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JP2010161257A - 発光装置及び表示装置 - Google Patents

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JP2010161257A JP2009003202A JP2009003202A JP2010161257A JP 2010161257 A JP2010161257 A JP 2010161257A JP 2009003202 A JP2009003202 A JP 2009003202A JP 2009003202 A JP2009003202 A JP 2009003202A JP 2010161257 A JP2010161257 A JP 2010161257A
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Abstract

【課題】ワイヤの断線を回避することと、屈折率の高い樹脂で封止材を形成することを、両立させることができる樹脂封止型の発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の発光装置1は、第1電極部6と、第2電極部7と、それらの電極部間に介装された絶縁部8と、第1電極部6の電極面6Aに実装された光半導体素子3と、光半導体素子3と第2電極部7の間にループ形状に架け渡されたワイヤ10と、透光性を有する樹脂によって形成されるとともに、光半導体素子3とワイヤ10を一体に封止する封止材5とを備える。第1電極部6と第2電極部7の各電極面6A,7Aは、共通の基準平面上に配置されている。ワイヤ10のループ形状の内側部分には、基準平面からワイヤ10側に突出する突起部11が設けられている。突起部11は、封止材5よりも熱膨張係数又はヤング率の小さい絶縁材料で形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光装置及び表示装置に関する。詳しくは、樹脂封止型の発光装置とこれを用いた表示装置に関する。
発光装置の一つの形態として、樹脂封止型の発光装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。図8は従来の発光装置(樹脂封止型発光装置)の構成を示すもので、(A)はその上面図、(B)はその側断面図である。図8において、発光源となる光半導体素子50は、第1電極部51に搭載されている。光半導体素子50は、図示しない導電性のダイボンド材を用いて第1電極部51に固定されている。第1電極部51と第2電極部52との間には絶縁部53が介在している。第1電極部51と第2電極部52は、絶縁部53によって電気的に分離されている。光半導体素子50の上面には図示しない電極が形成されている。光半導体素子50の電極は導電性のワイヤ(ボンディングワイヤ)54を介して第2電極部52に電気的に接続されている。光半導体素子50の実装位置の周辺には反射材55が設けられている。反射材55は反射面56を有している。光半導体素子50は、ワイヤ54と一体に封止材57によって封止(樹脂封止)されている。
上記構成からなる発光装置においては、第1電極部51と第2電極部52を通して光半導体素子50に電力が供給されることにより、光半導体素子50から光が出力(出射)される。このとき、光半導体素子50から出力された光は封止材57を通して発光装置の外部に取り出される。このため、光半導体素子50の出力光を効率良く外部に取り出すためには、封止材57の光学的な特性として、光の透過率が高いことと屈折率が高いことが望ましい。このうち、封止材57の屈折率に関しては、これが高くなると、光半導体素子50から封止材57へ取り出される光が増加する。封止材57と外部(空気)の界面で光の反射は増加するが、その反射光は反射面56で反射されて発光装置の外部に出力する。このため、外部に取り出される光の量が相対的に増える。発光装置を高温の環境で使用する場合は、封止材57に耐熱性の高い透明なシリコーン樹脂が用いられる。しかし、シリコーン樹脂は、一般的なエポキシ樹脂と比較して屈折率が低い。このため、シリコーン樹脂の使用は、発光装置の発光効率の制約になっている。そこで、発光装置の発光効率を向上させる目的で、例えば、シリコーン樹脂にそれよりも屈折率の高い材料を混合して総合的な屈折率を高くすることが考えられる。
特開2006−114671号公報
しかしながら、上述のようにシリコーン樹脂に高屈折率材料を混合すると、封止材57のヤング率が高くなる。このため、温度変化による封止材57とワイヤ54の熱膨張係数差による熱応力が大きくなり、その影響でワイヤ54が断線しやすくなる。ワイヤ54の断線は、発光装置が点灯しなくなるという致命的な欠陥を招く。このため、従来においては、高屈折率な封止材57を使用することができず、このことが発光装置の発光効率を向上させるうえでネックになっている。
本発明に係る発光装置は、第1電極部と、第2電極部と、前記第1電極部と前記第2電極部の間に介装された絶縁部と、前記第1電極部の電極面に実装された発光素子と、前記発光素子と前記第2電極部の間にループ形状に架け渡されるとともに、一端が前記発光素子の電極に接続され、他端が前記第2電極部の電極面に接続されたワイヤと、透光性を有する樹脂によって形成されるとともに、前記発光素子と前記ワイヤを一体に封止する封止材とを備え、前記第1電極部の電極面と前記第2電極部の電極面が共通の基準平面上に配置されるとともに、前記ワイヤのループ形状の内側部分に、前記基準平面から前記ワイヤ側に突出する突起部が設けられ、前記突起部は、前記封止材よりも熱膨張係数又はヤング率の小さい絶縁材料で形成された構成となっている。また、本発明に係る表示装置は、上記構成の発光装置を光源として備えたものとなっている。
本発明に係る発光装置及び表示装置においては、ワイヤのループ内側部分に突起部を設けたことにより、当該突起部を設けない場合に比較して、突起部の体積の分だけ、ワイヤの内側部分に占める封止材の体積が小さくなる。このため、封止材よりも熱膨張係数又はヤング率の小さい絶縁材料で突起部を形成することにより、温度変化によってワイヤに加わる熱応力を低減することが可能となる。
本発明によれば、温度変化によってワイヤに加わる熱応力を低減して、ワイヤの断線を有効に防止することができる。このため、封止材の材料として、屈折率の高い樹脂を用いることができる。したがって、ワイヤの断線を回避することと、屈折率の高い樹脂で封止材を形成することを、両立させることができる。その結果、発光装置の発光効率を向上させることが可能となる。
本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の構成を示すもので、(A)はその上面図、(B)はその側断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。 本発明の第4の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。 本発明の第5の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。 図5に示す突起部を拡大した上面図である。 本発明の第6の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。 従来の発光装置の構成を示すもので、(A)はその上面図、(B)はその側断面図である。
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下に記述する実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
本発明の実施の形態については、以下の順序で説明する。
1.第1の実施の形態
2.第2の実施の形態
3.第3の実施の形態
4.第4の実施の形態
5.第5の実施の形態
6.第6の実施の形態
7.適用例
<1.第1の実施の形態>
図1は本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の構成を示すもので、(A)はその上面図、(B)はその側断面図である。図示した発光装置1は、樹脂封止型の発光装置であって、大きくは、光半導体素子3と、反射材4と、封止材5とを備えた構成となっている。光半導体素子3は、発光素子の一例として設けられたものである。ここでは、方向性の定義として、図1の中にX方向とY方向とZ方向を明示する。X方向、Y方向及びZ方向は、互いに直交する関係にある。
発光装置1は、全体的に平面視四角形(図例では正方形)状に形成されている。発光装置1の外形を規定する四角形の相対応する2辺はX方向と平行に配置され、他の2辺はY方向と平行に配置されている。第1電極部6と第2電極部7は、平板状のリードフレームの電極部であって、いずれも導電材料(金属等)によって形成されている。第1電極部6は一方の面(上面)を電極面6Aとし、第2電極部7も一方の面(上面)を電極面7Aとしている。第1電極部6の電極面6Aと第2電極部7の電極面7Aは、同一平面上、さらに詳しくはXY平面に平行な共通の基準平面上に配置されている。このため、第1電極部6の電極面6Aと第2電極部7の電極面7Aは、光半導体素子3の厚み方向に相当するZ方向で同じ高さ位置に配置されている。
絶縁部8と支持部9は、いずれも絶縁材料(樹脂等)によって形成されている。第1電極部6と第2電極部7の下側は部分的にハーフエッチングされており、そのエッチングされた部分に絶縁材料が入り込み、第1電極部6と第2電極部7が絶縁部8と支持部9によって脱落しないようになっている。絶縁部8は断面逆T字形に形成されている。絶縁部8は、Y方向に長い帯状に形成されている。絶縁部8は、X方向で第1電極部6と第2電極部7の間に介装されている。絶縁部8は、第1電極部6と第2電極部7を電気的に分離するものである。絶縁部8は、X方向で第1電極部6と第2電極部7を物理的に分離する状態で形成されている。支持部9は、発光装置1の外形に沿って平面視四角形の枠状に形成されている。支持部9は、絶縁部8と一体に形成されている。
発光装置1は、例えば、インサートモールド成形によって得られるものである。インサートモールド成形では、モールド用の金型内にインサート品を装填した状態で当該金型内に樹脂を注入した後、当該樹脂を硬化させることで、一体化した複合部品を得る方法である。発光装置1をインサートモールド成形で作製する場合は、第1電極部6と第2電極部7を有するリードフレームをインサート品として金型内に装填し、樹脂の注入と硬化を行なう。これにより、第1電極部6、第2電極部7、反射材4、絶縁部8及び支持部9を一体化した構造が得られる。この構造体に光半導体素子3をダイボンドし、ワイヤ10をワイヤボンディングする。その後、封止材5でモールド成型し、ダイシングにより個片化することで、発光装置1が得られる。
反射材4は、その表面に反射面4Aを有している。反射材4の反射面4Aは、光半導体素子3から出力された光の一部を外部に取り出すために、当該反射面4Aに入射した光を上方向に反射させるものである。反射材4の反射面4Aは、例えば、XY平面に対して45度の角度で傾斜したすり鉢状に形成されている。反射面4Aは、例えば、上述したインサートモールド成形によれば、反射材4そのものである。ただし、インサートモールド成形以外にも、例えば、積層セラミックス基板を用いても同様な構造を形成できる。セラミックス材料は主に白色アルミナが用いられる。この場合、反射面4Aはセラミックス材料のままか、金属のメタライズをつけて形成してもよい。
光半導体素子3は、電力の供給を受けて光を出力(出射)するものである。光半導体素子3に対する電力の供給は、第1電極部6、第2電極部7及びワイヤ10を介して行なわれる。光半導体素子3は、平面視四角形のチップ状に形成されている。光半導体素子3は、XY平面で発光装置1の中央部に搭載されている。光半導体素子3の上面には、図示しない発光部と電極が設けられている。光半導体素子3の上面に設けられた発光部からは、光が半球状に出力されるようになっている。光半導体素子3は、第1電極部6の電極面6Aに図示しない導電性のダイボンディングペースト、又はハンダを用いて実装されている。光半導体素子3の下面は、上記ダイボンド材による接着層を介して第1電極部6の電極面6Aに接している。光半導体素子3は、ワイヤ(例えば、金ボンディングワイヤなど)10を介して第2電極部7に電気的に接続されている。ワイヤ10は、X方向で光半導体素子3と第2電極部7の間にループ形状に架け渡されている。ワイヤ10は、X方向と平行に配線されている。ワイヤ10の一端は、光半導体素子3の上面に設けられた電極(不図示)に接続されている。ワイヤ10の他端は、第2電極部7の電極面7Aに接続されている。このため、ワイヤ10の一端と他端は、Z方向で光半導体素子3の厚み相当の段差をもって配置されている。
封止材5は、光半導体素子3とワイヤ10を一体に封止するものである。封止材5は、透光性(光を透過する性質)の樹脂によって形成されている。封止材5は、光半導体素子3から出力された光や反射材4で反射された光を外部に取り出すための光取り出し面5Aを有している。光取り出し面5Aは、光半導体素子3の上方に球面状に形成されている。封止材5は、当該封止材5の下側部分で光半導体素子3とワイヤ10を一体に封止している。封止材5の上側部分は半球状に突出した状態で形成されている。封止材5は、反射材4の反射面4Aを含む上面と、第1電極部6の電極面6Aと、第2電極部7の電極面7Aに、それぞれ面的に接している。封止材5の光取り出し面5Aは、平面的に見て、反射材4の反射面4Aよりも一回り大きな円形状に形成されている。
また、光半導体素子3の近傍には突起部11が設けられている。突起部11は、ワイヤ10のループ形状の内側部分に設けられている。突起部11は、上述した基準平面からワイヤ10側(上側)に突出する状態で設けられている。突起部11は、封止材5よりも熱膨張係数又はヤング率の小さい絶縁材料で形成されている。
突起部11は、Y方向から見て三角形に形成されている。突起部11は、絶縁部8の直上に、当該絶縁部8の長手方向(Y方向)に沿って凸状に形成されている。このため、発光装置1を平面的に見ると、ワイヤ10の下側に当該ワイヤ10に交差する状態で突起部11が配置されている。突起部11は、例えば、絶縁性の接着剤によって絶縁部8の上面に接着(固定)されるものである。
突起部11の高さと光半導体素子3の発光部の高さを、それぞれ上記の基準平面からの高さ寸法(Z方向の寸法)で規定すると、突起部11の高さは、光半導体素子3の発光部の高さ以下に設定されている。このため、光半導体素子3の発光部から出力された光が突起部11によって遮られる現象を避けることができる。突起部11の高さは、好ましくは、光半導体素子3の発光部の高さと同一高さとすることが望ましい。ただし、突起部11を透光性の材料で形成した場合は、突起部11の高さが光半導体素子3の発光部の高さを超えていても、光半導体素子3の発光部から出力された光が突起部11によって遮られる現象を避けることができる。
封止材5と突起部11の具体的な材料事例を以下に示す。
(封止材5の材料事例)
材料名=透明シリコーン樹脂(フェニルタイプ)
屈折率=1.5〜1.55
硬度=Shore D 60以上
熱膨張係数=100〜300ppm/℃
ヤング率=0.1〜10GPa
(突起部11の第1材料事例)
材料名=シリコーン樹脂
熱膨張係数=10〜30ppm/℃
(突起部11の第2材料事例)
材料名=シリコーン樹脂
ヤング率=0.001〜0.1GPa
(突起部11の第3材料事例)
材料名=エポキシ樹脂
熱膨張係数=10〜30ppm/℃
封止材5の材料事例と突起部11の第1材料事例を適用した場合は、突起部11が封止材5よりも熱膨張係数の小さい絶縁材料で形成されることになる。また、封止材5の材料事例と突起部11の第2材料事例を適用した場合は、突起部11が封止材5よりもヤング率の小さい絶縁材料で形成されることになる。また、封止材5の材料事例と突起部11の第3材料事例を適用した場合は、突起部11が封止材5よりも熱膨張係数の小さい絶縁材料で形成されることになる。
本発明の第1の実施の形態に係る発光装置1においては、ワイヤ10の内側部分に突起部11を設けない場合に比較して、突起部11の体積の分だけ、ワイヤ10の内側部分に占める封止材5の体積が小さくなる。そうすると、ワイヤ10の内側部分では、突起部11の熱膨張係数又はヤング率が封止材5のそれよりも小さくなることから、温度変化によってワイヤ10に加わる熱応力が低減する。このため、ワイヤ10の断線が発生しにくくなる。したがって、ワイヤ10の断線を回避することと、屈折率の高い樹脂で封止材5を形成することを、両立させることができる。
一般に、樹脂封止型の発光装置の封止材には、標準的な屈折率を有するジメチルタイプの透明シリコーン樹脂が用いられている。その場合の材料物性は、屈折率=1.4〜1.45、硬度=JIS A 50以下、熱膨張係数=100〜300ppm/℃、ヤング率=0.01〜0.1GPaとなる。
これに対して、上記の材料事例では、標準的な屈折率を有するジメチルタイプの透明シリコーン樹脂よりも屈折率の高いフェニルタイプの透明シリコーン樹脂を、封止材5の形成材料に採用している。このように屈折率の高いシリコーン樹脂を用いて封止材5を形成することにより、封止材5と外部(空気)の界面で光の反射を相対的に低減することができる。このため、外部に取り出される光の量を相対的に増加させて、光の取り出し効率を高めることが可能となる。
<2.第2の実施の形態>
図2は本発明の第2の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。図示した発光装置1においては、突起部11が絶縁部8と一体に形成されている。また、反射材4、絶縁部8、支持部9及び突起部11は、すべて同じ絶縁材料で形成されている。具体的には、反射材4に光学的な反射機能を持たせるために、例えば、白色のシリコーン樹脂で、材料の物性値が、反射率=80%以上、熱膨張係数=10〜30ppm/℃、ヤング率=10〜50GPaの絶縁材料を用いて、反射材4、絶縁部8、支持部9及び突起部11を形成している。この場合は、上記第1の実施の形態で封止材5の材料事例に挙げた透明シリコーン樹脂と比較して、突起部11の熱膨張係数が封止材5の熱膨張係数よりも小さくなる。このため、上記第1の実施の形態と同様に、温度変化によってワイヤ10に加わる熱応力が低減し、ワイヤ10の断線が発生しにくくなる。また、突起部11の高さを光半導体素子3の発光部の高さ以下とすることにより、光半導体素子3から出力された光が突起部11で遮られる現象を避けることができる。
さらに、本発明の第2の実施の形態に係る発光装置1においては、突起部11と絶縁部8を一体に形成しているため、それらを別体で形成してから接着等で組み付ける場合に比較して、製造コストを低減することができる。また、反射材4と絶縁部8と支持部9と突起部11を構成する絶縁材料を共通化することにより、反射材4と絶縁部8と支持部9と突起部11を一体にインサートモールド成形で作製することができる。このため、突起部11を別に作製して、接着等で組み付ける場合に比較して、製造コストを低減することができる。
<3.第3の実施の形態>
図3は本発明の第3の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。図示した発光装置1においては、上記第1の実施の形態と比較して、突起部11の形状が異なっている。さらに詳述すると、突起部11は、上記図1のY方向から見て、ワイヤ10の傾斜(ループ形状)に沿う第1面11Aと光半導体素子3の端面に沿う第2面11Bを含む多角形に形成されている。突起部11の第1面11Aは、上記基準平面に対してワイヤ10と同じ方向に傾斜した傾斜面となっている。突起部11の第2面11Bは、上記基準平面から垂直に立ち上がる垂直面となっている。突起部11の全体形状を表す多角形は、図例のような台形の他にも、例えば、頂部が尖った直角三角形でもよい。
上述のような凸形状で突起部11を形成することにより、ワイヤ10の内側部分に、当該ワイヤ10のループ形状に沿わせて突起部11を配置することができる。このため、ワイヤ10の内側部分では、突起部11が占める体積比率が高くなり、その分だけ、封止材5が占める体積比率が低くなる。したがって、温度変化によってワイヤ10に加わる熱応力をより一層低減することができる。また、上記同様に突起部11の高さを光半導体素子3の発光部の高さ以下に設定することで、光半導体素子3の発光部から出力された光が突起部11によって遮られる現象を避けることができる。
<4.第4の実施の形態>
図4は本発明の第4の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。図示した発光装置1においては、突起部11が絶縁部8と一体に形成されている。また、反射材4、絶縁部8、支持部9及び突起部11は、すべて同じ絶縁材料で形成されている。これ以外の点は、上記第3の実施の形態と同様の構成となっている。この第4の実施の形態に係る発光装置においては、上記第2の実施の形態及び上記第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
<5.第5の実施の形態>
図5は本発明の第5の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。図示した発光装置1においては、上記第3の実施の形態と比較して、突起部11に樋部12が一体に設けられている点が異なる。図6は、突起部11を拡大した上面図である。図示のように、突起部11に設けられた樋部12は、ワイヤ10を通す部分を雨樋のようにU字形に凹ませた構造になっている。樋部12は、U字形の凹み部分にワイヤ10を通す(抱き込む)ように配置されている。ワイヤ10は、樋部12の凹み部分(凹面)に対して、非接触状態又は接触状態で配置されている。樋部12の凹み部分の曲率半径は、ワイヤ10の半径(ワイヤ直径の1/2)よりも大きく設定されている。このような寸法関係に設定する理由は、発光装置1の製造工程でワイヤボンディングを行なうときに、製造公差上の位置ずれがあっても、突起部11の樋部12の凹み部分にワイヤ10を確実に通すためである。
上述のように突起部11に樋部12を設けることにより、ワイヤ10の内側部分だけでなく、ワイヤ10の周囲でも、樋部12の存在によって、封止材5が占める体積比率を下げることができる。したがって、温度変化によってワイヤ10に加わる熱応力をより一層低減することができる。また、上記同様に突起部11の高さを光半導体素子3の発光部の高さ以下に設定することで、光半導体素子3の発光部から出力された光が突起部11によって遮られる現象を避けることができる。
<6.第6の実施の形態>
図7は本発明の第6の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。図示した発光装置1においては、突起部11(樋部12を含む)が絶縁部8と一体に形成されている。また、反射材4、絶縁部8、支持部9及び突起部11は、すべて同じ絶縁材料で形成されている。これ以外の点は、上記第5の実施の形態と同様の構成となっている。この第6の実施の形態に係る発光装置においては、上記第2の実施の形態及び上記第5の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
<7.適用例>
本発明に係る発光装置は表示装置の光源として用いることができる。例えば、液晶表示装置のバックライトの光源として、上記の発光装置を用いることができる。また、上述した各々の実施の形態に係る発光装置のいずれかを光源として備える表示装置を発明として抽出することができる。
1…発光装置、3…光半導体素子、4…反射材、5…封止材、6…第1電極部、6A…電極面6A、7…第2電極部、7A…電極面7A、8…絶縁部、10…ワイヤ、11…突起部、11A…第1面、11B…第2面、12…樋部

Claims (7)

  1. 第1電極部と、
    第2電極部と、
    前記第1電極部と前記第2電極部の間に介装された絶縁部と、
    前記第1電極部の電極面に実装された発光素子と、
    前記発光素子と前記第2電極部の間にループ形状に架け渡されるとともに、一端が前記発光素子の電極に接続され、他端が前記第2電極部の電極面に接続されたワイヤと、
    透光性を有する樹脂によって形成されるとともに、前記発光素子と前記ワイヤを一体に封止する封止材と
    を備え、
    前記第1電極部の電極面と前記第2電極部の電極面が共通の基準平面上に配置されるとともに、
    前記ワイヤのループ形状の内側部分に、前記基準平面から前記ワイヤ側に突出する突起部が設けられ、
    前記突起部は、前記封止材よりも熱膨張係数又はヤング率の小さい絶縁材料で形成されている
    発光装置。
  2. 前記突起部は、前記ワイヤの傾斜に沿う第1面と前記発光素子の端面に沿う第2面を含む多角形に形成されている
    請求項1記載の発光装置。
  3. 前記突起部には、前記ワイヤを通すための凹み部分を有する樋部が設けられている
    請求項1記載の発光装置。
  4. 前記突起部は、前記絶縁部と一体に形成されている
    請求項1、2又は3記載の発光装置。
  5. 前記発光素子から出力される光を反射させる反射面を有する反射材を有し、
    前記突起部、前記絶縁部及び前記反射材は、同じ絶縁材料で形成されている
    請求項4記載の発光装置。
  6. 前記突起部の高さが前記発光素子の発光部の高さ以下である
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 第1電極部と、第2電極部と、前記第1電極部と前記第2電極部の間に介装された絶縁部と、前記第1電極部の電極面に実装された発光素子と、前記発光素子と前記第2電極部の間にループ形状に架け渡されるとともに、一端が前記発光素子の電極に接続され、他端が前記第2電極部の電極面に接続されたワイヤと、透光性を有する樹脂によって形成されるとともに、前記発光素子と前記ワイヤを一体に封止する封止材とを備え、前記第1電極部の電極面と前記第2電極部の電極面が共通の基準平面上に配置されるとともに、前記ワイヤのループ形状の内側部分に、前記基準平面から前記ワイヤ側に突出する突起部が設けられ、前記突起部は、前記封止材よりも熱膨張係数又はヤング率の小さい絶縁材料で形成されている発光装置を光源として備える
    表示装置。
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