JP6399783B2 - Ｌｅｄ発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ発光装置及びその製造方法に関し、特に、枠体に蛍光体樹脂層が接合されたＬＥＤ発光装置及びその製造方法に関する。

近年、半導体素子であるＬＥＤ素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、照明等に広く利用されるようになってきた。

基板上にＬＥＤ素子を搭載し、ＬＥＤ素子を取り囲むように反射部材を配置し、反射部材に基板に対して垂直方向に凹部を設け、凹部に接着材を注入し、凹部に注入された接着材によって波長変換部材を固定した照明装置が知られている（特許文献１参照）。

また、基板上にＬＥＤ素子を搭載し、ＬＥＤ素子を取り囲むように反射部材を配置し、反射部材に内周に沿って溝状凹部を設け、波長変換部材が溝状凹部内に遊嵌されている照明装置が知られている（特許文献２参照）。

特開２００７−２３４６３７号公報 特開２００７−１８００６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された照明装置では、接着剤が光を吸収して照明装置の発光効率及び光出力が低下する、また、接着剤が光を吸収して機械的強度が劣化して波長変換部材が枠体に強固に固定されない、といった問題があった。さらには、特許文献１に記載された照明装置では、接着剤が、波長変換部材の放熱を阻害するという問題もあった。

また、特許文献２に記載された照明装置では、波長変換部材は溝状凹部内に遊嵌されており、波長変換部材が反射部材から外れやすい、といった問題があった。また、特許文献２に記載された照明装置では、波長変換部材は溝状凹部と密着しておらず、空隙を有するため、波長変換部材の放熱性は低い。

そこで、本発明は、上述した問題点を解消することを可能としたＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、蛍光体樹脂層を枠体に強固に接合することを可能としたＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るＬＥＤ発光装置は、基板と、基板の上面に配置されたＬＥＤ素子と、基板の上面にＬＥＤ素子を取り囲むように配置された枠体と、枠体の内周面に設けられた保持部と、保持部と接合された蛍光体樹脂層と、を有し、保持部は、凹部又は凸部を含み、枠体と蛍光体樹脂層とが、保持部を介して、一体的に形成されている、ことを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤ発光装置では、凹部又は凸部は、基板と略平行となる様に形成されていることが好ましい。

本発明に係るＬＥＤ発光装置では、更に、前記基板と略平行となる様に形成された凹部又は凸部と交差するように形成された凹部又は凸部を含んでいることが好ましい。

本発明に係るＬＥＤ発光装置の製造方法は、基板、基板の上面に配置されたＬＥＤ素子、及び、枠体を有するＬＥＤ発光装置の製造方法であって、枠体の内周面に保持部を形成し、保持部の内側に未硬化の第１の蛍光体樹脂を滴下し、未硬化の第１の蛍光体樹脂を硬化させて、保持部と接合された蛍光体樹脂層を形成し、蛍光体樹脂層が形成された枠体を基板上にＬＥＤ素子を取り囲むように配置する、工程を有し、保持部は、凹部又は凸部を含み、枠体と蛍光体樹脂層とが、保持部を介して、一体的に形成されている、ことを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤ発光装置の製造方法では、凹部又は凸部は、前記基板と略平行となる様に形成されていることが好ましい。

本発明に係るＬＥＤ発光装置の製造方法では、更に、前記基板と略平行となる様に形成された凹部又は凸部と交差するように形成された凹部又は凸部を含んでいることが好ましい。

本発明に係るＬＥＤ発光装置の製造方法では、未硬化の第１の蛍光体樹脂を滴下後に、更に、未硬化の第１の蛍光体樹脂よりも粘度が高い未硬化の第２の蛍光体樹脂を滴下し、未硬化の第１の蛍光体樹脂及び未硬化の第２の蛍光体樹脂を硬化させて、保持部と接合された蛍光体樹脂層を形成することが好ましい。

本発明に係るＬＥＤ発光装置及びその製造方法では、枠体と蛍光体樹脂層との接合面を多くとることができるため、蛍光体樹脂層を枠体に強固に接合すること、及び、蛍光体樹脂層で発生する熱を、枠体を通して十分に放熱すること、が可能となった。

（ａ）は本発明に係るＬＥＤ発光装置１の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ´断面図である。 ＬＥＤ発光装置１の製造方法を説明するための図である。 図２（ｃ）のＢの箇所の拡大図である。 保持部１９の他の例を説明するための図である。 保持部１９の更に他の例を説明するための図である。 本発明に係る他のＬＥＤ発光装置２の断面図である。 ＬＥＤ発光装置２の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る更に他のＬＥＤ発光装置３の断面図である。

以下図面を参照して、本発明に係るＬＥＤ発光装置及びその製造方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１（ａ）は本発明に係るＬＥＤ発光装置１の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ´断面図である。

ＬＥＤ発光装置１は、基板１０、枠体１１、ＬＥＤ素子１２、蛍光体樹脂層１３等から構成されている。基板１０には、２つの電極１４が設けられている。

ＬＥＤ素子１２は、ダイボンド材１５によって基板１０の表面に接着され、透光性の樹脂２７で封止されている。また、ＬＥＤ素子１２は、基板１０の上面側に形成された電極１４にワイヤーボンディングされている。

枠体１１は、樹脂やセラミックス等から形成される。枠体１１は、略円筒形であり、基板１０の上面に、ＬＥＤ素子１２を取り囲むように接着剤等により取り付けられている。

枠体１１の上端内周面には、保持部１９が形成されている。保持部１９には、凹部として、断面が略矩形の溝部２０を含んでいる。なお、図１（ｂ）では、保持部１９は、凹部として、２本の断面が略矩形の溝部２０を設けているが、断面が略矩形の溝部の本数は２本に限定されず、１本であっても、３本以上であっても良い。

凹部は、基板と略平行でなくとも、例えば、基板と４５度傾いた構造を有していてもよい。なお、凹部が基板と略平行になるように形成されている場合、蛍光体樹脂層内に気泡が入りにくくなる。また、凹部が基板と略平行になるように形成されている場合、蛍光体樹脂層と枠体との接合は、枠体の上下両方向からの衝撃に強いものとなる。

保持部１９には、ＬＥＤ素子１２の上部を覆うように、蛍光体を含有した樹脂が硬化して形成された蛍光体樹脂層１３が接合されている。枠体１１と蛍光体樹脂層１３は、保持部１９を介して、一体的に形成されている。

蛍光体は、ＬＥＤ素子１２から発光された青色光の一部を吸収し、波長変換した黄色光を発光するので、青色光と黄色光が混じり合い、ＬＥＤ発光装置１からは白色光が出射される。なお、蛍光体樹脂層１３には、ＬＥＤ素子１２から発光された光を均一に分散させるための散乱材が含まれていてもよい。

本発明に係るＬＥＤ発光装置１では、枠体１１と蛍光体樹脂層１３が、保持部１９を介して一体的に形成されているため、蛍光体樹脂層１３と枠体１１とが強固に接合されている。したがって、蛍光体樹脂層１３は枠体１１から容易に離脱することがなく、また、蛍光体樹脂層１３で発生する熱は、枠体１１を通して十分に放熱することが可能となる。

なお、枠体１１の内周面には、光反射層を形成してもよい。光反射層は、例えば、白色インク、アルミニウム等の金属、又は、酸化チタン（ＴｉＯ₂）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等からなる誘電体多層膜から形成される。光反射層は、ＬＥＤ素子１２から枠体１１に向かう光を、ＬＥＤ発光装置１の出射方向に向けて反射するので、発光効率が改善する。

図２は、ＬＥＤ発光装置１の製造方法を説明するための図である。

まず、樹脂により、略円筒形であって、上端内周面に保持部１９を有する、枠体１１を用意する。保持部１９には、凹部として、断面が略矩形の溝部２０を形成する。

次に、図２（ａ）に示すように、枠体１１の上端が下向きとなるように、専用の治具２１内に、枠体１１を設置する。

次に、図２（ｂ）に示すように、ディスペンサ２２によって、未硬化の蛍光体樹脂２４を、蛍光体樹脂２４の高さが、完全に保持部１９を満たすまで、枠体１１及び治具２１に囲まれた領域に滴下する。枠体１１の上端を下向きに設置した状態で、蛍光体樹脂２４を滴下することにより、保持部１９に、未硬化の蛍光体樹脂２４が密着し易くなる。

次に、図２（ｃ）に示す様に、蛍光体樹脂２４を硬化させて蛍光体樹脂層１３を形成し、治具２１から枠体１１を取り外す。図３は、図２（ｃ）のＢの箇所の拡大図である。図３に示す様に、蛍光体樹脂層１３は硬化すると、枠体１１に沿って蛍光体樹脂層１３から盛り上がるヒケ部分２３が生じる。

最後に、図２（ｄ）に示すように、蛍光体樹脂層１３を備える枠体１１を、ＬＥＤ素子１２を備える基板１０に、接着剤等で取り付けて、ＬＥＤ発光装置１を完成させる。

上述した製造方法によって、枠体１１と蛍光体樹脂層１３が、保持部１９を介して一体的に形成されているため、蛍光体樹脂層１３と枠体１１とが強固に接合されている。したがって、蛍光体樹脂層１３は枠体１１から容易に離脱することがなく、また、蛍光体樹脂層１３で発生する熱は、枠体１１を通して十分に放熱することが可能となる。

図４は、保持部１９の他の例を説明するための図である。

図４（ａ）に示すように、保持部１９´は、凹部として、複数の断面が略Ｖ字状の溝部３１を含んでいる。なお、図４（ａ）では、保持部１９´は、２本の断面が略Ｖ字状の溝部３１を設けているが、溝部３１の本数は２本に限定されず、１本であっても、３本以上であっても良い。

図４（ｂ）では、保持部１９´´は、凹部として、断面が略ロ字状の１本の溝部３２を含んでいる。溝部３２は、保持部１９´´の外周側に設けられた開口部分と連結され、開口部分より幅広の溝を有している。なお、溝部３２は、特殊な工具によって保持部１９´´部分を掘削するようにして形成しても良いし、２部品等によって形成しても良い。また、図４（ｂ）では、保持部１９´´は、１本の断面が略ロ字状の溝部３２を設けているが、溝部３２の本数は１本に限定されず、２本以上であっても良い。

図４（ｃ）では、保持部１９´´´は、凸部として、断面が略Ｌ字状の１本の突起３３を含んでいる。なお、図４（ｃ）では、保持部１９´´´は、１本の断面が略Ｌ字状の突起３３を設けているが、突起３３の本数は１本に限定されず、２本以上であっても良い。また、突起３３の形状も断面が略Ｌ字状に限定されることなく、他の形状であっても良い。

図５は、保持部１９の更に他の例を説明するための図である。

図５（ａ）は枠体１１の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣＣ´断面図である。図５に示す例では、保持部１９´´´´は、凹部として、図１（ｂ）と同様に、断面が略矩形状の２本の溝部２０を含んでいる。しかしながら、保持部１９´´´´は、図５（ａ）に示す様に、更に凹部として、溝部２０と交差するように形成された溝部３４を含んでいる。図５（ａ）に示す様に、枠体１１を上部から観察すれば、溝部３４と突起部３５が交互に複数形成されることとなる。なお、突起部３５には、図５（ｂ）に示す様に、断面が略矩形状の２本の溝部２０が形成されていることとなる。このような構造とすることで、保持部と蛍光体樹脂層との密着強度、及び、蛍光体樹脂層で発生する熱の放熱性は、さらに高いものとなる。

図６は、本発明に係る他のＬＥＤ発光装置２の断面図である。

図６に示すＬＥＤ発光装置２と、図１に示すＬＥＤ発光装置１との差異は、ＬＥＤ発光装置２の蛍光体樹脂層１３´が、ＬＥＤ発光装置１の蛍光体樹脂層１３と異なっている点のみであり、他の構成は全て同様であるので、その他の説明を省略する。

ＬＥＤ発光装置２では、保持部１９の凹部である溝部２０へ、未硬化の樹脂がより浸透、密着できるように、保持部１９との接合部と、他の部分で、異なった２種類の樹脂を用いている。したがって、ＬＥＤ発光装置２の蛍光体樹脂層１３´は、２種類の蛍光体樹脂により形成されている。蛍光体樹脂層１３´が、２種類の蛍光体樹脂から形成される点については、後述する。

なお、本発明に係るＬＥＤ発光装置２でも、枠体１１と蛍光体樹脂層１３´が、保持部１９を介して一体的に形成されているため、蛍光体樹脂層１３´と枠体１１とが強固に接合されている。したがって、蛍光体樹脂層１３´は枠体１１から容易に離脱することがなく、また、蛍光体樹脂層１３´で発生する熱は、枠体１１を通して十分に放熱することが可能となる。また、ＬＥＤ発光装置２においても、図４及び図５に示した、他の保持部を用いることが可能である。

図７は、ＬＥＤ発光装置２の製造方法を説明するための図である。

まず、樹脂により、略円筒形であって、上端内周面に保持部１９を有する、枠体１１を用意する。保持部１９には、凹部として、断面が略矩形の溝部２０を形成する。

次に、図７（ａ）に示すように、枠体１１の上端が下向きとなるように、専用の治具２１に、枠体１１を設置する。

次に、図７（ｂ）に示すように、第１のディスペンサ２８によって、粘度が３５０ｍＰａ・ｓの未硬化の第１の蛍光体樹脂２５を、第１の蛍光体樹脂２５の高さが、完全に保持部１９を満たすまで、枠体１１及び治具２１に囲まれた領域に滴下する。

次に、図７（ｃ）に示すように、第１の蛍光体樹脂２５を硬化させずに、保持部１９の溝部２０に十分に第１の蛍光体樹脂２５が付着した枠体１１を、治具２１から取り出す。

次に、図７（ｄ）に示すように、他の治具２９に、第１の蛍光体樹脂２５が付着した枠体１１を再び設置し、第２のディスペンサ３０によって、粘度が１００００ｍＰａ・ｓの第２の蛍光体樹脂２６を、第２の蛍光体樹脂２６の高さが、完全に保持部１９を満たすまで、枠体１１及び治具２９に囲まれた領域に滴下する。

次に、図７（ｅ）に示すように、第１の蛍光体樹脂２５及び第２の蛍光体樹脂２６を併せて硬化させ、蛍光体樹脂層１３´を形成し、治具２９から枠体１１を取り出す。

最後に、図７（ｆ）に示すように、蛍光体樹脂層１３´を備える枠体１１を、ＬＥＤ素子１２を備える基板１０に、接着剤等で取り付けて、ＬＥＤ発光装置２を完成させる。

ＬＥＤ発光装置２では、最初に、粘度がより低い第１の蛍光体樹脂２５を滴下することにより、保持部１９の溝部２０には、第１の蛍光体樹脂２５がよく浸透し、密着する。その後に、粘度が第１の蛍光体樹脂２５より高い第２の蛍光体樹脂２６を滴下するので、第２の蛍光体樹脂２６は容易に第１の蛍光体樹脂２５と混じり合う。したがって、保持部１９に詳細な凹部又は凸部が形成されていても、保持部１９と、第１の蛍光体樹脂２５及び第２の蛍光体樹脂２６から構成される蛍光体樹脂層１３´とが強固に接合されることが可能となった。

ＬＥＤ発光装置においてムラのない均一な白色光を得るためには、蛍光体樹脂層内には、所定量の蛍光体を、できる限り均一に分散させて含有させることが望ましい。しかしながら、そのような蛍光体樹脂層を形成する未硬化の蛍光体樹脂の粘度を低く抑えることが困難な場合がある。一方で、保持部１９と接合される部分の樹脂には、必ずしも蛍光体の所条件を満足する必要はない。そこで、上記の製造方法では、強固に接合すべき部分には粘度の低い第１の蛍光体樹脂を用いて、保持部の凹部又は凸部に、よく浸透し、密着するようにした。一方、蛍光体樹脂層の大部分に相当する箇所には、所定の粘度の高い第２の蛍光体樹脂を用いて、ムラのない均一な白色光を得られるようにした。

なお、第１の蛍光体樹脂２５としては、粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上、３５０ｍＰａ・ｓ以下の蛍光体樹脂を用いることが好ましい。また、滴下の際、第１の蛍光体樹脂２５が保持部１９によく浸透、密着するように、必要に応じて第１の蛍光体樹脂２５を加温してもよい。

また、第２の蛍光体樹脂２６としては、粘度が４０００ｍＰａ・ｓ以上、７００００ｍＰａ・ｓ以下の蛍光体樹脂を用いることが好ましい。

なお、第１の蛍光体樹脂２５及び第２の蛍光体樹脂２６は、硬化後に１枚の蛍光体樹脂層１３´として成形されることから、第１の蛍光体樹脂２５と第２の蛍光体樹脂２６には、成分が同一であるバインダ樹脂を用いることが好ましい。

蛍光体を均一に分散させるためには、粘度の高い樹脂を用いるべきであるが、一方で、高粘度樹脂は、細かな凹凸部への浸透、密着がよくないという問題がある。そこで、本発明に係るＬＥＤ発光装置２の製造方法では、第１の蛍光体樹脂２５に粘度の低い蛍光体樹脂を用いて、蛍光体樹脂層１３´が枠体１１から外れ難くなる効果、及び、蛍光体樹脂層１３´で発生する熱の枠体１１を通じた放熱効果、を改善しつつ、さらに、第２の蛍光体樹脂２６に粘度の高い蛍光体樹脂を用いることで、蛍光体樹脂層１３´内に分散させる蛍光体の均一性がより高いものとなり、よりムラのない光の形成が可能となる。

図８は、本発明に係る更に他のＬＥＤ発光装置３の断面図である。

図８に示すＬＥＤ発光装置３と、図１に示すＬＥＤ発光装置１との差異は、ＬＥＤ発光装置３では、ＬＥＤ素子１２が、基板１０に所謂フリップチップ実装されている点のみであり、他の構成は全て同様であるので、その他の説明を省略する。

なお、本発明に係るＬＥＤ発光装置３でも、枠体１１と蛍光体樹脂層１３が、保持部１９を介して一体的に形成されているため、蛍光体樹脂層１３と枠体１１とが強固に接合されている。したがって、蛍光体樹脂層１３は枠体１１から容易に離脱することがなく、また、蛍光体樹脂層１３で発生する熱は、枠体１１を通して十分に放熱することが可能となる。

ＬＥＤ発光装置３は、図２に示した製造方法及び図７に示した製造方法の何れでも製造することが可能である。なお、図７に示した製造方法によって製造される場合には、ＬＥＤ発光装置３の蛍光体樹脂層１３は、２種類の蛍光体樹脂から成形されることとなる。また、ＬＥＤ発光装置３の保持部１９においても、図４及び図５に示した、他の保持部を用いることが可能である。

１、２、３ ＬＥＤ発光装置
１０ 基板
１１ 枠体
１２ ＬＥＤ素子
１３ 蛍光体樹脂層
１３´ 蛍光体樹脂層
１４ 電極
１５ ダイボンド材
１６ バンプ
１７ 電極
１８ 光反射層
１９ 保持部
１９´ 保持部
１９´´ 保持部
１９´´´ 保持部
１９´´´´ 保持部
２０ 溝部
２１ 治具
２２ ディスペンサ
２３ 盛り上がり部分
２４ 蛍光体樹脂
２５ 第１の蛍光体樹脂
２６ 第２の蛍光体樹脂
２７ 透光性の樹脂
２８ 第１のディスペンサ
２９ 治具
３０ 第２のディスペンサ
３１ 溝部
３２ 溝部
３３ 突起
３４ 溝部

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板の上面に配置されたＬＥＤ素子と、
   前記基板の上面に前記ＬＥＤ素子を取り囲むように配置された枠体と、
   前記枠体の内周面に設けられた保持部と、
   前記保持部と接合された蛍光体樹脂層と、を有し、
   前記保持部は、対向する２つの面を有する凹部又は凸部を含み、
   前記凹部は複数の壁部分および前記壁部分に挟まれたへこみ部分により構成され、前記凸部は複数の基盤部分および前記基盤部分に挟まれた突出部分により構成され、一の前記壁部分の頂面又は前記基盤部分の上面から前記蛍光体樹脂層を挟んで対向する前記壁部分の頂面又は前記基盤部分の上面までの距離が、他の前記壁部分の頂面又は前記基盤部分の上面から前記蛍光体樹脂層を挟んで対向する前記壁部分の頂面又は前記基盤部分の上面までの距離と等しく、
   前記枠体と前記蛍光体樹脂層とが、前記保持部を介して、一体的に形成されている、
   ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 基板と、
   前記基板の上面に配置されたＬＥＤ素子と、
   前記基板の上面に前記ＬＥＤ素子を取り囲むように配置された枠体と、
   前記枠体の内周面に設けられた保持部と、
   前記ＬＥＤ素子との間に空隙を備えるように前記保持部と接合された蛍光体樹脂層と、を有し、
   前記保持部は、凹部又は凸部を含み、
   前記枠体と前記蛍光体樹脂層とが、前記保持部を介して、一体的に形成されている、
   ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
3. 前記凹部又は凸部は、前記基板と略平行となる様に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記保持部は、更に、前記基板と略平行となる様に形成された凹部又は凸部と交差するように形成された凹部又は凸部を含む、請求項３に記載のＬＥＤ発光装置。
5. 基板、前記基板の上面に配置されたＬＥＤ素子、及び、枠体を有するＬＥＤ発光装置の製造方法であって、
   前記枠体の内周面に保持部を形成し、
   前記保持部の内側に未硬化の第１の蛍光体樹脂を滴下し、
   前記未硬化の第１の蛍光体樹脂を硬化させて、前記保持部と接合された蛍光体樹脂層を形成し、
   前記蛍光体樹脂層が形成された前記枠体を前記基板上に前記ＬＥＤ素子を取り囲むように配置する、工程を有し、
   前記保持部は、凹部又は凸部を含み、
   前記枠体と前記蛍光体樹脂層とが、前記保持部を介して、一体的に形成されている、
   ことを特徴とするＬＥＤ発光装置の製造方法。
6. 前記凹部又は凸部は、前記基板と略平行となる様に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
7. 前記保持部は、更に、前記基板と略平行となる様に形成された凹部又は凸部と交差するように形成された凹部又は凸部を含む、請求項６に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。
8. 前記未硬化の第１の蛍光体樹脂を滴下後に、更に、前記未硬化の第１の蛍光体樹脂よりも粘度が高い未硬化の第２の蛍光体樹脂を滴下し、
   前記未硬化の第１の蛍光体樹脂及び前記未硬化の第２の蛍光体樹脂を硬化させて、前記保持部と接合された前記蛍光体樹脂層を形成する、請求項５〜７のいずれか一項に記載のＬＥＤ発光装置の製造方法。

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