JP3688988B2 - チップｌｅｄ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の表示板照明用バックライト等の光源やキーボタン照明用の光源等として使用されるチップＬＥＤに係る。特に、外部発光効率の向上を図るための対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置を備えた携帯用の端末機器が急速に普及してきており、この端末機器の小型化に伴って液晶表示装置の小型化及び高精度化の要望も高まっている。このため、バックライトの光源として、小型で取り付けが省スペースで済むサイド発光型チップＬＥＤ（例えば特開平１０−１２５９５９号公報参照）が使用されてきている。以下、従来の一般的なサイド発光型チップＬＥＤの構成について説明する。
【０００３】
図９は、一般的なサイド発光型チップＬＥＤの斜視図である。図１０（ａ）は図９におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図１０（ｂ）は図９におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。これら図に示すように、サイド発光型チップＬＥＤは、プリント基板ａ上に搭載されたベアチップ（発光素子）ｂと、このベアチップｂを封止する透光体ｃと、この透光体ｃの表面の一部を覆い且つベアチップｂからの光束を発光窓ｄに向けて反射するためのリフレクタｅとを備えている。このリフレクタｅは、チタン酸化物等を混入した白色の樹脂で構成されており、その内面ｅ１の白色色素によって、ベアチップｂからの光束を乱反射させ、チップＬＥＤの発光窓ｄから外部に向けて発光を行うようになっている（図１０（ｂ）及び図１１に実線で示す矢印参照）。また、ベアチップｂのプリント基板ａに対するダイボンドは、自動ダイボンダにより行われ、このプリント基板ａ上のベアチップｂの姿勢としては、図１０（ａ）に示すように、平面視矩形状のプリント基板ａの各辺に対して、ベアチップｂの平面視の各辺が平行または直交するように設定されている。
【０００４】
また、このチップＬＥＤの作製時には半田付けのためのリフロー炉（例えば炉内温度２４０℃）を通過することになるため、リフレクタｅには高い耐熱性が必要である。このため、リフレクタｅの材料としては高耐熱性エンジニアリングプラスチックが採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、リフレクタｅの材料として上述のものを採用した場合、このリフレクタｅを反射率の高い白色にするには限界があり、透過性が残ってしまって、チップＬＥＤの外部発光効率を高めるには限界があった。
【０００６】
図面を用いて具体的に説明すると、ベアチップｂからの光束は、ベアチップｂの上面だけでなく、図１１に矢印で示すように、各側面からも放射される。今、各側面に直交する方向に放射される光束について考える。このとき、発光窓ｄに対向している側面（発光窓ｄに平行な側面）からの光束ｆ１は透光体ｃを通過してそのまま外部に放射される。これに対し、他の３つの側面からの光束ｆ２，ｆ２，ｆ２は、一旦、リフレクタｅの内面ｅ１に向かって放射された後、この内面ｅ１によって反射されて発光窓ｄから外部に放射されることになる。このリフレクタｅの内面ｅ１による反射の際、上述した如くリフレクタｅに透過性が残っていることから、一部の光束は、反射されることなしにリフレクタｅを通過してしまい（図１１に破線で示す矢印参照）、ここで光ロスが生じて、チップＬＥＤの発光量の減少を招いてしまう。
【０００７】
このように、従来のサイド発光型チップＬＥＤにあっては、外部発光効率を十分に確保することは困難であり、チップＬＥＤに必要発光量を得るためには、この必要発光量よりも発光量のかなり高いベアチップｂを採用せざるを得ずコストの高騰に繋がっていた。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的簡単な構成でチップＬＥＤの外部発光効率の向上を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、ベアチップ（発光素子）が発光窓に対面する面積が最大限に得られるように、プリント基板（基台）に対するベアチップの姿勢を設定している。
【００１０】
−解決手段−
具体的には、基台上に搭載された発光素子と、この発光素子が発する光束を発光窓に向けて反射させる反射部材とを備えたチップＬＥＤを前提とする。このチップＬＥＤに対し、発光素子に４つの側面を備えさせる。また、発光素子の最大幅方向が発光窓の開口幅方向に略一致するように基台に対する発光素子の搭載姿勢を設定し、上記発光素子の４つの側面から放射される各光束のうち２つの側面から放射される各光束が反射部材に向かって照射される一方、他の２つの側面から放射される各光束が発光窓に向けて直接的に照射される構成としている。ここでいう発光素子の最大幅方向とは、例えば発光素子の形状（平面視形状）が正方形状や矩形状である場合、その対角方向である。
【００１１】
この特定事項により、発光素子が発する光束のうち反射部材に向かって照射される光束をできる限り少なくして、発光素子から発光窓に向けて直接的に照射される光束を多く確保することができる。このため、反射部材での反射動作時に生じる光ロス量を低減することができてチップＬＥＤの外部発光効率の向上を図ることができる。
【００１２】
発光素子の搭載姿勢を具体化するものとして以下の構成が挙げられる。つまり、反射部材により、発光素子が発する光束が発光窓に向けて水平方向に反射されるものに対して、発光素子を平面視正方形状とし、その平面視の各側辺の延長方向を発光窓の開口幅方向に対して約４５°傾斜させている。
【００１３】
このような搭載姿勢を実現するための搭載動作としては、発光素子を、基台上に搭載される前の状態で、平面視の各側辺の延長方向を基台の各辺に対して約４５°傾斜して配置させておき、この発光素子を、ダイボンダによって基台上に搬送して搭載するようにしている。
【００１４】
これら特定事項により、発光窓に面する発光素子の幅寸法が従来のものに比べて√２倍（約１．４倍）となって、発光窓からの発光量も約１．４倍に増加することになる。
【００１５】
更なる外部発光効率の向上を図るための構成として、以下の２つの構成が挙げられる。先ず、発光素子を透光体の内部に封止させ、この透光体の発光窓に対応する部分を三角形状に突出させる。また、透光体の発光窓に対応する部分を凸型のレンズ形状に突出させる。
【００１６】
これら特定事項により、発光窓に達した光束の透光体内側への全反射を低減することが可能になり、更なる外部発光効率の向上を図ることができる。
【００１７】
また、上記構成に付加する手段として次の２つのものが挙げられる。先ず、発光素子を封止し且つ反射部材に当接する透光体と反射部材との境界面にミラー加工を施すものである。また、反射部材を金属材料により形成するものである。
【００１８】
これら特定事項により、発光素子が発する光束の完全な光反射を行うことが可能となり、外部発光効率の大幅な向上を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、液晶表示装置の表示板を照明するためのバックライト光源として使用されるサイド発光型チップＬＥＤとして本発明を適用した場合について説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
−サイド発光型チップＬＥＤの構成説明−
図１は本形態に係るサイド発光型チップＬＥＤの斜視図である。図２（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。これら図に示すように、サイド発光型チップＬＥＤは、基台としてのプリント基板１上に発光素子としてのベアチップ２が搭載されている。また、ベアチップ２の外周囲を囲むように反射部材としてのリフレクタ３が配設されている。このリフレクタ３の内側空間には透光体４がモールドされている。つまり、ベアチップ２が、この透光体４により封止された構成となっている。
【００２１】
上記プリント基板１は、耐熱性を有するガラスエポキシ基板等により形成されており、ベアチップ２を搭載するための図示しない搭載用電極及び結線用電極がメッキ配線されている。
【００２２】
ベアチップ２は、発光ダイオードで成り、上記搭載用電極上に銀ペースト等の導電性接着剤によりダイボンドされている。そして、ベアチップ２と結線用電極とが図示しない金線等のボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００２３】
本形態の特徴とするところは、このプリント基板１に対するベアチップ２の搭載姿勢にある。以下、このベアチップ２の搭載姿勢について説明する。
【００２４】
図２に示すように、平面視矩形状のプリント基板１の各辺に対してベアチップ２の平面視の各辺が４５°だけ傾斜するように、このベアチップ２の姿勢が設定されてプリント基板１上に搭載されている。つまり、従来のもの（図１０（ａ）参照）に対して、ベアチップ２を鉛直軸回りに４５°だけ回転させた姿勢としてプリント基板１上に搭載している。言い換えると、ベアチップ２の最大幅方向（平面視における対角方向）が発光窓５の開口幅方向に略一致するようにベアチップ２の搭載姿勢を設定している。
【００２５】
今、ベアチップ２の各側面に直交する方向に放射される光束について考える。従来では、ベアチップ２の４つの側面のうち３つの側面からの光束（図１１における光束ｆ２，ｆ２，ｆ２）は、一旦、リフレクタ３に向かって照射されることになっていた。つまり、１つの側面からの光束（図１１における光束ｆ１）のみが発光窓に向けて直接照射される構成となっていた。そして、リフレクタ３に向かって照射された光束ｆ２は、リフレクタ３での反射動作時に一部がリフレクタｅを通過してしまい、ここで大きな光ロスが生じていた。
【００２６】
これに対し、本形態の構成では、図３に矢印で示すように、ベアチップ２の４つの側面のうち２つの側面からの光束Ｆ１，Ｆ１が、リフレクタ３に向かって照射されることなしに、発光窓５に向けて直接照射されるようになっている。このため、図４に示すように、従来では発光窓に対面するベアチップの幅寸法がａであったのに対し、上述の如く、プリント基板１の各辺に対してベアチップ２の各辺を４５°傾斜させた場合には、発光窓５側に面するベアチップ２の幅寸法が√２×ａとなって従来のものに対して約１．４倍に増加し、これによって発光窓５からの発光量も、従来のものに比べて約１．４倍に増加することになる。また、発光窓５に向けて直接照射される光束の増大に伴ってリフレクタ３に向かって照射される光束が低減され、リフレクタ３での反射動作時に生じていた光ロス量も削減されることになる。
【００２７】
一方、上記透光体４は、透光性に優れ且つ半田リフローの際の高温にも耐え得る耐熱性を有する熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）がトランスファ成形されて成っている。この透光体４の上面は、図２（ｂ）に示す如く放物線の一部を描くように湾曲している。
【００２８】
リフレクタ３は、白色または乳白色で、半田リフローの際の高温にも耐え得る耐熱性を有する熱可塑性樹脂を用いて、透光体４の上面のみを覆うように射出成形により形成されている。このリフレクタ３の内面３１は、透光体４の上面と面接触して湾曲している。これにより、透光体４の上面とリフレクタ３の内面３１とが重なり合った部分、すなわち透光体４とリフレクタ３との境界面が反射面Ｒとして形成されている。この反射面Ｒで反射された反射光は、水平方向に拡散され、垂直方向に絞られるように分布することになる（図２（ｂ）及び図３の矢印参照）。
【００２９】
−ベアチップ搭載動作の説明−
プリント基板１上へのベアチップ２の搭載は自動ダイボンダにより行われる。以下、この自動ダイボンダの構成及びベアチップ２の搭載動作について説明する。
【００３０】
図５（ａ）は、上述した如くベアチップ２をプリント基板１に対して４５°傾斜させて搭載するための自動ダイボンダ６の平面図である。この図に示すように、自動ダイボンダ６は、吸着コレット上に吸着されたＬＥＤチップシート７に配列された複数のベアチップ２，２，…のうちの１個を取り出してプリント基板１上に搬送してダイボンドするためのダイボンダアーム６１を備えている。このダイボンダアーム６１は、先端部に、ベアチップ２を保持するためのホルダ６２を備えている。また、このダイボンダアーム６１は、スライダ６３によって往復移動可能に支持されていて、このスライダ６３に沿った往復移動により、ホルダ６２に保持したベアチップ２をＬＥＤチップシート７からプリント基板１へ搬送可能としている。そして、プリント基板１は、ＬＥＤチップシート７上のベアチップ２，２，…の配列方向に対して４５°傾斜して配置されている。このため、ダイボンダアーム６１のホルダ６２によってＬＥＤチップシート７上の１個のベアチップ２を保持した状態で、ダイボンダアーム６１をスライダ６３に沿って移動させて、ベアチップ２をプリント基板１へ搬送した状態では、プリント基板１の各辺に対してベアチップ２の各辺が４５°だけ傾斜した状態で載置されることになる。このようなベアチップ２の搬送動作を繰り返すことにより、プリント基板１上にベアチップ２が搭載されていく。そして、１枚のプリント基板１に複数個のベアチップ２を搭載した後、このプリント基板１を所定位置でカッティングすることにより、個々のチップＬＥＤを作製するための複数のプリント基板１が得られるようになっている。
【００３１】
尚、図５（ｂ）は、従来の自動ダイボンダを示す平面図であって、上述した自動ダイボンダ６と同一の構成部材については同一の符号を付している。この図の如く、従来の自動ダイボンダ６では、ＬＥＤチップシート７上のベアチップ２の配列方向とプリント基板１の辺とが平行であった。このため、ダイボンダアーム６１の移動によってベアチップ２をプリント基板１へ搬送した状態では、プリント基板１の各辺に対してベアチップ２の各辺が平行または直交することになっていた。
【００３２】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本形態では、プリント基板１の各辺に対してベアチップ２の各辺が４５°傾斜するように、このベアチップ２の姿勢が設定されてプリント基板１上に搭載されている。このため、発光窓５側に面するベアチップ２の幅寸法を、従来のものに比べてベアチップ２を大型にすることなしに約１．４倍に増加させることができる。このため、発光窓５からの発光量も約１．４倍に増加させることができ、チップＬＥＤの外部発光効率の向上を図ることができ、発光量の高いベアチップを採用することなしにチップＬＥＤに十分な発光量を得ることができる。
【００３３】
（変形例）
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。
【００３４】
図６に示すチップＬＥＤは、透光体４の発光窓５に対応する部分を平面視三角形状に突出させたものである。また、図７に示すチップＬＥＤは、透光体４の発光窓５に対応する部分を凸型のレンズ形状に突出させたものである。
【００３５】
これら各図に示す構成の場合、発光窓５に達した光束の透光体４内側への全反射を低減することが可能になり、更なる外部発光効率の向上を図ることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図８は本実施形態に係るサイド発光型チップＬＥＤの図２（ｂ）に相当する図である。
【００３７】
この図に示すように、本形態のサイド発光型チップＬＥＤでは、透光体４とリフレクタ３との境界面にミラー加工を施したものである。具体的には、リフレクタ３の内面３１に金属膜８を蒸着させ、これによってリフレクタ３の内面３１の全体を反射面Ｒとして構成している。これにより、完全な光反射を行うことが可能となり、外部発光効率の大幅な向上を図ることができる。
【００３８】
また、透光体４の上面に金属膜８を蒸着させる構成を採用しても同様の効果を奏することができる。
【００３９】
更には、リフレクタ３の全体を金属材料で形成することによっても、完全な光反射を行うことが可能となる。この場合、ベアチップ２が発する熱を効率良く放熱することが可能となって、チップ部品の最大定格の向上を図ることもできる。
【００４０】
尚、本実施形態の場合、必ずしも、プリント基板１に対してベアチップ２を４５°傾斜させておく必要はない。つまり、このベアチップ２の搭載姿勢を従来の姿勢に設定した場合であっても、従来のものに比べて外部発光効率の向上を図ることができる。また、本形態においてベアチップ２を４５°傾斜させて搭載させれば、各実施形態の効果が相俟って、外部発光効率の大幅な向上を図ることが可能となる。
【００４１】
−その他の実施形態−
上述した各実施形態では、液晶表示装置の表示板を照明するためのバックライト光源として使用されるサイド発光型チップＬＥＤとして本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、キーボタン照明用の光源等に使用されるチップＬＥＤとして適用することも可能である。
【００４２】
また、プリント基板１に対するベアチップ２の傾斜角度としては４５°に限定されるものではなく、４５°±１５°程度の範囲内であれば上記効果を十分に発揮することができる。
【００４３】
更に、ベアチップ２の平面視形状は必ずしも正方形状に限らない。何れの形状を採用した場合であっても、ベアチップ２の最大幅方向を発光窓５の開口幅方向に一致させるようにすればチップＬＥＤの外部発光効率の向上を図ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、発光素子の最大幅方向を発光窓の開口幅方向に略一致させることで、発光素子の４つの側面から放射される各光束のうち２つの側面から放射される各光束を反射部材に向かって照射させる一方、他の２つの側面から放射される各光束を発光窓に向けて直接的に照射させている。これにより、発光素子が発する光束のうち反射部材に向かって照射される光束をできる限り少なくしている。このため、反射部材での反射動作時に生じる光ロス量を低減することができてチップＬＥＤの外部発光効率の向上を図ることができ、発光量の高い発光素子を採用することなしにチップＬＥＤに十分な発光量を得ることができる。
【００４５】
また、発光素子を平面視正方形状とし、その平面視の各側辺の延長方向を発光窓の開口幅方向に対して約４５°傾斜させた場合には、発光窓からの発光量として、従来のものに比べて約１．４倍といった大幅な増大を図ることができ、これまでにない高い輝度のチップＬＥＤを提供することができる。
【００４６】
更に、発光素子を透光体の内部に封止させ、この透光体の発光窓に対応する部分を三角形状に突出させたり、透光体の発光窓に対応する部分を凸型のレンズ形状に突出させた場合には、発光窓に達した光束の透光体内側への全反射を低減することが可能になる。その結果、更なる外部発光効率の向上を図ることができる。
【００４７】
また、反射部材と透光体との境界面にミラー加工を施したり、反射部材を金属材料により形成した場合には、発光素子が発する光束の完全な光反射を行うことが可能となり、外部発光効率の大幅な向上といった効果をより確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るサイド発光型チップＬＥＤの斜視図である。
【図２】（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】光束の反射状態を説明するための図２（ａ）相当図である。
【図４】ベアチップの斜視図である。
【図５】（ａ）は実施形態に係る自動ダイボンダの平面図であり、（ｂ）は従来の自動ダイボンダの平面図である。
【図６】変形例に係る図３相当図である。
【図７】他の変形例に係る図３相当図である。
【図８】第２実施形態に係るサイド発光型チップＬＥＤの図２（ｂ）相当図である。
【図９】従来のサイド発光型チップＬＥＤの図１相当図である。
【図１０】従来のサイド発光型チップＬＥＤの図２相当図である。
【図１１】従来のサイド発光型チップＬＥＤの図３相当図である。
【符号の説明】
１ プリント基板（基台）
２ ベアチップ（発光素子）
３ リフレクタ（反射部材）
４ 透光体
５ 発光窓

Claims (7)

1. 基台上に搭載された発光素子と、この発光素子が発する光束を発光窓に向けて反射させる反射部材とを備えたチップＬＥＤにおいて、
   上記発光素子は４つの側面を有しており、
   上記発光素子の最大幅方向が発光窓の開口幅方向に略一致するように基台に対する発光素子の搭載姿勢が設定されて、上記発光素子の４つの側面から放射される各光束のうち２つの側面から放射される各光束が反射部材に向かって照射される一方、他の２つの側面から放射される各光束が発光窓に向けて直接的に照射される構成となっていることを特徴とするチップＬＥＤ。
2. 請求項１記載のチップＬＥＤにおいて、
   反射部材は、発光素子が発する光束を発光窓に向けて水平方向に反射させるようになっており、
   上記発光素子は、平面視が正方形状であって、その平面視の各側辺の延長方向が発光窓の開口幅方向に対して約４５°傾斜していることを特徴とするチップＬＥＤ。
3. 請求項２記載のチップＬＥＤにおいて、
   発光素子は、基台上に搭載される前の状態で、平面視の各側辺の延長方向が基台の各辺に対して約４５°傾斜して配置されており、ダイボンダによって基台上に搬送されることにより所定の搭載姿勢で搭載されていることを特徴とするチップＬＥＤ。
4. 請求項１、２または３記載のチップＬＥＤにおいて、
   発光素子は透光体の内部に封止されており、
   上記透光体の発光窓に対応する部分が三角形状に突出されていることを特徴とするチップＬＥＤ。
5. 請求項１、２または３記載のチップＬＥＤにおいて、
   発光素子は透光体の内部に封止されており、
   上記透光体の発光窓に対応する部分が凸型のレンズ形状に突出されていることを特徴とするチップＬＥＤ。
6. 請求項１記載のチップＬＥＤにおいて、
   発光素子を封止し且つ反射部材に当接する透光体を備えており、
   上記反射部材と透光体との境界面にミラー加工が施されていることを特徴とするチップＬＥＤ。
7. 請求項１記載のチップＬＥＤにおいて、
   反射部材が金属材料により形成されていることを特徴とするチップＬＥＤ。

Images