JP4744178B2 - 発光ダイオード - Google Patents
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Description
(構成)
図1、図2を参照して、本発明に基づく実施の形態1における発光ダイオードについて説明する。この発光ダイオード101の斜視図を図1に示し、断面図を図2に示す。発光ダイオード101は、主表面15uを有する基板15と、主表面15uに設置された発光ダイオード素子16と、発光ダイオード素子16と主表面15uとの間を電気的に接続するように配置された金属線17と、発光ダイオード素子16および金属線17を主表面15uから突出する独立した凸部となるように封止する透光性の封止樹脂部18と、封止樹脂部18の外側を離隔して斜面19fで取囲むように主表面15uに設置されたリフレクタ19とを備える。基板15は長方形であり、基板15の互いに対向する2辺には端子電極部11a,11bが設けられている。主表面15uは図1における基板15の上面であり、主表面15uには、金属パッド部12a,12bが配置されている。金属パッド部12a,12bはいずれも金属の薄膜であり、主表面15u上において間隙を介して別々の領域を覆っている。端子電極部11aは金属パッド部12aと電気的に接続されており、端子電極部11bは金属パッド部12bと電気的に接続されている。
本実施の形態では、封止樹脂部はリフレクタの凹部を完全に満たすように設けられるのではなく、発光ダイオード素子と金属線のみを独立した凸部として覆うように設けられているので、発光ダイオード素子から出射した光が封止樹脂部を通過する距離が短くなり、その分だけ光の損失が少なくなる。したがって、外部に出射していく光の光量は増加し、従来より高輝度な発光ダイオードとすることができる。また、従来の発光ダイオードに比べて、封止樹脂部を形成するために必要な樹脂の量が少ないためにコストダウンを図ることができる。
(構成)
図3、図4を参照して、本発明に基づく実施の形態2における発光ダイオードについて説明する。この発光ダイオード102は、複数の発光ダイオード素子16を一括して樹脂封止したタイプである。発光ダイオード102の斜視図を図3に示す。発光ダイオード102のリフレクタを取り付ける前の状態の平面図を図4に示す。図4ではリフレクタの貫通孔の上下の輪郭形状が2点鎖線で表示されている。図3に示すように、発光ダイオード102は、主表面15uを有する基板15hと、主表面15uに設置された複数の発光ダイオード素子16と、複数の発光ダイオード素子16と主表面15uとの間をそれぞれ電気的に接続するように配置された複数の金属線17と、複数の発光ダイオード素子16および複数の金属線17を一括して、主表面15uから突出する独立した凸部となるように封止する透光性の封止樹脂部18hと、封止樹脂部18hの外側を離隔して斜面32fで取囲むように主表面15uに設置されたリフレクタ32とを備える。図4に示すように、基板15hは、発光ダイオード素子16の個数の2倍の数の端子電極部を備えている。これらの端子電極部22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22hは基板15hの互いに対向する2辺にそれぞれ沿って分散するように配列されている。基板15hの主表面15uに配置される金属パッド部の数も発光ダイオード素子16の個数の2倍の数となっている。たとえば、金属パッド部21aは端子電極部22aに電気的に接続されており、金属パッド部21bは端子電極部22bに電気的に接続されている。
本実施の形態では、発光ダイオード素子を複数個備えているので、より高輝度な発光ダイオードとすることができる。また、本実施の形態では、封止樹脂部18h内に配置される複数の発光ダイオード素子16の各々の発光色を違うものにしておくことで、全体としてさまざまな色に発光する発光ダイオードとすることができる。
(構成)
図5、図6を参照して、本発明に基づく実施の形態3における発光ダイオードについて説明する。この発光ダイオード103は、複数の発光ダイオード素子16を個別に樹脂封止したタイプである。発光ダイオード103の中央部分の拡大斜視図を図5に示す。発光ダイオード103の中央部分の拡大平面図を図6に示す。図6はリフレクタを取り付けた後の状態を表示している。発光ダイオード103は、主表面15uを有する基板と、主表面15uに設置された複数の発光ダイオード素子16と、複数の発光ダイオード素子16と前記主表面15uとの間をそれぞれ電気的に接続するように配置された複数の金属線17と、複数の発光ダイオード素子16および複数の金属線17をそれぞれ個別に、主表面15uから突出する独立した凸部となるように封止する透光性の複数の封止樹脂部18iと、複数の封止樹脂部18iの外側を離隔して斜面32fで取囲むように主表面15uに設置されたリフレクタ32とを備える。他の部分の構成は、実施の形態2で説明したものと基本的に同じである。
本実施の形態では、複数の発光ダイオード素子の中に異なる色に発光するものを含ませておいた場合、実施の形態2のように一括で樹脂封止したものに比べて、より多様にさまざまな色に発光する発光ダイオードとすることができる。封止樹脂部18iが複数に分かれるので、内包される発光ダイオード素子16の種類に応じて異なる種類の樹脂を使い分けることができる。すなわち、1つの発光ダイオードの中で複数ある封止樹脂部18iは異なる材料からなる封止樹脂部を組み合わせたものとなっていてもよい。たとえば、赤、緑または青に発光する発光ダイオード素子はそれぞれ透明樹脂または散乱材入り樹脂で封止し、青色または近紫外色の発光ダイオード素子はそれぞれ蛍光体入り樹脂で封止した構造としてもよい。このようにすることで、発光ダイオードとして表現できる色の数が多くなる。
(構成)
図7、図8を参照して、本発明に基づく実施の形態4における発光ダイオードについて説明する。この発光ダイオード104は、実施の形態3と同様に複数の発光ダイオード素子16を個別に樹脂封止したタイプであるが、実施の形態3に比べればリフレクタの構造が異なる。発光ダイオード104の拡大斜視図を図7に示す。発光ダイオード104の平面図を図8に示す。図8はリフレクタを取り付けた後の状態を表示している。発光ダイオード104は、リフレクタ33を備える。リフレクタ33は、複数の封止樹脂部18iの各々に対して個別に外側を離隔して斜面33fで取囲むように主表面15uに設置されたものである。他の部分の構成は、実施の形態3で説明したものと基本的に同じである。
実施の形態3の構成では、たとえ複数の色の発光ダイオード素子16を組み合わせて配置したときであっても、大きな単一の凹部を有するリフレクタ32を配置することとなっていたが、その場合、色の見え方に偏りが生じる。これに対して、本実施の形態(実施の形態4)では、リフレクタ33は個別の封止樹脂部18iに対応して個別に外側を離隔して斜面33fで取囲んでいるので、色の見え方に偏りが生じる程度を軽減することができる。特に、色の偏りがない状態で高輝度が得られるという点で、本実施の形態は好ましい。また、実施の形態3で述べたように、複数の封止樹脂部18iとして異なる種類の樹脂を組み合わせて用いることも可能である。
実施の形態1〜4では、表面実装型の上面発光方式の発光ダイオードの例をいくつか示してきたが、これらの発光ダイオードに用いられているリフレクタは、その形状から2種類の構造に大きく分類される。リフレクタの形状について以下説明する。
リフレクタの材質としては、一般的には散乱効果を有する材質が使用される。しかしそれだけではフラッシュライトに適した高輝度な表面実装型上面発光ダイオードが得られない。そこで、リフレクタ表面に鏡面処理を施すことで、反射率が上がり、フラッシュライトに適した高輝度な表面実装型の上面発光方式の発光ダイオードが得られる。鏡面処理は、アルミニウムまたは銀による鏡面めっきであってよい。これらの材料による鏡面めっきであれば特に高輝度化を図ることができるので好ましい。鏡面めっきは、リフレクタの全表面に施してもよいが、リフレクタの凹部の内面のみに施してもよい。リフレクタの全表面に施すのと凹部の内面のみに施すのとで、高輝度化の効果が同程度であるならば、凹部の内面のみに施すようにした方がコストダウンになるので好ましい。
上記各実施の形態における発光ダイオードに用いた封止樹脂部について説明する。封止樹脂を形成する材料である樹脂の種類として、透明樹脂、散乱材入り樹脂、蛍光体入り樹脂の3つが考えられる。さまざまな色の発光ダイオード素子が実在するが、透明樹脂、散乱材入りの樹脂はすべての色の発光ダイオード素子において使用できる。しかし、蛍光体入り樹脂に関しては、青から近紫外色の発光ダイオード素子を使用した場合のみ使用可能となる。蛍光体入り樹脂については、使用できる発光ダイオード素子の種類が限定されるが、発光ダイオード102,103,104の例では、4つある発光ダイオード素子16のすべてを青から近紫外色の発光ダイオード素子として蛍光体入り樹脂で封止することで、高輝度な発光ダイオードを実現することができる。
(構成)
さらに封止樹脂部の変形例として、貼合せ部を用いた構成も考えられる。図22〜図24を参照して本発明に基づく実施の形態5における発光ダイオードについて説明する。この発光ダイオードを組み立てる際には、まず、図22に示すように、基板15に貼合せ部20と呼ばれる板材を基板15に貼り合わせる。貼合せ部20は円柱形の開口部23を有する。貼合せ部20を基板15の主表面15uに貼り合わせることによって、基板15の主表面15uは開口部23の中に露出するようになる。この開口部23内に露出した主表面15uに発光ダイオード素子16を設置する。ここでは貼合せ部20の貼り付けを先に行なったが、発光ダイオード素子16の設置と貼合せ部20の貼り付けとはどちらが先であってもよい。この状態で、開口部23の内部空間を満たすように透光性樹脂を供給して発光ダイオード素子16を封止する。こうして透光性樹脂からなる封止樹脂部18jを形成する。次に、図23に示すようにリフレクタ19を設置する。こうして発光ダイオード105が得られる。発光ダイオード105の断面を図24に示す。
本実施の形態における発光ダイオード105では、封止樹脂部18jが開口部23内の空間に樹脂を充填することで形成されるので、樹脂封止が容易となる。また、発光ダイオード素子16から発光した光が効率的にリフレクタ19に入射するので、より指向性の強い発光ダイオードとすることができる。発光ダイオード105では集光性能が改善され、半値角θ1/2が30°となった。この構成で用いるリフレクタは、リフレクタ19に代えてこれまでに説明したいずれかのタイプのリフレクタであってもよい。また、発光ダイオード105として示した例では発光ダイオード素子16は1つであるが、発光ダイオード素子が複数搭載されていてもよい。
(構成)
上記各実施の形態では、発光ダイオードが備えるリフレクタに関しては内側の反射面の形状に主に注目してきたが、リフレクタの外周に注目すると以下のような変形例も考えられる。図25、図26を参照して、本発明に基づく実施の形態6における発光ダイオードについて説明する。この発光ダイオード106の斜視図を図25に示し、断面図を図26に示す。発光ダイオード106は、実施の形態1で示した発光ダイオード101(図1、図2参照)の変形例であり、発光ダイオード101のリフレクタ19に代えてリフレクタ36を備える。図25、図26に示すように、リフレクタ36は、斜面36fの外側に基板15の主表面15uと平行な上面25を有し、上面25の外側を取囲むように上面25より低くなった段差24を有する。
リフレクタを量産する際には、多数のリフレクタを縦横に並べた集合基板の状態で成形し、その後にダイシングによって分割することで個々の製品が得られる。リフレクタ表面への鏡面処理として金属膜のめっきを行なう場合はダイシングによる分割の前に集合基板の状態で上方から行なわれる。その場合、もし段差24がない形状のリフレクタであったならば、ダイシングの際に上面の金属膜にティッピングすなわち欠けが生じて外観不良を生じることがあった。しかし、本実施の形態では、上面から一段低くなった段差24を設けてあり、集合基板の状態では、段差24は溝となっている。ダイシングブレードは溝の底を通るようにして個々のリフレクタを分割することとなるので、たとえダイシングブレードによって金属膜の欠けが生じたとしても欠けは段差24の内部に留まり、上面25にまで欠けが伝播することは防止できる。したがって、外観不良を防止できる。このよう
に段差を設けることは、実施の形態1の発光ダイオード101に限らずこれまでに説明した他の発光ダイオードについても適用可能である。また、リフレクタの集合基板がリフレクタを縦横にすなわち2次元的に並べたものであれば、段差は個々のリフレクタの四辺にわたって設けた形であることが好ましいが、リフレクタの集合基板がリフレクタを1列に並べたものである場合は、段差は個々のリフレクタの互いに対向する2辺に設けるだけであっても足りる。
Claims (12)
- 主表面を有する基板と、
前記主表面に設置された発光ダイオード素子と、
前記発光ダイオード素子を前記主表面から突出する独立した凸部となるように封止する透光性の封止樹脂部と、
前記封止樹脂部の外側を離隔して斜面で取囲むように前記主表面に設置されたリフレクタとを備え、
前記リフレクタは、前記斜面の外側に前記主表面と平行な上面を有し、前記上面の外側を取囲むように前記上面より低くなった段差を有し、
前記リフレクタの前記段差の外側の側面と前記基板の側面とは同一平面上にある、発光ダイオード。 - 前記発光ダイオード素子は複数あり、
前記封止樹脂部は、複数の前記発光ダイオード素子を一括して封止する、請求項1に記載の発光ダイオード。 - 前記斜面は、3段階以上の勾配を組み合わせたものとなっている、請求項1または2に記載の発光ダイオード。
- 前記斜面は、略45°、略60°および略70°の3段階の勾配をこの順に組み合わせたものである、請求項3に記載の発光ダイオード。
- 前記斜面は断面形状が略円弧となるようにして前記主表面から離れるほど勾配が急峻となる形状である、請求項1または2に記載の発光ダイオード。
- 前記リフレクタの内側斜面には鏡面処理が施されている、請求項1から5のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記鏡面処理は、アルミニウムまたは銀による鏡面めっきである、請求項6に記載の発光ダイオード。
- 前記封止樹脂部は、透明な樹脂からなる、請求項1から7のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記封止樹脂部は、蛍光体を含む樹脂からなる、請求項1から7のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記封止樹脂部は、散乱材を含む樹脂からなる、請求項1から7のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記封止樹脂部は、略半球形状である、請求項1から10のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記封止樹脂部は、略円柱形状である、請求項1から10のいずれかに記載の発光ダイオード。
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