JP2007096240A

JP2007096240A - Ｌｅｄ発光装置

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Publication number: JP2007096240A
Application number: JP2005287165A
Authority: JP
Inventors: Norifumi Hattori; 徳文服部; Yoshimasa Tatewaki; 慶真帯刀; Kenji Mori; 健二森; Yukimura Minami; 侑村南
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】高い放熱性を確保しつつ小型化を達成するＬＥＤ発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが搭載される熱伝導性フレームと、ＬＥＤチップの電極が接続される一対のリードフレームと、熱伝導性フレームの一部と、及びリードフレームの一部とを被覆するとともにＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、ＬＥＤチップの光出射方向がリードフレームの伸長方向と略垂直となるＬＥＤ発光装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤ発光装置に関する。詳しくは、本発明はＬＥＤ発光装置の小型化及び放熱性の改良に関する技術を提供する。

液晶ディスプレイのバックライトなどにおいて、面状光（又は線状光）を得るための光源としてＬＥＤが利用されている。一般的に採用されているエッジライト方式の構成では、ＬＥＤ光源の光を導光板の端面（エッジ）より導入し、導光板の上面より取り出す。このようなエッジライト方式においては、効率的に導光板へ光を導入するため導光板端面の近傍にＬＥＤ光源が配置される。これに伴い、ＬＥＤ光源が実装される配線基板やコネクタ等も同様に導光板端面の近傍に配置されることとなるが、配線基板やコネクタを配置するための十分なスペースを確保できない場合も多く、設計が非常に困難となる。
導光板端面近傍のスペースに制約がある場合、例えば図１０に示す構成を採用することができる。この例では砲弾型ＬＥＤランプ１００のリードフレーム１０１を屈曲させることによって、配線基板１０２を導光板１０３に平行に配置することを可能とし、省スペース化を達成している。尚、ＬＥＤ光源装置に関する技術ではないが、同様の構成が特許文献１に開示されている。
一方、ＬＥＤ光源の高輝度化に伴い、積極的な放熱対策が必要とされている。従来、放熱対策としては、ＬＥＤ光源の後方に金属層等の熱伝導性材料を介してヒートシンクを設置する方法が一般的である（例えば特許文献２〜４を参照）。
特開平５−１４５０９１号公報特開２００４−２６５６２６号公報特表２００４―５２８６９８号公報特表２００５−５１３８１５号公報

図１０に示した構成では小型化が達成されるものの、その製造過程においてＬＥＤランプのリードフレームを屈曲させる工程が必要となる。従って、実装の際の工程数が増加する。しかも、リードフレームを屈曲させる際、ＬＥＤランプの光軸が所望の角度となるように制御が必要となり、歩留まりの低下を招く。
一方、放熱対策に関しては、従来の構成のようにヒートシンクを別体として設けたのでは小型化が難しい。
そこで本発明は、その実装工程を複雑化することなく、高い放熱性を確保しつつ小型化を達成するＬＥＤ発光装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の構成からなる。即ち、
ＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップが搭載される熱伝導性フレームと、
前記ＬＥＤチップの電極が接続される一対のリードフレームと、
前記熱伝導性フレームの一部と、及び前記リードフレームの一部とを被覆するとともに、前記ＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、
前記ＬＥＤチップの光出射方向が前記リードフレームの伸長方向と略垂直である、ＬＥＤ発光装置である。

以上の構成ではリードフレームとＬＥＤチップの光出射方向とが略垂直であることから、リードフレームが配線基板に略垂直となるように通常の実装工程に従って装置を実装すればＬＥＤチップの光出射方向が配線基板と略平行となり、配線基板を導光板に平行に配置するという、小型化に適した配置態様を達成できる。このように、実装の際に追加の工程を必要とすることなく、導光板を利用する場合における小型化を達成できる。一方、ＬＥＤチップを熱伝導性フレームに搭載することによって、ＬＥＤチップからの熱は熱伝導性フレームを伝わり、当該フレームのリフレクタに被覆されない部分（露出部）より放散する。このように、パッケージ内に組み込まれた熱伝導性フレームを介してＬＥＤチップからの熱が直接放散することから、小型化を達成しつつ効率的な放熱が可能となる。また、放熱性が向上する結果、出力の高いＬＥＤチップにも対応可能な構成となる。
以上の作用・効果が奏される結果、本発明のＬＥＤ発光装置を光源とした装置は小型で且つ放熱特性に優れたものとなる。

以下、本発明を構成する各要素について説明する。
（ＬＥＤチップ）
ＬＥＤチップの種類は特に限定されるものではなく、任意の構成のものを採用することができる。例えば、III族窒化物系化合物半導体層を備えるＬＥＤチップを用いることができる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。

III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。

III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、窒化ガリウム、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましく、サファイア基板のａ面を利用することが更に好ましい。

ＬＥＤチップの発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、青色、赤色、緑色等、所望の発光色に応じて選択される。また、ＬＥＤチップを複数個用いることもできる。その場合には、同種類のＬＥＤチップを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類のＬＥＤチップを複数組み合わせても良い。例えば、最終的に白色光が得られるように一種又は発光色の異なる二種以上のＬＥＤチップを使用する。

本発明の一形態ではＬＥＤチップと蛍光体とを併用する。そしてＬＥＤチップの光と、ＬＥＤチップの光の一部を利用して蛍光体から生ずる蛍光との混合（混色）によって白色光を得る。蛍光体は例えば後述の封止部材に含有させる。
蛍光体の種類は特に限定されず、有機系、無機系を問わず採用することができる。様々な蛍光色を有する蛍光体を採用することができ、例えば光の三原色である赤色、緑色、又は青色の蛍光色を有する蛍光体の他、それらの中間色を蛍光する蛍光体（例えば黄色系蛍光体）を用いることができる。複数の蛍光体を組み合わせて用いることもでき、例えば赤色系蛍光体、緑色系蛍光体、及び青色系蛍光体を混合して用いることができる。

ＬＥＤチップは、その光軸がリードフレームの伸長方向と垂直になるように熱伝導性フレーム上にマウントされる。これによって本発明のＬＥＤ発光装置ではリードフレームの足に対して垂直方向に光が出射する。

（熱伝導性フレーム）
熱伝導性フレームはＬＥＤチップからの熱を放散するためのヒートシンクとして機能する。熱伝導性フレームはＬＥＤチップがマウントされる領域を備える。また、熱伝導性フレームの一部はリフレクタに被覆されている。即ち、リフレクタと一体的に構成されている。そして、熱伝導性フレームにおいて、リフレクタから外部に飛び出した部分、即ち露出部が放熱部となり、ＬＥＤの熱をそこで放散する。効率的な放熱を達成するためには露出部の割合を大きくするとよい。具体的には、露出部の体積が熱伝導性フレーム全体の体積の例えば３０％（ｖ／ｖ）以上、好ましくは５０％（ｖ／ｖ）以上、更に好ましくは７０％（ｖ／ｖ）以上となるように、露出部の大きさを設計することができる。また、できるだけ露出部の表面積を大きくすることが放熱特性の向上に効果的である。そこで例えばフィンないし突起部（以下、これらをまとめて放熱フィンという）を備える露出部とする。特に複数の放熱フィンを備える露出部とすれば、放熱フィン間に生ずる空気流によって一層効率的に放熱できる。
平板状に成形した熱伝導性フレームの一部を屈曲させることによって、露出部を構成する放熱フィンを形成することができる。具体的には例えば、熱伝導性フレームの縁部の一部を屈曲させることによって放熱フィンを形成する。他の例として、熱伝導性フレームにおいて露出部となる領域の一部を打ち抜き（例えばコの字状）、打ち抜き部によって囲まれた領域を直立させることによって放熱フィンを形成してもよい。このような方法によれば複数の放熱フィンを備えた露出部を容易に作製することができる。
露出部の形状は特に限定されるものではない。また、露出部を複数箇所に設け、放熱効果を高めてもよい。
熱伝導性フレームの材質としてはアルミ、アルミ合金、銅、及び銅合金を例示することができる。

（リードフレーム）
本発明のＬＥＤ発光装置は一対のリードフレームを備える。リードフレームにはＬＥＤチップの電極が電気的に接続される。リードフレームの一部はリフレクタに被覆される。リードフレームの露出部（リード足）は略直線状である。
本発明のＬＥＤ発光装置は、光出射方向がリードフレームの伸長方向に垂直であるという特徴を活かして、導光板を用いたバックライト用の光源として好適である（後述の実施例を参照）。このような用途に使用される場合、ＬＥＤ発光装置を実装した配線基板に対して所定の間隔をおき平行に導光板が配置される。つまり、ＬＥＤ発光装置の光軸上に導光板が配置される。このような配置態様を実現できるように、ＬＥＤ発光装置のリード足の長さを通常のＬＥＤ発光装置の場合よりも長くしておくとよい。例えば、リード足を１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度とする。好ましくは４０ｍｍ〜５０ｍｍ、更に好ましくは４５ｍｍ〜５０ｍｍのリード足とする。

（リフレクタ）
リフレクタ（反射部材）は、熱伝導性フレームの一部及び一対のリードフレームの一部を被覆するとともに、ＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成する。この反射面はＬＥＤチップから横又は斜め上方向に放出された光を反射し、光の取り出し方向の光へと変換する。ここでのカップ状とは、ＬＥＤチップの光軸に垂直方向の断面の面積がその底部側から発光装置の光の取り出し方向に向かって連続的又は段階的に増加する空間を囲む形状をいう。かかる条件を満たす範囲において反射面の形状は特に限定されるものではない。

リフレクタの形成材料は特に限定されず、金属、合金、合成樹脂等から適当な材料を選択して用いることができる。但し、ＬＥＤチップに対向する面、即ち反射面はＬＥＤチップの光に対して反射性であることが要求される。例えば白色系の樹脂など、光反射率の高い樹脂でリフレクタを作製することができる。樹脂製のリフレクタは成形が容易であるという利点を有する。
一方、リフレクタの材料としてＬＥＤチップの光に高い反射性を有しないものを選択した場合には、少なくとも反射面となる領域の表面に反射率の高い層を形成する。このような反射層は例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｐｄ等から選択される一以上の金属又はその合金を材料として形成することができる。その他、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどの金属窒化物を反射層の材料として用いることもできる。特に、Ａｌ又はその合金によって反射層を構成することが好ましい。反射層の形成には蒸着、塗付、印刷等の方法を採用できる。特に、蒸着法によれば厚さが均一でかつ表面が平滑な反射層を容易に形成することができる。反射層は必ずしもカップ状部の内周面表面の全体に形成されなくてもよいが、反射層による発光効率の改善効果が最大限発揮されるようにＬＥＤチップから横又は斜め上方向に放出された光が照射する領域についてはその全体に反射層を設けることが好ましい。
反射層の厚さはＬＥＤチップからの光を反射するのに十分な厚さであれば特に限定されず、例えば約０．１〜約２．０μｍの範囲とする。好ましくは約０．５〜約１．０μｍの範囲とする。
尚、光反射性に優れた材料を用いてリフレクタを作製する場合であっても、高光反射性の材料からなる層を反射面となる部分の表面に形成してもよい。

反射面の表面はできるだけ平滑であることが好ましい。平滑なほど反射面における鏡面反射が起こりやすくなり、反射効率の向上ひいては発光効率の向上が図られるからである。
リフレクタの反射面の角度は光軸方向への反射効率を考慮して設計することができ、ＬＥＤチップの光軸に対して２０°〜６０°の範囲にすることが好ましい。さらに好ましくは４０°〜５０°の範囲とする。

リフレクタを熱伝導率の高い材料によって形成することによって、発光装置の放熱特性の向上を図ることができる。熱伝導率の高い材料としてはアルミ（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属又はその合金を例示することができる。熱伝導率の高い材料によって反射部材を構成すればＬＥＤチップの放熱の一部を反射部材を介して行うことができ、発光装置の放熱特性が向上する。

（封止部材）
リフレクタのカップ状部にＬＥＤチップ封止用の材料を充填してもよい。このようにして形成される封止部材は主として外部環境からＬＥＤチップを保護する目的で備えられる。封止部材の材料としてはＬＥＤチップの光に対して透明であり、且つ耐久性、耐候性などに優れたものを採用することが好ましい。例えばシリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム、及びシリコーンエラストマーを含む）、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ガラス等の中から、ＬＥＤチップの発光波長との関係で適当なものを選択することができる。ＬＥＤチップの光が短波長領域の光を含む場合には特に紫外線劣化が問題となるため、シリコーン等の紫外線劣化に対する耐性の高い材料を採用することが好ましい。
封止部材の材料は、ＬＥＤチップの光に対する透過性、硬化した状態の硬度、取り扱いの容易さ等を考慮して適当なものが採用される。

封止部材に蛍光体を含有させることもできる。蛍光体を用いることによりＬＥＤチップからの光の一部を異なる波長の光に変換することができ、発光装置の発光色を変化させ又は補正することができる。ＬＥＤチップからの光により励起可能なものであれば任意の蛍光体を用いることができ、その選択においては発光装置の発光色、耐久性等が考慮される。蛍光体を封止部材に一様に分散させても、また一部の領域に局在させてもよい。例えば蛍光体をＬＥＤチップの近傍に局在させることにより、ＬＥＤチップから放出された光を効率的に蛍光体に照射できる。

複数種類の蛍光体を組み合わせて封止部材に含有させることもできる。この場合にはＬＥＤチップからの光により励起されて発光する蛍光体と当該蛍光体からの光により励起されて発光する蛍光体とを組み合わせて用いることもできる。
封止部材に光拡散材を含有させて封止部材内での光の拡散を促進させ、発光ムラの減少を図ることもできる。特に上記のように蛍光体を用いる構成においては、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの光との混色を促進させて発光色のムラを少なくするためにこのような光拡散材を用いることが好ましい。

（ヒートシンク）
本発明のＬＥＤ発光装置では熱伝導性フレームの使用によって効率的な放熱が達成されるが、さらなる放熱性の向上を目的としてヒートシンクを併用することもできる。ヒートシンクは熱伝導性フレームに接続される。具体的には例えば、熱伝導性フレームの露出部の裏面に接触するようにヒートシンクを設置する。ヒートシンクを備えた構成ではＬＥＤチップからの熱の一部が熱伝導性フレームを介してヒートシンクに伝搬する。その結果、熱伝導性フレームにおける放熱作用に加えて、ヒートシンクにおいても効率的な放熱作用が奏され、極めて放熱特性に優れたＬＥＤ発光装置となる。
ヒートシンクには熱伝導率の高いことが要求され、例えばその材質は銅やアルミなどである。

（ＬＥＤアレイ）
本発明の一形態では、複数個のＬＥＤ発光装置が直線状に配置されてＬＥＤアレイを構成する。隣接するＬＥＤ発光装置間の接続は、ＬＥＤ発光装置に内蔵される熱伝導性フレームによって行われる。例えば、略直線状の熱伝導性フレームに対して所定の間隔でＬＥＤ発光装置を形成すればよい（即ち、リフレクタの形成、ＬＥＤの搭載、ワイヤボンディング等を行う）。こうすることによって、隣接するＬＥＤ発光装置同士が熱伝導性フレームの露出部を介して継ぎ目のない状態で連結されたＬＥＤアレイが構成される。隣接するＬＥＤ発光装置間の距離（ＬＥＤ発光装置の間隔）は、各ＬＥＤ発光装置の輝度、ＬＥＤアレイとして必要とされる輝度などを考慮して設定することができる。典型的にはＬＥＤ発光装置の間隔を全て同一とするが、必要に応じて一部又は全部の間隔が異なるように設計することもできる。

本発明のＬＥＤアレイの一形態は連端子構造を採る。即ち、各ＬＥＤ発光装置の片方のリードフレーム（カソード側又はアノード側）が、隣接するＬＥＤ発光装置の片方のリードフレーム（アノード側又はカソード側）に連結されることによって、ＬＥＤアレイに含まれる全てのＬＥＤ発光装置が直列接続する。このような構造のＬＥＤアレイは単一部品として取り扱うことができることから、それに含まれるＬＥＤ発光装置を個別に実装する必要がなくなり実装の手間を省ける。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。

本発明の実施例のＬＥＤ発光装置１を図１〜図４に示す。図１はＬＥＤ発光装置１の斜視図、図２は同平面図、図３は図２のＡ−Ａ線位置での断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線位置での断面図である。
ＬＥＤ発光装置１は大別してＬＥＤチップ１０、熱伝導性フレーム２０、一対のリードフレーム３０、３１、及びリフレクタ（パッケージ）４０を備える。
図５に示すようにＬＥＤチップ１０はサファイア基板１１上に複数の半導体層が積層された構成からなり、主発光ピーク波長を４６０ｎｍ付近に有する。ＬＥＤチップ１０の各層のスペックは次の通りである。
層：組成
ｐ型層１５：ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ
発光する層を含む層１４：ＩｎＧａＮ層を含む
ｎ型層１３：ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ
バッファ層１２：ＡｌＮ
基板１１：サファイア

基板１１の上にはバッファ層１２を介してｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層１３が形成される。ここで、基板１１にはサファイアを用いたがこれに限定されることはなく、サファイア、スピネル、炭化シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層１２はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層１３をＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層１３にはｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
発光する層を含む層１４は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。

発光する層を含む層１４はｐ型層１５の側にＭｇ等をドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層１５中に注入された電子がｐ型層１５に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１４の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１５を形成する。このｐ型層１５はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。

ｎ電極１８はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層１５を形成した後にｐ型層１５、発光する層を含む層１４、及びｎ型層１３の一部をエッチングにより除去することにより表出したｎ型層１３上に蒸着で形成される。
透光性電極１６は金を含む薄膜であって、ｐ型層１５の上に積層される。ｐ電極１７も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極１６の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
尚、基板１１の裏面（半導体層が形成されない側の表面）にAl、Ag、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどからなる反射層を形成してもよい。反射層を設けることにより、基板１１側に向かった光を取り出し方向へと効率的に反射、変換することができ、光の取り出し効率の向上が図られる。このような反射層は形成材料の蒸着などの公知の方法で形成することができる。

熱伝導性フレーム２０、及びリードフレーム３０、３１はいずれも銅（Ｃｕ）合金からなる。熱伝導性フレーム２０は平板状である。熱伝導性フレーム２０の一部はリフレクタ４０に被覆されている（リフレクタ４０に埋入している）。一方、熱伝導性フレーム２０の両端部はリフレクタ４０に被覆されず、リフレクタ４０から左右に飛び出した状態となっている。この露出した両端部が放熱部２１となる。また、熱伝導性フレームの中央領域（ＬＥＤチップ搭載部２２）にはＬＥＤチップ１０が搭載される。
この実施例では放熱部２１の総表面積は熱伝導性フレーム２０全体の表面積の約１／２である。このように大きな放熱部２１を採用することで、放熱部２１を介した効率的な放熱が可能となる。放熱部２１の大きさは放熱効率、ＬＥＤ発光装置１のサイズ、ＬＥＤチップ１０の発熱量などを考慮して設定することができる。例えば、放熱部２１の総表面積が熱伝導性フレーム２０の総表面積の約１／５〜約２９／３０となるように放熱部２１を設計することができる。

リードフレーム３０、３１はいずれも片側の端部の一部がリフレクタ４０に被覆されている（リフレクタ４０に埋入している）。当該端部においてリフレクタ４０に被覆されない領域を利用して、後述するようにワイヤボンディングが施される。一方、リードフレーム３０、３１の露出部（リード足）は略直線状である。リードフレームの露出部（リード足）は約４５ｍｍである。
リードフレーム３０、３１と熱伝導性フレーム２０は平行な位置関係にある。また、リードフレーム３０、３１の伸長方向（長手軸方向）と、ＬＥＤチップ１０の光軸は略垂直となっている。

リフレクタ４０は白色系の樹脂からなり、カップ状部４１を形成する内周面がＬＥＤチップ１０の光軸に対して所望の角度となるように成形されている。これによってカップ状の反射面４２が形成される。尚、リフレクタ４０の表面にメッキ処理を施すなどしてその反射性を高めてもよい。
カップ状部４１には封止樹脂４３が充填されている（図３、図４を参照）。本実施例では封止樹脂４３の材料として、黄色系の蛍光体を分散させたエポキシ樹脂を用いた。

次にＬＥＤ発光装置１の製造方法を説明する。まず、上記の方法でＬＥＤチップ１０を用意する。一方、銅合金からなる金属板を切断加工することによって熱伝導性フレーム２０及びリードフレーム３０、３１を得る。このように当該三つのフレームを一枚の金属板から同時に作製することができる。次に、インジェクションモールドによって熱伝導性フレーム２０、及びリードフレーム３０、３１に白色系樹脂をモールドし、リフレクタ４０を形成する。その後、熱伝導性フレーム２０のＬＥＤチップ搭載部２２に導電性ペーストを用いてＬＥＤチップ１０を搭載する。続いてＬＥＤチップ１０の各電極を、対応するリードフレーム３０、３１に金線でワイヤボンドする。最後に、リフレクタ４０のカップ状部４１を蛍光体含有のエポキシ樹脂でモールドする。

続いてＬＥＤ発光装置１の発光態様を説明する。まず、給電を受けてＬＥＤチップ１０から青色系の光が放出する。この青色系の光の一部はリフレクタ４０のカップ状部４１内の封止樹脂４３を通過する過程で蛍光体を励起させ、これによって黄色系の蛍光が生ずる。その結果、ＬＥＤ発光装置１からは青色系の光と黄色系の光との混色による白色光が放射することになる。
ここで、ＬＥＤ発光装置１の駆動に伴いＬＥＤチップ１０は発熱する。ＬＥＤチップ１０から生じた熱の一部はＬＥＤチップ１０の底面側より導電性ペーストを介して熱伝導性フレーム２０に伝播する。熱伝導性フレーム２０に伝播した熱は、ＬＥＤチップ１０の直下の領域から周囲へと拡がり、一部が熱伝導性フレームの放熱部２１に至る。放熱部２１は露出しているから、放熱部２１に至った熱は放熱部２１の表面を介して周囲の空気中へと放散する。このようにＬＥＤ発光装置１では、パッケージ内に備えられた熱伝導性フレーム２０の一部（即ち、放熱部２１）によって積極的な放熱作用が奏される。しかも、上記の通り表面積が大きな放熱部２１を備えることにしたので高い放熱効果が発揮される。
以上のようにＬＥＤ発光装置１ではパッケージ内に備えられた熱伝導性フレーム２０を主たる放熱経路として利用することによってＬＥＤチップ１０の熱が効率的に放散し、その結果ＬＥＤチップ１０の温度上昇が緩和される。これによって駆動安定性ないし信頼性に優れたＬＥＤ発光装置となり、併せて長寿命化も達成される。また、放熱特性が向上する結果、出力の高いＬＥＤチップにも対応可能な構成となる。さらには、放熱用の部材をパッケージ内に組み込んだことによって簡易で且つ小型の装置となる。
一方、ＬＥＤ発光装置１では、リード足とＬＥＤチップ１０の光出射方向が略垂直であることから、リード足が配線基板に略垂直となるように通常の実装工程に従って装置の実装を行えば、ＬＥＤチップ１０の光出射方向が配線基板と略平行となり、配線基板を導光板に平行に配置するという、小型化に適した配置態様を達成できる。このように、実装の際に追加の工程を必要とすることなく、導光板を利用する場合における小型化を達成できる。

ここで、熱伝導性フレームによる放熱効果を向上させる等の目的で、例えば図６に示す形状の熱伝導性フレームとしてもよい。
図６(a)の例では熱伝導性フレーム２０ａの両端部（放熱部２１ａ）が約９０°の角度で屈曲している。この形状の熱伝導性フレーム２０ａを使用すれば、熱伝導性フレームの作用による優れた放熱性を維持しつつ、一層コンパクトにＬＥＤ発光装置を構成できる。熱伝導性フレーム２０ａは、金属板を切断加工した後、部分的に折り曲げることによって作製することができる。

一方、図６(b)の例では熱伝導性フレームの両端部（放熱部２１ｂ）はそれぞれ３枚のフィン（第１フィン２３、第２フィン２４、第３フィン２５）を備える。これら３枚のフィンは等間隔で一列に整列している。また、各フィン間にはそれぞれ貫通口２６が存在する。このような形状の熱伝導性フレーム２０ｂは次の手順で作製することができる。まず、銅合金からなる金属板を切断加工した後、３箇所でコの字状に打ち抜き、次いで打ち抜き部で囲まれた部分をその付け根で屈曲、直立させることによって成形する。この例の熱伝導性フレーム２０ｂを使用した場合、ＬＥＤチップからの熱が放熱部２１ｂに伝搬し、その一部は第１フィン２３の表面で放熱する。また、放熱部２１ｂに至った熱の一部は放熱部２１ｂの縁部を通って第２フィン２４、第３フィン２５へと伝搬し、同様の放熱作用が奏される。このように放熱部２１ｂの縁部がヒートパイプとして機能し、第２フィン２４及び第３フィン２５へと熱が伝播する。一方、フィンを複数設けたことによって、フィン間の空気流による放熱効果を期待できる。また、フィン間に形成された貫通口２６を通って空気の往来が可能であることから、各フィン表面付近の空気の移動が促進され、高い放熱効率が得られる。

図６(c)の例では熱伝導性フレーム２０ｃの両端部（放熱部２１ｃ）にそれぞれ複数のフィン状突起部２７が形成されている。この実施例では放熱部２１ｃあたりに形成するフィン状突起部２７の数を６とした。フィン状突起部２７の高さは例えば約０．３ｍｍとする。このような形状の熱伝導性フレーム２０ｃは異形圧延板を所望の形状に切断加工することによって作製することができる。或いは、プレス加工を利用して作製することもできる。この例の熱伝導性フレーム２０ｃでは、放熱部２１ｃに複数の突起部を形成して放熱部２１ｃの表面積を増大させるとともに、突起部の形状をフィン状として空気流による効率的な放熱が行われるようにしたことによって、非常に高い放熱効果を発揮する。

本発明の他の実施例を図７に示す。図７はＬＥＤアレイ２の斜視図である。説明の便宜上、上記実施例と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
ＬＥＤアレイ２は複数のＬＥＤ発光装置５０が直線状に等間隔で連結された構成を備える。各ＬＥＤ発光装置５０は熱伝導性フレーム２８によって連結されている。換言すれば、平板状の熱伝導性フレーム２８の３箇所においてＬＥＤ発光装置５０が形成されており、隣接するＬＥＤ発光装置５０同士が熱伝導性フレーム２８の露出部２８ａを介して継ぎ目のない状態で連結されたＬＥＤアレイとなっている。尚、熱伝導性フレーム２８を除いて、各ＬＥＤ発光装置５０の構成は上記実施例のＬＥＤ発光装置１と同様である。
以上の構成のＬＥＤアレイ２は、複数の発光点が直線状に並ぶ光源装置となる。このような光源装置は液晶ディスプレイ等のバックライト用光源として好適に利用することができる。図８にＬＥＤアレイ２の適用例を示す。各ＬＥＤ発光装置５０のリードフレーム３０、３１を基板５１の所定位置に半田付けすることによってＬＥＤアレイ２が実装される。このように実装されたＬＥＤアレイ２では、各ＬＥＤ発光装置５０の光軸が基板５１と略平行となる。従って、導光板５２を基板５１に平行に配置してコンパクトな構成を実現できる。特に、導光板５２の光導入面５３の前方に十分なスペースを確保できない場合に有効な構成となる。

図９に、ヒートシンク５４を備えたＬＥＤアレイ３を示す。ＬＥＤアレイ３では、各ＬＥＤ発光装置５０を連結する熱伝導性フレーム２９が、その露出部２９ａにおいてヒートシンク５４に接続されている。ヒートシンク５４には熱容量の大きいことが要求され、例えばその材質は銅やアルミなどである。熱伝導性フレーム２９とヒートシンク５４との接続は例えばネジ止めによって行うことができる。
以上の構成のＬＥＤアレイ３では、熱伝導性フレーム２９に伝搬したＬＥＤチップからの熱の一部がヒートシンク５４に受け渡される。これによって、ＬＥＤチップからの熱は、熱伝導性フレーム２９の露出部２９ａ及びヒートシンク５４によって放散される。その結果、放熱性のさらなる向上を達成できる。

尚、連端子構造のＬＥＤアレイとしてもよい。連端子構造のＬＥＤアレイとすれば、実装の際に各ＬＥＤ発光装置を個別に半田付け等する必要がなくなり、実装の手間を省ける。

ＬＥＤアレイ２及びＬＥＤアレイ３では３個のＬＥＤ発光装置５０を連結することとしたが、ＬＥＤ発光装置の数はこれに限られるものではない。即ち、任意の数のＬＥＤ発光装置を使用してＬＥＤアレイを構成することができる。
また、ＬＥＤアレイ２及びＬＥＤアレイ３では直線状にＬＥＤ発光装置５０を配列させたが、各ＬＥＤ発光装置５０を連結する熱伝導性フレームの形状を適宜変更することによって、曲線状、ジグザグ状、パルス状など、様々な配列態様を実現することが可能である。
また、ＬＥＤアレイ２及びＬＥＤアレイ３ではＬＥＤ発光装置５０を等間隔で配置したが、配置態様はこれに限られるものではなく、隣接するＬＥＤ発光装置間の距離に差を設けても良い。

本発明のＬＥＤ発光装置（又はＬＥＤアレイ）は例えば、携帯電話、携帯情報端末、カーナビゲーションシステム、ラップトップ型（ノート型）ＰＣ、液晶テレビなどの液晶ディスプレイのバックライト用光源として好適に利用できる。バックライト用光源として利用される場合には通常、導光板が併用され、本発明のＬＥＤ発光装置（又はＬＥＤアレイ）の光が導光体によって面状光へと変換される。但し、本発明のＬＥＤ発光装置（又はＬＥＤアレイ）の用途は導光板を併用するものに限られず、例えばその光を直接照明光に利用するような用途にも本発明は適用され得る。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

本発明の実施例であるＬＥＤ発光装置１の斜視図である。ＬＥＤ発光装置１の平面図である。図２のＡ−Ａ線位置での断面図である。図２のＢ−Ｂ線位置での断面図である。ＬＥＤ発光装置１に使用されるＬＥＤチップ１０の構成を示す図である。熱伝導性フレームの形状の例である。(a)は両端部を屈曲させた形状、(b)は両端部にそれぞれ３枚のフィンを形成した形状、(c)は両端部にフィン状突起部を形成した形状である。本発明の他の実施例であるＬＥＤアレイ２の斜視図である。ＬＥＤアレイ２を光源として用いたバックライト光源装置の構成を模式的に示す斜視図である。ヒートシンクを備えたＬＥＤアレイ３の斜視図である。従来のＬＥＤランプを使用したバックライト光源装置の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１、５０ＬＥＤ発光装置
２、３ＬＥＤアレイ
１０ＬＥＤチップ
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２８、２９熱伝導性フレーム
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２８ａ、２９ａ熱伝導性フレームの放熱部
２３〜２５放熱フィン
２７フィン状突起部
３０、３１リードフレーム
４０リフレクタ
４１リフレクタのカップ状部
４２反射面
５１、１０２配線基板
５２、１０３導光板
１００砲弾型ＬＥＤ
１０１砲弾型ＬＥＤ１００のリード足

Claims

ＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップが搭載される熱伝導性フレームと、
前記ＬＥＤチップの電極が接続される一対のリードフレームと、
前記熱伝導性フレームの一部と、及び前記リードフレームの一部とを被覆するとともに、前記ＬＥＤチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、
前記ＬＥＤチップの光出射方向が前記リードフレームの伸長方向と略垂直である、ＬＥＤ発光装置。
前記熱伝導性フレームが接続されるヒートシンクを備えることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置が複数個、直線状に配置されるとともに、
隣接するＬＥＤ発光装置同士が、前記熱伝導性フレームの露出部を介して継ぎ目のない状態で連結されてなるＬＥＤアレイ。
各ＬＥＤ発光装置の片方のリードフレーム（カソード側又はアノード側）が、隣接するＬＥＤ発光装置の片方のリードフレーム（アノード側又はカソード側）に連結されることによって、全てのＬＥＤ発光装置が直列接続していることを特徴とする、請求項３に記載のＬＥＤアレイ。