JP2007287751A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー実装によるコネクタや他の構成部材の信頼性の劣化を防止することができるとともに、装置組立作業の簡素化を図ることができる発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２に接続する回路パターン３Ｂ，３Ｃ及び回路パターン３Ｂ，３Ｃに接続する外部接続用のコンタクト６を有するフレキシブル基板３と、フレキシブル基板３に取り付けられ、ＬＥＤ発光素子２による発生熱を放散する放熱部材４とを備え、放熱部材４とＬＥＤ素子２とを熱的に接続するスルーホール５がフレキシブル基板３に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高出力型のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）装置に使用して好適な発光装置に関する。

近年、高出力のＬＥＤ素子の開発が進められてきており、既に数ワットの大出力タイプのものも製品化されている。ＬＥＤ素子は、発熱の少ないことが特徴であるが、高出力（高輝度）タイプのＬＥＤ素子は大電流が流れるため、無視できないレベルの発熱が生じる。このため、例えば素子搭載基板に対してＬＥＤ素子を搭載する場合、素子搭載基板に放熱板を取り付け、ＬＥＤ素子による発生熱を放熱板から効果的に放散してその信頼性を確保することが行われる。

従来、この種のＬＥＤ素子を備えた発光装置は、伝熱用スルーホールを有する素子搭載基板としての多層セラミック基板と、この多層セラミック基板の素子反搭載面に伝熱用スルーホールを覆うように取り付けられた放熱板（ヒートシンク）とを備えたものが知られている（特許文献１）。

このような発光装置において、ＬＥＤ素子が発光によって発熱すると、この発生熱が伝熱用スルーホールを介して放熱板に熱伝導され、放熱板から周囲に放散される。

ところで、この種の発光装置の素子搭載基板には、ＬＥＤ素子と共に外部接続用のコネクタが実装されている。この場合、素子搭載基板に対するコネクタ及びＬＥＤ素子の実装には、近年の地球環境保護への見地から、鉛フリーによるリフロー実装方法が採用されている。
特許第３６０３３５４号公報

しかし、特許文献１において、鉛フリーのリフロー実装によってコネクタ及びＬＥＤ素子を多層セラミック基板上に搭載すると、リフロー実装時にコネクタや他の構成部材が加熱により信頼性が損なわれるという問題があった。

また、特許文献１によると、多層セラミック基板上に回路パターンを形成するとともに、コネクタを搭載するものであるため、装置組立時の工程数が嵩み、その組立作業を煩雑にするという問題もあった。

従って、本発明の目的は、リフロー実装によるコネクタや他の構成部材の信頼性の劣化を防止することができるとともに、装置組立作業の簡素化を図ることができる発光装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、発光素子と、前記発光素子に接続する回路パターン及び前記回路パターンに接続する外部接続用のコンタクトを有する基板と、前記基板に取り付けられ、前記発光素子による発生熱を放散する放熱部材とを備え、前記放熱部材と前記発光素子とは熱伝導性部材を介して熱的に接続されていることを特徴とする発光装置を提供する。

本発明によると、リフロー実装によるコネクタや他の構成部材の信頼性の劣化を防止することができるとともに、装置組立作業の簡素化を図ることができる。

[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る発光装置のＬＥＤ素子を説明するために示す断面図である。

〔発光装置１の全体構成〕
図１において、発光装置１は、発光素子としてのＬＥＤ素子２と、このＬＥＤ素子２を搭載するフレキシブル基板３と、このフレキシブル基板３上のＬＥＤ素子２による発生熱を放散する放熱部材４とから大略構成されている。

（ＬＥＤ素子２の構成）
ＬＥＤ素子２は、図３に示すように、パッド電極（ｐ側電極）１０及びｎ側電極１１を有する例えばフェイスアップ型の紫外線ＬＥＤ素子からなり、シリコーン等の樹脂材料からなる封止部材８（図１に示す）によって封止され、かつフレキシブル基板３の素子搭載側面上にスルーホール（後述）の素子搭載側開口面を覆うように縦横方向に複数個（図１では１個のみ示す）ずつ（例えば縦３個×横３個＝９個）並列して搭載されている。ＬＥＤ素子２は、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板２４上にＡｌＮバッファ層２５及びｎ−ＧａＮ層２６・発光層２７・ｐ−ＧａＮ２８層を順次結晶成長させることにより形成されている。そして、ピーク発光波長が３６０ｎｍ〜４００ｎｍである紫外線を発するように構成されている。ＬＥＤ素子２には、パッド電極１０のサファイア基板側に位置し、かつｐ−ＧａＮ層２８のパッド電極側面を覆う電流拡散導電膜としての酸化インジウム・酸化錫（ＩＴＯ）からなる透明電極２９が配設されている。また、ＬＥＤ素子２には、パッド電極１０とｎ側電極１１との間に介在し、かつマイグレーションによる電極間の短絡発生を防止するための保護膜３０が配設されている。ＬＥＤ素子２の平面縦横寸法は、例えば縦寸法及び横寸法をそれぞれ約０．３ｍｍとする平面サイズに設定されている。

（フレキシブル基板３の構成）
フレキシブル基板３は、図１及び図２に示すように、例えばポリイミドフィルムからなる基部材３Ａの表面側（素子搭載側）に銅箔等の回路パターン３Ｂ，３Ｃを設けることにより形成されている。本実施の形態では、フレキシブル基板３を用いているが、ガラスエポキシ基板等、ある程度の剛性を有する基板を用いてもよい。回路パターン３Ｂ，３Ｃの素子搭載側面は、ＬＥＤ素子２のパッド電極（ｐ側電極）１０及びｎ側電極１１（共に図３に示す）にそれぞれ金（Ａｕ）からなるワイヤ１２，１３を介して接続されている。フレキシブル基板３には、ＬＥＤ素子２と放熱部材４を熱的に接続する処理が施されている。この処理は、基部材３Ａに貫通孔５Ａを設けるとともに、この貫通孔５Ａ内に例えばポッティングによってＡｇペースト等の熱伝導性部材５Ｂを塗布することにより実施される。フレキシブル基板３の片側側縁には、回路パターン３Ｂ，３Ｃに接続する外部接続用のコンタクトとなるＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）端子６が一体に形成されている。

（放熱部材４の構成）
放熱部材４は、フレキシブル基板３の裏面に熱伝導性両面テープ又は熱伝導性接着剤（図示せず）によって取り付けられ、全体がアルミニウム（Ａｌ）合金や銅（Ｃｕ）合金等の熱伝導性材料からなる平面矩形状の板部材によって形成されている。そして、ＬＥＤ素子２による発生熱をスルーホール５（熱伝導性部材５Ｂ）から受けて周囲に放散するように構成されている。

〔発光装置１の動作〕
ＬＥＤ素子２に電源からＦＦＣ端子６及び回路パターン３Ｂ，３Ｃ・ワイヤ１２，１３を介して電圧が印加されると、ＬＥＤ素子２の発光層２７において紫外線を発し、この光がＬＥＤ素子２の光取出面から封止部材８に入射する。次に、ＬＥＤ素子２からの出射光が封止部材８を透過し、その光出射面から外部に出射される。この際、封止部材８の光学形状に基づいた光取出側における所定の方向に紫外線が出射される。

次に、本実施の形態に係る発光装置の組立方法につき、図４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置の組立方法を説明するために示す図である。図４（ａ）はフレキシブル基板の取付工程を、図４（ｂ）はダイボンド剤の塗布工程を、図４（ｃ）はＬＥＤ素子の搭載工程を、図４（ｄ）はＬＥＤ素子の封止工程をそれぞれ説明するために示す断面図である。

本実施の形態に示す発光装置の組立方法は、「フレキシブル基板の取り付け」及び「ダイボンド剤の塗布工程」・「ＬＥＤ素子の搭載」・「ＬＥＤ素子の封止」の各工程が順次実施されるため、これら各工程を順次説明する。

「フレキシブル基板の取り付け」
予め貫通孔５Ａが複数個設けられたコンタクト付きのフレキシブル基板３を熱伝導性両面テープ又は熱伝導性接着剤（図示せず）によってＡｌ合金又はＣｕ合金からなる放熱部材４の素子搭載側面（基板取付面）に貼り付ける。この場合、フレキシブル基板３が放熱部材４に貼り付けられると、図４（ａ）に示すようにフレキシブル基板３の裏面と放熱部材４の素子搭載側面とが熱伝導性両面テープ又は熱伝導性接着剤（図示せず）を介して密着する。

「ダイボンド剤の塗布工程」
フレキシブル基板３の貫通孔５Ａ内にＡｇペーストからなる熱伝導性部材５Ｂを例えばポッティングによって塗布する。

「ＬＥＤ素子の搭載」
先ず、フレキシブル基板３の貫通孔５Ａに塗布された熱伝導性部材５Ｂ上にＬＥＤ素子２を搭載する。次に、フレキシブル基板３の回路パターン３Ｂ，３Ｃにそれぞれワイヤ１２，１３によってＬＥＤ素子２のパッド電極１０及びｎ側電極１１（共に図３に示す）を接続する。この場合、ＬＥＤ素子２のパッド電極１０及びｎ側電極１１が回路パターン３Ｂ，３Ｃに接続されると、図４（ｃ）に示すように、放熱部材４に熱伝導性部材５Ｂを介して熱的に接続されたＬＥＤ素子２がフレキシブル基板３上に搭載される。

「ＬＥＤ素子の封止」
図４（ｄ）に示すように、シリコーン等の樹脂材料からなる封止部材８によってフレキシブル基板３上のＬＥＤ素子２を封止する。
このようにして、発光装置１を組み立てることができる。

[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

（１）コネクタと接続するコンタクト６がフレキシブル基板３と一体に設けられているので、リフロー実装する必要がなく、リフロー実装時の加熱による構成部材の信頼性の劣化が生じない。これにより、高い信頼性を有する発光装置を製造することができる。

（２）回路パターン３Ｂ，３Ｃ及びコンタクト６はフレキシブル基板３に一体に設けられているため、従来必要とした回路パターンの形成工程及びコネクタの搭載工程が不要になる。これにより、発光装置１の組立工程数を削減することができ、その組立作業の簡素化を図ることができる。

以上、本発明の発光装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）本実施の形態では、貫通孔５Ａ内に熱伝導性部材５Ｂを介してＬＥＤ素子を搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図５に示すように、フレキシブル基板３のＬＥＤ素子２の搭載部に回路パターン３Ｂ，３Ｃと同様の銅によりフレキシブル基板と一体に形成されたサーマルビア５１を設けてもよい。図５の場合、ＬＥＤ素子の寸法に応じて、単一のＬＥＤ素子２に対して複数のサーマルビア５１を設けている。

（２）本実施の形態では、フレキシブル基板３を放熱部材４の素子搭載側面（片面）に配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図６に示すように放熱部材４の両面にそれぞれフレキシブル基板６１，６２を配置してもよい。この場合、フレキシブル基板６１，６２の各素子搭載側面にはＬＥＤ素子２（図１に示す）が搭載されている。

（３）本実施の形態では、放熱部材４が矩形板によって形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように一方側に反るような曲面板７１Ａ，折曲板７１Ｂによって、また図７（ｃ）に示すようにジグザク状の折曲板７１Ｃによって、図７（ｄ）に示すように互いに直角な板部からなる折曲板７１Ｄによってそれぞれ放熱板を形成してもよい。この場合、フレキシブル基板３は、曲面板７１Ａ又は折曲板７１Ｂ〜７１Ｄの基板取付面（素子搭載側面）に適合する曲面板又は折曲板によって形成されている。

（４）本実施の形態では、ＬＥＤ素子２が紫外線ＬＥＤ素子である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、可視光を発するＬＥＤ素子であってもよい。この場合、ＬＥＤ素子から発せられる色光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体板を備えた発光装置であっても何等差し支えない。

本発明の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す斜視図。 本発明の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図。 本発明の実施の形態に係る発光装置のＬＥＤ素子を説明するために示す断面図。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置の組立方法を説明するために示す断面図。 本発明の実施の形態に係る発光装置の変形例（１）を説明するために示す断面図。 本発明の実施の形態に係る発光装置の変形例（２）を説明するために示す断面図。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る発光装置の変形例（３）を説明するために示す斜視図。

符号の説明

１…発光装置、２…ＬＥＤ素子、３，６１，６２…フレキシブル基板、３Ａ…基部材、３Ｂ，３Ｃ…回路パターン、４…放熱部材、５Ａ…貫通孔、５Ｂ…熱伝導性部材、６…ＦＦＣ端子（コンタクト）、８…封止部材、１２，１３…ワイヤ、１０…パッド電極、１１…ｎ側電極、１２，１３…ワイヤ、２４…サファイア基板、２５…ＡｌＮバッファ層、２６…ｎ−ＧａＮ層、２７…発光層、２８…ｐ−ＧａＮ層、２９…透明電極、３０…保護膜、５１…サーマルビア、７１Ａ…曲面板、７１Ｂ〜７１Ｄ…折曲板

Claims (6)

1. 発光素子と、
   前記発光素子に接続する回路パターン及び前記回路パターンに接続する外部接続用のコンタクトを有する基板と、
   前記基板に取り付けられ、前記発光素子による発生熱を放散する放熱部材とを備え、
   前記放熱部材と前記発光素子とは熱伝導性部材を介して熱的に接続されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記基板はフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記熱伝導性部材はＡｇペーストであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記熱伝導性部材は前記基板と一体に形成されたサーマルビアであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
5. 前記放熱部材は曲面板又は折曲板によって形成され、
   前記基板は、前記放熱部材の基板取付面に適合する曲面板又は折曲板によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
6. 前記発光素子は発光ダイオード素子からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。