JP2012142362A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁性フィルムと、絶縁性フィルムの上に互いに離間して設けられる複数の導電部材と、一対の隣接する導電部材の上に跨って載置されるLEDチップと、を備え、絶縁性フィルムは、上面から裏面に通じる貫通孔を有し、貫通孔は、隣接する導電部材間におけるLEDチップの下部を含む位置に設けられており、貫通孔内に、絶縁性光反射材が充填されている。
【選択図】 図1
Description
従来の発光装置の断面図を図13に示す(例えば、特許文献1参照)。この発光装置は、ポリイミド等の樹脂からなるフレキシブル基板210を備え、その表面にはLEDチップ215の電極に対応した一対の配線パターン212が形成される。そして、LEDチップ215は、一対の配線パターン212間に露出された基板の表面を跨ぐようにバンプ216を介して接続される。この発光装置は、LEDチップ215の下方に向かう光が、配線パターン212間に露出された基板211に吸収され、発光装置の発光輝度が低下してしまうという問題がある。また、露出した基板211は、LEDチップ215からの光と熱によって劣化や変色が発生するおそれがある。
LEDチップから発せられる光が基板に吸収されるのを防止するために、LEDチップの実装部にベース基板の厚み方向に開口する孔部を設け、この孔部に対応するベース基板の裏面側に光反射部を設けた発光装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。この従来の発光装置の断面図を図14に示す。この発光装置は、孔部213から露出する光反射部225の表面に金または銀によるメッキ層226を設けている。
そのため、基板等の部材による光の吸収を低減し、光取り出し効率を向上させることが要望されている。
図1は、本発明の実施の形態1に係る発光装置を示す概略図であって、図1(a)は概略平面図、図1(b)は概略断面図、図1(c)は概略下面図である。
本実施の形態の発光装置は、可撓性を有する絶縁性フィルム11と、絶縁性フィルム11の上に互いに離間して設けられる複数の導電部材12と、を有するフレキシブル基板10と、一対の隣接する導電部材12の上に跨って載置されるLEDチップ15と、を備えている。
LEDチップ15は、同一面側に正負の電極が形成されている。複数の導電部材12は、LEDチップ15の電極に対応した配線パターンとして形成されている。LEDチップ15の正負の電極は、一対の導電部材12に対向し、バンプ16を介して接続されている。
絶縁性フィルム11は、隣接する導電部材12間におけるLEDチップ15の下部(直下)から絶縁性フィルム11の裏面に通じる貫通孔13を有している。ここでLEDチップ15の下部とは、少なくともLEDチップ15の真下を含む領域である。貫通孔13内には、絶縁性光反射材14が充填されている。
以下に、本発明の各構造について説明する。
フレキシブル基板とは、柔軟性があり、変形させることが可能なプリント基板のことである。フレキシブル基板は、例えば、厚みが10μm〜300μmの絶縁性フィルムを基材とし、その上に接着層を形成し、さらにその上に配線パターンとして厚みが10μm〜50μm程度の複数の導電部材を形成した構造である。このようなフレキシブル基板は、発光装置の薄型化及び低価格化に適している。
なお、可撓性は、基板に破断やひびが発生しない範囲でできるだけ湾曲させた状態における最小曲げ半径により定量化することができる。曲げ半径のうち、基板の厚みを含まない半径を内曲げ半径と称する。本実施形態においては、最小の内曲げ半径が25mmより小さいことが好ましい。さらに好ましくは10mm以下のものである。
さらに、この貫通孔13に、絶縁性光反射材14が充填されている。フレキシブル基板10の導電部材12側に保護フィルムを密着させた状態で、絶縁性フィルム11側から絶縁性光反射材14を塗布することで、絶縁性光反射材14を導電部材12の上面と同じ高さまで充填することができる。絶縁性光反射材14を導電部材12の上面と同じ高さまで充填することにより、LEDチップの実装部を凹凸がない平坦な面とすることができるため、LEDチップからの光を効率よく取り出すことができる。絶縁性光反射材14は、絶縁性フィルム11の裏面側の全面に、フレキシブル基板10の可撓性を損なわない範囲で薄く塗布してもよい。なお、貫通孔13に絶縁性光反射材14を充填した後に、保護フィルムは取り除かれる。
また、錫メッキ等の防錆処理した銅等の金属端子22を導電部材12上に設けてもよい。金属端子22と導電部材12との接続方法は、超音波接合や抵抗溶接、かしめ等が考えられる。
一方、図3に示すように、貫通孔は、導電部材の配列方向における開口径が、導電部材間の間隔よりも大きくなるように形成してもよい。このような貫通孔を形成することにより、貫通孔内における絶縁性フィルムの側面にLEDチップからの光が到達しにくい構造とすることができる。また、貫通孔内に充填される絶縁性光反射材とフレキシブル基板との接触面積が増加するため、両者間の密着強度を高めることができる。
また、LEDチップの下部におけるスペース部の幅が、その周囲のスペース部の幅よりも小さくなるように形成してもよい。スペース部の幅を小さくすることで、LEDチップの下部のスペース部に設ける貫通孔を小さくすることができ、貫通孔に充填する絶縁性光反射材の量を減らすことができるため、LEDチップが発する熱による絶縁性光反射材の形状変化を減らすことができる。これにより、LEDチップとフレキシブル基板との接合信頼性を高めることができる。
絶縁性光反射材は、ガラスや樹脂等の絶縁性の母材の中に光反射材を含むものであり、印刷や塗布が可能である粘度に調整され、加熱処理やUV光の照射により硬化するものである。絶縁性光反射材は、耐光性に優れ、LEDチップからの光に対する反射率が80%以上であることが好ましい。
絶縁性光反射材を構成する母材は、耐光性に優れ、絶縁性フィルムの耐熱温度よりも低い温度で固着処理することができる材料であることが好ましい。例えば、脂環式エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ガラス前駆体、またはそれらの混合物が好ましい。また、母材は、前述のフレキシブル基板との密着性が良好なものが好ましい。具体的には、太陽インキ製造株式会社製のPSR−4000系やS−200系、信越化学工業株式会社製のLPS−8630WやLPS−8433W等が挙げられる。
光反射材は、反射効率が高く絶縁性である二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸鉛、硫酸バリウム、硫化亜鉛の無機粉末、またはそれらの混合物が好ましい。
さらには、絶縁性光反射材は、LEDチップが発する熱による形状変化を防ぐため、150℃以下における線膨張係数が100ppm/℃以下であることが好ましい。熱膨張が大きい場合、LEDチップの実装部に応力を与え、LEDチップがフレキシブル基板から剥離することが考えられる。
LEDチップは、所定の電圧を印加することにより発光させることができる。LEDチップの発光色は、可視光や紫外光、赤外光等を選択することができる。可視光の場合、発光色は限定されず、青色LED、緑色LED、及び赤色LEDのいずれも使用可能である。さらに、青色LEDチップに蛍光体を塗布した白色LEDチップも使用可能である。また、その半導体材料についても特に限定されず、III−V族、II−VI族等のいずれの化合物を用いてもよい。
図4は、本発明におけるLEDチップを示す概略図である。
LEDチップは、半導体層の同一面側に正電極、負電極が設けられており、両方の電極にバンプが設けられる。バンプは、金ワイヤを使ったワイヤバンプや、金、銅等の金属材料からなるめっきバンプが考えられる。バンプの大きさは、例えば直径20μm以上100μm以下、高さ5μm以上50μm以下の略円柱形状あるいは略円錐形状である。
一対のバンプの距離は、フレキシブル基板に設けられたスペース部より広いことが好ましい。具体的には、スペース部の幅が200μmの場合、バンプ間の距離は400μm以上が好ましい。
また、1つのLEDチップの駆動電流は、放熱性の観点で20mA程度が好ましい。駆動電流が高い場合には、活性層の電流密度が高くなり発光効率が悪くなる。また、駆動電流が低い場合には、LEDチップを有効に利用できなくなる。よって、電流密度は、0.3A/mm2以上1A/mm2以下が好ましく、さらには、0.65A/mm2以上1A/mm2以下が好ましい。したがって、LEDチップの活性層の面積は、0.02mm2以上0.07mm2以下が好ましく、さらには、0.02mm2以上0.03mm2以下が好ましい。
LEDチップはチップ面積が大きくなるほど高価になるため、LEDチップの大きさは、上記バンプ間の距離と活性層の面積を満足し、LEDチップが製造可能である範囲でできるだけ小さい方が好ましい。よって、図4のように電極を有する面側から見た外形が長方形になることが好ましく、さらには長辺と短辺の比が5:1程度の長方形であることが好ましい。
また、LEDチップからスペース部の下に露出する絶縁性フィルムに向かって、直接光が出ないようにするため、LEDチップの電極を有する側の面15aや側面15bに光反射材を設けて、遮光或いは減光することも考えられる。光反射材を設ける方法は、例えばフレキシブル基板にLEDチップを実装する前に光反射材を印刷することが考えられる。光反射材の材料は絶縁性のものが好ましい。
フレキシブル基板の上面に、導電部材の上面を被覆する絶縁性保護膜を設けてもよい。絶縁性保護膜は、導電部材の上面を外部から保護する機能を持つものであり、少なくともLEDチップが接続される領域を除く導電部材の上面を被覆するように設けられる。フレキシブル基板の上面に、後述する封止材を設ける場合は、封止材を設ける領域を除く導電部材の上面を被覆することが好ましい。封止材を形成する前に絶縁性保護膜を形成しておくことにより、封止材を塗布する際、封止材の流れを防止することができる。絶縁性保護膜としては、透明又は白色の樹脂等を用いることができる。絶縁性保護膜20は、主成分をフッ素樹脂、シリコーン樹脂として、撥油性を持たせてもよい。または、絶縁性保護膜20の上面に、フッ素系もしくはシリコーン系の撥油性コートを施してもよい。これにより、封止材を塗布する際に、封止材が絶縁性保護膜の上に広がりにくくなるため、封止材を容易に半球形状とし、光取り出し効率の向上を図ることができる。
フレキシブル基板の上面に、LEDチップを被覆する封止材を設けてもよい。封止材とは、LEDチップの周囲を囲み、保護する透光性の部材である。封止材は、印刷やディスペンサ塗布が可能である粘度に調整され、加熱処理やUV光を照射することで硬化することができる。硬化物は前述のフレキシブル基板やLEDチップとの密着性が良好なものが好ましい。また、可撓性を有するものが好ましい。具体的には、信越化学工業株式会社製のLPS−3421TやLPS−7405等が挙げられる。
封止材中に、YAG系、TAG系、シリケート系等の蛍光体や酸化チタン、酸化ケイ素、アルミナ、酸化亜鉛、ガラス微粉末等の無機系や、アクリル、ポリスチレン等の有機系の光分散材を配合することで、発光波長や配光特性を調整することができる。
なお、封止材の形状は、光取り出しの観点で、略半球形状が好ましい。
次に、本発明の実施の形態1に係る発光装置の製造方法の一例を図6を参照しながら説明する。
まず、絶縁性フィルム11上に、複数の導電部材12からなる配線パターンを形成する。図6(a)は、絶縁性フィルム11の上に複数の導電部材12が互いに離間して設けられたフレキシブル基板10を示している。導電部材12間にはスペース部18が設けられ、スペース部18の底部には絶縁性フィルム11の表面が露出している。スペース部の形成方法は、グラビア印刷とウエットエッチング、ダイサー等の刃物によるカット、レーザーカット等が可能である。
次に、図6(b)に示すように、後にLEDチップ15を配置する位置のスペース部18に、絶縁性フィルム11の上面から裏面に貫通する貫通孔13を設ける。貫通孔の形成方法は、レーザ加工や、パンチ加工、ドリル加工等が可能である。なお、図3に示すように、導電部材の配列方向における開口径が、導電部材間の間隔よりも大きくなるように貫通孔を形成する場合は、絶縁性フィルム側からレーザ加工するか、あらかじめ絶縁フィルムに貫通孔を形成し、導電部材と絶縁性フィルムを貼り合わせた後に、導電部材のパターン加工を行うことが考えられる。
次に、図6(c)に示すように、貫通孔13内に絶縁性光反射材14を充填させる。絶縁性光反射材14は、貫通孔13の直上の導電部材12間にも設けることが好ましい。
次に、図6(d)に示すように、フレキシブル基板10の導電部材12の上に、絶縁性保護膜20を設ける。
次に、図6(e)に示すように、LEDチップ15をフレキシブル基板10に実装する。LEDチップ15は、貫通孔13の上に位置し、一対の隣接する導電部材12の上を跨ぐように配置する。LEDチップ15の実装方法は、はんだ材、導電接着剤、異方性導電接着剤等の接合材を使用する方法、圧接した状態を絶縁性接着剤で保持する方法、超音波接合する方法等が考えられる。
次に、フレキシブル基板10の上に、封止材17を塗布し、硬化する。図6(f)は、封止材17を硬化した状態を示している。
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、上記の製造工程をロール・ツー・ロール方式で、効率良く行うこともできる。具体的には、ロール状に巻いた長さ数百mほどの長い絶縁性フィルムに導電部材を設けて、LEDチップや封止材を実装し、再びロールに巻き取る方法である。個別に切り離されたフレキシブル基板を使うと、ある工程から次の工程に個々の基板を搬送する手間がかかる。また、それぞれの製造装置に搬入部及び搬出部を設けるので、装置の規模が大きくなる。このロール・ツー・ロール方式を採ると、基板は装置の間を連続的に流れることになる。すなわち、製造装置は互いに連結され、搬送に伴う手間や装置を大幅に省くことができる。その結果、製造コストを従来に比べて桁違いに低くすることができる。
<実施の形態2>
本実施の形態の発光装置は、可撓性を有する絶縁性フィルム11と、絶縁性フィルム11の上に互いに離間して設けられる複数の導電部材12と、を有するフレキシブル基板10と、一対の隣接する導電部材12の上に跨って載置されるLEDチップ15と、を備えている。絶縁性フィルム11は、隣接する導電部材12間におけるLEDチップ15の下部から絶縁性フィルム11の裏面に通じる貫通孔13を有している。貫通孔13内には、絶縁性光反射材14が充填されている。
本実施の形態においては、フレキシブル基板10の裏面全体あるいは裏面の一部に、貫通孔を塞ぐように第2の絶縁性光反射材19が設けられている。
以下、実施の形態1と主に異なる構成について説明する。
図8(a)は、フレキシブル基板10の裏面全体に第2の絶縁性光反射材19を設けた発光装置を示す図である。図8(b)は、フレキシブル基板10の裏面の一部に第2の絶縁性光反射材19を設けた発光装置を示す図である。
フレキシブル基板の裏面全体あるいは裏面の一部に第2の絶縁性光反射材を設けることにより、LEDチップからの光の一部が貫通孔内の絶縁性光反射材を透過したとしても、第2の絶縁性光反射材によって反射することができるため、フレキシブル基板の反射効率を向上させることができる。
第2の絶縁性光反射材は、少なくとも表面に絶縁性を有するものであり、かつ、可撓性を有するものであることが好ましい。第2の絶縁性光反射材は、発光装置の可撓性を損なわない程度の大きさのアルミナやジルコニア等のセラミック基板も考えられるが、アルミ、銀又は銅等の金属箔や金属板の表面に、絶縁層を設けたものであることが好ましい。なかでも、アルミ箔の表面に絶縁層を設けたものが好ましい。具体的には、曲げることが可能である厚み0.3mm以下のアルマイト処理されたアルミ箔が好ましい。アルミ箔の材質は、アルマイト処理しても発色しにくい純アルミニウム系、アルミニウム−マグネシウム系合金が好ましく、アルマイト厚みは絶縁性があり且つ反射効率が高い10μm〜20μmが好ましい。さらには、光吸収をなくすために有機色素を使わずに封孔処理を行った白アルマイト処理が好ましい。
<実施の形態3>
本実施の形態の発光装置は、可撓性を有する絶縁性フィルム11と、絶縁性フィルム11の上に互いに離間して設けられる複数の導電部材12と、を有するフレキシブル基板10と、一対の隣接する導電部材12の上に跨って載置されるLEDチップ15と、を備えている。絶縁性フィルム11は、隣接する導電部材12間におけるLEDチップ15の下部から絶縁性フィルム11の裏面に通じる貫通孔を有している。
本実施の形態においては、貫通孔13内に、スペース部の幅よりも径が大きい第2の絶縁性光反射材19が設けられている。また、第2の絶縁性光反射材19は、絶縁性光反射材14によって貫通孔13内に接着されている。これにより、フレキシブル基板の厚みを変えることなく、反射効率を向上させることができる。
<実施の形態4>
図10は、本発明の実施の形態4に係る発光装置を示す概略断面図である。
本実施の形態の発光装置は、可撓性を有する絶縁性フィルム11と、絶縁性フィルム11の上に互いに離間して設けられる複数の導電部材12と、を有するフレキシブル基板10と、一対の隣接する導電部材12の上に跨って載置されるLEDチップ15と、を備えている。絶縁性フィルム11は、隣接する導電部材12間におけるLEDチップ15の下部に位置する領域に、絶縁性フィルム11の上面側に開口する凹部23を有している。凹部23内には、絶縁性光反射材14が充填されている。本実施の形態においては、絶縁性光反射材がフレキシブル基板から脱落しにくい構造とすることができる。
図11(a)は、ライン状の発光装置100である。フレキシブル基板の大きさは、幅2cm、長さ60cmである。フレキシブル基板の上には、YAG系の蛍光体を配合させたシリコーン接着剤が封止材として印刷されている。封止材の大きさは、5mm角、厚み200μmである。この封止材が発光部となる。封止材は、3cmピッチで19個並んでいる。
図11(b)は、図11(a)に示す発光装置100の一部を拡大した概略平面図である。封止材の中には、3個のLEDチップ15が並列に実装されている。1個のLEDチップ15には20mA、約3Vが通電されるように設計されているため、発光装置には、60mA、約57Vが通電される。1個の発光部21の光出力は約15lmであり、合計約285lmの光出力が得られる。
実施例2は、実施例1のライン状の発光装置を白色に塗装された亜鉛鋼板からなる基体に貼り付けた面状光源である。図12(a)は、実施例2に係る面状光源を示す概略平面図である。基体40の大きさは、70cm角であり、実施例1のライン状の発光装置100が3cmピッチで19個並んでいる。よって、合計5415lmの光出力が得られる。各発光装置の金属端子22には、外部の電源装置から電力を供給するための電源ケーブルが接続されている。発光装置上に、光学フィルムを設けて配光を調整したり、輝度の均一化を図ったりすることも可能である。基体40は、平板状としてもよいし、例えば図12(b)に示すように曲面状であってもよい。本発明の発光装置は可撓性を有するため、種々の形状の基体に載置することができる。
11 絶縁性フィルム
12 導電部材
13 貫通孔
14 絶縁性光反射材
15 LEDチップ
15a 電極を有する側の面
15b 側面
16 バンプ
17 封止材
18 スペース部
19 第2の絶縁性光反射材
20 絶縁性保護膜
21 発光部
22 金属端子
23 凹部
26 リフレクタ部
28 切れ目
31 半導体層
32a 正電極
32b 負電極
40 基体
41 電源ケーブル
100 ライン状の発光装置
210 フレキシブル基板
211 基板(ベース基板)
212 配線パターン
213 孔部
215 LEDチップ
216 バンプ
225 光反射部
226 メッキ層
Claims (10)
- 絶縁性フィルムと、
前記絶縁性フィルムの上に互いに離間して設けられる複数の導電部材と、
一対の隣接する前記導電部材の上に跨って載置されるLEDチップと、
を備え、
前記絶縁性フィルムは、上面から裏面に通じる貫通孔を有し、前記貫通孔は、隣接する前記導電部材間における前記LEDチップの下部を含む位置に設けられており、
前記貫通孔内に、絶縁性光反射材が充填されていることを特徴とする発光装置。 - 前記導電部材の配列方向における前記貫通孔の開口径は、前記導電部材間の間隔と等しいことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記導電部材の配列方向における前記貫通孔の開口径は、前記導電部材間の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記絶縁性光反射材が、前記貫通孔内に充填される第1の絶縁性光反射材と、
前記絶縁性フィルムの裏面に、前記貫通孔を塞ぐように設けられる第2の絶縁性光反射材とを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記絶縁性光反射材が、前記貫通孔内に充填される第1の絶縁性光反射材と、
前記第1の絶縁性光反射材によって前記貫通孔内に接着される第2の絶縁性光反射材とを有することを特徴とする請求項3に記載の発光装置。 - 前記第2の絶縁性光反射材は、前記導電部材間の間隔よりも径が大きいことを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
- 前記第2の絶縁性光反射材は、アルミ箔の表面に絶縁層を設けたものであることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 絶縁性フィルムと、
前記絶縁性フィルムの上に互いに離間して設けられる複数の導電部材と、
一対の隣接する前記導電部材の上に跨って載置されるLEDチップと、
を備え、
前記絶縁性フィルムは、上面側に開口する凹部を有し、前記凹部は、隣接する前記導電部材間における前記LEDチップの下部を含む位置に設けられており、
前記凹部内に、絶縁性光反射材が充填されていることを特徴とする発光装置。 - 前記絶縁性光反射材は、前記導電部材の上面と同じ高さまで充填されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記絶縁性光反射材は、光反射材が含有された樹脂であり、150℃以下における線膨張係数が100ppm/℃以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の発光装置。
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