JP4983348B2

JP4983348B2 - 発光装置

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Publication number: JP4983348B2
Application number: JP2007097899A
Authority: JP
Inventors: 博幸田嶌; 利典高橋; 敦都築
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-04-04
Also published as: JP2008258336A; US7915618B2; US20080246043A1

Description

本発明は発光装置に関する。更に詳しくは、複数の発光半導体素子をマウントした発光装置の改良に関する。

任意の色の発光が可能なように、赤色系の光を発光する赤色発光半導体素子、緑色系の光を発光する緑色発光半導体素子及び青色系の光を発光する青色発光半導体素子を１つのパッケージに組込んだ発光装置が知られている。
パッケージでは配線を簡素化する見地から、カソード側若しくはアノード側の配線パターンを共通化することが好ましい。例えば、カソード側を共通化するときは、パッケージにカソードコモン電極を設けてこの電極へ各半導体素子のカソードを接続する。他方、パッケージには電気的に独立した３つのアノード電極が設けられ、それぞれが半導体素子のアノード電極と接続される。
複数の発光半導体素子に対してそのカソードを共通化するか、若しくはそのアノードを共通化するかは、発光装置の用途・目的などに応じて任意に選択される。

発光半導体素子においてカソード及びアノードの配置の態様はまちまちであり、例えば赤色発光半導体素子ではアノードとカソードとが異なる面に形成されることがある。このような発光半導体素子は上下導通チップとなる。他方、III族窒化物系化合物半導体素子からなる青色発光半導体素子ではアノードとカソードとは同一の面に形成される。
これら発光半導体素子を適宜選択してパッケージへマウントすることとなるが、その時の選択基準としてパッケージのタイプ（カソード共通 or アノード共通）の如何を検討する必要がある。

部品の共通化の見地から、特許文献１には、カソード共通タイプとしても又アノード共通タイプとしても使用できるパッケージが提案されている。
また、本件に関連する技術を開示する特許文献２及び特許文献３も参照されたい。
特開平９−３２１３４１号公報特開２００１−１２７３４３号公報特開２００１−１４３５１６号公報

特許文献１に開示の技術によれば、１つのパッケージをカソード共通タイプとしてもアノード共通タイプとしても使用することができる。
しかしながら、カソードを共通化した場合とアノードを共通化した場合とではワイヤボンディングのパターンが異なる。そのため、パッケージは共通化できても発光装置を製造するときの製造工程はカソード共通化タイプとアノード共通化タイプとで異なることになる。
そこで、本発明者らは更なる発光装置における部品の共通化及びカソード共通化タイプであるかアノード共通化タイプであるかの如何にかかわらず製造工程を共通化することにつき鋭意検討を重ねてきた。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その構成は次のように規定される。
上面に第１のボンディング電極と第２のボンディング電極を備える第１の発光半導体素子及び第２の発光半導体素子と、
前記第１及び第２の発光半導体素子をマウントするパッケージであって、前記第１及び第２の発光半導体素子の第１のボンディング電極へ共通に接続されるコモン電極、前記第１の発光半導体素子の第２のボンディング電極へ接続される第１の電極、及び前記第２の発光半導体素子の第２のボンディング電極へ接続される第２の電極を備えるパッケージと、を備え、
前記第１の発光半導体素子と前記第２の発光半導体素子において前記第１のボンディング電極と前記第２のボンディング電極とは前記各発光半導体素子の中心点を中心とした点対称の位置に配置され、
前記第１及び第２の発光半導体素子は前記コモン電極上にマウントされ、前記第１の発光半導体素子の第１のボンディング電極と前記コモン電極との間に第１のボンディングワイヤが懸架され、前記第２の発光半導体素子の第１のボンディング電極と前記コモン電極との間に第２のボンディングワイヤが懸架され、前記第１の発光半導体素子の第２のボンディング電極と前記第１の電極との間に第３のボンディングワイヤが懸架され、前記第２の発光半導体素子の第２のボンディング電極と前記第２の電極との間に第４のボンディングワイヤが懸架される、ことを特徴とする発光装置。

このように規定されるこの発明の第１の局面に記載の発光装置によれば、第１の発光半導体素子と第２の発光半導体素子において第１のボンディング電極と第２のボンディング電極とが前記各発光半導体素子の中心点を中心とした点対称の位置にあるので、コモン電極上において各発光半導体素子を１８０度回転させれば、第１のボンディング電極と第２のボンディング電極との位置が入れ替わる。各発光半導体素子においてコモン電極と接続されるボンディング電極を選択することによって、同一のパッケージを用いてカソード共通タイプとアノード共通タイプとを作り分けることができる。
コモン電極上の同じ位置で各発光半導体素子を１８０度回転させれば、一対のボンディング電極の絶対的な位置は維持される。他方、コモン電極における被ボンディング領域及び第１〜第３の電極の位置は固定されているので、各発光半導体素子を１８０度回転させても、発光半導体素子のボンディング電極とパッケージの各電極との間のワイヤボンディングのパターンは何ら変わらない。

即ち、第１の局面で規定される発明によれば、同一のパッケージをカソード共通タイプとしてもまたアノード共通タイプとしても用いることができる。そして、いずれのタイプとして用いた場合においても、ワイヤボンディングのパターンを変更する必要がない。よって、カソード共通タイプ及びアノード共通タイプのいずれを選択した場合にも適用可能な部品の提供並びに製造工程の共通化を達成することができる。

この発明の第２の局面は次の通り規定される。即ち、
上記第１の局面で規定される発光装置において、上面に第１のボンディング電極と第２のボンディング電極を備える第３の発光半導体素子が更に備えられ、該第３の発光半導体素子において、前記第１のボンディング電極と前記第２のボンディング電極とは前記第３の発光半導体素子の中心点を中心とした点対称の位置に配置され、
前記パッケージには第３の電極が更に備えられ、前記第１の発光半導体素子は赤色系の光を発光する発光半導体素子であり、前記第２の発光半導体素子は緑色系の光を発光する発光半導体素子であり、前記第３の発光半導体素子は青色系の光を発光する発光半導体素子であり、
前記第３の発光半導体素子は前記コモン電極上にマウントされ、その第１のボンディング電極と前記コモン電極との間に第５のボンディングワイヤが懸架され、かつ前記第３の発光半導体素子の第２のボンディング電極と前記第３の電極との間に第６のボンディングワイヤが懸架される。

この第２の局面の発明は、第１の局面の発光装置において第３の発光半導体素子が備えられていることを規定するものであり、第３の発光半導体素子を備える場合においても第１の局面の発明と同一の作用効果を奏することができる。
１つのパッケージに赤色発光半導体素子、緑色発光半導体素子及び青色発光半導体素子の３つの発光半導体素子を備えれば、発光装置の発光色を任意に制御できる。

この発明の第３の局面は次の通り規定される。即ち、
上記第２の局面で規定される発光装置において、前記３つの発光半導体素子を平面視したとき、該各発光半導体素子の中心点の重心が前記パッケージの底面の中心点と一致する。
このように規定される第３の局面の発光装置によれば、３つの発光半導体素子を平面視したときの該各発光半導体素子の中心点の重心（以下、単に「重心」と略することがある）がパッケージの底面の中心点と一致する。発光装置の光軸中心はパッケージの底面の中心を通るので、この中心に３つの発光半導体素子の重心を一致させれば、発光装置から放出される光において各発光半導体素子からの光成分が均等にバランスされる。よって、発光装置から放出される光を任意の色に制御しやすくなる。

この発明の第４の局面は次の通り規定される。即ち、
上記第３の局面で規定される発光装置において、前記青色系の光を発光する第３の発光半導体素子が前記パッケージの中心点に配置される。
赤色系、緑色系及び青色系のなかで青色系の光がパッケージの側壁に対して最もダメージを与えやすい。この光を放出する第３の発光半導体素子をパッケージの中心に配置することにより、この第３の発光半導体素子とパッケージ側壁と間の距離が最も長くなるので、パッケージの寿命が長くなる。よって、発光半導体素子の耐久性が向上する。

この発明の第５の局面は次の通り規定される。即ち、
上記第４の局面で規定される発光装置において、前記パッケージの底面は矩形であり、その３つの角部に前記第１の電極、第２の電極及び第３の電極が形成され、該３つの電極が形成する仮想三角形の底辺上に前記青色系の光を発光する第３の発光半導体素子が配置される。

このように規定される発光装置によれば、仮想三角形の底辺を構成する２つの電極の一方へ第３の発光半導体素子の第２のボンディング電極からワイヤが懸架され、仮想三角形の外に配置される発光半導体素子の第２のボンディング電極から仮想三角形の底辺を構成する２つの電極の他方へワイヤが懸架される。これら二つのワイヤは仮想三角形の底辺とほぼ並行に配置することができる。また、仮想三角形内に配置される発光半導体素子の第２のボンディング電極から仮想三角形の頂点に配置される電極へワイヤが懸架される。このワイヤは仮想三角形の底辺へ垂直に配置することができる。よって、３つのワイヤが交差することが確実に防止される。

以下、この発明の実施の形態につき図例を参照しながら説明をする。
図１は実施例の発光装置１の平面図であり、図２は第１図におけるII−II線断面図である。
実施例の発光装置１はパッケージ１０と第１〜第３の発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを備えている。
パッケージ１０は基板部分１１と反射壁１２とを備える。基板部分１１は合成樹脂若しくはアルミナ等の無機材料からなり、その表面にコモン電極１３及び第１〜第３の電極１４，１５，１６が形成されている。各電極１３〜１６は基板部分１１の上面から下面まで延在しており、配線基板５の配線パターンへ電気的に接続される。

パッケージ１０における発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂがマウントされた面である底面１７は矩形であり、当該底面１７において基板部分１１が表出している。この矩形な底面１７において第１〜第３の電極１４，１５，１６は角部に配設されている。コモン電極１３は少なくとも発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂがマウントされる位置に配置され、更に各発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂからのボンディングワイヤを受ける領域があればよい。
反射壁１２は、高反射率を確保する見地から、白色系の樹脂材料でリング状に形成されている。リングの内周面はテーパ面とされてこの面が反射面１８となる。反射面へ銀層などをメッキすることもできる。この反射壁１２は基板部分１１へ接着材で固定される。基板部分１１と反射壁１２とを一体成形することも可能である。この場合、基板部分の上面に電極１１〜１４を形成し、下面までビアホールを介して接続する。

上記パッケージ１０にマウントされる青色発光半導体素子２１Ｂの例を図３に示す。この青色発光半導体素子２１Ｂは、ｎ電極２３Ｂ（カソード）とｐ電極２５Ｂ（アノード）をともに上面に備えるフェイスアップタイプである。ｎ電極２３Ｂは矩形に形成されており、その上面へワイヤをボンディング可能である。即ち、ｎ電極２３Ｂそのものがｎボンディング電極となる。ｐ電極２５Ｂは素子表面の大部分を占めており、発光層からの光を透過させるためにＩＴＯやＺｎＯなどの透明電極で形成されている。符号２７Ｂはｐ電極２５Ｂ上に形成されるｐボンディング電極であり、円形に形成されている。これは、ワイヤボンディング作業時に、矩形のｎボンディング電極２３Ｂとｐボンディング電極２７Ｂとの識別を容易にするためである。
また、このｎボンディング電極２３Ｂとｐボンディング電極２７Ｂとは、発光半導体素子２１Ｂの平面視中心点Ｃにおいて点対称の位置にある。

かかる青色発光半導体素子２１はIII族窒化物系化合物半導体により形成することができる。ここに、III族窒化物系化合物半導体とは、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。Ａｌを含むものはこのうち、ＡｌＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ及びＡｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族窒化物系化合物半導体及びＧａＮにおいて、III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
また、III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体層はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法により形成される。素子を構成する全ての半導体層を当該ＭＯＣＶＤ法で形成する必要はなく、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等を併用することが可能である。
発光半導体素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用することもできる。

この実施例では、赤色系の光を放出する赤色発光半導体素子２１Ｒ及び緑色系の光を放出する緑色発光半導体素子２１Ｇもその上面における電極（特にｐボンディング電極とｎボンディング電極）の構成は青色発光半導体素子２１Ｂと同じとした。勿論、それぞれの発光半導体素子の特性に応じて電極を任意に設計することができるものとするが、ｐボンディング電極とｎボンディング電極とは発光半導体素子上面の中心点Ｃからみて点対称に配置されているものとする。これにより、中心点Ｃを中心にして発光半導体素子を１８０度回転させても、一つのボンディング電極の位置は維持される。即ち、ワイヤをボンディングする位置は何ら変わらず維持される。
図３の例では、発光半導体素子の発光面（上面）において一対の対向する辺のほぼ中央に一対のボンディング電極を配置させているが、その対向する角部に一対のボンディング電極を配置させてもよい。

図４（Ａ）は発光装置をアノードコモン（アノード共通化タイプ）とするときの発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの配置を示す。図４（Ｂ）はその回路図である。
図４において、青色発光半導体素子２１Ｂをパッケージ１０の底面の中心点に配置し、その両脇へ同じ間隔を隔てて赤色発光半導体素子２１Ｒと緑色発光半導体素子２１Ｇを配置し、平面視したとき、３つの発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの各中心点が仮想直線上に並ぶようにする。これにより、３つの発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの中心点の重心（より詳しくは、３つの発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの中心点を頂点とする仮想三角形の重心）は青色発光半導体素子２１Ｂの中心点と一致し、この青色発光半導体素子２１Ｂの中心点はパッケージ１０の底面の中心点と一致する。これにより、発光装置１から放出される光において各発光半導体素子からの光成分が均等にバランスされる。よって、発光装置から放出される光を任意の色に制御しやすくなる。

この実施例では、第１〜第３の電極１４，１５，１６によって形成される仮想三角形の底辺の中央に青色発光半導体素子２１Ｂが配置される。そして、仮想三角形の外側に緑色発光半導体素子２１Ｇが配置され、仮想三角形の内側に赤色発光半導体素子２１Ｒが配置される。このように発光半導体素子を配置することにより、青色発光半導体素子２１Ｂのｎボンディング電極２３Ｂから第３の電極１６へ第６のボンディングワイヤ４６が懸架され、緑色発光半導体素子２１Ｇのｎボンディング電極２３Ｇから第２の電極１５へ第４のボンディングワイヤ４４が懸架されている。この第４のボンディングワイヤ４４と第６のボンディングワイヤ４６は仮想三角形の底辺と平行になる。また、赤色発光半導体素子２１Ｒのｎボンディング電極２３Ｒから第１の電極１４へ第３のボンディングワイヤ４３が懸架されている。この第３のボンディングワイヤ４３は第４及び第６のボンディングワイヤ４４，４６に対してほぼ垂直に配置される。

このように、相互に独立した第１〜第３の電極１４，１５，１６に対する各発光半導体素子からのボンディングワイヤの配置のパターンを平行ないし垂直とすることにより、ボンディングワイヤの交差が避けられるとともにその付設作業が容易になる。なお、各発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂからコモン電極１３に対するワイヤボンディング４１，４２，４５の配置は自由度が大きい。

図５は各発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂをコモン電極１３上の同じ位置で１８０度回転させた状態を示す。各発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにおいてｐボンディング電極とｎボンディング電極が入れ替わるが、ボンディング電極としての位置は維持される。従って、ワイヤボンディング４１〜４６のパターンは図４と何ら変わるところがない。

以上より、この発明の発光装置１によれば、パッケージ１０を用いて３つの発光半導体素子のカソードを共通化することもアノードを共通化することもできる。いずれのタイプを採用するときも同じ発光半導体素子を用いることができる。また、いずれのタイプにおいてもボンディングワイヤのパターンが同じであるので、製造工程の共通化が達成される。

また、この実施例では青色発光半導体素子２１Ｂをパッケージ１０の中心点に配置させている（図６参照）。青色発光半導体素子２１Ｂから放出される光は他の発光半導体素子２１Ｒ，２１Ｇに比べてエネルギーが大きい。従って、パッケージ１０の反射壁１２と青色発光半導体素子２１Ｂとの距離を遠くすることにより、反射壁１２の劣化を予防することができる。よって、発光装置の寿命が延びる。

上記では、３つの発光半導体素子をマウントする発光装置の例を示したが、この発明において発光半導体素子の数が３つに限定されるものではない。例えば、２つの発光半導体素子を用いるときは、図４，５の例において、中央の素子と第３の電極１６を省略する。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

図１はこの発明の実施例の発光装置の平面図である。図２は図１におけるII−II線断面図である。図３は青色発光半導体素子の電極構造を示す平面図である。図４（Ａ）はアノード共通タイプとして使用するときの構成を示す模式図、図４（Ｂ）はその回路図である。図５（Ａ）はカソード共通タイプとして使用するときの構成を示す模式図、図５（Ｂ）はその回路である。図６は青色発光半導体素子の配置関係を示し、図６（Ａ）は実施例の配置関係であり、図６（Ｂ）は比較例の配置関係を示す。

符号の説明

１発光装置
１０パッケージ
１３コモン電極
１４第１の電極
１５第２の電極
１６第３の電極
２１Ｒ赤色発光半導体素子
２１Ｇ緑色発光半導体素子
２１Ｂ青色発光半導体素子
２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂｎボンディング電極
２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂｐボンディング電極
４１〜４６ボンディングワイヤ

Claims

上面に第１のボンディング電極と第２のボンディング電極を備える第１の発光半導体素子及び第２の発光半導体素子と、
前記第１及び第２の発光半導体素子をマウントするパッケージであって、前記第１及び第２の発光半導体素子の第１のボンディング電極へ共通に接続されるコモン電極、前記第１の発光半導体素子の第２のボンディング電極へ接続される第１の電極、及び前記第２の発光半導体素子の第２のボンディング電極へ接続される第２の電極を備えるパッケージと、を備え、
前記第１の発光半導体素子と前記第２の発光半導体素子において前記第１のボンディング電極と前記第２のボンディング電極とは前記各発光半導体素子の中心点を中心とした点対称の位置に配置され、
前記第１及び第２の発光半導体素子は前記コモン電極上にマウントされ、前記第１の発光半導体素子の第１のボンディング電極と前記コモン電極との間に第１のボンディングワイヤが懸架され、前記第２の発光半導体素子の第１のボンディング電極と前記コモン電極との間に第２のボンディングワイヤが懸架され、前記第１の発光半導体素子の第２のボンディング電極と前記第１の電極との間に第３のボンディングワイヤが懸架され、前記第２の発光半導体素子の第２のボンディング電極と前記第２の電極との間に第４のボンディングワイヤが懸架され、
前記第１の発光半導体素子は赤色系の光を発光する発光半導体素子であり、
上面に第１のボンディング電極と第２のボンディング電極を備える第３の発光半導体素子が更に備えられ、該第３の発光半導体素子において、前記第１のボンディング電極と前記第２のボンディング電極とは前記第３の発光半導体素子の中心点を中心とした点対称の位置に配置され、
前記パッケージには第３の電極が更に備えられ、前記第２の発光半導体素子は緑色系の光を発光する発光半導体素子であり、前記第３の発光半導体素子は青色系の光を発光する発光半導体素子であり、
前記第３の発光半導体素子は前記コモン電極上にマウントされ、その第１のボンディング電極と前記コモン電極との間に第５のボンディングワイヤが懸架され、かつ前記第３の発光半導体素子の第２のボンディング電極と前記第３の電極との間に第６のボンディングワイヤが懸架され、
前記３つの発光半導体素子を平面視したとき、該各発光半導体素子の中心点の重心が前記パッケージにおける前記各発光半導体素子がマウントされた面の中心点と一致し、
前記青色系の光を発光する第３の発光半導体素子が前記パッケージの中心点に配置される発光装置。
前記パッケージにおける前記各発光半導体素子がマウントされた面は矩形であり、その３つの角部に前記第１の電極、第２の電極及び第３の電極が形成され、該３つの電極の中心を結んだ仮想三角形の底辺上に前記青色系の光を発光する第３の発光半導体素子が配置され、該仮想三角形の外側に前記第２の発光半導体素子または前記第３の発光半導体素子が配置され、該仮想三角形の内側に前記第１〜第３の発光半導体素子の内の残りの発光半導体素子が配置される、請求項１に記載の発光装置。