(57)【要約】【課題】発光効率の向上を図れる発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤチップ１０は、六角錘状の透明基体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２０に近くなる形で実装基板２０に実装され、実装基板２０は、透光性基板２１の一表面側にＬＥＤチップ１０のカソード電極１８およびアノード電極１７それぞれとバンプ３０，３０を介して接合される導体パターン２３，２３が形成され、透光性基板２１の他表面にＬＥＤチップ１０から実装基板２０側に放射された光を反射する反射膜２５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形半導体層とｐ形半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形半導体層に電気的に接続されたアノード電極が透明基体の一表面側に形成され、当該透明基体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、透光性基板の一表面側にＬＥＤチップのカソード電極およびアノード電極それぞれとバンプを介して接合される導体パターンが形成され、透光性基板の他表面にＬＥＤチップから実装基板側に放射された光を反射する反射膜が形成されてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記実装基板は、前記導体パターンが透明導電膜により構成されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤチップと前記実装基板との間の隙間に透光性樹脂からなるアンダーフィル部が設けら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】
前記ＬＥＤチップは、前記透明基体が、前記一表面を下面とする六角錘状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
【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、ＧａＮ系の窒化物半導体材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなど）を発光層の材料として利用したＬＥＤチップを実装基板にフリップチップ実装してなる発光装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記特許文献１には、図３に示すように、発光層１５’からの光に対して透明な透明基板１０ａ’の一表面側にｎ形ＧａＮ層からなるｎ形半導体層１４’と発光層１５’とｐ形ＧａＮ層からなるｐ形半導体層１６’との積層構造を有するＬＥＤチップ１０’と、当該ＬＥＤチップ１０’がフリップチップ実装された実装基板２０’とを備えた発光装置Ａ’が記載されている。
【０００４】
ここにおいて、ＬＥＤチップ１０’は、透明基板１０ａ’として結晶成長用基板であるサファイア基板を用いており、透明基板１０ａ’の上記一表面側にバッファ層１０ｂ’および光均一化層１３’を介してｎ形半導体層１４’が形成され、ｎ形半導体層１４’における光均一化層１３’側とは反対側に発光層１５’が形成され、発光層１５’におけるｎ形半導体層１４’側とは反対側にｐ形半導体層１６’が形成されており、ｐ形半導体層１６’における発光層１５’側とは反対側にアノード電極１７’が形成され、ｎ形窒化物半導体１４’における発光層１５’側の露出表面にカソード電極１８’が形成されている。
【０００５】
また、実装基板２０’は、例えば、窒化アルミニウム基板からなる平板状の絶縁性基板２０ａ’の一表面側にＬＥＤチップ１０’のアノード電極１７’およびカソード電極１８’それぞれがバンプ３０’，３０’を介して電気的に接続される金属層からなる導体パターン（配線パターン）２３’，２３’が形成されている。
【０００６】
なお、上記特許文献１には、結晶成長用基板として、サファイア基板の他に、ＧａＮ基板やＺｎＯ基板などを用いてもよいことが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３２９４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図３に示した構成の発光装置Ａ’は、透明基板１０ａの他表面が光取り出し面となるようにＬＥＤチップ１０’を実装基板２０’にフリップチップ実装したものであり、アノード電極１７’が発光層１５’からの光を反射する反射ミラーを兼ねているので、アノード電極１７’で反射された光の一部が発光層１５’に再吸収されて発光効率が低下してしまう。
【０００８】
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、発光効率の向上を図れる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】
【０００９】
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形半導体層とｐ形半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形半導体層に電気的に接続されたアノード電極が透明基体の一表面側に形成され、当該透明基体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、透光性基板の一表面側にＬＥＤチップのカソード電極およびアノード電極それぞれとバンプを介して接合される導体パターンが形成され、透光性基板の他表面にＬＥＤチップから実装基板側に放射された光を反射する反射膜が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ＬＥＤチップは、透明基体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板に近くなる形で実装基板に実装され、実装基板は、透光性基板の一表面側にＬＥＤチップのカソード電極およびアノード電極それぞれとバンプを介して接合される導体パターンが形成され、透光性基板の他表面にＬＥＤチップから実装基板側に放射された光を反射する反射膜が形成されているので、ＬＥＤ薄膜部と反射膜との距離を比較的長くすることができ、ＬＥＤ薄膜部から実装基板側へ放射され反射膜で反射される光のＬＥＤチップへの再入射量を低減でき、光取り出し効率が向上するから、発光効率の向上を図れる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板は、前記導体パターンが透明導電膜により構成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記導体パターンが金属層により構成されている場合に比べて、前記導体パターンによる光の反射や減衰を抑制できるので、光取り出し効率を向上できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ＬＥＤチップの前記ＬＥＤ薄膜部と前記実装基板との間の隙間に透光性樹脂からなるアンダーフィル部が設けられてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップと前記実装基板との間の隙間に透光性樹脂からなるアンダーフィル部が設けられていることにより、前記ＬＥＤチップにおいて前記ＬＥＤ薄膜部から前記透明基体側とは反対側に放射される光が前記ＬＥＤ薄膜部の表面で反射されるのを抑制して効率良く取り出すことができ、光取り出し効率の向上を図れる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記ＬＥＤチップは、前記透明基体が、前記一表面を下面とする六角錘状に形成されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップの前記透明基体が六角錘状に形成されているので、前記透明基体が平板状に形成されている場合に比べて光取り出し効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明では、ＬＥＤ薄膜部と反射膜との距離を比較的長くすることができ、ＬＥＤ薄膜部から実装基板側へ放射され反射膜で反射される光のＬＥＤチップへの再入射量を低減でき、光取り出し効率が向上するから、発光効率の向上を図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施形態１）
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。
【００１９】
本実施形態の発光装置Ａは、図１に示すように、ＬＥＤチップ１０と、当該ＬＥＤチップ１０が一表面側に実装された矩形板状の実装基板２０とを備えている。
【００２０】
ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系の青色ＬＥＤチップであり、それぞれ窒化物半導体材料により形成されたｎ形半導体層１４と発光層１５とｐ形半導体層１６との積層構造を有するＬＥＤ薄膜部１２、ｎ形半導体層１４に電気的に接続されたカソード電極１８およびｐ形半導体層１６に電気的に接続されたアノード電極１７がｎ形のＺｎＯ結晶からなる六角錘状の透明基体１１の下面１１ａ側に形成されている。なお、本実施形態では、透明基体１１の下面１１ａが透明基体１１の一表面を構成している。
【００２１】
ＬＥＤチップ１０のＬＥＤ薄膜部１２は、ｎ形半導体層１４をｎ形ＧａＮ層により構成し、発光層１５をＩｎＧａＮ層により構成し、ｐ形半導体層１６を発光層１５側のｐ形ＡｌＧａＮ層と当該ｐ形ＡｌＧａＮ層における発光層１５側とは反対側のｐ形ＧａＮ層とで構成してあるが、ＬＥＤ薄膜部１２の積層構造は特に限定するものではなく、発光層１５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。
【００２２】
また、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤ薄膜部１２の平面視形状を透明基体１１の下面１１ａよりもやや小さな正六角形状の形状に形成してあり、カソード電極１８が、ＬＥＤ薄膜部１２のｎ形半導体層１４に接する形で形成されて当該ｎ形半導体層１４と電気的に接続され、アノード電極１７が透明基体１１の下面１１ａに接する形で形成され当該透明基体１１を介してｐ形半導体層１６と電気的に接続されている。したがって、ｎ形半導体層１４と発光層１５とｐ形半導体層１６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１０のアノード電極１７およびカソード電極１８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。ただし、アノード電極１７およびカソード電極１８それぞれの形状、サイズ、個数および配置は特に限定するものではない。
【００２３】
上述のＬＥＤチップ１０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するＬＥＤ薄膜部１２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、ＬＥＤ薄膜部１２を透明基体１１の基礎となるｎ形ＺｎＯウェハに接合してから、サファイアウェハを除去し、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基体１１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。六角錘状の透明基体１１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、透明基体１１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、透明基体１１の下面１１ａに対する各斜面１１ｂ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基体１１の下面１１ａ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基体１１を形成しているので、下面１１ａに対する各斜面１１ｂそれぞれの傾斜角が６０°となっている。
【００２４】
また、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤ薄膜部１２における透明基体１１側とは反対側の表面（ここでは、ｎ形半導体層１４の表面）に光取り出し効率向上用の微細凹凸構造１４ａが形成されている。
【００２５】
上述のＬＥＤチップ１０は、アノード電極１７とカソード電極１８との間に順方向バイアス電圧を印加することにより、トンネル電流注入によりアノード電極１７からｐ形半導体層１６へホールが注入されるとともに、カソード電極１８からｎ形半導体層１４へ電子が注入され、発光層１５に注入された電子とホールとが再結合することで発光し、透明基体１１の各斜面１１ｂおよびＬＥＤ薄膜部１２におけるｎ形半導体層１４の透明基体１１側とは反対側の表面から光が放射される。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である。
【００２６】
ところで、実装基板２０は、透光性基板２１の一表面側にＬＥＤチップ１０のカソード電極１８およびアノード電極１７それぞれとバンプ３０，３０を介して接合される導体パターン２３，２３が形成され、透光性基板２１の他表面にＬＥＤチップ１０から実装基板２０側に放射された光を反射する反射膜２５が形成されている。
【００２７】
要するに、ＬＥＤチップ１０は、透明基体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２０に近くなる形で実装基板２０の上記一表面側に実装されている。なお、実装基板２０の平面視形状は、矩形状（本実施形態では、正方形状）となっているが、正方形状に限らず、例えば、長方形状、円形状、六角形状でもよい。
【００２８】
ここにおいて、透光性基板２１の材料としては、例えば、パイレックス（登録商標）や硼珪酸ガラス（ＢＫ７）などのガラスを採用すればよいが、ガラスに限らず、ＬＥＤチップ１０から放射される光に対して透光性を有する材料であればよく、例えば、６Ｈ−ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、サファイアなどを採用してもよい。ただし、ＬＥＤチップ１０との線膨張係数差が小さく熱伝導率が大きな材料が好ましい。これらの材料の線膨張係数および熱伝導率を下記表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
また、各導体パターン２３は、ＩＴＯ膜からなる透明導電膜により構成されているが、透明導電膜は、ＩＴＯ膜に限らず、例えば、ＧＺＯ（ＧａをドープしたＺｎＯ）膜、ＡＺＯ（ＡｌをドープしたＺｎＯ）膜、ＩＺＯ（ＩｎをドープしたＺｎＯ）膜などにより構成してもよい。
【００３１】
また、反射膜２５は、Ａｌ膜により構成されているが、反射膜２５は、Ａｌ膜に限らず、例えば、例えば、Ａｇ膜により構成してもよい。
【００３２】
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１０は、透明基体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２０に近くなる形で実装基板２０に実装され、実装基板２０は、透光性基板２１の上記一表面側にＬＥＤチップ１０のカソード電極１８およびアノード電極１７それぞれとバンプ３０，３０を介して接合される導体パターン２３，２３が形成され、透光性基板２１の上記他表面にＬＥＤチップ１０から実装基板２０側に放射された光を反射する反射膜２５が形成されているので、発光層１５と反射膜２５との距離を図３に示した従来構成に比べて長くでき、さらに、透光性基板２１の上記一表面に光反射膜２５を形成する場合に比べて、ＬＥＤ薄膜部１２と反射膜２５との距離を比較的長くすることができ、ＬＥＤ薄膜部１２から実装基板２０側へ放射され反射膜２５で反射される光のＬＥＤチップ１０への再入射量を低減でき、光取り出し効率が向上するから、発光効率の向上を図れる。しかして、本実施形態の発光装置Ａによれば、光出力の向上を図れる。なお、図１中の矢印は、ＬＥＤチップ１０から放射された光の進行経路を模式的に示している。
【００３３】
また、本実施形態の発光装置Ａでは、実装基板２０の各導体パターン２３，２３が透明導電膜により構成されているので、図３に示した従来構成のように各導体パターン２３’，２３’が金属層により構成されている場合に比べて、各導体パターン２３，２３による光の反射や減衰を抑制できるので、光取り出し効率を向上できる。
【００３４】
また、本実施形態の発光装置Ａによれば、ＬＥＤチップ１０の透明基体１１が六角錘状に形成されているので、透明基体１１が平板状に形成されている場合に比べて光取り出し効率を高めることができる。ただし、透明基体１１を平板状の形状としてもよい。
【００３５】
（実施形態２）
図２に示す本実施形態の発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、ＬＥＤチップ１０と実装基板２０との間の隙間に透光性樹脂（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）からなるアンダーフィル部４０が設けられている点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の発光装置Ａでは、ＬＥＤチップ１０と実装基板２０との間の隙間に透光性樹脂からなるアンダーフィル部４０が設けられているので、ＬＥＤチップ１０のアノード電極１７およびカソード電極１８と透光性基板２１の上記一表面側の導体パターン２３，２３との接続信頼性を高めることができ、しかも、ＬＥＤチップ１０においてＬＥＤ薄膜部１２から透明基体１１側とは反対側に放射される光（発光層１４から透明基体１１側とは反対側に放射される光）がＬＥＤ薄膜部１２の表面で反射されるのを抑制して効率良く取り出すことができ、光取り出し効率の向上を図れる。
【００３７】
なお、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光色を青色光としてあるが、ＬＥＤチップ１０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、ｎ形半導体層１４、発光層１５、およびｐ形半導体層１６の材料は窒化物半導体材料に限定するものではなく、他の化合物半導体材料でもよい。また、ＬＥＤ薄膜部１２は、少なくともｎ形半導体層１４とｐ形半導体層１６とを備えていればよく、発光層１５は必ずしも備えている必要はない。
【００３８】
また、上記各実施形態の発光装置Ａにおいて、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成され実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で実装基板２０の上記一表面側に固着されるドーム状の色変換部材（図示せず）を設けるようにしてもよい。この場合の上記色変換部材の材料として用いる透光性材料として、例えば、シリコーン樹脂を用いればよいが、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよく、ガラスを採用すれば、シリコーン樹脂を採用している場合に比べて、上記色変換部材の熱伝導性が向上するので、蛍光体の温度上昇をより抑制できて光束を向上させることができ、しかも、水蒸気やＮＯｘなど対するガスバリア性や耐透湿性が向上するとともに、蛍光体の吸湿劣化を抑制でき、信頼性および耐久性が向上する。また、上記色変換部材の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体として黄色蛍光体を採用しているが、黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態１の発光装置を示す概略断面図である。
【図２】実施形態２の発光装置を示す概略断面図である。
【図３】従来例を示す発光装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ＬＥＤチップ
１１  透明基体
１１ａ  下面（一表面）
１２  ＬＥＤ薄膜部
１４  ｎ形半導体層
１６  ｐ形半導体層
１７  アノード電極
１８  カソード電極
２０  実装基板
２１  透光性基板
２３  導体パターン
２５  反射膜
３０  バンプ
４０  アンダーフィル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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