JP2006351808A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高反射率と経年的な反射率の低下の抑制とを両立させた発光装置を提供する。
【解決手段】実装基板であるパッケージ１に収納凹所１１が形成され、収納凹所１１の底面に発光ダイオードからなる発光素子チップ２が配置される。収納凹所１１の内側面は、発光素子チップ２からの出射光を反射するために、アルミニウムからなる第１の反射層３の上に、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２とを積層した光学多層膜からなる第２の反射層４を積層している。第１の反射層３が第２の反射層４で保護されるから、第１の反射膜３で反射率を確保し、かつ第２の反射層４で第１の反射層３を覆うことにより第１の反射層４を保護することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配光を制御する反射面を備えた実装基板に発光素子チップを取り付けた発光装置に関するものである。

近年、発光ダイオードや有機ＥＬのような発光素子チップにおいて白色系の発光色を得ることが可能になり、また取り出せる光束が大きくなってきたことから、この種の発光素子チップを照明や表示のための光源に用いることが考えられている。また、この種の発光素子チップは、小型かつ低電圧で駆動することができ、しかも長寿命であるという利点も有している。

発光ダイオードのベアチップは、０．３〜１ｍｍ角の微小なチップであるから、機械的強度を保ち、取り扱いを容易にし、さらには耐湿性を確保し、光の取出効率を高めるために、一般にはパッケージに封止される。パッケージとしては、いわゆる砲弾型に形成したパッケージや、リードフレームに実装した発光ダイオードチップを封止した表面実装用のパッケージが知られている。

ところで、この種の発光素子チップは、動作温度が上昇すると発光効率が低下するものであるから、照明や表示に用いるときには、放熱効率を向上させる構成が要求される。その一方で、光の取出効率を高めるには、目的とする方向に光を取り出せるように配光を制御することが必要である。そのため、パッケージ内に発光素子チップとともに封止されている金属板（リードフレームなど）を利用し、金属板を適宜の形状に成形することにより反射器を形成して配光を制御することが考えられている。

上述したパッケージのうち砲弾形のパッケージやリードフレームを用いた表面実装用のパッケージでは、回路基板に接続するための２本のリード線がパッケージから引き出されていることが多く、回路基板への放熱は２本のリード線を通してしか行われないものであるから、放熱効率が低いという問題を有している。

一方、表面実装用のパッケージには、セラミックスあるいは合成樹脂により形成され、パッケージの一面を回路基板に当接させることにより放熱効率を高めるようにした構造のものがある。この種のパッケージでは、発光素子チップを取り付ける部位の周囲を所望の配光が得られるように成形してある。ただし、パッケージの材料そのものの反射率は低いから、反射率を高めるために表面に金属膜を形成して反射率を高めることが考えられている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００４−３９６９１号公報

特許文献１に記載された技術では、金属膜からなる高反射膜を形成することにより反射率を高めており、高反射膜に用いる材料として耐酸化性の金属膜が望ましいとして、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌなどを主成分とする金属膜を用いることが示されている。しかしながら、金属膜は酸化や硫化の影響により反射率が経年的に低下するから、特許文献１に記載された構成のように、表面に金属が露出した構成を採用すると、光の取出効率が低下しやすくなるという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、高反射率と経年的な反射率の低下の抑制とを両立させた発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、発光素子チップの配光を制御する反射面を備えた実装基板に取り付けた発光装置であって、実装基板の表面に金属製の第１の反射層を介して光学多層膜からなる第２の反射層を積層したことを特徴とする。

この構成によれば、金属製の第１の反射層により高反射率を確保することができる上に、光学多層膜からなる第２の反射層により第１の反射層を保護することができる。すなわち、一般に金属製の第１の反射層は反射率が高いものの、大気中の酸素や硫化物によって酸化あるいは硫化しやすく、反射率が経年的に低下するのに対して、第１の反射層を第２反射層で覆ったことにより、第１の反射層を大気から遮断し、結果的に反射率の経年変化を抑制することができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記第１の反射層は銀であることを特徴とする。

この構成によれば、高反射率である銀を第１の反射層に用いることにより発光素子チップからの光を効率よく取り出すことができる。ただし、銀は他の物質と反応しやすく反射率の経年変化が大きいから、光学多層膜で覆うことにより経年変化を抑制し、高反射率と反射率の経年変化の抑制とを実現することができる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記発光素子チップの発光波長は青色領域であって、前記第１の反射層は前記実装基板に金属薄膜により形成した配線と同材料であって、前記第２の反射層は発光素子チップの発光波長を含む波長域において高反射率であることを特徴とする。

この構成によれば、発光素子チップが青色領域の発光波長を有する場合に、配線として青色領域の反射率の低い材料（たとえば、金）を用いた場合でも、青色の波長域については光学多層膜で反射させることができるから、青色領域の光を効率よく取り出すことができる。

本発明の構成によれば、金属製の第１の反射層により高反射率を確保することができる上に、光学多層膜からなる第２の反射層で第１の反射層を覆っているから、第１の反射層を保護しながらも反射率の低下を抑制することができるという利点がある。すなわち、一般に金属製の第１の反射層は反射率が高いものの、大気中の酸素や硫化物によって酸化あるいは硫化しやすく、反射率が経年的に低下するのに対して、第１の反射層を第２反射層で覆ったことにより、第１の反射層を大気から遮断して反射率の経年変化を抑制することができる上に、第２の反射層が光学多層膜であることにより光学多層膜を用いずに合成樹脂の被膜で覆うような場合に比較すると光の吸収率が低く高反射率が期待できる。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、実装基板となるパッケージ１に発光ダイオードである発光素子チップ２を収納した構成を有する。パッケージ１は、セラミックスまたは合成樹脂により形成され、一面に収納凹所１１が開口し、収納凹所１１の底面に薄膜形成技術または厚膜形成技術により形成した配線パターン１２を有する。また、収納凹所１１の底面に発光素子チップ２が固定され、金からなるボンディングワイヤ１３を用いて発光素子チップ２が配線パターン１２に電気的に接続される。図示例では、パッケージ１にスルーホール１４が形成されるとともに、パッケージ１の外面に設けた電極１５と配線パターン１２とがスルーホール１４を通して電気的に接続されている。発光素子チップ２と配線パターン１２との接続はボンディングワイヤ１３を用いずにフリップチップ実装であってもよく、また電極１５との接続もスルーホール１４を用いずに、配線パターン１２が収納凹所１１の開口を通してパッケージ１の外側に導出される構成を採用することも可能である。

収納凹所１１の底面を除く内側面は底面から開口に向かって昇り傾斜する斜面を形成しており、収納凹所１１の内側面は全体としてテーパ状に形成されている。収納凹所１１の開口は矩形状または円形状とするのが望ましいが他の形状であってもよい。収納凹所１１において斜面となっている内側面は、発光素子チップ２から出射した光の配光を制御するために反射性を持たせている。

本実施形態では、収納凹所１１の内側面に反射率の高い金属製の第１の反射層３が形成され、第１の反射層３を覆うように化学的に安定な材料からなる光学多層膜（ＤＢＲ膜）を用いた第２の反射層４が形成される。要するに、パッケージ１を実装基板として、実装基板の表面に金属製の第１の反射層３を介して光学多層膜からなる第２の反射層４を積層してある。第１の反射層３には、反射率の高い材料を選択し、たとえばアルミニウム（反射率は約８９％）を用いる。

一方、第２の反射層４としては、種々の材料を選択することができるが、絶縁性材料のほうが屈折率差を大きくとることができるから、絶縁性材料を組み合わせることが望ましい。また、第２の反射層４は発光素子チップ２から出射する光の波長領域に対する反射率が高くなるように構成する。本実施形態では、発光素子チップ２として青色系の発光ダイオードを用いており、したがって、第２の反射膜４として、青色領域から緑色領域の光に対する反射率の高い光学多層膜を形成する。この特性を実現するために、たとえば、ＳｉＯ_２膜／ＴｉＯ_２膜／ＳｉＯ_２膜／ＴｉＯ_２膜の４層構造を有した光学多層膜を用い、各膜厚を１２５ｎｍとする。

上述した構成により第１の反射層３と第２の反射層４とを合成した反射率を９５％以上とすることができる。したがって、発光素子チップ２からの出射光は、第１の反射層３および第２の反射層４で反射され、収納凹所１１から効率よく取り出される。ここに、収納凹所１１にはエポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂からなる封止樹脂５が充填されている。この封止樹脂５に黄色系の蛍光物質を分散させておけば、発光素子チップ２からの青色系の出射光の一部の波長が変換され、青色系と黄色系との混色光である白色光を取り出すことができる。

上述した例では第１の反射層３としてアルミニウムを用いているが、銀を用いると反射率をさらに高めることができる。銀は、アルミニウムに比較すると、マイグレーションによる反射率の低下を生じやすく、また酸化や硫化によっても反射率が低下しやすいという問題を有しているが、上述したように第１の反射層３の上に化学的に安定な第２の反射層４を積層しているから、第２の反射層４が第１の反射層３の保護膜として機能し、結果的に第１の反射層３が経年的に低下するのを抑制することができる。すなわち、高い反射率と経年変化の抑制とを両立することができる。

（実施形態２）
実施形態１では、収納凹所１１の内側に第１の反射層３と配線パターン１２とを形成しており、配線パターン１２にはボンディングワイヤ１３を接続するかあるいは発光素子チップ２をフリップチップ実装する必要があるから表面に金を用いる。これに対して第１の反射層３は反射率の高い材料を選択するために、実施形態１では、アルミニウムまたは銀を採用している。したがって、収納凹所１１の内側には２種類の金属層を形成する必要がある。

しかしながら、２種類の金属層を収納凹所１１に形成すると１種類の金属層のみを形成する場合に比較して工数が増加し、結果的にコスト増につながる。金属層として配線パターン１２を形成する金は必須である。そこで、本実施形態では、図２に示すように、第１の反射層３を配線パターン１２と同じ金で形成した構成を採用する。すなわち、配線パターン１２を形成している金属層を延長して第１の反射層３を形成し、さらに、この金属層を収納凹所１１の開口を通してパッケージ１の外側まで引き出すことにより、電極１５を形成している。また、図２に示す構成例では金バンプ６を用いて発光素子チップ２を配線パターン１２に対してフリップチップ実装している。

上述した構成では、第１の反射層３が金であって、金は可視光の波長領域のうち５５０ｎｍより波長の短い領域では反射率が低下することが知られている。ただし、実施形態１と同様に、青色系から緑色系の波長領域において高い反射率を有する光学多層膜を第２の反射層４として設け、第２の反射層４で第１の反射層３を覆うから、金において反射率が低下する波長領域を第２の反射層４の反射率で補うことができ、全体として可視光領域の全波長について高反射率を維持することが可能になる。

なお、実施形態１では収納凹所１１に封止樹脂５を充填し、封止樹脂５に蛍光物質を分散させているが、本実施形態ではパッケージ１に形成した収納凹所１１の開口面をシリコーン樹脂のシートからなる波長変換シート７で覆っている。波長変換シート７はシート状のシリコーン樹脂に蛍光物質を分散させたものであって、発光素子チップ２に青色系の発光ダイオードを用いる場合には黄色系の蛍光物質を用いることにより、白色系の光を取り出すことができる。他の構成および機能は実施形態１と同様である。

なお、上述した各実施形態においては、凹面状の反射面を形成することにより比較的狭い空間領域に配光しているが、凸面状の反射面を形成することにより比較的広い空間領域に配光する構成とする場合であっても本発明の技術思想を適用することができる。要するに、発光素子チップ２からの出射光を反射させる反射面を設ける構造であれば、反射面の形状にかかわらず本発明の技術思想を適用可能である。

実施形態１を示す断面図である。 実施形態２を示す断面図である。

符号の説明

１ パッケージ（実装基板）
２ 発光素子チップ
３ 第１の反射層
４ 第２の反射層

Claims (3)

1. 発光素子チップの配光を制御する反射面を備えた実装基板に取り付けた発光装置であって、実装基板の表面に金属製の第１の反射層を介して光学多層膜からなる第２の反射層を積層したことを特徴とする発光装置。
2. 前記第１の反射層は銀であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記発光素子チップの発光波長は青色領域であって、前記第１の反射層は前記実装基板に金属薄膜により形成した配線と同材料であって、前記第２の反射層は発光素子チップの発光波長を含む波長域において高反射率であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。

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