特開 2022-168626 発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022168626

(43)【公開日】2022-11-08

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0239 20210101AFI20221031BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20221031BHJP

   H01S 5/02345 20210101ALI20221031BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0239

H01S5/022

H01S5/02345

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021074221

(22)【出願日】2021-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】内村 仁

(72)【発明者】

【氏名】秋山 貴

(72)【発明者】

【氏名】原 博昭

(72)【発明者】

【氏名】相原 健志

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173MB02

5F173MC01

5F173MC12

5F173MD43

5F173MD44

5F173MD59

5F173MD65

5F173MD84

5F173ME04

5F173ME22

(57)【要約】

【課題】駆動装置と発光素子とが一体化され且つ小型化が可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１は、離隔して配置される金属製の第１電極１１及び第２電極１２と、表面に配置されるアノード、及び裏面に配置されるカソードを有し、アノードとカソードとの間に電流が供給されることに応じて発光する発光素子１６と、第１電極１１及びアノードに接続される第１端子３１、カソードに接続される第２端子３２、第２電極１２に接続された第３端子３３及び第４端子３４、第２端子３２と第３端子３３及び第４端子３４との間に流れる駆動電流をオンオフするスイッチング素子５２、並びに駆動電流を制御する複数の電流制御素子５１を有し、第２電極１２に実装された半導体装置１５とを有し、第２端子３２は、半導体装置１５の表面に配置され、電流制御素子５１の少なくとも一部は、半導体装置１５を平面視したときに、第２端子３２に重畳するように配置される。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

離隔して配置される金属製の第１電極及び第２電極と、
表面に配置されるアノード、及び裏面に配置されるカソードを有し、前記アノードと前記カソードとの間に電流が供給されることに応じて発光する発光素子と、
前記第１電極及び前記アノードに接続される第１端子、前記カソードに接続される第２端子、前記第２電極に接続された第３端子及び第４端子、前記第２端子と前記第３端子及び前記第４端子との間に流れる駆動電流をオンオフするスイッチング素子、並びに前記駆動電流を制御する複数の電流制御素子を有する半導体装置と、を有し、
前記第２端子は、前記半導体装置の表面に配置され、
前記複数の電流制御素子のそれぞれの少なくとも一部は、前記半導体装置を平面視したときに、前記第２端子に重畳するように配置される、ことを特徴とする発光装置。

【請求項2】

前記複数の電流制御素子のそれぞれは、前記半導体装置を平面視したときに、全体に亘って前記第２端子に重畳するように配置される、請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記複数の電流制御素子のそれぞれが前記第２端子に重畳する面積は、同一である、請求項２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記半導体装置は、前記第２電極に実装され、
前記第２電極、前記半導体装置及び前記発光素子は、重畳して配置される、請求項１～３の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項5】

前記第２端子は、矩形の平面形状を有し、
前記複数の電流制御素子は、前記第２端子の一対の辺に平行に延伸し且つ前記第２端子の中心を通る直線を軸として線対称になるように配置される、請求項１～４の何れか一項に記載の発光装置。

【請求項6】

前記複数の電流制御素子の一端は前記第２端子に接続され、前記複数の電流制御素子の他端は前記スイッチング素子の一端に接続され、前記スイッチング素子の他端は前記第３端子及び前記第４端子に接続される、請求項５に記載の発光装置。

【請求項7】

前記スイッチング素子は、前記複数の電流制御素子の外側に配置される、請求項６に記載の発光装置。

【請求項8】

前記半導体装置は、前記軸に直交する方向に延伸する第１辺及び第４辺、並びに前記軸に平行に延伸する第２辺及び第３辺を有する矩形の平面形状を有し、
前記第３端子及び前記第４端子は、前記第２辺及び前記第３辺に平行に延伸する矩形状の平面形状を有し、前記第２辺及び前記第３辺の近傍に配置される、請求項７に記載の発光装置。

【請求項9】

前記複数の電流制御素子は、前記軸と前記第２辺との間に配置される第１電流素子群と、前記軸と前記第３辺との間に配置される第２電流素子群とに分割して配置される、請求項８に記載の発光装置。

【請求項10】

前記第１端子は、前記第１辺に平行に延伸する辺を有する矩形の平面形状を有し、前記第１辺に近接して配置される、請求項８又は９に記載の発光装置。

【請求項11】

前記第１辺に沿って配列され、前記第１電極と前記第１端子とを電気的に接続する複数の第１ボンディングワイヤと、
前記第１辺に沿って配列され、前記第１端子と前記アノードとを電気的に接続する複数の第２ボンディングワイヤと、
前記第２辺に沿って配列され、前記第２電極と前記第３端子とを電気的に接続する複数の第３ボンディングワイヤと、
前記第３辺に沿って配列され、前記第２電極と前記第４端子とを電気的に接続する複数の第４ボンディングワイヤと、を更に有する、請求項１０に記載の発光装置。

【請求項12】

前記第２電極は、矩形の平面形状を有し、前記半導体装置が実装される基部、前記第２辺に近接する前記基部に一辺から突出する第１突出部、及び前記第３辺に近接する前記基部に一辺から突出する第２突出部を有し、
前記第３ボンディングワイヤは、前記第１突出部に接続され、
前記第４ボンディングワイヤは、前記第１突出部に接続される、請求項１１に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

垂直共振器面発光レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser、ＶＣＳＥＬ）において、動作特性及び温度特性を改善させる種々の技術が知られている。例えば、特許文献１には、ＶＣＳＥＬと、抵抗が正の温度特性を有し且つＶＣＳＥＬに直列接続される抵抗素子とを有する発光装置が記載される。特許文献１に記載される発光装置は、ＶＣＳＥＬに直列接続される抵抗素子がＶＣＳＥＬのインピーダンス特性の温度変化を補償することで、インピーダンス不整合による高周波ノイズの発生及び駆動信号の劣化を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－１０５２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載される発光装置は、発光装置と別体の駆動装置によって駆動されるため、発光素子に加えて駆動装置を内蔵したときに発光装置のサイズが大きくなる。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するものであり、駆動装置と発光素子とが一体化され且つ小型化が可能な発光装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る発光装置は、離隔して配置される金属製の第１電極及び第２電極と、表面に配置されるアノード、及び裏面に配置されるカソードを有し、アノードとカソードとの間に電流が供給されることに応じて発光する発光素子と、第１電極及びアノードに接続される第１端子、カソードに接続される第２端子、第２電極に接続された第３端子及び第４端子、第２端子と第３端子及び第４端子との間に流れる駆動電流をオンオフするスイッチング素子、並びに駆動電流を制御する複数の電流制御素子を有する半導体装置と、を有し、第２端子は、半導体装置の表面に配置され、複数の電流制御素子のそれぞれの少なくとも一部は、半導体装置を平面視したときに、第２端子に重畳するように配置される。

【0007】

さらに、本発明に係る発光装置では、複数の電流制御素子のそれぞれは、半導体装置を平面視したときに、全体に亘って第２端子に重畳するように配置されることが好ましい。

【0008】

さらに、本発明に係る発光装置では、複数の電流制御素子のそれぞれが前記第２端子に重畳する面積は、同一であることが好ましい。

【0009】

さらに、本発明に係る発光装置では、半導体装置は、第２電極に実装され、第２電極、半導体装置及び発光素子は、重畳して配置されることが好ましい。

【0010】

さらに、本発明に係る発光装置では、第２端子は、矩形の平面形状を有し、複数の電流制御素子は、第２端子の一対の辺に平行に延伸し且つ第２端子の中心を通る直線を軸として線対称になるように配置されることが好ましい。

【0011】

さらに、本発明に係る発光装置では、複数の電流制御素子の一端は第２端子に接続され、複数の電流制御素子の他端はスイッチング素子の一端に接続され、スイッチング素子の他端は第３端子及び第４端子に接続されることが好ましい。

【0012】

さらに、本発明に係る発光装置では、スイッチング素子は、複数の電流制御素子の外側に配置されることが好ましい。

【0013】

さらに、本発明に係る発光装置では、半導体装置は、軸に直交する方向に延伸する第１辺及び第４辺、並びに軸に平行に延伸する第２辺及び第３辺を有する矩形の平面形状を有し、第３端子及び第４端子は、第２辺及び第３辺に平行に延伸する矩形状の平面形状を有し、第２辺及び第３辺の近傍に配置されることが好ましい。

【0014】

さらに、本発明に係る発光装置では、複数の電流制御素子は、軸と第２辺との間に配置される第１電流素子群と、軸と第３辺との間に配置される第２電流素子群とに分割して配置されることが好ましい。

【0015】

さらに、本発明に係る発光装置では、第１端子は、第１辺に平行に延伸する辺を有する矩形の平面形状を有し、第１辺に近接して配置されることが好ましい。

【0016】

さらに、本発明に係る発光装置は、第１辺に沿って配列され、第１電極と第１端子とを電気的に接続する複数の第１ボンディングワイヤと、第１辺に沿って配列され、第１端子とアノードとを電気的に接続する複数の第２ボンディングワイヤと、第２辺に沿って配列され、第２電極と第３端子とを電気的に接続する複数の第３ボンディングワイヤと、第３辺に沿って配列され、第２電極と第４端子とを電気的に接続する複数の第４ボンディングワイヤと、を更に有することが好ましい。

【0017】

さらに、本発明に係る発光装置では、第２電極は、矩形の平面形状を有し、半導体装置が実装される基部、第２辺に近接する基部に一辺から突出する第１突出部、及び第３辺に近接する基部に一辺から突出する第２突出部を有し、第３ボンディングワイヤは、第１突出部に接続され、第４ボンディングワイヤは、第１突出部に接続されることが好ましい。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る発光装置は、駆動装置と発光素子とが一体化されると共に、小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態に係る発光装置の斜視図である。

【図2】光学素子を除く図１に示す発光装置の斜視図である。

【図3】光学素子及びフレームを除く図１に示す発光装置の斜視図である。

【図4】図１に示すＡ－Ａ線に沿う発光装置の断面図である。

【図5】図１に示すフレームの斜視図である。

【図6】図１に示す発光装置の回路図である。

【図7】図２に示す半導体装置の基板上に配置される素子の配置を示す図である。

【図8】図１に示す発光装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図9】図８に示す電極準備工程に対応する平面図である。

【図10】図８に示す半導体装置実装工程に対応する平面図である。

【図11】図８に示す第１ワイヤボンディング工程に対応する平面図である。

【図12】図８に示すフレーム形成工程に対応する平面図である。

【図13】図８に示す発光素子実装工程に対応する平面図である。

【図14】図８に示す第２ワイヤボンディング工程に対応する平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して、本発明に係る発光装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0021】

図１は実施形態に係る発光装置の斜視図であり、図２は光学素子を除く図１に示す発光装置の斜視図であり、図３は光学素子及びフレームを除く図１に示す発光装置の斜視図であり、図４は図１に示すＡ－Ａ線に沿う発光装置の断面図である。

【0022】

発光装置１は、第１電極１１と、第２電極１２と、９個の監視制御電極１３と、一対のダミー電極１４と、半導体装置１５と、発光素子１６と、光学素子１７と、フレーム１８と、複数のボンディングワイヤ１９とを有するリードフレームパッケージである。発光装置１では、第２電極１２、半導体装置１５及び発光素子１６は、重畳して配置される。半導体装置１５は、矩形の平面形状を有し、第１辺２１、第２辺２２、第３辺２３及び第４辺２４を有する。ボンディングワイヤ１９は、第１ボンディングワイヤ１９ａ、第２ボンディングワイヤ１９ｂ、第３ボンディングワイヤ１９ｃ、第４ボンディングワイヤ１９ｄ、第５ボンディングワイヤ１９ｅ及び第６ボンディングワイヤ１９ｆの総称である。ボンディングワイヤ１９は、金等の金属により形成される線状の接続部材である。

【0023】

第１電極１１、第２電極１２、９個の監視制御電極１３及び一対のダミー電極１４のそれぞれは、アルミニウム及び銅等の放熱性が高い導電性部材で形成され、互いに離隔して配置される。第１電極１１は、長手方向が延伸する略矩形状の平面形状を有し、矩形の平面形状を有する半導体装置１５の第１辺２１の延伸方向に平行に長手方向が延伸するように配置される。第１電極１１は、第１辺２１の延伸方向に沿って配置される複数の第１ボンディングワイヤ１９ａを介して半導体装置１５の表面に配置される第１端子３１を介して発光素子１６のアノードに電気的に接続される。

【0024】

第２電極１２は、半導体装置１５が実装され、半導体装置１５の第２辺２２、第３辺２３及び第４辺のそれぞれに近接して配置される第１突出部１２ａ、第２突出部１２ｂ及び第３突出部１２ｃを有する。第２電極１２は、一端が第１突出部１２ａ、第２突出部１２ｂ及び第３突出部１２ｃに接続される複数の第３ボンディングワイヤ１９ｃ、第４ボンディングワイヤ１９ｄ及び第５ボンディングワイヤ１９ｅのそれぞれを介して半導体装置１５に電気的に接続される。第２電極１２は、金属を含有する樹脂材等の熱伝導率が高い接着部材を介して半導体装置１５に熱的に接続される。

【0025】

９個の監視制御電極１３のうち、５個の監視制御電極１３は、第１突出部１２ａと第３突出部１２ｃとの間に半導体装置１５の第２辺２２及び第４辺２４に沿うように配置される。９個の監視制御電極１３の他の４個の監視制御電極１３は、第２突出部１２ｂと第３突出部１２ｃとの間に半導体装置１５の第３辺２３及び第４辺２４に沿うように配置される。９個の監視制御電極１３のそれぞれは、第６ボンディングワイヤ１９ｆを介して半導体装置１５に電気的に接続される。

【0026】

一対のダミー電極１４は、第１電極１１の長手方向の両端のそれぞれに第１電極１１から離隔して配置される。なお、第１電極１１、第２電極１２、９個の監視制御電極１３及び一対のダミー電極１４は、絶縁性の材料で支持されている基板であってもよい。

【0027】

半導体装置１５は、第１端子３１と、第２端子３２と、第３端子３３と、第４端子３４と、第５端子３５と、９個の監視制御端子３６とを有し、発光素子１６のアノードとカソードとの間に駆動電流を監視制御する。

【0028】

第１端子３１は、矩形の平面形状を有し、第１電極１１に対向する第１辺２１に沿って半導体装置１５の表面に配置される。第１端子３１の第１電極１１に対向する第１辺２１に沿う辺の長さは、発光素子１６の第１電極１１に対向する第１辺２１に沿う辺よりも長い方が好ましい。発光素子１６の少なくとも１つの辺のほぼ全てに配置されるアノード端子からのワイヤの数を最大とすることができ、配線抵抗による電圧降下が抑制される。また、第１端子３１の第１電極１１に対向する第１辺２１に直交する辺の長さは、発光素子１６の第１電極１１に対向する第１辺２１に沿う辺よりも短い方が好ましい。経路が短くなるので、配線抵抗による電圧降下が抑制される。なお、第１端子３１の第１電極１１に対向する第１辺２１に直交する辺の長さは、半導体装置１５及び発光素子１６のサイズに応じて決定され、第１電極１１に対向する第１辺２１に沿う辺よりも長くてもよく、同一であってもよい。第１端子３１の第１辺２１に近接する領域には、第１電極１１と第１端子３１との間を電気的に接続する複数の第１ボンディングワイヤ１９ａが第１辺２１の延伸方向に沿って配置される。第１端子３１の第１辺２１から離隔する領域には、第１電極１１と発光素子１６のアノードとの間を電気的に接続する複数の第２ボンディングワイヤ１９ｂが第１辺２１の延伸方向に沿って配置される。

【0029】

第２端子３２は、矩形の平面形状を有し、半導体装置１５の表面の中央に配置される。第２端子３２には、発光素子１６が実装され、第２端子３２と発光素子１６のカソードとの間が電気的に接続される。

【0030】

第３端子３３及び第４端子３４のそれぞれは、第１辺２１に直交する第２辺２２及び第３辺２３に長手方向が延伸する矩形状の平面形状を有し、第２辺２２及び第３辺２３のそれぞれに沿って半導体装置１５の表面に配置される。第３端子３３には、第１突出部１２ａと第３端子３３との間を電気的に接続する複数の第３ボンディングワイヤ１９ｃが第２辺２２の延伸方向に沿って配置される。第４端子３４には、第２突出部１２ｂと第４端子３４との間を電気的に接続する複数の第４ボンディングワイヤ１９ｄが第３辺２３の延伸方向に沿って配置される。

【0031】

第５端子３５は、円形の平面形状を有し、第４辺２４の中央部の近傍に配置される。第５端子３５には、第３突出部１２ｃと第５端子３５との間を電気的に接続する第５ボンディングワイヤ１９ｅが配置される。

【0032】

９個の監視制御端子３６のそれぞれは、円形の平面形状を有し、第２辺２２、第３辺２３及び第４辺の近傍に配置される。９個の監視制御端子３６のそれぞれには、９個の監視制御電極１３との間を電気的に接続する第６ボンディングワイヤ１９ｆが配置される。

【0033】

半導体装置１５は、複雑な回路構成が可能な片面の配線板とも言え、配線設計の自由度が高い。なお、配線設計の自由度が高いとは、配線の幅が１μｍ以上、５μｍ以上、又は１０μｍ以上であり、５０μｍ以下、１００μｍ以下、又は２００μｍよりも狭くてよく、配線のピッチが１μｍ以上、５μｍ以上、又は１０μｍ以上であり、５０μｍ以下、１００μｍ以下、又は２００μｍよりも狭く構成された配線があることである。また、例えば、半導体装置１５の各辺の好適な位置に、第１端子３１、第２端子３２、第３端子３３、第４端子３４、第５端子３５、９個の監視制御端子３６を容易に配置できる。このとき、ワイヤ長が最短となるように、それぞれの端子の近傍に、第１電極１１、第２電極１２、監視制御電極１３、ダミー電極１４を配置することも容易であり、各端子と各電極のワイヤ長を最短にできるから、ボンディングワイヤ１９が断線するリスクが低くなる。また、各電極の配置が容易であるから、配線設計の自由度が低いリードフレームを使用できる。なお、配線設計の自由度が低いとは、例えば、配線の幅が２００μｍ以上、又は３００μｍ以上であり、配線のピッチが２００μｍ以上である。リードフレームは、例えば、銅などの金属材料で構成されてもよく、単一や単層の金属材料で構成されてもよく、また、表層には、全周に渡って、金及び銀などのメッキが形成されてもよい。

【0034】

発光素子１６は、ＶＣＳＥＬとも称され、レーザ光を出射する複数のエミッタが表面に等間隔にアレイ状に配置される。発光素子１６は、例えば３６４（２６×１４）個のエミッタを有し、３６４個のエミッタは、０．０３８５ｍｍのピッチで配列される。発光素子１６は、表面に配置されるアノードと、裏面に配置されるカソードとを有し、アノードとカソードとの間に電流が供給されることに応じて発光する。発光素子１６は、高い光出力を有する一方、発光に伴い放射される発熱量が大きい。

【0035】

光学素子１７は、例えばポリアリレート樹脂等の熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、及びエポキシ樹脂等の紫外線硬化樹脂で形成された光透過性部材により構成されている。光学素子１７の表面及び裏面の少なくとも一方には、発光素子１６から出射された光ビームを、所定の形状（例えば、矩形）の照射領域内を均等に照らすように成形するためのシボ加工等がなされている。光学素子１７は、発光装置１の発光効率が低下しないように、発光素子１６から出射された光ビームの少なくとも９０％以上、好ましくは９５％以上が、照射領域の照明に寄与するように構成されている。なお、光学素子１７は、他のビーム成形するための光学素子であっても、単なる平板であっても良い。

【0036】

図５は、フレーム１８の斜視図である。

【0037】

フレーム１８は、黒色の樹脂製の部材であり、第１壁部４１と、第２壁部４２と、第３壁部４３と、第４壁部４４と、支持面４５と、第１凸部４６と、第２凸部４７とを有する。フレーム１８は、第１電極１１及び第２電極１２の表面、及び第１端子３１の一部、及び第３端子３３及び第４端子３４を覆うように配置される。なお、第１電極１１、第２電極１２、監視制御電極１３及びダミー電極１４の底面は、フレーム１８に覆われない。フレーム１８の底面は、第１電極１１、第２電極１２、監視制御電極１３及びダミー電極１４の底面と同一面を形成する。第１電極１１、第２電極１２、監視制御電極１３及びダミー電極１４の底面は、例えば、不図示のヒートシンクに面接触可能であるから、大きな放熱経路を有すると言える。

【0038】

第１壁部４１、第２壁部４２、第３壁部４３及び第４壁部４４のそれぞれは、半導体装置１５の第１辺２１、第２辺２２、第３辺２３及び第４辺２４のそれぞれに平行に延伸する。支持面４５は、第１壁部４１、第２壁部４２、第３壁部４３及び第４壁部４４に囲まれ、且つ発光素子１６が視認可能な矩形の開口部４８が中央に形成される。

【0039】

第１凸部４６は、第２壁部４２に対向する第３壁部４３の方向に突出するように、第２壁部４２の内壁の中央部に配置される。第２凸部４７は、第３壁部４３に対向する第２壁部４２の方向に突出するように、第３壁部４３の内壁の中央部に配置される。第１凸部４６及び第２凸部４７のそれぞれは、光学素子１７の端部に対向するように配置される。

【0040】

図６は、発光装置１の回路図である。

【0041】

半導体装置１５は、電流制御素子５１と、スイッチング素子５２と、静電保護素子５３と、キャパシタ５４と、監視制御回路５５とを更に有する。半導体装置１５は、発光素子１６に直列接続される電流制御素子５１及びスイッチング素子５２を制御すると共に、監視制御回路５５が発光素子１６に流れる電流等を監視することで、発光素子１６の発光を監視制御する。

【0042】

電流制御素子５１及びスイッチング素子５２は、ｎ型の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor、ＭＯＳＦＥＴ）である。電流制御素子５１及びスイッチング素子５２は、発光素子１６を介して第２端子３２と第３端子３３及び第４端子３４に流れる駆動電流を制御する駆動素子である。

【0043】

電流制御素子５１のゲートは、監視制御端子３６の１つを介して監視制御電極１３の１つに接続される。電流制御素子５１のソースはスイッチング素子５２のドレインに接続され、電流制御素子５１のドレインは第２端子３２を介して発光素子１６のカソードに接続される。スイッチング素子５２のゲートは監視制御回路５５に接続され、スイッチング素子５２のソースは第３端子３３及び第４端子３４を介して第２電極に接続される。

【0044】

電流制御素子５１は、監視制御電極１３に印加される電流設定信号に基づいて、発光素子１６のアノードとカソードとの間及び電流制御素子５１のソースとドレインとの間に流れる駆動電流の電流量を制御する。

【0045】

スイッチング素子５２は、監視制御回路５５によって生成される周期信号に基づいてオンオフすることで、発光素子１６のアノードとカソードとの間及びスイッチング素子５２のソースとドレインとの間に流れる駆動電流を所定の周期でオンオフする。

【0046】

静電保護素子５３は、監視制御電極１３と電流制御素子５１との間に配置される。静電保護素子５３は、例えば抵抗素子であり、電流制御素子５１のゲート酸化膜を静電気から保護する。

【0047】

キャパシタ５４は、半導体装置１５の基板上に絶縁層を介して配置される一対の金属配線層により形成され、一端が電流制御素子５１に接続され、他端が第３端子３３を介して第２電極１２に接続される。

【0048】

監視制御回路５５は、電流駆動回路５６と、温度監視回路５７と、電流監視回路５８と、光量監視回路５９とを有する。電流駆動回路５６は、監視制御端子３６を介して監視制御電極１３から入力される信号に基づいて周期信号を生成し、生成した周期信号をスイッチング素子５２のゲートに印加する。監視制御回路５５は、監視制御端子３６から電源電圧が供給されると共に、第５端子３５を介して第２電極１２に接続されることで、接地される。

【0049】

温度監視回路５７は、サーミスタを有し、半導体装置１５の表面に配置される発光素子１６の温度を測定し、サーミスタによって測定される温度が所定のしきい値温度を越えたとき、警報信号を監視制御端子３６を介して監視制御電極１３から出力する。電流監視回路５８は、駆動電流を検出し、検出される駆動電流がしきい値電流を越えたとき、警報信号を監視制御端子３６を介して監視制御電極１３から出力する。光量監視回路５９は、発光素子１６から出射される光の光量を示す光量信号が不図示の光電変換素子から入力され、入力される光量信号に対応する光量が所定の光量範囲を外れたとき、警報信号を監視制御端子３６を介して監視制御電極１３から出力する。なお、監視制御回路５５は、電流駆動回路５６、温度監視回路５７、電流監視回路５８及び光量監視回路５９を有するが、実施形態に係る発光装置では、監視制御回路５５は、電流駆動回路５６と、温度監視回路５７、電流監視回路５８及び光量監視回路５９を有していなくてもよい。また、実施形態に係る発光装置では、監視制御回路５５は、電流駆動回路５６と、温度監視回路５７、電流監視回路５８及び光量監視回路５９の少なくとも１つを有してもよい。

【0050】

図７は、半導体装置１５の基板上に配置される素子の配置を示す図である。図７において、実線は基板５０上に配置される素子を示し、破線は半導体装置１５の表面に配置される端子を示す。

【0051】

半導体装置１５は、２８個の電流制御素子５１、２８個のスイッチング素子５２、２個の静電保護素子５３、２個のキャパシタ５４、回路ブロック５５ａ、温度監視回路５７及び電流監視回路５８を有する。

【0052】

２８個の電流制御素子５１は、１４個の電流制御素子５１をそれぞれが含む第１電流制御素子群５１ａと第２電流制御素子群５１ｂとに分割され、第２端子３２の一対の辺に平行に延伸し且つ第２端子３２の中心を通る直線を軸５１ｃとして線対称になるように配置される。第１電流制御素子群５１ａに含まれる電流制御素子５１は、軸５１ｃと半導体装置１５の第２辺２２の間に、一端が第２端子３２の一対の辺の一方の直下に位置するように配置される。第２電流制御素子群５１ｂに含まれる電流制御素子５１は軸５１ｃと半導体装置１５の第３辺２３の間に、一端が第２端子３２の一対の辺の他方の直下に位置するように配置される。

【0053】

電流制御素子５１は、半導体装置１５を平面視したときに、全体に亘って第２端子３２に重畳するように配置される。なお、電流制御素子５１のそれぞれは、半導体装置１５を平面視したときに、少なくとも一部が第２端子３２に重畳するように配置されてもよい。半導体装置１５を平面視したときに、電流制御素子５１のそれぞれの一部が第２端子３２に重畳するように配置されるとき、電流制御素子５１が第２端子３２に重畳する面積は互いに等しい。

【0054】

第１電流制御素子群５１ａ及び第２電流制御素子群５１ｂのそれぞれに含まれる電流制御素子５１は、半導体装置１５の第２辺２２及び第３辺２３の延伸方向と平行に配列される。第１電流制御素子群５１ａに含まれる電流制御素子５１と軸５１ｃとの間の距離は、第２電流制御素子群５１ｂに含まれる電流制御素子５１と軸５１ｃとの間の距離と同一である。

【0055】

電流制御素子５１は、並列接続される。第１電流制御素子群５１ａに含まれる電流制御素子５１のゲートは、静電保護素子５３及びキャパシタ５４を介して監視制御電極１３の１つに接続される。第１電流制御素子群５１ａに含まれる電流制御素子５１のソースは、隣接して配置されるスイッチング素子５２のドレインに接続される。第１電流制御素子群５１ａに含まれる電流制御素子５１のドレインは、第２端子３２に接続される。

【0056】

第２電流制御素子群５１ｂに含まれる電流制御素子５１のゲートは、静電保護素子５３及びキャパシタ５４を介して監視制御電極１３の１つに接続される。第２電流制御素子群５１ｂに含まれる電流制御素子５１のソースは、隣接して配置されるスイッチング素子５２のドレインに接続される。第２電流制御素子群５１ｂに含まれる電流制御素子５１のドレインは、第２端子３２に接続される。

【0057】

２８個のスイッチング素子５２は、１４個のスイッチング素子５２をそれぞれが含む第１スイッチング素子群５２ａと第２スイッチング素子群５２ｂとに分割され、軸５１ｃとして線対称になるように配置される。第１スイッチング素子群５２ａに含まれるスイッチング素子５２は、第１電流制御素子群５１ａと半導体装置１５の第２辺２２の間に配置される。第２スイッチング素子群５２ｂに含まれるスイッチング素子５２は、第２電流制御素子群５１ｂと半導体装置１５の第３辺２３の間に配置される。

【0058】

第１スイッチング素子群５２ａ及び第２スイッチング素子群５２ｂのそれぞれに含まれるスイッチング素子５２は、第１電流制御素子群５１ａ及び第２電流制御素子群５１ｂの外側に隣接して、第２辺２２及び第３辺２３の延伸方向と平行に配列される。第１スイッチング素子群５２ａに含まれるスイッチング素子５２と軸５１ｃとの間の距離は、第２スイッチング素子群５２ｂに含まれるスイッチング素子５２と軸５１ｃとの間の距離と等しい。

【0059】

２８個のスイッチング素子５２のそれぞれは、２８個の電流制御素子５１のそれぞれに直列接続される。第１スイッチング素子群５２ａに含まれるスイッチング素子５２は第３端子３３に並列接続され、第２スイッチング素子群５２ｂに含まれるスイッチング素子５２は第４端子３４に並列接続される。

【0060】

第１スイッチング素子群５２ａに含まれるスイッチング素子５２のゲートは、監視制御回路５５の電流駆動回路５６に接続される。第１スイッチング素子群５２ａに含まれるスイッチング素子５２のソースは、第３端子３３を介して第２電極１２に接続される。第１スイッチング素子群５２ａに含まれるスイッチング素子５２のドレインは、第１電流制御素子群５１ａに含まれる電流制御素子５１のソースに接続される。

【0061】

第２スイッチング素子群５２ｂに含まれるスイッチング素子５２のゲートは、監視制御回路５５の電流駆動回路５６に接続される。第２スイッチング素子群５２ｂに含まれるスイッチング素子５２のソースは、第４端子３４を介して第２電極１２に接続される。第２スイッチング素子群５２ｂに含まれるスイッチング素子５２のドレインは、第２電流制御素子群５１ｂに含まれる電流制御素子５１のソースに接続される。

【0062】

２個の静電保護素子５３は、第１電流制御素子群５１ａ及び第２電流制御素子群５１ｂのそれぞれに近接して配置され、第１電流制御素子群５１ａ及び第２電流制御素子群５１ｂに含まれる電流制御素子５１のゲートに接続される。

【0063】

２個のキャパシタ５４は、半導体装置１５の基板５０上に絶縁層を介して配置される一対の金属配線層により形成される。キャパシタ５４の一方は第２辺２２と第１電流制御素子群５１ａとの間に配置され、キャパシタ５４の他方は第３辺２３と第２電流制御素子群５１ｂとの間に配置される。

【0064】

回路ブロック５５ａは、電流駆動回路５６、温度監視回路５７、電流監視回路５８及び光量監視回路５９の一部又は全部を形成する論理回路を含む。回路ブロック５５ａは、コンパレータ、ローパスフィルタ及び抵抗素子等のアナログ素子と共に、バッファ素子、ＡＮＤ素子、ＯＲ素子、フリップフロップ素子及びカウンタ等のデジタル素子を含む。回路ブロック５５ａは、第４辺２４と第１電流制御素子群５１ａ及び第２電流制御素子群５１ｂとの間に配置される。

【0065】

図８は、発光装置１の製造方法を示すフローチャートである。図９は図８に示す電極準備工程に対応する平面図であり、図１０は図８に示す半導体装置実装工程に対応する平面図であり、図１１は図８に示す第１ワイヤボンディング工程に対応する平面図である。図１２は図８に示すフレーム形成工程に対応する平面図であり、図１３は図８に示す発光素子実装工程に対応する平面図であり、図１４は図８に示す第２ワイヤボンディング工程に対応する平面図である。図８～１４を参照して、単一の発光装置１が製造される製造方法が説明されるが、図８～１４を参照して説明される製造方法と同様な製造方法によって複数の発光装置１が製造されてもよい。

【0066】

まず、電極準備工程において、第１電極１１、第２電極１２、複数の監視制御電極１３及び一対のダミー電極１４のそれぞれは、互いに離隔する所定の位置に配置される（Ｓ１０１）。

【0067】

次いで、半導体装置実装工程において、半導体装置１５は、第２電極１２に実装される（Ｓ１０２）。半導体装置１５は、金属を含有する樹脂材等の熱伝導率が高い接着シート１５ａを介して第２電極１２の表面に接着することで、第２電極１２に実装される。

【0068】

次いで、第１ワイヤボンディング工程において、第１電極１１等の電極と第１端子３１等の端子の間がボンディングワイヤ１９によって電気的に接続される（Ｓ１０３）。第１電極１１は、複数の第１ボンディングワイヤ１９ａによって第１端子３１に接続される。第２電極１２は、複数の第３ボンディングワイヤ１９ｃ、複数の第４ボンディングワイヤ１９ｄ及び複数の第５ボンディングワイヤ１９ｅによって第３端子３３、第４端子３４及び第５端子３５に接続される。監視制御電極１３のそれぞれは、第６ボンディングワイヤ１９ｆによって監視制御端子３６のそれぞれに接続される。第１電極１１等の電極と第１端子３１等の端子の間がボンディングワイヤ１９によって電気的に接続されることで、外部装置に電気的に接続可能な電極と、半導体装置１５との間が電気的に接続される。

【0069】

次いで、フレーム形成工程において、フレーム１８は、第１電極１１及び第２電極１２の表面、及び第１端子３１の一部、及び第３端子３３及び第４端子３４を覆うように形成される（Ｓ１０４）。フレーム１８は、フレーム１８の形状に対応する形状を有する金型にフレーム１８の原材料を注入した後に、フレーム１８の原材料を加熱して固化することで、形成される。

【0070】

次いで、発光素子実装工程において、発光素子１６は、半導体装置１５の表面に配置される第２端子３２に実装される（Ｓ１０５）。発光素子１６は、金錫はんだ等の導電性の接着部材を介して第２端子３２の表面に接着することで、第２端子３２に実装される。発光素子１６は、第２電極１２及び半導体装置１５に重畳して配置される。

【0071】

次いで、第２ワイヤボンディング工程において、第１端子３１と発光素子１６のアノードの間が第２ボンディングワイヤ１９ｂによって電気的に接続される（Ｓ１０６）。フレーム１８によって、第１電極１１等の電極と第１端子３１等の端子の間のボンディングワイヤ１９は覆われているから、発光素子実装工程における外力から保護され、ボンディングワイヤ１９の断線リスクを低減できる。

【0072】

そして、光学素子実装工程において、光学素子１７は、フレーム１８の支持面４５に実装される（Ｓ１０７）ことで、発光装置１は製造される。光学素子１７は、シリコーン樹脂等の樹脂材料により形成される接着剤を介して支持面４５に接着することで、支持面４５に実装される。発光素子１６及び第１端子３１と発光素子１６のアノードの間を接続する第２ボンディングワイヤ１９ｂは、フレーム１８の凹部である開口部４８で囲まれているから、光学素子１７を実装するときの外力による破損のリスクは低い。

【0073】

発光装置１は、発光素子１６が発光素子を駆動する駆動装置である半導体装置１５に重畳するように配置されるので、半導体装置１５と発光素子１６とが一体化され且つ小型化が可能である。また、発光装置１は、発光素子１６が重畳して配置される半導体装置１５を接地する第２電極１２が半導体装置１５及び発光素子１６に重畳して配置されるので、更なる小型化が可能である。

【0074】

また、発光装置１では、発光中に発光素子１６から放射される熱は、半導体装置１５を介して、熱伝導率が高い材料で形成される第２電極１２に放熱されるので、発光装置１は、良好な放熱特性を有する。発光素子１６から放射される熱は、第２端子３２、金属配線層、電流制御素子５１及びシリコン基板を介して第２電極１２に放熱される。

【0075】

また、発光装置１では、第１電極１１と第１端子３１との間は、複数の第１ボンディングワイヤ１９ａによって接続される。例えば、第１端子３１に発光素子１６を実装するとき、半導体装置１５の第１辺２１からはみ出さないように、第１辺２１の上端から離隔した位置に配置されるので、離隔した距離だけボンディングワイヤ１９の長さが長くなる。また、発光素子１６と第１電極１１との間を接続するボンディングワイヤ１９は、半導体装置１５の第１辺の上端に触れないように第１辺の上端の発光素子１６から離れる方向へ離隔させるから、離隔した距離だけワイヤが長くなる。一方、発光装置１は、第１端子の第１辺２１の近傍に第１ボンディングワイヤ１９ａが配置できるから、発光装置１は、第１端子３１に発光素子１６を実装したときよりも、第１電極１１と第１端子３１との間の配線の抵抗による電圧降下が抑制される。例えば、発光素子１６から第１電極１１へのワイヤは半導体装置１５の第１辺の上端に触れないように第１辺の上端の発光素子１６から離れる方向へ離隔させるから、離隔した距離だけボンディングワイヤ１９の長さが長くなる。一方、発光装置１は、発光素子１６から発光素子の高さだけ低い位置にある第１端子３１に第２ボンディングワイヤ１９ｂを直接接続でき、面積の大きく配線抵抗が小さい第１端子３１を経由して、前述のワイヤ経路で第１電極１１に接続できるから、発光装置１は、発光素子１６と第１電極１１との間をボンディングワイヤ１９により接続したときよりも、第１電極１１とアノードとの間の配線抵抗による電圧降下が抑制される。また、発光装置１では、第２電極１２と第３端子３３及び第４端子３４のそれぞれとの間は、複数のボンディングワイヤ１９によって接続されるので、接地される第２電極１２と半導体装置１５との間の配線抵抗による電圧上昇が抑制される。

【0076】

また、発光装置１では、第１端子３１は第１電極１１に対向する第１辺２１に沿って配置され、第２端子３２は半導体装置１５の表面の中央に配置され、第３端子３３及び第４端子３４は第２辺２２及び第３辺２３に沿って配置される。発光装置１では、第１端子３１と、第２端子３２と、第３端子３３及び第４端子３４とを離隔して配置することで、第１端子３１、第２端子３２、第３端子３３及び第４端子３４の間に流れる駆動電流が干渉して、駆動電流にノイズが発生するおそれを低くすることができる。

【0077】

さらに、発光装置１は、監視制御回路５５に接続される複数の監視制御端子３６は、第４辺２４に沿って配置されるので、監視制御回路５５から入出力される信号に駆動電流が干渉してノイズが発生するおそれを低くすることができる。また、複数の監視制御端子３６のそれぞれに接続される監視制御電極１３は、第４辺に沿って配置されるので、監視制御回路５５から入出力される信号に駆動電流が干渉して、駆動電流にノイズが発生するおそれを更に低くすることができる。

【0078】

また、発光装置１では、第１電極１１及び第２電極１２の表面、第１端子３１の一部、並びに第３端子及び第４端子は、ワイヤボンディング工程の後に配置される樹脂製のフレーム１８によって覆われる。発光装置１は、枠材として機能するフレーム１８を配置する前にワイヤボンディング工程が実行されるので、ワイヤボンディング工程における離隔距離を確保することなく小型化が可能である。

【0079】

また、発光装置１は、第２電極１２及び半導体装置１５がフレーム１８によって固定されるので、第２電極１２と半導体装置１５との間の接着強度がフレーム１８によって補強され、半導体装置１５が第２電極１２から剥離することを防止できる。

【0080】

また、発光装置１では、光学素子１７は、第１壁部４１、第２壁部４２、第３壁部４３及び第４壁部４４に囲まれ且つ発光素子１６が視認可能な開口部４８が中央に形成される支持面４５によって支持される。発光装置１では、光学素子１７が支持面４５によって支持されるので、製造コストが高い光学素子１７の大きさを最小化できるので、発光装置１の製造コストを低減することができる。

【0081】

また、発光装置１では、フレーム１８は、光学素子１７を挟むように配置される一対の第１凸部４６及び第２凸部４７を有するので、発光装置１を製造するときに、光学素子１７の実位置を容易に決定することができる。

【0082】

また、発光装置１では、電流制御素子５１は、半導体装置１５を平面視したときに、全体に亘って第２端子３２に重畳するように配置されるので、発光素子１６から放射される熱が均等に印加される。発光装置１では、電流制御素子５１は、発光素子１６から放射される熱が均等に印加されるので、加熱されることにより電気特性が互いにばらつくおそれは低い。ＭＯＳＦＥＴにより形成される電流制御素子５１では、ゲート電圧が印加されることに応じてソース―ドレイン間に流れる駆動電流の電流量は、温度依存性が高く、電流制御素子５１の温度が互いに相違すると、駆動電流の電流量が互いに相違する。発光装置１では、電流制御素子５１は、半導体装置１５を平面視したときに、全体に亘って第２端子３２に重畳するように配置されるので、電流制御素子５１の温度が等しくなり、駆動電流の制御が容易になる。

【0083】

また、発光装置１では、電流制御素子５１は、軸５１ｃを中心に線対称になるように配置されるので、互いの温度の差は更に小さくなりドレイン電流の制御が更に容易になる。

【0084】

また、発光装置１では、電流制御素子５１は、対向する第２辺２２及び第３辺２３に近接し且つ平行に延伸する第３端子３３及び第４端子３４を介して第２電極１２に接続されるので、駆動電流が２つに分割され、駆動電流が流れることにより生じる寄生インピーダンスを低減できる。発光装置１は、駆動電流が流れることにより生じる寄生インピーダンスを低減できるので、寄生インピーダンスに起因して電気特性が低下するおそれを低くすることができる。

【0085】

また、発光装置１では、電流制御素子５１は、軸５１ｃと第２辺２２との間に配置される第１電流制御素子群５１ａと軸５１ｃと第３辺２３との間に配置される第２電流制御素子群５１ｂとに分割して配置されるので、第３端子３３及び第４端子３４との接続が容易である。

【0086】

また、発光装置１では、電流制御素子５１を第１電流制御素子群５１ａと第２電流制御素子群５１ｂとに分割して配置することで、駆動電流は第２辺２２及び第３辺２３に向かって流れる２つの方向に分割される。駆動電流が分割される２つの方向は、第１端子３１から発光素子１６に流れる駆動電流、及び発光素子１６から第２端子３２に流れる駆動電流の双方と直交する方向であり、駆動電流が流れることにより生じる寄生インピーダンスは更に低減される。

【0087】

また、発光装置１では、電流制御素子５１は、一端が第２辺２２及び第３辺の直下に位置するように配置されることで、第２端子３２の面積を大きくすることなく第２端子３２の直下に均等な配置ピッチで配置可能になる。発光装置１では、電流制御素子５１を直下に配置することに応じて第２端子３２の面積を大きくしなくてよいので、第２端子３２の面積は、発光素子１６の面積と略同一にすることができる。第２端子３２の面積が発光素子１６の面積と略同一になるので、発光素子１６の配置位置がばらつくおそれがなく、発光素子１６は、平面視したときに第２端子３２と中心が一致するように配置できる。発光装置１では、発光素子１６の配置位置がばらつかないので、発光素子１６と電流制御端子５１との間の位置関係がばらつくおそれはない。発光素子１６は、第２端子３２と中心が一致するように配置され、発光素子１６と電流制御端子５１との間の位置関係がばらつくおそれはないので、複数の電流制御端子５１のそれぞれが発光素子１６と重畳する面積は、互いに略同一になる。発光装置１では、発光に応じる発熱量が大きい発光素子１６と重畳する面積が複数の電流制御端子５１の間で略同一になるので、発光素子１６から印加される熱量の差は小さく、電流制御端子５１の動作特性のばらつきは、抑制できる。

【0088】

また、発光装置１では、発光素子１６のアノードに駆動電力を供給する第１端子３１が第１辺２１に離隔して配置されるので、第１端子３１に流れる駆動電力と第３端子３３及び第４端子３４に流れる駆動電流が干渉するおそれを低くすることができる。発光装置１は、第１端子３１に流れる駆動電力と第３端子３３及び第４端子３４に流れる駆動電流が干渉することで、発光素子１６に供給される駆動電流の特性が劣化して発光素子１６から出射される光の光学特性が劣化するおそれは低い。

【符号の説明】

【0089】

１１ 第１電極
１２ 第２電極
１３ 監視制御電極
１４ ダミー電極
１５ 半導体装置
１６ 発光素子
１７ 光学素子
１８ フレーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】