JP5212089B2 - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、長方形のＬＥＤチップを搭載した発光装置に関するものであり、特に光取り出し効率を向上させたものである。

従来のパッケージ型のＬＥＤ発光装置は、樹脂パッケージの凹部底面にＬＥＤチップを搭載し、凹部側面を外側上方に向かって傾斜させた構造であり、凹部側面をリフレクタとして機能させることで上方への光取り出し効率を向上させている。

また、特許文献１に示されたＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤチップの周囲に楕円面や放物面状の凹部を形成し、その楕円面や放物面の焦点にＬＥＤチップを配置することで、光取り出し効率を向上させている。
特開２００７−３００１１０

しかし、従来のパッケージ型のＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤチップから水平方向、または下方（凹部底面側）に放射される光は、ほぼ垂直に凹部側面に入射するため、上方へ反射させることができず、パッケージ内部で光が滞留・減衰し、光取り出し効率が悪かった。また、凹部側面のＬＥＤチップに近い部分は、照射光の強度が強いためパッケージの劣化が激しく、変色してしまったり、封止樹脂との密着性が低下するなどの不具合の要因となっていた。凹部側面に金属膜を形成することで、光取り出し効率の向上とパッケージの劣化防止を図ることも考えられるが、製造工程が複雑となり、製造コストの増大に見合う光取り出し効率の向上効果を得ることはできなかった。

また、特許文献１に記載の発光装置では、その構造上小型化することが難しく、安価に製造することができないという問題がある。

そこで本発明の目的は、光取り出し効率を向上させ、パッケージの劣化を抑制させたＬＥＤ発光装置を提供することである。

第１の発明は、側面が上方に向かって広がるように傾斜した凹部を有し、樹脂からなるパッケージと、パッケージの凹部底面に形成されたリードフレームと、リードフレーム上に配置され、リードフレームと電気的に接続された矩形のＬＥＤチップと、パッケージの凹部を埋める封止樹脂と、を備え、リードフレームのＬＥＤチップ近傍に、リードフレームが屈曲されてＬＥＤチップの対向する一対の辺に沿って平行な凹部および凸部が形成されていて、その凹部と凸部は、ＬＥＤチップに近い側を凹部、遠い側を凸部として連続して形成され、そのリードフレームの凹部のＬＥＤチップとは反対側の側面、および凸部のＬＥＤチップ側の側面は、ＬＥＤチップから離れる方向であって上方へ向かう方向に傾斜していて、かつ、その傾斜した凹部側面と、傾斜した凸部側面とが一続きに形成されている、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置である。

第２の発明は、第１の発明において、ＬＥＤチップは長方形であり、リードフレームの凹部および凸部は、ＬＥＤチップの長辺に沿って形成されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、ＬＥＤチップは、フェイスアップ型であることを特徴とするＬＥＤ発光装置である。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、リードフレームには、Ａｇめっきが施されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置である。

本発明では、リードフレームを屈曲させて、ＬＥＤチップの対向する一対の辺に沿って凹部または凸部を設けている。このようにリードフレームに凹部または凸部を設けると、ＬＥＤチップの対向する一対の辺からパッケージの凹部底面方向または水平方向に向かって放射される光は、リードフレームの凹部または凸部によって反射され、上方へ放射される。そのため、本発明によると、光取り出し効率を向上させることができる。また、本発明のようにしてリードフレームに凹部と凸部の双方を設けると、ＬＥＤチップの対向対向する一対の辺からパッケージの凹部底面方向および水平方向に向かって放射される光の双方を、リードフレームの凹部および凸部によって上方へ反射させることができるので、同様に光取り出し効率を向上させることができる。また、本発明によると、リードフレームに凹部、凸部を設けたことにより、パッケージの凹部側面のＬＥＤチップに近い領域に入射する光が減るため、パッケージの劣化が抑制されている。また、本発明のＬＥＤ発光装置は、リードフレームを屈曲されて凹部、凸部を設けており、従来のＬＥＤ発光装置に比べてパッケージの形状を大きく変えているわけではないので、本発明によってＬＥＤ発光装置の大きさを増大させてしまうことはなく、小型化も容易である。

また、第２の発明のように、ＬＥＤチップが長方形である場合には、ＬＥＤチップの短辺からよりも長辺から光が多く放射されるため、長辺に沿ってリードフレームの凹部、凸部を設けることで、効率的に光取り出し効率を向上させることができる。

また、第３の発明のように、本発明はフェイスアップ型のＬＥＤチップを用いる場合に特に有効である。フェイスアップ型のＬＥＤチップは、他の構造のＬＥＤチップに比べて水平方向に放射される光量が多いため、本発明によって光取り出し効率を大きく向上させることができ、パッケージの劣化を抑制する効果も高い。

また、第４の発明のように、リードフレームに光の反射率が高い材料であるＡｇをめっきすることで、より光取り出し効率を向上させることができる。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１は、トップビュータイプのＬＥＤ発光装置１である。図１は、ＬＥＤ発光装置１を上方（発光面側）からみた図であり、図２は、ＬＥＤ発光装置１のＡ−Ａにおける断面図、図３は、ＬＥＤ発光装置１のＢ−Ｂにおける断面図である。

ＬＥＤ発光装置１は、図２、３に示すように、凹部１１を有したパッケージ１２と、凹部１１の底面に形成されたリードフレーム１３ａ、１３ｂと、リードフレーム１３ａ上に接着されたＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０とリードフレーム１３ａ、１３ｂとを電気的に接続するワイヤ１４ａ、１４ｂと、凹部１１を埋めてＬＥＤチップ１０、ワイヤ１４ａ、１４ｂを封止する蛍光体を含んだ封止樹脂１５と、により構成されている。

パッケージ１２は、図１に示すように、平面形状は長方形であり、凹部１１の底面にリードフレーム１３ａ、１３ｂが形成されている。このリードフレーム１３ａ、１３ｂは、凹部１１内部から、パッケージ１２の外側まで連続して延びている。パッケージ１２の外側に延びたリードフレーム１３ａ、１３ｂは、パッケージ１２の外側側面から外側下面（発光面側とは反対側の面）に沿って折り曲げられている。なお、図３の断面図において、リードフレーム１３ａ、１３ｂが凹部１１内部から、パッケージ１２の外側に連続していないように見えるが、これはリードフレーム１３ａ、１３ｂに、折り曲げ加工時の加重を低減するための孔が開けられているからで、他の断面では連続している。パッケージ１２は、たとえば、ナイロンなどの樹脂である。

凹部１１は、角を丸めた四角錐台状の形状であり、図１のように平面視では角を丸めた長方形である。凹部１１の側面１１ａは、外側上方に向かって傾斜している。このように凹部１１の側面１１ａを傾斜させることで、ＬＥＤチップ１０から放射される光を上方へ反射させるリフレクタとして機能させている。凹部１１内部には封止樹脂１５が充填されており、ＬＥＤチップ１０やワイヤ１４ａ、１４ｂを封止している。

ＬＥＤチップ１０は、長方形状のフェイスアップ型チップであり、リードフレーム１３ａ上であって凹部１１の中央に、パッケージ１２の長辺方向とＬＥＤチップ１０の長辺方向が平行となるような配置で、ダイボンドペースト（図示しない）によって接着、固定されている。このＬＥＤチップ１０の図示しない２つの電極は、ワイヤ１４ａ、１４ｂによってリードフレーム１３ａ、１３ｂと電気的に接続されている。また、ＬＥＤチップ１０はIII 族窒化物半導体からなる青色発光のものである。

リードフレーム１３ａのＬＥＤチップ１０近傍は、リードフレーム１３ａが屈曲させられており、ＬＥＤチップ１０の長辺に沿って凹部１６が形成されている。凹部１６のＢ−Ｂにおける断面は、図３に示すように、側面１６ａと側面１６ｂとによる三角形状である。凹部１６のＬＥＤチップ１０側の側面１６ａは、パッケージ１２の凹部１１の底面に対してほぼ垂直に形成され、他方の凹部１６の側面１６ｂは、ＬＥＤチップ１０から離れる方向であってパッケージ１２の凹部１１の底面方向に向かって、ゆるやかに傾斜している。リードフレーム１３ａ、１３ｂは、Ｃｕなどの金属板にＡｇめっきを施したものである。また、パッケージ１２とリードフレーム１３ａ、１３ｂは、インサート成形によって一体化されて形成されている。

封止樹脂１５は、シリコーン樹脂からなり、黄色蛍光体や分散材が混合されている。ＬＥＤチップ１０から放射される青色光の一部は黄色蛍光体により黄色光に変換される。そのため、実施例１のＬＥＤ発光装置１は、青色光と黄色光との混色により白色光を発光する。封止樹脂１５には、シリコーン樹脂以外にエポキシ樹脂などを用いることができる。また、黄色蛍光体は、たとえばＹＡＧ蛍光体やＢＯＳ蛍光体などである。また、酸化チタンなどの反射材を混合させてもよい。

実施例１のＬＥＤ発光装置１では、ＬＥＤチップ１０が長方形状であるため、光はＬＥＤチップ１０の長辺から主として放射される。従来のリードフレーム１３ａに凹部１６を設けていない場合には、ＬＥＤチップ１０の長辺からの放射光のうち、パッケージ１２の凹部１１底面側へ向かう光は、リードフレーム１３ａに反射された後、凹部１１の側面１１ａにほぼ垂直に入射していた。そのため、凹部１１内で光が滞留・減衰し、発光装置の外部に取り出されないことが多かった。これに対し、実施例１のＬＥＤ発光装置１では、リードフレーム１３ａに凹部１６を設けたことにより、ＬＥＤチップ１０の長辺からの放射光のうち、パッケージ１２の凹部１１底面側へ向かう光は、パッケージ１２のリードフレーム１３ａの凹部１６の側面１６ｂによって反射されて上方へと向かい、ＬＥＤ発光装置１の外部に取り出される。したがって、実施例１のＬＥＤ発光装置１は、従来のＬＥＤ発光装置に比べて光取り出し効率が向上している。また、リードフレーム１３ａはＡｇめっきが施されているため、凹部１６の側面１６ｂによって光を効率的に反射させることができる。

また、リードフレーム１３ａに凹部１６を設けた結果、パッケージ１２の凹部１１側面１１ａの、ＬＥＤチップ１０に近い領域に入射する光は減少する。そのため、パッケージ１２の劣化が抑制されており、パッケージ１２が変色して反射率が低下したり、封止樹脂１５とパッケージ１２との密着性が低下するなどの不具合が抑制される。

また、実施例１のＬＥＤ発光装置１は、リードフレーム１３ａを屈曲されて凹部１６を設けており、パッケージ１２の形状を大きく変えているわけではないので、容易に小型化を図ることができる。

実施例２のＬＥＤ発光装置２は、リードフレーム１３ａの凹部１６に替えて、凸部２７を形成したものである。図４は、図１と同様の方向におけるＬＥＤ発光装置２の断面図である。凸部２７は、凹部１６と同様に、リードフレーム１３ａのＬＥＤチップ１０近傍を屈曲させて形成しており、ＬＥＤチップ１０の長辺に沿って形成されている。また、図４のように、凸部２７の断面は、側面２７ａと側面２７ｂとによる三角形状である。凸部２７のＬＥＤチップ１０側の側面２７ａは、ＬＥＤチップ１０から離れる方向であって上方に向かって、ゆるやかに傾斜していて、他方の凸部２７の側面２７ｂは、パッケージ１２の凹部１１の底面に対してほぼ垂直に形成されている。

凸部２７の高さは、ＬＥＤチップ１０の高さと同程度とすることが望ましい。発光の面内均一性をより良好とすることができるからである。

このようにリードフレーム１３ａに凸部２７を形成すると、ＬＥＤチップ１０の長辺からの放射光のうち、パッケージ１２の凹部１１底面に平行に放射される光は、パッケージ１２のリードフレーム１３ａの凸部２７の側面２７ａによって反射されて上方へと向かい、ＬＥＤ発光装置２の外部に取り出される。したがって、実施例２のＬＥＤ発光装置２は、実施例１のＬＥＤ発光装置１と同様に光取り出し効率が向上している。

実施例３のＬＥＤ発光装置３は、リードフレーム１３ａの凹部１６に替えて、凹部３６と凸部３７を形成したものである。図５は、図１と同様の方向におけるＬＥＤ発光装置３の断面図である。凹部３６および凸部３７は、凹部１６と同様に、リードフレーム１３ａのＬＥＤチップ１０近傍を屈曲させて形成しており、ＬＥＤチップ１０の長辺に沿って形成されている。また、図５のように、ＬＥＤに近い側を凹部３６、遠い側を凸部３７として、凹部３６と凸部３７とは連続して形成されており、凹部３６の断面は、側面３６ａと側面３６ｂとによる三角形状であり、凸部３７の断面は、側面３７ａと側面３７ｂとによる三角形状であり、側面３６ｂと側面３７ａは一続きに形成されている。凹部３６のＬＥＤチップ１０側の側面３６ａは、パッケージ１２の凹部１１の底面に対してほぼ垂直に形成され、他方の凹部３６の側面３６ｂおよび凸部３７のＬＥＤチップ１０側の側面３７ａは、ＬＥＤチップ１０から離れる方向であって上方に向かって、ゆるやかに傾斜していて、凸部３７の他の側面３７ｂは、パッケージ１２の凹部１１の底面に対してほぼ垂直に形成されている。

なお、凹部３６と凸部３７は必ずしも連続して形成されている必要はなく、ＬＥＤに近い側を凹部３６、遠い側を凸部３７として形成されているならば、凹部３６と凸部３７は離間していてもよい。

このようにリードフレーム１３ａに凹部３６と凸部３７を形成すると、ＬＥＤチップ１０の長辺からの放射光のうち、パッケージ１２の凹部１１底面に平行に放射される光は、パッケージ１２のリードフレーム１３ａの凸部３７の側面３７ａによって反射されて上方へと向かい、ＬＥＤ発光装置３の外部に取り出される。また、ＬＥＤチップ１０の長辺からの放射光のうち、パッケージ１２の凹部１１底面側へ向かう光は、パッケージ１２のリードフレーム１３ａの凹部３６の側面３６ｂによって反射されて上方へと向かい、ＬＥＤ発光装置３の外部に取り出される。したがって、実施例３のＬＥＤ発光装置３もまた、ＬＥＤ発光装置１やＬＥＤ発光装置２と同様に、光取り出し効率が向上している。

なお、各実施例に示した発光装置はいずれもトップビュータイプのものであるが、本発明はこれに限るものではなく、サイドビュータイプの発光装置などにも適用することができる。サイドビュータイプでは、ＬＥＤとパッケージとの距離が近いため、本発明を適用すると、パッケージの劣化抑制の効果が高い。

また、各実施例では、ＬＥＤとしてフェイスアップ型のものを用いたが、フリップチップ型や、上下電極構造のものなど、任意の構造のＬＥＤを用いてよい。ただし、フェイスアップ型のものは、水平方向に放射される光の割合が高いので、本発明によって光取り出し効率を大きく向上させることができる。また、ＬＥＤの発光色についても、実施例のようにIII 族窒化物半導体からなる青色発光のＬＥＤに限るものではなく、緑色、赤色など任意の発光色のものを用いてよく、紫外発光や、赤外発光など可視光以外の波長を発光するものであってもよい。たとえば、紫外発光のＬＥＤを用い、封止樹脂に紫外光によって励起されて青、緑、赤に発光する蛍光体を混合することで、白色発光の発光装置を実現することも可能である。また、ＬＥＤの半導体材料も任意であり、III 族窒化物半導体、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＧａＡｓＰ系材料などのIII −Ｖ族半導体や、ＺｎＯなどのII−ＶI 族半導体を材料とするＬＥＤであってもよい。

また、各実施例では、リードフレームの凹部、凸部の断面形状を三角形状としたが、これに限るものではなく、ＬＥＤから遠い側の側面が、ＬＥＤから離れる方向であって上方に向かう傾斜を有する形状であればよい。たとえば台形状などである。また、各実施例ではＬＥＤチップを長方形としたが、正方形であってもよい。

本発明の発光装置は、ディスプレイのバックライト光源などに用いることができる。

実施例１のＬＥＤ発光装置１を上方からみた図。 図１のＡ−ＡにおけるＬＥＤ発光装置１の断面図。 図１のＢ−ＢにおけるＬＥＤ発光装置１の断面図。 実施例２のＬＥＤ発光装置２の断面図。 実施例３のＬＥＤ発光装置３の断面図。

１０：ＬＥＤチップ
１１、１６、３６：凹部
１２：パッケージ
１３ａ、１３ｂ：リードフレーム
１４ａ、１４ｂ：ワイヤ
１５：封止樹脂
２７、３７：凸部

Claims (4)

1. 側面が上方に向かって広がるように傾斜した凹部を有し、樹脂からなるパッケージと、
   前記パッケージの前記凹部底面に形成されたリードフレームと、
   前記リードフレーム上に配置され、前記リードフレームと電気的に接続された矩形のＬＥＤチップと、
   前記パッケージの前記凹部を埋める封止樹脂と、
   を備え、
   前記リードフレームの前記ＬＥＤチップ近傍に、前記リードフレームが屈曲されて前記ＬＥＤチップの対向する一対の辺に沿って平行な凹部および凸部が形成されていて、
   その凹部と凸部は、前記ＬＥＤチップに近い側を凹部、遠い側を凸部として連続して形成され、
   そのリードフレームの凹部の前記ＬＥＤチップとは反対側の側面、および凸部の前記ＬＥＤチップ側の側面は、前記ＬＥＤチップから離れる方向であって上方へ向かう方向に傾斜していて、かつ、その傾斜した凹部側面と、傾斜した凸部側面とが一続きに形成されている、
   ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記ＬＥＤチップは長方形であり、
   前記リードフレームの凹部および凸部は、前記ＬＥＤチップの長辺に沿って形成されてい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発光装置。
3. 前記ＬＥＤチップは、フェイスアップ型であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記リードフレームには、Ａｇめっきが施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。

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