JP2013127994A - 発光装置、発光装置モジュール及び発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置を搭載した機器のコストを削減するとともに光の利用効率を向上できる発光装置を提供する。
【解決手段】一方向に対向する二面に開放面１１ａを有した充填溝１１が凹設される基体１０と、充填溝１１の底面に設置される発光素子２と、充填溝１１に充填して発光素子２を封止する透明樹脂から成る封止材３とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、基体内に発光素子を封止した発光装置及びその製造方法に関する。また本発明は、基体内に発光素子を封止した発光装置を一方向に並設した発光装置モジュールに関する。

従来の発光装置は特許文献１に開示されている。この発光装置は上部に有底の円錐台形状の充填孔を凹設した基体を備え、充填孔の底面にＬＥＤ等の発光素子が設置される。充填孔内には透明樹脂から成る封止材が充填され、発光素子が封止される。

発光素子の発光は封止材の内部を上方及び側方に導光し、側方に進行した光は傾斜面から成る充填孔の内周壁で反射して上方に進行する。これにより、充填孔の上面から充填孔の内周壁の傾斜角度に応じた所定の指向角で光が出射される。

また、特許文献２には充填孔よりも上方に封止材を突出させた発光装置が開示されている。発光素子の発光は封止材の内部を導光し、充填孔よりも上方の封止材の上面及び周面から出射される。これにより、発光装置の出射光の指向角を広くすることができる。

特開２００４−２５３４０４号公報（第６頁−第１０頁、第５図） 特開２００６−６０２５３号公報（第３頁−第４頁、第１図）

図１８は液晶表示装置等に用いられるエッジライト型のバックライトを示す斜視図である。バックライト５０は複数の発光装置１を有する発光装置モジュール４０と、導光板５１とを備えている。発光装置モジュール４０は基板４１上に複数の発光装置１を実装し、発光装置１が直線状に一方向に並設される。平板状の導光板５１は表示パネル（不図示）に対向して出射面５１ａが配置される。導光板５１の一側面から成る入射面５１ｂに対向して発光装置モジュール４０が配置され、発光装置１の上面が入射面５１ｂに対向する。

発光装置１は入射面５１ｂの方向（Ｘ方向）に光を出射する。入射面５１ｂから導光板５１に入射した光は導光板５１内を導光して出射面５１ａから出射される。これにより、表示パネルが照明される。

上記特許文献１に開示された発光装置によると、各発光装置１は充填孔の内周壁の傾斜によって発光装置１の並設方向（Ｙ方向）及び並設方向に垂直な方向（Ｚ方向）に所定の指向角を有する。このため、発光装置１の間隔が大きくなると、発光装置１間の領域に光量が不足して暗部が形成され、輝度ムラが発生する。従って、暗部が形成されないように発光装置１の間隔を小さくする必要があるため、発光装置１を多く必要として発光装置モジュール４０のコストがかかる問題があった。

上記特許文献２に開示された発光装置によると、Ｙ方向の指向角が広くなるため、発光装置１の間隔を大きくすることができる。従って、発光装置モジュール４０のコストを削減することができる。しかしながら、Ｚ方向の指向角も広くなるため、入射面５１ａの外側に進行する光や入射面５１ａで反射する光が増加する。従って、発光装置１の出射光の利用効率が低下する問題があった。

本発明は、発光装置を搭載した機器のコストを削減するとともに光の利用効率を向上できる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、コストを削減するとともに光の利用効率を向上できる発光装置モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の発光装置は、一方向に対向する二面に開放面を有した充填溝が凹設される基体と、前記充填溝の底面に設置される発光素子と、前記充填溝に充填して前記発光素子を封止する透明樹脂から成る封止材とを備えたことを特徴としている。

この構成によると、基体に凹設された充填溝の底面に発光素子が配され、充填溝内に封止材を充填して発光素子が封止される。充填溝は一方向に対向する二面に開放面が形成され、発光素子の発光は封止材を導光して充填溝の上面から出射されるとともに側面に対向する開放面から出射される。これにより、発光装置の出射光の指向角は充填溝の側壁が対向する方向に小さく、開放面が対向する方向に大きくなる。

また本発明は、上記構成の発光装置において、前記基体がセラミックにより形成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の発光装置において、前記充填溝の底面に前記開放面の下端よりも低い段部を形成し、前記発光素子を前記段部内に配したことを特徴としている。この構成によると、発光素子で発光した光の一部が段部の壁面によって遮られ、開放面からの出射光の光量及び開放面が対向する方向の指向角が抑制される。また、封止材が段部の壁面と接するため基体との接触面積が増加し、封止材の付着強度が向上する。

また本発明は、上記構成の発光装置において、前記充填溝の対向する側壁が両端部で非平行に形成されることを特徴としている。

また本発明の発光装置モジュールは、上記構成の発光装置を複数並設し、隣接する前記発光装置の前記開放面が対向配置されることを特徴としている。

また本発明の発光装置の製造方法は、基体素材に凹設された凹部の底面に発光素子を設置する素子設置工程と、前記凹部内に透明樹脂から成る封止材を充填して前記発光素子を封止する封止材充填工程と、前記凹部の対向する第１側壁及び第２側壁に交差して前記封止材の対向する二面を第１側壁及び第２側壁とともに切断する封止材切断工程とを備えたことを特徴としている。

この構成によると、環状の内壁または対向する二面が開放された内壁を有する凹部が基体素材に凹設され、素子設置工程で凹部の底面に発光素子が接着等により設置される。封止材充填工程では凹部内に封止材が充填され、発光素子が封止される。封止材切断工程では凹部の対向する第１側壁及び第２側壁に交差して封止材の対向する二面がダイシング加工等によって切断される。これにより、封止材を充填した凹部の対向する二面が切断され、封止材の切断面で開放される開放面を有した充填溝が形成される。

また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、前記凹部が第１側壁と第２側壁とを連結部で連結した環状の内周壁を有し、前記封止材切断工程で前記連結部を除去したことを特徴としている。この構成によると、基体素材には環状の内壁を有する凹部が凹設される。封止材切断工程で封止材は対向する第１側壁及び第２側壁に交差して切断され、第１側壁と第２側壁とを連結する連結部が除去される。

また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、前記封止材切断工程の切り込み深さが前記凹部の深さよりも浅いことを特徴としている。この構成によると、封止材切断工程で凹部の下部を残して封止材が切断され、切断面によって封止材を充填する充填溝の開放面が形成される。これにより、開放面の下端よりも低い段部が充填溝の底面に形成される。

また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、第１側壁及び第２側壁が前記封止材切断工程の切断位置近傍で非平行に形成されることを特徴としている。この構成によると、封止材切断工程の切断位置によって開放面の開口面積が可変される。従って、開放面の出射光の光量を切断位置によって調整することができる。

本発明の発光装置によると、基体に凹設して封止材を充填した充填溝が一方向に対向する二面に開放面を有するので、発光素子の発光は封止材を導光して上面及び開放面から出射される。これにより、発光装置の出射光の指向角を充填溝の側壁が対向する方向に小さく、開放面が対向する方向に大きくすることができる。従って、複数の発光装置を一方向に並設した機器において発光装置の間隔を大きくすることができ、発光装置を搭載した機器のコストを削減するとともに光の利用効率を向上することができる。

また本発明の発光装置モジュールによると、基体に凹設して封止材を充填した充填溝が一方向に対向する二面に開放面を有する発光装置を複数並設し、隣接する発光装置の開放面が対向配置されるので、発光装置の間隔を大きくすることができる。従って、発光装置モジュールのコストを削減するとともに光の利用効率を向上することができる。

また本発明の発光装置の製造方法によると、凹部の対向する第１側壁及び第２側壁に交差して封止材の対向する二面を第１側壁及び第２側壁とともに切断する封止材切断工程を備えるので、封止材を充填して一方向に対向する二面に開放面を有する充填溝を容易に実現することができる。

本発明の第１実施形態の発光装置を示す斜視図 本発明の第１実施形態の発光装置を示す上面図 図１のＡ−Ａ断面図 本発明の第１実施形態の発光装置の基体素材を示す平面図 図４のＢ−Ｂ断面図 本発明の第１実施形態の発光装置の素子設置工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置の封止材充填工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置の封止材切断工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置のスライス工程を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置を搭載した発光装置モジュールを示す正面図 本発明の第１実施形態の発光装置を搭載した発光装置モジュールを示す上面図 本発明の第１実施形態の発光装置の他の態様を示す平面図 本発明の第１実施形態の発光装置の更に他の態様を示す断面図 本発明の第２実施形態の発光装置を示す斜視図 本発明の第１、第２実施形態の発光装置の他の基体素材を示す平面図 本発明の第１、第２実施形態の発光装置の他の基体素材を示す平面図 図１６のＣ−Ｃ断面図 エッジライト型のバックライトを示す斜視図

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、図２は第１実施形態の発光装置を示す斜視図である。また、図３は図１のＡ−Ａ断面図を示している。発光装置１は上面に充填溝１１を凹設した基体１０を備えている。充填溝１１は一方向に延びて対向する側壁１１ｂ、１１ｃを有し、側壁１１ｂ、１１ｃの両端の対向する二面に開放された開放面１１ａを有している。

基体１０はセラミックシート１２を積層して形成される。基体１０には充填溝１１の底面から下方に延びて貫通する放熱ビア１８及び電極ビア１９が設けられる。放熱ビア１８の上面には伝熱部１４が形成され、下面には放熱部１６が形成される。

伝熱部１４上にはＬＥＤから成る発光素子２が接着等により固着される。これにより、発光素子２が充填溝１１の底面に設置される。発光素子２の発熱は放熱ビア１８を介して伝熱部１４から放熱部１６に伝えられて放熱する。

電極ビア１９の上面には端子１３が形成され、下面には電極１７が形成される。電極ビア１９によって端子１３と電極１７とが導通する。発光素子２はワイヤー４によって端子１３に接続される。

充填溝１１内には蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る封止材３が充填される。封止材３によって発光素子２が封止される。

発光素子２の発光は封止材３を導光し、蛍光体に到達すると波長変換される。そして、波長変換された光と蛍光体に到達しない光とが混合して充填溝１１の上面から出射されるとともに側面の対向する開放面１１ａから出射される。これにより、発光装置１の出射光の指向角は充填溝１１の側壁１１ｂ、１１ｃが対向する方向に小さく、開放面１１ａが対向する方向に大きくなる。

次に、発光装置１の製造方法を説明する。発光装置１の製造工程は基体素材形成工程、素子設置工程、封止材充填工程、封止材切断工程及びスライス工程を備えている。図４は基体素材形成工程で形成される基体素材３０を示す平面図である。また、図５は図４のＢ−Ｂ断面図を示している。

基体素材形成工程では厚さが約０．１ｍｍの複数のセラミックシート１２を積層する。これにより、基体素材３０が形成される。下部の各セラミックシート１２には孔部１２ａが設けられる。孔部１２ａによって放熱ビア１８及び電極ビア１９（図３参照）が形成される。放熱ビア１８及び電極ビア１９には導電性材料が充填される。

上部の各セラミックシート１２には孔部１２ｂが設けられる。孔部１２ｂによって基体素材３０の上面に凹設してマトリクス状に配置される複数の凹部３１が形成される。凹部３１は環状の内周壁を有した平面視略矩形に形成され、四隅に曲面部３１ｅが設けられる。これにより、凹部３１は互いに対向して両端部が非平行な第１、第２側壁３１ａ、３１ｂを有し、第１側壁３１ａと第２側壁３１ｂとの両端が互いに対向した連結部３１ｃにより連結される。

セラミックシート１２が積層されると焼成炉により約１０００℃で焼成して一体化され、基体素材３０が得られる。この時、端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６（いずれも図３参照）をセラミックシート１２と同時に焼成して形成してもよく、焼成後に形成してもよい。その後、端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６にはメッキが施される。

次に、図６は素子設置工程を示す平面図である。素子設置工程では熱伝導性の良い樹脂または熱伝導性の良い金属材料等により伝熱部１４上に発光素子２が接着される。これにより、凹部３１の底面に発光素子２が配される。そして、ワイヤー４により発光素子２の端子部（不図示）と端子１３とが接続される。

次に、図７は封止材充填工程を示す平面図である。封止材充填工程では凹部３１内に封止材３が充填される。封止材３の硬化によって発光素子２が封止される。

次に、図８は封止材切断工程を示す平面図である。封止材切断工程では回転砥石を用いたダイシング加工等によって封止材３が凹部３１の第１、第２側壁３１ａ、３１ｂに交差して切断される。図中、Ｄは回転砥石の切断位置を示している。回転砥石の切り込み深さは凹部３１と同じ深さになっており、回転砥石により溝加工して封止材３が切断される。

この時、凹部３１の第１、第２側壁３１ａ、３１ｂが同時に切断され、凹部３１の連結部３１ｃが除去される。これにより、第１、第２側壁３１ａ、３１ｂの両端で封止材３が側方に面して露出し、充填溝１１の開放面１１ａ（図１参照）が形成される。また、第１、第２側壁３１ａ、３１ｂにより充填溝１１の側壁１１ｂ、１１ｃ（図１参照）が形成される。

次に、図９はスライス工程を示す平面図である。スライス工程では回転砥石を用いたダイシング加工等によって凹部３１の周囲の所定位置で基体素材３０がフルカットされる。図中、Ｅ、Ｆは回転砥石の切断位置を示している。これにより、基体素材３０から複数の基体１０（図１参照）が切り出され、発光装置１が得られる。

図１０、図１１は上記の発光装置１を複数並設した発光装置モジュール４０を示す正面図及び上面図である。発光装置モジュール４０は前述の図１８に示すバックライト５０等に用いられる。発光装置１は一方向に延びる基板４１上に実装され、複数の発光装置１が直線状に一方向に並設される。また、隣接する発光装置１の開放面１１ａが対向配置される。基板４１は表面の反射率を高くした樹脂または金属の主材を露出する。

発光装置１の出射光は矢印Ｇに示すように上面及び開放面１１ａから出射される。出射光の指向角は開放面１１ａが対向する方向（Ｙ方向）に大きいため、発光装置１の間隔を大きくすることができる。また、発光装置１の出射光の指向角は充填溝１１の側壁１１ｂ、１１ｃが対向する方向に小さいため、導光板５１の入射面５１ｂ（図１８参照）の外側に進行する光や入射面５１ｂで反射する光を減少させることができる。従って、発光装置モジュール４０のコストを削減できるとともに光の利用効率を向上することができる。

また、基板４１の反射率が高いため、開放面１１ａから出射して基板４１に到達した光（矢印Ｇ０）は基板４１で反射して入射面５１ｂの方向（Ｘ方向）に進行する。従って、光の利用効率をより向上することができる。

尚、前述の図７に示す封止材切断工程で凹部３１の曲面部３１ｅ上を切断してもよい。図１２はこれにより形成した発光装置１を示す平面図である。曲面部３１ｅによって第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂが両端部で非平行に形成されるため、切断位置によって開放面１１ａの開口面積を可変することができる。これにより、開放面１１ａからの出射光の光量を切断位置によって調整することができる。

また、封止材切断工程の切り込み深さを凹部３１の深さよりも浅くしてもよい。図１３はこれにより形成した発光装置１を示す断面図であり、前述の図３と同じ断面を示している。凹部３１の深さよりも封止材３を切断する切り込み深さが浅いため、充填溝１１の底部には開放面１１ａの下端よりも低い段部２０が形成される。

段部２０内に配される発光素子２で発光した光の一部は段部２０の壁面によって遮られ、開放面１１ａからの出射光の光量及び開放面１１ａが対向する方向の指向角が抑制される。これにより、切り込み深さを可変することによって指向角を調整することができる。また、封止材３が段部２０の壁面と接するため基体１０との接触面積が増加し、封止材３の付着強度を向上することができる。

本実施形態によると、基体１０に凹設して封止材３を充填した充填溝１１が一方向に対向する二面に開放面１１ａを有するので、発光素子２の発光は封止材３を導光して上面及び開放面１１ａから出射される。これにより、発光装置１の出射光の指向角を充填溝１１の側壁１１ｂ、１１ｃが対向する方向に小さく、開放面１１ａが対向する方向に大きくすることができる。従って、複数の発光装置１を一方向に並設した発光装置モジュール４０等の機器において発光装置１の間隔を大きくすることができ、発光装置１を搭載した機器のコストを削減するとともに光の利用効率を向上することができる。

また、充填溝１１の底面に開放面１１ａの下端よりも低い段部２０を形成して発光素子２を段部２０内に配したので、封止材３と基体１０との接触面積が増加し、封止材３の付着強度を向上することができる。

また、基材素材３０に凹設した凹部３１の対向する第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂに交差して封止材３の対向する二面を第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂとともに切断する封止材切断工程を備えるので、封止材３を充填して一方向に対向する二面に開放面１１ａを有する充填溝１１を容易に実現することができる。

また、封止材切断工程の切り込み深さが凹部３１の深さよりも浅いので、充填溝１１の底部に容易に段部２０を形成することができる。これにより、開放面１１ａからの出射光の光量及び指向角を容易に調整することができる。

また、凹部３１の第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂが封止材切断工程の切断位置近傍で非平行に形成されるので、切断位置によって開放面１１ａの開口面積を可変することができる。これにより、開放面１１ａからの出射光の光量を切断位置によって調整することができる。

次に、図１４は第２実施形態の発光装置１の斜視図を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図９に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は、封止材切断工程で基体素材３０をフルカットして基体１０を切り出している。これにより、封止材切断工程とスライス工程とを兼ねることができる。従って、発光装置１の製造工数を削減することができる。

この時、前述の図１３に示す段部２０は一部のセラミックシート１２の孔部１２ｂ（図５参照）の開口面積を狭くすることにより形成することができる。これにより、段部２０の深さは基体素材３０を基体素材形成工程で形成した際に決められる。

第１実施形態に示すように封止材切断工程とスライス工程とを別工程で行うと、封止剤３の充填後に封止材切断工程の切り込み深さを可変して段部２０の深さを可変することができる。従って、複数の機種に対して段部２０の深さが異なる発光装置１を必要とする場合は、封止材切断工程とスライス工程とを別工程にすると仕掛品を共通化することができる。

第１、第２実施形態において、基体素材３０に設けた凹部３１は第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂが略平面の平面視略矩形に形成されるが、対向する第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを曲面により形成してもよい。これにより、第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを封止材切断工程の切断位置近傍で非平行に形成することができる。この時、図１５に示すように、第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを連結する連結部３１ｃを平面的に見て第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂと一体の楕円形や円形に形成してもよい。

また、基材素材３０の凹部３１を図１６、図１７に示すように一方向に延びる溝形状に形成してもよい。図１６は基材素材３０の平面図を示し、図１７は図１６のＣ−Ｃ断面図を示している。封止材切断工程の切断深さに応じて前述の図１、図１４と同様の発光装置１を得ることができる。

この時、凹部３１の対向する第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを平面的に見て波形状にしてもよい。これにより、第１側壁３１ａ及び第２側壁３１ｂを封止材切断工程の切断位置近傍で非平行に形成することができる。

本発明によると、発光素子を一方向に並設した発光装置モジュールを搭載するエッジライト型バックライト、スキャナ用光源、ＬＥＤ照明等に利用することができる。

１ 発光装置
２ 発光素子
３ 封止材
４ ワイヤー
１０ 基体
１１ 充填溝
１１ａ 開放面
１１ｂ、１１ｃ 側壁
１２ セラミックシート
１２ａ 孔部
１３ 端子
１４ 伝熱部
１６ 放熱部
１７ 電極
１８ 放熱ビア
１９ 電極ビア
２０ 段部
３０ 基体素材
３１ 凹部
３１ａ 第１側壁
３１ｂ 第２側壁
３１ｃ 連結部
３２ 溝部
４０ 発光装置モジュール
４１ 基板

Claims (9)

1. 一方向に対向する二面に開放面を有した充填溝が凹設される基体と、前記充填溝の底面に設置される発光素子と、前記充填溝に充填して前記発光素子を封止する透明樹脂から成る封止材とを備えたことを特徴とする発光装置。
2. 前記基体がセラミックにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記充填溝の底面に前記開放面の下端よりも低い段部を形成し、前記発光素子を前記段部内に配したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 前記充填溝の対向する側壁が両端部で非平行に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発光装置を複数並設し、隣接する前記発光装置の前記開放面が対向配置されることを特徴とする発光装置モジュール。
6. 基体素材に凹設された凹部の底面に発光素子を設置する素子設置工程と、前記凹部内に透明樹脂から成る封止材を充填して前記発光素子を封止する封止材充填工程と、前記凹部の対向する第１側壁及び第２側壁に交差して前記封止材の対向する二面を第１側壁及び第２側壁とともに切断する封止材切断工程とを備えたことを特徴とする発光装置の製造方法。
7. 前記凹部が第１側壁と第２側壁とを連結部で連結した環状の内周壁を有し、前記封止材切断工程で前記連結部を除去したことを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
8. 前記封止材切断工程の切り込み深さが前記凹部の深さよりも浅いことを特徴とする請求項７に記載の発光装置の製造方法。
9. 第１側壁及び第２側壁が前記封止材切断工程の切断位置近傍で非平行に形成されることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の発光装置の製造方法。

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