JP3644927B2 - 面発光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
［発明の属する技術分野］
本発明は、たとえば液晶表示パネルに導光板を介して光照射するバックライト光源として利用できる半導体発光装置及びこれを利用した面発光装置に関する。
【０００２】
［従来の技術］
従来より、たとえば携帯電話などの電子機器には、液晶を用いた画像表示部が一般に採用されている。この液晶による画像表示部は、液晶表示パネルの中に液晶を封止しておいて、ＬＥＤなどの発光装置をバックライト用光源として利用し、このバックライトにより画像を表示する構成となっている。このバックライト用光源に用いられる発光装置として、例えば、サイドビュー方式の半導体発光装置が知られている。
【０００３】
図７（ａ）−（ｃ）は、それぞれ順に、サイドビュー方式の面発光装置に用いられる半導体発光装置の斜視図、面発光装置の側面図及び面発光装置の正面図である。
【０００４】
図７（ａ）に示すように、従来の半導体発光装置は、ブロック状の絶縁性の基板５０と、基板５０の両端部の正面（発光素子が取り付けられる面），側面及び裏面（発光素子が取り付けられる面に対向する面）に亘って設けられた一対の電極５１ａ，５１ｂと、一方の電極５１ａ上に導電性接着剤を介して固着された発光素子５２と、他方の電極５１ｂと発光素子５２とを電気的に接続するワイヤ５３と、基板５０の正面側において発光素子５２，ワイヤ５３等を封止するエポキシ樹脂からなる樹脂パッケージ５４とを備えている。
【０００５】
また、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、従来の面発光装置においては、実装基板５５の上に半導体発光装置とアクリルなどの合成樹脂からなる導光板５６とを配置して構成されている。半導体発光装置は、実装基板５５の上に実装されて液晶表示パネル５７のバックライト光源として使用されるものである。実装基板５５は、半導体発光装置の電極５１ａ，５１ｂに導通させるための配線パターン（図示せず）を有している。導光板５６は、発光素子５２からの光を液晶表示パネル５７側に向けて導くためのものであって、導光板５６の下面側には微小な凹凸パターンが形成されている。つまり、この微小な凹凸パターンによって側方から入射した光を液晶表示パネル５７側へ反射して照射するように構成されている。すなわち、半導体発光装置の発光素子５２で生成された光は、導光板５６の側面からサイドビュー方式として導入され、導光板５６はその光拡散によって液晶表示パネル５７に対するバックライト光源として機能する。
【０００６】
このような表面実装された面発光装置において、半導体発光装置は、実装基板５５上で半田５８ａ，５８ｂによって電極５１ａ，５１ｂと配線パターンに電気的に接続するように固定されている。このとき、半導体発光装置の高さ方向の寸法は、基板５０の高さ方向の寸法（図７（ａ）における上下方向の寸法）によって決まり、発光素子５２はこの高さ寸法のほぼ半分の高さに設定される。
【０００７】
［発明が解決しようとする課題］
ところが、基板５０の高さ寸法や厚さは、その機械的強度を保持するためにある程度の大きさを持つようにダイシングされて形成されている。このため、実装基板５５上に搭載したとき、発光素子５２の高さ位置には制限があり、これに合わせて導光板５６の厚さを設定する必要がある。つまり、導光板５６の側面のほぼ中央から光を導入するためには、導光板５６の厚さを大きくするか、実装基板５５の上面から導光板５６を少し浮かした状態で組み込む必要がある。このため、面発光装置と液晶表示パネル５７とを合わせたユニット全体の厚さ方向の寸法が大きくなり、小型薄型化が急速に進む携帯電話などの電子機器への組込みの対応性に欠ける。また、実装基板５５には基板５０も含めたスペースが占有面積として加わるため、厚さだけでなく面積も大きくせざるを得ず、小型化への障害となる。
【０００８】
また、図７（ｂ），（ｃ）には示されていないが、実装基板５５の下面には発光素子５２の駆動回路や検波回路及びその他の回路が形成されているので、実装基板５５の下面側においてこれらの回路の半田リフローによる製造工程を踏まなければならない。ところが、図７（ｂ），（ｃ）に示す例のように、発光素子５２を実装基板５５の上面に搭載して、半田５８ａ，５８ｂにより取り付ける構造であると、実装基板５５の上面側においても半田リフローの工程が必要となる。その結果、面発光装置の製造に際しては、実装基板５５の上下両面において２回の半田リフローの工程が含まれることになり、製造工数の増加及び管理検査項目の増加を招き、製造コストの増大と製造歩留りの悪化を招くおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、液晶表示用のバックライトに用いられる構造を小型薄型化するとともに、製造工数などの簡素化が可能な生産性の高い半導体発光装置及び面発光装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の面発光装置は、回路パターンを有する実装基板と、上記実装基板の上記回路パターンが形成された領域を除く領域に形成され、上記実装基板をその上面から下面に貫通する開口と、上記実装基板の上記開口を除く領域の上面上に搭載された導光板と、横方向に延びる基部と、正面における上記基部の中間領域の一部から縦方向に延び、上記実装基板の厚みよりも大きい一定距離だけ上記基部から離れた位置に素子取り付け部を有するマウント部とによって構成される基板、上記基板における上記基部の両端部から上記マウント部に亘ってそれぞれ形成された一対の電極、上記マウント部の上記素子取り付け部に取り付けられ、上記１対の電極の各電極にそれぞれ電気的に接続された発光素子、及び少なくとも上記発光素子と上記１対の電極の各一部とを封止する光透過性の封止部材を含み、上記半導体発光装置のマウント部が上記実装基板の開口を挿通して上記マウント部の上記素子取り付け部が上記実装基板の上面よりも上方に突出するように取り付けられた半導体発光装置とを備え、上記封止部材中に封止された発光素子は、上記導光板の１つの面に対向しており、上記半導体発光装置の上記一対の電極の各電極が上記実装基板の上記回路パターンに電気的に接続されているとともに、上記実装基板の回路パターンは、上記実装基板の下面に形成されており、上記半導体発光装置の上記各電極は、上記半導体発光装置の基板の基部の上面に亘って形成されていて、上記半導体発光装置の上記各電極は、上記実装基板の下面に形成された回路パターンの一部と接触した状態で電気的に接続されている。
【００１４】
これにより、実装基板の上面から発光素子までの高さを従来よりも低くできるので、導光板と実装基板とを合わせた厚み方向の寸法を低減できるので、面発光装置の薄型化が可能となる。さらに、実装基板の上面においては、半導体発光装置の封止部材で封止されたマウント部が挿通する開口以外の部分を半導体発光装置が占有することはないので、実装基板の上面における半導体発光装置の占有面積が小さくなり、面発光装置全体の小型化が可能となる。
【００１５】
上記実装基板の回路パターンは、上記実装基板の下面に形成されており、上記半導体発光装置の上記各電極は、上記半導体発光装置の基板の基部の上面に亘って形成されていて、上記半導体発光装置の上記各電極は、上記実装基板の下面に形成された回路パターンの一部と接触した状態で電気的に接続されていることにより、実装基板の裏面側に半田リフローを施すだけで、面発光装置を組み立てることが可能となり、製造工数の低減による製造コストの削減と製造歩留まりの向上とを図ることができる。
【００１６】
［発明の実施の形態］
−半導体発光装置の構造−
図１は、本実施形態における半導体発光装置の外観を示す斜視図である。図２（ａ）−（ｃ）は、それぞれ順に、本実施形態の面発光装置に用いられる半導体発光装置の正面図（発光素子が取り付けられる面），側面図及び上面図である。
【００１７】
図１及び図２（ａ）に示すように、本発明の半導体発光装置１０は、横方向に延びる基部１ａと、基部１ａの中央部から縦方向に延びるマウント部１ｂとからなるいわばほぼ逆Ｔ字状の平面形状を有する基板１を備えている。マウント部１ｂの正面に素子取り付け部（発光素子が取り付けられる部位）があり、この素子取り付け部は基部１ａから一定の距離（図３（ａ）に示す実装基板２１の厚みよりも大きい値）だけ離れている。基板１は、絶縁性材料により構成されており、基板１の基部１ａの両端部において下面を除く４つの面，つまり正面，側面，上面及び裏面（発光素子が取り付けられる面に対向する面）と、マウント部１ｂの正面とに亘って形成された一対の電極２，３を備えている。各電極２，３は、基部１ａの両端部からそれ延びてマウント部１ｂに先端部（パッド部）を有する引き出し配線部２ａ，３ａを有している。そして、一方の電極２の引き出し配線部２ａは、マウント部１ｂの素子取り付け部まで延びており、引き出し配線部２ａの先端にあるパッド部には、発光ダイオードや半導体レーザなどの発光素子４の基板部（発光素子の電極となる部分）が導電性接着剤５によって一方の電極２と電気的に接続された状態で固着されている。また、発光素子４の上面には電極４ａが設けられていて、発光素子４の電極４ａと、他方の電極３の引き出し配線部３ａのパッド部（先端部）との間は、ボンディングワイヤ６によって互いに電気的に接続されている。また、基板１の基部１ａ及びマウント部１ｂの正面側において、電極２，３の引き出し配線部２ａ，３ａと発光素子４とボンディングワイヤ６とは、エポキシ樹脂からなる樹脂パッケージ７によって封止されている。
【００１８】
図２（ｂ），（ｃ）に示すように、樹脂パッケージ７は、基部１ａの上に設けられた角柱形の基部７ａと、マウント部１ｂの上に設けられたほぼ半円柱形の凸レンズ部７ｂとを有している。
【００１９】
−面発光装置の構造−
図３（ａ），（ｂ）は、本実施形態の半導体発光装置１０を液晶表示パネルのバックライト光源用として利用した面発光装置２０の要部の構造を示す側面図及び正面図である。図４は、本実施形態の面発光装置２０の要部の構造を示す斜視図である。
【００２０】
図３（ａ），（ｂ）及び図４に示すように、本実施形態の面発光装置２０は、実装基板２１と、実装基板２１に搭載された半導体発光装置１０と、実装基板２１上で半導体発光装置の発光素子４に対向して搭載されたアクリルからなる導光板２２と、すでに説明した構造を有する半導体発光装置１０とを備えている。そして、導光板２２の上方に液晶表示パネル２３が配置されている。実装基板２１の下面には、半導体発光装置１０の電極２，３に接続されるプリント配線パターン（図示せず）が形成されている。実装基板２１の導光板２２が載置されている部位の近傍には、半導体発光装置１０のマウント部１ｂ及び樹脂パッケージ７が挿通可能な大きさを有する開口２１ａが設けられている。そして、実装基板２１の開口２１ａに半導体発光装置１０のマウント部１ｂ及び樹脂パッケージ７を挿通させ、実装基板２１の下面に半導体発光装置１０の基部１ａを対向させた状態で、半導体発光装置１０が実装基板２１に実装されている。このとき、半導体発光装置１０の電極２，３のうち基部１ａの両端部の上面に位置する部分と、実装基板２１の下面上のプリント配線パターン（回路パターン）の端子とが互いに接触している。そして、半田２４ａ，２４ｂにより、半導体発光装置１０が実装基板２１の下面に固定され、かつ、半導体発光装置１０の電極２，３と実装基板２１のプリント配線パターンの端子とが互いに電気的に接続される。
【００２１】
上述のような半導体発光装置の実装基板２１への実装状態においては、基板１のマウント部１ｂ及び樹脂パッケージ７の下部を除く上部だけが実装基板２１の上面よりも上方に突出している。したがって、図７に示した従来の面発光装置においては、基板５０の横断面積と樹脂パッケージ５４の横断面積とを合わせた面積が実装基板５５の上面を占有しているのに対して、本実施形態の面発光装置２０においては、半導体発光装置１０の基板１全体ではなく基板１のマウント部１ｂ及び樹脂パッケージ７を挿通させるための開口だけが実装基板２１の上面を占有している。したがって、半導体発光装置と導光板２２とを組み合わせたときの実装基板２１内で占める面積を小さくでき、小型化を図ることができる。
【００２２】
具体的に、携帯電話などに組み込まれる液晶パネルのバックライトとして用いられる面発光装置のある種類のものの場合、図７（ａ）−（ｃ）に示す従来の半導体発光装置及び面発光装置においては、半導体発光装置の基板５０の大きさが縦１．０ｍｍ，横１．０ｍｍ，長さ２．５ｍｍであり、発光素子（中心部）の実装基板５５の上面からの高さが０．５ｍｍである。樹脂パッケージ５４の半径は約０．６ｍｍである。導光板５６の厚みは約１．０ｍｍである。それに対し、本実施形態においては、半導体発光装置１０の基板１のマウント部１ｂの厚みは０．５ｍｍ，幅は１．６ｍｍ，高さ方向の寸法は１．６ｍｍである。樹脂パッケージ７の半径は約０．６ｍｍである。面発光装置２０における発光素子４（中心部）の実装基板２１の上面からの高さは０．３ｍｍで、導光板２２の厚みは約０．６ｍｍである。実装基板の厚みは、従来の面発光装置及び本発明の面発光装置共に約１．０ｍｍである。
【００２３】
従来の面発光装置の実装基板５５の上面における半導体発光装置の占有面積が３．０７ｍｍ² （＝２．５×１＋（１／２）×３．１４×０．６² ）であったのに対し、本実施形態の面発光装置２０の実装基板２１の上面において半導体発光装置１０のために確保すべき面積は開口の面積に等しく、約１．７６ｍｍ² （＝１．６×（０．５＋０．６）である。すなわち、本発明により、実装基板のうち半導体発光装置を搭載するために必要とされる領域の面積が低減できることがわかる。
【００２４】
また、発光素子４が実装基板２１の上面よりも上方に突出していることにより、発光素子４から導光板２２への光の照射が可能となる。そして、半導体発光装置１０の基板１の強度は基部１ａによって確保することができるので、マウント部１ｂを実装基板２１の開口に差し込んだときに、発光素子４が実装基板２１の上面よりも上方に突出さえしていれば、発光素子４が実装基板２１の上面に近い位置，つまり低い位置に存在していても導光板２２への光の照射が可能となる。したがって、半導体発光装置１０のマウント部１ｂの実装基板２１の上面からの突出量を小さくすることができる。そして、発光素子４の位置を実装基板２１の上面の近くに設定できることから、発光素子４に対向する導光板２２を薄くすることができる。したがって、半導体発光装置１０と導光板２２との実装基板２１の上面からの高さを小さくできるので、面発光装置２０を液晶表示パネル２３と組み合わせたときのユニット全体の厚さ寸法も低減することができる。
【００２５】
従来の面発光装置における実装基板５５と導光板５６とを合わせた厚み方向の寸法が２ｍｍであるのに対し、本実施形態の面発光装置においては、面発光装置２０における実装基板２１と導光板２２とを合わせた厚み方向の寸法が１．６ｍｍであって、本発明により、面発光装置と液晶表示パネルとを組み合わせたときの厚み方向の寸法を低減できることがわかる。
【００２６】
さらに、従来のようなほぼ四角柱形状の半導体発光装置を実装基板上に載置したものに比べ、本実施形態では半導体発光装置のマウント部が実装基板の開口を挿通していることで、実装基板への半導体発光装置の取り付けが強固かつ安定するという効果もある。
【００２７】
また、半導体発光装置１０の基板１上の電極２，３は、検波回路やその他の回路（図示せず）が形成される実装基板２１の下面に、半田２４ａ，２４ｂによって取り付けられている。したがって、図７に示す従来の面発光装置のごとく、実装基板５５の上面に半導体発光装置の電極５１ａ，５１ｂを半田付けする工程と、実装基板５５の下面に検波回路などの他の回路を含むチップを半田付けする工程という２つの半田リフロー工程を行なう必要はない。すなわち、実装基板２１の下面に、半導体発光装置１０の電極２ａ，２ｂと、検波回路等を含むチップとを半田付けする工程を１回だけ行なえば済む。このため、本実施形態により、工程数が削減でき、かつ生産性の向上につながる。
【００２８】
−半導体発光装置の製造工程−
図５（ａ）−図６（ｂ）は、本実施形態の半導体発光装置の製造工程を示す斜視図である。
【００２９】
まず、図５（ａ）に示す工程で、予め所定の形状にパターニングされた基板基材３１に、電極２ａ，３ａとなる電極基礎パターン３２を形成する。各基板基材３１は、図示されていない外枠によって互いに連結され、各々同一形状を有する複数本の基板基材３１が同時に加工される。次に、図５（ｂ）に示す工程で、成形後の電極２の引き出し配線部２ａに相当する部分に発光素子４を搭載して、導電性接着剤により発光素子４を引き出し配線部２ａに電気的に接続させて固定する。その後、ワイヤボンディング工程により、発光素子４の電極４ａと成形後の電極３の引き出し配線部３ａに相当する部分との間をボンディングワイヤ６により接続する。
【００３０】
次に、図６（ａ）に示す工程で、基板基材３１の上面上にある発光素子４及びその電極４ａ，電極２，３の各引き出し配線部２ａ，３ａ及びボンディングワイヤ６をエポキシ樹脂からなる封止樹脂層３３で封止し、封止樹脂層３３を硬化させる。その後、図６（ｂ）に示す工程で、図中破線で示す方向にダイシングすることにより、図１に示す半導体発光装置１０を得る。
【００３１】
本実施形態の製造方法によると、従来のような四角柱形状ではなく、平面形状がほぼ逆Ｔ字状の基板１を有する半導体発光装置１０を簡素な工程で製造することができる。
【００３２】
上記実施形態においては、発光素子は半導体発光装置中に１つだけ配置されているが、複数の発光素子を設けてもよい。
【００３３】
ただし、半導体発光装置１０の基板１は、必ずしも基部１ａのほぼ中央部からマウント部１ｂが延びた形、つまり左右対称な形状を有している必要はない。その場合にも、マウント部１ｂが実装基板３１の開口を挿通した状態で、半導体発光素子１０を実装基板２１に固定することが可能である。
【００３４】
上記実施形態においては、発光素子を電極２の引き出し配線部２ａに固着すると共に電気的に接続する構造を採ったが、発光素子から２つの電極を引きだして、発光素子の２つ電極と、各電極２，３の引き出し配線部２ａ，３ａとがボンディングワイヤにより、それぞれ接続される構造を採ってもよい。
【００３５】
また、発光素子の下面に２つの電極が設けられている場合、図１に示す基板１上の電極２，３が発光素子取り付け部まで延びて、発光素子の２つの電極と基板１上の電極２，３とがそれぞれバンプを介して電気的に接続されるいわゆるフリップチップ接続構造を採ることもできる。特に、基板がサファイア基板のような透明体のときには、発光された光を基板を通過させて外に取り出すことができるので、この接続構造が好ましい。
【００３６】
また、上記実施形態においては、封止部材として樹脂パッケージを用いたが、本発明の封止部材は斯かる実施形態に限定されるものではない。例えば、各種ガラスやシリコン酸化膜などの無機材料からなる封止部材を用いることも可能である。
【００３７】
本発明の発光素子は、例えばＡｌＧａＡｓ層を活性領域として用いた発光ダイオード，半導体レーザ，ＧａＮ層を活性領域として用いた発光ダイオード（青色）などがあり、いずれを用いてもよい。例えば、発光素子として半導体レーザを用い、導光板としてプリズムを配置することもできる。
【００３８】
本発明は、液晶表示パネルのバックライト光源として利用される面発光装置及び面発光装置に組み込まれる半導体発光装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における半導体発光装置の外観構造を示す斜視図である。
【図２】 （ａ）−（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の実施形態における半導体発光装置の正面図，側面図及び上面図である。
【図３】 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の実施形態の半導体発光装置を液晶表示パネルのバックライト光源用として利用した面発光装置の構造を示す側面図及び正面図である。
【図４】 本発明の実施形態の面発光装置の要部を示す斜視図である。
【図５】 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態における半導体発光装置の製造工程のうちワイヤボンディングまでの工程を示す斜視図である。
【図６】 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態における半導体発光装置の製造工程のうち樹脂封止から切り出しまでの工程を示す斜視図である。
【図７】 （ａ）−（ｃ）は、それぞれ順に、従来のバックライト光源用の半導体発光装置の構成を示す斜視図、半導体発光装置を液晶表示パネルのバックライト光源用として利用した面発光装置の正面図及び側面図である。

Claims (3)

1. 回路パターンを有する実装基板と、
   上記実装基板の上記回路パターンが形成された領域を除く領域に形成され、上記実装基板をその上面から下面に貫通する開口と、
   上記実装基板の上記開口を除く領域の上面上に搭載された導光板と、
   横方向に延びる基部と、上記基部の中間領域の一部から縦方向に延び、正面における上記実装基板の厚みよりも大きい一定距離だけ上記基部から離れた位置に素子取り付け部を有するマウント部とによって構成される基板、上記基板における上記基部の両端部から上記マウント部に亘ってそれぞれ形成された一対の電極、上記マウント部の上記素子取り付け部に取り付けられ、上記１対の電極の各電極にそれぞれ電気的に接続された発光素子、及び少なくとも上記発光素子と上記１対の電極の各一部とを封止する光透過性の封止部材を含み、上記半導体発光装置のマウント部が上記実装基板の開口を挿通して上記マウント部の上記素子取り付け部が上記実装基板の上面よりも上方に突出するように取り付けられた半導体発光装置とを備え、
   上記封止部材中に封止された発光素子は、上記導光板の１つの面に対向しており、
   上記半導体発光装置の上記一対の電極の各電極が上記実装基板の上記回路パターンに電気的に接続されているとともに、
   上記実装基板の回路パターンは、上記実装基板の下面に形成されており、
   上記半導体発光装置の上記各電極は、上記半導体発光装置の基板の基部の上面に亘って形成されていて、
   上記半導体発光装置の上記各電極は、上記実装基板の下面に形成された回路パターンの一部と接触した状態で電気的に接続されていることを特徴とする面発光装置。
2. 請求項１記載の面発光装置において、
   上記半導体発光装置の上記各電極は、上記半導体発光装置の基板の基部の正面及び裏面にも亘って形成されていることを特徴とする面発光装置。
3. 請求項２記載の面発光装置において、
   上記半導体発光装置の上記各電極は、上記半導体発光装置の基板の基部の側面にも亘って形成されていることを特徴とする面発光装置。

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