JP2006269785A - 発光素子及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 青色を発光するGaN系の第1の半導体発光素子チップ1110と、緑色を発光するGaN系の第2の半導体発光素子チップ1120と、赤色を発光する第3の半導体発光素子チップ1130と、第1の半導体発光素子チップ1110を載置する載置部1210bと第1の半導体発光素子チップ1110からの熱を放出する金属部1210dとを持つ第1のリード部材1210と、第2の半導体発光素子チップ1120を載置する載置部1230bと第2の半導体発光素子チップ1120からの熱を放出する金属部1230dとを持つ第3のリード部材1230と、第3の半導体発光素子チップ1130を載置する第5のリード部材1250と、これらのリード部材を固定する成形部材1300とを有する発光素子に関する。
【選択図】 図16
Description
金属部は放熱部材と連接しており、半導体発光素子チップから発生する熱は金属部から放熱部材に伝達することが好ましい。これにより、放熱性の高い発光装置を提供することができる。
(発光素子)
第1の実施の形態に係る発光素子について図面を用いて説明する。図1は、第1の実施の形態に係る発光素子を示す概略平面図である。図2は、第1の実施の形態に係る発光素子を示す一部拡大概略平面図である。図3は、第1の実施の形態に係る発光素子を示す概略断面図(図2のA−A´線についての断面図)を示す。図1は発光装置への取り付け前における発光素子の状態図を示し、図2及び図3はリード部材を折り曲げた、発光装置への取り付け時における発光素子の状態図を示す。
半導体発光素子チップ110は、基板上にGaAlN、ZnO、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlN、InN、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。
第1のリード部材210、第2のリード部材220は、銅若しくは主成分に銅を含有する合金を用いるが、鉄、銀、金、アルミニウム等の電気良導体を用いることもできる。銅若しくは銅を含有する合金は熱伝導率が比較的高いため、半導体発光素子チップ110から発生する熱を効率的に金属部210dに伝えることができる。また半導体発光素子チップ110を載置する窓部310の底面における第1のリード部材210、第2のリード部材220に反射部材を形成することが好ましい。これにより半導体発光素子チップ110からの光を効率よく正面方向に放出することができる。反射部材は半導体発光素子チップ110から出射する光に対して反射率の高い材質を用いることが好ましい。例えば、銀、金、アルミニウム等である。また、窓部310における載置部210bの表面積を大きくして反射率を高めることができる。また、第1のリード部材210の載置部210bの表面積を大きくすることより、半導体発光素子チップ110の温度上昇を抑制することができる。これにより発光素子チップ110に比較的多くの電流を投入することができる。さらに第1のリード部材210の載置部210bは、発光素子を正面から見た際に横方向の幅を成形部材300の大きさに合わせて広く形成している。また、成形部材300によって固定される載置部210bは凹凸を設けている。
成形部材300は第1のリード部材210、第2のリード部材220を固定する。成形部材300は、BTレジン、セラミックスが好ましいが、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂等も使用することができる。成形部材300の材料中に酸化チタン、ガラス繊維等のフィラーを含有することもできる。また、第1の半導体発光素子チップ110から出射された光を効率よく正面方向に放出するために、成形部材300は白色であることが望ましい。ただし、成形部材300の表面に反射を抑制する黒色の被膜を形成しておいてもよい。
封止部材320は、成形部材300の窓部310に配置される。封止部材320は外力や水分などの外部環境から半導体発光素子チップ110とワイヤ350とを保護するものである。また、半導体発光素子チップ110からの光を効率よく外部に放出することもできる。封止部材320を構成する具体的材料として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変成エポキシ樹脂、変成シリコーン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミドなどの耐熱性、耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどを好適に用いることができる。複数の半導体発光素子チップ110を高密度に配置する場合や、半導体発光素子チップ110の発光出力の高い場合には、熱衝撃によるワイヤの断線などを考慮してエポキシ樹脂、シリコーン樹脂やそれらを組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。また、封止樹脂320中には、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等の拡散剤を含有させても良い。また、所望外の波長をカットする目的で有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させることもできる。さらに、半導体発光素子チップ110からの光の少なくとも一部を波長変換することができる蛍光物質を含有させることもできる。
発光素子の製造方法については、所定の形状に加工したリードフレームを用いる。このリードフレームを上金型と下金型とで挟み込み、所定の樹脂(成形部材)を流し込む。この樹脂を硬化して成形部材300とする。その後、上金型と下金型とを外しリードフレームを取り出す。このリードフレームにダイボンド部材を介して、半導体発光素子チップ110を固着する。半導体発光素子チップ110の第1の電極111と第1のリード部材210、第2の電極112と第2のリード部材220とをそれぞれワイヤを用いて電気的に接続する。その後、成形部材300に設けた窓部310に封止部材320を流し込み、硬化する。最後にリードフレームから第1のリード部材210、第2のリード部材220を切り出して発光素子100とする。
第2の実施の形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図4は、第2の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
発光装置5000は、発光素子100の窓部310側を導光体400の端部に取り付けている。発光素子100から出射された光は導光体400の端部から挿入され、導光体400内部で反射、透過を繰り返して導光体400の長手方向から外部に向かって出射される。導光体400の径や形状、材質を変更することにより一方向に光を照射することもできる。発光素子100の金属部210dは成形部材300に対して約90度に折り曲げており、この金属部210dと導光体400とは接触している。導光体400の形状を変更することにより、この折り曲げる角度を適宜変更して接触させる。
導光体400は、ガラス、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、アクリル等を使用することができる。導光体400は所定の位置に凹凸や切り欠きを設け、所定の二方向に光を照射するように設計されている。
放熱部材500は、金属部210dに放熱部材500を溶接等によって連接している。放熱部材500は、コバール、鉄、銅、銀、ロジウム、アルミニウム、金などが好ましい。コバールとは、Fe−Ni−Coの合金である。放熱性の観点から、放熱部材500は、金属部210dとの接触面積が広いほど好ましく、放熱部材500の底部は広面積であることが好ましい。この放熱部材500は、さらに他の部材に連接されていてもよい。
第3の実施の形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図5は、第3の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図6は、第3の実施の形態に係る発光装置を示す概略上面図である。第1の実施の形態に係る発光素子、第2の実施の形態に係る発光装置とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第4の実施の形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図7は、第4の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
蛍光物質は、半導体発光素子チップからの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
第5の実施の形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図8は、第5の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第6の実施の形態に係る発光素子について図面を用いて説明する。図9は、第6の実施の形態に係る発光素子を示す概略平面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第7の実施の形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図10は、第7の実施の形態に係る発光装置を示す概略斜視図である。第1の実施の形態に係る発光素子、第6の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第8の実施の形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図11は、第8の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第9の実施の形態に係る発光装置について図面を用いて説明する。図12は、第9の実施の形態に係る発光装置を示す概略断面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第10の実施の形態に係る発光素子について図面を用いて説明する。図13は、第10の実施の形態に係る発光素子を示す概略平面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第11の実施の形態に係る発光素子について図面を用いて説明する。図14は、第11の実施の形態に係る発光素子を示す概略平面図である。第10の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第12の実施の形態に係る発光素子について図面を用いて説明する。図15は、第12の実施の形態に係る発光素子を示す概略平面図である。第10の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第13の実施の形態に係る発光素子について図面を用いて説明する。図16は、第13の実施の形態に係る発光素子を示す概略平面図である。第1の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
第14の実施の形態に係る発光素子について図面を用いて説明する。図17は、第14の実施の形態に係る発光素子を示す概略平面図である。第13の実施の形態に係る発光素子とほぼ同一の構成を採るところは説明を省略する。
実施例1に係る発光素子について説明する。第6の実施の形態に係る発光素子とほぼ同様の構成を採るところは説明を省略する。図9は実施例1に係る発光素子を示す概略平面図である。
110、110a、110b、110c 半導体発光素子チップ
111、111a、111b、111c 第1の電極
112、112b、112b、112c 第2の電極
210、213、214、215 第1のリード部材
210a、213a、214a、215a リード端子部
210b、213b、214b、215b 載置部
210c、213c、214c、215c 接続部
210d、213d、214d、215d 金属部
220、221、222 第2のリード部材
300、301 成形部材
310 窓部
320 封止部材
330 貫通孔
350 ワイヤ
390 蛍光体
400、410、420、430 導光体
500 放熱部材
5000、6000、7000、8000 発光装置
7010 電源部
600、601、602 発光素子
610、610a 第1の半導体発光素子チップ
611、611a、611b 第1の電極
612、612a、612b 第2の電極
620、620a 第2の半導体発光素子チップ
621 第1の電極
622 第2の電極
710、711 第1のリード部材
710a、711a リード端子部
710b、711b 載置部
710c、711c 接続部
710d、711d 金属部
720、721、722 第2のリード部材
730 第3のリード部材
740 第4のリード部材
800 成形部材
810 窓部
820 封止部材
850 ワイヤ
890 蛍光体
1110、1410 第1の半導体発光素子チップ
1111、1411 第1の電極
1112、1412 第2の電極
1120、1420 第2の半導体発光素子チップ
1121、1421 第1の電極
1122、1422 第2の電極
1130、1430 第3の半導体発光素子チップ
1131、1431 第1の電極
1132、1432 第2の電極
1210、1510 第1のリード部材
1210a、1510a リード端子部
1210b、1510b 載置部
1210c、1510c 接続部
1210d、1510d 金属部
1220、1520 第2のリード部材
1230、1530 第3のリード部材
1230a、1530a リード端子部
1230b、1530b 載置部
1230c、1530c 接続部
1230d、1530d 金属部
1240、1540 第4のリード部材
1250 第5のリード部材
1260 第6のリード部材
1300、1600 成形部材
1310、1610 窓部
1320、1620 封止部材
1350、1650 ワイヤ
2000、2001 発光素子
Claims (18)
- 半導体発光素子チップと、
前記半導体発光素子チップが載置され、前記半導体発光素子チップが持つ第1の電極と電気的に接続される第1のリード部材と、
前記半導体発光素子チップが持つ第2の電極と電気的に接続される第2のリード部材と、
前記第1のリード部材と前記第2のリード部材との一部が固定される成形部材と、を有する発光素子であって、
前記第1のリード部材は、外部電極と電気的に接続されるリード端子部と、前記半導体発光素子チップが載置される載置部と、前記半導体発光素子チップから発生する熱が放出される金属部と、前記載置部と前記金属部が接続される接続部と、を有し、
前記第1のリード部材は、前記リード端子部、前記載置部、前記接続部、前記金属部の順に形成されており、
前記接続部の幅は前記金属部の幅より狭く、
前記金属部の表面積は前記成形部材の表面積より広く、
前記金属部は、主成分が銅からなり、前記成形部材に対して前記半導体発光素子チップが載置されている側に45度から135度で折り曲げられていることを特徴とする発光素子。 - 前記金属部は、前記成形部材から前記リード端子部が突出されている面と異なる面から突出されていることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 発光素子と、
前記発光素子から入射される光の一部を反射若しくは透過させて、前記光が導出される導光体と、を有する発光装置において、
前記発光素子は、半導体発光素子チップと、
前記半導体発光素子チップが載置され、前記半導体発光素子チップが持つ第1の電極と電気的に接続される第1のリード部材と、
前記半導体発光素子チップが持つ第2の電極と電気的に接続される第2のリード部材と、
前記第1のリード部材と前記第2のリード部材との一部が固定される成形部材と、を有しており、
前記第1のリード部材は、外部電極と電気的に接続されるリード端子部と、前記半導体発光素子チップが載置される載置部と、前記半導体発光素子チップから発生する熱が放出される金属部と、前記載置部と前記金属部が接続される接続部と、を有し、
前記第1のリード部材は、前記リード端子部、前記載置部、前記接続部、前記金属部の順に形成されており、
前記導光体は前記発光素子が固定されており、前記導光体と前記金属部とが接触されていることを特徴とする発光装置。 - 前記接続部の幅は、前記金属部の幅より狭く、
前記導光体は、前記発光素子の少なくとも一部が嵌め込まれる嵌合部を有しており、
前記嵌合部は、前記発光素子の少なくとも一部が嵌め込まれていることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、前記半導体発光素子チップが載置されている側に光取り出し面を有しており、前記光取り出し面と前記導光体とが密着して形成されていることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 前記金属部は、放熱部材と連接されており、前記半導体発光素子チップから発生する熱は、前記金属部から前記放熱部材に伝達されることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 可視光領域の短波長側に発光ピークを有する第1の半導体発光素子チップと、
可視光領域の長波長側に発光ピークを有する第2の半導体発光素子チップと、
前記第1の半導体発光素子チップが載置され、前記第1の半導体発光素子チップが持つ第1の電極と電気的に接続される第1のリード部材と、
前記第1の半導体発光素子チップが持つ第2の電極と電気的に接続される第2のリード部材と、
前記第2の半導体発光素子チップが載置され、前記第2の半導体発光素子チップが持つ第1の電極と電気的に接続される第3のリード部材と、
前記第2の半導体発光素子チップが持つ第2の電極と電気的に接続される第4のリード部材と、
前記第1のリード部材乃至前記第4のリード部材の一部が固定される成形部材と、を有する発光素子であって、
前記第1のリード部材は、外部電極と電気的に接続されるリード端子部と、前記半導体発光素子チップが載置される載置部と、前記半導体発光素子チップから発生する熱が放出される金属部と、前記載置部と前記金属部が接続される接続部と、を有し、前記第1のリード部材は、前記リード端子部、前記載置部、前記接続部、前記金属部の順に形成されており、
前記金属部は、前記成形部材から露出されていることを特徴とする発光素子。 - 前記第2のリード部材及び、前記第4のリード部材は、一体成形されていることを特徴とする請求項7に記載の発光素子。
- 発光素子と、
前記発光素子から入射される光の一部を反射若しくは透過させて、前記光が導出される導光体と、を有する発光装置において、
前記発光素子は、請求項7若しくは請求項8に記載の発光素子であって、
前記導光体は、前記発光素子の少なくとも一部が嵌め込まれる嵌合部を有しており、
前記嵌合部は、前記発光素子の少なくとも一部が嵌め込まれていることを特徴とする発光装置。 - 前記発光素子は、前記半導体発光素子チップが載置されている側に光取り出し面を有しており、前記光取り出し面と前記導光体とが密着して形成されていることを特徴とする請求項9に記載の発光装置。
- 前記金属部は、放熱部材と連接されており、前記半導体発光素子チップから発生する熱は、前記金属部から前記放熱部材に伝達されることを特徴とする請求項9に記載の発光装置。
- 可視光領域の短波長側に発光ピークを有する第1の半導体発光素子チップと、
第1の半導体発光素子チップよりも長波長側に発光ピークを有する第2の半導体発光素子チップと、
第2の半導体発光素子チップよりも長波長側に発光ピークを有する第3の半導体発光素子チップと、
前記第1の半導体発光素子チップが載置され、前記第1の半導体発光素子チップが持つ第1の電極と電気的に接続される第1のリード部材と、
前記第1の半導体発光素子チップが持つ第2の電極と電気的に接続される第2のリード部材と、
前記第2の半導体発光素子チップが載置され、前記第2の半導体発光素子チップが持つ第1の電極と電気的に接続される第3のリード部材と、
前記第2の半導体発光素子チップが持つ第2の電極と電気的に接続される第4のリード部材と
前記第3の半導体発光素子チップが載置され、前記第3の半導体発光素子チップが持つ第1の電極と電気的に接続される第5のリード部材と、
前記第3の半導体発光素子チップが持つ第2の電極と電気的に接続される第6のリード部材と、
前記第1のリード部材乃至前記第6のリード部材との一部が固定される成形部材とを有する発光素子であって、
前記第1のリード部材は、外部電極と電気的に接続される第1のリード端子部と、前記第1の半導体発光素子チップが載置される第1の載置部と、前記第1の半導体発光素子チップから発生する熱が放出される第1の金属部と、前記第1の載置部と前記第1の金属部が接続される第1の接続部と、を有し、
前記第1のリード部材は、前記第1のリード端子部、前記第1の載置部、前記第1の接続部、前記第1の金属部の順に、形成されており、
前記第3のリード部材は、外部電極と電気的に接続される第2のリード端子部と、前記第2の半導体発光素子チップが載置される第2の載置部と、前記第2の半導体発光素子チップから発生する熱が放出される第2の金属部と、前記第2の載置部と前記第2の金属部が接続される第2の接続部と、を有し、
前記第3のリード部材は、前記第2のリード端子部、前記第2の載置部、前記第2の接続部、前記第2の金属部の順に、形成されており、
前記第1の金属部と第2の金属部は、前記成形部材から突出して形成されていることを特徴とする発光素子。 - 前記第1の金属部と前記第2の金属部は、それぞれ、前記成形部材から前記第1のリード端子部と前記第2のリード端子部が突出されている面と異なる面から突出されていることを特徴とする請求項12に記載の発光素子。
- 前記第1の半導体発光素子チップは、青色が発光され、前記第2の半導体発光素子チップは、緑色が発光され、前記第3の半導体発光素子チップは、赤色が発光されることを特徴とする請求項12に記載の発光素子。
- 前記第2のリード部材及び、前記第4のリード部材、前記第6のリード部材の少なくともいずれか2つは、一体成形されていることを特徴とする請求項12に記載の発光素子。
- 発光素子と、
前記発光素子から入射される光の一部を反射若しくは透過させて、前記光が導出される導光体と、を有する発光装置において、
前記発光素子は、請求項12乃至15の少なくともいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記導光体は、前記発光素子の少なくとも一部が嵌め込まれる嵌合部を有しており、
前記嵌合部は、前記発光素子の少なくとも一部が嵌め込まれていることを特徴とする発光装置。 - 前記発光素子は、前記半導体発光素子チップが載置されている側に光取り出し面を有しており、前記光取り出し面と前記導光体とが密着して形成されていることを特徴とする請求項16に記載の発光装置。
- 前記金属部は、放熱部材と連接されており、前記半導体発光素子チップから発生する熱は、前記金属部から前記放熱部材に伝達されることを特徴とする請求項16に記載の発光装置。
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