JP2008130777A

JP2008130777A - 半導体発光装置

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Publication number: JP2008130777A
Application number: JP2006313590A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Nishimura; 芳郎西村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20080116470A1

Abstract

【課題】同一サイズの発光素子を積層することが可能であり、サイズによる規制がなく、より少ないエリアに上記発光素子が実装できる高輝度の半導体発光装置を提供する。
【解決手段】この半導体発光装置１は、電気基板２上にワイヤボンディングを用いて同サイズの透明な発光素子３，４，５を積層して実装した発光装置であり、上記発光素子３のボンディングパットに接続されたボンディングワイヤ８，９を含む発光素子３の上に透明樹脂層６を介して発光素子４を積層し、該発光素子４の上に同様の状態で発光素子５を積層して構成されており、発光素子３，４の発光光は、それぞれ上方の発光素子を透過し、さらに、発光素子５の発光光は、直接的に被照射面１０を照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の発光素子を用いた半導体発光装置に関する。

発光素子を積層して実装する半導体発光装置の構造として、特許文献１に開示された発光ダイオード光源のパッケージ構造が開示される。この光源パッケージ１００は、図６の光源パッケージの断面図に示すようにパッケージ基板１０１上に反射板１０２を介して発光素子１０３を配し、さらに、その上に透明電極１０６，１０７で直接結合された発光素子１０４，１０５を積み重ねた構造を有している。積層される発光素子１０３，１０４，１０５にて、上側に積層される発光素子は、下側の発光素子のボンディングパッド１０８，１０９のエリアを避けるように該下側の発光素子よりも小さいサイズの発光素子で形成されている。

一方、従来の半導体発光装置として、図７の発光装置の側面図に示すように複数の発光ダイオードを基板上に平面的に配置したものが考えられる。この従来の発光装置は、赤色，緑色，青色発光素子１２２，１２３，１２４が隣接した状態で基板１２１上に固着される構造を有する。上記発光素子から所定距離離間した被照射面１２６の中央部１２６ａには各発光素子からの各波長の光が混合した白色光が照射される。
特開２００３−１９７９６８号公報

図６に示した特許文献１の光源パッケージの構造においては、発光素子を積層する場合、上側に配置される発光素子は、下側に配置される発光素子よりも小さいサイズにする必要があり、発光素子積層実装時の発光素子サイズに制約を受けるという問題がある。また、高輝度化に対しては、明るさが発光素子サイズに依存するため、この積層構造では下側の発光素子より小さいサイズの発光素子しか積層することができない。従って、最上位置の発光素子の発光面積が小さくなってしまうため、輝度が低下するという問題もある。

一方、図７に示した従来の半導体発光装置は、白色に照射される被照射面１２６の中央部１２６ａのエリアが小さく、また、十分な輝度を得にくいといった問題があり、さらには色むらの発生が避けられないといった不具合もあった。

本発明は、上記問題点を解決し、発光素子の実装エリアが小さく、かつ、高輝度化が可能な半導体発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の半導体発光装置は、基板にワイヤーボンディングを用いて発光素子を実装した半導体発光装置において、上記発光素子の電極部分に接続されたボンディングワイヤー部を含む発光素子上に透明樹脂を介して他の複数個の発光素子を同じ状態で積層する。

上記半導体発光装置によれば、積層される発光素子の占有エリアを増やすことなく、より高輝度の半導体発光装置が得られる。

本発明の請求項２記載の半導体発光装置は、請求項１記載の半導体発光装置において、前記複数個の発光素子は、少なくとも２種類以上の異なる発光色を有する発光素子である。

上記半導体発光装置によれば、異なる発光色の発光素子を積層することにより、実装面積を大きくすることなく任意の発光色の半導体発光装置が得られる。例えば、色の３原色と言われている、赤色、緑色、青色に発光する３つの発光素子を積層すれば、白色の発光が可能になる。また、色ムラについても低減することが可能になる。

本発明の請求項３記載の半導体発光装置は、請求項１記載の半導体発光装置において、前記複数個の発光素子は、同じ発光色を有する発光素子である。

上記半導体発光装置によれば、同じ発光色の発光素子を積層することにより、実装面積を大きくすることなく高輝度化可能になる。

本発明の請求項４記載の半導体発光装置は、請求項１記載の半導体発光装置において、さらに、積層された前記複数個の発光素子の側方に該発光素子からの照射光を反射するための反射板を配置する。

上記半導体発光装置によれば、発光効率のよい高輝度の半導体発光装置が得られる。

本発明によれば、同一サイズ、あるいは、サイズが規制されない状態の発光素子を積層し、より少ないエリアに上記発光素子を実装した高輝度の半導体発光装置を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態の半導体発光装置の断面図である。図２は、上記半導体発光装置の平面図である。

本実施形態の半導体発光装置１は、図１，２に示すように電気基板（または、パッケージ基板）２と、該電気基板２上にダイボンディングされる透明発光素子である第一の発光素子３と、該発光素子３上に透明樹脂層６を介して接着される透明発光素子である第二の発光素子４と、さらに、該発光素子４上に透明樹脂層７を介して接着される透明発光素子である第二の発光素子５とからなる。

第一，二，三の発光素子３，４，５は、ともに同一サイズの透明発光素子チップからなり、それぞれの発光波長は、すべて同一、あるいは、異なっていてもよい。各発光素子３，４，５の上面３ｃ，４ｃ，５ｃの両端部にボンディングパッド３ａ，３ｂと４ａ，４ｂと５ａ，５ｂがそれぞれ配されている。また、電気基板２側には該ボンディングパッドに対応して両側に３対のボンディングリード２ａ，２ｂが配されている。

透明樹脂層６，７は、エポキシ系，シリコン系等の光を透過する透光性樹脂を用いた熱硬化型接着剤を適用する。なお、この透明樹脂層６，７の部分に透過性樹脂からなる樹脂シートを挿入し、上記接着剤を用いて上記各発光素子を接着固定するようにしてもよい。

上述した構成を有する半導体発光装置１の組み立ては、まず、電気基板２上に第一の発光素子３をダイボンディング法により固定する。このダイボンドディング法は、Ａｇペースト、金属共晶接合、透明樹脂接着剤等により発光素子を固定する方法である。なお、Ａｇペーストを用いて固着する場合は、該Ａｇペーストの層を反射膜として兼ねさせてもよい。

そこで、第一の発光素子３のボンディングパッド３ａ，３ｂと電気基板２のボンディングリード２ａ，２ｂとの間をボンディングワイヤ８，９によりボンディングを行う。なお、ボンディングワイヤ８，９としてAu、A1等の金属細線を用いる。

次に、第一の発光素子３の上面に透明樹脂層６となる上記接着剤を塗布してその上に第二の発光素子４を積層状態で載せる。この状態で加熱を行って上記接着剤を硬化させる。第二の発光素子４の固定状態で同様にボンディングパッド４ａ，４ｂと電気基板２のボンディングリード２ａ，２ｂとの間をボンディングワイヤ８，９によりボンディングを行う。

続いて、第二の発光素子４の上面に透明樹脂層６となる上記接着剤を塗布してその上に第三の発光素子５を積層状態で載せる。この状態で加熱を行って上記接着剤を硬化させる。第三の発光素子５の固定状態で同様にボンディングパッド５ａ，５ｂと電気基板２のボンディングリード２ａ，２ｂとの間をボンディングワイヤ８，９によりボンディングを行う。

上述した組み立て工程によって半導体発光装置１が完成する。なお、完成した半導体発光装置１に対して各発光素子やボンディングワイヤを保護するために該装置１全体を透明樹脂によって封止してもよく、さらには、ガラス等の光学部材で気密封止してもよい。

この半導体発光装置１にて各発光素子３，４，５に駆動電圧が印加されると、発光素子３，４，５から射出される光は、上方側の透明樹脂層や発光素子を透過して発光素子５の上面５ａから被照射面１０を照射する。各発光素子３，４，５が同一波長の発光色を有するものであれば、その発光色で被照射面１０が照射される。また、各発光素子３，４，５が異なる波長の発光色を有するものであれば、各波長の光が混合した発光色で被照射面１０が照射される。

本実施形態の半導体発光装置１によれば、発光素子の所定のサイズのものを積層構造することが可能であり、サイズによる規制がない。また、図６に示した異なるサイズの発光素子を積層する従来の光源パッケージ１００に比較して基板上、より少ないエリアに上記発光素子を配置することができ、発光面積が増大し、より高輝度の光源装置が得られる。

なお、上述した第一の実施形態では、図１，２に示すように各発光素子のボンディングパッド位置が同位置となっているが、これに限らず、該ボンディングパッドは、発光素子面上であればどこでも配することができる。

また、図１に示すように第一の実施形態では、３個の発光素子を積層して構成しているが、必要に応じて発光素子の数を増減して積層した半導体発光装置を形成することも可能である。

さらに、第一の実施形態における熱硬化型接着剤である透明樹脂層６，７に代えてエポキシ系，アクリル系等の光を透過する透光性樹脂を用いた紫外線硬化型接着剤を適用してもよい。この紫外線硬化型接着剤を適用すると、硬化時間が短いので組み立て時間が短縮できる。

また、第一の実施形態では、接着固定が終了した後の１つの発光素子のワイヤボンディングを行い、その後、その上面に次の発光素子を接着固定する工程を繰り返す必要があった。これに代えて接着剤の塗布して発光素子を積層した状態で該発光素子を一時的に機械的保持し、接着固定のまえにボンディングを行い、その一時的固定状態のまま、次段の発光素子の積層とボンディングを行い、すべての発光素子の積層とボンディングが終了した時点で接着剤の硬化処理を行うようにしてもよい。

第一の実施形態では各発光素子が同一サイズであるとしたが、これに限らず、任意のサイズの発光素子を積層して半導体発光装置を構成することが可能である。

さらにには、発光素子の光をさらに効率的に外部に取り出し高輝度化を図るために、積層された発光素子の側面にリフレクタを設けることも可能である。図３は、その変形例の半導体発光装置を図１のＡ−Ａ断面により示した図である。

本変形例の半導体発光装置１１では、図３に示すように積層された発光素子３，４，５の側方に対向して状態で傾斜したリフレクタ（反射板）１２，１３が配置されている。なお、本変形例において、図３にて第一の実施形態と同一の構成要素には同一符号を付している。

本半導体発光装置１１において、積層された発光素子３，４，５の側面３ｄ，４ｄ，５ｄから側方に漏れる発光光は、リフレクタ１２，１３で反射され、該発光素子内部、または、外部を透過、または、通過して被照射面１０に到達する。

従って、本変形例の半導体発光装置１１によれば、第一の実施形態に比較してさらに効率のよい高輝度の半導体発光装置が得られる。

次に、本発明の第二の実施形態の半導体発光装置について、図４の半導体発光装置の断面図を用いて説明する。

本実施形態の半導体発光装置２１は、図４に示すように積層された発光波長が互いに異なり、サイズが等しい３つの透明発光素子２３，２４，２５が適用される。各発光素子２３，２４，２５には、第一の実施形態の場合と同様にボンディングパッド２３ａ，２３ｂと２４ａ，２４ｂと２５ａ，２５ｂとが配され、電気基板２の３対のボンディングリード２ａ，２ｂとの間をボンディングワイヤ８，９によりボンディングされる。また、第一の実施形態の場合と同様に各発光素子２３，２４，２５は、透明樹脂を介して積層され、接着される。

本実施形態の半導体発光装置２１においては、発光素子２３，２４，２５の各波長の発光光が被照射面１０に照射され、該発光光が混合した合成色の照明がなされる。特に、発光素子２３に光の三原色の赤色の光を発光するもの、発光素子２４に光の三原色の緑色の光を発光するもの、発光素子２５に光の三原色の青色の光を発光するものを適用した場合、白色の光源装置が得られる。

本実施形態の半導体発光装置２１によれば、第一の実施形態と同様の効果を奏し、特に発光素子２３，２４，２５の発光光の波長を選択することにより白色や任意の色の光源装置として利用できる。また、同一サイズの発光素子が積み重なって配されることから被照射面１０が近い場合であっても色むらの発生が抑えられる。

なお、本実施形態においても第一の実施形態の場合と同様に上述した変形例等を適用することは可能である。

次に、本発明の第三の実施形態の半導体発光装置について、図５の半導体発光装置の断面図を用いて説明する。

本実施形態の半導体発光装置３１は、図４に示すように発光色が同一で、サイズも等しい３つの透明発光素子３３，３４，３５が適用される。各発光素子３３，３４，３５には、第一の実施形態の場合と同様にボンディングパッド３３ａ，３３ｂと３４ａ，３４ｂと３５ａ，３５ｂとが配され、電気基板２の３対のボンディングリード２ａ，２ｂとの間をボンディングワイヤ８，９によりボンディングされる。また、各発光素子３３，３４，３５が透明樹脂を介して積層され、接着されることも第一の実施形態の場合と同様である。

本実施形態の半導体発光装置３１においては、発光素子３３，３４，３５からの同一色の発光光が被照射面１０に照射され、高輝度の照明がなされる。

本実施形態の半導体発光装置３１によれば、第一の実施形態と同様の効果を奏し、発光素子の実装面積を増やすことなく、高輝度の光源装置が得られる。

なお、本実施形態においても第一の実施形態の場合と同様に上述した変形例等を適用することは可能である。特に同発光色の発光素子を多く積み重ねることにより実装面積を大きくすることなく積層数に比例した高輝度化が可能になる。

また、上記各実施形態においては、発光素子として透明発光素子を用いたが、被反射面の照射を行う際に側面からの発光光のみで十分な場合、必ずしも透明発光素子に限定されないことは言うまでもない。

この発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

本発明の半導体発光装置は、発光素子として同一サイズのもの、または、任意のサイズのものを積層することが可能であり、サイズによる規制がなく、該発光素子を少ないエリアに実装することができる高輝度の半導体発光装置として利用できる。

本発明の第一の実施形態の半導体発光装置の断面図である。図１の半導体発光装置の平面図である。図１の半導体発光装置に対する変形例の半導体発光装置を図１のＡ−Ａ断面により示した図である。本発明の第二の実施形態の半導体発光装置の断面図である。本発明の第三の実施形態の半導体発光装置の断面図である。従来の半導体発光装置である光源パッケージの断面図である。従来の他の半導体発光装置の側面図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１
…半導体発光装置
２ …電気基板（基板）
３，４，５，２３，２４，２５，３３，３４，３５
…発光素子
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，
２３ｄ，２３ｅ，２４ｄ，２４ｅ，２５ｄ，２５ｅ，
３３ｄ，３３ｅ，３４ｄ，３４ｅ，３５ｄ，３５ｅ
…ボンディングパット（電極部）
８，９…ボンディングワイヤ
１２，１３
…リフレクタ（反射板）

Claims

基板にワイヤボンディングを用いて発光素子を実装した半導体発光装置において、
上記発光素子の電極部に接続されたボンディングワイヤ部を含む発光素子上に透明樹脂を介して他の複数個の発光素子を同様の状態で積層したことを特徴とする半導体発光装置。
前記複数個の発光素子は、少なくとも２種類以上の異なる発光色を有する発光素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
前記複数個の発光素子は、同じ発光色を有する発光素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
積層された前記複数個の発光素子の側方に該発光素子側方からの照射光を反射するための反射板をさらに配置したことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。