JP2013162123A - 固体発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の発光素子チップを設置するための階段凹状体を含むことによって複数の発光素子チップが水平高度の異なる平面に設けられることのできる固体発光素子を提供する。
【解決手段】固体発光素子１００は、階段凹状体１１０、複数の発光素子チップ１２０及びパッケージ樹脂体を含む。階段凹状体は、ベース部１１４及び環形階段状構造１１２を含む。環形階段状構造は、複数層の環形階段面１１２ａと、複数層の環形階段面に接続される複数の環形縦面１１２ｂと、を有する。環形階段状構造は、ベース部の上方に接続配置される。ベース部は、底面を有する。環形階段状構造は、ベース部の底面から突出するようにベース部の底面を囲繞する。複数の発光素子チップは、複数層の環形階段面の上及びベース部の底面の上にそれぞれ設けられる。パッケージ樹脂体は、階段凹状体全体に充填されると共に、複数の発光素子チップを覆う。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、発光素子に関するものであり、特に固体発光素子（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）に関するものである。
固体発光素子には、発光ダイオードチップ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｃｈｉｐ、ＬＥＤ Ｃｈｉｐ）を発光源として使用することは多い。発光ダイオードチップは省エネ及び低電圧駆動などのメリットがあるため、発光ダイオードチップを発光源として使用する固体発光素子は、ランプ等の照明装置、交通信号灯及び液晶ディスプレー（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）などの分野によく使用されている。
通常、固体発光素子は板部材及び複数の発光ダイオードチップを含む。板部材は、例えば平面を有する回路基板又は金属板などのものである。複数の発光ダイオードチップは板部材の平面に設けられる。言い換えれば、固体発光素子において、複数の発光ダイオードチップは、すべて板部材における同一平面に設けられる。このような配置方式は、外層に位置する発光ダイオードと内層に位置する発光ダイオードが発する光線を集中し難いため、固体発光素子の光指向性を低減させる欠点がある。
本発明は、複数の発光素子チップを設置するための階段凹状体を含むことによって複数の発光素子チップが水平高度の異なる平面に設けられることのできる固体発光素子を提供することを課題とする。
本発明に係る固体発光素子は、階段凹状体、複数の発光素子チップ及びパッケージ樹脂体（ｐａｃｋａｇｅ ｒｅｓｉｎ ｂｏｄｙ）を含む。階段凹状体は、ベース部及び環形階段状構造を含む。環形階段状構造は、複数層の環形階段面と、複数層の環形階段面に接続される複数の環形縦面と、を有する。環形階段状構造は、ベース部の上方に接続配置される。ベース部は、底面を有する。環形階段状構造は、ベース部の底面から突出するようにベース部の底面を囲繞する。複数の発光素子チップは、複数層の環形階段面の上及びベース部の底面の上にそれぞれ設けられる。底面の上に位置する発光素子チップは、隣接する層の環形階段面の上に位置する発光素子チップに電気的に接続される。複数層の環形階段面のうちの何れの一層の環形階段面の上に位置する発光素子チップは、隣接する層の環形階段面の上に位置する発光素子チップに電気的に接続される。パッケージ樹脂体は、階段凹状体全体に充填されると共に、複数の発光素子チップを覆う。
本発明に係る固体発光素子によれば、複数の発光素子チップが複数層の環形階段面及びベース部の底面にそれぞれ設けられることによって、複数の発光素子チップが平面高度の異なる複数の平面にそれぞれ設けられることができる。
本発明の第１の実施例に係る固体発光素子の上面模式図を示すものである。 図１Ａの１ａ―１ａ線の断面模式図を示すものである。 本発明の第２の実施例に係る固体発光素子の断面模式図を示すものである。
以下、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、本発明の技術内容をより分かりやすく説明し、本発明の理解を助けるために実施例を挙げたものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに開示された実施形態以外にも、本発明の技術的思想に基づく他の変形例も実施可能であることは、本発明の属する技術分野における当業者に自明なことである。
図１Ａは、本発明の第１の実施例に係る固体発光素子の上面模式図を示すものである。図１Ａに示す固体発光素子１００は、例えば、液晶ディスプレーやプロジェクタなどの表示装置、及び卓上スタンド、装飾灯、表示ランプ、状態表示ランプや非常口誘導灯などの照明装置（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）に適用されることができる。また、状態表示ランプは、例えば、オーブンの温度表示ランプや音響機器の状態を表示する表示ランプなどの家電製品の指示ランプであってもよく、携帯電話又はパソコンなどの電子機器の指示ランプであってもよい。
図１Ｂは、図１Ａの１ａ―１ａ線の断面模式図を示すものである。図１Ａ及び図１Ｂを示すように、固体発光素子１００は、階段凹状体１１０、複数の発光素子チップ１２０及びパッケージ樹脂体１３０を含む。階段凹状体１１０は、環形階段状構造１１２及びベース部１１４を含む。環形階段状構造１１２は、ベース部１１４の上に配置してベース部１１４に接続される。複数の発光素子チップ１２０は、環形階段状構造１１２に設けられる。パッケージ樹脂体１３０は、階段凹状体１１０全体に充填されると共に、複数の発光素子チップ１２０を覆う。
階段凹状体１１０の材料は、例えばアルミニウム又は銅などの金属である。階段凹状体１１０を製造する方法は、例えば、化学エッジングなどの化学加工を使用してもよく、プレス又はフライス盤加工などの機械加工を使用してもよい。プレスを例として説明すれば、階段凹状体１１０を製造する方法は、例えば銅箔板などの金属板に対して一回又は一回以上のプレス工程を行う（即ち、金属板に対して金型でプレスを行う）ことによって、環形階段状構造１１２及びベース部１１４を形成する。
ベース部１１４は底面１１４Ａａを有する。環形階段状構造１１２は、複数層の環形階段面１１２ａと、複数層の環形階段面１１２ａに接続される複数の環形縦面１１２ｂを有する。複数の発光素子チップ１２０は、複数層の環形階段面１１２ａ及びベース部１１４の底面１１４ａにそれぞれ設けられる。環形階段状構造１１２は、ベース部１１４の底面１１４ａから突出するようにベース部１１４の底面を囲繞する。環形縦面１１２ｂは、隣接する二層の環形階段面１１２ａの間に接続される。また、底面１１４ａに対する最外層の環形階段面１１２ａの高さＨ１は、底面１１４ａに対して最外層から最内層へ低減しつつある。また、最外層の環形階段面１１２ａには発光素子チップ１２０が設けられないようにしてもよい。
本実施例において、複数の環形縦面１１２ｂの幅さＷ１は同じであり、複数層の環形階段面１１２ａの幅さＷ２は同じである。また、他の実施例において、少なくとも２つの環形縦面１１２ｂの幅さＷ１は等しくなく、少なくとも２つの環形階段面１１２ａの幅さＷ２は等しくないようにしてもよい。即ち、一方の環形縦面１１２ｂの幅さＷ１と他方の環形縦面１１２ｂの幅さＷ１は等しくなく、一方の環形階段面１１２ａの幅さＷ２と他方の環形階段面１１２ａの幅さＷ２は等しくないようにしてもよい。要するに、本発明において、これらの環形縦面１１２ｂの幅さＷ１が等しいかどうか、これらの環形階段面１１２ａの幅さＷ２が等しいかどうかは、特に限定がない。
発光素子チップ１２０は、例えば発光ダイオードなどの発光可能な半導体素子である。複数の発光素子チップ１２０は、ワイヤボンディング（ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）の方式で底面１１４ａ及び環形階段面１１２ａの上に設けられる。言い換えれば、固体発光素子１００は、複数の発光素子チップ１２０に電気的に接続される複数の接続導線１６０を更に含む。複数の接続導線１６０により、底面１１４ａの上に位置する複数の発光素子チップ１２０は隣接する層の環形階段面１１２ａの上に位置する複数の発光素子チップ１２０に電気的に接続され、複数層の環形階段面１１２ａのうちの何れの一層の環形階段面１１２ａの上に位置する複数の発光素子チップ１２０は隣接する層の環形階段面１１２ａに位置する複数の発光素子チップ１２０に電気的に接続される。
また、固体発光素子１００は、複数層の絶縁層１４０及び複数層の配線層１５０を更に含む。絶縁層１４０は、環形階段面１１２ａの上及び底面１１４ａの上に設けられる。複数層の配線層１５０は、複数層の絶縁層１４０の上にそれぞれ設けられる。配線層１５０は、複数の発光素子チップ１２０の間に電流を伝送するエレメントとして機能する。本実施例において、各発光素子チップ１２０は、複数層の配線層１５０のうちの一層の配線層１５０にそれぞれ電気的に接続される。
各層の環形階段面１１２ａにおいて、絶縁層１４０は、配線層１５０と階段凹状体１１０との間に位置することによって、配線層１５０と階段凹状体１１０を隔離する。また、階段凹状体１１０の材質が金属材料であるが、絶縁層１４０により配線層１５０と階段凹状体１１０を隔離するため、配線層１５０が階段凹状体１１０に電気的に接続されていない。即ち、配線層１５０と環形階段状構造１１２とが電気的に絶縁される。そこで、配線層１５０に電気的に接続される発光素子チップ１２０と環形階段状構造１１２とが電気的に絶縁される。
本実施例において、最外層の環形階段面１１２ａの上に位置する配線層１５０は、接続導線１６０を介して隣接する層の環形階段面１１２ａの上に設けられる発光素子チップ１２０に電気的に接続される。同様に、接続導線により複数層の環形階段面１１２ａのうちの何れの一層の環形階段面１１２ａの上に位置する発光素子チップ１２０と隣接する層の環形階段面１１２ａの上に位置する発光素子チップ１２０とが電気的に接続される。また、２つの発光素子チップは、互いに直列してもよく、並列してもよい。
パッケージ樹脂体１３０は、複数層のパッケージ樹脂部材１３２からなるものであってもよい。複数層のパッケージ樹脂部材１３２は、一層ずつに階段凹状体１１０全体に充填されるようにしてもよい。各層のパッケージ樹脂部材１３２は、少なくとも一層の環形縦面１１２ｂ及び少なくとも一層の環形階段面１１２ａを覆う。また、最外層のパッケージ樹脂部材１３２は、最外層の環形階段面１１２ａから突出してもよい。
これらのパッケージ樹脂部材１３２は、熱硬化性樹脂であってもよく、それぞれ異なる曲折率を有するようにしてもよく、それぞれ異なる蛍光粒子を添加するようにしてもよい。言い換えれば、複数層のパッケージ樹脂部材１３２のうちの一方のパッケージ樹脂部材１３２の曲折率と他方のパッケージ樹脂部材１３２の曲折率とが異なる。若しくは、複数層のパッケージ樹脂部材１３２のうちの一方のパッケージ樹脂部材１３２内部の蛍光粒子と他方のパッケージ樹脂部材１３２内部の蛍光粒子とが異なる。これにより、各層のパッケージ樹脂部材１３２の異なる曲折率又は異なる蛍光粒子により、多様な発光効果を生成することができる。
図２は、本発明の第２の実施例に係る固体発光素子の断面模式図を示すものである。図２に示す第２の実施例に係る固体発光素子２００の構造は、第１の実施例に係る固体発光素子１００の構造と類似する。固体発光素子２００は、複数の発光素子チップ１２０、階段凹状体２１０及びパッケージ樹脂体２３０を含む。複数の発光素子チップ１２０は、階段凹状体２１０に設けられる。パッケージ樹脂部２３０は、階段凹状体２１０全体に充填されると共に、複数の発光素子チップ１２０を覆う。
第１の実施例と同様に、階段凹状体２１０は、環形階段状構造２１２と、環形階段状構造２１２に接続されるベース部２１４を含む。環形階段状構造２１２は、複数層の環形階段面２１２ａと、複数層の環形階段面２１２ａに接続される複数の環形縦面２１２ｂを有する。複数の発光素子チップ１２０は、ワイヤボンディングの方式で複数層の環形階段面２１２ａの上及び底面２１４ａの上にそれぞれ設けられる。また、固体発光素子２００は、複数の発光素子チップ１２０に電気的に接続される複数の接続導線１６０を更に含む。
以下、第１の実施例との相違点について説明する。第２の実施例において、階段凹状体２１０は、例えばプラスチック又はセラミックスなどの絶縁体である非金属材料からなるものである。階段凹状体２１０は絶縁性を有するため、導電しない。そこで、複数の発光素子チップ１２０は、階段凹状体２１０による短絡を生じない。即ち、階段凹状体２１０と発光素子チップ１２０との間には電気的に絶縁される。第１の実施例と比べれば、第２の実施例において、固体発光素子２００は絶縁層１４０を含んでおらず、且つ、発光素子チップ１２０は環形階段面２１２ａの上と底面２１４ａの上に直接に設けられる。
また、固体発光素子２００は配線層１５０を更に含む。第２の実施例において、配線層１５０は、底面２１４ａ又は最外層の環形階段面２１２ａ以外の環形階段面２１２ａに設けられておらず、最外層の環形階段面２１２ａのみに設ければよい。また、最外層の環形階段面２１２ａには発光素子チップ１２０が設けられていない。図２に示すように、接続導線１６０により、発光素子チップ１２０は配線層１５０に電気的に接続される。また、図２に示す配線層１５０は例示に過ぎず、本実施例の配線層１５０の数量と配置方式について特に限定がない。
また、第１の実施例に係る固体発光素子１００と異なるのは、第２の実施例において、パッケージ樹脂体２３０は単一層のパッケージ樹脂部材からなるものである。パッケージ樹脂部材は、第１の実施例におけるパッケージ樹脂部材１３２であってもよい。また、固体発光素子２００は、複数の環形縦面２１２ｂをそれぞれ覆うための複数層の光反射層１７０を更に含む。光反射層１７０は、光反射材料で形成されたフィルム層であってもよい。ここで、光反射材料は、例えばガラス微細粒子、顔料（特に白色顔料）、高分子材料の複合物若しくは金属薄膜であってもよい。これらの光反射層１７０は発光素子チップ１２０が発する光を反射して集光することができるため、固体発光素子２００の照度を向上することができる。
上述したように、本発明において、複数の発光素子チップが階段凹状体における複数層の環形階段面の上及び底面の上にそれぞれ設けられるため、これらの発光素子チップは、平面高度が異なる複数の平面にそれぞれ設けられることができる。また、階段凹状体により、平面高度の異なる複数の平面にそれぞれ位置する発光素子チップが発する光を集中することができるため、固体発光素子の光指向性を向上することができる。
上述した実施例は、本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
１００、２００ 固体発光素子
１１０、２１０ 階段凹状体
１１２、２１２ 環形階段状構造
１１２ａ、２１２ａ 環形階段面
１１２ｂ、２１２ｂ 環形縦面
１１４、２１４ ベース部
１１４ａ、２１４ａ 底面
１２０ 発光素子チップ
１３０、２３０ パッケージ樹脂体
１３２ パッケージ樹脂部材
１４０ 絶縁層
１５０ 配線層
１６０ 接続導線
１７０ 光反射層
Ｈ１ 高さ
Ｗ１、Ｗ２ 幅さ

Claims (12)

  1. 階段凹状体、複数の発光素子チップ及びパッケージ樹脂体を含み、
    前記階段凹状体は、底面を有するベース部と、複数層の環形階段面及び前記複数層の環形階段面に接続される複数の環形縦面を有する環形階段状構造と、を含み、
    前記環形階段状構造は、前記ベース部の上方に接続配置されており、前記ベース部の底面から突出するように前記ベース部の前記底面を囲繞し、
    前記複数の発光素子チップは、前記複数層の環形階段面の上及び前記ベース部の前記底面の上にそれぞれ設けられ、
    前記底面の上に位置する前記発光素子チップは、隣接する層の前記環形階段面の上に位置する前記発光素子チップに電気的に接続され、前記複数層の環形階段面のうちの何れの一層の環形階段面の上に位置する前記発光素子チップは、隣接する層の前記環形階段面の上に位置する前記発光素子チップに電気的に接続され、
    前記パッケージ樹脂体は、前記階段凹状体全体に充填されると共に、前記複数の発光素子チップを覆うことを特徴とする固体発光素子。
  2. 前記底面に対する前記複数層の環形階段面の高さは、前記底面に対して最外層から最内層へ低減しつつあることを特徴とする請求項１に記載の固体発光素子。
  3. 前記パッケージ樹脂体は、一層以上のパッケージ樹脂部材からなるものであることを特徴とする請求項２に記載の固体発光素子。
  4. 各層の前記パッケージ樹脂部材は、少なくとも一つの環形縦面及び少なくとも一層の環形階段面を覆うことを特徴とする請求項３に記載の固体発光素子。
  5. 複数の前記パッケージ樹脂部材のうちの少なくとも二層のパッケージ樹脂部材の曲折率が異なる、又は複数の前記パッケージ樹脂部材のうちの少なくとも二層のパッケージ樹脂部材における蛍光粒子が異なることを特徴とする請求項４に記載の固体発光素子。
  6. 前記階段凹状体の材料は非金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の固体発光素子。
  7. 前記階段凹状体の材料は金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の固体発光素子。
  8. 前記底面の上及び前記複数層の環形階段面の上にそれぞれ設けられる複数層の絶縁層を更に含み、
    前記複数の発光素子チップは、前記複数層の絶縁層の上に設けられることを特徴とする請求項７に記載の固体発光素子。
  9. 前記複数層の絶縁層の上にそれぞれ設けられており、前記階段凹状体に電気的に絶縁それる複数層の配線層を更に含み、
    前記複数の発光素子チップは、前記複数層の配線層のうちの一層の配線層に電気的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の固体発光素子。
  10. 前記複数の環形縦面をそれぞれ覆うための複数層の光反射層を更に含むことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の固体発光素子。
  11. 前記複数の発光素子チップは、ワイヤボンディングの方式で前記複数層の環形階段面の上及び前記ベース部の前記底面の上に設けられることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の固体発光素子。
  12. 前記最外層の環形階段面には前記発光素子チップが設けられていないことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の固体発光素子。
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