(57)【要約】【課題】  低コストでかつ放熱性が高い発光装置を提供する。【解決手段】  発光装置１０は、複数のＬＥＤチップ１３と、これを駆動する駆動回路１２と、各ＬＥＤチップ１３と駆動回路１２とを電気的に接続する配線パターン１４とからなる。配線パターン１４は、Ｘ方向の線材１６ｘと、Ｙ方向の線材１６ｙとを交叉させて、略格子状にクロス織りすることにより形成される。各線材１６ｘ，１６ｙは、導電性の芯材１８に絶縁体１９を被覆したものである。各線材１６ｘ，１６ｙが交叉する箇所には、各ＬＥＤチップ１３の電極と接続する接続部２３ｘ，２３ｙが形成される。接続部２３ｘには、ＬＥＤチップ１３が取り付けられて、ｎ電極が接続される。接続部２３ｙには、ＬＥＤチップ１３のｐ電極とがワイヤ２４によってボンディングされる。この配線パターン１４は、ヒートシンク２２に接着剤２１によって取り付けられる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、これら各発光素子を駆動する駆動回路と、この駆動回路と各発光素子とを電気的に接続する配線パターンとを備えた発光装置において、
前記配線パターンは、導電性の芯材を絶縁体で被覆した線材を複数本用いて構成されており、この配線パターンには、前記絶縁体を除去して前記芯材の一部を露呈させることにより、前記各発光素子の電極と接続される接続部が形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記配線パターンは、前記複数の線材を略格子状にクロス織りすることにより形成されており、前記接続部は、縦の線材と横の線材とが交叉した箇所に設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記配線パターンは、プラス及びマイナスの各電極を受け持つ２本の線材を撚ったツイストペアケーブルを少なくとも１本含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
複数の発光素子が配線パターンを介して駆動回路と接続された発光装置の製造方法において、
導電性の芯材を絶縁体で被覆した線材を複数本用いて前記配線パターンを形成し、この配線パターンに、前記絶縁体を除去して前記芯材の一部を露呈させることにより、複数の接続部を形成し、これら接続部に前記各発光素子を取り付けることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記配線パターンは、複数の線材を略格子状にクロス織りして形成されることを特徴とする請求項４記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
プラス及びマイナスの各電極を受け持つ２本の線材を撚ってツイストペアケーブルを形成し、これを前記配線パターンとして使用することを特徴とする請求項４記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光素子を配列した発光装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の発光素子（例えば、ＬＥＤ）をマトリックス状に配列した発光装置が知られている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。この発光装置は、照明や光定着器に用いられる他、各発光素子の発光を個別に制御することによりディスプレイパネルとしても利用される。各発光素子は、基板に実装されるが、その基板の実装面には、各発光素子と駆動回路とを電気的に接続するための回路パターンが形成される。
【０００３】
この回路パターンは、周知のように、複数の導電膜及び絶縁膜が層設された基板に対して、フォトリソグラフィーやエッチングを施すことにより形成される。基板の素材としては、一般にはガラスエポキシなどが用いられるが、発光素子を高密度に実装する場合にはガラスエポキシでは放熱性に問題があるため、アルミニウムやメタルコアなどの金属材料や、セラミックなどが用いられる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８７５３５号公報
【特許文献２】特開平６−３０１３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記回路パターンを、回路基板の素材として一般的なガラスエポキシ基板上に形成する場合と比較して、放熱性の高い金属材料やセラミックなどの基板上に形成する場合には加工コストが高く、これが製品の低コスト化の障害となっていた。
【０００６】
本発明は、低コストでかつ良好な放熱性が確保される発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光装置は、複数の発光素子と、これら各発光素子を駆動する駆動回路と、この駆動回路と各発光素子とを電気的に接続する配線パターンとを備えた発光装置において、前記配線パターンは、導電性の芯材を絶縁体で被覆した線材を複数本用いて構成されており、この配線パターンには、前記絶縁体を除去して前記芯材の一部を露呈させることにより、前記各発光素子の電極と接続される接続部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記配線パターンは、前記複数の線材を略格子状にクロス織りすることにより形成されており、前記接続部は、縦の線材と横の線材とが交叉した箇所に設けられていることが好ましい。また、前記配線パターンは、プラス及びマイナスの各電極を受け持つ２本の線材を撚ったツイストペアケーブルを使用して形成してもよい。
【０００９】
本発明の発光装置の製造方法は、複数の発光素子が配線パターンを介して駆動回路と接続された発光装置の製造方法において、導電性の芯材を絶縁体で被覆した線材を複数本用いて前記配線パターンを形成し、この配線パターンに、前記絶縁体を除去して前記芯材の一部を露呈させることにより、複数の接続部を形成し、これら接続部に前記各発光素子を取り付けることを特徴とする。
【００１０】
前記配線パターンは、複数の線材を略格子状にクロス織りして形成されたり、プラス及びマイナスの各電極を受け持つ２本の線材を撚って形成されたツイストペアケーブルが使用される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、発光素子と駆動回路を接続する配線パターンを、導電性の芯材を絶縁体で被覆した線材を複数本用いて構成し、この配線パターンに、前記絶縁体を除去して前記芯材の一部を露呈させることにより、前記各発光素子の電極と接続される接続部を形成したから、高い放熱性が確保されるとともに、フォトリソグラフィーやエッチングなど高価な微細加工技術を使用する必要がなくなるので、低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１（Ａ）は、本発明の発光装置１０の上面図であり、図１（Ｂ）は、同側面図である。発光装置１０は、装置本体１１と、駆動回路１２とからなる。装置本体１１は、発光素子である複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ１３と、各ＬＥＤチップ１３と駆動回路１２とを接続する配線パターン１４とを有する。各ＬＥＤチップ１３は、マトリックス状に配置されており、配線パターン１４に取り付けられている。駆動回路１２は、各ＬＥＤ１３に対して電圧を印加して各ＬＥＤ１３を点灯させる。
【００１３】
配線パターン１４は、Ｘ（横）方向に配される複数の線材１６ｘと、Ｙ（縦）方向に配される複数の線材１６ｙとを交叉させて、略格子状にクロス織りすることにより形成される。各線材１６ｘ，１６ｙは、導電性の芯材１８を絶縁体１９によって被覆したものである。両者は絶縁されており、線材１６ｘがマイナス側の配線を受け持ち、線材１６ｙがプラス側の配線を受け持つ。
【００１４】
芯材１８の材料としては、アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅合金などの金属材料が使用される。絶縁体１９の材料としては、ポリウレタン，ポリエチレン，塩化ビニル，ポリエステル，ポリエステルイミド，ポリアミド，ポリアミドイミド，ポリアミドイミドウレタン，ナイロン，エナメル専用ワニスなどの材料や、これらを複合した材料が使用される。また、絶縁体１９の材料には、各線材１６ｘ，１６ｙ同士が交叉箇所で接着されるように、圧力により融着する自己融着性を有する材料が含まれていることが好ましい。こうした性質を持つ材料としては、プリラール系，エポキシ系，エステル系の材料などがあり、より具体的には、ポリアミドやブチルゴムなどである。
【００１５】
配線パターン１４は、その下面を接着剤２１によってヒートシンク２２に接着して、固定される。この際に、配線パターン１４の放熱効率を向上させるために、配線パターン１４の下面の一部をヒートシンク２２と直接接触させるようにするとよい。接着剤２１としては、例えば、熱伝導性の良いエポキシ樹脂が使用される。配線パターン１４の上面には、例えば、各線材１６ｘ，１６ｙが交叉する複数の箇所に、ＬＥＤチップ１３の各電極と接続される接続部２３ｘ，２３ｙが設けられている。これら接続部２３ｘ，２３ｙは、線材１６ｘ，１６ｙの一部を削り取って、芯材１８の一部を露呈させることにより形成される。
【００１６】
ＬＥＤチップ１３の上面にはｐ(positive)電極が、下面にｎ(negative)電極が設けられており、ＬＥＤチップ１３は、線材１６ｘに設けられた接続部２３ｘに、その下面（ｎ電極）を接着して固定され、その上面のｐ電極と線材１６ｙに設けられた接続部２３ｙとがワイヤ２４によってボンディングされる。各ＬＥＤチップ１３の実装密度（単位面積当たりの個数）は、各線材１６ｘ，１６ｙの間隔に応じて決まる。各線材１６ｘ，１６ｙの間隔は、各線材１６ｘ，１６ｙの太さを変化させたり織り込む密度を変化させることで、適宜選択が可能である。
【００１７】
図１（Ｂ）に示すように、各接続部２３ｘ，２３ｙは、ＬＥＤチップ１３の取り付けやワイヤボンディングがしやすいように、上面が削り取られて面取りされている。２本の線材１６ｘ，１６ｙが交叉する箇所は、他の部分よりも隆起するので、配線パターン１４の上面を平面研削して絶縁体１９及び芯材１８の上面を削り取ることにより、複数の接続部２３ｘ，２３ｙをまとめて形成することができる。
【００１８】
ヒートシンク２２の素材としては、アルミニウムや銅などの熱伝導性の良い金属が使用される。配線パターン１４の上面は、クリアエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの光透過性が高い透明樹脂２５で覆われる。こうすることにより、ＬＥＤチップ１３及びワイヤ２４を保護することができる。
【００１９】
駆動回路１２は、各線材１４ｘと接続されるマイナス側電極部２６と、各線材１４ｙと接続されるプラス側電極部２７とを備えている。駆動回路１２は、各ＬＥＤチップ１３を個別に点灯できるようになっている。例えば、駆動回路１２は、一番左の線材１６ｙと、一番上の線材１６ｘとの間に電圧を掛けることにより、一番左上方のＬＥＤチップ１３を１個だけ点灯させることができる。このように、各ＬＥＤチップ１３の点灯を個別に制御できるようにすれば、発光装置１０をディスプレイとして使用したり、照明や光定着器として利用する場合には、調光を行うことができる。もちろん、照明や光定着器として用いる場合には、必ずしも個別に点灯を制御できるようにする必要はなく、一方の電極部を複数列の共通電極として使用して、列毎に点灯を制御できるようにしてもよい。また、調光が不要であれば、列毎の点灯制御も不要である。
【００２０】
図２は、この発光装置１０の製造手順を示すフローチャートである。まず、複数の線材１６ｘ，１６ｙをクロス織りして配線パターン１４を形成する。次に、配線パターン１４の上面の一部を平面研削により研削して、複数の接続部２３ｘ，２３ｙをまとめて形成する。これら各接続部２３ｘにＬＥＤチップ１３を取り付けた後、ワイヤ２４によってＬＥＤチップ１３のｐ電極と接続部２３ｙをボンディングする。ＬＥＤチップ１３が実装された配線パターン１４をヒートシンク２２に接着し、透明樹脂２５によって配線パターン１４の上面を覆う。こうして装置本体１１が完成する。この後、各線材１４ｘ，１４ｙを駆動回路１２に接続して発光装置１０が完成する。
【００２１】
このように、フォトリソグラフィーやエッチングなど高価な微細加工技術を使用することなく、発光装置１０を製造することができる。しかも、熱伝導性が低いエポキシ製プリント基板を使用することなく、配線パターン１４が直接ヒートシンク２２に取り付けられるので、高い放熱性を確保することができる。
【００２２】
また、上記実施形態では、線材１６ｘ，１６ｙの端部を装置本体１１の側方に向けて配置しているが、図３の発光装置３１のように、線材１６ｘ，１６ｙの端部を折り曲げて、その端部を装置本体の下方に向けて配設してもよい。こうすれば、駆動回路１２を装置本体の下方に配置することができるので、発光装置３１の横方向の寸法を小さくすることができる。
【００２３】
また、図４に示すように、ＬＥＤチップ１３が取り付けられる接続部３６に凹型の窪みを形成してもよい。ＬＥＤチップ１３は、その窪みの底面に取り付けられる。これにより、ＬＥＤチップ１３の側方位置に反射面３６ａが配置される。こうすることで、ＬＥＤチップ１３の側方向から放射される光を反射面３６ａによって上方に向けて反射させることができるので、発光効率を向上させることができる。
【００２４】
こうした光の反射効率を考慮すると、芯材１８の材料としては、アルミニウムを使用することが好ましいが、熱伝導性を考慮すると、銅の方が好ましい。両者の長所を併有させるために、芯材１８として銅を使用した上で、接続部３６の表面にアルミニウムをメッキしてもよい。もちろん、反射膜としては、アルミニウム以外でもよく、その材料は、ＬＥＤチップ１３の発光波長等を考慮して適宜選択される。また、ＬＥＤチップ１３が取り付けられる線材１６ｘの芯材としてアルミニウムを使用し、他方に銅を使用してもよい。このように、芯材は、異なる複数種類の素材が混在してもよい。
【００２５】
この他、芯材の素材としては、熱伝導性が極めて高いヒートパイプを使用してもよい。また、線材で構成した配線パターンに、ヒートパイプを織り込んでもよい。ヒートパイプは放熱体として機能するので、これを配線パターンに織り込めば、発熱量によっては、ヒートシンクが不要となる場合もあり得る。これにより、装置の小型化が可能となる。また、配線パターンの強度を向上させるために、非導電性のガラス繊維を織り込んでもよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、複数の線材をクロス織りすることにより配線パターンを形成しているが、図５に示すように、プラス側及びマイナス側の各電極を受け持つ２本の線材４１，４２を撚って、ツイストペアケーブル（撚り対線）４４を作成し、これを配線パターンとして使用してもよい。上記配線パターン１４と同様に、各線材４１，４２には、その上面の一部が研削されることにより、接続部４１ａ，４１ｂが形成される。接続部４１ａにはＬＥＤチップ１３が取り付けられてｎ電極が接続され、接続部４１ｂにはｐ電極がワイヤ２４によってボンディングされる。このツイストペアケーブル４４を１本使用して配線パターンを構成してもよいし、複数本使用して配線パターンを構成してもよい。
【００２７】
また、上記実施形態では、上面と下面にそれぞれｐ電極及びｎ電極が設けられたＬＥＤチップを使用した例で説明したが、図６に示すように、上面にｐ電極５１ａ及びｎ電極５１ｂの両電極が設けられたＬＥＤチップ５１を使用してもよい。
【００２８】
チップ基板５１ｃとしては、例えば、サファイヤ基板が使用されており、このサファイヤ基板上に、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の窒化物半導体材料で各種の膜が層設されている。サファイヤ基板は、ガリウム系材料の製膜において優れた特長を持つことから、紫外線や青色光を放射する青色ＬＥＤに多く用いられている。もちろん、サファイヤ基板を使用したチップではなく、基板の素材として、ガリウム燐，ガリウム砒素，インジューム燐，ＳｉＣ（炭化ケイ素），ＧａＮなどを使用したチップでもよいし、これらの混合した素材を使用したチップでもよい。
【００２９】
図７に示すように、このＬＥＤチップ５１の実装は、上面を実装面に接着するいわゆるフェースダウン方式で行われる。ツイストペアケーブル５６の各線材５７，５８の接続部５７ａ，５８ａは、上述のツイストペアケーブル４４と同様に、絶縁体１９及び芯材１８の一部を削り取ることによって形成されるが、このツイストペアケーブル５６では、隣接する各接続部５７ａ，５８ａが接近するように、上述のツイストペアケーブル４４の場合と比べて、より深く削り取られる。図上ハッチングで示す部分は研削された部分を示し、粗いハッチング部分が芯材１８の露呈部分を示し、細かいハッチング部分が絶縁体１９の切断面を示す。ＬＥＤチップ５１は、ｐ電極５１ａが接続部５７ａに、ｎ電極５１ｂが接続部５８ａにそれぞれ接するように、絶縁体１９を挟む２つの接続部５７ａ，５８ａをまたぐようにしてフェースダウン方式で実装される。このフェースダウン方式のメリットとしては、ボンディングワイヤが不要となる他、放熱性がよいなどのメリットが挙げられる。
【００３０】
なお、本例においては、配線パターンとしてツイストペアケーブルを使用しているが、図１に示したクロス織りした配線パターンについても、プラス及びマイナスの２つの接続部を接近させれば、フェースダウン実装が可能である。ＬＥＤチップ５１のように片面に２つの電極を持つ片面電極タイプのチップは、青色ＬＥＤの他、緑色光を発光するＬＥＤにも多い。上述の各配線パターンと、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤチップとを組み合わせれば、フルカラーディスプレイを非常に安価に製造することも可能となる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、発光素子としてＬＥＤを使用しているが、発光素子はＬＥＤに限らず、ＥＬ（エレクトロルミネセンス），面発光する半導体レーザー素子など他の発光素子を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】発光装置の構成図である。
【図２】発光装置の製造手順を示すフローチャートである。
【図３】線材の端部を折り曲げた例の説明図である。
【図４】ＬＥＤの取り付け面を凹型に形成した例の説明図である。
【図５】配線パターンを構成するツイストペアケーブルの説明図である。
【図６】片面に２つの電極を持つＬＥＤチップの説明図である。
【図７】図６に示すＬＥＤチップのツイストペアケーブルへの実装例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  発光装置
１１  装置本体
１２  駆動回路
１３  ＬＥＤチップ
１４  配線パターン
１６ｘ，１６ｙ  線材
１８  芯材
１９  絶縁体
２２  ヒートシンク
２３ｘ，２３ｙ  接続部
４４  ツイストペアケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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