JP2014179186A - Ｌｅｄ照明基板の製造システムおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ照明基板の照明品質を確保しつつ、生産性を向上させることができるＬＥＤ照明基板の製造システムおよび製造方法を提供する。
【解決手段】キャリア５に形成された代表マークＭＡ，ＭＢの位置およびキャリア５において各ＬＥＤ素子１２が基板４に実装された実装位置を検出する検査工程において、実装位置の代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対位置を各ＬＥＤ素子１２毎に示す位置データ１７ａを求めて後工程のレンズ装着工程へフィードフォワードし、レンズ装着工程において代表マークＭＡ，ＭＢのみを位置認識した認識結果と転送された位置データ１７ａとに基づいて各ＬＥＤ素子１２にレンズ２６を位置合わせして装着することにより、レンズ装着工程にて装着基準位置を個別に検出する必要がなく、ＬＥＤ照明基板の照明品質を確保しつつ生産性を向上させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数のＬＥＤ素子を基板に実装して構成されたＬＥＤ照明基板の製造システムおよび製造方法に関するものである。

照明装置や液晶テレビなどのバックライト用の光源装置として用いられるＬＥＤ照明基板の製造過程では、基板に実装された複数のＬＥＤ素子に光拡散用のレンズが個別に装着される。これらのレンズはＬＥＤ照明基板の照度を均一化して照明品質を向上させることを目的としており、高い照明品質を確保するためにはレンズの光軸がＬＥＤ素子の発光中心と一致するよう、ＬＥＤ素子とレンズとを正しく位置合わせする必要がある。このような照明品質上の要請を満たすための対応として、ＬＥＤ素子へのレンズの装着に際してＬＥＤ素子の位置を個別に検出した結果に基づいてレンズを装着する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、ＬＥＤ素子を基板に半田接合により実装した後に、ＬＥＤ素子の形状を光学的に認識して中心を求めることにより、または照明光の輝度分布における中心を求めることにより、レンズを装着する装着基準位置を検出するようにしている。

特開２０１２−２３８４１０号公報

しかしながら上述の先行技術例を含め従来技術においては、ＬＥＤ素子に対してレンズを装着するレンズ装着工程における生産効率に次のような難点があった。すなわちＬＥＤ照明基板には多数のＬＥＤ素子が実装されていることから、レンズ装着工程にて装着基準位置を個別に検出する従来技術ではレンズ装着に要する作業タクトタイムが遅延し、ＬＥＤ照明基板の製造工程全体の生産性の低下を招いていた。

そこで本発明は、ＬＥＤ照明基板の照明品質を確保しつつ、生産性を向上させることができるＬＥＤ照明基板の製造システムおよび製造方法を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ照明基板の製造システムは、基板に実装された複数のＬＥＤ素子に光拡散用のレンズを装着して成るＬＥＤ照明基板を製造するＬＥＤ照明基板の製造システムであって、前記ＬＥＤ素子が実装済みの基板を保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおいて各ＬＥＤ素子が基板に実装された実装位置を検出する検査部と、前記実装位置が検出された後の前記キャリアに保持された基板を対象として、各ＬＥＤ素子に前記レンズを装着するレンズ装着部とを備え、前記検査部は、前記実装位置の前記代表マークに対する相対位置を各ＬＥＤ素子毎に示す位置データを求めて前記レンズ装着部へ転送し、前記レンズ装着部は、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ＬＥＤ素子にレンズを装着する。

本発明のＬＥＤ照明基板の製造方法は、基板に実装された複数のＬＥＤ素子に光拡散用のレンズを装着して成るＬＥＤ照明基板を製造するＬＥＤ照明基板の製造方法であって、前記ＬＥＤ素子が実装済みの基板を保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおいて各ＬＥＤ素子が基板に実装された実装位置を検出する検査工程と、前記実装位置が検出された後の前記キャリアに保持された基板を対象として、各ＬＥＤ素子に前記レンズを装着するレンズ装着工程とを含み、前記検査工程において、前記実装位置の前記代表マークに対する相対位置を各ＬＥＤ素子毎に示す位置データを求めて前記レンズ装着工程へ転送し、前記レンズ装着工程において、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ＬＥＤ素子にレンズを装着する。

本発明によれば、キャリアに形成された代表マークの位置およびキャリアにおいて各ＬＥＤ素子が基板に実装された実装位置を検出する検査工程において、実装位置の代表マークに対する相対位置を各ＬＥＤ素子毎に示す位置データを求めて後工程のレンズ装着工程へフィードフォワードし、レンズ装着工程において代表マークのみを位置認識した認識結果と転送された位置データとに基づいて各ＬＥＤ素子にレンズを位置合わせして装着することにより、レンズ装着工程にて装着基準位置を個別に検出する必要がなく、ＬＥＤ照明基板の照明品質を確保しつつ生産性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明基板の製造システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明基板の製造方法の各工程を示すフロー図 本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明基板の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明基板の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明基板の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明基板の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明基板の製造方法の工程説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、ＬＥＤ照明基板の製造システム１の構成を説明する。ＬＥＤ照明基板の製造システム１は、基板に実装された複数のＬＥＤ素子に個別に光拡散用のレンズを装着して成るＬＥＤ照明基板を製造する機能を有するものである。ＬＥＤ照明基板の製造システム１は、キャリア５に保持された複数の基板４（図３参照）にＬＥＤ素子１２（図４参照）を実装する作業を実行するための複数の装置を連結したＬＥＤ実装ライン１ａと、ＬＥＤ素子が実装された後の基板にレンズ２６（図７参照）を装着する作業を実行するための複数の装置を連結したレンズ装着ライン１ｂに大別される。

ＬＥＤ実装ライン１ａ、レンズ装着ライン１ｂを構成する各装置はＬＡＮシステム２を介して相互に接続されており、さらに管理コンピュータ３に接続されている。なおＬＥＤ実装ライン１ａ、レンズ装着ライン１ｂは一繋ぎの一連の製造ラインとして配置してもよく、ＬＥＤ実装ライン１ａ、レンズ装着ライン１ｂを独立した製造ラインとして、ＬＥＤ実装ライン１ａ、レンズ装着ライン１ｂ間で中間製品の基板４を搬送する（矢印ａ）ようにしてもよい。

ここでＬＥＤ実装ライン１ａを構成する各装置について説明する。印刷装置Ｍ１は、キャリア５に保持された状態の照明基板を構成する複数の基板４に、部品接合用の半田を印刷する。印刷検査装置Ｍ２は、基板４に印刷された半田の印刷位置や半田量などの印刷状態を検査する。部品実装装置Ｍ３は、半田印刷後の基板４にＬＥＤ素子１２を実装する。実装検査装置Ｍ４は、キャリア５をカメラにより撮像して認識することにより、基板４におけるＬＥＤ素子１２の位置などの実装状態の検査を行う。リフロー装置Ｍ５は、ＬＥＤ素子実装後の基板４を加熱して半田を溶融させＬＥＤ素子１２を基板４に接合する。

次いでレンズ装着ライン１ｂを構成する各装置について説明する。接着剤塗布装置Ｍ６は、基板４にレンズ２６を固着するための接着剤を塗布する。位置検出装置Ｍ７は、キャリア５をカメラによって撮像することにより、基板４におけるＬＥＤ素子１２の位置などの実装状態の検査とともに、キャリア５に形成された位置認識用の代表マークＭＡ，ＭＢ（図５参照）の位置およびキャリア５において各ＬＥＤ素子１２が基板４に実装された実装位置を検出する。

すなわち位置検出装置Ｍ７は、ＬＥＤ素子１２が実装済みの基板４を保持したキャリア５を光学認識することにより、キャリア５に形成された代表マークＭＡ，ＭＢの位置およびキャリア５において各ＬＥＤ素子１２が基板４に実装された実装位置を検出する検査部として機能する。なおここでは検査部として独立して配置された位置検出装置Ｍ７を用いる例を示しているが、他装置に撮像機能および認識処理機能を設けて同様の検査処理を行わせるようにしてもよい。

レンズ装着装置Ｍ８（レンズ装着部）は、キャリア５に保持され位置検出装置Ｍ７によって実装位置が検出された後の基板４を対象として、各ＬＥＤ素子１２にレンズ２６を装着する作業を行う。なお、レンズ装着ライン１ｂに個別の接着剤塗布装置Ｍ６を配置する替わりに、レンズ２６に接着剤を転写する接着剤転写部をレンズ装着装置Ｍ８に備え、接着剤転写後のレンズ２６を基板４に装着するようにしてもよい。キュア装置Ｍ９は、レンズ２６が装着された後の基板４を加熱することにより接着剤を熱硬化させる。

次に、ＬＥＤ照明基板の製造処理フローについて、図２に示すフローに則して図３以下の各図を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すように、板状のキャリア５には、照明基板を構成するベースとなる細長形状の基板４が複数枚保持されている。それぞれの基板４にはＬＥＤ素子１２が実装される複数の素子実装位置４ａが設定されており、各素子実装位置４ａにはＬＥＤ素子１２を接合するための電極４ｂが形成されている。またキャリア５の２つの対角位置には、キャリア５の全体位置を検出するための２つの認識マークとして代表マークＭＡ，ＭＢが形成されている。

キャリア５に保持された基板４はまず印刷装置Ｍ１に搬入され、ここで複数の基板４を対象として一括してスクリーン印刷が行われる（ＳＴ１）。これにより、図３（ｂ）に示すように、各基板４の電極４ｂ上には部品接合用の半田ペーストＳが印刷される。次いで基板４を保持したキャリア５は印刷検査装置Ｍ２に搬入される。ここでは図３（ｃ）に示すように、半田ペーストＳが印刷された基板４は検査用カメラ６によって撮像され、この撮像結果を印刷検査処理部７によって検査処理することにより、基板４における半田ペーストＳの印刷状態の良否が検査される（ＳＴ２）。そして印刷検査結果により良品であると判定された基板４は、部品実装装置Ｍ３に搬入され、ここで図３（ｄ）に示すように、実装ヘッド８に保持されたＬＥＤパッケージ９を、基板４に印刷された半田ペーストＳ上に着地させる（ＳＴ３）。

図４（ａ）は、ＬＥＤパッケージ９の概略構成を示している。ここでは、単体のＬＥＤ素子１２を個片基板１０に設けられたＬＥＤ実装部１１内に予め実装した後に、ＬＥＤ素子１２を発光性の樹脂１３によって樹脂封止してＬＥＤパッケージ９を構成し、このＬＥＤパッケージ９の状態のＬＥＤ素子１２を基板４に実装する例を示している。もちろん、単体のＬＥＤ素子１２を直接基板４に半田接合により実装して照明基板を製造する構成であってもよい。

次にＬＥＤ実装済みの基板４は実装検査装置Ｍ４に搬入される。ここでは図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤパッケージ９が実装された基板４は検査用カメラ１４によって撮像され、この撮像結果を実装検査処理部１５によって検査処理することにより、ＬＥＤパッケージ９の位置や姿勢など基板４におけるＬＥＤパッケージ９の実装状態の良否が検査される（ＳＴ４）。そして上述検査において良品であると判定された基板４は、図４（ｃ）に示すように、リフロー装置Ｍ５に搬入され、ここで所定の加熱プロファイルで基板４を加熱することにより、溶融固化した半田ペーストＳ＊によってＬＥＤパッケージ９は基板４に接合される（ＳＴ５）。

次に、基板４の素子実装位置４ａにレンズ２６を固着するための接着剤を塗布する（接着剤塗布工程）（ＳＴ６）。すなわち、基板４は接着剤塗布装置Ｍ６に搬入され、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、基板４の上面におけるＬＥＤパッケージ９の周囲には、ディスペンサ２４によってエポキシ樹脂などの接着剤２５が複数点塗布される。

そしてこの後、キャリア５に保持された基板４は位置検出装置Ｍ７に搬入される。ここでは、図５（ｃ）に示すように、キャリア５において基板４に実装された各ＬＥＤパッケージ９は、個別に位置認識の対象となる。すなわち認識カメラ１６によるキャリア５の撮像結果を位置検出処理部１７が処理することにより、各ＬＥＤパッケージ９（ｉ）毎に、代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対位置、具体的には代表マークＭＡ，ＭＢによって規定される直交座標系における各ＬＥＤ素子１２の中心点１２Ｃ（ｉ）の位置座標（ｘｉ、ｙｉ）が求められる。そして求められた座標データは、当該ＬＥＤ素子１２の代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対位置を示す位置データ１７ａとして出力される（相対位置検出工程）（ＳＴ７）。そして出力された位置データ１７ａは、ＬＡＮシステム２を介してレンズ装着装置Ｍ８にフィードフォワードされる。

すなわち検査部である位置検出装置Ｍ７は、ＬＥＤ素子１２の実装位置の代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対位置を各ＬＥＤ素子１２毎に示し、当該ＬＥＤ素子１２へのレンズ２６の装着における装着基準位置として用いられる位置データ１７ａを求めてレンズ装着装置Ｍ８へ転送する処理を行う。次に接着剤塗布後の基板４を保持したキャリア５はレンズ装着装置Ｍ８に搬入され、実装位置が検出された後の基板４を対象として、各ＬＥＤパッケージ９にレンズ２６を装着する（ＳＴ８）（レンズ装着工程）。

図６は、レンズ装着装置Ｍ８の構成を示している。すなわちレンズ装着装置Ｍ８は装着ヘッド２７によってレンズ２６を保持してＬＥＤパッケージ９を覆って装着するレンズ装着機構２８を備えており、レンズ装着機構２８の動作は装着制御部２９によって制御される。またレンズ装着装置Ｍ８はキャリア５に形成された代表マークＭＡ，ＭＢ（図５参照）の位置を検出するための認識カメラ３０を備えており、認識カメラ３０によってキャリア５を撮像した結果をマーク位置検出部３１によって認識処理することにより、代表マークＭＡ，ＭＢの位置が検出される。

またレンズ装着装置Ｍ８が備えたデータ記憶部３２には、作業モードデータ３３および位置検出装置Ｍ７から転送された位置データ１７ａが記憶されている。装着ヘッド２７によってレンズ２６をＬＥＤパッケージ９に装着する際には、マーク位置検出部３１による代表マークＭＡ，ＭＢの位置検出結果およびデータ記憶部３２に記憶された位置データ１７ａ、作業モードデータ３３に基づいて、装着制御部２９がレンズ装着機構２８を制御する。

作業モードデータ３３は、レンズ装着機構２８によるレンズ装着作業において、実装検査装置Ｍ４にて取得された相対位置における正規位置に対する位置ずれ量が規定された許容値を超えるＬＥＤ素子１２が存在する場合に選択される作業モード（第１の作業モード、第２の作業モード）を規定するデータである。すなわち、第１の作業モードが選択された場合には、当該ＬＥＤ素子１２へのレンズ２６の装着が行われず、第２の作業モードが選択された場合には、当該ＬＥＤ素子１２が実装された基板４に属するすべてのＬＥＤ素子１２へのレンズ２６の装着を行わないようになっている。

このレンズ装着においては、図７（ａ）に示すように、装着ヘッド２７によって保持されたレンズ２６をＬＥＤパッケージ９を覆って装着し、基板４に塗布された接着剤２５に接触させる。レンズ２６は、ＬＥＤパッケージ９のＬＥＤ素子１２が発光した照明光を水平方向に拡散させることにより、少ない数のＬＥＤ素子１２によって極力広い照明範囲を確保することを目的として装着されるものである。

このようにレンズ２６はＬＥＤパッケージ９の上方を覆って装着されるため、本実施の形態に示す例では、レンズ２６の下面側にはＬＥＤパッケージ９との干渉を避けるための凹部２６ａが設けられている。なお、レンズ２６の形状としては、下面に凹部２６ａが設けられたもの以外にも、下面側に接着剤２５による接着用の凸部が設けられたものなど、多様な形状のものを適宜選択して用いることができる。

このレンズ２６の装着においては、装着ヘッド２７を移動させるレンズ装着機構２８を装着制御部２９によって制御することにより、レンズ２６のＬＥＤ素子１２に対する位置合わせが行われる。すなわち、装着制御部２９は、まずレンズ装着装置Ｍ８に搬入されて位置決めされた状態におけるキャリア５の全体位置をマーク位置検出部３１による代表マークＭＡ，ＭＢの認識結果より取得する。次いでこれら代表マークＭＡ，ＭＢの認識結果および実装検査装置Ｍ４からフィードフォワードされた位置データ１７ａに示す代表マークＭＡ，ＭＢと各ＬＥＤ素子１２との相対位置とに基づいて、レンズ装着動作における各ＬＥＤ素子１２の位置を演算する。

そしてこの位置演算結果に基づいてレンズ装着機構２８を制御することにより、装着ヘッド２７は各ＬＥＤパッケージ９のＬＥＤ素子１２の正しい装着位置にレンズ２６を位置合わせして装着する。これにより、図７（ｂ）に示すように、レンズ２６の光軸点２６ｂは、予め検出されたＬＥＤ素子１２の装着基準位置に位置合わせされる。

このとき、データ記憶部３２には予め実装検査装置Ｍ４にて取得されてフィードフォワードされた位置データ１７ａが記憶されていることから、レンズ装着装置Ｍ８においては、代表マークＭＡ，ＭＢのみを位置認識した認識結果と、位置検出装置Ｍ７から転送された位置データ１７ａとに基づいて各ＬＥＤ素子１２にレンズ２６を装着する。したがって、レンズ装着工程において個別に装着基準位置を求める従来技術と比較して、ＬＥＤ素子１２の位置認識を個別に行う必要がなく、レンズ装着に要する作業タクトタイムを短縮してＬＥＤ照明基板の製造工程全体の生産性を向上させることができる。

なお上述のレンズ装着装置Ｍ８によるレンズ装着工程において、位置検出装置Ｍ７にて取得された相対位置における正規位置に対する位置ずれ量が規定された許容値を超えるＬＥＤ素子１２が存在する場合には、予め選択された作業モードに従ってレンズ装着の有無が自動的に判断される。すなわち、予め第１の作業モードが選択されている場合には、当該ＬＥＤ素子１２へのレンズ２６の装着が行われず、第２の作業モードが選択されている場合には、当該ＬＥＤ素子１２が実装された基板４に属するすべてのＬＥＤ素子１２へのレンズ２６の装着を行わない。これにより、許容範囲を超えて位置ずれしたＬＥＤ素子１２にレンズ２６を装着することによる無駄を極力排除することが可能となっている。

この後接着剤２５の熱硬化が行われる（ＳＴ８）。すなわち図７（ｃ）に示すように、レンズ装着後の基板４を保持したキャリア５はキュア装置Ｍ９に搬入され、ここで所定加熱条件で加熱される。これにより、接着剤２５が熱硬化し、図７（ｄ）、（ｅ）に示すように、基板４に実装されたＬＥＤパッケージ９を上方から覆って装着されたレンズ２６を基板４に固着する樹脂固着部２５＊が形成される。

上記説明したように、本実施の形態に示すＬＥＤ照明基板の製造システムおよび製造方法では、キャリア５に形成された代表マークＭＡ，ＭＢの位置およびキャリア５において各ＬＥＤ素子１２が基板４に実装された実装位置を検出する検査工程において、実装位置の代表マークＭＡ，ＭＢに対する相対位置を各ＬＥＤ素子１２毎に示す位置データ１７ａを求めて後工程のレンズ装着工程へフィードフォワードし、レンズ装着工程において代表マークＭＡ，ＭＢのみを位置認識した認識結果と転送された位置データ１７ａとに基づいて各ＬＥＤ素子１２にレンズ２６を位置合わせして装着するようにしている。これにより、レンズ装着工程にて装着基準位置を個別に検出する必要がなく、ＬＥＤ照明基板の照明品質を確保しつつ生産性を向上させることができる。

本発明のＬＥＤ照明基板の製造システムおよび製造方法は、ＬＥＤ照明基板の照明品質を確保しつつ生産性を向上させることができるという効果を有し、複数のＬＥＤ素子を基板に実装して構成されたＬＥＤ照明基板を製造する技術分野において有用である。

１ ＬＥＤ照明基板の製造システム
４ 基板
４ａ 素子実装位置
４ｂ 電極
５ キャリア
９ ＬＥＤパッケージ
１０ 個片基板
１２ ＬＥＤ素子
２５ 接着剤
２６ レンズ
ＭＡ，ＭＢ 代表マーク

Claims (4)

1. 基板に実装された複数のＬＥＤ素子に光拡散用のレンズを装着して成るＬＥＤ照明基板を製造するＬＥＤ照明基板の製造システムであって、
   前記ＬＥＤ素子が実装済みの基板を保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおいて各ＬＥＤ素子が基板に実装された実装位置を検出する検査部と、
   前記実装位置が検出された後の前記キャリアに保持された基板を対象として、各ＬＥＤ素子に前記レンズを装着するレンズ装着部とを備え、
   前記検査部は、前記実装位置の前記代表マークに対する相対位置を各ＬＥＤ素子毎に示す位置データを求めて前記レンズ装着部へ転送し、
   前記レンズ装着部は、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ＬＥＤ素子にレンズを装着することを特徴とするＬＥＤ照明基板の製造システム。
2. 前記レンズ装着部は、前記相対位置における正規位置に対する位置ずれ量が規定された許容値を超えるＬＥＤ素子が存在する場合には、当該ＬＥＤ素子へのレンズの装着を行わない第１の装着作業モード、当該ＬＥＤ素子が実装された前記基板に属するすべてのＬＥＤ素子へのレンズの装着を行わない第２の装着作業モードのいずれかを選択して実行することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明基板の製造システム。
3. 基板に実装された複数のＬＥＤ素子に光拡散用のレンズを装着して成るＬＥＤ照明基板を製造するＬＥＤ照明基板の製造方法であって、
   前記ＬＥＤ素子が実装済みの基板を保持したキャリアを光学認識することにより、前記キャリアに形成された代表マークの位置および前記キャリアにおいて各ＬＥＤ素子が基板に実装された実装位置を検出する検査工程と、
   前記実装位置が検出された後の前記キャリアに保持された基板を対象として、各ＬＥＤ素子に前記レンズを装着するレンズ装着工程とを含み、
   前記検査工程において、前記実装位置の前記代表マークに対する相対位置を各ＬＥＤ素子毎に示す位置データを求めて前記レンズ装着工程へ転送し、
   前記レンズ装着工程において、前記代表マークのみを位置認識した認識結果と前記転送された位置データとに基づいて各ＬＥＤ素子にレンズを装着することを特徴とするＬＥＤ照明基板の製造方法。
4. 前記レンズ装着工程において、前記相対位置における正規位置に対する位置ずれ量が規定された許容値を超えるＬＥＤ素子が存在する場合には、当該ＬＥＤ素子へのレンズの装着を行わない第１の装着作業モード、当該ＬＥＤ素子が実装された前記基板に属するすべてのＬＥＤ素子へのレンズの装着を行わない第２の装着作業モードのいずれかを選択して実行することを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ照明基板の製造方法。

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