JP2021190582A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

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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