JP6060578B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、可撓性基板及び発光素子を備える発光装置に関する。
従来から、可撓性を有する基板上に配置された発光素子等を備える発光装置が提案されており、このような発光装置は、実装基板上又は狭い空間、凹凸のある面、L字状の直線でない場所等の種々の部位に設置できるように、その可撓性を有する基板の裏面側に接着層又はマグネットテープなどが設けられている(特許文献1、2参照)。
特開2010−21123号公報 特開2012−43756号公報
しかし、接着層やマグネットテープが、基板の裏面側の全面、特に、発光素子が搭載されている領域の基板の裏面側に形成されている場合には、このような発光装置を実装基板又は種々の部位に設置した場合に、接着層によって、発光素子自体が、可撓性基板とともに、実装基板等によって拘束されることとなり、発光素子に対する応力の負荷を招く。これによって、発光素子自体の特性が劣化する及び可撓性基板からの発光素子の剥がれが生じるなどの不具合をもたらす。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子に負荷される応力を最小限にとどめることができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明は、以下の発明を有する。
(1)可撓性を有する基体と、前記基体の一面に設けられた複数の配線部とを備えた可撓性基板、
前記可撓性基板の一面上に配置され、前記配線部に電気的に接続された発光素子、
前記発光素子を封止する封止樹脂及び
前記可撓性基板の一面と異なる他面上に配置された接着層を備えてなり、
該接着層は、少なくとも前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域に該領域以外の領域よりも小さい膜厚の部位を有することを特徴とする発光装置。
(2)前記接着層の小さい膜厚の部位が、膜厚がゼロの部位である上記発光装置。
(3)前記接着層は、前記小さい膜厚の部位内に剥離層を備える上記いずれかの発光装置。
(4)前記剥離層は、前記小さい膜厚の部位の深さ以下の厚みを有する上記いずれかの発光装置。
(5)前記可撓性基板の一面上において、前記発光素子が前記複数の配線部に、ワイヤによって電気的に接続されており、
前記発光素子が配置された領域から、前記ワイヤによって電気的に接続された領域までの領域に対応する他面上の領域に、前記接着層の小さい膜厚の部位を有する上記いずれかの発光装置。
(6)可撓性を有する基体と、前記基体の一面に設けられた複数の配線部とを備えた可撓性基板、
前記可撓性基板の一面上に配置され、前記配線部に電気的に接続された発光素子、
前記発光素子を封止する封止樹脂及び
前記可撓性基板の一面と異なる他面上に配置された接着層を備えてなり、
該接着層は、少なくとも前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域が、非接着層で被覆されていることを特徴とする発光装置。
(7)前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域が、前記発光素子の1〜100倍の面積を有する上記いずれかの発光装置。
(8)さらに、前記可撓性基板の他面側に支持体を備え、
該支持体は、前記可撓性基板の前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域に、非接着状態で配置されている上記いずれかの発光装置。
(9)可撓性を有する基体と、前記基体の一面に設けられた複数の配線部とを備えた可撓性基板、
前記可撓性基板の一面上に配置され、前記配線部に電気的に接続された発光素子、
前記発光素子を封止する封止樹脂ならびに
前記可撓性基板の一面と異なる他面上に、接着層及び支持体をこの順に備えてなり、
該支持体は、少なくとも前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する領域に凹部を有することを特徴とする発光装置。
本発明によれば、発光素子に負荷される応力を最小限に止めることができる発光装置を提供することができる。
本発明の発光装置の一実施形態を示す概要平面図である。 本発明の発光装置の一実施形態を示す概要側面図である。 可撓性基板の裏面における発光素子付近の拡大図である。 図2のA−A断面図である。 本発明の発光装置の別の実施形態を示す要部の概要断面図である。 本発明の発光装置のさらに別の実施形態を示す要部の概要断面図である。 本発明の発光装置のさらに別の実施形態を示す概要側面図である。 本発明の発光装置のさらに別の実施形態を示す概要側面図である。 本発明の発光装置のさらに別の実施形態を示す概要側面図である。 本発明の発光装置のさらに別の実施形態を示す概要側面図である。 本発明の発光装置のさらに別の実施形態を示す概要側面図である。
本発明の発光装置は、主として、可撓性基板と、発光素子と、封止樹脂と、接着層とを備える。このような発光装置は、可撓性を有するため、曲面に沿わせて取り付けることができる。また、長手方向に延長する形態であれば、リールなどによってロール状に巻き取った状態で保管することができる。
(可撓性基板)
可撓性基板は、発光装置の母体となる部材であり、目的や用途等に応じて所望の形状(大きさ、長さ)とすることができる。可撓性基板は、少なくとも可撓性を有する基体と、この基体の一面上に設けられた複数の配線部とを備える。この可撓性基板は、発光素子と電気的に接続される配線部の一部を除いて、配線部の表面(基体が配置する側と反対側の面)が絶縁膜で被覆されていることが好ましい。
可撓性を有する基体は、可撓性を有する絶縁材料によって形成されていることが好ましい。このような材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、絶縁性樹脂のシートを用いることによって好適に形成することができる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、液晶ポリマーなどの樹脂が好ましい。基体の材料は、発光素子の実装、光反射率、他の部材との密着性などを考慮して、適宜選択することができる。特に、発光素子の実装にはんだを用いる場合には、耐熱性の高いポリイミドを用いることが好ましい。また、基体を形成する材料に、光反射率の高い材料(例えば、酸化チタン等の白色フィラーなど)を含有させていてもよい。可撓性基体は、例えば、10μm〜数mm程度の厚みとすることができるが、特に、10μm〜100μm程度の厚みとすることが好ましい。
基体は、特に限定されるものではなく、種々の形状とすることができる。例えば、四角形、長方形、多角形、円形、楕円形、及びそれらを組み合わせた形状とすることができる。直管の蛍光灯などに使用する場合、短手方向の幅に比して、10倍以上の長さを有するような長尺形状とするのが好ましい。例えば、約120cmの直管型の照明とする場合、幅が0.5cm〜5cmで、長さが30cm〜120cmの基体などとすることができる。可撓性の基体の場合は、このような長尺形状の基体(可撓性基板)を、複数個分合わせてロール・to・ロール方式で製造することができる。この場合、基体にスプロケットホールを有していてもよい。
複数の配線部は、発光素子に直接または間接的に接続され、外部電源から印加可能とする導電部材であり、基体の一面上に配置される。通常、配線部に発光素子が載置される。配線部は、例えば、銅、金、銀、及びアルミニウム等の金属又はこれらの金属を用いた合金の単層又は積層構造の薄膜によって形成することができる。配線部は、基体の一面上のみならず、可撓性基板の種類によっては、その内部又は他面に配置されていてもよい。配線部は、例えば、基板の可撓性を損なわない厚みとすることが好ましく、8μm〜150μm程度の厚みとすることができる。
複数の配線部の形状(パターン)は、特に限定されるものではなく、通常、複数の発光素子を搭載する可撓性基板における配線の形状又はパターンと同様又は準じた形状等が挙げられる。特に、発光素子における放熱性、可撓性基板の折れ又は破断等を考慮した強度等を考慮して、その形状を設定することが好ましい。例えば、クランク形状、三角形、四角形等の多角形、円、楕円等の角のない形状、これらの形状に部分的に凹凸を有する形状等の1種又はこれらを組み合わせて利用することができる。なお、配線部の角部は、丸みを帯びていることが好ましい。
複数の配線部は、互いに離間するように配置されるとともに、発光素子に直接または間接的に電気的に接続される配線部に加えて、同様又は異なる形状等であって、通電に寄与しない配線部が配置されていてもよい。この通電に寄与しない配線部は、放熱部材又は発光素子の載置部として機能させることができる。例えば、基体が長方形の場合には、この通電に寄与しない配線部は、長手方向の端部まで延長されるとともに、短手方向において、配線部の両側に配置されることが好ましい。また、配線部には、外部接続用の端子を配置しておくことができる。例えばコネクタなどを配置し、外部電源から発光素子に給電することができる。また、この通電に寄与しない配線部を、発光素子やその他の電子部品を実装する際の位置決めマークとして用いてもよい。
このような配線部は、特に、その一部を基体の略全体に配置(好ましくは、切れ目なく配置)させることにより、可撓性基板が湾曲した場合などの発光素子及び封止部材への応力負荷を軽減することができる。具体的には、長尺形状の基体を用いる場合、その長手方向において長く配置させることが好ましく、長手方向の1/3〜1倍の長さで配置させることが好ましい。
端子として機能し得る配線部は、正側端子と負側端子とによって構成されていればよく、一対の端子のそれぞれを構成する配線部の数は特に限定されない。例えば、一対の端子のそれぞれが、1つの端子のみによって構成されていてもよいし、複数の端子によって構成されていてもよい。
端子として機能し得る配線部は、例えば、一対の外部配線に接続されることが好ましい。これによって、外部配線から電力が供給される。また、一対の外部配線は公知のコネクタ(不図示)等に接続されていてもよい。
配線部は、比較的大面積で、種々の形状を有する配線部を組み合わせて配置することにより、発光装置の配置自由度を高めることができる。例えば、基体が長方形の場合には、長手方向に3個ずつ、短手方向に2個ずつ並べられた6個の発光素子を1ブロックとして並列に接続し、長手方向に並べられた12ブロックを一対の端子として機能し得る配線部によって直列に接続することなどが可能になる。また、基体が略正方形、円形又は楕円形状であり、1つの発光素子を通常の正負それぞれの配線部に接続したものであってもよい。
また、配線部は、基体の一面において、できるだけ広い面積で設けられることにより、放熱性を高めることができる。
なお、基体の一面上において、複数の配線部は、それぞれ分離されているため、その分離のために、配線部が設けられていない溝部(すなわち、基体が露出している部分)を有していることになる。溝部は、配線部間に配置されることから、その形状は配線部の形状に対応しており、例えば、クランク形状が挙げられる。溝部の幅は、配線部の幅より狭いこと、言い換えると、配線部が広い面積で設けることが好ましく、例えば0.05mm〜5mm程度とすることができる。
さらに、配線部(端子として機能し得る配線部も含む)が基体の一表面において、全面に比較的大面積で配置されている場合には、基板の可撓性を保持しながら、かつ、適度な強度を付加することができ、可撓性基板の屈曲による配線部の断線、可撓性基板自体の破断等を有効に防止することができる。具体的には、基体の面積に対して50%以上、
70%以上が好ましく、90%以上の面積で配線部を設けるのがより好ましい。
上述したように配線部の一部は、絶縁膜で被覆されていることが好ましい。この絶縁膜は、特に限定されるものではなく、発光素子から出射される光の反射膜として機能し得るものが好ましい。
絶縁膜は、後述するように、その一部に配線部を露出するような開口部を有しており、この開口部を除いて、可撓性基板の一面(発光素子が配置される面、以下、「表面」ということがある)の略全面を被覆していることが好ましく、上述した配線間の溝部も被覆していることが好ましい。
被覆膜の開口部は、少なくとも、発光素子を正負対となる2つの配線部に接続するため、配線部を露出するように設けられている。
発光装置は、その出力、配光等に応じて必要な発光素子の数及び配置が調整され、それによって開口部の個数、位置が決められる。発光素子の個数と同じ個数の開口部又は発光素子の個数と異なる個数の開口部を設けることができる。例えば、発光素子が20個必要な場合で、各発光素子を1つの開口に載置させる場合は、被腹膜には20個の開口を形成させる。あるいは、1つの開口部に2つの発光素子を載置させる場合は、この場合10個の開口部を設けるなど、先に発光素子の数及び配置が決定された後に開口の数及び配置は決定される。場合によっては開口内に発光素子が載置されていなくてもよく、例えば、発光装置をいくつかのランク(例えば、出力の異なる発光装置)として作成する際、同じ可撓性基板(すなわち、被腹膜に設けられる開口部の数及び配置が同じもの)を用いて、発光素子が載置されない開口部とすることで出力を異ならせることができる。また、コネクタなど、発光素子に通電させるための領域にも被腹膜のない領域(開口)を設ける。
なお、フリップチップ実装する場合は、1つの開口部内に溝の一部を露出させるのが好ましい。
絶縁膜は、発光素子の出射光及び後述する波長変換部材により変換された波長の光を反射する材料によって形成されることが好ましい。このような材料としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、PPA、シリコーン樹脂、ユリア樹脂等の樹脂が挙げられる。また、これらの材料に、例えば、SiO、TiO、Al、ZrO、MgO等のフィラーを含有させてもよい。
(発光素子)
発光素子は、可撓性基板の表面の上述した絶縁膜の開口部の内側において、2つの配線部を跨いで又は1つの配線部上に配置される。このような配置により、発光素子を正負一対の配線部に電気的に接続することができる。
複数の発光素子は、発光装置として必要な出力及び配光を充足するように、その個数や色調及び配置が決められ、それに応じて配線部や、被覆膜の開口部等の形状及び位置等が調整される。例えば、可撓性基板上において、短手方向の中央に、かつ長手方向に一列に配置することが挙げられる。
発光素子は、半導体構造と、p側電極と、n側電極とを有する。
半導体構造は、例えば、透光性を有するサファイア基板上に順次積層された窒化ガリウム系半導体からなるn型層、活性層及びp型層等によって形成することができる。ただし、窒化ガリウム系半導体に限らず、II−IV族、III−V族半導体のいずれを用いてもよい。
n側電極及びp側電極は、公知の電極材料の単層膜又は積層膜によって形成することができる。
発光素子は、可撓性基板上(通常、2つの配線層を跨いで配線層上)に、接合部材によって配置/搭載することができる。
発光素子は、可撓性基板上に、フリップチップ実装されていてもよいし、フェイスアップ実装されていてもよい。
例えば、発光素子を可撓性基板上にフリップチップ実装する場合、p側電極及びn側電極は、一対の接合部材を介して一対の配線部にそれぞれ接続されている。接合部材としては、Sn−Ag−Cu系、Au−Sn系、Sn−Cu系等のはんだ、Au等の金属のバンプ等、異方性導電ペースト、Agペースト等を用いることができる。
フェイスアップ実装される場合には、発光素子は、樹脂などの絶縁性接合部材、前述の導電性の接合部材によって基体上(配線部上)に固定され、ワイヤによって配線部に電気的に接続される。発光素子の基板が導電性の場合は、接合部材によって電気的に接続される。
基板の表面には、発光素子のみならず、ツェナーダイオードなどの保護素子又は関連部品が配置されていてもよい。このような保護素子及び関連部品は、発光素子が載置された開口部内に、共に配置させることもできるし、それ以外の開口部内に設けることもできる。ただし、発光素子からの光を吸収しない位置に設けるのが好ましく、発光素子と同数の保護素子は必要ではないため、例えば、複数個の発光素子が直列接続された配線部に1つの保護素子を載置させ、その際に、発光素子の配置に関係なくコネクタ付近に載置させるなど、任意の位置に載置させることができる。
また、p側電極及びn側電極、接合部材ならびに発光素子の近傍、具体的には、配線部間の溝部、配線部、絶縁膜上には、アンダーフィルを充填してもよい。通常、アンダーフィルは、発光素子と可撓性基板との間、発光素子の周囲に充填されている。アンダーフィルは、例えば、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも1種以上含むハイブリッド樹脂等をベースポリマーとして含有する樹脂等によるものが挙げられるが、光反射性を有することが好ましいため、SiO、TiO、Al、ZrO、MgOなどの拡散材又は反射材等が含有されていてもよい。これにより、光の取出し効率を高めることができるとともに、可撓性基板において、発光素子が配置されている部分を効率的に補強することができる。
(封止樹脂)
封止樹脂は、可撓性基板上において、発光素子を封止及び被覆する。この封止樹脂は、上述した絶縁膜の開口部の全てを塞ぐように配置されることが好ましい。
封止樹脂の形状は、特に限定されるものではないが、発光素子から出射される光の配光性及び指向性を考慮して、凹レンズ、凸レンズとすることが好ましい。なかでも、半球形状の凸レンズとすることがより好ましい。
封止樹脂は、透光性を有する樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂など上述したアンダーフィルの材料として例示されているもの)であることが好ましい。特に、上述したアンダーフィルが配置されている場合には、それと同じ種類の樹脂であることがより好ましい。ここでの透光性とは、発光素子の出射光の60%程度以上を透過する性質、好ましくは70%以上又は80%以上の光を透過する性質を意味する。
封止樹脂は、発光素子から出射される光を吸収して異なる波長の光に変換する蛍光体等の波長変換部材を含有していることが好ましい。このような波長変換部材としては、例えば、酸化物系、硫化物系、窒化物系の蛍光体などが挙げられる。例えば、発光素子として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色〜緑色系発光するYAG系、LAG系、緑色発光するSiAlON系、赤色発光するSCASN、CASN系の蛍光体を単独で又は組み合わせて用いることが好ましい。特に、液晶ディスプレイ、テレビのバックライト等の表示装置に用いる発光装置では、SiAlON系蛍光体とSCASN蛍光体とを組み合わせて用いることが好ましい。また、照明用途としては、YAG系又はLAG系の蛍光体とSCASN又はCASN蛍光体とを組み合わせて用いることが好ましい。
また、封止樹脂は、光散乱材(硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素など)を含有していてもよい。
封止樹脂の大きさは、特に限定されないが、可撓性基板の可撓性を損なわない程度の大きさであることが好ましく、例えば、発光素子の全てを被覆することができる大きさ以上であって、発光素子の一辺の長さの2倍程度の径又は長さ以下であることがより好ましい。具体的には、一辺(直径)1mm〜4mm程度が挙げられる。
(接着層)
上述した可撓性基板の一面(表面)とは異なる他面上、つまり、裏面上(厳密には、可撓性を有する基体の、配線部等が配置された側と反対側の面(裏面)上)には接着層が形成されている。
接着層は、接着剤又は粘着剤等によって形成することができる。接着剤及び粘着剤としては、特に限定されるものではなく、通常、プラスチック板を被着体に接着させる際に使用される接着剤及び粘着剤であれば、どのようなものでも使用することができる。
例えば、アクリル樹脂系、α−オレフィン系、ウレタン樹脂系、エーテル系セルロ−ス、エチレン−酢酸ビニル樹脂系、エポキシ樹脂系、塩化ビニル樹脂系、クロロプレンゴム系、酢酸ビニル樹脂系、シアノアクリレート系、シリコーン系、水性高分子−イソシアネート系、スチレン−ブタジエンゴム系、ニトリルゴム系、ニトロセルロース系、フェノール樹脂系、変成シリコーン系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスチレン樹脂系、ポリビニルアルコール系、ポリビニルピロリドン樹脂系、ポリビニルブチラール樹脂系、ポリベンズイミダソール系、メラミン樹脂系、ユリア樹脂系及びレゾルシノール系等の接着剤及び粘着剤が挙げられる。
接着層は、上述した接着剤をそのまま、溶融させて又は適当な溶媒に溶解させて可撓性基板の裏面の適所に直接塗布し、乾燥/固化させることができる。接着剤は、グラビアコート法、ロールコート法、スプレーコート法、リップコート法、コンマコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等の印刷法により塗布/形成することができる。
また、適当な離型性を有する基材上に、上述したように塗布/形成して接着剤層を形成し、この接着剤層を可撓性基板に転写させてもよい。
さらに、接着層は、市販の両面テープ等を利用して、所定形状に加工し、一方の接着面を可撓性基板の裏面に貼り付けるのみの簡便な手法を利用して配置してもよい。
接着層の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、5μm〜3mm程度の範囲とすることができる。
この接着層は、一実施形態においては、後述するように、特定の領域に、それ以外の領域よりも小さい膜厚(ゼロも含む)の部位を有している。
この小さい膜厚の部位は、通常、接着層の、可撓性基板が配置されている側とは反対側の面(以下「接着層の他面」又は「接着層の裏面」ということがある)における凹部を指すか、実質的に接着層の膜厚がゼロとなる部位を指す。言い換えると、接着層は、その表面に1又は複数の凹部を有している形態であってもよいし、接着層に1又は複数の貫通孔が形成されている形態であってもよいし、接着層が種々の形状の浮島状、ストライプ状又はランド状に配置された形態であってもよいことを意味する。この小さい膜厚の部位は、他の部位の0〜80%程度の膜厚とすることができる。
接着層が、上述したような小さい膜厚の部位を有する場合、その小さい膜厚の部位内には、剥離層を備えていてもよい。剥離層は、接着性を有さない限り、どのような材料で形成されていてもよく、一般に離型剤として使用される材料を用いることができる。例えば、メラミン樹脂系離型剤、シリコーン樹脂系離型剤、アクリル樹脂系離型剤、フッ素樹脂系離型剤、セルロース誘導体系離型剤、尿素誘導体系離型剤、ポリオレフィン樹脂系離型剤、パラフィン系離型剤及びこれらの複合型離型剤等が挙げられる。
剥離層は、平面視において、小さい膜厚の部位内の一部のみに配置されていてもよいが、小さい膜厚の部位内の全部に配置されていることが好ましい。また、剥離層の厚みは、特に限定されるものではないが、小さい膜厚の部位の深さ以下であることが好ましい。ただし、剥離層は通常可撓性を有するため、小さい膜厚の部位の深さの10%程度以下の範囲で、この深さよりも厚膜であってもよい。
別の実施形態では、接着層は、可撓性基板の他面上の全面において均一な膜厚で形成されていてもよい。
このように、可撓性基板の他面上の全面において均一な膜厚で形成されている場合には、少なくとも発光素子が配置された一面上の領域に対応する、接着剤層の他面上の領域が、非接着層で被覆されていることが好ましい。
ここで、非接着層としては、発光装置を被着体に接着させない層であれば、どのような材料層であってもよいが、耐熱性及び/又は絶縁性の層が好ましい。例えば、樹脂又は紙の層とすることができ、具体的には、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等又は上述した剥離層を構成する材料による層であってもよい。この層の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、5〜200μm程度が挙げられる。
また、非接着層は、可撓性基板の他面上の全面において均一な膜厚で接着層が形成されている場合に加えて、発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域において、他の領域以外の領域よりも小さい膜厚の部位を有するが、その小さい膜厚の程度が極わずかである場合にも、その小さい膜厚の部位を非接着層が被覆していてもよい。ここで、小さい膜厚の程度が極わずかとは、例えば、粘着剤厚みの20%程度以下(言い換えると、その小さい膜厚の部位が接着層の厚みの80%程度以上の膜厚を有する場合)を意味する。
このような非接着層を有する場合には、発光装置において、発光素子の直下及びその周辺を、被着体に接着して拘束される状態から開放することができ、かつ、可撓性の基板、接着層および非接着層を介して発光素子を被着体自体に接触させることができるため、発光素子から発生する熱を、これらを通して効率的に被着体に放出することができる。
なお、本発明において、発光素子が配置された一面上の領域とは、発光素子と同じ面積を有する、発光素子の投影領域であってもよいが、この投影領域を含んでその外周に及ぶ領域であってもよい。この領域の大きさは、発光素子の面積に対して、1〜100倍程度、好ましくは1〜50倍程度、さらに好ましくは1〜20倍程度とすることができる。
このような領域の広さとすることにより、被着体、つまり、支持体又は実装基板と可撓性の基板又は発光素子を接合する接合部材等との線膨張係数差による応力を、発光素子に直接負荷されない状態を確保することができ、発光素子の接合信頼性を向上させることができる。さらに、可撓性基板の配線部を通した支持体等への放熱を確保することができる。
接着層の他面(可撓性基板が配置している側とは反対側の面)には、上述した非接着層の有無にかかわらず、離型シートが被覆されていることが好ましい。離型シートは、接着層によって被着体に貼着するまでの間、接着層表面を保護するものであり、使用の際に除去されるシートである。離型剤は、例えば、メラミン樹脂系離型剤、シリコーン樹脂系離型剤、アクリル樹脂系離型剤、フッ素樹脂系離型剤、セルロース誘導体系離型剤、尿素誘導体系離型剤、ポリオレフィン樹脂系離型剤、パラフィン系離型剤及びこれらの複合型離型剤等により形成することができる。なお、このシートを、少なくとも発光素子が配置された一面上の領域に対応する、接着剤層の他面上の領域においては除去しないことによって、上述した非接着層として用いることができる。
本発明の発光装置は、被着体、例えば、支持体又は実装基板等に貼着して利用することができる。ここでの支持体又は実装基板は、特に限定されるものではなく、プラスチック基板、金属基板、セラミックス基板、これらの基板に配線等が形成又は埋設された基板等、種々のものが挙げられる。なかでも、放熱性を考慮して、金属基板、例えば、アルミニウム等による基板が好ましい。支持体の厚みは、特に限定されず、支持体の材料及び強度、発光装置の最終形態等に応じて適宜調整することができる。
本発明の発光装置は、上述した接着層を利用して、支持体又は実装基板に貼着されるため、可撓性基板の他面側に配置されている。
一実施形態では、上述したように、接着層が部分的に小さい膜厚の部位を有しているため、その部位が、支持体に対して非接着の状態で配置されることとなる。
他の実施形態では、上述したように、接着層の一部の領域において非接着層が被覆されているため、その非接着層が、支持体と接触するとしても、接着された状態ではなく、非接着の状態で配置されることとなる。
さらに別の実施形態では、発光装置の可撓性基板の他面側に支持体を配置した場合に、発光素子が配置された一面上の領域に対応する領域において、支持体の可撓性基板側の面に凹部が形成されていてもよい。このような支持体の凹部によって、接着層の形態、非接着層の有無にかかわらず、可撓性基板の発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域が、支持体に対して非接着及び/又は非接触の状態で配置されることになる。
なお、支持体の凹部深さは特に限定されるものではなく、支持体の全厚み、材料及び強度等を考慮して適宜調整することができる。例えば、5μm〜3mm程度が挙げられる。別の観点から、支持体の厚みの5〜50%程度が挙げられる。
本発明の発光装置では、上述したように、可撓性基板の発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域が、支持体等に拘束されない状態を確保することにより、支持体等と可撓性の基板又は発光素子を接合する接合部材等との線膨張係数差による応力を、可撓性基板側が部分的に変形等することによって、発光素子への直接的な負荷を緩和又は回避させることができる。これによって、発光素子の接合信頼性を向上させることができる。これは、通常使用される剛性な基板では実現できない作用/機能である。
以下に、本発明の発光装置についての具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
この実施の形態1の発光装置100は、図1A〜図1Dに示すように、可撓性基板10と、可撓性基板10の表面に配置された発光素子30と、可撓性基板10上であって発光素子30を被覆する封止樹脂20と、粘着層40とを有する。
可撓性基板10は、ポリイミド(膜厚25μm程度)からなる可撓性を有する基体11と、その一面に設けられ、溝部14によって分離された配線部12(膜厚35μm程度)と、その上に被覆された絶縁性を有する反射膜15(膜厚15μm程度、酸化チタン含有シリコーン系樹脂からなる)との積層構造によって形成されている。
可撓性基板10は、発光素子30との電気的な接続のために、その一部領域において、配線部12間の溝部14と、配線部12とを、反射膜15から露出させている。
配線部12のうち、一対の配線部13が外部端子131と接続される。
発光素子30は、図1Dに示すように、半導体構造31と、p側電極32と、n側電極33とを有する。半導体構造31は、一部領域において、p型半導体層及び発光層が除去されて、n型半導体層が露出しており、その露出面にn側電極33が形成されている。p型半導体層の上面にはp側電極32が形成されている。従って、n側電極33とp側電極32とは、半導体構造31に対して同じ面側に形成されていることとなる。
このような発光素子30は、可撓性基板10の反射膜15から露出した一対の配線部12に、n側電極33及びp側電極32が配置された面を下に向けて、接合部材35によって電気的に接続されている。
一対の配線部12間の溝部14には、アンダーフィル36(酸化チタンが30重量%程度含有されたシリコーン樹脂)が充填されている。
発光素子30が搭載された可撓性基板10上であって、発光素子30及び発光素子30の外側に配置された被覆膜15の上に、これらを被覆する封止部材20が形成されている。封止部材20は、例えば、蛍光体(LAG・SCASN)が10重量%程度含有されたシリコーン樹脂によって形成されている。つまり、封止部材20は、アンダーフィル36を構成するポリマーと同種のポリマーを含む。封止部材20の外縁は、可撓性基板10の被覆膜15上に配置されている。封止部材20は、ボッティング等によって、半円球状に成形されている。封止部材20の直径は、例えば、3.5mm程度である。
可撓性基板10の裏面上には、接着層40が形成されている。この接着層40は、可撓性基板10表面の発光素子30が配置された領域に対応する、可撓性基板10の裏面上の領域に、実質的に膜厚がゼロの部位、つまり貫通孔40aを備える。ただし、接着層40は、発光素子30が配置された領域に対応する、可撓性基板10の裏面上の領域に、他の領域よりも厚みが小さい(厚みがゼロも含む)接着層が配置している限り、発光素子30が配置されていない領域に対応する、可撓性基板10の裏面上の領域に接着層(厚みが小さい接着層も含む)が配置されていてもよいし、配置されていなくてもよい。
ここで、可撓性基板10表面の発光素子30が配置された領域とは、発光素子30の外縁X(図1C)の内側の領域を意味する。つまり、発光素子30の外縁Xから、発光素子30の中心と反対側に位置する領域の全てを意味する。しかし、上述したような発光素子30の接合によっては、接合部材35が発光素子30の外縁Xからはみ出すことがある。従って、このような場合には、発光素子30が配置された領域には、接合部材35のはみ出した領域をも含める。
言い換えると、発光装置100では、可撓性基板10の裏面全面において、発光素子30及びそれを接合する接合部材のはみ出しの大きさ及び配置に対応する領域に貫通孔40aを備えた接着層40が配置されている。
貫通孔40a内においては、何も充填されておらず、可撓性基板10の裏面、つまり、可撓性を有する基体11が露出されている。
接着層40は、例えば、アクリル系接着剤によって、膜厚50μm程度で形成されている。
このような発光装置は、例えば、市販の両面テープを準備し、可撓性基板10の短手方向の幅に両面テープの幅を調整し、発光素子30が載置され、接合部材35のはみ出しを考慮した部位に貫通孔を形成する。これを、可撓性基板10の裏面に適切にアライメントして、貼着することにより形成することができる。
上述したように、発光素子30の配置された領域に対応する可撓性基板10の裏面は、接着層40が配置されておらず、露出されているため、この発光装置100を接着層40によって被着体に貼着した場合であっても、発光素子30が配置された領域の可撓性基板10は、被着体によって拘束されることがない。また、発光素子30自体も、被着体によって拘束されることがない。
被着体として、例えば、アルミニウム等の金属による実装基板を用いた場合、アルミニウムの膨張率(膨張係数:25ppm/℃)は、可撓性基板10を構成する可撓性を有する基体1であるポリイミド(膨張係数:17ppm/℃)に対して相当大きいため、発光素子30からの熱によってアルミニウムが相当に膨張する。具体的には、50℃の温度上昇で1mにつき、アルミニウムが基体1に対して0.4mm程度膨張することとなる。従って、発光素子30が配置された領域直下、つまり、上述した領域Xに相当する可撓性基板10の裏面が、そこに配置された接着層40によって実装基板に固定されていると、発光素子30周りの接合部材35である半田にクラックが生じ、発光素子30が可撓性基板10から剥離する恐れがある。
一方、上述したように、領域Xに対応する可撓性基板10の裏面に接着層40が形成されていなければ、アルミニウムが相当に膨張しても、発光素子30周辺はそれに拘束されることなく、引っ張られない。従って、接合部材35におけるクラックが生じず、発光素子30の可撓性基板10からの剥離を効果的に防止することができる。
また、この発光装置100では、接着層40は、例えば、接着剤のような可撓性を有するものによって形成されることから、接着層の存在によって、発光装置100自体の可撓性が阻害されることはなく、どのような形状の被着体にも適用することが可能となる。
(実施の形態2)
この実施の形態2の発光装置200は、例えば、図2に示したように、可撓性基板10の裏面において、接着層40の貫通孔40a内にシリコーンからなる剥離層50が形成されている以外、実質的に発光装置100と同様の構成を有する。
この剥離層50は、接着層40と略同じ厚みで形成されている。
このような剥離層50は、例えば、上述した領域Xに対応する領域に開口を有するマスクを準備し、このマスクを可撓性基板10の裏面に、マスクの開口が領域Xに対応する領域に配置されるようにアライメントする。次いで、このマスクを利用して、剥離層を塗布することにより、剥離層を、領域Xに対応する可撓性基板10の裏面に形成することができる。続いて、この剥離層50の上を含む可撓性基板10の裏面全面に、接着層40を塗布する。これによって、接着層40は、剥離層50によりはじかれ、剥離層50以外の領域に整合した貫通孔40aを有する接着層40を形成することができる。
このように、剥離層50を備える場合においても、実施の形態1と同様の効果を有するとともに、接着層40の適所への形成を容易に行うことが可能となる。
なお、剥離層50の厚みを接着層40と同様の厚みに設定した場合には、接着層40により、実装基板に発光装置200を実装した際に、剥離層50が実装基板に接触することとなり、剥離層50への発光素子30からの熱を実装基板側に逃がす経路が形成されることとなる。これによって、発光装置200における発光素子30の放熱性を確保することが可能となる。
また、剥離層50の厚みを接着層40の厚みよりも薄くした場合には、接着層40により、実装基板に発光装置200を実装した際に、剥離層50と実装基板との間に隙間が生じることとなり、その隙間における気体の移動によって、放熱性を確保することが可能となる。
(実施の形態3)
この実施の形態3の発光装置300は、図3に示すように、発光素子30が、可撓性基板10の配線部12に対してフェイスアップ実装されており、n側電極33及びp側電極32が、それぞれ配線部12に対してワイヤ16によって電気的に接続されており、よって、可撓性基板10において、配線部12の反射膜15から露出する領域が若干広くなり、ワイヤ16と配線部12との接続領域をも、発光素子30の配置された領域と同様に、可撓性基板10の裏面におけるその対応領域に含ませ、可撓性基板10の接着層41の貫通孔41aがこれに伴って大きくなる以外、実質的に発光装置100と同様の構成を有する。
つまり、接着層41は、発光素子30が配置された一面の領域の外周であって、さらに、配線部12とワイヤ16との接続部位よりも外側に及ぶ貫通孔41aを備えている。
このような発光素子30の発光装置300では、可撓性基板10上の発光素子30が配置された領域とは、必ずしも、発光素子30又は接合部材35の外縁から、発光素子30の中心と反対側に位置する領域の全てを意味するものではなく、配線部12とワイヤ16との接続部位より若干外側の縁(発光素子30に対して外側の縁)から、発光素子30の中心と反対側に位置する領域の全てを意味する。
上述したように、発光素子30の配置された領域のみならず、配線部12にワイヤボンディングされた部位に対応する可撓性基板10の裏面にも接着層41の貫通孔41aがおよび、その部位に接着層41が配置されておらず、露出されているため、この発光装置100を接着層41によって被着体に貼着した場合であっても、発光素子30が配置された領域及び配線部12にワイヤボンディングされた領域においても、可撓性基板10は、被着体によって拘束されることがない。
これによって、接合部材35におけるクラックの防止のみならず、ワイヤの断線をも確実に防止することができ、発光素子30の可撓性基板10からの剥離及び発光素子30の不具合を効果的に防止することができる。
(実施の形態4)
この実施の形態4の発光装置101は、図4に示すように、接着層400が、発光素子30が配置された領域の外周における可撓性基板10の裏面の全面でなく、その一部のみにおいて配置されている、つまり、浮島状に配置されている以外、実施の形態1の発光装置100と実質的に同様の構成を有する。
これによって、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
(実施の形態5)
この実施の形態5の発光装置102は、図5に示すように、接着層40に貫通孔4ではなく、薄膜部40bが配置している以外、実施の形態1の発光装置100と実質的に同様の構成を有する。
薄膜部の膜厚は、例えば、他の接着層の膜厚の20%程度とした。
これによって、薄膜部40bに接着層40が存在しても、実質的には実装基板に接触しないため、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。また、薄膜部40bに空気層が形成されるために、この空気層によって放熱性を向上させることができる場合もある。
(実施の形態6)
この実施の形態6の発光装置500は、図6に示すように、均一な膜厚の接着層42が形成されており、発光素子30が配置されている領域に対応する接着層42の裏面域が、厚み10μm程度のポリプロピレン膜による非接着層52で部分的に被覆されている以外、実施の形態1の発光装置100と実質的に同様の構成を有する。
そして、このような発光装置500を、図7に示すように、支持体(例えば、数mm厚のアルミニウム基板)60に搭載することにより、非接着層52は支持体60に接着しないが、可撓性基板10の変形によって、接着層42は略全面が支持体60に接着されることとなるため、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
また、発光素子30直下は、接着層42及び非接着層52を介して支持体に接触するため、実施の形態2の発光装置200と同様に、この領域を利用して、放熱性を向上させることができる。
(実施の形態7)
この実施の形態7の発光装置600は、図8に示すように、均一な膜厚の接着層42が形成され、非接着層52で部分的に被覆されていない以外、実施の形態6の発光装置500と実質的に同様の構成を有する。そして、このような発光装置600を、発光素子20が配置されている領域に対応する表面領域に凹部61を有する支持体(例えば、アルミニウム基板)62に貼着された構成を有する。
ここでの支持体の凹部は、例えば、50μm程度の深さを有する。
このように、凹部61によって、発光素子30周りは接着層42及び支持体62に拘束されることがないため、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
また、発光素子20直下は、空気層が配置されることとなり、この空気層を利用して、放熱性を向上させることができる。
100、200、300、101、102、500、600 発光装置
10 可撓性基板
11 基体
12、13 配線部
14 溝部
15 反射膜
16 ワイヤ
20 封止樹脂
30 発光素子
31 半導体構造
32 p側電極
33 n側電極
35 接合部材
36 アンダーフィル
40、41、42、400 接着層
40a、41a、400a 貫通孔
40b 薄膜部
50、52 剥離層
60、62 支持体
61 凹部
131 外部端子

Claims (9)

  1. 可撓性を有する基体と、前記基体の一面に設けられた複数の配線部とを備えた可撓性基板、
    前記可撓性基板の一面上に配置され、前記配線部に電気的に接続された発光素子、
    前記発光素子を封止する封止樹脂及び
    前記可撓性基板の一面と異なる他面は、屈曲による高低差がない平坦面を有し、前記他面上に配置された接着層を備えてなり、
    該接着層は、少なくとも前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域に該領域以外の領域よりも小さい膜厚の部位を有して、前記可撓性基板の他面側における高低差を付与していることを特徴とする発光装置。
  2. 前記接着層の小さい膜厚の部位が、膜厚がゼロの部位である請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記接着層は、前記小さい膜厚の部位内に剥離層を備える請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記剥離層は、前記小さい膜厚の部位の深さ以下の厚みを有する請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記可撓性基板の一面上において、前記発光素子が前記複数の配線部に、ワイヤによって電気的に接続されており、
    前記発光素子が配置された領域から、前記ワイヤによって電気的に接続された領域までの領域に対応する他面上の領域に、前記接着層の小さい膜厚の部位を有する請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。
  6. 可撓性を有する基体と、前記基体の一面に設けられた複数の配線部とを備えた可撓性基板、
    前記可撓性基板の一面上に配置され、前記配線部に電気的に接続された発光素子、
    前記発光素子を封止する封止樹脂及び
    前記可撓性基板の一面と異なる他面上に配置された接着層を備えてなり、
    該接着層は、少なくとも前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域が、樹脂によって構成される非接着層で被覆されていることを特徴とする発光装置。
  7. 前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域が、前記発光素子の1〜100倍の面積を有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置。
  8. さらに、前記可撓性基板の他面側に支持体を備え、
    該支持体は、前記可撓性基板の前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面上の領域に、非接着状態で配置されている請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置。
  9. 可撓性を有する基体と、前記基体の一面に設けられた複数の配線部とを備えた可撓性基板、
    前記可撓性基板の一面上に配置され、前記配線部に電気的に接続された発光素子、
    前記発光素子を封止する封止樹脂ならびに
    前記可撓性基板の一面と異なる他面上に、接着層を介して支持体を備えてなり、
    該支持体は、少なくとも前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する領域に凹部を有し、かつ該凹部が、前記可撓性基板の前記発光素子が配置された一面上の領域に対応する他面の領域と対面して配置されていることを特徴とする発光装置。
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