(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、
前記支持体の表面に形成される第１配線と、
前記支持体の表面に形成される第２配線と、
前記第１配線にフリップチップ実装され、前記第１配線によって電気的に接続された複数の第１発光素子と、
前記第２配線と電気的に接続された第２発光素子と、を備え、
前記第２発光素子は、前記電気的に接続された複数の第１発光素子の間に位置する前記第１配線に載置されており、
前記第１配線は、前記第１発光素子が載置される第１ダイパッド部と、前記第２発光素子が載置される第２ダイパッド部と、を有し、前記第１ダイパッド部は前記第１発光素子の第１電極と接続される第１部分と、前記第１発光素子の第２電極と接続される第２部分と、を有し、
前記第２発光素子は、前記第１配線とは電気的に接続されていない、発光装置。
【請求項２】
前記電気的に接続された複数の第１発光素子は直列接続されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記電気的に接続された複数の第１発光素子は並列接続されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第２配線と前記第２発光素子は、ワイヤにより電気的に接続されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第２発光素子の底面の全面が前記第１配線上に配置される請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１発光素子と前記第２発光素子の発光色が異なる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記第２発光素子を複数有し、前記複数の第２発光素子がワイヤにより直接接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記支持体はセラミックスからなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記第１発光素子は青色発光素子または緑色発光素子であり、前記第２発光素子は赤色発光素子である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記支持体の表面に形成される第３配線をさらに有し、
前記第３配線にフリップチップ実装され、前記第３配線によって電気的に接続された複数の第３発光素子と、を備え、
前記第３発光素子は、前記電気的に接続された複数の第３発光素子の間に位置する前記第３配線に載置されており、
前記第２発光素子は、前記第３配線とは電気的に接続されていない、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記第１発光素子は青色発光素子であり、前記第３発光素子は緑色発光素子である、請求項１０に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤、緑、青の発光素子を備えた光源が開発されている。例えば、特許文献１には、少なくとも１つの赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を用い、それぞれの色を独立して制御することで調色が可能な光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８５３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように調色可能な発光装置では、各色に対応した独立回路が必要となるが、明るさを向上させるために発光素子の個数を増やし、さらに混色を考慮して各色の配置を分散させると、配線層を２層以上とした多層配線が必要になり、コストの上昇を招く。
【０００５】
本発明に係る実施形態は、配線を多層化することなく、複数の発光色を独立して駆動することが可能な発光装置を提供することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る発光装置は、支持体と、前記支持体の表面に形成される第１配線と、前記支持体の表面に形成される第２配線と、前記第１配線にフリップチップ実装され、前記第１配線によって電気的に接続された複数の第１発光素子と、前記第２配線と電気的に接続された第２発光素子と、を備え、前記第２発光素子は、前記電気的に接続された複数の第１発光素子の間に位置する前記第１配線に載置されており、前記第２発光素子は、前記第１配線とは電気的に接続されていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る実施形態によれば、配線を多層化することなく、複数の発光色を独立して駆動することが可能な発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る発光装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発光装置の内部構造を示す正面図である。
【図３】図３（ａ）は第１配線を示す図であり、図３（ｂ）は第２配線を示す図であり、図３（ｃ）は第３配線を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る配線の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る配線の一例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る配線の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。
【００１０】
本発明の実施形態に係る発光装置１００について、図１〜図３を参照しながら説明する。なお、配線の形状及び発光素子の配置の説明のため、図２では枠体１３０及び封止部材１３２を図示していない。また、図３では発光装置１００の支持体及び配線のみを表示しており、図３（ａ）は第１配線、図３（ｂ）は第２配線、図３（ｃ）は第３配線をそれぞれ黒塗りで示している。
【００１１】
図１〜図３に示すように、本実施形態の発光装置１００は、支持体１０２と、支持体１０２の表面に形成される第１配線１０４、第２配線１０６、第３配線１０８とを有する。
本実施形態では、調色を可能とするため、異なる３色（例えばＲＧＢ）の発光素子群をそれぞれ独立駆動できるよう、３系統の回路を有している。図２及び図３（ａ）に示すように、第１発光素子１２０は第１配線１０４にフリップチップ実装されており、第１配線１０４によって複数の第１発光素子１２０が電気的に直列または並列に接続されている。
【００１２】
さらに、第１配線１０４上には、第２発光素子１２２が載置される。第２発光素子１２２は、第１配線１０４に接合材を用いて接合される。第１配線１０４と第２発光素子１２２は電気的に接続されていない。具体的には、第２発光素子１２２は第１配線１０４との接合部分である底面が、第２発光素子の半導体構造とは絶縁されており、上面に少なくとも一対の電極を有する形状とされている。第２発光素子１２２の底面には金属膜が形成されていることが好ましく、これにより半田等の接合部材を用いてセルフアライメント効果を得ることができる。なお、この金属膜は、半導体構造とは絶縁されている。一方、第１発光素子１２０は第１配線１０４にフリップチップ実装されるため、底面側に少なくとも一対の電極を有している。なお、本明細書においては、支持体１０２に発光素子が載置されたときに上側になる面を発光素子の上面といい、支持体１０２への載置面を発光素子の底面というものとする。
【００１３】
第１配線１０４に載置される第２発光素子１２２は、電気的に接続された第１発光素子１２０と第１発光素子１２０の間に配置される。つまり、回路上隣接する第１の発光素子同士を繋ぐ配線が、第２発光素子１２２のダイパッド部を兼ねる構成となる。
【００１４】
図４は本実施形態に係る第１配線１０４と第２配線１０６の配置例を示す簡略図である。第１配線１０４上に載置される第１発光素子１２０及び第２発光素子１２２は、その外形を破線とし、透過させて示している。
【００１５】
第１配線１０４は、第１発光素子１２０が載置される部分となる第１ダイパッド部１０を載置される第１発光素子１２０の数に応じて複数有している。第１ダイパッド部１０は、第１発光素子１２０の第１電極（例えばＰ電極）と接続される第１部分１１と、第１発光素子１２０の第２電極（例えばＮ電極）と接続される第２部分１２とを有しており、それぞれ離間されて配置されている。
第１発光素子１２０の少なくとも一対の電極は、第１部分１１及び第２部分１２と、導電部材を介してフリップチップ接続される。
【００１６】
第２発光素子１２２が載置される第２ダイパッド部２０は、回路上隣接する第１の発光素子同士を繋ぐ第１配線１０４上に形成されている。図４に示す例では、一方の第１ダイパッド部１０の第２部分１２と、第２ダイパッド部２０と、他方の第１ダイパッド部１０の第１部分１１が繋がって形成されており、第１発光素子１２０は直列接続とされている。
【００１７】
第２発光素子１２２は、第１配線１０４の第２ダイパッド部２０に載置されている。第２発光素子１２２の第１配線１０４との接合部分は絶縁性とされており、第２発光素子１２２と第１配線１０４は電気的に接続されていない。図４では、第２発光素子１２２の底面の全面が第２ダイパッド部２０上に配置されている。第２ダイパッド部の形状を第２発光素子１２２の外形に沿うような形状とすることで、半田等を用いたセルフアライメント効果を得ることができるため好ましい。なお、第２ダイパッド部２０の表面積は、第２発光素子１２２の底面の表面積よりも小さくされていてもよく、この場合は、第２発光素子１２２は第１配線１０４と支持体１０２の双方に載置される。小さく形成される場合であっても、発光素子の外形に沿う部分を設け、セルフアライメント効果を得ることが好ましい。
【００１８】
ここで、第２ダイパッド部２０は、第２発光素子１２２の底面が接している領域のことをいい、セルフアライメント効果が得られるものに限られない。例えば、図６に示すように、第２ダイパッド部２０は、第１ダイパッド部１０を繋ぐ線状のパターンであってもよい。
【００１９】
第２発光素子１２２は、第１配線１０４とは電気的に接続されない第２配線１０６と電気的に接続される。具体的には、第２発光素子１２２の上面側に配置された少なくとも一対の電極と第２配線１０６とがワイヤにより電気的に接続される。なお、図４では１つの第２発光素子１２２の一対の電極が、それぞれ第２配線１０６とワイヤにより接続されているが、第２発光素子同士を複数ワイヤで接続したものを第２配線１０６と接続してもよい。
【００２０】
図５に、第１発光素子１２０が並列接続されている例を示す。
この場合は、２つの第１ダイパッド部１０の第２部分１２同士が、第２ダイパッド部２０を挟んで繋がって形成されることで、第１発光素子１２０を並列接続することができる。
【００２１】
以上に述べたように、第１発光素子１２０を駆動させる配線に、電気的に非接続な状態で第２発光素子１２２が載置されることにより、配線の多層化を抑制し、限られた領域内で異なる色の発光素子を独立駆動させつつ、分散させて配置することができる。これにより、特定の発光色が偏って配置されることによって生じる色ムラを抑制することができる。また、配線を単層配線とすることでコストの上昇を抑制することができ、多層配線を前提とする場合でも積層数を抑制する事で同様の効果を得ることができる。
【００２２】
さらに、第１発光素子、第２発光素子とは異なる発光色の第３発光素子を用いてもよい。第３発光素子１２４は、第１及び第２配線とは独立して制御される第３配線により駆動されることが好ましい。ＲＧＢ３色の発光素子を用いることにより、フルカラーが発光可能な調色タイプの発光装置とすることができる。
【００２３】
また、第３発光素子は第３配線３０にフリップチップ実装され、前記第３配線によって電気的に接続され、電気的に接続された複数の第３発光素子の間に位置する第３配線に、第２発光素子が前記第３配線とは電気的に非接続な状態で載置されていてもよい。これにより、第３配線上にも第２発光素子を配置することができるため、３種類の発光素子を分散して配置することが容易となる。
【００２４】
なお、フリップチップ実装を採用することで、発光素子から生じる熱の放熱性が向上するため、発光素子により多くの電流を流すことが可能になる。これにより、用いる発光素子の数を低減することができる。それぞれの発光素子の個数及び発光色は、発光装置の発光色を考慮して適宜選択することができる。
【００２５】
第１発光素子１２０の電極の平面形状は、第１ダイパッド部１０の平面形状と略一致していることが好ましい。また、第２発光素子１２２の底面の平面形状は、第２ダイパッド部２０の平面形状と略一致していることが好ましい。これにより、接合部材を用いて発光素子を実装する際に、セルフアライメント効果を用いて第パッド部と発光素子の位置合わせが容易となる。位置合わせ精度を向上することができるため、高密度実装が可能となる。高密度実装により発光径を小さくすることができる。例えば、発光径を小さくし、かつ光束を高くするため、隣接する発光素子の間隔は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００２６】
次に、図２及び図３を参照して、ＲＧＢの発光素子を用いた調色可能な発光装置の例を説明する。図２の例では、第１発光素子として青色発光素子、第２発光素子として赤色発光素子、第３発光素子として緑色発光素子を用いている。各色の発光素子は、それぞれ第１配線１０４、第2配線１０６、第３配線１０８により独立制御が可能な配線とされている。図３（ａ）で黒塗りされているのが第１配線１０４、図３（ｂ）で黒塗りされているのが第２配線１０６、図３（ｃ）で黒塗りされているのが第３配線１０８である。
【００２７】
図２に示す第１発光素子１２０は１１直列に接続されており、第２発光素子１２２は１４直３並列に接続されており、第３発光素子は９直３並列に接続されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第２発光素子１２２は、第１配線１０４及び第３配線１０８の双方に分散して配置されている。また、それぞれの配線は外部接続端子を一対にするために、枠体１３０、すなわち発光領域の外側において、他の配線のいずれか一方を跨ぐように、ジャンパー抵抗１３４により電気的に接続されている。
【００２９】
第１〜第３配線は、支持体１０２の上面端部に、それぞれ一対の電極パッド４、６、８を有している。また、第１配線及び第３配線には、保護素子１２６が載置され、発光素子と逆並列になるよう、電気的に接続されている。
【００３０】
以下、本実施の形態に係る発光装置１００の好ましい形態について説明する。
【００３１】
（支持体）
支持体１０２は、表面に配線を有し、発光素子を載置する台座となる部材である。コストを抑える観点から、絶縁部材からなる平板状であることが好ましいが、発光素子を載置する部分に凹部を有するものであってもよい。
【００３２】
支持体１０２の材料としては、劣化の少ない材料である無機部材であることが好ましく、特にセラミックスが好ましい。セラミックスの材料としては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）等が挙げられる。なかでも、放熱性を高めるという観点から窒化アルミニウムを用いることが好ましく、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の部材を用いることが好ましく、１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の部材を用いることがより好ましい。
【００３３】
また、支持体自体の反射率を高くしたい場合は、支持体１０２は、アルミナ、イットリア、ジルコニア、チタニア、ダイヤモンド、酸化カルシウム、および硫酸バリウムなど無機材料の粒子が互いに一部分で一体化されることで多数の空隙を有する多孔質に形成されていてもよい。これにより、空気とこれらの材料間の屈折率差で反射率を向上させることができる。例えば、波長４５０ｎｍにおける反射率が８０％以上のものが好ましく、８５％以上のものがより好ましい。
【００３４】
また、セラミックスの他、本実施形態に適用可能な材料として、樹脂を材料とすることができる。このような樹脂材料としては、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ変性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂から形成されてもよい。
【００３５】
本実施形態では、支持体１０２は平面視で長方形の外形を有する例を説明したが、これに限定されず、正方形や多角形であってもよい。
【００３６】
（第１配線及び第２配線）
支持体１０２の表面には、第１配線１０４及び第２配線１０６が形成されている。配線は、発光素子に電力を供給するための導電性部材であり、第１配線１０４は第１発光素子１２０と、第２配線１０６は第２発光素子１２２とそれぞれ電気的に接続される。
また、基板の端部に外部電源を印加するためのパッド部を有していてもよく、パッド部にコネクタを接続して、コネクタを介して外部電源を供給してもよい。
【００３７】
支持体１０２としてセラミックスを用いる場合、配線は金属層として形成される。例えば、支持体１０２の表面に高融点金属からなるメタライズ層を形成して、コファイア法により全体を焼成することで形成してもよいし、焼結した支持体１０２上に、各種ペーストを塗布したり、スパッタで金属膜を積層したりするポストファイア法により形成してもよい。また、金属層を基板の表面に形成した後、ドライフィルムレジストを用いたエッチング等により、配線パターンを形成してもよい。
【００３８】
セラミックスに形成する配線の材料としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｓｎ等を主成分とする金属又は合金層を支持体に配置することによって形成される。具体的には、蒸着、スパッタ、印刷法等により、さらに、その上にめっき等により形成することができる。劣化が少なく、接合部材との密着性の観点から、Ａｕを主成分とする金属を配線の最表面に用いることが好ましい。
【００３９】
さらに、放熱性を高めるために熱伝導率の高いＣｕを他の金属よりも厚く形成してもよい。例えば、２５μｍ以上のＣｕを含有する層を形成することが好ましい。
【００４０】
また、支持体１０２の材料として樹脂を用いる場合は、樹脂を半硬化したプリプレグに金属板を張り付けて熱硬化させ、その後フォトリソグラフィー法等を用いて金属板を所望の形状にパターニングすることで導電部材を形成することができる。この場合も、さらに表面をめっきしてもよい。
【００４１】
なお、導電部材を形成する際に、合わせて位置決め用のマークや、極性を示すマーク、温度測定用のパターンを同時に形成してもよい。本実施形態では図２に示すように、温度測定用パターンＴＰが形成されている。
【００４２】
（発光素子）
発光素子（第１発光素子１２０及び第２発光素子１２２）は、例えばＬＥＤ素子等の半導体発光素子を用いることができる。
【００４３】
発光素子の正負一対の電極は、半導体積層体の同一面側に形成されている。これにより、第１配線１０４の第１ダイパッド部１０と発光素子の正負の電極を対向させて接合するフリップチップ実装を行うことができる。
【００４４】
発光素子の正負の電極は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。具体的には、半導体層側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈ等のように積層された積層膜が挙げられる。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚のいずれでもよい。
【００４５】
発光素子は、紫外光または可視光を出射するものであってよい。第１発光素子と第２発光素子の発光色を異ならせることにより、各色を独立制御して、調色可能な発光装置とすることができる。なお、発光素子の他に、保護素子等を備えていてもよい。保護素子はワイヤで接続してもよいし、フリップチップ実装してもよい。
【００４６】
また、発光素子は所望の発光色のものを用いることができる。例えば、蛍光体等の波長変換部材を有する発光素子を用いてもよく、これにより白色発光が可能な発光素子としてもよいし、青色発光素子と赤色蛍光体を用いて赤色発光素子としてもよい。
【００４７】
（接合部材）
接合部材は、発光素子を第１配線１０４に固定する部材である。
接合部材は、当該分野で公知の材料のいずれをも用いることができる。第１発光素子１２０をフリップチップ実装する場合は、導電性の接合部材が挙げられる。具体的には、例えば、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田（具体的には、ＡｇとＣｕとＳｎとを主成分とする合金、ＣｕとＳｎとを主成分とする合金、ＢｉとＳｎとを主成分とする合金等）、共晶合金（ＡｕとＳｎとを主成分とする合金、ＡｕとＳｉとを主成分とする合金、ＡｕとＧｅとを主成分とする合金等）銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、バンプ、異方性導電材、低融点金属などのろう材等が挙げられる。なかでも、半田を用いることにより、高精度のセルフアライメント効果を発揮させることができる。
【００４８】
第２発光素子１２２を接合する材料としては、第２発光素子との絶縁性が確保できる場合は第１発光素子の場合と同様に導電性の接合部材を用いることが好ましい。これにより、セルフアライメント効果を得ることができる。また、絶縁性を確実に確保するために、絶縁性の接合部材を用いてもよい。
【００４９】
（枠体）
枠体１３０は、図１に示すように、支持体１０２上において発光素子の周囲を囲うように枠状に形成される。この枠体に囲まれた領域に、後述する封止部材１３２を充填することにより、発光素子を封止部材で被覆する。
枠体は光反射性を有することが好ましい。枠体は、例えば、絶縁性の樹脂に光反射部材を含有させたものを用いることが好ましい。また、ある程度の強度を確保するために、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡやシリコーン樹脂などが挙げられる。保護素子等の非発光デバイスを基板に実装する場合には、光吸収の原因となるため、光反射性を有する枠体内に埋設することが好ましい。このような枠体は、ディスペンサで樹脂を吐出しながら描画する方法や、樹脂印刷法、トランスファー成形、圧縮成形などで形成することができる。
【００５０】
枠体の光反射率が、配線部の光反射率よりも高い場合、配線部を覆うように枠体を形成することが好ましい。
【００５１】
（封止部材）
封止部材１３２は、電気的絶縁性を有し、発光素子から出射される光を透過可能であり、かつ固化前は流動性を有する材料であることが好ましい。封止部材の光透過率は、好ましくは７０％以上である。光透過性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、またはこれらの樹脂を１種以上含むハイブリッド樹脂等が挙げられる。中でも、シリコーン樹脂は、耐熱性や耐光性に優れ、固化後の体積収縮が少ないので好ましい。封止部材１３２には、発光素子が発する光の少なくとも一部により励起されて発光素子の発光波長とは異なる波長の光を発する波長変換部材を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の発光装置は、各種照明器具などに利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００  発光装置
１０２  支持体
１０４  第１配線
１０６  第２配線
１０８  第３配線
４、６、８  電極パッド
１０  第１ダイパッド部
２０  第２ダイパッド部
３０  第３ダイパッド部
１２０  第１発光素子
１２２  第２発光素子
１２４  第３発光素子
１２６  保護素子
１３０  枠体
１３２  封止部材
１３４  ジャンパー抵抗
ＴＰ  温度測定用パターン
【図１】
0006332290.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006332290.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006332290.tif 000007