JP6107067B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
このような発光装置では、可撓性を有する基板を導電性パターンの配列方向と平行な方向に湾曲させるために、発光素子のワイヤボンディングを導電性パターンの配列方向と直交する方向に行い、可撓性基板の屈曲変形時にボンディングワイヤの断線、発光素子の剥離を防止している。
一方、発光装置では、広い配光を実現しながら、小型化をも実現することが重要な課題である。例えば、直管型蛍光管のように細長い照明装置を作製する場合、内蔵される発光装置として上述した発光装置を用いると、照明装置の長手方向のみならず、短手方向にも複数の発光素子を配列させ、基板を屈曲させることにより、広い配光を得ることが可能であるが、そのために、複数の発光素子のマトリクス状の配列が必要となり、十分な小型化を図ることが困難である。
また、上述した発光装置では、長手及び短手方向に配列した複数の発光素子の光軸方向を考慮すると、発光装置としての色調及び輝度のバラツキが余儀なくされる。
(1)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の基板、
前記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複数の発光素子及び
前記基板と前記発光素子とを封止する封止部材を備えてなり、
前記基板は、長手方向に延長する細長い形状であり、該基板が長手方向に直交する短手方向に湾曲して、前記封止部材の外縁の少なくとも一部が、前記発光素子が配置された位置より下方に配置されていることを特徴とする発光装置。
(2)さらに、前記基板の湾曲状態を保持する固定部材を備える上記の発光装置。
(3)前記基板は短手方向の両端部にそれぞれ係止手段を備える上記いずれかの発光装置。
(4)前記発光素子は、基板の一面上に長手方向に一列に配置されている上記いずれかの発光装置。
(5)前記基板の湾曲は、曲率半径Rが、3〜50mmである上記いずれかの発光装置。
なお、本明細書では、基板の一面、つまり、基板において発光素子が載置されている側の面を「表面」、基板の他面、つまり、基体の配線部が配置している側とは反対側の面を「裏面」ということがある。
基板は、少なくとも、基体と、この基体の上に設けられた複数の配線部とを備える。
(基体)
基体は、発光装置の母体となる部材であり、可撓性を有する。基体は、可撓性を有する限り、目的や用途等に応じて、また、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、適切な材料を用いて形成することができる。そのような材料としては、例えば、プラスチック、金属箔等の絶縁性又は導電性材料で構成されたものが挙げられる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドなどの樹脂が好ましい。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より好ましい。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。
基体の厚みは可撓性を損なわない範囲で、例えば、10μm〜500μm程度が挙げられ、10μm〜200μm程度、10μm〜100μm程度が好ましい。
例えば、直管型照明用の光源、具体的には、約120cmの直管型(40型)照明の場合、幅が0.5cm〜5cmで、長さが100cm〜150cmの基体を用いた発光装置を1つ用いてもよく、幅が0.5cm〜5cmで、長さが20〜70cmの基体を用いた発光装置を複数用いてもよい。
複数の配線部は、導電部材として形成されており、基体の一面上に配置され、発光素子に直接または間接的に接続される。また、発光素子を載置していてもよい。配線部は、例えば、銅及びアルミニウム等の金属又は合金の単層又は積層構造の導電性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、基板の種類によっては、基板の内部又は他面に配置されていてもよい。
配線部の厚みは、その可撓性を損なわない厚みであることが好ましく、例えば、8μm〜150μm程度が挙げられる。
可撓性を有する基体を用いる場合、配線部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ことにより、その可撓性を保持ながら、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、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%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上、85%以上90%以上の面積で配線部を設けることがさらに好ましい。また、配線部の電気的な分離が必要な場合には、それが確保できるように、98%程度以下、95%程度以下の面積で配置されることが好ましい。
配線部は、通電に必要な部位以外は、絶縁性の被腹膜で被覆されていることが好ましい。被覆膜は、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。
1つの基板における開口の数は特に限定されるものではなく、例えば、1つの基板に搭載する発光素子の数に応じて適宜調整することができる。
ただし、開口内に配線部が存在しない部位、つまり、基体自体が露出する部位においては、その表面が、被覆膜で被覆されていることが好ましい。基体の種類によっては、発光素子からの光を吸収することがあるが、これを回避するためである。
ただし、後述するように、発光素子の光軸の方向を変えて、発光装置として広配光とするためには、基板が湾曲した状態で、後述する封止部材が基板から剥がれることなく、確実に基板の一部と発光素子とに密着し、発光素子から出射される光が、封止部材を透過せずに漏れることがない状態に構成されていることを要する。
封止部材の直径にかかわらず、基板が湾曲した形態では、封止部材の外縁の少なくとも一部は、発光素子が配置された位置より下方に配置されていることが好ましい。詳細には、基板が湾曲した形態において、封止部材の外縁の一部は、基板が湾曲していない状態での発光素子の下面よりも下方(基板が湾曲していない場合の基板の裏面の方)に配置されていることが好ましく、基板が湾曲していない状態での発光素子が載置された位置の基板表面(例えば、被覆層の表面、配線部の表面、基体の表面等)よりも下方に配置されていることがより好ましく、基板が湾曲していない状態での裏面の位置と一致する程度に、下方に配置されていること又は基板が湾曲していない状態での裏面より下方に配置されていることがさらに好ましい。
また別の観点から、発光装置の断面において、基板の湾曲は、後述する封止部材が(R−R・cosθ)程度伸びるように設定されるが、この場合の(R−R・cosθ)が、基板の厚みの20%程度以上、30%程度以上、50%程度以上、80%程度以上、100%程度以上、20〜500%程度、50〜500%程度、80〜500%程度、80〜300%程度、20〜300%程度、100〜300%程度であることが好ましい。
基板の湾曲状態を保持するために、一実施形態では、基板が係止手段を備えていてもよい(図4〜図6参照)。
係止手段としては、スリット、貫通孔、凸部、凹部、突起部等が挙げられる。これらの係止手段は、基板の一端部又は一端部近傍に配置することによって、基板の湾曲状態を保持することができる。ここでの一端部又は一端部近傍とは、長手方向の一端部であってもよいが、短手方向の一端部であることが好ましい。例えば、スリットとスリット、貫通孔と凸部、貫通孔と突起部、凸部と凹部、凹部と突起部等との一対をそれぞれ、基板の両端部又は両端部近傍に配置することが好ましい。なお、この係止手段の一対は、長手方向に1つのみ配置してもよいが、複数個配置することが好ましい。このような係止手段は、例えば、基板の端部に切り込み、切欠き、貫通孔を形成する、基板の端部の形状を凸状、凹状に加工する、基板の端部の表面及び/又は裏面に、基体及び/又は被覆膜の一部を厚膜状に形成するなど、基板自体に、基板自体で形成することができる。
このような固定部材としては、上述したように、意図する基板の湾曲に対応する曲率半径を有する曲面を有する支持体、基板の端部を固定し得る凸部、凹部、突起部、穴、貫通孔、スリット等を備えた部材などが挙げられる。特に、直管型蛍光管のように細長い照明装置を作製する場合、発光装置を収容する管内に、上述した基板の端部を固定し得る凸部、凹部、突起部、穴、貫通孔、スリット等が配置された部位を設けてもよい。固定部材の材質は、特に限定されず、プラスチック、ガラス、金属、セラミックス等種々の材質のものが挙げられる。
発光素子は、基板上の上述した被覆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、発光素子を正負対となる配線部に電気的に接続することができる。特に、2つの配線部を跨いで配置される場合には、溝部での基板の屈曲を防止して、緩やかなカーブを描くように湾曲させやすくすることができる。
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、その個数及び/又は色調及び/又は配置が決められる。従って、これに応じて、上述したように、配線部及び/又は被覆膜の開口部等の形状及び位置等が調整される。
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。
フリップチップ実装される場合には、発光素子の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る。接合部材としては、Sn−Ag−Cu系、Sn−Cu系、Au−Sn系等のはんだ、Au等の金属のバンプ等を用いることができる。
特に、本発明の発光装置は、基板が湾曲していることから、発光素子に接続されるワイヤ等の断線を回避するために、フリップチップ実装によって、発光素子の正負双方の電極が後述する接合部剤によって強固に接続されていることが好ましい。
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、上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、上述の接合部材によって電気的に接続される。
封止部材は、基板上において、発光素子をそれぞれ封止(被覆)し、上述したように、その外縁の少なくとも一部が、発光素子が配置された位置より下方に配置されている。1つの発光素子は、1つの封止部材で被覆することが好ましいが、2つ以上の発光素子が1つの封止部材に封止されていてもよい。封止部材は、発光素子からの光に対して透光性で、かつ、耐光性及び絶縁性を有するものが好ましい。この封止部材は、上述した被覆膜の開口の全てを被覆するように配置されていることが好ましいが、開口の一部を被覆しないように配置されていてもよい。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。
また、封止部材は、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。
封止部材は、その外縁が、被覆膜上に配置されていてもよいし、被覆膜の開口内に配置されていてもよい。
例えば、図2に示すように、樹脂層41の上に、封止部材の外縁が配置される場合であっても、封止部材の外縁の少なくとも一部は、上述したように、発光素子が配置された位置よりも下方に配置されることが好ましい。
上述したように、封止部材を基板に確実に密着させるために、封止部材及び基板に対して密着性の良好な材料層を、それらの間に介在させることができる。このような材料層としては、両者の密着性を確保するのみならず、他の機能を備えていてもよく、例えば、以下に示す樹脂層が挙げられる。
樹脂層は、発光素子の側方(外周)において、例えば、被覆膜に設けられた開口内、被覆膜の開口の外周又は開口内から開口の外周、つまり、被覆膜上にまでおよんで配置されていてもよい。また、配線部の有無にかかわらず、例えば、配線部間の溝部及び/又は発光素子の直下に配置されていてもよい。
樹脂層を構成する材料は単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これにより、光の反射率を調整することができ、また、樹脂の線膨張係数を調整することが可能となる。
(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、基板10と、基板10の表面に配置された発光素子30と、基板10上であって発光素子30を被覆する封止部材20とを有する。
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、開口によって被覆膜15から露出させている。
配線部12のうち、一対の配線部は外部端子と接続されている(図示せず)。
このような発光素子30は、基板10の被覆膜15から露出した一対の配線部12に、n側電極及びp側電極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。接合部材35は、通常、発光素子30の縁から、その外周にはみ出して配置されている。
この樹脂層40は、発光素子30の外縁、かつ接合部材35上から、発光素子の外周であって、被覆膜15の開口内の全部及び被覆膜15上に及んで配置している。樹脂層40の厚みは、発光素子30側においては、発光素子30の高さと略同じ厚みであり、接合部材35上においては徐々に薄くなり、被覆膜15上において、10μm程度の厚みとなっている。
また、樹脂層40の発光素子30側端部から、その反対側の端部までの長さは1mm程度である。
樹脂層40が、発光素子30の外周において比較的大面積で配置される場合には、通常、接合部材35、配線部12等との密着性が良好でない封止部材20を、より密着性が良好な樹脂層40と、より大面積で接触させることができるために、封止部材20を、基板10に対して、強固に密着させることができる。
樹脂層40は、接合部材35、配線部12よりも、反射率が高いため、より一層効率的に発光素子からの光取り出しを行うことができる。
封止部材20の外縁は、基板10の被覆膜15上に配置されている。封止部材20は、基板10が平坦な状態でボッティングすることによって、半円球状に成形されている。
封止部材20の直径rは、基板10が湾曲していない状態で、例えば、3.5mm程度である。
湾曲した状態は、例えば、曲率半径Rの円筒形の固定部材(例えば、図8の「83」参照)に発光装置の基板10を貼り付けることで維持されている。これによって、封止部材20のアスペクト比(半径:高さ)は、r:r+R−R・cosθとなる。ここで、rは、断面視における封止部材20の半径である。
この実施の形態2の発光装置200は、例えば、図2に示すように、封止部材20の外縁が、基板10の被覆膜15の上に及ぶ樹脂層41の上に配置されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
つまり、この発光装置200の封止部材20の外縁は、樹脂層41を介して被覆膜15の上方に配置されており、封止部材20の外縁は、それでもなお、発光素子30が配置された部位の基板10の裏面よりも下方(発光素子下面よりも、基板10の裏面側)に位置している。
封止部材20の直径は、基板10が湾曲していない状態で、例えば、3.5mm程度である。
この発光装置120においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
このように、封止部材20が被覆膜15に接触せず、広い面積で樹脂層41と接触するために、より一層両者の接触面積を確保することができる。
特に、樹脂層41が、封止部材2を構成するベースポリマーと同一のポリマーによって形成されている場合には、両者の適合性、融和性及び相溶性が良好であるために、密着性をより強固なものとすることができる。
また、接合部材35及び配線部12の表面及びこれらの界面、配線部12と被覆膜15との界面を、樹脂層41によって被覆することができるため、これらの部位の光劣化、光劣化による剥離等を効果的に防止することができる。
この実施の形態3の発光装置300は、例えば、図3に示したように、発光素子30がフェイスアップ実装されており、発光素子30のn側電極及びp側電極(図示せず)が、それぞれ、ワイヤ16によって配線部12に電気的に接続されている以外は、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。なお、ワイヤ16の延長方向は、基板10の長手方向に平行と一致させている。
この発光装置300においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
さらに、ワイヤ16が基板10の湾曲方向とは異なる方向に延長することから、ワイヤの断線等を回避することができる。
また、発光素子の側面、開口によって露出する基体、配線部等の表面は、樹脂層によって被覆されていてもよい。
この実施の形態4の発光装置140は、係止手段として、例えば、図4に示したように、基板42の長手方向の一端において、長手方向に延長した幅Wの貫通孔43を有し、他端において、基板42の長手方向の幅Qが、貫通孔43よりも狭く、かつ短手方向の長さPが貫通孔43を通り抜ける長さに設定された突出部44を備え、突出部44を貫通孔43に係合させることにより、基板42が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
この発光装置140においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
この実施の形態5の発光装置150は、係止手段として、例えば、図5Aに示したように、基板52の長手方向の一端に、鉤状の切り込み53を備え、他端に、鉤状の切り込みを係止する直線状の切り込み54を有し、これら鉤状の切り込み53と直線状の切込み54を係止させることにより、基板52が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
また、直線状の切込み54に代えて、図5Bに示したように、鉤状の切り込み53と同じ形状で、向きが異なる切り込み54aであってもよい。
この発光装置150においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
この実施の形態6の発光装置160は、係止手段として、例えば、図6に示したように、基板62の長手方向の一端において、複数の貫通孔63を有し、他端の裏面側において、貫通孔63よりも大きな突起部64を備え、突起部64を貫通孔63に押し込むことにより、基板62が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
突起部64は、例えば、基体11の一部を厚膜にするか、封止部材と同様の材料を同様にポッティングすることにより形成することができる。また、貫通孔63は、この径よりも大きな突起部64を押し込み、固定するために、四方に切り込みを有している。
この発光装置160においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
この実施の形態7の発光装置170は、例えば、図7に示したように、基板72の短手方向の両端に、固定部材として粘着テープ(又はホッチキス針)73を貼着して、基板72が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
この発光装置170においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
この実施の形態8の発光装置180は、例えば、図8に示したように、固定部材83として、半径がRの円筒状の固定部材を用い、基板82の裏面に両面テープ(図示せず)を貼着し、この固定部材83の側面に、両面テープによって基板82を貼着して、基板82が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
この発光装置180においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
この実施の形態9の発光装置190は、例えば、図9に示したように、固定部材93として、半径がRで、半径方向であってかつ円柱が延長する方向に平行に2本のスリット93aを有する円柱状の固定部材を用い、基板92の短手方向の両端を2つのスリット93aのそれぞれに挿入することにより、基板92が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
この発光装置190においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
この実施の形態10の発光装置220は、例えば、図10に示したように、固定部材94として、半円柱形状を有し、その一面に、基板95の短手方向の長さよりも小さい(例えば1/2)幅を有する凹溝94aを備えた固定部材を用い、基板95の短手方向の両端を凹溝94aに押し込むことにより、基板95が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。
この発光装置220においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
この実施の形態11の発光装置210は、例えば、図11A及び11Bに示したように、固定部材97として、半円柱形状を有し、その一面に、基板96の短手方向の長さよりも小さい(例えば4/5)幅を有する凹溝97aを備えた固定部材を用い、基板95の短手方向の両端を凹溝97aに押し込むことにより、基板96が湾曲した形状に保持されている以外、発光装置100と実質的に同じ構成を有する。この場合の凹溝97aは、その溝側面が面一であってもよいし、内側ほど幅狭となっていてもよいし、図11Bに示すように、その溝側面の底面側にさらに凹部97bを有し、この凹部97bによって基板96の端部が引っかかり、容易に取り出しできない形状となっている。この凹部97bの高さは、基板97の厚みよりも大きければよく、より小さくすることにおり、基板97の湾曲状態をより強力に保持することができる。
この発光装置210においても、実施の形態1の発光装置100と同様の効果を有する。
10、42、52、62、72、82、92、95、96 基板
11 基体
12 配線部
14 溝部
15 被覆膜
16 ワイヤ
20 封止部材
30、31 発光素子
35 接合部材
40、41 樹脂層
43、63 貫通孔
44 突出部
53、54、54a 切り込み
64 突起部
73 粘着テープ
83、93、94、97 固定部材
93a スリット
94a、97a 凹溝
97b 凹部
Claims (12)
- 基体と、前記基体の一面に設けられた複数の配線部と、該配線部間に配置された溝とを備えた可撓性の基板、
前記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複数の発光素子及び
前記基板と前記発光素子とを封止する封止部材を備えてなり、
前記溝は、長手方向に延長しながら短手方向に屈曲したジグザグ形状を有し、
前記基板は、長手方向に延長する細長い形状であり、該基板が長手方向に直交する短手方向に湾曲して、前記封止部材の外縁の少なくとも一部が、前記発光素子が配置された位置より下方に配置されていることを特徴とする発光装置。 - さらに、前記基板の湾曲状態を保持する固定部材を備える請求項1に記載の発光装置。
- 前記固定部材が、凸部、凹部、突起部、穴、貫通孔及びスリットからなる群から選択される少なくとも1種によって構成される請求項2に記載の発光装置。
- 前記基板は短手方向の両端部にそれぞれ係止手段を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記係止手段が、スリット、貫通孔、凸部、凹部及び突起部からなる群から選択される少なくとも1種によって構成される請求項4に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、基板の一面上に長手方向に一列に配置されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記基板の湾曲は、曲率半径Rが、3〜50mmである請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記基板は、基体上に配線部及び被覆膜がこの順に積層されて構成されており、
前記封止部材は、その外縁が前記被覆膜上に配置されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、前記基板上にフリップチップ実装されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、前記溝を跨いで配置されている請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記配線部は、角が丸みを帯びた形状を有する請求項1〜10のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記配線部は、短手方向の長さが該短手方向における基体の長さの1/3〜1倍である請求項1〜11のいずれか1項に記載の発光装置。
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