JP5944349B2 - 発光ダイオードの蛍光体位置把握装置、発光ダイオードの蛍光体位置把握装置を備える部品実装器、発光ダイオードの蛍光体位置把握方法及びレンズ取り付け方法 - Google Patents
発光ダイオードの蛍光体位置把握装置、発光ダイオードの蛍光体位置把握装置を備える部品実装器、発光ダイオードの蛍光体位置把握方法及びレンズ取り付け方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、発光ダイオードの蛍光体の位置を把握し、レンズを取り付ける技術に関する。
発光ダイオードとは、化合物半導体のＰＮ接合により発光源を構成することで多様な色の光を具現できる半導体素子をいう。発光ダイオードは寿命が長くて軽薄短小化でき、光の指向性が強くて低電圧駆動が可能であるという長所がある。また、発光ダイオードは衝撃及び震動に強く、予熱時間及び複雑な駆動が不要であり、多様な形態にパッケージングすることができ、様々な用途に適用できる。
最近、発光ダイオードを用いて伝統的な白熱灯、蛍光灯、ハロゲン灯などを置き替えようとする試みが進んでいるが、ＬＣＤテレビのバックライトの光源としても用いられている。
特許文献１には発光ダイオードチップの封止樹脂部の欠損を検出することができる技術が開示されている。
本発明の一側面によれば、発光ダイオードの蛍光体の位置を把握できる装置及び方法を具現することを主な課題とする。
本発明の一側面によれば、内部に蛍光体が配された少なくとも一つの発光ダイオードが配された基板に第１照明光を照射する第１照明光照射部と、前記基板を撮像する撮像装置と、前記撮像装置に入射される撮像光路に配されて前記第１照明光を通過させない光フィルタと、前記撮像装置が撮像した映像を用いて前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握する制御部と、を備える発光ダイオードの蛍光体位置把握装置を提供する。
ここで、前記基板を支持する支持部をさらに備える。
ここで、前記第１照明光を照射された前記蛍光体は、前記光フィルタを通過する光を放出する。
ここで、前記第１照明光は、青色光である。
ここで、前記青色光の波長は、４００ｎｍ〜４７０ｎｍである。
ここで、前記第１照明光照射部は、前記基板に垂直方向に前記青色光を照射する。
ここで、前記第１照明光照射部が照射する第１照明光の光軸は、前記撮像装置に入射される撮像光の光軸と一致する。
ここで、前記基板に白色光を照射する第２照明光照射部をさらに備える。
また、本発明の他の側面によれば、前述した発光ダイオードの蛍光体位置把握装置を備える部品実装器を提供する。
また、本発明のさらに他の側面によれば、内部に蛍光体が配された少なくとも一つの発光ダイオードが配された基板に第１照明光を照射する段階と、撮像光路に前記第１照明光を通過させない光フィルタを配して前記基板を撮像する段階と、前記撮像された映像を用いて前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握する段階と、を含む発光ダイオードの蛍光体位置把握方法を提供する。
ここで、前記第１照明光を照射された前記蛍光体は、前記光フィルタを通過する光を放出する。
ここで、前記第１照明光は、青色光である。
ここで、前記青色光の波長は、４００ｎｍ〜４７０ｎｍである。
ここで、前記第１照明光は、前記基板に垂直方向に照射される。
ここで、前記第１照明光の光軸は、前記撮像光の光軸と一致する。
ここで、前記基板には所定の基準マークが形成されており、前記蛍光体の位置を把握する段階は、前記基準マークを基準として前記蛍光体の位置を演算して行われる。
また、本発明のさらに他の側面によれば、内部に蛍光体が配された少なくとも一つの発光ダイオードが配された基板に第１照明光を照射する段階と、撮像光路に前記第１照明光を通過させない光フィルタを配して前記基板を撮像する段階と、前記撮像された映像を用いて前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握する段階と、前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握して前記発光ダイオードの実装座標を定める段階と、前記発光ダイオードの実装座標に基づいて、前記発光ダイオードの上部にレンズを取り付ける段階と、を含むレンズ取り付け方法を提供する。
ここで、前記第１照明光を照射された前記蛍光体は、前記光フィルタを通過する光を放出する。
ここで、前記第１照明光は、青色光である。
ここで、前記青色光の波長は、４００ｎｍ〜４７０ｎｍである。
ここで、前記第１照明光は、前記基板に垂直方向に照射される。
ここで、前記第１照明光の光軸は、前記撮像光の光軸と一致する。
ここで、前記基板には所定の基準マークが形成されており、前記蛍光体の位置を把握する段階は、前記基準マークを基準として前記蛍光体の位置を演算して行われる。
本発明の一側面によれば、発光ダイオードの蛍光体の位置を正確に把握できる。これにより、部品の実装時に組み立て精度を向上させる。
以下、添付した図面を参照して望ましい実施形態による本発明を詳細に説明する。また、本明細書及び図面において、実質的に同じ構成を持つ構成要素については、同じ符号を付けて重なる説明を略する。
図１は、本発明の一実施形態に関する発光ダイオード２が配された基板１の一部切開斜視図である。
図１に示したように、基板１には、複数の発光ダイオード２が所定の間隔をおいて配されている。
発光ダイオード２は、発光ダイオードチップ（ＬＥＤ ｃｈｉｐ）をリードフレーム（ｌｅａｄ ｆｒａｍｅ）とモールドフレーム（ｍｏｌｄｆｒａｍｅ）、蛍光体、透光性充填材を用いてフリーモールド方式によってパッケージングしたパッケージ形態で基板１に実装されている。
発光ダイオード２の内部には蛍光体部２ａが配されているが、蛍光体部２ａに配される蛍光体は、一般的な発光ダイオードに使われる蛍光体が使われる。例えば、ＹＡＧ系列、ＴＡＧ系、シリケート系などの蛍光体が使われる。
本実施形態によれば、発光ダイオード２は、パッケージ形態に基板１に実装されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明による発光ダイオードの形態や基板１に実装される方式には特別な制限がない。例えば、本発明による発光ダイオードは、蛍光体でコーティングされた発光ダイオード素子の形態を持ってワイヤ・ポンディング方式またはフリップ・チップ・ポンディング方式で基板１に実装される。
また、基板１には所定の基準マークＭが形成されているが、基準マークＭを用いて基板１の各部分の座標選定、発光ダイオード２の位置把握などを容易に行える。
一方、図２は、本発明の一実施形態に関する発光ダイオードの蛍光体位置把握装置を示す概略的な図面である。
図２に示したように、蛍光体位置把握装置１００は、支持部１１０、第１照明光照射部１２０、撮像装置１３０、光フィルタ１４０、制御部１５０、移動部１６０、第２照明光照射部１７０を備える。
支持部１１０は、発光ダイオード２が配された基板１を固定支持する。
第１照明光照射部１２０は、基板１に第１照明光を照射する照明装置であり、照明光源１２１とビームスプリッタ１２２とを備える。
照明光源１２１は、ＬＥＤ光源を用いて第１照明光を放出する。
照明光源１２１から放出される第１照明光には、所定の波長範囲の光が使われる。第１照明光は、発光ダイオード２の蛍光体部２ａの蛍光体の種類によって定められるが、第１照明光の一例として青色光が使われ、その場合、青色光の波長は４００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲を持つことが望ましい。
ビームスプリッタ１２２は、ハーフミラーの機能を行う。すなわち、ビームスプリッタ１２２は、照明光源１２１から放出された青色光を反射させて基板１に照射する機能を行う一方、基板１を撮像した映像光を透過させて撮像装置１３０に入射させる機能を行う。
ビームスプリッタ１２２に反射して基板１に照射される第１照明光は、基板１に垂直方向に照射される。そのように照射される第１照明光の光軸は、撮像装置１３０に入射される撮像光の光軸と一致するように構成されてもよい。
一方、撮像装置１３０は、ビームスプリッタ１２２の上部に配され、基板１を撮像した映像光を入射されて電気的な映像信号に変換する機能を行う。
撮像装置１３０は、一連のレンズ群部材１３１及び撮像素子１３２を備える。
レンズ群部材１３１には、レンズ、フォーカシング及びズーム駆動のための装置が備えられ、撮像素子１３２には、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどのイメージングセンサーが適用される。
光フィルタ１４０は、ビームスプリッタ１２２と撮像装置１３０との間に配されるが、第１照明光照射部１２０から放出される第１照明光の波長範囲と同じ波長範囲の光を通過させないフィルタである。例えば、第１照明光照射部１２０から放出される第１照明光が４１０ｎｍ〜４３０ｎｍの波長範囲を持っている青色光ならば、光フィルタ１４０は、該４１０ｎｍ〜４３０ｎｍの波長範囲の青色光を通過させない。
光フィルタ１４０は、第１照明光照射部１２０から放出される第１照明光を通過させない特性を持てばよく、それ以外の性能及び機能上の特別な制限がない。例えば、光フィルタ１４０は、第１照明光照射部１２０から放出される第１照明光だけではなく一部の他の波長帯域の光を通過させないこともある。
一方、制御部１５０は、集積回路チップ、電子回路などで構成されており、撮像装置１３０と電気的に連結され、撮像装置１３０が撮像した映像を用いて発光ダイオード２の蛍光体部２ａ位置を把握する。このために制御部１５０は、映像処理のための映像処理アルゴリズム、座標演算アルゴリズムなどを備えている。
なお、制御部１５０は、第１照明光照射部１２０、撮像装置１３０、移動部１６０、第２照明光照射部１７０を制御する機能も行う。特に、撮像装置１３０が基板１の全面を撮像するためには蛍光体位置把握装置１００を移動させて撮像する必要があるが、このために制御部１５０は移動部１６０を制御する。
移動部１６０は、蛍光体位置把握装置１００を前後左右に動かす機能を行うが、部品実装器などに使われるＸ−Ｙガントリが適用される。
本実施形態によれば、撮像装置１３０が基板１の全面を撮像するためには、移動部１６０を用いて蛍光体位置把握装置１００のうち支持部１１０を除いた残りの部分を移動させるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明によれば、それと逆に支持部１１０のみを移動させ、撮像装置１３０をして基板１の全面を撮像させる。
第２照明光照射部１７０は、基板１に白色光を照射する照明装置であり、照明光源としては白色ＬＥＤ光源を用いる。
本実施形態によれば、蛍光体位置把握装置１００は第２照明光照射部１７０を備えているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明による蛍光体位置把握装置は第２照明光照射部１７０を備えなくてもよい。
一方、以上のように説明した本実施形態に関する蛍光体位置把握装置１００は、従来の部品実装器にそのまま設けられる。
すなわち、従来の部品実装器の一側（例えば、ヘッド部の一側）に蛍光体位置把握装置１００が装着される。そのようにすれば、発光ダイオード２が配された基板１での発光ダイオード２の実装位置を正確に把握し、その発光ダイオード２の正確な実装位置に基づいて他の回路素子の実装を容易に行える。例えば、図１０に示したような部品実装器２００の一側に蛍光体位置把握装置１００を設け、部品実装器２００で発光ダイオード２の上部にレンズＬを正確に設けられる。
以下、図３ないし図９を参照して、本発明の一実施形態による発光ダイオードの蛍光体位置把握方法を説明する。本実施形態では、以下で説明の便宜のために、第１照明光の一例として波長が約４２０ｎｍの青色光が使われるとして説明する。
図３は、本発明の一実施形態に関する発光ダイオードの蛍光体位置把握装置の第１照明光照射部が基板に第１照明光を照射する態様を示す概略的な図面であり、図４は、本発明の一実施形態に関する第１照明光照射部が基板に第１照明光を照射する場合、発光ダイオードの周辺に第１照明光が照射される態様を示す図面であり、図５は、本発明の一実施形態に関する撮像装置が基板を撮像する態様を示す概略的な図面である。なお、図６は、本発明の一実施形態に関する第１照明光が青色光である場合、撮像装置に入射される撮像光が光フィルタを透過する前の映像を示す概略的な図面であり、図７は、本発明の一実施形態に関する第１照明光が青色光である場合、撮像装置に入射される撮像光が光フィルタを透過した後の映像を示す概略的な図面である。また、図８は、本発明の一実施形態に関する第２照明光照射部が基板に白色光を照射し、撮像装置が基板を撮像する態様を示す概略的な図面であり、図９は、本発明の一実施形態に関する発光ダイオードの蛍光体位置把握方法の各段階を示すフローチャートである。
先ず、作業者は、複数の発光ダイオード２が配された基板１を支持部１１０に固定する（段階Ｓ１１０）。
次いで、図３及び図４に示したように、制御部１５０は、第１照明光照射部１２０の照明光源１２１を駆動させて青色光を放出し、ビームスプリッタ１２２は、放出された青色光を反射させて基板１の上面、特に、発光ダイオード２周辺の上面に照射させる（段階Ｓ１２０）。
青色光が基板１に照射されると、青色光を照射された基板１の部分のうち発光ダイオード２の蛍光体部２ａを除いた部分は、照射された青色光によりそのまま青色を帯びるが、蛍光体部２ａは、蛍光体の特性上照射された青色光を受けてエネルギー準位が変化されつつ白色の光を放出する。
一方、図５に示したように、撮像装置１３０は、基板１を撮像する（段階Ｓ１３０）。その場合、基板１の映像は、ビームスプリッタ１２２を経て光フィルタ１４０を経て、撮像装置１３０に入射される。
この時、光フィルタ１４０を通過しない図５のＡ地点での映像光は、図６に示した図面と同一である。すなわち、前述したように、第１照明光が青色光であるため、基板１の部分のうち発光ダイオード２の蛍光体部２ａを除いた部分は青色を帯びるが、蛍光体部２ａは白色を帯びる。
一方、光フィルタ１４０を通過した図５のＢ地点での映像光は、図７に示した図面と同一である。すなわち、基板１の映像は光フィルタ１４０に向かうが、光フィルタ１４０は、基板１の映像をなす光のうち照射された青色光と同じ光を透過させない。よって、図５のＢ地点での映像光は、基板１の部分のうち発光ダイオード２の蛍光体部２ａを除いた部分は黒色を帯び、蛍光体部２ａは黄色を帯びる。すなわち、図５のＡ地点での映像光では、蛍光体部２ａが白色を帯びていたが、光フィルタ１４０を通過しつつ青色光が除去されて黄色を帯びる。
撮像装置１３０は、図５のＢ地点での映像光が最終的に入射されて電気的な信号に変換されて保存されるので、撮像装置１３０のメモリに保存された映像は図７に示した図面と同一になる。
以上のような段階Ｓ１２０及び段階Ｓ１３０は、撮像装置１３０が基板１の全面を撮像するまで繰り返されるが、このために制御部１５０は、移動部１６０を駆動して蛍光体位置把握装置１００を少しずつ移動させて撮像する。
一方、第１照明光照射部１２０で第１照明光を照射して第１照明光の照明下で撮像する過程とは別途に、制御部１５０は、図８に示したように、第２照明光照射部１７０を駆動させて基板１の表面に白色光を照射し、撮像装置１３０は基板１の表面、特に、基準マークＭを撮像する過程を行う。そのような段階も、撮像装置１３０が白色光の照明下で基板１の全面を撮像するまで繰り返されるが、このために制御部１５０は、移動部１６０を駆動して蛍光体位置把握装置１００を少しずつ移動させて撮像する。
ここで、「第１照明光照射部１２０で第１照明光を照射し、第１照明光の照明下で撮像する過程」と、「第２照明光照射部１７０で白色光を照射し、白色光の照明下で撮像する過程」との２つの過程は、基板１の全面についていずれかの過程が先ず進み終わった後、他の一過程が進む方式を採るか、または、基板１のいずれかの地点について２つの過程が交互に進んだ後、基板１の他の地点に移動して２つの過程が交互に進む方法が繰り返される方式を採る。
本実施形態では、蛍光体位置把握装置１００が第２照明光照射部１７０を備え、制御部１５０が第２照明光照射部１７０を駆動させて白色光の照明下で基板１の表面を撮像するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明によれば、そのような過程を略する。すなわち、基板１の表面の座標、特に基準マークＭの座標は撮像作業なしに予め入力されてもよく、その場合には、白色光の照明下で基板撮像過程を経なくてもよい。
次いで、制御部１５０は、撮像装置１３０で撮像された映像を用いて基板１での発光ダイオード２の蛍光体部２ａの位置を把握する（段階Ｓ１４０）。
すなわち、制御部１５０は、基板１の基準マークＭの位置を基準として蛍光体部２ａの位置を演算し、基板１での蛍光体部２ａの精密座標を算出する。
以上のように説明した本実施形態によれば、基板１に第１照明光を照射し、第１照明光を通過させない光フィルタ１４０を使って撮像した映像を分析することで、基板１に配された発光ダイオード２の蛍光体部２ａの位置を正確に把握する。
基板１に配された発光ダイオード２の蛍光体部２ａの位置を正確に把握すれば、発光ダイオード２の実際実装位置を正確に把握可能になり、かかる多様な後続工程に用いられる。
例えば、図１０に示したように、レンズＬが発光ダイオード２の上部に正確に整列されて位置するように、基板１にレンズＬを取り付けられる。
すなわち、その場合に前述したように、発光ダイオード２の蛍光体部２ａの位置を正確に把握することで、ＣＡＤなどに使われた発光ダイオード２の設計配置座標を修正し、基板１での発光ダイオード２の実際実装座標を正確に定められる。そのようになれば、基板１を部品実装器２００の支持台２１０に移送し、部品実装器２００のフレーム２４０に設けられたヘッド２３０に備えられたノズル２２０によって、レンズＬを基板１に正確に整列して接着剤Ｂで貼り付けられることで、レンズＬと発光ダイオード２との組み立て精度を向上させる。一方、前述したように、蛍光体位置把握装置１００が部品実装器２００に設けられる場合に、支持台２１０は支持部１１０になり、基板１の別途移送が不要になる。
本発明の一側面は、添付した図面に示した実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。よって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲のみによって定められねばならない。
本発明は、発光ダイオードを用いる産業に適用される。
１００ 蛍光体位置把握装置
１１０ 支持部
１２０ 第１照明光照射部
１３０ 撮像装置
１４０ 光フィルタ
１５０ 制御部
１６０ 移動部
１７０ 第２照明光照射部
１１０ 支持部
１２０ 第１照明光照射部
１３０ 撮像装置
１４０ 光フィルタ
１５０ 制御部
１６０ 移動部
１７０ 第２照明光照射部
Claims (17)
- 内部に蛍光体が配された少なくとも一つの発光ダイオードが実装された基板に青色光である第１照明光を照射する第１照明光照射部と、
前記基板を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置に入射される撮像光路に配されて前記第１照明光を通過させない光フィルタと、
前記撮像装置が撮像した映像を用いて前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握することで、前記基板における前記発光ダイオードの実際の実装位置を把握する制御部と、を備え、
前記第１照明光が照射された前記蛍光体は、前記光フィルタを通過する光を放出する発光ダイオードの蛍光体位置把握装置。 - 前記基板を支持する支持部をさらに備える請求項１に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握装置。
- 前記青色光の波長は、４００ｎｍ〜４７０ｎｍである請求項１または２に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握装置。
- 前記第１照明光照射部は、前記基板に垂直方向に前記青色光を照射する請求項１から３の何れか１項に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握装置。
- 前記第１照明光照射部が照射する第１照明光の光軸は、前記撮像装置に入射される撮像光の光軸と一致する請求項１から４の何れか一項に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握装置。
- 前記基板に白色光を照射する第２照明光照射部をさらに備える請求項１から５の何れか一項に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握装置。
- 請求項１ないし６の何れか一項に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握装置を備える部品実装器。
- 内部に蛍光体が配された少なくとも一つの発光ダイオードが実装された基板に青色光である第１照明光を照射する段階と、
撮像光路に前記第１照明光を通過させない光フィルタを配して前記基板を撮像する段階と、
前記撮像された映像を用いて前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握することで、前記基板における前記発光ダイオードの実際の実装位置を把握する段階と、を含み、
前記第１照明光が照射された前記蛍光体は、前記光フィルタを通過する光を放出する発光ダイオードの蛍光体位置把握方法。 - 前記青色光の波長は、４００ｎｍ〜４７０ｎｍである請求項８に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握方法。
- 前記第１照明光は、前記基板に垂直方向に照射される請求項８または９に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握方法。
- 前記第１照明光の光軸は、前記撮像光の光軸と一致する請求項８から１０の何れか一項に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握方法。
- 前記基板には所定の基準マークが形成されており、
前記蛍光体の位置を把握する段階は、前記基準マークを基準として前記蛍光体の位置を演算して行われる請求項８から１１の何れか一項に記載の発光ダイオードの蛍光体位置把握方法。 - 内部に蛍光体が配された少なくとも一つの発光ダイオードが実装された基板に青色光である第１照明光を照射する段階と、
撮像光路に前記第１照明光を通過させない光フィルタを配して前記基板を撮像する段階と、
前記撮像された映像を用いて前記基板における前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握する段階と、
前記発光ダイオードの蛍光体位置を把握して前記基板における前記発光ダイオードの実装座標を定める段階と、
前記発光ダイオードの実装座標に基づいて、前記発光ダイオードの上部にレンズを取り付ける段階と、を含み、
前記第１照明光が照射された前記蛍光体は、前記光フィルタを通過する光を放出するレンズ取り付け方法。 - 前記青色光の波長は、４００ｎｍ〜４７０ｎｍである請求項１３に記載のレンズ取り付け方法。
- 前記第１照明光は、前記基板に垂直方向に照射される請求項１３または１４に記載のレンズ取り付け方法。
- 前記第１照明光の光軸は、前記撮像光の光軸と一致する請求項１３から１５の何れか一項に記載のレンズ取り付け方法。
- 前記基板には所定の基準マークが形成されており、
前記蛍光体の位置を把握する段階は、前記基準マークを基準として前記蛍光体の位置を演算して行われる請求項１３から１６の何れか一項に記載のレンズ取り付け方法。
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