JP2007012727A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光装置に関する。詳しくは、本発明はLED(発光ダイオード)を利用した発光装置の放熱特性の改良に関する。 The present invention relates to a light emitting device. Specifically, the present invention relates to an improvement in heat dissipation characteristics of a light emitting device using an LED (light emitting diode).
LEDの高輝度化に向けた研究開発が盛んに行われているが、LEDの高輝度化に伴い、発熱の問題が顕在化してきた。放熱性の向上を目的として従来採用されている構造の例を図9に示す。この例ではLEDチップ70、リフレクタ71及びリードフレーム72で構成されたLEDパッケージが絶縁層を介してヒートシンク74に接続しており、LEDチップ70の熱の一部はリードフレーム72を介してヒートシンク74へと伝播し、そこで放散する。
尚、ヒートシンクをLED装置の横方向に配置させた構成も提案されている(例えば特許文献1を参照)。
While research and development for increasing the brightness of LEDs has been actively conducted, the problem of heat generation has become apparent as the brightness of LEDs has increased. An example of a structure conventionally employed for the purpose of improving heat dissipation is shown in FIG. In this example, an LED package including an
In addition, the structure which has arrange | positioned the heat sink in the horizontal direction of an LED apparatus is also proposed (for example, refer patent document 1).
上記従来の構成ではヒートシンクの利用によって放熱効果が奏されるものの、発熱源であるLEDチップからヒートシンクまでの経路が長いため全体の熱抵抗値が高くなり、放熱効果が減殺される。特に、リードフレームとヒートシンクの間に介在する絶縁層など、熱伝導率の低い部材によって効率的な熱伝播が妨げられ、放熱効率が低下する。
一方、上記の構成ではヒートシンクを別部品として用意する必要があり、部品点数が増加し、製造コストの上昇、製造工程の複雑化を伴う。また、ヒートシンクの採用による装置の大型化が問題となる。さらには、裏面側(LEDチップ搭載側と反対側)を設置面として発光装置を設置できず、即ち発光装置の実装の自由度が低い。一方、特許文献1に開示される構成のようにヒートシンクをLED装置の横方向に配置すれば実装の自由度が向上するものの、ヒートシンクを別体として備えたことによる、放熱性及び部品点数に関する上記問題は解消されない。
そこで本発明は、放熱特性に優れた発光装置を簡易で且つ小型の構成で提供することを目的とする。
Although the heat radiation effect is exhibited by using the heat sink in the above-described conventional configuration, since the path from the LED chip, which is a heat generation source, to the heat sink is long, the overall thermal resistance value is increased and the heat radiation effect is reduced. In particular, efficient heat propagation is hindered by a member having low thermal conductivity, such as an insulating layer interposed between the lead frame and the heat sink, and heat dissipation efficiency is reduced.
On the other hand, in the above configuration, it is necessary to prepare a heat sink as a separate part, which increases the number of parts, increases the manufacturing cost, and complicates the manufacturing process. Moreover, the enlargement of the apparatus by adoption of a heat sink becomes a problem. Furthermore, the light emitting device cannot be installed with the back side (the side opposite to the LED chip mounting side) as the installation surface, that is, the degree of freedom in mounting the light emitting device is low. On the other hand, if the heat sink is arranged in the lateral direction of the LED device as in the configuration disclosed in Patent Document 1, the degree of freedom of mounting is improved, but the heat dissipation and the number of parts due to the provision of the heat sink as a separate body. The problem is not solved.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting device having excellent heat dissipation characteristics with a simple and small configuration.
上記目的を達成するために、本発明は次の構成からなる。即ち、
LEDチップと、
前記LEDチップが搭載される第1リードフレームと、
第2リードフレームと、
前記第1リードフレームの一部及び前記第2リードフレームの一部を被覆するとともに、前記LEDチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、
端子部及び前記LEDチップの搭載部以外で前記リフレクタより露出する部分からなる放熱部が前記第1リードフレームに形成された発光装置である。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement. That is,
An LED chip;
A first lead frame on which the LED chip is mounted;
A second lead frame;
A reflector that covers a part of the first lead frame and a part of the second lead frame and forms a cup-shaped reflection surface around the LED chip;
In the light emitting device, a heat radiating portion including a portion exposed from the reflector other than the terminal portion and the LED chip mounting portion is formed on the first lead frame.
本発明の構成ではリードフレームの一部を積極的に露出させて放熱部を形成している。これによってLEDチップからリードフレームに伝播した熱が直接(他の部材が介在せずに)当該放熱部より空気中へと放散することになる。このように本発明の構成によればリードフレームの一部がヒートシンクとして機能して効率的な放熱が行われ、放熱特性に優れた発光装置となる。また、リードフレームの一部にヒートシンクの機能を付与したことによって、ヒートシンクを別体として備える必要がなくなり、簡易且つ小型の構成となる。 In the configuration of the present invention, a part of the lead frame is actively exposed to form a heat radiating portion. As a result, the heat propagated from the LED chip to the lead frame is directly dissipated from the heat dissipating part into the air (without other members interposed). As described above, according to the configuration of the present invention, a part of the lead frame functions as a heat sink to efficiently dissipate heat, resulting in a light emitting device with excellent heat dissipation characteristics. Further, since the heat sink function is added to a part of the lead frame, it is not necessary to provide the heat sink as a separate body, and the configuration is simple and small.
以下、本発明を構成する各要素について説明する。
(LED)
LEDの種類は特に限定されるものではなく、任意の構成のものを採用することができる。例えば、III族窒化物系化合物半導体層を備えるLEDを用いることができる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてAlXGaYIn1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表され、AlN、GaN及びInNのいわゆる2元系、AlxGa1−xN、AlxIn1−xN及びGaxIn1−xN(以上において0<x<1)のいわゆる3元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン(B)、タリウム(Tl)等で置換しても良く、また、窒素(N)の少なくとも一部もリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等で置換できる。LEDの素子機能部分は上記2元系若しくは3元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成することが好ましい。
Hereafter, each element which comprises this invention is demonstrated.
(LED)
The kind of LED is not specifically limited, The thing of arbitrary structures can be employ | adopted. For example, an LED including a group III nitride compound semiconductor layer can be used. Group III nitride compound semiconductor is represented by the general formula Al X Ga Y In 1-X -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1), AlN, GaN and It includes a so-called binary system of InN, a so-called ternary system of Al x Ga 1-x N, Al x In 1-x N, and Ga x In 1-x N (where 0 <x <1). At least a part of the group III element may be substituted with boron (B), thallium (Tl), etc., and at least a part of the nitrogen (N) is also phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) , Bismuth (Bi) or the like. The element functional part of the LED is preferably composed of the binary or ternary group III nitride compound semiconductor.
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。n型不純物として、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、セレン(Se)、テルル(Te)、カーボン(C)等を用いることができる。p型不純物として、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ベリリウム(Be)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)等を用いることができる。なお、p型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法(MOCVD法)のほか、周知の分子線結晶成長法(MBE法)、ハライド系気相成長法(HVPE法)、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。
The group III nitride compound semiconductor may contain an arbitrary dopant. As the n-type impurity, silicon (Si), germanium (Ge), selenium (Se), tellurium (Te), carbon (C), or the like can be used. As the p-type impurity, magnesium (Mg), zinc (Zn), beryllium (Be), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), or the like can be used. Although the group III nitride compound semiconductor can be exposed to electron beam irradiation, plasma irradiation or furnace heating after doping with p-type impurities, it is not essential.
Group III nitride compound semiconductors include metalorganic vapor phase epitaxy (MOCVD), well-known molecular beam crystal growth (MBE), halide vapor phase epitaxy (HVPE), sputtering, ion plating. It can also be formed by a ting method or the like.
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、窒化ガリウム、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましく、サファイア基板のa面を利用することが更に好ましい。 The material of the substrate on which the group III nitride compound semiconductor layer is grown is not particularly limited as long as the group III nitride compound semiconductor layer can be grown. For example, sapphire, gallium nitride, spinel, silicon, silicon carbide, Examples of the substrate material include zinc oxide, gallium phosphide, gallium arsenide, magnesium oxide, manganese oxide, and a group III nitride compound semiconductor single crystal. Among these, it is preferable to use a sapphire substrate, and it is more preferable to use the a-plane of the sapphire substrate.
LEDチップの発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、青色、赤色、緑色等、所望の発光色に応じて選択される。また、LEDチップを複数個用いることもできる。その場合には、同種類のLEDチップを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類のLEDチップを複数組み合わせても良い。例えば、光の三原色である赤、緑、青色の発光色を有するLEDチップを組み合わせる。かかる構成によれば、任意の色を発光可能な発光装置とすることができる。 The emission color of the LED chip is appropriately selected according to the purpose. For example, it is selected according to a desired emission color such as blue, red, and green. A plurality of LED chips can also be used. In that case, it is possible to combine a plurality of different types of LED chips as well as a combination of the same types of LED chips. For example, LED chips having light emission colors of three primary colors of red, green, and blue are combined. According to such a configuration, a light emitting device capable of emitting any color can be obtained.
(リードフレーム)
本発明の発光装置は一対のリードフレーム(第1及び第2リードフレーム)を備える。リードフレームの片方(第1リードフレーム)にはLEDチップが搭載される。第1リードフレームは、端子部及びLEDチップが搭載される部分(LEDチップ搭載部)以外でリフレクタより露出する部分を有する。この露出部が放熱部(ヒートシンク)として機能する。放熱特性を向上させるという観点からはできるだけ表面積が大きな放熱部を設けることが好ましい。そこで例えばフィンないし突起部(以下、これらをまとめて放熱フィンという)を備える放熱部とする。特に複数の放熱フィンを備える放熱部とすれば、放熱フィン間に生ずる空気流によって一層効率的に放熱できる。
(Lead frame)
The light emitting device of the present invention includes a pair of lead frames (first and second lead frames). An LED chip is mounted on one side (first lead frame) of the lead frame. The first lead frame has a portion exposed from the reflector other than a portion where the terminal portion and the LED chip are mounted (LED chip mounting portion). This exposed part functions as a heat radiating part (heat sink). From the viewpoint of improving the heat dissipation characteristics, it is preferable to provide a heat dissipation portion having a surface area as large as possible. Therefore, for example, a heat radiating portion including fins or protrusions (hereinafter collectively referred to as heat radiating fins) is used. In particular, if the heat radiating portion includes a plurality of heat radiating fins, heat can be radiated more efficiently by the air flow generated between the heat radiating fins.
平板状に成形したリードフレームの一部を屈曲させることによって、放熱部を構成する放熱フィンを形成することができる。具体的には例えば、リードフレームの縁部の一部を屈曲させることによって放熱フィンを形成する。他の例として、リードフレームにおいて放熱部となる領域の一部を打ち抜き(例えばコの字状)、打ち抜き部によって囲まれた領域を直立させることによって放熱フィンを形成してもよい。このような方法によれば複数の放熱フィンを備えた放熱部を容易に作製することができる。 By bending a part of the lead frame formed into a flat plate shape, a heat radiating fin constituting the heat radiating portion can be formed. Specifically, for example, the radiation fin is formed by bending a part of the edge of the lead frame. As another example, a heat radiation fin may be formed by punching a part of a region to be a heat radiating portion in the lead frame (for example, a U-shape) and standing a region surrounded by the punched portion upright. According to such a method, it is possible to easily produce a heat radiating portion including a plurality of heat radiating fins.
本発明の一形態では、リフレクタの裏面と同一平面上又はそれよりも発光装置の光放出側の位置に放熱部が備えられている。かかる構成では発光装置の裏面側に放熱部が突出しないことから、裏面側を設置面として発光装置を実装する際に放熱部が障害となることがなく、実装の自由度が高い発光装置となる。放熱部に放熱フィンを形成する場合には、発光装置の光放出側へと突出するように放熱フィンを形成すればよい。
放熱部の大きさ、形状は特に限定されるものではない。また、放熱部を複数箇所に設け、放熱効果を高めてもよい。
In one embodiment of the present invention, the heat radiation portion is provided on the same plane as the back surface of the reflector or at a position closer to the light emission side of the light emitting device. In such a configuration, since the heat radiating portion does not protrude on the back surface side of the light emitting device, the heat radiating portion does not become an obstacle when mounting the light emitting device with the back surface side as the installation surface, and the light emitting device has a high degree of freedom in mounting. . In the case where the heat radiating fin is formed in the heat radiating portion, the heat radiating fin may be formed so as to protrude toward the light emitting side of the light emitting device.
The size and shape of the heat dissipation part are not particularly limited. Moreover, a heat radiating part may be provided at a plurality of locations to enhance the heat radiating effect.
(リフレクタ)
リフレクタ(反射部材)は、第1リードフレームの一部及び第2リードフレームの一部を被覆するとともに、LEDチップの周囲にカップ状の反射面を形成する。この反射面はLEDチップから横又は斜め上方向に放出された光を反射し、光の取り出し方向の光へと変換する。ここでのカップ状とは、LEDチップの光軸に垂直方向の断面の面積がその底部側から発光装置の光の取り出し方向に向かって連続的又は段階的に増加する空間を囲む形状をいう。かかる条件を満たす範囲において反射面の形状は特に限定されるものではない。
(Reflector)
The reflector (reflecting member) covers a part of the first lead frame and a part of the second lead frame, and forms a cup-shaped reflecting surface around the LED chip. This reflection surface reflects light emitted from the LED chip in the horizontal or oblique upward direction, and converts it into light in the light extraction direction. The cup shape here refers to a shape surrounding a space where the area of the cross section perpendicular to the optical axis of the LED chip increases continuously or stepwise from the bottom side toward the light extraction direction of the light emitting device. The shape of the reflecting surface is not particularly limited as long as such a condition is satisfied.
リフレクタの形成材料は特に限定されず、金属、合金、合成樹脂等から適当な材料を選択して用いることができる。但し、LEDチップに対向する面、即ち反射面はLEDチップの光に対して反射性であることが要求される。例えば白色系の樹脂など、光反射率の高い樹脂でリフレクタを作製することができる。樹脂製のリフレクタは成形が容易であるという利点を有する。
一方、リフレクタの材料としてLEDチップの光に高い反射性を有しないものを選択した場合には、少なくとも反射面となる領域の表面に反射率の高い層を形成する。このような反射層は例えばAl、Ag、Cr、Pd等から選択される一以上の金属又はその合金を材料として形成することができる。その他、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどの金属窒化物を反射層の材料として用いることもできる。特に、Al又はその合金によって反射層を構成することが好ましい。反射層の形成には蒸着、塗付、印刷等の方法を採用できる。特に、蒸着法によれば厚さが均一でかつ表面が平滑な反射層を容易に形成することができる。反射層は必ずしもカップ状部の内周面表面の全体に形成されなくてもよいが、反射層による発光効率の改善効果が最大限発揮されるようにLEDチップから横又は斜め上方向に放出された光が照射する領域についてはその全体に反射層を設けることが好ましい。
反射層の厚さはLEDチップからの光を反射するのに十分な厚さであれば特に限定されず、例えば約0.1〜約2.0μmの範囲とする。好ましくは約0.5〜約1.0μmの範囲とする。
尚、光反射性に優れた材料を用いてリフレクタを作製する場合であっても、高光反射性の材料からなる層を反射面となる部分の表面に形成してもよい。
The material for forming the reflector is not particularly limited, and an appropriate material can be selected and used from metals, alloys, synthetic resins, and the like. However, the surface facing the LED chip, that is, the reflecting surface is required to be reflective to the light of the LED chip. For example, the reflector can be made of a resin having a high light reflectance such as a white resin. Resin-made reflectors have the advantage of being easy to mold.
On the other hand, when a material that does not have high reflectivity for the light of the LED chip is selected as the material of the reflector, a layer having a high reflectance is formed at least on the surface of the region that becomes the reflective surface. Such a reflective layer can be made of, for example, one or more metals selected from Al, Ag, Cr, Pd, and the like, or alloys thereof. In addition, metal nitrides such as titanium nitride, hafnium nitride, zirconium nitride, and tantalum nitride can also be used as the material of the reflective layer. In particular, the reflective layer is preferably made of Al or an alloy thereof. For the formation of the reflective layer, methods such as vapor deposition, coating, and printing can be employed. In particular, according to the vapor deposition method, a reflective layer having a uniform thickness and a smooth surface can be easily formed. The reflective layer does not necessarily have to be formed on the entire inner peripheral surface of the cup-shaped part, but is emitted laterally or obliquely upward from the LED chip so that the effect of improving the luminous efficiency by the reflective layer is maximized. It is preferable to provide a reflection layer on the entire area irradiated with the light.
The thickness of the reflective layer is not particularly limited as long as it is sufficient to reflect the light from the LED chip, and is, for example, in the range of about 0.1 to about 2.0 μm. Preferably, it is in the range of about 0.5 to about 1.0 μm.
Even when the reflector is manufactured using a material having excellent light reflectivity, a layer made of a highly light-reflective material may be formed on the surface of the portion serving as the reflective surface.
反射面の表面はできるだけ平滑であることが好ましい。平滑なほど反射面における鏡面反射が起こりやすくなり、反射効率の向上ひいては発光効率の向上が図られるからである。
リフレクタの反射面の角度は光軸方向への反射効率を考慮して設計することができ、LEDチップの光軸に対して20°〜60°の範囲にすることが好ましい。さらに好ましくは40°〜50°の範囲とする。
The surface of the reflecting surface is preferably as smooth as possible. This is because specular reflection on the reflecting surface is more likely to occur as the surface becomes smoother, so that the reflection efficiency can be improved and the light emission efficiency can be improved.
The angle of the reflecting surface of the reflector can be designed in consideration of the reflection efficiency in the optical axis direction, and is preferably in the range of 20 ° to 60 ° with respect to the optical axis of the LED chip. More preferably, it is in the range of 40 ° to 50 °.
リフレクタを熱伝導率の高い材料によって形成することによって、発光装置の放熱特性の向上を図ることができる。熱伝導率の高い材料としてはアルミ(Al)、銅(Cu)などの金属又はその合金を例示することができる。熱伝導率の高い材料によって反射部材を構成すればLEDチップの放熱の一部を反射部材を介して行うことができ、発光装置の放熱特性が向上する。 By forming the reflector with a material having high thermal conductivity, the heat dissipation characteristics of the light-emitting device can be improved. Examples of the material having high thermal conductivity include metals such as aluminum (Al) and copper (Cu) or alloys thereof. If the reflecting member is made of a material having high thermal conductivity, part of the heat dissipation of the LED chip can be performed via the reflecting member, and the heat dissipation characteristics of the light emitting device are improved.
(封止部材)
リフレクタのカップ状部にLED封止用の材料を充填してもよい。このようにして形成される封止部材は主として外部環境からLEDチップを保護する目的で備えられる。封止部材の材料としてはLEDチップの光に対して透明であり、且つ耐久性、耐候性などに優れたものを採用することが好ましい。例えばシリコーン(シリコーン樹脂、シリコーンゴム、及びシリコーンエラストマーを含む)、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ガラス等の中から、LEDチップの発光波長との関係で適当なものを選択することができる。LEDチップの光が短波長領域の光を含む場合には特に紫外線劣化が問題となるため、シリコーン等の紫外線劣化に対する耐性の高い材料を採用することが好ましい。
封止部材の材料は、LEDチップの光に対する透過性、硬化した状態の硬度、取り扱いの容易さ等を考慮して適当なものが採用される。
(Sealing member)
The cup-shaped part of the reflector may be filled with an LED sealing material. The sealing member thus formed is provided mainly for the purpose of protecting the LED chip from the external environment. As a material for the sealing member, it is preferable to adopt a material that is transparent to the light of the LED chip and is excellent in durability, weather resistance, and the like. For example, an appropriate material can be selected from silicone (including silicone resin, silicone rubber, and silicone elastomer), epoxy resin, urea resin, glass and the like in relation to the emission wavelength of the LED chip. When the light of the LED chip contains light in a short wavelength region, ultraviolet degradation is a problem. Therefore, it is preferable to employ a material having high resistance to ultraviolet degradation such as silicone.
As the material of the sealing member, an appropriate material is adopted in consideration of the light transmittance of the LED chip, the hardness in the cured state, the ease of handling, and the like.
封止部材に蛍光体を含有させることもできる。蛍光体を用いることによりLEDチップからの光の一部を異なる波長の光に変換することができ、発光装置の発光色を変化させ又は補正することができる。LEDチップからの光により励起可能なものであれば任意の蛍光体を用いることができ、その選択においては発光装置の発光色、耐久性等が考慮される。蛍光体を封止部材に一様に分散させても、また一部の領域に局在させてもよい。例えば蛍光体をLEDチップの近傍に局在させることにより、LEDチップから放出された光を効率的に蛍光体に照射できる。 A phosphor can also be contained in the sealing member. By using the phosphor, part of the light from the LED chip can be converted into light having a different wavelength, and the emission color of the light emitting device can be changed or corrected. Any phosphor can be used as long as it can be excited by light from the LED chip, and the light emission color, durability, and the like of the light emitting device are considered in the selection. The phosphor may be uniformly dispersed in the sealing member or may be localized in a part of the region. For example, by localizing the phosphor in the vicinity of the LED chip, the light emitted from the LED chip can be efficiently irradiated onto the phosphor.
複数種類の蛍光体を組み合わせて封止部材に含有させることもできる。この場合にはLEDチップからの光により励起されて発光する蛍光体と当該蛍光体からの光により励起されて発光する蛍光体とを組み合わせて用いることもできる。
封止部材に光拡散材を含有させて封止部材内での光の拡散を促進させ、発光ムラの減少を図ることもできる。特に上記のように蛍光体を用いる構成においては、LEDチップからの光と蛍光体からの光との混色を促進させて発光色のムラを少なくするためにこのような光拡散材を用いることが好ましい。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
A plurality of types of phosphors can be combined and contained in the sealing member. In this case, a phosphor that emits light when excited by light from the LED chip can be used in combination with a phosphor that emits light when excited by light from the phosphor.
A light diffusing material can be contained in the sealing member to promote the diffusion of light within the sealing member, thereby reducing light emission unevenness. In particular, in the configuration using a phosphor as described above, such a light diffusing material is used in order to promote the color mixture of the light from the LED chip and the light from the phosphor and reduce the unevenness of the emission color. preferable.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
本発明の実施例の発光装置1を図1〜図3に示す。図1は発光装置1の斜視図、図2は同平面図、図3は図1のA−A線位置での断面図である。
発光装置1は大別してLEDチップ10、リードフレーム20、リードフレーム30、及びにリフレクタ(パッケージ)40を備える。
図4に示すようにLEDチップ10はサファイア基板11上に複数の半導体層が積層された構成からなり、主発光ピーク波長を470nm付近に有する。LEDチップ10の各層のスペックは次の通りである。
層 : 組成
p型層15 : p−GaN:Mg
発光する層を含む層14 : InGaN層を含む
n型層13 : n−GaN:Si
バッファ層12 : AlN
基板11 : サファイア
A light emitting device 1 according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 is a perspective view of the light emitting device 1, FIG. 2 is a plan view thereof, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
The light emitting device 1 roughly includes an
As shown in FIG. 4, the
Layer: Composition p-type layer 15: p-GaN: Mg
Buffer layer 12: AlN
Substrate 11: Sapphire
基板11の上にはバッファ層12を介してn型不純物としてSiをドープしたGaNからなるn型層13が形成される。ここで、基板11にはサファイアを用いたがこれに限定されることはなく、サファイア、スピネル、炭化シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層12はAlNを用いてMOCVD法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはGaN、InN、AlGaN、InGaN及びAlInGaN等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法(MBE法)、ハライド系気相成長法(HVPE法)、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでn型層13をGaNで形成したが、AlGaN、InGaN若しくはAlInGaNを用いることができる。
また、n型層13にはn型不純物してSiをドープしたが、このほかにn型不純物として、Ge、Se、Te、C等を用いることもできる。
発光する層を含む層14は量子井戸構造(多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造)を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
An n-
Further, the substrate and the buffer layer can be removed as necessary after the semiconductor element is formed.
Here, the n-
In addition, although the n-
The
発光する層を含む層14はp型層15の側にMg等をドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層15中に注入された電子がp型層15に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層14の上にp型不純物としてMgをドープしたGaNからなるp型層15を形成する。このp型層15はAlGaN、InGaN又はInAlGaNとすることもできる、また、p型不純物としてはZn、Be、Ca、Sr、Baを用いることもできる。p型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でMOCVDを実行して形成するか、分子線結晶成長法(MBE法)、ハライド系気相成長法(HVPE法)、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。
The
A p-
In the light emitting device having the above-described configuration, each group III nitride compound semiconductor layer is formed by performing MOCVD under general conditions, a molecular beam crystal growth method (MBE method), a halide vapor phase epitaxy method (HVPE method). ), A sputtering method, an ion plating method, an electron shower method, or the like.
n電極18はAlとVの2層で構成され、p型層15を形成した後にp型層15、発光する層を含む層14、及びn型層13の一部をエッチングにより除去することにより表出したn型層13上に蒸着で形成される。
透光性電極16は金を含む薄膜であって、p型層15の上に積層される。p電極17も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極16の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
尚、基板11の裏面(半導体層が形成されない側の表面)にAl、Ag、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどからなる反射層を形成してもよい。反射層を設けることにより、基板11側に向かった光を取り出し方向へと効率的に反射、変換することができ、光の取り出し効率の向上が図られる。このような反射層は形成材料の蒸着などの公知の方法で形成することができる。
The n-
The
A reflective layer made of Al, Ag, titanium nitride, hafnium nitride, zirconium nitride, tantalum nitride, or the like may be formed on the back surface of the substrate 11 (the surface on which the semiconductor layer is not formed). By providing the reflective layer, the light directed toward the
リードフレーム20及び30はいずれも銅(Cu)合金からなる。リードフレーム20は大別して端子部21、LEDチップ10が搭載される領域(LEDチップ搭載部)22、及び放熱部23からなる。図1及び3に示すようにリードフレーム20はLEDチップ搭載部22と放熱部23の間において、LEDチップ10の光軸方向に向かって約90°の角度で屈曲しており、これによって放熱部23はリフレクタ40の側壁に沿って直立した状態で発光装置1の光取り出し側に位置する。このような放熱部23の形態を採用することによって、裏面側(リフレクタ40の底面側)を設置面として発光装置1を実装する際に放熱部23が邪魔にならず、自由度の高い実装が可能となる。
この実施例では放熱部23の表面積はリードフレーム20全体の表面積の約1/2である。このように大きな放熱部23を採用することで、放熱部23を介した効率的な放熱が可能となる。放熱部23の大きさは放熱効率、発光装置1のサイズ、LEDチップ10の発熱量などを考慮して設定することができる。例えば、放熱部23の表面積がリードフレーム20全体の表面積の約1/5〜約29/30となるように、放熱部23を設計することができる。
Both of the lead frames 20 and 30 are made of a copper (Cu) alloy. The
In this embodiment, the surface area of the
リフレクタ40は白色系の樹脂からなり、カップ状部41を形成する内周面がLEDチップ10の光軸に対して所望の角度となるように成形されている。これによってカップ状の反射面42が形成される。尚、リフレクタ40の表面にメッキ処理を施すなどしてその反射性を高めてもよい。
カップ状部41には封止樹脂43が充填されている(図3)。本実施例では封止樹脂43の材料として、黄色系の蛍光体を分散させたエポキシ樹脂を用いた。
The
The cup-shaped
次に発光装置1の製造方法を説明する。まず、上記の方法でLEDチップ10を用意する。一方、銅合金からなる金属板を切断加工した後、部分的に折り曲げることによって所望形状のリードフレーム20を得る。リードフレーム30についても同様の方法で作製することができる。次に、インジェクションモールドによってリードフレーム20及び30に白色系樹脂をモールドし、リフレクタ40を形成する。このようにして作製されたリフレクタ付リードフレームに導電性ペーストを用いてLEDチップ10を搭載する。続いてLEDチップ10の各電極を、対応するリードフレームに金線でワイヤボンドする。その後、リフレクタ40のカップ状部41を蛍光体含有のエポキシ樹脂でモールドする。
Next, a method for manufacturing the light emitting device 1 will be described. First, the
続いて発光装置1の発光態様を説明する。まず、給電を受けてLEDチップ10から青色系の光が放出する。この青色系の光の一部はリフレクタ40のカップ状部41内の封止樹脂43を通過する過程で蛍光体を励起させ、これによって黄色系の蛍光が生ずる。その結果、発光装置1からは青色系の光と黄色系の光との混色による白色光が放射することになる。
ここで、発光装置1の駆動に伴いLEDチップ10は発熱する。LEDチップ10から生じた熱の一部はLEDチップ10の底面側より導電性ペーストを介してリードフレーム20に伝播する。リードフレーム20に伝播した熱は、LEDチップ10の直下の領域から周囲へと拡がり、一部が放熱部23に至る。放熱部23は露出しているから、放熱部23に至った熱は放熱部23の表面より周囲の空気中へと放散する。このように発光装置1ではリードフレーム20の一部、即ち放熱部23によって積極的な放熱が行われる。しかも、上記の通り表面積が大きな放熱部23を備えることにしたので高い放熱効果が発揮される。
以上のように発光装置1ではリードフレーム20を主たる放熱経路として利用することによってLEDチップ10の熱が効率的に放散し、その結果LEDチップ10の温度上昇が緩和される。これによって駆動安定性ないし信頼性に優れた発光装置となり、併せて長寿命化も達成される。また、放熱用の部材を別途設けるのではなく、リードフレームの一部に放熱機能を付与したことによって簡易で且つ小型の装置となる。
Next, the light emission mode of the light emitting device 1 will be described. First, blue light is emitted from the
Here, the
As described above, in the light emitting device 1, the heat of the
本発明の他の実施例を図5及び6に示す。図5は発光装置2の斜視図、図6は発光装置2に使用されるリードフレーム50の製造途中の状態を示す平面図である。以下の説明において上記実施例の発光装置1と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
発光装置2に使用されるリードフレーム(LEDチップ10を搭載する側のリードフレーム)50の放熱部53は3枚のフィン(第1フィン54、第2フィン55、第3フィン56)を備える。これら3枚のフィンは等間隔で一列に整列しており、各フィンはその両側において繋がっている。また、各フィン間にはそれぞれ貫通口54a〜56aが存在する。
フィン54〜56の高さは特に限定されるものではないが、この実施例ではリフレクタ40の上面とフィン54〜56の上面とがほぼ同一平面上に位置するようにフィン54〜56の高さを設定した。このような構成では、取り扱いの点で不都合な上下方向の出っ張りがなく且つ小型の発光装置が構成される。また、裏面側を設置面とした自由度の高い、発光装置2の実装が可能となる。
Another embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 5 is a perspective view of the
The
The heights of the
リードフレーム50は次の手順で作製することができる。まず、銅合金からなる金属板を切断加工した後、3箇所(図6において点線で示す)でコの字状に打ち抜き、次いで打ち抜き部で囲まれた部分をその付け根(図6において一点鎖線で示す)で屈曲、直立させることによって成形する。このようにしてリードフレーム50を用意した後、上記発光装置1の場合と同様の手順でリフレクタ40の形成、LEDチップ10の搭載等を行い、発光装置2を得る。
The
発光装置2のリードフレーム50では、LEDチップ搭載部52を介して放熱部53に至ったLEDチップ10の熱の一部が第1フィン54の表面で放熱する。また、放熱部53に至った熱の一部は放熱部53の連結部57、58を通って第2フィン55、第3フィン56へと伝搬し、同様の放熱作用が奏される。このように、連結部57、58がヒートパイプとして機能し、各フィン54〜56への熱の伝播、及び各フィン表面での放熱が行われる。尚、連結部57、58の表面においてもフィン表面と同様に放熱作用が生ずる。一方、フィンを複数設けたことによって、フィン間の空気流による放熱効果を期待できる。また、フィン間に形成された貫通口を通って空気の往来が可能であることから、各フィン表面付近の空気の移動が促進され、高い放熱効率が得られる。
以上のように発光装置2では、リードフレームの一部を利用して積極的且つ効率的な放熱を行うことによって高い駆動安定性ないし信頼性が得られる。尚、発光装置2においても、放熱用の部材を別途設けるのではなくリードフレームの一部に放熱機能を付与したことによって簡易で且つ小型の構成となる。
In the
As described above, in the
本発明の更に他の実施例を図7及び8に示す。図7は発光装置3の斜視図、図8は同平面図である。以下の説明において上記実施例の発光装置1と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
発光装置3に使用されるリードフレーム(LEDチップ10を搭載する側のリードフレーム)60では放熱部63が2箇所に備えられる。当該2箇所の放熱部63はLEDチップ搭載部62を中心として左右対称の位置に備えられる。放熱部63には複数のフィン状突起部64が形成されている。この実施例では放熱部あたりに形成するフィン状突起部64の数を7とした。フィン状突起部64の高さは例えば約0.3mmとする。尚、このリードフレーム60ではフィン状突起部64以外の部分は全て同一の厚さ(約0.15mm)である。
Yet another embodiment of the present invention is shown in FIGS. 7 is a perspective view of the light emitting device 3, and FIG. 8 is a plan view thereof. In the following description, the same members as those of the light emitting device 1 of the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the lead frame (lead frame on the side where the
リードフレーム60は異形圧延板を所望の形状に切断加工し、その後、端子部61を折り曲げ加工することによって作製することができる。或いは、プレス加工を利用してリードフレーム60を作製することもできる。
The
発光装置3では、(1)リードフレーム60に2箇所の放熱部63を設け、しかもそれらを離間して配置したこと、(2)各放熱部63に複数の突起部を形成することによって放熱部の表面積を増大させるとともに、突起部の形状をフィン状として空気流による効率的な放熱が行われるようにしたこと、によって非常に高い放熱効果が発揮され、高い駆動安定性ないし信頼性が得られる。尚、発光装置3においても、放熱用の部材を別途設けるのではなくリードフレームの一部に放熱機能を付与したことによって簡易で且つ小型の構成となる。
In the light emitting device 3, (1) the
本発明の発光装置は例えば車両室内照明用光源、居室内照明用光源などとして利用され得る。 The light emitting device of the present invention can be used, for example, as a light source for vehicle interior lighting, a light source for indoor lighting, and the like.
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.
The contents of papers, published patent gazettes, patent gazettes, and the like specified in this specification are incorporated by reference in their entirety.
1、2、3 発光装置
10 LEDチップ
20、30、50、60 リードフレーム
23、53、63 リードフレームの放熱部
40 リフレクタ
41 リフレクタのカップ状部
42 反射面
54〜56 放熱フィン
64 フィン状突起部
1, 2, 3 Light-emitting
Claims (5)
前記LEDチップが搭載される第1リードフレームと、
第2リードフレームと、
前記第1リードフレームの一部及び前記第2リードフレームの一部を被覆するとともに、前記LEDチップの周囲にカップ状の反射面を形成するリフレクタと、を備え、
端子部及び前記LEDチップの搭載部以外で前記リフレクタより露出する部分からなる放熱部が前記第1リードフレームに形成された発光装置。 An LED chip;
A first lead frame on which the LED chip is mounted;
A second lead frame;
A reflector that covers a part of the first lead frame and a part of the second lead frame and forms a cup-shaped reflection surface around the LED chip;
A light emitting device in which a heat radiating portion including a portion exposed from the reflector other than the terminal portion and the LED chip mounting portion is formed on the first lead frame.
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