(57)【要約】      （修正有）【課題】発光素子と反射面が対向して配置された発光ダイオードに於いて、光放射特性を損なうことなく放熱性に優れた高出力反射型発光ダイオードを提供する。【解決手段】銅あるいはアルミニウム金属からなり０．６ｍｍ以上の厚さを有するリードフレーム上に発光素子を搭載し、搭載したパット部よりもリード幅を狭くすることによって、リードによる光学的な陰により配光特性を損なうことなく、発光効率がよく、しかも優れた放熱性を得る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の発光面側とその素子が発する光を直接反射面で受けるように発光素子と反射面が対向して配置してなる発光ダイオードにおいて、少なくとも発光素子を搭載した側の金属性リードが銅或いはアルミニウム金属からなり、且つそのリードの厚みが０．６ｍｍ以上であることを特徴とする反射型発光ダイオード。
【請求項２】
上記リードの幅が発光素子を搭載しているパット部の幅よりも少なくとも小さく構成されていることを特長とする第一項記載の反射型発光ダイオード。
【請求項３】
上記リードにおいて、少なくとも発光素子を搭載したリード面とは反対側の裏側面の一部或いは全面が外部に露出していることを特徴とする第一項記載の反射型発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエポキシ樹脂で封止された反射光学系を有する発光ダイオ−ドの放射光学特性、高出力化及び信頼性の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年発光ダイオードの高出力化への要求が強く、特に照明用、液晶バックライト用或いはヘッドランプ用発光ダイオードにおいて期待されている。
従来この種の高出力発光ダイオードに採用されているパワーパッケージ構造は図７に示すような構成からなっている。
高出力、即ち発光ダイオード１個からの光量を増大するために大きな電流を発光素子へ供給できるように発光素子外形寸法を大きくした従来発光素子の約４倍ほどの発光面積とすることによって電流密度を高めることなく大電流が流せることから一般的に使用されている。このような発光素子を熱伝導性の良好な大きな銅金属やアルミニウム金属からなる放熱ブロックの上に搭載し、発光素子から発した熱を積極的に外部へ放熱できる構造が種々考案されている。
一方、上記した反射光学系を有する、俗に反射型発光ダイオードと称する図８に示すものにおいては発光素子が比較的発光ダイオードの表面近傍に搭載されているために従来砲弾型発光ダイオードよりも放熱しやすい構造とはいえ大電流を発光素子へ通電する高出力発光ダイオードにおいては同様に放熱構造を工夫する必要がある。
反射型発光ダイオードとは基本構造が異なるものの、前記従来例の代表的なものとして、特開２００１−２５７３０１号広報及び特開２００３−１２４５２４号広報に開示されている。図７において説明すると、通常よりも大きな電流を発光素子７１へ通電するために電流密度を押さえるために発光素子の外形寸法は大きく、且つ発光素子７１から放射された熱を外部へ効率よく放散させるために熱伝導性材料７２を発光素子７１に熱伝導性接着剤７７にて直接接合し、発光素子７１上面に設けられたアノード、カソード各電極７３ａ，ｂと前記熱伝導性材料７２とは電気的に絶縁された電極リード７４ａ，ｂとを金線７５ａ，ｂを用いて電気的に接合した後に発光素子７１及び金線部を覆うように透明エポキシ樹脂或いはシリコン樹脂７６にて封止した大電流を通電させても信頼性を損なうことのない構造が提案されている。
【０００３】
一方、反射型構造においては発光素子が光の放射面近傍にあるために上記のような放熱構造を採用することが基本構成上難しく、特開２００４−００６４３８号広報や特開平１１−１６３４１１号広報に開示されているようにせいぜいパッケージ外へ露出したリード部において放熱性を高めるためにリード幅を広げたり、反射面を金属板で構成し、発光素子が搭載されている側のリードと電気的に即ち熱的にも一体的になるようにリード金属と反射面金属とを接触させることによって放熱性を向上させ解決が図られている。
図８の構造断面図を持って説明すると、発光素子８１から放射された光は発光素子８１に対向するように設けられた反射面８２に一旦反射された後に放射面８３から外部へ光が放散されることになる。発光素子は一方のリード８４ａのパット部に光学的焦点近傍に電気伝導性接着剤８５を介して配置され、さらに発光素子８１上面に設けられたカソード電極８５と対抗リード８４ｂとは金線８６を用いて電気的に接続されている。
さらに、発光素子８１と反射面８３との隙間及び全体を透明エポキシ樹脂８７にて充填され発光素子８１及び反射面８３が保護されようになっている。
図８により作成された反射型発光ダイオードの外観概略を図９に示す。
【特許文献１】特開２００１−２５７３０１号広報
【特許文献２】特開２００３−１２４５２４号広報
【特許文献３】特開２００４−００６４３８号広報
【特許文献４】特開平１１−１６３４１１号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特開２００３−１２４５２４号広報に開示されているような発光素子の裏面側に大きな放熱ブロックを密着させることは発光素子から放射された光を反射面で受けた後に反対側に放射させることを特徴とする反射型発光ダイオードにおいては放熱ブロックの影が大きく配光特性に影響してしまうために採用は出来ない。
さらに特開昭６３−５５３３５号に開示されている構造の反射型発光ダイオ−ドによると外部へ引き延ばされたリードの幅を大きくしても発光素子搭載部と外部の幅の大きなリードとの間のリード幅は狭くせざるを得ず、放熱特性を向上させるには自ずと限界がある。
又、発光ダイオード内面のリード幅を広くすると光学的にリードの影が大きくなりすぎるために発光ダイオードから放射された光はリードの影が反映されたものとなり実用上問題があり、これにも限界があった。
加えるに、反射型発光ダイオードにおいては光出力と配光特性を確保するためにリードの影を少なくすることが肝要となり、そのためにリード幅を狭くする。その結果、リード材厚を薄いものを採用することによって可能となり、これが放熱性を向上させるための限界ともなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では上記の課題を解決するために次の構成とする。
反射型発光ダイオードの特に発光素子を搭載した側のリードにおいて、そのリード厚を十分な放熱性能を確保し且つ発光素子から放射された光が反射面に反射された後に外部へ放射される際に光学的に遮蔽ロスにならないようまた光学的な配光特性を損なうことがないような構成とすることによって、発光素子から発した熱を十分に外部へ放散させることが可能となり、自らの発熱による発光素子の早期の劣化を防止できる熱伝導性の高い信頼性に優れた構造とすることが可能となる。
上記を達成するための具体的な手段としては、少なくとも発光素子が搭載されている側の銅金属或いはアルミニウム金属製のリードの厚みを０．６ｍｍ以上としたリードを使用することにある。また、リードの幅を発光素子が搭載されているパット部の幅よりも小さくすることによって光学的なロスを最小限に確保できる。
さらに、上記リードの発光素子を搭載した側と反対側の裏面側の全体或いは一部を発光ダイオードの外部に露出させることによってさらなる放熱特性の改善が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
発光素子と対向して反射面を設けた反射型発光ダイオードにおいて、図１に示されるように発光素子を搭載したリードの放熱性能を高めるためには発光素子が搭載されている側のリードの断面積を大きく保つ必要があるが、放射面近傍にあるために反射面で反射された光の妨げになる。反射面から反射された光を遮ることが少なく且つ放熱性を向上させるためには、リードの厚さを０．６ｍｍ以上とし、さらに反射された光を遮ることを回避するためには発光素子が搭載されているパット部の幅よりもリードの幅を小さくすることによってリード断面積の大きな、放熱性の高い反射型発光ダイオードが得られることになる。
【実施例１】
【０００７】
以下、本発明を第１〜４図において説明する。第１図において、１１は大きさが約９００μｍ角で定格通電電流が３５０ｍＡの発光素子であり、１２ａ，ｂは銅金属の表面に銀メッキ或いはスズメッキがされたリ−ドフレ−ム、１３は金線である。
発光素子１１は、リ−ドフレ−ム１２ａ上の所定の位置に設けられた素子搭載用パットの部位に導電性樹脂１４を介して固定され、発光素子１１と一方のリ−ドフレ−ム１２ｂとの電気的接続は金線１３によってなされている。
このように構成された発光素子が搭載されたリードフレームを用意する。
さらに、上記リードフレームと同型のリードフレームにおいて板厚の異なる４種類の複数のリードフレームを用いて各リードフレームに上記発光素子を搭載する。このときのリードの厚さは０．３ｍｍ，０．６ｍｍ，０，９ｍｍ，１．２ｍｍの４種とした。
一方では第２図に示すようなアルミニウム或いは銀からなる蒸着或いはメッキ層からなる反射面２１を内側に備えたポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリ フェニレン サルファイド（ＰＰＳ）樹脂との混合樹脂を使用した耐熱性樹脂からなる凹面体２２を用意する。
この時に反射体２２には前記４種のリードフレームを填め込むためのリード位置に合わせた填め込み部位２３を対向する辺の一対に形成しておく。
このように用意された発光素子を搭載した各種厚さのリードフレームと凹面状反射面を持つ凹面体とを第３図に示すように発光素子が凹面状反射面に対向するように配置し凹面体端面に設けた溝にリードフレームを勘合させる。
凹面体の溝に勘合させる際に事前にリードフレーム部位に光硬化性樹脂あるいは接着性樹脂３１をディスペンサーなどを用いて少量滴下した後に硬化させて第４図に示すようにポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリ フェニレン サルファイド（ＰＰＳ）樹脂からなる凹面体と発光素子を搭載した積層されたリードフレームとを固定する。
次にこの発光素子と蒸着あるいはメッキによって凹面部に反射鏡を形成させた前記凹面体との間の隙間にカチオン重合型透明エポキシ樹脂を凹面体の縁面まで充填させた後に８０〜１３０℃の雰囲気炉にて樹脂を硬化させ完成させる。この際リードフレームを勘合させた反射体辺部の凹部からエポキシ樹脂が漏れないように高温においてもチクソ材が添加された粘性の高い樹脂を使用することによって漏れをある程度防止できることも確認された。
上述の実施例において得られた反射型発光ダイオードの電気光学的特性を測定した。特に実質的に放熱性能を確認する手段として通電電流対放射光量との関係をリードフレームの板厚をパラメータとしてその特性を確認した結果を図６に示した。
一般的に発光素子は周囲温度或いは発光素子のジャンクション温度が高くなりすぎると発光効率が低下し光放射光量が低下する。従って、通電電流即ちジャンクション温度と放射光量との関係を測定することによって通電電流の上昇によって発光素子から発した熱を外部に効率よく廃熱できているかどうかが確認できることになる。
この通電電流と放射光量との関係が正比例関係にある限りは発光素子の発光効率を低下させることなく、即ちジャンクション温度の過度な上昇を発光素子を搭載したリードを介して放熱させることによって発光素子の動作時温度を抑えられていることを間接的に表している。従って、通電電流と放射光量との関係が正比例関係にある範囲において通電電流を設定することによって信頼性の高い発光ダイオードが得られることになるが、少なくとも発光素子の定格電流値での使用が可能なような設計が望まれる。上記したように本実施例においては定格電流値は３５０ｍＡであり、少なくとも通電電流が３５０ｍＡまでは通電電流と放射光量の関係が正比例関係になくてはいけない。図６からリードの厚さが０．６ｍｍ以上であれば十分な信頼性が得られることがわかり、発光素子に定格電流を通電して点灯しても過熱されることなく長寿命の高出力反射型発光ダイオードが得られた。０．６ｍｍ以下の厚さのリードを使用すると図６からも明らかなように通電電流と放射光量との関係は通電電流の小さな領域において既に正比例関係になく放熱が十分でないことが確認できた。
上記実施例において、リード材質は銅金属を用いたがアルミニウム金属でも熱伝導性に大きな差がないことから同様の効果が得られることは容易に考えられる。
【実施例２】
【０００８】
次の実施例として、上記凹面体とリードフレームにおいて凹面体の凹状勘合部にリードフレームを填め合わせる際に少なくとも凹面体の上面端よりも積層されたリードフレームが外部に露出（突出）するような図５に示す構造にすることによってより放熱性の高い、熱抵抗の少ない反射型発光ダイオードが得られた。製作工程は実施例１と略同様である。
【実施例３】
【０００９】
一方、リードの幅は発光素子から放射された光が反射鏡に反射されて外部に放射される際には実質的な影となり配光特性及び放射効率に大きく影響を与える。これを確認するために、三種の幅のリードフレームを作成して配光特性を確認した。その結果、図５に示すようなリード幅が発光素子を搭載しているパット部の大きさよりも大きくするとリードによって遮られた影の影響で配光特性は大きく設計特性とは乖離し実用上問題が発生することが分かった。即ち、リードの幅は発光素子を搭載しているパット部の大きさよりも小さく保つ必要があることも確認された
なお、パット部の形状において今回の実施例は角形形状のものを使用したが丸形或いは異形形状も考えられるが上記と同様の効果が得られることは容易に考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に基付くリードフレーム上に実装された発光素子の説明構造図である。
【図２】本発明に基付く凹面体の概略構造図である。
【図３】本発明に基付いた凹面体とリードフレーム上に実装された発光素子との関係を分かりやすく説明した配置図である。
【図４】本発明による構造図。
【図５】本発明による応用例説明図である。
【図６】本発明による実施例１における特性測定結果である。
【図７】従来からある発光素子と放熱ブロックを密着接合形したことによって得られた放熱特性を改善した高出力発光ダイオ−ドの断面構造図である。
【図８】従来からある凹面体を用いて発光素子と反射体との隙間をトランスファー法によって充填し、外部への露出したリード幅を広くし実質的に放熱特性が改善された構造断面図である。
【図９】図８の外観図である。
【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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