WO2009107661A1 - 発光体及びこれを用いた半導体発光装置 - Google Patents
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- H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
Definitions
- the present invention relates to a light emitter and a semiconductor light emitting device using the light emitter, and more particularly, a light emitter provided with an optical path regulating member that converts light emitted from a light emitting layer of a semiconductor light emitting element in a surface direction into light in a side surface direction. And a semiconductor light emitting device using the same.
- an LED chip is set in the center of the inner surface of a lower mirror formed in a cup shape and sealed with a transparent sealing body, and a funnel-shaped or conical reflection is formed on the transparent sealing body.
- An upper mirror having a surface is arranged, and the light emitted from the LED chip and the light reflected by the lower mirror are reflected by the upper mirror and emitted in the direction of the side surface of the LED chip.
- a light emitting layer is formed on a first main surface of a semiconductor substrate, and a divergent groove is formed on a second main surface opposite to the first main surface as viewed from the first main surface side.
- the light emitted from the light emitting layer can be extracted from the groove surface to reduce the proportion of light absorbed by the light emitting layer.
- the side surface of a semiconductor substrate having a light emitting portion formed on the main surface is formed on an inclined surface inclined at an angle of 45 degrees or more and less than 90 degrees, and a back electrode is provided only on one of the inclined surfaces.
- a back electrode is provided only on one of the inclined surfaces.
- Patent Document 1 since the technology described in Patent Document 1 requires a lower mirror formed in a cup shape and an upper mirror having a funnel-shaped or conical reflecting surface, the apparatus is increased in size and thickness. In addition, there is a problem that the cost is increased.
- Patent Documents 2 and 3 have a problem that since the grooves or the inclined surfaces are directly formed on the semiconductor substrate, it is difficult to manufacture and it is difficult to obtain good products with high yield. That is, sapphire is generally used as a semiconductor substrate of a semiconductor light emitting device, but since sapphire is a material having high hardness and high brittleness, it is difficult to process, and the processing requires highly skilled and careful processing procedures. Necessary and difficult to get good products with high yield. Further, if the processing fails, the semiconductor light emitting device itself becomes a defective product, which increases the damage.
- the present invention has been made to solve such technical problems, and an object of the present invention is to provide a side emission type light emitting body that is small and inexpensive and easy to manufacture, and a semiconductor light emitting device using the same. It is in.
- the present invention firstly relates to a light emitter, a semiconductor light-emitting element in which a light-emitting layer is formed on a main surface of a semiconductor substrate transparent to light to be emitted, and an opening side.
- a translucent structure in which a diverging groove having a groove width that increases as it is formed is formed on one surface, and a surface opposite to the groove forming surface is bonded to a surface opposite to the main surface of the semiconductor substrate.
- a light reflecting portion that is formed integrally with or separate from the optical path regulating member and reflects light emitted from the light emitting layer and reaching the groove forming surface.
- the optical path regulating member having the diverging groove and the light reflecting portion is joined to the surface opposite to the main surface of the semiconductor light emitting element, the light emitted from the light emitting layer and incident on the semiconductor substrate is reflected. It can be directed to the side surface by the optical path regulating member. Then, a side emission type light emitter can be obtained simply by joining an optical path regulating member having a light reflecting portion to the surface opposite to the main surface of the semiconductor light emitting element. Compared with the case of using, the light emitting body can be reduced in thickness and cost.
- the manufacturing and processing can be easily performed by appropriately selecting the optical path regulating member material. Therefore, it is possible to manufacture non-defective products with high yield. Furthermore, even if processing fails using a material with high hardness and high brittleness such as sapphire as the optical path regulating member material, the semiconductor light emitting element is not wasted, so the cost of the light emitter does not increase and the material You can widen your choice.
- the present invention has a configuration in which a metal film is formed at least on the inner surface of the groove as the light reflecting portion in the first light emitter.
- a required metal film can be formed on a required portion by using a vacuum film forming method such as sputtering or vacuum vapor deposition, so that the formation of the light reflecting portion can be facilitated.
- the present invention is configured such that a mirror member having a mirror surface formed on the surface is bonded to the groove forming surface as the light reflecting portion of the first light emitter.
- the planar shape of the optical path regulating member is a quadrangle, and the groove is formed in a central portion between two sides arranged opposite to each other. It was configured as follows.
- the groove is formed in the central portion between the two opposite sides of the optical path regulating member formed in a quadrangle, light emission that emits light outward from the side arranged in parallel with the groove of the optical path regulating member You can get a body.
- the planar shape of the optical path regulating member is a quadrangle, and the groove is formed on a line connecting diagonals.
- the present invention sixthly relates to the light emitter, and in the first to fifth light emitters, the optical path regulating member is made of glass or a resin material.
- the material cost can be reduced and the groove processing is facilitated, so that the optical path regulating member can be manufactured easily and at low cost.
- the present invention relates to a semiconductor light emitting device.
- a light emitting layer is formed on a main surface of a wiring substrate on which a required wiring pattern is formed and a semiconductor substrate transparent to light to be emitted.
- the semiconductor light emitting element mounted on the wiring pattern forming surface of the wiring board with the main surface facing the wiring board side, and a diverging groove whose groove width increases toward the opening side are formed on one side,
- a light-transmitting optical path regulating member in which a surface opposite to the groove forming surface is joined to a surface opposite to the main surface, and the light emitting element is formed integrally with or separate from the optical path regulating member.
- a light reflecting portion for reflecting the light emitted from the layer and reaching the groove forming surface.
- the semiconductor light emitting element formed by bonding the optical path regulating member having the diverging groove and the light reflecting portion on the surface opposite to the main surface of the semiconductor substrate is mounted face down.
- Light emitted from the light emitting layer and incident on the semiconductor substrate can be directed in the side direction by the optical path regulating member.
- a semiconductor light-emitting device is comprised with a wiring board, a semiconductor light-emitting element, and an optical path control member, it can be set as a low-cost semiconductor light-emitting device with a simple structure and thickness.
- the present invention relates to a semiconductor light emitting device, wherein a light emitting layer is formed on a main surface of a wiring substrate on which a required wiring pattern is formed and a semiconductor substrate transparent to light to be emitted.
- a first semiconductor light emitting element mounted on a wiring pattern forming surface of the wiring substrate with a surface opposite to the wiring substrate side, and a light emitting layer formed on a main surface of the semiconductor substrate,
- a second semiconductor light emitting element mounted on the first semiconductor light emitting element with a main surface facing the first semiconductor light emitting element, and a diverging groove having a groove width increasing toward the opening side on one side;
- a translucent optical path regulating member in which a surface opposite to the groove forming surface is joined to a surface opposite to the main surface of the second semiconductor light emitting element; Formed on the body, radiated from the light emitting layer to the groove forming surface Was light to configure that has a light reflecting portion for reflecting.
- the first semiconductor light emitting element is mounted face-up on the wiring substrate, and the second semiconductor light emitting element is mounted face-down on the upper surface of the first semiconductor light emitting element. Since the optical path regulating member is bonded to the surface opposite to the surface, the light emitted upward from the light emitting layer of the first semiconductor light emitting device and incident on the semiconductor substrate of the second semiconductor light emitting device, and the second semiconductor light emitting device Light emitted from the light emitting layer and incident on the semiconductor substrate of the second semiconductor light emitting element can be directed in the lateral direction by the optical path regulating member.
- the first semiconductor light emitting element and the second semiconductor light emitting element are arranged in two layers on the wiring substrate, the number of semiconductor light emitting elements mounted per unit area can be increased, and the total emission of the semiconductor light emitting device can be increased. Bundle and side brightness can be increased.
- the light emitter of the present invention has a semiconductor light emitting element in which a light emitting layer is formed on the main surface of a semiconductor substrate transparent to light to be emitted and a diverging groove whose groove width increases toward the opening side on one side.
- a translucent optical path regulating member having a surface opposite to the main surface of the semiconductor substrate bonded to a surface opposite to the groove forming surface, and an integral with the optical path regulating member. Since it has a light reflecting portion that is formed separately and reflects light emitted from the light emitting layer and reaching the groove forming surface, each of these parts can be easily manufactured and the number of parts can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the thickness and cost of the side emission type light emitter.
- the semiconductor light-emitting device of the present invention has a semiconductor light-emitting element in which a light-emitting layer is formed on the main surface of a semiconductor substrate transparent to light to be emitted on the wiring substrate, and the groove width increases toward the opening side.
- a divergent groove formed on one side, and a translucent optical path regulating member in which a surface opposite to the groove forming surface is joined to a surface opposite to the main surface of the semiconductor substrate; Since the light emitter is formed integrally with or separate from the optical path regulating member, and includes a light reflecting portion that reflects the light emitted from the light emitting layer and reaching the formation surface of the groove.
- the parts constituting the can be easily manufactured, the number of parts can be reduced, and the side emission type semiconductor light emitting device can be reduced in thickness and cost.
- FIGS. 1 to 6 1 is a perspective view of the light emitter according to the first embodiment
- FIG. 2 is a perspective view of the light emitter according to the second embodiment
- FIG. 3 is a perspective view of the light emitter according to the third embodiment
- FIG. 5 is a perspective view of the light emitter according to the fifth embodiment
- FIG. 6 is a perspective view of the light emitter according to the sixth embodiment.
- the light emitters 1A to 1F according to the embodiment are arranged on a semiconductor light emitting element 11, an optical path regulating member 21 joined to the semiconductor light emitting element 11, and one surface of the optical path regulating member 21. And a light reflecting portion 31.
- the configuration of the semiconductor light-emitting element 11 is common to the respective embodiments, and a required semiconductor layer 13 including a light-emitting layer is formed on one surface of a sapphire substrate (semiconductor substrate) 12 having a square shape formed in a square shape. .
- a sapphire substrate semiconductor substrate
- semiconductor material constituting the semiconductor layer 13
- a typical semiconductor layer material is gallium nitride (GaN).
- the optical path regulating member 21 is made of a material having a high transmittance of light emitted from the semiconductor light emitting element 11 such as sapphire, glass or resin, and is formed into a quadrangle having the same shape and size as the semiconductor light emitting element 11.
- a diverging groove 22 whose groove width increases toward the opening side is formed in a manner corresponding to each embodiment.
- the optical path regulating member 21 according to the first embodiment is formed by forming a V-shaped groove 22 in a single letter shape at the center between two sides arranged opposite to each other. Both ends of the groove 22 are formed so as to reach two opposite sides arranged opposite to each other. The same applies to the optical path regulating member 21 according to another embodiment.
- the optical path regulating member 21 of the second embodiment has a V-shape in a central portion between two sides arranged opposite to each other and a central portion between other two sides arranged similarly.
- the shaped groove 22 is formed in a cross shape.
- the optical path regulating member 21 of the third embodiment is formed by forming a V-shaped groove 22 in a single character shape on a line connecting one of the two diagonals.
- the optical path regulating member 21 according to the fourth embodiment is formed by forming a V-shaped groove 22 in an X character shape on a line connecting one diagonal and on a line connecting the other diagonal. .
- FIG. 1 the optical path regulating member 21 of the second embodiment has a V-shape in a central portion between two sides arranged opposite to each other and a central portion between other two sides arranged similarly.
- the shaped groove 22 is formed in a cross shape.
- the optical path regulating member 21 of the third embodiment is formed by forming a V-shaped groove 22 in a single character shape on
- the optical path regulating member 21 of the fifth embodiment is formed by forming the cross-sectional shape of the groove 22 in a parabolic shape.
- 5 illustrates an embodiment in which a single parabolic groove 22 is formed at the center between two sides arranged opposite to each other, but the other embodiments shown in FIGS.
- a parabolic groove 22 may be formed in the form. The formation direction and quantity of the grooves 22 are adjusted according to the light extraction direction.
- the light reflecting portion 31 can be formed integrally with the optical path regulating member 21 or can be formed separately from the optical path regulating member 21. In the light emitters 1A to 1E according to the first to fifth embodiments described above, the light reflecting portion 31 is formed integrally with the optical path regulating member 21.
- the light reflecting portion 31 integrated with the optical path regulating member 21 has, for example, gold, silver, aluminum, titanium, and an alloy mainly composed of these metal materials on the groove 22 forming surface and the inner surface of the groove 22 in the optical path regulating member 21. It can be formed by depositing a metal film having a high light reflectivity. As a method for forming the metal film, a vacuum film forming method such as sputtering or vacuum vapor deposition can be applied.
- the mirror member formed separately from the optical path regulating member 21 is bonded to the groove forming surface of the optical path regulating member 21 as the light reflecting portion 31.
- a plate material made of the above-described metal material or alloy material can be used, or a plate material made of a non-reflective material with a highly reflective metal film attached thereto can be used.
- light emission is made by joining a mirror member 31 to a groove forming surface of an optical path regulating member 21 in which a single V-shaped groove 22 is formed in the center between two sides arranged opposite to each other.
- the mirror member 31 can be joined to the groove forming surface of the optical path regulating member in which the V-shaped or parabolic groove 22 is formed in each form shown in FIGS. .
- the light emitters 1A to 1E In the light emitters 1A to 1E according to the first to fifth embodiments, light emitted from the light emitting layer, transmitted through the sapphire substrate 12, and reflected by the light reflecting unit 31 is reflected on the sapphire substrate 12, the light reflecting unit 31, and the like. Are reflected by the inner surface of the groove 22 and directed in the lateral direction of the sapphire substrate 12, so that the light extraction efficiency from the side can be improved.
- the light emitter 1F according to the sixth embodiment is not provided with the light reflecting portion 31 on the inner surface of the groove 22, but can totally reflect light incident on this surface at an angle exceeding the critical angle. The light extraction efficiency from the direction can be increased.
- FIG. 7 is a side view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment
- FIG. 8 is a side view of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment.
- the semiconductor light emitting device 41A faces down the light emitters 1A to 1F on the wiring pattern forming surface of the light reflective wiring board 42 on which a required wiring pattern is formed. It is implemented.
- the semiconductor light emitting elements 11 constituting the light emitters 1A to 1F are connected in series via the wiring pattern 43 formed on the wiring substrate 42 and the bumps 44.
- the planar shape is formed in a square shape on the wiring pattern forming surface of the light-reflective wiring board 42 on which the required wiring pattern is formed.
- a plurality of (two in the example of FIG. 8) first semiconductor light emitting elements 45 formed by forming the required semiconductor layer 13 including the light emitting layer on one side of the sapphire substrate 12 are face-up mounted, and the plurality The light emitters 1A to 1F according to the embodiment are mounted face down on the upper surface of the first semiconductor light emitting element 45 so as to straddle two adjacent first semiconductor light emitting elements 45.
- the lower first semiconductor light emitting device 45 is connected to the wiring pattern 43 formed on the wiring substrate 42 via bonding wires 46, and the upper semiconductor light emitting device (second semiconductor light emitting device) constituting the light emitters 1A to 1F. 11 is connected in series via the first semiconductor light emitting element 45 and the bump 47.
- the semiconductor light emitting devices 41A and 41B according to the first and second embodiments include only one light emitter 1A to 1F, but the number of light emitters 1A to 1F is not limited at all. The required number of light emitters 1A to 1F can be mounted as necessary.
- the semiconductor light emitting device 41A In the semiconductor light emitting device 41A according to the first embodiment, the light emitters 1A to 1F including the semiconductor light emitting element 11, the optical path restricting member 21, and the light reflecting portion 31 are mounted on the wiring board 42 with the optical path restricting member 21 facing upward. Therefore, the light emitted from the light emitting layer of the semiconductor light emitting element 11 and incident on the sapphire substrate 12 of the semiconductor light emitting element can be directed to the side surface by the optical path regulating member 21, and functions as a side emission type semiconductor light emitting device. . Since the semiconductor light emitting device 41A according to the first embodiment is configured by mounting the light emitters 1A to 1F on the wiring substrate 42, the structure is simple, thin, and low cost. It can be. *
- the first semiconductor light emitting element 45 is mounted face-up on the wiring substrate 42, and the light emitters 1A to 1F are configured on the upper surface of the first semiconductor light emitting element 45. Since the semiconductor light emitting element 11 is mounted face-down, the light emitted upward from the light emitting layer of the first semiconductor light emitting element 45 and incident on the sapphire substrate 12 of the second semiconductor light emitting element 11 and the second semiconductor light emitting element 11 Light emitted from the light emitting layer and incident on the sapphire substrate 12 of the second semiconductor light emitting element 11 can be directed in the side surface direction by the optical path regulating member 21, and functions as a side emission type semiconductor light emitting device.
- the first semiconductor light emitting element 45 and the second semiconductor light emitting element 11 are arranged in two layers on the wiring board 42, the number of semiconductor light emitting elements mounted per unit area can be increased, and the semiconductor light emitting device The total radiant flux and side brightness can be increased.
- FIG. 9 shows simulation results regarding the total radiant flux and light distribution of the semiconductor light emitting device according to the embodiment and the semiconductor light emitting device according to the comparative example.
- model 1 is obtained by mounting a light-emitting body formed by bonding a glass plate having a high refractive index not having the groove 22 and the light reflecting portion 31 on the upper surface of the semiconductor light-emitting element 11 on a wiring board 42
- model 2. 2 is obtained by mounting the light emitter 1B shown in FIG. 2 on the wiring board 42
- the model 3 is obtained by mounting the light emitter 1F shown in FIG. 6 on the wiring board 42
- the model 4 is provided by wiring the light emitter 1D shown in FIG.
- the model 5 mounted on the substrate 42 includes an optical path regulating member 21 in which two grooves 22 are formed in an X shape in a diagonal direction, and a mirror member serving as a light reflecting portion 31 on the optical path regulating member 21.
- the model 6 has a light-emitting body in which the light reflecting portion 31 made of a metal film is formed on the glass plate of the model 1 and is mounted on the wiring board 42.
- Model 7 is a light emitter according to model 1 Reversed to those that mounted on the wiring board 42. Therefore, models 2, 3, 4, and 5 are models of the semiconductor light emitting device according to the embodiment, and models 1, 6, and 7 are models of the semiconductor light emitting device according to the comparative example.
- the light emission of the semiconductor light emitting element 11 is green
- the optical path regulating member 21 is glass having a refractive index of 1.8
- the planar size of the semiconductor light emitting element 11 and the optical path regulating member 21 is 0.3 mm ⁇ 0.3 mm
- sapphire The thickness of the substrate 12 and the optical path regulating member 21 was 0.075 mm
- the thickness of the semiconductor layer 13 was 0.010 mm
- the light reflectance of the wiring substrate 42 was 97%.
- the total radiant flux is the largest in the semiconductor light-emitting device of model 7 according to the comparative example, but this semiconductor light-emitting device is mainly used as shown in FIG. 9B. Since the light distribution in the direction opposite to the surface is large and the light distribution in the main surface direction, that is, in the lateral direction is small, it cannot be a side emission type semiconductor light emitting device.
- the second largest total radiant flux is the model 1 semiconductor light emitting device according to the comparative example, but for the same reason, this semiconductor light emitting device cannot be a side emission type semiconductor light emitting device.
- the light distribution to the side is large in the semiconductor light emitting devices of models 2 to 5 according to the embodiment and the semiconductor light emitting device of model 6 according to the comparative example.
- the semiconductor light-emitting device of model 6 cannot be a practical side-emitting semiconductor light-emitting device because the total radiant flux is extremely small.
- the side light distribution is large and the total radiant flux is relatively high. Therefore, the semiconductor light emitting devices of models 2 to 5 according to the embodiment are practical. It can be seen that this is suitable as a side emission type semiconductor light emitting device. Similar results were obtained when a parabolic groove 22 was formed instead of the V-shaped groove 22.
- FIG. 10 shows data when the groove depth d and the groove angle ⁇ are variously changed for the model 2 semiconductor light emitting device according to the embodiment.
- FIG. 11 shows the groove depth d and the groove for the model 3 semiconductor light emitting device according to the embodiment.
- 12 shows data when the angle ⁇ is variously changed,
- FIG. 12 shows data when the groove depth d and the groove angle ⁇ are variously changed,
- FIG. 13 shows the model 5 according to the embodiment. This is data when the groove depth d and the groove angle ⁇ are variously changed for the semiconductor light emitting device.
- the total radiant flux increases almost uniformly as the groove depth d increases regardless of the groove angle ⁇ .
- the total radiant flux at a constant groove depth d has a significant difference depending on the groove angle ⁇ , and the total radiant flux is the largest when the groove angle ⁇ is 50 ° to 60 °. Practically, it is preferable that the groove angle ⁇ is set to 60 ° ⁇ 10 ° for the semiconductor light emitting device of model 2 when viewed from the value of the total radiant flux.
- the total radiant flux increases almost uniformly as the groove depth d increases regardless of the groove angle ⁇ .
- the total radiant flux at a constant groove depth d has a significant difference depending on the groove angle ⁇ , and the total radiant flux is the largest when the groove angle is 120 °. Practically, it is preferable to set the groove angle to 120 ° ⁇ 10 ° for the model 3 semiconductor light emitting device in view of the value of the total radiant flux.
- the total radiant flux increases uniformly as the groove depth d increases regardless of the groove angle ⁇ , except when the groove angle ⁇ is excessive. To do.
- the total radiant flux at a constant groove depth d has a significant difference depending on the groove angle ⁇ , and the total radiant flux is the largest when the groove angle is 90 °. Practically, it is preferable that the groove angle is 90 ° ⁇ 10 ° for the model 4 semiconductor light emitting device as seen from the value of the total radiant flux.
- the total radiant flux increases uniformly as the groove depth d increases, regardless of the groove angle ⁇ , except when the groove angle ⁇ is excessive. To do.
- the total radiant flux at a constant groove depth d has a significant difference according to the groove angle ⁇ , and a large total radiant flux is obtained when the groove angle ⁇ is 90 ° to 120 °.
- the reason why the total radiant flux is small when the groove angle ⁇ is too small is that the light reflected by the groove 22 is difficult to be directed to the side of the semiconductor light emitting device and is easily confined in the optical path regulating member 21. Conceivable.
- the groove angle ⁇ is excessively large, the total radiant flux becomes small because the optical path regulating member 21 becomes thin as a whole, the side sectional area of the semiconductor light emitting device becomes small, and total reflection on the side surface is reduced. This is thought to be easier to get up.
- the mirror member as the light reflecting member 31 is formed on the surface of the optical path regulating member 21 as compared with the case where a metal film is formed as the light reflecting member 31 on the surface of the optical path regulating member 21.
- the total radiant flux is larger in the case of joining. This is because when a metal film is formed on the surface of the optical path regulating member 21, absorption due to mirror reflection occurs in the groove 22, whereas when a mirror member is joined to the surface of the optical path regulating member 21, Since the surface of the groove 22 is transparent, it is considered that total reflection is likely to occur on the surface and mirror reflection is suppressed.
- FIG. 14 shows a simulation result when the material of the optical path regulating member 21 is changed to sapphire, glass having a refractive index of 1.8, and glass having a refractive index of 1.5.
- the models used were model 2, model 3, model 4, and model 5 according to the embodiment, and the groove 22 having the optimum groove angle ⁇ was formed for each.
- the total radiant flux is larger when the glass optical path regulating member 21 is used than when the sapphire optical path regulating member 21 is used. Moreover, it can be seen that the light distribution to the side increases.
- FIG. 15 shows simulation results when the thickness of the optical path regulating member 21 and the groove angle ⁇ are variously changed.
- the horizontal axis of the graph is the groove depth d and the vertical axis is the radiant flux.
- the models used were model 2, model 3, model 4, and model 5 according to the embodiment.
- the total radiant flux increases as the groove depth d is increased. Therefore, the thickness of the optical path regulating member 21 is increased, and the groove depth d formed thereon is increased. It can be seen that the larger the value, the higher the illuminance semiconductor light emitting device can be obtained.
- FIG. 17 shows simulation results for the model 2 and model 3 semiconductor light emitting devices
- FIG. 18 shows simulation results for the model 4 and model 5 semiconductor light emitting devices. As shown in FIG.
- the semiconductor light emitting device of Model 2 has the maximum in both the 25 ° direction and the 35 ° direction when the optical path regulating member 21 has a thickness of 110 ⁇ m, a groove depth d of 105 ⁇ m, and a groove angle ⁇ of 60 °. Further, the model 3 semiconductor light emitting device has the maximum in the 25 ° direction when the thickness of the optical path regulating member 21 is 110 ⁇ m, the groove depth d is 105 ⁇ m, and the groove angle ⁇ is 80 °. The total radiant flux is obtained, and the maximum total radiant flux is obtained in the 35 ° direction when the thickness of the optical path regulating member 21 is 110 ⁇ m, the groove depth d is 105 ⁇ m, and the groove angle ⁇ is 100 °.
- the optical path regulating member 21 has a thickness of 110 ⁇ m, a groove depth d of 105 ⁇ m, and a groove angle ⁇ of 80 °.
- the maximum total radiant flux can be obtained
- the model 5 semiconductor light-emitting device has a thickness of the optical path regulating member 21 of 110 ⁇ m, a groove depth d of 105 ⁇ m, and a groove angle ⁇ of 60 ° in the 25 ° direction.
- the maximum total radiant flux is obtained in the direction of 35 ° when the thickness of the optical path regulating member 21 is 110 ⁇ m, the groove depth d is 105 ⁇ m, and the groove angle ⁇ is 80 °.
- 1 is a side view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment. It is a side view of the semiconductor light-emitting device concerning a 2nd embodiment.
- FIG. It is a figure which shows the simulation result of the conditions which radiate
- FIG. It is a figure which shows the simulation result of the conditions which radiate
- Light emitter 11 Semiconductor light emitting element 12 Sapphire substrate (semiconductor substrate) DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Semiconductor layer 21 Optical path control member 22 Groove 31 Light reflection part 41A, 41B Semiconductor light-emitting device 42 Wiring board 43 Wiring pattern 44 Bump 45 1st semiconductor light-emitting element 46 Bonding wire 47 Bump
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Abstract
【課題】小型かつ安価にして製造が容易な側面放出型の発光体とこれを用いた半導体発光装置とを提供する。
【解決手段】発光体１Ａ～１Ｆを、半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１に接合されたサファイア、ガラス、樹脂等からなる光路規制部材２１と、光路規制部材２１の片面に配置された金属膜または金属板等からなる光反射部３１とから構成する。光路規制部材２１の表面には、開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝２２を形成する。半導体発光装置４１Ａは、配線基板４２上に発光体１Ａ～１Ｆを実装することにより構成する。配線基板４２上に光路規制部材２１及び光反射部３１を有しない第１半導体発光素子４５をフェースアップ実装し、この第１半導体発光素子４５上に発光体１Ａ～１Ｆをフェースダウン実装して、スタック構造の半導体発光装置４１Ｂとすることもできる。
Description
本発明は、発光体及びこれを用いた半導体発光装置に係り、特に、半導体発光素子の発光層からその面方向に放射された光を側面方向の光に変換する光路規制部材を備えた発光体と、これを用いた半導体発光装置とに関する。
従来、半導体発光素子の発光層からその面方向に放射された光を側面方向の光に変換する光路規制部材を備えた発光体、及びこれを光源として用いた半導体発光装置が提案されている（特許文献１，２，３参照。）。
特許文献１に開示の技術は、カップ状に形成された下部鏡の内面中央部にＬＥＤチップを設定して透明密封体にて密封すると共に、透明密封体の上部に漏斗状又は円錐状の反射面を有する上部鏡を配置し、ＬＥＤチップから放射された光及び下部鏡にて反射された光を上部鏡で反射して、ＬＥＤチップの側面方向に出射させるものである。
特許文献２に開示の技術は、半導体基板の第１主面に発光層を形成すると共に、第１主面と対向する第２主面に第１主面側から見て末広がりの溝を十文字状に形成し、発光層から放射された光を溝面から取り出せるようにして、発光層に吸収される光の割合を減少するものである。
特許文献３に開示の技術は、主面に発光部が形成された半導体基板の側面を４５度以上９０度未満の角度で傾斜する傾斜面に形成し、傾斜面の一方にのみ裏面電極を設けて、裏面電極を有しない他方の傾斜面より発光部から放射された光を取り出せるようにしたものである。
特開２００６－２１６９３９号公報
特開２００５－３２７９７９号公報
特開２００６－２８６７１０号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、カップ状に形成された下部鏡と漏斗状又は円錐状の反射面を有する上部鏡とを必須の構成要件とするので、装置が大型化、厚型化及び高コスト化するという問題がある。
一方、特許文献２，３に記載の技術は、半導体基板に溝又は傾斜面を直接形成する構成であるので、製造が困難で、良品を高い歩留まりで得ることが難しいという問題がある。即ち、半導体発光素子の半導体基板としては、一般にサファイアが用いられているが、サファイアは高硬度かつ高脆性の材料であるので、加工が難しく、その加工には高度の熟練と慎重な加工手順が必要で、良品を高い歩留まりで得ることが難しい。また、仮に加工に失敗すると、半導体発光素子そのものが不良品となってしまうので、損害が大きくなる。
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型かつ安価にして製造が容易な側面放出型の発光体及びこれを用いた半導体発光装置を提供することにある。
本発明は、前記の課題を解決するため、発光体に関しては第１に、発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなる半導体発光素子と、開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、前記半導体基板の前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とを有するという構成にした。
かかる構成によると、半導体発光素子の主面とは反対側の面に末広がりの溝と光反射部とを有する光路規制部材を接合するので、発光層から放射され、半導体基板内に入射した光を光路規制部材により側面方向に向けることができる。そして、半導体発光素子の主面とは反対側の面に、光反射部を有する光路規制部材を接合するだけで側面放出型の発光体を得ることができるので、立体的に加工された部材を用いる場合に比べて、発光体の薄型化及び低コスト化を図ることができる。また、半導体基板に加工を施すのではなく、半導体発光素子とは別体に形成された光路規制部材に溝加工を施すので、光路規制部材材料を適宜選択することにより、その製造や加工を容易化することができ、発光体の良品を高歩留まりに製造することが可能となる。さらに、光路規制部材材料としてサファイア等の高硬度かつ高脆性の材料を用いて加工に失敗した場合にも、半導体発光素子の無駄を生じることがないので、発光体が高コスト化せず、材料選択の余地を広げることができる。
本発明は、発光体に関して第２に、前記第１の発光体における前記光反射部として、金属膜を少なくとも前記溝の内面に形成するという構成にした。
かかる構成によると、例えばスパッタリングや真空蒸着などの真空成膜法を用いて所要の金属膜を所要の部分に形成することができるので、光反射部の形成を容易なものにすることができる。
本発明は、発光体に関して第３に、前記第１の発光体における前記光反射部として、表面に鏡面が形成されたミラー部材を前記溝の形成面に接合するという構成にした。
かかる構成によると、真空成膜法で光反射部を形成する必要がないので、発光体の製造をより容易化でき、また、溝面で反射する光を発光体の側面方向に取り出すことができるので、光取り出し効率の低下を抑制することができる。
本発明は、発光体に関して第４に、前記第１乃至第３の発光体において、前記光路規制部材の平面形状を四角形とし、対向に配置された二辺間の中央部に前記溝を形成するという構成にした。
かかる構成によると、四角形に形成された光路規制部材の対向する二辺間の中央部に溝を形成したので、光路規制部材の溝と平行に配置された辺から外向きに光を放射する発光体を得ることができる。
本発明は、発光体に関して第５に、前記第１乃至第３の発光体において、前記光路規制部材の平面形状を四角形とし、対角を結ぶ線上に前記溝を形成するという構成にした。
かかる構成によると、四角形に形成された光路規制部材の対角を結ぶ線上に溝を形成したので、光路規制部材の対角から外向きに光を放射する発光体を得ることができる。
本発明は、発光体に関して第６に、前記第１乃至第５の発光体において、前記光路規制部材が、ガラス又は樹脂材料からなるという構成にした。
光路規制部材材料として、ガラス又は樹脂材料を用いると、材料費を低減できると共に溝加工が容易になるので、光路規制部材の製造を容易かつ低コストなものにすることができる。
一方、本発明は、半導体発光装置に関して第１に、所要の配線パターンが形成された配線基板と、発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなり、前記主面を前記配線基板側に向けて前記配線基板の配線パターン形成面上に実装された半導体発光素子と、開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とを有するという構成にした。
かかる構成によると、配線基板上に、半導体基板の主面とは反対側の面に末広がりの溝と光反射部とを有する光路規制部材を接合してなる半導体発光素子をフェースダウン実装するので、発光層から放射され、半導体基板内に入射した光を光路規制部材により側面方向に向けることができる。そして、配線基板と半導体発光素子と光路規制部材とをもって半導体発光装置を構成するので、構造が簡単で、薄型にして低コストの半導体発光装置とすることができる。
本発明は、半導体発光装置に関して第２に、所要の配線パターンが形成された配線基板と、発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなり、前記主面とは反対側の面を前記配線基板側に向けて前記配線基板の配線パターン形成面上に実装された第１半導体発光素子と、半導体基板の主面上に発光層を形成してなり、前記主面を前記第１半導体発光素子側に向けて前記第１半導体発光素子上に実装された第２半導体発光素子と、開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、第２半導体発光素子の前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とを有するという構成にした。
かかる構成によると、配線基板上に第１半導体発光素子をフェースアップ実装すると共に、当該第１半導体発光素子の上面に第２半導体発光素子をフェースダウン実装し、当該第２半導体発光素子の主面とは反対側の面に光路規制部材を接合するので、第１半導体発光素子の発光層から上向きに放射され、第２半導体発光素子の半導体基板内に入射した光、及び第２半導体発光素子の発光層から放射され、第２半導体発光素子の半導体基板内に入射した光を光路規制部材により側面方向に向けることができる。また、配線基板上に第１半導体発光素子と第２半導体発光素子とを２層に重ねて配置するので、単位面積当たりの半導体発光素子の実装数を高めることができ、半導体発光装置の全放射束及び側面輝度を高めることができる。
本発明の発光体は、発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなる半導体発光素子と、開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、前記半導体基板の前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とを有するので、これら各部品の製造が容易で、部品点数も減少することができ、側面放出型の発光体の薄型化及び低コスト化を図ることができる。
本発明の半導体発光装置は、配線基板上に、発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなる半導体発光素子と、開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、前記半導体基板の前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とをもって構成された発光体を実装するので、発光体を構成する各部品の製造が容易で、部品点数も減少することができ、側面放出型の半導体発光装置の薄型化及び低コスト化を図ることができる。
以下、本発明に係る発光体の実施形態を、図１乃至図６に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る発光体の斜視図、図２は第２実施形態に係る発光体の斜視図、図３は第３実施形態に係る発光体の斜視図、図４は第４実施形態に係る発光体の斜視図、図５は第５実施形態に係る発光体の斜視図、図６は第６実施形態に係る発光体の斜視図である。
図１乃至図６に示すように、実施形態に係る発光体１Ａ～１Ｆは、半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１に接合された光路規制部材２１と、光路規制部材２１の片面に配置された光反射部３１とから構成されている。
半導体発光素子１１の構成に関しては、各実施例とも共通であり、平面形状が四角形に形成されたサファイア基板（半導体基板）１２の片面に、発光層を含む所要の半導体層１３を形成してなる。半導体層１３の積層構造及び半導体層１３を構成する半導体材料には、特に限定があるものではなく、公知に属する任意の積層構造及び材質を適用することができる。代表的な半導体層材料としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）がある。
光路規制部材２１は、例えばサファイア、ガラス又は樹脂など、半導体発光素子１１から放射される光の透過性が高い材料をもって、半導体発光素子１１とほぼ同形同大の四角形に形成され、その片面には、図１乃至図６に示すように、開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝２２が、各実施形態に応じた態様で形成されている。第１実施形態の光路規制部材２１は、図１に示すように、対向に配置された二辺間の中央部にＶ字形状の溝２２を一文字状に形成したものである。溝２２の両端は、他の対向に配置された二辺に達するように形成される。これは、他の実施形態に係る光路規制部材２１についても同様である。第２実施形態の光路規制部材２１は、図２に示すように、対向に配置された二辺間の中央部と、同じく対向に配置された他の二辺間の中央部とに、Ｖ字形状の溝２２を十文字状に形成したものである。第３実施形態の光路規制部材２１は、図３に示すように、２つの対角のうち、一方の対角を結ぶ線上にＶ字形状の溝２２を一文字状に形成したものである。第４実施形態の光路規制部材２１は、図４に示すように、一方の対角を結ぶ線上及び他方の対角を結ぶ線上にＶ字形状の溝２２をＸ文字状に形成したものである。第５実施形態の光路規制部材２１は、図５に示すように、溝２２の断面形状を放物線状に形成したものである。なお、図５においては、対向に配置された二辺間の中央部に１条の放物線形状の溝２２が形成された実施形態が例示されているが、図２乃至図４に示した他の形態で放物線形状の溝２２を形成することもできる。溝２２の形成方向及び数量は、光の取り出し方位に応じて調整される。
光反射部３１は、光路規制部材２１と一体に形成することもできるし、光路規制部材２１とは別体に形成することもできる。前述の第１乃至第５実施形態に係る発光体１Ａ～１Ｅにおいては、光反射部３１が光路規制部材２１と一体に形成されている。この光路規制部材２１と一体の光反射部３１は、光路規制部材２１における溝２２の形成面及び溝２２の内面に、例えば金、銀、アルミニウム、チタン及びこれらの金属材料を主成分とする合金などの光反射率が大きな金属膜を被着することにより形成できる。金属膜の形成方法としては、スパッタリング又は真空蒸着などの真空成膜法を適用することができる。
一方、図６に示す第６実施形態に係る発光体１Ｆにおいては、光反射部３１として、光路規制部材２１とは別体に形成されたミラー部材が、光路規制部材２１の溝形成面に接合されている。ミラー部材３１としては、前述の金属材料又は合金材料からなる板材を用いることもできるし、非反射性材料からなる板材の表面に高反射性の金属膜を被着したものを用いることもできる。なお、図６においては、対向に配置された二辺間の中央部に１条のＶ字形状の溝２２が形成された光路規制部材２１の溝形成面にミラー部材３１を接合してなる発光体１Ｆが例示されているが、図２乃至図５に示した各形態でＶ字形状又は放物線形状の溝２２が形成された光路規制部材の溝形成面にミラー部材３１を接合することもできる。
第１乃至第５実施形態に係る発光体１Ａ～１Ｅは、発光層から放射され、サファイア基板１２を透過して光反射部３１にて反射された光が、サファイア基板１２と光反射部３１との間で多重反射され、その間に溝２２の内面にて反射されてサファイア基板１２の側方方向に向けられるので、側方からの光の取り出し効率を高めることができる。第６実施形態に係る発光体１Ｆは、溝２２の内面に光反射部３１が設けられていないが、この面に臨界角度を超える角度で入射する光を全反射することができるので、同じく側方からの光の取り出し効率を高めることができる。
次に、上述の発光体１が実装された半導体発光装置の構成について説明する。図７は第１実施形態に係る半導体発光装置の側面図、図８は第２実施形態に係る半導体発光装置の側面図である。
第１実施形態に係る半導体発光装置４１Ａは、図７に示すように、所要の配線パターンが形成された光反射性の配線基板４２の配線パターン形成面に前述の発光体１Ａ～１Ｆをフェースダウン実装したことを特徴とする。発光体１Ａ～１Ｆを構成する半導体発光素子１１は、配線基板４２に形成された配線パターン４３とバンプ４４を介して直列接続される。
一方、第２実施形態に係る半導体発光装置４１Ｂは、図８に示すように、所要の配線パターンが形成された光反射性の配線基板４２の配線パターン形成面に、平面形状が四角形に形成されたサファイア基板１２の片面に発光層を含む所要の半導体層１３を形成してなる複数個（図８の例では、２個）の第１半導体発光素子４５をフェースアップ実装すると共に、当該複数個の第１半導体発光素子４５の上面に、隣接する２個の第１半導体発光素子４５を跨ぐように、前記実施形態に係る発光体１Ａ～１Ｆをフェースダウン実装したことを特徴とする。下段の第１半導体発光素子４５は、配線基板４２に形成された配線パターン４３とボンディングワイヤ４６を介して接続され、発光体１Ａ～１Ｆを構成する上段の半導体発光素子（第２半導体発光素子）１１は、第１半導体発光素子４５とバンプ４７を介して直列接続される。
なお、前記第１及び第２実施形態に係る半導体発光装置４１Ａ，４１Ｂは、発光体１Ａ～１Ｆを１つのみ備えているが、発光体１Ａ～１Ｆの数については何ら制限があるものではなく、必要に応じて所要数の発光体１Ａ～１Ｆを実装することができる。
第１実施形態に係る半導体発光装置４１Ａは、配線基板４２上に光路規制部材２１を上向きにして、半導体発光素子１１と光路規制部材２１と光反射部３１とからなる発光体１Ａ～１Ｆを実装したので、半導体発光素子１１の発光層から放射され、半導体発光素子のサファイア基板１２内に入射した光を光路規制部材２１により側面方向に向けることができ、側面放出型の半導体発光装置として機能する。そして、この第１実施形態に係る半導体発光装置４１Ａは、配線基板４２上に発光体１Ａ～１Ｆを実装することによって構成されているので、構造が簡単で、薄型にして低コストの半導体発光装置とすることができる。
第２実施形態に係る半導体発光装置４１Ｂは、配線基板４２上に第１半導体発光素子４５をフェースアップ実装すると共に、当該第１半導体発光素子４５の上面に発光体１Ａ～１Ｆを構成する第２半導体発光素子１１をフェースダウン実装するので、第１半導体発光素子４５の発光層から上向きに放射され、第２半導体発光素子１１のサファイア基板１２内に入射した光、及び第２半導体発光素子１１の発光層から放射され、第２半導体発光素子１１のサファイア基板１２内に入射した光を光路規制部材２１により側面方向に向けることができ、側面放出型の半導体発光装置として機能する。また、配線基板４２上に第１半導体発光素子４５と第２半導体発光素子１１とを２層に重ねて配置するので、単位面積当たりの半導体発光素子の実装数を高めることができ、半導体発光装置の全放射束及び側面輝度を高めることができる。
以下、前記実施形態に係る半導体発光装置の効果を、比較例と対比して示す。
図９に、実施形態に係る半導体発光装置及び比較例に係る半導体発光装置の全放射束及び配光分布に関するシミュレーション結果を示す。この図において、モデル１は、半導体発光素子１１の上面に溝２２及び光反射部３１を有しない高屈折率のガラス板を接合してなる発光体を配線基板４２上に実装したもの、モデル２は図２に示す発光体１Ｂを配線基板４２上に実装したもの、モデル３は図６に示す発光体１Ｆを配線基板４２上に実装したもの、モデル４は図４に示す発光体１Ｄを配線基板４２上に実装したもの、モデル５は、対角方向に２条の溝２２がＸ字形状に形成された光路規制部材２１を備え、当該光路規制部材２１上に光反射部３１としてミラー部材が接合された発光体を配線基板４２上に実装したもの、モデル６は、モデル１のガラス板上に金属膜からなる光反射部３１が形成された発光体を配線基板４２上に実装したもの、モデル７は、モデル１に係る発光体を表裏反転して配線基板４２上に実装したものである。したがって、モデル２，３，４，５が実施形態に係る半導体発光装置のモデルであり、モデル１，６，７が比較例に係る半導体発光装置のモデルである。なお、シミュレーションに際しては、半導体発光素子１１の発光を緑色、光路規制部材２１が屈折率１．８のガラス、半導体発光素子１１及び光路規制部材２１の平面サイズが０．３ｍｍ×０．３ｍｍ、サファイア基板１２及び光路規制部材２１の厚さが０．０７５ｍｍ、半導体層１３の厚みが０．０１０ｍｍ、配線基板４２の光反射率が９７％とした。
図９（ａ）に示すように、全放射束が最も大きいのは、比較例に係るモデル７の半導体発光装置であるが、この半導体発光装置は、図９（ｂ）に示すように、主面と対向する方向への配光が大きく、主面方向、即ち側方への配光が小さいので、側面放出型の半導体発光装置となし得ない。また、全放射束が２番目に大きいのも、比較例に係るモデル１の半導体発光装置であるが、同様の理由からこの半導体発光装置も、側面放出型の半導体発光装置となし得ない。これに対して、側方への配光が大きいのは、実施形態に係るモデル２～５の半導体発光装置と、比較例に係るモデル６の半導体発光装置であるが、このうち比較例に係るモデル６の半導体発光装置は、全放射束が極端に小さいので、実用的な側面放出型の半導体発光装置となし得ない。結局、図９（ａ），（ｂ）の結果から、側方への配光が大きく、かつ全放射束も比較的高いことから、実施形態に係るモデル２～５の半導体発光装置が実用的な側面放出型の半導体発光装置として適していることが判る。なお、Ｖ字形状の溝２２に代えて、放物線形状の溝２２を形成した場合にも、同様の結果が得られた。
次に、光路規制部材２１に形成される溝２２の深さ（溝深さ）ｄ及び溝２２の内面のなす角度（溝角度）θの最適値に関するシミュレーション結果を図１０乃至図１３に示す。図１０は実施形態に係るモデル２の半導体発光装置について溝深さｄと溝角度θを種々変更した場合のデータ、図１１は実施形態に係るモデル３の半導体発光装置について溝深さｄと溝角度θを種々変更した場合のデータ、図１２は実施形態に係るモデル４の半導体発光装置について溝深さｄと溝角度θを種々変更した場合のデータ、図１３は実施形態に係るモデル５の半導体発光装置について溝深さｄと溝角度θを種々変更した場合のデータである。
図１０から明らかなように、モデル２の半導体発光装置は、溝角度θに関わりなく、溝深さｄが大きくなるほど、ほぼ一律に全放射束が増加する。そして、一定の溝深さｄにおける全放射束は、溝角度θに応じた有意差があり、溝角度θを５０°～６０°としたときに最も全放射束が大きくなる。実用的には、全放射束の値から見て、モデル２の半導体発光装置については、溝角度θを６０°±１０°とすることが好ましい。
図１１から明らかなように、モデル３の半導体発光装置も、溝角度θに関わりなく、溝深さｄが大きくなるほど、ほぼ一律に全放射束が増加する。そして、一定の溝深さｄにおける全放射束は、溝角度θに応じた有意差があり、溝角度を１２０°としたときに最も全放射束が大きくなる。実用的には、全放射束の値から見て、モデル３の半導体発光装置については、溝角度を１２０°±１０°とすることが好ましい。
図１２から明らかなように、モデル４の半導体発光装置は、溝角度θが過大である場合を除いて、溝角度θに関わりなく、溝深さｄが大きくなるほど、一律に全放射束が増加する。しかし、一定の溝深さｄにおける全放射束については、溝角度θに応じた有意差があり、溝角度を９０°としたときに最も全放射束が大きくなる。実用的には、全放射束の値から見て、モデル４の半導体発光装置については、溝角度を９０°±１０°とすることが好ましい。
図１３から明らかなように、モデル５の半導体発光装置は、溝角度θが過大である場合を除いて、溝角度θに関わりなく、溝深さｄが大きくなるほど、一律に全放射束が増加する。そして、一定の溝深さｄにおける全放射束は、溝角度θに応じた有意差があり、溝角度θを９０°～１２０°としたときに大きな全放射束が得られる。
溝角度θが過小である場合に全放射束が小さくなるのは、溝２２で反射された光が半導体発光装置の側方に向きにくく、光路規制部材２１内に閉じ込められやすくなるためであると考えられる。一方、溝角度θが過大である場合に全放射束が小さくなるのは、光路規制部材２１が全体的に薄くなることで、半導体発光装置の側断面積が小さくなり、側面での全反射が起きやすくなるためであると考えられる。
また、モデル２とモデル３との比較から判るように、光路規制部材２１の表面に光反射部材３１として金属膜を形成する場合よりも、光路規制部材２１の表面に光反射部材３１としてミラー部材を接合する場合の方が、全放射束が大きくなる。これは、光路規制部材２１の表面に金属膜を形成した場合には、溝２２内でミラー反射による吸収が起こるのに対して、光路規制部材２１の表面にミラー部材を接合した場合には、溝２２の表面が透明であるため、該面において全反射が起こりやすく、ミラー反射が抑制されるためであると考えられる。
次に、光路規制部材２１の材質をサファイア、屈折率が１．８のガラス、屈折率が１．５のガラスに変更した場合のシミュレーション結果を図１４に示す。使用したモデルは、実施形態に係るモデル２、モデル３、モデル４、モデル５とし、それぞれに最適な溝角度θの溝２２を形成した。図１４から明らかなように、同一モデル同士で比較した場合、サファイア製の光路規制部材２１を用いた場合よりも、ガラス製の光路規制部材２１を用いた場合の方が全放射束が大きくなり、しかも側方への配光が大きくなることが判る。
次に、光路規制部材２１の厚み及び溝角度θを種々変更した場合のシミュレーション結果を図１５に示す。なお、グラフの横軸が溝深さｄ、縦軸が放射束となっている。使用したモデルは、実施形態に係るモデル２、モデル３、モデル４、モデル５とした。図１５から明らかなように、どのモデルを用いた場合にも、溝深さｄを大きくするほど全放射束が大きくなるので、光路規制部材２１の厚みが大きく、それに形成される溝深さｄが大きいほど、高照度の半導体発光装置を得られることが判る。また、各モデルとも、溝角度θを一定とした場合には、溝深さｄを変更した場合にも、全放射束のグラフは同一線上に乗ることから、溝深さｄを大きくするよりも溝角度θを最適化した方が全放射束の改善に効果があることが判る。したがって、溝深さｄを抑制しつつ溝角度θを最適化することにより、薄型で高照度の半導体発光装置が得られる。
また、配光分布のシミュレーション結果から、側方向への光の取り出し効率が高くなる溝２２の形成条件について検討した。使用したモデルは、実施形態に係るモデル２、モデル３、モデル４、モデル５とし、図１６（ａ）に示す２５°以下の光の放射束と図１６（ｂ）に示す３５°以下の光の放射束とを算出した。図１７はモデル２及びモデル３の半導体発光装置についてのシミュレーション結果であり、図１８はモデル４及びモデル５の半導体発光装置についてのシミュレーション結果である。図１７に示すように、モデル２の半導体発光装置は、光路規制部材２１の厚みを１１０μｍ、溝深さｄを１０５μｍ、溝角度θを６０°としたときに２５°方向及び３５°方向とも最大の全放射束が得られ、また、モデル３の半導体発光装置は、光路規制部材２１の厚みを１１０μｍ、溝深さｄを１０５μｍ、溝角度θを８０°としたときに２５°方向について最大の全放射束が得られると共に、光路規制部材２１の厚みを１１０μｍ、溝深さｄを１０５μｍ、溝角度θを１００°としたときに３５°方向について最大の全放射束が得られる。一方、図１８に示すように、モデル４の半導体発光装置は、光路規制部材２１の厚みを１１０μｍ、溝深さｄを１０５μｍ、溝角度θを８０°としたときに２５°方向及び３５°方向とも最大の全放射束が得られ、また、モデル５の半導体発光装置は、光路規制部材２１の厚みを１１０μｍ、溝深さｄを１０５μｍ、溝角度θを６０°としたときに２５°方向について最大の全放射束が得られると共に、光路規制部材２１の厚みを１１０μｍ、溝深さｄを１０５μｍ、溝角度θを８０°としたときに３５°方向について最大の全放射束が得られる。
１Ａ～１Ｆ 発光体
１１ 半導体発光素子
１２ サファイア基板（半導体基板）
１３ 半導体層
２１ 光路規制部材
２２ 溝
３１ 光反射部
４１Ａ，４１Ｂ 半導体発光装置
４２ 配線基板
４３ 配線パターン
４４ バンプ
４５ 第１半導体発光素子
４６ ボンディングワイヤ
４７ バンプ
１１ 半導体発光素子
１２ サファイア基板（半導体基板）
１３ 半導体層
２１ 光路規制部材
２２ 溝
３１ 光反射部
４１Ａ，４１Ｂ 半導体発光装置
４２ 配線基板
４３ 配線パターン
４４ バンプ
４５ 第１半導体発光素子
４６ ボンディングワイヤ
４７ バンプ
Claims (8)
- 発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなる半導体発光素子と、
開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、前記半導体基板の前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、
前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とを有することを特徴とする発光体。 - 前記光反射部として、金属膜を少なくとも前記溝の内面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の発光体。
- 前記光反射部として、表面に鏡面が形成されたミラー部材を前記溝の形成面に接合したことを特徴とする請求項１に記載の発光体。
- 前記光路規制部材の平面形状を四角形とし、対向に配置された二辺間の中央部に前記溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載の発光体。
- 前記光路規制部材の平面形状を四角形とし、対角を結ぶ線上に前記溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載の発光体。
- 前記光路規制部材が、ガラス又は樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
- 所要の配線パターンが形成された配線基板と、
発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなり、前記主面を前記配線基板側に向けて前記配線基板の配線パターン形成面上に実装された半導体発光素子と、
開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、
前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とを有することを特徴とする半導体発光装置。 - 所要の配線パターンが形成された配線基板と、
発光する光に対して透明な半導体基板の主面上に発光層を形成してなり、前記主面とは反対側の面を前記配線基板側に向けて前記配線基板の配線パターン形成面上に実装された第１半導体発光素子と、
半導体基板の主面上に発光層を形成してなり、前記主面を前記第１半導体発光素子側に向けて前記第１半導体発光素子上に実装された第２半導体発光素子と、
開口側に至るほど溝幅が大きくなる末広がりの溝を片面に形成してなり、第２半導体発光素子の前記主面とは反対側の面に前記溝の形成面とは反対側の面が接合された透光性の光路規制部材と、
前記光路規制部材と一体又は別体に形成してなり、前記発光層から放射されて前記溝の形成面に達した光を反射する光反射部とを有することを特徴とする半導体発光装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2008046506 | 2008-02-27 | ||
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| WO2009107661A1 true WO2009107661A1 (ja) | 2009-09-03 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| WO (1) | WO2009107661A1 (ja) |
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- 2009-02-18 TW TW98105132A patent/TW200945633A/zh unknown
- 2009-02-25 WO PCT/JP2009/053410 patent/WO2009107661A1/ja active Application Filing
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