(57)【要約】【課題】複数の発光素子を近接して配置することのできる小型の発光装置を提供する。【解決手段】発光素子を固定すると共に発光素子に電力を供給するリードフレームと、リードフレームに電気的に接続された一対の端子部と、リードフレームを保持する樹脂部とを有する。リードフレームは、端子部から発光素子まで電力を導くための配線部を備える。配線部の一部は、配線部の一部を樹脂部の外側に露出させ、樹脂部の側面に沿って直角に折り曲げることにより、樹脂部のサイズを小さく小型の発光装置にすることができる。折り曲げた配線部は、樹脂部の外形の射影より内側に位置させることにより、発光装置を隣接して複数配置した場合でも、電気的な絶縁を維持することができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子を固定すると共に前記発光素子に電力を供給するリードフレームと、少なくとも前記リードフレームを保持する樹脂部とを有し、
前記リードフレームは、電気的な端子として機能する一対の端子部と、前記端子部から前記発光素子まで電力を導くための配線部とを備え、
前記配線部の一部は、
前記樹脂部の外側に配置されると共に前記発光素子が接する前記リードフレーム面に対して略直角に折り曲げられており、且つ、
前記発光素子が接する前記リードフレーム面と平行な面に前記樹脂部を射影した影の外形の内側に、前記折り曲げられた配線部の射影が入るように折り曲げられていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、前記発光素子は複数であり、前記リードフレームは、前記複数の発光素子をそれぞれ搭載するために列状に配置された複数の搭載部を有し、
前記一対の端子部は共に、前記樹脂部の一端から引き出されており、第１の端子部は、前記列状に配置された複数の搭載部のうち一方側端部に位置する搭載部に直接接続され、第２の端子部は、他方側端部に位置する搭載部に前記折り曲げられた配線部によって接続されていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
少なくとも１つの発光素子を有する発光装置を製造する方法であって、
リードフレームのうち電気的な端子として機能する端子部と、前記端子部から前記発光素子まで電力を導くための配線部の一部とが外部に出るように、前記リードフレームを樹脂を用いて成形する第１のステップと、
前記リードフレーム面と平行な面に前記樹脂部を射影した影の外形の内側に射影が入るように、第１のステップで成形された樹脂部の外部に出ている配線部の一部を、前記樹脂で成形されたリードフレーム面に対して略直角に折り曲げる第２のステップと、
前記リードフレームからの電力供給が可能なように前記リードフレームに対して前記発光素子を電気的に結線し固定する第３のステップと
を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置に関し、特に、複数の装置が隣接して配置される用途に適した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランプ等の光源と反射部材との組み合わせにより構成されていた小型の照明装置をさらに小型化するために、光源としてＬＥＤ等の発光素子を列状や面状に配置した照明装置が提案されている。例えば、特許文献１では、複数の発光素子を列状に配置し、これを駆動機構部によって高速で直線移動または回転移動させることにより、光量が大きく、かつ、効率よく集光可能な光束を効率よく作り出す小型照明装置を開示している。列状に配置する複数の発光素子として、所望の波長のものを組み合わせて配置することにより、所望の発光色の照明装置を得ることも可能である。このような小型照明装置を用いることにより、撮像装置のストロボや画像投影表示装置の照明ユニットを、ＬＥＤ等の発光素子を用いて実現することができる。
【０００３】
一般的に、発光素子に給電を行う一対の電極端子は、特許文献２に記載されているように全体をパッケージする樹脂部の両側の端部からそれぞれ引き出すタイプのものと、特許文献３のように樹脂部の片側端部から２本とも引き出すタイプのものがある。
【０００４】
さらに、リードフレーム端部を折り曲げることに関しては、特許文献２、４、５に開示があり、特に特許文献４では、リードフレーム端部を折り曲げることにより、発光ダイオード装置を密に配列させている。
【特許文献１】特開２００３−３４６５０３号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３７３８号公報
【特許文献３】特許３２６１２８０号公報
【特許文献４】特開平８−１６２６７８号公報
【特許文献５】特開２００４−２１４４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発光素子を用いた発光装置では、明るい光束を得るために複数の発光素子をできるだけ近接して配置することが望まれるため、パッケージ用樹脂部のサイズをできるだけ小さくすることが望まれる。また、電極端子は、パッケージ用樹脂部の片側部から２本とも引き出す構成のものの方が、発光装置の配置に自由度が高くなるため望ましい。
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２、３、５は、パッケージ用樹脂部のサイズをできるだけ小さくすると共に、複数の発光素子をできるだけ近接して配置するという課題を解決する手段の開示がない。特許文献４においては、リードフレーム端部を折り曲げることで発光ダイオードを密に配置させることを開示するのみで、発光装置の内部回路におけるリードフレームに関する折り曲げに関してまで考慮されていない。さらに、特許文献３は、端子が同一方向に引き出されているものの、ヘッダーリード部が同一高さでパッケージ外部に露出しており、密に並べた場合、隣り合う装置同士が電気的にショートしてしまうため、隣接して密に配置させることが出来ない。
【０００７】
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、パッケージの小型化だけでなく、装置を隣接して配置させる用途にも適した発光装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、発光素子と、発光素子を固定すると共に発光素子に電力を供給するリードフレームと、少なくともリードフレームを保持する樹脂部とを有する。リードフレームは、リードフレームは、電気的な端子として機能する一対の端子部と、端子部から発光素子まで電力を導くための配線部とを備える。配線部の一部は、樹脂部の外側に配置されると共に発光素子が接するリードフレーム面に対して略直角に折り曲げられており、且つ、発光素子が接するリードフレーム面と平行な面に樹脂部を射影した影の各辺である直線または曲線の内側に、折り曲げられた配線部の射影が入るように折り曲げられている。このように、配線部の一部を樹脂部の外側に露出させ、樹脂部の側面に沿って折り曲げることにより、樹脂部のサイズを小さく小型の発光装置にすることができる。しかも、折り曲げた配線部は、樹脂部の外形の内側に位置するため、発光装置を隣接して複数配置した場合でも、電気的な絶縁を維持することができる。
【０００９】
上記発光装置において、発光素子の数を複数とし、リードフレームは、複数の発光素子をそれぞれ搭載するために列状に配置された複数の搭載部を有する構成とすることができる。この場合、一対の端子部は共に、樹脂部の一端から引き出され、第１の端子部を、列状に配置された複数の搭載部のうち一方側端部に位置する搭載部に直接接続し、第２の端子部を他方側端部に位置する搭載部に折り曲げられた配線部によって接続する構成にすることができる。これにより、発光素子が列状に配置された発光装置であっても、幅の狭い小型な樹脂部を実現できる。
【００１０】
また、本発明によれば以下のような発光装置の製造方法が提供される。すなわち、少なくとも１つの発光素子を有する発光装置を製造する方法であって、
リードフレームのうち電気的な端子として機能する端子部と、端子部から前記発光素子まで電力を導くための配線部の一部とが外部に出るように、リードフレームを樹脂を用いて成形する第１のステップと、
リードフレーム面と平行な面に樹脂部を射影した影の各辺である直線又は曲線の内側に射影が入るように、第１のステップで成形された樹脂部の外部に出ている配線部の一部を、前記樹脂で成形されたリードフレーム面に対して略直角に折り曲げる第２のステップと、
リードフレームからの電力供給が可能なようにリードフレームに対して前記発光素子を電気的に結線し固定する第３のステップと
を有する発光装置の製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
まず、第１の実施の形態の半導体発光装置の構造について、側面図である図１、上面図である図２、Ａ−Ａ断面図である図３、Ｂ−Ｂ断面図である図４を用いて説明する。半導体発光装置は、ＬＥＤ（発光ダイオード）チップ１１と、ＬＥＤチップを上面に固定すると共にＬＥＤチップ１１に電力を供給する金属製リードフレーム１７と、リードフレーム１７の下面に隣接して配置されたヒートシンク１４と、リードフレーム１７と電極端子１６とヒートシンク１４とを一体化して保持する樹脂部１３と、ＬＥＤチップ１１から出射された光を導いて所望の拡散角度の光束とする導光部１５とを備えている。
【００１２】
樹脂部１３の形状は、その斜視図と上面図をそれぞれ図５（ａ）、（ｂ）に示したように、上面側には、ＬＥＤチップ１１を露出するためのＬＥＤ用開口５１ａ、５１ｂと、整流素子や抵抗等の電気回路部品５３を一対の電極端子１６の基部に搭載するための電気回路部品用開口５４とを備えている。樹脂部１３の下面側には、図４のようにヒートシンク１３の外周形状と等しい形状の開口４１が設けられており、この開口４１からヒートシンク１３が外部に向かって突出している。また、樹脂部１３には、貫通孔５２が２カ所に設けられている。この貫通孔５２には、導光部１５の基部が挿入され固定される。
【００１３】
図６を用いてリードフレーム１７の構造を説明する。図６では、製造工程の途中における、複数のリードフレーム１７が外枠６７により複数個機械的に連結された金属フレームの一部を示している。製造工程の最終段階においてリードフレーム１７が外枠６７から切り離される。
【００１４】
リードフレーム１７は、電気的な端子として機能する一対の電極端子１６と、ＬＥＤチップ１１を搭載するＬＥＤ搭載領域１２と、電極端子１６からＬＥＤ搭載領域１２まで電力を導くための配線部６５とを備えている。ＬＥＤ搭載領域１２の形状は、図６のように複数（ここでは４個）のＬＥＤチップ１１を列状に直列に搭載するために、列状に配置された複数のＬＥＤ搭載部６１、６２、６３、６４を有している。ＬＥＤ搭載部６１，６２は、樹脂部１３の開口５１ａから露出され、ＬＥＤ搭載部６３，６４は、開口５１ｂから露出されている。ＬＥＤ搭載部６１、６２、６３、６４には、図５（ｂ）のようにＬＥＤチップ１１がそれぞれ固定され、下面電極が電気的に接続される。ＬＥＤチップ１１の上面電極は、ボンディングワイヤ６９によって隣接する搭載部６２〜６４またはＬＥＤ搭載領域１２内端子部６８に電気的に接続されている。これにより、ＬＥＤチップ１１は、図７（ａ）または（ｂ）に示すように直列に接続される。直列接続にすることにより消費電力の低減が可能になる。また、ＬＥＤチップ１１の特性によっては、必要に応じて第１および第２の電極端子１６の基部には図５（ａ），（ｂ）に示すように抵抗や整流素子等の面実装型の電気回路素子５３が第１および第２の電極端子１６ａ、１６ｂを跨ぐように搭載され、電気回路素子５３の電極は、第１および第２の電極端子１６ａ、１６ｂに電気的に接続されている。これにより、図７（ａ）のような電気回路構成とされる。なお、ＬＥＤチップ１１として、上面に２つの電極が備えられている形状のものを用いる場合には、上面の２つの電極をいずれもボンディングワイヤによって搭載部６１〜６４および端子部６８に接続することにより直列接続を実現する。
【００１５】
一対の電極端子１６は、平行に配置された２本の電極端子１６ａ，１６ｂからなり、いずれも樹脂部１３の一側の端部から同一方向に引き出されている。第１の電極端子１６ａは、搭載部６１と一体に構成されている。第２の電極端子１６ｂは、露出配線部６５によって、第２の電極端子１６ｂが引き出されている端部とは逆側の端部に位置する端子部６８に接続されている。本実施の形態では、樹脂部１３のサイズを小さくするために、図８（ａ）に示すように配線部６５を樹脂部１３の外側に出して露出させるとともに、図８（ｂ）および図３に示したように露出配線部６５をＬＥＤ搭載領域１２に対してほぼ直角に下方に折り曲げて樹脂部１３の側面に沿わせ、樹脂部１３の側面下部に設けた切り欠き３１内に露出配線部６５を収容している。これにより、図３に示したように、ＬＥＤ搭載領域１２の主平面上に樹脂部１３と露出配線部６５を射影した場合に、樹脂部１３の射影の外形位置３６より内側（ＬＥＤチップ１１側）に露出配線部６５の射影が入る位置関係となる。このため、樹脂部１３の短手方向の一方の側面側に露出配線部６５が引き回された構造でありながら、露出配線部６５が樹脂部１３の外形よりも外側に突出しない。他方の側面側には、リードフレーム１７の切断された端面が露出される。
【００１６】
このように、露出配線部６５を樹脂部１３の一方の側面に引き回した構造でありながら、折り曲げて樹脂部の外形よりも内側に収容したことにより、露出配線部６５を折り曲げない場合と比較して、樹脂部１３のサイズを露出配線部６５の面積分だけ小さくすることができる。これにより、半導体発光装置として幅が狭い外形がライン状の装置を実現できるため、複数の半導体発光装置を隣接して高密度に配置することができる。また、露出配線部６５を樹脂部の外形よりも内側に収容しているため、隣接する半導体発光装置の側面に露出されたリードフレーム１７の切断端面との間の電気的絶縁も確保できる。
【００１７】
ヒートシンク１４は、熱伝導性の良い金属材料（例えば銅）により形成されたブロック状の部材であり、図３および図４のようにリードフレーム１７のＬＥＤ搭載領域１２の下面に隣接して配置されている。ヒートシンク１４の上面およびリードフレーム１７の下面は平坦面に形成され、両者の密着性を向上させることによりＬＥＤチップ１１の熱をリードフレーム１７を介してヒートシンク１４へ効率よく伝導させている。しかしながら、ヒートシンク１３は熱伝導性のよい金属材料によって構成されているため、リードフレーム１７と電気的に導通してしまうという問題が生じる。そこで本実施の形態では、ヒートシンク１７の上面とリードフレーム１７の下面との間に、図９に示したように電気絶縁性であって熱伝導性の良好な絶縁フィルム９０を挟む構造としている。これにより、ヒートシンク１４とリードフレーム１７との密着性を高めながら絶縁性を確保している。絶縁フィルム９０としては、例えば、ポリイミド等の樹脂フィルムや、セラミックス製のフィラーを分散させたシリコーンフィルム等を用いることが可能である。これにより、電気的絶縁性を維持しながら高熱伝導性を実現することができる。
【００１８】
ヒートシンク１４の上面の長手方向の長さは、列状に配置されたＬＥＤチップ１１の同方向の端部から端部までの長さよりも長く、その短手方向の長さ（幅）は樹脂部１３の幅（短手方向）の０．４〜０．６倍で、かつ、ＬＥＤチップ１１の幅よりも大きい。また、ヒートシンク１３は、ＬＥＤチップ１１がヒートシンク１４の上面の幅方向のほぼ中央に位置するように配置されている。ヒートシンク１４の高さは、樹脂部１３のＬＥＤ用開口５１ａ、５１ｂの深さに対して３〜１０倍であり、樹脂部１３から大きく突出している。これにより、ＬＥＤチップ１１の熱を効率よく放熱するように構成されている。また、ヒートシンク１４の側面には、図４に示すように、樹脂部１３の開口４１の内部に位置する部分に、上面に平行に溝４２が形成されている。この溝４２内部に樹脂部１３を形成する樹脂が充填されることにより、ヒートシンク１３の開口４１からの抜け落ちを防止している。
【００１９】
次に、本実施の形態の半導体発光装置の製造方法を説明する。まず、板板状金属板をプレス加工により、図６に示した金属フレームを形成する。この金属フレームは、複数のリードフレーム１７が外枠６７により機械的に繋がっている。一方、上述した形状の金属製のヒートシンク１３と、その上面形状に一致する形状の絶縁フィルム９０を用意する。ヒートシンク１３の上面に絶縁フィルム９０を搭載して、リードフレーム１７の下面に加圧密着させた状態でその周辺空間に、樹脂材料を供給し成形することにより、リードフレーム１７とヒートシンク１３とを一体化して樹脂部１３を形成する。これにより、上面に２つのＬＥＤチップ用開口５１ａおよび５１ｂを備え、下面にヒートシンク１３が一体化されて突き出した開口４１を備え、さらに、貫通孔５２と切り欠き３１を有する樹脂部１３を成形する。なお、樹脂材料としては、樹脂部１３を構成する樹脂を溶解もしくは軟化させた状態でリードフレーム１７の周辺空間に供給してもよいし、樹脂部１３を構成する樹脂の前駆体や未反応の２以上の樹脂材料の混合体の状態で周辺空間に供給した後、加熱、または、光や電磁波等放射線の照射等により反応させて樹脂部１３を形成することも可能である。
【００２０】
次に、樹脂部１３の側面より突出する露出配線部６５を樹脂部１３の開口５１と反対側、すなわち下面側にほぼ直角に折り曲げて樹脂部１３の側面に沿わせるとともに、樹脂部１３の下部の切り欠き３１に露出配線部６５を収納する。
【００２１】
樹脂部１３の開口５１ａおよび５１ｂ内に露出するＬＥＤ搭載部６１〜６４にＬＥＤチップ１１を搭載し、ＬＥＤチップ１１の一方を電極が下面にある場合にはそれを搭載部６１，６４に電気的に接続する。ＬＥＤチップ１１の上面電極を対向するＬＥＤ搭載部６１〜６４にボンディング等によりワイヤー接続する。これにより、４つのＬＥＤチップ１１が直列接続された図７（ｂ）の電気回路を構成する。また、必要に応じて、第１および第２の電極端子１６の基部に、抵抗や整流素子等の面実装型の電気回路素子５３を電極端子１６を跨ぐように搭載し、図７（ａ）の電気回路を実現する。
【００２２】
さらに、図６の金属フレームの破線領域６６の部分を切断して、個々の半導体発光装置に分離する。開口４１内に所定の屈折率を有するシリコーン樹脂３２を充填した後、導光部１５を搭載し、樹脂部１３の貫通孔５２にその端部を挿入して固定する。これにより、本実施の形態の半導体発光装置が完成する。
【００２３】
本実施の形態の半導体発光装置は、電極端子１６間に電流を供給することにより、直列接続された４つのＬＥＤチップ１１が発光し、発光された光は、シリコーン樹脂３２を透過して導光部１５に入射し、導光部１５によって所定の拡散光束に形成されて出射される。
【００２４】
本半導体発光装置は、４つのＬＥＤチップ１１を搭載しているため、発光光量が大きく、しかも、直列接続であるため消費電力が小さい。また、幅の細い樹脂部１３にＬＥＤチップ１１が列状に配置されているため、複数の半導体発光装置を幅方向に隣接させて配置することが可能であり、面光源を容易に構成することができる。
【００２５】
本半導体発光装置は、幅の狭いライン状の外形を有する装置であるが、本実施の形態では、リードフレーム１７のＬＥＤ搭載領域１２の直下にヒートシンク１４を配置したことにより、十分な放熱特性を確保することができる。これにより、ＬＥＤチップ１１の接合部が高温になるのを防止することができるため、温度上昇による発光光量の低下を防止することが可能であり、安定した発光特性を維持することができる。
【００２６】
また、露出配線部６５が樹脂部１３側面に沿って折り曲げられ、切り欠き３１に収納したことにより、半導体発光装置の幅を露出配線部６５の幅分だけ小さくすることができる。露出配線部６５は外部に突出していないため、隣接する半導体発光装置同士が電気的に導通する恐れもない。
【００２７】
つぎに、本発明の第２の実施の形態について図１０を参照して説明する。
第２の実施の形態の半導体発光装置は、ヒートシンク１４全体の表面を、熱伝導性が良好な電気絶縁膜１０１でコーティングしている点が、第１の実施の形態の半導体発光装置と異なっている。電気絶縁膜１０１としては、第１の実施の形態の絶縁フィルム９０と同様に、樹脂膜やシリコーンフィルム等を用いることができる。なお、第１の実施の形態で用いていた絶縁フィルム９０は配置しない。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
第２の実施の形態の半導体発光装置の製造工程では、金属製ヒートシンク１４を予め絶縁フィルム９０によって絶縁膜１０１によって被覆しておき、リードフレーム１７の下面に密接させた状態で樹脂部１３を形成する。絶縁フィルム９０は配置しない。他の工程は、第１の実施の形態と同じである。
【００２９】
第２の実施の形態においては、熱伝導性の良好な絶縁膜１０１によってヒートシンク１４が被覆されているので、リードフレーム１７とヒートシンク１４との電気的に絶縁することができるとともに、リードフレーム１７の熱をヒートシンク１４に良好に伝導させることができる。よって、第１の実施の形態と同等の効果が得られる。
【００３０】
なお、上述の第１および第２の実施の形態では、４つのＬＥＤチップ１１を用いるものについて説明してきたが、ＬＥＤチップ１１の数は、４個に限られるものではなく、２以上、好ましくは３以上の所望の数にすることができる。また、ＬＥＤチップ１１の配列についても一列に限らず、２列以上にすることも可能である。さらに、ＬＥＤチップ１１以外の発光素子を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施の形態の半導体発光装置の側面図。
【図２】図１の半導体発光装置の上面図。
【図３】図１の半導体発光装置のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２の半導体発光装置のＢ−Ｂ断面図。
【図５】（ａ）図１の発光素子から導光部１５を取り外した状態の斜視図、（ｂ）図１の発光素子から導光部１５を取り外した状態の上面図。
【図６】図１の半導体発光装置の製造工程で用いる金属フレームの上面図。
【図７】（ａ）および（ｂ）第１の実施の形態の半導体発光装置のＬＥＤチップ１１の接続を示す電気回路図。
【図８】（ａ）図１の半導体発光装置の製造工程で金属フレームからリードフレーム１７と露出配線部６５と電極端子１６とを切断した状態を示す斜視図および側面図、（ｂ）露出配線部６５を樹脂部１３の側面に沿ってほぼ直角に折り曲げて切り欠き内に収納した状態を示す斜視図および側面図。
【図９】図１の半導体発光装置の絶縁フィルム９０を示す切り欠き斜視図。
【図１０】第２の実施の形態の半導体発光装置のヒートシンクを被覆する絶縁膜１０１を示す切り欠き斜視図。
【符号の説明】
【００３２】
１１・・・ＬＥＤチップ、１２・・・ＬＥＤ搭載領域、１３・・・樹脂部、１４・・・ヒートシンク、１５・・・導光部、１６・・・端子部、１６ａ・・・第１の端子部、１６ｂ・・・第２の端子部、１７・・・リードフレーム、３１・・・切り欠き、３２・・・シリコーン樹脂、３５・・・リードフレーム１７の主平面、３６・・・樹脂部１３の射影の外形位置、４１・・・ヒートシンク用開口、４２・・・溝、５１ａ、５１ｂ・・・ＬＥＤチップ用開口、５２・・・貫通孔、５３・・・電気回路素子、５４・・・電気回路素子用開口、６１、６２、６３、６４・・・搭載部、６５・・・露出配線部、６７・・・外枠部、６８・・・端子部、６９・・・ワイヤ、９０・・・絶縁フィルム、１０１・・・絶縁膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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