CN1652365A - 表面安装型发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面安装型发光二极管，其在基板上设置阴极电极图案和阳极电极图案，同时设置与该两方的电极图案电连接的发光二极管元件，并且通过透光性部件把上述发光二极管元件密封在上述基板上；其中，在上述透光性部件中上述发光二极管元件的周围设置全反射面形成部，该全反射面形成部在沟内填充气体或者填充部件、具有全反射从发光二极管元件输出的光的倾斜面。采用这种结构，能够有效地向上方反射从发光二极管元件输出的光。
Description
技术领域
本发明是关于一种例如直接安装在母板等的表面上的、利用透光性部件密封设在基板上的发光二极管元件而形成的表面安装型发光二极管及其制造方法。
背景技术
图16是表示被称为金属膜反射杯型的表面安装型发光二极管的简略结构图。这种表面安装型发光二极管，在例如松本正一所著《电子显示器》(奥姆株式会社、1995年7月7日发行)第190页中有所记述。在基板1上设有阴极电极图案2和阳极电极图案3。其中在阴极电极图案2上，发光二极管元件4被设置为与阴极电极图案2电连接。而且，发光二极管元件4与阳极电极图案3，通过焊丝5而电连接。
另外，在基板1上的外周侧设有由例如环氧树脂等构成的支持部件6。该支持部件6，内侧形成由金属膜构成的倾斜的反射面6a，且上方形成开口部7。该开口部7用例如玻璃板8被密封。
在这样的表面安装型发光二极管中，从发光二极管元件4的侧面输出的光在反射面6a向上方反射，透过玻璃板8向外部射出。
但是，在上述表面安装型发光二极管中，虽然通过使从发光二极管元件4的侧面输出的光在反射面6a向上方反射而提高了亮度，但是在反射面6a的反射率约为80～90％，光反射中存在损耗。
另外，反射面6a在长时间使用后，会由于被其环境腐蚀而产生反射率低下的情况。因此，在长期使用时的可靠性方面会有问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够有效地向上方反射从发光二极管元件输出的光的表面安装型发光二极管。
为了解决上述课题，本发明的表面安装型发光二极管，其在基板上设置阴极电极图案和阳极电极图案，同时设置与该阴极电极图案和阳极电极图案电连接的发光二极管元件，且通过透光性部件把发光二极管元件密封在基板上而形成；其特征在于，设置有全反射面形成部，该全反射面形成部设在透光性部件中发光二极管元件的周围、并使从发光二极管元件输出的光发生全反射并向上方射出。
另外，本发明的表面安装型发光二极管，其在基板上设置阴极电极图案和阳极电极图案，同时设置与该阴极电极图案和阳极电极图案电连接的发光二极管元件，且通过透光性部件把发光二极管元件密封在基板上而形成；其特征在于，具有全反射面，包括：在透光性部件中以发光二极管元件为中心形成环状、具有形成在基板面上方的高度方向上的倾斜面的沟，以及填充在沟内的空气，其中，倾斜面的空气与透光性部件的交界面，利用空气的折射率与透光性部件的折射率的差，形成向上方全反射从发光二极管元件输出的光。
根据本发明的表面安装型发光二极管，能够有效地向上方反射从发光二极管元件输出的光。
附图说明
图1是表示本发明第1实施方式的表面安装型发光二极管的立体图。
图2是表示上述表面安装型发光二极管的剖面图。
图3是表示上述表面安装型发光二极管的平面图。
图4是说明表面安装型发光二极管中全反射从发光二极管输出的光的条件的图。
图5是表示上述表面安装型发光二极管中的倾斜面的结构图。
图6是表示上述表面安装型发光二极管中的倾斜面的结构图。
图7是表示上述表面安装型发光二极管的制造方法中向基板上连接发光二极管元件的工序的示意图。
图8是表示上述制造方法中透光部件的形成工序的示意图。
图9是表示上述制造方法中向透光部件上固定基板的工序的示意图。
图10是表示形成多个规则的阴极电极图案和阳极电极图案的大型基板的立体图。
图11是表示形成多个透光部件树脂的模具的第1金属模具和第2金属模具的示意图。
图12是表示大型集合基板与大型透光部件的配置的示意图。
图13是表示本发明第2实施方式的表面安装型发光二极管的剖面图。
图14是表示上述表面安装型发光二极管的平面图。
图15是表示发光二极管元件的连接的示意图。
图16是表示过去的表面安装型发光二极管的概略结构图。
具体实施方式
以下将根据附图详细说明本发明的表面安装型发光二极管的优选实施方式。
实施方式1
图1至图3是表示表面安装型发光二极管的结构图，图1为立体图；图2为剖面图；图3为平面图。该表面安装型发光二极管具有基板1。该基板1上设有阴极电极图案2以及阳极电极图案3。该阴极电极图案2以及阳极电极图案3被设置成各自的凸形部分相对峙。而且，在该阴极电极图案2以及阳极电极图案3上，发光二极管元件4被配置成横跨两者、通过凸起9在阴极电极图案2和阳极电极图案3之间电连接。另外，上述阴极电极图案2以及阳极电极图案3的形状，只要在基板1上能与发光二极管元件4电连接即可，所以并不限于图示的形状。
安装在基板1上的发光二极管元件4，通过例如环氧树脂等透光性部件10被密封。透光性部件10在第1实施例中由透光性树脂制作形成。该透光性部件10利用例如粘合剂而被固定在基板1上。并且，透光性部件10中与发光二极管元件4相对应的部分上，设有半球状的凹部11，在该凹部11内填充有与透光性部件10的材料相同的材料、例如环氧树脂等透光性树脂12。
在透光性部件10中的发光二极管元件4的周围，设有将从发光二极管元件4输出的光进行全反射、使其向上方射出的环状的全反射面形成部13。具体是，全反射面形成部13由以发光二极管元件4为中心设成环状的沟14、和填充在该沟14内的空气15构成。沟14具有形成在基板面上方的高度方向上的倾斜面16。
该全反射面形成部13，利用沟14内填充的空气15的折射率n0(＝1)与透光性部件(环氧树脂)10的折射率n1(＝1.55)之间的差，在透光性部件10和空气15的交界面、即倾斜面16处，形成把从发光二极管元件4输出的光全反射的全反射面。
在上述倾斜面16，把从发光二极管元件4输出的光全反射的条件如下所示。从发光二极管元件4输出的光入射透光性部件10和空气15的交界面、即倾斜面16时的入射角θ1、出射角θ2之间如果具有
0°≤θ1≤sin-1(n0/n1) ...(1)的关系，那么从发光二极管元件4的侧面输出的光在倾斜面16就会全反射。例如，如图4所示，如果空气15具有折射率n0(＝1)，透光性部件(环氧树脂)10具有折射率n1(＝1.55)，那么要使从发光二极管元件4的侧面输出的光在倾斜面16全反射，从发光二极管元件4输出的光的入射角θ1＞40.18°即可。如果透光性部件10采用环氧树脂以外的树脂而折射率n1为n1＝1.70的话，从发光二极管元件4输出的光的入射角θ1＞36.03°即可；而透光性部件10的折射率n1为n1＝1.40的话，从发光二极管元件4输出的光的入射角θ1＞45.68°即可。
因此，透光性部件10的折射率n1为n1＝1.55时，如果形成例如倾斜面16的倾斜角φ1、φ2而使从发光二极管元件4的侧面输出的光P1、和该光P1以外的以α角度向斜上方输出的全部的光Pn以入射角θ1(＞40.18°)入射的话，从发光二极管元件4的侧面输出的光P1、Pn在倾斜面16处被全反射而向上方射出。并且，从发光二极管元件4的侧面输出的光在倾斜面进行全反射的条件，换言之，作为图4所示的倾斜面16的倾斜角φ1、φ2(＝φ)满足下式
φ＞α+90°-sin-1(n0/ni) ...(2)的直线群、或者使倾斜面16的倾斜角φ满足上式(2)来形成倾斜面16即可。另外，如果是
α＞sin-1(n0/n1) ...(3)的关系，倾斜面16的倾斜角φ(＝φ1、φ2)也可以为垂直角φ(＝90°)。
上述倾斜角16，如图5所示，也可以从基板1的面沿着高度方向形成使倾斜角φa连续变化的曲面；或者也可以如图6所示，形成各倾斜角φ1、φ2、φ3、...不同的多个倾斜面16a、16b、16c....。
另外，倾斜面16如果形成的高度h较高，或者说沟14的深度形成的较深，就能够全反射从发光二极管元件4的侧面输出的光P1、Pn，可以缩窄射出的光Pa的定向性。
在透光性部件10的上面，形成平面部10a和各倾斜部10b。平面部10a形成在发光二极管元件4的正上方。而且，倾斜部10b的4面形成在平面部10a的周围，其角度能够使从发光二极管元件4向斜上方输出的光Pb折射而与从平面部10a射出的光Pa平行。
在透光性部件10中沟14的外侧，形成有支持部17。通过形成该支持部17，透光性部件10与基板1的接触面积变大，可以把透光性部件10坚固地固定在基板1上。并且，透光性部件10的支持部17上设有用于使上述沟14与外部连通的通气孔18。该通气孔18，主要是用于防止在回流安装发光二极管元件4时、沟14内的空气15膨胀而导致透光性部件10破裂。
下面，说明上述表面安装型发光二极管的制造方法。
如图7所示，在基板1上的阴极电极图案2和阳极电极图案3上介由凸部9直接安装发光二极管元件4。
一方面，如图8所示，准备第1金属模具20和第2金属模具21。该第1金属模具20和第2金属模具21，其中任何一方作为上方金属模具，另一方作为下方的金属模具。在第1金属模具20中，形成有用于形成透光性部件10的平面部10a以及各倾斜部10b的模型。第2金属模具21中，形成用于形成凹部11以及具有倾斜面16的沟14的模型。
在该第1金属模具20和第2金属模具21对合的状态下，向该第1金属模具20和第2金属模具21之间的空间部射出例如液体的环氧树脂等透光性树脂。该透光性树脂硬化后，除去第1金属模具20和第2金属模具21，就完成了具有倾斜面16的沟14以及具有凹部11的透光性部件10。
接着，如图9所示把发光二极管元件4朝向下方配置基板1的同时，把凹部11朝向上方配置透光性部件10。
然后，向透光性部件10的凹部11内填充例如液体状的环氧树脂等透光性树脂12。
之后，利用粘合剂22把基板1固定在透光性部件10上。此时，发光二极管元件4定位于凹部11内的中心部并浸入透光性树脂12中。然后，向沟14内填充空气15。
接着，透光性树脂12硬化后，如图1所示的表面安装型发光二极管就制造完成了。
另外，在上述表面安装型发光二极管的制造方法中，是对1个表面安装型发光二极管的制造进行了说明，而实际上，如图10所示，制造规则地配置排列多个阴极电极图案2和阳极电极图案3的大型集合基板23，在该大型集合基板23上的各阴极电极图案2和阳极电极图案3上分别在纵横方向安装多个发光二极管4。
一方面，如图11所示，准备第1金属模具24和第2金属模具25。在第1金属模具24中，形成有用于形成多个透光性部件10的平面部10a以及各倾斜部10b的模型。第2金属模具25中，形成用于形成多个凹部11以及具有倾斜面16的沟14的模型。
在该第1金属模具24和第2金属模具25对合的状态下，向该第1金属模具24和第2金属模具25之间的空间部射出例如液体的环氧树脂等透光性树脂，使其硬化后，就完成了一体的具有沟14以及凹部11的如图12所示的大型透光性部件26。
接着，如图12所示，把发光二极管元件4朝向下方配置大型集合基板23的同时，把沟14以及凹部11朝向上方配置大型透光性部件26。
然后，向透光性部件26的凹部11内填充例如液体状的环氧树脂等透光性树脂12。
之后，利用粘合剂22把大型基板23固定在透光性部件26上。此时，各发光二极管元件4分别定位于凹部11内的中心部并浸入透光性树脂12中。
然后，透光性树脂12硬化后，多个的表面安装型发光二极管就制造完成了。
接着，把大型透光性部件26以及大型基板23按照每一个表面安装型发光二极管进行切断。
如此，根据上述第1实施方式，透光性部件10中发光二极管元件4的周围，由于设有具有在沟14内填充空气而把从发光二极管元件4输出的光全反射的倾斜面16的全反射面形成部13，所以可以使从发光二极管元件4的侧面输出的光P1和对于该光P1以α角度输出的全部的光Pn在倾斜面16全反射而向上方射出。由此，通过使从发光二极管元件4输出的光在倾斜面16全反射、会聚到例如透光性部件10的上面的平面部10a而射出，表面安装型发光二极管的亮度就能够得到提高。
另外，由于倾斜面16是利用透光性部件10的折射率n1和空气的折射率n0而形成光的全反射面，所以在该全反射面的光反射中没有损耗。而且，因为成为全反射面的倾斜面16只是利用了透光性部件10的面本身，所以不会由于使用的环境而发生腐蚀，能够提高长期使用时的可靠性。
进而，成为全反射面的倾斜面16，由于是在第1金属模具20和第2金属模具21之间射出透光性树脂而形成的，所以即便是例如如图5所示的曲面或者如图6所示的多个倾斜面16a、16b、16c、也能够形成面精度高的倾斜面16。因此，从发光二极管元件4输出的光能够没有损耗而高效地射出。
另外，由于只是在沟14内填充空气，所以不必采用为使光全反射的特别部件，可以廉价制造。
而且，在透光性部件10形成各倾斜部10b，所以能够折射从发光二极管元件4向斜上方输出的光Pb而使其与从平面部10a射出的光Pa平行，由此也能够提高表面安装型发光二极管的亮度。
并且，由于在透光型部件10的外侧形成支持部17，所以能够坚固且稳定地把透光性部件10固定到基板1上。
实施方式2
下面，对本发明的第2实施方式进行说明。与图2及图3相同的部分采用相同的符号并省略其详细说明。
图13及图14是表面安装型发光二极管的结构图，图13为剖面图，图14为平面图。该表面安装型发光二极管，在发光二极管元件4上方的透光性部件10的部分设有透镜30。该透镜30，会聚从发光二极管元件4输出并在倾斜面16被全反射而射入的光、和从发光二极管元件4的侧面输出而直接射入的光，并向上方射出。而且，在该实施方式中的透光性部件10中，也设有用于使沟14与外部连通的通气孔18。
这样的表面安装型发光二极管，不仅能够起到与上述第1实施方式同样的效果，而且还可以把从表面安装型发光二极管射出的光的定向性进一步缩窄。
另外，本发明并不限于上述实施方式本身，在实施阶段也可以在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形而具体化。而且，也可以通过把上述实施方式所公开的多个构成要素进行适当地组合而形成各种发明。例如也可以，从实施方式所示出的全部构成要素中删除几个构成要素。进而，也可以把不同的实施方式中的构成要素进行适当组合。例如也可以，用透光性的玻璃形成透光性部件10。
而且，填充在全反射面形成部13的沟14内的填充材料，只要是具有低折射率的透光性部件就行，例如，可以是具有接近空气的折射率的气体如氮气等。在此情况下，可以根据沟14内填充的各种填充材料的折射率、从上式(1)的关系求出全反射发光二极管元件4的输出光的角度，并据此形成倾斜面16的倾斜角。
另外，对于直接安装在基板1上的发光二极管元件4进行了说明，但是并不限于此，也可如图15所示那样在基板1上设置发光二极管元件4，该发光二极管元件4与阴极电极图案2、阳极电极图案3之间分别通过焊丝5电连接。进而，也可以如上述的图16所示的过去的技术，把发光二极管元件4电连接到阴极电极图案2上，且发光二极管元件4与阳极电极图案3之间通过焊丝5而电连接。
Claims (15)
1.一种表面安装型发光二极管，其在基板上设置阴极电极图案和阳极电极图案，并且设置与该阴极电极图案和阳极电极图案电连接的发光二极管元件，且通过透光性部件把上述发光二极管元件密封在上述基板上；其特征在于：
设置有全反射面形成部，该全反射面形成部设在上述透光性部件中上述发光二极管元件的周围、并使从上述发光二极管元件输出的光全反射并向上方射出。
2.根据权利要求1所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述全反射面形成部，利用该全反射面形成部的材质的折射率与上述透光性部件的折射率的差，在与上述透光性部件的交界面形成全反射从上述发光二极管元件输出的光的全反射面。
3.根据权利要求1所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述全反射面形成部由上述透光性部件中以上述发光二极管元件为中心形成环状的沟和填充在上述沟内的气体构成；
上述沟中上述透光性部件与上述气体的交界面处形成上述全反射面。
4.根据权利要求1所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述全反射面形成部由上述透光性部件中以上述发光二极管元件为中心形成环状的沟和填充在上述沟内具有低折射率的透光性填充部件构成；
上述沟中上述透光性部件与上述填充部件的交界面处形成上述全反射面。
5.根据权利要求3所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述全反射面被形成为倾斜角，该倾斜角根据上述气体的折射率、上述透光型部件的折射率以及从上述发光二极管元件输出的光射入上述透光性部件与上述气体的上述交界面时的入射角的关系求出。
6.根据权利要求4所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述全反射面被形成为倾斜角，该倾斜角根据上述填充材料的折射率、上述透光型部件的折射率以及从上述发光二极管元件输出的光射入上述透光性部件与上述填充部件的上述交界面时的入射角的关系求出。
7.根据权利要求3所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述沟具有形成为环状的倾斜面，用于向上方全反射至少从上述发光二极管元件的侧面输出的光。
8.根据权利要求4所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述沟具有形成为环状的倾斜面，用于向上方全反射至少从上述发光二极管元件的侧面输出的光。
9.根据权利要求7所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述倾斜面形成在上述基板上方的高度方向上。
10.根据权利要求1所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述透光性部件是透光性树脂或者透光性的玻璃。
11.根据权利要求1所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述透光性部件具有会聚从上述发光二极管元件输出的光的透镜。
12.一种表面安装型发光二极管，其在基板上设置阴极电极图案和阳极电极图案，并且设置与该阴极电极图案和阳极电极图案电连接的发光二极管元件，且通过透光性部件把上述发光二极管元件密封在上述基板上；其特征在于，具有：
在上述透光性部件中以上述发光二极管元件为中心的环状的沟，该沟具有在上述基板的面上方的高度方向上形成的倾斜面，以及，
填充在上述沟内的气体或者填充部件；
上述倾斜面的上述气体或者填充部件与上述透光性部件的交界面，利用上述气体或者填充部件的折射率与上述透光性部件的折射率的差，形成向上方全反射至少从上述发光二极管元件的侧面输出的光的全反射面。
13.根据权利要求12所述的表面安装型发光二极管，其特征在于：
上述沟内填充的气体通过设在上述透光性部件上的通气孔而向外部开放。
14.一种表面安装型发光二极管的制造方法，其特征在于，包括：
形成透光性部件的工序，该透光性部件具有凹部和环绕该凹部配置并具有与上述凹部相对配置的倾斜面的环状的沟；
向上述凹部内填充透光性树脂的工序；
在基板上安装发光二极管元件的工序；
在上述透光性部件上安装上述基板的工序，在上述凹部内的透光性树脂尚未硬化的状态下使上述发光二极管元件浸渍到上述凹部内的透光性树脂内；以及，
向上述环状的沟内填充气体或者填充部件的工序。
15.根据权利要求14所述的表面安装型发光二极管的制造方法，其特征在于还具有：
在上述基板上设置阴极电极图案以及阳极电极图案、以使其与上述基板上的发光二极管元件电连接的工序。
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