(57)【要約】【課題】  複数の発光素子を用いても狭ピッチ化が図れ、小型化を実現でき、信頼性、混色性等の諸特性を向上させた発光装置を提供する。【解決手段】  フリップチップ型の複数のＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃは、相互間を狭ピッチにして１枚の中間基板１１に搭載することにより、複合ＬＥＤチップ２を形成している。この複合ＬＥＤチップ２は、リフレクトケース１０上の導電パターンに金属結合により実装される。ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを１枚の中間基板１１に搭載したことにより、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの相互間の狭ピッチ化が図れるため、小型化、混色性の向上等が可能になる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ型の複数の発光素子と、
前記複数の発光素子がフリップチップ実装される中間基板とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
フリップチップ型の複数の発光素子と、
前記複数の発光素子がフリップチップ実装される中間基板と、
前記複数の発光素子および前記中間基板を収容して封止するパッケージ部とを備えた発光装置。
【請求項３】
前記複数の発光素子は、赤、緑、青の各発光色を含むことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記パッケージ部は、前記中間基板が搭載され、前記複数の発光素子の発光を所定の方向に反射する凹形状のリフレクトケースを備えたことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項５】
前記中間基板は、その下面上で導電性の結合部材を介した結合により前記パッケージ部に実装することを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項６】
前記結合部材は、バンプであることを特徴とする請求項５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，ＬＤ等の複数の発光素子を有する発光装置に関し、特に、複数の発光素子を用いても狭ピッチ化が図れ、小型化を実現でき、信頼性、混色性等の諸特性を向上させた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）は、省電力、長寿命、メンテナンスフリー等の特長を有することから、電子装置等の機器のランプ、信号の伝送等の用途のほか、信号機、広告塔などの屋外の機器、自動車のランプ類、液晶表示装置のバックライト等にも採用されている。
【０００３】
従来、ＬＥＤの発光色は、単一色であったが、青色発光ダイオードの実用化にともない、複数の発光色のＬＥＤ、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色を組み合わせて白色光を得る発光装置が実用化されている。
【０００４】
図８は、従来の発光装置の構成を示す。この発光装置１００は、外形が角形を成し、その上面の中央部に円形の凹部１０１ａを有するリフレクトケース１０１と、凹部１０１ａの底部１０１ｂに搭載された複数のＬＥＤ素子１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃとを備える。
【０００５】
リフレクトケース１０１は、例えば、樹脂材等を成形加工して作られ、凹部１０１ａの内壁面にはアルミ蒸着、銀色塗装等による反射層１０１ｃが形成されており、さらに内部にはＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃの電極部と外部の電源装置等とを接続するための図示しない導電パターンが形成されている。
【０００６】
ＬＥＤ素子１０２Ａは、発光色が青色、ＬＥＤ素子１０２Ｃは、発光色が緑色で、それぞれの上面に図示しない１対の電極を有し、底部１０１ｂ上の図示しない導電パターンと複数のボンディングワイヤ１０３によってそれぞれ接続されている。ＬＥＤ素子１０２Ｂは、発光色が赤色で、垂直構造をなし、底面の図示しない電極と底部１０１ｂ上の導電パターンを接続し、上面の図示しない電極からボンディングワイヤ１０３によって底部１０１ｂ上の導電パターンと接続されている。
【０００７】
この発光装置１００は、外部の電源装置からＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃに電源供給が行われると、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃが同時に点灯し、複数のボンディングワイヤ１０３を備えた上面から発光光が出射する。ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃの各発光色は、混色されて、例えば白色光となり、凹部１０１ａの上方に出射する。また、出射光の一部は、反射層１０１ｃで反射して外部へ出射する。
【０００８】
しかし、図８の構成の発光装置は、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃをリフレクトケース１０１の底部１０１ｂに搭載後、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃの電極と底部１０１ｂ上の導電パターンとをボンディングワイヤ１０３で接続する必要があり、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃの相互間の間隔を狭くすることが難しい。
【０００９】
ＬＥＤ素子にボンディングワイヤを接続しないで済むＬＥＤとして、例えば、特許文献１に示されるものがある。
【００１０】
図９は、特許文献１に開示されたＬＥＤ素子を用いて構成した従来の発光装置を示す。この発光装置１００は、外形が角形を成し、その上面の中央部に円形の凹部１０１ａを有するリフレクトケース１０１と、凹部１０１ａの底部１０１ｂに中間基板としてのサブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃを介して搭載された複数のＬＥＤ素子１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃとを備える。
【００１１】
ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃは、その中心軸とサブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃの中心軸とが一致するようにして重ね合わせ、かつ、中心軸を中心にして、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃをサブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃに対して略４５度回転させて設置したものである。このＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃに対する一対の取り出し電極は、サブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃのコーナ部に形成される。そして、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃをサブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃ上に金バンプ等で実装してＬＥＤ部を構成し、これをリフレクトケース１０１の底部１０１ｂに実装し、さらに、サブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃ上の導電パターンの所定部位と底部１０１ｂ上の導電パターンの所定部位とを、ボンディングワイヤ１０３で接続した構成としている。
【００１２】
したがって、図９の発光装置１００は、ＬＥＤ素子１０２Ａを１つのサブマウント１０４Ａに搭載されているというように、１つのＬＥＤ素子が１つのサブマウントに搭載されている。そして、サブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃは、リフレクトケース１０１にそれぞれ実装されている。
【００１３】
なお、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃの保護のための素子を実装する場所として、サブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃを用いることができる。また、サブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃに対しＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃを回転させて設置したので、ＬＥＤ素子による発光光を上下左右の各方向に均一に出射することができる。
【特許文献１】特開２０００−２８６４５７号公報（［００３０］〜［００３４］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献１に示す発光装置によると、ＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃが個々にサブマウント１０４Ａ〜１０４Ｃに実装されているため、複数のＬＥＤ素子１０２Ａ〜１０２Ｃを搭載する場合、搭載ピッチに限界があり、小型化を実現できず、信頼性、混色性等の諸特性が劣る。
【００１５】
本発明の目的は、複数の発光素子を用いても狭ピッチ化が図れ、小型化を実現でき、信頼性、混色性等の諸特性を向上させた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】
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するため、フリップチップ型の複数の発光素子と、前記複数の発光素子がフリップチップ実装された中間基板とを備えたことを特徴とする発光装置を提供する。
【００１７】
この構成によれば、複数の発光素子を中間基板に実装するため、個々の発光素子を個々の中間基板に実装するのと比べて、各発光素子間のピッチを狭くできる。
【００１８】
本発明は、上記目的を達成するため、フリップチップ型の複数の発光素子と、前記複数の発光素子がフリップチップ実装される中間基板と、前記複数の発光素子および前記中間基板を収容して封止するパッケージ部とを備えた発光装置を提供する。
【００１９】
この構成によれば、複数の発光素子を中間基板に実装することにより、個々の発光素子を個々の中間基板に実装するのと比べて、各発光素子間のピッチを狭くできる。
【００２０】
前記複数の発光素子は、赤、緑、青の各発光色を含むことが好ましい。発光素子は、２色あるいは単色の発光光を出射するものであってもよい。また、前記複数の発光素子は、それぞれ並列の回路構成とし、それぞれ保護機能を有することが好ましい。また、前記複数の発光素子は、実装スペース等に応じて任意の角度に実装されることが好ましい。また、発光素子として、例えば、ＬＥＤ素子は、ＧａＮ系半導体化合物からなるフリップチップ型の素子のほか、４元素系のＡｌＩｎＧａＰからなるフリップチップ型の素子で赤色を発光するものであっても、高出力化、高輝度化、および高放熱性が期待でき、発光装置に用いた場合、高出力、高輝度、および高放熱性を備えたものとなる。
【００２１】
前記パッケージ部は、前記中間基板が搭載され、前記複数の発光素子の発光を所定の方向に反射する凹形状のリフレクトケースを備えたことが好ましい。
【００２２】
前記中間基板は、その下面上で導電性の結合部材を介した結合により前記パッケージ部に実装することが好ましい。例えば、半田による結合、金バンプ、半田バンプなどのバンプによる結合、または導電性接着剤等の接着剤による結合が用いられる。導電性の結合部材を介することにより、ＬＥＤからの発熱を効率よくリフレクトケース１０１等に放熱することにより、ＬＥＤが高温となることを防止する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の発光装置によれば、複数の発光素子を用いても狭ピッチ化が図れ、小型化および信頼性、混色性等の諸特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［第１の実施の形態］
（発光装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を示す。この発光装置１は、外形が角形を成し、その上面の中央部に円形の凹部１０ａを有するパッケージ部としてのリフレクトケース１０と、シリコンからなる中間基板１１、およびこの中間基板１１上に実装され、発光素子としての複数のＬＥＤ素子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを備え、凹部１０ａの底部１０ｂに搭載されている複合ＬＥＤチップ２とを有する。
【００２５】
リフレクトケース１０は、例えば、樹脂等を成形加工して作られ、中心部には傾斜内壁面を有する凹部１０ａが形成されており、その傾斜内壁面にはアルミ蒸着等による反射層１０ｃが形成され、さらに底部１０ｂにはＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの電極部と外部とを接続するための図示しない導電パターンが形成されている。なお、パッケージ部は、図示のリフレクトケース１０の形状に限定されるものではなく、任意の形状にすることができる。
【００２６】
中間基板１１は、内部にＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの電極部と外部の電源装置等とを接続するための図示しない導電パターンを有する。この中間基板１１上の導電パターンと凹部１０ａの導電パターンとは、複数のボンディングワイヤ１３によって接続される。
【００２７】
ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃは、フリップチップ型構造の素子であり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の相互に発光色が異なるものを用いるが、３つが同一発光色であってもよいし、３つを２色に分けてもよい。このＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃは、相互に近接する状態、すなわち最小ピッチにして中間基板１１に実装される。
【００２８】
図２は、図１の発光装置のＡ−Ａ線の断面を示す。リフレクトケース１０の凹部１０ａの底部１０ｂには導電パターン１４が形成されており、この導電パターン１４に、例えば、接着剤を介して結合される接合層１５を介して中間基板１１が実装される。ここで、接着剤は、導電性接着剤や高熱伝導性接着剤等を用いることができる。
【００２９】
中間基板１１には、導電パターン１６が形成されており、この導電パターン１６にＡｕからなるバンプ１７を介してＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃが実装されている。なお、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの下面には、ｐ側電極１８Ａとｎ側電極１８Ｂが設けられており、これら電極１８Ａ，１８Ｂにバンプ１７が接続される。また、凹部１０ａ内には、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの実装後、例えば、透明樹脂による封止部材１９が充填される。なお封止部材１９は、透明樹脂に光拡散剤、着色材、または蛍光体等を混入したものであってもよい。
【００３０】
（ＬＥＤ素子の詳細構成）
図３は、ＬＥＤ素子１２Ａの詳細構成を示す。このＬＥＤ素子１２Ａは、例えばＧａＮ系半導体化合物を用いたフリップチップ型であり、青色光を発光する。ＬＥＤ素子１２Ａは、ｐ側電極１８Ａ上に形成されたｐ型ＧａＮ層２０と、このｐ型ＧａＮ層２０上に形成され、電流を注入されることに基づいて発光する発光層２１と、ｎ側電極１８Ｂおよび発光層２１上に設けられたｎ型ＧａＮ層２２と、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）からなるとともに、ｎ型ＧａＮ層２２上に形成された素子基板２３とを有する。
【００３１】
なお、ＬＥＤ素子１２Ｂは、例えば、ＧａＮ系半導体化合物を用いたフリップチップ型であり、緑色光を発光する。また、ＬＥＤ素子１２Ｃは、ＧａＮ系半導体化合物の代わりに、例えば、４元素系のＡｌＩｎＧＡＰ系化合物半導体を用いたフリップチップ型であり、赤色光を発光する。
【００３２】
（ＬＥＤ素子の接続状態）
図４は、発光装置１のＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの接続を示し、同図中、（ａ）はＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃのみの接続図、（ｂ）はＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃにツェナーダイオード３０Ａ〜３０Ｃを接続した接続図である。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、それぞれのＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃは、他のＬＥＤ素子には接続されず、独立した結線になっており、この状態はリフレクトケース１０の図示しない外部接続端子に至るまで不変である。したがって、ユーザーの望む回路構成を自由に構築することができ、例えば、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの３つを並列に接続にし、アノードコモン回路やカソードコモン回路等に対応することができる。また、３つのＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃのうち、２つを並列に接続し、１つを独立に接続するなど、発光素子の接続構成を自由に選択できる。
【００３４】
図４（ｂ）は、それぞれのＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃにツェナーダイオード３０Ａ〜３０Ｃを逆方向極性になるようにして並列に接続したものであり、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃに過大電圧が印加されたとき、その過剰分をツェナーダイオード３０Ａ〜３０Ｃによって吸収し、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを保護できる構成にしている。なお、ツェナーダイオード３０Ａ〜３０Ｃは、中間基板１１に搭載されている。
【００３５】
（発光装置の動作）
この発光装置１は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を発光するＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを並列接続した状態において、リフレクトケース１０に設けられた端子または電極に外部の電源装置から電源が供給されると、中間基板１１を通してＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃに電流が流れ、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃが同時に点灯する。この場合、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの発光色は、混色により白色光となり、その一部は直接に凹部１０ａの上方に出射し、他の一部は反射層１０ｃで反射して外部へ出射する。なお、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃは、上記のように同時に点灯するようにしても、個々に点灯するようにしてもよい。
【００３６】
（発光装置の製造方法）
次に、発光装置１の製造方法について説明する。まず、中間基板１１上の所定の位置にＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを実装することにより、複合ＬＥＤチップ２を作製する。次に、リフレクトケース１０の凹部１０ａの導電パターン１４上に、複合ＬＥＤチップ２を接着剤を介して結合することにより実装する。次に、導電パターン１６の所定の部位と導電パターン１４上の所定の部位とをボンディングワイヤ１３で接続する。最後に、凹部１０ａ内を、例えば、透明樹脂で充填し、封止部材１９を形成する。これにより、発光装置１が完成する。
【００３７】
（第１の実施の形態の効果）
この実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）１枚の中間基板１１上にＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを搭載したことにより、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃ間のピッチを狭くすることが可能になり、発光装置１の小型化ならびに混色性の向上を図ることができる。
（ロ）ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの接続を素子単位にしたため、複数のＬＥＤ素子の並列接続、直列接続、直並列接続等を自由に行うことができ、ユーザーにおける回路設計および利用上の制約を低減することができる。
（ハ）ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃにツェナーダイオード３０Ａ〜３０Ｃを接続することにより、ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃの保護を図ることができる。
（ニ）フリップチップ型のＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを用いたことにより、高出力化、高輝度化、および高放熱性を備えた発光装置１を得ることができる。
（ホ）ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃに対するワイヤーレス化が可能になり、信頼性を向上させることができる。
（ヘ）ＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを赤、緑、青の３色とした場合、白色の発光色が得られるため、各種バックライト用光源、車載用光源等に適用でき、また、他の色による混色を発光させるようにした場合には、アミューズメント用やイルミネーション用の光源としての用途がある。したがって、多方面に利用できる発光装置１を提供することができる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を示す。この発光装置１は、第１の実施の形態において、ＬＥＤ素子１２ＢをＬＥＤ素子１２Ａ，１２Ｃに対して所定の角度、例えば４５度の角度をつけて中間基板１１に実装したものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、図５においては、ＬＥＤ素子１２Ｂのみを回転させたが、２つまたは全部を回転させてもよい。また、回転させる角度は、個々に異ならせてもよいし、全てを同じ角度にしてもよい。
【００３９】
（第２の実施の形態の効果）
この実施の形態によれば、実装スペース等に応じてＬＥＤ素子１２Ａ〜１２Ｃを任意の角度に実装することができるため、小型化が図ることができ、また、設計および実装の自由度を向上させることができる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る発光装置を示す。また、図７は、図６のＢ−Ｂ線の断面を示す。この発光装置１は、第１の実施の形態において、中間基板１１の下面に導電パターン２４を形成し、中間基板１１を半田からなるバンプ２５を介して導電パターン１４上に実装し、導電パターン２４と導電パターン１４を接続するようにしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４１】
（第３の実施の形態の効果）
この実施の形態によれば、接着剤を介して結合される接合層１５の形成に代えて半田からなるバンプ２５により実装するため、用途に応じ、あるいは製造ラインの仕様等に応じて、第１の実施の形態と本実施の形態とのいずれかを選択することができる。また、半田からなるバンプ２５に代えて金バンプを用いてもよい。その他の効果は、第１実施の形態と同様である。
【００４２】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、その要旨を変更しない範囲で、各実施の形態間の構成要素の組合せは、任意に行うことができる。また、中間基板上にレーザダイオードを搭載することにより、半導体レーザを小型化することができ、高出力、高信頼性、高放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の斜視図である。
【図２】図１の発光装置のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】ＬＥＤ素子の詳細構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第1の実施の形態に係る発光装置のＬＥＤ素子の接続を示し、（ａ）はＬＥＤ素子のみの接続図、（ｂ）はＬＥＤ素子にツェナーダイオードを接続した接続図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を示す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る発光装置を示す斜視図である。
【図７】図６の発光装置のＢ−Ｂ線の断面図である。
【図８】従来の発光装置の構成を示す斜視図である。
【図９】従来の他の発光装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  発光装置
２  複合ＬＥＤチップ
１０  リフレクトケース
１０ａ  凹部
１０ｂ  底部
１０ｃ  反射層
１１  中間基板
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  ＬＥＤ素子
１３  ボンディングワイヤ
１４  導電パターン
１５  接合層
１６  導電パターン
１７  バンプ
１８Ａ  ｐ側電極
１８Ｂ  ｎ側電極
１９  封止部材
２０  ｐ型ＧａＮ層
２１  発光層
２２  ｎ型ＧａＮ層
２３  基板
２４  導電パターン
２５  バンプ
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  ツェナーダイオード
１００  発光装置
１０１  リフレクトケース
１０１ａ  凹部
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ  ＬＥＤ素子
１０３  ボンディングワイヤ
１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ  サブマウント
【図１】
2006173392.tif 000003
【図２】
2006173392.tif 000004
【図３】
2006173392.tif 000005
【図４】
2006173392.tif 000006
【図５】
2006173392.tif 000007
【図６】
2006173392.tif 000008
【図７】
2006173392.tif 000009
【図８】
2006173392.tif 000010
【図９】
2006173392.tif 000011