JP5266603B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体発光装置に関し、特に、半導体発光素子の光と波長変換層の光との混色光を発光する半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device that emits mixed color light of light from a semiconductor light emitting element and light from a wavelength conversion layer.
現在、青色発光素子の光の一部を蛍光体で波長変換し、青色発光素子からの光と蛍光体からの光を合成して白色光を作り出す半導体発光装置が、一般照明、街路灯、ヘッドランプ等のように照明器具の光源として利用されている。 Currently, semiconductor light-emitting devices that produce white light by combining part of the light from the blue light-emitting element with a phosphor and combining the light from the blue light-emitting element with the light from the phosphor are used in general lighting, street lights, and heads. It is used as a light source for lighting fixtures such as lamps.
従来のこの種の半導体発光装置として、特許文献1に、簡単な構成で、効率よく、均一に色変換された光を提供するため、発光素子と、反射凹曲面を有する本体と、この本体に発光素子を、その発光面が反射凹曲面に対向し、発光面からの特定色光が反射凹曲面で反射した後、外部に放射するよう配設したリードフレームと、反射凹曲面に膜形成され、特定色光の一部を他色光に変換するための蛍光体を含有する色光変換樹脂膜とからなる発光ダイオードが開示されている。
ところで、特許文献1に示された半導体発光装置では、蛍光体層が反射面に膜形成されている。そのため、反射凹曲面で反射され、上方に反射する割合はごく僅かであり、反射される光は樹脂膜の法線方向のみとなる。この半導体発光装置では反射凹曲面で反射される光を効率的に利用できていなかった。 Incidentally, in the semiconductor light emitting device disclosed in Patent Document 1, the phosphor layer is formed on the reflecting surface. For this reason, the proportion of light reflected by the reflective concave surface and reflected upward is very small, and the reflected light is only in the normal direction of the resin film. In this semiconductor light emitting device, the light reflected by the reflecting concave curved surface cannot be used efficiently.
また、構造上、発光素子と反射凹曲面との距離を一定間隔以上離す必要がある。そのため、色光変換樹脂膜に入射する発光素子からの励起光密度は小さくなり、光取り出し方向の光密度も小さくなるという問題があった。 In addition, the distance between the light emitting element and the reflective concave curved surface needs to be separated by a certain distance or more due to the structure. Therefore, there has been a problem that the excitation light density from the light emitting element incident on the color light conversion resin film is reduced, and the light density in the light extraction direction is also reduced.
また、発光素子はリードフレームを用いて中空状態で配置されており、発光素子を大電流で駆動した場合、リードフレームからだけでは放熱は充分でなかった。 In addition, the light emitting element is arranged in a hollow state using a lead frame, and when the light emitting element is driven with a large current, heat radiation is not sufficient from the lead frame alone.
また、発光素子が反射凹曲面の中心位置に配置されているので、反射凹曲面で反射された光を遮光するという問題があった。 Further, since the light emitting element is arranged at the center position of the reflective concave curved surface, there is a problem that the light reflected by the reflective concave curved surface is shielded.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、波長変換層の表面と裏面の両面を効率よく励起して外部に光を取り出すことができる半導体発光装置を提供できる。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can provide a semiconductor light emitting device that can efficiently excite both the front surface and the back surface of the wavelength conversion layer and extract light to the outside.
前記目的を達成するために、本発明の半導体発光装置は、反射面の形成された凹部を有する基体と、前記反射面に光出射面が対向するように複数の半導体発光素子が実装され、前記基体に固定された実装部材と、前記基体あるいは前記実装部材に固定され、前記半導体発光素子と前記反射面との間に、前記半導体発光素子及び前記反射面と離間して配置された波長変換層と、を備えた半導体発光装置であって、前記実装部材は、光取り出し用の開口部を有する実装基板から構成され、前記基体は、金属基板、セラミック基板又は半導体基板で構成され、前記実装部材は、前記半導体発光素子からの発熱を発熱可能な放熱性の高い材料から構成され、前記基体上の前記反射面の周囲に熱的に接触するように固定され、前記波長変換層は、前記基体と前記実装部材との接着界面に熱的に埋め込まれた金属製メッシュに形成され、前記半導体発光素子は、前記開口部より外側であって前記実装部材の前記基体の前記反射面の中心に向かって内側に傾斜した素子搭載部に実装され、前記半導体発光素子から出射する光が前記波長変換層に斜めに入射するように配置し、前記開口部が、前記波長変換層の大きさよりも小さい。
好ましくは、前記波長変換層は、前記金属製メッシュの中央部に形成されている。
好ましくは、前記金属製メッシュの外周部には前記波長変換層を形成していないメッシュ開口部が設けられており、前記素子搭載部は、前記半導体発光素子から出射された1次励起光の一部が前記波長変換層の表面に入射し、一部が前記メッシュ開口部を通って前記反射面に入射する位置に形成されている。
好ましくは、前記実装部材がシリコン基板により形成されている。
好ましくは、前記基体と前記実装部材とで形成された空間に透光性樹脂からなる封止層が形成される。
In order to achieve the above object, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a substrate having a concave portion formed with a reflecting surface, and a plurality of semiconductor light emitting elements mounted so that the light emitting surface faces the reflecting surface, A mounting member fixed to a base body, and a wavelength conversion layer fixed to the base body or the mounting member and disposed between the semiconductor light emitting element and the reflecting surface so as to be separated from the semiconductor light emitting element and the reflecting surface. The mounting member is composed of a mounting substrate having an opening for extracting light, and the base is composed of a metal substrate, a ceramic substrate, or a semiconductor substrate, and the mounting member Is made of a highly heat-dissipating material capable of generating heat from the semiconductor light-emitting element, and is fixed so as to be in thermal contact with the periphery of the reflecting surface on the substrate. Formed on a metal mesh thermally embedded in an adhesive interface between the mounting member and the semiconductor light emitting element, the semiconductor light emitting element is located outside the opening and toward the center of the reflective surface of the base of the mounting member. The light is emitted from the semiconductor light emitting element so as to be obliquely incident on the wavelength conversion layer, and the opening is smaller than the size of the wavelength conversion layer.
Preferably, the wavelength conversion layer is formed at a central portion of the metal mesh.
Preferably, a mesh opening in which the wavelength conversion layer is not formed is provided in an outer peripheral portion of the metal mesh, and the element mounting portion is a primary excitation light emitted from the semiconductor light emitting element. The portion is incident on the surface of the wavelength conversion layer, and a part is formed at a position where the portion enters the reflection surface through the mesh opening .
Preferably, the mounting member is formed of a silicon substrate .
Preferably, a sealing layer made of a translucent resin is formed in a space formed by the base and the mounting member .
本発明によれば、反射面と離間するように波長変換層を配置することで、波長変換層の表面と裏面の両面を効率よく励起して外部に光を取り出すことができる。 According to the present invention, by disposing the wavelength conversion layer so as to be separated from the reflection surface, it is possible to efficiently excite both the front surface and the back surface of the wavelength conversion layer and extract light to the outside.
本発明によれば、半導体発光素子と反射面との間に、反射面と離間するように波長変換層を配置することで、波長変換層の表面と裏面の両面を効率よく励起して外部に光を取り出すことができる半導体発光装置を得ることができる。 According to the present invention, by disposing the wavelength conversion layer between the semiconductor light emitting element and the reflection surface so as to be separated from the reflection surface, both the front and back surfaces of the wavelength conversion layer are efficiently excited to the outside. A semiconductor light-emitting device that can extract light can be obtained.
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described with reference to the following preferred embodiments, but can be modified in many ways without departing from the scope of the present invention, and other embodiments than the present embodiment can be utilized. be able to. Accordingly, all modifications within the scope of the present invention are included in the claims.
〔第1の実施形態〕
図1は本発明の半導体発光装置の第1の実施形態を示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention.
半導体発光装置10は、反射面22の形成された凹部を有する基板20と、基板20に固定された波長変換層32を備える放熱メッシュ30と、基板20に固定され、素子搭載部42と光取り出し用の開口部44を有する実装基板40と、光出射面が反射面22を向くように素子搭載部42に実装された半導体発光素子50と、基板20と実装基板40とで形成された空間に充填された封止層60とから構成される。
The semiconductor
基板20は、熱伝導性の高い材料、例えば銅,アルミニウム等の金属基板や、酸化アルミニウム,炭化ケイ素,窒化ケイ素若しくは酸化ジルコニウム等のセラミック基板、またはシリコン等の半導体基板で構成される。
The
基板20には反射面22の形成された凹部が放物面形状で形成されている。反射面22を放物面形状とすることで光を反射面22の中心に集光することができ、開口部44から効率の良い光取り出しが可能となる。基板20が反射率の高い部材であれば、凹部を反射面22としてそのまま使用できる。一方で基板20が反射率の低い材料である場合、凹部に金属蒸着、又はメッキ等により反射率の高い薄膜を形成し反射面22とすることもできる。
The
本実施の形態では、凹部の形状を放物面とした。しかし、これに限定されることなく、すり鉢状や楕円状等の形状とすることができる。 In the present embodiment, the shape of the recess is a paraboloid. However, the shape is not limited to this, and the shape can be a mortar shape or an elliptical shape.
実装基板40が、例えばシリコン等の放熱性の高い材料から構成されており、放熱性の接着剤等により、基板20上の反射面22の周囲に熱的に接触するよう固定される。ここで熱的に接触とは、実装基板40と基板20との間に熱の経路が形成されることを意味する。実装基板40と基板20が直接接触する場合に加えて、実装基板40と基板20との間に中間部材が挿入されている場合も含まれる。半導体発光素を放熱性の高い実装基板に実装しているので半導体発光素子からの発熱を効率よく発熱できる。
The
本実施の形態では、基板20と略平行である素子搭載部42が実装基板40に形成されている。図1に示すように、実装基板40は基板20から上方に向かうにしたがい、反射面22の中心に向かうよう内側に傾いている。実装基板40は、基板20から所定の高さ位置で、さらに反射面22の中心方向に向かい、基板20と略平行であるオーバーハング形状を有している。このオーバーハング形状の部分が素子搭載部42となる。実装基板40は、さらに素子搭載部42から上方に向かって外側に傾斜している。それにより、図1に示すように、反射面22の中心部の上方において、光取り出し用の開口部44が実装基板40に形成される。
In the present embodiment, an
半導体発光素子50が、その光出射面が反射面22に対向するように素子搭載部42に接合剤を介して実装される。素子搭載部42は反射面22の周囲から内側に位置しているので、半導体発光素子50は、反射面22の周縁部近傍に配置されることになる。これにより、半導体発光素子50が反射面22の中心部を覆わないようにできる。
The semiconductor
半導体発光素子50は、例えば青色発光LEDで、透明基板や不透明基板上と、これらの基板上に形成されたInGaN系半導体で構成される発光部を有する半導体エピタキシャル層で構成される。半導体発光素子50の数等は適宜決定される。
The semiconductor
波長変換層32が形成された放熱メッシュ30が、基板20及び実装基板40との接着界面に熱的に埋め込まれている。波長変換層32で発生した熱が放熱メッシュ30を介して基板20及び実装基板40に放熱されるよう熱経路が形成される。
The heat dissipation mesh 30 in which the
図2は、蛍光体を含有した波長変換層32を備えた放熱メッシュ30の正面図を示している。放熱メッシュ30は金、アルミニウム、銅、タングステンなど熱伝導率の高いものから構成される。蛍光体はYAG系蛍光体やシリケート系蛍光体が使用される。これらの蛍光体は青色発光LEDから青色光で励起され、黄色光を発光する。青色発光LEDの青色光と蛍光体の黄色光が合成され白色光が作り出される。
FIG. 2 shows a front view of the
本実施の形態では、波長変換層32が放熱メッシュ30の中央部に形成されている。しかし、これに限定されず波長変換層32を放熱メッシュ30の全面に形成することもできる。波長変換層32の大きさは半導体発光装置10に求められる発光色により適宜決定される。
In the present embodiment, the
波長変換層32は、例えば蛍光体を所定濃度混合した光透過性樹脂を放熱メッシュ30にスクリーン印刷、ステンシル印刷等することにより、放熱メッシュ30の中央部に形成することができる。
The
封止層60はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂から構成される。特に、シリコーン樹脂は耐熱性と熱応力緩和の点から好ましい。 The sealing layer 60 is made of a translucent resin such as an epoxy resin or a silicone resin. In particular, a silicone resin is preferable from the viewpoints of heat resistance and thermal stress relaxation.
次に、半導体発光装置10の製造方法を簡単に説明する。まず、ウエットもしくはドライエッチング等により、基板20の表面に反射面22となる凹部を形成する。必要に応じて、凹部に金属蒸着、又はメッキ等により反射率の高い薄膜を形成することもできる。
Next, a method for manufacturing the semiconductor
実装基板40としてシリコン基板を準備し、異方性エッチング等により素子搭載部42を形成する。半導体発光素子50が素子搭載部42に例えばフリップチップ方式により実装される。半導体発光素子50が実装された実装基板40が予め準備される。
A silicon substrate is prepared as the mounting
実装基板40と同様に、スクリーン印刷、ステンシル印刷等により形成された波長変換層32を有する放熱メッシュ30が予め準備される。
Similar to the mounting
放熱メッシュ30が、波長変換層32を反射面22から離間するように、放熱性の接着剤等を介して基板20に熱的に接触するよう固定される。さらに、実装基板40が、放熱メッシュ30と基板20と熱的に接触するよう放熱性の接着剤等を介して固定される。
The
最後に、開口部44から透光性樹脂が注入され、基板20と実装基板40とで形成された空間に充填され、封止層60が形成される。このとき反射面22へは、波長変換層32の形成されていない放熱メッシュ30の外周部のメッシュ開口部から液状の光透過性樹脂を容易に流し込むことができる。
Finally, a translucent resin is injected from the
波長変換層32が放熱メッシュ30の全面に形成されている場合でも、例えば、基板20の反射面22に最初に透光性樹脂を注入し、次いで放熱メッシュ30と実装基板40を固定した後、開口部44から透光性樹脂を注入することで封止層60を容易に形成することができる。
Even when the
次に、本実施の形態の半導体発光装置10の動作について図1を参照して説明する。
Next, the operation of the semiconductor
最初に光の経路について説明する。青色発光LEDからなる半導体発光素子50から出射された青色光(以下1次励起光)の一部は波長変換層32の表面に入射し、他は波長変換層32の形成されていない放熱メッシュ30の周縁部を透過して、反射面22に入射する。
First, the light path will be described. Part of the blue light (hereinafter referred to as primary excitation light) emitted from the semiconductor
波長変換層32の表面に入射した1次励起光の一部は、波長変換層32に含まれるYAG:Ce等の蛍光体により吸収および波長変換されて、上方の開口部44からに1次励起光よりも波長の長い反射1次波長変換光(黄色光)として取り出される。波長変換層32の表面に入射した1次励起光の一部は、波長変換層32の蛍光体により散乱され、波長変換されずに上方の開口部44から反射1次励起光として取り出される。波長変換層32から開口部44に向かう2本の一点鎖線の矢印が、模式的に反射1次波長変換光と反射1次励起光を表している。また、1次励起光の一部は波長変換層32を透過して反射面22に入射する。
A portion of the primary excitation light incident on the surface of the
一方、波長変換層32及び放熱メッシュ30を透過して反射面22に入射した1次励起光は、反射面22で上方に反射され2次励起光となり、波長変換層32の裏面に入射する。裏面で波長変換された2次励起光の一部は、波長変換層32を透過し、上方の開口部44から透過2次波長変換光として取り出される。2次励起光の一部は波長変換層32の蛍光体により散乱され、波長変換されずに上方の開口部44から透過2次励起光として取り出される。波長変換層32から開口部44に向かう1本の点線の矢印が、模式的に透過2次波長変換光と透過2次励起光を表している。
On the other hand, the primary excitation light that has passed through the
現実には反射1次励起光、反射1次波長変換光、透過2次励起光及び透過2次波長変換の一部は、実装基板40と基板20で形成される空間内を複数回反射し、最終的に開口部44から取り出される場合がある。これらを含めて透過2次励起光及び透過2次波長変換と称する。
In reality, the reflected primary excitation light, the reflected primary wavelength converted light, the transmitted secondary excitation light, and a part of the transmitted secondary wavelength conversion are reflected a plurality of times in the space formed by the mounting
本発明において波長変換層32が反射面22から離間された位置に配置されているので波長変換層32と反射面22間に空間が形成される。空間により、反射面22からの反射光を効率よく波長変換層32に導くことができ、反射光を有効に波長変換できる。
In the present invention, since the
また、図1に示すように、開口部44を波長変換層32の大きさよりも小さく形成することで、光を集光することが可能となり、光密度を向上させることもできる。開口部44の大きさはシリコン基板の異方性エッチングを適宜の条件とすることで所望の大きさに形成できる。
Further, as shown in FIG. 1, by forming the
また、本実施の形態において、半導体発光素子50は放熱メッシュ30の周縁部近傍に配置されている。これにより、光強度の高い反射面22の中心部には光を遮光するものが配置されていないので、光を効率よく取り出すことができる。
In the present embodiment, the semiconductor
次に熱の経路について説明する。半導体発光素子50から発生した熱は熱伝導率の高いシリコン製の実装基板40に伝達される。更に熱的に接触する放熱性の高い基板20へと伝達される。波長変換層32に含有される蛍光体からの発熱は、金属製の放熱メッシュ30を介して放熱性の高い基板20へと伝えられ、励起光の強度が上がっても蛍光体は蓄熱することない。さらに、本発明において、波長変換層32が反射面22から離間された位置に配置されているため、反射光と透過光を利用して色度調整をすることができる。尚、従来技術の特許文献1に示される反射面と隣接して形成された蛍光体層では、濃度や厚みを変えても、波長変換として寄与するのが主に一定の表層部分となり、蛍光体固有の吸収率、反射率が支配的となるため、ある一定の色度に近づくだけとなり、色度を制御することが極めて難しいものとなっている。波長変換層を保持する支持部材が放熱性の高い実装基板と基板に熱的に接触しているので、波長変換層からの発熱を効率よく放熱できる。これにより、蛍光体の効率が低下して発光色が変化したり、波長変換層の周辺の部材が劣化したりするのを防止することができる。
Next, the heat path will be described. The heat generated from the semiconductor
なお、本実施の形態では、波長変換層32を放熱メッシュ30上に形成したが、波長変換層32を蛍光体が分散したガラス板とすることができる。
In the present embodiment, the
反射面22と離間できる限りにおいて、波長変換層32をどのような形状を有していても良い。
The
〔第2の実施形態〕
図3は本発明の半導体発光装置の第2の実施形態を示している。第1の実施形態に示した半導体発光装置と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する場合がある。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a second embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention. The same components as those of the semiconductor light emitting device shown in the first embodiment may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
本実施の形態の半導体発光装置10は、反射面22が形成された凹部を有する基板20と、基板20に固定された波長変換層32を備える放熱メッシュ30と、基板20に固定され、素子搭載部42と開口部44を有する実装基板40と、光出射面が反射面22を向くように素子搭載部42に実装された半導体発光素子50と、基板20と実装基板40とで形成された空間に充填された封止層60とから構成される。
The semiconductor
本実施の形態の半導体発光装置10は、素子搭載部42が基板20から上方に向かうにしたがい、反射面22の中心に向かうよう内側に傾いている。この点が、図1に示す基板20と略平行に形成された素子搭載部42を備える第1の実施形態の半導体発光装置10と異なる。
The semiconductor
本実施の形態では、半導体発光素子50が内側に傾斜した素子搭載部42に実装され、半導体発光素子50から出射される1次励起光は波長変換層32に対して斜めに入射される。これにより波長変換層32の大部分を励起することが可能となり、波長変換層32の利用効率の高い半導体発光装置10が可能となる。
In the present embodiment, the semiconductor
また、素子搭載部42の基板20に対する傾きを調整することで、光強度の強い反射1次励起光と反射1次波長変換光の大部分を開口部44に導くことができる。更に利用効率の高い半導体発光装置10が可能となる。
Further, by adjusting the inclination of the
本実施の形態によれば、素子搭載部42を放熱性の高い基板20に近い位置に配置とすることができ、半導体発光素子50からの発熱を効率よく基板20を介して放熱することができる。
According to the present embodiment, the
光及び熱の経路に関して、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 With respect to the light and heat paths, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
〔第3の実施形態〕
図4は本発明の半導体発光装置の第3の実施形態を示している。第1の実施形態及び第2の実施形態に示した半導体発光装置と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する場合がある。
[Third Embodiment]
FIG. 4 shows a third embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention. The same components as those in the semiconductor light emitting devices shown in the first embodiment and the second embodiment may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
本実施の形態の半導体発光装置10は、反射面22が形成された凹部を有する基板20と、反射面22に埋め込まれた波長変換層72を備える光透過性基板70と、基板20に固定され、素子搭載部42と開口部44を有する実装基板40と、光出射面が反射面22を向くように素子搭載部42に実装された半導体発光素子50と、基板20と実装基板40とで形成された空間に充填された封止層60とから構成される。
The semiconductor
本実施の形態の半導体発光装置10は、波長変換層72が光透過性基板70に形成されている。この点が、図1及び図3に示す波長変換層32が放熱メッシュに30に形成された第1及び第2の実施形態の半導体発光装置10と異なる。
In the semiconductor
光透過性基板70は例えばガラス、石英、サファイアなどから構成される。蛍光体を含有した波長変換層72が光透過性基板70の中央部に形成される。蛍光体はYAG系蛍光体やシリケート系蛍光体が使用される。これらの蛍光体は青色発光LEDから青色光で励起され、黄色光を発光する。青色発光LEDの青色光と蛍光体の黄色光が合成され白色光が作り出される。
The
本実施の形態において、図4に示すように、上面に波長変換層72が形成された光透過性基板70を反射面22に埋め込まれている。これにより波長変換層72が反射面22と離間するように配置され、波長変換層72と反射面22の間に空間が形成される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a
次に光透過性基板70に波長変換層72を形成する方法を説明する。まず、光透過性基板70の上面にウエットもしくはドライエッチング等により凹部を形成する。次いで凹部へ光透過性樹脂と蛍光体を混合したものを、ディスペンサー注入方式やステンシル印刷方式等を用いて流し込み、光透過性樹脂を加熱硬化することで波長変換層72が形成される。なお、波長変換層72の厚さは光透過性基板70の凹部の深さで決定される。また、光透過性基板70に凹部を形成せずに、ステンシル印刷方式等を用いて、光透過性基板70の上面に波長変換層72を直接形成することもできる。
Next, a method for forming the
次に、本実施の形態の半導体発光装置10の製造方法を簡単に説明する。まず、ウエットもしくはドライエッチング等により、基板20の表面に反射面22となる凹部を形成する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor
上述の方法により光透過性基板70に波長変換層72を形成する。なお、波長変換層72を形成する際に光透過性基板70に光反射部(不図示)を形成しても良い。まず、光透過性基板70の全面に、真空蒸着やスパッタリングにより高反射率の金属薄膜(例えばアルミニウム、銀)を形成する。次いで、波長変換層72用の凹部をエッチング加工すると同時、光透過性基板70の上面の金属薄膜を選択的に除去する。これにより光透過性基板70の側面と底面に金属薄膜が選択的に形成される。
The
次に、光反射部が形成された波長変換層72を有する光透過性基板70が基板20の反射面22に埋め込まれる。次に、半導体発光素子50が実装された実装基板40を、放熱性接着剤(不図示)等により、基板20に熱的に接触するよう固定する。
Next, a
最後に、開口部44から透光性樹脂が注入され、基板20と実装基板40とで形成された空間に充填され、封止層60が形成される。
Finally, a translucent resin is injected from the
上述の製造方法では、光反射部が光透過性基板70に形成される場合について説明した。光反射部の他の作製方法として、波長変換層72が形成された光透過性基板70を、基板20の反射面22に埋め込むときに、光反射率の高い白色系接着剤(例えばシリカ、チタニア、アルミナ等のフィラーが混入されたもの)で、光透過性基板70と反射面22を接着することにより、光反射部を形成することができる。特に、放熱性の高いアルミナ高充填の接着剤を使用することで、波長変換層72の放熱には、更に有効となる。
In the above manufacturing method, the case where the light reflecting portion is formed on the
次に、本実施の形態の半導体発光装置10の動作について図4を参照して説明する。
Next, the operation of the semiconductor
最初に光の経路について説明する。青色発光LEDからなる半導体発光素子50から出射された青色光(以下1次励起光)の一部は波長変換層72の表面に入射し、他は波長変換層72の形成されていない光透過性基板70の周縁部を透過して反射面22に入射する。
First, the light path will be described. A part of the blue light (hereinafter referred to as primary excitation light) emitted from the semiconductor
波長変換層72の表面に入射した1次励起光の一部は、波長変換層72に含まれるYAG:Ce等の蛍光体により吸収および波長変換されて、上方の開口部44からに1次励起光よりも波長の長い反射1次波長変換光(黄色光)として取り出される。波長変換層72の表面に入射した1次励起光の一部は、波長変換層72の蛍光体により散乱され、波長変換されずに上方の開口部44から反射1次励起光として取り出される。波長変換層72から開口部44に向かう2本の一点鎖線の矢印が、模式的に反射1次波長変換光と反射1次励起光を表している。また、1次励起光の一部は波長変換層72を透過して反射面22に入射する。
A portion of the primary excitation light incident on the surface of the
一方、波長変換層72及び光透過性基板70を透過して反射面22に入射した1次励起光は、反射面22で複数回反射され2次励起光となり、波長変換層72の裏面に入射する。裏面で波長変換された2次励起光の一部は、波長変換層72を透過し、上方の開口部44から透過2次波長変換光として取り出される。2次励起光の一部は波長変換層72の蛍光体により散乱され、波長変換されずに上方の開口部44から透過2次励起光として取り出される。波長変換層72から開口部44に向かう1本の点線の矢印が、模式的に透過2次波長変換光と透過2次励起光を表している。
On the other hand, the primary excitation light that has passed through the
本発明において波長変換層72が反射面22から離間された位置に配置されているので波長変換層72と反射面22間に空間が形成される。空間により、反射面からの反射光を効率よく波長変換層に導くことができ、反射光を有効に波長変換できる。
In the present invention, since the
また、図4に示すように、開口部44を波長変換層32の大きさよりも小さく形成することで、光を集光することが可能となり、光密度を向上させることもできる。開口部44の大きさはシリコン基板の異方性エッチングを適宜の条件とすることで所望の大きさに形成できる。
Further, as shown in FIG. 4, by forming the
また、本実施の形態において、半導体発光素子50は光透過性基板70の周縁部近傍に配置されている。これにより、光強度の高い反射面22の中心部には光を遮光するものが配置されていないので、光を効率よく取り出すことができる。
In the present embodiment, the semiconductor
次に熱の経路について説明する。半導体発光素子50から発生した熱は熱伝導率の高いシリコン製の実装基板40に伝達される。更に熱的に接触する放熱性の高い基板20へと伝達される。波長変換層72に含有される蛍光体からの発熱は、例えばガラス製の光透過性基板70を介して放熱性の高い基板20へと伝えられ、励起光の強度が上がっても蛍光体は蓄熱することない。これにより、蛍光体の効率が低下して発光色が変化したり、波長変換層の周辺の部材が劣化したりするのを防止することができる。
Next, the heat path will be described. The heat generated from the semiconductor
本発明は上記実施例に限定されるもではなく、上記の説明に基づいて多くの変形例が可能となる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are possible based on the above description.
10…半導体発光装置、20…基板、22…反射面、30…放熱メッシュ、32…波長変換層、40…実装基板、42…素子搭載部、44…開口部、50…半導体発光素子、60…封止層、70…光透過性基板、72…波長変換層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記反射面に光出射面が対向するように複数の半導体発光素子が実装され、前記基体に固定された実装部材と、
前記基体あるいは前記実装部材に固定され、前記半導体発光素子と前記反射面との間に、前記半導体発光素子及び前記反射面と離間して配置された波長変換層と、
を備えた半導体発光装置であって、
前記実装部材は、光取り出し用の開口部を有する実装基板から構成され、
前記基体は、金属基板、セラミック基板又は半導体基板で構成され、
前記実装部材は、前記半導体発光素子からの発熱を発熱可能な放熱性の高い材料から構成され、前記基体上の前記反射面の周囲に熱的に接触するように固定され、
前記波長変換層は、前記基体と前記実装部材との接着界面に熱的に埋め込まれた金属製メッシュに形成され、
前記半導体発光素子は、前記開口部より外側であって前記実装部材の前記基体の前記反射面の中心に向かって内側に傾斜した素子搭載部に実装され、前記半導体発光素子から出射する光が前記波長変換層に斜めに入射するように配置し、
前記開口部が、前記波長変換層の大きさよりも小さい、
半導体発光装置。 A substrate having a recess formed with a reflective surface;
A plurality of semiconductor light emitting elements are mounted such that the light emitting surface faces the reflecting surface, and a mounting member fixed to the base body,
A wavelength conversion layer fixed to the base body or the mounting member, and disposed between the semiconductor light emitting element and the reflective surface and spaced apart from the semiconductor light emitting element and the reflective surface;
A semiconductor light emitting device comprising :
The mounting member is composed of a mounting substrate having an opening for extracting light,
The base is composed of a metal substrate, a ceramic substrate or a semiconductor substrate,
The mounting member is made of a highly heat-dissipating material capable of generating heat from the semiconductor light emitting element, and is fixed so as to be in thermal contact with the periphery of the reflective surface on the base,
The wavelength conversion layer is formed on a metal mesh thermally embedded in an adhesive interface between the base and the mounting member,
The semiconductor light emitting element is mounted on an element mounting portion that is outside the opening and is inclined inward toward the center of the reflecting surface of the base of the mounting member, and light emitted from the semiconductor light emitting element is Arranged to enter the wavelength conversion layer at an angle,
The opening is smaller than the size of the wavelength conversion layer;
Semiconductor light emitting device.
前記素子搭載部は、前記半導体発光素子から出射された1次励起光の一部が前記波長変換層の表面に入射し、一部が前記メッシュ開口部を通って前記反射面に入射する位置に形成されている請求項2に記載の半導体発光装置。 A mesh opening that does not form the wavelength conversion layer is provided on the outer periphery of the metal mesh ,
The element mounting portion is located at a position where a part of the primary excitation light emitted from the semiconductor light emitting element is incident on the surface of the wavelength conversion layer and a part is incident on the reflecting surface through the mesh opening. The semiconductor light-emitting device according to claim 2 formed .
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