【実施例1】
【0016】
図1は、実施例1の発光装置の構成を示した図である。実施例1の発光装置は、白色発光であり、実装面に対して水平方向に光を放射するサイドビュー型である。
図1では、光放射方向を上方とした実施例1の発光装置を、斜め上方から見た図を示している。また、
図2は、発光装置を裏面側から見た図である。
図3は、実装される発光素子11の電極位置と、表面電極12との対応関係を示した図である。
図4は、表面電極12とスルーホール14のパターンを示した図である。
【0017】
図1のように、実施例1の発光装置は、基板10と、基板10表面に実装された2つの発光素子11と、を有している。基板10表面には表面電極12が設けられ、発光素子11の電極と接続する。また、基板10の裏面には裏面電極13が設けられている。基板10には、その基板10側面を切り欠くように貫通するスルーホール14が設けられ、スルーホール14側面に側面電極15が設けられている。また、発光素子11表面には蛍光体シート16が設けられ、発光素子11側面は封止樹脂17に覆われている。
【0018】
基板10は、長方形状のガラスエポキシ基板である。基板10の表面(発光素子11が実装される側の面)には、表面電極12が設けられ、基板10の裏面(発光素子11実装側とは反対側の面)には、裏面電極13が設けられている。表面電極12と裏面電極13は、スルーホール14側面に設けられた側面電極15を介して接続されている。また、基板10の表面には2つの発光素子11が配置され、発光素子11の電極と表面電極12とがはんだ(図示しない)を介して接続されている。
【0019】
基板10には、ガラスエポキシ基板以外にも、ガラス基材にシリコーン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、フッ素系樹脂などを含浸させた基板を用いることができる。
【0020】
発光素子11は、III 族窒化物半導体からなる青色発光素子である。発光素子11はフリップチップ型であり、一方の面に電極パターンが形成され、その電極パターン形成側とは反対側の面から光を取り出す構造である。また、発光素子11は、平面視で長方形であり、短辺が200μm、長辺が1100μm、短辺に対する長辺の比(アスペクト比)は5.5である。
【0021】
なお、発光素子11の長辺および短辺の長さは上記に限るものではない。発光素子11は長方形状であればよく、その長方形のアスペクト比は特に限定するものではないが、アスペクト比が2.5以上である場合に、本発明の位置ずれ抑制が効果的である。また、発光の均一性や製造の容易さなどの観点から、アスペクト比は7.5以下であることが望ましい。より望ましくは4.0以上7.0以下、さらに望ましくは4.8以上6.0以下である。
【0022】
図5のように、発光素子11の2つの電極110は、2つの長方形が離間して配置されたパターンであり、基板10の長手方向と、電極110の長手方向は揃えられている。この電極110の長方形は、短辺が130μm、長辺が415μm、短辺に対する長辺の比(アスペクト比)は3.2である。
【0023】
なお、発光素子11の電極110は、必ずしも長方形である必要はなく、発光素子11の長手方向に長尺な形状であれば、任意の形状でよく、アノードとカソードの区別のために形状を異ならせてもよい。たとえば、電極110の2つの長方形は長手方向の長さを異ならせたり、長方形の角部を丸めるなどしてもよい。ただし、本発明の位置ずれ抑制が効果的なのは、電極110の形状をアスペクト比が1.6以上の長尺形状とした場合である。発光素子11の形状による制約や製造の容易さなどの観点から、アスペクト比は6.5以下が望ましい。より望ましくは2.4以上4.0以下、さらに望ましくは3.0以上3.6以下である。また、電極110の長手方向の長さは、発光素子11の長辺の長さに対して1/4以下とすることが望ましい。発光素子11実装時の位置ずれをより抑制することができる。
【0024】
2つの発光素子11は、基板10上に、基板10長手方向に1列に配置されている。また、発光素子11の長手方向と基板10の長手方向とが揃うように配置されている。このように配置された状態で、発光素子11の電極110と基板10表面の表面電極12とがはんだを介して接続されている。また、2つの発光素子11は、表面電極12によって直列接続されている。
【0025】
発光素子11の上面(光取り出し側の面)には、蛍光体シート16が張り合わせられている。蛍光体シート16は、発光素子11と同一形状の長方形のシートであり、緑色蛍光体および赤色蛍光体と樹脂とが混合された樹脂シートである。この蛍光体シート16により、発光素子11からの青色光の一部を蛍光体シート16により緑色光および赤色光に変換し、青色光との混色により白色光としている。
【0026】
発光素子11と蛍光体シート16の側面は、封止樹脂17に覆われている。この封止樹脂17によって、発光素子11を物理的、化学的に保護している。また、発光素子11から放射された光を反射させて効率的に混色させている。封止樹脂17は、シリコーン樹脂である。他にもエポキシ樹脂やアクリル樹脂などを用いることができる。また、ガラスなど無機材料を用いてもよい。また、封止樹脂17には、光を反射させて拡散するための拡散剤を添加してもよい。拡散剤は、TiO
2 、SiO
2 などの粒子である。
【0027】
表面電極12は、基板10表面に設けられている。
図1〜4のように、表面電極12は、裏面電極13を介して外部と接続されるパターン120、121と、発光素子11間を直列接続するパターン123と、によって構成されている。パターン120、121は、基板10の両端部にそれぞれ配置され、直列接続するパターン122は、基板10の中央に配置されている。
【0028】
パターン120、121は、基板10の短辺方向に平行であって基板10の中央を通る直線に対して線対称となるパターンであり、左右反転すれば同一となるパターンである。そのため、以下ではパターン120についてのみ詳細を説明し、パターン121については説明を省略する。
【0029】
パターン120は、
図4のように、第1領域120Aと、第1領域120Aに接続する第2領域120Bと、第1領域120Aおよび第2領域120Bに接続する第3領域120Cと、を有している。
【0030】
第1領域120Aは、発光素子11の電極110とはんだを介して接続される領域である。第1領域120Aの形状は、発光素子11の電極110と短辺の長さが一致し、長辺は電極110よりも長い長方形であり、その長方形の長手方向と基板10の長手方向は揃えられている。ここで第1領域120Aの短辺の長さと電極110の短辺の長さは完全に一致している必要はなく、製造誤差を考慮すると、10%程度の誤差は許容される。また、第1領域120Aの長辺の長さは、電極110の長辺の長さ以上であればよく、第1領域120Aの長辺方向の長さと電極110の長辺方向の長さは一致していてもよい。ただし、発光素子11を基板10の短辺側へとなるべく寄せるために、第1領域120Aの長辺の長さは、電極110の長辺の長さの1.5倍以下が望ましく、より望ましくは1.25倍以下、さらに望ましくは1.1倍以下である。
【0031】
第2領域120Bは、側面電極15を介して裏面電極13と接続される領域である。また、第2領域120Bは、スルーホール14の上部を覆う蓋状に形成されている。第2領域120Bの形状は、
図3、4のように台形である。台形の平行な2辺のうち、一方は基板10の長辺と同一直線上であり、他方は第1領域120Aのスルーホール側の長辺に接続されている。また、2つの底角のうち、基板10短辺側の底角は90°であり、基板10中央側の底角は45°である。基板10短辺側の底角は90°である必要はないが、90°として基板10短辺と平行にすることが望ましい。実装時に発光素子11をより基板10の短辺側へと寄せることができ、また発光素子11実装の位置ずれをより抑制することができるためである。特に、第1領域120Aと第2領域120Bとが接続する領域の長手方向の長さが短くなるため、短手方向に発光素子11が回転してしまうような位置ずれをより抑制することができる。また、基板10中央側の底角は45°である必要はないが、発光装置を実装基板に実装した際の実装強度を十分とするために、70°以下とすることが望ましい。より望ましくは60°以下である。また、第2領域120Bのパターン形成の精度などの問題から30°以上とすることが望ましい。
【0032】
第2領域120Bを、このような基板10のスルーホール14側の長辺に向かうにつれてその長辺方向の幅が広がるような形状とすることで、以下のような効果を得ることができる。
【0033】
第1に、第1領域120Aと第2領域120Bとが接する辺の長さを低減することができる。そして、第1領域120Aのスルーホール14A側の長辺のうち、第2領域120Bと接しておらずパターン120の外周として画定された辺の長さL2が増大し、長さL2を発光素子11の電極の長辺の長さに近づけることができる。すると、第1領域120Aの基板10短辺側とは反対側の端部と、発光素子11の電極110の端部とで形状が一致する領域が増え、その端部同士を一致させやすくなる。発光素子11の電極110と第1領域120Aとの位置合わせが容易となり、発光素子11実装時の位置ずれを抑制することができる。長さL2は、発光素子11の電極110の長辺の長さに対して0.6倍以上とすることが望ましく、0.8倍とすることがより望ましく、1.0倍とすることがさらに望ましい。
【0034】
第2に、基板10長辺での第2領域120Bの幅が広くなるため、実施例1の発光装置を実装基板に実装した際に、接合面積を広く取ることができる。その結果、実装強度を十分に確保することができる。
【0035】
第3に、第2領域120Bをスルーホール14Aに蓋をするように設けており、第1領域120Aと第2領域120Bとが接する辺の長さが短くなることから、スルーホール14Aを基板10短辺側へと寄せることが可能となる。
【0036】
これらの効果は、複数の実施例1の発光装置を実装基板上に1列に配列して実装し線光源とし、液晶ディスプレイのバックライト用光源などとして利用する場合に利点がある。液晶ディスプレイでは、線光源を高輝度としつつ輝度むらを低減する必要がある。そのためには、
図6に示すように、発光装置内の隣接する発光素子11の間隔D1と、隣接する発光装置における発光素子11の間隔D2とを一致させ、さらにD1、D2を小さくするとよい。現行の技術では、D1は十分に小さくできるため、D2を小さくする必要がある。しかし、従来のサイドビュー型の発光装置では、発光装置を実装したときに発光装置の長手方向にはんだがはみ出してしまうため、発光装置の間隔D3(隣接する発光装置の基板10短辺間の距離)を小さくすることが難しかった。
【0037】
これに対して実施例1の発光装置では、スルーホール14Aが基板10の長辺のみを切り欠くように形成されており、発光装置の実装時にはんだがスルーホール14Aからはみださず、長辺方向にはんだが広がってはみ出すことがない。したがって、発光装置の間隔D3を小さくすることができ、D2も小さくすることができる。さらに、第1領域120Aの基板10短辺側とは反対側の端部と、発光素子11の電極110の端部とを一致させやすくなっているため、発光素子11同士が近づく方向の位置ずれも抑制されている。その結果、D1とD2を一致させる設定をした場合のD1とD2のばらつきを抑制することができる。
【0038】
第3領域120Cは、第1領域120Aを挟んで第2領域120Bに対向した位置に設けられており、第1領域120Aに接続されている。第3領域120Cの形状は、長方形である。この第3領域120Cを設けたのは、発光素子11を基板10表面に実装する際に、発光素子11が回転して位置ずれしてしまうのを抑制するためである。
【0039】
第3領域120Cにより位置ずれが抑制される理由をより詳しく説明する。発光素子11を基板10上に実装する際、第1領域120A上にはんだを形成し、発光素子11の電極110と第1領域120Aとが重なるように位置を合わせ、熱処理してはんだを溶融させることで発光素子11の電極110と第1領域120Aとを接合する。この時、溶融したはんだが第1領域120Aから第2領域120Bへと流れる。このはんだの流れに引きずられて発光素子11には第2領域120B側へ回転する力が働き、その結果発光素子11の位置(特に基板10短辺方向の位置)がずれてしまう。ここで、第3領域120Cが存在すると、溶融したはんだは第2領域120B側にだけでなく、第1領域120Aから第3領域120Cにも流れる。したがって、発光素子11には第3領域120C側へと回転する力も加わる。この力は、発光素子11を第2領域120B側へと回転させる力とは逆向きである。その結果、発光素子11を回転させる力は打ち消されるか、打ち消されないとしても発光素子11を回転させる力は弱められ、発光素子11実装時の位置ずれが抑制される。
【0040】
なお、第3領域120Cの形状や大きさは任意でよく、設けなくともよいが、上記のように位置ずれをより抑制するためには設けることが望ましい。ただし、第1領域120Aのスルーホール14側とは反対側の長辺のうち、第3領域120Cと接続されず、パターン120の外周として画定されている長さL1を、発光素子11の電極110の長辺と一致させた方がよいため、第3領域120Cの形状や大きさもその条件を満たすように設定することが望ましい。そのように設定すれば、発光素子11の位置ずれをより抑制することができる。
【0041】
次に、表面電極12のパターン122について説明する。表面電極12のパターン122は、2つの発光素子11を直列接続するための電極パターンである。パターン122の形状は、
図4のように、矩形のパターンと、その左右に接続する長方形状のパターンで構成されている。この長方形の長さは、発光素子11の電極110の長方形の長辺よりも長い。この長方形状のパターンと、発光素子11の電極110(第1領域120Aと接続されている方とは別の方)とが、はんだを介して接続されている。矩形のパターンは、スルーホール14Cの上部を覆う蓋状のパターンである。
【0042】
裏面電極13は、基板10の裏面に設けられている。裏面電極13は、
図2のように、実装基板側と接続されるパターン130、131と、132と、を有している。パターン130、131は、側面電極15を介して表面電極12のパターン120、121とそれぞれ接続されている。また、パターン132は、側面電極15を介して表面電極12のパターン122と接続されている。
【0043】
裏面電極13のパターン130、131の形状は、基板10端部に設けられた矩形のパターンと、その矩形領域から基板10中央方向に延びる長方形のパターンとを有した形状である。この長方形のパターンは、放熱性を向上させるために設けたものである。矩形のパターンのうち一辺は基板10の長辺と同一直線上であり、他の辺は基板10の短辺、長辺と平行で間隔を空けている。長方形のパターンの各辺は、基板10の短辺、長辺と平行で間隔を空けている。矩形のパターンや長方形のパターンの各辺に、このような間隔を空けることで、実施例1の発光装置を実装基板に実装する際に、はんだが広がってはみださないようにしている。また、矩形のパターンと長方形のパターンとの接続部分にくびれを設けている。このくびれは、はんだが発光装置の長手方向に流れだすのを防止するものである。これにより、発光装置の裏面側に壁状のはんだを形成しやすくなり、実装強度を向上させることができる。
【0044】
なお、長方形のパターンの長辺の長さを変えてもよい。これにより容易にアノードとカソードの区別をすることができる。また、裏面電極13のパターン130、131の形状のうち矩形パターンは、他の任意の形状としてもよいが、面積を広くして放熱性を向上させるためには実施例1のように矩形とするのがよい。
【0045】
スルーホール14は、基板10を表面から裏面まで貫通する孔である。スルーホール14は、基板10の両端部と中央にそれぞれ設けられている。基板10端部に設けられたスルーホール14A、Bは、基板10の長辺を台形のパターンに切り欠くように形成されている。基板10中央部に設けられたスルーホール14Cは、基板10の長辺を角を丸めた長方形のパターンに切り欠くように形成されている。
【0046】
スルーホール14A、Bの台形のパターンは、
図4のように、表面電極12の第2領域120Bの形状を縮小した相似形である。必ずしもこのような縮小相似形とする必要はなく、任意の形状とすることもできる。ただし、縮小相似形とすることで、スルーホール14の側面から、表面電極12の第2領域120Bの外周までの距離を小さくすることができ、実施例1の発光装置を実装基板に実装したときの実装強度の向上を図ることができる。
【0047】
なお、スルーホール14側面は基板10主面に対して垂直である必要はなく、傾斜を有していてもよい。
【0048】
側面電極15は、スルーホール14の側面に沿って膜状に設けられている。基板10の表面側では、スルーホール14を蓋状に覆う表面電極12と接続されている。また、基板10の裏面側では裏面電極13と接続されている。このように、側面電極15を介して表面電極12と裏面電極13とが接続されている。
【0049】
以上、実施例1の発光装置では、発光素子11を実装する際の位置ずれを抑制することができる。特に、短手方向のずれを抑制することができる。また、実施例1の発光装置を実装基板に実装した際の実装強度を十分に確保することができる。
【0050】
(変形例)
以下、実施例1の発光装置の各種変形例について述べる。
【0051】
(表面電極12の変形例)
実施例1では、表面電極12の第2領域120Bのパターンを台形としているが、基板10の長辺のうちスルーホール14が切り欠く側の長辺に向かうにつれて、その長辺方向の幅が広くなるような形状であれば任意の形状でよい。幅が広くなるのであれば、連続的に広がるのであっても段階的に広がるのでもよい。たとえば、
図7(a)、(b)に示すように、実施例1の台形の直線状の斜辺を、円弧とした形状や、
図7(c)のように、階段状とした形状であってもよい。ただし、表面電極12の形成精度などの点から実施例1のように直線とするのがよい。つまり、実施例1のような台形が好適であり、精度よく表面電極12を形成することが可能となる。
【0052】
また、第2領域120Bは、第1領域120Aの基板10短辺側の端部で接続しているが、他の領域で接続していてもよい。たとえば、
図9のように、第1領域120Aの中央部で第2領域120Bが接続したパターンであってもよい。
【0053】
また、
図8のように、第3領域120Cと、基板10のスルーホール14側長辺との間に、第4領域120Dを設けてもよい。第4領域120Dは、基板10長辺方向の幅が一定の領域である。
【0054】
このような第4領域120Dを設ければ、次のような利点がある。実施例1の発光装置を製造する際、基板10の表面には、各発光装置ごとの表面電極12のパターンを
図10のようなパターンに形成して効率的に表面電極12のパターンを形成する。
図10のように、1素子当たりの表面電極12のパターンを長辺方向に左右対称に連続させ、それを1単位として格子状に配列したパターンである。その後に基板10を表面電極12のパターンとともに各発光装置ごとに分割する。ここで、長辺方向の分割ラインLは、第4領域120Dを通る。この分割する際に、分割ラインLに位置ずれが生じる場合がある。しかし、第4領域120Dは長辺方向の幅が一定であるため、分割ラインLに多少ばらつきがあったとしても、その分割ラインLでの第4領域120Dの幅も一定となる。その結果、発光装置を実装基板に実装した際の実装強度のばらつきを抑制することができる。
【0055】
実施例1では、発光素子11としてIII 族窒化物半導体からなる青色発光の素子を用い、蛍光体シート16により発光装置の発光色を白色としているが、本発明はこれに限定されるものではない。発光素子11の材料として、III 族窒化物半導体以外の任意の半導体材料を用いることができ、蛍光体シート16に混合する蛍光体も任意の発光色の材料を用いることができる。また、発光色を変換するための蛍光体シート16も必要に応じて設ければよい。
【0056】
また、実施例1の発光装置は、2つの発光素子11を搭載し、それらが直列接続された構成であるが、本発明は発光装置に実装する発光素子11の個数を限定するものではない。1つの発光素子11を実装する場合や、3つ以上の発光素子11を実装する場合にも、本発明は適用可能である。