JP2004063494A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から出射した光を有効活用し、輝度を向上することができる発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ＺｎＳｅ系ＬＥＤ３が実装基体１０上に実装された発光装置であって、絶縁性樹脂１と、その絶縁性樹脂の表面に露出するように保持された金属薄片２とを有し、ＺｎＳｅ系ＬＥＤが配置される面に金属薄片が露出し、その発光素子を底部から囲むように湾曲している。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光装置およびその製造方法に関し、より具体的には、高輝度の発光装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＺｎＳｅ系白色発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）では、ｎ型ＺｎＳｅ基板上に形成されたｐｎ接合を含む活性層において青色光を発光し、さらに、ＺｎＳｅ基板における自己活性発光中心（ＳＡ（Ｓｅｌｆ−Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）中心）がその青色光を受けて励起され黄色光を発光する。その構造としては、ＳＡ中心を有するｎ型ＺｎＳｅ基板の上にｎ型ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層が形成され、その上に少なくとも１つのｐｎ接合を含む発光層である活性層が形成されている。その活性層の上にはｐ型ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層が形成されている。
【０００３】
活性層から発せられる青色光は、活性層の上のｐ型ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層を通り出射面から外に出射されるだけでなく、底面側のｎ型ＺｎＳｅ基板にも到達する。ｎ型ＺｎＳｅ基板には、あらかじめ、ヨウ素、アルミニウム、塩素、臭素、ガリウム、インジウム等を少なくとも１種類ドーピングしてｎ型導電性としている。このドーピングにより、ＺｎＳｅ基板にはＳＡ発光中心が形成される。上記の青色光を含む５１０ｎｍ以短の短波長域の光の照射により、ＳＡ発光中心から、５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの長波長域の光が発光される。この長波長域の光は、黄色または橙色の可視光である。
【０００４】
活性層からの青色もしくは青緑色発光のうち、ＺｎＳｅ基板方向に伝播するものは、ＺｎＳｅ基板に吸収されて、光励起発光を起こして黄色もしくは橙色の光を発する。この両者の発光を組み合わせることにより、白色光を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のＺｎＳｅ系ＬＥＤは、電力を供給する電極部を有する実装基体に実装される。図８は、基体としてプリント基板１０１を用い、その上にＺｎＳｅ系ＬＥＤ１０３が配置され、側部周囲をリフレクタ１１３によって取り囲まれている。ＺｎＳｅ系ＬＥＤ１０３のｐ型電極はワイヤ１０４により、プリント基板上の配線パターン１０９に電気的に接続されている。ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤは透明な封止樹脂１０８によって封止されている。
【０００６】
リフレクタ１１３は、リフレクタ基体１０６と、その表面に予め無電解めっき法により形成された銀めっき層１０７とを備えている。リフレクタ基体１０６は接着剤１０５によりプリント基板に接着されている。この実装構造の場合、樹脂からなるリフレクタ基体１０６にめっきを施しているので、反射率は低く、十分輝度を向上させることができない。
【０００７】
また、図９はリードフレームを組み入れたインサート射出成形法で作製されたリードフレーム１１１と樹脂基体１１２とが一体化された実装基体を示す図である。この実装基体の場合、樹脂基体１１２上にフラットに配置されたリードフレーム１１１が露出している。このため、発光素子の側部を取り囲む樹脂基体の表面に、フレームを短絡させることなくめっきを施すことが難しい。このため、発光素子を取り囲む周囲の部分の内側表面の反射率を向上することができない。
【０００８】
要約すると、従来の発光装置の実装構造により、発光装置の輝度を十分向上させることができなかった。このため、実装構造において少しでも輝度を向上させる技術の開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、発光素子から出射した光を有効活用し、輝度を向上することができる発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光装置は、ＳＡ発光中心を含むｎ型ＺｎＳｅ基板とその上に形成されたＺｎＳｅ系混晶化合物からなるエピタキシャル発光構造とを含むＺｎＳｅ系白色発光ダイオード素子が実装基体上に実装された発光装置である。上記の実装基体は、絶縁性樹脂と、その絶縁性樹脂の表面に露出するように保持された金属薄片とを有し、発光素子が配置される面に金属薄片が露出し、その発光素子を底部から囲むように湾曲している。
【００１１】
この構造により、発光素子の底部から側部にわたって高い反射率を有する金属薄片で取り囲むことができる。このため、発光素子から出射された光を照射対象に向けて無駄なく送り出すことができる。この結果、発光装置の輝度を向上させることができる。
【００１２】
上記の金属薄片をリードフレームとすることができる。リードフレームを反射体とすることにより、発光装置の高輝度を実現した上で、配線を容易に行うことが可能になる。
【００１３】
上記の金属薄片の表面にはめっき処理を施すことがよい。めっき処理においてさらに反射率の高いめっき膜を形成することにより、より高輝度の発光装置を得ることができる。
【００１４】
上記の金属薄片を銅合金とし、その銅合金の表面に銀めっきを施すことができる。この構成により、安価な銅により配線における低電気抵抗と高放熱性を実現し、かつ高い反射率を銀めっき膜により得ることができる。
【００１５】
ＺｎＳｅ系発光ダイオードは、ｎ型ＺｎＳｅ基板ダウンで実装されてもよいし、エピタキシャル発光構造ダウンで実装されてもよい。
【００１６】
エピタキシャル発光構造からの光およびＳＡ発光中心からの光を、上記反射体で反射して照射対象に向けることができる。とくに、厚いｎ型ＺｎＳｅ基板の側面（厚み面）から外に、エピタキシャル発光層表面と平行方向に放射されるＳＡ発光中心からの光を、エピタキシャル発光層表面と垂直方向にある照射対象に向わせることができ、全体の輝度向上と、白色光の色度におけるＳＡ発光中心からの光成分の増大とを得ることができる。
【００１７】
本発明の発光装置の製造方法は、発光素子が、絶縁樹脂および金属薄片を有する実装基体上に実装された発光装置の製造方法である。この製造方法は、実装基体が発光素子を底部から取り囲むように、湾曲した凹部を有するインサート射出成形用金型を準備する工程と、所定の形状にされた金属薄片をインサート射出成形用金型内の少なくとも凹部内壁に配置して、絶縁樹脂を注入する工程と、凹部内壁における金属薄片の露出した部分にめっき処理を施す工程とを備える。もちろん、金属薄片へのめっき工程は、インサート成型前に薄片全面に行うめっき処理でも構わない。
【００１８】
この方法により、金属薄片にリードフレーム等を用いることにより、発光素子の構造を変更することなく、高輝度化された発光装置を簡単に得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における発光装置を示す断面図である。図１において、実装基体１０は、絶縁基体１と、その表面に露出するように埋め込まれた金属薄片２とから構成される。金属薄片２の表面にはめっき層７が形成されている。実装基体１０の実装面は、発光素子のＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ３を底面から取り囲むように湾曲している。ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ３の電極、例えばｐ型電極はワイヤ４により、一方の金属薄片と電気的に接続されている。また、例えばｎ型ＺｎＳｅ基板の裏面に形成されたｎ型電極は直下の金属薄片に電気的に接続されている。ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ３は電気配線された後、透明な封止樹脂５によって封止されている。
【００２１】
上記の絶縁基体１には、液晶ポリマー系材料、高融点ビニル系樹脂などを用いるのがよい。また、金属薄片２には、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、ニッケル合金、鋼板などを用いることができる。これらはリードフレームとして形成されたものでもよい。また、深絞り加工可能な金属であることが望ましい。また、めっき層には高反射率を得るために銀めっきを用いることが望ましい。また、銀めっきに限定されず、ニッケルめっきやその他の、可視光領域の広い波長範囲で反射率の高いめっき層を得ることができるものであれば何でもよい。
【００２２】
図１の構造の発光装置により、ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ３から側方に出射された光は、湾曲して周囲を取り囲んでいるめっき層７により高い反射率で反射され、照射対象の方向に向かうようにされる。このため、照射対象方向から見た輝度が上昇する。さらにエピタキシャル発光構造から側方に放射された光とともに、エピタキシャル発光構造に比べて厚いＺｎＳｅ基板の側面から無駄に放射されていたＳＡ発光中心からの光が、上記照射対象方向に向う。このため、白色光中で相対的にＳＡ発光中心からの光の成分を増大させることができ、白色光の色度を調整することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の発光装置における実装基体１０を示す平面図である。絶縁基体１は、外壁部１ａと、内底部１ｃと、内側湾曲壁部１ｂとを含んでいる。内側湾曲壁部１ｂには、金属薄片であるリードフレーム２が表面を露出させて埋め込まれている。リードフレームは大きく２つの部分のフレーム片に分れている。すなわち、たとえば、図示していないＺｎＳｅ系白色ＬＥＤのｐ型電極に電気的に接続されるフレーム片２ａ，２ｇ，２ｃおよびｎ型ＺｎＳｅ基板裏面のｎ型電極に電気的に接続されるフレーム片２ｂ，２ｅ，２ｆ，２ｈ，２ｄである。フレーム片２ａ，２ｂ，は絶縁基体の内側湾曲壁１ｂの表面に沿って、やはり湾曲して配置されている。また、フレーム片２ｂに連続する部分２ｅ，２ｆは内側斜辺１ｄに沿って絶縁基体に埋め込まれている。
【００２４】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。絶縁基体１の内側湾曲壁１ｂおよび内底部１ｃに、フレーム片２ａ，２ｂが埋め込まれている。フレーム片２ｂの内底部に埋め込まれた部分の上にＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ３が置かれ、、たとえばその基板裏面のｎ型電極がフレーム片２ｂに導通され、そのｐ型電極がワイヤ４によりフレーム片２ａに導通されている。後述するように、フレーム片２ｂと２ｄとが導通し、フレーム片２ａと２ｃとが導通している。
【００２５】
図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ３の底部および左右をフレーム片２ｂ，２ｅ，２ｆが底部から囲んでいる。これらフレーム片も、上記ＬＥＤから側方に放射されてきた光を照射対象の方向に向けることができる。
【００２６】
図５は、図２に示す実装基体を左側から見た正面図であり、また、図６は、同じ実装基体を下側から見た側面図である。フレーム片２ｊは、絶縁基体の外側に露出しているフレーム片２ｈと内底部に配置されたフレーム片２ｂとを導通させている接続用フレーム片である。また、フレーム片２ｉは、絶縁基体の外側に露出しているフレーム片２ｇと内底部に配置されたフレーム片２ａとを導通させている接続用フレーム片である。これら絶縁基体の外側に露出しているフレーム片には、図６に示すフレーム片２ｄも含めて、電源からの配線が導通される。本構造は、２ｇ及び２ｈを実装面に固着させる端子として使用した場合、発光装置からの発光が実装面と平行な方向となるため、いわゆるサイドビュー型素子とすることができる。
【００２７】
図７は、金属薄板から打ち抜いた状態のリードフレームを示す図である。この打ち抜き状態のリードフレーム２は、太線部で直角に折り曲げられる。太線部で折り曲げられたリードフレームは、射出成形の金型にインサートする前に、さらに１点鎖線に沿って折り曲げる。この２段階の折り曲げで、図２に示す実装基体のリードフレームの形状ができあがる。
【００２８】
この後、実装基体を型どった金型にインサートされ、次いで、高融点ビニル系樹脂を注入し、射出成型する。この射出成形により、図２に示す実装基体を得ることができる。この後、実装基体の内壁湾曲壁部に位置するフレーム片に、図示していない銀めっき膜を形成する。もちろん、この銀めっき処理は、上記の折り曲げ処理前やインサート射出成型処理前の、リードフレーム全体もしくはリードフレーム中の内壁湾曲壁部のみに、あらかじめ施しておいても構わない。この銀めっき処理により、高い反射率の反射体をＺｎＳｅ系白色ＬＥＤを周囲および底部から囲むように配置することができる。この結果、ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤの照射対象方向から見た輝度を向上させることができる。
【００２９】
（実施例）
上記実施の形態２に示した実装基体にＺｎＳｅ系白色ＬＥＤを実装した発光装置を作製し、輝度を測定した。また、比較のために、無電解めっきにより樹脂基体にめっき層を形成したリフレクタを接着剤でプリント基板に接着した図８に示す発光装置について輝度を測定した。測定は、直上光度および直上色度について行った。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１によれば、比較例では光度３００ｍｃｄであったが、本発明例では光度３８０ｍｃｄへと、２５％強向上している。また、比較例の直上色度（０．３１，０．３３）であったが、比較例では（０．３４，０．３５）となり、寒色系の白色光をより暖色系の白色光にすることができた。
【００３２】
上記のように、本発明例では、高輝度を得ることができ、さらに白色光におけるＳＡ発光成分を高め暖色成分を高めることができる。さらに、無電解めっきにより樹脂にめっき層を形成したリフレクタを接着剤でプリント基板に接着する比較例に比べて、本発明例ではリフレクタ機能を有する金属薄片を含む実装基体をインサート射出成形により簡単に製造することができる。
【００３３】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態はあくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における発光装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２の発光装置における実装基体を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図２の実装基体の正面図である。
【図６】図２の実装基体の側面図である。
【図７】図２の実装基体の中のリードフレームを金属薄板から打ち抜いた状態の平面図である。
【図８】従来の発光装置を示す図である。
【図９】他の従来の発光装置における実装基体を示す図である。
【符号の説明】
１　絶縁基体、１ａ　外壁部、１ｂ　内側湾曲壁部、１ｃ　内底部、１ｄ　内側斜壁、２　リードフレーム、２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｆ　反射用フレーム片、２ｃ，２ｄ，２ｇ，２ｈ　外側フレーム片、２ｉ，２ｊ　接続用フレーム片、３　ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ、４　ワイヤ、７　銀めっき層、１０　実装基体、１０１プリント基板、１０３　ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ、１０４　ワイヤ、１０５　接着剤、１０６　リフレクタ基体、１０７　銀めっき層、１０８　封止樹脂、１０９　配線パターン、１１１　リードフレーム、１１２　樹脂基体、１１３　リフレクタ。

Claims (5)

1. 自己活性化発光中心を含むｎ型ＺｎＳｅ基板とその上に形成されたＺｎＳｅ系混晶化合物からなるエピタキシャル発光構造とを含むＺｎＳｅ系白色発光ダイオード素子が実装基体上に実装された発光装置であって、
   前記実装基体は、絶縁性樹脂と、その絶縁性樹脂の表面に露出するように保持された金属薄片とを有し、
   前記発光素子が配置される面に前記金属薄片が露出し、その発光素子を底部から囲むように湾曲している、発光装置。
2. 前記金属薄片がリードフレームである、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記金属薄片の表面がめっきされている、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記金属薄片が銅合金であり、銀めっきが施されている、請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記ＺｎＳｅ系白色発光ダイオード素子が、絶縁樹脂および金属薄片を有する実装基体上に実装された発光装置の製造方法であって、
   前記実装基体が前記発光素子を底部から取り囲むように、湾曲した凹部を有するインサート射出成形用金型を準備する工程と、
   所定の形状にされた前記金属薄片を前記インサート射出成形用金型内の少なくとも前記凹部内壁に配置して、前記絶縁樹脂を注入する工程と、
   少なくとも前記凹部内壁における金属薄片の露出した部分にめっき処理を施す工程とを備える、発光装置の製造方法。

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