JP2006019598A - 発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】 反射カップを最小にして、輝度の向上を図る。
【解決手段】 表面実装型のLED1のパッケージを構成する回路基板2の中央には反射カップ2aが形成されており、下面には接続端子2d、2gが配設されている。回路基板4上に配設され配線回路2b、2eは、スルーホール2c、2fを通じて接続端子2d、2gと導通している。反射カップ2aの底面に接合されているLED素子3の電極と配線回路2b、2eとはボンディングワイヤ4で接続してある。反射カップ2a内にのみ蛍光体を分散させた蛍光体入り樹脂5が充填されており、LED素子3の発光の一部を吸収して波長を変換する。配線回路2b、2eとボンディングワイヤ4と蛍光体入り樹脂5とを覆って回路基板2の上全体に透明樹脂6が被着されている。
【選択図】 図2
【解決手段】 表面実装型のLED1のパッケージを構成する回路基板2の中央には反射カップ2aが形成されており、下面には接続端子2d、2gが配設されている。回路基板4上に配設され配線回路2b、2eは、スルーホール2c、2fを通じて接続端子2d、2gと導通している。反射カップ2aの底面に接合されているLED素子3の電極と配線回路2b、2eとはボンディングワイヤ4で接続してある。反射カップ2a内にのみ蛍光体を分散させた蛍光体入り樹脂5が充填されており、LED素子3の発光の一部を吸収して波長を変換する。配線回路2b、2eとボンディングワイヤ4と蛍光体入り樹脂5とを覆って回路基板2の上全体に透明樹脂6が被着されている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、発光ダイオード、更に詳しくは反射カップ付きの表面実装型発光ダイオードに関する。
従来の一般的な発光ダイオード(以下LEDと略称)ランプの構成は青色光により励起されて黄色光を発するYAG蛍光体を含有する樹脂で青色LEDチップをパッケージ化したものである。青色LEDチップの発光は蛍光体からの発光と重なって合成色の白色LEDとなる。表面実装型のLEDでは、反射カップの中においてLEDチップと配線回路とがワイヤボンディング接続されたり、フリップチップ接続されている。(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。また、近紫外光を発するLEDチップにより、RGB蛍光体を励起して、赤色、緑色、青色の三原色の各成分のバランスが取れた一般照明用の白色光源の白色光とほぼ同様の白色光であり、かつ発光強度の強い発光を得ることができるものがある(例えば、特許文献3参照。)。
特開2001−345482号(図1、図2、図3、3−4頁)
特開2002−94128号(図1、3頁)
特開2002−226846号(図1、段落番号0016〜0022)
しかしながら、青色LED素子の青色光が蛍光体を励起して黄色光を発するために、蛍光体を含有する樹脂全体が発光するようになり、LED素子の大きさに比べて発光面が大きくなってしまう。このためLEDパッケージとレンズとを組み合わせた場合、レンズの開口に対し発光面が大きいので、レンズの集光作用の十分な効果が得られない。また、蛍光体を含有している樹脂は黄色みがかって見えるので、そのLEDパッケージが照明等に用いられる場合、YAG蛍光体による黄色みにより照明器具としての外観品質が損なわれる。そこで各メーカーは黄色みをなくすためだけに、LEDパッケージ前面に白色拡散板を配置して対処している。しかし、白色拡散板を配置することはLEDの発光出力を減衰させたり、あるいはレンズにより集光した光を拡散、減衰させてしまうという問題がある。また、紫外発光のLED素子とRGB蛍光体とを組み合わせた場合には、黄色みによる外観品質の低下はないが、蛍光体含有樹脂の面積が大きいとレンズによる集光作用が不十分になるという問題がある。
上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光が効率よく集光して減衰しないLEDを提供することである。
前述した目的を達成するための本発明の手段は、表面に配線回路と側面が反射面である凹部とを有し裏面に前記配線回路とスルーホールを介して導通する接続端子を有する回路基板の前記凹部内に発光ダイオード素子をダイボンディングして樹脂封止した発光ダイオードにおいて、前記発光ダイオード素子をダイボンディングした面とは異なる面にある前記配線回路と前記発光ダイオード素子とを接続し、前記発光ダイオード素子の発光の一部を吸収して波長を変換する蛍光体を分散させた樹脂を前記凹部内にのみ充填したことを特徴とする。
また、前記発光ダイオード素子は前記配線回路とボンディングワイヤで接続されており、前記回路基板上には蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂が被着されて前記ボンディングワイヤを被覆していることを特徴とする。
また、前記凹部は角錐形状又は円錐形状であることを特徴とする。
また、前記凹部の反射面の縦断面は直線又は曲線を成していることを特徴とする。
また、前記反射面はAl、Ag、Ni等の金属面であることを特徴とする。
また、請求項1乃至請求項6の何れかに記載の前記発光ダイオードを1ユニットとして、それを複数ユニット配列させて集合状態に形成したことを特徴とする。
また、前記LED素子に対向してレンズが配設されていることを特徴とする。
また、前記レンズは凸レンズ又はフレネルレンズであることを特徴とする。
また、前記蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂の上にプリズムシート、拡散シート等の光学シートを配設したことを特徴とする。
本発明によれば、表面に配線回路と側面が反射面である凹部とを有し裏面に前記配線回路とスルーホールを介して導通する接続端子を有する回路基板の前記凹部内に発光ダイオード素子をダイボンディングして樹脂封止した発光ダイオードにおいて、前記発光ダイオード素子をダイボンディングした面とは異なる面にある前記配線回路と前記発光ダイオード素子とを接続し、前記発光ダイオード素子の発光の一部を吸収して波長を変換する蛍光体を分散させた樹脂を前記凹部内にのみ充填したので、凹部のサイズを最小限にでき、LEDの発光面は蛍光体入り樹脂部分が小さく点光源に近くなる。したがって、黄色み部分である蛍光体入り樹脂の体積も小さくできるために、パッケージサイズに占める黄色み箇所の割合を非常に小さくできるので黄色みが目立たなくなる。また、反射面の近傍でLED素子が発光を行うために凹部形状が小さくても光を有効に反射させて出射方向を制御することができる。
前記LEDを1ユニットとして、それを複数ユニット配列させて集合状態に形成した集合型LEDとしたので、光量を多くして照度を向上させることができる。
以下、本発明の最良の実施形態であるLEDについて図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第一の実施形態であるLEDを示す平面図である。図2は図1のA−A断面を示す断面図である。
まず、本発明の第一の実施の形態であるLEDの構成について説明する。図1、図2において、1は表面実装型のLEDである。2はLEDを構成する回路基板であり、中央に側面が反射面である凹部としての反射カップ2aが形成されている。2b、2eは回路基板2の表面の反射カップ2a近傍から側面近傍にかけて配設された一対の配線回路であり、各々途中から分岐した配線の先端がランドパターンを形成して対向している。配線回路2b、2eはスルーホール2c、2fを介して裏面の接続端子2d、2gと導通している。なお、反射カップ2aと配線回路2b、2eとの少なくとも一方は電気的に接続されていない。
3は青色光又は紫外光を出射するLED素子であり、反射カップ2aの底面にダイボンディング接合されている。この反射カップ2aはLED素子3をダイボンディングできる限り、なるべく小さくなるように配設されている。4はLED素子3をダイボンディングした面とは異なる面にある配線回路2b、2eとLED素子3の電極とを接続しているボンディングワイヤである。
5はYAG蛍光体又はRGB蛍光体を分散させた蛍光体入り樹脂であり、反射カップ2a内にのみ充填されており、LED素子3の発光の一部を吸収して波長を変換する。6は配線回路2b、2eとボンディングワイヤ4と蛍光体入り樹脂5とを覆って回路基板2の上面全体に被着された蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂である。透明樹脂6はボンディングワイヤ4のみを覆うようにしてもよい。配線回路2b、2eのランドパターン間には必要に応じて抵抗、コンデンサ等の電子部品Rが接続される。
次に、第一の実施の形態の作用について説明する。接続端子2d、2gに信号電流が印加されると、スルーホール2c、2fから配線回路2b、2e及びボンディングワイヤ4を経由してLED素子3に入り、LED素子3は青色光又は紫外光を出射する。出射光の一部は蛍光体入り樹脂5の蛍光体を励起して周波数が変換されて混合色である白色光となって出射される。
次に、本発明の第一の実施の形態の効果について説明する。LED素子3の電極からでたボンディングワイヤ4が接続されている配線回路2b、2eは反射カップ2aの底面であるLED素子3のダイボンディング面とは異なる面にあるので、反射カップ2aのサイズを最小限にできる。したがって、LED1の発光面は蛍光体入り樹脂5部分が小さいので点光源に近くなる。また、YAG蛍光体の場合は黄色み部分である蛍光体入り樹脂5の体積が小さいために、パッケージサイズに占める黄色み箇所の割合を非常に小さくできるので黄色みが目立たなくない。また、LED素子3が反射カップ2aの近傍で反射、発光を行うためにカップ形状が小さくても光の方向を制御できる。
次に、本発明の第二の実施の形態であるLEDの構成について説明する。図3は本発明の第二の実施の形態であるLEDの平面図であり、図4は同じく第二の実施の形態であるLEDの斜視図である。図3において、11は本発明の第二の実施の形態である表面実装型のLEDであり、第一の実施の形態であるLED1を1ユニットとして、その複数ユニット(ここでは4個)を配列した集合状態の集合型LEDである。但し、配線回路の形状は違っている。
12は回路基板である。回路基板12の上面には一方の側面近傍から4カ所の反射カップ2aを経由して対向する他方の側面近傍まで、配線回路12b、12e、12f、12g及び12hが配設されている。回路基板12の一方の側面に接する下面には接続端子12d、12kが配設してある。配線回路12b及び12hはそれぞれスルーホール12c及び12jを経由して接続端子12d及び12kと導通している。その他の構成は第一の実施の形態であるLED1と同様なので、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。集合型のLED11とすることにより、光量を多くして照度を向上させることができる。
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図5、図6は本発明の他の実施の形態である表面実装型LEDの分解組立斜視図である。図5において、21はLED11の反射カップ2aに対応するように凸レンズ21aを備えた集合レンズであり、LED11の透明樹脂6の上に配設されるものである。このような集合レンズ付きLED11の場合、レンズ21によりLED11からの出射光が集光されて輝度が向上する。
図6において、22は蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂6の上に配設される光学シートとしての光路変換フィルムであるプリズムシートであり、マイクロプリズム22aが一方向に連続して配列されている。このようなLED11の場合、プリズムシート22によりLED11からの出射光の光路方向が変換される。配列方向が直交するように2枚のプリズムシート22を重ねて配設してもよく、この場合には出射光が集光されて輝度が向上する。
なお、本発明は以上説明した各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、回路基板の配線にはリードフレームやMID(Molded Interconnect Devices)等を用いてもよい。反射カップ2aの形状は円錐形状や多角形状であってもよく、縦断面は直線形状に限らず、曲線であっても良い。また、反射カップ2aの反射面にはAl、Ag、Ni等の金属面が被着されていてもよい。この場合に、反射カップ2aと配線回路2b、2eの何れか一方とを電気的に接続して、電極の一方がダイボンディング側にあるLED素子を反射カップに直接接続することができる。反射カップ2aは回路基板2とは別体の反射カップ部材を埋設したものであってもよい。また、レンズは凸レンズに限らずフレネルレンズでもよく、プリズムシートは集合型LED11にではなく、単体のLED1に対して使用してもよい。その場合に、プリズムシートの代わりに拡散シート等の光学シートを用いてもよい。また、集合型LED11の配線回路は用途によっては直列ではなく並列に配設してもよい。
本発明のLEDは、各種照明用として広く適用できるものである。
1、11 発光ダイオード
2d、2g、12d、12k 接続端子
2、12 回路基板
2a 反射カップ
2b、2e、12b、12e、12f、12g、12h 配線回路
2c、2f、12c、12j スルーホール
3 LED素子
4 ボンディングワイヤ
5 蛍光体入り樹脂
6 透明樹脂
21a 凸レンズ
22 プリズムシート
2d、2g、12d、12k 接続端子
2、12 回路基板
2a 反射カップ
2b、2e、12b、12e、12f、12g、12h 配線回路
2c、2f、12c、12j スルーホール
3 LED素子
4 ボンディングワイヤ
5 蛍光体入り樹脂
6 透明樹脂
21a 凸レンズ
22 プリズムシート
Claims (10)
- 表面に配線回路と側面が反射面である凹部とを有し裏面に前記配線回路とスルーホールを介して導通する接続端子を有する回路基板の前記凹部内に発光ダイオード素子をダイボンディングして樹脂封止した発光ダイオードにおいて、前記発光ダイオード素子をダイボンディングした面とは異なる面にある前記配線回路と前記発光ダイオード素子とを接続し、前記発光ダイオード素子の発光の一部を吸収して波長を変換する蛍光体を分散させた樹脂を前記凹部内にのみ充填したことを特徴とする発光ダイオード。
- 前記発光ダイオード素子は前記配線回路とボンディングワイヤで接続されており、前記回路基板上には蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂が被着されて前記ボンディングワイヤを被服していることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
- 前記回路基板上の前記配線回路には抵抗、コンデンサ等の電子部品が接続されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の発光ダイオード。
- 前記凹部は角錐形状又は円錐形状であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記凹部の反射面の縦断面は直線又は曲線を成していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記反射面はAl、Ag、Ni等の金属面であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の前記発光ダイオードを1ユニットとして、それを複数ユニット配列させて集合状態に形成したことを特徴とする発光ダイオード。
- 前記LED素子に対向してレンズが配設されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記レンズは凸レンズ又はフレネルレンズであることを特徴とする請求項8記載の発光ダイオード。
- 前記蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂の上にプリズムシート、拡散シート等の光学シートを配設したことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の発光ダイオード。
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