JP4985416B2

JP4985416B2 - 発光装置

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Publication number: JP4985416B2
Application number: JP2008006527A
Authority: JP
Inventors: 健史松嶌; 正賢古関; 光博苗代; 真之金子; 永樹河野
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: JP2009170625A

Description

本発明は、発光素子が接着材により金属製のリードに搭載され、このリードの表面が反射層により被覆される発光装置に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子をエポキシ系、シリコン系等の透光性の封止樹脂で封止した発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置は、リードフレームが樹脂材料によりインサート成形された反射枠と、反射枠に形成されたキャビティと、キャビティ内に形成された、ＬＥＤチップを独立して包囲した複数のカップとを有し、カップの外壁は反射枠と同一樹脂材料によって反射枠と一体に形成され、キャビティ内は透光性樹脂が充填されているとしている。
特開２００６−９３４３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発光装置では、カップの外壁を形成するにあたり、リードフレームの直上部分で樹脂材料が流れ込み難く、外壁を所期の形状に成形できないという問題点があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光素子を包囲する壁の成形性を向上させることのできる発光装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、前記発光素子が収容される凹部を有する樹脂製のケースと、前記凹部の底面側に配置され、前記発光素子が接着材を介して搭載される金属製の第１リードと、前記凹部の底面側に前記第１リードと離隔して配置され、前記発光素子とワイヤを介して電気的に接続される金属製の第２リードと、前記第１リードにおける前記第２リード側の端部に形成された切欠と、前記凹部の底面に前記ケースと一体に成形され、前記発光素子を包囲し、前記第１リードと前記第２リードとの間隙及び前記第１リードの切欠とそれぞれ少なくとも一部が平面視にて重なる流出入防止壁と、前記凹部の底面における前記流出入防止壁の外側を被覆し、該流出入防止壁により前記発光素子側への流出が防止され、樹脂にフィラーを含有させてなる反射層と、を備えた発光装置が提供される。

上記発光装置において、前記第１リード及び前記第２リードは、所定方向へ延び、前記第１リードの前記発光素子の搭載部は、前記第２リード側へ突出するよう幅方向中央に形成され、前記第１リードと前記第２リードの前記間隙は、幅方向中央へ向かって前記第２リード側へ傾斜する幅方向中央について対称な一対の傾斜区間を有し、前記第１リードの前記切欠は、前記間隙の一方の前記傾斜区間と連続的に形成され、前記第２リードと反対側へ向かって幅方向中央側へ傾斜して延びる構成が好ましい。

上記発光装置において、前記間隙は、前記搭載部の前記第２リード側にて前記ケースの底部を前記凹部内に露出させる第１露出部と、前記搭載部における幅方向外側にて前記ケースの底部を前記凹部内に露出させる一対の第２露出部と、を有する構成が好ましい。

上記発光装置において、前記流出入防止壁と連結され、前記凹部の底面における前記流出入防止壁の外側領域を仕切る仕切壁を備えることが好ましい。

上記発光装置において、前記仕切壁は、前記流出入防止壁及び前記ケースと一体に成形されることが好ましい。

上記発光装置において、前記ワイヤは、前記流出入防止壁よりも低く形成され、前記流出入防止壁は、前記ワイヤを挿通する溝を有することが好ましい。

本発明によれば、発光素子を包囲する壁の成形性を向上させることができる。また、発光素子の接着材の第２リードへの流出を防止し、各リードを覆う反射層の発光素子側への流出を防止することができる。

図１から図４は本発明の第１の実施形態を示し、図１は発光装置の外観斜視図である。

図１に示すように、この発光装置１は、トップビュータイプであり、ＬＥＤチップ２と、ＬＥＤチップ２が収容される凹部３１を有する樹脂製のケース３と、凹部３１の底面側に配置されＬＥＤチップ２が搭載される金属製の第１リード４と、凹部３１の底面側に第１リード４と離隔して配置される金属製の第２リード５と、を備えている。ケース３の凹部３１は、ＬＥＤチップ２の近傍を除いて反射層６により被覆されている。ケース３は、熱、光等による劣化が少ない材料が好ましく、例えば、ポリフタルアミド、エポキシ、シリコーン等の樹脂が用いられる。また、ケース３は、透明性や反射率のグレードを適宜変更することができるが、発光装置１の高光度化のために、高反射率の白色タイプを用いることが好ましい。また、第１リード４及び第２リード５に用いられる金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等がある。

ケース３は全体として略直方体状を呈し、各リード４，５がケース３から外側に延びている。凹部３１の開口３２は平面視にて円形であり、凹部３１の側壁はリフレクタ部３３をなし開口３２へ向かって拡がるよう形成されている。凹部３１は、ＬＥＤチップ２を封止する封止樹脂７で満たされている。封止樹脂７は、熱、光等熱、光等による劣化が少ない材料が好ましく、例えば、エポキシ、シリコーン、エポキシ・シリコーンハイブリッド等の樹脂を用いることができる。本実施形態においては、封止樹脂７はシリコーンであり、封止樹脂７の上部が透光性のカバー部材８により覆われている。

図２は、発光装置の平面説明図である。図２においては、説明のため、反射層６、封止樹脂７及びカバー部材８の図示を省略する。
図２に示すように、ＬＥＤチップ２は、凹部３１の底面中央に配置される。ＬＥＤチップ２は、第１リード４上に搭載され、側方が流出入防止壁９により包囲されている。流出入防止壁９は、平面視にてＬＥＤチップ２を中心とした円形に形成される。ＬＥＤチップ２は、上面に一対の電極が形成されるフェイスアップ型であり、各電極はワイヤ１０，１１により第１リード４及び第２リード５に電気的に接続されている。本実施形態においては、ＬＥＤチップ２として、ＧａＮ系半導体からなり青色光を発するものが用いられる。

図３は、第１リード及び第２リードの配置説明図である。
図３に示すように、第１リード４及び第２リード５は、それぞれ同じ方向（図３中は上下方向）へ延び、長手方向端部で互いに離隔している。第１リード４と第２リード５との間隙２０は、各リード４，５の幅方向にわたってほぼ一定の寸法となっており、幅方向について対称に形成される。間隙２０は、各幅方向端部側で幅方向へ延びる一対の端部区間２１と、幅方向中央側で幅方向中央へ向かって第２リード５側へ傾斜する幅方向中央について対称な一対の傾斜区間２２とが連続的に形成される。尚、ここでいう幅方向中央とは、各リード４，５の幅方向についての中央ということである。尚、第２リード５における各傾斜区間２２の接続部分には切欠５１が形成され、この切欠５１の形成部分のみ間隙２０の寸法が大きくなっている。各傾斜区間２２は、直線状に形成され、流出入防止壁９の一部と平面視にて重なる。

また、第１リード４の長手方向端部の幅方向中央側には、ＬＥＤチップ２を搭載する搭載部４１が形成される。搭載部４１の一部は第２リード５側へ突出しており、この突出部分が間隙２０の各傾斜区間２２に対応している。第１リード４と第２リード５の間隙２０は、搭載部４１の第２リード５側にてケース３の底部を凹部３１内に露出させる第１露出部２３と、搭載部４１における幅方向外側にてケース３の底部を凹部３１内に露出させる一対の第２露出部２４と、を有している。

また、第１リード４には、第２リード５側の端部から第２リード５と反対側へ向かって幅方向中央側へ傾斜して延びる溝状の切欠４２が形成される。本実施形態においては、切欠４２は、間隙２０における端部区間２１と傾斜区間２２の一方の接続部分から延び、他方の傾斜区間２２と平行に形成され、流出入防止壁９の一部と平面視にて重なるようになっている。第１リード４の搭載部４１は、各傾斜区間２２及び切欠４２が三辺をなし、残る一辺が基端となる四角形状を呈している。また、切欠４２は、搭載部４１の第２リード５側と反対側にてケース３の底部を凹部３１内に露出させる露出部４２ａを有している。

また、第１リード４には、間隙２０及び切欠４２と独立して形成され、流出入防止壁９の一部と平面視にて重なる防止壁用孔部４３が形成される。本実施形態においては、防止壁用孔部４３は、平面視にて円形を呈し、搭載部４１の基端部分に形成されている。

また、第１リード４及び第２リード５は、平面視にて、凹部３１の底面外縁と重なる複数の外縁用孔部４４，４５，５２，５３が形成される。本実施形態においては、第１リード４には、幅方向中央に四角形状の第１外縁用孔部４４が形成され、幅方向一方に円形状の第２外縁用孔部４５が形成される。また、第２リード５には、幅方向中央に四角形状の第１外縁用孔部５２が形成され、幅方向他方に円形状の第２外縁用孔部５３が形成される。第１外縁用孔部４４，５２は、主として各リード４，５のケース３からの抜脱を防止する機能を有する。第２外縁用孔部４５，５３は、主として凹部３１に充填される樹脂材の底面からの剥離を防止する機能を有する。

図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。
図４に示すように、ＬＥＤチップ２は、接着材としてのダイボンドペースト１２を介して搭載部４１に搭載される。本実施形態においては、ダイボンドペースト１２は、例えばエポキシ系の樹脂からなる。また、凹部３１の表面には、流出入防止壁９の外側を被覆する反射層６が形成されている。反射層６は、無機フィラーを含有する樹脂からなり、本実施形態においては、無機フィラーとして酸化チタンが用いられ、樹脂としてシリコーンが用いられる。

流出入防止壁９は、ケース３と一体に成形されており、概略円筒形状を呈し、全周にわたってＬＥＤチップ２よりも高く形成される。各ワイヤ１０，１１は、流出入防止壁９を跨いでＬＥＤチップ２の電極と各リード４，５を接続する。本実施形態においては、流出入防止壁９の内面は凹部３１の底面に対して垂直であり、外面は上方へ向かって径方向内側へ傾斜するよう形成される。流出入防止壁９の外面は、ワイヤ１０，１１との距離がほぼ一定となるように、所定の角度で傾斜している。

以上のように構成された発光装置１は、以下の工程で製造される。まず第１リード４及び第２リード５をプレス加工等により図３に示す形状に成形する。そして、インサート成形により、第１リード４及び第２リード５を挿入した状態でケース３及び流出入防止壁９を一体的に成形する。次いで、ダイボンドペースト１２を用いてＬＥＤチップ２を搭載部４１に搭載する。このとき、ＬＥＤチップ２が流出入防止壁９に包囲されているので、ダイボンドペースト１２が流出入防止壁９の外側へ流出することはない。この後、ワイヤ１０，１１を形成し、反射層６をケース３の凹部３１内面に塗布する。このとき、ＬＥＤチップ２が流出入防止壁９により包囲されていることから、反射層６の樹脂が流出入防止壁９の内側へ流入することはない。次いで、封止樹脂７をポッティング等によりケース３の凹部３１内に充填し、封止樹脂７を硬化させて発光装置１が完成する。尚、封止樹脂７は、紫外線硬化タイプ、熱硬化タイプ等のものを用いることができるが、製造設備等を考慮すると、熱硬化タイプが好ましい。

このように、本実施形態の発光装置１によれば、流出入防止壁９によりＬＥＤチップ２が包囲されるようにしたので、ダイボンドペースト１２が各ワイヤ１０，１１と各リード４，５との接続部分まで流出することはなく、ダイボンドペースト１２のブリードアウトによる各ワイヤ１０，１１と各リード４，５の接合不良を防止することができる。また、反射層６の樹脂がＬＥＤチップ２の搭載箇所に流入することはなく、反射層６がＬＥＤチップ２に接触し、ＬＥＤチップ２から発する光が反射層６により遮られてしまうことはない。

また、本実施形態の発光装置１によれば、流出入防止壁９を第１リード４と第２リード５の間隙２０、第１リード４の切欠４２及び防止壁用孔部４３と平面視にて重なるようにしたので、ケース３の成形時に樹脂を流出入防止壁９部分に的確に流し込むことができ、流出入防止壁９の成形性が向上する。また、流出入防止壁９がケース３と一体に成形されることから、ケース３の成形工程にて流出入防止壁９を同時に成形することができ、流出入防止壁９を設けたために製造工数が増加することもない。また、流出入防止壁９がケース３と一体であることから、流出入防止壁９の強度を高くすることもでき、実用に際して極めて有利である。

また、流出入防止壁９が円形に形成されていることから、封止樹脂７の充填時に流出入防止壁９の内部に空気等の雰囲気気体が残留し難く、流出入防止壁９の内側にて封止樹脂７内に気泡が生じることはない。さらに、流出入防止壁９に応力が加わった際に、応力を分散させることができる。

尚、前記実施形態においては、ＬＥＤチップ２から発せられた光が波長変換されることなく外部へ放出されるものを示したが、例えば図５に示すように、封止樹脂７に蛍光体１３を含有させて、ＬＥＤチップ２から発せられた光の一部が波長変換されるようにしてもよい。青色光を放射するＬＥＤチップ２を用いる場合は、蛍光体１３としてＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)系、ケイ酸塩系等の黄色蛍光体を用いることにより、青色光と黄色光の組合せで白色光を外部へ放出させることができる。蛍光体１３は、封止樹脂７内に分散させて沈降させてもよい。図５の発光装置１では、流出入防止壁９の内側にのみ蛍光体１３が充填され、外部へ放出される光の色ムラの抑制が図られている。

また、前記実施形態においては、切欠４２が溝状に形成されたものを示したが、切欠４２の形状は溝状に限定されず、例えば、円形状、矩形状等の形状に形成することもできる。また、第１リード４に形成される切欠の数も任意であり、例えば、端部区間２１と傾斜区間２２の一方（図２中左方）の接続部分から延びる切欠４２の他に、他方の接続部分（図２中右方）の接続部分から延びる切欠をさらに形成してもよい。

図６及び図７は本発明の第２の実施形態を示すもので、図６は発光装置の平面図、図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。第２の実施形態は、ワイヤの高さが流出入防止壁により低く、流出入防止壁にワイヤを挿通する溝を形成した点で第１の実施形態と異なっている。

図６に示すように、発光装置１０１の流出入防止壁９は、ワイヤ１１０，１１１を挿通する２つの溝９１を有している。各溝９１は、それぞれ、径方向へ延びるよう形成される。図７に示すように、ワイヤ１１０，１１１は流出入防止壁９よりも低く形成されている。尚、流出入防止壁９及びワイヤ１１０，１１１を除いては、第１の実施形態と同様であるのでここでは詳述しない。

以上のように構成された発光装置１０１によれば、ワイヤ１１０，１１１が溝９１内に配置されているので、封止樹脂７の膨張・収縮時におけるワイヤ１１０，１１１に加わる力を低減することができ、ワイヤ１１０，１１１の信頼性を飛躍的に向上することができる。

図８から図１０は本発明の第３の実施形態を示すもので、図８は発光装置の平面図である。第３の実施形態は、主として、流出入防止壁９とケース３のリフレクタ部３３を連結する仕切壁９２を設けた点が第２の実施形態と異なっている。

図８に示すように、発光装置２０１は、流出入防止壁９及びリフレクタ部３３と連続的に形成される仕切壁９２を有する。仕切壁９２は、流出入防止壁９から径方向外側へ延び、凹部３１の底面を仕切っている。本実施形態においては、計３つの仕切壁９２が周方向に等間隔に設けられている。３つの仕切壁９２のうちの１つは、間隙２０の端部区間２１と平面視にて重なっている。

図９は、第１リード及び第２リードの配置説明図である。
図９に示すように、第１リード４には、他方の傾斜区間２２と平行な切欠４２の端部から、一方の傾斜区間２２と平行に延びる溝状の切欠４６が形成される。切欠４６は、流出入防止壁９の一部と平面視にて重なるようになっている。さらに、第１リード４には、切欠４６と連続して、平面視にて仕切壁９２の１つと重なる溝状の切欠４７が形成される。切欠４７の端部には円形の外縁用孔部４８が連続的に形成されている。

第２リード５には、他方の傾斜区間２２と連続して、平面視にて仕切壁９２の１つと重なる溝状の切欠５４が形成される。切欠５４の端部には円形の外縁用孔部５３が連続的に形成されている。

図１０は、図８のＣ−Ｃ断面図である。
図１０に示すように、仕切壁９２は流出入防止壁９と同じ高さに形成される。仕切壁９２は、ケース３及び流出入防止壁９と一体に成形されている。３つの仕切壁９２は、間隙２０の端部区間２１、第１リード４の切欠４７及び第２リード５の切欠５３と平面視にて重なっている。

以上のように構成された発光装置２０１によれば、仕切壁９２を形成したことにより、ケース３の凹部３１内に充填される封止樹脂７の体積が減じられ、封止樹脂７の膨張・収縮時におけるＬＥＤチップ２及びワイヤ１１０，１１１への負荷を小さくすることができる。また、各仕切壁９２により凹部３１の底面を仕切るようにしたので、封止樹脂７の膨張・収縮時における凹部３１の底面付近の封止樹脂７の移動量を小さくすることができ、これによってもＬＥＤチップ２及びワイヤ１１０，１１１への負荷を小さくすることができる。

尚、第３の実施形態においては、仕切壁９２が３つ設けられるものを示したが、仕切壁９２の数は任意である。

また、第１から第３の実施形態においては、発光装置１，１０１，２０１がトップビュータイプであるものを示したが、サイドビュータイプ、チップオンボードタイプ等であってもよいことは勿論である。

また、前記各実施形態においては、ＬＥＤチップ２として青色光を発するものを示したが、例えば緑色光や赤色光を発するものを用いてもよい。また、青色、緑色及び赤色の３つのＬＥＤチップが別個のリード部に搭載され、白色光を発する発光装置であってもよい。また、ＬＥＤチップ２としてＧａＮ系半導体材料からなるものを用いた発光装置を説明したが、例えばＺｎＳｅ系やＳｉＣ系のように他の半導体材料からなる発光素子であってもよい。

また、第１リード４とＬＥＤチップ２とがワイヤ１０，１１０により電気的に接続されるものを示したが、ＬＥＤチップ２の下面を電極としてワイヤ１０，１１０を省略した構成としてもよい。この場合、ダイボンドペースト１２は導電性の接着材となる。

また、前記各実施形態においては、ケース３が樹脂からなる発光装置１を示したが、ケース３と流出入防止壁９が一体に成形されているならば、ケース３はセラミックであってもよい。

また、前記各実施形態においては、流出入防止壁９が平面視円形に形成されるものを示したが、例えば多角形状等であってもよい。また、流出入防止壁９の外面が傾斜しているものを示したが、凹部３１の底面に対して垂直であってもよい。この場合、反射層６が当該外面をはい上がることを防止することができる。

また、前記各実施形態においては、発光素子としてＬＥＤチップを用いた発光装置を説明したが、発光素子はＬＥＤ素子に限定されるものではない。さらに、発光素子の他に、ツェナーダイオード等の保護素子が設けられたものであってもよく、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す発光装置の外観斜視図である。図２は、発光装置の平面説明図である。図３は、第１リード及び第２リードの配置説明図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。図５は、変形例を示す発光装置の縦断面図である。図６は、本発明の第２の実施形態を示す発光装置の平面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ断面図である。図８は、本発明の第３の実施形態を示す発光装置の平面図である。図９は、第１リード及び第２リードの配置説明図である。図１０は、図８のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１発光装置
２ＬＥＤチップ
３ケース
４第１リード
５第２リード
６反射層
７封止樹脂
８カバー部材
９流出入防止壁
１０ワイヤ
１１ワイヤ
１２ダイボンドペースト
１３蛍光体
２０間隙
２１端部区間
２２傾斜区間
３１凹部
３２開口
３３リフレクタ部
４１搭載部
４２切欠
４３防止壁用孔部
４４外縁用孔部
４５外縁用孔部
４６切欠
４７切欠
４８外縁用孔部
５１切欠
５２外縁用孔部
５３外縁用孔部
５４切欠
９１溝
９２仕切壁
１０１発光装置
１１０ワイヤ
１１１ワイヤ
２０１発光装置

Claims

発光素子と、
前記発光素子が収容される凹部を有する樹脂製のケースと、
前記凹部の底面側に配置され、前記発光素子が接着材を介して搭載される金属製の第１リードと、
前記凹部の底面側に前記第１リードと離隔して配置され、前記発光素子とワイヤを介して電気的に接続される金属製の第２リードと、
前記第１リードにおける前記第２リード側の端部に形成された切欠と、
前記凹部の底面に前記ケースと一体に成形され、前記発光素子を包囲し、前記第１リードと前記第２リードとの間隙及び前記第１リードの切欠とそれぞれ少なくとも一部が平面視にて重なる流出入防止壁と、
前記凹部の底面における前記流出入防止壁の外側を被覆し、該流出入防止壁により前記発光素子側への流出が防止され、樹脂にフィラーを含有させてなる反射層と、を備えた発光装置。
前記第１リード及び前記第２リードは、所定方向へ延び、
前記第１リードの前記発光素子の搭載部は、前記第２リード側へ突出するよう幅方向中央に形成され、
前記第１リードと前記第２リードの前記間隙は、幅方向中央へ向かって前記第２リード側へ傾斜する幅方向中央について対称な一対の傾斜区間を有し、
前記第１リードの前記切欠は、前記間隙の一方の前記傾斜区間と連続的に形成され、前記第２リードと反対側へ向かって幅方向中央側へ傾斜して延びる請求項１に記載の発光装置。
前記間隙は、
前記搭載部の前記第２リード側にて前記ケースの底部を前記凹部内に露出させる第１露出部と、
前記搭載部における幅方向外側にて前記ケースの底部を前記凹部内に露出させる一対の第２露出部と、を有する請求項２に記載の発光装置。
前記流出入防止壁と連結され、前記凹部の底面における前記流出入防止壁の外側領域を仕切る仕切壁を備えた請求項３に記載の発光装置。
前記仕切壁は、前記流出入防止壁及び前記ケースと一体に成形される請求項４に記載の発光装置。
前記ワイヤは、前記流出入防止壁よりも低く形成され、
前記流出入防止壁は、前記ワイヤを挿通する溝を有することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。