JP2009141006A - 発光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実装基板に対して放射光方向の角度ずれを低減できる発光モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発光素子と、アノード電極と、カソード電極と、実装用パッド部と、を有する発光装置と、第１の導電部と、第２の導電部と、第３の導電部と、を有する実装基板と、を備え、前記アノード電極、前記カソード電極、及び前記実装用パッド部は、平面視で共通の第１の方向に沿って配置され、前記第１の導電部、前記第２の導電部、及び前記第３の導電部は、平面視で共通の第２の方向に沿って配置され、前記発光装置と前記実装基板とは、平面視で前記第１の方向と前記第２の方向とが一致するように接続され、前記第１及び第２の方向と略直交する横方向において、前記第３の導電部の長さは、前記第１及び第２の導電層のいずれの長さよりも小さく、かつ前記アノード電極、前記カソード電極、及び前記実装用パッド部のうちの最小の長さ以下である発光モジュールが提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光モジュール及びその製造方法に関する。

液晶表示装置などのバックライト光源として冷陰極管や蛍光灯に代えて半導体発光装置を用いると、省電力、長寿命、高信頼性、小型化が容易となる。この場合、携帯電話の小型液晶表示装置用バックライト光源には、厚みの薄いサイドビュー型発光装置を用いることができる。

また、カーナビゲーションなどの中型液晶表示装置用バックライト光源には、幅が狭いトップビュー型発光装置を用いることができる。中型以上の画面を有する液晶表示装置においては、導光板を用いるとバックライト光源からの光を液晶表示画面全体に均一に広げることができる。この場合、複数の発光装置が取り付けられる実装基板に対して、発光装置からの光が同一方向に放射されないと表示画面の輝度むらを生じやすい。

回路基板の配線導体に対して、位置ずれや傾斜もなく正確に実装できる発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、パッケージの基体下面には、円形状の外部接続用電極と、この直径よりも狭い幅を有する接続用導体と、発光素子の搭載部と平面視で重なるように形成された金属層とが備えられている。
しかしながら、この技術開示例にかかる発光装置を実装基板上に組み込んだ発光モジュールにおいては、発光装置からの放射光方向の角度ずれを低減することは容易ではない。
特開２００５−１９１２０３号公報

実装基板に対して放射光方向の角度ずれを低減できる発光モジュール及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、発光素子と、前記発光素子のアノードと電気的に接続されたアノード電極と、前記発光素子のカソードと電気的に接続されたカソード電極と、実装用パッド部と、を有する発光装置と、前記アノード電極と電気的に接続された第１の導電部と、前記カソード電極と電気的に接続された第２の導電部と、前記実装用パッド部と接続された第３の導電部と、を有する実装基板と、を備え、前記アノード電極、前記カソード電極、及び前記実装用パッド部は、平面視で共通の第１の方向に沿って配置され、前記第１の導電部、前記第２の導電部、及び前記第３の導電部は、平面視で共通の第２の方向に沿って配置され、前記発光装置と前記実装基板とは、平面視で前記第１の方向と前記第２の方向とが一致するように接続され、前記第１及び第２の方向と略直交する横方向において、前記第３の導電部の長さは、前記第１及び第２の導電層のいずれの長さよりも小さく、かつ前記アノード電極、前記カソード電極、及び前記実装用パッド部のうちの最小の長さ以下であるか、または前記横方向において、前記実装用パッド部の長さは、前記アノード電極及び前記カソード電極のいずれの長さよりも小さく、かつ前記第１の導電部、前記第２の導電部、及び前記第３の導電部のうちの最小の長さ以下であることを特徴とする発光モジュールが提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の発光モジュールの製造方法であって、前記発光装置及び前記実装基板の少なくともいずれか一方の側に、半田材及び導電性接着剤の少なくともいずれかを塗布する工程と、前記半田材及び前記導電性接着剤の前記少なくともいずれかが表面張力のために盛り上がり前記発光装置が前記実装基板に対して傾くことを抑制しつつ、前記発光装置と前記実装基板とを接着する工程と、を備えたことを特徴とする発光モジュール製造方法が提供される。

実装基板に対して放射光方向の角度ずれを低減できる発光モジュール及びその製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる発光モジュールを説明する模式図である。発光モジュールは、発光装置及び実装基板を備えている。図１（ａ）は発光装置の上面図、図１（ｂ）は下面図、図１（ｃ）はＡ−Ａ線に沿った部分断面図および部分側面図である。また、図１（ｄ）は実装基板の上面図、図１（ｅ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

発光素子１２は、例えば窒化物系半導体材料からなり、例えば３８０〜５５０ｎｍの波長帯の光を放射する。この発光素子１２はパッケージ１１にマウントされ、発光装置１０を構成している。パッケージ１１は、例えばセラミックのような絶縁体からなる基体１１ａ、封止樹脂が充填される凹部１１ｃを形成する枠体１１ｂ、発光素子１２のアノードと電気的に接続されるアノード電極１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）、カソードと電気的に接続されるカソード電極１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）、並びにパッケージ１１の下面に設けられた実装用パッド部１６を備えている。

アノード電極１４は、基体１１ａの上面に設けられた１４ａと、基体１１ａの下面に設けられた１４ｂと、基体１１ａの側面角部に設けられた切り欠き部表面の１４ｃと、を含む。また、カソード電極１５は、基体１１ａの上面に設けられた１５ａと、基体１１ａの下面に設けられた１５ｂと、基体１１ａの側面角部に設けられた切り欠き部表面の１５ｃと、を含む。発光素子１２のアノードはボンディングワイヤ１３によりアノード電極１４ａと電気的に接続され、発光素子１２のカソードはカソード電極１５ａ上に接着されて電気的接続がなされる。

なお、カソード電極１４とアノード電極１５とはこの構造に限定されず、例えば平面視で逆の配置関係であっても良い。また、発光素子１２の裏面が絶縁されている場合には、表面側の２つの電極と、アノード電極１４及びカソード電極１５とをボンディングワイヤによりそれぞれ接続すればよい。

パッケージ１１の凹部１１ｃに蛍光体を分散した封止樹脂を充填すると、可視光または可視光の混合による白色光を得ることができる。パッケージ１１のサイズは、例えば４ｍｍ×２ｍｍとする。バックライト光源に用いる場合、パッケージ１１の幅を狭くすると表示装置を薄型化できる。

発光装置１０の下面には、図１（ｂ）のように、アノード電極１４ｂ、カソード電極１５ｂ、実装用パッド部１６が配置されている。基体１１ａがセラミックであれば、これらのパターンはメタライズ層を用いて形成できる。アノード電極１４ｂ、カソード電極１５ｂ、並びに実装用パッド部１６は、平面視でそれぞれに共通する第１の対称軸１８の方向に沿って配列されている。第１の対称軸１８の方向と略直交する横方向の幅（長さ）を、アノード電極１４ｂにおいてＰ１、カソード電極１５ｂにおいてＰ２、実装用パッド１６においてＰ３とする。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれパッケージ１１の幅ＷＰ以下とすることができ同一である必要はない。なお、アノード電極幅Ｐ１及びカソード電極幅Ｐ２を発光装置１０の横方向幅ＷＰに近づけると、実装基板３０の導電部との電気的接触を確実にし、接着強度を高めることができる。

発光装置１０が接着される実装基板３０は、例えばガラスエポキシ基板などとする。実装基板３０の一方の表面には、第１の導電部３４、第２の導電部３５、第３の導電部３６がそれぞれパターニングされている。発光装置１０と実装基板３０とは、アノード電極１４ｂが第１の導電部３４と、カソード電極１５ｂが第２の導電部３５と、実装用パッド部１６が第３の導電部３６とそれぞれ半田材などにより接着される。

また、第１の導電部３４、第２の導電部３５、並びに第３の導電部３６は、平面視でそれぞれに共通する第２の対称軸３８の方向に沿って配列されている。また、第２の対称軸３８の方向と略直交する横方向の幅（長さ）を、第１の導電部３４においてＢ１、第２の導電部３５においてＢ２、第３の導電部３６においてＢ３とする。なお、第１及び第２の対称軸１８、３８の方向を略一致するように半田材などを用いて接着すると、複数の発光装置１０の放射パターン及び光軸を均一とできるので好ましい。

図２は、本実施形態にかかる発光モジュールを表す模式図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った断面図、図２（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿った断面図、図２（ｄ）は表面張力の作用を表す図である。

図２（ａ）において、実装基板３０において、第３の導電部３６の幅Ｂ３は、第１の導電部３４の幅Ｂ１及び第２の導電部３５の幅Ｂ２のいずれよりも狭く、かつアノード電極１４ｂの幅Ｐ１、カソード電極１５ｂの幅Ｐ２、実装用パッド部１６の幅Ｐ３のうちの最小幅以下とする。すなわち、（式１）〜（式３）が成立している。

Ｂ３＜Ｂ１ （式１）
Ｂ３＜Ｂ２ （式２）
Ｂ３≦ｍｉｎ｛Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３｝ （式３）
但し、ｍｉｎはＰ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの最小値を表す。

このようにすると、第３の導電部３６の幅Ｂ３よりも狭い幅を有する接着パターンはない。

図２（ｄ）に表すように、溶融した半田材４０は、その幅がＢ３と略等しく、表面張力のために断面が円弧状に盛り上がる。しかし半田材４０の幅が狭いためにパッケージ１１の下面端部が半田材４０の両端部Ｑまでずれることを抑制でき、半田材４０の幅が広い電極領域よりも左右への位置ずれを低減できる。すなわち、図２（ｃ）のように発光装置１０の中心位置を、溶融半田材４０の表面張力により第２の対称軸３８近傍で左右の応力バランス良く制御し、発光装置１０と実装基板３０とが略平行となるような安定状態を保って接着できる。このために、破線で表す放射光の光軸Ｇの角度ずれを低減できる。なお、実装用パッド部１６の幅Ｂ３を、接着強度を維持できる範囲において狭くするとパッケージ１１の中心位置の制御が容易になる。

図３は、比較例にかかる発光モジュールを説明する模式図である。図３（ａ）は模式上面図、図３（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿った模式断面図、図３（ｃ）は表面張力の作用を表す図である。本比較例において、実装用パッド部が発光装置１１０に設けられない。実装基板１３０にはアノード電極１１４ｂと半田材１４０により接着される第１の導電部１３４と、カソード電極１１５ｂと半田材１４０により接着される第２の導電部１３５と、が設けられている。図３（ｃ）のように半田材１４０は横方向に大きく広がり表面張力により円弧状断面となる。このために発光装置１１０が矢印方向に沿って大きく移動しやすい。

この場合、発光装置１１０の端部が半田材１４０の端部Ｒ近傍にまで移動し、図３（ｂ）のように傾いた状態で固定される場合がある。このようになると発光装置１１０が実装基板１３０に対して傾き、放射光の光軸Ｇは実装基板１３０に対して角度ずれθを生じる。発光素子１１０が複数配置された発光モジュールにおいて、この角度ずれの程度はパッケージごとにばらつき、光強度分布が不均一となる。このため、バックライト光源用途などにおいて、表示画面の輝度むらを生じる。

これに対して、本実施形態では、幅が狭い実装用パッド部３６を設けて発光素子１０の中心位置を制御し位置ずれを低減している。発光装置１０の幅ＷＰが狭くなるほど位置ずれを生じやすくなるので本実施形態の効果がより大きくなる。このために複数の発光装置１０を有するバックライト光源を用いた場合、表示画面の輝度むらを抑制するのが容易となる。

実装用パッド部１６をアノード電極１４ｂとカソード電極１５ｂとの間に設けることに限定される訳ではない。しかし、図２のように実装用パッド部１６を中間に配置すると、アノード電極１４ｂ側及びカソード電極１５ｂ側において幅が広い溶融半田４０により生じようとする大きな位置ずれを、その中間の位置でバランスよく制御し発光装置１０の位置ずれを効果的に低減できるのでより好ましい。

また、図２（ａ）において、（式４）及び（式５）が成立するようにできる。
Ｐ１≦ＷＰ≦Ｂ１ （式４）
Ｐ２≦ＷＰ≦Ｂ２ （式５）

このように実装基板３０の導電部の幅（長さ）が発光装置１０の横方向幅（長さ）ＷＰ以上であると、半田付けの出来映えを検査し実装をより確実にできる。

さらに、実装用パッド部１６が実装基板３０の第３の導電部３６に接続されるので、発光素子１２で生じる熱が実装基板３０を介して放熱されやすくなる。

図４は、第２の実施形態にかかる発光モジュールの模式図である。図４（ａ）は発光装置の上面図、図４（ｂ）は下面図である。また、図４（ｃ）は実装基板の上面図、図４（ｄ）はＥ−Ｅ線に沿った断面図、図４（ｅ）は接着前を表す図、図４（ｆ）は接着後の断面図である。

本実施形態では発光装置１０の実装用パッド部１６により、角度ずれを低減させる。すなわち、（式６）〜（式８）が成立している。
Ｐ３＜Ｐ１ （式６）
Ｐ３＜Ｐ２ （式７）
Ｐ３≦ｍｉｎ｛Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３｝ （式８）
但し、ｍｉｎはＢ１、Ｂ２、Ｂ３のうちの最小値である。
このようにすると、実装用パッド部１６の幅Ｐ３よりも狭い幅を有する接着パターンはない。

図４（ｅ）は実装用パッド部１６と第３の導電部３６とを半田付けする場合の横方向断面を表すが、溶融した半田材４０の幅は略Ｐ３であり、発光装置１０の横方向への位置ずれ量を抑制できる。すなわち、図４（ｆ）のように発光装置１０の中心位置を半田材４０の表面張力により第２の対称軸３８の近傍に制御でき、放射光の光軸Ｇと、実装基板３０の垂直方向と、の間の角度ずれを低減できる。また、Ｐ１≦ＷＰ≦Ｂ１及びＰ２≦ＷＰ≦Ｂ２とすると、半田付けの出来映えを検査し実装をより確実にできる。

なお、図４（ｅ）では半田材４０を実装用パッド部１６に塗布しているが、これに限定されることはない。第３の導電部３６に半田材４０を塗布しても、実装用パッド部１６の幅Ｐ３が（式６）〜（式８）のように狭いので、発光装置１０の中心位置を半田材４０の表面張力により第２の対称軸３８の近傍に制御できる。なお、第１及び第２の実施形態において、半田材４０を用いた場合について説明したが本発明はこれに限定されない。液状の導電性接着剤を硬化して接着する場合において、表面張力に基づく位置ずれを同様にして低減できる。

図５は、本実施形態にかかる発光モジュールに用いる発光装置の変形例を表し、図５（ａ）は模式上面図、図５（ｂ）は模式下面図である。パッケージ１１の下面に設けられるアノード電極１４ｂまたはカソード電極１５ｂが実装用パッド部１６と幅が狭い配線層１７により接続されている。

基体１１ａがセラミックである場合、アノード電極１４ｂ及びカソード電極１５ｂは、例えば厚膜によるメタライズにより形成することができる。この場合、厚膜の表面にＡｕ薄膜などを電気メッキにより形成すると、表面を保護し酸化などを防止し、半田材の濡れ性が改善できる。このようにすると、信頼性が高い発光モジュールが、リフロー半田付け工程を用いて短時間に実装できる。

図６は、本実施形態にかかる発光モジュールの製造方法のフローチャートである。図１において発光装置１０のアノード電極１４ｂ、カソード電極１５ｂ、並びに実装用パッド部１６の側か、または実装基板３０の第１の導電部３４、第２の導電部３５、並びに第３の導電部３６の側の少なくともいずれか側に半田材４０または導電性接着剤を印刷法などを用いて塗布する（Ｓ１００）。

アノード電極１４ｂと第１の導電部３４、カソード電極１５ｂと第２の導電部３５、実装用パッド部１６と第３の導電部３６との位置を合わせる。複数の発光装置１０を配列する場合、発光装置１０の第１の対称軸１８と、実装基板３０の第２の対称軸３８とを一致させると、光軸Ｇを揃えることが容易となる（Ｓ１０２）。

半田材４０を用いる場合、リフロー炉の加熱温度を半田材４０の融点よりも高く設定し短時間でリフロー炉を通過させると、発光装置１０の特性を良好に保ちつつ接着することができる。また導電性接着剤を用いる場合には、熱またはＵＶ照射により接着剤を硬化する（Ｓ１０４）。実装基板３０の導電部の幅が発光装置１０の幅ＷＰよりも広ければ、確実に接着できると共に接着部分を確認することでき、品質管理が容易となる。発光装置１０が多数配置された発光ジュール５の場合、このようにすることにより、信頼性を確保することが好ましい。

次に、電気的及び光学的特性を測定し、発光モジュール５のクリーニングなどを行う（Ｓ１０６）。

実装基板３０に設けられた第３の導電部３６は矩形状に限定されない。図７は第１の実施形態の発光モジュールにかかる変形例の模式図である。図７（ｄ）に表すように、第３の導電部３６は、長径がＢ３である楕円形状とする。形状を多角形などとしてもよい。このような形状の第３の導電部３６を実装用パッド部１６と接着することにより、放射光方向の角度ずれを低減できる。

また、図８は第２の実施形態の発光モジュールにかかる変形例の模式図である。図８（ｂ）の実装用パッド部１６は、長径がＰ３である楕円形状とする。形状を多角形としてもよい。このような形状の実装用パッド部１６を第３の導電部３６と接着することにより、放射光方向の角度ずれを低減できる。

図９は、本実施形態にかかる発光モジュールの応用例を表す模式図である。発光装置１０を８つ配列した発光モジュール５を液晶表示装置のバックライト光源として用いることができる。発光モジュール５から光軸方向が均一な放射光が導光板６０の側面６０ｃから入射される。

入射光は導光板６０の下面である光散乱面６０ｂで反射され、発光面６０ａから出射する。導光板６０の上方には液晶表示板６２が設けられており、発光面６０ａからの光が入射する。本実施形態にかかる発光装置１０の光軸の傾きは低減されており、液晶表示板６２を均一に照射することができ、輝度むらが低減される。特に、中型以上のサイズの液晶表示装置において画質の改善が容易である。

発光装置１０の数を増やすとバックライト光源の光強度を高めることができる。また発光装置１０の配置間隔を狭くすると輝度を均一にすることが容易になる。例えばカーナビゲーション用液晶表示装置の場合、発光装置１０を１５〜２０個配置する。

他の応用例として、発光装置１０を２次元状に配列した発光モジュールを有する表示装置がある。角度ずれが低減された発光装置１０を配列することにより、輝度むらの低減されたフルカラー表示装置などが可能となる。

なお、発光装置１０のパッケージ１１の基体１１ａ及び枠体１１ｂはセラミックに限定されない。アノード電極、カソード電極、並びに実装用パッド部が金属材料からなり、樹脂材料によりこれら金属材料部品を樹脂成型体に埋め込んだパッケージであってもよい。また、樹脂成型体の表面にメタライズなどにより導電層を形成して電極としてもよい。パッケージを構成する材料がセラミックであっても樹脂であっても、表面実装型とすると発光モジュール５を小型かつ薄型にできるのでより好ましい。

以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら本発明はこれら実施形態に限定されない。本発明を構成する発光装置、実装基板、電極、導電部、並びに実装用パッド部の材質、形状、サイズ、配置などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。

発光モジュールを構成する発光素子及び実装基板の模式図 第１の実施形態にかかる発光モジュールを表す模式図 比較例にかかる発光モジュールを説明する模式図 第２の実施形態にかかる発光モジュールの模式図 発光装置の変形例を表す模式図 発光モジュールの製造方法のフローチャート 第１の実施形態の変形例にかかる発光モジュールを表す模式図 第２の実施形態の変形例にかかる発光モジュールを表す模式図 発光モジュールの応用例を表す模式図

符号の説明

５ 発光モジュール、１０ 発光装置、１１ パッケージ、１２ 半導体素子、１４ アノード電極、１５ カソード電極、１６ 実装用パッド部、１７ 配線層、１８ 第１の対称軸、３０ 実装基板、３４ 第１の導電部、３５ 第２の導電部、３６ 第３の導電部、３８ 第２の対称軸、４０ 半田材、Ｐ１ アノード電極幅、Ｐ２ カソード電極幅、Ｐ３ 実装用パッド部幅、Ｂ１ 第１の導電部幅、Ｂ２ 第２の導電部幅、Ｂ３ 第３の導電部幅、ＷＰ 発光装置の幅、Ｇ 光軸

Claims (5)

1. 発光素子と、前記発光素子のアノードと電気的に接続されたアノード電極と、前記発光素子のカソードと電気的に接続されたカソード電極と、実装用パッド部と、を有する発光装置と、
   前記アノード電極と電気的に接続された第１の導電部と、前記カソード電極と電気的に接続された第２の導電部と、前記実装用パッド部と接続された第３の導電部と、を有する実装基板と、
   を備え、
   前記アノード電極、前記カソード電極、及び前記実装用パッド部は、平面視で共通の第１の方向に沿って配置され、
   前記第１の導電部、前記第２の導電部、及び前記第３の導電部は、平面視で共通の第２の方向に沿って配置され、
   前記発光装置と前記実装基板とは、平面視で前記第１の方向と前記第２の方向とが一致するように接続され、
   前記第１及び第２の方向と略直交する横方向において、前記第３の導電部の長さは、前記第１及び第２の導電層のいずれの長さよりも小さく、かつ前記アノード電極、前記カソード電極、及び前記実装用パッド部のうちの最小の長さ以下であるか、
   または前記横方向において、前記実装用パッド部の長さは、前記アノード電極及び前記カソード電極のいずれの長さよりも小さく、かつ前記第１の導電部、前記第２の導電部、及び前記第３の導電部のうちの最小の長さ以下であることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記横方向において、前記第１及び第２の導電部の長さは、前記発光装置の長さ以上であることを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
3. 前記実装用パッド部は、前記アノード電極または前記カソード電極と配線層により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 前記実装用パッド部は、前記アノード電極と前記カソード電極との間に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光モジュールの製造方法であって、
   前記発光装置及び前記実装基板の少なくともいずれか一方の側に、半田材及び導電性接着剤の少なくともいずれかを塗布する工程と、
   前記半田材及び前記導電性接着剤の前記少なくともいずれかが表面張力のために盛り上がり前記発光装置が前記実装基板に対して傾くことを抑制しつつ、前記発光装置と前記実装基板とを接着する工程と、
   を備えたことを特徴とする発光モジュール製造方法。

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