JP2021190582A - Led発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】水平方向に放射される成分を激減し、垂直方向の指向性を改善した長尺状のLED発光装置を提供する。【解決手段】LED発光装置10は、実装基板11と、LEDダイ12と、ダム13と、封止樹脂14を備えている。実装基板11は、長尺状で、長手方向に沿って上面に台形溝11aが彫られている。台形溝11aは、底部11bにLEDダイ12が1列に配列するとともに、周囲をダム13で囲まれている。台形溝11aを含め、ダム13で囲まれた空間に封止樹脂14が充填されている。LEDダイ12から水平方向に放射される光及び封止樹脂14で発生し水平方向に進行しようとする光は、台形溝11aの傾斜部11c及びダム13により遮られる。【選択図】図4

Description

本発明は、長尺状の実装基板に多数のLEDダイが配列したLED発光装置に関する。
LEDダイを線状に配列し線状光源を構成したLED発光装置は、蛍光灯のLED化や導光板を備えたバックライトに多用されており、今後さらに応用展開されることが期待されている。例えば、特許文献1の図1には、長尺状の実装基板に多数のLEDダイを配列し、LEDダイ同士の間及びLEDダイと実装基板の電源電極との間をワイヤや配線で接続したLED発光装置が記載されている。
そこで、特許文献1の図1を、本願に添付した図面の図6に引用し、図6に記載されたLED発光装置100(発光モジュール)について説明する。なお、引用にあたり符号を変更した。()には特許文献1で使用された用語を示す。
図6は、従来例として示すLED発光装置100の斜視図(A)と断面図(B)である。 図6に示すように、LED発光装置100は、台形溝118(凹状領域)が設けられ非常に細長い実装基板112(金属基板)と、台形溝118に収納された複数個のLEDダイ120(発光素子)と、LEDダイ120を被覆する封止樹脂132を備えている。実装基板112の上面には、配線114(導電パターン)が形成されているとともに、長手方向に延びた台形溝118が彫られている。
なお、実装基板112は、外側に突出する傾斜面136、138を有するとともに、 上面が絶縁層124により被覆されている。絶縁層124と実装基板112の間及び実装基板112の底面には酸化膜122が形成され、さらに絶縁膜124上には配線114が形成されている。台形溝118は、絶縁層124により被覆されておらず、底部(底面118A)と傾斜部(側面)118Bを備え、底部118AにはLEDダイ120がダイボンディング材126(接合材)により固着されている。LEDダイ120は、配線114及びワイヤ116(金属細線)により直列接続している。
特開2012−9582号公報(図1)
図6に示されたLED発光装置100は、上部の封止樹脂132がレンチキュラーレンズ状となっているため、屈折により放射光が上方(実装基板112の上面に対して垂直な方向。以下「垂直方向」という。以下同様。)に絞り込まれる。しかしながら、LEDダイ120から低い角度(実装基板112の上面に対して水平な方向。以下「水平方向」という。以下同様。)で放射される成分も無視できない。すなわち、LED発光装置100は、放射光の指向性が不十分である。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、放射光について水平方向の成分を激減させ、垂直方向の指向性を改善した長尺状の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、長尺状の実装基板と、前記実装基板の長手方向に彫られた台形溝と、前記台形溝の底部に1列配列したLEDダイと、前記台形溝の外周に沿って形成されダムと、前記ダムの内側の領域に充填された封止樹脂とを備えたことを特徴とする。
本発明のLED発光装置は、実装基板と、LEDダイと、ダムと、封止樹脂を備えている。実装基板は、長尺状で、長手方向に沿って上面に台形溝が彫られている。台形溝は、底部にLEDダイが1列に配列するとともに、周囲をダムで囲まれている。台形溝を含め、ダムで囲まれた空間に封止樹脂が充填される。LEDダイから水平方向に放射される光及び封止樹脂で発生し水平方向に進行しようとする光は、台形溝の傾斜部及びダムにより遮られる。
前記実装基板は、上部に回路基板を備えていても良い。
前記ダムは、前記回路基板が備える前記台形溝側の側面を被覆していても良い。
前記台形溝は、反射層を備えていても良い。
以上のように、本発明のLED発光装置は、長尺状の実装基板に彫られた台形溝に1列配列したLEDダイから水平方向に放射される光、及び封止樹脂で発生し水平方向に進行しようとする光を、台形溝の傾斜部及びダムで遮る。この結果、本発明のLED発光装置は、放射光が垂直方向に絞られ、放射光の指向性が改善する。
本発明の実施形態として示すLED発光装置の平面図である。 図1に示すLED発光装置の側面図である。 図1に示すLED発光装置の平面図である。 図1に示すLED発光装置の断面図である。 図1に示すLED発光装置の変形例の断面図である。 従来技術として示すLED発光装置の斜視図(A)と断面図(B)である。
以下、図1〜図5を参照しながら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。LED発光装置10を上方から眺めると、レジスト17、ダム13、封止樹脂14、電源電極16bが観察される。レジスト17は、LED発光装置10に含まれる長尺状の実装基板11(図2参照)の外周側を覆い、両端部にそれぞれ2つずつ開口を有する。それらの開口は、レジスト17から電源電極16bを露出させている。ダム13は、長方形状の環を成し、内側の領域に封止樹脂14が充填されている。
図2は、LED発光装置10の側面図である。図2に示すように、実装基板11には、回路基板16、レジスト17及びダム13が積層している。なお、LED発光装置10は、個片化すると多数のLED発光装置10が得られる、いわゆる「集合工法」で製造される。集合工法では、個片化時に実装基板11と回路基板16が同時に切断分離されるため、実装基板11と回路基板16の端面は一致している。
図3は、内部構造を示すため、図1からダム13と封止樹脂14を除去したLED発光装置10の平面図である。図3に示すように、レジスト17は、中央部に細長い開口を有する。この開口からは、回路基板16、実装基板11の上面の一部分及び台形溝11a、LEDダイ12並びにワイヤ15が観察される。なお、回路基板16上に形成された配線16a(図4参照。)は図示していない。
回路基板16は、レジスト17よりも小さい開口を有する。回路基板16の開口は、台形溝11aから所定の距離を保った状態で台形溝11aを囲むように形成されている。すなわち、回路基板16の開口から、台形溝11a全体、及び台形溝11aの周囲に沿った実装基板11の上面が観察される。
台形溝11aは、実装基板11の上面を図の横方向に細長く彫った部分であり、底の面となる底部11bと側面となる傾斜部11cを備えている。傾斜部11cは、底部11bの4辺に沿って設けられ、底部11bと実装基板11の上面とを繋ぐ斜面である。
LEDダイ12は、台形溝11aの底部11bで台形溝11aの長手方向に沿って1列に配列している。各LEDダイ12は、図示していない配線16a(図4参照)とワイヤ15で接続している。なお、図示していない配線16aのパターンを変更することにより、LED発光装置10は、LEDダイ12を直列接続させたり、直並列接続させたりできる。また、LED発光装置10は、電源電極16bを使って他のLED発光装置10とカスケード接続することもできる。
図4は、図1に示すAA´線を含むLED発光装置10の断面図である。前述のように、実装基板11は、上面に底部11bと傾斜部11cを備えた台形溝11aを備える。台形溝11aの深さは、300μm程度 傾斜部11cの角度は、45°程度である。LEDダイ12は、ダイボンド材12aにより底部11bに接続している。ダム13は、台形溝11aを挟むように実装基板11の上方に設けられている。封止樹脂14は、台形溝11aを含み、ダム13で囲まれた(挟まれた)空間に充填されている。ワイヤ15は、LEDダイの上面の電極と配線16aとを接続する。このとき、ワイヤ15は、大部分がLEDダイ12とともに封止樹脂14で被覆され、残りの部分がダム13で被覆される。回路基板16は、台形溝11aを避けるようにして実装基板11の上面に貼り付けられている。回路基板16の上面には配線16aが形成され、配線16aとともにダム13で被覆されている。レジスト17は、接続部を除き図の左右の端部まで回路基板16を被覆するとともに、一部分がダム13で覆われている。
実装基板11は、厚さが、0.7mm、幅が、5mm、長さが、300mmであり、反射率の高いアルミからなる。LEDダイ12は、平面サイズが、0.6mm×0.6mm、厚さが、300~500μmであり、サファイヤ基板の上面に発光層を備えた青色発光ダイオードである。ダム13は、太さが、0.7〜1.3mm、高さが、0.5〜0.8mmであり、二酸化チタンの微粒子が混練された白色シリコーン樹脂である。封止樹脂14は、YAG等の蛍光体微粒子を混練したシリコーン樹脂である。ワイヤ15は、金線である。回路基板16は、厚さが、100〜500μm程度の樹脂板であり、上面に金属パターン層(配線16aを含む。)を有する。レジスト17は、厚さが、10〜400μm程度で、光で硬化する感光性樹脂である。
図4に示すように、LEDダイ12の側面から図の水平方向に出射し、ダム13に進行方向が遮られる光線L1は、ダム13で乱反射し、多くの成分が図の上方に放射される(乱反射の後、実装基板11の表面で反射して上方に向かう成分も含まれる。)。LEDダイ12の側面から図の水平方向に出射し、傾斜部11cにより進行方向が遮られる光線L2は、傾斜部11cで鏡面反射し、多くの成分が図の上方に放射される。また、封止樹脂
14中の蛍光体の発光のうち、図の水平方向及び下方向に進行する発光は、ダム13や実装基板11の表面で反射し、多くの成分が図の上方に放射される。すなわち、LEDダイ12及び蛍光体から上方に向かう光を含め、封止樹脂14中の光は、(吸収などの損失を除き)LED発光装置10から図の上方に放射される。
以上のように、LED発光装置10は、長尺状の実装基板11に彫られた台形溝11aに1列配列したLEDダイ12から水平方向に放射される光、及び封止樹脂14で発生し水平方向に進行しようとする光を、台形溝11aの傾斜部11c及びダム13で遮っている。この結果、LED発光装置10は、水平方向に進行する光が激減し、ほとんどの光が垂直方向に向かうので、放射光の指向性が改善する。
LED発光装置10では、各LEDダイ12が回路基板16に形成された配線16aとワイヤ15により接続していた。しかしながら、LEDダイ12同士を直接的にワイヤ15で接続しても良い。つまり、所望の直列段数分のLEDダイ12同士をワイヤ15で接続し、これで形成した直列回路の両端のLEDダイ12と配線16aをワイヤ15で接続する。このようにすると、ワイヤ15の消費量が減らせる上、配線16aのパターンを簡素化できる。また、実装基板11を、熱伝導率及び反射率が高いアルミナで構成すれば、実装基板11上に配線16aを形成できるので、回路基板16が不要になる。この場合、LED12をフェイスダウン実装(フリップチップ実装ともいう。)すれば、ワイヤ15を不使用にできる。
(変形例)
図5は、LED発光装置10の変形例として示すLED発光装置20の断面図である。LED発光装置20は、LED発光装置10に対し、反射層18を備えること、及びダム13aがダム13に比べ細いことが異なる。図5に示すように、反射層18は、実装基板11の上面の一部分、台形溝11aの傾斜部11c及び底部11bに形成されている。なお、LED発光装置20は、反射層18により発光効率が向上するので、ダム13aは回路基板16の側面を覆っていない。しかしながら、ダム13aがLED発光装置10のように回路基板16の側面を覆えば、さらに発光効率が向上する。
反射層18が銀を含む場合、マスクを使って蒸着又はスパッタリングにより実装基板11の所望の位置に銀層を形成する。その後、銀層の硫化や酸化を防ぐため、スパッタリングで透明な二酸化シリコンを銀層に堆積する。反射層18を白色のセラミック層とする場合、例えば、オルガノポリシロキサン等のバインダ中に触媒や溶媒とともに二酸化チタン等の反射性微粒子を混練した混合物を、実装基板11の所望の位置に塗布及び焼結しても良い。このように、LED発光装置20は、反射層18を備えるため、実装基板11に、熱伝導率は大きいが反射率が小さい窒化アルミが使用できるようになる。
10、20…LED発光装置、
11…実装基板、
11a…台形溝、
11b…底部、
11c…傾斜部、
12…LEDダイ、
12a…ダイボンド材、
13、13a…ダム、
14…封止樹脂、
15…ワイヤ、
16…回路基板、
16a…配線、
16b…電源電極、
17…レジスト、
18…反射層。

Claims (4)

  1. 長尺状の実装基板と、
    前記実装基板の長手方向に彫られた台形溝と、
    前記台形溝の底部に1列配列したLEDダイと、
    前記台形溝の外周に沿って形成されダムと、
    前記ダムの内側の領域に充填された封止樹脂と
    を備えた
    ことを特徴とするLED発光装置。
  2. 前記実装基板は、上部に回路基板を備えている
    ことを特徴とする請求項1に記載のLED発光装置。
  3. 前記ダムは、前記回路基板が備える前記台形溝側の側面を被覆している
    ことを特徴とする請求項2に記載のLED発光装置。
  4. 前記台形溝は、反射層を備えている
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のLED発光装置。
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