JP2014207378A - Led発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ケース収納型のLED発光装置において、その実装工程に大掛かりな装置を必要とせず、ケースとLEDとの高精度な位置決めが可能なLED発光装置を提供する。【解決手段】下面側に接続用のバンプと、上面の発光面側に発光面より形状の大きい蛍光体板2を備えたLEDユニット1Aと、配線電極を有する基板部とLEDユニット1Aを収納する枠体部3bとを備えたケース3とより成るLED発光装置10であり、枠体部3bの上辺部周囲に段差部を設け、枠体部3bの段差部にLEDユニット1Aの蛍光体板2を位置決めして、ケース3にLEDユニット1Aを収納する。【選択図】図1

Description

本発明は配線電極を有するケースに、LED素子を正確な位置精度で組み込むことができるLED発光装置に関する。
近年、半導体発光素子であるLED素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。
特に近年、LED素子を配線電極を有するケースに収納し、ケース又はケースに充填した樹脂による反射性を利用して、LEDの側方への発光を上方に反射せることで、上方向への発光を効率良く行わせるケース収納型のLED発光装置が提案されている。(例えば特許文献1、特許文献2)
以下従来のLED発光装置に付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本願にそろえている。図12は特許文献1におけるケース収納型のLED発光装100の断面図を示している。図12において光取り出し側に開口を有するケース103と、ケース103の基板部103aのLED搭載面上に設けられた配線電極105a、105bに、アノード電極106a、カソード電極106bによってフリップチップ実装されたLED101の周囲に、ケース103を用いて光反射性の白色樹脂104を充填被覆し、この状態においてLED101の光取り出し面上に蛍光体板102が貼着されている。上記LED発光装置100における動作は、LED101の全ての出射光は光反射性の白色樹脂104によって蛍光体板102側に反射集光され、全て蛍光体板102を通過して効率良く混色光が出射されていく。
なお、特許文献1においては、白色樹脂の役目としてはLEDの側面側から発光された出射光を反射させて、出射面側に戻し出射効率を高める機能を有するものであり、その構成としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のコーティング材に反射性のフィラーとして酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニューム、アルミナ、窒化ホウ素等の粒子を混入したものを用いており、充填方法としては滴下装置や注入装置を用いている。
上記構成におけるLED発光装置100は、LED101として青色LEDを用い、蛍光体板102には波長変換部材としてYAG蛍光粒子を混入したYAG蛍光樹脂を事例として説明する。前記LED発光装置100は配線電極105a、105bに電気的に接続された電源端子107a、107bに電源を供給すると、青色LED101の青色の放射光とYAG蛍光樹脂によって波長変換された黄色の放射光との混色による白色光を放射する。
図13は、特許文献2におけるLED発光装置の断面図であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲において図面の簡素化を行い、部品名称も本発明と同じにしている。図13においてLED発光装置200はLED201とケース203とを有する。LDE201は透明基板201a、半導体層201bが積層されていると共に、半導体層201bの下面側にアノード電極201c、透明基板201aの側面側にカソード電極201dを備えている。また透明基板201aの上面には蛍光体板202が設けられている。
また、ケース203は基体部203aの上面側のLED搭載面上に配線電極205a、205bを有し、基体部203aの下面側に配線電極105a、105bに電気的に接続された電源端子207a,207bが設けられている。そして基体部203aの上面側のLED搭載面を取り囲むように反射面203bが設けられている。
さらに、ケース203とLED201とは、ケース203に形成された配線電極205aにLED201のアノード電極206aが導電接着材によって接続され、また配線電極205bにLED201のカソード電極206bが導電接着材によって接続されている。なお、LED発光装置200においてカソード電極206bがLED201における透明基板201aの側面側に設けられているのは、発光面を広くして光の取り出し効率を高めるためである。
上記構成におけるLED発光装置200も、LED201として青色LEDを用い、蛍光体板202には波長変換部材としてYAG蛍光粒子を混入したYAG蛍光樹脂を事例として説明する。前記LED発光装置200は配線電極205a、205bに電気的に接続された電源端子207a、207bに電源を供給すると、青色LED201の青色の放射光と蛍光体板202のYAG蛍光樹脂によって波長変換された黄色の放射光との混色による白色光を放射する。
特開2007−19096号公報 特開2005−159035号公報
上記特許文献1に記載されたLED発光装置100では、ケース103の凹部内にLED101を収納して、ケース103に設けられた配線電極105a,105bと、LED101に設けかれた導電部材106a、106bとを制度良く接続することに関してはなんら記載されていない。すなわちケース103に設けられた配線電極105a,105bとLED101に設けかれた導電部材106a、106bとを半田リフローや導電接着剤で導電接続する場合に、ケース103の狭い凹部内にLED101を落とし込んでも正確な位置決めは行われず、導電接続後のLED101が所定の位置に対して偏ったり、傾いたりしたりする結果、LED発光装置100として照明光が正しい方向に出射されなくなるという問題がある。
また、特許文献2に示すLED発光装置200では、ケース203に対するLED201の位置決めを行うために図14に示す方法が記載されている。図14は図13に示すLED発光装置200の位置決め作業を示す断面図であり、ケース203の凹部内にLED201を真空チャック等の保持装置により吊り下げて収納する。このときLED201のアノード電極206a及びカソード電極206bには導電性接着剤を塗布しておく。その状態よりコレット210をLED201の側面に押し当てて矢印A方向に押圧し、ケース203の配線電極205bにLED201のカソード電極206bを当接させて位置を決める。この状態でケース203とLED201とを加熱することによって導電性接着剤が硬化してLED発光装置200が完成する。
すなわち、ケース収納型LED装置の実装工程としては、上記の特許文献2に記載されているように、ケース203に対するLED201の位置決め実装には真空チャック用の保持装置や、位置調整用のコレット等の大掛かりな装置を必要とし、これらの装置を用いて微妙な調整作業を必要とするなどの問題があった。
本発明の目的は上記問題点を解決しようとするものであり、ケース収納型のLED発光装置において、その実装工程に大掛かりな装置を必要とせず、ケースとLEDとの高精度な位置決めが可能なLED発光装置を提供することである。
上記目的を達成するための本発明における構成は、下面側に接続用のバンプと、上面の発光面側に前記発光面より形状の大きい蛍光体板を備えたLEDユニットと、接続電極を有する基板部と前記LEDユニットを収納する枠体部とを備えたケースとより成るLED発光装置であり、前記枠体部の上辺部周囲に段差部お設け、前記枠体部の段差部に前記LEDユニットの蛍光体板を位置決めして、前記ケースにLEDユニットを収納することを特徴とする。
上記構成によれば、ケースの枠体部によって形成された収納部にLEDユニットを落とし込むことによって、LEDユニットの蛍光体板による鍔部が、ケースに設けられた枠体部の段差部に位置決めされることによって、ケースに対するLEDユニットが正確に位置決めされる。そしてこの状態においてLEDのバンプと、前記ケースの基板部に設けられた配線電極とが正確に位置決めされる。
前記枠体部の段差部に上面側に開いた傾斜部を有すると良い。
前記枠体部の内面が湾曲形状に構成されていると良い。
前記ケースを構成する基板部と枠体部とが樹脂の一体成型で構成されていると良い。
前記LEDユニットのバンプと、前記ケースの基板部に設けられた配線電極とがフリップチップ実装されていると良い。
前記枠体部は反射性の樹脂によって構成されていると良い。
上記の如く本発明によれば、ケースの枠体部によって形成された収納部にLEDユニットを落とし込むことによって、LEDユニットの蛍光体板による鍔部が、ケースに設けられた枠体部の段差部に位置決めされることによって、ケースに対するLEDユニットが正確に位置決めあれる。そしてこの状態においてLEDのバンプと、ケースの基板部に設けられた配線電極とが正確に位置決めされることによって、実装精度が高く、かつ実装価格の安いLED発光装置を提供できる。
本発明におけるLED発光装置の第1実施形態を示す平面図である。 図1に示すLED発光装置のA−A断面図である。 図2に示すLED発光装置の製造工程を示す断面図である。 本発明におけるLED発光装置の第2実施形態を示す平面図である。 図4に示すLED発光装置のA−A断面図である。 図5に示すLED発光装置の製造工程を示す断面図である。 本発明におけるLED発光装置の第3実施形態を示す断面図である。 本発明におけるLED発光装置の第4実施形態を示す平面図である。 図8に示すLED発光装置のA−A断面図である。 本発明におけるLED発光装置の第5実施形態を示す、大判LED発光装置の斜視図である。 図10に示す大判LED発光装置の製造工程を示す断面図である。 引用文献1に示す従来のLED発光装置の断面図である。 引用文献2に示す従来のLED発光装置の断面図である。 図12に示す従来のLED発光装置の位置調整状態を示す断面図である。
(第1実施形態)
以下図面により、本発明の第1実施形態におけるLED発光装置の構成を説明する。
図1、図2、図3は第1実施形態におけるLED発光装置10の構成を示すものであり、図1はLED発光装置10の平面図、図2は図1に示すLED発光装置10のA−A断面図を示し、図3は図2に示すLED発光装置10の製造工程を示す断面図である。図1においてLED発光装置10の構成は矩形のケース3の枠体部3bの開口内にLEDユニット1Aが配置されており、LEDユニット1Aは蛍光体板2と点線で示すLED1を有している。また図2に示す如く下面側にバンプ1a、1bを有するLED1の上面の発光面側に、LED1の発光面より形状の大きい蛍光体板2を備えたLEDユニット1Aと、上面側に配線電極5a、5bを有する基板部3aとLEDユニット1Aを収納する枠体部3bとを備えたケース3とにより構成されている。
なお、本実施例においてはバンプ1a、1bとして、フリップチップ実装に適した半田バンプを使用した。
また基板部3aの下面側には配線電極5a、5bと電気的に接続された電源端子7a、7bが設けられており、さらにケース3の枠体部3bの上辺部周囲には段差部3cが設けられており、この段差部3cにLEDユニット1Aの蛍光体板2の庇部2aを位置決めして、ケース3にLEDユニット1Aを収納している。
次に図3によりLED発光装置10の製造工程を説明する。図3(a)はエレメント準備工程であり、蛍光体板2を備えたLED1よりなるLEDユニット1Aと、基板部3aと枠体部3bよりなるケース3を用意している。図3(b)はLEDユニット収納工程であり、ケース3の枠体部の内部にLEDユニット1Aを落とし込むことによって、ケース3の段差部3cにLEDユニット1Aの蛍光体板2の庇部2aが位置決めされて、ケース3にLEDユニット1Aが収納される。
この状態においてLEDユニット1Aは、蛍光体板2の庇部2aがケース3の段差部3cに位置決めされることによって、LED1はケース3の中心に収納され、またLED1のバンプ1a,1bは基板部3aに設けられた配線電極1a,1bの所定の位置に正確に位置決めされている。しかし、この状態ではLEDユニット1Aのバンプ1a,1bが基板部3aに設けられた配線電極1a,1bに当接することによって蛍光体板2の庇部2aはケース3の段差部3cの底面より少し浮き上がっている。
図3(c)はLEDユニット実装工程であり、図3(b)に示すLEDユニット収納状態においてリフロー炉に入れて加熱することにより、半田バンプ1a、1bが溶融して配線電極5a、5bに接続されることにより、LEDユニット1Aはケース3の基板部3aにフリップチップ実装されてLED発光装置10が完成する。すなわち図3(b)に示すLEDユニット収納工程において、バンプ1a,1bが配線電極1a,1bに当接することによってケース3の段差部3cの底面より少し浮き上がっていた蛍光体板2の庇部2aは、リフロー工程において半田バンプ1a、1bが溶融変形して蛍光体板2が降下することによって、庇部2aがケース3の段差部3cの底面に密着して位置決めされる。
この状態においてLEDユニット1Aはケース3に対する平面方向の位置はケース3の段差部3cの壁面によって規制され、また高さ方向の位置は段差部3cの底面によって規制されることにより、正確に位置決め実装されている。
(第2実施形態)
次に図4、図5、図6により本発明の第2実施形態におけるLED発光装置の構成を説明する。図4、図5は第2実施形態におけるLED発光装置20の構成を示すものであり、図4はLED発光装置20の平面図、図5は図4に示すLED発光装置20のA−A断面図を示し、図6は図5に示すLED発光装置20の製造工程を示す断面図である。図4、図5に示す第2実施形態のLED発光装置20の基本的構成は、図1、2に示す第1実施形態のLED発光装置10と同じであり、同一部材には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
図4、図5に示す第2実施形態のLED発光装置20が、図1、図2に示す第1実施形態のLED発光装置10と異なるところは、ケース3の段差部3cに上面側に開いた傾斜部3dが設けられていることである。後述するようにこの傾斜部3dによってケース3の枠体部3bに対するLEDユニット1Aの落とし込みが容易になる。
次に図6によりLED発光装置20の製造工程を説明する。図6に示す第2実施形態のLED発光装置20の製造工程は、図3に示す第1実施形態のLED発光装置10の製造工程と基本的に同じであり、同一工程及び同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図6に示す第2実施形態のLED発光装置20の製造工程が、図3に示す第1実施形態のLED発光装置10の製造工程と異なるところは、図6(b)のLEDユニット収納工程であり、図6(b1)のLEDユニット落とし込み作業において、ケース3の枠体部3bにLEDユニット1Aを落とし込むときに、LEDユニット1Aをケース3の段差部3cにおける傾斜部3dの開口の範囲に落とし込むと、LEDユニット1Aの蛍光体板2の庇部2aが傾斜部3dをスライドして図6(b2)に示す様に、段差部3cの所定の位置に正確に位置決めされる。
(第3実施形態)
次に図7により本発明の第3実施形態におけるLED発光装置の構成を説明する。図7は第3実施形態におけるLED発光装置30の構成を示す断面図である。その基本的構成は図5に示す第2実施形態のLED発光装置20の断面図と同じであり、同一部材には同一番号を付し、重複する説明は省略する。また、LED発光装置30の平面図は図4に示すLED発光装置20の平面図と同一であり、図示も省略した。
図7に示す第3実施形態のLED発光装置30が、図5に示す第2実施形態のLED発光装置20と異なるところは、ケース33の構成である。すなわちLED発光装置20のケース3が基板部3aと枠体部3bとによって構成されていたのに対し、LED発光装置30のケース33は基板部と枠体部とが樹脂の一体成型で構成されていることである。また配線電極と電源端子とによって構成される接続電極部材は一体に構成されていて、樹脂で一体成型されたケース33にインサートモールドされることにより、配線電極35a、35bと電気的に接続された電源端子37a、37bが設けられている。そしてLED発光装置30の製造工程は図6に示すLED発光装置20の製造工程と同じである。
(第4実施形態)
次に図8、図9により本発明の第4実施形態におけるLED発光装置の構成を説明する。図8は第4実施形態におけるLED発光装置40の構成を示す平面図であり、矩形のケース43の枠体部43bの開口形状が円形になっており、LEDユニットを構成する蛍光体板の形状も円形になっている。また図9の断面図に示す様に、ケース43は図7に示す第3実施形態のLED発光装置30のケース33と基本的構成が同じである。すなわち基板部と枠体部とが樹脂の一体成型で構成され、配線電極と電源端子とによって構成される接続電極部材は一体に構成されていて、樹脂で一体成型されたケース43にインサートモールドされることにより、配線電極45a、45bと電気的に接続された電源端子47a、47bが設けられている。
そして図9に示す第4実施形態のLED発光装置40が、図7に示す第3実施形態のLED発光装置30と異なるところは、ケース43の構成である。すなわちLED発光装置30が樹脂で一体成型されたケース33の形状が、枠体部33bの開口形状が矩形でLEDユニット1Aを収納する枠体部内面が矩形形状であったのに対し、LED発光装置40の樹脂で一体成型されたケース43は、枠体部43bの開口形状が円形で、LEDユニット1Aを収納する枠体部内面が湾曲形状に構成されていることである。上記構成によればLED1からの発光が枠体部内面の湾曲形状によって集光方向に反射されるため、集光性の良い発光装置となる。
次に図10、図11により本発明の第5実施形態のLED発光装置50の集合基板方式による製造方法を説明する。図10は集合基板方式による製造方法によって作成された大判LED発光装置50Lの斜視図であり、大判基板53Laと大判枠体53Lbとが積層されており、大判枠体53Lbには複数の開口が設けられ、この開口の周囲には後述する傾斜部53dがみえている。そして各開口には各々LEDユニット1Aが配置され、その蛍光体板2が見えている。
図11は10に示す大判LED発光装置50Lの製造工程を示すA−A断面図であり、図11(a)はLEDユニット投入工程、図11(b)はLEDユニット配置工程、図11(c)はLEDユニット実装工程、図11(d)はLEDユニット切断分離工程である。
図11(a)の断面図に示す通り、大判枠体53Lbには複数の開口が設けられ、各開口の上部週辺には段差部53cと傾斜部53dが設けられており、また大判基板53Laには大判枠体53Lbの各開口に対応して配線電極55a、55bと電気的に接続された電源端子57a、57bが設けられている。そしてLEDユニット投入工程においては、大判枠体53Lbの複数の開口にLEDユニット1Aを投入する。このとき各LEDユニット1Aは位置決めして投入する必要はなく、各開口の傾斜部53dの範囲内に投入するとLEDユニット1Aの蛍光体板2の庇部2aが傾斜部53dにガイドされて所定の位置に配置される。
図11(b)のLEDユニット配置工程においては、LEDユニット投入工程において大判枠体53Lbの複数の開口に投入されたLEDユニット1Aは、傾斜部53dにガイドされて所定の位置に配置されており、この状態においてはLEDユニット1AにおけるLED1のバンプ1a,1bが大判基板53Laに設けられた配線電極55a,55bに位置決めされている。
図11(c)のLEDユニット実装工程においては、大判LED発光装置50Lをリフロー炉に入れて加熱することにより、半田バンプ1a、1bが溶融して配線電極55a、55bに接続されることにより、LEDユニット1Aは大判基板53Laに設けられた配線電極55a,55bにフリップチップ実装されて大判LED発光装置50が完成する。すなわち図11(b)に示すLEDユニット配置工程において、バンプ1a,1bが配線電極55a,55bに当接することによってケース53の段差部3cの底面より少し浮き上がっていた蛍光体板2の庇部2aは、LEDユニット実装工程において半田バンプ1a、1bがリフローによって溶融変形して蛍光体板2が降下することによって、庇部2aがケース53の段差部3cの底面に密着して位置決めされる。この状態においてLEDユニット1Aはケース53に対する平面方向の位置及び高さ方向の位置は段差部3cの底面によって規制されることにより、正確に位置決め実装されている。
図11(d)のLEDユニット切断分離工程においては、大判LED発光装置50Lを点線で示す切断ラインにおいて切断分離することによって、複数のLED発光装置50が完成する。
上記の如く、本発明においてはケースの枠体部によって形成された収納部にLEDユニットを落とし込むこと、LEDユニットがケースに設けられた枠体部の段差部に位置決めされ、LEDのバンプとケースの基板部に設けられた配線電極とが正確に位置決めされることによって、実装精度が高く、かつ実装価格の安いLED発光装置を提供できる。
また、上記実施形態においては、LEDのバンプと基板部に設けられた配線電極との実装を、半田バンプによるリフローを用いたフリップチップ実装の事例を示したが、これに限定されるものではなく、導電性接着剤を用いて熱硬化やUV効果による実装を行うことも出来る。
1,101,201 LED
1a、1b バンプ
1A LEDユニット
2、102,202 蛍光体板
2a 庇部
3,33,43、53、103,203 ケース
3a 基板部
3b 枠体部
3c、33c、43c、53c 段差部
3d、33d、43d 、53d 傾斜部
5a,5b、35a,35b、45a,45b 配線電極
105a、105b、205a、295b 配線電極
7a、7b、37a,37b、47a,47b 電源端子
107a,107b、207a、207b 電源端子
10、20,30,40,50、100,200 LED発光装置
50L 大判LED発光装置
53La 大判基板
53Lb 大判枠体

Claims (6)

  1. 下面側に接続用のバンプと、上面の発光面側に前記発光面より形状の大きい蛍光体板を備えたLEDユニットと、配線電極を有する基板部と前記LEDユニットを収納する枠体部とを備えたケースとより成るLED発光装置であり、前記枠体部の上辺部周囲に段差部を設け、前記枠体部の段差部に前記LEDユニットの蛍光体板を位置決めして、前記ケースにLEDユニットを収納することを特徴とするLED発光装置。
  2. 前記枠体部の段差部に上面側に開いた傾斜部を有することを特徴とする請求項1記載のLED発光装置。
  3. 前記枠体部の内面が湾曲形状に構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のLED発光装置。
  4. 前記ケースを構成する基板部と枠体部とが樹脂の一体成型で構成されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のLED発光装置。
  5. 前記LEDユニットのバンプと、前記ケースの基板部に設けられた配線電極とがフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のLED発光装置。
  6. 前記枠体部は反射性の樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載のLED発光装置。
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