JP2007300111A - 発光装置 - Google Patents

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】本発明に係わる発光装置は、基板と、前記基板上に設けられ、発光効率を上げるための構造を有する第１金属層と、前記第１金属層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。
発光素子を第１金属層上の所定位置に設けることにより、第１金属層の材料特性を利用して、直接にセラミックス化によって絶縁層を形成することができ、さらに第１金属層上の発光効率を上げるための構造が発光素子から発した光を反射して表示方向に集中する効果を有するため、光取り出し効率を向上することができる。
【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。

光電産業の進展に伴い、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。

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、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、それに、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、基板と、前記基板上に設けられ、発光効率を上げるための構造を有する第１金属層と、前記第１金属層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、発光素子を第１金属層上の所定位置に設けることにより、第１金属層の材料特性を利用して、発光素子を設置するための絶縁層を直接にセラミックス化によって形成することができ、さらに第１金属層上の発光効率を上げるための構造が発光素子から発した光を反射して表示方向に集中する効果を有するため、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。

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。

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金属層２３と、第１絶縁層２１と、接続層２６と、第２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、発光装置２に好適な放熱効果を提供するために、例えば、銅や銅合金などの高熱伝導性材料から構成される。

第１金属層２３は、基板２０の上に設けられ、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。
そして第１金属層２３の表面に酸化、窒化または炭化を行うことによって第１絶縁層２１を形成することができる。
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る。
また、第１金属層２３の上に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、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、第１金属層２３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上に設けられた第２金属層２３’をさらに備える。
第２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。
なお、発光素子２２は、ワイヤボンディング方法によって第２金属層２３’と電気的に接続されているのが好ましい。

第２金属層２３’を第１絶縁層２１上に設けるために、第２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、第２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第２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。

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が所定位置に位置する際に、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ができる。
これにより、発光素子２２から側方へ出射された光は、発光効率を上げるための構造２０１に照射した場合、発光効率を上げるための構造２０１の形状によって反射して、表示方向に集中して出射するため、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とを備える。
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。

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１金属層２３の材料がセラミックス化したアルミニウム、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ため、直接に第１金属層２３の表面に酸化、窒化または炭化を行うことによって第２絶縁層２１’を形成することができる。
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第３金属層２３’’が設けられる。
第３金属層２３’’を第２絶縁層２１’上に設けるために、第３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、第３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第３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を介して第３金属層２３’’と電気的に接続されているため、発光素子２２が第１金属層２３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。
第２絶縁層２１’の上側に位置する第３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、それぞれこれらの第３金属層２３’’と相互に導通することができる。
しかしこれに限らず、例えば、Ｕ字金具（図示せず）を発光装置２の一側で挟持することで、同時に第３金属層と接続パッドを形成することも、上述したような効果を果たすことができる。
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。

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。

従来のＬＥＤ発光装置を示す断面図である。 本発明の実施例１における発光装置を示す断面図である。 本発明の実施例２における発光装置を示す断面図である。 本発明の実施例３における発光装置を示す断面図である。 本発明の実施例４における発光装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 発光装置
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 第１金属層
２３’ 第２金属層
２３’’第３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 (18)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられ、発光効率を上げるための構造を有する第１金属層と、
   前記第１金属層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。
2. 前記基板は、銅、銅合金または高熱伝導性材料から構成され、前記第１金属層は、セラミックス化したアルミニウム、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ことを特徴とする
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１金属層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。
4. 前記第１絶縁層上に設けられた第２金属層をさらに備え、
   前記第２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することを特徴とする
   請求項３に記載の発光装置。
5. 前記発光素子は、ワイヤボンディング方法によって第２金属層と電気的に接続されているか、前記第２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４に記載の発光装置。
6. 前記第２金属層と前記第１絶縁層との間に設けられ、前記第２金属層を前記第１絶縁層上に設けるための第１接続層をさらに備え、
   前記第１接続層は、クロム、チタニウム、ニッケル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ことを特徴とする
   請求項４に記載の発光装置。
7. 前記第１金属層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、３〜６の何れか一つに記載の発光装置。
8. 前記第１絶縁層または第２絶縁層は、前記第１金属層の表面に酸化、窒化または炭化を行うことによって形成されることを特徴とする
   請求項７に記載の発光装置。
9. 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ている第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７に記載の発光装置。
10. 前記第２絶縁層は、基板に対向する外表面を覆うとともに、
    前記基板の下方に、前記発光素子とそれぞれ電気的に接続されている複数の接続パッドが設けられ、
    前記発光素子は、Ｕ字金具を介して前記接続パッドと電気的に接続されていることを特徴とする
    請求項７に記載の発光装置。
11. 前記第２絶縁層上に設けられ、少なくとも一つのリードを介して前記発光素子と直接電気的に接続されている第３金属層をさらに備えることを特徴とする
    請求項７に記載の発光装置。
12. 少なくとも一つのリードを介して前記第３金属層と電気的に接続されている接続パッドをさらに備えることを特徴とする
    請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記第３金属層と前記第２絶縁層との間に設けられ、前記第３金属層を前記第２絶縁層上に設けるための第２接続層をさらに備え、
    前記第２接続層は、クロム、チタニウム、ニッケル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ことを特徴とする
    請求項１１に記載の発光装置。
14. 前記第１接続層または前記第２接続層は、接着性を有することを特徴とする
    請求項６または１３に記載の発光装置。
15. 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、且つ、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することを特徴とする
    請求項１に記載の発光装置。
16. 前記発光装置は、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。
17. 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り、かつ前記発光素子は、第１電極と、第２電極と、発光層とを有することを特徴とする
    請求項１に記載の発光装置。
18. 前記保護層の表面がレンズのような形に形成され、前記発光素子から発した光を発散または集中させ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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