JP2021034595A - Led発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱性の高いアルミニウム基板上に白色層が積層した実装基板を備えていても、発光効率を高くできるLED発光装置を提供することにある。【解決手段】LED発光装置10において、実装基板11に含まれるアルミニウム基板11cは、純度が99%以上である。このアルミニウム基板11cは、広く用いられている純度の低いアルミニウム基板に比べ反射率が高い。このとき、LEDダイ14から下方に放射され、白色層11bに達し、白色層11bで散乱されず、白色層11bを透過した光線L3は、反射率の高いアルミニウム基板11cで上方に反射される。この光線L3は、白色層11bを通過するか、白色層11bで散乱し、LED発光装置10の発光効率を改善する。【選択図】図2
Description
本発明は、放熱性の高い基板上に複数のLEDを実装したLED発光装置に関する。
金属やセラミックからなる放熱性の高い基板上に、複数のLEDを実装したLED発光装置が知られている。例えば、特許文献1の図6には、LED発光装置に含まれるアルミニウム基板(高熱伝導基板)上に配置するLED搭載基板が記載されている。このLED搭載基板が記載されているは、熱硬化性樹脂、白色層及び銅層を備えるセラミックシート(銅張積層板101)の銅層をパターニングし、このパターニングにより形成した回路部(6)にNi/Auメッキ層(9)を形成し、その上にLEDダイ(LED素子7)、リード線(8)等を接合している。このLED搭載基板を備えたLED発光装置は、アルミニウム基板による高い放熱性が確保されている中、白色層により一定レベルの反射率が確保される。なお、()には、特許文献1における符号又は用語を示す。
しかしながら、特許文献1に記載されたLED発光装置は、白色層が薄いので、高いレベルの拡散反射を確保できないため、発光効率の低下を招いている。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、放熱性の高いアルミニウム基板上に薄い白色層を積層した実装基板を備えていても発光効率を高くできるLED発光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のLED発光装置は、アルミニウム基板上に白色層が積層した実装基板を備え、前記アルミニウム基板は、純度が99%以上であり、前記白色層は、白色微粒子を含有したオルガノポリシロキサンからなり、上面にパターニングされた銅層が形成され、前記銅層から露出した前記白色層に、複数のLEDダイがダイボンディングされていることを特徴とする。
本発明のLED発光装置において、実装基板に含まれるアルミニウム基板は、純度が99%以上である。このアルミニウム基板は、広く用いられている純度の低いアルミニウム基板に比べ反射率が高い。このとき、LEDダイから下方に放射され、白色層に達し、白色層で散乱されず、白色層を透過した光は、反射率の高いアルミニウム基板で上方に反射される。この光は、白色層を通過するか、白色層で散乱し、LED発光装置の発光効率を改善する。
前記LEDダイは、封止樹脂で被覆されていても良い。
前記封止樹脂は、蛍光体を含有していても良い。
前記LEDダイは、周囲をダム材で囲まれ、前記封止樹脂は、前記ダム材が囲んだ領域に充填されていても良い。
以上のように、本発明のLED発光装置は、アルミニウム基板上に薄い白色層が積層した実装基板を備えていても、発光効率を高くできる。
以下、図1〜3を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
図1は、本発明の実施形態として示すLED発光装置10の平面図である。図1に示すように、LED発光装置10は、実装基板11上にダム材12と封止樹脂13を備えている。実装基板11は、表面の大部分で白色層11bが観察されるとともに、一部分でパターニングされた銅層11aが観察される。実装基板11の左上及び右下の角部において略正方形をなす銅層11aは、+側及び−側の電源電極である。また、実装基板11の他の角部は、マザーボードへのネジ止めのため、1/4円状に切り欠かれている。
図2は、図1のA−A´線に沿って描いたLED発光装置10の断面図である。なお、図1において断面の位置を示す一点鎖線の斜めの部分は描画していない。図2に示すように、実装基板11は、アルミニウム基板11c上に白色層11bと銅層11aが積層した積層体であり、白色層11b上には、複数のLEDダイ14が実装されている。LEDダイ14同士、及びLEDダイ14と銅層11aとはワイヤ15で接続している。また、LEDダイ14を実装した領域の周辺にダム材12が形成され、ダム材12の内側に封止樹脂13が充填されている。
なお、図2では、説明のためLEDダイ14の接続状態を簡略化して描いている。つまり、現実のLED発光装置10では、平面視するとほとんどのワイヤ15が斜行して見えるが、図2ではワイヤ15が断面に平行の設けられているよう描いている。また、いっぱんに、40V程度の外部電源が扱い易いことから、LEDダイ14の直列段数を12段程度にすることが多いが、図2では図示しやすいように5段としている。また、ダム材12に一部分が覆われている銅層11aは、電極部分を成す銅層11aと接続している(図1参照)。
実装基板11に含まれる銅層11aは、もともとベタパターンであったものをパターニングしたものであり、パターニングの後、金メッキされる。白色層11bは、酸化チタンや酸化アルミニウムからなる反射率の高い白色微粒子を含有したオルガノポリシロキサンからなり、脱水重合によりガラス化する。銅層11aの厚さは、35μm程度であり、白色層11bの厚さは、100μm程度である。
実装基板11に含まれるアルミニウム基板11cは、アルミニウムの純度が99%以上であり、可視光領域で反射率が90%を超えている。これに対し、一般的に広く使われている低純度のアルミニウム基板は、可視光領域で反射率が70〜80%に留まる。
複数のLEDダイ14は、銅層11aから露出した白色層11bの上面にダイボンディング材14a(図3参照)でダイボンディングされている。LEDダイ14は、青色発光
ダイオードであり、透明なサファイヤ基板上に薄い半導体層を備え、この半導体層に発光層とワイヤボンディング用電極が形成される。LEDダイ14を被覆する封止樹脂13は、蛍光体13a(図3参照)を含有するシリコン樹脂からなり、周囲をダム材12で囲まれている。ダム材12は、酸化チタンを含有した白色シリコン樹脂からなり、太さが0.7〜1.0mm、高さが0.5〜0.8mmである。
ダイオードであり、透明なサファイヤ基板上に薄い半導体層を備え、この半導体層に発光層とワイヤボンディング用電極が形成される。LEDダイ14を被覆する封止樹脂13は、蛍光体13a(図3参照)を含有するシリコン樹脂からなり、周囲をダム材12で囲まれている。ダム材12は、酸化チタンを含有した白色シリコン樹脂からなり、太さが0.7〜1.0mm、高さが0.5〜0.8mmである。
次に、LED発光装置10の製造方法を説明する。LED発光装置10は、いわゆる集合工法で製造するため、個片化すると多数の実装基板11が得られる大判実装基板を作成する。大判実装基板の製造に際し、まず、銅箔(ベタ状の銅層11a)に、白色微粒子を混練したオルガノポリシロキサンを塗布し白色層11bを形成したセラミックシート、及び個片化すると多数のアルミニウム基板11cが得られる大判アルミニウム基板を準備する(大判実装基板に係る部材についても図1、2で示した符号を使用する。以下同様。)。セラミックシートは、銅箔(銅層11a)の厚さが35μm程度であり、白色層11bの厚が100μm程度である。
次に、白色層11bが大判アルミニウム基板に接触するようにして、セラミックシートを大判アルミニウム基板に積層し、この積層体(大判実装基板)を真空中で熱プレスする。これで、大判アルミニウム基板の表面と白色層11bの表面とを脱水重合反応で強固に接続する。すなわち、オルガノポリシロキサン端部のOH基と大判アルミニウム基板の表面に形成されたOH基とが水分子(H2O)を生成する(脱水重合反応、)ことにより、オルガノポリシロキサン端部と大判アルミニウム基板の表面とが化学結合する。なお、LED発光装置10では、白色層11bと大判アルミニウム基板の表面との接合部において、樹脂接着層を設けていないことから、紫外線や青色光による樹脂の分解(劣化)を回避できている。
次に、銅箔(銅層11a)をホトリソグラフィ法によりパターニングし、配線や電源電極を形成する。その後、パターニングで残った銅層11aを金メッキする。
次に、大判実装基板の上面(白色層11b上)にLEDダイ14を実装する。この他、大判実装基板に保護用のツェナーダイオード(図示していない)も実装する。LEDダイ14及びツェナーダイオードを大判実装基板に搭載するとき、予め各素子を配置する位置にダイボンド材14aを塗っておき、そこにピッカーで各素子を配置する。その後、大判実装基板を加熱してダイボンド材14a(図3参照)を硬化させる。
次に、LEDダイ14間、及びLEDダイ14と配線の間をワイヤボンディングする。すなわち、ワイヤ15は、1つのLEDダイ14のカソードと他のLEDダイ14のアノードとを接続すると共に、LEDダイ14が直列接続したLED列の端部のLEDダイ14と配線とを接続する。1つのLED発光装置10には、このようにして形成したLED列が複数含まれる。また、LEDダイ14と同様に、ワイヤ15は、ツェナーダイオードと配線とを接続する。
次に、ダム材12を形成する。ダム材12は、ディスペンサのノズルを移動しながら、粘度が高い状態の白色シリコン樹脂を大判実装基板上に吐出し、LEDダイ14の集合を取り囲むように形成する。このとき、ツェナーダイオード、配線の一部分、及びワイヤ15の一部分は、ダム材12に埋め込まれる。最後に大判実装基板を加熱し、ダム材12を硬化する。
次に、ダム材12の内側の領域に封止樹脂13を充填する。ディスペンサを使って、ダム材12の内側の領域に蛍光体を含有した封止樹脂13を滴下する。その後、封止樹脂13を加熱し硬化する。このようにして、封止樹脂13は、大判実装基板の表面、LEDダ
イ14及びワイヤ15を被覆する。最後に、大判実装基板を個片化し、LED発光装置10を得る。
イ14及びワイヤ15を被覆する。最後に、大判実装基板を個片化し、LED発光装置10を得る。
図3は、LED発光装置10における発光効率改善を説明するため、LED発光装置10内の光線を示す説明図である。なお、図3では、図2に示した断面のうち、1つのLEDダイ14の近傍を拡大表示し、説明に必要な光線を追加している。LEDダイ14は、前述のように、サファイヤ基板上に半導体層を備え、半導体層の一部分が発光する。つまり、図3に示すように、多くの光線L1は、LEDダイ14の上面から上方に放射される一方、LEDダイ14の側面から下方に向かって放射される光線L2、L3も存在する。
光線L2は、LEDダイ14の側面から封止樹脂13中に出射され、白色層11bで拡散反射し、2次的な光線L2aを生成する。光線L3は、LEDダイ14の側面から封止樹脂13中に出射され、アルミニウム基板11cの表面で反射し、蛍光体13aで波長変換され、2次的な光線L3aを生成する。なお、図示していないが、光線L3と同様にアルミニウム基板11cの表面で反射し、白色層11bで拡散される光線や、白色層11b及び封止樹脂13を透過して外部に放射される光線も存在する。また、拡散及び波長変換により生成される2次的な光線は等方的である。
とくに、光線L3(前述の光線L3に類似する光線を含む)は、白色層11bが薄い(100μm程度)ため、白色層11bで拡散反射されず、アルミニウム基板11cに達し、LED発光装置10の発光効率を改善する。すなわち、LED発光装置10では、実装基板11に含まれるアルミニウム基板11cの純度が99%以上であり、このアルミニウム基板11cの反射率が、広く用いられている純度の低いアルミニウム基板の反射率に比べ10〜20%が高いので、白色層11bを透過し、無視できない量の光線L3が、アルミニウム基板11cの表面で効率よく反射され、白色層11bが薄いにも関わらず発光効率が向上する。
LED発光装置10では、LEDダイ14は封止樹脂13で被覆されていた。しかしながら、本発明のLED発光装置は、必ずしもLEDダイが封止樹脂で被覆されていなくても良い。例えば、いわゆる、リモートフォスファのように蛍光体を含有したガラスでLEDダイを覆っても良い。これに対し、LED発光装置10のようにLEDダイ14を封止樹脂13で被覆すれば、LEDダイ14やワイヤ15の保護、及び波長変換などについて製造やサイズにおいてメリットが多い。
また、LED発光装置10では、封止樹脂13中に蛍光体13aを含有していた。しかしながら、本発明のLED発光装置では、必ずしも封止樹脂中に蛍光体を含有する必要はない。例えば、LEDダイとして、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを使用すれば、3つの発光色の強度比を調整することにより任意の発光色を得ることが可能になる。これに対し、LED発光装置10のように封止樹脂13中に蛍光体13aを含有させると、蛍光体の調整により任意の発光色が容易に獲得できるというメリットがある。
また、LED発光装置10では、LEDダイ14の周囲がダム材12で囲まれ、封止樹脂13がダム材12の内側の領域に充填されていた。しかしながら、本発明のLED発光装置では、必ずしもLEDダイの周囲をダム材で囲み、封止樹脂をダム材が囲んだ領域に充填しななくても良い。すなわち、封止樹脂の粘度又はチクソ性を高くしておけばダム材は不要になる。これに対し、LED発光装置10のように、LEDダイ14の周囲をダム材12で囲み、封止樹脂13をダム材12が囲んだ領域に充填すると、封止樹脂の粘度を低くでき製造しやすくできる。
また、LED発光装置10では、銅箔(銅層11a)に白色層11cを塗布したセラミックシートをアルミニウム基板11cに化学結合により接合していた。しかしながら、本発明のLED発光装置は、アルミニウム基板11cに白色層11bを塗布してから銅層11aを形成し、実装基板11を得ても良い。また、白色層11bとアルミニウム基板11cの表面とを接着しても良い。
10…LED発光装置、
11…実装基板、
11a…銅層、
11b…白色層、
11c…アルミニウム基板、
12…ダム材、
13…封止樹脂、
13a…蛍光体、
14…LEDダイ、
14a…ダイボンド材、
15…ワイヤ、
L1、L2、L2a、L3、L3a…光線。
11…実装基板、
11a…銅層、
11b…白色層、
11c…アルミニウム基板、
12…ダム材、
13…封止樹脂、
13a…蛍光体、
14…LEDダイ、
14a…ダイボンド材、
15…ワイヤ、
L1、L2、L2a、L3、L3a…光線。
Claims (4)
- アルミニウム基板上に白色層が積層した実装基板を備え、
前記アルミニウム基板は、純度が99%以上であり、
前記白色層は、白色微粒子を含有したオルガノポリシロキサンからなり、上面にパターニングされた銅層が形成され、
前記銅層から露出した前記白色層に、複数のLEDダイがダイボディンされている
ことを特徴とするLED発光装置。 - 前記LEDダイは、封止樹脂で被覆されている
ことを特徴とする請求項1に記載のLED発光装置。 - 前記封止樹脂は、蛍光体を含有している
ことを特徴とする請求項2に記載のLED発光装置。 - 前記LEDダイは、周囲をダム材で囲まれ、
前記封止樹脂は、前記ダム材が囲んだ領域に充填されている
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のLED発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019154194A JP2021034595A (ja) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Led発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019154194A JP2021034595A (ja) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Led発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019154194A Pending JP2021034595A (ja) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Led発光装置 |
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Country | Link |
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2019
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