JP2002176203A - 発光デバイス及び発光デバイスアレイ - Google Patents

発光デバイス及び発光デバイスアレイ

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JP2002176203A
JP2002176203A JP2001301991A JP2001301991A JP2002176203A JP 2002176203 A JP2002176203 A JP 2002176203A JP 2001301991 A JP2001301991 A JP 2001301991A JP 2001301991 A JP2001301991 A JP 2001301991A JP 2002176203 A JP2002176203 A JP 2002176203A
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Shingo Tamai
進悟 玉井
Hayami Hosokawa
速美 細川
Hironobu Kiyomoto
浩伸 清本
Shigeru Yasuda
成留 安田
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Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レ
ーザー（ＬＤ）などの発光素子から発する熱は、細いリ
ードフレームから外部に放熱する以外放熱構造が考慮さ
れておらず、熱的損傷を考慮して印加できる最大定格電
流が小さく押さえられていた。そのため、最大定格電流
を越える大きな電流を長時間流すと、発光素子のジャン
クション部が高温となり、発光素子の特性劣化、あるい
は断線事故を生じ、発光素子の信頼性を低下させる問題
が生じていた。 【解決手段】 発光デバイスを、光反射部材と発光素子
を覆って発光素子を封止する樹脂とで構成し、発光素子
から出射した光のうち前方の所定領域を外れる光を樹脂
界面でほぼ全反射させた後に前記光反射部材で前方に出
射させるようにすると共に、発光素子と光反射部材とを
熱的接触させ、発光素子の熱光反射部材で放熱させるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）などの発光素子チ
ップをモールド樹脂で封止した形態の発光デバイスにお
ける発光素子の放熱構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レー
ザー（ＬＤ）などの発光デバイスは、図３０に砲弾型の
一例を示したように、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導
体レーザー（ＬＤ）などの発光素子チップ（以下発光素
子と略称する）１をリードフレーム２に載置してダイボ
ンドし、他方のリードフレーム３からボンディングワイ
ヤ４で電気的に接続した形でモールド樹脂６により封止
したものがある。
【０００３】しかしながらこのような発光デバイスにお
いては、発光素子から発する熱は、細いリードフレーム
２から外部に放熱する以外放熱構造が考慮されておら
ず、熱的損傷を考慮して印加できる最大定格電流が小さ
く押さえられていた。そのため、最大定格電流を越える
大きな電流を長時間流すと、発光素子のジャンクション
部が高温となり、発光素子の特性劣化、あるいは断線事
故を生じ、発光素子の信頼性を低下させる問題が生じて
いた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最大定
格電流が小さく押さえられるということは、それだけ発
光光量が小さく押さえられるということであり、大きな
光量を得たい場合は発光デバイスを多数必要とし、不経
済であった。
【０００５】上述の事情に鑑み本発明は、放熱性能を高
めた発光デバイスを提供し、印加できる最大定格電流を
大きくして明るく発光させられるようにすると共に、発
光素子の過熱による特性劣化、あるいは断線事故を防止
し、発光素子の信頼性を向上させることが課題である。
また本発明においては、放熱特性のよい発光デバイスア
レイを得ることや、表面実装タイプの発光素子において
も放熱特性を向上できるようにすることも課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、発光素子からの光を効率よく前方に出射させ
るために光反射部材を用い、かつ、この光反射部材を放
熱板として利用し、放熱性能を高めて印加できる最大定
格電流を大きくして明るく発光させられるようにすると
共に、発光素子の過熱による特性劣化、あるいは断線事
故を防止し、発光素子の信頼性を向上させられるように
した。
【０００７】そのため本発明における第１の発光デバイ
スにおいては、発光素子と、光反射部材と、該光反射部
材と発光素子を覆って発光素子を封止した樹脂とからな
り、前記発光素子から出射した光のうち前方の所定領域
を外れる光を樹脂界面でほぼ全反射させた後に前記光反
射部材で前方に出射させるよう構成した発光デバイスに
おいて、前記発光素子と光反射部材とが熱的接触して発
光素子の熱を放熱するようにしたことを特徴とする。
【０００８】このように発光素子と光反射部材を樹脂で
覆い、発光素子から出た光のうち、前方の所定領域を外
れる光を樹脂界面でほぼ全反射させた後に前記光反射部
材で前方に出射させて光の出射効率を増大させると共
に、光反射部材を発光素子に熱的接触させて前記したよ
うに光反射部材を放熱板とすることにより、放熱性能を
高め、印加できる最大定格電流を大きくして明るく発光
させることができると共に、発光素子の過熱による特性
劣化、あるいは断線事故を防止し、発光素子の信頼性を
向上することができる。
【０００９】そしてこの発光素子と光反射部材の熱的接
触のため、前記発光素子を該発光素子と電気的に接続す
る一方のリードフレームに載置し、該リードフレームを
光反射部材と熱的接触するようにして発光素子の熱をリ
ードフレームから光反射部材に伝えて放熱させるように
してもよい。このようにすることで、容易に、かつ、確
実に発光素子の熱を光反射部材に伝えて放熱することが
できる。またさらに、前記光反射部材の非反射面を、直
接、若しくは薄い樹脂層を介して空気層に露出したり、
前記光反射部材の外縁が、樹脂表面の一部、または全部
を覆うようにすることで、光反射部材の非反射面、また
は光反射部材の外縁を直接空気層にふれさせ、より効果
的に放熱を行うようにしても良い。
【００１０】そして更に放熱効果を高めるため本発明に
おける第２の発光デバイスにおいては、発光素子と、光
反射部材と、該光反射部材と発光素子を覆って発光素子
を封止した樹脂とからなり、前記発光素子から出射した
光のうち前方の所定領域を外れる光を樹脂界面でほぼ全
反射させた後に前記光反射部材で前方に出射させるよう
構成した発光デバイスにおいて、前記発光素子を良熱伝
導性の立面体に載置し、該立面体と光反射部材を熱的接
触させて発光素子の熱を立面体と光反射部材とから放熱
するようにしたことを特徴とする。
【００１１】このように構成することにより、良熱伝導
性の立面体は光反射部材より熱容量が大きいから発光素
子が発生した熱をより迅速に拡散させて放熱効果が大き
く、印加できる最大定格電流を大きくして発光素子を明
るく発光させられるようにすると共に、発光素子の過熱
による特性劣化、あるいは断線事故を防止し、発光素子
の信頼性を向上することができる。
【００１２】そしてこの立面体は、中央に発光素子を載
置する皿部と、リードフレームを保持した絶縁体を収容
する溝部と、リードフレームを延在させる溝を設けるよ
うにすると、リードフレームをしっかりと絶縁した上で
電流を発光素子に送ることができ、より効果的に前記放
熱効果を発揮させることができる。
【００１３】また本発明における第３の発光デバイスに
おいては、簡単に放熱効果を得るため、発光素子と、光
反射部材と、該光反射部材と発光素子を覆って発光素子
を封止した樹脂とからなり、前記発光素子から出射した
光のうち前方の所定領域を外れる光を樹脂界面でほぼ全
反射させた後に前記光反射部材で前方に出射させるよう
構成した発光デバイスにおいて、前記光反射部材と、発
光素子を載置するリードフレームとを一体部材で構成
し、リードフレームに載置した発光素子の熱を光反射部
材に伝えて放熱するようにしたことを特徴とする。
【００１４】このように、光反射部材と発光素子を載置
するリードフレームとを一体部材で構成することによ
り、容易に、かつ、確実に発光素子の熱をリードフレー
ムを介して光反射部材に伝えて放熱することができ、放
熱性能を高めて印加できる最大定格電流を大きくして明
るく発光させられるようにすると共に、発光素子の過熱
による特性劣化、あるいは断線事故を防止し、発光素子
の信頼性を向上できる。
【００１５】また、発光素子を光反射部材と一体に樹脂
で封止せず、表面実装タイプの発光素子を利用する場合
も本発明における第４の発光デバイスにおいては、金属
板上に実装した表面実装タイプ発光素子と、光反射部材
と該光反射部材を覆った樹脂を有し、前記発光素子から
出射した光のうち前方の所定領域を外れる光を樹脂界面
でほぼ全反射させた後に前記光反射部材で前方に出射さ
せるよう構成した光学部材とからなり、前記光反射部材
を金属板に熱的接触させて前記発光素子の熱を放熱する
ようにしたことを特徴とする。
【００１６】このようにすることで、発光素子を光反射
部材と一体に樹脂で封止せず、表面実装タイプの発光素
子を利用する場合においても放熱特性を改善でき、印加
できる最大定格電流を大きくして明るく発光させられる
ようにすると共に、発光素子の過熱による特性劣化、あ
るいは断線事故を防止して、信頼性の高い表面実装タイ
プ発光デバイスを得ることができる。
【００１７】また本発明の発光デバイスアレイにおいて
は、前記第１から第３の発光デバイスをアレイ状に構成
する場合、金属製部材にアレイ状に形成した光反射部
と、該光反射部の各々の中央近辺に載置した発光素子
と、該発光素子の各々に接続する前記金属製部材表面に
絶縁膜を介して形成した配線パターンと、前記光反射部
上の前記発光素子を覆って界面を形成し、前記発光素子
から出射した光のうち、前方の所定領域を外れる光を前
記界面でほぼ全反射させた後に前記光反射部で前方に出
射させるよう構成した樹脂とからなり、発光素子の熱を
前記金属製部材で放熱するようにしたことを特徴とす
る。
【００１８】このようにすることで、発光素子を複数個
アレイ状に配列した発光デバイスアレイが容易に得られ
ると共に、複数の発光素子による発熱も金属製部材で拡
散されて大きな放熱効果が得られるから、個々の発光素
子に印加できる最大定格電流を大きくして明るく発光さ
せられると共に、発光素子の過熱による特性劣化、ある
いは断線事故を防止し、信頼性の高い発光デバイスアレ
イを得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの
発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる
説明例に過ぎない。
【００２０】図１は、本発明の第１の実施形態による発
光デバイスを示す断面図である。同図において、１は発
光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）など
の発光素子、２は発光素子１を載置してダイボンドする
受け皿部を有したリードフレーム、３は他方のリードフ
レーム、４はリードフレーム３と発光素子１を接続する
ボンディングワイヤ、５は金属製の光反射部材で、これ
ら発光素子１、リードフレーム２、３、ボンディングワ
イヤ４、光反射部材５は、透明なモールド樹脂６中に封
止されている。
【００２１】そしてモールド樹脂６の光出射側中央部に
は、図に示すように球面レンズ状、非球面レンズ状、放
物面上などの凸レンズ形状をした直接出射領域７が形成
され、発光素子１はこの直接出射領域７の焦点、または
その近傍に位置している。そのため、発光素子１から出
て直接出射領域７に向かった光は、直接モールド樹脂６
の前面から前方へ出射される。
【００２２】一方直接出射領域７の周囲には、この直接
出射領域７を囲むように平面状の全反射領域８が形成さ
れ、かつ、発光素子１から見て、直接出射領域７と全反
射領域８との境界方向と発光素子１の光軸とのなす角度
が、モールド樹脂６と空気との間の全反射の臨界角と等
しいか、それよりも大きく設定されている。そのため、
発光素子１から出射された光のうち、全反射領域８に向
かった光は、モールド樹脂６の界面で全反射され、さら
に光反射部材５で反射されて全反射領域８から前方へ出
射される。
【００２３】そして発光素子１を載置したリードフレー
ム２は、光反射部材５と接触する部分９が熱伝導性接着
剤での接着、ハンダ付け、銀ロウ付け、超音波融着、か
しめなどで機械的に接合して熱的接触しており、他方の
リードフレーム３は光反射部材５と接触しないように封
止されている。そのため、発光素子１の発光により生じ
た熱は、リードフレーム２を通して金属製の光反射部材
５に伝わって拡散されて温度を低下させると共に、広い
面積で放熱していっそう冷却効果を向上させる。そのた
め発光素子１の加熱による特性劣化、断線事故などを防
止して発光素子１の信頼性の向上を可能とすると共に、
発光素子１に印加できる絶対最大定格電流が大きくな
り、より明るく発光素子を発光することが可能となる。
【００２４】図２は、本発明の第２の実施形態による発
光デバイスを示す断面図である。図中図１と同一の構成
要素には同一番号を付した。なお、以下の実施形態説明
においては、図１と同一の構成要素には全て同一番号を
付し、説明を省略する。
【００２５】図１に示した第１の実施形態においては、
リードフレーム２と光反射部材５を接合する工程が必要
であり、それだけ工数が増えて発光素子の価格が上昇す
る。そのため第２の実施形態においては、図１に示した
第１の実施形態におけるリードフレーム２と光反射部材
５を接合した接触部９を有せず、リードフレーム２と光
反射部材５を接触しないように、かつ、リードフレーム
２からの熱が光反射部材５に伝わるように熱的接触させ
るべくきわめて近くに位置させてモールド樹脂６で封止
してある。すなわち、このようにすることで、リードフ
レーム２と光反射部材５を接合するための工程が省ける
わけであるが、モールド樹脂６は熱伝導性が良く、リー
ドフレーム２を光反射部材５に近接して封止すること
で、熱的接触は保たれて放熱効果は第１の実施形態と同
じように得られる。
【００２６】図３は、本発明の第３の実施形態による発
光デバイスを示す断面図である。図１、図２に示した第
１、第２の実施形態においては、光反射部材５の発光素
子１側と逆側もモールド樹脂６で封止していた。そのた
め、モールド樹脂６の熱伝導性が良いとはいうものの、
光反射部材５に伝わった熱はモールド樹脂６を通して空
気に放熱されるわけであり、光反射部材５から直接空気
に放熱する場合に比べて放熱効果が落ちる。そのためこ
の第３の実施形態においては、光反射部材５を境に発光
素子１のある方はモールド樹脂６で封止するが、逆側は
封止しないか、または１ｍｍ以下のごく薄い樹脂コーテ
ィングだけにする。このようにすることで、発光素子１
からリードフレーム２を介して光反射部材５に伝わった
熱は、光反射部材５が直接、またはごく薄いコーティン
グ層を介して空気に接触しているから効率的に放熱を行
うことができ、冷却効果を更に高めることができる。な
お、この第３の実施形態においては、リードフレーム２
と光反射部材５は第１の実施形態（図１）のように接合
しても良く、また第２の実施形態（図２）のように、接
合せずに近接して封止するようにしても良い。以下の実
施形態においてもこの点は同様である。
【００２７】図４は、本発明の第４の実施形態による発
光デバイスを示す上面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
図１に示した第１の実施形態においては、リードフレー
ム２と３は単に発光素子１と電気的な接触をさせるため
のリード線の役目をしているだけであったが、この図４
に示した第４の実施形態においては、このリードフレー
ムにも放熱効果を持たせるようにした。すなわち１０は
図１における２と同様、発光素子１を載置してダイボン
ドしてあるリードフレームであり、１１は他のリードフ
レームであるが、この図４からもわかるように、これら
リードフレームを幅広に構成し、かつ、モールド樹脂の
外部にリードフレームの端部が３本以上突出するように
してある。このようにすることで、発光素子１からの熱
は光反射部材５に伝わって拡散すると共に、リードフレ
ーム１０によっても拡散して空気中に放出され、また、
光反射部材５からモールド樹脂６に伝わった熱がリード
フレーム１１からも放出され、大きな冷却効果が得られ
る。
【００２８】図５は、本発明の第５の実施形態による発
光デバイスを示す断面図である。図１乃至図４に示した
実施形態においては、発光素子１はリードフレーム２に
設けた受け皿部にダイボンドすると説明してきたが、こ
の場合発光素子１からの熱はリードフレームからのみ光
反射部材５などを通して放熱される。しかしリードフレ
ームは断面積が小さいため、熱伝導性が悪く、その放熱
能力は限られる。
【００２９】図５に示した第５の実施形態は、この点を
考慮し、発光素子１を金属製の立面体で構成した土台１
２にダイボンドし、リードフレーム２、３は、この土台
１２の中を土台１２とは絶縁して通すと共に光反射部材
５は、この土台１２に熱伝導性が高くなるよう接合して
ある。そのため発光素子１からの熱はまず土台１２に伝
わり、また光反射部材５にも伝わって拡散し、大きな冷
却効果が得られる。
【００３０】図６はこの土台１２の構造の一例を説明す
るための図であり、１２０はリードフレーム２、３を図
のように保持するための絶縁材、１２１は発光素子１を
載置してダイボンドするための基台である。この基台１
２１には、図示したように発光素子１を載置する皿状の
受け皿部１２２、絶縁材１２０をいれる溝１２３、リー
ドフレーム２、３を通すための溝１２４、１２５が設け
られ、これらの溝１２３、１２４、１２５に絶縁材１２
０がはめ込めるようになっている。
【００３１】図７はこの土台１２の構造の他の一例を説
明するための図であり、図７（ａ）は発光デバイスの全
体断面図、図７（ｂ）は基台１２１の上面図、図７
（ｃ）は絶縁材１２０の上面図、図７（ｄ）は図７
（ｂ）におけるア−ア’の断面図、図７（ｅ）は図７
（ｃ）におけるイ−イ’の断面図、図７（ｆ）は絶縁材
１２０を基台１２１にはめ込んだ上面図である。この例
では、基台１２１は図６に示したものと同じであるが、
絶縁材１２０の内部にはリードフレーム２、３が点線で
示したように半円形状に設けられ、リードフレーム２、
３が絶縁材から出る部分に突出部が設けられて基台１２
１と接触しないようにされていると共に、絶縁材１２０
とリードフレーム２、３自体の補強を行っている。
【００３２】なおこの基台１２１は図６では円柱状とし
て示したが、これは円柱状に限らず、四角柱、三角柱、
円錐など、良熱伝導性の立面体であればどのような形状
のものでも良い。また、光反射部材５と土台１２の接合
は、前記したように熱伝導性接着剤での接着、ハンダ付
け、銀ロウ付け、超音波融着、かしめなどで機械的に接
合する。
【００３３】図８は、本発明の第６の実施形態であり、
図５に示した第５の実施形態による発光デバイス８０の
金属製の土台１２を、金属製の放熱板１３と接合したも
のである。この接合は、前記したように熱伝導性接着剤
での接着、ハンダ付け、銀ロウ付け、超音波融着、かし
めなどを用いる。図９は、この図８に示した第６の実施
形態に用いる放熱板１３の一具体例であり、図９（Ａ）
は上面図、図９（Ｂ）は断面図である。この放熱板１３
は断面図図９（Ｂ）に示したように、アルミ、銅などの
熱伝導性の高い金属からなる第１層ランド１７、ガラス
エポキシなどの絶縁性の高い樹脂の薄層からなる第２層
ランド１８、図５に示した第５の実施形態におけるリー
ドフレーム２、３、土台１２などを接合するため、上面
図図９（Ａ）に示した土台用ランド１４、リードフレー
ム用ランド１５、１６、などを持つ第３層ランド１９な
どからなる。
【００３４】このようにすることで、図５に示した第５
の実施形態による土台１２の放熱効果に加え、土台用ラ
ンド１４から、ガラスエポキシなどの薄層からなる第２
層ランド１８を通して第１層ランド１７からの放熱が期
待できるため、さらに放熱性能が向上する。
【００３５】図１０は、本発明の第７の実施形態を示す
断面図（Ａ）と上面図（Ｂ）である。今まで説明してき
た図１から図９までの第１の実施形態から第６の実施形
態においては、リードフレームは図４に示した第４の実
施形態を除いて線状のものであり、図４に示した第４の
実施形態においても発光素子１を載置する部分近辺は大
きな面積を有さない。それに対してこの第７の実施形態
においては、図から明らかなように、発光素子１をダイ
ボンドする側のリードフレーム２０が、光反射部材５の
内径のほぼ全体、または一部をふさぐことが可能な程度
の面積を有する板状の部材で形成されて光反射部材５が
接合されており、かつ、このリードフレーム２０は、リ
ードフレーム２０と同じ程度の幅を有するもう一方のリ
ードフレーム２１から延びるボンディングワイヤ４を結
合するためのリードフレームを通すための穴２２を有し
ている。
【００３６】そのためこの第７の実施形態においては、
発光素子１からの熱は放熱機能を持たせたリードフレー
ム２０、光反射部材５、モールド樹脂６を通して伝わる
リードフレーム２１などで拡散放熱され、放熱性能が大
きく向上する。なお、リードフレーム２１を通す穴２２
の形状は、図では円形で示したが、四角形、その他の多
角形など、どのような形状でも良い。
【００３７】図１１は、本発明の第８の実施形態による
発光デバイスの断面図である。図中２３は光反射部材５
の外径部分から発光素子１とは反対側のモールド樹脂６
を覆うように延ばした光反射部材５の一部で、このよう
に光反射部材５を構成することで、２３部分が直接空気
に触れ、放熱性能が向上すると共に、発光デバイス自体
の強度を向上させることができる。
【００３８】図１２は、本発明の第９の実施形態による
発光デバイスの断面図である。図中２４は、光の出射面
以外のモールド樹脂６表面を覆うよう構成した金属パッ
ケージで、光反射部材５と２６の部分で接合してあり、
さらにリードフレーム３を通す部分は絶縁材２５が設け
られている。接合部分２６は、前記したように熱伝導性
接着剤での接着、ハンダ付け、銀ロウ付け、超音波融
着、かしめなどを用いる。
【００３９】このようにすることで、図１１に示した第
８の実施形態より更に直接空気に触れる部分が増え、放
熱性能が向上すると共に、発光デバイス自体の強度を向
上させることができる。なお、光反射部材５と金属パッ
ケージ２４は、別部材として接合すると説明したが、一
体部材でも良いことはもちろんである。
【００４０】図１３は、本発明の第１０の実施形態によ
る発光デバイスの断面図であり、図１２に示した第９の
実施形態に加えて放熱板２７を金属パッケージ２４に接
触させたものである。このようにすることで、発光素子
１から発生した熱は、リードフレーム２、光反射部材
５、金属パッケージ２４、放熱板２７と伝わって空気中
に放熱され、さらに放熱性能が向上する。なお、放熱板
２７と金属パッケージ２４は、接触だけでなく、前記し
た方法で接合するようにしても良い。
【００４１】図１４は、本発明の第１１の実施形態によ
る発光デバイスの断面図であり、この実施形態において
は、発光素子１を、発光素子１のリードフレームを兼用
させる金属製平板２８に載置してダイボンドしたもの
で、この金属製平板２８には、他方の極性のリードフレ
ーム３を通すための穴２９が開けてある。このように構
成することで、金属製平板２８が直接空気と接触してい
るから、発光素子１の熱はこの金属製平板２８から直接
空気中に放熱され、高い放熱性能が得られる。なお、リ
ードフレーム３を通す穴２９は、円形や四角形、その他
の多角形など、どのような形状でも良い。
【００４２】図１５は、本発明の第１２の実施形態によ
る発光デバイスの構成を説明する図であり、この実施形
態においては、図１５の（Ｃ）に示した金属製平板３３
に実装されている表面実装タイプの発光素子３２に、図
１５の（Ａ）に外観を、図１５の（Ｂ）に断面図を示し
た光反射部材５とモールド樹脂６で構成した光学部材
（レンズ部）をかぶせて接合したものである。この光学
部材（レンズ部）は、図１５（Ｂ）の断面図において、
５は光反射部材、６はモールド樹脂、７は直接出射領
域、８は全反射領域であり、図１における発光素子１、
リードフレーム２、３、ボンディングワイヤ４などを除
くと共に、表面実装タイプの発光素子３２を収納するた
めの窪み３０を持ち、光反射部材５の３１で示した部分
はむき出しになっていて、金属製平板３３と前記したよ
うな方法で接合できるようになっている。
【００４３】このように発光デバイスを構成すること
で、表面実装タイプの発光素子を用いた場合でも図１４
の第１１の実施形態と同じような効果を得ることがで
き、さらに表面実装タイプの発光素子においても射出光
を効率良く利用することができる。
【００４４】図１６は、本発明の第１３の実施形態によ
る発光デバイスの断面図であり、この実施形態において
は、光反射部材５に直接発光素子１を載置してダイボン
ディングできるようにし、かつ、この光反射部材５を構
成している材料でリードフレーム３４を作成してある。
それ以外の構成要素は図１に示したものと同じである。
このようにすることで、発光素子１からの熱は光反射部
材５全体に拡散して温度を低下させると共に、その広い
面積で放熱して一層冷却効果を向上させ、発光素子１の
加熱による特性劣化、断線事故などを防止して信頼性の
向上を可能とすると共に、発光素子１に印加できる絶対
最大定格電流が大きくなり、より明るく発光素子１を発
光することが可能となる。
【００４５】図１７に示した本発明の第１４の実施形態
は、図１６に示した第１３の実施形態の変形であり、図
１６におけるリードフレーム３、３４を、発光素子１の
光軸に直角に交わる方向にモールド樹脂６から外部に突
出させてある。このようにすることで、第１３の実施形
態における発光素子１からの熱は光反射部材５全体に拡
散して温度を低下させると共に、その広い面積で放熱し
て一層冷却効果を向上させるという効果に加え、実装時
の省スペース化が可能となる。
【００４６】図１８は、本発明の第１５の実施形態によ
る発光デバイスの断面図であり、この実施形態において
は、図１から図１７までに示した光反射部材５の代わり
に、円柱形状の金属製部材３５の立面体の１端面をくり
貫いて反射面を構成し、発光素子１を反射面にダイボン
ディングして金属製部材３５の一端からリードフレーム
を形成すると共に、他方のリードフレーム３を金属製部
材３５から絶縁するための絶縁材３６を有する孔を設け
てある。このように構成することで、発光素子１からの
熱は体積が大きく、そのため熱容量の大きな円柱形状の
金属製部材３５に拡散し、効率よく放熱することが可能
となる。なおこの金属製部材３５の立面体は、円柱状だ
けでなく、多角形状や円錐状、楕円柱状など、その他の
形状の立面体でもよいことはもちろんである。
【００４７】図１９は、本発明の第１６の実施形態によ
る発光デバイスの断面図であり、この実施形態において
は、図１６で説明した第１３の実施形態における発光デ
バイスにおいて、光反射部材５の発光素子１を載置する
位置に凹状とした受け皿部３７を設けたものである。こ
のようにすることで、第１３の実施形態における効果に
加え、発光素子１から出射した光を光軸方向に効果的に
集光することができ、光軸方向の光量を増大させること
ができる。なお同様なことは、前記した図１０に示した
実施形態７、図１４に示した実施形態１１などについて
も応用でき、図１０に示した実施形態７においてはリー
ドフレーム２０に、図１４に示した実施形態１１におい
ては金属製平板２８のそれぞれに、発光素子１を載置す
る部分に受け皿部を設けることで、上記したのと同様な
効果を得ることができる。
【００４８】図２０は、前記図５から図７で説明した第
５の実施形態の発光デバイスを、アレイ状に配列した発
光デバイスアレイの構成を示した図であり、図２０
（ａ）は上面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）における
Ｂ−Ｂ’における断面図、図２０（ｃ）は図２０（ａ）
におけるＡ−Ａ’における断面図、図２０（ｄ）は前記
図６、または図７におけるリードフレーム２、３を構成
するリードフレームアレイで、図２０（ｅ）は図２０
（ｄ）におけるＣ−Ｃ’の断面図、図２０（ｆ）は光反
射部材アレイ、図２０（ｇ）はその断面図である。
【００４９】この実施形態においては、まず図２０
（ｄ）に示したリードフレームアレイのそれぞれのリー
ドフレーム４０に、図６、図７で説明したリードフレー
ムを保持する絶縁材１２０を形成する。そしてこの絶縁
材１２０のそれぞれに基台１２１（図６、図７）をはめ
込んで発光素子１をダイボンディングし、その後各リー
ドフレームと発光素子１、および基台１２１を、図６、
図７のようにボンディングワイヤで結び、その上に図２
０（ｆ）で示した光反射部材アレイを重ねて各光反射部
材を基台１２１に接合する。そしてモールド樹脂６で、
直接出射領域７、全反射領域８を形成しながら発光素子
１を封止することで、発光デバイスアレイができあが
る。
【００５０】そして最後に図２０（ｄ）に示したリード
フレームアレイの図上上下のタイバー３８、３９を切り
離すことで、この発光デバイスアレイは電気的に図２１
に示すような回路を形成することができ、少ない部品で
効率的に多くの発光素子を発光させることが可能とな
る。またそれぞれの発光デバイスは、図２０（ｂ）に示
したように図２０（ｆ）で示した光反射部材アレイと、
図２０（ｃ）に示したようにリードフレームアレイ図２
０（ｄ）で保持されるから、強固な発光デバイスアレイ
ができる。
【００５１】また、図２０（ｄ）に示したリードフレー
ムアレイの板厚を厚くすれば、さらに発光デバイスアレ
イの剛性は強固になり、このリードフレームを湾曲させ
たり折り曲げたりすることで、任意の曲面に発光デバイ
スアレイを装着させることが可能となる。またこのよう
に構成することで、前記図６、図７で説明したように、
発光素子１からの熱はまず土台１２（図５、図７）に伝
わり、また光反射部材５にも伝わってアレイをつないで
いる部材からも放熱し、大きな冷却効果が得られる。ま
た、このように作成したアレイの発光デバイス１つ１つ
を切り離せば、単体の発光デバイスが容易に得られる。
【００５２】図２２から図２５は、発光デバイスアレイ
の他の実施形態を説明するための図である。この実施形
態においては、アルミ等の熱伝導率が高い金属製部材４
１に、前記５の光反射部材の曲率に相当する曲率を持っ
た窪みで構成した反射部４２を形成し、かつ図２３に詳
細を示したように、この金属製部材４１上に配線膜４４
を上に配した絶縁膜４３を配線パターン４５として形成
する。そして発光素子１を反射部４２の中央にダイボン
ディングし、ボンディングワイヤ４で配線膜４４と発光
素子１を接続する。
【００５３】一方、発光素子１からの光を集束したり全
反射するための直接出射領域７、全反射領域８をモール
ド樹脂６で形成するため、図２４に示したように、図２
２における金属製部材４１上の反射部４２の配列ピッチ
と同じピッチで成形型４６を有する樹脂型４７を用意
し、これを図２５のように金属製部材４１上に載置して
モールド樹脂６を注入し、発光素子１を封止すると共に
直接出射領域７、全反射領域８をそれぞれの発光素子１
に対応させて形成する。
【００５４】このようにすることで、図１８に示した円
柱状の金属製部材３５を用いた第１５の実施形態で説明
したのと同様、発光素子１からの熱は体積の大きい金属
製部材４１に拡散し、効率よく放熱することが可能とな
る。また、この実施形態によれば、少ない部品で効率的
に多くの発光素子を発光することが可能となる。
【００５５】図２６は、図２０に示したような発光デバ
イスをアレイ状に配列した他の実施形態である。この図
２６の実施形態においては、図５、及び図７に示した第
５の実施形態の構成を用いて発光デバイスをアレイ状に
配列したもので、放熱板１３を扇形の形状とし、その上
に図５、図７に示したような発光デバイス４８を順次並
べ、図２７に示す電気回路となるようにしたものであ
る。このように構成することで、この扇形のモジュール
をいくつか組み合わせ、図２８のように円形に発光する
光源を得ることができる。
【００５６】また、放熱板１３として薄いものを使い、
図２９（ａ）に示したようにこの放熱板を湾曲させて図
２９（ｂ）のように組み合わせ、縁部より中央部を高く
なるよう各扇形アレイを湾曲させて外観が図２９（ｃ）
のようにすることでモジュール全体の指向角が広い光源
を得ることができ、視認性が向上する。なお、この図２
６から図２９の実施形態においては、一つの扇形モジュ
ールに１５の発光デバイスを５段に配列した例を示し、
また図２８、図２９においては扇形モジュール６つで円
形を構成するように示したが、この数はこれらに限定さ
れるものではなく、どのような数で構成しても良いこと
は明らかである。
【００５７】
【発明の効果】以上記載の如く本発明によれば、発光素
子と光反射部材を樹脂で覆い、発光素子から出た光のう
ち、前方の所定領域を外れる光を樹脂界面でほぼ全反射
させた後に前記光反射部材で前方に出射させて光の出射
効率を増大させると共に、光反射部材を発光素子に熱的
接触させて前記したように光反射部材を放熱板とするこ
とにより、放熱性能を高め、印加できる最大定格電流を
大きくして明るく発光させることができると共に、発光
素子の過熱による特性劣化、あるいは断線事故を防止
し、発光素子の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態による発光デバイス
を示す断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態による発光デバイス
を示す断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態による発光デバイス
を示す断面図である。
【図４】 本発明の第４の実施形態による発光デバイス
を示す上面図と断面図である。
【図５】 よる発光デバイスを示す断面図である。
【図６】 本発明の第５の実施形態における土台の構造
の一例を説明するための図である。
【図７】 本発明の第５の実施形態における他の一例を
説明するための図である。
【図８】 本発明の第６の実施形態による発光デバイス
を示す斜視図である。
【図９】 第６の実施形態に用いる放熱板の一具体例で
ある。
【図１０】 本発明の第７の実施形態を示す断面図と上
面図である。
【図１１】 本発明の第８の実施形態による発光デバイ
スの断面図である。
【図１２】 本発明の第９の実施形態による発光デバイ
スの断面図である。
【図１３】 本発明の第１０の実施形態による発光デバ
イスの断面図である。
【図１４】 本発明の第１１の実施形態による発光デバ
イスの断面図である。
【図１５】 本発明の第１２の実施形態による発光デバ
イスの構成を説明する図である。
【図１６】 本発明の第１３の実施形態による発光デバ
イスの断面図である。
【図１７】 本発明の第１４の実施形態による発光デバ
イスの断面図である。
【図１８】 本発明の第１５の実施形態による発光デバ
イスの断面図である。
【図１９】 本発明の第１６の実施形態による発光デバ
イスの断面図である。
【図２０】 第５の実施形態の発光デバイスをアレイ状
に配列した発光デバイスの構成を示した図である。
【図２１】 発光デバイスアレイの回路を説明するため
の図である。
【図２２】 発光デバイスアレイの他の実施形態を説明
するための図である。
【図２３】 発光デバイスアレイの配線パターンを説明
するための図である。
【図２４】 発光デバイスアレイのレンズ部形成用型の
説明図である。
【図２５】 発光デバイスアレイのモールド樹脂形成を
説明する図である。
【図２６】 発光デバイスをアレイ状に配列した他の実
施形態である。
【図２７】 発光デバイスの回路図を示したものであ
る。
【図２８】 扇形発光デバイスアレイを円形に配置した
アレイの説明図である。
【図２９】 扇形発光デバイスアレイを円形に配置した
アレイの他の実施形態である。
【図３０】 従来の砲弾型発光デバイスの一例である。
【符号の説明】
１ 発光素子 ２ リードフレーム ３ 他方のリードフレーム ４ ボンディングワイヤ ５ 光反射部材 ６ モールド樹脂 ７ 直接出射領域 ８ 全反射領域 ９ 接合部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清本 浩伸 京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町 801番地 オムロン株式会社内 (72)発明者 安田 成留 京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町 801番地 オムロン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA33 AA43 CB15 DA07 DA18 DA26 DA57 EE23

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光素子と、光反射部材と、該光反射部
    材と発光素子を覆って発光素子を封止した樹脂とからな
    り、前記発光素子から出射した光のうち前方の所定領域
    を外れる光を樹脂界面でほぼ全反射させた後に前記光反
    射部材で前方に出射させるよう構成した発光デバイスに
    おいて、 前記発光素子と光反射部材とが熱的接触して発光素子の
    熱を放熱するようにしたことを特徴とする発光デバイ
    ス。
  2. 【請求項２】 前記発光素子を該発光素子と電気的に接
    続する一方のリードフレームに載置し、該リードフレー
    ムを光反射部材と熱的接触するようにして発光素子の熱
    をリードフレームから光反射部材に伝えて放熱するよう
    にしたことを特徴とする請求項１に記載した発光デバイ
    ス。
  3. 【請求項３】 前記光反射部材の非反射面を、直接、若
    しくは薄い樹脂層を介して空気層に露出し、放熱させる
    ようにしたことを特徴とする請求項１に記載した発光デ
    バイス。
  4. 【請求項４】 前記光反射部材の外縁が、樹脂表面の一
    部、または全部を覆っていることを特徴とする請求項１
    に記載した発光デバイス。
  5. 【請求項５】 発光素子と、光反射部材と、該光反射部
    材と発光素子を覆って発光素子を封止した樹脂とからな
    り、前記発光素子から出射した光のうち前方の所定領域
    を外れる光を樹脂界面でほぼ全反射させた後に前記光反
    射部材で前方に出射させるよう構成した発光デバイスに
    おいて、 前記発光素子を良熱伝導性の立面体に載置し、該立面体
    と光反射部材を熱的接触させて発光素子の熱を立面体と
    光反射部材とから放熱するようにしたことを特徴とする
    発光デバイス。
  6. 【請求項６】 前記立面体は、中央に発光素子を載置す
    る皿部と、リードフレームを保持した絶縁体を収容する
    溝部と、リードフレームを延在させる溝を有しているこ
    とを特徴とする請求項５に記載した発光デバイス。
  7. 【請求項７】 発光素子と、光反射部材と、該光反射部
    材と発光素子を覆って発光素子を封止した樹脂とからな
    り、前記発光素子から出射した光のうち前方の所定領域
    を外れる光を樹脂界面でほぼ全反射させた後に前記光反
    射部材で前方に出射させるよう構成した発光デバイスに
    おいて、 前記光反射部材と、発光素子を載置するリードフレーム
    とを一体部材で構成し、リードフレームに載置した発光
    素子の熱を光反射部材に伝えて放熱するようにしたこと
    を特徴とする発光デバイス。
  8. 【請求項８】 金属板上に実装した表面実装タイプ発光
    素子と、光反射部材と該光反射部材を覆った樹脂を有
    し、前記発光素子から出射した光のうち前方の所定領域
    を外れる光を樹脂界面でほぼ全反射させた後に前記光反
    射部材で前方に出射させるよう構成した光学部材とから
    なり、前記光反射部材を金属板に熱的接触させて前記発
    光素子の熱を放熱するようにしたことを特徴とする発光
    デバイス。
  9. 【請求項９】 金属製部材にアレイ状に形成した光反射
    部と、該光反射部の各々の中央近辺に載置した発光素子
    と、該発光素子の各々に接続する前記金属製部材表面に
    絶縁膜を介して形成した配線パターンと、前記光反射部
    上の前記発光素子を覆って界面を形成し、前記発光素子
    から出射した光のうち、前方の所定領域を外れる光を前
    記界面でほぼ全反射させた後に前記光反射部で前方に出
    射させるよう構成した樹脂とからなり、発光素子の熱を
    前記金属製部材で放熱するようにしたことを特徴とする
    発光デバイスアレイ。
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