JP2007300110A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光効率と放熱効果を向上するとともに、製造工程を簡略し、コストを低減する発光装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光装置は、表面に発光効率を上げるための構造が設けられた基板と、前記基板上の所定位置に設けられた少なくとも一つの発光素子と、前記発光素子を覆う保護層とを備える。
本発明の発光装置によれば、基板上の所定位置に設けられた発光素子から発した光を反射して集中させることにより、光取り出し効率を向上することができる。さらに、熱伝導性に優れ、面積の大きい基板を利用して、発光素子の作動による熱を放散させ、優れた放熱効果を果たし、発光装置の使用寿命をさらに延長することができる。
【選択図】図２
【解決手段】本発明に係る発光装置は、表面に発光効率を上げるための構造が設けられた基板と、前記基板上の所定位置に設けられた少なくとも一つの発光素子と、前記発光素子を覆う保護層とを備える。
本発明の発光装置によれば、基板上の所定位置に設けられた発光素子から発した光を反射して集中させることにより、光取り出し効率を向上することができる。さらに、熱伝導性に優れ、面積の大きい基板を利用して、発光素子の作動による熱を放散させ、優れた放熱効果を果たし、発光装置の使用寿命をさらに延長することができる。
【選択図】図２
Description
本発明は、発光装置に関し、特に放熱特性に優れた発光装置に関する。
光電産業の進展と伴い、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子が様々な電子製品の表示に広く適用されている。
従来のＬＥＤ発光装置１は、図１に示すように、基板１０には、絶縁層１１が設けられる。
そして、絶縁層１１に設けられた複数のＬＥＤ発光素子１２は、ワイヤボンディング（wire bonding）方法によって、絶縁層１１に設けられた金属層１３と電気的に接続されている。
さらに、機械、熱や水の影響を受けないように、パッケージ層１４を利用して、これらのＬＥＤ発光素子１２を保護する。
そして、絶縁層１１に設けられた複数のＬＥＤ発光素子１２は、ワイヤボンディング（wire bonding）方法によって、絶縁層１１に設けられた金属層１３と電気的に接続されている。
さらに、機械、熱や水の影響を受けないように、パッケージ層１４を利用して、これらのＬＥＤ発光素子１２を保護する。
従来のＬＥＤ発光装置１は、発光効果のみを提供し、ＬＥＤ発光素子１２から発した光の一部が側辺から漏洩し、光取り出し面に完全に集中しないため、その発光効率がなかなか効果的に向上することができない。
さらに、ＬＥＤ発光装置１の高効率化と高輝度化に伴い、発光素子１２が作動する際に、多くの熱が溜まり、温度が上昇するため、発光素子１２の発光効率と使用寿命に悪影響を与える。
しかし、従来の発光素子１２は、放熱性の良くない絶縁層１１に設けられ、さらにパッケージ層１４によって密閉されているため、発光素子１２から発した熱がなかなか放散できず、放熱の問題がさらに悪化する。
さらに、ＬＥＤ発光装置１の高効率化と高輝度化に伴い、発光素子１２が作動する際に、多くの熱が溜まり、温度が上昇するため、発光素子１２の発光効率と使用寿命に悪影響を与える。
しかし、従来の発光素子１２は、放熱性の良くない絶縁層１１に設けられ、さらにパッケージ層１４によって密閉されているため、発光素子１２から発した熱がなかなか放散できず、放熱の問題がさらに悪化する。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、発光効率と放熱効果を向上するとともに、製造工程を簡略し、コストを低減する発光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、表面に発光効率を上げるための構造が設けられた基板と、前記基板上の所定位置に設けられた、少なくとも一つの発光素子と、前記発光素子を覆う保護層とを備える。
本発明の発光装置によれば、基板の表面に設けられた発光効率を上げるための構造は、基板上の所定位置に設けられた発光素子から発した光を反射して集中させることにより、光取り出し効率を向上することができる。
さらに、熱伝導性（thermal conductivity）に優れ、面積の大きい基板を利用して、発光素子の作動による熱を放散させ、優れた放熱効果を果たし、発光装置の使用寿命をさらに延長することができる。
なお、従来技術と比較して、本発明は、放熱シートの設置と貼り付けを必要としないため、生産コストと時間を削減することができ、しかも製造工程を簡略し、放熱シートの貼り付けによる熱抵抗や劣化を避け、放熱効果と製品の信頼性をさらに高めることができる。
さらに、熱伝導性（thermal conductivity）に優れ、面積の大きい基板を利用して、発光素子の作動による熱を放散させ、優れた放熱効果を果たし、発光装置の使用寿命をさらに延長することができる。
なお、従来技術と比較して、本発明は、放熱シートの設置と貼り付けを必要としないため、生産コストと時間を削減することができ、しかも製造工程を簡略し、放熱シートの貼り付けによる熱抵抗や劣化を避け、放熱効果と製品の信頼性をさらに高めることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例における発光装置について説明する。
なお、共通する構成要素について、同一の符号を付すことによりその説明を省略する。
なお、共通する構成要素について、同一の符号を付すことによりその説明を省略する。
図２は、本発明の実施例１における発光装置２を示す断面図である。
図２に示すように、発光装置２は、基板２０と、第１絶縁層２１と、接続層２６と、金属層２３と、少なくとも一つの発光素子２２と、保護層２９とを備える。
図２に示すように、発光装置２は、基板２０と、第１絶縁層２１と、接続層２６と、金属層２３と、少なくとも一つの発光素子２２と、保護層２９とを備える。
本実施例において、基板２０は、優れた熱伝導性を提供するために、銅、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその合金を材料として形成する。
もちろん、基板２０はセラミックスから構成されてもよい。
また、基板２０の表面には、発光効率を上げるための構造２０１が設けられる。
もちろん、基板２０はセラミックスから構成されてもよい。
また、基板２０の表面には、発光効率を上げるための構造２０１が設けられる。
本実施例において、第１絶縁層２１は、基板２０の所定位置に設けられ、例えば、フォトリソグラフィー（photolithigraphy）工程やスクリーン印刷工程によって、基板２０の発光効率を上げるための構造２０１の一部を露出させるように、第１絶縁層２１をパターン化してなる。
なお、第１絶縁層２１は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムのうち少なくとも一つの酸化物、窒化物または炭化物から構成され、基板２０の表面に例えば酸化、窒化または炭化を行うことによって形成されるか、あるいは、蒸着法、スパッタリング法または化学気相堆積法（ＣＶＤ）等によって、基板２０上に形成される。
すなわち、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる場合は、第１絶縁層２１は、基板２０の表面を酸化、窒化または炭化することによって形成される。
なお、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれない場合は、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたは酸化チタニウムなどからなる第１絶縁層２１は、蒸着法、スパッタリング法や化学気相堆積法（ＣＶＤ）などの方法によって基板２０上に形成される。
なお、第１絶縁層２１は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムのうち少なくとも一つの酸化物、窒化物または炭化物から構成され、基板２０の表面に例えば酸化、窒化または炭化を行うことによって形成されるか、あるいは、蒸着法、スパッタリング法または化学気相堆積法（ＣＶＤ）等によって、基板２０上に形成される。
すなわち、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる場合は、第１絶縁層２１は、基板２０の表面を酸化、窒化または炭化することによって形成される。
なお、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれない場合は、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたは酸化チタニウムなどからなる第１絶縁層２１は、蒸着法、スパッタリング法や化学気相堆積法（ＣＶＤ）などの方法によって基板２０上に形成される。
本実施例において、発光素子２２は、第１電極と、第２電極と、発光層（図示せず）とを有し、基板２０の所定位置上に設けられる。
具体的には、発光素子２２は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）や有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。
本実施例において、発光装置２は、第１絶縁層２１上に設けられた金属層２３をさらに備える。
金属層２３は、発光素子２２と直接電気的に接続され、例えば、銀、金、銅、アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその合金を材料として形成する。
具体的には、発光素子２２は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）や有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。
本実施例において、発光装置２は、第１絶縁層２１上に設けられた金属層２３をさらに備える。
金属層２３は、発光素子２２と直接電気的に接続され、例えば、銀、金、銅、アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその合金を材料として形成する。
金属層２３を第１絶縁層２１上に設けるために、金属層２３と第１絶縁層２１との間に、さらに接続層２６が設けられる。
接続層２６は接着性を有し、または金属層２３をその上に形成させる特性を有し、例えばメッキ方法によって金属層２３を形成する際の所望の初期層を形成する。
なお接続層２６は、クロム、チタニウム、ニッケルなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含む。
接続層２６は接着性を有し、または金属層２３をその上に形成させる特性を有し、例えばメッキ方法によって金属層２３を形成する際の所望の初期層を形成する。
なお接続層２６は、クロム、チタニウム、ニッケルなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含む。
本実施例において、保護層２９は、発光素子２２を保護するために、発光素子２２上に設けられる。
さらに、保護層２９の表面がレンズのような形に形成され、発光素子２２から発した光を発散または集中させることによって、多様な表示に対応する。
さらに、保護層２９の表面がレンズのような形に形成され、発光素子２２から発した光を発散または集中させることによって、多様な表示に対応する。
本実施例において、発光効率を上げるための構造２０１は、凹溝であり、その形状が例えば、円球形、楕円球形または放物線形状である。
発光効率を上げるための構造２０１の好適な形状として、発光素子２２が凹溝の焦点に位置するように設計することにより、発光素子２２から側方へ出射された光が発光効率を上げるための構造２０１に照射された場合、発光効率を上げるための構造２０１の形状によって、側方へ出射された光を反射して光取り出し方向に集中してから出射することができるため、光取り出し効率を直接向上することができる。
発光効率を上げるための構造２０１の好適な形状として、発光素子２２が凹溝の焦点に位置するように設計することにより、発光素子２２から側方へ出射された光が発光効率を上げるための構造２０１に照射された場合、発光効率を上げるための構造２０１の形状によって、側方へ出射された光を反射して光取り出し方向に集中してから出射することができるため、光取り出し効率を直接向上することができる。
また図４に示すように、発光装置２はさらに、発光効率を上げるための構造２０１上に設けられた反射層２８を備える。
反射層２８は、発光素子２２から側方へ出射された光の反射を強化するために用いられ、例えば、銀、金またはニッケルから構成される。
反射層２８は、発光素子２２から側方へ出射された光の反射を強化するために用いられ、例えば、銀、金またはニッケルから構成される。
図３は、本発明の実施例２における発光装置２を示す断面図である。
図３に示すように、発光装置２は、基板２０上の発光効率を上げるための構造２０１の外に位置する第２絶縁層２１’をさらに備える。
第２絶縁層２１’は、例えば、フォトリソグラフィー（photolithigraphy）工程やスクリーン印刷工程によって、第２絶縁層２１’をパターン化してなる。
なお第２絶縁層２１’は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムのうち少なくとも一つの酸化物、窒化物や炭化物から構成され、基板２０の表面に例えば酸化、窒化または炭化を行うことによって形成されるか、あるいは、蒸着法、スパッタリング法または化学気相堆積法（ＣＶＤ）等によって、基板２０上に形成される。
すなわち、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる場合は、第２絶縁層２１’は、基板２０の表面を酸化、窒化または炭化することによって形成される。
なお、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれない場合は、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたは酸化チタニウムなどからなる第２絶縁層２１’は、蒸着法、スパッタリング法や化学気相堆積法（ＣＶＤ）などの方法によって基板２０上に形成される。
図３に示すように、発光装置２は、基板２０上の発光効率を上げるための構造２０１の外に位置する第２絶縁層２１’をさらに備える。
第２絶縁層２１’は、例えば、フォトリソグラフィー（photolithigraphy）工程やスクリーン印刷工程によって、第２絶縁層２１’をパターン化してなる。
なお第２絶縁層２１’は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムのうち少なくとも一つの酸化物、窒化物や炭化物から構成され、基板２０の表面に例えば酸化、窒化または炭化を行うことによって形成されるか、あるいは、蒸着法、スパッタリング法または化学気相堆積法（ＣＶＤ）等によって、基板２０上に形成される。
すなわち、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる場合は、第２絶縁層２１’は、基板２０の表面を酸化、窒化または炭化することによって形成される。
なお、基板２０の材料がアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどの金属及びその合金からなる群から選ばれない場合は、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたは酸化チタニウムなどからなる第２絶縁層２１’は、蒸着法、スパッタリング法や化学気相堆積法（ＣＶＤ）などの方法によって基板２０上に形成される。
第２絶縁層２１’上には、さらにリード２４を介して発光素子２２と電気的に接続された金属層２３が設けられる。
金属層２３を第２絶縁層２１’上に設けるために、金属層２３と第２絶縁層２１との間に、さらに接続層２６が設けられる。
接続層２６は接着性を有し、または、金属層２３をその上に形成させる特性を有し、例えばメッキ方法によって金属層２３を形成する際の所望の初期層を形成する。
なお接続層２６は、クロム、チタニウム、ニッケルなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含む。
金属層２３を第２絶縁層２１’上に設けるために、金属層２３と第２絶縁層２１との間に、さらに接続層２６が設けられる。
接続層２６は接着性を有し、または、金属層２３をその上に形成させる特性を有し、例えばメッキ方法によって金属層２３を形成する際の所望の初期層を形成する。
なお接続層２６は、クロム、チタニウム、ニッケルなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含む。
本実施例において、発光素子２２がリード２４を介して金属層２３と電気的に接続されているため、発光素子２２が基板２０の所定位置に直接設けることができ、予めその所定位置に絶縁層を設置する必要がない。
図４は、本発明の実施例３における発光装置２を示す断面図である。
図４に示すように、発光素子２２は、第２絶縁層２１’上に設けられたリードフレーム２７（lead frame）を介して外部回路と電気的に接続されている。
なお、リードフレーム２７は、第１電極ピン２７１と、第２電極ピン２７２（図示せず）とを有し、第１電極ピン２７１と第２電極ピン２７２が、リード２４を介して、発光素子２２の第１電極と第２電極にそれぞれ接続される。
図４に示すように、発光素子２２は、第２絶縁層２１’上に設けられたリードフレーム２７（lead frame）を介して外部回路と電気的に接続されている。
なお、リードフレーム２７は、第１電極ピン２７１と、第２電極ピン２７２（図示せず）とを有し、第１電極ピン２７１と第２電極ピン２７２が、リード２４を介して、発光素子２２の第１電極と第２電極にそれぞれ接続される。
図５は、本発明の実施例４における発光装置２を示す断面図である。
図５に示すように、第２絶縁層２１’は、基板２０に対向する外表面を覆うこともできる。
さらに、基板２０の下方に複数の接続パッド２５を設置することもできる。
図５に示すように、第２絶縁層２１’は、基板２０に対向する外表面を覆うこともできる。
さらに、基板２０の下方に複数の接続パッド２５を設置することもできる。
第２絶縁層２１’の上側に位置する金属層２３が発光素子２２の第１電極と第２電極にそれぞれ電気的に接続されているため、これらの接続パッド２５は、リードまたは導電層２４’を介して、それぞれこれらの金属層２３と相互に導通することができる。
なお、接続パッド２５は、例えば表面実装技術（surface mount technology, ＳＭＴ）によって、外部回路と電気的に接続されている。
なお、接続パッド２５は、例えば表面実装技術（surface mount technology, ＳＭＴ）によって、外部回路と電気的に接続されている。
以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本発明に含まれる。
１ 発光素子
１０ 基板
１１ 絶縁層
１２ 発光素子
１３ 金属層
１４ パッケージ層
２ 発光装置
２０ 基板
２０１ 発光効率を上げるための構造
２１ 第１絶縁層
２１’ 第２絶縁層
２２ 発光素子
２３ 金属層
２４ リード
２４’ 導電層
２５ 接続パッド
２６ 接続層
２７ リードフレーム
２７１ 第１電極ピン
２７２ 第２電極ピン
２８ 反射層
２９ 保護層
１０ 基板
１１ 絶縁層
１２ 発光素子
１３ 金属層
１４ パッケージ層
２ 発光装置
２０ 基板
２０１ 発光効率を上げるための構造
２１ 第１絶縁層
２１’ 第２絶縁層
２２ 発光素子
２３ 金属層
２４ リード
２４’ 導電層
２５ 接続パッド
２６ 接続層
２７ リードフレーム
２７１ 第１電極ピン
２７２ 第２電極ピン
２８ 反射層
２９ 保護層
Claims (16)
- 表面に発光効率を上げるための構造が設けられた基板と、
前記基板上の所定位置に設けられた少なくとも一つの発光素子と、
前記発光素子を覆う保護層とを備えることを特徴とする
発光装置。 - 前記基板は、銅、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその合金を材料として構成される熱伝導材料から構成されることを特徴とする
請求項１に記載の発光装置。 - 前記基板と前記発光素子との間に設けられた第１絶縁層をさらに備え、
前記第１絶縁層は、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムのうち少なくとも一つの酸化物、窒化物または炭化物から構成され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絶縁層上に設けられた金属層をさらに備え、
前記金属層は、銀、金、銅、アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその合金を材料として形成し、
前記発光素子が前記金属層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。 - 前記金属層と前記第１絶縁層との間に設けられ、前記金属層を前記第１絶縁層上に設けるための接続層をさらに備え、
前記接続層は、クロム、チタニウム、ニッケルなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする
請求項４に記載の発光装置。 - 前記基板上の前記発光効率を上げるための構造の外に位置する第２絶縁層をさらに備え、
前記第２絶縁層は、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムのうち少なくとも一つの酸化物、窒化物または炭化物から構成されることを特徴とする
請求項１に記載の発光装置。 - 前記第２絶縁層上に設けられ、前記発光素子とそれぞれ電気的に接続された第１電極ピンと第２電極ピンとを有するリードフレームをさらに備えることを特徴とする
請求項６に記載の発光装置。 - 前記第１絶縁層又は前記第２絶縁層は、前記基板の表面に酸化、窒化または炭化を行うことにより形成され、
或いは蒸着法、スパッタリング法または化学気相堆積法（ＣＶＤ）、フォトリソグラフィー工程やスクリーン印刷工程によって基板に形成されることを特徴とする
請求項３または６に記載の発光装置。 - 前記第２絶縁層上に設けられた金属層をさらに備え、
前記発光素子が少なくとも一つのリードを介して前記金属層と直接電気的に接続されていることを特徴とする
請求項１または６に記載の発光装置。 - 少なくとも一つのリードを介して前記金属層と電気的に接続されている、少なくとも一つの接続パッドをさらに備えることを特徴とする
請求項９に記載の発光装置。 - 前記金属層と前記第２絶縁層との間に設けられ、前記金属層を前記第２絶縁層上に設けるための接続層をさらに備え、
前記接続層は、クロム、チタニウム、ニッケルなどの金属及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする
請求項９に記載の発光装置。 - 前記接続層は、接着性を有することを特徴とする
請求項５または１１に記載の発光装置。 - 前記発光効率を上げるための構造は凹溝であり、
前記凹溝の形状が円球形、楕円球形、放物線形状からなる群から選ばれれることを特徴とする
請求項１に記載の発光装置。 - 前記凹溝は焦点を有し、前記発光素子が前記所定位置に位置する際に、前記発光素子を前記凹溝の前記焦点上に位置させることを特徴とする
請求項１３に記載の発光装置。 - 前記発光効率を上げるための構造上に設けられた反射層をさらに備え、
前記反射層は銀、金またはニッケルから構成されることを特徴とする
請求項１に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオードや有機発光ダイオードであることを特徴とする
請求項１に記載の発光装置。
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