JP6274943B2 - Ledモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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本発明は、LED(Light Emitting Diode)モジュールおよびその製造方法に関し、特に、発光面の色ムラ、輝度ムラがなく、色温度を自在に変更可能なLEDモジュールおよびその製造方法に関する。
近年、光源としてLEDチップを用いたLED光源装置が広く用いられるようになってきた。LEDチップの発光効率は、白熱電球よりはるかに高く、蛍光ランプやHID(High Intensity Discharge)ランプと比較しても遜色ない特性が得られている。また、LED照明装置の寿命は、4万時間に達し、白熱電球の数十倍、蛍光ランプやHIDランプの数倍となっている。さらに、電源投入から定常点灯に至る時間が、100ナノ秒以下で、このような高速の応答性は、LED光源装置の優れた特性の一つであり、照明装置として注目されている。
さらにLED光源装置は、光源として使用するLEDチップの種類により発光色が異なるため、使用用途に応じて、人が興味を引く色温度、心地よさを感じる色温度の要求に答えることができるという利点もある。例えば、魚の販売スペースでは、より新鮮に感じられる光が望まれ、サッカー場では、ホームチームのユニホームが映える光が望まれ、暑い季節には、涼しく感じられる光が望まれ、逆に暖かさを感じられる光が望まれることもある。
現在、使用されているLEDチップは、GaAsP系チップ(発光色:黄〜赤)、GaP系チップ(黄緑)、AlGaAs系チップ(赤)、AlGaInP系チップ(黄〜赤)、InGaN系チップ(青〜緑)があり、これらのLEDチップを封止する蛍光体を含むモールド樹脂との組合せにより、所望の色温度の要求に応じることができる。例えば、青色の発光色を持つInGaN系のLEDチップと青色が当たると黄色を発光する蛍光体を含むモールド樹脂の組合せにより、白色の発光を得ることできるし、さらに赤色を発光する蛍光体を添加していくと、色温度は低くなり、温かみのある色に変えることができる。
ところで、1個のLEDチップから出力される全光束は弱いため、LED光源装置として使用するためには、複数のLEDチップを直列あるいは並列に接続したLEDモジュールを形成して必要な全光束を得る必要がある(例えば特許文献1)。
特表2011−523210号公報
特許文献1には、リン光体コーティングLEDチップと赤色LEDチップを混合して所望の色温度を得ることできる旨記載されているが、色配合に使用される赤色LEDチップは、一般的には発光効率の低いAlGaAs系チップを使用することになり、LEDモジュールとして全光束を高めるには不利となる。
また別の実施形態として、各LEDチップは、変換用のリン光体でコーティングされているか、または、活性領域で発生する光をそのまま発光するかのいずれかである旨記載されているが、色配色の具体的な方法や、LEDモジュールの構造についての記載はない。
一般的な方法としてこのようなLEDモジュール構造を製造する場合、発光効率が高いInGaN系チップを用い、リン光体はポッティング法などによりLEDチップ上にそれぞれ個別に塗布する方法を採用する。しかしこのような方法では、作業性も悪く生産性が低いものとなってしまう。一方、LEDチップの実装エリアを2種類のモールド樹脂により効率的にモールドするためには、図9に示すように、LEDチップ91が実装されている第1の蛍光体のエリア92aと第2の蛍光体のエリア92bに分割するため、その境界に粘度が高く樹脂の流動を堰き止めるダム材を塗布してダム部93を形成し、ダム部93で囲まれた領域にそれぞれモールド樹脂をポッティングする方法がとられる。しかしダム部93は、非発光のデッドスペースとなり発光面の色ムラ、輝度ムラの発生が避けられない。
そこで本発明は、上記問題点を解消し、発光面の色ムラ、輝度ムラが少なく、色温度を自在の変更することができるLEDモジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本願請求項1に係るLEDモジュールは、モジュール基板上に複数のLEDチップがアレイ状に配置され実装されたLEDモジュールにおいて、前記LEDチップが封止された封止エリアは、前記LEDチップの一部を第1のモールド樹脂により封止した第1の封止エリアと、残るLEDチップの一部を第2のモールド樹脂により封止した第2の封止エリアとを含み、前記第1の封止エリアは、前記LEDチップと前記LEDチップに隣接するLEDチップ表面の一部を第1のモールド樹脂により封止した領域であり、前記第2の封止エリアは、前記隣接するLEDチップの前記第1のモールド樹脂により封止されていない表面を第2のモールド樹脂により封止した領域であり、前記第1の封止エリアの前記第1のモールド樹脂は、前記隣接するLEDチップの表面から上方に向かって断面寸法が狭くなる断面形状を有し、前記第1の封止エリアと前記第2の封止エリアの境界は、前記第1のモールド樹脂と前記第2のモールド樹脂が直接接触していることを特徴とする。
本願請求項2に係るLEDモジュールは、請求項1記載のLEDモジュールにおいて、前記第2の封止エリアは、選択されたLEDチップ表面のみに前記第2のモールド樹脂の封止領域が形成されていることを特徴とする。
本願請求項3に係るLEDモジュールの製造方法は、モジュール基板上に複数のLEDチップをアレイ状に配置し、モールド樹脂により封止するLEDモジュールの製造方法において、前記モジュール基板表面にLEDチップを実装する工程と、凸部を有する封止用金型を用いて第2の封止エリア形成予定領域に実装した前記LEDチップ表面に、該表面の一部を覆うように前記凸部を当接させて第1の封止エリアを第1のモールド樹脂により選択的に封止するとともに、前記凸部を当接させた前記LEDチップ表面から上方に向かって開口寸法が広くなる開口内に、前記第2の封止エリアの前記LEDチップ表面の一部を露出する第1の封止工程と、前記第2の封止エリアの前記開口内に、第2のモールド樹脂を充填する第2の封止工程とを含むことを特徴とする
本発明のLEDモジュールは、LEDチップをアレイ状に配置し、異なるモールド樹脂により封止する際、それぞれのモールド樹脂の間に、非発光部が存在しないため、輝度ムラの発生を防止することが可能となる。また、所望の蛍光体色を含むモールド樹脂を、所望の位置に配置することが容易となり、色温度を自在に変更することができるという利点もある。
また、本発明のLEDモジュールは、発光効率の高い例えば青色LEDチップを用いることで、高輝度化を図りつつ、色温度を自在に変更することができるという利点もある。
本発明のLEDモジュールの製造方法によれば、複数のLEDチップを搭載したモジュール基板を封止用金型を用いて一括封止することができ、非常に簡便な方法である。特に集合基板となるモジュール基板を用い、一括封止した後、個片化することで複数のLEDモジュールを形成することができ、非常に安価にLEDモジュールを形成することができる。
また、本製造方法によれば、封止用金型によって異なるモールド樹脂を区画するため、それぞれのモールド樹脂間を区画するダム部等の形成工程が不要になるという利点もある。
本発明の参考例1のLEDモジュールの説明図である。 図1に示す参考例1のLEDモジュールの一部断面図である。 本発明のLEDモジュールの説明図である。 本発明の別の参考例2のLEDモジュールの説明図である。 本発明の参考例の封止工程の説明図である。 本発明の参考例の封止工程の説明図である。 本発明のLEDモジュールの説明図である。 本発明の封止工程の説明図である。 従来のLEDモジュールの説明図である。
本発明のLEDモジュールは、LEDチップをアレイ上に配置し、異なるモールド樹脂により封止する際、それぞれのモールド樹脂の間に、非発光部の境界が存在しない構造となっており、封止用金型によってモールド樹脂を区画する製造方法により、これを実現している。以下、本発明の実施例について詳細に説明する
参考例1
まず、本発明の第1の参考例について、詳細に説明する。図1は本発明の第1の参考例のLEDモジュールの説明図である。図1において、1はモジュール基板、2はLEDチップ、3は第1の蛍光体を含むモールド樹脂により封止された第1の封止エリア、4は第2の蛍光体を含むモールド樹脂により封止された第2の封止エリア、5はワイヤである。なお図1では、LEDチップ2に所望の電流を供給するための配線等の記載は省略している。
図1では、第1の封止エリア3と第2の封止エリア4が列状に交互に配置した構造となっている。その結果、LEDモジュール全体として、第1の封止エリア3から放射される光と第2の封止エリア4から放射される光が重なり合い、全体として所望の色温度の発光を得ることができる。
具体的には、LEDチップ2として青色のInGaN系チップを用い、第1の封止エリア3に、例えばYAG系の蛍光体含むモールド樹脂を用いると、蛍光体は黄色の発色となり、青色発光のLEDチップ2の発光色と重なり、白色の発光領域を形成することができる。また、第2の封止エリア4に、例えばCASN系の蛍光体を含むモールド樹脂を用いると、蛍光体は赤色の発色となり、青色発光のLEDチップ2の発光色と重なり、赤紫の発光領域を形成することができる。モジュール基板1上に形成された白色の発光領域と赤紫の発光領域を備えたモジュール基板1全体からの発光色は、第1の封止エリア3のみの発光に比べて、色温度が低くすることができ、温かみのある発光とすることができる。
図2は、図1に示すLEDモジュールの図面上下方向に切断した場合の一部断面図を示す。図2に示すように、モジュール基板1上にLEDチップ2が実装されており、第1の封止エリア3の第1のモールド樹脂6の断面形状は、モジュール基板1表面から上方に向かって断面寸法が狭くなる形状となっている。一方、第2の封止エリア4の第2のモールド樹脂7の断面形状は、第1の封止エリア3に囲まれた領域となり、図2に示すようにモジュール基板1表面から上方に向かって断面形状が広くなる形状となっている。このような形状となるのは、第1の封止エリア3を形成する際、封止用金型を用いるためにその側壁部が上方に向かって狭くする必要があるためである。製造方法の詳細は、後述する。なお、図2においてワイヤ5は記載を省略している。
図1に示すLEDモジュールは、第1の封止エリア3と第2の封止エリア4が、それぞれ直列に接続されたLEDチップ2列が交互に配置された場合を示しているか、このような構成とする場合には、図3に示すように、封止エリア毎に別回路として、制御することによって色温度を変更することもできる。
なお、モジュール基板1は、アルミナセラミック、MCP(Metal Core Printed circuit board)基板などを使用することができる。なお、MCP基板を用いると、銅やアルミニウムなどのコア材がLEDモジュールの放熱板として機能させることも可能である。第1の封止エリア3および第2封止エリア4の含まれる蛍光体は、実装されるLEDチップの種類と所望の発光色を得るために、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系、TAG(テルビウム・アルミニウム・ガーネット)系、サイアロン系、BOS(バリウム・オルソシリケート)系などから適宜選択することができる。ワイヤ5は、金ワイヤのほか、銀ワイヤを用いてもよい
参考例2
第1の封止エリア3と第2の封止エリア4の配置は、第1の参考例で説明した列状の配置に限らず、図4に示すように点状に配置することも可能である。このように点状に第2の封止エリアを配置した場合も、第1の封止エリア3から放射される光と第2の封止エリア4から放射される光が重なり、全体として所望の色温度の発光を得ることができる。なお、第2の封止エリア4に配置は、図3に示す位置、および個数に限定されるものでないことはいうまでもない
参考例3
次に、第1の参考例および第2の参考例で説明したLEDモジュールの製造方法について説明する。まず、モジュール基板1上のうち、第1の封止エリア3の位置にLEDチップ2を搭載し、ワイヤ5により必要な接続を形成する。ここで、第2の封止エリア4の位置にはLEDチップ2は実装しない。
次に第1の封止エリア3を封止用金型を用いて封止する。図5は封止工程の説明図である。使用する封止用金型は、平板状の下型8と第2の封止エリア4に相当する領域に凸部を備えた上型9からなる。封止工程では、柔軟性があるフィルム10を介して下型8と上型9とでモジュール基板1を挟持する。柔軟性のあるフィルムとしては、フッ素系フィルムで、厚さ30〜50μm程度の厚さすることで、フィルムの柔軟性により樹脂フラッシュの発生を防止することができる。図5に示す封止工程により、第1の封止エリア3に実装されたLEDチップ2は、第1のモールド樹脂6により封止される(いわゆるシートモールド法による)。封止用金型を用いて第1の封止エリアを形成するため、その断面形状は、傾斜した形状となる。なお、上型9に形成されている凸部は、LEDチップ2や図示しないワイヤ5に接触しないようにすることはいうまでもない。
第1の封止エリア3を第1のモールド樹脂6により封止した後、図6に示すように、第1の封止エリア3の間の開口内に位置する第2の封止エリア4のモジュール基板1上にLEDチップ2を搭載し、ワイヤ5により必要な接続を形成する。図6ではワイヤ5は図示していない。
その後、開口内に第2のモールド樹脂を充填することで、図2に示すLEDモジュールを形成することができる。第2のモールド樹脂の充填は、平板状の金型により挟持しても、ポッティング法によっても良い。
封止用金型の上型9の凸部を長手方向に延出する構造とすると図1に示すように列状に第1の封止エリア3と第2の封止エリア4が配置する構造となり、凸部をLEDチップ2の1個分の形状が所定の位置に配置すると、図4に示すように第1の封止エリア3と第2の封止エリア4が配置する構造とすることができる
次に本発明のの実施例について説明する。第1の参考例および第2の参考例では、LEDチップ2全体を第2のモールド樹脂7によって封止されている形状について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図7に示すように、LEDチップ2表面のみを第2のモールド樹脂7によって封止し、第2の封止エリア4を形成することも可能である。
図7に示す構造のLEDモジュールは、次のように形成する。まず、モジュール基板1上の全ての領域に、LEDチップ2を実装する。次に、第1の封止エリア3を封止用金型を用いて封止する。図8は封止工程の説明図である。先に説明した封止工程同様、柔軟性があるフィルム10を介して下型8と上型9とでモジュール基板1とLEDチップ2を挟持し、第1のモールド樹脂6により封止する。ここで、上型9の凸部は、LEDチップ2の表面に当接する。上型9に形成されている凸部は、ワイヤ5に接触しないようにすることはいうまでもない。
いわゆるシートモールド法によれば、LEDチップ2表面には柔軟性のあるフィルム10を介して上金型9の凸部が当接するため、LEDチップにダメージを与えることはなく、LEDチップ2表面を選択的に開口することが可能となる。
その後、開口内に第2のモールド樹脂を充填することで、図7に示すLEDモジュールを形成することができる。第2のモールド樹脂の充填は、平板状の金型により挟持しても、ポッティング法によっても良い。
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、異なる種類の蛍光体を含む、あるいは蛍光体を含まない封止エリアを複数、所望の位置に配置することで、所望の色温度の発光を実現することができる。また、第1のモールド樹脂による封止工程前に、必要に応じてLEDチップ2の隣接部に反射材を塗布することも可能である。
さらに、モジュール基板1が複数のLEDモジュールを形成するための集合基板とすると、上記封止工程を施したのち、集合基板とモールド樹脂を、例えばダイシングソーを用いて切断して個片化することで、大量のLEDモジュールを簡便に形成することが可能となる。
1:モジュール基板、2:LEDチップ、3:第1の封止エリア、4:第2の封止エリア、5:ワイヤ、6:第1のモールド樹脂、7:第2のモールド樹脂、8:下型、9:上型、10:フィルム、91:LEDチップ、92a:第1の蛍光体のエリア、92b:第2の蛍光体のエリア、93:ダム部

Claims (3)

  1. モジュール基板上に複数のLEDチップがアレイ状に配置され実装されたLEDモジュールにおいて、
    前記LEDチップが封止された封止エリアは、前記LEDチップの一部を第1のモールド樹脂により封止した第1の封止エリアと、残るLEDチップの一部を第2のモールド樹脂により封止した第2の封止エリアとを含み、
    前記第1の封止エリアは、前記LEDチップと前記LEDチップに隣接するLEDチップ表面の一部を第1のモールド樹脂により封止した領域であり、
    前記第2の封止エリアは、前記隣接するLEDチップの前記第1のモールド樹脂により封止されていない表面を第2のモールド樹脂により封止した領域であり、
    前記第1の封止エリアの前記第1のモールド樹脂は、前記隣接するLEDチップの表面から上方に向かって断面寸法が狭くなる断面形状を有し、
    前記第1の封止エリアと前記第2の封止エリアの境界は、前記第1のモールド樹脂と前記第2のモールド樹脂が直接接触していることを特徴とするLEDモジュール。
  2. 請求項1記載のLEDモジュールにおいて、前記第2の封止エリアは、選択されたLEDチップ表面のみに前記第2のモールド樹脂の封止領域が形成されていることを特徴とするLEDモジュール。
  3. モジュール基板上に複数のLEDチップをアレイ状に配置し、モールド樹脂により封止するLEDモジュールの製造方法において、
    前記モジュール基板表面にLEDチップを実装する工程と、
    凸部を有する封止用金型を用いて第2の封止エリア形成予定領域に実装した前記LEDチップ表面に、該表面の一部を覆うように前記凸部を当接させて第1の封止エリアを第1のモールド樹脂により選択的に封止するとともに、前記凸部を当接させた前記LEDチップ表面から上方に向かって開口寸法が広くなる開口内に、前記第2の封止エリアの前記LEDチップ表面の一部を露出する第1の封止工程と、
    前記第2の封止エリアの前記開口内に、第2のモールド樹脂を充填する第2の封止工程とを含むことを特徴とするLEDモジュールの製造方法。
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