JP2010263151A - 反射型発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から出射された光がボンディングワイヤに遮られることによって出力光がくすむことを防止できる反射型発光ダイオードを提供する。
【解決手段】内部に凹面状の反射面２を有する支持体６と、反射面２の上方中央部から支持体６の第１の壁面６１に向けて水平に延びるアノード接続アーム７ａを有する第１電極リード７と、反射面２の上方中央部から支持体６の第１の壁面６１に対向する第２の壁面６２に向けて水平に延びるカソード接続アーム８ａを有する第２電極リード８と、光を出射する発光面、及び発光面に対向し、アノード接続アーム７ａの先端部に接するアノード電極とカソード接続アーム８ａの先端部に接するカソード電極が配置された電極面１００を有し、反射面２の上方中央部において反射面２に発光面を向けて配置された発光素子１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント回路基板等の表面に実装される表面実装型の反射型発光ダイオードに関する。

発光素子と、その発光素子が固定され、内部に凹面形状の反射面を有する支持体とを有し、発光素子から出射された光を反射面で反射して外部に出力する反射型発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような反射型発光ダイオードでは、発光素子に電流を流すための１対のリードが支持体の側面にそれぞれ配置されている。そして、反射面の上方において一方のリード（マウント用リード）上に発光素子が搭載され、支持体の反射面に向いている発光素子の発光面と他方のリード（ワイヤ接続用リード）とがボンディングワイヤで接続されている。

このため、上記反射型発光ダイオードにおいては、発光素子から出射された光が発光素子とワイヤ接続用リードとを接続するボンディングワイヤに遮られて、反射面に影が生じる。その結果、発光素子から出射されて支持体の反射面で反射した光が一様にならず、反射型発光ダイオードから出力される光がくすんだ色になるという問題点があった。

特許第３９８２６３５号公報

上記問題点に鑑み、本発明は、発光素子から出射された光がボンディングワイヤに遮られることによって出力光がくすむことを防止できる反射型発光ダイオードを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、内部に凹面状の反射面を有する支持体と、反射面の上方中央部から支持体の第１の壁面に向けて水平に延びるアノード接続アームを有する第１電極リードと、反射面の上方中央部から支持体の第１の壁面に対向する第２の壁面に向けて水平に延びるカソード接続アームを有する第２電極リードと、光を出射する発光面、及び発光面に対向し、アノード接続アームの先端部に接するアノード電極とカソード接続アームの先端部に接するカソード電極が配置された電極面を有し、反射面の上方中央部において反射面に発光面を向けて配置された発光素子とを備えた反射型発光ダイオードが提供される。

本発明によれば、発光素子から出射された光がボンディングワイヤに遮られることによって出力光がくすむことを防止できる反射型発光ダイオードを提供できる。

本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオードの発光素子搭載部分を下から見た底面図である。 本発明の実施形態に用いる発光素子の外形図であり、図３（ａ）は発光素子の正面図、図３（ｂ）は発光素子の側面図である。 本発明の実施形態に用いる発光素子の等価回路図である。 本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオードの支持体の斜視図である。 図１に示した反射型発光ダイオードのＶＩ−ＶＩ方向に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオードの比較例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオードの製造において使用するリードフレームの一部破断した平面図である。 本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオードの製造方法を説明するための工程図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオード１は、図１に示すように、内部に凹面状の反射面２を有する支持体６と、反射面２の上方中央部から支持体６の第１の壁面６１に向けて水平に延びるアノード接続アーム７ａを有する第１電極リード７と、反射面２の上方中央部から支持体６の第１の壁面６１に対向する第２の壁面６２に向けて水平に延びるカソード接続アーム８ａを有する第２電極リード８と、光を出射する発光面、及び発光面に対向し、且つアノード接続アーム７ａの先端部に接するアノード電極とカソード接続アーム８ａの先端部に接するカソード電極が配置された電極面１００を有し、反射面２の上方中央部において反射面２に発光面を向けて配置された発光素子１０とを備える。

上記のように、反射型発光ダイオード１では、発光素子１０のアノード電極及びカソード電極が第１電極リード７及び第２電極リード８それぞれと直接に接触しており、ボンディングワイヤは使用されていない。

図２は、第１電極リード７と第２電極リード８からなる一対のリードに発光素子１０を搭載した状態を示す。図２は、発光素子１０の搭載箇所を下方から見た図であり、発光素子１０は、光を出射する発光面１１０を支持体６の反射面２に向けて、第１電極リード７と第２電極リード８上に搭載されている。図２では、発光素子１０を透過してアノード電極１０１及びカソード電極１０２が破線で表示されている。アノード電極１０１はアノード接続アーム７ａの先端部に接し、カソード電極１０２はカソード接続アーム８ａの先端部に接している。

発光素子１０には、例えば図３（ａ）〜図３（ｂ）に示すような、発光部１１と蛍光発光部１２とを積層した箱型の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ等が採用可能である。発光部１１の一方の主面にアノード電極１０１及びカソード電極１０２が形成され、他方の主面上に樹脂に蛍光体を混入した構成或いはガラスに蛍光体を塗布した構成の蛍光発光部１２が配置されている。

例えば、発光部１１に波長４７０ｎｍ程度の青色光を出力する青色光発光体を使用し、蛍光発光部１２にイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等の黄色蛍光体を使用する。アノード電極１０１とカソード電極１０２間に所定の電圧が印加されると、発光部１１から青色光が出力される。この青色光が黄色蛍光体の蛍光発光部１２に入射し、蛍光発光部１２を透過した光Ｌが白色光として発光素子１０から出射される。

図４に示すように、発光素子１０に光Ｌを出射する発光ダイオード１０Ａと保護素子１０Ｂを並列接続した構成を採用し、発光ダイオード１０Ａを保護することが有効である。保護素子１０Ｂには、発光ダイオード１０Ａに逆並列接続されたツェナーダイオード等が使用可能である。

図１、図２に示したように、第１電極リード７は、アノード接続アーム７ａ、広幅リード側面部７１及び広幅リード底面部７２を有し、第２電極リード８は、カソード接続アーム８ａ、広幅リード側面部８１及び広幅リード底面部８２を有する。広幅リード側面部７１及び広幅リード側面部８１は、支持体６の壁面に沿って配置され、広幅リード底面部７２及び広幅リード底面部８２は、支持体６の底面に沿って配置される。つまり、第１電極リード７及び第２電極リード８は、支持体６の外側面に沿ってそれぞれ折り曲げられる。

支持体６は、図５に示すように、凹面状の反射面２を囲む周囲の壁部３のうち、第１の壁面６１の上部に溝３１が形成され、第１の壁面６１に対向する第２の壁面６２の上部に溝３２が形成された構造である。支持体６はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂のような材料で一体物として形成されている。なお、支持体６の上面側に形成された放物凹曲面に、銀蒸着若しくはアルミニウム蒸着することにより、反射面２が形成されている。例えば、ＰＥＥＫ樹脂が採用された支持体６の場合、凹部底面を高度の平滑面に仕上げることができ、それ自体で十分な鏡面として利用できるが、ここに銀を蒸着することで、反射率の良好な反射面２にしてある。

図１に示すように、第１電極リード７のアノード接続アーム７ａが溝３１に嵌合され、第２電極リード８のカソード接続アーム８ａが溝３２に嵌合される。また、支持体６の溝３１において、第１電極リード７の嵌合部分の上面から支持体６の上縁面までの段差を塞ぐように、堰止め３０１が形成されている。同様に、支持体６の溝３２において、第２電極リード８の嵌合部分の上面から支持体６の上縁面までの段差を塞ぐように、堰止め３０２が形成されている。堰止め３０１〜３０２は、例えばＵＶ硬化性樹脂を段差部分に詰めて硬化させることにより形成される。これにより、アノード接続アーム７ａ及びカソード接続アーム８ａの基部が固定される。

更に、支持体６の凹部内に、例えばカチオン重合型透明エポキシ樹脂等の透明エポキシ樹脂若しくは透明シリコン樹脂のような透明樹脂１４を、支持体６の上縁面に達する深さに充填して硬化させる。これにより、発光素子１０、アノード接続アーム７ａ、及びカソード接続アーム８ａを透明樹脂１４の中に埋没させた状態で固定している。

支持体６の底面に配置された第１電極リード７の広幅リード底面部７２、及び第２電極リード８の広幅リード底面部８２を、図示を省略したプリント回路基板上の配線パターンに接続するように反射型発光ダイオード１をプリント回路基板に表面実装する。これにより、反射型発光ダイオード１から光Ｌを出力させるために、プリント回路基板上の配線パターンを介して第１電極リード７と第２電極リード８間に所定の電圧を印加できる。例えば半田等を用いて、広幅リード底面部７２及び広幅リード底面部８２とプリント回路基板とを接続する。

発光素子１０から出射された光Ｌは、図６に示すように大部分が下方に向かうため、放物曲面の反射面２で反射される。反射面２で反射された後、光Ｌはほぼ平行光線となって、支持体６の上面から、この上面に垂直な方向に出射される。このため、反射型発光ダイオード１から出射される光Ｌは、砲弾型の発光面の発光ダイオード等に比べて、向きが揃った指向性の強い光である。したがって、反射型発光ダイオード１によれば、光Ｌが照射された位置における輝度の高い光を得ることができる。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオード１では、発光素子１０のアノード電極１０１及びカソード電極１０２と第１電極リード７及び第２電極リード８との接続に、ボンディングワイヤは使用されていない。つまり、発光素子１０と支持体６の反射面２との間にボンディングワイヤは存在しない。

ボンディングワイヤが使用される比較例を図７に示す。図７に示した発光素子９０は、アノード電極とカソード電極とが対向する一対の面にそれぞれ配置され、カソード電極が配置された面９００を発光面とするＬＥＤである。発光素子９０のアノード電極は電極リード７０のアノード接続アーム７０ａの先端部に接触し、カソード電極はボンディングワイヤ９０１を介して電極リード８０のカソード接続アーム８０ａの先端部と接続されている。このため、図７に示した比較例においては、発光素子９０から出射された光がボンディングワイヤ９０１に遮られて反射面に影が生じる。その結果、発光素子９０から出射されて支持体の反射面で反射した光が一様にならず、反射型発光ダイオードから出力される光がくすんだ色になる。

しかし、本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオード１では、発光素子１０と第１電極リード７及び第２電極リード８との接続にボンディングワイヤは使用されていない。更に、発光素子１０の発光面１１０にボンディングパッドを配置する必要がない。このため、発光素子１０から出射された光がボンディングワイヤ等に遮られることはなく、その結果、発光素子１０から出射されて支持体６の反射面２で反射した光Ｌは一様である。したがって、反射型発光ダイオード１からの出力光がくすむことを防止できる。

また、図１に示した反射型発光ダイオード１では、発光素子１０で発生した熱が、支持体６の外側面に沿って配置された広幅リード側面部７１、８１を通じて反射型発光ダイオード１の外部に放熱される。このため、反射型発光ダイオード１の熱抵抗を低減させることができ、発光素子１０の大電流の通電が可能になる。そのため、反射型発光ダイオード１の高出力化が可能という利点がある。

図８及び図９（ａ）〜図９（ｄ）を用いて、本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオード１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる反射型発光ダイオード１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。

大量生産においては、図８に示すような、第１電極リード７と第２電極リード８とが両側に対向して多数横並びになるように形成されたリードフレーム２０を使用する。具体的には、良導電性の材料、例えば、銅（Ｃｕ）を主成分として９８％〜９９％含み、若干の鉄（Ｆｅ）、硫黄（Ｓ）を含み、更に２μｍ〜６μｍ厚に銀メッキが施された薄板を材料とし、これにエッチング或いは打ち抜き加工にてリードフレーム２０を形成する。

リードフレーム２０において、第１電極リード７の広幅リード側面部７１となる部分と広幅リード底面部７２となる部分との境目に相当する部分に、曲げ応力を緩和するための応力逃がし穴を形成してもよい。同様に、第２電極リード８の広幅リード側面部８１となる部分と広幅リード底面部８２となる部分との境目に相当する部分に、応力逃がし穴を形成してもよい。

なお、図８において、第１電極リード７の広幅リード底面部７２及び第２電極リード８の広幅リード底面部８２それぞれの端部に相当する位置に形成されている扁平楕円形の穴２１、２２は、破断線２３、２４にて切断加工する時の切断抵抗を小さくするためのものである。

上記のリードフレーム２０において、図２に示したように、アノード接続アーム７ａ及びカソード接続アーム８ａに発光素子１０を搭載する。例えば、アノード接続アーム７ａの先端部に発光素子１０のアノード電極１０１を銀ペーストにて固着し、カソード接続アーム８ａの先端部に発光素子１０のカソード電極１０２を銀ペーストにて固着する。

図９（ａ）〜図９（ｄ）に、リードフレーム２０の各一対の第１電極リード７及び第２電極リード８を、支持体６に取り付ける手順を示す。

（イ）図９（ａ）に示すように、発光素子１０が搭載された一対の第１電極リード７及び第２電極リード８を、発光素子１０の発光面１１０を反射面２に向けて、支持体６に取り付ける。このとき、第１電極リード７のアノード接続アーム７ａを溝３１に嵌合し、第２電極リード８のカソード接続アーム８ａを溝３２に嵌合する。これにより、支持体６の内部において、アノード接続アーム７ａ及びカソード接続アーム８ａが反射面２の上方に位置する。そして、広幅リード側面部７１、８１、及び広幅リード底面部７２、８２が、支持体６の外部に位置する。

（ロ）図９（ｂ）に示すように、第１電極リード７の嵌合部分の上面から支持体６の上縁面までの段差を塞ぐように堰止め３０１を形成し、第２電極リード８の嵌合部分の上面から支持体６の上縁面までの段差を塞ぐように堰止め３０２を形成する。既に述べたように、堰止め３０１〜３０２にはＵＶ硬化性樹脂等が採用可能である。

（ハ）図９（ｃ）に示すように、硬化触媒を含む高粘度の透明エポキシ樹脂や透明シリコン樹脂等の透明樹脂１４を、支持体６の凹部にその上縁面まで充填する。その後、透明樹脂１４を８０℃〜１３０℃での雰囲気炉で硬化させる。これにより、アノード接続アーム７ａ、カソード接続アーム８ａ、及び発光素子１０を支持体６と一体化する。

（ニ）図９（ｄ）に示すように、第１電極リード７及び第２電極リード８の支持体６の外側に出ている部分に曲げ加工を施す。この曲げ加工では、広幅リード側面部７１に相当する部分と連結するアノード接続アーム７ａの基部、及び広幅リード側面部８１に相当する部分と連結するカソード接続アーム８ａの基部を、支持体６の側面に沿うように底面側に折り曲げる。更に、支持体６の底面に広幅リード底面部７２、８２に相当する部分が接するように、第１電極リード７及び第２電極リード８を内側に折り曲げる。このようにして、第１電極リード７及び第２電極リード８それぞれが折り曲げられて、曲げ加工が完了する。この曲げ加工が完了すると、図１に示した反射型発光ダイオード１が完成する。なお、必要に応じて、第１電極リード７の広幅リード底面部７２及び第２電極リード８の広幅リード底面部８２を支持体６の底面に半田で固定してもよい。

上記のように、本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオード１の製造においては、透明樹脂１４を硬化させた後に、第１電極リード７及び第２電極リード８を曲げ加工する。この曲げ加工の際に発生する応力により、アノード接続アーム７ａとカソード接続アーム８ａ間に、それぞれの先端部を引き離す力がアーム延伸方向に働く。しかし、発光素子１０のアノード電極１０１とカソード電極１０２とは、第１の壁面６１及び第２の壁面６２と平行な方向に沿って配置されている。このため、第１電極リード７及び第２電極リード８を曲げる加工の際に発生する先端部を引き離す力によって発光素子１０が破壊されることを防止できる。

また、図１に示した反射型発光ダイオード１ではボンディングワイヤは使用されていない。このため、例えば、第１電極リード７及び第２電極リード８を曲げ加工する際に発生していたボンディングワイヤの断線が生じない。このように、製造過程においてボンディングワイヤが切断されて不良品が発生するおそれがないため、反射型発光ダイオード１の製造歩留まりを向上できる利点もある。

上記のような本発明の実施形態に係る反射型発光ダイオード１の製造方法によれば、発光素子１０から出射された光がボンディングワイヤに遮られることによって出力された光Ｌがくすむことを防止できる反射型発光ダイオード１を提供することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態の説明においては、青色光を出力する発光部１１と黄色蛍光体を用いた蛍光発光部１２を積層した発光素子１０により白色光を出力する例を示した。種々の発光部１１と蛍光発光部１２とを組み合わせることにより、反射型発光ダイオード１の出力する光Ｌの色を任意に設定可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

Ｌ…光
１…反射型発光ダイオード
２…反射面
３…壁部
６…支持体
７…第１電極リード
７ａ…アノード接続アーム
８…第２電極リード
８ａ…カソード接続アーム
１０…発光素子
１０Ａ…発光ダイオード
１０Ｂ…保護素子
１１…発光部
１２…蛍光発光部
１４…透明樹脂
２０…リードフレーム
３１、３２…溝
６１…第１の壁面
６２…第２の壁面
７１、８１…広幅リード側面部
７２、８２…広幅リード底面部
１００…電極面
１０１…アノード電極
１０２…カソード電極
１１０…発光面

Claims (4)

1. 内部に凹面状の反射面を有する支持体と、
   前記反射面の上方中央部から前記支持体の第１の壁面に向けて水平に延びるアノード接続アームを有する第１電極リードと、
   前記反射面の上方中央部から前記支持体の前記第１の壁面に対向する第２の壁面に向けて水平に延びるカソード接続アームを有する第２電極リードと、
   光を出射する発光面、及び前記発光面に対向し、前記アノード接続アームの先端部に接するアノード電極と前記カソード接続アームの先端部に接するカソード電極が配置された電極面を有し、前記反射面の上方中央部において前記反射面に前記発光面を向けて配置された発光素子と
   を備えたことを特徴とする反射型発光ダイオード。
2. 前記アノード電極と前記カソード電極とが、前記第１及び前記第２の壁面と平行な方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型発光ダイオード。
3. 前記第１電極リード及び前記第２電極リードのそれぞれが、前記支持体の外側面に沿って折り曲げられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型発光ダイオード。
4. 前記発光素子が、青色光を出力する発光部と黄色蛍光発光部とを積層した構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射型発光ダイオード。

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