JP2014042012A - ライン光源用発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板1と、基板の上に形成された第1の金属膜3と、下面に第2の金属膜が形成され、平面視した形状が4角形であり、直線上に間隔d1で並んで配置されている複数の発光素子7と、第1の金属膜と第2の金属膜との間に介在し、第1の金属膜と第2の金属膜とを固定するダイボンド部材と、を含み、複数の発光素子それぞれの4角形の1つの対角線が直線上に整列し、直線上に配置された複数の発光素子のうち一方の端部に位置する発光素子と基板の端部との間の距離DLおよび直線上に配置された複数の発光素子のうち他方の端部に位置する発光素子と基板の端部との距離DRの少なくとも一方が間隔d1の半分以下である。
【選択図】図9
Description
しかし、近年、高い発光効率および小型、軽量化に対する要望に対応するために、発光ダイオードのような発光素子を1つの直線上に複数配置したライン光源用発光装置(以下、単に「発光装置」という場合がある。)が用いられている。
このような複数の発光素子を用いたライン光源用の発光装置では、より高い効率および/またはより高い精度で1つの直線上に光を照射するために、複数の発光素子が一直線上に高い精度で整列している「良好なアライメント」を得ることが重要となる。
発光装置500では、基板1の上に形成した金属膜503は、ダイボンディングにより発光素子7が所望の位置に固定されたときに、4角形形状の発光素子7の4辺(四角形の4辺)それぞれの外側に隣接して位置するように低濡れ性領域509を有している。
そして、必要に応じて整列した複数の発光素子7の上部を延在するシリンドリカル凸レンズのような光学素子を用いることで、発光装置500はライン光源として機能する。
従来の発光装置500は、図8からも判るように、A1線上にそれぞれの発光素子7の対向する1組の辺に隣接する低濡れ性509が配置されている。このため、A1線上において、発光素子7同士の間隔を狭くすることができない。すなわち、発光装置500では、A1線上において発光素子7同士の距離は、低濡れ性領域509の幅の2倍(低濡れ性領域509が2つ配置できる幅)より大きくなる。このため、発光素子7が配置されていないこの部分ではA1線上の光強度が低くなってしまう。
また、多くの場合、低濡れ性領域509は、金属膜503はと比べて光の反射率がかなり低い。低濡れ性領域509は、例えば、基板1において、金属膜503が形成されておらず、基板1が露出した部分のように、金属以外の材料により形成されることが多く、その反射率は金属と比べて相当低い場合が多い。
従って、A1線上において、低濡れ性領域509の部分は光強度が更に低くなることが多い。
図1は本願発明の実施形態1に係る発光装置100の平面図である。図2は、発光装置100の基板1と金属膜(第1の金属膜)3と低濡れ性領域9の位置関係を示す平面図であり、図1に示す発光装置100から発光素子7を除去した状態の平面図に相当する。
そして、金属膜3と発光素子7の下面の金属膜との間にダイボンド部材を介在させ、ダイボンディングを行うことにより発光素子7は、金属膜3に固定されている。
なお、図1では、発光素子7に電力を供給する配線については、記載を省略した。発光素子7に電力を供給する配線の例は後述するが、任意の方法で発光素子7に電力を供給してよい。
なお、本願明細書において、対角線が直線A上に整列しているとは、対角線と直線Aとに5°以内の角度のずれがある場合も含む概念である。
図1から判るように、そして図8の発光装置500と異なり、発光装置100の直線A上では、発光素子7同士の間には低濡れ性領域9は形成されていない。このため、直線A上における発光素子7同士の距離は、発光装置500の直線A1上における発光素子7同士の距離よりも容易に短くできる。実際に、図1の発光装置100における発光素子4同士の間の距離は、図8の発光装置500における発光素子7同士の間の距離より短くなっている。
また、図1から判るように、発光装置100では、例えば隣り合う発光素子7の角部をより接近させることにより発光素子7同士の距離をより短くすることが可能である。
このように、直線A上において、発行素子7が配置されていない部分の距離をより短くできることから、直線Aに沿った光強度の変動(周期的な低下)を小さくできる。
本明細書において、「ダイボンド部材に対する濡れ性が低い」とは、ダイボンド部材に対する接触角が大きいことを意味する。そして、接触角は、実際に用いるダイボンド部材の融点+40〜50℃において静滴法によって測定した値を指す(詳細は、「溶融マグネシウムによる黒鉛のぬれ」、「軽金属」第55巻、第7号(2005)p310−314を参照されたい)。
従って、「低濡れ性領域9のダイボンド部材に対する濡れ性が金属膜3よりも低い」とは、ダイボンド部材の融点より40〜50℃高い温度において、静滴法によって測定したダイボンド部材に対する接触角の値が、金属膜3の方が低濡れ性領域9より小さいことを意味する。
低濡れ性領域9のダイボンド部材に対する接触角は、好ましくは、金属膜3のダイボンド部材に対する接触角より10°以上大きく、より好ましくは10〜30°大きい。
低濡れ性領域9は、発光素子を配置しようとする位置7Aの四角形の形状(すなわち、発光素子7の4角形の形状)の4つの辺のそれぞれについて、その外側に少なくとも一部分が隣接するように配置される。セルフアライメントにより適正な位置に発光素子7を配置するためである。
また、発光素子を配置しようとする位置7Aの4角形形状の4辺の対向する一組の辺のそれぞれに、同一形状の低濡れ性領域9が隣接することが好ましい。また、対向する一組の辺のそれぞれに配置される、この同一形状の低濡れ性領域9は、発光素子を配置しようとする位置7A(すなわち、セルフアライメント後の発光素子7)の4角形形状の中心に対して点対称になっている、または中心を通る直線に対して線対称になっていることが好ましい。セルフアライメントによる発光素子7の位置および方向の調整の精度を向上できるからである。
また、発光素子を配置しようとする位置7Aの4角形形状の4辺に同じ形状の低濡れ性領域9を配置することも好ましい。
図5(b)に示す実施形態では、発光素子を配置しようとする位置7Aの4角形形状、それぞれについて、その1組の対向する角部(隣り合わない角部)のそれぞれに楔形の低濡れ性領域9Aが隣接配置されている。1つの低濡れ性領域9Aは、発光素子を配置しようとする位置7A(すなわち、セルフアライメント後の発光素子7)の4角形形状の2つの辺の外側に隣接している。
発光素子を配置しようとする位置7Aに隣接配置される2つの低濡れ性領域9Aは、発光素子を配置しようとする位置7Aの中心に対して点対称となっていることが好ましい。
図6(a)に示す実施形態では、基板1の上に、発光素子7を載置するための発光素子7の平面形状に対応した4角形形状の島状部分を有する金属膜(第1の金属膜)3Kが形成されている。そして、金属膜3Kの島状部分は、金属膜3Kの基端部分繋げるための幅の細い部分を有するが、これ以外の部分は、低濡れ性領域9Bとして機能する、露出した基板1の表面により覆われている。
金属膜3Kの島状部分は、外周ほぼ全周が低濡れ性領域9Bにより取り囲まれていることから、その形状を発光素子7の平面形状と略同一にすることで、セルフアライメントによる発光素子7の位置および方向の調整精度をよりいっそう向上できる。
図3は、発光装置100Aの平面図である。
発光装置100Aでは、発光装置100の金属膜3に代えて、分割された金属膜(第1の金属膜)3B、3C、3D、3E、3Fを有する。金属膜3B、3C、3D、3E、3Fのそれぞれに、発光装置100と同様の低濡れ性領域9が形成されている。金属膜3B、3C、3D、3E、3Fのそれぞれに、この低濡れ性領域9により、直線A上に対角線の1つが整列するように位置おおび方向が調整された発光素子7が載置されている。
また基板1の上には、発光装置7に電力を供給する電極として使用する、発光素子を載置していない第3の金属膜3Aが形成されている。
同様に、金属膜3B〜3Fに載置された発光素子7も、それぞれ、ボンディングワイヤ11により右隣りに位置する金属膜と電気的に接続され、下面の金属膜により載置された金属膜と電気的に接続されている。
なお、図3に示す、ボンディングワイヤの配置は、あくまで一例を示すものに過ぎず、発光素子7の上面に配置するボンディングワイヤ11の数および位置等の条件は、適宜、変更してよい。
また、図3に示した発光素子7では、その上面に形成された電極パターンまで詳細に示したが、この電極パターンはあくまで一例を示すものに過ぎず、任意の電極パターンを形成してよい。
さらに、必要に応じて、基板1上に極性マークおよび/またはケース温度ポイントを形成してよい。
発光装置100Bでは、基板1の上に金属膜3が形成され、発光装置100と同じように低濡れ性領域9が形成され、発光素子7が載置されている。
また、基板1の上(金属膜3が形成されていない部分)には、発光素子7が載置されていない第3の金属膜3Hも形成されている。そして、発光装置100Bの発光素子7は、正極と負極の両方が上面に形成されている。発光装置100Bの発光素子7は、それぞれ、正極と負極の一方がボンディングワイヤ11Aにより第3の金属膜3Hと電気的に接続され、正極と負極の他方がボンディングワイヤ11Bにより金属膜3と電気敵に接続されている。
この結果、図4に示す全ての発光素子7は、並列に接続されている。
この結果、図6(b)に示す全ての発光素子7は、並列に接続されている。
基板の上に金属膜3(または金属膜3B〜3F)と低濡れ性領域9(または低濡れ性領域9A、9B)と、必要に応じて第3の金属膜3A、3H、3Jを形成する。その後、金属膜3(または金属膜3B〜3F)の所定の位置にダイボンド部材と発光素子7とを配置し、ダイボンド部材を加熱溶融した後凝固させることで、ダイボンディングにより発光素子7を金属膜3(または金属膜3B〜3F)に固定する。この際、低濡れ性領域9(または低濡れ性領域9A、9B)が存在することから、上述のようにセルフアライメントが起こり、それぞれの発光素子7の4角形状の対角線の1つが直線Aの上に整列する。
・ダイボンド部材
ダイボンド部材は、例えば、SnPb系、SnAgCu系、AuSn系、SnZn系、SuCu系等の材料を好適に使用することができる
AuSn系共晶が好ましい。また、濡れ性又はハンダクラック性を改善する目的で、Bi、In等を添加してもよい。
金属膜3、3B〜3Fは、特にその材料は限定されないが、発光素子7からの光を反射して有効に利用するため、発光素子7から発せられる光に対して、例えば、70%程度以上、好ましくは80%程度以上、より好ましくは85%程度以上、最も好ましくは90%程度以上の反射率を有するものが適している。
金属膜3、3B〜3Fは、より確実にセルフアライメント効果を得るため、ダイボンド部材との接触角が90°程度以下、好ましくは80°程度以下、60°程度以下または45°程度以下の材料であることが好ましい。
また、金属膜(第3の金属膜)3A、3H、3Jも金属膜3、3B〜3Fと同じ材料および/または同じ方法により形成できる。
発光素子の底面(発光素子のダイボンド面)には、全面又は一部において、金属膜が形
成されている。発光素子7の底面全面に形成されていることが好ましい。これにより、発光素子側の濡れ性が高まるため、セルフアライメント効果を効率的に発揮させることができる。発光素子7の底面に形成した金属膜は、発光素子7から発せられる光に対して好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上の反射率を有する。この金属膜は発光素子7の電極として機能してもよい。
基板1は、発光素子7を載置し、固定するための基板であり、絶縁性を確保するために適切な材料で形成されていることが好ましい。具体的には、Al2O3、AlN等のセラミック、高融点ナイロン等のプラスチック、ガラス等を例示できる。なかでも、ダイボンド部材との接触角が90°を超える材料であることが適しており、さらに、100°、105°または110°以上の材料であることがより好ましい。このような材料を選択することにより、発光素子7のダイボンディング時におけるダイボンド部材のセルフアライメント効果をより顕著に発現させることができる。
図7(a)は、本発明の実施形態2に係る、低濡れ性領域9の配置を示す平面図であり、図7(b)は、図7(a)に示す低濡れ性領域9を用いた発光装置100Dの平面図である。
以下の説明では、実施形態2が実施形態1と異なる部分を説明する。特に断りがない限りは実施形態1で説明した構成を実施形態2において用いてよい。
同様に、直線C、D、Eのそれぞれの線上にも、複数の発光素子7のそれぞれの4角形状の1つの対角線が整列している。
このような直線A〜Eの複数のライン光源を形成する発光素子7をセルフアライメントにより所定の位置および向きに配置するように、図7(a)に示す低濡れ性領域9が配置されている。
図7(a)の低濡れ性領域9の配置は、図5(a)に示す低濡れ性領域9の配置(正確には、1つの直線上に整列する発光素子7の数を5個から3個に変更した配置)を単純に直線A〜Eの数である5つ縦に並べたものとは異なる。
これにより、より多くの発光素子7を同じ面積の基板1上に配置できるため、より強力なライン光源を供給できる。
図9は、本発明の実施形態3に係る発光装置100Eの平面図である。
以下の説明では、実施形態3が実施形態1および2と異なる部分を中心に説明する。特に断りがない限りは実施形態1または実施形態2で説明した構成を実施形態3において用いてよい。
発光装置100Eでは、発光装置100と同じく、発光素子7は、それぞれの4角形形状の1本の対角線が1本の直線A上に整列している(換言すれば、発光素子7は、それぞれの4角形形状の1組の対向する角部(隣り合わない角部)が1本の直線A上に整列している)。
また、発光装置100Eでは、発光装置100と同じ形態の低濡れ性領域9が形成されている。
そして、距離DLおよび距離DRの少なくとも一方は、間隔d1の2分の1以下となっている。好ましくは距離DLおよび距離DRの両方が、間隔d1の2分の1以下となっている
すなわち、発光装置100Eでは、下記の(1)式と(2)式の少なくとも一方を満足し、好ましくは(1)式と(2)式の両方を満足する。
DR≦d1/2 (2)
例えば、発光装置100Eが(1)式を満足し、(2)式を満足しない場合、一方の発光装置100Eの発光素子7bと他方の発光装置100Eの発光素子7bとが隣り合う(すなわち、2の発光装置100Eのうち1つは図9の配置であり、別の1つは図9の配置に対して上下が反転するように図の紙面に垂直な軸の周りに180°回転させた配置となる)ように配置することで、2つの発光素子7bの間の距離をd1またはそれよりも小さくすることができる。
この場合、例えば、1つの発光装置100Eの発光素子7bと別の発光装置100Eの発光素子7cとが隣り合う(すなわち、2の発光装置100Eは図9に示した配置でよい)ように配置することで発光素子7bと発光素子7cの間の距離をd1またはそれよりも小さくすることができる。さらに必要に応じてこれを繰り返す(すなわち、当該別の発光装置100Eの発光素子7bと更に別の発光素子100Eの発光素子7cとを隣り合うように配置するように、次々と発光素子100Eを並べる)ことにより、3つ以上の発光装置100Eの間で隣り合う発光装置100Eの境界を挟んで隣接する発光素子7の間(発光素子7bと発光素子7cの間)の距離をd1またはそれよりも小さくすることができる。
筐体を有したままで本実施形態の効果を得ることができるからである。
図10は、実施形態3の変形例1に係る発光装置100Fの平面図である。
発光装置100Fでは、低濡れ性領域9を有しない点が発光装置100Eと異なる。発光装置100Fのこれ以外の構成は発光装置100Eと同じであってよい。
低濡れ性領域を有しないことから、セルフアライメントにより発光素子7を所定の位置に配置することは困難である。
しかし、例えば、ダイボンディングの際に治具を用いて発光素子7を固定することにより基板1と発光素子7の位置合わせを行う等の方法により、それぞれの発光素子7を基板1上の所定の位置に配置することができる。
従って、発光装置100Fにおいても発光装置100Eと同じの効果を得ることができる。
図11は、実施形態3の変形例2に係る発光装置100Gの平面図である。
発光装置100Gでは、実施形態2に係る発光装置100Dと同様に、複数の発光素子7(図11では3個の発光素子7)のそれぞれの4角形形状の対角線の1つが直線A上に整列していることに加えて、別の複数の発光素子7(図11では3個の発光素子7)のそれぞれの4角形形状の対角線の1つが別の直線B上に整列している。
同様に、直線C、D、Eのそれぞれの線上にも、複数の発光素子7のそれぞれの4角形状の1つの対角線が整列しており、これにより複数本のライン光源を提供でき、発光装置100Dと同じ効果を得ることができる。
そして、i)距離DLが(1)式を満足すること、および ii)距離DRが(2)式を満足することの少なくとも一方、好ましくは両方が満たされる。
この結果、2つの発光装置100Gを並べて、より多くの発光素子7がより長い距離に亘り整列している、整列方向の光強度の変動が少ない発光装置を得ることができる。
図12は、実施形態3の変形例3に係る発光装置100Hの平面図である。
発光装置100Hでは、複数の発光素子7のそれぞれの4角形形状の対角線の1つが直線A上に整列し、また別の複数の発光素子7のそれぞれの4角形形状の対角線の1つが同様に直線B〜E上に整列している点は上述の発光装置100Gと同じである。
発光素子7がn+1個である直線上(図12の直線A、CおよびE上)では整列した複数の発光素子7のうち、左側の端部(一方の端部)に位置する発光素子7bと基板1の端部(図12では基板1の左側端部(左側面))との間は距離DLだけ離れており、右側の端部(他方の端部)に位置する発光素子7cと基板1の端部(図12では基板1の右側端部(右側面))との間は距離DRだけ離れている。
そして、距離DLおよび距離DRの少なくとも一方は、間隔d1の2分の1以下となっている。好ましくは距離DLおよび距離DRの両方が、発光素子7同士の間隔d1の2分の1以下となっている
すなわち、発光装置100Hでは、(1)式と(2)式の少なくとも一方を満足し、好ましくは(1)式と(2)式の両方を満足する。
3、3B、3C、3D、3E、3F 金属膜(第1の金属膜)
3A、3H、3J 金属膜(第3の金属膜)
7 発光素子
7b、7c 整列した複数の発光素子のうち、端部に位置する発光素子
7A 発光素子を配置しようとする位置
9、9A、9B、9D、9E 低濡れ性領域
11、11A、11B、11C、11D ボンディングワイヤ
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、 発光装置
Claims (12)
- 基板と、
前記基板の上に形成された第1の金属膜と、
下面に第2の金属膜が形成され、平面視した形状が4角形であり、直線上に間隔d1で並んで配置されている複数の発光素子と、
前記第1の金属膜と前記第2の金属膜との間に介在し、前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とを固定するダイボンド部材と、
を含み、
前記複数の発光素子それぞれの前記4角形の1つの対角線が前記直線上に整列し、
該直線上に配置された前記複数の発光素子のうち一方の端部に位置する発光素子と前記基板の端部との間の距離DLおよび該直線上に配置された前記複数の発光素子のうち他方の端部に位置する発光素子と前記基板の端部との距離DRの少なくとも一方が前記間隔d1の半分以下であることを特徴とする発光装置。 - 前記距離DLおよび前記距離DRの両方が、前記間隔d1の半分以下であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記基板が、前記複数の発光素子それぞれの前記4角形の各辺の外側に隣接して配置され前記ダイボンド部材に対する濡れ性が前記第1の金属膜よりも低い低濡れ性領域を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。
- 前記低濡れ性領域が、前記基板の前記第1の金属膜が形成されていない部分であることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 前記第1の金属膜が複数個に分割され、それぞれに、前記発光素子が配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第1の金属膜が基板の表面の一部に形成され、第3の金属膜が前記表面の別の一部に形成され、前記複数の発光素子が、それぞれ、前記第3の金属膜と電気的に接続されていることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 1つの前記低濡れ性領域が、前記発光素子の前記4角形形状の2つ以上の辺の外側に隣接することを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 1つの前記低濡れ性領域が、前記発光素子の前記4角形形状の4辺全ての外側に隣接することを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- それぞれの4角形形状の1つの対角線が、第1の直線上に整列している複数の第1の発光素子と、
それぞれの4角形形状の1つの対角線が、第2の直線上に整列している複数の第2の発光素子と、
を有し、
1)前記第1の直線上に配置された複数の前記第1の発光素子のうち一方の端部に位置する第1の発光素子と前記基板の端部との間の距離DLおよび前記第1の直線上に配置された複数の前記第1の発光素子のうち他方の端部に位置する第1の発光素子と前記基板の端部との距離DRの少なくとも一方が前記間隔d1の半分以下であること、および
2)前記第2の直線上に配置された複数の前記第2の発光素子のうち一方の端部に位置する第2の発光素子と前記基板の端部との間の距離DLおよび前記第2の直線上に配置された複数の前記第2の発光素子のうち他方の端部に位置する第2の発光素子と前記基板の端部との距離DRの少なくとも一方が前記間隔d1の半分以下であること、の少なくとも一方を満足することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第1の直線上に配置された複数の前記第1の発光素子のうち前記一方の端部に位置する発光素子と前記基板の端部との間の距離DLが前記間隔d1の半分以下であり、
前記第2の直線上に配置された複数の前記第2の発光素子のうち前記他方の端部に位置する発光素子と前記基板の端部との間の距離DRが前記間隔d1の半分以下であることを特徴とする請求項9に記載の発光装置。 - 前記第1の直線上に配置された複数の前記第1の発光素子のうち一方の端部に位置する第1の発光素子と前記基板の端部との間の距離DLおよび前記第1の直線上に配置された複数の前記第1の発光素子のうち他方の端部に位置する第1の発光素子と前記基板の端部との距離DRの両方が前記間隔d1の半分以下であることを特徴とする請求項9に記載の発光装置。
- 前記基板が、前記複数の第1の発光素子および前記複数の第2の発光素子それぞれの前記4角形の各辺の外側に隣接して配置され前記ダイボンド部材に対する濡れ性が前記第1の金属膜よりも低い低濡れ性領域を有し、
前記複数の第1の発光素子のそれぞれの4角形形状の各辺の外側に隣接して配置された複数の前記低濡れ性領域の一部が、前記第2の発光素子の4角形形状に一辺の外側にも隣接していることを特徴する請求項9〜11のいずれか1項に記載の発光装置。
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