JP2010123746A - 光半導体装置と、照明装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、たとえば液晶ディスプレイパネルのバックライト光源として用いられる薄型で側面発光タイプであり、光の取出し効率を向上させた光半導体装置と、この光半導体装置を光源として用いた照明装置および表示装置を提供する。
【解決手段】光半導体装置は、インナーリード２の平面実装部３を第１の辺部３ａと、この辺部より長い第２の辺部３ｂとから四辺形状をなし、光半導体素子１を平面実装部に実装し、反射部材４を平面実装部の主面側と反主面側に突出して設け、第１の辺部および第２の辺部と並行な四面形状の開口部５を備え、封止部材６は開口部等を封止し、開口部における第２の辺部と並行な二面は導光面部１５ｂとし、第１の辺部と並行な二面は開口部の突出方向に沿って漸次拡開傾斜する主光反射面部１５ａとし、平面実装部の主面に光半導体素子と反射部材の主光反射面部との間で第２の辺部と並行に開口部の突出方向に沿って漸次拡開傾斜し主光反射面部よりも低い高さの補助光反射部７を設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、たとえばカーナビゲーション（カーナビ）や、パーソナルコンピュータ（パソコン）に使用される液晶ディスプレイパネルのバックライト用光源として用いられる光半導体装置と、この光半導体装置を光源として備える照明装置および表示装置に関する。

光半導体素子（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を備えた白色光を発光する光半導体装置は、白熱電球に比して小型であり、投入電力の割に得られる輝度が高く、長寿命である。

さらに、水銀などの有害物質が使用されておらず、白熱灯や蛍光灯などの代替光源として一般照明や自動車等の部分照明、表示装置などへの適用が進められている。ただし、従来から用いられるランプ等の光源と比較して、光半導体装置は輝度当たりの価格が高いという不利条件があり、低コスト化の要求が大である。

近時、より高い輝度が得られるという特徴から、青色光を発光する光半導体素子と、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体とを用いて、光半導体素子から青色光と黄色光を発光し、擬似白色光を得る方式が開発されている。インナーリードには、光反射率の高い白色樹脂材でケースを形成した金属フレームが多く使用されている。

たとえば、［特許文献１］に開示される発光素子収納用パッケージは、平面視で正方形状に形成されている。絶縁基体の上面には、発光素子（以下、「光半導体素子」と言う）を収容するための凹部が設けられ、この凹部の底面に光半導体素子が搭載される搭載部および発光素子の電極が電気的に接続される配線層が形成される。

前記発光素子収納用パッケージにおける凹部は、前記光半導体素子が発光した光を光半導体装置外に効率よく反射するための光反射部（リフレクタ）として機能する。前記凹部の傾斜角度に変化部を設けたことを特徴としているが、一般的には傾斜角度を４５度にして、効率よく反射させるように設計されている。
特開２００４−３１１９１７号公報

これに対して、近時、たとえばカーナビやパソコンに使用される液晶ディスプレイパネルのバックライト用光源として用いられる光半導体装置がある。この種の光半導体装置は、液晶ディスプレイパネルの薄型化の要求が高いために、パッケージ厚さが１．０ｍｍ以下と非常に薄いことが特徴として挙げられる。

図３は、液晶ディスプレイパネルのバックライト用途に使用される光半導体装置の平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
この光半導体装置は、外形が３．６（Ｗ）×１．５（Ｄ）×０．８（Ｈ）ｍｍ３と、極めて薄型であり、光半導体素子１を実装するインナーリード（基板）２の基板面（実装面）と平行方向に光を発光する、サイドビュータイプのものである。

なお説明すると、前記インナーリード２は、配線基材として銀メッキが施された銅フレームからなり、このインナーリード２には、外形が２．８×１．５×０．８ｍｍ３に寸法設定された白色の熱可塑性樹脂材からなる反射部材４がモールド形成されている。

前記反射部材４の光半導体素子１実装面は開口部５となっていて、開口部５からインナーリード２の一部が露出している。この開口部５の底面であるインナーリード２露出面には、０．５×０．２５×０．１ｍｍ３の青色光を発光する光半導体素子１がエポキシ樹脂材を用いてダイマウントされている。

使用される前記光半導体素子１は、基材の上面に発光層が形成され、この発光層上にアノード電極とカソード電極とが形成されている。アノード電極は金属ワイヤを介してインナーリード２に電気的に接続され、カソード電極は金属ワイヤを介して前記インナーリード２とは電気的に独立した他方のインナーリードに電気的に接続される。

光半導体素子１が実装された反射部材４の開口部５内は、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を含有したシリコーン樹脂材である封止部材６によって封止されている。インナーリード２の短辺部と一体に形成される外部接続端子部２ａは、反射部材４の外側にあり、ガルウィン状に成形されていて、表面実装時にはんだ接続される。

前記開口部５は平面視で短辺部と長辺部とからなる。断面形状は、短辺部側のみ底面から先端に亘って拡開状に傾斜（略７０°）する傾斜面部５ａであり、長辺部側は面方向と直交する方向に突出する面部５ｂである。実際に、開口部５の底面サイズが１．８×０．６ｍｍ２、先端面サイズが２．３×０．６ｍｍ２、深さは０．６ｍｍに設定される。

前記開口部５は、短辺部に沿って形成される傾斜面部５ａにて光半導体素子１が発光した光を光半導体装置外に取出すようにしている。その一方で、長辺部に沿って形成される面部５ｂは、装置の薄型化を保持するため傾斜が得られないところから、光反射面としてほとんど機能できず、単に光を導くだけの面部となっている。

先に説明した［特許文献１］に記載される、平面視で正方形状に形成される光半導体装置では、凹部における光反射面の角度が４５度程度と低く形成されている。したがって、光半導体素子から発光された光を光半導体装置であるパッケージの外に効率よく反射できる。

上述したように、図３と図４に示す前記光半導体装置では、薄型化の要求が高いので長辺部側の面部５ｂがストレート状をなし、光反射面として機能しない。短辺部側の傾斜面部５ａが実質的な反射面となるが、略７０°と傾斜角度が急なので光の取出し効率が悪く、［特許文献１］の光半導体装置と比較して得られる輝度が低くなってしまう。

本発明は前記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、たとえば液晶ディスプレイパネルのバックライト光源として用いられる薄型で側面発光タイプでありながら、光の取出し効率を向上させた光半導体装置と、この光半導体装置を光源として用いた照明装置および表示装置を提供しようとするものである。

前記目的を満足するため本発明の光半導体装置は、インナーリードの平面実装部は、周辺部が互いに並行な第１の辺部と、これら第１の辺部と直交する方向に互いに並行で第１の辺部より長く形成される第２の辺部とから四辺形状をなし、外部接続端子部は第１の辺部に沿って一体に折曲形成され、光半導体素子は平面実装部主面に実装され表面に発光層を備えるとともに金属ワイヤを介してインナーリードに電気的に接続される電極を備え、白色樹脂材からなる反射部材は平面実装部の主面側と反主面側に突出して設けられ、反射部材の開口部は光半導体素子と金属ワイヤのインナーリード接続部および周辺の主面一部は露出し平面実装部の第１の辺部および第２の辺部と並行な四面形状をなし、透光性を有する樹脂材からなる封止部材は、反射部材の開口部と光半導体素子および金属ワイヤ等を封止し、
前記反射部材の開口部を構成する四面のうち第２の辺部と並行な二面は平面実装部主面の面方向とは直交する方向に突出する導光面部とし、第１の辺部と並行な二面は開口部の突出方向に沿って漸次拡開傾斜する主光反射面部とし、平面実装部主面に光半導体素子と反射部材の主光反射面部との間で第２の辺部と並行に開口部の突出方向に沿って漸次拡開傾斜し主光反射面部よりも低い高さの補助光反射部を設けた。
前記目的を満足するため本発明の照明装置は、光源として、前記記載の光半導体装置を備えた。
前記目的を満足するため本発明の表示装置は、光源として、前記記載の光半導体装置を備えた。

本発明によれば、たとえば、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源として用いられる薄型で側面発光タイプでありながら、光の取出し効率の向上化を得られる効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
図１は、光半導体装置の平面図であり、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
この光半導体装置は、外形が３．６（Ｗ）×１．５（Ｄ）×０．８（Ｈ）ｍｍ３と、極めて薄型であり、光半導体素子１を実装するインナーリード（基板）２の平面実装部３と平行方向に光を発光する、サイドビュータイプのものである。

なお説明すると、前記インナーリード２は、配線基材として銀メッキが施された銅フレームからなり、平面実装部３と、この平面実装部３の両側部に一体に設けられる外部接続端子部２ａを備えている。

インナーリード２を構成する平面実装部３は、平面視で四辺形状をなしていて、この周辺部は、互いに並行な第１の辺部３ａと、これら第１の辺部３ａと直交する方向に、互いに並行である第２の辺部３ｂとから形成される。

第１の辺部３ａよりも第２の辺部３ｂが長く形成されていて、図１において縦辺が第１の辺部３ａであり、横辺が第２の辺部３ｂである。平面実装部３の周辺部長さとして、実際には、第２の辺部３ｂが３．４（ｄ）ｍｍ、第１の辺部３ａが０．６（ｂ）ｍｍに寸法設定されている。

このようなインナーリード２を構成する平面実装部３の短辺側である第１の辺部３ａに沿って、前記外部接続端子部２ａが一体にガルウィン状に折曲形成される。前記外部接続端子部２ａは表面実装時にはんだ接続される。

また、平面実装部３の略中央部主面には、０．５×０．２５×０．１ｍｍ３の青色光を発光する光半導体素子１がエポキシ樹脂材を用いてダイマウントされている。使用される前記光半導体素子１は、基材の上面に発光層が形成され、この発光層上にアノード電極１ａとカソード電極１ｂとが形成されている。

前記光半導体素子１の各電極１ａ，１ｂは金属ワイヤ１０を介してインナーリード２に電気的に接続される。なお説明すると、アノード電極１ａは金属ワイヤ１０を介してインナーリード２に電気的に接続され、カソード電極１ｂは金属ワイヤ１０を介して前記インナーリード２とは電気的に独立した他方のインナーリード２Ｚと電気的に接続される。

このようなインナーリード２の平面実装部３には、白色の熱可塑性樹脂材からなる反射部材４がモールド形成されている。反射部材４は、インナーリード２における平面実装部３の主面側と反主面側に突出して設けられて、この外形は、２．８（ａ）×１．５（Ｄ）×０．８（Ｈ）ｍｍ３に寸法設定される。

前記反射部材４における平面実装部３の主面側に突出する部位には、開口部５が設けられている。すなわち、前記反射部材４に対して光半導体素子１と金属ワイヤ１０のインナーリード２接続部およびこれら周辺の主面一部が露出し、前記開口部５によって周囲を囲まれる。

前記反射部材４の開口部５についてなお説明すると、平面実装部３の周辺部を形成する第１の辺部３ａと並行な面部１５ａと、第２の辺部３ｂと並行な面部１５ｂからなる。それぞれの面部１５ａ，１５ｂが互いに対向して一対ずつ設けられるところから、開口部５は四面形状をなす。

前記開口部５を構成する四面のうち、前記平面実装部３の長辺部である第２の辺部３ｂと並行な二面１５ｂは、平面実装部３主面の面方向とは直交する方向であるストレート状に突出する。また、前記平面実装部３の短辺部である第１の辺部３ａと並行な二面１５ａは、開口部５の突出方向に沿って漸次、拡開傾斜（略７０°程度）する。

後述するように、第２の辺部３ｂと並行な二面１５ｂは、光半導体素子１から発光された光を反射せず、導くだけの作用しか行えないので、それぞれを「導光面部」と呼ぶ。これに対して、第１の辺部３ａと並行な二面１５ａは、光半導体素子１から発光された光を反射するので、それぞれを「主光反射面部」と呼ぶ。

前記開口部５の基端である平面実装部３に開口する底面サイズが１．８（Ｋｂ）×０．６（ｂ）ｍｍ２に設定され、開口部５先端のサイズが２．３（Ｋａ）×０．６（ｂ）ｍｍ２に設定され、開口部５における底面と先端との間の深さが０．６（ｃ）ｍｍに設定されている。

前記平面実装部３に実装される光半導体素子１の両側面と、反射部材４の開口部５基端である前記一対の主光反射面部１５ａとの間に、主光反射面部１５ａと並行に、一対の補助光反射部７が設けられる。前記補助光反射部７は、熱可塑性樹脂材からなり、インナーリード２に反射部材４をモールド成型する際に一括して形成される。

それぞれの前記補助光反射部７は、前記平面実装部３（光半導体素子１でもある）のセンターから３５０（ｆ）μｍだけ離間した位置に形成されていて、幅寸法が１５０（ｇ）μｍ、高さ寸法が１５０（ｈ）μｍであり、傾斜角度は４５°に形成される。

これら補助光反射部７の高さ寸法ｈは、光半導体素子１の厚さ寸法０．１ｍｍより高く形成されるが、低く形成してもよい。補助光反射部７の傾斜角度を４５°としたが、後述するように光を開口部５先端と前記主光反射面部１５ａ方向に反射するためのものであるので、より低い傾斜角度に形成することが望ましい。

なお、インナーリード２の平面実装部３に設けられる補助光反射部７と、反射部材４の二面を構成する主光反射面部１５ａとの間に、平面実装部３の主面一部が露出している。そのため、光半導体素子１の表面に形成される電極１ａ，１ｂと、インナーリード２とを金属ワイヤ１０で電気的に接続することが可能である。

特に図２に示すように、前記補助光反射部７の一方（図２の右側）は、インナーリード２と、このインナーリード２とは電気的に独立した他方のインナーリード２Ｚとが分割されている部位であるところの、分割部１１に設けられている。
したがって、補助光反射部７を形成することによりパッケージサイズが大きくなることはなく、また金属ワイヤ１０のワイヤボンディング時に補助光反射部７が工程上の障害になることもない。

反射部材４の開口部５を構成する主光反射面部１５ａと導光面部１５ｂおよび、インナーリード２の平面実装部３に実装されるキャビティ内は、光半導体素子１と、金属ワイヤ１０および補助光反射部７とともに、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を含有したシリコーン樹脂である封止部材６によって封止される。

このようにして構成される光半導体装置であり、実際には、光半導体素子１は青色光を発光する。この青色光が封止部材６を構成する蛍光体入りシリコーン樹脂材を透過することで、青色光の一部が黄色光に波長変更される。

反射部材４の開口部５を構成する主光反射面部１５ａと導光面部１５ｂおよび、インナーリード２の平面実装部３に設けられる補助光反射部７がリフレクタとして機能し、封止部材６を透過する光を反射案内する。

すなわち、光半導体素子１の発光層から出た光は、補助光反射部７で反射されたあと主光反射面部１５ａで反射されて外部へ導かれる光と、直接、主光反射面部１５ａで反射されて外部へ導かれる光と、補助光反射部７と主光反射面部１５ａで反射されたあと導光面部１５ｂによって外部へ導かれる光と、主光反射面部１５ａで反射されたあと導光面部１５ｂによって外部へ導かれる光等々が互いに交差する。

結局は、光半導体素子１の光を開口部５と補助光反射部７で良好に反射し、開口部５先端から略一定の方向に反射させる領域が広くなり、効率のよい集光と放射をなす。青色光と黄色光とが封止部材６から出た状態で、人間の視覚が擬似的に白色と認め、白色を発光する光半導体装置として適用される。

たとえば、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源として光半導体素子１をインナーリード２に備えて発光するから、投入電力に見合う、もしくは投入電力以上の高輝度が得られ、発光効率の向上を図れる。

このように、インナーリード２の平面実装部３に実装される光半導体素子１と主光反射面部１５ａとの間に前記補助光反射部７を備え、光半導体素子１から発光される光を主光反射面部１５ａおよび補助光反射部７で反射する。主光反射面部１５ａと直交する面部である導光面部１５ｂは、傾斜していないので光をそのまま導く。

光半導体装置としてのパッケージサイズの制約から主光反射面部１５ａの傾斜角度を７０°としたので、それだけでは反射効率が低いが、４５°の傾斜低角度で光反射面を形成する補助光反射部７を備えたので、反射範囲が拡大し、当たった光を開口方向へ効率よく反射する。したがって、光の取出し効率の向上を得られる。

以上述べた光半導体装置は、白色を発光する発光光源であるので、それ単独で照明装置の光源として用いるのに最適である。あるいは他の色の発光光源と併用して表示装置の光源として用いるのにも最適である。そして、特に薄型に構成されサイドビュー状態で発光するところから、液晶ディスプレイパネルのバックライト用として最適である。

なお、光半導体装置と、この光半導体装置を構成する光半導体素子１、インナーリード２、平面実装部３、反射部材４、開口部５、主光反射面部１５ａ、補助光反射部７などの寸法設定は前記のものに限定されるものではなく、使用条件に適応して種々設定されることは言うまでもない。

また、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

本発明における実施の形態に係る、光半導体装置の平面図。 同実施の形態に係る、図１のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図。 従来例としての、光半導体装置の平面図。 同従来例である、図３のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図。

符号の説明

３ａ…第１の辺部、３ｂ…第２の辺部、３…平面実装部、２ａ…外部接続端子部、２…インナーリード、１ａ，１ｂ…電極、１０…金属ワイヤ、１…光半導体素子、５…開口部、４…反射部材、６…封止部材、１５ｂ…導光面部、１５ａ…主光反射面部、７…補助光反射部。

Claims (5)

1. 周辺部が、互いに並行な第１の辺部と、これら第１の辺部と直交する方向に、互いに並行であるとともに、前記第１の辺部の長さよりも長く形成される第２の辺部とから四辺形状をなす平面実装部および、この平面実装部における第１の辺部に沿って一体に折曲形成される外部接続端子部を備えたインナーリードと、
   前記インナーリードにおける平面実装部の主面に実装され、表面に発光層および電極を備え、前記電極は金属ワイヤを介してインナーリードに電気的に接続される光半導体素子と、
   前記インナーリードにおける平面実装部の主面側と反主面側に突出して設けられるとともに、前記光半導体素子と金属ワイヤのインナーリード接続部およびこれら周辺の主面一部は露出し、平面実装部の第１の辺部および第２の辺部と並行な四面形状の開口部を備えた、白色樹脂材からなる反射部材と、
   前記反射部材の開口部と、前記光半導体素子および金属ワイヤ等を封止する、透光性を有する樹脂材からなる封止部材と、
   を具備し、
   前記反射部材の開口部を構成する四面のうち、前記平面実装部の第２の辺部と並行な二面は、平面実装部主面の面方向とは直交する方向に突出する導光面部であり、前記平面実装部の第１の辺部と並行な二面は、開口部の突出方向に沿って漸次、拡開傾斜する主光反射面部であり、
   前記平面実装部の主面において、前記光半導体素子と反射部材の主光反射面部との間で、かつ平面実装部の第２の辺部と並行に、開口部の突出方向に沿って漸次、拡開傾斜するとともに、主光反射面部よりも低い高さの補助光反射部が設けられる
   ことを特徴とする光半導体装置。
2. 前記補助光反射部の傾斜角度は、前記主光反射面部の傾斜角度よりも緩やかに形成されることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
3. 前記光半導体素子は、前記発光層に互いに離間して２つの電極を備えていて、
   前記光半導体素子の一方の電極は金属ワイヤを介して光半導体素子が実装されるインナーリードに電気的に接続され、他方の電極は金属ワイヤを介して前記インナーリードとは電気的に独立した他方のインナーリードに電気的に接続され、
   前記補助光反射部の一方は、前記インナーリードと、このインナーリードとは電気的に独立した他方のインナーリードとの間に突設されることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の光半導体装置。
4. 光源として、前記請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光半導体装置を備えたことを特徴とする照明装置。
5. 光源として、前記請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光半導体装置を備えたことを特徴とする表示装置。

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