JP6259329B2

JP6259329B2 - Ｌｅｄ発光装置

Info

Publication number: JP6259329B2
Application number: JP2014052117A
Authority: JP
Inventors: 雄亮渡邊
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: JP2015177005A

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樹脂で充填封止し、さらに前記蛍光体層の上面に開口を有する反射枠とを有するＬＥＤ発光装置において、側面方向への漏光を防止し、さらに製造方法が容易な構造を有するＬＥＤ発光装置に関する。

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フラッシュ装置や照明等に広く利用されるようになってきた。

特に近年、ＬＥＤ素子の周囲を白色樹脂等の反射性樹脂で被覆し、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し、また上面に開口を有する反射枠を組み合わせて上方への集光性を高めるようにした、反射枠形式のＬＥＤ発光装置が提案されている。（例えば特許文献１、特許文献２）

以下従来の反射枠形式の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１６は特許文献１におけるＬＥＤ発光装置１００の構成を示す断面図であり、ＬＥＤ発光装置１００は、上面側に配線電極１０５ａ，１０５ｂを有する回路基板１０７を有し、この配線電極１０５ａ，１０５ｂは回路基板１０７の側面電極１０５ｃを介して裏面側の電源電極１０５ｄに接続されている。

回路基板１０７の上面には配線電極１０５ａにＬＥＤ素子１０１がダイボンディングされており、ＬＥＤ素子１０１の上面電極はワイヤー１０４によって配線電極１０５ｂに接続されている。さらにＬＥＤ素子１０１とワイヤー１０４とは透光性の封止樹脂１０３（透明樹脂または蛍光樹脂）で被覆されており、さらに回路基板１０７のＬＥＤ素子１０１の実装部分の周囲にはＬＥＤ素子１０１の発光を反射集光するための反射枠（リフレクタ）１０９が接着等の手段によって固定されている。

図１７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１７に示すＬＥＤ発光装置２００は配線電極２０５ａ，２０５ｂを有する回路基板２０７の中央にＬＥＤ素子２０１をフリップチップ実装し、そのＬＥＤ素子２０１の周囲には上方が広く開口された反射枠２０９（ホーン型のリフレクタ）が、反射性の白色樹脂等によって形成されて固着されている。
さらに反射枠２０９の周囲を黒色樹脂等からなる封止樹脂２０６によって封止し、この封止樹脂２０６によって反射枠２０９の開口部に蛍光体層２０２とレンズ２３３を固着している。上記構成におけるＬＥＤ装置２００はレンズ２３３の中心軸とＬＥＤ素子２０１の中心軸とを整合して配置しているため、ＬＥＤ素子２０１から垂直上方に向かう光と、ＬＥＤ素子２０１から側方に放射されて反射枠２０９の反射面上で上方に反射された光はレンズ２３３により良好に集光されて上方に放射される。

なお、特許文献１及び特許文献２においては、反射性を有する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、出射面側に戻し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。

特開２００９−２８３９８８号公報特開２００４−１１８６２号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に記載されたＬＥＤ発光装置では反射枠を配線電極等の凹凸を有する回路基板上に直接、接着等の方法で固着しているために、その製造工数が多くなると共に、回路基板上の配線電極等の凹凸によって、隙間が生じ、ＬＥＤ素子からの側面方向への発光部分が反射枠の下方の隙間から漏光したり、反射枠の底面側で反射した出射光が乱れることによって、反射枠による集光が十分な状態で出射されない等の問題があった。

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、反射枠形式のＬＥＤ発光装置において、ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面を反射性樹脂で被覆することによって側面方向への漏光を完全に防止し、且つ反射枠の反射性樹脂に対する固定を、反射枠と反射性樹脂に設けた凹凸形状の組み付けによって固定することにより、組み立て性の容易さと、反射枠形状の変化を自在に選択可能としたものである。

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反射性樹脂と、前記蛍光体層の上面側に入射開口を有し、出射側に出射開口を有する反射枠とを有し、前記反射性樹脂の側面外周に段差凹部が形成されると共に、前記反射枠の側面外周に段差凸部が形成され、前記反射性樹脂の側面外周の段差凹部に、前記反射枠の側面外周の段差凸部が係合して、前記反射性樹脂に前記反射枠が位置決め固定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面を反射性樹脂で被覆することによって側面方向への漏光を完全に防止し、且つ反射枠の反射性樹脂との固定を、反射枠と反射性樹脂に設けた凹凸形状の組み付けによって固定することにより、組み立て性の容易さと、反射枠形状の変化を自在に選択可能としたものである。

前記蛍光体層の大きさが、前記反射枠の入射開口の大きさより大きいと良い。

前記蛍光体層の形状が四角形で、前記反射枠の入射開口の形状が円形であると良い。

前記蛍光体層の形状が四角形で、前記反射枠の入射開口の形状が角部を丸めた四角形であると良い。

前記蛍光体層の大きさが、前記反射枠の入射開口の大きさより小さいと良い。

前記蛍光体層の形状が円形で、前記反射枠の入射開口の形状も円形であると良い。

前記蛍光体層の形状が四角形で、前記反射枠の入射開口の形状も四角形であること良い。

前記反射枠の出射開口にレンズ体を配置すると良い。

上記の如く本発明によれば、反射枠形式のＬＥＤ発光装置において、全体の構成を樹脂製の板部材と、充填樹脂によって構成し、且つＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面を反射性樹脂で充填被覆することによって側面方向への漏光を完全に防止し、また反射枠の反射性樹脂に対する固定を、反射枠と反射性樹脂に設けた凹凸形状の組み付けによって固定することにより、組み立て性の容易さと、反射枠形状の変化を自在に選択可能としたものである。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図１に示すＬＥＤ発光装置の上面図である。図１に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す各工程の断面図である。図１に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す各工程上面図である。本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図５に示すＬＥＤ発光装置の上面図である。図５示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す各工程の上面図である。本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図８に示すＬＥＤ発光装置の上面図である。図８に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す各工程の上面図である。本発明の第４実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図１１に示すＬＥＤ発光装置の上面図である。図１１に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す各工程の上面図である。本発明の第５実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図１４に示すＬＥＤ発光装置の上面図である。従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

（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、各工程における断面図、図４はＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示す、各工程における上面図であり、図３の工程（ａ）〜（ｄ）と図４の工程（ａ）〜（ｄ）は各々対応している。

図１に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図において、回路基板７の上面には配線電極５ａ，５ｂやスルーホール電極５ｃが設けられており、配線電極５ａ，５ｂ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５ａ，５ｂはスルーホール電極５ｃを介して回路基板７の裏面に設けられた電源電極５ｄ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。

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の側面とを反射性樹脂３で充填封止している。そして反射性樹脂３の上部には反射枠９が取り付けられており、この反射性樹脂３と反射枠９の取り付け構造は、反射性樹脂３の側面外周に段差凹部３ａが形成されると共に、反射枠９の側面外周に段差凸部９ａが形成され、反射性樹脂３の段差凹部３ａに、反射枠９の段差凸部９ａが係合して、反射性樹３に反射枠９が位置決め固定されている。また、この反射性樹脂３の段差凹部３ａと、反射枠９の段差凸部９ａとの係合には少量の接着剤を用いて固着しても良い。

また図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の上面図であり、反射枠９の中心位置には入射開口９ｂがもうけられ、この入射開口９ｂ内には蛍光体層２が露出している。そして反射枠９の入射開口９ｂから上部の出射開口９ｃに向かって反射面９ｄが形成されている。
この実施形態においては点線で蛍光体層２の外形を示すように、四角い蛍光体層２に内接する形状で反射枠９の入射開口９ｂが設けられており、蛍光体層２の大きさが反射枠９の入射開口９ｂの大きさより大きくなっている。また、図１は図２のＡ−Ａ断面図となっており、以下の各実施形態においても同様である。

図３、図４はＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示すものであり、図３は各工程の断面図、図４は各工程の上面図であり、図４においては回路基板７上の配線電極の図示は省略している。また図３の工程（ａ）〜（ｄ）は図４の各工程（ａ）〜（ｄ）と対応している。従って各工程を図３と図４を対応させて説明する。

図３、図４の工程（ａ）はＬＥＤ実装工程であり、回路基板７の配線電極３ａ、３ｂにＬＥＤ素子１が導電部材６ａ，６ｂによってフリップチップ実装されている。図３、図４の工程（ｂ）は蛍光体層接着工程であり、ＬＥＤ素子１の上面に透明性の接着剤を付け、蛍光体層２を押圧して接着することにより、蛍光体層２をＬＥＤ素子１にしっかり固着する。図３、図４の工程（ｃ）は反射性樹脂充填工程であり、成型金型等を用いてＬＥＤ素子１の側面と、蛍光体層２の側面とを反射性樹脂３で充填封止している。そして反射性樹脂３の側面外周に段差凹部３ａが形成される。図３、図４の工程（ｄ）は反射枠組み付け工程であり、反射性樹脂３の側面外周に形成された段差凹部３ａに、反射枠９の側面外周に形成された段差凸部９ａが係合して、反射性樹３に反射枠９が位置決め固定されている。この工程により図１に示すＬＥＤ発光装置１０が完成する。そしてこの第１実施形態におけるＬＥＤ素子１０では図４（ｄ）に示す如く、角形の蛍光体層２の角部は反射枠９によって隠され、反射枠９の入射開口９ｂから円形の蛍光体層２が見えている。

（第２実施形態）
次に図５から図７により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置を説明する。図５は本発明の第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、図７はＬＥＤ発光装置２０の製造工程を示す各工程の上面図である。また各工程の断面図は図３に示した第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の各工程の断面図と同じなので、図示を省略した。

第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の基本的構成は、第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。ＬＥＤ発光装置２０がＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、蛍光体層２２の形状が円形をしており、反射枠９の入射開口９ｂと一致していることである。

すなわち、図７の各工程の上面図において、工程（ｂ）の蛍光体接着工程において、ＬＥＤ素子１の上面に円形の蛍光体層２２が接着されている。そして工程（ｄ）の反射枠組み付け工程においては、反射枠９の円形の入射開口９ｂに略一致する形状で蛍光体２２が全て露出している。このように反射枠９の入射開口９ｂと蛍光体層２２の形状を合わせると、反射枠９の入射開口９ｂから蛍光体層２２が全て露出することによって、蛍光体層２２の励起光を全て有効に利用することができるため、光量を多くすることができる。

（第３実施形態）
次に図８、図９、図１０により本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置を説明する。第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０の基本的構成は図５に示す第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０と同じであり、同一または対応する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実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０と異なるところは、ＬＥＤ発光装置２０では蛍光体層２２が円形で、反射枠９の入射開口９ｂも円形で有ったのに対し、ＬＥＤ発光装置３０では蛍光体層３２が四角形で、反射枠３９は入射開口３９ｂが四角形で、反射面３９ｄが４方向の斜面を形成していることである。すなわち、図１０の各工程の上面図において、工程（ｂ）の蛍光体接着工程において、ＬＥＤ素子１の上面に四角形の蛍光体層３２が接着されている。そして工程（ｄ）の反射枠組み付け工程においては、反射枠３９の四角形の入射開口３９ｂに略一致する形状で蛍光体３２が全て露出している。このように反射枠３９の入射開口３９ｂと蛍光体層３２の形状を四角形に合わせると、反射枠３９の入射開口３９ｂから蛍光体層３２が四角形で全て露出することによって、蛍光体層３２の励起光を全て有効に利用することができるため、さらに光量を多くすることができる。

（第４実施形態）
次に図１１から図１３により本発明の第４実施形態におけるＬＥＤ発光装置を説明する。図１１は本発明の第４実施形態におけるＬＥＤ発光装置４０の断面図、図１２は図１１に示すＬＥＤ発光装置４０の上面図、図１３はＬＥＤ発光装置４０の製造工程を示す各工程の上面図である。また各工程の断面図は図３に示した第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の各工程の断面図と同じなので、図示を省略した。

第４実施形態におけるＬＥＤ発光装置４０の基本的構成は、第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０と同じであり、同一部材には同一番号を付し、重複する説明を省略する。ＬＥＤ発光装置４０がＬＥＤ発光装置３０と異なるところは、蛍光体層４２はＬＥＤ発光装置３０の蛍光体層３２と同じ四角形だが、反射枠４９の入射開口４９ｂが、角部が丸まった矩形をしており、反射面４９ｄが側面４方向の反射面４９ｄ１と角部４方向の反射面４９ｄ２の合計８方向の斜面を形成していることである。そして蛍光体層４２の角部が反射枠４９の入射開口４９ｂによって少し隠されていることである。このように、反射枠４９の入射開口４９ｂを四角に近似した形状とし、反射面４９ｄを８方向に面取りすることによって、光量を多くすると共に出射光の集光性を良くすることができる。

図１３のＬＥＤ発光装置４０の製造工程を示す各工程の上面図において、（ａ）〜（ｃ）の各工程は、第３実施形態における図１０に示す各工程（ａ）〜（ｃ）と同じであり説明を省略する。工程（ｄ）の反射枠組み付け工程においては、反射枠４９の角部を面取りした８角形の入射開口４９ｂによって蛍光体層３２の角部が僅かに隠れているものの、蛍光体層３２の略全体が露出している。このように反射枠４９の入射開口４９ｂから蛍光体層３２の略全体が露出し、かつ、反射枠４９の反射面４９ｄが８角形に面取りされていることで、蛍光体層３２の励起光を全て有効に利用することができると共に、出射光の集光性を良くすることができる。

（第５実施形態）
次に図１４、図１５により本発明の第５実施形態におけるＬＥＤ発光装置を説明する。図１４は本発明の第５実施形態におけるＬＥＤ発光装置５０の断面図、図１５は図１４に示すＬＥＤ発光装置５０の上面図である。ＬＥＤ発光装置５０の基本的構成は図５、図６に示す第２実施形態のＬＥＤ発光装置２０と同じであり同一または対応する要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。

第５実施形態におけるＬＥＤ発光装置５０が、第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０と異なるところは、反射枠５９の出射開口５９ｃの周囲にレンズ取り付け凹部５９ｅが形成されており、このレンズ取り付け凹部５９ｅにレンズ体６０のレンズ枠部６ａが嵌めこまれることにより、レンズ体６０が反射枠５９の出射開口５９ｃに配置されている。

上記の如く、ＬＥＤ発光装置５０においては、反射枠５９の出射開口５９ｃを円形にすることによって、円板形状のレンズ体６０との適合性がよくなり、また反射枠５９の出射開口５９ｃの周囲にレンズ取り付け凹部５９ｅが形成することによってレンズ体６０の取り付けが容易となる。さらにＬＥＤ素子１からの発光を反射体５９で集光し、されにレンズ体６０で絞ることによって集光性の高いＬＥＤ発光装置となる。

上記の如く、本発明のＬＥＤ発光装置は蛍光体層とＬＥＤ素子の側面を反射性樹脂にて封止ことによって、側方への漏光が生じない発光部を構成することができ、さらに反射枠と反射性樹脂との周囲部分に突起部と凹部による嵌め込み構造を設け、この凹凸形状の嵌めこみにより組み立てるので、製造が容易なＬＥＤ発光装置を提供することができる。
また、反射枠の取り付けを突起部と凹部の組み合わせで行うようにしたので、反射枠の製造において、突起部形状とその位置とを共通にすれば、色々な形状及び特性の反射枠を作成して、必要に応じて取り替えることで、機能及びデザイン性の変化をもたせることができるという効果もある。

１、１０１，２０１ＬＥＤ
２、２０２蛍光体層
３、反射性樹脂
３ａ段差凹部
５ａ、１０５ａ、２０５ａ配線電極
５ｂ，１０５ｂ、２０５ｂ配線電極
５ｄ、１０５ｄ、電源電極
６ａ，６ｂ導電部材
７，１０７、２０７回路基板
９、１０９，２０９反射枠
９ａ段差凸部
９ｂ、３９ｂ、４９ｂ入射開口
９ｃ、３９ｃ、４９ｃ、５９ｃ出射開口
９ｄ、３９ｄ、４９ｄ１、４９ｄ２反射面
１０，２０，３０、４０、５０ＬＥＤ発光装置
１００，２００ＬＥＤ発光装置
６０，２３３レンズ
６０ａレンズ枠部

Claims

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反射性樹脂と、前記蛍光体層の上面側に入射開口を有し、出射側に出射開口を有する反射枠とを有し、前記反射性樹脂の側面外周に段差凹部が形成されると共に、前記反射枠の側面外周に段差凸部が形成され、前記反射性樹脂の側面外周の段差凹部に、前記反射枠の側面外周の段差凸部が係合して、前記反射性樹脂に前記反射枠が位置決め固定されていることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
前記蛍光体層の大きさが、前記反射枠の入射開口の大きさより大きいことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
前記蛍光体層の形状が四角形で、前記反射枠の入射開口の形状が円形であることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ発光装置。
前記蛍光体層の形状が四角形で、前記反射枠の入射開口の形状が角部を丸めた四角形であることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ発光装置。
前記蛍光体層の大きさが、前記反射枠の入射開口の大きさより小さいことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
前記蛍光体層の形状が円形で、前記反射枠の入射開口の形状も円形であることを特徴とする請求項５記載のＬＥＤ発光装置。
前記蛍光体層の形状が四角形で、前記反射枠の入射開口の形状も四角形であることを特徴とする請求項５記載のＬＥＤ発光装置。
前記反射枠の出射開口にレンズ体を配置したことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。