JP5556369B2 - 発光装置及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、より詳細には、複数本のリードフレームの一方に載置された発光素子を透光性樹脂により被覆した発光装置及びその製造方法に関するものである。

今日、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の各色を発光可能なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、白色を高輝度に発光可能なＬＥＤが開発された結果、複数のＬＥＤを配列して構成されるＬＥＤ表示装置が種々の分野に応用されつつある。例えば、ＬＥＤは電球と比較して極めて寿命が長く、高効率、且つ振動にも強いため、これらの特性を活かして、広告、行き先案内や道路情報等の表示用、信号機の光源、小型乃至大型ディスプレイの光源として用いられている。

一方、ＬＥＤには、主としてリード電極を基板に表面実装することが可能な表面実装型のＬＥＤと、基板にリード電極を貫通させて実装を行う挿入実装型のＬＥＤとが挙げられる。現在のところ、主に表面実装型ＬＥＤに比較して、挿入実装型ＬＥＤはより多くの電流を流すことができ、高輝度に発光させることができる等の理由から、挿入実装型ＬＥＤを使用した表示装置は、より高い輝度が必要とされる屋外にて主に使用されている（例えば、特許文献１〜３）。また、基板に挿入実装型ＬＥＤを実装する際に、レンズの高さを正確に揃えるために、リード電極にストッパーを備えた構造の挿入実装型ＬＥＤが知られている（特許文献３）。

特開２００６−１６５４１０号公報 特開２００７−１３４４９１号公報 特開平７−２９７４５２号公報

挿入実装型ＬＥＤは主に屋外に使用される表示装置に用いられるため、例えば、防滴・防塵等の保護構造を取る必要がある。そのため、挿入実装型ＬＥＤを基板に実装した後、基板の表面及びリード電極、レンズの下部を覆うようにシリコーン樹脂を被覆することでリード電極及び基板、さらにリード電極と基板との接続部を保護している。この際に用いられるシリコーン樹脂は、比較的高価であり、且つ、使用量が多いと表示装置自体が重くなるため、出来る限り使用量を減らすことが好ましい。

そこで、例えば特許文献１に示されるような、ストッパーのない挿入実装型ＬＥＤを用い、実装基板とレンズ部の下部が極めて近接するように実装し、リード電極の露出部を少なくする方法が考えられる。しかしながら、ストッパーを有さない場合には、基板に実装する際にリードフレームの挿入長さが正確に揃わず、表示装置に実装された挿入実装型ＬＥＤのレンズの高さにバラツキが生じ、表示装置の品質を損なうおそれがあった。

また、特許文献１に示されるように、このような挿入実装型のＬＥＤでは、レンズ部を形成する際に、リードフレームとレンズ部の界面、すなわち、レンズ部の下部からリードフレームが突出する部分において、レンズ部を構成する樹脂材料が、リードフレームの表面に沿って這い上がり、図４に示すような樹脂材料の這い上がり部４２が形成されることになる。

一方、特許文献３（段落００２４等）に示されるように、通常、ストッパーはタイバーの一部を残して切断することにより形成されている。このため、ストッパーをレンズ部の下部と近づけようとすると、上述の這い上がり部がタイバーにまで達してしまうことから、タイバーを切断してストッパーを形成する際に、タイバーに這い上がった透光性樹脂も一緒に切断することとなり、レンズ部にクラックが生じるおそれがあった。
また、タイバーを切断するための金型と、レンズ部との干渉を避けるため、タイバーとレンズ部との距離はある程度離しておく必要があり、タイバーすなわちストッパーとレンズ部とを近づけることが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ストッパーとレンズ部とを近づけることが可能で、表示装置に使用する際にリード電極等の保護用の樹脂の使用量を少なくすることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法は、複数のリードフレームであって、そのいずれか１つのリードフレームに発光素子が載置される素子載置部を有し、前記素子載置部よりも下方において、少なくとも２本のリードフレームに第１の突起部と、前記第１の突起部よりも下方で、前記少なくとも２本のリードフレームがタイバーで連結されたリードフレームを準備するリードフレーム準備工程と、前記素子載置部に発光素子を載置して、前記発光素子及び前記リードフレームの一部を透光性樹脂により被覆してレンズ部を形成する際に、前記透光性樹脂が、前記レンズ部と連続して前記第１の突起部の側面を被覆するように、前記透光性樹脂からなる薄膜部を形成する薄膜部形成工程と、前記タイバーを切断するタイバー切断工程と、を有することを特徴とする。

さらに、上述した発光装置の製造方法は、以下のいずれか１以上の構成を備えることが好ましい。
前記タイバー切断工程において、タイバーの一部を残して切断することにより、第２の突起部を形成することが好ましい。
前記第１の突起部の上面と、前記レンズ部の下面との距離が２mm以内であることが好ましい。
前記薄膜部形成工程よりも前に、前記素子載置部及び前記第１の突起部の側面を、同一の金属で被覆する工程をさらに有することが好ましい。
前記タイバー切断工程の後、前記リードフレームであって前記第１の突起部と前記第２の突起部との間を切断してタイバーを除去する工程をさらに有することが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子と電気的に接続された複数のリードフレームと、前記リードフレームの一部及び前記発光素子を被覆する透光性樹脂からなるレンズ部と、を有し、前記リードフレームは前記レンズ部の下面から突出されており、少なくとも２つの前記リードフレームは、前記突出されている部分に第１の突起部を有しており、前記第１の突起部の側面は、前記レンズ部と連続して形成された前記透光性樹脂からなる薄膜部に被覆されていることを特徴とする。

本件発明によれば、ストッパーとレンズ部とを近づけることが可能で、表示装置に使用する際にリード電極等の保護用の樹脂の使用量を少なくすることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置の製造工程図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る発光装置の一例を示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る発光装置を用いた表示装置を示す図である。 図４は、従来の挿入実装型ＬＥＤの一例の構成を示す図である。

以下、本件発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置及びその製造方法を例示するものであって、本発明は発光装置及びその製造方法を以下のものに特定しない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置１の製造工程図である。
（リードフレーム準備工程）
まず、図１（ａ）に示すように、複数の、すなわち、少なくとも一対のリードフレーム２６ａ、２６ｂを有するリードフレームを準備する。
このリードフレームは、一対のリードフレームのうち、一方のリードフレームに発光素子が載置される素子載置部３２を有しており、素子載置部３２よりも下方に第１の突起部１４を有し、第１の突起部１４よりもさらに下方において、一対のリードフレーム２６a及び２６ｂがタイバー３０により連結されている。なお、本明細書において「下方」とは、発光装置のレンズ部からリードフレームが突出されている方向のことを言うものとし、図１（ａ）においては紙面の下方向である。

第１の突起部１４は、一対のリードフレーム２６ａ及び２６ｂの双方に、それぞれ形成されている。第１の突起部１４は、リードフレーム１４が延びる方向と垂直な方向に突出されており、実装基板に実装する際にストッパーとして用いることができる。つまり、本実施形態において、ストッパーとなる部分は予めリードフレームに形成されており、タイバーを切断することによってストッパーが形成されるものではない。タイバーは第１の突起部１４よりも、さらに下方に設けられており、複数の発光装置が連結されたリードフレームを切断して個々の半導体装置とする際に、レンズ部の樹脂が干渉することもない。

このようなリードフレーム２６ａ、２６ｂの材料としては、例えば、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有しているもの、比較的大きい機械的強度を有するもの、あるいは打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料が好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。また、リードフレームの表面、特に素子載置部３２の近辺には、搭載される発光素子からの光を効率よく取り出すために反射メッキが施されていることが好ましい。反射メッキの具体的な材料としては、金、銀、アルミニウム、ロジウム等が挙げられる。リードフレームの大きさ、厚み、形状等は、得ようとする発光装置の大きさ、形状等を考慮して適宜調整することができる。

反射メッキは、図１（ａ）に示されるような、タイバーで連結されたリードフレームの段階で、発光素子１６を載置する前に形成されることが好ましい。これにより、素子載置部３２の近傍と、第１の突起部の側面３６ａとが、同一の金属で被覆される。

図１に示す実施形態において、複数のリードフレームとは、リードフレーム２６ａ及び２６ｂの２本のリードフレームを指すが、本発明において、１つの発光装置とされたときに、リードフレームが３本以上となることを妨げるものではない。例えば、リードフレームを３本有する発光装置の場合には、３本のリードフレームのうちのいずれか２本に第１の突起部を有していれば良く、素子載置部は第１の突起部を有するリードフレームに設けられていても良いし、第１の突起部を有さないリードフレームに設けられていてもよい。

（薄膜部形成工程）
次に、リードフレーム準備工程で準備したリードフレームの素子載置部３２に、発光素子１６を載置する。図１（ｂ）に示す例では、リードフレーム２６ａの一方の端部に形成された素子載置部に、接合部材２０を介して発光素子１６が載置されており、ワイヤ１８により、リードフレーム２６ａ及び２６ｂと電気的に接続されている。

発光素子１６は、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であればどのようなものでもよい。例えば、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、波長変換のための蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。

接合部材２０としては、例えば、青または緑発光を有し、絶縁性の基板上に窒化物半導体を成長させた発光素子の場合には、絶縁性基板側を接合するためにエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子の裏面にＡｌメッキをしてもよいし、樹脂を使用せず、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材を用いて接続してもよい。さらに、両面に電極が形成された発光素子の場合には、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等によってダイボンディングすることにより、リードフレームと電気的接続をとることもできる。本発明の発光装置では、発光素子１６は１つのみ搭載されていてもよく、２つ以上搭載されていてもよい。

また、本発明の発光装置は、さらに保護素子を搭載していてもよい。保護素子は、特に限定されるものではなく、発光装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、過熱、過電圧、過電流等に対する保護回路用の素子（例えば、静電保護素子）等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオード、トランジスタ・ダイオード等が利用できる。

発光素子１６が載置される素子載置部３２は、カップ状の凹部とされていてもよい。該載置部を凹状とすることで、例えば、該載置部の凹部に、蛍光物質などの波長変換部材を含有させた樹脂を充填し、さらに別の透光性樹脂でレンズ部１０を形成することで、発光素子１６近辺のみで波長変換をすることができる。蛍光体を含有させる樹脂材料としては、後述するレンズ部１０の材料と同様の材料を用いることが出来る。また、凹部の内壁面の角度を調節することにより、発光装置から出射される光の配光特性を調整することも可能である。

次に、発光素子１６が載置されたリードフレームの一部を、透光性樹脂により被覆してレンズ部１０を形成する。レンズ部の形成には、図１（ｂ）に示すように、複数の注型キャビティを有するキャスティングケース３４を用いることができる。キャビティの各々はレンズ部の形状に対応した形状とされており、このキャビティ内に所定量の透光性樹脂２８を充填する。

レンズ部１０を形成する透光性樹脂の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等が好適に用いられ、用途に応じて選択される。また、レンズ部の形状は、用途や所望の配光特性に応じて、適宜変更することができる。

また、透光性樹脂には、拡散剤、着色剤や光安定剤を含有させても良い。着色剤を含有させることによって発光素子及び／又は蛍光物質からの光を所望にカットするフィルター効果を持たせることができる。また、拡散剤を含有させることによって指向特性を所望に調節させることができる。光安定剤である紫外線吸収剤を含有させることによってコーティング部を構成する樹脂などの劣化を抑制することができる。具体的な拡散剤としては、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。光安定剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、サリシレート系、シアノアクリレート系、ヒンダードアミン系などが挙げられる。

次いで、キャスティングケース３４の上方から、タイバーにより連結された複数のリードフレームを下降させ、図１（ｃ）に示すように、発光素子１６及び一対のリードフレーム２６ａ及び２６ｂの一端を透光性樹脂２８に埋設させる。この際に、レンズ部１０の下部から第１の突起部１４の側面にまで、連続して透光性樹脂が覆われる程度に、レンズ下部と第１の凸部の上面が近接されている。これにより、ストッパーとして用いることのできる第１の突起部１４と、レンズ部の下面との距離を短くすることが可能である。尚、図１（ｃ）において、レンズ下面と第１の突起部の上面までの距離は、図中の「Ａ」で示される距離のことを言う。

本実施形態において、第１の突起部１４の側面は透光性樹脂からなる薄膜部１２によって覆われる。一方、第１の突起部１４は、発光装置のストッパーとして機能するため、第１の突起部よりも下方においては透光性樹脂で被覆されていないことが好ましい。特に、ストッパーとして実装基板と接する第１の突起部の下面３６ｂが透光性樹脂で被覆されると、透光性樹脂の膜厚によって、ストッパーの高さがばらつくおそれがあるためである。ただし、リードフレームの各々に形成された第１の突起部の下面の高さが略同一面となっていれば、透光性樹脂の薄膜部１２が第１の突起部１４の下面３６ｂにまで及んでいてもよい。

第１の突起部の側面は、その全てが透光性樹脂からなる薄膜部１２に覆われていてもよいし、薄膜部１２に覆われている部分と覆われていない部分との両方を有していてもよい。また、第１の突起部の側面を被覆する薄膜部１２の膜厚は、均一でなくてもよい。
また、第１の突起部１４は、その下面３６ｂがストッパーとして機能する平坦な面を有していれば、特に形状は限定されない。

本実施形態では、レンズ部１０の下面は、レンズ部の形成の際に、第１の突起部１４の側面にまで透光性樹脂が這い上がる程度に近接されており、透光性樹脂はレンズ部の下面からリードフレームに沿って這い上がって、薄膜部１２となり、第１の突起部１４の側面３６ａを被覆する。また、レンズ部の下面から第１の突起部に至るまでの部分における薄膜部は、レンズ部から離れるに従ってその膜厚が薄くなる、所謂フィレット形状となる。
ここで、「透光性樹脂が第１の突起部に這い上がる程度」とは、用いる材料にもよるため、適宜調整が必要であるが、第１の突起部の上面と、レンズ部の下面との距離が０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ、更に好ましくは０．５〜１ｍｍである。例えば、φ５ｍｍの挿入実装型のレンズ部を有する発光装置の場合、レンズ部の下面から第１の突起部の上面の距離が０．５〜１．５ｍｍ程度である。

（タイバー切断工程）
以上のように配置した透光性樹脂を加熱硬化してレンズ部１０を形成し、キャビティからリードフレームを取り出して、図１（ｄ）の切断線３８で示す位置で、タイバーの一部を残して切断することで、複数の発光装置が連結された発光装置を、個々の発光装置に分割し、図２に示すような発光装置１を得る。得られた発光装置１は、図２に示すように、第１の突出部１４よりも下方に、第２の突出部２２を有している。本実施形態による発光装置の製造方法によれば、ストッパーとなる第１の突起部１４と、レンズ部の下方とを極めて近接して配置することができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、レンズ部を熱硬化性樹脂ではなく、熱可塑性樹脂で成形する。以下に説明する部分を除き、その他の部分は実施形態１と同様にして形成することができる。
実施形態１の薄膜部形成工程のレンズ部形成工程において、キャスティングケースを用いずに、金型を用いてリードフレームに射出成形することにより、レンズ部を形成する。

射出成形でレンズ部を形成する場合は、樹脂の這い上がりとは若干異なるものの、レンズ部から突出されたリードフレームに沿って樹脂バリが発生する。その結果、実施形態１と同様の箇所に透光性樹脂による薄膜部が形成される。

このように、キャスティングケースではなく、金型を用いた射出成形によっても、実施形態１と同様に、レンズ部と連続して第１の突起部の側面にまで透光性樹脂が被覆されるように形成することで、実施形態１と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、熱硬化性樹脂ではなく、熱可塑性樹脂を用いることができるため、熱硬化の工程が不要で、製造時間を短縮することができる。熱可塑性樹脂の材料としては、透光性樹脂の材料として前述したものと同様の材料を用いることができる。

（発光装置１）
実施形態１及び実施形態２のようにして得られた発光装置１は、図２に示すように、発光素子１６と、発光素子１６と電気的に接続された一対のリードフレーム２６a及び２６ｂと、一対のリードフレームの一部及び発光素子１６を被覆する透光性樹脂からなるレンズ部１０と、を有する。
一対のリードフレーム２６a、２６ｂはレンズ部１０の下面２４から突出され、突出されている部分にそれぞれ第１の突起部２２を有しており、第１の突起部１４の側面１４aは、レンズ部１０と連続して形成された透光性樹脂からなる薄膜部１２に被覆されている。
図２に示す例では、第１の突起部１４の下方には、第２の突起部２２を有しており、これは、製造工程においてタイバー３０として連結されている部分を残して切断することにより、形成される部分である。

この発光装置１は、第１の突起部１４の側面１４aが、レンズ部１０と連続するように薄膜部１２に被覆されているので、水分等の侵入経路となるリード電極と透光性樹脂との界面を、発光素子１６から離すことができる、これにより、水分が素子載置部にまで浸入することを抑制することができる。また、半田実装部以外を薄膜部１２で覆うことにより、発光装置自体での防水性を高めることもできる。

（表示装置）
図３は、図２に示す発光装置１を、実装基板３４に複数並べて実装し、リードフレームの露出部分を防水用のシリコーン樹脂３６で被覆して表示装置としたものである。
実装基板３４には、発光装置の電極であるリードフレームを挿入するための孔４０が設けられており、この孔４０にリードフレームを挿入し、第１の突起部１４の下面が実装基板３４の表面と接するところで、実装基板３４の裏側から半田３８を用いて接続固定し、リードフレームの第１の突起部１４と第２の突起部２２との間を切断して、リードフレームの不要となる部分（ここでは、ダイバーの一部として残された、第２の突起部を含む部分）を除去している。なお、第１の突起部１４は一対のリードフレームのそれぞれに形成されているため、この第１の突起部１４をストッパーとして用いることで、レンズ部の実装高さを揃えることができる。

防水用のシリコーン樹脂は、図３に示すように、実装基板３４の表面からレンズ部の下面までを覆うように、リード電極部分を被覆する。すなわち、少なくとも、レンズ部下面から第１の突起部の下面までの範囲（Ｂ）を被覆する必要がある。本実施形態では、レンズ部１０の下面を含むレンズ部１０の下部をも覆うように（Ｃ）、シリコーン樹脂で被覆する。

本実施形態に係る発光装置１は、レンズ部１０の下面と第１の突起部１４とが極めて近接して形成されているため、レンズ部下面から第１の突起部の下面までの範囲（Ｂ）を短くすることができるため、シリコーン樹脂３４の使用量を少なくすることができ、表示装置を安価に製造でき、軽量化も可能とすることができる。

また、第１の突起部１４が薄膜部１２により被覆されているため、防水性を更に高めることが可能で、シリコーン樹脂との密着性も向上させることができる。
つまり、表示装置に用いられるシリコーン樹脂３６と、リードフレームの金属部分とは、密着力がそれほど良好ではないため、使用の際にその界面で剥離を生じるおそれがあるが、本実施の形態においては、発光装置のリードフレームは、シリコーン樹脂３６と接する領域において、レンズ部１０と連続して同一の樹脂によって被覆される薄膜部１２を有しているため、リードフレーム部とシリコーン樹脂３６との密着性を向上させることができる。

なお、防水用の樹脂として、ここではシリコーン樹脂を例にとって説明しているが、防水可能な樹脂であれば特に限定されない。また、コントラストを高めるために、黒色系とすることが好ましく、放熱経路となるリードフレームを被覆することから、放熱性の良好なものが好ましい。

本発明の発光装置及びその製造方法は、基板に実装される発光装置として、照明、フルカラーディスプレイ、装飾等、様々な用途に使用されて光源として広く利用することができる。

１ 発光装置
１０ レンズ部
１２ 薄膜部
１４ 第１の突起部
１４ａ 第１の突起部の側面
１６ 発光素子
２２ 第２の突起部
２６ａ、２６ｂ リードフレーム
２８ 透光性樹脂
３０ タイバー
３８ タイバー切断箇所

Claims (4)

1. 発光素子と、
   前記発光素子と電気的に接続された複数のリードフレームと、
   前記リードフレームの一部及び前記発光素子を被覆する透光性樹脂からなるレンズ部と、を有し、
   前記リードフレームは前記レンズ部の下面から突出されており、
   少なくとも２つの前記リードフレームは、前記突出されている部分に第１の突起部を有しており、
   前記第１の突起部は、該突起部の下面に該下面の高さが略同一面となる平坦な面を有し、
   前記第１の突起部の側面は、前記レンズ部と連続して形成された前記透光性樹脂からなる薄膜部に被覆されていることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置が複数実装された基板と、
   前記複数の発光装置の前記リードフレームを被覆する防水用樹脂と、を備え、
   前記発光装置が、前記平坦な面と前記基板の表面とが接する位置で前記基板に固定されていることを特徴とする表示装置。
3. 前記防水用樹脂はシリコーン樹脂である請求項２に記載の表示装置。
4. 前記防水用樹脂は黒色系の樹脂である請求項２または３に記載の表示装置。

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