JP2015079737A - 発光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】有機EL素子を光源とする発光モジュールにおいて、有機EL素子の熱変性を抑制し、且つ有機EL素子の電極取り出し部が金属又は非金属のいずれの材料から成るかを問わず有機EL素子と配線基板とを電気的に接続する。【解決手段】補助配線基板5a、5bは、有機EL素子21の電極取り出し部26a、26bと電気的に接続される電極パッド51a、51bと、電極パッド51a、51bと電気的に接続された金属パッド52a、52bと、を有する。金属パッド52a、52bは、配線基板3の金属ランド部31a、31bと低い接合温度において超音波によりワイヤボンディングされる。これにより、有機EL素子21の熱変性を抑制することができ、且つ電極取り出し部26a、26bが金属又は非金属のいずれの材料から成るかを問わず有機EL素子21と配線基板3とを電気的に接続することができる。【選択図】図1
Description
本発明は、有機EL素子を光源とする発光モジュールに関する。
有機EL素子は、低電圧で高輝度の発光が可能で、含有する有機化合物の種類によって様々な発光色を得ることができる面状発光体であり、近年、発光モジュールの光源として用いることが注目されている。
有機EL素子は、一般的に、ITOにより構成された透明電極(陽極)と、陽極上に積層された有機発光層と、有機発光層上に積層された陰極と、を有する。陽極の一部及び陰極の一部は、それぞれ有機発光層の外部に導出されて電極取り出し部を形成し、これら電極取り出し部と有機EL素子に給電するための配線基板とが電気的に接続される。この電気的接続は、例えば、電極取り出し部に半田用下地金属多層膜(金属パッド)を設け、この金属パッドと配線基板の金属ランド部とを導電性の金属ワイヤにより接続することで成される(例えば、特許文献1参照)。金属ワイヤは、金属パッド及び金属ランド部の各々に対して半田付けされる。
また、半田付けによる金属ワイヤ接続の代わりに、超音波によるワイヤボンディングによって金属ワイヤを金属パッドに接合した発光装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、半田付けによる金属ワイヤ接続は、一般的に300℃程度の高温で行われるので、特許文献1に記載されているような有機EL素子では、半田付けの際に生じる熱によって有機EL素子が熱変性する虞がある。また、特許文献2に記載されているような超音波によるワイヤボンディングは、金属パッドのような金属材料に対しては用いることができるが、ITOのような非金属材料に対しては用いることができない。
本発明は、上記課題を解決するものであって、有機EL素子の熱変性を抑制でき、且つ電極取り出し部が金属又は非金属のいずれの材料から成るかを問わず有機EL素子と配線基板とを電気的に接続できる発光モジュールを提供することを目的とする。
本発明の発光モジュールは、一方の面に発光面を有する平板状の発光パネルと、前記発光パネルの発光面とは反対側の非発光面に取り付けられ前記発光パネルに給電するための配線基板と、を備え、前記発光パネルと前記配線基板とを互いに電気的に接続する補助配線基板を更に備え、前記発光パネルは、光源として用いられる有機EL素子と、前記非発光面に設けられ前記有機EL素子の両極電極の各々から導出された電極取り出し部と、を有し、前記配線基板は、前記発光パネルに取り付けられる面とは反対側の面に設けられた導電性の金属ランド部を有し、前記補助配線基板は、前記発光パネルと相対する面に設けられ前記電極取り出し部と電気的に接続される電極パッドと、前記電極パッドが配置された面とは反対側の面に設けられ該電極パッドと電気的に接続された導電性の金属パッドと、を有し、前記金属パッドは、導電性の金属ワイヤにより前記金属ランド部とワイヤボンディングされ、前記金属ワイヤの両端部の各々は、それぞれ前記金属パッド及び金属ランド部に対して超音波接合されていることを特徴とする。
前記金属パッドは、前記発光モジュールの周縁に配置され、前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部は、前記発光パネルの辺に沿って一方向に伸びるように配置され、前記金属ランド部に接合された前記金属ワイヤの端部は、前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部とは異なる方向に伸びるように配置されていることが好ましい。
前記発光モジュールを前記配線基板側から見たときに、前記金属パッド及び金属ランド部は、互いに位置ずれして配置されていることが好ましい。
前記電極パッドは、導電性の接着剤を介して前記電極取り出し部と電気的に接続されていることが好ましい。
前記接着剤は、異方性導電接着剤により構成されていることが好ましい。
前記発光モジュールを側方から見たときの前記金属パッドの高さは、前記金属ランド部の高さと異なり、前記金属ワイヤは、前記金属パッドから離間した離間部を有することが好ましい。
前記金属ワイヤは、前記金属パッド及び金属ランド部の各々に接合された両端部の間に、前記発光モジュールの側方に向かって突出するように撓んだ撓み部を有することが好ましい。
前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部は、前記金属パッド上において前記発光モジュールの側方側に配置されていることが好ましい。
前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部は、該端部の前記発光モジュール内方側に注入された封止樹脂により封止されていることが好ましい。
前記金属ワイヤは、アルミニウムワイヤにより構成されていることが好ましい。
前記金属パッドの表面には、金メッキ加工が施されていることが好ましい。
前記配線基板は、前記金属ランド部の直下において前記発光パネルに接着されていることが好ましい。
本発明によれば、有機EL素子の電極取り出し部と電気的に接続された補助配線基板の金属パッドと配線基板の金属ランド部とが、低い接合温度において超音波によりワイヤボンディングされる。そのため、有機EL素子の熱変性を抑制することができ、且つ電極取り出し部が金属又は非金属のいずれの材料から成るかを問わず有機EL素子と配線基板とを電気的に接続することができる。
本発明の実施形態に係る発光モジュールについて図1乃至図5を参照して説明する。図1乃至図3に示すように、発光モジュール1は、矩形平板状の発光パネル2と、発光パネル2に給電するための配線基板3と、を備える。発光パネル2は、一方の面(図例では下面)に発光面2Aを有し、発光面2Aとは反対側の面は、非発光面2Bとなっている。発光パネル2は、光源として用いられる有機EL素子21を有する。有機EL素子21は、ITOにより構成された陽極22と、陽極22上に積層された有機発光層23と、有機発光層23上に積層された陰極24と、陽極22及び有機発光層23及び陰極24を封止する封止缶25と、を有する(図3参照)。配線基板3は、その中央がくり抜かれた矩形平板状とされ、各辺が発光パネル2の各辺と平行となるようにして発光パネル2の非発光面2Bに取り付けられている。
発光パネル2の外形大きさは、配線基板3の外形大きさよりも大きく、図例では、発光パネル2の互いに対向する辺S1、S2に沿って配線基板3が取り付けられていない領域R1、R2(図1において一点鎖線で囲んだ領域)が設けられている。これら領域R1、R2には、有機EL素子21への給電に用いられる電極取り出し部26a、26bが設けられている。電極取り出し部26a、26bは、有機EL素子21の陽極22から導出された陽極取り出し部27と、有機EL素子21の陰極24から導出された陰極取り出し部28と、を有する。陽極取り出し部27及び陰極取り出し部28は、図例では、それぞれ3つ及び2つ設けられ、辺S1、S2に沿って交互に配置されている。
配線基板3は、発光パネル2に取り付けられる面とは反対側の面に、外部との電気的接続に用いられる金属ランド部31a、31bを有する。図例では、金属ランド部31aは、発光パネル2の辺S1に対応する配線基板3の辺S3の一側に配置され、金属ランド部31bは、発光パネル2の辺S2に対応する配線基板3の辺S4の他側に配置されている。配線基板3は、金属ランド部31a、31bの直下において発光パネル2に接着され、図例では、配線基板3の辺S3、S4に沿って貼着された両面テープ4a、4bにより発光パネル2に接着されている。金属ランド部31a、31bは、発光パネル2の陽極取り出し部27との電気的接続に用いられる陽極ランド部32と、発光パネル2の陰極取り出し部28との電気的接続に用いられる陰極ランド部33と、を有する。陽極ランド部32及び陰極ランド部33は、それぞれ導電性金属により構成され、それぞれの表面には金メッキ加工が施されている。
また、発光モジュール1は、発光パネル2と配線基板3とを互いに電気的に接続する補助配線基板5a、5bを更に備える。補助配線基板5a、5bは、発光パネル2の領域R1、R2を占めるように長尺な矩形平板状とされ、配線基板3に隣接して配置されている。補助配線基板5a、5bは、発光パネル2と相対する面に、発光パネル2の電極取り出し部26a、26bと電気的に接続される電極パッド51a、51bを有する。電極パッド51a、51bは、発光パネル2の陽極取り出し部27に相対して設けられた3つの陽極パッド53と、発光パネル2の陰極取り出し部28に相対して設けられた2つの陰極パッド54と、を有する。陽極パッド53及び陰極パッド54は、導電性の接着剤6を介して陽極取り出し部27及び陰極取り出し部28と電気的に接続されている。接着剤6は、例えば、異方性導電フィルムや異方性導電ペーストといった異方性導電接着剤や銀ペーストにより構成され、図例では、異方性導電フィルムにより構成されている。接着剤6を異方性導電フィルムにより構成することで、陽極パッド53と陰極パッド54との短絡を防止しつつ、陽極パッド53及び陰極パッド54を一括して効率的に陽極取り出し部27及び陰極取り出し部28に接続することができる。
また、補助配線基板5a、5bは、電極パッド51a、51bが設けられた面とは反対側の面に、金属パッド52a、52bを有する。金属パッド52a、52bは、陽極パッド53と電気的に接続された陽極金属パッド55と、陰極パッド54と電気的に接続された陰極金属パッド56と、を有する。陽極金属パッド55及び陰極金属パッド56は、補助配線基板5a、5b及び配線基板3を発光パネル2に取り付けたときに、発光モジュール1の周縁で配線基板3の陽極ランド部32及び陰極ランド部33に隣接する位置に設けられている。
陽極金属パッド55及び陰極金属パッド56は、表面に金メッキ加工が施された導電性金属により構成され、導電性の金属ワイヤ7a、7b(図2及び図3参照)により陽極ランド部32及び陰極ランド部33とワイヤボンディングされている。これにより、陽極ランド部32及び陰極ランド部33は、金属ワイヤ7a、7b、陽極金属パッド55及び陰極金属パッド56、陽極パッド53及び陰極パッド54、そして接着剤6を介して、陽極取り出し部27及び陰極取り出し部28と電気的に接続される。
発光モジュール1を側方(図2のI方向)から見たときの陽極金属パッド55及び陰極金属パッド56の高さは、陽極ランド部32及び陰極ランド部33の高さと異なるように構成されている(図3参照)。図例では、陽極金属パッド55及び陰極金属パッド56は、低い位置(有機EL素子21の陽極22に近い位置)に配置され、陽極ランド部32及び陰極ランド部33は、高い位置(陽極22から遠い位置)に配置されている。このようにすることで、金属ワイヤ7a、7bは、陽極金属パッド55及び陰極金属パッド56から離間した離間部70a、70bを有することになる。
金属ワイヤ7aは、アルミニウムワイヤにより構成され、その両端部の各々は、それぞれ陽極金属パッド55及び陽極ランド部32に対して常温で超音波接合される。金属ワイヤ7bも、金属ワイヤ7aと同様に構成され、陰極金属パッド56及び陰極ランド部33に対して常温で超音波接合される。このとき、陽極ランド部32及び陰極ランド部33の直下において配線基板3が両面テープ4a、4bを介して発光パネル2に接着されているので、超音波が金属ワイヤ7a、7bに確実に伝播され、金属ワイヤ7a、7bの陽極ランド部32及び陰極ランド部33への接合を効率良く行うことができる。
図4(a)乃至(c)に示すように、補助配線基板5aにおいて、3つの陽極パッド53は、これら陽極パッド53が配置された面に設けられた配線パターン57により互いに電気的に接続されている。また、図例において最も右側に配置された陽極パッド53は、その直下において補助配線基板5aを貫通して設けられたスルーホール接続部58により陽極金属パッド55と電気的に接続されている。一方、2つの陰極パッド54と陰極金属パッド56は、各々の直下に設けられたスルーホール接続部58及び陰極金属パッド56が配置された面に設けられた配線パターン59により、互いに電気的に接続されている。なお、図示していないが、補助配線基板5bも、補助配線基板5aと同様に構成されている。
図5(a)(b)に示すように、金属パッド52aに接合された金属ワイヤ7a、7bの端部71a、71bは、発光パネル2の辺S1に沿った一方向に伸びるように配置されている。一方、金属ランド部31aに接合された金属ワイヤ7a、7bの端部72a、72bは、端部71a、71bとは異なる方向に伸びるように配置され、図例では、辺S1と直交する方向に伸びるように配置されている。また、図5(c)に示すように、端部72a、72bは、辺S1に沿って端部71a、71bとは反対側の方向に伸びるように配置されていてもよい。なお、金属パッド52b及び金属ランド部31bに接合される金属ワイヤ7a、7bも、同様に構成されている。
上記のように金属ワイヤ7a、7bを配置することで、有機EL素子21の発光に伴って生じた熱により発光パネル2、配線基板3及び補助配線基板5aが熱膨張したときに、これら発光パネル2、配線基板3及び補助配線基板5a間における熱膨張差に起因する応力を金属ワイヤ7a、7bにより効率良く吸収することができる。また、金属パッド52aの高さと金属ランド部31aの高さが互いに異なり、金属ワイヤ7a、7bが離間部70a、70bを有するので、金属ワイヤ7a、7bに撓みが生じ易くなり、これによっても発光パネル2、配線基板3及び補助配線基板5a間における熱膨張差に起因する応力を効率良く吸収することができる。このとき、金属ワイヤ7a、7bの撓みは、発光パネル2の側方に向かって突出するように形成され、発光パネル2の厚み方向には突出しないので、発光モジュール1の厚みの増加を抑制することができる。また、金属ワイヤ7a、7bの端部71a、71bを発光パネル2の辺S1に沿った一方向に伸びるように配置することで、補助配線基板5aの短手方向における幅を狭くして、非発光領域となる領域R1(図5(b)参照)を小さくすることができる。
上記のように構成された発光モジュール1によれば、有機EL素子21の電極取り出し部26a、26bと電気的に接続された補助配線基板5a、5bの金属パッド52a、52bと配線基板3の金属ランド部31a、31bとが、常温において超音波によりワイヤボンディングされる。超音波によるワイヤボンディングは、半田付けによる金属ワイヤ接続よりも低い温度で行うことができるので、有機EL素子21の熱変性を抑制することができる。また、補助配線基板5a、5bの金属パッド52a、52bに超音波ワイヤボンディングを行うので、電極取り出し部26a、26bが金属又は非金属のいずれの材料から成るかを問わず、有機EL素子21と配線基板3とを電気的に接続することができる。
また、発光モジュール1では、陽極取り出し部27及び陰極取り出し部28が合計10個設けられている。そのため、例えば、陽極取り出し部27及び陰極取り出し部28の各々に金属パッドを設けた場合、10個の金属パッドの各々と配線基板3とをそれぞれワイヤボンディングする必要があり、ワイヤボンディング工程が多くなって生産効率が悪くなる。また、金属パッドをMAM(モリブデン・アルミニウム・モリブデン)のような高価な材料により構成した場合には、生産コストが高くなる。これに対して、発光モジュール1では、2つの陽極金属パッド55と2つの陰極金属パッド56の合計4つの金属パッドしか必要としないので、ワイヤボンディング工程を少なくして生産効率を向上させることができると共に、必要な金属パッド数を減らして生産コストを低減することができる。
次に、他の実施形態に係る発光モジュールについて図6を参照して説明する。本発光モジュールでは、金属ワイヤ7a、7bが、金属パッド52a(52b)及び金属ランド部31a(31b)の各々に接合された両端部の間に、発光モジュールの側方に向かって突出するように撓んだ撓み部73a、73bを有する。このように、離間部70a、70bに加えて撓み部73a、73bを設けることで、より効率良く発光パネル2、配線基板3及び補助配線基板5a(5b)間における熱膨張差に起因する応力を金属ワイヤ7a、7bにより吸収することができる。
次に、更に他の実施形態に係る発光モジュールについて図7を参照して説明する。本発光モジュールでは、金属パッド52a(52b)に接合された金属ワイヤ7a、7bの端部71a、71bが、金属パッド52a(52b)上において辺S1(S2)側(発光モジュールの側方側)に配置されている。これにより、金属ワイヤ7a、7bを金属パッド52a(52b)に超音波接合する際に生じる熱や振動が有機EL素子21に伝わり難くなるので、より確実に有機EL素子21の変性を防止することができる。また、本発光モジュールでは、発光モジュールを配線基板3側から見たときに、金属パッド52a(52b)及び金属ランド部31a(31b)が、互いに位置ずれして配置されている。これにより、金属ワイヤ7a、7bに撓みが生じ易くなるので、より効率良く発光パネル2、配線基板3及び補助配線基板5a(5b)間における熱膨張差に起因する応力を金属ワイヤ7a、7bにより吸収することができる。
次に、上記実施形態の変形例に係る発光モジュールについて図8(a)(b)を参照して説明する。本発光モジュールは、図7に示した発光モジュールを基に、金属ワイヤ7a、7bの端部71a、71bを、端部71a、71bに対して発光モジュール内方側に注入した封止樹脂8により封止したものである。注入した封止樹脂8は、端部71a、71bにより堰き止められるので、封止樹脂8の発光パネル2側面への漏れ出しを防止することができる。
なお、本発明に係る発光モジュールは、上記実施形態及びその変形例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、発光パネルの形状は、矩形平板状に限定されず、円板状とされてもよい。また、金属ワイヤは、アルミニウムワイヤに限定されず、例えば、金ワイヤや銅ワイヤにより構成されてもよい。
1 発光モジュール
2 発光パネル
21 有機EL素子
22、24 両極電極
26a、26b 電極取り出し部
2A 発光面
2B 非発光面
3 配線基板
31a、31b 金属ランド部
5a、5b 補助配線基板
51a、51b 電極パッド
52a、52b 金属パッド
6 接着剤
7a、7b 金属ワイヤ
70a、70b 離間部
71a、71b 金属パッドに接合された金属ワイヤの端部
72a、72b 金属ランド部に接合された金属ワイヤの端部
73a、73b 撓み部
8 封止樹脂
S1、S2 発光パネルの辺
2 発光パネル
21 有機EL素子
22、24 両極電極
26a、26b 電極取り出し部
2A 発光面
2B 非発光面
3 配線基板
31a、31b 金属ランド部
5a、5b 補助配線基板
51a、51b 電極パッド
52a、52b 金属パッド
6 接着剤
7a、7b 金属ワイヤ
70a、70b 離間部
71a、71b 金属パッドに接合された金属ワイヤの端部
72a、72b 金属ランド部に接合された金属ワイヤの端部
73a、73b 撓み部
8 封止樹脂
S1、S2 発光パネルの辺
Claims (12)
- 一方の面に発光面を有する平板状の発光パネルと、前記発光パネルの発光面とは反対側の非発光面に取り付けられ前記発光パネルに給電するための配線基板と、を備えた発光モジュールであって、
前記発光パネルと前記配線基板とを互いに電気的に接続する補助配線基板を更に備え、
前記発光パネルは、光源として用いられる有機EL素子と、前記非発光面に設けられ前記有機EL素子の両極電極の各々から導出された電極取り出し部と、を有し、
前記配線基板は、前記発光パネルに取り付けられる面とは反対側の面に設けられた導電性の金属ランド部を有し、
前記補助配線基板は、前記発光パネルと相対する面に設けられ前記電極取り出し部と電気的に接続される電極パッドと、前記電極パッドが配置された面とは反対側の面に設けられ該電極パッドと電気的に接続された導電性の金属パッドと、を有し、
前記金属パッドは、導電性の金属ワイヤにより前記金属ランド部とワイヤボンディングされ、前記金属ワイヤの両端部の各々は、それぞれ前記金属パッド及び金属ランド部に対して超音波接合されていることを特徴とする発光モジュール。 - 前記金属パッドは、前記発光モジュールの周縁に配置され、
前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部は、前記発光パネルの辺に沿って一方向に伸びるように配置され、
前記金属ランド部に接合された前記金属ワイヤの端部は、前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部とは異なる方向に伸びるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。 - 前記発光モジュールを前記配線基板側から見たときに、前記金属パッド及び金属ランド部は、互いに位置ずれして配置されていることを特徴とする請求項2に記載の発光モジュール。
- 前記電極パッドは、導電性の接着剤を介して前記電極取り出し部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記接着剤は、異方性導電接着剤により構成されていることを特徴とする請求項4に記載の発光モジュール。
- 前記発光モジュールを側方から見たときの前記金属パッドの高さは、前記金属ランド部の高さと異なり、
前記金属ワイヤは、前記金属パッドから離間した離間部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の発光モジュール。 - 前記金属ワイヤは、前記金属パッド及び金属ランド部の各々に接合された両端部の間に、前記発光モジュールの側方に向かって突出するように撓んだ撓み部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部は、前記金属パッド上において前記発光モジュールの側方側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記金属パッドに接合された前記金属ワイヤの端部は、該端部の前記発光モジュール内方側に注入された封止樹脂により封止されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記金属ワイヤは、アルミニウムワイヤにより構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記金属パッドの表面には、金メッキ加工が施されていることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記配線基板は、前記金属ランド部の直下において前記発光パネルに接着されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の発光モジュール。
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