JP5891760B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関し、より詳細には、高密度に発光素子が配列された発光装置に関する。
従来から、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を基板に実装した発光装置が使用されている。この発光装置は、照明器具、表示画面のバックライト、車載用光源、ディスプレイ用光源、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に使用されており、従来の光源に比べて寿命が長く、また、省エネルギーでの発光が可能であるため、次世代の照明用光源としての期待が大きい。
近年、さらなる高出力化及び小型化が要求されており、非常に小型の発光素子を複数個組み合わせ、高密度で実装することなどの対応が行われている（例えば、特許文献１）。
近年、さらなる高出力化及び小型化が要求されており、非常に小型の発光素子を複数個組み合わせ、高密度で実装することなどの対応が行われている（例えば、特許文献１）。
しかし、高密度に発光素子を配置し、発光素子間の距離を小さくすると、隣接する発光素子又はその発光素子に接続されている金ワイヤ等による光吸収が顕著になり、比較的発光素子間距離を確保して配置した発光素子に比較して、光取り出し効率が低下するという課題がある。そして、このような課題は、単純に発光面にワイヤが覆いかぶさる面積を減少させるのみでは十分満足するには至っていないのが現状である。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高密度に発光素子を配置させ、発光素子間の光吸収を最小限に抑えて光出力をより向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高密度に発光素子を配置させ、発光素子間の光吸収を最小限に抑えて光出力をより向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明は、以下の発明を含む。
〔１〕発光層を備える発光素子が、複数個支持基板上にマトリクス状に配置された発光装置であって、
前記発光素子に隣接して、該発光素子に電気的に接続されない反射ワイヤが配置されていることを特徴とする発光装置。
〔２〕前記反射ワイヤは、前記支持基板上の２点に接続されている〔１〕に記載の発光装置。
〔３〕前記反射ワイヤは、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している〔１〕又は〔２〕に記載の発光装置。
〔４〕前記反射ワイヤは、その中心高さが、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔５〕前記反射ワイヤは、少なくとも全長のうちの中央部の高さが、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している〔１〕〜〔４〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔６〕前記反射ワイヤは、隣接する一対の前記発光素子間において配置されている〔１〕〜〔５〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔７〕さらに、前記発光素子に電気的に接続されたボンディングワイヤを備えており、前記反射ワイヤは、前記ボンディングワイヤよりも反射率が高い材料によって形成されている〔１〕〜〔６〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔８〕さらに、前記発光素子に電気的に接続されたボンディングワイヤを備えており、前記反射ワイヤは、前記ボンディングワイヤの高さよりも低い位置に、配置されている〔１〕〜〔７〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔９〕前記高反射ワイヤは、銀、銅、鉛、アルミニウム、白金又はこれらの合金によって形成されている〔１〕〜〔８〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔１０〕前記発光素子は長四角形状であり、前記反射ワイヤは、前記発光素子の長辺に沿って配置されている〔１〕〜〔９〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔１１〕前記高反射ワイヤは、アルミナ、シリカ又はこれら化合物を含む酸化膜材料からなる保護膜で被覆されている〔１〕〜〔１０〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔１２〕前記保護膜は、３ｎｍ以上、１μｍ以下の厚みである〔１１〕の発光装置。
〔１〕発光層を備える発光素子が、複数個支持基板上にマトリクス状に配置された発光装置であって、
前記発光素子に隣接して、該発光素子に電気的に接続されない反射ワイヤが配置されていることを特徴とする発光装置。
〔２〕前記反射ワイヤは、前記支持基板上の２点に接続されている〔１〕に記載の発光装置。
〔３〕前記反射ワイヤは、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している〔１〕又は〔２〕に記載の発光装置。
〔４〕前記反射ワイヤは、その中心高さが、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔５〕前記反射ワイヤは、少なくとも全長のうちの中央部の高さが、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している〔１〕〜〔４〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔６〕前記反射ワイヤは、隣接する一対の前記発光素子間において配置されている〔１〕〜〔５〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔７〕さらに、前記発光素子に電気的に接続されたボンディングワイヤを備えており、前記反射ワイヤは、前記ボンディングワイヤよりも反射率が高い材料によって形成されている〔１〕〜〔６〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔８〕さらに、前記発光素子に電気的に接続されたボンディングワイヤを備えており、前記反射ワイヤは、前記ボンディングワイヤの高さよりも低い位置に、配置されている〔１〕〜〔７〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔９〕前記高反射ワイヤは、銀、銅、鉛、アルミニウム、白金又はこれらの合金によって形成されている〔１〕〜〔８〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔１０〕前記発光素子は長四角形状であり、前記反射ワイヤは、前記発光素子の長辺に沿って配置されている〔１〕〜〔９〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔１１〕前記高反射ワイヤは、アルミナ、シリカ又はこれら化合物を含む酸化膜材料からなる保護膜で被覆されている〔１〕〜〔１０〕のいずれか１つに記載の発光装置。
〔１２〕前記保護膜は、３ｎｍ以上、１μｍ以下の厚みである〔１１〕の発光装置。
本発明の発光装置によれば、高密度に発光素子を配置させ、発光素子間の光吸収を最小限に抑えて光出力をより向上させることができる。
本明細書では、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており詳細説明を適宜省略する。
本発明の発光装置は、支持基板と、支持基板上にマトリクス状に配置された複数の発光素子を備えている。少なくとも１つの発光素子に隣接して、発光素子と電気的に接続されない反射ワイヤを備えている。このように、反射ワイヤを備えることにより、発光素子から出射される光が、他の発光素子や金ワイヤ等に照射されるのを最小限にとどめるとともに、反射ワイヤにより光取り出し方向に反射させて、光取出し効率を向上させることができる。このような作用は、より高集積化して発光素子間の距離を小さく、さらに、発光素子間の金ワイヤ等を短縮し、その光吸収等を低減した場合の発光装置において、より顕著である。
（支持基板）
本発明の発光装置で用いられる支持基板とは、板状又はシート状の部材であり、いわゆる実装基板、パッケージ基材等を意味する。その材料は特に限定されるものではなく、例えば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂などの樹脂（フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＡ、ポリイミド等）、セラミックス、ガラス等の絶縁性材料でもよいし、ＳＵＳ、鉄、銅、銀、コバール、ニッケル等の金属等の導電性材料でもよい。また、絶縁性材料に導電性材料が埋め込まれたもの、絶縁性材料の表面に導電性材料がパターン上に配置されたもの等であってもよい。通常、支持基板の表面には、発光素子の一対の電極に電力を供給するため、正負極に対応した、導電部材によるパターンが存在する。導電部材としては、発光素子の各電極と電気的接続が可能であり、外部駆動回路等と電気的接続が可能である材料によって形成されるものであればよく、上述した導電性材料、当該分野で使用されている材料を利用することができる。
本発明の発光装置で用いられる支持基板とは、板状又はシート状の部材であり、いわゆる実装基板、パッケージ基材等を意味する。その材料は特に限定されるものではなく、例えば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂などの樹脂（フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＡ、ポリイミド等）、セラミックス、ガラス等の絶縁性材料でもよいし、ＳＵＳ、鉄、銅、銀、コバール、ニッケル等の金属等の導電性材料でもよい。また、絶縁性材料に導電性材料が埋め込まれたもの、絶縁性材料の表面に導電性材料がパターン上に配置されたもの等であってもよい。通常、支持基板の表面には、発光素子の一対の電極に電力を供給するため、正負極に対応した、導電部材によるパターンが存在する。導電部材としては、発光素子の各電極と電気的接続が可能であり、外部駆動回路等と電気的接続が可能である材料によって形成されるものであればよく、上述した導電性材料、当該分野で使用されている材料を利用することができる。
支持基板としては、例えば、アルミナセラミックスのシートを積層して支持基板とし、その支持基板上に金属膜等を積層して、所定の配線パターンにパターニングして導電部材を形成したものが挙げられる。また、例えば、特開２００７−３３５７６５号公報に記載されたパッケージを利用することができる。
（発光素子）
本発明の発光装置で用いられる発光素子は発光層を備える。このような発光素子は、一般に、半導体発光素子、特に、発光ダイオードとして知られているもののいずれでもよい。発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる発光素子であってもよい。
発光素子は、その表面に一対の電極を備えている。この一対の電極は、上面（例えば、半導体の積層構造の基板とは反対側）に双方とも、下面（例えば、基板の裏面側）に双方とも、上下面の双方にそれぞれ形成されたもののいずれでもよい。
なお、発光素子の一対の電極には、外部との電気的接続を確保して電力を供給するために、パッド電極と呼ばれる比較的厚膜の電極が配置されていることが好ましい。
本発明の発光装置で用いられる発光素子は発光層を備える。このような発光素子は、一般に、半導体発光素子、特に、発光ダイオードとして知られているもののいずれでもよい。発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる発光素子であってもよい。
発光素子は、その表面に一対の電極を備えている。この一対の電極は、上面（例えば、半導体の積層構造の基板とは反対側）に双方とも、下面（例えば、基板の裏面側）に双方とも、上下面の双方にそれぞれ形成されたもののいずれでもよい。
なお、発光素子の一対の電極には、外部との電気的接続を確保して電力を供給するために、パッド電極と呼ばれる比較的厚膜の電極が配置されていることが好ましい。
発光素子の平面形状は特に限定されず、四角形、多角形、円形、楕円形等、種々の形状とすることができる。なかでも、四角形、特に矩形、さらに長方形が好ましい。
この発光素子は、支持基板上に、その電極の配置状態に応じて、フェイスアップ実装、フリップチップ実装のいずれの形態で実装されてもよい。
実装は、通常、接合部材を用いて行われる。例えば、絶縁性基板であるサファイア上に窒化物半導体層を積層させた発光素子の場合、絶縁性又は導電性の接合部材を用いることができる。ＳｉＣ基板などの導電性基板を用いる場合は、導電性ダイボンド部材を用いることができる。絶縁性ダイボンド部材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂を用いる場合は、発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にＡｌ膜などの反射率の高い金属層を設けることが好ましい。また、導電性ダイボンド部材としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材等が挙げられる。
この発光素子は、支持基板上に、その電極の配置状態に応じて、フェイスアップ実装、フリップチップ実装のいずれの形態で実装されてもよい。
実装は、通常、接合部材を用いて行われる。例えば、絶縁性基板であるサファイア上に窒化物半導体層を積層させた発光素子の場合、絶縁性又は導電性の接合部材を用いることができる。ＳｉＣ基板などの導電性基板を用いる場合は、導電性ダイボンド部材を用いることができる。絶縁性ダイボンド部材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂を用いる場合は、発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にＡｌ膜などの反射率の高い金属層を設けることが好ましい。また、導電性ダイボンド部材としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材等が挙げられる。
発光素子を支持基板に実装する場合、通常、発光素子に形成されている電極が、支持基板に形成された導電部材に接続される。
発光素子が同一面側に正及び負電極を有する場合には、半導体素子の正電極と支持基板における正電極に相当する部材、半導体素子の負電極と支持基板の負電極に相当する部材とを後述するボンディングワイヤによってボンディングするか、上述した共晶半田等によってダイボンディングするか、バンプを介してフリップチップボンディングすることが好ましい。
発光素子の正負電極がその上面側と裏面側とに設けられている場合には、通常、裏面側の電極を、支持基板の一方の電極相当部材に載置し、上面側の電極を支持基板の他方の電極相当部材にダイボンディングして、それぞれ接続される。
発光素子が同一面側に正及び負電極を有する場合には、半導体素子の正電極と支持基板における正電極に相当する部材、半導体素子の負電極と支持基板の負電極に相当する部材とを後述するボンディングワイヤによってボンディングするか、上述した共晶半田等によってダイボンディングするか、バンプを介してフリップチップボンディングすることが好ましい。
発光素子の正負電極がその上面側と裏面側とに設けられている場合には、通常、裏面側の電極を、支持基板の一方の電極相当部材に載置し、上面側の電極を支持基板の他方の電極相当部材にダイボンディングして、それぞれ接続される。
発光素子は、上述した支持基板上にマトリクス状に複数配置されている。発光素子の数は、２以上であればよいが、数個又は数十個〜数百個程度が挙げられる。発光素子の配置形態は、発光素子の平面形状に応じて適宜設定することができるが、通常、発光素子は、四角形形状又はこれに近似する形状であるために、縦横に、規則的かつ高密度に配置されていることが好ましい。また、特許文献１の図２に示されているように、行ごとに所定距離（例えば、半発光素子分）シフトさせた配列、図６に示されているように、発光素子の対角線が縦横方向に向くような配列等、いずれの配列であってもよい。
発光素子において、通常、発光層の位置は、発光層に近い側発光素子の表面を基準に特定することができる。発光素子の厚みは、一般に、基板、半導体層及び電極の合計厚みＴによって決定され、発光層は半導体層中に存在する。また、基板及び基板側に配置する半導体層は、通常、発光素子の強度を確保するために、発光層及び電極の厚みよりも相当厚い。このようなことから、発光層の位置は、発光層に近い側の発光素子表面に比較的近接して配置されているといえる。
発光素子がフェイスアップ実装される場合、例えば、発光層は、発光層に近い側の発光素子表面（図２Ｂ中、Ｎの位置）から、発光素子表面から発光素子の全厚みＴの１０分の１の厚み（図２Ｂ中、Ｍの位置、０．１Ｔ）の位置までの間（Ｎ−Ｍ）に存在するといえる（好ましくは発光素子表面から１００分の１〜１０分の１の厚みまでの間、より好ましくは発光素子表面から８０分の１〜１０分の１の厚みまでの間、さらに好ましくは、発光素子表面から１００分の１〜２０分の１の厚みまでの間）ため、反射ワイヤの一部が、上述したＮ−Ｍ間の位置に存在することが好ましい。より具体的には、発光層は、発光層に近い側の発光素子表面から、発光素子表面からの厚み１５μｍまでの間、発光素子表面からの厚み１０μｍまでの間、発光素子表面からの厚み５μｍまでの間、発光素子表面から厚み１〜１０μｍまでの間、発光素子表面から厚み１〜５μｍまでの間に存在するといえる。
なお、発光素子がフリップチップ実装される場合においても、図２Ｂに示した発光素子を逆に配置する以外、同様である。また、発光層が、発光素子の合計厚みＴの中央に位置する場合は、発光素子の上下のいずれの面を表面としてもよい。
発光素子がフェイスアップ実装される場合、例えば、発光層は、発光層に近い側の発光素子表面（図２Ｂ中、Ｎの位置）から、発光素子表面から発光素子の全厚みＴの１０分の１の厚み（図２Ｂ中、Ｍの位置、０．１Ｔ）の位置までの間（Ｎ−Ｍ）に存在するといえる（好ましくは発光素子表面から１００分の１〜１０分の１の厚みまでの間、より好ましくは発光素子表面から８０分の１〜１０分の１の厚みまでの間、さらに好ましくは、発光素子表面から１００分の１〜２０分の１の厚みまでの間）ため、反射ワイヤの一部が、上述したＮ−Ｍ間の位置に存在することが好ましい。より具体的には、発光層は、発光層に近い側の発光素子表面から、発光素子表面からの厚み１５μｍまでの間、発光素子表面からの厚み１０μｍまでの間、発光素子表面からの厚み５μｍまでの間、発光素子表面から厚み１〜１０μｍまでの間、発光素子表面から厚み１〜５μｍまでの間に存在するといえる。
なお、発光素子がフリップチップ実装される場合においても、図２Ｂに示した発光素子を逆に配置する以外、同様である。また、発光層が、発光素子の合計厚みＴの中央に位置する場合は、発光素子の上下のいずれの面を表面としてもよい。
発光素子は上述した構成に限定されるものではなく、適宜保護層、反射層、蛍光体層などが配置されていてもよい。
蛍光体層としては、青色発光する半導体発光素子構造の外側を被覆する蛍光体又は蛍光体を含む樹脂等からなる層が挙げられる。例えば、青色発光する発光素子に、黄色発光するセリウムで賦活されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体又は（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ等のシリケート系蛍光体を組み合わせることにより、白色発光の素子とすることができる。ただし、発光色は白色のみでなく、発光素子の出射波長、蛍光体の種類を選択することにより、赤色、青色、緑色など、任意の色とすることができる。
蛍光体層としては、青色発光する半導体発光素子構造の外側を被覆する蛍光体又は蛍光体を含む樹脂等からなる層が挙げられる。例えば、青色発光する発光素子に、黄色発光するセリウムで賦活されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体又は（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ等のシリケート系蛍光体を組み合わせることにより、白色発光の素子とすることができる。ただし、発光色は白色のみでなく、発光素子の出射波長、蛍光体の種類を選択することにより、赤色、青色、緑色など、任意の色とすることができる。
（反射性ワイヤ）
本発明で用いられる反射ワイヤは、発光素子と、特に、発光素子の電極と電気的に接続されないものである。つまり、発光素子の電極への電力の供給に関与しないものである。この反射ワイヤは、発光素子に隣接して配置されている。特に、２つの発光素子が隣接する場合には、その隣接する発光素子の間において、両発光素子に隣接して配置されていることが好ましい。発光素子に隣接するとは、発光素子に沿ってという意味である。また、発光素子間とは、発光素子が配置された支持基板の占有面及びその上方においては存在せず、発光素子と発光素子との間に存在することを意味する。言い換えると、光取り出し面側から見て、発光素子と反射ワイヤとが交差していないことを意味する。これによって、発光面が反射ワイヤに覆われることなく、発光面から出射した光の取り出しを反射ワイヤで遮断することを回避することができる。
本発明で用いられる反射ワイヤは、発光素子と、特に、発光素子の電極と電気的に接続されないものである。つまり、発光素子の電極への電力の供給に関与しないものである。この反射ワイヤは、発光素子に隣接して配置されている。特に、２つの発光素子が隣接する場合には、その隣接する発光素子の間において、両発光素子に隣接して配置されていることが好ましい。発光素子に隣接するとは、発光素子に沿ってという意味である。また、発光素子間とは、発光素子が配置された支持基板の占有面及びその上方においては存在せず、発光素子と発光素子との間に存在することを意味する。言い換えると、光取り出し面側から見て、発光素子と反射ワイヤとが交差していないことを意味する。これによって、発光面が反射ワイヤに覆われることなく、発光面から出射した光の取り出しを反射ワイヤで遮断することを回避することができる。
反射ワイヤが発光素子と隣接する場合、反射ワイヤが発光素子に接触しない限り、どのような間隔があいていてもよい。例えば、５０μｍ程度以上、１００μｍ程度以上、１５０μｍ程度以上、３００μｍ程度以下の間隔に設定することができる。
１つの発光装置に配置される反射ワイヤの数は、その位置及び長さ等によって適宜設定することができるが、例えば、全ての発光素子の四方側又は両側で隣接させるために発光素子よりも多い数であってもよいし、全ての発光素子に隣接させるために発光素子と同じ数であってもよいし、特定の発光素子にのみ隣接させるために発光素子よりも少ない数であってもよい。
１つの発光装置に配置される反射ワイヤの数は、その位置及び長さ等によって適宜設定することができるが、例えば、全ての発光素子の四方側又は両側で隣接させるために発光素子よりも多い数であってもよいし、全ての発光素子に隣接させるために発光素子と同じ数であってもよいし、特定の発光素子にのみ隣接させるために発光素子よりも少ない数であってもよい。
反射ワイヤは、例えば、支持基板上の２点に接続されていることが好ましい。これによって、発光素子との電気的な非接続を確保することができる。この場合、支持基板上の２点間距離は特に限定されないが、発光素子の一辺に相当する距離と同程度とすることが好ましい。ここで同程度とは±２０％程度の長短は許容される。特に、発光素子が長方形、楕円等の一方向に長い形状の場合は、その長辺側の一辺に相当する距離と同程度することが好ましい。反射ワイヤの２点間距離は、具体的には、３００〜５００μｍ程度が挙げられる。これにより、発光素子から横方向又は下方に出射される光を、反射ワイヤによって効果的に反射させて、光取り出し面側により効率的に光を取り出すことができる。
反射ワイヤの配置は、発光素子の一辺に隣接する限り、どのような形態で配置していてもよいが、略平行に配置されることが好ましい。
反射ワイヤの配置は、発光素子の一辺に隣接する限り、どのような形態で配置していてもよいが、略平行に配置されることが好ましい。
別の観点から、反射ワイヤは、発光素子がパッド電極を備えている場合、そのパッド電極に近接する辺（好ましくは最も近い辺）以外の少なくとも一辺に隣接して配置されていることが好ましい。パッド電極は、比較的厚膜の導電性材料から形成されるため、発光素子の一対の電極に比較して、より光を吸収する傾向がある。そのため、パッド電極に近接する辺側から出射される光の一部はパッド電極に吸収されが、パッド電極に近接する辺以外の辺側から出射される光は、パッド電極の吸収を避けて、より多くの光が側方、下方又は上方に出射される傾向がある。したがって、反射ワイヤを後者の位置に配置することにより、より多くの光を反射ワイヤによって反射させて光取り出し効率を向上させることができる。
支持基板が絶縁性基板である場合、通常のワイヤボンディング手段によって容易に反射ワイヤをボンディングするために、支持基板上に上述した導電性材料によるランド等が形成されていることが好ましい。
反射ワイヤとしては、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた通常のボンディングワイヤと同様のもの又は種々の材料からなるワイヤ表面に上述した金属又は合金を被覆したもの等を用いることができる。なかでも、発光装置においてボンディングワイヤが用いられている場合は、そのボンディングワイヤよりも反射率が高い材料によって形成されたもの、反射率が高い材料が表面に被覆されたものが好ましい。反射率が高い材料としては、銀、銅、鉛、アルミニウム、白金又はこれらの合金が挙げられる。特に、銀又は銀合金が好ましい。
反射ワイヤの直径は、特に限定されるものではないが、１０μｍ〜２００μｍ程度が挙げられ、２０〜１５０μｍ程度が好ましい。
反射ワイヤの直径は、特に限定されるものではないが、１０μｍ〜２００μｍ程度が挙げられ、２０〜１５０μｍ程度が好ましい。
反射ワイヤは、その直径にかかわらず、発光素子（つまり、電極）同士の間のボンディングワイヤの高さより低い位置に、配置されていることが好ましい。また、発光素子の電極が支持基板上の導電性のパターンとワイヤボンディングされている場合には、そのボンディングワイヤの最高高さよりも、反射ワイヤの最高高さが低いことが好ましく、ボンディングワイヤの最高高さよりも、反射ワイヤの略全長にわたる高さが低いことがより好ましい。
また、反射ワイヤは、上述したように、発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置していることが好ましく、言い換えると、発光素子の発光層が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置していることが好ましい。
ここで、反射ワイヤが配置される位置（高さ）は、少なくとも１つの反射ワイヤの全長のうちの中央部の支持基板表面からの高さを意味するが、１つの反射ワイヤの全長にわたる位置（高さ）を意味するものでもよい。通常、支持基板上に２点でボンディングされたワイヤは、一方のボンディング点が支持基板表面に接続され、そのボンディング点から上方向に延長し、さらに他方のボンディング点に向かう過程で、一旦若干上方又は下方に傾斜するか、その高さが維持され、他方のボンディング点よりの位置から他方のボンディング点に向かって下方に傾斜し、支持基板表面の他方のボンディング点に接続される。従って、１つの反射ワイヤは、全長において起伏を有するが、１つの反射ワイヤの中央部の支持基板表面からの高さは、通常、この１つの反射ワイヤの最高高さと一致する。
このように、反射ワイヤの全長の中央部又は最高高さの部位が、発光層に近い側の発光素子表面又は発光層と同等の高さ又はそれより低い位置に配置していることにより、発光層から側方、下方に出射される光を反射ワイヤで（特に反射ワイヤの上半分）で効果的に反射させることができる。さらに、反射ワイヤのワイヤ径の上部半径内に発光素子の発光層が存在する長さが長いほど、下方に出射される光を反射ワイヤでより有効に反射させることができる。
ここで、反射ワイヤが配置される位置（高さ）は、少なくとも１つの反射ワイヤの全長のうちの中央部の支持基板表面からの高さを意味するが、１つの反射ワイヤの全長にわたる位置（高さ）を意味するものでもよい。通常、支持基板上に２点でボンディングされたワイヤは、一方のボンディング点が支持基板表面に接続され、そのボンディング点から上方向に延長し、さらに他方のボンディング点に向かう過程で、一旦若干上方又は下方に傾斜するか、その高さが維持され、他方のボンディング点よりの位置から他方のボンディング点に向かって下方に傾斜し、支持基板表面の他方のボンディング点に接続される。従って、１つの反射ワイヤは、全長において起伏を有するが、１つの反射ワイヤの中央部の支持基板表面からの高さは、通常、この１つの反射ワイヤの最高高さと一致する。
このように、反射ワイヤの全長の中央部又は最高高さの部位が、発光層に近い側の発光素子表面又は発光層と同等の高さ又はそれより低い位置に配置していることにより、発光層から側方、下方に出射される光を反射ワイヤで（特に反射ワイヤの上半分）で効果的に反射させることができる。さらに、反射ワイヤのワイヤ径の上部半径内に発光素子の発光層が存在する長さが長いほど、下方に出射される光を反射ワイヤでより有効に反射させることができる。
発光層が存在する高さと同等とは、反射ワイヤの一部が、発光層の一部と、支持基板表面から同じ高さの位置に存在することを意味する。このことは、反射ワイヤ直径を考慮すると、反射ワイヤの一部が、発光層に近い側の発光素子表面と、支持基板表面から同じ高さの位置存在することに相当することを意味する。
特に、反射ワイヤは、その中心（断面形状における中心）の位置（高さ）が、発光層が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置していることが好ましい。言い換えると、反射ワイヤのワイヤ径の上部半径において、発光素子の発光層が存在する長さがより長く配置していることが好ましい。
これによって、発光層から横方向に出射された光が反射ワイヤの上半分の表面に照射されやすくなるために、反射ワイヤでの反射によって、光取り出し方向（通常、上方向）への光の進行をより確保することができる。
特に、反射ワイヤは、その中心（断面形状における中心）の位置（高さ）が、発光層が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置していることが好ましい。言い換えると、反射ワイヤのワイヤ径の上部半径において、発光素子の発光層が存在する長さがより長く配置していることが好ましい。
これによって、発光層から横方向に出射された光が反射ワイヤの上半分の表面に照射されやすくなるために、反射ワイヤでの反射によって、光取り出し方向（通常、上方向）への光の進行をより確保することができる。
発光素子の発光層は、発光素子の実装形態、つまり、フェイスアップ実装及びフリップチップ実装等によって、支持基板表面からの高さが変化することが考えられるが、いずれの場合においても、発光素子を構成する基板、接合部材の厚み、発光素子と接合部材との間に配置される反射／保護／バリア層等の厚み、バンプ電極の厚み等種々の要因を調整することによって、上述した反射ワイヤとの位置関係を達成することができる。
特に、フェイスアップ実装によって発光素子が支持基板上に実装される場合、発光層は、発光素子の比較的上面側に配置されることとなる。従って、反射ワイヤの中心部分の高さを、発光層に近い側の発光素子表面又は発光層の高さと同等とするために、バンプボンダー、ボールボンダー、スポット溶接等の公知のボンディング装置を用いてワイヤボンディングすることが適している。
一方、フリップチップ実装によって発光素子が支持基板上に実装される場合、発光層は、発光素子の比較的支持基板に近い側に配置されることとなる。従って、反射ワイヤの中心部分の高さを、発光層に近い側の発光素子表面又は発光層の高さと同等とするために、ウェッチボンダー等、ボンディングワイヤにおいて比較的高低差を少なくできる、公知のボンディング装置を用いてワイヤボンディングすることが適している。
一方、フリップチップ実装によって発光素子が支持基板上に実装される場合、発光層は、発光素子の比較的支持基板に近い側に配置されることとなる。従って、反射ワイヤの中心部分の高さを、発光層に近い側の発光素子表面又は発光層の高さと同等とするために、ウェッチボンダー等、ボンディングワイヤにおいて比較的高低差を少なくできる、公知のボンディング装置を用いてワイヤボンディングすることが適している。
（ボンディングワイヤ）
本発明の発光装置では、発光素子は、その実装形態によって、通常、発光素子の電極が、発光素子への電力供給のために、支持基板の導電部材と電気的に接続され、このような電気的接続にボンディングワイヤが用いられる。ボンディングワイヤの材料及び直径などは、特に限定されるものではなく、当該分野で通常使用されているもの、上述した反射ワイヤで例示したものの種々のものを利用することができる。特に、発光素子の電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。熱伝導率としては、０．０１ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上が好ましく、さらに０．５ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上がより好ましい。
本発明の発光装置では、発光素子は、その実装形態によって、通常、発光素子の電極が、発光素子への電力供給のために、支持基板の導電部材と電気的に接続され、このような電気的接続にボンディングワイヤが用いられる。ボンディングワイヤの材料及び直径などは、特に限定されるものではなく、当該分野で通常使用されているもの、上述した反射ワイヤで例示したものの種々のものを利用することができる。特に、発光素子の電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。熱伝導率としては、０．０１ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上が好ましく、さらに０．５ｃａｌ／Ｓ・ｃｍ2・℃／ｃｍ程度以上がより好ましい。
（保護膜）
本発明の発光装置では、少なくとも支持基板上に配置された反射ワイヤに、好ましくは、支持基板上に配置された発光素子、支持基板上で発光素子に隣接して反射ワイヤ及び任意に、発光素子に電気的な接続をとるためにワイヤボンディングされたボンディングワイヤに、保護膜が被覆されていることが好ましい。少なくとも反射ワイヤに保護膜が被覆されていることにより、高反射性材料、例えば、銀又は銀合金の硫化を有効に防止することができ、反射ワイヤにおける反射効率を確保することができる。加えて、保護膜が、発光素子やボンディングワイヤをも被覆する場合には、これらの外部からの湿気等から有効に保護することができる。
本発明の発光装置では、少なくとも支持基板上に配置された反射ワイヤに、好ましくは、支持基板上に配置された発光素子、支持基板上で発光素子に隣接して反射ワイヤ及び任意に、発光素子に電気的な接続をとるためにワイヤボンディングされたボンディングワイヤに、保護膜が被覆されていることが好ましい。少なくとも反射ワイヤに保護膜が被覆されていることにより、高反射性材料、例えば、銀又は銀合金の硫化を有効に防止することができ、反射ワイヤにおける反射効率を確保することができる。加えて、保護膜が、発光素子やボンディングワイヤをも被覆する場合には、これらの外部からの湿気等から有効に保護することができる。
保護膜は、発光素子から出射される光の吸収を最小限にとどめるために、発光素子から出射される波長の光の吸収性が低い材料、膜厚で形成されていることが好ましい。例えば、酸化物膜としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＨｆＯ、ＴｉＯ2、ＳｉＯxＮy等が挙げられ、窒化物膜としては、ＳｉＮ、ＴｉＮ等が挙げられ、これらの単層膜又は積層膜であってもよい。なかでも、アルミナ、シリカ又はこれら化合物を含む酸化膜材料等が好ましい。また、膜厚は、３ｎｍ程度以上、１μｍ程度以下であることが好ましい。
保護膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができるが、例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ：atomic layer deposition）原子層堆積（ＡＤＬ）法を利用することが好ましい。原子層堆積法は、一般に、２種類以上のガス状の原料を反応室に交互に供給し、膜形成面で化学反応を起こして成膜する方法であり、１サイクルで１原子層相当レベルの厚みを高精度に形成することができる。また、熱履歴が少なく、段差被覆性に優れ、異方的に膜を形成することができる。従って、ワイヤの裏面（全表面）、複雑な表面形状の部位、非常にアスペクト比の高い部位等、確実に被覆することができるという利点を有する。特に、反射ワイヤが銀又は銀合金で形成されている場合には、反射ワイヤを略完全に被覆することができるために、銀の硫化を確実に防止することができる。
（封止部材）
本発明の発光装置では、発光素子、反射ワイヤ及びボンディングワイヤなどを、塵芥、水分や外力などから保護するために、さらに上述した保護膜の上に、発光素子からの光を透過可能な透光性を有する封止部材を設けることが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂が挙げられる。また、これらの材料には、当該分野で公知の着色剤、光拡散剤、フィラー、上述した蛍光体などを含有させてもよい。
本発明の発光装置では、発光素子、反射ワイヤ及びボンディングワイヤなどを、塵芥、水分や外力などから保護するために、さらに上述した保護膜の上に、発光素子からの光を透過可能な透光性を有する封止部材を設けることが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂が挙げられる。また、これらの材料には、当該分野で公知の着色剤、光拡散剤、フィラー、上述した蛍光体などを含有させてもよい。
以下に、本発明の発光装置を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は本発明の技術思想を具体化するためのものであって、これらに限定されるものではない。
実施形態１
この実施形態の発光装置１５は、図１に示したように、Ｃｕ基材上にＡｇメッキされた金属の支持基板１上にマトリクス状に均一に配置された８８個の発光素子１３がフェイスアップ実装されて構成されている。
この発光素子１３は、図２Ｂに示したように、サファイア基板２（厚み：１２０μｍ）上に、ｎ型半導体層３（厚み：6μｍ）、発光層４（厚み：０．１μｍ）及びｐ型半導体層５（厚み：０．２μｍ）がこの順に配置され、部分的にｎ型半導体層３の表面が露出し、その表面にｎ電極８が形成されており、その上に配置されたｎパッド電極９（厚み：０．８μｍ）を有している。また、ｐ型半導体層５の表面には、ＩＴＯからなるｐ電極６（厚み：０．２μｍ）が略全面に形成され、その上に配置されたｐパッド電極７（厚み：０．８μｍ）を有している。
この発光素子１３は、図２Ａに示したように、５００μｍ×３００μｍの大きさを有し、平面形状が長方形であり、ｐパッド電極７及びｎパッド電極９が、それぞれ、互いに向かい合う短辺に近接して配置されている。
隣接する発光素子１３間の距離は、縦横とも３００μｍ程度である。
発光素子１３に隣接して、つまり、ｐパッド電極７及びｎパッド電極９が近接していない長辺が隣接する発光素子１３間の略中央に、５０本の反射ワイヤ１２（銀ワイヤ、直径２５μｍ）が配置されている。この反射ワイヤ１２は、発光素子１３に電気的に接続されず、支持基板１上の２点で、５００μｍ程度の長さで配置されている。
反射ワイヤ１２は、図２Ｃに示したように、一端は支持基板１表面にボンディングされ、一旦略垂直に延長し、支持基板１上の他端に向かって略平坦又は若干上向きに延長し、他端よりの位置から徐々に支持基板１表面に下降する起伏を有している。その全長のうちの中央部の支持基板１表面からの高さ（最高高さ）は１５０μｍ程度である。
従って、反射ワイヤの中心高さ（図２Ｂ中、破線で表示）は、発光素子１３のｎ型半導体層３の高さと一致する。
なお、発光素子１３のｐ電極６及びｎ電極８は、ボンディングワイヤ１４によって、電気的に接続されている。
そして、発光素子１３、ボンディングワイヤ１４及び反射ワイヤ１２の表面は、ＡＬＤ法によって、約１０ｎｍ程度の厚みでアルミナ保護膜によって全体的に被覆されている。
この実施形態の発光装置１５は、図１に示したように、Ｃｕ基材上にＡｇメッキされた金属の支持基板１上にマトリクス状に均一に配置された８８個の発光素子１３がフェイスアップ実装されて構成されている。
この発光素子１３は、図２Ｂに示したように、サファイア基板２（厚み：１２０μｍ）上に、ｎ型半導体層３（厚み：6μｍ）、発光層４（厚み：０．１μｍ）及びｐ型半導体層５（厚み：０．２μｍ）がこの順に配置され、部分的にｎ型半導体層３の表面が露出し、その表面にｎ電極８が形成されており、その上に配置されたｎパッド電極９（厚み：０．８μｍ）を有している。また、ｐ型半導体層５の表面には、ＩＴＯからなるｐ電極６（厚み：０．２μｍ）が略全面に形成され、その上に配置されたｐパッド電極７（厚み：０．８μｍ）を有している。
この発光素子１３は、図２Ａに示したように、５００μｍ×３００μｍの大きさを有し、平面形状が長方形であり、ｐパッド電極７及びｎパッド電極９が、それぞれ、互いに向かい合う短辺に近接して配置されている。
隣接する発光素子１３間の距離は、縦横とも３００μｍ程度である。
発光素子１３に隣接して、つまり、ｐパッド電極７及びｎパッド電極９が近接していない長辺が隣接する発光素子１３間の略中央に、５０本の反射ワイヤ１２（銀ワイヤ、直径２５μｍ）が配置されている。この反射ワイヤ１２は、発光素子１３に電気的に接続されず、支持基板１上の２点で、５００μｍ程度の長さで配置されている。
反射ワイヤ１２は、図２Ｃに示したように、一端は支持基板１表面にボンディングされ、一旦略垂直に延長し、支持基板１上の他端に向かって略平坦又は若干上向きに延長し、他端よりの位置から徐々に支持基板１表面に下降する起伏を有している。その全長のうちの中央部の支持基板１表面からの高さ（最高高さ）は１５０μｍ程度である。
従って、反射ワイヤの中心高さ（図２Ｂ中、破線で表示）は、発光素子１３のｎ型半導体層３の高さと一致する。
なお、発光素子１３のｐ電極６及びｎ電極８は、ボンディングワイヤ１４によって、電気的に接続されている。
そして、発光素子１３、ボンディングワイヤ１４及び反射ワイヤ１２の表面は、ＡＬＤ法によって、約１０ｎｍ程度の厚みでアルミナ保護膜によって全体的に被覆されている。
上述した発光装置の比較例として、反射ワイヤを配置しない以外、同じ数の発光素子を同じ支持基板に同じ間隔で配置した発光装置を作製した。
上述した発光装置及び比較のための発光装置について、３００ｍＡの電力を供給し、常温にて１００００時間の連続通電を行い、その光出力を確認した。
その結果、反射ワイヤの硫化などによる劣化は見られず、１００００時間にわたって、光出力が、比較例に対して２％以上向上していたことが確認された。
その結果、反射ワイヤの硫化などによる劣化は見られず、１００００時間にわたって、光出力が、比較例に対して２％以上向上していたことが確認された。
上述した結果から、本実施形態の発光装置では、図２Ｂに示したように、反射ワイヤの全長の中央部、最高高さ、反射ワイヤの中心部が、発光層と同等の高さ又はそれより低い位置に配置するために、発光層から横方向に出射された光Ａが反射ワイヤの上半分の表面に照射するために、反射ワイヤでの反射によって、光取り出し方向への光の進行をより確保することができることが確認された。
実施形態２
この実施形態の発光装置２５は、図３に示したように、パッケージ２７内の第１リード２０によって構成される支持基板上にマトリクス状に均一に配置された６個の発光素子１３がフェイスアップ実装されて構成されている。
略四角形形状のパッケージ２７は、その中央部分に凹部２７ａが形成されており、凹部２７ａの底面において第１及び第２のリード２０、２１を露出させ、これらを一体的に成形したものである。
パッケージ２７は、例えば、フェノール樹脂によって形成され、第１及び第２リード２０、２１は、例えば、熱伝導率が比較的大きく、表面に光を反射しやすい銀のめっきを施したＣｕまたはＣｕ合金によって形成されている。
凹部２７ａ内の第１リード２０上には、６個の発光素子１３とともに、保護素子２６が配置されており、発光素子１３及び保護素子２６の一対の電極は、それぞれ、第１リード２０及び第２リード２１に電気的に接続されている。
支持基板と発光素子１３の数が異なる以外、実質的に実施形態１と同様に、反射ワイヤ２２を発光素子１３間に３本配置した。
このような発光装置においても、実施形態１と同等の効果を有する。
この実施形態の発光装置２５は、図３に示したように、パッケージ２７内の第１リード２０によって構成される支持基板上にマトリクス状に均一に配置された６個の発光素子１３がフェイスアップ実装されて構成されている。
略四角形形状のパッケージ２７は、その中央部分に凹部２７ａが形成されており、凹部２７ａの底面において第１及び第２のリード２０、２１を露出させ、これらを一体的に成形したものである。
パッケージ２７は、例えば、フェノール樹脂によって形成され、第１及び第２リード２０、２１は、例えば、熱伝導率が比較的大きく、表面に光を反射しやすい銀のめっきを施したＣｕまたはＣｕ合金によって形成されている。
凹部２７ａ内の第１リード２０上には、６個の発光素子１３とともに、保護素子２６が配置されており、発光素子１３及び保護素子２６の一対の電極は、それぞれ、第１リード２０及び第２リード２１に電気的に接続されている。
支持基板と発光素子１３の数が異なる以外、実質的に実施形態１と同様に、反射ワイヤ２２を発光素子１３間に３本配置した。
このような発光装置においても、実施形態１と同等の効果を有する。
本発明の発光装置は、各種発光装置、特に、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に好適に利用することができる。
１ 支持基板
２ サファイア基板
３ ｎ型半導体層
４ 発光層
５ ｐ型半導体層
６ ｐ電極
７ ｐパッド電極
８ ｎ電極
９ ｎパッド電極
１０ 共晶膜
１１ 金属層
１２、２２ 反射ワイヤ
１３ 発光素子
１４、２４ ボンディングワイヤ
１５、２５ 発光装置
２０ 第１リード
２１ 第２リード
２６ 保護素子
２７ パッケージ
２７ａ 凹部
２ サファイア基板
３ ｎ型半導体層
４ 発光層
５ ｐ型半導体層
６ ｐ電極
７ ｐパッド電極
８ ｎ電極
９ ｎパッド電極
１０ 共晶膜
１１ 金属層
１２、２２ 反射ワイヤ
１３ 発光素子
１４、２４ ボンディングワイヤ
１５、２５ 発光装置
２０ 第１リード
２１ 第２リード
２６ 保護素子
２７ パッケージ
２７ａ 凹部
Claims (12)
- 発光層を備える発光素子が、複数個支持基板上に配置された発光装置であって、
前記発光素子に隣接して、該発光素子に電気的に接続されない反射ワイヤが配置され、
該反射ワイヤは、前記支持基板上の２点に接続されていることを特徴とする発光装置。 - 前記発光素子が、複数個支持基板上にマトリクス状に配置されている請求項１に記載の発光装置。
- 前記反射ワイヤは、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記反射ワイヤは、その中心高さが、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記反射ワイヤは、少なくとも全長のうちの中央部の高さが、前記発光層に近い側の発光素子表面が存在する高さと同等又はそれより低い位置に配置している請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記反射ワイヤは、隣接する一対の前記発光素子間において配置されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
- さらに、前記発光素子に電気的に接続されたボンディングワイヤを備えており、前記反射ワイヤは、前記ボンディングワイヤよりも反射率が高い材料によって形成されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置。
- さらに、前記発光素子に電気的に接続されたボンディングワイヤを備えており、前記反射ワイヤは、前記ボンディングワイヤの高さよりも低い位置に、配置されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記高反射ワイヤは、銀、銅、鉛、アルミニウム、白金又はこれらの合金によって形成されている請求項１〜８のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記発光素子は長四角形状であり、前記反射ワイヤは、前記発光素子の長辺に沿って配置されている請求項１〜９のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記高反射ワイヤは、アルミナ、シリカ又はこれら化合物を含む酸化膜材料からなる保護膜で被覆されている請求項１〜１０のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記保護膜は、３ｎｍ以上、１μｍ以下の厚みである請求項１１の発光装置。
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