JP4400786B2

JP4400786B2 - 発光ダイオード

Info

Publication number: JP4400786B2
Application number: JP2004173683A
Authority: JP
Inventors: 喬士三井; 一哉石原
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2005353875A

Description

本発明は、樹脂封止された表面実装型の発光ダイオードに関するものである。

従来の発光ダイオードは、特許文献１等に開示されているように、電極パターンが形成された回路基板上に発光素子を実装した後、その上を透光性の封止樹脂体で封止した構造となっている。

従来の一般的な発光ダイオード１は、図９に示すように、一対の電極３ａ，３ｂ（アノード電極，カソード電極）が形成された回路基板２と、この回路基板２の略中央部にダイボンドあるいはワイヤボンドによって実装される発光素子４と、この発光素子４の上方を封止する透光性を有した封止樹脂体６とによって形成されている。このような構成からなる発光ダイオード１は、マザーボード等の実装基板上に表面実装され、前記発光素子４から発せられた光を前記封止樹脂体６の上面及び側面を通して外部に出射させるようになっている。

前記発光ダイオード１は、各種装置に備えるスイッチ類の照明用の光源として搭載される場合が多い。例えば、携帯電話機に備えるキースイッチもその一つで、テンキースイッチが実装される回路基板上に前記発光ダイオード１を適宜実装すると共に、この発光ダイオード１から発せられる光を拡散させる導光板を配置して構成されている。
特許第３３９３０８９号

しかしながら、上記従来例に示した発光ダイオード１においては、発光素子４の発光正面にあたる封止樹脂体６の上面から出射される光が最も強くなる。このため、平面的な広がりを持たせて発光させようとする場合は、前記発光ダイオード１を実装基板上に複数平面配置しなければならない。このため、実装スペースが大きくなると共に、消費電力も大きくなり、小型の電子機器内に実装するのが困難になるといった問題がある。

また、前記発光ダイオード１は、封止樹脂体６の上面が平坦であるため、指向性に幅を持たせることができない。このため、出射方向を変化させたい場合は、前記発光ダイオード１にレンズ体を装着したり、周りに反射部材や拡散部材を配設したりするなどの対策が必要となり、部品点数の増加と共にコストが増大するといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、発光素子を封止する透光性の封止樹脂体の上面に向かう光の出射角度を広げることによって、少ない個数で平面的な広がりのある照明効果が得られる発光ダイオードを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、電極パターンが形成された回路基板と、この回路基板上に実装される発光素子と、この発光素子の上方を封止する透光性の封止樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記封止樹脂体の上面に前記発光素子の上方を通る筋状の溝部を形成すると共に、この溝部内に光拡散部材を設けたことを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードによれば、発光素子を封止する封止樹脂体の上面側に溝部を形成し、この溝部内に光屈折あるいは光反射作用を有した光拡散部材を設けることで、通常、封止樹脂体の上方へ多く出射される光を広角に広げて出射させることができる。このため、平面的な広がりを備えた照明効果が得られる。また、前記溝部の形状やこの溝部内に形成される光拡散部材を選択することで、光の出射角度や出射光量の調整を行うことが可能となる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの斜視図、図２は前記発光ダイオードの断面図である。

図１に示すように、本発明の発光ダイオード２１は、一対の電極２３ａ，２３ｂ（アノード電極，カソード電極）が形成された回路基板２２と、この回路基板２２上に実装される発光素子２４と、この発光素子２４を封止する透光性を有した封止樹脂体２６と、この封止樹脂体２６の上面に形成される溝部３０及びこの溝部３０内に設けられる光拡散部材３１とを備えている。

前記回路基板２２は、ガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン（Bismaleimide Triazine Resin）等で四角形状に形成され、その表面にアノード電極とカソード電極による一対の電極２３ａ，２３ｂがエッチング等によって形成されている。

前記発光素子２４は、前記アノード電極２３ａ及びカソード電極２３ｂと対応する一対の素子電極部を備えており、一方の素子電極部をカソード電極２３ｂにダイボンドし、他方の素子電極部をアノード電極２３ａにボンディングワイヤを介して接続される。

封止樹脂体２６は、透光性を有するエポキシまたはシリコーン系の樹脂によって、前記発光素子２４を覆うように、回路基板２２上に立方体形状に成型される。また、前記封止樹脂体２６の上面には、前記発光素子２４の真上を通過する筋状の溝部３０が形成されている。図１に示される第１実施形態の発光ダイオード２１では、前記溝部３０が発光素子２４を中心とした十字状に形成されている。前記溝部３０は、図２に示したように、Ｖ字状に凹設して形成され、この凹設した箇所に一対の傾斜面３０ａ，３０ｂが形成されている。この傾斜面３０ａ，３０ｂの傾斜角度は、通常６０°〜９０°の範囲で選択されるが、所望の照明効果により、断面は曲面形状とすることができる。また、前記溝部３０の深さについても任意に設定が可能である。

前記溝部３０内には、光拡散部材３１が充填形成される。この光拡散部材３１は、前記発光素子２４から上方向に直進する光の一部を側面方向に屈折あるいは反射させて広く拡散させるために設けられる。したがって、前記光拡散部材３１は、ある程度の光透過率を確保しつつ、封止樹脂体２６とは異なった屈折あるいは反射作用が必要となる。本実施形態では、前記光拡散部材３１をエポキシまたはシリコーン系の透光性樹脂をベースにして、白色顔料を混在させて形成した。前記白色顔料としては、酸化チタン等の金属性のフィラーが使用される。この酸化チタンの混在割合は、光の透過、屈折及び反射のそれぞれの割合に応じて決定されるが、溝部３０内に充填される樹脂材に対して５０〜７０％程度が最適である。多すぎると光反射または屈折作用が強すぎて上方へ抜ける光量が低下し、逆に少なすぎると光反射または屈折作用が弱くなり、前記溝部３０及び光拡散部材３１を設けた効果が得られなくなるからである。なお、前記光拡散部材３１の上面は、薄型化を妨げないように、封止樹脂体２６の上面と連続するように平坦面に形成される。

次に、図２及び図３に基づいて前記第１実施形態の発光ダイオード２１による発光作用を説明する。図２は、垂直方向における発光作用を示したものである。前記一対の電極２３ａ，２３ｂ間に電圧が印加されると、その電流値に応じて発光素子２４が発光する。この発光素子２４から発せられる光は、回路基板２２の上方に向けて出射されるが、その中でも発光素子２４の真上に位置する溝部３０の中心部３２近辺での出射量が大きい。この中心部３２に出射された光のほとんどは、溝部３０の傾斜面３０ａ，３０ｂによって外方向に屈折、あるいは、光拡散部材３１に混入されているフィラーに当たって反射され、封止樹脂体２６の上面から水平方向に広がる発光効果が得られる。なお、前記発光素子２４から発せられる光の一部はそのまま光拡散部材３１を通じて上方に出射されるので、光量は低下するものの、前記溝部３０が完全に影になることはない。

図３は、前記発光ダイオード２１の平面的な発光作用を示したものである。この図に示されるように、十字状に交差させて形成された溝部３０によって、前記発光素子２４を中心として、封止樹脂体２６の対角線方向（斜線で示す）に指向性を有した発光効果が得られる。

前記溝部３０は、封止樹脂体２６を成形した後、前記封止樹脂体２６の上面を断面がＶ字状のブレード等を使用して切削形成される。また、光拡散部材３１は、前記溝部３０が形成された封止樹脂体２６に型枠を装着し、前記溝部３０内にフィラーを混入した樹脂を充填して形成される。前記光拡散部材３１は、封止樹脂体２６と同じエポキシ系やシリコーン系の樹脂をベースとして形成されたものが望ましいが、封止樹脂体２６と異なった透過率や屈折率を有する樹脂であれば同一種類である必要はない。

次に、前記溝部３０の形状を変えた他の実施形態の発光ダイオードについて説明する。図４は、封止樹脂体２６の上面を通る一本の対角線上に沿って溝部４２を形成した第２実施形態の発光ダイオード４１を示したものである。前記溝部４２の略中央部の真下に発光素子２４が実装されている。前記溝部４２は断面がＶ字状に形成され、この溝部４２内に樹脂材を充填して形成された光拡散部材４３が設けられる。この実施形態の発光ダイオード４１によれば、図５に示されるように、前記溝部４２を挟んで相対する方向（斜線で示す）に指向性を有して広がる発光効果が得られる。

図６は、封止樹脂体２６の上面に二対の対角線が交差する位置を中心として溝部５２をＸ字状に形成したもので、前記交差する溝部５２の中心の真下に発光素子２４が実装されている。前記溝部５２は断面がＶ字状に形成され、この溝部５２内を埋めるように光拡散部材５３が充填形成されている。この実施形態の発光ダイオード５１によれば、図７に示されるように、四角形状に成形された封止樹脂体のそれぞれの４辺方向（斜線で示す）に広がるような発光効果が得られる。

図８は、前記第３実施形態における発光ダイオード５１を光源とした携帯電話機のキースイッチパネル６１の構成例を示したものである。このようなキースイッチパネル６１は、図示しない回路基板上にキースイッチ６２を所定間隔で複数形成し、これらのキースイッチ６２の近傍に前記発光ダイオード５１を配設する。そして、前記キースイッチ６２及び発光ダイオード５１を露出させる窓孔を有した導光板６３を配設して形成される。このようなキースイッチパネル６１における光源は、側面方向に対する光量を多くする必要があるため、上記実施形態で示した発光ダイオード５１が最適である。前記キースイッチ６２との位置関係等に応じて溝部３０，４２，５２の形状の異なる上記発光ダイオード２１，４１，５１の中から適宜選択して形成される。

また、上記各実施形態における発光素子２４に窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色発光素子を使用し、封止樹脂体２６にイットリウム・アルミニウム・ガーネットＹＡＧ等の微粒状の蛍光材を適量混入させることによって、演色性に優れた白色発光型の発光ダイオードを形成することもできる。

上述したように、本発明の発光ダイオード２１，４１，５１は、封止樹脂体２６に光の透過方向を変更させる傾斜面を備えた溝部３０，４２，５２を設け、さらに、この溝部に前記封止樹脂体２６と異なる光の屈折や反射効果を促進させる光拡散部材３１，４３，５３を設けた構造となっている。このため、前記発光ダイオード２１，４１，５１は、発光素子２４から上方へ発せられる光を側面方向に多く向けさせる平面的な広がりを備えた光源となり、特に、携帯電話機等の小型薄型電子機器の照明用途に適している。

本発明に係る第１実施形態の発光ダイオードの斜視図である。上記第１実施形態の発光ダイオードの断面図である。上記第１実施形態の発光ダイオードの平面図である。第２実施形態の発光ダイオードの斜視図である。上記第２実施形態の発光ダイオードの平面図である。第３実施形態の発光ダイオードの斜視図である。上記第３実施形態の発光ダイオードの平面図である。上記発光ダイオードを備えたキースイッチパネルの要部斜視図である。従来の発光ダイオードの斜視図である。

符号の説明

２１，４１，５１発光ダイオード
２２回路基板
２３電極パターン
２３ａアノード電極
２３ｂカソード電極
２４発光素子
２６封止樹脂体
３０，４２，５２溝部
３１，４３，５３光拡散部材

Claims

電極パターンが形成された回路基板と、この回路基板上に実装される発光素子と、この発光素子の上方を封止する透光性の封止樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記封止樹脂体の上面に前記発光素子の上方を通る筋状の溝部を形成すると共に、この溝部内に光拡散部材を設けたことを特徴とする発光ダイオード。
前記光拡散部材は、前記発光素子から上方に発せられる光を屈折あるいは反射させて封止樹脂体の側面方向に拡散させる請求項１記載の発光ダイオード。
前記光拡散部材は、白色顔料が混入された透光性樹脂である請求項１記載の発光ダイオード。
前記白色顔料は、酸化チタンである請求項３記載の発光ダイオード。
前記透光性樹脂は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂である請求項３記載の発光ダイオード。
前記溝部は、前記封止樹脂体の上面を断面Ｖ字状または曲線状に凹設して形成される請求項１記載の発光ダイオード。
前記溝部は、前記発光素子の上方を中心として、前記封止樹脂体の上面を十字状またはＸ字状に交差させて形成される請求項１記載の発光ダイオード。
前記発光素子が青色発光素子であり、前記封止樹脂体にイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光材を含有させた請求項１記載の発光ダイオード。