JP2007201354A

JP2007201354A - 発光モジュール

Info

Publication number: JP2007201354A
Application number: JP2006020856A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Ogata; 俊文緒方; Noriyasu Tanimoto; 憲保谷本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】外力による機械的損傷の防止と、発光素子の電気接続信頼性の確保とを両立させることができる上、封止層におけるクラック発生を防止できる発光モジュールを提供する。
【解決手段】複数の凹部(20)を有する基板(18)と、それぞれの凹部(20)内に実装された複数の発光素子(8)と、発光素子(8)を覆い、かつ凹部(20)内に充填された第１透光性樹脂からなる第１封止層(131)と、基板(18)及び第１封止層(131)を覆って設けられた第２透光性樹脂からなる第２封止層(132)とを含み、第１透光性樹脂の引張強度が、第２透光性樹脂の引張強度より低く、第２封止層(132)には、凹部(20)と連通する貫通孔(13b)が形成されている発光モジュール(1)とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子を含む発光モジュールに関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と称する。）等の発光素子を含む発光モジュールは、照明装置用光源や表示装置用光源として利用されている。その一例として、特許文献１にカード型の発光モジュールが提案されている。

図２Ａは特許文献１に提案された発光モジュールの斜視図であり、図２Ｂは図２ＡのX-X線断面図である。図２Ａ，Ｂに示すように、発光モジュール１００は、基板１８と、基板１８上に設けられた複数の発光装置１２と、基板１８及び発光装置１２を覆って設けられた封止層１３とを含む。また、封止層１３には、それぞれの発光装置１２に対応する複数の凸レンズ１３ａが設けられている。

図２Ｂに示すように、基板１８は、基材１０と、基材１０上に接着層１４を介して接着された反射板１１とを含む。また、基材１０は、金属板材４と、金属板材４上に形成された電気絶縁層５と、電気絶縁層５上に形成された導体パターン６とからなる。なお、導体パターン６の端部には、外部接続端子６ａ（図２Ａ参照）が設けられている。

反射板１１には、それぞれの発光装置１２を収容するための貫通孔１１ａが複数設けられている。そして、発光装置１２は、電気絶縁層５の主面の一部と貫通孔１１ａとからなる凹部２０のそれぞれに１つずつ収容されている。

発光装置１２は、導体パターン６上にダイボンディングされたサブマウント基板７と、サブマウント基板７上にバンプ１５を介してフリップチップ実装されたＬＥＤチップ８と、ＬＥＤチップ８を覆ってサブマウント基板７上に形成された蛍光体層９とを含む。また、サブマウント基板７上に形成された電極７ａは、ワイヤ１６を介して導体パターン６と電気的に接続されている。
特開２００３−１２４５２８号公報

上述した発光モジュール１００の構成において、外力による機械的損傷を防止するためには、封止層１３の構成材料としてエポキシ樹脂等の高弾性樹脂を用いる必要がある。一方、ワイヤ１６へ加わる応力を緩和して発光装置１２の電気接続信頼性を確保するためには、封止層１３の構成材料としてシリコーン樹脂等の低弾性樹脂を用いる必要がある。そのため、上述した発光モジュール１００の構成では、外力による機械的損傷の防止と、発光装置１２の電気接続信頼性の確保とを両立させることが困難であった。

上述した課題を解決するために、図３に示すように、発光装置１２を覆うようにして低弾性樹脂からなる第１封止層２０１を設け、この第１封止層２０１上に高弾性樹脂からなる第２封止層２０２を設けた構成とすることも考えられる。しかし、この場合、第１封止層２０１が、基板１８及び第２封止層２０２で密閉されてしまうため、第１封止層２０１に熱応力が蓄積され易くなる。その結果、発光モジュールの製造工程において、第１封止層２０１と第２封止層２０２との間の接着層（図示せず）を熱硬化させた後、常温に戻す際に、低弾性樹脂からなる第１封止層２０１の膨張・収縮の応力によって、蛍光体層９の角部９ａを起点として第１封止層２０１にクラックが発生するおそれがある。特に、第１封止層２０１を構成する材料と反射板１１を構成する材料との間において、熱膨張係数の差が大きい場合に上記問題が顕著に発生する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、外力による機械的損傷の防止と、発光素子の電気接続信頼性の確保とを両立させることができる上、封止層におけるクラック発生を防止できる発光モジュールを提供する。

本発明の発光モジュールは、複数の凹部を有する基板と、それぞれの前記凹部内に実装された複数の発光素子とを含む発光モジュールであって、
前記発光素子を覆い、かつ前記凹部内に充填された第１透光性樹脂からなる第１封止層と、前記基板及び前記第１封止層を覆って設けられた第２透光性樹脂からなる第２封止層とを含み、
前記第１透光性樹脂の引張強度が、前記第２透光性樹脂の引張強度より低く、
前記第２封止層には、前記凹部と連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする。

本発明の発光モジュールによれば、外力による機械的損傷の防止と、発光素子の電気接続信頼性の確保とを両立させることができる上、封止層におけるクラック発生を防止できる。

本発明の発光モジュールは、複数の凹部を有する基板と、それぞれの前記凹部内に実装された複数の発光素子とを含む。

上記基板を構成する基材は特に限定されず、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等からなるセラミック基材や、無機フィラと熱硬化性樹脂とを含むコンポジット基材等を使用できる。また、基板の放熱性を高めるために、アルミニウム等からなる金属板材上に上記コンポジット基材を貼り合せた積層基材を使用することもできる。また、本発明に使用される基板は、上記列挙した基材と、この基材上に貼り合わされた反射板とを含む基板であってもよい。この場合、基材と反射板とを貼り合わす前に、予め反射板に発光素子を収容することができる貫通孔を設けておくのが好ましい。基材と反射板とを貼り合わすことにより、上記凹部を形成することができるからである。上記反射板の構成材料としては、例えば、アルミニウム等の金属材料や、ポリフタルアミド樹脂等の樹脂材料が使用できる。上記基材と上記反射板とを含む基板を使用する場合、上記基材の厚みは、例えば０．５〜３ｍｍ程度であり、上記反射板の厚みは、例えば０．５〜５ｍｍ程度である。

上記発光素子としては、例えば、波長が４１０ｎｍ以下の近紫外から紫外光を発する紫外ＬＥＤや、波長が４５０〜４９０ｎｍの青色光を発する青色ＬＥＤや、波長が５００〜５５０ｎｍの緑色光を発する緑色ＬＥＤや、波長が５９０〜６５０ｎｍの赤色光を発する赤色ＬＥＤ等を使用することができる。上記紫外ＬＥＤや上記青色ＬＥＤや上記緑色ＬＥＤとしては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系材料を用いたＬＥＤが使用できる。また、上記赤色ＬＥＤとしては、例えばＡｌＩｎＧａＰ系材料を用いたＬＥＤが使用できる。

本発明の発光モジュールは、上記構成に加え、上記発光素子を覆い、かつ上記凹部内に充填された第１透光性樹脂からなる第１封止層と、上記基板及び上記第１封止層を覆って設けられた第２透光性樹脂からなる第２封止層とを含む。そして、上記第１透光性樹脂の引張強度が、上記第２透光性樹脂の引張強度より低い。本発明の発光モジュールでは、発光素子を覆う第１封止層が、より引張強度の低い第１透光性樹脂からなるため、発光素子と基板との間の電気接続部に加わる応力を緩和することができる。よって、発光素子の電気接続信頼性の確保が可能となる。また、基板及び第１封止層が、より引張強度の高い第２透光性樹脂からなる第２封止層で覆われているため，外力による機械的損傷を防止できる。なお、本明細書における引張強度は、ＪＩＳＫ７１６１〜７１６５に準拠する方法で測定できる。

また、上記第２封止層には、上記凹部と連通する貫通孔が形成されている。これにより、本発明の発光モジュールの製造工程、あるいは本発明の発光モジュールを繰り返し使用した場合に、第１封止層が膨張しても、第１封止層を構成する第１透光性樹脂の一部が上記貫通孔に流れ込むため、第１封止層に熱応力が蓄積され難くなる。よって、第１封止層におけるクラック発生を防止することができる。上記効果を確実に発揮させるには、上記凹部の総容積をＶ（ｍｍ³）とし、上記貫通孔の開口の総面積をＳ（ｍｍ²）としたときに、Ｓ／Ｖの値が０．０２５〜０．３となるように設計することが好ましい。上記貫通孔は、パンチングやレーザー加工によって形成してもよいし、上記貫通孔を模った金型を用いて第２封止層の外形加工と同時に形成してもよい。なお、上記第２封止層は、上記発光素子から発せられる光を集光するためのレンズとしての機能を有していてもよい。

上記発光素子は、上記基板上に直接実装されていてもよいし、サブマウント基板を介して上記基板上に実装されていてもよい。上記発光素子の実装方式についても特に限定されず、例えばワイヤボンディング実装であってもよいし、フリップチップ実装であってもよい。

本発明の発光モジュールは、上記発光素子と上記第１封止層との間に介在する蛍光体層を更に含んでいてもよい。本発明の発光モジュールを白色光源として使用することができるからである。上記蛍光体層の形成方法は特に限定されないが、例えば、上記発光素子から発せられた光を吸収し蛍光を発する蛍光体をシリコーン樹脂等に分散させて蛍光体ペーストを形成し、それぞれの上記発光素子上に上記蛍光体ペーストを塗布して上記蛍光体層を形成すればよい。上記蛍光体としては、例えば、アルミン酸塩系ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺、シリケート系Ｂａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ²⁺等の青色光を発する蛍光体や、ガーネット構造系Ｙ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂:Ｃｅ³⁺、シリケート系（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄:Ｅｕ²⁺等の緑色光を発する蛍光体や、サイアロン系Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ:Ｅｕ²⁺、シリケート系（Ｓｒ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄:Ｅｕ²⁺、ガーネット構造系（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂:Ｃｅ³⁺等の黄色光を発する蛍光体や、ニトリドシリケート系Ｓｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈:Ｅｕ²⁺、ニトリドアルミノシリケート系ＣａＡｌＳｉＮ₃:Ｅｕ²⁺、オクソニトリドアルミノシリケート系Ｓｒ₂Ｓｉ₄ＡｌＯＮ₇:Ｅｕ²⁺、硫化物系ＣａＳ:Ｅｕ²⁺等の赤色光を発する蛍光体等が使用できる。

本発明の発光モジュールが上記蛍光体層を含む場合は、上記蛍光体層の角部が円弧状に形成されていることが好ましい。クラック発生の起点を低減できるため、クラック発生をより効果的に防止できるからである。この場合、上記蛍光体層の角部の曲率半径は、例えば２０〜５０μｍ程度であればよい。また、上記蛍光体層が、半球状に形成されていても上述と同様の効果を発揮させることができる。なお、上記蛍光体層の角部を円弧状に形成する場合や、上記蛍光体層を半球状に形成する場合は、上記蛍光体層を構成する蛍光体ペーストを、例えばインクジェット印刷法やポッティング法により塗布すればよい。

上記第１透光性樹脂は、引張強度が０．５ＭＰａ以下であることが好ましい。発光素子の電気接続信頼性の確保がより容易となるからである。このような樹脂として、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂等が例示できる。これらの樹脂は、耐熱性や耐光性が高いため、第１封止層の劣化を防止できる。

上記第２透光性樹脂は、引張強度が１〜５００ＭＰａであることが好ましい。外力による機械的損傷をより確実に防止できるからである。このような樹脂として、例えばエポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂等が例示できる。これらの樹脂は、光透過性が高いため、光取り出し効率を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。参照する図１Ａは、本発明の一実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、参照する図１Ｂは、図１ＡのI-I線断面図である。なお、図１Ａ，Ｂにおいては、上述の背景技術で説明した発光モジュール１００（図２Ａ，Ｂ参照）と実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。

図１Ａ，Ｂに示すように、発光モジュール１は、背景技術で説明した発光モジュール１００（図２Ａ，Ｂ参照）に対し、封止層１３のみが異なる。発光モジュール１の封止層１３は、発光装置１２を覆い、かつ凹部２０内に充填された第１透光性樹脂からなる第１封止層１３１と、基板１８及び第１封止層１３１を覆って設けられた第２透光性樹脂からなる第２封止層１３２とを含む。そして、第１封止層１３１を構成する第１透光性樹脂の引張強度が、第２封止層１３２を構成する第２透光性樹脂の引張強度より低い。このように、発光モジュール１では、発光装置１２を覆う第１封止層１３１が、より引張強度の低い第１透光性樹脂からなるため、発光装置１２と基板１８との間の電気接続部に加わる応力を緩和することができる。よって、発光装置１２の電気接続信頼性の確保が可能となる。また、基板１８及び第１封止層１３１が、より引張強度の高い第２透光性樹脂からなる第２封止層１３２で覆われているため，外力による機械的損傷を防止できる。

また、第２封止層１３２には、凹部２０と連通する貫通孔１３ｂが形成されている。これにより、発光モジュール１の製造工程、あるいは発光モジュール１を繰り返し使用した場合に、第１封止層１３１が膨張しても、第１封止層１３１を構成する第１透光性樹脂の一部１３１ａ（図１Ｂ参照）が貫通孔１３ｂに流れ込むため、第１封止層１３１に熱応力が蓄積され難くなる。よって、第１封止層１３１におけるクラック発生を防止することができる。上記効果を確実に発揮させるには、凹部２０の総容積をＶ（ｍｍ³）とし、貫通孔１３ｂの開口１３ｃ（図１Ｂ参照）の総面積をＳ（ｍｍ²）としたときに、Ｓ／Ｖの値が０．０２５〜０．３となるように設計することが好ましい。

発光モジュール１においては、蛍光体層９の角部９ａ（図１Ｂ参照）が円弧状に形成されていることが好ましい。クラック発生の起点を低減できるため、クラック発生をより効果的に防止できるからである。また、蛍光体層９が、半球状に形成されていても上述と同様の効果を発揮させることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る発光モジュールについて説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、基材と反射板とを貼り合せた基板を用いたが、基材と反射板とが同一の材料から一体的に形成された基板を用いてもよい。

本発明の発光モジュールは、例えば、一般照明、演出照明（サイン灯等）、バックライト、ヘッドランプ、イルミネーションランプ、ディスプレイ等に有用である。

Ａは本発明の一実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、ＢはＡのI-I線断面図である。Ａは従来の発光モジュールの斜視図であり、ＢはＡのX-X線断面図である。図２の発光モジュールの変形例を示す断面図である。

符号の説明

１発光モジュール
４金属板材
５電気絶縁層
６導体パターン
６ａ外部接続端子
７サブマウント基板
７ａ電極
８ＬＥＤチップ（発光素子）
９蛍光体層
９ａ角部
１０基材
１１反射板
１１ａ貫通孔
１２発光装置
１３封止層
１３ａ凸レンズ
１３ｂ貫通孔
１３ｃ開口
１４接着層
１５バンプ
１６ワイヤ
１８基板
２０凹部
１３１第１封止層
１３２第２封止層

Claims

複数の凹部を有する基板と、それぞれの前記凹部内に実装された複数の発光素子とを含む発光モジュールであって、
前記発光素子を覆い、かつ前記凹部内に充填された第１透光性樹脂からなる第１封止層と、前記基板及び前記第１封止層を覆って設けられた第２透光性樹脂からなる第２封止層とを含み、
前記第１透光性樹脂の引張強度が、前記第２透光性樹脂の引張強度より低く、
前記第２封止層には、前記凹部と連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする発光モジュール。
前記発光素子と前記第１封止層との間に介在する蛍光体層を更に含む請求項１に記載の発光モジュール。
前記蛍光体層は、角部が円弧状に形成されている請求項２に記載の発光モジュール。
前記蛍光体層は、半球状に形成されている請求項２に記載の発光モジュール。
前記第１透光性樹脂は、引張強度が０．５ＭＰａ以下である請求項１に記載の発光モジュール。
前記第１透光性樹脂は、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂から選ばれる少なくとも１つである請求項１又は５に記載の発光モジュール。
前記第２透光性樹脂は、引張強度が１〜５００ＭＰａである請求項１に記載の発光モジュール。
前記第２透光性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂及びポリカーボネート樹脂から選ばれる少なくとも１つである請求項１又は７に記載の発光モジュール。
前記凹部の総容積をＶ（ｍｍ³）とし、前記貫通孔の開口の総面積をＳ（ｍｍ²）としたときに、Ｓ／Ｖの値が０．０２５〜０．３である請求項１に記載の発光モジュール。