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JP2011253910A - 発光装置 - Google Patents

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JP2011253910A JP2010126207A JP2010126207A JP2011253910A JP 2011253910 A JP2011253910 A JP 2011253910A JP 2010126207 A JP2010126207 A JP 2010126207A JP 2010126207 A JP2010126207 A JP 2010126207A JP 2011253910 A JP2011253910 A JP 2011253910A
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哲也 村中
Toshihiro Kuroki
敏宏 黒木
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】リードと封止樹脂との密着強度が改善され、高い光出力を得ることが容易な発光装置を提供する。
【解決手段】第1のリードと、発光素子と、一方の端部が前記第1のリードの一方の端部と対向した第2のリードと、透明樹脂からなる成型体と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。第1のリードは、主面および前記主面に設けられた凹部を有するダイパッド部と、前記主面の上方に折り曲げられた屈曲部と、前記ダイパッド部から外方に向かって延在する熱伝導部と、を有し、前記屈曲部と前記主面との間の折り目の両端にスリットが設けられている。発光素子は、前記凹部の底面に接着されている。成形体は、前記発光素子と、前記屈曲部と、前記ダイパッド部と、前記熱伝導部と、前記第2のリードの前記一方の端部と、を覆い、前記スリットを貫通し、前記第1のリードの他方の端部および前記第2のリードの他方の端部をそれぞれ突出させている。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、発光装置に関する。
車載エクステリアや信号機などの用途には、高電流動作により高い光出力が可能とされる発光装置が必要である。
このような発光装置はパワーLED(Light Emitting Diode)と呼ばれる。パワーLEDのパッケージでは、内部において発光素子からの放出光を上方に向けて反射することが要求される。リードフレームに凹部を設けると、その底面に接着された発光素子からの放出光を凹部の側面により上方に向けて反射することができる。
しかし、凹部の側面をリフレクタとする場合、発光素子の光軸からの角度が大きい方向の光を取り出すことが困難であり、光出力を十分に高くすることは容易ではない。
特開2004−363533号公報
リードと封止樹脂との密着強度が改善され、高い光出力を得ることが容易な発光装置を提供する。
実施形態によれば、第1のリードと、発光素子と、一方の端部が前記第1のリードの一方の端部と対向した第2のリードと、透明樹脂からなる成型体と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。第1のリードは、主面および前記主面に設けられた凹部を有するダイパッド部と、前記主面の上方に折り曲げられた屈曲部と、前記ダイパッド部から外方に向かって延在する熱伝導部と、を有し、前記屈曲部と前記主面との間の折り目の両端にスリットが設けられている。発光素子は、前記凹部の底面に接着されている。成形体は、前記発光素子と、前記屈曲部と、前記ダイパッド部と、前記熱伝導部と、前記第2のリードの前記一方の端部と、を覆い、前記スリットを貫通し、前記第1のリードの他方の端部および前記第2のリードの他方の端部をそれぞれ突出させている。
図1(a)は本発明の第1の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図1(b)はその模式平面図、図1(c)はA−A線に沿った模式断面図、である。 図2(a)は比較例にかかる発光装置の模式斜視図、図2(b)は模式平面図、である。 図3(a)は第2の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図3(b)はその模式平面図、である。 図4(a)はリードフレームの模式平面図、図4(b)は折り曲げ工程後の模式平面図、図4(c)はB−B線に沿った模式断面図、である。 図5(a)は配光特性のグラフ図、図5(b)は部分拡大グラフ図、図5(c)は光束利用率のグラフ図、である。 熱伝導部の幅に対する熱抵抗依存性を求めたシミュレーション結果を示すグラフ図である。 リードフレーム構造に対する熱抵抗値依存性のグラフ図である。 第2の実施形態の第1の変形例の模式平面図である。 第2の実施形態の第2の変形例の模式平面図である。 図10(a)は第3の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図10(b)はC−C線に沿った模式断面図、である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図1(a)は本発明の第1の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図1(b)はモールド工程前のリードフレームの模式平面図、図1(c)はA−A線に沿った模式断面図、である。
発光装置は、第1のリード10、第2のリード20、発光素子30、透明樹脂からなる成型体40、を備えている。
第1のリード10は、一方の端部側に設けられたダイパッド部12と、ダイパッド部12の主面12aの上方に向かって折り曲げられた屈曲部14と、ダイパッド部12と接続され、他方の端部側に設けられ幅がWthである熱伝導部16と、を有する。
ダイパッド部12は、その主面12aに凹部13を有する。凹部13は、底面13aと、傾斜を有する側面13bと、を有している。底面13aには、発光素子30が、接着剤や半田材などを用いて接着されている。
屈曲部14とダイパッド部12の主面12aとの境界線とする折り目17の両端にはスリット15がそれぞれ切り込まれている。屈曲部14の数は1つでもよいが、本図において、第1のリード10の屈曲部14は、2つの屈曲部14a、14bを有するものとする。屈曲部14aと屈曲部14bとの間には、ダイパッド部12から熱伝導部16が延在している。
一方の端部が第1のリード10の一方の端部と対向する第2のリード20は、屈曲部24aおよび屈曲部24bを有している。屈曲部24と第2のリード20の主面との境界線とする折り目17の両端にはスリット25がそれぞれ切り込まれている。また、第2のリード20の一方の端部は、発光素子30の電極の1つとボンディングワイヤにより接続されている。
また、透明樹脂からなる成型体40は、発光素子30と、屈曲部14、24と、ダイパッド部12と、熱伝導部16と、吊りピン18と、を覆い、かつスリット15、25を貫通する。なお、本願明細書において「透明樹脂」とは、発光素子30から放出される光に対して透光性を有する樹脂を意味する。発光素子30から放出される光の透過率は必ずしも100パーセントである必要はない。発光素子30から放出される光の透過率がゼロではない樹脂は、「透明樹脂」に含まれるものとする。
凹部13の側面13bは、第1のリフレクタとして作用し放出光を上方に向けて反射し、光出力を高める。さらに、屈曲部14、24は第2のリフレクタとして作用し、発光素子30の光軸8からの角度が大きい光を上方に向けて反射し、光出力をさらに高めることができる。この場合、図1(c)のように、折り曲げられた屈曲部14、24の角部14e,24eは、熱伝導部16、第2のリード20の一方の端部、のそれぞれの上方において、その隙間を狭くし光漏れを低減可能である。また、成型体40の上面にレンズ曲面を形成すると、放出光、第1および第2のリフレクタによる反射光、を集光することができる。
屈曲部14、24がダイパッド部12から折り曲げられる折り目17の両端にスリット15、25を設けると、屈曲部14、24の形状が大きい場合でもプレス加工が容易となり、所望の曲面を形成することが容易となる。スリット15、25は、第1及び第2のリード10、20の主面と屈曲部14、24との間の折り目17の方向に沿って設けられるので、発光素子30の放出光の光漏れ量を少なくできる。なお、凹部13の深さを発光素子30の高さよりも大きくすると、光漏れを低減できるので好ましい。
また、スリット15、25、屈曲部、屈曲部を折り曲げたあとのリードの貫通孔、吊りピン18、などにより、封止樹脂40とリードフレームとの密着強度を高めることができる。このアンカー効果のために、リードフレームと封止樹脂40との間の熱膨張率の差により生じる応力を低減し、界面における剥離や封止樹脂のクラックを抑制できる。この結果、発光装置の電気的および光学的特性をより安定に保つことが容易となる。
図2(a)は比較例にかかる発光装置の模式斜視図、図2(b)はモールド工程前のリードフレームの模式平面図、である。
第1のリード110の屈曲部114、第2のリード120の屈曲部124、にはスリットが設けられていない。このため、形状の大きな屈曲部114、124に所望の形状を有する反射面を形成することが困難となり、高出力化は容易ではない。また、成型体140と、第1のリード110および第2のリード120と、の密着強度が十分ではない。
図3(a)は本発明の第2の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図3(b)はその模式平面図、である。
発光装置は、第1のリード10、第2のリード20、発光素子30、透明樹脂からなる成型体40、を備えている。第1のリード10及び第2のリード20は、H−H線に沿って平行方向に延在している。また、吊りピン18、22は、H−H線と直交するV−V線と平行方向に延在している。
第1のリード10は、主面12aに凹部13が設けられたダイパッド部12と、上方に向かって折り曲げられた3つの屈曲部14a、14b、14cと、ダイパッド部12と接続された熱伝導部16と、を有する。熱伝導部16は、同一の幅を有する第1及び第2の熱伝導部16a、16bを有する。第1及び第2の熱伝導部16a、16bは、ダイパッド部12から外方に向かって放射状に延在しつつ第3の屈曲部14bを挟み、第1のリード10の他方の端部にそれぞれ連結される。 屈曲部14と主面12aとの境界線とする折り目17の両端にはスリット15がそれぞれ切り込まれている。
凹部13は、ダイパッド部12の主面12aに設けられ、底面13aと、傾斜を有する側面13bと、を有している。底面13aには、発光素子30が、接着剤や半田材などを用いて接着されている。
屈曲部14aと14bとの間、および屈曲部14bと14cとの間、には、ダイパッド部12から2つの熱伝導部16a、16bが放射状に延在している。本実施形態では、熱伝導部16とH−H線が、例えば45度で交差するように配置される。発光素子30で生じた熱は熱伝導部16a、16bから、第1のリード10の他方の端部を通過して外部に放熱される。
第2のリード20は、屈曲部を有していなくともよいが、図3では1つの屈曲部24を有しているものとする。屈曲部24は、折り目17の両端からスリット25が設けられている。さらに、屈曲部24の2つの角部は屈曲部14aの角部及び屈曲部14cの角部との間で、それぞれ光漏れを低減している。第2のリード20は、発光素子30の電極の1つとボンディングワイヤにより接続されている。
さらに、透明樹脂からなる成型体40は、発光素子30と、屈曲部14、24と、ダイパッド部12と、熱伝導部16と、を覆い、かつスリット15、25と、扇形領域を折り曲げて屈曲部14、24を形成した後にリードフレームに生じた貫通孔を貫通する。
図4(a)は凹部を形成したリードフレームの模式平面図、図4(b)は折り曲げ工程後のリードフレームの模式平面図、図4(c)はB−B線に沿った模式断面図、である。
リードフレーム50は銅系合金などからなり、その厚さは、例えば0.15〜0.35mmの範囲であるものとするが、これらに限定されない。
リードフレーム50は、プレス型抜きにより形成される。表面に銀などのメッキを施すと、光の反射率を高めることができる。図4(a)のように、カップ状の凹部13がディプレス加工によりまず形成される。凹部13の底面13aの直径は、例えば0.65mmとする。また、例えば直径DPが4〜4.8mmの円を分割した扇状領域14p、24pを凹部13とは反対の側に折り曲げ、屈曲部14、24を形成する。ダイパッド部12の主面12aおよび第2のリード20の主面20aを同一平面とし、折り目17の直径DDを、2.5mm以上とすると、凹部13の近傍を固定するための成型金型の押さえのスペースを確保できる。折り曲げののち、第1のリード10には貫通孔10bおよび切り欠き部、第2のリード20には貫通孔20b、をそれぞれ生じる。なお、凹部13及びダイパッド部12の形状は、円に限定されず、楕円、多角形などとすることができる。
また、屈曲角度を45〜70度の範囲、屈曲部14、24の高さを0.6〜1.0mmの範囲などとすることができる。スリットの幅、リードの幅、吊りピンの幅、切り込みの幅など、はリードフレームの厚さ以上とすることにより、プレス品質を確保することが容易となる。
ディプレス加工や折り曲げ加工により、第1のリード10の厚さが加工前のリードフレーム50の厚さから部分的に変化する場合もあるが、第1のリード10の厚さは、リードフレーム50の厚さで表すものとする。
図5(a)は配光特性のグラフ図、図5(b)はその部分拡大グラフ図、図5(c)は角度に対する光束利用率のグラフ図、である。これらの特性は、光学シミュレーションによる結果である。
なお、熱伝導部16aは、H−H線からプラス45度およびマイナス45度傾斜しているものとし、その幅Wthはそれぞれ0.6mm、厚さは0.25mmとする。また、屈曲部14、24の屈曲角度は60°、屈曲部14、24の高さは、1.0mm、とする。発光素子30の4つの側面は、H−H線及びV−V線とそれぞれ直交しているものとする。
図5(a)において、縦軸は相対光度、横軸は光軸からの角度(°)、を表す。また、H−H線に沿った配光特性と、V−V線に沿った配光特性と、の平均値を実線で示す。また、H−H線から時計方向に50度回転した線に沿った配光特性と、H−H線から時計回りとは反対方向に50度回転した線に沿った配光特性と、の平均値を破線で示す。プラス50度およびマイナス50度の近傍は、屈曲部の隙間近傍となる。このために、光漏れが増大する。すなわち、図5(a)および(b)において、角度がマイナス55度〜マイナス35度の範囲、およびプラス35度〜プラス53度の範囲、において光漏れは、実線で示す平均値よりも大きくなる。
図5(c)において、縦軸は相対光束利用率、横軸は角度(°)、である。
光軸8から45度以内の角度範囲を有効照射領域とする場合、破線で示す平均値では光束利用率が略0.84であるのに対して、実線で示す平均値では光束利用率が略0.9となり、0.06高くすることができる。すなわち、屈曲部により、光軸からの角度が大きい光を上方に向けて反射し、有効照射領域内での光出力を高めることができる。
実際の照明装置の構成において、所定の方向への光漏れ量を規定値以下に低減したい場合、H−H線またはV−V線を所定の方向とすればよい。例えば、発光装置を2次元的に複数配列する照明装置の場合、本実施形態の発光装置を用いると、回路基板の直交軸に平行または直交する方向に配置すれば良く、所定の角度を保ちつつ配置するよりも実装が容易である。
図6は、熱伝導部の幅に対する熱抵抗依存性のシミュレーション結果を表すグラフ図である。
縦軸は熱抵抗Rth(℃/mW)、横軸は熱伝導部の幅Wth(mm)、である。なお、リードフレームの厚さは0.25mmとし、リードフレームの強度および放熱性を高めるものとする。熱抵抗Rthは、熱伝導部16の幅Wthの増大に応じて低下する。しかしながら、幅Wthが0.6mmよりも大きくなると、屈曲部の間の隙間からの光漏れが増大する。発明者らの光学シミュレーションによると、折り目17の直径DDが2.5mmの時、熱伝導部16を見込む角度が28度以上であると、有効照射領域においてH−H線とプラスマイナス50°で交差する方向の光利用率が図5(c)の破線よりもさらに低下することが判明した。すなわち、熱伝導部16の幅Wthは、0.25mm以上かつ0.6mm以下の範囲(ドット線の間)とすることが好ましい。
図7は、リードフレーム構造に対する熱抵抗値Rth依存性のシミュレーション結果を示すグラフ図である。なお、リードフレームの厚さは0.25mmとする。
構造(a)〜(c)は、リードフレームの材質が熱伝導率364W/(m・K)であるCu系合金(Fe:0.1wt%、P:0.03wt%)とする。熱伝導部16の幅Wthが0.4mmである構造(a)の場合、熱抵抗Rthは0.103℃/mWである。幅Wthが0.6mmである構造(b)の場合、熱抵抗Rthは0.092℃/mWまで低減できる。さらに、幅Wthが0.6mmの熱伝導部16を2つ設けた構造(c)の場合、熱抵抗Rthは0.081℃/mWまでさらに低減できる。他方、熱伝導率262W/(m・K)を有するCu系合金(Fe:2.4wt%、P:0.03wt%、Zn:0.12wt%)を用い、Wthが0.4mmの熱伝導部16である図2の比較例の構造(d)の場合、熱抵抗Rthは0.123℃/mWと高くなる。このようにして、構造(c)のリードフレームを用いた発光装置の熱抵抗Rthは,構造(d)の発光装置の熱抵抗Rthの略65%と低くできる。
すなわち、第2の実施形態において、リードフレームの厚さを0.25mmとし、第1のリード10が延在する方向と略45度で交差する2つの熱伝導部16の幅をそれぞれ0.6mmとすると、熱抵抗Rthが低減され、安定した高光出力とすることができる。なお、2つの熱伝導部16の幅は異なっていてもよいが、同一の幅とするとバランスよく放熱ができる。
図8は、第2の実施形態の第1の変形例にかかる発光装置の模式平面図である。
第1のリード10は、屈曲部14a、14b、14cを有している。また、屈曲部14a、14bの間から熱伝導部16a、屈曲部14b、14cの間から熱伝導部16b、が放射状に延在しつつ第1のリード10の他方の端部で連結されている。また、第2のリード20の端部は、第1のリード10の屈曲部14a、14cに挟まれており、発光素子30の上面の電極とボンディングワイヤ32により接続されている。屈曲部14a、14b、14cの間隙は3つであり、図1の発光装置よりも1つ少ない分、光漏れを低減できる。また、屈曲部14は、ダイパッド部12を3分割するので、例えば1つあたりの広がり角は100度以上となる。このような広い角度となっても、折り目17の両端から切り込まれたスリット15があるために屈曲部14の曲面が所望の形状に容易に形成でき、放出光を効率よく上方へ向けて反射することができる。
図9は、第2の実施形態の第2の変形例の模式平面図である。
第2の変形例では、第1のリード10は大きさの同じで対向する2つの屈曲部14d、14fと、これらに挟まれ、これらよりも小さい屈曲部14eと、を有している。また、第2のリード20は、第1のリード10の屈曲部14eと対向し、略同一の大きさを有する屈曲部24を有している。このようにすると、第1のリード10の他方の端部および第2のリード20の他方の端部の幅をそれぞれ狭くし、回路基板に狭い配線領域が設けられている場合であっても、確実に接続可能とできる。
図10(a)は第3の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図10(b)はC−C線に沿った模式断面図、である。
発光装置は、第1のリード60、第1のリード60の上に設けられた発光素子30、一方の端部が第1のリード60の一方の端部と対向する第2のリード70、及び透明樹脂からなる成型体90、を備えている。
第1のリード60は、その主面62aに凹部63が設けられたダイパッド部62と、ダイパッド62の主面62aの上方に向かって折り曲げられた屈曲部64と、ダイパッド部62から外方に向かって延在する熱伝導部66と、を有する。
凹部63は、ダイパッド部62の下方に設けられ、底面と、傾斜を有する側面と、を有している。底面63aには、発光素子30が、接着剤や半田材などを用いて接着されている。
第1のリード60は、4つの屈曲部64a、64b、64c、64dを有する。
また成型体90は、第1の側面90bおよび第1の側面90bの反対側に設けられた第2の側面90cを有する。
屈曲部64と、ダイパッド部62の主面62aとの境界線とする折り目67の両端にはスリット65がそれぞれ切り込まれている。さらに、透明樹脂からなる成型体90は、発光素子30と、3つの屈曲部64a、64b、64cと、ダイパッド部62と、熱伝導部66a、66b、66cと、を覆い、かつスリット65の隙間と、扇形領域を折り曲げて屈曲部64とした後にリードフレームに生じた貫通孔と、を貫通する。
第1のリード60の他方の端部が分岐されて、第1の側面90b及び第2の側面90cからそれぞれ突出しかつ下方に折り曲げられる。第2のリード70の他方の端部が第2の側面90cから突出しかつ下方に折り曲げられる。屈曲部64は、C−C線に平行となる方向、およびC−C線に対して直交する方向、に沿って互いに対向するように設けられているが、配置はこれに限定されない。屈曲部64aと屈曲部64bとの間に熱伝導部66a、屈曲部64bと屈曲部64cとの間に熱伝導部66b、屈曲部64cと屈曲部64dとの間に熱伝導部66c、がそれぞれ設けられる。なお、3つ熱伝導部はC−C線に対して、45度、135度、315度、にそれぞれ配置されているが、これに限定されない。
発光素子30で発生した熱は、熱伝導部66a、66bを通って第1の側面90bから外部に放出され、かつ熱伝導部66cを通って第2の側面90cから外部に向かって放出される。すなわち、成型体90の両側面90b、90cを放熱路とするので、熱抵抗が低減できる。なお、第1のリード60の幅を広くすると、さらに熱抵抗を低減できる。
下方に折り曲げられた第1のリード60および第2のリード70は、成型体90の底面90dの側に折り曲げても、外側に折り曲げたガルウィング型としてもよい。第1のリード60の先端部を分岐し、かつさらに左右対称にすると、外装4ピンとでき、バランス良く回路基板に取り付けることができる。
第1〜第3の実施形態及びこれらに付随する変形例において、ダイパッド部に設けられた凹部、および屈曲部により発光装置の高出力化が容易となる。この場合、スリットを設けることにより、屈曲部を所望の曲面とすることが容易となる。さらに、屈曲部およびスリットにより、リードフレームと封止樹脂との間の密着強度が改善され、電気的および光学的特性を安定に保つことが容易となる。このような発光装置は、車載エクステリアや信号機などの用途に広く応用可能である。
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明を構成するリードフレーム、成型体、発光素子などの材質、形状、サイズ、配置などに関して、当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
10、60 第1のリード、12、62 ダイパッド部、13、63 凹部、14、24、64 屈曲部、15、25、65 スリット、16、66 熱伝導部、17、67 折り目、20、70 第2のリード、30 発光素子、40、90 成型体、50 リードフレーム

Claims (6)

  1. 主面および前記主面に設けられた凹部を有するダイパッド部と、前記主面の上方に折り曲げられた屈曲部と、前記ダイパッド部から外方に向かって延在する熱伝導部と、を有し、前記屈曲部と前記主面との間の折り目の両端にスリットが設けられた第1のリードと、
    前記凹部の底面に接着された発光素子と、
    一方の端部が前記第1のリードの一方の端部と対向した第2のリードと、
    前記発光素子と、前記屈曲部と、前記ダイパッド部と、前記熱伝導部と、前記第2のリードの前記一方の端部と、を覆い、前記スリットを貫通し、前記第1のリードの他方の端部および前記第2のリードの他方の端部をそれぞれ突出させた、透明樹脂からなる成型体と、
    を備えたことを特徴とする発光装置。
  2. 前記屈曲部は、第1および第2の屈曲部を含んだことを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  3. 前記第1のリードの厚さは、0.25mm以上とされ、
    前記熱伝導部の幅は、前記第1のリードの前記厚さ以上かつ0.6mm以下、とされたことを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記第1のリードは、前記第1および第2の屈曲部の間に設けられ、前記主面の上方に折り曲げられた第3の屈曲部をさらに有し、
    前記熱伝導部は、前記第1の屈曲部と前記第3の屈曲部との間に設けられた第1の熱伝導部と、前記第2の屈曲部と前記第3の屈曲部との間に設けられた第2の熱伝導部と、を含み、
    前記第1及び第2の熱伝導部は、前記第1のリードの他方の端部と連結されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
  5. 前記第2のリードは、前記第2のリードの主面の上方に折り曲げられた屈曲部を有し、 前記第2のリードの前記屈曲部と前記第2のリードの前記主面との間の折り目の両端に、スリットが設けられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。
  6. 前記成型体は、第1の側面と、前記第1の側面の反対側に設けられた第2の側面と、を有し、
    前記第1のリードの前記他方の端部は、分岐し前記第1及び第2の側面からそれぞれ突出しかつ下方に折り曲げられ、
    前記第2のリードの前記他方の端部は、前記第2の側面から突出しかつ下方に折り曲げられたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
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