JP3704794B2 - Method for forming LED display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、発光ダイオードを2個以上用いたLED表示器に関し、特に発光ダイオード劣化を防止しつつ発光特性、視認性及び生産性に優れたLED表示器に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、RGB(赤色、緑色、青色)三原色をそれぞれ高輝度に発光できる発光ダイオードが開発されたことにともない、寿命が長く信頼性の高い発光ダイオードの特性を利用したランプ用、信号用や文字、画像情報がフルカラー表示可能なディスプレイ用などとしてLED表示器が利用され始めている。このような集合ランプであるLED表示器は、一般的に壁などに一定角度で固定される。一方、視認者の位置、外来光の照射角度などは、時々刻々と変化する。LED表示器はこのような変化に対しても視認性が大きく変化しないことが望まれる。
しかし、正面輝度向上のために発光ダイオードはレンズ加工した樹脂などでLEDチップを覆うことにより周囲に拡散しようとする発光を正面に集光させ輝度を引き上げている。そのため、発光ダイオードの正面(指向方向)から外れた方向の発光輝度は低く視認者の移動などにともなって視認性が大幅に低下するという問題があった。
【0003】
そこで、視認範囲を広げるために、種々の集合ランプが開発されている。
具体的には特開平7−302931号公報や実用新案登録番号第3019845号が挙げられる。特開平7−302931号公報には、RGB三原色を有するLEDの発光面を複数設けると共に発光面の配光方向が異なる構成とする。あるいは、LEDをフレキシブル基板上に配置しフレキシブル基板に角度を付けた構成とすることによって視認性を向上させることが開示されている。しかしながら、実質的に野外などでのより広い視認性には十分に対応させることができない。即ち、より広い視認性に対応させるためには発光面である基板をそれぞれの角度ごとに複数用いて構成させなければならず配線や取り付けなど機器が複雑化し生産性よく形成できない。また、フレキシブル基板上にLEDを実装することが難しい上、常に応力がかかったフレキシブル基板においては発光ダイオードの発熱による昇温や野外などの温湿度サイクルの激しい環境下では一定の角度以上で曲げるとハンダ付けなどの電気的接続に不良をきたすという問題が生ずる。
【0004】
また、実用新案登録番号第3019845号には、裏面にプリント基板を重ね合わせた方形状の基台面に、多数個の発光ダイオードを縦横列に配設し、一方列の発光ダイオードの取り付け角度を中心線から端部に至るにわたって徐々に変化させて取り付けたものが開示されている。発光ダイオードの取付角度を徐々に変化させることによって、比較的広い視認性にも十分対応させることができる。しなしながら、発光ダイオードの取付角度をそれぞれ基板に対して変化させて取り付けるためには個々の発光ダイオードを正確に基板に対して変化させなければならず混色性を高めるために密集させた発光ダイオードの配置では困難であり、指向特性にむらが生じる。また、発光ダイオードと基板とを所定の角度以上に保持させたままハンダ付けすると、半田付による昇温が曲げ応力のかかったリード端子を部分的に移動させる場合があり発光ダイオードとリード端子とを接続させる電気的接続部材が部分的に解離するという問題も生ずる。さらに、一度所望の角度に正確に折り曲げた発光ダイオードをそれぞれ基板上に正確に配置しその角度を保持したままハンダ等で固定することは実際上困難であり実用的ではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、より厳しい環境下で広い視認性が求められる今日においては上記構成の集合ランプでは十分ではなく、更なる特性向上が求められる。本願発明はかかる問題に鑑み、発光特性劣化を防止しつつ、視認性及び生産性に優れたLED表示器を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、リード電極およびモールド部材を有する複数の発光ダイオードと、それらの発光ダイオードがそれぞれ異なる傾斜角で配された基板と、上記基板を配する筐体と、を有するLED表示器の形成方法であって、上記基板の開口部に上記発光ダイオードのリード電極を配置させる工程と、上記基板に対する傾斜角がそれぞれ調整された複数の孔を有する治具に、上記モールド部材を上記孔に挿入させることにより、上記発光ダイオードを固定する工程と、上記治具が付された状態で、上記発光ダイオードのリード電極を上記基板に固定する工程とを有することを特徴とするLED表示器の形成方法である。
【0007】
また、上記リード電極を上記基板に固定した後、上記治具を取り外す工程を有する。また、上記発光ダイオードが固定された複数の基板を、それぞれ異なる角度で筐体に配する工程を有する。
【0008】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、種々の実験の結果、視認性を向上させるための発光ダイオードの傾斜をリード端子の折り曲げではなく基板に対する直線状リード端子の傾斜によって行うことで発光特性を損なうことなく広い視野角のLED表示器とすることができることを見出し、本願発明をするに至った。
【0009】
即ち、本願発明の如く基板に対して直線状リード端子を傾斜させて貫通させると、外力や温度変化による応力などの影響を受けにくいと考えられる。具体的にはリード端子自体が直線状であるために曲げ応力に対して強く金属疲労にともなう劣化、リードメッキの損傷などや曲げバラツキにともなう混色性の低下が生じにくい。また、開口部が大きく直線状リード端子と基板上に設けられた導電パターンとのハンダ量などが多いため導電パターン、リード端子などとの密着性がよく且つ、放熱性も高くでき発光特性が安定化できる。したがって、本願発明のLED表示器は、発光ダイオード指向角の調整を基板に対する直線状リード端子の傾斜角によって行うことにより基板とリード端子との発光特性を劣化させることなく視認性に優れたLED表示器とすることができる。以下本願発明の光電変換装置を図を用いて説明する。
【0010】
図1及び図2の如く発光ダイオード102のリード端子201は直線状で基板101の開口に差し込まれそれぞれ基板の一端部から他方の端部にかけて徐々に傾斜角がついている。発光ダイオード102は、基板101の導電パターン202とハンダ203により電気的に接続されると共に固定されている。この発光ダイオード102が形成された同一基板を向きを変えて線対称となるよう筐体内にそれぞれ配置してある。発光ダイオード102と筐体104との間には、外部からの水分、塵芥及び外力から基板などを保護する目的で充填材103が配置されている。また外来光を遮光すべく遮光部材105が筐体にはめ込まれている。こうして形成されたLED表示器は左右方向からの視認性を向上させることができる。以下本願発明の各構成について詳述する。
【0011】
(基板101)
本願発明に用いられる基板101としては、各発光ダイオード102を所望の配置及び所望の角度にそれぞれ配置し電気的に接続するために用いられる。また、駆動回路用の基板と兼用してもよい。発光ダイオードの配置はディスプレイ用として使用する場合はマトリックス形状などとすることができる。また、矢印信号など所望の用途に流用する場合は、その形状に応じて発光ダイオードを配置すれば良い。
【0012】
本願発明の基板101としては、機械的強度が高く熱変形の少ないものが好ましい。具体的には銅箔などの導電体が形成されたセラミックス、ガラス、アルミなどのメタル基板、各種樹脂等を用いたプリント基板が好適に利用できる。発光ダイオードが実装される基板表面はLED表示面と一致するためコントラスト向上のために着色してあることが好ましい。また、充填材との密着性向上のためにサンドブラスト処理し凹凸を形成させても良い。さらに、リード端子を曲げることなく各々の発光ダイオードが所望の角度で実装された基板を方向を変え筐体内に線対称配置させることによってそれぞれの異なった傾斜角を有する基板とできる。これにより量産性を上げることができる。
【0013】
(基板の開口部)
本願発明の基板の開口部とは、基板に設けられた直線状リード端子201貫通用の孔である。通常、貫通孔は発光ダイオードのリード端子201が基板に対して垂直に固定しやすいようまた、電子部品自動挿入機の実装工程上のためにリード端子径よりも僅かに大きく開口させてある。一方、本願発明の開口は、リード端子202に付けられたストッパーよりも小さいがリード端子径よりも大きく発光ダイオードが基板に対して所望の傾斜を形成できるような大きさに積極的に開口させている。この開口径の違いが結果的に内部応力を形成させることなくLED表示器の視野角を増やすことができる。また、リード端子と基板との接続面積を増やし密着性を向上させることもできる。開口径はリード端子に設けられたストッパーの大きさ、基板の厚みや実装機器の性能によって種々選択できる。開口径とリード端子径によって決定できるリード端子の傾斜角は、ハンダ実装においても接触不良をおこすことがなく好適に固定させるために基板に対する最大傾斜角が40度から140度が好ましい。また、基板の開口部が従来のものより大いためにリード端子を斜めにさせることを考慮して基板を貫通させたリード端子を長めに切断させる必要がある。これにより基板との密着性や発光ダイオードの発熱を効率よく放熱させることもできる。
【0014】
(発光ダイオード102)
本願発明に用いられる発光ダイオード102としては、種々の光半導体素子を樹脂でモールドし形成した発光素子が用いられる。発光ダイオード中の半導体素子は一種類で単色発光させても良いし複数用いて単色或いは多色発光させても良い。具体的には、液相成長法やMOCVD法により基体上にGaAlN、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させた物が好適に用いられる。半導体素子の構造としては、MIS接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種種選択することができる。さらに、量子効果を持たせるため発光層を単一量子井戸構造、多重量子井戸構造とさせても良い。こうしてできた半導体に、蒸着法、スパッタ法やCVD法などにより所望の電極を形成させLEDチップを形成させる。このようなLEDチップの各電極をリード端子などと金線や銀ペーストなどの電気的接続部材を用い電気的に接続した後、モールド部材で覆うことによって発光ダイオードを形成させることができる。
【0015】
また、野外など比較的外来光が強い環境下でLED表示器の使用する場合、緑色系及び青色系として窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色系ではガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましい。また、所望によって波長の異なるLEDチップをリード端子に設けられたカップ上に複数配置した多色発光素子とすることもできる。例えば青色を2個、緑色及び赤色をそれぞれ1個ずつのLEDチップをリード端子上に設置する構成である。なお、フルカラーLED表示器として発光ダイオードを利用するためには赤色の発光波長が600nmから700nm、緑色が495nmから565nm、青色の発光波長が430nmから490nmの半導体を用いた発光ダイオードを使用することが好ましい。
【0016】
発光ダイオードのモールドは、各LEDチップや電気的接続部材等を外部から保護すると共に指向性を高めるために設ける。一般的にはエポキシ樹脂を用いて構成する。また、樹脂モールドを所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができる。樹脂モールドは複数種の樹脂を用い、凸レンズ形状、凹レンズ形状やそれらを複数組み合わせた積層構造とすることもできる。さらにモールド自体に塗料を付着させたり染料及び顔料をモールド部材中に含有させることにより着色させ所望外の波長をカットするフィルターの役目をもたすこともできる。また、モールド部材中に拡散剤を含有させることで指向性を緩和させることもできる。この様な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。樹脂モールドの材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂などの強度があり耐候性に優れた透明樹脂が好適に用いられる。
【0017】
(筐体104)
筐体104は、基板上にマトリックス状など所望の形状に配置した発光ダイオードを外部から機械的に保護する物であって、所望の大きさに形成させることができる。筐体としては、充填材との密着性を考慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。また、筐体は、発光ダイオードの傾斜を補うものとして所望に応じて基板が傾斜できるような傾斜角を持つことが好ましい。さらに、筐体の材料としては成形のしやすさ耐候性などの観点からポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、アクリル樹脂、PBT樹脂等が好ましい。さらに、筐体の内部表面をエンボス加工させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理して充填材との密着性を向上させても良い。
【0018】
(充填材103)
充填材103としては、LED表示器の内部回路を水分、塵芥や外力から保護するため設けられる。したがって、充填材103には、機械的強度及び耐候性が要求される。また、発光ダイオード102、筐体、発光ダイオードが配置された基板及び遮光部材などとの密着性がよいことも求められる。この様な充填材103として具体的には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。また、コントラスト向上のために充填材中に暗色系の着色染料を含有させても良い。さらに、熱伝導を向上させる目的で熱伝導部材を含有させてもよく、また放熱性の高い樹脂を用いても良い。熱伝導部材としては発光ダイオード間にも配されることから電気導通しないことが求められる。具体的には酸化銅、酸化銀が好適に挙げられる。放熱性の高い樹脂としては放熱シリコーン等が挙げられる。
【0019】
(遮光部材105)
遮光部材105としては、発光ダイオード102の各々が外来光によって視認しにくくなることを防止する。反射光を抑制させる目的で遮光部材を黒色などに着色させることがより好ましい。遮光部材は、視認距離に合わせてその角度を変更できることが好ましい。この場合視認角度や距離によって所望に選択できるが好ましくは、基板に対して80度から100度が好ましい。
【0020】
(冶具301)
本願発明に用いられる冶具301とは、基板101に対する発光ダイオード102の傾斜を所望に応じて種々固定させるためのものであり種々のものが使用できる。具体的には、図3の如く発光ダイオードを挿入できる孔303を有しそれぞれ角度を調節固定させる部材をねじなど302などによって固定されている。このような冶具を用いて基板に対する発光ダイオードの傾斜角をそれぞれ変化させ形成させるためには、基板の開口部にそれぞれ発光ダイオードを配置させリード端子を所望の長さに切断させた後、図3に記載された冶具の孔303に発光ダイオード102を挿入し固定させる。固定させた冶具付きの状態で基板の配線パターンと発光ダイオードのそれぞれのリード端子とをハンダ付けさせることなどにより固定させる。
【0021】
(駆動手段)
駆動手段とは、点灯回路などを有し発光ダイオードを複数個配置したLED表示器と電気的に接続されるものである。具体的には、駆動回路からの出力パルスによってマトリックス状などに配置したLED表示器を駆動する。駆動回路としては、入力される表示データを一時的に記憶させるRAM(Random Access Memory)と、該RAMに記憶されるデータから発光ダイオードを所定の明るさに点灯させるための階調信号を演算する階調制御回路と、階調制御回路の出力信号でスイッチングされて、発光ダイオードを点灯させるドライバーとを備える。この様な駆動手段はCPUを用いて形成させることができる。階調制御回路は、RAMに記憶されるデータから発光ダイオードの点灯時間を演算してパルス信号を出力する。階調制御回路から出力されるパルス信号である階調信号は、発光ダイオードのドライバーに入力されてドライバーをスイッチングさせる。ドライバーがオンになると発光ダイオードが点灯され、オフになると消灯することができる。以下、本願発明の実施例について説明するが、本願発明は具体的実施例のみに限定されるものではないことは言うまでもない。
【0022】
[実施例1]
光半導体素子としてMOCVD法を用いサファイヤ基板上にPN接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させる。その後半導体上にP型及びN型電極をスパッタ装置を用いてそれぞれ形成し、サファイヤ基板を個々に分割させることによってLEDチップを得る。次に、リード端子径が0.5mmのリード端子に設けられたカップ上にLEDチップをダイボンダーを用いてダイボンドさせる。ダイボンドされたLEDチップは、LEDチップの電極とリード端子とを電気的接続部材である金線でワイヤーボンドさせられる。これを、エポキシ樹脂で図1の如く砲弾型に硬化させ発光ダイオード102を構成させた。
【0023】
こうして形成させた発光ダイオードを開口径が1.5mmでマトリックス状に配置された1.6mm厚のプリント基板上に電子部品自動挿入機で配置させると共に余分なリード端子を長めに切断させる。このときの発光ダイオードの最大傾斜角は基板に対して35度である。基板上に発光ダイオードが配置された基板を発光ダイオードをそれぞれ所望の角度にさせるために図3の如き冶具にはめ込み固定させる。これにより、一端部の発光ダイオードが基板に対して傾斜角75度に固定され他方の端部の発光ダイオードが基板に対して最大傾斜角である125度に固定されるとともにその中間の発光ダイオードは傾斜角を100度としている。固定させた基板は、自動ハンダ付け装置にて半田付と固定とを同時にさせる。
【0024】
冶具をはずした後、リード端子を曲げることなく各々の発光ダイオードが所望の角度で実装された2枚の基板を方向を変え筐体の略中心線に対し線対称に配置し左右の傾斜角15度に設定された筐体中に固定させた。筐体には、発光ダイオードのモールド部先端が露出する程度に充填材を注入硬化させLED表示器を形成させた。発光ダイオードは、左右それぞれ筐体の正面である傾斜角90度から最大140度まで傾斜している。これによってLED表示器の正面から輝度の低下を抑制しつつ視野角を増やすことができる。このようなLED表示器を1000個作製しそれぞれ駆動回路及び電源に接続させた。いずれも良好に発光可能である。発光ダイオードを10分ごとに点灯及び消灯を繰り返させているLED表示器を温度−20℃1時間、温度80℃1時間の温度サイクルを500繰り返し耐候性を調べた。いずれのLED表示器も電気的接続部材のはがれハンダの剥がれなどによる発光むらや特性劣化は確認できなかった。
【0025】
[比較例1]
基板の開口を0.6mmとしてフレキシブル基板に対して発光ダイオードを垂直に配置しハンダ付け固定後に75度から125度までそれぞれ発光ダイオードを基板に対し傾斜させ図4の如く基板を配した以外は実施例1と同様にして形成させた。実施例1と同様の温度サイクル試験により発光特性を調べた。85度から95度までの角度で折り曲げたものは、発光むらや特性劣化が生じる平均不良発生率が3%以下であるのに対し85度以下或いは95度以上に折り曲げた発光ダイオードの平均不良発生率は21%をこえている。
【0026】
【発明の効果】
上述の如く本願発明の構成とすることによって、厳しい環境下においても発光ダイオードの発光特性を劣化させることなく上下左右視野角の広いLED表示器を簡便に作製させることができる。
【0027】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明のLED表示器を示した模式図であり、図1(A)は、本願発明のLED表示器を示した概略正面図、図1(B)は図1(A)のA−A断面図である。
【図2】 本願発明に用いられる直線状リード端子が基板を貫通している部分拡大図である。
【図3】 本願発明の基板に対して各発光ダイオードを傾斜させるための冶具の模式図であり、図3(A)は、冶具の概略平面図、図3(B)は、図3(A)のA−A断面図である。
【図4】 本願発明と比較のために示したLED表示器を示した模式図であり、図4(A)は、LED表示器を示した概略正面図、図4(B)は図4(A)のA−A断面図である。
【符号の説明】
101・・・傾斜配置された基板
102・・・リード端子が直線状の発光ダイオード
103・・・充填材
104・・・筐体
105・・・遮光部材
201・・・直線状リード端子
202・・・基板上に設けられたパターン配線
203・・・ハンダ
301・・・発光ダイオードを傾斜固定させるための冶具
302・・・発光ダイオードの傾斜角度を調整させる調整ねじ
303・・・発光ダイオードの挿入口
401・・・傾斜配置されたフレキシブル基板
402・・・リード端子が折り曲げられた発光ダイオード
403・・・充填材
404・・・筐体
405・・・遮光部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an LED display using two or more light emitting diodes, and more particularly to an LED display excellent in light emission characteristics, visibility and productivity while preventing deterioration of the light emitting diodes.
[0002]
[Prior art]
Today, with the development of light-emitting diodes that can emit RGB (red, green, blue) three primary colors with high brightness, the lamps, signals, letters, LED displays are beginning to be used for displays capable of displaying full-color image information. The LED display which is such a collective lamp is generally fixed to a wall or the like at a certain angle. On the other hand, the position of the viewer, the irradiation angle of the extraneous light, and the like change from moment to moment. It is desirable that the visibility of the LED display does not change greatly even with such a change.
However, in order to improve the front luminance, the light-emitting diode covers the LED chip with a lens-processed resin or the like, thereby condensing light emitted to spread around the front to raise the luminance. For this reason, there is a problem in that the light emission luminance in the direction deviating from the front surface (directing direction) of the light emitting diode is low, and the visibility is greatly reduced as the viewer moves.
[0003]
Therefore, various collective lamps have been developed to widen the viewing range.
Specifically, JP-A-7-302931 and utility model registration number 3019845 can be mentioned. Japanese Patent Laid-Open No. 7-302931 has a configuration in which a plurality of light emitting surfaces of LEDs having RGB three primary colors are provided and the light distribution directions of the light emitting surfaces are different. Alternatively, it is disclosed that visibility is improved by arranging LEDs on a flexible substrate and providing an angle to the flexible substrate. However, it cannot substantially cope with wider visibility in the outdoors. That is, in order to deal with wider visibility, a plurality of substrates that are light emitting surfaces must be used for each angle, and devices such as wiring and mounting become complicated and cannot be formed with high productivity. In addition, it is difficult to mount LEDs on a flexible board, and if a flexible board is always under stress, it can be bent at a certain angle or more in an environment where the temperature and humidity cycle is intense, such as temperature rise due to heat generation of the light emitting diode or the outdoors. There arises a problem that the electrical connection such as soldering is defective.
[0004]
In addition, in Utility Model Registration No. 3019845, a large number of light emitting diodes are arranged vertically and horizontally on a square base surface with a printed circuit board superimposed on the back surface, and the mounting angle of one row of light emitting diodes is centered. An attachment in which the wire is gradually changed from the line to the end is disclosed. By gradually changing the mounting angle of the light emitting diode, it is possible to sufficiently cope with relatively wide visibility. However, in order to change the mounting angle of the light emitting diodes with respect to the substrate, the individual light emitting diodes must be accurately changed with respect to the substrate. In this arrangement, it is difficult to arrange the directional characteristics. Also, if the light emitting diode and the substrate are soldered while being held at a predetermined angle or more, the temperature rise due to soldering may cause the lead terminal subjected to bending stress to move partially. There also arises a problem that the electrical connection member to be connected is partially dissociated. Further, it is practically difficult and impractical to place the light-emitting diodes that are once bent exactly at a desired angle on the substrate and fix them with solder or the like while maintaining the angle.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in the present day when wide visibility is required in a harsher environment, the collective lamp having the above configuration is not sufficient, and further improvement in characteristics is required. In view of such a problem, the present invention is to provide an LED display excellent in visibility and productivity while preventing deterioration of light emission characteristics.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a method for forming an LED display, comprising: a plurality of light emitting diodes each having a lead electrode and a mold member; a substrate on which the light emitting diodes are arranged at different inclination angles; and a housing on which the substrate is disposed. The lead member of the light emitting diode is disposed in the opening of the substrate, and the mold member is inserted into the hole in a jig having a plurality of holes each having an inclination angle adjusted with respect to the substrate. And a step of fixing the light emitting diode, and a step of fixing the lead electrode of the light emitting diode to the substrate with the jig attached thereto. is there.
[0007]
Moreover, it has the process of removing the said jig | tool after fixing the said lead electrode to the said board | substrate. In addition, the method includes a step of arranging the plurality of substrates on which the light emitting diodes are fixed on the housing at different angles.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of various experiments, the inventor of the present application has performed a wide viewing angle without impairing the light emission characteristics by tilting the light-emitting diode for improving visibility by tilting the linear lead terminal with respect to the substrate instead of bending the lead terminal. It was found that the LED display can be made, and the present invention has been made.
[0009]
That is, when the linear lead terminal is inclined and penetrated with respect to the substrate as in the present invention, it is considered that it is difficult to be affected by external force or stress due to temperature change. Specifically, since the lead terminal itself is linear, it is strong against bending stress, and deterioration due to metal fatigue, lead plating damage, etc., and deterioration of color mixing due to bending variations are unlikely to occur. In addition, since the opening is large and the amount of solder between the linear lead terminal and the conductive pattern provided on the substrate is large, it has good adhesion to the conductive pattern, lead terminal, etc., and also has high heat dissipation and stable light emission characteristics. Can be Therefore, the LED display of the present invention is an LED display that is excellent in visibility without deteriorating the light emission characteristics of the substrate and the lead terminal by adjusting the light emitting diode directivity angle by the inclination angle of the linear lead terminal with respect to the substrate. Can be a container. Hereinafter, the photoelectric conversion device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
As shown in FIGS. 1 and 2, the lead terminal 201 of the light emitting diode 102 is linearly inserted into the opening of the substrate 101, and is gradually inclined from one end of the substrate to the other end. The light emitting diode 102 is electrically connected and fixed by the conductive pattern 202 of the substrate 101 and the solder 203. The same substrate on which the light emitting diodes 102 are formed is arranged in the casing so as to be line-symmetrical by changing the direction. A filler 103 is disposed between the light emitting diode 102 and the housing 104 for the purpose of protecting the substrate from moisture, dust, and external force from the outside. In addition, a light shielding member 105 is fitted in the housing to shield extraneous light. The LED display formed in this way can improve the visibility from the left-right direction. Hereinafter, each configuration of the present invention will be described in detail.
[0011]
(Substrate 101)
The substrate 101 used in the present invention is used for arranging and electrically connecting the light emitting diodes 102 in a desired arrangement and a desired angle. Further, it may also be used as a substrate for a drive circuit. The arrangement of the light emitting diodes may be a matrix shape when used for a display. In addition, when diverting to a desired application such as an arrow signal, a light emitting diode may be arranged in accordance with its shape.
[0012]
As the substrate 101 of the present invention, a substrate having high mechanical strength and little thermal deformation is preferable. Specifically, ceramic substrates on which conductors such as copper foil are formed, metal substrates such as glass and aluminum, and printed substrates using various resins can be suitably used. Since the surface of the substrate on which the light emitting diode is mounted coincides with the LED display surface, it is preferable that the substrate surface is colored to improve contrast. Further, in order to improve the adhesion with the filler, sand blasting may be performed to form irregularities. Furthermore, by changing the direction of the substrate on which each light emitting diode is mounted at a desired angle without bending the lead terminal and arranging it symmetrically in the housing, the substrate can have different inclination angles. Thereby, mass productivity can be improved.
[0013]
(Board opening)
The opening part of the board | substrate of this invention is a hole for the linear lead terminal 201 penetration provided in the board | substrate. Usually, the through-hole is opened slightly larger than the lead terminal diameter so that the lead terminal 201 of the light emitting diode can be easily fixed perpendicularly to the substrate and for the mounting process of the electronic component automatic insertion machine. On the other hand, the opening of the present invention is smaller than the stopper attached to the lead terminal 202 but larger than the lead terminal diameter, and is actively opened to a size that allows the light emitting diode to form a desired inclination with respect to the substrate. Yes. This difference in aperture diameter can increase the viewing angle of the LED display without forming internal stress as a result. Further, the connection area between the lead terminal and the substrate can be increased to improve the adhesion. The opening diameter can be variously selected depending on the size of the stopper provided on the lead terminal, the thickness of the substrate, and the performance of the mounting device. As for the inclination angle of the lead terminal that can be determined by the opening diameter and the lead terminal diameter, the maximum inclination angle with respect to the substrate is preferably 40 degrees to 140 degrees in order to fix the lead terminals without causing poor contact even in solder mounting. In addition, since the opening of the substrate is larger than the conventional one, it is necessary to cut the lead terminal penetrating the substrate longer in consideration of making the lead terminal oblique. Thereby, it is possible to efficiently dissipate the adhesion to the substrate and the heat generation of the light emitting diode.
[0014]
(Light emitting diode 102)
As the light emitting diode 102 used in the present invention, a light emitting element formed by molding various optical semiconductor elements with resin is used. One type of semiconductor element in the light emitting diode may be used for single color emission, or a plurality of semiconductor elements may be used for single color or multicolor emission. Specifically, a material in which a semiconductor such as GaAlN, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP, InGaN, GaN, and AlInGaN is formed as a light emitting layer on a substrate by liquid phase growth method or MOCVD method is preferably used. It is done. Examples of the structure of the semiconductor element include a homo structure having a MIS junction and a PN junction, a hetero structure, and a double hetero structure. Depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal, the emission wavelength can be selected from ultraviolet light to infrared light. Furthermore, the light emitting layer may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in order to give a quantum effect. A desired electrode is formed on the semiconductor thus formed by vapor deposition, sputtering, CVD, or the like to form an LED chip. After each electrode of such an LED chip is electrically connected to a lead terminal or the like using an electrical connecting member such as a gold wire or silver paste, a light emitting diode can be formed by covering with a mold member.
[0015]
In addition, when the LED display is used in an environment with relatively strong external light such as outdoors, it is preferable to use a gallium nitride compound semiconductor as a green system and a blue system, and in the red system, a gallium / aluminum / arsenic system is used. A semiconductor or an aluminum / indium / gallium / phosphorous semiconductor is preferably used. Moreover, it can also be set as the multicolor light emitting element which has arrange | positioned multiple LED chips from which a wavelength differs depending on necessity on the cup provided in the lead terminal. For example, two LED chips, one green chip and one red chip, are installed on the lead terminals. In order to use a light emitting diode as a full-color LED display, it is necessary to use a light emitting diode using a semiconductor having a red emission wavelength of 600 nm to 700 nm, a green color of 495 nm to 565 nm, and a blue emission wavelength of 430 nm to 490 nm. preferable.
[0016]
The mold of the light emitting diode is provided to protect each LED chip, the electrical connection member, and the like from the outside and enhance directivity. In general, an epoxy resin is used. Moreover, a lens effect can be given by making a resin mold into a desired shape. The resin mold uses a plurality of types of resins, and may have a convex lens shape, a concave lens shape, or a laminated structure in which a plurality of them are combined. Furthermore, it can also serve as a filter that cuts off undesired wavelengths by coloring the mold itself by attaching a paint or containing dyes and pigments in the mold member. Moreover, directivity can also be eased by containing a diffusing agent in the mold member. As such a diffusing agent, barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide or the like is preferably used. As a material for the resin mold, a transparent resin having strength and excellent weather resistance such as epoxy resin, urea resin, silicone resin, fluororesin, and polycarbonate resin is preferably used.
[0017]
(Housing 104)
The housing 104 mechanically protects the light emitting diodes arranged in a desired shape such as a matrix on the substrate from the outside, and can be formed in a desired size. As the housing, a material having a small coefficient of thermal expansion is preferable in consideration of adhesion to the filler. Moreover, it is preferable that the housing has an inclination angle so that the substrate can be inclined as desired to compensate for the inclination of the light emitting diode. Furthermore, as materials for the housing, polycarbonate resin, ABS resin, epoxy resin, phenol resin, polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (LCP), acrylic resin, PBT resin, etc. are used from the viewpoint of ease of molding and weather resistance. preferable. Further, the inner surface of the housing may be embossed to increase the adhesion area, or plasma treatment may be performed to improve the adhesion with the filler.
[0018]
(Filler 103)
The filler 103 is provided to protect the internal circuit of the LED display from moisture, dust, and external force. Accordingly, the filler 103 is required to have mechanical strength and weather resistance. In addition, good adhesion to the light emitting diode 102, the housing, the substrate on which the light emitting diode is disposed, the light shielding member, and the like is also required. Specific examples of such a filler 103 include epoxy resin, urethane resin, and silicone resin. Further, a dark colored dye may be contained in the filler for improving the contrast. Furthermore, a heat conductive member may be included for the purpose of improving heat conduction, or a resin with high heat dissipation may be used. Since the heat conducting member is also disposed between the light emitting diodes, it is required not to conduct electricity. Specifically, copper oxide and silver oxide are preferable. Examples of the heat radiating resin include heat radiating silicone.
[0019]
(Light shielding member 105)
As the light shielding member 105, each of the light emitting diodes 102 is prevented from being difficult to be visually recognized by external light. More preferably, the light shielding member is colored black or the like for the purpose of suppressing reflected light. It is preferable that the angle of the light shielding member can be changed according to the viewing distance. In this case, it can be selected as desired depending on the viewing angle and distance, but preferably from 80 degrees to 100 degrees with respect to the substrate.
[0020]
(Jig 301)
The jig 301 used in the present invention is for fixing various inclinations of the light emitting diode 102 with respect to the substrate 101 as desired, and various types can be used. Specifically, as shown in FIG. 3, members 303 having holes 303 into which the light emitting diodes can be inserted are fixed by screws 302 or the like. In order to change the inclination angle of the light-emitting diode with respect to the substrate using such a jig, the light-emitting diodes are arranged in the openings of the substrate and the lead terminals are cut to a desired length, and then FIG. The light emitting diode 102 is inserted and fixed in the hole 303 of the jig described in the above. Fixing is performed by soldering the wiring pattern of the substrate and the respective lead terminals of the light emitting diode with the fixed jig attached.
[0021]
(Driving means)
The drive means is electrically connected to an LED display having a lighting circuit or the like and a plurality of light emitting diodes arranged therein. Specifically, an LED display arranged in a matrix or the like is driven by an output pulse from the drive circuit. As a drive circuit, a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores input display data and a gradation signal for lighting a light emitting diode to a predetermined brightness are calculated from the data stored in the RAM. A gradation control circuit; and a driver that is switched by an output signal of the gradation control circuit to turn on the light emitting diode. Such a driving means can be formed using a CPU. The gradation control circuit calculates the lighting time of the light emitting diode from the data stored in the RAM and outputs a pulse signal. A gradation signal, which is a pulse signal output from the gradation control circuit, is input to the driver of the light emitting diode to switch the driver. The light emitting diode can be turned on when the driver is turned on and turned off when the driver is turned off. Examples of the present invention will be described below, but it goes without saying that the present invention is not limited to specific examples.
[0022]
[Example 1]
A gallium nitride semiconductor having a PN junction is formed on a sapphire substrate using MOCVD as an optical semiconductor element. Thereafter, P-type and N-type electrodes are respectively formed on the semiconductor using a sputtering apparatus, and the sapphire substrate is individually divided to obtain LED chips. Next, the LED chip is die-bonded using a die bonder on a cup provided on a lead terminal having a lead terminal diameter of 0.5 mm. The die-bonded LED chip is wire-bonded between the electrode of the LED chip and the lead terminal with a gold wire as an electrical connection member. This was cured into a bullet shape with epoxy resin as shown in FIG.
[0023]
The light-emitting diodes thus formed are placed on a 1.6 mm thick printed circuit board having an aperture diameter of 1.5 mm and arranged in a matrix with an electronic component automatic insertion machine, and extra lead terminals are cut longer. The maximum inclination angle of the light emitting diode at this time is 35 degrees with respect to the substrate. The substrate on which the light emitting diodes are arranged on the substrate is fitted and fixed to a jig as shown in FIG. 3 in order to make the light emitting diodes have respective desired angles. As a result, the light emitting diode at one end is fixed at an inclination angle of 75 degrees with respect to the substrate, and the light emitting diode at the other end is fixed at 125 degrees, which is the maximum inclination angle with respect to the substrate. The inclination angle is 100 degrees. The fixed substrate is simultaneously soldered and fixed by an automatic soldering apparatus.
[0024]
After removing the jig, the two substrates on which the respective light-emitting diodes are mounted at a desired angle without changing the lead terminals are changed in direction and arranged symmetrically with respect to the approximate center line of the housing, and the left and right inclination angles 15 It was fixed in the case set at the time. In the case, an LED display was formed by injecting and curing the filler to such an extent that the tip of the mold part of the light emitting diode was exposed. The light-emitting diodes are tilted from a tilt angle of 90 degrees, which is the front of the housing, to a maximum of 140 degrees. Accordingly, the viewing angle can be increased while suppressing a decrease in luminance from the front of the LED display. One thousand such LED displays were produced and connected to a drive circuit and a power source, respectively. Both can emit light well. The LED display in which the light emitting diode was repeatedly turned on and off every 10 minutes was subjected to a temperature cycle of −20 ° C. for 1 hour and a temperature cycle of 80 ° C. for 1 hour, and the weather resistance was examined. In any of the LED displays, it was not possible to confirm light emission unevenness or characteristic deterioration due to peeling of the electrical connection member or peeling of the solder.
[0025]
[Comparative Example 1]
This was carried out except that the opening of the substrate was 0.6 mm, the light emitting diodes were arranged vertically with respect to the flexible substrate, and after fixing by soldering, the light emitting diodes were inclined from 75 to 125 degrees with respect to the substrate, and the substrate was arranged as shown in FIG. Formed as in Example 1. The light emission characteristics were examined by the same temperature cycle test as in Example 1. When the LED is bent at an angle of 85 to 95 degrees, the average defect occurrence rate that causes uneven light emission and characteristic deterioration is 3% or less, whereas the average defect occurrence of the light emitting diode bent to 85 degrees or less or 95 degrees or more is generated. The rate is over 21%.
[0026]
【The invention's effect】
With the configuration of the present invention as described above, an LED display having a wide vertical, horizontal, and horizontal viewing angle can be easily manufactured without deteriorating the light emission characteristics of the light emitting diode even in a severe environment.
[0027]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an LED display according to the present invention, FIG. 1 (A) is a schematic front view showing the LED display according to the present invention, and FIG. 1 (B) is a diagram of FIG. 1 (A). It is AA sectional drawing.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a linear lead terminal used in the present invention passing through a substrate.
3A and 3B are schematic views of a jig for tilting each light emitting diode with respect to the substrate of the present invention. FIG. 3A is a schematic plan view of the jig, and FIG. 3B is a plan view of FIG. It is AA sectional drawing of).
4 is a schematic view showing an LED display shown for comparison with the present invention, FIG. 4 (A) is a schematic front view showing the LED display, and FIG. 4 (B) is FIG. It is AA sectional drawing of A).
[Explanation of symbols]
101 ... Inclined substrate 102 ... Light-emitting diodes with linear lead terminals 103 ... Filler 104 ... Housing 105 ... Shading member 201 ... Linear lead terminal 202 ... Pattern wiring 203 provided on the substrate Solder 301 Jig 302 for fixing the light emitting diode in an inclined manner Adjusting screw 303 for adjusting the inclination angle of the light emitting diode Inserting hole for the light emitting diode 401 ... Inclined flexible substrate 402 ... Light emitting diode 403 with lead terminals bent ... Filler 404 ... Housing 405 ... Light shielding member

Claims (3)

リード電極およびモールド部材を有する複数の発光ダイオードと、それらの発光ダイオードがそれぞれ異なる傾斜角で配された基板と、前記基板を配する筐体と、を有するLED表示器の形成方法であって、
前記基板の開口部に前記発光ダイオードのリード電極を配置させる工程と、
前記基板に対する傾斜角がそれぞれ調整された複数の孔を有する治具に、前記モールド部材を前記孔に挿入させることにより、前記発光ダイオードを固定する工程と、
前記治具が付された状態で、前記発光ダイオードのリード電極を前記基板に固定する工程と、を有することを特徴とするLED表示器の形成方法。
A method for forming an LED display, comprising: a plurality of light emitting diodes having lead electrodes and a mold member; a substrate on which the light emitting diodes are arranged at different inclination angles; and a housing on which the substrate is arranged.
Placing the light emitting diode lead electrode in the opening of the substrate;
Fixing the light emitting diode by inserting the mold member into the hole in a jig having a plurality of holes each having an inclination angle adjusted with respect to the substrate;
And a step of fixing the lead electrode of the light emitting diode to the substrate in a state where the jig is attached.
前記リード電極を前記基板に固定した後、前記治具を取り外す工程を有する請求項1に記載のLED表示器の形成方法。  The method for forming an LED display according to claim 1, further comprising a step of removing the jig after fixing the lead electrode to the substrate. 前記発光ダイオードが固定された複数の基板を、それぞれ異なる角度で筐体に配する工程を有する請求項1または2に記載のLED表示器の形成方法。  The method for forming an LED display according to claim 1, further comprising a step of arranging the plurality of substrates on which the light emitting diodes are fixed on the housing at different angles.
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