JP2011159812A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造が比較的簡単となる構成で、より光取り出し効率が高い発光装置を提供する。
【解決手段】
複数個のLEDチップ1と、該LEDチップ1がされた実装基板3と、該実装基板3の上記一表面3a側でLEDチップ1から放射された光をLEDチップ1の厚み方向に反射させるテーパ部2aaを備えた反射部材2とを有する発光装置10であり、反射部材2は、平面視における外形が多角形状のLEDチップ1の外形と相似形状であると共に、LEDチップ1と隣り合う反射部材2の一側面2aをLEDチップ1の一側面1aと対向して実装基板3の上記一表面3a側に複数個実装されており、実装基板3は、LEDチップ1で生じた熱を放熱する放熱基板である。
【選択図】図1
【解決手段】
複数個のLEDチップ1と、該LEDチップ1がされた実装基板3と、該実装基板3の上記一表面3a側でLEDチップ1から放射された光をLEDチップ1の厚み方向に反射させるテーパ部2aaを備えた反射部材2とを有する発光装置10であり、反射部材2は、平面視における外形が多角形状のLEDチップ1の外形と相似形状であると共に、LEDチップ1と隣り合う反射部材2の一側面2aをLEDチップ1の一側面1aと対向して実装基板3の上記一表面3a側に複数個実装されており、実装基板3は、LEDチップ1で生じた熱を放熱する放熱基板である。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数個のLEDチップを備えた発光装置に関するものである。
近年、半導体発光素子たるLEDチップを用いた発光装置は、光出力特性の優れたLEDチップが急激な勢いで開発されてきていることから、一部には照明用途までにも利用され始めている。
このような発光装置を照明装置に応用する場合、現在のところ、一つのLEDチップの光出力だけでは発光装置として十分な光出力を得ることが難しく、発光装置から放射させる光出力の確保や面状の発光を得るために複数個のLEDチップを実装基板上に実装させて用いることが行われている。
この種の発光装置としては、たとえば、複数個のLEDチップと、該LEDチップが一表面側に実装され、前記LEDチップから放射された光を前記LEDチップの厚み方向に効率よく反射させる複数個のテーパ部が形成された実装基板とで構成することができる。ここで、照明装置にまで用いられる光出力の高い発光装置では、複数個のLEDチップを実装基板上に高密度に実装させて大電流が供給される。
そのため、発光装置の実装基板は、前記LEDチップで生じた熱を効率よく外部に放出できるCuなどの金属材料や窒化アルミニウムなどのセラミック材料を用いた放熱基板とすることも考えられる。発光装置は、テーパ部が形成された前記放熱基板上に前記LEDチップを実装させることで、光取り出し効率や光出力の高いことが要求される照明用途にまで利用することができる。
しかしながら、このような放熱基板となる実装基板は、一般に加工が難しく、掘削やエッチングにより、前記テーパ部を前記放熱基板に制御性よく形成することは難しい。
ところで、LEDチップではないが、レンズを備えた表面実装型発光ダイオードを用いた発光装置として、図8に示す、複数個の表面実装型発光ダイオード81,81と、該表面実装型発光ダイオード81,81がされた実装基板3と、該実装基板3の前記一表面3a側で表面実装型発光ダイオード81,81から放射された光を反射するダミーチップ82とを備えた発光装置が知られている (たとえば、特許文献1参照。)。
図8に示した発光装置は、各表面実装型発光ダイオード81,81の発光面81a,81aそれぞれから放射される光L1,L3が、表示パネル83の内面83aから外面83bに貫通する表示孔83c,83dより放射される。ここで、ダミーチップ82は、金属などで形成されており、表面実装型発光ダイオード81から放射される光をダミーチップ82の凹面部82a,82aで反射させ、隣接する表示孔83c,83dへの漏れ光を遮光する遮光手段として機能している。
このようなダミーチップ82を上述の遮光手段ではなく、効率よく光を外部に取り出す反射手段として、LEDチップが実装された前記実装基板上の前記テーパ部として発光装置に応用することが考えられる。すなわち、発光装置は、放熱基板たる前記実装基板と別体に形成させたダミーチップ82を放熱基板の一表面側に実装させることにより、光取り出し効率の低下を抑制しながら光出力を高くすることができると考えられる。
しかしながら、LEDチップは、レンズを備えLEDチップを樹脂などで被覆した表面実装型発光ダイオード81と比較して小さく、前記LEDチップと比較して相対的に大きなダミーチップ82を前記放熱基板の一表面側に実装させる場合、前記LEDチップの実装密度を上げることが難しい。他方、ダミーチップ82を小型化させると、前記放熱基板の前記一表面側で前記LEDチップと共にダミーチップ82を実装させるのが困難で、発光装置の製造が難しくなるという問題がある。
そのため、製造が簡単となる構造で、より光取り出し効率が高い発光装置が求められている現在においては、上述の構成では十分ではなく、更なる改良が求められている。
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、製造が比較的簡単となる構成で、より光取り出し効率が高い発光装置を提供することにある。
請求項1の発明は、複数個のLEDチップと、該LEDチップが一表面側に実装された実装基板と、該実装基板の前記一表面側で前記LEDチップから放射された光を前記LEDチップの厚み方向に反射させるテーパ部を備えた反射部材と、を有する発光装置であって、前記反射部材は、平面視における外形が多角形状の前記LEDチップの外形と相似形状であると共に、前記LEDチップと隣り合う前記反射部材の一側面を前記LEDチップの一側面と対向して前記実装基板の前記一表面側に複数個実装されており、前記実装基板は、前記LEDチップで生じた熱を放熱する放熱基板であることを特徴とする。
この発明によれば、反射部材は、平面視における外形が多角形状のLEDチップの外形と相似形状であると共に、前記LEDチップと隣り合う前記反射部材の一側面を前記LEDチップの一側面と対向して実装基板の一表面側に複数個実装されており、前記実装基板は、前記LEDチップで生じた熱を放熱する放熱基板としているので、製造が比較的簡単となる構成で、より光取り出し効率が高い発光装置とすることができる。
すなわち、前記反射部材のテーパ部が隣り合う複数個の前記LEDチップ同士から放射された光の遮蔽や吸収を抑制し、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。また、発光装置は、前記LEDチップと相似形状の前記反射部材を前記実装基板上に実装させることで、前記LEDチップの数や前記実装基板の材質や形状などによらず、前記LEDチップと同じ実装方法を用いて、前記反射部材を前記実装基板へ実装することができ、製造が比較的簡単となる構成で汎用性に優れた発光装置とすることができる。
たとえば、前記実装基板が前記LEDチップで生じた熱を効率よく外部に放熱する金属材料、あるいはセラミック材料などからなる放熱基板である場合、発光装置は、前記反射部材を形成させるために前記放熱基板への削りだしや、エッチングなどの特殊加工を施す必要もなく、前記反射部材を前記LEDチップと同様に実装させるだけで製造が比較的簡単となる構成の発光装置とすることができる。
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、前記反射部材は、金属材料、半導体材料、セラミック材料から選択される1種で形成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記反射部材は、金属材料で形成されてなる場合、前記テーパ部を備え、前記LEDチップの外形と相似形状に形成するだけで、光反射率の高い前記反射部材を容易に得ることができる。また、前記反射部材は、半導体材料で形成されてなる場合、半導体製造プロセスの加工方法を用いて、前記LEDチップの外形と相似形状に比較的簡単に形成することができる。さらに、前記反射部材は、樹脂材料などと比較して輻射率が高いセラミック材料で形成されてなる場合、前記反射部材の輻射による放熱効率を向上させて前記反射部材の飽和温度を下げることができる。
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記実装基板に実装された前記反射部材の高さが、前記LEDチップの高さ以上であることを特徴とする。
この発明によれば、前記実装基板に実装された前記反射部材の高さが、前記LEDチップの高さ以上とすることにより、前記反射部材の高さが前記LEDチップの高さより低いものと比較して、前記LEDチップから放射された光を効率よく反射させ、発光装置の光取り出し効率を高めることが可能となる。
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発明において、平面視における前記反射部材の外形の面積が、前記LEDチップの外形の面積の大きさ以上であることを特徴とする。
この発明によれば、平面視における前記反射部材の外形の面積が、前記LEDチップの外形の面積の大きさ以上であることにより、平面視における前記反射部材の外形の面積が前記LEDチップの外形の面積の大きさより小さいものと比較して、前記LEDチップから放射された光を効率よく反射させ、発光装置の光取り出し効率を高めることが可能となる。
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の発明において、前記反射部材は、少なくとも前記テーパ部が前記LEDチップから放射された光を反射する反射層で被覆されてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記反射部材は、少なくとも前記テーパ部が前記LEDチップから放射された光を反射する反射層で被覆されてなることにより、前記反射部材の材質によらず、前記LEDチップから放射された光を効率よく反射させ、発光装置の光取り出し効率を高めることができる。
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の発明において、前記反射部材の前記テーパ部が、曲面形状であることを特徴とする
この発明によれば、前記反射部材の前記テーパ部が、曲面形状であることにより、前記テーパ部を平面状に形成させたものと比較して、前記LEDチップから放射され反射させる光の制御性を向上させることができ、たとえば、指向性を強めて反射させることで、発光装置の光取り出し効率をより高めることができる。
この発明によれば、前記反射部材の前記テーパ部が、曲面形状であることにより、前記テーパ部を平面状に形成させたものと比較して、前記LEDチップから放射され反射させる光の制御性を向上させることができ、たとえば、指向性を強めて反射させることで、発光装置の光取り出し効率をより高めることができる。
請求項1の発明では、平面視における反射部材の外形を多角形状のLEDチップの外形と相似形状にすると共に、前記LEDチップと隣り合う前記反射部材の一側面を前記LEDチップの一側面と対向して実装基板の一表面側に複数個実装されており、前記実装基板は、前記LEDチップで生じた熱を放熱する放熱基板とすることにより、製造が比較的簡単となる構成で、より光取り出し効率が高い発光装置を提供できるという顕著な効果がある。
(実施形態1)
以下、本実施形態の発光装置を図1ないし図3に基づいて説明する。なお、図1ないし図3は、同じ部材に対し、同じ番号を付して重複する説明を省略している。
以下、本実施形態の発光装置を図1ないし図3に基づいて説明する。なお、図1ないし図3は、同じ部材に対し、同じ番号を付して重複する説明を省略している。
本実施形態の図1および図2に示す発光装置10は、複数個(ここでは、8個)のLEDチップ1と、該LEDチップ1が実装された実装基板3と、該実装基板3の一表面3a側でLEDチップ1から放射された光L2(図2中の破線の矢印を参照)をLEDチップ1の厚み方向に反射させるテーパ部2aaを備えた反射部材2とを有する発光装置10である。
発光装置10の反射部材2は、図1(a)に示すように平面視(LEDチップからの光が外部に放射される放射面)における外形が、多角形状(たとえば、300μm角の矩形状)のLEDチップ1の外形と相似形状に形成している。また、反射部材2は、千鳥足状にそれぞれ交互に配置されたLEDチップ1と隣り合わせ、反射部材2の一側面2aをLEDチップ1の一側面1aと対向して実装基板3の上記一表面3a側に複数個(ここでは、8個)実装させている。また、実装基板3は、LEDチップ1で生じた熱を放熱する熱伝導性の高い放熱基板として機能する窒化アルミニウムからなるセラミック基板としている。
ここで、発光装置10は、図2の断面説明図に示すように、実装基板3の一表面3a上に形成された導体パターン(図示していない)と、矩形平板状の複数個のLEDチップ1それぞれのアノード電極およびカソード電極とをAuバンプなどからなる金属バンプ(図示していない)を用いてフリップチップ実装している。
実装基板3の上記一表面3aに実装された各LEDチップ1は、それぞれ結晶成長基板であるサファイア基板からなる基板14の一表面側に低温成長バッファ層(図示していない)を介して、n型の窒化ガリウム系化合物半導体層13、Inが含有された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層12、p型の窒化ガリウム系化合物半導体層11が順に積層されたダブルヘテロ構造に構成している。LEDチップ1は、p型の窒化ガリウム系化合物半導体層11および発光層12の一部が除去されてn型の窒化ガリウム系化合物半導体層11が部分的に露出しており、同一平面側にp型およびn型の各窒化ガリウム系化合物半導体層11,13とそれぞれ電気的に接続される前記アノード電極および前記カソード電極が設けられている。
すなわち、LEDチップ1は、LEDチップ1の同一平面側に設けられた前記アノード電極および前記カソード電極が、実装基板3の上記一表面3a側に設けられた前記導体パターン上の前記金属バンプと接続させて給電可能に構成されている。
実装基板3の上記一表面3a上に実装された複数個のLEDチップ1は、通電により、ピーク波長が、たとえば、420nmから490nmの範囲内にある青色光をそれぞれ放射する。
本実施形態の発光装置10は、LEDチップ1から放射された光L1,L2のうち、隣接するLEDチップ1側に向かう光L2をLEDチップ1の厚み方向に反射させる複数個の反射部材2を実装基板3の上記一表面3a側に実装してある。
ところで、本実施形態の発光装置10において、LEDチップ1から隣接するLEDチップ1側に放射された光L2は、反射部材2に照射される。反射部材2に照射された光L2は、反射部材2の一側面2aによる反射によって、LEDチップ1の厚み方向に沿って発光装置10の外部に放射される光L3(図2中の一点鎖線を参照)となる。したがって、本実施形態の発光装置10は、LEDチップ1から放射された光L2が隣接するLEDチップ1に吸収されて光取り出し効率が低下することを防止するだけでなく、隣接するLEDチップ1同士の間の位置からも光L3が放射される。
すなわち、本実施形態の発光装置10は、図2で例示するように、反射部材2の一側面2aが、LEDチップ1から放射された光L1,L2のうち、隣接するLEDチップ1側に向かう光L2をLEDチップ1の厚み方向の光L3となるように反射させている。
以下、本実施形態の発光装置10に用いられる各構成について詳述する。
本実施形態1の発光装置10に用いられる半導体発光素子たるLEDチップ1は、通電により光を発光可能な半導体素子である。LEDチップ1は、平面視における外形が、正方形、長方形や菱形などの多角形状のものを用いることができる。
ところで、窒化物半導体を用いたLEDチップ1では、結晶成長基板としてサファイア基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板や炭化シリコン基板が好適に用いられ、一般に結晶成長基板の硬度が高く、特定の結晶方位に沿った方向に割れ易い傾向にある。そのため、LEDチップ1の外形を任意の形状に形成することは難しく、LEDチップ1は、三角形、正方形、長方形や菱形などの矩形状の形状とすることが多い。また、本実施形態の発光装置10に用いられるLEDチップ1は、LEDチップ1の大きさを所望に応じて適宜設定すればよいが、たとえば、大きいもので、1mm角、小さいもので、200μm角などの正方形とすることができる。
LEDチップ1が放射する光L1,L2は、たとえば、可視光のうちピーク波長が420nmから490nmの範囲内にある青色光とすることができるが、青色光のみに限定するものではなく、他の波長となる緑色光、黄色光、赤色光、紫外線などとすることもできる。LEDチップ1としては、たとえば、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板や炭化シリコン基板などの結晶成長基板となる基板14上にn型の窒化ガリウム系化合物半導体層13、多重量子井戸構造や単一量子井戸構造の発光層12となるインジウムが含有された窒化ガリウム系化合物体層、p型の窒化ガリウム系化合物半導体層11を順に積層させたものが挙げられる。
なお、絶縁性の基板14を用いたLEDチップ1は、p型の窒化ガリウム系半導体層11側からn型の窒化ガリウム系化合物半導体層13の一部を露出させることにより、同一平面側でアノード電極におよびカソード電極をそれぞれ形成することができる。また、導電性の基板14を用いたLEDチップ1は、LEDチップ1の厚み方向の両面側にアノード電極やカソード電極をそれぞれ形成すればよい。
LEDチップ1に設けられる前記アノード電極や前記カソード電極は、たとえば、Ni膜とAu膜との積層膜、Al膜、ITO膜など窒化ガリウム系化合物半導体層などと良好なオーミック特性が得られる材料であれば、限定されるものではない。
同一平面側に前記アノード電極および前記カソード電極が設けられたLEDチップ1は、実装基板3の上記一表面3a上に設けた前記導電パターンに、たとえば、金属バンプ(Auバンプなど)を用いてフリップチップ実装させることができる。また、LEDチップ1として、厚み方向の両面側に前記アノード電極や前記カソード電極が形成されたLEDチップ1を用いる場合は、LEDチップ1が実装される実装基板3の上記一表面3a側に形成された一対の導体パターンのうちの一方の導体パターンと、LEDチップ1の前記アノード電極あるいは前記カソード電極とを導電性部材(たとえば、AuSnやAgペーストなど)を介してダイボンディングなどして電気的に接続させることができる。また、LEDチップ1の光取り出し面側の他方の前記カソード電極あるいは前記アノード電極は、ワイヤ(たとえば、金線やアルミニウム線など)を介して他方の導体パターンと電気的に接続させればよい。
同種の構造の複数個のLEDチップ1を隣接配置させた場合、LEDチップ1の発光層12から放射された光は、隣接するLEDチップ1にも放射される。特に、LEDチップ1は、発光層12を発光層12よりも屈折率の小さな材料からなるクラッド層を備えたp型窒化ガリウム系化合物半導体層11と、n型窒化ガリウム系化合物半導体層13とで挟んだ構造に形成させた場合、発光層12から放射される光が、発光層12の側面となるLEDチップ1の一側面1a側から放射される光L2が多くなる傾向にある。また、LEDチップ1の発光層12のバンドギャップの大きさが同一、またはより大きいLEDチップ1から放出された光L2は、隣接する、よりバンドギャップの小さなLEDチップ1の発光層12で吸収されやすい傾向にある。
また、隣接するLEDチップ1に吸収された光L2は、LEDチップ1の内部で熱に変換されるため、LEDチップ1の点灯による発熱に加え、光L2の吸収による熱の影響によりLEDチップ1の光取り出し効率が低下する場合もある。そのため、本実施形態の発光装置10は、反射部材2を設けることで光取り出し効率の改善に大きく寄与することになる。
なお、本実施形態の図1に示す発光装置10では、実装基板3の上記一表面3aに8個のLEDチップ1を実装しているが、LEDチップ1の数は、これに限定されるものでもなく適宜増減することができる。
発光装置10は、たとえば、図3(a)から(d)に示す平面視において、LEDチップ1と反射部材2とを実装基板3の一表面3a上に縦横m×n個に交互に配置することができる。すなわち、図3(a)に示す発光装置10では、平面視において、中心部に正方形状の反射部材2を設け、中心部の反射部材2それぞれの一側面2aを4個のLEDチップ1それぞれの一側面1aと平行に対向配置させている。したがって、発光装置10は、中心部の反射部材2を含む、5個の反射部材2と、4個のLEDチップ1とが隣接するように、LEDチップ1と反射部材2とを合わせて縦横3×3個に配置してある。なお、発光装置10は、平面視において、LEDチップ1および反射部材2を囲む実装基板3の外周部に、たとえば、金属からなる側壁部3bを設けて光取り出し効率のさらなる向上を図っている。
また、図3(b)に示す発光装置10では、平面視において、中心にLEDチップ1を設け、4個の反射部材2と、5個のLEDチップ1とが隣接するように、LEDチップ1と反射部材2とを合わせて縦横3×3個に配置してある。
図3(c)に示す発光装置10では、平面視において、6個のLEDチップ1を千鳥足状に交互に配置させるとともに、6個の反射部材2がLEDチップ1と入れこになるように千鳥足状に交互に配置させ、縦横2×6個で構成してある。
また、図3(d)に示す発光装置10では、平面視において、9個のLEDチップ1を、図3(a)および図3(b)の発光装置10におけるLEDチップ1および反射部材2の配置それぞれを合わせて、9個の反射部材2と、9個のLEDチップ1を交互に配置させた縦横3×6個で配置してある。これにより、反射部材2は、平面視において、LEDチップ1と隣り合う反射部材2の一側面2aをLEDチップ1の一側面1aと平行に対向させることができる。この場合、各LEDチップ1は、実装基板3の前記導体パターンを利用して、適宜に直列、並列や直並列に電気的に接続させればよい。
次に、本実施形態の発光装置10に用いられる反射部材2は、隣接するLEDチップ1から放射される光L2を、LEDチップ1の厚み方向の光L3に反射させるテーパ部2aaを備えたものである。特に、反射部材2は、平面視において隣接するLEDチップ1の一側面1aと、反射部材2の一側面2aとが対向配置されたLEDチップ1の外形と相似形状に形成させてある。これにより、反射部材2は、LEDチップ1から放射され反射部材2に向かった光L2をLEDチップ1の厚み方向に沿った光L3となるように反射させることができる。
このような反射部材2を構成する基材の具体的材料としては、アルミニウム、ステンレスや鉄などの金属や合金である金属材料、窒化ガリウム、シリコンやアルミニウム・ガリウム・インジウム燐や酸化亜鉛などの半導体材料、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのセラミック材料を用いて形成することができる。
また、反射部材2は、実装基板3の上記一表面3aに実装された反射部材2の高さが、実装基板3の上記一表面3aに実装されたLEDチップ1の高さ以上にすることが好ましい。これによって、LEDチップ1から反射部材2側に放射された光L2を効率よく外部に反射させ、発光装置10の光取り出し効率を高めることが可能となる。
さらに、反射部材2は、平面視における反射部材2の外形の面積がLEDチップ1の外形の面積の大きさ以上にすることで、LEDチップ1から放射された光L2を効率よく反射させ、発光装置10の光取り出し効率を高めることが可能となる。本実施形態の発光装置10に用いられる反射部材2は、LEDチップ1と同様に実装基板3の上記一表面3aに形成された前記導体パターン上の前記金属バンプを用いて実装させたり、前記導体パターン上にある前記半田などにより実装させることができる。
また、反射部材2は、少なくとも反射部材2のテーパ部2aaがLEDチップ1から放射される光L2を、より効率よく反射することができるように、図2で示す反射層4で被覆させることができる。このような、反射層4の具体的材料としては、たとえば、Al、Al合金、Ag、Ag合金などの金属材料やBaSO4などの白色顔料となる無機材料が含有された樹脂材料やガラス材料などが挙げられる。反射部材2の一側面2aに、金属材料を形成させる場合、たとえば、メッキや蒸着法により形成させることができる。反射部材2は、表面に反射層4を設ける場合、反射部材2の基礎となる基材は必ずしも光を反射する材料だけでなく、放熱性や熱伝導性の優れた材料で形成してもよい。
なお、反射部材2が金属材料や半導体材料など導電性を有する場合、反射部材2は、LEDチップ1と短絡しないように絶縁層(図示していない)を適宜に形成させてもよい。
また、反射部材2は、反射部材2のテーパ部2aaがLEDチップ1から放射された光L2を所望のLEDチップ1の厚み方向に効率よく反射させるために、テーパ部2aaを平面状や放物面形状などの曲面形状に適宜形成することもできる。
反射部材2は、平面視において、実装基板3に千鳥状などで配置されたLEDチップ1の空きスペースで、LEDチップ1と同様に光を放出するものではないが、LEDチップ1と相似形状の反射部材2を用いることにより前記スペースを埋めるダミーチップとして機能することができる。
このような反射部材2は、LEDチップ1の前記アノード電極や前記カソード電極のようなものを形成することにより、実装基板3の上記一表面3a側にLEDチップ1を実装させるダイボンダ装置(図示していない)を用いて、LEDチップ1と同様にして実装させることができる。すなわち、前記ダイボンダ装置は、実装するLEDチップ1や反射部材2などを画像認識処理により把握する。次に、前記ダイボンダ装置は、先端部に吸引孔が設けられた吸着コレットで、画像認識処理により把握したLEDチップ1や反射部材2を吸引し、実装基板3が固定されたXYステージ側に移動させる。続いて、前記ダイボンダ装置は、前記XYステージを移動させることにより、実装基板3の所定位置の上方にLEDチップ1や反射部材2を配置する。前記ダイボンダ装置の前記吸着コレットの先端をLEDチップ1や反射部材2ごと、予め実装基板3の前記導体パターン上に配置させた前記金属バンプ上に押付けて超音波を印加することでフリップチップ実装させることができる。
ここで、LEDチップ1と、反射部材2との外形が略等しい場合、前記ダイボンダ装置は、LEDチップ1と、反射部材2とを画像認識して同様に連続して実装することが難しいことがある。特に、本実施形態の反射部材2は、LEDチップ1と外形が同一であることから画像認識の差別化が難しい。
サファイア基板からなる基板14上に、窒化物半導体材料からなる発光層12やp型およびn型の窒化ガリウム系化合物半導体層11,13が形成されたLEDチップ1では、基板14、n型の窒化ガリウム系化合物半導体層13、発光層12やp型の窒化ガリウム系化合物半導体層11と比較して、金属からなるアノード電極やカソード電極の透光性が低い。そのため、LEDチップ1は、前記アノード電極と前記カソード電極の形状を変えることによって、LEDチップ1の配置や前記アノード電極および前記カソード電極の極性を画像認識して実装基板3上にフリップチップ実装させることができる。
本実施形態の発光装置10に用いられる反射部材2は、反射部材2の基材を透光性の半導体材料などにより形成させる場合、実装基板3の前記導体パターン上に実装させるための金属膜を設けるとともに、前記金属膜の形状を前記アノード電極側と前記カソード電極側で変えることにより、反射部材2や反射部材2の配置を画像認識処理して実装させることができる。
また、反射部材2は、隣接するLEDチップ1からの光L2を反射できるように、反射部材2の一側面2aに反射膜4を備える場合もある。反射部材2は、LEDチップ1から放射される光L2を反射させるために、少なくとも反射部材2のテーパ部2aaにLEDチップ1から放射された光L2に対して反射する白色顔料が含有された樹脂等で被覆処理させてもよい。
この場合、前記ダイボンダ装置は、反射部材2に形成された前記金属膜の形状を識別することにより、反射部材2とLEDチップ1との識別、反射部材2の配置などを画像認識処理により把握することが難しい。そのため、反射部材2は、反射部材2の実装される実装基板3と反対の表面側にLEDチップ1と反射部材2とを識別するための識別マークを付与してもよい。
次に、本実施形態の発光装置10に用いられる実装基板3は、LEDチップ1および反射部材2がそれぞれ実装可能なものである。また、実装基板3は、実装基板3上の前記一対の前記導体パターンを利用して、LEDチップ1の通電経路を構成している。このような実装基板3は、窒化アルミニウムやアルミナなどを用いたセラミック基板、Cu材料、Al材料やFe材料などの金属材料を用いた金属ベース基板などを用いることができる。実装基板3としてセラミック基板を用いた場合は、ガラスエポキシ樹脂基板などと比較して熱伝導率も高く、LEDチップ1の点灯で生じた熱を外部に効率よく放熱させ発光装置10の放熱性を高めることもできる。
ここで、照明装置などにまで用いられる光出力の高い発光装置10は、LEDチップ1を高密度に実装させて大電流を流すため、LEDチップ1からの放熱量も多くなる。発光装置10は、各LEDチップ1で生じた熱を効率よく外部に放熱させるため、実装基板3に放熱性に優れた窒化アルミニウムなどのセラミック材料やCuなどの金属材料を用いた放熱基板とすることも考えられる。
このような、放熱基板たる実装基板3は、各LEDチップ1から放射された光を反射させる反射部を一体的に形成することは可能であるものの、前記放熱基板の掘削やエッチングにより前記反射部を制御性よく、形成することは難しい。
しかしながら、本実施形態の発光装置10は、LEDチップ1と相似形状の反射部材2をLEDチップ1と同様に前記ダイボンダ装置などを用いて前記放熱基板側に実装させることで形成させることができる。そのため、LEDチップ1や反射部材2の数、発光装置10の形状や大きさが異なる発光装置10を製造する場合においても、反射部材2をLEDチップ1と同様の実装方法で実装して形成することができるため、量産性に優れた発光装置10とすることができる。
なお、発光装置10は、図3で示したように実装基板3の上記一表面3aの外周部に、LED1から放射される光を外部に放射させやすくさせる側壁部3bを一体的に形成しても良いし、別途に設けても良い。側壁部3bは、実装基板3の上記一表面3aから外部に向かって広がるテーパ形状とすることで、発光装置10の外部に光を取り出し易くなり、発光装置10の光取り出し効率を、より向上させることができる。
さらに、発光装置10は、実装基板3の上記一表面3aに、反射膜(図示していない)を設けても良く、このような反射膜は、LEDチップ1から放射される光を効率よく反射可能なものであって、具体的には、Al、Al合金、Ag、Ag合金などの金属材料やBaSO4などの白色顔料となる無機材料が含有されたガラス材料などを用いて構成すればよい。なお、前記反射膜が導電性を有する場合、発光装置10は、LEDチップ1のそれぞれの前記アノード電極と前記カソード電極とが短絡しないように、前記反射膜と前記一対の前記導体パターンとの間に絶縁層(図示していない)を適宜に形成させればよい。
本実施形態の発光装置10は、平面視における反射部材2の形状が、多角形状のLEDチップ1の外形と相似形状であると共に、LEDチップ1と隣り合う反射部材2の一側面2aをLEDチップ1の一側面1aと対向して実装基板3の上記一表面3a側に複数個実装させている。また、発光装置10は、反射部材2をLEDチップ1の数や配置に合わせて実装基板3の上記一表面3a上に、LEDチップ1と同様に実装するだけで、形成させることができる。そのため、実装基板3上でのLEDチップ1の配置が異なる複数種類の発光装置10に合わせて任意に各LEDチップ1を実装させることができ、製造が比較的簡単となる構造の発光装置10を量産性よく形成させることができる。
(実施形態2)
本実施形態の発光装置10は、図1で示した実施形態1の反射部材2の代わりに、図4に示す、反射部材2の高さがLEDチップ1の高さより高く、反射部材2の外形の面積がLEDチップ1の外形の面積の大きさより大きい反射部材2を用いる点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の発光装置10は、図1で示した実施形態1の反射部材2の代わりに、図4に示す、反射部材2の高さがLEDチップ1の高さより高く、反射部材2の外形の面積がLEDチップ1の外形の面積の大きさより大きい反射部材2を用いる点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の図4(a),(b)に示す発光装置10の反射部材2は、実装基板3の上記一表面3aに実装された反射部材2の高さh1が、実装基板3の上記一表面3aに実装されたLEDチップ1の高さh2以上となるように形成している。また、発光装置10は、平面視における反射部材2の外形の面積が、LEDチップ1の外形の面積の大きさ以上となるようにLEDチップ1の一側面1aの長さd1を、反射部材2の一側面2aの長さd2よりも長くしている。いいかえれば、発光装置10は、反射部材2の実装面積を、LEDチップ1の実装面積よりも大きく形成してある。これにより、発光装置10は、LEDチップ1から放射された光L2を、より効率よく外部に反射させることができる。
本実施形態の図4に示す発光装置10は、図5に例示した反射部材2の外形の面積がLEDチップ1の外形の面積の大きさよりも小さいものと比較して、LEDチップ1から反射部材2に放射された光L2を反射部材2の一側面2aで反射する面積を大きくさせ、より効率よく光L3を取り出すことができる。
なお、本実施形態の図4に示す発光装置10では、複数個のLEDチップ1と、複数個の反射部材2との実装間隔tを平面視における縦横で等しくしてある。これにより、発光装置10は、前記ダイボンダ装置を用いて、LEDチップ1と、反射部材2とを実装基板3の上記一表面3aに高密度で効率よく実装することができる。
発光装置10は、反射部材2の外形の面積、反射部材2の高さをLEDチップ1と略等しい同形状に形成させることで、前記ダイボンダ装置を用いて反射部材2とLEDチップ1とを、LEDチップ1と反射部材2との実装間隔tを等しくさせながら実装基板3の上記一表面3a上に実装することができる。
すなわち、発光装置10における反射部材2は、LEDチップ1と同様に実装基板3の上記一表面3aに形成された前記導体パターン上の前記金属バンプを用いて実装させたり、前記導体パターン上にある半田などにより実装させることができる。
ところで、LEDチップ1や反射部材2を半田などで実装基板3上に実装させる場合、LEDチップ1の一側面1aと反射部材2の一側面2aとの位置合わせに実装精度の誤差が生じる場合がある。このような場合、反射部材2は、LEDチップ1から放射された光を効率よく反射させることができない恐れがある。発光装置10は、外形面積がLEDチップ1の外形面積よりも大きな反射部材2を実装することにより、LEDチップ1および反射部材2の実装基板3上での上記一表面3aにおける配置に実装誤差が生じたとしても、光取り出し効率の低下を抑制することが可能となる。
本実施形態の発光装置10は、外形の面積がLEDチップ1の外形の面積の大きさよりも大きな反射部材2を実装することにより、LEDチップ1および反射部材2の実装基板3上での上記一表面3aにおける配置に実装誤差が生じたとしても光取り出し効率の低下を抑制することが可能となる。すなわち、発光装置10は、反射部材2と、隣接するLEDチップ1との間の実装間隔tを変更することがない、LEDチップ1の外形の面積よりも大きな反射部材2を備えることにより、LEDチップ1を高密度実装しつつ光取り出し効率の低下の少ない発光装置10とすることができる。
(実施形態3)
本実施形態の発光装置10は、図1(b)に示す実施形態1の発光装置10に用いられる一側面2aが平面状の反射部材2を用いる代わりに、図6に示す、一側面2aが曲面形状の反射部材2を用いた点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の発光装置10は、図1(b)に示す実施形態1の発光装置10に用いられる一側面2aが平面状の反射部材2を用いる代わりに、図6に示す、一側面2aが曲面形状の反射部材2を用いた点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の図6に示す発光装置10は、LEDチップ1から反射部材2に向かって放射された光L2が、反射部材2の一側面2aに設けられた曲面形状のテーパ部2aaにより、LEDチップ1の厚み方向に沿った光L3に反射する。特に、反射部材2の一側面2aを曲面形状たる放物面形状とする発光装置10は、指向性が強くなるように配光制御性を向上させることもでき、光取り出し効率を向上させることもできる。
このような反射部材2の一側面2aの形状は、反射部材2が金属材料の場合、押圧加工により形成することができる。また、反射部材2の一側面2aの形状は、反射部材2が半導体材料の場合、半導体製造プロセスの加工方法である等方エッチングなどを利用することで形成することができる。さらに、反射部材2の一側面2aの形状は、反射部材2がセラミック材料の場合、焼成前のグリーンシートの成形加工などによって適宜の曲面形状を形成することもできる。
本実施形態の発光装置10は、反射部材2の一側面2aがLEDチップ1の発光層12を焦点とした放物曲面状のテーパ部2aaを備えている。これにより、発光装置10は、LEDチップ1と、反射部材2とを隣接配置させても、平面視における反射部材2の面積をLEDチップ1と略同一としつつも、LEDチップ1から反射部材2側に放射された光L2をLEDチップ1の厚み方向に沿って効率よく反射させることが可能となる。
(実施形態4)
本実施形態の図7に示す発光装置10の反射部材2は、LEDチップ1が実装基板3の一表面3aにフリップチップ実装される同一面側に設けられたアノード電極とカソード電極とを構成する一対の裏面電極パターン6a,6bと、略同じ形状の金属膜からなる裏面配線パターン7a,7bを施した反射部材2を用いる点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の図7に示す発光装置10の反射部材2は、LEDチップ1が実装基板3の一表面3aにフリップチップ実装される同一面側に設けられたアノード電極とカソード電極とを構成する一対の裏面電極パターン6a,6bと、略同じ形状の金属膜からなる裏面配線パターン7a,7bを施した反射部材2を用いる点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の図7に示す発光装置10は、複数個(ここでは、4個)のLEDチップ1と、該LEDチップ1が一表面3a側に実装された実装基板3と、該実装基板3の前記一表面3a側でLEDチップから放射された光をLEDチップの厚み方向に反射させるテーパ部2aaを備えた反射部材2と、を有している。
反射部材2は、平面視における外形が矩形状のLEDチップ1と相似形状であると共に、LEDチップ1と隣り合う反射部材2の一側面2aをLEDチップ1の一側面1bと対向して実装基板3の上記一表面3a側に複数個(ここでは、4個)実装されており、実装基板3は、LEDチップ1で生じた熱を放熱する窒化アルミニウムからなる放熱基板としている。ここで、実装基板3には、図7(b)に示す各LEDチップ1および反射部材2とそれぞれ電気的に接続させる導体パターン5a,5b,5cが設けられている。
また、図7(c)に示す各LEDチップ1の実装基板3の上記一表面3aと対向する表面側には、一対の裏面電極パターン6a,6bが形成されている。同様に、各反射部材2の実装基板3の上記一表面3aと対向する表面側には、LEDチップ1と略同じ形状の裏面配線パターン7a,7bが形成されている。
そのため、図7(d)で示すように各LEDチップ1および各反射部材2は、実装基板3の上記一表面3aにLEDチップ1および反射部材2を実装して電気的に接続することで、各LEDチップ1に給電させることができる。
本実施形態の発光装置10は、複数個のLEDチップ1を必要な光束や放熱等を考慮して実装基板3に実装すればよい。本実施形態の発光装置10は、LEDチップ1から放射され隣接する反射部材2側に向かった光L2が、実施形態1の発光装置10と同様に外部に放射される。
ここで、本実施形態の発光装置10に用いられる反射部材2は、LEDチップ1から放射された光L2を反射するとともに、LEDチップ1とは異なる色に発光する別の種類のLEDチップとして機能させてもよい。
これにより、本実施形態の発光装置10は、LEDチップ1からのL1,L3だけでなく、反射部材2からもLEDチップ1とは、異なる色の光を付加機能として放射させることができる。このような反射部材2としては、一側面1aから光L2を取り出す必要のないほど明るいLEDチップや、LEDチップ1と比較してLEDチップ1ほどの光量を必要としないLEDチップなどを用いることができる。
1 LEDチップ
1a,2a 一側面
2 反射部材
2aa テーパ部
3 実装基板
3a 一表面
4 反射層
10 発光装置
1a,2a 一側面
2 反射部材
2aa テーパ部
3 実装基板
3a 一表面
4 反射層
10 発光装置
Claims (6)
- 複数個のLEDチップと、該LEDチップが一表面側に実装された実装基板と、該実装基板の前記一表面側で前記LEDチップから放射された光を前記LEDチップの厚み方向に反射させるテーパ部を備えた反射部材と、を有する発光装置であって、前記反射部材は、平面視における外形が多角形状の前記LEDチップの外形と相似形状であると共に、前記LEDチップと隣り合う前記反射部材の一側面を前記LEDチップの一側面と対向して前記実装基板の前記一表面側に複数個実装されており、前記実装基板は、前記LEDチップで生じた熱を放熱する放熱基板であることを特徴とする発光装置。
- 前記反射部材は、金属材料、半導体材料、セラミック材料から選択される1種で形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記実装基板に実装された前記反射部材の高さが、前記LEDチップの高さ以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- 平面視における前記反射部材の外形の面積が、前記LEDチップの外形の面積の大きさ以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記反射部材は、少なくとも前記テーパ部が前記LEDチップから放射された光を反射する反射層で被覆されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記反射部材の前記テーパ部が、曲面形状であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
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