JP6274943B2 - Ｌｅｄモジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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程度の厚さにすることで、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７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７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。
次に本発明の第１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７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７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)
- 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。 - 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。
- 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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