JP2010103294A - 発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】 基板の表面に露出する樹脂面を凹設して遮光性樹脂を埋め込むことで、発光素子から発せられる光や熱の影響を抑え、発光品質及び耐久性の向上化を図ることが可能な発光ダイオードを提供することである。
【解決手段】 基板１２と、該基板１２上に形成される電極部１３と、該電極部１３を介して実装される発光素子１４と、該発光素子１４を前記基板１２上に封止する透光性の封止体１６とを備えた発光ダイオード１１において、前記基板１２には、前記電極部１３を除いて凹設された凹部１９と、この凹部１９内を埋める遮光性樹脂２０とからなる遮光部１８を形成した。
【選択図】 図１
【解決手段】 基板１２と、該基板１２上に形成される電極部１３と、該電極部１３を介して実装される発光素子１４と、該発光素子１４を前記基板１２上に封止する透光性の封止体１６とを備えた発光ダイオード１１において、前記基板１２には、前記電極部１３を除いて凹設された凹部１９と、この凹部１９内を埋める遮光性樹脂２０とからなる遮光部１８を形成した。
【選択図】 図１
Description
本発明は、基板上に発光素子を封止して形成される発光ダイオードに関するものである。
従来の一般的な発光ダイオードは、電極部が形成された基板上に発光素子をダイボンドあるいはボンディングワイヤ等によって実装した後、その上方に透光性の樹脂を所定形状に成形することによって形成されている（特許文献１，２）。
図９及び図１０は、上記従来の発光ダイオードの代表的な構造を示したものである。この発光ダイオード１は、基板２の上面に形成された金属膜をエッチングなどによって、必要とする電極部３ａ，３ｂを形成し、発光素子４を一方の電極部３ａ上に載置した後、ボンディングワイヤ５を介して他方の電極部３ｂに接続される。前記電極部３ａ，３ｂは、基板２の上面から側面、裏面にかけて形成されている。封止体６は、前記発光素子４及びボンディングワイヤ５による接続領域全体を全てカバーするように基板２上に成形される。
特開２００５−３５３８０２号公報
特開２００３−２３１８３号公報
ところで、前記基板２はガラスエポキシやＢＴレジンなどの樹脂材によって形成されているが、その内部は、図１１に示したように、ガラスクロス７を芯材として、このガラスクロス７をエポキシ系やＢＴレジンといった樹脂材８で被覆した構造となっている（ａ）。このような樹脂材８は、一般に光や熱による影響を受けやすいため、発光素子から発せられる光や熱によって、樹脂材８の表面が変色するなどの劣化が生じ、発光品質が低下する場合がある（ｂ）。特に、発光輝度が高かったり、使用年数が長期に亘ったりした場合は、樹脂材８の表面の劣化が進み、表面が剥がれたり、内部のガラスクロス７が露出するなど基板２の破壊が生じるおそれがある（ｃ）。このような基板２の破壊が進めば、その上に形成されている封止体が剥離するなど発光ダイオードとしての機能を維持することが困難となる。
図９及び図１０に示した発光ダイオード１の場合でみると、電極部３ａ，３ｂを除いた基板２の表面が前記樹脂材８の露出した面となり、この部分に発光素子４から発せられる光が照射し続けることで、前述したような劣化等の問題が発生することとなる。このため、発光ダイオード１の品質を長期に亘って安定した状態で維持することが困難となっていた。
また、前記樹脂材８が露出した面が多いと、発光素子４から発せられる光を吸収してしまうため、有効的な反射効果を得ることができず、発光輝度を高めることができない。さらに、光が樹脂材８によって吸収されることによって、放熱効果も得られないといった欠点を有していた。
そこで、本発明の目的は、基板の表面に露出する樹脂面を凹設して遮光性樹脂を埋め込むことで、発光素子から発せられる光や熱の影響を抑え、発光品質及び耐久性の向上化を図ることが可能な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、基板と、該基板上に形成される電極部と、該電極部を介して実装される発光素子と、該発光素子を前記基板上に封止する透光性の封止体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記基板には、前記電極部を除いて凹設された凹部と、この凹部内を埋める遮光性樹脂とからなる遮光部が形成されていることを特徴とする。
本発明に係る発光ダイオードによれば、電極部を除いた基板の表面全体を凹設し、この凹設した部分を埋めるようにして遮光性樹脂が形成されているので、基板の表面全体に亘って遮光効果を長期間維持することができる。これによって、発光素子から発せられる光による劣化を大幅に低減させることができる。
また、前記遮光膜の上に、さらに白色系の樹脂材からなる光反射膜を形成することで、発光素子から発せられる光の反射効果を高め、全体の輝度アップを図ることができる。
以下、添付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乃至図３に示すように、本発明の第１実施形態の発光ダイオード１１は、電極部１３が形成された基板１２と、前記電極部１３に導通接続される発光素子１４と、この発光素子１４を前記基板１２上に封止する透光性の封止体１６とを備えており、前記基板１２上の電極部１３を除く部分が遮光部１８となっている。この遮光部１８は、基板１２の表面を凹設した部分に遮光性樹脂を充填あるいは塗布して形成したものであり、発光素子１４から発せられる光や熱を通さないように保護することによって、基板１２の劣化を防止する効果を有する。
前記基板１２は、図１１に示したように、ガラスクロスを芯材とするエポキシ樹脂やＢＴレジン等の絶縁材料で四角形状に形成され、表面及び裏面に施された金属膜を所定パターン形状にエッチングして電極部１３が形成される。この電極部１３は、前記基板１２上で２極に絶縁分離して形成されており、一方が発光素子１４を載置するダイボンド電極１３ａで、他方がボンディングワイヤ１５を介して導通するワイヤボンド電極１３ｂとなっている。なお、前記ダイボンド電極１３ａ，ワイヤボンド電極１３ｂは、基板１２の対向する側面に形成されているスルーホール１７を介して、一部が裏面側に回り込み形成されている。
前記基板１２上に実装される発光素子１４は、一対の素子電極を備えた四角形状のチップであり、一方の素子電極を前記ダイボンド電極１３ａの上にダイボンド実装し、他方の素子電極部と前記ワイヤボンド電極１３ｂとをボンディングワイヤ１５によって接続する。
前記遮光部１８は、前記電極部１３が形成されている基板１２の表面を残して凹設された凹部１９と、この凹部１９内を埋める遮光性樹脂２０とによって構成されている。この遮光性樹脂２０には、シリコーン系樹脂又はシリコーンを含有するハイブリッド系樹脂が用いられる。前記凹部１９を設けることによって、遮光性樹脂２０を確実に基板１２に形成できると共に、一定の厚みが確保できるため、発光素子１４から発せられる直接光の浸透による基板１２の劣化を確実に防止することができる。また、前記凹部１９の深さを調整することによって、発光素子１４等の輝度に合わせた最適な遮光効果を得ることができる。
前記電極部１３が形成されている部分の基板１２の表面１２ａは、縁部２１が露出するように電極部１３の外形より僅かに広く形成される。このように、前記基板１２の表面が前記電極部１３の形成される部分よりも縁部２１を残して広く形成されることによって、電極部１３を安定した状態で形成することができると共に、経年変化等による剥離等の劣化も防止することができる。前記縁部２１は、図４に示すように、発光素子１４から発せられる光の影響を受けないようにするため、前記電極１３ａ，１３ｂの厚み幅以下となるように設定される。
上記構成からなる発光ダイオード１１にあっては、図４に示したように、発光素子１４から下方に発せられる光のうち、発光素子１４に近い位置に発せられる光は、電極１３ａ，１３ｂの表面によって上方に反射され、発光素子１４から離れる方向に発せられる光は、前記電極１３ａ，１３ｂの角部をかすめながら遮光性樹脂２０の表面によって上方に反射される。また、前記基板１２の縁部２１は、前記電極１３ａ，１３ｂの影になっているため、前述したように電極１３ａ，１３ｂの角部をかすめるようにして発せられる光であっても、前記縁部２１を照射させることがない。
前記遮光性樹脂２０としては、例えばレジストインクのような白色系の樹脂材が用いられるが、保護強度を高めるには、耐光性及び耐熱性を有するシリコーン系樹脂又はシリコーンを含有するハイブリッド系樹脂が好ましい。このような材料からなる遮光性樹脂２０を基板１２の表面に設けられている凹部１９内を満たすようにして、電極１３ａ，１３ｂの外周部に沿って残っている基板の表面と略同じ高さとなるように平坦状に成形される。
前記発光素子１４を封止する封止体１６は、透光性を有するエポキシ又はシリコン系の樹脂材によって、前記遮光部１８が形成された基板１２上に発光素子１４及び電極１３ａ，１３ｂを覆うようにして直方体形状に成形される。
上記構造からなる発光ダイオード１１にあっては、前記電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加することによって、発光素子１４が励起されて発光する。この発光素子１４から発せられる光は封止体１６の上面及び四方向の側面から外部に向けて出射される。また、前記封止体１６の内部では、発光素子１４から発せられる光が直接基板１２の上面に向けて照射されるが、電極１３ａ，１３ｂの周囲が前記遮光部１８によって囲われているため、基板１２に対する光の透過を抑えることができる。また、前記電極１３ａ，１３ｂの外周部に基板１２の縁部２１を残しているが、電極１３ａ，１３ｂの影になるような僅かな幅を残しているだけであるので、発光素子１４から発せられる光が直接当たることがない。このように、基板１２上の電極１３ａ，１３ｂを除いた略全ての表面が遮光部１８となっているため、発光素子１４から下方に発せられる光を全て上方に反射させることができ、基板１２の劣化や発光の際に生じる発熱による変形などを有効に防止するとともに、全体的な発光輝度をも高めることができる。
前記発光ダイオード１１は、エポキシ等の樹脂材で四角形状に形成され、端部にスルーホールが設けられた基板１２の表面から裏面にかけて導電膜を形成し、この導電膜をエッチングして所定形状の電極１３ａ，１３ｂを形成する。次に、前記電極１３ａ，１３ｂが形成されている部分及び縁部をマスクして基板１２の表面を所定の深さとなるようにエッチングあるいは切削するなどして凹設する。この凹設によって形成される凹部１９は、基板１２の表面から略垂直方向に設けられ、基板１２の厚みの略中間までの深さに設定される。次に、遮光性樹脂２０を前記電極１３ａ，１３ｂが形成されている基板１２の表面と同じ高さで上面が平らとなるように前記凹部１９内に充填あるいは塗布していく。そして、前記電極１３ａ上に発光素子１４をダイボンドし、他方の電極１３ｂにボンディングワイヤ１５でハンダ接続する。最後に、前記基板１２の周囲に金型（図示せず）を配置し、この金型内に透光性の樹脂材を充填することによって、発光素子１４及びボンディングワイヤ１５を前記遮光部１８が形成された基板１２上に封止する封止体１６を成形する。
図５及び図６は、第２実施形態の発光ダイオード２１の構成例を示したものである。この発光ダイオード２１は、前記発光ダイオード１１と同様に電極１３ａ，１３ｂの周囲を遮光部１８で囲うようにして形成したものであるが、凹部１９を埋める遮光性樹脂２０を電極１３ａ，１３ｂの表面に達する高さ位置まで形成している。このように、前記遮光性樹脂２０によって、基板１２の表面全体から電極１３ａ，１３ｂの側面を隙間のないように覆う構造となっていることから、発光素子１４から発せられる光による基板１２への影響を最も低く抑えることが可能となる。
この実施形態によれば、遮光性樹脂２０によって成形される表面と電極１３ａ，１３ｂの表面とが略同じ高さで面一となっているため、発光素子１４から発せられる光が電極１３ａ，１３ｂの表面と遮光性樹脂２０の表面との間で段差の生じないように上方に向かって反射させることができる。これによって、基板２２を劣化から有効に防止すると共に、反射光による発光ムラを抑えることが可能となる。
図７及び図８は、第３実施形態の発光ダイオード３１の構成例を示したものである。この発光ダイオード３１は、上記第１及び第２実施形態のように電極１３ａ，１３ｂの外周部から僅かにはみ出す縁部を残さずに電極１３ａ，１３ｂの外縁部に沿って凹部１９を設けたものである。また、前記電極１３ａ，１３ｂの上辺の角部３４はＲ形状ではなく略直角となっている。そして、遮光性樹脂２０は、凹部１９から電極１３ａ，１３ｂの上面と平行となる高さにかけて形成される。この実施形態によれば、前記電極１３ａ，１３ｂの角部３４が垂直に切り立っているので、遮光性樹脂２０を凹部１９内に充填させていく際に、電極１３ａ，１３ｂの内側に回り込むことがないので、電極１３ａ，１３ｂの上面と遮光性樹脂２０の上面との境目に凹凸ができにくく、略水平な遮光面を構成することができる。
上記各実施形態では、一対の電極部が基板の両端部から中央部に向かって延びた構造となっている。例えば、図１に示した実施形態によれば、それぞれの電極１３ａ，１３ｂの三方向に面した基板１２の表面を凹設し、ここに遮光性樹脂２０を充填して遮光部１８を形成した。これに対して、前記電極部が基板１２の表面の中央部に形成されている場合は、この電極部の周囲の四方向に面した基板１２の表面を凹設し、ここに遮光性樹脂２０を充填した遮光部が形成される。このように、電極部の形状や配置によって、基板上の遮光部を形成する場所が異なるが、電極部を除く全ての基板の表面が凹部と、この凹部内を埋める遮光性樹脂とからなる遮光部を形成することで、発光素子から発せられる光による基板の劣化を有効に防止することができる。
上記いずれの実施形態の発光ダイオードにおいて、電極１３ａ，１３ｂ及び遮光性樹脂２０の表面全体を覆うようにして光反射膜を形成することもできる。この光反射膜は、白色系の樹脂材であり、電極１３ａ，１３ｂを含む基板１２の上面全体に形成される。この光反射膜を設けることで、発光素子１４から発せられる光を上方に向けて反射させることができるので、輝度の向上化が図られる。
前記光反射膜は、遮光部１８が形成された基板３２上に白色系の樹脂材を吹付けあるいは塗布等によって形成される。この光反射膜を前記遮光部１８上に形成することで、発光素子１４から発せられる光や熱を大幅に低減させることができると同時に光反射効果を最大限に発揮することができる。
以上、説明したように、本発明の発光ダイオードは、発光素子が実装される基板の表面上の電極部を除いた全ての面が遮光性樹脂によって満たされた遮光部となっているため、前記発光素子から発せられる光や熱による影響を大幅に低減させることができる。これによって、基板の表面の劣化や変形などが生じることがなく、発光品質や耐久性などを長期に亘って維持することが可能となる。また、前記遮光部は、凹部の深さやこの凹部を埋める遮光性樹脂の充填量によって、発光素子の発光特性や発光素子を実装する基板のサイズに応じた遮光量の調整が可能である。
さらに、前記遮光部を形成した上に、さらに光反射膜を形成することによって、発光素子から発せられる光を効率よく封止体から出射させることができるので、全体的な輝度アップが図られる。
１１ 発光ダイオード
１２ 基板
１２ａ 表面
１３ 電極部
１３ａ，１３ｂ 電極
１４ 発光素子
１５ ボンディングワイヤ
１６ 封止体
１７ スルーホール
１８ 遮光部
１９ 凹部
２０ 遮光性樹脂
２１ 縁部
３４ 角部
１２ 基板
１２ａ 表面
１３ 電極部
１３ａ，１３ｂ 電極
１４ 発光素子
１５ ボンディングワイヤ
１６ 封止体
１７ スルーホール
１８ 遮光部
１９ 凹部
２０ 遮光性樹脂
２１ 縁部
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Claims (6)
- 基板と、該基板上に形成される電極部と、該電極部を介して実装される発光素子と、該発光素子を前記基板上に封止する透光性の封止体とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記基板には、前記電極部を除いて凹設された凹部と、この凹部内を埋める遮光性樹脂とからなる遮光部が形成されていることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記凹部は、前記電極部の外周部に沿った輪郭部分を残した前記基板の表面全体に形成される請求項１記載の発光ダイオード。
- 前記遮光性樹脂は、前記電極部の表面と面一となるように前記凹部内に充填形成される請求項１記載の発光ダイオード。
- 前記遮光性樹脂は、耐光性及び耐熱性を有するシリコーン系樹脂又はシリコーンを含有するハイブリッド系樹脂からなる請求項１記載の発光ダイオード。
- 前記遮光部の上に、さらに光反射膜が形成される請求項１記載の発光ダイオード。
- 前記光反射膜は、白色系の樹脂材からなる請求項５記載の発光ダイオード。
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