JP2018113293A - 発光装置、生体情報測定装置および発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光装置の製造工程を簡素化する。【解決手段】光を出射する発光素子と、接合材により前記発光素子と接合される光反射性の反射電極を有する配線基板とを具備し、前記反射電極は、前記発光素子からの出射光を反射する反射領域を有し、前記反射領域の外周で囲まれた実装領域の面積は、前記配線基板に垂直な方向からみた前記発光素子の面積の４倍以上である発光装置。【選択図】図２

Description

本発明は、光を出射する発光装置に関する。
光を出射する発光装置に関する技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、基板に接合された発光素子が出射する光を集光する発光装置が開示されている。
特開２００８−１９８９６２号公報
特許文献１の技術では、基板上に形成された反射膜により、発光素子が出射する光を集光している。しかし、特許文献１の技術では、基板の実装部に発光素子をダイボンド材により接合した後に、ダイボンド材と実装部とを被覆する反射膜を形成しているため、発光装置の製造工程が複雑である。以上の事情を考慮して、本発明は、発光装置の製造工程を簡素化することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、光を出射する発光素子と、接合材により発光素子と接合される光反射性の反射電極を有する配線基板とを具備し、反射電極は、発光素子からの出射光を反射する反射領域を有し、反射領域の外周で囲まれた実装領域の面積は、配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の４倍以上である。以上の構成では、発光素子からの出射光を反射する反射領域の外周で囲まれた実装領域の面積は、配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の４倍以上である。したがって、発光素子からの出射光を反射する反射膜を別個に設けなくても、反射電極が発光素子からの出射光を充分に反射すること可能である。ひいては、発光装置の製造工程が簡素化される。
本発明に係る発光装置の好適例において、実装領域の面積は、配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の９倍以上である。以上の構成では、実装領域の面積が配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の９倍以上である。したがって、実装領域の面積が、配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の９倍より小さい構成と比較して、反射電極が発光素子からの出射光をより反射することができる。
本発明に係る発光装置の好適例において、実装領域の面積は、配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の４００倍以下である。以上の構成では、実装領域の面積が配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の４００倍以下である。したがって、発光装置の小型化を妨げずに、反射領域の面積を充分に確保することができる。
本発明に係る発光装置の好適例において、配線基板は、反射電極において発光素子が接合される接合領域内に形成されて、接合材が浸入する孔を有する。以上の構成では、発光素子が接合される接合領域内に形成されて接合材が浸入する孔を配線基板が有する。したがって、接合領域内に形成されて接合材が浸入する孔を配線基板が有しない構成と比較して、接合領域外への接合材の流出を低減することができる。ひいては、反射領域の面積の減少を抑制できる。
本発明に係る発光装置の好適例において、孔は、反射電極の厚さ方向の全部または一部にわたり形成される。以上の構成では、接合材が浸入する孔が反射電極の厚さ方向の全部または一部にわたり形成される。したがって、接合材による配線基板への影響を低減することができる。
本発明に係る生体情報測定装置は、上記課題を解決するために、上述した各種の発光装置を具備する。以上の構成では、上述した各種の発光装置と同様の作用および効果を奏する。
本発明に係る発光装置の製造方法において、光を出射する発光素子と、配線基板における光反射性の反射電極とを接合材により接合する工程とを含み、反射電極は、発光素子からの出射光を反射する反射領域を有し、反射領域の外周で囲まれた実装領域の面積は、配線基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の４倍以上である。以上の方法では、光を出射する発光素子と、配線基板における光反射性の反射電極とが接合材により接合され、反射電極は、発光素子からの出射光を反射する反射領域を有し、反射領域の外周で囲まれた実装領域の面積が、基板に垂直な方向からみた発光素子の面積の４倍以上である発光装置が製造される。したがって、発光素子からの出射光を反射する反射膜を別個に設けなくても、反射電極が発光素子からの出射光を充分に反射する発光装置を製造する可能である。ひいては、発光装置の製造工程が簡素化される。
本発明に係る発光装置の製造方法の好適例において、配線基板は、発光素子が接合される接合領域内に形成されて接合材が浸入する孔を有し、発光素子と反射電極とを接合する工程では、孔に接合材が流入するように発光素子と反射電極とを接合する。以上の方法では、発光素子が接合される接合領域内に形成されて接合材が浸入する孔に接合材が流入するように発光素子と反射電極とが接合される。したがって、接合領域外への接合材の流出を低減することができる。ひいては、反射領域の面積の減少を抑制できる。
本発明の第１実施形態に係る測定装置の構成図である。 発光装置の平面図である。 発光装置の断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の平面図である。 発光装置の断面図である。 発光素子を接合する前の基材の平面図である。 変形例に係る発光装置の断面図である。 変形例に係る発光装置の平面図である。 変形例に係る発光装置の平面図である。 変形例に係る発光装置の平面図である。 変形例に係る発光装置の断面図である。
＜第１実施形態＞
第１実施形態の生体情報測定装置１００は、被験者の生体情報を測定する測定機器であり、被験者の身体のうち測定対象となる部位（以下「測定部位」という）Ｍに装着される。測定部位Ｍは、例えば手首や足首である。第１実施形態では、被験者の脈拍数を生体情報として例示する。
図１は、生体情報測定装置１００の機能に着目した構成図である。第１実施形態の生体情報測定装置１００は、図１に例示される通り、検出装置２０と処理装置４０とを具備する。検出装置２０は、測定部位Ｍの状態に応じた検出信号Ｚを生成するセンサーモジュールである。第１実施形態の検出装置２０は、被験者の脈拍数の特定に使用される検出信号Ｚを生成する。検出装置２０は、図１に例示される通り、発光装置２１と受光装置２３とを具備する。発光装置２１と受光装置２３とは、生体情報測定装置１００のうち測定部位Ｍとの対向面（以下「検出面」という）に設置される。検出面は、平面または曲面である。発光装置２１は、測定部位Ｍに光Ｌを出射し、受光装置２３は、測定部位Ｍから到達する光Ｌの受光レベルに応じた検出信号Ｚを生成する。なお、発光装置２１と受光装置２３とは、一体の装置でも別体の装置でもよい。
図２は、発光装置２１の平面図であり、図３は、図２におけるIII−III線の断面図である。発光装置２１は、配線基板２１３と発光素子２１５と隔壁２１７とを具備する。配線基板２１３の表面には、発光素子２１５が実装される。配線基板２１３と発光素子２１５とは電気的に接続される。配線基板２１３は、図３に例示される通り、基材３２と反射電極３４とレジスト３６とを具備する。
基材３２は、例えばガラスエポキシで形成されたリジッド基板（単層基板または多層基板）である。基材３２の表面には、光反射性の反射電極３４と、反射電極３４を介して発光素子２１５に電力を供給する電子回路（図示略）とが実装される。反射電極３４は、薄膜状の電極であり、高い光反射率の金属（例えば金または銀）により形成される。基材３２の表面は、レジスト３６で被覆される。レジスト３６とは、基材３２を保護する保護膜であり、図２および図３に例示される通り、反射電極３４に重なる部分は選択的に除去される。すなわち、反射電極３４はレジスト３６から露出する。以下、反射電極３４のうちレジスト３６から露出している領域を「実装領域Ｐ」という。実装領域Ｐの表面には、発光素子２１５が実装される。第１実施形態において実装領域Ｐの面積は、配線基板２１３に垂直な方向からみた発光素子２１５の面積の４倍である。実装領域Ｐの形状は、例えば略正方形である。
発光素子２１５は、図３に例示される通り、発光部５２と第１電極５４と第２電極５６とを具備する。発光部５２は、測定部位Ｍに光Ｌを出射する。例えばインコヒーレントな光Ｌを出射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）が発光部５２として好適に利用される。第１実施形態の発光部５２は、放射状に光Ｌを出射する。すなわち、測定部位Ｍ側だけでなく測定部位Ｍとは反対側にも発光部５２からの光Ｌが進行する。発光部５２の形状は、例えば第１電極５４が位置する面と第２電極５６とが位置する面とが略正方形の立方体である。第１電極５４（例えばアソード）は、発光部５２において基材３２と接合される面に位置する。第２電極５６（例えばカソード）は、発光部５２において第１電極５４が位置する面とは反対側の面に設置される。基材３２から第１電極５４に供給される電力が第２電極５６に流れることで、発光部５２は光Ｌを出射する。
発光素子２１５と反射電極３４とは、接合材８０により接合される。具体的には、図２に例示される通り、平面視で実装領域Ｐの中心と発光部５２の中心とが一致するように、発光素子２１５のうち第１電極５４が配置された面と反射電極３４の表面とが接合材８０により接合される。接合材８０は、例えば高い光反射率で導電性がある金属（例えば銀または金）が含有されたペーストであり、反射電極３４と比較して低反射率である。発光素子２１５と反射電極３４とが接合材８０により接合されることで、第１電極５４が反射電極３４に導通する。以下、反射電極３４において発光素子２１５が接合される領域を「接合領域」Ｏという。接合領域Ｏとは、図３に例示された通り、実装領域Ｐのうち配線基板２１３に垂直な方向からみて発光素子２１５の外周で囲まれた領域であり、略正方形である。第１実施形態では、反射電極３４と第１電極５４との間には接合材８０が介在しているが、反射電極３４と第１電極５４とが当接するように発光素子２１５と反射電極３４とが接合材８０により接合される構成も採用され得る。接合材８０は、発光素子２１５と反射電極３４との接合の際に押圧されることで、反射電極３４の表面上で接合領域Ｏ外に流出する。したがって、接合材８０の外周は、図２に例示される通り、接合領域Ｏよりも実装領域Ｐの外周に近くなり得る。第１実施形態では、接合材８０の外周が接合領域Ｏよりも実装領域Ｐの外周に近い構成を例示する。
反射電極３４は、発光素子２１５からの出射光Ｌを反射する反射領域Ｑを有する。反射領域Ｑとは、図２に例示される通り、実装領域Ｐのうち発光素子２１５および接合材８０から露出している領域である。第１実施形態の反射領域Ｑは、発光素子２１５が実装される配線基板２１３の表面に垂直な方向からみて、図２の実装領域Ｐの外周で囲まれた領域から接合材８０の外周で囲まれた領域を除いた矩形枠状の領域である。実装領域Ｐの面積は、反射領域Ｑの面積が大きいほど大きい。実装領域Ｐは、反射領域Ｑの外周で囲まれた領域とも換言され得る。
図３の隔壁２１７は、レジスト３６の表面に発光素子２１５を囲うように設置され、発光素子２１５からの出射光Ｌを反射する。隔壁２１７は、光反射性がある例えば金属または樹脂材料で形成される。発光素子２１５から放射状に出射した光Ｌは、発光素子２１５から直接的に、または、隔壁２１７の内壁面と反射領域Ｑとで反射してから間接的に測定部位Ｍに届く。測定部位Ｍに到達した光Ｌは、測定部位Ｍの内部で反射および散乱を繰り返したうえで検出面側に出射して受光装置２３に到達する。すなわち、発光装置２１と受光装置２３とで反射型の光学センサーとして機能する。
受光装置２３は、測定部位Ｍから到達する光Ｌの受光レベルに応じた検出信号Ｚを生成する。例えば、測定部位Ｍに対向する受光面で光Ｌを受光するフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等の光電変換素子が受光装置２３として好適に利用される。なお、検出装置２０は、例えば、駆動電流の供給により発光部５２を駆動する駆動回路と、受光装置２３の出力信号を増幅およびＡ/Ｄ変換する出力回路（例えば増幅回路とＡ/Ｄ変換器）とを包含するが、図１では各回路の図示を省略した。
測定部位Ｍ内の血管は、拍動と同等の周期で反復的に拡張および収縮する。拡張時と収縮時とで血管内の血流量は相違するから、測定部位Ｍからの受光レベルに応じて各受光装置２３が生成する検出信号Ｚは、測定部位Ｍの血管の血流量の変動に対応した周期的な変動成分を含む脈波信号である。
図１の処理装置４０は、検出装置２０が生成した検出信号Ｚから、被験者の脈拍数を特定する。脈拍数の特定には、公知の技術が任意に採用され得る。処理装置４０は、例えば特定した脈拍数を表示により被験者に提供する。
ここで、発光素子２１５から出射して測定部位Ｍに到達する光Ｌの光量が多いほど、測定部位Ｍ内の状態を適切に表わした検出信号Ｚを生成することができる。ひいては、生体情報をより高精度に特定することが可能である。第１実施形態の反射電極３４は、実装領域Ｐの面積を配線基板２１３に垂直な方向からみた発光素子２１５の面積の４倍とすることで、電極の機能に加えて、発光素子２１５からの出射光Ｌを反射する反射膜として機能する。なお、測定部位Ｍに到達する光Ｌの光量を増加させる構成としては、反射電極３４を反射膜として利用する第１実施形態の構成のほかに、例えば配線基板２１３の発光素子２１５を囲むように反射膜を別個に設ける構成も採用され得る。ただし、実装領域Ｐの面積を配線基板２１３に垂直な方向からみた発光素子２１５の面積の４倍とする第１実施形態の構成によれば、発光素子２１５からの出射光Ｌを反射する反射膜を別個に設けなくても、反射電極３４が発光素子２１５からの出射光Ｌを充分に反射すること可能である。ひいては、発光装置２１の製造工程が簡素化される。
＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る発光装置２１の平面図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ線の断面図である。第２実施形態の発光装置２１は、図５に例示される通り、配線基板２１３と発光素子２１５と隔壁２１７とを第１実施形態と同様に具備する。ただし、第２実施形態の配線基板２１３は、接合材８０が浸入する孔３８を有する。
図６は、発光素子２１５を接合する前の基材３２の平面図である。孔３８は、図６に例示される通り、接合領域Ｏ内に形成される。第２実施形態では、接合領域Ｏ内に４つの孔３８が形成される。具体的には、各孔３８は、接合領域Ｏの外周の１つの辺に沿うように矩形状に形成される。反射電極３４と発光素子２１５との電気的な接続をとるために、接合領域Ｏの４つの角部分には孔３８が形成されない。第２実施形態の孔３８は、図５に例示される通り、反射電極３４の厚さ方向の一部にわたり形成された有底孔（溝部）である。発光素子２１５は、第１実施形態と同様に、接合材８０により反射電極３４と接合される。第２実施形態では、図５に例示される通り、接合領域Ｏ内に形成された孔３８に接合材８０が流入するように発光素子２１５と反射電極３４とが接合される。
第１実施形態において接合材８０は、発光素子２１５と反射電極３４との接合の際に押圧されることで、図２および図３に例示される通り、接合領域Ｏ外に流出した。しかし、前述した通り、接合材８０は、反射電極３４よりも低反射率であるため、理想的には接合領域Ｏ外への流出がないほうが望ましい。第２実施形態において接合材８０は、発光素子２１５と反射電極３４との接合の際に押圧されることで、図５に例示される通り、反射領域Ｑに形成された孔３８に流入するので、接合材８０が接合領域Ｏ外に流出しない。したがって、第２実施形態の反射領域Ｑは、図６に例示される通り、配線基板２１３に垂直な方向からみて実装領域Ｐの外周で囲まれた領域から発光素子２１５の外周で囲まれた領域を除いた矩形枠状の領域である。
図５に例示される通り、発光装置２１の発光素子２１５から放射状に出射した光Ｌは、第１実施形態と同様に、発光素子２１５から直接的に、または、隔壁２１７と反射領域Ｑとで反射してから間接的に測定部位Ｍに届く。測定部位Ｍに到達した光Ｌは、測定部位Ｍの内部で反射および散乱を繰り返したうえで検出面側に出射して受光装置２３に到達する。受光装置２３は、測定部位Ｍから到達する光Ｌの受光レベルに応じた検出信号Ｚを生成する。図１の処理装置４０は、第１実施形態と同様に、検出装置２０が生成した検出信号Ｚから脈拍数を特定し、特定した脈拍数を被験者に提供する。
第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。第２実施形態では特に、接合材８０が流入する孔３８を接合領域Ｏ内に有するので、接合領域Ｏ外への接合材８０の流出を低減することができる。したがって、反射領域Ｑの面積の減少を抑制することが可能である。ひいては、発光素子２１５から出射して測定部位Ｍに到達する光Ｌの光量をより増加させることができる。
＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を適宜に併合することも可能である。
（１）前述の各形態では、実装領域Ｐの面積は、配線基板２１３に垂直な方向からみた発光素子２１５の面積の４倍であったが、配線基板２１３に垂直な方向からみた発光素子２１５の面積の４倍以上であれば任意である。例えば、実装領域Ｐの面積が、配線基板２１３に垂直な方向からみた発光素子２１５の面積の９倍以上である構成が好適に採用され得る。ただし、発光装置２１の小型化の観点からは、実装領域Ｐの面積が、配線基板２１３に垂直な方向からみた発光素子２１５の面積の４００倍以下である構成が望ましい。
（２）前述の各形態では、発光部５２の形状は、第１電極５４が位置する面と第２電極５６とが位置する面とが略正方形の立方体であったが、発光部５２の形状は任意である。例えば第１電極５４が位置する面と第２電極５６とが位置する面とが円形の円柱状である構成も採用され得る。
（３）前述の各形態では、実装領域Ｐの形状は略正方形であったが、実装領域Ｐの形状は任意である。例えば実装領域Ｐが円形である構成も採用され得る。
（４）前述の各形態では、平面視で実装領域Ｐの中心と発光部５２の中心とが一致するように、反射電極３４と発光装置２１とが接合されたが、平面視で実装領域Ｐ内に発光部５２が位置すれば反射電極３４と発光装置２１との接合態様は任意である。ただし、面視で実装領域Ｐの中心と発光部５２の中心とが一致するように、反射電極３４と発光装置２１とが接合される構成によれば、発光素子２１５からの出射光を反射電極３４がより反射することが可能である。
（５）第２実施形態では、接合材８０が浸入する孔３８を反射電極３４の厚さ方向の一部にわたり形成する構成（つまり孔３８の底が反射電極に位置する構成）を例示したが、孔３８を反射電極３４の厚さ方向の全部にわたり形成する構成（つまり反射電極３４を貫通する構成）も採用され得る。図７に例示される孔３８のように、反射電極３４を貫通して、基材３２の厚さ方向の一部にわたり形成する構成（つまり孔３８の底が基材３２に位置する構成）も採用され得る。以上の説明から理解される通り、反射電極３４において接合領域Ｏ内に形成されれば、孔３８の深さは任意である。ただし、反射電極３４の厚さ方向の全部または一部にわたり孔３８を形成する構成によれば、孔３８の底が基材３２に位置する構成と比較して、接合材８０による基材３２への影響を低減することができるという利点がある。一方で、孔３８の底が基材３２に位置する構成によれば、反射電極３４の厚さ方向の全部または一部にわたり孔３８を形成する構成と比較して、余分な接合材８０が流入する空間の容積が大きいから、接合領域Ｏ外への接合材８０の流出をより低減できる。
（６）第２実施形態では、接合領域Ｏ内にそれぞれが矩形状の４つの孔３８が形成される構成を例示したが、孔３８の数および形状は以上の例示に限定されない。例えば、接合領域Ｏよりも小さい領域に１つの孔３８を形成する構成（図８）や、接合領域Ｏの１つの角部分を除き全辺に沿うように１つの孔３８を形成する構成（図９）も採用され得る。発光素子２１５と反射電極３４との電気的な接続が確保されれば、孔３８の数および形状は任意である。
また、図１０に例示される通り、接合領域Ｏ内に反射電極３４と一体の凸部９０を設ける構成も採用され得る。以上の構成によれば、図１１に例示される通り、接合材８０が凸部９０の周辺の空間に留まるので、接合材８０の接合領域Ｏ外への流出を低減する、という第２実施形態と同様の効果を実現することが可能である。
（７）前述の各形態では、インコヒーレントな光Ｌを出射するＬＥＤを発光部５２として例示したが、コヒーレント光（すなわちレーザー光）を出射する面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）やフォトニック結晶レーザー等を発光部５２として利用することも可能である。ただし、反射電極３４が反射膜としても機能する前述の各形態は、放射状に光Ｌを出射するＬＥＤの場合に特に有効である。
１００…生体情報測定装置、２０…検出装置、２１…発光装置、２１３…配線基板、２１５…発光素子、２１７…隔壁、２３…受光装置、３２…基材、３４…反射電極、３６…レジスト、３８…孔、４０…処理装置、５２…発光部、５４…第１電極、５６…第２電極、８０…接合材、９０…凸部。

Claims (8)

  1. 光を出射する発光素子と、
    接合材により前記発光素子と接合される光反射性の反射電極を有する配線基板とを具備し、
    前記反射電極は、前記発光素子からの出射光を反射する反射領域を有し、
    前記反射領域の外周で囲まれた実装領域の面積は、前記配線基板に垂直な方向からみた前記発光素子の面積の４倍以上である
    発光装置。
  2. 前記実装領域の面積は、前記配線基板に垂直な方向からみた前記発光素子の面積の９倍以上である
    請求項１の発光装置。
  3. 前記実装領域の面積は、前記配線基板に垂直な方向からみた前記発光素子の面積の４００倍以下である
    請求項１または請求項２の発光装置。
  4. 前記配線基板は、前記反射電極において前記発光素子が接合される接合領域内に形成されて、前記接合材が浸入する孔を有する
    請求項１から請求項３の何れかの発光装置。
  5. 前記孔は、前記反射電極の厚さ方向の全部または一部にわたり形成される
    請求項４の発光装置。
  6. 請求項１から請求項５の何れかの発光装置を具備し、被験者の生体情報を測定する生体情報測定装置。
  7. 光を出射する発光素子と、配線基板における光反射性の反射電極とを接合材により接合する工程とを含み、
    前記反射電極は、前記発光素子からの出射光を反射する反射領域を有し、
    前記反射領域の外周で囲まれた実装領域の面積は、前記配線基板に垂直な方向からみた前記発光素子の面積の４倍以上である
    発光装置の製造方法。
  8. 前記配線基板は、前記発光素子が接合される接合領域内に形成されて前記接合材が浸入する孔を有し、
    前記発光素子と前記反射電極とを接合する工程では、前記孔に前記接合材が流入するように前記発光素子と前記反射電極とを接合する
    請求項７の発光装置の製造方法。
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