JP4226338B2

JP4226338B2 - Light emitting diode and LED light

Info

Publication number: JP4226338B2
Application number: JP2003002036A
Authority: JP
Inventors: 好伸末広; 明弘三沢; 利典高橋; 英男田村; 喜夫有泉; 隆文中村
Original assignee: Toshiba Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2023-01-08
Also published as: JP2004214531A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（Light-Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」という。）およびそれを用いたＬＥＤライトに関し、特に、自動車のテールライトやブレーキライト等の灯具、または工事用の警報ランプや標識等の表示装置として用いられる発光ダイオードおよびＬＥＤライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＥＤの高輝度化が進み、自動車のバックライト等の灯具にＬＥＤを光源とするＬＥＤライトが用いられることが多くなってきた。ＬＥＤは、スペクトルがシャープで視認性に優れ、点灯時の応答速度が速いことから後続車への信号伝達速度が向上するというメリットを有しており、灯具として用いることで、特に、高速走行時の安全性を高めるものとして期待されている。さらに、ＬＥＤはそれ自体単色光源であるので、白熱電球のように必要色以外の光をフィルターカットする必要もなく、単色光源として高効率であり、省エネルギー化にもつながる。
【０００３】
図１１は、従来のＬＥＤライト２００を示す。このＬＥＤライト２００は、レンズ型ＬＥＤ２０１として発光素子２０２と、１対のリードフレーム２０３ａ，２０３ｂと、発光素子２０２とリードフレーム２０３ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ２０４と、透明エポキシ樹脂２０５とを有する。発光素子２０２はリードフレーム２０３ａにマウントされており、この発光素子２０２とリードフレーム２０３ｂとをワイヤボンディングし、全体を透明エポキシ樹脂２０５で凸レンズ形に封止している。
【０００４】
また、ＬＥＤライト２００の構成部品として、レンズ型ＬＥＤ２０１から放射される光を紙面上方に反射する回転放物面形の反射鏡２０６と、レンズ型ＬＥＤ２０１の上方に位置するフレネルレンズ２０７と、光入射側に凹凸の界面２０９ａを有した樹脂レンズ２０９が設けられている。
【０００５】
上記したＬＥＤライト２００は、レンズ型ＬＥＤ２０１を発光させることによって上方および斜め上方に光が放射される。レンズ型ＬＥＤ２０１の上方に放射される光は、フレネルレンズ２０７で集光されて平行光として放射される。また、レンズ型ＬＥＤ２０１の斜め上方に放射された光は、反射鏡２０６で反射されて上方に放射される。このようにしてレンズ型ＬＥＤ２０１から放射される光をすべて樹脂レンズ２０９側へ略平行に出射させる。樹脂レンズ２０９は、凹凸の界面２０９ａで入射光を拡散して樹脂レンズ２０９から放射する。これにより、樹脂レンズ２０９からは車載用バックライトの規格である略２０度の拡がりを有した光が外部放射される。
【０００６】
しかし、従来のＬＥＤライト２００では、レンズ型ＬＥＤ２０１から放射された光を光放射側に配置されたフレネルレンズ２０７で平行光に変換し、この平行光を樹脂レンズ２０９で拡散しているので、光学系の厚さが大になってＬＥＤランプを大型化させるという不都合がある。仮に、反射鏡２０６を省略すると、部品点数の減少と薄型化が図れるが、発光素子２０２から斜め上方および側面方向に放射された光が利用できなくなって放射効率が低下する。また、放射される光がフレネルレンズ２０７および樹脂レンズ２０９を透過して外部へ放射されるため、見栄えの自由度が低い。
【０００７】
そこで、薄型で見栄えが良く、放射効率を高くすることが可能なＬＥＤライトとして、例えば、特許文献１に示すものがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９３３１２号（図２）
【０００９】
このＬＥＤライトは、ＬＥＤ等の光源と、光源と対向する中心軸上の位置に配置されて光源から放射された光を、光源の中心軸と略直交する方向の光として反射する第１の反射鏡と、第１の反射鏡を中心にしてその周囲に配置され、第１の反射鏡で反射された光を、前記の中心軸方向の光にして反射する第２の反射鏡とを備えている。このような構成において、光源から放射された光が第１の反射鏡によって中心軸と略直交する方向へ反射され、この反射光が第２の反射鏡によって中心軸方向に反射されることにより、所定の放射角度を有した車両用信号光を所定の面積にわたって放射することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１のＬＥＤライトによると、光源の出射光の殆どが上方に放射される光であるため、第１の反射鏡に対する光源の中心軸の位置精度が低下すると、第１の反射鏡によって全反射方向に反射される反射光の光量が不均一となってＬＥＤライト表面に明暗（明るさの差）が生じるという問題がある。特に、光源と第１の反射鏡とが近接するにつれて位置ずれによる明るさの差が顕著になる。また、光源と第１の反射鏡とが別部品であり、それぞれを位置決めしなければならないとともに位置ずれを生じないように保持する必要があり、製造に手間がかかる。さらに、物理的な力が加わると部品の位置ずれが生じる恐れがある。
【００１１】
また、光源と第１の反射鏡とを高精度で位置決めしたとしても、光源の構造に起因する配光特性のばらつきを回避することは困難である。集光度の高いＬＥＤは発光素子の位置ずれによる配光特性への影響が大きく、このような配光特性のばらつきを伴った光源を用いた場合、ＬＥＤライトの表面に明暗が生じるという課題が内在するためである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、薄型化を実現するとともに生産性に優れ、配光特性のばらつきを抑えて全方向で明るさが均一な発光ダイオードおよびＬＥＤライトを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、発光素子と、前記発光素子を封止する透光性材料と、を備え、前記発光素子は、直方体状に形成され、発光する光に対して光透過性を示し斜めにカットされた斜辺部を有し、中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ（ただし、ｋ≦０．６）であり、前記透光性材料は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交し前記中心軸を中心とする周方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を放射する側面放射面と、を有し、前記反射面の半径Ｒと前記側面放射面の高さＨの関係がＨ＜Ｒとなっている発光ダイオードを製造するにあたり、第１リードフレームの先端に前記発光素子を接合し、前記発光素子のボンディングパッドと第２リードフレームとをボンディングワイヤで電気的に接続し、前記第１リードフレーム及び前記第２リードフレームを、当該各リードフレームの先端が支持拘束されない状態で支持部材に固定し、モールド成型用の型の上に移動させ、前記型内に透光性材料を注入し、前記透光性材料を注入された前記型内に前記第１リードフレーム及び前記第２リードフレームを浸漬し、前記透光性材料を所定の硬化条件で硬化させ、前記型から前記透光性材料を硬化させた発光ダイオードを取り出す発光ダイオードの製造方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
以下の説明では、発光素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸上の発光素子の上面位置を原点とし、原点でＺ軸にそれぞれ直交するＸ軸とＹ軸を設けた座標系を定義する。但し、Ｚ軸は中心軸Ｚとも称す。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤライト１の全体構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。このＬＥＤライト１は、円盤形状の本体の中心に所定の配光特性を有する発光素子６Ａを用いたＬＥＤ２と、ＬＥＤ２の周囲に同心円状で階段構造の反射面３ａを備えた反射鏡３とを有する。
【００１９】
反射鏡３は、透明アクリル樹脂によって成形されており、成形後に上面にアルミ蒸着を施して鏡面化することによって反射面３ａを形成している。各反射面３ａは、（ｃ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面に対して約４５度に傾斜しており、Ｘ（Ｙ）方向から入射する光を反射してＺ方向に放射させる。
【００２０】
図２は、ＬＥＤ２を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。このＬＥＤ２は、リードフレーム５ａ，５ｂと、発光素子６Ａと、リードフレーム５ｂと発光素子６Ａとを電気的に接続するボンディングワイヤ７と、リードフレーム５ａ，５ｂおよび発光素子６Ａとを一体的に封止するとともに光学面が形成される透明エポキシ樹脂８と、平坦面９ａおよび反射面９ｂとを有する反射鏡９と、発光素子６Ａを中心とする球面の一部を成して光をＸ−Ｙ方向に放射する放射面１０より構成されている。
【００２１】
リードフレーム５ａ，５ｂは、銅合金で形成されてＸ−Ｙ平面上に絶縁のための間隙を介して設けられており、面積の広いリードフレーム５ａの原点位置に発光素子６Ａを実装している。
【００２２】
発光素子６Ａは、直方体形状の底部側を斜めにカットした逆ピラミッド型を有し、リードフレーム５ａにフェイスアップ接合されており、上面が発光面となっている。また、使用個数を極力少なくしてＬＥＤ２の発光強度を所定値に維持する目的から、大電流タイプ（高出力タイプ）のものが用いられている。なお、発光素子６Ａをフリップチップ接合によってリードフレーム５ａに実装してもよい。
【００２３】
透明エポキシ樹脂８は、屈折率１．５５のエポキシ樹脂を使用し、その上面の中心部分（発光素子６Ａの直上部分）に平坦面９ａを有する。また、この平坦面９ａに続いて反射面９ｂを設けることによって反射鏡９を形成している。この反射鏡９に発光素子６Ａを近接配置して一体的にモールド成形することによって近接光学系を形成している。
【００２４】
反射鏡９は、発光素子６Ａから放射される光を直上方向へ放射する平坦面９ａと、図の座標原点である発光素子６Ａの発光面の中央部を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部を中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成す反射面９ｂとを有する。なお、用途に応じて、反射鏡９に平坦面９ａを設けない構成とすることも可能である。
【００２５】
また、反射鏡９は、発光素子６Ａから放射された光を反射する第１の反射鏡であり、（ｃ）に示すように反射面９ｂの半径Ｒは、発光素子６Ａに対して大なる立体角を形成して放射される光の大半を有効に側面に放射できるよう、ここではＨ＝２．０ｍｍ、Ｒ＝３．５ｍｍで形成されて放射面１０の高さＨと半径Ｒとの関係がＨ＜Ｒとなっている。また、近接光学系を形成して比較的大なる立体角が形成されるように発光素子６Ａと平坦面９ａとの間隔（透明エポキシ樹脂８の厚さ）ｈは０．５ｍｍに設定されている。
【００２６】
図３は、発光素子６Ａの構成を示し、最下層から最上層にかけて、ｎ型ＧａＰ基板１０１と、このｎ型ＧａＰ基板１０１上にｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２と、発光層を有する層１０３と、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４と、ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５とがエピタキシャル層として順次形成されており、ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５の上に、このウインドウ層１０５とオーミック接触するためのＡｕＺｎコンタクト１０６を介してＡｌボンディングパッド（正電極）１０７が形成されている。さらに、ｎ型ＧａＰ基板１０１の下にはＡｕ合金電極（負電極）１０８が形成されている。なお、ｎ型ＧａＰ基板１０１は、発光層で発光する光の波長に対し透明であり、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２およびｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４は、透光性があるものである。ｎ型ＧａＰ基板１０１は上記したエピタキシャル層の形成後にカットして成型された斜辺部６ｃを有する。
【００２７】
図４は、発光素子６Ａの配光特性を説明する概念図である。発光素子６Ａの上面６ａおよび側面６ｂ（４側面）から放射される放射強度は、上面６ａから放射される放射強度と４つの側面６ｂから放射される放射強度との総和となり、配光特性Ｉ（θ）は以下の式（１）で表される。
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ …（１）
【００２８】
ここで、ｋ・ｃｏｓθは上面６ａから放射される放射強度を示し、（１−ｋ）・ｓｉｎθは側面６ｂから放射される放射強度を示す。θは、発光素子６ＡにおけるＺ軸に対する角度であり、ｋの値が変化すると、上面６ａから放射される光と側面６ｂから放射される光の配分が変化する。
【００２９】
図５は、上記した式（１）に基づく配光特性の異なる発光素子に対して、θを変化させたときの放射強度（Ｚ軸方向）の変化を示し、（ａ）は、発光素子に対する角度の定義を示す。（ｂ）は、ｋ＝０．６で上面６ａから６０％の光が放射される状態（上６０％）であり、直方体形状を成す発光素子である。（ｃ）は、ｋ＝０．４で上面６ａから４０％、側面６ｂから合計６０％の光が放射される状態（上６０％）であり、直方体形状を成す発光素子である。また、（ｄ）は、逆ピラミッド型を成す本発明の一参考例としての発光素子６Ａである。配光特性は、素子サイズを変化させることによって調整することができる。例えば、ｋ＝０．４の発光素子６Ａの場合、ｋ＝０．６の発光素子６Ａより小サイズに形成することによって素子内の光吸収損失が小になり、そのことによって側面６ｂからの放射量を更に増大させることができる。
【００３０】
図５（ｂ）に示す配光特性の発光素子６では、光は上面６ａおよび側面６ｂから放射され、θが大になるにつれて放射強度が低下している。また、（ｃ）の配光特性の発光素子６では、側面方向への放射性が改善されていることによって、θの変化による放射強度の低下が（ｂ）に比べて小になっている。また、（ｄ）に示す発光素子６Ａでは、ｎ型ＧａＰ基板１０１に斜辺部６ｃを設けたことにより側面方向への光放射性が向上し、θの変化による放射強度の低下が生じにくくなっている。
【００３１】
ＬＥＤ２の配光特性は、上記した発光素子６Ａの配光特性と、発光素子６Ａ、平坦面９ａ、反射面９ｂおよび放射面１０からなる光学面の位置精度と、発光素子６Ａのリードフレーム５ａへの実装位置精度と、リードフレーム５ａと上記した光学面とを一体的にモールド成形する際の型に対するセッティング位置精度とに依存する。図２（ｂ）に示したθ方向の配光に偏りが生じないようにするには、Ｚ軸を中心とする放射面１０の周方向（３６０°）に放射される光の均一性が求められるが、発光素子６Ａと光学面との位置ずれがあると、ずれ量に応じてθ方向の配光むらが生じる。特に、本発明に示すＬＥＤ２の近接光学系においては、僅かな位置ずれの発生によって配光むらが発生しやすいという構成上の特性を有する。
【００３２】
図６は、ＬＥＤ２において発光素子６Ａの中心軸が光学面に対してＸ軸方向ずれを生じたときの配光特性の変化による、ＬＥＤ２から直接上方へ放射される光及び反射面３ａへ至る光の光量の変化を示し、ＧａＰ基板を有する発光素子６Ａを用いた場合、生産時にＸ軸方向にずれ量が生じると有効放射効率比が低下する。同図においては、特に、０．３ｍｍ以上で明確に低下している。
【００３３】
図７（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤ２から放射される光量の観測条件を示し、ＬＥＤ２の周囲全方向を３２分割したΦｉｊで示した図である。（ａ）に示すように、ＬＥＤ２のＺ軸を中心とする周囲３６０°を８つに分割（ｊ＝１〜８）し、（ｂ）に示すように、Ｚ軸に対し０°〜２０°までの角度範囲（ｉ＝１）、２０°〜６０°までの角度範囲（ｉ＝２）、６０°〜１００°までの角度範囲（ｉ＝３）、１００°〜１８０°までの角度範囲（ｉ＝４）を示し、以下、ＬＥＤ２からこれら領域へ放射される光量について説明する。ここでは、Ｚ軸に対し０°〜２０°までの角度範囲領域はＬＥＤ２から直接Ｚ軸近傍へ外部放射される光、Ｚ軸に対し６０°〜１００°までの角度範囲領域は、ＬＥＤ２から反射鏡３へ放射された後、反射鏡３でＺ軸近傍方向へ反射され外部放射される光が想定されている。
【００３４】
図８（ａ）は、図７に示す観測条件で上６０％の配光特性を有する直方体形状の発光素子を用いたときのＬＥＤ２のＺ軸を中心とする周囲３６０°を８つに分割した領域における全光量の偏り（全光量偏り）を示し、全光量偏りは、Ｘ方向に０．０から０．５ｍｍまでの６段階のずれ量が生じた条件を設定して求めたものであり、各領域についての全光量偏りを線で結んで示す。ずれ量が大になるにつれて各領域についての全光量偏りが大になっている。同図（ｂ）は、上４０％の配光特性を有する直方体形状の発光素子を用いたときのＬＥＤ２の各領域についての全光量の偏りを示し、側面６ｂからの光の放射が増大することによって、全光量の偏りが改善されている。同図（ｃ）は一参考例であり、逆ピラミッド型の発光素子６Ａを用いたときのＬＥＤ２の各領域についての全光量偏りを示し、斜辺部６ｃから光が放射されることによって、ずれ量が増大しても全光量偏りの発生が一定のレベルに抑えられている。
【００３５】
このように、発光素子６Ａを逆ピラミッド型に形成することによって、特に、発光素子側面から放射される光が直方体形状の発光素子に比べて増大し、そのことによって発光素子６Ａと光学面との位置ずれによる有効放射範囲の各領域についての全光量偏りが小になる。従って、ｋ＝０．６以下の配光特性を有する逆ピラミッド型の発光素子６Ａを用いれば、リードフレーム５ａに実装された発光素子６Ａの位置が、Ｚ軸からＸ軸（又はＹ軸）方向に０．１ｍｍ以内の寸法ずれを生じたとしても、発光素子６Ａの配光特性によって補うことが可能になるので、有効放射範囲の各領域についての全光量偏りはほぼ無くなり、視覚上影響の無いものとなる。
【００３６】
上記したＬＥＤ２は、例えば、トランスファーモールド法によって製造することができる。以下にトランスファーモールド法による製造方法を説明する。ここでは、ｋ＝０．６の配光特性を有する逆ピラミッド型の発光素子６Ａを用いる。まず、プレス加工によって形成されたリードフレーム５ａに発光素子６Ａをフェイスアップ接合する。次に、発光素子６ＡのＡｌボンディングパッド１０７とリードフレーム５ｂとをボンディングワイヤ７で電気的に接続する。次に、発光素子６Ａを実装されたリードフレーム５ａ、５ｂを上下に分割可能な金型に載置し、上下から挟んで位置決めをする。次に、透明エポキシ樹脂８を金型内に注入する。次に、透明エポキシ樹脂８を１６０℃、５分の硬化条件で硬化させる。次に、金型を上下分離して透明エポキシ樹脂８を硬化させたＬＥＤ２を取り出す。なお、金型と透明エポキシ樹脂８との離型性を良好にするために、透明エポキシ樹脂８は剥離成分を含有させたもの等が用いられる。
【００３７】
次に、ＬＥＤライト１の動作について説明する。
操作者によってＬＥＤライト１の電源スイッチ（図示せず）が投入されると、図示しない電源部はリードフレーム５ａ，５ｂに電圧を印加する。発光素子６Ａは電圧の印加に基づいて発光する。発光素子６Ａから放射されてＺ軸に沿って直上に放射される光は平坦面９ａから透明エポキシ樹脂８外へ放射され、外部放射される。また、発光素子６Ａから放射される光のうち５０〜６０％が、発光素子６Ａに対する約２．７ｓｔｒａｄの立体角を有した反射面９ｂへ至り、発光素子６Ａから放射されてＺ軸に対して略水平方向に放射された光は、直接放射面１０に至り、そのままＸ−Ｙ平面に略平行な方向に放射面１０から外部放射される。
【００３８】
ＬＥＤ２からＸ−Ｙ平面に略平行に放射された光は、反射鏡３の反射面３ａで略Ｚ軸方向へ反射され、外部へ放射される。
【００３９】
上記した第１の実施の形態のＬＥＤライト１によれば、近接光学系を構成するＬＥＤ２の発光素子６Ａとして、逆ピラミッド型に形成されたものを使用し、その配光特性Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθにおけるｋを０．６以下に設定し、かつ、発光素子６Ａと光学面とをトランスファーモールド法で一体的に形成するようにしたので、ＬＥＤ２から放射されて反射鏡３に到達するＸ軸方向の光は、有効放射範囲の各領域についての全光量偏りが殆どなく、反射鏡３によってＺ軸方向へほぼ均等に放射することができる。これにより、反射鏡面が大で表面の明るさの差がなく、見栄えの良好な薄型の灯具とすることができる。これにより、自動車のテールライトやブレーキライトに適用すれば、自動車の真後ろだけでなく、横方向からの光の視認性も向上させることができる。
【００４０】
なお、上記したＬＥＤライト１では、一例としてｋ＝０．６の配光特性を有する逆ピラミッド型の発光素子６Ａを用いたＬＥＤ２を用いた構成を説明したが、ｋ＝０．６以下の配光特性を有する発光素子６Ａを用いれば発光素子６Ａと光学面との位置ずれによる有効放射範囲の各領域についての全光量偏りを実用上問題を生じないレベルまで小にできる。
【００４１】
また、トランスファーモールド法によるＬＥＤ２の製造では、金型でリードフレーム５ａ、５ｂを挟持した状態で金型内部に透明エポキシ樹脂８を注入するので、発光素子６Ａと光学面との位置決め精度を±０．１ｍｍの高精度で実現することが可能になり、ｋ＝０．６の発光素子６Ａを用いて構成される近接光学系であってもＬＥＤ２の個体差による配光特性のばらつきを防いで安定した品質のＬＥＤライト１を提供することができる。
【００４２】
また、発光素子６Ａを封止する透光性材料として、透明エポキシ樹脂８を用いた構成を説明したが、透光性およびその他の光学的特性が同等の他の透光性材料であってもよい。また、反射鏡３を構成する樹脂材料として、透明アクリル樹脂を用いているが、その他の透明樹脂を始めとして、他の材料を用いることもできる。さらに、ＬＥＤライト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、実施の形態に限定されるものではない。
【００４３】
また、反射面９ｂは、鏡面処理を施さずに樹脂の全反射を応用したものとして説明したが、金属蒸着などによる鏡面処理を施されたものであっても良い。
【００４４】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ２ａを示し、（ａ）はＺ方向から見たＬＥＤ２ａの平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子６Ａの部分における縦断面図である。このＬＥＤ２ａは、透光性を有するｎ型ＧａＰ基板を用いたＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰからなり、上６０％（ｋ＝０．６）の配光特性を有する逆ピラミッド型の発光素子６Ａと、銅合金で構成されて樹脂封止部分を折り曲げ加工されたリードフレーム５ｂ，５ｃとを有して構成されており、発光素子６Ａはリードフレーム５ｃの先端に実装されている。その他、第１の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００４５】
ＬＥＤ２ａは、例えば、キャスティングモールド法によって製造することができる。以下にキャスティングモールド法による製造方法を説明する。ここでは、ｋ＝０．６の配光特性を有する発光素子６Ａを用いる。まず、プレス加工によってリードフレーム５ｂ，５ｃを打ち抜き加工する。このとき、リードフレーム５ｂ，５ｃは分断せずに複数個分の後端がリードで連結された状態にする。次に、リードで連結された後端を支持部材に固定する。次に、リードフレーム５ｂ，５ｃに曲げ加工を施して所望の形状にする。次に、リードフレーム５ｃの先端に発光素子６Ａをフェイスアップ接合する。次に、発光素子６ＡのＡｌボンディングパッド１０７とリードフレーム５ｂとをボンディングワイヤ７で電気的に接続する。次に、リードフレーム５ｂ，５ｃをモールド成形用のキャスティング上に移動させる。次に、キャスティング内に透明エポキシ樹脂８を注入する。次に、透明エポキシ樹脂８を注入されたキャスティング内にリードフレーム５ｂ，５ｃを浸漬する。次に、キャスティングおよびリードフレーム５ｂ，５ｃを配置した空間を真空にして透明エポキシ樹脂８の気泡抜きを行う。次に、透明エポキシ樹脂８を１２０℃、６０分の硬化条件で硬化させる。次に、キャスティングから透明エポキシ樹脂８を硬化させたＬＥＤ２ａを取り出す。
【００４６】
上記した第２の実施の形態のＬＥＤ２ａによれば、樹脂封止部分を折り曲げ加工されたリードフレーム５ｃに逆ピラミッド型の発光素子６Ａを実装しているので、広範囲に均一な光を放射できるとともに、生産性に優れるキャスティングモールド法による製造が可能になる。また、発光素子６Ａと光学面との位置ずれが生じたとしても、そのずれ量が小であるときは有効放射範囲の各領域についての全光量偏りを実用上問題を生じないレベルに抑えることができる。
【００４７】
また、キャスティングモールド法では、リードフレーム５ｂ，５ｃの先端（自由端）がキャスティングで支持拘束されていないので、発光素子６Ａと光学面との位置決め精度は±０．２ｍｍとトランスファーモールド法による製造より低下する。特に、平板リードフレームの先端の板厚部に発光素子６Ａがマウントされるものは、高い位置決め精度の実現が困難である。しかし、位置決め精度の許容範囲が大になることによって生産性を向上させることができ、量産性に優れる。透明エポキシ樹脂８の長時間硬化を行うことで熱応力むらは小になり、リードフレーム５ｂ，５ｃと透明エポキシ樹脂８の剥離が生じにくくなる。なお、製造工程管理や発光素子６Ａの配光特性を選別することで、配光特性の安定化を図ることは可能である。
【００４８】
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ２ｂを示し、（ａ）はＺ方向から見たＬＥＤ２ｂの平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子６Ａの部分における縦断面図である。このＬＥＤ２ｂは、透光性を有するｎ型ＧａＰ基板を用いたＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰからなり、上４０％（ｋ＝０．４）の配光特性を有する逆ピラミッド型の発光素子６Ａと、銅合金で構成された平板状のリードフレーム５ｂ，５ｄとを有して構成されている。その他、第１および第２の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００４９】
ｋ＝０．４の発光素子６Ａは、ｋ＝０．６の発光素子６Ａより小サイズ（例えば、０．３ｍｍ角）に形成されており、そのことで発光素子内部での吸収損失が小になって側面６ｂからの放射量が更に増大されている。
【００５０】
発光素子６Ａは、プレス加工により打ち抜かれたリードフレーム５ｃの先端に実装されている。
【００５１】
上記した第３の実施の形態のＬＥＤ２ｂによれば、リードフレーム５ｄの先端に逆ピラミッド型の発光素子６Ａを実装しているので、有効放射範囲の各領域についての全光量偏りを抑えながら量産性に優れ、リードフレーム５ｂ，５ｄと透明エポキシ樹脂８との接触面積を小にでき、そのことによって剥離をより生じにくくすることができる。また、リードフレーム５ｂ，５ｄの曲げ加工等の作業工程を不用にできるので、生産性を向上させることができる。
【００５２】
なお、上記した各実施の形態では、発光素子６Ａとして逆ピラミッド型の素子形状を有する構成を説明したが、他の素子形状として上部側（発光観測面側）を斜めにカットした斜辺部を有するピラミッド型の発光素子であってもよい。
【００５３】
また、発光素子６Ａは、光拡散材料を含む光透過性樹脂で覆って封止した後に透明エポキシ樹脂８でモールド成形してもよい。この場合には光拡散材料によって光が拡散され、より広範囲に光を放射することができる。
【００５４】
また、光拡散材料として、発光素子６Ａの発光光によって励起される蛍光体を用いてもよい。この場合には発光光によって励起された蛍光体から励起光が放射されることにより、より広範囲に均一な光を放射することができる。
【００５５】
また、発光ダイオードについては、発光素子を封止するとともに反射面および側面反射面をモールド成型したものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、透光性樹脂で別途形成した反射面および側面反射面を発光素子とともに光透過性材料で封止することによって取り付けることで、発光素子に対する近接光学系を形成することもできる。
【００５６】
また、上記した各実施の形態では、反射鏡９が発光素子６Ａの原点を焦点とし、Ｘ軸を対称軸とする放物線の一部を中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成し、放射面１０が発光素子６Ａを中心とする球面の一部を成す形状を有するものとして説明したが、中心軸Ｚに対して大きな角度を成し、発光素子６Ａから放射される光を略側面方向へ放射することのできる形状であれば、特に限定されない。特に、各実施例に示す透明エポキシ樹脂８の形状およびＨ＜Ｒの関係が成立する条件においては、発光素子６Ａに対して反射鏡９が近接することになり、光学系の位置精度によるＬＥＤの配光特性の安定性について同様に効果を得ることができる。なお、Ｈ＜Ｒの関係を満たさない場合でも、ｈ＜１ｍｍであるときは同様の効果が得られる。また、反射面９ｂは、発光素子６Ａとの最短距離が図２（ｃ）に示した半径Ｒに対して１／２未満となるようにして近接光学系を形成した場合でも配光特性の安定性を高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードは、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有し、電源供給手段に実装されたピラミッド型の発光素子と、
前記発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、
前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面とを有し、前記反射面は前記発光素子との最短距離が前記反射面の半径Ｒに対し１／２未満となり、前記発光素子に対して近接光学系を形成することを特徴とする。
このような構成によれば、発光ダイオードを薄型化しながら発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射できるようになり、かつ、発光素子と反射面との近接に基づいて中心軸に直交する方向への放射性が大になることから、放射範囲の広範囲な配光特性が得られる。
【００５８】
また、発光素子の中心軸と第１の反射鏡の中心軸との位置ずれが生じたとしても、ＬＥＤライトの表面の明るさに差が生じないようにすることができる。
【００５９】
また、発光素子の配光特性にばらつきを有した光源を用いたとしても、広範囲な放射範囲へ光が放射されることにより、ＬＥＤライトの表面の明るさに差が生じないようにすることができる。
【００６０】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、発光素子の出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．６）
であるように設けることにより、側面方向への配光特性が向上し、広範囲に安定した光量を放射することができる。
【００６１】
また、本発明のＬＥＤライトは、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有し、電源供給手段に実装されたピラミッド型の発光素子と、
前記発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、
前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面とを有し、前記反射面は前記発光素子との最短距離が前記反射面の半径Ｒに対し１／２未満となり、前記発光素子に対して近接光学系を形成する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有することを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射されるようになり、かつ、発光素子と反射面との近接に基づいて中心軸に直交する方向への放射性が大になることから、視認性に優れ、斬新な視覚をＬＥＤライトに付与するとともに放射範囲の広範囲な配光特性が得られる。
【００６２】
上記ＬＥＤライトにおいて、発光素子は、前記中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．６）
であることを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から側面方向に放射される光が増大し、反射鏡との位置精度によって光照射性のばらつきを生じにくい高輝度のＬＥＤライトが得られる。
【図面の簡単な説明】
［図１］第１の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。
［図２］第１の実施の形態に係るＬＥＤの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は各部のサイズを示す側面図である。
［図３］第１の実施の形態に係る発光素子の構成を示す側面図である。
［図４］第１の実施の形態に係る発光素子の上面および側面から放射される光の放射概念図である。
［図５］第１の実施の形態に係る発光素子の配光特性曲線を示し、（ａ）は発光素子のＺ軸に対する角度の説明図、（ｂ）はｋ＝０．６のときの放射強度の変化を示す特性図、（ｃ）はｋ＝０．４のときの放射強度の変化を示す特性図、（ｄ）は逆ピラミッド型の発光素子のときの放射強度の変化を示す特性図である。
［図６］第１の実施の形態に係るＬＥＤの有効放射効率比とＸ軸方向ずれとの関係図である。
［図７］（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤから放射される光量の観測条件を示す概念図である。
［図８］第１の実施の形態に係るＬＥＤの有効放射範囲の各領域についての全光量偏りを示し、（ａ）は配光特性が上６０％の発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の各領域についての全光量偏りを示す特性図、（ｂ）は上４０％の発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の各領域についての全光量偏りを示す特性図、（ｃ）は逆ピラミッド型の発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の各領域についての全光量偏りを示す特性図である。
［図９］第２の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子部分の縦断面図である。
［図１０］第３の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子部分の縦断面図である。
［図１１］従来のＬＥＤライトの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、ＬＥＤライト３、反射鏡３ａ、反射面
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、リードフレーム
６Ａ、発光素子６ａ、上面６ｂ、側面６ｃ、斜辺部
７、ボンディングワイヤ８、透明エポキシ樹脂
８ｓ、封止樹脂９、反射鏡９ａ、平坦面
９ｂ、反射面１０、放射面１０１、ｎ型ＧａＰ基板
１０２、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０３、発光層を有する層
１０４、ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０５、ｐ型ＧａＰウインドウ層
１０６、ＡｕＺｎコンタクト１０７、Ａｌボンディングパッド
１０８、Ａｕ合金電極２０２、発光素子
２０３ａ，２０３ｂ、リードフレーム２０４、ボンディングワイヤ
２０５、透明エポキシ樹脂２０６、反射鏡２０７、フレネルレンズ
２０９、樹脂レンズ２０９ａ、界面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light-emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) and an LED light using the light-emitting diode, and in particular, a lamp such as a taillight or a brake light of an automobile, or an alarm lamp or sign for construction. The present invention relates to a light emitting diode and an LED light used as a display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as the brightness of LEDs has increased, LED lights using LEDs as light sources have been increasingly used for lamps such as automobile backlights. The LED has a sharp spectrum, excellent visibility, and has a merit that the signal transmission speed to the succeeding vehicle is improved because the response speed when lighting is fast. It is expected to increase safety. Furthermore, since the LED itself is a monochromatic light source, it is not necessary to filter light other than the necessary color like an incandescent light bulb, and it is highly efficient as a monochromatic light source, leading to energy saving.
[0003]
FIG. 11 shows a conventional LED light 200. The LED light 200 includes, as a lens-type LED 201, a light emitting element 202, a pair of lead frames 203a and 203b, a bonding wire 204 that electrically connects the light emitting element 202 and the lead frame 203b, and a transparent epoxy resin 205. Have. The light emitting element 202 is mounted on a lead frame 203a. The light emitting element 202 and the lead frame 203b are wire-bonded, and the whole is sealed in a convex lens shape with a transparent epoxy resin 205.
[0004]
Further, as components of the LED light 200, a rotating paraboloidal reflecting mirror 206 that reflects light emitted from the lens-type LED 201 upward, a Fresnel lens 207 positioned above the lens-type LED 201, and light incidence A resin lens 209 having an uneven interface 209a on the side is provided.
[0005]
The LED light 200 described above emits light upward and obliquely upward by causing the lens-type LED 201 to emit light. The light emitted above the lens-type LED 201 is collected by the Fresnel lens 207 and emitted as parallel light. Further, the light emitted obliquely above the lens-type LED 201 is reflected by the reflecting mirror 206 and emitted upward. In this way, all the light emitted from the lens-type LED 201 is emitted substantially parallel to the resin lens 209 side. The resin lens 209 diffuses incident light at the uneven interface 209 a and radiates it from the resin lens 209. As a result, the resin lens 209 emits light having a spread of about 20 degrees, which is the standard for in-vehicle backlights.
[0006]
However, in the conventional LED light 200, the light emitted from the lens-type LED 201 is converted into parallel light by the Fresnel lens 207 disposed on the light emission side, and this parallel light is diffused by the resin lens 209. There is an inconvenience that the thickness of the system is increased and the LED lamp is enlarged. If the reflecting mirror 206 is omitted, the number of parts can be reduced and the thickness can be reduced, but the light emitted from the light emitting element 202 obliquely upward and in the side surface direction cannot be used, and the radiation efficiency is lowered. Further, since the emitted light passes through the Fresnel lens 207 and the resin lens 209 and is emitted to the outside, the degree of freedom in appearance is low.
[0007]
Therefore, for example, Patent Document 1 discloses an LED light that is thin and has a good appearance and that can increase the radiation efficiency.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-93312 (FIG. 2)
[0009]
This LED light is a light source such as an LED, and a first reflection that reflects light emitted from the light source disposed at a position on the central axis facing the light source as light in a direction substantially orthogonal to the central axis of the light source. A mirror, and a second reflecting mirror disposed around the first reflecting mirror and reflecting the light reflected by the first reflecting mirror as light in the direction of the central axis. Yes. In such a configuration, the light emitted from the light source is reflected by the first reflecting mirror in a direction substantially orthogonal to the central axis, and the reflected light is reflected by the second reflecting mirror in the central axis direction. Vehicle signal light having a predetermined radiation angle can be emitted over a predetermined area.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the LED light of Patent Document 1, since most of the emitted light from the light source is emitted upward, if the positional accuracy of the central axis of the light source with respect to the first reflecting mirror is reduced, the first reflecting mirror As a result, the amount of reflected light reflected in the total reflection direction becomes non-uniform, and there is a problem that light and dark (brightness difference) occurs on the surface of the LED light. In particular, as the light source and the first reflecting mirror come closer to each other, the difference in brightness due to the positional deviation becomes significant. Further, the light source and the first reflecting mirror are separate parts, and each of them must be positioned and must be held so as not to be displaced, which takes time for manufacturing. Furthermore, when a physical force is applied, the position of the component may be displaced.
[0011]
Even if the light source and the first reflecting mirror are positioned with high accuracy, it is difficult to avoid variations in light distribution characteristics due to the structure of the light source. LEDs with high light concentration have a large effect on the light distribution characteristics due to misalignment of the light emitting elements. When a light source with such a variation in light distribution characteristics is used, there is an inherent problem that light and darkness occurs on the surface of the LED light. It is to do.
[0012]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-emitting diode and an LED light that achieves a reduction in thickness, is excellent in productivity, and has a uniform brightness in all directions while suppressing variations in light distribution characteristics.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a light emitting element and a translucent material that seals the light emitting element. The light emitting element is formed in a rectangular parallelepiped shape and transmits light with respect to emitted light. It has a hypotenuse that is diagonally cut When the radiation intensity at the emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction is I (θ), and the constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light emitting element is k, I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ (where k ≦ 0.6), The translucent material includes a reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting element in a circumferential direction that is orthogonal to the central axis of the light emitting element and that is centered on the central axis, and light reflected by the reflecting surface. Radiating side radiation surface The relationship between the radius R of the reflecting surface and the height H of the side surface emitting surface is H <R. In manufacturing the light emitting diode, the light emitting element is bonded to the tip of the first lead frame, the bonding pad of the light emitting element and the second lead frame are electrically connected by a bonding wire, and the first lead frame and the The second lead frame is fixed to a support member in a state where the tip of each lead frame is not supported and restrained, and a mold for molding is formed. of The translucent material is injected into the mold, the first lead frame and the second lead frame are immersed in the mold into which the translucent material is injected, and the translucent material Is provided under a predetermined curing condition, and a method for manufacturing a light-emitting diode is provided in which the light-emitting diode having the light-transmitting material cured is removed from the mold.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
In the following description, a coordinate system is defined in which the central axis of the light emitting element is the Z axis, the upper surface position of the light emitting element on the Z axis is the origin, and the origin is provided with an X axis and a Y axis orthogonal to the Z axis. . However, the Z axis is also referred to as the central axis Z.
[0018]
FIG. 1: shows the whole structure of the LED light 1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) is ( It is an enlarged view of P part of b). This LED light 1 includes an LED 2 using a light emitting element 6A having a predetermined light distribution characteristic at the center of a disk-shaped main body, and a reflecting mirror 3 having a concentric and stepwise reflecting surface 3a around the LED 2. Have.
[0019]
The reflecting mirror 3 is formed of a transparent acrylic resin, and the reflecting surface 3a is formed by performing aluminum vapor deposition on the upper surface after forming to make a mirror surface. Each reflective surface 3a is inclined at about 45 degrees with respect to the XY plane, as shown in FIG. 5C, and reflects light incident from the X (Y) direction and radiates it in the Z direction.
[0020]
2A and 2B show the LED 2, in which FIG. 2A is a longitudinal sectional view, FIG. 2B is a plan view, and FIG. 2C is a side view. This LED 2 integrally seals the lead frames 5a and 5b, the light emitting element 6A, the bonding wire 7 that electrically connects the lead frame 5b and the light emitting element 6A, and the lead frames 5a and 5b and the light emitting element 6A. A transparent epoxy resin 8 that stops and has an optical surface, a reflecting mirror 9 having a flat surface 9a and a reflecting surface 9b, and a part of a spherical surface centering on the light emitting element 6A, make light XY It consists of a radiation surface 10 that radiates in the direction.
[0021]
The lead frames 5a and 5b are made of a copper alloy and are provided on the XY plane with a gap for insulation, and the light emitting element 6A is mounted at the origin position of the lead frame 5a having a large area. .
[0022]
The light emitting element 6A has an inverted pyramid shape in which the bottom side of the rectangular parallelepiped shape is cut obliquely, is face-up joined to the lead frame 5a, and the upper surface is a light emitting surface. Further, for the purpose of maintaining the light emission intensity of the LED 2 at a predetermined value by reducing the number of use as much as possible, a large current type (high output type) is used. The light emitting element 6A may be mounted on the lead frame 5a by flip chip bonding.
[0023]
The transparent epoxy resin 8 uses an epoxy resin having a refractive index of 1.55, and has a flat surface 9a at the center portion of the upper surface (a portion directly above the light emitting element 6A). Further, the reflecting mirror 9 is formed by providing the reflecting surface 9b following the flat surface 9a. The proximity optical system is formed by arranging the light emitting element 6A in the vicinity of the reflecting mirror 9 and integrally molding it.
[0024]
The reflecting mirror 9 has a flat surface 9a that radiates light emitted from the light emitting element 6A in a directly upward direction, and a parabola with a central portion of the light emitting surface of the light emitting element 6A that is the origin of coordinates in the figure as a focal point and an X axis as a symmetry axis And a reflection surface 9b having a circular reflection shape obtained by rotating a part of the reflection surface around the central axis Z. It is also possible to adopt a configuration in which the reflecting mirror 9 is not provided with the flat surface 9a depending on the application.
[0025]
The reflecting mirror 9 is a first reflecting mirror that reflects the light emitted from the light emitting element 6A. As shown in (c), the radius R of the reflecting surface 9b is larger than that of the light emitting element 6A. The relationship between the height H of the radiation surface 10 and the radius R is here formed so that most of the light emitted in the form of corners can be effectively emitted to the side surface, where H = 2.0 mm and R = 3.5 mm. Is H <R. Further, the distance (thickness of the transparent epoxy resin 8) h between the light emitting element 6A and the flat surface 9a is set to 0.5 mm so that a relatively large solid angle is formed by forming a proximity optical system. .
[0026]
FIG. 3 shows a configuration of the light emitting element 6A. From the bottom layer to the top layer, an n-type GaP substrate 101, an n-type AlInGaP cladding layer 102 on the n-type GaP substrate 101, a layer 103 having a light-emitting layer, A p-type AlInGaP cladding layer 104 and a p-type GaP window layer 105 are sequentially formed as an epitaxial layer, and an AuZn contact 106 for making ohmic contact with the window layer 105 is formed on the p-type GaP window layer 105. Thus, an Al bonding pad (positive electrode) 107 is formed. Further, an Au alloy electrode (negative electrode) 108 is formed under the n-type GaP substrate 101. The n-type GaP substrate 101 is transparent to the wavelength of light emitted from the light-emitting layer, and the n-type AlInGaP clad layer 102 and the p-type AlInGaP clad layer 104 are translucent. The n-type GaP substrate 101 has a hypotenuse 6c cut and molded after the above epitaxial layer is formed.
[0027]
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating light distribution characteristics of the light emitting element 6A. The radiant intensity radiated from the upper surface 6a and the side surface 6b (four side surfaces) of the light emitting element 6A is the sum of the radiant intensity radiated from the upper surface 6a and the radiant intensity radiated from the four side surfaces 6b. θ) is expressed by the following equation (1).
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ (1)
[0028]
Here, k · cos θ represents the radiation intensity radiated from the upper surface 6a, and (1-k) · sin θ represents the radiation intensity radiated from the side surface 6b. θ is an angle with respect to the Z axis in the light emitting element 6A, and when the value of k changes, the distribution of the light emitted from the upper surface 6a and the light emitted from the side surface 6b changes.
[0029]
FIG. 5 shows changes in radiation intensity (Z-axis direction) when θ is changed for light emitting elements having different light distribution characteristics based on the above-described formula (1). Indicates the definition of an angle. (B) is a state in which 60% of light is emitted from the upper surface 6a at k = 0.6 (upper 60%), and is a light emitting element having a rectangular parallelepiped shape. (C) is a state in which light of 40% from the upper surface 6a and 60% in total from the side surface 6b is emitted at k = 0.4 (upper 60%), and is a light emitting element having a rectangular parallelepiped shape. Further, (d) shows the reverse pyramid type of the present invention. As a reference example This is the light emitting element 6A. The light distribution characteristics can be adjusted by changing the element size. For example, in the case of the light emitting element 6A with k = 0.4, the light absorption loss in the element is reduced by forming the light emitting element 6A with a size smaller than that of the light emitting element 6A with k = 0.6. The amount can be further increased.
[0030]
In the light-emitting element 6 having the light distribution characteristic shown in FIG. 5B, light is emitted from the upper surface 6a and the side surface 6b, and the radiation intensity decreases as θ increases. Further, in the light emitting element 6 having the light distribution characteristic of (c), the radiation intensity in the side surface direction is improved, so that the decrease of the radiation intensity due to the change of θ is smaller than that of (b). Further, in the light emitting element 6A shown in (d), by providing the oblique side portion 6c on the n-type GaP substrate 101, the light radiation in the side surface direction is improved, and the radiation intensity is not easily lowered due to the change of θ. .
[0031]
The light distribution characteristics of the LED 2 are the light distribution characteristics of the light emitting element 6A described above, the positional accuracy of the optical surface composed of the light emitting element 6A, the flat surface 9a, the reflecting surface 9b, and the radiation surface 10, and the lead frame 5a of the light emitting element 6A. Depends on the mounting position accuracy and the setting position accuracy with respect to the mold when the lead frame 5a and the optical surface are integrally molded. In order to prevent the light distribution in the θ direction shown in FIG. 2B from being biased, the uniformity of the light emitted in the circumferential direction (360 °) of the radiation surface 10 around the Z axis is required. However, if there is a positional shift between the light emitting element 6A and the optical surface, uneven light distribution in the θ direction occurs depending on the shift amount. In particular, the proximity optical system of the LED 2 according to the present invention has a structural characteristic that uneven light distribution is likely to occur due to the occurrence of a slight positional deviation.
[0032]
FIG. 6 illustrates light emitted directly upward from the LED 2 and light reaching the reflecting surface 3a due to a change in light distribution characteristics when the central axis of the light emitting element 6A in the LED 2 is displaced in the X-axis direction with respect to the optical surface. When a light emitting element 6A having a GaP substrate is used, a deviation amount occurs in the X-axis direction during production. Effective radiation efficiency ratio Decreases. In the figure, it is clearly reduced particularly at 0.3 mm or more.
[0033]
FIGS. 7A and 7B show the observation conditions for the amount of light emitted from the LED 2, and are diagrams represented by Φij obtained by dividing the entire direction around the LED 2 into 32 parts. As shown in (a), 360 [deg.] Around the Z axis of LED2 is divided into eight (j = 1-8), and as shown in (b), 0 [deg.]-20 [deg.] With respect to the Z axis. Angle range (i = 1), angle range from 20 ° to 60 ° (i = 2), angle range from 60 ° to 100 ° (i = 3), angle range from 100 ° to 180 ° ( i = 4), and the amount of light emitted from the LED 2 to these regions will be described below. Here, the angle range region from 0 ° to 20 ° with respect to the Z axis is directly emitted from the LED 2 to the vicinity of the Z axis, and the angle range region from 60 ° to 100 ° with respect to the Z axis is reflected from the LED 2. It is assumed that the light is radiated to the mirror 3 and then reflected by the reflecting mirror 3 in the direction near the Z-axis and radiated outside.
[0034]
FIG. 8 (a) divides 360 ° around the Z axis of LED 2 into eight when a rectangular parallelepiped light emitting element having an upper 60% light distribution characteristic under the observation conditions shown in FIG. Total light intensity in the area (Total light intensity bias) Indicates all light Quantity bias Is obtained by setting conditions in which six steps of deviation from 0.0 to 0.5 mm have occurred in the X direction. Quantity bias Connect the lines with lines. Total light for each region as the amount of deviation increases Quantity bias Is getting bigger. FIG. 4B shows the deviation of the total amount of light for each region of the LED 2 when a rectangular parallelepiped light emitting element having an upper 40% light distribution characteristic is used, and the light emission from the side surface 6b increases. Thus, the bias of the total light quantity is improved. FIG. 6C is an example for reference, and the total light for each region of the LED 2 when the inverted pyramid light emitting element 6A is used. Quantity bias Even if the amount of deviation increases due to the light emitted from the hypotenuse 6c, Quantity bias Occurrence is suppressed to a certain level.
[0035]
In this way, by forming the light emitting element 6A in an inverted pyramid shape, light emitted from the side surface of the light emitting element is increased as compared with the light emitting element having a rectangular parallelepiped shape. Total light for each region of the effective radiation range due to misalignment Quantity bias Is small. Therefore, when the inverted pyramid type light emitting element 6A having a light distribution characteristic of k = 0.6 or less is used, the position of the light emitting element 6A mounted on the lead frame 5a is in the X axis (or Y axis) direction from the Z axis. Even if a dimensional deviation of 0.1 mm or less occurs, the light distribution characteristic of the light emitting element 6A can compensate for the total light in each region of the effective radiation range. Quantity bias Is almost gone and has no visual impact.
[0036]
The above-described LED 2 can be manufactured by, for example, a transfer mold method. The manufacturing method by the transfer mold method will be described below. Here, an inverted pyramid light emitting element 6A having a light distribution characteristic of k = 0.6 is used. First, the light emitting element 6A is face-up bonded to the lead frame 5a formed by pressing. Next, the Al bonding pad 107 of the light emitting element 6 </ b> A and the lead frame 5 b are electrically connected by the bonding wire 7. Next, the lead frames 5a and 5b on which the light emitting element 6A is mounted are placed on a mold that can be divided into upper and lower parts, and positioned by being sandwiched from above and below. Next, the transparent epoxy resin 8 is poured into the mold. Next, the transparent epoxy resin 8 is cured at 160 ° C. for 5 minutes. Next, the mold 2 is separated into upper and lower parts and the LED 2 in which the transparent epoxy resin 8 is cured is taken out. In order to improve the releasability between the mold and the transparent epoxy resin 8, the transparent epoxy resin 8 containing a release component is used.
[0037]
Next, the operation of the LED light 1 will be described.
When a power switch (not shown) of the LED light 1 is turned on by an operator, a power supply unit (not shown) applies a voltage to the lead frames 5a and 5b. The light emitting element 6A emits light based on application of voltage. The light emitted from the light emitting element 6A and emitted right above the Z axis is emitted from the flat surface 9a to the outside of the transparent epoxy resin 8, and is emitted externally. Further, 50 to 60% of the light emitted from the light emitting element 6A reaches the reflecting surface 9b having a solid angle of about 2.7 straud with respect to the light emitting element 6A, and is emitted from the light emitting element 6A to the Z axis. The light radiated in the substantially horizontal direction reaches the radiation surface 10 directly, and is directly radiated from the radiation surface 10 in a direction substantially parallel to the XY plane.
[0038]
The light emitted from the LED 2 substantially parallel to the XY plane is reflected by the reflecting surface 3a of the reflecting mirror 3 in the substantially Z-axis direction and is emitted to the outside.
[0039]
According to the LED light 1 of the first embodiment described above, the light emitting element 6A of the LED 2 constituting the proximity optical system uses a light emitting element 6A formed in an inverted pyramid shape, and its light distribution characteristic I (θ) = Since k in k · cos θ + (1−k) · sin θ is set to 0.6 or less and the light emitting element 6A and the optical surface are integrally formed by the transfer molding method, the light is emitted from the LED 2 The light in the X-axis direction reaching the reflecting mirror 3 is the total light for each region of the effective radiation range. Quantity bias The reflection mirror 3 can radiate almost uniformly in the Z-axis direction. Thereby, it is possible to obtain a thin lamp having a large reflecting mirror surface, no difference in surface brightness, and having a good appearance. As a result, when applied to the taillights and brake lights of automobiles, it is possible to improve the visibility of light from the lateral direction as well as directly behind the automobile.
[0040]
In the LED light 1 described above, the configuration using the LED 2 using the inverted pyramid light emitting element 6A having the light distribution characteristic of k = 0.6 has been described as an example. If the light emitting element 6A having optical characteristics is used, the total light for each region of the effective radiation range due to the positional deviation between the light emitting element 6A and the optical surface Quantity bias Can be reduced to a level that does not cause practical problems.
[0041]
In the manufacture of the LED 2 by the transfer mold method, the transparent epoxy resin 8 is injected into the mold with the lead frames 5a and 5b sandwiched between the molds, so that the positioning accuracy between the light emitting element 6A and the optical surface is ± 0. It can be realized with high accuracy of 1 mm, and even in a proximity optical system configured using a light emitting element 6A with k = 0.6, it is stable by preventing variation in light distribution characteristics due to individual differences of LEDs 2. The LED light 1 having the quality as described above can be provided.
[0042]
Moreover, although the structure using the transparent epoxy resin 8 was demonstrated as a translucent material which seals the light emitting element 6A, even if it is another translucent material with the same translucency and other optical characteristics. Good. Moreover, although the transparent acrylic resin is used as a resin material which comprises the reflective mirror 3, other materials can also be used including other transparent resins. Further, the configuration, shape, quantity, material, size, connection relationship, and the like of other parts of the LED light are not limited to the embodiment.
[0043]
Moreover, although the reflective surface 9b was demonstrated as what applied the total reflection of resin, without performing a mirror surface process, the mirror surface process by metal vapor deposition etc. may be performed.
[0044]
9A and 9B show an LED 2a according to a second embodiment of the present invention, where FIG. 9A is a plan view of the LED 2a viewed from the Z direction, and FIG. 9B is a longitudinal sectional view of a portion of the light emitting element 6A in FIG. It is. This LED 2a is made of a GaP substrate AlInGaP using a translucent n-type GaP substrate, and is composed of an inverted pyramid light emitting element 6A having a light distribution characteristic of 60% (k = 0.6) and a copper alloy. The lead frame 5b is formed by bending a resin-sealed portion and the light emitting element 6A is mounted at the tip of the lead frame 5c. In addition, since the same reference numerals are given to portions having the same configuration as that of the first embodiment, a duplicate description is omitted.
[0045]
The LED 2a can be manufactured by, for example, a casting mold method. The manufacturing method by the casting mold method will be described below. Here, a light emitting element 6A having a light distribution characteristic of k = 0.6 is used. First, the lead frames 5b and 5c are punched by pressing. At this time, the lead frames 5b and 5c are not divided, and a plurality of rear ends are connected by leads. Next, the rear end connected by the lead is fixed to the support member. Next, the lead frames 5b and 5c are bent into a desired shape. Next, the light emitting element 6A is face-up bonded to the tip of the lead frame 5c. Next, the Al bonding pad 107 of the light emitting element 6 </ b> A and the lead frame 5 b are electrically connected by the bonding wire 7. Next, the lead frames 5b and 5c are moved onto the casting for molding. Next, a transparent epoxy resin 8 is injected into the casting. Next, the lead frames 5b and 5c are immersed in the casting into which the transparent epoxy resin 8 is injected. Next, the space in which the casting and lead frames 5b and 5c are arranged is evacuated, and air bubbles are removed from the transparent epoxy resin 8. Next, the transparent epoxy resin 8 is cured at 120 ° C. for 60 minutes. Next, the LED 2a in which the transparent epoxy resin 8 is cured is taken out from the casting.
[0046]
According to the LED 2a of the second embodiment described above, since the inverted pyramid light emitting element 6A is mounted on the lead frame 5c in which the resin-encapsulated portion is bent, the uniform light can be emitted over a wide range. Therefore, it is possible to manufacture by a casting mold method with excellent productivity. Further, even if the positional deviation between the light emitting element 6A and the optical surface occurs, if the deviation amount is small, the total light for each region of the effective radiation range Quantity bias Can be suppressed to a level that does not cause a practical problem.
[0047]
Further, in the casting mold method, since the tips (free ends) of the lead frames 5b and 5c are not supported and restrained by casting, the positioning accuracy between the light emitting element 6A and the optical surface is ± 0.2 mm, which is based on the manufacturing by the transfer mold method. descend. In particular, it is difficult to achieve high positioning accuracy in the case where the light emitting element 6A is mounted on the plate thickness portion at the tip of the flat lead frame. However, productivity can be improved by increasing the allowable range of positioning accuracy, and the mass productivity is excellent. When the transparent epoxy resin 8 is cured for a long time, the thermal stress unevenness is reduced, and the lead frames 5b, 5c and the transparent epoxy resin 8 are less likely to be peeled off. Note that it is possible to stabilize the light distribution characteristics by selecting the manufacturing process management and the light distribution characteristics of the light emitting element 6A.
[0048]
10A and 10B show an LED 2b according to a third embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is a plan view of the LED 2b viewed from the Z direction, and FIG. 10B is a longitudinal sectional view of a portion of the light emitting element 6A in FIG. It is. This LED 2b is made of a GaP substrate AlInGaP using a translucent n-type GaP substrate, and is composed of an inverted pyramid light emitting element 6A having a light distribution characteristic of 40% (k = 0.4) and a copper alloy. The plate-shaped lead frames 5b and 5d are configured. In addition, since the same reference numerals are given to portions having the same configuration as those of the first and second embodiments, redundant description is omitted.
[0049]
The light-emitting element 6A with k = 0.4 is formed in a smaller size (for example, 0.3 mm square) than the light-emitting element 6A with k = 0.6, thereby reducing the absorption loss inside the light-emitting element. Thus, the amount of radiation from the side surface 6b is further increased.
[0050]
The light emitting element 6A is mounted on the tip of a lead frame 5c punched out by press working.
[0051]
According to the LED 2b of the third embodiment described above, since the inverted pyramid light emitting element 6A is mounted at the tip of the lead frame 5d, the total light for each region of the effective radiation range Quantity bias It is possible to reduce the contact area between the lead frames 5b and 5d and the transparent epoxy resin 8, thereby making it more difficult to cause peeling. In addition, work steps such as bending of the lead frames 5b and 5d can be made unnecessary, so that productivity can be improved.
[0052]
In each of the above-described embodiments, the structure having the inverted pyramid type element shape as the light emitting element 6A has been described. However, as another element shape, the upper side (the light emission observation surface side) is obliquely cut. A pyramidal light emitting element may be used.
[0053]
The light emitting element 6A may be molded with a transparent epoxy resin 8 after being covered and sealed with a light transmissive resin containing a light diffusing material. In this case, light is diffused by the light diffusing material, and light can be emitted in a wider range.
[0054]
Moreover, you may use the fluorescent substance excited by the emitted light of 6 A of light emitting elements as a light-diffusion material. In this case, uniform light can be emitted in a wider range by emitting excitation light from the phosphor excited by the emitted light.
[0055]
Further, the light emitting diode has been described as sealing the light emitting element and molding the reflection surface and the side reflection surface, but the present invention is not limited to this, for example, a reflection formed separately with a translucent resin. A proximity optical system for the light emitting element can also be formed by attaching the surface and the side reflecting surface together with the light emitting element by sealing with a light transmissive material.
[0056]
Further, in each of the above-described embodiments, the reflecting mirror 9 has a circular reflection shape in which the origin of the light emitting element 6A is the focal point and a part of the parabola with the X axis as the symmetry axis is rotated around the central axis Z. The radiation surface 10 has been described as having a shape that forms part of a spherical surface centered on the light emitting element 6A. However, the light emitted from the light emitting element 6A is at a large angle with respect to the central axis Z. The shape is not particularly limited as long as the shape can radiate substantially in the side surface direction. In particular, under the conditions where the shape of the transparent epoxy resin 8 and the relationship of H <R shown in each example are satisfied, the reflecting mirror 9 comes close to the light emitting element 6A, and the LED of the LED due to the positional accuracy of the optical system is obtained. The same effect can be obtained with respect to the stability of the light distribution characteristics. Even when the relationship of H <R is not satisfied, the same effect can be obtained when h <1 mm. In addition, the reflection surface 9b has stable light distribution characteristics even when the proximity optical system is formed such that the shortest distance from the light emitting element 6A is less than ½ with respect to the radius R shown in FIG. Can increase the sex.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the light-emitting diode of the present invention has a light-transmitting substrate that is light-transmitting with respect to emitted light, and a pyramid-type light-emitting element mounted on a power supply unit;
Sealing means by a translucent material for sealing the light emitting element,
The sealing means reflects the light emitted from the light emitting element in a direction perpendicular to the central axis of the light emitting element or in a direction forming a large angle with the central axis, and reflects the light reflected by the reflective surface from the side surface. A side emission surface that emits light, and the reflective surface has a shortest distance from the light emitting element of less than ½ of the radius R of the reflective surface, and forms a proximity optical system with respect to the light emitting element. Features.
According to such a configuration, light emitted from the light emitting element can be emitted not only in the central axis direction but also in a direction perpendicular to the central axis while reducing the thickness of the light emitting diode, and the light emitting element, the reflecting surface, and the like. Since the radiation in the direction orthogonal to the central axis becomes large based on the proximity of the light, a wide light distribution characteristic in the radiation range can be obtained.
[0058]
Further, even if a positional deviation between the central axis of the light emitting element and the central axis of the first reflecting mirror occurs, it is possible to prevent a difference in the brightness of the surface of the LED light.
[0059]
Moreover, even if a light source having a variation in light distribution characteristics of the light emitting element is used, it is possible to prevent a difference in brightness of the surface of the LED light by emitting light to a wide radiation range. it can.
[0060]
In the light emitting diode, the light emitting element has a radiation intensity at an emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ), and a constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light emitting element is k. ,
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.6)
By providing so that the light distribution characteristic in the side surface direction is improved, a stable light amount can be emitted in a wide range.
[0061]
In addition, the LED light of the present invention has a light-transmitting substrate that shows light transmittance with respect to light to be emitted, and a pyramid light-emitting element mounted on a power supply unit;
Sealing means by a translucent material for sealing the light emitting element,
The sealing means reflects the light emitted from the light emitting element in a direction perpendicular to the central axis of the light emitting element or in a direction forming a large angle with the central axis, and reflects the light reflected by the reflective surface from the side surface. A light emitting diode having a side radiation surface that radiates, and the reflective surface has a shortest distance from the light emitting element of less than ½ of the radius R of the reflective surface, and forms a proximity optical system with respect to the light emitting element When,
And a reflecting mirror that reflects light emitted from the light emitting diode.
According to such a configuration, light emitted from the light emitting element is emitted not only in the central axis direction but also in a direction orthogonal to the central axis, and based on the proximity of the light emitting element and the reflecting surface. Since the radiation in the direction orthogonal to the central axis becomes large, the visibility is excellent, and a novel vision is imparted to the LED light, and a wide light distribution characteristic in the radiation range is obtained.
[0062]
In the LED light, the light emitting element has a radiation intensity at an emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ), and a constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light emitting element is k. When
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.6)
It is characterized by being.
According to such a configuration, the light emitted from the light emitting element in the side surface direction increases, and a high-intensity LED light that hardly causes variations in light irradiation properties due to the positional accuracy with the reflecting mirror can be obtained.
[Brief description of the drawings]
[FIG. 1] It is a figure which shows the whole structure of the LED light using LED which concerns on 1st Embodiment, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) ) Is an enlarged view of a P portion in (b).
[FIG. 2] It is a figure which shows the structure of LED based on 1st Embodiment, (a) is sectional drawing, (b) is a top view, (c) is a side view which shows the size of each part.
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the light emitting element according to the first embodiment.
[FIG. 4] A radiation conceptual diagram of light emitted from the upper surface and side surfaces of the light emitting device according to the first embodiment.
FIG. 5 shows a light distribution characteristic curve of the light emitting device according to the first embodiment, (a) is an explanatory diagram of an angle with respect to the Z axis of the light emitting device, and (b) is a radiation when k = 0.6. (C) is a characteristic diagram showing a change in radiation intensity when k = 0.4, (d) is a characteristic diagram showing a change in radiation intensity when an inverted pyramid type light emitting device is used. It is.
[FIG. 6] LED of the first embodiment Effective radiation efficiency ratio FIG.
[FIG. 7] (a) and (b) are conceptual diagrams showing observation conditions for the amount of light emitted from an LED.
[FIG. 8] Total light for each region of the effective radiation range of the LED according to the first embodiment. Quantity bias (A) shows the total light for each region of the effective radiation range in an LED using a light emitting element having a light distribution characteristic of 60%. Quantity bias (B) is the total light for each region of the effective radiation range in the LED using the upper 40% light emitting element. Quantity bias (C) is the total light for each region of the effective radiation range in the LED using the inverted pyramid type light emitting element. Quantity bias FIG.
[FIG. 9] It is a figure which shows the whole structure of the LED light using LED which concerns on 2nd Embodiment, (a) is a top view, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the light emitting element part of (a). is there.
[FIG. 10] It is a figure which shows the whole structure of the LED light using LED which concerns on 3rd Embodiment, (a) is a top view, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the light emitting element part of (a). is there.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional LED light.
[Explanation of symbols]
1, LED light 3, reflector 3a, reflecting surface
5a, 5b, 5c, 5d, lead frame
6A, light emitting element 6a, upper surface 6b, side surface 6c, hypotenuse
7. Bonding wire 8. Transparent epoxy resin
8s, sealing resin 9, reflective mirror 9a, flat surface
9b, reflective surface 10, radiation surface 101, n-type GaP substrate
102, n-type AlInGaP cladding layer 103, layer having a light emitting layer
104, p-type AlInGaP cladding layer 105, p-type GaP window layer
106, AuZn contact 107, Al bonding pad
108, Au alloy electrode 202, light emitting element
203a, 203b, lead frame 204, bonding wire
205, transparent epoxy resin 206, reflecting mirror 207, Fresnel lens
209, resin lens 209a, interface

Claims

A light emitting element;
A translucent material for sealing the light emitting element,
The light emitting element is formed in a rectangular parallelepiped-shaped, have a slant portion which is cut diagonally shows the light permeability to emitted light, an emission intensity at the emission angle theta of the emitted light with respect to the central axis I (theta ) As a constant determined by the radiation intensity corresponding to the emission angle θ of the light-emitting element as k,
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.6)
And
The translucent material is
A reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting element in a circumferential direction perpendicular to the central axis of the light emitting element and centering on the central axis;
Have a, a side-emitting surface for emitting the light reflected by said reflecting surface,
In manufacturing a light emitting diode in which the relationship between the radius R of the reflecting surface and the height H of the side radiation surface is H <R ,
Bonding the light emitting element to the tip of the first lead frame;
Electrically connecting the bonding pad of the light emitting element and the second lead frame with a bonding wire;
Wherein the first lead frame and the second lead frame, and fixed to the support member in a state in which the leading end of each of the lead frames are not supported constrained to move on a mold for molding,
Injecting a translucent material into the mold,
Immersing the first lead frame and the second lead frame in the mold filled with the translucent material;
Curing the translucent material under predetermined curing conditions;
A method for manufacturing a light emitting diode, wherein a light emitting diode in which the translucent material is cured is taken out of the mold.

The method of manufacturing a light emitting diode according to claim 1, wherein the translucent material is molded by a casting mold method.

3. The light-emitting diode according to claim 2, wherein the translucent material has a radiation surface that emits light emitted from the light-emitting element in a directly upward direction, and the reflection surface is provided following the radiation surface. Production method.