JP2006324623A - 発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 その発光体を周辺から囲む反射層としての内周面を有する孔を十分に深めて発光体の発光を有効に反射することができる構造を有する発光デバイスを提供しようとすることをその目的とする。
【解決手段】 回路基板と、前記回路基板の上面に形成してある通孔付きの反射層と、前記通孔内の基板上に該基板上の回路と電気的に導通するように配置されている発光体と、前記通孔内に充填されて前記発光体を封止した透明樹脂層と、前記反射層及び前記透明樹脂層の上面に敷設されているプリズムシートとを備えている上、前記通孔が上から下へ徐々に縮小したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光デバイス及びその製造方法に関し、詳しくは、光学効能が高まって全体構造が簡素化されうる発光デバイス及びその製造方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤチップ）は、低い駆動電圧、高い発光効率などの利点を持っているので、各種の表示パネル、車のバックライト、携帯機器の表示手段、及び照明器具などの光源として広く使われている。

ＬＥＤチップを光源として構成された従来の発光装置は、図１７に示すように、ドリル加工により凹部が形成してある回路基板１１と、前記凹部内の側面１１０に施されてなった反射層１０と、前記凹部の底面上に該基板１１上の回路と電気的に導通する（１３）ように配置されているＬＥＤチップ１２と、前記凹部内に充填されて前記ＬＥＤチップ１２を封止した透明封止層１４とからなったものである。

より詳しく説明すると、前記反射層１０は、前記ドリル加工によって形成された凹部内の１１０を更に、研磨、ラップなどの仕上げ加工を行って平らにしてから、めっき又は蒸着法によってその凹部内の側面１１０に前記ＬＥＤチップ１２による光を反射させうる金属膜を形成することにより形成してなったものである。

また、前記透明封止層１４は、前記ＬＥＤチップ１２を封止するばかりでなく、上へも突き出ている凸レンズにしてなったものである。

しかしながら、凹部のドリル加工により形成されることは、凹部の内面をざらざらさせ、そのままその側面１１０に金属めっきを施すと反射効率が悪いので、金属めっきを施す前に、前記研磨、ラップなどの仕上げ加工が必要であることはもちろんであるが、その仕上げ加工が繁雑である上、コスト非常に高いのである。尚、前記反射層１０は、めっきなどによって形成されたものであるので、発光装置の温度変化に剥離し、光を反射する役割が果せずになる上、前記透明封止層１４を前記回路基板１１から分離させ、製品の信頼性を低下させる虞もある。

そして、前記凹部は前記基板上にドリル加工で形成してなるものであるので、基板は厚いものを使用しなければならない。しかし、厚い基板が使用されうるとはいっても、その制限があるので、孔の深さもそれに従って制限がかなりある。孔の深さが十分でないと、透明封止層は前記孔から突き出なければ前記ＬＥＤチップ１２を十分に封止することができない。これは、前記従来の発光デバイスが前記透明封止層を凸レンズ様にした原因の一つである。前記従来の発光デバイスが前記透明封止層を凸レンズ様にした原因のもう一つは、このような透明封止層１４が反射層により反射されてその前面部に直射してきたＬＥＤチップ１２からの発光を前方に集中する効果があることである。でも、前記透明封止層をこのように凸レンズ様にしても、孔の深さが十分でないと、ＬＥＤチップ１２からの発光はすべて反射層により反射されて透明封止層１４の前面部に直射するのではなく、多くが斜めに透明封止層１４の周縁部に投光してから該透明封止層１４の凸レンズ効果によって周辺へ発散されるので、ＬＥＤチップ１２の発光の利用率が良くない、という欠点も出てくる。

ところで、米国特許５０４３７１６号には、図１８〜２１に示すように、先に窪みを有する型１５Ａに該窪みから溢れてくるように、透明封止層を形成するための封止樹脂２４を充填し（付図１９）、そしてその面上に内周面が反射面とされる通孔が形成してある反射板１２Ａを前記通孔が前記窪みと対応するように前記型１５Ａに置いてから、再び前記通孔内に前記封止樹脂２４を充填し（付図２０）、最後に、前記封止樹脂２４がまだ硬化していないうちに、ＬＥＤチップ１１Ａが設置されている回路基板１０Ａを前記ＬＥＤチップ１１Ａが前記通孔内の封止樹脂２４中に突入するように前記反射板１２Ａ上に張り合わせて（付図２１及び１８）から前記封止樹脂２４を硬化させ、前記型１５Ａを取外すように、前記のような凸レンズ型の発光装置を構成する方法が開示されている。

該製造方法では、反射板１２Ａを前もって製造したり、前記通孔と前記窪みと正確に合わせて反射板１２Ａを型１５Ａ上に置いたり、封止樹脂２４を二回分けに充填したり、また、ＬＥＤチップ１１Ａと前記通孔と正確に合わせて回路基板１０Ａを反射板１２Ａ上に張り合わせたりしなければならないので、製造ステップが複雑であり、その上、回路基板１０Ａを反射板１２Ａに張り合わせて接着させようとする時、ＬＥＤチップ１１Ａを前記通孔中の前記封止樹脂２４内に密着的に突入させるために、該封止樹脂２４がまだ硬化して透明封止層になっていないうちにしなければならないので、硬質でない回路基板を使用すれば、接着中に、基板が歪んだりし、基板と反射板との間に隙間を起こして密着性を低下させる可能性があるので、薄い可撓性の回路基板に適用できないという欠点がある。

前記に鑑みて、本発明は、薄いものをその基板として使用しても、その発光体を周辺から囲む反射層としての内周面を有する孔を十分に深めて発光体の発光を有効に反射することができる構造を有する発光デバイスを提供しようとすることをその一つの目的とする。

本発明は、前記孔の内周面が自ずと滑らかであり、研磨やラップで加工されたりめっきや蒸着を施されたりしなくても反射層の機能を良く果たすことができる構造を有する発光デバイスを提供しようとすることをその一つの目的とする。

本発明は、その封止層が前記孔から突き出なくても、孔内の発光体を十分に封止することができる構造を有する発光デバイスを提供しようとすることをそのもう一つの目的とする。

本発明は、その発光体の発光がすこし漏れても、即ちすこし前記反射層に反射されないまま直接に前記透明封止層の周縁部に投光しても、周辺に発散されずに、前方へ投射することができる発光デバイスを提供しようとすることをその更なる一つの目的とする。

それに、本発明は、また、その製造過程が従来より遥かに簡易であり、製造コストもかなり低い上、硬質のはもちろん、可撓性のある回路基板を使用するにも適用できる前記発光デバイスの製造方法を提供しようとすることをその目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、まず、回路基板と、前記回路基板の上面に形成してある通孔付きの反射層と、前記通孔内の基板上に該基板上の回路と電気的に導通するように配置されている発光体と、前記通孔内に充填されて前記発光体を封止した透明樹脂層と、前記反射層及び前記透明樹脂層の上面に敷設されているプリズムシートとを備えている上、前記通孔が上から下へ徐々に縮小したものであることを特徴とする発光デバイスを提供する。

また、本発明は、パターンが形成されてなった回路基板の上面に、トランスファー成形により、その内径が上から下へ徐々に縮小した通孔がついている反射層を設置してから、ＬＥＤチップを前記通孔内の前記基板上に該基板上の回路と電気的に導通するように配置し、さらにトランスファー成形により前記通孔に透明樹脂材料を充満させて、前記ＬＥＤチップを封入した透明樹脂層を形成し、最後に前記反射層及び前記透明層の上面にプリズムシートを貼り付けることを特徴とする発光デバイスの製造方法を提供する。

詳しく言えば、前記発光デバイスの製造方法において、前記反射層のトランスファー成形は、前記回路基板を型に入れて前記回路基板と前記型との組み合わせにより前記回路基板の上面に前記通孔付きの反射層を形成するためのキャビティを形成する工程と、成形材料を成形可能な状態にさせる工程と、前記工程で成形可能な状態にさせた成形材料を前記キャビティ内に注入する工程と、前記工程で前記キャビティ内に注入した成形材料を硬化させる工程と、成形材料が硬化した後、型開きしてこれまでの成形品全体を出す工程とからなる過程で行われる。

前記構成による発光デバイスは、その発光体を周辺から囲む反射層としての内周面を有する孔が前記回路基板上ではなく、該回路基板の上面に形成してある通孔付きの反射層の前記通孔で形成されているので、薄いものをその基板として使用しても、前記反射層の厚さを高めることにより前記孔を十分に深めて発光体の発光を有効に反射することができる。

また、前記構成による発光デバイスは、その発光体を周辺から囲む反射層としての内周面を有する孔が前記回路基板上ではなく、該回路基板の上面に形成してある通孔付きの反射層の前記通孔で形成されているので、ドリル加工でなく、トランスファー成形により直接に内周面が自ずと滑らかで研磨やラップで加工されたりめっきや蒸着を施されたりする必要がないものに拵えられることができる。

そしてまた、前記構成による発光デバイスは、前記のように、その反射層の厚さを高めることにより前記孔を十分に深めることができるので、その封止層が前記孔から突き出なくても、孔内の発光体を十分に封止することができる。

そしてまた、前記構成による発光デバイスは、その反射層及びその透明樹脂層の上面にプリズムシートが敷設されているので、その発光体の発光が前記反射層に反射されないまま直接に前記透明封止層の周縁部に投光しても、周辺に発散されずに、前方へ投射することができる。

それに、前記発光デバイスの製造方法は、トランスファー成形でその内径が上から下へ徐々に縮小した通孔がついている反射層を回路基板の上面に設置することにより、発光体を周辺から囲む反射層としての内周面を有する孔を反射層に形成するので、ドリル加工や研磨／ラップ加工が必要でなく、製造加工が従来より遥かに簡易であり、製造コストもかなり低い。

また、前記発光デバイスの製造方法は、特に前記回路基板の上面に通孔付きの反射層を形成するためのキャビティを形成する工程が、前記回路基板を型に入れて前記回路基板と前記型との組み合わせにより形成されるのである場合、前記回路基板が型の定型により変形できないようになり、硬質のはもちろん、可撓性のあるものが使用されるにも適用できる。

以下、図示を参照しつつ本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

本発明の好適な実施例の発光デバイスとしては、図１のように、回路基板３と、回路基板３の上面に形成してある通孔（４０）付きの反射層４と、通孔（４０）内の基板３上に該基板３上の回路と電気的に導通するように配置されている発光体５と、通孔（４０）内に充填されて発光体５を封止した透明樹脂層７と、反射層４及び透明樹脂層７の上面に敷設されているプリズムシート８とを備えている上、通孔４０は上から下へ徐々に縮小したものであり、反射層４の上面と透明樹脂層７の上面とは同一の平面になっている。

この実施例では、前記発光体５は、発光輝度の高いＬＥＤチップである。

また、回路基板３はプリント配線板であるが、製品の需要によって、可撓性プリント配線板、セラミックス配線板、またはリードフレームに変えられても良い。

反射層４はエポキシ樹脂で形成されたものであるが、シリコーンで形成されても良い。

尚、反射層４は、硬質のものでも良いし、可撓性のあるものでも良い。その厚さは、その通孔４０の内周面が発光体５の発光を十分に反射させる程度あれば良い。

反射層４と同じように、透明樹脂層７はシリコーンなどの他の透明樹脂材料に変えても良いが、この実施例ではエポキシ樹脂で形成されたものである。でも、その反射性を向上させるために、この実施例では、更に、金属粒子・ナノ微粒子及び／または他の反射性向上効果のある材料の粒子・ナノ微粒子が混ぜ込まれている。尚、透明樹脂層７には、光拡散剤、染料、アンチ紫外線剤及びそれらの混合物から選んだものが光変換材料として混ぜ込まれても良い。

以下、前記発光デバイスの製造方法例を説明する。図２のフローチャートを主として、図３〜６の図解をも併せて参照すると、この発光デバイスの製造方法は、予めパターンが形成されてなった回路基板３を用意するステップ１と、該回路基板３の上面に、トランスファー成形により、その内径が上から下へ徐々に縮小した通孔４０がついている反射層４（図３）を設置するステップ２と、発光体５（図４）を前記通孔４０内の基板３上に該基板３上の回路と電気的に導通するように配置するステップ３と、トランスファー成形により通孔４０に透明樹脂材料を充満させて、発光体５を封入した透明樹脂層７（図５）を形成するステップ４と、最後に、反射層４及び透明樹脂層７の上面にプリズムシート８（図５、６）を貼り付けるステップ５とからなる。

前記方法の実施には、前記反射層４を形成する前記ステップ２は図７のように、透明樹脂層７を形成するステップ４は図８のように、いずれもトランスファー用の射出成形機により行なった。

例として言えば、反射層４のトランスファー成形（ステップ２）は、前記図７とその実施工程のフローチャートに示す図９とを併せて参照すると、回路基板３を型２１に入れて回路基板３と型２１との組み合わせにより回路基板３の上面に通孔４０付きの反射層４を形成するためのキャビティ２１０を形成する工程（ステップ２１）と、予め成形材料を射出成形機におけるチャンバー２０に投入しヒーター２３で加熱して成形可能な状態にさせる工程（ステップ２２）と、前記工程で成形可能な状態にさせた成形材料２０をキャビティ２１０内に注入する工程（ステップ２３）と、前記工程でキャビティ２１０内に注入した成形材料を硬化させる工程（ステップ２４）と、成形材料が硬化した後、型開きしてこれまでの成形品全体（半製品）を出す工程（ステップ２５）とからなる方法で行なう。

このように実施して製造した製品は、回路基板３と、前記回路基板３の上面に形成してある通孔（４０）付きの反射層４とを備えている上、前記通孔４０が上から下へ徐々に縮小したものであった。

尚、前記透明樹脂層７を形成するステップ４は、前記反射層４のトランスファー成形（ステップ２）とほぼ同じであるが、前記ステップ２に得た半製品の通孔４０内の基板３上に発光体５（図４）を基板３上の回路と電気的に導通するように配置（ステップ３）したものを型２１に入れて型２１との組み合わせにより通孔４０をキャビティとし、そして、予め、チャンバー２０に投入し、ヒーター２３で加熱して成形可能な状態にさせた成形材料を通孔４０内に注入し硬化させ、硬化した後、型開きしてこれまでの成形品全体（半製品）を出すことに行なう（図８）。

このように実施して製造した半製品は、回路基板３と、前記回路基板３の上面に形成してある通孔（４０）付きの反射層４と、前記通孔内の基板３上に該基板上の回路と電気的に導通するように配置されている発光体５と、前記通孔４０内に充填されて前記発光体５を封止した透明樹脂層７とを備えている上、前記通孔４０が上から下へ徐々に縮小したものであった。

また、この実施例では、回路基板３を型２１に入れて回路基板３の上面に反射層４を形成するためのキャビティ２１０を形成する工程において、型２１として図１０、１１のような通孔４０の断面を円形にさせるものを使用したが、場合によって通孔４０の断面を楕円形（図１２、１３を参照）または矩形（図１４、１５を参照）にさせるものを使用しても良い。

成形材料を成形可能な状態にさせる工程においては、反射層４の成形材料としてはエポキシ樹脂を使用したが、反射性向上材料としての金属粒子をも混ぜ込んだ。

そして、透明樹脂層７を形成する透明樹脂材料として透明エポキシ樹脂を使用したが、他の透明樹脂を使用しても良い。また、この透明樹脂材料を通孔４０へ充満させる前に、先に光拡散剤、染料、及びアンチ紫外線剤とからなる混合物を光変換材料として添加し均一に混ぜた。

尚、ここまでは、発光デバイスについても製造方法についても、単一の発光デバイスユニットを有する発光デバイスを例として説明したが、本発明は、図１６のように、複数の発光デバイスユニットを同体に有する発光デバイスにも適用されうる。

前記構成による発光デバイスは、その内周面を反射面とする孔を基板ではなく、基板上の反射層にするため、トランスファー成形により成形されることができるので、その内周面が自ずと滑らかで研磨やラップで加工されたりめっきや蒸着を施されたりする必要がないものに形成されうる上、前記通孔が十分に深くて発光体の発光を有効に反射することができるものにも形成されうる。

また、前記構成による発光デバイスは、その反射層及びその透明樹脂層の上面にプリズムシートが敷設されているので、その発光体の発光が前記反射層に反射されないまま直接に前記透明封止層の周縁部に投光しても、周辺に発散されずに、前方へ投射することができるので、更なる集光性を向上させることができる。

それに、前記発光デバイスの製造方法は、トランスファー成形で反射層を回路基板の上面に設置することにより、発光体を周辺から囲む反射層としての内周面を有する孔を反射層に形成するので、ドリル加工や研磨／ラップ加工が必要でなく、製造過程が従来より遥かに簡易であり、製造コストもかなり低い。

また、前記発光デバイスの製造方法は、回路基板の上面に通孔付きの反射層を形成するステップにおいても、通孔に透明樹脂を充満させて、発光体を封止した透明樹脂層を形成するステップにおいても、前記回路基板が型に入れられ前記型と組み合わせになるので、前記回路基板が型の定型により変形できないようになり、硬質はもちろん、可撓性のあるものが使用される発光デバイスにも適用できる。

本発明の好適な実施例の発光デバイスの断面構造図である。 前記発光デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。 反射層を形成する次第の見取図である。 ＬＥＤチップが配置してある状態を示す断面図である。 プリズムシートを貼り付ける次第の見取図である。 プリズムシートが貼り付けてある状態を示す断面図である。 回路基板を型に入れてから、トランスファー成形により反射層を形成することを示す断面図である。 発光体を配置してから、再びトランスファー成形により透明樹脂層を形成することを示す断面図である。 反射層のトランスファー成形を説明するフローチャートである。 前記反射層を形成する型の一部拡大図である。 図１０において線Ａ−Ａに沿う断面図である。 前記反射層を形成する型の他の実施形態の一部拡大図である。 図１２において線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 前記反射層を形成する型のもう一つの他の実施形態の一部拡大図である。 図１４において線Ｃ−Ｃに沿う断面図である。 一連の発光デバイスを形成している状態を示す図である。 従来の発光装置の断面図である。 従来の他の一つの発光装置の断面図である。 前記他の一つの発光装置における封止樹脂層を形成する次第を示す見取図である。 前記他の一つの発光装置における封止樹脂層を形成する次第を示す見取図である。 前記他の一つの発光装置における封止樹脂層を形成する次第を示す見取図である。

符号の説明

２１ 型
２１０ キャビティ
３ 回路基板
４ 反射層
４０ 通孔
５ 発光体
７ 透明樹脂層
８ プリズムシート

Claims (24)

1. 回路基板と、前記回路基板の上面に形成してある通孔付きの反射層と、前記通孔内の基板上に該基板上の回路と電気的に導通するように配置されている発光体と、前記通孔内に充填されて前記発光体を封止した透明樹脂層と、前記反射層及び前記透明樹脂層の上面に敷設されているプリズムシートとを備えている上、前記通孔が上から下へ徐々に縮小したものであることを特徴とする発光デバイス。
2. 前記反射層の上面と前記透明樹脂層の上面とは同一の平面になっていることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記発光体はＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
4. 前記回路基板はプリント配線板であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
5. 前記回路基板は可撓性プリント配線板であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
6. 前記回路基板はセラミックス配線板であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
7. 前記回路基板はリードフレームであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
8. 前記反射層は、エポキシ樹脂及びシリコーンから選ばれた材料で形成されたシートまたはフィルムであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
9. 前記透明樹脂層は、エポキシ樹脂及びシリコーンから選ばれたもので形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
10. 前記反射層には、反射性向上材料が混ぜ込まれていることを特徴とする請求項８に記載の発光デバイス。
11. 前記反射層には、反射性向上材料のナノ微粒子が混ぜ込まれていることを特徴とする請求項８に記載の発光デバイス。
12. 前記反射性向上材料は金属材料であることを特徴とする請求項１０に記載の発光デバイス。
13. 前記透明樹脂層には、光変換材料が混ぜ込まれていることを特徴とする請求項９に記載の発光デバイス。
14. 前記光変換材料は、光拡散剤、染料、アンチ紫外線剤及びそれらの混合物から選んだ少なくとも１種であることを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。
15. パターンが形成されてなった回路基板の上面に、トランスファー成形により、その内径が上から下へ徐々に縮小した通孔がついている反射層を設置してから、発光体を前記通孔内の前記基板上に該基板上の回路と電気的に導通するように配置し、さらにトランスファー成形により前記通孔に透明樹脂材料を充満させて、前記発光体を封入した透明樹脂層を形成し、最後に前記反射層及び前記透明層の上面にプリズムシートを貼り付けることを特徴とする発光デバイスの製造方法。
16. 前記反射層のトランスファー成形は、
    前記回路基板を型に入れて前記回路基板と前記型との組み合わせにより前記回路基板の上面に前記通孔付きの反射層を形成するためのキャビティを形成する工程と、
    成形材料を成形可能な状態にさせる工程と、
    前記工程で成形可能な状態にさせた成形材料を前記キャビティ内に注入する工程と、
    前記工程で前記キャビティ内に注入した成形材料を硬化させる工程と、
    成形材料が硬化した後、型開きしてこれまでの成形品全体を出す工程とからなることを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイスの製造方法。
17. 前記回路基板を型に入れて前記回路基板の上面に前記反射層を形成するためのキャビティを形成する工程において、前記型として前記通孔の断面を楕円形になさせる型を使用することを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイスの製造方法。
18. 前記回路基板を型に入れて前記回路基板の上面に前記反射層を形成するためのキャビティを形成する工程において、前記型として前記通孔の断面を矩形になさせる型を使用することを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイスの製造方法。
19. 前記回路基板を型に入れて前記回路基板の上面に前記反射層を形成するためのキャビティを形成する工程において、前記型として前記通孔の断面を円形になさせる型を使用することを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイスの製造方法。
20. 前記成形材料を成形可能な状態にさせる工程においては、エポキシ樹脂及びシリコーンから選んだものを使用することを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイスの製造方法。
21. 前記成形材料を成形可能な状態になさせる工程においては、成形材料に反射性向上材料として金属粒子をも混ぜ込むことを特徴とする請求項２０に記載の発光デバイスの製造方法。
22. 前記透明樹脂材料としては、透明エポキシ樹脂を使用することを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイスの製造方法。
23. 前記通孔へ透明樹脂材料を充満させる前に、先に透明樹脂材料に光変換材料を均一に混ぜることを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイスの製造方法。
24. 前記光変換材料として、光拡散剤、染料、アンチ紫外線剤及びそれらの混合物から選んだ少なくとも１種を使用することを特徴とする請求項２３に記載の発光デバイスの製造方法。

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