WO2007141827A1 - 発光素子実装用基板、光源、照明装置、表示装置、交通信号機、及び発光素子実装用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

　コア金属（２１）の表面をホーロー層（２２）で被覆してなり、発光素子実装用の反射凹部（２３）が設けられた発光素子実装用基板であって、前記反射凹部の周りに溝（２４）が設けられている発光素子実装用基板（２０）である。

Description

明 細 書

発光素子実装用基板、光源、照明装置、表示装置、交通信号機、及び発 光素子実装用基板の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、発光ダイオード (以下、 LEDと記す。）などの発光素子を実装するため の発光素子実装用基板及びその製造方法、該基板に発光素子を実装してなる光源 、該光源を備えた照明装置、表示装置、交通信号機に関する。

背景技術

[0002] 発光素子は、外力や湿気などの外部環境力 の保護のため、通常は基板に実装し 、さらに透明な榭脂で発光素子を封止してパッケージ化される。さらに、発光素子か ら発する光を集光、拡散などの制御を行うため、封止榭脂の上部にレンズ形状の突 起を形成する場合もある。このようなレンズ形状を作製するには、例えば、硬化前の 榭脂を表面張力により盛り上げて、その形状を保ったまま加熱硬化又は紫外線硬化 させることにより、封止榭脂の上部をレンズ形状に仕上げることができる（例えば、特 許文献 1参照。）。

このようなレンズ形状の製造方法において、盛り上げる榭脂の盛り上げ量は、基板 と榭脂の濡れ性に大きく影響を受ける。例えば、基板の表面状態のばらつきなどによ り、封止榭脂の塗布量が多過ぎた場合や基板表面の濡れ性が良好であった場合、 基板上面で硬化前の樹脂が流出してしまい、これを除去するのに手間がかかり、場 合によっては流出した榭脂が基板側面などに設けられた電極を覆ってしまい、基板 を半田で固定しょうとした場合に電極に付着した榭脂が電気絶縁膜となって導通不 良を招 、てしまう問題がある。

[0003] 近年、 LEDは照明用途、交通信号機などへの適用が進められ、さらなる発光強度 の向上が要求されている。印加する電流量を増大させることにより、 LEDの発光強度 を高めることができる力 この場合、同時に発光素子は発熱を伴うため、効率的に放 熱する必要がある。放熱が十分でない場合、発光素子は点灯中に高温となるため、 発光効率が低下してしまい、目標とする発光強度が得られなくなる。また、長期的に 使用する場合、 LEDの信頼性が低下し、不点灯などの不具合が発生する可能性が 高くなる。

[0004] さらに、発光素子力 発する光を効率的に前方に放射するためには、図 4に示すよ うな反射凹部を設けることが望ましい。図 4に示す発光素子のパッケージ構造では、 すり鉢状の反射凹部 2を有し、一部が該反射凹部 2内に延設された電極 3が設けられ ているパッケージ 1を用い、このパッケージ 1の反射凹部 2内の一方の電極 3上に LE Dなどの発光素子 4を実装し、また発光素子 4と他方の電極 3とを金線 5によって電気 的に接続し、さらに反射凹部 2内に封止榭脂 6を上部が盛り上がるように充填、硬化 させてレンズ形状を形成した構成になっている。このパッケージ構造の光源は、電極 3間に通電することで発光素子 4を点灯し、発光素子 4から発する光の一部は直接出 射され、他部は反射凹部 4で反射されて出射されるので、発光素子 4から発した光を 効率よくパッケージ前方に出射できるようになって!/、る。

特許文献 1：特開平 9 - 153646号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 放熱性の良好な基板として、例えば、図 5に示すようなホーロー基板 9が考えられる このホーロー基板 9は、すり鉢状の反射凹部 11が形成されたコア金属 7の表面をガ ラス等力もなる薄いホーロー層 8で被覆して構成されている。ホーロー層 8上には、一 部が該反射凹部 11内に延設された電極 10が設けられて ヽる。

図 5に示すような反射凹部 11を持つホーロー基板 9は、そのコア金属 7を反射凹部 11の形状となるように加工する必要がある。この加工方法としては、ドリルによる加工 、金属プレスによる絞り加工などが挙げられる力 生産性、加工コストに観点から、プ レス力卩ェを用いることが望まし!/、。

[0006] し力しながら、金属プレスによる絞り加工を行う場合、コア金属の形状に特に考慮し な力つた場合、金属プレスによる押し圧により、基板全体が反ったり、局部的に金属 の逃げが発生して膨らみや突起が生じてしま!/、、これらの修正のために後加工が必 要となり、生産効率が悪ィ匕する問題があった。図 6B、図 6Cは、コア金属の絞り加工 において生じ易い、膨れや突起を例示する図であり、図 6Aが作製しょうとするコア金 属 7の断面図、図 6Bは反射凹部 11の裏面側に膨れ 12が発生した場合を示す断面 図、図 6Cは反射凹部 11の周縁が盛り上がって突起 13を生じた場合を示す断面図 である。これらの膨れ 12や突起 13を生じ、研削加工などによって修正するには、多く の手間と時間を要する。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明は前記事情に鑑みてなされ、反射凹部を有するホーロー基板を効率よく低 コストで作製できる反射凹部付きのホーロー基板力 なる発光素子実装用基板、該 基板に発光素子を実装してなる光源、該光源を備えた照明装置、表示装置、交通信 号機、及び発光素子実装用基板の製造方法の提供を目的とする。

[0008] 前記目的を達成するため、本発明は、コア金属と、該コア金属の表面に被覆された ホーロー層と、発光素子実装用の反射凹部と、該反射凹部の周りに形成された溝と、 を備えた発光素子実装用基板を提供する。

[0009] また本発明は、上述の発光素子実装用基板と、前記反射凹部内に実装された発光 素子と、を備えた光源を提供する。

[0010] 本発明の光源において、前記反射凹部内が榭脂封止され、且つ該封止榭脂の上 部がレンズ形状に突出して 、ることが好まし 、。

[0011] また本発明は、前述した本発明に係る光源を有している照明装置を提供する。

[0012] また本発明は、前述した本発明に係る光源を有している表示装置を提供する。

[0013] また本発明は、前述した本発明に係る光源を有して ヽる交通信号機を提供する。

[0014] また、本発明は、コア金属を作製するための金属板に溝を形成する工程と、前記金 属板に機械加工を施して、前記溝から離間した位置に発光素子実装用の反射凹部 を形成する工程と、前記金属板に溝および反射凹部を形成することにより作製された コア金属の表面に対する被覆を行いホーロー層を形成する工程と、を備えた発光素 子実装用基板の製造方法を提供する。

発明の効果

[0015] 本発明の発光素子実装用基板は、発光素子を実装する反射凹部の周りに溝を形 成したホーロー基板を用いているので、金属プレスによる絞り加工でコア金属を作製 した場合、コア金属が反ったり、変形することなく反射凹部を形成することができ、変 形等を修正するための後加工を行う必要がなくなり、効率よく安価に基板を作製する ことができる。

また、反射凹部の周りに溝を形成したので、封止榭脂を多量に塗布してしまった場 合でも、基板の外側まで榭脂が流出せず、流出した榭脂によって電極表面に電気絶 縁膜が形成される不具合を防ぐことができる。

また、コアが金属であるホーロー基板に発光素子を実装する構造としたので、放熱 性が良好となり、多数の発光素子を実装した場合、発光素子 1個あたりに通電する電 力量を増やした場合でも、温度上昇による発光効率の低下を抑制でき、発光強度を 期待通りに向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1A]図 1Aは、本発明の発光素子実装用基板に用いられるコア金属の一例であり 、コア金属の断面図を示す。

[図 1B]図 1Bは、本発明の発光素子実装用基板に用いられるコア金属の一例であり、 コア金属の平面図を示す。

[図 2]図 2は、本発明の発光素子実装用基板の一例を示す断面図である。

[図 3]図 3は、本発明の光源の一例を示す断面図である。

[図 4]図 4は、従来の発光素子のパッケージ構造を例示する断面図である。

[図 5]図 5は、ホーロー基板の一例を示す断面図である。

[図 6A]図 6Aは、適切な状態で作製されたコア金属を示す断面図である。

[図 6B]図 6Bは、コア金属の加工時に生じる膨らみを例示する断面図である。

[図 6C]図 6Cは、コア金属の加工時に生じる突起を例示する断面図である。

符号の説明

[0017] 20· · ·発光素子実装用基板、 21 · · ·コア金属、 22 · · ·ホー口一層、 23 · · '反射凹 部、 24· · '溝、 25 · · '底面、 26 · · ·テーパ面、 27· · '電極、 28 · · '光源、 29 · · '発光 素子、 30· · ·金線、 31 · · ·封止榭脂

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 図 1A〜図 3は、本発明の一実施形態を示す図であり、図 1A、図 IBは、本発明の 発光素子実装用基板に用いられるコア金属 21の一例を示し、図 1Aはコア金属 21の 側面図、図 1Bは平面図である。図 2は、本発明の発光素子実装用基板 20の一例を 示す断面図である。また図 3は、図 2に示す発光素子実装用基板 20に発光素子 29 を実装して構成された本発明にの光源 28の一例を示す断面図である。

[0019] 一方の面側に発光素子 29の実装位置となる反射凹部 23と、その周囲に溝 24が設 けられた図 1に示すコア金属 21の表面に、ホーロー層 22を被覆してなるホーロー基 板を主体とし、このホーロー基板の一方の面側に、一部が反射凹部 23に延設されて V、る一対の電極 27を設けた構成になって 、る。

[0020] この発光素子実装用基板 20に形成された反射凹部 23は、すり鉢状をなしており、 発光素子 29が実装される平坦な底面 25と、その周縁のテーパ面 26とを有して 、る。 また、反射凹部 23の周囲に設けられた溝 24は、本例示にあっては反射凹部 23の 外周に同心円状に設けられている。

[0021] コア金属 21の材質は、熱伝導率がよぐホーロー層 22を強固に焼き付けることがで きる金属材料が好ましぐ例えば、低炭素鋼板などが望ましい。

また、ホーロー層 22の材質は、コア金属 21の表面に薄く焼き付けることができ、十 分な電気絶縁性が得られる材料が好ましぐ例えば、ガラスなどが望ましい。

[0022] 図 3に示す光源 28は、前述した発光素子実装用基板 20を用い、その反射凹部 23 の底面 25上に延設された一方の電極 27の上にダイボンドなどによって発光素子 29 を実装し、発光素子 29と他方の電極 27とを金線 30で接続し、さらに上部が盛り上が つた状態で反射凹部 23内を封止榭脂 31で封止した構成になっている。

[0023] 発光素子 29は、窒化化合物半導体のような青色発光素子、緑色発光素子でもよく 、 GaPで代表されるような赤色、赤外発光素子でもよい。また、窒化化合物半導体の ような青色発光素子を実装し、封止榭脂 31中に、例えばセリウムを賦活したイットリウ ム 'アルミニウム 'ガーネット蛍光体のような青色励起の黄色発光蛍光体を分散させて

、白色 LEDとしてもよい。

[0024] 次に、この発光素子実装用基板 20の製造方法を説明する。

まず、コア金属 21とする金属板に、反射凹部 23の形成位置の周りに溝 24を形成 する。この溝 24は、ドリルカ卩ェなどにより形成することが望ましい。

次に、前記金属板に、金属プレスによる絞り加工を施し、反射凹部 23を形成して図 1に示す形状のコア金属 21を作製する。

[0025] 反射凹部 23形成位置の外周に溝 24をあら力じめ設けておくことで、金属プレスに よる絞り加工によって金属板に反射凹部 23を形成する際、押し圧で反射凹部 23を 作製した時に発生する応力が、前記の溝 24の方向に発生するため、金属板全体が 反ったり、金属板の一部が膨らむことが抑制される。

[0026] また、溝 24の幅を広めに取っておくことにより、絞り加工後に金属が逃げ込んだあと も一定量の幅の溝 24が残る。この溝 24が残存した状態で、基板表面をホーロー処 理し、さらに電極を形成して発光素子実装用基板 20を用いて光源 28を作製する際 に、封止榭脂 31が反射凹部 23から流出しても、これを溝 24で止めて他部への榭脂 流出を防ぐことができる。

[0027] 次に、前記コア金属 1の表面にガラスを焼き付け、コア金属 21表面をホーロー層 22 で被覆してホーロー基板とする。ホーロー層 22形成方法としては、例えば、ガラス粉 末を 2—プロパノールのような適当な分散媒に分散させ、その分散媒質中に前記コア 金属 21を入れ、さらに対極となる電極を該分散媒中に挿入配置し、コア金属 21と対 極間に通電することにより、ガラス粉末をコア金属 21表面に電着する。その後、ガラ ス電着後のコア金属 21を引き上げ、乾燥し、高温の焼付炉に入れて加熱し、ガラス を焼き付けることにより、コア金属 21表面に緻密で均一な薄いホーロー層 22を形成 することができる。さらにホーロー層 22を強固に被覆するために、前記コア金属 21の 表面を酸化処理させてぉ 、ても良 、。

[0028] 次に、前記の通り作製したホーロー基板の表面に、発光素子 29に電力供給を行う ための一対の電極 27を作製する。この電極 27は、図 2に示すように、一部が反射凹 部 23内に延設されるようなパターンに沿って銀ペースト又は銅ペーストを塗布し、そ の後焼き付けて作製することが望ましい。これによつて図 2に示す発光素子実装用基 板 20が作製される。

[0029] 次に、発光素子 29を銀ペーストにより反射凹部 23内の一方の電極 27上にダイボン ドし、さらに、ワイヤボンディングを行って発光素子 29と他方の電極 27とを金線 30で 接続する。その後、反射凹部 23内に、その上部が表面張力で十分盛り上がるまで封 止榭脂、例えば、熱硬化性エポキシ榭脂を注入し、その形状を保ったまま硬化させ、 レンズ形状を持つ封止榭脂 31を形成する。これによつて、図 3に示す光源 28が作製 される。

[0030] 本実施形態の発光素子実装用基板 20は、発光素子 29を実装する反射凹部 23の 周りに溝 24を形成したホーロー基板を用いているので、金属プレスによる絞り加工で コア金属 21を作製した場合、コア金属 21が反ったり、変形することなく反射凹部 23を 形成することができ、変形等を修正するための後加工を行う必要がなくなり、効率よく 安価に基板を作製することができる。

また、反射凹部 23の周りに溝 24を形成したので、封止榭脂 31を多量に塗布してし まった場合でも、基板の外側まで榭脂が流出せず、流出した榭脂によって電極表面 に電気絶縁膜が形成される不具合を防ぐことができる。

また、コアが金属であるホーロー基板に発光素子 29を実装する構造としたので、放 熱性が良好となり、多数の発光素子を実装した場合、発光素子 1個あたりに通電する 電力量を増やした場合でも、温度上昇による発光効率の低下を抑制でき、発光強度 を期待通りに向上させることができる。

[0031] なお、前述した例示では、プレス加工 (絞り加工)を前提として説明した力 ドリルカロ ェなどの他の機械加工によってコア金属に反射凹部を形成する場合でも、反射凹部 の周囲に溝を設けることにより、封止榭脂でレンズ体を形成する場合の榭脂の流出 防止に効果があることは言うまでもない。

また、前述した例示では、ホーロー基板に 1個の反射凹部を作製した場合について 説明したが、周囲に溝を持つ反射凹部をホーロー基板上に複数個設けてもよい。

[0032] (実施例）

1. 5mm厚の低炭素鋼板に、金属プレスによる絞り加工により反射凹部を形成する 予定の位置の周縁部に円形状野溝をドリルにより作製した。寸法は内周 φ 10mm, 外周 φ 12mm,深さ 0. 5mmとなるように加工した。その後金属プレス加工により、図 1に示すような形状となるよう金属板の打ち抜き、反射凹部の成型を行った。コア金属 のサイズは、 15 X 15mmとし、反射凹部の寸法は、深さ 0. 6mm、底面 φ 2. lmm、 テーパ面の傾斜角度 45° となるように作製した。その結果、反射凹部についてはほ ぼ設計通りの寸法が得られ、溝は当初 2mmの幅が平均で 0. 8mm程度と小さくなつ たことを確認した。

産業上の利用可能性

本発明の活用例として、 LEDなどの発光素子を実装するための発光素子実装用 基板への適用が好適である。

Claims

請求の範囲

[1] コア金属と、

該コア金属の表面に被覆されたホーロー層と、

発光素子実装用の反射凹部と、

該反射凹部の周りに形成された溝と、を備えた発光素子実装用基板。

[2] 請求項 1に記載の発光素子実装用基板と、前記反射凹部内に実装された発光素 子と、を備えた光源。

[3] 前記反射凹部内が榭脂封止され、且つ該封止榭脂の上部がレンズ形状に突出し ている、請求項 2に記載の光源。

[4] 請求項 2に記載の光源を有している照明装置。

[5] 請求項 2に記載の光源を有している表示装置。

[6] 請求項 2に記載の光源を有して 、る交通信号機。

[7] コア金属を作製するための金属板に溝を形成する工程と、

前記金属板に機械加工を施して、前記溝から離間した位置に発光素子実装用の 反射凹部を形成する工程と、

前記金属板に溝および反射凹部を形成することにより作製されたコア金属の表面 に対する被覆を行いホーロー層を形成する工程と、を備えた発光素子実装用基板の 製造方法。