JP4289144B2

JP4289144B2 - 発光ダイオード

Info

Publication number: JP4289144B2
Application number: JP2003416867A
Authority: JP
Inventors: 功裕庄; 庄悟高橋
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005175389A

Description

本発明は、各種の電子機器の照明に、特に最近では自動車の計器類の照明等にも使用される発光ダイオードに係り、発光の指向性を変えることが可能な発光ダイオードに関するものである。

従来、この種の発光ダイオードとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、図９に示すように、マザーボード１０上に表面実装されるベース基板２と、このベース基板２の上面に配置される発光素子３と、この発光素子３の周囲を取り囲むように配置される反射カップ４と、これら発光素子３及び反射カップ４を封止する樹脂封止体５と、この樹脂封止体５の上部に配置されたドーム状の集光部材６とで構成される。

このような発光ダイオードにあっては、発光素子３から出射した光は反射カップ４の内周面に反射することで上方向への指向性が付与され、さらにこの光が集光部材６のレンズ部７を通過することによって、より一層指向性の強い発光となる。
特開２００２−３２４９１７号公報

ところで、最近では各種の照明用途に発光ダイオードが数多く用いられており、比較的広い範囲を照射する広指向性の発光ダイオードから非常に狭い範囲に集中させて一点を強く照射する、所謂狭指向性の発光ダイオードまで幅広いラインナップが求められている。

しかしながら、上述した従来の発光ダイオードにあっては、反射カップの多くが型成形による樹脂成形品であるために、反射面の形状や傾斜角を後で調整することはできない。このため、前記反射面の形状や傾斜角の異なった仕様の反射カップを複数形成しておき、製造段階で所定形状の反射カップを組み立てていた。また、前記反射カップを形成するための金型が複数必要となるなど製造工数や製造コストが多くかかるといった問題があった。

また、従来の反射カップにあっては、樹脂成形品であるため、表面粗度に限界があり、その表面に金属膜を蒸着やメッキによって形成したとしても、光の指向性のコントロールに必要とされる表面粗度λ／２を得ることが難しい。そのために、上記従来の反射カップでは散乱光が多くなってしまい、所望の狭指向性を反射カップのみで得ることはできなかった。それ故、図９に示したような集光部材６をさらに設ける必要があり、製造コストの増加と共に、色収差による発光色の不均一化や発光ダイオードが大型化するといった問題があった。

そこで、本発明の目的は、一定の指向性を備えた第１の反射カップに対して、様々な形状の第２の反射カップを着脱可能とすることで、発光の指向性選択の幅を容易に広げることのできる発光ダイオードを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、電極部を有するベース基板と、このベース基板上に載置される発光素子と、この発光素子を取り囲むように配置される第１の反射カップと、この第１の反射カップの内側に着脱可能に組み込まれ、前記第１の反射カップの光反射角とは異なる光反射角を有する第２の反射カップとを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、ベース基板に備えられている第１の反射カップと、この第１の反射カップに組み込んで使用される第２の反射カップとの二通りの反射手段を選択可能な構成になっているので、目的や用途に合わせて前記第１の反射カップによる広い指向性と第２の反射カップによる狭い指向性とを選択することができる。

前記第２の反射カップは、ポリイミドフィルムをカップ状にプレス成形した成形体である。このようなポリイミドフィルムは、成形金型を用いることで、前記カップ形状に精度よく且つ一括して形成することができる。また、このようなフィルム材は、表面粗度が非常に小さい上に耐熱性にも優れるので、均一な発光効果が得られる。

本発明の一例では、前記第１の反射カップ及び第２の反射カップの表面に反射効果の大きい銀やアルミニウムが成膜される。成膜の手段は蒸着が一般的である。成膜された金属膜の表面粗度は、λ／２以下となる。表面粗度がλ／２以下となることで、反射光の拡散が極めて少なくなり、狭指向性の発光を容易に得ることができる。

本発明に係る発光ダイオードによれば、発光の指向性のコントロールが、ベース基板に固定された第１の反射カップ、あるいは、この第１の反射カップの内側に着脱可能な第２の反射カップのいずれかを選択することによって可能となる。また、前記第２の反射カップは、ポリイミド等のフィルム材の成形体であるため、所定の形状に容易に成形することができ、前記第１の反射カップに組み合わせることで、様々な指向性を得ることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図１は発光ダイオード本体と、この発光ダイオード本体に着脱可能な第２の反射カップとで構成される発光ダイオードの組立斜視図、図２は前記発光ダイオード本体に第２の反射カップを組み込んだ発光ダイオードの全体斜視図である。

上記図１乃至図３に示されるように、本発明の発光ダイオード１１は、第１の反射カップ１３を備えた発光ダイオード本体１２と、前記第１の反射カップ１３に対して着脱可能な第２の反射カップ１４とから構成される。

前記発光ダイオード本体１２は、一例としてガラスエポキシ基板の表面に一対の電極部が形成された略正方形状のベース基板１５と、このベース基板１５の上面の略中央部に配置された発光素子１６と、この発光素子１６を封止する樹脂封止体１７と、この樹脂封止体１７を含む発光素子１６の周囲を取り囲むように配設され、前記発光素子１６から出射した光の指向性をコントロールする第１の反射カップ１３とを備える。

前記ベース基板１５に形成された一対の電極部は、略中央部で左右に二分されたカソード電極２１とアノード電極２２とで構成され、このカソード電極２１とアノード電極２２とが向かい合う中央部には、前記発光素子１６が載置される突起部２３，２４が形成される。前記カソード電極２１及びアノード電極２２はベース基板１５の裏面側にも回り込み、マザーボード（図示せず）との導通を図れるようにしている。

この実施形態に係る発光素子１６は、用途に応じて種々の発光色のものが選択され、特に限定はされない。前記発光素子１６は、図３に示されるように、下面に設けられた一対の半田バンプ２５，２６によって、前記カソード電極２１及びアノード電極２２との導通が図られる。具体的には一対の半田バンプ２５，２６を前記カソード電極２１及びアノード電極２２の各突起部２３，２４に固定して導通を図る。

前記発光素子１６の周囲を取り囲むように形成される第１の反射カップ１３は、ベース基板１５の外周部に沿って立設する枠部２７と、この枠部２７の内周面に形成される反射面２８とで構成されている。前記反射面２８は、発光素子１６を中心に１２０°前後の傾斜角で上方に向けて放射状に形成されており、その表面には金属膜が成膜されている。

前記第２の反射カップ１４は、前記第１の反射カップ１３の内側に組み込み可能な所定のカップ形状をしたカップ本体部１８と、このカップ本体部１８を前記第１の反射カップ１３に載せて支持するためのフランジ部１９とで構成され、前記カップ本体部１８の底部には、前記ベース基板１５上に形成されている樹脂封止体１７と略同じサイズの開口２９が開設される。また、前記カップ本体部１８の表面には、金属膜が成膜されている。この実施形態において、前記第２の反射カップ１４は、厚さ２５μｍ程度のポリイミドフィルムをカップ状に成形したものである。成形方法の一例としては、加熱した雄型と雌型との間にポリイミドフィルムを挟み込んでプレス加工する方法で成形できる。ポリイミドフィルムは、フィルム表面の粗度が非常に小さい上に、耐熱性も約４００℃と高いので、リフロー炉での加熱温度２５０〜３００℃にも十分に耐えられる。なお、ポリイミドフィルム以外のフィルムを用いることは可能である。光の指向性の広狭は、成形されたカップ本体部１８のカップ形状に依存し、本発明の目的である狭指向性を得るためには、図１乃至図３に示したような底の深い略半球形状のカップ形状、即ち略放物線形状が望ましく、この放物線の焦点に前記発光素子１６を配置することで、該発光素子１６から出射した光をカップ本体部１８の内周面で反射し、上方への平行光として取り出すことができる。

また、前記第２の反射カップ１４は任意の形状に成形可能であるため、様々な指向性を備えた発光ダイオードが形成できる。

前記カップ本体部１８のカップ内周面には前記第１の反射カップ１３と同様に金属膜が蒸着によって形成されている。この金属膜は、銀やアルミニウムなど反射率の高い鏡面になり易い金属材料が選択される。この金属膜は、もともと表面粗度の小さなカップ本体部１８の表面に蒸着してあるので、金属膜の表面粗度がλ／２以下になり易い。そのため、金属膜に反射した光の散乱を抑えることができ、狭指向性を得るための光のコントロールが容易となる。

この実施形態において、前記第２の反射カップ１４の底部には発光素子１６を封止している樹脂封止体１７の大きさに見合う円形状の開口２９が開設されている。そして、この開口２９を下にした状態で第２の反射カップ１４を第１の反射カップ１３内に組み込み、樹脂封止体１７を上面に露出させる。

前記発光素子１６を被覆するための樹脂封止体１７は、第２の反射カップ１４内において、発光素子１６の周囲だけを被覆しており、第２の反射カップ１４内に設けることで、発光ダイオード１１の全体形状に影響を与えることがなく、発光ダイオード１１の小型形状を保持できる。また、この封止樹脂封体１７は凸レンズ形状に形成されている。そのために、発光素子１６から出射した光は、第２の反射カップ１４による指向と同一方向で集光されるので、より狭指向性の強い反射光が得られることになる。図１乃至図３に示した発光ダイオード１１では、予め凸レンズ状に形成しておいた樹脂封止体１７の上から第２の反射カップ１４を装着したが、図４に示すように、樹脂封止せずに発光素子１６をそのままベース基板１５上に実装した後、第２の反射カップ１４を装着する場合もある。また、図５に示すように、第２の反射カップ１４の開口２９をベース基板１５上に装着後、前記発光素子１６を中心にして開口２９全体に樹脂封止体１７を形成する場合もある。図５に示したような方法で形成することで、樹脂封止体１７を介して第２の反射カップ１４をベース基板１５に容易に固着させることができる。なお、前記樹脂封止体１７は、例えば光透過性のエポキシ樹脂などによって形成される。

図６は、上記構造の発光ダイオード本体１２での発光作用を示したものである。発光素子１６の中心部から発せられる光は、樹脂封止体１７を透過してそのまま上方に直進し、側面あるいは斜め上方から発せられる光は、第１の反射カップ１３の反射面で反射されて上方に向かう。前記反射面は約１２０°のなだらかで平坦面となっているので、ここで反射された光は、前記発光素子１６を中心にして放射状に広がり、上方を広範囲に照明することができる。これに対して、図３に示したような第２の反射カップ１４を前記第１の反射カップ１３の内側に組み込んだ場合にあっては、反射面が内側に湾曲しているため、放射状には広がらず、発光素子１６の中心部での発光方向に沿った平行光が得られる。このように、本発明の発光ダイオード１１では、第２の反射カップ１４の着脱によって光の反射方向が変えられ、指向性をコントロールすることができる。

上述したように、本発明の発光ダイオード１１は、第１の反射カップ１３を有する発光ダイオード本体１２及びこの発光ダイオード本体１２に着脱可能な第２の反射カップ１４によって、指向性を選択することができたが、光反射角の異なる第２の反射カップ１４を複数用意することで、さらに多様な指向性のコントロールが可能となる。図７及び図８は、光の反射角や形状の異なる第２の反射カップを備えた発光ダイオードを例示したものである。図７に示した第２の反射カップ３１は、反射面３２の立ち上がり角度を急峻にし、より集光性を高めたものである。また、図８に示した第２の反射カップ５１は、反射面５２が曲面ではなく、傾斜角が段階的に変化する多角面となっているので、見る方向によって輝度が変化する装飾的な集光効果が得られる。

また、上記発光ダイオード１１では、狭指向性の発光を得るために、従来のようなレンズ部を備えた集光部材を別途設ける必要がないので、発光ダイオードの構成が簡易なものとなり、その分製造コストを抑えることができる。また、集光部材のレンズ部に通過させることによって発生していた色収差による発光色の不均一をなくすことができる他、発光ダイオードの小型化が可能となる。

本発明の第１実施形態における発光ダイオードの組立斜視図である。上記発光ダイオードの組立後の斜視図である。上記発光ダイオードの断面図である。発光素子を樹脂封止しない構成の発光ダイオードの断面図である。第２の反射カップ装着後に樹脂封止して形成した発光ダイオードの断面図である。発光ダイオード本体の断面図である。第２実施形態における第２の反射カップを組み込んだ発光ダイオードの断面図である。第３実施形態における第２の反射カップを組み込んだ発光ダイオードの断面図である。従来の発光ダイオードの一例を示す断面図である。

符号の説明

１１発光ダイオード
１２発光ダイオード本体
１３第１の反射カップ
１４第２の反射カップ
１５ベース基板
１６発光素子
１７樹脂封止体
１８カップ本体部

Claims

電極部を有するベース基板と、このベース基板上に載置される発光素子と、この発光素子を取り囲むように配置される第１の反射カップと、この第１の反射カップの内側に着脱可能に組み込まれ、前記第１の反射カップの光反射角とは異なる光反射角を有する第２の反射カップとを備えたことを特徴とする発光ダイオード。
前記第１の反射カップは、前記ベース基板に対して略１２０度の光反射角を有する請求項１記載の発光ダイオード。
前記第２の反射カップの光反射角は、前記第１の反射カップの光反射角より狭い請求項１または２記載の発光ダイオード。
前記第２の反射カップは、ポリイミドフィルムの成形体である請求項１記載の発光ダイオード。
前記第２の反射カップは、内周面に金属膜が成膜された請求項１記載の発光ダイオード。
前記金属膜は、銀またはアルミニウムを蒸着して形成された請求項５記載の発光ダイオード。
前記第２の反射カップは、底の深い略半球形状である請求項１記載の発光ダイオード。
前記第２の反射カップは、底部に前記発光素子と略同形状の開口が設けられる請求項１記載の発光ダイオード。
前記第２の反射カップは、底部に発光素子を封止する樹脂封止体と略同形状の開口が設けられる請求項１記載の発光ダイオード。