JP6253949B2 - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤ発光装置に関するものであり、詳しくは回路基板上にフリップチップ実装された、ＬＥＤ素子の発光面上に蛍光体層を載置し、前記ＬＥＤ素子の側面と前記蛍光体層の側面とを反射性の白色樹脂で充填封止し、前記蛍光体層の上面を含む範囲を拡散性樹脂層で被覆することで、ＬＥＤ素子の発光を効率良く上方向に行わせる構成とし、また白色樹脂による反射面の形状を工夫することで、さらに上方向への出射光率を良くしたＬＥＤ発光装置に関する。

近年、ＬＥＤ素子は半導体素子であるため、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、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。

特に近年、ＬＥＤ素子の周囲を反射性の白色樹脂で被覆し、ＬＥＤ素子の側方への発光を上方に反射せることで、上方向への発光を効率良く行わせる白色樹脂被覆型のＬＥＤ発光装置の構成が提案されている。（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３）

以下従来の白色樹脂被覆型のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本願にそろえている。図９は特許文献１におけるＬＥＤ発光装置１００の製造工程を示す各断面図であり、（ａ）は基板１０７に導電部材１０６ａ、１０６ｂによってフリップチップ実装されたＬＥＤ素子１０１の周囲に、枠体１０９を用いて光反射性の第１の白色樹脂１０４を充填被覆した状態を示している。（ｂ）はＬＥＤ素子１０１の上面に透明接着剤１０３を塗って、ＬＥＤ素子１０１からの出射光を通過して外部に放出する透光性部材１０２（透明部材または蛍光部材）を接着する工程を示している。（ｃ）は（ｂ）の工程によって透光性部材１０２の接着が行われた状態を示している。（ｄ）は滴下装置１０８により、第２の白色樹脂１０５を滴下して透光性部材１０２の側面を含む全体を第２の白色樹脂１０５で被覆することによって、白色樹脂被覆型のＬＥＤ発光装置１００が完成する。

図１０は特許文献２におけるＬＥＤ発光装置２００の断面図を示している。
図１０において光取り出し側に開口を有するケース２０３と、ケース２０３内のＬＥＤ搭載面上に設けられた配線電極２０５ａに、導電部材２０６ａ、２０６ｂによってフリップチップ実装されたＬＥＤ素子２０１の周囲に、ケース２０３を用いて光反射性の白色樹脂２０４を充填被覆し、この状態においてＬＥＤ素子２０１の光取り出し面上にシート状の蛍光体層２０２が貼着されている。

図１１は特許文献３におけるＬＥＤ発光装置３００の断面図を示している。
図１１に示すＬＥＤ発光装置３００は配線導体３０５ａ，３０５ｂを有する基板３０７の中央にＬＥＤ素子３０１をフリップチップ実装し、そのＬＥＤ素子３０１の周囲には上方が広く開口されたホーン型のリフレクタ３０４が、白色樹脂等によって形成されて固着されている。
さらにリフレクタ３０４の周囲を黒色樹脂等からなる封止樹脂３０３によって封止し、この封止樹脂３０３によってリフレクタ３０４の開口部に蛍光体層３０２とレンズ３３３を固着している。上記構成におけるＬＥＤ装置３００はレンズ３３３の中心軸とＬＥＤ素子３０１の中心軸とを整合して配置しているため、ＬＥＤ素子３０１から垂直上方に向かう光と、ＬＥＤ素子３０１から側方に放射されてリフレクタ３０４の反射面上で上方に反射された光はレンズ３３３により良好に集光されて上方に放射される。

なお、特許文献１及び特許文献２、特許文献３においては、白色樹脂の役目としてはＬＥＤの側面側から発光された出射光を反射させて、出射面側に戻すことで出射効率を高める機能を有するものであり、その構成としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリリル樹脂等のコーティング材に反射性のフィラーとして酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニューム、アルミナ、窒化ホウ素等の粒子を混入したものを用いており、形成方法としては樹脂成型や、充填方法としては滴下装置や注入装置を用いている。

特開２０１０−１９２６２９号公報 特開２００７−１９０９６号公報 特開２００４−１１８６２号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に記載されたＬＥＤ発光装置では拡散性部材を設けていないため、出射光に色むらが生じると共に、本発明の効果として後述するように、出射光に対する出射方向規制部材が無いため、出射光が広がりすぎるという問題がある。
また特許文献３に記載のＬＥＤ発光装置において、ホーン型リフレクタ３０４やレンズ３３３のような出射方向規制部材を設けることによって、出射光の広がりを抑えて、指向性の良い出射光を得ることができるが、リフレクタ３０４やレンズ３３３のような複雑で高価な部材を必要とすることによって、価格が高くなり、また厚みが大きくなるという問題がある。

そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、白色樹脂被覆型のＬＥＤ発光装置において、蛍光体層の上面側を拡散性樹脂層で被覆することによって、出射光の色むらを解消すると共に、出射光に対する出射方向規制部材を設けることによって、出射光の広がりすぎを防止し、且つ出射面側を樹脂を設けない開口形状とすることによって出射光量の増加が期待できるＬＥＤ発光装置を提供できる。

上記目的を達成するため本発明におけるＬＥＤ発光装置の構成は、基板上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の発光面上に載置された蛍光体層と、前記ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した第１白色反射樹脂と、前記蛍光体層と前記第１白色反射樹脂の上面に載置された拡散性樹脂層と、前記拡散性樹脂層の上面と側面を被覆した第２白色反射樹脂とを有し、前記ＬＥＤ素子の発光面上に開口凹部を形成し、前記開口凹部の深さは前記第２白色反射樹脂を貫通し、前記拡散性樹脂層の中間まで達していることを特徴とする。

上記構成上記構成によれば、基板上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子の
蛍光体層の上面を含む範囲を拡散性樹脂層で被覆することによって、出射光の色
むらを解消すると共に、前記ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した第
１反射性樹脂と、前記蛍光体層と第１白色反射樹脂の上面に載置された拡散性樹脂
層、前記拡散性樹脂層の上面と側面を被覆した第２白色反射樹脂とを有し、前記
ＬＥＤ素子の発光面上に開口凹部を形成し、前記開口凹部の深さを第２反射性樹
脂を貫通し前記拡散性樹脂層に達することによって、第２白色反射樹脂の開口凹
部が出射方向規制部材として機能を果たし、出射光の広がりすぎを防止して指向
性の良いＬＥＤ発光装置となる。

前記開口凹部の上面にはレンズが配設されていると良い。

上記構成によれば、出射方向規制部材によって規制された出射光をレンズによ
り集光することにより、さらに指向性に優れたＬＥＤ発光装置となる。

上記の如く本発明によれば、基板上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子の蛍光体層の上面を含む範囲を拡散性樹脂層で被覆することによって、出射光の色むらを解消すると共に、前記ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した第１反射性樹脂と、前記蛍光体層の上面に載置された拡散性樹脂層層の上面と側面を被覆した第２白色反射樹脂とを有し、前記ＬＥＤ素子の発光面上に開口凹部を形成し、前記開口凹部の深さを第２白色反射樹脂を貫通し前記拡散性樹脂層に達することによって、第２白色反射樹脂の開口凹部が出射方向規制部材として機能を果たし、出射光の広がりすぎを防止して指向性の向上と、出射光量の増加が期待できるＬＥＤ発光装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の上面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の製造方法の（ａ）〜（ｄ）までの各断面を示す工程図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の製造方法の（ｅ）〜（ｇ）までの各断面を示す工程図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置における発光動作を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図５に示すＬＥＤ発光装置の上面図であるである。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図７に示すＬＥＤ発光装置の上面図であるである。 従来のＬＥＤ発光装置の製造方法の各断面を示す工程図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１〜図４は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示し、図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の断面図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の上面図、図３はＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示す工程図である。

図１に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図において、回路基板７の上面には図示しない配線電極やスルーホール電極が設けられており、配線電極にはＬＥＤ素子１が導電部材６ａ、６ｂによりＦＣ実装されており、また各配線電極はスルーホール電極を介して回路基板７の裏面に設けられた電源電極に接続されている。
ＬＥＤ素子１の発光面上にはＬＥＤ素子１の発光面より少し大きい形状の、蛍光体層２が透明接着剤によって接着される等の手法により載置されている。

また回路基板７上に成型金型等を用いてＬＥＤ素子１の側面と、蛍光体層２の側面とを反射性の第１白色反射樹脂４で充填封止し、さらに蛍光体層２の上面を含む第１白色反射樹脂４の上面を拡散性樹脂層８で被覆している。そして拡散性樹脂層８の上面と側面及び、第１白色反射樹脂４ａの側面を第２白色反射樹脂４ｂで被覆した後に、前記ＬＥＤ素子１の発光面上に対応する位置に開口凹部９を形成し、前記開口凹部９の深さは第２白色反射樹脂４ｂを貫通し、前記拡散性樹脂層８に達している。
上記ＬＥＤ発光装置１０の１例としてはＬＥＤ素子１には青色ＬＥＤ、蛍光体層２はＹＡＧ蛍光樹脂、拡散性樹脂層８には透明樹脂材料に拡散粒子を混入するか、または透明樹脂の表面に微細なレンズ形状を形成したものを用いることができる。

次にＬＥＤ発光装置１０の動作を説明する。ＬＥＤ発光装置１０における回路基板７の上面に設けられた図示しない配線電極にＬＥＤ素子１の導電部材（バンプ）６ａ，６ｂをフリップチップ実装する。この配線電極はスルーホールを介して回路基板７の裏面側に設けられた電源電極に接続されている。したがって、この電源電極に電圧を供給することによってＬＥＤ素子１は発光する。

本実施形態における青色ＬＥＤ素子１の発光は、主として上方へ出射されることにより、ＹＡＧ蛍光体層２を通過し、その一部はＹＡＧ蛍光粒子に衝突することによって励起光（黄色光）に変換され、また一部は青色光のまま通過し、この青色光と励起光の黄色光が拡散性樹脂層８の内部で混色拡散されることにより、白色光として出射される。また、ＬＥＤ素子１から側面方向に出射された発光は第１白色反射樹脂４ａによって蛍光体層２の方向に反射され、同じく青色光と黄色光として拡散性樹脂層８を通過して出射される。

前述の如くＬＥＤ発光装置１０では、第２白色反射樹脂４ｂによって拡散性樹脂層８の側面を被覆し、またＬＥＤ素子１の発光面対応位置に拡散性樹脂層８に達する開口凹部９を形成しているので、拡散性樹脂層８の側面から漏れようとする出射光を発光面側に反射させて戻し、ＬＥＤ発光装置１０の上面図であり、第２白色反射樹脂４ｂで覆われた中心位置に開口凹部９が形成され、拡散性樹脂層８を通して上方に出射光が発光される。
すなわちＬＥＤ発光装置１０の構成においては、引用文献３におけるホーン型のリフレクタのような形状の大きい部品を用いることなく、通常の板部品と成型樹脂部材のみを用いて、周囲への漏光がなく、かつ出射光の方向規制部材を設けることができるので薄型で、集光性に優れたＬＥＤ発光装置を提供できる。

次に３Ａ図，３Ｂ図によりＬＥＤ発光装置１０の製造方法を説明する。３Ａ図はＬＥＤ発光装置１０の製造工程の（ａ）〜（ｄ）までを示しており、（ａ）は回路基板７の図示しない配線電極にＬＥＤ発光素子１を導電部材６ａ，６ｂによってフリップチップ実装した状態を示す、ＬＥＤ素子実装工程である。（ｂ）はＬＥＤ素子１の上面（発光面）に透明接着剤等により、ＬＥＤ素子１の上面より少し大きいサイズの蛍光体層２を載置した状態を示す、蛍光体層載置工程である。（ｃ）は回路基板７の上面に実装されたＬＥＤ素子１の側面と、ＬＥＤ素子１の上面に載置された蛍光体層２の側面とを第１白色反射樹脂４ａによって充填被覆する、第１白色反射樹脂被覆工程である。（ｄ）は蛍光体層２と第１白色反射樹脂４ａとの上に拡散性樹脂層層８を載置した、拡散性樹脂層層載置工程である。

３Ｂ図は同じくＬＥＤ発光装置１０の製造工程の（ｅ）〜（ｇ）までを示しており、（ｅ）は回路基板７の周囲の側面の第１白色反射樹脂４ａに切削加工等により溝４ｃを形成する溝加工工程である。（ｆ）は形成された溝４ｃと、拡散性樹脂層８の上部全体を第２白色反射樹脂４ｂで被覆する第２白色反射樹脂被覆工程である。この第２白色反射樹脂被覆工程は、例えば成型金型を用いて精度良く行うことができる。また第２白色反射樹脂４ｂは基本的に第１白色反射樹脂４ａと同じ材質を用いることができるが、成型性を考慮して異なる材質にしても良い。（ｇ）は充填した第２白色反射樹脂４ｂのＬＥＤ素子１の発光面上に開口凹部９を形成する開口凹部形成工程である。この開口凹部形成工程は切削加工等により円形の開口凹部９を形成し、この開口凹部９の深さは少なくとも第２白色反射樹脂４ｂを貫通して拡散性樹脂層８に達していることが必要であり、これによってＬＥＤ素子１からの発光が蛍光体層２および拡散性樹脂層８を通過して外部へと放射されていく。

次に図４によりＬＥＤ発光装置１０の発光動作を説明する。
図１で説明したＬＥＤ素子１０に対する電源供給により、ＬＥＤ素子１は青色発光を行い、この青色発光の一部が蛍光体層２のＹＡＧ蛍光粒子と衝突することによって励起光として黄色光を発光する。この青色光を実線Ｐｂで示し、励起された黄色光を点線Ｐｙで示す。

ＬＥＤ素子１から発光された青色光Ｐｂは、一部は直接蛍光板層２、拡散性樹脂層８を付き抜けて青色光Ｐｂとして出射し、また一部は第１白色反射樹脂４ａ、第２白色反射樹脂４ｂによって反射されて開口凹部９より出射する。さらに青色光Ｐｂの一部は蛍光体層２において黄色光Ｐｙに変換され拡散性樹脂層８を通過して出射される。また青色光Ｐｂ及び黄色光Ｐｙの拡散性樹脂層８内において第１白色反射樹脂４ａ、第２白色反射樹脂４ｂによって反射された光も、拡散性樹脂層８の端部８ａの部分で第２白色反射樹脂４ｂによって反射されることにより、周囲に漏光することなく、すべて開口凹部９より有効光として出射されていく。また第２白色反射樹脂４ｂによって形成され開口凹部９の壁面部９ａが出射光の方向規制部材となることによって、青色光Ｐｂ及び黄色光Ｐｙの混色による白色光Ｐｗとして、すべて集光された有効光として出射されていく。

（第２実施形態）
次に図５、図６により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図５は第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の断面図、図６は図５に示すＬＥＤ発光装置２０の上面図であり、基本的構成は図１、図２に示すＬＥＤ発光装置１０とおなじであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０が第１実施形態おけるＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、出射光を放射する開口凹部２９の形状であり、ＬＥＤ発光装置１０では開口凹部９の深さが第２白色反射樹脂４ｂを貫通し、拡散性樹脂層８の表面まで達していたのに対し、ＬＥＤ発光装置２０では開口凹部２９の深さが第２白色反射樹脂４ｂを貫通し、拡散性樹脂層８中間の位置まで達していることである。

上記ＬＥＤ発光装置２０の構成によれば開口凹部２９の深さを任意に決めることができるため、出射光に対する拡散性樹脂層８の深さを変えて拡散率を制御することができ、また、開口凹部２９を作成するための切削加工も容易となる等の効果がある。なお、図６に示すＬＥＤ発光装置２０の上面図は、図２に示したＬＥＤ発光装置１０と同じ構成となるので重複する説明は省略する。

（第３実施形態）
次の図７により本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図７は第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０の断面図である。第３実施形態のＬＥＤ発光装置３０の基本的構成は、図５に示すＬＥＤ発光装置２０とおなじであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置３０が第２実施形態おけるＬＥＤ発光装置２０と異なるところは、出射光を放射する開口凹部２９に円形のレンズ３３を装着したことである、

ＬＥＤ発光装置３０の構成においては、ＬＥＤ発光装置２０における開口凹部２９に円形のレンズ３３を装着することによって、開口凹部２９の方向規制効果に加えて、レンズ３３の集光効果により極めて集光性の良いＬＥＤ発光装置を提供できる。また図８はＬＥＤ発光装置３０の上面図で、ＬＥＤ発光装置３０を構成する第２白色反射樹脂４ｂと開口凹部２９の上面にレンズ３３とレンズ３３を保持するレンズ保持部３３ａを表わしている。

上記の如く、本発明のＬＥＤ発光装置はＬＥＤ素子上に載置された蛍光体層と拡散性樹脂層に白色反射樹脂層を成型するだけの構成によって、薄型で光の横漏れがなく、かつ集光性に優れたＬＥＤ発光装置を提供することができる。また、出射光に対する方向規制部材を構成する第２白色反射樹脂に設ける開口凹部の形状を円形にすることによって、光学特性の良い円形レンズと組み合わせることが可能となる。

１、１０１，２０１、３０１ ＬＥＤ素子
２、１０２、２０２、３０２ 蛍光体層
４ａ、４ｂ、 第１、第２白色反射樹脂
１０４，１０５、２０４ 白色樹脂
６ａ，６ｂ、１０６ａ、１０６ｂ 導電部材
２０６ａ、２０６ｂ 導電部材
７，１０７、３０７ 回路基板
８、 拡散性樹脂層
８ａ、８ｂ、８ｃ 溝
１０，２０，３０、１００，２００，３００ ＬＥＤ発光装置
１０９ 枠体
２０３ ケース

Claims (3)

1. 基板上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の発光面上に載置された蛍光体層と、前記ＬＥＤ素子の側面と蛍光体層の側面とを被覆した第１白色反射樹脂と、前記蛍光体層と前記第１白色反射樹脂の上面に載置された拡散性樹脂層と、前記拡散性樹脂層の上面と側面を被覆した第２白色反射樹脂とを有し、前記ＬＥＤ素子の発光面上に開口凹部を形成し、前記開口凹部の深さは前記第２白色反射樹脂を貫通し、前記拡散性樹脂層の中間まで達していることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記開口凹部の上面にはレンズが配設されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記開口凹部の開口形状は円形であ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。

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