(57)【要約】【課題】本発明は、発光ダイオードの熱を基板に効率よく伝達し、放熱性を向上でき、また、発光ダイオードの基板への実装時における基板上の他の部品などへの熱影響も低減できる発光ダイオード装置を提供することを目的とする。【解決手段】請求項１の発明は、回路パターンを有し、共晶金属の融点以上の耐熱性を有する金属製基板22と；共晶金属38からなる電極を有し、前記金属製基板の耐熱温度以下であって共晶金属の融点以上となるように加熱または超音波により前記金属製基板に実装される発光ダイオード21と；発光ダイオードに光学的に対向する反射面を有し、金属製基板上に溶着された熱可塑性樹脂28と；発光ダイオードと前記回路パターンとを電気的に接続するワイヤ27と；発光ダイオードを覆うように設けられ、熱可塑性樹脂よりも低温で硬化する蛍光体含有熱硬化性樹脂32と；を具備していることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンを有し、共晶金属の融点以上の耐熱温度を有する金属製基板と；
共晶金属からなる電極を有し、前記金属製基板の耐熱温度以下であって共晶金属の融点以上となるように加熱または超音波により前記金属製基板に実装される発光ダイオードと；
発光ダイオードに光学的に対向する反射面を有し、金属製基板上に溶着された熱可塑性樹脂と；
発光ダイオードと前記回路パターンとを電気的に接続するワイヤと；
発光ダイオードを覆うように設けられ、熱可塑性樹脂よりも低温で硬化する蛍光体含有熱硬化性樹脂と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項２】
共晶金属は金錫であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
【請求項３】
共晶金属からなる電極を有する発光ダイオードを回路パターンを有する耐熱温度２８０℃以上の金属製基板に、前記金属製基板の耐熱温度以下であって共晶金属の融点以上となるように加熱または超音波により固着する工程と；
熱可塑性樹脂により発光ダイオードに光学的に対向する反射面を形成するとともに金属製基板上に溶着する工程と；
発光ダイオードと前記金属製基板の回路パターンとを電気的にワイヤボンディングする工程と；
蛍光体を含有する熱硬化性樹脂を前記発光ダイオードを覆うように充填する工程と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを光源とする発光ダイオード装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子として例えば固体発光素子である発光ダイオードを光源とする発光装置では、金属基板上に発光ダイオードを直接実装し、発光ダイオードが挿入される挿入孔が形成されたプリント配線基板を接着剤によって金属基板上に固定するとともにこのプリント配線基板と発光ダイオードとをワイヤボンディングによって接続し、発光ダイオードやワイヤボンディングを被覆して透明樹脂部を設けている。
【０００３】
この種の発光装置では、発光ダイオードの温度上昇によって発光効率の低下、寿命の低下、透明樹脂部の劣化などの熱影響が生じるが、発光ダイオードを基板に直接実装することにより、発光ダイオードから基板への熱伝達効率を高め、放熱性の向上を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１５２２２５号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発光ダイオードを基板に直接実装することで、使用時では、発光ダイオードから基板への熱伝達効率を高め、放熱性を向上させようとしているが、製造時では、発光ダイオードと基板とを加熱して接合する場合には基板から熱が逃げやすく十分な固着を得られないことがある。
【０００５】
発光ダイオードと基板とを銀ペーストにより接合する場合には、製造時、比較的低温で固着することができるが、使用時には、発光ダイオードからの放熱性を向上させることができにくくなる。
【０００６】
そこで、発光ダイオードから基板への熱伝達効率を高めるには発光ダイオードを熱伝達性のよい共晶金属などによって実装することが好ましいが、このような共晶金属は融点が高いため、発光ダイオードを共晶金属によって基板に実装する際に、基板上の樹脂部品や接着剤などが溶ける熱影響が生じる問題がある。
【０００７】
本発明は、発光ダイオードの熱を基板に効率よく伝達し、放熱性を向上でき、また、発光ダイオードの基板への実装時における基板上の他の部品などへの熱影響も低減できる発光ダイオード装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、回路パターンを有し、共晶金属の融点以上の耐熱温度を有する金属製基板と；共晶金属からなる電極を有し、前記金属製基板の耐熱温度以下であって共晶金属の融点以上となるように加熱または超音波により前記金属製基板に実装される発光ダイオードと；発光ダイオードに光学的に対向する反射面を有し、金属製基板上に溶着された熱可塑性樹脂と；発光ダイオードと前記回路パターンとを電気的に接続するワイヤと；発光ダイオードを覆うように設けられ、熱可塑性樹脂よりも低温で硬化する蛍光体含有熱硬化性樹脂と；を具備していることを特徴とする。
【０００９】
共晶金属の融点以上の耐熱温度を有する金属製基板とは、例えば、発光ダイオードの電極が金錫の共晶金属である場合には、２８０℃以上の耐熱温度を有する金属製基板のことをいう。
【００１０】
金属製基板は、複数の材料を層状に構成してもよく、また、アルミニウム等の熱伝導性の良好なものが望ましい。発光ダイオードからの熱を伝導して放熱することができるからである。発光ダイオードは、熱の影響により発光効率の低下、色温度の変化が見られるため、放熱性を良くすると、この問題を低減することができる。回路パターンは、例えば銅箔のパターンが一般的である。
【００１１】
熱可塑性樹脂は、高分子量の有機化合物で、加熱によって軟化し可塑性を持つようになる高分子物質で、通称プラスチックスの大部分を占める。代表的なものに、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、ポリエチレン、ポリプロプレンなどがある。したがって、熱可塑性樹脂は、発光ダイオードに光学的に対向する反射面を形成する金型に流されて金属製基板上に溶着される。発光ダイオードに光学的に対向する反射面を複数個同時に成形するのに好適な樹脂である。
【００１２】
熱硬化性樹脂は、熱または触媒などで化学反応が起こり、硬い三次元網状構造を持った高分子となるもの。硬化物は熱を加えても軟化することはなく、より高温に加熱すれば分解する。蛍光体含有熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂よりも低温で硬化するため、熱可塑性樹脂で形成された反射面形状等が変形することがない。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオード装置において、共晶金属は金錫であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、共晶金属からなる電極を有する発光ダイオードを回路パターンを有する耐熱温度２８０℃以上の金属製基板に、前記金属製基板の耐熱温度以下であって共晶金属の融点以上となるように加熱または超音波により固着する工程と；熱可塑性樹脂により発光ダイオードに光学的に対向する反射面を形成するとともに金属製基板上に溶着する工程と；発光ダイオードと前記金属製基板の回路パターンとを電気的にワイヤボンディングする工程と；蛍光体を含有する熱硬化性樹脂を前記発光ダイオードを覆うように充填する工程と；を具備していることを特徴とする。
【００１５】
加熱は、金属製基板からの放熱も考慮し十分に行なう必要があるが、特に超音波の場合には、発光ダイオード部分をスポット的に溶かして溶着させることができ、金属製基板からの放熱はあまり問題とならない。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発光ダイオード装置によれば、金属製基板および共晶金属により発光ダイオードの熱を金属製基板に効率よく伝達し、放熱性を向上できるため、樹脂の剥がれ、反りを抑制することができ、光学特性を維持できる。また、発光ダイオードの金属製基板への実装時における金属製基板上の他の部品などへの熱影響も低減できる。
【００１７】
請求項２記載の発光ダイオード装置によれば、金錫は好適な材料であり、請求項１記載の効果を有する。
【００１８】
請求項３記載の発光ダイオード装置によれば、発光ダイオードを回路パターンを有する耐熱温度２８０℃以上の金属製基板に、前記金属製基板の耐熱温度以下であって共晶金属の融点以上となるように加熱または超音波により固着し、熱可塑性樹脂により発光ダイオードに光学的に対向する反射面を形成するとともに金属製基板上に溶着し、熱硬化性樹脂を前記発光ダイオードを覆うように充填するように製造しているので、発光ダイオードの金属製基板への実装時における金属製基板上の他の部品などへの熱影響を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図４の図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す照明装置の正面図、図２は同じく要部正面図、図３は同じく要部断面図、図４は同じく拡大要部断面である。
【００２０】
図において、照明装置11は、四角形で薄形に形成された器具本体12を有し、この器具本体12の表面に四角形の開口部13が形成され、この開口部13内に四角形の複数の発光モジュール14がマトリクス状に配列され、これら複数の発光
【００２１】
モジュール14によって発光面15が形成されている。
【００２２】
発光ダイオード装置としての発光モジュール14は、共晶金属38の融点以上の耐熱性を有する金属製基板22と、発光ダイオード21と、発光ダイオードに光学的に対向する反射面を有し、金属製基板22上に溶着された熱可塑性樹脂としての反射板28と、発光ダイオード21と前記回路パターン25とを電気的に接続するワイヤ27と、発光ダイオードを覆うように設けられ、熱可塑性樹脂28よりも低温で硬化する蛍光体含有熱硬化性樹脂32とを具備している。
【００２３】
各発光モジュール14は、発光ダイオード21を有しており、これら複数の発光ダイオード21が、例えば、アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどの高熱伝導性を有する材料で形成された金属製基板22の一面である表面の実装面にマトリクス状に実装されている。すなわち、発光ダイオード21は、共晶金属38からなる電極38を有し、金属製基板22の耐熱温度以下であって共晶金属38の融点以上となるように加熱または超音波により金属製基板22に実装される。
【００２４】
金属製基板22の実装面には、弾性率がエポキシ樹脂より低くエンジニアリングプラスチックより高いとともに絶縁性および熱伝導性を有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である絶縁層23を介して、例えば銅、金およびニッケル等によって回路パターン25が形成され、この回路パターン25上に発光ダイオード21マトリクス状に実装している。各実装位置においては、発光ダイオード21の一方の電極38が回路パターン25の一方の極パターンに共晶金属38によって接続され、他方の電極が回路パターン25の他方の極パターンにワイヤボンディングによるワイヤ27によって接続されている。
【００２５】
金属製基板22の実装面側には、例えばガラスエポキシ樹脂、アクリル樹脂などの材料で形成された反射板28が配置されている。また、金属製基板22に等間隔に形成された複数の発光ダイオード配設部21aおよび隣り合う発光ダイオード配設部21aの中央部分に形成された貫通孔21bを有している。
【００２６】
反射板28は、発光ダイオード21からの光を反射する反射部28aおよび前記貫通孔21bに貫通して配設される支持部28bを有してなる。貫通孔21bは、隣り合う発光ダイオード配設部21aの中央部分に形成され、反射板28は、この貫通孔21bに貫通して配設される支持部28bにより支持されるため、放熱性を向上させることができるとともに、反射板28の剥がれ、反りを抑制することができるため、光学特性を維持できる。
【００２７】
また、反射板28には、各実装位置対応して各発光ダイオード21がそれぞれ収容配置される複数の収容部29が開口形成されている。各収容部29は、金属製基板22側に対して反対のレンズ33側つまり表面側の開口が、金属製基板22側つまり裏面側の開口より大きく、金属製基板22側からレンズ33側つまり裏面側から表面側へ向けて拡開されており、収容部29内に臨んで傾斜した反射面が形成されている。反射面には、例えば白色の酸化チタン、銅、ニッケル、アルミニウムなどの光反射率の高い反射膜が形成されている。
【００２８】
収容部29には、発光ダイオード21を被覆するように蛍光体含有熱硬化性樹脂としての可視光変換樹脂層32が充填形成されている。この可視光変換樹脂層32は、発光ダイオード21からの紫外線を可視光に変換する蛍光体などの可視光変換物質を例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂および変性エポキシ樹脂などに分散されて形成されている。
【００２９】
反射板28の表面側には、接着剤23を介して、例えばポリカーボネートおよびアクリル樹脂などの透光性樹脂で形成されたレンズ33が配置されている。
【００３０】
レンズ33は、各発光ダイオード21に対応してレンズ形状に形成されたレンズ部を有する。
【００３１】
そして、発光ダイオード21を点灯させることにより、発光ダイオード21の光が可視光変換樹脂層32に入射し、この可視光変換樹脂層32に入射した光が収容部29からレンズ33に入射して発光面15から出射する。
【００３２】
この発光ダイオード21の点灯時、発光ダイオード21の発熱が金属製基板22、反射板28、レンズ33などに伝わるが、これら金属製基板22、反射板28、レンズ33の材料の違いによって熱膨脹差が生じる。しかしながら、貫通孔21bに貫通して配設される支持部28bにより支持されるため、放熱性を向上させることができるとともに、反射板28の剥がれ、反りを抑制することができるため、光学特性を維持できるものである。
【００３３】
なお、前記実施の形態において、照明装置11は、複数の発光モジュール14をマトリクス状に配列して構成したが、これら発光モジュール14を一体に形成した１つの発光モジュールで構成してもよい。
【００３４】
また、発光ダイオード装置製造方法は、共晶金属38からなる電極を有する発光ダイオード21を耐熱温度２８０℃以上の金属製基板22に、前記金属製基板22の耐熱温度以下であって共晶金属38の融点以上となるように加熱または超音波により固着する工程と、熱可塑性樹脂28により発光ダイオード21に光学的に対向する反射面28aを形成するとともに金属製基板22上に溶着する工程と、発光ダイオード21と前記金属製基板22の回路パターン25とを電気的にワイヤボンディングする工程と、蛍光体を含有する熱硬化性樹脂32を前記発光ダイオード21を覆うように充填する工程とを具備している。
【００３５】
この製造方法により、発光ダイオード21の金属製基板22への実装時における金属製基板上の他の部品などへの熱影響も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す照明装置の正面図。
【図２】同じく要部正面図。
【図３】同じく要部断面図。
【図４】同じく拡大要部断面図。
【符号の説明】
【００３７】
11照明装置、21発光ダイオード、22金属製基板、23絶縁層、28反射板、29収容部、32可視光変換樹脂層、33レンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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