JP5343831B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源などに利用可能な発光装置に関し、特に、半導体発光素子チップが表面に配線を有する実装基板に実装されてなる発光装置に関する。
従来、ＬＥＤやＬＤのような半導体発光素子チップからの光取り出し効率を高めるために、半導体発光素子チップが実装された実装基板上に、レンズとして機能する透光性封止部材を一体成形した発光装置が創案されている。このような発光装置においては、更なる光取り出しの高効率化が検討されている。
たとえば、特許文献１では、絶縁性樹脂やセラミックからなる基板にＣｕ配線パターンが配置された実装基板と、Ｃｕ配線パターン上に搭載されたＬＥＤチップと、Ｃｕ配線パターンとＬＥＤチップとを覆う透光性樹脂と、を有する発光装置において、Ｃｕ配線パターンとＬＥＤチップの間にＡｇメッキを施し、さらに、露出した基板の上面に白色または銀色の樹脂を塗布することが開示されている。これにより、発光装置の光の取り出し効率を向上させている。
しかしながら、特許文献１に開示された発光装置は、銀メッキや白色または銀色の塗装によりＬＥＤチップから実装基板へ照射される様々な入射角の光を高い反射率で反射できるものの、ＬＥＤチップからの光を完全に反射することはできない。また、上記のような銀メッキや白色または銀色の塗装による反射膜は、十分な反射を得るためには比較的膜厚の厚い塗膜とする必要があり高精度な製品を作製するのが困難であるほか、不要な散乱を伴うことが多いため光取り出し効率を低下させる場合がある。
また、上記の発光装置において、ＬＥＤチップを覆う透光性封止部材が硫黄ガスを透過する材料にて構成されている場合、高温高湿下で使用すると、銀メッキが経時的に劣化し、反射機能が大きく低下してしまう。
そこで本発明は、信頼性が高く、高出力に発光することが可能な発光装置を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するため、本発明の発光装置は、基体の上面に配線パターンが配置された実装基板と、前記配線パターンの上面に部分的に配置され金属材料からなる第１の層と屈折率の異なる誘電体膜が積層された誘電体多層反射膜からなり前記第１の層の上面と側面を被覆する第２の層とを有する光反射層と、前記光反射層の少なくとも一部を覆うように固定された発光素子チップと、前記光反射層と前記発光素子チップを封止する透光性封止部材と、を有することを特徴とする。
さらに、前記第２の層は、前記配線パターンの間から露出した前記基体の上面を被覆していることが好ましい。
さらに、前記第１の層は、前記配線パターンの間から露出した前記基体の上面と前記第２の層の間に、前記配線パターンと離間して配置されていることが好ましい。
さらに、前記光反射層は、前記第２の層の上面および側面を被覆する第３の層を有し、前記第３の層は、前記透光性封止部材よりも屈折率が低い材料からなり前記発光素子チップからの光を全反射することが可能な膜厚を有していることが好ましい。
また、前記第３の層は、厚みが３００ｎｍ以上の低屈折率誘電体薄膜からなることが好ましい。
本発明により、発光素子チップからの光が密度高く照射される箇所である実装基板の上面において、発光素子チップからの光の吸収を最小限に抑えることができ、光の取り出し効率の高い発光装置を実現することができる。
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照して説明する。
＜構成＞
図１Ａ乃至図４を参照して、本発明の実施形態の発光装置の構成について説明する。なお、図１Ｂは、図１Ａに示す発光装置１００のＡ−Ａ´断面における模式的断面図を示す。さらに図１Ｃは、図１Ｂの点線円領域の模式的拡大図である。
＜構成＞
図１Ａ乃至図４を参照して、本発明の実施形態の発光装置の構成について説明する。なお、図１Ｂは、図１Ａに示す発光装置１００のＡ−Ａ´断面における模式的断面図を示す。さらに図１Ｃは、図１Ｂの点線円領域の模式的拡大図である。
図１Ａ乃至図１Ｃに示すように、本実施形態の発光装置１００は、基体１１ａの上面に配線パターン１１ｂが配置された実装基板１１と、配線パターン１１ｂの発光素子チップ１４の電極１４ｂが固定される実装部１１ｂ−１と外部接続用電極端子部１１ｂ−２以外の上面に配置された光反射層１２と、実装部１１ｂ−１にフリップチップ実装された発光素子チップ１４と、光反射層１２と発光素子チップ１４を封止する透光性封止部材１５と、を有している。特に、光反射層１２は、金属材料からなる第１の層１２ａと、屈折率の異なる誘電体膜が積層された誘電体多層反射膜からなり第１の層の上面と側面を被覆する第２の層１２ｂと、を有しており、発光素子チップ１４の電極１４ｂが形成されている側の面の一部と光反射層１２の上面の一部は対向している。
（実装基板）
実装基板１１は、矩形の平面形状をした基体１１ａ上に、配線パターン１１ｂを有している。本実施の形態の配線パターン１１ｂは、基体１１ａの上面側に、発光素子チップ１４の電極１４ｂが固定される実装部１１ｂ−１と、外部と電気的に接続される外部接続用電極端子部１１ｂ−２と、を有しているが、これに限定されるものではなく、小型化を図るために、あらかじめ基体１１ａに貫通ビアなどを設け、外部接続用電極端子部を基体１１ａの下面側に設けてもよい。
実装基板１１は、矩形の平面形状をした基体１１ａ上に、配線パターン１１ｂを有している。本実施の形態の配線パターン１１ｂは、基体１１ａの上面側に、発光素子チップ１４の電極１４ｂが固定される実装部１１ｂ−１と、外部と電気的に接続される外部接続用電極端子部１１ｂ−２と、を有しているが、これに限定されるものではなく、小型化を図るために、あらかじめ基体１１ａに貫通ビアなどを設け、外部接続用電極端子部を基体１１ａの下面側に設けてもよい。
（基体）
基体１１ａは、その上方に発光素子チップ１４を固定することが可能であって、かつ上面に配線パターン１１ｂ及び光反射層１２を保持することが可能であれば、材質は特に限定されない。なかでも、セラミック、乳白色の樹脂等、絶縁性および遮光性を有する材料でもって構成されることが好ましい。一方で、基体１１ａは、熱源となりうる発光素子チップ１４の近傍に位置するため、熱伝導性に優れた材質であって、外部に放熱可能な構造とすることが好ましい。この場合の材質としては例えば、窒化アルミニウムや、銅、銅合金、アルミニウム等の金属があげられる。導電性の材料を基体１１ａとして用いる場合は、基体１１ａの上面と配線パターン１１ｂの下面との間に、絶縁層を設ける必要がある。
基体１１ａは、その上方に発光素子チップ１４を固定することが可能であって、かつ上面に配線パターン１１ｂ及び光反射層１２を保持することが可能であれば、材質は特に限定されない。なかでも、セラミック、乳白色の樹脂等、絶縁性および遮光性を有する材料でもって構成されることが好ましい。一方で、基体１１ａは、熱源となりうる発光素子チップ１４の近傍に位置するため、熱伝導性に優れた材質であって、外部に放熱可能な構造とすることが好ましい。この場合の材質としては例えば、窒化アルミニウムや、銅、銅合金、アルミニウム等の金属があげられる。導電性の材料を基体１１ａとして用いる場合は、基体１１ａの上面と配線パターン１１ｂの下面との間に、絶縁層を設ける必要がある。
（配線パターン）
本実施の形態の配線パターン１１ｂは、発光素子チップ１４の電極１４ｂが固定される実装部１１ｂ−１と、外部と電気的に接続される外部接続用電極端子部１１ｂ−２と、を有している。配線パターン１１ｂは、外部の駆動回路と発光素子チップ１４とを電気的に接続するものであり、導電性を有していれば特に限定されず、発光素子チップ１４との電気的な接続に用いる部材１３との接着性及び電気伝導性が良好なものがよい。
本実施の形態の配線パターン１１ｂは、発光素子チップ１４の電極１４ｂが固定される実装部１１ｂ−１と、外部と電気的に接続される外部接続用電極端子部１１ｂ−２と、を有している。配線パターン１１ｂは、外部の駆動回路と発光素子チップ１４とを電気的に接続するものであり、導電性を有していれば特に限定されず、発光素子チップ１４との電気的な接続に用いる部材１３との接着性及び電気伝導性が良好なものがよい。
配線パターン１１ｂは、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ等の金属からなる単層、積層体、もしくは合金等にて構成されている。配線パターンの表面は、後述する光反射層１２との密着力を高める目的でＴｉやＮｉ、Ｃｒなどで覆われていてもよい。このとき、配線の厚みは、後述する光反射層１２のパターンを微細に形成し易くするため、少なくとも１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下であることが好ましい。
また、配線パターン１１ｂの層構成、パターン幅などは、発光素子チップ１４に供給する電流量に対し高抵抗とならないよう考慮しておくことが好ましい。具体的な電気抵抗としては、３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩ−ｃｍ以下である。
配線パターン１１ｂの形成方法は、具体的には、基体１１ａ上に、蒸着やメッキ法などにより配線材料を成膜し、その際にメタルマスキング、フォトリソグラフィー、エッチング、リフトオフなどを用いてパターンを形成することができる。
（光反射層）
本発明の光反射層１２は、金属材料からなる第１の層１２ａと、屈折率の異なる誘電体膜が積層された誘電体多層反射膜からなり第１の層１２ａの上面と側面を被覆する第２の層１２ｂと、を有しており、配線パターン１１ｂの上面に、部分的に配置されている。具体的には、基体１１ａの上面に配置された配線パターン１１ｂが、発光素子チップ１４の電極１４ｂまたは遮光性の部位が固定される実装部１１ｂ−１、発光素子チップの電極とワイヤボンディングされるワイヤ接続部、および、外部と接続される外部接続用電極端子部１１ｂ−２のうちの、いずれかを有している場合は、それらを除く配線パターン１１ｂの上面に光反射層１２が配置される。光反射層１２は、発光素子チップ１４よりも下方に配置されており、光反射層１２の上面の少なくとも一部は、発光素子チップ１４の下面と対向している。光反射層１２の厚みは、第１の層１２ａと第２の層１２ｂがそれぞれ十分な反射機能を発揮し、生産性を損なわない範囲であれば、特に限定されない。
本発明の光反射層１２は、金属材料からなる第１の層１２ａと、屈折率の異なる誘電体膜が積層された誘電体多層反射膜からなり第１の層１２ａの上面と側面を被覆する第２の層１２ｂと、を有しており、配線パターン１１ｂの上面に、部分的に配置されている。具体的には、基体１１ａの上面に配置された配線パターン１１ｂが、発光素子チップ１４の電極１４ｂまたは遮光性の部位が固定される実装部１１ｂ−１、発光素子チップの電極とワイヤボンディングされるワイヤ接続部、および、外部と接続される外部接続用電極端子部１１ｂ−２のうちの、いずれかを有している場合は、それらを除く配線パターン１１ｂの上面に光反射層１２が配置される。光反射層１２は、発光素子チップ１４よりも下方に配置されており、光反射層１２の上面の少なくとも一部は、発光素子チップ１４の下面と対向している。光反射層１２の厚みは、第１の層１２ａと第２の層１２ｂがそれぞれ十分な反射機能を発揮し、生産性を損なわない範囲であれば、特に限定されない。
本実施の形態の発光装置１００は、同一面側に正負の電極１４ｂを有する発光素子チップ１４が、配線パターン１１ｂとフリップチップ実装されていることから、配線パターン１１ｂの上面のうち、発光素子チップ１４の電極１４ｂが接合部材１３を介して固定される実装部１１ｂ−１と、外部接続用電極端子部１１ｂ−２を除く領域に、光反射層１２が配置されている。光反射層１２の発光素子チップ１４側の端部は、接合部材１３と接しており、光反射層１２の上面と発光素子チップ１４の側面は、交差している。
このように、光反射層１２の少なくとも一部を覆うように発光素子チップ１４を固定することにより、発光素子チップ１４の側面および電極１４ｂの周辺から高い密度で照射される光を、光反射層１２にて効率よく反射させ、有効的に外部へ取り出すことができる。
また、上記のように、上下の面のうち、一方の面側に正負の電極を有し、他方の面が透光性である発光素子チップ１４は、発光素子チップ１４の電極１４ｂ側を上方に向け、他方の面側を実装面として配線パターン１１ｂ側と対向させて固定することもできる。たとえば、配線パターンの上面のうち、発光素子チップの電極とワイヤボンディングされる部位と外部接続用電極端子部とを除く領域に、光反射層を配置し、光反射層上に発光素子チップを透光性接合部材にてダイボンディングすることができる。このように、光反射層上に発光素子チップを固定することにより、発光素子チップの側面および下面から高い密度で照射される光を、効率よく反射させ、有効的に外部へ取り出すことができる。
一方、上下の面のうち、一方の面側に正負の電極を有し、他方の面が透光性でかつ少なくとも一部に遮光性である金属膜を有する発光素子チップの場合は、光反射層を、配線パターンの上面のうち、発光素子チップの金属膜と接合部材を介して固定される実装部と外部接続用電極端子部とを除く領域に配置し、発光素子チップの金属膜の部位が、光反射層の間から露出した配線パターンの実装部と接合部材を介して固定されることが好ましい。これにより、発光素子チップの放熱性と接合性を高めることができるとともに、発光素子チップの側面および金属膜の周辺から高い密度で照射される光を、効率よく反射させ、有効的に外部へ取り出すことができる。この場合、接合部材は、光実装部の上面と光反射層の端部の上面とに接して配置されていることが好ましい。
（第１の層）
第１の層１２ａは、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどの高反射率の金属から構成されていることが好ましい。また、基体１１ａや配線パターン１１ｂの材料との密着力を高める目的で、配線パターン１１ｂ側にＴｉやＮｉなどの金属を予め形成してもよい。このとき第１の層は、配線の機能も備えている。第１の層の厚みは、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、これにより生産性を損なわない範囲で十分な反射率を得ることができる。
第１の層１２ａは、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどの高反射率の金属から構成されていることが好ましい。また、基体１１ａや配線パターン１１ｂの材料との密着力を高める目的で、配線パターン１１ｂ側にＴｉやＮｉなどの金属を予め形成してもよい。このとき第１の層は、配線の機能も備えている。第１の層の厚みは、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、これにより生産性を損なわない範囲で十分な反射率を得ることができる。
第１の層１２ａは金属から構成されるので、基本的には光を反射又は吸収するが、透過はしない。一方、第２の層１２ｂや第３の層２２ｃは透光性を有しており、光を反射しない場合は、透過する。そこで、第１の層１２ａを第２の層１２ｂ及び第３の層２２ｃの下側に設けることにより、光反射層１２全体として最低限の反射を得ることができる。
なお、第１の層１２ａは必ずしも配線パターンと一体的に形成される必要はないが、第１の層１２ａと配線パターンは一体的に形成されることが好ましい。これにより、配線パターンのみが通電経路である場合と比較して、通電経路の体積を大きくすることができる。これにより電気抵抗を小さくすることができるので、発光装置全体としての抵抗を下げることができる。
また、図４に示すように、第１の層４２ａは、配線パターン１１ｂの実装部１１ｂ−１以外の上面と、配線パターン１１ｂの間から露出した基体１１ａの上面とを、離間して覆っていることが好ましい。これにより、発光素子チップ１４近傍の基体１１ａの露出部においても、高い光密度で照射される光を、効率良く反射させ、有効的に外部へ取り出すことができる。
（第２の層）
第２の層１２ｂは、上記した第１の層１２ａの上面および側面を、連続して被覆している。さらに、第２の層１２ｂの上面の一部は、発光素子チップ１４の半導体積層構造１４ａの下面と対向している。このように本発明の第２の層は、発光素子チップ１４が下面側に電極１４ｂを有する場合には、配線パターン１１ｂとの短絡を防ぐ絶縁膜的機能をなし、配線パターン１１ｂの腐食や破損を防止する保護膜的機能、そして、発光素子チップ１４からの光を好適に反射する反射膜的機能を、同時に備えている。
第２の層１２ｂは、上記した第１の層１２ａの上面および側面を、連続して被覆している。さらに、第２の層１２ｂの上面の一部は、発光素子チップ１４の半導体積層構造１４ａの下面と対向している。このように本発明の第２の層は、発光素子チップ１４が下面側に電極１４ｂを有する場合には、配線パターン１１ｂとの短絡を防ぐ絶縁膜的機能をなし、配線パターン１１ｂの腐食や破損を防止する保護膜的機能、そして、発光素子チップ１４からの光を好適に反射する反射膜的機能を、同時に備えている。
前記のとおり、第２の層１２ｂは、絶縁膜として機能するためには第１の層１２ａの上面及び側面を連続して被覆することが好ましいが、反射膜として機能するためには少なくとも第１の層１２ａの上面を被覆していればよい。
第２の層１２ｂは、屈折率の異なる誘電体膜が積層された誘電体多層反射膜からなる。誘電体多層反射膜は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌよりなる群から選択された元素の酸化物または窒化物からなり互いに屈折率の異なる少なくとも２つの誘電体膜が、積層されたものである。具体的には、発光素子チップ１４から照射される光波長範囲において好適な反射を有するよう、それぞれ誘電体膜中での平均波長のおよそ１／４に相当する膜厚で交互に積層された多層構造である。これにより、第２の層は、構成する膜の境界面での反射光による干渉を利用して、発光素子チップ１４から第２の層１２ｂへ入射される光のうち、入射角が小さい成分を、第１の層１２ａのみのときよりも効率よく反射することができる。第２の層１２ｂの厚みは、生産性を損なわない範囲で十分な反射率を得ることができれば特に限定されない。たとえば、第２の層１２ｂが、ＳｉＯ２からなる第１の誘電体膜とＮｂ２Ｏ５からなる第２の誘電体膜とが交互に積層されている場合、７０ｎｍ以上９５ｎｍ以下の第１の誘電体膜と、４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の第２の誘電体膜が、１以上２０以下の周期で積層されていることが好ましい。
第２の層１２ｂは発光素子チップ１４の真下及びその近傍に位置するので、発光素子チップ１４からの光は小さい入射角で正面方向から第２の層１２ｂに入射する。そこで、第２の層１２ｂを入射角の小さい光が反射可能なように設計することが好ましい。具体的には、入射角が０度以上１０度以下、好ましくは入射角が０度以上２０度以下、より好ましくは入射角が０度以上３０度以下の光に対して、第２の層１２ｂの反射率を第１の層１２ａの反射率よりも高く設定することができる。これにより、光反射層１２全体としての反射率を向上させることができる。つまり、第２の層１２ｂは透光性を有するので、第２の層１２ｂで反射できない入射角の光であっても、その下に設けられた第１の層１２ａで反射させることができる。よって、基体１１ａから順に第１の層１２ａ及び第２の層１２ｂを設けることにより、よりよい光反射が可能となる。
特に、第２の層１２ｂと対向する発光素子チップ１４の面が透光性を有する場合には、発光素子チップから多くの光が小さい入射角で正面方向から第２の層１２ｂに入射されるので、このような構成が有効である。
また、図３および図４に示すように、前記第２の層３２ｂ，４２ｂは、第１の層１２ａ，４２ａと、配線パターン１１ｂの間から露出した基体１１ａの上面を、連続的に覆っていることが好ましい。これにより、発光素子チップ１４から至近距離で高い光密度で照射される光を、さらに効率良く反射させ有効的に外部へ取り出すことができる。特に、配線パターン１１ｂ上に発光素子チップ１４がフリップチップ実装されている発光装置では、配線パターン１１ｂの間から露出した基体１１ａの上方に発光素子チップ１４の半導体積層構造１４ａが対向することから、配線パターン１１ｂの間から露出した基体１１ａの上方には、他の領域よりも至近距離で高い密度の光が照射されるため、上記の構成を用いることによる光出力向上の効果が顕著にあらわれる。
（発光素子チップ）
本実施の形態の発光素子チップ１４は、電極１４ｂが配線パターン１１ｂの実装部１１ｂ−１上と対向して固定されている。発光素子チップ１４は、少なくとも発光層を有し、より好適には基板上に第１導電型半導体、発光層及び第２導電型半導体がこの順に形成される半導体積層構造１４ａを備え、この半導体積層構造に電流を供給する電極１４ｂが設けられた半導体発光素子構造を有している。半導体積層構造１４ａの具体的な例として、基板側から順に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が積層された構成を有する。例えば窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用い、サファイア基板上に、バッファ層、マスク層、中間層等の下地層を介して、１〜２μｍ程度の厚さのｎ型半導体層、５０〜１５０ｎｍ程度の厚さの発光層、１００〜３００ｎｍ程度の厚さのｐ型半導体層を形成する。なお、発光素子チップ１４は、これらの構成に限定されるものではなく、他の半導体材料を用いて構成するようにしてもよく、適宜保護層や光反射層などを備えるように構成してもよい。
本実施の形態の発光素子チップ１４は、電極１４ｂが配線パターン１１ｂの実装部１１ｂ−１上と対向して固定されている。発光素子チップ１４は、少なくとも発光層を有し、より好適には基板上に第１導電型半導体、発光層及び第２導電型半導体がこの順に形成される半導体積層構造１４ａを備え、この半導体積層構造に電流を供給する電極１４ｂが設けられた半導体発光素子構造を有している。半導体積層構造１４ａの具体的な例として、基板側から順に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が積層された構成を有する。例えば窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用い、サファイア基板上に、バッファ層、マスク層、中間層等の下地層を介して、１〜２μｍ程度の厚さのｎ型半導体層、５０〜１５０ｎｍ程度の厚さの発光層、１００〜３００ｎｍ程度の厚さのｐ型半導体層を形成する。なお、発光素子チップ１４は、これらの構成に限定されるものではなく、他の半導体材料を用いて構成するようにしてもよく、適宜保護層や光反射層などを備えるように構成してもよい。
また、本実施の形態の発光素子チップ１４は、半導体積層構造１４ａの一方の面側に両電極を有するものであるが、これに限定されるものではなく、半導体積層構造の上下の各面に各電極を有するものであってもよい。また、本実施の形態では、発光素子チップ１４は、電極１４ｂと配線パターンの実装部１１ｂ−１とを対向させたフリップチップ実装にて固定されているが、これに限定されるものではない。さらに、発光素子チップ１４は、複数の半導体発光素子構造を互いに離間して、例えば２×２個のマトリクス状に配置されたものでもよい。
（第３の層）
図２に示すように、本実施の形態の発光装置２００は、上記した第２の層１２ｂと、後述する透光性封止部材１５との間に、透光性封止部材１５よりも屈折率が低い材料からなり発光素子チップ１４から出射され透光性封止部材１５を透過した光を全反射することが可能な第３の層２２ｃを有していることが好ましい。第３の層２２ｃは、発光素子チップ１４よりも下方に配置されており、発光素子チップ１４から第３の層２２ｃへ入射される光のうち、第１の層１２ａや第２の層１２ｂで十分反射することができない入射角領域の光成分の一部（入射角の大きい光、つまり横方向からの光）を、全反射することができる。
図２に示すように、本実施の形態の発光装置２００は、上記した第２の層１２ｂと、後述する透光性封止部材１５との間に、透光性封止部材１５よりも屈折率が低い材料からなり発光素子チップ１４から出射され透光性封止部材１５を透過した光を全反射することが可能な第３の層２２ｃを有していることが好ましい。第３の層２２ｃは、発光素子チップ１４よりも下方に配置されており、発光素子チップ１４から第３の層２２ｃへ入射される光のうち、第１の層１２ａや第２の層１２ｂで十分反射することができない入射角領域の光成分の一部（入射角の大きい光、つまり横方向からの光）を、全反射することができる。
第３の層２２ｃは、透光性封止部材１５よりも屈折率が低い透明な絶縁材料からなり発光素子チップ１４から出射され透光性封止部材１５を透過した光の一部を全反射することが可能な材料であれば得に限定されないが、比較的薄い厚みで形成可能な無機材料にて構成されていることが好ましい。第２の層の厚みは、３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、これにより、生産性を損なわない範囲で形成できるとともに、発光素子チップ１４からの光を全反射する際にエバネッセント波の通過を許容せず十分に全反射することができる。特に、厚みが３００ｎｍ以上の低屈折率誘電体薄膜からなることが好ましく、これにより、下層である第２の層１２ｂとの一体性を高めることができるほか、第２の層１２ｂと同様の方法にて連続的に形成することも可能である。
第３の層２２ｃは、入射角の大きい横方向からの光を全反射することを目的とする。したがって、光の入射角が８０度以上９０度以下、好ましくは入射角が７０度以上９０度以下、より好ましくは入射角が６０度以上９０度以下の場合において、第３の層２２ｃの反射率を第１の層１２ａの反射率よりも高く設定することができる。これにより、光反射層１２全体としての反射率を向上させることができる。つまり、第３の層２２ｃは透光性を有するので、第３の層２２ｃで反射できない入射角のより小さい光であっても、その下に設けられた第２の層１２ｂで反射させることできる。さらに、第２の層１２ｂで反射できない入射角の光であっても、その下に設けられた第１の層１２ａで反射させることができる。よって、基体１１ａから順に第１の層１２ａ、第２の層１２ｂ、第３の層２２ｃを設けることにより、よりよい光反射が可能となる。
また、図３および図４に示すように、前記第３の層３２ｃ，４２ｃは、前記第２の層３２ｂ，４２ｂと同様に、第１の層１２ａ，４２ａと、配線パターン１１ｂの間から露出した基体１１ａの上方を、連続的に覆っていることが好ましい。これにより、発光素子チップ１４から至近距離で高い光密度で照射される光を、さらに効率良く反射させ有効的に外部へ取り出すことができる。
（接合部材）
本実施の形態の実装基板１１は、発光素子チップ１４をフリップチップ実装する構成を有していることから、配線パターン１１ｂの上面のうち、実装部１１ｂ−１の上面と第２の層１２ｂの一部の上面を覆うように、発光素子チップ１４の電極１４ｂと接続するための接合部材であるボンディングパッド１３が設けられている。
本実施の形態の実装基板１１は、発光素子チップ１４をフリップチップ実装する構成を有していることから、配線パターン１１ｂの上面のうち、実装部１１ｂ−１の上面と第２の層１２ｂの一部の上面を覆うように、発光素子チップ１４の電極１４ｂと接続するための接合部材であるボンディングパッド１３が設けられている。
（透光性封止部材）
透光性封止部材１５は、発光素子チップ１４からの光に対して透光性を有するものであれば特に限定されず、発光素子チップ１４と配線パターン１１ｂとの接合部材に対する応力の緩和や材料の耐光性、光の屈折率等を考慮して、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の１種又は２種以上等の樹脂、液晶ポリマー、ガラス等、当該分野で通常用いられる材料から選択することができる。また、透光性封止部材１５には、目的に応じて、蛍光体や着色剤、光拡散材を設けてもよい。
透光性封止部材１５は、発光素子チップ１４からの光に対して透光性を有するものであれば特に限定されず、発光素子チップ１４と配線パターン１１ｂとの接合部材に対する応力の緩和や材料の耐光性、光の屈折率等を考慮して、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の１種又は２種以上等の樹脂、液晶ポリマー、ガラス等、当該分野で通常用いられる材料から選択することができる。また、透光性封止部材１５には、目的に応じて、蛍光体や着色剤、光拡散材を設けてもよい。
透光性封止部材１５の形状は、光取り出し側となる上面側がレンズ状となるように成形してもよいし、発光素子チップ１４と実装基板１１の表面を覆うようなコーティングとしてもよいし、複数層で形成してもよい。また、本実施の形態の透光性封止部材１５は、発光素子チップ１４と実装基板１１の隙間にも充填しているが、これに限定されるものではない。
また、本発明の発光装置には、その他の部材を備えていてもよい。例えば、発光素子を静電気や過電圧から保護するため、ツェナーダイオードをはじめとする静電保護素子等が備えられていてもよい。
本実施例の発光装置１００は、下記の方法で製造できる。
１ｍｍの厚みを有する窒化アルミニウム基体１１ａの上面に、Ｔｉ（０．１μｍ）、Ｃｕ（０．５μｍ）、Ｎｉ（１．０μｍ）、Ａｕ（０．５μｍ）、およびＣｒ（０．１μｍ）を順に蒸着して配線層を形成し、複数の発光装置を形成するために、所望とする形状の配線パターン１１ｂを複数形成する。次に、各配線パターン１１ｂの上面のうち、各ＬＥＤチップ１４が実装される実装部以外の領域に、Ｔｉ（０．１μｍ）およびＡｌ（１．０μｍ）を順に蒸着し、第１の層１２ａを形成する。続いて、第１の層１２ａの表面を覆うように、ＳｉＯ２（８７．９ｎｍ）とＮｂ２Ｏ５（５１．６ｎｍ）を交互に３周積層してなる積層体を蒸着し、第２の層１２ｂを形成する。そして、各発光素子チップ１４が実装される実装部１１ｂ−１の上面と第２の層１２ｂの上面の一部を覆うように、Ｔｉ（０．１μｍ）、Ｐｔ（０．２μｍ）、およびＡｕ（０．５μｍ）を順に積層されてなるボンディングパッド１３を形成する。
次に、実装基板１１上の各ボンディングパッド１３上に、発光波長４５０ｎｍのＩｎＧａＮ系青色発光ＬＥＤチップ１４の電極１４ｂを、それぞれペースト状のＡｕ，Ｓｎを介して仮固定し、窒素雰囲気のリフロー装置によって、最高到達温度３２０℃にて共晶接合する。
次に、各ＬＥＤチップ１４に直径が８ｍｍの半球レンズ形状からなる透光性封止部材１５を成形することが可能な形状を有する圧縮成形機の金型内に、各ＬＥＤチップ１４が実装された実装基板１１を配置し、液状シリコーン樹脂を金型に滴下し、１５０℃にて１８０秒間硬化させる。そして、金型から取り出し、さらに１５０℃で４時間硬化させ、実装基板１１上に各ＬＥＤチップを封止する複数の透光性封止部材１５を形成する。最後に、複数の透光性封止部材１５付きＬＥＤチップ１４が並んだ実装基板を、個々にダイシングして分離する。このようにして、図１に示すような発光装置を得ることができる。
本実施例の発光装置１００は、ＬＥＤチップ１４から出射され透光性封止部材１５を透過した光のうち、第２の層１２ｂの表面に対して入射角が０度以上３５度以下の光成分を９５％以上反射することができるとともに、他の入射角の光の成分を８０％以上反射することができる。
配線パターン１１ａの実装部以外の上方において、第２の層１２ｂの表面を覆うように、ＳｉＯ２（５００ｎｍ）からなる第３の層２２ｃを形成する以外は、実施例１と同様にして発光装置２００を形成する。本実施例の発光装置２００は、ＬＥＤチップ１４から出射され透光性封止部材１５を透過した光のうち、第３の層２２ｃの表面に対して入射角が０度以上３５度以下の光成分を９５％以上反射でき、６５度以上９０以下の光成分をほぼ全反射することができるとともに、他の入射角の光の成分を８０％以上反射することができる。
第２の層３２ｂと第３の層３２ｃを、第１の層１２ａの上面と配線パターン１１ａの間から露出した基体１１ａの上面とを連続的に覆うように形成する以外は、実施例２と同様にして、発光装置３００を形成する。本実施例の発光装置３００は、実施例２の発光装置よりもさらに光出力が約３％向上する。
第１の層４２ａを、配線パターン１１ｂの間から露出した基体の上面１１ａに、配線パターン１１ｂと離間して覆うように形成し、さらに、第２の層４２ｂと第３の層４２ｃを、第１の層４２ａの上面と配線パターン１１ａの間から露出した基体１１ａの上面とを連続的に覆うように形成する以外は、実施例３と同様にして、発光装置４００を形成する。本実施例の発光装置３００は、実施例３の発光装置よりもさらに光出力が約２％向上する。
〔実施例５〜実施例８（図面なし）〕
圧縮成形機にてレンズ状透光性封止部材１５を成形する前に、実装基板１１上に並んだ各ＬＥＤチップ１４の側面および上面に、熱硬化性のシリコーン樹脂を少量塗布し、所定のサイズに切り出した蛍光体入りセラミックス板を貼り付け、１５０℃で６００ｓｅｃ硬化する以外は、実施例１〜４と同様にして発光装置を形成する。実施例５〜８の発光装置は、それぞれ実施例１〜４と同様の効果を有している。
圧縮成形機にてレンズ状透光性封止部材１５を成形する前に、実装基板１１上に並んだ各ＬＥＤチップ１４の側面および上面に、熱硬化性のシリコーン樹脂を少量塗布し、所定のサイズに切り出した蛍光体入りセラミックス板を貼り付け、１５０℃で６００ｓｅｃ硬化する以外は、実施例１〜４と同様にして発光装置を形成する。実施例５〜８の発光装置は、それぞれ実施例１〜４と同様の効果を有している。
本発明に係る発光装置は、光の損失を低減し、高出力で発光することが可能な発光装置である。これらの発光装置は、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置、などにも利用することができる。
１００、２００、３００、４００・・・発光装置
１１・・・実装基板
１１ａ・・・基体
１１ｂ・・・配線パターン
１１ｂ−１・・・実装部
１１ｂ−２・・・外部接続用電極端子部
１２・・・光反射層
１２ａ，４２ａ・・・第１の層
１２ｂ，３２ｂ，４２ｂ・・・第２の層
２２ｃ，３２ｃ，４２ｃ・・・第３の層
１３，３３・・・ボンディングパット
１４・・・発光素子チップ
１４ａ・・・半導体積層構造
１４ｂ・・・電極
１５・・・透光性封止部材
１１・・・実装基板
１１ａ・・・基体
１１ｂ・・・配線パターン
１１ｂ−１・・・実装部
１１ｂ−２・・・外部接続用電極端子部
１２・・・光反射層
１２ａ，４２ａ・・・第１の層
１２ｂ，３２ｂ，４２ｂ・・・第２の層
２２ｃ，３２ｃ，４２ｃ・・・第３の層
１３，３３・・・ボンディングパット
１４・・・発光素子チップ
１４ａ・・・半導体積層構造
１４ｂ・・・電極
１５・・・透光性封止部材
Claims (6)
- 基体と、前記基体上に設けられた光反射層と、前記光反射層の一部と対向するように固定された発光素子チップと、前記光反射層と前記発光素子チップを封止する透光性封止部材と、を備える発光装置であって、
前記光反射層は、
金属材料からなり、前記基体上に設けられた第１の層と、
屈折率の異なる誘電体膜が積層された誘電体多層反射膜からなり、前記第１の層の上面を被覆する第２の層と、
前記透光性封止部材よりも屈折率が低い材料からなり、前記発光素子チップからの光を全反射することが可能な膜厚を有し、且つ、前記第２の層の上面を被覆する第３の層と、
を有することを特徴とする発光装置。 - 前記基体の上面には、前記発光素子チップと接続されるための配線パターンが設けられており、
前記第２の層は、前記発光素子チップの下方において、前記配線パターンから露出した前記基体上を被覆していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。 - 前記第１の層は、前記発光素子チップの下方において、前記配線パターンから露出した前記基体の上面と前記第２の層の間に、前記配線パターンと離間して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
- 前記第１層は、Ａｇ、Ａｌ又はＲｈの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第３の層は、厚みが３００ｎｍ以上の低屈折率誘電体薄膜であ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。
- 前記基体は、窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
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