JP2008211157A

JP2008211157A - 半導体発光モジュール、装置

Info

Publication number: JP2008211157A
Application number: JP2007082854A
Authority: JP
Inventors: Toru Furuta; 亨古田
Original assignee: SHIMANE DENSHI IMAFUKU SEISAKU; SHIMANE DENSHI IMAFUKU SEISAKUSHO KK
Current assignee: SHIMANE DENSHI IMAFUKU SEISAKU; SHIMANE DENSHI IMAFUKU SEISAKUSHO KK
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】取り付け面の反射率の影響を受けにくく、経年変化による面発光の品質低下がおきにくい、かつ光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を得ること。
【解決手段】透光性ケース２０３は、半導体発光素子１１１の光の照射される方向を包囲するように配置されており、半導体発光素子１１１の照射軸を中心として１８０度方向に照射された光を表面拡散板５０１に集光して、かつほぼ均一な面発光表示を可能とする目的で、照射面方向に照射方向の異なる反射面を８面以上備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光モジュール、装置に関し、より詳細には、光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を可能とする半導体発光モジュール、装置に関する。

近年、発光におけるエネルギー効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子が様々な分野で使用されるようになり、半導体発光素子を利用した種々の装置が開発されてきている。特に、大電流を用いることにより、従来の蛍光灯や白熱灯に代わる照明用としての利用が注目されており、光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を可能とする技術が提案されている。
その一例として、砲弾型の発光ダイオードの照射軸を、照射面に対して斜め下向きにプリント基板上に配置して、基板面への反射を利用することにより面発光を実現したり、またはプリント基板上に配置された面実装型のチップＬＥＤに、照射面に対して斜め下向への集光特性を持ち合わせた透光性の樹脂ケースを配置して、基板面への反射を利用することにより面発光を実現したりするという技術がある。
なお、均一な面発光を得るためには、発光ダイオードのピッチを狭くすることにより簡単に実現することが可能であるが、数多くの発光ダイオードが必要となりコストＵＰにつながるとともに、消費電力の観点から考えても採用することのできない技術と判断し、本発明に対する従来技術として取り上げなかったことを付け加えておきます。

しかしながら、上述２例の技術の場合、基板面への反射光を利用して面発光を実現する構造のため、基板面での光の吸収が起きることにより光のロスが生じるとともに、照射面への距離も長くなってしまうために、さらなる光のロスを生じてしまうという問題がある。
さらには、発光ダイオード個々には、輝度バラツキや色相バラツキが存在するが、隣り合った発光ダイオードの輝度バラツキや色相バラツキを緩和しにくいという問題もある。
さらには、基板面に高反射の白印刷等が必要になり、コストＵＰにつながるとともに、反射面の経年変化により面発光としての品質低下が発生してしまう問題もある。
さらには、発光ダイオードへの電源供給にリード電線等を用いる必要があるが、基板上の反射面の一部を使用して配置する必要があるために、このリード電線等が光の反射を阻害してしまい、均一な面発光を得にくいという問題もある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を可能とする半導体発光モジュール、装置を提供することを目的とする。
さらには、取り付け面の反射率の影響を受けにくく、経年変化による面発光としての品質低下がおきにくい半導体発光モジュール、装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の半導体発光モジュールは、半導体発光素子と、各半導体発光素子の各々に電気的に接続された配電膜を備えた基板体と、半導体発光素子の光の照射される方向に配置される透光性ケースを１個または複数個備え、透光性ケースには、照射面方向に照射方向の異なる反射面を８面以上備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体発光モジュールにおいて、透光性ケースには、近接する半導体発光素子から発せられた光の一部を、照射面方向に反射させる面を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、半導体発光モジュールは、半導体発光素子と、各半導体発光素子の各々に電気的に接続された配電膜を備えた基板体と、半導体発光素子の光の照射される方向に配置される透光性ケースを１個または複数個備え、透光性ケースには、照射面方向に照射方向の異なる反射面を８面以上備えているので、光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を可能とする半導体発光モジュール、装置を提供することができる。
また、本発明によれば、半導体発光モジュールは、透光性ケースには、近接する半導体発光素子から発せられた光の一部を、照射面方向に反射させる面を備え、光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を可能とする半導体発光モジュール、装置を提供することができる。

（実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（半導体発光モジュールの構造）
図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体発光モジュールの構造を示す、その一部の正面図と断面図であり、図２は半導体発光装置に組み込んだ場合の、その全体を示した正面図と断面図である。
本実施形態の半導体発光モジュール１０１は、各半導体発光素子１１１の各々に電気的に接続された配電膜１０４を備えた基板体１０５と、半導体発光素子１１１の光の照射される方向に配置される透光性ケース２０３から形成されている。実際に通電されて発光する１つ又は複数の半導体発光素子１１１は、導電性ワイヤー１１２を介して配電膜１０４に接続される。配電膜１０４はプラス極とマイナス極が形成されている。

配電膜１０４を備えた基板体１０５は、半導体発光素子１１１に電極を提供するように形成されたものであれば本技術分野で知られたいずれの方法を採用してもよく、例えば一般的なプリント基板を用いてもよいし、放熱性を高めた金属基板とプリント基板を融合したものも採用できる。なお、配電膜１０４上の配線等を必要な箇所には、レジスト印刷を施しておくことが好ましく、その色は白色であることがより好ましい。

半導体発光素子１１１と配電膜１０４とは導電性ワイヤー１１２により電気的に接続され、配電膜１０４のいずれかの部分に設けられた端子を介して電源から電力を供給される。なお、半導体発光素子１１１にフリップチップタイプのもの等を用いる場合には、導電性ワイヤー１１２は必ずしも必要ではなくなる。
また、端子の形状や構造は本技術分野で知られたいずれを採用してもよく、リード電線等を半田付けしてもよい。また配電膜１０４に別パーツとして取り付けてもよい。なお、配電膜１０４の導電性ワイヤー１１２の接続される箇所には、本技術分野で知られた表面メッキを施しておくことが好ましい。また、半導体発光素子１１１や導電性ワイヤー１１２または表面メッキ部分には保護を目的とした樹脂等で封止したほうが好ましい場合もある。
また、本実施例においては、半導体発光素子１１１をダイレクトボンドする構造で説明したが、例えば面実装タイプのチップＬＥＤを用いてもほぼ同様の効果を得ることができる。

また、１つのボンディングエリアに同色の半導体発光素子１１１を複数個マウントすることで光量を増すことも可能であるし、例えば赤、緑、青の半導体発光素子１１１をマウントすることでフルカラー表示も可能となる。
また、半導体発光素子１１１と蛍光体をあわせることで、例えば白色光とすることも可能である。

半導体発光素子１１１から発せられた光は、半導体発光素子１１１の照射軸を中心として多少の強度差はあるものの１８０度方向に照射される。また、半導体発光素子１１１と表面拡散板５０１の距離関係は、半導体発光素子１１１の真上がもっとも近く、半導体発光素子１１１の中心から離れるにつれてその距離は遠くなる。したがって、表面拡散板５０１の真上から半導体発光素子１１１の照射光を見た場合、半導体発光素子１１１の中心がもっとも明るく、同心円状にその距離が遠くなるにつれて、徐々に暗くなってしまう。この現象には、表面拡散板５０１の内面側の光の全反射にも大きく起因する。表面拡散板５０１の内面側に照射された光の内、約４５度よりも広い入射光は全反射の比率が多くなるからである。したがって、例えば半導体発光素子１１１と表面拡散板５０１の距離が２０ｍｍで、半導体発光素子１１１と半導体発光素子１１１のピッチが縦横方向ともに３０ｍｍピッチの面発光表示においては、なにも工夫をしない場合、発光輝度ムラの大きな面発光表示となってしまう。

半導体発光素子１１１から発せられた光は、表面拡散板５０１までの距離が遠くなるにつれて減衰してしまう。
したがって、光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を得るためには、半導体発光素子１１１と表面拡散板５０１の距離が近い条件下で、半導体発光素子１１１と半導体発光素子１１１のピッチを可能な限り広くして、半導体発光素子１１１の真上と半導体発光素子１１１間の光量を等しくすることが理想的である。

この条件を満足するために、透光性ケース２０３は、半導体発光素子１１１の光の照射される方向を包囲するように配置されており、半導体発光素子１１１の照射軸を中心として１８０度方向に照射された光を表面拡散板５０１に集光して、かつほぼ均一な面発光表示を可能とする目的で、照射面方向に照射方向の異なる反射面を８面以上備えている。
実験の結果、照射面方向に照射方向の異なる反射面が８面以下では、表面拡散板５０１の発光状態を見る角度が異なることを想定した場合、均一な面発光を得ることができないことが判明した。そこで、半導体発光素子１１１から発せられた光を、照射面方向に反射方向の異なる反射面を８面以上備えた、図３に示す断面形状の透光性ケース２０３を取り付けることで、ほぼ均一な面発光表示を得ることができた。複数の照射方向をもつ集光機能を有するから実現が可能となったものである。
なお、照射面方向に照射方向の異なる反射面を８面以上あればほぼ均一な面発光表示を得ることができるが、反射面が多ければ多いほうがより均一な面発光表示を得ることができる。

透光性ケース２０３は、照射面方向への集光特性を有してほぼ均一な面発光表示を得ているため、照射面とは反対側に位置する面には、高反射の白印刷等を必要としない。したがって、例えばプリント基板面の経年変化による、面発光表示としての品質低下も発生しにくい。また、半導体発光素子１１１への電源供給にリード電線１１５等を用いる必要があるが、基板上の反射面の一部を使用して配置した場合でも、このリード電線１１５等が光の反射を阻害してしまうこともなく、ほぼ均一な面発光を得ることが可能である。

また、半導体発光素子１１１には、個々に輝度バラツキや色相バラツキが存在する。この問題を解決するために、透光性ケース２０３には、近接する半導体発光素子１１１から発せられた光の一部を、照射面方向に反射させる面を備えている。これにより、近接する半導体発光素子１１１の光を取り込み、自身の半導体発光素子１１１の光と一緒に表面拡散板５０１に光を照射することが可能となる。したがって、半導体発光素子１１１に存在する、個々の輝度バラツキや色相バラツキを緩和して、ほぼ均一な面発光表示を得ることができる。なお、図３においてこの光の軌跡は破線で示している。

透光性ケース２０３は、例えばアクリルやポリカーボネートといった透明度の高い樹脂で形成するのが好ましいが、ガラスやその他の樹脂を使用することも可能である。また、その形状は、半導体発光素子１１１と表面拡散板５０１の距離や、半導体発光素子１１１と半導体発光素子１１１のピッチや、求められる特性により個々に設定するのが好ましい。また、透光性ケース２０３の表面の状態は、鏡面やマット面といった選択肢を持ち合わせており、求められる特性により使い分けるのが好ましい。

透光性ケース２０３は、配電膜１０４を備えた基板体１０５に、例えば接着剤を用いて固定してもよいし、透光性ケース２０３にボスを形成し、配電膜１０４を備えた基板体１０５の適当な位置に穴を設けることにより、熱カシメをおこなうことで固定してもよく、本技術分野で知られたいずれの固定方法を採用してもよい。

以上、図１から図３を参照して、本実施形態の半導体発光モジュール１０１の基本構造を説明したが、例えば透光性ケース２０３は、アクリルポリカーボネート、またはガラスなどの素材により作成することができるが、これに限らず本技術分野で知られたいずれの部材も使用することができ、任意の形状とすることができる。また、その特性を維持することが可能な場合には透光性ケース２０３は複数個を連結した状態とすることも可能である。また、表面拡散板５０１の替わりに例えばダイヤカット面を有した透明の表面板を用いることも可能である。また、配電膜１０４には半導体発光素子１１１の制限抵抗等を取り付けることもあるが、本説明では省略したことを付け加えておきます。

また、これらの半導体発光モジュールは、面発光表示用の光源や照明として用いることができるのはもちろんのこと、信号などの種々の発光素材として用いることができることは言うまでもない。

（本発明の半導体発光モジュールの効果）
このように、本発明の半導体発光モジュールは、取り付け面の反射率の影響を受けにくく、経年変化による面発光の品質低下がおきにくい、かつ光の取り出し効率を向上させて均一な面発光を達成することができる。

本発明の一実施形態にかかる半導体発光モジュールの構造を示す正面図であり、（ａ）はその一部を拡大した正面図であり、（ｂ）はその横側面図である。本発明の一実施形態にかかる半導体発光装置の構造を示す図面であり、（ａ）はその表面拡散板を取り外した状態の正面図であり、（ｂ）はその表面拡散板を取り付けた状態の横側面図である。本発明の効果を説明するための図であり、本発明の光の軌跡を示した横側面図である。

符号の説明

１０１半導体発光モジュール
１０４配電膜
１０５基板体
１１１半導体発光素子
１１２導電性ワイヤー
１１５リード電線
２０３透光性ケース
５０１表面拡散板
５０２筐体

Claims

半導体発光素子と、前記各半導体発光素子の各々に電気的に接続された配電膜を備えた基板体と、前記半導体発光素子の光の照射される方向に配置される透光性ケースを１個または複数個備え、前記透光性ケースには、照射面方向に照射方向の異なる反射面を８面以上備えたことを特徴とする半導体発光モジュール。
前記透光性ケースには、近接する前記半導体発光素子から発せられた光の一部を、照射面方向に反射させる面を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光モジュール。