JP2005109382A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子の側面から出射した光が反射カップの下端に当たらないようにして散乱光の発生を抑え、上方向へ平行光を効率よく取り出せるようにした発光ダイオードを提供することである。
【解決手段】 一対の電極部２６，２７を有するベース基板２２と、このベース基板２２上に配置され前記電極部２６，２７と導通する発光素子２３と、この発光素子２３の周囲を取り囲むようにしてベース基板２２上に設置される反射カップ２４と、前記発光素子を被覆する樹脂封止体２５とを備えてなる発光ダイオード２１において、前記ベース基板２２の上面に突出段部３２を形成し、この突出段部３２の上面に前記発光素子２３を配置し、この発光素子２３の側面４０を前記反射カップ２４の下端より高い位置に設定した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の電子機器の照明に、特に最近では自動車の計器類の照明等にも使用される発光ダイオードに係り、特に指向性を持たせるための反射カップを設けるタイプの発光ダイオードに関するものである。

従来、この種の発光ダイオードとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、図４に示すように、マザーボード１上に表面実装されるベース基板２と、このベース基板２の上面に配置される発光素子３と、この発光素子３の周囲を取り囲むように配置される反射カップ４と、これら発光素子３及び反射カップ４を封止する樹脂封止体５と、この樹脂封止体５の上部に配置されたドーム状の集光部材６とで構成される。

このような発光ダイオードにあっては、発光素子３から出射した光は反射カップ４の内周面に反射することで上方向への指向性が付与され、さらにこの光が集光部材６のレンズ部７を通過することによって、より一層指向性の強い発光が得られる。
特開２００２−３２４９１７号公報

ところで、最近では発光素子３から出射した光を非常に狭い範囲に集中させて一点を強く照射する、所謂狭指向性の発光ダイオードが求められている。そして、このような狭指向性を実現させるためには、図５に示すように、反射カップ４ａの内周面７を放物線形状とし、その放物線の焦点に発光素子３ａを配置した発光ダイオードが望ましい。それによって、発光素子３ａから出射した光を反射カップ４ａの内周面７で反射させ、上方への平行光として取り出すことができるからである。したがって、発光素子３ａに近い反射カップ４ａの下端の内周縁９も、ほんとうは図６に仮想線で示したように、内周面７の放物線の軌跡が滑らかに連続するようなシャープな斜面形状１０とするのが望ましい。

しかしながら、上記の反射カップ４ａをプラスチック材料で形成する場合、前記円孔８の内周縁９に、前述したような斜面形状１０を形成することが成形上難しく、実際上図示したように、内周縁９の先端が鈍い形状になってしまう。特に、発光素子３ａをフリップチップによって実装する場合には、発光素子３ａの発光側面１１の下端部１２がベース基板２の上面から数十μｍと極めて近い位置にあるため、前記内周縁９の形状が光の反射に大きく影響することになる。そして、発光素子３ａの発光側面１１から出射した光が前記下端の内周縁９に当たった時に拡散光となってしまい、結果的に狭指向性の発光をコントロールするのが難しかった。なお、上記の問題は、反射カップ４ａを金属材料でプレス加工によって形成する場合にも起きていた。

そこで、本発明の目的は、反射カップの下端部に発光素子の発光側面から出射した光が当たらないようにして散乱光の発生を抑え、上方向への光を効率よく取り出せるようにして、特に狭指向性の発光をコントロールできるようにした発光ダイオードを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、電極部を有するベース基板と、このベース基板上に配置され前記電極部と導通する発光素子と、この発光素子の周囲を取り囲むようにしてベース基板上に設置される反射カップと、前記発光素子を被覆する樹脂封止体とを備えてなる発光ダイオードにおいて、前記ベース基板の上面に突出段部を形成し、この突出段部の上面に前記発光素子を配置し、この発光素子の側面を前記反射カップの下端より高い位置に設定したことを特徴とする。

本発明の一例として、ベース基板にはフレキシブル基板が用いられる。そして、このフレキシブル基板をプレス成形することによって、前記突出段部が形成される。

また、本発明の一例として、前記反射カップの下端には、前記突出段部の平面形状より大きい開口が形成され、この開口周縁が突出段部の外周に設置される。

さらに、本発明の一例として、前記突出段部の上面に配置された発光素子の真下部分に前記ベース基板の裏面まで達する貫通孔を開設し、この貫通孔に対応するベース基板の裏面側に発光素子の下面から出射した光の反射面を設けたことを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードによれば、発光素子の側面から出射した光が反射カップの下端には当たらないので、散乱光を抑えることができる。そのため、上方向への平行光の取り出し効率を上げることができ、結果的には狭指向性の発光ダイオードを得ることができた。

以下図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの全体形状を示す斜視図、図２は前記図１において、Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図、図３は前記図２におけるＢ部の拡大図である。

上記図１乃至図３に示されるように、本発明の発光ダイオード２１は、一例としてフレキシブル基板の表面に所定の電極パターンが形成されたほぼ正方形状のベース基板２２と、このベース基板２２の上面のほぼ中央部に配置された発光素子２３と、この発光素子２３の周囲を取り囲むように配設され、発光素子２３から出射した光の指向性をコントロールする反射カップ２４と、この反射カップ２４内に充填された透光性の樹脂封止体２５とを備えたものである。

前記ベース基板２２に形成された電極パターンは、ほぼ中央部で左右に二分されたカソード電極２６とアノード電極２７とで構成され、このカソード電極２６とアノード電極２７とが向かい合う中央部には、前記発光素子２３が載置される突起部２８，２９が形成される。前記カソード電極２６及びアノード電極２７はスルーホール３０，３１を通じてベース基板２２の裏面側に回り込み、マザーボード（図示せず）との導通を図れるようにしている。

この実施形態において注目すべき点は、前記ベース基板２２のほぼ中央部に円錐台状の突出段部３２を形成し、この突出段部３２の上面３３に前記発光素子２３を配置してある点である。前記前記カソード電極２６及びアノード電極２７は突出段部３２の凸形状に沿って形成されており、突起部２８，２９が突出段部３２の中心部に位置している。前記突出段部３２は、ベース基板２２を成形する際に、加熱した雄型と雌型との間にフレキシブル基板を挟み込みプレス成形する方法によって、ベース基板２２と一体に形成される。突出段部３２の上面３３にはベース基板２２を上下に貫通する鉤形状の角孔５０が開設され、この角孔５０内にも透光性の樹脂封止体２５が充填されている。また、角孔５０に対応するベース基板２２の裏面には、前記角孔５０を塞ぐように、反射膜５１が設けられている。この反射膜５１は、発光素子２３の下面から出射した光の反射面として作用する。したがって、発光素子２３の下面から出射した光は角孔５０内に入射し、角孔５０の下方に設けた反射膜５１によって反射され、再び角孔５０を通じて上方への反射光５２として取り出すことが可能となる。

前記突出段部３２の上面３３に配置される発光素子２３は、用途に応じて種々の発光色のものが選択され、特に限定されない。発光素子２３の下面に設けられた一対の半田バンプ３４，３５によって、前記カソード電極２６及びアノード電極２７との導通が図られる。具体的には前記突出段部３２の上面３３に発光素子２３を載置し、一対の半田バンプ３４，３５を前記カソード電極２６及びアノード電極２７の各突起部２８，２９に固定して導通を図る。このように、半田バンプ３４，３５を用いることで、発光ダイオード２１の小型化が図られるため、狭指向性を目的とした発光ダイオードには有利となる。なお、上記の半田バンプ３４，３５の代わりに、ボンディングワイヤを用いた導通手段を適用できること勿論である。

本実施形態において、前記発光素子２３の周囲を取り囲むように配設される反射カップ２４は、ベース基板２２の外形寸法とほぼ同じ大きさのブロック状の樹脂成形体で構成される。そして、この樹脂成形体の上面中央部には大きな凹部３６が形成され、この凹部３６の下端には円孔３７が開設されている。この円孔３７は、前記突出段部３２の平面形状より大きい開口として形成されており、反射カップ２４をベース基板２２上に設置したときには、円孔３７内に前記発光素子２３及び突出段部３２が露出する。特に、この実施形態では前記円孔３７の周縁部３８が突出段部３２の外周縁に接するように取り囲んでいる。反射カップ２４の凹部３６は、図１及び図２に示されるように、その断面形状が放物線形状をしている。そのため、前記円孔３７の周縁部３８が突出段部３２の外周に接するように取り囲むことで、突出段部３２の上面３３に配置した発光素子２３を反射カップ２４の放物線の焦点にほぼ一致させることができる。そのために、このような配置構成とした場合には、発光素子２３から出射した光は前記円孔３７の内周縁３８には当たらずに、それより上方の反射カップ２４の内周面で反射し、上方への平行光として取り出し易くなる。なお、この実施例では反射カップ２４はプラスチック材料で成形されており、上述した従来例と同様、円孔３７の内周縁３８は先端が鈍い形状になっている。また、前記凹部３６の内周面には金属膜３９が蒸着によって成膜されている。この金属膜３９は、アルミニウムや銀など反射率の高い鏡面になり易い金属材料が選択されるのが望ましい。

上述したように、前記構成の反射カップ２４は、ブロック状の樹脂成形体の下面をベース基板２２の上面に接着することによって実装されるが、その場合に前記円孔３７の内周縁３８がベース基板２２の突出段部３２の外周縁に接近した位置に設定される。その結果、突出段部３２の上面３３に配置された発光素子２３は、前記反射カップ２４の下端より高い位置に設定されることになる。

図３によって、上記のように構成された発光ダイオード２１の反射作用を説明する。この図に示されるように、前記反射カップ２４の下端に開設された円孔３７の内周縁３８は、発光素子２３の発光側面４０の下端部４１よりも下方に位置する。そのため、発光素子２３の発光側面４０から出射した光は、反射カップ２４の円孔３７の内周縁３８には当たらずに、それより上方位置で凹部３６の内周面に反射することとなり、結果的に発光素子２３の発光側面４０から出射した光が反射カップ２４によって散乱してしまうのを抑えることができ、上方向への平行光として効率よく取り出すことができる。その結果、指向性のコントロールが容易となり、狭指向性の発光ダイオードが得られることにもなる。特に、この実施形態のように、フレキシブル基板のプレス成形によって突出段部３２を形成した場合には、ベース基板２２上に別途サブマウント基板を設ける必要がないので、発光ダイオード２１の構成が簡易なものとなり、その分製造コストも抑えられることになる。

なお、上記の実施形態では反射カップ２４をプラスチック材料で成形した場合について説明したが、金属材料で反射カップをプレス加工する場合にも本発明が適用されること勿論である。また、上記の実施形態では、反射カップ２４の凹部３６全体に樹脂封止体２５を充填した場合について説明したが、発光素子２３及び突出段部３２のみを樹脂封止し、前記反射カップ２４の凹部３６に充填してある樹脂封止体２５を省略することも可能である。

本発明に係る発光ダイオードの一実施形態を示す斜視図である。 前記図１に示す発光ダイオードのＡ−Ａに沿って切断した断面図である。 前記図２に示す発光ダイオードのＢ部の拡大図である。 従来の発光ダイオードの一例を示す断面図である。 従来の発光ダイオードの他の例を示す断面図である。 前記図５に示す発光ダイオードのＣ部の拡大図である。

符号の説明

２１ 発光ダイオード
２２ ベース基板
２３ 発光素子
２４ 反射カップ
２５ 樹脂封止体
２６ カソード電極（電極部）
２７ アノード電極（電極部）
３２ 突出段部
３３ 突出段部の上面
３７ 円孔（開口）
３８ 円孔の内周縁（開口周縁）
４０ 発光側面（側面）

Claims (4)

1. 電極部を有するベース基板と、このベース基板上に配置され前記電極部と導通する発光素子と、この発光素子の周囲を取り囲むようにしてベース基板上に設置される反射カップと、前記発光素子を被覆する樹脂封止体とを備えてなる発光ダイオードにおいて、
   前記ベース基板の上面に突出段部を形成し、この突出段部の上面に前記発光素子を配置し、この発光素子の側面を前記反射カップの下端より高い位置に設定したことを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記ベース基板がフレキシブル基板によって形成され、このフレキシブル基板をプレス成形することによって前記突出段部を形成してなる請求項1記載の発光ダイオード。
3. 前記反射カップの下端には、前記突出段部の平面形状より大きい開口が形成され、この開口周縁が突出段部の外周に設置されてなる請求項1記載の発光ダイオード。
4. 前記突出段部の上面に配置された発光素子の真下部分に前記ベース基板の裏面まで達する貫通孔を開設し、この貫通孔に対応するベース基板の裏面側に発光素子の下面から出射した光の反射面を設けてなる請求項１記載の発光ダイオード。

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