JP2007299775A - 発光ユニット及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の機能を維持しながら、種々の要求に応じた態様で搭載することができる発光ユニット及び照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発光素子と、該発光素子が電気的に接続された複数のリードフレームと、該リードフレームが少なくともその一端を突出するようにインサートされ、かつ前記発光素子からの光を取り出す発光窓を備えたパッケージとを有し、前記リードフレームの一端は、少なくとも末端が前記発光窓に対して傾斜していることを特徴とする発光ユニット。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ユニット及びこの発光ユニットを搭載した照明装置に関する。
ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等の機器には、原稿を読み取るための装置として、イメージセンサ等の画像読取装置が用いられており、通常、このような画像読取装置として、光路長が短く、機器への組込みが容易な密着型イメージセンサが用いられている。
密着型イメージセンサは、読み取るべき原稿の一部に照明装置によって読取可能な照度以上に光を照射して、読み取りを行うために、近年、棒状の導光体の端部に発光ダイオードを配置したライン照明装置等が用いられている（例えば、特許文献１）。
この原稿読取装置に用いられるライン照明装置４０は、図４に示すように、導光体４１を白色のケース４２に出射面４１ａが露出するように装填し、ケース４２両端に発光ダイオード（ＬＥＤ）を搭載した発光ユニット４３が配置されており、ＬＥＤによって入射された光を出射面４１ａから出射させ、その光を、原稿等の表面に照射し得るように構成されている。なお、ここで用いられる発光ユニット４３は、通常、ＬＥＤを搭載し、ほぼ板状に成形されたパッケージ４４と、そのパッケージ４４の側面から突出したリード端子４５とにより構成されており、この発光ユニット４３は、ライン照明装置４０の回路基板４６に、リード端子４５を嵌合させることにより電気的に接続させ、発光させることができる。
また、光強度分布を光照射面において均一にしたり、原稿紙面に折り目や貼り合せ段差等がある場合においても陰影等の発生を防止するために、例えば、図５に示すように、導光体５１、発光ユニット５３等を備えたライン照明装置５０を、回路基板（図示せず）に対して傾斜させて装備するなどの態様が実施されている（例えば、特許文献２）。
特開２００５−２１７６４４号公報 特開２００５−２２９６４７号公報
通常、ライン照明装置等は、種々の電子部品とともに原稿読取装置内に実装されている。従って、種々の使用態様に対応することができ、各電子部品がそれぞれの機能を満たしながら、より小型化及び軽量化に対応することが、今後さらに厳しく要求される。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、従来の機能を維持しながら、種々の要求に応じた態様で搭載することができる発光ユニット及び照明装置を提供することを目的とする。
本発明の発光ユニットは、発光素子と、該発光素子が電気的に接続された複数のリードフレームと、該リードフレームが少なくともその一端を突出するようにインサートされ、かつ前記発光素子からの光を取り出す発光窓を備えたパッケージとを有し、前記リードフレームの一端は、少なくとも末端が前記発光窓に対して傾斜していることを特徴とする。
この発光ユニットは、前記パッケージのリードフレームの一端の突出した面とは異なる面において、前記リードフレームの他端が突出しており、該他端は前記一端より表面積が大きいことが好ましい。
また、本発明の照明装置は、上述した発光ユニットと、前記リードフレームの一端が挿入された回路基板と、前記回路基板とほぼ平行に配置され一端又は両端に前記発光窓が固定された導光板とを有することを特徴とする。
本発明の発光ユニット及び照明装置によれば、少なくともリード端子の末端を傾斜する方向に延設させることにより、本来その機能を発揮させるために必要な最小限のスペースを確保するのみで、デッドスペースを最小限に抑えることができる。そのため、他の電子部品を近接して配置することが可能となり、装置のより小型化及び軽量化を実現することが可能となる。
本発明の発光ユニットは、例えば、図１に示したように、主として、発光素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、リードフレーム１１、１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、パッケージ１３とで構成される。
リードフレームは、発光素子と電気的に接続するための電極であり、実質的に板状であればよく、波形板状、凹凸を有する板状であってもよい。材料は特に限定されず、熱伝導率の比較的大きな材料で形成することが好ましい。このような材料で形成することにより、発光素子で発生する熱を効率的に逃がすことができる。例えば、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有しているもの、比較的大きい機械的強度を有するもの、あるいは打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料が好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。その大きさ、厚み、形状等は、得ようとする発光ユニットの大きさ、形状等を考慮して適宜調整することができる。
リードフレームは、パッケージ内部に配置された発光素子を搭載する領域と、パッケージの一面又は一方から突出した外部接続用の一端（以下、「一方の端子」又は「リード端子」と記すことがある）、任意に延長部とを有している。さらに、一方の端子が突出した面又は側と異なるパッケージ部分（例えば、反対側）から、他端（以下、「「他方の端子」と記すことがある）が突出していてもよい（図２の２１参照）。この他方の端子は、一方の端子より表面積が大きく拡張していることが好ましい。これにより、放熱性を向上させることができる。一方の端子と前記他方の端子の大きさ及び形状は、それぞれ特に限定されず、例えば、後述するパッケージ外におよぶ限り、発光ユニットに搭載される発光素子の放熱性及び発光ユニットの使用態様（配置空間、配置位置など）を考慮して適宜調整することができる。なお、延長部及び拡張した端子は、使用態様に応じて、他の電子機器との位置関係などによって、適宜屈曲、変形させることができる。
パッケージは、発光素子を保護するとともにリードフレームを一体的に成形するために用いられ、半導体素子、発光素子などの電子部品を封止し得る樹脂であれば、どのようなものでも用いることができる。パッケージは、絶縁性であり、放熱性の良好な材料、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等によって形成されていることが好ましい。パッケージによる成形体の形状は、特に限定されるものではなく、平面視における形状（平面形状）としては、例えば、三角形、四角形、多角形又はこれらに近い形状が挙げられ、特に、四角形又はこれに近い平面形状を有するものが好ましい。なかでも、直方体又はこれに近い形状、特に薄板状であることがより好ましい。これにより回路基板へ実装した際に生じるデッドスペースを最小限にすることができる。
パッケージには、発光窓が形成されている。発光窓は、通常、パッケージの最も広い面に形成されている。言い換えると、後述するリード端子が突出するパッケージ表面とは異なる面、例えば、リード端子の延設方向と略直交する方向の面に形成されている。ここで、「略」直交するとは、厳密な直交のみならず、±５°程度の傾きを許容することを意味する。
発光窓は、パッケージに埋め込まれたリードフレームのうち、発光素子が搭載される領域と、パッケージに埋め込まれたリードフレームのうち、発光素子の電極と接続する領域とにおいて、パッケージが開口しており、それらを露出し得る窓である。これにより、発光素子からの光をパッケージ内壁にて反射させ、効率よく正面方向へと取り出すことができる。従って、発光窓の大きさ及び形状は、発光素子を搭載し電気的に接続するための大きさを有していればよく、特に限定されるものではない。発光窓の形状は、所望とする発光特性に合わせて種々選択でき、円形、楕円形、三角形、四角形、多角形又はこれらに近い形状が挙げられる。
なお、発光窓がこのような形状である場合には、発光窓を構成する一辺（例えば、三角形の場合には底辺、四角形の場合には底辺又は側方の辺）に対して、パッケージの成形体の一辺が平行又は垂直であることが好ましい。特に、パッケージの成形体の形状が、直方体又はこれに近い形状である場合には、これらの辺のいずれか又は全てに対して、発光窓を構成する一辺が、平行又は垂直であることが好ましい。これにより、パッケージと発光窓との位置関係を容易に調整することができる。なかでも、パッケージが直方体又は略直方体で、発光窓が四角形又は略四角形であり、直方体の一辺と四角形の一辺とが平行に配置しているものが好ましい。
リードフレームの一方の端子は、リードフレームに搭載される発光素子に電力を供給するために用いられる端子として機能する部分であり、リードフレームと略同一又は略平行な平面状に延設されている。これにより、本発明の発光ユニットは、一方の端子を回路基板の配線ホールに挿入接合した際、回路基板面に対して略平行（水平）方向に光を出射させるタイプとすることができる。ここで、略同一平面状に延設されるとは、リードフレーム表面又は裏面の延長する面と、リードフレームの一方の端子の表面又は裏面の延長する面とが、面一になるようにリードフレームの一方の端子が延長していることを意味する。また、略平行な平面状に延設されるとは、リードフレーム表面又は裏面の延長する面と、リードフレームの一方の端子の表面又は裏面の延長する面とが、平行又は略平行に（例えば、±５°程度以内の傾斜を許容する）、リードフレームの一方の端子が延長していることを意味する。
本発明では、リードフレームの一方の端子の数は、発光ユニットに搭載される発光素子の数等によって増減することができ、少なくとも１本又は２本以上備えることができ、例えば、ＲＧＢを独立駆動とする場合、コモン端子を１本および独立端子を３本備えることもできる。
リードフレームの端子の材料、形状、大きさ、厚み等は特に限定されるものではないが、発光素子に適当な電力を供給することができるような材料等であることが必要である。
リードフレームの端子は、パッケージの側面から突出しており、少なくともその末端が、上述したパッケージの一面（リード端子が突出する表面）及び発光窓の一辺のいずれか又は双方に対して、傾斜する方向に延びている。ここでの傾斜とは、リードフレームの端子が略同一面における延長を維持したまま傾斜／屈曲することを意味する。傾斜の程度は特に限定されるものではなく、この発光ユニットを回路基板に搭載した際に、発光ユニットの発光窓が、所望の空間に収まる程度に傾いて実装されるものであればよい。例えば、±９０°未満の範囲内の傾斜（例えば、図１のα又は図３のβ）が挙げられ、３０〜６０°程度、−３０〜−６０°程度の傾斜が適当である。リードフレームの端子は、末端部分以外、つまり、パッケージから突出した部分の全長にわたって傾斜していてもよいが、末端部分から傾斜している場合、発光ユニットのパッケージ部分を回路基板から特定の距離を保持して実装することができ、パッケージ部分の熱劣化を抑制することが可能となる。
本発明の発光ユニットに搭載される発光素子は、通常、半導体発光素子であり、特に、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であればどのようなものでもよい。例えば、基板上に、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、活性層を含む積層構造が形成されたものが挙げられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合などのホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造、多重量子井戸構造としてもよい。活性層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物及び／又はＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。得られる発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、活性層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、活性層にドープする不純物の種類を変化させるなどによって、紫外領域から赤色まで変化させることができる。
なお、発光素子は、後述するリードフレームに搭載され、そのために、接合部材が用いられる。例えば、青及び緑発光を有し、サファイア基板上に窒化物半導体を成長させて形成された発光素子の場合には、エポキシ樹脂、シリコーン等を用いることができる。また、発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にＡｌメッキをしてもよいし、樹脂を使用せず、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材を用いてもよい。さらに、ＧａＡｓ等からなり、赤色発光を有する発光素子のように、両面に電極が形成された発光素子の場合には、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等によってダイボンディングしてもよい。
本発明の発光装置においては、発光素子は、１つのみならず、複数個搭載されていてもよい。この場合には、上述したように、同じ発光色の光を発する発光素子を複数個組み合わせてもよいが、例えば、ＲＢＧに対応するように、発光色の異なる発光素子を複数個組み合わせることが好ましい。これにより、色再現性を向上させることができる。
本発明の発光ユニットは、さらに、発光素子と保護素子とをパッケージの側面を介して搭載できるように、パッケージの所定の部位、例えば、発光窓が形成されている面と同じ面に、発光窓のような窓が１つ以上形成されていてもよい。この窓は、保護素子をリード端子に電気的に接続できるように、リード端子の所定の領域が露出するような大きさ、形状及び位置に形成されていることが好ましい。また、発光ユニットにおける窓部には、発光素子または保護素子をリードフレームに電気的に接続した後、保護樹脂を充填することが好ましい。さらに、保護素子が搭載されている窓部には、パッケージと同一の部材を充填し、保護素子をパッケージ内部に埋設させてもよい。このように保護素子を備えることにより、大電流の印加等による発光素子の破壊を効果的に防止することができる。搭載される保護素子は、１つでもよいし、２つ以上の複数個でもよい。ここで、保護素子は、特に限定されるものではなく、発光装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。具体的には、過熱、過電圧、過電流、保護回路、静電保護素子等が挙げられる。
また、本発明の発光装置においては、発光素子が載置された開口内に、透光性被覆材が埋め込まれていることが好ましい。透光性被覆材は、外力、水分等から発光素子を保護することができるとともに、ワイヤを保護することもできる。透光性被覆材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂等の耐候性に優れた透明樹脂又は硝子等が挙げられる。特に、透明樹脂は、工程中あるいは保管中に透光性被覆材内に水分が含まれてしまった場合においても、１００℃で１４時間以上のベーキングを行うことによって、樹脂内に含有された水分を外気へ逃がすことができる。従って、水蒸気爆発、発光素子とモールド部材との剥がれを防止することができる。
透光性被覆材には、拡散剤又は蛍光物質を含有させてもよい。拡散剤は、光を拡散させるものであり、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。蛍光物質は、発光素子からの光を変換させるものであり、発光素子からパッケージの外部へ出射される光の波長を変換することができる。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、有機蛍光体であるペリレン系誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｅｕ及び／又はＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2などの無機蛍光体など、種々好適に用いられる。本発明において、白色光を得る場合、特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を利用すると、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能となり白色系が比較的簡単に信頼性良く形成できる。同様に、Ｅｕ及び／又はＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2蛍光体を利用した場合は、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる赤色系が発光可能であり白色系が比較的簡単に信頼性よく形成できる。また、蛍光体を完全に沈降させ、気泡を除くことで色むらを低減させることができる。
本発明の照明装置は、棒状又は板状の導光体の一端又は両端に本発明の発光ユニットが配置されており、例えば、画像読取装置のライン照明装置に用いられているようなものとすることができる。このような照明装置としては、特開２００３−２３５２５号、特開２００５−２２９６４７号公報等に記載されているものと実質的に同様の構成が挙げられる。
具体的には、照明装置は、導光体ケースに、出射面が露出するように導光体を装填するとともに、光を入射させるために、導光体ケースの一端又は両端に、発光素子を搭載した上述した発光ユニットを配置して構成されている。
導光体は、通常、ガラス、アクリル等のプラスチックからなる透光性材料によって形成されている。特に導光体が直方形や円柱等のように、端部と端部との距離が長い場合、導光体の光出射面と対向する面に、エンボス加工や光拡散剤の塗布により光散乱パターンを形成することが好ましい。これにより、導光体の一端又は両端から入射した光が散乱を繰り返し、出射面全体から均一に光を出射することが可能となる。
この照明装置は、通常、回路基板の配線ホールに発光ユニットから突出する端子を挿入して半田付けすることにより実装される。上述した本発明の発光ユニットでは、パッケージと発光窓とは略平行に位置し、リードフレームの端子の少なくとも末端が発光ユニットの発光窓に対して傾斜していることから、導光体側面の形状に対して、パッケージの成形体を、ほぼ対応又は一致する形状で、一端又は両端に配置させることができるとともに、回路基板に実装した際には、導光体の角度を傾斜させて、任意の方向に、パッケージの成形体を偏在させることができる。その結果、デッドスペースを最小限に抑えながら、種々の電子機器と近接して組み立てることができ、この照明装置を搭載する装置の小型化及び軽量化を実現することができる。
以下に、本発明の発光ユニット及び照明装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
図１に示すように、この実施例の発光ユニット１０は、発光素子が載置され、発光素子の一方の電極とワイヤにて電気的に接続されるリードフレーム１１と、発光素子の他方の電極とワイヤにて電気的に接続される３本のリードフレーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、これらを一体的に固定するパッケージ１３とを備えて構成される。
リードフレーム１１、１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、鉄入り銅の合金からなる板状体である。リードフレーム１１は発光素子を搭載する領域と、そこから一方向に延長する延設部１１ａとを備えている。リードフレーム１１の表面には、搭載される発光素子からの光を効率よく取り出すために反射メッキが施されていることが好ましく、本実施例では銀メッキが施されている。
リードフレーム１１、１２ａ、１２ｂ、１２ｃが形成する平面は、それぞれ略同一の平面を構成するように延設されており、リードフレーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃの端子先端は、後述するパッケージ１３の底面１３ａに対して、傾斜角α＝３０°で屈曲している。
パッケージ１３は、それぞれのリードフレーム１１、１２ａ、１２ｂ、１２ｃを一方の端子が突出するように一体的に固定し、直方体に近い形状（１０×５×１ｍｍ）を成している。成形体には、その中央付近に、略長方形（３×２ｍｍ）の発光窓１４が形成されている。発光窓１４は、その底辺１４ａが、パッケージ１３の成形体の底面１３ａに対して、平行に配置されている。発光窓１４内では、リードフレーム１１、１２ａ、１２ｂ、１２ｃの一部がそれぞれ露出しており、各３つのリードフレームの１２ａ、１２ｂ、１２ｃはカソード電極であり、これらと発光窓内部にてに対向しているリードフレーム１１はカソード電極でありＲＧＢに対応する３つの発光素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃが成形体の底面１３ａに対して、平行となるように搭載されている。また、各発光素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃの電極は、各リードフレーム１１、１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、ワイヤ１６によってそれぞれ電気的に接続されている。
なお、図示していないが、この発光ユニット１０には、パッケージ１３の内部でのリードフレーム１２ａに電気的に接続された保護素子を有している。
この発光ユニットでは、回路基板の配線ホールに、リード端子を挿入して固定することにより、リード端子の傾斜角αに応じて、発光ユニットの発光窓を偏在させることができるために、所望の位置に所望の空間を確保することができ、他の電子機器との組み合わせの自由度が向上する。加えて、他の電子機器を、発光ユニットに近接させて配置することができ、より装置の小型化・軽量化そして高出力化を図ることができる。
実施例２
この実施例の発光ユニット２０は、図２に示すように、樹脂封止の成形体において、発光素子が搭載されるリードフレーム１１の他方の端子２１が、一方の端子と反対側にパッケージ側面から突出しており、一方の端子より表面積が大きく拡張している以外は、実施例１の発光ユニットと実質的に同様の構成である。
この発光ユニットでは、発光素子で発生する熱を、リードフレームを通してパッケージの外部に導くことができ、表面積の大きな拡張した他方の端子２１によって効率的に逃がすことができるために、より放熱性を向上させることができる。
また、図２に示すように、回路基板２２に、リード端子の先端を嵌合して固定することにより、リード端子の傾斜角αに応じて、発光ユニット２０を偏在させることができる。その結果、実施例１と同様に、他の電子機器との組み合わせの自由度が向上し、より装置の小型化・軽量化そして高出力化を図ることができる。
実施例３
この実施例の発光ユニット３０は、図３に示すように、リードフレーム３２ａ、３２ｂ、３２ｃの一方の端子は、先端のみならず、全体がパッケージ成形体の底面１３ａに対して、傾斜角β＝４０°で傾斜している以外、実施例１の発光ユニットと実質的に同様の構成である。
このような構成により、実施例１と同様に、リード端子の傾斜角βに応じて、発光ユニット３０を偏在させることができるために、他の電子機器との組み合わせの自由度が向上するとともに、装置のより小型化・軽量化そして高出力化を図ることができる。
本発明の発光ユニットは、発光素子を搭載することにより、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等における画像読取装置に利用される照明装置のみならず、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等の種々の照明装置に利用することができる。
本発明の発光ユニットを説明するための要部の概略平面図である。 本発明の別の発光ユニットを説明するための要部の概略平面図である。 本発明のさらに別の発光ユニットを説明するための要部の概略平面図である。 従来の照明装置を説明するための要部の概略斜視図である。 従来の別の照明装置を説明するための要部の概略斜視図である。
符号の説明
１０、２０、３０ 発光ユニット１１、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、３１、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ リードフレーム１１ａ 延設部１３ パッケージ１３ａ 底面１４ 発光窓１４ａ 底辺１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 発光素子１６ ワイヤ２１ 拡張した他方の端子２２ 回路基板

Claims (3)

  1. 発光素子と、該発光素子が電気的に接続された複数のリードフレームと、該リードフレームが少なくともその一端を突出するようにインサートされ、かつ前記発光素子からの光を取り出す発光窓を備えたパッケージとを有し、
    前記リードフレームの一端は、少なくとも末端が前記発光窓に対して傾斜していることを特徴とする発光ユニット。
  2. 前記パッケージのリードフレームの一端の突出した面とは異なる面において、前記リードフレームの他端が突出しており、該他端は前記一端より表面積が大きい請求項１に記載の発光ユニット。
  3. 請求項１又は２に記載の発光ユニットと、前記リードフレームの一端が挿入された回路基板と、前記回路基板とほぼ平行に配置され一端又は両端に前記発光窓が固定された導光板とを有することを特徴とする照明装置。
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