(57)【要約】【課題】効率良く光を発生する発光装置１を提供する。【解決手段】配線板１０と、配線板１０上に積層配置される複数のＬＥＤ２０、３０、４０と、複数のＬＥＤ２０、３０、４０の間に配設され、中空部５０Ｓ、６０Ｄを形成する球形のスペーサ５０Ａ〜５０Ｄ、６０Ａ〜６０Ｄと、を具備する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に積層配置される複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の間に配設され、中空部を形成するスペーサと、を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子の外面に、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子が、発光ダイオードであること特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記スペーサが、球状であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記スペーサが、流動性材料を前記発光素子上で硬化処理した材料からなることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記複数の発光素子が、それぞれ異なる波長の光を発生することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記複数の発光素子が、同じ波長の光を発生することを特徴とする請求項４または請求項５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、複数の半導体発光素子を具備する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良い。このため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオードなどの半導体発光素子を有する発光装置は、各種の光源として利用されている。ここで、半導体発光素子が発生する光は急峻なスペクトル分布を有する。このため、白色光を発生する発光装置においては、複数の半導体発光素子を用いる必要がある
【０００３】
特開２００８−１３０７７７号公報には、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤを組み合わせた、いわゆる三波長混合型の白色光を発生する発光装置１０１が、開示されている。図１および図２に示すように、発光装置１０１は、配線板１１０と、配線板１１０上にダイボンディングされている第１の発光素子１２０と、発光素子１２０上に透明樹脂層１５０を介して接着されている第２の発光素子１３０と、さらに、発光素子１３０上に透明樹脂層１６０を介して接着されている第３の発光素子１４０とを有する。
【０００４】
第１、２、３の発光素子１２０、１３０、１４０は、ともに同一サイズの発光素子チップからなる。各発光素子１２０、１３０、１４０の上面には、それぞれ一対のボンディングパッド１２１Ａ、１２１Ｂ、１３１Ａ、１３１Ｂ、１４１Ａ、１４１Ｂが配されている。なお、以下、同じ機能の複数の構成要素のそれぞれをいうときは符号末尾のアルファベット１文字を省略していうことがある。例えば、一対のボンディングパッド１２１Ａ、１２１Ｂをボンディングパッド１２１という。
【０００５】
配線板１１０には、ボンディングパッド１２１、１３１、１４１に対応して３対のボンディングリード１１２、１１３、１１４が配されている。ボンディングパッド１２１、１３１、１４１とボンディングリード１１２、１１３、１１４とは、ボンディングワイヤ１７０Ａ〜１７０Ｆにより接続されている。
【０００６】
発光装置１０１は、同一サイズの発光素子１２０、１３０、１４０を積層しているため、異なるサイズの発光素子を積層する発光装置に比較して、基板上の小面積内に発光素子を配置することができる。このため、よりサイズの大きい、すなわち発光面積の大きい発光素子を用いることができるため、より高輝度が得られる。
【０００７】
しかし、発光装置１０１は、発光素子１２０、１３０、１４０間に、透明樹脂層１５０、１６０が形成されているため、透明樹脂層１５０、１６０による光の吸収があり、光量が減少するおそれがあった。すなわち、透明樹脂層１５０、１６０は略透明であるが、光透過率は１００％ではないため、発光装置１０１は、光を発生する効率が良いとはいえないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１３０７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、効率良く光を発生する発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、本発明の発光装置は、基板と、前記基板上に積層配置される複数の発光素子と、前記複数の発光素子の間に配設され、中空部を形成するスペーサと、を具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、効率良く光を発生する発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】公知の発光装置の構造を説明するための横方向から観察したときの図である。
【図２】公知の発光装置の構造を説明するための上面図である。
【図３】第１の実施の形態の発光装置の構造を説明するための分解斜視図である。
【図４】第１の実施の形態の発光装置の構造を説明するための横方向から観察したときの図である。
【図５】第１の実施の形態の発光装置の構造を説明するためのスペーサの近傍を横方向から観察したときの部分拡大図である。
【図６】第１の実施の形態のスペーサを説明するための説明図である。
【図７】第１の実施の形態の発光装置の構造を説明するための横方向から観察したときの図である。
【図８】第２の実施の形態の発光装置の構造を説明するための横方向から観察したときの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図３は第１の実施の形態の発光装置１の構造を説明するための分解図であり、図４は発光装置１の構造を説明するための断面図である。なお、図は説明のための模式図であり、縦横の寸法比等は実際とは異なっている。
【００１４】
図３および図４に示すように、発光装置１は、基板である配線板１０と、第１の発光素子である青色ＬＥＤ２０と、第２の発光素子である赤色ＬＥＤ３０と、第３の発光素子である緑色ＬＥＤ４０と、青色ＬＥＤ２０と赤色ＬＥＤ３０との間に配設された球状の４個のスペーサ５０Ａ〜５０Ｄと、赤色ＬＥＤ３０と緑色ＬＥＤ４０との間に配設された球状の４個のスペーサ６０Ａ〜６０Ｄと、ＬＥＤと配線板１０とを接続する６本のワイヤボンディングワイヤ７０Ａ〜７０Ｆと、を有する。青色ＬＥＤ２０と、赤色ＬＥＤ３０と、緑色ＬＥＤ４０とは略同サイズである。それぞれのスペーサ５０、６０は、上下のＬＥＤと接着剤８０（図５参照）により接合されている。
【００１５】
配線板１０は、ワイヤボンディングワイヤ７０が接続される６個のボンディングリード１１Ａ〜１１Ｆを有する。青色ＬＥＤ２０、赤色ＬＥＤ３０、緑色ＬＥＤ４０は、それぞれがワイヤボンディングワイヤ７０が接続される２個のボンディングパッド、２１、３１、４１を有する。
【００１６】
発光装置１では、青色ＬＥＤ２０と赤色ＬＥＤ３０との間および赤色ＬＥＤ３０と緑色ＬＥＤ４０との間には、スペーサ５０、６０により、空気層である中空部５０Ｓ、６０Ｓが形成されている。ＬＥＤ間に光の取り出し効率を低下させるものが介在しなくなる。すなわち、中空部５０Ｓ、６０Ｓにある空気の光透過率は１００％である。
【００１７】
このため、本実施の形態の発光装置１は、効率良く光を発生する。
【００１８】
また、スペーサ５０、６０は球状であるため、例えば、青色ＬＥＤ２０と赤色ＬＥＤ３０との間隔を全面にわたって均一とすることが容易である。すなわち発光装置１は積層された複数のＬＥＤの間に均一な厚さの空気層を有する。そして、青色ＬＥＤ２０、赤色ＬＥＤ３０、緑色ＬＥＤ４０が発生した熱は、中空部５０Ｓ、６０Ｓの空気の対流により装置の外部に放熱される。すなわちスペーサ５０、６０により形成される中空部は密閉空間ではないため、発光装置１は内部に熱が蓄積されない。このため、本実施の形態の発光装置１は、熱の影響により発光効率が低下しにくい。
【００１９】
次に、発光装置１の製造方法について説明する。最初に、青色ＬＥＤ２０の第２の主面２０Ｂが、配線板１０にダイボンディングされる。ダイボンディングには、銀ペースト、金属共晶接合、または、樹脂接着剤等を用いる。なお、青色ＬＥＤ２０の第２の主面２０Ｂには反射層が形成されていることが好ましく、ダイボンディングに白色樹脂接着剤を用いることで反射層と同様の効果を得ることもできる。また、配線板１０として、ＬＥＤを収容可能なパッケージを用いてもよい。
【００２０】
次に、青色ＬＥＤ２０の発光部が形成されている第１の主面２０Ａのボンディングパッド２１と、配線板１０のボンディングリード１１とが、ワイヤボンディングワイヤ７０により接続される。ワイヤボンディングワイヤ７０としては、金、アルミニウムまたは銅などの金属細線を用いる。なお、ボンディングパッド２１とボンディングリード１１と間を電気的に接続できる他の接続方法、例えばＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方法でもよい。
【００２１】
そして、青色ＬＥＤ２０の第１の主面２０Ａの四隅の球状のスペーサ５０Ａ〜５０Ｄが接着剤８０により固定される。すなわち、接着剤が塗布された後、硬化処理が行われる。以下の固定作業も同様である。
【００２２】
なお、スペーサ５０、６０としては、球状が好ましいが、ＬＥＤ間に中空部を形成可能であれば、直方体、円柱または多角柱等であってもよい。さらにＬＥＤ間に中空部を形成できる形状であれば、図６（Ａ）に示すような形状の１個のスペーサ５１、図６（Ｂ）に示すような形状の１個のスペーサ５２、または図６（Ｃ）に示すようなＬ字型形状の２個のスペーサ５３等であってもよい。
【００２３】
スペーサは、型成形または切削加工等により作成する。スペーサの材料としては、樹脂、ガラス、石英、サファイア、セラミック、または金属を用いる。樹脂としては、シリコーン系、エポキシ系またはフェノール系等であれば透明樹脂、不透明樹脂のいずれでもよく、金属としては、アルミニウム、ＳＵＳ、真鍮または銅等を用いる。材料が、導電性の場合には、表面に絶縁加工処理を行ってもよい。絶縁加工処理としては、アルマイト処理、塗装処理などがある。また、スペーサの光路側の面に、側面方向に出射する光を反射する反射膜を、形成することにより、より強い光を発生することができる。反射膜としては、アルミニウム、銀、金、白塗装などを用いる。
【００２４】
また、スペーサは、予め作製した構造体ではなく、ＬＥＤ上で形成されてもよい。すなわち、図６（Ｄ）に示すように、流動性のある未硬化の樹脂、または溶融状態の金属等を用いて、ＬＥＤ上に所定の高さのある凸部を形成し、それをスペーサ５４としてもよい。スペーサ５４の形成方法としては、ディスペンサ法、印刷法などがある。すなわち、スペーサ５４は、流動性材料をＬＥＤ上で硬化処理した材料からなる。
【００２５】
また、図３等に示す発光装置１では、スペーサをＬＥＤの四隅に配設しているが、これに限られるものではない。例えば、図６（Ａ）に示すスペーサ５１を用いる場合には、ボンディングパッドより内側に配設してもよいし、ボンディングパッド上またはボンディングパッドの外側、またはＬＥＤ側面などに配設してもよい。ただし、スペーサは、ワイヤボンディングワイヤ７０等に悪影響を及ぼさない形状としておく。
【００２６】
接着剤としては、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、またはフェノール系の透明または不透明接着剤を用いる。接着剤の硬化方法は、熱硬化、紫外線硬化、または紫外線熱硬化併用等を用いる。なお、スペーサ５０は少なくとも３個あれば上下のＬＥＤを均一間隔で固定できる。
【００２７】
次に、赤色ＬＥＤ３０の第２の主面３０Ｂが、スペーサ５０上に接着剤８０により固定される。そして、赤色ＬＥＤ３０の発光部が形成されている第１の主面３０Ａのボンディングパッド３１と、配線板１０のボンディングリード１１とが、ワイヤボンディングワイヤ７０により接続される。そして、赤色ＬＥＤ３０の第１の主面３０Ａの四隅にスペーサ６０Ａ〜６０Ｄが接着剤８０により固定される。
【００２８】
次に、緑色ＬＥＤ４０の第２の主面４０Ｂが、スペーサ６０上に接着剤により固定される。そして、緑色ＬＥＤ４０の発光部が形成されている第１の主面４０Ａのボンディングパッド４１と、配線板１０のボンディングリード１１とが、ワイヤボンディングワイヤ７０により接続されることで、発光装置１の基本構造が完成する。なお、接着剤の硬化処理は、その都度、行ってもよいし、複数の固定箇所の接着剤の硬化処理を同時に行っても良い。
【００２９】
さらに図７に示す発光装置２のように、ＬＥＤ２０、３０、４０およびワイヤボンディングワイヤ７０を保護するために、発光装置１の全体を封止樹脂９４により封止してもよい。ただし、発光装置１の光路は透明であっても封止樹脂で覆わないことが好ましい。樹脂による光の吸収を防止するためである。このため、図７に示すように、発光装置２では、緑色ＬＥＤ４０の第１の主面４０Ａにスペーサ９０を介して、透明基板９１を接合し、封止枠９２の内部を封止樹脂９４で封止している。なお、図７に示す発光装置２では、ＬＥＤの側面光を反射するリフレクタ９３を、ＬＥＤの外周に配設し、より効率的に光を発生するようにしている。
【００３０】
すなわち発光装置２は、発光装置１が有する構成要素に加えて、緑色ＬＥＤ４０の第１の主面４０Ａと透明基板９１との間に配設され、中空部を形成するスペーサ９０と、封止枠９２と、リフレクタ９３と、封止枠９２の内部を封止樹脂９４と、を具備する。
【００３１】
リフレクタ９３は、ＬＥＤの側面方向に出射する光を反射する反射膜と同様の効果を有し、リフレクタ９３の反射面には、アルミニウム、銀、金、白塗装などを用いる。
【００３２】
なお、発光装置２において封止枠９２の内部を封止樹脂９４で封止しない気密部としてもよい。すなわち、封止樹脂が充填される部分を空気としてもよい。
【００３３】
また、発光装置１の上部に、さらに光学部品、例えば、ガラス板、石英板、サファイア板もしくは透明樹脂などの透明板、レンズ、またはプリズムなどを接着してもよく、光学部品で気密封止してもよい。また、積層するＬＥＤの数、複数のＬＥＤの積層順序およびＬＥＤの発生する光の波長は適宜、選択可能である。また同じ波長の光を発生する複数のＬＥＤを積層してもよいし、波長変換層を形成してもよい。
【００３４】
＜第２の実施の形態＞
次に第２の実施の形態の発光装置１Ａについて説明する。本実施の形態の発光装置１Ａは第１の実施の形態の発光装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００３５】
図８に示すように、発光装置１Ａでは、青色ＬＥＤ２０の第１の主面２０Ａおよび赤色ＬＥＤ３０の第１の主面３０Ａ、第２の主面３０Ｂおよび緑色ＬＥＤ４０の第１の主面４０Ａ、第２の主面４０Ｂに、それぞれ反射防止膜２２Ａ、３２Ａ、３２Ｂ、４２Ａ、４２Ｂが形成されている。光路に中空部５０Ｓ、６０Ｓを有する発光装置１では、ＬＥＤと空気層との界面で急激な屈折率の変化のため、界面での光の反射が発生しやすい。しかし、反射防止膜２２、３２、４２により界面での反射が防止される。
【００３６】
反射防止膜２２等には、一般に、光干渉の原理が利用される。すなわち、反射防止膜は、単層、多層構成によるものであり、基本的には光の干渉を利用して反射を打ち消す。より具体的には、単層反射防止膜の場合には振幅条件として膜の屈折率をｎ、ＬＥＤの屈折率をｎｇとしたとき、ｎ＝（ｎｇ）１／２、位相条件として物理膜厚をｄ、使用波長をλとしたときｎｄ＝λ／４をそれぞれ満足するとき、その波長において表面反射は０となる。また多層反射防止膜の場合には、例えば、中心波長をλとしたとき、ＬＥＤ側より中間屈折率材料をλ／４、高屈折率材料をλ／２、低屈折率材料をλ／４の膜厚で成膜することにより広い波長域で反射を抑えることができる。
【００３７】
具体的には、波長が４００〜６２０ｎｍの場合、単層膜としては、０．１〜０．１５５μｍ厚のＭｇＦ２、または３ＮａＦ・ＡｌＦ３などを用いることができる。また、多層膜としては、ＬＥＤ側に、０．１〜０．１５５μｍ厚のＣｅＦ３膜／中間に０．２〜０．３１μｍ厚のＺｒＯ２膜またはＣｅＯ２膜／最上層（空気側）に０．１〜０．１５５μｍ厚のＭｇＦ２膜を有する３層構造の膜等を用いることができる。
【００３８】
また、界面を通過する光の波長にあわせて、反射防止膜２２、３２、４２を異なる構成としてもよい。すなわち、反射防止膜２２、３２Ｂは、青色ＬＥＤ２０が発生する青色光の波長に対して設計され、反射防止膜３２Ａ、４２Ｂは、青色ＬＥＤ２０が発生する青色光および赤色ＬＥＤ３０が発生する赤色光の波長に対して設計され、反射防止膜４２Ａは白色光の波長に対して設計される。
【００３９】
なお、反射防止膜は反射を防止できる膜であればよく、さらに反射防止膜の替わりに、例えば、ＬＥＤ表面に微細な錐体からなる反射防止構造を作製してもよい。
【００４０】
本実施の形態の発光装置１Ａは、第１の実施の形態の発光装置１が有する効果を有し、さらに効率良く光を発生する。例えば、発光装置１Ａが発生する光の強度は、発光装置１よりも１０％程度強くなる。
【００４１】
本発明は上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
【符号の説明】
【００４２】
１、１Ａ、２…発光装置、１０…配線板、１１…ボンディングリード、２０…青色ＬＥＤ、３０…赤色ＬＥＤ、４０…緑色ＬＥＤ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ…第１の主面、２０Ｂ、３０Ｂ、４０Ｂ…第２の主面、２１、３１、４１…ボンディングパッド、２２、３２、４２…反射防止膜、５０、６０…スペーサ、５０Ｓ、６０Ｓ…中空部、５１、５２、５３、５４…スペーサ、７０…ワイヤボンディングワイヤ、８０…接着剤、９０…スペーサ、９１…透明基板、９２…封止枠、９３…リフレクタ、９４…封止樹脂、１０１…発光装置、１１０…配線板、１１２、１１３、１１４…ボンディングリード、１２０、１３０、１４０…発光素子、１２１、１３１、１４１…ボンディングパッド、１５０、１６０…透明樹脂層、１７０…ボンディングワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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