JP3887124B2 - チップ型半導体発光素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性基板上に発光素子チップがボンディングされ、絶縁性基板の面と平行な方向、すなわち側面方向に光を照射するチップ型半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、たとえば液晶表示素子のバックライトとする導光板に光を入射する光源とする場合に、発光素子の間隔を広くしても光が導光板に入射しない部分（いわゆるダーク）が小さくなるように指向性を広くすることができる側面発光のチップ型半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チップ型半導体発光素子は、絶縁性基板上に発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）をボンディングして、透光性樹脂によりＬＥＤチップ周囲を被覆することにより、上面側に発光させるものが一般に用いられている。しかし、たとえば液晶表示素子のバックライトの導光板に入射させる光源には、板状の導光板の側面に光源を設置する必要があることから、従来はランプ型発光素子が用いられていたが、近年チップ型発光素子を絶縁性基板と平行方向に発光させる、いわゆる側面発光のチップ型発光素子が用いられている。このような側面発光のチップ型半導体発光素子は、たとえば図４に示されるような構造になっている。
【０００３】
図４において、２１は、たとえばガラスエポキシなどからなる絶縁性基板で、絶縁性基板２１の両端部側には、導電性被膜が設けられ、一対の電極２２、２３が形成され、その表面にＬＥＤチップ２４がボンディングされて、ワイヤ２５などにより前述の一対の電極２２、２３と電気的に接続されている（図４に示される例では、ＬＥＤチップ２４の一方の電極はその裏面側にあり、ボンディングにより直接電極２２と接続されている）。さらに、その周囲が透光性樹脂２６により被覆され、さらにその外周が不透光性で反射性を有する材料からなるケース２７により被覆されている。なお、絶縁性基板２１の両端部には、スルーホール２１ａが設けられ、スルーホール２１ａ内に設けられた導電性被膜により、電極２２、２３が基板２１の裏面に接続されるようになっており、プリント基板などに直接マウントして電気的に電極が接続される構造になっている。
【０００４】
このような発光素子を導光板の側面に設置してバックライトを構成する場合、図５に示されるように、導光板３０の一側壁側に側面発光のチップ型発光素子２０を一定の間隔を設けて配置し、導光板３０内に光を入射させ、導光板３０内で拡散させて、その表面から光を照射する構造になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の側面発光のチップ型発光素子は、矩形形状の絶縁性基板の一側面側のみに透光性樹脂を露出させ、その一側面からからその基板と平行な方向に光が照射するように形成されている。そして、一側面側以外の面は透光性樹脂を完全にケース２７により被覆して、一側面側のみから光を照射させ、発光する光を有効に利用することができるようにし、外部微分量子効率を向上させることができるようになっている。そのため、透光性樹脂の露出部と反対側の底部側は、湾曲状となり、その底部側にＬＥＤチップが載置され、湾曲状の開口部から光が照射される構造になっている。
【０００６】
その結果、一側面から放射される光の束は、その中心方向に強い発光をし、指向性が狭くなる。その結果、図５に示されるように、導光板３０の側面側に発光素子２０を一定間隔で設置すると、導光板３０の発光素子２０の間の間隔部では、光の入射がされない、いわゆるダーク３１と呼ばれる部分が生じる。このようなダーク３１の部分は、導光板３０内で反射をして折り返す光により補われるが、直接入射する部分とは輝度が異なり、導光板３０の表面全体で、均一な輝度にならないという問題がある。
【０００７】
このような問題をなくするためには、発光素子の数を増やしてその間隔を狭くしなければならず、コストアップになるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、バックライトに用いるような光源を間隔をおいて配置しても、その間にダークが発生しにくいような指向性の広い側面発光のチップ型半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、製造工程が簡単で、かつ、製造段階でワイヤの曲りなどが発生しないで品質の優れた発光素子が得られる側面発光のチップ型半導体発光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるチップ型の半導体発光素子は、一対の電極が設けられる矩形状の絶縁性基板と、該絶縁性基板上に設けられ、ｎ側電極およびｐ側電極がそれぞれ前記一対の電極と接続される発光素子チップと、該発光素子チップの周囲を被覆し、前記絶縁性基板上に設けられる透光性部材と、該透光性部材の少なくとも一部を被覆し、被覆されないで露出する前記透光性部材の部分から光を放射させるように設けられる光反射部材とからなり、前記光反射部材により覆われないで露出する透光性部材の部分が、前記矩形状の一辺から該一辺と連続する両側の辺部の少なくとも一部に亘る範囲の前記透光性部材の側面を含むように前記光反射部材が形成され、かつ、前記一辺と、該一辺と連続する両側の辺部との境界部における前記透光性部材の側面が平面形状で円弧状に形成されている。
【００１１】
ここに透光性部材とは、発光素子チップで発光した光を透過させる材料を意味し、透明である必要はなく、ミルキーホワイトなどの光を拡散させながら透過させる材料も含む意味である。
【００１２】
この構造にすることにより、一側面のみでなく、その側面に連続する他の側面側からも光が照射されるので、非常に指向性が広がり、バックライトなどに用いても、ダークの部分が大幅に減少する。その結果、少ない光源で均一な輝度のバックライトが得られる。
【００１３】
前記発光素子チップのｎ側およびｐ側の電極の少なくとも一方が前記絶縁性基板に設けられる一対の電極の一方とワイヤボンディングにより接続され、該ワイヤボンディングのワイヤの延びる方向が、前記透光性部材が露出する一辺とほぼ平行になる向きでボンディングされておれば、この半導体発光素子を製造する場合に、透光性部材を形成する際の樹脂の流れによっても、ワイヤが樹脂により流されたり切れることがないため好ましい。すなわち、この種の発光素子を製造する場合、大きな絶縁性基板上に、たとえば１０００個分くらいのＬＥＤチップを縦横に並べてボンディングして製造する。そして、前述の構造の透光性部材を形成するには、たとえば図２（ｂ）に示されるように横に並ぶ素子群の一端部から樹脂を流し込むことにより製造するのが製造コストを下げる点から好ましいが、前述のワイヤの方向がこの樹脂の流れる方向と一致するため、樹脂との抵抗が小さくなりワイヤ流れやワイヤ切れが発生しにくい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の側面発光のチップ型半導体発光素子について説明をする。
【００１６】
本発明のチップ型半導体発光素子は、その一実施形態の斜視図およびその断面図が図１（ａ）〜（ｂ）に、分解斜視図が図２（ａ）にそれぞれ示されるように、一対の電極２、３が設けられる矩形状の絶縁性基板１に、ｎ側電極４１およびｐ側電極４２がそれぞれ一対の電極２、３と接続される発光素子チップ４が設けられている。そして、発光素子チップ４の周囲が透光性部材６により被覆され、その透光性部材６の少なくとも一部が被覆され、被覆されないで露出する透光性部材６の部分から光を放射させるように光反射部材（ケース）７が設けられている。この光反射部材７により覆われないで露出する透光性部材６の部分が前述の矩形状の一辺Ａからその一辺と連結する両側の辺部Ｂ、Ｃの少なくとも一部に亘って露出するように光反射部材７が形成されている。
【００１７】
絶縁性基板１は、たとえばガラスクロスに耐熱性のＢＴ樹脂を含浸させたＢＴレジンなどの絶縁性基板からなっている。この絶縁性基板１には、その両端部にたとえば銅箔などからなる導電膜が設けられることにより、電極２、３が形成され、さらに両端部の側壁にスルーホール１ａが形成され、そのスルーホール１ａ内に設けられる導電膜を介して、上面の両電極２、３が絶縁性基板１の裏面に設けられる電極２ａ、３ａとそれぞれ接続され、この発光素子がマウントされる図示しないプリント基板などに、裏面でハンダ付けなどをすることにより、両電極２、３がプリント基板などの配線に接続される構造になっている。
【００１８】
なお、図２（ａ）に示されるように、スルーホール１ａは完全に貫通しないで、表面側の導電膜（電極２、３）はスルーホールの上面を覆うように残されている。これは、後述する透光性部材６をモールド成形する際に、透光性樹脂が基板１の表面側からスルーホール１ａ内に流れ落ちないようにし、絶縁性基板１上で横に並ぶ複数個の素子分の透光性部材６を一度に形成することができるようにするためである。このようなスルーホール１ａの形成法としては、たとえば表裏両面に導電膜が設けられた絶縁性基板１の裏面の導電膜をパターニングする際に、スルーホール部分の導電膜を円形状に除去し、導電膜が除去されて露出する絶縁性基板１にレーザ加工を施すことにより、表面の導電膜の部分で加工が止まり（レーザ加工のエネルギーが絶縁性材料部分をエッチングすることができるが、導電膜をエッチングすることができない）、表面が被覆されたスルーホール１ａが形成される。なお、スルーホール１ａ内には、無電解メッキと電解メッキなどにより導電膜が形成され、上面の電極２、３と下面電極２ａ、３ａとが電気的に接続されている。
【００１９】
ＬＥＤチップ４は、基板上にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層もしくはＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層、ＧａＰ層またはＧａＮ系化合物半導体層などによりｐｎ接合を形成したり、組成の異なる半導体層で活性層をｎ形およびｐ形クラッド層により挟持するダブルヘテロ構造を形成したり、ｐｉｎ構造を形成して半導体基板の裏面および積層された半導体層の表面側にそれぞれｎ側およびｐ側の電極４１、４２が設けられている。ＧａＮ系化合物のように基板にサファイアなどの絶縁性の基板が用いられる場合は、一方の電極が基板の裏面に形成できないため、積層された半導体層の一部がエッチングにより除去されて、露出する下層の半導体層に電極が設けられ、両電極が積層された半導体層の表面側に設けられる。この場合は両電極ともワイヤボンディングにより絶縁性基板１の両端の一対の電極２、３に接続される。前述の各半導体材料は、所望の発光波長により、選定される。
【００２０】
図１に示される例は、半導体基板の裏面にｎ側電極４１が形成され、積層された半導体層の上面にｐ側電極４２が形成され、ｎ側電極４１が直接一方の電極２と導電性接着剤により接続され、ｐ側電極４２が金線などのワイヤ５により他方の電極３と電気的に接続されている。このワイヤ５の張る方向は、後述するように、光を照射する側面となる矩形状絶縁性基板１の一辺Ａとほぼ平行になるようにＬＥＤチップ４のボンディングおよびワイヤ５のボンディングがなされることが、透光性部材６を形成するための透光性樹脂の流れの方向と平行になり、ワイヤ５に曲りや切れなどが発生しないため好ましい。
【００２１】
透光性部材６は、たとえば透明なエポキシ樹脂などをモールド成形することにより形成される。この透光性部材６が露出する部分から光が照射されるため、矩形形状の一側面Ａに露出部が形成されるが、本発明では、一側面側の全面とその側面に隣接する両側の側面Ｂ、Ｃの少なくとも一部も露出（図１に示される例では、非常に小型の例で殆ど側面Ｂ、Ｃの全面が露出）するように後述する光反射部材７が形成されている。たとえば、縦（Ｂ、Ｃ側面）×横（Ａ側面）×高さが１.２５ｍｍ×２ｍｍ×０.８ｍｍの大きさの発光素子で、両側の側面部分の透光性部材の部分の長さは約０.８ｍｍ程度になるように形成される。この透光性部材６は、ＬＥＤチップ４で発光する光を透過させればよく、たとえばアクリル樹脂などに光の強弱に応じて小さな突起を有し、均一な発光が可能なのものなどを用いることができる。とくに、図１に示されるような透光性部材６の露出部の端部が角型であるばあいは、その角部での発光がとぎれやすいため、光拡散機能を有する材料の方が指向性を広げるのに効果がある。
【００２２】
光反射部材７は、光を反射しやすいような白色系の樹脂が用いられる。この種の発光素子はプリント基板などにマウントされる際に、リフローによるハンダ付けがなされる場合が多く、ある程度の耐熱性があることが好ましい。そのためエンジニアリングプラスティックが好ましく、たとえば液晶ポリマーが用いられる。図１および図２（ａ）に示される例では、この光反射部材７は、上面と背面側の一側面を被覆する構造になっているが、光照射側の側面Ａの全面とその側面に隣接する両側の側面Ｂ、Ｃのそれぞれ少なくとも一部に亘って露出されるように両側の側面の一部を被覆するように形成されていてもよい。この場合、光の照射側の側面Ａの背面側を湾曲状に形成することもできるが、余り曲率の小さい湾曲は指向性を狭くするため好ましくない。
【００２３】
この光反射部材（ケース）７は、図２（ａ）に分解図が示されるように、予め樹脂成形などにより、ケースとして形成しておいて、そのケースを絶縁性基板１上にセッティングしてモールド成形金型により挟み付け、その間隙部に前述の透光性樹脂を流し込むことにより絶縁性基板１と接着される。このケースを予め接着剤などにより絶縁性基板１に接着しておいてから、金型内にセッティングし、透光性樹脂を流し込むこともできる。図２（ａ）では、１個分の発光素子の図が示されているが、実際に製造する場合は、図２（ｂ）に示されるように、大きな基板で１０００個分程度を一度に形成するため、たとえば横に並ぶ一列分の数のケースを連結した長さのケース７ａとして形成される。
【００２４】
この発光素子を形成するには、たとえば表裏両面に銅箔などの導電膜が設けられた１０ｃｍ×５ｃｍ程度の１０００個分程度の発光素子用の大きな基板の表裏両面をパターニングして表面電極２、３および裏面電極２ａ、３ａを発光素子に切断する位置に合せて形成する。その際、発光素子の境界部のスルーホール１ａを形成する部分の裏面電極２ａ、３ａにもエッチングによりスルーホール用の穴を形成しておく。そして、その穴からレーザ加工により絶縁性基板１をエッチングしてスルーホール１ａを形成する。この際、表面電極２、３の導電膜はエッチングされておらず、しかもレーザ加工によってもエッチングされないので、スルーホール１ａは貫通しない。その後、ＬＥＤチップ４を１０００個程度マトリクス状にダイボンディングすると共に、ワイヤボンディングをすることにより、ＬＥＤチップ４の両電極を一対の電極２、３と電気的に接続する。このワイヤボンディングのワイヤの張る方向は、一側面Ａと平行になるように張る。
【００２５】
そして、図２（ｂ）に示されるように、横に並ぶ個数分の光反射部材を一体で形成しておいたケース７ａを一列ごとにＬＥＤチップ４を覆うように配列してモールド金型にセッティングする。その後、図２（ｂ）の矢印で示されるように透光性樹脂を流し込むことにより、ケース７ａの上面と絶縁性基板１とにより挟まれる空隙部を透光性樹脂が流れ、一列分の透光性部材６を連続して形成する。この際、透光性樹脂は、一側面Ａと平行方向に流れるため、前述のようにこの方向と平行になるようにワイヤ５が張られていることにより、ワイヤ５は樹脂流れの抵抗にならないため、変形することが少なく好ましい。その後、一点鎖線で示される部分で切断することにより、各発光素子に分離される。
【００２６】
本発明によれば、側面発光のチップ型発光素子の発光側面のみならず、その側面に隣接する両側の側面にも透光性部材の露出部分が形成されているため、横方向への光の照射を行うことができ、指向性の広い側面発光のチップ型発光素子となる。その結果、たとえば液晶表示素子用のバックライトの導光板に導入する光源として用いた場合に、発光素子の間隔が大きくてもダーク（光が入射しない部分）の発生がなくなるか、非常に狭くなり面内で均一な輝度のバックライトが得られる。
【００２７】
さらに、透光性部材の露出面が一側面だけでなくその側面に隣接する両側の側面にも亘っているため、何個も並ぶ発光素子の一列分の透光性部材６をまとめて形成することができ、簡単な金型構造で前述のようにモールド成形により形成することができる。その結果、非常に短時間で簡単に形成することができる。
【００２８】
前述の例では、透光性部材６の発光側の側面からその両側の側面に亘る部分が角張った形状になっている。このような角張った形状であれば、モールド成形をする金型の製造が簡単で安く形成することができると共に、流し込む透光性樹脂の流れがスムースに流れるため好ましい。しかし、その角部での光の出射特性は不連続となり、角部の方向への光の出射は必ずしも連続的にはなりにくい。そのため、前述のように、透光性部材として光の拡散性を有する材料を使用することが望ましくなる。しかし、図３に示されるように、その角部を平面形状で円弧形状にすることにより、横の方向にも連続的に光が広がり、通常の透明な樹脂を使用する場合でも、連続的に光の指向性を広くすることができる。もちろんこの形状で拡散性の透光性部材を使用することもできる。なお、この形状にする場合も、透光性樹脂を流し込むモールド金型は、横に並ぶ各発光素子の平坦部Ｐを樹脂の流出入口として連結させることにより、円弧の形成された部分は袋状になるが、前述と同様に横に並ぶ発光素子の一端部から一度に樹脂を流し込むことができる。なお、図３で図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、照射方向中心部での輝度は弱くなるが、広い指向性を有し、広い範囲に亘って均一な光を得やすくなる。その結果、液晶表示素子のバックライトのように、導光板の一側面から光を入射させる場合の光源として利用する場合、その間隔を広く配置しても導光板に光が入射しない、いわゆるダークの部分の発生が少なくなり、少ない発光素子の数で、面全体で均一な輝度のバックライトが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の側面発光のチップ型半導体発光素子の一実施形態の斜視および断面の説明図である。
【図２】図１の発光素子の分解斜視図および製造段階の大きな基板の状態の説明図である。
【図３】本発明のチップ型半導体発光素子の他の実施形態の斜視説明図である。
【図４】従来の側面発光のチップ型半導体発光素子の斜視説明図である。
【図５】図４の発光素子をバックライトとして使用する場合の説明図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性基板
２、３ 電極
４ ＬＥＤチップ
６ 透光性部材
７ 光反射部材

Claims (2)

  1. 一対の電極が設けられる矩形状の絶縁性基板と、該絶縁性基板上に設けられ、ｎ側電極およびｐ側電極がそれぞれ前記一対の電極と接続される発光素子チップと、該発光素子チップの周囲を被覆し、前記絶縁性基板上に設けられる透光性部材と、該透光性部材の少なくとも一部を被覆し、被覆されないで露出する前記透光性部材の部分から光を放射させるように設けられる光反射部材とからなり、前記光反射部材により覆われないで露出する透光性部材の部分が、前記矩形状の一辺から該一辺と連続する両側の辺部の少なくとも一部に亘る範囲の前記透光性部材の側面を含むように前記光反射部材が形成され、かつ、前記一辺と、該一辺と連続する両側の辺部との境界部における前記透光性部材の側面が平面形状で円弧状に形成されてなるチップ型半導体発光素子。
  2. 前記発光素子チップのｎ側およびｐ側の電極の少なくとも一方が前記絶縁性基板に設けられる一対の電極の一方とワイヤボンディングにより接続され、該ワイヤボンディングのワイヤの延びる方向が、前記透光性部材が露出する前記一辺とほぼ平行になる向きでボンディングされてなる請求項１記載の半導体発光素子。
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