JP2000138397A - Ｌｅｄ発光体及びそれを用いた面状発光光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、車載メータや液晶用バックライトな
どの各光源に利用されるＬＥＤ発光体に係わり、特に製
造時等に生ずる横長形状であるＬＥＤ発光体自体の反り
を比較的簡単に矯正でき光利用効率の高い且つ信頼性の
優れたＬＥＤ発光体及びそれを用いた面状発光光源を提
供することにある。 【解決手段】本発明は、略横長形状のパッケージの前面
に開口する凹部と、開口凹部内に配置されたＬＥＤダイ
と、凹部底面に配置されＬＥＤダイとパッケージ外部と
を電気的に接続させるリード電極と、ＬＥＤダイとリー
ド電極とを接続させるワイヤとを有するＬＥＤ発光体で
ある。特に、パッケージはＬＥＤダイが配置可能な前記
凹部を複数有すると共に複数の凹部間の長手方向に少な
くとも一つの切り欠き部を有するＬＥＤ発光体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車載メータや液晶表
示用などの各種光源に利用されるＬＥＤ発光体に係わ
り、特に製造時等に生ずる樹脂パッケージの反りを比較
的簡単に矯正でき量産性、信頼性及び光利用効率の優れ
たものとできるＬＥＤ発光体などに関する。

【０００２】

【従来技術】今日、高輝度に発光可能なＬＥＤが開発さ
れたことに伴い、低消費電力、高輝度且つ省スペースな
どの特徴を生かして各種液晶装置の光源に利用され始め
ている。

【０００３】このような光源用のＬＥＤランプ装置の１
種として実開平４−１４９４３号、特開平９−３２１３
４４号などにバックライト光源として開示されている。
具体的には、図５に示す如く、前面が開放された略矩形
形状をなす反射ケース５０７の前面凹嵌部５０２の内底
面に外部リードを有する電極板５０３を配設し、電極板
５０２上には発光ダイオードチップ５０３がボンディン
グされていると共に、反射ケースの凹嵌部内には透明あ
るいは半透明のモールド材の充填により形成したライト
ガイド部を有するＬＥＤ発光体５００を形成させてあ
る。このようなＬＥＤ発光体５００は、ほぼ平板形状を
なすと共に、透光性を有する透明若しくは半透明の板体
により形成され、その外縁部に沿った位置に前記ＬＥＤ
発光体が嵌合される嵌合溝を有する拡散板５０８とを備
え、ＬＥＤ発光体はその前面が拡散板の内側面方向に向
けて拡散板の嵌合溝内に嵌合されているＬＥＤランプ装
置が記載されている。このＬＥＤランプ装置によりＬＥ
Ｄ発光体をその前面が拡散板の内側面側方向に向けて嵌
合溝に嵌合されているので、ＬＥＤ発光体の光が拡散板
の内部を透過してその表面全体に均一に照射されて十分
な輝度を得ることができることが開示されている。

【０００４】しかしながら、より低消費電力且つ高輝度
な発光が求められている現在においては上記構成のＬＥ
Ｄ発光体では十分ではなく更なる改良が求められてい
る。また、本発明はより量産性、信頼性及び光利用効率
に優れたＬＥＤ発光体を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は横長となる矩形
状などのパッケージの前面に開口する凹部と、開口凹部
内に配置されたＬＥＤダイと、凹部底面に配置されＬＥ
Ｄダイとパッケージ外部とを電気的に接続させるリード
電極と、ＬＥＤダイとリード電極とを接続させるワイヤ
とを有するＬＥＤ発光体において、パッケージはＬＥＤ
ダイが配置可能な前記凹部を複数有すると共に複数の凹
部間の長手方向に少なくとも一つの切り欠き部を有する
ＬＥＤ発光体である。

【０００６】樹脂パッケージに熱応力が発生し変形する
とき、切り欠き部は選択的に変形する傾向にある。他
方、切り欠き部は変形しやすく逆に矯正しやすいという
特徴を併せ持つ。したがって、パッケージ形成時に生ず
る樹脂成型時残留応力による反り変形は成形後、樹脂パ
ッケージをそり方向とは逆方向に弱い力で押圧すること
で容易に矯正することができる。同様に、パッケージに
ＬＥＤを実装時のワイヤボンド加熱や樹脂硬化加熱によ
って発生するパッケージの反りも、反り方向とは逆に弱
い力で押圧するこにより容易に矯正することができる。

【０００７】また、反りによる変形が集中する箇所と矯
正箇所はＬＥＤダイ実装箇所とは離れた切り欠き部であ
り、変形、矯正による応力が殆どＬＥＤダイ実装箇所に
は影響しない。従って、パッケージ変形応力によって、
ＬＥＤダイとマウント樹脂、マウント樹脂とパッケージ
などやモールド部材などが剥がれることが極めて少な
い。そのため、ワイヤボンドの断線等による信頼性が損
なわれることが極めて少ないＬＥＤ発光体とすることが
できる。

【０００８】本発明の請求項２に記載のＬＥＤ発光体
は、切り欠き部がＬＥＤダイと電気的に接続されたリー
ド電極によって補強されている。そのため、樹脂の厚み
が薄く変形しやすい代わりに矯正しやすくすることがで
きる。また、機械的強度を向上させることもできる。

【０００９】本発明の請求項３に記載のＬＥＤ発光体
は、切り欠き部がパッケージの横長方向の略中央部に設
けられた窪みを有する。樹脂パッケージの最も変形しや
すい、長手方向の略中央部に故意に応力集中しやすい切
り欠き部を設けたことにより、ＬＥＤダイに損傷を与え
ることなく簡単に矯正することができる。

【００１０】本発明の請求項４に記載のＬＥＤ発光体
は、ＬＥＤダイが活性層を挟んでダブルへテロ構造であ
る窒化物半導体である。これにより、活性層の端面から
放出される割合が高い窒化物半導体を用いたＬＥＤダイ
からの光利用効率をより高めることができる。

【００１１】本発明の請求項５に記載のＬＥＤ発光体
は、凹部内に透光性のモールド部材が配置されている。
これにより、信頼性をより高めることができると共に面
状発光光源への光の導入をよりスムーズに行うことがで
き、光利用効率を高めることができる。

【００１２】本発明の面状発光源は、上述のＬＥＤ発光
体が所定の厚みを有する透光性導光板の端部に装着され
ている。これにより、信頼性が高く比較的簡単に光利用
効率の高い面状発光光源を構成することができる。特
に、ＬＥＤ発光体がＬＥＤ発光体を破壊しない比較的弱
い力で反りとは逆方向に押圧することで、簡単にパッケ
ージは反りのない横長矩形状とすることができる。その
ため、導光板にＬＥＤ発光体を組み付けたときに導光板
とＬＥＤ発光体との間に隙間が生ずることを低減させ、
隙間から生ずる光の漏れを低減させることにより光の利
用効率を向上させることができる。また、導光板の嵌合
溝にＬＥＤ発光体を挿入するものと異なり形成時に生じ
た歪みを導光板と一体時に矯正することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、外
形が横長のＬＥＤ発光体においては量産性、信頼性及び
光利用効率がＬＥＤ発光体の特定形状により大きく変化
することを見出し本発明を成すに至った。

【００１４】本願発明の構成による特性向上の理由は定
かではないが、ＬＥＤ発光体の反りがＬＥＤダイ近傍に
直接影響すること及びＬＥＤ発光体の厚みが樹脂パッケ
ージの応力集中に大きな関係があるためと考えられる。

【００１５】横長のＬＥＤ発光体はパッケージ成形離型
後の残留応力や実装工程での加熱による熱応力などによ
り、樹脂パッケージが変形し、長手方向に著しい反りが
発生する傾向にある。樹脂パッケージは、金型への樹脂
注入口近辺と最も樹脂注入口から遠い場所では冷却に要
する時間が異なる。インサート成形により樹脂の冷却時
間を３分から５分程度の長い時間かけて徐々に冷却させ
ＬＥＤ発光体の樹脂パッケージを形成させると樹脂パッ
ケージの反りは比較的小さくできるものの量産効率が極
めて悪い。

【００１６】他方、量産性向上のため金型への樹脂注入
から冷却までの時間を約４０秒程度以下に短くさせる
と、ＬＥＤ発光体の樹脂パッケージは形成時に生じた内
部応力が残留し反りが大きく生じやすい。注入された樹
脂はＬＥＤ発光体のリード電極となる金属が、金型内で
の樹脂の流れの抵抗となるため樹脂の冷却時間が場所に
より顕著に異なる傾向にある。

【００１７】ＬＥＤ発光体を構成する樹脂パッケージの
反りは、ＬＥＤダイを固定するダイボンド樹脂、モール
ド部材の剥離やＬＥＤダイとリード電極とを電気的に接
続させるワイヤの断線などを生ずる場合がある。また、
導光板との光学的な接続時にＬＥＤ発光体と導光板との
隙間が大きくなる。そのため、光が漏れ導光板に入力さ
れる光量が低下する。結果的に導光板から放出される光
の利用効率が低下する。さらに、ＬＥＤ発光体の反りが
大きくなれば自動実装機を用いて導光板に実装できない
という問題が生ずる場合もある。

【００１８】本発明は予め樹脂パッケージの応力が集中
する樹脂パッケージの厚みを変化する切り欠き部をＬＥ
Ｄダイが配置される開口部とは独立して形成させる。ま
た、切り欠き部を利用して反りを局所的に矯正可能とす
るものである。

【００１９】即ち、樹脂は厚み厚くなるほど内部応力が
大きくなる。また、内部応力は樹脂の厚みが変化した箇
所において、その厚みの差分の応力が局所的にかかると
考えられる。したがって、ＬＥＤ発光体の樹脂パッケー
ジにＬＥＤダイを配置する開口部とは独立させて予め局
所的に応力のかかる部位をことによって、量産性、信頼
性及び光利用効率の向上を図ることができる。

【００２０】なお、ＬＥＤ発光体をＬＥＤダイごと（但
し、必ずしも１つとは限らない）に凹部内に配置させる
ことで発光効率を向上させることができる。ＬＥＤダイ
から放出された光はＬＥＤダイの発光観測面側から放出
される光の他、ＬＥＤダイの層方向から放出される光が
ある。このような光はＬＥＤ発光体と導光板との界面や
ＬＥＤ発光体に好適に設けられたモールド部材との界面
において全反射される。全反射した光は外部に取り出さ
れる光の他、ＬＥＤ発光体やモールド部材に吸収される
ものがある。横長のＬＥＤ発光体の前面が開口された形
状である場合、ＬＥＤダイから層方向に放出された光が
反射壁に到達する距離が長く光吸収される割合が大き
い。そのため、光利用効率が低下する傾向にある。窒化
物半導体を利用した発光素子は層方向から放出される光
の割合が高いため顕著に現れる傾向にある。従って、本
発明はＬＥＤダイから放出される光をＬＥＤダイごとに
設けられた凹部内に配置させることにより光利用効率を
高めることもできる。以下、本発明の具体的実施例に基
づいて、詳述する。

【００２１】（実施例１）図１に本発明の一実施例によ
るＬＥＤ発光体１００の模式的正面図を示す。予め略直
方体形状の樹脂パッケージ１０７内に配置されるリード
電極１０４を厚さ約０．２ｍｍの鉄入り銅の平板を打ち
抜き加工させることにより形成させる。リード電極１０
４はＬＥＤダイ１０３と外部とを電気的に接続させるた
め電気伝導性の優れたものが好ましい。また、リード電
極１０４上にＬＥＤダイ１０４を配置させる場合、ＬＥ
Ｄダイ１０３からの熱を好適に放出させたり、ＬＥＤダ
イ１０３からの光を効率よく反射できる材料を選択する
ことが好ましい。リード電極１０４の具体的材料として
は銅、鉄、鉄入り銅やりん青銅など各種金属や合金を利
用することができる。また、これらの金属上に銀、金や
パラジウムなどの貴金属メッキを好適に行うことができ
る。特に本発明においては、ＬＥＤ発光体１００を構成
する樹脂パッケージの外形を矯正するはたきも併せ持つ
ためある程度の機械的強度が高いものを利用することが
好ましい。

【００２２】次に、リード電極１０４となる金属フレー
ムを金型内に配置させてインサート成型法を用いて液晶
ポリマーを注入させることによりＬＥＤ発光体の樹脂パ
ッケージを成形させる。金型に液晶ポリマーを注入後、
約３０秒で取り出し、長さ約２３ｍｍ、幅約１．２ｍ
ｍ、奥行き約１ｍｍのＬＥＤ発光体１００とさせてあ
る。

【００２３】樹脂パッケージ１０７は発光観測面側にＬ
ＥＤダイ１０３が配置可能なリード電極１０４、及びＬ
ＥＤダイ１０３と電気的に接続させることが可能な２つ
のリード電極１０４が露出した凹部１０２が形成されて
いる。凹部１０２はパッケージの長さ方向に沿って約２
ｍｍ、幅約０．８ｍｍ、奥行き約０．４ｍｍの内部に行
くにつれ小さくなった形状を発光観測面側から見て左右
に２個有してある。凹部の形状は発光むらなく導光板に
光を導入させるためにＬＥＤ発光体の長手方向に長く形
成されることが好ましく、ＬＥＤ発光体１００の発光観
測面側から見て楕円、長方形や縁なしの長方形形状など
とすることが好ましい。

【００２４】ＬＥＤ発光体１００の略中央となる凹部１
０２間にはリード電極１０４の一部が露出した切り込み
部１０１が露出してある。切り込み部１０１はＬＥＤ発
光体１００の奥行きが最も薄く形成されており外力によ
り切り込み部１０１が設けられた略中央からＬＥＤ発光
体１００を折り曲げることができる。なお、本発明の切
り欠き部１０１とはＬＥＤダイ１０３が配置される凹部
１０２とは別に樹脂パッケージの厚みが薄くなった箇所
であり、リード電極が露出するまで切り欠いた如き形状
でも良いし、リード電極が露出していない溝形状でも良
い。また、ＬＥＤ発光体１００の発光観測面側となる正
面に設けることもできるし、非発光観測面となる背面に
設けることもできる。さらに、正面と背面の両方に設け
ることもできる。切り欠き部１０１の深さは樹脂パッケ
ージの強度や強度を向上させるリード電極などを考慮し
て種々の厚みとすることができる。

【００２５】凹部１０２はＬＥＤダイ１０３からの光を
効率的に放出すると共に各導光板に効率よく光を導くも
のである。したがって、導光板の大きさに合わせて凹部
を複数設けることができるし、ＬＥＤ発光体１００の長
手方向における所望の位置に形成させることができる。
なお、ＬＥＤ発光体の長手方向における端部には導光板
と機械的にはめ込み固定させるためＵ字形状の取っ手部
１０６を形成させてある。

【００２６】樹脂パッケージ１０７の材料としては、Ｌ
ＥＤダイ１０２を保護することができると共に、ＬＥＤ
ダイ１０２からの光を効率反射できる、或いは外来光か
らの光を吸収できるなど所望に応じて種々のものを選択
することができる。パッケージ材料としては液晶ポリ
マ、ＰＢＴ、メラミン樹脂やＡＢＳ樹脂などを好適に利
用することができる。

【００２７】次に、凹部内底面の一方のリード電極１０
４上にエポキシ樹脂を用いてＬＥＤダイ１０３をダイボ
ンドする。なお、ＬＥＤダイ１０３はサファイア基板上
に窒化物半導体を積層させて同一面側に一対の電極を形
成させたものを利用してある。窒化物半導体はサファイ
ア基板上にバッファ層としてＧａＮ、ｎ型コンタクト層
兼クラッド層としてＳｉドープのＧａＮ、ＧａＮとＩｎ
ＧａＮの多重量子井戸構造である活性層、ｐ型クラッド
層としてＭｇドープのＡｌＧａＮ、ｐ型コンタクト層と
してＭｇドープのＧａＮとしてある。なお、これはダブ
ルへテロ構造のＬＥＤダイである。

【００２８】ＬＥＤダイ１０３の各電極と各リード電極
とをそれぞれ太さ約３０μｍの金線１０５でワイヤボン
ディングさせる。次に、凹部１０２内にＬＥＤダイ１０
３を保護するモールド部材１０８を設けるためエポキシ
樹脂を流し込み硬化させＬＥＤ発光体１００を形成させ
る。モールド部材１０８はＬＥＤダイ１０３やワイヤ１
０５を外部応力から保護すると共に効率よく導光板にＬ
ＥＤダイからの光を入射させるものである。モールド部
材１０８の材料としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂や変性アクリル樹脂など好
適に用いることができる。なお、モールド部材１０８は
その作用により、ＬＥＤダイからの光を整えるフィルタ
ー効果を持った着色剤、ＬＥＤダイ１０３からの光を拡
散発光させる拡散剤やＬＥＤダイ１０３からの光を他の
色に変換させる蛍光体を好適に含有させることもでき
る。なお、蛍光体をセリウムで付活されたイットリウム
・アルミニウム・ガーネット系蛍光体などを選択して含
有量を調節させることにより白色発光可能なＬＥＤ発光
体とすることができる。

【００２９】樹脂パッケージ外部に突出しているリード
電極１１４をプレス加工により所望に切断させることに
よりＬＥＤ発光体１００を１０００個形成させた。ＬＥ
Ｄ発光体１００の略中心から端部までの反りが１ｍｍ以
上となったＬＥＤ発光体を任意に１００個選択し、図３
の如く、反りと反対方向に切り欠き部に１０Ｋｇｆの押
圧矯正したところ、ＬＥＤ発光体の中心から端部までの
反りは全て０．０５ｍｍ以下とすることができる。

【００３０】ＬＥＤ発光体を端部に突起部４０３を有す
る導光板４０１にはめ込み面状発光光源を構成させた。
導光板の主面及びＬＥＤ発光体との界面を除いて白色反
射板４０２や樹脂筐体によって覆った面状発光光源は主
面から面状に発光することができる。なお、導光板は図
４において板状としたがこれのみに限られるものではな
く、底面が徐々に傾斜した舟板上や所望の自動車メータ
用など種種の形状に合わせて利用できる。

【００３１】（比較例１）同様に、比較例として切り欠
き部が設けられていない以外は実施例１と同様にして形
成させたＬＥＤ発光体において、ＬＥＤ発光体中心から
端部までの反りが１ｍｍ以上となったＬＥＤ発光体を任
意に１００個選択し、反りと反対方向に切り欠き部に１
０Ｋｇｆの押圧矯正したところ、ＬＥＤ発光体の中心か
ら端部までの反りは平均０．３ｍｍ程度にしかならなか
った。

【００３２】（比較例２）また、比較例２として前面に
開口を有するＬＥＤ発光体とした以外は実施例１と同様
に形成させたＬＥＤ発光体において、ＬＥＤ発光体中心
から端部までの反りが１ｍｍ以上となったＬＥＤ発光体
を任意に１００個選択し、反りと反対方向に切り欠き部
に１０Ｋｇｆの押圧矯正したところ、ＬＥＤ発光体の中
心から端部までの反りは平均０．１ｍｍ程度にしかなら
なかった。

【００３３】矯正した後の実施例１のＬＥＤ発光体と比
較のための各ＬＥＤ発光体をそれぞれ熱衝撃試験を行い
信頼性を評価した。熱衝撃試験はＬＥＤ発光体を−４０
℃３０分、１００℃３０分を１サイクルとした雰囲気内
に配置させ、３００サイクル繰り返して試験を行った。
切り欠き部が設けられた実施例１のＬＥＤ発光体は、熱
衝撃試験後においても不灯となったＬＥＤ発光体がなか
ったのに対し、比較例１のＬＥＤ発光体は不点灯となっ
たものが５個もあった。また、比較例２のＬＥＤ発光体
は不灯となったものが１２個もあった。不灯となったＬ
ＥＤ発光体を調べたところワイヤが断線していた。実施
例１のＬＥＤ発光体を利用した面状発光光源の出力を１
００とすると比較例２のＬＥＤ発光体を用いた面状発光
源の出力は８２であり実施例１のＬＥＤ発光体の方が光
利用効率が高いことが分かる。

【００３４】

【発明の効果】本発明はＬＥＤ発光体の反りを比較的簡
単な構成で精度良く矯正することができると共に、熱衝
撃がかかった場合においても信頼性の高いＬＥＤ発光体
を量産性良く形成することができる。また、このＬＥＤ
発光体を利用することにより光利用効率の高い面状発光
光源を利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のＬＥＤ発光体の模式的正面図を示
す。

【図２】 本発明のＬＥＤ発光体の模式的断面図を示
す。

【図３】 本発明のＬＥＤ発光体の矯正を示す模式的説
明図である。

【図４】 本発明の面状発光光源の模式的斜視図を示
す。

【図５】 図５（Ａ）は本発明のＬＥＤ発光体と比較の
ための模式的正面図を示し、図５（Ｂ）は本発明のＬＥ
Ｄ発光体と比較のために示す面状発光光源の模式的斜視
図である。

【符号の説明】

１００・・・ＬＥＤ発光体 １０１・・・切り欠き部 １０２・・・ＬＥＤダイが配置される凹部 １０３・・・ＬＥＤダイ １０４・・・リード電極 １０５・・・ワイヤ １０６・・・ＬＥＤ発光体に設けられた取っ手部 １０７・・・樹脂パッケージ １０８・・・モールド部材 １１４・・・ＬＥＤ発光体の外部に突出したリード電極 ４０１・・・導光板 ４０２・・・反射板 ４０３・・・ＬＥＤ発光体の取って部とはめ合わす導光
板の突起部 ５００・・・ＬＥＤ発光体 ５０２・・・凹嵌部 ５０３・・・発光ダイオードチップ ５０４・・・電極板 ５０５・・・ワイヤ ５０７・・・略矩形形状をなす反射ケース ５０８・・・拡散板 ５１４・・・ＬＥＤ発光体の外部に突出したリード電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横長状の樹脂パッケージ前面に複数の開
   口した凹部と、該凹部内に配置されたＬＥＤダイと、少
   なくとも一部が凹部内に配され前記ＬＥＤダイと樹脂パ
   ッケージ外部とを電気的に接続させるリード電極と、前
   記ＬＥＤダイとリード電極とを接続させるワイヤとを有
   するＬＥＤ発光体であって、前記樹脂パッケージは前記
   複数の凹部間に少なくとも一つの切り欠き部とを有する
   ことを特徴とするＬＥＤ発光体。
2. 【請求項２】 前記切り欠き部はＬＥＤダイと電気的に
   接続されたリードによって補強されている請求項１に記
   載のＬＥＤ発光体。
3. 【請求項３】 前記切り欠き部は樹脂パッケージの横長
   方向の略中央部に設けられた窪みである請求項１に記載
   のＬＥＤ発光体。
4. 【請求項４】 前記ＬＥＤダイが活性層を挟んでダブル
   へテロ構造である窒化物半導体からなる請求項１に記載
   のＬＥＤ発光体。
5. 【請求項５】 前記凹部内に透光性のモールド部材が配
   置されている請求項１に記載のＬＥＤ発光体。
6. 【請求項６】 請求項１記載のＬＥＤ発光体が所定の厚
   みを有する透光性導光板の端部に装着されたことを特徴
   とする面状発光光源。