JP2007123777A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】指向性を有し、輝度の高い光を発する半導体発光装置を提供する。
【解決手段】半導体発光装置１は、複数の発光素子２と、発光素子２を搭載する発光素子搭載部材３と、発光素子搭載部材３の発光素子２を搭載する搭載面側を覆う被覆部材４とを備え、発光素子搭載部材３の各発光素子２の搭載位置には凹部７が設けられ、被覆部材４には、凹部７に対応する位置に貫通孔が設けられ、凹部７及び上記貫通孔の内壁面はそれぞれ第１反射面８及び第２反射面９を形成し、発光素子２の光軸に対する第２反射面９の角度が、第１反射面８の角度より小さくなるように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置の光源として用いられる半導体発光装置に関する。
照明装置の光源として、ＬＥＤなどの高輝度の発光素子を用いた半導体発光装置が注目されている。半導体発光装置は、１つ以上の発光素子を発光素子搭載部材に平面状に搭載し、外部から電流を供給することにより光を放射するものである。なお、上記照明装置としては、液晶表示装置用のバックライトなどがある。
上記半導体発光装置が照明装置の光源として用いられる場合には、上記半導体発光装置から放射された光を、照射対象（例えば、液晶表示装置用のバックライトの場合は、ＬＣＤパネル）側に効率的に取り出す必要がある。
しかしながら、上記発光素子は、その上面及び側面から光を放射する。つまり、上記発光素子は、その上面から光軸（発光素子の中心点を通り、かつ半導体発光装置の発光素子を搭載した搭載面に対して垂直な軸）に対して略平行方向だけでなく斜め方向にも光を放射する。
このように、発光素子から発せられる光は必ずしもその光軸方向には向いていないので、そのままでは多くの光が利用されず、上記半導体発光装置の光利用効率は低下してしまう。
そこで、上記発光素子の側面から光軸に対し垂直に放射された光及び上面から光軸に対し斜め方向に放射された光を、光軸方向へと屈折させる必要がある。特許文献１〜５には、発光素子から放射される光を光軸方向へと屈折させる構成が開示されている。
特許文献１〜５には、１つ以上の凹部が発光素子搭載部材に設けられ、上記凹部の内壁面は光軸に対してある角度を有する反射面を構成し、上記各凹部のそれぞれに発光素子が搭載された半導体発光装置が開示されている。
なお、従来、図１０に示すように、発光素子をパッケージにアッセンブリしてリード端子などを設けた半導体発光装置のうち、特に消費電力の大きいラージサイズの素子を使用した高出力タイプの半導体発光装置１０１では、その放熱対策として、発光素子を放熱部材の上にサブマウントを介してアッセンブリする構成がある。
特開２００５−５４３７号公報（公開日平成１７年１月６日） 特開２００４−１２８２４１号公報（公開日平成１６年４月２２日） 特開２００２−１４１５５８号公報（公開日平成１４年５月１７日） 特開２００５−１５０４０８号公報（公開日平成１７年６月９日） 特開２００５−９３６８１号公報（公開日平成１７年４月７日）
上記発光素子の上面から斜め方向に放射された光できるだけ多く上記反射面によって反射するためには、上記凹部をある程度深くする必要がある。しかしながら、上記反射面は光軸に対しある角度を有しているため、上記凹部が深くなれば、上記発光素子搭載部材の上面における上記凹部の開口部の直径が大きくなってしまう。
したがって、上記従来の構成では、上記発光素子は、１つの発光素子搭載部材に密接して搭載することができない。このように、１つの発光素子搭載部材に対し、少ない数の発光素子しか搭載することができなければ、同じ輝度の光源装置を構成するために、多くの半導体発光装置が必要とされる。その結果、光源装置は、非常に大きな装置となってしまう。
一方、従来の構成では、上記発光素子搭載部材の上面における上記凹部の開口部の直径を小さくするために、上記反射面の光軸に対する角度を小さくすると、上記発光素子の側面から放射された光は、図９に示すように、光軸に沿った方向へ反射することが困難になり、反射面の本来の目的を達成できない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、指向性を有し、輝度の高い光を発する半導体発光装置を提供することである。
本発明に係る半導体発光装置は、複数の発光素子と、上記発光素子を搭載する発光素子搭載部材と、上記発光素子搭載部材の上記発光素子を搭載する搭載面側を覆う被覆部材とを備えた半導体発光装置であって、上記課題を解決するために、上記発光素子搭載部材の上記各発光素子の搭載位置には凹部が設けられ、上記被覆部材には、上記凹部に対応する位置に貫通孔が設けられ、上記凹部及び上記貫通孔の内壁面はそれぞれ第１反射面及び第２反射面を形成し、上記発光素子の光軸に対する上記第２反射面の角度が、上記第１反射面の角度より小さいことを特徴としている。
上記構成では、光軸に対する角度の異なる２段階の反射面を設け、上記第２反射面の光軸に対する角度を上記第１反射面の光軸に対する角度よりも小さくなっている。これにより、上記構成では、半導体発光装置の上面に現れる開口部の直径は、光軸に対する角度が１段階のみで構成されている従来の反射面を備える構成と比較して小さくなる。
そのため、上記構成では、隣接する発光素子の距離をある程度小さくしたとしても、それぞれの反射面同士が干渉することを避けることができるので、発光素子同士をより接近させて搭載することが可能になる。
また、上記構成では、上記発光素子の側面から放射された光が反射する上記第１反射面の光軸に対する角度を小さくすることなく、上記発光素子搭載部材の上面に設けられた上記凹部の開口部の直径を小さくすることが可能になる。
この結果、上記半導体発光装置は、１つの発光素子搭載部材に多くの発光素子を搭載することが可能になり、かつ、上記発光素子の側面から放射された光を光軸方向に反射できる。したがって、指向性を有し、輝度の高い光を発する半導体発光装置が得られる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記第１反射面の光軸に対する角度が４０度〜５０度の範囲内であって、上記第２反射面の光軸に対する角度が２０度〜４０度の範囲内であることが望ましい。
上記構成では、上記発光素子の側面及び上面から放射された光は、光軸方向により効率良く反射される。この結果、上記半導体発光装置は、より高い指向性を有する光を放射することが可能になる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記第１反射面の光軸に対する角度が４５度であり、上記第２反射面の光軸に対する角度が３０度であることが特に望ましい。
上記構成では、上記発光素子の側面及び上面から放射された光は、光軸方向に特に効率良く反射される。この結果、上記半導体発光装置は、特に高い指向性を有する光を放射することが可能になる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子に対し電流を供給するリード端子を備え、複数の上記凹部が一列に配置され、上記リード端子は、上記発光素子搭載部材から突出するように設けられ、その突出方向は上記各凹部の配列方向に対し垂直方向であってもよい。
上記構成では、上記発光素子同士の間に上記リード端子のためのスペースを設ける必要がなくなるため、上記発光素子搭載部材において、上記発光素子が設けられる上記凹部を密接して設けることが可能になる。これにより、１つの発光素子搭載部材に多くの発光素子を搭載することができるため、輝度の高い光を発する半導体発光装置を得ることができる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、記発光素子は矩形形状の板状であり、上記発光素子搭載部材は、上記凹部の底面から上記発光素子搭載部材の底面までが上記発光素子の１辺の長さ以上であってもよい。
上記構成では、上記発光素子搭載部材の体積が大きくなり、熱容量が大きくなる。この結果、上記発光素子搭載部材は、上記発光素子が放射した熱によって容易に温度が上がらない。そのため、上記半導体発光装置は、上記発光素子が放射した熱による悪影響を抑制することができる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子に対し電流を供給するリード端子を備え、上記発光素子搭載部材の底面は上記被覆部材から露出し、上記発光素子搭載部材の底面が上記リード端子の底面と同じ平面上又はリード端子の底面よりも突出していてもよい。
上記構成では、上記発光素子搭載部材を基板上に実装する場合、上記発光素子搭載部材の底面を上記基板に接触させることができる。これにより、上記発光素子搭載部材は、上記発光素子が放射した熱を上記基板に効率良く放熱することができる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子搭載部材の底面は上記被覆部材から露出し、上記発光素子搭載部材は、上記凹部が形成された上面よりも、この上面と対向する底面の面積の方が大きくてもよい。
上記構成では、上記発光素子搭載部材と上記発光素子搭載部材を実装する基板とが接触する領域が広くなる。上記発光素子が放射した熱を効率よく上記基板に放熱するためには、上記発光素子搭載部材の底面と上記基板との接触面はできるだけ大きい方がよい。これにより、上記半導体発光装置は、上記発光素子が放射した熱をより効率良く上記基板へ放熱することができる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子搭載部材が、銅又は銅合金から構成されていてもよい。
上記構成では、上記発光素子搭載部材は、上記発光素子が放射した熱を効率良く上記基板へ放熱することができる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子搭載部材が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から構成されていてもよい。
上記構成では、上記発光素子搭載部材は、上記発光素子が放射した熱を効率良く上記基板へ放熱することができる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記第１反射面が、Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄの単体又は複数混合したものによってめっきが施されていてもよい。
上記構成では、上記発光素子搭載部材に設けられた上記凹部の上記第１反射面は、反射率の高いめっきが施され、上記第１反射面の反射率が高くなる。そのため、上記発光素子の側面から放射された光は、光軸方向に効率良く反射される。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子と上記凹部の底面との間にサブマウントを備え、上記サブマウントは、炭化珪素（ＳｉＣ）若しくは炭化珪素に金属のアルミニウム、マグネシウムを含浸させたもの又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から構成されていてもよい。
上記構成では、上記サブマウントと上記発光素子搭載部材との熱伝導率が同等になる。これにより、上記発光素子が放射した熱は、上記サブマウントから上記発光素子搭載部材へと効率良く伝導される。
また、本発明に係る半導体発光装置は、複数の上記凹部の底面の直径がそれぞれ異なっていてもよい。
上記構成では、異なるサイズの発光素子を１つの上記発光素子搭載部材へ搭載することができる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子は矩形形状の板状であり、上記凹部の深さは、上記発光素子の厚み以上、かつ、上記発光素子の対角線以下であってもよい。
上記構成では、上記発光素子の側面から放射された光は、上記凹部が上記発光素子の厚み以上あるため、上記凹部の内壁面に設けられた上記第１反射面によって確実に光軸方向に反射される。また、上記発光素子の上面から斜め方向に放射された光は、上記凹部が上記発光素子の上面の対角線以下であるため、上記第２反射面によって光軸方向に反射される。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子搭載部材に３つの上記凹部が設けられ、各凹部は３角形の頂点に位置するように設けられていてもよい。
上記構成では、３つの上記凹部は、上記発光素子搭載部材に３角形の頂点に位置するように設けられる。このように、上記半導体発光装置は、用途に応じて上記凹部の搭載位置を変えることが可能である。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記発光素子搭載部材に４つの上記凹部が設けられ、各凹部は４角形の頂点に位置するように設けられていてもよい。
上記構成では、３つの上記凹部は、上記発光素子搭載部材に３角形の頂点に位置するように設けられる。このように、上記半導体発光装置は、用途に応じて上記凹部の搭載位置を変えることが可能である。
本発明に係る半導体発光装置は、以上のように、複数の発光素子と、上記発光素子を搭載する発光素子搭載部材と、上記発光素子搭載部材の上記発光素子を搭載する搭載面側を覆う被覆部材とを備え、上記発光素子搭載部材の上記各発光素子の搭載位置には凹部が設けられ、上記被覆部材には、上記凹部に対応する位置に貫通孔が設けられ、上記凹部及び上記貫通孔の内壁面はそれぞれ第１反射面及び第２反射面を形成し、上記発光素子の光軸に対する上記第２反射面の角度が、上記第１反射面の角度より小さい構成である。
上記構成により、指向性を有し、輝度の高い光を発する半導体発光装置を提供することができる。
本発明の一実施形態について図１〜図８に基づいて説明すると以下の通りである。
本実施形態に係る半導体発光装置は、ＬＥＤからなるチップ状の発光素子を発光素子搭載部材に平面状に搭載するとともに、この発光素子に対して外部から電流を供給することにより光を放射するものである。
図１は、本実施形態に係る半導体発光装置１を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る半導体発光装置１の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’断面を矢印の方向に見た断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ’断面を矢印の方向に見た断面図である。
以下に、本実施形態に係る半導体発光装置１の構成について図１〜図４を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る半導体発光装置１は、発光素子２と、発光素子搭載部材３と、被覆部材４と、サブマウント５と、リード端子６と、ボンディングワイヤ１０とを備えた構成である。
発光素子搭載部材３は、発光素子２を搭載する土台となるものである。この発光素子搭載部材３は、図２及び図３に示すように、互いに平行、かつ、それぞれが長方形の形状を有した上面及び下面と、図５に示すように、上面から下面に向かって若干広がる側面を有している。したがって、発行搭載部材３は、上記Ａ−Ａ’断面（図３）及びＢ−Ｂ’断面（図４）が台形状となる。
また、発光素子搭載部材３の上面には、３つの凹部７が長手方向に直線状に並ぶように設けられている。各凹部７は、発光素子搭載部材３の上面と平行な断面に表れる開口部の直径が、底面から発光素子搭載部材３の上面に向かうほど大きくなる形状を有している。そして、各凹部７の内壁面は錘面をなしている。
各凹部７の底面は、互い異なる直径を有しており、それぞれの直径に応じた大きさの異なる発光素子２がダイボンドされる（したがって、各凹部７の底面はダイボンド面をなすことになる）。これにより、異なるサイズの発光素子２を１つの発光素子搭載部材３へ搭載することができる。なお、各凹部７の底面は、発光素子搭載部材３の上面からの距離（深さ）が互いに等しくなるように設定されている。
また、各凹部７の内壁面は、それぞれの底面に搭載される発光素子２の発する光を反射する第１反射面８を構成している。
発光素子搭載部材３は、発光素子２が放射した熱を放熱する役割も持つ。そのため、発光素子搭載部材３は、熱伝導率の良い銅、銅合金又はアルミニウムから構成されていることが好ましい。また、反射率を高めるために、発光素子搭載部材３の第１反射面８は、反射率の高いＡｇ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄを単体又は複数混合したものによってめっきされていることが好ましい。
なお、発光素子搭載部材３の形状は上述した形状には限られない。例えば、発光素子搭載部材３は、直方体などであってもよい。
また、発光素子搭載部材３の材質は上述したものには限定されない。例えば、発光素子搭載部材３は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）にめっきを施すことにより構成されていてもよい。
また、各凹部７の形状は互いに同一でもよく、凹部７の数も３つに限定されるものではない。
サブマウント５は、発光素子搭載部材３と発光素子２との間に設けられるものである。サブマウント５は、発光素子２の電極の一方が凹部７の底面側（つまり、発光素子２を搭載するダイボンド面側）に有る場合に、この電極が金属から構成された発光素子搭載部材３に直接接触することによって、電極がコモンになるのを防ぐために設けられる。また、サブマウント５は、発光素子２がフリップチップになっており、上記ダイボンド面に平坦性をもたせる必要がある場合にも設けられる。
なお、サブマウント５の材料としては、電気絶縁性を有し、かつ、発光素子搭載部材３を構成している銅、銅合金又はアルミニウムと同等の熱伝導率を有するものを使用することが好ましい。具体的には、サブマウント５は、炭化珪素（ＳｉＣ）若しくは炭化珪素に金属のアルミニウム、マグネシウムを含浸させたもの又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）によって構成されている。これにより、サブマウント５と発光素子搭載部材３との熱伝導率が略均等になる。この結果、発光素子２が放射した熱は、サブマウント５から発光素子搭載部材３へと効率良く伝導される。
発光素子２は、略正方形の基板上に発光層等が形成されてなるＬＥＤであり、所定の厚みを有している。なお、本実施形態では発光素子２は、図３に示すように、サブマウント５を介して凹部７の底面にダイボンドされるが、ろう材などを用いて凹部７の底面に直接ダイボンドされてもよい。
リード端子６は、図４に示すように、発光素子搭載部材３を搭載する回路基板１１に形成された回路パターン（図示せず）に対して、半田１２などによって電気的に接続されることにより上記回路パターンからの電流を発光素子２に供給するためのものである。なお、リード端子６と発光素子２との電気的接続は、Ａｕワイヤなどからなるボンディングワイヤ１０によって行われている。
リード端子６は、発光素子搭載部材３の上面に形成された凹部７の開口部の端から、発光素子搭載部材３の長手方向に対し垂直な方向に延びている。そして、リード端子６は、発光素子搭載部材３の上面の端において側面に向けて屈折し、側面に沿って所定位置まで延びている。上記所定位置は、発光素子搭載部材３の底面よりも上方である。そして、リード端子６は、上記所定位置で発光素子搭載部材３の側面に対して垂直な方向に向かって屈折する。リード端子６は、上記回路パターンに接続されるため、再び下方に向けて屈折させている。
リード端子６は、その一部が発光素子搭載部材３の上面側を覆う被覆部材４に埋設されるようにして取付けられており、被覆部材４を構成する樹脂によって発光素子搭載部材３と電気的に絶縁されている。また、リード端子６は、図２に示すように、上記回路パターンに接続される側の端部が発光素子搭載部材３の側面から突出するように形成されているが、この突出方向は３つの発光素子２の配線方向に対して垂直方向となっている。
この結果、発光素子２同士の間にリード端子６のためのスペースを設ける必要がなくなるため、発光素子搭載部材３において、発光素子２が設けられる凹部７を接近して設けることが可能になる。これにより、１つの発光素子搭載部材３に多くの発光素子２を搭載することができるため、輝度の高い光を発する半導体発光装置１を得ることができる。
被覆部材４は、発光素子搭載部材３とリード端子６とを樹脂でインサート成型することにより形成される。被覆部材４の上面には、凹部７と対応する位置に貫通孔が設けられている。また、上記貫通孔の形状は、凹部７と同様に、発光素子搭載部材３側から被覆部材４の上面に向かうほど直径が大きくなる。そして、上記貫通孔の内壁面は、第２反射面９を構成している。なお、第２反射面９は、本実施形態では光軸に対する角度が１段階の反射面であるが、光軸に対する角度が２段階以上の反射面であってもよい。
なお、被覆部材４は、発光素子搭載部材３の上面と側面を覆っており、底面には形成されていない。
また、被覆部材４は、インサート成型により形成されているため、発光素子搭載部材３が被覆部材４から抜ける可能性がある。そのため、発光素子搭載部材３の側面に溝を形成することにより、発光素子搭載部材３が被覆部材４から抜けることを防止してもよい。
なお、第２反射面９は、被覆部材４を形成する際に、白色の樹脂を用いることにより、そのまま反射面としてもよい。また、第２反射面９は、被覆部材４に反射率の高いめっきを施すことによって形成されてもよい。
次に、半導体発光装置１における上記第１反射面８及び第２反射面９の構成について具体的に説明する。
図６は、第１反射面８および第２反射面９の光軸に対する角度を示す模式図である。なお、光軸とは、発光素子２の中心点を通り、かつ半導体発光装置１の発光素子２を搭載した搭載面に対して垂直な軸のことである。
上述のように、第１反射面８は、発光素子搭載部材３に設けられた凹部７の内壁面であり、第２反射面９は、被覆部材４に設けられた貫通孔の内壁面である。
図６に示すように、第１反射面８と第２反射面９とは連続的に設けられている。そして、第２反射面９の光軸に対する角度は、第１反射面８の光軸に対する角度よりも小さい構成となっている。
第１反射面８及び第２反射面９の光軸に対する具体的な角度について説明する。第１反射面８の光軸に対する角度θ１は、４０度〜５０度の範囲内であることが好ましく、特に４５度であることが好ましい。また、第２反射面９の光軸に対する角度θ２は、２０度〜４０度の範囲内であることが好ましく、特に３０度であることが好ましい。
第１反射面８及び第２反射面９の光軸に対する角度を上述の角度にすることにより、発光素子２の側面及び上面から放射された光、特に光軸に対して大きい角度をなす方向に放射された光が、光軸に対してより小さい角度をなす方向に進むように集光されることになる。したがって、半導体発光装置１から発せられる光は、光軸方向への指向性を有することになる。その結果、半導体発光装置１では、光軸方向における光の利用効率が高くなる。
なお、第２反射面９は、発光素子２が放射した光をできるだけ反射するために、十分な光軸方向の高さを持つことが好ましい。
また、凹部７は、発光素子２の厚み以上であって発光素子２の上面の対角線以下の深さであればよい。これにより、発光素子２の側面から放射された光は、凹部７が発光素子２の厚み以上あるため、凹部７の内壁面に設けられた第１反射面８によって確実に光軸方向に反射される。また、発光素子２の上面から斜め方向に放射された光は、凹部７が発光素子２の上面の対角線以下であるため、第２反射面９によって光軸方向に反射される。
上述のように、第１反射面８及び第２反射面９の構成により、発光素子２の側面及び上面から放射された光は、光軸方向に効率良く反射される。この結果、半導体発光装置１は、光軸方向への指向性を有する光を放射することが可能になる。
以上のように、半導体発光装置１は、複数の発光素子２と、発光素子２を搭載する発光素子搭載部材３と、発光素子搭載部材３の発光素子２を搭載する搭載面側を覆う被覆部材４とを備え、発光素子搭載部材３の各発光素子２の搭載位置には凹部７が設けられ、被覆部材４には、凹部７に対応する位置に貫通孔が設けられ、凹部７及び上記貫通孔の内壁面はそれぞれ第１反射面８及び第２反射面９を形成し、発光素子２の光軸に対する第２反射面９の角度が、第１反射面８の角度より小さいことを特徴としている。
上記構成では、光軸に対する角度の異なる２段階の反射面を設け、第２反射面９の光軸に対する角度を第１反射面８の光軸に対する角度よりも小さくなっている。これにより、上記構成では、半導体発光装置１の上面に現れる開口部の直径は、光軸に対する角度が１段階のみで構成されている従来の反射面を備える構成と比較して小さくなる。
そのため、上記構成では、隣接する発光素子２の距離をある程度小さくしたとしても、それぞれの反射面同士が干渉することを避けることができるので、発光素子２同士をより接近させて搭載することが可能になる。
また、上記構成では、発光素子２の側面から放射された光が反射する第１反射面８の光軸に対する角度を小さくすることなく、発光素子搭載部材３の上面に設けられた凹部７の開口部の直径を小さくすることが可能になる。
この結果、半導体発光装置１は、１つの発光素子搭載部材３に多くの発光素子２を搭載することが可能になり、かつ、発光素子２の側面から放射された光を光軸方向に反射できる。したがって、指向性を有し、輝度の高い光を発する半導体発光装置が得られる。
また、発光素子２を発光素子搭載部材３に密接して搭載することが可能になることにより、半導体発光装置１のサイズを小さくすることができる。例えば、半導体発光装置１のサイズは、１つの発光素子搭載部材に１つの発光素子を搭載した従来の半導体発光装置と比較して略均等又はそれ以下の大きさにすることができる。
なお、本実施形態に係る発光素子２としては、一辺が０．９ｍｍ以上の発光素子が用いられる。そして、各発光素子２は、４ｍｍ以下の等間隔で発光素子搭載部材３に搭載される。
上述のように、１つの発光素子搭載部材３に多くの発光素子２を搭載すると、それだけ各発光素子２が放射する熱量の合計が増えることになる。そのため、発光素子２の放射する熱を効率良く外部に放熱しなければ、放射された熱は発光素子２の発光強度または寿命などに対し影響を与えてしまう。
そこで、半導体発光装置１では、発光素子２が放射した熱を効率良く放熱するため、発光素子搭載部材３に特徴を持たせている。具体的には、図４に示すように、発光素子搭載部材３の底面は、被覆部材４から露出し、かつリード端子６の底面よりも突出するように構成されている。そして、発光素子搭載部材３の底面は、半田又はＡｇペーストを用いて回路基板１１に接続される。
上記構成の半導体発光装置１の放熱効率は、放熱効率を示す熱抵抗の値が約１０℃/Ｗとなり、図１０に示すような、従来の半導体発光装置１０１の放熱効率と比較して同等以上の値となる。従来の半導体発光装置１０１は、具体的には、発光素子２を搭載している発光素子搭載部材１０３の底面が被覆部材１０４から露出している構成である。
なお、発光素子搭載部材３の厚みは、凹部７の底面から発光素子搭載部材３の底面までが発光素子２の１辺の長さ以上であればよい。これにより、発光素子搭載部材３の体積が大きくなり、体積の増加に伴い熱容量が増加する。この結果、発光素子搭載部材３は、発光素子２が放射した熱によって容易に温度が上がらない。そのため、半導体発光装置１は、発光素子２が放射した熱により、影響を受けることを抑制することができる。
また、発光素子搭載部材３の底面をリード端子６の底面より突出させることにより、発光素子搭載部材３を回路基板１１上に実装する場合、発光素子搭載部材３の底面全体が確実に回路基板１１に接触する。これにより、発光素子搭載部材３は、発光素子２が放射した熱を回路基板１１に効率良く放熱することができる。
また、回路基板１１は、熱伝導率の良いアルミニウム又はカーボン繊維と、その上に形成された絶縁層とから形成されている。上記絶縁層は、無機フィラーを混入し熱伝導率を高めた樹脂から構成されている。そして、回路基板１１上には、銅箔によって回路パターンが形成されている。
この回路基板１１上に半導体発光装置１を実装した場合、上記絶縁層は熱伝導率が高められているとはいえ、アルミニウム等と比べると熱伝導率は低いので、どうしても上記絶縁層によって熱抵抗が高くなる。その結果、半導体発光装置１は、放熱の効率が低下する。
そのため、半導体発光装置１では、発光素子搭載部材３の底面の面積をできるだけ大きくし、放熱に関しては効果が小さい発光素子搭載部材３の上面の面積を小さくしている。これにより、発光素子搭載部材３と回路基板１１が接触する領域が広くなる。これは、発光素子２が放射した熱を効率良く回路基板１１に放熱するには、発光素子搭載部材３の底面と回路基板１１との接触面ができるだけ大きい方がよいためである。この結果、半導体発光装置１は、発光素子２が放射した熱をより効率良く回路基板１１へ放熱することができる。
なお、この場合は特に発光素子搭載部材３が被覆部材４から抜ける可能性が高まるため、発光素子搭載部材３の側面に溝を形成することにより、発光素子搭載部材３が被覆部材４から抜けることを防止することが望ましい。
このように、銅や銅合金など熱伝導率の良い材料で構成された発光素子搭載部材３が回路基板１１に直接接触することにより、発光素子２が放射した熱は効率良く発光素子搭載部材３を介して回路基板１１へと放熱される。
また、上述のような構成にし、半導体発光装置１の放熱の効率を高めることにより、投入電力が１Ｗ以上の高出力な発光素子２を発光素子搭載部材３に密接して搭載することも可能になる。
発光素子搭載部材３における凹部７の配置（つまり、発光素子２の配置）の変形例について図７及び図８に基づいて説明する。図７は、本実施形態に発光素子搭載部材３において、３つの凹部７を形成する位置の一変形例である。また、図８は、本実施形態に係る発光素子搭載部材３において、４つの凹部７を形成する位置の一変形例である。
図７に示すように、発光素子搭載部材３に３つの凹部７を設ける場合、各凹部７は３角形の頂点に位置するように設けられていてもよい。また、図８に示すように、発光素子搭載部材３に４つの凹部７を設ける場合、各凹部７は４角形の頂点に位置するように設けられていてもよい。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、照明装置又は液晶のバックライトなどの光源として用いられる半導体発光装置に好適に利用することができる。
本実施形態に係る半導体発光装置を示す斜視図である。 本実施形態に係る半導体発光装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ’断面を矢印の方向に見た断面図である。 図２のＢ−Ｂ’断面を矢印の方向に見た断面図である。 本実施形態に係る発光素子搭載部材の斜視図である。 発光素子搭載部材及び被覆部材にそれぞれ形成された第１反射面および第２反射面の光軸に対する角度を示す断面図である。 本実施形態に係る発光素子搭載部材において、３つの凹部を形成する位置の一例を示す平面図である。 本実施形態に係る発光素子搭載部材において、４つの凹部を設ける位置の一例を示す平面図である。 発光素子の側面からの放射光が、光軸に対する角度の小さい反射面に反射した場合の光の経路を示した断面図である。 従来の半導体発光装置を示す正面図である。
符号の説明
１ 半導体発光装置
２ 発光素子
３ 発光素子搭載部材
４ 被覆部材
５ サブマウント
６ リード端子
７ 凹部
８ 第１反射面
９ 第２反射面
１０ ボンディングワイヤ
１１ 回路基板
１２ 半田

Claims (16)

  1. 複数の発光素子と、上記発光素子を搭載する発光素子搭載部材と、上記発光素子搭載部材の上記発光素子を搭載する搭載面側を覆う被覆部材とを備え、
    上記発光素子搭載部材の上記各発光素子の搭載位置には凹部が設けられ、
    上記被覆部材には、上記凹部に対応する位置に貫通孔が設けられ、
    上記凹部及び上記貫通孔の内壁面はそれぞれ第１反射面及び第２反射面を形成し、
    上記発光素子の光軸に対する上記第２反射面の角度が、上記第１反射面の角度より小さいことを特徴とする半導体発光装置。
  2. 上記第１反射面の光軸に対する角度が４０度〜５０度の範囲内であって、
    上記第２反射面の光軸に対する角度が２０度〜４０度の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  3. 上記第１反射面の光軸に対する角度が４５度であり、
    上記第２反射面の光軸に対する角度が３０度であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  4. 上記発光素子に対し電流を供給するリード端子を備え、
    複数の上記凹部が一列に配置され、
    上記リード端子は、上記発光素子搭載部材から突出するように設けられ、その突出方向は上記各凹部の配列方向に対し垂直方向であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  5. 上記発光素子は矩形形状の板状であり、
    上記発光素子搭載部材は、上記凹部の底面から上記発光素子搭載部材の底面までが上記発光素子の１辺の長さ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  6. 上記発光素子に対し電流を供給するリード端子を備え、
    上記発光素子搭載部材の底面は上記被覆部材から露出し、
    上記発光素子搭載部材の底面が上記リード端子の底面と同じ平面上又はリード端子の底面よりも突出していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  7. 上記発光素子搭載部材の底面は上記被覆部材から露出し、
    上記発光素子搭載部材は、上記凹部が形成された上面よりも、この上面と対向する底面の面積の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  8. 上記発光素子搭載部材は、銅又は銅合金から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  9. 上記発光素子搭載部材は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  10. 上記第１反射面は、Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄの単体又は複数混合したものによってめっきが施されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  11. 上記発光素子と上記凹部の底面との間に電気絶縁性を有したサブマウントを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  12. 上記サブマウントは、炭化珪素（ＳｉＣ）若しくは炭化珪素に金属のアルミニウム、マグネシウムを含浸させたもの又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から構成されることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光装置。
  13. 複数の上記凹部の底面の直径がそれぞれ異なっていることを特徴とした請求項１に記載の半導体発光装置。
  14. 上記発光素子は矩形形状の板状であり、
    上記凹部の深さは、上記発光素子の厚み以上、かつ、上記発光素子の対角線以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  15. 上記発光素子搭載部材に３つの上記凹部が設けられ、各凹部は３角形の頂点に位置するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  16. 上記発光素子搭載部材に４つの上記凹部が設けられ、各凹部は４角形の頂点に位置するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
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