(57)【要約】【課題】発光ダイオードチップを１個だけ実装する場合と同等の実装面積としながらも、いずれの発光ダイオードチップについても光の取出効率が低下することのない光源装置を提供する。【解決手段】第１の発光ダイオードチップ２は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層６が積層されており、実装基板９との対向面の一部においてはｐ型半導体層６の一方が除去されて電極が形成されている。第２の発光ダイオードチップ３は、第１の発光ダイオードチップ２と同じ側に光を取出す向きに向けられ、第１の発光ダイオードチップ２において光を取出す面上でｐ型半導体層６が除去されている非発光領域Ａ内に積み重ねられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板上にフリップチップ実装される第１の発光ダイオードチップと、第１の発光ダイオードチップとは発光色が異なる第２の発光ダイオードチップとを備え、第１および第２の両発光ダイオードチップで発生した光の混色光を出力する光源装置であって、第１の発光ダイオードチップは、異種導電型の半導体が積層されており、実装基板との対向面の一部においては前記異種導電型の半導体の一方が除去されて電極が形成されており、第２の発光ダイオードチップは、第１の発光ダイオードチップと同じ側に光を取出す向きに向けられ、第１の発光ダイオードチップにおいて光を取出す面上で前記異種導電型の半導体の一方が除去されている非発光領域内に積み重ねられていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第２の発光ダイオードチップは、前記実装基板に対してワイヤボンディングにより接続されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１および第２の発光ダイオードチップは、前記混色光を白色系の光とするように各々の発光色が設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ発光色が異なる複数種類の発光ダイオードチップを備え、各発光ダイオードチップからの光を混色させて出力する光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からこの種の光源装置として、図４に示すように、それぞれ発光色が異なる複数種類の発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと略称する）１３を基板１４の一面上に並べて配置し、各ＬＥＤチップ１３からの光を混色させて出力するようにしたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。ただし、この光源装置では、複数個のＬＥＤチップ１３が一平面上に並べられているので、ＬＥＤチップ１３を１個だけ実装する場合に比べて実装面積が大きくなるという問題がある。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、図５に示すように、基板１４に実装されるＬＥＤチップ１３において光を取出す面上に発光色が異なる別のＬＥＤチップ１３を積み重ね、下層のＬＥＤチップ１３からの光と上層のＬＥＤチップ１３からの光の混色光を出力するようにした光源装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１９７９６８号公報（第５，７−８頁、図５，８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、図５の光源装置では、下層のＬＥＤチップ１３において光を取出す面の一部に別のＬＥＤチップ１３が積み重ねられているので、下層のＬＥＤチップ１３からの出力光の一部が前記別のＬＥＤチップ１３で妨げられることになり、下層のＬＥＤチップ１３について光の取出効率が低下する。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、発光ダイオードチップを１個だけ実装する場合と同等の実装面積としながらも、いずれの発光ダイオードチップについても光の取出効率が低下することのない光源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】
【０００６】
請求項１の発明では、実装基板上にフリップチップ実装される第１の発光ダイオードチップと、第１の発光ダイオードチップとは発光色が異なる第２の発光ダイオードチップとを備え、第１および第２の両発光ダイオードチップで発生した光の混色光を出力する光源装置であって、第１の発光ダイオードチップは、異種導電型の半導体が積層されており、実装基板との対向面の一部においては前記異種導電型の半導体の一方が除去されて電極が形成されており、第２の発光ダイオードチップは、第１の発光ダイオードチップと同じ側に光を取出す向きに向けられ、第１の発光ダイオードチップにおいて光を取出す面上で前記異種導電型の半導体の一方が除去されている非発光領域内に積み重ねられていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、第２の発光ダイオードチップは、第１の発光ダイオードチップにおいて光を取出す面上で異種導電型の半導体の一方が除去されている非発光領域内に積み重ねられているので、光源装置全体の実装面積を第１の発光ダイオードチップを１個だけ実装する場合と同等の実装面積としながらも、第２の発光ダイオードチップが第１の発光ダイオードチップの非発光領域内に収まっており、第２の発光ダイオードチップによって第１の発光ダイオードチップの光が妨げられることはない。すなわち、第１および第２のいずれの発光ダイオードチップについても光の取出効率が低下することはない。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第２の発光ダイオードチップが、前記実装基板に対してワイヤボンディングにより接続されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、第２の発光ダイオードチップを接続するための電極を第１の発光ダイオードチップに設けるというプロセスを必要とせずに、第２の発光ダイオードチップを実装基板に接続することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記第１および第２の発光ダイオードチップが、前記混色光を白色系の光とするように各々の発光色が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、第１および第２の両発光ダイオードチップで発生した光を混色することによって白色系の光を実現しているので、各発光ダイオードチップからの光束を調節すれば混色光について演色性を高めたり色温度を変化させたりすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、第２の発光ダイオードチップが、第１の発光ダイオードチップにおいて光を取出す面上で異種導電型の半導体の一方が除去されている非発光領域内に積み重ねられているので、光源装置全体の実装面積を第１の発光ダイオードチップを１個だけ実装する場合と同等の実装面積としながらも、第２の発光ダイオードチップが第１の発光ダイオードチップの非発光領域内に収まっており、第２の発光ダイオードチップによって第１の発光ダイオードチップの光が妨げられることはない。すなわち、第１および第２のいずれの発光ダイオードチップについても光の取出効率が低下することはないという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施形態の光源装置１は、図１に示すように、実装基板９上にフリップチップ実装される第１の発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと略称する）２と、第１のＬＥＤチップ２とは発光色が異なる第２のＬＥＤチップ３とを備え、第１および第２の両ＬＥＤチップ２，３で発生した光の混色光を出力するものである。
【００１４】
第１のＬＥＤチップ２は、図２に示すように、矩形状の基板４の一面に対して異種導電型（ここではｎ型とｐ型）の半導体層５，６が、ｎ型半導体層５、ｐ型半導体層６の順に積層されている。さらに、ｎ型半導体層５に対して電気的に接続されるカソード電極８が、ｐ型半導体層６の一部を除去してｎ型半導体層５を露出させた部分に積層される形に形成されている。一方、ｐ型半導体層６に対して電気的に接続されるアノード電極７はｐ型半導体層６に積層される形に形成されている。アノード電極７およびカソード電極８はそれぞれ金属材料から形成されている。
【００１５】
このＬＥＤチップ２は、周知のように、アノード電極７とカソード電極８との間に電圧が印加されることによってｐ型半導体層６とｎ型半導体層５との接合部付近が発光する。ここでは、基板４をＬＥＤチップ２の出力光に対して透明なサファイア基板としており、基板４の背面（図２の下面）側にｎ型半導体層５およびｐ型半導体層６を形成することにより、ｐ型半導体層６とｎ型半導体層５との接合部で発生した光が基板４を通して前方（図１の上方）に出射されるようにしてある。つまり、基板４の前面（図１の上面）を第１のＬＥＤチップ２における光の取出し面としている。
【００１６】
また、本実施形態で示すＬＥＤチップ２においては、アノード電極７とカソード電極８との間に電圧を印加したときにｐ型半導体層６およびｎ型半導体層５の一部に局所的に電流が流れることを防止するために、カソード電極８に以下の形状を採用している。すなわち、カソード電極８は、図３に示すように、基板４において隣り合う一対の角部にそれぞれ配置された２個の電極パッド８ａを備え、両電極パッド８ａが基板４における前記一対の角部間の一辺に沿う連結パターン８ｂによって連結され、かつ各電極パッド８ａおよび連結パターン８ｂから基板４の前記一辺とは対向する一辺（図３の下辺）に向かって複数条の櫛歯パターン８ｃが延設された構成を有する。この構成では、ｎ型半導体層５の比較的広範囲にわたって敷設された連結パターン８ｂおよび櫛歯パターン８ｃが、両電極パッド８ａと略等電位になるので、アノード電極７と両電極パッド８ａとの間に電圧を印加したときにｐ型半導体層６およびｎ型半導体層５に流れる電流が局所的に集中することはない。その結果、基板４の前面の大部分について輝度が均等化され、輝度むらの少ない面発光を実現することができる。
【００１７】
ここにおいて、基板４の前面であっても、カソード電極８を形成するためにｐ型半導体層６が除去されている部分、つまり図３においてアノード電極７が形成されていない部分は、ｎ型半導体層５とｐ型半導体層６との接合部が存在しないから発光することはない。要するに、第１のＬＥＤチップ２における基板４の前面に平行する面内でｐ型半導体層６が除去された部分は、非発光領域Ａとなる。
【００１８】
一方、第２のＬＥＤチップ３は、第１のＬＥＤチップ２における光の取出し面である基板４の前面上に積み重なるように、ＬＥＤチップ２に対して透光性材料（たとえば、シリコーン樹脂）を用いてダイボンドされている。しかも、第２のＬＥＤチップ３は、第１のＬＥＤチップ２と同じ側（前方）に光を取出す向きに向けられている。したがって、第１のＬＥＤチップ２のみを実装する場合と同じだけの実装面積で光源装置１全体を実装可能としながらも、光源装置１からは第１および第２の両ＬＥＤチップ２，３の混色光を取出すことができる。
【００１９】
ところで、第１および第２の両ＬＥＤチップ２，３が単に積み重ねられていると、図５に示した従来例のように、下層のＬＥＤチップ（つまり第１のＬＥＤチップ２）からの光の一部が上層のＬＥＤチップ（つまり第２のＬＥＤチップ３）で妨げられることによって、第１のＬＥＤチップ２について光の取出効率が低下する。そこで、本実施形態の光源装置１では、第２のＬＥＤチップ３が第１のＬＥＤチップ２からの光を妨げることがないように、第２のＬＥＤチップ３を第１のＬＥＤチップ２における非発光領域Ａ内に積み重ねてある。すなわち、第２のＬＥＤチップ３は第１のＬＥＤチップ２において、ｐ型半導体層６が除去されており発光することのない非発光領域Ａ内に収まるように配置されている。ここでは、カソード電極８のうちで矩形状に形成された電極パッド８ａに対応する非発光領域Ａ内に第２のＬＥＤチップ３を配置している。
【００２０】
非発光領域Ａはそもそも発光することのない領域であるから、上記構成によれば、第２のＬＥＤチップ３が第１のＬＥＤチップ２からの光を妨げることはなく、第１のＬＥＤチップ２における光の取出効率を低下させることはない。その結果、第１および第２のいずれのＬＥＤチップ２，３においても光の取出効率が低下することはない。
【００２１】
実装基板９においては一面側に導電パターン１０（図１参照）が設けられている。ここで、第１のＬＥＤチップ２は、アノード電極７およびカソード電極８の電極パッド８ａが導電パターン１０にそれぞれ電気的に接続されるように、アノード電極７およびカソード電極８を実装基板９に対向させた状態で、バンプ１１を用いて実装基板９にフリップチップ実装される。さらに、第２のＬＥＤチップ３は、第１のＬＥＤチップ２に対してダイボンドされているものの電気的には接続されておらず、実装基板９の導電パターン１０に対してボンディングワイヤ１２を用いてワイヤボンディングにより接続される。なお、第２のＬＥＤチップ３の接続方式はワイヤボンディングに限るものではなく、たとえば第１のＬＥＤチップ２に第２のＬＥＤチップ３への給電経路を設け、ＬＥＤチップ２に対してＬＥＤチップ３をフリップチップ実装するようにしてもよい。
【００２２】
本実施形態の光源装置１においては、第１のＬＥＤチップ２のカソード電極８が、基板４において隣り合う一対の角部にそれぞれ配置された２個の電極パッド８ａを備えているので、電極パッド８ａに対応する各箇所に第２のＬＥＤチップ３をそれぞれ配置してある。つまり、第２のＬＥＤチップ３は、基板４における前記一対の角部に存在する非発光領域Ａ内に、それぞれ１個ずつ配置されている。ただし、第２のＬＥＤチップ３の個数は２個に限るものではなく、第１のＬＥＤチップ２に固定可能な範囲内で任意に設計すればよい。
【００２３】
また、ここでは２個の第２のＬＥＤチップ３として、互いに発光色が異なるものを採用しており、これにより、第１のＬＥＤチップ２と第２の両ＬＥＤチップ３との合計３個のＬＥＤチップ２，３から、３色の光が取出されることになる。ここでは、第１のＬＥＤチップ２として青色に発光するものを用い、第２のＬＥＤチップ３として赤色と緑色との各色に発光するものを用いている。したがって、光源装置１全体としては赤色光、緑色光、青色光の混色光である白色光が得られる。さらに、各ＬＥＤチップ２，３への供給電流を個別に調節すれば、混色光の光色を変化させることもできる。
【００２４】
なお、本実施形態では、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤチップ２，３からの光を混色するだけで白色光を実現する構成を例示したが、この構成に限るものではなく、たとえば青色光に反応して黄色に発光する蛍光体を透明樹脂に混入した光色変換部材（図示せず）を、第１のＬＥＤチップ２を覆うように設け、第１のＬＥＤチップ２の青色光と蛍光体の黄色光との混色により白色光を実現することもできる。この場合には、第２の各ＬＥＤチップ３からの赤色光および緑色光を、前記白色光に混色させることにより、光源装置１から出力される光の演色性を高めたり色温度を変化させたりすることができる。さらにまた、第１および第２の各ＬＥＤチップ２，３の発光色は上述した赤色、緑色、青色の組み合わせに限らず、たとえば第２のＬＥＤチップ３を２個とも同じ発光色としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の光源装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】同上に用いる第１のＬＥＤチップを実装基板側から見た平面図である。
【図４】従来例を示す側面図である。
【図５】他の従来例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  光源装置
２  第１の発光ダイオードチップ
３  第２の発光ダイオードチップ
５  ｎ型半導体層
６  ｐ型半導体層
８  （カソード）電極
９  実装基板
Ａ  非発光領域
【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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