JP2006086408A

JP2006086408A - Ｌｅｄ装置

Info

Publication number: JP2006086408A
Application number: JP2004271133A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Hanya; 明彦半谷
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】本発明は、小型化を確保しながら、混色性が良好で、外部（大気中）に対する光取り出し効率が高く、高光度のＬＥＤ装置を提供する。
【解決手段】第一キャビティ８と、該第一キャビティ８の上面周縁部より外側から立ち上がる内周面を有する第二キャビティ９とが連設して形成された凹部を有するハウジング１の、第一キャビティ８の底面及び第一キャビティ８と第二キャビティ９との境界面に形成された段差面１０に、一方の先端部がハウジング１を通して外部に導出されたリードフレーム２の他方の先端部が露出し、第一キャビィ８の底面に露出したリードフレーム２に光源色が異なる複数のＬＥＤチップ３が搭載され、一方の先端部をＬＥＤチップ３の上側電極に接続したボンディングワイヤ６の他方の先端部が段差面に露出したリードフレーム２に接続されており、凹部には透光性樹脂７を充填してレンズが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤ装置に関するものであり、詳しくは光源色の互いに異なる２種類以上のＬＥＤチップを組み合わせて光源とし、夫々のＬＥＤチップから発せられる光を混合して所望する色調の光を得ることができるＬＥＤ装置に関する。

ＬＥＤチップの発光スペクトルは急峻な立ち上がり及び立ち下りを有しており、概略スペクトル分布のピーク発光波長に相当する色調の光源色となる。このような光学特性を有するＬＥＤ光源から光源色とは異なる色調の光を得るには、一般的には、光源色の互いに異なる２種類以上のＬＥＤチップを組み合わせて光源とし、夫々のＬＥＤチップから発せられる光を混合して所望する色調の光を得る方法が採られる。

上述のＬＥＤ装置の従来例として、図４に示すものがある。凹部３０と、該凹部３０を囲む外壁の対向する２辺に形成された凹部３０の底面より浅い溝部３１とを有する絶縁性ブロック体３２の凹部３０の底面には１つの電極が、溝部３１には相互に独立した３つの電極が形成されている。そして、凹部３０の底面の電極上に夫々発光色の異なる３つのＬＥＤチップ３３、３４、３５が搭載され、夫々のＬＥＤチップの上側電極と溝部３１の各電極とがボンディングワイヤを介して接続されている。更に、凹部３０及び溝部３１が透光性樹脂３６によって樹脂封止されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−３８１５４号公報

ところで、ＬＥＤチップは、一辺の長さが０．５ｍｍ程度の６面体（サイコロ状）の形状をしており極めて小さく、発光光量も少なくて、点光源に近い光学特性を有している。従って、このような特性のＬＥＤチップを光源にしたＬＥＤを設計・製作するに当たっては、一般的にはＬＥＤチップの活性層で発光された光の量に対するＬＥＤチップから出射される光の量の割合（外部量子効率）を高め、且つＬＥＤチップから出射されてＬＥＤの外部に放出される光を一方向に集めてＬＥＤの軸上光度を上げるような手段が施される。

それに対し、上記従来のＬＥＤ装置は、絶縁性ブロック体の凹部に搭載した光源色の異なる３種類のＬＥＤチップを光出射面を平面として樹脂封止した構造になっており、各ＬＥＤチップから発せられる光を集光する手段が施されていないために集光効率が悪く、ＬＥＤ装置としては低光度の光源となってしまう。

また、光源色の互いに異なる３種類のＬＥＤチップの夫々から発せられる光の混色性を向上するための手段も施されておらず、ＬＥＤ装置としては観視する距離及び方向によって異なる色調を示すものとなってしまう。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、混色性が良好で、外部（大気中）に対する光取り出し効率が高く、高光度のＬＥＤ装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、底面を有する第一キャビティと、該第一キャビティの上面周縁部より外側から立ち上がる内周面を有する第二キャビティとが連設して形成された凹部を有するハウジングの、第一キャビティの底面及び第一キャビティと第二キャビティとの境界面に形成された段差面に、一方の先端部がハウジングを通して外部に導出されたリードフレームの他方の先端部が露出し、第一キャビィの底面に露出したリードフレームに複数のＬＥＤチップが搭載され、一方の先端部を各ＬＥＤチップの上側電極に接続したボンディングワイヤの他方の先端部が段差面に露出したリードフレームに接続されており、凹部には透光性樹脂を充填すると共に、ＬＥＤチップ及びボンディングワイヤを封止したことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ハウジングは、白色で高反射率を有する樹脂からなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の何れか１項において、前記第二キャビティの内周面は、ＬＥＤチップの光軸に対してＬＥＤチップの発光方向に向かって開いた方向で形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項において、前記ＬＥＤチップは、光源色が互いに異なる２種類以上のＬＥＤチップで構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４の何れか１項において、前記凹部を覆うようにレンズが形成されていることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤ装置では、平面上に実装した複数のＬＥＤチップを第一キャビティで包囲することにより混合された光を狭い範囲内に閉じ込め、そしてこの混合された光が大きく拡散する前に光出射面となるレンズに到達するようにしている。

従って、レンズに到達した光は狭い範囲内に存在するために比較的緩やかな集光で外部に出射される光を効率的に集めることができる。その結果、レンズの曲率が小さくても集光効果が十分発揮されることになり、高さの低いＬＥＤ装置を実現することができる。

また、光源色の異なる複数のＬＥＤチップを第一キャビティの狭い範囲内に閉じ込めた状態で混色させるために発光エリアが狭くなり、混色性に優れたＬＥＤ装置となる。

また、所望する曲率のレンズを形成して集光度を制御することによって、ＬＥＤ装置の配光を自由に制御することが可能となると共に、光り取り出し効率を向上させて高光度のＬＥＤ装置を実現することができる。

その結果、ＬＥＤ装置を観視する距離や方向、ＬＥＤ装置で照明する物体の形状や大きさ等、ＬＥＤ装置の使用条件、使用環境を考慮した最適の配光特性を簡単に実現することができる。などの利点を有する。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明に係わるＬＥＤ装置の実施形態を示す上面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態は表面実装型と呼ばれるＬＥＤ装置であり、その構成はハウジング１、リードフレーム２、青色ＬＥＤチップ３、緑色ＬＥＤチップ４、赤色ＬＥＤチップ５、ボンディングワイヤ６、透光性樹脂７からなっている。

そしてこれら構成要素を使用したＬＥＤ装置の構造は以下の通りである。高反射率を有する非透光性樹脂からなるハウジング１に複数の分離したリードフレーム２がインサート成形されてＬＥＤ装置のパッケージが形成されている。このとき、ハウジング１には第一キャビティ８と、第一キャビティ８の上面周縁部より外側から立ち上がる内周面を有する第二キャビティ９とが連設して構成された凹部が設けられており、第一キャビティ８の底面及び第一キャビティ８と第二キャビティ９との境界部に形成された段差面１０の夫々に複数の分離したリードフレーム２が露出している。

そして、第一キャビティ８の底面に露出した複数の分離したリードフレーム２上に青色ＬＥＤチップ３、緑色ＬＥＤチップ４、赤色ＬＥＤチップ５の３つのＬＥＤチップが図示しない導電性部材を介して接着固定され、ＬＥＤチップの下側電極とリードフレームとが１対１で電気的導通が図られている。

一方、青色ＬＥＤチップ３、緑色ＬＥＤチップ４、赤色ＬＥＤチップ５の夫々の上側電極はボンディングワイヤを介して段差面１０に露出した複数の分離したリードフレーム２と１対１で電気的導通が図られている。

更に、第一キャビティ８及び第二キャビティ９で構成された凹部に透光性樹脂７が充填され各ＬＥＤチップ３、４、５及びボンディングワイヤ６が樹脂封止されている。このとき、ＬＥＤチップ３、４、５から発せられた光の外部への光出射面１１は透光性樹脂によってレンズが形成されている。

図３は第一キャビティ８及び第二キャビティ９で構成された凹部に透光性樹脂を充填する様子を示したものである。（ａ）のようにＬＥＤ装置のパッケージにＬＥＤチップを搭載し、ＬＥＤチップの上側電極及び下側電極と各リードフレームとを接続した後でディスペンサ１２等の液剤定量吐出装置によって透光性樹脂７を定量注入する。

この時、透光性樹脂７の注入量を制御すると、第二キャビティ９の上面周縁部１３と透光性樹脂７との間の付着力及び透光性樹脂７の適度な粘度による表面張力によって第二キャビティ９の表面に対して膨らんだ状態に透光性樹脂７充填することができ、（ｂ）のように光出射面のレンズの曲率を小さく形成したり、（ｃ）のように曲率を大きくしたり、レンズの曲率を自由に設定することができる。

なお、上記構造のＬＥＤ装置においては光源を光源色が互いに異なる３つのＬＥＤチップとしたが、同じ光源色のＬＥＤを複数個搭載することによって単波長の光を発するＬＥＤ装置とすることも可能である。その場合においても、光出射面となるレンズの曲率を設定することによって配光を制御することができると共に、光取り出し効率を向上させた高光度のＬＥＤ装置を実現することができる。

また、本実施形態においては、ＬＥＤチップから発せられた光の外部への光出射面となるレンズは、凹部内に充填された透光性樹脂と一体に形成されている。つまり、透光性樹脂を凹部内へ充填するときに同時にレンズを形成するものである。しかしながら、凹部内に充填された透光性樹脂とは別体に透光性樹脂の上にレンズを取り付けることも可能である。つまり、透光性樹脂を凹部内に充填して硬化させた後、充填材と同一の材料或いは充填材とは異なる材料によって作製したレンズを充填材の上に取り付けることでもレンズ硬化を発揮することができる。更に、凹部内に樹脂を充填することなく、別個に作製したレンズで凹部を覆うことも可能である。

ここで、本発明のＬＥＤ装置に係わる実施形態の効果について説明する。ＬＥＤ装置の用法としては、照明用として使用される場合と、表示用として使用される場合に大別される。照明用として使用される場合に求められる要件は、明るいこと、演色性（色の忠実度）に優れていることなどが挙げられる。一方、表示用としては色調の均一性、再現性などが挙げられる。

光源色の互いに異なる複数のＬＥＤチップを光源とするＬＥＤ装置は、光源と表示素子の両方の目的に使用されるものであり、更に、比較的小型機器に使用する場合には小型化も重要な要件の一つとなるものである。

そこで、光源色の互いに異なる複数のＬＥＤチップを光源とする本実施例のＬＥＤ装置では、平面上に実装した複数のＬＥＤチップを第一キャビティで包囲することにより混合された光を狭い範囲内に閉じ込め、そしてこの混合された光が大きく拡散する前に光出射面となるレンズに到達するようにしている。

また、光源色の互いに異なる複数のＬＥＤチップを第一キャビティの狭い範囲内に閉じ込めた状態で混色させるために発光エリアが狭くなり、混色性に優れたＬＥＤ装置となる。

また、第一キャビティの上方に第二キャビティを設け、第二キャビティの内周面をＬＥＤチップの光軸に対してＬＥＤチップの発光方向に向かって開いた傾斜面とすることにより、第一キャビティで包囲されたＬＥＤチップから発せられた光のうち、第二キャビティの内周面に向かった光を反射して光出射面となるレンズ方向に向けるようにしている。これにより、ＬＥＤチップから発せられた光が効率良く外部に出射されるため、光取り出し効率の高い、明るいＬＥＤ装置を実現することができる。

更に、第一キャビティと第二キャビティとで構成された凹部に充填してＬＥＤチップ及びボンディングワイヤを封止する透光性樹脂を、ディスペンサ等の液剤定量吐出装置を使用したポッティング法で充填できるようにした。

そのため、透光性樹脂の吐出量を制御することによって、所望する曲率のレンズを形成することができ、ＬＥＤ装置から出射される光の集光度を自由に設定することができる。これは、ＬＥＤ装置の配光を自由に制御することが可能であることを意味する。

その結果、ＬＥＤ装置を観視する距離や方向、ＬＥＤ装置で照明する物体の形状や大きさ等、ＬＥＤ装置の使用条件、使用環境を考慮した最適の配光特性を簡単に実現することができる。

上述のように、光源色の互いに異なる複数のＬＥＤチップを光源とした本発明のＬＥＤ装置は、照明用及び表示用の両方の用件を満たすものであり、幅広い応用分野に適応可能なものである。

従って、本発明のＬＥＤ装置は、民生機器の分野においては、携帯電話、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ＰＤＡ、などの比較的小型機器に表示装置として使用される液晶パネルのバックライト光源、携帯電話等の携帯機器のストロボ光源、各種情報表示板用光源、各種インジケータ用光源として、車載用機器の分野においては、車載用機器に表示装置として使用される液晶パネルのバックライト光源、各種インジケータ用光源として
広範囲の分野に活用できる。

本発明のＬＥＤ装置に係わる実施形態を示す上面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明のＬＥＤ装置に係わる実施形態の凹部に樹脂を充填する様子を示す説明図であり、（ａ）は充填前、（ｂ）は充填によって曲率の小さいレンズを形成した状態、（ｃ）充填によって曲率の大きいレンズを形成した状態を示す。従来のＬＥＤ装置を示す斜視図である。

符号の説明

１ハウジング
２リードフレーム
３青色ＬＥＤチップ
４緑色ＬＥＤチップ
５赤色ＬＥＤチップ
６ボンディングワイヤ
７透光性樹脂
８第一キャビティ
９第二キャビティ
１０段差面
１１光出射面
１２ディスペンサ
１３上面周縁部

Claims

底面を有する第一キャビティと、該第一キャビティの上面周縁部より外側から立ち上がる内周面を有する第二キャビティとが連設して形成された凹部を有するハウジングの、第一キャビティの底面及び第一キャビティと第二キャビティとの境界面に形成された段差面に、一方の先端部がハウジングを通して外部に導出されたリードフレームの他方の先端部が露出し、第一キャビィの底面に露出したリードフレームに複数のＬＥＤチップが搭載され、一方の先端部を各ＬＥＤチップの上側電極に接続したボンディングワイヤの他方の先端部が段差面に露出したリードフレームに接続されており、凹部には透光性樹脂を充填すると共に、ＬＥＤチップ及びボンディングワイヤを封止したことを特徴とするＬＥＤ装置。
前記ハウジングは、白色で高反射率を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ装置。
前記第二キャビティの内周面は、ＬＥＤチップの光軸に対してＬＥＤチップの発光方向に向かって開いた方向で形成されていることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のＬＥＤ装置。
前記ＬＥＤチップは、光源色が互いに異なる２種類以上のＬＥＤチップで構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤ装置。
前記凹部を覆うようにレンズが形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＬＥＤ装置。