JP2015035532A

JP2015035532A - Ｌｅｄ集合プレート及びこれを用いた発光装置

Info

Publication number: JP2015035532A
Application number: JP2013166274A
Authority: JP
Inventors: 高史飯野; Takashi Iino; 健二今津; Kenji Imazu
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-19

Abstract

【課題】多数の発光素子を透光性のプレート本体上に一括して規則的に配列することができると共に、発光ムラのない均一な発光効果を得ることができるＬＥＤ集合プレート及びこのＬＥＤ集合プレートを用いたＬＥＤ集合プレートを提供することである。【解決手段】複数のＬＥＤチップ１３が載置可能なプレート本体１２と、このプレート本体１２上に設けられ、前記複数のＬＥＤチップ１３をプレート本体１２上で規則的に配列する複数の収容部１４とを備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の発光素子を規則的に配列可能とするＬＥＤ集合プレート及びこれを用いた発光装置に関するものである。

近年、電球や蛍光灯に代わる照明用の光源として、複数の発光素子（ＬＥＤチップ）を用いた発光装置が採用されるようになってきている。ＬＥＤチップは電球等に比べて低消費電力であるが、指向性が狭いため、発光側に光拡散面や光反射面を設けるなどして指向性を広く、また、発光量を高めるような工夫がなされている。

特許文献１には、複数のＬＥＤチップからなる発光装置が開示されている。この発光装置は、基板上に実装された複数のＬＥＤチップと対向する位置に配光レンズシートを設け、この配光レンズシートに形成されている凸状のレンズ部を介してＬＥＤチップから発せられる光の拡散や集光作用を得るようになっている。また、特許文献２には、ＬＥＤチップとこのＬＥＤチップが収容される凹部とを有する透光性支持体を備えた発光装置が開示されている。

このようなＬＥＤチップは低消費電力であるが、従来の電球や蛍光灯等と同様な明るさにするには、数十個あるいは数百個単位で使用する必要がある。このため、前記複数のＬＥＤチップを実装するための基板や蛍光体板が用意される。

特開２０１１−１１９０８６号公報特開２００４−３６３６３２号公報

しかしながら、多数のＬＥＤチップを基板に実装するには、マウンタなどの高速な組立装置を使用しなければならず、製造コストが多くかかるといった問題があった。また、前記基板上にＬＥＤチップを実装させる際に、配列間隔を均等にしないと発光ムラなどの不具合が発生することとなる。

そこで、本発明の目的は、多数の発光素子を透光性のプレート本体上に一括して規則的に配列することができると共に、発光ムラのない均一な発光効果を得ることができるＬＥＤ集合プレート及びこれを用いた発光装置を提供することである。

本発明のＬＥＤ集合プレートは、複数のＬＥＤチップが載置可能なプレート本体と、このプレート本体上に設けられ、前記複数のＬＥＤチップをプレート本体上で規則的に配列する複数の収容部とを備えたことを特徴とする。

本発明の発光装置は、複数のＬＥＤチップが載置可能なプレート本体、このプレート本体上に設けられ、前記複数のＬＥＤチップをプレート本体上で規則的に配列する収容部を有するＬＥＤ集合プレートと、前記各収容部に収容されたＬＥＤチップを覆うようにＬＥＤ集合プレート上に配置される配線基板とを備え、前記配線基板に設けられた基板電極と前記各収容部に配置されたＬＥＤチップの電極面とを電気的に接続することを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤ集合プレートによれば、プレート本体上にＬＥＤチップを規則的に収容するための収容部が設けられているので、大掛かりなマウント装置を使用することなく、多数のＬＥＤチップを一括して配列するができる。これによって、マウント及び実装に要する工数の削減が図られる。

本発明に係る発光装置によれば、ＬＥＤ集合プレート上に多数のＬＥＤチップを配列した後に配線基板を載置するので、各ＬＥＤチップと配線基板との位置決めが容易となり、実装の位置ずれ等が生じなくなる。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ集合プレートの平面図である。上記図１のＡ−Ａ線断面図である。上記ＬＥＤ集合プレートを用いた発光装置の断面図である。上記発光装置における発光作用を示す要部断面図である。本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ集合プレートの平面図である。上記図５のＢ−Ｂ線断面図である。上記ＬＥＤ集合プレートを用いた発光装置の断面図である。上記発光装置における発光作用を示す要部断面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るＬＥＤ集合プレート及びこれを用いた発光装置の実施形態を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の第１実施形態のＬＥＤ集合プレート１１を示したものである。このＬＥＤ集合プレート１１は、透光性を有する円板形状のプレート本体１２をベースにして形成されており、その上面に発光素子（ＬＥＤチップ）１３を規則的に配列させるための収容部１４が複数設けられている。

前記プレート本体１２は、エポキシ等の透明樹脂基材に蛍光体粒子を混在させて円板状に形成したものであり、この上に配列させたＬＥＤチップ１３から発せられる光の波長を変化させることによって、様々な発光色を出させるようになっている。前記蛍光体粒子には、主にイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）が使用される。なお、蛍光部材としては、顔料系のインクを用いることができ、このような顔料系のインクに前記蛍光体粒子を混合させた混合インクを透明樹脂基材に印刷することでプレート本体１２を形成することもできる。

図２に示したように、前記プレート本体１２の一方の面は蛍光発光面１２ａとなっており、他方の面は収容部１４が複数設けられる収容面１２ｂとなっている。この収容面１２ｂには、複数の収容部１４が放射状あるいは同心円状に規則的に配列形成されている。

前記プレート本体１２上に設けられる収容部１４は、ＬＥＤチップ１３が収容可能な凹部として形成され、底面が前記プレート本体１２の露出面、側面がＬＥＤチップ１３を取り囲む周壁部１５となっている。また、この周壁部１５の高さは、ＬＥＤチップ１３が略隠れるように統一して形成されている。本実施形態では、前記周壁部１５となる部分が凹設された円板状の金型を用い、この金型内に透光性の樹脂を充填することによって、平板状のプレート本体１２の片面に前記収容部１４を複数有する周壁部１５を一体に形成することができる。

前記各収容部１４にはＬＥＤチップ１３がそれぞれ配置されている。各ＬＥＤチップ１３は、図２に示されるように四角形状のチップからなり、発光上面１６ａと、この発光上面１６ａの反対側面の電極面１７と、発光上面１６ａと電極面１７との間の外周面である発光側面１６ｂとを有している。なお、電極面１７はＬＥＤチップ１３の素子電極（図示せず）を有している。このＬＥＤチップ１３は、青色発光，赤色発光，黄色発光等の各種の発光色を有する素子群の中から選択して使用することができる。例えば、一般照明用として白色系の発光色を出すための青色発光素子の場合には、主に窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。このような青色素子は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にＰ型半導体、Ｎ型半導体を拡散成長させた拡散層（Ｐ層及びＮ層）とからなっている。前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体はそれぞれＰ型電極、Ｎ型電極を備えており、このＰ型電極、Ｎ型電極の露出する部分が前記各電極となっている。赤色素子の場合には、ＰＮ構造は前記青色素子と同様であるが、アルミニウムガリウムヒ素あるいはガリウムヒ素リン系の半導体を用いて形成される。

本実施形態では、前記周壁部１５が白色系樹脂によって形成されている。このような白色系樹脂は、光反射率が高いため、前記収容部１４に収容されたＬＥＤチップ１３の発光側面１６ｂ側から発せられる光をプレート本体１２の蛍光発光面１２ａ側に向けて拡散反射させることができる。なお、この白色系樹脂による周壁部１５を前記プレート本体１２と一体に形成する場合は、前記金型の周壁部１５となる凹設部に白色系樹脂を充填した後、この白色系樹脂の上を満たすようにして蛍光体粒子が含有された透明樹脂基材を充填することによって形成することができる。

前記ＬＥＤチップ１３は、周壁部１５の内周面１５ａとの間に僅かな隙間を有した状態で、発光上面１６ａがプレート本体１２の収容面１２ｂに接するように載置され、電極面１７が周壁部１５の開口側に露出するように収容される。この収容に際して、前記ＬＥＤチップ１３は、発光上面１６ａに塗布される透明接着剤を介してプレート本体１２に固定される。前記ＬＥＤチップ１３は、平面形状が正方形であり、電極面１７の構成も含めて方向性を有しない形状となっている。このため、発光上面１６ａと電極面１７の方向を合わせるだけで、発光側面１６ｂはどのような向きであっても、前記収容部１４に容易に収容させることができる。

また、前記プレート本体１２の前記発光上面１６ａが載置される面は、平坦面となっているが、この面をレンズ状の凹凸面に加工することによって、光散乱効果による輝度アップを図ることができる。

図１に示したＬＥＤチップ１３の配列構成は、その一部を示したものであり、一般照明用の光源として実際に使用する場合は、数十個単位以上の多数のＬＥＤチップが使用される。このため、多数のＬＥＤチップ１３を基板上に規則的に実装配置するには、大掛かりなマウンタ等を必要とし、組立工数も多くかかっていた。これに対して、本発明のＬＥＤ集合プレート１１によれば、透光性や蛍光性を持たせたプレート本体１２に予めＬＥＤチップ１３に合わせた収容部１４が複数、所定の配列パターンによって形成されているため、それぞれの収容部１４にＬＥＤチップを落とし込むようにするだけで配列を完了させることができる。

本発明のＬＥＤ集合プレート１１では、プレート本体１２の蛍光発光面１２ａから発せられる光が一部に偏ることなく均一となるように、前記プレート本体１２を円板形状とした。また、この円板形状のプレート本体１２の中心位置に基準となる一つのＬＥＤチップを配置し、このＬＥＤチップを中心とした半径内に複数のＬＥＤチップを放射状あるいは同心円状となるように配列させた。このような放射状あるいは同心円状の配列構成をとることによって、円板形状のプレート本体１２上により多くのＬＥＤチップを配置することができると共に、発光のバランスが良好となる。

全ての収容部１４に収容されたＬＥＤチップ１３の電極面１７には、ハンダバンプ１８が形成されている。そして、図３に示すように、前記ハンダバンプ１８上を覆うようにして配線基板２２を組み付けることによって、発光装置２１が完成する。前記配線基板２２は、ガラスエポキシやＢＴレジン等によって、前記ＬＥＤ集合プレート１１と略同じ大きさの円板状に形成され、各ＬＥＤチップ１３の電極面１７と対応する箇所には基板電極（図示せず）が設けられている。

前記ＬＥＤチップ１３の電極面１７上に載置された配線基板２２は、前記周壁部１５の上面１５ｂとの隙間を白色系樹脂１９で封止することによって、各収容部１４内にＬＥＤチップ１３を密閉させることができる。その後、リフロー処理によってハンダバンプ１８を溶融させて配線基板２２と各ＬＥＤチップ１３との電気的接続が図られる。

本実施形態の発光装置２１では、図４に示すように、ＬＥＤチップ１３の発光上面１６ａから発せられる光は直接プレート本体１２によって波長変換され、発光側面１６ｂから発せられる光は、周壁部１５を通して反射拡散された後、プレート本体１２によって波長変換されることになる。

従来、多数のＬＥＤチップを実装した発光装置にあっては、電極パターンが形成された配線基板上に複数のＬＥＤチップをハンダバンプによって実装した後、それぞれのＬＥＤチップの上方に平板状のＬＥＤ集合プレートを配置して構成されている。これに対して、本発明の発光装置２１にあっては、多数のＬＥＤチップ１３を先にＬＥＤ集合プレート１１上に所定の配列パターンで規則的に収容させておくことができる。そして、前記ＬＥＤチップ１３の配列パターンに沿った電極パターンが形成された配線基板２２を前記各ＬＥＤチップ１３の電極面１７上に載置することで、位置ずれが生じることなく、一括して複数のＬＥＤチップとの電気的接続を図ることができる。これによって、組立に要する工数やコストが抑えられると共に、品質の安定した発光装置を量産することができる。

図５及び図６は第２実施形態のＬＥＤ集合プレート３１を示したものである。このＬＥＤ集合プレート３１は、第１実施形態と同様な構成のプレート本体１２上に、ＬＥＤチップ１３を収容するための収容部１４を複数備えているが、この収容部１４の周壁部３２の外周面の形状が異なる。この実施形態の周壁部３２は、内周面３３がＬＥＤチップ１３の外周面と略平行となっているのに対し、外周面３４が傾斜している。この傾斜した外周面３４は、それぞれがプレート本体１２の上方に向かってすぼまるような形状となっている。前記プレート本体１２は、各ＬＥＤチップ１３の発光上面１６ａ，発光側面１６ｂから発せられる光を波長変換させるために透明樹脂基材に蛍光体粒子を含有させて形成されており、収容部１４の周壁部３２は、各ＬＥＤチップ１３の側面側から発せられる光を反射拡散させるため、白色系樹脂によって形成されている。本実施形態のＬＥＤ集合プレート３１を形成するにあたって、前記傾斜した外周面３４の形状の凹設部を複数設けた金型を用意する。最初に前記凹設部内に白色系樹脂を充填した後、この白色系樹脂の上に重ねるように蛍光体粒子が含有された透明樹脂基材を平面状に充填することによって、前記ＬＥＤ集合プレート３１と、複数の収容部１４を有する周壁部３２とを一体に形成することができる。

第１実施形態のＬＥＤ集合プレート１１では、周壁部１５が連続したものとなっているため、各ＬＥＤチップ１３から発せられる光が均等に拡散される。これに対して本実施形態のＬＥＤ集合プレート３１では周壁部３２の外周面３４が傾斜しているため、図５に示したように、周壁部３２がそれぞれの収容部１４を囲うようにして独立した反射拡散効果を有することとなる。

また、この実施形態においても、プレート本体１２のＬＥＤチップ１３の発光上面１６ａが載置される面をレンズ状の凹凸面に加工することによって、光散乱効果による輝度アップを図ることができる。

図７は、前記ＬＥＤ集合プレート３１に収容されているＬＥＤチップ１３の電極面１７上に配線基板２２を組み付けて発光装置４１としたものである。この発光装置４１にあっては、図８に示すように、ＬＥＤチップ１３の発光上面１６ａから発せられる光は直接プレート本体１２によって波長変換され、発光側面１６ｂから発せられる光は、周壁部３２の傾斜した外周面３４によってプレート本体１２に向けて反射拡散されながら波長変換されることになる。このため、各収容部１４に収容されているＬＥＤチップ１３の輪郭が表れるような発光効果を得ることができる。

１１ＬＥＤ集合プレート
１２プレート本体
１２ａ蛍光発光面
１２ｂ収容面
１３ＬＥＤチップ（発光素子）
１４収容部
１５周壁部
１６ａ発光上面
１６ｂ発光側面
１７電極面
１８ハンダバンプ
１９白色系樹脂
２１発光装置
２２配線基板
３１ＬＥＤ集合プレート
３２周壁部
３３内周面
３４外周面

Claims

複数のＬＥＤチップが載置可能なプレート本体と、このプレート本体上に設けられ、前記複数のＬＥＤチップをプレート本体上で規則的に配列する複数の収容部とを備えたＬＥＤ集合プレート。
前記収容部は、各収容部に配置されたＬＥＤチップの外周面を取り囲む周壁部を備えている請求項１に記載のＬＥＤ集合プレート。
前記収容部はプレート本体の中心から外側に向けて放射状に配置されている請求項１に記載のＬＥＤ集合プレート。
前記プレート本体は円板形状であり、前記収容部はプレート本体の中心に対して同心円状に配置されている請求項１に記載のＬＥＤ集合プレート。
前記プレート本体は、透明樹脂基材に蛍光体粒子を混在させた蛍光体樹脂によって形成され、前記周壁部は、光反射率の高い白色系樹脂によって形成されている請求項１に記載のＬＥＤ集合プレート。
前記周壁部は、前記収容部に配置されたＬＥＤチップの外周面と対向する内周面がＬＥＤチップの外周面と略平行であり、外周面がＬＥＤチップの外周面に対して傾斜している請求項１に記載のＬＥＤ集合プレート。
前記ＬＥＤチップは、一面に発光上面を、一面の反対側の他面に電極面を有し、前記収容部内には前記発光上面をプレート本体に向けて配置される請求項１に記載のＬＥＤ集合プレート。
複数のＬＥＤチップが載置可能なプレート本体、このプレート本体上に設けられ、前記複数のＬＥＤチップをプレート本体上で規則的に配列する収容部を有するＬＥＤ集合プレートと、
前記各収容部に収容されたＬＥＤチップを覆うようにＬＥＤ集合プレート上に配置される配線基板とを備え、
前記配線基板に設けられた基板電極と前記各収容部に配置されたＬＥＤチップの電極面とを電気的に接続することを特徴とする発光装置。