(57)【要約】【課題】発光素子からの側方への発光を直上方向に効率よく反射させる枠体を備える照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１０は、発光領域１２ａを上面に備える実装基板１２と、発光領域１２ａに実装された複数の発光素子１４と、複数の発光素子を電気的に接続するワイヤ１８と、発光領域１２ａの周囲に設けられ、内壁面２０ａが下に凸の曲面を備える枠体２０と、枠体２０の内側で発光素子１４とワイヤ１８を封止する封止材２２を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光領域を上面に備える実装基板と、
前記発光領域に実装された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を電気的に接続するワイヤと、
前記発光領域の周囲に設けられ、内壁面が下に凸の曲面を備える枠体と、
前記枠体の内側で前記発光素子と前記ワイヤを封止する封止材と、
を有する照明装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記枠体の高さが一定である照明装置。
【請求項３】
ワイヤで電気的に接続された複数の発光素子が実装された実装基板の前記複数の発光素子の周囲に、流動性の枠体材料を塗布する塗布工程と、
前記流動性の枠体材料の上部を押圧部材の平坦な底面で上から押した後に、前記押圧部材を持ち上げて、前記流動性の枠体材料の内壁面の少なくとも一部を下に凸の曲面に成形する成形工程と、
前記流動性の枠体材料を硬化させて枠体とする硬化工程と、
前記枠体の内側に封止材を充填する充填工程と、
を有する照明装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記成形工程では、前記平坦な底面が前記実装基板の上面と平行になるように、前記流動性の枠体材料の上部を上から押す照明装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記押圧部材が環形状である照明装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記平坦な底面の形状が、前記塗布工程で前記流動性の枠体材料を塗布する領域の形状と一致する照明装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種照明器具に搭載される照明装置とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電球や蛍光灯に代わる照明用の光源として、複数のＬＥＤ素子を用いた照明装置が採用されている。特許文献１には、実装基板と、複数のＬＥＤ素子と、封止樹脂と、樹脂枠とを備え、照明装置として利用される発光装置が記載されている。封止樹脂は、ＬＥＤ素子を被覆し、保護・封止している。封止樹脂の周囲に設けられている樹脂枠は、封止樹脂の流出を防止するダム材として機能する。また、樹脂枠の内壁面は、ＬＥＤ素子から側方に出射された光を上方に向けて反射させる反射面として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−３８０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された樹脂枠の内壁面は「上に凸」の曲面である。このため、ＬＥＤ素子から側方への発光が樹脂枠の内壁面で反射したとき、ＬＥＤ素子の直上方向だけではなく外側方向にも光が導かれることがある。したがって、特許文献１に記載された発光装置では、ＬＥＤ素子の直上方向の発光強度が弱くなってしまう。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、発光素子からの側方への発光を直上方向に効率よく反射させる枠体を備える照明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】
【０００５】
本発明の照明装置は、発光領域を上面に備える実装基板と、発光領域に実装された複数の発光素子と、複数の発光素子を電気的に接続するワイヤと、発光領域の周囲に設けられ、内壁面が下に凸の曲面を備える枠体と、枠体の内側で発光素子とワイヤを封止する封止材とを有する。
【０００６】
本発明の照明装置の製造方法は、ワイヤで電気的に接続された複数の発光素子が実装された実装基板の複数の発光素子の周囲に、流動性の枠体材料を塗布する塗布工程と、流動性の枠体材料の上部を押圧部材の平坦な底面で上から押した後に、押圧部材を持ち上げて、流動性の枠体材料の内壁面の少なくとも一部を下に凸の曲面に成形する成形工程と、流動性の枠体材料を硬化させて枠体とする硬化工程と、枠体の内側に封止材を充填する充填工程とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の照明装置では、発光素子の周囲に設けられた枠体の内壁面が下に凸の曲面を備えている。このため、発光素子からの側方への発光を直上方向に効率よく反射させられる。また、本発明の照明装置の製造方法では、流動性の枠体材料の上部を平坦な底面で上から押した後、押圧部材を持ち上げて、枠体材料の内壁面を下に凸の曲面にしている。このため、簡易に枠体の内壁面を下に凸の曲面にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の照明装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図２】実施形態の照明装置を製造する配線基板設置工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図３】実施形態の照明装置を製造する被覆材形成工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図４】実施形態の照明装置を製造する実装・配線工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図５】実施形態の照明装置を製造する塗布工程を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図６】実施形態の照明装置を製造する成形工程を示す断面図。
【図７】実施形態の照明装置を製造する成形工程と硬化工程を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の照明装置とその製造方法について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、照明装置、照明装置の構成部材、および照明装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特にことわらない限り、本明細書では便宜上、図１（ｂ）に示す照明装置の向きを基準に「上」および「下」などの方向を表す。重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。
【００１０】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る照明装置１０の上面を示している。図１（ｂ）は、照明装置１０の中央部付近の鉛直断面を示している。図２から図７は、照明装置１０の製造方法の各工程を示している。照明装置１０の製造方法は、配線基板設置工程と、被覆材形成工程と、実装・配線工程と、塗布工程と、成形工程と、硬化工程と、充填工程を備えている。図２（ａ）は、配線基板設置工程を説明するための図で、照明装置１０の上面を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）の照明装置１０の中央部付近の鉛直断面を示している。
【００１１】
図３（ａ）は、被覆材形成工程を説明するための図で、照明装置１０の上面を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の照明装置１０の中央部付近の鉛直断面を示している。図４（ａ）は、実装・配線工程を説明するための図で、照明装置１０の上面を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の照明装置１０の中央部付近の鉛直断面を示している。図５（ａ）は、塗布工程を説明するための図で、照明装置１０の上面を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の照明装置１０の中央部付近の鉛直断面を示している。図６および図７は、成形工程を説明するための図で、照明装置１０の鉛直断面を示している。なお、図７は硬化工程を説明するための図でもあり、図１は充填工程を説明するための図でもある。
【００１２】
図１に示すように、照明装置１０は、実装基板１２と、複数の発光素子１４と、配線基板１６と、ワイヤ１８と、枠体２０と、封止材２２を備えている。実装基板１２は、熱伝導性が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金等から作製され、ほぼ正方形の板状部材である。実装基板１２の上面の中央には、円形の発光領域１２ａが設けられている。発光領域１２ａには、４０個の発光素子１４が実装されている。この４０個の発光素子１４の配置および電気的な接続については後述する。
【００１３】
なお、発光素子１４の個数４０個は例示であり、複数の発光素子１４の個数は特に制限がない。一般照明用として白色系の発光を得るため、各発光素子１４は、窒化ガリウム系化合物半導体を備える同一種類かつ同一サイズの青色発光素子である。この青色発光素子は、サファイアガラスからなる基材と、基材上にｎ型半導体およびｐ型半導体を拡散成長させた拡散層と、ｎ型半導体およびｐ型半導体の上面にそれぞれ設けられたｎ型電極およびｐ型電極を備えている。
【００１４】
図２に示すように、実装基板１２の上面には、配線基板１６が設けられている。配線基板１６は、ガラスエポキシ樹脂製のほぼ正方形の板状部材である。配線基板１６の中央には、円形の孔である開口部１６ａが設けられている。すなわち、開口部１６ａは発光領域１２ａを開口している。配線基板１６は、その上面に第一電極２４と第二電極２６を備えている。第一電極２４と第二電極２６は、開口部１６ａを挟むように対向して設けられている。第一電極２４と第二電極２６は、外部から電力を供給する第一電線２８および第二電線３０をそれぞれ電気的に接続するための電極である。第一電極２４と第二電極２６は、例えば金メッキ等によって、配線基板１６の上面に形成されている。
【００１５】
第一電極２４は、ワイヤ１８を介して発光素子１４が電気的に接続される第一素子接続領域２４ａと、第一素子接続領域２４ａの外側であって、第一電線２８が接続される第一外部接続領域２４ｂとを備えている。第一素子接続領域２４ａは、開口部１６ａの外側に沿った円環の一部の形状を備えている。第一外部接続領域２４ｂは、長方形（正方形を含む）の一つの角が、開口部１６ａの一部および第一素子接続領域２４ａの一部からなる扇形で切り欠かれたような形状を備えている。
【００１６】
第二電極２６は、ワイヤ１８を介して発光素子１４が電気的に接続される第二素子接続領域２６ａと、第二素子接続領域２６ａの外側であって、第二電線３０が接続される第二外部接続領域２６ｂとを備えている。第二素子接続領域２６ａおよび第二外部接続領域２６ｂの形状は、第一素子接続領域２４ａおよび第一外部接続領域２４ｂの形状とそれぞれ同様である。なお、第一電線２８および第二電線３０は、照明装置１０の周辺部材であって、照明装置１０の構成部材に含まれない。
【００１７】
第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂは、配線基板１６の異なる角部にそれぞれ設けられていることが好ましい。第一外部接続領域２４ｂと第二外部接続領域２６ｂが離れていれば、第一電線２８を第一外部接続領域２４ｂに、第二電線３０を第二外部接続領域２６ｂに、それぞれはんだ付けしやすいからである。本実施形態では、開口部１６ａを挟んで、第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂが配線基板１６の対角に設けられている。なお、第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂが配線基板１６の隣り合う角に設けられていてもよい。
【００１８】
なお、実装基板１２は、熱伝導性が高いセラミックス、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または窒化ケイ素等から作製されていてもよい。実装基板１２が絶縁体であれば、配線基板１６の設置が省略できる。配線基板１６を設置しないときは、実装基板１２の上面の発光領域１２ａの外側に、第一電極２４と第二電極２６を直接形成してもよい。
【００１９】
図３に示すように、照明装置１０は、第一電極２４の上面の少なくとも一部と、第二電極２６の上面の少なくとも一部を露出させる被覆材３２を配線基板１６上にさらに備えている。第一電極２４の上面の露出部は、第一外部接続領域２４ｂの一部であり、第二電極２６の上面の露出部は、第二外部接続領域２６ｂの一部である。本実施形態では、被覆材３２がフォトレジスト性樹脂から構成されている。このため、第一電極２４および第二電極２６の上面の露出部が正確かつ簡易に形成できる。
【００２０】
また、図４に示すように、ある発光素子１４のｎ型電極とｐ型電極の一方と、その隣りの発光素子１４のｎ型電極とｐ型電極の他方とが、ワイヤ１８を介して順次電気的に接続されている。そして、発光領域１２ａの端部に配置されたワイヤ１８が、第一素子接続領域２４ａまたは第二素子接続領域２６ａに電気的に接続されている。こうして、第一素子接続領域２４ａと第二素子接続領域２６ａとの間に、８個の発光素子１４が直列接続された発光グループが、並列に５列設けられている。
【００２１】
図７に示すように、枠体２０は、発光領域１２ａの周囲に設けられ、内壁面２０ａが下に凸の曲面を備えている。ここで、枠体２０の内壁面２０ａが下に凸の曲面とは、枠体２０の内側から外側に向かって枠体２０を鉛直方向に切断したときに、枠体２０の内壁面２０ａの断面形状が下に凸の曲線であることをいう。枠体２０の内壁面２０ａの大半または全てが下に凸の曲面であることが好ましい。枠体２０の内壁面２０ａが下に凸の曲面を備えているため、発光素子１４からの側方への発光を直上方向に効率よく反射させられる。
【００２２】
枠体２０は、例えば白色系の遮光性を有する樹脂から構成される。本実施形態では、発光領域１２ａは枠体２０の内側の領域である。枠体２０は、後述する封止材２２のダム材として機能している。このため、枠体２０の高さは一定であることが好ましい。枠体２０を形成してから充填する封止材２２の高さを均一にすることができるからである。封止材２２の高さが均一であれば、発光素子１４からの輝度のバラつきが抑えられた状態で、照明装置１０から光が出射される。
【００２３】
図１に示すように、封止材２２は、枠体２０の内側で発光素子１４とワイヤ１８を封止する。封止材２２によって、発光素子１４とワイヤ１８が保護される。封止材２２は、透明な樹脂母材に所定量の蛍光剤を含有させたものである。例えば、エポキシ樹脂母材またはシリコーン樹脂母材に、蛍光粒子の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、または色素粒子の原料である染料等からなる蛍光剤を混入することによって、封止材２０が作製できる。
【００２４】
つぎに、照明装置１０の製造方法について説明する。上述したように、照明装置１０の製造方法は、配線基板設置工程と、被覆材形成工程と、実装・配線工程と、塗布工程と、成形工程と、硬化工程と、充填工程を備えている。配線基板設置工程では、図２に示すように、接着剤等を介して、第一電極２４と第二電極２６が設けられた配線基板１６が実装基板１２上に固定される。
【００２５】
被覆材形成工程では、図３に示すように、配線基板１６が被覆材３２で被覆される。このとき、第一外部接続領域２４ｂの一部および第二外部接続領域２６ｂの一部が露出される。これらの露出部で、第一電線２８および第二電線３０が、第一外部接続領域２４ｂおよび第二外部接続領域２６ｂにそれぞれはんだ付けされる。また、被覆材形成工程では、第一素子接続領域２４ａの内側部分と第二素子接続領域２６ａの内側部分も露出される。これらの露出部で、発光素子１４に接続されているワイヤ１８が、第一素子接続領域２４ａまたは第二素子接続領域２６ａに接続される。
【００２６】
実装・配線工程では、図４に示すように、ダイボンドペーストによって、実装基板１２の発光領域１２ａ上に複数の発光素子１４が実装される。その後、複数の発光素子１４が、ワイヤ１８を介して相互に接続される。なお、複数の発光素子１４を接続したときの端部のワイヤ１８は、第一素子接続領域２４ａまたは第二素子接続領域２６ａに接続される。塗布工程では、図５に示すように、複数の発光素子１４の周囲、すなわち発光領域１２ａの周囲に、流動性の枠体材料３４を塗布する。このとき、発光素子１４とワイヤ１８より高くなるように枠体材料３４が塗布される。塗布された流動性の枠体材料３４の内壁面３４ａと外壁面３４ａは、いずれも上に凸の曲面を備えている。
【００２７】
成形工程では、図６に示すように、流動性の枠体材料３４の上部を、平板状の押圧部材３６の平坦な底面３６ａで上から押す。その後、押圧部材３６を持ち上げると、図７に示すように、流動性の枠体材料３４は、底面３６ａに付着したまま押圧部材３６とともに持ち上がり形状が変化する。そして、ある高さで枠体材料３４が底面３６ａから離れて、枠体材料３４の内壁面３４ａと外壁面３４ａが下に凸の曲面となる。このように、平坦な底面３６ａを備える押圧部材３６を用いることで、少なくとも枠体材料３４の内壁面３４ａを下に凸の曲面に容易に変換できる。なお、押圧部材３６の材質としては、樹脂、セラミックス、金属等が挙げられるが、特に制限がない。
【００２８】
なお、成形工程では、底面３６ａが実装基板１２の上面と平行になるように、すなわち水平に設置された実装基板１２に対して底面３６ａが水平になるように、流動性の枠体材料３４の上部を上から押すことが好ましい。枠体２０が一定の高さになり、封止材２２の高さを均一にすることができるからである。また、押圧部材は環形状であってもよい。この環形状の押圧部材の平坦な底面の形状が、塗布工程で流動性の枠体材料３４を塗布する領域の形状と一致することが好ましい。必要十分の大きさの平坦な底面を備える押圧部材であり、押圧部材の作製コストや、押圧部材の軽量化に伴う上下動の動力エネルギー等の面で優れているからである。
【００２９】
硬化工程では、図７に示すように、発光領域１２ａの周囲に塗布した流動性の枠体材料３４を硬化させて枠体２０にする。本実施形態では、内壁面３４ａと外壁面３４ｂが下に凸の曲面となった流動性の枠体材料３４を放置することで硬化させて、下に凸の曲面である内壁面２０ａと外壁面２０ｂを備える枠体２０が得られる。充填工程では、図１に示すように、枠体２０の内側に封止材２２を充填する。こうして、図１に示すような照明装置１０が得られる。そして、照明装置１０の第一外部接続領域２４ｂの露出部および第二外部接続領域２６ｂの露出部に、マザーボード等から供給される第一電線２８の端部および第二電線３０の端部が、はんだ付け（不図示）によってそれぞれ接続される。
【符号の説明】
【００３０】
１０    照明装置
１２    実装基板
１２ａ  発光領域
１４    発光素子
１６    配線基板
１６ａ  開口部
１８    ワイヤ
２０    枠体
２０ａ  内壁面
２０ｂ  外壁面
２２    封止材
２４    第一電極
２４ａ  第一素子接続領域
２４ｂ  第一外部接続領域
２６    第二電極
２６ａ  第二素子接続領域
２６ｂ  第二外部接続領域
２８    第一電線
３０    第二電線
３２    被覆材
３４    枠体材料
３４ａ  内壁面
３４ｂ  外壁面
３６    押圧部材
３６ａ  底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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