JP5446843B2

JP5446843B2 - Ｌｅｄ発光装置

Info

Publication number: JP5446843B2
Application number: JP2009293232A
Authority: JP
Inventors: 幸弘出向井; 稔真林; 英樹國分; 康生福井
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: JP2011134902A

Description

本発明は、複数のＬＥＤチップが搭載されたＬＥＤ発光装置に関するものであり、特に放熱効率を向上させたことに特徴を有する。

近年、白色発光のＬＥＤ発光装置は、照明装置への利用のため、ＬＥＤチップの高出力化が進められている。高出力化による発熱量の増加は、封止樹脂の剥離やワイヤの断線などさまざまな問題を生じさせ、ＬＥＤ発光装置の信頼性を低下させてしまう。そのため、ＬＥＤ発光装置の放熱効率をいかに高めるかが問題となっている。

特許文献１には、一方のリードフレーム上にＬＥＤチップを搭載し、そのリードフレームのＬＥＤチップ搭載側とは反対側の面をケースから露出させることで、効率的に放熱させる構成のＬＥＤ発光装置が記載されている。

また、特許文献２には、２つのリードフレームとは別に、樹脂ケースから露出した基台を設け、基台上に複数のＬＥＤチップを配置し、基台から放熱させるＬＥＤ発光装置が記載されている。

特開２００１−１８５７６３特開２００８−３００６９４

しかし、特許文献１、２に記載のＬＥＤ発光装置では、複数のＬＥＤチップを搭載した場合には放熱の効率があまり高くなかった。

そこで本発明の目的は、熱を効率的に外部へ放出することができるＬＥＤ発光装置を実現することである。

第１の発明は、凹部を有し、樹脂からなるケースと、凹部の底面に位置し、それぞれの形状が互いに等しい２つのリードフレームと、２つのリードフレーム上に、それぞれ複数個搭載され、かつ各リードフレーム毎に同数個搭載されたＬＥＤチップと、凹部を埋め、ＬＥＤチップを封止する封止樹脂と、を備え、２つのリードフレームは、ＬＥＤチップ搭載側に凸に湾曲した凸部を有し、その凸部内をケースの一部が埋めていて、ＬＥＤチップ搭載側とは反対側の面のうち、凸部の領域以外が全面露出していて、各リードフレーム上の複数のＬＥＤチップは、等間隔で直線状に配置されていて、一方のリードフレーム上のＬＥＤチップと、他方のリードフレーム上のＬＥＤチップとが、２つのリードフレームが対向する方向において対向しないようにずらしてＬＥＤチップが配置されている、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置である。

ＬＥＤチップの発光色は任意のものを用いることができ、青、緑、赤などの可視光や、紫外光、赤外光を発光するＬＥＤチップを用いることができる。また、搭載するＬＥＤチップのすべてが同じ発光色である必要はなく、異なる発光色のＬＥＤを組み合わせて用いてもよい。

封止樹脂には、分散材や蛍光体などが混合されていてもよい。たとえば、封止樹脂に黄色発光の蛍光体を混合、分散させ、青色発光のＬＥＤチップと組み合わせて白色発光のＬＥＤ発光装置としてもよい。

また本発明とは別に、第１の発明において、２つのリードフレームの面積比は、それぞれに搭載されているＬＥＤチップの個数比である、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置もある。

たとえば、一方のリードフレーム上にｍ個のＬＥＤチップを搭載し、他方のリードフレーム上にｎ個のＬＥＤチップを搭載する場合には、一方のリードフレームと他方のリードフレームの面積比はｍ：ｎとする。ｍとｎとの差が小さいほど放熱効率が高くなり、熱分布も均等となるため望ましい。特にｍ＝ｎ、つまりそれぞれのリードフレーム上に搭載されるＬＥＤチップの個数が等しい場合が最も望ましい。

本発明は、ＬＥＤチップは偶数個であり、２つのリードフレーム上には、それぞれ同数のＬＥＤチップが搭載され、２つのリードフレームの面積は等しい、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置である。

本発明は、各リードフレーム上に、複数のＬＥＤチップが等間隔で直線状に配置されている、ことを特徴とする。

本発明は、２つのリードフレームが対向する方向において、一方のリードフレーム上のＬＥＤチップと、他方のリードフレーム上のＬＥＤチップとが、対向しないようにずらしてＬＥＤチップが配置されている、ことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、リードフレームの端部であって、ＬＥＤチップ搭載側とは反対側の面に、階段状の切欠きを有し、その切り欠きを前記ケースの一部が埋めていることを特徴とするＬＥＤ発光装置である。

本発明において、各リードフレームは、ＬＥＤチップ搭載側に凸に湾曲した凸部を有し、その凸部内を前記ケースの一部が埋めていてもよい。

第１の発明によれば、２つのリードフレームの双方から、ＬＥＤチップの発する熱を放熱することができるので、効率的に放熱することができる。また、両方のリードフレーム上にＬＥＤチップを配置するため、ワイヤ長を短くすることができ、封止樹脂の熱膨張などの影響によってワイヤが断線してしまうことを抑制することができる。また、ＬＥＤチップを片方のリードフレーム上にのみ配置する場合に比べてＬＥＤチップ同士の間隔を広くとることができ、ＬＥＤチップからの発熱を効率的に分散させることができる。

また、本発明のように、２つのリードフレーム上にそれぞれ同数のＬＥＤチップを搭載し、２つのリードフレームの面積を等しくすれば、さらに効率的に放熱することができる。

また、本発明によれば、歪みや撓みなどに対するＬＥＤ発光装置の信頼性が向上する。また、等間隔で配置されるため熱を効率的に分散させることができ、放熱効率をより向上させることができる。

また、本発明のようにＬＥＤチップを配置すれば、ＬＥＤチップとリードフレームとを接続するワイヤをより短くすることができ、ＬＥＤ発光装置の信頼性をより向上させることができる。

また、第２の発明によれば、リードフレームがケースから離脱してしまうのを抑制することができる。

実施例１のＬＥＤ発光装置を斜め上方から見た図。実施例１のＬＥＤ発光装置を種々の方向から見た図。実施例２のＬＥＤ発光装置を斜め上方から見た図。実施例２のＬＥＤ発光装置の断面図。他のリードフレームの構造を示した図。

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。

図１は、実施例１のＬＥＤ発光装置を斜め上方から見た図である。ＬＥＤ発光装置は、正極側と負極側の２つのリードフレーム１０ａ、１０ｂと、ケース１１と、フェイスアップ型のＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂと、封止樹脂１３と、で構成されている。

ケース１１は、凹部１４を有する。凹部１４の底面には、リードフレーム１０ａ、１０ｂがケース１１の一部である樹脂材によって一定距離隔てて対向して配置されている。リードフレーム１０ａ、１０ｂのそれぞれが対向する辺は、凹部１４の長手方向に垂直な直線状となっている。また、凹部１４側面であって開口部近傍には、封止樹脂１３の剥離を防止するために溝１４ａが設けられている。また、凹部１４の側面１４ｂは、その凹部１４の底面に平行な面での断面積が、底面から離れるにしたがって増加するような傾斜を有している。この傾斜により、ＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂから放射される光を凹部１４の開口側（光取り出し面）へと効率的に反射させることができ、光取り出し効率を向上させることができる。

ＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂは、凹部１４内であって、２つのリードフレーム１０ａ、１０ｂ上に接着剤によって固定されてそれぞれ搭載されている。ＬＥＤチップ１２ａの電極（図示しない）は、ボンディングワイヤ１５ａ１、１５ａ２によってリードフレーム１０ａ、１０ｂと接続されていて、ＬＥＤチップ１２ｂの電極（図示しない）は、ボンディングワイヤ１５ｂ１、１５ｂ２によってリードフレーム１０ａ、１０ｂと接続されている。

ＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂは、任意の発光色のものでよく、青、緑、赤などの可視光や、赤外光、紫外光を発光するものであってもよい。封止樹脂１３は、シリコーン樹脂であり、分散材や蛍光体などが混合されていてもよい。たとえば、青色発光のＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂと、黄色蛍光体が混合、分散された封止樹脂１３とで、白色発光させるものであってもよい。

図２（ａ）は、ＬＥＤ発光装置のうち、ケース１１とリードフレーム１０ａ、１０ｂのみを表示して上方（発光面側）から見た図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａの断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂの断面図、図２（ｄ）は下方から見た図である。図２（ｂ）、（ｃ）に示されているように、リードフレーム１０ａ、１０ｂは、ＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂ搭載側とは反対側の面が、ケース１１から露出している。また、図２（ａ）、（ｄ）に示されているように、リードフレーム１０ａとリードフレーム１０ｂは同一面積である。

また、リードフレーム１０ａ、１０ｂの端部であって、ＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂを搭載側とは反対側の面には、階段状の切欠き１７が設けられていて、この切欠き１７はケース１１の一部である樹脂材で埋められている。実施例１のＬＥＤ発光装置は、リードフレーム１０ａ、１０ｂの裏面が露出しており、ケース１１からリードフレーム１０ａ、１０ｂが離脱するおそれがある。そこでこのような切欠き１７を設けることで、ケース１１からリードフレーム１０ａ、１０が離脱してしまうのを抑制している。

他に、リードフレームの一部を屈曲させて凸部を設けることで、ケース１１からのリードフレームの離脱を防止するようにしてもよい。たとえば、図５に示すリードフレーム５０ａ、５０ｂを実施例１のＬＥＤ発光装置において採用してもよい。リードフレーム５０ａ、５０ｂは、図５（ａ）の断面図に示されているように、凹部１４の開口側に凸の半円形に折り曲げられた凸部５９ａをそれぞれ有しており、２つの凸部５９ａ内部はケース１１の一部である樹脂材で埋められている。２つの凸部５９ａは、図５（ｂ）に示すように、平面視で長方形であり、つまり凸部５９ａは半円筒形状である。凸部５９ａは、ＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂよりも凹部１４外側の位置に設けることが望ましい。凸部５９ａによる光の反射によって光取り出し効率の向上を望めるからである。また、図５（ｃ）に示すように、平面視でリング状の構造の凸部５９ｄであってもよい。

なお、切欠き１７と凸部５９の双方を備えたリードフレームをＬＥＤ発光装置に採用してもよい。ケース１１からのリードフレームの離脱をさらに抑制することができる。

この実施例１のＬＥＤ発光装置では、面積の等しい２つのリードフレーム１０ａ、１０ｂ上にそれぞれＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂが搭載されているので、ＬＥＤチップ１２ａ、１２ｂからの発熱をリードフレーム１０ａ、１０ｂの双方の裏面から放熱することができ、リードフレーム１０ａ、１０ｂの一方にのみＬＥＤチップを搭載する場合よりも効率的に放熱することができる。

図３は、実施例２のＬＥＤ発光装置を斜め上方から見た図である。実施例３のＬＥＤ発光装置は、平面視で正方形であり、正極側と負極側の２つのリードフレーム３０ａ、３０ｂと、ケース３１と、６個のフェイスアップ型のＬＥＤチップ３２と、封止樹脂３３と、で構成されている。

ケース３１は、凹部３４を有している。凹部３４の底面には、リードフレーム３０ａ、３０ｂが配置されている。リードフレーム３０ａ、３０ｂは、ケース３１の一部である樹脂材によって一定距離隔てて対向して配置されている。リードフレーム３０ａ、３０ｂのそれぞれが対向する辺３０ａａ、３０ｂａは、凹部３４の一辺に平行な直線状となっている。また、凹部３４側面であって開口部近傍には、封止樹脂３３の剥離を防止するために溝３４ａが設けられている。また、凹部３４の側面は、その凹部３４の底面に平行な面での断面積が、底面から離れるにしたがって増加するような傾斜を有している。

ＬＥＤチップ３２は、凹部３４内であって、２つのリードフレーム３０ａ、３０ｂ上にそれぞれ３個ずつ搭載されている。各ＬＥＤチップ３２は、ボンディングワイヤ３５ａ、３５ｂによってそれぞれリードフレーム３０ａ、３０ｂに接続されている。

リードフレーム３０ａ上に搭載された３個のＬＥＤチップ３２ａは、リードフレーム３０ａの辺３０ａａの近傍に、辺３０ａａに沿って等間隔で直線状に配置されている。また、リードフレーム３０ｂ上に搭載された３個のＬＥＤチップ３２ｂもまた、リードフレーム３０ｂの辺３０ｂａの近傍に、辺３０ｂａに沿って等間隔で直線状に配置されている。このように、ＬＥＤチップ３２ａ、３２ｂを等間隔に配置することでＬＥＤチップ３２の発熱を効率的に分散させることができ、放熱効率を向上させることができる。また、ＬＥＤチップ３２ａ、３２ｂを直線状に配置しているため、熱による歪みや撓みなどによってボンディングワイヤ３５ａ、３５ｂが切断されてしまうことなどが抑制され、ＬＥＤ発光装置の信頼性を向上させることができる。

また、ＬＥＤチップ３２ａとＬＥＤチップ３２ｂは、辺３０ａａ、３０ｂａに垂直な方向において、対向しないようにずらして配置されている。これにより、ＬＥＤチップ３２ａとリードフレーム３０ｂとを接続するボンディングワイヤ３５ｂ、および、ＬＥＤチップ３２ｂとリードフレーム３０ａとを接続するボンディングワイヤ３５ａのワイヤ長を短くすることができ、熱による歪みや撓みなどによってボンディングワイヤ３５ａ、３５ｂが切断されてしまうことなどが抑制され、ＬＥＤ発光装置の信頼性を向上させることができる。

図４は、ケース３１、およびリードフレーム３０ａ、３０ｂの、辺３０ａａ、３０ｂａに垂直な方向での断面図である。リードフレーム３０ａ、３０ｂは、ＬＥＤチップ３２搭載側とは反対側の面（裏面）が、ケース３１から露出している。また、リードフレーム１０ａとリードフレーム１０ｂは同一面積である。また、リードフレーム３０ａ、３０ｂの端部であって、裏面には、階段状の切欠き５７が設けられていて、この切欠き５７はケース３１の一部である樹脂材で埋められている。このような切欠き１７を設けることで、ケース１１からリードフレーム１０ａ、１０が離脱してしまうのを抑制している。

この実施例２のＬＥＤ発光装置は、実施例１のＬＥＤ発光装置と同様に、２つのリードフレーム３０ａ、３０ｂが同一面積で、リードフレーム３０ａ、３０ｂ上にそれぞれ３個ずつＬＥＤチップ３２が配置されており、リードフレーム３０ａ、３０ｂの裏面が露出しているため、ＬＥＤチップ３２が発する熱を効率的に放熱させることができる。

なお、実施例１、２はいずれも偶数個のＬＥＤチップを、２つのリードフレーム上にそれぞれ同じ個数配置し、２つのリードフレームの面積を等しくするものであったが、必ずしも偶数個のＬＥＤチップである必要はなく、それぞれのリードフレームに等しい個数配置する必要もない。２つのリードフレーム上に少なくとも１個のＬＥＤチップが搭載されていればよい。ただし、リードフレームの面積比が搭載されるＬＥＤチップの個数比となるように、リードフレームの面積を設定することが望ましく、それぞれのリードフレーム上に搭載されるＬＥＤチップの個数差は小さいことが望ましい。より放熱効率を向上させることができるからである。

本発明のＬＥＤ発光装置は、照明装置などに利用することができる。

１０ａ、１０ｂ、３０ａ、３０ｂ：リードフレーム
１１、３１：ケース
１２、３２：ＬＥＤチップ
１３、３３：封止樹脂
１４、３４：凹部
１５ａ１、１５ａ２、１５ｂ１、１５ｂ２、３５ａ、３５ｂ：ボンディングワイヤ

Claims

凹部を有し、樹脂からなるケースと、
前記凹部の底面に位置し、それぞれの形状が互いに等しい２つのリードフレームと、
２つの前記リードフレーム上に、それぞれ複数個搭載され、かつ各前記リードフレーム毎に同数個搭載されたＬＥＤチップと、
前記凹部を埋め、前記ＬＥＤチップを封止する封止樹脂と、
を備え、
２つの前記リードフレームは、前記ＬＥＤチップ搭載側に凸に湾曲した凸部を有し、その凸部内を前記ケースの一部が埋めていて、前記ＬＥＤチップ搭載側とは反対側の面のうち、前記凸部の領域以外が全面露出していて、
各前記リードフレーム上の複数の前記ＬＥＤチップは、等間隔で直線状に配置されていて、
一方の前記リードフレーム上の前記ＬＥＤチップと、他方の前記リードフレーム上の前記ＬＥＤチップとが、２つの前記リードフレームが対向する方向において対向しないようにずらして前記ＬＥＤチップが配置されている、
ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
各前記リードフレームの端部であって、前記ＬＥＤチップ搭載側とは反対側の面に、階段状の切欠きを有し、その切り欠きを前記ケースの一部が埋めている、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。