JP2009260075A - 発光装置およびリードフレーム - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化が可能で、光の取出し効率が向上した発光装置、および発光装置の製造に用いるリードフレームを提供することができる。
【解決手段】 発光装置は、金属で形成された一対の電極部１６ａ、１６ｂと、一対の電極部に接続された光源２０と、金属で形成され、光源の光照射方向の周囲を囲んで起立する側壁部２２ａ、２２ｂと、を有している。側壁部は、少なくとも一方の電極部に接続されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、携帯電話機のフラッシュランプや液晶表示装置のバックライトとして用いられる発光装置、および発光装置の製造に用いるリードフレームに関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子を備えた高出力で小型の発光装置が開発され、安価で長寿命な発光装置として注目されている。このような発光装置は、小型、低消費電力、軽量等の特徴を生かして、例えば、携帯電話機のフラッシュランプ、液晶表示装置のバックライトの光源等に用いられている。

この種の発光装置は、一対の電極上に実装された発光素子と、光放出用の開口を除いて発光素子の周囲を覆った外囲器と、を有している。この外囲器は、合成樹脂により電極上に成形されている。

例えば、バックライトの光源として用いられる発光装置は、機器の小型化および軽量化に伴い、小型化および薄型化が求められている。発光装置の小型化、主に高さ方向の薄型化を図るため、樹脂で形成された外囲器自体の薄型化が図られている（例えば、特許文献１および２）。
特開２００７−３１１７３６号公報 特開２００７−２８０９８３号公報

上記のような発光装置において、外囲器の内面は、発光素子から放出された光を反射する反射面となるが、外囲器が合成樹脂により形成されている場合、反射率が低く、光の取出し効率が悪い。また、発光装置の薄型化により、樹脂からなる外囲器の壁部は極力薄く形成されている。そのため、発光素子から放出された光が外囲器を通して外部に漏れてしまう場合があり、光の取出し効率が低下する。

これらの問題を解決するため、樹脂表面にメッキや蒸着などの表面処理を施す方法が考えられるが、樹脂へのメッキは困難であるとともに、発光装置を基板へ実装する際、はんだリフローの熱によりメッキがはがれたてしまう問題がある。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、小型化が可能であるとともに、光の取出し効率の向上を図ることができる発光装置、および発光装置の製造に用いるリードフレームを提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明の態様に係る発光装置は、金属で形成された一対の電極部と、前記一対の電極部に接続された光源と、金属で形成され、前記光源の光照射方向の周囲を囲んで起立する側壁部と、を備え、前記側壁部は、前記少なくとも一方の電極部に接続されている発光装置。

この発明の他の態様に係るリードフレームは、金属で形成された一対の電極部と、前記一対の電極部に接続された光源と、金属で形成され、前記光源の光照射方向の周囲を囲んで起立する側壁部と、を備え、前記側壁部は、前記少なくとも一方の電極部に接続されている発光装置の製造に用いるリードフレームであって、前記一対の電極部および側壁部を形成する金属部を一体に備えている。

以上構成によれば、小型化が可能で、光の取出し効率が向上した発光装置、および発光装置の製造に用いるリードフレームを提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る発光装置およびリードフレームについて詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る発光装置全体を示す斜視図、図２、図３はそれぞれ発光装置の異なる断面を示し、図４および図５は、発光装置の外囲器を省略して金属構成部分を示している。

図１ないし図５に示すように、発光装置１０は、光源として、発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えたサイドビュー型として構成されている。発光装置１０は、例えば、銅からなる金属板を加工して形成された金属部材１２と、金属部材の周囲を被覆しているとともに金属部材を支持した樹脂からなる外囲器１４と、を有している。

金属部材１２は、正極および負極からなる一対の電極部１６ａ、１６ｂを有し、これらの電極部１６ａ、１６ｂは、細長い平坦な板状に形成され、互いに隙間を置いて直線状に配列されている。ＬＥＤ２０は、例えば、銀ペースト等の接着剤により負極側の電極部１６ｂ上に固定され電極部１６ｂに導通しているとともに、ボンディングワイヤ２１により、電極部１６ａに電気的に接続されている。ＬＥＤ２０は、光を放射する出射面２０ａを有し、この出射面２０ａが電極部１６ａ、１６ｂと平行に位置した状態で、かつ、出射面が電極部と反対側を向いた状態で、配置されている。

金属部材１２は、ＬＥＤ２０の光照射方向Ｃの周囲を囲むように起立して設けられた一対の側壁部２２ａ、２２ｂを有している。側壁部２２ａ、２２ｂは、それぞれ平坦な板状に形成され、電極部１６ａ、１６ｂの両側に配置され互いに対向している。側壁部２２ａ、２２ｂは、その両端部が、それぞれ電極部１６ａ、１６ｂの延出方向とほぼ直交する方向に折曲げられ、全体として、ほぼ細長い角筒形状に形成されている。更に、側壁部２２ａ、２２ｂは、ＬＥＤ２０の出射面２０ａと直交する方向Ｃに対して、外側に傾斜して延びている。すなわち、側壁部２２ａ、２２ｂは、電極部１６ａ、１６ｂ側から徐々に内径が広がるように、傾斜して延びている。そして、側壁部２２ａ、２２ｂの電極部１６ａ、１６ｂと反対側の端は、光を放出するほぼ矩形状の照射開口２４を規定している。

側壁部２２ａ、２２ｂは金属で形成されていることから、光を反射する反射部材として機能し、各側壁部の内面は、ＬＥＤ２０から射出される光の少なくとも一部、および後述する波長変換部材から出射される光の少なくとも一部を反射する反射面２３を形成している。各側壁部の内面に、反射率の高い材料、例えば、Ａｇ、Ａｌの少なくとも一方を主成分とする材料をメッキあるいは蒸着し、より高い反射率の高い、つまり、光取出し効率の高い反射面２３を形成してもよい。

側壁部２２ａは、金属からなるつなぎ部２６ａにより電極部１６ａ、１６ｂに接続され、また、側壁部２２ｂは、金属からなるつなぎ部２６ｂにより他方の電極部１６ｂに接続されている。また、金属部材１２は、電極部１６ａ、１６ｂからそれぞれ延出した外部取出し電極２８ａ、２８ｂを有している。外部取出し電極２８ａ、２８ｂは、一方の側壁部２２ａの外側に、この側壁部と隙間を置いて対向配置されている。

このように、電極部１６ａ、つなぎ部２６ａ、側壁部２２ａ、および外部取出し電極２８ａは、共通の金属板により一体に形成され、また、電極部１６ｂ、つなぎ部２６ｂ、側壁部２２ｂ、および外部取出し電極２８ｂは、共通の金属板により一体に形成されている。
図１ないし図３に示すように、外部取出し電極２８ａ、２８ｂおよび照射開口２４を除いて、金属部材１２の外面側および周囲は、樹脂からなる外囲器１４によって被覆されている。これにより、金属部材１２の各構成部分は外囲器１４によって固定および支持されている。外部取出し電極２８ａ、２８ｂは、外囲器１４の一側面側に露出して位置している。

金属部材１２の内側、ここでは、側壁部２２ａ、２２ｂの内側には、ＬＥＤ２０および電極部１６ａ、１６ｂに重ねて、シリコーン樹脂等の封止体３０が充填されている。封止体３０内には、波長変換部材として機能する粒子状の蛍光体３２が分散されている。ＬＥＤ２０から射出される第１波長領域を含む励起光は、発光ピーク波長が４００ｎｍ以下の紫外領域を主として構成されている。蛍光体３２としては、４００ｎｍ以下の一次光により励起される蛍光体を用いる。蛍光体３２は、ＬＥＤ２０から射出された第１波長領域を含む励起光の少なくとも一部を吸収して、第２波長領域の光を射出する。第２波長領域の光は、主として４００〜７００ｎｍの一部を含む可視波長領域の光を含んでいる。
蛍光体は１種類のもののみを用いてもよいが、複数種類の蛍光体を組み合わせて用いても良い。

次に、以上のように構成された発光装置１０の製造方法について説明する。
図６は、発光装置の製造に用いるリードフレームを示し、図７は、リードフレームの１ユニットを拡大して示している。

図６および図７に示すように、リードフレーム４０は、例えば、板厚０．０１〜０．１ｍｍの銅あるいは鉄系素材（Fe-42%Ni）等からなる薄い金属板をプレスによって打ち抜くことにより、あるいはエッチングにより形成されている。高い光の取出し効率を必要とする場合は、予めＡｇなど反射率の高い材料を所定位置にメッキあるいは蒸着し、反射面を形成しておく。リードフレーム４０を必要形状に打ち抜き、あるいは、エッチングにより、電極部、外部取出し電極、側壁部を形成する。側壁部は、リードフレーム本体とつなぎ部でつながっている。

すなわち、リードフレーム４０は、互いに隙間を置いて平行に延びた一対のフレーム部４２と、リードフレームの長手方向に一定の間隔を置いて設けられ、フレーム部間を連結している複数のブリッジ部４４と、隣り合うブリッジ部間、およびフレーム部間に形成された複数のリードユニット４６と、を有し、例えば、銅板により一体にプレス成形されている。各フレーム部４２には、長手方向に一定の間隔をおいて、複数の送り孔４５が形成されている。複数のリードユニット４６は、リードフレーム４０の長手方向に沿って、２列に並んで形成されている。

各リードユニット４６は、一方のブリッジ部４４から延出したリードにより形成された電極部１６ａ、外部取出し電極２８ａ、つなぎ部２６ａ、および側壁部２２ａと、他方のブリッジ部４４から延出したリードにより形成された電極部１６ｂ、外部取出し電極２８ｂ、つなぎ部２６ｂ、および側壁部２２ｂと、を有し、これらは、フレーム部４２と面一の平坦な金属板により形成されている。

発光装置１０を製造する場合、まず、図８に示すように、リードフレーム４０の各リードユニット４６における一対の側壁部２２ａ、２２ｂを曲げ起こし、同時に、必要な反射面形状となるように成形する。続いて、一対の外部取出し電極２８ａ、２８ｂを曲げ起こし、外部取出し電極を基板に実装できる形に成形する。

次いで、図９および図１０に示すように、樹脂インサートモールドにより、各リードユニット４６に外囲器１４を成形する。その後、電極部１６ｂ上に発光素子を実装し、かつ、ボンディングワイヤにより他方の電極部１６ａに接続する。更に、蛍光体が分散された封止体、例えば、シリコーン樹脂を発光素子に重ねてリードユニット４６内に充填する。以後、リードユニット４６をブリッジ部４４から切り離すことにより、発光装置１０が得られる。

上記のように構成された発光装置１０は、外部取出し電極２８ａ、２８ｂが露出している側の側壁が例えば、プリント回路基板上に実装され、外部取出し電極２８ａ、２８ｂが電源等に電気的に接続される。そして、外部取出し電極２８ａ、２８ｂ、電極部１６ａ、１６ｂおよびボンディングワイヤ２１を介してＬＥＤ２０に通電されると、ＬＥＤ２０は主として紫外線領域の波長を含む光を出射する。この光により、蛍光体３２が励起され、主として可視領域の波長を含む光を出射する。

これらの光は、発光装置１０の照射開口２４からプリント回路基板とほぼ平行な方向に沿って出射される。また、ＬＥＤ２０から射出される第１波長領域の光の一部、および蛍光体３２から射出される第２波長領域の光の一部は、側壁部２２ａ、２２ｂの反射面２３によって光取出し方向に反射され、つまり、照射開口２４側に反射され、この照射開口から外部に出射される。

このように、側壁部２２ａ、２２ｂは金属板で形成され、高い反射率を有していることから、ＬＥＤ２０および蛍光体３２から出射された光の一部を照射開口に向けて反射することができる。同時に、側壁部２２ａ、２２ｂは、発光装置の薄型化を図る目的で、側壁部自体および外囲器１４を薄く形成した場合でも、光の透過を遮蔽し、光漏れを抑制することができる。これにより、発光装置としての光取出し効率を上げることができる。

ＬＥＤ２０に接続されている電極部１６ａ、１６ｂと、光照射方向に起立している金属の側壁部２２ａ、２２ｂと、を接続することにより、ＬＥＤから発生する熱を、電極部および側壁部により効率的に放熱させることができ、ＬＥＤの光照射能力を長期間保持することが可能となる。つまり、ＬＥＤ２０は、温度が上がると発光効率が落ちることが知られているが、本発光装置によれば、ＬＥＤの温度上昇を抑制し、光照射能力を維持することができる。

電極部および金属の側壁部を接続する構成とすることにより、構造体としての機械的強度を上げることができ、発光装置製造時のハンドリング性を良好にすると共に、構造体の製造時の破壊による歩留まり低下を防ぐことができる。

ＬＥＤに重ねて蛍光体３２を配置することにより、ＬＥＤから射出できる波長とは異なる波長領域の光を取り出すことが可能となり、発光装置を広範囲な用途として使用できるようになる。例えば、ＬＥＤとしては紫外領域の波長を含む青色を発光させ、紫外光を黄色の蛍光体（波長変換部材）に照射させることにより波長領域を広げた照射光としたり、紫外領域の光を用いて、赤、青、緑などの３色蛍光体に照射励起することによりそれぞれの波長の光を取り出すことができ、例えばテレビなどにも活用することができる。更に、発光素子の種類を１種類とした場合でも、あらゆる光の波長を取り出すことができ、製造コストを抑制することが可能となる。

金属で形成された側壁部の反射面を、Ａｇ、Ａｌなどの反射率の高い材料で形成することにより、製造コストを抑制しながら、所望の光照射方向への光取出し効率を更に上げることができるようになる。

すなわち、このような構成とすることにより、側壁部の主成分を例えばＳＵＳ、りん青銅等のあまり反射率の高くない、低コストながら強度、光透過抑制性を有する材料とし、表面の反射面のみを高価であるが、第１１図に示すように反射率の高いＡｇなどを使うことができる。また、Ａｌなどは、反射率は高いが、柔らかい材料の為、側壁部全体を構成するには強度不足となる。そのため、側壁部の主要部をＳＵＳ等の強度の高い材料で形成し、反射面のみをＡｌで構成することが望ましい。

金属部材１２の外側および周囲を合成樹脂からなる外囲器１４で覆うことにより、一対の電極部１６ａ、１６ｂと、これに接続された側壁部２２ａ、２２ｂと、を強固に固定することができる。また、電極部や側壁部の隙間を樹脂で埋めることができ、ＬＥＤ２０や蛍光体３２で発生させた光を、不所望の方向に漏らすことなく、所望の光照射方向に取出すことができる。

また、前述したリードフレームを用いて発光装置を製造することにより、平板から電極面と反射面を形成でき、絞り加工を行う場合等に比較して製造コストの面で有利となる。リードフレーム上でプレス、成型、加工などが行え、製造が簡単に行える。反射板となる側壁部の傾斜角度を容易に変更することができる。

以上のことから、小型化が可能で、光の取出し効率が向上した発光装置、および発光装置の製造に用いるリードフレームが得られる。

上述した第１の実施形態において、金属部材１２は、それぞれ電極部に接続された一対の側壁部を有する構成としたが、これに限らず、図１２に示す第２の実施形態のように、一方の電極部１６ｂのみに接続された１つの側壁部２２を曲げ加工して、ＬＥＤ２０の周囲を囲うように形成してもよい。このような構成とすることにより、ＬＥＤから発生する熱をより効果的に放熱することができる。

上述した実施形態では、サイドビュー型の発光装置について説明したが、これに限らず、図１３および図１４に示す第３の実施形態のように、立位型の発光装置としてもよい。すなわち、この発光装置によれば、金属部材１２は、正極、負極の一対の電極部１６ａ、１６ｂと、つなぎ部２６ａ、２６ｂをそれぞれ介して電極部１６ａ、１６ｂに接続された一対の側壁部２２ａ、２２ｂと、を有している。一対の側壁部２２ａ、２２ｂは、それぞれ円弧状に形成され、発光素子２０からの光の照射方向を囲むように立位状態で配置されている。側壁部２２ａ、２２ｂは、ほぼ切頭円錐状に形成され、発光素子２０側から外側に向かって徐々に径が大きくなるように傾斜している。各側壁部２２ａ、２２ｂの内面は、発光素子２０から出射された光の一部、および図示しない蛍光体からの出射光の一部を反射する反射面２３を形成している。

側壁部２２ａ、２２ｂの周囲および電極部１６ａ、１６ｂの下面側は、合成樹脂からなる外囲器１４により被覆されている。側壁部２２ａ、２２ｂの内側で、発光素子２０および電極部１６ａ、１６ｂ上には、図示しない蛍光体が分散された封止体が充填されている。

このように構成された発光装置１０は、外囲器１４の底面側がプリント回路基板上等に載置された状態、つまり、立位状態で実装され、照射開口２４からプリント回路基板に対して垂直な方向に光を照射する。

第３の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

前述した実施形態では、金属により形成された電極部と、光源からの光照射方向を囲む形で形成される側壁部とを含む構造体を、樹脂のインサート成型により接着固定する構成としたが、これに限らず、図１５に示すように、電極部の裏側から樹脂板５０を電極部および側壁部に接着剤などで固定し、この樹脂板により電極部および側壁部を支持および固定する構成としてもよい。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施形態において、電極部と側壁部とを共通の金属板で一体に形成する構成としたが、側壁部を別体の金属で形成し、電極部に溶接等によって電極部に連結する構成としてもよい。蛍光体を分散させた封止体は、シリコーン樹脂に限らず、例えばエポキシ系樹脂や、その他光透過性を有する樹脂を用いることができる。また、蛍光体が分散された封止体を省略し、発光素子からの出射光のみを照射する発光装置としてもよい。上述した実施形態では、リードフレームを、プレスによって打ち抜く、あるいはエッチングにより金属部を形成する構成としたが、他に、レーザーカット、ウオータージェットなどで加工してもよい。

前述した実施形態では、電極部１６ａ、１６ｂから一つのつなぎ部を介して側壁部が延出する構成としたが、これに限らず、例えば、電極部１６ａから２つのつなぎ部を介して、対向する側壁部を形成しても、片側の側壁部を２つ以上のつなぎ部を介して形成しても良い。例えば、電極部１６ａから２つのつなぎ部を介して、対向する側壁部を形成した場合、曲げ加工時にバランスよく側壁部を曲げることができ、ねじれなどの加工不良がおきにくくすることができる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す斜視図。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った発光装置の断面図。 図３は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った発光装置の断面図。 図４は、前記発光装置の外囲器を省略し、金属部材を示す斜視図。 図５は、前記金属部材の平面図。 図６は、前記発光装置の製造に用いるリードフレームを示す斜視図。 図７は、前記リードフレームのリードユニットを拡大して示す平面図。 図８は、リードユニットを折り曲げ成形した金属部材を示す平面図。 図９は、前記リードフレームに樹脂製の外囲器をインサートモールドした状態を示す斜視図。 図１０は、外囲器が形成されたリードユニットを拡大して示す斜視図。 図１１は、反射面を形成する金属の反射率と波長との関係を示す特性図。 図１２は、この発明の第２の実施形態に係る発光装置の金属部材を示す平面図。 図１３は、この発明の第３の実施形態に係る発光装置がリードフレーム上に形成された状態を示す斜視図。 図１４は、前記発光装置を拡大して示す斜視図。 図１５は、変形例に係る発光装置を概略的に示す側面図。

符号の説明

１０…発光装置、１２…金属部材、１４…外囲器、１６ａ、１６ｂ…電極部、
２０…ＬＥＤ、２０ａ…出射面、２２ａ、２２ｂ…側壁部、２３…反射面、
２４…照射開口、２６ａ、２６ｂ…つなぎ部、２８ａ、２８ｂ…外部取出し電極、
３０…封止体、３２…蛍光体、４０…リードフレーム、４６…リードユニット

Claims (11)

1. 金属で形成された一対の電極部と、前記一対の電極部に接続された光源と、金属で形成され、前記光源の光照射方向の周囲を囲んで起立する側壁部と、を備え、
   前記側壁部は、前記少なくとも一方の電極部に接続されている発光装置。
2. それぞれ金属で形成され、前記光源の光照射方向の周囲を囲んで起立した一対の側壁部を備え、前記一対の側壁部は前記一対の電極部に接続されている請求項１に記載の発光装置。
3. 前記側壁部の内側で前記光源に重ねて配設され、前記光源から射出される第１波長領域を含む励起光の少なくとも一部を吸収して、前記第１波長領域と異なる第２波長領域の光を射出する波長変換部材を備えている請求項１に記載の発光装置。
4. 前記光源から射出される第１波長領域を含む励起光は、紫外領域を主として含み、前記第２波長領域の光は主として可視光領域の光を含んでいる請求項３に記載の発光装置。
5. 前記側壁部は、前記光源から射出される光の内、少なくとも一部を反射する反射面を有している請求項１に記載の発光装置。
6. 前記側壁部は、前記光源から射出される第１波長領域の光の一部、もしくは前記波長変換部材から射出される第２波長領域の光の一部を反射する反射面を有している請求項３に記載の発光装置。
7. 前記側壁部の反射面は、Ａｇ、Ａｌの少なくとも一方を主成分とする材料で形成されている請求項５又は６に記載の発光装置。
8. 前記一対の電極部および側壁部の周囲を覆って設けられ、電極部および側壁部を支持した外囲器を備えている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 前記電極部および側壁部は、共通の金属板により形成されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記各電極部から延出し、外部に露出した外部取出し電極を備えている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光装置。
11. 金属で形成された一対の電極部と、前記一対の電極部に接続された光源と、金属で形成され、前記光源の光照射方向の周囲を囲んで起立する側壁部と、を備え、前記側壁部は、前記少なくとも一方の電極部に接続されている発光装置の製造に用いるリードフレームであって、前記一対の電極部および側壁部を形成する金属部を一体に備えたリードフレーム。

Images