JP2012023189A - Ｌｅｄパッケージ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂モールドによってカラーシフトの防止を実現したＬＥＤパッケージ装置を提供する。
【解決手段】少なくとも３個以上の異なる波長のＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇと、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されるリードフレーム１とを有するＬＥＤパッケージ装置であって、上記リードフレーム１は上記各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されるカップ部５を備え、上記各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されたカップ部５内には、搭載された各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇを覆うように光透過性の第１樹脂モールド１１が設けられ、少なくとも上記カップ部５の開口を覆うように、光透過性の第２樹脂モールド１２が形成され、上記第１樹脂モールド１１と第２樹脂モールド１２は、相互に屈折率が異なっている。このようにすることにより、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。
【選択図】図１
【解決手段】少なくとも３個以上の異なる波長のＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇと、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されるリードフレーム１とを有するＬＥＤパッケージ装置であって、上記リードフレーム１は上記各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されるカップ部５を備え、上記各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されたカップ部５内には、搭載された各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇを覆うように光透過性の第１樹脂モールド１１が設けられ、少なくとも上記カップ部５の開口を覆うように、光透過性の第２樹脂モールド１２が形成され、上記第１樹脂モールド１１と第２樹脂モールド１２は、相互に屈折率が異なっている。このようにすることにより、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。
【選択図】図１
Description
本発明は、ＬＥＤチップが搭載されて例えば液晶表示装置の光源等に使用可能なＬＥＤパッケージ装置に関するものである。
ＬＥＤは、長寿命かつ小型で発光効率にも優れていることから、ディスプレイ、バックライト、照明等の各種用途への適用が広がっている。これらのなかでも、３色のＬＥＤチップを１つのパッケージに搭載したＬＥＤパッケージ装置は、電流の配分によってフルカラーが出せるものとしてカラーディスプレイに使用することができる。このようなＬＥＤパッケージ装置としては、例えば、下記の特許文献１に係るものが開示されている。
特許文献１には、緑色のＬＥＤチップ（１０１）、赤色のＬＥＤチップ（１０２）、青色のＬＥＤチップ（１０３）が並べて配置され、各ＬＥＤチップ（１０１、１０２、１０３）をモールド（２０９）で保護するようにした多色発光素子が記載されている（括弧内の符号は公報記載のものである）。
上記特許文献１には、上記モールド（２０９）として、樹脂を使用すること、指向性を緩和して視野角を増やすために拡散剤を含有させること、レンズ効果をもたせるために各種の形状にし、それを複数組み合わせること、樹脂モールド自体に着色してフィルターの役目を持たせること等が開示されている。
しかしながら、上記特許文献１には、ＬＥＤチップのモールドとして一般的に行われている特性付与について記述があるにすぎない。
一方、近年では、ＬＥＤチップがカラーディスプレイ等の表示装置への用途が拡大するにともない、各発光素子の光吸収特性の違い等により、印加電圧を等しくしても全体として出力される光に違いが生じることによるカラーシフトが起こってしまうことが問題視されるようになってきた。具体的には、例えば、青色ＬＥＤから発光された青色光や緑色ＬＥＤから発光された緑色光は、隣接する赤色ＬＥＤに吸収されてしまい、結果として全体の色彩が赤色にシフトしてしまうことが生じている。
このようなカラーシフトが発生すると、カラーディスプレイ等に使用した際の色再現性に影響が出てしまい、極めて不都合である。
そこで、各発光素子毎に印加する電圧を制御することによりカラーシフトを改善することも考えられるが、各発光素子の輝度が異なることから、カラーディスプレイ等において各パッケージにおいて出力する光を所定の輝度や色合いに調整するには、制御が極めて複雑となる。
一方、上記特許文献２や特許文献３には、フィルムや有機層で光学特性を担保する技術が開示されている。
このように、上記特許文献１をはじめ特許文献２や特許文献３においても、樹脂モールドによってカラーシフトを改善することについては、現在までのところ検討されていない。このように、ＬＥＤチップを保護するためにほぼ必須のものとして設けられる樹脂モールドによってカラーシフトを改善することができれば、上述したような制御面での問題も発生しないし、ディスプレイにしたときにフィルムを被覆する必要も生じず、極めて好都合である。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、樹脂モールドによってカラーシフトの防止を実現したＬＥＤパッケージ装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のＬＥＤパッケージ装置は、少なくとも３個以上の異なる波長のＬＥＤと、各ＬＥＤが搭載されるリードフレームとを有するＬＥＤパッケージ装置であって、
上記リードフレームは上記各ＬＥＤが搭載されるカップ部を備え、
上記各ＬＥＤが搭載されたカップ部内には、搭載された各ＬＥＤを覆うように光透過性の第１樹脂モールドが設けられ、
少なくとも上記カップ部の開口を覆うように、光透過性の第２樹脂モールドが形成され、
上記第１樹脂モールドと第２樹脂モールドは、相互に屈折率が異なっていることを要旨とする。
上記リードフレームは上記各ＬＥＤが搭載されるカップ部を備え、
上記各ＬＥＤが搭載されたカップ部内には、搭載された各ＬＥＤを覆うように光透過性の第１樹脂モールドが設けられ、
少なくとも上記カップ部の開口を覆うように、光透過性の第２樹脂モールドが形成され、
上記第１樹脂モールドと第２樹脂モールドは、相互に屈折率が異なっていることを要旨とする。
本発明のＬＥＤパッケージ装置は、上記各ＬＥＤが搭載されたカップ部内には、搭載された各ＬＥＤを覆うように光透過性の第１樹脂モールドが設けられ、少なくとも上記カップ部の開口を覆うように、光透過性の第２樹脂モールドが形成されている。これにより、各ＬＥＤから発光した光は第１樹脂モールドと第２樹脂モールドを透過して照射される。そして、第１樹脂モールドと第２樹脂モールドを、相互に屈折率が異ならせたことから、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。しかも、樹脂モールドによってカラーシフトを防止することにより、ディスプレイにしたときにフィルム等を被覆する必要がない。
本発明において、上記第１樹脂モールドは、その表面が、カップ部の開口縁と面一もしくはそれよりもやや盛り上がるように設けられている場合には、配光特性の悪化を防止し、良好な配光特性を得る上で好ましい。
本発明において、上記リードフレームは脚部と端子部の少なくともいずれかを備え、上記第２樹脂モールドは、脚部および／または端子部の一部を露出するように形成されている場合には、脚部および／または端子部が露出されて電気的接続や放熱の妨げにならない。
本発明において、第２樹脂モールドの屈折率は、第１樹脂モールドの屈折率よりも大きい場合には、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。
本発明において、第１樹脂モールドには光拡散剤が含有されているが、第２樹脂モールドには光拡散剤が含有されていない場合には、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のＬＥＤパッケージ装置を示す図であり、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は同縦断面図である。
この例では、上記ＬＥＤパッケージ装置は、少なくとも３個以上の異なる波長のＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇと、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されるリードフレーム１とを有するＬＥＤパッケージ装置である。
上記異なる波長のＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇは、具体的には赤色ＬＥＤ２Ｒ、青色ＬＥＤ２Ｂおよび緑色ＬＥＤ２Ｇである。上記赤色ＬＥＤ２Ｒ、青色ＬＥＤ２Ｂおよび緑色ＬＥＤ２Ｇは、いずれもリードフレーム１においてＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇの光照射方向に向かう実装面３に実装されている。
上記リードフレーム１は、金属薄板に対して深絞りや曲げ成形等の塑性加工を行うことにより形成されている。上記リードフレーム１は、この例では平面視においてトラック形状で上面に開放するカップ部５を備えている。そして、上記リードフレーム１のカップ部５の底面は、開放部側を向いて上記ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇがそれぞれ実装される実装面３として機能している。上記実装面３に上記各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが実装されて光を照射する。このとき、上記カップ部５の上広がり状の側壁内面は、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇから照射された光を反射する反射面４として機能する。
ここで、本実施形態において、上記リードフレーム１においてカップ部５の開放部側（この例では上面側）が光照射側であり、その方向が光照射方向、少なくともカップの上部開放部が光照射領域となる。
上記リードフレーム１には、カップ部５の長手方向を軸とした片側の上端縁に、４つの脚部６が延設されている。また、上記リードフレーム１には、カップ部５の長手方向を軸とした反対側の上端縁において、端部よりの部分に、１つの脚部６が延設されている。上記脚部６は、カップ部５の上端縁の高さで横方向に延びてカップ部５を吊る部分と、その先端から下方に延びてカップ部５等を支える部分と、その下端から再び横方向に延びて取り付け面に接する部分とから構成されている。
上記リードフレーム１には、カップ部５の長手方向を軸とした反対側の上端縁における、上記１つの脚部６と並ぶように、３つの端子部材（本発明の端子部である）７が設けられている。上記各端子部材７は、上記カップ部５および脚部６とは別体として設けられている。上記端子部材７は、上記カップ部５の上端縁の高さよりも一段高い高さで横方向に延びて接続導線８を介してそれぞれＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇと電気的に接続される部分と、その先端から下方に延びる部分と、その下端から再び横方向に延びて取り付け面に接する部分とから構成されている。
すなわち、上記リードフレーム１は、カップ部５と４つの脚部６が一体で形成され、３つの端子部材７が上記カップ部５および脚部６とは別体として形成され、これらカップ部５および４つの脚部６からなる第１のパーツおよび３つの端子部材７として機能する第２のパーツによって構成されている。
本実施形態では、上記各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇを覆うように光透過性の樹脂モールド１０（保護部材として機能する）が設けられている。
上記樹脂モールド１０は、相互に屈折率の異なる第１樹脂モールド１１と第２樹脂モールド１２が、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇからの光照射領域の全域において積層されて存在している。
上記第１樹脂モールド１１は、リードフレーム１のカップ部５内に光透過性の樹脂が充填されて搭載された各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇを覆うように形成されている。また、上記第２樹脂モールド１２は、少なくとも上記カップ部５の開口を覆うように光透過性の樹脂が成形されることにより形成されている。この例では、第１樹脂モールド１１が充填されたリードフレーム１の周囲を覆うように成形されて配置されている。すなわち、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇの光照射方向において、内側に第１樹脂モールド１１が存在し、外側に第２樹脂モールド１２が存在している。
外側に配置された第２樹脂モールド１２の屈折率は、内側に配置された第１樹脂モールド１１の屈折率よりも大きくなるよう、第１樹脂モールド１１および第２樹脂モールド１２をそれぞれ構成する材質を選定している。
上記第１樹脂モールド１１を構成する材質としては、屈折率１．３５〜１．４５の範囲にあるシリコーン樹脂もしくはシリコーンゴムを用いることができる。上記シリコーン樹脂もしくはシリコーンゴムは、耐熱特性が優れ、かつ長期的に変色が無い信頼性に優れているという観点から、上記第１樹脂モールド１１を構成する材料として好適である。
また、上記第２樹脂モールド１２を構成する材質としては、屈折率１．４５〜１．６５の範囲にあるエポキシ樹脂を用いることができる。
このようなカラーシフトを改善できる理由としては、以下のような理由が推測される。まず、第１樹脂モールド１１に含まれる拡散剤によりＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色が広い視野角に亘り完全拡散に近い状態で混合されるため、光の指向性が改善されることが考えられる。また、第１樹脂モールド１１と第２樹脂モールド１２との界面によるレンズ効果と、カップ部５内面との反射とが相まって光度を高めることによることが考えられる。さらに、第２樹脂モールド１２は耐湿度性に優れ、第１樹脂モールド１１を保護する効果も有って、屋外などの厳しい環境下でも優れた特性を持つ。
なお、ここでの屈折率は、真空を１．０としたときの絶対屈折率をいう。
なお、ここでの屈折率は、真空を１．０としたときの絶対屈折率をいう。
上記第１樹脂モールド１１は、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが実装されて接続導線８が溶接された状態のリードフレーム１のカップ部５内に樹脂材料が充填されて形成されている。このとき、第１樹脂モールド１１内に空気が気泡となって残留させると光学的な特性が低下するので好ましくない。
また、第１樹脂モールド１１の表面は、カップ部５の上端縁と面一もしくは少し盛り上がる程度に樹脂材料を充填するのが、良好な配光特性を得る上で好ましい。すなわち、第１樹脂モールド１１の表面がカップ部５の上端縁に対して凹んでいると、配光特性が悪化し、カップ部５に充填する樹脂量が多すぎて、第１樹脂モールド１１の表面がカップ部５の周縁から部分的にはみ出すと、乱反射を生じて配光特性が極端に悪化するからである。
上記第２樹脂モールド１２は、上記リードフレーム１の脚部６および／または端子部材７の一部を露出するように形成するのが好ましい。この例では、第１樹脂モールド１１が充填されたカップ部５を完全に覆い、脚部６と端子部材７も取り付け面に接する面以外の部分が第２樹脂モールド１２で覆われている。このようにすることにより、カップ部５の変形、脚部６や端子部材７の脱落や変形等を防止するとともに、電気的接続や放熱にとっても妨げとならない。
内側に配置された第１樹脂モールド１１には光拡散剤が含有されているが、外側に配置された第２樹脂モールド１２には光拡散剤が含有されていないことが好ましい。このようにすることにより、反射率および輝度が向上する。
上記光拡散剤としては、高分子系および無機系等各種のものを用いることができるが、第１樹脂モールド１１を構成する材料（例えばシリコーン樹脂もしくはシリコーンゴム）中において、マトリックス相と相溶しないかあるいは相溶しにくく粒子として分散して存在することが必要である。
上記光拡散剤の具体例としては、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ、シリコーン、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化チタン、リン酸チタン、チタン酸マグネシウム、マイカ、ガラスフィラー、硫酸バリウム、クレー、タルク、シリコーンゴム状弾性体、ポリメチルシルセスオキサンなどの無機系拡散剤、アクリル系、スチレン系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ウレタン系、ナイロン系、メタクリレート−スチレン系、フッ素系、ノルボルネン系などの有機系拡散剤などがあげられる。
さらに、光拡散剤の粒子径としては、拡散剤を添加することにより所望の光拡散性が得られるものであれば特に制限はないが、平均粒子径として１〜５０μｍ程度のものが好適に使用できる。１μｍ未満であると、光が透過されるのみで光拡散効果が得られにくくなる場合があるからである。一方、５０μｍを超えると、十分な光拡散効果が得られず視認性に劣る場合があるからである。
光拡散剤の配合量としては、基材樹脂に対して０．１〜１０重量％が好適である。配合量が０．１重量％未満であると十分な光拡散効果が得られにくくなる場合があり、反対に、１０重量％を超えると光の透過性が損なわれ、かえって十分な光拡散性能が得られなくなる場合があるからである。より好ましくは、０．５〜５重量％の範囲である。
さらに、平均粒子径、粒径分布および種類の異なる２種類以上の光拡散剤を併用してもよく、粒径分布が一様ではなく、２つ以上の粒径分布を有するものなどを単独または併用して使用することもできる。
特に、無機系光拡散剤と有機系光拡散剤を併用することが効果的である。この場合の無機系光拡散剤としては、親水性フュームドシリカ、疎水性フュームドシリカ、親水性フュームド金属酸化物である酸化アルミニウムや酸化チタン等を好適に用いることができる。また、有機系光拡散剤としは、シリコーン・アクリル共重合体樹脂、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリメタクリル酸ブチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリアクリル酸エステル等を好適に用いることができる。
上記第１樹脂モールド１１を構成する材料は、充填がしやすく作業が行いやすいうえ、高精度の計量を行ってモールド表面形状の安定性を得る必要性から、光拡散剤を分散配合した状態で、６Ｐａ・ｓ以下の粘度であることが好ましく、充填後に化学反応や溶剤の揮発除去により硬化させる。
つぎに、実施例について説明する。
図１に示すように、リードフレーム１に各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇを実装し、屈折率１．４１のシリコーンゴムからなる第１樹脂モールド１１、屈折率１．５４のエポキシ樹脂からなる第２樹脂モールド１２を用いて実施例を作製した。なお、第１樹脂モールド１１には、拡散剤を０．５重量％添加した。
比較例として、第１樹脂モールド１１がなく、エポキシ樹脂による第２樹脂モールド１２だけを形成したものを作製した。
図２は、上記実施例の配光特性の測定結果、図３は比較例の配光特性の測定結果（横置き）である。これらの結果に見られるように、比較例が、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）各色の特性曲線がいびつであるのに対し、実施例は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）各色の特性曲線がいずれも円形に近いことが明らかである。この結果から、比較例では、角度によっていずれかの色彩が強く出てしまう指向特性があるのに対し、実施例では、いずれかの色彩が極端に強く出るような傾向がみられず、カラーシフト面で問題ないレベルであることがわかる。
以上のように、本実施形態のＬＥＤパッケージ装置によれば、上記各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇが搭載されたカップ部５内には、搭載された各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇを覆うように光透過性の第１樹脂モールド１１が設けられ、少なくとも上記カップ部５の開口を覆うように、光透過性の第２樹脂モールド１２が形成されている。これにより、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ、２Ｇから発光した光は第１樹脂モールド１１と第２樹脂モールド１２を透過して照射される。そして、第１樹脂モールド１１と第２樹脂モールド１２を、相互に屈折率が異ならせたことから、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。しかも、樹脂モールド１０によってカラーシフトを防止することにより、ディスプレイにしたときにフィルム等を被覆する必要がない。
また、上記第１樹脂モールド１１は、その表面が、カップ部５の開口縁と面一もしくはそれよりもやや盛り上がるように設けられている場合には、配光特性の悪化を防止し、良好な配光特性を得る上で好ましい。
ここで、良好な配光特性を得る理由としては、以下のことが推察される。まず、１種類の樹脂モールドでは赤色ＬＥＤ２Ｒの配光の特性を修正できなかったのに対し、２種類の樹脂モールドにより光の境界を設けることでレンズ効果が生じる。このレンズ効果により赤色ＬＥＤ２Ｒの配光特性が改善され、結果として全体としての配光特性が改善される。また、シリコーンがカップ部５よりもやや盛り上がることにより、凸レンズ効果が生まれ、その形状を変化させることにより、配光を制御することが出来る。
ここで、良好な配光特性を得る理由としては、以下のことが推察される。まず、１種類の樹脂モールドでは赤色ＬＥＤ２Ｒの配光の特性を修正できなかったのに対し、２種類の樹脂モールドにより光の境界を設けることでレンズ効果が生じる。このレンズ効果により赤色ＬＥＤ２Ｒの配光特性が改善され、結果として全体としての配光特性が改善される。また、シリコーンがカップ部５よりもやや盛り上がることにより、凸レンズ効果が生まれ、その形状を変化させることにより、配光を制御することが出来る。
また、上記リードフレーム１は脚部６と端子部材７の少なくともいずれかを備え、上記第２樹脂モールド１２は、脚部６および／または端子部材７の一部を露出するように形成されている場合には、脚部６および／または端子部材７が露出されて電気的接続や放熱の妨げにならない。
また、第２樹脂モールド１２の屈折率は、第１樹脂モールド１１の屈折率よりも大きい場合には、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。
また、第１樹脂モールド１１には光拡散剤が含有されているが、第２樹脂モールド１２には光拡散剤が含有されていない場合には、カラーシフトを有効に防止し、カラーディスプレイ等に使用した際に良好な色再現性を発揮する。
１ リードフレーム
２Ｒ 赤色ＬＥＤ
２Ｂ 青色ＬＥＤ
２Ｇ 緑色ＬＥＤ
３ 実装面
４ 反射面
５ カップ部
６ 脚部
７ 端子部材
８ 接続導線
１０ 樹脂モールド
１１ 第１樹脂モールド
１２ 第２樹脂モールド
２Ｒ 赤色ＬＥＤ
２Ｂ 青色ＬＥＤ
２Ｇ 緑色ＬＥＤ
３ 実装面
４ 反射面
５ カップ部
６ 脚部
７ 端子部材
８ 接続導線
１０ 樹脂モールド
１１ 第１樹脂モールド
１２ 第２樹脂モールド
Claims (5)
- 少なくとも３個以上の異なる波長のＬＥＤと、各ＬＥＤが搭載されるリードフレームとを有するＬＥＤパッケージ装置であって、
上記リードフレームは上記各ＬＥＤが搭載されるカップ部を備え、
上記各ＬＥＤが搭載されたカップ部内には、搭載された各ＬＥＤを覆うように光透過性の第１樹脂モールドが設けられ、
少なくとも上記カップ部の開口を覆うように、光透過性の第２樹脂モールドが形成され、
上記第１樹脂モールドと第２樹脂モールドは、相互に屈折率が異なっていることを特徴とするＬＥＤパッケージ装置。 - 上記第１樹脂モールドは、その表面が、カップ部の開口縁と面一もしくはそれよりもやや盛り上がるように設けられている請求項１記載のＬＥＤパッケージ装置。
- 上記リードフレームは脚部と端子部の少なくともいずれかを備え、上記第２樹脂モールドは、脚部および／または端子部の一部を露出するように形成されている請求項１または２記載のＬＥＤパッケージ装置。
- 第２樹脂モールドの屈折率は、第１樹脂モールドの屈折率よりも大きい請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤパッケージ装置。
- 第１樹脂モールドには光拡散剤が含有されているが、第２樹脂モールドには光拡散剤が含有されていない請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＥＤパッケージ装置。
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