JP2011134903A - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤと駆動回路とを搭載したＬＥＤパッケージの実現。
【解決手段】ＬＥＤパッケージは、表面に配線パターン１９が形成されたプリント基板１０と、６個の青色発光のＬＥＤ１１と、スイッチング周波数が１〜３ＭＨｚのチョッパ型スイッチング電源回路を含み、ＬＥＤ１１を定電流駆動する駆動回路１２と、ケース１３と、封止樹脂１４、１５とによって構成されている。ケース１３は、孔１６、１７を有し、孔１６は、透光性の封止樹脂１４によって埋められており、直接接続された６個のＬＥＤ１１を封止している。孔１７は、封止樹脂１５によって埋められており、駆動回路１２を構成する素子を封止している。駆動回路１２を構成する素子は、電源ＩＣ１８と、コイルＬ１と、平滑コンデンサＣ１と、電流検出抵抗Ｒ１、である。平滑コンデンサＣ１はセラミックコンデンサである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤと駆動回路とを備えたＬＥＤパッケージに関する。

従来のＬＥＤ発光装置単体では、電源を直接接続して点灯させることはできず、電源を駆動電圧に変換する電源回路が別に必要となる。そのような回路として、たとえば、電源効率の高いチョッパ型スイッチング電源回路を用いることが特許文献１、２に示されている。

一方、駆動回路の一部素子をパッケージ内に配置したＬＥＤ発光装置が知られている。たとえば特許文献３では、ＬＥＤの通電量を制御する制御装置をパッケージ内に備えたＬＥＤパッケージが示されている。また、特許文献４では、パッケージ内にＬＥＤに並列または直列に接続されるチップ抵抗を配置したＬＥＤパッケージが示されている。

特開２００８−５２９９４ 特開２００８−２３５５３０ 特開平１０−３０３４６７ 特開２００７−２９４５４７

しかし、電源回路をも搭載したＬＥＤパッケージは従来存在せず、直流電源や交流電源に直接接続して点灯させることはできなかった。パッケージに電源回路を搭載できないのは、電源回路を構成する素子であるコンデンサやコイルの占める面積が大きく、小型にできないからであった。また、従来のＬＥＤパッケージは、ＬＥＤパッケージとは別に電源回路が設けられ分離しているため、需要者はそれぞれ別々に細部を設計する必要があり、汎用性が低かった。

そこで本発明の目的は、ＬＥＤと、電源回路を含む駆動回路の双方が搭載された汎用性の高いＬＥＤパッケージを提供することである。

第１の発明は、単数または複数のＬＥＤと、ＬＥＤを封止する透光性の第１封止樹脂とを有するＬＥＤパッケージにおいて、スイッチング周波数が１〜３ＭＨｚであり、平滑コンデンサをセラミックコンデンサとするチョッパ型スイッチング電源を含み、ＬＥＤを定電流駆動する駆動回路と、駆動回路を構成する素子をＬＥＤとは別に封止する第２封止樹脂と、を有したＬＥＤパッケージである。

ＬＥＤは、任意の発光波長のものを用いることができ、青、緑、赤などの可視光や、赤外光、紫外光を発光するＬＥＤを用いることができる。また、ＬＥＤを複数搭載する場合、異なる発光色のＬＥＤを組み合わせてもよい。

第１封止樹脂は、ＬＥＤによる熱などでの劣化が少ないシリコーン樹脂が望ましい。第１封止樹脂には蛍光体や分散材を混合してもよい。たとえば、第１封止樹脂に黄色蛍光体を混合し、青色ＬＥＤと組み合わせることで白色発光のＬＥＤパッケージとしてもよい。

第２封止樹脂は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができ、第１封止樹脂の樹脂材とは異なる樹脂材を用いることができる。また、第２封止樹脂には、ガラス繊維やタルクなどのフィラーを混合させ、熱膨張係数の低減や放熱性の向上を図ることが望ましい。フィラーの割合は６５〜９３ｗ％とすることが望ましい。また、第２封止樹脂は、第１封止樹脂とは異なり透光性が要求されないため、フィラーの混合によってグレーなどの着色があっても問題はない。

駆動回路を構成する素子は、スイッチング素子、スイッチング素子の駆動ドライバ、発振器などがパッケージ化された電源ＩＣや、平滑コンデンサ、コイル、電流検出抵抗、転流ダイオードなどの素子である。

本発明のＬＥＤパッケージは、直流電源により駆動されるものであってもよいし、ＬＥＤパッケージに整流回路をさらに設けることにより、交流電源により駆動されるものとしてもよい。

第２の発明は、第１の発明において、プリント基板を有し、ＬＥＤおよび駆動回路を構成する素子は、プリント基板上に配置されている、ことを特徴とするＬＥＤパッケージである。

第３の発明は、第１の発明において、第１リードフレームと、第１フレーム上に熱硬化性樹脂を介して位置する第２リードフレームと、を有し、ＬＥＤおよび駆動回路を構成する素子は、第２リードフレーム上に配置されている、ことを特徴とするＬＥＤパッケージである。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第２封止樹脂には、フィラーが６５〜９３ｗ％混合されている、ことを特徴とするＬＥＤパッケージである。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、ＬＥＤは、青色ＬＥＤであり、第１封止樹脂には、黄色蛍光体が混合されている、ことを特徴とするＬＥＤパッケージである。

第１の発明のように、スイッチング周波数を１〜３ＭＨｚとしたことで、コンデンサにセラミックコンデンサを使用することができ、コイルとコンデンサを小型化することができる。その結果、チョッパ方式のスイッチング電源を含む駆動回路を小型化することができ、ＬＥＤと駆動回路とを一体の小型パッケージとすることができる。また、本発明のＬＥＤパッケージ単体で一般の交流電源や、自動車のバッテリー、電池などに直接接続して点灯させることができるので、汎用性が高い。また、ＬＥＤと駆動回路を近接させることができるので、回路効率を向上させ、ノイズの発生を低減することができる。また、ＬＥＤと駆動回路を第１封止樹脂と第２封止樹脂とで別々に封止するため、それぞれの特性に合わせて第１封止樹脂や第２封止樹脂の樹脂材や混合物を選択することができる。特に第２封止樹脂には透光性は要求されないため、第１封止樹脂よりも樹脂材や混合物の量などの選択の幅が広く、線膨張係数の低減や放熱効率の向上を図ることができ、ＬＥＤパッケージの信頼性を向上させることができる。

また、第２、３の発明によると、プリント基板や第１リードフレームから効率的に放熱することができる。

また、第４の発明によると、第２封止樹脂の線膨張係数の低減や、放熱効率の向上などを図ることができる。

また、第５の発明のように、本発明は白色発光のＬＥＤパッケージとすることができ、照明装置などに利用することができる。

実施例１のＬＥＤパッケージの構成を示した平面図。 実施例１のＬＥＤパッケージの構成を示した断面図。 駆動回路１２の回路図。 実施例２のＬＥＤパッケージの構成を示した平面図。 実施例２のＬＥＤパッケージを側面から見た図。 第２リードフレーム１０２を透過して示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１のＬＥＤパッケージの構成を示した平面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａでの断面図である。ＬＥＤパッケージは、表面に配線パターン１９が形成されたプリント基板１０と、６個の青色発光のＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１を定電流駆動する駆動回路１２と、ケース１３と、封止樹脂１４、１５とによって構成されている。封止樹脂１４は、本発明の第１封止樹脂に相当し、封止樹脂１５は、本発明の第２封止樹脂に相当する。

ケース１３は、孔１６、１７を有した樹脂製であり、プリント基板１０上に接着して配置されている。プリント基板１０上には直列接続された６個のＬＥＤ１１と、駆動回路１２を構成する素子が配置されており、プリント基板１０上の配線パターン１９に接続されている。駆動回路１２を構成する素子は、電源ＩＣ１８と、コイルＬ１と、平滑コンデンサＣ１と、電流検出抵抗Ｒ１、である。コイルＬ１と、平滑コンデンサＣ１と、電流検出抵抗Ｒ１は、配線パターン１９に直接接続されており、電源ＩＣ１８は、ワイヤ２１を介して配線パターン１９に接続されている。ＬＥＤ１１は孔１６の内部に、駆動回路１２を構成する素子は孔１７の内部に配置されている。

孔１６は、透光性の封止樹脂１４によって埋められており、６個のＬＥＤ１１を封止している。封止樹脂１４はシリコーン樹脂からなる。封止樹脂１４には黄色蛍光体が混合されており、ＬＥＤ１１の青色光と、青色光によって励起されて発光する黄色蛍光体の黄色光との混色によって白色に発光する。孔１６の側面は、その孔１６のプリント基板１０の主面に平行な面での断面積が、プリント基板１０から離れるにしたがって増加するような傾斜を有している。この傾斜により、ＬＥＤ１１から放射される光を効率的に外部へ取り出すことができる。

孔１７は、封止樹脂１５によって埋められており、駆動回路１２を構成する素子を封止している。封止樹脂１５は、エポキシ樹脂からなり、ガラス繊維やタルクなどのフィラーが６５〜９３ｗ％混合されている。これにより、封止樹脂１５の放熱性を向上させ、熱膨張係数を低減させている。フィラーの混合割合は、８０〜９０ｗ％とするのがより望ましい。

駆動回路１２は、チョッパ型スイッチング電源回路を含み、ＬＥＤ１１を定電流駆動する回路である。図３は、駆動回路１２の回路図を示している。電源ＩＣ１８は、ＭＯＳ型ＦＥＴのトランジスタＴ１と、駆動ドライバＤｒｖと、フリップフロップＦＦと、発振器ＯＳＣと、比較用アンプＡｌと、基準電圧源Ｒｅｆと、転流ダイオードＤ１、で構成されている。トランジスタＴ１は、バイポーラトランジスタやＭＯＳ型以外のＦＥＴなどであってもよい。

６個のＬＥＤ１１は、ワイヤ２０を介して配線パターン１９に接続され、これにより直列接続されており、直列接続の最初のＬＥＤ１１のアノードは、コイルＬ１を介してトランジスタＴ１のソースに接続され、直列接続の最後のＬＥＤ１１のカソードは、電流検出抵抗Ｒ１を介して直流電源の負極−Ｖに接続されている。また、コイルＬ１と直列接続の最初ＬＥＤ１１のアノードとの間の線路と、電流検出抵抗Ｒ１と直流電源の負極−Ｖとの間の線路と、の間には平滑コンデンサＣ１が接続されている。この平滑コンデンサＣ１は、セラミックコンデンサである。また、転流ダイオードＤ１は、アノードがトランジスタＴ１のソースとコイルＬ１との間の線路に接続され、カソードが電流検出抵抗Ｒ１と直流電源の負極−Ｖとの間の線路に接続されている。

トランジスタＴ１のドレインは、直流電源の正極＋Ｖに接続され、ゲートは駆動ドライバＤｒｖに接続され、ソースは、コイルＬ１の一端に接続されており、駆動ドライバＤｒｖの制御によってトランジスタＴ１がオンオフ制御される。フリップフロップＦＦのＲ端子は比較用アンプＡ１の出力端子に接続され、Ｓ端子は発振器ＯＳＣに接続され、Ｑ端子は駆動ドライバＤｒｖに接続されている。発振器ＯＳＣの周波数は、１〜３ＭＨｚである。比較用アンプＡ１の＋入力端子は、基準電圧源Ｒｅｆが接続されており、−入力端子は、直列接続の最後のＬＥＤ１１のカソードと電流検出抵抗Ｒ１との間の線路に接続されている。基準電圧源Ｒｅｆは、直流電源の正極＋Ｖに接続されており、比較用アンプＡ１の−入力端子に基準電圧を出力する。

このように、チョッパ型スイッチング電源回路の周波数を１〜３ＭＨｚとしているため、平滑コンデンサＣ１やコイルとして小型のものを使用することができ、特に平滑コンデンサＣ１には小型のセラミックコンデンサを使用することができる。その結果、駆動回路１２をＬＥＤパッケージに内蔵できる程度に小型化することができる。

次に、駆動回路１２の動作について説明する。

発振器ＯＳＣは、１〜３ＭＨｚで常に発振しており、フリップフロップＦＦは、発振の度にセットされる。これによりフリップフロップＦＦの出力がオンし、駆動ドライバＤｒｖによってトランジスタＴ１がオフからオンとなる。トランジスタＴ１がオンになると、コイルＬ１を介して直接接続された６個のＬＥＤ１１と、平滑コンデンサＣ１とに徐々に電流が流れ、増加していく。また、コイルＬ１には、エネルギーが蓄積されていく。

ＬＥＤ１１を流れる電流は、電流検出抵抗Ｒ１によって電圧に変換され、比較用アンプＡ１の−入力端子に入力される。そして、基準電圧源Ｒｅｆから＋入力端子に入力される基準電圧とを比較し、−入力端子に入力される電圧が基準電圧よりも低い場合には、比較用アンプＡ１はローレベル信号を出力し、フリップフロップＦＦのＲ端子にローレベル信号が入力されるので、フリップフロップＦＦの出力はオンに保持され、トランジスタＴ１はオンの状態に維持される。一方、ＬＥＤ１１に流れる電流が増加していって−入力端子に入力される電圧が基準電圧よりも高くなると、比較用アンプＡ１はハイレベル信号を出力し、フリップフロップＦＦのＲ端子にハイレベル信号が入力される。その結果、フリップフロップＦＦはリセットされて出力はオフとなり、駆動ドライバＤｒｖによってトランジスタＴ１がオフとなる。

トランジスタＴ１がオフとなると、コイルＬ１に逆起電力が生じ、転流ダイオードを経由して直接接続された６個のＬＥＤ１１に電流が流れ、徐々に減少していく。また、平滑コンデンサＣ１に蓄積されていた電荷もＬＥＤ１１に流れ、電流を平均化する。

比較用アンプＡ１の−入力端子に入力される電圧が基準電圧よりも高い間は、発振器ＯＳＣの発振でセットされてもフリップフロップＦＦの出力はオフ状態に保持される。ＬＥＤ１１に流れる電流が減少して比較用アンプＡ１の−入力端子に入力される電圧が基準電圧よりも低くなると、フリップフロップＦＦはセットされて出力がオンとなり、駆動ドライバＤｒｖによってトランジスタＴ１がオンとなる。

上記のトランジスタＴ１のオンオフ動作が繰り返されることにより、直流電源をＬＥＤ１１の駆動電圧に降圧し、ＬＥＤ１１を定電流駆動することができる。

以上のように、実施例１のＬＥＤパッケージは、駆動回路１２を内蔵しているため、直接電源に接続して点灯させることができ、汎用性が高い。また、駆動回路１２は、チョッパ型スイッチング電源回路を含むため、電源効率が高い。また、ＬＥＤ１１と駆動回路１２とを近接させることができるため、回路効率の向上とノイズの低減を図ることができる。また、ＬＥＤ１１と駆動回路１２とはそれぞれ封止樹脂１４、１５によって別々に封止されている。そのため、封止樹脂１５は封止樹脂１４に要求される透光性を満たさずともよく、封止樹脂１４とは樹脂材を異なるものを用いることにより、あるいは樹脂にフィラーを多く混合することにより、放熱性、耐熱性、耐水性などの向上や、線膨張係数の低減などを図ることができる。

図４は、実施例２のＬＥＤパッケージの構成を示した平面図、図５は、ＬＥＤパッケージを側面から見た図である。実施例２のＬＥＤパッケージは、実施例１のＬＥＤパッケージにおけるプリント基板１０およびケース１３に替えて、第１リードフレーム１００と、第１リードフレーム上に形成されたケース２３と、第２リードフレーム１０２とによって構成したものである。図６は、ＬＥＤパッケージ中における第２リードフレーム１０２のパターンを透過して示した図である。その他の構成については実施例１のＬＥＤパッケージと同様である。

ケース２３には、実施例１のＬＥＤパッケージのケース１１に設けられた孔１６、１７と同様の大きさ、位置、形状で、孔２６、２７が設けられている。孔２６、２７は、実施例１のＬＥＤパッケージと同様に、封止樹脂１４、１５によってそれぞれ埋められている。第２リードフレーム１０２は、ケース２３の一部である樹脂層１０１を介して第１リードフレーム１００上に形成されており、第２リードフレーム１０２の一部は孔２６、２７の底面に露出している。６個のＬＥＤ１１は、孔２６の底面に露出したリードフレーム１０２の一部に搭載され、リードフレーム１０２によって６個のＬＥＤ１１が直接接続されている。また、駆動回路１２を構成する素子、電源ＩＣ１８、コイルＬ１、平滑コンデンサＣ１、電流検出抵抗Ｒ１は、孔２７の底面に露出したリードフレーム１０２の一部に搭載され、電源ＩＣ１８はワイヤ２１を介して第２リードフレーム１０２に接続し、コイルＬ１、平滑コンデンサＣ１、電流検出抵抗Ｒ１は、第２リードフレーム１０２に直接接続されている。また、第２リードフレーム１０２の一部であって、直流電源の正極＋Ｖ、負極−Ｖに接続する端子１０２ａが、ケース２３の側面から突出している。以上により、実施例１と同様の駆動回路１２が構成されている。

第１リードフレーム１００、第２リードフレーム１０２、およびケース２３の一体構造は、たとえば以下のようにして作製する。まず、第１リードフレーム１００と第２リードフレーム１０２を用意し、それぞれに位置合わせ用の孔を設ける。また、第１リードフレーム１００の表面に熱硬化性樹脂からなる絶縁物を成形する。次に、ケース２３の成形用の金型として、位置決めピンが設けられた金型を用意し、位置決めピンを、第１リードフレーム１００および第２リードフレーム１０２に設けられた位置合わせ用の孔に差し込み、位置を合わせる。その後、この金型を用いた射出成形やトランスファーモールドによって、ケース２３と第１リードフレーム１００および第２リードフレーム１０２とを一体に成形する。

なお、実施例２では、第１リードフレーム１００と第２リードフレーム１０２とを絶縁する絶縁層１０１は、ケース２３の一部であるとしたが、ケース２３とは異なる樹脂材料で形成されていてもよい。

この実施例２のＬＥＤパッケージでは、第１リードフレーム１００から効率的に放熱することができる。また、第１リードフレーム１００、第２リードフレーム１０２、およびケース２３を一体化した簡易な構成であるため、低コストに作製することができる。さらに、実施例１のＬＥＤパッケージと同様に、以下の効果を得ることができる。すなわち、実施例２のＬＥＤパッケージは、駆動回路１２を内蔵しているため、直接電源に接続して点灯させることができ、汎用性が高い。また、駆動回路１２は、チョッパ型スイッチング電源回路を含むため、電源効率が高い。また、ＬＥＤ１１と駆動回路１２とを近接させることができるため、回路効率の向上とノイズの低減を図ることができる。また、ＬＥＤ１１と駆動回路１２とはそれぞれ封止樹脂１４、１５によって別々に封止されている。そのため、封止樹脂１５は封止樹脂１４に要求される透光性を満たさずともよく、封止樹脂１４とは樹脂材を異なるものを用いることにより、あるいは樹脂にフィラーを多く混合することにより、放熱性、耐熱性、耐水性などの向上や、線膨張係数の低減などを図ることができる。

なお、実施例１、２では、ＬＥＤパッケージを駆動する電源を直流電源としたが、ＬＥＤパッケージに整流回路をさらに内蔵させ、交流電源により点灯させることができるＬＥＤパッケージを実現することも可能である。

また、実施例１、２のＬＥＤパッケージの駆動回路１２における基準電圧源Ｒｅｆの出力する電圧を可変とし、赤外線信号を受信する赤外線受信装置と、赤外線信号に基づき基準電圧源Ｒｅｆの出力電圧を制御する基準電圧制御装置とをさらに内蔵させることで、調光可能なＬＥＤパッケージとすることもできる。また、赤外線送受信装置をさらに内蔵させ、赤外線ＬＡＮ機能を搭載したＬＥＤパッケージとすることもできる。

また、駆動回路の構成は、実施例１、２に示したものに限るものではなく、スイッチング周波数が１〜３ＭＨｚであり、平滑コンデンサをセラミックコンデンサとするチョッパ型スイッチング電源を含み、ＬＥＤを定電流駆動する駆動回路であれば、任意の構成の駆動回路であってよい。

本発明のＬＥＤパッケージは、照明装置などに用いることができる。

１０：プリント基板
１１：ＬＥＤ
１２：駆動回路
１３、２３：ケース
１４、１５：封止樹脂
１６、１７、２６、２７：孔
１８：電源ＩＣ
Ｌ１：コイル
Ｃ１：平滑コンデンサ
Ｒ１：電流検出抵抗
１００：第１リードフレーム
１０２：第２リードフレーム

Claims (5)

1. 単数または複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤを封止する透光性の第１封止樹脂とを有するＬＥＤパッケージにおいて、
   スイッチング周波数が１〜３ＭＨｚであり、平滑コンデンサをセラミックコンデンサとするチョッパ型スイッチング電源を含み、前記ＬＥＤを定電流駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路を構成する素子を、前記ＬＥＤとは別に封止する第２封止樹脂と、
   を有したＬＥＤパッケージ。
2. プリント基板を有し、前記ＬＥＤおよび前記駆動回路を構成する素子は、前記プリント基板上に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 第１リードフレームと、前記第１フレーム上に熱硬化性樹脂を介して位置する第２リードフレームと、を有し、前記ＬＥＤおよび前記駆動回路を構成する素子は、前記第２リードフレーム上に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記第２封止樹脂には、フィラーが６５〜９３ｗ％混合されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 前記ＬＥＤは、青色ＬＥＤであり、前記第１封止樹脂には、黄色蛍光体が混合されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤパッケージ。

Images