JP2010067902A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分割が容易で、且つ実装基板へ精度良く取り付け可能な発光装置を提供する。
【解決手段】分割して形成された端面を外縁に有する第１の基板と、第１の電極と、一方の端部が前記第１の電極の一方の端部と対向する第２の電極と、を上面に有し、且つ前記第１の電極と接続された第１の引き出し電極と、前記第２の電極と接続された第２の引き出し電極と、を側面の隅部に有し、外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第１の基板の上に積層された第２の基板と、前記第１の電極に接着された発光素子と、前記発光素子からの放出光を放出可能な第１の貫通孔を有し、且つ外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第２の基板の上に積層された第３の基板と、を備えたことを特徴とする発光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。

表示装置用バックライト光源に白色ＬＥＤを用いると、冷陰極管よりも低消費電力化、小型化、及び薄型化が容易となる。

また、表示装置の大型化及び高精細化のために、ＬＥＤの高出力化が要求されている。このようなＬＥＤを搭載するパッケージの材料にセラミックやガラスエポキシからなる絶縁基板を用いると、小型、薄型、及び高出力化が容易となる。

しかしながら、白色ＬＥＤ用パッケージの凹部内には蛍光体を分散配置した封止樹脂を充填するために、幅に対する高さの比率が大きくなる。このために、個々の発光装置に分割する場合、バリや欠けを生じ分割が困難になることがある。また、分割されたパッケージの側面が平面状とならないために、半田付け後の発光装置の光軸を所望の角度方向に揃えることが困難となる問題を生じる。

セラミックを用いた半導体素子用支持体に関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例によれば、セラミック基板の主面を作用点とし、曲げモーメントを加えると共に、主面に平行な方向に引っ張りモーメントを加えながらセラミック基板を分割する半導体装置が提供される。
しかしながら、この技術開示例を用いても、幅に対する厚さ比率が大きい絶縁体を積層したパッケージを確実に分割するには十分とは言えない。このために、例えば側面型発光装置を実装基板に対して所望の角度で取り付けることが困難となり、表示画面の輝度が不均一になる問題を生じる。
特開２００５−１５９３１１号公報

分割が容易で、且つ実装基板へ精度良く取り付け可能な発光装置を提供する。

本発明の一態様によれば、分割して形成された端面を外縁に有する第１の基板と、第１の電極と、一方の端部が前記第１の電極の一方の端部と対向する第２の電極と、を上面に有し、且つ前記第１の電極と接続された第１の引き出し電極と、前記第２の電極と接続された第２の引き出し電極と、を側面の隅部に有し、外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第１の基板の上に積層された第２の基板と、前記第１の電極に接着された発光素子と、前記発光素子からの放出光を放出可能な第１の貫通孔を有し、且つ外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第２の基板の上に積層された第３の基板と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、第１の電極と、一方の端部が前記第１の電極の一方の端部と対向する第２の電極と、を上面に有し、且つ前記第１の電極と接続された第１の引き出し電極と、前記第２の電極と接続された第２の引き出し電極と、を側面の隅部に有し、分割して形成された端面を外縁に有する第１の基板と、前記発光素子からの放出光を放出可能な第１の貫通孔を有し、外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第１の基板の上方に積層された第２の基板と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。

分割が容易で、且つ実装基板へ精度良く取り付け可能な発光装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる発光装置の模式図を表す。すなわち、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は第１の基板の平面図、図１（ｃ）は第２の基板の平面図、及び図１（ｄ）は第３の基板の平面図である。

基板の材料はＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮなどのセラミックやガラスエポキシなどとできるが、 図１の実施形態ではＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックとする。図１の第１の基板１０、第２の基板１２、及び第３の基板１４、は積層前の基板を表し、これらの基板が重ね合わされたのち焼成され積層体となり、図１（ａ）に表す発光装置となる。

発光装置は凹部２８を有しており、凹部２８の底面には発光素子４０が接着されている。また、発光装置の側面の隅部には、取り出し用電極２０、２２が設けられており、発光素子４０へ電圧を供給することが可能である。

図１（ｂ）のように、第１の基板１０は、例えば長辺が４ｍｍ、短辺が１ｍｍ、厚さが０．１ｍｍなどとする。また、第１の基板１０の上に積層される第２の基板１２及び第２の基板１２の上に積層される第３の基板１４は、共に長辺を３．８ｍｍ、短辺を０．８ｍｍとし、長辺及び短辺が第１の基板１０よりも小さい。すなわち、積層体において、第１の基板１０の外縁１０ｍは、分割して形成された端面を有する。そして、第１の基板１０の外縁１０ｍは、第２の基板１２の外縁１２ｍ及び第３の基板１４の外縁１４ｍよりも外側にあり、第２の基板１２の外縁１２ｍと第３の基板１４の外縁１４ｍとは上方から見て略一致する。

積層前の第１の基板１０は、互いに略直交するＶ溝１０ｃを有しており、個々の発光装置に分割する工程を容易にすることができる。図１（ｂ）において分割数を３×３としているが、分割数を２０×２０のように多くすると発光装置の生産性を高めることができる。また、分割後に切り欠き部となる領域にはビアホール１０ａが設けられ、また各辺の略中央部にはガス抜き孔（焼結工程におけるガス抜き用）１０ｂが設けられている。

図１（ｃ）のように、第２の基板１２の表面には、厚膜印刷工程を用いて第１の電極１２ｆ及び第２の電極１２ｇが形成されており、例えば第１の電極１２ｆの上に、発光素子４０が銀ペーストなどの接着剤を用いて接着可能とされる。発光素子４０の上面の電極と第２の電極１２ｇとはボンディングワイヤ４２により接続可能とされる。

また、第２の基板１２には、第１の基板１０のビアホール１０ａ及びガス抜き孔１０ｂと略同一の位置になるようなビアホール１２ａ及びガス抜き孔１２ｂが設けられている。第２の基板１２が第１の基板１０に重ね合わされた場合、Ｖ溝１０ｃの直上近傍を開口部とするので、第２の基板１２を構成する個々のパッケージの単位は少なくとも２つの連結部１２ｅにより互いに連結されている。この連結部１２ｅを、例えばガス抜き孔１０ｂを横切るように設けると、分割が容易となる。

第２の基板１２のビアホール１２ａの内壁には、第１の電極１２ｆと接続され第１の引き出し用電極２２と、第２の電極１２ｇと接続される第２の引き出し用電極２０と、が側面メタライズにより形成され、実装基板へ取り付けを容易にする。

図１（ｄ）のように、第３の基板１４は、積層体の凹部２８を構成する第１の貫通孔１４ｎを有している。凹部２８には封止樹脂２９が充填され、発光素子４０からの放出光が上方に向かって放出可能とされる。また、第１の貫通孔１４ｎは、例えば長径が３ｍｍ且つ短径が０．５ｍｍなどとされる。さらに、ビアホール１４ａ、ガス抜き孔１４ｂ、及び連結部１４ｅが、第２の基板１２と略同一の位置となるように形成されている。

それぞれの基板においてビアホールの内壁にメタライズをしておき積層後に分割を行うと、図１（ａ）のように、切り欠き部の表面全体に引き出し用電極２０、２２を広げることができる。このため、実装基板との半田付けを確実にできる。なお、厚膜印刷工程などを用いて形成された第１及び第２の引き出し用電極２２、２０の上に、例えば金メッキを行うと電極表面の酸化を抑制でき、実装基板との半田付けが確実にできるので好ましい。

焼成後の積層体は、例えばローラーなどを用いてＶ溝１０ｃに圧力を加えると、Ｖ溝１０ｃを起点に分割が容易となる。この場合、第１の基板１０を０．１ｍｍと薄くすると、分割して形成された端面１０ｍにバリや欠けなどを生じることが抑制でき確実に分割可能となり、実装基板へ精度良く取り付けることが容易となる。

図１の発光装置は、上面発光型として用いることができる。封止樹脂２９として、例えばシリコーン樹脂などを用い、その中に蛍光体粒子を分散配置すると、発光素子４０からの放出光と、蛍光体粒子からの波長変換光と、の混合光を得ることができる。このようにして、例えば窒化物系半導体からなる発光素子４０からの青色光と、黄色蛍光体からの黄色光との混合色として、白色光または白熱電球色を得ることができる。

図２は、本発明の第２の実施形態にかかる発光装置の模式図である。すなわち、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図、図２（ｄ）は正面図、をそれぞれ表す。
また、図３は、基板の模式図である。すなわち、図３（ａ）は第１の基板の平面図、図３（ｂ）は第２の基板の平面図、図３（ｃ）は第５の基板の平面図、図３（ｄ）は第３の基板の平面図、図３（ｅ）は第４の基板の平面図、図３（ｆ）は分割前の積層体の側面図、をそれぞれ表す。

本実施形態では、最下層となる第１の基板１０の外縁１０ｍと、最上層となる第４の基板１６の外縁１６ｍと、は分割して形成された端面を有する。また、複数の基板における複数の貫通孔により凹部２８が構成されている。

第１の基板１０及び第４の基板１６は、例えば長辺が４ｍｍ、短辺が１ｍｍ、厚さが０．１ｍｍとする。また、第１の基板１０の上に積層される第２の基板１２、第２の基板１２の上に積層される第５の基板１８、及び第５の基板１８の上に積層される第３の基板１４は、共に長辺が３．８ｍｍ、短辺が０．８ｍｍとされ、長辺及び短辺は第１の基板１０及び第４の基板１６よりも小さい。すなわち、図２のように、積層体５において、第１の基板１０及び第４の基板１６の外縁１０ｍ、１６ｍは分割して形成された端面を有する。外縁１０ｍ、１６ｍは、第２、第５、及び第３の基板１２、１８、１４の外縁１２ｍ、１８ｍ、及び１４ｍの外側に位置する。

焼結工程ののち、ビアホール１０ａ、１２ａ、１８ａ、１４ａ、１６ａ、ガス抜き孔１０ｂ、１２ｂ、１８ｂ、１４ｂ、１６ｂ、連結部１２ｅ、１８ｅ、及び１４ｅ、の位置がそれぞれ略同一となるように、それぞれの基板が形成されている。また、焼結後の積層体５を分割すると、ビアホールは側面の４つの隅部において切り欠き部となる。また、ガス抜き孔の中心線近傍に設けられた連結部は分離され、それぞれの突出部２４、２６を構成する。

また、第１の基板１０のＶ溝１０ｃと、第４の基板１６のＶ溝１６ｃと、は上方から見て略一致する（略同一の位置となる）ように積層され、Ｖ溝１０ｃとＶ溝１６ｃとの間は中空構造となっている。

第２の基板１２は、第１の電極１２ｆと、第２の電極１２ｇと、を表面に有している。ビアホール１２ａの内壁には、第１の電極１２ｆと接続される第１の引き出し用電極２２と、第２の電極１２ｇと接続される第２の引き出し用電極２０と、が側面メタライズにより形成されており、実装基板への電気的接続及び取り付けを容易にしている。

第３の基板１４は第１の貫通孔１４ｎを、第４の基板１６は第１の貫通孔１４ｎ以上の大きさである第２の貫通孔１６ｎを、第５の基板１８は第１の貫通孔１４ｎと略同一形状の第３の貫通孔１８ｎを、それそれ有しており、これらの貫通孔が積層され焼結されると、積層体５の凹部２８を形成する。

第３の基板１４が有する貫通孔１４ｎの内壁に、例えば銀などの金属を用いた反射層１４ｋを形成すると発光素子４０からの放出光を上方に反射でき、光取り出し効率を高めることが容易となる。この場合、第５の基板１８の厚さを、例えば０．１ｍｍなどとして、第２の基板１２と第３の基板１４との間に挟むように設けると第１の電極１２ｆと、第２の電極１２ｇと、の間の短絡を抑制するアイソレーション層として機能する。なお、第３の基板１４の貫通孔１４ｎの内壁の下部に反射層の非形成領域を設けてもアイソレーションが可能であり、この場合、第５の基板１８を省略することができる。

図２に表すように、この積層体５の幅Ｗと高さＨとの比率は、１以上となることがある。
このような厚い積層体５であっても、最上層である第４の基板１６と、最下層である第１の基板１０との厚さを、例えば０．１ｍｍなどと薄くすると、図３（ｆ）のように積層体５は中空であるので、Ｖ溝１０ｃ、１６ｃが形成されている破線で表すＶ−Ｖ線の方向にローラーなどを用いて圧力を加えると、分離が容易であり且つ分割して形成された端面にバリや欠けを抑制できる。

このような発光装置は、側面型または上面型として用いることができる。側面型とする場合、発光装置の側面側と実装基板とを半田などを用いて接着する。すなわち、切り欠き部に設けられた引き出し用電極２０、２２と実装基板の導電部とをそれぞれ半田付けする。

側面型発光装置を表示装置のバックライト光源として用いる場合、表示装置の導光板の厚さは、例えば１ｍｍ以下である。本実施形態の発光装置の幅Ｗを１ｍｍ以下とすることは容易であり、導光板の側方から効率よく発光素子４０の放出光を入射することができる。

図４は、比較例にかかる発光装置の模式図である。すなわち、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は正面図、図４（ｄ）はＶ溝を説明する図、図４（ｅ）は実装基板へ取り付けられた状態を表す図である。

第１の基板１１０の上にアイソレーション用の第２の基板１１８が積層され、第２の基板１１８の上に第３の基板１１６がさらに積層され、例えば、積層体の幅ＷＷを１ｍｍ、高さを０．８ｍｍなどとできる。高さが０．８ｍｍの積層体に高さの２分の１から３分の１となる深さのＶ溝１２０、１２１を積層体の上側及び下側から形成し、ローラーなどを用いて分割すると、Ｖ溝に沿って分割されるが、バリや欠けなどを生じやすい。このために、実装基板へ半田付けすると、図４（ｅ）のように、放出光の光軸が水平軸からずれやすく、バックライト光源に用いると画面の輝度が不均一となることがあり、側面型としては好ましくない。

これに対して、本実施形態では、実装基板に対して第１の基板１０の外縁１０ｍ及び第４の基板１６の外縁１６ｍは、上方からみて略一致する（略同一の位置となる）ので、光軸を実装基板に対して略平行にすることが容易である。このために、例えば表示装置用バックライト光源として表示画面の輝度を均一とすることが容易となる。

図５は、本発明の第３の実施形態にかかる発光装置の模式図である。すなわち、図５（ａ）は積層前の基板の斜視図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は側面図である。
本実施形態では、第１の電極１２ｆが積層体５の側面側からも引き出し可能とされる。すなわち、第２の基板１２の側面には第１の電極１２ｆに接続された側面電極１２ｊが設けられる。この側面電極１２ｊは、アイソレーション用の第５の基板１８の側面電極１８ｊ、第３の基板１４の側面電極１４ｊ、及び第４の基板１６の側面電極１６ｊと、それぞれメタライズにより接続可能である。

基板をＡｌ_２Ｏ_３とする場合、熱伝導率が低く発光素子４０で生じた熱の多くは第１の電極１２ｆを経由して放熱される。側面電極１２ｊを設けると、熱は第１の電極１２ｆを介した放熱経路よりも短い側面電極１２ｊを介した放熱が可能となる。すなわち、図５（ｂ）及び図５（ｃ）のように、実装基板５０との半田付け箇所が３つとなり、側面電極１２ｊから短い距離で実装基板５０への放熱がなされ、動作時の発光素子４０の接合温度を略１０℃低減できる。

このため、動作電流が２０ｍＡでは、雰囲気温度上限を８５℃から９５℃まで引き上げることができる。また動作温度が６０℃以下では、動作電流の上限を略４０ｍＡまで引き上げることができ、高輝度とすることが容易となり、且つ信頼性の改善が容易となる。

図６は、本発明の第４の実施形態にかかる発光装置の模式図である。すなわち、図６（ａ）は積層前の積層体の斜視図、図６（ｂ）は第１の基板の平面図、図６（ｃ）は第３の基板の平面図、図６（ｄ）は第４の基板の平面図、をそれぞれ表す。

Ｖ溝１０ｃを有する第１の基板１０上に、第１の電極１０ｆ及び第２の電極１０ｇをそれぞれ形成する。発光素子４０を第１の電極１０ｆの上に接着するので、第１の基板１０の厚さを、例えば０．２ｍｍ以上とすると接合強度及ぶ応力低減ができるので好ましい。

貫通孔１４ｎを有する第３の基板１４の大きさは、第１の基板１０の大きさよりも小さく、第１の基板１０の外縁１０ｍが第３の基板の外縁１４ｍよりも外側となるようにする。このようにすると、図１に表す第１の実施形態よりも簡素な構造の上面型発光装置が可能となる。

さらに、第４の基板１６を設け、その大きさを、第１の基板１０の大きさと略同一とし、上方から見てＶ溝１６ｃの位置とＶ溝１０ｃの位置とが略一致する（略同一となる）ように積層する。このようにすると、最上層及び最下層の基板のＶ溝１０ｃ、１６ｃを分割することにより、精度良く積層体を分割でき、図２に表す第２の実施形態よりも簡素な構造の側面型及び上面型発光装置が可能となる。

第４の実施形態では、基板の数を減らし且つ積層工程が簡素とできるのでパッケージ製造工程の生産性を高めることが容易となる。その結果として、価格低減が容易となる。なお、アイソレーションのための第５の基板１８をさらに設けると、第３の基板１４の貫通孔１４ｎの内壁に反射層を設け高輝度とすることが容易となる。

以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されない。発光装置を構成する基板、積層体、電極、発光素子、Ｖ溝、貫通孔、ビアホール、ガス抜き孔、蛍光体粒子、封止樹脂の材質、サイズ、形状、配置などに関して当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。

第１の実施形態にかかる発光装置の模式図 第２の実施形態にかかる発光装置の模式図 積層前の基板の模式平面図 比較例にかかる発光装置の模式図 第３の実施形態にかかる発光装置の模式図 第４の実施形態にかかる発光装置の模式図

符号の説明

１０ 第１の基板、１０ｍ 外縁、１２ 第２の基板、１２ｆ 第１の電極、１２ｇ 第２の電極、１４ 第３の基板、１４ｋ 反射層、１６ 第４の基板、１６ｍ 外縁、１８ 第５の基板、２０ 第１の引き出し用電極、２２ 第２の引き出し用電極、４０ 発光素子

Claims (5)

1. 分割して形成された端面を外縁に有する第１の基板と、
   第１の電極と、一方の端部が前記第１の電極の一方の端部と対向する第２の電極と、を上面に有し、且つ前記第１の電極と接続された第１の引き出し電極と、前記第２の電極と接続された第２の引き出し電極と、を側面の隅部に有し、外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第１の基板の上に積層された第２の基板と、
   前記第１の電極に接着された発光素子と、
   前記発光素子からの放出光を放出可能な第１の貫通孔を有し、且つ外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第２の基板の上に積層された第３の基板と、
   を備えたことを特徴とする発光装置。
2. 分割して形成された端面を外縁に有し、前記第１の貫通孔の大きさ以上の大きさを有する第２の貫通孔を有し、前記外縁が前記第１の基板の前記外縁と略一致するように前記第３の基板の上に積層された第４の基板をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記第２の基板は、前記第１の電極上の前記発光素子の接着領域と接続された側面電極をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 大きさが前記第１の貫通孔の大きさと略同一である第３の貫通孔を有し、前記第２の基板と前記第３の基板との間に挟まれ且つ外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように積層された第５の基板をさらに備え
   前記第１の貫通孔の内壁には前記放出光の一部を反射可能な反射層が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
5. 第１の電極と、一方の端部が前記第１の電極の一方の端部と対向する第２の電極と、を上面に有し、且つ前記第１の電極と接続された第１の引き出し電極と、前記第２の電極と接続された第２の引き出し電極と、を側面の隅部に有し、分割して形成された端面を外縁に有する第１の基板と、
   前記発光素子からの放出光を放出可能な第１の貫通孔を有し、外縁が前記第１の基板の前記外縁よりも内側となるように前記第１の基板の上方に積層された第２の基板と、
   を備えたことを特徴とする発光装置。

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