(57)【要約】【解決手段】基板と、基板上に形成され、端部を有する複数の導線と、フリップチップ内に装着され、前記端部に取付けられた発光素子とによって構成される半導体照明装置。
2004509470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に形成され、端部を有する複数の導線と、フリップチップ内に装着され、前記端部に取付けられた発光素子とによって構成されることを特徴とする半導体照明装置。
【請求項２】
前記基板が透明であることを特徴とする請求項１に記載の半導体照明装置。
【請求項３】
前記基板が不透明であることを特徴とする請求項１に記載の半導体照明装置。
【請求項４】
前記発光素子が多色光を発生するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体照明装置。
【請求項５】
基板と、前記基板上に形成された複数の導線と、前記基板と前記導線に取付けられ、励起信号を受ける複数の発光素子とによって構成されることを特徴とする半導体照明装置。
【請求項６】
各発光素子が異なる色の光を発することを特徴とする請求項５に記載の半導体照明装置。
【請求項７】
前記複数の発光素子が、接続隆起部の付いた表面を有するフリップチップ内に装着され、前記接続隆起部が前記導線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体照明装置。
【請求項８】
前記導線が、導電性材料で作られた第１層と、保護層とを含む複数の層を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体照明装置。
【請求項９】
導線が、基板上のＣｒの層と、Ｎｉの層と、Ａｕの層とを含むいくつかの同時伸展性の層を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体照明装置。
【請求項１０】
他の保護層の上部に形成された保護層を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体照明装置。
【請求項１１】
前記基板がガラスであることを特徴とする請求項９に記載の半導体照明装置。
【請求項１２】
基板を設ける段階と、薄膜技術を用いて複数の導線を前記基板上に形成する工程と、前記発光素子が前記導線に電気的に接続されるように、発光素子を前記基板上に取付ける工程とによって構成されることを特徴とする照明装置の製造方法。
【請求項１３】
前記基板が透明なガラスであることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置の製造方法。
【請求項１４】
前記導線を形成する工程が、ガラス上にＣｒ層を形成する工程と、Ｃｒ上にＮｉ層を形成する工程と、Ｎｉ上にＡｕ層を形成する工程とで構成されることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置の製造方法。
【請求項１５】
Ａｕ上に保護樹脂の層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の照明装置の製造方法。
【請求項１６】
片面に接続隆起部を有するフリップチップパッケージ上に発光装置を設け、前記隆起部を前記導線に接続する工程を含むことを特徴とする請求項１２に照明装置の製造方法。
【請求項１７】
前記各発光素子にレンズがなく、光が集束されないことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置の製造方法。
【請求項１８】
前記基板上に、発光素子を三つの群で配置する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置の製造方法。
【請求項１９】
各群が、赤色、緑色および青色の素子を含むことを特徴とする請求項１８に記載の照明装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
Ａ．発明の分野
本発明は、一般に電子素子に関するものであり、さらに詳しくは、光をより効率的に、また均等に分布させ、これによって夜間または弱光状態で物品または物体の観察を向上させる透明または半透明の基板の表面に形成され、配置された半導体発光素子に関するものである。基板は、照明を受ける物体の保護シールド、レンズ、またはカバーを形成するもの、またはその一部であってもよい。
【０００２】
Ｂ．先行技術の説明
照明は、電子産業では、携帯電話、電卓、腕時計、ラップトップコンピュータ、全地球測位システム（ＧＰＳ）や計測器などの製品に広く用いられている。照明装置はまた、自動車、標識、広告、装飾など多くの他の産業でも用いられている。
発光ダイオードは、サイズ、費用、色彩、信頼性、消費電力などの面で、電界発光素子、リン光素子、蛍光素子、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）および白熱発光素子などの、競合する各発光素子に比べて多くの利点がある。
【０００３】
半導体発光ダイオードは、携帯電話、腕時計、その他の電子装置に用いられているが、それが結晶の下に配置されているため、また結晶内部に埋込まれているため、あるいは照明を受ける光透過体の側面にあるため、その照明は限定されている（米国特許第６０１７１２７号（Ｔｉｍｅｘ）、３８９９８７１（Ｓｅｉｋｏ）、４１１５９９４（Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ））。
【０００４】
電界発光照明（以下「ＥＬ」と称す）は、電子産業で広く利用され、通常は腕時計の文字盤またはその他の表面の下に配置されている（米国特許第３７４９９７７号（Ｓｌｉｋｅｒ）、４７７５９６４（Ｔｉｍｅｘ）、４２０８８６９（Ｈａｎａｏｋａ））。これらの先行技術では、直接照明が、観察者に向けて上方に設けられ、このため審美性が制限される。ＥＬのもう１つの短所は複雑な補助回路を必要とすることであり、消費者市場では色彩が限定される。
【０００５】
発明の目的および概要
したがって、本発明の目的は、より容易に、より効率的に見ることができるように、また見る人にストレスを与えないように、照明する対象物の方へ光を向けるよう照明装置を配置することによって、物品または物体を見るための、改良された、効率的な照明装置を提供することである。
【０００６】
本発明のもう１つの目的は、反射指向性錐状体や周辺のガラス製またはプラスチック製保護物などの半導体発光ダイオードパッケージを除去し、これによって発光素子をその本来の形にして、透明または半透明の基板の下面に設けられるときは、１８０°の角度で照射し、オフモードのときは照明装置を実質上見えなくすることである。
【０００７】
本発明の他の一つの目的は、携帯電話、腕時計、ラップトップコンピュータ、全地球測位システム、計測器、自動車、標識、広告および装飾装置など電子装置のための照明装置を提供することであり、１次照明源としてのＥＬおよびその関連回路をなくすことである。
【０００８】
また、他の一つ目的は、半導体発光ダイオードチップを群に分け、各チップは、基板の中央に、またはその選ばれた部分に配置して、赤色、緑色、および青色の構成とし、これを電流を制限する抵抗を設けた回路またはＡＳＩＣＳ（特定用途向けＩＣ）チップによって個別に調節して、色彩範囲が限定されないようにすることである。
他の一つの目的は、あらかじめプログラムされた電子回路またはプログラム可能なＡＳＩＣＳチップを備えた電源から作動して一定照明または事前プログラム照明調節を行えるようにし、これを物品または物体の近くにある作動スイッチによって制御することである。
本発明のこれらの目的、およびその他の目的は、その特徴および利点とともに、以下に述べる好ましい実施例についての詳細説明、付属の請求項、および付属の図面から明らかになるであろう。
【０００９】
透明、半透明または不透明な材料で作られた基板で形成された照明装置が開示される。薄膜蒸着技術を用いて、複数の導線が基板上に形成される。導線は、クローム層、ニッケル層、金層を含むいくつかの同時伸展性の層を含むものでも良い。次に導線を覆い、これを保護するために保護層を加える。
【００１０】
装置はまた１個またはそれ以上の発光素子を含み、各素子は半導体接合部を含む半導体材料で形成されている。重要なことは、これらの素子からの光を集束するためのレンズは設けず、こうして光が装置から伝搬するにつれて均等に光が分布するようにする。また片面に接続隆起部を備えたフリップチップ内に、発光素子を包装することが望ましい。したがってチップは導線に直接接続することができる。
数個の発光素子を多色の各群に配置して装置を形成することができる。各群は、赤色、緑色および青色の素子を含むことができる。次に各群を作動して静止カラー画像または移動性カラー画像を形成することができる。
【００１１】
発明の詳細な説明
図１と図２は、本発明に従って構成された照明装置を示している。装置１０は基板１２を含み、基板は本発明の１つの実施例では、ガラス、石英または結晶などの透明または半透明の材料で作られている。基板１２は、図１に示すような円形とするか、または長方形、正方形、あるいはその他の任意の規則的または不規則な形とすることができる。２本の導線１４と１６が、あとで詳しく説明するように半導体形成技術を用いて基板１２上に形成されている。
【００１２】
導線１４と１６は、基板１２の縁部の近くに配置された２個のコネクタ１８Ａと１８Ｂから延びている。導線１４と１６のもう一方の端部は、それぞれ結合パッド２０Ａと２０Ｂで構成されている。パッド２０Ａと２０Ｂには発光素子２２が固定されている（図１では、素子２２は点線により示されている）。素子２２は、一方の面２２Ａだけに接続隆起部（図示せず）を有するフリップチップの形をとることが好ましい。フリップチップとこれを基板に取付ける方法は、たとえば、米国特許第５８６９８８６号（参考文献として本願の明細書に組入れる）に開示されている。したがって、素子２２は、その上面２２Ａからのコネクタまたはリード線を必要とせずに、基板１２上にしっかりと取付けることができる。素子２２は、導線１４と１６からの電流を受けると、図２に光線Ｒによって象徴的に示されているように光を発生する。あるいは、フリップチップの代わりに、素子２２は、参考文献として本願の明細書に組入れられている譲渡された米国特許第６１０６１２７号に示されているように、面２２Ａと２２Ｂのそれぞれに１個の接続部を有する発光素子であってもよい。この種の発光素子は、ヒューレットパッカード社（Ｈｅｗｌｅｔｔ　Ｐａｃｋａｒｄ社）の子会社であるアジレント　テクノロジー（Ａｇｉｌｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、および日本のシャープ株式会社から各種の色のものが入手できる。
【００１３】
発光ダイオードは、半導体素子であり、各種の大きさ、発光色、構成のものが入手できる。典型的な発光ダイオードは、発光素子とレンズとにより構成されている。発光素子は接合部を形成する２個の半導体材料で作られ、接合部を電流が流れると光が発生する。次にこの光はレンズによって遮られ、所定の方向へと向けられる。本発明者の知るところでは、レンズなしに発光素子だけを利用する照明装置は現在知られていない。
【００１４】
しかし本発明者は、ダイオードの発光素子がレンズを用いずに有効に使用できること、またいかにして素子２２を用いることが好ましいかを見出した。このような構成、すなわち、レンズなしの発光素子を用いる１０のような照明装置には、いくつかの利点がある。まず第１に、それは物体を、より均一に、またより大きい表面積を照らすことができる。第２に、発光素子とその導線をきわめて小さくして、実質的に目に見えないようにし、照明される物体に興味ある、また魅惑的な美的外観を与えることができる。
【００１５】
導線１４と１６を、技術上で公知の標準的薄膜技術を用いて基板１２上に形成する。たとえば、導線は次のような順序で形成することができる。
ａ．フォトレジスト材料を、たとえば、スピンコーターを用いて、基板１２に塗布する。
ｂ．基板を、フォトレジストを硬化させるのに充分な時間（たとえば３０分間）焼成する。
ｃ．導線の形に対応するパターンが形成されたネガ型マスクを、アライナーを用いてフォトレジスト上に配置する。
ｄ．マスクを紫外線に露出する。
ｅ．基板をフォトレジスト現像液中に浸して、露光したフォトレジストを除去する。
ｆ．酸素で清浄化するために、基板をプラズマアッシャー内に装填する。
ｇ．基板を真空槽内に入れる。
ｈ．電子ビーム真空蒸着手段を用いて基板上に金属を蒸着させる。
ｉ．基板を放置冷却し、真空槽から取り出す。
ｊ．基板をアセトンに浸して、残っているフォトレジストを除去する。
好ましくは、数個の照明装置を、たとえば２次元配列に配置して同時に形成できるように、この工程は大きい基板シート上で行う。
【００１６】
段階（ｊ）のあと、最終製品を検査し、次に所望のサイズと形に切断する。
導線は、上記の方法、または他の類似の方法を用いて基板上に一体的に形成し、金、銀、銅、ニッケル、ならびに比較的電気抵抗率の低い各種合金から作ることができる。さらに、導線を形成するのに単一金属層を用いる代わりに、多重層を用いてもよい。たとえば、段階（ｈ）で図３に示すように３つの異なる層を形成する。すなわち、ガラス製基板１２に密着するＣｒ（クローム）層、容易にハンダ付けすることのできるＮｉ（ニッケル）層、および電気抵抗のきわめて小さいＡｕ（金）層である。最後に、取扱い中に導線を保護するために、金属の上に非導電性樹脂層を形成する。
【００１７】
第１層、すなわち接着層は、チタンまたはチタン・タングステン合金で作ることもできる。第２層は白金またパラジウムを用いてもよい。第３層は、銀、銅またはその他の合金を用いてもよい。第２層と第３層は相互交換してもよい。
あるいは、導線１４と１６は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの透明または半透明の材料で製造しても良い。
【００１８】
図４と図５は、腕時計３０の断面図であり、本発明の利用方法を示している。腕時計３０は、ケース３２と、識別マーク３６の付いた文字盤３４とを含んでいる。従来の方法で２本の指針４０と４２を回転させるのに軸３８が用いられている。指針４０と４２の上には、導線１４と１６を備えた基板１２が配置され、文字盤３４と指針４０と４２に照明を当てるために発光素子２２が下向きに配置されている。
【００１９】
図５から明らかなように、文字盤３４の下にはＩＣチップ４４が設けられ、これは指針４０と４２および／または発光素子２２を動かすための論理回路を備えている。チップ４４は、カプリング４６によって導線１４と１６に接続されている。
基板１２は、腕時計３０を適切に保護するためには脆弱すぎ、そのため、基板１２を補強するために、追加の保護クリスタルまたはその他の透明シート（図示せず）を用いてもよい。
【００２０】
本発明の別の実施例では、文字盤３４を上からではなく、下から照らすことができる。この実施例では、文字盤３４は透明または半透明の材料で作られ、装置１２にほぼ類似した照明装置１２Ａが文字盤３４の下に配置されている。この構成では、装置１２Ａの発光素子（図示せず）は上向きであり、その光が文字盤３４を貫通するようになっている。装置１２Ａを個別部品として作るか、またはチップ４４または文字盤３４と一体化すると有利である。
【００２１】
図１〜３に示した上記の装置を腕時計の照明に用いるものとして説明したが、多くの他の装置、たとえば携帯電話、電卓、ＰＤＡ（携帯情報端末）などの電子装置の照明用に用いることができる。
発光素子２２は単一の波長の光を発することができるが、また、たとえば同じ基板上に数個の半導体接合部を設けることによって、いくつかの波長の光を発するように構成することができる。この後者の構成では、装置のため適切な励起を行うために、追加ワイヤが必要となることがある。
【００２２】
図６は、基板１２’上に複数の発光素子、たとえば２２Ａ、２２Ｂおよび２２Ｃを設けた本発明の他の実施例を示している。もちろん、これらの素子は、任意のパターンで基板１２’上に配置することができ、基板上に静止画像または移動画像を形成するのに用いることができる。各素子を導線Ｃに接続して、これにより各素子を励起させる。図面では、導線Ｃは放射状パターンを形成するように示されているが、導線はどのようなパターンに配置してもよい。さらに各素子に２本の導線Ｃを設けてもよく、あるいは複数の素子が同時に励起されるように数本の導線を共有させるようにしてもよい。
各素子は技術上で公知の適切な機械的スイッチおよび／または電子スイッチに連結した導線を接続することによって通電する。
多色構成の発光素子を、赤色、青色、緑色の各素子の群で形成して、適切に励起されたときに、カラー画像が形成されるように各素子を用いることができる。
付属の請求項に規定された範囲から逸脱することなしに、本発明に対して多くのその他の改良を行うことができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明に基づいて構成された照明装置の平面図である。
【図２】
図２は、図１の装置の断面図である。
【図３】
図３は、導線の詳細を示す照明装置の拡大断面図である。
【図４】
図４は、照明装置を組込んだ腕時計の断面図である。
【図５】
図５は、図４の腕時計の拡大断面図である。
【図６】
図６は、多色発光素子を備えた基板を示す図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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