JP4327526B2

JP4327526B2 - 光半導体装置

Info

Publication number: JP4327526B2
Application number: JP2003273295A
Authority: JP
Inventors: 慎二磯川
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP2005033122A

Description

本願発明は、ＬＥＤチップなどの光半導体チップを用いて構成され、照明用やディスプレイ用などの光源として用いられる光半導体装置、さらに詳しくは、照明効率を高めるためのリフレクタを有する光半導体装置に関する。

従来のリフレクタを有する光半導体装置の一例としては、図６および図７に示す構造のものがある（たとえば、特許文献１参照）。図示された光半導体装置Ｂ１は、基板１０１上に搭載されたＬＥＤチップ１０３と、このＬＥＤチップ１０３の周囲を囲む枠状のリフレクタ１０５とを有している。このリフレクタ１０５の内部には、ＬＥＤチップ１０３やこれに接続されたワイヤ１０４を覆って保護する透明樹脂１０６が充填されている（ただし、図６においては、透明樹脂１０６を省略している）。リフレクタ１０５の内壁面は、傾斜した光反射面１５０となっている。

このような構成によれば、ＬＥＤチップ１０３からその周囲に進行する光を、光反射面１５０によって反射させることにより、上向きに進行させることができる。したがって、ＬＥＤチップ１０３の上面からその上方に進行していた光のみを照明領域に進行させる場合と比べて、光の無駄を少なくすることができる。
特開２０００−１８３４０７号公報

しかしながら、光反射面の光反射率は一般には７０〜９０％程度であり、１００％とすることは技術的に困難である。したがって、上記従来技術のように、光を光反射面１５０において反射させる場合には、光反射面１５０に入射した光の一部がリフレクタ１０５に吸収される。

一方、ＬＥＤチップとしては、たとえば、図８に示すような光度分布の光Ｌを発するものがある。このＬＥＤチップ３は、その厚み方向に延びる中心軸Ｃに対して約６０°の角度をなす方向に、最も高い光度の光Ｌ１を発するものである。なお、図中の光Ｌを表す矢印の長さは、それぞれの方向に進行する光の相対的な光度に対応した長さとなっている。

光半導体装置Ｂ１は、上記したような光度分布をもつＬＥＤチップ３が用いられた場合に、光Ｌ１が光反射面１５０に入射し、反射される構成となっている。ところが、光Ｌ１は、最も高い光度を有する光であるために、この光Ｌ１が光反射面１５０に入射したのでは、その入射時にリフレクタ１０５によって吸収される光の量はかなり多くなる。このため、従来技術においては、その分だけ発光輝度が低いものとなり、この点において未だ改善すべき余地があった。

本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、厚み方向に延びる中心軸に対して傾斜した方向に進行する光が最も高い光度となる光度分布を有する光半導体チップを用いた場合に、リフレクタによる光の吸収量を少なくし、発光輝度を高めることが可能な光半導体装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

本願発明の第１の側面よって提供される光半導体装置は、放射状に光を発し、かつ厚み方向に延びる中心軸に対して傾斜した方向に進行する光が最も高い光度となる光度分布をもつ光半導体チップと、上記光半導体チップを上記中心軸廻りに囲む光反射面を有するリフレクタと、を備えている光半導体装置であって、上記リフレクタは、上記中心軸に直交し、かつ互いに直交する二方向おいて、上記光半導体チップを挟んで互いに対向する一対ずつの第１および第２の光反射面を備えており、上記一対の第１の光反射面は、上記光半導体チップから発せられた光のうち、最も高い光度の光を遮る高さとされており、上記一対の第２の光反射面は、上記第１の光反射面よりも低くかつ上記最も高い光度の光を遮らない高さとされていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記光半導体チップから発せられた光のうち、最も高い光度の光はリフレクタにより遮られることが無く、上記光半導体装置の外部に直接出射可能である。そのために、上記リフレクタによる光の吸収量を従来技術よりも減少させて、上記光半導体装置の外部への光の進行量を多くすることができる。また、上記最も高い光度の光よりも上記中心軸に対して大きな傾き角度あるいは上記中心軸と略直交する方向へと発せられた光については、従来技術と同様に上記光反射面により反射させることによって、所定の照明領域に導くことが可能であり、有効利用を図ることができる。したがって、従来技術よりも光半導体装置の発光輝度を高めることができる。また、上記最も高い光度の光は、上記第２の光反射面によって遮られないため、上記光半導体装置の外部に直接出射される。したがって、上記第２の光反射面による光の吸収量を少なくし、その分だけ照明領域への出射光量を多くすることができる。一方、上記最も高い光度の光を、上記第１の光反射面により反射させることによって所定の照明領域に導くことができる。

本願発明の好ましい実施の形態においては、上記光半導体装置全体が、上記中心軸方向視において長矩形状とされており、上記長矩形の各辺は、上記第２の光反射面側の辺の方が、上記第１の光反射面側の辺よりも長い。

このような構成によれば、上記第１の光反射面は、上記第２の光反射面と比べて上記光半導体チップから離れており、その傾斜角を比較的自由に設定可能であるため、上記光を所望の方向へと反射可能である。

本願発明の好ましい実施の形態においては、上記各第２の反射面の上記中心軸に対する傾斜角が、上記各第１の光反射面の上記中心軸に対する傾斜角よりも小さい。好ましくは、上記リフレクタに収容され、かつ上記光半導体チップを覆う透光部材をさらに有する。好ましくは、上記透光部材のうち上記光半導体チップに対して上記中心軸方向に離間した面は、凸状の曲面とされている。さらに好ましくは、上記光半導体チップおよび上記リフレクタを搭載している基板を備えており、かつこの基板には、上記光半導体チップの複数の電極に電気的に接続された複数の端子が設けられている。このような構成によれば、光半導体装置全体を実装が容易であり、かつ簡易な構造のものにすることができる。さらに、本願発明の第２の側面によって提供される光半導体装置は、放射状に光を発し、かつ厚み方向に延びる中心軸に対して傾斜した方向に進行する光が最も高い光度となる光度分布をもつ光半導体チップと、上記光半導体チップを上記中心軸廻りに囲む１以上の光反射面を有するリフレクタと、を備えている光半導体装置であって、上記リフレクタには、上記光半導体チップから発せられた光のうち、最も高い光度の光を遮る高さとされた光反射面と、上記中心軸方向視において上記光を遮る高さとされた光反射面とは異なる位置に設けられ、かつ上記最も高い光度の光を遮らない高さとされた光反射面と、が混在するように設けられていることを特徴としている。

本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図３は、本願発明に係る光半導体装置の一例を示している。図１に示すように、本実施形態の光半導体装置Ａ１は、基板１、ＬＥＤチップ３、リフレクタ５、および透光部材６を具備して構成されている。ただし、図１においては、透光部材６を省略している。この光半導体装置Ａ１は、取り付けスペースの制約やその他の条件に応じて、その幅を小さくすべく平面視において細長矩形状とされている。

基板１は、矩形の平板状であり、その材質がたとえばガラスエポキシ系樹脂とされた絶縁基板である。この基板１の上面には、ＬＥＤチップ３、リフレクタ５および透光部材６が搭載されている。

ＬＥＤチップ３は、放射状の光Ｌを発するものであり、図８を参照して説明したのと同様な光度分布をもつ。したがって、ＬＥＤチップ３の厚み方向に延びる中心軸Ｃに対して約６０°の角度をなす方向に進行する光Ｌ１が、最も高い光度となっている。また、この光度分布は、中心軸Ｃ廻りに略軸対称となっている。

ＬＥＤチップ３の上面および下面には、電極が形成されている。ＬＥＤチップ３は、基板１に設けられた第１の導体部２ａ上にボンディングされていることにより、その下面の電極と第１の導体部２ａとの電気的接続が図られている。基板１に設けられた第２の導体部２ｂと上記上面の電極とは、ワイヤＷを介して電気的に接続されている。第１および第２の導体部２ａ，２ｂは、基板１の上面から下面に廻り込んでおり、この基板１の下面に位置する部分が面実装用の端子部２ａ’，２ｂ’となっている。

リフレクタ５は、ＬＥＤチップ３と透光部材６とを内部に収容する収容部５１を形成しており、中心軸Ｃに直交するｘ軸方向に延びた細長な矩形の枠状である。このリフレクタ５の複数の内壁面のうち、ｘ軸方向においてＬＥＤチップ３を挟んで互いに対向する一対の内壁面が第１の光反射面５０ａであり、中心軸Ｃおよびｘ軸に直交するｙ軸方向において、ＬＥＤチップ３を挟んで互いに対向する一対の内壁面が、第２の光反射面５０ｂである。リフレクタ５は、たとえばポリカーボネイトに酸化チタンを含ませた白色系の樹脂製であり、このことにより第１および第２の光反射面５０ａ，５０ｂは、光反射率の高い白色面となっている。なお、リフレクタ５の材料は上記に限定されず、たとえば液晶ポリマやポリアミド系樹脂を用いることもできる。

第１および第２の光反射面５０ａ，５０ｂは、いずれも上方を向くように傾斜した平面状に形成されている。図２によく表われているように、第２の光反射面５０ｂは、第１の光反射面５０ａよりも低くされており、かつ最も高い光度の光Ｌ１を遮らない高さとされている。一方、図３によく表われているように、第１の光反射面５０ａは、最も高い光度の光Ｌ１を遮る高さとされている。この第１の光反射面５０ａは、ＬＥＤチップ３から進行してきた光を略直上に反射できるように、中心軸Ｃに対する傾斜角αはたとえば略４５°とされている。リフレクタ５は、ｘ軸方向のサイズに比べてｙ軸方向のサイズが小さいため、第２の光反射面５０ｂを大きく傾斜させることは困難であり、第２の光反射面５０ｂの中心軸Ｃに対する傾斜角βは第１の光反射面５０ａの傾斜角αよりも小さくなっている。

透光部材６は、たとえば透明なエポキシ樹脂製であり、ＬＥＤチップ３やワイヤＷを覆うようにしてリフレクタ５の収容部５１内に収容されている。この透光部材６は、たとえば流動性をもつエポキシ樹脂を収容部５１内にポッティングし、かつこれを硬化させることにより形成されている。したがって、透光部材６の上面は凸状の曲面となっている。

次に、光半導体装置Ａ１の作用について説明する。

まず、ＬＥＤチップ３を発光させると、図２によく表われているように、最も高い光度の光Ｌ１のうち、ｙ方向に進行する光Ｌ１ｂは、第２の光反射面５０ｂに入射すること無く直接外部に出射される。そのために、光Ｌ１ｂの一部が第２の光反射面において吸収されることが回避され、その分だけ発光輝度を高めることができる。さらに、光Ｌ１ｂよりも中心軸Ｃに対して大きな傾斜角をもつ光、あるいは中心軸Ｃに略直交する方向に発せられた光については、第２の光反射面５０ｂによって、この光半導体装置Ａ１の上方に向けて適切に反射させることが可能である。この点を、図４に示す対比例と比較してさらに詳細に説明する。

図４に示す光半導体装置Ｂ２は、本実施形態の光半導体装置Ａ１と同様に、一対の第２の光反射面５０ｂ’の間隔が狭くされたものであるが、その高さは、本実施形態の光半導体装置Ａ１の第２の光反射面５０ｂよりも高くされており、たとえば第１の光反射面５０ａと同等の高さである。この光半導体装置Ｂ２においては、一対の第２の光反射面５０ｂ’の間隔が狭くされているために、それらの傾斜角β’を大きくとることができない。したがって、ＬＥＤチップ３から発せられた光が１つの第２の光反射面５０ｂ’に入射しても、この光は直ちにこの光半導体装置Ｂ２の外部に出射するようには反射されず、一対の第２の光反射面５０ｂ’による反射を繰り返しながら徐々に上方に進行していくこととなる。ところが、このような現象が生じたのでは、上記光の減衰量はかなり多くなってしまう。

これに対し、本実施形態の光半導体装置Ａ１によれば、第２の光反射面の５０ｂの高さが低くされているために、その分だけ一対の第２の光反射面５０ｂ間の領域において反射を繰り返していた光が外部に出射し易くなり、光の減衰量が少なくなる。また、第２の光反射面５０ｂの高さを低くすると、その分だけ第２の光反射面５０ｂの傾斜角βを大きくすることができる。したがって、この光半導体装置Ａ１においては、光半導体装置Ｂ２よりもＬＥＤチップ３から進行してきた光を第２の光反射面５０ｂによって、より上向きに反射することが可能となり、第２の光反射面５０ｂによる光の吸収量を一層少なくすることができるのである。

一方、図３によく表われているように、最も光度の高い光Ｌ１のうちｘ方向に進行する光Ｌ１ａは、第１の光反射面５０ａにより反射されて、略直上に向けて進行する。したがって、光半導体装置Ａ１の直上の照明領域へ進行する光量を多くすることができる。この第１の光反射面５０ａによっては、光Ｌ１ａの一部が吸収されるが、既述したように、第２の光反射面によっては最も高い光度を有する光Ｌ１ｂは遮られないため、全体として光半導体装置Ａ１の発光輝度を高めることができる。

図５は、光半導体装置の参考例を示すものである。同図に示された光半導体装置Ａ２は、第２の光反射面５０ｂだけでなく、第１の光反射面５０ａも、最も高い光度の光Ｌ１ａを遮らない高さとされた構成である。このような構成によれば、最も高い光度の光Ｌ１のほとんどを、反射させること無く外部に出射可能である。したがって、光半導体装置Ａ１よりも、さらにリフレクタによる光の吸収量を少なくし、高輝度化を図ることができる。また、高い光度の光を広い領域に向けて出射することが可能である。

本願発明に用いられるＬＥＤチップとしては、上記実施形態において示されたような光度分布を有する光を発するものに限定されない。ＬＥＤチップの中心軸Ｃに対して傾斜した方向に進行する光が最も高い光度となる光度分布をもつものであれば、本願発明が意図する効果が発揮される。また、その光度分布は、中心軸Ｃ廻りに略軸対称の光度分布でなくてもかまわない。

リフレクタは、たとえば、その内壁面に光反射率の高い金属などの膜をスパッタリングや蒸着によって形成し、これを光反射面とした構成としてもかまわない。また、光反射面を曲面状に形成してもかまわない。

光半導体チップはＬＥＤチップに限定されず、これ以外のものを用いることもできる。また、本願発明に係る光半導体装置は、可視光に変えて、たとえば赤外光などを発するものとして構成することもできる。

本願発明に係る光半導体装置の一例を示す斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。光半導体装置の対比例を示す断面図である。光半導体装置の参考例を示す断面図である。従来の光半導体装置の一例を示す斜視図である。従来の光半導体装置の一例を示す断面図である。ＬＥＤチップの光度分布を示す説明図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２光半導体装置
Ｃ中心軸
Ｌ，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ光
１基板
３ＬＥＤチップ（光半導体チップ）
５リフレクタ
５０ａ第１の光反射面
５０ｂ第２の光反射面
６透光部材

Claims

放射状に光を発し、かつ厚み方向に延びる中心軸に対して傾斜した方向に進行する光が最も高い光度となる光度分布をもつ光半導体チップと、
上記光半導体チップを上記中心軸廻りに囲む光反射面を有するリフレクタと、
を備えている光半導体装置であって、
上記リフレクタは、上記中心軸に直交し、かつ互いに直交する二方向おいて、上記光半導体チップを挟んで互いに対向する一対ずつの第１および第２の光反射面を備えており、
上記一対の第１の光反射面は、上記光半導体チップから発せられた光のうち、最も高い光度の光を遮る高さとされており、
上記一対の第２の光反射面は、上記第１の光反射面よりも低くかつ上記最も高い光度の光を遮らない高さとされていることを特徴とする、光半導体装置。
上記光半導体装置全体が、上記中心軸方向視において長矩形状とされており、
上記長矩形の各辺は、上記第２の光反射面側の辺の方が、上記第１の光反射面側の辺よりも長い、請求項１に記載の光半導体装置。
上記一対の第１の光反射面は、上記光半導体チップから向かってきた光を上記中心軸に沿って進行するように反射する、請求項１または２に記載の光半導体装置。
上記各第２の反射面の上記中心軸に対する傾斜角が、上記各第１の光反射面の上記中心軸に対する傾斜角よりも小さい、請求項１ないし３のいずれかに記載の光半導体装置。
上記リフレクタに収容され、かつ上記光半導体チップを覆う透光部材をさらに有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の光半導体装置。
上記透光部材のうち上記光半導体チップに対して上記中心軸方向に離間した面は、凸状の曲面とされている、請求項５に記載の光半導体装置。
上記光半導体チップおよび上記リフレクタを搭載している基板を備えており、かつこの基板には、上記光半導体チップの複数の電極に電気的に接続された複数の端子が設けられている、請求項１ないし６のいずれかに記載の光半導体装置。
放射状に光を発し、かつ厚み方向に延びる中心軸に対して傾斜した方向に進行する光が最も高い光度となる光度分布をもつ光半導体チップと、
上記光半導体チップを上記中心軸廻りに囲む１以上の光反射面を有するリフレクタと、
を備えている光半導体装置であって、
上記リフレクタには、上記光半導体チップから発せられた光のうち、最も高い光度の光を遮る高さとされた光反射面と、上記中心軸方向視において上記光を遮る高さとされた光反射面とは異なる位置に設けられ、かつ上記最も高い光度の光を遮らない高さとされた光反射面と、が混在するように設けられていることを特徴とする、光半導体装置。