JP4753419B2

JP4753419B2 - 発光モジュール

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Publication number: JP4753419B2
Application number: JP2005228489A
Authority: JP
Inventors: 隆在植本; 智仕田; 恵司西本; 誠森川; 康晴上野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: JP2007048773A

Description

本発明は、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）や半導体レーザ等の発光素子は、液晶バックライト用光源、インジゲータ用光源、ディスプレイ用光源、読み取りセンサ用光源等に使用されている。

例えば特許文献１には、基板上に複数のＬＥＤチップが実装されたカード型ＬＥＤモジュールが提案されている。図８Ａ〜Ｃに、上記カード型ＬＥＤモジュールの説明図を示す。このうち、図８Ａは上記カード型ＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤチップの実装形態を示す断面図であり、図８Ｂは上記ＬＥＤチップの断面図である。また、図８Ｃは、上記カード型ＬＥＤモジュールに含まれるそれぞれのＬＥＤチップの接続形態を示す平面図である。

図８Ａに示すように、上記カード型ＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤチップ１０１は、サファイア基板１０２と、サファイア基板１０２上に順次積層された第１導電型層１０３、発光層１０４及び第２導電型層１０５とを含む。第１導電型層１０３としては、例えばｎ−ＧａＮ層等のｎ型半導体層が使用できる。第２導電型層１０５としては、例えばｐ−ＧａＮ層等のｐ型半導体層が使用できる。

第１導電型層１０３の基板１０６側の主面の一部１０３ａには、発光層１０４が接触しておらず、第１電極１１０ａが設けられている。即ち、図８Ｂに示すように、ＬＥＤチップ１０１は、上記主面の一部１０３ａを含む非発光領域１０１ａと、発光層１０４を含む発光領域１０１ｂとを有する。そして、図８Ａに示すように、第１導電型層１０３は、第１電極１１０ａ及びバンプ１０８を介して配線１０７と電気的に接続されている。また、第２導電型層１０５は、第２電極１１０ｂ及びバンプ１０８を介して配線１０７と電気的に接続されている。このようにしてＬＥＤチップ１０１は、基板１０６に形成された配線１０７上にフリップチップ実装されている。

次に、図８Ａ，Ｃを参照しながら、隣接するＬＥＤチップ１０１間の接続方法について説明する。図８Ｃの右端に位置するＬＥＤチップ１０１１の非発光領域１０１ａに設けられた第１電極１１０ａ（図８Ａ参照）と、その隣に位置するＬＥＤチップ１０１２の発光領域１０１ｂに設けられた第２電極１１０ｂ（図８Ａ参照）とが、配線１０７及びバンプ１０８（図８Ａ参照）により電気的に接続されている。同様に、ＬＥＤチップ１０１２の非発光領域１０１ａに設けられた第１電極１１０ａと、その隣に位置するＬＥＤチップ１０１３の発光領域１０１ｂに設けられた第２電極１１０ｂとが、配線１０７及びバンプ１０８により電気的に接続されている。このようにして、隣接するＬＥＤチップ１０１間を接続することにより、各ＬＥＤチップ１０１同士が直列接続されている。
特開２００４−２４１６４４号公報

しかし、上述したカード型ＬＥＤモジュールでは、全てのＬＥＤチップ１０１が１つの基板１０６上にバンプ１０８を介して実装されているため、例えば複数のＬＥＤチップ１０１のうちの１つが故障した場合に、その故障したＬＥＤチップ１０１の交換（リペア）が困難であった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、リペアが容易な発光モジュールを提供する。

本発明の発光モジュールは、ベース基板と、前記ベース基板上に配置された複数の発光素子実装ユニットとを含む発光モジュールであって、
それぞれの前記発光素子実装ユニットは、サブ基板と、前記サブ基板上に実装され、かつ直列接続された複数の発光素子とを含み、
前記複数の発光素子実装ユニットは、並列接続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、ベース基板上に配置された複数の発光素子実装ユニットを含み、この複数の発光素子実装ユニットが並列接続されているため、故障していない発光素子実装ユニットに影響を与えることなく発光素子実装ユニット毎にリペアを行うことができる。これにより、リペアの際に故障した発光素子を基板から外す必要がなくなるため、リペアを容易に行うことができる。

本発明の発光モジュールは、ベース基板と、このベース基板上に配置された複数の発光素子実装ユニットとを含む。また、それぞれの上記発光素子実装ユニットは、サブ基板と、このサブ基板上に実装され、かつ直列接続された複数の発光素子とを含む。そして、上記複数の発光素子実装ユニットは、並列接続されている。本発明の発光モジュールによれば、故障していない発光素子実装ユニットに影響を与えることなく発光素子実装ユニット毎にリペアを行うことができる。これにより、リペアの際に故障した発光素子を基板から外す必要がなくなるため、リペアを容易に行うことができる。

上記発光素子は、上記サブ基板上にフリップチップ実装されていることが好ましい。発光素子の実装密度を向上させることができるからである。また、背景技術で説明したように、フリップチップ実装された発光素子は、従来リペアが困難であったが、上述した本発明の構成を有することにより、リペアを容易に行うことができる。

上記ベース基板を構成する基材は特に限定されないが、上記発光素子から発せられる熱を放熱させることができる高熱伝導性基材が好ましい。高熱伝導性基材としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等からなるセラミック基材や、金属層上に電気絶縁材層を積層させた積層基材等が例示できる。上記電気絶縁材層としては、例えば無機フィラ５０〜９５質量％と、熱硬化樹脂組成物５〜５０質量％とを含むコンポジット材が使用できる。上記サブ基板を構成する基材についても特に限定されないが、上述と同様に高熱伝導性基材が好ましい。上記発光素子実装ユニットの個数や、サブ基板上に実装される上記発光素子の個数については特に限定されず、要求される光量等に応じて適宜設定すればよい。

上記発光素子としては、例えば、波長が５９０〜６５０ｎｍの赤色光を発する赤色ＬＥＤチップや、波長が５００〜５５０ｎｍの緑色光を発する緑色ＬＥＤチップや、波長が４５０〜５００ｎｍの青色光を発する青色ＬＥＤチップ等を使用することができる。上記赤色ＬＥＤチップとしては、例えばＡｌＩｎＧａＰ系材料を用いたＬＥＤチップが使用できる。また、上記緑色ＬＥＤチップや上記青色ＬＥＤチップとしては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系材料を用いたＬＥＤチップが使用できる。

本発明の発光モジュールを白色光源として使用する場合は、上記発光素子として青色ＬＥＤチップを使用し、かつ上記発光素子から発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光体層を、上記発光素子を覆うようにして形成すればよい。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ペーストを形成し、上記発光素子上に上記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、ガーネット構造系Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２:Ｃｅ^３＋、シリケート系（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４:Ｅｕ^２＋等の緑色光を発する蛍光体や、サイアロン系Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ:Ｅｕ^２＋、シリケート系（Ｓｒ，Ｃａ）_２ＳｉＯ_４:Ｅｕ^２＋、ガーネット構造系（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２:Ｃｅ^３＋等の黄色光を発する蛍光体や、ニトリドシリケート系Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８:Ｅｕ^２＋、ニトリドアルミノシリケート系ＣａＡｌＳｉＮ_３:Ｅｕ^２＋、オクソニトリドアルミノシリケート系Ｓｒ_２Ｓｉ_４ＡｌＯＮ_７:Ｅｕ^２＋、硫化物系ＣａＳ:Ｅｕ^２＋等の赤色光を発する蛍光体等が使用できる。

また、本発明において、上記サブ基板の外縁が略矩形状に形成されており、上記発光素子の外縁が略方形状又は略矩形状に形成され、かつ上記発光素子の一角が非発光領域である場合は、それぞれの上記発光素子における上記非発光領域が、上記サブ基板の長手方向にわたる両側縁に対して交互に配置されていてもよい。非発光領域が分散されるため、照度ムラを防止できるからである。なお、上記「非発光領域」及び後述する「発光領域」は、背景技術で説明したものと同様である。

また、本発明の発光モジュールは、上記ベース基板と上記サブ基板とを圧着することにより電気的に接続する圧着手段を更に含んでいてもよい。発光素子実装ユニットのリペアをより容易に行うことができるからである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図１Ａは、第１実施形態に係る発光モジュールの平面図である。また、参照する図１Ｂは、第１実施形態に係る発光モジュールに含まれるサブ基板の平面図であり、参照する図１Ｃは、第１実施形態に係る発光モジュールに含まれる発光素子実装ユニットの平面図である。

図１Ａに示すように、第１実施形態に係る発光モジュール１は、基材１６及び配線１７を含むベース基板１０と、ベース基板１０上に配置された複数の発光素子実装ユニット１１とを含む。それぞれの発光素子実装ユニット１１は、外縁が略矩形状に形成されたサブ基板１２と、サブ基板１２上にフリップチップ実装された複数の発光素子１３とを含む。発光素子１３は、外縁が略方形状に形成されており、サブ基板１２の基材１４上に設けられた配線１５により直列接続されている。また、発光素子実装ユニット１１は、ベース基板１０に設けられた配線１７により並列接続されている。上記構成を有する発光モジュール１によれば、故障していない発光素子実装ユニット１１に影響を与えることなく発光素子実装ユニット１１毎にリペアを行うことができる。これにより、リペアの際に故障した発光素子１３をサブ基板１２から外す必要がなくなるため、リペアを容易に行うことができる。

図１Ｂに示すように、サブ基板１２には発光素子１３を実装するためのマウント部１８と、マウント部１８間を接続する配線１５とが設けられている。また、マウント部１８は、発光素子１３の非発光領域１３ａ（図１Ｃ参照）に対応する端子１８ａと、発光素子１３の発光領域１３ｂ（図１Ｃ参照）に対応する端子１８ｂとに分離されている。そして、端子１８ａ上及び端子１８ｂ上にそれぞれ非発光領域１３ａ及び発光領域１３ｂが配置されるようにして、発光素子１３をマウント部１８上にフリップチップ実装することにより、図１Ｃに示す発光素子実装ユニット１１が形成される。

また、図１Ｃに示すように、各発光素子１３の非発光領域１３ａは、サブ基板１２の長手方向にわたる両側縁１２ａ，１２ｂに対して交互に配置されている。これにより、非発光領域１３ａが分散されるため、照度ムラを防止できる。また、背景技術で説明した図８Ｃに示すカード型ＬＥＤモジュールのように、それぞれの非発光領域１０１ａが基板１０６の同じ側縁１０６ａ側に配置されていると、隣接するＬＥＤチップ１０１間に配線１０７を配置しなければならないが、上述のように非発光領域１３ａがサブ基板１２の長手方向にわたる両側縁１２ａ，１２ｂに対して交互に配置されている場合は、隣接する発光素子１３間に配線１５を配置する必要がなくなるため、発光素子１３の実装密度を向上させることができる。

次に、発光モジュール１において、ベース基板１０に設けられた配線１７と発光素子１３との電気的接続形態について説明する。図２Ａ〜Ｄは、配線１７と発光素子１３との電気的接続形態の一例を説明するための断面図である。なお、図２Ａ〜Ｄにおいて、図１Ａ〜Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図２Ａに示す例では、発光素子１３がバンプ２０を介してサブ基板１２の配線１５と電気的に接続されている。そして、配線１５は、サブ基板１２の基材１４内に設けられたビア導体２１、及び導電ペースト２２を介してベース基板１０の配線１７と電気的に接続されている。このようにして、配線１７と発光素子１３とが電気的に接続されている。なお、導電ペースト２２としては、例えば銀ペースト等が使用できる。

図２Ｂに示す例では、ベース基板１０が、発光素子１３の直下に配置された基材１４の主面１４ａに接触する放熱体２３を含む。これにより、発光素子１３から発せられる熱を効率良く放熱することができるため、各部材の熱劣化を防ぐことができる。配線１７と発光素子１３との電気的接続形態については、図２Ａに示す例と同様である。なお、放熱体２３としては、例えばヒートシンク等を使用することができる。

図２Ｃに示す例では、ベース基板１０が、サブ基板支持部２４を含み、サブ基板１２は、サブ基板支持部２４の係止部位２４ａに係止されている。そして、ベース基板１０とサブ基板１２とは、ネジ２５により圧着されている。これにより、ベース基板１０の配線１７とビア導体２１とは、導電ペースト２２（図２Ａ，Ｂ参照）を介さずに圧着により電気的接続されている。即ち、ネジ２５は、ベース基板１０とサブ基板１２とを圧着することにより電気的に接続する圧着手段として機能する。よって、図２Ｃに示す例では、発光素子実装ユニット１１（図１Ａ参照）のリペアをより容易に行うことができる。

図２Ｄに示す例では、配線１７がサブ基板支持部２４の係止部位２４ａに設けられている。そして、この配線１７とサブ基板１２の配線１５とは、ネジ２５により圧着されている。これにより、配線１７と配線１５とは、導電ペースト２２を介さずに圧着により電気的接続されている。よって、図２Ｄに示す例では、図２Ｃに示す例と同様に発光素子実装ユニット１１（図１Ａ参照）のリペアをより容易に行うことができる。なお、図２Ｄに示す例では、ビア導体２１が不要となるため、発光モジュール１の製造工程が簡略化する。

以上、本発明の第１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、図２Ｃ，Ｄでは、圧着手段としてネジを用いたが、圧着手段はこれに限定されず、ボルトとナットによる圧着手段を用いてもよいし、スプリング等によるバネ付勢を利用して圧着する圧着手段を用いてもよい。

また、図３に示すように、隣接する発光素子１３のそれぞれの非発光領域１３ａ間の距離が最も離れるように、各発光素子１３を配置してもよい。また、図４に示すように、全ての発光素子１３の非発光領域１３ａが、サブ基板１２の同じ側縁側に配置されていてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図５は、第２実施形態に係る発光モジュールの平面図である。なお、図５において、図１Ａ〜Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図５に示すように、第２実施形態に係る発光モジュール２では、図中左側に位置する配線１７の端部にツェナーダイオード２８が設けられている。これにより、発光モジュール２に静電気等が印加された場合に、ツェナーダイオード２８を含む回路がバイパス回路として機能するため、発光素子１３を保護することができる。その他の構成は、上述した第１実施形態に係る発光モジュール１と同様である。よって、発光モジュール２によっても、発光モジュール１と同様の効果を発揮させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図６は、第３実施形態に係る発光モジュールの平面図である。なお、図６において、図１Ａ〜Ｃと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図６に示すように、第３実施形態に係る発光モジュール３は、第１実施形態に係る発光モジュール１に対し、サブ基板１２の個数と、サブ基板１２上に実装された発光素子１３の個数が異なる。また、各発光素子１３において、非発光領域１３ａが２つに分離されている。その他の構成については、上述した第１実施形態に係る発光モジュール１と同様である。よって、発光モジュール３によっても、発光モジュール１と同様の効果を発揮させることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る発光モジュールについて図面を参照して説明する。参照する図７Ａは、第４実施形態に係る発光モジュールの平面図である。また、参照する図７Ｂは、図７ＡのI-I線断面図である。なお、図７Ａ，Ｂにおいて、図２Ａ〜Ｄ及び図６と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図７Ａに示すように、第４実施形態に係る発光モジュール４では、各発光素子１３において、非発光領域１３ａが３つに分離されている。また、各非発光領域１３ａ同士は、図７Ａ，Ｂに示すように、バンプ２０、配線１５、ビア導体２１及びサブ基板１２内に設けられた内層配線４０を介して電気的に接続されている。その他の構成については、上述した第３実施形態に係る発光モジュール３と同様である。よって、発光モジュール４によっても、発光モジュール３と同様の効果を発揮させることができる。

本発明の発光モジュールは、リペアが可能な光源として有用であり、例えば、一般照明、演出照明（サイン灯等）、自動車用照明（特に前照灯）等に使用される照明装置用の光源や、街頭用大型ディスプレイ、プロジェクタ等に使用される表示装置用の光源等に有用である。

Ａは本発明の第１実施形態に係る発光モジュールの平面図であり、Ｂは本発明の第１実施形態に係る発光モジュールに含まれるサブ基板の平面図であり、Ｃは本発明の第１実施形態に係る発光モジュールに含まれる発光素子実装ユニットの平面図である。Ａ〜Ｄは、本発明の第１実施形態に係る発光モジュールにおける配線と発光素子との電気的接続形態の一例を説明するための断面図である。本発明の一実施形態における隣接する発光素子の配置形態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る発光モジュールの平面図である。本発明の第２実施形態に係る発光モジュールの平面図である。本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの平面図である。Ａは本発明の第４実施形態に係る発光モジュールの平面図であり、ＢはＡのI-I線断面図である。Ａは従来のカード型ＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤチップの実装形態を示す断面図であり、Ｂは従来のＬＥＤチップの断面図であり、Ｃは従来のカード型ＬＥＤモジュールに含まれるそれぞれのＬＥＤチップの接続形態を示す平面図である。

符号の説明

１，２，３，４発光モジュール
１０ベース基板
１１発光素子実装ユニット
１２サブ基板
１２ａ，１２ｂ側縁
１３発光素子
１３ａ非発光領域
１３ｂ発光領域
１４，１６基材
１４ａ主面
１５，１７配線
１８マウント部
１８ａ，１８ｂ端子
２０バンプ
２１ビア導体
２２導電ペースト
２３放熱体
２４サブ基板支持部
２４ａ係止部位
２５ネジ（圧着手段）
２８ツェナーダイオード
４０内層配線

Claims

ベース基板と、前記ベース基板上に配置された複数の発光素子実装ユニットとを含む発光モジュールであって、
それぞれの前記発光素子実装ユニットは、サブ基板と、前記サブ基板上に配置された配線パターンと、前記サブ基板上に実装され、かつ直列接続された複数の発光素子とを含み、
前記サブ基板は、外縁が略矩形状に形成されており、
前記発光素子は、外縁が略方形状又は略矩形状に形成され、かつその一角が非発光領域であり、
それぞれの前記発光素子における前記非発光領域は、前記サブ基板の長手方向にわたる両側縁に対して交互に配置されており、
前記サブ基板上に配置された前記配線パターンは、前記サブ基板の長手方向にわたる両側縁に対して配置されており、かつ前記発光素子の実装時には、隣接する前記発光素子間には配置されておらず、
前記複数の発光素子実装ユニットは、並列接続されていることを特徴とする発光モジュール。
前記発光素子は、前記サブ基板上にフリップチップ実装されている請求項１に記載の発光モジュール。
前記ベース基板と前記サブ基板とを圧着することにより電気的に接続する圧着手段を更に含む請求項１又は２に記載の発光モジュール。
前記圧着手段は、ネジである請求項３に記載の発光モジュール。