JP2019071352A - Illuminating device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種照明器具に搭載される照明装置とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a lighting device mounted on various lighting fixtures and a method of manufacturing the same.
近年、電球や蛍光灯に代わる照明用の光源として、複数のLED素子を用いた照明装置が採用されている。特許文献1には、実装基板と、複数のLED素子と、封止樹脂と、樹脂枠とを備え、照明装置として利用される発光装置が記載されている。封止樹脂は、LED素子を被覆し、保護・封止している。封止樹脂の周囲に設けられている樹脂枠は、封止樹脂の流出を防止するダム材として機能する。また、樹脂枠の内壁面は、LED素子から側方に出射された光を上方に向けて反射させる反射面として機能する。 In recent years, a lighting device using a plurality of LED elements has been adopted as a light source for lighting in place of a light bulb or a fluorescent light. Patent Document 1 describes a light emitting device that includes a mounting substrate, a plurality of LED elements, a sealing resin, and a resin frame, and is used as a lighting device. The sealing resin covers, protects and seals the LED element. The resin frame provided around the sealing resin functions as a dam material that prevents the flow of the sealing resin. Further, the inner wall surface of the resin frame functions as a reflecting surface that reflects light emitted laterally from the LED element upward.
しかしながら、特許文献1に記載された樹脂枠の内壁面は「上に凸」の曲面である。このため、LED素子から側方への発光が樹脂枠の内壁面で反射したとき、LED素子の直上方向だけではなく外側方向にも光が導かれることがある。したがって、特許文献1に記載された発光装置では、LED素子の直上方向の発光強度が弱くなってしまう。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、発光素子からの側方への発光を直上方向に効率よく反射させる枠体を備える照明装置を提供することを目的とする。 However, the inner wall surface of the resin frame described in Patent Document 1 is a curved surface that is “convex upward”. For this reason, when light emitted laterally from the LED element is reflected by the inner wall surface of the resin frame, light may be guided not only directly above the LED element but also outward. Therefore, in the light emitting device described in Patent Document 1, the light emission intensity in the direction immediately above the LED element becomes weak. This invention is made in view of such a situation, and an object of this invention is to provide the illuminating device provided with the frame which reflects the light emission to the side direction from a light emitting element in a just overhead direction efficiently.
本発明の照明装置は、発光領域を上面に備える実装基板と、発光領域に実装された複数の発光素子と、複数の発光素子を電気的に接続するワイヤと、発光領域の周囲に設けられ、内壁面が下に凸の曲面を備える枠体と、枠体の内側で発光素子とワイヤを封止する封止材とを有する。 The lighting apparatus according to the present invention is provided around a light emitting area, a mounting substrate having a light emitting area on the top surface, a plurality of light emitting elements mounted in the light emitting area, a wire electrically connecting the plurality of light emitting elements. It has a frame which an inner wall surface equips with a convex curved surface below, and a sealing material which seals a light emitting element and a wire inside a frame.
本発明の照明装置の製造方法は、ワイヤで電気的に接続された複数の発光素子が実装された実装基板の複数の発光素子の周囲に、流動性の枠体材料を塗布する塗布工程と、流動性の枠体材料の上部を押圧部材の平坦な底面で上から押した後に、押圧部材を持ち上げて、流動性の枠体材料の内壁面の少なくとも一部を下に凸の曲面に成形する成形工程と、流動性の枠体材料を硬化させて枠体とする硬化工程と、枠体の内側に封止材を充填する充填工程とを有する。 A method of manufacturing a lighting device according to the present invention comprises: applying a fluid frame material around a plurality of light emitting elements of a mounting substrate on which a plurality of light emitting elements electrically connected by wires are mounted; After pressing the upper portion of the fluid frame material from above with the flat bottom surface of the pressing member, the pressing member is lifted to form at least a part of the inner wall surface of the fluid frame material into a downwardly convex curved surface It has a forming step, a curing step of curing a fluid frame material to form a frame, and a filling step of filling a sealing material inside the frame.
本発明の照明装置では、発光素子の周囲に設けられた枠体の内壁面が下に凸の曲面を備えている。このため、発光素子からの側方への発光を直上方向に効率よく反射させられる。また、本発明の照明装置の製造方法では、流動性の枠体材料の上部を平坦な底面で上から押した後、押圧部材を持ち上げて、枠体材料の内壁面を下に凸の曲面にしている。このため、簡易に枠体の内壁面を下に凸の曲面にできる。 In the lighting device of the present invention, the inner wall surface of the frame provided around the light emitting element is provided with a downwardly convex curved surface. Therefore, the light emitted laterally from the light emitting element can be efficiently reflected in the directly upward direction. Further, in the method of manufacturing a lighting device according to the present invention, after pressing the upper portion of the fluid frame material from above with a flat bottom, the pressing member is lifted to make the inner wall surface of the frame material convex downward. ing. For this reason, the inner wall surface of the frame can be easily formed to be a convex curved surface downward.
以下、本発明の照明装置とその製造方法について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、照明装置、照明装置の構成部材、および照明装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特にことわらない限り、本明細書では便宜上、図1(b)に示す照明装置の向きを基準に「上」および「下」などの方向を表す。重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。 Hereinafter, a lighting device of the present invention and a method of manufacturing the same will be described based on embodiments with reference to the drawings. Note that the drawings schematically represent the lighting device, components of the lighting device, and peripheral members of the lighting device, and the dimensions and dimensional ratio of these actual products are not necessarily equal to the dimensions and dimensional ratio in the drawings. I do not do it. Further, unless otherwise specified, in the present specification, for convenience, directions such as “upper” and “lower” are indicated on the basis of the direction of the lighting device shown in FIG. The overlapping description is appropriately omitted, and the same reference numeral may be given to the same member.
図1(a)は、本発明の実施形態に係る照明装置10の上面を示している。図1(b)は、照明装置10の中央部付近の鉛直断面を示している。図2から図7は、照明装置10の製造方法の各工程を示している。照明装置10の製造方法は、配線基板設置工程と、被覆材形成工程と、実装・配線工程と、塗布工程と、成形工程と、硬化工程と、充填工程を備えている。図2(a)は、配線基板設置工程を説明するための図で、照明装置10の上面を示している。図2(b)は、図2(a)の照明装置10の中央部付近の鉛直断面を示している。
Fig.1 (a) has shown the upper surface of the
図3(a)は、被覆材形成工程を説明するための図で、照明装置10の上面を示している。図3(b)は、図3(a)の照明装置10の中央部付近の鉛直断面を示している。図4(a)は、実装・配線工程を説明するための図で、照明装置10の上面を示している。図4(b)は、図4(a)の照明装置10の中央部付近の鉛直断面を示している。図5(a)は、塗布工程を説明するための図で、照明装置10の上面を示している。図5(b)は、図5(a)の照明装置10の中央部付近の鉛直断面を示している。図6および図7は、成形工程を説明するための図で、照明装置10の鉛直断面を示している。なお、図7は硬化工程を説明するための図でもあり、図1は充填工程を説明するための図でもある。
FIG. 3A is a view for explaining the covering material forming step, and shows the upper surface of the
図1に示すように、照明装置10は、実装基板12と、複数の発光素子14と、配線基板16と、ワイヤ18と、枠体20と、封止材22を備えている。実装基板12は、熱伝導性が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金等から作製され、ほぼ正方形の板状部材である。実装基板12の上面の中央には、円形の発光領域12aが設けられている。発光領域12aには、40個の発光素子14が実装されている。この40個の発光素子14の配置および電気的な接続については後述する。
As shown in FIG. 1, the
なお、発光素子14の個数40個は例示であり、複数の発光素子14の個数は特に制限がない。一般照明用として白色系の発光を得るため、各発光素子14は、窒化ガリウム系化合物半導体を備える同一種類かつ同一サイズの青色発光素子である。この青色発光素子は、サファイアガラスからなる基材と、基材上にn型半導体およびp型半導体を拡散成長させた拡散層と、n型半導体およびp型半導体の上面にそれぞれ設けられたn型電極およびp型電極を備えている。
The number 40 of the
図2に示すように、実装基板12の上面には、配線基板16が設けられている。配線基板16は、ガラスエポキシ樹脂製のほぼ正方形の板状部材である。配線基板16の中央には、円形の孔である開口部16aが設けられている。すなわち、開口部16aは発光領域12aを開口している。配線基板16は、その上面に第一電極24と第二電極26を備えている。第一電極24と第二電極26は、開口部16aを挟むように対向して設けられている。第一電極24と第二電極26は、外部から電力を供給する第一電線28および第二電線30をそれぞれ電気的に接続するための電極である。第一電極24と第二電極26は、例えば金メッキ等によって、配線基板16の上面に形成されている。
As shown in FIG. 2, a
第一電極24は、ワイヤ18を介して発光素子14が電気的に接続される第一素子接続領域24aと、第一素子接続領域24aの外側であって、第一電線28が接続される第一外部接続領域24bとを備えている。第一素子接続領域24aは、開口部16aの外側に沿った円環の一部の形状を備えている。第一外部接続領域24bは、長方形(正方形を含む)の一つの角が、開口部16aの一部および第一素子接続領域24aの一部からなる扇形で切り欠かれたような形状を備えている。
The
第二電極26は、ワイヤ18を介して発光素子14が電気的に接続される第二素子接続領域26aと、第二素子接続領域26aの外側であって、第二電線30が接続される第二外部接続領域26bとを備えている。第二素子接続領域26aおよび第二外部接続領域26bの形状は、第一素子接続領域24aおよび第一外部接続領域24bの形状とそれぞれ同様である。なお、第一電線28および第二電線30は、照明装置10の周辺部材であって、照明装置10の構成部材に含まれない。
The
第一外部接続領域24bおよび第二外部接続領域26bは、配線基板16の異なる角部にそれぞれ設けられていることが好ましい。第一外部接続領域24bと第二外部接続領域26bが離れていれば、第一電線28を第一外部接続領域24bに、第二電線30を第二外部接続領域26bに、それぞれはんだ付けしやすいからである。本実施形態では、開口部16aを挟んで、第一外部接続領域24bおよび第二外部接続領域26bが配線基板16の対角に設けられている。なお、第一外部接続領域24bおよび第二外部接続領域26bが配線基板16の隣り合う角に設けられていてもよい。
It is preferable that the first
なお、実装基板12は、熱伝導性が高いセラミックス、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または窒化ケイ素等から作製されていてもよい。実装基板12が絶縁体であれば、配線基板16の設置が省略できる。配線基板16を設置しないときは、実装基板12の上面の発光領域12aの外側に、第一電極24と第二電極26を直接形成してもよい。
The mounting
図3に示すように、照明装置10は、第一電極24の上面の少なくとも一部と、第二電極26の上面の少なくとも一部を露出させる被覆材32を配線基板16上にさらに備えている。第一電極24の上面の露出部は、第一外部接続領域24bの一部であり、第二電極26の上面の露出部は、第二外部接続領域26bの一部である。本実施形態では、被覆材32がフォトレジスト性樹脂から構成されている。このため、第一電極24および第二電極26の上面の露出部が正確かつ簡易に形成できる。
As shown in FIG. 3, the
また、図4に示すように、ある発光素子14のn型電極とp型電極の一方と、その隣りの発光素子14のn型電極とp型電極の他方とが、ワイヤ18を介して順次電気的に接続されている。そして、発光領域12aの端部に配置されたワイヤ18が、第一素子接続領域24aまたは第二素子接続領域26aに電気的に接続されている。こうして、第一素子接続領域24aと第二素子接続領域26aとの間に、8個の発光素子14が直列接続された発光グループが、並列に5列設けられている。
Further, as shown in FIG. 4, one of the n-type electrode and the p-type electrode of a certain light-emitting
図7に示すように、枠体20は、発光領域12aの周囲に設けられ、内壁面20aが下に凸の曲面を備えている。ここで、枠体20の内壁面20aが下に凸の曲面とは、枠体20の内側から外側に向かって枠体20を鉛直方向に切断したときに、枠体20の内壁面20aの断面形状が下に凸の曲線であることをいう。枠体20の内壁面20aの大半または全てが下に凸の曲面であることが好ましい。枠体20の内壁面20aが下に凸の曲面を備えているため、発光素子14からの側方への発光を直上方向に効率よく反射させられる。
As shown in FIG. 7, the
枠体20は、例えば白色系の遮光性を有する樹脂から構成される。本実施形態では、発光領域12aは枠体20の内側の領域である。枠体20は、後述する封止材22のダム材として機能している。このため、枠体20の高さは一定であることが好ましい。枠体20を形成してから充填する封止材22の高さを均一にすることができるからである。封止材22の高さが均一であれば、発光素子14からの輝度のバラつきが抑えられた状態で、照明装置10から光が出射される。
The
図1に示すように、封止材22は、枠体20の内側で発光素子14とワイヤ18を封止する。封止材22によって、発光素子14とワイヤ18が保護される。封止材22は、透明な樹脂母材に所定量の蛍光剤を含有させたものである。例えば、エポキシ樹脂母材またはシリコーン樹脂母材に、蛍光粒子の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)、または色素粒子の原料である染料等からなる蛍光剤を混入することによって、封止材20が作製できる。
As shown in FIG. 1, the sealing
つぎに、照明装置10の製造方法について説明する。上述したように、照明装置10の製造方法は、配線基板設置工程と、被覆材形成工程と、実装・配線工程と、塗布工程と、成形工程と、硬化工程と、充填工程を備えている。配線基板設置工程では、図2に示すように、接着剤等を介して、第一電極24と第二電極26が設けられた配線基板16が実装基板12上に固定される。
Below, the manufacturing method of the illuminating
被覆材形成工程では、図3に示すように、配線基板16が被覆材32で被覆される。このとき、第一外部接続領域24bの一部および第二外部接続領域26bの一部が露出される。これらの露出部で、第一電線28および第二電線30が、第一外部接続領域24bおよび第二外部接続領域26bにそれぞれはんだ付けされる。また、被覆材形成工程では、第一素子接続領域24aの内側部分と第二素子接続領域26aの内側部分も露出される。これらの露出部で、発光素子14に接続されているワイヤ18が、第一素子接続領域24aまたは第二素子接続領域26aに接続される。
In the covering material forming step, as shown in FIG. 3, the
実装・配線工程では、図4に示すように、ダイボンドペーストによって、実装基板12の発光領域12a上に複数の発光素子14が実装される。その後、複数の発光素子14が、ワイヤ18を介して相互に接続される。なお、複数の発光素子14を接続したときの端部のワイヤ18は、第一素子接続領域24aまたは第二素子接続領域26aに接続される。塗布工程では、図5に示すように、複数の発光素子14の周囲、すなわち発光領域12aの周囲に、流動性の枠体材料34を塗布する。このとき、発光素子14とワイヤ18より高くなるように枠体材料34が塗布される。塗布された流動性の枠体材料34の内壁面34aと外壁面34aは、いずれも上に凸の曲面を備えている。
In the mounting and wiring process, as shown in FIG. 4, a plurality of
成形工程では、図6に示すように、流動性の枠体材料34の上部を、平板状の押圧部材36の平坦な底面36aで上から押す。その後、押圧部材36を持ち上げると、図7に示すように、流動性の枠体材料34は、底面36aに付着したまま押圧部材36とともに持ち上がり形状が変化する。そして、ある高さで枠体材料34が底面36aから離れて、枠体材料34の内壁面34aと外壁面34aが下に凸の曲面となる。このように、平坦な底面36aを備える押圧部材36を用いることで、少なくとも枠体材料34の内壁面34aを下に凸の曲面に容易に変換できる。なお、押圧部材36の材質としては、樹脂、セラミックス、金属等が挙げられるが、特に制限がない。
In the forming step, as shown in FIG. 6, the upper portion of the
なお、成形工程では、底面36aが実装基板12の上面と平行になるように、すなわち水平に設置された実装基板12に対して底面36aが水平になるように、流動性の枠体材料34の上部を上から押すことが好ましい。枠体20が一定の高さになり、封止材22の高さを均一にすることができるからである。また、押圧部材は環形状であってもよい。この環形状の押圧部材の平坦な底面の形状が、塗布工程で流動性の枠体材料34を塗布する領域の形状と一致することが好ましい。必要十分の大きさの平坦な底面を備える押圧部材であり、押圧部材の作製コストや、押圧部材の軽量化に伴う上下動の動力エネルギー等の面で優れているからである。
In the molding process, the
硬化工程では、図7に示すように、発光領域12aの周囲に塗布した流動性の枠体材料34を硬化させて枠体20にする。本実施形態では、内壁面34aと外壁面34bが下に凸の曲面となった流動性の枠体材料34を放置することで硬化させて、下に凸の曲面である内壁面20aと外壁面20bを備える枠体20が得られる。充填工程では、図1に示すように、枠体20の内側に封止材22を充填する。こうして、図1に示すような照明装置10が得られる。そして、照明装置10の第一外部接続領域24bの露出部および第二外部接続領域26bの露出部に、マザーボード等から供給される第一電線28の端部および第二電線30の端部が、はんだ付け(不図示)によってそれぞれ接続される。
In the curing step, as shown in FIG. 7, the
10 照明装置
12 実装基板
12a 発光領域
14 発光素子
16 配線基板
16a 開口部
18 ワイヤ
20 枠体
20a 内壁面
20b 外壁面
22 封止材
24 第一電極
24a 第一素子接続領域
24b 第一外部接続領域
26 第二電極
26a 第二素子接続領域
26b 第二外部接続領域
28 第一電線
30 第二電線
32 被覆材
34 枠体材料
34a 内壁面
34b 外壁面
36 押圧部材
36a 底面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発光領域に実装された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を電気的に接続するワイヤと、
前記発光領域の周囲に設けられ、内壁面が下に凸の曲面を備える枠体と、
前記枠体の内側で前記発光素子と前記ワイヤを封止する封止材と、
を有する照明装置。 A mounting substrate having a light emitting area on the top surface,
A plurality of light emitting elements mounted in the light emitting region;
A wire electrically connecting the plurality of light emitting elements;
A frame provided around the light emitting region, the inner wall surface having a curved surface convex downward,
A sealing material for sealing the light emitting element and the wire inside the frame;
A lighting device having
前記枠体の高さが一定である照明装置。 In claim 1,
The illuminating device whose height of the said frame is constant.
前記流動性の枠体材料の上部を押圧部材の平坦な底面で上から押した後に、前記押圧部材を持ち上げて、前記流動性の枠体材料の内壁面の少なくとも一部を下に凸の曲面に成形する成形工程と、
前記流動性の枠体材料を硬化させて枠体とする硬化工程と、
前記枠体の内側に封止材を充填する充填工程と、
を有する照明装置の製造方法。 Applying a fluid frame material around the plurality of light emitting elements of the mounting substrate on which the plurality of light emitting elements electrically connected by wires are mounted;
After pressing the upper portion of the fluid frame material from above with the flat bottom surface of the pressing member, the pressing member is lifted, and at least a part of the inner wall surface of the fluid frame material is curved downward. Forming process to form
Curing the flowable frame material to form a frame;
Filling the inner side of the frame with a sealing material;
A method of manufacturing a lighting device comprising:
前記成形工程では、前記平坦な底面が前記実装基板の上面と平行になるように、前記流動性の枠体材料の上部を上から押す照明装置の製造方法。 In claim 3,
In the forming step, there is provided a method of manufacturing a lighting device in which the upper portion of the fluid frame material is pressed from above such that the flat bottom surface is parallel to the top surface of the mounting substrate.
前記押圧部材が環形状である照明装置の製造方法。 In claim 3 or 4,
The manufacturing method of the illuminating device whose said press member is ring shape.
前記平坦な底面の形状が、前記塗布工程で前記流動性の枠体材料を塗布する領域の形状と一致する照明装置の製造方法。 In claim 5,
The manufacturing method of the illuminating device with which the shape of the said flat bottom corresponds with the shape of the area | region which apply | coats the said fluid frame material at the said application | coating process.
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