JP2008199000A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型でありながら発光効率の高い半導体発光装置を提供することである。
【解決手段】 プリント配線基板３と、このプリント配線基板３上に実装される発光ダイオード素子２と、この発光ダイオード素子２を封止する樹脂体とを備えてなる半導体発光装置１である。前記樹脂体は発光ダイオード素子２の周囲に設けられる第１の樹脂体７と、前記発光ダイオード素子２及び前記第１の樹脂体７を封止する第２の樹脂体８とで構成される。また、前記第１の樹脂体７の高さは、前記発光ダイオード素子２のジャンクション２３の位置よりは僅かに低く設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオード素子を用いた半導体発光装置に関するものである。

従来、表面実装型の半導体発光装置は、搭載される機器の電池寿命を延ばすために発光効率の向上と共により一層の小型化が重要な課題となっている。発光効率を向上させるために、光反射率が高く拡散反射効果のある白色系樹脂によって、発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）素子の出光面を除いた周囲の部分を覆うように構成したものがある（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示された半導体発光装置は、発光効率としては有効となるが、ＬＥＤ素子のジャンクションから水平方向及び下方に放出される光の有効利用に関しては改善の余地があった。多くの半導体発光装置では、ＬＥＤ素子から放出される光を効率よく取り出すために、プリント配線基板に実装されるＬＥＤ素子の実装面を銀メッキなどして反射率を高めている。しかしながら、ＬＥＤ素子はジャンクションから放射状に光が放出されるため、銀メッキの面積を十分に確保しないと水平方向及びそれより下方に出た光を効率よく取り出すことができず、小型化の点で課題が残っていた。

図８はＬＥＤ素子６０を実装した従来の半導体発光装置７０を示したものである。７１はＬＥＤ素子６０が実装されたプリント配線基板であり、このプリント配線基板７１の上面には両側面を回り込むように一対の基板電極７２，７３が形成されている。また、一方の基板電極７３の表面にはアルミニウムや銀など光反射率の高い金属からなる反射膜７４が形成されている。さらに、ＬＥＤ素子６０の２つの素子電極５４，５５は、ワイヤ７５よってプリント配線基板７１の基板電極７２，７３にそれぞれ接続されている。ＬＥＤ素子６０は透明又は透光性を有する樹脂体７６によって封止されており、プリント配線基板７１と接する面を除くこの樹脂体７６の外周面が光放出面７７となっている。

また、ＬＥＤ素子６０の発光面であるジャンクション５３においては水平方向および下方にも光が強く放出される。放出された光のうち、ジャンクション５３から急な角度で下方に向かう放出光７８は、前記反射膜７４によって反射されるため比較的効率良く上方に向かうが、ジャンクション５３から緩い角度で下方に向かう放出光７９は、反射膜７４の外側の基板電極７３で反射されるため、半導体発光装置７０の外部上方に効率よく放出されない。ワイヤ７５のボンディング性を考えると基板電極７２，７３の表面には金メッキを施すことが望ましいが、特に青色ＬＥＤの場合は、金メッキの部分で極端に反射率が悪くなるという問題がある。上述したように、ジャンクション５３からは水平方向やそれよりも下方にも光が強く放出されるため、放出光７９のように緩い角度で下方に向かう光が多く、発光効率上大きな問題であった。

図９に示した半導体発光装置８０は、上記の問題を解消するために、プリント配線基板７１に設けた基板電極７２，７３の全面に反射膜７４ａ，７４ｂを設けている。このように基板電極７２，７３の全面に反射膜７４ａ，７４ｂを設けることで、放出光７８，７９のいずれもが反射膜７４ａ，７４ｂで反射されるため、発光効率の問題は解消される。しかし、ワイヤボンディング面にアルミニウムや銀などの反射膜７４ａ，７４ｂが設けられることで、ワイヤのボンディング性が悪くなり、信頼性を損ねるおそれがある。

図１０に示した半導体発光装置９０は、ワイヤボンディングの信頼性の問題を解決するために、半導体発光装置９０の横幅を広げて反射膜７４を大きく確保したものである。すなわち、図１０に示した半導体発光装置９０では、横幅Ｌ２を図８に示した半導体発光装置７０の横幅Ｌ１より広くとり（Ｌ１＜Ｌ２）、それに伴って反射膜７４の幅も大きくしている。このように構成することで、発光効率が改善されると共にワイヤボンディングの信頼性も向上するが、その反面小型化に逆行してしまうことになる。
特開２００５−２７７２２７号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術等の問題点を解決し、小型でありながら発光効率の高い半導体発光装置を提供することである。

本発明の半導体発光装置は、プリント配線基板と、このプリント配線基板上に搭載される発光ダイオード素子と、この発光ダイオード素子を封止する樹脂体とを備えてなる半導体発光装置において、前記樹脂体は発光ダイオード素子の周囲に設けられる第１の樹脂体と、前記発光ダイオード素子及び前記第１の樹脂体を封止する第２の樹脂体とで構成されている。

前記第１の樹脂体の高さは、前記発光ダイオード素子のジャンクションの位置よりは僅かに低く設定されていることが望ましい。

また、前記第１の樹脂体は、その上面の角部が、少なくとも前記発光ダイオード素子に設けられるジャンクションと第２の樹脂体の下面の角部とを結ぶ仮想の直線上の位置か、若しくは直線より上側に位置するように設定されている。

さらに、前記第１の樹脂体は拡散反射効果を有しており、その光反射率が前記第２の樹脂体の光反射率よりも大きいことが望ましい。

本発明によれば、発光ダイオード素子から放出される光の反射率を高めることができるため、小型でかつ発光効率の高い半導体発光装置が得られる。また、１つの発光ダイオード素子のジャンクションから水平方向及び水平方向より下方に放出される光を上向きにして利用することで、輝度を増加させることができるので、複数の発光ダイオード素子を必要とする場合でも、使用する素子数を減らして半導体発光装置を小型化してコストの低減を図ることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１には本発明に係る半導体発光装置の第１実施例が示されている。この半導体発光装置１は、ＬＥＤ素子２と、このＬＥＤ素子２が実装されるプリント配線基板３と、プリント配線基板３上においてＬＥＤ素子２を封止する樹脂体とを備えている。

前記プリント配線基板３の上面３ａには両側面を回り込むように一対の基板電極５，６が形成され、一方の基板電極６上に前記ＬＥＤ素子２が接着剤（図示せず）でダイボンドされている。また、ＬＥＤ素子２の一対の素子電極２４，２５は、それぞれがワイヤ２６によって前記基板電極５，６に電気的に接続されている。

本発明において前記樹脂体は、プリント配線基板３に実装されたＬＥＤ素子２の周囲を取り囲むように設けられる第１の樹脂体７と、前記プリント配線基板３上において、ＬＥＤ素子２及び第１の樹脂体７を封止する第２の樹脂体８とで構成されている。第２の樹脂体８は透明又は透光性のエポキシ樹脂やシリコン樹脂などからなり、外周面が光放出面９となっている。なお、第２の樹脂体８に蛍光剤などを混入することもできる。例えば、ＬＥＤ素子２を青色発光ダイオードで構成した場合、第２の樹脂体８にＹＡＧ等の黄色系蛍光剤を混入することで、半導体発光装置１の光放出面９から白色光を放出させることができる。

また、本発明において、第１の樹脂体７の高さは、ＬＥＤ素子２の発光面であるジャンクション２３の位置より低く設定される。特に、図１に示されるように、第１の樹脂体７の上面７ａがジャンクション２３の位置より僅かに低い位置に設定されるのが望ましい。こうすることで、ＬＥＤ素子２のジャンクション２３から水平方向および水平方向より下に放出された光の多くを第１の樹脂体７の上面７ａで反射させることができる。ＬＥＤ素子２のジャンクション２３から水平方向および下向きに出た光を効率良く上向きの光として利用するには、ジャンクション２３より僅かに低い位置で配置された第1の樹脂体７における上面７ａの面積が出来るだけ広い方が良い。

ところで、図２には第１の樹脂体７における上面７ａの下限値が示してある。例えば横幅の異なる３タイプの第１の樹脂体７ｂ，７ｃ，７ｄの各上面７ｅ，７ｆ、７ｇの下限値を決める場合、各上面７ｅ，７ｆ、７ｇの角部７ｈ，７ｉ，７ｊが少なくとも前記発光ダイオード素子２のジャンクション２３と第２の樹脂体８の下面の角部８ａとを結ぶ仮想の直線１５上の位置か、好ましくは各角部７ｈ，７ｉ，７ｊの位置を点線で示したように、直線１５より上側に位置するように設定する。このように各上面の角部７ｈ，７ｉ，７ｊの位置の下限値を設定することで、ＬＥＤ素子２のジャンクション２３から放出された水平方向および下方に向かう光を第１の樹脂体７の上面７ａで反射させることができる。したがって、必ずしも上記のように第１の樹脂体７の上面７ａをジャンクション２３の位置より僅かに低い位置に設定しなくてもよい。このようにして、図１に示すように、第１の樹脂体７における上面７ａの角部７ｋが来る位置の下限値を決めることで、半導体発光装置１を設計する際の自由度が大きくなる。

さらに、本発明では、第１の樹脂体７の光反射率が、前記第２の樹脂体の光反射率よりも大きく設定されていることが望ましい。光反射率を大きくする手段として、本発明では第１の樹脂体７に拡散反射効果を持たせている。拡散反射とは、光源からの光が物体表面の細かな凹凸面に当たって乱反射することをいう。

白色系の樹脂で第１の樹脂体７を形成することより拡散反射効果を大きくすることができ、また透明又は透光性の樹脂中に酸化チタン、白色系のセラミックス、表面を粗面化したアルミニウム又は銀などをフィラーとして混入させることで拡散反射効果を大きくすることができる。

上記のように、ＬＥＤ素子２のジャンクション２３のすぐ近くに拡散反射効果の大きい第１の樹脂体７を設定したので、仮に第１の樹脂体７の面積が小さくてもジャンクション２３から斜め下方側に向かう放出光１１，１２がいずれも第１の樹脂体７の上面７ａで反射されることになり、効率良く光放出面９に向かわせることができる。それ故、ＬＥＤ素子２から放出される光の反射率を高めることができ、小型でありながら発光効率の高い半導体発光装置１が実現出来る。因みに、半導体発光装置１の横幅は、図８で示した半導体発光装置１と同じ横幅Ｌ１に収めることができる。

なお、図３に示したように、ＬＥＤ素子２を前記プリント配線基板３の上面３ａに直接実装してもよく、ＬＥＤ素子２の一対の素子電極２４，２５と基板電極５，６とはワイヤ２６によって電気的に接続される。

図４には本発明に係る半導体発光装置の第２実施例が示される。この半導体発光装置１０は、第１の樹脂体７の上面に拡散反射効果の大きい反射膜１３が形成されている以外は上述した第１実施例の半導体発光装置１の構成とほぼ同じなので、同一の符号を付することで詳細な説明を省略する。なお、前記の反射膜１３は、例えばアルミニウムや銀など反射率の高い金属の蒸着膜によって形成され、あるいは第１の樹脂体７の上面に施したメッキなどによって形成される。なお、メッキの表面を粗面化することで拡散反射効果をさらにアップすることができる。

このように、第１の樹脂体７の上面に反射膜１３を形成することで、ＬＥＤ素子２のジャンクション２３から放出される放出光１１，１２が拡散反射され、効率良く光放出面９に向かわせることができる。なお、熱伝導率の高いフィラーを前記第１の樹脂体７に混入することでＬＥＤ素子２の放熱効果が高められるが、反面第１の樹脂体７の反射率は低下してしまう。そこで、第１の樹脂体７に熱伝導率の高いフィラーを混入し、かつ上面に反射膜１３を形成することで、光発光効率と放熱効果の両方を同時に得ることができる。

図５及び図６には本発明に係る半導体発光装置の第３実施例が示される。この半導体発光装置３０は、第２の樹脂体８の外周を枠体３１が取り囲んでいる以外は、上述した第１実施例の半導体発光装置の構成とほぼ同じなので、同一の符号を付することで詳細な説明を省略する。図６に示したように、枠体３１の内周面３２は上方に向かって開くように傾斜していると共に、反射膜の形成又は鏡面加工などによって表面の反射効率が高くなっており、ＬＥＤ素子２から放出された光の発光効率をより一層高めることができる。なお、枠体３１を比較的光反射率の高い樹脂によって形成することで、内周面３２の反射膜や鏡面加工を省くこともできる。

図７には本発明に係る半導体発光装置の第４実施例が示される。この半導体発光装置４０は、プリント配線基板３上に複数のＬＥＤ素子が実装される場合を示しており、例えば図５では２つのＬＥＤ素子２ａ，２ｂが実装されている場合を示す。この場合、ＬＥＤ素子２ａ，２ｂの周囲を取り囲む第１の樹脂体７は、両方のＬＥＤ素子２ａ，２ｂの間にも設けられている。

このように、複数のＬＥＤ素子２ａ，２ｂを用いた半導体発光装置４０では発光効率をさらに高めることができる。そのため、例えば３個以上のＬＥＤ素子を小さな面積の基板上に密集させた状態で実装しても、発光効率の低下を防ぐことが出来、発光効率が高くかつ小型の半導体発光装置を実現できる。

以上説明したように本発明によれば、ジャンクションのすぐ近くに拡散反射効果の大きい樹脂体を設けたので、ジャンクションからの放出光を効率よく反射することが出来る。

また複数のＬＥＤ素子を小さな面積のプリント配線基板上に密集させても発光効率の低下を防ぐことが出来るという顕著な効果がある。

上記において本発明の好ましい実施例を述べてきたが、本発明はこれら実施例に限定されず、種々の変更および変形がこれら実施例になされ得るものである。

本発明の半導体発光装置は、携帯電話のカメラ用補助光源およびスポットライトのような一般照明において有用である。

本発明に係る半導体発光装置の第１実施例を示す断面図である。 本発明に係る半導体発光装置において第１の樹脂体の上面角部の位置について、下限値を決定する説明図である。 本発明に係る半導体発光装置の平面図である。 本発明に係る半導体発光装置の第２実施例を示す断面図である。 本発明に係る半導体発光装置の第３実施例を示す斜視図である。 前記図５におけるVI−VIの断面図である。 複数の発光ダイオード素子が実装された本発明に係る半導体発光装置の第４実施例を示す断面図である。 従来の半導体発光装置の一例を示す断面図である。 従来の半導体発光装置の他の例を示す断面図である。 従来の半導体発光装置のその他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 半導体発光装置
２ ＬＥＤ素子
３ プリント配線基板
３ａ 上面
３ｂ 角部
７ 第１の樹脂体
７ａ 上面
７ｋ 角部
８ 第２の樹脂体
１０ 半導体発光装置
１３ 反射膜
１５ 直線
３０ 半導体発光装置
３１ 枠体
４０ 半導体発光装置

Claims (10)

1. プリント配線基板と、このプリント配線基板上に実装される発光ダイオード素子と、この発光ダイオード素子を封止する樹脂体とを備えてなる半導体発光装置において、
   前記樹脂体は発光ダイオード素子の周囲に設けられる第１の樹脂体と、前記発光ダイオード素子及び前記第１の樹脂体を封止する第２の樹脂体とで構成され、
   前記第１の樹脂体の高さが前記発光ダイオード素子に設けられるジャンクションの位置より低く設定されていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記第１の樹脂体の光反射率が前記第２の樹脂体の光反射率よりも大きく設定されている請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記第１の樹脂体の高さが前記発光ダイオード素子に設けられるジャンクションの位置より僅かに低く設定されている請求項１記載の半導体発光装置。
4. 前記第１の樹脂体は、その上面の角部が少なくとも前記発光ダイオード素子に設けられるジャンクションと第２の樹脂体の下面の角部とを結ぶ仮想の直線上の位置か、若しくは直線より上側に位置するように設定されている請求項１記載の半導体発光装置。
5. 前記第１の樹脂体が拡散反射効果を有する請求項１記載の半導体発光装置。
6. 前記第１の樹脂体の少なくとも上面に反射膜が設けられている請求項４記載の半導体発光装置。
7. 前記第１の樹脂体の少なくとも上面に施された前記反射膜は、メッキ又はアルミニウムや銀など反射率の高い金属の薄膜である請求項６記載の半導体発光装置。
8. 前記第１の樹脂体は白色系の樹脂、あるいは透明又は透光性の樹脂中に白色系のセラミックス、アルミニウム又は銀の少なくとも一つがフィラーとして混入されている請求項５記載の半導体発光装置。
9. 前記第２の樹脂体の周囲に枠体が設けられている請求項１記載の半導体発光装置。
10. 前記第１の樹脂体に熱伝導性の高いフィラーが含まれている請求項１記載の半導体発光装置。

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