JP2010225754A

JP2010225754A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2010225754A
Application number: JP2009070006A
Authority: JP
Inventors: Masaki Odawara; 正樹小田原
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07
Also published as: CN101846251A; US8366307B2; US20100238687A1; KR20100106224A; TW201044651A; CN101846251B

Abstract

【課題】光軸を中心として角度θ方向に対象な指向特性を有する所謂サイドビュータイプの半導体発光装置を提供する。
【解決手段】
主として装置実装面と略平行方向に光を放射する半導体発光装置であり、装置実装面と平行な主面上に半導体発光素子を搭載し、半導体発光素子の投光方向前方において半導体発光素子から放射された光が主面と交差する位置に切り欠き部を有するベース基板と、半導体発光素子を埋設するとともに切り欠き部を埋めるようにベース基板上に設けられた光透過性を有する第１の封止樹脂と、を含む。半導体発光素子から放射された光は、切り欠き部を経由して光放射面から放射される。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体発光装置に関し、特に主として装置実装面と略平行方向に光を放射する所謂サイドビュー型の半導体発光装置に関する。

液晶表示装置に用いられるバックライトには、エッジライト方式と直下型方式がある。一般的に、携帯電話端末やノート型パソコンなどに搭載される薄型の液晶表示装置には、エッジライト方式が採用されている。エッジライト方式では、光透過性を有する導光板の側面から光源からの光を入射させ、導光板の表面に設けられた反射ドットなどを利用して光の進路を変えることにより導光板全面が均一に光るようになっており、かかる面発光によって液晶表示装置のバックライトを構成している。

エッジライト方式に用いられる光源としては、冷陰極管（ＣＣＬＦ）の他、携帯電話などの小型液晶表示装置の場合には、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。エッジライト方式に用いられるＬＥＤは、ＬＥＤパッケージの実装面と略垂直方向に光放射面を有する所謂サイドビュータイプのＬＥＤが用いられる。

図１に、従来のサイドビュータイプの半導体発光装置の構造例を示す。従来のサイドビュータイプの半導体発光装置は、表面に電極を有する第１基板１００と、第１基板１００上に搭載されたＬＥＤチップ１１０と、第１基板２上に設けられたスペーサ１２０と、スペーサ１２０を挟んで第１基板１００と対向するように設けられた第２基板１３０と、第１基板１００、第２基板１３０、スペーサ１２０によって囲まれた空間を充填し、ＬＥＤチップ１１０を埋設するように設けられた透光性樹脂１４０とを有する。

特開２００７−５９６１２号

上記した従来構造の半導体発光装置においては、光放射面３００から放射される光の指向特性が傾くといった問題があった。図２は、上記した従来のサイドビュータイプＬＥＤの指向特性図であり、軸上光度を１００％としたときに、光源に対して角度θ傾いた方向から見える光度の割合を示したものである。同図に示すように、光源からの光の広がりは、水平方向に対して対称とはならず、ＬＥＤチップ１１０の搭載面よりも下方（装置実装面側）の光度が低く、チップ搭載面よりも上方の光度がより高くなる傾向がある。これは、図１に示すようにＬＥＤチップ１１０から装置実装面２００側に向けて放射される光は、第１基板１００の表面で反射されるためである。かかる光の指向特性では、導光板への光の入射効率が低下し、導光板の面内で輝度ムラが生じる原因となる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、光軸に対して対象な指向特性を有する所謂サイドビュータイプの半導体発光装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体発光装置は、主として装置実装面と略平行方向に光を放射する半導体発光装置であって、前記装置実装面と平行な主面上に半導体発光素子を搭載し、前記半導体発光素子の投光方向前方において前記半導体発光素子から放射された光が前記主面と交差する位置に切り欠き部を有するベース基板と、前記半導体発光素子を埋設するとともに前記切り欠き部を埋めるように前記ベース基板上に設けられた光透過性を有する第１の封止樹脂と、を含み、前記半導体発光素子から放射された光は、前記切り欠き部を経由し放射されることを特徴としている。

また、本発明の半導体発光装置は、装置実装面と略平行方向に光を放射する半導体発光装置であって、表面に半導体発光素子を実装し、且つ、裏面を前記装置実装面とするベース基板と、前記半導体発光素子を封止する第１の封止樹脂と、前記第１の封止樹脂の周囲を部分的に取り囲むスペーサ部材と、前記半導体発光素子、前記第１の封止樹脂および前記スペーサ部材の上方を覆う第２の封止樹脂と、前記ベース基板、前記スペーサ部材および前記第２の封止樹脂によって画定され、前記装置実装面に対して略平行方向を向いた光放射面とを含み、前記光放射面を画定する前記ベース基板の縁の一部に切り欠きを設けていることを特徴としている。

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、ダイパッドと、前記ダイパッドに隣接した切り欠き部を設けたベース基板を準備する工程と、前記ダイパッドに半導体発光素子を実装する工程と、前記ベース基板上であって前記半導体発光素子の周辺にスペーサを固定する工程と、前記半導体発光素子の周辺に光透過性樹脂を充填する工程と、前記スペーサ上に枠部材を固定する工程と、前記枠部材、前記光透過性樹脂、前記スペーサによって囲まれた場所に封止樹脂を充填する工程と、を含むことを特徴としている。

本発明の半導体発光装置によれば、液晶表示装置のバックライトを構成する導光板等に適用して好適な、光軸を中心とする角度θ方向に対称な指向特性を得ることが可能となる。

従来のサイドビュータイプの半導体発光装置の構成を示す断面図である。従来のサイドビュータイプの半導体発光装置の指向特性を示す図である。本発明の実施例である半導体発光装置の上面図である。図３における４−４線に沿った断面図である。図３における５−５線に沿った断面図である。本発明の他の実施例である半導体発光装置の断面図である。本発明の実施例である半導体発光装置を光源として使用した液晶表示装置用のバックライトの構成を示す断面図である。図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例である半導体発光装置の製造工程毎の上面図である。図９（ｅ）〜（ｇ）は、本発明の実施例である半導体発光装置の製造工程毎の上面図である。図１０（ａ）は、複数のベース基板２０を含む第１の樹脂基板の上面図、図１０（ｂ）は、複数のスペーサ部材を含む第２の樹脂基板の上面図、図１０（ｃ）は複数の枠部材３５を含む第３の樹脂基板の上面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図３〜図５は、本発明の実施例である半導体発光装置１の構成を示す図であり図３は上面図、図４は図３における４−４線に沿った断面図、図５は図３における５−５線に沿った断面図である。尚、図３においては、半導体発光装置１の上方から見た構造を明らかにするために、第１の封止樹脂５０と第２の封止樹脂６０の構成は示されていない。

本実施例に係る半導体発光装置１は、主に発光素子としてのＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が搭載されるベース基板２０と、ＬＥＤチップ１０の上方を覆いＬＥＤチップ１０等を封止する第２の封止樹脂６０と、第２の封止樹脂６０の形成領域を画定する枠部材４０と、ベース基板２０と第２の封止樹脂６０との間に空間を形成するためのスペーサ部材３０と、前記空間を充たす光透過性を有する第１の封止樹脂５０と、により構成される。

発光素子としてのＬＥＤチップ１０は、例えばＧａＮ系半導体からなる青色ＬＥＤであり、ｎ層、発光層、ｐ層（いずれも図示せず）からなる半導体膜の積層構造を有する。ＬＥＤチップの上面には、アノード電極およびカソード電極（図示せず）が形成されている。ＬＥＤチップ１０のチップサイズは例えば０．３ｍｍ×０．３ｍｍであり、厚みは例えば０．１ｍｍである。ＬＥＤチップ１０は、はんだ付け又は接着剤等を用いた接合方法によりベース基板２０上に形成されたダイパッド２１上に搭載される。

ベース基板２０は、例えばガラスエポキシ樹脂からなる基材の表面にＣｕ箔等からなる導体パターンが形成されて構成される。かかる導体パターンによって、ベース基板２０の中央部にはダイパッド２１が形成され、このダイパッド２１を挟む両側にはボンディングパッド２２が形成される。ＬＥＤチップ１０の上面のアノード電極およびカソード電極は、ボンディングワイヤー１１を介してボンディングパッド２２と電気的に接続される。ベース基板２０の裏面は、実装基板に搭載するための装置実装面となっている。装置実装面７０には、図示しないスルーホールを介して各ボンディングパッド２２に電気的に接続された裏面配線２３が形成されている。裏面配線２３は、実装基板に搭載するための接合部を構成する。

ベース基板２０には、図３に示すように、半導体発光装置１の発光面８０側すなわちＬＥＤチップ１０に対して投光方向前方に切り欠き部９０を有する。切り欠き部９０の伸張方向における長さは、ＬＥＤチップ１０の一辺の長さよりも長い。

ベース基板２０上には、ベース基板２０と第２の封止樹脂６０との間に空間を形成するためのスペーサ部材３０が設けられている。スペーサ部材３０は、図３に示すように上面視において略半円状の切り欠き部３１を有する。スペーサ部材３０は、切り欠き部３１の中央にＬＥＤチップ１０が位置するように設けられる。すなわち、ＬＥＤチップ１０は、発光面８０側に開口したスペーサ部材３０に囲まれる。スペーサ部材３０の基材としては、ベース基板２０と同じガラスエポキシ樹脂を用いることが可能であり、ベース基板２０との接合には、例えば市販の接着シート等を用いることが可能である。スペーサ部材３０の厚さは、ボンディングワイヤー１１のループ頂部と第２の封止樹脂６０との間にクリアランスを設けることを考慮して、例えば０．２ｍｍ程度とされる。尚、スペーサ部材３０の半円状の切り欠き部３１の内壁には、金属膜等の光反射部材を設けることとしてもよく、又、アルミナ等の光反射性を有する材料をスペーサ部材３０の基材として用いてもよい。

スペーサ部材３０によって囲まれたベース基板２０上の空間には、例えばシリコーン樹脂等からなる光透過性を有する第１の封止樹脂５０が充填され、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤー１１は、この第１の封止樹脂５０の内部に埋設される。また、図５に示すように、切り欠き部９０も第１の封止樹脂５０で充たされる。第１の封止樹脂５０内には、蛍光体を分散させてもよい。蛍光体としては、例えばＹＡＧに付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用いることができる。蛍光体は、ＬＥＤチップ１０から放射されるピーク波長が約４６０ｎｍの青色光を吸収してこれを波長５６０ｎｍ前後に発光ピークを持つ黄色光に変換する。これにより発光面８０からは、蛍光体から発せられた黄色光と、波長変換されず第１の封止樹脂５０を透過した青色光が混ざることにより白色光が得られるようになっている。尚、第１の封止樹脂５０内部には、例えば粒径１〜５μｍの石英（シリカ）又はダイヤモンド粒子等の光散乱材を更に含有させることとしてもよい。

スペーサ部材３０上には、半導体発光装置１の側端面に沿って互いに対向するように配置された一対の枠部材４０が設けられる。枠部材４０は、例えばガラスエポキシ樹脂を用いることが可能であり、スペーサ部材３０との接合には、市販の接着シートを用いることができる。互いに対向するように設けられた一対の枠部材４０で挟まれた空間には、第２の封止樹脂６０が注入される。第２の封止樹脂６０は、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤー１１等を封止する封止材として機能するとともに、光放射面８０以外の面から光が漏れるのを防止する。従って、第２の封止樹脂６０の材料としては、光反射性に優れた樹脂材料を用いることが好ましく、例えば、シリコーン樹脂等からなる光透過性樹脂に酸化チタンの粉末を含有させたものを第２の封止樹脂６０として用いることができる。このように、ＬＥＤチップ１０を高反射率部材で囲むことにより、光放射面８０からの光取り出し効率を向上させることが可能となる。

かかる半導体発光装置１の構成において、ベース基板２０に切り欠き部９０を設けたことにより、図５に示すように、ＬＥＤ１０の投光方向前方にＬＥＤチップ１０から放射される光を遮断する領域が排除され、これに伴ってＬＥＤチップ１０は光放射面８０における発光領域の中心に配置されることとなる。すなわち、ＬＥＤチップ１０から放射された光は、切り欠き部９０を経由して、ベース基板２０に遮られることなく光放射面８０から出射され、ＬＥＤチップ１０から装置実装面７０側に向かう光も直接取り出すことが可能となる。これにより、ＬＥＤチップ１０を中心とした角度θ方向における光度の分布を均一にすることが可能となり、本発明の半導体発光装置を液晶表示パネルのバックライトの光源として用いることにより導光板主面から均一な光を放射させることが可能となる。また、切り欠き部９０は光散乱材が含有された第１の封止樹脂５０で埋められることにより、ここを通過する光が散乱されて良好な指向特性を得ることができる。

尚、切り欠き部９０は、図５に示すようにベース基板２０を貫通するように形成されるが、図６に示すように、ベース基板２０の下面側を残すように形成されていてもよい。また、切り欠き部９０の形状、寸法および形成領域は、所望の指向特性が得られる範囲で適宜改変することが可能である。

また、半導体発光装置１の上面は、第２の封止樹脂６０に替えてスペーサ部材３０を挟んでベース基板２０と対向するように設けられた樹脂基板やセラミック基板等の板材で覆うこととしてもよい。この場合、板材の少なくとも第１の封止樹脂５０と接する面が高反射率部材で構成されていることが好ましい。

また、本実施例では、光放射面は１面のみとしたが、装置実装面７０と交差する２つ以上の面が光放射面であってもよい。

図７は、本発明の半導体発光装置１を光源として用いた液晶表示装置用のバックライトの構成を示す斜視図である。複数の半導体発光装置１は、導光板５００の片端面に取り付けられる。導光板５００の後方には、反射シート５１０が設けられ、導光板５００の前方には、拡散シート５２０およびプリズムシート５３０が設けられる。半導体発光装置１からの光は、導光板全体に拡散される。反射シート５１０は、導光板からの透過光を前方に向けて反射する。拡散シート５２０は、導光板５００からの光の強度ムラを改善する。プリズムシートは拡散シートからの入射光の強度を均斉にして前方に設けられる液晶ディスプレイへ導光する。

次に本実施例に係る半導体発光装置１の製造方法を図８〜１０を参照しつつ説明する。図８（ａ）〜（ｄ）および図９（ｅ）〜（ｇ）は、半導体発光装置１の各製造工程における上面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、半導体発光装置１の製造に用いられる複数のベース基板２０を含む第１の樹脂基板２５、複数のスペーサ部材３０を含む第２の樹脂基板３５、および複数の枠部材４０を含む第３の樹脂基板４５の上面図である。本実施例では、上記各樹脂基板２５、３５および４５を用いて複数の半導体層体発光装置が一括して製造される。尚、図８および図９においては、一括製造される複数の半導体発光装置のうち４つを抜き出して示している。

はじめに、第１の樹脂基板２５を用意する。第１の樹脂基板２５には複数のベース基板２０の個片が縦横方向に配列され、これらが一体的に形成されている（図８（ａ）、図１０（ａ））。第１の樹脂基板２５内の各ベース基板２０の個片には、中央部にダイパッド２１が設けられ、ダイパッド２１を挟む両側にボンディングパッド２２を有している。ボンディングパッド２２はスルーホール２４を介して裏面配線２３と電気的に接続されている。ダイパッド２１には、切り欠き部９０を構成する貫通孔が形成されている。図１０（ａ）においては、ダイパッド２１、ボンディングパッド２２および切り欠き部９０の構成は省略されており、互いに隣接するベース基板２０の個片同士の境界が破線で示されている。

次に、各ベース基板２０のダイパッド２１上にディスペンス法により接着剤を塗布した後、ＬＥＤ１０チップをマウントし、接着剤を硬化させる。次に、ＬＥＤチップ１０の表面に設けられたアノード電極およびカソード電極とボンディングパッド２２との間をボンディングワイヤー１１で結線する（図８（ｂ））。尚、ＬＥＤチップ１０の裏面がアノード電極又はカソード電極となっている裏面電極タイプのＬＥＤチップを使用する場合、裏面配線２３およびダイパッド２１を介してＬＥＤチップ１０に電源供給できるように、ベース基板２０の導体パターンは適宜改変される。また、この場合、ＬＥＤチップ１０とベース基板２０との接合は、Ａｇペーストや半田等の導電性接合材を用いて行われ、ボンディングワイヤーの本数は１本となる。

次に、第２の樹脂基板３５を用意する。図１０（ｂ）に示すように、第２の樹脂基板３５には、複数のスペーサ部材３０の個片が縦横方向に配列され、これらが一体的に形成されている。第２の樹脂基板３５には、スペーサ部材３０の半円形状の切り欠き部３１を構成する複数の貫通穴３１ａが形成されている。図１０（ｂ）においては、互いに隣接するスペーサ部材３０の個片同士の境界が破線で示されている。

そして、ＬＥＤチップ１０が搭載された第１の樹脂基板２５と第２の樹脂基板３５とを接着シート等を用いて貼り合わせる。第２の樹脂基板３５は、ベース基板２０に搭載された互いに隣接する２つのＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤー１１が貫通孔３１ａから露出するように第１の樹脂基板２５に接合される（図８（ｃ））。

次に、ディスペンス法等により貫通孔３１ａの内部において、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤー１１を埋設するように、シリコーン樹脂等からなる第１の封止樹脂５０を充填する。第１の封止樹脂５０は、その上面がスペーサ部材３０の上面の高さと略同じ位置となるように塗布される。尚、ＬＥＤチップ１０の上部における第１の封止樹脂５０の塗布厚を他の部分よりも若干厚くして凸状とすることにより、光軸近傍の光放射面の面積が拡大され、光取り出し効率が向上する（図８（ｄ））。

次に、図１０（ｃ）に示すように、複数の枠部材４０の組を含む板厚１５０μｍ程度の第３の樹脂基板４５を用意する。第３の樹脂基板４５には、一対の枠部材４０の離隔距離を画定する複数の貫通溝４１が形成されている。図１０（ｃ）においては、互いに隣接する枠部材４０の組同士の境界が破線で示されている。次に、接着シート等を用いて第２の樹脂基板３５と第３の樹脂基板４５とを貼り合わせる。第３の樹脂基板４５は、貫通溝４１内において第１の封止樹脂５０で埋められた貫通孔３１ａの各々が完全に露出するように接合される。これにより、半導体発光装置１の両側端部に相当する位置に一対の枠部材４０が設けられ、スペーサ部材３０および第１の封止樹脂５０の表面を底面とする凹状空間が形成される（図９（ｅ））。

次に、一対の枠部材４０の間に形成された凹状空間に、ディスペンス法等によりシリコーン樹脂に酸化チタンの粉末を含有させた第２の封止樹脂６０を充填する。第２の封止樹脂６０は、その上面が枠部材４０の上面の高さと略同じ位置となるように塗布されるが、このとき、第１の封止樹脂５０の表面から突出したボンディングワイヤー１１のループ頂部は、第２の封止樹脂６０内部に埋設される（図９（ｆ））。

次に、第２の封止樹脂６０を硬化させた後、上記各工程を経た構造体をダイシングすることにより、半導体発光装置１を個片化する（図９（ｇ））。以上の各工程を経ることにより半導体発光装置１が完成する。

１０ＬＥＤチップ
１１ボンディングワイヤー
２０ベース基板
２１ダイパッド
２２ボンディングパッド
３０スペーサ部材
４０枠部材
５０第１の封止樹脂
６０第２の封止樹脂
７０装置実装面
８０光放射面

Claims

装置実装面と略平行方向に光を放射する半導体発光装置であって、
前記装置実装面と平行な主面上に半導体発光素子を搭載し、前記半導体発光素子の投光方向前方において前記半導体発光素子から放射された光が前記主面と交差する位置に切り欠き部を有するベース基板と、
前記半導体発光素子を埋設するとともに前記切り欠き部を埋めるように前記ベース基板上に設けられた光透過性を有する第１の封止樹脂と、を含み、
前記半導体発光素子から放射された光は、前記切り欠き部を経由して放射されることを特徴とする半導体発光装置。
前記切り欠き部は、前記ベース基板を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
前記切り欠き部は、前記半導体発光素子の一辺の長さよりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
前記半導体発光素子は、光放射面における発光領域の中心に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
前記第１の封止樹脂は、蛍光体を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
前記第１の封止樹脂は、光散乱材を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
前記第１の封止樹脂の上に設けられた第２の封止樹脂を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
前記第２の封止樹脂は光反射性を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
装置実装面と略平行方向に光を放射する半導体発光装置であって、
表面に半導体発光素子を実装し、且つ、裏面を前記装置実装面とするベース基板と、
前記半導体発光素子を封止する第１の封止樹脂と、
前記第１の封止樹脂の周囲を部分的に取り囲むスペーサ部材と、
前記半導体発光素子、前記第１の封止樹脂および前記スペーサ部材の上方を覆う第２の封止樹脂と、
前記ベース基板、前記スペーサ部材および前記第２の封止樹脂によって画定され、前記装置実装面に対して略垂直方向を向いた光放射面とを含み、
前記光放射面を画定する前記ベース基板の縁の一部に切り欠きを設けていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の半導体発光装置を光源とする液晶表示装置用バックライト。
ダイパッドと、前記ダイパッドに隣接した切り欠き部を設けたベース基板を準備する工程と、
前記ダイパッドに半導体発光素子を実装する工程と、
前記ベース基板上であって前記半導体発光素子の周辺にスペーサを固定する工程と、
前記半導体発光素子の周辺に光透過性樹脂を充填する工程と、
前記スペーサ上に枠部材を固定する工程と、
前記枠部材、前記光透過性樹脂、前記スペーサによって囲まれた場所に封止樹脂を充填する工程と、を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。