JP6253949B2 - LED light emitting device - Google Patents
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Description
本発明はLED素子を発光源とするLED発光装置に関するものであり、詳しくは回路基板上にフリップチップ実装された、LED素子の発光面上に蛍光体層を載置し、前記LED素子の側面と前記蛍光体層の側面とを反射性の白色樹脂で充填封止し、前記蛍光体層の上面を含む範囲を拡散性樹脂層で被覆することで、LED素子の発光を効率良く上方向に行わせる構成とし、また白色樹脂による反射面の形状を工夫することで、さらに上方向への出射光率を良くしたLED発光装置に関する。 The present invention relates to an LED light emitting device using an LED element as a light source, and more specifically, a phosphor layer is mounted on a light emitting surface of an LED element that is flip-chip mounted on a circuit board, and a side surface of the LED element. And the side surface of the phosphor layer are filled and sealed with a reflective white resin, and the range including the upper surface of the phosphor layer is covered with a diffusible resin layer, so that the light emission of the LED element is efficiently upward It is related with the LED light-emitting device which made it the structure made to perform and improved the outgoing light rate further upwards by devising the shape of the reflective surface by white resin.
近年、LED素子は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。 In recent years, since LED elements are semiconductor elements, they have long life and excellent driving characteristics, and are small, have good luminous efficiency, and have a bright emission color, so they are widely used in backlights and lighting of color display devices. It has come to be used.
特に近年、LED素子の周囲を反射性の白色樹脂で被覆し、LED素子の側方への発光を上方に反射せることで、上方向への発光を効率良く行わせる白色樹脂被覆型のLED発光装置の構成が提案されている。(例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3)
Particularly in recent years, white resin-coated LED light emission that efficiently emits light in the upward direction by coating the periphery of the LED element with a reflective white resin and reflecting the light emitted to the side of the LED element upward. A device configuration has been proposed. (For example,
以下従来の白色樹脂被覆型のLED発光装置に付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本願にそろえている。図9は特許文献1におけるLED発光装置100の製造工程を示す各断面図であり、(a)は基板107に導電部材106a、106bによってフリップチップ実装されたLED素子101の周囲に、枠体109を用いて光反射性の第1の白色樹脂104を充填被覆した状態を示している。(b)はLED素子101の上面に透明接着剤103を塗って、LED素子101からの出射光を通過して外部に放出する透光性部材102(透明部材または蛍光部材)を接着する工程を示している。(c)は(b)の工程によって透光性部材102の接着が行われた状態を示している。(d)は滴下装置108により、第2の白色樹脂105を滴下して透光性部材102の側面を含む全体を第2の白色樹脂105で被覆することによって、白色樹脂被覆型のLED発光装置100が完成する。
A conventional white resin-coated LED light emitting device will be described below. For ease of understanding, the drawings are partially simplified within the scope not departing from the spirit of the invention, and component names are also included in the present application. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the LED light emitting device 100 in
図10は特許文献2におけるLED発光装置200の断面図を示している。
図10において光取り出し側に開口を有するケース203と、ケース203内のLED搭載面上に設けられた配線電極205aに、導電部材206a、206bによってフリップチップ実装されたLED素子201の周囲に、ケース203を用いて光反射性の白色樹脂204を充填被覆し、この状態においてLED素子201の光取り出し面上にシート状の蛍光体層202が貼着されている。
FIG. 10 shows a cross-sectional view of the LED light emitting device 200 in
In FIG. 10, the
図11は特許文献3におけるLED発光装置300の断面図を示している。
図11に示すLED発光装置300は配線導体305a,305bを有する基板307の中央にLED素子301をフリップチップ実装し、そのLED素子301の周囲には上方が広く開口されたホーン型のリフレクタ304が、白色樹脂等によって形成されて固着されている。
さらにリフレクタ304の周囲を黒色樹脂等からなる封止樹脂303によって封止し、この封止樹脂303によってリフレクタ304の開口部に蛍光体層302とレンズ333を固着している。上記構成におけるLED装置300はレンズ333の中心軸とLED素子301の中心軸とを整合して配置しているため、LED素子301から垂直上方に向かう光と、LED素子301から側方に放射されてリフレクタ304の反射面上で上方に反射された光はレンズ333により良好に集光されて上方に放射される。
FIG. 11 shows a cross-sectional view of the LED light emitting device 300 in
In the LED light emitting device 300 shown in FIG. 11, an
Further, the periphery of the
なお、特許文献1及び特許文献2、特許文献3においては、白色樹脂の役目としてはLEDの側面側から発光された出射光を反射させて、出射面側に戻すことで出射効率を高める機能を有するものであり、その構成としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリリル樹脂等のコーティング材に反射性のフィラーとして酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニューム、アルミナ、窒化ホウ素等の粒子を混入したものを用いており、形成方法としては樹脂成型や、充填方法としては滴下装置や注入装置を用いている。
In
しかし、特許文献1や特許文献2に記載されたLED発光装置では拡散性部材を設けていないため、出射光に色むらが生じると共に、本発明の効果として後述するように、出射光に対する出射方向規制部材が無いため、出射光が広がりすぎるという問題がある。
また特許文献3に記載のLED発光装置において、ホーン型リフレクタ304やレンズ333のような出射方向規制部材を設けることによって、出射光の広がりを抑えて、指向性の良い出射光を得ることができるが、リフレクタ304やレンズ333のような複雑で高価な部材を必要とすることによって、価格が高くなり、また厚みが大きくなるという問題がある。
However, since the LED light emitting devices described in
Further, in the LED light emitting device described in
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、白色樹脂被覆型のLED発光装置において、蛍光体層の上面側を拡散性樹脂層で被覆することによって、出射光の色むらを解消すると共に、出射光に対する出射方向規制部材を設けることによって、出射光の広がりすぎを防止し、且つ出射面側を樹脂を設けない開口形状とすることによって出射光量の増加が期待できるLED発光装置を提供できる。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems. In a white resin-coated LED light-emitting device, the color of the emitted light is obtained by covering the upper surface side of the phosphor layer with a diffusible resin layer. An LED that eliminates unevenness and prevents the outgoing light from spreading too much by providing an outgoing direction restricting member for the outgoing light, and can expect an increase in the amount of outgoing light by making the outgoing face side an opening shape that does not provide resin. A light emitting device can be provided.
上記目的を達成するため本発明におけるLED発光装置の構成は、基板上にフリップチップ実装されたLED素子と、前記LED素子の発光面上に載置された蛍光体層と、前記LED素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した第1白色反射樹脂と、前記蛍光体層と前記第1白色反射樹脂の上面に載置された拡散性樹脂層と、前記拡散性樹脂層の上面と側面を被覆した第2白色反射樹脂とを有し、前記LED素子の発光面上に開口凹部を形成し、前記開口凹部の深さは前記第2白色反射樹脂を貫通し、前記拡散性樹脂層の中間まで達していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the LED light emitting device according to the present invention includes an LED element flip-chip mounted on a substrate, a phosphor layer placed on the light emitting surface of the LED element, and a side surface of the LED element. and the first white reflecting resin coated with the side surface of the phosphor layer, the phosphor layer and the first white placed on the upper surface of the reflective resin diffusing resin layer, top and side surfaces of the diffusion resin layer A second white reflective resin that covers the light emitting surface of the LED element, and an opening recess is formed on the light emitting surface of the LED element . It is characterized by reaching the middle .
上記構成上記構成によれば、基板上にフリップチップ実装されたLED素子の
蛍光体層の上面を含む範囲を拡散性樹脂層で被覆することによって、出射光の色
むらを解消すると共に、前記LED素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した第
1反射性樹脂と、前記蛍光体層と第1白色反射樹脂の上面に載置された拡散性樹脂
層、前記拡散性樹脂層の上面と側面を被覆した第2白色反射樹脂とを有し、前記
LED素子の発光面上に開口凹部を形成し、前記開口凹部の深さを第2反射性樹
脂を貫通し前記拡散性樹脂層に達することによって、第2白色反射樹脂の開口凹
部が出射方向規制部材として機能を果たし、出射光の広がりすぎを防止して指向
性の良いLED発光装置となる。
According to the above configuration, by covering the range including the upper surface of the phosphor layer of the LED element flip-chip mounted on the substrate with the diffusible resin layer, the uneven color of the emitted light is eliminated, and the LED A first reflective resin covering a side surface of the element and a side surface of the phosphor layer; a diffusible resin layer placed on top of the phosphor layer and the first white reflective resin; and an upper surface of the diffusible resin layer; A second white reflective resin covering the side surface, and an opening recess is formed on the light emitting surface of the LED element, and the depth of the opening recess penetrates the second reflective resin and reaches the diffusible resin layer. Thus, the opening concave portion of the second white reflective resin functions as an emission direction restricting member, prevents the emission light from spreading too much, and becomes an LED light emitting device with good directivity.
前記開口凹部の上面にはレンズが配設されていると良い。 A lens may be disposed on the upper surface of the opening recess.
上記構成によれば、出射方向規制部材によって規制された出射光をレンズによ
り集光することにより、さらに指向性に優れたLED発光装置となる。
According to the said structure, it becomes an LED light-emitting device which was further excellent in directivity by condensing the emitted light controlled by the output direction control member with a lens.
上記の如く本発明によれば、基板上にフリップチップ実装されたLED素子の蛍光体層の上面を含む範囲を拡散性樹脂層で被覆することによって、出射光の色むらを解消すると共に、前記LED素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した第1反射性樹脂と、前記蛍光体層の上面に載置された拡散性樹脂層層の上面と側面を被覆した第2白色反射樹脂とを有し、前記LED素子の発光面上に開口凹部を形成し、前記開口凹部の深さを第2白色反射樹脂を貫通し前記拡散性樹脂層に達することによって、第2白色反射樹脂の開口凹部が出射方向規制部材として機能を果たし、出射光の広がりすぎを防止して指向性の向上と、出射光量の増加が期待できるLED発光装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the range including the upper surface of the phosphor layer of the LED element flip-chip mounted on the substrate is covered with the diffusible resin layer, thereby eliminating the uneven color of the emitted light and A first reflective resin covering a side surface of the LED element and a side surface of the phosphor layer; a second white reflective resin covering the upper surface and the side surface of the diffusible resin layer placed on the upper surface of the phosphor layer; An opening recess is formed on the light emitting surface of the LED element, and the opening of the second white reflection resin is formed by penetrating the depth of the opening recess through the second white reflection resin and reaching the diffusible resin layer. It is possible to provide an LED light emitting device in which the concave portion functions as an emission direction restricting member, prevents the emission light from spreading too much, and can improve directivity and increase the amount of emitted light.
(第1実施形態)
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図1〜図4は本発明の第1実施形態におけるLED発光装置を示し、図1は本発明の第1実施形態におけるLED発光装置10の断面図、図2は図1に示すLED発光装置10の上面図、図3はLED発光装置10の製造工程を示す工程図である。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 4 show an LED light emitting device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a cross-sectional view of the LED
図1に示すLED発光装置10の断面図において、回路基板7の上面には図示しない配線電極やスルーホール電極が設けられており、配線電極にはLED素子1が導電部材6a、6bによりFC実装されており、また各配線電極はスルーホール電極を介して回路基板7の裏面に設けられた電源電極に接続されている。
LED素子1の発光面上にはLED素子1の発光面より少し大きい形状の、蛍光体層2が透明接着剤によって接着される等の手法により載置されている。
In the cross-sectional view of the LED
On the light emitting surface of the
また回路基板7上に成型金型等を用いてLED素子1の側面と、蛍光体層2の側面とを反射性の第1白色反射樹脂4で充填封止し、さらに蛍光体層2の上面を含む第1白色反射樹脂4の上面を拡散性樹脂層8で被覆している。そして拡散性樹脂層8の上面と側面及び、第1白色反射樹脂4aの側面を第2白色反射樹脂4bで被覆した後に、前記LED素子1の発光面上に対応する位置に開口凹部9を形成し、前記開口凹部9の深さは第2白色反射樹脂4bを貫通し、前記拡散性樹脂層8に達している。
上記LED発光装置10の1例としてはLED素子1には青色LED、蛍光体層2はYAG蛍光樹脂、拡散性樹脂層8には透明樹脂材料に拡散粒子を混入するか、または透明樹脂の表面に微細なレンズ形状を形成したものを用いることができる。
Further, the side surface of the
As an example of the LED
次にLED発光装置10の動作を説明する。LED発光装置10における回路基板7の上面に設けられた図示しない配線電極にLED素子1の導電部材(バンプ)6a,6bをフリップチップ実装する。この配線電極はスルーホールを介して回路基板7の裏面側に設けられた電源電極に接続されている。したがって、この電源電極に電圧を供給することによってLED素子1は発光する。
Next, the operation of the LED
本実施形態における青色LED素子1の発光は、主として上方へ出射されることにより、YAG蛍光体層2を通過し、その一部はYAG蛍光粒子に衝突することによって励起光(黄色光)に変換され、また一部は青色光のまま通過し、この青色光と励起光の黄色光が拡散性樹脂層8の内部で混色拡散されることにより、白色光として出射される。また、LED素子1から側面方向に出射された発光は第1白色反射樹脂4aによって蛍光体層2の方向に反射され、同じく青色光と黄色光として拡散性樹脂層8を通過して出射される。
The light emitted from the
前述の如くLED発光装置10では、第2白色反射樹脂4bによって拡散性樹脂層8の側面を被覆し、またLED素子1の発光面対応位置に拡散性樹脂層8に達する開口凹部9を形成しているので、拡散性樹脂層8の側面から漏れようとする出射光を発光面側に反射させて戻し、LED発光装置10の上面図であり、第2白色反射樹脂4bで覆われた中心位置に開口凹部9が形成され、拡散性樹脂層8を通して上方に出射光が発光される。
すなわちLED発光装置10の構成においては、引用文献3におけるホーン型のリフレクタのような形状の大きい部品を用いることなく、通常の板部品と成型樹脂部材のみを用いて、周囲への漏光がなく、かつ出射光の方向規制部材を設けることができるので薄型で、集光性に優れたLED発光装置を提供できる。
As described above, in the LED
That is, in the configuration of the LED light-emitting
次に3A図,3B図によりLED発光装置10の製造方法を説明する。3A図はLED発光装置10の製造工程の(a)〜(d)までを示しており、(a)は回路基板7の図示しない配線電極にLED発光素子1を導電部材6a,6bによってフリップチップ実装した状態を示す、LED素子実装工程である。(b)はLED素子1の上面(発光面)に透明接着剤等により、LED素子1の上面より少し大きいサイズの蛍光体層2を載置した状態を示す、蛍光体層載置工程である。(c)は回路基板7の上面に実装されたLED素子1の側面と、LED素子1の上面に載置された蛍光体層2の側面とを第1白色反射樹脂4aによって充填被覆する、第1白色反射樹脂被覆工程である。(d)は蛍光体層2と第1白色反射樹脂4aとの上に拡散性樹脂層層8を載置した、拡散性樹脂層層載置工程である。
Next, a method for manufacturing the LED
3B図は同じくLED発光装置10の製造工程の(e)〜(g)までを示しており、(e)は回路基板7の周囲の側面の第1白色反射樹脂4aに切削加工等により溝4cを形成する溝加工工程である。(f)は形成された溝4cと、拡散性樹脂層8の上部全体を第2白色反射樹脂4bで被覆する第2白色反射樹脂被覆工程である。この第2白色反射樹脂被覆工程は、例えば成型金型を用いて精度良く行うことができる。また第2白色反射樹脂4bは基本的に第1白色反射樹脂4aと同じ材質を用いることができるが、成型性を考慮して異なる材質にしても良い。(g)は充填した第2白色反射樹脂4bのLED素子1の発光面上に開口凹部9を形成する開口凹部形成工程である。この開口凹部形成工程は切削加工等により円形の開口凹部9を形成し、この開口凹部9の深さは少なくとも第2白色反射樹脂4bを貫通して拡散性樹脂層8に達していることが必要であり、これによってLED素子1からの発光が蛍光体層2および拡散性樹脂層8を通過して外部へと放射されていく。
FIG. 3B similarly shows (e) to (g) of the manufacturing process of the LED
次に図4によりLED発光装置10の発光動作を説明する。
図1で説明したLED素子10に対する電源供給により、LED素子1は青色発光を行い、この青色発光の一部が蛍光体層2のYAG蛍光粒子と衝突することによって励起光として黄色光を発光する。この青色光を実線Pbで示し、励起された黄色光を点線Pyで示す。
Next, the light emitting operation of the LED
By supplying power to the
LED素子1から発光された青色光Pbは、一部は直接蛍光板層2、拡散性樹脂層8を付き抜けて青色光Pbとして出射し、また一部は第1白色反射樹脂4a、第2白色反射樹脂4bによって反射されて開口凹部9より出射する。さらに青色光Pbの一部は蛍光体層2において黄色光Pyに変換され拡散性樹脂層8を通過して出射される。また青色光Pb及び黄色光Pyの拡散性樹脂層8内において第1白色反射樹脂4a、第2白色反射樹脂4bによって反射された光も、拡散性樹脂層8の端部8aの部分で第2白色反射樹脂4bによって反射されることにより、周囲に漏光することなく、すべて開口凹部9より有効光として出射されていく。また第2白色反射樹脂4bによって形成され開口凹部9の壁面部9aが出射光の方向規制部材となることによって、青色光Pb及び黄色光Pyの混色による白色光Pwとして、すべて集光された有効光として出射されていく。
Part of the blue light Pb emitted from the
(第2実施形態)
次に図5、図6により本発明の第2実施形態におけるLED発光装置の構成を説明する。図5は第2実施形態におけるLED発光装置20の断面図、図6は図5に示すLED発光装置20の上面図であり、基本的構成は図1、図2に示すLED発光装置10とおなじであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。第2実施形態におけるLED発光装置20が第1実施形態おけるLED発光装置10と異なるところは、出射光を放射する開口凹部29の形状であり、LED発光装置10では開口凹部9の深さが第2白色反射樹脂4bを貫通し、拡散性樹脂層8の表面まで達していたのに対し、LED発光装置20では開口凹部29の深さが第2白色反射樹脂4bを貫通し、拡散性樹脂層8中間の位置まで達していることである。
(Second Embodiment)
Next, the structure of the LED light-emitting device in 2nd Embodiment of this invention is demonstrated with FIG. 5, FIG. 5 is a cross-sectional view of the LED light emitting device 20 in the second embodiment, FIG. 6 is a top view of the LED light emitting device 20 shown in FIG. 5, and the basic configuration is the same as the LED
上記LED発光装置20の構成によれば開口凹部29の深さを任意に決めることができるため、出射光に対する拡散性樹脂層8の深さを変えて拡散率を制御することができ、また、開口凹部29を作成するための切削加工も容易となる等の効果がある。なお、図6に示すLED発光装置20の上面図は、図2に示したLED発光装置10と同じ構成となるので重複する説明は省略する。
According to the configuration of the LED light emitting device 20, since the depth of the
(第3実施形態)
次の図7により本発明の第3実施形態におけるLED発光装置の構成を説明する。図7は第3実施形態におけるLED発光装置30の断面図である。第3実施形態のLED発光装置30の基本的構成は、図5に示すLED発光装置20とおなじであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。第3実施形態におけるLED発光装置30が第2実施形態おけるLED発光装置20と異なるところは、出射光を放射する開口凹部29に円形のレンズ33を装着したことである、
(Third embodiment)
Next, the configuration of the LED light emitting device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the LED
LED発光装置30の構成においては、LED発光装置20における開口凹部29に円形のレンズ33を装着することによって、開口凹部29の方向規制効果に加えて、レンズ33の集光効果により極めて集光性の良いLED発光装置を提供できる。また図8はLED発光装置30の上面図で、LED発光装置30を構成する第2白色反射樹脂4bと開口凹部29の上面にレンズ33とレンズ33を保持するレンズ保持部33aを表わしている。
In the configuration of the LED
上記の如く、本発明のLED発光装置はLED素子上に載置された蛍光体層と拡散性樹脂層に白色反射樹脂層を成型するだけの構成によって、薄型で光の横漏れがなく、かつ集光性に優れたLED発光装置を提供することができる。また、出射光に対する方向規制部材を構成する第2白色反射樹脂に設ける開口凹部の形状を円形にすることによって、光学特性の良い円形レンズと組み合わせることが可能となる。 As described above, the LED light-emitting device of the present invention is thin and has no side leakage of light by simply forming a white reflective resin layer on the phosphor layer and the diffusible resin layer placed on the LED element, and It is possible to provide an LED light emitting device having excellent light collecting properties. Moreover, it becomes possible to combine with the circular lens with a good optical characteristic by making the shape of the opening recessed part provided in 2nd white reflective resin which comprises the direction control member with respect to an emitted light circular.
1、101,201、301 LED素子
2、102、202、302 蛍光体層
4a、4b、 第1、第2白色反射樹脂
104,105、204 白色樹脂
6a,6b、106a、106b 導電部材
206a、206b 導電部材
7,107、307 回路基板
8、 拡散性樹脂層
8a、8b、8c 溝
10,20,30、100,200,300 LED発光装置
109 枠体
203 ケース
1, 101, 201, 301
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