JP2006019598A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 反射カップを最小にして、輝度の向上を図る。
【解決手段】 表面実装型のＬＥＤ１のパッケージを構成する回路基板２の中央には反射カップ２ａが形成されており、下面には接続端子２ｄ、２ｇが配設されている。回路基板４上に配設され配線回路２ｂ、２ｅは、スルーホール２ｃ、２ｆを通じて接続端子２ｄ、２ｇと導通している。反射カップ２ａの底面に接合されているＬＥＤ素子３の電極と配線回路２ｂ、２ｅとはボンディングワイヤ４で接続してある。反射カップ２ａ内にのみ蛍光体を分散させた蛍光体入り樹脂５が充填されており、ＬＥＤ素子３の発光の一部を吸収して波長を変換する。配線回路２ｂ、２ｅとボンディングワイヤ４と蛍光体入り樹脂５とを覆って回路基板２の上全体に透明樹脂６が被着されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光ダイオード、更に詳しくは反射カップ付きの表面実装型発光ダイオードに関する。

従来の一般的な発光ダイオード（以下ＬＥＤと略称）ランプの構成は青色光により励起されて黄色光を発するＹＡＧ蛍光体を含有する樹脂で青色ＬＥＤチップをパッケージ化したものである。青色ＬＥＤチップの発光は蛍光体からの発光と重なって合成色の白色ＬＥＤとなる。表面実装型のＬＥＤでは、反射カップの中においてＬＥＤチップと配線回路とがワイヤボンディング接続されたり、フリップチップ接続されている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。また、近紫外光を発するＬＥＤチップにより、ＲＧＢ蛍光体を励起して、赤色、緑色、青色の三原色の各成分のバランスが取れた一般照明用の白色光源の白色光とほぼ同様の白色光であり、かつ発光強度の強い発光を得ることができるものがある（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００１−３４５４８２号（図１、図２、図３、３−４頁） 特開２００２−９４１２８号（図１、３頁） 特開２００２−２２６８４６号（図１、段落番号００１６〜００２２）

しかしながら、青色ＬＥＤ素子の青色光が蛍光体を励起して黄色光を発するために、蛍光体を含有する樹脂全体が発光するようになり、ＬＥＤ素子の大きさに比べて発光面が大きくなってしまう。このためＬＥＤパッケージとレンズとを組み合わせた場合、レンズの開口に対し発光面が大きいので、レンズの集光作用の十分な効果が得られない。また、蛍光体を含有している樹脂は黄色みがかって見えるので、そのＬＥＤパッケージが照明等に用いられる場合、ＹＡＧ蛍光体による黄色みにより照明器具としての外観品質が損なわれる。そこで各メーカーは黄色みをなくすためだけに、ＬＥＤパッケージ前面に白色拡散板を配置して対処している。しかし、白色拡散板を配置することはＬＥＤの発光出力を減衰させたり、あるいはレンズにより集光した光を拡散、減衰させてしまうという問題がある。また、紫外発光のＬＥＤ素子とＲＧＢ蛍光体とを組み合わせた場合には、黄色みによる外観品質の低下はないが、蛍光体含有樹脂の面積が大きいとレンズによる集光作用が不十分になるという問題がある。

上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光が効率よく集光して減衰しないＬＥＤを提供することである。

前述した目的を達成するための本発明の手段は、表面に配線回路と側面が反射面である凹部とを有し裏面に前記配線回路とスルーホールを介して導通する接続端子を有する回路基板の前記凹部内に発光ダイオード素子をダイボンディングして樹脂封止した発光ダイオードにおいて、前記発光ダイオード素子をダイボンディングした面とは異なる面にある前記配線回路と前記発光ダイオード素子とを接続し、前記発光ダイオード素子の発光の一部を吸収して波長を変換する蛍光体を分散させた樹脂を前記凹部内にのみ充填したことを特徴とする。

また、前記発光ダイオード素子は前記配線回路とボンディングワイヤで接続されており、前記回路基板上には蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂が被着されて前記ボンディングワイヤを被覆していることを特徴とする。

また、前記凹部は角錐形状又は円錐形状であることを特徴とする。

また、前記凹部の反射面の縦断面は直線又は曲線を成していることを特徴とする。

また、前記反射面はＡｌ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属面であることを特徴とする。

また、請求項１乃至請求項６の何れかに記載の前記発光ダイオードを１ユニットとして、それを複数ユニット配列させて集合状態に形成したことを特徴とする。

また、前記ＬＥＤ素子に対向してレンズが配設されていることを特徴とする。

また、前記レンズは凸レンズ又はフレネルレンズであることを特徴とする。

また、前記蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂の上にプリズムシート、拡散シート等の光学シートを配設したことを特徴とする。

本発明によれば、表面に配線回路と側面が反射面である凹部とを有し裏面に前記配線回路とスルーホールを介して導通する接続端子を有する回路基板の前記凹部内に発光ダイオード素子をダイボンディングして樹脂封止した発光ダイオードにおいて、前記発光ダイオード素子をダイボンディングした面とは異なる面にある前記配線回路と前記発光ダイオード素子とを接続し、前記発光ダイオード素子の発光の一部を吸収して波長を変換する蛍光体を分散させた樹脂を前記凹部内にのみ充填したので、凹部のサイズを最小限にでき、ＬＥＤの発光面は蛍光体入り樹脂部分が小さく点光源に近くなる。したがって、黄色み部分である蛍光体入り樹脂の体積も小さくできるために、パッケージサイズに占める黄色み箇所の割合を非常に小さくできるので黄色みが目立たなくなる。また、反射面の近傍でＬＥＤ素子が発光を行うために凹部形状が小さくても光を有効に反射させて出射方向を制御することができる。

前記ＬＥＤを１ユニットとして、それを複数ユニット配列させて集合状態に形成した集合型ＬＥＤとしたので、光量を多くして照度を向上させることができる。

以下、本発明の最良の実施形態であるＬＥＤについて図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施形態であるＬＥＤを示す平面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

まず、本発明の第一の実施の形態であるＬＥＤの構成について説明する。図１、図２において、１は表面実装型のＬＥＤである。２はＬＥＤを構成する回路基板であり、中央に側面が反射面である凹部としての反射カップ２ａが形成されている。２ｂ、２ｅは回路基板２の表面の反射カップ２ａ近傍から側面近傍にかけて配設された一対の配線回路であり、各々途中から分岐した配線の先端がランドパターンを形成して対向している。配線回路２ｂ、２ｅはスルーホール２ｃ、２ｆを介して裏面の接続端子２ｄ、２ｇと導通している。なお、反射カップ２ａと配線回路２ｂ、２ｅとの少なくとも一方は電気的に接続されていない。

３は青色光又は紫外光を出射するＬＥＤ素子であり、反射カップ２ａの底面にダイボンディング接合されている。この反射カップ２ａはＬＥＤ素子３をダイボンディングできる限り、なるべく小さくなるように配設されている。４はＬＥＤ素子３をダイボンディングした面とは異なる面にある配線回路２ｂ、２ｅとＬＥＤ素子３の電極とを接続しているボンディングワイヤである。

５はＹＡＧ蛍光体又はＲＧＢ蛍光体を分散させた蛍光体入り樹脂であり、反射カップ２ａ内にのみ充填されており、ＬＥＤ素子３の発光の一部を吸収して波長を変換する。６は配線回路２ｂ、２ｅとボンディングワイヤ４と蛍光体入り樹脂５とを覆って回路基板２の上面全体に被着された蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂である。透明樹脂６はボンディングワイヤ４のみを覆うようにしてもよい。配線回路２ｂ、２ｅのランドパターン間には必要に応じて抵抗、コンデンサ等の電子部品Ｒが接続される。

次に、第一の実施の形態の作用について説明する。接続端子２ｄ、２ｇに信号電流が印加されると、スルーホール２ｃ、２ｆから配線回路２ｂ、２ｅ及びボンディングワイヤ４を経由してＬＥＤ素子３に入り、ＬＥＤ素子３は青色光又は紫外光を出射する。出射光の一部は蛍光体入り樹脂５の蛍光体を励起して周波数が変換されて混合色である白色光となって出射される。

次に、本発明の第一の実施の形態の効果について説明する。ＬＥＤ素子３の電極からでたボンディングワイヤ４が接続されている配線回路２ｂ、２ｅは反射カップ２ａの底面であるＬＥＤ素子３のダイボンディング面とは異なる面にあるので、反射カップ２ａのサイズを最小限にできる。したがって、ＬＥＤ１の発光面は蛍光体入り樹脂５部分が小さいので点光源に近くなる。また、ＹＡＧ蛍光体の場合は黄色み部分である蛍光体入り樹脂５の体積が小さいために、パッケージサイズに占める黄色み箇所の割合を非常に小さくできるので黄色みが目立たなくない。また、ＬＥＤ素子３が反射カップ２ａの近傍で反射、発光を行うためにカップ形状が小さくても光の方向を制御できる。

次に、本発明の第二の実施の形態であるＬＥＤの構成について説明する。図３は本発明の第二の実施の形態であるＬＥＤの平面図であり、図４は同じく第二の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。図３において、１１は本発明の第二の実施の形態である表面実装型のＬＥＤであり、第一の実施の形態であるＬＥＤ１を１ユニットとして、その複数ユニット（ここでは４個）を配列した集合状態の集合型ＬＥＤである。但し、配線回路の形状は違っている。

１２は回路基板である。回路基板１２の上面には一方の側面近傍から４カ所の反射カップ２ａを経由して対向する他方の側面近傍まで、配線回路１２ｂ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ及び１２ｈが配設されている。回路基板１２の一方の側面に接する下面には接続端子１２ｄ、１２ｋが配設してある。配線回路１２ｂ及び１２ｈはそれぞれスルーホール１２ｃ及び１２ｊを経由して接続端子１２ｄ及び１２ｋと導通している。その他の構成は第一の実施の形態であるＬＥＤ１と同様なので、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。集合型のＬＥＤ１１とすることにより、光量を多くして照度を向上させることができる。

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図５、図６は本発明の他の実施の形態である表面実装型ＬＥＤの分解組立斜視図である。図５において、２１はＬＥＤ１１の反射カップ２ａに対応するように凸レンズ２１ａを備えた集合レンズであり、ＬＥＤ１１の透明樹脂６の上に配設されるものである。このような集合レンズ付きＬＥＤ１１の場合、レンズ２１によりＬＥＤ１１からの出射光が集光されて輝度が向上する。

図６において、２２は蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂６の上に配設される光学シートとしての光路変換フィルムであるプリズムシートであり、マイクロプリズム２２ａが一方向に連続して配列されている。このようなＬＥＤ１１の場合、プリズムシート２２によりＬＥＤ１１からの出射光の光路方向が変換される。配列方向が直交するように２枚のプリズムシート２２を重ねて配設してもよく、この場合には出射光が集光されて輝度が向上する。

なお、本発明は以上説明した各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、回路基板の配線にはリードフレームやＭＩＤ（Molded Interconnect Devices）等を用いてもよい。反射カップ２ａの形状は円錐形状や多角形状であってもよく、縦断面は直線形状に限らず、曲線であっても良い。また、反射カップ２ａの反射面にはＡｌ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属面が被着されていてもよい。この場合に、反射カップ２ａと配線回路２ｂ、２ｅの何れか一方とを電気的に接続して、電極の一方がダイボンディング側にあるＬＥＤ素子を反射カップに直接接続することができる。反射カップ２ａは回路基板２とは別体の反射カップ部材を埋設したものであってもよい。また、レンズは凸レンズに限らずフレネルレンズでもよく、プリズムシートは集合型ＬＥＤ１１にではなく、単体のＬＥＤ１に対して使用してもよい。その場合に、プリズムシートの代わりに拡散シート等の光学シートを用いてもよい。また、集合型ＬＥＤ１１の配線回路は用途によっては直列ではなく並列に配設してもよい。

本発明のＬＥＤは、各種照明用として広く適用できるものである。

本発明の第一の実施の形態である発光ダイオードを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態である集合型発光ダイオードを示す平面図である。 本発明の第二の実施の形態である集合型発光ダイオードを示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態である集合型発光ダイオードの分解組立斜視図である。 本発明の他の実施の形態である集合型発光ダイオードの分解組立斜視図である。

符号の説明

１、１１ 発光ダイオード
２ｄ、２ｇ、１２ｄ、１２ｋ 接続端子
２、１２ 回路基板
２ａ 反射カップ
２ｂ、２ｅ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ 配線回路
２ｃ、２ｆ、１２ｃ、１２ｊ スルーホール
３ ＬＥＤ素子
４ ボンディングワイヤ
５ 蛍光体入り樹脂
６ 透明樹脂
２１ａ 凸レンズ
２２ プリズムシート

Claims (10)

1. 表面に配線回路と側面が反射面である凹部とを有し裏面に前記配線回路とスルーホールを介して導通する接続端子を有する回路基板の前記凹部内に発光ダイオード素子をダイボンディングして樹脂封止した発光ダイオードにおいて、前記発光ダイオード素子をダイボンディングした面とは異なる面にある前記配線回路と前記発光ダイオード素子とを接続し、前記発光ダイオード素子の発光の一部を吸収して波長を変換する蛍光体を分散させた樹脂を前記凹部内にのみ充填したことを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記発光ダイオード素子は前記配線回路とボンディングワイヤで接続されており、前記回路基板上には蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂が被着されて前記ボンディングワイヤを被服していることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
3. 前記回路基板上の前記配線回路には抵抗、コンデンサ等の電子部品が接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発光ダイオード。
4. 前記凹部は角錐形状又は円錐形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光ダイオード。
5. 前記凹部の反射面の縦断面は直線又は曲線を成していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光ダイオード。
6. 前記反射面はＡｌ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属面であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光ダイオード。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の前記発光ダイオードを１ユニットとして、それを複数ユニット配列させて集合状態に形成したことを特徴とする発光ダイオード。
8. 前記ＬＥＤ素子に対向してレンズが配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発光ダイオード。
9. 前記レンズは凸レンズ又はフレネルレンズであることを特徴とする請求項８記載の発光ダイオード。
10. 前記蛍光体を含まない透光性樹脂又は透明樹脂の上にプリズムシート、拡散シート等の光学シートを配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発光ダイオード。
    

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