JP2007115928A

JP2007115928A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2007115928A
Application number: JP2005306432A
Authority: JP
Inventors: Masahide Watanabe; 将英渡辺; Takeshi Miura; 剛三浦
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】半導体発光装置において、小型で高輝度を得ること。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に実装され複数の第１のＬＥＤチップ１１と、複数の第１のＬＥＤチップ１１上に実装された第２のＬＥＤチップ１２と、を備え、第２のＬＥＤチップ１２が、第１のＬＥＤチップ１１に対してずれて実装されている。これにより、全体のチップ実装面積が小さくなると共に単位面積当たりの光束密度が上がり、パッケージ全体の小型化を図ることができると共に輝度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶用バックライトや照明用に好適な半導体発光装置に関する。

近年、携帯電話等の携帯電子機器の液晶用バックライトや照明用等として、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各色ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）や白色ＬＥＤを用いた発光装置が採用されている。
このような発光装置では、輝度を上げるために、図１０の（ａ）（ｂ）に示すように、パッケージ内に複数のＬＥＤチップ１を基板２上に実装したものや、図１１の（ａ）（ｂ）に示すように、基板２上に実装するＬＥＤチップ１を大きくして大電流を流し、発光面積を増大させて輝度を向上させる等の対策が提案されている。
例えば、特許文献１では、携帯電話のバックライト等に用いられる発光装置として、パッケージに複数の発光素子が載置されたものが記載されている。

特開２００４−７１６７５号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、上記従来の発光装置には、以下の課題が残されている。すなわち、パッケージ内に複数のＬＥＤチップを実装する場合、パッケージサイズが大きくなってしまい発光装置全体が大型化してしまう不都合がある。また、ＬＥＤチップのサイズを大きくして輝度を向上させる場合は、ＬＥＤチップの大型化に伴い、パッケージも大型化する必要があり、やはり発光装置全体が大型化してしまう不都合があった。これらの従来の技術では、上述したように装置の外形寸法が増大してしまうと共に、ＬＥＤチップの単位面積当たりの光束密度が一定であり、輝度アップに限界があった。また、輝度を上げるために、ＬＥＤチップに大電流を流しているため、消費電流が大きくなってしまう不都合もあった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、小型で高輝度を得ることができる半導体発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に実装された複数の第１のＬＥＤチップと、複数の前記第１のＬＥＤチップ上に実装された１又は複数の第２のＬＥＤチップと、を備え、前記第２のＬＥＤチップが、前記第１のＬＥＤチップに対してずれて実装されていることを特徴とする。

この半導体発光装置では、第２のＬＥＤチップが第１のＬＥＤチップに対してずれて積層状態に実装されているので、全体のチップ実装面積が全チップを基板上に実装した場合よりも小さくなると共に、単位面積当たりの光束密度が上がる。したがって、２層実装されたＬＥＤチップ構造によって、パッケージ全体の小型化を図ることができると共に、輝度を向上させることができる。

また、本発明の半導体発光装置は、前記第１のＬＥＤチップが、上面にｐ側電極及びｎ側電極を有し、前記第２のＬＥＤチップが、下面にＰ側電極及びｎ側電極を有すると共に隣接した２つの前記第１のＬＥＤチップ上に跨って実装され、前記第２のＬＥＤチップのｐ側電極が、前記隣接した２つの前記第１のＬＥＤチップのうち一方のｎ側電極に接着されていると共に、前記第２のＬＥＤチップのｎ側電極が、前記隣接した２つの前記第１のＬＥＤチップのうち他方のｐ側電極に接着されていることを特徴とする。

この半導体発光装置では、第２のＬＥＤチップが２つの隣接する第１のＬＥＤチップ上に跨って実装されると共に、互いの電極面を対向させた状態でｐ側電極とｎ側電極とを接続させるので、第１のＬＥＤチップと第２のＬＥＤチップとが交互に接続されて電気的に直列接続され、全チップを発光させることができる。これにより、第１のＬＥＤチップと第２のＬＥＤチップとの電気的接続をワイヤーボンディングで行う必要が無く、ワイヤーボンディングの工程数を低減させることができると共に、ワイヤーが障害になって放射される光を遮断することを低減することができる。

また、本発明の半導体発光装置は、前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極が、形成される面内の互いに対向する角部上に形成され、前記第１のＬＥＤチップ及び前記第２のＬＥＤチップが、前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極が形成された互いの角部のみを重ねて接続されていることを特徴とする。すなわち、この半導体発光装置では、第１のＬＥＤチップと第２のＬＥＤチップとが、電極が形成された角部同士を重ねて接続されているので、発光面をより効率的に確保することができ、さらに輝度を向上させることができる。

また、本発明の半導体発光装置は、少なくとも前記第２のＬＥＤチップが、発光波長に対して透明な成長用基板を備えていることを特徴とする。すなわち、この半導体発光装置では、少なくとも第２のＬＥＤチップが、発光波長に対して透明な成長用基板を備えているので、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップで発生した発光が第２のＬＥＤの成長用基板に吸収されずに透過し、効率的に上方に放射させることができる。

さらに、本発明の半導体発光装置は、前記成長用基板が、サファイア基板であることを特徴とする。すなわち、この半導体発光装置は、成長用基板が、サファイア基板であるので、サファイア基板を用いたＩｎＧａＮ系、ＧａＰ系化合物半導体又はＺｎＯ系半導体等の青色から紫外域の発光素子をＬＥＤチップとして採用することで、サファイア基板を通して青色から紫外域等の光に対して良好な輝度を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る半導体発光装置によれば、第２のＬＥＤチップが第１のＬＥＤチップに対してずれて積層状態に実装されているので、従来よりチップ実装面積が小さくなると共に、単位面積当たりの光束密度を向上させることができる。したがって、積層実装されたＬＥＤチップ構造によって、パッケージ全体の小型化を図ることができると共に、輝度を向上させることができ、種々のアプリケーションに適応可能となる。特に、小型化の要望が高い液晶ディスプレイのバックライト等に好適である。

以下、本発明に係る半導体発光装置の第１実施形態を、図１から図６に基づいて説明する。

本実施形態における半導体発光装置は、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末機）等の携帯電子機器の液晶用バックライトや照明用等として用いるＬＥＤ装置であって、図１の（ａ）（ｂ）に示すように、基板１０と、基板１０上にＡｇペーストや接着用樹脂等で接着、実装された３つの第１のＬＥＤチップ１１と、これら第１のＬＥＤチップ１１上にバンプ１３により実装された２つの第２のＬＥＤチップ１２と、を備えている。そして、上記第２のＬＥＤチップ１２は、隣接した２つの第１のＬＥＤチップ１１上に跨って配され第１のＬＥＤチップ１１に対して平面視でずれて実装されている。

上記基板１０は、例えば略直方体形状のガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、セラミックス基板やメタルコア基板等の絶縁性基板であり、外部との接続及び第１のＬＥＤチップ１１との接続のためのワイヤーボンディング用電極パターン（図示略）が表面に形成されている。

上記第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２は、例えば発光波長帯域が４７０〜４９０ｎｍであるＩｎＧａＮ系化合物半導体を用いた高効率の青色発光ダイオード素子や発光波長帯域が４９０〜５２０ｎｍであるＩｎＧａＮ系又はＧａＰ系化合物半導体を用いた高効率の緑色発光ダイオード素子である。なお、第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２として、発光波長帯域が４７０ｎｍ未満の紫外域の発光ダイオード素子を採用しても構わない。

これら第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２は、図２及び図３に示すように、サファイア基板（成長用基板）１４と、該サファイア基板１４上にエピタキシャル成長されたｎ型半導体層１５及びｐ型半導体層１６と、ｎ型半導体層１５上に矩形状にパターン形成されたｎ側電極１７と、ｐ型半導体層１６上に矩形状にパターン形成されたｐ側電極１８と、を備えている。上記ｐ型半導体層１６は、ｎ側電極１７を避けるようにＬ字状にパターン形成されている。すなわち、ｐ型半導体層１６とｎ型半導体層１５との境界におけるｐｎ接合面が、Ｌ字状の発光領域となる。

第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２では、ｐ側電極１８及びｎ側電極１７が、形成される面内で互いに対向する角部上に形成されている。なお、第１のＬＥＤチップ１１は、上面にｐ側電極１８及びｎ側電極１７を有している。また、第２のＬＥＤチップ１２は、第１のＬＥＤチップ１１を下向きにしたものであり、下面にｐ側電極１８及びｎ側電極１７を有している。

３つの第１のＬＥＤチップ１１は、図４から図６に示すように、所定間隔を空けて直列に配され、２つの第２のＬＥＤチップ１２は、第１のＬＥＤチップ１１と同方向に所定間隔を空けて配されて実装されている。そして、これら第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２は、互いに一辺側を重ねるように積層されている。また、この積層状態で、第２のＬＥＤチップ１２のｐ側電極１８が、隣接した２つの第１のＬＥＤチップ１１のうち一方のｎ側電極１７にバンプ１３を介して接着されていると共に、第２のＬＥＤチップ１２のｎ側電極１７が、隣接した２つの第１のＬＥＤチップ１１のうち他方のｐ側電極１８にバンプ１３を介して接着されている。

３つの第１のＬＥＤチップ１１のうち一端に配されたもののｎ側電極１７及び他端に配されたもののｐ側電極１８は、いずれもＡｕワイヤー１９により基板１０上のワイヤーボンディング用電極パターンに電気的に接続されている。
なお、上記バンプ１３は、ハンダバンプやＡｕバンプ等が用いられる。

このように本実施形態では、第２のＬＥＤチップ１２が第１のＬＥＤチップ１１に対してずれて積層状態に実装されているので、全体のチップ実装面積が全チップを基板１０上に実装した場合よりも小さくなると共に、単位面積当たりの光束密度が上がる。したがって、本実施形態では、２層実装されたＬＥＤチップ構造によって、パッケージ全体の小型化を図ることができると共に、輝度を向上させることができる。

また、第２のＬＥＤチップ１２が２つの隣接する第１のＬＥＤチップ１１上に跨って実装されると共に、互いの電極面を対向させた状態でｐ側電極１８とｎ側電極１７とを接続させるので、第１のＬＥＤチップ１１と第２のＬＥＤチップ１２とが交互に接続されて電気的に直列接続され、全チップを発光させることができる。これにより、第１のＬＥＤチップ１１と第２のＬＥＤチップ１２との電気的接続をワイヤーボンディングで行う必要が無く、ワイヤーボンディングの工程数を低減させることができると共に、Ａｕワイヤー１９が障害になって放射される光を遮断することを低減することができる。

さらに、第２のＬＥＤチップ１２は、青色から紫外域の発光波長に対して透明なサファイア基板１４を備えているので、第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２で発生した発光が第２のＬＥＤチップ１２のサファイア基板１４を吸収されずに透過し、効率的に上方に放射させることができる。

次に、本発明に係る半導体発光装置の第２実施形態について、図７から図９を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１のＬＥＤチップ１１と第２のＬＥＤチップ１２とが互いに一辺側を重ねるように積層されているのに対し、第２実施形態では、図７から図９に示すように、各第１のＬＥＤチップ１１及び各第２のＬＥＤチップ１２が、ｐ側電極１８及びｎ側電極１７が形成された互いの角部のみを重ねて接続され、互いの対角線が直線上に配されている点である。

すなわち、第１実施形態では、第１のＬＥＤチップ１１における発光面のうち一辺側の一部が上部に実装された第２のＬＥＤチップ１２と重なっているが、第２の実施形態では、第１のＬＥＤチップ１１と第２のＬＥＤチップ１２とが、電極が形成された角部のみで重なることになり、第１のＬＥＤチップ１１の発光面上には第２のＬＥＤチップ１２が重ならず、発光面をより効率的に確保することができ、さらに輝度を向上させることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、上記各実施形態では、基板１０上に第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２だけを実装しているが、他の発光波長を有するＬＥＤチップを一緒に実装しても構わない。例えば、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各色ＬＥＤを一つの基板１０上に実装しても構わない。この場合、比較的発光強度の低い緑色ＬＥＤチップを上記第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２に採用することで、緑色の単位面積当たりの光束密度を高めて、各色の発光強度バランスを調整するようにしてもよい。

また、青色ＬＥＤを第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２として採用し、これらの第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２をＹＡＧ蛍光体入り樹脂で封止し、青色光をＹＡＧ蛍光体入り樹脂により白色光に変換させる白色ＬＥＤとしても構わない。
また、上記各実施形態では、第１のＬＥＤチップ１１及び第２のＬＥＤチップ１２が直線上に配列されているが、曲線状配置や二次元的配置で配列しても構わない。
また、上記各実施形態では、３つの第１のＬＥＤチップ１１と２つの第２のＬＥＤチップ１２との組み合わせであるが、他の個数の第１のＬＥＤチップ１１と第２のＬＥＤチップ１２との組み合わせで積層状態に実装されたものでも構わない。

本発明に係る第１実施形態の半導体発光装置を示すもので、（ａ）は概略的な平面図であり、（ｂ）は概略的な側面図である。第１実施形態の半導体発光装置について、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップを示す斜視図である。第１実施形態の半導体発光装置について、第１のＬＥＤチップ及び第２のＬＥＤチップを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は側面図である。第１実施形態の半導体発光装置を示す平面図である。図４のＡ−Ａ線断面図である。図４のＢ−Ｂ線断面図である。本発明に係る第２実施形態の半導体発光装置を示す平面図である。図７のＣ−Ｃ線断面図である。図７のＤ−Ｄ線断面図である。本発明に係る従来例の半導体発光装置を示すもので、（ａ）は概略的な平面図であり、（ｂ）は概略的な側面図である。本発明に係る従来例の半導体発光装置を示すもので、（ａ）は概略的な平面図であり、（ｂ）は概略的な側面図である。

符号の説明

１０…基板、１１…第１のＬＥＤチップ、１２…第２のＬＥＤチップ、１４…サファイア基板（成長用基板）、１８…ｐ側電極、１７…ｎ側電極

Claims

基板と、
前記基板上に実装された複数の第１のＬＥＤチップと、
複数の前記第１のＬＥＤチップ上に実装された１又は複数の第２のＬＥＤチップと、を備え、
前記第２のＬＥＤチップが、前記第１のＬＥＤチップに対してずれて実装されていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１に記載の半導体発光装置において、
前記第１のＬＥＤチップが、上面にｐ側電極及びｎ側電極を有し、
前記第２のＬＥＤチップが、下面にＰ側電極及びｎ側電極を有すると共に隣接した２つの前記第１のＬＥＤチップ上に跨って実装され、
前記第２のＬＥＤチップのｐ側電極が、前記隣接した２つの前記第１のＬＥＤチップのうち一方のｎ側電極に接着されていると共に、前記第２のＬＥＤチップのｎ側電極が、前記隣接した２つの前記第１のＬＥＤチップのうち他方のｐ側電極に接着されていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項２に記載の半導体発光装置において、
前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極が、形成される面内の互いに対向する角部上に形成され、
前記第１のＬＥＤチップ及び前記第２のＬＥＤチップが、前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極が形成された互いの角部のみを重ねて接続されていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、
少なくとも前記第２のＬＥＤチップが、発光波長に対して透明な成長用基板を備えていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項４に記載の半導体発光装置において、
前記成長用基板が、サファイア基板であることを特徴とする半導体発光装置。