(57)【要約】【課題】ランプの汎用性を維持しながら、高い放熱性と発光特性を有するランプ装置とその製造方法を得ること。【解決手段】砲弾型ランプのごときＬＥＤを取り付けたリードフレームを樹脂でモールド成型したＬＥＤランプにおいて、ＬＥＤを取り付けるＬＥＤ設置部を有する側のリードフレーム（Ａ）と、前記ＬＥＤとワイヤーにて接続する側のリードフレーム（Ｂ）とを有し、前記リードフレーム（Ａ）と（Ｂ）を繋ぐように、絶縁性の熱伝導担体が設置されている。ＬＥＤを載せていない側（Ｂ）も熱的に接続され、放熱経路としての役割に十分に供されるようになる。絶縁性の熱伝導担体はＡｌＮなどの熱伝導性の高い粉末を含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを取り付けるＬＥＤ設置部を有する側のリードフレーム（Ａ）と、前記ＬＥＤとワイヤーにて接続する側のリードフレーム（Ｂ）とを有し、前記リードフレーム（Ａ）とリードフレーム（Ｂ）が樹脂モールドされたＬＥＤランプであって、少なくとも前記リードフレーム（Ａ）とリードフレーム（Ｂ）の両方に接するように、絶縁性の熱伝導担体が設置されているＬＥＤランプ。
【請求項２】
ＬＥＤを取り付けるＬＥＤ設置部を有するリードフレームに、前記ＬＥＤ設置部と前記ＬＥＤとが接合部を有して接合され、樹脂モールドされたＬＥＤランプであって、少なくとも前記接合部より下方のＬＥＤ設置部側において、絶縁性の熱伝導担体が前記ＬＥＤ設置部および前記リードフレームに隣接するように設置されているＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記絶縁性の熱伝導担体が、樹脂よりも高い熱伝導率を有する請求項１または２記載のＬＥＤランプ。
【請求項４】
前記絶縁性の熱伝導担体が、ＡｌＮを含む請求項１または２記載のＬＥＤランプ。
【請求項５】
前記ＬＥＤランプの樹脂モールドが、砲弾型である請求項１または２記載のＬＥＤランプ。
【請求項６】
前記絶縁性の熱伝導担体の一部が、モールド樹脂の外部と接する請求項１または２記載のＬＥＤランプ。
【請求項７】
樹脂モールド工程の前および、リードフレームにＬＥＤを設置する前または後に、リードフレームに絶縁性の熱伝導担体を設置することを特徴とする、ＬＥＤランプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砲弾型ＬＥＤランプのごときリードフレームを樹脂モールドしたＬＥＤランプにおいて、高い放熱性と発光特性を有するランプおよびその製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）のランプとして、金属製のリード端子にＬＥＤを取り付けたリードフレームを封止樹脂で砲弾型にモールド成型した砲弾型ランプが知られており、広く市場に出回っている。従来の砲弾型ランプについて、一例として図２に上方からの上視図（ａ）と横方向から見た断面図（ｂ）を示す。このような砲弾型ランプは、安価であり、他のＳＭＤや金属板をベースにしたものに比べて多用されている。
【０００３】
近年、青色や、白色ＬＥＤなどが開発され、さらに紫外ＬＥＤの研究も行われている。これらはバンドギャップの大きい材料が使用され、発光に必要な電力消費量は赤色などに比べて大きくなり、ＬＥＤの発熱量が増加している。ＬＥＤは自己発熱により発光出力が低下し、素子寿命が激減するため、発光特性を維持するために放熱性の高いランプの要求が高まっている。また、前記の発光色に限らずとも、ＬＥＤに大電流を通電して大きな出力を得ようとすると、ＬＥＤの発熱に対してランプの放熱性を高くする必要がある。特に紫外ＬＥＤについては発光効率が０．１〜１０％程度と非常に悪く、大部分の電力が熱に変換されて放出されているという状況である。
【０００４】
例えば特許文献１には、サブマウントや金属ベースを用いた放熱性の高いランプが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１０９２８２号公報
【０００６】
しかしながら、このようなランプは製造コストがかかり、専用のパッケージが必要となるため汎用性がない。
【０００７】
さらに、これらランプはサブマウントやリフレクター、回路基板、集光レンズなど、付帯する部品を多く使用するので、ランプ自身が大型化し、表示灯などのように、ＬＥＤを集積させたようなアプリケーションではランプ搭載率を上げられなく、所望の光出力を得られないといった問題や、使用する部品点数が多くなるため、ランプおよびランプ製造時の信頼性向上に多くの技術的最適化を要するなど、製造コスト、品質特性として負荷がかかるという課題がある。
【０００８】
従来の砲弾型ランプでは、樹脂の熱伝導率が０．２〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋと低く、樹脂に比べて金属製のリードフレームの熱伝導率は１００倍〜１０００倍あるので、熱の多くはリードフレームを通じて系外に熱伝導される。しかし、その伝熱経路の断面積は小さいため、熱量のすべてを伝導できない。ランプの下にヒートシンク等の放熱板を設けても、放熱経路が小さいため大きな効果を得ることは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ランプの汎用性を維持しながら、高い放熱性と発光特性を有するランプ装置とその製造方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ＬＥＤを取り付けるＬＥＤ設置部を有する側のリードフレーム（Ａ）と、前記ＬＥＤとワイヤーにて接続する側のリードフレーム（Ｂ）とを有し、前記リードフレーム（Ａ）とリードフレーム（Ｂ）が樹脂モールドされたＬＥＤランプであって、少なくとも前記リードフレーム（Ａ）とリードフレーム（Ｂ）の両方に接するように、絶縁性の熱伝導担体が設置されているＬＥＤランプ。
【００１１】
（２）ＬＥＤを取り付けるＬＥＤ設置部を有するリードフレームに、前記ＬＥＤ設置部と前記ＬＥＤとが接合部を有して接合され、樹脂モールドされたＬＥＤランプであって、少なくとも前記接合部より下方のＬＥＤ設置部側において、絶縁性の熱伝導担体が前記ＬＥＤ設置部および前記リードフレームに隣接するように設置されているＬＥＤランプ。
【００１２】
（３）前記絶縁性の熱伝導担体が、樹脂よりも高い熱伝導率を有するＬＥＤランプ。
【００１３】
（４）前記絶縁性の熱伝導担体が、ＡｌＮを含むＬＥＤランプ。
【００１４】
（５）前記ＬＥＤランプの樹脂モールドが、砲弾型であるＬＥＤランプ。
【００１５】
（６）前記絶縁性の熱伝導担体の一部が、モールド樹脂の外部と接するＬＥＤランプ。
【００１６】
（７）樹脂モールド工程の前および、リードフレームにＬＥＤを設置する前または後に、リードフレームに絶縁性の熱伝導担体を設置することを特徴とする、ＬＥＤランプの製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ランプの汎用性や製造ラインを維持しながら、高い放熱性と発光特性を有するランプ装置とその製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１および図４〜図７は本発明の実施の形態のＬＥＤランプの例を示す上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。図に示すＬＥＤランプ１は、ＬＥＤ３の給電端子となるリードフレーム２と、例えば砲弾型に形成された透明封止樹脂４とからなり、絶縁性の熱伝導担体５を有している。
【００１９】
本実施例ではランプの外観を砲弾型としたが、本発明はＬＥＤ３を含むリードフレーム２の一部が透明封止樹脂４により封止された構成を満たしていればよく、透明封止樹脂４（モールド樹脂）の外形には左右されず、樹脂材質もエポキシやシリコンなど用途によって選択できる。
【００２０】
リードフレーム２にはＬＥＤ３を接合するＬＥＤ設置部６があり、ＬＥＤ設置部６は平面でも良いが、例えばカップ形状を有することがＬＥＤ３の発光を効率よく放射する上で好ましい。図３にＬＥＤ設置部周辺の拡大断面図を示す。ＬＥＤ設置部６を有する側をリードフレーム２（Ａ）とし、以後（Ａ）とも称する。ＬＥＤ３の下面は前記設置部６の上面に接合部７を介して電気的・熱的に接続され、ＬＥＤ３の上面は例えば金やアルミなどのワイヤー８などによりリードフレーム２の他端に接続される。ＬＥＤ３とワイヤー８にて接続する側をリードフレーム２（Ｂ）とし、以後（Ｂ）とも称する。
【００２１】
リードフレーム２（Ａ）およびリードフレーム２（Ｂ）を介してＬＥＤ３に通電することによりＬＥＤ３は発光し、発せられた光の大部分は透明封止樹脂４を通過して空気中へ放出される。絶縁性の熱伝導担体５は、発光方向に対して遮光しないように、前記ＬＥＤ設置部６よりも下方に設置されることが望ましい。このとき、絶縁性の熱伝導担体５は、透明封止樹脂４と空気との界面で放出されずに樹脂内に反射された光が前記設置部よりも下にいくことを防止し、光を反射し、光が目的とする方向に放射されるのを助ける効果も奏する。反射が起こるには絶縁性の熱伝導担体５は例えば白色であればよいが、絶縁性の熱伝導担体５が発光色に合わせて着色されていても良く、また蛍光を有していても良い。
【００２２】
通電によってＬＥＤ３は発熱し、その熱は周囲に拡散する。
本発明によれば、ＬＥＤ３から発する熱は、主に前記接合部７およびＬＥＤ設置部６を経由してリードフレーム２および絶縁性の熱伝導担体５を通じて放熱される。そのため絶縁性の熱伝導担体５は、少なくとも前記接合部７より下方のＬＥＤ設置部側において、前記設置部６およびリードフレーム２に接していることが好ましい。例えばＬＥＤ設置部６のカップ形状がリードフレーム２の厚さに対して大きい場合は、絶縁性の熱伝導担体５はＬＥＤ設置部６の下面（および側面）に接すればよい。これにより、熱はリードフレーム２と共に絶縁性の熱伝導担体５にも伝導しやすい。
【００２３】
従来、熱はリードフレーム２のうちＬＥＤ３を載せている側である（Ａ）が主な伝熱経路であった。本発明によれば、絶縁性の熱伝導担体５をリードフレーム２（Ａ）とリードフレーム２（Ｂ）の両方に接するようにすることで、ＬＥＤ３を載せていない側である（Ｂ）も熱的に十分に接続され、伝熱経路としての役割に十分に供されるようになる。したがって、絶縁性の熱伝導担体５はＬＥＤ３を載せている側（Ａ）に設置するだけでも伝熱経路を大きくするため効果があるが、リードフレーム２の足の両側（つまり（Ａ）と（Ｂ））を繋ぐように設置されることで、伝熱効果が飛躍的に増加する。
【００２４】
絶縁性の熱伝導担体５の一部がモールド樹脂よりも下に露出または突出していることが、系外の基板やヒートシンク等に熱的な接続をする場合には望ましい。ただし、前記のように絶縁性の熱伝導担体５がリードフレーム２の足の両側を繋ぐように設置されるような場合は、絶縁性の熱伝導担体５が樹脂に内包されていても良い。
【００２５】
ＬＥＤランプ１は、透明封止樹脂４の素材にあわせて応力計算がなされている。絶縁性の熱伝導担体５の形状は応力集中が起こりにくいように、ＬＥＤランプ１に対して対称形（例えば円形、砲弾形）を有する方がより好ましい。
【００２６】
絶縁性の熱伝導担体５の形状や配置を図１および図４〜図７に例示した。以下、各図の熱伝導体５の形状や配置について説明する。なお、絶縁性の熱伝導担体５の形状や配置は、上記のような効果を得るような構成であればよく、例示したものに限らない。縦断面図（ｂ）の紙面おもて側、または裏側を主面とすると、いずれも熱伝導担体５がリードフレーム２の主面以外の部分（例えばリードフレームの側面）を含めて被うように図示しているが、少なくともリードフレーム２のうち面積の大きい主面のいずれか一方が熱伝導担体５と接する構成であれば良い。
【００２７】
図１はＬＥＤ設置部６の下部と接しながら、リードフレーム２（Ａ）とリードフレーム２（Ｂ）を繋ぐように、リードフレーム２を両面から挟みこむ形で絶縁性の熱伝導担体５が配置されている。この配置であればＬＥＤ３からの熱はＬＥＤ３を載せている側である（Ａ）だけでなく（Ｂ）側にも効果的に伝わり、放熱性が向上する。この例ではＬＥＤ設置部６の下部とも接する形状としたが、たとえば（Ａ）と（Ｂ）の隙間を埋めて熱的な接続をするのみならば、熱伝導担体５を隙間に合った最小の形状としてもよい。
【００２８】
図４は図１に対して、絶縁性の熱伝導担体５の一部をモールド樹脂よりも下に露出または突出させた場合であり、モールド樹脂内のリードフレーム２の全体を被うように配置されている。ただし、発光方向に対して遮光しないようにカップ形状の設置部６よりも上には配置しない。モールド樹脂より下の部分の熱伝導担体５の形状については特に規定しない。外部のヒートシンク等と接するのに適した形状であればよい。
【００２９】
図５は図４において、熱伝導担体５の形状を円筒形としたものである。熱伝導の経路および外部との接続の面積が大きい。
【００３０】
図６は図１において、熱伝導担体５の形状を円盤状とし、反射の効果を高めたものである。円盤の直径はモールド樹脂の直径の４／５以下が好ましい。４／５より大きいとモールド樹脂の強度を保てないためである。
【００３１】
図７は図５において、熱伝導担体５の形状を円錐状としたものである。外部との接続面積がより大きく、放熱の向上かつ反射効果の向上が期待できる。
【００３２】
絶縁性の熱伝導担体５はその効果を発揮するために、その熱伝導率が少なくとも樹脂よりも高い１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が必要である。前述のように絶縁性の熱伝導担体５がリードフレーム２の足の両側を繋ぐように設置されるような場合は、絶縁性が高いものであればよく、主な構成材料としては石英ガラスやシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、２３Ｗ／ｍ・Ｋ）、マグネシア（ＭｇＯ）などの酸化物や、窒化アルミ（ＡｌＮ、２５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化ホウ素（ＢＮ、６３Ｗ／ｍ・Ｋ）などの窒化物、炭化珪素（ＳｉＣ、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ）等の無機絶縁物がよい。特にＡｌＮは熱伝導率が高く好ましい。熱伝導率の一例として焼結体での値を例示した。
【００３３】
前記のような構成材料を用いる場合、粉末を高温で焼結させたりする方が高い熱伝導が得られるため好ましい。別途成型したものをリードフレーム２に組み合わせた後に樹脂モールドする方法が良いが、焼結体は硬くもろいため、複雑な形状は困難である。焼結体を用いる場合、組み合わせで成型したり、成型物とリードフレーム２との隙間が出来ないようにするために、熱伝導性の接着剤などを用いても良い。また、絶縁性の熱伝導担体５は結合性や加工性を高めるための添加物やフィラーを含んでいても良い。
【００３４】
前記材料の粉末からなるフィラーおよび樹脂等のバインダーを用いて絶縁性の熱伝導担体５を得ても良い。放熱フィラーによる成型物の熱伝導率はＡｌＮ粉末を原料として例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、焼結体に比べて熱伝導率は落ちる。しかし、リードフレーム２を型にはめ、バインダーと共に粉末またはフィラーを充填して成型後に固化させる方法で容易に目的の形状が得られる。水分を通しにくい。リードフレーム２を劣化させない低温での処理が可能であり、ＬＥＤ３の設置前に、熱伝導担体５を有するリードフレーム２として連続的な製造が可能である。また、焼結体と前記フィラー成型物との複合体としてもよい。
【００３５】
リードフレーム２は、絶縁性の熱伝導担体５との接続性が高くなるように、表面積が大きい方がより好ましい。いずれにしても、現行のランプの製造工程をそのまま使用し、樹脂モールドの前に絶縁性の熱伝導担体５を設置する工程を追加するだけで目的のランプが製造できる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
[実施例１]
図１に示すような絶縁性の熱伝導担体５を内包するランプ装置を作製した。透明封止樹脂４はエポキシ系とし、形状はφ５ｍｍの砲弾型とした。絶縁性の熱伝導担体５はＡｌＮ焼結体を用い、直方体にリードフレームに合わせた空隙とカップ形状に合わせた窪みを有するように加工、成型した。なお、複数のリードフレームが切り離されていない状態でも取り付けられるようにスリットを入れた（図示せず）。樹脂モールド工程より前に前記絶縁性の熱伝導担体５を取り付けた以外は、従来と同様のランプ製造工程を用いた。
【００３７】
[実施例２]
図４に示すような絶縁性の熱伝導担体５を有するランプ装置を作製した。絶縁性の熱伝導担体５の下端が透明封止樹脂４から露出するようにした。なお、透明封止樹脂４から熱伝導担体５およびリードフレーム２が下に抜けないように、熱伝導担体５の側面の一部に、凸または凹部を１つ以上設けてある（図示せず）。他は、実施例１と同様とした。
【００３８】
[実施例３]
図５に示すような絶縁性の熱伝導担体５を有するランプ装置を作製した。絶縁性の熱伝導担体５を円柱形状とした以外は、実施例２と同様とした。
【００３９】
[実施例４] 
図６に示すような絶縁性の熱伝導担体５を内包するランプ装置を作製した。絶縁性の熱伝導担体５をφ４ｍｍの円板形状とした以外は、実施例１と同様とした。
【００４０】
[実施例５]
図７に示すような絶縁性の熱伝導担体５を有するランプ装置を作製した。絶縁性の熱伝導担体５を円錐形状とし、下端が透明封止樹脂４から露出するようにすると共に、熱伝導担体５の一部（外部と接する側の１／３）をＡｌＮ粉末フィラーとエポキシ系樹脂との混合物とした。他は、実施例１と同様とした。
【００４１】
［比較例］
図２に示すような、従来と同じランプ装置を作製した。
【００４２】
[性能比較]
３００ｕｍ角の赤色（６６０ｎｍ）および紫外（３８０ｎｍ）のＬＥＤを用いて、通電中のランプ内の各所温度を計測するために、ΔＶｆ法により、あらかじめＬＥＤそのものの順方向電流と順方向電圧と周辺温度との関係よりＬＥＤ発熱温度（ジャンクション温度）を求め、実際にランプ化した後に順方向電流を通電して各場所の温度を測定した。
ＬＥＤ発熱温度は、順方向電流が５０ｍＡにて赤色ＬＥＤが７５℃、紫外ＬＥＤが８３℃であった。
【００４３】
実施例１および比較例に示すランプにおいて、室温２５℃にて５０ｍＡの通電を開始し、６０秒経過した時点での、ランプの樹脂モールド部から突出した箇所のリードフレームの足の温度を測定した。ＬＥＤ発熱温度と、リードフレーム２（Ａ）およびリードフレーム２（Ｂ）の温度の測定結果の表１に示す。
【００４４】
【表１】
2009146982.tif 000003
【００４５】
赤色ＬＥＤランプでは、絶縁性の熱伝導担体５が無い従来品（比較例）ではＬＥＤ設置部６を有する側の（Ａ）の温度が６５℃まで上昇したが、ＬＥＤ設置部６を有さない側の（Ｂ）の温度は３６℃であった。これに比べて実施例１では（Ａ）の温度が４５℃、（Ｂ）の温度は４２℃であった。また、紫外ＬＥＤランプでは、従来品（比較例）では（Ａ）の温度が７７℃まで上昇したが、（Ｂ）の温度は４１℃であり、実施例１では（Ａ）の温度が５９℃、（Ｂ）の温度は５８℃であった。
【００４６】
ＬＥＤ設置部６を有さない側のリードフレーム（Ｂ）からの有効的な放熱を含む、放熱性の向上が得られた。熱がリードフレーム（Ａ）側に偏らないため、ランプ（とくに樹脂）の熱による劣化、ひずみも抑制することができる。特に紫外では紫外光による樹脂の劣化を抑えるためにも高温部を減らす必要があり、ランプの信頼性も向上できる。
【００４７】
紫外ＬＥＤランプに室温で直流５０ｍＡの条件で連続通電を行い、ランプ信頼性の評価を行った。比較例では１０００時間後の初期出力に対する出力の変化率が０．６であったが、実施例１では変化率は０．８であり、信頼性の向上効果が得られた。変化率が０．５となる通電時間をランプの寿命とすると、寿命が３倍以上増加した。
【００４８】
次に、紫外ＬＥＤランプを用いて５０ｍＡにおけるランプの軸上出力の測定を行った。表２に比較例を基準とした場合の出力向上の割合を示す。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
実施例１〜５において、従来に比べて軸上出力の向上がみられ、特に実施例３〜５の効果が大きかった。放熱の効果と共に、ランプ後方への光が反射され前方に導かれ、配光性が高まったためである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例１におけるランプを示す上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図２】従来の砲弾型ランプを示す上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図３】従来の砲弾型ランプの拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例２におけるランプを示す上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図５】本発明の実施例３におけるランプを示す上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図６】本発明の実施例４におけるランプを示す上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図７】本発明の実施例５におけるランプを示す上面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００５２】
１  ＬＥＤランプ
２  リードフレーム
２（Ａ）ＬＥＤ設置部を有する側のリードフレーム
２（Ｂ）ＬＥＤとワイヤーにて接続する側のリードフレーム
３  ＬＥＤ
４  透明封止樹脂
５  絶縁性の熱伝導担体
６  ＬＥＤ設置部
７  接合部
８  ワイヤー
【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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