JP3905343B2 - 発光ダイオード - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面実装型の発光ダイオード特にエッジライト方式の面状光源等に用いられる発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の発光ダイオードとしては、例えば図５及び図６に示したものが知られている。図５において（ａ）は発光ダイオード１０１の斜視図、（ｂ）はX断面図（XZ平面における断面図）である。図５に示すように。発光ダイオード１０１は、ガラスエポキシよりなる基板１０２の上面から下面にかけてパターン形成された１対の電極である端子電極１０３、端子電極１０４を備え、基板１０２の上面において、端子電極１０３の上に図示しない接着剤（導電性接着剤又は非導電性接着剤）によって発光ダイオード素子１０６を固着すると共に、発光ダイオード素子１０６のアノード１０６ａと前記端子電極１０３の間、並びにカソード１０６ｋと端子電極１０４の間をボンデイングワイヤー１０７で接続し、このボンデイングワイヤー１０７および発光ダイオード素子１０６を樹脂封止体１０８によって封止した構造のものである。ここで、樹脂封止体１０８は透光性樹脂よりなり、全体的には略直方体をなすが、前記発光ダイオード素子１０６の直上付近に凸状のレンズ部１０８ｂを有する。使用時には図示しないマザーボードのプリント配線に前記端子電極１０３、１０４を半田等により接続、導通し、表面実装する。
【０００３】
図示しない電源から前記プリント配線を経て、更に前記端子電極１０３、１０４、ボンデイグワイヤー１０７を介して発光ダイオード素子１０６に所定の駆動電流を流すと、発光ダイオード素子１０６が発光する。その発光の光線のうちレンズ部１０８ｂに達したものは屈折により光線ｓ１として出射し、集光されて対象物体１１１に入射するが、この入射光は対象物体のXY面において径の小さい略円形の照明スポット１１２を生ずる。
【０００４】
図６に示す発光ダイオード１２１はＭＩＤ型といわれるもので、基板にパラボラ状の窪みを有するものである。図６において（ａ）は発光ダイオード１２１のZ方向の上面図であり、（ｂ）はX断面図である。図６に示すように、発光ダイオード１２１は、樹脂材よりなる基板１２２の上面側にパラボラ状の凹部１２６を有している。凹部１２６の側面はAg膜よりなる放物面をなす反射膜１２６ａとなっており、周辺には段部１２６ｂを有する。段部１２６ｂには基板１２２の上面から下面にまで設けられた端子電極１２３および１２４の端部が設けられている。 前記パラボラ状の凹部１２６の底面上に図示しない接着剤（導電性接着剤又は非導電性接着剤）によって発光ダイオード素子１０６を固着すると共に、発光ダイオード素子１０６のアノード１０６ａと前記端子電極１２３の間、並びにカソード１０６ｋと端子電極１２４の間をボンデイングワイヤー１０７で接続し、このボンデイングワイヤー１０７および発光ダイオード素子１０６を透光性を有する樹脂封止体１２８によって封止して発光ダイオード１２１が構成される。
【０００５】
すでに説明したようにして、発光ダイオード１０６が発光すると、その発光の光線の大部分は前記の放物面をなす反射膜１２６ａに達し、ここで反射されてZ軸に略平行な光線ｓ２として出射し、対象物体１３１に入射するが、この入射光は対象物体のXY面において径の小さい略円形の照明スポット１３２を生ずる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した発光ダイオード１０１，１２１を導光板を用いたエッジライト方式の面状光源の発光源として使用しようとするときには、以下のような問題がある。すなわち、これらの発光ダイオードはいずれも、上記したように対象物体に対して径の小さい略円形の照明スポットを生ずる。一方、面状光源の導光板はその端面が厚み方向（Y方向）と直交する方向（X方向）にある程度の長さをもっている。よって、これらの発光ダイオードは導光板に対しては、点光源として作用する。このため、発光ダイオードが１個だけでは、導光板から出射する面状の照明光の輝度を均一とすることが困難となる。よって、▲１▼従来は面状の照明光の輝度を均一にするためには、導光板の側面に沿ってかかる発光ダイオードを多数個配置し、発光源を擬似的な線状光源とすることが必要であった。このため、▲２▼装置のコストが上昇し、且つ装置の必要スペースが大となるという問題があった。
【０００７】
本発明は、基板上の発光ダイオード素子を透光性の樹脂封止体により封止してなる発光ダイオードにおいて、上記の問題を改善することを課題とする。そして本発明はかかる課題を解決することにより、エッジライト方式の面状光源等の発光源として、１個の発光ダイオードにより断面が線状の出射光を発する線状光源を構成することを１つの目的とする。本発明はさらに、かかる線状光源において、明るくて輝度の均一な線状光源を実現することも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明は、基板の上面に発光ダイオード素子を搭載するとともに、この発光ダイオード素子を直接または間接に前記基板に設けた端子に接続し、少なくとも発光ダイオード素子を透光性樹脂よりなる樹脂封止体によって封止してなる発光ダイオードにおいて、前記樹脂封止体の形状は、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交座標系をもって表現したとき、Ｘ方向において互いに対向する１対の側面を有し、Ｙ方向において互いに対向する他の１対の側面を有し、Ｘ断面（Ｙ軸に垂直な断面）で見れば上面がＸ方向の両側から中央に向けて左右対称に落ち込む１対の放物線を有し、Ｙ断面（Ｘ軸に垂直な断面）で見れば、上面が上に凸の曲線を有する形状であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る発光ダイオード１０の構成を示す図であり、直交するX、Y、Z軸に対し、（ａ）はZ方向上面図、（ｂ）はX方向（長手方向）断面図、（ｃ）はY方向断面である。図１において１は発光ダイオード素子、２はガラスエポキシなどからなる基板、３および４はそれぞれ基板２の上面から下面にかけて設けられたアノード用電極パターンおよびカソード用電極パターンである。５は透光性樹脂よりなる封止部材である。
【００１６】
アノード用電極パターン３の上に前記発光ダイオード素子１をその底面を下にして載置し、図示しない絶縁性接着剤もしくは導電接着剤により固定する。発光ダイオード素子１のカソード１ｋをボンデイングワイヤー７を介して前記カソード用電極パターン４に接続し、アノード１ａをボンデイングワイヤー７を介して前記アノード用電極パターン３に接続する。この状態で、発光ダイオード素子１およびボンデイングワイヤー７を被覆するようにして、封止部材５を形成する。封止部材５の平面形状は図１（ａ）に示すようにX方向に長い長方形である。封止部材５のX断面は、図１（ｂ）に示すように封止部材５の上面に対応して、上に凸の放物線Shを有している。封止部材５のY断面は、図１（ｃ）に示すように、上に凸の曲線Srを有している。ここで、曲線Srの平均曲率は前記放物線物Shの平均曲率より大となるように設定されている。封止部材５は透光性樹脂のモールド加工によりこのような形状に形成される。
【００１７】
図示しない電源から前記カソード用電極パターン３、アノード用電極パター４およびボンデイグワイヤー８を介して発光ダイオード素子１に所定の駆動電流を流すと、発光ダイオード素子１が発光する。この発光の光線はX方向に関しては、図１（ｂ）に示すように大部分が封止部材５の上面に対応する放物線Shに達し、ここを屈折により透過するが、このとき屈折光はダイオード素子１の発光の方向よりも上向きの方向となる傾向がある。すなわち、屈折面（Sh）に対する発光ダイオード素子の発光光線の入射は、Shの法線ｈに下側から入射するように封止部材５の寸法が設定されており、屈折光線は発光光線の延長（点線）よりも内側（上側）に折れ曲がった方向となる。ところで、封止部材５が無いとした場合には、発光ダイオード素子からの出射光は点線で示すように折れ曲がりの無い光線として発散し、導光板のX方向の領域DXに入射するものの割合は必ずしも多くはなく、その入射光の全光量は必ずしも十分とはいえない。一方、本実施の形態においては封止部材５からの出射光は上記のように点線よりも内側（上側）に折れ曲がり、導光板のX方向の領域DXに出射光の大部分が入射する。これにより、X方向において十分に長い入射領域を確保できるとともに、この領域DXへの入射の全光量が増加する。
更に、上記した光線の折れ曲がり効果により、封止部材５が無い場合の点線の光路に比較し、封止部材５からの屈折による出射光は発散することが少なく、導光板のX方向の領域DX領域において輝度の均一性が向上する。
【００１８】
図１（ｃ）に示すように、Y断面において、発光ダイオード素子１の発光のうち、封止部材５の上に凸の曲線Srを有する上面に達したものは屈折により、内側に集光され、導光板のY方向（厚味方向）の領域DYに効率よく入射する。これは上記したように曲線Srの曲率が前記放物線Sh（図１（ｂ））に比して十分大きく設定されているからである。このようにして、本第１実施形態においては、導光板等被照明体に対し、照明範囲がX方向に対して十分な長さを有し、Y方向に対しては狭い幅を有し、且つ輝度のレベルおよび輝度の均一性に優れた照明が可能となる。すなわち、適切な照明範囲と輝度の均一性に優れ、照明が十分に明るい線状光源を提供することができる。
【００１９】
以下に、本発明の第２実施形態につき図面を用いて説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る発光ダイオード２０の構成を示すX断面図である。封止部材２５のX断面は、図２に示すように封止部材２５の上面に対応して、上に凸の円弧SRを有している。ここで円弧SRの中心点ORは発光ダイオード素子１から離れてその上方に位置している。他の点に関しては図１に示す発光ダイオード１０と同様である。図２に示すように、本実施の形態においても、封止部材２５の上面（SRに対応）における屈折作用により、屈折光線は発光光線の延長（点線）よりも内側（上側））に折れ曲がった方向となり、導光板のX方向の領域DXに出射光の大部分が入射する。このようにして、X方向に関し図１に示した第１実施形態と同様の効果が得られる。本実施の形態のY断面については、図１（ｃ）に示したY断面と同様で、同様の作用をなす。これらにより、本第２実施形態に係る発光ダイオード２０は図１に示した第１実施形態に係る発光ダイオード１０と同様に、明るくて輝度が均一な線状光源として機能する。
【００２０】
以下に本発明の第３実施形態につき図面を用いて説明する。図３は本発明の第３実施形態に係る発光ダイオード３０の構成を示すX断面図である。封止部材３５のX断面は、図３に示すように封止部材３５の上面に対応して、左右対称な放物線Hｒを有している。Y断面については、図１（ｃ）に示したものと同様である。又、他の点に関しては図１に示す発光ダイオード１０と同様である。図３に示すように、本実施形態においては、発光ダイオード素子１からの光は封止部材３５上面に対応するＨｒに達した後、屈折により拡散されてX方向の必要な領域DXを照射する。この領域DXは図１（ｃ）に示すY方向の照明領域DYよりもかなり長い、このようにして線状光源を実現することができる。
【００２１】
以下に本発明の第４実施形態につき図面を用いて説明する。本第４実施形態は図１に示す第１実施形態の変形例である。図４は本発明の第４実施形態に係る発光ダイオード４０のＹ断面図である。Ｘ断面に関しては図１（ｂ）に示す第１実施形態の発光ダイオード１０と同様である。図４に示すように本第４実施形態の封止部材４５のＹ断面はＺ方向に長い矩形状をなしている。発光ダイオード素子１からの光は封止部材４５の上面に達した後、屈折によりある程度拡散され、Ｙ方向の入射領域は図のＤ２Ｙとなるが、封止部材４５のＹ方向の厚味をＺ方向の高さより十分小さく適切に設定しておけば、Ｙ方向の入射領域の幅ＤＹ１をＸ方向の入射領域ＤＸ（図１（ｂ）参照）に比して十分に小とすることができる。このようにして、輝度が均一で明るい線状光源を実現することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば透光性樹脂よりなる封止部材により発光ダイオード素子を封止してなる発光ダイオードにおいて、断面が線状の光束を出射することを可能とし、線状光源として機能させることができる。更には、その線状光源の出射光の明るさと輝度の均一性を向上させることができる。これにより、導光板を用いたエッジライト方式の照明装置における発光源としての発光ダイオードの個数を従来よりも低減し、装置のコストを低減すると共に、装置の小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す図である。
【図５】従来の発光ダイオードの構成を示す図である。
【図６】従来の発光ダイオードの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 発光ダイオード素子
２ 基板
３ カソード用電極パターン
４ アノード用電極パターン
５ 封止部材
７ ボンデイングワイヤー

Claims (1)

1. 基板の上面に発光ダイオード素子を搭載するとともに、この発光ダイオード素子を直接または間接に前記基板に設けた端子に接続し、少なくとも発光ダイオード素子を透光性樹脂よりなる樹脂封止体によって封止してなる発光ダイオードにおいて、前記樹脂封止体の形状は、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交座標系をもって表現したとき、Ｘ方向において互いに対向する１対の側面を有し、Ｙ方向において互いに対向する他の１対の側面を有し、Ｘ断面（Ｙ軸に垂直な断面）で見れば上面がＸ方向の両側から中央に向けて左右対称に落ち込む１対の放物線を有し、Ｙ断面（Ｘ軸に垂直な断面）で見れば、上面が上に凸の曲線を有する形状であることを特徴とする発光ダイオード。

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