JP4254141B2

JP4254141B2 - 発光装置

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Publication number: JP4254141B2
Application number: JP2002186048A
Authority: JP
Inventors: 晃行北野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2003115611A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発光素子を備えた発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、面光源用の複数の発光素子を有する発光装置は、配線基板上に複数の発光素子チップをそれぞれダイボンディングして、各発光素子の電極間及び配線基板の端子電極間を例えば、ワイヤーボンディングにより接続することにより構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複数の発光素子チップをそれぞれダイボンディングすることにより構成された発光装置では、発光素子チップを高密度に実装することに一定の限界があり、輝度の高い発光装置を構成することが困難であった。
また、発光素子チップごとにダイボンディングしてさらに各素子チップ間等を接続する必要があるので、生産性が悪く安価に製造することが困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は輝度が高くかつ安価に製造することができかつ面発光光源又はディスプレイとして利用できる発光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、一方の面にｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む半導体層が形成され、該半導体層において複数の発光素子がマトリクス状に構成された透光性を有する第１の基板と、配線電極が形成された第２の基板とを備えており、
上記発光素子はそれぞれ上記ｎ型半導体層の上に形成されたｎ電極と上記ｐ型半導体層の上に形成されたｐ電極とを同一面側に有し、
上記第２の基板における配線電極は、上記第２の基板の上に、複数行の負電極ラインと、それらの負電極ラインと交差し絶縁膜を介して設けられた複数列の正電極ラインと、を順に有しており、
上記各発光素子のｐ電極およびｎ電極がそれぞれ、上記配線電極の正電極ラインおよび上記絶縁膜の開口部により露出された負電極ラインの表面にそれぞれバンプにより接合され、
上記第１の基板は、その他方の面に、透光性部材に蛍光物質が分散されてなる色変換層と、複数の貫通孔が形成されたマスクとを備え、上記貫通孔は、上記発光素子の上にそれぞれ対応して形成されており、
上記色変換層は、上記マスクを覆い、かつ上記各貫通孔に充填されている。
【０００６】
以上のように構成された発光装置は、上記透光性基板の上に複数の発光素子を一体で形成しているので、各発光素子を個別のチップとして形成した後に実装した従来の発光装置に比較して発光素子を高密度に形成することができ、かつ各発光素子で発光した光を上記透光性基板を介して出力できる。
また、本発明の発光装置は、上記透光性基板の上に複数の発光素子を一体で形成し、かつ各発光素子のｐ及びｎ電極をバンプにより配線電極と接続しているので、接続工程を従来の発光装置の接続工程に比較して生産性良く接続でき、安価に製造することができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る発光装置においては、上記第１の基板と上記第２の基板の間に位置する上記複数の発光素子を上記第１の基板の周囲に樹脂を形成することにより封止することもできる。
これにより、信頼性の高い発光装置を提供できる。
【００１１】
また、本発明に係る発光装置では、上記第１の基板の他方の面に、透光性部材に蛍光物質が分散されてなる色変換層を形成するようでき、これにより、発光素子が発生する光とは異なる色（例えば、白色）の光を出射できる。
この場合、上記発光素子は紫外光を発光し、上記蛍光物質は紫外光を吸収して可視光を発光するものを用いることもでき、この構成により発光色のバラツキの少ない光を出射できる。
【００１３】
さらに、本発明に係る発光装置では、指向性を持たせるために、上記第１の基板上に、直接又は上記色変換層を介してレンズを形成するようにしてもよい。
また、上記レンズはフレネルレンズにより構成でき、これにより薄型の発光装置が実現できる。
【００１４】
また、本発明に係る発光装置は、上記第１の基板上に、導光板を設けることができ、これにより発光面内における均一性をより良好にでき、バックライト用として優れた特性を有する発光装置とできる。また、このように構成されたバックライト用の発光装置は、例えば、液晶用のバックライトとして優れているだけではなく、高輝度でかつ均一に発光させることができることから、太陽光などの強い光がある屋外で使用された場合においても発光が確認しやすく、例えば、信号灯の光源としても優れた特性を有している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の発光装置について説明する。
実施の形態１．
本実施の形態１の発光装置は、図２の側面図に示すように、透光性基板上に複数の発光素子が配列されてなる発光素子アレイ１００と、配線電極が形成された配線基板２００とが詳細後述するように接合されて構成される。
【００１６】
本実施の形態１において、発光素子アレイ１００は、例えばサファイアからなる透光性基板１１の一方の面上に発光素子１がマトリクス状（１２×１２）に形成されてなる。ここで、各発光素子１は、図１０（ｂ）に示すように、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層１２ｂの上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｐ型半導体層１４が積層された構造を有し、ｐ型半導体層の一部を除去して露出させたｎ型半導体層１２ｂ上にｎ電極１３が形成され、ｐ型半導体層１４上にｐ電極１５が形成されることにより構成される。
尚、本発明において、ｎ型半導体層１２ｂとｐ型半導体層１４の間に、例えば窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層を有していても良いし、ｎ型半導体層１２ｂ及びｐ型半導体層１４はそれぞれ複数の窒化ガリウム系化合物半導体層により構成されていてもよい。
【００１７】
また、本実施の形態１において、配線基板２００は、絶縁性基板上に図１及び図３に示すように発光素子アレイ１００の各列の発光素子のｐ電極と各行の発光素子のｎ電極とにそれぞれ対応するように正電極ライン２と負電極ライン３が形成されることにより構成される。
具体的には、図４に示すように、絶縁性基板の一方の面上に、発光素子アレイ１００の各行に対応する負電極ライン３が互いに平行に１２本形成され、その上に絶縁膜４が形成される。ここで、絶縁膜４には発光素子１のｎ電極に対応する位置にそれぞれ開口部４ａが形成されて、各ｎ電極と接続するために負電極ライン３の表面が露出されている。
また、正電極ライン２は、各列の発光素子１のｐ電極に対応して、絶縁層４上に形成されている。
【００１８】
以上のように構成された配線基板２００において、図５に示すように、正電極ライン２上の各発光素子１のｐ電極に対応する位置にハンダバンプ２ａを形成し、負電極ライン３の開口部４ａにより露出された部分にハンダバンプ３ａを形成する。
そして、配線基板２００の配線電極が形成された面と発光素子アレイの発光素子が形成された面とを対向させて、正電極ライン２のハンダバンプ２ａにそれぞれ各発光素子のｐ電極が接して対向し、負電極ライン３のハンダバンプ３ａにそれぞれ各発光素子のｎ電極が接して対向するように位置合わせをして、ハンダバンプ２ａ，３ａを溶融することにより接合する（図１）。
【００１９】
さらに、本実施の形態１の発光装置では、発光素子アレイ１００と配線基板２００とを接合した後、接合部分の周囲（発光素子アレイ１００の周囲）にシリコーン等の樹脂を形成することにより、発光素子及びその接合部分を封止する。
以上のように本実施の形態１の発光装置は構成される。
【００２０】
以上のようにして構成された実施の形態１の発光装置は、各発光素子において発光した光を透光性基板１１を介して出力することができる。
このように構成された本実施の形態１の発光装置によれば、全ての発光素子を同時に点灯させることにより、比較的発光面積が大きく輝度の高い面状発光光源が実現できる。
また、本実施の形態１の発光装置によれば、各発光素子を点灯を個別に制御して、指定された発光素子のみを点灯させることにより、高輝度でかつ高精細なディスプレイを実現できる。
【００２１】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２は、均一な面発光特性が要求されるバックライト（例えば、液晶表示板のバックライト）用として用いることを意図した照明装置である。
具体的には、実施の形態１の発光装置においてさらに、透光性基板１１の発光面上に、光を拡散（散乱）させる導光板を設け、その導光板を介して光を出射するように構成し、これにより、発光面（導光板の表面）内における光の強度分布の均一性を向上させている。本実施の形態２の発光装置において、上述以外の部分は、実施の形態１の発光装置と同様に構成される。
【００２２】
本発明において、導光板を構成する材料としては、光透過性及び成形性に優れていることが好ましく、具体的な材料としてアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非結晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂等の有機部材や、ガラス等の無機部材等を用いることができる。また、導光板の表面は、発光素子で発光した光の透過率を向上させ、かつ外から入射する光を効果的に反射させるため、表面粗さは、Ｒａ２５μｍ（ＪＩＳ規格）以下であることが好ましい。
【００２３】
本実施の形態２において、導光板は、透光性基板１１の発光面に対向させて接合する。導光板の接合方法は、ネジ止め、接着、溶着等、位置決めが容易で、所定の接合強度が得られる種々の方法を用いることができ、以下のように嵌め合わせるようにして接合してもよい。例えば、導光板の端部の数カ所に爪部を設け、その爪部を配線基板２００の底面の端と嵌め合わせるようにして固定することができるし、導光板の端部又はその近傍の数カ所にピンを設け、そのピンを配線基板２００に形成した貫通孔に嵌め合わせるようにして固定することもできる。
このようにして構成された、実施の形態２のバックライト用の発光装置は、発光面全体に亙って発光強度の均一性に優れ、高輝度な発光が可能である。
【００２４】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の発光装置は、発光波長が４６０ｎｍである複数の青色発光素子を備えた発光装置であって、図１２に示すように、発光面側に色変換層１２０を形成している。本実施の形態３の発光装置において、上述した以外の部分は、実施の形態１の発光装置と同様に構成される。
すなわち、本実施の形態３の発光装置では、透光性基板１１の発光素子が形成されている面の反対側の面に色変換層１２０を形成している。色変換層１２０は、例えば、透光性部材であるエポキシ樹脂組成物１００ｗｔ％に対してフィラーであるＳｉＯ_２を７５ｗｔ％および中心粒径が１６μｍである（Ｙ_０．９Ｇｄ_０．１）_{２．８５０}Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ_{０．１５０}蛍光物質を１２ｗｔ％含有させてなる色変換層材料をスクリーン印刷にて透光性基板の表面に形成する。このようにして、発光装置を形成すると、均一に発光することが可能な白色面光源が得られる。
【００２５】
（蛍光物質）
本発明では、色変換層には無機蛍光物質や有機蛍光物質等、種々の蛍光物質を含有させることができる。この蛍光物質の一例として、無機蛍光物質である希土類元素を含有する蛍光物質があげられる。この希土類元素含有蛍光物質として、より具体的には、Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、およびＳｍから選択される少なくとも１つの元素を有するガーネット（ざくろ石）型蛍光体があげられる。本発明では、特に、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体を用いることが好ましく、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕ、およびＰｒ等を含有させることも可能である。
【００２６】
本実施の形態３では、発光素子アレイからの青色系の光と、その光の一部を吸収して変換する蛍光物質により発光される黄色系の光との２波長の混色により白色系の光を合成しているが、本発明では２種類の蛍光物質を用い３波長の混色により白色系の光を合成することもできる。例えば、青色系の光を発光する発光素子アレイ（主波長＝４５５ｎｍ）の発光面側に、前記発光素子アレイの光の主発光波長よりも短波長側の光により励起され（励起光＝４４０ｎｍ）緑色系の光（励起光＝５３０ｎｍ）を発光することが可能なＹＡＧ系蛍光体であるＹ_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅ第一蛍光体と、その第一蛍光体とほぼ同一の励起光を有し赤色系の光（主波長＝６５０ｎｍ）を発光することが可能な窒化物系蛍光体であるＳｒ_{０．６７９}Ｃａ_{０．２９１}Ｅｕ_０．０３）_２Ｓｉ_５Ｎ_８第二蛍光体と、を有する色変換層１２０を形成すると、これらの３波長の混色により演色性に優れた暖色系の白色系発光装置が得られる。
上記窒化物系蛍光物質は、ＬＸＭＹＮ_{（２Ｘ／３＋４Ｙ／３）}：Ｚ（ＬはII価のＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇからなる群より選ばれる少なくとも１種であり、ＭはIV価のＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも一種であり、ＮはＥｕ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｎｄからなる群より選ばれる少なくとも１種であり、ＺはＥｕ，Ｍｎ，Ｃｅからなる群から選ばれる少なくとも一種である。）で表される基本構成元素と、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｂ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｏ及びＦｅからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の元素とを含有する窒化物蛍光体である。このような元素を有することにより、粒径の調整及び発光輝度の向上させることができる。また、Ｂ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌは残光を押さえることができるという効果を有している。
【００２７】
（透光性部材）
本実施の形態３では、透光性部材中に発光素子の光の一部を吸収し異なる波長の光を発光することが可能な蛍光物質を含有させて色変換層として用いているが、その透光性部材は、用いる発光素子の特徴（発光波長や発光強度など）や発光装置の用途に応じて、有機物及び無機物のいずれをも持ちいることができる。本発明に好適に用いられる透光性部材の具体的材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂やＳｉＯ_２等の無機物などが挙げられる。また、本発明では、蛍光物質と共に顔料やフィラー等を透光性部材中に含有させても良い。また、透光性部材として、比較的紫外線により劣化しにくい樹脂や無機物であるガラス等を用いることにより、４００ｎｍより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とする発光素子を用いることもできる。紫外領域の波長を有する発光素子を利用する色変換型の発光装置では、蛍光物質により変換された光の発光色のみにより色度が決定されるため、発光素子の波長等のバラツキが直接発光装置の発光色のバラツキとして現われることはない。従って、発光素子の発光し蛍光物質の発光の混色により発光色を決定している、可視光を発光する半導体発光素子を用いた発光装置とは異なり、半導体発光素子の波長などのバラツキを吸収することができることになり、バラツキを小さくできる結果、製造歩留まりを向上させることができるので、量産性を向上させることができる。発光素子として、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子を用いる場合、色変換層１２０は比較的紫外線に強い樹脂やガラス等に、紫外線を吸収して可視光を発光する蛍光物質を含ませて構成することが好ましい。このような短波長の光により赤、青、及び緑の発光が可能な蛍光物質として以下のようなものがある。例えば赤色蛍光体としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＳｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、及び緑色蛍光体として（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３が挙げられる。これらの蛍光物質を耐紫外線樹脂などに含有させ、短波長発光の発光素子を用いた発光装置の色変換層として用いることにより、白色光を得ることができる。上記蛍光物質の他、赤色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ、Ｍｇ_６Ａｓ_２Ｏ_１１：Ｍｎ、Ｇｄ_２Ｏ_２：Ｅｕ、ＬａＯ_２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＲｅ_１０（ＰＯ_４）_６Ｑ_２：Ｅｕ、Ｒｅ_１０（ＰＯ_４）_６Ｑ_２：Ｅｕ，Ｍｎ（ただしＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選択される少なくとも一種、Ｑはハロゲン元素のＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選択される少なくとも１種）、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ等を好適に用いることができる。以上、例示した蛍光物質を用いることにより高輝度に発光可能な白色発光装置を得ることができる。
【００２８】
色変換層１２０は、上述の異種の蛍光物質を混合して１層の色変換層を形成する場合、異種の蛍光物質の中心粒径及び粒子形状は類似していることが好ましく、これによって各種蛍光物質から発光される光が良好に混色され色ムラを抑制することができる。また、各蛍光物質毎に異なる色変換薄膜層として形成し、それらを積層するようにしてもよい。
それぞれ一種類の蛍光物質を含む色変換薄膜層を積層して色変換多重層を構成する場合、それぞれの蛍光物質の紫外光透過率を考慮すると、各層中における蛍光物質の紫外線透過率は基板側である下層から上層にかけて順に高いことが好ましい。また、各層中における蛍光物質の中心粒径は、基板側である下層から上層にかけて順に小さいことが好ましい。これにより、最上層の蛍光物質まで効率的に紫外線を照射できるとともに外部への紫外線の漏れを防止することができる。
例えば、上記列記した赤色蛍光物質、緑色蛍光物質、及び青色蛍光物質を使用する場合、基板側から赤色蛍光物質層、緑色蛍光物質層、青色蛍光物質層の順に積層することが好ましく、各蛍光体の中心粒径は、赤色蛍光物質＞緑色蛍光物質＞青色蛍光物質であることが好ましい。
また、そのほか、ストライプ状、格子状、またはトライアングル状となるように各色変換層を素子上に配置させることもできる。このように各層の間に間隔を設けて配置させると混色性が良好となり好ましい。
【００２９】
本実施の形態３では、フラットな面である透光性基板（例えば、サファイア基板）上に接して色変換層１２０を形成するので、色変換層１２０の膜厚を均一にすることができ、発光効率の高い大きな粒径を有する蛍光物質を使用した際に生じやすい色むらを最小限に抑制することができる。本発明に係る色変換層に用いる蛍光物質の粒径は、中心粒径が６μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍであり、このような粒径を有する蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。粒径が６μｍより小さい蛍光物質は、比較的凝集体を形成しやすく、液状の樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の幅も狭い。ここで本発明において、蛍光物質の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光物質の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにおいて測定して得られたものである。本発明において蛍光物質の中心粒径とは、前記体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値である。この中心粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることにより、色ムラが抑制され均一発光が可能な発光装置が得られる。
【００３０】
本実施の形態３で用いられた蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得た後、又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得た後、これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことにより作成できる。
【００３１】
（フィラー）
本発明で使用可能なフィラーは、ＳｉＯ_２に限定されず、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム等、種々のものを用いることができる。本発明においてフィラーの粒径は、中心粒径が５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、このような粒径のフィラーを色変換層１２０に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。また、フィラーは蛍光物質と類似の粒径及び／又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書では、類似の粒径とは、各粒子のそれぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光物質とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中における蛍光物質の分散が良好になり色ムラが抑制される。更に、蛍光物質及びフィラーは、共に中心粒径が１５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍであると好ましく、このような範囲に粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。また、このような粒径範囲の蛍光物質及びフィラーを透光性樹脂に含有させスクリーン印刷法にて色変換層を形成し、硬化させた後のダイシング工程を行うと、これらの粒子によりダイシングブレードの目詰まりが回復されるドレッサー効果が得られ量産性が向上される。
【００３２】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の発光装置は、実施の形態３の発光装置において、色変換層を形成する前に、アルミ製のマスク１２２を設け、その上から色変換層を形成した以外は、実施の形態２の発光装置と同様に構成される。本実施の形態４のマスク１２２は、図１３（ｂ）に示すように、発光アレイ１００の各発光部分に対応して１２×１２個の貫通孔１２２ａを有する２ｍｍ厚のアルミ製マスク１２２であり、図１３（ａ）に示すように、透光性基板の発光素子が形成されている面の反対側の面にを設け、その上から蛍光物質を含む透光性部材からなる色変換層１２３を形成する。ここで、色変換層１２３は、図１４の断面図に示すようにマスク１２２を覆いかつ貫通孔１２２ａに充填されるように形成する。実施の形態４では、このように構成することにより光の拡散が防止され、鮮明でかつコントラストが向上された表示装置（マトリクスダイ白色表示ドットマトリクスユニット）が得られる。
【００３３】
ここで、前記マスク１２２は、金属等の導電性部材およびプラスチック等の絶縁性部材の、どちらも使用可能であり、熱伝導性の優れた部材を用いることが好ましい。これにより、発光素子アレイを大電流で点灯させた際でも良好な信頼性を維持することが可能となる。マスク１２２は金属などからなる平板に、プレス加工またはエッチング等により円形孔を各発光部分に対応してマトリクス状に形成する。アルミを用いてマスク１２２を形成する場合、黒色アルマイト処理を施し、表面を黒色にすることが好ましく、これにより、良好なコントラストが得られる。アルミ以外の金属又は樹脂を用いてマスク層を形成する場合は、主面側に黒インクを印刷することにより同様の効果が得られる。このように形成されたマスク１２２を例えば、サファイア基板からなる透光性基板の半導体層を積層した側とは反対側の面に載置した後、前記マスク１２２を覆うように色変換層１２３を塗布し、発光素子アレイとマスク層とを一体化する。これにより作業性良く発光装置を作製することができる。また、マスク層の貫通孔孔１２２ａ内に予め色変換層を形成した後、基板上に接着剤等にて固着するようにしてもよい。
【００３４】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の発光装置は、実施の形態２の発光装置において色変換層１２０の上にさらに、レンズ１３０を形成したものである。
すなわち、実施の形態２において、色変換層１２０を塗布した後、その上面に発光素子アレイ１００全体を覆うように、所定の形状に成形された半球状レンズ１３０を載置し、色変換層１２０を硬化させて構造的に一体化する。このように構成された実施の形態４の発光装置は、各発光素子から出射された光を良好に集光することができ、指向特性に優れた表示装置が得られる。
【００３５】
本実施の形態において、レンズは、樹脂やプラスチック、ガラス等により予め成形されたレンズを別途固着させる方法の他、直接ポッティングすることにより形成することもできる。前者の場合、レンズ形状を所望に応じて任意に決定することができる。
また、本実施の形態４の発光装置では、凸レンズ１３０を用いて構成したが本発明はこれに限られるものではなく、例えば、フレネルレンズ等の他のレンズを用いて構成してもよい。
実施の形態４の発光装置では、色変換層１２０の表面は平坦であることから、色変換層１２０の表面にフレネルレンズを形成することは容易であり、また、フレネルレンズを用いて構成することにより、薄型の発光装置を提供できる。
【００３６】
以上の実施の形態では、（１２×１２）個の発光素子を備えた発光装置の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
以下、本発明に係る種々の変形例について説明する。
変形例１．
本変形例１の発光装置は、各発光素子ごとにｎ型半導体層１２ａを分離することなくｐ型半導体層のみを各発光素子ごとに分離することにより透光性基板１１上に４つの発光素子を形成した発光素子アレイ１００ａ（図１０（ａ））を用いて構成している。
この発光素子アレイ１００ａにおいて、ｎ型半導体層１２ａを発光素子ごとに分離していないこと及び発光素子が４つであること以外は、実施の形態の発光素子アレイ１００と同様に構成される。
【００３７】
また、変形例１の発光装置において、配線基板の正電極２１は発光素子アレイ１００ａの各行に配置された発光素子のｐ電極にそれぞれ対応する２つの正電極枝（互いに平行）が一端で接続されてなり、負電極３１は、発光素子アレイ１００ａの各行に配置された発光素子のｎ電極にそれぞれ対応する２つの負電極枝（互いに平行）が一端で接続されてなる。
以上のように配置された正電極（正電極枝）２１上の各発光素子のｐ電極に対応する位置にハンダバンプ２１ａを形成し、負電極（負電極枝）３１上の各発光素子のｎ電極に対応する位置にハンダバンプ３１ａを形成する。
【００３８】
そして、配線基板の配線電極（正電極２１と負電極３１）が形成された面と発光素子アレイ１００ａの発光素子が形成された面とを対向させて、正電極２１のハンダバンプ２１ａにそれぞれ各発光素子のｐ電極が接して対向し、負電極３１のハンダバンプ３１ａにそれぞれ各発光素子のｎ電極が接して対向するように位置合わせをして、ハンダバンプ２ａ，３ａを溶融することにより接合する（図１）。
【００３９】
以上のように構成された変形例１の発光装置は実施の形態と同様の作用効果を有し、さらに以下のような特徴を有する。
すなわち、発光素子の数が比較的少ない４つであることから、図６（ａ）に示すように、正電極２１と負電極３１とを互いに交差させることなく配置できるので、実施の形態の正電極ライン２と負電極ライン３のように絶縁層４を介して絶縁する必要がない。
従って、配線パターン（正電極２１と負電極３１）を形成する際に絶縁層を形成する工程を削除しかつ正電極２１と負電極３１の配線パターンを例えば同時に（１度のエッチング工程で）作製できるので、製造コストを低減できる。
【００４０】
変形例２．
本変形例２の発光装置は、変形例１と同様、ｎ型半導体層１２ａを分離することなく透光性基板１１上に４つの発光素子を形成した発光素子アレイ１００ａを用い、配線基板の配線パターンを次のようにしている。
【００４１】
すなわち、変形例２の発光装置において、図７(ａ)（ｃ）に示すように、配線基板の負電極３２は発光素子アレイ１００ａの１つの発光素子のｎ電極のみに対応して形成され、正電極２２は発光素子アレイ１００ａの４つの発光素子のｐ電極にそれぞれ対応するように形成されている。
以上のように配置された負電極３２上において、上記１つの発光素子のｎ電極に対応する位置にハンダバンプ３２ａを形成し、正電極２２上の各発光素子のｐ電極に対応する位置にハンダバンプ２２ａを形成する。
【００４２】
そして、配線基板の配線電極（正電極２２と負電極３２）が形成された面と発光素子アレイ１００ａの発光素子が形成された面とを対向させて、負電極３２のハンダバンプ３２ａに上記１つの発光素子のｎ電極が接して対向し、正電極２２のハンダバンプ２２ａにそれぞれ各発光素子のｐ電極が接して対向するように位置合わせをして、ハンダバンプ２２ａ，３２ａを溶融することにより接合する（図１）。
【００４３】
以上のように構成された変形例１の発光装置は、実施の形態及び変形例１と同様の作用効果を有する。
すなわち、変形例２の発光装置は、負電極３２と正電極２２とを互いに交差させることなく配置できるので、配線基板の配線パターンを形成する際に絶縁層を形成する工程を削除しかつ負電極３２と正電極２２の配線パターンを例えば同時に（１度のエッチング工程で）作製できるので、製造コストを低減できる。
【００４４】
変形例３．
本変形例３の発光装置は、
各発光素子ごとにｎ型半導体層１２ｂを分離して透光性基板１１上に４つの発光素子を形成した発光素子アレイ１００ｂを用い、配線基板の配線パターンを次のようにしている。
【００４５】
すなわち、変形例３の発光装置において、図８(ａ)（ｃ）に示すように、配線基板の負電極３３は発光素子アレイ１００ｂの１つの発光素子（第１の発光素子）のｎ電極のみに対応するように形成され、正電極２３は第１の発光素子に対して対角配置された第２の発光素子のｐ電極に対応するように形成されている。
また、配線基板上には、正電極２３に電極が接続される第２の発光素子と負電極３３にｎ電極が接続される第１の発光素子との間に他の２つの発光素子が直列に接続されるように、所定の２つの発光素子のｎ電極とｐ電極の間を接続する接続電極４１，４２，４３が形成されている。
【００４６】
以上のように配置された正電極２３、負電極３３及び接続電極４１，４２，４３上において、各発光素子のｎ電極及びｐ電極に対応する位置にそれぞれハンダバンプ２３ａ，３３ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａを図８（ｂ）に示すように形成する。
そして、配線基板の配線電極（正電極２３と負電極３３）が形成された面と発光素子アレイ１００ｂの発光素子が形成された面とを対向させて、各ハンダバンプと対応する発光素子のｎ電極又はｐ電極が接して対向するように位置合わせをして、ハンダバンプを溶融することにより接合する（図８（ｃ））。
【００４７】
以上のように構成された変形例１の発光装置は、実施の形態及び変形例１と同様の作用効果を有する。
【００４８】
変形例４．
本変形例４の発光装置は、変形例３と同様、ｎ型半導体層１２ａを分離して透光性基板１１上に４つの発光素子を形成した発光素子アレイ１００ｂを用いた例であるが、本変形例４では配線基板の配線パターンを次のようにしている。
【００４９】
すなわち、変形例４の発光装置において、図９(ａ)（ｃ）に示すように、配線基板の負電極３４は各発光素子のｎ電極にそれぞれ対応して４本形成され、正電極２４は各発光素子のｐ電極にそれぞれ対応するように４本形成されている。
以上のように配置された正電極２４及び負電極３４上にそれぞれ、各発光素子のｐ電極と各発光素子のｎ電極に対応する位置にハンダバンプ２４ａ，３４ａを形成する。
【００５０】
そして、配線基板の配線電極（正電極２４と負電極３４）が形成された面と発光素子アレイ１００ｂの発光素子が形成された面とを対向させて、負電極３４のハンダバンプ３４ａに各発光素子のｎ電極が接して対向し、正電極２４のハンダバンプ２４ａに各発光素子のｐ電極が接して対向するように位置合わせをして、ハンダバンプ２４ａ，３４ａを溶融することにより接合する（図９（ｃ））。
以上のように構成された変形例４の発光装置は、実施の形態及び変形例１と同様の作用効果を有する。
【００５１】
以上実施の形態及び変形例１〜４で説明したように、直列接続、並列接続、マトリクス接続等、用途に応じて種々の接続方法を採用することができる。
また、本発明の構成では、例えば１２８×１２８等の極めて多くの発光素子を有する発光装置を構成することもでき、その適用範囲を拡大することができる。
【００５２】
以上の実施の形態及び変形例では、ハンダバンプを用いた例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ＡｕやＡｌ等の他のバンプを用いて構成してもよい。
Ａｕ等からなるバンプを用いる場合、配線基板の配線電極上又は発光素子の正電極及び負電極上のいずれかに形成するようにしても良いし、配線基板の配線電極上及び発光素子の正電極と負電極上の双方に形成するようにしても良い。
また、Ａｕバンプ等は例えば、ネイルヘッドボンディング方式のボンダを用いて、キャピラリーの先端のＡｕワイヤーの先端を電気トーチもしくは水素トーチ等で溶解することによりボールを形成して、そのボールを電極上に接合させた後にボールのネック部でワイヤーを切断することにより形成することができる。
このＡｕボールバンプを用いる場合、形成されたボールバンプの高さは揃っている方が好ましく、平面度の高いステージにボールバンプを押しつける、又は、ボールバンプを形成した後、所定の高さでキャピラリーを横方向に摺動させる等の方法により高さをそろえるための処理をすることが好ましい。
尚、Ａｕ等のバンプを用いた場合、加熱加圧処理（加圧ツールに超音波振動を付加することもある）による熱圧着（Ａｕ−Ａｕ間の場合）又は加熱処理による共晶合金接合（例えば、Ａｕ−Ｓｎの場合）により接合させることができる。
【００５３】
比較例
図１１は、比較例の発光装置の構成を示す平面図である。
比較例の発光装置は、金属又は絶縁体からなるベース７０の上に４つの発光素子を備えた発光素子アレイ１００ｂが発光素子を上にしてダイボンディングされ、４つの発光素子が変形例３と同様の直列接続されるようにワイヤー５２，５３，５４によりワイヤーボンディングされ、さらに一端に位置する発光素子のｐ電極が正側のリード端子６１にワイヤーボンディングされかつ他端の発光素子のｎ電極が負側のリード端子６２にワイヤーボンディングされることにより構成される。
以上のように構成された比較例の発光装置は、各発光素子において発光した光はｐ及びｎ電極が形成された側から出力される。
【００５４】
次に、本発明に係る発光装置により得られる効果について比較例の発光装置と対比しながら説明する。
（１）本発明の発光装置によれば、高輝度の発光装置が実現できる。
すなわち、比較例の発光装置のように、発光素子間及び発光素子とリード端子の間をワイヤーボンディングにより接続しかつ発光した光をｐ及びｎ電極が形成された側から出力するように構成すると、発光した光がワイヤーにより遮られるので光の取りだし効率を大きくできないのに対して、本発明の構成ではフリップチップボンディングをすることによりかかる問題がなく、高輝度の発光が可能になる。
本発明者らの検討によれば、比較例の発光装置と、その比較例と同様の配線により構成した変形例３の発光装置との光度及びパワーを比較した場合、変形例３の発光装置の光度及びパワーは比較例に係るものより１．４倍であった。
【００５５】
（２）本発明の構成によれば、製造歩留まりを向上させることができる。
すなわち、比較例の発光装置のように、ワイヤーボンディング法を用いると、発光領域に打痕を付ける等、半導体層にダメージを与えることがあるが、本発明の構成ではかかる問題はなく、製造歩留まりを向上させることができる。
【００５６】
（３）本発明の構成によれば、発光素子の個数に制限がない。
すなわち、比較例のワイヤーボンディング法を用いて構成した発光装置では、発光素子の数が多くなると発光素子間の接続が困難となり、発光素子の数に制限があるが、本発明の構成によればかかる制限はない。
【００５７】
（４）本発明の構成によれば、薄型化が可能となる。
すなわち、比較例のワイヤーボンディング法を用いて構成した発光装置では、発光素子の表面を保護するために、発光素子の表面に樹脂を形成する必要があるが、この封止樹脂をワイヤーを覆うように形成する必要があるために必然的に一定以上の厚さに樹脂を形成する必要がある。
しかしながら、本願の構成では、発光装置の厚さを、ほぼ発光素子アレイ厚さと配線基板の厚さとを加えた厚さにできるので、透光性基板及び絶縁性基板の厚さをそれぞれ薄くすることにより、薄型化が可能となる。
【００５８】
（５）本発明の構成によれば、生産性を向上させることができる。
すなわち、比較例の発光装置では、ワイヤーを順次接続する必要があるので、発光素子の個数が多くなるとボンディングに要する時間がかかり生産性が低下するが、本発明の構成ではかかる問題はない。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る発光装置は、一方の面にｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む半導体層が成長され、該半導体層に複数の発光素子が一体で構成された透光性を有する第１の基板と、配線電極が形成された第２の基板とが、上記発光素子のｎ電極と上記ｐ電極とが上記配線電極に対向してバンプにより接合されることにより構成されている。
これにより、本発明によれば、輝度が高くかつ安価に製造することができかつ面発光光源又はディスプレイとして利用できる発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の発光装置の平面図である。
【図２】実施の形態の発光素子の側面図である。
【図３】実施の形態の回路図である。
【図４】実施の形態に用いる配線基板の配線パターンを示す平面図である。
【図５】図４の配線パターン上にハンダバンプを形成した平面図である。
【図６】本発明に係る変形例１の発光装置における、配線基板の配線パターンを示す平面図（ａ）と配線パターン上にバンプを形成した平面図（ｂ）と発光素子アレイを接続した平面図（ｃ）である。
【図７】本発明に係る変形例２の発光装置における、配線基板の配線パターンを示す平面図（ａ）と配線パターン上にバンプを形成した平面図（ｂ）と発光素子アレイを接続した平面図（ｃ）である。
【図８】本発明に係る変形例３の発光装置における、配線基板の配線パターンを示す平面図（ａ）と配線パターン上にバンプを形成した平面図（ｂ）と発光素子アレイを接続した平面図（ｃ）である。
【図９】本発明に係る変形例４の発光装置における、配線基板の配線パターンを示す平面図（ａ）と配線パターン上にバンプを形成した平面図（ｂ）と発光素子アレイを接続した平面図（ｃ）である。
【図１０】本発明に用いる発光素子アレイの例を示す側面図であり、（ａ）はｎ型半導体層を分離することなく複数の発光素子を形成した発光素子アレイの側面図であり、（ｂ）は個々の素子ごとにｎ型半導体層を分離して複数の発光素子を形成した発光素子アレイの側面図である。
【図１１】比較例の発光装置の平面図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態２の側面図である。
【図１３】（ａ）は本発明に係る実施の形態４のマスク１２２の平面図であり、（ｂ）は実施の形態４においてマスク１２２の載置位置を示す側面図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態４の発光装置の断面図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態４の側面図である。
【符号の説明】
１…発光素子、
２…正電極ライン、
２ａ，３ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａ…ハンダバンプ、
３…負電極ライン、
４…絶縁膜、
４ａ…開口部、
１１…透光性基板、
１２ａ，１２ｂ…ｎ型半導体層、
１３…ｎ電極、
１４…ｐ型半導体層、
２１，２２，２３，２４…正電極、
３１，３２，３３，３４…負電極、
４１，４２，４３…接続電極、
１００，１００ａ，１００ｂ…発光素子アレイ、
１２０，１２３…色変換層、
１２１…蛍光物質、
１２２…マスク、
１２２ａ…貫通孔、
１３０…レンズ、
２００…配線基板、
３００…樹脂層。

Claims

一方の面にｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む半導体層が形成され、該半導体層において複数の発光素子がマトリクス状に構成された透光性を有する第１の基板と、配線電極が形成された第２の基板とを備えており、
上記発光素子はそれぞれ上記ｎ型半導体層の上に形成されたｎ電極と上記ｐ型半導体層の上に形成されたｐ電極とを同一面側に有し、
上記第２の基板における配線電極は、上記第２の基板の上に、複数行の負電極ラインと、それらの負電極ラインと交差し絶縁膜を介して設けられた複数列の正電極ラインと、を順に有しており、
上記各発光素子のｐ電極およびｎ電極がそれぞれ、上記配線電極の正電極ラインおよび上記絶縁膜の開口部により露出された負電極ラインの表面にそれぞれバンプにより接合され、
上記第１の基板は、その他方の面に、透光性部材に蛍光物質が分散されてなる色変換層と、複数の貫通孔が形成されたマスクとを備え、上記貫通孔は、上記発光素子の上にそれぞれ対応して形成されており、
上記色変換層は、上記マスクを覆い、かつ上記各貫通孔に充填されている発光装置。
上記第１の基板と上記第２の基板の間に位置する上記複数の発光素子を上記第１の基板の周囲に樹脂を形成することにより封止した請求項１に記載の発光装置。
上記発光素子は紫外光を発光し、上記蛍光物質は紫外光を吸収して可視光を発光する請求項１又は２記載の発光装置。
上記第１の基板上に、直接又は上記色変換層を介してレンズが形成された請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
上記レンズがフレネルレンズである請求項４記載の発光装置。
上記第１の基板上に、導光板を備えた請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の発光装置。