JP4229640B2

JP4229640B2 - Dental light irradiator

Info

Publication number: JP4229640B2
Application number: JP2002171993A
Authority: JP
Inventors: 通三山中; 喜章平柄
Original assignee: Yoshida Dental Mfg Co Ltd
Current assignee: Yoshida Dental Mfg Co Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: JP2004022612A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯科用光照射器に関し、詳しくは、複数の半導体素子である発光素子（ＬＥＤ（発光ダイオード）ペレットを使用することによって、高強度発光が可能であるとともに、発光素子の高密度実装を図った小型構成の光化学反応用光照射器で、狭小な口腔内での使用を容易に行うことができる歯科用光照射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＥＤを歯科用光照射器として利用する事が試みられている。例えば光重合用の光源としたり、歯の漂白用の光源としたりすることが試みられている。
光の種類も３８０ｎｍの紫外光を発光するＬＥＤの光を歯の漂白に用いたり、４６０ｎｍ前後の青色の光を重合に用いたり１μｍ前後の遠赤外光を漂白促進や重合補助として用いる場合もある。このような場合においてＬＥＤペレットを高密度に実装し光の利用効率を高める試みがなされている。
【０００３】
例えば、１平方センチあたり２００個以上の集積度をもつ高密度実装のＬＥＤ光源が開発されている。
【０００４】
このような高密度実装のＬＥＤ光源では、ＬＥＤペレットが互いに放射する熱の影響を受けるため個々のＬＥＤペレットの出力を上げることが困難となる。
【０００５】
個々のＬＥＤペレットに遮光板等を設ける場合は、遮光板を別途成形してＬＥＤペレットがマウントされた基板上に配置するため、給電用のボンディングワイヤを避けなければならない。このため、遮光板はボンディングワイヤの外側に配置しなければならなくなり、ペレットサイズは通常１５０μｍから３００μｍ角程度であるにも関わらず、遮光板、ボンディングワイヤの部分を含めると数ｍｍ角程度の外形にならざるをえなくなり、高密度実装を図る上で大きな支障となる。
【０００６】
因て、出願人は、上記事情に鑑みて、光の利用効率が高く、十分な光強度、光量の光出力が得られるとともに、発光素子であるＬＥＤの高密度実装を実現できる歯科用光照射器を提供することを目的として、先願となる特願２０００−３８２５４３号及び特願２００１−１４７８６２号にかかる発明を提案したところである。
【０００７】
図８は出願人の先願の歯科用光照射器の全体を示すものであり、この歯科用光照射器は、例えば片手で把持可能な丸棒状の手持ち部材５から突出させた腕部５ａの先端部に、円板状の照射部１０を連結し、照射部１０上に少なくとも一対の導電路、即ち、図においては円環状の陰極用導体２及び円板状の陽極用導体３を配設した基板１の導体２、導体３間に４個の発光素子であるＬＥＤペレット４を９０度間隔で電気的に接続しつつ実装することにより構成している。尚、図８では導体２、導体３、及びＬＥＤペレット４に各々ハッチングを付して示す。
【０００８】
前記基板１としては、従来から公知のプリント基板を使用し、通常のエッチング処理により前記導体２、３を形成している。
【０００９】
前記基板１上へのＬＥＤペレットの接続方法は、一組の導体２、３に並列接続されるように複数のＬＥＤペレット４を配置し、ＬＥＤペレット４の電極を基板１上の導体２、３に直接ワイヤボンデイングすることにより行う。
【００１０】
前記ＬＥＤペレット４は、通常５００μｍ角以下であるため、基板１の直径を１０ｍｍとすると、この基板１にワイヤボンディングの為のスペースを考慮に入れても数十個のＬＥＤペレット４を楽に配置することができる。
【００１１】
基板１を手持ち部材５の腕部５ａの先端部に連結した照射部１０上面に配置すれば、複数のＬＥＤペレット４からの光を重合して直接図示しない患部に照射することができる。
【００１２】
前記ＬＥＤペレット４から放射される光に基づく患部への入射光の相対的強度について図９（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ），（ｂ）に示すように、入射光の相対的強度はＬＥＤペレット４の表面略中央部鉛直線上が一番強く、鉛直線からずれるほど弱くなる。
【００１３】
また、図９（ａ）に示すように、前記ＬＥＤペレット４からの入射光の最大強度の少なくとも概ね６０％以上の光を発生する角度をαとし、図９（ｃ）に示すように、Ｄを各ＬＥＤペレット４の発光面７から作用面６までの最短距離とすれば、前記ＬＥＤペレット４からの光の強度が一番強い中央部の点８と点９間の距離Ｌは、Ｌ＝２Ｄｔａｎαで表すことができる。換言すれば、一つのＬＥＤペレット４からＬ＝２Ｄｔａｎα又はこれよりも少ない距離だけ離れたところに次のＬＥＤペレット４を配置すれば、作用面６には少なくとも２つのＬＥＤペレット４からの最大強度の概ね６０％以上の強度をもった入射光が届くことになる。
【００１４】
すなわち、これらのＬＥＤペレット群を平面的に複数配置して構成した歯科用光照射器によれば、患部への入射光の強度、光量とも歯科向けの光重合用として充分なものとなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかして、出願人は前記２件の先願に係る発明の実施の形態に当たり、ＬＥＤペレットの高密度実装の利点を有効に活用することができるとともに隣接するＬＥＤペレットの光出力をより有効に高強度なものとした歯科用照射器として実用性のある好適な構成を知見し、ここに提案するところである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の歯科用光照射器は、手持ち部材の照射部に設けた基台上に少なくとも一対の導電路を設けるとともに、その導電路上に電流を流すと発光するＬＥＤペレットからなる発光素子を複数配置した歯科用光照射器であって、前記基台上に、前記発光素子と対応する配置の反射手段である壁面を鏡面化処理した凹部状のスルーホールを複数有するリフレクター板を密着配置し、前記各発光素子から直接発光する光と、前記凹部状の各反射手段の壁面から反射する光とを合成した光束を得て作用面を照射するとともに、作用面における当該光束の最大強度の概ね６０％以上の光からなる光束同士が重なり合うように前記凹部状の反射手段の形状を設定し、前記発光素子の電極と前記導電路とをワイヤレスボンディング手段又はワイヤボンディング手段により電気的に接続しつつ実装することにより構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、前記基台上に、前記発光素子と対応する配置の反射手段である壁面を鏡面化処理した凹部状のスルーホールを複数有するリフレクター板を密着配置し、前記各発光素子から直接発光する光と、前記凹部状の各反射手段の壁面から反射する光とを合成した光束を得て作用面を照射するとともに、作用面における当該光束の最大強度の概ね６０％以上の光からなる光束同士が重なり合うように前記凹部状の反射手段の形状を設定し、光強度、光量の調整を計るとともに隣接し合う各ＬＥＤペレット間における調整を可能ならしめ、使用目的に適合する光強度、光量を得られるものである。又、作用面に対する光のムラによる処置状態の不良を無くし、好適な光重合等の処置を遂行し得る。
さらには、ワイヤレスボンディング手段又はワイヤボンディング手段を採用することにより、実装作業の向上と高密度化をより効果的に活用することができ、又は、既存のボンディング設備を有効に活用した実施が可能となる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、前記基台がプリント基板から構成されるとともに、プリント基板上に凹部状のスルーホールを複数有する合成樹脂材料からなるリフレクター板を密着配置し、前記スルーホールの壁面をメッキ手段により鏡面化処理し反射手段としたことを特徴とする請求項１に記載の歯科用光照射器である。
【００１９】
請求項３記載の発明は、前記基台がプリント基板から構成されるとともに、プリント基板上に凹部状のスルーホールを複数有する金属板からなるリフレクター板を絶縁シートを介して密着配置し、前記スルーホールの壁面をメッキ手段により鏡面化処理し反射手段としたことを特徴とする請求項１に記載の歯科用光照射器である。
【００２０】
請求項４記載の発明は、前記凹部状の反射手段の壁面をテーパ面状にして、ＬＥＤペレットからの光を反射させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の歯科用光照射器である。
【００２１】
請求項２〜４の発明によれば、請求項１〜３の歯科用照射器の実施に当たり、照射部の量産化を計るのに好適であるとともに品質の均一化を計ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１〜５は本発明の実施の形態を示すもので、図１は照射部の平面図、図２は照射部の一部の拡大平面図、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ拡大縦断側面図、図４はプリント基板の拡大平面図、図５（ａ）はＬＥＤペレットと導電路の接続方法を示す拡大側断面図である。
【００２３】
図１において、１０は照射部を示すもので、当該照射部１０は、先願の説明において説明した、図８に示す手持ち部材５の先端部に連結して構成するものである。
【００２４】
さて、前記した照射部１０は、図１〜３（ａ）に示す如く、基板１１の上側に、各ＬＥＤペレット４の反射手段となる凹部１３を備えるリフレクター板１２を積層することにより構成されている。
【００２５】
又、基板１１は、図３（ａ），４に示す如く、絶縁板１１ａの上面に公知のプリント配線技術（絶縁板１１ａの上側に積層される銅箔をエッチング）により、ＬＥＤペレット４の陽極および陰極電極４ａ，４ｂを電気的に接続する陽極用導体２０，陰極用導体２１を配設することにより構成されている。
【００２６】
さらに、リフレクター板１２は、合成樹脂材料により、複数のスルーホール１３ａを配設して形成した凹部１３を前記基板１１のＬＥＤペレット４の配設位置に対応せしめて配設するとともに基板１１の形状に対応せしめて外形を形成し、当該リフレクター板１２を、前記基板１１の上面に積層密着することにより、前記照射部１０の基台１６を構成している。
【００２７】
前記基台１６のリフレクター板１２は合成樹脂材料により、一体的に形成することが可能であるとともにこれに備える各凹部１３は、基板１１の導電路１５面よりＬＥＤペレット４の光出射方向の高さ方向において、その径を大径にした盃状の凹部状壁面１３ｂに、鏡面メッキ（例えば蒸着手段により銀メッキの薄膜層を設ける）することにより各凹部１３の壁面１３ｂを鏡面化処理を施して反射手段を形成する。
【００２８】
前記各ＬＥＤペレット４は図５（ａ）に示す如く、基板１１の導電路１５に対して、ボールバンプ２２により電気的に接続することにより、基板１１の各電気的接続部１４に実装するものである。
【００２９】
すなわち、基板１１の各電気的接続部１４に、予めボールバンプ２２を備えるＬＥＤペレット４をセットした後、通常のバンプ接続手段により各ＬＥＤペレット４の陽極および陰極電極４ａ，４ｂをそれぞれ導電路１５の陽極用導体２０および陰極用導体２１に電気的に接続しつつ、前記基板１１の各ＬＥＤペレット４の配設位置に実装する。
【００３０】
前記バンプ接合手段については、従来周知の手段を適用し得るが、低コストによる高密度実装には超音波を用いたフリップチップボンディング（以下超音波ＦＣＢという）技術によるＬＥＤペレット４の実装が可能である。
【００３１】
かかる超音波ＦＣＢは、前記基板１１の配設位置となる電気的接続部１４の導電路１５の陽極用および陰極用導体２０，２１（銅箔回路導体上には、通常Ａｕメッキ皮膜を形成してある）に、予めＬＥＤペレット４の陽極電極位置に形成されたボールバンプ２２を位置合わせしつつボンディングツールに吸着し、ＬＥＤペレット４を基板１１に対して加圧する。又、この際、基板１１はワークステージ（不図示）上に固定する。
【００３２】
因て、所定荷重で超音波発振し、振動をボンディングツールからＬＥＤペレット４に伝達しつつボールバンプ２２と基板１１の陽極および陰極用導体２０，２１を固相拡散接合するものである。
【００３３】
（実施の形態２）
図５（ｂ）は本発明の実施の形態２を示すものである。
すなわち、図５（ｂ）に示す如く実施の形態１における各ＬＥＤペレット４の陽極および陰極電極部に形成したボールバンプ２２に換えて、予め基板１１の陽極および陰極用導体２０，２１のＬＥＤペレット４の両電極位置に対応せしめて、かかる陽極および陰極用導体２０，２１の配線パターンの形成時にメッキバンプ２３を、基板１１側に配設しておき、前記ボールバンプ２２と同様の超音波ＦＣＢ方法により接合し、各ＬＥＤペレット４を基板１１の配設位置に実装することができる。
【００３４】
尚、前記メッキバンプ２３の表面には、Ａｕメッキ皮膜を形成して実施するものである。
【００３５】
又、前記バンプ接続手段としての超音波ＦＣＢは、他のＦＣＢに比較して、接合に要する時間が短い点、バンプ（金属突起）と基板１１あるいはＬＥＤペレット４の電極とを直接金属接合するため信頼性が高く、部材コストが低い点、さらには、常温ボンディングへの対応が可能である点等の利点を有するものである。
【００３６】
しかし、以上のバンプ接合手段としては、その他のバンプ接合手段あるいは、その他のワイヤレスボンディング手段を必要に応じて適用しつつ実施することができる。
【００３７】
（実施の形態３）
図３（ｂ）は本発明の実施の形態３を示すものである。
前記した実施の形態１において基台１６を構成するリフレクター板１２は、合成樹脂材料により一体成形する場合を挙げたが図３（ｂ）に示す如く、リフレクター板１２を金属材料により形成し、基板１１の各ＬＥＤペレット４の配設位置との対応位置に、前記スルーホール１３ａを配設するとともに、この金属材料の種類により、同スルーホール１３ａの壁面１３ｂを鏡面化処理し、反射手段を形成する実施も可能である。
【００３８】
しかして、かかる金属材料によるリフレクター板１２の実施に当たっては、基台１６の構成に際して、基板１１上に当該リフレクター板１２の積層には、図３（ｂ）に示す如く、絶縁シート３０を介装しつつ密着接合して構成するものである。
尚、絶縁シート３０についても基板１１、リフレクター板１２の外形に対応して形成するとともにリフレクター板１２のスルーホール１３ａの配設位置に合わせて、スルーホール３１を配設することにより形成する。
【００３９】
又、各凹部１３となるスルーホール１３ａの壁面１３ｂの鏡面化処理については、リフレクター板１２を形成する金属材料の種類に応じて、例えばその金属材料自体鏡面性能を有する金属、例えばアルミ等の場合には、各スルーホール１３ａの壁面１３ｂを鏡面仕上げ処理（研磨仕上処理）すれば、足り、その他の場合には、各スルーホール１３ａの壁面１３ｂに鏡面化処理に必要なメッキ処理（例えば蒸着手段による銀メッキ皮膜）を施すことにより、各凹部１３に反射手段を施すものである。
【００４０】
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４を示すもので、照射部１０の一部の拡大縦断側面図である。
【００４１】
しかして、かかる実施の形態については、前記実施の形態１における図３（ａ）の実施の形態の構成中、各ＬＥＤペレット４を基板１１に電気的に接続して実装するに当たり、これをワイヤボンディング手段にて、各ＬＥＤペレット４の電極を基板１１の導電路１５における陽極および陰極用導体２０，２１に接続ワイヤ３２ａ，３２ｂを介して接続しつつ実装した構成を示すものである。
【００４２】
尚、図６の場合には、リフレクター板１２を合成樹脂材料にて形成した場合をしめしたが、これを金属材料にて形成した図３（ｂ）の実施の形態を適用しつつ実施することも可能である（図示しない）。
その他の構成については、構成上、図３（ａ）と同一部分については、同一番号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
さて、以上の実施の形態にて説明した構成上、使用するＬＥＤペレット４については、歯科用光照射器の適用上、最適なＬＥＤを選択しつつ構成することができるものである。
【００４４】
しかして、前記歯科用光照射器の照射部１０における各ＬＥＤペレット４において、通常、青色ＬＥＤペレット４は図５（ａ），（ｂ）に示すサファイア基板層４０上に窒化ガリウム層４１を形成した上で、活性層を形成し、さらに最上部面に金属電極層（Ａｕ、Ａｌ等）を形成し、金属電極層を透過した光が利用されている。
【００４５】
そこで、これをバンプ接続に当たっては、通常とは逆に、（すなわち図５（ａ），（ｂ）に示す如く）電極側を下側にして使用するために、ＬＥＤペレット４を基板であるサファイア基板層４０を上面にして基台１０の基板１１上に配置することにより、金属電極層に光が遮られることなく透過するので２乃至３割程度の光強度を図れる。
【００４６】
また、前記の如く、ボールバンプ２２によるバンプ接続を行えば、ＬＥＤペレット４の密集度はさらに高まり、低輝度のＬＥＤペレットを使用することが可能となって低コスト化が可能である。また、高輝度のＬＥＤペレットを使用すれば、より短時間で重合を終了することができる。
【００４７】
尚、前記凹部１３のスルーホール１３ａの壁面１３ｂの形状としては、前記した盃状のもので、それは円形あるいは多角形等種々の形状の選択が可能である。
【００４８】
また、各凹部１３の壁面１３ｂをテーパ状にして、リフレクター板１２の材質による反射作用あるいは凹部１３の壁面１３ｂに光の反射膜をコーティングして鏡面化処理することにより構成される反射手段によって、ＬＥＤペレット４からの光が凹部１３の壁面１３ｂに吸収されることがないとともに光を斜め前方へ反射させる効果があり、より強い光強度が得られる。
【００４９】
上述した実施の形態においては、ＬＥＤペレット４から直接発光する光と、各凹部１３の壁面１３ｂから反射する光とを合成した光束を得て作用面６を照射するとともに、作用面６における当該光束の最大強度の概ね６０％以上の光からなる光束同士が重なり合うように前記実施の形態における各々の凹部１３の形状を設定することにより、照射対象物上で少なくとも隣り合うＬＥＤペレットからの光が重なり合い、光の当たらない箇所をなくすことができる。
【００５０】
すなわち、手持ち部材５の腕部５ａの先端部に設けた照射部１０により、複数のＬＥＤペレット４からの光を重合して直接患部等の作用面６に照射することができる。
【００５１】
そして、前記ＬＥＤペレット４から放射される光に基づく患部等の作用面６への入射光の相対的強度については図９にて、既に説明した通り、入射光の相対的強度はＬＥＤペレット４の表面略中央部鉛直線上が一番強く、鉛直線からずれるほど弱くなる。
【００５２】
また、前記ＬＥＤペレット４からの入射光の最大強度の少なくとも概ね６０％以上の光を発生する角度をαとし、図９に示すように、Ｄを各ＬＥＤペレット１２１の発光面７から作用面６までの最短距離とすれば、前記ＬＥＤペレット１２１からの光の強度が一番強い中央部の点８と点９間の距離Ｌは、Ｌ＝２Ｄｔａｎαで表すことができる。換言すれば、一つのＬＥＤペレット１２１からＬ＝２Ｄｔａｎα又はこれよりも少ない距離だけ離れたところに次のＬＥＤペレット１２１を配置すれば、作用面６には少なくとも２つのＬＥＤペレット１２１からの最大強度の概ね６０％以上の強度をもった入射光が届くことになる。
【００５３】
そして、図７は光の作用面６における光の重なり合いを示す図（光の強度分布図）であり、隣接するＬＥＤペレット４からの光のうち最大光強度の６０％以上の光が互いに重なり合う範囲には斜線を付し、また、最大光強度の８０％以上の光が互いに重なり合う範囲にはクロス斜線を付して示している。
【００５４】
以上の点から、これらのＬＥＤペレット群を平面的に複数配置して構成した歯科用光照射器によれば、患部への入射光の強度、光量とも歯科向けの光重合用として充分なものとなる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、請求項１記載の発明によれば、前記基台上に、前記発光素子と対応する配置の反射手段である壁面を鏡面化処理した凹部状のスルーホールを複数有するリフレクター板を密着配置し、前記各発光素子から直接発光する光と、前記凹部状の各反射手段の壁面から反射する光とを合成した光束を得て作用面を照射するとともに、作用面における当該光束の最大強度の概ね６０％以上の光からなる光束同士が重なり合うように前記凹部状の反射手段の形状を設定することによって、光強度、光量の調整を計るとともに隣接し合う各ＬＥＤペレット間における調整を可能ならしめ、使用目的に適合する光強度、光量を得られるものである。又、作用面に対する光のムラによる処置状態の不良を無くし、好適な光重合等の処置を遂行し得る。
さらには、ワイヤレスボンディング手段又はワイヤボンディング手段を採用することにより、実装作業の向上と高密度化をより効果的に活用することができ、又は、既存のボンディング設備を有効に活用した実施が可能となる。
【００５６】
請求項２〜４の発明によれば、請求項１の歯科用照射器の実施に当たり、照射部の量産化を計るのに好適であるとともに品質の均一化を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の歯科用光照射器の照射部の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の歯科用光照射器の照射部の部分拡大平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態１の図２Ａ−Ａ縦断側図、（ｂ）は本発明の実施の形態３の図２Ａ−Ａ縦断側図である。
【図４】本発明の実施の形態１の歯科用照射器の照射部の基板の拡大平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態１のＬＥＤペレットの電気的接続部の拡大断面図、（ｂ）は本発明の実施の形態２のＬＥＤペレットの電気的接続部の拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４の歯科用光照射器の照射部の部分拡大縦断側面図である。
【図７】本発明の歯科用光照射器の凹部相互間における光強度を示す説明図である。
【図８】出願人の先願発明における歯科用照射器の全体を示す概要図である。
【図９】（ａ）は、先願発明の歯科用光照射器におけるＬＥＤペレットによる出射光の相対的強度を示す説明図で、（ｂ）は先願発明の歯科用光照射器におけるＬＥＤペレットによる出射光の相対的強度を示す説明図、（ｃ）は先願発明の歯科用光照射器における２個のＬＥＤペレットによる出射光の相対的強度を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板
２導体
３導体
４ＬＥＤペレット
５手持ち部材
５ａ腕部
６作用面
７発光面
８点
９点
１０照射部
１１基板
１２リフレクター板
１３凹部
１４電気的接続部
１５導電路
１６基台
１３ａスルーホール
１３ｂ壁面
２０陽極用導体
２１陰極用導体
２２ボールバンプ
２３メッキバンプ
３０絶縁シート
３１スルーホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dental light irradiator, and more specifically, by using a light-emitting element (LED (light-emitting diode) pellet) that is a plurality of semiconductor elements, high-intensity light emission is possible, and high-density mounting of light-emitting elements is possible. The present invention relates to a light irradiation device for photochemical reaction having a small configuration, which can be easily used in a narrow oral cavity.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it has been attempted to use an LED as a dental light irradiator. For example, attempts have been made to use a light source for photopolymerization or a light source for tooth bleaching.
In some cases, LED light emitting ultraviolet light of 380 nm is used for tooth bleaching, blue light of around 460 nm is used for polymerization, or far-infrared light of around 1 μm is used for bleaching promotion or polymerization aid. is there. In such a case, attempts have been made to increase the light utilization efficiency by mounting LED pellets at high density.
[0003]
For example, high-density LED light sources having a degree of integration of 200 or more per square centimeter have been developed.
[0004]
In such a high-density LED light source, since the LED pellets are affected by heat radiated from each other, it is difficult to increase the output of each LED pellet.
[0005]
In the case where a light shielding plate or the like is provided for each LED pellet, a power shielding bonding wire must be avoided because the light shielding plate is separately formed and disposed on the substrate on which the LED pellet is mounted. For this reason, the light shielding plate must be arranged outside the bonding wire, and the pellet size is usually about 150 μm to 300 μm square, but if the light shielding plate and bonding wire part are included, the outer shape is about several mm square. This is a major obstacle to high-density mounting.
[0006]
Therefore, in view of the above circumstances, the applicant has high light utilization efficiency, sufficient light intensity and light output of light intensity, and can achieve high-density mounting of LEDs, which are light emitting elements, for dental light irradiation. For the purpose of providing a container, the inventions of Japanese Patent Application Nos. 2000-382543 and 2001-147862, which are prior applications, have been proposed.
[0007]
FIG. 8 shows the entire dental light irradiator of the applicant's earlier application, and this dental light irradiator has, for example, an arm portion 5a projected from a round bar-shaped hand-held member 5 that can be held with one hand. A disk-shaped irradiation unit 10 is connected to the tip, and at least a pair of conductive paths, that is, in the figure, an annular cathode conductor 2 and a disk-shaped anode conductor 3 are arranged on the irradiation unit 10. The LED pellet 4 which is four light emitting elements is mounted between the conductor 2 and the conductor 3 of the substrate 1 while being electrically connected at intervals of 90 degrees. In FIG. 8, the conductor 2, the conductor 3, and the LED pellet 4 are hatched.
[0008]
As the substrate 1, a conventionally known printed circuit board is used, and the conductors 2 and 3 are formed by a normal etching process.
[0009]
The LED pellet is connected to the substrate 1 by arranging a plurality of LED pellets 4 so as to be connected in parallel to a pair of conductors 2 and 3, and the electrodes of the LED pellet 4 are connected to the conductors 2 and 3 on the substrate 1. This is done by direct wire bonding.
[0010]
Since the LED pellet 4 is usually 500 μm square or less, if the diameter of the substrate 1 is 10 mm, dozens of LED pellets 4 can be easily arranged on the substrate 1 in consideration of the space for wire bonding. be able to.
[0011]
If the board | substrate 1 is arrange | positioned on the irradiation part 10 upper surface connected with the front-end | tip part of the arm part 5a of the hand-held member 5, the light from several LED pellet 4 can be superposed | polymerized and it can irradiate to the affected part which is not illustrated directly.
[0012]
The relative intensity of the incident light on the affected area based on the light emitted from the LED pellet 4 will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 9A and 9B, the relative intensity of incident light is strongest on the vertical line at the substantially central portion of the surface of the LED pellet 4, and becomes weaker as it deviates from the vertical line.
[0013]
Further, as shown in FIG. 9 (a), an angle at which light that is at least approximately 60% or more of the maximum intensity of incident light from the LED pellet 4 is generated is α, and as shown in FIG. 9 (c), D Is the shortest distance from the light emitting surface 7 to the working surface 6 of each LED pellet 4, the distance L between the central point 8 and the point 9 where the intensity of light from the LED pellet 4 is the strongest is L = It can be represented by 2Dtanα. In other words, if the next LED pellet 4 is disposed at a distance of L = 2Dtanα or less from one LED pellet 4, the working surface 6 has the maximum intensity from at least two LED pellets 4. Incident light having an intensity of approximately 60% or more arrives.
[0014]
That is, according to the dental light irradiator configured by arranging a plurality of these LED pellet groups in plan, both the intensity and the amount of light incident on the affected area are sufficient for photopolymerization for dentistry.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the applicant can effectively use the advantages of high density mounting of LED pellets in the embodiments of the inventions related to the two prior applications, and more effectively increase the light output of adjacent LED pellets. We have found a suitable configuration that is practical as a strong dental irradiator and are proposing it here.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The dental light irradiator according to the first aspect of the present invention is a light emitting device comprising LED pellets that emit light when an electric current is passed through the conductive path, and at least a pair of conductive paths are provided on a base provided in an irradiation part of a hand-held member. a dental irradiator with the device in multiple arrangement, on the base, close contact with the reflector plate having a plurality of recesses shaped through holes was treated mirror the wall is a reflecting means disposed corresponding to the light emitting element And irradiating the working surface by obtaining a light beam obtained by combining the light directly emitted from each light emitting element and the light reflected from the wall surface of each of the concave reflecting means, and the maximum intensity of the light beam on the working surface. The shape of the concave reflecting means is set so that light beams comprising approximately 60% or more of the light overlap, and the electrode of the light emitting element and the conductive path are connected to a wireless bonding means or a wire. Characterized by being configured by mounting while electrically connected by a bonding means.
[0017]
According to the first aspect of the present invention, a reflector plate having a plurality of concave through holes in which a wall surface, which is a reflection means arranged corresponding to the light emitting element, is mirror- finished is arranged on the base, A light beam obtained by synthesizing light directly emitted from each light emitting element and light reflected from the wall surface of each concave-shaped reflecting means is obtained to irradiate the working surface, and approximately 60% of the maximum intensity of the light beam on the working surface. The shape of the concave reflecting means is set so that the light beams composed of the above light overlap, and the adjustment of the light intensity and the amount of light is made possible, and the adjustment between adjacent LED pellets is possible, and it fits the purpose of use Can be obtained. Further, it is possible to eliminate a defect in the treatment state due to unevenness of light on the working surface, and to carry out a suitable treatment such as photopolymerization.
Furthermore, by adopting wireless bonding means or wire bonding means, it is possible to more effectively utilize the improvement and higher density of the mounting work, or it is possible to effectively utilize existing bonding equipment. Become.
[0018]
According to a second aspect of the invention, together with the base is composed of a printed circuit board, the recess-shaped through hole of the reflector plate adhesion arranged made of a synthetic resin material for multiple chromatic onto a printed circuit board, a wall surface of the through hole 2. The dental light irradiator according to claim 1, wherein the dental light irradiator according to claim 1, wherein the reflecting means is made into a mirror surface by a plating means.
[0019]
According to a third aspect of the invention, together with the base is composed of a printed circuit board, a reflector plate made of a metal plate having a plurality of recesses shaped through holes closely arranged via an insulating sheet on a printed circuit board, said through The dental light irradiator according to claim 1, wherein the wall surface of the hole is mirror- finished by a plating means to form a reflecting means.
[0020]
Invention of claim 4, the wall surface of the concave-shaped reflecting means and the tapered surface shape, Dental according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for reflecting the light from the LED pellets Light irradiator.
[0021]
According to the second to fourth aspects of the present invention, in implementing the dental irradiator according to the first to third aspects, it is suitable for mass production of the irradiation section and can be made uniform in quality.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
1 to 5 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a plan view of an irradiation unit, FIG. 2 is an enlarged plan view of a part of the irradiation unit, and FIG. 3A is AA in FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional side view, FIG. 4 is an enlarged plan view of a printed circuit board, and FIG. 5A is an enlarged side sectional view showing a method for connecting LED pellets and conductive paths.
[0023]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an irradiating unit, and the irradiating unit 10 is configured to be connected to the tip of the hand-held member 5 shown in FIG. 8 described in the description of the prior application.
[0024]
Now, as shown in FIGS. 1 to 3, the irradiation unit 10 is configured by laminating a reflector plate 12 having a recess 13 serving as a reflecting means for each LED pellet 4 on the upper side of the substrate 11. Yes.
[0025]
Further, as shown in FIGS. 3A and 4, the substrate 11 is made of an anode of the LED pellet 4 by a known printed wiring technique (etching a copper foil laminated on the upper side of the insulating plate 11 a) on the upper surface of the insulating plate 11 a. In addition, an anode conductor 20 and a cathode conductor 21 that electrically connect the cathode electrodes 4a and 4b are provided.
[0026]
Further, the reflector plate 12 is provided with a concave portion 13 formed by arranging a plurality of through holes 13a using a synthetic resin material so as to correspond to the arrangement position of the LED pellet 4 of the substrate 11 and the shape of the substrate 11. The base 16 of the irradiation unit 10 is configured by forming an outer shape corresponding to the above and laminating and sticking the reflector plate 12 to the upper surface of the substrate 11.
[0027]
The reflector plate 12 of the base 16 can be integrally formed of a synthetic resin material, and each recess 13 provided for the reflector plate 12 is higher than the surface of the conductive path 15 of the substrate 11 in the light emitting direction of the LED pellet 4. In the vertical direction, the wall surface 13b of each recess 13 is mirror-finished by performing mirror surface plating (for example, providing a silver-plated thin film layer by vapor deposition means) on the bowl-shaped recess-shaped wall surface 13b having a large diameter. To form the reflecting means.
[0028]
Each LED pellet 4 is mounted on each electrical connection portion 14 of the substrate 11 by being electrically connected to the conductive path 15 of the substrate 11 by a ball bump 22 as shown in FIG. It is.
[0029]
That is, after the LED pellet 4 having the ball bumps 22 is set in advance on each electrical connection portion 14 of the substrate 11, the anode and cathode electrodes 4 a and 4 b of each LED pellet 4 are respectively connected to the conductive paths 15 by a normal bump connection means. While being electrically connected to the anode conductor 20 and the cathode conductor 21, the LED pellets 4 are mounted on the substrate 11 at positions where they are disposed.
[0030]
Conventionally known means can be applied to the bump bonding means, but LED pellets 4 can be mounted by flip chip bonding (hereinafter referred to as ultrasonic FCB) technology using ultrasonic waves for high-density mounting at a low cost. is there.
[0031]
The ultrasonic FCB is formed by forming an anode and cathode conductors 20 and 21 in the conductive path 15 of the electrical connection portion 14 where the substrate 11 is disposed (usually an Au plating film is formed on the copper foil circuit conductor). The ball bump 22 formed in advance on the anode electrode position of the LED pellet 4 is adsorbed to the bonding tool while being aligned, and the LED pellet 4 is pressed against the substrate 11. At this time, the substrate 11 is fixed on a work stage (not shown).
[0032]
Therefore, the ultrasonic wave is oscillated with a predetermined load, and the ball bump 22 and the anode and cathode conductors 20 and 21 of the substrate 11 are solid phase diffusion bonded while transmitting the vibration from the bonding tool to the LED pellet 4.
[0033]
(Embodiment 2)
FIG. 5B shows a second embodiment of the present invention.
That is, instead of the ball bumps 22 formed on the anode and cathode electrodes of each LED pellet 4 in the first embodiment as shown in FIG. 5B, the LED pellets of the anode 11 and cathode conductors 20 and 21 in advance of the substrate 11 are used. 4, the plating bumps 23 are disposed on the substrate 11 side when the wiring patterns of the anode and cathode conductors 20 and 21 are formed, and the same ultrasonic FCB as the ball bumps 22 is formed. It joins by the method and each LED pellet 4 can be mounted in the arrangement | positioning position of the board | substrate 11. FIG.
[0034]
The surface of the plated bump 23 is formed by forming an Au plating film.
[0035]
Further, the ultrasonic FCB as the bump connecting means has a short time required for bonding as compared with other FCBs, and directly bonds the bump (metal protrusion) and the electrode of the substrate 11 or the LED pellet 4 to the metal. It has advantages such as high reliability, low member cost, and the ability to cope with room temperature bonding.
[0036]
However, as the above bump bonding means, other bump bonding means or other wireless bonding means can be applied as necessary.
[0037]
(Embodiment 3)
FIG. 3B shows the third embodiment of the present invention.
In the first embodiment described above, the reflector plate 12 constituting the base 16 is integrally formed of a synthetic resin material. However, as shown in FIG. 3B, the reflector plate 12 is formed of a metal material to form a substrate. 11 is disposed at a position corresponding to the position where each LED pellet 4 is disposed, and according to the type of the metal material, the wall surface 13b of the through hole 13a is mirror-finished to form a reflecting means. Implementation is also possible.
[0038]
Therefore, in implementing the reflector plate 12 made of such a metal material, when the base 16 is configured, the reflector plate 12 is laminated on the substrate 11 with an insulating sheet 30 interposed as shown in FIG. However, it is configured to be tightly bonded.
The insulating sheet 30 is also formed corresponding to the outer shape of the substrate 11 and the reflector plate 12 and is formed by disposing a through hole 31 in accordance with the disposition position of the through hole 13a of the reflector plate 12.
[0039]
In addition, as for the mirror surface treatment of the wall surface 13b of the through hole 13a to be each recess 13, depending on the type of the metal material forming the reflector plate 12, for example, the metal material itself having a mirror performance, such as aluminum It is sufficient if the wall surface 13b of each through-hole 13a is mirror-finished (polishing finish). In other cases, the wall surface 13b of each through-hole 13a is subjected to a plating process (for example, vapor deposition means) necessary for the mirror-finishing process. By applying the silver plating film), the reflecting means is applied to each recess 13.
[0040]
(Embodiment 4)
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention and is an enlarged vertical side view of a part of the irradiation unit 10.
[0041]
Therefore, in this embodiment, in the configuration of the embodiment of FIG. 3A in the first embodiment, each LED pellet 4 is electrically connected to the substrate 11 and mounted. 1 shows a configuration in which the electrodes of each LED pellet 4 are mounted by bonding means while being connected to the anode and cathode conductors 20 and 21 in the conductive path 15 of the substrate 11 via connection wires 32a and 32b.
[0042]
In the case of FIG. 6, the case where the reflector plate 12 is formed of a synthetic resin material has been shown. However, the reflector plate 12 should be implemented by applying the embodiment of FIG. 3B formed of a metal material. Is also possible (not shown).
Regarding the other configurations, the same parts as those in FIG. 3A are given the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0043]
Now, the LED pellet 4 to be used in the configuration described in the above embodiment can be configured while selecting an optimum LED for application of a dental light irradiator.
[0044]
Thus, in each LED pellet 4 in the irradiation unit 10 of the dental light irradiator, the blue LED pellet 4 normally forms a gallium nitride layer 41 on the sapphire substrate layer 40 shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Then, an active layer is formed, a metal electrode layer (Au, Al, etc.) is further formed on the uppermost surface, and light transmitted through the metal electrode layer is used.
[0045]
Therefore, when this is used for bump connection, contrary to the normal case (ie, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b)), the LED pellet 4 is made of sapphire as a substrate in order to use it with the electrode side down. By arranging the substrate layer 40 on the substrate 11 of the base 10 with the substrate layer 40 as the upper surface, light is transmitted through the metal electrode layer without being blocked, so that the light intensity of about 20 to 30% can be achieved.
[0046]
Further, as described above, when bump connection is performed by the ball bumps 22, the density of the LED pellets 4 is further increased, and it is possible to use low-luminance LED pellets, thereby reducing the cost. Moreover, if a high-intensity LED pellet is used, the polymerization can be completed in a shorter time.
[0047]
The shape of the wall surface 13b of the through hole 13a of the recess 13 is the above-mentioned bowl shape, and various shapes such as a circle or a polygon can be selected.
[0048]
Further, by reflecting means constituted by reflecting the surface of the wall 13b of each recess 13 and reflecting the material of the reflector plate 12, or coating the wall surface 13b of the recess 13 with a light reflecting film to make a mirror surface, Light from the LED pellet 4 is not absorbed by the wall surface 13b of the recess 13 and has an effect of reflecting the light obliquely forward, so that a stronger light intensity can be obtained.
[0049]
In the above-described embodiment, a light beam obtained by combining light directly emitted from the LED pellet 4 and light reflected from the wall surface 13b of each recess 13 is obtained to irradiate the working surface 6 and the light beam on the working surface 6 By setting the shape of each concave portion 13 in the embodiment so that light beams of approximately 60% or more of the maximum intensity of light overlap each other, light from at least adjacent LED pellets on the irradiation object overlap. , You can eliminate the places where the light does not hit.
[0050]
That is, the light from the plurality of LED pellets 4 can be polymerized and directly irradiated onto the working surface 6 such as the affected part by the irradiation part 10 provided at the tip of the arm part 5 a of the hand-held member 5.
[0051]
The relative intensity of the incident light on the working surface 6 such as the affected part based on the light emitted from the LED pellet 4 is already described with reference to FIG. It is strongest on the vertical line at the center of the surface and weakens as it deviates from the vertical line.
[0052]
Further, let α be the angle at which at least approximately 60% or more of the maximum intensity of the incident light from the LED pellet 4 is generated, and D represents the light emitting surface 7 to the working surface 6 of each LED pellet 121 as shown in FIG. The distance L between the central point 8 and the point 9 where the intensity of light from the LED pellet 121 is the strongest can be expressed by L = 2Dtanα. In other words, if the next LED pellet 121 is arranged at a distance of L = 2Dtanα or less than one LED pellet 121, the working surface 6 has the maximum intensity from at least two LED pellets 121. Incident light having an intensity of approximately 60% or more arrives.
[0053]
FIG. 7 is a diagram (light intensity distribution diagram) showing the overlapping of light on the light working surface 6, and the range in which 60% or more of the maximum light intensity of the light from adjacent LED pellets 4 overlaps each other. Is hatched, and a range where light of 80% or more of the maximum light intensity overlaps each other is shown with cross hatching.
[0054]
From the above points, according to the dental light irradiator configured by arranging a plurality of these LED pellet groups in a plane, both the intensity and the amount of light incident on the affected area are sufficient for photopolymerization for dentistry. Become.
[0055]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the invention 請 Motomeko 1, wherein on said base, a plurality of recesses shaped through holes was treated mirror the wall is a reflecting means disposed corresponding to the light emitting element A reflector plate having a close contact, irradiating the working surface by obtaining a light beam obtained by synthesizing light directly emitted from each light emitting element and light reflected from the wall surface of each of the concave reflecting means, and on the working surface By setting the shape of the concave reflecting means so that light beams composed of light of approximately 60% or more of the maximum intensity of the light beam overlap each other , the light intensity and the light quantity are adjusted, and between adjacent LED pellets It is possible to obtain the light intensity and light amount suitable for the purpose of use. Further, it is possible to eliminate a defect in the treatment state due to unevenness of light on the working surface, and to carry out a suitable treatment such as photopolymerization.
Furthermore, by adopting wireless bonding means or wire bonding means, it is possible to more effectively utilize the improvement and higher density of the mounting work, or it is possible to effectively utilize existing bonding equipment. Become.
[0056]
According to the second to fourth aspects of the invention, in carrying out the dental irradiator according to the first aspect, it is suitable for measuring the mass production of the irradiating part and can make the quality uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an irradiation unit of a dental light irradiator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged plan view of an irradiation unit of the dental light irradiator according to the first embodiment of the present invention.
3A is a longitudinal sectional view of FIG. 2A-A according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3B is a longitudinal sectional view of FIG. 2A-A according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged plan view of a substrate of an irradiation unit of the dental irradiator according to the first embodiment of the present invention.
5A is an enlarged cross-sectional view of the electrical connection portion of the LED pellet of Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of the electrical connection portion of the LED pellet of Embodiment 2 of the present invention. FIG.
FIG. 6 is a partially enlarged vertical side view of an irradiation part of a dental light irradiator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the light intensity between the concave portions of the dental light irradiator of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing an entire dental irradiator in the applicant's prior application invention;
FIG. 9A is an explanatory view showing the relative intensity of emitted light by the LED pellet in the dental light irradiator of the prior application, and FIG. 9B is an LED pellet in the dental light irradiator of the prior application. (C) is explanatory drawing which shows the relative intensity | strength of the emitted light by two LED pellets in the dental light irradiation device of prior invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Conductor 3 Conductor 4 LED pellet 5 Hand-held member 5a Arm part 6 Action surface 7 Light emission surface 8 points 9 points 10 Irradiation part 11 Board | substrate 12 Reflector board 13 Recessed part 14 Electrical connection part 15 Conductive path 16 Base 13a Through hole 13b Wall surface 20 Anode conductor 21 Cathode conductor 22 Ball bump 23 Plating bump 30 Insulating sheet 31 Through hole

Claims

手持ち部材の照射部に設けた基台上に少なくとも一対の導電路を設けるとともに、その導電路上に電流を流すと発光するＬＥＤペレットからなる発光素子を複数配置した歯科用光照射器であって、
前記基台上に、前記発光素子と対応する配置の反射手段である壁面を鏡面化処理した凹部状のスルーホールを複数有するリフレクター板を密着配置し、
前記各発光素子から直接発光する光と、前記凹部状の各反射手段の壁面から反射する光とを合成した光束を得て作用面を照射するとともに、作用面における当該光束の最大強度の概ね６０％以上の光からなる光束同士が重なり合うように前記凹部状の反射手段の形状を設定し、
前記発光素子の電極と前記導電路とをワイヤレスボンディング手段又はワイヤボンディング手段により電気的に接続しつつ実装することにより構成したことを特徴とする歯科用光照射器。A dental light irradiator in which at least a pair of conductive paths is provided on a base provided in an irradiation part of a handheld member, and a plurality of light emitting elements made of LED pellets that emit light when an electric current is passed through the conductive paths,
On the base, a reflector plate having a plurality of concave through holes in which the wall surface, which is the reflecting means of the arrangement corresponding to the light emitting element, is mirror- finished is disposed in close contact,
A light beam obtained by combining the light directly emitted from each light emitting element and the light reflected from the wall surface of each of the concave reflecting means is obtained to irradiate the working surface, and the maximum intensity of the light beam on the working surface is approximately 60. %, The shape of the concave reflecting means is set so that light fluxes of more than% light overlap each other,
A dental light irradiator, wherein the electrode of the light emitting element and the conductive path are mounted while being electrically connected by wireless bonding means or wire bonding means.

前記基台がプリント基板から構成されるとともに、プリント基板上に凹部状のスルーホールを複数有する合成樹脂材料からなるリフレクター板を密着配置し、前記スルーホールの壁面をメッキ手段により鏡面化処理し反射手段としたことを特徴とする請求項１に記載の歯科用光照射器。With the base is composed of a printed circuit board, the recess-shaped through hole of the reflector plate adhesion arranged made of a synthetic resin material which multiple closed on a printed circuit board, a wall surface of the through hole is treated mirror surface by plating means reflection The dental light irradiator according to claim 1, wherein the dental light irradiator is a means.

前記基台がプリント基板から構成されるとともに、プリント基板上に凹部状のスルーホールを複数有する金属板からなるリフレクター板を絶縁シートを介して密着配置し、前記スルーホールの壁面をメッキ手段により鏡面化処理し反射手段としたことを特徴とする請求項１に記載の歯科用光照射器。Mirror with the base is composed of a printed circuit board, a reflector plate made of a metal plate having a plurality of recesses shaped through hole contact is disposed through an insulating sheet on a printed board, a wall surface of the through hole by plating means The dental light irradiator according to claim 1, wherein the dental light irradiator according to claim 1 is used as a reflection means.

前記凹部状の反射手段の壁面をテーパ面状にして、ＬＥＤペレットからの光を反射させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の歯科用光照射器。 4. The dental light irradiator according to claim 1, wherein a wall surface of the concave reflecting means is tapered so as to reflect light from the LED pellets.