(57)【要約】【課題】  発光素子を複数個備えたブロック発光素子を１個のサブマウント素子に搭載したブロックハイブリッド発光素子の発光効率を向上させ、これを用いた交流駆動用の照明用光源を提供すること。【解決手段】  ＡｌＮセラミック基板９を持つサブマウント素子１３上にブロック白色発光素子２２を導通搭載するブロックハイブリッド発光素子であって、ｐ側電極６ａのＡｇ電極膜の効果，サファイア４の溝加工の効果，ＡｌＮセラミック基板９の光の吸収レス効果と放熱性効果及びアード電極下のバンプ電極８ａの放熱効果などの相乗効果により、発光効率は２０％×２０％×２０％＋αで８０％以上向上する。また、本発明のブロックハイブリッド発光素子は、交流１００Ｖ電圧駆動の照明用光源を構成しやすい。【選択図】  図３
2005064412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状エピタキシャルウエハー片に単体発光素子が行列状に複数個形成されたブロック発光素子（ＢＬＥＤと記す）と、
絶縁性基板上に前記単体発光素子の各電極に対応した位置に電極を配置し、かつ該単体
発光素子を結線するための補助回路を有するブロックサブマウント素子（ＢＳＵＢと記す
）とからなり、
前記ＢＳＵＢ上に前記ＢＬＥＤを対向する電極間にバンプ電極を介してフリップチップ
実装したブロックハイブリッド発光素子（ＢＨＬＥＤと記す）において、
各行の前記単体発光素子は直列に接続され、各行間は電気的に独立していることを特徴
とするＢＨＬＥＤ。
【請求項２】
前記ＢＬＥＤの隣接行の前記単体発光素子を逆極性に配置した交流用ＢＬＥＤと、
前記ＢＳＵＢの隣接行の電極を前記交流用ＢＬＥＤに対応して逆配置した交流用ＢＳＵ
Ｂとからなり、
前記交流用ＢＳＵＢ上に前記交流用ＢＬＥＤを対向する電極間にバンプ電極を介してフ
リップチップ実装した交流用ＢＨＬＥＤにおいて、
各行の前記単体発光素子は直列に接続され、各行間は電気的に独立していることを特徴
とする交流用ＢＨＬＥＤ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤであって、
前記単体発光素子のアノード電極に接するバンプ電極は、効率よく放熱を行えるように
アノード電極のほぼ全面を覆うような大きさで接続されていることを特徴とするＢＨＬＥ
Ｄまたは交流用ＢＨＬＥＤ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤであって、
前記ＢＳＵＢまたは交流用ＢＳＵＢの材料は、白色系絶縁体の熱伝導率の良いＡｌＮセ
ラミック基板から成ることを特徴とするＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤ。
【請求項５】
請求項１から４に記載のＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤであって、
前記ＢＬＥＤまたは交流用ＢＬＥＤの前記単体発光素子は、サファイアを基板とするＧ
ａＮ系の青色（紫外）ＬＥＤであり、該サファイア基板側を主光取り出し面とし、該主光
取り出し面に光の取り出し効率を良くする溝加工がされていることを特徴とするＢＨＬＥ
Ｄまたは交流用ＢＨＬＥＤ。
【請求項６】
請求項５記載のＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤであって、
前記ＢＬＥＤまたは交流用ＢＬＥＤの前記サファイア基板の側面と前記主光取り出し面
上に蛍光体を塗布して、ブロック白色発光素子（ＢＷＬＥＤと記す）または交流用ＢＷＬ
ＥＤを形成していることを特徴とするＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤ。
【請求項７】
請求項１から６に記載のＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤであって、
前記ＢＬＥＤまたは交流用ＢＬＥＤのアノード電極に反射率の高いＡｇを用いたことを
特徴とするＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤ。
【請求項８】
前記ＢＨＬＥＤと
すり鉢状窪みの底面に前記ＢＨＬＥＤを１個配置した複数の該すり鉢状窪みと周辺部に
凸壁部を備えた天面を持つ良熱伝導性の金属から成る放熱ブロックと、
該放熱ブロックの前記天面上に形成された配線回路や結線部材及び外部の駆動電源と接
続するための電極端子と、
前記ＢＨＬＥＤと前記放熱ブロックのほぼ天面全体を封止する封止剤とからなることを
特徴とする照明用光源。
【請求項９】
請求項８記載の照明用光源であって、
前記複数のすり鉢状窪みの底面に位置する前記ＢＨＬＥＤの同一行の電極間同士を直列
に連結したことを特徴とする照明用光源。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の照明用光源であって、
前記ＢＨＬＥＤを、前記ＢＬＥＤまたは交流用ＢＬＥＤのアノード電極に反射率の高い
Ａｇを用いたＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤとし、かつ、交流駆動することを特徴と
する照明用光源。
【請求項１１】
請求項８から１０に記載の照明用光源であって、
前記すり鉢状窪みの底面および側壁には、高反射率のＡｇメッキがなされていることを
特徴とする照明用光源。
【請求項１２】
請求項１１記載の照明用光源であって、
前記放熱ブロックは、Ｃｕ又はＡｌから成ることを特徴とする照明用光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド発光素子に係り、特に発光素子をサブマウント素子にフリップ
チップ接合させてハイブリッド化し、このサブマウント素子によって機能改善を可能とし
たハイブリッド発光素子とこれを用いた照明用光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体
を利用した青色発光の半導体発光素子は、格段に高輝度化され青色発光だけでなく蛍光物
質を含む波長変換層で被覆するようにして白色発光として利用されるようになった。Ｇａ
Ｎ系化合物半導体を利用する発光素子では、結晶基板として一般的には透明で絶縁性のサ
ファイアが利用されるので、基板とは反対側の面にｐ側及びｎ側の電極がそれぞれ形成さ
れたフリップチップ型で、このことを利用して、各電極をマイクロバンプを介して配線基
板やリードフレームの搭載面に搭載して接合するフェイスダウン方式とし、透明のサファ
イア基板の上面を主光取り出し面とすることが効果的である。また、この構造にするとｐ
側電極が光の反射鏡としての役割も担うので、反射率の良い電極材料を使用することが重
要である。この目的のために、現状では、ｐ型層に良好なオーミックコンタクトが可能で
、かつ反射率の高い電極材料としてロジウム（Ｒｈ）が使用されている。このロジウムの
反射率は、波長４５０ｎｍの光に対して、７５％程度である。このようなＧａＮ系化合物
半導体による青色発光の発光素子では、静電気に弱いという性質があるので、静電気保護
用のツェナーダイオードと組み合わせたハイブリッド発光素子が近来では広く使用される
ようになった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、発光素子として、一般的に用いられている一辺が０．３２ｍｍのＧａＮ系化合物
半導体発光素子（単体発光素子と記す）を複数個行列状に並べてブロック化したブロック
発光素子を用いて上記ハイブリッド構造にしたブロックハイブリッド発光素子も提案され
ている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
以下、図８、図９により従来のハイブリッド発光素子とブロックハイブリッド発光素子
について説明する。
【０００５】
図８の（ａ）は従来のハイブリッド発光素子の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は等価
回路図である。図示のように、発光素子７１はサファイア基板７１ａの上にＧａＮ系化合
物半導体を積層したもので、ｐ型層及びｎ型層に導通させてｐ側電極（ロジウムを使用し
た反射電極も兼ねる）７１ｃ及びｎ側電極７１ｂが形成されている。一方、ツェナーダイ
オードを利用したサブマウント素子７２はｎ型のＳｉ基板７２ａの上面側の一部に不純物
を注入してｐ型半導体領域７２ｂを形成し、このｐ型半導体領域７２ｂに接触させてｐ側
電極７２ｃを設け残りのｎ型半導体領域７２ａの上面側にｎ側電極７２ｄを形成し、下面
側に裏面電極７２ｅを形成したものである。そして、発光素子７１のｎ側電極７１ｂがバ
ンプ７３ａによってサブマウント素子７２のｐ側電極７２ｃに接続され、発光素子７１の
ｐ側電極７１ｃがバンプ７３ｂによってサブマウント素子７２のｎ側電極７２ｄに接続さ
れている。
【０００６】
このように、ｎ側とｐ側とを逆極性で導通させることにより、ツェナーダイオードを利
用したサブマウント素子７２によって発光素子７１の静電気による破壊を防止できる。ま
た、サファイア基板７１ａは熱伝導率が小さいので放熱が十分ではないが、Ｓｉ基板７２
には駆動電流にも依存するが従来の電流値に対しては十分な放熱性があるので、発光素子
７１をサブマウント素子７２とハイブリッド素子化することで、発光素子７１の発熱によ
る輝度低下も防ぐことができる。
【０００７】
図９の（ａ）はブロックハイブリッド発光素子の正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は等
価回路図、また（ｄ）はサブマウント素子であるツェナーダイオードの平面図である。図
示のように、ブロック発光素子８２は、単体発光素子８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを
２行２列で配列した発光素子で、それぞれの単体発光素子は、前記した従来のハイブリッ
ド発光素子７０に使用している発光素子７１と同じ構造である。また、これに対応したツ
ェナーダイオードを利用したブロックサブマウント素子８３は、ｎ型のＳｉ基板８９ａの
上面側に絶縁膜８５を形成し、この絶縁膜８５に２つの開口部９０ａと９０ｂをあけ、開
口部９０ｂには、不純物を注入してｐ型半導体領域８９ｂを形成し、このｐ型半導体領域
８９ｂに接触させてｐ側電極８７ｂを設け、開口部９０ａにはｎ型半導体領域に接触させ
てｎ側電極８７ａを形成し、それ以外の絶縁膜８５の上には、４つの単体発光素子８２ａ
，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄの電極に対応した位置に電極及び各単体発光素子を結線するた
めの補助回路８７ｃが形成されている。また、下面側にｎ側電極８７ａと導通のある裏面
電極８７ｄが形成されている。ブロックサブマウント素子８３上にブロック発光素子８２
が、バンプ８８ａ，８８ｂを介してブリップチップ実装されたとき、単体発光素子８２ａ
，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄは直列に接続され、ツェナーダイオードが逆極性に接続された
ブロックハイブリッド発光素子８１となる。
【０００８】
ブロック化することにより、１つの大型の発光素子をサブマウント素子上にフリップチ
ップ実装したものより、分割して複数の単体発光素子としたほうが、電流を均等に分散で
き局部的な発熱を抑えることができるので、発熱による発光効率の低下を抑えることがで
き、照明用光源など大電流を流す用途には適しているとともに、１回のフリップチップ実
装で複数の単体発光素子を実装できるので、コスト的にもメリットがある。
【特許文献１】特開平２００１−０１５８１７
【特許文献２】特開平２００２−２７０９０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
各発光色の発光素子（ＬＥＤ素子）は、各種の分野で広く利用されているが、近年では
植物栽培用や照明用の光源としても検討されるようになってきた。この植物栽培用や照明
用の光源とする場合では、大きな光度が必要となるため、多数のＬＥＤランプが必要にな
る。すなわち、現在までに開発されているＬＥＤ素子では、通電可能な電流の大きさはせ
いぜい２０ｍＡ程度と極めて小さいので、光度を大きくするためには多数のＬＥＤ素子を
必要とするためコストが極めて高くなる。このように多数のＬＥＤ素子を使用する場合に
は、図９に示したＳｉ基板から成るブロックサブマウント素子８３上にブロック発光素子
８２をフリップチップ実装したブロックハイブリッド発光素子８１が、発熱による発光効
率の低下やコストの点でメリットがあるため照明用の光源としては良い構造である。しか
し、このタイプのブロックハイブリッド発光素子８１は、次の４つの点で改善がまだ不十
分である。
【００１０】
１つめは、照明用光源として最も置き換えやすい駆動電源は、現蛍光灯と同じ交流１０
０Ｖ電源がそのまま使える形態が好ましい。したがって、照明用光源に使用する発光素子
もそれを考慮した機能を持つことが必要である。その観点から考えると、前記ブロックハ
イブリッド発光素子８１は、逆極性にツェナーダイオード８３が結線されているので、交
流の半周期を発光に費やすことができないために交流駆動に対してエネルギーロスを生じ
る。
【００１１】
２つめは、ＬＥＤ素子のｐ側電極は反射電極としての役割ももつが、それに使用されて
いる電極材料は、反射率が波長４５０ｎｍの光に対して７５％程度のロジウムであり、さ
らに反射率の高い材料に置き換え、ＬＥＤ素子からの光の取り出し効率を上げることが必
要である。
【００１２】
３つめは、サブマウント素子の使用されているＳｉ基板（ツェナーダイオード）は、Ｌ
ＥＤ素子の静電気保護や良放熱性という良い機能や特性を有するが、ただ１つ可視光を吸
収するというＬＥＤ素子のサブマウント素子として用いるには極めて悪い性質がある。具
体的に言うと、前記ハイブリッド発光素子として、白色ＬＥＤに使用した場合、光の２０
％以上を吸収してしまい光の取り出し効率を悪くしている。
【００１３】
４つめは、主光取り出し面であるサファイアの上面がフラットであるためにＬＥＤ素子
内の光が十分に取り出せないままの状態で、光取り出し効率を悪くしている。この主光取
り出し面であるサファイアの上面に外形形状加工を施せば発光効率は更に向上する。
【００１４】
上記４つの課題が改善できれば、照明用光源として使いやすい形態となるとともに、Ｌ
ＥＤ素子からの光の取り出し効率は４０％以上、またハイブリッド発光素子からの光の取
り出し効率は８０％以上向上することになる。このように、従来の図８の構造のハイブリ
ッド発光素子では、照明用など大きな光度が必要な光源には、上記のような改善がなおさ
ら必要である。そこで、本発明は、照明用光源に使用するブロックハイブリッド発光素子
を交流駆動で使いやすい形態にするとともに、ＬＥＤ素子のｐ側電極の電極材料を更に反
射率の高い材料とし、また光吸収がＳｉよりも更に少なく更に放熱性の良いサブマウント
素子に搭載することにより、発光効率を向上させたブロック発光素子及びブロックハイブ
リッド発光素子とし、それを用いた照明用光源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】
【００１５】
本発明のブロックハイブリッド発光素子（ＢＨＬＥＤ）は、矩形状エピタキシャルウエ
ハー片に単体発光素子が行列状に複数個形成されたブロック発光素子（ＢＬＥＤ）と、絶
縁性基板上に前記単体発光素子の各電極に対応した位置に電極を配置し、かつ該単体発光
素子を結線するための補助回路を有するブロックサブマウント素子（ＢＳＵＢ）とからな
り、前記ＢＳＵＢ上に前記ＢＬＥＤを対向する電極間にバンプ電極を介してフリップチッ
プ実装したＢＨＬＥＤにおいて、各行の前記単体発光素子は直列に接続され、各行間は電
気的に独立していることを特徴とする。
【００１６】
これにより、絶縁性のＢＳＵＢとし、ＢＬＥＤの各行内の単体発光素子は直列に接続さ
れ、各行間は電気的に独立しているので、複数のＢＨＬＥＤの同じ行同士を直列に接続す
ることにより、駆動電圧を１００Ｖにでき、またＢＬＥＤの隣接行を互いに交流の半周期
で発光するような接続が可能となるので、交流１００Ｖ電圧駆動の照明用光源が構成しや
すくなる。
【００１７】
本発明の交流用ＢＨＬＥＤは、前記ＢＬＥＤの隣接行の前記単体発光素子を逆極性に配
置した交流用ＢＬＥＤと、前記ＢＳＵＢの隣接行の電極を前記交流用ＢＬＥＤに対応して
逆配置した交流用ＢＳＵＢとからなり、前記交流用ＢＳＵＢ上に前記交流用ＢＬＥＤを対
向する電極間にバンプ電極を介してフリップチップ実装した交流用ＢＨＬＥＤにおいて、
各行の前記単体発光素子は直列に接続され、各行間は電気的に独立していることを特徴と
する。
【００１８】
これにより、前記ＢＬＥＤの隣接行の前記単体発光素子を逆極性に配置した交流用ＢＬ
ＥＤと、前記ＢＳＵＢの隣接行の電極を前記交流用ＢＬＥＤに対応して逆配置した交流用
ＢＳＵＢからなる交流用ＢＨＬＥＤを用いると、更に交流１００Ｖ駆動の照明用光源が構
成しやすくなる。
【００１９】
また、上述したＢＨＬＥＤ及び交流用ＢＨＬＥＤであって、前記単体発光素子のアノー
ド電極に接するバンプ電極は、効率よく放熱を行えるようにアノード電極のほぼ全面を覆
うような大きさで接続されていることを特徴とする。
【００２０】
これにより、前記単体発光素子の発光層で発生した熱はバンプ電極を経由して効率よく
ＢＳＵＢに流れ、発熱による発光効率の低下を防ぐことができる。
【００２１】
また、上述したＢＨＬＥＤ及び交流用ＢＨＬＥＤであって、前記ＢＳＵＢまたは交流用
ＢＳＵＢの材料は、白色系絶縁体の熱伝導率の良いＡｌＮセラミック基板から成ることを
特徴とする。
【００２２】
これにより、ＢＳＵＢでの光吸収を極めて少なくすることができ、しかもＡｌＮセラミ
ック基板は、Ｓｉよりも放熱性が良好なため、電流による発熱を効率よく放熱し、発光素
子の発光効率を良好に保つため、発光効率は２０％以上向上する。
【００２３】
また、上述したＢＨＬＥＤ及び交流用ＢＨＬＥＤであって、前記ＢＬＥＤまたは交流用
ＢＬＥＤの前記単体発光素子は、サファイアを基板とするＧａＮ系の青色（紫外）ＬＥＤ
であり、該サファイア基板側を主光取り出し面とし、該主光取り出し面に光の取り出し効
率を良くする溝加工がされていることが好ましい。
【００２４】
これにより、主光取り出し面に溝加工を施すことにより、屈折率の大きいサファイア（
屈折率１．７）から小さいエポキシ樹脂（屈折率１．５）やガラス系封止剤（屈折率１．
５）に光が出る場合に生じる全反射を軽減し、ＬＥＤ内部の光を効率よく外に出すことが
できるので、溝の形状にも依存するが、２０％以上光の取り出し効率が向上する。
【００２５】
また、上述の溝加工されたＢＨＬＥＤ及び交流用ＢＨＬＥＤであって、前記ＢＬＥＤま
たは交流用ＢＬＥＤの前記サファイア基板の側面と前記主光取り出し面上に蛍光体を塗布
して、ブロック白色発光素子（ＢＷＬＥＤ）または交流用ＢＷＬＥＤとすることが好まし
い。
【００２６】
これにより、ＢＬＥＤと蛍光体と一体化することにより、白色発光のブロックハイブリ
ッド発光素子とすることができ、従来の封止樹脂に蛍光体を混ぜて白色発光装置とするも
のに比べて、パッケージ形状フリーの白色発光素子が可能となるし、白色化の色度調整が
容易になる。
【００２７】
また、上述したＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤであって、前記ＢＬＥＤまたは交流
用ＢＬＥＤのアノード電極に反射率の高いＡｇを用いたことを特徴とする。
【００２８】
これにより、単体発光素子であるＧａＮ系化合物半導体発光素子のｐ側電極にロジウム
より反射率が２０％以上高いＡｇを用いることにより、単体発光素子からの発光効率が向
上する。ただし、Ａｇは、次の２つの点で一般的にｐ側電極の電極材料として使用するこ
とは困難であった。
【００２９】
１つは、発光素子のｐ型半導体層に良好なオーミック特性を有しないこと。
【００３０】
２つは、フリップチップタイプのｐ側電極にＡｇを用いると、ｎ電極が近くに接近して
いるので、直流電流を流して点灯させると数時間以内にＡｇのマイグレーションにより、
電極間にＡｇのブリッジができてショート状態になり点灯しなくなる。
【００３１】
本発明では、この課題を次のように解決している。
【００３２】
１つめの課題である良好なオーミック特性は、ＧａＮ系化合物半導体発光素子のｐ側電
極に通常に用いられているｐ型半導体層に良好にオーミック接続するＡｕ系の透明電極を
形成後、ＡｕをＡｇで反応論的に化学置換する方法、または、Ａｕ上にＡｇを析出する方
法により、Ａｇ電極膜を形成するとオーミック性は保たれたままＡｇの反射率を有した電
極膜となり、その上にＮｉ及びＡｕを積層した構造とする。これにより、オーミック特性
が良好で、反射率が９５％以上のｐ側電極が形成できる。
【００３３】
２つめの課題に対しては、Ａｇの反射率が保たれる範囲でＡｇの膜厚を極力薄く形成し
、その上にＮｉとＡｕを積層することによりＡｇが表面に露出されるのを防ぐとともに、
マイグレーションの重要な要因である直流電場がかからないような駆動方法をとることに
より、Ａｇのマイグレーションは回避可能となる。すなわち、交流電源による駆動方法を
とることにより回避可能となる。
【００３４】
すなわち、ＢＨＬＥＤの場合、発光効率の向上に関して、ＡｌＮセラミック基板の効果
、主光取り出し面への溝加工の効果、およびＡｇ電極膜の効果が相乗効果として発光効率
を上げるため、２０％×２０％×２０％＝８０％以上の向上が可能である。また、放熱性
に関しても、バンプ電極を大きくしてアノード電極のほぼ全面で接続するようにすること
およびサブマウントとして熱伝導の良いＡｌＮセラミック基板を用いることにより、大電
流化が可能な構造となるとともに、交流駆動が構成しやすい構造ともなっている。
【００３５】
本発明の照明用光源は、前記ＢＨＬＥＤと、すり鉢状窪みの底面に前記ＢＨＬＥＤを１
個配置した複数の該すり鉢状窪みと周辺部に凸壁部を備えた天面を持つ良熱伝導性の金属
から成る放熱ブロックと、該放熱ブロックの前記天面上に形成されたプリント配線回路や
結線部材及び外部の駆動電源と接続するための電極端子と、前記ＢＨＬＥＤと前記放熱ブ
ロックのほぼ天面全体を封止する封止剤とからなることを特徴とする。
【００３６】
この照明用光源では、放熱ブロックに形成されたすり鉢状窪みの底面に、前記した発光
効率が改善されて、放熱性の良い、交流駆動の構成に適したブロックハイブリッド発光素
子が搭載され、放熱ブロックにスムースに熱が流れるので、大電流化と交流１００Ｖ電圧
駆動が容易な照明用光源が可能になる。
【００３７】
また、上述した照明用光源であって、前記複数のすり鉢状窪みの底面に位置する前記Ｂ
ＨＬＥＤの同一行の電極間同士を直列に連結したことを特徴とする。
【００３８】
これにより、複数のＢＨＬＥＤの同一行の電極間を直列に接続することにより、交流１
００Ｖ電圧駆動の照明用光源ができる。
【００３９】
また、上述した照明用光源であって、前記ＢＨＬＥＤを、前記ＢＬＥＤまたは交流用Ｂ
ＬＥＤのアノード電極に反射率の高いＡｇを用いたＢＨＬＥＤまたは交流用ＢＨＬＥＤと
し、かつ、交流駆動することを特徴とする。
【００４０】
これにより、ＢＬＥＤの単体発光素子のｐ側電極（アノード電極）に反射率の高いＡｇ
電極膜を使用することにより発光効率を上げるとともに、交流駆動によりＡｇのマイグレ
ーションを防ぐことができる。
【００４１】
また、上述した照明用光源であって、前記すり鉢状窪みの底面および側壁には、高反射
率のＡｇメッキがなされていることが好ましい。
【００４２】
これにより、ＢＨＬＥＤが位置するすり鉢状窪みの底面及び側壁を高反射率のＡｇでメ
ッキするので、ＢＨＬＥＤが発する光を効率よく照明用光源の前面に反射させることがで
きる。
【００４３】
また、上述した照明用光源であって、前記放熱ブロックは、Ｃｕ又はＡｌから成ること
が好ましい。
【００４４】
これにより、熱伝導率が高い材料で放熱ブロックを構成することにより、ＢＨＬＥＤで
発生した熱をスムースに放熱ブロックに流し、熱による発光効率の低下を防ぐことができ
る。
【発明の効果】
【００４５】
本発明のブロックハイブリッド発光素子にすることにより、従来のハイブリッド発光素
子より、Ａｇ電極膜の効果（約２０％アップ），サファイアの溝加工の効果（約２０％ア
ップ），ＡｌＮセラミック基板の光の吸収レス効果（２０％アップ）と放熱性効果及びア
ード電極下のバンプ電極の放熱効果（α）等の相乗効果により、発光効率は２０％×２０
％×２０％＋αで８０％以上向上するとともに、大電流化が可能である。
【００４６】
また、本発明のブロックハイブリッド発光素子は、交流１００Ｖ電圧駆動の照明用光源
を構成しやすい。
【００４７】
また、交流駆動の照明用光源は、ブロックハイブリッド発光素子が放熱ブロックと一体
化した場所に搭載されるので、発光素子からの熱の流れはスムースなり、発熱による発光
効率の低下は抑えられ、Ａｇメッキされたすり鉢状窪みの反射パラボラで、照明用光源の
前面に効率よく光を取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４９】
図１は、本発明のブロックハイブリッド発光素子の詳細であって、（ａ）は正面図、（
ｂ）は平面図、（ｃ）はブロックサブマウイント素子の平面図、（ｄ）はブロックハイブ
リッド発光素子の等価回路である。
【００５０】
図において、ブロック発光素子２は、サファイア基板４の上にＧａＮ系化合物半導体を
積層した青色（紫外）発光の単体発光素子が２行２列で配列したもので、各単体発光素子
は、ＧａＮ系化合物半導体のｎ型層の上面にｎ側電極６ｂを形成するとともに、ｐ型層の
上面にｐ側電極６ａを形成したものである。ｐ側電極は、ｐ型層に接触して、Ａｇ電極膜
がＡｕ系の透明電極と置換する方法で形成され、ｐ型層と良好なオーミック特性を保ちな
がらＡｇの高反射率も持っている。その上にＮｉ層を挟んでＡｕが最表面を覆っている（
ここで、フリップチップ接合にＡｕ−Ｓｎ共晶接合を用いる場合は、Ａｕ表面にＳｎ膜か
、またはＡｕ−Ｓｎ合金層が必要である。）。各単体発光素子のチップサイス及びｎ側電
極６ｂ及びｐ側電極６ａの電極パターンは、従来例の図８で示した発光素子７１とほぼ同
じサイズである。
【００５１】
サファイア４上面には、単体発光素子の境界に相当する部分に、幅１５０μｍで深さ１
００μｍ程度の溝５が加工されており、単体発光素子内に発生した光を効率よくサファイ
アの主取り出し面から外に取り出すことができる。
【００５２】
ブロックサブマウント素子３は、厚み０．２ｍｍの白色系のＡｌＮセラミック基板９の
上面に、ブロック発光素子２の４つの単体発光素子の電極がフリップチップ実装される位
置に対応して電極７ａ，７ｂ及び７ｃが形成され、その上に、各単体発光素子のｎ側電極
６ｂ及びｐ側電極６ａの電極の形状に合わせたバンプ電極８ａと８ｂが形成されている。
特にバンプ電極８ａは、単体発光素子の発光層からの発熱を効率よく逃がすために、アノ
ード電極６ａ全面に接触するようにバンプ電極８ａを形成している。バンプ電極の厚みは
、１０から３０μｍ程度である。さらに、各単体発光素子を結線する補助回路も電極７ｃ
には含まれており、各行の単体発光素子は、フリップチップ実装後に直列に接続され、各
行間は、電気的に独立になる。さらに、電極７ａと７ｂには、ワイヤーをボンディングす
るためのボンディングパッドが形成されている。ブロック発光素子２をブロックサブマウ
ント素子３上にフリップチップ接合する方法は、Ａｕバンプ電極を用いたＡｕ−Ｓｎ共晶
接合などを用いる。
【００５３】
上記構成のブロックハイブリッド発光素子１にすることにより、従来のハイブリッド発
光素子７０より、Ａｇ電極膜の効果，サファイアの溝加工の効果，ＡｌＮセラミック基板
の光の吸収レス効果と放熱性効果及びアード電極下のバンプ電極の放熱効果などの相乗効
果により、発光効率は２０％×２０％×２０％＋αで８０％以上向上する。また、このブ
ロックハイブリッド発光素子１は、交流１００Ｖ電圧駆動の照明用光源を構成しやすい。
【００５４】
図２は、本発明の交流用ブロックハイブリッド発光素子の詳細であって、（ａ）は平面
図、（ｂ）はブロックサブマウイント素子の平面図、（ｃ）は交流用ブロックハイブリッ
ド発光素子の等価回路である。
【００５５】
図において、交流用ブロック発光素子１２は、隣接行の単体発光素子の電極配置が９０
゜回転した配置になっていること、および交流用ブロックサブマウント素子１３もそれに
対応した電極配置になっていることを以外は、図１のブロックハイブリッド発光素子１と
同じ構成である。交流用ブロックハイブリッド発光素子１１は、隣接行の極性が逆になっ
ているので、交流の半周期で偶数行の単体発光素子が発光し、残りの半周期で奇数行が発
光する構成にしやすく、交流１００Ｖ電圧駆動の照明用光源をさらに構成しやすくなって
いる。
【００５６】
図３は、ブロック発光素子に蛍光体を塗布したブロック白色発光素子を用いたブロック
ハイブリッド発光素子の詳細であって、（ａ）は正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）はブロッ
ク白色発光素子の正面図、（ｄ）は電極側の平面図である。
【００５７】
図において、ブロック発光素子１２の溝５加工したサファイア基板４側に、蛍光体１０
を塗布して、白色発光のブロック白色発光素子２２とした以外は、図２のものと同じ構成
である。この白色発光のブロックハイブリッド発光素子２１が、照明用光源に最も使用さ
れる。
【００５８】
図４は、３行３列のブロック白色発光素子を用いたブロックハイブリッド発光素子の詳
細であって、（ａ）は正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）はブロックサブマウント素子の平面
図。
【００５９】
図５は、３行３列のブロック白色発光素子の詳細であって，（ａ）正面図、（ｂ）電極
側の平面図である。
【００６０】
図において、３行３列にスケールアップした以外は、図２の構成と本質的に同じである
。この場合、交流の半周期で１行と３行の白色発光素子が発光し、残りの半周期で２行の
白色発光素子が発光する構成のより照度の高い照明用光源ができる。
【００６１】
図６は、本発明の第１の実施形態における照明用光源の詳細であって、（ａ）は平面図
、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視による断面図、（ｃ）は照明用光源４１の等価回路であ
る。
【００６２】
図において、照明用光源４１にはｐ側電極にＡｇ電極膜を形成した白色発光のブロック
ハイブリッド発光素子１ａが、銅などの熱伝導率の良い金属製の放熱ブロック５０に形成
された４個のすり鉢状窪み４６の底面にそれぞれ１個ずつ配置され、放熱ブロック５０の
表面に形成された配線回路４３上に半田付けされた抵抗４４（これは各ブロックハイブリ
ッド発光素子１ａに流す電流を調整するためのものであるが）を通して、Ａｕワイヤー４
７でブロックハイブリッド発光素子１ａに接続されている。外部からの交流電源４９は、
配線回路４３に接続された電極端子４５から供給される。ここで、４個のブロックハイブ
リッド発光素子１ａは、交流電源の半周期で２個のブロックハイブリッド発光素子１ａが
発光し、逆方向の半周期で残りの２個が発光するように接続されている。つまり、（ｃ）
の等価回路に示すように接続されている。
【００６３】
放熱ブロック５０の表面の周辺には、凸状の周壁５０ａが形成され器状になっており、
その器の中に配置されたブロックハイブリッド発光素子１ａ，配線回路４３，抵抗４４や
Ａｕワイヤー４７の全部と電極端子４５の一部を覆うように封止剤４８で封止されている
。また、ブロックハイブリッド発光素子１ａが位置するすり鉢状窪み４６の内面を含む周
囲の表面は、反射率の高いＡｇで光沢メッキされている。または、放熱ブロック５０の表
面全体がＡｇでメッキされていても良い。
【００６４】
ここで、ブロックハイブリッド発光素子１ａのサイズは、１辺が約０．６４ｍｍの正方
形で厚みが約０．２ｍｍのブロック白色発光素子と、約１．１４ｍｍ×約０．７４ｍｍの
長方形で厚みが約０．２ｍｍのブロックサブマウント素子から成る。もちろん、このサイ
ズは任意に変更することが可能である。
【００６５】
照明用光源４１は、外部の交流電源電圧約ＡＣ１０Ｖにより駆動され、ブロックハイブ
リッド発光素子１ａの単体発光素子には、１個あたり約１００ｍＡの交流電流が流れるよ
うに抵抗４４が設定されている。
【００６６】
図７は、本発明の第２の実施形態における照明用光源の詳細であって、（ａ）は平面図
、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は照明用光源５１の等価回路である。
【００６７】
図において、照明用光源５１にはｐ側電極にＡｇ電極膜を形成した交流用ブロックハイ
ブリッド発光素子２１が、銅などの熱伝導率の良い金属製の放熱ブロック６０に形成され
た８個のすり鉢状窪み５６の底面にそれぞれ１個ずつ配置され、放熱ブロック６０の表面
に形成された配線回路５３上に半田付けされた抵抗５４（これは直列に接続された交流用
ブロックハイブリッド発光素子２１に流す電流を調整するためのものであるが）を通して
、Ａｕワイヤー５７で左端の交流用ブロックハイブリッド発光素子２１に接続され、それ
にＡｕワイヤー５７と配線回路５３により他の残りの７個の交流用ブロックハイブリッド
発光素子２１に直列に接続されている。外部からの交流電源５９は、配線回路５３に接続
された電極端子５５から供給される。ここで、８個の交流用ブロックハイブリッド発光素
子２１は、交流電源の半周期で交流用ブロックハイブリッド発光素子２１の１行目の単体
発光素子が発光し、逆方向の半周期で２行目の単体発光素子が発光するように接続されて
いる。つまり、（ｃ）の等価回路に示すように接続されている。
【００６８】
放熱ブロック６０の表面の周辺には、凸状の周壁６０ａが形成され器状になっており、
その器の中に配置された交流用ブロックハイブリッド発光素子２１，配線回路５３，抵抗
５４やＡｕワイヤー５７の全部と電極端子５５の一部を覆うように封止剤５８で封止され
ている。また、交流用ブロックハイブリッド発光素子２１が位置するすり鉢状窪み５６の
内面を含む周囲の表面は、反射率の高いＡｇで光沢メッキされている。または、放熱ブロ
ック６０の表面全体をＡｇでメッキされていても良い。
【００６９】
ここで、交流用ブロックハイブリッド発光素子２１のサイズは、１辺が約０．６４ｍｍ
の正方形で厚みが約０．２ｍｍの交流用ブロック白色発光素子と、約１．１４ｍｍ×約０
．７４ｍｍの長方形で厚みが約０．２ｍｍの交流用ブロックサブマウント素子から成る。
もちろん、このサイズは任意に変更することが可能である。
【００７０】
照明用光源５１は、外部の交流１００Ｖ電源により駆動され、交流用ブロックハイブリ
ッド発光素子２１の単体発光素子には、１個あたり約１００ｍＡの交流電流が流れるよう
に抵抗５４が設定されている。
【００７１】
上記２つの交流駆動の照明用光源は、ブロックハイブリッド発光素子が放熱ブロック５
０及び６０と一体化した場所に搭載されるので、発光素子からの熱の流れはスムースなり
、発熱による発光効率の低下は抑えられ、Ａｇメッキされたすり鉢状窪みの反射パラボラ
で、照明用光源の前面に効率よく光を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の２行２列のブロックハイブリッド発光素子の詳細であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はブロックサブマウント素子の平面図、（ｄ）は等価回路である。
【図２】本発明の２行２列の交流用ブロックハイブリッド発光素子の詳細であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は交流用ブロックサブマウント素子の平面図、（ｄ）は等価回路である。
【図３】２行２列の白色発光の交流用ブロックハイブリッド発光素子の詳細であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は交流用ブロック白色発光素子の正面図、（ｄ）は電極側の平面図である。
【図４】３行３列の白色発光の交流用ブロックハイブリッド発光素子の詳細であって、（ａ）正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は交流用ブロックサブマウント素子の平面図である。
【図５】３行３列の交流用ブロック白色発光素子の詳細であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は電極側の平面図である。
【図６】本発明の照明用光源の詳細であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視による縦断面図、（ｃ）は等価回路である。
【図７】本発明の照明用光源の詳細であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視による縦断面図、（ｃ）は等価回路である。
【図８】従来例のハイブリッド発光素子であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は等価回路図である。
【図９】従来例のブロックハイブリッド発光素子であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は等価回路図、（ｄ）はサブマウント素子（ツェナーダイオード）の平面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  ブロックハイブリッド発光素子
１ａ  ブロックハイブリッド発光素子
２  ブロック発光素子
３  ブロックサブマウント素子
４  サファイア基板
５  溝
６ａ  ｐ側電極
６ｂ  ｎ側電極
７ａ  電極
７ｂ  電極
７ｃ  電極（補助回路）
８ａ  バンプ電極
８ｂ  バンプ電極
９  ＡｌＮセラミック基板
１０  蛍光体
１１  交流用ブロックハイブリッド発光素子
１２  交流用ブロック発光素子
１３  交流用ブロックサブマウント素子
２１  白色発光の交流用ブロックハイブリッド発光素子
２２  交流用ブロック白色発光素子
３１  白色発光の交流用ブロックハイブリッド発光素子
３２  交流用ブロック白色発光素子
３３  交流用ブロックサブマウント素子
４１  照明用光源
４３  配線回路
４４  抵抗
４５  電極端子
４６  すり鉢状窪み
４７  Ａｕワイヤー
４８  封止剤
４９  外部交流電源
５０  放熱ブロック
５０ａ  周壁
５１  照明用光源
５３  配線回路
５４  抵抗
５５  電極端子
５６  すり鉢状窪み
５７  Ａｕワイヤー
５８  封止剤
５９  外部交流電源
６０  放熱ブロック
６０ａ  周壁
【図１】
2005064412.tif 000003
【図２】
2005064412.tif 000004
【図３】
2005064412.tif 000005
【図４】
2005064412.tif 000006
【図５】
2005064412.tif 000007
【図６】
2005064412.tif 000008
【図７】
2005064412.tif 000009
【図８】
2005064412.tif 000010
【図９】
2005064412.tif 000011