JP2011061056A - 線状発光装置、その製造方法並びに面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板と反射枠とを貼り付け、あるいは放熱基板に回路基板を貼り付けることにより形成された長溝に複数の発光素子チップを配置したために、２つの部材の熱膨張係数の差による応力が発生して反りを生じていた。
【解決手段】長溝１ａを有する基板１の長溝１ａの底に発光素子チップ２−１，２−２，…及び回路チップ３−１，３−２，…を交互に配置し、これらをボンディングワイヤ４−１，４−２，…によって電気的に直列接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は複数の発光素子チップたとえば発光ダイオード（LED）チップを線状に配置した線状発光装置、その製造方法並びにこれを用いた面光源装置に関する。面光源装置はたとえば液晶表示装置のバックライトとして用いられる。

高輝度の発光装置として複数のLEDチップを線状につまり直線状に配置した線状発光装置が知られている。

図９は第１の従来の線状発光装置を示す斜視図である（参照：特許文献１の図５）。

図９に示すように、エポキシ等よりなる長方形の回路基板１０１に桶状の反射枠１０２を接着剤（図示せず）によって貼り付ける。次に、回路基板１０１及び反射枠１０２によって形成された長溝１０３内に縦方向に線状に３つのLEDチップ１０４−１，１０４−２，１０４−３を配置する。尚、LEDチップ１０４−１，１０４−２，１０４−３の数及び間隔は長溝１０３の横方向幅及び輝度に応じて設定される。

図１０は第２の従来の線状発光装置を示す斜視図である（参照：特許文献２の図２）。

図１０に示すように、銅等の放熱基板２０１に下側回路基板２０２を接着剤２０３によって貼り付け、また、下側回路基板２０２に上側回路基板２０４を接着剤２０５によって貼り付ける。下側回路基板２０２の回路パターン（配線パターン）２０２ａと上側回路基板２０４の回路パターン（配線パターン）２０４ａとは上側回路基板２０４のスルーホール（図示せず）によって電気的に接続されている。次に、放熱基板２０１、下側回路基板２０２及び上側回路基板２０４によって形成された長溝２０６内に縦方向に線状に複数のLEDチップ２０７を配置する。各LEDチップ２０７はボンディングワイヤ２０８によって下側回路基板２０２の回路パターン２０２ａに電気的に接続される。尚、LEDチップ２０７の数及び間隔は長溝２０６の横方向幅及び輝度に応じて設定される。

特開２００６−２１６８２１号公報 特開２００７−１０９９４５号公報

図９に示す第１の従来の線状発光装置においては、熱処理時の回路基板１０１と反射枠１０２との熱膨張係数の差により応力が発生して反るという課題がある。また、回路基板１０１と反射枠１０２とを張り付けるための接着剤がLEDチップ１０４−１，１０４−２，１０４−３を装着する領域にはみ出してしまうので、LEDチップ１０４−１，１０４−２，１０４−３を装着する領域の周囲のスペースを必要以上に大きくしなければならず、この結果、線状発光装置が大型化するという課題もある。特に、線状発光装置を導光板を用いる面光源装置に適用した場合、線状発光装置が大型化すると、光の取込み効率が低下し、また、LEDチップが白色LEDチップの場合、発光の色むらが大きくなる。

図１０に示す第２の従来の線状発光装置においても、熱処理時の放熱基板２０１と回路基板２０２、２０４との熱膨張係数の差により応力が発生して反るという課題がある。また、放熱基板２０１と下側回路基板２０２とを張り付けるための接着剤２０３がLEDチップ２０７を装着する領域にはみ出してしまうので、LEDチップ２０７を装着する領域の周囲のスペースを必要以上に大きくしなければならず、この結果、線状発光装置が大型化するという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る線状発光装置は、長溝が形成された基板と、基板の長溝の底に線状に配置された複数の発光素子チップと、基板の長溝の底に線状に配置された複数の回路チップとを具備し、発光素子チップ及び回路チップをボンディングワイヤによって電気的に直列接続する。これにより、従来の接着剤で貼り付けた異なる部品の代りに、一体形成された基板を用いているので、熱膨張係数の差による応力が生じず、従って、反りは生じない。また、接着剤も不要となる。さらに、輝度に応じて発光素子チップの数を増減させた場合にも、発光素子チップ間隔に合わせて発光素子チップ間の回路チップのサイズを調整することによりボンディングワイヤ長は常に短くなり、ボンディング作業がし易くなる。

また、発光素子チップ及び回路チップが長溝の長手方向に同一線上に交互に配置され、ボンディングワイヤが隣接する回路チップと発光素子チップとの間に接続され、長溝の両端から配線を引き出した。

さらに、本発明に係る線状発光装置の製造方法は、長溝が形成された基板の長溝の底に複数の発光素子チップを長溝の長手方向に配置する工程と、長溝の底に複数の回路チップを配置する工程と、発光素子チップ及び回路チップをボンディングワイヤによって電気的に直列接続する工程とを具備し、回路チップが発光素子と同一線上に交互に配置されたものである。発光素子配置工程後に回路チップ配置工程を行えば、発光素子接合時に用いるAuSn半田接合によって生じる熱の影響が回路チップに及ぶことはない。

さらに、上述の線状発光装置の基板の長溝に対向した導光板を具備し、面光源装置を実現する。線状発光装置の基板を導光板に接触させれば、発光素子が基板の長溝に配置されているので、導光板への光取込み効率が向上する。

本発明によれば、線状発光装置の反りを防止することができると共に、小型化できる。また、発光素子チップ数が増減した場合でも、ボンディング作業を容易にして製造コストを低減させることができる。

本発明に係る線状発光装置の実施の形態を示す斜視図である。 図１の基板に用いられる材料の反射特性を示すグラフである。 図１の線状発光装置の蛍光体樹脂封止を示す斜視図である。 図１のLEDチップ及び回路チップの配置の第１の例を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。 図１のLEDチップ及び回路チップの配置の第２の例を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。 図１の基板の変更例を示す斜視図である。 図１、図３の線状発光装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１、図３の線状発光装置を用いた面発光装置を示す斜視図である。 第１の従来の線状発光装置を示す斜視図である。 第２の従来の線状発光装置を示す斜視図である。

図１は本発明に係る線状発光装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。

図１に示すように、長溝１ａが形成された基板１は高反射率かつ高熱伝導率の材料たとえばAlよりなる。尚、反射率が低いが高熱伝導率のCuあるいはセラミックを用いた場合には、その上に図２に示す高反射率のAl膜あるいはAg膜を形成すればよい。長溝１ａは基板１の短手の一側面から他の側面に通じている。

尚、図２に示すように、紫外光〜緑光領域におけるAl、Agの反射率はAuの反射率より高いので、Auの代りにAl、Agを用いることは特に白色LEDにおいて有効である。しかし、Agの反射率は、光熱、大気中のハロゲンイオン、大気中のSによって比較的短時間で低下する。他方、Alはその表面に非常に緻密な保護力の強い自然酸化膜が形成されるので、耐腐食性、耐俣性に優れ、この結果、Alの反射率の低下はほとんどない。また、Alの自然酸化膜の代りに強固なアルマイト処理をしてもよい。

基板１の長溝１ａには、LEDチップ２−１，２−２，２−３及び回路チップ（配線チップ）３−１，３−２，３−３，３−４が線状に配置されている。この場合、各LEDチップ２−１，２−２，２−３が回路チップ３−１，３−２，３−３，３−４の間に配置されている。このように、回路チップを基板１の側壁部上面に設けた場合に比較してLEDチップの短手方向の長さを短くすることができる。

LEDチップ２−１，２−２，２−３及び回路チップ３−１，３−２，３−３，３−４はボンディングワイヤ４−１，４−２，…，４−６によって電気的に直列接続される。

最外側の回路チップ３−１，３−４には給電用配線５−１，５−２が接続されている。つまり、基板１の短手の両側面から給電用配線５−１，５−２が導出されている。

LEDチップ２−１，２−２，２−３が青色LEDチップの場合、図３に示すように、長溝１ａ内には蛍光体樹脂６で封止し、白色LEDを構成する。この蛍光体樹脂６は、色むらを抑制する。さらに、図示しないが、蛍光体樹脂が長溝１ａから流れ出ないように、チクソ性の高い白色シリコーン樹脂たとえばTiOフィラー入りシリコーン樹脂を長溝１ａの両端を塞ぐように配置する。このように、蛍光体樹脂６の側面は放熱性の高い基板１に接触しているので、放熱性を向上できる。

図１、図３の線状発光装置においては、従来の図９の反射枠１０２としての長溝１ａが形成されかつ従来の図１０の下側回路基板２０２が回路チップとされているので、熱処理時の熱膨張係数の差による応力は基板１に生じず、従って、反りは生じない。

また、図１、図３の線状発光装置においては、従来の図９の反射枠１０２及び図１０の下側回路基板２０２のための接着剤は不要となるので、LEDチップ２−１，２−２，２−３を装着する領域の周囲のスペースを必要以上に大きくする必要がなくなり、この結果、線状発光装置を小型化できる。

さらに、図１、図３の線状発光装置においては、基板１を高反射率かつ高熱伝導率のAl基板とし、あるいは高熱伝導率のCu基板もしくはセラミック基板上を高反射率のAlもしくはAgで被膜することにより放熱性が向上するので、LEDチップ２−１，２−２，２−３への電流を増加させて輝度を増加させることができる。

LEDチップの数及び間隔は長溝１ａの横方向幅及び輝度に応じて設定される。たとえば、LEDチップの輝度が低い場合には、図４に示すように、LEDチップ数を3個とし、他方、LEDチップの輝度が高い場合には、図５に示すように、LEDチップ数を2個とする。

図４においては、3個のLEDチップ２−１，２−２，２−３が光、熱による劣化が少ない透明シリコーン接着層２−１ａ，２−２ａ，２−３ａによって基板１に装着されている。これにより、LEDチップ２−１，２−２，２−３の下側からの光が透明シリコーン接着層２−１ａ，２−２ａ，２−３ａを介して反射されるので、輝度を増加できる。また、4個の回路チップ３−１，３−２，３−３，３−４はプリント配線基板であり、たとえば、FP-4もしくはフレキシブル絶縁基板等の絶縁基板３−１ａ，３−２ａ，３−３ａ，３−４ａ及びその上に形成されたAuめっきしたCu導電層３−１ｂ，３−２ｂ，３−３ｂ，３−４ｂよりなり、図示しないシリコーンペースト、Agペースト、エポキシペースト等によって基板１に装着されている。但し、回路チップ３−１，３−２，３−３，３−４は光を発しないので接着層の透明性は必要ない。このとき、同一形状、同一構成の回路チップ３−１，３−２，３−３，３−４は適正な寸法に加工されており、この結果、ボンディングワイヤ４−１，４−２，４−３，４−４，４−５，４−６は短く、適切な長さW1となり、ワイヤボンディング作業がし易くなっている。これにより、ボンディングワイヤ４−１，４−２，…，４−６は通常Auよりなるので、高価なAu材料を節減でき、製造コストの上昇を抑制できる。また、透明シリコーン接着層２−１ａ，２−２ａ，２−３ａは長溝１ａ両端の給電用配線５−１，５−２の間において連続しない島状の接着層とされている。これにより応力の発生しやすい接着剤が連続したものでなく点在したものとなるので基板１の反りを生じさせにくいものとなっている。

図５においては、2個のLEDチップ２−１，２−２，２−３及び3個の回路チップ３−１，３−２，３−３が図４の場合と同様に基板１に装着されているが、同一形状、同一構成の回路チップ３−１，３−２，３−３の寸法は図４の場合より大きく加工されており、この結果、ボンディングワイヤ４−１，４−２，４−３，４−４はやはり短く、適切な長さW2（≒W1）となり、やはり、ワイヤボンディング作業がし易くなると共に、Au材料を節減できる。

また、図４、図５においては、ワイヤボンディング作業を行う際に、Auボールがクッションとなる1打目をLEDチップ側にし、Auボールがない2打目を回路チップ側にすることにより、LEDチップへの衝撃を和らげてLEDチップを保護する。

このように、種々の線状発光装置の要求される輝度及びLEDチップの輝度に応じてLEDチップ数を増減すればよく、この場合、製造コストの低い同一形状、同一構成の回路チップのサイズのみを調整してボンディングワイヤの長さを適切にする。この結果、製造コストを低減できる。

図６は図１の基板１の変更例を示す斜視図である。すなわち、図６の（Ａ）に示すように、基板１の下面側に長溝１ａに対向せずに長溝１ａに平行な長溝１ｂ，１ｂ’を設け、あるいは図６の（Ｂ）に示すように、基板１の上面側に長溝１ａに平行な長溝１ｃ，１ｃ’を設け、あるいは図６の（Ｃ）に示すように、基板１の側面側に長溝１ａに平行な長溝１ｄ，１ｄ’を設ける。これにより、基板１の反りがさらに抑止されると共に、基板１の表面積の増加により放熱性を向上できる。尚、図示しないが、基板１の下面側あるいは側面側に放熱フィンを設けて放熱性を向上させることもできる。

図７は図１、図３の線状発光装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。

始めに、ステップ７０１において、長溝１ａが形成された基板１の長溝１ａの底に複数のLEDチップ２−１，２−２，…を配置する。

次に、ステップ７０２において、基板１の長溝１ａの底に複数の回路チップ３−１，３−２，…を配置する。このとき、各LEDチップは回路チップ間に配置され、LEDチップと回路チップとが交互に線状に配置されることになる。

次に、ステップ７０３において、LEDチップ２−１，２−２，…及び回路チップ３−１，３−２，…にボンディングワイヤ４−１，４−２，…によって電気的に直列接続する。この場合、各ボンディングワイヤ４−１，４−２，…の１打目はLEDチップ側にし、２打目を回路チップ側にし、LEDチップへの衝撃を和らげる。

最後、ステップ７０４において、基板１の長溝１ａに蛍光体樹脂６を塗布して蛍光体樹脂６によって長溝１ａを埋める。

図７の製造方法においては、LEDチップ配置後に、回路チップを配置しているので、回路チップを基板１にAuSnなどの半田による接合した場合には回路チップへの熱損失による影響はない。

図８は図１、図３の線状発光装置を用いた面発光装置を示す斜視図である。図８に示すように、図１、図３の線状発光装置に導光板６をLEDチップ２−１，２−２，…の配置に沿うように装着することにより、面発光装置を構成する。この場合、図１、図３の線状発光装置の基板１の側壁部の上面に回路（配線）パターンが存在しないので、線状発光装置と導光板６とのギャップ６１をほぼゼロにし、導光板６に近づけることができる。たとえば、線状発光装置の基板１を導光板６に接触させることができる。また、LEDチップ２−１，２−２，…が長溝１ａに配置されているので、基板１の水平方向の光が減少して基板１の上方向の光が増加する。従って、導光板６に対して光取込み効率を高くでき、面発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いた場合に輝度を大きくできる。また、種々のサイズの導光板６に対応できるので、製造コストを低減できる。

１：基板
１ａ，１ｂ，１ｂ’，１ｃ，１ｃ’，１ｄ，１ｄ’：長溝
２−１，２−２，…：LEDチップ
２−１ａ，２−２ａ，…：透明シリコーン接着層
３−１，３−２，…：回路チップ（配線チップ）
３−１ａ，３−２ａ，…：絶縁基板
３−１ｂ，３−２ｂ，…：Cu導電層
４−１，４−２，…：ボンディングワイヤ
５−１，５−２：給電用配線
１０１：回路基板
１０２：反射枠
１０３：長溝
１０４−１，１０４−２，１０４−３：LEDチップ
２０１：放熱基板
２０２：下側回路基板
２０２ａ：回路パターン（配線パターン）
２０３：接着剤
２０４：上側回路基板
２０４ａ：回路パターン（配線パターン）
２０５：接着剤
２０６：長溝
２０７：LEDチップ
２０８：ボンディングワイヤ

Claims (9)

1. 長溝が形成された基板と、
   該基板の長溝の底に線状に配置された複数の発光素子チップと、
   前記基板の長溝の底に線状に配置された複数の回路チップと
   を具備し、
   前記発光素子チップ及び前記回路チップをボンディングワイヤによって電気的に直列接続した線状発光装置。
2. さらに、前記発光素子チップ及び前記回路チップが前記長溝の長手方向に同一線上に交互に配置され、
   前記ボンディングワイヤが隣接する前記回路チップと前記発光素子チップとの間に接続され、
   前記長溝の両端から配線を引き出した請求項１に記載の線状発光装置。
3. 前記発光素子チップを透明接着層により前記基板の長溝の底に接着した請求項１に記載の線状発光装置。
4. 前記各回路チップが、
   絶縁基板と、
   該絶縁基板上に形成された導電層と
   を具備する請求項１に記載の線状発光装置。
5. さらに、前記長溝に埋め込められた蛍光体樹脂を具備し、前記発光素子チップ、前記各回路チップ及び前記ボンディングワイヤを前記蛍光体樹脂で封止した請求項１に記載の線状発光装置。
6. 前記基板の前記長溝に平行な他の長溝を設けた請求項１に記載の線状発光装置。
7. 長溝が形成された基板の前記長溝の底に複数の発光素子チップを前記長溝の長手方向に配置する工程と、
   前記長溝の底に複数の回路チップを配置する工程と、
   前記発光素子チップ及び前記回路チップをボンディングワイヤによって電気的に直列接続する工程と
   を具備し、前記回路チップが前記発光素子と同一線上に交互に配置された線状発光装置の製造方法。
8. 前記回路チップ配置工程が前記発光素子配置工程の後で行われる請求項７に記載の線状発光装置の製造方法。
9. 請求項１〜６の１つに記載の線状発光装置と、
   該線状発光装置の基板の長溝に対向した導光板と
   を具備する面発光装置。
   

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