JP2004087935A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光色が異なる複数のLED(発光ダイオード)チップを搭載した半導体発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気製品の軽薄短小化の流れにあって、チップ型LEDは、パッケージが小さく面実装も可能なことから、近年、携帯電話機の表示画面や液晶ディスプレイ装置等のバックライト用として需要は拡大している。また、LEDチップの高輝度化やフルカラー化によって、赤色,青色,緑色の3色を組み合わせて白色LEDを構成することが可能になり、白熱電球(フィラメント電球)の代替光源としてアミューズメント機器(パチンコやパチスロ等),自動販売機用照明機器および信号機等のあらゆる分野へも需要が拡大している。
【0003】
図9および図10は、従来の反射型のチップ型LEDを示す。図9は、マルチカラータイプのチップ型LEDである。また、図10は、単色タイプのチップ型LEDである。何れのチップ型LEDも、LEDチップが搭載された基板上に、樹脂製の反射ケースを貼り合わせた構造を有している。
【0004】
図9において、図9(a)は平面図である。また、図9(b)は、図9(a)における1個のLEDチップを含む断面図である。基板1上に、底面側が小径で表面側が大径である円錐形の貫通穴が穿たれた反射ケース2が積層されており、基板1の上面を底面とし反射ケース2の上記貫通穴の壁を壁面とするカップが形成されている。そして、上記カップ内における底面(基板1の上面)に3個のLEDチップ4a,4b,4cが搭載され、上記カップ内には封止樹脂(エポキシ樹脂)5が充填されている。こうして、LEDチップ4a,4b,4cが封止樹脂5によって保護されている。尚、各々のLEDチップ4には電気配線(図示せず)がなされている。また、上記カップの壁面は反射面3として機能する。
【0005】
上記構成を有するマルチカラータイプのチップ型LEDは、以下のように動作する。すなわち、各LEDチップ4a,4b,4cから出射された光の一部は、図中上方に向って直接放射される。また、その他の出射光は、反射ケース2の反射面3で反射されて上方に向って放射される。
【0006】
図10において、図10(a)は平面図であり、図10(b)はLEDチップを含む断面図である。単色タイプのチップ型LEDは、図9に示すマルチカラータイプのチップ型LEDにおけるLEDチップの数が3個であるのに対して、LEDチップの数が1個である点が異なり、全体の構成は同じである。そして、単色タイプのチップ型LEDの場合も、LEDチップ9から出射された光の一部は、図中上方に向って直接放射される。また、その他の出射光は、反射ケース7の反射面8で反射されて上方に向って放射される。尚、6は基板であり、10は封止樹脂である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマルチカラータイプのチップ型LEDにおいては、以下のような問題がある。すなわち、3色のLEDチップ4a,4b,4cを同時に発光させた場合には、色の混色状態が重要な問題になる。ところが、図9に示すように3色のLEDチップ4a,4b,4cを配置した反射型のチップ型LEDにおいては、反射面3のうち夫々のLEDチップ4a,4b,4cに近接した反射面3には複数のLEDチップ4a,4b,4cからの光が入射されることが無く、混色が起こらない。したがって、最短に位置するLEDチップ4の色が強く出る。その結果、3色のLEDチップ4a,4b,4cが同時発光した場合には、目標の発光色が得られずに分離した色による色調斑が発生するのである。
【0008】
特に、上記反射ケース2のカップ内に封止樹脂5を充填し、この封止樹脂5の表面を凸状にしてレンズ効果を持たせた場合には、上述の現象が顕著に現れる傾向がある。
【0009】
そこで、この発明の目的は、複数色のLEDチップを同時に発光させる混色時の色調斑を改善できる半導体発光装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体発光装置は、発光色が異なる複数の発光ダイオードチップからの出射光を一方向に向って反射する反射面を、各々の発光ダイオードチップに近接した複数の第1領域と、この第1領域以外の複数の第2領域とで構成している。そして、上記第1領域を、最も近い位置にある発光ダイオードチップからの光を上記一方向以外の方向に向って反射するようにしている。
【0011】
上記構成によれば、上記複数のLEDチップを同時に発光させた場合に混色が起らない上記第1領域から上記一方向への反射光量が減少されて、最短位置にあるLEDチップの発光色が弱められる。こうして、均一な色調が得られるのである。
【0012】
すなわち、上記各LEDチップとして赤,青,緑の3原色のLEDチップを用いることによって、明るく色調斑の少ない白色光が得られ、明るく色調斑の少ない白色光源として使用することが可能になる。さらに、2個のLEDチップや4個以上のLEDチップを搭載した場合でも、混色による色調斑が少なく、目標とする発光色が容易に得られる。
【0013】
また、1実施例の半導体発光装置では、上記反射面における第1領域を、上記LEDチップと互いに対向する位置に、上記LEDチップの数と同数だけ設けている。
【0014】
この場合、各LEDチップからの放射光のみを反射するために混色が起らない反射領域における上記一方向への反射光量が効果的に減少される。
【0015】
また、1実施例の半導体発光装置では、上記反射面における第1領域の傾斜角を、最も近い位置にあるLEDチップからの光を上記一方向に向って反射する上記第2領域の傾斜角よりも大きくしている。
【0016】
この場合、上記第1領域に最も近い位置にあるLEDチップからの光は、上記第1領域によって上記一方向以外の方向に向って反射されることになる。こうして、混色が起らない第1領域から上記一方向への反射光量が減少される。
【0017】
また、1実施例の半導体発光装置では、上記第1領域の傾斜角を60度よりも大きく且つ90度以下にすると共に、上記第2領域の傾斜角を15度以上であり且つ60度以下にしている。
【0018】
この場合、上記第1領域に最も近い位置にあるLEDチップからの光は、上記第1領域によって上記一方向以外の方向に向って反射される。さらに、上記第2領域への入射光は、上記第2領域によって上記一方向に向って反射されることになる。
【0019】
また、1実施例の半導体発光装置では、上記反射面における少なくとも第1領域を粗面化している。
【0020】
この場合、上記第1領域に最も近い位置にあるLEDチップからの放射光は、粗面である上記第1領域によって散乱されることになる。こうして、混色が起らない第1領域から上記一方向への反射光量が減少されるのである。
【0021】
また、1実施例の半導体発光装置では、反射ケースの表面に凹部を形成し、この凹部の底面に上記複数のLEDチップを搭載すると共に、上記凹部の壁面を上記反射面としている。そして、上記凹部には封止樹脂を充填している。
【0022】
この場合、上記凹部の底面に搭載されたLEDチップが封止樹脂によって保護される。
【0023】
また、1実施例の半導体発光装置では、上記凹部に充填された透明な封止樹脂には光散乱材を添加している。
【0024】
この場合、上記各LEDチップから放射された光は、樹脂中の光散乱材によってあらゆる方向に散乱されることになる。こうして、上記反射面からは、特定のLEDチップからの光のみが上記一方向に向って反射されるために混色が起らない領域が無くなる。したがって、上記複数のLEDチップを同時に発光させた場合により均一な色調が得られる。
【0025】
また、1実施例の半導体発光装置では、上記封止樹脂の表面を、上記反射ケースの表面と同一面を構成すると共に、平坦にしている。
【0026】
この場合、上記封止樹脂の表面を凸状にしてレンズ効果を持たせた場合のように、分離した色による色調斑が強調されることが抑制される。したがって、目標の発光色が容易に得られる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0028】
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の半導体発光装置における平面図(図1(a))および上記平面図におけるA‐A’矢視断面図(図1(b))である。この半導体発光装置は、図9と同様に、LEDチップが搭載された基板上に樹脂製の反射ケースを貼り合わせた構造を有する反射型マルチカラータイプのチップ型LEDである。
【0029】
図1において、基板11上に、底面側が小径で表面側が大径である貫通穴が穿たれた反射ケース12が積層されており、基板11の上面(表面)を底面とし反射ケース12の上記貫通穴の壁を壁面とするカップが形成されている。そして、上記カップの底面(基板11の上面)には3個のLEDチップ14a,14b,14cが搭載されている。
【0030】
ここで、上記カップの壁面でなる反射面13は、各々のLEDチップ14a,14b,14cに近接する3個所の第1領域13aとその他の第2領域13bとに分割されている。そして、各第2領域13bにおいては、総てのLEDチップ14a,14b,14cからの光が入射して混色が起る。そこで、各第2領域13bにおける基板11上面に対する傾斜角α2は、従来の場合と同様に、各LEDチップ14a,14b,14cからの光を図中上方に向って反射可能な角度(例えば15度以上且つ60度以下)に設定している。
【0031】
これに対して、各第1領域13aにおいては、総てのLEDチップ14a,14b,14cからの光が入射することがなく、混色は起らない。そこで、各第1領域13aにおける基板11上面に対する傾斜角α1は、第2領域13bの傾斜角α2よりも急勾配(例えば60度より大きく且つ90度以下)に設定して、最も近接しているLEDチップ14(図1(b)では14b)からの光が上方に向って反射しないようにしている。こうすることによって、第1領域13aにおける最短位置のLEDチップ14の発光色が弱められ、その結果、3色のLEDチップ14a,14b,14cが同時発光した場合に全体として均一な色調が得られて、目標の発光色が得られるのである。
【0032】
このように、本実施の形態においては、各第1領域13aの傾斜角α1と各第2領域13bの傾斜角α2とは大きく異なっている。したがって、反射面13における第1領域13aと第2領域13bとの境界には、段差が形成されることになる。
【0033】
上記基板11の表面には金属配線パターン15が形成されて先端部が上記カップ内に露出しており、裏面には金属の裏面パターン16が形成されている。そして、金属配線パターン15と裏面パターン16とは、基板11を貫通する金属配線17によって電気的に接続されている。夫々のLEDチップ14(図1(b)では14b)は、一方の電極(図示せず)が一つの金属配線パターン15aの上記露出部にAgペーストによって接着・固定され、他方の電極(図示せず)が他の金属配線パターン15bの上記露出部に金線18によって接続されて、機械的および電気的に接続されている。
【0034】
上記カップ内には封止樹脂(エポキシ樹脂)19が充填されている。こうして、LEDチップ14a,14b,14cが封止樹脂19によって保護されている。
【0035】
上記構成を有するマルチカラータイプのチップ型LEDは、以下のように動作する。すなわち、各LEDチップ14a,14b,14cからの光の一部は、上方に向って直接放射される。また、その他の光は、反射ケース12の反射面13で反射される。その際に、反射面13の各第2領域13bにおいては、総てのLEDチップ14a,14b,14cからの光が入射して混色が起る。
【0036】
これに対して、上記反射面13の各第1領域13aにおいては、総てのLEDチップ14a,14b,14cからの光が入射することがなく、混色は起らない。したがって、最短位置に在るLEDチップ14(図1(b)ではLEDチップ14b)の色が強く出ることになる。ところが、各第1領域13aの傾斜角α1は、例えば60度より大きく且つ90度以下に設定されており、最も近接しているLEDチップ14(14b)からの光は上方に向って(つまり外部に向って)反射されることがない。したがって、第1領域13aにおける最短位置に在るLEDチップ14の発光色が弱まり、全体として均一な色調が得られるのである。
【0037】
その際に、上記封止樹脂19の表面は平坦になっており、反射ケース12の表面と同一面を構成している。したがって、封止樹脂19の表面を凸状にしてレンズ効果を持たせた場合のように分離した色による色調斑が強調されることを抑制することができる。したがって、目標の発光色を容易に得ることができるのである。
【0038】
上記構成を有するマルチカラータイプのチップ型LEDは、以下のようにして形成される。すなわち、図2において、基板11の表裏には、上記金属配線パターン15と裏面パターン16(何れも図1参照)とが形成されており、スルーホールに形成された金属配線17(図1参照)によって電気的に接続されている。そして、各LEDチップ14が3個を単位(図2においては1個で代表している)としてマトリックス状に配列され、上述したように上記Agペースト(図示せず)および金線18(図1参照)によって接続固定されている。一方、樹脂製の反射板20には、各LEDチップ14の搭載位置に対応して、上記カップ21がマトリックス状に配列されて形成されている。
【0039】
そして、上記基板11上に反射板20を積層して接着剤で貼り合わせ、接着剤が硬化した後に、上記スルーホールを含むラインa1〜a6およびラインb1〜b4に沿ってダイシングカッターで切断する。こうして、図1に示すような構造の1個の半導体発光素子が得られるのである。
【0040】
上述したように、本実施の形態においては、LEDチップ14が搭載された基板11上に貼り合わせられた反射ケース12の反射面13に、各LEDチップ14a,14b,14cに近接する3個所の第1領域13aを設ける。そして、第1領域13aの傾斜角α1を、その他の第2領域13bの傾斜角α2(例えば15度以上且つ60度以下)よりも急勾配(例えば60度より大きく且つ90度以下)に設定している。したがって、最も近接しているLEDチップ14から第1領域13aに入射した光は上方に向って反射することがない。
【0041】
その結果、混色が起らない第1領域13aから上方への反射光量が減らされて最短位置のLEDチップ14の発光色が弱められて、均一な色調が得られる。したがって、本実施の形態におけるチップ型LEDを多数使用してLEDディスプレイを構成することによって、色調の均一な画面を提供することができる。さらに、従来の白熱電球(フィラメント電球)の代替光源として、寿命が長く(10倍以上)、機械的振動ストレスに強い光源を提供することができるのである。
【0042】
また、上記各LEDチップ14a,14b,14cとして赤,青,緑の光の3原色のLEDチップを用いることによって、明るく色調斑の少ない白色光を得ることができ、明るく色調斑の少ない白色光源として使用することができるのである。そして、この光源を、液晶ディスプレイのバックライト用光源として使用することによって、2000時間の寿命である冷陰極管に対して振動に強く50000時間の長寿命を有する光源を提供することができる。さらに、光の3原色を確保することによって、上記冷陰極管よりも鮮やかな自然色に近い液晶ディスプレイを実現することができるのである。
【0043】
尚、上記実施の形態においては、3個のLEDチップを搭載したマルチカラータイプのチップ型LEDを例に上げて説明したが、赤と青色,青と緑色,赤と緑色等の2個のLEDチップや4個以上のLEDチップを搭載していても構わない。その場合でも、混色による色調斑が少なく、目標の発光色を得ることできるのである。
【0044】
上述したように、本実施の形態においては、上記反射面13における第1領域13aで反射された光が基板11に対して上方へ出射されないようにすることによって、上述した種々の効果が得られる。そして、第1領域13aで反射された光が上方へ出射されないようにする構成は、傾斜角α1の変更に限られるものではない。以下、第1領域13aからの反射光が上方へ出射されないようにする他の変形例について説明する。
【0045】
図3および図4は、図1(b)に相当する断面図を簡略化して表現したものである。図3においては、基板25上に、底面側が小径で表面側が大径である円錐形の貫通穴が穿たれた樹脂製の反射ケース26が積層されており、基板25の上面を底面とし反射ケース26の上記貫通穴の壁を壁面とするカップが形成されている。そして、上記カップの壁面でなる反射面27を粗面化して、反射面27に入射した光をあらゆる方向に散乱させて図中上方へ出射されないようにするのである。こうすることによって、反射面27における夫々のLEDチップ28に近接する領域におけるLEDチップ28の発光色を弱めることができ、全体として均一な色調を得ることができるのである。尚、29は、封止樹脂である。
【0046】
その場合における上記反射面27の粗面化は、全周に亙って行ってもよいし、各LEDチップ28に近接する領域のみに対して行ってもよい。また、反射面27を粗面化する方法としては、(1)反射面27に対して樹脂エッチングを行う。(2)樹脂成形の金型における反射面部を粗面化して反射面27を樹脂成形する。(3)反射面27に白色樹脂を塗布し、この白色樹脂表面に凹凸を形成する。等の方法がある。
【0047】
また、図4においては、基板31上に、底面側が小径で表面側が大径である円錐形の貫通穴が穿たれた樹脂製の反射ケース32が積層されており、基板31の上面を底面とし反射ケース32の上記貫通穴の壁を壁面とするカップが形成されている。そして、このカップ内における底面には複数個のLEDチップ33(1個で代表して記載している)が搭載され、上記カップ内には封止樹脂34が充填されている。
【0048】
上記封止樹脂34の中には、光を散乱するシリカ等の散乱材(図示せず)が混入されている。したがって、各LEDチップ33からの出射光は、封止樹脂34内で上記散乱材によってあらゆる方向に散乱されて上方へは出射されない。したがって、上記カップの壁面でなる反射面35における夫々のLEDチップ33に近接する領域における上記LEDチップ33の発光色を弱めることができ、全体として均一な色調を得ることができるのである。
【0049】
・第2実施の形態
図5は、本実施の形態の半導体発光装置における平面図(図5(a))および上記平面図におけるB‐B’矢視断面図(図5(b))である。この半導体発光装置は、LEDチップが搭載されたリードを反射ケースで固定した反射型マルチカラータイプのチップ型LEDである。
【0050】
樹脂製の反射ケース41の表側には、内部側が小径で表面側が大径である穴が穿たれており、この穴によってカップが形成されている。そして、互いに対向した2つの側面には、2本ずつリード42が挿入されており、各リード42の一端部は上記カップの底面に露出している。また、各リード42の中間部は反射ケース41の側壁に沿って折り曲げられ、他端側は反射ケース41の裏面に沿って延在している。つまり、リード42は、面実装用にJフォーミングされているのである。そして、上記カップ内に露出している各リード42の一端部には、3個のLEDチップ43a,43b,43cの何れか1個が搭載されている。
【0051】
ここで、上記第1実施の形態における図1の場合と同様に、上記カップの壁面でなる反射面44は、各LEDチップ43に近接する3個所の第1領域44aとその他の第2領域44bとに分割されている。そして、混色が起る各第2領域44bの傾斜角α2は、各LEDチップ43からの光を図中上方に向って反射可能な角度(例えば15度以上且つ60度以下)に設定されている。一方、混色が起らない各第1領域44aの傾斜角α1は、最も近接しているLEDチップ43(図5(b)では43b)からの光が上方に向って反射されないような角度 (例えば60度より大きく且つ90度以下)に設定している。
【0052】
また、夫々のLEDチップ43(図5(b)では43b)は、一方の電極(図示せず)が一つのリード42aの上記一端部にAgペーストによって接着・固定されると共に、他方の電極(図示せず)が他のリード42bの上記一端部に金線45によって接続されて、機械的および電気的に接続されている。さらに、上記カップ内には封止樹脂(エポキシ樹脂)46が充填されている。こうして、LEDチップ43が封止樹脂46によって保護されているのである。
【0053】
その際に、上記封止樹脂46の表面は平坦になっており、反射ケース41の表面と同一面を構成している。したがって、封止樹脂46の表面を凸状にしてレンズ効果を持たせた場合のように分離した色による色調斑が強調されることを抑制することができる。したがって、目標の発光色を容易に得ることができるのである。
【0054】
上記構成を有するマルチカラータイプのチップ型LEDは、以下のようにして形成される。すなわち、金属板を金型で打ち抜いて図6に示すような形状を有するリードフレーム47を形成する。このリードフレーム47は、図5(a)に示すように互いに対向した位置から逆向きに延在する4本のリード42が、タイバー48で連結されてマトリクス状に配列されている形状を有している。そして、上述したように、互いに対向した位置から逆向きに延在する4本のリード42の先端部に、LEDチップ43(図5参照)が上記Agペーストおよび金線45(図5参照)によって接続固定されている。さらに、上記LEDチップ43の周囲をカップ49で取囲むように樹脂によって反射ケース41が形成される。そうした後、全リード42がタイバー48への接続部分から切断されて個々の半導体発光素子に分離され、リード42の反射ケース41から露出している部分が図5(b)に示すように折り曲げられる。こうして、図5に示すような構造を有する1個の半導体発光素子が得られるのである。
【0055】
上述したように、本実施の形態においては、反射ケース41の表側には上記カップが形成されており、互いに対向した2側面から2本ずつ挿入されたリード42の一端部は上記カップの底面に露出している。そして、各リード42の一端部には3個のLEDチップ43a,43b,43cの何れか1個が搭載されており、上記カップの壁面でなる反射面44には、上記第1実施の形態の場合と同様に、傾斜角α1が例えば60度より大きく且つ90度以下に設定された混色が起らない第1領域44aと、傾斜角α2が例えば15度以上且つ60度以下に設定された混色が起る第2領域44bとを設けている。
【0056】
その結果、混色が起らない上記第1領域44aから上方への反射光量が減少されて最短位置のLEDチップ43の発光色が弱められ、均一な色調が得られる。したがって、本実施の形態におけるチップ型LEDを多数使用してLEDディスプレイを構成することによって、色調の均一な画面を提供することができる。さらに、従来の白熱電球(フィラメント電球)の代替光源として、寿命が長く(10倍以上)、機械的振動ストレスに強い光源を提供することができる。
【0057】
また、上記各LEDチップ43a,43b,43cとして赤,青,緑の3原色のLEDチップを用いることによって、明るく色調斑の少ない白色光を得ることができるのである。すなわち、本実施の形態による赤,青,緑の3色タイプのチップ型LEDは、明るく色調斑の少ない白色光源として使用することができるのである。
【0058】
また、本実施の形態の場合にも、上記第1領域44aから上方への反射光量を減らして最短位置のLEDチップ43の発光色を弱め、均一な色調を得る他の構成として、反射面の粗面化及び封止樹脂への光散乱材を適用することができる。ここで、上記反射面の粗面化は、樹脂エッチングや反射面部を粗面化した金型による樹脂成形や塗布した白色樹脂表面への凹凸形成等がある。尚、上記反射面の粗面化は、全周に亙って行ってもよいし各LEDチップ43に近接する領域のみに対して行っても差し支えない。
【0059】
・第3実施の形態
図7は、本実施の形態の半導体発光装置における平面図(図7(a))および平面図におけるC‐C’矢視断面図 (図7(b))である。この半導体発光装置は、一般にMID(射出成形回路部品)と呼ばれる構造の反射型マルチカラータイプのチップ型LEDである。
【0060】
樹脂製の反射ケース51には、内部側が小径で表面側が大径である穴が穿たれており、この穴によってカップが形成されている。そして、上記カップの壁面でなる反射面53を含む反射ケース51の表面に樹脂メッキ等によって金属配線パターン52を形成する一方、反射ケース51の裏面にも金属配線パターン54を形成している。そして、両金属配線パターン52,54は、予め反射ケース51を樹脂成形する際に設けられたスルーホール51a(1/4が表れている)に形成された金属配線55によって電気的に接続されている。
【0061】
上記反射ケース51におけるカップ底面における金属配線パターン52aにはLEDチップ56aが搭載され、金属配線パターン52bにはLEDチップ56bが搭載され、金属配線パターン52cにはLEDチップ56cが搭載されている。そして、夫々のLEDチップ56(図7(b)では56b)は、一方の電極(図示せず)が一つの金属配線パターン52bにAgペーストによって接着・固定され、他方の電極(図示せず)が他の金属配線パターン52dに金線57によって接続されて、機械的および電気的に接続されている。
【0062】
上記反射ケース51の反射面53における全周に亙ってまたは各LEDチップ56に近接する領域のみに対して、エッチングを施して粗面化している。したがって、反射面53上にメッキによって形成された金属配線パターン52も粗面化されており、各LEDチップ56に近接して混色が起らない各領域では、最も近接しているLEDチップ56からの光が図中上方に向って反射することはない。そのために、上記領域における最短位置に在るLEDチップ56の発光色が弱まり、全体として均一な色調が得られるのである。
【0063】
さらに、上記カップ内には封止樹脂(エポキシ樹脂)58が充填されている。こうして、LEDチップ56が封止樹脂58によって保護されている。尚、封止樹脂58の表面は反射ケース51の表面より凹んでいても同一であってもよい。凸状にすれば凸レンズ作用によって指向性は良くなるが、分離した色による色調斑が強調されて目標の発光色が得られない現象が顕著になるので好ましくない。また、凹状にした場合には反射面53が露出する場合があるので好ましくない。したがって、混色性を良くするためには、封止樹脂58の表面を反射ケース51の表面と同一面にするのが最も好適なのである。
【0064】
図8は、図7に示す反射型マルチカラータイプのチップ型LEDの製造プロセスに投入されるMID基板の形状図である。この場合にも、複数のチップ型LEDがマトリクス状に配列されて形成される。
【0065】
上述したように、本実施の形態においては、反射ケース51の表側には上記カップが形成されており、上記カップの壁面でなる反射面53はエッチングによって粗面化されている。そして、この反射面53の表面を含む反射ケース51の表面にはメッキによって金属配線パターン52が形成され、各金属配線パターン52には3個のLEDチップ56の何れか1個が搭載されている。
【0066】
したがって、上記反射面53において金属配線パターン52の表面も粗面化されており、混色が起らない領域から上方への反射光量が減らされて最短位置のLEDチップ56の発光色が弱められる。こうして、均一な色調が得られるのである。その結果、本実施の形態におけるチップ型LEDを多数使用してLEDディスプレイを構成することによって、色調の均一な画面を提供することができる。さらに、従来の白熱電球(フィラメント電球)の代替光源として、寿命が長く(10倍以上)、機械的振動ストレスに強い光源を提供することができる。
【0067】
また、上記各LEDチップ56a,56b,56cとして赤,青,緑の3原色のLEDチップを用いることによって、明るく色調斑の少ない白色光を得ることができる。すなわち、本実施の形態による赤,青,緑の3色タイプのチップ型LEDは、明るく色調斑の少ない白色光源として使用することができるのである。
【0068】
尚、本実施の形態における上記反射面53の粗面化は、上記エッチングに限定されるものではない。例えば、反射面53に塗布した白色樹脂表面へ凹凸を形成するようにしてもよい。
【0069】
また、本実施の形態の場合にも、上記第1領域から上方への反射光量を減らして最短位置のLEDチップ56の発光色を弱め、均一な色調を得る他の構成として、封止樹脂58に光散乱材を混入してもよい。その場合、混入する散乱材としては溶融シリカや炭化カルシウムが適当である。特に、粒径として1.5μm程度のものが好適である。こうして、封止樹脂58に散乱材を充填すれば、更に混色性を上げることができるのである。
【0070】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体発光装置は、発光色が異なる複数のLEDチップからの出射光を一方向に向って反射する反射面のうち、上記各々のLEDチップに近接した複数の第1領域を、最短位置にあるLEDチップからの光を上記一方向以外の方向に向って反射するようにしたので、同時発光時に混色が起らない上記第1領域から上記一方向への反射光量を減らすことができる。したがって、上記第1領域における最短位置にあるLEDチップの発光色を弱めて、均一な色調を得ることができる。
【0071】
すなわち、この発明によれば、上記各LEDチップとして赤,青,緑の3原色のLEDチップを用いることによって、明るく色調斑の少ない白色光を得ることができ、明るく色調斑の少ない白色光源として使用することができる。さらに、2個のLEDチップや4個以上のLEDチップを搭載した場合でも、混色による色調斑を少なくして目標とする発光色を容易に得ることができる。
【0072】
以上のごとく、この発明の半導体発光装置によれば、同時発光時に均一な色調を得ることができる。したがって、この半導体発光装置を多数個使用してLEDディスプレイを構成することによって、色調の均一な画面を提供することができる。さらに、従来の白熱電球(フィラメント電球)の代替光源として、寿命が長く(10倍以上)、機械的振動ストレスに強い光源を提供することができる。さらには、液晶ディスプレイのバックライト用光源として、振動に強い長寿命(現在の冷陰極管の2000時間の寿命に対して50000時間)の明るく色調斑の少ない白色光源を提供することができる。その場合、光の3原色を確保することによって、冷陰極管よりも鮮やかな自然色に近い液晶ディスプレイを提供することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の半導体発光装置における平面図および断面図である。
【図2】図1に示す半導体発光装置の形成方法の説明図である。
【図3】図1に示す半導体発光装置における変形例の説明図である。
【図4】図3とは異なる変形例の説明図である。
【図5】図1とは異なる半導体発光装置における平面図および断面図である。
【図6】図5に示す半導体発光装置の形成方法の説明図である。
【図7】図1および図5とは異なる半導体発光装置における平面図および断面図である。
【図8】図7に示す半導体発光装置の形成方法の説明図である。
【図9】従来のマルチカラータイプのチップ型LEDにおける平面図および断面図である。
【図10】従来の単色タイプのチップ型LEDにおける平面図および断面図である。
【符号の説明】
11,25,31…基板、
12,26,32,41,51…反射ケース、
13,27,35,44,53…反射面、
13a,44a…第1領域、
13b,44b…第2領域、
14,28,33,43,56…LEDチップ、
15,52,54…金属配線パターン、
16…裏面パターン、
17,55…金属配線、
18,45,57…金線、
19,29,34,46,58…封止樹脂、
20…反射板、
21,49…カップ、
42…リード、
47…リードフレーム。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device on which a plurality of LED (light emitting diode) chips having different emission colors are mounted.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the demand for chip-type LEDs for backlights for display screens of mobile phones and for liquid crystal display devices has been growing because the size of packages is small and surface mounting is possible in light of the trend toward miniaturization of electronic products. I have. Also, by increasing the brightness and full color of the LED chip, it is possible to configure a white LED by combining three colors of red, blue and green, and as an alternative light source for an incandescent light bulb (filament light bulb), an amusement device (pachinko or Demand is expanding in all fields, such as pachislot, lighting equipment for vending machines, and traffic lights.
[0003]
FIG. 9 and FIG. 10 show a conventional reflective chip LED. FIG. 9 shows a multicolor chip LED. FIG. 10 shows a single-color chip LED. Each of the chip-type LEDs has a structure in which a resin-made reflection case is attached to a substrate on which an LED chip is mounted.
[0004]
In FIG. 9, FIG. 9A is a plan view. FIG. 9B is a cross-sectional view including one LED chip in FIG. 9A. A
[0005]
The multi-color type chip LED having the above configuration operates as follows. That is, a part of the light emitted from each of the
[0006]
10A is a plan view, and FIG. 10B is a cross-sectional view including an LED chip. The single-color chip LED differs from the multi-color chip LED shown in FIG. 9 in that the number of LED chips is three, but the number of LED chips is one. Is the same. In the case of a monochromatic chip LED, a part of the light emitted from the LED chip 9 is directly radiated upward in the drawing. The other emitted light is reflected by the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional multi-color chip LED has the following problems. That is, when the three-
[0008]
In particular, when the sealing resin 5 is filled in the cup of the
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of improving uneven color tone at the time of mixing colors in which LED chips of a plurality of colors emit light simultaneously.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a plurality of light emitting diode chips having different emission colors, and a reflecting surface for reflecting light emitted in one direction toward a plurality of light emitting diode chips close to each light emitting diode chip. It comprises a first region and a plurality of second regions other than the first region. The first region reflects light from the nearest light emitting diode chip in a direction other than the one direction.
[0011]
According to the configuration, when the plurality of LED chips emit light at the same time, the amount of reflected light in the one direction from the first region where color mixing does not occur is reduced, and the emission color of the LED chip at the shortest position is reduced. Can be weakened. Thus, a uniform color tone can be obtained.
[0012]
That is, by using three primary color LED chips of red, blue, and green as the above-described LED chips, white light that is bright and has less color tone unevenness can be obtained, and can be used as a white light source that is bright and has less color tone unevenness. Further, even when two LED chips or four or more LED chips are mounted, color tone unevenness due to color mixture is small, and a target emission color can be easily obtained.
[0013]
Further, in the semiconductor light emitting device of one embodiment, the same number of the first regions on the reflection surface as the number of the LED chips are provided at positions facing the LED chips.
[0014]
In this case, since only the light emitted from each LED chip is reflected, the amount of reflected light in one direction in the reflection region where color mixing does not occur is effectively reduced.
[0015]
In the semiconductor light emitting device of one embodiment, the inclination angle of the first region on the reflection surface is set to be smaller than the inclination angle of the second region that reflects light from the LED chip located closest to the one direction. Is also bigger.
[0016]
In this case, light from the LED chip located closest to the first region is reflected by the first region in a direction other than the one direction. Thus, the amount of reflected light from the first region where color mixing does not occur in one direction is reduced.
[0017]
In one embodiment, the inclination angle of the first region is set to be larger than 60 degrees and 90 degrees or less, and the inclination angle of the second region is set to 15 degrees or more and 60 degrees or less. ing.
[0018]
In this case, light from the LED chip closest to the first area is reflected by the first area in a direction other than the one direction. Further, light incident on the second region is reflected by the second region in the one direction.
[0019]
Further, in the semiconductor light emitting device of one embodiment, at least the first region on the reflection surface is roughened.
[0020]
In this case, the radiated light from the LED chip located closest to the first area is scattered by the rough first area. Thus, the amount of reflected light from the first region where color mixing does not occur in one direction is reduced.
[0021]
Further, in the semiconductor light emitting device of one embodiment, a concave portion is formed on the surface of the reflective case, the plurality of LED chips are mounted on the bottom surface of the concave portion, and the wall surface of the concave portion serves as the reflective surface. The recess is filled with a sealing resin.
[0022]
In this case, the LED chip mounted on the bottom surface of the recess is protected by the sealing resin.
[0023]
In the semiconductor light emitting device of one embodiment, a light scattering material is added to the transparent sealing resin filled in the recess.
[0024]
In this case, the light emitted from each of the LED chips is scattered in all directions by the light scattering material in the resin. In this way, there is no region where color mixing does not occur because only light from a specific LED chip is reflected in the one direction from the reflective surface. Therefore, a more uniform color tone can be obtained when the plurality of LED chips emit light simultaneously.
[0025]
Further, in the semiconductor light emitting device of one embodiment, the surface of the sealing resin has the same surface as the surface of the reflection case and is flat.
[0026]
In this case, as in the case where the surface of the sealing resin is made convex to have a lens effect, the emphasis on color unevenness due to the separated colors is suppressed. Therefore, a target emission color can be easily obtained.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0028]
・ First embodiment
FIG. 1 is a plan view (FIG. 1A) of the semiconductor light emitting device of the present embodiment and a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the above plan view (FIG. 1B). This semiconductor light emitting device is a reflection type multi-color chip LED having a structure in which a resin reflection case is attached to a substrate on which an LED chip is mounted, as in FIG.
[0029]
In FIG. 1, a
[0030]
Here, the reflection surface 13 formed by the wall surface of the cup is divided into three first regions 13a and other
[0031]
On the other hand, in each of the first regions 13a, light from all of the
[0032]
Thus, in the present embodiment, the inclination angle α1 of each first region 13a and the inclination angle α2 of each
[0033]
A metal wiring pattern 15 is formed on the surface of the
[0034]
The cup is filled with a sealing resin (epoxy resin) 19. Thus, the
[0035]
The multi-color type chip LED having the above configuration operates as follows. That is, a part of the light from each of the
[0036]
On the other hand, in each of the first areas 13a of the reflection surface 13, light from all the
[0037]
At this time, the surface of the sealing
[0038]
The multi-color chip LED having the above configuration is formed as follows. That is, in FIG. 2, the metal wiring pattern 15 and the back surface pattern 16 (both shown in FIG. 1) are formed on the front and back of the
[0039]
Then, the
[0040]
As described above, in the present embodiment, the reflection surface 13 of the
[0041]
As a result, the amount of light reflected upward from the first region 13a where color mixing does not occur is reduced, the emission color of the
[0042]
Further, by using three primary color LED chips of red, blue and green light as the
[0043]
In the above-described embodiment, a multi-color type chip LED having three LED chips is described as an example. However, two LEDs such as red and blue, blue and green, and red and green are used. A chip or four or more LED chips may be mounted. Even in that case, the target emission color can be obtained with less color tone unevenness due to color mixture.
[0044]
As described above, in the present embodiment, the various effects described above can be obtained by preventing the light reflected by the first region 13a on the reflection surface 13 from being emitted upward to the
[0045]
3 and 4 are simplified representations of a cross-sectional view corresponding to FIG. In FIG. 3, a
[0046]
In that case, the roughening of the
[0047]
In FIG. 4, a
[0048]
A scattering material (not shown) such as silica that scatters light is mixed in the sealing
[0049]
・ Second embodiment
FIG. 5 is a plan view (FIG. 5A) of the semiconductor light emitting device of the present embodiment, and a cross-sectional view taken along the line BB ′ (FIG. 5B) in the plan view. This semiconductor light emitting device is a reflective multicolor type chip LED in which a lead on which an LED chip is mounted is fixed by a reflective case.
[0050]
On the front side of the resin-made
[0051]
Here, as in the case of FIG. 1 in the first embodiment, the reflection surface 44 formed by the wall surface of the cup has three first regions 44 a close to each LED chip 43 and another
[0052]
In each LED chip 43 (43b in FIG. 5B), one electrode (not shown) is bonded and fixed to the one end of one lead 42a by the Ag paste, and the other electrode (not shown). (Not shown) is connected to the one end of the
[0053]
At this time, the surface of the sealing
[0054]
The multi-color chip LED having the above configuration is formed as follows. That is, a metal plate is stamped out with a mold to form a
[0055]
As described above, in the present embodiment, the cup is formed on the front side of the
[0056]
As a result, the amount of light reflected upward from the first region 44a where color mixing does not occur is reduced, the emission color of the LED chip 43 at the shortest position is weakened, and a uniform color tone is obtained. Therefore, by configuring an LED display using a large number of chip-type LEDs in the present embodiment, it is possible to provide a screen with a uniform color tone. Furthermore, as an alternative light source to a conventional incandescent light bulb (filament light bulb), a light source having a long life (10 times or more) and being resistant to mechanical vibration stress can be provided.
[0057]
By using LED chips of three primary colors of red, blue, and green as the
[0058]
Also in the case of the present embodiment, as another configuration for reducing the amount of reflected light upward from the first region 44a to weaken the emission color of the LED chip 43 at the shortest position and obtaining a uniform color tone, the reflection surface A light scattering material can be applied to the surface roughening and sealing resin. Here, the roughening of the reflection surface includes resin etching, resin molding using a mold having a roughened reflection surface portion, and formation of irregularities on the applied white resin surface. The roughening of the reflection surface may be performed over the entire circumference, or may be performed only on a region close to each LED chip 43.
[0059]
・ Third embodiment
FIG. 7 is a plan view (FIG. 7A) of the semiconductor light emitting device of the present embodiment and a cross-sectional view taken along the line CC ′ in the plan view (FIG. 7B). This semiconductor light emitting device is a reflective multicolor type chip LED having a structure generally called an MID (injection molded circuit component).
[0060]
The
[0061]
The LED chip 56a is mounted on the metal wiring pattern 52a on the bottom surface of the cup in the
[0062]
The entire surface of the
[0063]
Further, a sealing resin (epoxy resin) 58 is filled in the cup. Thus, the LED chip 56 is protected by the sealing
[0064]
FIG. 8 is a diagram showing the shape of the MID substrate to be put into the manufacturing process of the reflective multicolor chip LED shown in FIG. Also in this case, a plurality of chip type LEDs are arranged in a matrix.
[0065]
As described above, in the present embodiment, the cup is formed on the front side of the
[0066]
Therefore, the surface of the metal wiring pattern 52 is roughened on the
[0067]
In addition, by using LED chips of three primary colors of red, blue, and green as the
[0068]
The roughening of the
[0069]
Also in the case of the present embodiment, as another configuration for reducing the amount of reflected light upward from the first region to weaken the emission color of the LED chip 56 at the shortest position and obtaining a uniform color tone, the sealing
[0070]
【The invention's effect】
As is clear from the above, the semiconductor light emitting device of the present invention has a plurality of reflective surfaces that reflect light emitted from a plurality of LED chips having different emission colors in one direction, and a plurality of reflective surfaces close to the respective LED chips. Since the first region reflects light from the LED chip located at the shortest position in a direction other than the one direction, reflection from the first region in the one direction in which color mixing does not occur during simultaneous light emission. The amount of light can be reduced. Therefore, the emission color of the LED chip located at the shortest position in the first region can be reduced, and a uniform color tone can be obtained.
[0071]
That is, according to the present invention, by using three primary color LED chips of red, blue, and green as the respective LED chips, it is possible to obtain white light which is bright and has less color tone unevenness, and is used as a white light source which is bright and has less color tone unevenness. Can be used. Furthermore, even when two LED chips or four or more LED chips are mounted, a target emission color can be easily obtained by reducing color tone unevenness due to color mixture.
[0072]
As described above, according to the semiconductor light emitting device of the present invention, a uniform color tone can be obtained during simultaneous light emission. Therefore, a screen having a uniform color tone can be provided by configuring an LED display by using a large number of the semiconductor light emitting devices. Furthermore, as an alternative light source to a conventional incandescent light bulb (filament light bulb), a light source having a long life (10 times or more) and being resistant to mechanical vibration stress can be provided. Furthermore, a bright white light source with a long life resistant to vibration (50,000 hours compared to the current 2000 hours life of a cold cathode fluorescent lamp) and less color tone unevenness can be provided as a backlight light source for a liquid crystal display. In that case, by securing the three primary colors of light, it is possible to provide a liquid crystal display closer to a natural color that is more vivid than a cold-cathode tube.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for forming the semiconductor light emitting device shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory view of a modification of the semiconductor light emitting device shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a modified example different from FIG.
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device different from FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for forming the semiconductor light emitting device shown in FIG.
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device different from FIGS. 1 and 5;
8 is an explanatory diagram of a method for forming the semiconductor light emitting device shown in FIG.
FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view of a conventional multicolor chip LED.
FIG. 10 is a plan view and a cross-sectional view of a conventional single-color type chip LED.
[Explanation of symbols]
11, 25, 31 ... substrate,
12, 26, 32, 41, 51 ... reflective case,
13, 27, 35, 44, 53 ... reflective surface,
13a, 44a ... first area,
13b, 44b ... second area,
14, 28, 33, 43, 56 ... LED chip,
15, 52, 54 ... metal wiring pattern,
16 ... Backside pattern,
17, 55 ... metal wiring,
18, 45, 57 ... gold wire,
19, 29, 34, 46, 58 ... sealing resin,
20 ... Reflector,
21,49… cup,
42 ... lead,
47 Lead frame.
Claims (8)
上記反射面は、各々の発光ダイオードチップに近接した複数の第1領域と、この第1領域以外の複数の第2領域とで構成され、
上記反射面における上記第1領域は、最も近い位置にある発光ダイオードチップからの光を上記一方向以外の方向に向って反射するようになっていることを特徴とする半導体発光装置。In a semiconductor light emitting device having a reflecting surface that reflects light emitted from a plurality of light emitting diode chips having different emission colors in one direction,
The reflection surface includes a plurality of first regions adjacent to each light emitting diode chip, and a plurality of second regions other than the first regions,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first region on the reflection surface reflects light from the nearest light emitting diode chip in a direction other than the one direction.
上記反射面における第1領域は、上記発光ダイオードチップと互いに対向する位置に、上記発光ダイオードチップの数と同数だけ設けられていることを特徴とする半導体発光装置。The semiconductor light emitting device according to claim 1,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first region on the reflection surface is provided at a position facing the light emitting diode chip by the same number as the number of the light emitting diode chips.
上記反射面における第1領域の上記発光ダイオードチップの搭載面に対する傾斜角は、上記第2領域の上記搭載面に対する傾斜角よりも大きくなっていることを特徴とする半導体発光装置。The semiconductor light emitting device according to claim 1,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an inclination angle of the first region with respect to the mounting surface of the light emitting diode chip in the reflection surface is larger than an inclination angle of the second region with respect to the mounting surface.
上記第1領域の傾斜角は、60度よりも大きく且つ90度以下であり、
上記第2領域の傾斜角は、15度以上であり且つ60度以下であることを特徴とする半導体発光装置。The semiconductor light emitting device according to claim 3,
An inclination angle of the first region is greater than 60 degrees and equal to or less than 90 degrees;
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an inclination angle of the second region is not less than 15 degrees and not more than 60 degrees.
上記反射面における少なくとも第1領域は、粗面化されていることを特徴とする半導体発光装置。The semiconductor light emitting device according to claim 1,
A semiconductor light emitting device, wherein at least a first region in the reflection surface is roughened.
上記発光ダイオードチップが搭載された底面と上記反射面で成る壁面とを有する凹部が形成された反射ケースを有して、
上記凹部には透明な封止樹脂が充填されて上記発光ダイオードチップが樹脂封止されていることを特徴とする半導体発光装置。The semiconductor light emitting device according to claim 1,
A reflective case having a concave portion having a bottom surface on which the light emitting diode chip is mounted and a wall surface formed of the reflective surface,
A semiconductor light emitting device, wherein the recess is filled with a transparent sealing resin and the light emitting diode chip is sealed with a resin.
上記封止樹脂には、光散乱材が添加されていることを特徴とする半導体発光装置。The semiconductor light emitting device according to claim 6,
A semiconductor light emitting device, wherein a light scattering material is added to the sealing resin.
上記封止樹脂の表面は、上記反射ケースの表面と同一面を構成すると共に、平坦になっていることを特徴とする半導体発光装置。The semiconductor light emitting device according to claim 6,
A semiconductor light-emitting device, wherein a surface of the sealing resin forms the same plane as a surface of the reflection case and is flat.
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