JP6256700B2

JP6256700B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP6256700B2
Application number: JP2014229270A
Authority: JP
Inventors: 下西　正太; 正太下西; 重郎武田; 朋弘三輪
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: US9614137B2; US20160133806A1; JP2016092374A

Description

本発明は発光装置に係り、詳しくは、放熱用基板と、放熱用基板に貼着固定された配線用基板と、放熱用基板に実装された発光素子と、発光素子と実装基板とを接続するボンディングワイヤとを備えた発光装置に関するものである。

特許文献１には、発光素子を搭載する支持体からの反射光を通過させる貫通孔を有する配線板と、この貫通孔直下に発光素子を搭載する支持体を張り合わせた構造の発光素子搭載用基板が開示されている。

特許文献２には、熱伝導性を有する基台と、表面に導電パターンを形成し基台の表面に固着される絶縁板と、この絶縁板に設けられた貫通穴によって露出した基台表面の実装エリアに実装される複数の発光ダイオード素子とを備えた発光ダイオード光源装置が開示されている。

特許文献３には、導体配線を有する基板上に発光素子を載置し、発光素子と導体配線とを導電性ワイヤを用いて電気的に接続し、発光素子からの光を反射する光反射樹脂を発光素子の周囲を取り囲むように基板上に形成する際に、導電性ワイヤの一部を埋設するように光反射樹脂を形成することで、導電性ワイヤの露出をできるだけ少なくして光の吸収を抑制する発光素子の製造方法が開示されている。

特開２００７−１０９７０１号公報特開２０１１−００９２９８号公報特開２００９−１８２３０７号公報

特許文献１の技術では、発光素子の側面と配線板の貫通孔の内周壁面とが対向するため、発光素子の側面側から放射された光が、配線板の貫通孔の内周壁面によって吸収されることから、光取り出し効率が低下するという問題がある。
また、特許文献２の技術では、発光ダイオード素子の側面と絶縁板の貫通穴の内周壁面とが対向するため、発光ダイオード素子の側面側から放射された光が、絶縁板の貫通穴の内周壁面によって吸収されることから、光取り出し効率が低下するという問題がある。

また、特許文献３の技術では、光反射樹脂として熱膨張率が低い合成樹脂材料を用いると、発光素子の発熱により光反射樹脂が加熱された際に、光反射樹脂に埋設された導電性ワイヤ（ボンディングワイヤ）に光反射樹脂の熱応力が印加され、導電性ワイヤが破断し易いという問題がある。

本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、光取り出し効率を向上させることが可能で、且つ、ボンディングワイヤの破断を防止可能な発光装置を提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

＜第１の局面＞
第１の局面は、
放熱用基板と、
前記放熱用基板に貼着固定され、貫通孔が形成された配線用基板と、
前記配線用基板の前記貫通孔から露出している前記放熱用基板の表面上に実装された発光素子と、
前記発光素子と前記配線用基板とを接続するボンディングワイヤと、
前記発光素子および前記ボンディングワイヤの配置箇所を除き、前記貫通孔の内周壁面を被覆する光反射部材と
を備えた発光装置。

第１の局面では、発光素子の側面側から放射された光は、配線用基板の貫通孔の内周壁面を被覆する光反射部材に照射された後に、光反射部材によって反射されて配線用基板の貫通孔の開口側から外部に放射される。
そのため、第１の局面によれば、発光素子の側面側から放射された光が、配線板の貫通孔の内周壁面によって吸収されるのを防止可能であり、光取り出し効率を向上させることができる。
また、第１の局面では、ボンディングワイヤの配置箇所には光反射部材が形成されていないため、ボンディングワイヤに光反射部材の熱応力が印加されることは無く、ボンディングワイヤの破断を防止することができる。

＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、
前記配線用基板の前記貫通孔を囲繞するように配設された枠体と、
前記枠体の内部に注入充填され、前記発光素子と前記ボンディングワイヤと前記光反射部材とを封止する封止体とを更に備え、
前記光反射部材は、前記枠体の内側に配置された前記配線用基板の表面をも被覆する。

第２の局面では、枠体の内側に配置された配線用基板の表面を光反射部材によって被覆しているため、発光素子から放射された光が、配線用基板の表面によって吸収されるのを防止可能であり、光取り出し効率を更に高めることができる。

＜第３の局面＞
第３の局面は、第１の局面または第２の局面において、前記光反射部材の内部には、光反射率の高い材料の微粒子が分散配置されている。
第３の局面によれば、光反射部材の光反射率を容易に高めることが可能であり、第１の局面または第２の局面の作用・効果を確実に得ることができる。

＜第４の局面＞
第４の局面は、第１〜第３の局面において、前記光反射部材の内部には、熱伝導性の高い材料の微粒子が分散配置されている。
第４の局面によれば、光反射部材の熱伝導性を容易に高めることが可能であり、発光素子から照射された光によって光反射部材に発生した熱が効率的に放熱されるため、光反射部材の過熱による発光装置の構成部材の劣化を防止できる。

＜第５の局面＞
第５の局面は、第１〜第４の局面において、前記光反射部材の表面は、前記配線用基板の前記貫通孔の開口側に向けて広がる形状の傾斜面になっている。
第５の局面では、光反射部材がリフレクタとして機能し、発光素子の放射光を、配線基板の貫通孔の開口側から一方向に照射することが可能であり、光取り出し効率を更に高めることができる。

本発明を具体化した一実施形態の発光装置１０の概略構成を示す平面図。発光装置１０の概略構成を示す縦断面図であり、図１に示すＡ−Ａ矢示断面図。発光装置１０の概略構成を示す縦断面図であり、図１に示すＢ−Ｂ矢示断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、各図面では、説明を分かり易くするために、各構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。

図１〜図３に示すように、本実施形態の発光装置１０は、光放射面１０ａ、放熱用基板１１、配線用基板１２（貫通孔１２ａ、内周壁面１２ｂ、表面１２ｃ）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ１３、配線層１４、枠体１５、絶縁層１６、アノード側電極１７、カソード側電極１８、ボンディングワイヤ１９、封止体２０、光反射部材２１（傾斜部２１ａ、角度θ）などを備える。

放熱用基板（支持体、基台）１１は、熱伝導性および光反射率の高い金属材料（例えば、表面に高反射処理を施したアルミニウム合金、純銅、銅系合金など）の矩形平板材によって形成されている。
尚、放熱用基板１１は、金属材料に限らず、熱伝導性および光反射率が高ければどのような材料（例えば、合成樹脂材料、セラミックス材料など）によって形成してもよい。

配線用基板（配線板、絶縁板、絶縁層）１２は、放熱用基板１１の表面上に貼着固定されており、配線用基板１２には貫通孔１２ａが形成されている。
貫通孔１２ａは、配線用基板１２の表裏面に対して９０゜の角度で貫通形成されている。
尚、配線用基板１２は、絶縁性の高い合成樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など）と基材（例えば、ガラス繊維、紙など）との複合基板（例えば、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板など）や、セラミックス材料（例えば、窒化アルミニウムなど）の矩形平板材などによって形成されている。

ＬＥＤチップ１３は略直方体状を成したベアチップであり、貫通孔１２ａから露出している放熱用基板１１の表面上に、複数個（図示例では４４個）のＬＥＤチップ１３がＣＯＢ（Chip on Board）方式によって実装・搭載されている。
尚、ＬＥＤチップ１３は、どのような半導体発光素子（例えば、ＥＬElectro Luminescence）素子など）に置き換えてもよい。
配線層１４は、銅箔から成り、配線用基板１２の表面（放熱用基板１１に貼着固定されている面の反対側の面）上に形成されている。

円環状の枠体（ダム材）１５は、配線用基板１２の表面上にて配線用基板１２の貫通孔１２ａを囲繞するように配設されている。
尚、枠体１５は、光反射率の高い微粒子（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、硫酸バリウムなど）が内部に分散配置された白色の合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など）、光反射率の高いセラミックス材料（例えば、酸化アルミニウムなど）、光反射率の高い金属材料（例えば、アルミニウム合金など）などによって形成されている。

絶縁層１６は、絶縁性を有する合成樹脂材料から成り、配線用基板１２の表面上における枠体１５の外側部分に形成されている。
枠体１５の外側に形成された配線層１４の一部は絶縁層１６から露出し、その絶縁層１６から露出した配線層１４により発光装置１０のアノード側電極（プラス側電極）１７およびカソード側電極（マイナス側電極）１８が形成されている。
枠体１５の内側からは配線層１４の一部が露出している。
ボンディングワイヤ１９は、導電性の高い金属線材から成り、各ＬＥＤチップ１３を直列接続すると共に、枠体１５の内側から露出した配線層１４を介して配線用基板１２に接続されている。

封止体２０は、枠体１５の内部に注入充填されており、各ＬＥＤチップ１３と各ボンディングワイヤ１９と光反射部材２１とは、封止体２０に封止されることにより封止体２０内に埋設されている。
尚、封止体２０は、蛍光体（例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系など）を含有する透明な合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂など）によって形成されている。
そして、封止体２０の表面が発光装置１０の光放射面（光放射領域、発光領域、発光部）１０ａになる。

光反射部材２１は、各ＬＥＤチップ１３および各ボンディングワイヤ１９の配置箇所を除き（図２を参照）、配線用基板１２の貫通孔１２ａの内周壁面１２ｂと、枠体１５の内側に配置された配線用基板１２の表面１２ｃとを被覆するように、放熱用基板１１の表面上に形成されている（図３を参照）。
光反射部材２１の傾斜部２１ａは、光反射部材２１における貫通孔１２ａを被覆する部分から成り、傾斜部２１ａの表面は貫通孔１２ａの開口側に向けて広がる形状の傾斜面になっており、その傾斜面が放熱用基板１１の表面に対して成す角度θは鋭角になっている。

尚、光反射部材２１は、光反射率の高い材料（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化ボロン、窒化アルミニウム、硫酸バリウムなど）の微粒子と熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム、銀銅など）の微粒子とが内部に分散配置された熱膨張率が低い白色の合成樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など）によって形成されている。

光反射部材２１の形成方法には、例えば、ディスペンス（ポッティング）法、スクリーン印刷法などがある。
ちなみに、スクリーン印刷法を用いる場合には、光反射部材２１を形成した後に、各ＬＥＤチップ１３を放熱用基板１１に実装する必要がある。
また、ディスペンス法を用いる場合には、光反射部材２１を形成した後に各ＬＥＤチップ１３を放熱用基板１１に実装してもよく、各ＬＥＤチップ１３を放熱用基板１１に実装して各ボンディングワイヤ１９を接続した後に光反射部材２１を形成してもよい。

［実施形態の作用・効果］
本実施形態の発光装置１０によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］光反射部材２１を設けず、配線用基板１２の貫通孔１２ａの内周壁面１２ｂを露出させた場合には、内周壁面１２ｂの光反射率が低いため、各ＬＥＤチップ１３の側面側から放射された光が、配線用基板１２の貫通孔１２ａの内周壁面１２ｂによって吸収されてしまい、光取り出し効率が低下するという問題がある。

それに対して、発光装置１０では、図３の矢印αに示すように、各ＬＥＤチップ１３の側面側から放射された光は、配線用基板１２の貫通孔１２ａの内周壁面１２ｂを被覆する光反射部材２１に照射された後に、図３の矢印βに示すように、光反射部材２１によって反射されて配線用基板１２の貫通孔１２ａの開口側から外部に放射される。
そのため、発光装置１０によれば、各ＬＥＤチップ１３の側面側から放射された光が、配線板の貫通孔１２ａの内周壁面１２ｂによって吸収されるのを防止可能であり、光取り出し効率を向上させることができる。

［２］光反射部材２１を設けず、枠体１５の内側に配置された配線用基板１２の表面１２ｃを露出させた場合には、配線用基板１２の表面１２ｃの光反射率が低いため、各ＬＥＤチップ１３から放射された光が、配線用基板１２の表面１２ｃによって吸収されてしまい、光取り出し効率が低下するという問題がある。

それに対して、発光装置１０では、枠体１５の内側に配置された配線用基板１２の表面１２ｃを光反射部材２１によって被覆しているため、各ＬＥＤチップ１３から放射された光が、配線用基板１２の表面１２ｃによって吸収されるのを防止可能であり、光取り出し効率を更に高めることができる。

［３］光反射部材２１にボンディングワイヤ１９を埋設した場合、光反射部材２１として熱膨張率が低い合成樹脂材料を用いると、ＬＥＤチップ１３の発熱により光反射部材２１が加熱された際に、ボンディングワイヤ１９に光反射部材２１の熱応力が印加され、ボンディングワイヤ１９が破断し易いという問題がある。

それに対して、発光装置１０では、各ボンディングワイヤ１９の配置箇所には光反射部材２１が形成されていないため、ボンディングワイヤ１９に光反射部材２１の熱応力が印加されることは無く、ボンディングワイヤ１９の破断を防止することができる。

［４］光反射部材２１の内部には、光反射率の高い材料の微粒子が分散配置されているため、光反射部材２１の光反射率を容易に高めることが可能であり、前記［１］［２］の作用・効果を確実に得ることができる。

［５］光反射部材２１の内部には、熱伝導性の高い材料の微粒子が分散配置されているため、光反射部材２１の熱伝導性を容易に高めることが可能であり、各ＬＥＤチップ１３から照射された光によって光反射部材２１に発生した熱が効率的に放熱されるため、光反射部材２１の過熱による発光装置１０の構成部材（配線用基板１２、ＬＥＤチップ１３、枠体１５、ボンンディングワイヤ１９、封止体２０など）の劣化を防止できる。

［６］光反射部材２１の傾斜部２１ａの表面は、配線用基板１２の貫通孔１２ａの開口側に向けて広がる形状の傾斜面になっており、その傾斜面が放熱用基板１１の表面に対して成す角度θは鋭角になっている。
そのため、傾斜部２１ａの表面がリフレクタとして機能し、各ＬＥＤチップ１３の放射光を、配線基板の貫通孔１２ａの開口側から一方向に照射することが可能であり、光取り出し効率を更に高めることができる。

ここで、角度θの範囲は５゜〜８５゜が適当であり、望ましくは１０゜〜８０゜、特に望ましくは３０゜〜６０゜である。
角度θがこの範囲より大きくなると、傾斜部２１ａのリフレクタとしての機能が阻害されるおそれがある。
また、角度θがこの範囲より小さくなると、光反射部材２１をディスペンス法を用いて形成する場合に、配線用基板１２の貫通孔１２ａの内周壁面１２ｂに塗布した光反射部材２１が、放熱用基板１１上に流れ出してしまい、内周壁面１２ｂの一部分しか被覆しなくなるおそれがある。

［７］光反射部材２１は封止体２０に封止されることにより封止体２０内に埋設されているが、光反射部材２１から封止体２０が剥離し、光反射部材２１と封止体２０との間に空気層（空隙）が生じた場合でも、各ＬＥＤチップ１３の側面側から放射された光は空気層によって全反射されるため、空気層が光取り出し効率を低下させることはない。

本発明は、前記各局面および前記実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１０…発光装置
１０ａ…光放射面
１１…放熱用基板
１２…配線用基板
１２ａ…貫通孔
１２ｂ…内周壁面
１２ｃ…表面
１３…ＬＥＤチップ（発光素子）
１５…枠体
１９…ボンディングワイヤ
２０…封止体
２１…光反射部材

Claims

放熱用基板と、
前記放熱用基板に貼着固定され、貫通孔が形成された配線用基板と、
前記配線用基板の前記貫通孔から露出している前記放熱用基板の表面上に実装された発光素子と、
前記発光素子と前記配線用基板とを接続するボンディングワイヤと、
前記発光素子および前記ボンディングワイヤの配置箇所を除き、前記貫通孔の内周壁面を被覆する光反射部材と
を備えた発光装置であって、
前記配線用基板の前記貫通孔を囲繞するように配設された枠体と、
前記枠体の内部に注入充填され、前記発光素子と前記ボンディングワイヤと前記光反射部材とを封止する封止体と
を更に備え、
前記光反射部材は、前記枠体の内側に配置された前記配線用基板の表面をも被覆する、発光装置。
前記光反射部材の内部には、光反射率の高い材料の微粒子が分散配置されている、
請求項１に記載の発光装置。
前記光反射部材の内部には、熱伝導性の高い材料の微粒子が分散配置されている、
請求項１または請求項２に記載の発光装置。
前記光反射部材の表面は、前記配線用基板の前記貫通孔の開口側に向けて広がる形状の傾斜面になっている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置。