(57)【要約】      （修正有）【課題】発光装置の反射構造において、発光素子の光を最大限に利用できる構造とすること。【解決手段】基板２上に発光素子３が実装された発光装置１において、発光素子が実装される基板の表面上に反射層７が配置され、基板の表面と反射層との間に空隙８を形成する。反射層は、屈折率の異なる材料を交互に積層させた多層反射膜７ｂと透明基板７ａからなり、反射層から入射した光を透明基板と空隙との屈折率の差を利用し反射させる。透明基板と空隙との屈折率の差で反射されない光は、多層反射膜で反射させることにより、発光素子の光を最大限に利用できる構造となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に発光素子が実装された発光装置において、前記基板上に反射層が配置され、前記基板の表面と前記反射層との間に空隙を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記基板に少なくとも一つの凹部を備え、前記凹部の底面と前記反射層との間で前記空隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記反射層は、屈折率の異なる材料を交互に積層させた多層反射膜であることを特徴する請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射層は、透明基板であることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射層は、屈折率の異なる材料を交互に積層させた多層反射膜が前記透明基板上に形成されたものであり、前記多層反射膜が前記空隙と面するように前記反射層を前記基板上に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項６】
前記空隙における前記基板の表面と前記反射層との間の距離は、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の発光装置。
【請求項７】
前記発光素子はモールドされていることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置に関するものであり、発光効率の高い発光装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤやＬＤ発光素子は半導体素子であるため、超寿命で優れた駆動特性を有し、更に小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明や光源などに広く利用されている。
【０００３】
近年、発光装置としてはその発光効率を高めることが求められている。発光装置の効率を高める方法として、発光素子の周辺部に反射部材を設け、発光素子の光を無駄なく利用する方法が知られている。
【０００４】
特許文献１には、発光装置に反射部材を設け、発光効率を高めた発光装置が開示されている。図４は、従来技術である発光装置の図であり発光素子の周辺部に反射部材を設け、発光効率を高めた発光装置の断面図である。
【０００５】
図４に示すように、発光装置１００を構成する回路基板１０２には、上面側の配線電極１０２ａと裏面側の出力電極１０２ｂと上面側の配線電極１０２ａと裏面側の出力電極１０２ｂとを接続するスルーホール電極１０２ｃが設けられており、さらに回路基板１０２の上面側には配線電極１０２ａの形成領域を含む全面に絶縁反射層として、例えばアルミニウムや錫等の金属製の絶縁反射層１０６が形成されている。回路基板１０２の上面側にはＬＥＤ１０３がバンプ電極１０３ａにより配線電極１０２ａにフリップチップ実装されている。なお絶縁反射層１０６は回路基板１０２の上面において面の横方向には導電性を示さないが、縦方向には導電性を示し、ＬＥＤ１０３のバンプ電極１０３ａは絶縁反射層１０６を介して配線電極１０２ａに電気的に接続されている。またＬＥＤ１０３は、樹脂コート１０５でモールドされている。
【０００６】
図４に示す発光装置１００はＬＥＤ１０３から放射された光のうち、回路基板１０２の方向に向かう光が絶縁反射層１０６によって、上方に反射されるものである。従って、絶縁反射層１０６が形成されてなければ回路基板１０２で吸収されるはずであったＬＥＤ１０３からの光が上方に向かって放射されるので、発光装置としての発光効率が高まるものである。
【０００７】
発光装置の発光効率を高める反射部材には、特許文献１に記載されている金属製の反射層を回路基板上に形成するほかに、アルミナセラミックス、酸化チタンや硫酸バリウムを含有する白色インクを形成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１０８７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来から提案されている反射部材では一部の光が反射層や回路基板に吸収されるため発光装置の反射効率は十分とは言えない課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決し、発光素子からの光を効率よく利用する発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
基板上に発光素子が実装された発光装置において、基板上に反射層が配置され、基板の表面と反射層との間に空隙を有する発光装置。
【００１２】
基板に少なくとも一つの凹部を備え、凹部の底面と反射層との間で空隙が形成されている発光装置。
【００１３】
反射層は、屈折率の異なる材料を交互に積層させた多層反射膜である発光装置。
【００１４】
反射層は、透明基板である発光装置。
【００１５】
反射層は、屈折率の異なる材料を交互に積層させた多層反射膜が透明基板上に形成されたものであり、多層反射膜が空隙と面するように反射層を基板上に配置した発光装置。
【００１６】
空隙における基板の表面と反射層との間の距離は、５μｍ以上である発光装置。
【００１７】
発光素子はモールドされている発光装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板上に発光素子が実装された発光装置において、基板の表面上に配置された反射層と、基板の表面と反射層との間に形成された空隙との屈折率の差で光を反射させることにより、発光素子からの光を効率よく利用する発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の発光装置を説明する図である。
【図２】本発明の発光装置においてＬＥＤの可視波長領域の光が反射部材に入射したときの光の反射を説明する図である。
【図３】本発明の発光装置において、ＬＥＤの可視波長領域の光の反射特性を説明する図である。
【図４】従来技術の発光装置を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。なお本発明の範囲は以下の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００２１】
図１は本発明の発光装置の図であり、図１（ａ）は上面図で、図１（ｂ）は断面図（図１（ａ）のＡ−Ａ断面）である。
【００２２】
図１に示すように、発光装置１を構成する回路基板２には、上面側の配線電極２ａと裏面側の出力電極２ｂと上面側の配線電極２ａと裏面側の出力電極２ｂとを接続するスルーホール電極２ｃが設けられている。回路基板２の材料としてセラミック材料である窒化アルミニュウム（ＡｌＮ）が用いられる。またそれぞれの電極（２ａ、２ｂ、２ｃ）の材料としてＣｕやＡｇ等が用いられる。回路基板２には、ＬＥＤ３がバンプ電極３ａにより配線電極２ａにフリップチップ実装されている。ＬＥＤ３は保護樹脂コートでモールドされている。保護樹脂コートには蛍光体材料等を用いる。配線電極２ａの上部に配置したスペーサ９の上部には反射部材７が配置され、回路基板２の表面に凹部１０が形成され、反射部材７と凹部１０との間には５μｍの空隙８が形成されている。反射部材７は透明基板７ａと絶縁反射層７ｂとで構成され、本実施例では透明基板７ａはサファイアガラスを、絶縁反射層７ｂは高屈折材料であるＴｉＯ２と低屈折材料であるＳｉＯ２とを交互に積層した絶縁反射層を用いた。
【００２３】
絶縁反射層７ｂはＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に４６積層しており、ＴｉＯ２の膜厚は１２〜８２ナノメートル、ＳｉＯ２の膜厚は６５〜１４３ナノメートルの範囲で、それぞれのＴｉＯ２とＳｉＯ２との膜厚を変えている。
【００２４】
図１（ａ）において、空隙８が形成されている箇所を分かりやすくするために、ハッチングで表示する。空隙８は、ＬＥＤ３が実装された箇所を除く反射部材７の下方に形成されている。なお本実施例では反射部材７と凹部１０との間に形成される空隙８は、
反射部材７に入射した光により反射部材７と空隙８との界面で生じるエバネッセント光（試料へ入射した光が試料の界面で反射せず、界面の内側に光がしみ出す光はエバネッセント光と呼ばれている。）が、回路基板２に到達しない距離にする必要があり、回路基板等の部品やそれらの実装精度を考慮すると５μｍ以上とすることが望ましい。
【００２５】
本発明の特徴は、反射部材７と空隙８との屈折率の差を利用して反射部材７に入射した光を効率よく反射させる構造となっている。詳しくは、反射部材７は、透明基板７ａと絶縁反射層７ｂとからなる。透明基板７ａは、空隙８との屈折率の差を利用し反射部材７に入射した光を絶縁反射層７ｂと空隙８との界面で光を反射させる。絶縁反射層７ｂは、透明基板７ａと空隙８との屈折率の差で反射されない光を反射させる構造となっている。
【００２６】
ここで透明基板７ａと空隙８との屈折率の差により、どのように光が反射するか説明する。屈折率は大きい媒質（透明基板７ａ）から小さい媒質（空隙８）へ光が入射することにより、光を反射させる。本実施例では透明基板７ａにサファイアガラスを用いた。サファイアガラスの屈折率は１．７４である。空隙８すなわち空気の屈折率は１．００である。このときの光の反射が起きる角度は次式で計算することができる。Ｓｉｎ−１（空気の屈折率÷サファイアガラスの屈折率）＝３５°
【００２７】
図２は図１（ｂ）のＢ部の拡大図であり、ＬＥＤ３の可視波長領域の光が反射部材７に入射したときの光の反射を示す図である。
【００２８】
図２に示すＬＥＤ３の可視波長領域の入射角度３５°以上の光１１ｂの反射について説明する。入射角度３５°以上の光１１ｂは、透明基板７ａから入射する。この入射した光１１ｂは、透明基板７ａと絶縁反射層７ｂとを通過し透明基板７ａと空隙８との屈折率の差により絶縁反射層７ｂと空隙８との界面で光を反射させている。なお絶縁反射層７ｂは薄膜である。絶縁反射層７ｂの膜厚では、絶縁反射層７ｂと空隙８とで屈折率差は生じないため入射角度３５°以上の光１１ｂは通過する。
【００２９】
次に図２に示すＬＥＤ３の可視波長領域の入射角度３５°以下の光１１ａは、透明基板７ａから入射する。この入射した光１１ａは、透明基板７ａを通過し絶縁反射層７ｂすなわちＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に積層した各積層面で光１１ａを反射させている。（各積層面で反射している図は不図示）なお高屈折材料はＴｉＯ２に限定されるものでなく、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５等に代替可能である。また低屈折率材料はＳｉＯ２に限定されるものでなく、ＭｇＦ２、ＡＬ２Ｏ３等に代替可能である。また反射層の積層数は本実施例の４６層に限定されるものでなく、所望の特性に応じて変えることができる。
【００３０】
本実施例では入射角度３５°以下の光１１ａは絶縁反射層７ｂの各積層面で光を反射させ、入射角度３５°以上の光１１ｂは透明基板７ａと空隙８との屈折率の差により絶縁反射層７ｂと空隙８との界面で光を反射させることにより、光を効率よく反射させる構造となっている。
【００３１】
図３は本発明の発光装置１にて、ＬＥＤ３の可視波長領域で光の反射特性を示す図である。図の横軸は反射部材に入射する光の入射角度、縦軸は反射部材で反射する光の反射率、奥行きの軸は可視波長領域の波長である。
【００３２】
図３に示すように、ＬＥＤ３の可視波長領域の光において、反射部材に入射する光の入射角度０〜８０°に対する光の反射は、前述した入射角度が３５°以下の光１１ａは透明基板７ａ表面より入射し、この入射した光１１ａは、透明基板７ａを通過し絶縁反射層７ｂすなわちＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に積層した各積層面で光１１ａを反射させている。入射角度が３５°以上の光１１ｂは透明基板７ａの表面から入射し、この入射した光１１ｂは、透明基板７ａと絶縁反射層７ｂとを通過し透明基板７ａと空隙８との屈折率の差により絶縁反射層７ｂと空隙８との界面で光を反射させている。これにより、ＬＥＤ３の可視波長領域の光の反射率は、ほぼ１００％になっている。
【００３３】
ここで図１に示す本発明の発光装置の製造方法について説明する。ここでは回路基板２の材料としてセラミック材料である窒化アルミニュウム（ＡｌＮ）を用いた例として説明する。先ず機械加工により、回路基板２の表面に凹部１０を形成し、レーザ加工により、回路基板２にスルーホールを形成する。ここでは、回路基板２の表面に凹部１０を形成後、レーザ加工により回路基板２の表面側からにスルーホールを形成する例を説明したが、レーザ加工により回路基板２の表面からスルーホール形成後、回路基板２の表面に凹部１０を形成してもよい。
【００３４】
前述した回路基板上にめっき等により、電極（２a、２ｂ、２ｃ）を形成する。なお、電極の材料としてＣｕやＡｇ等が用いられる。
【００３５】
前述した回路基板２の表面に凹部１０が形成され、反射部材７と凹部１０との間には空隙８が形成される。なお図１（ｂ）に示すように回路基板２の配線電極２ａと絶縁反射層７ｂとの間にスペーサ９を挟みこむように反射部材７を搭載してもよい。スペーサ９を配置することにより、回路基板２の表面に形成する凹部の加工量を減らすことにより、加工時間を短縮できる。
【００３６】
前述した反射部材７は、透明基板７ａにサファイアガラスを用いた。透明基板７ａの一面にスパッタリング等の方法により絶縁反射層７ｂを形成した。絶縁反射層７ｂは、高屈折率材料であるＴｉＯ２と低屈折率材料ＳｉＯ２とを交互に積層した。本実施例でＴｉＯ２の膜厚は１２〜８２ナノメートル、ＳｉＯ２の膜厚は６５〜１４３ナノメートルの範囲で、それぞれのＴｉＯ２とＳｉＯ２との膜厚を変えている。ＴｉＯ２とＳｉＯ２とのそれぞれの膜厚を変えることにより、透明基板７ａと空隙８との屈折率の差で反射されない光が反射させる。
【００３７】
最後に前述した回路基板２の配線電極２ａに発光素子を実装する。ここでは発光素子にＬＥＤ３を用いた例として説明する。回路基板２の配線電極２ａの上面側にはＬＥＤ３がバンプ電極３ａにより配線電極２ａにフリップチップ実装されている。なお、発光素子はＬＥＤ３に限定されるものではない。発光素子であれば代替可能である。
【００３８】
本実施例は、発光素子が実装された面と同一平面の基板上に反射層を配置し、反射層と基板との間に空隙を形成した発光装置を説明したが、この実施例に限定されるものでなく、例えば発光素子が実装された面より上方に反射層を配置し、反射層と基板の表面との間に空隙を形成してもよい。また、Ｕ字状溝が形成された基板のＵ字状溝の底面に発光素子を配置し、その発光素子を取り囲むように、発光素子の側方に反射層を形成し、Ｕ字状溝の側面と反射層との間に空隙を形成してもよい。このように本発明の発光装置は、発光素子が実装された基板上に反射層を配置し、基板と反射層との間に空隙を形成すれば、どのような形態であっても構わない。
【符号の説明】
【００３９】
１、１００  発光装置
２、１０２  回路基板
２ａ、１０２ａ  配線電極
２ｂ、１０２ｂ  出力電極
２ｃ、１０２ｃ  スルーホール電極
３、１０３  ＬＥＤ
３ａ、１０３ａ  バンプ電極
５、１０５  樹脂コート
１０６  絶縁反射層
７  反射部材
７ａ  透明基板
７ｂ  絶縁反射層
８  空隙
９  スペーサ
１０  凹部
１１ａ、１１ｂ  光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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