JPH1187780A - 発光装置 - Google Patents

発光装置

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JPH1187780A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部応力の影響を受けにくいリードフレーム
構造にして、製品の信頼性を高めるとともに、放熱性を
よくして、大電流の駆動を可能とし、高い光度得る。 【解決手段】 搭載用および結線用リードフレーム2
1,23は、回路基板25に実装するために成形体24
の両側から外部に突出された一対の外部フレーム部26
と、両外部フレーム部26を連結する内部フレーム部2
7とからなる。各内部フレーム部27は互いに平行に対
向配置される。リードフレーム21,23の大部分を覆
う成形体24は、遮光材料によりLEDチップ20の前
方を除く周囲を取り囲み、かつ内部フレーム部27を覆
うように成形されてなる。LEDチップ20は透光体3
3に覆われる。搭載用リードフレーム21の一部を成形
体24の外部に露出させて放熱部29とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種ディスプレイ
やLCDあるいは表示パネルのバックライトとして用い
る表面実装用の発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、回路基板に表面実装される発光装
置としてのLEDランプ(チップLED)には、以下に
示すようなものがある。
【0003】(A)リードフレームタイプ 図11に示すように、一方のリードフレーム1上にLE
Dチップ2を導電性ペースト3を介して搭載し、他方の
リードフレーム4とLEDチップ1とを金線5を介して
接続し、エポキシ樹脂等の透光性樹脂からなる封止体6
により樹脂封止したもの。
【0004】(B)フレームインサート成型タイプ 図12に示すように、LEDチップ2をリードフレーム
7に搭載し、他方のリードフレーム8と金線5を介して
接続し、光照射方向である前方を除くLEDチップ2の
周囲を遮光性樹脂からなる遮光体9で取り囲んで凹部1
0を形成し、この凹部10に透光性樹脂11を注入した
ものであり、LEDチップ2から横方向に出射される光
も有効に活用して、光度を高めている。
【0005】(C)基板タイプ 図13に示すように、表面から裏面にかけて一対の回路
パターン12,13を形成した両面基板14上にLED
チップ2を搭載し、基板14の上面を透光性樹脂からな
る透光体15により封止したもの。なお、図中、16は
カソードマーク、網線部は半田付けされる部分である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の各LEDラ
ンプにおいて、(A)のタイプでは、LEDチップの光
が横方向にも散乱してしまい、前方への光の照射効率が
悪い。(B)のタイプでは、遮光体を設けることで光照
射効率は向上できるが、回路基板へ半田付けした後の回
路基板の反りによる外部応力、あるいは回路基板とリー
ドフレームとの熱膨張率との差による外部応力が加わっ
た場合、両リードフレームが離間する方向に動くため、
リードフレームと樹脂との界面に剥離あるいはクラック
が生じ、金線の断線、LEDチップの破壊等の不良が発
生して製品の信頼性が低下する。なお、(A)のタイプ
でも同様の不良が発生する。
【0007】また、(C)のタイプでは、強固な基板上
にLEDチップが搭載されるため上記のような断線等の
問題は生じないが、(A)のタイプのものと同様に光の
照射効率が悪く、(B)のタイプのものよりも光出力が
弱い。
【0008】そして、各タイプのLEDランプでは、L
EDチップ搭載用のリードフレーム側の面積が少ないた
め、印加電流をDCで30mA程度しか流すことができ
ず、光出力が小さい。一般に、LEDチップに電流を印
加すると、LEDチップは発熱するが、印加電流を増大
させると、それに伴ってLEDチップの発熱量も多くな
り、発光効率が低下して、光出力の向上を図れない。そ
のため、光度の上昇がにぶくなり、飽和してしまい、高
い光度が得られない。このように、放熱に関しては何ら
対策が施されていないため、大電流を印加しても大きな
光出力が得られず、光度の上昇を図れない。
【0009】本発明は、上記に鑑み、外部応力の影響を
受けにくいリードフレームの構造にして、製品の信頼性
を高めることができる発光装置の提供を目的とする。ま
た、放熱性をよくして、大電流の駆動を可能とし、高い
光度を有する発光装置の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、発光素子と、これを搭載する搭載用リードフレー
ムと、前記発光素子に導線を介して接続される結線用リ
ードフレームと、各リードフレームの大部分を覆う成形
体とを備え、各リードフレームは、互いに対向配置され
て前記成形体を貫通して外部に突出するものである。ま
た、搭載用リードフレームの一部を成形体の外部に露出
させて放熱部としたものである。
【0011】すなわち、搭載用および結線用リードフレ
ームは、回路基板に実装するために成形体の両側から外
部に突出された一対の外部フレーム部と、両外部フレー
ム部を連結する内部フレーム部とからなり、各内部フレ
ーム部は互いに平行に対向配置され、前記成形体は、遮
光材料により発光素子の前方を除く周囲を取り囲み、か
つ前記内部フレーム部を覆うように成形されてなり、発
光素子は透光体に覆われる。そして、成形体の一部を切
り欠いたり、孔を形成して内部フレーム部を外部に露出
させて、これを放熱部とする。
【0012】これにより、成形体に外部応力が加わって
も、リードフレームは成形体内部において連続してお
り、かつ成形体を貫通しているので、リードフレームと
成形体との密着力が強固となり、外部応力の影響を受け
ない。ここで、リードフレームと成形体との密着力をさ
らに高めるには、成形体に覆われたリードフレームの内
部フレーム部に貫通孔を形成すればよい。
【0013】また、発光素子の駆動により発生した熱
は、リードフレームの放熱部から外部に放熱される。さ
らに、成形体の外部に突出した部分からも放熱効果が得
られる。そのため、大電流で駆動して発熱量が増加して
も、これに対応できるように放熱することができる。し
たがって、発光素子を大電流で駆動することが可能とな
り、光度を高めることができる。
【0014】さらに、光度を高めるためには、成形体
に、発光素子を取り囲むように凹部を形成して、凹部の
壁面を反射面とする。これにより、発光素子から横方向
に出た光を前方に向けて反射させることができ、光を有
効に利用できる。あるいは、凹部内または凹部の前方
に、レンズを設ける。これにより、発光素子からの光を
集光できる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態の発光装置で
あるLEDランプを図面に基づいて説明する。図1にL
EDランプの構造を示す。このLEDランプは、発光素
子であるLEDチップ20と、これを搭載するカソード
側の搭載用リードフレーム21と、LEDチップ20に
金線(10〜30μmφ)からなる導線22を介して接
続されるアノード側の結線用リードフレーム23と、各
リードフレーム21,23の大部分を覆う成形体24と
を備えている。
【0016】搭載用および結線用リードフレーム21,
23は、図2,3に示すように、回路基板25に実装す
るために成形体24の両側から外部に突出された一対の
外部フレーム部26と、両外部フレーム部26を連結す
る内部フレーム部27とからなる。内部フレーム部27
は、互いに平行に対向配置されている。そして、Cu合
金、42アロイ等の材料をスタンピングあるいはエッチ
ングにより成形して作製される。なお、放熱の点では、
放熱性に優れているCu合金を用いるとよい。
【0017】各外部フレーム部26は、L字状に内側に
向けて折曲され、成形体24の裏面に達するようにされ
ている。また、成形体24の側面に接触しないように外
側に突出しており、空気に触れる表面積が広くなり、放
熱効果を高めている。
【0018】搭載用リードフレーム21の内部フレーム
部27には、その中央にLEDチップ20を搭載するた
めの搭載部28が突出形成され、搭載部28とは反対側
に向かって幅広の放熱部29が突出形成されている。そ
して、両者の中間に、円形の貫通孔30が形成されてい
る。なお、貫通孔30は円形に限らず、三角形、四角
形、星形等でもよく、形状は問わない。
【0019】結線用リードフレーム23の内部フレーム
部27にも、その中央に結線部31が突出形成されてい
る。なお、結線用リードフレーム23は、放熱を考慮し
なくてよいので搭載用リードフレーム21に比べて幅を
狭くして、スペースを取らないように表面積をできるだ
け小さくしている。また、この内部フレーム部27に貫
通孔30が形成されていてもよい。
【0020】成形体24は、液晶ポリマー、PPS(ポ
リフェニレンサルファイド)、ナイロン等の遮光性樹脂
材料をトランスファーモールドあるいはインジェクショ
ンモールドにより、表面の中央に円錐台状の凹部32を
有する直方体状に成形してなるものである。
【0021】この凹部32内にLEDチップ20が配置
され、LEDチップ20は光出射方向である前方を除く
周囲が成形体24により取り囲まれることになる。凹部
32内には、LEDチップ20を保護するために、エポ
キシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂による透光体
33が形成されている。
【0022】ここで、成形体24は遮光性を有している
ため、光を透過せず反射させる特性がある。そのため、
凹部32の壁面が、LEDチップ20から横方向に出射
された光を前方に向けて反射する反射面となる。なお、
凹部32の壁面を金属メッキ等により鏡面化することに
より、反射効率をさらに高めることができる。
【0023】そして、各内部フレーム部27は、それぞ
れの搭載部28あるいは結線部31を除いて成形体24
により覆われ、これにより各リードフレーム21,23
の内部フレーム部27は幅方向に成形体24を貫通し、
外部フレーム部26が成形体24の両側から外側に向か
って突出する。
【0024】また、成形体24の搭載用リードフレーム
21側の側面の一部が内部フレーム部27に達するよう
に切り欠かれており、内部フレーム部27のうち放熱部
29が成形体24の外部に露出する。
【0025】次に、上記のLEDランプの製造手順を説
明する。まず、所定の形状に成形された搭載用および結
線用リードフレーム21,23を平行に対向するように
位置合わせをして、遮光性樹脂により内部フレーム部2
7の大部分を覆うように成形体24を形成する。
【0026】成形体24に形成された凹部32の底面に
は内部フレーム部27の搭載部28および結線部31が
露出しているので、LEDチップ20を導電性ペースト
34を用いて搭載部28に搭載し、導線22をボンディ
ングしてLEDチップ20と結線部31とを接続する。
【0027】次に、凹部32内に透光性樹脂を注入し
て、透光体33を形成し、LEDチップ20を覆う。こ
のようにして、製品のLEDランプは完成する。LED
ランプの寸法は、長さ6mm、幅5mm、高さ3mmと
される。なお、LEDチップ20の大きさは、0.1〜
0.6mm角サイズで、放熱部29の露出面積は1mm
2以上とする。
【0028】そして、図3に示すように、LEDランプ
の外部フレーム部26が回路基板25の半田パターン3
5上に載せられ、半田付けされることにより表面実装さ
れる。
【0029】ここで、基板25に半田付けされると、こ
の熱の影響によって生じる基板25の反り、あるいは基
板25とリードフレーム21,23との熱膨張率の差に
よりリードフレーム21,23に外部応力が加わる。
【0030】ところが、上記の構造のLEDランプで
は、例えばリードフレーム21,23が成形体24を貫
通する方向であるA方向に応力が加わる場合、リードフ
レーム21,23が同方向に連続しているため、この応
力の影響を受けない。
【0031】また、2本のリードフレーム21,23が
平行に並んでいる方向であるB方向に応力が加わる場合
でも、この応力と直交する方向にリードフレーム21,
23が成形体24を貫通しているので、リードフレーム
21,23と成形体24との接触面積が大となって強固
に密着し、この応力の影響を受けない。すなわち、この
応力の方向に対してリードフレーム21,23と成形体
24との界面の面積が大となり、応力に強固に対抗でき
るためである。しかも、一方の内部フレーム部27には
貫通孔30が形成されているので、より一層成形体24
との密着性が高まり、外部応力に対抗できる。
【0032】したがって、リードフレーム21,23と
成形体24との界面での剥離、クラックが発生せず、ま
た導線22やLEDチップ20は外部応力の影響を受け
ないので、導線22の断線、LEDチップ20の破壊等
が発生せず、製品の信頼性を高めることができる。
【0033】次に、LEDランプを使用する場合、LE
Dチップ20にDCの順電流を印加してLEDチップ2
0を駆動する。LEDチップ20から前方に出射された
光は、透光体33を通してそのまま前方に照射される。
一方、横方向に出射された光は、凹部32の壁面で反射
されて、前方に向けて照射されるので、LEDチップ2
0からの光を有効に利用できて、照射効率がよくなり光
度を高めることができる。
【0034】ここで、凹部32内あるいは凹部32の前
方に集光用のレンズを設けると、拡散する光が集められ
て、光度を高めることができる。すなわち、図4に示す
ように、透光体33の前方に、透光性樹脂あるいはガラ
ス製の半球状のレンズ40を配置する。あるいは、図5
に示すように、透光体33の一部を成形体24の表面か
ら突出させて形成し、その中央を凹ませてレンズ40を
形成する。この場合、透光体33の突出部分を掴むこと
により、回路基板25に自動装着しやすくなる。あるい
は、図6に示すように、凹部32内に形成する透光体3
3の表面を半球状にしてレンズ40を形成する。この場
合、成形体24よりも外部に突出しないので、製品の大
型化を防げる。
【0035】そして、使用を続けていくうちに、LED
チップ20は発熱する。この熱は搭載部28から放熱部
29に伝導され、放熱部29は成形体24の外部に露出
しているので、ここから放熱される。したがって、放熱
部29がLEDチップ20から近いところにあるので、
熱が成形体24あるいは透光体33の樹脂に伝導する前
に放熱部29に達し、放熱量を大きくすることができ
る。また、熱は内部フレーム部27から両側の外部フレ
ーム部26に達し、さらに外部フレーム部26から回路
基板25にも熱が伝導して、外部フレーム部26および
回路基板25から放熱される。このように、外部フレー
ム部26が2方向から突出されているので、回路基板2
5との接触面積を増大させることになり、外部フレーム
部26を介しての放熱を増大させることができ、放熱性
がさらによくなる。
【0036】放熱性について、従来のLEDランプでも
製品サイズを大きくすればリードフレームを大きくする
ことができ、放熱性がよくなる。しかし、一方で小型薄
型化の要望も強く、大きさの制約がある。同一サイズで
放熱性をよくするためにできるだけリードフレームを大
きくする場合、リードフレームと成形体の樹脂との密着
性(リードフレームの成形体に対する引き抜き強度)を
確保する必要があるため、従来のリードフレーム構造で
は小型化と放熱性との両立を図ることができなかった
が、本発明のリードフレーム構造、さらに樹脂との密着
性を高める貫通孔30を採用することにより、小型薄型
化を図りながら放熱性も高めるという効果を発揮する。
【0037】なお、放熱部の面積が大きい場合、回路基
板25へ実装するときの半田ディップ時に半田が過剰に
付着して、放熱性が損なわれることがある。そこで、こ
れを防ぐために、放熱部29にウレタン樹脂、シリコー
ン樹脂等の薄い樹脂コートをして、半田の付着を防止す
ればよい。
【0038】ここで、LEDランプの光度を高めるに
は、大きな順電流を印加すればよい。しかし通常、順電
流の定格値がIF=20mAに設定されている。IFを増
大させると、図7において正方形で示す従来の(A)タ
イプのLEDランプでは、40mA以上で光度の上昇が
鈍くなり、60mA以上では飽和してしまい、大きな電
流で使用しても、LEDチップ20の発熱により発光効
率が低下するため、十分な光度が得られなくなり、寿命
も低下する。なお、図中、IF=20mAでの光度を1
00%としている。
【0039】これに対して、上記のような放熱性に優れ
ている本実施形態のLEDランプでは、同図中の菱形で
示すように、IFを80mAに上げても光度の上昇は鈍
ることがなく、IF=20mAのときの約3.5倍の光
度が得られる。これにより、従来のLEDランプを3個
使用したときの光度を1個のLEDランプで賄うことが
できる。したがって、通常よりも大きな電流で使用する
ことが可能となり、光度の高いLEDランプを提供する
ことができる。
【0040】次に、他の実施形態のLEDランプを図8
に示す。このLEDランプでは、リードフレーム21,
23の内部フレーム部27が、LEDチップ20の搭載
部28および結線部31に対して垂直になっており、外
部応力に対する成形体24との接触面積を増大させてお
り、大きな外部応力に対して対抗できる。そして、外部
フレーム部26は、成形体24の裏面から外部に突出し
て裏面に接するように平行に配されている。これによ
り、成形体24の側面からは外部にリードフレーム2
1,23が突出していないので、製品の小型化を図れ
る。また、成形体24の側面には、横方向に複数の孔4
1が形成され、この孔41を通して内部フレーム部27
が成形体24の外部に露出することになる。その他の構
成は、上記実施形態のものと同じである。このLEDラ
ンプにおいても、上記のLEDランプと同様の作用効果
を奏する。
【0041】また、図9に示すように、凹部32の周縁
を楕円形状とする。ただし、L1≧1.1L2とする。そ
の他の構成は上記実施形態と同じである。このようにす
ることにより、光の指向特性を楕円状にすることができ
る。したがって、LEDランプを多数個並べて使用する
情報表示板に有効となる。
【0042】さらにまた、図10に示すように、搭載用
リードフレーム21の内部フレーム部27の両側に一対
の搭載部28を形成して、LEDチップ20をそれぞれ
搭載する。そして、2本の結線用リードフレーム23が
搭載用リードフレーム21を挟んで互いに平行に配され
る。外部フレーム部26は成形体24の長手方向に沿っ
て配列され、各リードフレーム21,23は成形体24
を短手方向に貫通する。その他の構成は上記実施形態と
同じである。
【0043】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。上記実
施形態において、外部フレーム部を大きくすることによ
り放熱性を高めて、放熱部をなくしてもよい。すなわ
ち、リードフレーム構造のみとする。
【0044】逆に、リードフレームが成形体を貫通しな
いような形状、例えば従来のリードフレーム構造のよう
に形成し、放熱部を成形体に対して垂直に形成して、成
形体の表面、側面あるいは裏面から外部に露出させる。
すなわち、放熱部のみを設けた構造にして、放熱部によ
って外部応力に対抗させるようにしてもよい。
【0045】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、搭載用および結線用リードフレームは、大部分
を成形体に覆われ、しかも互いに対向配置されて成形体
を貫通して外部に突出しているので、リードフレームと
成形体との密着性が増し、外部応力に対し強固に対抗す
ることができ、リードフレームは外部応力の影響を受け
ない。そのため、導線の断線、発光素子の破壊といった
不良が発生せず、製品の信頼性を向上できる。
【0046】ここで、リードフレームの成形体に覆われ
た内部フレーム部に、貫通孔を形成しておくと、成形体
との密着性をさらに高めることができ、大きな外部応力
にも対抗することができる。
【0047】そして、搭載用リードフレームの一部を成
形体の外部に露出させて放熱部とすることにより、発光
素子からの発熱を外部に放出できる。したがって、大電
流で駆動することが可能となり、光度を高めることがで
きる。
【0048】また、成形体に、発光素子を取り囲むよう
に形成された凹部の壁面を反射面とされるので、発光素
子から前方以外に出射された光を前方に向けて反射する
ことができ、出射された光を有効に利用でき、光度をさ
らに高めることができる。あるいは、凹部内または凹部
の前方にレンズを設けても、発光素子からの光を集光で
きるので、光度をさらに高めることができる。
【0049】また、凹部の周縁を楕円形状にすると、光
の指向特性を楕円状とすることができる。したがって、
この発光装置を多数個並べて使用する用途、例えば情報
表示板に有用な発光装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のLEDランプを示し、
(a)は平面図、(b)は断面図
【図2】同じくリードフレームを示し、(a)は平面
図、(b)は断面図
【図3】回路基板に実装されたLEDランプの斜視図
【図4】レンズを設けたLEDランプの正面図
【図5】他のレンズを設けたLEDランプの正面図
【図6】他のレンズを設けたLEDランプの正面図
【図7】LEDランプの順電流と光度との関係を示す図
【図8】他の実施形態のLEDランプを示し、(a)は
断面図、(b)は平面図
【図9】他の実施形態のLEDランプの平面図
【図10】他の実施形態のLEDランプの平面図
【図11】従来のリードフレームタイプのLEDランプ
の断面図
【図12】従来のフレームインサート成型タイプのLE
Dランプを示し、(a)は平面図、(b)は正面図、
(c)は断面図
【図13】従来の基板タイプのLEDランプを示し、
(a)は平面図、(b)は断面図、(c)は底面図
【符号の説明】
20 LEDチップ 21 搭載用リードフレーム 22 導線 23 結線用リードフレーム 24 成形体 25 回路基板 26 外部フレーム部 27 内部フレーム部 28 搭載部 29 放熱部 30 貫通孔 31 結線部 32 凹部 33 透光体 40 レンズ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子と、これを搭載する搭載用リー
    ドフレームと、前記発光素子に導線を介して接続される
    結線用リードフレームと、各リードフレームの大部分を
    覆う成形体とを備え、各リードフレームは、互いに対向
    配置されて前記成形体を貫通して外部に突出することを
    特徴とする発光装置。
  2. 【請求項2】 搭載用リードフレームの一部を成形体の
    外部に露出させて放熱部としたことを特徴とする請求項
    1記載の発光装置。
  3. 【請求項3】 成形体に、発光素子を取り囲むように凹
    部が形成され、凹部の壁面が前記発光素子からの光を前
    方に向けて反射する反射面とされたことを特徴とする請
    求項1または2記載の発光装置。
  4. 【請求項4】 凹部内または凹部の前方に、発光素子か
    らの光を集光するレンズが設けられたことを特徴とする
    請求項3記載の発光装置。
  5. 【請求項5】 凹部の周縁が楕円形状にされ、光の指向
    特性を楕円状とすることを特徴とする請求項3または4
    記載の発光装置。
  6. 【請求項6】 リードフレームは、成形体に覆われた内
    部フレーム部を有し、前記成形体との密着性を高めるた
    めに前記内部フレーム部に貫通孔が形成されたことを特
    徴とする請求項1または2記載の発光装置。
  7. 【請求項7】 搭載用および結線用リードフレームは、
    回路基板に実装するために成形体の両側から外部に突出
    された一対の外部フレーム部と、両外部フレーム部を連
    結する内部フレーム部とからなり、各内部フレーム部は
    互いに平行に対向配置され、前記成形体は、遮光材料に
    より発光素子の前方を除く周囲を取り囲み、かつ前記内
    部フレーム部を覆うように成形されてなり、発光素子は
    透光体に覆われたことを特徴とする請求項1または2記
    載の発光装置。
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