JP4699681B2 - Ｌｅｄモジュール、および照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ（Ｌight Ｅmitting Ｄiode）」と言う。）、当該ＬＥＤで構成されるＬＥＤチップ、ＬＥＤチップを有するＬＥＤモジュール、および当該ＬＥＤモジュールを備えた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、白色ＬＥＤにおける高輝度化が進むにつれ、例えば、ＬＥＤを白熱電球や蛍光灯に代わる光源として照明用途に用いる研究が活発になされている。点光源であるＬＥＤは、中でもその特性から店舗、美術館、ショールームなどのスポット照明としての用途が期待されている。
【０００３】
しかし、高輝度化が進んでいるとはいえ、従来のＬＥＤ１個の輝度は、白熱電球や蛍光灯等のそれと比較して格段に低い。そこで、ＬＥＤをプリント配線板に多数個実装することで照明装置としての輝度を向上させることが行われている（特許文献１、２を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１６２２３１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−２７０９０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
多数個実装することによって輝度の向上が図られるものの、ＬＥＤ１個がいくら白熱電球や蛍光灯と比べて小さいとはいえ、白熱電球や蛍光等と同等の光束を得ようとした場合には、ＬＥＤを実装するための面積が大きくなりかえって照明装置の大型化を招来しかねず、代替光源としての意義が没却されかねない。また、高光束を得るためにチップサイズを大きくする必要があるが、一般に半導体素子は、サイズが大きくなるとその中に欠陥が含まれる確率が高くなるので、歩留まりが下がる。
【０００７】
上記の課題に鑑み、実装面積を拡大することなく、輝度を向上することができるＬＥＤ、当該ＬＥＤで構成されるＬＥＤチップ、ＬＥＤチップを有するＬＥＤモジュール、および当該ＬＥＤモジュールを備えた照明装置を提供することを目的とする。
また、チップサイズを大きくしても、歩留まりを下げない構造を実現する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るＬＥＤは、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで発光層を挟んでなるダイオード構造層が、コンタクト層を介して、複数層積層されてなり、前記コンタクト層は、隣接するダイオード構造層間を電気的に接続するとともに、発光層で発せられた光を透過することを特徴とする。
【０００９】
また、前記コンタクト層は、前記ｐ型クラッド層側に設けられたｐ型高濃度ドープ層と前記ｎ型クラッド層側に設けられたｎ型高濃度ドープ層からなることを特徴とする。
さらに、前記複数のダイオード構造層の内、少なくとも一のダイオード構造層は、他のダイオード構造層とは異なる色の光を発することを特徴とする。
【００１０】
また、さらに、前記ダイオード構造層を少なくとも３層有し、その内、一層は赤色光を、一層は青色光を、一層は緑色光を発光することを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係るＬＥＤチップは、同一基板上に、上記ＬＥＤが少なくとも２個、結晶成長により積層されており、一のＬＥＤと他のＬＥＤとが、金属薄膜による配線パターンによって接続されてなることを特徴とする。
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明に係るＬＥＤモジュールは、プリント配線板と、前記プリント配線板に実装された、少なくとも２個の、上記ＬＥＤとを有し、前記ＬＥＤがプリント配線によって直列または並列に接続されてなることを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係るＬＥＤモジュールは、プリント配線板と、前記プリント配線板に実装された、少なくとも２個の、上記ＬＥＤチップとを有し、前記ＬＥＤがプリント配線によって直列または並列に接続されてなることを特徴とする。
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、上記ＬＥＤモジュールを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、実施の形態１に係るＬＥＤベアチップ（以下、単に「ＬＥＤチップ」と言う。）２の外観斜視図であり、図１（ｂ）は、ＬＥＤチップ２の平面図である。
【００１４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２は、サファイヤ基板４を共通に複数個（本例では、９個）のＬＥＤ６〜２２が、Ｎ行Ｍ列（本例では、３行３列）のマトリックス状に配列されてなるものである。各ＬＥＤ６〜２２の寸法Ｌ１×Ｗ１は４００μｍ×４００μｍであり、ＬＥＤチップ２の寸法Ｌ２×Ｗ２は１．２ｍｍ×１．２ｍｍである。
【００１５】
ＬＥＤ６〜２２はいずれもほぼ同様な構造を有しているので、ここでは、ＬＥＤ２０を代表に説明する。
図２は、図１（ｂ）におけるＡ・Ａ線断面図である。
図２に示すように、ＬＥＤ２０は、ｎ-Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層（Ｓｉドープ量２×１０¹⁸ｃｍ^-3）、Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ（厚さ３ｎｍ）/Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ（厚さ５ｎｍ）５周期の多重量子井戸発光層、ｐ-Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層（Ｍｇドープ量３×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さ２００ｎｍ）で構成されるダイオード構造層からなる発光素子が、サファイヤ基板４に対して３段に積み上げられた構成を有している。
【００１６】
ここで、図２に示すように、サファイヤ基板４側から順に、各発光素子を第１発光素子２４、第２発光素子２６、第３発光素子２８とする。
第１発光素子２４と第２発光素子２６の間、および第２発光素子２６と第３発光素子２８の間には、ｐ⁺-ＧａＮ高ドープ層（Ｍｇドープ量３×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さ１０ｎｍ）とｎ⁺-ＧａＮ高ドープ層（Ｓｉドープ量６×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さ１０ｎｍ）からなるコンタクト層３０，３２が形成されている。ここで、コンタクト層３０を第１コンタクト層３０と称し、コンタクト層３２を第２コンタクト層３２と称する。
【００１７】
また、アノード電極（Ｎｉ/Ａｌ電極）３４と第３発光素子２８の間には、上記コンタクト層３０，３２と同様のコンタクト層３６およびｎ−ＧａＮコンタクト層３８が形成されている。ここで、コンタクト層３６とｎ−ＧａＮコンタクト層３８を合わせて第３コンタクト層４０と称する。
一般に、アノード電極と発光素子とはｐ型半導体（本例でいうならば、ｐ-ＧａＮコンタクト層）を介して接続されるのであるが、高濃度ドープのｐ⁺-ＧａＮ層とｎ⁺-ＧａＮ層を介在させることにより、アノード電極と発光素子とをｎ型半導体（本例では、ｎ−ＧａＮコンタクト層３８）を介して接続することが可能となる。なお、この技術は、「Appl. Phys. Let., vol. 78, pp. 3265-3267, 21 MAY 2001（著者Jeon他）」に開示されているので、その詳細な説明については省略する。
【００１８】
本実施の形態は、上記技術を、電極と発光素子の間の接続のみならず、発光素子間の接続にも利用したものである。これにより、第１発光素子２４、第２発光素子２６、第３発光素子２８は、この順に、電気的に直列接続されることとなる。
第１発光素子２４のｎ-ＡｌＧａＮクラッド層とサファイヤ基板４との間には、ｎ-ＧａＮバッファ層４２が設けられており、当該ｎ-ＡｌＧａＮクラッド層上にはカソード電極（Ｔｉ／Ａｕ電極）４４が形成されている。
【００１９】
なお、第２発光素子２６および第３発光素子２８におけるｎ-ＡｌＧａＮクラッド層の厚さは１００ｎｍ、第１発光素子２４におけるｎ-ＡｌＧａＮクラッド層の厚さは１．５μｍ、ｎ−ＧａＮコンタクト層３８の厚さは２００ｎｍである。
上記の構成からなるＬＥＤ２０に、アノード電極３４とカソード電極４４を介して給電すると、発光素子２４，２６，２８の各（ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ）ｘ５発光層において、波長３８０ｎｍの近紫外光が生じ、当該近紫外光はサファイヤ基板４を透過して放出される。
【００２０】
なお、発光素子を構成する多重量子井戸構造により応力が緩和されるためクラックの発生が抑制されている。
したがって、発光層（発光素子・ダイオード構造層）を一つしか有しない従来のＬＥＤよりも、本実施の形態に係るＬＥＤの方が、当該ＬＥＤにおける単位発光面積当たりの輝度が向上することとなる。その結果、後述するように、ＬＥＤを複数個用いてＬＥＤモジュールや照明装置を構成する場合に、輝度が同じとすれば、実施の形態に係るＬＥＤを用いた方が、従来の上記ＬＥＤを用いるよりも当該ＬＥＤの個数を低減することが可能となる。換言すれば、実施の形態に係るＬＥＤを用いる方が、ＬＥＤの実装面積が狭くなり、ＬＥＤモジュールや照明装置の小型化が図られるのである。
【００２１】
なお、後述するように、ＬＥＤチップ２は、サファイア基板４側を上向き実装（フリップチップ実装）し、サファイア基板４側から光を取り出すため、下側になるｎ-ＧａＮコンタクト層３８側に反射率の高い金属層、或いは誘電体多層膜、或いは半導体多層膜を設けることで、光取出し効率を改善することが望ましい。本例では、電極を兼ねて反射率の高いＡｌ層を設けることで、光取出し効率を高めている。Ａｌ以外としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ等の金属が適している。
【００２２】
なお、図２に示す絶縁膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）４６およびブリッジ配線４８については後述する。
図１（ａ），（ｂ）に戻り、ＬＥＤ６〜２２はサファイヤ基板４上で、図１（ｃ）の接続図に示すように、直列に接続されている。なお、本願図面では、基本ダイオード構造を有する上記発光素子（ダイオード構造層）１個を、従来のダイオード記号1個で表している。
【００２３】
直列接続の態様について、隣接するＬＥＤ６，８の断面図を参照しながら説明する。図３は、ＬＥＤ６からＬＥＤ８にかけての断面図である。なお、図３では、煩雑さを避けるため、各ＬＥＤにおける第１発光素子２４の（ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ）ｘ５発光層〜コンタクト層３６（図２参照）は一体的に表現することとし、当該部分を符号５０で示すこととする。また、第１発光素子２４におけるｎ-ＡｌＧａＮクラッド層を符号５２で示すこととする。
【００２４】
図３に示すように、隣接するＬＥＤ６とＬＥＤ８とは、サファイヤ基板４にまで切り込まれた分離溝５４によって分離されている。なお、当該分離溝５４のサファイヤ基板５４に対する切込深さは極めて浅く、表面的なものなので、分離溝５４の存在に起因して、サファイヤ基板４が折損するようなことは生じない。
また、各ＬＥＤ６，８の側壁などを覆うように絶縁膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）４６が形成されている。そして、当該絶縁膜４６上には、ＬＥＤ６のアノード電極３４とＬＥＤ８のカソード電極４４を接続するブリッジ配線４８が形成されている。このブリッジ配線４８によって、隣接するＬＥＤ６とＬＥＤ８とが直列に接続されることとなる。また、ＬＥＤ８のアノード電極３４とＬＥＤ１０（図１参照）のカソード電極もブリッジ配線４８で接続され、以下同様にして、ＬＥＤ６〜ＬＥＤ２２がこの順に直列接続されている。図１（ｂ）中、全てのブリッジ配線を符号４８で示すこととする。
【００２５】
以上の構成からなるＬＥＤチップ２において、ＬＥＤ６のカソード電極とＬＥＤ２２のアノード電極を介して給電することにより、全てのＬＥＤにおいて３個の発光素子が全て発光することとなる。
一般に半導体素子は、サイズが大きくなるとその中に欠陥が含まれる確率が高くなるので、歩留まりが下がる。ＬＥＤではベアチップに欠陥が含まれると電流がリークして発光しない場合がある。本実施の形態の場合、ベアチップ上の直列に接続されたＬＥＤに欠陥等による電流リークが発生しても、そのＬＥＤ自体の出力の低下、或いは不点灯といった状態になるが、残りのＬＥＤには、正常に電流が供給されるので、ＬＥＤチップ全体的には正常に点灯する（勿論、欠陥の発生したＬＥＤは不点灯になる場合もあるが）。そのため、チップサイズが大きくなっても、歩留まりが下がることはない。
【００２６】
次に、ＬＥＤチップ２の製造方法について、図４〜図６を参照しながら説明する。なお、図５、図６においては、図３の場合と同様、第１発光素子２４の（（ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ）ｘ５発光層〜コンタクト層３６を一体的に表現し、符号５０で示している。
先ず、図４に示すように、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition Method；ＭＯＣＶＤ法）を用い、サファイヤ基板５６上にｎ-ＧａＮバッファ層４２からｎ−ＧａＮコンタクト層３８迄の各層を結晶成長によって順次形成する[工程（ａ）]。なお、このサファイヤ基板５６は、直径が５ｃｍあり、ＬＥＤチップ２を同時に１３００個程度製造できる面積を有する基板である。
【００２７】
次に、ｎ−ＧａＮコンタクト層３８表面にマスク５８を施す。マスキング領域は、各ＬＥＤにおけるアノード電極の形成予定領域よりも一回り広い領域である。そして、非マスキング領域に対応する部分を、第１発光素子２４（図２参照）を構成することとなるｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５２の半ばまでエッチングにより除去する[工程（ｂ）]。これにより、カソード電極接続面（電極形成面）が形成される。
【００２８】
工程（ａ）で形成したマスク５８除去した後、レーザ加工によって、分離溝５４を形成する[工程（ｃ）]。分離溝５４の深さは、サファイヤ基板５６の一部が除去される程度の深さである。これにより、各ＬＥＤごとに区画されると共に、各ＬＥＤが電気的に絶縁されることとなる。なお、レーザ加工法に限らず、エッチング法によって分離溝を形成することとしても構わない。
【００２９】
分離溝５４が形成されると、次に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜（絶縁膜）４６を全体的に被着する[工程（ｄ）]。
そして、上記Ｓｉ₃Ｎ₄膜４６に対し、マスク６０を施す。マスキング領域は、アノード電極形成予定領域以外の領域である。そして、非マスキング領域に対応するＳｉ₃Ｎ₄膜４６をエッチングにより除去すした後、金属薄膜であるＮｉ/Ａｌ膜を蒸着により形成する。これにより、アノード電極（Ｎｉ/Ａｌ電極）３４が形成される[工程（ｅ）]。マスク６０上に形成されたＮｉ/Ａｌ膜（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク６０と一緒に除去される。
【００３０】
上記工程（ｅ）と同様の手法により、カソード電極（Ｔｉ／Ａｕ電極）４４を形成する。すなわち、カソード電極形成予定領域に対応するＳｉ₃Ｎ₄膜４６の部分以外にマスク６２を形成し、当該露出したＳｉ₃Ｎ₄膜部分をエッチングにより除去した後、金属薄膜であるＴｉ／Ａｕ膜を蒸着によって形成して、カソード電極４４を形成する[工程（ｆ）]。マスク６２上に形成されたＴｉ／Ａｕ膜（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク６２と一緒に除去される。
【００３１】
続いて、ブリッジ配線４８を形成する。ブリッジ配線形成予定表面以外の表面にマスク６４を形成したのち、金属薄膜であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を蒸着によって形成する。これによって、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなるブリッジ配線４８が形成されて、９個のＬＥＤ６〜２２がこの順に、直列接続されることとなる[工程（ｇ）]。
【００３２】
工程（ｇ）でマスク６４上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク６４と一緒に除去される[工程（ｈ）]。
最後に、個々のＬＥＤチップにダイシングによって分離して、ＬＥＤチップ２（図１参照）が完成する。
図７は、上記ＬＥＤチップ２を有した白色ＬＥＤモジュール７０（以下、単に「ＬＥＤモジュール７０」と言う。）の外観斜視図である。ＬＥＤモジュール７０は、後述する照明器具１２０に装着されて用いられるものである。
【００３３】
ＬＥＤモジュール７０は、直径５ｃｍの円形をしたセラミックス基板７２と３個のガラス製レンズ７４，７６，７８を有している。セラミックス基板７２には、照明器具１２０に取り付けるためのガイド凹部８０や、照明器具１２０からの給電を受けるための端子８２，８４が設けられている。
図８（ａ）はＬＥＤモジュール７０の平面図を、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＢ・Ｂ線断面図を、図８（ｃ）は図８（ｂ）におけるＣ部拡大図をそれぞれ示している。
【００３４】
図８（ａ），（ｂ）に示すように、セラミックス基板７２の中央には、照明器具１２０に取り付ける際のガイド孔（貫通孔）８６が開設されている。
図８（ａ）において、円形に見える各レンズ７４，７６，７８の中心に対応するセラミックス基板７２上に、ＬＥＤチップ２が１個ずつ（全部で３個）実装されている。
【００３５】
セラミックス基板７２は、図８（ｃ）に示すように、厚さ２ｍｍでＡｌＮを主材料とする５枚のセラミックス基板８８〜９６が積層されてなる多層のセラミックス基板である。セラミックス基板の材料としては、ＡｌＮ以外に、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどが考えられる。
ＬＥＤチップ２は、フリップチップ実装法によって、最下層のセラミックス基板８８に実装されている。その上層のセラミックス基板９０〜９６には、ＬＥＤチップ２を実装する空間を創出するための貫通孔９８が開設されている。
【００３６】
セラミックス基板８８の下面には、放熱特性を改善するために金メッキ９９が施されている。
ＬＥＤチップ２は蛍光体膜１００で覆われている。ＬＥＤチップ２からの近紫外光は、蛍光体膜１００中の蛍光体によって白色光に変換され、レンズ７８を透過して、ＬＥＤモジュール７０から放射される。
【００３７】
前記貫通孔９８の側壁には、光反射膜であるＡｌ膜が被着されていて、これによって、光取出し効率が高められている。なお、Ａｌなどの金属膜の代わりに、中心粒径が数１０〜数１００ｎｍの超微粒子を塗布してもよい。超微粒子としてはＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＢａＳＯ₄、ＺｎＳ、Ｖ₂Ｏ₅やこれら材料を混合したものを用いることができる。
【００３８】
３個のＬＥＤチップ２は、最下層のセラミックス基板８８上に形成された配線パターンによって、並列に接続されている。
図９（ａ）は、レンズ７４，７６，７８を取り除いた状態のＬＥＤモジュール７０の平面図である。ここで、３個のＬＥＤチップ２を、符号Ａ，Ｂ，Ｃを付して区別することとする。
【００３９】
ＬＥＤチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ各々の実装位置のセラミックス基板８８表面には、図９（ｂ）に示すパッドパターンが印刷されている。パッドパターンは、アノードパッド１０２、カソードパッド１０４、および８個のアイランドパッド１０６からなる。パッドパターンは、銅（Ｃｕ）の表面に、ニッケル（Ｎｉ）めっき、ついで、金（Ａｕ）めっきを行なったものが用いられている。また、アノードパッド１０２、カソードパッド１０４、およびアイランドパッド１０６の適当な位置には、金バンプ１０８が形成されている。
【００４０】
このように構成された各パッドパターンにＬＥＤチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃがフリップチップ実装によって接合されている。当該フリップチップ実装によって、各ＬＥＤチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおける高電位側末端のＬＥＤ２２（図１参照）のアノード電極３４（図２参照）とアノードパッド１０２が、低電位側末端のＬＥＤ６（図１参照）のカソード電極４４（図２参照）とカソードパッド１０４がそれぞれ接続される。各ＬＥＤ６〜２２のおける残りの各電極は、対応するアイランドパッド１０８と接合される。アイランドパッド１０８には、電気的な接続の機能は期待されていない（各ＬＥＤは既述したように、サファイヤ基板上で既に直列接続されているので）。アイランドパッド１０８は、ＬＥＤチップ２で発生する熱をセラミックス基板側に拡散する機能と、ＬＥＤチップ２とセラミックス基板との接合強度を高める機能を発揮するために設けられている。
【００４１】
なお、アノードパッド１０２とカソードパッド１０４に打つ金バンプをアイランドパッド１０８に打つ金バンプよりも高くすることで、ＬＥＤチップ２を電気的により確実に接続することができる。また、各パッドに金バンプを打つ代わりにＬＥＤチップ２に金バンプを配した状態でフリップチップ実装してもよい。
各ＬＥＤチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃと接続されたアノードパッド１０２は、配線パターン１１０を介して電気的に接続されており、配線パターン１１０の端部は、スルーホール１１２を介して、正極端子８２と接続されている。一方、各ＬＥＤチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃと接続されたカソードパッド１０４は、配線パターン１１４を介して電気的に接続されており、配線パターン１１４の端部は、スルーホール１１６を介して、負極端子８４と接続されている。すなわち、配線パターン１１４、１１６によって、ＬＥＤチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、並列に接続されている。
【００４２】
レンズ７４，７６，７８は、蛍光体膜１００を形成した後、接着剤１１８（図８（ｃ）参照。）によって、セラミックス基板７２に貼着される。接着剤としてはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。なおレンズの材料としては、ガラス以外にエポキシ樹脂などを用いることができる。また、レンズはモールド成形により、セラミックス基板７２に対して一体成型することも可能である。
【００４３】
上記の構成からなるＬＥＤモジュール７０に対し、正極端子８２と負極端子８４を介して直流電力の給電がなされると、各ＬＥＤチップ２は近紫外光を発光し、当該近紫外光は、蛍光体膜１００で白色光に変換され、当該白色光は、レンズ７４，７６，７８を介して放射されることとなる。
この際、定格を大きく上回る電流が流れない限り、ＬＥＤチップ２内において、発光素子（ダイオード構造層）間での断線はほとんど生じない。一のＬＥＤ内において発光素子（ダイオード構造層）間はコンタクト層を介して接続されており、また、個々のＬＥＤ間は金属薄膜によって接続されているからである。
【００４４】
この点において、１チップ１発光素子（ダイオード構造層）とし、ＬＥＤチップ２における発光素子（ダイオード構造層）と同数（２７個）のＬＥＤチップをセラミック基板上にフリップチップ実装したもの（以下、「比較例」と言う。）と比較して、断線する確率を著しく下げることが可能となる。比較例においては、各ＬＥＤチップ（発光素子・ダイオード構造層）間の接続には、プリント配線に加え当該プリント配線とＬＥＤチップとを接続する金バンプまたはボンディングワイヤーなどが介在するところ、こういった接続箇所においては、周囲の部材などの熱変形に起因して加わる外力によって断線が生じやすいからである。
【００４５】
上記のように構成されたＬＥＤモジュール７０は、照明器具１２０に取り付けられて使用される。ＬＥＤモジュール７０と照明器具１２０とで照明装置１２２が構成される。
図１０（ａ）に、照明装置１２２の概略斜視図を、図１０（ｂ）に、照明装置１２２の底面図をそれぞれ示す。
【００４６】
照明器具１２０は、例えば、室内の天井等に固定される。照明器具１２０は、商用電源からの交流電力（例えば、１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）を、ＬＥＤモジュール７０を駆動するのに必要な直流電力に変換する電源回路（不図示）を備えている。
図１１を参照しながら、ＬＥＤモジュール７０の照明器具１２０への取り付け構造について説明する。
【００４７】
照明器具１２０は、ＬＥＤモジュール７０がはめ込まれる円形凹部１２４を有している。円形凹部１２４の底面は、平坦面に仕上げられている。円形凹部１２４の内壁の開口部寄り部分には、雌ねじ（不図示）が切られている。また、当該雌ねじと底面との間における内壁から、フレキシブルな給電端子１２６，１２８と、ガイド片１３０とが突出されている。なお、給電端子１２６が正極、給電端子１２８が負極である。さらに、円形凹部１２４の底面中央にはガイドピン１３２が立設されている。
【００４８】
ＬＥＤモジュール７０を照明器具１２０へ取り付けるための部材として、シリコンゴム製のＯ−リング１３４とリングねじ１３６とが備えられている。リングねじ１３６は略矩形断面を有するリング状をしており、その外周には、不図示の雄ねじが形成されている。また、リングねじ１３６は、その周方向の一部が切り欠かれてなる切欠き部１３８を有している。
【００４９】
続いて、取り付け手順について説明する。
先ず、ＬＥＤモジュール７０を、円形凹部１２４にはめ込む。このとき、ＬＥＤモジュール７０のセラミック基板７２が、給電端子１２６，１２８と円形凹部１２４の底面との間に位置すると共に、ガイド孔８６にガイドピン１３２が挿入され、ガイド凹部８０とガイド片１３０とが契合するようにはめ込む。ガイド孔８６とガイドピン１３２とで、ＬＥＤモジュール７０の円形凹部１２４に対するセンターの位置合わせがなされ、ガイド凹部８０とガイド片１３０とで、正極端子８２、負極端子８４と対応する給電端子１２６，１２８との位置合わせがなされる。
【００５０】
ＬＥＤモジュール７０がはめ込まれると、Ｏ−リング１３４を装着した後、リングねじ１３６を円形凹部１２４にねじ込んで固定する。これにより、正極端子８２と給電端子１２６、負極端子８４と給電端子１２８とが密着し、電気的に確実に接続されることとなる。また、セラミック基板７２のほぼ全面と円形凹部１２４の平坦な底面とが密着することとなり、ＬＥＤモジュール７０で発生した熱を照明器具１２０へ効果的に伝達し、ＬＥＤモジュール７０の冷却効果が向上することとなる。なお、ＬＥＤモジュール７０の照明装置１２０への熱伝達効率をさらに上げるため、セラミック基板７２と円形凹部１２４の底面にシリコングリスを塗布することとしてもよい。
【００５１】
上記の構成からなる照明装置１２０において、商用電源から給電がなされると、前述したように、各ＬＥＤチップ２は近紫外光を発光し、当該近紫外光は、蛍光体膜１００で白色光に変換され、当該白色光は、レンズ７４，７６，７８を介して放射されることとなる。各ＬＥＤモジュール７０に対し１５０ｍＡの電流を流したときの際の全光束は８００ｌｍ、中心光度は１６００ｃｄであった。また、その発光スペクトルは、図１２に示す通りであった。
【００５２】
また、本実施の形態では、ＬＥＤチップをフリップチップ実装しており、光放射面側、即ちサファイア基板側には光の出射を妨げる障害物、例えば、電極やボンディングワイヤーがないので、照射面に障害物の影が現れることはない。
（実施の形態２）
実施の形態２は、発光素子（ダイオード構造層）の組成、ＬＥＤチップの基板の種類と形状が異なる以外は基本的に実施の形態１と同様である。したがって、実施の形態１と同様な構成部分については説明を省略するか、簡単にするに留め、異なる部分を中心に説明することとする。また、実施の形態２の図面中、実施の形態１と同様な構成部分については、実施の形態１で用いたのと同じ符号を付すこととする。
【００５３】
図１３は、ＬＥＤチップ２００の部分断面図であり、図２に対応するものである。
実施の形態２における発光素子２５，２７，２９は、実施の形態１と異なり、ｎ-ＧａＮクラッド層（Ｓｉドープ量３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ＩｎＧａＮ（厚さ２ｎｍ）/ＧａＮ（厚さ８ｎｍ）６周期の多重量子井戸発光層、ｐ−ＧａＮクラッド層（Ｍｇドープ量３×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さ１００ｎｍ）で構成されている。
【００５４】
また、実施の形態１では、基板としてサファイヤ基板４を用いたのに対し、実施の形態２では、図１３に示すように、ノンドープＧａＮ基板２０２（以下、単に「ＧａＮ基板２０２」と言う。）を用いている。
一般に、サファイア基板上のＧａＮ系の青色〜紫外光にかけてのＬＥＤは、発光層やクラッド層の屈折率の方がサファイア基板のそれよりも高いため、発光層で発した光のサファイア基板への伝達効率が低く、ほとんどが発光層とクラッド層に閉じ込められるため、光取り出し効率が上がらない。実施の形態２のＬＥＤチップ２００は、基板に発光層と同じ系の材料であるＧａＮ基板を用いることから、発光層で発生した光はほとんど反射されることなくＧａＮ基板に伝搬するため、サファイア基板のように発光層の材料よりも低い屈折率の基板を用いたときに生じる伝搬損失がほとんどなくなる。
【００５５】
また、ＧａＮ基板２０２の裏面（光放出面）は、数μｍの凹凸面２０２Ａに形成されている。当該凹凸は、実施の形態１で説明した工程（ｈ）の後、ダイシングによる個々のＬＥＤチップの分離前に、エッチング法によって形成される。
このように、光放出面に凹凸を設けることにより、チップ内からチップ外への光取り出し効率を改善することができる。この効果は、一般に、チップサイズが大きくなるほど顕著になる。
【００５６】
本実施の形態では、ベアチップ一個あたりの投入電力が大きいため、チップサイズを大きくして熱抵抗を下げ、放熱効果を高めている。そこで、チップサイズを大きくすることによる光取り出し効率の低下を低減するために、上記凹凸面を形成することとしているのである。
発光層と同系統の材料からなる基板（ＧａＮ基板）の採用や、当該ＧａＮ基板に設けた凹凸構造は、サファイア基板を用いる場合と比較して、光取出し効率を数倍改善することができる。特に、チップサイズが１ｍｍ²以上でその効果が顕著となる。
【００５７】
次に、上記ＬＥＤチップ２００を用いたＬＥＤモジュール２０４について説明する。
図１４（ａ）にＬＥＤモジュール２０４の概略斜視図を、図１４（ｂ）にＬＥＤモジュール２０４の平面図をそれぞれ示す。
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＥＤモジュール２０４は、セラミックス基板２０６と光学ユニット２０８を有している。
【００５８】
図１５は、光学ユニット２０８を取り除いた状態でのＬＥＤモジュール２０４（セラミックス基板２０６）の平面図である。
セラミックス基板２０６上には、ＬＥＤチップ２００が４個、フィリップチップ実装されている。なお、セラミックス基板２０６は、実施の形態１とは異なり、単板のセラミックス基板である。セラミックス基板２０６の厚さは１．５ｍｍであり、直径は、実施の形態１と同様、５ｃｍである。また、セラミックス基板２０６は、銅などの金属材料とアルミナなどのセラミックス材料を組成に持ち、その組成割合が厚み方向に傾斜的に変化する傾斜セラミックス基板である。具体的には、ＬＥＤチップ実装面とは反対の裏面に近いほど金属材料の組成割合が高くなり、その逆にＬＥＤチップ実装面に近いほどセラミックス材料の組成割合が高くなっている。このような傾斜セラミックス基板を採用することにより、高熱伝導性とＬＥＤチップ実装面における絶縁性とを確保することができる。
【００５９】
セラミックス基板２０６のチップ実装面に形成されたパッドパターンは、図９（ｂ）に示した実施の形態１のものと同様なので、図示とその説明については省略する。
チップ実装面には、実施の形態１と同じ位置に正極端子２１０と負極端子２１２とが形成されている。正極端子２１０と各ＬＥＤチップ２００が接合されている４個のアノードパッド（不図示）とが配線パターン２１４で、負極端子２１２と各ＬＥＤチップ２００が接合されている４個のカソードパッド（不図示）とが配線パターン２１６で接続されている。その結果、４個のＬＥＤチップ２００は並列に接続されることとなる。
【００６０】
また、セラミックス基板２０６には、実施の形態１と同様、ガイド凹部２１８が設けられている。
図１６（ａ）は、図１４（ｂ）におけるＤ・Ｄ線断面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）におけるＥ部拡大図である。
図１６（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２００は、蛍光体膜２２０で覆われている。蛍光体膜２２０は、４個のＬＥＤチップ２００を一体的に覆っている。蛍光体膜２２０は、（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺などの黄色蛍光体をシリコーン樹脂に分散したものであり、ＬＥＤチップ２００が発する青色光に励起されて黄色光を発する。ＬＥＤチップ２００から発した青色光と蛍光体から発した黄色光の混色により白色光が得られる。
【００６１】
図１６（ａ）に示すように、光学ユニット２０８は、反射板２２２、第１レンズ２２４、および第２レンズ２２６で構成される。
反射板２２２は、アルミ板やステンレス板をプレス加工などによって、図に示すような形状に加工し、凹面部分を鏡面に仕上げて、凹面鏡としたものである。第１レンズ２２４は、接着剤２２８で反射板２２２に貼り付けられている。第２レンズ２２６も、接着剤（不図示）よって、反射板２２２上部に取り付けられている。なおレンズにはガラスやエポキシ樹脂などを用いることができる。接着剤としてはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などのものを用いることができる。また、レンズはモールドにより一体成型することも可能である。
【００６２】
上記構成からなるＬＥＤモジュール２０４において、蛍光体膜２２０から放出された白色光は、第１レンズ２２４を透過して、一部は凹面鏡の反射面で反射されて第２レンズ２２６へ入射し、一部は直接第２レンズ２２６へ入射して外部に放出される。凹面鏡とレンズ２枚組み合わせることで、発生した光を効率よく狭角のビーム光として外部に取り出すことが出来る。
【００６３】
なお、ＬＥＤモジュール２０４も実施の形態１の照明器具１２０（図１０，１１）に装着して、照明装置とすることができる。
ＬＥＤモジュール２０４を、実施形態１同様に照明器具に取り付けて、正極端子２１０、負極端子２１２を通じて直流電流２００ｍＡを給電したときの全光束は１５００ｌｍ、中心光度は３０００ｃｄであった。また、その発光スペクトルは、図１７に示すとおりであった。
【００６４】
なお、実施の形態２ではＬＥＤチップの基板材料としてＧａＮを用いたが、ＡｌＧａＮやＡｌＮを用いることにより紫外光を高効率で発するベアチップを実現することが可能となり、蛍光体と組み合わせた高効率の白色モジュールを実現することが可能となる。
（実施の形態３）
実施の形態３は、ＬＥＤチップにおける基板の種類、１チップにおけるＬＥＤの個数、サイズ、およびＬＥＤ間の接続態様が異なる以外は基本的に実施の形態２と同様である。したがって、実施の形態２と同様な構成部分については説明を省略するか、簡単にするに留め、異なる部分を中心に説明することとする。
【００６５】
図１８（ａ）は、実施の形態３に係るＬＥＤチップ３００の外観斜視図であり、図１８（ｂ）は、ＬＥＤチップ３００の平面図である。
図１８（ａ），（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ３００では、１６個のＬＥＤ３０２〜３３２が、４行４列のマトリックス状に配列されている。各ＬＥＤ３０２〜３３２の平面視における寸法は３００μｍ角であり、ＬＥＤチップ３００の寸法は１．２ｍｍ角である。
【００６６】
ＬＥＤチップ３００では、図１８（ｂ）に示すように、行方向および列方向に隣接するＬＥＤのアノード電極同士がブリッジ配線３３４（図では、煩雑さを避けるため、２個のみに符号「３３４」を付している。）によって接続されている。したがって、ＬＥＤ３０２〜３３２のアノード電極は全て電気的に接続されることとなる。また、ＬＥＤチップ３００では、基板にｎドープＧａＮ基板３３６（以下、単に「ＧａＮ基板３３６」と言う。）を用いている。したがって、ＬＥＤ３０２〜３３２における第１発光素子２４のｎ−ＧａＮクラッド層４２（図１３参照）は全て、当該ＧａＮ基板３３６を介して電気的に接続されることとなる。以上のように接続した結果、図１８（ｃ）に示すように、全てのＬＥＤ３０２〜３３２が並列に接続されることとなる。
【００６７】
放熱を確保した状態でＬＥＤチップ３００に８００ｍＡの電流を通電した際の動作電圧は１４Ｖであった。
ＬＥＤチップ３００は、実施の形態３で説明したセラミックス基板２０６（図１５）と同様なセラミックス基板に実装されてＬＥＤモジュール２０４（図１４）と同様なＬＥＤモジュールを構成する。
【００６８】
ただし、ＬＥＤチップ３００を実装するためのパッドパターンが実施の形態２のパターン（図９（ｂ））とは、異なっている。実施の形態３のパッドパターンを図１９に示す。なお、図１９において、黒丸は金バンプを表している。
フリップチップ実装の際に、アノードパッド３３８とＬＥＤチップ３００におけるＬＥＤ３２６（図１８（ｂ））のアノード電極とが、金バンプを介して接合される。
【００６９】
カソードパッド３４０とＬＥＤ３０２，３０４，３０６，３０８の各カソード電極とが、それぞれ金バンプ３４２，３４４，３４６，３４８を介して接合される。また、カソードパッド３４０とＬＥＤ３２６，３２８，３３０，３３２の各カソード電極とが、それぞれ金バンプ３５０，３５２，３５４，３５６を介して接合される。
【００７０】
ＬＥＤチップ３００におけるその他のアノード電極とカソード電極は、対応するアイランドパッド３５８と接合される。
上述したように、ＬＥＤ３０２〜３３２における第１発光素子２４のｎ−ＧａＮクラッド層４２（図１３参照）は全て、当該ＧａＮ基板３３６を介して電気的に接続されているので、カソードパッド３４０と接続するのは、１個のＬＥＤのカソード電極だけで足り、他のＬＥＤにはカソード電極を形成する必要はないのである。しかしながら、本実施の形態では、全てのＬＥＤにカソード電極を設けると共に、セラミックス基板側にも対応するパッドを形成して、より広い面積で接合することにより、接合強度を強化し、かつ、放熱効果を向上させているのである。各アノード電極に対応するパッドも同じ目的で設けられている。
【００７１】
ＬＥＤチップ３００を用いて構成されるＬＥＤモジュールを実施の形態１、２と同様の照明器具に装着して照明装置を構成してもよい。
当該照明装置において、セラミックス基板上の正極端子と負極端子とを通じて直流電流３．２Ａを給電したときの全光束は２５００ｌｍ、中心光度は５０００ｃｄであった。また、発光スペクトルは、実施の形態２（図１７）と同様であった。
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、共通基板上に複数個のＬＥＤを形成して１個のＬＥＤチップを構成し、各ＬＥＤは、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで発光層を挟んでなるダイオード構造層（発光素子）をコンタクト層を介して３層に積層して構成した。これに対し、実施の形態４に係るＬＥＤチップ４００では、１チップ１ＬＥＤとし、ダイオード構造層を３０層に積層して構成することとした。
【００７２】
図２０（ａ）にＬＥＤチップ４００の断面図を、図２０（ｂ）にＬＥＤチップ４００の平面図を示す。
図２０（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ４００では、ｎ型の６Ｈ−ＳｉＣ基板４０２上にｎ−ＡｌＧａＮバッファ層４０４（２０ｎｍ）を積層した後、発光層４０６をｐ−ＧａＮクラッド層４０８とｎ−ＧａＮクラッド層４１０とで挟んでなるダイオード構造層（発光素子）４１２、４１４、…、４１６が、コンタクト層４１８、４２０、…を介して直列に３０層積層されている。なお、６Ｈ−ＳｉＣ基板４０２のサイズは平面視で２ｍｍ角である。
【００７３】
最下層の発光素子４１２の構成は、実施の形態１の発光素子２４（図２）と、これより上層の発光素子４１４〜４１６の構成は、実施の形態１の発光素子２６、２８と、コンタクト層４１８、４２０、…の構成は、実施の形態１のコンタクト層３０、３２とそれぞれ同じである。
また、コンタクト層４２２は、実施の形態１のコンタクト層３６と、ｎ−ＧａＮコンタクト層４２４は、実施の形態１のｎ−ＧａＮコンタクト層３８と同じ構成である。
【００７４】
ＳｉＣ基板４０２下面には、カソード電極（Ｔｉ／Ａｌ電極）４２６が、ｎ−ＧａＮコンタクト層４２４上には、アノード電極（Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極）４２８が形成されている。なお、図２０（ｃ）に示すように、最上層の発光素子４１６のｐ−ＧａＮクラッド層上を、一般的なダイオードの場合と同様にｐ−ＧａＮコンタクト層４３０、その上にアノード電極（Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ電極）４３２を設けるようにしても良い。
【００７５】
以上の構成からなるＬＥＤチップ４００において、放熱を確保した状態で５０ｍＡの電流を通電した際の動作電圧は１２０Ｖであった。
図２１は、上記ＬＥＤチップ４００を有した白色ＬＥＤモジュール４３４（以下、単に「ＬＥＤモジュール４３４」と言う。）の外観斜視図である。
ＬＥＤモジュール４３４は、直径５ｃｍの円形をしたコンポジット基板４３６と７個のガラス製レンズ４３８〜４５０を有している。コンポジット基板４３６には、照明器具に取り付けるためのガイド凹部４５２や、照明器具からの給電を受けるための端子４５４，４５６が設けられている。
【００７６】
図２２（ａ）はＬＥＤモジュール４３４の平面図を、図２２（ｂ）は図２２（ａ）におけるＦ・Ｆ線断面図を、図２２（ｃ）は図２２（ｂ）におけるＫ部拡大図をそれぞれ示している。
図２２（ａ）において、円形に見える各レンズ４３８〜４５０の中心に対応するコンポジット基板４３６上に、ＬＥＤチップ４００が１個ずつ（全部で７個）実装されている。
【００７７】
コンポジット基板４３６は、図２２（ｃ）に示すように、厚さ１ｍｍのアルミ板４５８の上に厚さ１００μｍのアルミナコンポジット絶縁層（以下、単に「絶縁層」と言う。）４６０、４６２、４６４が積層されてなるものである。１層目の絶縁層４６０と２層目の絶縁層４６２の間、および２層目の絶縁層４６２と３層目の絶縁層４６４の間には、ＬＥＤチップ４００同士を接続するための配線パターン（後述）を形成する厚さ２５μｍの配線銅層４６６、４６８が形成されている。
【００７８】
ＬＥＤチップ４００は、１層目の絶縁層４６０上面に実装されている。実装は、絶縁層４６０上面に形成されたカソードパッド（図２３（ｂ）参照）にＬＥＤチップ４００のカソード電極４２６を金ハンダ共晶で接合することによって行う。なお、金ハンダ共晶の代わりに、バンプ実装を行ってもよい。２層目の絶縁層４６２と３層目の絶縁層４６４には、ＬＥＤチップ４００を実装する空間を創出するための貫通孔４７０が開設されている。２層目の絶縁層４６２の上面には、アノードパッド（図２３（ｂ）参照）が形成されていて、当該アノードパッドとＬＥＤチップ４００のアノード電極４２８とがボンディングワイヤー（金ワイヤー）４７２によって接続されている。
【００７９】
ＬＥＤチップ４００は蛍光体膜４７４で覆われている。蛍光体膜４７４は、（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺などの黄色蛍光体をシリコーン樹脂に分散してなるものである。ＬＥＤチップ４００からの青色光は、蛍光体膜４７４中の蛍光体によって黄色光に変換され、ＬＥＤチップ４００から発した青色光と蛍光体から発した黄色光の混色によって白色光が得られる。
【００８０】
コンポジット基板４３６（絶縁層４６４）上面には、アルミ製の反射ミラー４７６が設けられており、これによって光取出し効率が高められている。
７個のＬＥＤチップ４００は、絶縁層４６０および絶縁層４６２上に形成された配線パターンによって、並列に接続されている。
図２３（ａ）は、レンズ４３８〜４５０および反射板４７６を取り除いた状態のＬＥＤモジュール４３４の平面図である。
【００８１】
ＬＥＤチップ４００の実装位置に対応する絶縁層４６０、４６２の表面には、図２３に示すパッドパターンが印刷されている。パッドパターンは、カソードパッド４７８、アノードパッド４８０からなる。パッドパターンは、銅（Ｃｕ）の表面に、ニッケル（Ｎｉ）めっき、ついで、金（Ａｕ）めっきを行なったものが用いられている。
【００８２】
このように構成された各パッドパターンにＬＥＤチップ４００が上述したようにして接合されている。
各ＬＥＤチップ４００と接続された各カソードパッド４７８は、絶縁層４６０の上面に形成された配線パターン４８２を介して電気的に接続されており、配線パターン４８２は、スルーホール４８４を介して、負極端子４５６と接続されている。一方、各ＬＥＤチップ４００と接続されたアノードパッド４８０は、配線パターン４８６を介して電気的に接続されており、配線パターン４８６は、スルーホール４８８を介して、正極端子４５４と接続されている。すなわち、配線パターン４８２、４８６によって、７個のＬＥＤチップ４００は、並列に接続されている。
【００８３】
レンズ４３８〜４５０は、反射板４７６を貼着し、蛍光体膜４７４を形成した後、接着剤４９０（図２２（ｃ）参照。）によって、コンポジット基板４３６に貼着される。
上記のように構成されたＬＥＤモジュール４３４は、実施の形態１〜３の照明器具と同様の照明器具に取り付けられて使用される。ＬＥＤモジュール４３４と照明器具とで照明装置が構成される。
【００８４】
照明器具に取り付けたＬＥＤモジュール４３４に正極端子４８８、負極端子４５６を通じて直流電流３５０ｍＡを給電したときの色温度は５４００ｋ、平均演色評価数は７０、全光束は８００ｌｍ、中心光度は１６００ｃｄであった。発光スペクトルは図１７に示すのと同様であった。
なお、６Ｈ−ＳｉＣ基板の吸収端は４２０ｎｍ付近にあり、それよりも短波長の発光層を設ける場合は、吸収により効率が下がる。そのため、例えば近紫外光を励起光に使う場合は、６Ｈ−ＳｉＣ基板の代わりに４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いるようにすればよい。また、ＳｉＣ基板と発光素子の間に、誘電体多層膜や半導体多層膜からなる高反射膜を形成して、発光素子から出た光がＳｉＣ基板側に行くのを防ぐ方法も効果的である。
【００８５】
また、上記した例では、ＬＥＤチップ４００をカソード電極４２６に対しハンダで接合することとしたが、これに限らず、フリップチップ実装することとしても構わない。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した実施の形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることも可能である。
（１）白色光を得るための、ＬＥＤチップの発光色と蛍光体の種類、およびその組み合わせは、上記した実施の形態に限るものではなく、例えば、以下のようにすることも可能である。
【００８６】
▲１▼ 近紫外で励起され青色光を放つ青色蛍光体＋近紫外で励起され緑色光を放つ緑色蛍光体＋近紫外光で励起され赤色光を放つ赤色蛍光体。
▲２▼ 近紫外で励起され青色光を放つ青色蛍光体＋近紫外で励起され緑色光を放つ緑色蛍光体＋近紫外光で励起され黄色光を放つ黄色蛍光体＋近紫外光で励起され赤色光を放つ赤色蛍光体。
【００８７】
▲３▼ 近紫外で励起され青色光を放つ青色蛍光体＋近紫外光で励起され黄色光を放つ黄色蛍光体。
▲４▼ 近紫外で励起され青色光を放つ青色蛍光体＋近紫外光で励起され黄色光を放つ黄色蛍光体＋近紫外光で励起され赤色光を放つ赤色蛍光体。
▲５▼ 近紫外で励起され青色光を放つ青色蛍光体＋青色蛍光体が放つ青色光で励起され緑色光を放つ緑色蛍光体＋青色蛍光体が放つ青色光で励起され赤色光を放つ赤色蛍光体。
【００８８】
▲６▼ 近紫外で励起され青色光を放つ青色蛍光体＋青色蛍光体が放つ青色光で励起され緑色光を放つ緑色蛍光体＋緑色蛍光体が放つ緑色光で励起され赤色光を放つ赤色蛍光体。
なお、上記青色光は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲に主発光ピークを有する光、上記緑色光は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲に主発光ピークを有する光、上記黄色光は、５５０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長範囲に主発光ピークを有する光、上記赤色光は、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ未満の波長範囲に主発光ピークを有する光を指すものと定義した。
【００８９】
また、上記青色蛍光体としては、（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）₁₀Ｍｇ（ＰＯ₄）₆Cl₂：Ｅｕ²⁺など、緑色蛍光体としては、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺,Ｍｎ²⁺、（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺など、黄色蛍光体としては、（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺など、赤色蛍光体としては、Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺、ＣａＳ：Ｅｕ²⁺などが挙げられるが、本発明は、基本的には、蛍光体の種類によって限定されるものではない。
【００９０】
上記▲２▼の場合を例に挙げて、さらに詳しく説明すると、赤（Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺など）、緑（色ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺Mｎ²⁺など）、黄（（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺など）、青（（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺など）の４種類の蛍光体を適当な比率で配合するとともに、酸化燐や酸化ボロンなどの結着剤、ＳｉＯ₂などの超微粒子、ニトロセルロース等の増粘剤を酢酸ブチル溶剤に混合したペーストをベアチップ実装部分に塗布乾燥後、４００℃の大気雰囲気中で数分間かけて固着形成する。この際、有機成分は燃焼されなくなり、結着剤により固着された蛍光体膜が形成される。超微粒子の中心粒径が数１０〜数１００ｎｍで、ＳｉＯ₂以外にＡｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＢａＳＯ₄、ＺｎＳ、Ｖ₂Ｏ₅やこれら材料を混合したものを用いることができる。
（２）上記実施の形態では、１個のＬＥＤ上の各発光素子（ダイオード構造層）が発する光の波長は全て同じ場合を示したが、各発光素子（ダイオード構造層）間で異なる波長の光を発するものとすることもできる。ＡｌＩｎＧａＮ系の材料は、３族材料であるＡｌ、Ｉｎ、Ｇａの組み合わせ、及びその比率を適宜調整することにより、赤色光から紫外光まで発する材料として知られている。このことを利用して、一のＬＥＤにおいて少なくとも２波長以上を発するように２種類以上の発光素子（ダイオード構造層）を形成することにより、蛍光体を用いずとも白色光を発することが可能となる。
【００９１】
例えば、青色と黄色の２色、青色と緑色と赤色の３色、青色と緑色と黄色と赤色の４色をひとつの一のＬＥＤから発するようにすれば、１個のＬＥＤで白色光を発することが可能となる。
また、青色と赤色を発する発光素子（ダイオード構造層）と黄色蛍光体（（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺など）を組み合わせることにより、一般的な青色ＬＥＤと黄色蛍光体による白色ＬＥＤよりも高い平均演色評価数の白色光を実現することも可能となる。
（３）上記実施の形態では、１個のＬＥＤにおける発光素子（ダイオード構造層）の個数を３個または３０個としたが、発光素子（ダイオード構造層）の個数は、これに限定されるものではなく、２個あるいは４〜２９個もしくは３１個以上としても構わない。要は、少なくとも２個の発光素子（ダイオード構造層）を備えることとすればよいのである。
【００９２】
また、１個のＬＥＤチップ当たり、実施の形態１、２では９個のＬＥＤを、実施の形態３では１６個のＬＥＤを形成することとしたが、ＬＥＤチップ１個当たりのＬＥＤの個数は、これらに限定されるものではなく、２〜８個、または、１０〜１５個、あるいは１７個以上であっても構わない。また、１ＬＥＤチップ上のＬＥＤの配列も、上記したマトリックス状に限らず、例えば、直線的に配列するようにしてもよい。
（４）上記実施の形態では、ＬＥＤチップをバンプ或いはハンダを用いて実装することとしたが、バンプやハンダを用いず、直接、実装基板上の電極と接合することとしてもよい。
（５）照明器具からのＬＥＤモジュールへの電力は、定電流制御に限らず定電圧制御によって供給することとしてもよい。
【００９３】
また、ＬＥＤモジュール側に定電流回路や保護回路を設けるようにしてもよい。
（６）上記実施の形態では、直接、実装基板（セラミックス基板やコンポジット基板）にＬＥＤチップを実装することとしたが、Ｓｉ基板などのサブマウントを介して実装基板に実装することも可能である。また、ＬＥＤチップを複数個サブマウントに実装し、それを実装基板に実装することも可能である。その際、サブマウント基板に保護回路などを設けても良い。
（７）上記実施の形態では、ＬＥＤチップからの光取り出し効率を改善する方法として、ＬＥＤチップ表面（光放出面）に凹凸構造を設けることとしたが、ＬＥＤチップ内に設けることも可能である。
【００９４】
また、凹凸構造は、不規則な凹凸よりも、フォトニッククリスタル（ＰＣ）構造或いはフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）構造と呼ばれている周期的な構造の方がより高い効果を発揮する。ＰＣ構造やＰＢＧ構造は、一般に、面方向に凹凸がミクロンオーダからλ／４オーダ（λは媒質中の波長）の間隔で現れる周期構造や、分布帰還ミラー（ＤＢＲ）構造のように積層方向の短周期構造を指し、特定の波長を選択的に反射・透過する機能を持っている。
【００９５】
ＬＥＤチップのどの位置に（どの層の間に）、ＰＣ構造、ＰＢＧ構造あるいは実施の形態で説明した凹凸構造を設けるかは、用いる基板材料、実装形態、封止形態等に応じてバリエーションがある。
（８）上記実施の形態１〜４では、プリント配線板（セラミックス基板、コンポジット基板）上で、複数のＬＥＤチップを並列に接続することとしたが、これに限らず、直列に接続するようにしてもよい。そのような接続は、プリント配線板上の配線パターンなどを適宜変更することにより容易に実現できる。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＬＥＤによれば、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで発光層を挟んでなるダイオード構造層が、コンタクト層を介して、複数層積層されているので、単一のダイオード構造層しか有しない従来のＬＥＤよりも、当該ＬＥＤの単位光放出面当たりの輝度を向上させることができる。その結果、例えば、ＬＥＤを複数個実装して、モジュールや照明装置を構成する場合に、輝度が同じとすれば、本発明に係るＬＥＤを用いた方が、従来の上記ＬＥＤを用いるよりも当該ＬＥＤの個数を低減することが可能となる。換言すれば、本発明に係るＬＥＤを用いる方が、ＬＥＤの実装面積が狭くなり、ＬＥＤモジュールや照明装置の小型化が図られるのである。
【００９７】
本発明に係るＬＥＤチップは、上記ＬＥＤで構成されているので、上記したのと同様の効果が得られる。
本発明に係るＬＥＤモジュールによれば、上記したＬＥＤまたはＬＥＤチップで構成されているので、上記したのと同じ理由で、当該モジュールの小型化を図ることができる。
【００９８】
本発明に係る照明装置によれば、上記ＬＥＤモジュールを備えているので、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施の形態１に係るＬＥＤチップの斜視図である。
（ｂ）は、上記ＬＥＤチップの平面図である。
（ｃ）は、上記ＬＥＤチップ内の接続図である。
【図２】実施の形態１に係るＬＥＤチップの一部断面図である。
【図３】実施の形態１に係るＬＥＤチップの一部断面図である。
【図４】実施の形態１に係るＬＥＤチップの製造方法を説明するための図である。
【図５】実施の形態１に係るＬＥＤチップの製造方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係るＬＥＤチップの製造方法を説明するための図である。
【図７】実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの斜視図である。
【図８】（ａ）は、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの平面図である。
（ｂ）は、（ａ）におけるＢ・Ｂ線断面図である。
（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ部拡大図である。
【図９】（ａ）は、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールにおいて、レンズを取り除いた状態を示す図である。
（ｂ）は、実施の形態１のＬＥＤモジュールを構成するセラミックス基板上に形成されるパッドパターンを示す図である。
【図１０】（ａ）は、実施の形態１に係る照明装置を示す斜視図である。
（ｂ）は、上記照明装置の下面図である。
【図１１】実施の形態１に係る照明装置の分解斜視図である。
【図１２】実施の形態１に係る照明装置の発光スペクトルを示す図である。
【図１３】実施の形態２に係るＬＥＤチップの一部断面図である。
【図１４】（ａ）は、実施の形態２に係るＬＥＤモジュールの斜視図である。
（ｂ）は、上記ＬＥＤモジュールの下面図である。
【図１５】実施の形態２に係るＬＥＤモジュールにおいて、光学ユニットを取り除いた状態を示す図である。
【図１６】（ａ）は、図１４（ｂ）におけるＤ・Ｄ線断面図である。
（ｂ）は、上記（ａ）におけるＥ部拡大図である。
【図１７】実施の形態２に係る照明装置の発光スペクトルを示す図である。
【図１８】（ａ）は、実施の形態３に係るＬＥＤチップの斜視図である。
（ｂ）は、上記ＬＥＤチップの平面図である。
（ｃ）は、上記ＬＥＤチップ内の接続図である。
【図１９】実施の形態３のＬＥＤモジュールを構成するセラミックス基板上に形成されるパッドパターンを示す図である。
【図２０】（ａ）は、実施の形態４に係るＬＥＤチップの断面図である。
（ｂ）は、上記ＬＥＤチップの平面図である。
（ｃ）は、上記ＬＥＤチップの変形例を示す図である。
【図２１】実施の形態４に係るＬＥＤモジュールを示す斜視図である。
【図２２】（ａ）は、実施の形態４に係るＬＥＤモジュールの平面図である。
（ｂ）は、（ａ）におけるＦ・Ｆ線断面図である。
（ｃ）は、（ｂ）におけるＫ部拡大図である。
【図２３】（ａ）は、実施の形態４に係るＬＥＤモジュールにおいて、レンズおよび反射板を取り除いた状態を示す図である。
（ｂ）は、実施の形態４のＬＥＤモジュールを構成するコンポジット基板上に形成されるパッドパターンを示す図である。
【符号の説明】
２、２００、３００、４００ ＬＥＤチップ
４ サファイヤ基板
６〜２２、３０２〜３３２ ＬＥＤ
２４、２５、２６、２７、２８、２９、４１２、４１４、４１６ ダイオード構造層
３０、３２、４１８、４２０ コンタクト層
７０、２０４、４３４ ＬＥＤモジュール
１２２ 照明装置
２０２ ＧａＮ基板
４０２ ｎ−ＳｉＣ基板

Claims (3)

1. ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで多重量子井戸発光層を挟んでなるダイオード構造層がコンタクト層を介して複数積層され、前記コンタクト層が前記ｐ型クラッド層側に設けられたｐ型高濃度ドープ層と前記ｎ型クラッド層側に設けられたｎ型高濃度ドープ層からなり隣接するダイオード構造層間を電気的に接続するとともに発光層で発せられた光を透過する構成とした、ＧａＮ系半導体材料からなる少なくとも２個のＬＥＤが、前記発光層からの光を透過する材料からなる同一基板上に結晶成長により形成されており、
   各ＬＥＤにおいて、前記基板に最も近いｎ型クラッド層にはカソード電極が、前記基板から最も遠いｐ型クラッド層にはアノード電極が接続されていて、
   各ＬＥＤの側壁には、絶縁膜が形成されており、
   一のＬＥＤのアノード電極と他のＬＥＤのカソード電極とが、前記絶縁膜上に這設された金属薄膜からなるブリッジ配線により電気的に接続されているＬＥＤチップがプリント配線板にフリップチップ実装されたＬＥＤモジュールであって、
   前記プリント配線板は、前記ＬＥＤチップにおいて前記ブリッジ配線によって電気的に接続されたＬＥＤの内、高電位側末端のＬＥＤのアノード電極および低電位側末端のカソード電極以外の他の前記電極に対応して設けられ、電気的に孤立したアイランドパッドを有し、
   各アイランドパッドに、対応する前記他の電極がバンプを介して接合されていることを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 前記ＬＥＤチップを覆い、前記発光層からの光を異なる色の光に変換する蛍光体膜を有する請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 請求項１または２に記載のＬＥＤモジュールを備えたことを特徴とする照明装置。

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