JPH09246603A - 発光ダイオード及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

発光ダイオード及びそれを用いた表示装置

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JPH09246603A
JPH09246603A JP5156696A JP5156696A JPH09246603A JP H09246603 A JPH09246603 A JP H09246603A JP 5156696 A JP5156696 A JP 5156696A JP 5156696 A JP5156696 A JP 5156696A JP H09246603 A JPH09246603 A JP H09246603A
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Hiroaki Tamemoto
広昭 為本
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明は、モールド部材の昇温加熱によって
生じる特性劣化や破壊を防止した発光ダイオード及びそ
れを用いた表示装置を提供することにある。 【解決手段】本願発明は、少なくとも一対のリード端子
と、該一対のリード端子の一方の端部に取り付けられ且
つ電気的に接続された半導体発光素子と、該半導体発光
素子と他方のリード端子とを接続する電気的接続部材
と、発光素子を含むリード端子の端部を透光性樹脂で封
止するモールド部と、を有する発光素子であって、前記
モールド部の半導体発光素子の非発光面側底部に金属窒
化物、金属酸化物、ガラスから選択される少なくとも一
つのフィラー含有樹脂部を有することを特徴とする発光
ダイオード及びそれを用いた表示装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本願発明は、半導体発光素子（以
下、ＬＥＤチップともいう。）が樹脂でモールドされて
いる発光ダイオードに関し、特に実装時における発光ダ
イオードの劣化、指向性変化、駆動時の劣化などが極め
て少ない発光ダイオード及びそれを用いた表示装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＤは、応答速度がナノ秒であり単に
電気信号の入出力端によって発光制御でき、小型で信頼
性の高く寿命が長い発光素子として各種電子・電気機器
の光源や表示装置として使用されている。発光ダイオー
ドは、一組のリード端子と、この一組のリード端子の一
方の先端部に取り付けられた発光素子と他方のリード端
子とを接続する金属ワイヤーとを透明又は半透明の樹脂
で封止したモールド部とから構成されている。この様な
発光ダイオードを各種電気機器の操作パネルに複数配列
し、その点滅によりスイッチのＯＮ／ＯＦＦや各種イン
ジケータの表示を行う。さらには、発光ダイオードをマ
トリックス配置などした表示器に画像や文字情報を表示
してある。表示装置は、発光ダイオードをマトリックス
状などに複数配列したプリント基板と発光ダイオードを
駆動させるＬＳＩやＩＣなどの電子部品を搭載した駆動
用プリント基板とからなり各発光ダイオードを挿入する
ための貫通する複数の孔を有するケースで保護される。
所定の発光ダイオードを点灯させることによって文字、
数字及び図形などの情報の表示を行っている。
【０００３】この様な発光ダイオードにあってはプリン
ト基板などに電気的に接続させるため半田付けしたり、
一度プリント基板などに半田付けされたものを半田溶融
させ取り付け角度など調整したりする。発光ダイオード
を構成するリード端子は、半田付けの加熱で高温となり
リード端子を介して発光ダイオードが昇温する。昇温さ
れた発光ダイオードはモールド部材である樹脂材料が部
分的に溶融する場合があり、モールド部材、電気的接続
部材やリード端子などの内部応力や外部からの力により
リード端子の一部が動く。そのため、モールド部材内部
で変化し発光光の指向性が変化したり半導体発光素子と
リード端子とを電気的に接続させる金線などが接触不良
或いは、断線するという問題が生じる。このワイヤボン
ドした金線が断線することを防ぐために図４に記載の如
く発光ダイオードのリード端子根元部分にモールド部材
よりもガラス転移点の高い樹脂よりなる成形体でもって
支持した発光ダイオードが考えられる。この様な発光ダ
イオードとして特開平７−１２７８５号公報などが挙げ
られる。
【０００４】
【発明の解決する課題】しかしながら、ガラス転移点の
高い樹脂よりなる成形体で支持させる場合は、樹脂体の
成形が成形体を形成させる低圧成形とモールド部材を形
成するポッティングモールドという２種類の方法によっ
て形成せざるをえない。そのため製造行程が複雑になる
とともに低圧形成して形成される樹脂は高ガラス転移点
であるため樹脂選択の自由度がない。さらに、モールド
部材及び成形体に外部からの熱が集中し保持される傾向
にあるため半導体発光素子の特性が変化するばかりでな
く発光ダイオードの寿命自体を短くすると言う問題が生
じる。また、外力がかかったときに成形体に応力が集中
し成形体近傍のモールド部材にクラックなどが入るとい
う問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明は上記の目的を
達成するため、少なくとも一対のリード端子と、該一対
のリード端子の一方の端部に取り付けられ且つ電気的に
接続された半導体発光素子と、該半導体発光素子と他方
のリード端子とを接続する電気的接続部材と、発光素子
を含むリード端子の端部を透光性樹脂で封止するモール
ド部と、を有する発光素子であって、前記モールド部の
半導体発光素子の非発光面側底部に金属窒化物、金属酸
化物、ガラスから選択される少なくとも一つのフィラー
含有樹脂部を有することを特徴とする発光ダイオードで
ある。また、前記金属窒化物が、窒化アルミニウム及び
／又は窒化ボロンであり、前記金属酸化物がアルミナ及
び／又はシリカの発光ダイオードである。さらに、前記
半導体発光素子が窒化物系化合物半導体である発光ダイ
オードでもある。前記モールド部及びフィラー含有樹脂
部が共にポッティングモールド樹脂でもある。
【０００６】前記発光ダイオードを２以上配列した第１
のプリント基板と前記発光ダイオードを駆動させるため
の電子部品を搭載した第２のプリント基板と、前記第１
のプリント基板と第２のプリント基板とを電気的に接続
させた表示装置である。
【０００７】
【発明の効果】本願発明の請求項１の構成とすることに
よって、発光ダイオードの実装時に生じるリード端子の
歪み電気的接続部材の断線、発光ダイオードの特性劣
化、などや半導体発光素子からの発熱や外部からの加熱
による発光ダイオードの特性劣化を防止することができ
る。
【０００８】また、本願発明の請求項２の構成とするこ
とによって、より駆動特性の安定した発光ダイオードと
することができる。
【０００９】さらに、本願発明の請求項３の構成とする
ことによって、高輝度に発光させた場合においても特性
の安定した発光ダイオードとすることができる。
【００１０】本願発明の請求項４の構成とすることによ
って、リードフレームをインサート成形する場合にも高
精度の型と極めて成形性の良い樹脂を必要とすることな
く封止樹脂のポッティングモールドを若干変更するのみ
という簡便な方法にて指向特性の安定した発光ダイオー
ドとすることができる。
【００１１】また、本願発明の請求項５の構成とするこ
とによって、野外など外部からの加熱に長時間さらされ
る場合においても発光光率の低下、表示色の変調がなく
安定した駆動特性の表示装置とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
発光ダイオードの種々の特性劣化を発光ダイオードのモ
ールド部材底辺に金属窒化物、金属酸化物、ガラスから
選択される少なくとも一つのフィラー含有樹脂部を設け
ることによって防止しうることを見出し本願発明を成す
に至った。
【００１３】即ち、発光ダイオードを構成するモールド
部材、リード端子、電気的接続部材は、その形成時に何
らかの応力を生じている。したがって、発光ダイオード
を半田などを加熱溶融させて実装させるときにその加熱
によりモールド部材の一部が溶融される場合があり、内
部応力や外部力によってリード端子が移動し電気的接続
部材が接触不良或いは、断線するなどの可能性が生じ
る。他方、それを防止するために成形体を用いてリード
端子を固定させた場合は、溶融による電気的接続部材の
接触不良及び断線などを防ぐことが可能である。しかし
ながら、成形体を用いた発光ダイオードでは、発光ダイ
オードの特性劣化が顕著である。この理由は定かではな
いが、モールド部材及び成形体に外部からの熱が集中し
保持される傾向にあるため半導体発光素子の特性が変化
するばかりでなく発光ダイオードの寿命自体が短くなる
と考えられる。また、外力がかかったときに成形体に応
力が集中し成形体近傍のモールド部材に部分的にクラッ
クなどが入ることによると考えられる。
【００１４】そこで本願発明は、発光ダイオードの放熱
性を向上させるとともに熱時強度を向上させ熱膨張の低
減を図るために発光ダイオードの底辺に金属窒化物、金
属酸化物、ガラスから選択される少なくとも一つのフィ
ラー含有樹脂部を設けることにより発光ダイオードの特
性変化及び劣化、モールド部材のクラック防止した発光
ダイオードを提供できるものである。
【００１５】図１は本願発明による発光ダイオードを示
し、この発光ダイオードは、少なくとも一組の金属製の
リード端子と、このうちの一方のリード端子の先端部に
窒化物系化合物半導体などのＬＥＤチップがダイボンデ
ィングされている。ＬＥＤチップは金線などの電気的接
続部材によりそれぞれのリード端子とワイヤーボンディ
ングされている。さらに、ＬＥＤチップを含むリード線
の先端部を透明又は半透明のエポキシ樹脂などで封止し
モールド部材を構成させてある。モールド部材の底面に
は熱膨張を抑え熱強度の増加を行い放熱性が向上できる
金属窒化物、金属酸化物、ガラスから選択される少なく
とも一つのフィラー含有樹脂部が形成されている。以
下、本願発明の構成部材を詳述する。
【００１６】（モールド部材１０１）本願発明のモール
ド部材１０１は、ＬＥＤチップ、電気的接続部材及びリ
ード端子先端部などを外部からの力、水分、塵芥などか
ら保護するために用いられる。具体的には、エポキシ樹
脂、ユリア樹脂などの耐候性に優れた透光性樹脂が好適
に用いられる。特にモールド部材とフィラー含有樹脂部
との製造プロセス簡略化の観点から硬化前液状のポッテ
ィング樹脂がより好ましい。モールド部材は所望の形状
とすることによってＬＥＤチップからの発光を収束させ
たり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができ
る。従って、モールド部材は複数積層させた構造として
も良い。具体的には凸レンズ形状、凹レンズ形状や屈折
率の違う樹脂を複数積層させたものである。また、モー
ルド部在中に顔料及び／又は染料などの着色剤を含有さ
せ不要な半導体発光素子の発光波長をカットするフィル
ター効果を持たせることもできる。
【００１７】（電気的接続部材１０２）本願発明に用い
られる電気的接続部材１０２とは、ＬＥＤチップの電極
とリード端子とを電気的に接続させるためのものであ
り、ＬＥＤチップの電極とのオーミック性機械的接続性
などが良いものが求められる。この様な電気的接続部材
として具体的には、金、銀、銅、白金、アルミニウムや
それらの合金などを用いたボンディングワイヤーが挙げ
られる。また、銀、カーボンなどの導電性フィラーを樹
脂で充填した導電性接着剤などを用いることができる。
作業性を考慮してアルミニウム線或いは金線を用いるこ
とが好ましい。
【００１８】（半導体発光素子１０３）本願発明に用い
られる半導体発光素子１０３としては、液層成長法やＭ
ＯＣＶＤ法などにより基板上にＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、Ｚ
ｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａ
Ｐ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの半導体
を発光層として形成させたものが好適に用いられる。半
導体の構造としてはＭＩＳ接合、ＰＮ接合を有したホモ
構造、ヘテロ構造或いはダブルへテロ構造のものが挙げ
られる。また、量子効果を持たせるために単一井戸構
造、多重量子構造とさせてもよい。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々
選択することができる。野外などの使用を考慮する場
合、高輝度な半導体材料として緑色及び青色を窒化物系
化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色では
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。半導体発光素子として窒化物半導体を用
いた場合は、高輝度化が可能であるととともに発熱量が
多いため本願発明において特に有用となるが、用途によ
って種々利用できることは言うまでもない。この様なＬ
ＥＤチップは所望に応じて種々選択できるとともに複数
種のＬＥＤチップを用いて１つの発光ダイオードを構成
しても良い。
【００１９】（フィラー含有樹脂１０４）本願発明のフ
ィラー含有樹脂部１０４とは、発光素子からの発熱、発
光素子実装時に生じる発光ダイオードの昇温を抑えるも
のである。即ち、モールド部材の非発光側底辺に高熱伝
導性、高耐熱性の絶縁物をフィラーとして樹脂中に含有
させることによって発光ダイオードの熱を外部に放出し
発光ダイオードの特性劣化を防ぐとともに熱時強度の向
上によりリード端子の移動に伴う電気的接続部材の接続
不良や断線を防ぐことができる。したがって、樹脂中に
含有されるフィラーとしては、高耐熱性、絶縁性などが
求められる。具体的なフィラーとしては、ガラス、窒化
アルミニウム、窒化ボロンなどの金属窒化物、酸化シリ
コンアルミナなどの金属酸化物が挙げられる。これらの
フィラーは、１種類で用いても２種類以上混合させて用
いても良い。また、これらのフィラーの形状は球形状に
限らずフレーク状、など種々選択することができる。ま
た、フィラーを含有させる樹脂としてはモールド部材と
同じものを用いても良いし、別のものを用いても良いが
密着性を考慮して同じものが好ましい。具体的な樹脂と
しては、エポキシ樹脂など硬化前液状のポッティング樹
脂、ユリア樹脂など種々用いることができる。
【００２０】フィラー含有樹脂部の含有濃度は、少なす
ぎると放熱や加熱時の溶融による樹脂強度が低下する。
一方多すぎると密着力が低下してフィラー含有樹脂にク
ラックが生じたりポティング性が低下するため２０％以
上５０％以下が好ましい。同様に平均粒径は３０μｍ以
上１００μｍ以下が好ましい。また、フィラーの含有
は、均一に樹脂部に含有させても良いし、濃度傾斜を付
けて含有させても良い。傾斜を付けることによって密着
性や放熱性を制御することができる。この様なフィラー
含有樹脂部は発光面前面のモールド部材用の樹脂を型に
流した後、引き続いて、フィラーを含有させた樹脂を流
し発光面後方のモールド部材として形成させることがで
きる。また、モールド部材形成後リード端子を表裏両面
からテープを張り付けることによって覆い、この状態で
リードフレーム全体をフィラー含有樹脂を溜めたタンク
内に発光ダイオードのモールド部材の下半分を浸漬した
後、引き上げて乾燥させフィラー含有樹脂部を形成させ
ても良い。
【００２１】（リード端子１０５、１０６）本願発明に
用いられるリード端子１０５、１０６としては、ボンデ
ィングワイヤーなどの電気的接続部材との機械的密着
性、電気伝導性などが良好なことが求められる。また、
リード端子の先端部をＬＥＤチップ搭載のための積置部
を構成するため加工性が優れたものがよい。リード端子
の電気抵抗としては、３００μΩ-ｃｍ以下が好ましく
より好ましくは３μΩ-ｃｍ以下である。これらの条件
を満たす具体的な材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫
入り銅などが挙げられる。
【００２２】（プリント基板３０２、３０３）プリント
基板３０２、３０３は、発光ダイオードをマトリックス
状など２以上複数配置可能に穴があけられ、それぞれ個
別に駆動できるように銅箔などのパターンが形成された
もの、或いは発光ダイオードをON、OFF制御し駆動させ
るための電子部品を搭載させそれぞれ銅箔などのパター
ンにより電気的に接続させるためのものである。
【００２３】プリント基板３０２、３０３としては種々
のものが用いられるが、発光ダイオードの指向性や発光
ダイオードからの熱による影響を考慮してソリ、ウネリ
が少なく表面が平坦であることが好ましい。また、熱伝
導性の良いことが求められる。このようなプリント基板
として具体的にはセラミック基板や、アルミ、ステンレ
スなどの金属ベース上に絶縁層を形成しその上に銅箔を
接着したメタルベース基板などが挙げられる。
【００２４】（電子部品３０４）電子部品３０４として
は、ＩＣ、ＬＳＩなどを種々利用して構成させることが
できる。これらは、発光ダイオードの駆動用として駆動
回路を構成する。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（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅ
ｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、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、階調制御の出力信号
でスイッチングされた、発光ダイオードを点灯させるド
ライバーとを備える。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
と消灯される。これによって、種々の情報を表示器で表
示させることができる。以下、本願発明の具体的実施例
について詳述するが本願発明はこれのみに限られるもの
でないことは言うまでもない。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）鉄入り銅の金属板剤を打ち抜いて発光ダイ
オードを構成する一組のリード端子を互いに平行にタイ
バー部で連結した状態のリードフレームを形成する。サ
ファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ法でＮ型及びＰ型窒化ガリ
ウム半導体をそれぞれ５μｍ、１μｍ堆積させＰＮ接合
を有し各電極が形成された３００μｍ角のＬＥＤチップ
を、リード端子の先端に形成させたＬＥＤチップ搭載部
上にダイボンドする。次にＬＥＤチップの各電極とリー
ド端子とを電気的接続部材である金線でワイヤーボンデ
ィングし電気的に接続する（図２（Ａ））。
【００２６】ついで発光ダイオードのモールド部の形状
に対応するくぼみが形成されたキャスティングケースの
凹部にＬＥＤチップ及びリード端子が覆われる所定位置
まで透光性エポキシ樹脂をポッティング注入し１００℃
３０分で仮硬化させた（図２（Ｂ））。
【００２７】仮硬化させたエポキシ樹脂の上にさらに、
フィラーとして平均粒径７０μｍのシリカ２０重量％を
均一に混合させたエポキシ樹脂をポッティング注入し１
５０℃１０時間で本硬化させる（図２（Ｃ））。
【００２８】キャステイングケースから脱型してタイバ
ー部の所定箇所をプレス抜きし発光ダイオードを形成さ
せた。こうしてＬＥＤチップを含むリード端子の先端部
を覆うモールド部が形成される。
【００２９】この発光ダイオード２２５個を銅パターン
が形成されたセラミック上に発光ダイオードを半田で固
着すると同時にモールド部を外部から力を加えたが不良
が発生したものはなかった。フレーム端子のモールド部
材根元付近では熱時強度が大きく熱膨張の小さいフィラ
ー入り樹脂に強度固着されるので熱時のフレーム端子の
動きは極めて強固に阻止されることが確認された。ま
た、モールド部材にクラックなどの外観不良は見つから
なかった。
【００３０】（実施例２）フィラーをシリカのかわりに
平均粒径１００μｍの窒化アルミニウムを５０重量％含
有させた以外は実施例１と同様にして発光ダイオードを
形成させた。
【００３１】次に、この発光ダイオード２２５個をマト
リックス状に配置して第１のプリント基板にとりつけ
る。第１のプリント基板への発光ダイオードの取り付け
は第１のプリント基板の所定の位置に予め設けておいた
第１のプリント基板を貫通する複数個の孔に発光ダイオ
ードのリード線を挿入し半田付け固定することによって
行われる。第２のプリント基板には、発光ダイオードを
駆動し輝度などを調整するためのＩＣ、トランジスタや
コンデンサーなどの電子部品が取り付けられ第１のプリ
ント基板と第２のプリント基板は導体によって電気的に
接続される。さらに、基板の上面には外部応力から内部
回路を保護するケースが設けられている。この発光ダイ
オードは放熱性が高いため半導体発光素子自体の昇温に
よる波長ずれなどのない表示装置とすることができる。
【００３２】
【発明の効果】発光ダイオードのモールド部の非発光側
底部に金属窒化物、金属酸化物、ガラスから選択される
少なくとも一つのフィラー含有樹脂部を形成したので熱
時強度が大きくフレーム電極などが極めて強固に固着さ
れ発光ダイオードの電気的不良が極めて少なくまた、指
向性も安定する。さらに、放熱性がよいことから発光ダ
イオードの特性が安定し特性劣化が極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の発光ダイオードの一例を示す模式的
断面図である。
【図２】本願発明の発光ダイオードの製造方法の一例を
示す模式的説明図である。
【図３】本願発明の表示装置の一例を示す模式的断面図
である。
【図４】本願発明と比較のために示す発光ダイオードの
模式的断面図である。
【符号の説明】
１０１・・・モールド部材 １０２・・・電気的接続部材 １０３・・・ＬＥＤチップ １０４・・・フィラー含有樹脂部 １０５・・・ＬＥＤチップが積置可能なリード端子 １０６・・・リード端子 ２０１・・・複数連結されたリードフレーム ２０２・・・キヤスティングケース ３０１・・・ケース ３０２・・・第１のプリント基板 ３０３・・・第２のプリント基板 ３０４・・・電子部品 ４０１・・・透光性モールド部材 ４０２・・・電気的接続部材 ４０３・・・ＬＥＤチップ ４０５・・・ＬＥＤチップが積置可能なリード端子 ４０６・・・リード端子 ４０７・・・成形体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも一対のリード端子と、該一対の
    リード端子の一方の端部に取り付けられ且つ電気的に接
    続された半導体発光素子と、該半導体発光素子と他方の
    リード端子とを接続する電気的接続部材と、半導体発光
    素子を含むリード端子の端部を透光性樹脂で封止するモ
    ールド部と、を有する発光ダイオードであって、 前記モールド部材及びリード端子の少なくとも一部を被
    覆する底部に金属窒化物、金属酸化物、ガラスから選択
    される少なくとも一つのフィラー含有樹脂部を有するこ
    とを特徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項２】前記金属窒化物が、窒化アルミニウム及び
    ／又は窒化ボロンであり、前記金属酸化物がアルミナ及
    び／又はシリカである請求項１記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項３】前記半導体発光素子が窒化物系化合物半導
    体である請求項１記載の発光ダイオード。
  4. 【請求項４】前記モールド部及びフィラー含有樹脂部が
    共にポッティングモールド樹脂である請求項１記載の発
    光ダイオード
  5. 【請求項５】請求項１に記載の発光ダイオードを２以上
    配列した第１のプリント基板と前記発光ダイオードを駆
    動させるための電子部品を搭載した第２のプリント基板
    と、前記第１のプリント基板と第２のプリント基板とを
    電気的に接続させた表示装置。
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