JP4966199B2 - Ｌｅｄ光源 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）光源およびその製造技術に関し、特に、可視ＬＥＤを用いたＬＥＤ光源に適用して有効な技術に関するものである。
近年、ＬＥＤは、その高輝度化にともない、携帯電話の液晶表示のバックライトやフラッシュライト、交通信号機、プリンタなどのＯＡ機器の光源、照明器具等に広く用いられている。
例えば、実装された複数のＬＥＤの各ＬＥＤから発生した熱をヒートシンクより放熱するとともに、取り付けた照明器具筐体へ効率良く熱を伝導させることができるＬＥＤ光源装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−５５２２９号公報（段落［００２４］〜［００２５］、図１）
１個のＬＥＤは０．２〜３ｍｍ角の立方体から光束を出す点光源であり、ＬＥＤ１個から出る光束は、１〜２ルーメン程度と少ない。このため、ＬＥＤを照明用光源とする場合は、照度不足を補うため、または広いエリアを照射するために、複数個のＬＥＤを集合させて使用される。例えば３２インチの液晶画面のバックライドにＬＥＤを用いる場合は、９６０個の個片化したＬＥＤが必要とされ、これら個片化されたＬＥＤをプリント配線基板上に任意に実装することにより所望の明るさが確保される。ＬＥＤから出た光束を効率良く、しかも広い角度で一方向に送り出すことで均一で明るい液晶画面を得ることができる。
しかしながら、同じ発光効率を有する蛍光灯とＬＥＤとを単純数値のみで比較すると、ＬＥＤを複数個用いた照明用光源の方が蛍光灯を１本用いた照明用光源よりも価格が高く、今後ＬＥＤ光源に要求される課題の１つとして、ＬＥＤ光源の低価格化が挙げられている。ＬＥＤ光源は、個片化された多数のＬＥＤをプリント配線基板に個々に実装して製造されるため、膨大な実装時間および実装工程数が必要となる。このことが、ＬＥＤ光源の高価格化を招く原因の１つとなっている。
本発明の目的は、ＬＥＤ光源の低価格化を実現することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明のＬＥＤ光源は、所定の間隔を有して第１の方向に沿って並ぶ複数のダイボンドエリアと、ダイボンドエリアと対向して第１の方向に沿って並ぶ複数のワイヤボンドエリアと、ダイボンドエリアと繋がり第１の方向に延びる第１リードと、ワイヤボンドエリアと繋がり第１の方向に延びる第２リードとから構成される基本フレームが、第１の方向と垂直な第２の方向に１列または２列以上配置されて成るフレームを有し、そのフレームに複数個のＬＥＤが搭載されて、フレームの状態で点灯する。
本発明のＬＥＤ光源の製造方法は、フレームの複数のダイボンドエリアにＬＥＤチップを接着する工程と、対向するＬＥＤチップとワイヤボンドエリアとをボンディングワイヤにより接続する工程と、ＬＥＤチップ、ダイボンドエリア、ボンディングワイヤおよびワイヤボンドエリアを樹脂により封止してＬＥＤを形成する工程と、フレームに備わる複数のタイバーを打ち抜く工程とを有する。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
フレームに複数個のＬＥＤを搭載した後、タイバーを打ち抜き、フレームの状態で点灯するＬＥＤ光源を製造することにより、個片化したＬＥＤを配線基板上に任意に実装して製造されるＬＥＤ光源と比べて、製造工程が短くなり、また実装に必要な諸々の材料が不要となるので材料コストが削減できて、ＬＥＤ光源の低価格化を実現することができる。
本実施の形態１による赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを用いたＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態１による青色ＬＥＤチップを蛍光体で覆う白色ＬＥＤを用いたＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態１によるバックライトの製造方法の工程図である。 本実施の形態１による２列のフレームの要部平面図および要部断面図である。 本実施の形態１による各製造工程におけるＬＥＤ光源の要部断面図である。 本実施の形態１による各製造工程におけるバックライトの要部断面図である。 本実施の形態１によるバックライトを内蔵した透過型液晶表示装置の概略図である。 本実施の形態１による１列、２列および３列の第１フレームの要部平面図である。 本実施の形態１による４列および５列の第１フレームの要部平面図である。 本実施の形態１による１列および２列の第２フレームの要部平面図である。 本実施の形態１による３列および４列の第２フレームの要部平面図である。 本実施の形態１による６列のフレームの要部平面図である。 本実施の形態１による２列の第３フレームの要部平面図である。 本実施の形態１による２列の第４フレームの要部平面図である。 本実施の形態１による赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの第１配置例を示すＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態１による赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの第２配置例を示すＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態１による赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの第３配置例を示すＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態１による赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの第４配置例を示すＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態１による修理方法を説明するためのＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態１によるリール・トウ・リール方式を用いたＬＥＤ光源の組み立て装置の模式図である。 本実施の形態２によるＬＥＤ光源の要部平面図を示す。 本実施の形態３による印加電圧を記した２列のフレームを備えるＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態３による印加電圧を記した２列のフレームを備えるＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態３による印加電圧を記した２列のフレームを備えるＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態３による印加電圧を記した４列のフレームを備えるＬＥＤ光源の要部平面図である。 本実施の形態３によるＬＥＤ光源と電源との接続方法を示す模式図である。 本実施の形態４による平板型の反射板を用いたＬＥＤ光源の要部断面図である。 本実施の形態４による平板型の反射板を用いたＬＥＤ光源の要部断面図である。 本実施の形態４による凹型の反射板を用いたＬＥＤ光源の要部断面図である。 本実施の形態４による凹型の反射板を用いたＬＥＤ光源の要部断面図である。 本実施の形態４による凹型の反射板を用いたＬＥＤ光源の要部断面図である。
本実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、本実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、本実施の形態においてフレームとは、第１の方向に所定の間隔を有して並ぶ複数のダイボンドエリアと、第１の方向にダイボンドエリアと対向して並ぶ複数のワイヤボンドエリアと、ダイボンドエリアと繋がり第１の方向に延びる第１リードと、ワイヤボンドエリアと繋がり第１の方向に延びる第２リードとから構成される基本フレームが、第２の方向に１列または２列以上繰り返して形成された金属製の枠組みを言う。
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。さらに、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態１によるＬＥＤ光源の構造を図１および図２を用いて説明する。図１はＲＧＢ３原色の赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）の３個のＬＥＤを用いたＬＥＤ光源（以下、単にＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源と略す）１Ａの要部平面図、図２は青色ＬＥＤチップを蛍光体で覆う白色ＬＥＤ（Ｗ）を用いたＬＥＤ光源（以下、単に白色ＬＥＤ光源と略す）１Ｂの要部平面図である。ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａは、各色の発光スペクトルのピークが顕著に現れるので鮮明な色彩が得られ、また色の再現性が良いなどの利点を有する。白色ＬＥＤ光源１Ｂは、白色発光が１個のＬＥＤから構成されるので、白色ＬＥＤ光源１Ｂから拡散板１０までの距離を短くでき、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａを使用する場合よりもバックライト４の薄型化（例えば０.３５ｍｍ程度の厚さ）が可能となる。
ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａは、任意の間隔で複数個の赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）が配列した帯状の発光体であり、また、白色ＬＥＤ光源１Ｂは、任意の間隔で複数個の白色ＬＥＤ（Ｗ）が配列した帯状の発光体であり、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａおよび白色ＬＥＤ光源１Ｂの基板には、タイバーを取り除いたフレーム３を用いる。なお、図１および図２に示したフレーム３は、その基本フレームの列数を２列としたが、１列または３列以上であってもよい。
本実施の形態１によるＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源から構成されるバックライトの製造方法を図３〜図６を用いて工程順に説明する。図３はバックライトの製造方法の工程図、図４（ａ）は２列のフレーム３の要部平面図、図４（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ′線における要部断面図、図５は各製造工程におけるＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａの要部断面図、図６は各製造工程におけるバックライト４の要部断面図である。さらに、図７に、バックライト４を内蔵した透過型液晶表示装置５の概略図の一例を示す。
まず、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップを実装するダイボンドエリア３ａと、ダイボンドエリア３ａと第１リード３ｂとを繋ぐ第１吊りリード３ｃと、ダイボンドエリア３ａと対向するように配置されたワイヤボンドエリア３ｄと、ワイヤボンドエリア３ｄと第２リード３ｅとを繋ぐ第２吊りリード３ｆとからなる複数の製品領域３Ａ、および複数の製品領域３Ａの間に配置されたタイバー３Ｂとを有するフレーム３を用意する。フレーム３は、例えば銅（Ｃｕ）を母材とし、その表面には銀（Ａｇ）メッキが施されている（図３の工程Ｐ１）。また、フレーム３の厚さは、例えば１００〜３００μｍ程度であり、その幅（図中、ｗで示す幅）は、例えば１５〜２０ｍｍ程度である。
次に、図５（ａ）に示すように、フレーム３の一方の先端（ダイボンドエリア）にペースト材を塗り、そのペースト材上にＬＥＤチップ２ｃを軽く押し付け、１００〜２００℃程度の温度によってペースト材の硬化処理を行う。これによりＬＥＤチップ２ｃとフレーム３とが機械的に固定され、また電気的に接続される（図３の工程Ｐ２）。
ＬＥＤチップ２ｃは、例えばＧａＰ系ＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ２ｃは、前工程または拡散工程と呼ばれる製造工程において半導体ウエハ上のチップ単位で、例えば以下のように形成することができる。例えば単結晶ＧａＰ（または単結晶ＧａＡｓ）からなる半導体基板（この段階では半導体ウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板）上にｎ型半導体層およびｐ型半導体層をエピタキシャル結晶成長法により順次形成して発光層を形成する。続いて、半導体基板の裏面を研削して、半導体基板の厚さを所定の厚さまで減少させ、さらに半導体基板の裏面を研磨する。続いて、ｐ型半導体層に電気的に接続するｐ側電極、半導体基板に電気的に接続するｎ側電極を形成した後、各ＬＥＤチップ２ｃの電気的・光学的特性を測定する。例えば半導体基板を測定用ステージに載置し、ｐ側電極にプローブ（探針）を接触させて入力端子から信号波形を入力すると、出力端子から信号波形が出力される。これをテスターが読み取ることにより各ＬＥＤチップ２ｃの特性が得られる。その後、半導体基板をダイシングして、０．２〜３ｍｍ角程度のＬＥＤチップ２ｃに分割する。
次に、図５（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２ｃと対向するフレーム３のもう一方の先端（ワイヤボンドエリア）とｐ側電極とをボンディングワイヤ６を用いて接続する（図３の工程Ｐ３）。この際、ボンディングワイヤ６は、ＬＥＤチップ２ｃの周辺部に触れないように盛り上がったループ形状となる。
次に、図５（ｃ）に示すように、フレーム３を金型７にセットし、温度を上げて液状化した樹脂８を圧送して金型７に流し込み、ＬＥＤチップ２ｃ、ダイボンドエリア、ボンディングワイヤ６およびワイヤボンドエリアを樹脂８により封止してＬＥＤ２を形成する（図３の工程Ｐ４）。続いて、余計な樹脂８およびバリを取り除く。次に、図５（ｄ）に示すように、切断機７ａを用いてフレーム３のタイバーを打ち抜く（図３の工程Ｐ５）。これにより、前記図１に示したＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａが略完成する。
次に、図６（ａ）に示すように、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａの隣接するＬＥＤ２の照射面側の間に反射板９をはめ込む（図３の工程Ｐ６）。一般にＬＥＤ光源が発熱すると発光効率が下がり、色むらが生ずる。そこで、例えば背面への光の漏れを防いで、ＬＥＤ光源の発光効率を上げるために、シート（フィルムまたは板）からなる反射板を設置する。続いて、図６（ｂ）に示すように、照射面側にＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａの拡散板１０を設置する（図３の工程Ｐ７）。拡散板１０は光を散乱または拡散させる半透明なシート（フィルムまたは板）であり、主に広い面全体を均一な明るさにするために使用される。
次に、図６（ｃ）に示すように、拡散板１０上にプリズムシート１１ａ，１１ｂを設置する（図３の工程Ｐ８）。プリズムシート１１ａ，１１ｂは前方への集光効果を持たせたシート（フィルムまたは板）であり、断面が鋸歯状または凹凸状などがある。続いて、図６（ｄ）に示すように、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａの背面に絶縁フィルム１２を介してボード１３を設置する（図３の工程Ｐ９）。これにより、バックライト４が略完成する。ボード１３は、例えばアルミ（Ａｌ）板であり、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａを保持することに加えて放熱板しても機能する。
その後、図７に示すように、液晶表示素子１４の背面にバックライト４を設置することにより、バックライト４を内蔵した液晶表示装置５が略完成する。上記液晶表示素子１４は、例えば偏光板１４ａ、液晶素子１４ｂ、カラーフィルタ１４ｃ、偏光板１４ｄおよびハーフミラー１４ｅの積層により構成される。偏光板１４ａは光波の振動を一方向に制限する板またはフィルムであり、カラーフィルタ１４ｃはＲＧＢ３原色を表示するためのフィルタである。
なお、前記図６では、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａを搭載するバックライト４の製造方法を説明したが、白色ＬＥＤ光源１Ｂを搭載するバックライトも同様の方法により製造することができる。
このように、本実施の形態１では、ＬＥＤ２（赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）、あるいは白色ＬＥＤ（Ｗ））をフレーム３に搭載した後、ＬＥＤ２を個片化するためのフレーム３のダイシングを行わず、タイバーを取り除くことにより電気回路を形成し、フレーム３の状態で点灯するＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａまたは白色ＬＥＤ光源１Ｂを製造する。これにより、リードフレームからＬＥＤを切り出し、個片化したＬＥＤを配線基板上に任意に実装して製造されるＬＥＤ光源と比べて、製造工程が短くなり、また配線基板およびＬＥＤを配線基板に接着させるためのペースト材等が不要になるので材料コストを削減することができる。その結果、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａまたは白色ＬＥＤ光源１Ｂの低価格化を実現することができる。
（フレームの形状）
前記図４には、ダイボンドエリアとタイバーとが交互に配置された２列のフレーム３を例示したが、フレームの形状はこれに限定されるものではない。以下、本実施の形態１によるフレームの様々な形状を図８〜図１３に例示する。
主として単体で使用する第１フレームの平面形状を図８および図９に示す。図８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は１列、２列および３列の第１フレーム１５ａ，１５ｂ，１５ｃの要部平面図、図９（ａ）および（ｂ）は４列および５列の第１フレーム１５ｄ，１５ｅの要部平面図である。
次に、主として複数を組み合わせて使用する第２フレームの平面形状を図１０および図１１に示す。図１０（ａ）および（ｂ）は１列および２列の第２フレーム１６ａ，１６ｂの要部平面図、図１１（ａ）および（ｂ）は３列および４列の第２フレーム１６ｃ，１６ｄの要部平面図である。第２フレーム１６ａ〜１６ｄでは、ダイボンドエリア１７のｙ方向（第２フレーム１６ａ〜１６ｄのガイド孔ＣＮの配列方向に対して垂直方向、第２の方向）のピッチが等間隔で配置されている。５列以上の列数を有するフレームが必要な場合は、これら１列〜４列の第２フレーム１６ａ〜１６ｄからいずれかを選択し、組み合わせることにより製造する。すなわち、ｎ列のフレームとｍ列のフレームとを組み合わせることにより（ｎ＋ｍ）列のフレームを製造することができる。
前記図１０（ｂ）に示した２列の第２フレーム１６ｂと前記図１１（ｂ）に示した４列の第２フレーム１６ｄとを組み合わせて形成された６列のフレーム１８の要部平面図を図１２に示す。この組み合わせて形成された６列のフレーム１８においても、ダイボンドエリア１７のｙ方向のピッチを等間隔とすることができる。第２フレーム１６ｂと第２フレーム１６ｄとの貼り合わせには、例えば粘着テープ等を用いる。なお、前記図１０（ｂ）に示した２列の第２フレーム１６ｂを３つ組み合わせて６列のフレームを形成してもよく、または前記図１１（ａ）に示した３列の第２フレーム１６ｃを２つ組み合わせて６列のフレームを形成してもよい。さらに、複数の第２フレーム１６ａ〜１６ｄの組合せにより、７列以上のフレームを形成することも可能であり、相対的に大きな面積を有するＬＥＤ光源を実現することができる。
次に、ダイボンドエリアの面積を相対的に大きくして、１つのダイボンドエリアに複数個のＬＥＤを搭載することのできる第３フレームの平面形状を図１３に示す。図１３（ａ）は１つのダイボンドエリア１７ａに３個のＬＥＤを搭載することができる２列の第３フレーム１９の要部平面図、図１３（ｂ）は赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの３個のＬＥＤを１つのダイボンドエリア１７ａに搭載した第３フレーム１９の要部平面図である。図１３（ｂ）に示す破線は樹脂２０を示しており、３個のＬＥＤ、１個のダイボンドエリア１７ａ、３本のボンディングワイヤ６および３個のワイヤボンドエリアが１つの樹脂２０により封止される。第３フレーム１９ではダイボンドエリア１７の幅を広くできることから、例えば前記図８（ｂ）に示した第１フレーム１５ｂよりも放熱効率を向上させることができる。なお、この第３フレーム１９は、主としてＲＢＧ３原色ＬＥＤ光源１Ａに用いられる。さらに白色効率を向上させるために、４個のＬＥＤ（例えば１個の赤色ＬＥＤ、２個の緑色ＬＥＤおよび１個の青色ＬＥＤ）を搭載する第３フレームを用いることもできる。この際、ダイボンドエリア１７ａに対向するワイヤボンドエリアもＬＥＤの数と同じ４個とする。
次に、１つのダイボンドエリアに１個のＬＥＤを搭載し、ダイボンドエリアとタイバーとを交互に配置せず、複数のダイボンドエリアを挟んでタイバーを設けた第４フレームの平面形状を図１４に示す。図１４（ａ）はｘ方向（第４フレーム２２のガイド孔ＣＮの配列方向に対して平行方向；第１の方向）に連続して配置された３つのダイボンドエリア１７を１つの領域として、その領域間を区切るようにタイバー２１が設けられた第４フレーム２２の要部平面図、図１４（ｂ）は赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの３個のＬＥＤを上記１つの領域内の３つのダイボンドエリア１７にそれぞれ搭載した第４フレーム２２の要部平面図である。図１４（ｂ）に示す破線は樹脂２０を示しており、３個のＬＥＤ、３個のダイボンドエリア１７、３本のボンディングワイヤ６および３個のワイヤボンドエリアが１つの樹脂２０により封止される。なお、この第４フレーム２２は、前述した第３フレーム１９と同様、主としてＲＢＧ３原色ＬＥＤ光源１Ａに用いられる。さらに白色効率を向上させるために、上記１つの領域内に４個のＬＥＤ（例えば１個の赤色ＬＥＤ、２個の緑色ＬＥＤおよび１個の青色ＬＥＤ）を搭載する第４フレームを用いることもできる。
（ＬＥＤの配置パターン）
ＲＢＧ３原色ＬＥＤ光源１Ａでは、フレームに搭載する緑色ＬＥＤの数を他の赤色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤの数よりも増やすことにより、白色効率の向上を図ることができる。以下、本実施の形態１による白色効率を向上させるための赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの様々な配置を図１５〜図１８に例示する。フレームにはダイボンドエリア１７がｙ方向に等間隔で配置された４列の第２フレーム１６ｄ（前記図１１（ｂ））を用いる。
図１５はｘ方向の奇数列を赤色ＬＥＤ（Ｒ）と緑色ＬＥＤ（Ｇ）との交互配置、ｘ方向の偶数例を緑色ＬＥＤ（Ｇ）と青色ＬＥＤ（Ｂ）との交互配置としたＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａ１の要部平面図、図１６はｘ方向の配列を赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）、青色ＬＥＤ（Ｂ）および緑色ＬＥＤ（Ｇ）の繰り返しとし、緑色ＬＥＤ（Ｇ）をｙ方向に千鳥状に配置したＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａ２の要部平面図、図１７はｘ方向の配列を赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）、青色ＬＥＤ（Ｂ）および緑色ＬＥＤ（Ｇ）の繰り返しとし、緑色ＬＥＤ（Ｇ）をｙ方向の偶数列に１列に配置したＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａ３の要部平面図、図１８はｘ方向の奇数列に緑色ＬＥＤ（Ｇ）を配置し、ｘ方向の偶数列を赤色ＬＥＤ（Ｒ）と青色ＬＥＤ（Ｂ）との交互配置としたＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａ４の要部平面図である。図１５〜図１８のいずれの配置も赤色ＬＥＤ（Ｒ）と、緑色ＬＥＤ（Ｇ）と、青色ＬＥＤ（Ｂ）との個数比を１：２：１としている。また、本実施の形態１では、これに限定されるものではなく、偶数列に配置されたＬＥＤを奇数列に配置し、奇数列に配置されたＬＥＤを偶数列に配置してもよい。
（ペアリング）
ＬＥＤの発光効率にばらつきがあると輝度が変わり、ＬＥＤ光源に現れる色むらや濃淡が問題となる。そこで、本実施の形態１では、前工程または拡散工程と呼ばれる製造工程において半導体ウエハ上に複数個のＬＥＤチップを形成した後、各ＬＥＤチップの電気的・光学的特性を測定し、その特性データをフロッピーディスク（登録商標）などの記憶媒体に保存するまたはネットワークを経由してデータベースに格納し、その後、上記特性データを基に同一特性または近似特性を有するＬＥＤチップを自動で選択して、これらＬＥＤチップをフレームに接着する手法を用いる。これにより、発光効率の差異の少ないＬＥＤをフレームに搭載することができるので、色むらや濃淡のないＬＥＤ光源を得ることができる。
（修理）
フレームに搭載したＬＥＤが破損しても、ＬＥＤ光源を容易に修理することができる。ここでは、１つの不灯ＬＥＤを補充用ＬＥＤと交換する方法について説明する。図１９は修理方法を説明するためのＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａの要部平面図である。ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａは、２列のフレーム３に形成されている。
まず、図１９（ａ）に示すように、点灯試験により不灯ＬＥＤ２３を確認し、続いて図１９（ｂ）に示すように、フレーム３から不灯ＬＥＤ２３を打ち抜く。図１９（ｃ）に示すように、予め複数個の補充用ＬＥＤ２４を製造しておき、その中からフレーム３に既に搭載されている赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）と同一特性または近似特性を有する補充用ＬＥＤ２４を選択する。その後、図１９（ｄ）に示すように、補充用ＬＥＤ２４を不灯ＬＥＤ２３が打ち抜かれたフレーム３の箇所に接着する。補充用ＬＥＤ２４の接着には、例えば半田ペーストを用いることができる。
（ＬＥＤ光源の組み立て装置）
リール・トウ・リール（Reel to reel）方式を用いたＬＥＤ光源の組み立て方法について説明する。図２０はリール・トウ・リール方式を用いたＬＥＤ光源の組み立て装置２５の模式図である。一方のリール２６に巻き付けたフレーム３を、もう一方のリール２７へ巻き付ける間にダイボンディング工程２８（前記図３の工程Ｐ２）、ワイヤボンディング工程２９（前記図３の工程Ｐ３）、モールド工程３０（前記図３の工程Ｐ４）およびタイバーカット工程３１（前記図３の工程Ｐ５）を経ることによって、ＬＥＤを連続してフレーム３に搭載する。これにより、リール２６，２７に巻けることのできる長さの帯状のＬＥＤ光源を連続して製造することができる。その後、帯状のＬＥＤ光源は任意の長さに裁断することができるので、汎用性を有するＬＥＤ光源を製造することができる。
なお、リール・トウ・リール方式を用いずに、各工程においてそれぞれダイボンダ、ワイヤボンダおよびモールド装置を用いた製造方法によりＬＥＤ光源を製造することもできる。しかし、この製造方法では、各製造装置に備わるマガジン（フレームを供給および収納するための容器）のサイズによりフレームの大きさが決まるので、フレームの長さは制約を受ける。
（実施の形態２）
本実施の形態２によるＬＥＤ光源を図２１を用いて説明する。図２１（ａ）は赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）を用いたＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３２Ａの要部平面図、図２１（ｂ）は青色ＬＥＤチップを蛍光体で覆う白色ＬＥＤ（Ｗ）を用いた白色ＬＥＤ光源３２Ｂの要部平面図を示す。本実施の形態２では、前記実施の形態１の前記図１および図２に示した２列のフレーム３に形成されたＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源１Ａまたは白色ＬＥＤ光源１Ｂをｘ方向に、例えばセパレート機を用いて背割りすることにより、１列のＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３２Ａを２つ、または１列の白色ＬＥＤ光源３２Ｂを２つ製造している。このように、２列のフレーム３にＬＥＤ２を搭載した後、背割りして１列のＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３２Ａまたは１列の白色ＬＥＤ光源３２Ｂを製造する方法は、１列のフレーム３にＬＥＤを搭載して１列のＬＥＤ光源を製造する方法よりも製造時間を短縮することができる。さらに、フレーム３を背割りすることにより、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３２Ａまたは１列の白色ＬＥＤ光源３２Ｂの間隔の調整または光度の調整を容易に行うことができる。
なお、本実施の形態２では、フレーム３の列数を２列としたが、３列以上であってもよく、例えば３列のフレームを用いた場合は、１列の３つのＬＥＤ光源に分ける、または１列の１つのＬＥＤ光源と２列の１つのＬＥＤ光源とに分けることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態３によるＬＥＤ光源への電源の接続方法の一例を図２２〜図２５に示す。図２２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ２列のフレーム３３に形成され、そのフレーム３３の一方の端部から電圧が印加されるＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３４Ａおよび白色ＬＥＤ光源３４Ｂの要部平面図、図２３（ａ）および（ｂ）はそれぞれ２列のフレーム３５に形成され、そのフレーム３５の両方の端部から電圧が印加されるＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３６Ａおよび白色ＬＥＤ光源３６Ｂの第１例の要部平面図、図２４（ａ）および（ｂ）はそれぞれ２列のフレーム３７に形成され、そのフレーム３７の両方の端部から電圧が印加されるＲＧＢ原色ＬＥＤ光源３８Ａおよび白色ＬＥＤ光源３８Ｂの第２例の要部平面図、図２５は４列のフレーム３９に形成され、そのフレーム３９の両方の端部から電圧が印加される白色ＬＥＤ光源４０の要部平面図である。
図２２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３４Ａおよび白色ＬＥＤ光源３４Ｂは、フレーム３３の一方の端部のタイバー３３ａを残して、その他のタイバーは全て切断され、残されたタイバー３３ａは１本の内側リード３３ｂとも切断されている。これにより、２本の外側リード３３ｃがタイバー３３ａにより繋がる。従って、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３４Ａまたは白色ＬＥＤ光源３４Ｂに繋がる電源をフレーム３３の一方の端部に接続することで、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）、あるいは白色ＬＥＤ（Ｗ）の一方の端部が繋がる２本の外側リード３３ｃに第１極性の電圧（正電圧または負電圧）を印加し、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）、あるいは白色ＬＥＤ（Ｗ）のもう一方の端部が繋がる１本の内側リード３３ｂに第１極性と反対の第２極性の電圧（負電圧または正電圧）を印加することができる。
図２３（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３６Ａおよび白色ＬＥＤ光源３６Ｂは、前述したＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３４Ａおよび白色ＬＥＤ光源３４ＢＬＥＤ光源と同様に製造され、フレーム３５の一方の端部に残されたタイバー３５ａにより２本の外側リード３５ｂが繋がれる。従って、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３６Ａまたは白色ＬＥＤ光源３６Ｂに繋がる電源をフレーム３５の両方の端部に接続することで、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）、あるいは白色ＬＥＤ（Ｗ）の一方の端部が繋がる２本の外側リード３５ｃに第１極性の電圧（正電圧または負電圧）を印加し、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）、あるいは白色ＬＥＤ（Ｗ）のもう一方の端部が繋がる１本の内側リード３５ｂに第２極性の電圧（負電圧または正電圧）を印加することができる。
図２４（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３８Ａおよび白色ＬＥＤ光源３８Ｂは、フレーム３７の両方の端部のタイバー３７ａ１，３７ａ２を残して、その他のタイバーは全て切断され、フレーム３７の一方の端部に残されたタイバー３７ａ１は１本の内側リード３７ｂと切断され、フレーム３７のもう一方の端部に残されたタイバー３７ａ２は２本の外側リード３７ｃと切断されている。これにより、２本の外側リード３７ｃがタイバー３７ａ１により繋がれ、１本の内側リード３７ｂがタイバー３７ａ２により保持される。従って、ＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源３８Ａまたは白色ＬＥＤ光源３８Ｂに繋がる電源をフレーム３７の両方の端部に接続することで、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）、あるいは白色ＬＥＤ（Ｗ）の一方の端部が繋がる２本の外側リード３７ｃに第１極性の電圧（正電圧または負電圧）を印加し、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）、あるいは白色ＬＥＤ（Ｗ）のもう一方の端部が繋がる１本の内側リード３７ｂに第２極性の電圧（負電圧または正電圧）を印加することができる。
図２５に示すように、白色ＬＥＤ光源４０は、フレーム３９の一方の端部の一部タイバー３９ａ１を残して２列目および４列目リード３９ｂ２，３９ｂ４を繋ぎ、フレーム３９のもう一方の端部の一部のタイバー３９ａ２を残して１列目、３列目および５列目リード３９ｂ１，３９ｂ３，３９ｂ５を繋ぎ、その他のタイバーは全て切断されている。さらに、タイバー３９ａ１は３列目リード３９ｂ３と切断され、タイバー３９ａ２は２列目および４列目リード３９ｂ２，３９ｂ４と切断されている。これにより、２列目リード３９ｂ２と４列目リード３９ｂ４とがタイバー３９ａ１により繋がれ、１列目リード３９ｂ１と３列目リード３９ｂ３と５列目リード３９ｂ５とがタイバー３９ａ２により繋がれる。従って、白色ＬＥＤ光源４０に繋がる電源をフレーム３９の両方の端部に接続することで、白色ＬＥＤ（Ｗ）の一方の端部が繋がる２列目リード３９ｂ２と４列目リード３９ｂ４とに第１極性の電圧（正電圧または負電圧）を印加し、白色ＬＥＤ（Ｗ）のもう一方の端部が繋がる１列目リード３９ｂ１と３列目リード３９ｂ３と５列目リード３９ｂ５とに第２極性の電圧（負電圧または正電圧）を印加することができる。
次に、本実施の形態３によるＬＥＤ光源へ電源を接続する３つの方法を図２６に示す模式図を用いて説明する。ここでは、フレームの一方の端部に電源を接続する方法について説明するが、フレームの両方の端部に電源を接続する方法も同様である。
第１の接続方法は、図２６（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源４２を構成するフレーム４３の一方の端部に半田ペースト４４を用いてリード線４５を接続する方法である。第２の接続方法は、図２６（ｂ）に示すように、ＬＥＤ光源４２を構成するフレーム４３の一方の端部にコネクタ４６を用いてリード線４５を接続する方法である。第３の接続方法は、図２６（ｃ）に示すように、ＬＥＤ光源４２を構成するフレーム４３の一方の端部に、配線パターン４７が形成されたフレキシブル基板４８をコネクタ４６ａを用いて固定する方法である。配線パターン４７とフレーム４３との間には異方性導電フィルム４９が挟まれており、電圧を印加すると異方性導電フィルム４９の中を電流が流れて配線パターン４７とフレーム４３とが導通する。
（実施の形態４）
本実施の形態４による反射板の設置方法の一例を図２７〜図３０に示す。図２７および図２８は平板型の反射板５０を用いたＬＥＤ光源５１の要部断面図、図２９および図３０は凹型の反射板５２を用いたＬＥＤ光源５３の要部断面図である。反射板５０，５２は、例えばシート（フィルムまたは板）であり、その厚さは、例えば０．５ｍｍ程度である。
図２７に示すように、平板型の反射板５０は、ＬＥＤ光源５１の隣接するＬＥＤ５４の照射面側の間にはめ込まれる。この場合、ＬＥＤ光源５１の背面にはＬＥＤ光源５１から発生する熱を放散できるボード５５を設置することができる。ボード５５は、例えばアルミ（Ａｌ）板である。また、図２８に示すように、平板型の反射板５０はＬＥＤ光源５１の背面に設置することもできる。
図２９に示すように、凹型の反射板５２は、ＬＥＤ光源５３の隣接するＬＥＤ５４の照射面側の間にはめ込まれる。凹型とすることにより集光効率を向上させることができる。ＬＥＤ光源５３の背面にはＬＥＤ光源５３から発生する熱を放散できるボード５５を設置することができる。また、図３０に示すように、凹型の反射板５２はＬＥＤ光源５３の背面に設置することもできる。
なお、本実施の形態４では、１つのダイボンドエリアに１個のＬＥＤチップを接着して１個のＬＥＤチップを樹脂封止する単数素子タイプのＬＥＤ光源（例えば前記実施の形態１の第１フレーム１５ａ〜１５ｅまたは第２フレーム１６ａ〜１６ｄを用いたＬＥＤ光源）を例示したが、例えば１個のダイボンドエリアに複数個のＬＥＤチップを接着して複数個のＬＥＤチップを樹脂封止する、または１個のダイボンドエリアに１個のＬＥＤチップを接着して複数個のＬＥＤチップをまとめて樹脂封止する複数素子タイプのＬＥＤ光源（例えば前記実施の形態１の第３フレーム１９または第４フレーム２２を用いたＬＥＤ光源）にも適用することができる。
図３１に、前記実施の形態１の第３フレーム１９に赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）および青色ＬＥＤ（Ｂ）を搭載し、第３フレーム１９の背面に凹型の反射板５３を設置したＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源５７の一例を示す。図３１（ａ）はＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源５７の要部平面図、図３１（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ′線における要部断面図である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば前記実施の形態では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを用いたＲＧＢ３原色ＬＥＤ光源および蛍光体で覆われる青色ＬＥＤチップを用いた白色ＬＥＤ光源について説明したが、その他の発光方式を用いたＬＥＤ光源、例えば青紫色ＬＥＤチップで赤、緑、青発光の蛍光体を励起する方法を用いたＬＥＤ光源にも適用することができる。
本発明のＬＥＤ光源は、携帯電話、車載用機器、交通信号機、照明器具またはＯＡ（Office Automation）機器などに広く用いることができ、従来から使われてきた光源との置き換えが可能である、また、発光素子として新たな分野への用途も可能である。

Claims (18)

  1. 第１の方向に延びる第１フレームと、前記第１フレームから分離された第２フレームと、前記第１フレームと前記第２フレームの間に配置された複数のＬＥＤチップと、を含み、
    前記第２フレームは、前記第１フレームの一辺側に前記第１の方向に連続的に延びるように配置される第１リード部と、前記第１フレームの前記一辺と反対側の他辺側に前記第１の方向に連続的に延びるように配置される第２リード部と、前記第１リード部と前記第２リード部を接続し、前記第１の方向と交差する第２の方向に延びるように配置される第３リード部とを有し、
    前記複数のＬＥＤチップのうちの複数の第１のＬＥＤチップは、前記第１フレームと前記第２フレームの前記第１リード部の間に、且つ、前記第１の方向に沿ってそれぞれ離間するように配置され、
    前記複数のＬＥＤチップのうち複数の第２のＬＥＤチップは、前記第１フレームと、前記第２フレームの前記第２リード部の間に、且つ、前記第１の方向に沿ってそれぞれ離間するように配置され、
    前記複数の第１のＬＥＤチップのそれぞれは、第１電極と、前記第１電極とは反対側に位置する第２電極とを有し、
    前記複数の第２のＬＥＤチップのそれぞれは、前記第１電極と同一極性の第３電極と、前記第２電極と同一極性からなり、且つ、前記第３電極とは、反対側に位置する第４電極とを有し、
    前記複数の第１のＬＥＤチップの前記第１電極は、それぞれ前記第１フレームと電気的に接続され、前記複数の第１のＬＥＤチップの前記第２電極は、それぞれ前記第２フレームの前記第１リード部と電気的に接続され、前記複数の第２のＬＥＤチップの前記第３電極は、それぞれ前記第１フレームと電気的に接続され、前記複数の第２のＬＥＤチップの前記第４電極は、それぞれ前記第２フレームの前記第２リード部と電気的に接続されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  2. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記ＬＥＤチップは赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップまたは青色ＬＥＤチップであり、前記赤色ＬＥＤチップ、前記緑色ＬＥＤチップおよび前記青色ＬＥＤチップが任意に配列されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  3. 請求項２記載のＬＥＤ光源において、前記赤色ＬＥＤチップと、前記緑色ＬＥＤチップと、前記青色ＬＥＤチップとの個数比が１：２：１であることを特徴とするＬＥＤ光源。
  4. 請求項２記載のＬＥＤ光源において、１個の前記赤色ＬＥＤチップ、１個または２個の前記緑色ＬＥＤチップおよび１個の前記青色ＬＥＤチップは１つの樹脂内に封入されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  5. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記ＬＥＤチップは青色ＬＥＤチップを蛍光体で覆う白色ＬＥＤチップであることを特徴とするＬＥＤ光源。
  6. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、
    前記第１フレームと前記第１リード部の間に前記第１の方向に沿って配置される複数の第１ダイボンドエリアと、前記第１フレームと前記第１リード部の間に前記第１の方向に沿って配置される複数の第２ダイボンドエリアと、を備え、
    １つの第１または第２ダイボンドエリアに１個の赤色ＬＥＤチップ、１個の緑色ＬＥＤチップおよび１個の青色ＬＥＤチップが搭載されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  7. 請求項６記載のＬＥＤ光源において、前記１個の赤色ＬＥＤチップ、前記１個の緑色ＬＥＤチップおよび前記１個の青色ＬＥＤチップは１つの樹脂内に封入されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  8. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、
    前記第１フレームと前記第１リード部の間に前記第１の方向に沿って配置される複数の第１ダイボンドエリアと、前記第１フレームと前記第１リード部の間に前記第１の方向に沿って配置される複数の第２ダイボンドエリアと、を備え、
    １つの前記ダイボンドエリアに１個の赤色ＬＥＤチップ、２個の緑色ＬＥＤチップおよび１個の青色ＬＥＤチップが搭載されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  9. 請求項８記載のＬＥＤ光源において、前記１個の赤色ＬＥＤチップ、前記２個の緑色ＬＥＤチップおよび前記１個の青色ＬＥＤチップは１つの樹脂内に封入されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  10. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１の方向に延びる前記第１および第２フレームの一方の端部において、前記第１フレームに第１極性の電圧が印加され、前記第２フレームに前記第１極性と反対の第２極性の電圧が印加されることを特徴とするＬＥＤ光源。
  11. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１の方向に延びる前記第１および第２フレームの一方の端部において前記第１フレームに第１極性の電圧が印加され、もう一方の端部において前記第２フレームに前記第１極性と反対の第２極性の電圧が印加されることを特徴とするＬＥＤ光源。
  12. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１フレームおよび前記第２フレームに半田ペーストを用いてリード線がそれぞれ接続されて、前記第１フレームおよび前記第２フレームに電圧がそれぞれ印加されることを特徴とするＬＥＤ光源。
  13. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１フレームおよび前記第２フレームにコネクタを用いてリード線がそれぞれ接続されて、前記第１フレームおよび前記第２フレームに電圧がそれぞれ印加されることを特徴とするＬＥＤ光源。
  14. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１フレームおよび前記第２フレームにコネクタを用いて導電性フィルムおよび配線パターンが形成された基板がそれぞれ接続されて、前記第１フレームおよび前記第２フレームに電圧がそれぞれ印加されることを特徴とするＬＥＤ光源。
  15. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、隣り合う前記第１および第２ＬＥＤチップの照射面側の間に平板型または凹型の反射板がはめ込まれていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  16. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１および第２フレームの背面に平板型または凹型の反射板が設置されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  17. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１および第２フレームの背面にアルミ板が設置されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
  18. 請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記第１フレームを第１の間隔でｎ列配列したｎ列フレームと、前記第２フレームを前記第１の間隔でｍ列配列したｍ列フレームとの組み合わせにより構成されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
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