JP5358104B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
反射ケースの底部に表出するリード部材の基部にはLEDチップ(発光素子)がマウントされるとともに、このLEDチップとリード部材のボンディング領域へボンディングワイヤが懸架される。
なお、本願に関連する技術を開示する特許文献2及び特許文献3も参照されたい。
薄幅の反射ケースではその側壁(基板に接する側壁とそれに対向する側壁)が発光素子に近接するとともに、側壁を傾斜させることが困難である。そのため、反射ケースの底壁部における反射効率を高めることにより、発光素子からの光取出し効率が向上するものと考えられていた。
発光装置を長時間使用すると、リード部材の基部が黒変して発光装置としての出力が低下することがある。これは、リード部材の表面に施した銀メッキが塩素と反応して塩化銀となり、さらにこの塩化銀が分解して銀イオンが粒状に析出するためと考えられる。
このようなリード部材の黒変は、反射ケースに充填される封止材として耐光性・耐熱性に優れたシリコーン樹脂を採用した場合に、特に顕著である。
これは、シリコーン樹脂の気体バリア性が低いため、空気中の塩素がシリコーン樹脂製の封止材を透過してリード部材の基部表面と反応するためと考えられる。また、シリコーン樹脂は反射ケースの材料(ポリアミド系樹脂が一般的)に比べて線膨張係数が大きいため、熱履歴に伴いシリコーン樹脂からなる封止材と反射ケースとの界面に隙間が生じ、若しくはその気密性が低下して当該界面より塩素を含む外部不純物が進入し、リード部材の基部表面へ到達することも黒変の一因と考えられる。
この発明の第1の局面は次のように規定される。即ち、
配線基板に表面実装される側面発光型の発光装置であって、
反射ケースと該反射ケースの後部の端子保持部とを一体成形してなる筐体部と、
該筐体部へインサートされるリード部材であって、前記反射ケースの底壁部分の幅とほぼ等しい幅の基部を備え、該基部が銀メッキされているリード部材と、
前記反射ケース内において前記リード部材の基部を被覆する白色反射層と、
前記反射ケース内に充填される封止材であって、シリコーン樹脂へ蛍光体を分散させてなる封止材と、
を備えてなる発光装置。
ここに、銀メッキによる鏡面仕様のリード部材の基部に比べて白色反射層ではその反射効率が低下する。しかしながら、本発明者らの検討によれば、発光装置としての初期出力(輝度)は、リード部材の基部を白色反射層で被覆した場合、出力が3%程度向上したことを確認した。
これは、発光素子からの光が白色反射層において乱反射(拡散反射)されるので、封止材中の蛍光体へより均一に光が供給され、蛍光体からの光放射量が増大し、もって、反射ケース底壁での反射光量は低下するものの、発光装置から放出される光の総量が増加されるためと考えられる。
白色反射層5の作用を図10に模式的に示している。図10(A)に示すように、発光素子2からの光が何ら反射されることなく到達する照射面Aと反射ケース内で反射した光が照射される照射面Bとでは、色合いが異なってくる。より具体的には、照射面Aに照射される光は封止材4を通過する距離が比較的短いので、発光素子の発光色(例えば青色)がそのまま反映されやすい。他方、照射面Bには封止材4を長い距離通過してきた光が照射されるので、発光素子2からの光と蛍光体からの光との混合が進み、光の白色化が促進されている。
第1の理由として、発光素子2からの光が白色反射層5で乱反射されることにより光路長の異なる光が、互いに混合されるためである。
第2の理由として、白色反射層5の存在により、封止材4表面と反射面(白色反射層5表面)との距離が短くなるので、照射面Bへ照射される光が封止材4を通過する通路の長さが短くなる。これにより、照射面Aへ照射される光と照射面Bへ照射される光とを比較した場合、白色反射層5の存在により、封止材4中を通過する距離の差が小さくなる。よって、照射面Aと照射面Bでの色のバラつきが緩和される。
係る材料を予め板状に成型してこれをリード部材の基部の上へ積層することができる。係る材料を液状にしてリード部材の基部の上へ塗布してもよい。
より好ましくは、反射ケースの材料に白色系合成樹脂を採用し、リード部材をインサートとして、この反射ケースの材料で白色反射層5を一体的に型形成する。
前の局面で規定される発光装置において、前記リード部材の基部は発光素子をマウントする第1の領域と前記発光素子からのボンディングワイヤをボンディングする第2の領域を備え、前記白色反射層は前記第1の領域と前記第2の領域の間において前記基部を被覆する、ことを特徴とする。
このように規定される発明によれば、白色反射層が発光素子と第2の領域(ボンディング領域)との間に配置され、線膨張係数の大きなシリコーン樹脂を白色反射層で置換することができる。例えば白色反射層を反射ケースと同一材料製とすれば、シリコーン樹脂の熱変形によりボンディングワイヤに加わる応力が緩和される。これにより、ボンディングワイヤの断線を未然に防止できる。
前の局面で規定される発光装置において、前記第1の領域は前記反射ケースの底壁部のほぼ中央に位置し、前記第2の領域は反射ケースの側壁に接して位置する。
このように規定される発明によれば、発光素子とワイヤがリード部材にボンディングされる位置とが可及的に離される。ここに、側壁はワイヤ架設方向と直行する短幅のものを指す。これにより、リード部材の第2の領域(白色反射層から露出している)に対する発光素子からの熱影響が小さくなり、当該第2の領域における黒変を抑制することができる。
また、発光素子から最も離れた位置において反射ケースの底壁部を鏡面(銀メッキ面)としてその位置に高い反射効率を確保しておくことは、発光装置の発光バランスを均一化する見地からも好適である。即ち、反射ケースの開口部がより均一に発光することとなる。
図1(A)は実施例の発光装置1を正面から見た斜視図であり、同じく図1(B)は背面からみた斜視図である。図2は6面図であり、(A)は平面図、(B)は左側面図、(C)は正面図、(D)は右側面図、(E)は底面図、(F)は背面図である。また、図3は図2(C)におけるIII-III線断面図、図4は図2(A)におけるIV-IV線断面図、図5は図2(A)におけるV-V線断面図である。
図1に示すように、実施例の発光装置1は筐体部10、第1のリード部材30、第2のリード部材40、及びLEDチップ60を備えてなる。
図1及び図3に示されるように、筐体部10は反射ケース11と端子保持部20とからなる。反射ケース11は薄幅なカップ形状であり、その凹部13の内周面が反射面15とされている。
凹部には封止材14としてシリコーン樹脂が充填され、このシリコーン樹脂には蛍光体が均一に分散されている。この蛍光体としてLEDチップ60からの青色光を吸収して黄色系の光を放出するYAG系またはBOS系など、既知のものを採用することができる。
反射面15は側壁反射部155と底部反射部156(白色反射層)からなる。これら反射部155、156は筐体部10と一体的に白色樹脂で形成されている。
窓16及び窓17はLEDチップ60を挟むように配置される。ボンディングワイヤをファーストボンドできれば窓の形状は特に制限されない。窓16及び窓17はLEDチップ60からできる限り離して形成することが好ましい。これにより、LEDチップ60からの熱影響を受け難くなる。ボンディング領域32、42ではリード部材30及び40の各基部31、41が表出しているので、LEDチップ60からの熱影響が小さくなれば、その黒変を予防できる。
また、反射面が全体的に曲面とされているため、封止部材の充填時に気泡が発生し難くなる。気泡発生の起点となる角部が少なくできるからである。
第1の切欠き23と第3の切欠き25とを分離する中実部が第1の離隔部27であり、第3の切欠き25と第4の切欠き26とを分離する中実部が第2の離隔部28であり、第4の切欠き26と第2の切欠き24とを分離する中実部が第3の離隔部29である。かかる第1〜第3の離隔部27,28,29の存在により、第1及び第2の接続部33,43と放熱板51、52との短絡及び放熱板51,52間の短絡を確実に予防できる。また、接続部33,43と放熱板51,52とを筐体部の異なる面から引出し、さらに離隔部(樹脂の中実部分)を広くとることで、筐体部の損傷(クラック、ひび割れ等)を防止できる。
第1のリード部材30において筐体部10から外部へ引き出された部分が接続部33となる。接続部33はまず端子保持部20の側面に沿って折り曲げられ、さらに同じく端子保持部20下面に沿って折り曲げられて、第1の切欠き23内に収納される。
第2のリード部材40において筐体部10から引き出された部分が接続部43となる。接続部43はまず端子保持部20の側面に沿って折り曲げられ、さらに同じく端子保持部20下面に沿って折り曲げられて、第2の切欠き24内に収納される。
リード部材30、40には銅板やアルミ板を採用することができる。そして、その基部31、41の表面を銀メッキして鏡面とする。
LEDチップには短波長の光を発光するIII族窒化物系化合物半導体発光素子などを用いる。このLEDチップへ適当な蛍光体を組み合わせることにより白色発光が得られる。この実施例ではLEDチップとして青色発光ダイオードと青色光を吸収して黄色系の光を放出する蛍光体とを選択している。LEDチップの発光色は任意に選択することができる。また、複数のLEDチップをリード部材へマウントすることもできる。
銅板をプレス打ち抜きして、接続部及び放熱板が展開された状態のリード部材30及び40を得る。このリード部材30及び40に対して銀メッキ処理を行う。銀メッキ処理の対象はその基部31、41の一表面とする。基部31、41において反射ケース11から表出する部分(即ち、側壁反射部155及び底部反射部156で被覆されていない部分)のみを銀メッキの対象領域とすることができる。そして、このリード部材30及び40をインサートとして筐体部10を射出成形する。その後、LEDチップ60を第1のリード部材30へマウントし、ボンディングワイヤ63及び64をボンディングする(図3参照)。
このようにボンディング作業の行なわれたボンディングワイヤ63ではリード部材30へ接合されるファーストボンド端63Aの高さが全体の高さを規定することとなる。ファーストボンド端63AがLEDチップへ接合された従来例(図9参照)とこの実施例の構成とを比較すると、全体としてボンディングワイヤが低くなっていることがわかる。これにより、反射ケース11を薄幅とすることができ(ここで幅は図3において縦方向の長さを指す)、発光装置の小型化の要請に応えられる。また、ボンディングワイヤ材料の使用量も低減することができる。
その後、銅板を切りわけて図6の状態とする。
図6において、筐体部10の図示右側側面から引き出される第1のリード部材30において符号133で示される部分が端子保持部20に沿って折り曲げられて接続部33となる。また、筐体部10の図示左側側面から引き出される第2のリード部材40において符号143で示される部分が端子保持部20に沿って折り曲げられて接続部43となる。筐体部10の下面から引き出され第1のリード部材30において符号151、152で示される部分が端子保持部20に沿って折り曲げられて放熱板51、52となる。
特に筐体部10の下面からは、2つの放熱板51、52が引き出されて折り曲げられている。ここで放熱板51、52と同じ面積の放熱板を1枚ものとした場合に比べると、このように2枚の放熱板を採用することにより放熱板の折り曲げに要する力が低減される。従って、筐体部へ大きな力がかからなくなり、放熱板の折り曲げ時に筐体部が損傷しなくなる。よって、製造歩留まりが向上して安価な発光装置を提供できる。
接続部にも熱伝導性があるので、一対の接続部とその間に配設される複数の放熱板は端子保持部において均等に分配されることが好ましい。
また、連結部261,262は凹部271〜274により細幅に形成されているので、小さい力で折り曲げることができる。これにより筐体部210の損傷を未然に防止できる。
上記において、凹部271から274はいずれも基部231の中心軸方向へえぐれている。これにより、折り曲げ可能な領域が広がるので、より狭い幅の筐体部210にも適用可能となる。即ち、筐体部210の設計自由度が向上する。
図8において符号70は配線基板であり、その表面に導電性の金属材料でパターンが形成されている。接続部33、43を配線基板の所定のパターンへ接続させ、半田付けする。符号73は半田を示す。このとき、放熱板51、52も配線基板表面のパターン部分へ接続させることが好ましい。放熱板51、52を金属材料へ接触させることにより熱引きを効果的に行えるからである。配線基板においてサーマルビア(金属材料が配線基板の厚さ方向へ貫通している部分)へ放熱板51,52を接触させることもできる。
放熱板もリード部材の一部であるので、この放熱板を電極として配線基板へ電気的に接続させてもよい。これにより、配線基板のパターンの自由度が向上する。
ちなみに、実施例の発光装置において底部反射部156を省略したもの(比較例)との発光出力の比較は次のようになった。なお、比較例においては銀メッキされたリード部材の基部の表面が反射ケースの底部に表出している。
初期発光出力と3000時間耐久試験後の出力の比較において、実施例の発光装置と実施例から白色反射層を除いた比較例の発光装置との出力比は実施例65%、比較例35%であった(図11(A)参照)。
比較例ではリード部材の基部が黒変していた。発光出力は発光装置の輝度を比較したものであり、実施例及び比較例の初期の輝度を100%としてその相対輝度で表している。
なお、3000時間耐久試験を印加電流:20mA、環境温度:85℃の条件としたとき、実施例の発光装置と比較例の発光装置との出力比は実施例65%、比較例35%であった(図11(B)参照)。
また、3000時間耐久試験を印加電流:20mA、環境温度:100℃の条件としたとき、実施例の発光装置と比較例の発光装置との出力比は実施例50%、比較例35%であった(図11(C)参照)。
図12の例では、底部反射部256(白色反射層)は平板状であって、かつLEDチップ60に対向する上面角がテーパ状にカットされている。これによりLEDチップ60から側方へ放出された光をより効率よく反射させられる。図12において符号250は反射面、符号255は側壁反射部を示している。
図3及び図12の例において、底部反射部156を筐体部10と別体とすることもできる。
2 発光素子
3 リード部材の基部
4、14 封止部材
10 筐体部
11 反射ケース
15 反射面
16,17 窓
20 端子保持部
23,24,25,26 切欠き
27,28,29 離隔部
30 第1のリード部材
31 基部
33 接続部
40 第2のリード部材
41 基部
43 接続部
51,52 放熱板
60 LEDチップ
Claims (3)
- 配線基板に表面実装される側面発光型の発光装置であって、
反射ケースと該反射ケースの後部の端子保持部とを一体成形してなる筐体部と、
該筐体部へインサートされるリード部材であって、前記反射ケースの底壁部分の幅とほぼ等しい幅の基部を備え、該基部が銀メッキされているリード部材と、
前記筐体部と一体的に形成され、前記反射ケース内において前記リード部材の基部を被覆し、全面に椀状の曲面を有する白色反射層と、
前記反射ケース内に充填される封止材であって、シリコーン樹脂へ蛍光体を分散させてなる封止材と
を備え、
前記リード部材の基部には、発光素子をマウントする第1の領域と、前記発光素子からのボンディングワイヤをボンディングする第2の領域とが形成され、
前記白色反射層は、前記第1の領域と前記第2の領域の間において前記基部を被覆し、
前記白色反射層の椀状の曲面には窓が形成され、該窓を介して前記第2の領域が表出している発光装置。 - 前記リード部材の基部の表面と前記白色反射層の表面との距離は前記リード部材の基部の表面と該基部にマウントされる発光素子の表面との距離より短い、請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1の領域は前記反射ケースの底壁部のほぼ中央に位置し、前記第2の領域は反射ケースの側壁に接して位置する、請求項1又は2に記載の発光装置。
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