JP2002197903A

JP2002197903A - チップ型発光装置及びそれを用いた面状発光装置

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Publication number: JP2002197903A
Application number: JP2000397399A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tamemoto; 広昭為本
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-12
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP4453200B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】従来よりもより薄型でかつ高効率発光が可能
で、またホタル現象をより簡単に緩和することができ均
一な面発光が可能な面状発光装置と、それに用いるチッ
プ型発光装置とを提供する。【解決手段】発光層が窒化ガリウム系化合物半導体で
ある発光素子１７が筐体内１１０に載置され、筐体内は
透光性樹脂１１５によって充填され、発光素子と対向す
る筐体の一表面は透光性樹脂が露出しているチップ型発
光装置１６であって、この透光性樹脂露出面は、その面
の４辺のうちの一辺から対向するもう一辺へかけてスロ
ープ状に傾斜する１１６ように形成されているチップ型
発光装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として液晶バッ
クライト、パネルメーター、表示灯などの面状発光装置
に用いるチップ型発光装置と、またそれを用いた面状発
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶バックライトなどの光源とし
て、点光源であるＬＥＤチップからの光を面状に発光さ
せる面状発光装置が多用されている。この面状発光装置
は、対向する２つの主面を有する導光板の主面以外の一
端面から１または２以上のＬＥＤチップからの光を入射
して、その導光板の一方の主面全体から光を出射させる
ように構成される。

【０００３】つまりこれは図２の断面図に示すように、
外枠２５に、第１の主面２１（出射面）と第２の主面２
２（反射面）とを有し透過性樹脂からなる導光板２３
と、その導光板の主面以外の一端面に対向するように設
けられたＬＥＤチップ２６と、導光板の第２の主面側に
設けられた反射材２４とを有してなり、ＬＥＤチップか
らの光を導光板の第１の主面全体から出射させる。また
反射材２４はこの外枠２５側の内面全てに沿って設ける
こともできる。

【０００４】ＬＥＤチップ２６から出射される光のう
ち、導光板の第２の主面２２方向へ出る光は、上記反射
材２４によって反射されて導光板の第１の主面２１方向
へと向かい、面状に効率よく出射される（図中矢印参
照）。

【０００５】導光板２３に沿ってほぼ水平方向へと出る
光は、外枠２５あるいは外枠の内面全てに沿って設けら
れた反射材２４等によって反射されて導光板の第１の主
面２１方向へと向かい、面状に効率よく出射される（図
中矢印参照）。またこの導光板に沿ってほぼ水平な光
は、導光板中で乱反射する光を均一にして第１の主面方
向へと向かわせるので、面状発光の輝度むら解消に好ま
しいものでもある。

【０００６】導光板２３の第１の主面２１方向へと出る
光は、一部はそのまま第１の主面から面状に出射させる
ことができる（図中矢印参照）が、それらの光のうち
のほとんどは導光板端面近辺（図中部分）に集中し、
この部分では局部的に輝度が上昇してしまういわゆるホ
タル現象が生じる。これは、ＬＥＤチップ２６と導光板
２３との距離が近過ぎるために起こるものである。

【０００７】このホタル現象を解消しＬＥＤチップから
の光をより効率よく面状に発光させるために本出願人
は、特開平９−１６７８６０号公報における「面状光
源」を開発している。これは、同じく図２に基づいて簡
単に説明すると、導光板の第２の主面２２側に設けられ
た反射材２４と、ＬＥＤチップ２６と光学的に接続され
た導光板端面を介して第１の主面２１上に反射層２８を
有する面状発光装置である。すなわち第１の主面表面の
うち図中部分の上部に相当する面に上記反射層２８を
設け、部分に集中するＬＥＤチップからの光を反射さ
せて、第２の主面側に設けられた反射材２４へと向かわ
せ、反射材によって再度反射された光が第１の主面から
面状に出射されるという構造である（図中矢印参
照）。これによって上記ホタル現象を緩和でき、さらに
高輝度で均一な面状発光装置とすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この反射層２８は導光
板主面２１上に設けられることから、その上に設けられ
る液晶等と導光板２３とを合わせた厚みを考慮して、反
射層の膜厚を制限する必要がある。また導光板の発光面
側に設けられることから、反射層を広くさせ過ぎると面
発光光源の光出射面の面積率が低下するので、ＬＥＤチ
ップと対向する導光板端面から計測される反射層の長さ
も制限する必要がある。

【０００９】近年、液晶バックライトが搭載される携帯
電話やビデオカメラ等の小型化が進む中、それらに利用
される面状発光装置も、従来よりもより薄型でより高効
率発光なものが望まれている。またそのような電子機器
の表示画面は、見ばえすなわち輝度むらも重視される。

【００１０】本願発明はそのような必要性を満たすべ
く、従来よりもより薄型でかつ高効率発光が可能で、ま
た上述のようなホタル現象をより簡単に緩和することが
でき均一な面発光が可能な面状発光装置と、それに用い
るチップ型発光装置とを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明は、発光層が窒
化ガリウム系化合物半導体である発光素子が筐体内に載
置され、筐体内は透光性樹脂によって充填され、発光素
子と対向する筐体の一表面は透光性樹脂が露出している
チップ型発光装置であって、この透光性樹脂露出面は、
その面の４辺のうちの一辺から対向するもう一辺へかけ
てスロープ状に傾斜するように形成されているチップ型
発光装置である。

【００１２】また本願発明は、互いに対向する主面であ
る出射面と反射面とを有する導光板の一端面に、上記記
載のチップ型発光装置が設置されている面状発光装置で
あり、チップ型発光装置が設置されている上記導光板の
一端面は、上記透光性樹脂露出面の傾斜と同角度の傾斜
面である。また上記透光性樹脂露出面の傾斜の高い側の
辺を含む筐体側壁の外面は上記導光板出射面と、傾斜の
低い側の辺を含む筐体側壁の外面は上記導光板反射面と
それぞれ連続するように接している。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１に基づいて本願発明に
係る実施の形態について説明する。

【００１４】まず、本願発明によるチップ型発光装置
は、図１の１６に示すように、導光板１３と対向させる
面を傾斜させてある。

【００１５】さらに詳細には図１の拡大図に示すよう
に、筐体１１０内にダイボンド剤１１３を用いて発光素
子１７をダイボンディングし、導電性ワイヤ１１４で筐
体側の外部電極１１１と接続させる。そしてこの筐体内
に透光性樹脂１１５を充填させる。

【００１６】図１の拡大図に示す傾斜面１１６は、予め
形成させた筐体１１０内に透光性樹脂１１５を充填させ
る際に、発光素子１７と対向する面、すなわち１１６が
水平となるように筐体側を斜めに保持して樹脂注入し、
そのまま筐体を保持した状態で樹脂を硬化させて形成さ
せる。あるいは直方体型の筐体内に透光性樹脂を充填し
た後に、発光素子と対向する面の一辺から、対向するも
う一辺を含む面に向かってスロープ状にダイサー等によ
りカッティング、あるいは砥石によりグラインディング
して、傾斜を与える。

【００１７】このような傾斜面とすることで、発光素子
１７からの光を出射させる面積を大きくとることがで
き、従来よりも発光効率の良いチップ型発光装置とする
ことができる。また発光素子からの光を図示下方向へと
導くことができる。また、上記したカッティングやグラ
インディングによりスロープ状の傾斜面を形成する際
に、傾斜面表面に意図的に１〜１００μｍ程度の粗さの
加工痕を残すと、この痕により発光素子からの光をあら
ゆる方向へと拡散させることもできる。

【００１８】このチップ型発光装置１６を、導光板１３
の一端面に設置する。この端面は、チップ型発光装置１
６の傾斜面１１６と密着できるよう、１１６の傾斜と同
角度の傾斜面を形成させてある。ただしチップ型発光装
置と導光板は、１１６の傾斜の高い側の辺を含む筐体側
壁の外面が導光板出射面１１と、傾斜の低い側の辺を含
む筐体側壁の外面が導光板反射面１２と、それぞれ連続
するように密着させて設置する。すなわち導光板端面と
チップ型発光装置の傾斜面１１６とが平行になるように
設置する。

【００１９】また上記した傾斜面１１６の高い側の辺を
含む筐体側壁の光反射率を、特に傾斜の低い側の辺を含
む筐体側壁よりも大きくさせるため、高い側の筐体側壁
自体を遮光率の高い素材で形成させるか、あるいは高い
側の筐体側壁の内面または外面、または両面に光反射材
１１２を設ける。この側壁や光反射材によって、発光素
子１７からの光のうちホタル現象の原因となっていた光
（図２の部分に集中していた光）を反射させて、導光
板の反射面１２方向へと向かわせ、反射面で反射された
光が導光板出射面１１から面状に出射される（図１矢印
参照）。もちろんこのような側壁や光反射材を利用し
なくとも、このチップ型発光装置の光出射面がスロープ
状に傾斜していることだけでこの効果は得られる。

【００２０】このような構造では、従来のように導光板
出射面上に反射層を設けないので、面状発光の発光面積
率を大きくすることができ、また導光板上に反射層がな
い分、より薄型の面状発光装置を提供することができ
る。

【００２１】以下、図１に基づいて各部について詳述す
るが、これに限定するものではない。（発光素子１７）発光素子１７は、発光層が窒化ガリウ
ム系化合物半導体である。窒化物系化合物半導体（一般
式Ｉｎ_iＧａ_jＡｌ_kＮ、但し、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦
ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）としては、ＩｎＧａＮや各種不純
物がドープされたＧａＮをはじめ、種々のものがある。
この素子は、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＩｎＧａＮ
やＧａＮ等の半導体を発光層として成長させることによ
り形成する。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩ
接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造ある
いはダブルヘテロ構造のものが挙げられる。この窒化物
半導体層は、その材料やその混晶度によって発光波長を
種々選択することができる。また、半導体活性層を量子
効果が生ずる薄膜で形成した単一量子井戸構造や多量子
井戸構造とすることもできる。（筐体１１０）筐体１１０は、発光素子からの光を外部
に漏らさないために遮光率の高い材料からなること、ま
た外部電極を含むため絶縁性を有する材料からなること
が求められる。特に上記した傾斜面１１６の高い側の辺
を含む筐体側壁においては、反射率の良いものであるこ
とが求められる。具体的材料としては、ガラスエポキシ
積層板、ＢＴレジン積層板、セラミックス、液晶ポリマ
ー、ポリイミド等が挙げられる。

【００２２】この筐体は、金型内に外部電極１１１とな
る金属片を配置させた後、前記等の材料を注入させイン
サート形成し、冷却後金型から取り出すことにより形成
できる。（外部電極１１１）外部電極１１１としては、筐体内に
載置された発光素子を筐体外部と電気的に接続させるも
のであるため、電気伝導性に優れたものが好ましい。具
体的材料としては、ニッケル等のメタライズあるいはリ
ン青銅、鉄、銅等の電気良導体を挙げることができる。（光反射材１１２）光反射材１１２としては、ポリエチ
レンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ
プロピレン樹脂等の樹脂中に反射材としてチタン酸バリ
ウム、酸化アルミニュウム、酸化チタン、酸化珪素、燐
酸カルシュウム等を含有させて形成させたフィルム状部
材が挙げられる。また、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属膜を
筐体側壁の内面または外面、または両面にメッキ、スパ
ッタリングにより形成させても良い。これら光反射材は
シリコン樹脂やエポキシ樹脂等によって筐体側壁に装着
することができる。（ダイボンド剤１１３）ダイボンド剤１１３は、発光素
子を筐体内に載置し固着させるものであり、また発光素
子から放出される熱にもその特性を破壊されないもので
ある。具体的材料としては、エポキシ樹脂、Ａｇペース
ト等が挙げられる。（導電性ワイヤ１１４）導電性ワイヤ１１４としては、
発光素子の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気
伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。このよう
な導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アル
ミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイ
ヤが挙げられる。（透光性樹脂１１５）筐体内に充填する透光性樹脂１１
５は、発光素子、導電性ワイヤなどを外部応力から保護
するためである。この封止樹脂は、各種樹脂を用いて形
成させることができる。具体的材料としては、主として
エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に
優れた透明樹脂が好適に用いられる。また、封止樹脂に
拡散剤を含有させることによって発光素子からの指向性
を緩和させ視野角を増やすことができる。拡散剤の具体
的材料としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化
アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。また、
発光素子１７の発光色に応じて封止樹脂に種々の蛍光体
を選択して含有させ、任意の発光色のチップ型発光装置
とすることができる。（傾斜面１１６）傾斜面１１６は、筐体内に透光性封止
樹脂を充填させる際に、発光素子と対向する面、すなわ
ち１１６が水平となるように筐体側を斜めに保持して樹
脂注入し、そのまま筐体を保持した状態で樹脂を硬化さ
せて形成させる。あるいは直方体型の筐体内に透光性樹
脂を充填した後に、発光素子と対向する面の一辺から、
対向するもう一辺を含む面に向かってスロープ状にダイ
サー等によりカッティング、あるいは砥石によりグライ
ンディングして、傾斜を与える。

【００２３】このような傾斜面とすることで、発光素子
１７からの光を出射させる面積を大きくとることがで
き、従来よりも発光効率の良いチップ型発光装置とする
ことができる。また発光素子からの光を図示下方向へと
導くことができる。また、上記したカッティングやグラ
インディングによりスロープ状の傾斜面を形成する際
に、傾斜面表面に意図的に１〜１００μｍ程度の粗さの
加工痕を残すと、この痕により発光素子からの光をあら
ゆる方向へと拡散させることができる。（導光板１３）導光板１３としては、発光素子からの光
を効率よく導き面状にさせるものであり、透過率・耐熱
性に優れ均一に形成できることが求められる。また、導
光板の形状は所望に応じて長方形や多角形等種々の形状
とすることができる。具体的な構成材料としては、アク
リル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、硝子等が挙げられ
る。導光板の厚みは、板厚が厚いほど光の利用効率が高
くなるが、チップ型発光装置の配置や種類等から１０ｍ
ｍ以下が好ましい。また特に、面状発光装置として種々
の小型機器等に利用され機器全体の薄型化も望まれる場
合には、それら機器に合わせて２ｍｍ以下が好ましい。

【００２４】導光板の端面にチップ型発光装置１６を密
着させて設けることにより、導光板とチップ型発光装置
とが光学的に接続されている。また、導光板が四角形で
あれば主面以外である四方の端面全てにチップ型発光装
置を接続してもよい。

【００２５】ただしチップ型発光装置１６が接続される
これら端面には、１６の傾斜面１１６と密着できるよ
う、１１６の傾斜と同角度の傾斜面を形成させる。ただ
しチップ型発光装置と導光板は、１１６の傾斜の高い側
の辺を含む筐体側壁の外面が導光板出射面１１と、傾斜
の低い側の辺を含む筐体側壁の外面が導光板反射面１２
と、それぞれ連続するように密着させて設置する。すな
わち導光板端面とチップ型発光装置の傾斜面１１６とが
平行になるように設置する。

【００２６】さらに、発光素子からの光をより効率よく
出射面１１へと導かせるべく、反射面１２のさらに下に
は反射材１４を設けることができる。この反射材１４
は、チップ型発光装置が設けられた端面と対向する端面
にも連続させて設けることができる。また、反射面１２
や反射材１４に凹凸を形成させることで、発光素子から
の光をより効率よく散乱させることができる。

【００２７】なお本発明において、チップ型発光装置と
導光板端面とが光学的に接続されているとは、導光板の
端部からチップ型発光装置が発光する光を導入すること
をいう。具体的には、チップ型発光装置を導光板端面に
光透過性樹脂などにより接着させることをいう。

【００２８】続いて以下、本発明の具体的実施例を説明
するが、本発明は以下の実施例に限るということはな
い。［実施例］まず金型内に外部電極となる金属片を配置さ
せた後液晶ポリマーを注入させインサート形成し、冷却
後金型から取り出すことによって、発光素子を載置させ
るための直方体型の筐体を形成する。この筐体は、発光
素子からの光を外部へ出射させるための１面（光出射
面）を除き、５面から成り立っている。

【００２９】発光素子は、青色発光層の半導体としてＩ
ｎＧａＮ（発光波長４７０ｎｍ）を使用して構成する。
青色を発光する半導体ウエハーは、厚さ４００μｍのサ
ファイヤ基板上にＮ型及びＰ型窒化ガリウム化合物半導
体をＭＯＣＶＤ成長法でそれぞれ５μｍ、１μｍ堆積さ
せヘテロ構造のＰ−Ｎ接合を形成するものである。な
お、Ｐ型窒化ガリウム半導体は、Ｐ型ドーパントである
Ｍｇをドープした後アニールして形成させる。

【００３０】こうしてできたウエハーを３５０μ角に
し、発光素子として上記筐体内の光出射面と対向する面
上にＡｇペーストを用いて固定させた後、金線を用いて
電気的接続を行う。その後この筐体内に透光性封止樹脂
としてエポキシ樹脂を充填させ、硬化形成させる。

【００３１】こうしてできたチップ型発光装置の光出射
面の一辺から、対向するもう一辺を含む面に向かってス
ロープ状にダイサーによりカッティングし、出射面に傾
斜を与える。ただし出射面は四辺形のままである。

【００３２】次に、成形温度を２８０℃に設定してポリ
カーボネイト樹脂を溶融させながら、射出圧力１０００
ｋｇｆ／ｃｍ²、金型温度は１００℃で射出成型する。
そして４５秒間冷却した後金型から取り出す。このよう
にして導光板を形成する。こうして得られた導光板の、
チップ型発光装置を設置する端面をダイサーによりカッ
ティングし、上記したチップ型発光装置の光出射面の傾
斜と同角度の傾斜を形成させる。ただしその面の形状は
上記したチップ型発光装置の光出射面と同形にさせる。
また導光板表面には、導光板の出射面及びチップ型発光
装置を設置する端面を除いて、反射材を設置する。

【００３３】こうして形成させたチップ型発光装置と導
光板の一端面とを密着させ、光学的に接続させる。ただ
し、チップ型発光装置の光出射面の傾斜の高い側の辺を
含む筐体側壁の外面が導光板出射面と、傾斜の低い側の
辺を含む筐体側壁の外面が導光板反射面と、それぞれ連
続するように密着させて設ける。

【００３４】こうして得られた面状発光装置に電力を供
給し、面状発光させる。導光板出射面からの発光を観測
するが、均一でむらのない面状発光であり、チップ型発
光装置近辺にはわずかなホタル現象も観測されない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるチッ
プ型発光装置を用いて面状発光装置を構成すると、ごく
簡単にホタル現象を解消でき、均一でむらのない面状発
光とすることができる。また導光板の光出射面上に何等
設けないので、その分、より薄型の面状発光装置を提供
でき、また光出射面の面積率を大きくすることができ
る。ゆえにチップ型発光装置からの光をさらに効率よく
面状発光させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る面状発光装置の模式的断面図で
ある。また波線円内はその一部分の拡大詳細図である。

【図２】本発明と比較のために示す面状発光装置の模
式的断面図である。

【符号の説明】

１１、２１・・・導光板光出射面１２、２２・・・導光板反射面１３、２３・・・導光板１４、２４・・・反射材２５・・・外枠１６、２６・・・チップ型発光装置１７、２７・・・発光素子２８・・・反射層１１０・・・筐体１１１・・・外部電極１１２・・・光反射材１１３・・・ダイボンド剤１１４・・・導電性ワイヤ１１５・・・透光性樹脂１１６・・・チップ型発光装置光出射面の傾斜面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光層が窒化ガリウム系化合物半導体で
ある発光素子が筐体内に載置され、筐体内は透光性樹脂
によって充填され、発光素子と対向する筐体の一表面は
透光性樹脂が露出しているチップ型発光装置であって、
透光性樹脂露出面は、該面の４辺のうちの一辺から対向
するもう一辺へかけてスロープ状に傾斜するように形成
されていることを特徴とするチップ型発光装置。
【請求項２】互いに対向する主面である出射面と反射
面とを有する導光板の一端面に、請求項１記載のチップ
型発光装置が設置されていることを特徴とする面状発光
装置。
【請求項３】チップ型発光装置が設置されている上記
導光板の一端面は、上記透光性樹脂露出面の傾斜と同角
度の傾斜面であることを特徴とする請求項２記載の面状
発光装置。
【請求項４】上記チップ型発光装置と導光板は、上記
透光性樹脂露出面の傾斜の高い側の辺を含む筐体側壁の
外面が上記導光板出射面と、傾斜の低い側の辺を含む筐
体側壁の外面が上記導光板反射面と、それぞれ連続する
ように接していることを特徴とする請求項２乃至３記載
の面状発光装置。