JPH09298314A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明は、２個以上の発光素子を内包し半導
体特性が安定且つ、多色発光時の混色性に優れた発光装
置に関する。 【解決手段】本願発明は、パッケージ外部から内部に電
力を供給するためのパッケージ電極と、パッケージ内に
内包しパッケージ電極に接続された少なくとも２以上の
発光素子と、を有する発光装置であって、前記発光素子
がそれぞれ同一パッケージ電極上に共通接着剤を介して
固着している発光装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、発光素子を利用
した発光装置に関し、特に２個以上の発光素子を内包し
半導体特性が安定且つ、多色発光時の混色性に優れた発
光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発光装置であるチップ部品型ＬＥＤアッ
センブリなどは、電気的及び機械的に安定化させた素子
の如く使用できるように発光素子をチップ型保護体で保
護させている。したがって、用途上より外形が小型であ
ることが要求される。この様なチップ部品型ＬＥＤアッ
センブリなどは、個々に電力を供給し複数色などの発光
を行わせるため発光素子としての各ＬＥＤチップをパッ
ケージ内の別々の電極上に固着させて構成させてある。

【０００３】しかしながら、チップ部品型ＬＥＤアッセ
ンブリを小型化させるとＬＥＤチップが放出する熱を処
理する放熱面積も比例的に小さくなる。また、複数個の
ＬＥＤチップを内包した多色発光チップ部品型ＬＥＤア
ッセンブリでは、発熱量が１個のＬＥＤチップを内包す
るものより著しく増加する。このため発光装置点灯時の
温度上昇が極めて大きく半導体発光素子の動作特性が不
安定化するあるいは、熱応力により発光装置の部分的破
壊が生ずる場合がある。ＬＥＤチップの昇温防止のため
に、発光素子の発熱を発光素子が固定されるパッケージ
電極などへ熱伝導させることが考えられる。具体的に
は、ＬＥＤチップが発光に伴って生じた熱をＬＥＤアッ
センブリが搭載された基板上のパッケージ電極及び半田
付などで固定される外部電極を介して大気中へ放熱させ
る。これによりＬＥＤアッセンブリの昇温を抑制し発光
特性を良好に維持させる。

【０００４】即ち、より放熱効果を高めるためには、パ
ッケージ電極及び外部電極を放熱部として有効に利用す
ることが必要であり、パッケージ電極及び外部電極の表
面積を極力大きくすることが必要となる。外部電極の表
面積増加は、各々のＬＥＤチップが配された電極などを
広くせざるを得ない。そのため電極幅が広くなった分基
板上回路レイアウトの自由度が減少し、外部回路のスペ
ース即ち基板の大きさが大型化してしまうという問題点
を有する。また、電極ごとにＬＥＤチップが配置されて
いるため発光素子間の距離間を小さくすることができず
多色点灯時の混色性が劣る。

【０００５】さらに、チップ部品型ＬＥＤアッセンブリ
を小型化させ混色性を向上させるため、ＬＥＤチップを
近づけ配置させようとするとＬＥＤチップのダイボンド
時にコレットが先にマウントされたＬＥＤチップと接触
して各ＬＥＤチップを損傷してしまう場合がある。一
方、ＬＥＤチップが互いに損傷しない程度に離してしま
うと混色性が低下するという問題が生ずる。混色性を向
上させるために接着剤上にＬＥＤチップを互いに近づけ
て配置させても接着剤の硬化段階で移動し混色性を向上
させ得ない。特に、別々の電極上に設けた接着剤上でそ
れぞれの発光素子を近づけたとしても接着剤であるペー
スト硬化中のペースト粘度が低下した時、ペーストの持
つ表面張力で平面的に見た場合チップがペースト中央へ
引き寄せられ、硬化後の各チップの間隔はどうしてもペ
ースト塗布径以上に開いてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、より優れ
た発光特性が求められる今日においては上記構成の発光
装置では十分ではなく、更なる特性向上が求められる。
本願発明はかかる問題に鑑み、発光特性が安定で色ずれ
がなく混色性が高い発光装置とすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、パッケージ
外部から内部に電力を供給するためのパッケージ電極
と、パッケージ内に内包しパッケージ電極に接続された
少なくとも２以上の発光素子と、を有する発光装置であ
って、前記発光素子がそれぞれ同一パッケージ電極上に
共通接着剤を介して固着されている発光装置である。

【０００８】また、前記共通接着剤が導電性ペーストで
ある発光装置であり、前記導電性ペーストがＡｇ、Ｃ、
Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄから選択される少なくとも一つ
を含有させた樹脂バインダーである発光装置である。さ
らに、前記発光素子がＲＧＢの各発光波長ごとにそれぞ
れ３以上有し、導電性基板上に形成された半導体を有す
る発光素子と、絶縁性基板上に形成された半導体を有す
る少なくとも２以上の発光素子と、である発光装置でも
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
複数の発光素子を同一電極上に共通接着剤により固着さ
せることによって発光特性及び混色性に優れた発光装置
とすることができることを見出しこれに基づいて本願発
明を成すに至った。

【００１０】即ち、同一パッケージ電極上の共通接着剤
上に形成させた発光素子は、互いに近接して配置し強固
に固定させることができると共に発光素子からの放熱を
効率よく外部に放出させることができる。同一パッケー
ジ電極上に各発光ダイオードを配置したことにより、同
一パッケージ電極と接続される配線パターンのみ放熱性
を考慮すればよく配線パターンの設計を容易にすると共
に放熱面積を大きくすることができる。さらに、各発光
素子が同一電極上に配置してあるため発光素子の温度む
らが少なく半導体特性を安定化させることができる。ま
た、共通接着剤を用いることにより発光素子の損傷なく
密集して配置できる。発光色の異なる場合は、混色性を
高めることもできる。具体的には、図５（Ａ）及び図６
（Ａ）に記載の如く接着剤上に設けた発光素子５０１、
６０１は、その硬化に伴って図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）
の如く接着剤５０２、６０２のそれぞれの中心に移動す
る。これは、接着剤の硬化中にペースト粘度が低下し、
接着剤の表面張力により発光素子が接着剤中央部に引き
寄せられるために生ずると考えられる。図６の如き共通
接着剤上に発光素子をそれぞれ配置させるとペーストの
中央部は、一点になるため各発光素子は、ペースト硬化
時その共通の一点にペーストの表面張力により引き寄せ
られる。したがって、何れのチップをも共通の１点に引
き寄せつつペーストが硬化するので、各発光素子を損傷
させることなく硬化後の各発光素子の位置を互いに密接
し混色性の優れた発光装置とすることができる。

【００１１】以下に本願発明について説明する。図１は
本願発明の発光素子の模式図を示し、図１（Ａ）は発光
素子を上面より見たものを示す。図１（Ｂ）は、図１
（Ａ）の模式的Ａ−Ａ断面図である。液晶ポリマー成型
品などよりなるパッケージ１０３内にパッケージ電極１
０１がインサートされている。このパッケージ電極上に
各ＬＥＤチップがそれぞれ共通接着剤として銀ペースト
などを利用して固着されている。発光素子であるＬＥＤ
チップは種々のものが利用できる。種々のＬＥＤチップ
により所望の発光色とすることができるが、フルカラー
表示させるためにはＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の発光
色が好適に用いられる。各ＬＥＤチップは、各々同一極
性側の一方の電極より同一パッケージ電極に対して電気
的接続部材である金、アルミニウムなどの導電性ワイヤ
ーが張られ電気的に接続されているか或いは、裏面電極
として銀ペーストを介して電気的に接続されている。ま
た、各ＬＥＤチップの逆極性側の他方の電極は、パッケ
ージに設けられた他の各電極と金属ワイヤーなどの電気
的接続部材を利用して電気的導通が取られている。

【００１２】パッケージの発光素子を内包した凹部に
は、透光性のシリコーンまたはエポキシ等の樹脂にてモ
ールドし外部環境からＬＥＤチップを保護してある。ま
た、パッケージ電極は、各々パッケージの外側にて基板
上に設けられた配線パターンなどの外部電極に半田付な
どで導通を取りかつ係止される。この様な構造により同
一パッケージ電極以外の各パッケージ電極は、金属ワイ
ヤーがボンディングするなどの大きさがあればよいので
小型化され、ＬＥＤチップが固着された同一パッケージ
電極を大型化することが可能となる。さらにＬＥＤチッ
プが固着されたパッケージ電極以外と接続される外部電
極は、ＬＥＤチップに電流を供給可能な必要最小限の大
きさでよくその分パッケージと接続される外部電極を大
型化できる。ＬＥＤが固着された同一パッケージ電極か
ら外部電極を経て大気中というのが本構造での主要放熱
経路でありＬＥＤチップが固着された同一パッケージ電
極、外部電極各々を大型化できるため熱抵抗を低減でき
る。従って放熱量の増加にともなうＬＥＤアッセンブリ
の温度上昇低減がもたらされる。さらに、基板の放熱設
計上、ＬＥＤチップが固着された同一パッケージ電極と
接続される外部電極の放熱性のみ考慮すればよいのであ
るから飛躍的に設計が容易になり作製も容易になる。ま
た、１個の電極上に前ＬＥＤチップを搭載したので各発
光素子を密に配置可能となり多色発光時の混色性もよく
なる。以下本願発明の各構成について詳述する。

【００１３】（パッケージ電極）パッケージ電極とは、
パッケージ１０３外部からの電力を内部に配置された発
光素子１０５に供給させるために用いられるためのもの
である。パッケージ電極は、放熱性電気伝導性、発光素
子の特性などから種々の大きさに形成させることができ
る。本願発明において同一パッケージ電極１０１とは、
各発光素子１０５が互いに近接して配置される同一電極
のことである。したがって、各発光素子と同一パッケー
ジ電極とが全て電気的に接続されていてもよくまた、そ
のうちの少なくとも一つが接続されていてもよい。同一
パッケージ電極上に各発光素子を固定させるために他の
電極は発光素子とワイヤー等で電気的に接続できる程度
の極めて小さくすることができる。また、特に、同一パ
ッケージ電極は、各発光素子を配置すると共に発光素子
から放出された熱を外部に放熱させるため熱伝導性がよ
いことが好ましい。また、パッケージ電極上に発光素子
が配置されることから発光素子が放出した光を有効利用
させるため反射率が高いことが好ましい。この様なパッ
ケージ電極としては、銅やりん青銅板表面に銀或いは金
などの貴金属メッキを施したものが好適に用いられる。
この様なパッケージ電極は電気伝導度、熱伝導度によっ
て種々利用できるが加工性の観点から板厚０．１ｍｍか
ら２ｍｍが好ましい。

【００１４】（共通接着剤１０２、６０２）本願発明に
用いられる共通接着剤１０２は、同一パッケージ電極１
０１と各発光素子１０５とを固定するために用いられ、
固定される発光素子１０５が連結して連なっている１つ
の接着剤のことを言う。共通接着剤１０２は、発光素子
１０５からの放熱を同一パッケージ電極１０１へと伝導
させるために熱伝導性がよいことが好ましい。また、所
望に応じて導電性接着剤として同一パッケージ電極と直
接電気的に接続させることもできる。この場合、電気伝
導性がよいことも求められる。この様な共通接着剤とし
ては、導電性部材を含有させた樹脂バインダーが好まし
い。上記要件を満たす導電性部材としてＡｇ、Ｃ、Ｃ
ｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄなどが挙げられる。樹脂バインダ
ーや共通接着剤そのものとしては、ｎ-２-メチルピロリ
ドン，アセトン等の溶媒で希釈されたエポキシ樹脂、ア
クリル樹脂やイミド樹脂などの熱硬化性樹脂が好適にあ
げれる。共通接着剤は、塗布性を向上させさせるために
流動性の大きなものを用いてもよいし、ＬＥＤチップの
大幅な移動を防ぐために流動性の小さなものを用いても
よい。いずれにしても硬化前に流動性を有し硬化後は固
定されるものが望ましい。

【００１５】（パッケージ１０３）パッケージ１０３
は、発光素子１０５を凹部に固定保護するとともに外部
との電気的接続が可能な如く電極を有するものである。
すなわち、パッケージ１０３は発光素子１０５をさらに
外部環境から保護するために透光性保護体などをパッケ
ージの凹部に収容させてもよい。したがって、パッケー
ジは、透光性保護体との接着性がよく透光性保護体より
も剛性の高いものが求められる。また、透光性保護体と
の接着性を向上させ熱膨張時に透光性保護体から働く力
を外部に向かわせるために筒状部を外部に向けて広がる
摺鉢形状としても良い。さらに、可視光に分光特性を有
する発光素子を収容し利用させるためには遮光機能を持
たせるために着色していることが好ましい。また、発光
素子と外部とを電気的に遮断させるために絶縁性を有す
ることが望まれる。さらに、パッケージは、発光素子な
どからの熱の影響をうけた場合、保護体との密着性を考
慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。パッケージの内
部表面は、エンボス加工させて接着面積を増やしたり、
プラズマ処理して保護体との密着性を向上させることも
できる。

【００１６】この様なパッケージとしてポリカーボネー
ト樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶
ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂を用い
ることができる。

【００１７】パッケージには、あらかじめ発光素子が乗
せることができ発光素子の一方の電極と電気的に接続で
きるパッケージ電極と、発光素子の他方の電極と接続で
きる各電極と、を有している。したがって、パッケージ
は電極と一体的に形成させてもよく、パッケージが複数
に分かれはめ込みなどにより組み合わせて構成させても
よい。この様なパッケージは、インサート成形などによ
り比較的簡単に形成することができる。

【００１８】（発光素子１０５）本願発明に用いられる
発光素子１０５としては、液相成長法やＭＯＣＶＤ法等
により基板上にＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｓｉ
Ｃ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として
形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、
ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、
ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられ
る。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫
外光から赤外光まで種種選択することができる。さら
に、量子効果を持たせるため発光層を単一量子井戸構
造、多重量子井戸構造とさせても良い。

【００１９】こうしてできた半導体に真空蒸着法や熱、
光、放電エネルギーなどを利用した各種ＣＶＤ法を用い
て所望の電極を形成させる。半導体の電極は、半導体の
一方の側に設けてもよいし、両面にそれぞれ設けてもよ
い。電極が形成された半導体ウエハーをダイヤモンド製
の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーによ
り直接フルカットするか、または刃先幅よりも広い幅の
溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導
体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が
往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに
極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状
に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハ
ーからチップ状にカットさせるなどしてＬＥＤチップを
形成させる。

【００２０】発光装置をフルカラー発光させるために
は、ＲＧＢの発光色を発光するＬＥＤチップを用いるこ
とができる。特に、野外などの使用を考慮する場合、高
輝度な半導体材料として緑色及び青色を窒化ガリウム系
化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色では
ガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウ
ム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いるこ
とが好ましいが、用途によって種々利用できる。なお、
フルカラー発光色とするためにはＲ：赤色の発光波長が
６００ｎｍから７００ｎｍ、Ｇ：緑色の発光波長が４９
５ｎｍから５６５ｎｍ、Ｂ：青色の発光波長が４３０ｎ
ｍから４９０ｎｍであることが好ましい。以下、本願発
明の具体的実施例について詳述するが本願発明はこの具
体的実施例のみに限定されるものでないことは言うまで
もない。

【００２１】（透光性保護体１０９）透光性保護体１０
９は、各発光素子１０５やその電気的接続のためのワイ
ヤー１０４等を外部力、塵芥や水分などから保護するた
めに設けられる。したがって、透光性保護体１０９と発
光素子１０５とが密着して形成されていてもよいし、放
熱性や応力緩和のため発光素子と密着していなくとも良
い。また、透光性保護体１０９は、透過率の異なる層の
多層構成など所望に応じて２層以上に分割させて構成さ
せてもよい。この様な透光性保護体の材料として具体的
には、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂、フッ
素樹脂、ポリカーボネート樹脂などなどの耐候性に優れ
た樹脂が好適に用いられる。

【００２２】

【実施例】

［実施例１］発光素子としてそれぞれ赤色、緑色及び青
色の発光色を有し、各々の組み合わせでフルカラー発光
が可能な３個のＬＥＤチップを用いた。発光素子の半導
体発光層としてそれぞれＧａＡｌＡｓ（発光波長６６０
ｎｍ）、ＩｎＧａＮ（発光波長５２５ｎｍ）、ＩｎＧａ
Ｎ（発光波長４７０ｎｍ）を使用して各ＬＥＤチップを
構成させた。具体的には、赤色を発光するＬＥＤチップ
用の半導体ウエハーは、温度差液晶成長法で連続的に導
電性基板であるＰ型ガリウム・砒素基板上にＰ型ＧａＡ
ｌＡｓを成長し、その上にＮ型ＧａＡｌＡｓを成長し、
Ｐ型ＧａＡｌＡｓを形成させる。青色及び緑色を発光す
る半導体ウエハーは、絶縁性基板として厚さ４００μｍ
のサファイヤ基板上にＮ型及びＰ型窒化ガリウム化合物
半導体をＭＯＣＶＤ成長法でそれぞれ５μｍ、１μｍ堆
積させヘテロ構造のＰＮ接合を形成したものである。な
お、Ｐ型窒化ガリウム半導体は、Ｐ型ドーパントである
Ｍｇをドープした後アニールし形成させる。次に、ＬＥ
Ｄチップの各電極となるようスパッタリングにより電極
を形成させた後、各半導体ウエハーをＬＥＤチップとし
て使用するためにスクライバーによってスクライブライ
ンを引き、外力によって３５０μｍ角の大きさに切断し
た。

【００２３】りん青銅板表面に銀メッキさせたパッケー
ジ電極を液晶ポリマー内にインサート成形させてパッケ
ージ凹部及び底面にパッケージ電極を有するパッケージ
を形成させた。各ＬＥＤチップをパッケージ内の凹部に
設けられたパッケージ電極上にダイボンダによってＡｇ
ペーストを用い固定させた。ＬＥＤチップが積置させる
パッケージ電極上には、各ＬＥＤチップがそれぞれ共通
のＡｇペースト上に配置できるようコレットを用いて多
く塗り一つの接着面を形成している。ＬＥＤチップをパ
ッケージ電極上に配置後Ａｇペーストを硬化させ固定さ
せた後、ワイヤーホンデング機器を用いて直径０．０３
ｍｍのＡｕ線をＬＥＤチップの各電極、パッケージ電極
にワイヤーボンデイングした。次に、パッケージ内の凹
部に透光性保護体として無着色のエポキシ樹脂を充填さ
せ１２０℃１６時間で硬化させた。こうして３色のＬＥ
Ｄチップが封入された発光装置を１００個形成した。

【００２４】こうして形成された発光装置を１０ｍＡの
電流にて３個点灯させたときの温度上昇を平均２０℃以
内とすることができた。また、多色発光時の混色性もパ
ッケージ内で色むらが生じなかった。

【００２５】［比較例１］実施例１の同一パッケージ電
極の代わりに図４のごとき電極の大きさを変え各パッケ
ージ電極ごとに発光素子を固定させた以外は実施例１と
同様にして形成させた。形成された発光装置を１０ｍＡ
の電流にて３個点灯させたときの温度上昇は、実施例１
と比較して１０℃以上も温度上昇があった。また、多色
発光時の混色性もパッケージ内で色むらが生じていた。

【００２６】

【発明の効果】上述の如く本願発明の請求項１の構成と
することによって、放熱部を大型化できるため放熱性向
上、即ち発光装置の温度上昇を抑制することができる。
また、主要放熱経路が１経路であるので熱設計の容易化
が図られる。さらに、同一電極上に共通接着剤を用いて
発光素子が配置されるので発光特性を低下させることな
く各発光素子間隔を密にでき混色性も向上する。

【００２７】本願発明の請求項２の構成とすることによ
って、より簡便に発光特性を低下させることなく各発光
素子間隔を密にでき混色性も向上させることができる。

【００２８】本願発明の請求項３の構成とすることによ
って、より熱伝導性及び電気伝導性に優れた発光装置と
することができる。

【００２９】本願発明の請求項４の構成とすることによ
って、混色性を向上させたフルカラー発光装置とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の発光装置の模式図を示し、図１
（Ａ）は、本願発明の発光装置の概略上面図であり図１
（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図２】本願発明の発光装置のパッケージ電極構造を示
した透視図である。

【図３】本願発明と比較のために示した発光装置の模式
図を示し、図３（Ａ）は、比較のための発光装置の概略
上面図であり図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図で
ある。

【図４】本願発明と比較のために示した発光装置のパッ
ケージ電極構造を示した透視図である。

【図５】本願発明と比較のために示した発光素子に用い
られる接着剤の硬化時に生ずる発光素子の動きを示した
模式的上面図であり、図５（Ａ）は、硬化前に発光素子
を互いに近づけた状態を示し、図５（Ｂ）は、接着剤の
硬化後を示した図である。

【図６】本願発明と比較のために示した発光素子に用い
られる接着剤の硬化時に生ずる発光素子の動きを示した
模式的上面図であり、図６（Ａ）は、硬化前に発光素子
を互いに近づけた状態を示し、図６（Ｂ）は、接着剤の
硬化後を示した図である。

【符号の説明】

１０１・・・同一パッケージ電極 １０２・・・共通接着剤 １０３・・・パッケージ １０４・・・電気的接続部材 １０５・・・発光素子 １０６・・・ハンダ １０７・・・外部電極 １０８・・・基板 ３０１・・・電極 ３０２・・・接着剤 ３０３・・・パッケージ ３０４・・・電気的接続部材 ３０５・・・発光素子 ３０６・・・ハンダ ３０７・・・外部電極 ３０８・・・基板 ５０１、６０１・・・発光素子 ５０２、６０２・・・接着剤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パッケージ外部から内部に電力を供給する
   ためのパッケージ電極と、パッケージ内に内包しパッケ
   ージ電極に接続された少なくとも２以上の発光素子と、
   を有する発光装置であって、 前記発光素子がそれぞれ同一パッケージ電極上に共通接
   着剤を介して固着されていることを特徴とする発光装
   置。
2. 【請求項２】前記共通接着剤が導電性ペーストである請
   求項１記載の発光装置。
3. 【請求項３】前記導電性ペーストがＡｇ、Ｃ、Ｃｕ、Ａ
   ｕ、Ａｌ、Ｐｄから選択される少なくとも一つを含有さ
   せた樹脂バインダーである請求項２記載の発光装置。
4. 【請求項４】前記発光素子がＲＧＢの各発光波長ごとに
   それぞれ３以上有し、導電性基板上に形成された半導体
   を有する発光素子と、絶縁性基板上に形成された半導体
   を有する少なくとも２以上の発光素子と、である請求項
   ２記載の発光装置。