(57)【要約】【課題】側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させる発光ダイオードを提供する。【解決手段】リードフレーム２，３上に搭載された半導体発光素子４と、半導体発光素子４とともに、リードフレーム２，３の一端部を覆う透光性の樹脂パッケージ５とを備えた発光ダイオード１において、樹脂パッケージ５の表面を基準として、表面の裏面側に、曲面を突出して形成し、両リードフレーム２，３を、Ｇｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に屈曲させて形成し、それぞれの他端部を両側に配置すると、側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させる発光ダイオード１が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、前記半導体発光素子とともに、前記リードフレームの一端部を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードにおいて、
前記樹脂パッケージの表面を基準として、前記表面の裏面側には、曲面が突出して形成され、
両前記リードフレームは、Ｇｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に屈曲させて形成され、それぞれの他端部は両側に配置されていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードにおいて、
前記樹脂パッケージの表面を基準として、前記表面の裏面側には、曲面が突出して形成され、
前記リードフレームは、プリント基板であり、前記半導体発光素子は、前記プリント基板に形成された凹部に搭載されていることを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、半導体発光素子を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、国内の携帯電話はカメラ付きのものが主流となりつつあり、このため、暗い所でも写真撮影可能な小型、薄型かつ高輝度のストロボ光源が求められている。この要求を満たす光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）が最も有力であるが、通常の状態では輝度が不足していることが多く、この輝度不足を解消するために、半導体発光素子を覆う樹脂パッケージで、レンズを形成することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載したものは、リード部材に搭載された半導体発光素子を樹脂パッケージで覆い、この樹脂パッケージの凸面状に形成した表面に鍍金を施して凹面鏡を形成し、この凹面鏡の表面で光を反射して、裏面側に光を取り出して集光する構造である。
【０００４】
また、特許文献２に記載したものは、リード部材に搭載された半導体発光素子を樹脂パッケージで覆い、この樹脂パッケージの光取り出し面に凹部と、この凹部の内側に形成した凸レンズ部を形成し、半導体発光素子の正面方向に出射された光を凸レンズ部を介して取り出し、集光させる構造である。
【特許文献１】特開平１−２７３３６７号公報（第１−４頁、第３図）
【特許文献２】特開平８−３０６９５９号公報（第２−３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載した発光ダイオードは、凹面鏡で反射させた光が半導体発光素子およびこれを支持するリード部材に当たり遮断されるため、均一な発光ができないとともに、発光効率が悪くなる。特に、直径を小さくすると発光面積に対する遮断面積の割合が相対的に大きくなるので、小型化に対応できないという問題がある。また、鍍金や金属蒸着によって金属反射面を形成すると、樹脂パッケージと金属膜の接合が、表面実装時のリフロー加熱や熱衝撃試験等により剥離するという問題もある。
【０００６】
また、特許文献２に記載した発光ダイオードは、半導体発光素子から側方に出射された光は、樹脂パッケージの側面からそのまま外側に出てしまうため、無駄が多く、輝度向上の効率が悪い。
【０００７】
そこで本発明は、側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させる発光ダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光ダイオードにおいては、樹脂パッケージの表面を基準として、前記表面の裏面側に、曲面を突出させて形成した発光ダイオードとしたものである。
【０００９】
この発明によれば、側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させる発光ダイオードが得られる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、半導体発光素子を覆う樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードにおいて、樹脂パッケージの裏面側に、裏側に突出した曲面を形成し、両前記リードフレームは、Ｇｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に屈曲させて形成され、両前記リードフレームの配置状態において、それぞれの他端部を両側に配置したので、半導体発光素子から側方に出射され、曲面に当たった光を、表面側、すなわち半導体発光素子の主光取り出し方向に反射させることができ、側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させることができる。
【００１１】
また、リードフレームを、プリント基板とすることにより、半導体発光素子から裏面側に出射される光を表面側に反射させ、裏面側に光が漏れることが防止できる。
【００１２】
また、半導体発光素子を、前記プリント基板に形成された凹部に搭載すると、半導体発光素子の裏面側と斜め後方に出射される光を全て反射して、光軸方向の表面の輝度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、前記半導体発光素子とともに、前記リードフレームの一端部を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードにおいて、前記樹脂パッケージの表面を基準として、前記表面の裏面側には、曲面が突出して形成され、両前記リードフレームを、Ｇｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に屈曲させて形成し、それぞれの他端部を両側に配置していることを特徴とする発光ダイオードとしたものであり、半導体発光素子から側方に出射され、曲面に当たった光を、表面側、すなわち半導体発光素子の主光取り出し方向に反射させるという作用を有する。なお、本明細書中においては、リードフレームには、金属製のフレームの他、絶縁基板に電極パターンを形成したプリント基板も含まれるものとする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードにおいて、前記樹脂パッケージの表面を基準として、前記表面の裏面側には、曲面が突出して形成され、前記リードフレームは、プリント基板であり、前記半導体発光素子は、前記プリント基板に形成された凹部に搭載されていることを特徴とする発光ダイオードとしたものであり、半導体発光素子から裏面側に出射される光を表面側に反射させ、樹脂パッケージの外周の曲面部より斜め後方に出射される光を、凹部の側面と底面で反射することにより、樹脂パッケージの表面側の光の取り出し効率を更に向上させるという作用を有する。
【００１５】
また、凹部の底面および側面で樹脂パッケージを保持するので、樹脂パッケージとプリント基板との接触面積が増えるという作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図を示す。図１に示すように、発光ダイオード１は、リードフレーム２，３上に搭載された半導体発光素子４と、半導体発光素子４を覆う透光性の樹脂パッケージ５とを備えている。
【００１８】
リードフレーム２，３は、それぞれＣｕ合金等にＮｉ／Ａｇめっき処理等を行ったＧｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に屈曲させて形成され、各々の一端部を近接配置し、両リードフレーム２，３の配置状態が一直線状になるように、それぞれの他端部を両側に配置している。直方体状の半導体発光素子４は、一方のリードフレーム２上に下面の電極をダイボンディングにより接続され、他方のリードフレーム３に上面の電極をワイヤボンディングにより接続されている。
【００１９】
樹脂パッケージ５は、例えば透明エポキシ等の樹脂からなり、半導体発光素子４とともに、リードフレーム２，３の一端部を覆って固化している。樹脂パッケージ５の外形は、略逆砲弾状に形成されている。ここで、本明細書中では、半導体発光素子４を接続したリードフレーム２の表側であって、半導体発光素子４の主光取り出し方向を表側または表面側、逆方向を裏側または裏面側として表すものとする。
【００２０】
樹脂パッケージ５の裏面側には、表面を基準として裏側に突出した曲面６が形成されている。この曲面６は、回転放物面からなっており、回転放物面の中心線は、リードフレーム２の表面に垂直に配置され、また、回転放物面の焦点は、半導体発光素子４の光軸上に合わせて形成されている。樹脂パッケージ５の曲面６から裏面側に突出し、リードフレーム２，３を覆っている突起部は、半導体発光素子４の裏側に配置されている部分が円柱状に形成され、その両側のリードフレーム２，３が突出している部分が、リードフレーム２，３の一端部を補強するように直方体状に形成されている。
【００２１】
樹脂パッケージ５の表面部の外周部には、半導体発光素子４に直交する環状平面部９が形成され、環状平面部９の内側に凹部７を形成し、さらに凹部７内に、半導体発光素子４の光軸と同じ光軸を有する凸レンズ部８を形成している。
【００２２】
凸レンズ部８の先端部には、円状平面部１１が形成され、この円状平面部１１は、環状平面部９と同じ平面上に配置されている。すなわち、凸レンズ部８は、凹部７から突出しない状態で設けられている。また、円状平面部１１は、正面から見たときに、矩形の半導体発光素子４の全周が含まれる大きさに形成されている。凹部７は、凸レンズ部８の外周縁と、環状平面部９の内周縁を接続する凹状曲面部１０を有している。
【００２３】
図２は、半導体発光素子から出射した光の光路を示す説明図である。凹状曲面部１０の形状は、凸レンズ部８から出射された光を阻害しないように設定されている。すなわち、凸レンズ部８から出射された光は凹状曲面部１０に入射しないように設計されている。
【００２４】
このように、発光ダイオード１は、面実装型として使用できるように構成されている。
【００２５】
次に、発光ダイオード１の製造方法について説明する。
【００２６】
リードフレーム２，３に半導体発光素子４を搭載する手順については、従来の発光ダイオードの製造手順と同じであるため、説明を省略する。
【００２７】
樹脂パッケージ５の製造には、トランスファーモールド用金型を使用する。この場合、リードフレーム２，３の表側および裏側に移動可能な対となる金型と、曲面６を成型するために両側方にスライド移動する金型とを使用する。スライド金型を用いることにより、曲面６が裏面側に突出している形状でも製造を行うことができる。
【００２８】
次に、発光ダイオード１の使用状態について、図２を参照して説明する。
【００２９】
半導体発光素子４から光軸方向に出射された光のうちの一部は、円状平面部１１から外側に出射され、そのまま直進する。また、凸レンズ部８の周面に当たった光は、光軸方向の表側に屈折して、凸レンズ部８から外側に出射される。なお、凸レンズ部８および凹状曲面部１０は、凸レンズ部８から外側に出射された光が凹状曲面部１０に入射しないように形成されている。
【００３０】
半導体発光素子４から側方に出射された光は、曲面６に当たるが、曲面６が回転放物面で、半導体発光素子４から出射された光の曲面６への入射角が４０°以上となるように設計されている。これにより、曲面６へ入射した光はほとんど全て曲面６で全反射されて、光軸方向の表側へ出射される。
【００３１】
半導体発光素子４を上記のような位置に配置したのは、パッケージ樹脂の屈折率が１．５５の場合に全反射角が４０°となるためであり、樹脂の材質を変更した場合には、その全反射角に合わせて半導体発光素子の位置を変更することができる。
【００３２】
また、半導体発光素子４の発光層から裏面側に出射される光は、リードフレーム２の表面で反射されて表側に出射される。
【００３３】
このように、半導体発光素子４から出射される光のほとんどを光軸方向の表側に平行に取り出すことができる。なお、半導体発光素子４の発光層から裏側の斜め方向に出射される光の一部は樹脂パッケージ５のリードフレーム２，３を保持している部分に入射するが、半導体発光素子から斜め後方に出射される光量はもともと少ないため、全体の光量に対しては影響が少ない。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図３（Ａ）は本発明の第２の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図を示す。
【００３５】
第２の実施の形態の発光ダイオード１２は、前述した第１の実施の形態の発光ダイオード１に対し、半導体発光素子の数を２台にし、リードフレームの数を４本にしたものである。
【００３６】
リードフレーム１３〜１６は、それぞれＧｕｌｌ−Ｗｉｎｇ状に形成され、各々の一端部を近接させて十字状に配置し、２台の半導体発光素子１７，１８は、対向するリードフレーム１３，１５にそれぞれダイボンディングされている。そして、半導体発光素子１７は、リードフレーム１４にワイヤボンディングにより接続され、半導体発光素子１８は、リードフレーム１６にワイヤボンディングにより接続されている。半導体発光素子１７，１８の中心は、図３（Ａ）に示すように、所定距離だけ離して配置されている。
【００３７】
樹脂パッケージ２５は、平面視して楕円状または俵状に形成されている。樹脂パッケージ２５の裏側の曲面２６は、図３（Ａ）に示す半導体発光素子１７，１８の中心線間の範囲ａを除いて、それぞれ半導体発光素子１７，１８の光軸を中心とする回転放物面を２分割した形状に形成され、範囲ａの間は、正断面が矩形になるように形成されている。
【００３８】
凸レンズ部１９，２０は、その光軸を、各半導体発光素子１７，１８の光軸に合わせて形成されており、半導体発光素子１７，１８が近接配置されているので、重合する周面の一部を一体化させている。また、凸レンズ部１９，２０の周囲に形成された凹部２１，２２および凹状曲面部２３，２４も、それぞれ重合しており、各々が２つの円弧を接続した環状に形成されている。
【００３９】
半導体発光素子１７，１８の発光層から側方に出射された光は、曲面２６で反射され、略光軸方向に出射される。また、表側に出射された光は、凸レンズ部１９，２０を介して略光軸方向に出射される。
【００４０】
発光ダイオード１２のリードフレーム１３，１４に電流を流すと、半導体発光素子１７が発光し、リードフレーム１５，１６に電流を流すと、半導体発光素子１８が発光する。また、両半導体発光素子１７，１８を同時に発光させることも可能である。半導体発光素子１７，１８は、異なる２色に発光するものを使用することも可能で、この場合には、それぞれの色または２色の混合色を発生させることができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の発光ダイオードは、リードフレーム上に半導体発光素子を３台搭載し、各半導体発光素子は、赤、緑、青色に発光するものを使用している。各半導体発光素子は、赤、緑、青のうちの各色、２色の混合色、または３色の混合色を発生させることができ、３色の輝度を調整して、白色光を発生させることも可能である。
【００４２】
青色光に黄色の蛍光体を用いた白色光では、赤色成分が少ないため、写真撮影用のフラッシュに用いると、自然光とは異なる白色発光となるが、３色の混合色であれば、自然光に近い白色発光を得ることができる。
【００４３】
なお、白色の半導体発光素子（青色ＬＥＤに蛍光体をコーティングしたもの等）を３台以上搭載することにより、ハイパワーの発光ダイオードを形成することができ、デジタルカメラ用のストロボに対応できる輝度の光を出射することができる。
【００４４】
（第４の実施の形態）
図４（Ａ）は第４の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードのＡ−Ａ側断面図である。
【００４５】
第４の実施の形態の発光ダイオード２７は、第１の実施の形態の発光ダイオード１のリードフレーム２，３の代わりに、プリント基板２８をリードフレームとして用いたものである。
【００４６】
半導体発光素子４は、プリント基板２８の電極パターン２９上にダイボンディングにより接続されるとともに、プリント基板２８に別途形成された電極パターン３０上にワイヤボンディングにより導通接続されている。プリント基板２８を用いることにより、プリント基板２８の裏面側に光が漏れることを防止することができる。なお、電極パターン２９，３０は、ＣｕのエッチングパターンにＮｉ／Ａｕめっき処理を行い、ワイヤボンディング性と表面実装時のリフロー半田付け性の両立を図っている。
【００４７】
図５（Ａ）は他の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードのＢ−Ｂ側断面図を示す。図５に示すように、他の実施の形態の発光ダイオードは、第４の実施の形態の発光ダイオード２７のプリント基板２８の表面に非貫通の凹部３１を形成している。この凹部３１の底面と側面３２には、鍍金による反射面が形成されている。凹部３１に搭載された半導体発光素子４は、他の電極パターン３３にワイヤボンディングによって導通接続されている。半導体発光素子４から斜め後方に出射される光は凹部３１の底面と側面３２で全て反射され、樹脂パッケージ３４により光軸方向の表面に出射されるため、さらに高輝度化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の発光ダイオードは側方に出射された光を無駄なく集光して輝度を向上させることができ、リードフレーム上に搭載された半導体発光素子と、半導体発光素子を覆う透光性の樹脂パッケージとを備えた発光ダイオードとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図
【図２】半導体発光素子から出射した光の光路を示す説明図
【図３】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側面図、（Ｃ）は同発光ダイオードの正面図、（Ｄ）は同発光ダイオードの底面図
【図４】（Ａ）は第４の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側断面図
【図５】（Ａ）は他の実施の形態の発光ダイオードの平面図、（Ｂ）は同発光ダイオードの側断面図
【符号の説明】
【００５０】
１  発光ダイオード
２，３  リードフレーム
４  半導体発光素子
５  樹脂パッケージ
６  曲面
７  凹部
８  凸レンズ部
９  環状平面部
１０  凹状曲面部
１１  円状平面部
１２  発光ダイオード
１３〜１６  リードフレーム
１７，１８  半導体発光素子
１９，２０  凸レンズ部
２１，２２  凹部
２３，２４  凹状曲面部
２５  樹脂パッケージ
２６  曲面
２７  発光ダイオード
２８  プリント基板
２９，３０  電極パターン
３１  凹部
３２  側面
３３  電極パターン
３４  樹脂パッケージ
【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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