JP6104527B2

JP6104527B2 - 発光装置

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Publication number: JP6104527B2
Application number: JP2012147913A
Authority: JP
Inventors: 壮一森永
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP2014011362A

Description

本発明は、発光装置に関し、特に、複数の半導体発光素子と、これら複数の半導体発光素子が実装される基板とを備えた発光装置に関するものである。

近年、光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等の半導体発光素子は、高効率で省スペースな光源として、液晶テレビ等の液晶表示装置におけるバックライト光源や、照明装置における照明用光源等として広く利用されている。バックライト光源や照明用光源等において、ＬＥＤは、発光装置（発光モジュール）として構成されている。

発光装置は、基板上に配置されたＬＥＤが樹脂によって封止されて構成される。例えば、エッジライト型のバックライトユニットでは、複数個のＬＥＤが基板上に一次元的に配列されて構成される発光装置が用いられる。

ところで、発光装置としては、表面実装型（ＳＭＤ：ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＤｅｖｉｃｅ）やＣＯＢ型（ＣｈｉｐＯｎＢｏｒａｄ）等がある。ＳＭＤ型の発光装置は、樹脂等で成型されたキャビティの中にＬＥＤチップを実装し、当該キャビティ内を蛍光体含有樹脂によって封入したパッケージ型の発光装置である。一方、ＣＯＢ型の発光装置は、基板上にＬＥＤそのもの（ベアチップ）を直接実装するものであり、ベアチップと基板上の配線パターンとをワイヤボンディングし、ベアチップを蛍光体含有樹脂によって封止したものである。ＳＭＤ型と比べてＣＯＢ型の発光装置はコスト面および光率に優れることから、ＣＯＢ型の発光装置を採用した光源の開発を望む声が高い。

ＣＯＢ型の発光装置の一例について、図４、図５を用いて説明する。図４は、ＣＯＢ型の発光装置１００２の平面図であり、図５は、発光装置１００２の断面図（図４のＹ−Ｙ’線に沿って切断した断面図）である。

発光装置１００２は、複数のＬＥＤチップ１０１０と、ＬＥＤチップ１０１０が実装される基板１０２０とを備えている。基板１０２０は、長尺状の矩形形状である樹脂部１０２１と、樹脂部１０２１と一体に形成された金属配線部１０２２とを備えている。樹脂部１０２１には、その長手方向に沿って、ＬＥＤチップ１０１０を収納する凹部１０２１ａが複数、設けられている。凹部１０２１ａの内面は、ＬＥＤチップ１０１０が実装される実装面である底面１０２１ｂと、ＬＥＤチップ１０１０の周囲を囲う内側面１０２１ｃとを有する。樹脂部１０２１は、射出成型にて形成されている。なお、図４、図５において、基板１０２０の構造を理解しやすくするために、樹脂部１０２１と金属配線部１０２２にハッチングを施している。但し、樹脂部１０２１における、凹部１０２１ａの底面１０２１ｂには、ハッチングを施していない。

ＬＥＤチップ１０１０は、凹部１０２１ａの底面１０２１ｂに実装されると共に、ボンディングワイヤ１０１１により、隣接するＬＥＤチップ１０１０や、金属配線部１０２２に電気的に接続されている。金属配線部１０２２は、電気を導通する板状の配線部材であり、樹脂部１０２１の長手方向に沿って並んで配置されている。基板１０２０に設けられた複数の金属配線部１０２２の中で、図４、図５において最も左側に位置する金属配線部１０２２は、コネクタ部１０１２の電極端子（図示せず）に電気的に接続されている。コネクタ部１０１２には、ＬＥＤチップ１０１０に電力を供給するためのワイヤハーネス（図示せず）が接続されている。

ＬＥＤチップ１０１０を実装後の凹部１０２１ａ内には、ＬＥＤチップ１０１０およびボンディングワイヤ１０１１を封止する封止樹脂１０１３が充填される。

なお、ＬＥＤチップからなるＬＥＤ素子を基板に直接実装した発光装置は、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１では、ＬＥＤチップは、樹脂基板上に形成された金属配線に実装されている。つまり、図４、図５で例示した構成を用いて説明すると、金属配線部１０２２が、凹部１０２１ａの底面１０２１ｂにまで延設されており、延設された部分にＬＥＤチップ１０１０がボンディングされている状態である。

特開２０１２−０５９３７６号公報（２０１２年３月２２日公開）

しかしながら、従来技術の構造では、金属配線部１０２２は、樹脂部によって全体的に覆われているため、ＬＥＤチップから発熱された熱が発光装置内部にこもり易いといった問題がある。発光装置内部に熱がこもると、ＬＥＤの温度が上がって輝度の低下や発光効率低下などを引き起こす。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、ＬＥＤ等の半導体発光素子から発生する熱を効率よく逃がすことができる長尺状の発熱装置を提供することを目的としている。

本発明の発光装置は、上記の課題を解決するために、複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子が実装される複数の凹部を有する長尺状の基板と、前記複数の凹部に充填され、実装された前記複数の半導体発光素子を覆う蛍光体樹脂とを備え、前記基板は樹脂部と該樹脂部に埋もれて該樹脂部と一体に形成された金属部よりなると共に、前記凹部が長手方向に沿って形成されており、前記基板における前記複数の凹部には、前記金属部の一部に相当する、前記複数の半導体発光素子が搭載される複数の搭載部が設けられ、該複数の搭載部は平板状であり、該複数の搭載部の全部或いは少なくも一部が、前記基板における前記複数の半導体発光素子が搭載される表面側とは反対の裏面側において、裏面全体が前記樹脂部より露出、さらに、前記基板における前記複数の搭載部の間に、前記金属部の一部に相当する、前記複数の半導体発光素子の少なくとも一部とワイヤボンディングされる複数の導電部が設けられており、前記複数の搭載部と前記複数の導電部とは離間して形成されると共に、前記導電部が前記搭載部よりも表面側に配置されることで前記搭載部と前記導電部との間に段差を有し、前記複数の半導体発光素子は、前記複数の導電部とワイヤボンディングされることにより、前記基板の長手方向に沿って直列に接続され、前記基板における長手方向の両端部に、コネクタが設けられていることを特徴としている。

上記構成によれば、金属部における半導体発光素子が搭載される搭載部が、基板の裏面側において樹脂部より露出していることで、半導体発光素子より発生した熱が搭載部を介して発光装置外部へと逃げ易くなり、発熱に起因した半導体発光素子の輝度低下や発光効率低下を抑制することができる。また、搭載部と導電部との間に段差が形成されることで、半導体発光素子が搭載される凹部が２段底のような構成となり、半導体発光素子は最も凹んだ部分に搭載されることとなる。そして、この最も凹んだ部分の体積は、凹部における基板の表面側にある１段目の底部分の体積よりも小さい。そのため、ディスペンサ等を用いて凹部に充填される蛍光体樹脂は、毛細管現象により半導体発光素子が搭載されている最も窪んだ位置に集中することとなり、高効率な光変換が可能となる。

本発明の発光装置においては、さらに、前記樹脂部より露出している複数の搭載部は、前記樹脂部と同じ高さである構成としてもよい。

上記構成によれば、発光装置が他の部材に外部実装された状態で搭載部が他の部材に接触するため、熱を他の部材に効率良く伝えることができ、放熱性が上がる。

本発明の発光装置においては、さらに、前記樹脂部より露出している複数の搭載部は、前記樹脂部よりも突出している構成としてもよい。この場合、複数の搭載部の突出量が同じである構成とすることがより好ましい。

上記構成によれば、発光装置が他の部材に外部実装された状態で、樹脂部は接触することなく搭載部が他の部材と接触するので、搭載部と樹脂部が共に他の部材と接触する場合よりも、搭載部の放熱性が上がる。特に、それぞれの搭載部の突出量を揃えることで、搭載部が他の部材に均一に接触することとなり、熱を他の部材により一層効率よく伝えることができ放熱性が上がる。

本発明の発光装置においては、前記搭載部と前記導電部との間の段差に、前記樹脂部の一部に相当する高反射率樹脂が設けられている構成とすることもできる。

上記構成によれば、半導体発光素子の光が、搭載部と導電部との間の段差に設けられた高反射率樹脂にて反射されるので、半導体発光素子から発せられた光を効率よく外部に取り出すことが可能になる。

さらに、この場合、前記凹部の内面が、高反射率樹脂からなる内側面と、前記搭載部の搭載面であって高反射率メッキが施された搭載面、前記搭載部の両隣の前記導電部におけるボンディングワイヤの接続面、および前記段差に設けられた高反射率樹脂の面よりなる底面とを有する構成とすることもできる。

これによれば、凹部の内面全体が高反射となり、半導体発光素子から発せられた光をより一層効率よく外部に取り出すことが可能になる。

本発明の発光装置においては、さらに、前記コネクタは、当該発光装置を別の発光装置と連結するための連結用コネクタである構成とすることもできる。

連結用コネクタを用いて、発光装置同士を接続することができ、より長い発光装置を簡単に構成することができる。

本発明は、半導体発光素子から発生する熱を効率よく逃がすことができる長尺状の発熱装置を実現できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る発光装置の断面図である。本発明の実施の形態１，２に係る発光装置の簡易平面図である。本発明の実施の形態２に係る発光装置の断面図である。従来技術を示すもので、従来のＣＯＢ型の発光装置の平面図である。従来のＣＯＢ型の発光装置の断面図である。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の一形態について図１〜図２を用いて説明する。

（発光装置の構造）
図２は、本発明の実施一形態に係る発光装置の簡易平面図である。発光装置１００は、ＣＯＢ型の発光装置であり、図１に、同発光装置１００の断面図（図２のＸ−Ｘ’線に沿って切断した断面図）を示す。

図２に示すように、発光装置１００は、長尺状の発光装置であるＣＯＢ連結タイプＬＥＤ装置であり、長手方向の両端部に、連結用コネクタ凹部４と連結用コネクタ凸部５とを備えている。発光装置１００の連結用コネクタ凹部４に他の発光装置１００の連結用コネクタ凸部５を接続することで、２つの発光装置１００を長手方向に連結できる。さらに、発光装置１００の連結用コネクタ凸部５に別の発光装置１００の連結用コネクタ凹部４を接続することで、３つの発光装置１００を長手方向に連結できる。連結用コネクタ凹部４と連結用コネクタ凸部５とを介して２つの発光装置１００を連結することで、２つの発光装置１００は互いに電気的にも接続される。

図１に示すように、このような発光装置１００は、複数のＬＥＤチップ（半導体発光素子）７と、ＬＥＤチップ７が実装される複数の凹部１０を有する基板１と、凹部１０に充填され、実装されたＬＥＤチップ７を覆って固化した、蛍光体樹脂からなる封止樹脂２とを備えている。

基板１は、長尺状の矩形形状の部材であり、高反射率樹脂からなる樹脂部３と、樹脂部３と一体に形成された金属部６とを備えている。基板１は、例えば、金型を用いて射出成型されることで形成される。以降、基板１のＬＥＤチップ７が搭載されている側を表面、その反対側を裏面と称する。基板１の表面側にある樹脂部３には、凹部１０が長手方向に沿って形成されている。

金属部６は、ＬＥＤチップ７が搭載される複数の搭載部６Ａと、ＬＥＤチップ７と接続されたボンディングワイヤ８が接続される複数の導電部６Ｂとからなる。複数の搭載部６Ａと複数の導電部６Ｂとは、基板１の長手方向に沿って交互に配置されている。

このうち、複数の搭載部６Ａは、前記凹部１０に対応して設けられており、複数の導電部６Ｂは、凹部１０と凹部１０との間に対応して設けられている。複数のＬＥＤチップ７は、これら搭載部６Ａに、１つあるいは複数個ずつＣＯＢ搭載されており、図１の例では２個ずつ搭載されている。搭載部６Ａの搭載面は、ＡｕやＡｇを用いた高反射率メッキ９が施されている。

１つの搭載部６Ａに搭載された複数のＬＥＤチップ７は、Ａｕワイヤなどからなるボンディングワイヤ８を用いて、上面に設けられた第１電極と第２電極とが接続され、残りの第２電極および第１電極が、隣りに位置する導電部６Ｂにそれぞれ接続されている。複数のＬＥＤチップ７は、ＬＥＤチップ７間、あるいは導電部６Ｂとの間がボンディングワイヤ８にて接続されることで、基板１の長手方向に沿って直列に接続されている。

金属部６を構成するこれら搭載部６Ａおよび導電部６Ｂのうち、複数の導電部６Ｂは、基板１の裏面において樹脂部３に覆われている。これに対し、複数の搭載部６Ａは、基板１の裏面において樹脂部３より露出している。搭載部６Ａが基板１の裏面において樹脂部３より露出することで、ＬＥＤチップ７の熱が搭載部６Ａより放出されやすくなり、ＬＥＤの輝度低下や発光効率低下を抑制できる。搭載部６Ａを基板１の裏面に露出させたことによる効果としては、搭載部６Ａを基板１の裏面に露出させない構成との比較において、熱抵抗の値が約２６％改善され、発光効率も約１．３％の向上が見込まれることを確認ずみである。

本実施の形態では、露出した搭載部６Ａは、基板１の裏面側にある樹脂部３と同じ高さにあり、基板１の裏面において樹脂部３と搭載部６Ａとは面一となっている。このような構成とすることで、発光装置１００が、他の部材に外部実装された場合に、他の部材と搭載部６Ａとが接触することとなり、搭載部６Ａに伝わった熱が他の部材に伝わりやすくなり、より効果的にＬＥＤで発生した熱を逃がすことができる。

ここで、より好ましくは、複数の搭載部６Ａ全てが基板１の裏面において樹脂部３より露出している構成である。しかしながら、複数ある搭載部６Ａのうちの少なくても一部が露出している構成であってもよい。同様に、より好ましくは、複数の搭載部６Ａ全てが基板１の裏面において樹脂部３と同一の高さとなっている構成である。しかしながら、複数ある搭載部６Ａのうちの一部が樹脂部３と同一の高さになく、外部実装された他の部材と接触しない構成であってもよい。

さらに、本実施の形態においては、搭載部６Ａ及び導電部６Ｂは何れも、同程度の厚さを持つ矩形の金属片よりなり、複数の搭載部６Ａは、基板１の裏面側において露出するべく、複数の導電部６Ｂよりも下方に配置されている。換言すると、複数の導電部６Ｂは、搭載部６Ａよりも基板１の表面側に配置されている。そのため、搭載部６Ａと導電部６Ｂとの間には段差が形成されている。

このような搭載部６Ａと導電部６Ｂとの間の段差には、搭載部６Ａの搭載面と導電部６Ｂのボンディングワイヤの接続面とを繋ぐように樹脂部３が設けられおり、樹脂部３の面３ｂは、基板１の表面側に開くようなテーパが付けられている。上述したように樹脂部３は高反射率樹脂であるので、基板１の表面側に開くようなテーパが付けられた樹脂部３の面３ｂは、ＬＥＤチップ７から発光された光を効率よく反射する。その結果、ＬＥＤの光を外部に効率よく取り出すことが可能になる。

しかも、搭載部６Ａと導電部６Ｂとの間に段差が形成されることで、ＬＥＤチップ７が搭載される凹部１０が２段底のような構成となり、ＬＥＤチップ７は最も凹んだ部分に搭載されることとなる。そして、この最も凹んだ部分の体積は、凹部１０における基板１の表面側にある１段目の底部分の体積よりも小さい。そのため、ディスペンサ等を用いて凹部に充填される封止樹脂２である蛍光体樹脂は、毛細管現象によりＬＥＤチップ７が搭載されている最も窪んだ位置に集中することとなり、高効率な光変換が可能となる。

また、ＬＥＤチップ７が搭載される凹部１０の内面は、高反射率樹脂からなる樹脂部３の内側面３ａと、搭載部６Ａの搭載面であって高反射率メッキ９が施された搭載面、搭載部６Ａの両隣の導電部６Ｂにおけるボンディングワイヤの接続面、及び搭載部６Ａと接続面とをつなぐ高反射率樹脂よりなる樹脂部３の面３ｂでなる底面とを有する、高反射部（リフレクタ）として機能する。このような構成とすることで、凹部１０に実装されたＬＥＤチップの光は、凹部１０内より効率よく取り出され、ＬＥＤの発光効率を上げることができる。

また、上記構成によれば、高反射率樹脂からなる樹脂部３の内側面３ａは、凹部１０に搭載されるＬＥＤチップ７より見て、基板１の表面側に開くようにテーパが付けられている。これにより、内側面が基板１の法線方向に平行な構成よりも、ＬＥＤチップ７から発光された光を効率よく反射することができ、ＬＥＤの光を外部に効率よく取り出すことができる。

〔実施の形態２〕
本発明の実施の他の形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１において説明した機能と同様の機能を有する部材には同じ部材番号を付してその説明を省略する。

（発光装置の構造）
図２は、本発明の実施の他の形態に係る発光装置の簡易平面図である。発光装置１０１は、ＣＯＢ型の発光装置であり、図３に、発光装置１０１の断面図（図２のＸ−Ｘ’線に沿って切断した断面図）を示す。

図３に示すように、本実施の形態の発光装置１０１では、露出した搭載部６Ａは、基板１の裏面側にある樹脂部３よりも突出している。このような構成とすることで、発光装置１０１が、他の部材に外部実装された場合に、樹脂部３は接触せずに搭載部６Ａが他の部材と接触することとなる。そのため、樹脂部３が他の部材に接触するよりも搭載部６Ａに伝わった熱が他の部材に伝わりやすくなり、より効果的にＬＥＤで発生した熱を逃がすことができる。

ここで、より好ましくは、複数の搭載部６Ａ全てが基板１の裏面において樹脂部３より露出している構成である。しかしながら、複数ある搭載部６Ａのうちの少なくても一部が露出している構成であってもよい。同様に、より好ましくは、複数の搭載部６Ａ全てが基板１の裏面において樹脂部３よりも突出している構成である。しかしながら、複数ある搭載部６Ａのうちの一部が樹脂部３と同一の高さにあるなど、外部実装された他の部材と接触しない構成であってもよい。

そして、このように、複数の搭載部６Ａを樹脂部３よりも突出させる構成とする場合は、突出量を揃えて、全ての搭載部６Ａが外部実装された他の部材に均一に接触することが最も好ましい。しかしながら、一部に他の部材に接触しない搭載部６Ａが含まれていても、本発明の範疇とする。

但し、搭載部６Ａを樹脂部３よりも突出させる構成においては、基板１の裏面側において樹脂部３との間に段差が生じるため、発光装置１０１の外部実装が若干であるが不安定になる可能性がある。したがって、外部実装側のニーズに合わせて形成することが望ましい。

その他の構造は、実施の形態１の発光装置１００と同じであるが、搭載部６Ａと導電部６Ｂとの段差を大きくしたことで、凹部１０におけるＬＥＤチップ７の搭載位置がより一層下がることとなる。これにより、実施の形態１の発光装置１００よりも、ＬＥＤチップ７が搭載されている最も凹んだ部位への封止樹脂２の集中が期待でき、より一層、光変換効率向上を図ることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１基板
２封止樹脂
３樹脂部
３ａ内側面
４連結用コネクタ凹部（連結用コネクタ）
５連結用コネクタ凸部（連結用コネクタ）
６金属部
６Ａ搭載部
６Ｂ導電部
７ＬＥＤチップ（発光素子）
８ボンディングワイヤ
９高反射率メッキ
１０凹部
１００発光装置
１０１発光装置

Claims

複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子が実装される複数の凹部を有する長尺状の基板と、
前記複数の凹部に充填され、実装された前記複数の半導体発光素子を覆う蛍光体樹脂とを備え、
前記基板は樹脂部と該樹脂部に埋もれて該樹脂部と一体に形成された金属部よりなると共に、前記凹部が長手方向に沿って形成されており、
前記基板における前記複数の凹部には、前記金属部の一部に相当する、前記複数の半導体発光素子が搭載される複数の搭載部が設けられ、該複数の搭載部は平板状であり、該複数の搭載部の全部或いは少なくも一部が、前記基板における前記複数の半導体発光素子が搭載される表面側とは反対の裏面側において、裏面全体が前記樹脂部より露出し、
さらに、前記基板における前記複数の搭載部の間に、前記金属部の一部に相当する、前記複数の半導体発光素子の少なくとも一部とワイヤボンディングされる複数の導電部が設けられており、前記複数の搭載部と前記複数の導電部とは離間して形成されると共に、前記導電部が前記搭載部よりも表面側に配置されることで前記搭載部と前記導電部との間に段差を有し、
前記複数の半導体発光素子は、前記複数の導電部とワイヤボンディングされることにより、前記基板の長手方向に沿って直列に接続され、
前記基板における長手方向の両端部に、コネクタが設けられていることを特徴とする発光装置。
前記樹脂部より露出している複数の搭載部は、前記樹脂部と同じ高さであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記樹脂部より露出している複数の搭載部は、前記樹脂部よりも突出していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
複数の搭載部の突出量が同じであることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
前記搭載部と前記導電部との間の段差に、前記樹脂部の一部に相当する高反射率樹脂が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記凹部の内面が、高反射率樹脂からなる内側面と、前記搭載部の搭載面であって高反射率メッキが施された搭載面、前記搭載部の両隣の前記導電部におけるボンディングワイヤの接続面、および前記段差に設けられた高反射率樹脂の面よりなる底面とを有することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
前記コネクタは、当該発光装置を別の発光装置と連結するための連結用コネクタであることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の発光装置。