JP2008186835A - 発光装置および発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、上部電極および下部電極を備えた上下電極型発光ダイオードをフィン付きヒートシンク基板に載置した発光装置および発光装置の製造方法に関するものである。
【解決手段】本発明において、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、熱硬化性接着剤により互いに絶縁されて一体化されている。上下電極型発光ダイオードの下部電極は、前記フィン付きヒートシンク基板における一方の上面に接合される。前記上下電極型発光ダイオードの上部電極は、導電性接続部材により、フィン付きヒートシンク基板の他方と接続される。前記導電性接続部材は、板状とすることで、大電流を流しても切断することがないだけでなく、接合面積および放熱面積を大きく取れるため、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【選択図】図1
【解決手段】本発明において、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、熱硬化性接着剤により互いに絶縁されて一体化されている。上下電極型発光ダイオードの下部電極は、前記フィン付きヒートシンク基板における一方の上面に接合される。前記上下電極型発光ダイオードの上部電極は、導電性接続部材により、フィン付きヒートシンク基板の他方と接続される。前記導電性接続部材は、板状とすることで、大電流を流しても切断することがないだけでなく、接合面積および放熱面積を大きく取れるため、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、上部電極および下部電極を備えた上下電極型発光ダイオードをフィン付きヒートシンク基板に載置した発光装置および発光装置の製造方法に関するものである。特に、本発明は、前記上下電極型発光ダイオードに大きな電流を流した場合、前記フィン付きヒートシンク基板により、効率の良い放熱ができるとともに、前記上下電極型発光ダイオードの内部における熱応力による伸縮等を考慮した発光装置および発光装置の製造方法に関するものである。
特開2005−72180号公報に記載されている銅製一体型ヒートシンクの製造方法は、銅または銅合金を押し出しダイスを通過させることにより放熱用のフィンを成形している。また、特開2001−332669号公報に記載されているヒートシンク加工用複合材およびヒートシンクの製造方法は、銅系材料とアルミニウム系材料の複合材料からなるヒートシンクのアルミニウム系材料にフィンを削成している。
特開2005−72180号公報
特開2001−332669号公報
前記従来のフィン付きヒートシンクは、熱を発生する装置に取り付け、放熱を図るようにしている。すなわち、前記従来のフィン付きヒートシンクと熱を発生する装置とは、別のものであった。そのため、前記熱を発生する装置は、前記フィン付きヒートシンクを組み込むスペースとその手間が必要であり、コストを低く抑えることができないという問題があった。発光ダイオードは、小型であるにもかかわらず、高輝度のものが開発されてきた。前記発光ダイオードは、高輝度を出すために、大電流による熱の発生を放出する必要があった。
以上のような課題を解決するために、本発明は、フィン付きヒートシンク基板に直接上下電極型発光ダイオードを取り付けることにより、放熱性の高い発光装置および発光装置の製造方法を提供することを目的とする。本発明は、フィン付きヒートシンク自体が上下電極型発光ダイオードの取り付け基板になっているため、量産性に優れ、大電流および熱応力に耐えるとともに、安価な発光装置および発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
(第1発明)
第1発明の発光装置は、分離された少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板と、前記フィン付きヒートシンク基板の一方に下部電極が接合された上下電極型発光ダイオードと、前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とを接続する導電性接続部材と、前記フィン付きヒートシンク基板の一部をモールドする筒状樹脂部材と、前記筒状樹脂部材の内部に充填された封止材料とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
第1発明の発光装置は、分離された少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板と、前記フィン付きヒートシンク基板の一方に下部電極が接合された上下電極型発光ダイオードと、前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とを接続する導電性接続部材と、前記フィン付きヒートシンク基板の一部をモールドする筒状樹脂部材と、前記筒状樹脂部材の内部に充填された封止材料とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
(第2発明)
第2発明の発光装置は、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板に対してスリットが形成されるようにモールドされた筒状樹脂部材と、前記フィン付きヒートシンク基板の一方に下部電極が接合された上下電極型発光ダイオードと、前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とを接続する導電性接続部材と、前記筒状体の内部に充填された封止材料とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
第2発明の発光装置は、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板に対してスリットが形成されるようにモールドされた筒状樹脂部材と、前記フィン付きヒートシンク基板の一方に下部電極が接合された上下電極型発光ダイオードと、前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とを接続する導電性接続部材と、前記筒状体の内部に充填された封止材料とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
(第3発明)
第3発明の発光装置は、第1発明または第2発明において、上下電極型発光ダイオードのn個と(n+1)個のフィン付きヒートシンク基板とが導電性接続部材により直列に接続されていることを特徴とする(ただし、n=2、3、・・・)。
第3発明の発光装置は、第1発明または第2発明において、上下電極型発光ダイオードのn個と(n+1)個のフィン付きヒートシンク基板とが導電性接続部材により直列に接続されていることを特徴とする(ただし、n=2、3、・・・)。
(第4発明)
第4発明の発光装置は、第1発明から第3発明において、上下電極型発光ダイオードの少なくとも2個が2個のフィン付きヒートシンク基板に対して導電性接続部材により並列に接続されていることを特徴とする。
第4発明の発光装置は、第1発明から第3発明において、上下電極型発光ダイオードの少なくとも2個が2個のフィン付きヒートシンク基板に対して導電性接続部材により並列に接続されていることを特徴とする。
(第5発明)
第5発明の発光装置は、第1発明から第4発明において、フィン付きヒートシンク基板の一方と前記下部電極との接合、前記上部電極と前記導電性接続部材との接合、および前記導電性接続部材と前記フィン付きヒートシンク基板の他方との接合は、共晶ハンダが用いられていることを特徴とする。
第5発明の発光装置は、第1発明から第4発明において、フィン付きヒートシンク基板の一方と前記下部電極との接合、前記上部電極と前記導電性接続部材との接合、および前記導電性接続部材と前記フィン付きヒートシンク基板の他方との接合は、共晶ハンダが用いられていることを特徴とする。
(第6発明)
第6発明の発光装置は、第1発明から第5発明において、フィン付きヒートシンク基板の一方および/または他方が筒状樹脂部材から突出して端子となっていることを特徴とする。
第6発明の発光装置は、第1発明から第5発明において、フィン付きヒートシンク基板の一方および/または他方が筒状樹脂部材から突出して端子となっていることを特徴とする。
(第7発明)
第7発明の発光装置は、第1発明から第6発明において、フィン付きヒートシンク基板に設けられたフィンの向きが前記フィン付きヒートシンク基板を並べる方向または前記方向と直角方向のいずれかに揃えられていることを特徴とする。
第7発明の発光装置は、第1発明から第6発明において、フィン付きヒートシンク基板に設けられたフィンの向きが前記フィン付きヒートシンク基板を並べる方向または前記方向と直角方向のいずれかに揃えられていることを特徴とする。
(第8発明)
第8発明の発光装置は、第1発明から第7発明において、フィン付きヒートシンク基板の上面に銀および/または金メッキが施されていることを特徴とする。
第8発明の発光装置は、第1発明から第7発明において、フィン付きヒートシンク基板の上面に銀および/または金メッキが施されていることを特徴とする。
(第9発明)
第9発明の発光装置は、第1発明から第8発明において、封止材料の表面まはた内部には、蛍光体含有膜体が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載された発光装置。
第9発明の発光装置は、第1発明から第8発明において、封止材料の表面まはた内部には、蛍光体含有膜体が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載された発光装置。
(第10発明)
第10発明における発光装置の製造方法は、絶縁された少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板を、樹脂でモールドして前記フィン付きヒートシンク基板の上面に筒状樹脂部材を成形するインサート成形工程と、前記フィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極との接合、および導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方との接合、が共晶ハンダを用いて接合する工程と、前記筒状樹脂部材の内部に封止材を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する工程とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
第10発明における発光装置の製造方法は、絶縁された少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板を、樹脂でモールドして前記フィン付きヒートシンク基板の上面に筒状樹脂部材を成形するインサート成形工程と、前記フィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極との接合、および導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方との接合、が共晶ハンダを用いて接合する工程と、前記筒状樹脂部材の内部に封止材を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する工程とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
(第11発明)
第11発明における発光装置の製造方法は、一つのフィン付きヒートシンク基板を、樹脂でモールドして前記フィン付きヒートシンク基板の上面に前記筒状樹脂部材を成形するインサート成形工程と、前記筒状樹脂部材の内部位置で、インサートされた前記フィン付きヒートシンク基板の下面からカッターでフィン付きヒートシンク基板を少なくとも二つに分離するように切断する工程と、前記分離されたフィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極との接合、および導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方との接合、が共晶ハンダを用いて接合する工程と、前記筒状樹脂部材の内部に封止材料を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する工程とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
第11発明における発光装置の製造方法は、一つのフィン付きヒートシンク基板を、樹脂でモールドして前記フィン付きヒートシンク基板の上面に前記筒状樹脂部材を成形するインサート成形工程と、前記筒状樹脂部材の内部位置で、インサートされた前記フィン付きヒートシンク基板の下面からカッターでフィン付きヒートシンク基板を少なくとも二つに分離するように切断する工程と、前記分離されたフィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極との接合、および導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方との接合、が共晶ハンダを用いて接合する工程と、前記筒状樹脂部材の内部に封止材料を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する工程とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
(第12発明)
第12発明における発光装置の製造方法は、第10発明または第11発明における封止材料の表面に蛍光体含有膜体を設けることを特徴とする。
第12発明における発光装置の製造方法は、第10発明または第11発明における封止材料の表面に蛍光体含有膜体を設けることを特徴とする。
本発明によれば、フィン付きヒートシンク基板自体が上下電極型発光ダイオードの取り付け基板となっているため、放熱性に優れているだけでなく、量産性にも優れており、安価な発光装置を得ることができる。
本発明によれば、フィン付きヒートシンク基板と、たとえば、金属板からなる導電性接続部材とにより、複数個の上下電極型発光ダイオードを直列および/または並列に接続できるため、所望の線状光源または面状光源を容易に得ることができる。
本発明によれば、複数個の上下電極型発光ダイオードを直列に接続して一つの線状光源として、これを直列および/または並列に配置することにより、任意の形状の光源とすることができ、広告宣伝用のバックライトとして最適である。
本発明によれば、一方のフィン付きヒートシンク基板に接続された上下電極型発光ダイオードの上部電極と他方のフィン付きヒートシンク基板が、たとえば、板状の導電性接続部材によって接続されているため、大電流を流すことができるだけでなく、放熱性に優れ、熱応力が発生しても緩和することができる。特に、本発明は、各接続部に共晶ハンダを使用した場合、接合部および/または発光層に振動が加わることがなく、不良品のない上下電極型発光ダイオードからなる発光装置を得ることができるようになった。
本発明によれば、上下電極型発光ダイオードの上部電極と前記フィン付きヒートシンク基板との接続にワイヤーボンディングを使用しないため、長期間にわたって大電流を流しても、フィン付きヒートシンク基板と導電性接続部材および/または発光層が損傷されない信頼性の高い発光装置となった。
本発明によれば、上下電極型発光ダイオードは、蛍光体含有膜体の種類を変えるだけで容易に所望の色に変換することができる。
(第1発明)
第1発明において、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、たとえば、熱硬化性接着剤により互いに絶縁されて一体化されている。上下電極型発光ダイオードの下部電極は、前記フィン付きヒートシンク基板における一方の上面に接合される。前記上下電極型発光ダイオードの上部電極は、導電性接続部材により、フィン付きヒートシンク基板の他方と接続される。前記導電性接続部材は、たとえば、板状とすることで、大電流を流しても切断することがないだけでなく、接合面積および放熱面積を大きく取れるため、信頼性の高い発光装置とすることができる。
第1発明において、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、たとえば、熱硬化性接着剤により互いに絶縁されて一体化されている。上下電極型発光ダイオードの下部電極は、前記フィン付きヒートシンク基板における一方の上面に接合される。前記上下電極型発光ダイオードの上部電極は、導電性接続部材により、フィン付きヒートシンク基板の他方と接続される。前記導電性接続部材は、たとえば、板状とすることで、大電流を流しても切断することがないだけでなく、接合面積および放熱面積を大きく取れるため、信頼性の高い発光装置とすることができる。
前記少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、筒状樹脂部材によりモールドされることにより、互いに分離しない強度で一体に保持することができる。前記筒状樹脂部材の内部には、封止材料が充填される。前記筒状樹脂部材は、円形、楕円形、長方形、あるいは上面が開放された断面コ字状の長手部材とすることができる。また、前記筒状樹脂部材の内部は、傾斜面を成形し、銀および/または金メッキを施すことにより、光の反射効率を向上させることができる。
前記フィン付きヒートシンク基板に載置された上下電極型発光ダイオードは、前記フィンを介して放熱が容易にできるため、放熱効率が良く、大きな電流を流すことができる。また、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、射出成形機によりインサートされて筒状樹脂部材により十分な強度で一体に保持するように接合される。
(第2発明)
第2発明において、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、筒状樹脂部材によりスリットが形成されるようにモールドされて一体化されている点で第1発明と異なっている。前記少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板および筒状樹脂部材は、射出成形機により、インサート成形するため、所定のスリットを保ちながら一体化が容易にできる。上下電極型発光ダイオード、導電性接続部材、および封止材料については、第1発明と同様に、設けられる。
第2発明において、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板は、筒状樹脂部材によりスリットが形成されるようにモールドされて一体化されている点で第1発明と異なっている。前記少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板および筒状樹脂部材は、射出成形機により、インサート成形するため、所定のスリットを保ちながら一体化が容易にできる。上下電極型発光ダイオード、導電性接続部材、および封止材料については、第1発明と同様に、設けられる。
第1発明または第2発明において、上下電極型発光ダイオードは、窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードとすることが望ましい。前記窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードは、たとえば、下から上に向かって、下部電極、基板、n型窒化ガリウム系発光層、量子井戸構造型活性層、p型窒化ガリウム系発光層、上部電極とから少なくとも構成されている。前記窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードは、熱の発生が少なく、大電流、たとえば、350mmA以上を流して、高輝度を得ることができる。
(第3発明)
第3発明の発光装置は、n個の上下電極型発光ダイオードが導電性接続部材により(n+1)個のフィン付きヒートシンク基板と直列に接続されている(ただし、n=2、3、・・・)。前記発光装置は、所望の数からなる線状光源に適している。また、前記線状発光装置は、複数本を並列に並べることにより面光源にもなる。
第3発明の発光装置は、n個の上下電極型発光ダイオードが導電性接続部材により(n+1)個のフィン付きヒートシンク基板と直列に接続されている(ただし、n=2、3、・・・)。前記発光装置は、所望の数からなる線状光源に適している。また、前記線状発光装置は、複数本を並列に並べることにより面光源にもなる。
(第4発明)
第4発明の発光装置は、少なくとも2個の上下電極型発光ダイオードが2個のフィン付きヒートシンク基板上で、導電性接続部材により並列に接続されている。前記発光装置は、上下電極型発光ダイオードに対して、並列に大電流が流せるので高い輝度を得ることができる。
第4発明の発光装置は、少なくとも2個の上下電極型発光ダイオードが2個のフィン付きヒートシンク基板上で、導電性接続部材により並列に接続されている。前記発光装置は、上下電極型発光ダイオードに対して、並列に大電流が流せるので高い輝度を得ることができる。
(第5発明)
第5発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板、上下電極型発光ダイオードの下部電極および上部電極、導電性接続部材の接合部に共晶ハンダを置き、加熱して互いに接合している。前記共晶ハンダによる接合は、制御回路あるいは配線基板との接合を通常のハンダで行った場合、前記ハンダの溶融温度で溶融しないため、前記発光装置の上下電極型発光ダイオードにおける導電性接続部材等で離れることがない。
第5発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板、上下電極型発光ダイオードの下部電極および上部電極、導電性接続部材の接合部に共晶ハンダを置き、加熱して互いに接合している。前記共晶ハンダによる接合は、制御回路あるいは配線基板との接合を通常のハンダで行った場合、前記ハンダの溶融温度で溶融しないため、前記発光装置の上下電極型発光ダイオードにおける導電性接続部材等で離れることがない。
(第6発明)
第6発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板の一方および/または他方が筒状樹脂部材から突出して端子としている。前記端子は、複数の発光装置を直列および/または並列に接続することができる。したがって、前記発光装置は、所望の長さの線光源および所望の面積の面光源として、容易に組み立てることができる。
第6発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板の一方および/または他方が筒状樹脂部材から突出して端子としている。前記端子は、複数の発光装置を直列および/または並列に接続することができる。したがって、前記発光装置は、所望の長さの線光源および所望の面積の面光源として、容易に組み立てることができる。
(第7発明)
第7発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板に設けられたフィンの向きを任意の方向に揃えることができる。前記フィン付きヒートシンク基板は、発光装置における風の通過し易い方向に複数個を揃えて並べる。たとえば、上下電極型発光ダイオードは、多数並べられていても、フィンの方向が同じ方向に揃えられているため、放熱効率を向上させることができる。また、前記フィン付きヒートシンク基板のフィンの方向は、分離された二つの金属基板の向きと直角にすることにより、基板の強度を増加させることができる。
第7発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板に設けられたフィンの向きを任意の方向に揃えることができる。前記フィン付きヒートシンク基板は、発光装置における風の通過し易い方向に複数個を揃えて並べる。たとえば、上下電極型発光ダイオードは、多数並べられていても、フィンの方向が同じ方向に揃えられているため、放熱効率を向上させることができる。また、前記フィン付きヒートシンク基板のフィンの方向は、分離された二つの金属基板の向きと直角にすることにより、基板の強度を増加させることができる。
(第8発明)
第8発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板の上面および/または筒状樹脂部材の内面に銀および/または金メッキが施されている。前記フィン付きヒートシンク基板は、前記上下電極型発光ダイオードおよび導電性接続部材以外の部分で光を反射させるとともに、放熱効果を発揮することができる。また、前記筒状樹脂部材は、内面に施された前記メッキにより、前記上下電極型発光ダイオードの光を効率良く外部に反射させる。また、前記銀および/または金メッキは、共晶ハンダの濡れ性を向上させることができる。
第8発明の発光装置は、フィン付きヒートシンク基板の上面および/または筒状樹脂部材の内面に銀および/または金メッキが施されている。前記フィン付きヒートシンク基板は、前記上下電極型発光ダイオードおよび導電性接続部材以外の部分で光を反射させるとともに、放熱効果を発揮することができる。また、前記筒状樹脂部材は、内面に施された前記メッキにより、前記上下電極型発光ダイオードの光を効率良く外部に反射させる。また、前記銀および/または金メッキは、共晶ハンダの濡れ性を向上させることができる。
(第9発明)
第9発明の発光装置は、青色発光ダイオードが使用された場合、白色光を得るために、青色光で励起し、黄色を発光する蛍光体を用いるか、あるいは青色光で励起し、緑色を発光する蛍光体と赤色を発光する蛍光体を配合する。さらに、近紫外線発光ダイオードを使用する場合は、近紫外線で励起し、青色を発光する蛍光体、緑色を発光する蛍光体および赤色を発光する蛍光体の3種を配合して用いる。前記蛍光体からなる蛍光体含有膜体は、前記封止材料の表面に設けられ、前記上下電極型発光ダイオードからの光の色を所望の色に変換することができる。
第9発明の発光装置は、青色発光ダイオードが使用された場合、白色光を得るために、青色光で励起し、黄色を発光する蛍光体を用いるか、あるいは青色光で励起し、緑色を発光する蛍光体と赤色を発光する蛍光体を配合する。さらに、近紫外線発光ダイオードを使用する場合は、近紫外線で励起し、青色を発光する蛍光体、緑色を発光する蛍光体および赤色を発光する蛍光体の3種を配合して用いる。前記蛍光体からなる蛍光体含有膜体は、前記封止材料の表面に設けられ、前記上下電極型発光ダイオードからの光の色を所望の色に変換することができる。
(第10発明)
第10発明おける発光装置の製造方法は、第1工程で、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板が、たとえば、熱硬化性樹脂により互いに絶縁されるように、インサート成形によりモールドされ、前記フィン付きヒートシンク基板の上面に筒状樹脂部材が成形される。第2工程は、前記フィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極と、また、導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とが共晶ハンダにより接合される。前記各接合は、接合すべき箇所に共晶ハンダを置き、リフロー炉を通過させることにより達成できる。第3工程は、前記筒状樹脂部材の内部に封止材を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する。
第10発明おける発光装置の製造方法は、第1工程で、少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板が、たとえば、熱硬化性樹脂により互いに絶縁されるように、インサート成形によりモールドされ、前記フィン付きヒートシンク基板の上面に筒状樹脂部材が成形される。第2工程は、前記フィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極と、また、導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とが共晶ハンダにより接合される。前記各接合は、接合すべき箇所に共晶ハンダを置き、リフロー炉を通過させることにより達成できる。第3工程は、前記筒状樹脂部材の内部に封止材を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する。
前記筒状樹脂部材の内部には、たとえば、透明封止材料が充填される。前記透明封止材料は、硬度がショアA(ゴムの硬さ)で15から85、好ましくは20から80のエラストマーを採用している。前記硬度を有する透明封止材料は、電極部分の一方から電極部分の他方に大きな電流を流した際に発生する熱の応力を吸収できる硬さになっている。
(第11発明)
第11発明における発光装置の製造方法は、第2工程が前記第10発明と異なっている。すなわち、前記第2工程は、フィン付きヒートシンク基板に筒状樹脂部材をインサート成形した後、前記フィン付きヒートシンク基板を下面からカッターで少なくとも2つに分離して切断し、互いに絶縁された状態にしている。したがって、第11発明は、モールドする際の金型を安価にすることができる。
第11発明における発光装置の製造方法は、第2工程が前記第10発明と異なっている。すなわち、前記第2工程は、フィン付きヒートシンク基板に筒状樹脂部材をインサート成形した後、前記フィン付きヒートシンク基板を下面からカッターで少なくとも2つに分離して切断し、互いに絶縁された状態にしている。したがって、第11発明は、モールドする際の金型を安価にすることができる。
(第12発明)
第12発明における発光装置の製造方法は、封止材料の表面に蛍光体含有膜体を設けることにより、上下電極型発光ダイオードから発光する色を所望の色に変換することができる。
第12発明における発光装置の製造方法は、封止材料の表面に蛍光体含有膜体を設けることにより、上下電極型発光ダイオードから発光する色を所望の色に変換することができる。
図1(イ)から(ハ)は本発明の第1実施例であり、(イ)は平面図、(ロ)は断面図、(ハ)は裏面図である。図1(イ)から(ハ)における第1実施例の発光装置11は、一方のフィン付きヒートシンク基板12と、前記一方のフィン付きヒートシンク基板12と熱硬化性接着剤14により接合され、または絶縁部材とともにインサート成形さた他方のフィン付きヒートシンク基板13と、一方のフィン付きヒートシンク基板12の上に下部電極(符号なし)を接合した上下電極型発光ダイオード15と、前記上下電極型発光ダイオード15の上部電極(符号なし)と他方のフィン付きヒートシンク基板13を接合する板状の導電性接続部材16と、前記各フィン付きヒートシンク基板12、13を接続するとともに、前記上下電極型発光ダイオード15からの光を外部に照射する筒状樹脂部材17と、前記筒状樹脂部材17内に充填された透明封止材料172と、必要に応じて設けられる前記光を乱反射する乱反射部材18と、前記乱反射部材18の表面に、必要に応じて、設けられた前記上下電極型発光ダイオード15からの光の色を所望の色に変換する蛍光体含有膜体19とから少なくとも構成されている。
前記フィン付きヒートシンク基板12、13は、下部に多数のフィンが成形されており、上部が上下電極型発光ダイオード15を載置する導電性基板となっている。前記フィン付きヒートシンク基板12および13は、たとえば、1液性または2液性のエポキシ系樹脂を主成分とした熱硬化性接着剤、あるいはシリコーン系樹脂からなる接着剤14によって接合される。前記接着剤14は、前記フィン付きヒートシンク基板12、13のフィンの一部にも入り込むようにすることにより、両者の接合をより強固にすることができる。
前記フィン付きヒートシンク基板12、13の上面は、必要に応じて、銀および/または金メッキが施されている。前記銀および/または金メッキは、前記上下電極型発光ダイオード15の電極および前記導電性接続部材16を共晶ハンダにより接合する際の濡れ性を向上させるだけでなく、光を効率良く反射させる。前記フィン付きヒートシンク基板12、13の上面に形成された銀および/または金メッキは、電流の導電性向上、光反射性、接合部の濡れ性の3つを同時に達成することができる。前記上下電極型発光ダイオード15は、上部電極に光を放射する開口部を有するとともに、前記導電性接続部材16の腕状接続部161、162が接合し易い大面積部が形成されている。
前記導電性接続部材16は、板状の導電性部材からなり、二本の腕状接続部161、162を有するとともに、前記腕状接続部161、162の間に開口部が形成されている。前記上下電極型発光ダイオード15の側部から放射される光は、前記腕状接続部161、162の間に形成された開口部から外部に放射されるようになっており、前記光を効率良く外部に放射する。前記筒状樹脂部材17は、内部に光を反射する傾斜部173を有するとともに、その表面を銀および/または金メッキを施し、前記上下電極型発光ダイオード15から放射する光を効率良く反射する。
前記筒状樹脂部材17の形状は、線形、円形、正方形、長方形、楕円形等にすることができる。また、前記筒状樹脂部材17は、前記フィン付きヒートシンク基板12、13を射出成形する際に、インサート成形することができる。また、前記インサート成形は、フィンの一部に食い込むようにすることにより、フィン付きヒートシンク基板12、13の接合強度を向上させることができる。また、前記筒状樹脂部材17の内部には、透明封止材料172が充填される。前記透明封止材料172は、エラストマータイプにすることができる。前記エラストマータイプの樹脂の硬度は、ショアA(ゴムの硬さ)で15から85、好ましくは20から80のものを使用することが望ましい。さらに、前記透明封止材料172は、シリコン系樹脂からなるエラストマーであることが望ましい。
前記透明封止材料172の表面には、蛍光体含有膜体18が設けられる。前記蛍光体含有膜体18は、使用する上下電極型発光ダイオード15および所望する光の色により選択される。また、必要に応じて、前記透明封止材料172と蛍光体含有膜体18の間には、乱反射部材19を配置することにより、上下電極型発光ダイオード15の光が有効に所望方向に放射される。なお、前記発光装置11は、前記フィン付きヒートシンク基板12、13の端部123、132が電源端子の役目を果たすことができる。
図2(イ)および(ロ)は本発明の第2実施例で、(イ)は発光装置の断面図、(ロ)は側面図である。第2実施例は、フィン付きヒートシンク基板22のフィン221の方向が第1実施例と90度異なっている。前記フィン221の方向は、風の通り易い方向と一致するようにするのが望ましい。また、第2実施例において、前記フィン付きヒートシンク基板22、23に筒状樹脂部材27をインサート成形し、その後、前記フィン付きヒートシンク基板22、23に上下電極型発光ダイオード15、導電性接続部材16を取り付け、レンズ24および蛍光体含有膜体19で筒状樹脂部材27の開口部を塞いだ後、透明封止材料272は、前記フィン付きヒートシンク基板22、23にあるスリット222から充填される。
他の方法として、前記透明封止材料272は、前記フィン付きヒートシンク基板22、23に前記上下電極型発光ダイオード15および導電性接続部材16を取り付けるとともに、前記スリット222に栓を行った後、上部から充填される。その後、前記透明封止材料272の上面には、レンズ24および蛍光体含有膜体19が設けられる。なお、前記フィン付きヒートシンク基板22、23の端部223、232は、筒状樹脂部材27から突出しているため、電源端子として電源に接続または、他の発光装置と接続することができる。
図3(イ)および(ロ)は本発明の第3実施例で、(イ)は発光装置の平面図、(ロ)は断面図である。第3実施例は、少なくとも2個の上下電極型発光ダイオードが2個のフィン付きヒートシンク基板に並列に接続されている点で第1実施例および第2実施例と異なっている。フィン付きヒートシンク基板32、33は、熱硬化性接着剤で接合されるか、筒状樹脂部材37により互いに接合されている。
前記フィン付きヒートシンク基板32には、上下電極型発光ダイオード15−1、15−2、15−3の下部電極が共晶ハンダにより接合されている。前記上下電極型発光ダイオード15−1、15−2、15−3の上部電極と、前記フィン付きヒートシンク基板33とは、導電性接続部材16−1、16−2、16−3が共晶ハンダにより接合されている。前記筒状樹脂部材37は、図3において、楕円形のものが示されているが、長方形または正方形とすることができる。また、透明封止材料372、乱反射部材18、蛍光体含有膜体19は、実施例1および実施例2と同様に設けられる。
図4(イ)および(ロ)は本発明の第4実施例で、(イ)は発光装置の断面図、(ロ)は側面図である。第4実施例は、少なくともn個の上下電極型発光ダイオードが(n+1)個のフィン付きヒートシンク基板に直列に接続されている点で第1実施例から第3実施例までのものと異なっている。筒状樹脂部材47は、たとえば、長方形をしており、少なくとも二つの上下電極型発光ダイオードと、前記上下電極型発光ダイオードの下部電極と接合するフィン付きヒートシンク基板の一方と、前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とを接合する導電性接続部材とが少なくとも収納されている。そして、前記発光装置41は、電流がフィン付きヒートシンク基板42−1の端部43から入り、前記上下電極型発光ダイオードと導電性接続部材を次々と通り、フィン付きヒートシンク基板42−4の端部44に達する。
第4実施例の発光装置は、複数の上下電極型発光ダイオードが直列に接続された線状光源とすることができる。また、前記フィン付きヒートシンク基板のフィンの向きは、何れの方向にすることもできるが前記上下電極型発光ダイオードを直列にする方向と同じにするのが望ましい。冷却する風は、前記フィンの一方から他方に通り抜けることができるため、放熱効果を向上させることができる。
図5は本発明の第5実施例で、複数の上下電極型発光ダイオードを直列に接続した例の平面図である。図5において、発光装置は、3つのフィン付きヒートシンク基板52−1、52−2、52−3に2個の上下電極型発光ダイオード15−1、15−2が導電性接続部材16−1、16−2を介して直列に接続されている。前記上下電極型発光ダイオード15−1、15−2は、円形をした筒状樹脂部材57の中心点に対して点対称となるように配置されている。このような配置の発光装置は、点光源として大きな輝度のものとすることができる。また、前記筒状樹脂部材57から突出した二つのフィン付きヒートシンク基板の端部が電源接続端子となる。
前記上下電極型発光ダイオードの電極は、開口部を有し、この部分から光を効率良く上部に照射する。前記開口部は、ロ字状以外に、目字状、日字状、コ字状等、各種変形が可能である。上下電極型発光ダイオードの大きさは、約1.0mm×1.0mm、厚さ0.1mm程度である。本実施例の上下電極型発光ダイオードは、窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードとすることができる。前記窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードは、下部電極、前記下部電極の上に形成された基板、前記基板の上に形成されたn型窒化ガリウム系発光層、前記n型窒化ガリウム系発光層の上に形成された量子井戸構造型活性層、前記量子井戸構造型活性層113−2の上に形成されたp型窒化ガリウム系発光層、前記p型窒化ガリウム系発光層の上に形成された上部電極とから構成されている。
前記窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードの特徴は、p型窒化ガリウム系発光層の上部に透明導電膜を設けることなく、直接上部電極が設けられている点にある。前記発光装置は、たとえば、フィン付きヒートシンク基板の長さが90mm、フィン付きヒートシンク基板とフィン付きヒートシンク基板の間が0.5mmである。たとえば、3個の窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードと4個のフィン付きヒートシンク基板とからなる発光装置は、約長さが300mmの線状光源となる。前記線状光源は、長さ方向または、横方向に端子を接続することで、長い線光源、または面光源を作製することができる。また、前記発光装置の両端のフィン付きヒートシンク基板の長さは、内部のフィン付きヒートシンク基板の長さの約半分にすることができる。
図6(イ)から(ホ)は本発明の第6実施例で、(イ)はヒートシンク基板に筒状樹脂部材をモールドした断面図、(ロ)は(イ)の側面図、(ハ)は(イ)の底面図、(ニ)はヒートシンク基板を分離した状態を説明する図、(ホ)は発光装置の完成断面図である。図6(イ)から(ハ)において、フィン付きヒートシンク基板61は、多数のフィン611と、前記フィン611と一体に連設された放熱基板612とから構成されている。前記ヒートシンク61は、筒状樹脂部材62がインサート成形により一体にモールドされる。
図6(ニ)において、前記筒状樹脂部材によってモールドされたフィン付きヒートシンク基板61は、フィン611および放熱基板612をカッターにより切断し、溝63を成形し、互いに分離された二つの金属基板が形成される。その後、前記金属基板の一方には、上下電極型発光ダイオード64の下部電極が共晶ハンダにより接合される。前記上下電極型発光ダイオード64の上部電極と他方の金属基板は、板状の導電性接続部材65と共晶ハンダによって接合される。次に、前記筒状樹脂部材62は、内部に透明樹脂材料66が充填され、必要に応じて、レンズ67および/または蛍光体含有膜体68が図示のように設けられる。
従来例の金線を超音波で接続した窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードと、共晶ハンダと金属部材とによって接合した本発明の窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードとを比較する。従来例は、径が30μmの金線2本を用い、窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードの上部電極とパッケージ電極の他方を超音波ワイヤーボンディングで接続したワイヤボンダの超音波振動により、発光不良の不良品が約10%発生した。さらに、350mAを通電した場合、約4%の通電異常による焼けが発生した。本発明の実施例では、接続工程および350mAから500mAの通電においても、不良品の発生がなかった。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオードの上下電極、金属基板、金属部材等の接続は、共晶ハンダ、共晶ハンダペースト、共晶ハンダとフラックス、金−錫共晶ハンダペースト、インジウム系共晶ハンダ等、公知または周知のものを使用することができる。前記共晶ハンダは、たとえば、金と錫(20%)、金と錫(90%)、金とシリカ(3.15%)、金とゲルマニウム(12%)、その他、錫−銅−ニッケル系、錫−銀系、錫−銀−銅系、錫−銀−ビスマス−インジウム系、錫−亜鉛系共晶ハンダがある。本発明の窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオード、筒状樹脂部材、フィン付きヒートシンク基板は、前記同様に、公知または周知のものを使用することができる。
11、21、31、41、51・・・発光装置
12、22、32、42−1・・・フィン付きヒートシンク基板(一方)
13、23、33、42−2・・・フィン付きヒートシンク基板(他方)
121、221、321、421・・・フィン
131、231、331、422・・・フィン
123、132、223、232・・・電源端子
14・・・熱硬化性接着剤(シリコーン樹脂系接着剤)
15、15−1、15−2、15−3・・・上下電極型発光ダイオード(窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオード)
16、16−1、16−2、16−3・・・導電性接続部材
161、162・・・腕状接続部
17、27、37、47、57・・・筒状樹脂部材
18・・・乱反射部材
19・・・蛍光体含有膜体
12、22、32、42−1・・・フィン付きヒートシンク基板(一方)
13、23、33、42−2・・・フィン付きヒートシンク基板(他方)
121、221、321、421・・・フィン
131、231、331、422・・・フィン
123、132、223、232・・・電源端子
14・・・熱硬化性接着剤(シリコーン樹脂系接着剤)
15、15−1、15−2、15−3・・・上下電極型発光ダイオード(窒化ガリウム系上下電極型発光ダイオード)
16、16−1、16−2、16−3・・・導電性接続部材
161、162・・・腕状接続部
17、27、37、47、57・・・筒状樹脂部材
18・・・乱反射部材
19・・・蛍光体含有膜体
Claims (12)
- 分離された少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板と、
前記フィン付きヒートシンク基板の一方に下部電極が接合された上下電極型発光ダイオードと、
前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とを接続する導電性接続部材と、
前記フィン付きヒートシンク基板の一部をモールドする筒状樹脂部材と、
前記筒状樹脂部材の内部に充填された封止材料と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする発光装置。 - 少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板に対してスリットが形成されるようにモールドされた筒状樹脂部材と、
前記フィン付きヒートシンク基板の一方に下部電極が接合された上下電極型発光ダイオードと、
前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方とを接続する導電性接続部材と、
前記筒状体の内部に充填された封止材料と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする発光装置。 - 前記上下電極型発光ダイオードのn個と(n+1)個のフィン付きヒートシンク基板とが導電性接続部材により直列に接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載された発光装置(ただし、n=2、3、・・・)。
- 前記上下電極型発光ダイオードの少なくとも2個が2個のフィン付きヒートシンク基板に対して導電性接続部材により並列に接続されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載された発光装置。
- 前記フィン付きヒートシンク基板の一方と前記下部電極との接合、前記上部電極と前記導電性接続部材との接合、および前記導電性接続部材と前記フィン付きヒートシンク基板の他方との接合は、共晶ハンダが用いられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された発光装置。
- 前記フィン付きヒートシンク基板の一方および/または他方が筒状樹脂部材から突出して端子となっていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載された発光装置。
- 前記フィン付きヒートシンク基板に設けられたフィンの向きは、前記フィン付きヒートシンク基板を並べる方向または前記方向と直角方向のいずれかに揃えられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載された発光装置。
- 前記フィン付きヒートシンク基板の上面には、銀および/または金メッキが施されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載された発光装置。
- 前記封止材料の表面まはた内部には、蛍光体含有膜体が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載された発光装置。
- 絶縁された少なくとも二つのフィン付きヒートシンク基板を、樹脂でモールドして前記フィン付きヒートシンク基板の上面に筒状樹脂部材を成形するインサート成形工程と、
前記フィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極との接合、および導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方との接合、が共晶ハンダを用いて接合する工程と、
前記筒状樹脂部材の内部に封止材を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する工程と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする発光装置の製造方法。 - 一つのフィン付きヒートシンク基板を、樹脂でモールドして前記フィン付きヒートシンク基板の上面に前記筒状樹脂部材を成形するインサート成形工程と、
前記筒状樹脂部材の内部位置で、インサートされた前記フィン付きヒートシンク基板の下面からカッターでフィン付きヒートシンク基板を少なくとも二つに分離するように切断する工程と、
前記分離されたフィン付きヒートシンク基板の一方と上下電極型発光ダイオードの下部電極との接合、および導電性接続部材による前記上下電極型発光ダイオードの上部電極とフィン付きヒートシンク基板の他方との接合、が共晶ハンダを用いて接合する工程と、
前記筒状樹脂部材の内部に封止材料を充填し、前記上下電極型発光ダイオードを封止する工程と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記封止材料の表面に蛍光体含有膜体を設けることを特徴とする請求項10または請求項11に記載された発光装置の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013033255A2 (en) * | 2011-08-31 | 2013-03-07 | Phoseon Technology, Inc. | Lighting module having a common terminal |
US9401467B2 (en) | 2009-04-28 | 2016-07-26 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device package having a package body including a recess and lighting system including the same |
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2007
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WO2013033255A3 (en) * | 2011-08-31 | 2013-04-25 | Phoseon Technology, Inc. | Lighting module having a common terminal |
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