此，与LED器件相关的光学设计的自由度受到妨碍，不能制造在光学和结构上较为理想的最佳产品。
并且，在由金属平板构成的宽度极窄的电路图形上一体地形成杯是非常困难的作业，由于复杂的冲压模具导致的模具制造费用的上升和不准确的尺寸精度，导致制造成本的上升和质量的下降。
发明内容
因此，本发明就是鉴于上述问题而提出的，提供混色性良好、针对外部(大气中)的光取出效率良好，且发光强度高、可实现小型化的LED器件。
为了解决上述课题，本发明的技术方案1的特征在于，具有：利用树脂材料对引线框进行嵌件成型而得到的反射框架；在前述反射框架中形成的空腔；以及在前述空腔中形成的独立地包围LED芯片的多个杯，前述杯的外壁由与前述反射框架相同的树脂材料与前述反射框架形成一体，在前述空腔内填充有透光性树脂。
并且，本发明的技术方案2是，在技术方案1中，其特征在于，由前述外壁包围的搭载有LED芯片的空间形状是大致圆柱形状。
并且，本发明的技术方案3是，在技术方案1或2中的任何一项中，其特征在于，前述树脂材料是具有高反射率的白色树脂。
并且，本发明的技术方案4是，在技术方案1～3中的任何一项中，其特征在于，前述LED芯片是光源色互不相同的2种以上的LED芯片的组合。
并且，本发明的技术方案5是，在技术方案1～4中的任何一项中，其特征在于，在前述各LED芯片的上方，光轴与该LED芯片的光轴基本上对齐地形成有凸形状的透镜。
在本发明的LED器件中，在反射框架上所形成的空腔的内部，利用与形成反射框架的树脂相同的树脂，与反射框架一体地形成了多个杯，在前述各个杯内搭载光源色不同的LED芯片，把从LED芯片发出的光封闭在狭小的空间内，然后使该光在大幅扩散之前到达作为光出射面的凸透镜。
因此，由于到达凸透镜的光存在于狭小的范围内，因而可通过比较缓和的聚光有效地会聚向外部出射的光。因此，即使凸透镜的曲率小，也能充分发挥聚光效果，可实现高度低的LED器件。
并且，由于可以把相邻的杯之间的距离设定得比以往短，因而可实现LED器件的小型化，有助于实现安装LED器件的设备的小型化。
并且同样地，由于可缩短相邻的LED芯片的间隔，因而在搭载互不相同的多个光源色的LED芯片作为光源的情况下，可良好地进行从各LED芯片发出的光的混合，成为混色性优良的LED器件。
并且，通过控制在各LED芯片的上方所形成的凸透镜的形状，可自由地设定从透镜的出射面出射的光的聚光度。这意味着，可自由地控制从LED器件出射的光的配光。
而且，构成杯的外壁在成型时形成。因此，可以通过对成型模具实施加工而无限制地自由设定杯的形状。因此，基于杯形状的配光设定的自由度较大，可按理想的方式实现从LED芯片发出而到达凸透镜的光的配光。
其结果是，具有可以简单地实现考虑到了观察LED器件的距离和方向以及由LED器件照明的物体的形状和大小等的LED器件使用条件和使用环境的最佳配光特性等的优点。
附图说明
图1是表示本发明的LED器件的实施方式的俯视图。
图2是图1的A-A截面图。
图3是本发明的LED器件的实施方式的制造工序图。
图4是表示本发明的LED器件的实施方式的制造工序中途的状态的俯视图。
图5是表示本发明的LED器件的另一实施方式的俯视图。
图6(a)是表示本发明的LED器件的实施方式的外壁部的部分俯视图，(b)是表示本发明的LED器件的另一实施方式的外壁部的部分俯视图。
图7(a)是表示在现有的LED器件的引线框内所形成的杯部的部分俯视图，(b)是(a)的A-A截面图。
图8(a)是表示本发明的LED器件的实施方式的外壁部的部分俯视图，(b)是(a)的A-A截面图。
图9是表示现有的LED器件的立体图。
图10是表示现有的另一LED器件的截面图。
图11同样是表示现有的另一LED器件的截面图。
具体实施方式
下面，参照图1至图8对本发明的优选实施方式进行详细说明(对于相同的部分赋予相同的标号)。而且，由于下述的实施方式是本发明的优选具体例，因而附有技术上优选的各种限定，然而只要在下面的说明中没有特别地对本发明进行限定的记载，本发明的范围就不限于这些实施方式。
图1是表示本发明的LED器件的实施方式的俯视图，图2是图1的A-A截面图。本实施方式是被称为表面安装型的LED器件，其结构包含：反射框架1、引线框2、红色LED芯片3、绿色LED芯片4、接合线5、以及透光性树脂6。
并且，由这些结构要素构成的LED器件的结构如下所述。多个分离的引线框2在由白色且具有高反射率的白色树脂构成的反射框架1内嵌件成型，从而形成表面安装型LED器件的封装件。此时，在反射框架1内形成了具有朝上方开口的内周面7的空腔8、以及在前述空腔8内分别以分离的2个引线框2为底面的具有圆筒形状的外壁9的杯11。
并且，在各圆筒形状的外壁9内的底面上的引线框2上通过未图示的导电性部件接合固定了红色LED芯片3和绿色LED芯片4，从而各LED芯片3、4的下侧电极和引线框2被一对一地电导通。
另一方面，红色LED芯片3和绿色LED芯片4的各自的上侧电极通过接合线5与引线框2一对一地电导通。
而且，在空腔8内填充了透光性树脂6，红色LED芯片3和绿色LED芯片4以及接合线5通过树脂封装得到保护。此时，在封装树脂的光出射面上形成了光轴与各LED芯片3、4大致对齐的2个凸透镜10。
这种结构的LED器件中的光学系统如下所述。从各LED芯片3、4发出的绿色光和红色光，一部分在透光性树脂6内直接导向作为光出射面的凸透镜10，一部分被空腔8的内周面7反射，反射光在透光性树脂6内被导向凸透镜10。沿着这2条光路到达凸透镜10的光由光出射面的凸透镜10进行配光，获得预定的指向性，然后向外部(大气中)出射。
在此情况下，从各LED芯片3、4发出的光的大部分被封闭在由各个圆筒形状的外壁9包围的狭小的杯11内，封闭在该狭小范围内的光在大幅扩散之前到达作为光出射面的凸透镜10。
其结果是，从各LED芯片3、4发出的光中的大部分直接到达凸透镜10，由凸透镜10进行配光，获得预定的指向性，然后向外部出射。因此，可实现从LED芯片发出的光对外部的光取出效率良好、发光强度高的LED器件。
图3是表示本实施方式的制造工艺的工序图。准备使用冲压模具对金属平板进行冲压而得到的引线框，如(a)所示，在由白色且具有高反射率的白色树脂构成的反射框架1内嵌件成型前述引线框2，从而形成LED器件的封装件。此时，在反射框架1内设置了具有朝上方开口的内周面7的空腔8，在前述空腔8内形成了以引线框2为底面的具有圆筒形状的外壁9的杯11。
然后，如(b)所示，在各圆筒形状的外壁9内的底面上的引线框2上通过未图示的导电性部件接合固定红色LED芯片3和绿色LED芯片4，使各LED芯片3、4的下侧电极和引线框2一对一地电导通。
然后，如(c)所示，把一个端部与红色LED芯片3和绿色LED芯片4各自的上侧电极连接的接合线5的另一端部连接到引线框2上，使各LED芯片3、4的上侧电极和引线框2一对一地电导通。
而且，如(d)所示，在空腔8内以及由圆筒形状的外壁9包围的杯11内填充透光性树脂6而封装各LED芯片3、4以及接合线5，同时在封装树脂的光出射面上一体地成与各LED芯片3、4的光轴大致对齐的2个凸透镜10。
图4是图3(c)的俯视图，示出在本实施方式的LED器件的制造工序中，在空腔内填充透光性树脂之前的状态。红色LED芯片3和绿色LED芯片4分别被搭载在由圆筒形状的外壁9包围的杯11内部，与各LED芯片3、4的上侧电极和下侧电极电导通的引线框2通过反射框架导出到外部。
另外，由成型树脂形成的杯的外壁的形状可以考虑各种形状，然而作为另一实施方式有图5所示的形状。这是将独立地包围红色LED芯片3和绿色LED芯片4的外壁9形成为一体，对于其他结构而言，与上述实施方式相同。然而，外壁9不限于表示本发明的实施方式详情的图6(a)、(b)的形状，如果能独立地包围各LED芯片3、4且把相邻的LED芯片3、4之间设定为期望的距离，则只要不给LED器件的小型化造成障碍，对形状就没有限制。
并且，在本实施方式中对安装红色LED芯片和绿色LED芯片的2个LED芯片的结构进行了说明，然而所安装的LED芯片数不限于2个，也可以基于本实施方式的基本结构，安装3个以上的任意选择的光源色的LED芯片。因此，由外壁形成的杯也不限于2个，即使是3个以上也没有问题。在此情况下，通过选择性地控制从各LED芯片出射的光量(包括熄灭)而进行混合，可获得包括各LED芯片的光源色和白色光在内的基本上所有颜色的光。
并且，在把LED芯片搭载到在反射框架中对引线框进行嵌件成型而得到的封装件上的表面安装型LED器件中，形成包围LED芯片的杯时，有图7(a)、(b)所示的现有的方法和图8(a)、(b)所示的本发明的形成方法。现有方法是在对引线框进行嵌件成型之前预先在引线框上形成杯的方法，本发明的方法是在用树脂对平坦形状的引线框进行嵌件成型时，同时用成型树脂形成杯的方法。
因此，当对两者的杯间尺寸进行比较时，如下所述。当把相邻的杯的内径设为A，把壁厚设为B，把杯间距离设为C，把杯的中心之间距离(安装了LED芯片时的LED芯片之间的距离)设为D时，相邻LED芯片之间的距离D可由式D＝A+(B×2)+C来进行表示。
此时，当列举与尺寸A、B和C有关的条件时，对于A和B而言，两者都可使用期望的任意尺寸来实现。但是，对于C的尺寸而言，相对于采用现有的在引线框上形成杯的方法时为引线框的板厚×(0.8以上)，采用本发明的使用成型树脂形成杯的方法时为引线框的板厚×(0.8以上)-(B×2)。
因此，当对满足该条件的相邻LED芯片之间的最短距离D进行比较时，采用现有方法时为D＝A+(B×2)+引线框的板厚×0.8，而采用本发明的方法时为D＝A+引线框的板厚×0.8。
因此，与现有方法相比，本发明可把杯形成为缩近(B×2)，即把相邻LED芯片的间隔缩短杯的壁厚的2倍距离而进行搭载。
并且，如果仅以提高从各LED芯片发出的光的混色性为目的，则没有必要一定形成上述实施方式那样的透镜，通过缩短各LED芯片之间的距离，可获得充分的效果。
这里，根据上述结果对本发明的LED器件的实施方式的效果进行说明。作为LED器件的用法，可大致分为作为照明用所使用的情况、以及作为显示用所使用的情况。在作为照明用所使用的情况下所提出的要求可列举有：要明亮，显色性(颜色的忠实度)优良等。另一方面，作为显示用可列举有：色调的均匀性，再现性等。
把光源色互不相同的多个LED芯片作为光源的LED器件是供光源和显示元件的双方目的所使用的，而且在供较小型设备使用的情况下，小型化也成为重要条件之一。
因此，在把光源色互不相同的多个LED芯片作为光源的本实施例的LED器件中，通过在具有朝上方开口的内周面的空腔内所形成的由2个圆筒形状的外壁包围的杯内安装LED芯片，使从各个LED芯片发出而封闭在杯内的狭小范围内的光在向周围大幅扩散之前到达作为光出射面的透镜。
因此，由于到达各LED芯片的上方所形成的凸透镜的光存在于狭小的范围内，因而可通过比较缓和的聚光有效地会集向外部出射的光。其结果是，即使凸透镜的曲率小，也能充分发挥聚光效果，由此可实现高度低的LED器件。
并且，由于可把相邻的杯之间的距离设定为比以往短，因而可实现LED器件的小型化，有助于安装LED器件的设备的小型化。
并且同样地，由于可缩短相邻LED芯片的间隔，因而在搭载互不相同的多个光源色的LED芯片作为光源的情况下，从各LED芯片发出的光的混合被良好地进行，成为混色性优良的LED器件。
并且，在安装LED芯片的杯的周围设置内周面为相对于LED芯片的光轴朝LED芯片的发光方向开口的倾斜面的空腔。其结果是，从圆筒形状的外壁所包围的LED芯片发出的光中的朝向空腔的内周面的光被反射而朝向作为光出射面的透镜方向。由此，由于从LED芯片发出的光高效地向外部出射，因而可实现光取出效率高且明亮的LED器件。
并且，通过控制在各LED芯片的上方形成的凸透镜的形状，可自由地设定从透镜的出射面出射的光的聚光度。这意味着，可自由地控制LED器件的配光。
而且，构成杯的外壁在成型时形成。因此，可以通过对成型模具实施加工而无限制地自由设定杯的形状。因此，基于杯形状的配光设定的自由度大，可按理想方式实现从LED芯片发出而到达凸透镜的光的配光。
其结果是，可简单地实现考虑到了观察LED器件的距离和方向和LED器件所照明的物体的形状和大小等的LED器件使用条件和使用环境的最佳配光特性。
如上所述，把光源色互不相同的多个LED芯片作为光源的本发明的LED器件满足照明用和显示用的双方要求，可适用于广泛的应用领域。
因此，本发明的LED器件可在广泛的领域中灵活应用，即：在民用设备的领域中，作为在移动电话、数码照相机、数码摄像机、PDA等较小型设备内作为显示装置的液晶面板的背景光光源、移动电话等便携设备的闪光灯光源、各种信息显示板用光源、各种指示器用光源；在车载用设备的领域中，作为在车载设备内用作显示装置的液晶面板的背光灯光源、各种指示器用光源。

Claims (5)

1.一种LED器件，其特征在于，
具有：利用树脂材料对引线框进行嵌件成型而得到的反射框架、在所述反射框架中形成的空腔、以及在所述空腔中形成的独立地包围LED芯片的多个杯，并且，
所述杯的外壁由与所述反射框架相同的树脂材料与所述反射框架形成一体，且在所述空腔内填充有透光性树脂。
2.根据权利要求1所述的LED器件，其特征在于，由所述外壁包围的搭载LED芯片的空间形状为大致圆柱形状。
3.根据权利要求1或2中的任何一项所述的LED器件，其特征在于，所述树脂材料为具有高反射率的白色树脂。
4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的LED器件，其特征在于，所述LED芯片是光源色互不相同的不少于2种的LED芯片的组合。
5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的LED器件，其特征在于，在所述各LED芯片的上方以与该LED芯片的光轴大致对齐光轴的方式形成有凸形状的透镜。
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