JP2010278246A - 発光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造において配光制御部材が有したレンズ部の形状を変えることなく配光分布を様々に調整可能で低コストで製造するのに適した発光モジュールを提供する。
【解決手段】発光モジュール１は、絶縁板４からなる実装面及びこの実装面に設けられた配線部材５を有したモジュール基板２と、このモジュール基板２に間隔を置いて設けられた複数の発光部１１を具備する。各発光部１１は、ベアチップからなる発光素子１２、蛍光体層、透光性でレンズ部１４ａを有した配光制御部材１４を備える。発光素子１２を実装面上に実装して配線部材５に電気的に接続する。蛍光体層１３Ａには発光素子１２が発する光で励起されてこの光の色とは異なる色の光を放射する蛍光体が混ぜられている。蛍光体層１３Ａで発光素子１２を埋設する。配光制御部材１４で蛍光体層１３Ａを埋設する。レンズ部１４ａに対する蛍光体層１３Ａの表面積及び蛍光体層１３Ａの厚さｔ１の内で少なくとも厚さｔ１を変えて所望の配光分布を得たことを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベアチップからなるＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有した複数の発光部を発光させて、例えば電球等の照明装置の光源部等に使用されるＣＯＢ（chip on board）型の発光モジュール、及びその製造方法に関する。

電球の光源部として、配線パターンが形成されたプリント基板の表面に、複数の反射孔が開設された樹脂製の反射板を積層し、各反射孔内にＬＥＤ素子を夫々実装するとともに、これらの素子を個々に内包する蛍光粉末入りの樹脂材料からなる蛍光体を各反射孔内に配設し、更に、成形型を用いて形成されたレンズ板で蛍光体を覆設し、このレンズ板のＬＥＤ素子の実装位置に対応した部分が半球状に突出するレンズ部をなしたＬＥＤモジュールと、その製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−３１１３１４号公報（図１−図１２、図１３（ｂ）、図１４（ａ）（ｂ））

特許文献１に記載のＬＥＤモジュールは、各ＬＥＤ素子を発光させることで面状光源として用いることができ、ＬＥＤ素子から発した光を蛍光体により所望の光色に変換した上で、この所望の光色の光をレンズ部で制御して照明できる。

ところで、種々の配光分布を持つ発光モジュールを製作することは、要請される様々な仕様に応じた照明装置の提供に貢献できる。

特許文献１には、配光分布を調整できるＬＥＤモジュール及びその製造方法についての言及はないが、特許文献１に記載のＬＥＤモジュールは、そのレンズ部の形状を変えることで配光を制御することが可能である。

しかし、このようにすると、所望とする配光分布毎に、それに応じてレンズ板の各レンズ部の形状を変える設計をしなければならない。それに伴い。レンズ板を成形する成形型が数多く必要となるので、製造コストが嵩むことは避けられない。

以上のように特許文献１に記載のＬＥＤモジュールは、そのレンズ部の形状を変えなければ配光分布を変えることができず、又、特許文献１に記載のＬＥＤモジュールの製造方法は、様々な配光分布のＬＥＤモジュールを低コストで製造するには適していない、という課題がある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明の発光モジュールは、絶縁材製の実装面及びこの実装面に所定のパターンで設けられた配線部材を有したモジュール基板と；このモジュール基板に間隔を置いて設けられた複数の発光部であって、前記実装面上に実装されて前記配線部材に電気的に接続されたベアチップからなる発光素子、この発光素子を埋めて前記実装面上に設けられ前記発光素子が発する光で励起されて前記光の色とは異なる色の光を放射する蛍光体が混ぜられた蛍光体層、及びレンズ部を有して前記蛍光体層を埋めて設けられた透光性の配光制御部材を備え、前記レンズ部に対する前記蛍光体層の表面積及び前記蛍光体層の厚さの内で少なくとも前記厚さを変えることにより所望の配光分布が得られるように調整された前記発光部と；を具備することを特徴としている。

この発明及び以下の各発明で、モジュール基板には、単層の絶縁板からなるモジュール基板、又は複数枚の絶縁板を積層してなるモジュール基板、或いは鉄やアルミニウム等の金属製ベース板に絶縁材製の層を積層してなる金属ベース型のモジュール基板等を用いることができる。この発明及び以下の各発明で、発光素子は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）、又はＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等の半導体発光素子を指している。蛍光体層に含まれる蛍光体は、所望とする光色の照明光を得るために用いられ、白色の照明光を得る上で、例えば発光素子が青色の光を発する場合、黄色の蛍光体を用いることができる。この発明及び以下の各発明で、透光性の配光制御部材をなす材料には、透明なシリコーン樹脂を好適に用いることができ、そのレンズ部の形状は半球状など適宜設定できる。

この発明及び以下の各発明で、蛍光体層のレンズ部に対する表面積とは、レンズ部に対向するように位置された蛍光体層の表面の面積を指している。ここに、蛍光体層の表面が、モジュール基板とほぼ平行な平面状の表面部位と、この表面部位の端からモジュール基板にわたって設けられかつ蛍光体層の側面をなしてモジュール基板に対して略直角でレンズ部とは対向しないように位置された側表面部位とからなる場合、蛍光体層の表面積とは前者の平面状表面部位の面積を指す。これとともに、蛍光体層の表面が球面の一部をなしてモジュール基板から盛り上がって形成されている場合、蛍光体層の表面積とは、前記球面の一部をなした蛍光体層の表面全体の面積を指す。又、蛍光体層の厚さとは、発光モジュールの実装面から蛍光体層の表面の内でレンズ部に最も近い表面部位までの光軸方向に沿う厚さを指している。

請求項１の発明の発光モジュールは、このモジュールが備えた複数の発光部の配光分布が、レンズ部を有した配光制御部材と蛍光体層の比率に応じて形成される。この構成において、蛍光体層の厚さが薄い程、この蛍光体層の表面とレンズ中心までの距離が長くなるので、それに応じて配光分布のビーム角が狭められ、この逆に、蛍光体層の厚さが厚い程、この蛍光体層の表面とレンズ中心までの距離が短くなるので、それに応じて配光分布のビーム角が広げられる。これとともに、蛍光体層の表面積を変えた場合には、表面積が小さい程、この発光面積が小さく見かけ上の光源の大きさが小さくなることに応じて配光分布のビーム角が狭められ、この逆に、蛍光体層の表面積が大きい程、この発光面積が大きく見かけ上の光源の大きさが大きくなることに応じて配光分布のビーム角が広げられる。

したがって、請求項１の発明の発光モジュールを製造するにあたっては、配光制御部材と蛍光体層の比率を変えることで、レンズ部の形状を変えることなく配光分布を様々に変えることができる。そして、例えば配光制御部材を成形型で成形する場合であっても、成形型が一種類で済むので、低コストで製造するのに適した発光モジュールを提供できる。

又、前記課題を解決するために、請求項２に係る発明の発光モジュールの製造方法は、配線部材が設けられたモジュール基板の絶縁材製実装面に、間隔を置いてベアチップからなる複数の発光素子を実装し、かつ、これら発光素子と前記配線部材とを電気的に接続する素子実装工程と；蛍光体が混ぜられた透光性樹脂で前記発光素子を個々に埋めて前記発光素子毎に蛍光体層を形成するとともに、この形成において前記蛍光体層の表面積及び前記蛍光体層の厚さの内で少なくとも前記厚さを変えて所望の配光分布が得られるように前記透光性樹脂の量を調整する蛍光体層形成工程と；前記実装面に突き当てられるレンズ成形型と前記蛍光体層との間に形成される空間に透光性材料を注入して、レンズ部を有して前記蛍光体層を埋める配光制御部材を前記発光素子毎に成形するレンズ形成工程と；を具備することを特徴としている。

この請求項２の発明では、配光制御部材と蛍光体層の比率を変えて様々な配光分布を有する発光モジュールを製造でき、その場合に配光制御部材を成形型で成形するにも拘らず、成形型が一種類で済むので、配光制御部材のレンズ部の形状が同じでありながら、様々な配光分布を有する発光モジュールを低コストで製造できる。

又、前記課題を解決するために、請求項３に係る発明の発光モジュールの製造方法は、複数の素子配設孔が間隔を置いて形成されたカバー板を、配線部材が設けられたモジュール基板の絶縁材製実装面に積層するカバー板装着工程と；前記素子配設孔内で、前記実装面にベアチップからなる複数の発光素子を実装し、かつ、これら発光素子と前記配線部材とを電気的に接続する素子実装工程と；前記各素子配設孔の夫々に蛍光体が混ぜられた透光性樹脂を前記カバー板の表面より低い高さまで注入して、この透光性樹脂で前記発光素子を個々に埋めて前記発光素子毎に蛍光体層を形成するとともに、この形成において前記蛍光体層の表面積及び前記蛍光体層の厚さの内で少なくとも前記厚さを変えて所望の配光分布が得られるように前記透光性樹脂の量を調整する蛍光体層形成工程と；透光性材料を前記各素子配設孔の夫々にそれらの孔縁を支えとして前記カバー板の表面から盛り上がるようにポッティングにより注入し、この盛り上がった部位でレンズ部を形成して前記蛍光体層を埋める配光制御部材を前記発光素子毎に成形するレンズ形成工程と；を具備することを特徴としている。

この請求項３の発明では、配光制御部材と蛍光体層の比率を変えて様々な配光分布を有する発光モジュールを製造でき、その場合に成形型を用いることなく配光制御部材をポッティングにより成形するので、配光制御部材のレンズ部の形状が同じでありながら、様々な配光分布を有する発光モジュールを低コストで製造できる。

請求項１の発明によれば、レンズ部を有した配光制御部材と蛍光体層の比率に応じた配光分布を有していて、その製造において前記比率を変えることで、レンズ部の形状を変えることなく配光分布を様々に調整できるので、低コストで製造するのに適した発光モジュールを提供できる、という効果がある。

請求項２，３の発明によれば、レンズ部を有した配光制御部材と蛍光体層の比率を変えることで、その比率に応じた配光分布を得ることができるので、レンズ部の形状を変えることなく様々な配光分布の発光モジュールを低コストで製造するのに適した製造方法を提供できる、という効果がある。

本発明の第１の実施の形態に係る発光モジュールを示す正面図である。 図１の発光モジュールの一部を拡大して示す断面図である。 （Ａ）は図１の発光モジュールが有した発光部を示す断面図である。（Ｂ）は同発光部を発光させた場合の配光分布を示す図である。 （Ａ）は本発明の他の発光モジュールが有した発光部を示す断面図である。（Ｂ）は図４（Ａ）の発光部を発光させた場合の配光分布を示す図である。 （Ａ）は本発明の更に他の発光モジュールが有した発光部を示す断面図である。（Ｂ）は図５（Ａ）の発光部を発光させた場合の配光分布を示す図である。 図１の発光モジュールの製造方法を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光モジュールを示す正面図である。 図７の発光モジュールの一部を拡大して示す断面図である。 図７の発光モジュールの製造方法を示すブロック図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。

図中符号１は照明装置例えばＥ２６型の口金を備えた電球の光源部として使用されるＣＯＢ型の発光モジュールを示している。この発光モジュール１は、モジュール基板２と複数の発光部１１を具備している。

モジュール基板２は所定形状例えば図１に示すように円形である。このモジュール基板２には、各発光部１１の放熱性を高める上で例えば金属ベース基板を用いることが好ましい。こうしたモジュール基板２として、鉄製のベース板３の一面にこのベース板３より薄い絶縁層をなす絶縁板４が積層された金属ベース基板が、図２に例示されている。モジュール基板２の厚さは約２ｍｍである。

絶縁板４は、電気絶縁材料例えば合成樹脂製であって、モジュール基板２の実装面をなしている。モジュール基板２は配線部材５（図２参照）を有している。この配線部材５は、絶縁板４に所定のパターンで設けられた銅箔で形成されている。

モジュール基板２はねじ止め等で前記電球の光源取付け部６（図２参照）に固定されている。光源取付け部６は金属製であり、その外周面は大気中に露出する放熱面をなしている。この光源取付け部６にモジュール基板２のベース板３が密接されていて、この接触部を通ってモジュール基板２の熱が光源取付け部６に放出されるようになっている。

複数の発光部１１はモジュール基板２に所定の間隔を置いて配設されており、本実施形態では例えば図１に示すように縦横に並べてマトリックス状に配列されている。各発光部１１の配設ピッチＰは例えば５ｍｍである。各発光部１１の直径Ｄ（図２参照）は２.５ｍｍである。モジュール基板２の実装面を基準とする各発光部１１の高さＨ（図２参照）は約３ｍｍである。したがって、発光モジュール１の厚さＴ（図２参照）は約５ｍｍである。

各発光部１１は、その形状及び大きさが同じであって、いずれも発光素子１２と、蛍光体層１３Ａと、配光制御部材１４を備えて形成されている。

発光素子１２はＬＥＤ（発光ダイオード）のベアチップからなる。このベアチップには、半導体基板例えばサファイア等の上に窒化物系化合物半導体例えば窒化ガリウム系化合物半導体を形成してなる半導体ウエハーを、例えばダイシングカッター等によりカットして略直方体形に形成され、かつ、一面にアノード側の素子電極とカソード側の素子電極を有した片面電極型のものを採用できる。このベアチップからなるＬＥＤ製の発光素子１２を用いて白色系の光を発光部１１で発光させる場合、青色の光を発するＬＥＤからなる発光素子１２を用いることが好ましい。

発光素子１２は、その半導体基板の一面をモジュール基板２の実装面である絶縁板４に接してモジュール基板２に実装されているとともに、配線部材５に電気的に接続されている。この接続により、すべての発光部１１が有した発光素子１２が例えば直列に接続され、それにより、通電状態で各発光素子１２が一斉に発光されるようになっている。発光素子１２と配線部材５との電気的接続は、例えば図２に示すように発光素子１２のアノード側及びカソード側の素子電極と配線部材５とをボンディングワイヤ１５で接続することで行われているが、これには制約されずフリップチップ実装により接続することも可能である。

蛍光体層１３Ａは発光素子１２を埋めて絶縁板４上に設けられている。蛍光体層１３Ａは、複数の発光素子１２を一括して封止したものではなく、発光素子１２毎に個別に封止して設けられている。この蛍光体層１３Ａは、例えば略円錐台形状をなして、発光素子１２のモジュール基板２側の面以外の各面を覆って、この発光素子１２を封止している。

蛍光体層１３Ａは透明樹脂例えばシリコーン樹脂に蛍光体を混ぜて形成されている。蛍光体は、発光素子１２が発する光で励起されて、発光素子１２が発する光の色とは異なる色の光を放射するものである。発光素子１２が青色光を発する本実施形態では、発光部１１で白色光を出射できるようにするために、蛍光体には青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。蛍光体層１３Ａの表面積（正確には後述のレンズ部に対する表面積）及び蛍光体層１３Ａの厚さｔ１の内で少なくとも厚さｔ１は、所望の配光分布が得られるように後述の製法によって調整されている。

本実施形態の蛍光体層１３Ａの表面積を規定する直径Ａ１は、図２のように発光部１１の直径Ｄより小さく例えば（０.６ｍｍ）であるとともに、蛍光体層１３Ａの厚さｔ１は、発光部１１の配光分布において９０°のビームより狭いビーム角を得るのに適するように例えば０.２ｍｍである。この蛍光体層１３Ａは、ボッティング、又は印刷版を用いたスクリーン印刷のような印刷、若しくは蛍光体層をなす粒子をインクジェットプリンタのように吹き付けることにより設けることができる。

配光制御部材１４は、透光性材料、例えば透明合成樹脂、具体的には透明なシリコーン樹脂からなり、半球形のレンズ部１４ａを有している。配光制御部材１４は、そのレンズ部１４ａのレンズ中心１４ｂを発光素子１２の光軸上に配しかつ蛍光体層１３Ａを埋めて絶縁板４上に設けられている。この配光制御部材１４は、複数の蛍光体層１３Ａを一括して封止したものではなく、蛍光体層１３Ａ毎に個別に封止して設けられている。

図６を参照して前記構成の発光モジュール１を製造する方法を説明する。この製造方法は、素子実装工程２１と、蛍光体層形成工程２２と、レンズ形成工程２３とを具備している。

まず、素子実装工程２１は、予め用意されたモジュール基板２の絶縁板４からなる実装面に、予め用意された複数の発光素子１２を、互いに間隔を置いて実装し、かつ、これら発光素子１２の素子電極とモジュール基板２に設けられている配線部材５を電気的に接続する。発光素子１２の実装は、チップマウンターを用いて行うので、その配設精度は非常に高い。素子電極と配線部材５の接続はワイヤボンディングにより行う。

次に、蛍光体層形成工程２２が実行される。この蛍光体層形成工程２２では、蛍光体が混ぜられた透明シリコーン樹脂で発光素子１２を個々に埋めて発光素子１２毎に蛍光体層１３Ａを形成する。これら蛍光体層１３Ａの形成は、例えば蛍光体が混ぜられた未硬化の透明シリコーン樹脂をインクとして蛍光体層１３Ａを印刷により塗布した後に、この塗布されたインクを加熱して焼成することで行う。

この後、レンズ形成工程２３が実行される。このレンズ形成工程２３では、各蛍光体層１３Ａを個々に埋める配光制御部材１４を発光素子１２毎に形成する。

即ち、図２中符号１７は、上部が半球状をなし下面が開放された成形凹部を有するレンズ成形型を示している。レンズ成形型１７は発光部１１と同数の成形凹部を有している。このレンズ成形型１７の下端開口をモジュール基板２の絶縁板（実装面）４に突き当てた状態で、蛍光体層１３Ａとレンズ成形型１７の内面との間に形成される成形空間に未硬化の配光制御部材１４を注入して、これを硬化させることによって、配光制御部材１４が蛍光体層１３Ａを埋めて設けられる。この成形により、レンズ部１４ａを有した配光制御部材１４がモジュール基板２上に形成される。配光制御部材１４は以上のように型成形されるので、レンズ成形型１７に対するモジュール基板２の高い位置決め精度に従い、レンズ部１４ａの位置が高精度に定められる。それにより、成形されたレンズ部１４Ａのレンズ中心１４ｂが発光素子１２の光軸上に配置される。

以上の工程を経ることで発光モジュール１が製造される。こうして製造された発光モジュール１が有した各発光部１１の配光分布は、レンズ部１４ａを有した配光制御部材１４と蛍光体層１３Ａの比率に応じて決定される。この比率は、以上説明した製造方法において、蛍光体層形成工程２２で未硬化のインクである蛍光体入りの透明シリコーン樹脂の塗布量及び塗布範囲が変えることで調整される。

こうした蛍光体層１３Ａによる配光分布の調整において、狭いビーム角の配光分布を実現した例が、図２で説明した既述の蛍光体層１３Ａの構成である。この場合の配光分布は図３（Ｂ）に示され、そのビーム角は、狭角で例えば６０°である。

又、図４（Ａ）に示すように前記塗布量及び塗布範囲を、図２の発光部１１とは異ならせて調整し製造された発光部１１の配光分布は図４（Ｂ）に示され、そのビーム角は、中角で例えば９０°である。図４（Ａ）に示された蛍光体層１３Ｂの直径Ａ２は、前記レンズ成形型１７の開口径に等しく、したがって、図２で説明した蛍光体層１３Ａより大径である。言い換えれば、蛍光体層１３Ｂの表面の面積を規定する直径Ａ２は、図２に示した蛍光体層１３Ａの表面の面積を規定する直径Ａ１より大きい。しかも、蛍光体層１３Ｂの厚さｔ２は蛍光体層１３Ａの厚さｔ１より厚い。具体的には、蛍光体層１３Ｂの直径Ａ２は発光部１１の直径Ｄと略同じ２．５ｍｍであり、蛍光体層１３Ｂの厚さｔ２は０．５ｍｍである。

又、図５（Ａ）に示すように前記塗布量及び塗布範囲を、図２及び図４(Ａ)の発光部１１とは異ならせて調整し製造された発光部１１の配光分布は図５（Ｂ）に示され、そのビーム角は、広角で例えば１２０°である。図５（Ａ）に示された蛍光体層１３Ｃの直径Ａ３は、前記レンズ成形型１７の開口径に等しく、したがって、図２で説明した蛍光体層１３Ａより大径である。言い換えれば、蛍光体層１３Ｃの表面の面積を規定する直径Ａ３は、図２に示した蛍光体層１３Ａの表面の面積を規定する直径Ａ１より大きい。しかも、蛍光体層１３Ｃの厚さｔ３は、図２に示した蛍光体層１３Ａの厚さｔ１、及び図４（Ａ）に示した蛍光体層１３Ｂの厚さｔ２より厚い。具体的には、蛍光体層１３Ｃの直径Ａ３は前記直径Ａ２と同じく発光部１１の直径Ｄと略同じ２．５ｍｍであり、蛍光体層１３Ｃの厚さｔ３は０．８ｍｍである。

次に、以上のように配光制御部材１４と蛍光体層の比率を変えることで、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）、図５（Ｃ）に例示したように発光部１１の配光分布のビーム角が例えば６０°〜１２０°の範囲で調整可能である理由を説明する。

発光源である発光素子１２の発光に伴って発光する蛍光体層１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、いずれもレンズ部１４ａから見ると、見かけ上は光源とみなせる。この光源の厚さが変わることは、発光素子１２の光軸が延びる方向に沿うレンズ部１４ａの中心（レンズ中心１４ｂ）と前記見かけ上の光源との距離が異なることと同じである。そのため、図３（Ａ）に示したように蛍光体層１３Ａの厚さｔ１が薄い程、この蛍光体層１３Ａの表面とレンズ中心１４ｂまでの距離が長くなるので、それに応じて配光分布のビーム角が狭められる。この逆に、図５（Ａ）に示したように蛍光体層１３Ｃの厚さが厚い程、この蛍光体層１３Ｃの表面とレンズ中心１４ｂまでの距離が短くなるので、それに応じて配光分布のビーム角が広げられる。

これとともに、蛍光体層の表面積が変わることは、レンズ部１４ａに対する見かけ上の光源の大きさが変わることと同じである。そのため、図３（Ａ）に示したように蛍光体層１３Ａの表面積が小さい程、発光面積が小さく、見かけ上の光源の大きさが小さいので、それに応じて配光分布のビーム角が狭められる。この逆に、図５（Ａ）に示したように蛍光体層の表面積が大きい程、発光面積が大きく、見かけ上の光源の大きさが大きいので、それに応じて配光分布のビーム角が広げられる。

したがって、発光モジュール１を製造するにあたっては、蛍光体形成工程２２において既述のように蛍光体層の塗布量と塗布面積を調整して配光制御部材１４と蛍光体層の比率を様々に変えることで、各発光部１１が備えた配光制御部材１４のレンズ部１４ａの大きさと形状を変えることなく、発光部１１の配光分布のビーム角を６０°〜１２０°の範囲で調整可能である。即ち、蛍光体形成皇帝２２での調整により、発光部１１の配光分布が異なる様々な種類の発光モジュール１を製造できる。しかも、既述のように配光制御部材１４をレンズ成形型１７で成形するにも拘らず、異なる配光分布を有した発光モジュールを製造するにあたって使用するレンズ成形型１７が一種類で済むので、低コストで発光モジュール１を製造できる。

以上のように発光モジュール１は、レンズ部１４ａを有した配光制御部材１４と蛍光体層の比率に応じた配光分布を有しているので、前記比率を蛍光体層形成工程２２において変えることで、既述のようにレンズ部１４ａの形状を変えることなく配光分布が様々に調整されるので、低コストで製造するのに適した発光モジュールを提供できる。

又、製造された発光モジュール１が図示しない電源装置を介して通電されると、その各発光部１１の発光素子１２が一斉に発光されて、発光モジュール１は白色の光を出射する面状光源として使用される。

こうした発光中において各発光部１１の発光素子１２は発熱を伴う。各発光素子１２はその半導体基板の一面をモジュール基板２に接して実装されているので、発光素子１２の熱は、モジュール基板２に容易に伝導され、このモジュール基板２を介して電球の光源取付け部６に放出される。このため、蛍光体層及び配光制御部材１４で埋設された発光素子１２の温度上昇を抑制できるに伴い、ＬＥＤ製の発光素子１２の発光性能が低下することを抑制できる。

更に、各発光素子１２はチップマウンターによりモジュール基板２に実装されているので、各発光素子１２の光軸は、モジュール基板２に対して直角となるように設けられ、これら光軸のモジュール基板２に対する角度のばらつきがあってもそれは極めて小さい。加えて、レンズ部１４ａを有した配光制御部材１４がレンズ成形型１７を用いて成形されているので、その精度が高いことに伴い、レンズ中心１４ｂは発光素子１２の光軸上に高精度に配置される。したがって、各発光部１１での配光分布のばらつきが極めて小さい。

図７〜図９を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この実施形態は以下説明する事項以外は第１実施形態の発光モジュール１と同じ構成である。そのため、同一構成については第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態の発光モジュール１は合成樹脂等からなるカバー板２５を備えている。カバー板２５は間隔を置いて設けられた複数の素子配設孔２５ａ（図８参照）を有している。各素子配設孔２５ａは例えば円形であり、図７に示すように例えば略八角形状の領域にその略全域にわたり縦横に整列されている。

各素子配設孔２５ａを画する孔面を反射面として利用するために、カバー板２５を白色にするとよく、その場合、白色のカバー板２５の光反射率は９０％以上であることが好ましい。図８に示した各素子配設孔２５ａは孔径に変化がない真っ直ぐな孔で形成したが、これに代えて、モジュール基板２から遠ざかるほど孔径が大きくなるテーパ孔で形成することも可能である。

カバー板２５は図７に示すようにモジュール基板２より小さくかつ相似形をなしていて、モジュール基板２の実装面である絶縁板４に積層されている。この積層は、接着剤を用いてもよく、或いは接着剤を用いることなく絶縁板４上にカバー板２５を直接成形することで行ってもよい。

図８に示すように各素子配設孔２５ａ内に位置して発光部１１の発光素子１２及びこれを埋設した蛍光体層１３Ｃ（又は図４に示した蛍光体層１３Ｂ或いは図２に示した蛍光体層１３Ａでもよい。）が設けられている。これら発光素子１２と蛍光体層１３Ｃは第１実施形態で既に説明したものと同じである。なお、蛍光体層１３Ｃ（又は蛍光体層１３ｂでもよい。）はその周面を素子配設孔２５ａの孔面に接して設けられ、したがって、素子配設孔２５ａの孔径は蛍光体層１３Ｃの最大径を規定している。

蛍光体層１３Ｃ１３Ａ（又は蛍光体層１３Ｂ或いは１３Ａでもよい。）の厚さｔ３はカバー板２５の厚さより薄く、それにより、蛍光体層１３Ｃの表面はカバー板２５の表面２５ｂより低く配置されている。言い換えれば、蛍光体層１３Ｃの表面はカバー板２５の表面２５ｂよりもモジュール基板２の実装面により近く配置されている。なお、カバー板２５の表面２５ｂとは、発光部１１からの光の出射側に位置する面を指しており、図８に描かれた状態では上面であるが、実際に電球が使用される状況において発光モジュール１はそのカバー板２５の表面２５ｂを下方に向けて使用される。

各素子配設孔２５ａの夫々にレンズ部１４ａを有した配光制御部材１４が蛍光体層１３Ｃ（又は蛍光体層１３Ｂ或いは１３Ａでもよい。）を埋設して個々に設けられている。配光制御部材１４のレンズ部１４ａはカバー板２５の表面２５ｂから突出するように素子配設孔２５ａから盛り上がっている。このレンズ部１４ａのレンズ中心１４ｂはカバー板２５の表面２５ｂに近い位置でかつモジュール基板２側に寄って位置されている。したがって、半球状をなしたレンズ部１４ａのモジュール基板２側の端部周面は、カバー板２５の表面２５ｂ側に位置された素子配設孔２５ａの孔縁で支持されている。レンズ中心１４ｂは発光素子１２の光軸上に配設されている。

なお、配光制御部材１４は透光性でかつ拡散性を有した樹脂材料で形成することもできる。これとともに、特定波長を吸収する性能を持たない粒子を配光制御部材１４に混ぜて分散し、或いは同粒子を配光制御部材１４に塗布することもできる。

以上説明した以外の構成は、第１実施形態の発光モジュールと同じ構成である。この第２実施形態の発光モジュール１において、そのモジュール基板２、蛍光体層１３Ｃ（又は蛍光体層１３Ｂ或いは１３Ａでもよい。）、配光制御部材１４、及びカバー板２５の熱膨張特性が略同等となるようにこれら部材の構成材料を選択することが好ましい。それによって、発光素子１２の発光に伴う温度上昇による熱膨張と、発光停止に伴う温度下降による熱収縮を原因とする応力が緩和されるので、前記各部材の界面での剥離を抑制できる。これとともに、剥離に伴う不具合、例えば、剥離した配光制御部材１４に引っ張られて、発光素子１２がモジュール基板２から剥がれることが防止され、或いはボンディングワイヤ１５が切れる事などを防止できる。

図９を参照して第２実施形態の発光モジュール１を製造する方法を説明する。この製造方法は、カバー板装着工程２０と、素子実装工程２１と、蛍光体層形成工程２２と、レンズ形成工程２３とを具備している。

まず、カバー板装着工程２０では、予め用意されたモジュール基板２の絶縁板４からなるとともに既に配線部材５が設けられている実装面に、カバー板２５を積層する。この積層は例えば、接着剤等を用いてカバー板２５を実装面に接着することにより行う。

素子実装工程２１では、カバー板２５が有した各素子配設孔２５ａ内でモジュール基板２の絶縁板(実装面)４に、発光素子１２の半導体基板の一面を接して、発光素子１２をモジュール基板２に実装し、かつ、これら発光素子１２の素子電極とモジュール基板２に設けられている配線部材５を電気的に接続する。これにより、各素子配設孔２５ａと同数の発光素子１２が、互いに間隔を置いてモジュール基板２に実装される。発光素子１２の実装は、チップマウンターを用いて行うので、その配設精度は非常に高い。素子電極と配線部材５の接続はワイヤボンディングにより行う。

次に、蛍光体層形成工程２２が実行される。この蛍光体層形成工程２２では、各素子配設孔２５ａの夫々に、蛍光体が混ぜられた透明シリコーン樹脂をカバー板２５の表面２５ｂより低い高さまで注入して、この透明シリコーン樹脂で発光素子１２を個々に埋めて発光素子１２毎に蛍光体層１３Ｃを形成する。これら蛍光体層１３Ｃの形成は、例えば蛍光体が混ぜられた未硬化の透明シリコーン樹脂を、空気圧式又はチューブ圧送式のディスペンサーを用いて発光素子１２を埋めるように注入した後に、加熱して焼成することで行う。

この後、レンズ形成工程２３が実行される。このレンズ形成工程２３では、各蛍光体層１３Ｃを個々に埋める配光制御部材１４を発光素子１２毎に形成する。即ち、未硬化の配光制御部材１４を、空気圧式又はチューブ圧送式のディスペンサーを用いて各素子配設孔２５ａの夫々に、ポッティングにより注入して各素子配設孔２５ａの孔縁を支えとしてカバー板２５の表面２５ｂから盛り上がるようにする。この後、配光制御部材１４を加熱して硬化させることによって、配光制御部材１４が蛍光体層１３Ｃを埋めて設けられる。この成形により、前記盛り上がった部位により形成されたレンズ部１４ａを有した配光制御部材１４がモジュール基板２上に形成される。以上のように配光制御部材１４は、そのレンズ部１４ａが素子配設孔２５ａを利用して位置決めされるので、成形型を用いないにも拘らず、レンズ部１４ａの位置が高精度に定められ、それにより、成形されたレンズ部１４Ａのレンズ中心１４ｂが発光素子１２の光軸上に配置される。これとともに、既述のように配光制御部材１４を成形する成形型を要しないので、型費が掛からず、したがって低コストで製造できる。

以上の工程を経ることで発光モジュール１が製造される。こうして製造された発光モジュール１が有した各発光部１１の配光分布は、レンズ部１４ａを有した配光制御部材１４と蛍光体層１３Ｃの比率に応じて決定される。この比率は、以上説明した製造方法において、蛍光体層形成工程２２で各素子配設孔２５ａ内への未硬化の蛍光体入りの透明シリコーン樹脂の注入量を変えることで調整される。

こうした注入量の調整により、第１実施形態と同様に、レンズ部１４ａから見て見かけ上の光源となる蛍光体とレンズ部１４ａの中心（レンズ中心１４ｂ）との距離を異ならせることができるとともに、蛍光体層の表面積が変わることでレンズ部１４ａに対する見かけ上の光源の大きさを変えることができるので、各発光部１１の配光分布のビーム角を第１実施形態と同様に例えば６０°〜１２０°の範囲で調整可能である。

又、以上のように発光モジュール１は、レンズ部１４ａを有した配光制御部材１４と蛍光体層の比率に応じた配光分布を有しており、前記比率を蛍光体層形成工程２２において変えることで、レンズ部１４ａの形状を変えることなく配光分布が様々に調整されるので、低コストで製造するのに適した発光モジュールを提供できる。

又、製造された発光モジュール１が図示しない電源装置を介して通電されると、その各発光部１１の発光素子１２が一斉に発光されて、発光モジュール１は白色の光を出射する面状光源として使用される。

この光の出射において、カバー板２５が白色である場合、その素子配設孔２５ａで光を効率よく反射させて、白色光が光の利用方向に集まるようにできるので、光の取出し効率を向上できる。更に、カバー板２５が白色で、かつ、配光制御部材１４に光を分散する粒子が混ぜられている場合には、この粒子でレンズ部１４ａの周囲に分散された白色光を、カバー板２５の表面で光の利用方向に反射させて、光の取出し効率を向上できる。

発光モジュール１の発光中に各発光素子１２が発した熱は、第１実施形態で説明したと同様にモジュール基板２を介して電球の光源取付け部６に放出されるため、蛍光体層及び配光制御部材１４で埋設された発光素子１２の温度上昇を抑制できるに伴い、発光素子１２の発光性能が低下することを抑制できる。更に、第１実施形態で説明したのと同様に、各発光素子１２の光軸は、モジュール基板２に対して直角となるように設けられて、そのばらつきがあっても極めて小さいことに加えて、レンズ部１４ａをカバー板２５の素子配設孔２５ａで位置決めして、レンズ中心１４ｂを発光素子１２の光軸上に精度良く配置させ易いので、各発光部１１での配光分布のばらつきを極めて小さくできる。

なお、前記各実施形態では、配光分布を調整するのに、レンズ中心と蛍光体層の表面との距離に加えて、蛍光体層の表面積の大きさを変えたので、この表面積を小さくすることでより狭角の配光分布を得るのに好適であるが、本発明は配光分布を変えるには前記距離を変える要素である蛍光体層の厚さのみを変えて実施することもできる。又、前記各実施形態では、一種類の発光部、つまり、同じ配光分布を持つ複数の発光部をモジュール基板に装着したが、蛍光体層と配光制御部材の比率が異なることによって、形状と大きさは同じであるが異なる配光分布を持つ複数種の発光部をモジュール基板に装着した発光モジュールとして実施することもできる。

１…発光モジュール、２…モジュール基板、４…絶縁板（モジュール基板の実装面）、５…配線部材、１１…発光部、１２…発光素子、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…蛍光体層、１４…配光制御部材、１４ａ…レンズ部、１４ｂ…レンズ中心、Ａ１，Ａ２，Ａ３…蛍光体層の表面積を規定する直径、ｔ１，ｔ２，ｔ３…蛍光体層の厚さ、１７…レンズ成形型、２０…カバー板装着工程、２１…素子実装工程、２２…蛍光体層形成工程、２３…レンズ形成工程、２５…カバー板、２５ａ…素子配設孔、２５ｂ…カバー板の表面，

Claims (3)

1. 絶縁材製の実装面及びこの実装面上に所定のパターンで設けられた配線部材を有したモジュール基板と；
   このモジュール基板に間隔を置いて設けられた複数の発光部であって、前記実装面に実装されて前記配線部材に電気的に接続されたベアチップからなる発光素子、この発光素子を埋めて前記実装面上に設けられ前記発光素子が発する光で励起されて前記光の色とは異なる色の光を放射する蛍光体が混ぜられた蛍光体層、及びレンズ部を有して前記蛍光体層を埋めて設けられた透光性の配光制御部材を備え、前記レンズ部に対する前記蛍光体層の表面積及び前記蛍光体層の厚さの内で少なくとも前記厚さを変えることにより所望の配光分布が得られるように調整された前記発光部と；
   を具備することを特徴とする発光モジュール。
2. 配線部材が設けられたモジュール基板の絶縁材製実装面に、間隔を置いてベアチップからなる複数の発光素子を実装し、かつ、これら発光素子と前記配線部材とを電気的に接続する素子実装工程と；
   蛍光体が混ぜられた透光性樹脂で前記発光素子を個々に埋めて前記発光素子毎に蛍光体層を形成するとともに、この形成において前記蛍光体層の表面積及び前記蛍光体層の厚さの内で少なくとも前記厚さを変えて所望の配光分布が得られるように前記透光性樹脂の量を調整する蛍光体層形成工程と；
   前記実装面に突き当てられるレンズ成形型と前記蛍光体層との間に形成される空間に透光性材料を注入して、レンズ部を有して前記蛍光体層を埋める配光制御部材を前記発光素子毎に成形するレンズ形成工程と；
   を具備することを特徴とする発光モジュールの製造方法。
3. 複数の素子配設孔が間隔を置いて形成されたカバー板を、配線部材が設けられたモジュール基板の絶縁材製実装面に積層するカバー板装着工程と；
   前記素子配設孔内で、前記実装面にベアチップからなる複数の発光素子を実装し、かつ、これら発光素子と前記配線部材とを電気的に接続する素子実装工程と；
   前記各素子配設孔の夫々に蛍光体が混ぜられた透光性樹脂を前記カバー板の表面より低い高さまで注入して、この透光性樹脂で前記発光素子を個々に埋めて前記発光素子毎に蛍光体層を形成するとともに、この形成において前記蛍光体層の表面積及び前記蛍光体層の厚さの内で少なくとも前記厚さを変えて所望の配光分布が得られるように前記透光性樹脂の量を調整する蛍光体層形成工程と；
   透光性材料を前記各素子配設孔の夫々にそれらの孔縁を支えとして前記カバー板の表面から盛り上がるようにポッティングにより注入し、この盛り上がった部位でレンズ部を形成して前記蛍光体層を埋める配光制御部材を前記発光素子毎に成形するレンズ形成工程と；
   を具備することを特徴とする発光モジュールの製造方法。

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