JP2004253436A

JP2004253436A - 発光ダイオード

Info

Publication number: JP2004253436A
Application number: JP2003039355A
Authority: JP
Inventors: Daisaku Okuwaki; 大作奥脇
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】発光素子から発せられた光を特定の方向及び角度で出射させることで、液晶等の表示部を備えた表示装置を均一且つ明るく照明することのできる発光ダイオードを提供することである。
【解決手段】基板２２と、この基板２２上に実装される発光素子２４と、該発光素子２４の上方を封止する樹脂体２６とを備えた発光ダイオード２１において、前記樹脂体２６の上方にあって、発光素子２４の上方を通過する頂辺３１から二方向に傾斜させた発光出射面３２ａ，３２ｂを有する山型形状の光屈折部３０を設けた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種表示装置の光源として使用される発光ダイオードにあって、特に広角な指向性を備えた発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の表面実装型の発光ダイオードの構造を示したものである。この発光ダイオード１は、一対の電極部が形成されたガラスエポキシ等の基板２の上面に発光素子３を載置し、この発光素子３の素子電極部と前記基板２の電極部とをボンディングワイヤあるいは半田バンプによって電気的に接続すると共に、前記発光素子３の上方を透明な樹脂体４で封止して全体を薄型四角形状にして成形したものである。このような構造の発光ダイオード１にあっては、発光素子３で発した光が樹脂体４内部を透過し、発光出射面８からそのまま外部に出射される。
【０００３】
前記発光ダイオード１の発光出射面８から出射される光は、図８に示したような指向特性を有しており、それによれば発光素子３（図８の発光中心点０）から四方八方の全方向に偏りなく光が分散している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の発光ダイオード１にあっては、図８に示した指向特性からも明らかなように、発光出射面８の上方全体に光が分散する特性を有するために、特定の方向にだけ強く発光させることが難しかった。一方、上記発光ダイオード１の樹脂体４の内部に微粒状の光散乱剤を混入させて光の屈折方向を変えるなどの方法が考えられるが、光散乱剤の混入量や分散状態によって光の屈折方向や角度が微妙に異なり、意図した指向特性が得られない。また、前記光散乱剤を使用することで光透過率が低下するため、発光ダイオード全体の発光輝度が低下するといった問題もある。このため、前記発光ダイオードを液晶等で構成された表示装置の光源として組み込んだ際に、表示部の輝度の低下やバラツキが発生するおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、発光素子から発せられた光を特定の方向及び角度で出射させることで、液晶等の表示部を備えた表示装置を均一且つ明るく照明することのできる発光ダイオードを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、基板と、この基板上に実装される発光素子と、該発光素子の上方を封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記発光素子と対向する樹脂体の発光出射面で、且つ前記発光素子から発光出射面と直交するように延ばした直線と交わる位置を頂点とした山型形状の光屈折部を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、発光ダイオードを封止する樹脂体の表面を傾斜させた光屈折部を設けたので、発光素子で発した光を前記光屈折部によって特定の方向に屈折させて照射することができる。特に、発光素子の真上に当たる箇所を頂点とした山型状に形成することで、発光素子の正面輝度が特に高く、その周辺部においては適度に散乱して発光する発光ダイオードとなる。また、前記光屈折部の傾斜角を変えることで、発光の指向性や輝度をコントロールすることができる。
【０００８】
前記光屈折部は、発光素子の上方を通過する１本の頂辺から二方向に傾斜させた発光出射面を備えることで、前記頂辺に沿った部分が明るく発光する線状光源となる。また、発光素子の真上を頂点として四方向に傾斜させた発光出射面を備えることで、前記頂点を中心とした点状光源となる。このように、光屈折部の形状によって照射する表示物に適した光源が形成できる。
【０００９】
また、前記光屈折部は三角形状に突起した金型を用い、樹脂封止工程で同時に形成することもできる。このように、形成が容易で、従来に比べて特別な設備も不要であるため、工数及びコストが掛からず安価に製造できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係る発光ダイオードの第１実施形態の斜視図、図２は前記発光ダイオードの発光作用を示す説明図である。
【００１１】
図１及び図２に示されるように、本発明の第１実施形態に係る発光ダイオード２１は、ガラスエポキシやＢＴレジン（ＢｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅＴｒｉａｚｉｎｅＲｅｓｉｎ）などからなる基板２２と、この基板２２上に載置される発光素子２４と、該発光素子２４を基板２２上に封止する樹脂体２６と、この樹脂体２６の上面に一体形成される断面三角形状の光屈折部３０とで構成されている。前記基板２２には、発光素子２４との導通及びマザーボード等の外部基板に実装するための電極２３ａ，２３ｂが設けられている。発光素子２４は、一対の素子電極部（アノード電極，カソード電極）を上下面に備えた微小な四角形状のシリコンチップであり、下面が前記基板２２に設けられた一方の電極２３ａ上に導通接続され、また、上面の素子電極部が基板２２に設けられた他方の電極２３ｂにボンディングワイヤ２５で接続されている。樹脂体２６は、発光素子２４を中心にして基板２２上に形成された略直方体形状の封止部材であり、透光性を備えたエポキシ系の樹脂材を金型等に充填することによって形成される。そして、前記発光素子２４及びボンディングワイヤ２５を封止すると共に、発光素子２４から発した光を透過させ外部に出射する。
【００１２】
前記光屈折部３０は、前記樹脂体２６と同じ透光性を備えたエポキシ系の樹脂材で形成され、発光素子２４の真上を一対の電極２３ａ，２３ｂ方向に延びる辺を頂辺３１として、この頂辺３１を境に二方向に傾斜した発光出射面３２ａ，３２ｂを備えている。この光屈折部３０は、樹脂体２６を成形する金型内に前記光屈折部３０を予め形成しておいて樹脂材を充填して形成する方法と、厚めに形成された直方体形状の樹脂体２６の上面を切削加工して形成する方法とがある。
【００１３】
図２に示したように、基板２２上に載置された発光素子２４から発せられる光は、樹脂体２６を発光出射面３２ａ，３２ｂに向かって放射状に透過する。前記発光出射面３２ａ，３２ｂに到達した光はプリズム作用によって屈折しながら外部に出射されるが、その光の出射方向や角度は発光出射面３２ａ，３２ｂの場所によって異なる。発光素子２４の真上に当たる頂辺３１の近傍では、樹脂体２６内部を放射状に広がりながら透過した光が頂辺３１寄りに屈折されて上方に真直ぐ発光する。一方、発光出射面３２ａ，３２ｂの裾に掛かる箇所を透過する光は、そのまま外部に放射状に広がりながら散乱発光する。このため、発光素子２４の真上部分では発光ダイオード２４からの光が集光して輝度が高い状態となり、逆に前記発光出射面３２ａ，３２ｂの裾近辺では光が広範囲に広がって散乱発光する。
【００１４】
前記光屈折部３０は、図１に示したように、頂辺３１を基板２２に形成されている電極２３ａ，２３ｂが対向する方向に設けたが、発光素子２４の真上を通る位置であれば、前記頂辺３１と交錯する方向に頂辺を設けた三角柱体に形成することも可能である。このような光屈折部の形状は、発光ダイオードの設置場所や使用目的等に応じて選択することができる。
【００１５】
図３は上記光屈折部３０を備えた発光ダイオード２１の発光の指向特性を示したものである。この特性図によれば、発光素子２４の中心（発光中心点０）寄りに光が多く分散されて、発光ダイオード２１の正面輝度が高められることが分る。なお、前記発光ダイオード２１は、光屈折部３０の長手方向に設けられた頂辺３１に沿った部分が特に明るく発光するため、ある一定の幅を有した部分を中心的に明るく照射する線状光源に適している。
【００１６】
図４は基板２２の上に発光素子２４を載置し、樹脂体２６で直方体形に封止し、その上方を四面の発光出射面４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄからなる光屈折部４０を設けた第２実施形態の発光ダイオード４１である。前記発光出射面４３ａ〜４３ｄは、発光素子２４の真上に位置する頂点４２を中心として四方向に広がる二等辺三角形状の傾斜面で形成されている。この光屈折部４０は前記第１実施形態の発光ダイオード２１と同様に、発光素子２４を樹脂封止する際に使用される金型内に前記光屈折部４０の外形を形成し、樹脂材を充填して成形する方法と、発光素子２４を封止する樹脂体２６を厚めに形成しておいて、後で所定形状に切削する方法とをとることができる。
【００１７】
前記発光ダイオード４１では、発光素子２４から放射状に広がりながら樹脂体２６内を透過していく光が前記光屈折部４０を通ることによって、所定方向に屈折される。この光の屈折は透過する発光出射面４３ａ〜４３ｄの部位によって異なる。頂点４２近傍では斜面での屈折による集光性が大きく作用するので、頂点４２を真直ぐ上方に延ばした線上に発光した光が収束する。このため、比較的距離の長い方向を集中して照射する点状光源に適している。
【００１８】
なお、上記発光ダイオード２１，４１は樹脂体２６と光屈折部３０，４０とを一体形成した場合について説明したが、光屈折部３０，４０を別体で形成しておいて、直方体形状をした既存の樹脂体２６上に透明な接着剤等を介して接合形成することも可能である。
【００１９】
上記第１実施形態及び第２実施形態では、山型状の光屈折部３０，４０を直方体形に形成した樹脂体２６の上面に一体あるいは別体で形成したものであったが、前記樹脂体２６を始めから山型状に形成してもよい。図５に示す第３実施形態の発光ダイオード５１は、発光素子２４を封止する樹脂体５６を最初から断面三角形状の金型を用いて成形したものである。光の屈折作用は、前記第１実施形態の発光ダイオード２１の光屈折部３０と同様に、発光出射面５３ａ，５３ｂの頂辺５２近傍では発光素子２４から発せられる光が上方に向かって集光し、前記発光出射面５３ａ，５３ｂの裾近辺では周囲に散乱する。このため、発光ダイオード５１の正面輝度を特に高めることができる。また、図６に示す第４実施形態の発光ダイオード６１は、基板２２の上に形成された山型状の樹脂体６６の頂上部６２を平坦化して断面略台形状に成形したものである。この発光ダイオード６１の光屈折作用は、前記第３実施形態の発光ダイオード５１と似ており、発光出射面６３ａ，６３ｂの頂上部６２近傍に集光するが、前記頂上部６２が平坦面となっているので、この箇所で光が若干散乱する点で異なる。なお、前記発光ダイオード５１，６１にあっても、図３で示した発光ダイオード４１のように、四方向に広がる発光出射面を備えた構成をとることも可能である。
【００２０】
上記示した各実施形態における発光ダイオード２１，４１，５１，６１は、光屈折部の高さや傾斜角を発光仕様に応じて任意に設定可能である。また、発光ダイオードの形状や実装方式には限定されず、ワイヤボンディングによる実装形態あるいは半田バンプ等を用いたフリップチップ実装形態をとることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、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樹脂体の上面が山型状の光屈折部となっているので、発光素子から発する光を前記光屈折部によって特定の方向に屈折させて照射することができる。また、前記光屈折部を構成する発光出射面の傾斜角によって、光の屈折方向や屈折角を変えられるので、設置場所や発光目的に適合した発光ダイオードを精度よく形成することができる。
【００２２】
また、前記光屈折部は金型を使用して樹脂体成形と同時に形成することができるので、同一品質の発光ダイオードを安価に大量生産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの第１実施形態の斜視図である。
【図２】上記図１の発光ダイオードの発光作用を示す説明図である。
【図３】上記図１の発光ダイオードにおける発光の指向特性図である。
【図４】本発明に係る発光ダイオードの第２実施形態の断面図である。
【図５】本発明に係る発光ダイオードの第３実施形態の断面図である。
【図６】本発明に係る発光ダイオードの第４実施形態の断面図である。
【図７】従来の発光ダイオードの断面図である。
【図８】上記従来の発光ダイオードにおける発光の指向特性図である。
【符号の説明】
２１，４１，５１，６１発光ダイオード
２２基板
２４発光素子
２６，５６，６６樹脂体
３０，４０光屈折部
３１，５２頂辺
３２ａ，３２ｂ発光出射面
４２頂点
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ発光出射面

Claims

基板と、この基板上に実装される発光素子と、該発光素子の上方を封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記発光素子と対向する樹脂体の発光出射面で、且つ前記発光素子から発光出射面と直交するように延ばした直線と交わる位置を頂点とした山型形状の光屈折部を設けたことを特徴とする発光ダイオード。
前記光屈折部が、発光素子の上方を通過する頂辺から二方向に傾斜させた発光出射面を備えた請求項１記載の発光ダイオード。
前記光屈折部が、発光素子の真上を頂点として四方向に傾斜させた発光出射面を備えた請求項１記載の発光ダイオード。