(57)【要約】【課題】小型且つ低コストで配光制御が可能な発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤチップ１は、ｎ形ＺｎＯ結晶からなる六角錘状の透明錐体２の正六角形状の下面２１の中心と当該下面２１の外周線の一部の両端とで囲まれる複数の仮想領域それぞれに、１つの島状のＬＥＤ薄膜部３が形成されるとともに、透明錐体２の下面２１側に、各ＬＥＤ薄膜部３を各別に発光可能とするカソード電極５とアノード電極４との対が形成され、実装基板６は、絶縁性基材６１に、ＬＥＤチップ１のカソード電極５とアノード電極４との対ごとに給電するための導体パターン６５，６４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップは、ｎ形ＺｎＯ結晶からなる六角錘状の透明錐体の正六角形状の下面の中心と当該下面の外周線の一部の両端とで囲まれる複数の仮想領域それぞれに、１つの島状のＬＥＤ薄膜部が形成されるとともに、透明錐体の下面側に、各ＬＥＤ薄膜部を各別に発光可能とするカソード電極とアノード電極との対が形成され、実装基板は、絶縁性基材に、ＬＥＤチップのカソード電極とアノード電極との対ごとに給電するための導体パターンが形成されてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
各ＬＥＤ薄膜部は、透明錐体側にｐ形窒化物半導体層が形成されるとともに、透明錐体側とは反対側にｎ形窒化物半導体層が形成されており、ＬＥＤチップは、複数のＬＥＤ薄膜部に対してカソード電極が各ｎ形窒化物半導体層ごとに設けられる一方で、アノード電極が透明錐体の下面に１つだけ共通に設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
全ての仮想領域の大きさが同じであり、アノード電極は、透明錐体の下面の中央部に配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
アノード電極は、透明錐体の下面の外周線の周方向において隣り合うＬＥＤ薄膜部間の溝に沿って補助アノード電極が延長されてなることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を備えた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数方向に光を出射可能な発光装置として、図３に示すように、四角錘台状のベース７と、当該ベース７の各斜面７２および上面７３それぞれに矩形板状のＬＥＤチップ１’がフリップチップ実装されてなる発光装置Ａ’が提案されている（特許文献１参照）。ここにおいて、ベース７の各斜面７２および上面７３には、ＬＥＤチップ１’のアノード電極（図示せず）およびカソード電極（図示せず）それぞれがバンプ（図示せず）を介して接合される導体パターン（図示せず）が形成されている。なお、図３に示した構成の発光装置Ａ’は、全てのＬＥＤチップ１’を発光させることで点光源とみなせるという利点がある。
【特許文献１】特開２００８−４４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、図３に示した発光装置Ａ’の構成において、複数個（ここでは、５個）のＬＥＤチップ１’のうち発光させるＬＥＤチップ１’を適宜選択することにより、光出射方向を制御する（つまり、配光を制御する）ことが考えられる。
【０００４】
しかしながら、図３に示した構成の発光装置Ａ’では、所望の光出射方向の数だけＬＥＤチップ１’を必要とするので、コストが高くなってしまうとともに、発光装置Ａ’全体のサイズの小型化が難しい。また、製造時に、ベース７の互いに異なる面（各斜面７２および上面７３）ごとにＬＥＤチップ１’を実装する必要があるので、実装作業が面倒であり、コストが高くなってしまう。
【０００５】
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、小型且つ低コストで配光制御が可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップは、ｎ形ＺｎＯ結晶からなる六角錘状の透明錐体の正六角形状の下面の中心と当該下面の外周線の一部の両端とで囲まれる複数の仮想領域それぞれに、１つの島状のＬＥＤ薄膜部が形成されるとともに、透明錐体の下面側に、各ＬＥＤ薄膜部を各別に発光可能とするカソード電極とアノード電極との対が形成され、実装基板は、絶縁性基材に、ＬＥＤチップのカソード電極とアノード電極との対ごとに給電するための導体パターンが形成されてなることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、ＬＥＤチップは、ｎ形ＺｎＯ結晶からなる六角錘状の透明錐体の正六角形状の下面の中心と当該下面の外周線の一部の両端とで囲まれる複数の仮想領域それぞれに、１つの島状のＬＥＤ薄膜部が形成されるとともに、透明錐体の下面側に、各ＬＥＤ薄膜部を各別に発光可能とするカソード電極とアノード電極との対が形成され、実装基板は、絶縁性基材に、ＬＥＤチップのカソード電極とアノード電極との対ごとに給電するための導体パターンが形成されているので、１個のＬＥＤチップを１個の実装基板に実装して給電するカソード電極とアノード電極との対を適宜選択することにより、ＬＥＤチップの光出射方向を制御することができるから、小型且つ低コストで配光制御が可能となる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、各ＬＥＤ薄膜部は、透明錐体側にｐ形窒化物半導体層が形成されるとともに、透明錐体側とは反対側にｎ形窒化物半導体層が形成されており、ＬＥＤチップは、複数のＬＥＤ薄膜部に対してカソード電極が各ｎ形窒化物半導体層ごとに設けられる一方で、アノード電極が透明錐体の下面に１つだけ共通に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、透明錐体の下面におけるアノード電極の占有面積を小さくして各ＬＥＤ薄膜部の面積を大きくすることができ、光出力の高出力化を図れる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、全ての仮想領域の大きさが同じであり、アノード電極は、透明錐体の下面の中央部に配置されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、アノード電極と各ＬＥＤ薄膜部のｐ形窒化物半導体層との間の距離の均一化を図れるとともに、各ＬＥＤ薄膜部それぞれにおける電流密度の面内ばらつきを低減でき、駆動電圧の低電圧化による低消費電力化を図れる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、アノード電極は、透明錐体の下面の外周線の周方向において隣り合うＬＥＤ薄膜部間の溝に沿って補助アノード電極が延長されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、各ＬＥＤ薄膜部それぞれにおける電流密度の面内ばらつきをより低減でき、より一層の低消費電力化を図れる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明では、１個のＬＥＤチップを１個の実装基板に実装して給電するカソード電極とアノード電極との対を適宜選択することにより、ＬＥＤチップの光出射方向を制御することができるから、小型且つ低コストで配光制御が可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本実施形態の発光装置について図１を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態の発光装置Ａは、図１（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１と、当該ＬＥＤチップ１が実装された矩形板状の実装基板６とを備えている。
【００１７】
ＬＥＤチップ１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ｎ形ＺｎＯ結晶からなる六角錘状の透明錐体２の正六角形状の下面２１の中心と当該下面２１の外周線の一部の両端とで囲まれる複数（図１（ｂ）では、６つ）の仮想領域（図１（ｂ）中の一点鎖線は隣り合う仮想領域の境界を示している）それぞれに、１つの島状のＬＥＤ薄膜部３が形成されるとともに、透明錐体２の下面２１側に、各ＬＥＤ薄膜部２を各別に発光可能とするカソード電極５とアノード電極４との対が形成されており、透明錐体２よりも各ＬＥＤ薄膜部３が実装基板６に近くなる形で実装基板６に実装されている。ここにおいて、各ＬＥＤ薄膜部３は、透明錐体２の下面において、それぞれが形成される仮想領域よりもやや小さな平面サイズに形成されている。なお、ＬＥＤ薄膜部３は、当該ＬＥＤ薄膜部３の外周線が仮想領域の外周線に略沿う形で形成されている。
【００１８】
上述のＬＥＤチップ１は、青色光を放射するＧａＮ系の青色ＬＥＤチップであり、各ＬＥＤ薄膜部３が、ｎ形窒化物半導体層３３と発光層３２とｐ形窒化物半導体層３１との積層構造を有しており、透明錐体２側にｐ形窒化物半導体層３１が形成されるとともに、透明錐体２側とは反対側にｎ形窒化物半導体層３３が形成されている。また、ＬＥＤチップ１は、複数のＬＥＤ薄膜部３に対してカソード電極５が各ｎ形窒化物半導体層３３ごとに設けられる一方で、アノード電極４が透明錐体２の下面２１に１つだけ共通に設けられている。
【００１９】
上述のＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部３は、ｎ形窒化物半導体層３３をｎ形ＧａＮ層により構成し、発光層３２をＩｎＧａＮ層により構成し、ｐ形窒化物半導体層３１を発光層３２側のｐ形ＡｌＧａＮ層と当該ｐ形ＡｌＧａＮ層における発光層３２側とは反対側のｐ形ＧａＮ層とで構成してあるが、ＬＥＤ薄膜部３の積層構造は特に限定するものではなく、発光層３２は単層構造に限らず、多重量子井戸構造ないし単一量子井戸構造でもよい。
【００２０】
また、ＬＥＤチップ１は、カソード電極５が、ＬＥＤ薄膜部３のｎ形窒化物半導体層３３に接する形で形成されて当該ｎ形窒化物半導体層３３と電気的に接続され、アノード電極４が透明錐体２の下面２１に接する形で形成され当該透明錐体２を介して各ｐ形窒化物半導体層３１と電気的に接続されている。したがって、ｎ形窒化物半導体層３３と発光層３２とｐ形窒化物半導体層３１との平面サイズを同じにすることができる。ここで、ＬＥＤチップ１のアノード電極４およびカソード電極５は、下層側のＴｉ膜と上層側のＡｕ膜との積層膜により構成されているが、Ｔｉ膜とＡｕ膜との間にＡｌ膜を介在させてもよいし、Ａｌ膜とＡｕ膜との２層構造でもよい。
【００２１】
上述のＬＥＤチップ１は、主表面がｃ面のサファイアウェハの主表面側に上記積層構造を有し各ＬＥＤ薄膜部３の基礎となるエピタキシャル成長層をエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長し、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記エピタキシャル成長層をパターニングすることによりそれぞれ上記エピタキシャル成長層の一部からなる複数（ここでは、６つ）のＬＥＤ薄膜部３の組を所定数（所望のＬＥＤチップ１の数）だけ形成し、各ＬＥＤ薄膜部３を透明錐体２の基礎となる１枚のｎ形ＺｎＯウェハに接合してから、ｎ形ＺｎＯウェハと各ＬＥＤ薄膜部３との界面付近にレーザ光を照射してサファイアウェハを除去するレーザリフトオフ工程を行い、続いて、塩酸系のエッチング液（例えば、塩酸水溶液など）を用いてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことによりｎ形ＺｎＯウェハの一部からなる六角錘状の透明錐体２を形成している。なお、ｎ形ＺｎＯウェハとしては、水熱合成法を利用して製造したものを用いている。透明錐体２の高さは、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さで規定することができ、本実施形態では、ｎ形ＺｎＯウェハとして厚さが５００μｍのものを用いているので、透明錐体２の高さは５００μｍとなっているが、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さは特に限定するものではない。また、透明錐体２の下面３１に対する各斜面２２それぞれの傾斜角は、ｎ形ＺｎＯウェハの結晶軸方向で規定され、ｎ形ＺｎＯウェハにおいて透明錘体２の下面２１となるＺｎ極性面である（０００１）面とは反対側のＯ極性面である（０００−１）面に適宜パターニングされたマスクを設けてｎ形ＺｎＯウェハをＯ極性面側から異方性エッチングすることにより透明錐体２を形成しているので、下面２１に対する各斜面２２それぞれの傾斜角が６０°となっている。
【００２２】
ところで、上述のＬＥＤチップ１の製造方法では、レーザリフトオフ法によりサファイアウェハを除去する前に上記エピタキシャル成長層をパターニングしてＬＥＤ薄膜部３を形成しているので、サファイアウェハを除去してから上記エピタキシャル成長層をパターニングしてＬＥＤ薄膜部３を形成するようなプロセスを採用する場合に比べて、個々のＬＥＤ薄膜部３当たりのサファイアウェハとの界面の面積を低減でき、サファイアウェハを除去する工程の歩留まりを向上できる。
【００２３】
上述の発光装置Ａでは、各ＬＥＤ薄膜部３が六角錘状のｎ形ＺｎＯ結晶からなる透明錐体２の下面２１側に形成され、透明錐体２よりも各ＬＥＤ薄膜部３が実装基板６に近くなる形で実装基板６に実装されており、ＺｎＯはサファイアに比べて屈折率がＧａＮに近いので、ＬＥＤチップ１からの光取り出し効率を高めることができる。なお、波長が４５０ｎｍの光に対するＺｎＯの屈折率は２．１、ＧａＮの屈折率は２．４、サファイアの屈折率は１．８である。
【００２４】
実装基板６は、熱伝導性材料（例えば、窒化アルミニウムなど）からなる矩形板状の絶縁性基材６１の一表面側に、ＬＥＤチップ１のカソード電極５とアノード電極４との対ごとに給電するための導体パターン６５，６４が形成されている。ここで、ＬＥＤチップ１は、カソード電極５が絶縁性基材６１の上記一表面側の導体パターン６５に金属材料（例えば、Ａｕ、半田など）からなるバンプ７５を介して接合され、アノード電極４が絶縁性基材６１の上記一表面側の導体パターン６４に金属材料（例えば、Ａｕ、半田など）からなるバンプ７４を介して接合されている。
【００２５】
ところで、ＬＥＤチップ１は、上述のように、六角錘状の透明錐体２の正六角形状の下面２１の中心と当該下面２１の外周線の一部の両端とで囲まれる複数の仮想領域それぞれにＬＥＤ薄膜部３が形成されているが、全ての仮想領域の大きさが同じであり、全てのＬＥＤ薄膜部３に共通の１つのアノード電極４を、透明錐体２の下面２１の中央部に配置し、各ＬＥＤ薄膜部３それぞれに対応する所定数（図示例では、３つ）ずつのカソード電極５をｎ形窒化物半導体層３３の表面に配置してある。
【００２６】
しかして、本実施形態の発光装置Ａでは、アノード電極４と導体パターン６４との間に介在するバンプ７４の数が１個で、カソード電極５と導体パターン６５との間に介在するバンプ７５の数が３個となっているが、これらの数は特に限定するものではない。ただし、バンプ７５の数が多いほどＬＥＤチップ１と実装基板６との間の熱抵抗を低減できて放熱性を高めることができる。絶縁性基材６１は、ＬＥＤチップ１で発生した熱を伝熱させる伝熱板を兼ねたものであり、ガラスエポキシ樹脂基板やアルミナ基板などに比べて熱伝導率の高いものが好ましく、例えば、シリコン基板の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成したものを用いてもよい。また、各導体パターン６４，６５は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成され、最上層がＡｕ膜となっている。
【００２７】
また、上述のＬＥＤチップ１のアノード電極４は、透明錐体２の下面２１の外周線の周方向において隣り合うＬＥＤ薄膜部３間の溝に沿って補助アノード電極４１が延長されている。なお、補助アノード電極４１の幅方向の両側面とＬＥＤ薄膜部３とは離間している。
【００２８】
以上説明した本実施形態の発光装置Ａによれば、ＬＥＤチップ１は、ｎ形ＺｎＯ結晶からなる六角錘状の透明錐体２の正六角形状の下面２１の中心と当該下面２１の外周線の一部の両端とで囲まれる複数の仮想領域それぞれに、１つの島状のＬＥＤ薄膜部３が形成されるとともに、透明錐体２の下面２１側に、各ＬＥＤ薄膜部３を各別に発光可能とするカソード電極５とアノード電極４との対が形成され、実装基板６は、絶縁性基材６１に、ＬＥＤチップ１のカソード電極５とアノード電極４との対ごとに給電するための導体パターン６５，６４が形成されているので、１個のＬＥＤチップ１を１個の実装基板６に実装して給電するカソード電極５とアノード電極４との対を適宜選択することにより、ＬＥＤチップ１の光出射方向を制御することができるから、小型且つ低コストで配光制御が可能となる（なお、図１中の矢印は、光の出射方向を模式的に示している）。
【００２９】
しかして、本実施形態の発光装置Ａでは、六角錘状の透明錐体２の下面２１に６つのＬＥＤ薄膜部３が透明錐体２の６つの斜面２２それぞれに対応する形で形成されているので、６つの光出射方向を各別に制御することができ、６つの光出射方向のうちの１〜６の任意の光出射方向に光を出射させることができる。なお、６つの光出射方向全てに同時に光を出射させる場合には、ＬＥＤチップ１を図３に示した従来の発光装置Ａ’に比べて小型の点光源と見なすこともできる。
【００３０】
また、本実施形態の発光装置Ａでは、上述のように、ＬＥＤチップ１において、複数のＬＥＤ薄膜部３に対してカソード電極５が各ｎ形窒化物半導体層３３ごとに設けられる一方で、アノード電極４が透明錐体２の下面２１に１つだけ共通に設けられているので、透明錐体２の下面２１におけるアノード電極４の占有面積を小さくして各ＬＥＤ薄膜部３の面積を大きくすることができ、光出力の高出力化を図れる。
【００３１】
また、本実施形態の発光装置Ａでは、透明錐体２の下面２１における全ての仮想領域の大きさが同じであり、アノード電極４が透明錐体２の下面２１の中央部に配置されているので、アノード電極４と各ＬＥＤ薄膜部３のｐ形窒化物半導体層３１との間の距離の均一化を図れるとともに、各ＬＥＤ薄膜部３それぞれにおける電流密度の面内ばらつきを低減でき、駆動電圧の低電圧化による低消費電力化を図れる。
【００３２】
また、本実施形態の発光装置Ａでは、アノード電極４から上述の補助アノード電極４１が延長されているので、各ＬＥＤ薄膜部３それぞれにおける電流密度の面内ばらつきをより低減でき、より一層の低消費電力化を図れる。
【００３３】
ところで、上述のＬＥＤチップ１の透明錐体２の下面２１における仮想領域の数や形状は特に限定するものではなく、例えば、図２に一点鎖線で示すように仮想領域の境界を設定して４つの仮想領域それぞれにＬＥＤ薄膜部３を形成してもよい。
【００３４】
なお、図１，２では、全ての仮想領域の形状が同じであり、ＬＥＤ薄膜部３の平面形状も同じとなっているが、仮想領域の形状を互いに異なる形状として、ＬＥＤ薄膜部３を互いに異なる形状としてもよい。また、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１の発光色を青色光としてあるが、ＬＥＤチップ１の発光色は青色光に限らず、緑色光、赤色光、紫色光、紫外光などでもよい。また、ＬＥＤ薄膜部３は、少なくともｎ形窒化物半導体層３３とｐ形窒化物半導体層３１とを備えていればよく、発光層３２は必ずしも備えている必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）はＬＥＤチップの概略下面図である。
【図２】同上の他の構成例におけるＬＥＤチップの概略下面図である。
【図３】従来例の発光装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ  発光装置
１  ＬＥＤチップ
２  透明錐体
３  ＬＥＤ薄膜部
４  アノード電極
４１  補助アノード電極
５  カソード電極
６  実装基板
２１  下面
２２  斜面
３１  ｐ形窒化物半導体層
３３  ｎ形窒化物半導体層
６１  絶縁性基材
６４  導体パターン
６５  導体パターン
【図１】
2010147446.tif 000003
【図２】
2010147446.tif 000004
【図３】
2010147446.tif 000005