JP2015176946A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子の側面方向への漏光を完全に防止し、且つ反射枠の反射性樹脂に対する固定を、反射枠と反射性樹脂に設けた凹凸形状の組み付けによって固定することにより、組み立て性の容易さと反射枠形状の変化を自在に選択可能とした反射枠形式のＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】回路基板７上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子１と、ＬＥＤ素子１の発光面上に載置された蛍光体層２と、ＬＥＤ素子１の側面と蛍光体層２の側面とを被覆した反射性樹脂３と、蛍光体層２の上面に開口を有する反射枠９とを有し、反射枠９の下面には突起部９ａを設けると共に、反射性樹脂３の上面には凹部が設けられ、反射枠９の突起部９ａが、反射性樹脂３の凹部に係合固着されている。【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤ発光装置に関するものであり、詳しくは回路基板上にフリップチップ実装された、ＬＥＤ素子の発光面上に蛍光体層を載置し、前記ＬＥＤ素子の側面と前記蛍光体層の側面とを反射性樹脂で充填封止し、さらに前記蛍光体層の上面に開口を有する反射枠とを有するＬＥＤ発光装置において、側面方向への漏光を防止し、さらに製造方法が容易な構造を有するＬＥＤ発光装置に関する。

近年、ＬＥＤ素子は半導体素子であるため、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フラッシュ装置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素子の周囲を白色樹脂等の反射性樹脂で被覆し、ＬＥＤ素子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、また上面に開口を有する反射枠を組み合わせて上方への集光性を高めるようにした、反射枠形式の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）

以下従来の反射枠形式の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１３は特許文献１におけるＬＥＤ発光装置１００の構成を示す断面図であり、ＬＥＤ発光装置１００は、上面側に配線電極１０５ａ，１０５ｂを有する回路基板１０７を有し、この配線電極１０５ａ，１０５ｂは回路基板１０７の側面電極１０５ｃを介して裏面側の電源電極１０５ｄに接続されている。

回路基板１０７の上面には配線電極１０５ａにＬＥＤ素子１０１がダイボンディングされており、ＬＥＤ素子１０１の上面電極はワイヤー１０４によって配線電極１０５ｂに接続されている。さらいＬＥＤ素子１０１とワイヤー１０４とは透光性の封止樹脂１０３（透明樹脂または蛍光樹脂）で被覆されており、さらに回路基板１０７のＬＥＤ素子１０１の実装部分の周囲にはＬＥＤ素子１０１の発光を反射集光するための反射枠（リフレクタ）１０９が接着等の手段によって固定されている。

図１４は特許文献２におけるＬＥＤ発光装置２００の断面図を示している。
図１４に示すＬＥＤ発光装置２００は配線電極２０５ａ，２０５ｂを有する回路基板２０７の中央にＬＥＤ素子２０１をフリップチップ実装し、そのＬＥＤ素子２０１の周囲には上方が広く開口された反射枠２０９（ホーン型のリフレクタ）が、反射性の白色樹脂等によって形成されて固着されている。
さらに反射枠２０９の周囲を黒色樹脂等からなる封止樹脂２０６によって封止し、この封止樹脂２０６によって反射枠２０９の開口部に蛍光体層２０２とレンズ２３３を固着している。上記構成におけるＬＥＤ装置２００はレンズ２３３の中心軸とＬＥＤ素子２０１の中心軸とを整合して配置しているため、ＬＥＤ素子２０１から垂直上方に向かう光と、ＬＥＤ素子２０１から側方に放射されて反射枠２０９の反射面上で上方に反射された光はレンズ２３３により良好に集光されて上方に放射される。

なお、特許文献１及び特許文献２においては、反射性を有する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、形成方法としては樹脂成型や、充填方法としては滴下装置や注入装置を用いている。

特開２００９−２８３９８８号公報 特開２００４−１１８６２号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に記載されたＬＥＤ発光装置では反射枠を配線電極等の凹凸を有する回路基板上に直接、接着等の方法で固着しているために、その製造工数が多くなると共に、回路基板上の配線電極等の凹凸によって、隙間が生じ、ＬＥＤ素子からの側面方向への発光部分が反射枠の下方の隙間から漏光したり、反射枠の底面側で反射した出射光が乱れることによって、反射枠によるに集光が十分な状態で出射されない等の問題があった。

そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、反射枠形式のＬＥＤ発光装置において、ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面を反射性樹脂で被覆することによって側面方向への漏光を完全に防止し、且つ反射枠の反射性樹脂に対する固定を、反射枠と反射性樹脂に設けた凹凸形状の組み付けによって固定することにより、組み立て性の容易さと、反射枠形状の変化を自在に選択可能としたものである。

上記目的を達成するため本発明におけるＬＥＤ発光装置の構成は、基板上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の発光面上に載置された蛍光体層と、前記ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した反射性樹脂と、前記蛍光体層の上面に開口を有する反射枠とを有し、前記反射枠の下面には突起部を設けると共に、前記反射性樹脂の上面には凹部が設けられ、前記反射枠の突起部が、前記反射性樹脂の凹部に係合固着されていることを特徴とする。

上記構成によれば、ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面を反射性樹脂で被覆することによって側面方向への漏光を完全に防止し、且つ反射枠の反射性樹脂との固定を、反射枠と反射性樹脂に設けた凹凸形状の組み付けによって固定することにより、組み立て性の容易さと、反射枠形状の変化を自在に選択可能としたものである。

前記反射枠は前記蛍光体層の上面に、円形の湾曲開口を有すると良い。

前記蛍光体層と反射性樹脂の上面に拡散樹脂層がさらに積層されており、前記拡散樹脂層には前記反射性樹脂の凹部に対応する位置に貫通孔が設けられ、前記反射枠の突起部が、前記拡散樹脂層の貫通孔を通して前記反射性樹脂の凹部に係合固着されていると良い。

上記構成によれば、拡散樹脂層を設けることによって、ＬＥＤ発光装置としての色むらをなくして演色性を良くすることができる。

上記の如く本発明によれば、反射枠形式のＬＥＤ発光装置において、全体の構成を樹脂製の板部材と、充填樹脂によって構成し、且つＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面を反射性樹脂で充填被覆することによって側面方向への漏光を完全に防止し、また反射枠の反射性樹脂に対する固定を、反射枠と反射性樹脂に設けた凹凸形状の組み付けによって固定することにより、組み立て性の容易さと、反射枠形状の変化を自在に選択可能としたものである。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の上面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の反射枠を外した状態を示す断面図である。 図３に示すＬＥＤ発光装置の反射枠を外した状態を示す上面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置を構成する反射枠の断面図である。 図５に示すＬＥＤ発光装置を構成する反射枠の上面図である。 図１示すＬＥＤ発光装置の製造方法を示す各工程の断面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図８に示す第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の上面図である。 図８に示すＬＥＤ発光装置の製造方法を示す各工程の断面図である。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１１に示す第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の上面図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１〜図７は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示し、図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の断面図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の上面図、図３はＬＥＤ発光装置１０反射枠を取り除いた断面図、図４は図３に示す反射枠を取り除いたＬＥＤ発光装置１０の上面図、図５は反射枠の断面図、図６は図５に示す反射枠の上面図、図７はＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示す工程図である。

図１に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図において、回路基板７の上面には配線電極５ａ，５ｂやスルーホール電極５ｃが設けられており、配線電極５ａ，５ｂにはＬＥＤ素子１が導電部材６ａ、６ｂによりＦＣ実装されており、また各配線電極５ａ，５ｂはスルーホール電極５ｃを介して回路基板７の裏面に設けられた電源電極５ｄに接続されている。
ＬＥＤ素子１の発光面上にはＬＥＤ素子１の発光面より少し大きい形状の、蛍光体層２が透明接着剤によって接着される等の手法により載置されている。

また回路基板７上に成型金型等を用いてＬＥＤ素子１の側面と、蛍光体層２の側面とを反射性樹脂３で充填封止している。そして反射性樹脂３の上部には反射枠９が取り付けられており、この反射性樹脂３と反射枠９の取り付け構造は、反射枠９の下面に設けられた突起部９ａと反射性樹脂３の上面に設けられた凹部３ａとの係合によって固定されている。

また図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の上面図であり、反射枠９の中心位置には開口９ｂがもうけられ、この開口９ｂ内には蛍光体層２が露出している。そして反射枠９の開口９ｂから上部に向かって反射面９ｃが形成されている。

図３、図４はＬＥＤ発光装置１０から反射枠９を取り外した状態の断面図及び上面図であり、図１、図２におけるＬＥＤ発光装置１０と同じ要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。図３及び図４は反射性樹脂３に設けた反射枠９を取り付けるための、凹部３ａの形状を示しており、凹部３ａは図４に示すごとく、蛍光体層２と同心円に形成され、その深さは図３に示す如くＴ１となっている。

図５、図６は図１に示す反射枠９の断面図及び上面図であり、図５に示すように中心位置に蛍光体層２が露出する開口９ｂがあり、その周囲に円形の湾曲開口を有する反射面９ｃが形成されている。そして反射枠９の下面９ｄには円形状の突起部９ａが形成されており、この突起部９ａは図６では点線で示している。
なお、本実施形態においては、反射枠９の形状として開口９ｂ、突起部９ｂを円形にした一例を示したが、これに限定されるものではなく開口９ｂ、突起部９ｂの形状として、四角や多角形、さらに楕円形等の形状を採用できることは当然である。

次に図７により、ＬＥＤ発光装置１０の製造方法を説明する。図７の（ａ）〜（ｄ）はＬＥＤ発光装置１０の製造工程における各断面図であり、（ａ）は回路基板７にＬＥＤ素子１をフリップチップ実装した状態、（ｂ）はＬＥＤ素子１の発光面に蛍光体層２を接着した状態、（ｃ）はＬＥＤ素子１の側面と、蛍光体層２の側面とを反射性樹脂３で充填封止した状態を示し、反射性樹脂３の上面には凹部３ａが形成されているが、この形成方法としては成型金型によって反射性樹脂３の注入時に形成しても良いし、また平面形状に充填した反射性樹脂３の上面に切削加工等によって形成しても良い。

（ｄ）は反射性樹脂３の上面に設けた凹部３ａに、反射枠９の突起部９ａを嵌め込んで固着することにより、図１に示すＬＥＤ発光装置１０が完成する。この反射性樹脂３に対する反射枠９の固着は、反射性樹脂３の凹部３ａに反射枠９の突起部９ａを圧入するだけで固定しても良いし、また少量の接着剤を用いて固着しても良い。

次に上記構成によるＬＥＤ発光装置１０の動作を説明する。
回路基板７の裏面に設けられた電源電極５ｄに駆動電圧を供給するとＬＥＤ素子１が青色発光を行い、その青色発光が蛍光体層２によって励起された黄色光と青色光とが混色されて白色光を放射する。このＬＥＤ素子１から発光された青色光と、蛍光体層２によって励起された黄色光はすべて反射性樹脂３によって反射されることにより全て上方に放射され、反射枠９の湾曲開口を有する反射面９ｃによって集光されることにより指向性に優れた放射光を放出する。前記図１３、図１４に示す従来例では回路基板表面と反射枠の接着面に出来る間隙を通して側面側へ漏光が発生していたが、ＬＥＤ発光装置１０の場合は、反射性樹脂３と反射枠９の接着面に凹部３ａと突起部９ａを設けて嵌め込んで固着しているため、この接着面の間隙による漏光は発生しない。

（第２実施形態）
次に図８、図９、図１０により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置を説明する。第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の基本的構成は図１、図２に示す第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一または対応する要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。

第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０が、第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、ＬＥＤ発光装置１０では反射性樹脂３の上部に直接反射枠９が載置されていたのに対し、ＬＥＤ発光装置２０では蛍光体層２と反射性樹脂３の上部に拡散樹脂層８（以後拡散板８と略記する）を介して反射枠９が載置されていることである。
この拡散板８における反射性樹脂３の凹部３ａに対応する位置には、凹部３ａと同形状の貫通孔８ａが設けられている。そして反射枠９の突起部９ａが拡散板８の貫通孔８ａを通して反射性樹脂３の凹部３ａに挿入固定されている。この結果反射枠９の突起部９ａの長さは拡散板８の貫通孔８ａの深さと、反射性樹脂３の凹部３ａの深さを足した長さとなっている。
また図９に示すＬＥＤ発光装置２０の上面図では、反射枠９の中心位置に設けられた開口９ｂには拡散板８が露出している。

次に図１０によりＬＥＤ発光装置２０の製造方法を説明する。製造工程（ａ）（ｂ）までは第１実施形態における図７に示した（ａ）（ｂ）と同じなので図示を省略した。従って（ｃ）から説明すると、（ｃ）は蛍光体層２と反射性樹脂３との上面に拡散板８を配置した状態を示す。（ｄ）は拡散板８の貫通孔８ａと、反射性樹脂３の凹部３ａを同時に形成した状態を示す。この形成方法としては切削加工によって同じ位置に設けることができる。（ｅ）は反射枠９の突起部９ａを拡散板８の貫通孔８ａを通して、反射性樹脂３の凹部３ａに嵌めこむことによって反射枠９を組み込んだ状態を示しており、この状態にて図８に示したＬＥＤ発光装置２０が完成する。

次にＬＥＤ発光装置２０の動作を説明する。電源電極５ｄに駆動電圧を供給してＬＥＤ発光装置２０が発光するまでの動作はＬＥＤ発光装置１０と同じであるが、ＬＥＤ発光装置２０においてはＬＥＤ素子１の青色光と蛍光体層２により励起された黄色光との混色された白色光が拡散板８を介して拡散されることによって、演色性の良い放射光が反射枠９によって集光されて出射される。また、ＬＥＤ発光装置１０で説明した側方への漏光防止効果に加えて、拡散板８による側方への漏光も反射枠９の突起部９ａによって防止することができる。

（第３実施形態）
次に図１１、図１２により本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置を説明する。第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０の基本的構成は図１、図２に示す第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一または対応する要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。

第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０が、第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、ＬＥＤ発光装置３０では反射枠９の湾曲開口を有する反射面９ｃの開口部分に円形のレンズ３３を載置してことである。なお、このレンズ３３の反射枠９に対する取り付けは、レンズ部３３ａ（凸レンズまたは凹レンズ）を反射枠９の反射面９ｃの開口部分に嵌めこんだ状態で、取り付け部３３ｂを反射枠９の上部に接着材等を用いて固定すれば良い。

次にＬＥＤ発光装置３０の動作を説明する。電源電極５ｄに駆動電圧を供給してＬＥＤ発光装置３０が発光するまでの動作はＬＥＤ発光装置１０と同じであるが、ＬＥＤ発光装置３０においてはＬＥＤ素子１の青色光と蛍光体層２により励起された黄色光との混色された白色光が反射枠９によって集光された後に、レンズ３３によってさらに集光されるため、優れた集光性に加えて演色性の良い放射光が出射される。

上記の如く、本発明のＬＥＤ発光装置は蛍光体層や拡散板のような板形状の樹脂と反射性樹脂の注入のみによって、側方への漏光が生じない発光部を構成することができ、さらに反射枠を突起部と凹部による嵌め込み構造によって組み立てられるので、製造が容易なＬＥＤ発光装置を提供することができる。
また、反射枠の取り付けを突起部と凹部の組み合わせで行うようにしたので、突起部形状と凹部の位置とを共通にすれば、色々な形状及び特性の反射枠を作成して、必要に応じて取り替えることができる。

１、１０１，２０１ ＬＥＤ
２、２０２ 蛍光体層
３、 反射性樹脂
３ａ 凹部
５ａ、１０５ａ、２０５ａ 配線電極
５ｂ，１０５ｂ、２０５ｂ 配線電極
５ｄ、１０５ｄ、２０５ｄ 電源電極
６ａ，６ｂ 導電部材
７，２０７ 回路基板
８、 拡散板
８ａ 貫通孔
９、１０９，２０９ 反射枠
９ａ 突起部
９ｂ 開口
９ｃ 反射面
１０，２０，３０、１００，２００ ＬＥＤ発光装置
３３，２３３ レンズ
３３ａ レンズ部
３３ｂ 取り付け部

Claims (3)

1. 基板上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の発光面上に載置された蛍光体層と、前記ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した反射性樹脂と、前記蛍光体層の上面に開口を有する反射枠とを有し、前記反射枠の下面には突起部を設けると共に、前記反射性樹脂の上面には凹部が設けられ、前記反射枠の突起部が、前記反射性樹脂の凹部に係合固着されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記反射枠は前記蛍光体層の上面に、円形の湾曲開口を有する請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記蛍光体層と反射性樹脂の上面に拡散樹脂層がさらに積層されており、前記拡散樹脂層には前記反射性樹脂の凹部に対応する位置に貫通孔が設けられ、前記反射枠の突起部が、前記拡散樹脂層の貫通孔を通して前記反射性樹脂の凹部に係合固着されていることを特徴とする請求項1または２項に記載のＬＥＤ発光装置。
   
   

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