JP4014377B2

JP4014377B2 - Ｌｅｄランプ

Info

Publication number: JP4014377B2
Application number: JP2001265423A
Authority: JP
Inventors: 佳苗松村; 祐次 ▲高▼橋; 英昭加藤; 俊輔大塚
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Koha Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Koha Co Ltd
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP2003077318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の発光素子及びこれらと電気的接続をとるリード及びワイヤが合成樹脂等のパッケージ内に収容され、光透過性の透明エポキシ樹脂等の材料によって封止されてなる発光ダイオードランプ（以下、「ＬＥＤランプ」とも略する。）に関するものである。なお、本明細書中ではＬＥＤチップそのものは「発光素子」と呼び、複数個のＬＥＤチップを搭載した発光装置全体を「発光ダイオードランプ」または「ＬＥＤランプ」と呼ぶこととする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形されてなる合成樹脂製のパッケージに金属製の複数のリードを配し、そのうちの１つのリードに複数個の発光素子を載置して、他のリードとワイヤボンディングで電気的接続をとって全体を透明エポキシ樹脂等で封止してなる表面実装型チップＬＥＤ（ＳＭＤ）タイプのＬＥＤランプが、バックライト用光源等に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる複数個の発光素子を有するＬＥＤランプにおいては、各発光素子間で配光特性のばらつきが生じていた。また、単一発光素子のパッケージと比較して放熱性が悪化し、各素子間で放熱性が不均一になり、発光効率も不均一となっていた。さらに、波長の異なる複数個の発光素子を載置した場合の混色性の悪さも問題となっていた。
【０００４】
そこで、本発明は、各発光素子間の配光特性の均一化と放熱性の改善、及び混色性の改良を実現することができるＳＭＤタイプのＬＥＤランプを提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかるＬＥＤランプは、パッケージ内に複数個の発光素子を光透過性材料で封止してなるＬＥＤランプであって、前記複数個の発光素子が前記パッケージの開口部の内部に一列に配置され、前記複数個の発光素子のうち素子高さの高いものほど前記一列の外側に配置されて、前記パッケージの開口部の内部が前記光透過性材料で封止されているものである。
【０００６】
パッケージの開口部の内部を封止する光透過性材料は、液状体から硬化するときに収縮するために、その表面がパッケージの中央部ほど凹んでパッケージの外側ほど高くなる。したがって、複数個の発光素子のうち素子高さの高いものほど一列の外側に配置することによって、各発光素子の発光面から光透過性材料の表面までの距離が均一化されて、配光特性も均一化される。また、前記複数個の発光波長の異なる発光素子、即ち、赤色発光素子と、青色発光素子と、緑色発光素子が一列に狭いピッチで配置されているものであるから、全ての発光波長の発光素子の混色性が向上し、ＬＥＤランプでフルカラーを発色する場合の混色性も良好なものとなる。
【０００７】
このようにして、パッケージ内に複数個の発光素子、即ち、赤色発光素子と、青色発光素子と、緑色発光素子を光透過性材料で封止してなるＬＥＤランプにおいて、配光特性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２の発明にかかるＬＥＤランプは、請求項１の構成において、前記複数個の発光素子、即ち、赤色発光素子と、青色発光素子と、緑色発光素子をマウントする１枚の導電性のリードの前記パッケージ外への突出部が前記パッケージの中央部分とされているものである。
【０００９】
これによって、各発光素子の放熱部までの距離が均等になって放熱が均一になる。したがって、発光効率も均一になって優れたＬＥＤランプとなる。
【００１０】
請求項３の発明にかかるＬＥＤランプは、請求項１または請求項２の構成において、前記複数個の発光素子は、外側に配置された２個の赤色発光素子と、その内側に配置された２個の青色発光素子と、中央に配置された１個の緑色発光素子であるものである。
【００１１】
赤色発光素子と青色発光素子は、緑色発光素子に比較して輝度が低いので、２個ずつ用いることによって３色のバランスがとれて、熱負荷バランスが均等な状態で白色発光を得られる。また、青色発光素子は緑色発光素子に比較して発光効率が良いので、青色がかった白色光を必要とする用途または電力を小さく抑えたい用途にも適している。さらに、赤色発光素子は、緑色発光素子、青色発光素子と比べて素子高さが高いので、一番外側に配置することによって中央部が凹んだ封止材料の表面と各発光素子の発光面との距離が均等になり、配光特性も向上する。
【００１３】
請求項４の発明にかかるＬＥＤランプは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記開口部の周囲の斜面の傾きは前記パッケージの縦方向と横方向とで異なり、横方向の斜面の方が傾きが緩やかであるものである。
【００１４】
これによって、縦方向には光が拡がらず、横方向に光が拡がる開口部の構成となるので、薄い導光板に光を導入することが容易となり、バックライトとしての高輝度化にも寄与することになる。また、複数のＬＥＤランプを用いたときの隣接するＬＥＤランプとの混色性も向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態にかかるＳＭＤタイプのＬＥＤランプの構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図２は本発明の実施の形態にかかるＳＭＤタイプのＬＥＤランプの回路構成を示す回路図である。図３は本発明の実施の形態にかかるＳＭＤタイプのＬＥＤランプの配光特性を示す図である。
【００１６】
図１（ａ）に示されるように、このＳＭＤタイプのＬＥＤランプ１は合成樹脂製のパッケージ２の開口部２ａの上半分に、開口部２ａの左端から右端までに亘る１枚の金属製のリード３をパッケージ２に挟み込んでいる。そして、このリード３の上に、２個の赤色発光素子Ｒ１，Ｒ２、２個の青色発光素子Ｂ１，Ｂ２、１個の緑色発光素子Ｇの合計５個の発光素子を横一列に狭い間隔でマウントしている。一方、開口部２ａの下半分には、略中央部にリード３の突出部があり、リード３と間隔をおいて、５枚のリード４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅがパッケージ２に挟み込まれている。これらのリード３，４ａ，…，４ｅとパッケージ２とは、パッケージ２の射出成形金型内にリード３，４ａ，…，４ｅをセットして、パッケージ２をインサート成形することによって一体に形成されている。
【００１７】
５個の発光素子の電気的接続は、以下のようにして行なわれている。赤色発光素子Ｒ１，Ｒ２のアノード側電極は裏面にあるため、赤色発光素子Ｒ１，Ｒ２を銀ペーストでリード３上に接着してマウントすることによって、アノード側は接続される。赤色発光素子Ｒ１，Ｒ２のカソード側電極は表面にあるため、リード４ａ，４ｅとそれぞれワイヤ５でボンディングされる。これに対して、ＧａＮ系の青色発光素子Ｂ１，Ｂ２、緑色発光素子Ｇの電極は両極とも表面にあるため、アノード側電極は全てリード３の下方への突出部にそれぞれワイヤ５でボンディングされる。また、カソード側電極はリード４ｂ，４ｃ，４ｄにそれぞれワイヤ５でボンディングされる。
【００１８】
このようにして接続された５個の発光素子の電気的接続について、回路図として表したのが図２である。図２に示されるように、このＬＥＤランプ１の電気回路はリード３をアノード側の端子とするアノードコモン回路になっている。これによって、端子の数を減らすことができ、ＬＥＤランプ１を小型化することができる。
【００１９】
そして、図１（ｂ）に示されるように、パッケージ２の開口部２ａ内が透明エポキシ樹脂６で満たされて樹脂封止される。ここで、透明エポキシ樹脂６が硬化するときに収縮するため、図１（ｂ）に示されるように、透明エポキシ樹脂６の表面は中央部が凹んで外縁部が高くなる。５個の発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２のうち赤色発光素子Ｒ１，Ｒ２の素子高さが高いので、一列の両端にマウントすることによって、５個の発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２の発光面と透明エポキシ樹脂６の表面との距離が均一になる。これによって、各発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２の配光特性が一致して優れた配光特性を有するＬＥＤランプとなる。また、隣接する発光素子との混色性も向上して、混色性にも優れたＬＥＤランプとなる。
【００２０】
また、ＬＥＤランプ１においては、各発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２がマウントされたリード３のパッケージ２外への突出部がパッケージ２の中央部分に位置しているため、各発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２の放熱部までの距離が均等になって放熱が均一になる。したがって、発光効率も均一になって優れたＬＥＤランプとなる。
【００２１】
さらに、本実施の形態のＬＥＤランプ１においては、パッケージ２の開口部２ａの周囲のうち、横方向の斜面７ａの傾きが緩やかであり、縦方向の斜面７ｂの傾きが急峻であることから、開口部２ａから発せられる光は縦方向には拡がらず、横方向に拡がる。これによって、バックライトとして使用する場合に透明アクリル板等の薄い導光板への入射効率が向上して、バックライトの高輝度化にも寄与することになる。
【００２２】
また、ＬＥＤ１においては、発光波長の異なる５個の発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２が横一列に狭いピッチで配列されていることから、混色性がさらに向上し、ＬＥＤランプ１でフルカラーを発色する場合の混色性も良好なものとなる。
【００２３】
本実施の形態のＬＥＤ１においては、２個の青色発光素子Ｂ１，Ｂ２と１個の緑色発光素子Ｇとを用いているため、全体として青色がかった白色光が放射される。また、青色発光素子の方が緑色発光素子よりも発光効率が良いため、低電力化にもつながる。これに対して、緑色がかった白色光が要求される場合には、２個の緑色発光素子Ｇ１，Ｇ２と１個の青色発光素子Ｂとを用いれば良い。
【００２４】
次に、本実施の形態のＬＥＤ１の配光特性のデータについて、図３を参照して説明する。図３は、ＬＥＤ１の各発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２の縦方向の配光特性について測定したものである。図３に示されるように、５個の発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２の配光特性はほぼ一致しており、しかもほぼ左右対称であることから、優れた配光特性を有することが分かる。これは、前述したように、素子高さが高い赤色発光素子Ｒ１，Ｒ２を一列の両端にマウントすることによって、５個の発光素子Ｒ１，Ｂ１，Ｇ，Ｂ２，Ｒ２の発光面と透明エポキシ樹脂６の表面との距離が均一になることによる。
【００２５】
本実施の形態においては、白色のＬＥＤランプとするため、光の三原色の赤色、緑色、青色の３色の発光素子を用いた例について説明したが、その他の色の発光素子を用いても良いし、４色以上の発光素子を用いたり、２色や１色の発光素子を複数個用いたものとすることもできる。
【００２６】
また、本実施の形態においては、パッケージ材料として合成樹脂の１種である液晶ポリマーを用いた例について説明したが、その他の合成樹脂を始めとして種々の材料を使用することができる。また、パッケージの成形方法としても、射出成形法に限定されず、種々の成形方法を用いることができる。
【００２７】
さらに、本実施の形態においては、封止材料としての光透過性材料として透明エポキシ樹脂を使用した例について説明したが、その他にも透明シリコン樹脂を始めとして、硬化前の流動性、充填性、硬化後の透明性、強度等の条件を満たすものであれば、どのような光透過性材料を用いても良い。
【００２８】
ＬＥＤランプのその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、本実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかるＬＥＤランプは、パッケージ内に複数個の発光素子を光透過性材料で封止してなるＬＥＤランプであって、前記複数個の発光素子が前記パッケージの開口部の内部に一列に配置され、前記複数個の発光素子のうち素子高さの高いものほど前記一列の外側に配置されて、前記パッケージの開口部の内部が前記光透過性材料で封止されているものである。
【００３０】
パッケージの開口部の内部を封止する光透過性材料は、液状体から硬化するときに収縮するために、その表面がパッケージの中央部ほど凹んでパッケージの外側ほど高くなる。したがって、複数個の発光素子のうち素子高さの高いものほど一列の外側に配置することによって、各発光素子の発光面から光透過性材料の表面までの距離が均一化されて、配光特性も均一化される。また、前記複数個の発光波長の異なる発光素子が一列に狭いピッチで配置されているから、全ての発光波長の発光素子の混色性が向上し、ＬＥＤランプでフルカラーを発色する場合の混色性も良好なものとなる。そして、光の三原色である赤色、緑色、青色の３色の発光素子でＬＥＤランプを構成することによって、ＬＥＤランプから白色光が照射されるため、バックライト用光源として使用することができる。更に、横方向に光が拡がる開口部の構成となるので、薄い導光板に光を導入することが容易となり、バックライトとしての高輝度化にも寄与することになる。
【００３１】
このようにして、パッケージ内に複数個の発光素子を光透過性材料で封止してなるＬＥＤランプにおいて、配光特性を向上させることができる。
【００３２】
請求項２の発明にかかるＬＥＤランプは、請求項１の構成において、前記複数個の発光素子をマウントする１枚の導電性のリードの前記パッケージ外への突出部が前記パッケージの中央部分とされているものである。
【００３３】
これによって、請求項１に記載の効果に加えて、各発光素子の放熱部までの距離が均等になって放熱が均一になる。したがって、発光効率も均一になって優れたＬＥＤランプとなる。
【００３４】
請求項３の発明にかかるＬＥＤランプは、請求項１または請求項２の構成において、前記複数個の発光素子は、外側に配置された２個の赤色発光素子と、その内側に配置された２個の青色発光素子と、中央に配置された１個の緑色発光素子であるものである。
【００３５】
請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、赤色発光素子と青色発光素子は、緑色発光素子に比較して輝度が低いので、２個ずつ用いることによって３色のバランスがとれて、熱負荷バランスが均等な状態で白色発光を得られる。また、青色発光素子は緑色発光素子に比較して発光効率が良いので、青色がかった白色光を必要とする用途または電力を小さく抑えたい用途にも適している。さらに、赤色発光素子は、緑色発光素子、青色発光素子と比べて素子高さが高いので、一番外側に配置することによって中央部が凹んだ封止材料の表面と各発光素子の発光面との距離が均等になり、配光特性も向上する。
【００３９】
請求項４の発明にかかるＬＥＤランプは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の構成において、前記開口部の周囲の斜面の傾きは前記パッケージの縦方向と横方向とで異なり、横方向の斜面の方が傾きが緩やかであるものである。
【００４０】
これによって、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の効果に加えて、縦方向には光が拡がらず、横方向に光が拡がる開口部の構成となるので、薄い導光板に光を導入することが容易となり、バックライトとしての高輝度化にも寄与することになる。また、複数のＬＥＤランプを用いたときの隣接するＬＥＤランプとの混色性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態にかかるＬＥＤランプの構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態にかかるＬＥＤランプの回路構成を示す回路図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態にかかるＬＥＤランプの配光特性を示す図である。
【符号の説明】
１ＳＭＤタイプのＬＥＤランプ
２パッケージ
２ａパッケージの開口部
３１枚の導電性のリード
５ワイヤ
６光透過性材料
７ａ横方向の斜面
Ｂ１，Ｂ２青色発光素子
Ｇ緑色発光素子
Ｒ１，Ｒ２赤色発光素子

Claims

パッケージ内に赤色発光素子と、青色発光素子と、緑色発光素子を光透過性材料で封止してなるＬＥＤランプにおいて、
前記赤色発光素子、前記青色発光素子及び前記緑色発光素子が前記パッケージの開口部の内部に一列に配置され、前記青色発光素子及び前記緑色発光素子より素子高さの高い前記赤色発光素子を前記一列の両外側に配置されて、前記パッケージの開口部の内部が前記光透過性材料で封止され、かつ、前記光透過性材料の表面が前記パッケージの中央部ほど凹んで、前記パッケージの外側ほど高くなっていることを特徴とするＬＥＤランプ。
前記赤色発光素子、前記青色発光素子及び前記緑色発光素子をマウントする１枚の導電性のリードの前記パッケージ外への突出部が前記パッケージの中央部分とされていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記赤色発光素子、前記青色発光素子及び前記緑色発光素子は、外側に配置された２個の前記赤色発光素子と、その内側に配置された２個の前記青色発光素子と、中央に配置された１個の前記緑色発光素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプ。
前記開口部の周囲の斜面の傾きは、前記パッケージの縦方向と横方向とで異なり、横方向の斜面の方が傾きが緩やかであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のＬＥＤランプ。