JP2016219654A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板に導入される光の利用効率の高い半導体発光装置を提供することにある。【解決手段】逆円錐台形状の傾斜反射面３１ｃを有する凹部３１の底面３１ｅに半導体発光素子３が実装されてなる樹脂ケース３０を備えた半導体発光装置１において、半導体発光素子３の光出射面３ａの一辺の長さを（ａ）、半導体発光素子３の高さを（ｈ）、半導体発光素子３の実装機の実装精度を（±ｂ）としたときの、凹部３１の底面３１ｅの中心位置から傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの面方向の距離（ｄ）、凹部３１の底面３１ｅから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの高さ方向の距離（ｘ）、及び凹部３１の底面３１ｅに平行な平行面３１ｆに対する傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）の夫々について適正化を図った。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体発光装置に関するものであり、詳しくは、発光源となる半導体発光素子の周囲を囲むように反射部材を配置してなる半導体発光装置に関する。

従来、この種の半導体発光装置としては、特許文献１に「半導体発光装置」の名称で開示されたものがある。

開示された半導体発光装置８０は図１４にあるように、基板８１の互いに対向する両端部側に、表面上から端面上を下方に延びて裏面上に回り込む一対の導電パターン８２及び８３が形成されている。

そのうち一方の側の導体パターン８２は、基板８１の表面上に位置する部分をダイボンディングパッド部８２ａとし基板８１の裏面上に位置する部分を実装用電極部８２ｂとすると共に、ダイボンディングパッド部８２ａに半導体発光素子（ＬＥＤチップ）８４が接合されてＬＥＤチップ８４の下部電極と導電パターン８２とが電気的に接続されており、他方の側の導体パターン８３は、基板８１の表面上に位置する部分をワイヤボンディングパッド部８３ａとし基板８１の裏面上に位置する部分を実装用電極部８３ｂとすると共に、ワイヤボンディングパッド部８３ａに、一端部がＬＥＤチップ８４の上部電極に接合されたボンディングワイヤ８５の他端部が接合されてＬＥＤチップ８４の上部電極と導電パターン８３とがボンディングワイヤ８５を介して電気的に接続されている。

そして、ＬＥＤチップ８４及びボンディングワイヤ８５の周囲を囲むように逆円錐台形状の凹部８６を有する枠状部材８７が基板８１上に形成されて凹部８６内に透明樹脂８８を充填することによりＬＥＤチップ８４及びボンディングワイヤ８５が樹脂封止されている。

特許第４９４２３３１号

ところで、上記構成からなる半導体発光装置８０は、枠状部材８７が光反射樹脂で形成された場合、枠状部材８７の凹部８６からの出射光は、ＬＥＤチップ８４の光出射面８４ａから出射された直接光と、ＬＥＤチップ８４の光出射面８４ａから出射して枠状部材８７の、凹部８６に位置する傾斜内側面８７ａで反射された反射光とで構成される。

この半導体発光装置８０を例えば導光板の光源に用いるとすると、導光板内において配光制御が可能な光は導光板の中心軸に対して約２°以内の角度で入射した光である。そのため、半導体発光装置８０を該半導体発光装置８０の中心軸と導光板の中心軸とが一致するように導光板近傍に配置した場合、半導体発光装置８０から該半導体発光装置８０の中心軸に対して約２°以内の角度で出射した光が導光板内において配光制御が可能となる。

そこで、この半導体発光装置８０から中心軸に対して約２°以内の方向に出射される光成分の輝度分布を光学シミュレーションによって検証すると、図１５にあるように ＬＥＤチップ８４の上方がＬＥＤチップ８４からの直接光９０の配光で輝度が高く且つ枠状部材８７の傾斜内側面８７ａの上方がＬＥＤチップ８４から出射して傾斜内側面８７ａで反射された反射光９１の配光で輝度が高く、ＬＥＤチップ８４と傾斜内側面８７ａとの間に位置する、凹部８６の底面８６ａの上方９２が輝度が低い。

したがって、半導体発光装置８０から中心軸に対して約２°以内に出射される光成分の輝度分布は、光学シミュレーションによって輝度ムラを有することが明らかになった。

そこで、このような輝度ムラを有する半導体発光装置８０を導光板の光源として使用する場合は、導光板の光入射面に光拡散処理を施して光拡散面とすることにより入射光を拡散して輝度分布を均一化することが考えられるが、導光板内に導入される光の光量が大幅に低減すると共に導光板内に導入された光の光路制御が複雑で難しいために光利用効率が著しく低下する。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、導光板に導入される光の利用効率の高い半導体発光装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、逆円錐台形状の傾斜反射面を有する凹部の底面に半導体発光素子が実装されてなる樹脂ケースを備えた半導体発光装置であって、前記半導体発光素子の光出射面の一辺の長さを（ａ）、該半導体発光素子の高さを（ｈ）、前記凹部底面の中心位置から前記傾斜反射面の立ち上がり位置までの面方向の距離を（ｄ）、前記凹部底面から前記傾斜反射面の立ち上がり位置までの高さ方向の距離を（ｘ）、前記凹部底面に平行な面に対する前記傾斜反射面の傾斜角度を（θ）、前記半導体発光素子の実装機の実装精度を（±ｂ）としたときに、以下の関係式（１）〜（４）を満たすことを特徴とするものである。
０°≦ｘ≦ｈ・・・（１）、３７°≦θ≦５３°・・・（２）、｛（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ／２）｝≦ｄ≦｛（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ×５．５）｝・・・（３）、｛（（ｈ−ｘ）／ｔａｎθ）＋ｄ｝≦０．７５・・・（４）

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記傾斜反射面は、拡散反射面であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記凹部底面から前記傾斜反射面の立ち上がり位置までは、前記凹部底面に垂直な面で構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記半導体発光素子は、ＬＥＤ素子であることを特徴とするものである。

本発明によれば、逆円錐台形状の傾斜反射面を有する凹部の底面に半導体発光素子が実装されてなる樹脂ケースを備えた半導体発光装置において、半導体発光素子の光出射面の一辺の長さを（ａ）、半導体発光素子の高さを（ｈ）、凹部底面の中心位置から傾斜反射面の立ち上がり位置までの面方向の距離を（ｄ）、凹部底面から傾斜反射面の立ち上がり位置までの高さ方向の距離を（ｘ）、凹部底面に平行な面に対する傾斜反射面の傾斜角度を（θ）、前記半導体発光素子の実装機の実装精度を（±ｂ）としたときに、０°≦ｘ≦ｈ・・・（１）、３７°≦θ≦５３°・・・（２）、｛（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ／２）｝≦ｄ≦｛（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ×５．５）｝・・・（３）、｛（（ｈ−ｘ）／ｔａｎθ）＋ｄ｝≦０．７５・・・（４）の、４つの関係式を満たす構成とした。

その結果、出射光の輝度分布の均一化によって輝度ムラが抑制された半導体発光装置が可能となり、導光板に対して光利用効率の高い光源が実現できた。

実施形態の半導体発光装置の平面説明図である。 図１のＡ−Ａ断面説明図である。 半導体発光装置の出射光による照射パターンの説明図である。 半導体発光装置の構成に係るパラメータの説明図である。 半導体発光装置の凹部底面に係る説明図である。 半導体発光装置の光路説明図である。 半導体発光装置の傾斜反射面の傾斜角度に係る説明図である。 同じく、半導体発光装置の傾斜反射面の傾斜角度に係る説明図である。 同じく、半導体発光装置の傾斜反射面の傾斜角度に係る説明図である。 同じく、半導体発光装置の傾斜反射面の傾斜角度に係る説明図である。 半導体発光装置を構成する半導体発光素子からの直接光と傾斜反射面による反射光との位置関係の説明図である。 半導体発光装置の傾斜反射面の立ち上がり位置の説明図である。 半導体発光装置の構成に係るパラメータを具体例に基づいて数値化した表である。 従来例の説明図である。 同じく、従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明に係る実施形態の半導体発光装置の平面説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面説明図である。

実施形態の半導体発光装置１は、互いに電気的に分離された第１リード１０及び第２リード２０を、光反射性及び遮光性を有する成形樹脂でインサート成形することによりリード１０、２０が樹脂ケース３０に埋設されてなるパッケージ２を形成し、樹脂ケース３０に設けられた凹部３１内に半導体発光素子（例えば、ＬＥＤ素子）３を実装して封止樹脂４０で樹脂封止した構成を有する。

パッケージ２を構成する樹脂ケース３０は、略直方体形状を呈すると共に一方の面側に逆円錐台形状の凹部３１を有しており、凹部３１の底部は、半導体発光素子３をダイボンディング（実装）する円形状のダイボンディング領域３１ａ及びボンディングワイヤ４をワイヤボンディングする、ダイボンディング領域３１ａから延びる矩形状のワイヤボンディング領域３１ｂを有している。また、凹部３１の、逆円錐台形状に傾斜した内側面（傾斜内側面）３１ｃは、反射面（傾斜反射面）３１ｃを形成している。

パッケージ２を構成する第１リード１０及び第２リード２０からなる一対のリードの夫々は、例えば、Ｃｕ合金からなる金属板材にＮｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ等のメッキ処理を施すことによって表面処理を行った後、板金加工（打ち抜き加工）あるいはエッチング加工等の加工を施すことにより所望の形状に成形されており、夫々の一端部側が凹部３１の底部に対向配置されると共に、他端部側が凹部３１の底部から樹脂ケース３０内を互いに反対方向に延びて側方から延出し、該側方に沿って下方に延びて裏面側に回り込んでいる。

そのうち、第１リード１０は、凹部３１の底部に位置して該底部のダイボンディング領域３１ａに露出した部分をダイボンディングパッド部１０ａとし樹脂ケース３０の裏面側に位置する部分を実装用電極部（図示せず）とすると共に、ダイボンディングパッド部１０ａに半導体発光素子３が接合されて半導体発光素子３の下部電極と第１リード１０とが電気的に接続されている。

一方、第２リード２０は、凹部３１の底部に位置して該底部のワイヤボンディング領域３１ｂに露出した部分をワイヤボンディングパッド部２０ａとし樹脂ケース３０の裏面側に位置する部分を実装用電極部（図示せず）とすると共に、ワイヤボンディングパッド部２０ａに、一端部が半導体発光素子３の上部電極に接合されたボンディングワイヤ４の他端部が接合されて半導体発光素子３の上部電極と第２リード２０とがボンディングワイヤ４を介して電気的に接続されている。

そして、凹部３１内には、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性樹脂からなる封止樹脂４０が充填されて半導体発光素子３及びボンディングワイヤ４が樹脂封止されている。

封止樹脂４０は、半導体発光素子３を水分、塵埃及びガス等の外部環境から保護し、且つボンディングワイヤ４を振動及び衝撃等の機械的応力から保護する。また、封止樹脂４０は半導体発光素子３の光出射面３ａとで界面を形成しており、半導体発光素子３の発光光を半導体発光素子３の光出射面３ａから封止樹脂４０内に効率良く出射させる機能も有している。

封止樹脂４０は、透光性樹脂に限らず、透光性樹脂に蛍光体を分散した蛍光体分散樹脂を用いることもある。その場合は、例えば、半導体発光素子３に青色光を発光する素子(青色発光素子)を用い、透光性樹脂に、青色光に励起されて青色光の補色となる黄色光に波長変換する蛍光体（黄色蛍光体）を分散してなる蛍光体分散樹脂を封止樹脂４０に用いることにより、青色発光素子から出射された青色光の一部が黄色蛍光体を励起することによって波長変換された黄色光と、青色発光素子から出射された青色光の一部との加法混色によって白色光に近い色相の光を得ることができる。

また、同様に半導体発光素子３に青色光を発光する青色発光素子を用い、黄色蛍光体の代わりに青色光に励起されて緑色光に波長変換する緑色蛍光体と赤色光に波長変換する赤色蛍光体との２種類の混合蛍光体が分散してなる蛍光体分散樹脂を封止樹脂４０に用いることにより、青色発光素子から発せられた青色光の一部が緑色蛍光体を励起することにより波長変換された緑色光と、青色光の一部が赤色蛍光体を励起することにより波長変換された赤色光と、青色発光素子から出射された青色光の一部との加法混色によって白色光を得ることができる。

また、半導体発光素子３に紫外光を発光する紫外発光素子を用い、紫外光に励起されて赤色光、緑色光及び青色光にそれぞれ波長変換する赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体の３種類の混合蛍光体が分散してなる蛍光体分散樹脂を封止樹脂４０に用いることにより、紫外発光素子から出射された紫外光が赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体の夫々の蛍光体を励起することにより波長変換された赤色光、緑色光及び青色光の加法混色によって白色光を得ることができる。

更に、半導体発光素子３から出射される光の色相（発光波長）と蛍光体の種類を適宜に組み合わせることにより、上述の白色光或いは白色光に近い色相の光を含め、半導体発光素子３の発光光とは異なる種々の色相の光を得ることができる。

そこで、半導体発光装置１の前方（光照射方向）に仮想スクリーン５０を設定し、半導体発光装置１の点灯（発光）時の出射光を仮想スクリーン５０に照射すると、仮想スクリーン５０上には図３に示すような照射パターンが形成される。

具体的には、中央部に、半導体発光素子３からの直接光によって該半導体発光素子３の光出射面３ａの形状を投影した矩形状の照射パターン（Ａ）が形成され、その外側に、樹脂ケース３０の凹部３１の傾斜反射面３１ｃによる反射光によって該傾斜反射面３１ｃの形状を投影したリング状の照射パターン（Ｂ）が形成される。また、照射パターン（Ａ）と照射パターン（Ｂ）との間には、半導体発光素子３の光出射面３ａと傾斜反射面３１ｃとの間に位置する底面部３１ｄを投影したダークエリア（Ｃ）が存在している。

本発明は上記構成の半導体発光装置１において、出射光の輝度分布の均一化を図って輝度ムラの発生を抑制するために、図４に示すように、樹脂ケース３０の凹部３１の底面（半導体発光素子３を実装する実装面）３１ｅの中心軸Ｐから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの面方向の距離（ｄ）、凹部３１の底面３１ｅに平行な平行面３１ｆに対する傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）、及び樹脂ケース３０の凹部３１の底面（半導体発光素子３を実装する実装面）３１ｅから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの高さ方向の距離（ｘ）の夫々について、光学シミュレーションを用いた手法によって最適化を図った。以下、半導体発光装置１の光学系に係るシミュレーションによる検証、及びそれから導き出された（ｄ）、（θ）及び（ｘ）の夫々のパラメータについて説明する。

なお、半導体発光素子３の高さ（厚み）を（ｈ）、半導体発光素子３の光出射面３ａと該半導体発光素子３の光軸ｑとの交点から傾斜反射面３１ｃまでの面方向の距離を（ｄ１）とする。また、樹脂ケース３０の凹部３１の底面３１ｅの中心軸ｐは半導体発光素子３の光軸ｑと同一線上に位置する。

まず、樹脂ケース３０の凹部３１の底面３１ｅの中心軸Ｐから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの面方向の距離（ｄ）について、図５を参照して説明する。

樹脂ケース３０の凹部３１の、半導体発光素子３を実装する実装面でもある底面３１ｅの中心軸Ｐから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの面方向の距離（ｄ）は、半導体発光装置１の出射光によって形成される照射パターンにおけるダークエリアの形成に係るものであり、距離（ｄ）が短くなるにつれてダークエリアの大きさを小さくすることができ、出射光の輝度分布の均一化を図って輝度ムラの発生を抑制することができる。

そこで、半導体発光素子３を実装する、樹脂ケースの凹部（図示せず）の底面３１ｅの形状寸法を、中心軸ｐの位置を中心位置とする半径ｄの円形状とし、半導体発光素子３の実装面の形状寸法を一辺の長さがａの正方形とする。この場合、半導体発光素子３の一辺の長さａは、製造時の寸法バラツキを考慮して許容される最大値に設定する。

すると、一辺の長さがａの正方形の半導体発光素子３を実装するために必要な底面３１ｅの最小の大きさは、設計上、半導体発光素子３に外接する外接円の大きさに相当する。つまり、そのときの底面３１ｅの半径をｄとすると、ｄ＝（ａ√２／２）の関係となる。

但し、半導体発光素子３の実装時には、マウンター（実装機）の有する実装精度によって実装位置にバラツキが生じる。そのため、半径ｄ＝（ａ√２／２）の円形状の底面３１ｅに一辺の長さがａの正方形の半導体発光素子３をマウンターによって自動実装すると、マウンターの実装精度に起因にする位置ずれによって、半導体発光素子３が傾斜反射面３１ｃに接触して傾いた状態で実装される可能性がある。その結果、半導体発光装置１の出射光による配光特性に不具合を生じたり、あるいは半導体発光素子３の点灯時の発熱を放熱する放熱経路に熱抵抗の高い部分が生じて半導体発光素子３の自己発熱による温度上昇を十分に抑制できない恐れがある。

そこで、マウンターの実装精度を±ｂとし、半導体発光素子３が正規の位置に対して実装精度の最大の距離ｂだけずれた位置に実装されると、底面３１ｅの中心軸Ｐの位置から半導体発光素子３の角までの長さは、半導体発光素子３の中心から角までの長さ（ａ√２／２）と位置ずれの距離（ｂ√２）とを加算したものとなる。

したがって、半導体発光素子３が実装される底面３１ｅを、半径を（ａ√２／２）＋（ｂ√２））とする円形状とすることにより、一辺の長さが許容寸法最大のａの半導体発光素子３が、実装精度が±ｂのマウンターの自動実装によって位置ずれの最大値ｂずれた位置に実装されたとしても、底面３１ｅ上に実装することができる。

但し、この場合、半導体発光素子３（特に、半導体発光素子３の角）と傾斜反射面３１ｃとの間の間隙が０となって互いに接触して不具合を生じる可能性が残る。そこで、半導体発光素子３と傾斜反射面３１ｃとの間に必要最低限以上の適宜な間隙、具体的には、マウンターの実装精度の半分（ｂ／２）以上を設けるようにした。これにより、半導体発光素子３が実装される底面３１ｅの半径を（（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ／２））以上とする円形状とすることにより、半導体発光素子３の実装時の不具合の発生を防止することができる。

但し、半導体発光素子３と傾斜反射面３１ｃとの間の隙間が大きくなると、ダークエリアの大きさが大きくなって半導体発光装置１の出射光の輝度分布の均一性が損なわれ、輝度ムラが発生することになる。そのため、半導体発光素子３と傾斜反射面３１ｃとの間の最大限の適宜な間隙を、マウンターの実装精度の５．５倍（ｂ×５．５）以下に設定した。
これにより、半導体発光素子３が実装される底面３１ｅの半径を（（（ａ√２）／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ×５．５））以下とする円形状とすることにより、半導体発光装置１の出射光によって形成される照射パターンにおけるダークエリアの大きさを小さくすることができて、出射光の輝度分布の均一化を図って輝度ムラの発生を抑制することができる。

換言すると、半導体発光素子３が実装される底面３１ｅの半径（樹脂ケース３０の凹部３１の底面３１ｅの中心軸Ｐから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの面方向の距離）（ｄ）を、（（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ／２））以上（（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ×５．５））以下とすることにより、半導体発光素子３の実装時の不具合の発生を防止することができると共に、半導体発光装置１の出射光によって形成される照射パターンにおけるダークエリアの大きさを小さくすることができて、出射光の輝度分布の均一化を図って輝度ムラの発生を抑制することができる。

次に、傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）について、図６〜図１０を参照して説明する。

半導体発光素子３からの出射光は、光出射面側の半球方向、換言すると、光出射面側の立体角２π［ｓｒ］内に出射される。それに対し、半導体発光装置１から出射される光は図６にあるように、半導体発光素子３から出射して封止樹脂４０内を導光してそのまま外部に出射される直接光Ｌ１、半導体発光素子３から出射して封止樹脂４０内を導光して樹脂ケース３０の凹部３１の傾斜反射面３１ｃで反射（１回の反射）された１回反射光Ｌ２、及び半導体発光素子３から出射して封止樹脂４０内を導光して封止樹脂４０の表面で内部反射（全反射）された後に傾斜反射面３１ｃで反射（１回の反射）された内部反射光Ｌ３に大別できる。

そのうち、半導体発光素子３から出射して封止樹脂４０内を導光して樹脂ケース３０の凹部３１の傾斜反射面３１ｃで反射（１回の反射）された１回反射光Ｌ１についてみてみる。なお、傾斜反射面３１ｃは、照射光を約３０°の角度範囲に反射する拡散反射面として設定する。

樹脂ケース３０は、拡散反射性を有する白色顔料（ＴｉＯ_２、ＢａＳＯ_４など）が混入した白色系樹脂ケースを用いた。但し、ケースの材料は白色系であればよいので、白色系セラミック（Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ）や白色系塗料膜を傾斜内側面に塗布したものでもよい。また、拡散反射面（傾斜反射面）３１ｃが照射光を拡散させる角度範囲を約３０°としているが、具体的には、実際の樹脂ケース３０の作製に際しては、該樹脂ケース３０を、拡散反射面３１ｃの拡散角度範囲を３０°±１°の精度で形成することを想定している。

そこでまず、図７に示すように、傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）を、半導体発光素子３が実装される底面３１ｅに平行な面（平行面）３１ｆに対する角度とする。

傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）が、３７°よりも小さくなると（例えば３６°）、半導体発光素子３から底面３１ｅの面方向（半導体発光素子３の光軸ｑに対して垂直方向）に出射されて傾斜反射面３１ｃで反射された反射光Ｌ２は、光軸ｑに平行な軸（平行軸）ｑ´方向に対して３°〜３３°の範囲に反射される。

これに対し、半導体発光装置１から出射する光のうち、導光板内において配光制御が可能な光は導光板の中心軸に対して約２°以内の角度で入射した光である。言い換えると、半導体発光装置１から該半導体発光装置の光軸に対して約２°以内の角度で出射した光が導光板で有効に活用される。

したがって、傾斜角度３６°の傾斜反射面３１ｃで反射された反射光Ｌ２による出射光の範囲（３°〜３３°）は、半導体発光装置１の出射光の、導光板に対する有効角度範囲（０°〜２°）に重ならず、出射光の連続性を確保することができない。そのため、出射光に輝度ムラが生じて導光板に対して光利用効率の低い光源となってしまう。

したがって、半導体発光装置１を導光板に対して、出射光の輝度ムラを抑制した光利用効率の高い光源とするためには、少なくとも傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）の下限値を３７°とすることが必要である。ちなみに、傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）が３７°の場合、図８に示すように、傾斜反射面３１ｃで反射された反射光Ｌ２は、光軸ｑに平行な平行軸ｑ´方向に対して１°〜３１°の範囲に反射され、半導体発光装置１の出射光の、導光板に対する有効角度範囲（０°〜２°）に重なって出射光の連続性を確保することができ、出射光の輝度分布の均一化によって輝度ムラが抑制されて導光板に対して光利用効率の高い光源となる。

また、上述と同様の理由によって、傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）の上限値も存在する。

傾斜反射面３１ｃの傾斜角度を（θ）が、５３°よりも大きくなると（例えば５４°）、図９にあるように、半導体発光素子３から底面３１ｅの面方向（半導体発光素子３の光軸ｑに対して垂直方向）に出射されて傾斜反射面３１ｃで反射された反射光Ｌ２は、光軸ｑに平行な平行軸ｑ´方向に対して３°〜３３°の範囲に反射される。

したがって、傾斜角度５４°の傾斜反射面３１ｃで反射された反射光Ｌ２による出射光の範囲（３°〜３３°）は、半導体発光装置１の出射光の、導光板に対する有効角度範囲（０°〜２°）に重ならず、出射光の連続性を確保することができない。そのため、出射光の輝度ムラが生じて導光板に対して光利用効率の低い光源となってしまう。

したがって、半導体発光装置１を導光板に対して、出射光の輝度ムラを抑制した光利用効率の高い光源とするためには、少なくとも傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）の上限値を５３°とすることが必要である。ちなみに、傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）が５３°の場合、図１０に示すように、傾斜反射面３１ｃで反射された反射光Ｌ２は、光軸ｑに平行な平行軸ｑ´方向に対して１°〜３１°の範囲に反射され、半導体発光装置１の出射光の、導光板に対する有効角度範囲（０°〜２°）に重なって出射光の連続性を確保することができ、出射光の輝度分布の均一化によって輝度ムラが抑制されて導光板に対して光利用効率の高い光源となる。

以上のことより、傾斜反射面３１ｃの傾斜角度（θ）は、３７°≦θ≦５３°の範囲に設定することが好ましい。これにより、半導体発光装置１から出射した輝度ムラの抑制された出射光が、導光板で有効に利用されて高い光利用効率を実現することができる。

次に、半導体発光素子３を実装する実装面（底面）３１ｅから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの距離（ｘ）について説明する。

図４より、半導体発光素子３の高さ（厚み）を（ｈ）、樹脂ケース３０の凹部３１の底面（半導体発光素子３を実装する実装面）３１ｅから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの高さ方向の距離を（ｘ）、樹脂ケース３０の凹部３１の底面（半導体発光素子３を実装する実装面）３１ｅの中心軸Ｐから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までの面方向の距離を（ｄ）、凹部３１の底面３１ｅに平行な平行面３１ｆに対する傾斜反射面３１ｃの傾斜角度を（θ）、半導体発光素子３の光出射面３ａと該半導体発光素子３の光軸ｑとの交点から傾斜反射面３１ｃまでの面方向の距離を（ｄ１）とすると、
ｄ１＝（（ｈ−ｘ）／ｔａｎθ））＋ｄ
の関係が成り立つ。

ところで、図１１に示すように、半導体発光素子３の一辺の長さをａとすると、半導体発光素子３の光出射面３ａと該半導体発光素子３の光軸ｑとの交点から傾斜反射面３１ｃまでの面方向の距離（ｄ１）、換言すると、傾斜反射面３１ｃの、半導体発光素子３から横方向に出射した光が到達する位置までの距離が３ａ／２以下であれば、半導体発光素子３から出射した直接光Ｌ１及び半導体発光素３から出射して傾斜反射面３１ｃで反射された１回反射光Ｌ２によって形成される照射パターンにおけるダークエリアの存在があったとしても、導光板用の光源として使用できる程度の輝度ムラまで抑制できることを確認している。

したがって、ｄ１＝｛（（ｈ−ｘ）／ｔａｎθ））＋ｄ｝≦（３ａ／２）の関係が成り立つように、各パラメータ（ｘ）、(θ)、（ｄ）を夫々に限定された範囲内で設定することにより、出射光における輝度ムラが抑制されて導光板に対して光利用効率の高い光源となる。

なお、凹部３１の底面３１ｅから傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置までは、該凹部３１の底面３１ｅに垂直な面で構成されている。具体的には、凹部３１の底面３１ｅに垂直な略円筒面からなっている。

そこで、一例として、一辺の最大寸法(ａ)が０．５ｍｍの半導体発光素子３を実装精度（±ｂ）が±０．０５ｍｍの実装機で実装した場合、半導体発光素子３の光出射面３ａと該半導体発光素子３の光軸ｑとの交点から傾斜反射面３１ｃまでの面方向の距離（ｄ１）が３ａ／２以下、つまり０．７５ｍｍとなる場合の、（ｘ）、(θ)、（ｄ）の関係について数値化した表を図１３に示した。

この場合、傾斜反射面３１ｃの立ち上がり位置に係るパラメータ（ｘ）は、半導体発光素子３の高さｈに対して、ｘ＝０、ｘ＝ｈ／３、ｘ＝ｈ／２、ｘ＝２ｈ／３、ｘ＝ｈの５段階に設定した（図１２参照）。また、パラメータ（ｄ）は、（（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ／２））以上（（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ×５．５））以下の範囲内で、ｄ＝０．４５、０．５０、０．５５、０．６０、０．６５、０．７０の６段階に設定した。また、パラメータ（θ）は、３７°〜５３°の間を１°刻みに設定した。

ちなみに、上記ｄの６段階の設定は、ａ＝０．５ｍｍ、ｂ＝０．０５ｍｍのときのｄの範囲が、０．４５≦ｄ≦０．７０となることに基づいている。

これにより、一辺の最大寸法(ａ)が０．５ｍｍの半導体発光素子３を実装精度（±ｂ）が±０．０５ｍｍの実装機で実装した場合、半導体発光装置１を、図１３において数値化された各パラメータ（ｘ）、(θ)、（ｄ）を組み合わせた構成とすることにより、出射光の輝度分布の均一化を図って輝度ムラの発生を抑制することができるため、導光板に対して光利用効率の高い光源の実現が可能となる。

１… 半導体発光装置
２… パッケージ
３… 半導体発光素子
３ａ… 光出射面
４… ボンディングワイヤ
１０… 第１リード
１０ａ… ダイボンディングパッド部
２０… 第２リード
２０ａ… ワイヤボンディングパッド部
３０… 樹脂ケース
３１… 凹部
３１ａ… ダイボンディング領域
３１ｂ… ワイヤボンディング領域
３１ｃ… 傾斜内側面（傾斜反射面）
３１ｄ… 底面部
３１ｅ… 底面
３１ｆ… 平行面
４０… 封止樹脂
５０… 仮想スクリーン

Claims (4)

1. 逆円錐台形状の傾斜反射面を有する凹部の底面に半導体発光素子が実装されてなる樹脂ケースを備えた半導体発光装置であって、
   前記半導体発光素子の光出射面の一辺の長さを（ａ）、該半導体発光素子の高さを（ｈ）、前記凹部底面の中心位置から前記傾斜反射面の立ち上がり位置までの面方向の距離を（ｄ）、前記凹部底面から前記傾斜反射面の立ち上がり位置までの高さ方向の距離を（ｘ）、前記凹部底面に平行な面に対する前記傾斜反射面の傾斜角度を（θ）、前記半導体発光素子の実装機の実装精度を（±ｂ）としたときに、以下の関係式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする半導体発光装置。
   ０°≦ｘ≦ｈ・・・（１）
   ３７°≦θ≦５３°・・・（２）
   ｛（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ／２）｝≦ｄ≦｛（ａ√２／２）＋（ｂ√２）＋（ｂ×５．５）｝・・・（３）
   ｛（（ｈ−ｘ）／ｔａｎθ）＋ｄ｝≦０．７５・・・（４）
2. 前記傾斜反射面は、拡散反射面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。
3. 前記凹部底面から前記傾斜反射面の立ち上がり位置までは、前記凹部底面に垂直な面で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の半導体発光装置。
4. 前記半導体発光素子は、ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光装置。

Images