JP3988703B2

JP3988703B2 - Light emitting diode

Info

Publication number: JP3988703B2
Application number: JP2003308564A
Authority: JP
Inventors: 忠昭池田; 憲昭古閑; 眞治徳富
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2023-09-01
Also published as: JP2004172579A

Description

本発明は、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、半導体発光素子を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードに関する。 The present invention relates to a light emitting diode including a semiconductor light emitting element mounted on a lead frame and a translucent resin package covering the semiconductor light emitting element.

従来、国内の携帯電話はカメラ付きのものが主流となりつつあり、このため、暗い所でも写真撮影可能な小型、薄型かつ高輝度のストロボ光源が求められている。この要求を満たす光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）が最も有力であるが、通常の状態では輝度が不足していることが多く、この輝度不足を解消するために、半導体発光素子を覆う樹脂パッケージで、レンズを形成することが行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, domestic mobile phones with cameras are becoming mainstream, and for this reason, there is a demand for a compact, thin, high-intensity strobe light source that can take a picture even in a dark place. A light-emitting diode (LED) is the most powerful light source that satisfies this requirement. However, the luminance is often insufficient in a normal state, and a resin package that covers the semiconductor light-emitting element is used to eliminate this luminance shortage. Forming a lens.

例えば、特許文献１に記載したものは、リード部材に搭載された半導体発光素子を樹脂パッケージで覆い、この樹脂パッケージの凸面状に形成した表面に鍍金を施して凹面鏡を形成し、この凹面鏡の表面で光を反射して、裏面側に光を取り出して集光する構造である。 For example, in Patent Document 1, a semiconductor light-emitting element mounted on a lead member is covered with a resin package, and a concave mirror is formed by plating a surface of the resin package formed into a convex shape. In this structure, the light is reflected, and the light is extracted and condensed on the back side.

また、特許文献２に記載したものは、リード部材に搭載された半導体発光素子を樹脂パッケージで覆い、この樹脂パッケージの光取り出し面に凹部と、この凹部の内側に形成した凸レンズ部を形成し、半導体発光素子の正面方向に出射された光を凸レンズ部を介して取り出し、集光させる構造である。
特開平１−２７３３６７号公報（第１−４頁、第３図）特開平８−３０６９５９号公報（第２−３頁、第２図） In addition, what is described in Patent Document 2 covers a semiconductor light emitting element mounted on a lead member with a resin package, forms a concave portion on the light extraction surface of the resin package, and a convex lens portion formed inside the concave portion, In this structure, light emitted in the front direction of the semiconductor light emitting element is extracted through a convex lens portion and condensed.
JP-A-1-273367 (page 1-4, FIG. 3) JP-A-8-306959 (page 2-3, FIG. 2)

しかしながら、特許文献１に記載した発光ダイオードは、凹面鏡で反射させた光が半導体発光素子およびこれを支持するリード部材に当たり遮断されるため、照射範囲の中央部が暗くなり、均一な発光ができない。また、鍍金や金属蒸着によって金属反射面を形成すると、樹脂パッケージと金属膜の接合が、表面実装時のリフロー加熱や熱衝撃試験等により剥離するという問題もある。 However, the light-emitting diode described in Patent Document 1 is blocked by the light reflected by the concave mirror hitting the semiconductor light-emitting element and the lead member that supports the semiconductor light-emitting element. In addition, when the metal reflecting surface is formed by plating or metal vapor deposition, there is a problem that the bonding between the resin package and the metal film is peeled off by reflow heating or a thermal shock test at the time of surface mounting.

また、特許文献２に記載した発光ダイオードは、凸レンズを用いているので、照射範囲の中央部が明るくなりすぎ、やはり均一な発光ができない。 In addition, since the light emitting diode described in Patent Document 2 uses a convex lens, the central portion of the irradiation range becomes too bright and uniform light emission cannot be achieved.

そこで本発明は、側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させるとともに、所定範囲を均一に照射できる発光ダイオードを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light emitting diode capable of improving luminance by condensing light emitted to the side without waste, and uniformly irradiating a predetermined range.

本発明の発光ダイオードにおいては、樹脂パッケージの表面部の外周部に、前記半導体発光素子の光軸に直交する環状平面部を形成し、環状平面部の内側に凹部を形成し、凹部内であって、樹脂パッケージの表面部に、半導体発光素子から出射された光を表面側に集光する凸レンズ部を形成し、凸レンズ部の表面であって、凸レンズ部の光軸と交差する部分に、半導体発光素子から出射された光を側方に拡げる平面状の拡散部を形成し、拡散部を、環状平面部と同じ平面上に配置した発光ダイオードとしたものである。 In the light emitting diode of the present invention, an annular flat surface portion orthogonal to the optical axis of the semiconductor light emitting element is formed on the outer peripheral portion of the surface portion of the resin package, a concave portion is formed inside the annular flat surface portion, and the concave portion is formed in the concave portion. Then, a convex lens part for condensing the light emitted from the semiconductor light emitting element on the surface side is formed on the surface part of the resin package, and the semiconductor is formed on the surface of the convex lens part and intersecting the optical axis of the convex lens part. A planar diffusion part that spreads the light emitted from the light emitting element to the side is formed, and the diffusion part is a light emitting diode that is arranged on the same plane as the annular planar part .

この発明によれば、側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させるとともに、所定範囲を均一に照射できる発光ダイオードが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a light emitting diode capable of improving luminance by condensing light emitted to the side without waste, and uniformly irradiating a predetermined range.

以上のように本発明によれば、樹脂パッケージの表面部に、半導体発光素子から出射された光を表面側に集光する凸レンズ部を形成し、凸レンズ部の表面であって、凸レンズ部の光軸と交差する部分に、半導体発光素子から出射された光を側方に拡げる拡散部を形成したので、凸レンズ部によって、半導体発光素子から側方に出射された光を表面側に屈折させて照射範囲の外側に向かっていた光を照射範囲内に取入れて輝度を向上させ、また、拡散部によって、表側に出射された光を側方に拡げて、照射範囲内の中央部の輝度を下げ、所定範囲を均一に照射することができる。 As described above, according to the present invention, the convex lens portion that condenses the light emitted from the semiconductor light emitting element on the surface side is formed on the surface portion of the resin package, and the surface of the convex lens portion is the light of the convex lens portion. Since the diffusion part that spreads the light emitted from the semiconductor light emitting element to the side is formed at the part that intersects the axis, the light emitted from the semiconductor light emitting element to the side is refracted and irradiated to the surface side by the convex lens part. Increasing the brightness by taking the light that was going outside the range into the irradiation range, and spreading the light emitted to the front side to the side by the diffuser, lowering the luminance of the central part in the irradiation range, A predetermined range can be irradiated uniformly.

また、拡散部を、平面状に形成すると、半導体発光素子から出射された光を拡散部で屈折させ、配光範囲を拡げることができ、また、形状を簡単にして、歩留まりを向上させることができる。 In addition, when the diffusing portion is formed in a planar shape, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be refracted by the diffusing portion to widen the light distribution range, and the shape can be simplified to improve the yield. it can.

また、樹脂パッケージの表面部に凹部を形成し、凸レンズ部を、凹部内に形成すると、凸レンズ部では所定範囲内に集光できない光を凹部の外側に逃がし、所定範囲以外の部分を照射しないので、所定範囲を均一に照射することができる。 In addition, if a concave portion is formed in the surface portion of the resin package and the convex lens portion is formed in the concave portion, light that cannot be collected within the predetermined range by the convex lens portion escapes to the outside of the concave portion, and the portion other than the predetermined range is not irradiated. The predetermined range can be irradiated uniformly.

また、凹部の外側に、半導体発光素子から出射された光を表側に全反射させる曲面を備えた拡形部を形成すると、凸レンズ部では所定範囲内に集光できない光を全反射させて、所定範囲の輝度を向上させることができる。 In addition, when an enlarged portion having a curved surface that totally reflects the light emitted from the semiconductor light emitting element to the front side is formed outside the concave portion, the convex lens portion totally reflects light that cannot be collected within a predetermined range, and is predetermined. The brightness of the range can be improved.

本願の第１の発明は、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードにおいて、前記樹脂パッケージの表面部の外周部には、前記半導体発光素子の光軸に直交する環状平面部が形成され、前記環状平面部の内側に凹部が形成され、前記凹部内であって、前記樹脂パッケージの表面部には、半導体発光素子から出射された光を表面側に集光する凸レンズ部が形成され、前記凸レンズ部の表面であって、前記凸レンズ部の光軸と交差する部分には、半導体発光素子から出射された光を側方に拡げる平面状に形成された拡散部が形成され、前記拡散部は、前記環状平面部と同じ平面上に配置されていることを特徴とする発光ダイオードとしたものであり、凸レンズ部によって、半導体発光素子から側方に出射された光を表面側、すなわち半導体発光素子の主光取り出し方向に屈折させ、撮影エリア等の必要な範囲の外側に向かっていた光をその範囲内に取入れ、また、拡散部によって、半導体発光素子から表側に出射された光を側方に拡げて、照射範囲内の光軸が通過する部分の輝度を下げるという作用を有する。
前記拡散部は、平面状に形成されていることにより、半導体発光素子から出射された光を拡散部で屈折させ、配光範囲を拡げるという作用を有する。
前記樹脂パッケージの表面部には、凹部が形成され、前記凸レンズ部は、前記凹部内に形成されていることにより、凸レンズ部では所定範囲内に集光できない光を凹部の外側に逃がし、所定範囲以外の部分を照射しないという作用を有する。 The first invention of the present application is a semiconductor light emitting element mounted on a lead frame, the light emitting diode and a light-transmitting resin package covering the semiconductor light emitting element, the outer peripheral portion of the surface portion of the resin package Is formed with an annular plane portion orthogonal to the optical axis of the semiconductor light emitting element, and a recess is formed inside the annular plane portion , and the semiconductor light emitting element is formed in the recess and on the surface portion of the resin package. A convex lens part that condenses the light emitted from the surface is formed on the surface side, and on the surface of the convex lens part that intersects the optical axis of the convex lens part, the light emitted from the semiconductor light emitting element is on the side Write diffusion portion formed in a planar shape to expand to is formed, the diffusion portion, which has a light emitting diode, characterized in that it is arranged on the same plane as the annular planar portion, the convex lens portion Therefore, the light emitted laterally from the semiconductor light-emitting element is refracted on the surface side, that is, in the main light extraction direction of the semiconductor light-emitting element, and the light that has been directed outside the required range such as the photographing area is taken into that range. In addition, the light emitted from the semiconductor light emitting element to the front side is expanded to the side by the diffusing section, and the luminance of the portion through which the optical axis in the irradiation range passes is lowered.
Since the diffusion part is formed in a planar shape, the light emitted from the semiconductor light emitting element is refracted by the diffusion part and has a function of expanding a light distribution range.
A concave portion is formed in the surface portion of the resin package, and the convex lens portion is formed in the concave portion, so that light that cannot be condensed within a predetermined range by the convex lens portion is released to the outside of the concave portion, and the predetermined range. It has the effect of not irradiating other parts.

なお、本明細書中においては、リードフレームには、金属製のフレームの他、絶縁基板に電極パターンを形成したプリント配線基板も含まれるものとする。また、拡散部とは、一点から出射された光を、光路が重ならないように屈折させて配光範囲を拡げるものであり、フィラー等の混入により光を散乱させるものとは異なる。 In this specification, the lead frame includes not only a metal frame but also a printed wiring board in which an electrode pattern is formed on an insulating substrate. In addition, the diffusing unit is a device that refracts light emitted from one point so that the optical paths do not overlap with each other to widen the light distribution range, and is different from that that scatters light by mixing a filler or the like.

本願の第２の発明は、前記凹部の外側には、半導体発光素子から出射された光を表側に全反射させる曲面を備えた拡形部が形成されていることを特徴とする第１の発明の発光ダイオードとしたものであり、凸レンズ部では所定範囲内に集光できない光を全反射させて、所定範囲の輝度を向上させるという作用を有する。 The second invention of the present application is on the outside of the recess, the first invention, characterized in that拡形section having a curved surface for totally reflecting the light emitted from the semiconductor light emitting element on the front side is formed The light emitting diode has a function of improving the luminance within a predetermined range by totally reflecting light that cannot be collected within a predetermined range by the convex lens portion.

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図を示す。図１に示すように、発光ダイオード１は、リードフレーム２，３上に搭載された半導体発光素子４と、半導体発光素子４を覆う透光性の樹脂パッケージ５とを備えている。 (First embodiment)
1A is a plan view of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a side view of the light emitting diode, FIG. 1C is a front view of the light emitting diode, and FIG. The bottom view of a diode is shown. As shown in FIG. 1, the light emitting diode 1 includes a semiconductor light emitting element 4 mounted on the lead frames 2 and 3, and a translucent resin package 5 that covers the semiconductor light emitting element 4.

リードフレーム２，３は、それぞれＣｕ合金等にＮｉ／Ａｇめっき処理等を行った板状材をＧｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に屈曲させて形成されたものである。詳しく説明すると、リードフレーム２，３は、半導体発光素子４が搭載された基部から樹脂パッケージ５の両側方にそれぞれ突出して裏面側に屈曲され、さらにその先部を外側に屈曲させて両外側にそれぞれ伸びるように形成されている。 The lead frames 2 and 3 are each formed by bending a plate-like material obtained by performing Ni / Ag plating or the like on a Cu alloy or the like into a Gull-Wing shape. More specifically, the lead frames 2 and 3 protrude from the base portion on which the semiconductor light emitting element 4 is mounted to both sides of the resin package 5 and bend to the back surface side, and further bend the tip portion to the outside so as to be on both sides. Each is formed to stretch.

直方体状の半導体発光素子４は、サブマウント素子３５にフリップチップ実装され、サブマウント素子３５は、一方のリードフレーム２上に下面の電極をダイボンディングにより接続され、他方のリードフレーム３に上面の電極をワイヤボンディングにより接続されている。 The rectangular parallelepiped semiconductor light emitting element 4 is flip-chip mounted on a submount element 35. The submount element 35 has a lower electrode connected to one lead frame 2 by die bonding, and an upper surface connected to the other lead frame 3. The electrodes are connected by wire bonding.

樹脂パッケージ５は、例えば透明エポキシ等の樹脂からなり、半導体発光素子４とともに、リードフレーム２，３の一端部を覆って固化している。樹脂パッケージ５の外形は、略逆砲弾状に形成されている。ここで、本明細書中では、半導体発光素子４を接続したリードフレーム２の表側であって、半導体発光素子４の主光取り出し方向を表側または表面側、逆方向を裏側または裏面側として表すものとする。 The resin package 5 is made of, for example, a resin such as transparent epoxy, and is solidified so as to cover one end portions of the lead frames 2 and 3 together with the semiconductor light emitting element 4. The outer shape of the resin package 5 is formed in a substantially reverse shell shape. Here, in this specification, it is the front side of the lead frame 2 to which the semiconductor light emitting element 4 is connected, and the main light extraction direction of the semiconductor light emitting element 4 is represented as the front side or the front side, and the reverse direction is represented as the back side or the back side. And

樹脂パッケージ５の裏面側には、表面を基準として裏側に突出した曲面６が形成されている。この曲面６は、回転放物面からなっており、回転放物面の中心線は、リードフレーム２の表面に垂直に配置され、また、回転放物面の焦点は、半導体発光素子４の光軸上に合わせて形成されている。また、半導体発光素子４の光軸方向の位置は、半導体発光素子４から側方に出射された光の入射角が４０°以上となる位置に配置されている。半導体発光素子４を上記のような位置に配置したのは、パッケージ樹脂の屈折率が１．５５の場合に全反射角が４０°となるためであり、樹脂の材質を変更した場合には、その全反射角に合わせて半導体発光素子の位置を変更することができる。かかる構成によって、曲面６は、半導体発光素子４から出射された光を表側に全反射させることができる。 On the back surface side of the resin package 5, a curved surface 6 that protrudes to the back side with respect to the front surface is formed. The curved surface 6 is composed of a rotating paraboloid, and the center line of the rotating paraboloid is disposed perpendicular to the surface of the lead frame 2, and the focal point of the rotating paraboloid is the light of the semiconductor light emitting device 4. It is formed on the shaft. Further, the position of the semiconductor light emitting element 4 in the optical axis direction is arranged at a position where the incident angle of the light emitted from the semiconductor light emitting element 4 to the side is 40 ° or more. The reason why the semiconductor light emitting element 4 is arranged at the above position is that the total reflection angle is 40 ° when the refractive index of the package resin is 1.55, and when the resin material is changed, The position of the semiconductor light emitting element can be changed according to the total reflection angle. With this configuration, the curved surface 6 can totally reflect light emitted from the semiconductor light emitting element 4 to the front side.

樹脂パッケージ５の曲面６から裏面側に突出し、リードフレーム２，３を覆っている突起部は、半導体発光素子４の裏側に配置されている部分が円柱状に形成され、その両側のリードフレーム２，３が突出している部分が、リードフレーム２，３の一端部を補強するように直方体状に形成されている。 The protrusions projecting from the curved surface 6 of the resin package 5 to the back side and covering the lead frames 2 and 3 are formed in a cylindrical shape at the portions disposed on the back side of the semiconductor light emitting element 4, and the lead frames 2 on both sides thereof are formed. , 3 is formed in a rectangular parallelepiped shape so as to reinforce one end of the lead frames 2, 3.

樹脂パッケージ５の表面部の外周部には、半導体発光素子４に直交する環状平面部９が形成され、環状平面部９の内側に凹部７を形成し、さらに凹部７内に、半導体発光素子４の光軸と同じ光軸を有し、半導体発光素子４から出射された光を表面側の所定範囲内に集光する凸レンズ部８を形成している。 An annular flat portion 9 orthogonal to the semiconductor light emitting element 4 is formed on the outer peripheral portion of the surface portion of the resin package 5, a recess 7 is formed inside the annular flat portion 9, and the semiconductor light emitting element 4 is further formed in the recess 7. The convex lens portion 8 is formed which has the same optical axis as the optical axis and collects the light emitted from the semiconductor light emitting element 4 within a predetermined range on the surface side.

凸レンズ部８の先端部であって、凸レンズ部８の光軸に直交する部分には、半導体発光素子４から出射された光を側方に拡げる拡散部の一例である円状平面部１１が形成され、この円状平面部１１は、環状平面部９と同じ平面上に配置されている。すなわち、凸レンズ部８は、凹部７から突出しない状態で設けられている。また、円状平面部１１は、正面から見たときに、矩形の半導体発光素子４の全周が含まれる大きさに形成されている。凹部７は、凸レンズ部８の外周縁と、環状平面部９の内周縁を接続する凹状曲面部１０を有している。 A circular flat surface portion 11 which is an example of a diffusing portion that spreads light emitted from the semiconductor light emitting element 4 to the side is formed at a tip portion of the convex lens portion 8 and orthogonal to the optical axis of the convex lens portion 8. The circular plane part 11 is arranged on the same plane as the annular plane part 9. That is, the convex lens portion 8 is provided in a state where it does not protrude from the concave portion 7. Further, the circular flat portion 11 is formed in a size that includes the entire circumference of the rectangular semiconductor light emitting element 4 when viewed from the front. The concave portion 7 has a concave curved surface portion 10 that connects the outer peripheral edge of the convex lens portion 8 and the inner peripheral edge of the annular flat portion 9.

図２（Ａ）、（Ｂ）は、半導体発光素子から出射した光の光路を示す説明図である。凹状曲面部１０の形状は、凸レンズ部８から出射された光を阻害しないように設定されている。すなわち、凸レンズ部８から出射された光は凹状曲面部１０に入射しないように設計されている。 2A and 2B are explanatory views showing the optical path of the light emitted from the semiconductor light emitting element. The shape of the concave curved surface portion 10 is set so as not to obstruct the light emitted from the convex lens portion 8. That is, the light emitted from the convex lens portion 8 is designed not to enter the concave curved surface portion 10.

次に、発光ダイオード１の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the light emitting diode 1 will be described.

リードフレーム２，３に半導体発光素子４を搭載する手順については、従来の発光ダイオードの製造手順と同じであるため、説明を省略する。 The procedure for mounting the semiconductor light-emitting element 4 on the lead frames 2 and 3 is the same as the procedure for manufacturing a conventional light-emitting diode, and thus the description thereof is omitted.

樹脂パッケージ５の製造には、トランスファーモールド用金型を使用する。この場合、リードフレーム２，３の表側および裏側に移動可能な対となる金型と、曲面６を成型するために両側方にスライド移動する金型とを使用する。スライド金型を用いることにより、曲面６が裏面側に突出している形状でも製造を行うことができる。 For the production of the resin package 5, a transfer mold is used. In this case, a pair of molds that can move to the front side and the back side of the lead frames 2 and 3 and a mold that slides to both sides to form the curved surface 6 are used. By using a slide mold, manufacturing can be performed even in a shape in which the curved surface 6 protrudes to the back surface side.

次に、発光ダイオード１の使用状態について、図２を参照して説明する。 Next, the usage state of the light emitting diode 1 will be described with reference to FIG.

発光ダイオード１をカメラのストロボとして用いる場合、例えば、図２（Ｂ）に示すように、発光ダイオード１から距離Ｌ１＝０．５〜０．６ｍの位置で、直径Ｄ１＝０．５ｍ程度の円形の照射範囲Ａ１内を均一に照射することが必要になる。 When the light-emitting diode 1 is used as a strobe of a camera, for example, as shown in FIG. 2B, a circle having a diameter D1 = 0.5 m at a distance L1 = 0.5 to 0.6 m from the light-emitting diode 1. It is necessary to irradiate uniformly within the irradiation range A1.

半導体発光素子４から出射され、円状平面部１１に入射した光は、樹脂パッケージ５の外側に出射されるが、円状平面部１１への入射角より屈折角の方が大きくなるため、円状平面部１１の外側に出射する光は、半径方向外側に拡がって照射範囲Ａ１の全体を照らす。 The light emitted from the semiconductor light emitting element 4 and incident on the circular plane portion 11 is emitted to the outside of the resin package 5, but the refraction angle is larger than the incident angle to the circular plane portion 11. The light emitted to the outside of the flat surface portion 11 spreads radially outward to illuminate the entire irradiation range A1.

半導体発光素子４から出射され、凸レンズ部８に入射した光は、表側に屈折し、照射範囲Ａ１の中央部を除いた周辺の範囲Ａ２に出射される。なお、凹状曲面部１０は、凸レンズ部８から外側に出射された光が凹状曲面部１０に入射しないように形成されている。 The light emitted from the semiconductor light emitting element 4 and incident on the convex lens portion 8 is refracted to the front side and emitted to the peripheral range A2 excluding the central portion of the irradiation range A1. The concave curved surface portion 10 is formed so that light emitted outward from the convex lens portion 8 does not enter the concave curved surface portion 10.

半導体発光素子４から出射され、曲面６に入射した光は、全反射して環状平面部９に入射する。さらに環状平面部９で半径方向外側に屈折して、樹脂パッケージ５の外側に出射される。曲面６の反射光による照射範囲Ａ３は、照射範囲Ａ１の全体とほぼ同じ範囲となっている。 The light emitted from the semiconductor light emitting element 4 and incident on the curved surface 6 is totally reflected and enters the annular flat portion 9. Further, the light is refracted outward in the radial direction by the annular flat portion 9 and emitted to the outside of the resin package 5. The irradiation range A3 by the reflected light of the curved surface 6 is substantially the same as the entire irradiation range A1.

円状平面部１１を形成しているので、照射範囲Ａ１の中央部の輝度のみが高くなることを防止して、全体の輝度を均一にすることができる。 Since the circular flat portion 11 is formed, it is possible to prevent only the luminance at the central portion of the irradiation range A1 from being increased and to make the entire luminance uniform.

なお、拡散部として、円状平面部１１の代わりに球面状凹部を形成することも可能である。球面状凹部を形成すると、屈折角が大きくなり、光をより側方に拡げることができる。 It is also possible to form a spherical concave portion instead of the circular flat portion 11 as the diffusing portion. When the spherical concave portion is formed, the refraction angle is increased, and the light can be spread more laterally.

また、半導体発光素子４の発光層から裏面側に出射される光は、リードフレーム２の表面で反射されて表側に出射される。 Further, the light emitted from the light emitting layer of the semiconductor light emitting element 4 to the back side is reflected by the surface of the lead frame 2 and emitted to the front side.

このように、半導体発光素子４から出射される光のほとんどを光軸方向の表側に取り出すことができる。なお、半導体発光素子４の発光層から裏側の斜め方向に出射される光の一部は樹脂パッケージ５のリードフレーム２，３を保持している部分に入射するが、半導体発光素子から斜め後方に出射される光量はもともと少ないため、全体の光量に対しては影響が少ない。 In this way, most of the light emitted from the semiconductor light emitting element 4 can be extracted to the front side in the optical axis direction. A part of the light emitted from the light emitting layer of the semiconductor light emitting element 4 in the oblique direction on the back side is incident on the portion holding the lead frames 2 and 3 of the resin package 5, but obliquely rearward from the semiconductor light emitting element. Since the amount of emitted light is originally small, there is little influence on the total amount of light.

（第２の実施の形態）
図３（Ａ）は本発明の第２の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図を示す。 (Second Embodiment)
3A is a plan view of the light emitting diode according to the second embodiment of the present invention, FIG. 3B is a side view of the light emitting diode, FIG. 3C is a front view of the light emitting diode, and FIG. The bottom view of a diode is shown.

第２の実施の形態の発光ダイオード１２は、前述した第１の実施の形態の発光ダイオード１に対し、半導体発光素子の数を２台にし、リードフレームの数を４本にしたものである。 The light emitting diode 12 according to the second embodiment has two semiconductor light emitting elements and four lead frames compared to the light emitting diode 1 according to the first embodiment described above.

リードフレーム１３〜１６は、それぞれＧｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に形成され、各々の一端部を近接させて十字状に配置し、２台の半導体発光素子１７，１８は、対向するリードフレーム１３，１５にそれぞれダイボンディングされている。そして、半導体発光素子１７は、リードフレーム１４にワイヤボンディングにより接続され、半導体発光素子１８は、リードフレーム１６にワイヤボンディングにより接続されている。半導体発光素子１７，１８の中心は、図３（Ａ）に示すように、所定距離だけ離して配置されている。 The lead frames 13 to 16 are each formed in a Gull-Wing shape, and are arranged in a cross shape with their one ends close to each other, and the two semiconductor light emitting elements 17 and 18 are respectively connected to the opposing lead frames 13 and 15. Die bonded. The semiconductor light emitting element 17 is connected to the lead frame 14 by wire bonding, and the semiconductor light emitting element 18 is connected to the lead frame 16 by wire bonding. As shown in FIG. 3A, the centers of the semiconductor light emitting elements 17 and 18 are arranged apart from each other by a predetermined distance.

樹脂パッケージ２５は、平面視して楕円状または俵状に形成されている。樹脂パッケージ２５の裏側の曲面２６は、図３（Ａ）に示す半導体発光素子１７，１８の中心線間の範囲ａを除いて、それぞれ半導体発光素子１７，１８の光軸を中心とする回転放物面を２分割した形状に形成され、範囲ａの間は、正断面が矩形になるように形成されている。 The resin package 25 is formed in an elliptical shape or a bowl shape in plan view. The curved surface 26 on the back side of the resin package 25 is free to rotate around the optical axis of the semiconductor light emitting elements 17 and 18 except for the range a between the center lines of the semiconductor light emitting elements 17 and 18 shown in FIG. The object surface is formed in a shape that is divided into two, and the regular section is formed in a rectangular shape within the range a.

凸レンズ部１９，２０は、その光軸を、各半導体発光素子１７，１８の光軸に合わせて形成されており、半導体発光素子１７，１８が近接配置されているので、重合する周面の一部を一体化させている。また、凸レンズ部１９，２０の周囲に形成された凹部２１，２２および凹状曲面部２３，２４も、それぞれ重合しており、各々が２つの円弧を接続した環状に形成されている。 The convex lens portions 19 and 20 are formed with their optical axes aligned with the optical axes of the respective semiconductor light emitting elements 17 and 18, and the semiconductor light emitting elements 17 and 18 are arranged close to each other. The parts are integrated. The concave portions 21 and 22 and the concave curved surface portions 23 and 24 formed around the convex lens portions 19 and 20 are also overlapped, and each is formed in an annular shape connecting two arcs.

凸レンズ部１９，２０に形成された円状平面部３６，３７は、それぞれ離して形成されている。 The circular plane portions 36 and 37 formed on the convex lens portions 19 and 20 are formed apart from each other.

半導体発光素子１７，１８の発光層から側方に出射された光は、曲面２６で反射され、表側に出射される。また、半導体発光素子１７，１８の発光層から凸レンズ部１９，２０に向かって出射された光は、凸レンズ部１９，２０の表面で表側に屈折して集光される。また、半導体発光素子１７，１８の発光層から円状平面部３６，３７に向かって出射された光は、円状平面部３６，３７の半径方向外側に拡がるように屈折して円状平面部３６，３７の外側に出射される。 The light emitted laterally from the light emitting layers of the semiconductor light emitting elements 17 and 18 is reflected by the curved surface 26 and emitted to the front side. Further, light emitted from the light emitting layers of the semiconductor light emitting elements 17 and 18 toward the convex lens portions 19 and 20 is refracted and condensed on the front side on the surfaces of the convex lens portions 19 and 20. Further, the light emitted from the light emitting layers of the semiconductor light emitting elements 17 and 18 toward the circular flat portions 36 and 37 is refracted so as to spread outward in the radial direction of the circular flat portions 36 and 37, and the circular flat portions. The light is emitted outside 36 and 37.

発光ダイオード１２のリードフレーム１３，１４に電流を流すと、半導体発光素子１７が発光し、リードフレーム１５，１６に電流を流すと、半導体発光素子１８が発光する。また、両半導体発光素子１７，１８を同時に発光させることも可能である。半導体発光素子１７，１８は、異なる２色に発光するものを使用することも可能で、この場合には、それぞれの色または２色の混合色を発生させることができる。 When a current is passed through the lead frames 13 and 14 of the light emitting diode 12, the semiconductor light emitting element 17 emits light. When a current is passed through the lead frames 15 and 16, the semiconductor light emitting element 18 emits light. It is also possible to cause both semiconductor light emitting elements 17 and 18 to emit light simultaneously. The semiconductor light emitting elements 17 and 18 can also be used which emit light in two different colors. In this case, each color or a mixed color of two colors can be generated.

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の発光ダイオードは、リードフレーム上に半導体発光素子を３台搭載し、各半導体発光素子は、赤、緑、青色に発光するものを使用している。各半導体発光素子は、赤、緑、青のうちの各色、２色の混合色、または３色の混合色を発生させることができ、３色の輝度を調整して、白色光を発生させることも可能である。この場合にも、それぞれの凸レンズ部に円状平面部を形成して光を拡げ、輝度を均一にするとともに各色をむらなく混合させることができる。 (Third embodiment)
The light emitting diode of the third embodiment has three semiconductor light emitting elements mounted on a lead frame, and each semiconductor light emitting element uses a light emitting element that emits red, green, and blue. Each semiconductor light emitting element can generate each color of red, green, and blue, two mixed colors, or three mixed colors, and adjust the luminance of the three colors to generate white light. Is also possible. Also in this case, a circular plane part can be formed on each convex lens part to spread light, and the brightness can be made uniform and the colors can be mixed evenly.

青色光に黄色の蛍光体を用いた白色光では、赤色成分が少ないため、写真撮影用のフラッシュに用いると、自然光とは異なる白色発光となることがあるが、３色の混合色であれば、自然光に近い白色発光を得ることができる。 White light using a yellow phosphor for blue light has few red components, so when used in a flash for photography, it may emit white light different from natural light, but if it is a mixed color of three colors White light emission close to natural light can be obtained.

なお、白色の半導体発光素子（青色ＬＥＤに蛍光体をコーティングしたもの等）を３台以上搭載することにより、ハイパワーの発光ダイオードを形成することができ、デジタルカメラ用のストロボに対応できる輝度の光を出射することができる。 In addition, by mounting three or more white semiconductor light emitting elements (such as blue LED coated with a phosphor), a high power light emitting diode can be formed, and the luminance of the digital camera can be adjusted. Light can be emitted.

（第４の実施の形態）
図４（Ａ）は第４の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードのＡ−Ａ側断面図である。 (Fourth embodiment)
FIG. 4A is a plan view of the light-emitting diode according to the fourth embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA of the light-emitting diode.

第４の実施の形態の発光ダイオード２７は、第１の実施の形態の発光ダイオード１のリードフレーム２，３の代わりに、プリント配線基板２８をリードフレームとして用いたものである。樹脂パッケージ３８は凸レンズ部３９に円状平面部４０を形成しており、半導体発光素子４から出射された光を凸レンズ部３９で集光し、円状平面部４０で拡散するので、輝度を均一に向上させることができる。 The light-emitting diode 27 of the fourth embodiment uses a printed wiring board 28 as a lead frame instead of the lead frames 2 and 3 of the light-emitting diode 1 of the first embodiment. The resin package 38 has a circular flat surface portion 40 formed on the convex lens portion 39, and the light emitted from the semiconductor light emitting element 4 is condensed by the convex lens portion 39 and diffused by the circular flat surface portion 40, so that the luminance is uniform. Can be improved.

半導体発光素子４は、プリント配線基板２８の電極パターン２９上にダイボンディングにより接続されるとともに、プリント配線基板２８に別途形成された電極パターン３０上にワイヤボンディングにより導通接続されている。プリント配線基板２８を用いることにより、プリント配線基板２８の裏面側に光が漏れることを防止することができる。なお、電極パターン２９，３０は、ＣｕのエッチングパターンにＮｉ／Ａｕめっき処理を行い、ワイヤボンディング性と表面実装時のリフロー半田付け性の両立を図っている。 The semiconductor light emitting element 4 is connected to the electrode pattern 29 of the printed wiring board 28 by die bonding, and is conductively connected to the electrode pattern 30 separately formed on the printed wiring board 28 by wire bonding. By using the printed wiring board 28, it is possible to prevent light from leaking to the back side of the printed wiring board 28. In addition, the electrode patterns 29 and 30 perform the Ni / Au plating process to the etching pattern of Cu, and aim at coexistence of wire bonding property and the reflow soldering property at the time of surface mounting.

図５（Ａ）は他の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードのＢ−Ｂ側断面図を示す。図５に示すように、他の実施の形態の発光ダイオードは、第４の実施の形態の発光ダイオード２７のプリント配線基板２８の表面に非貫通の凹部３１を形成している。この凹部３１の底面と側面３２には、鍍金による反射面が形成されている。凹部３１に搭載された半導体発光素子４は、他の電極パターン３３にワイヤボンディングによって導通接続されている。半導体発光素子４から斜め後方に出射される光は凹部３１の底面と側面３２で全て反射され、樹脂パッケージ３４により光軸方向の表面に出射されるため、さらに高輝度化を図ることができる。樹脂パッケージ４１は凸レンズ部４２に円状平面部４３を形成しており、半導体発光素子４から出射された光を凸レンズ部４２で集光し、円状平面部４３で拡散するので、輝度を均一に向上させることができる。 FIG. 5A is a plan view of a light-emitting diode according to another embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional side view taken along the line BB of the light-emitting diode. As shown in FIG. 5, in the light emitting diode of another embodiment, a non-penetrating recess 31 is formed on the surface of the printed wiring board 28 of the light emitting diode 27 of the fourth embodiment. On the bottom surface and the side surface 32 of the recess 31, a reflecting surface by plating is formed. The semiconductor light emitting element 4 mounted in the recess 31 is conductively connected to another electrode pattern 33 by wire bonding. Since the light emitted obliquely backward from the semiconductor light emitting element 4 is totally reflected by the bottom surface and the side surface 32 of the recess 31 and is emitted to the surface in the optical axis direction by the resin package 34, the luminance can be further increased. The resin package 41 has a circular flat portion 43 formed on the convex lens portion 42, and the light emitted from the semiconductor light emitting element 4 is condensed by the convex lens portion 42 and diffused by the circular flat portion 43, so that the luminance is uniform. Can be improved.

図６（Ａ）は本発明の発光ダイオードの実施例の配光特性を示すグラフ、（Ｂ）は同発光ダイオードの比較例の配光特性を示すグラフである。 FIG. 6A is a graph showing the light distribution characteristics of an embodiment of the light emitting diode of the present invention, and FIG. 6B is a graph showing the light distribution characteristics of a comparative example of the light emitting diode.

比較例は、発光ダイオードの凸レンズ部の上部を球面状に形成したもので、実施例は、実施の形態２の発光ダイオード１と同じものである。実施例および比較例について、同一の電気的条件で発光させた場合のシミュレーションを行った。 In the comparative example, the upper part of the convex lens portion of the light emitting diode is formed in a spherical shape, and the example is the same as the light emitting diode 1 of the second embodiment. About the Example and the comparative example, the simulation at the time of making it light-emit on the same electrical conditions was performed.

図６（Ａ）、（Ｂ）の原点からの距離は光度を表し、Ｙ軸（光軸）に対する角度は、配光角度を表している。また、実線は、発光ダイオードを光軸に対して図３のα軸方向へ回転させたときの光軸方向に対する光度比を示し、点線は、発光ダイオードを光軸に対して図３のβ軸方向へ回転させたときの光軸方向に対する光度比を示している。 6A and 6B, the distance from the origin represents the luminous intensity, and the angle with respect to the Y-axis (optical axis) represents the light distribution angle. Further, the solid line indicates the luminous intensity ratio with respect to the optical axis direction when the light emitting diode is rotated in the α axis direction of FIG. 3 with respect to the optical axis, and the dotted line indicates the β axis of FIG. 3 with respect to the optical axis. The luminous intensity ratio with respect to the optical axis direction when rotated in the direction is shown.

発光ダイオードの光軸方向に６０ｃｍ離れた距離で、一辺が５０ｃｍの正方形領域を照射するときには、６２°以上の配光角度が必要となる。従って、発光ダイオードの軸上光度を比較するとともに、配光角度が６２°の方向での光度を比較した。 When irradiating a square area with a side of 50 cm at a distance of 60 cm in the optical axis direction of the light emitting diode, a light distribution angle of 62 ° or more is required. Therefore, the on-axis luminous intensity of the light emitting diodes was compared, and the luminous intensity in the direction where the light distribution angle was 62 ° was compared.

比較例での軸上光度は１．６であるのに対し、実施例での軸上光度は１．３２であり、輝度が低下している。また、配光角度が６２°の方向では、比較例では０．７１であるのに対し、実施例では０．８２であった。また、比較例での光度比は４４％であるのに対し、実施例での光度比は６２％となったので、配光範囲は拡がっており、所定範囲を均一に照射することができた。 The on-axis luminous intensity in the comparative example is 1.6, whereas the on-axis luminous intensity in the example is 1.32, and the luminance is lowered. Moreover, in the direction where the light distribution angle is 62 °, it is 0.71 in the comparative example, and 0.82 in the example. Further, the luminous intensity ratio in the comparative example was 44%, whereas the luminous intensity ratio in the example was 62%. Therefore, the light distribution range was widened, and the predetermined range could be irradiated uniformly. .

本発明の発光ダイオードは凸レンズ部によって、半導体発光素子から側方に出射された光を表面側に屈折させて照射範囲の外側に向かっていた光を照射範囲内に取入れて輝度を向上させ、また、拡散部によって、表側に出射された光を側方に拡げて、照射範囲内の中央部の輝度を下げ、所定範囲を均一に照射することができ、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、半導体発光素子を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードとして有用である。 The light emitting diode of the present invention improves the brightness by refracting the light emitted from the semiconductor light emitting element laterally from the semiconductor light emitting element to the surface side by using the convex lens portion, and taking the light that is directed outside the irradiation range into the irradiation range. The semiconductor light emitting device mounted on the lead frame can spread the light emitted to the front side by the diffusing part, reduce the brightness of the central part in the irradiation range, and uniformly irradiate the predetermined range And a light-emitting diode including a light-transmitting resin package that covers the semiconductor light-emitting element.

（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図(A) is a plan view of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention, (B) is a side view of the light emitting diode, (C) is a front view of the light emitting diode, and (D) is a front view of the light emitting diode. Bottom view （Ａ）半導体発光素子から出射した光の光路を示す説明図、（Ｂ）半導体発光素子から出射した光の光路を示す説明図(A) An explanatory view showing an optical path of light emitted from a semiconductor light emitting element, (B) An explanatory view showing an optical path of light emitted from the semiconductor light emitting element. （Ａ）は本発明の第２の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図(A) is a plan view of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention, (B) is a side view of the light emitting diode, (C) is a front view of the light emitting diode, and (D) is a diagram of the light emitting diode. Bottom view （Ａ）は第４の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側断面図(A) is a top view of the light emitting diode of 4th Embodiment, (B) is a sectional side view of the light emitting diode. （Ａ）は他の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側断面図(A) is a top view of the light emitting diode of other embodiment, (B) is a sectional side view of the light emitting diode. （Ａ）は本発明の発光ダイオードの実施例の配光特性を示すグラフ、（Ｂ）は同発光ダイオードの比較例の配光特性を示すグラフ(A) is a graph showing the light distribution characteristics of an embodiment of the light emitting diode of the present invention, (B) is a graph showing the light distribution characteristics of a comparative example of the light emitting diode.

Explanation of symbols

１発光ダイオード
２，３リードフレーム
４半導体発光素子
５樹脂パッケージ
６曲面
７凹部
８凸レンズ部
９環状平面部
１０凹状曲面部
１１円状平面部（拡散部）
１２発光ダイオード
１３〜１６リードフレーム
１７，１８半導体発光素子
１９，２０凸レンズ部
２１，２２凹部
２３，２４凹状曲面部
２５樹脂パッケージ
２６曲面
２７発光ダイオード
２８プリント配線基板
２９，３０電極パターン
３１凹部
３２側面
３３電極パターン
３４樹脂パッケージ
３５サブマウント素子
３６，３７円状平面部
３８樹脂パッケージ
３９凸レンズ部
４０円状平面部
４１樹脂パッケージ
４２凸レンズ部
４３円状平面部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting diode 2, 3 Lead frame 4 Semiconductor light emitting element 5 Resin package 6 Curved surface 7 Concave part 8 Convex lens part 9 Annular plane part 10 Concave curved part 11 Circular plane part (diffusion part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Light emitting diode 13-16 Lead frame 17,18 Semiconductor light emitting element 19,20 Convex lens part 21,22 Concave part 23,24 Concave curved part 25 Resin package 26 Curved surface 27 Light emitting diode 28 Printed wiring board 29,30 Electrode pattern 31 Concave part 32 Side surface 33 Electrode Pattern 34 Resin Package 35 Submount Element 36, 37 Circular Plane Part 38 Resin Package 39 Convex Lens Part 40 Circular Plane Part 41 Resin Package 42 Convex Lens Part 43 Circular Plane Part

Claims

In a light emitting diode comprising a semiconductor light emitting element mounted on a lead frame, and a translucent resin package covering the semiconductor light emitting element,
On the outer peripheral part of the surface part of the resin package, an annular flat part perpendicular to the optical axis of the semiconductor light emitting element is formed,
A recess is formed inside the annular plane portion,
A convex lens part for condensing light emitted from the semiconductor light emitting element on the surface side is formed in the concave part and on the surface part of the resin package,
On the surface of the convex lens portion, a portion that intersects the optical axis of the convex lens portion is formed with a diffusion portion formed in a planar shape that spreads the light emitted from the semiconductor light emitting element sideways ,
The light-emitting diode , wherein the diffusion part is disposed on the same plane as the annular flat part .

2. The light emitting diode according to claim 1, wherein an enlarged portion having a curved surface that totally reflects light emitted from the semiconductor light emitting element to the front side is formed outside the concave portion .