JP6510256B2 - LED module manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)を組み込んだLEDモジュール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an LED module incorporating an LED (Light Emitting Diode) and a method of manufacturing the same.
近年、光源として、LEDチップを用いた光源装置が注目されており、このLEDの発光効率は、白熱電球より遥かに高く、蛍光ランプやHIDランプにも勝る性能にまで開発されてきている。LED素子そのものは半導体であるため、LED光源は、約4万時間の寿命を持ち、白熱電球の数十倍、蛍光灯やHIDランプの数倍の寿命を有している。更に、応答性(電源投入から定常点灯に至る時間)が高く、100ナノ秒以下で定常点灯に至るのは、他の光源と比較してもLED光源以外には達成できない。 In recent years, a light source device using an LED chip has attracted attention as a light source, and the light emission efficiency of this LED is much higher than that of an incandescent lamp, and has been developed even better than fluorescent lamps and HID lamps. Since the LED element itself is a semiconductor, the LED light source has a life of about 40,000 hours, several tens of times that of an incandescent bulb, and several times that of a fluorescent lamp or an HID lamp. Furthermore, the response (time from power-on to steady-state lighting) is high, and steady-state lighting in less than 100 nanoseconds can not be achieved except for the LED light source as compared to other light sources.
しかし、1つのLED素子から出力される光束は弱いため、LED光源装置には、LEDパッケージをフレキシブル基板に多数個搭載することで、必要な光束を得ることが行われる(例えば、特許文献3参照)。近年では、LED光源装置の用途拡大に伴い、小型化、低コスト化が達成できるLED素子を直接モジュール基板上にダイボンドし、ワイヤボンドにて接続を行うLEDモジュールの開発が盛んになっている(例えば、特許文献1、2参照)。
However, since the light flux output from one LED element is weak, in the LED light source device, a large number of LED packages are mounted on a flexible substrate to obtain a necessary light flux (for example, see Patent Document 3) ). In recent years, with the expansion of applications of LED light source devices, development of LED modules in which LED elements capable of achieving downsizing and cost reduction can be directly die-bonded on module substrates and connected by wire bonding has become active ( See, for example,
また、従来のLEDパッケージの多くにおいては、光の取出し効率の向上を図るためにレンズが取り付けられる。特許文献4はレンズ形成方法の1例であるが、この文献4では、レンズ形状に作られた金型に対し、ディスペンス等の方法によって、シリコーン系樹脂を流し込み、その中にLED素子の実装部を浸漬させ、レンズを形成する。この方法は、圧縮成型法といわれており、トランスファー等の他の成型方法と異なり、ランナー等の流動パスが残らないことが特徴である。
Further, in many conventional LED packages, a lens is attached to improve the light extraction efficiency. Although
一般に、COB(Chip On Board)タイプのLEDモジュールは、直径25〜50mm程度、或いは25〜50mm角程度の発光面積を持つため、配光の指向性は広く、発光面の輝度は見る方向によらず殆ど一定となるランバート配光となり、正面方向とのなす角をθとした場合、光度分布はcosθに比例することとなる。家庭用ダウンライト光源等には、ランバート配光がグレアも抑えられ、優しい光と受け取られるため有効である。一方、投光機等のように広大なエリアを効率的に照らすには、光源のエネルギーを有効に活用し、配光を所望の範囲内に絞る必要があるため、COBタイプのLEDモジュールでは、上記の用途に適しておらず、灯具のリフレクター等の補助具によって配光を変更する必要があった。しかし、COBタイプのLEDモジュールは光源の小型化に寄与できるため、リフレクターの補助具を不要とし、若しくは小型のリフレクターを取り付けることによって、所望の配光特性が得られるようにすれば、灯具全体の小型、軽量化に寄与することができる。 Generally, since a COB (Chip On Board) type LED module has a light emitting area of about 25 to 50 mm in diameter or about 25 to 50 mm square, the directivity of light distribution is wide and the luminance of the light emitting surface depends on the viewing direction. The light distribution becomes proportional to cos θ, where the Lambert light distribution becomes almost constant and the angle with the front direction is θ. It is effective for a downlight light source for home use etc. because the Lambertian light distribution is suppressed as glare and it is received as a gentle light. On the other hand, in order to efficiently illuminate a large area such as a floodlight, it is necessary to effectively utilize the energy of the light source and to narrow the light distribution within the desired range. It was not suitable for said use, and it was necessary to change light distribution by auxiliary | assistant tools, such as a reflector of a lamp. However, since the COB type LED module can contribute to the miniaturization of the light source, if it is possible to obtain the desired light distribution characteristics by eliminating the auxiliary of the reflector or by attaching a small reflector, It can contribute to downsizing and weight reduction.
例えば、下記特許文献5には、LEDパッケージの一例として、粘度及びチクソトロピック性を規定したシリコーン樹脂組成物を用い、ディスペンス法等によりLED素子を封止することにより、レンズの形成を容易にした製造方法が開示されている。
For example, in
また、下記特許文献6には、レンズ形状のバラツキが少ない所望の形状精度を得るための製造方法及び製造装置が開示されており、この特許文献6では、硬化工程を例えば0.5MPaの加圧下で行うことによって、レンズの中にボイドが発生していたとしても、そのボイドを十分に小さくできることが記載されている。また、液状樹脂は粘度(23℃)を10〜200Pa・s、チクソトロピック性を2.0〜7.0とすることにより、レンズ形状に適した樹脂特性を選択する方法が開示され、更に使用されるディスペンサとして、スクリュー式、ジェット式又は容量計量式が適切であること等が記載されている。
Further,
下記特許文献7には、光の取出し効率を向上させると共に発光色のバラツキを抑制するために、蛍光体を含む波長変換部をLED素子周囲に平面状に供給した後、その上に、凸状部(レンズ部)を持つ反射抑制部を形成することが記載されている。 In Patent Document 7 below, in order to improve the light extraction efficiency and to suppress the variation of the emission color, the wavelength conversion portion including the phosphor is provided flat around the LED element, and then a convex shape is formed thereon. It is described that a reflection suppressing portion having a portion (lens portion) is formed.
ところで、上記COBタイプのLEDモジュールでは、製品毎にLED素子の配置位置が異なり、一般的に用いられる圧縮成型法においては、製品毎に金型を準備する必要があるため、レンズを付けることは難しい。 By the way, in the above-mentioned COB type LED module, the arrangement position of the LED element is different for each product, and it is necessary to prepare a mold for each product in the generally used compression molding method. difficult.
一方、ディスペンサ等を用いたシリコーンレンズの形成方法では、塗布プログラムの作製によって、製品毎にLED素子の配置に従ったレンズを形成することが可能であるが、COBタイプのLEDモジュールにおいて、ワイヤボンド又はフリップチップ接続により搭載されるLED素子は、搭載の際にLEDモジュール面内での所望の搭載位置に対して100μm程度の位置ズレが起こる。また、LEDモジュール基板自体の寸法精度や、生産性向上のためにモジュール基板を集合状態で搬送、組み立てを行う際に発生するモジュール基板の累積寸法精度等の影響を受け、所望の位置にレンズが取り付けられず、このような原因によって、配光特性に悪影響を与えるという問題が生じる。 On the other hand, in the method of forming a silicone lens using a dispenser or the like, it is possible to form a lens according to the arrangement of LED elements for each product by preparing an application program, but in the COB type LED module Alternatively, the LED element mounted by flip chip connection has a positional deviation of about 100 μm with respect to a desired mounting position in the plane of the LED module during mounting. In addition, under the influence of the dimensional accuracy of the LED module substrate itself, and the cumulative dimensional accuracy of the module substrate generated when transporting and assembling the module substrates in a collective state to improve productivity, the lens is positioned at a desired position. Since it is not mounted, such a cause causes a problem of adversely affecting the light distribution characteristic.
更に、COBタイプのLEDモジュール基板は、25〜50mm角程度と大きいため、LEDモジュール基板面内のレンズ部の大きさ(高さ)のバラツキが無視できない。即ち、レンズ形成樹脂の塗布量安定化に重要なパラメータとして、ニードルとチップ間の距離を一定に保つことが必要となるが、この距離を一定に保つことは難しく、バラツキが少ない所望の精度のレンズ形状を得ることは難しい。 Furthermore, since the COB type LED module substrate is as large as about 25 to 50 mm square, the variation in the size (height) of the lens portion in the surface of the LED module substrate can not be ignored. That is, it is necessary to keep the distance between the needle and the tip constant as an important parameter for the stabilization of the coating amount of the lens forming resin, but it is difficult to keep this distance constant and the desired accuracy It is difficult to obtain the lens shape.
上記特許文献7は、上述のように、蛍光体を含む波長変換部をLED素子周囲に平面状に供給した後、その上に、凸状レンズ部を持つ反射抑制部を形成しているが、この凸状レンズ部を搭載する位置補正に関する記載はなく、蛍光体を含む波長変換部においてLED素子の搭載位置を確認することはできないため、LED素子の搭載の位置ズレ、モジュール基板の寸法精度等に対応した所望の位置にレンズを取り付けることは困難である。 In the above Patent Document 7, as described above, after the wavelength conversion portion including the phosphor is flatly supplied around the LED element, the reflection suppressing portion having the convex lens portion is formed thereon. There is no description about the position correction for mounting the convex lens portion, and since the mounting position of the LED element can not be confirmed in the wavelength conversion portion including the phosphor, the positional deviation of the mounting of the LED element, the dimensional accuracy of the module substrate, etc. It is difficult to mount the lens in the desired position corresponding to.
また、この特許文献7では、大よそ扁平形となる同一形状のレンズが取り付けられ、このレンズは、LED素子を中心(点光源)とした円弧状のレンズ形状とされ、光の取出し効率の向上には有効であるが、このレンズでは、一般にランバート配光となるCOBタイプのLEDモジュールの配光を変更することができない。 Moreover, in this patent document 7, the lens of the same shape which becomes roughly flat shape is attached, this lens is made into the arc-shaped lens shape centering on a LED element (point light source), and the light extraction efficiency is improved However, this lens can not generally change the light distribution of the COB type LED module, which is a Lambert light distribution.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、搭載されたLED素子の位置ずれや、モジュール基板の寸法精度にバラツキがある場合でも、複数のLED素子のそれぞれの位置に精度よくレンズを形成し、所望の配光特性を得ることが可能となるLEDモジュール及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to position each of a plurality of LED elements even when the positional deviation of the mounted LED elements and the dimensional accuracy of the module substrate vary. An object of the present invention is to provide an LED module capable of forming a lens with high precision and obtaining a desired light distribution characteristic and a method of manufacturing the same.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、基板に複数のLED素子を実装した後、ディスペンサから液状樹脂を供給することにより上記複数のLED素子に対しレンズを形成するLEDモジュールの製造方法において、上記複数のLED素子を透光性樹脂にて封止することにより、上面が平面となる平面透光部を形成し、認識装置により認識した上記LED素子の位置、上記LED素子の高さ及び上記平面透光部の表面高さ情報に基づき、上記LED素子上のそれぞれの上記平面透光部の上に液状樹脂を供給することにより、砲弾形の凸状レンズからなる中央部レンズ群と、この中央部レンズのレンズ高よりも低い扁平形の凸状レンズ群からなる周辺部レンズ群とを形成することを特徴とする。
請求項2の発明は、上記認識装置は、画像カメラで上記LED素子の位置を認識し、かつ可視レーザーを用いたレーザー変位計で上記LED素子の高さ及び上記平面透光部の表面高さを認識することを特徴とする。
請求項3の発明は、上記認識装置により認識したLED素子の位置、上記LED素子の高さ及び上記平面透光部の表面高さ情報に基づき、上記LED素子上のそれぞれの上記平面透光部の上に、透光性の第1液状樹脂によりレンズ基部を形成するレンズ基部形成工程と、上記レンズ基部の上記第1液状樹脂を仮硬化させる第1硬化工程と、この第1硬化工程の後、上記レンズ基部上に重ねて透光性の第2液状樹脂によりレンズ積層部を形成するレンズ積層部形成工程と、上記レンズ基部の第1液状樹脂及び上記レンズ積層部の第2液状樹脂を本硬化させる第2硬化工程と、を備え、上記第1液状樹脂及び上記第2液状樹脂より上記中央部レンズ群及び上記周辺部レンズ群を形成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the invention of
In the invention of
The invention according to
上記の構成によれば、例えば画像カメラにより基板上のLED素子(全て又は数個毎)の位置が認識され、レーザー変位計によりLED素子(全て又は数個毎)の高さが認識され、このLED素子の位置と高さの情報に基づいてディスペンサのノズル先端が所定の位置に移動し、このディスペンサからの液状樹脂の供給量やノズルの引上げ幅等が制御されることで、LED素子の上にレンズが形成されることになり、このレンズとして、砲弾形、半球形、扁平形等の高さの異なる凸レンズが容易に形成可能となる。 According to the above configuration, for example, the position of the LED element (all or several) is recognized by the image camera, and the height of the LED element (all or several) is recognized by the laser displacement meter. The tip of the nozzle of the dispenser moves to a predetermined position based on the information on the position and height of the LED element, and the amount of liquid resin supplied from the dispenser, the pulling width of the nozzle, and the like are controlled. Thus, a lens is formed, and as this lens, convex lenses having different heights such as shell-shaped, hemispherical, flat, etc. can be easily formed.
本発明のLEDモジュール及びその製造方法によれば、搭載されたLED素子の位置ずれや、モジュール基板の寸法精度にバラツキがある場合でも、複数のLED素子のそれぞれの位置に精度よくレンズを形成し、所望の配光特性を得ることが可能となる。この結果、COBタイプのLEDモジュールにおいて、リフレクターの補助具等の小型化を図り、灯具全体の小型、軽量化に寄与することができる。 According to the LED module and the method of manufacturing the same of the present invention, even if there is a positional deviation of the mounted LED elements or variations in the dimensional accuracy of the module substrate, the lenses are formed accurately at the respective positions of the plurality of LED elements. It is possible to obtain desired light distribution characteristics. As a result, in the COB type LED module, it is possible to miniaturize the auxiliary tool of the reflector and the like, and to contribute to the miniaturization and weight reduction of the whole lamp.
また、次のような利点がある。
一般にランバート配光となるLEDモジュールにおいて、所望の配光特性へ変換することが可能となり、スネルの法則から導かれる臨界角が成り立つ部位をレンズ形成によって減らすことができるため、光の取出し効率を向上させることができる。
LEDモジュールの発光面に1つのレンズを形成する場合と比較すると、高価なシリコーンの量を減らし、高い信頼性と低コスト化を図ることができ、しかもシリコーンの量が減ることによって、レンズから取り出される各LED素子からの発光の経路を短くすることができるため、シリコーン樹脂内での透過率の影響を受ける経路が減り、同様に光の取出し効率の向上につながる。
従来は、単一形状のレンズが付けられたパッケージを並べるだけでは不可能であった、特殊な配光特性を1つのCOBタイプのLEDモジュールにて作り出すことができる。
レンズの作製では、塗布プロファイル若しくは樹脂特性を利用するため、LEDモジュール作製段階で自由に形状や高さが異なるレンズを面内に配置することが可能になる。
There are also the following advantages.
In LED modules that generally have Lambert light distribution, it is possible to convert to desired light distribution characteristics, and it is possible to reduce the area where the critical angle derived from Snell's law holds by lens formation, thus improving light extraction efficiency It can be done.
Compared to the case where one lens is formed on the light emitting surface of the LED module, the amount of expensive silicone can be reduced, high reliability and cost reduction can be achieved, and the amount of silicone is reduced, so that it is taken out from the lens It is possible to shorten the path of light emission from each of the LED elements, thereby reducing the path affected by the transmittance in the silicone resin, which in turn leads to the improvement of the light extraction efficiency.
Conventionally, it is possible to create a special light distribution characteristic with one COB type LED module, which was impossible by simply arranging packages with a single shape lens.
In lens production, it is possible to freely arrange lenses having different shapes and heights in the plane at the LED module production stage in order to use the application profile or resin characteristics.
また、レンズ高の高い砲弾形の中央部レンズと低い扁平形の周辺部レンズを設けた場合は、光屈折により、正面を明るく、周辺を広角にすることができ、正面に光源のエネルギーを有効に持っていきながら、周辺も照らすことができるような配光に変換することが可能になる。このような配光特性は、従来のリフレクター等で配光を狭めた投光機等の灯具では対応できないものであり、光源近傍も明るくすることができるため、灯光機等で生じる明暗のくっきりした場所による違いの問題を改善することが可能となる。 In addition, if a shell-shaped central lens with a high lens height and a low flat peripheral lens are provided, light refraction makes it possible to brighten the front and widen the periphery, making the energy of the light source effective in the front. It is possible to convert into a light distribution that can also illuminate the surroundings while bringing Such light distribution characteristics can not be coped with with a conventional light source such as a light projector having a narrow light distribution with a reflector or the like, and the vicinity of the light source can be brightened. It is possible to improve the problem of differences due to places.
図1及び図2に、第1実施例のCOBタイプのLEDモジュールの構成が示され、図3及び図4には、このLEDモジュールの主要な製造工程が示されており、図1(a)に示されるように、第1実施例は、基板1に多数のLED素子2が配置され、このLED素子2の全てが透光性樹脂で封止されることにより、上面が平面となる平面透光部3が形成される。そして、この平面透光部3の上に、ポッティングにて、砲弾形となるレンズ高の高い(周辺部レンズよりも高い)中央部レンズ(群)4と、扁平形(弧状)となるレンズ高の低い(中央部レンズよりも低い)周辺部レンズ(群)5が形成される。
1 and 2 show the configuration of the COB type LED module according to the first embodiment, and FIGS. 3 and 4 show the main manufacturing steps of this LED module. As shown in FIG. 1, in the first embodiment, a large number of
上記平面透光部3として、透光性を有する、例えばシリコーン系のベース樹脂材にシリケート系錯体[(Ba,Sr,Ca)2SiO4系錯体]であるBOS蛍光体を混練させたものの他、黄色を帯びる(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce、α−サイアロン系錯体、Li2SrSiO4系錯体、或いは橙色を帯びる(Ba,Sr)3SiO5系錯体、赤色を帯びる(Ca,Sr)2Si5N8系錯体や(Ca,Sr)AlSiN3系錯体、青緑一黄色を帯びる(Ba,Sr,Ca)Si2O2N2系錯体、緑色を帯びるCa3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce等が用いられる。LED素子2は、例えば青色を発光するものとすると、黄色を帯びる蛍光体等の組み合わせにより、擬似白色光を作り出すことが可能となる。
Other than the above-mentioned flat light-transmitting
上記平面透光部3に蛍光体を混練する場合に、ポッティングで得られる上記レンズ4、5においては、上記透光性を有するシリコーン系樹脂をそのまま使うことによって、レンズ4、5の形状によらず、LED素子2が放射する様々な方向の光の光路長を均一にできるため、発光色のバラツキを抑制することが可能となる。
一方、扁平状の周辺部レンズ5においては、レンズ内での光路長をほぼ均一にすることができることから、このレンズ5を搭載するエリアの平面透光部3に上記シリコーン系樹脂をそのまま使用し、レンズ5に蛍光体を混練させて使うことも可能であり、色温度、演色性(Ra)、レンズ形状・サイズ、配光特性等を考慮し、適した仕様を選択することになる。
In the case where the phosphors are kneaded into the flat
On the other hand, in the flat
また、基板1は、セラミック、MCP(Metal Core Printed circuit board)等が用いられ、放熱、コスト、耐光性を考慮し選定される。ここでいう耐光性とは、可視光領域の高輝度の光のエネルギーの照射に対し、材料欠陥等を起因とした黄化現象等の材料劣化を指す。また、上記平面透光部3、上記レンズ4,5もシリコーン系樹脂を用いることによって、同様に強い耐光性が維持されている。
Further, the
図1(b)には、第1実施例の配光特性が示されており、実線101の特性が得られている。なお、点線100は、レンズを備えない平面透光部3のみの配光特性である。なお、図1(b)に示す配光特性図では、等高線は光度(単位はcd)を示し、角度は0°がLEDモジュールの正面方向を示している。
図2(a)には、上記平面透光部3を形成した状態の構成が示されており、このように、LED素子2を平面透光部3のみで封止・被覆する状態では、図2(b)に示されるように、実線100で示される配光特性が得られる。
The light distribution characteristic of the first embodiment is shown in FIG. 1B, and the characteristic of the
FIG. 2 (a) shows the configuration in a state in which the above-mentioned flat
即ち、図2(c)に、図2(a)のA部での光の屈折が示されており、平面透光部3のシリコーン系樹脂は、屈折率が1.4〜1.7程度(n1 )、空気の屈折率は1.0(n2 )であり、シリコーン系樹脂から外部へ取り出される光は、出射角θ2 が90°を超える場所では全反射される(外部へ取り出される限界の入射角θ1 :臨界角)。この全反射となる光は、スネルの法則から入射角θ1 が36.0°〜45.6°程度を超える光であり、平面透光部3から出射光Lfのように脱出することができず、全反射光Laとなる。この平面透光部3の表面で全反射された光Laは、その後、LED素子2に照射され、光電効果によりLED素子2からの光取出し効率に悪影響を与えてしまう。
That is, FIG. 2 (c) shows the refraction of light at part A of FIG. 2 (a), and the silicone resin of the flat
これに対し、図1(a)に示すようにポッティングレンズ4,5を備える構造とし、ポッティングレンズ4,5を平面透光部3と同じシリコーン系樹脂を用いることで、屈折率が平面透光部3と同等となり、平面透光部3とレンズ4,5との境界での光の屈折は殆ど発生しない。そのため、各LED素子2から放射される光は、レンズ4,5の傾斜による効果によって臨界角以内となるため、光の取出し効率が改善されることになる。
On the other hand, as shown in FIG. 1 (a), the
また、図1(a)の砲弾形の中央部レンズ4による配光は、LEDモジュール(COBタイプ)の正面側に輝度が強くなるのに対し、扁平状の周辺部レンズ5の配光はLEDモジュール周囲側に広がるようになる。上記LED素子2のサイズが1.0mm角程度、平面透光部3の樹脂厚が0.2mm程度、上記砲弾形の中央部レンズ4のレンズ径がφ2.0mm程度、高さが平面透光部3上から5.0mm程度とし、また扁平形の周辺部レンズ5のレンズ径が同様にφ2.0mm程度、高さが1.0mm程度とすると、配光特性は、正面方向の±20°以内と、±50〜80°付近の輝度を向上させることができる。
Moreover, while the light distribution by the shell-shaped
上記のように、正面方向の±20°以内に輝度が集中する配光特性とした場合は、所望の場所の照度を上げる投光機等に利用することができ、従来、リフレクターによって所望の照度を得ていた投光機等に比べて、低コスト化、小型化、軽量化を図ることができる。
また、±50〜80°付近の周辺輝度も向上できることから、投光機等のデメリットであった、明暗の境界をぼかすことができ、例えば広大な競技場等で多数配置される投光機から作り出される照射部分の重なりエリアを減らすこと等に寄与でき、照度のバラツキ、投光機の数を減らすことが可能となる。
As described above, in the case of a light distribution characteristic in which the luminance is concentrated within ± 20 ° in the front direction, it can be used for a light projector or the like for increasing the illuminance at a desired place. As compared with the projectors and the like that have been obtained, it is possible to achieve cost reduction, size reduction, and weight reduction.
In addition, the peripheral brightness around ± 50-80 ° can also be improved, which makes it possible to blur the boundary between light and dark, which is a disadvantage of light projectors, for example, from light projectors arranged in large numbers at large stadiums etc. It is possible to contribute to reducing the overlapping area of the irradiated parts to be created, etc., and it becomes possible to reduce the variation in illuminance and the number of light projectors.
実施例では、平面透光部3上にレンズ4,5を形成し、しかも平面透光部3ではチップ上面より十分な樹脂量を塗布する構成としたが、この平面透光部3は、チップ上面のギリギリの位置までの状態、或いはチップ上面にはない状態としてもよい。
更に、平面透光部3を設けず、LED素子2の1つ又は複数を包含する状態で、直接的に凸状レンズ(4,5)を形成し、これらレンズの高さを異なる形状(砲弾形、半球形、扁平形等)にしてもよい。
蛍光体の混練は、平面透光部3の量が減るに従い、レンズ4,5に混練量を増やしてゆき、所望の色温度を持つ擬似白色光を作るようにすることが好ましい。
In the embodiment, the
Furthermore, convex light lenses (4, 5) are directly formed in a state including one or more of the
It is preferable to knead the phosphors by increasing the amount of kneading in the
上記中央部レンズ4と周辺部レンズ5の形状は、樹脂のチクソトロピック性によって所望の形状とすることが可能であり、ポッティングのプロファイルと合わせ、低粘度の場合には、液状樹脂のレンズ形状は周辺部レンズ5のように扁平形、一方高粘度の場合には、中央部レンズ4のように砲弾形に近づけることにより、所望の配光特性に調整することができる。
The shapes of the
次に、図3,図4に基づいて製造方法について説明する。なお、実施例では、LED素子2の位置が画像カメラ10で、高さがレーザー変位計12で検出・認識される。
まず、図3(a)に示されるように、多数のLED素子2を基板1に対しダイボンド、ワイヤボンド又はフリップチップにより実装した後、画像カメラ10にて、多数のLED素子2の位置を全て又は数個おきに認識し、位置確認が行われる。この画像カメラ10のLED素子2の位置確認によって、ダイボンド時のLED素子2の搭載位置ズレ、搭載する基板1の伸縮ズレを把握することができる。上記搭載位置ズレ、伸縮ズレは、設計値に対して100μm程度である。
Next, the manufacturing method will be described based on FIGS. 3 and 4. In the embodiment, the position of the
First, as shown in FIG. 3A, after mounting a large number of
その後、図3(b)に示されるように、ディスペンスニードル(ノズル)11等によりLED素子2が実装された搭載面に蛍光体を混練させたシリコーン系樹脂を塗布することで、所望の高さの平面透光部3が上記LED素子2の周囲に形成され、全てのLED素子2が封止される。このとき、塗布プロファイル、塗布時間等のパラメータが制御され、また上記シリコーン系樹脂の粘度、チクソトロピック性が選定される。蛍光体を混練させたシリコーン系樹脂は一般にチップ上部まで塗布されるため、このタイミングではLED素子2の配置位置を画像カメラ10で確認し難くなるが、図3(a)のように、蛍光体を混練させたシリコーン系樹脂を塗布する前に、LED素子2の位置確認をするので、塗布ステージから基板1を取り外さない状態で、正確なチップ位置情報に基づいた後述のレンズ形成が実施できることになる。
After that, as shown in FIG. 3B, a desired height can be obtained by applying a silicone-based resin obtained by kneading the phosphor on the mounting surface on which the
また、上記画像カメラ10でLED素子2の位置情報を認識する際、蛍光体を混練させたシリコーン系樹脂を塗布しない基板1の周辺部等に形成するアライメントマークの位置を同タイミングにて同じく画像カメラ10によって確認し、そのアライメントマークの位置情報とLED素子2の搭載位置情報とをリンクさせることによって、上記シリコーン系樹脂を塗布した後、塗布ステージから基板1を取り外したとしても、後述するレンズ形成の際に、上記アライメントマークの位置を確認することによって、正確にLED素子2上にレンズを形成することができる。
Further, when the positional information of the
その後、図3(c)に示されるように、レーザー変位計12によりLED素子2の全て又は数個おきの高さ、平面透光部3の高さを認識する。即ち、このレーザー変位計12は、発光部から照射されたレーザー光が被測定物で反射され、その反射光を受光部で受光し、距離に応じて変化する反射光の角度を求める三角測量を応用した方式で、各部の高さの認識を行っており、このレーザー変位計12で使用されるレーザーは、He−Neレーザーなどの可視レーザーが用いられる。上述したように、蛍光体を混練させたシリコーン系樹脂を通してLED素子2の位置を画像カメラ10で確認することは難しいが、基板1を取り外さずに次工程に進めるか、若しくは基板周辺部等に形成されたアライメントマークの位置を使う等によって、LED素子2の搭載位置の中心に向けてレーザー光を照射することで、LED素子2の高さを確認する。
Thereafter, as shown in FIG. 3C, the
上記レーザー光は、白色化するために黄色発光をする上記蛍光体の濃度では透過することが可能であり、レーザー光をLED素子2の上部から照射すると、平面透光部3の表面からの反射光は小さく、レーザー光はほとんど透過し、平面透光部3の表面の高さを測定することはできない。その場合は、レーザー変位計12を45°程度傾けて使用する。その結果、図3(c)の光路L1のように、平面透光部3の表面からの正反射光を増加させることができるため、平面透光部3の表面の高さの情報を得ることができる。また、屈折して平面透光部3と空気層の界面で屈折して空気層側に取り出されたレーザー光の情報を加えることで、塗布された平面透光部3の厚さの情報も得ることができる。この方法では、レーザー光の入射角、平面透光部3の屈折率の違いにより、測定結果に影響がでるため、その測定系、材料により、レーザー変位計から得られる値を前もって校正しておく必要がある。
The laser light can be transmitted at the concentration of the phosphor that emits yellow light for whitening, and when the laser light is irradiated from the top of the
次に、図3(d)に示されるように、上記画像カメラ10とレーザー変位計12から得られたXYZ座標の位置情報にて、ディスペンスニードル11をLED素子2に対するXYZ座標の所定の開始位置まで移動し、このニードル11による樹脂14の供給の開始と終了が制御される。即ち、図4(e)に示されるように、液状樹脂14を予め調整された量(平面透光部3に取付く量)だけ出し、その後、図4(f)に示されるように、ニードル11をZ方向に引き上げながらその先端から樹脂14を送り出し、終了位置でニードル11を停止すると共に樹脂供給も停止することにより、必要な樹脂量が供給される。このようにして、任意の形状のレンズが作製され、図1に示した砲弾形の中央部レンズ4と扁平形の周辺部レンズ5(半球状等)を形成することができる。このレンズ形状は、ポッティングプロファイルとチクソトロピック性による樹脂特性の組み合わせによって調整される。
Next, as shown in FIG. 3D, with the positional information of XYZ coordinates obtained from the
1つのLED素子2に対するレンズの形成が終了すると、図4(g),(h)に示されるように、ニードル11を次のLED素子2の開始位置まで移動させ、次のLED素子2に対して同様にレンズの形成が実施される。このときのニードル11の移動は、上述した認識データに基づいて制御される。
When the formation of the lens for one
このような製造方法によれば、LED素子2の100μm程度の搭載位置ズレとCOBタイプのLEDモジュール基板面内の高さバラツキに対応し、バラツキが少ない最適な形状精度を維持しながら、所望の位置にレンズを形成・配置することができ、光の安定した取出し効率、配光特性を得ることができる。
According to such a manufacturing method, it is possible to cope with the mounting position deviation of about 100 μm of the
上記レンズの形成後は、液状樹脂14の硬化が行われるが、公知である例えば0.5MPa程度の加圧下で行うことが好ましく、これによれば、レンズ内に気泡が含まれている場合であっても、この気泡の体積を十分低減して液状樹脂14によるレンズ形成にバラツキが生じることを抑制することができる。
After the formation of the lens, curing of the
図5には、第2実施例のLEDモジュールの構成が示されており、この第2実施例は、2段階(3段階以上でもよい)でレンズを作製したものである。即ち、第1実施例の場合と同様に、図3及び図4の製造方法により、多数のLED素子2を封止した平面透光部3の上に、シリコーン系樹脂等の第1液状樹脂を用いて、中央部レンズとなるレンズ基部6aと周辺部レンズ5を塗布・形成する。そして、この第1液状樹脂を第1硬化工程にて仮硬化(経時的な変形が実質的に生じなくなる程度に硬化)させ、この後、レンズ基部6a上に重ねて第2液状樹脂によりレンズ積層部6bを形成し、次いで、レンズ基部の第1液状樹脂とレンズ積層部の第2液状樹脂を本硬化(第2硬化工程)させる。このようにして、第1実施例の中央部レンズ4よりも高い砲弾形の中央部レンズ6を形成することができる。
The structure of the LED module of 2nd Example is shown by FIG. 5, and this 2nd Example produces a lens in 2 steps (3 steps or more may be sufficient). That is, as in the case of the first embodiment, the first liquid resin such as silicone resin is placed on the flat
このような第2実施例は、例えばLEDモジュールの正面の配光を更に狭角として輝度を集中させる仕様に適用することができる。なお、上記中央部レンズ6の体積が大きくなるため、使用する液状樹脂の重さによってレンズ形状が偏平状に潰れてしまい、所望の砲弾形とすることが困難となる場合があるので、このような場合には、第1液状樹脂と第2液状樹脂を異なる種類の樹脂として対応すればよい。
Such a second embodiment can be applied to, for example, a specification in which the light distribution at the front of the LED module is further narrowed and the luminance is concentrated. In addition, since the volume of the
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、レンズの形状を、中央部レンズを高くし周辺部レンズを低くする場合に限らず、所望の配光特性となるように適宜高さを変える構造とすることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to these. For example, the shape of the lens is not limited to the case where the central lens is raised and the peripheral lens is lowered, and the height may be changed appropriately so as to obtain desired light distribution characteristics.
1…基板、 2…LED素子、
3…平面透光部、 4,6…中央部(砲弾形)レンズ、
5…周辺部(扁平形)レンズ、
10…画像カメラ、 11…ディスペンスニードル
12…レーザー変位計、 14…液状樹脂。
1 ... board, 2 ... LED element,
3 ... flat light transmission part, 4, 6 ... central part (bullet shaped) lens,
5: Peripheral part (flat type) lens,
10
Claims (3)
上記複数のLED素子を透光性樹脂にて封止することにより、上面が平面となる平面透光部を形成し、
認識装置により認識した上記LED素子の位置、上記LED素子の高さ及び上記平面透光部の表面高さ情報に基づき、上記LED素子上のそれぞれの上記平面透光部の上に液状樹脂を供給することにより、砲弾形の凸状レンズからなる中央部レンズ群と、この中央部レンズのレンズ高よりも低い扁平形の凸状レンズ群からなる周辺部レンズ群とを形成することを特徴とするLEDモジュールの製造方法。 In a method of manufacturing an LED module, in which a lens is formed on the plurality of LED elements by mounting a plurality of LED elements on a substrate and supplying liquid resin from a dispenser,
By sealing the plurality of LED elements with a light-transmissive resin, a flat light-transmissive portion whose upper surface is a flat surface is formed,
Position of the LED element recognized by recognition device, based on the height and the surface height information of the planar light-transmitting portion of the LED element, a liquid resin on each of the planar light-transmitting portion on the LED element By supplying, a central lens group consisting of a convex lens having a shell shape and a peripheral lens group consisting of a convex convex lens group lower than the lens height of this central lens are formed. LED module manufacturing method.
上記レンズ基部の上記第1液状樹脂を仮硬化させる第1硬化工程と、A first curing step of temporarily curing the first liquid resin of the lens base;
この第1硬化工程の後、上記レンズ基部上に重ねて透光性の第2液状樹脂によりレンズ積層部を形成するレンズ積層部形成工程と、A lens laminated portion forming step of forming a lens laminated portion by light transmitting second liquid resin by laminating on the lens base after the first curing step;
上記レンズ基部の第1液状樹脂及び上記レンズ積層部の第2液状樹脂を本硬化させる第2硬化工程と、を備え、And a second curing step of substantially curing the first liquid resin of the lens base and the second liquid resin of the lens stack portion,
上記第1液状樹脂及び上記第2液状樹脂より上記中央部レンズ群及び上記周辺部レンズ群を形成することを特徴とする請求項1又は2記載のLEDモジュールの製造方法。3. The method for manufacturing an LED module according to claim 1, wherein the central lens group and the peripheral lens group are formed of the first liquid resin and the second liquid resin.
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