JP2018032796A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を高めるとともに、発光装置への温度上昇をを軽減して信頼性の高い発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供する。【解決手段】絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた複数の配線パターンと、複数の矩形の発光素子を整列して載置する複数の載置部であって、発光素子が１以上の隣り合う発光素子と直列接続するように配置された載置部と、を備え、各載置部は、隣り合う２つの配線パターンに跨るとともに、配線パターン間の間隙部は、隣り合う載置部の対向する２辺から等距離にある直線に沿った帯状の間隙部を含む発光素子収納用パッケージによって、発光効率を高め、信頼性の高い発光装置を提供することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子収納用パッケージおよび発光素子を備えた発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を基板上に形成した配線パターン上に複数個載置した発光装置が知られている。このような発光装置に使われる発光素子として、正電極と負電極とを主たる発光方向とは反対側の面に配置したフリップチップ型の発光ダイオードが知られている。

このようなフリップチップ型の発光ダイオードは、ワイヤーボンディングが不要であり、発光がワイヤーで遮られることがないので、発光装置の発光効率の向上に寄与している。

フリップチップ型の発光ダイオードを実装する際には、配線パターンが必要な基板上には有機系の白色樹脂が用いられることがあった。このような発光装置の輝度をさらに上げ、発光効率を高めるために、基板上の載置領域に載置したフリップチップ型の発光素子の周囲に反射部材を配置した発光装置が知られている（特許文献１）。

また、基板表面上に反射層を設けて発光ダイオードを載置するとともに、スルーホールで基板の裏面で電気的接続を行う発光ダイオードが知られている（特許文献２）。

特開２００７−１８０５８５号公報 特開２０１１−２５８８０１号公報

しかしながら、配線部材に加えて反射体を配置する発光装置は、構造が複雑であり、工数が増えてコスト高になりがちである。また、基板上に有機系の白色樹脂を配置した発光装置の場合、多数の発光素子を集積すると、白色樹脂に熱や光が集中して劣化が激しくなるおそれがあった。

本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた複数の配線パターンと、複数の矩形の発光素子を整列して載置する複数の載置部であって、発光素子が１以上の隣り合う発光素子と直列接続するように配置された載置部と、を備え、各載置部は、隣り合う２つの配線パターンに跨るとともに、配線パターン間の間隙部は、隣り合う載置部の対向する２辺から等距離にある直線に沿った帯状の間隙部を含むことを特徴とするものである。

また、本発明の発光素子は、前記発光素子収納用パッケージの載置部に発光素子を載置したことを特徴とするものである。

本発明の発光素子収納用パッケージによれば、載置部に載置された隣り合うそれぞれの発光素子から出射される光のうち、絶縁基板に到達する光の割合を小さくすることができ、配線パターンで反射する光の割合を高めることができるため、発光装置の発光効率を高めるとともに、発光装置の温度上昇を軽減して信頼性を高めることができる。

また、本発明の発光素子によれば、隣り合うそれぞれの発光素子から出射される光のうち、絶縁基板に到達する光の割合を小さくすることができ、配線パターンで反射する光の割合を高めることができるため、発光装置の発光効率を高めるとともに、発光装置の温度上昇を軽減して信頼性を高めることができる。

本実施形態の発光装置を示す平面図である。 本実施形態の発光装置を示す断面図である。 本実施形態の発光装置を示す拡大断面図である。 本実施形態の発光装置の発光素子の接続状態を示す平面図である。 本実施形態の発光素子収納用パッケージを示す平面図である。 本実施形態の発光装置を示す平面図である。

以下、図面を用いて本実施形態の発光装置について説明する。図１は、本実施形態の発光装置を示す平面図である。また、図２は、本実施形態の発光装置を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面を示すものである。絶縁基板１１は、例えば、縦９ｍｍ横１２ｍｍ厚さ１ｍｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を使用することができる。絶縁基板としては、セラミック板のような絶縁体で構成された基板の他、金属や半導体などの板状部材の表面を絶縁物で被覆した基板も含まれる。

絶縁基板１１上に複数の配線パターン１２が配置されている。配線パターン１２の厚さは、１０μｍ〜１００μｍ程度である。配線パターン１２に用いられる金属としては、アルミニウム、銀などの熱伝導率が高く、銀白色の金属が好ましい。配線パターン１２の表面は鏡面加工されている。配線パターン１２は、全体として矩形となるように配設されている。配線パターン全体の形状は、矩形以外の形状に配設することも可能である。

配線パターン１２上にはフリップチップ型の発光ダイオードの複数の発光素子１４が載置され、配線パターン１２と発光素子１４で矩形の発光部１０ａを構成している。隣り合う配線パターンの間に設けられた間隙は、間隙部１３を構成する。発光部１０ａにおいて、間隙部１３を除く部分は配線パターン１２に覆われている。

配線パターン１２上に載置された発光素子１４は、例えば、縦１ｍｍ横１ｍｍのほぼ正方形状の発光ダイオードである。発光ダイオードは、正方形状のほか、長方形状のなどの矩形状のものを用いることができる。発光ダイオードは、角部が面取りされていたり、円弧状に加工されていたりしてもよい。発光ダイオードの厚さは、０．１５ｍｍ程度である。各発光素子は、隣り合う２つの配線パターンを跨ぐように配設され、少なくとも１つの他の発光素子と配線パターンを介して電気的に直列に接続されている。隣り合う発光素子の間隔は、例えば、０．３ｍｍから１ｍｍ程度である。

断面Ａ−Ａにおいて、絶縁基板１１上に配線パターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、および１２ｆが配置されている。またそれぞれの配線パターンの周りに間隙部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆおよび１３ｇが設けられている。発光素子１４ａは、配線パターン１２ａおよび配線パターン１２ｂ上に跨って載置されている。発光素子１４ａは、配線パターン１２ａおよび配線パターン１２ｂと電気的に接続されている。同様に、発光素子１４ｂ、１４ｃ、１４ｄも対応する配線パターン上に載置され、対応する配線パターンに電気的に接続されている。

発光装置１０を平面視したときに、配線パターンが存在せず、絶縁基板１１が露出している部分が間隙部１３である。隣り合う配線パターンの間には帯状の間隙部が設けられている。例えば、隣り合う配線パターンである、配線パターン１２ｃと配線パターン１２ｄとの間には帯状の間隙部１３ｄが設けられている。帯状の間隙部１３の幅は、２０μｍ〜１００μｍである。本実施の形態において、間隙部１３は、空間で構成されているが、間隙部１３には絶縁体が充填されていてもよい。また、間隙部１３が絶縁基板１１の一部で構成されていてもよい。

図３は図２の一部分を拡大した図面である。発光素子１４ａは、正電極１４１および負電極１４２がともに、主たる発光面と反対側の面にあるフィリップチップ型の発光ダイオードである。発光素子１４ａは、２つの配線パターン１２ａと１２ｂとを跨ぐように設けられている。また、発光素子１４ａは、正電極１４１および負電極１４２に配置されたはんだバンプ１５を介して、配線パターン１２a、１２ｂとそれぞれ接着されるとともに、電気的に接続されている。また、正電極１３１と負電極１３２との間に間隙部１３ｂが位置している。

図１の本実施形態の発光装置を示す平面図において、角形の絶縁基板１１上に配置された配線パターン１２上に配置された複数の同形状の１８個の発光素子１４は、縦方向に４列、横方向に６列、縦横に整列されて配置されている。発光素子１４は、発光部１０の図心点Ｐを通る直線Ｌ１およびＬ２に関して線対称に配置されており、また、点Ｐに関して点対称に配置されている。このように発光素子を点対称または線対称に縦横に整列して配置することによって、発光装置１０から発光される光の偏りを小さくすることができる。

絶縁基板１１上に設けられた配線パターン１２を取り囲むように、枠状の縁部１６が設けられている。縁部の素材は樹脂を用いることができる。縁部の幅は１ｍｍ程度であり、断面は半径０．５ｍｍの半円状である。縁部は光を反射しやすいように、白色または、銀白色である。例えば、発光素子の上部を樹脂で封止する場合において、縁部によって封止樹脂を形成する位置を定めることができる。

図４は本実施形態の発光装置の発光素子の接続状態を示す説明図である。それぞれの発光素子は、図に示す実線Ｌ３、Ｌ４に沿って、直列に接続されている。電流は、実線Ｌ３、Ｌ４の上端から実線Ｌ３、Ｌ４に沿って下端に向かうように流れる。１つの発光装置に２系統の直列の発光素子群１７ａ、１７ｂがあり、２つの発光素子群は並列接続されている。すなわち、発光装置は各発光素子を直並列に接続している。また、全ての発光素子１４は、図面上側が正極側であり、下側が負極側になるように配置されている。

図５は、本実施形態の発光素子収納用パッケージを示す平面図であり、図２から発光素子１４を取り除いたものである。発光素子１４が載置される載置部１８は、点線で示す領域である。配線パターン１２は、直線Ｌ１、Ｌ２に関して線対称であり、点Ｐに関して点対称に配置されている。配線パターン１２を線対称または点対称に配置することによって、発光装置から発光される光の偏りを小さくすることができる。また、配置部１８は、直線Ｌ１、Ｌ２に関して線対称であり、また、点Ｐに関して点対称に配置されている。配置部８を線対称または点対称に配置することによって、発光素子をを線対称または点対称に配置することができるので、発光装置から発光される光の偏りを小さくすることができる。

隣り合う配線パターン１２の間は、間隙部１３であって、幅は２０μｍ〜１００μｍであり、深さは１０μｍ〜１００μｍであって、配線パターンの厚さと同じである。間隙部は、発光装置１０を平面視して、絶縁基板１１が露出している部分である。隣り合う配線パターン１２は、間隙部１３によって、短絡しないように分離されている。

載置部１８に載置された発光素子からは、例えば、絶縁基板１０から離れる方向である発光装置１０の光の主たる出射方向だけではなく、絶縁基板１１や配線パターン１２に向かう方向にも光が出射する。配線パターン１２の表面は鏡面加工されており、光を効率よく反射することができる。したがって、配線パターンの占める面積の割合が大きければ大きいほど、発光装置の発光効率は高くなる。逆に、絶縁基板が露出している部分が大きくなると反射される光の量が少なくなり、光を効率よく反射することができなくなるとともに、基板に吸収された光が熱となるので、発光装置の温度が上昇することによって、発光装置の寿命が短くなるおそれがある。

発光素子収納用パッケージ１９は、絶縁基板１１と、前記絶縁基板上に設けられた複数の配線パターン１２と、複数の矩形の発光素子を整列して載置する複数の載置部であって、発光素子が１以上の隣り合う発光素子と直列接続するように配置された載置部１８と、を備え、各載置部１８は、隣り合う２つの配線パターンに跨るとともに、配線パターン１２間の間隙部１３は、隣り合う載置部１２の対向する２辺から等距離にある直線に沿った帯状の間隙部を含んでいる。

本実施形態に示される間隙部１３は、帯状であるため、絶縁基板１１の露出している部分の割合を小さくすることができる。また、配線パターン１２が占める面積の割合が大きいので、載置部１８に載置された発光素子１４から出射される光を効率良く反射させることができる。また、絶縁基板１１に吸収される光が減少するため、発光装置１０に溜まる熱が減少し、発光装置１０の温度上昇を軽減することができるので、発光装置の信頼性を高め、長寿命の発光装置を実現することができる。間隙部１３は、すべて帯状に形成される必要はないが、全ての間隙部を帯状とすることで、発光素子から出射される光をより効率良く反射することができる。

間隙部が発光素子に近接していると、発光素子から出射される光が間隙部に達する割合が大きくなり、配線パターンで反射される光の割合が小さくなるので、間隙部はできるだけ発光素子の端部から離れたところにあるのが望ましい。本実施形態のように正方形状の発光素子１４が縦横に整列配置された場合、隣り合う発光素子１４の対向する２辺から等距離にある直線に沿って帯状の間隙部１３が位置するように配線パターン１２を配置することによって、隣り合うそれぞれの発光素子から出射される光が、絶縁基板に到達する光の割合を小さくすることができ、かつ、配線パターンで反射する光の割合を高めることができるので、発光効率の高い発光装置を実現することができる。

図５に示される発光素子収納用パッケージに発光素子を載置することで、図１、図２に示される発光装置が構成される、隣り合う発光素子である発光素子１４ａと発光素子１４ｂとは配線パターン１２ｂによって電気的に接続されている。すなわち、発光素子１４ａと発光素子１４ｂとは配線パターン１２ｂを共有している。発光素子１４ａと発光素子１４ｂとの間の領域は、間隙部１３は存在せず、配線パターン１２が配設されている。このように、隣り合う２つの発光素子が配線パターンを共有している部分には、２つの発光素子の間に間隙部を設けずに、２つの発光素子の間の絶縁基板の領域を配線パターンで覆うことが望ましい。

隣り合う発光素子である発光素子１４ｂおよび発光素子１４ｃに関し、発光素子１４ｂは、配線パターン１２ｃ電気的に接続されている。また、発光素子１４ｃは、配線パターン１２ｄに電気的に接続されている。また、配線パターン１２ｃと配線パターン１２ｄとは直接電気的に接続されていない。すなわち、発光素子１４ｂと発光素子１４ｃとは異なる配線パターン上に載置されており、配線パターンを共有していない。発光素子１４ｂと発光素子１４ｃとの間には帯状の間隙部１３ｄが配設されている。

発光効率の高い発光装置を実現するためには、間隙部はできるだけ発光素子から遠い箇所に配設されていることが望ましい。隣り合う２つの発光素子の双方から生じる光が発光装置から出射する割合を増加させるためには、隣り合う２つの発光素子からできるだけ間隙部が離れるように、隣り合う２つの発光素子から等距離にある直線に沿って間隙部を設けることが望ましい。

発光素子１０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１上に整列されて載置された複数の矩形の発光素子であって、１以上の隣り合う発光素子と直列接続された発光素子１２とを備えている。さらに、各発光素子１２は隣り合う２つの配線パターンに跨って載置されている。また、配線パターン１２の間隙部１３は隣り合う発光素子の対向する２辺から等距離にある直線に沿った帯状の間隙部を含んでいる。

具体的には、正方形状の隣り合う発光素子１４ｂ、１４ｃの対向する２辺から等距離にある直線に沿って帯状の間隙部１３ｄが設けられている。このことによって、発光素子１４ｂおよび発光素子１４ｄから帯状の間隙部１３ｄに向かう光の量を減らすことができ、より多くの光を配線パターン１２ｃおよび配線パターン１２ｄで反射させることができるので、発光効率の高い発光装置を実現することができる。このような発光素子と配線パターンと間隙部との配置が発光部の一部に含むことによって、発光効率の高い発光装置を実現することができる。

上記のような発光素子と配線パターンと間隙部との配置を発光部の全ての領域にわたって適用することにより、発光効率が一層高い発光装置を実現することができる。例えば、隣り合う２つの発光素子である発光素子１４ｂおよび発光素子１４ｆに関し、発光素子１４ｂと発光素子１４ｆとは、異なる配線パターン上にあり、配線パターンを共有していない。発光素子１４ｂと発光素子１４ｅとの間の溝状の間隙部１３は、発光素子１４ｂと発光素子１４ｆの対向する２辺から等距離にある直線に沿って設けられている。

また、隣り合う２つの発光素子である発光素子１４ｂおよび発光素子１４ｅに関し、発光素子１４ｂと発光素子１４ｅとは同じ配線パターン１２ｃ上にあり、配線パターン１２ｃを共有しているので、発光素子１４ｂと発光素子１４ｅとの間の領域において、配線パターン１２ｃが横切る部分が存在し、配線パターン１２ｃが横切る部分には、対向する２辺から等距離にある直線に沿って間隙部１３が設けられていないが、それ以外の部分は、対向する２辺から等距離にある直線に沿って設けられている。

以上のように、発光部が角形の発光装置において説明したが、例えば、発光部が円形の発光装置においても上述の構成は可能である。図６は本実施形態の発光装置を示す平面図である。絶縁基板２１上に配線パターン２２が配置されている。さらに、配線パターン２２上にはフリップチップ型の発光ダイオードである発光素子２４が縦横に２４個載置され、配線パターン２２と発光素子２４で円形の発光部２０ａを構成している。

絶縁基板２１上に設けられた配線パターン２２を取り囲むように、枠状の縁部２６が設けられている。縁部の幅は２ｍｍ程度であり、絶縁基板２１の図心点Ｑを通り、絶縁基板２１に垂直な方向の断面は半径１ｍｍの半円状である。縁部は光を反射しやすいように、白色または銀白色である。例えば、発光素子の上部を樹脂で封止する場合において、縁部によって封止樹脂を形成する位置を制限することができる。

発光装置２０において、配線パターン２２と発光素子２４の配列は、図６の点線で示される矩形領域２０ｂの内側は、発光装置１０と同じ構成である。また、矩形領域２０ｂの外側において、発光素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが載置され、２４個の発光素子が縦横に整列されて載置されている。さらにそれらの発光素子に対応する配線パターンも配設されて円形の発光部２０ａを構成している。

発光装置２０においても、隣り合う２つの発光素子が異なる配線パターン上に載置され、配線パターンを共有しない場合において、間隙部２３が、２つの発光素子の対向する２辺から等距離にある直線に沿って設けられている。したがって、発光素子２４から間隙部２３に向かう光の量を減らすことができ、また、より多くの光を配線パターン２２で反射させることができるので、発光効率の高い発光装置を実現することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。

１０、２０ 発光装置
１０ａ、２０ａ 発光部
１１、２１ 絶縁基板
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｄ、２２ 配線パターン
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、２３ 間隙部
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 発光素子
１８ 載置部
１９ 発光素子収納用パッケージ

Claims (6)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に設けられた複数の配線パターンと、
   複数の矩形の発光素子を整列して載置する複数の載置部であって、発光素子が１以上の隣り合う発光素子と直列接続するように配置された載置部と、を備え、
   各載置部は、隣り合う２つの配線パターンに跨るとともに、
   配線パターン間の間隙部は、隣り合う載置部の対向する２辺から等距離にある直線に沿った帯状の間隙部を含むことを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
2. 前記配線パターンは、銀またはアルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の発光素子収納用パッケージ。
3. 前記載置部は、線対称または点対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子収納用パッケージ。
4. 前記発光素子収納用パッケージの載置部に発光素子を載置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の発光素子収納用パッケージ。
5. 前記発光素子は、ほぼ正方形状であることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
6. 前記発光素子は、１以上の他の前記発光素子と直列接続していることを特徴とする請求項４記載の発光装置。

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