(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構造の紫外線放射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ものを得るために、放射面の窓として耐紫外線に強い紫外線透過硝子或いは石英硝子製基板を用いることによって信頼性を向上させる。【解決手段】石英製基板上に設けられたリードフレームからなる回路上に発光素子を搭載し発光素子と反射面との隙間に樹脂などを充填することなく空洞とし発光素子と反射面とを密閉することによって耐紫外線に強い反射型発光ダイオードを得ることができた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過基板上に設けられた電気的な回路上の所定の位置に発光素子を搭載した発光面とその素子が発する光を直接反射面で受けるように対向して配置してなる発光ダイオードにおいて、発光素子と反射面との隙間を空洞にし、且つ反射面と発光素子を搭載した上記紫外線透過基板との隙間を密封したことを特徴とする反射型発光ダイオード。
【請求項２】
上記紫外線透過基板が合成石英硝子、溶融石英硝子、紫外線透過硝子或いは紫外線透過プラスチックから成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。
【請求項３】
上記発光素子と反射面との間の隙間に窒素ガスなど非酸化性ガスを充填した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４】
上記反射面がアルミニウム膜で構成された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】
本発明は紫外線を放射する発光ダイオードにおいて、その信頼性を向上すると共に光出力を最大限にひきだすために反射光学系を有する発光ダイオ−ドのパッケージ構造に関する関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年４２０ｎｍ以下の紫外線発光ダイオードの高出力化への要求が強く、特に紫外硬化樹脂、紫外硬化インク、殺菌用などとして実用化されているものの、さらなる信頼性即ち長寿命化に対する要求が強くなってきている。
従来この種の紫外線発光ダイオードに採用されているパッケージ構造は図４或いは図５に示すような構成からなっている。
紫外線を発する発光素子によってパッケージ材が劣化しないよう、耐紫外線に優れたシリコーン樹脂やシリコーンゴムによって発光素子を保護するためにパッケージ材として使用されていたり、このような紫外線に弱い樹脂或いは硝子を発光素子に密着させないで使用したキャンタイプ構造のパッケージにするなどの工夫がなされている。高出力の紫外線発光ダイオードにおいては、パッケージ窓材として硝子或いは石英硝子が用いられている。
これらの工夫によって、用途を限定することによって実用上の要求寿命に対応できる製品として世の中に上市されている。
【０００３】
さらに詳細に従来構造について図４を元に説明すると、光出力を高めようとする目的のためには図４に示すような砲弾型発光ダイオードがよく知られている。この基本的な構造は発光素子の前方に樹脂レンズを具備することによって発光素子から放射された光を樹脂レンズによって光制御即ち集光させることによって実質的な光出力を向上させている。ここに使用されている樹脂は一般的な可視光を放射する発光ダイオードにおいてはビスフェノール型やフェノール型エポキシ樹脂が使用されているが、紫外を放射する発光ダイオードにおいては特開２００４−２３８５８９号、特開２００４−３５９７５６号や特開２００６−０１３３４７号などに開示されているようなシロキサン誘導体、シリコーン系樹脂或いはゴムが耐紫外線樹脂として使用されているが、その信頼性においては通常の可視発光ダイオードの信頼性と比較すると明らかに劣るのもといえるのが現状である。
これは反射型発光ダイオードにおいても同じことが言える。
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  やはり発光素子と反射ミラーとの間の隙間を耐紫外線材料でもあるシリコーン樹脂やゴムなどを充填することによって紫外線放射の反射型発光ダイオードを得ている。同様に信頼性においても可視発光ダイオードのそれに及ばない。
このような欠点を補うために図５に示すような上記したキャンタイプ構造の紫外線発光ダイオードが用いられている。特に高出力型の紫外線発光ダイオードにおいては光出力が高いことから早期に樹脂の劣化が始まるためにキャンタイプ構造或いは面実装型において樹脂を使用しない構造のものが採用されている。基本的な構造を図５に示す。金属製ステムの上に発光素子を搭載し、金属製カバーキャップが発光素子を包囲するように配置され、そのカバーキャップの前方にはガラス板からなる窓が設けられ発光素子から放射された光はこの窓を介して外部へ放散されることになる。本構造によって、砲弾型発光ダイオードのように耐紫外線に強い材料によってモールドされていてもその信頼性は可視発光ダイオードには遙かに及ばないという事実を回避することができる。しかしながら、図５の構造からも発光素子から放射された光は効率よく光制御されることなく外部へ放散されることになる。僅かに、上記窓にレンズを使用することによって光制御することもできるが発光素子から放射された光の一部のみしか前方の窓に到達せず、その光制御効率は低いものとなっている。
【特許文献１】特開２００４−２３８５８９号
【特許文献２】特開２００４−３５９７５６号
【特許文献３】特開２００６−０１３３４７号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために次の構成とする。
本発明の発光ダイオードは耐紫外線に優れた反射型発光ダイオードを得るために、発光素子を保護するための上記のようなシリコーン樹脂やゴム或いはビスフェノール系樹脂などを使用してモールドするのではなく金属層による回路形成がされたガラス基板或いは紫外線透過樹脂基板上に紫外発光素子を搭載して、その発光素子を反射ミラーに対向するように配置し、発光素子と反射ミラーとの隙間は空洞とした基本構造から成る。ここで使用するガラスは耐紫外線のある紫外線の透過率が高い、合成石英硝子、溶融石英硝子、パイレックス、紫外線透過樹脂などの耐熱硝子、樹脂などがさらに良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
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に示されるようにガラス或いは紫外線透過樹脂板の上に設けられた回路パターン上の所定の位置に発光素子を搭載した後に発光素子と反射ミラーケースの反射面に発光素子が対向するように配置し、反射ケースと発光素子が搭載されているガラス基板或いは紫外線透過石英硝子基板とを接着剤にて固定、密封することによって信頼性に優れた紫外線反射型発光ダイオードがえられることになる。
【実施例１】
【０００６】
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は発光素子であり、１３は実質的にリードフレーム１２を接着剤１６にて密着させた回路パターンが形成された石英ガラス基板１３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ラウンドの部位に導電性樹脂或いは合金層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１５によってなされている。
このように構成された発光素子１１が搭載された紫外線透過基板即ち石英硝子基板１３を有するリードフレーム１２を用意する。
さらに、高出力の紫外発光素子を搭載する際には上記リードフレームと同型の発光素子を搭載していない複数のリードフレームを上記発光素子を搭載したリードフレームに重ね合わせたものを使用する。重ね合わせる際には各リードフレームとの間には熱伝導性エポキシ接着剤或いはハンダペーストを塗布した後に加熱接着することによって一体的な積層されたリードフレームが得られることになる。
図１（ａ）は側面から紫外線透過基板上にリードフレームを貼り付け、そのリードフレームの上に発光素子を搭載したときの図であり、図１（ｂ）はさらに理解しやすいようにそれを正面から見たときの状態である。
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を内側に備えたポリエーテルエーテルケトン樹脂やポリ フェニレン サルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリカーボネート樹脂などの耐熱樹脂からなる凹面体２２を用意する。
特に反射面の材質としては紫外線領域の光を効率よく反射することができるのでアルミニウムが最適である。
この時に凹面体２２には前記図１にて説明した紫外線透過基板を有するリードフレーム２１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２４を搭載した紫外線透過基板を有したリードフレーム２１と凹面状反射面を持つ凹面体２２とを第３図の断面図に示すように発光素子３１が凹面状反射面３２に対向するように配置し凹面体端面に設けた溝に紫外線透過基板を有したリードフレーム３４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の勘合部位に光硬化性樹脂あるいは接着性樹脂３３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ポリエーテルエーテルケトン樹脂やポリ 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３１を搭載した紫外線透過基板を有するリードフレーム３４とを接着剤３３を用いて密封固定する。
この際、発光素子と反射面の隙間にはアルゴンガスや窒素ガスなどの非酸化性ガスを充填することによって発光素子及びリード部の酸化が防止されさらに信頼性が向上する。
さらに、紫外線透過ガラス及び紫外線透過プラスチックを基板として用いたときには反射防止膜を基板表面に形成することによって基板の吸水性を低下させることによる基板の劣化を防止することができ、且つ反射防止による光出力の向上も同時に図れる。
上述の実施例において、紫外発光素子に大電流を流す場合はリードフレームを積層させるかより板厚の厚い基板をもちいることによって放熱性を改善した紫外線透過基板を有するリードフレームを採用した方がよい。このことによって放熱特性が増し、発光素子に大電流を通電して、点灯しても過熱されることなく長寿命の高出力紫外線放射の反射型発光ダイオードが得られる。
【実施例２】
【０００７】
次の実施例として、上記紫外線透過基板の材質として紫外線透過樹脂を使用することもできる。
実施例１に示すような石英硝子特に合成石英硝子の信頼性には及ばないが初期特性的には優れた放射特性を持つ紫外線を放射する反射型発光ダイオードが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に基付く紫外線透過基板を有する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と紫外線透過基板を有するリードフレームとの位置関係を明確にするための概略組み立て構造図である。
【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断面配置図である。
【図４】従来からある砲弾型タイプの紫外発光ダイオードである。
【図５】従来からあるキャンタイプの高出力紫外発光ダイオードの断面構造図である。
【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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