JP2010206138A

JP2010206138A - 発光装置

Info

Publication number: JP2010206138A
Application number: JP2009053142A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Mitsunaga; 隆之光永; Kiyomi Maruyama; 喜代美丸山
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】高い光出力と高いコントラストとを両立する発光装置を提供すること。
【解決手段】上面に複数の凹部を有するパッケージと、各凹部に収容される、それぞれ異なる発光波長を有する発光素子であって、パッケージは、少なくともパッケージの上面の一部を構成する第１の成形樹脂と、少なくともパッケージの凹部の内壁面を構成する、凹部内に載置される発光素子の発光波長と同系色の着色剤を含有する第２の成形樹脂とを備える。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、LEDを用いた発光装置に関し、特に街頭ディスプレイ等の表示装置に用いられる発光装置に関する。

近年、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも言う）を用いた表示装置が実用化されている。これらの表示装置は、パッケージの凹部内に三原色のそれぞれの光を発光するLEDを収納してなる発光装置をマトリックス状に配置し、それぞれのLEDの発光色を組み合わせることによって、フルカラー表示を行うものである。

このような表示装置に用いるための発光装置に、LEDの点灯時と非点灯時のコントラスト比を向上させる目的で、黒色の樹脂でパッケージの外側面および発光素子を載置する凹部を形成したものがある。

しかし上記のような発光装置においては、凹部内において発光素子の発光が吸収されてしまうため、出力が低下するという問題があった。

この問題を解決するため、パッケージの外側面に光吸収率の高い黒色の成形樹脂を、凹部内に反射率の高い白色の成形樹脂を使用したものがある（特許文献１）。

特開２００６−１３０７１４号公報

しかしながら、上記特許文献１のような発光装置では、パッケージ上面から見たときに、凹部側の白色の成形樹脂の色があらわれるため、コントラストが十分に高められないという問題がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、高い光出力と高いコントラストとを両立する発光装置を提供することを目的とする。

上面に複数の凹部を有するパッケージと、各凹部に収容される、それぞれ異なる発光波長を有する発光素子とを備える発光装置であって、パッケージは、少なくともパッケージの上面の一部を構成する第１の成形樹脂と、少なくともパッケージの凹部の内壁面を構成する、凹部内に載置される発光素子の発光波長と同系色の着色剤を含有する第２の成形樹脂とを備える。

また、第１の成形樹脂は、黒色であることが好ましい。
また、凹部は３つ備えられており、各凹部に収容される発光素子の発光波長が、それぞれ610nm から700nm、495nm から565nm、430nmから490nmの範囲であることが好ましい。

これにより、それぞれの凹部の側壁が発光素子の発光に対して反射率が高い部材であるため、発光装置の出力を低下させることがなく、かつ、凹部の内壁面が着色剤により着色されているため、コントラストを高めることができる。

本発明の発光装置の１つの実施形態を示した平面図である。本発明の発光装置の１つの実施形態を示した断面図である。本発明の発光装置の１つの実施形態を示した断面図である。本発明の発光装置の１つの実施形態を示した断面図である。本発明の発光装置の１つの実施形態を示した断面図である。本発明の発光装置の１つの実施形態を示した断面図である。

図１Ａは、実施の形態における発光装置１１０の平面図であり、図１ＢはＸ―Ｘ‘線における断面図である。

本実施の形態において、発光装置１１０のパッケージの外側１０１は第１の成形樹脂１０１ｄからなり、その上面に互いに離間する３つの凹部１０１a、１０１b、１０１cを有している。各凹部は、内壁面がそれぞれ第２の成形樹脂１０３a、１０３b、１０３cで構成されており、底面に導体配線１０２がそれぞれ露出しており、この導体配線はパッケージ内部に一部が内包されるとともに、パッケージ側面から突出するように設けられている。突出された導体配線は、パッケージの側面から底面に沿うように屈曲されており、これによりパッケージに配された３つの発光素子１０４a、１０４b、１０４cの導体配線として機能する。各発光素子は、樹脂や金属ペーストなどの接合部材によって導体配線上に固定される。そして、ワイヤ１０５により各発光素子のｐ電極及びｎ電極と導体配線とを電気的に接続している。また、これらを封止するように、パッケージの各凹部内には透光性の樹脂などの封止部材が充填されている。

そして、本実施の形態においては、３つの凹部（第１の凹部１０１a・第２の凹部１０１b・第３の凹部１０１c）に載置されている発光素子１０４a、１０４b、１０４cが、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子であり、各凹部の内壁面を構成する第２の成形樹脂１０３a、１０３b、１０３cが、それぞれ赤色の着色剤が含有された第２の成形樹脂、緑色の着色剤が含有された第２の成形樹脂、青色の着色剤が含有された第２の成形樹脂であることを特徴とする。

このように、載置される発光素子の発光波長と同系色の着色剤を凹部内の第２の成形樹脂に含有させることで、発光素子の出力を低下させずに、よりコントラスト比を向上させることができる。
（発光素子）
本発明の発光素子１０４は、半導体発光素子であり、可視光を発する発光ダイオードが用いられる。例えば、基板上に、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、ｐ型半導体層と、活性層と、ｎ型半導体層とを含む積層構造が形成されたものが挙げられる。発光装置には、異なる色を発する複数の発光素子が用いられ、610nm から700nm、495nm から565nm、430nmから490nmの範囲、つまり赤色系の光、緑色系の光、青色系の光を発する発光素子がそれぞれ用いられることにより、フルカラー表示が可能な表示装置を実現することができる。発光素子は、外部と電気的接続をとるため、正及び負の電極を備えている。

発光素子は、正又は負の導体配線上、サブマウント、あるいは別途設けられた素子載置領域上に、適当な接着部材、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン等の樹脂、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等を用いて、凹部内の所定の領域に接合される。

なお、発光素子は、その一面に設けられた正負の電極を導体配線側に向けてフリップチップ接合されていてもよい。フリップチップ接合される場合には、発光素子は、例えば、AuのバンプやAu-Snの共晶などを用いて、導体配線やサブマウント等に接合される。

（パッケージ）
本発明のパッケージ１０１は、上面に複数の凹部を有しており、外側面は第１の成形樹脂から構成され、複数の凹部の内壁面は後述する第２の成形樹脂から構成されている。また、発光素子や保護素子などの電子部品を保護するとともに、これら電子部品に外部からの電流を供給するための導体配線を備えているものである。

パッケージの形状は、特に限定されないが、例えば、発光観測面である上面から見た平面形状（以下、単に「平面形状」と記す）が、円、楕円、正方形、長方形、多角形等及びこれらの変形（例えば、角を丸めた又は切欠した形状）があげられる。また、少なくとも一面に、パッケージを製造する際用いる金型との離型性を向上させるためのテーパを有していてもよい。また、パッケージの上面には、発光装置の外光を散乱させてコントラストを向上させるために、微細な凹凸等を有していてもよい。

パッケージの材料としては、特に限定されないが、発光素子からの光や、外光などが透過しにくい部材が好ましい。また、機械的強度の高いものが好ましく、より具体的には、フェノール樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＡ、セラミックなどが挙げられる。

本発明のパッケージは、特許文献１に記載の射出成形法をはじめとする公知の方法で製造することができる。

（凹部）
凹部は、パッケージの上面（発光観測面）側に設けられ、内部に発光素子を載置するものであり、その内壁面は着色剤が混入された第２の成形樹脂で構成されている。

凹部は、主に底面と底面からパッケージ上面に連続する内壁面からなり、その底面には発光素子が載置され、通常、発光素子の電極と接続される導体配線の一部が露出されている。

本明細書において、凹部の内壁面を構成するとは、パッケージと一体となって成形されていることを指す。例えば、特許文献１の方法のような金型を用いた射出成形や、セラミックグリーンシートを積層することによって形成する場合をいう。（単に凹部の表面に部材が塗布ないし付着されていることを指すのではない）
凹部の底面は、内壁面と同じ第２の成形樹脂で形成されていてもよい。これにより、発光装置の光出力を高めることができる。また、第１の成形樹脂で形成されていてもよい。これにより、発光装置のコントラストを高めることができる。

本発明のパッケージには複数の凹部が設けられているが、例えば、図１Ａ、図１Ｂに示すように、同一の形状の３つの凹部がそれぞれ等間隔で離間するように配置されている。

凹部の形状や配置は、発光素子の配置の都合や要求される光学特性等を考慮し種々変更が可能で、例えば、形状としては、平面形状がトラック形状のもののほか、円、楕円、正方形、長方形、多角形等及びこれらの変形（例えば、角を丸めた又は切欠した形状）があげられる。内壁面の傾斜は、底面から垂直であってもよいが、パッケージの離型性や配光等の調整のため、底面から広がるテーパ形状であってもよい。

また、発光装置を小型にするために、トラック形状ないし楕円形の凹部を短手方向に複数並べることができる。また、混色性を高めるために、例えば、上面が矩形であるパッケージの場合、矩形の対角線が交わる位置を中心とする円を凹部の数で等分した扇形の凹部とすることができる。

凹部のパッケージ上面近傍や凹部の底面の一部には、第１の成形樹脂を設けてもよい。これにより、発光装置のコントラストを高くすることができる。

それぞれの凹部は後述するように、着色剤により着色された第２の成形樹脂で構成されている。

凹部の色の濃さは、目的に応じて適宜選択することができ、コントラストを高めるためには、濃い色であることが好ましい。また表示装置に用いた際に、擬似点灯を防止するためには、薄い色であることが好ましい。
（第１の成形樹脂）
第１の成形樹脂は、発光装置のコントラストを向上させるため、パッケージの少なくとも上面の一部に設けられる。発光装置の外光（多くの場合、太陽光）に対して光反射率の低いことが好ましく、黒色であることが好ましい。この明細書において、黒色であるとは、黒色およびそれに近似した色も含む。
（第２の成形樹脂）
第２の成形樹脂は、発光素子からの発光を反射するよう、パッケージの凹部の内壁面を構成する。

第２の成形樹脂は、第１の成形樹脂よりも発光素子の発光に対して反射率が高いものであり、着色剤により、白と黒以外の色（つまり有彩色に）着色されている。材料としては、例えばPPA樹脂が利用できる。

（着色剤）
着色剤は、発光素子の発光波長と同系色の色調を有するものであり、顔料や染料などがあげられる。第２の成形樹脂の成形時の熱等に耐えうる材料で、また第２の成形樹脂の成形性を阻害しにくいものが好ましい。顔料の場合は粒径３．０μｍ以下、好ましくは２．５μｍ以下である。これらは、用いる第２の成形樹脂の組成や比重、粘度等を考慮して種々選択し、添加量についても目的や用途に応じ適宜選択することができる。

その材料は、上記条件を満たすようなものであれば、組成は特に問われるものではなく、有機顔料、無機顔料などを用いることができる。例えば、赤色顔料としては、成分としてＣｄＳｅ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＡｌ、ＳｎＣｒ、Ａｕなどを含有するものをあげることができる。また、緑色顔料としては、成分としてＣｒ_３Ｏ_４や、黄色顔料と青色顔料とを所定の比で混合したものを含有するものをあげることができる。また、青色顔料としては、成分としてＣｏＡｌ_２Ｏ_４、ＣｏＯ、Ｃｏ_２ＳｎＯ_４などを含有するものをあげることができる。

射出成形により第２の成形樹脂を形成する場合には、例えば、着色剤と樹脂を混合した状態でペレットに成形されたものを用いてもよく、ペレット形状に加工した着色剤と樹脂のペレットと混ぜ合わせて利用しても良い。

第１の成形樹脂は、第２の成形樹脂を包囲するようにパッケージの外側の全体に設けられていてもよい。これにより、第２の成形樹脂を保護し、パッケージの取り扱いを容易にすることができる。

また、第２の成形樹脂は、その一部がパッケージの外側の側面、底面に露出されていてもよい。

また、図２に示すように、第１の成形樹脂が、パッケージの上面に露出する第２の成形樹脂を被覆するように設けられていてもよい。これにより、第２の成形樹脂の脱落を防止するとともに、コントラストを高めることができる。

第１の成形樹脂と第２の成形樹脂は、射出成形法によって形成されることが好ましい。これにより、容易に歩留まりよく発光装置を形成することができる。射出成形法により形成される場合には、複数の第２の成形樹脂は同時に形成されてもよく、別々に形成されていてもよい。

なお、第１の成形樹脂と第２の成形樹脂は、どのような順番で形成されても良い。つまり、第２の成形樹脂を先に形成してから第１の成形樹脂を形成してもよく、第１の成形樹脂を形成してから、第２の成形樹脂を形成しても良い。第１の成形樹脂がパッケージの側面と底面全体を覆っている場合には、第２の成形樹脂を先に成形することが好ましい。

また、複数の第２の成形樹脂を形成する順番も、特に問わない。第１の成形樹脂がそれぞれの第２の成形樹脂の間に挟まれるような形状であることが好ましい。

また、必要に応じて、その他の成形樹脂を用いてもよい。第1の成形樹脂と第２の成形樹脂との間に、それぞれの成形樹脂との密着性が高い成形樹脂を設け、成形樹脂同士の剥離を防止することができる。

また、凹部内に露出する導体配線がＡｇ、Ａｌ、Ｎｉなどの銀色系の色である場合、第２の成形樹脂が導体配線を覆うように設けられていてもよい。コントラストを低下させてしまう導体配線を被覆することにより、コントラストの高い発光装置とできる。さらにコントラストを高めるためには、第１の成形樹脂で導体配線を被覆すること好ましい。
（導体配線）
導体配線は、一つの発光装置に正負２つ以上が設けられる。導体配線としては、例えば、銅や鉄の板状体に銀や金でめっきされたリードフレームや、めっき法等で形成された金属膜等が利用できる。

導体配線は、通常、凹部内に露出するとともに、一部がパッケージに埋め込まれ、パッケージの底面や側面から外部に突出した外部端子となる。この外部端子部分において、半田等を用いて、プリント基板等の発光装置の外部と電気的に接続される。

正又は／及び負の導体配線は、発光素子の数に応じて複数設けられることが好ましい。これにより、発光素子の発光を個別に調節し、所望の色を表示することができる。

また、正又は負の導体配線の一方は、パッケージの内部で発光素子に共有されていてもよい。これにより、導体配線を形成することが容易にできるとともに、複数の第２の成形樹脂と第１の成形樹脂（および凹部内の封止部材）に一つの導体配線が接するため、密着性が高まり、好ましい。
（封止部材）
封止部材は、発光素子やワイヤなどを保護するため、凹部内に設けられることが好ましい。

材料は、透光性を有するものであれば特に限定されるものではなく、ワイヤに対する応力の緩和や材料の耐光性、光の屈折率等を考慮して、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の１種又は２種以上等の樹脂、液晶ポリマー、ガラス等、当該分野で通常用いられる材料から選択することができる。

封止部材には、目的に応じて、着色剤、光拡散材を設けてもよい。着色剤を設ける際には、封止部材が設けられる凹部の内壁面の第２の成形樹脂と同系色の色であることが好ましい。これにより、さらにコントラストを高めることができる。

また、本発明の発光装置には、その他の部材を備えていてもよい。例えば、発光素子を静電気や過電圧から保護するため、ツェナーダイオードをはじめとする静電保護素子等が備えられていてもよい。

本実施例の発光装置１１０は、下記の方法で製造できる。

まず、鉄入り銅に銀でめっきした薄板を打ち抜き加工して、３対の正負のリードフレームが一体となったリードフレーム１０２を得る。

このリードフレーム１０２に、まず、射出成形法で、第１の凹部１０１aを構成する第１の第２の成形樹脂103aとしての赤色系の着色剤を含有させたＰＰＡを、第２の凹部101bを構成する第２の第２の成形樹脂としての緑色系の着色剤を含有させたＰＰＡを、第３の凹部101cを構成する第３の第２の成形樹脂103cとしての赤色系の着色剤を含有させたＰＰＡをそれぞれ形成する。

次に、射出成形法を用いて、第１の成形樹脂103dとしてのカーボンブラックが混入されたＰＰＡで、第２の成形樹脂103a、103b、103cとリードフレーム102の周囲を包囲するようにパッケージ外側を形成する。

このようにして、パッケージ１０１を得る。

そして、第１の凹部１０１aに630nmの赤色系の光を発する発光素子104aを、第２の凹部101bに550nmの緑色系の光を発する発光素子104bを、第３の凹部101aに470nmの青色系の光を発する発光素子104cを、それぞれの凹部の底面に露出させた負極側のリードフレームの上に、エポキシ樹脂または銀ペースト（図示せず）を用いて接着し、金のワイヤ１０５を用いてそれぞれの発光素子と凹部内のリードフレームとを電気的に接続する。

次に、３つの凹部内に液状のエポキシ樹脂を充填し、熱を加えて硬化させ、封止部材（図示せず）を形成する。

最後に、パッケージの側面から突出したリードフレームを適当な位置で切断し、パッケージ側面から底面に沿うように折り曲げる。

このようにして、本実施例の発光装置が得られる。

本発明の一つの実施例の発光装置２１０を図２に示す。パッケージ２０１の上面に露出する第２の成形樹脂203a、203b、203cを被覆するように第１の成形樹脂２０３ｄが設けられている。これにより、コントラストをさらに高めることができる。

本発明の一つの実施例の発光装置３１０を図３に示す。パッケージ２０１の上面に露出する第２の成形樹脂203a、203b、203cを被覆するように第１の成形樹脂２０３ｄを設け、このようにしても、本発明の効果を得ることができる。また、第１の成形樹脂に段差を設ける。これにより、封止樹脂を充填する際に、段差部分まで設けることで、封止樹脂の剥離等を有効に防止することができる。

本発明の一つの実施例の発光装置４１０を図４に示す。複数の凹部の間に第１の成形樹脂４０３ｄを介さないよう、つまり複数の凹部４０１a、４０１b、４０１cを構成する複数の第２の成形樹脂４０３a、４０３b、４０３c同士が接するように設けられる。これにより、狭い幅で凹部を並べることができ、発光装置の小型化が可能となる。

本発明の一つの実施例の発光装置５１０を図５に示す。２つの凹部５０１a、５０１bを設け、発光素子として黄緑系の発光素子と赤色系の発光素子を載置する。このようにしても、本発明の効果を得ることができる。

本発明に係る発光装置は、高い光出力と高いコントラスト比を両立し、異なる波長の光を発光可能な発光素子を高密度で配置させることで高精細な表示装置とすることが可能な発光装置であり、種々の表示装置、ディスプレイなどに利用することができる。

１０１、２０１，３０１、４０１、５０１・・・パッケージ
１０１a、２０１a、３０１a、４０１a、５０１a・・・凹部（第１の凹部）
１０１b、２０１b、３０１b、４０１b、５０１b・・・凹部（第２の凹部）
１０１c、２０１c、３０１c、４０１c・・・凹部（第３の凹部）
１０１d、２０１d、３０１d、４０１d、５０１d・・・第１の成形樹脂
１０２・・・導体配線（リードフレーム）
１０３a、２０３a、３０３a，４０３a・・・高反射成形部材（第１高反射成形部材）
１０３b、２０３b、３０３b，４０３b・・・高反射成形部材（第２高反射成形部材）
１０３c、２０３c、３０３c、４０３c・・・高反射成形部材（第３高反射成形部材）
１０４a・・・発光素子（赤色発光素子）
１０４b・・・発光素子（緑色発光素子）
１０４c・・・発光素子（青色発光素子）
１０５・・・ワイヤ
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０・・・発光装置

Claims

上面に複数の凹部を有するパッケージと、
各凹部に収容される、それぞれ異なる発光波長を有する発光素子とを備える発光装置であって、
前記パッケージは、少なくとも前記パッケージの上面の一部を構成する第１の成形樹脂と、
少なくとも前記パッケージの凹部の内壁面を構成する、前記凹部内に載置される前記発光素子の発光波長と同系色の着色剤を含有する第２の成形樹脂と、
を備えることを特徴とする発光装置。
前記第１の成形樹脂は、黒色であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記凹部は３つ備えられており、各凹部に収容される発光素子の発光波長が、それぞれ610nm から700nm、495nm から565nm、430nmから490nmの範囲であることを特徴とする請求項１ないし２に記載の発光装置。