JP4134155B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子と積層型チップバリスタとを備える発光装置に関する。

従来の発光装置として、半導体発光素子と、該半導体発光素子に並列接続されたバリスタとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された発光装置では、半導体発光素子の周囲に光反射板が配置されている。
特開２００１−１５８１５号公報

特許文献１記載の発光装置では、半導体発光素子の周囲に、光反射板を配置するためのスペースを確保しなければならない。そのため、発光装置全体の小型化を図ることが難しい。しかしながら、小型化を図るために光反射板を配置しないとした場合には、発光効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、発光効率が高く、且つ、小型化が可能な発光装置を提供することを課題とする。

本発明に係る発光装置は、バリスタ層と、該バリスタ層を挟むように対向配置される複数の内部電極とを含むバリスタ素体と、を有する積層型チップバリスタと、積層型チップバリスタ上に配されると共に、該積層型チップバリスタに並列接続されるように複数の内部電極に電気的に接続された半導体発光素子と、積層型チップバリスタと半導体発光素子との間に配されると共に、半導体発光素子が発生した光を反射する反射部と、を備え、反射部が、入射した光を拡散反射する第１の反射層と、第１の反射層と積層型チップバリスタとの間に配されると共に、入射した光を正反射する第２の反射層と、を有する。

本発明に係る発光装置では、反射部を積層型チップバリスタと半導体発光素子との間に配置するので、反射部が、半導体発光素子が発生した光のうち積層型チップバリスタに向かって進む光を反射する。このとき、反射部が第１の反射層と第２の反射層とを有するので、半導体発光素子から積層型チップバリスタに向かって進む光は、第１の反射層に入射し、拡散反射される。そして、第１の反射層を通過した光は、第２の反射層で正反射される。したがって、反射部が第１の反射層と第２の反射層とを有することにより、極めて高い発光効率を得ることができる。また、反射部の配置位置が積層型チップバリスタと半導体発光素子との間であるので、半導体発光素子の周囲に特別なスペースを確保する必要がなくなる。したがって、発光装置全体の小型化が可能となる。

好ましくは、第１の反射層が、金属が分散されたガラス層である。この場合、第１の反射層が電気絶縁性を有することとなり、積層型チップバリスタでのショートの発生を抑制することができる。また、第１の反射層がガラス層であるので、第１の反射層を耐熱性に優れたものとすることができる。ガラス層には金属が分散されているので、入射した光を確実に拡散反射することができる。また、ガラス層に金属が分散されているので、第１の反射層の熱伝導率が比較的良好となり、半導体発光素子からの熱を効率よく放散することができる。

好ましくは、第１の反射層が、金属酸化物が分散されたガラス層である。この場合、第１の反射層が電気絶縁性を有することとなり、積層型チップバリスタでのショートの発生を抑制することができる。また、第１の反射層がガラス層であるので、第１の反射層を耐熱性に優れたものとすることができる。ガラス層には金属酸化物が分散されているので、入射した光を確実に拡散反射することができると共に、第１の反射層の電気絶縁性をより一層高めることができる。また、金属酸化物はガラス中での分散性が良いため、金属酸化物が均一に分散することとなり、第１の反射層の特性ばらつきが少なくなる。また、第１の反射層がガラスと金属酸化物とを含むことにより、熱膨張係数が比較的小さくなる。このため、第１の反射層をひずみや割れ、クラックが生じにくいものとすることができる。

好ましくは、第１の反射層が、金属酸化物で被覆された金属が分散されたガラス層である。この場合、第１の反射層が電気絶縁性を有することとなり、積層型チップバリスタでのショートの発生を抑制することができる。また、第１の反射層がガラス層であるので、第１の反射層を耐熱性に優れたものとすることができる。金属が金属酸化物で被覆されているので、ガラス中における金属の分散性を向上させることができると共に、反射効率を低下させずに第１の反射層の電気絶縁性をいっそう高めることができる。

好ましくは、金属が、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属である。Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉは他の一般的な金属と比較して反射率が高いため、第１の反射層の反射効率を向上させることができる。したがって、発光効率をより高めることができる。

好ましくは、金属酸化物が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２からなる群より選ばれる一種以上の金属酸化物である。Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２は他の一般的な金属酸化物と比較して反射率が高いため、第１の反射層の反射効率をより高めることができる。

好ましくは、第２の反射層は、金属層である。この場合、第１の反射層を通過した光を確実に正反射することができる。

好ましくは、金属層が、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属からなる。Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉは他の一般的な金属と比較して反射率が高いため、第２の反射層の反射効率を向上させることができる。したがって、発光効率をより高めることができる。

ところで、本発明者等の調査研究の結果、バリスタ層と当該バリスタ層を挟むように対向配置される複数の内部電極とを有するバリスタ素体の熱伝導率に関して、以下の事実が新たに判明した。上記バリスタ素体では、複数の内部電極の対向方向での熱伝導率よりも、該対向方向に直交する方向での熱伝導率が大きい。これは、各内部電極が、複数の内部電極の対向方向に直交する方向に伸びていることに起因するものと推測され、内部電極に平行な方向に熱が伝わり易い。従って、バリスタ素体の外表面のうち複数の内部電極の対向方向に平行な方向に伸びる外表面が、バリスタ素体の外表面のうち複数の内部電極の対向方向に交差する方向に伸びる外表面よりも多く熱を放散する。

かかる事実を踏まえ、好ましくは、第２の反射層が、バリスタ素体の外表面のうち複数の内部電極の対向方向に平行な方向に伸びる一の外表面に形成され、第１の反射層が、第２の反射層を覆うように該第２の反射層上に形成されている。この場合、半導体発光素子において発生した熱を効率よくバリスタ素体に伝え、放散することができる。この結果、半導体発光素子の特性劣化を抑制することができる。

好ましくは、第２の反射層が、互いに電気的に絶縁された複数の金属層からなり、複数の金属層が、複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ接続されると共に、第１の反射層を貫通するように設けられた導体を通して該第１の反射層上に形成された複数のパッド電極にそれぞれ接続されている。この場合、第２の反射層が積層型チップバリスタと半導体発光素子との間の電流経路の一部を形成することとなる。この結果、反射部を積層型チップバリスタと半導体発光素子との間に配置した構成であっても、積層型チップバリスタと半導体発光素子との確実な電気的接続を極めて簡素な構成で実現することができる。

好ましくは、半導体発光素子が、複数のパッド電極に接続されている。

本発明によれば、発光効率が高く、且つ、小型化が可能な発光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図４を参照して、本実施形態に係る発光装置ＬＥの構成を説明する。図１は、本実施形態に係る発光装置を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る発光装置の断面構成を説明するための図である。図３は、本実施形態に係る発光装置に含まれる反射部及び積層型チップバリスタを示す上面図である。図４は、本実施形態に係る発光装置に含まれる積層型チップバリスタを示す下面図である。

発光装置ＬＥは、図１及び図２に示されるように、半導体発光素子１と、積層型チップバリスタ１１と、反射部５１を備える。半導体発光素子１は、積層型チップバリスタ１１の上方に配されている。反射部５１は、半導体発光素子１と積層型チップバリスタ１１との間に配されている。半導体発光素子１は、蛍光体微粒子入りのシリコーン樹脂によって覆われていてもよい。

まず、積層型チップバリスタ１１の構成について説明する。積層型チップバリスタ１１は、略直方体形状とされたバリスタ素体２１と、複数（本実施形態においては、一対）の外部電極１３，１４と、を備えている。

バリスタ素体２１は、電圧非直線特性（以下、「バリスタ特性」と称する）を発現する複数のバリスタ層と、それぞれ複数の第１の内部電極３１及び第２の内部電極４１とが積層された積層体として構成されている。第１の内部電極３１と第２の内部電極４１とは、バリスタ素体２１内においてバリスタ層の積層方向（以下、単に「積層方向」と称する。）に沿って互い違いにそれぞれ複数層配置されている。

第１の内部電極３１と第２の内部電極４１とは、互いの間に少なくとも一層のバリスタ層を挟むように対向配置されている。バリスタ素体２１の一対の主面（外表面）２３，２５は、バリスタ層の積層方向に平行な方向及びバリスタ層に平行な方向に伸びている。すなわち、一対の主面２３，２５は、第１及び第２の内部電極３１，４１の対向方向に平行な方向に伸びており、第１の内部電極３１及び第２の内部電極４１と直交する。第１の内部電極３１と第２の内部電極４１とは、バリスタ層の積層方向に沿って併置されている。実際の積層型チップバリスタ１１では、複数のバリスタ層は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。

バリスタ層は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を主成分として含むと共に、副成分として、Ｃｏ、希土類金属元素又はＢｉを含む素体からなる。更に、IIIｂ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、アルカリ金属元素（Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）及びアルカリ土類金属元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）等の金属単体やこれらの酸化物を含む。本実施形態において、バリスタ層は、副成分としてＰｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ、Ａｌ等を含んでいる。

本実施形態では、希土類金属として、Ｐｒを用いている。Ｐｒは、バリスタ特性を発現させるための材料となる。Ｐｒを用いる理由は、電圧非直線性に優れ、また、量産時での特性ばらつきが少ないためである。バリスタ層におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、バリスタ層を構成する全体の材料を１００質量％とした場合に、通常、９９．８〜６９．０質量％である。バリスタ層の厚みは、例えば５〜６０μｍ程度である。

一対の外部電極１３，１４は、図４にも示されるように、バリスタ素体２１の他方の主面２５にそれぞれ形成されている。バリスタ素体２１は、例えば、縦が０．５〜２．０ｍｍ程度に設定され、横が０．５〜２．０ｍｍ程度に設定され、厚みが０．３ｍｍ程度に設定されている。外部電極１３は、積層型チップバリスタ１１の入力端子電極として機能し、外部電極１４は、積層型チップバリスタ１１の出力端子電極として機能する。

第１の内部電極３１は、第１の電極部分３２と、第２の電極部分３３と、第３の電極部分３４と、を含んでいる。第３の電極部分３４は、積層方向から見て、後述する第２の内部電極４１の第４の電極部分４５と互いに重なり合う。第３の電極部分３４は、略矩形状を呈している。

第２の電極部分３３は、第３の電極部分３４から他方の主面２５に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第２の電極部分３３は、外部電極１３に物理的及び電気的に接続されている。第１の電極部分３２は、第３の電極部分３４から一方の主面２３に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第３の電極部分３４は、第２の電極部分３３を通して外部電極１３に電気的に接続されている。第１の電極部分３２及び第２の電極部分３３は、第３の電極部分３４と一体に形成されている。

第２の内部電極４１は、第１の電極部分４２と、第２の電極部分４３と、第３の電極部分４４と、第４の電極部分４５と、を含んでいる。第４の電極部分４５は、積層方向から見て、第１の内部電極３１の第３の電極部分３４と互いに重なり合う。第４の電極部分４５は、略矩形状を呈している。

第３の電極部分４４は、第４の電極部分４５から他方の主面２５に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第３の電極部分４４は、外部電極１４に物理的及び電気的に接続されている。第１の電極部分４２及び第２の電極部分４３は、第４の電極部分４５から一方の主面２３に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第４の電極部分４５は、第３の電極部分４４を通して外部電極１４に電気的に接続されている。第１の電極部分４２、第２の電極部分４３、及び第３の電極部分３４は、第４の電極部分４５と一体に形成されている。

第１及び第２の内部電極３１，４１は導電材を含んでいる。第１及び第２の内部電極３１，４１に含まれる導電材としては、特に限定されないが、ＰｄまたはＡｇ−Ｐｄ合金またはＡｇからなることが好ましい。第１及び第２の内部電極３１，４１の厚みは、例えば０．５〜５μｍ程度である。

外部電極１３と外部電極１４とは、他方の主面２５上において、バリスタ層の積層方向に垂直且つ一方の主面２３に平行な方向に所定の間隔を有して配されている。外部電極１３，１４は、矩形状を呈している。

第１の内部電極３１の第３の電極部分３４と、第２の内部電極４１の第４の電極部分４５とは、上述したように、隣り合う第１の内部電極３１と第２の内部電極４１との間において互いに重なり合う。したがって、バリスタ層における第３の電極部分３４と第４の電極部分４５とに重なる領域がバリスタ特性を発現する領域として機能する。上述した構成を有する積層型チップバリスタ１１においては、第３の電極部分３４と、第４の電極部分４５と、バリスタ層における第３の電極部分３４及び第４の電極部分４５に重なる領域とにより、一つのバリスタ部が構成されることとなる。

バリスタ素体２１の一方の主面２３には、図５にも示されるように、反射部５１が形成されている。反射部５１は、半導体発光素子１が発生した光のうち、積層型チップバリスタ１１に向かって進む光を反射する。反射部５１は、第１の反射層５３と、第２の反射層５５，５７とを有する。

第２の反射層５５，５７は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属からなる金属層であり、入射した光を正反射する。本実施形態では、第２の反射層５５，５７をＡｇからなる金属層としている。Ａｇを選択した理由は、Ａｇが波長４６０ｎｍ付近の光に対して優れた反射特性を有することによる。また、Ａｌも波長４６０ｎｍ付近の光に対して優れた反射特性を有するため、Ａｇの代わりにＡｌを用いてもよい。第２の反射層５５，５７の厚みは、例えば０．１〜１０μｍ程度である。

各第２の反射層５５，５７は、バリスタ素体２１の一方の主面２３を覆うように、該一方の主面２３上にそれぞれ形成されている。各第２の反射層５５，５７は、一方の主面２３上において、互いに電気的に絶縁されており、バリスタ層の積層方向に垂直且つ一方の主面２３に平行な方向に所定の間隔を有して配されている。

第２の反射層５５は、図３にも示されるように、矩形状を呈しており、第２の内部電極４１の第１の電極部分４２又は第２の電極部分４３に物理的且つ電気的に接続されるように形成されている。これにより、第２の内部電極４１の第４の電極部分４５は、第１の電極部分４２及び第２の電極部分４３を通して一対の第２の反射層５５に電気的に接続されることとなる。

第２の反射層５７は、図３にも示されるように、矩形状を呈しており、第１の内部電極３１の第１の電極部分３２に物理的且つ電気的に接続されるように形成されている。これにより、第１の内部電極３１の第３の電極部分３４は、第１の電極部分３２を通して第２の反射層５７に電気的に接続されることとなる。

各第２の反射層５５，５７は、例えば、印刷法あるいはめっき法により形成することができる。印刷法を用いる場合は、上述した金属の粒子（例えば、Ａｇ粒子あるいはＡｌ粒子）を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストを用意し、当該導電性ペーストをバリスタ素体２１上に印刷し、焼付あるいは焼成することにより形成する。めっき法を用いる場合は、真空めっき法（真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等）により、上述した金属を蒸着させることにより第２の反射層５５，５７を形成する。

第１の反射層５３は、第２の反射層５５，５７を覆うように該第２の反射層５５，５７上に形成されている。第１の反射層５３は、添加物Ａが分散されたガラス層であり、入射した光を拡散反射する。添加物Ａは、金属、金属酸化物、あるいは、金属酸化物で被覆された金属等を用いることができる。添加物Ａは、微小な粉体とされて、ガラス層に分散されている。なお、カラス層を構成するガラス成分としては、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ等を用いることができる。第１の反射層５３の厚みは、例えば０．１〜１０μｍ程度である。

添加物Ａとして金属を用いる場合、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属を用いることが好ましい。その中でも、添加物ＡとしてＡｇあるいはＡｌを用いることにより、第１の反射層５３は、波長４６０ｎｍ付近の光に対して優れた反射特性を有することとなる。

添加物Ａとして金属酸化物を用いる場合、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２からなる群より選ばれる一種以上の金属酸化物を用いることが好ましい。その中でも、添加物ＡとしてＡｌ_２Ｏ_３を用いることにより、第１の反射層５３は、波長４６０ｎｍ付近の光に対して優れた反射特性を有することとなる。

添加物Ａとして金属酸化物で被覆された金属を用いる場合、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２からなる群より選ばれる一種以上の金属酸化物で、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属を被覆したものを用いることが好ましい。その中でも、Ａｌ_２Ｏ_３で被覆されたＡｇもしくはＡｌ_２Ｏ_３で被覆されたＡｌを用いることにより、第１の反射層５３は、波長４６０ｎｍ付近の光に対して優れた反射特性を有することとなる。

本実施形態では、第１の反射層５３を添加物ＡとしてＡｇが分散されたガラス層としている。Ａｇが分散されたガラス層は、第２の反射層５５，５７上に、例えば印刷法により形成されている。印刷法を用いる場合は、ガラス粉末と、Ａｇ粉末と、有機バインダ及び有機溶剤を混合したガラスペーストを用意し、当該ガラスペーストを第２の反射層５５，５７及びバリスタ素体２１の主面２３の上に印刷し、乾燥後、焼成することにより第１の反射層５３を形成する。

各第２の反射層５５は、第１の反射層５３を貫通するように設けられた導体６１を通して該第１の反射層５３上に形成された複数のパッド電極６３にそれぞれ物理的且つ機械的に接続されている。これにより、第１の内部電極３１は、第２の反射層５５及び導体６１を通して複数のパッド電極６３に電気的に接続されることとなる。

第２の反射層５７は、第１の反射層５３を貫通するように設けられた導体６５を通して該第１の反射層５３上に形成された複数のパッド電極６７に物理的且つ機械的に接続されている。これにより、第２の内部電極４１は、第２の反射層５７及び導体６５を通して複数のパッド電極６７に電気的に接続されることとなる。

各パッド電極６５，６７は、例えば、印刷法あるいはめっき法により形成することができる。印刷法を用いる場合は、Ａｕ粒子あるいはＰｔ粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストを用意し、当該導電性ペーストを第１の反射層５３上に印刷し、焼付あるいは焼成することにより形成する。めっき法を用いる場合は、真空めっき法（真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等）により、ＡｕあるいはＰｔを蒸着させることによりパッド電極６５，６７を形成する。

導体６１，６５は、例えば、印刷法により形成することができる。印刷法を用いる場合は、金、銀、もしくは銀化合物を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストを用意し、当該導電性ペーストを第２の反射層５５，５７上の所望の位置に印刷し、焼付あるいは焼成することにより形成する。

続いて、図６及び図７を参照して、上述した構成を有する積層型チップバリスタ１１及び反射部５１の製造過程について説明する。図６は、本実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射部の製造過程を説明するためのフロー図である。図７は、本実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射部の製造過程を説明するための図である。

まず、バリスタ層を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ及びＡｌの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を用意する（ステップＳ１００）。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて２０時間程度混合・粉砕を行ってスラリーを得る。

このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して厚さ３０μｍ程度の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離してグリーンシートを得る（ステップＳ１０１）。

次に、グリーンシートに、第１及び第２の内部電極３１，４１に対応する電極部分を複数（後述する分割チップ数に対応する数）形成する（ステップＳ１０２）。第１及び第２の内部電極３１，４１に対応する電極部分は、Ａｇ−Ｐｄ合金粒子を主成分とする金属粉末、有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをスクリーン印刷等の印刷法にて印刷し、乾燥させることにより形成する。

次に、電極部分が形成された各グリーンシートと、電極部分が形成されていないグリーンシートとを所定の順序で重ねてシート積層体を形成する（ステップＳ１０３）。こうして得られたシート積層体をチップ単位に切断して、分割された複数のグリーン体ＧＬ１（図７参照）を得る（ステップＳ１０４）。得られたグリーン体ＧＬ１では、第１の内部電極３１に対応する電極部分ＥＬ１が形成されたグリーンシートＧＳ１と、第２の内部電極４１に対応する電極部分ＥＬ２が形成されたグリーンシートＧＳ２と、電極部分ＥＬ１，ＥＬ２が形成されていないグリーンシートＧＳ３とが順次積層されている。グリーンシートＧＳ１とグリーンシートＧＳ２との間に位置するグリーンシートＧＳ３は、複数枚積層してもよく、また、無くてもよい。

次に、グリーン体ＧＬ１に、１８０〜４００℃、０．５〜２４時間程度の加熱処理を実施して脱バインダを行った後、さらに、８５０〜１４００℃、０．５〜８時間程度の焼成を行い（ステップＳ１０５）、バリスタ素体２１を得る。この焼成によって、グリーン体ＧＬ１におけるグリーンシートＧＳ１〜ＧＳ３はバリスタ層となる。電極部分ＥＬ１は、第１の内部電極３１となる。電極部分ＥＬ２は、第２の内部電極４１となる。

次に、バリスタ素体２１の外表面に、第２の反射層５５，５７を形成する（ステップＳ１０６）。まず、バリスタ素体２１の外表面に、第２の反射層５５，５７用の導電性ペーストを付与する。ここでは、バリスタ素体２１の主面上に、対応する電極部分ＥＬ１，ＥＬ２に接するように導電性ペーストをスクリーン印刷工法にて印刷することによって、第２の反射層５５，５７に対応する電極部分を形成する。その後に、第２の反射層５５，５７に対応する電極部分を形成されたバリスタ素体２１を、所望の温度（５００〜８５０℃）にて熱処理（例えば、焼付けや焼成等）する。これにより、バリスタ素体２１の外表面に、第２の反射層５５，５７が形成されることとなる。第２の反射層５５，５７用の導電性ペーストには、銀もしくは銀化合物の粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合したものを用いることができる。

次に、第２の反射層５５，５７の上に、第１の反射層５３を形成する（ステップＳ１０７）。まず、第２の反射層５５，５７の上に第１の反射層５３用のガラスペーストを付与する。ここでは、Ａｇ粉末、ガラス粉末、有機バインダ及び有機溶剤を混合したガラスペーストをスクリーン印刷等の印刷法にて印刷塗布する。ガラスペーストを印刷塗布後、乾燥させることによって、第１の反射層５３に相当する層を形成する。このとき、導体６１，６５に対応する位置には、開口が形成されており、第２の反射層５５，５７が露出することとなる。そして、上記開口の位置に導体６１，６５用の導電性ペーストを付与する。その後に、上記ガラスペースト及び導電性ペーストが塗布されたバリスタ素体２１を、所望の温度（５００〜８５０℃）にて熱処理（例えば、焼付けや焼成等）する。これにより、第２の反射層５５，５７の上に、第１の反射層５３及び導体６１，６５が形成されることとなる。導体６１，６５用の導電性ペーストには、銀もしくは銀化合物の粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合したものを用いることができる。

このようにして、バリスタ素体２１及び反射部５１を形成した後、導体６１，６５の上に複数のパッド電極６３，６７を形成する（ステップＳ１０８）。ここでは、真空めっき法を用いて、導体６１，６５及び第１の反射層５３にＡｕを蒸着させることにより複数のパッド電極６３，６７を形成する。以上の過程により、反射部５１が形成された積層型チップバリスタ１１が得られることとなる。

再び図２を参照して、半導体発光素子１の構成について説明する。

半導体発光素子１は、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode）であり、基板２と、当該基板２上に形成された層構造体ＬＳとを備えている。ＧａＮ系の半導体ＬＥＤは、周知であり、その説明を簡略化する。基板２は、サファイアからなる光学的に透明且つ電気絶縁性を有する基板である。層構造体ＬＳは、積層された、ｎ型（第１導電型）の半導体領域３と、発光層４と、ｐ型（第２導電型）の半導体領域５とを含んでいる。半導体発光素子１は、ｎ型の半導体領域３とｐ型の半導体領域５との間に印加される電圧に応じて発光する。

ｎ型の半導体領域３は、ｎ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｎ型の半導体領域３は、基板２上にＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＳｉといったｎ型ドーパントが添加されてｎ型の導電性を有している。また、ｎ型の半導体領域３は、発光層４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｎ型の半導体領域３は、発光層４に対して下部クラッドとしての役割を果たす。

発光層４は、ｎ型の半導体領域３上に形成され、ｎ型の半導体領域３及びｐ型の半導体領域５から供給されたキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより発光領域において光を発生する。発光層４は、例えば、障壁層と井戸層とが複数周期にわたって交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造とすることができる。この場合、障壁層及び井戸層がＩｎＧａＮからなり、Ｉｎ（インジウム）の組成を適宜選択することによって障壁層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップより大きくなるように構成される。発光領域は、発光層４において、キャリアが注入される領域に生じる。

ｐ型の半導体領域５は、ｐ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｐ型の半導体領域５は、発光層４上にＡｌＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＭｇといったｐ型ドーパントが添加されてｐ型の導電性を有している。また、ｐ型の半導体領域５は、発光層４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｐ型の半導体領域５は、発光層４に対して上部クラッドとしての役割を果たす。

ｎ型の半導体領域３上には、カソード電極６が形成されている。カソード電極６は、導電性材料からなり、ｎ型の半導体領域３との間にオーミック接触が実現されている。ｐ型の半導体領域５上には、アノード電極７が形成されている。アノード電極７は、導電性材料からなり、ｐ型の半導体領域５との間にオーミック接触が実現されている。カソード電極６及びアノード電極７には、バンプ電極８が形成されている。

上述した構成の半導体発光素子１では、アノード電極７（バンプ電極８）とカソード電極６（バンプ電極８）との間に所定の電圧が印加されて電流が流れると、発光層４の発光領域において発光が生じることとなる。発光領域で発生した光は、半導体発光素子１の外に放射される。半導体発光素子１の外に放射された光の一部は、反射部５１によって反射される。

半導体発光素子１は、複数のパッド電極６３，６７にフリップチップ接続されている。すなわち、カソード電極６は、バンプ電極８を介して複数のパッド電極６３に電気的且つ物理的に接続されている。アノード電極７は、バンプ電極８を介して複数のパッド電極６７に電気的且つ物理的に接続されている。これにより、第３の電極部分３４と、第４の電極部分４５と、バリスタ層における第３の電極部分３４及び第４の電極部分４５に重なる領域とにより構成されるバリスタ部が半導体発光素子１に並列接続されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、反射部５１を積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間に配置するので、反射部５１が、半導体発光素子１が発生した光のうち積層型チップバリスタ１１に向かって進む光を反射する。このとき、反射部５１が第１の反射層５３と第２の反射層５５，５７とを有するので、半導体発光素子１から積層型チップバリスタ１１に向かって進む光は、まず第１の反射層５３に入射し、拡散反射される。そして、第１の反射層５３を通過した光は、第２の反射層５５，５７で正反射される。これらの結果、反射部５１から、第１の反射層５３で拡散反射された光と、第２の反射層５５，５７で正反射された光とが反射光として反射される。したがって、反射部５１が第１の反射層５３と第２の反射層５５，５７とを有することにより、発光装置ＬＥは極めて高い発光効率を得ることができる。また、反射光強度の面内分布も略均一となる。

また、本実施形態では、反射部５１の配置位置が積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間であるので、半導体発光素子１の周囲に特別なスペースを確保する必要がなくなる。したがって、発光装置ＬＥの小型化が可能となる。

本実施形態では、第１の反射層５３が、金属が分散されたガラス層である。これにより、第１の反射層５３が電気絶縁性を有することとなり、積層型チップバリスタ１１でのショートの発生を抑制することができる。第２の反射層５５と第２の反射層５７との間におけるショートの発生も抑制することができる。

本実施形態では、第１の反射層５３がガラス層であるので、第１の反射層５３を耐熱性に優れたものとすることができる。ガラス層には金属が分散されているので、入射した光を確実に拡散反射することができる。また、ガラス層に金属が分散されているので、第１の反射層５３の熱伝導率が比較的良好となり、半導体発光素子１からの熱を効率よく放散することができる。

第１の反射層５３が、金属酸化物が分散されたガラス層である場合も、第１の反射層５３が電気絶縁性を有することとなり、積層型チップバリスタ１１でのショートの発生を抑制することができる。また、第１の反射層５３を耐熱性に優れたものとすることもできる。ガラス層には金属酸化物が分散されているので、入射した光を確実に拡散反射することができると共に、第１の反射層５３の電気絶縁性をより一層高めることができる。また、金属酸化物はガラス中での分散性が良いため、金属酸化物が均一に分散することとなり、第１の反射層５３の特性ばらつきが少なくなる。また、第１の反射層５３がガラスと金属酸化物とを含むことにより、熱膨張係数が比較的小さくなる。このため、第１の反射層５３をひずみや割れ、クラックが生じにくいものとすることができる。

第１の反射層５３が、金属酸化物で被覆された金属が分散されたガラス層である場合も、第１の反射層５３が電気絶縁性を有することとなり、積層型チップバリスタ１１でのショートの発生を抑制することができる。また、第１の反射層５３を耐熱性に優れたものとすることができる。金属が金属酸化物で被覆されているので、ガラス中における金属の分散性を向上させることができると共に、反射効率を低下させずに第１の反射層５３の電気絶縁性をいっそう高めることができる。

本実施形態では、ガラス層に分散される金属が、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属である。Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉは他の一般的な金属と比較して反射率が高いため、第１の反射層５３の反射効率を向上させることができる。したがって、発光装置ＬＥの発光効率をより高めることができる。

ガラス層に金属酸化物を分散する、あるいは、金属に金属酸化物を被覆する場合、該金属酸化物は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２からなる群より選ばれる一種以上の金属酸化物であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２は他の一般的な金属酸化物と比較して反射率が高いため、第１の反射層５３の反射効率をより高めることができる。

本実施形態では、第２の反射層５５，５７は、金属層である。これにより、第１の反射層５３を通過した光を確実に正反射することができる。第２の反射層５５，５７を構成する金属層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属からなる。Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉは他の一般的な金属と比較して反射率が高いため、第２の反射層５５，５７の反射効率を向上させることができる。したがって、発光装置ＬＥの発光効率をより高めることができる。

ところで、バリスタ素体２１では、第１及び第２の内部電極３１，４１の対向方向での熱伝導率よりも、該対向方向に直交する方向での熱伝導率が大きい。これは、各内部電極３１，４１が、第１及び第２の内部電極３１，４１の対向方向に直交する方向に伸びていることに起因するものと推測され、第１及び第２の内部電極３１，４１に平行な方向に熱が伝わり易い。バリスタ素体２１の外表面のうち第１及び第２の内部電極３１，４１の対向方向に平行な方向に伸びる外表面（例えば、主面２３，２５）が、バリスタ素体２１の外表面のうち第１及び第２の内部電極３１，４１の対向方向に交差する方向に伸びる外表面よりも多く熱を放散する。

本実施形態では、第２の反射層５５，５７が、バリスタ素体２１の一方の主面２３に形成され、第１の反射層５３が、第２の反射層５５，５７を覆うように該第２の反射層５５，５７上に形成されている。これにより、反射部５１は、バリスタ素体２１の一方の主面２３に熱的にも結合し、半導体発光素子１において発生した熱は、反射部５１を通してバリスタ素体２１の一方の主面２３からバリスタ素体２１に効率よく伝わることとなる。バリスタ素体２１に伝えられた熱は、主として、バリスタ素体２１の外表面のうち第１及び第２の内部電極３１，４１の対向方向に平行な方向に伸びる外表面（例えば、主面２５）から放散される。この結果、半導体発光素子１の特性劣化を抑制して、発光装置ＬＥの発光効率をより高めることができる。

本実施形態では、第２の反射層５５，５７が、互いに電気的に絶縁された複数の金属層からなり、複数の金属層が、第１及び第２の内部電極３１，４１のうち対応する内部電極３１，４１にそれぞれ接続されると共に、第１の反射層５３を貫通するように設けられた導体６１，６５を通して該第１の反射層５３上に形成された複数のパッド電極６３，６７にそれぞれ接続されている。この場合、第２の反射層５５，５７が積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間の電流経路の一部を形成することとなる。この結果、反射部５１を積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間に配置した構成であっても、積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との確実な電気的接続を極めて簡素な構成で実現することができる。

また、積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１とでは、バンプ電極８、複数のパッド電極６３，６７、導体６１，６５、第２の反射層５５，５７及び第１及び第２の内部電極３１，４１が物理的に接続されている。これにより、半導体発光素子１において発生した熱は、主として、バンプ電極８、複数のパッド電極６３，６７、導体６１，６５、第２の反射層５５，５７及び第１及び第２の内部電極３１，４１を通して積層型チップバリスタ１１に伝わる。この結果、半導体発光素子１において発生した熱の放熱パスが拡がり、半導体発光素子１において発生した熱を効率よく放散することができる。

本実施形態において、バリスタ層がＺｎＯを主成分としている。ＺｎＯは、放熱基板として通常用いられるアルミナ等と同等程度の熱伝導率を有しており、比較的良好な熱伝導率を有する。したがって、第１及び第２の内部電極３１，４１からの熱の放散がバリスタ層により阻害されるのを抑制することができる。

本実施形態においては、半導体発光素子１が、積層型チップバリスタ１１と並列接続されるので、半導体発光素子１をＥＳＤサージから保護することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

本実施形態では、第２の反射層５５，５７が積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間の電流経路の一部を形成しているが、これに限られるものではない。例えば、第２の反射層５５，５７が積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間の電流経路の一部を形成することなく、積層型チップバリスタ１１及び半導体発光素子１と電気的に絶縁されていてもよい。この場合、第１の内部電極３１同士を電気的に接続する接続導体と、第２の内部電極４１同士を電気的に接続する接続導体とをバリスタ素体２１の主面２３にそれぞれ形成し、上記各接続導体と対応するパッド電極６３，６７とを電気的に接続する必要がある。第２の反射層５５，５７と各接続導体との電気的な絶縁は、第２の反射層５５，５７と接続導体との間に絶縁層（例えば、ガラス層等）を形成することにより実現することができる。また、第２の反射層５５，５７を、上記接続導体と電気的に絶縁されるように、バリスタ素体２１の主面２３上に形成してもよい。また、上記接続導体が、積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間の電流経路の一部を形成してもよい。

本実施形態では、バリスタ素体２１が第１の内部電極３１及び第２の内部電極４１をそれぞれ複数ずつ含んでいるが、これに限られない。例えば、バリスタ素体２１が第１の内部電極３１及び第２の内部電極４１をそれぞれ一つずつ含んでいてもよい。

本実施形態では、半導体発光素子１としてＧａＮ系の半導体ＬＥＤの発光ダイオードを用いているが、これに限られない。半導体発光素子１として、例えば、ＧａＮ系以外の窒化物系半導体ＬＥＤ（例えば、ＩｎＧａＮＡｓ系の半導体ＬＥＤ等）や窒化物系以外の化合物半導体ＬＥＤやレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）を用いてもよい。

本実施形態では、半導体発光素子１が積層型チップバリスタ１１上にフリップチップボンディングにより搭載されて該積層型チップバリスタ１１と電気的に接続されているが、これに限られるものではない。例えば、半導体発光素子１を積層型チップバリスタ１１上に金錫合金（Ａｕ−Ｓｎ）はんだや接着剤等により固定し、ワイヤボンディングにより積層型チップバリスタ１１と電気的に接続してもよい。

本実施形態に係る発光装置を示す斜視図である。 本実施形態に係る発光装置の断面構成を説明するための図である。 本実施形態に係る発光装置に含まれる反射部及び積層型チップバリスタを示す上面図である。 本実施形態に係る発光装置に含まれる積層型チップバリスタを示す下面図である。 本実施形態に係る発光装置に含まれる反射部の構成を示す模式図である。 本実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射部の製造過程を説明するためのフロー図である。 本実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射部の製造過程を説明するための図である。

符号の説明

１…半導体発光素子、１１…積層型チップバリスタ、１３，１４…外部電極、２１…バリスタ素体、２３，２５…主面、３１…第１の内部電極、４１…第２の内部電極、５１…反射部、５３…第１の反射層、５５，５７…第２の反射層、６１，６５…導体、６３，６７…パッド電極、Ａ…添加物、ＬＥ…発光装置。

Claims (10)

1. バリスタ層と、該バリスタ層を挟むように対向配置される複数の内部電極とを含むバリスタ素体と、を有する積層型チップバリスタと、
   前記積層型チップバリスタ上に配されると共に、該積層型チップバリスタに並列接続されるように前記複数の内部電極に電気的に接続された半導体発光素子と、
   前記積層型チップバリスタと前記半導体発光素子との間に配されると共に、前記半導体発光素子が発生した光を反射する反射部と、を備え、
   前記反射部が、
   入射した光を拡散反射する第１の反射層と、
   前記第１の反射層と前記積層型チップバリスタとの間に配されると共に、入射した光を正反射する第２の反射層と、を有し、
   前記第１の反射層が、金属が分散されたガラス層であることを特徴とする発光装置。
2. バリスタ層と、該バリスタ層を挟むように対向配置される複数の内部電極とを含むバリスタ素体と、を有する積層型チップバリスタと、
   前記積層型チップバリスタ上に配されると共に、該積層型チップバリスタに並列接続されるように前記複数の内部電極に電気的に接続された半導体発光素子と、
   前記積層型チップバリスタと前記半導体発光素子との間に配されると共に、前記半導体発光素子が発生した光を反射する反射部と、を備え、
   前記反射部が、
   入射した光を拡散反射する第１の反射層と、
   前記第１の反射層と前記積層型チップバリスタとの間に配されると共に、入射した光を正反射する第２の反射層と、を有し、
   前記第１の反射層が、金属酸化物が分散されたガラス層であることを特徴とする発光装置。
3. バリスタ層と、該バリスタ層を挟むように対向配置される複数の内部電極とを含むバリスタ素体と、を有する積層型チップバリスタと、
   前記積層型チップバリスタ上に配されると共に、該積層型チップバリスタに並列接続されるように前記複数の内部電極に電気的に接続された半導体発光素子と、
   前記積層型チップバリスタと前記半導体発光素子との間に配されると共に、前記半導体発光素子が発生した光を反射する反射部と、を備え、
   前記反射部が、
   入射した光を拡散反射する第１の反射層と、
   前記第１の反射層と前記積層型チップバリスタとの間に配されると共に、入射した光を正反射する第２の反射層と、を有し、
   前記第１の反射層が、金属酸化物で被覆された金属が分散されたガラス層であることを特徴とする発光装置。
4. 前記金属が、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属であることを特徴とする請求項１又は３に記載の発光装置。
5. 前記金属酸化物が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２からなる群より選ばれる一種以上の金属酸化物であることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
6. 前記第２の反射層は、金属層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の発光装置。
7. 前記金属層が、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の金属からなることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記第２の反射層が、前記バリスタ素体の外表面のうち前記複数の内部電極の対向方向に平行な方向に伸びる一の外表面に形成され、
   前記第１の反射層が、前記第２の反射層を覆うように該第２の反射層上に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の発光装置。
9. 前記第２の反射層が、互いに電気的に絶縁された複数の金属層からなり、
   前記複数の金属層が、前記複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ接続されると共に、前記第１の反射層を貫通するように設けられた導体を通して該第１の反射層上に形成された複数のパッド電極にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 前記半導体発光素子が、前記複数のパッド電極に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。

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