(57)【要約】  【課題】  小型化を保持して輝度を向上する。  【解決手段】  発光ダイオード１５，２８を光学基板１６，２９に実装するとともに発光ダイオードを内部に配置する導光空間部１８，３１を構成した放熱基板１７，３０を積層して単位発光モジュール３，４を構成する。複数の単位発光モジュールが、各導光空間部を互いに光学的に連通させて積層される。  【選択図】  図１
2008028196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ所定波長光を出射する発光ダイオードを、上記所定波長光の透過特性と熱伝導特性を有する光学基板上に搭載するとともに、上記光学基板上に上記発光ダイオードを内部に配置して導光空間部を構成した放熱基板を積層して複数の単位発光モジュールを構成し、
上記各単位発光モジュールが、それぞれの上記放熱基板の上記導光空間部を互いに光学的に連通させて積層され、下層側からの出射光が上記光学基板を透過して上層側へと導光されて出射積層されることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
複数の上記単位発光モジュールの積層体をベース放熱基板上に実装するとともに、それぞれの上記放熱基板と上記ベース放熱基板とを熱伝導部材を介して熱伝導連結することを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
第１発光ダイオードを第１放熱基板に設けた発光ダイオード収納空間部内に配置した第１単位発光モジュールにより第１層単位発光モジュールを構成し、
上記第１単位発光モジュールを上記ベース放熱基板に実装するとともに、上記第１放熱基板上に上記発光ダイオード収納空間部と上記導光空間部を光学的に連通させて複数の上記単位発光モジュールの積層体を積層することを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
上記単位発光モジュールの積層体又は上記第１単位発光モジュールの発光ダイオードに対向して、上記ベース放熱基板の主面上に反射層を形成したことを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項５】
上記単位発光モジュールが、上記光学基板の底面部の少なくとも上記導光空間部に対向する部位に形成され、下層側の上記導光空間部内を導光されて入射される出射光の反射を抑制する反射防止膜層を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項６】
上記単位発光モジュールが、それぞれの上記導光空間部に、上記発光ダイオードの封止樹脂と略同等の屈折率を有する光透過性樹脂材が充填されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項７】
所定波長の出射光を出射する複数の発光層を有する発光ダイオードが用いられ、
上記発光ダイオードの第１発光層を第１放熱基板の発光ダイオード収納空間部内に配置して第１層を構成する第１単位発光モジュールと、
上記発光ダイオードの各上位層発光層をそれぞれ上記出射光の透過特性と熱伝導特性を有する光学基板上に配置するとともに各光学基板上に上記各発光層を内部に配置する導光空間部を有する放熱基板を積層してなる複数の上位単位発光モジュールとから構成され、
上記上位単位発光モジュールが上記第１単位発光モジュールに対して、それぞれの上記導光空間部を上記発光ダイオード収納空間部に光学的に連通させて順次積層することにより、下層側の上記発光層から出射される出射光を上層側へと導光して出射することを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（LED:light emitting diode）や半導体レーザ等（本明細書においては発光ダイオードと総称する。）を備える半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置、例えば発光ダイオードは、小型軽量、発色性、安定性或いは長寿命特性等の多くの特徴を有しており、白色電球や蛍光灯等とともに、或いはこれらに代わる光源として様々な用途に用いられている。ところが、発光ダイオードは、光源として小型であり白色電球や蛍光灯と比較して１個あたりの充分な輝度が得られない。発光ダイオードにおいては、大きな電流を供給することにより高輝度化の対応を図っても、所定の電流密度に達すると発光効率が飽和してしまうことで限界がある。
【０００３】
発光ダイオードにおいては、チップ面積（発光面の面積）を大きくすることにより光量増加の対応が図られるが、エテンデュー（etendue）の制約により出射光の全部が光学系に有効に取り込まれない。発光ダイオードにおいては、例えば多数個を配線基板に実装してユニット化することによりユニットによる高輝度化の対応も図られるが、小型軽量化の特性が損なわれるとともにチップ面積の拡大と同様の問題が生じる。
【０００４】
特許文献１には、発光層をＰ型クラッド層とｎ型クラッド層で挟んでダイオード構造層（活性層）を構成し、複数のダイオード層をコンタクト層を介して積層して構成した発光ダイオードが開示されている。かかる特許文献１の発光ダイオードによれば、単一のダイオード層を有する従来の発光ダイオードと比較して、発光面積が同等であるにもかかわらずダイオード層の出射光が重畳されて出射されることからエテンデューを保持して高輝度化を図ることが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、発光ダイオードにおいては、活性層から発生する比較的大きな熱が封止樹脂層内に籠もって次第に高温化することにより発光効率が低下するといった特性を有することから、効率的な放熱を行う必要がある。上述した特許文献１の発光ダイオードにおいては、多層に積層された各活性層から発生する熱により高温となることで各活性層の発光効率が大幅に低下し、活性層の積層数に応じた分の発光量が得られずさほどの高輝度化が図られない。また、かかる発光ダイオードにおいては、高温化により、活性層等が破損してしまうといった虞もある。
【０００７】
したがって、本発明は、エテンデューを保持して高輝度化を図る半導体発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成する本発明にかかる半導体発光装置は、所定波長光を出射する発光ダイオードを有し、所定波長光の透過特性と熱伝導特性を有する光学基板上に搭載するとともに光学基板上に各発光ダイオードを内部に配置して導光空間部を構成した放熱基板を積層して複数の単位発光モジュールを構成する。半導体発光装置においては、各単位発光モジュールが、それぞれの放熱基板の導光空間部を互いに光学的に連通させて積層され、光学基板を透過する下層側からの出射光が各層の導光空間部を透過してそれぞれ上層側へと導光されることにより増量した状態となって出射される。
【０００９】
半導体発光装置においては、積層された複数の単位発光モジュールが、それぞれに設けた放熱基板により発光ダイオードからの発生熱を効率よく放熱されて温度上昇を抑制されることから、発光効率を保持される。半導体発光装置においては、各単位発光モジュールの発光ダイオードからそれぞれ効率よく出射された出射光が上層の光学基板と導光空間部を透過して導光されることにより、次第に増量されて出射される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる半導体発光装置によれば、発光ダイオードを光学基板に実装するとともに発光ダイオードを内部に配置して導光空間部を構成した放熱基板を積層して単位発光モジュールを構成し、導光空間部を互いに光学的に連通させて各単位発光モジュールを積層して構成したことから、各層の単位発光モジュールにおいて発光ダイオードから発生する熱がそれぞれに設けた放熱基板を介して放熱されることで温度上昇が抑制されて出射光が安定して出射されるようになり、またそれぞれから出射された出射光が上層の光学基板と導光空間部を透過して導光されることにより次第に増量されて最上層から出射することから、単位面積当たりの出射光量が増加して高輝度化が図られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態として示す半導体発光装置１について、図面を参照して詳細に説明する。半導体発光装置１は、図１に示すように第１出射光Ｌ１を出射する第１単位発光モジュール２と、この第１単位発光モジュール２上に２層に積層されて第２出射光Ｌ２を出射する第２単位発光モジュール３及び第３出射光Ｌ３を出射する第３単位発光モジュール４と、第１単位発光モジュール２が積層されるベース放熱基板５を備えている。半導体発光装置１は、第１出射光Ｌ１に対して第２出射光Ｌ２及び第３出射光Ｌ３を増量して出射することにより単位面積当たりの出射光量を増加して高輝度化が図られる。
【００１２】
半導体発光装置１は、ベース放熱基板５を実装部として、例えば電子機器の制御基板等の配線基板６上に実装される。半導体発光装置１は、高熱伝導率特性を有する銅板等により形成されるベース放熱基板５が例えば図示しないヒートシンクや放熱ファン等の放熱手段と連結され、自然放熱とともに放熱手段による効率的な放熱が行われる。なお、半導体発光装置１は、第１出射光Ｌ１乃至第３出射光Ｌ３を出射する３層構造に限定されず、第１単位発光モジュール２上にさらに多層の単位発光モジュールを積層して構成してもよいことは勿論である。
【００１３】
半導体発光装置１は、第１単位発光モジュール２が、第１発光ダイオード７と、第１放熱基板８を備え、第１発光ダイオード７が第１放熱基板８に形成した発光ダイオード収納空間部９内に絶縁を保持されて配置される。第１単位発光モジュール２は、第１発光ダイオード７が一般に提供されている発光ダイオードが用いられることから詳細な説明を省略するが、例えばクラッド層間に活性層を積層して所定波長光を出射する発光層（活性層）を構成し、この発光層を所定波長光に対して透過特性を有するエポキシ系樹脂等の封止樹脂により封止して構成される。
【００１４】
第１単位発光モジュール２は、第１発光ダイオード７が、底面側に設けた図示しない電極を第１放熱基板８の底面側に絶縁を保持して形成した第１配線パターン１０の端子と接続されることにより、第１放熱基板８を介してベース放熱基板５上に実装される。第１単位発光モジュール２は、第１配パターン１０が第１放熱基板８の側方へと引き回され、図示しない接続部を介して配線基板６と接続される。第１単位発光モジュール２は、第１発光ダイオード７が、第１配線パターン１０から所定の駆動電圧を供給されると発光層から所定波長の第１出射光Ｌ１を出射する。
【００１５】
第１単位発光モジュール２は、第１放熱基板８が高熱伝導率特性を有する例えば銅板等により形成され、第１発光ダイオード７の外形よりも大きな開口寸法を有して厚み方向に貫通する開口部からなる発光ダイオード収納空間部９が形成される。第１放熱基板８は、発光ダイオード収納空間部９内に第１発光ダイオード７を配置するようにしてベース放熱基板５上に積層される。第１放熱基板８は、第１出射光Ｌ１を出射することにより第１発光ダイオード７から発生する熱をベース放熱基板５に効率よく伝導して放熱することにより、高温化を抑制する。
【００１６】
第１単位発光モジュール２には、第１発光ダイオード７を配置する上述した第１放熱基板８の発光ダイオード収納空間部９内に、第１封止樹脂層１１が形成される。第１封止樹脂層１１は、第１発光ダイオード７から出射される第１出射光Ｌ１の透過特性を有し、第１発光ダイオード７の封止樹脂と同一若しくはやや大きな屈折率を有するエポキシ系樹脂等の樹脂材を発光ダイオード収納空間部９に充填して形成する。第１封止樹脂層１１は、発光ダイオード収納空間部９内において第１発光ダイオード７を保持するとともに、封止樹脂層との界面における第１出射光Ｌ１の反射を抑制して第１出射光Ｌ１が効率よく出射されるようにする。
【００１７】
第１単位発光モジュール２には、第１放熱基板８を積層するベース放熱基板５の主面上に、発光ダイオード収納空間部９に対応してアルミ薄膜等からなる反射膜１２が形成される。反射膜１２は、第１発光ダイオード７から出射されてベース放熱基板５の主面上に回り込む第１出射光Ｌ１の一部を発光ダイオード収納空間部９の開口側へと反射させることにより、第１単位発光モジュール２における第１出射光Ｌ１の利用効率が向上されるようにする。
【００１８】
第１単位発光モジュール２には、第１放熱基板８の発光ダイオード収納空間部９の側方に位置して、上述した第１配線パターン１０の一部と対向して貫通孔からなる第１配線孔１３が形成される。第１単位発光モジュール２は、第１配線孔１３内に第１放熱基板８との絶縁を保持して第１配線パターン１０と接続される第１層間配線１４を形成し、この第１層間配線１４を介して積層した詳細を後述する第２単位発光モジュール３や第３単位発光モジュール４を配線基板６を接続させる。
【００１９】
以上のように構成された第１単位発光モジュール２においては、第１発光ダイオード７が第１出射光Ｌ１を出射する際に発生する熱により高温となる。第１単位発光モジュール２においては、第１発光ダイオード７から発生する熱を第１放熱基板８を介してベース放熱基板５へと効率よく伝導して放熱することにより、高温化が抑制される。第１単位発光モジュール２においては、これにより第１発光ダイオード７から安定した状態で第１出射光Ｌｌを出射して発光ダイオード収納空間部９の開口部から第２単位発光モジュール３へと供給する。
【００２０】
半導体発光装置１は、上述した第１単位発光モジュール２上に第２単位発光モジュール３が積層され、この第２単位発光モジュール３上に第３単位発光モジュール４が積層される。半導体発光装置１においては、第１単位発光モジュール２から出射される第１出射光Ｌｌを第２単位発光モジュール３に供給し、さらにこの第２単位発光モジュール３から出射される第２出射光Ｌ２とともに第３単位発光モジュール４へと供給して、これら第１単位発光モジュール２乃至第３単位発光モジュール４から出射される第１出射光Ｌｌ乃至第３出射光Ｌ３を全体の出射光Ｌとして出射されるようにする。
【００２１】
第２単位発光モジュール３は、第２発光ダイオード１５と、この第２発光ダイオード１５を実装する第１光学基板１６と、この第１光学基板１６上に積層される第２放熱基板１７を備える。第２単位発光モジュール３は、第２発光ダイオード１５が第１光学基板１６に実装されるとともに、第１光学基板１６に積層される第２放熱基板１７に形成した第１導光空間部１８内に配置される。第２単位発光モジュール３は、第２発光ダイオード１５として、上述した第１発光ダイオード７と同一仕様の発光ダイオードが用いられ、第１単位発光モジュール２と同一波長の第２出射光Ｌ２を出射する。
【００２２】
第２単位発光モジュール３は、第２発光ダイオード１５が、底面側に設けた図示しない電極を第１光学基板１６に形成した第２配線パターン１９の端子と接続される。第２単位発光モジュール３は、詳細を省略するが第２配線パターン１９が第１光学基板１６の側方へと引き回され、この第１光学基板１６に貫通して形成した第２配線孔２０内に形成した第２層間配線２１と接続される。
【００２３】
第２単位発光モジュール３は、第２配線パターン１９が、第２層間配線２１を上述した第１単位発光モジュール２の第１層間配線１４と接続することにより第１層間配線１４を介して配線基板６の配線パターンと接続される。第２単位発光モジュール３は、第２発光ダイオード１５が、上述した第１配線パターン１０と第１層間配線１４と第２層間配線２１を介して所定の駆動電圧を供給されることにより発光層から所定波長の第２出射光Ｌ２を出射する。
【００２４】
第２単位発光モジュール３は、第１光学基板１６が、上述した第１単位発光モジュール２の第１放熱基板８に形成した発光ダイオード収納空間部９よりも大きな外形寸法を有しており、この発光ダイオード収納空間部９を閉塞するようにして第１放熱基板８上に密着した状態で積層される。第１光学基板１６は、第１単位発光モジュール２から出射された第１出射光Ｌ１を第２単位発光モジュール３内に入射させる導光機能と、第２発光ダイオード１５からの発生熱を放熱する放熱機能を有する。したがって、第１光学基板１６は、第１出射光Ｌ１の透過特性と高熱伝導特性を有する例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）基板、サファイヤ基板或いはＧａＮ（窒化ガリウム）基板等を用いて形成される。
【００２５】
第２単位発光モジュール３には、第１光学基板１６に第１ＡＲコート層（anti-reflection treatment coating：反射抑制層）２２が形成される。第１ＡＲコート層２２は、第１光学基板１６の少なくとも第１単位発光モジュール２側の出射面を構成する第１封止樹脂層１１の表面と対向する底面に形成される。第１ＡＲコート層２２は、第１光学基板１６の底面における第１発光ダイオード７からの第１出射光Ｌ１の反射を低減して、第１出射光Ｌ１が効率よく入射されるように機能する。
【００２６】
第２単位発光モジュール３は、第２放熱基板１７が、高熱伝導率特性を有する銅板等により第１光学基板１６よりも大きな外形寸法と第２発光ダイオード１５の高さよりも大きな厚みを有して形成される。第２放熱基板１７には、第２発光ダイオード１５の外形寸法よりも大きくかつ上述した第１単位発光モジュール２側の発光ダイオード収納空間部９とほぼ同等の開口寸法を有して、厚み方向に貫通する第１導光空間部１８形成される。第２単位発光モジュール３は、この第１導光空間部１８内に第２発光ダイオード１５を配置するようにして第２放熱基板１７が第１光学基板１６に積層される。第２単位発光モジュール３は、第１導光空間部１８が発光ダイオード収納空間部９と連通した状態で、第１単位発光モジュール２上に積層される。
【００２７】
第２単位発光モジュール３にも、第１導光空間部１８内に、第２封止樹脂層２３が形成される。第２封止樹脂層２３も、第１出射光Ｌ１及び第２発光ダイオード１５から出射される第２出射光Ｌ２の透過特性を有し、第２発光ダイオード１５の封止樹脂と同一若しくはやや大きな屈折率を有するエポキシ系樹脂等の樹脂材を第１導光空間部１８内に充填して形成する。第２封止樹脂層２３も、第１導光空間部１８内において第２発光ダイオード１５を保持するとともに、界面における第２出射光Ｌ２の反射を抑制することにより第２出射光Ｌ２が効率よく出射されるようにする。
【００２８】
第２単位発光モジュール３は、第２放熱基板１７が、第１熱伝導体２４を介して第１単位発光モジュール２の第１放熱基板８と接続される。第１熱伝導体２４は、銅等の高熱伝導率特性を有し第１光学基板１６とほぼ等しい厚みの金属材により、第１光学基板１６の外周部を全周に亘って取り囲む枠状に形成される。第１熱伝導体２４は、第２放熱基板１７を第１放熱基板８と一体化し、この第１放熱基板８を介してベース放熱基板５と一体化させる。したがって、第２単位発光モジュール３は、第２放熱基板１７がベース放熱基板５と一体化された放熱手段を構成し、第２発光ダイオード１５からの発生熱が効率よく放熱されるようにする。
【００２９】
第２単位発光モジュール３には、第１光学基板１６の外周部位と第１熱伝導体２４の内周部位との間に構成される間隙を充填するようにして第１充填樹脂層２５が形成される。第１充填樹脂層２５は、例えばシリコン材等が用いられ、第２発光ダイオード１５からの発生熱により高温となる第１光学基板１６から第１熱伝導体２４へと効率的な熱伝導を行うとともに、線膨張率を大きく異にする第１光学基板１６と第１熱伝導体２４との間の歪みを吸収してクラック等の発生を防止する。
【００３０】
以上のように構成された第２単位発光モジュール３においては、第１光学基板１６に対して、第１単位発光モジュール２の第１発光ダイオード７から出射された第１出射光Ｌ１が発光ダイオード収納空間部９を介してその対向部位から入射される。第２単位発光モジュール３においては、第１光学基板１６の底面に第１ＡＲコート層２２を形成したことにより、第１出射光Ｌ１が反射を抑制されて第１光学基板１６内に効率よく入射されることで光利用効率の向上が図られる。第２単位発光モジュール３においては、第１出射光Ｌ１を第１光学基板１６を透過させて第１導光空間部１８内へと入射させ、第１導光空間部１８内を導光してその開口部から第３単位発光モジュール４へと供給する。
【００３１】
第２単位発光モジュール３においては、第２発光ダイオード１５から第２出射光Ｌ２が出射され、この第２出射光Ｌ２が第１導光空間部１８内を導光されてその開口部から上述した第１出射光Ｌ１とともに第３単位発光モジュール４に供給されるようにする。第２単位発光モジュール３においては、第１出射光Ｌ１と第２出射光Ｌ２が第２封止樹脂層２３が形成された第１導光空間部１８内を導光されることにより、損失を低減して第３単位発光モジュール４に供給する。
【００３２】
第２単位発光モジュール３においても、第２発光ダイオード１５が第２出射光Ｌ２を出射する際に発生させる熱により高温となる。第２単位発光モジュール３においても、第２発光ダイオード１５からの発生熱を第１光学基板１６や第２放熱基板１７を介してベース放熱基板５へと効率よく伝導して放熱することで、高温化が抑制される。第２単位発光モジュール３においては、これにより第２発光ダイオード１５から安定した状態で第２出射光Ｌ２が出射される。
【００３３】
なお、第２単位発光モジュール３には、上述した第１光学基板１６に形成した第２配線孔２０に対応して、第２放熱基板１７を貫通する第３配線孔２６が形成され、この第３配線孔２６内に上述した第２層間配線２１と接続されて第３単位発光モジュール４の後述する第３発光ダイオード２６に給電する第３層間配線２７が形成されている。
【００３４】
半導体発光装置１は、第３単位発光モジュール４が基本的な構成を上述した第２単位発光モジュール３と同様に構成される。第３単位発光モジュール４も、第３発光ダイオード２８と、この第３発光ダイオード２８を実装する第２光学基板２９と、この第２光学基板２９上に積層される第３放熱基板３０を備える。第３単位発光モジュール４は、第３発光ダイオード２８が第２光学基板２９上に実装されるとともに、第２光学基板２９に積層される第３放熱基板３０に形成した第２導光空間部３１内に配置される。第３単位発光モジュール４も、第３発光ダイオード２８として、上述した第１発光ダイオード７や第２発光ダイオード１５と同一仕様の発光ダイオードが用いられ、第１単位発光モジュール２及び第２単位発光モジュールと同一波長の第３出射光Ｌ３を出射する。
【００３５】
第３単位発光モジュール３も、第３発光ダイオード２８が、底面側に設けた図示しない電極を第２光学基板２９に形成した第３配線パターン３２の端子と接続される。第３単位発光モジュール４は、詳細を省略するが第３配線パターン３２が第２光学基板２９の側方へと引き回され、上述した第２単位発光モジュール３の第２放熱基板１７に設けた第３配線孔２６に対向して第２光学基板２９に貫通して形成した第４配線孔３３内に形成した第４層間配線３４と接続される。
【００３６】
第３単位発光モジュール４は、第３配線パターン３２が、第４層間配線３３を上述した第２単位発光モジュール３の第２放熱基板１７に設けた第３層間配線２７と接続されることにより、この第３層間配線２７と上述した第２層間配線２１及び第１層間配線１４を介して配線基板６の配線パターンと接続される。第３単位発光モジュール４は、第３発光ダイオード２８が、配線基板６側から所定の駆動電圧を供給されることにより発光層から所定波長の第３出射光Ｌ３を出射する。
【００３７】
第３単位発光モジュール４は、第２光学基板２９が、上述した第２単位発光モジュール３の第１光学基板１６とほぼ同等の外形寸法を有しており、第１導光空間部１８を閉塞するようにして第２放熱基板１７上に密着した状態で積層される。第２光学基板２９も、第１単位発光モジュール２から出射された第１出射光Ｌ１及び第２単位発光モジュール３から出射された第２出射光Ｌ２を第３単位発光モジュール４内に入射させる導光機能と、第３発光ダイオード２８からの発生熱を放熱する放熱機能を有する。したがって、第２光学基板２９も、第１出射光Ｌ１及び第２出射光Ｌ２の透過特性と高熱伝導特性を有する例えばＳｉＣ基板、サファイヤ基板或いはＧａＮ基板等を用いて形成される。
【００３８】
第３単位発光モジュール４にも、第２光学基板２９の少なくとも第２単位発光モジュール３側の出射面を構成する第２封止樹脂層２３の表面と対向する底面に、第２ＡＲコート層３５が形成される。第２ＡＲコート層３５も、上述した第２単位発光モジュール３側の第１ＡＲコート層２２と同等に形成され、第２光学基板２９の底面における第１出射光Ｌ１及び第２出射光Ｌ２の反射を低減して第２光学基板２９内に効率よく入射されるように機能する。
【００３９】
第３単位発光モジュール４も、第３放熱基板３０が、高熱伝導率特性を有する銅板等により第２光学基板２９よりも大きな外形寸法と第３発光ダイオード２８の高さよりも大きな厚みを有し、上述した第２単位発光モジュール３の第２放熱基板１７と同等に形成される。第３放熱基板３０にも、第３発光ダイオード２８の外形寸法よりも大きくかつ上述した第１単位発光モジュール２の発光ダイオード収納空間部９及び第２単位発光モジュール３の第１導光空間部１８とほぼ同等の開口寸法を有して、厚み方向に貫通する第２導光空間部３１形成される。第３単位発光モジュール４は、この第２導光空間部３１内に第３発光ダイオード２８を配置するようにして第３放熱基板３０が第２光学基板２９に積層される。第３単位発光モジュール４は、第２導光空間部３１が発光ダイオード収納空間部９及び第１導光空間部１８と連通した状態で、第２単位発光モジュール３上に積層される。
【００４０】
第３単位発光モジュール４にも、第２導光空間部３１内に、第３封止樹脂層３６が形成される。第３封止樹脂層３６も、第１出射光Ｌ１と第２出射光Ｌ２及び第３発光ダイオード１５から出射される第３出射光Ｌ３の透過特性を有し、第３発光ダイオード２８の封止樹脂と同一若しくはやや大きな屈折率を有するエポキシ系樹脂等の樹脂材を第２導光空間部３１内に充填して形成する。第３封止樹脂層３６も、第２導光空間部３１内において第３発光ダイオード２８を保持するとともに、界面における第３出射光Ｌ３の反射を抑制することにより第３出射光Ｌ３が効率よく出射されるようにする。
【００４１】
第３単位発光モジュール４は、第３放熱基板３０が、第２熱伝導体３７を介して第２単位発光モジュール３の第２放熱基板１７と密着した状態で積層されることにより接続される。第２熱伝導体３７も、銅等の高熱伝導率特性を有し第２光学基板２９とほぼ等しい厚みの金属材により第２光学基板２９の外周部を全周に亘って取り囲む枠状に形成される。第２熱伝導体３７は、第３放熱基板３０を第２放熱基板１７と一体化し、この第２放熱基板１７と上述した第１熱伝導体２４及び第１放熱基板８を介してベース放熱基板５と一体化させる。したがって、第３単位発光モジュール４は、第３放熱基板３０が第１放熱基板８、第２放熱基板１７及びベース放熱基板５と一体化された放熱手段を構成し、第３発光ダイオード２８からの発生熱が効率よく放熱されるようにする。
【００４２】
第３単位発光モジュール４には、第２光学基板２９の外周部位と第２熱伝導体３７の内周部位との間に構成される間隙を充填するようにして第２充填樹脂層３８が形成される。第２充填樹脂層３８も、シリコン材等が用いられ、第３発光ダイオード２８からの発生熱により高温となる第２光学基板２９から第２熱伝導体３７へと効率的な熱伝導を行うとともに、線膨張率を大きく異にする第２光学基板２９と第２熱伝導体３７との間の歪みを吸収してクラック等の発生を防止する。
【００４３】
以上のように構成された第３単位発光モジュール４においては、第２光学基板２９に対して、上述したように第２単位発光モジュール３の第１導光空間部１８から第１単位発光モジュール２の第１発光ダイオード７から出射された第１出射光Ｌ１と第２単位発光モジュール３の第２発光ダイオード１５から出射された第２出射光Ｌ２が入射される。第３単位発光モジュール４においても、第２光学基板２９の底面に第２ＡＲコート層３５を形成したことにより、第１出射光Ｌ１と第２出射光Ｌ２が反射を抑制されて第２光学基板２９内に効率よく入射されることで光利用効率の向上が図られる。第３単位発光モジュール４においては、第１出射光Ｌ１と第２出射光Ｌ２を第２光学基板２９を透過させて第２導光空間部３１内へと入射させ、この第２導光空間部３１内を導光してその開口部から外部へと出射する。
【００４４】
第３単位発光モジュール４においては、第３発光ダイオード２８から第３出射光Ｌ３が出射され、この第３出射光Ｌ３が第２導光空間部３１内を導光されてその開口部から上述した第１出射光Ｌ１及び第２出射光Ｌ２とともに外部へと出射する。第３単位発光モジュール４においては、第１出射光Ｌ１乃至第３出射光Ｌ３が第３封止樹脂層３６が形成された第２導光空間部３１内を導光されることにより、損失を低減して外部へと出射する。
【００４５】
第３単位発光モジュール４においても、第３発光ダイオード２８が第３出射光Ｌ３を出射する際に発生させる熱により高温となる。第３単位発光モジュール４においても、第３発光ダイオード２８からの発生熱を第２光学基板２９や第３放熱基板３０を介してベース放熱基板５へと効率よく伝導して放熱することで、高温化が抑制される。第３単位発光モジュール４においては、これにより第３発光ダイオード２８から安定した状態で第３出射光Ｌ３が出射される。
【００４６】
半導体発光装置１においては、上述したように第１発光ダイオード７から第１出射光Ｌ１を出射する第１単位発光モジュール２と、第２発光ダイオード１５から第２出射光Ｌ２を出射する第２単位発光モジュール３と、第３発光ダイオード２８から第３出射光Ｌ３を出射する第３単位発光モジュール４の積層体により構成される。半導体発光装置１においては、第１単位発光モジュール２乃至第３単位発光モジュール４が、個別に第１放熱基板８と第２放熱基板１７と第３放熱基板３０を備えており、これら放熱基板８、１７、３０により各発光ダイオード７、１５、２８から発生する発生熱をそれぞれ個別に効率よく放熱する。したがって、半導体発光装置１においては、複数個の発光ダイオード７、５、２８を積層した構造であるが、各層で効率的な放熱が行われることで高温化が抑制され、安定した状態で出射光Ｌの出射が行われる。
【００４７】
半導体発光装置１においては、第１単位発光モジュール２乃至第３単位発光モジュール４が、第１発光ダイオード７を配置した発光ダイオード収納空間部９と第２発光ダイオード１５を配置した第１導光空間部１８と第３発光ダイオード２８を配置した第２導光空間部３１を第１光学基板１６と第２光学基板２９とを介することにより、互いに光学的に連通した状態で積層される。半導体発光装置１においては、第１単位発光モジュール２から出射された第１出射光Ｌ１が、第２単位発光モジュール３の第１導光空間部１８と第３単位発光モジュール４の第２導光空間部３１内を導光され、第２導光空間部３１の開口部から外部へと出射される。
【００４８】
また、半導体発光装置１においては、第２単位発光モジュール３から出射された第２出射光Ｌ２が、第３単位発光モジュール４の第２導光空間部３１内を導光されてこの第２導光空間部３１の開口部から外部へと出射される。さらに、半導体発光装置１においては、第３単位発光モジュール４から出射された第３出射光Ｌ３が、第２導光空間部３１の開口部から直接外部へと出射される。したがって、半導体発光装置１においては、３層に配置した第１発光ダイオード７乃至第３発光ダイオード２８から出射される第１出射光Ｌ１乃至第３出射光Ｌ３を出射光Ｌとすることで、単位面積当たりの出射光量が増加されて高輝度化が図られる。
【００４９】
なお、本発明は、実施の形態として上述した半導体発光装置１の構成に限定されないことは勿論である。半導体発光装置１においては、各光学基板や放熱基板を貫通して形成した配線孔内に配線基板６と接続される層間配線を形成して各発光ダイオードに電源を供給するようにしたが、例えば各層の側方に各層配線パターンを引き出した配線構造を構成するようにしてもよい。
【００５０】
半導体発光装置１においては、各層内に封止樹脂層１１、２３、３６を形成して各発光ダイオード７、１５、２８を保持するとともに光損失を低減するようにしたが、かかる封止樹脂層１１、２３、３６を特に必須の構成とするでは無い。半導体発光装置１においては、ベース基板５の主面に、第１単位発光モジュール２の発光ダイオード収納空間部９に対応して反射膜１２を形成したが、かかる反射膜１２が必須に備えられるものでは無い。半導体発光装置１においては、例えばベース基板５をアルミ等により形成するとともに発光ダイオード収納空間部９と対向する部位を鏡面仕上げを施すことにより同等の機能が奏されるようにすることも可能である。
【００５１】
半導体発光装置１においては、第１単位発光モジュール２乃至第３単位発光モジュール４の各放熱基板８、１７、３０間に熱伝導体２４、３７を介在させて熱伝達路を構成してベース放熱基板５と一体化するようにしたが、かかる熱伝導構造に限定されるものでは無い。半導体発光装置１においては、例えば各放熱基板８、１７、３０にそれぞれ上層或いは下層側の放熱基板と接合される熱伝達部を一体に形成した構造であってもよい。
【００５２】
また、上述した半導体発光装置１においては、第１単位発光モジュール２乃至第３単位発光モジュール４にそれぞれ一般的な発光ダイオードからなる発光ダイオード７、１５、２８を備えるようにしたが、本発明はかかる構成に限定されるものでは無い。第２の実施の形態として図２に示した半導体発光装置４０も、第１出射光Ｌ１を出射する第１単位発光モジュール４１と、第２出射光Ｌ２を出射する第２単位発光モジュール４２と、第３出射光Ｌ３を出射する第３単位発光モジュール４３の積層体により構成される。
【００５３】
半導体発光装置４０は、分割された第１発光層４４乃至第３発光層４６を有する発光ダイオードが用いられ、これら発光層４１〜４６をそれぞれ第１単位発光モジュール４１乃至第３単位発光モジュール４３に配置した構成に特徴を有している。なお、半導体発光装置４０は、その他の構成を上述した半導体発光装置１と同様とすることから、対応する部位に同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
半導体発光装置４０においても、第１単位発光モジュール４１が第１発光層４４を第１放熱基板８に設けた発光ダイオード収納空間部９内に配置し、第２単位発光モジュール４２が第２発光層４５を第２放熱基板１７に設けた第１導光空間部１８内に配置し、第３単位発光モジュール４３が第３発光層４６を第３放熱基板３０に設けた第２導光空間部３１内に配置する。半導体発光装置４０においても、第１単位発光モジュール４１乃至第３単位発光モジュール４３が、放熱基板８、１７、３０によりそれぞれの発光層４４〜４６から発生する熱を個別に効率よく放熱する。したがって、半導体発光装置４０においても、複数個の発光層４４〜４６を有してそれぞれから熱が発生するが、各層で効率的な放熱が行われることで高温化が抑制され、安定した状態で出射光Ｌの出射が行われる。
【００５５】
半導体発光装置４０においても、第１単位発光モジュール４１に対して上層の第２単位発光モジュール４２と第３単位発光モジュール４３が、第１発光層４４を配置した発光ダイオード収納空間部９と第２発光層４５を配置した第２導光空間部１８と第３発光層４６を配置した第２導光空間部３１を第１光学基板１６と第２光学基板２９とを介して互いに光学的に連通した状態で積層される。したがって、半導体発光装置４０においても、第１単位発光モジュール４１から出射された第１出射光Ｌ１が、第２単位発光モジュール４２の第１導光空間部１８と第３単位発光モジュール４３の第２導光空間部３１内を導光されて、この第２導光空間部３１の開口部から外部へと出射される。
【００５６】
また、半導体発光装置４０においても、第２単位発光モジュール４２から出射された第２出射光Ｌ２が、第３単位発光モジュール４３の第２導光空間部３１内を導光されてその開口部から外部へと出射される。半導体発光装置４０においては、第３単位発光モジュール４３から出射された第３出射光Ｌ３が、第２導光空間部３１内を導光されてその開口部から直接外部へと出射される。したがって、半導体発光装置４０においては、３層に分割された発光ダイオードの各発光層４４〜４６から出射される第１出射光Ｌ１乃至第３出射光Ｌ３を出射光Ｌとすることで、単位面積当たりの出射光量が増加されて高輝度化が図られる。
【００５７】
なお、半導体発光装置４０においては、第１発光層４４〜第３発光層４６に分割された発光ダイオードを用いるようにしたが、発光層をさらに多層に分割した発光ダイオードを用いるようにしてもよいことは勿論である。また、半導体発光装置４０においては、発光ダイオードと発光層を分割した発光ダイオードを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施の形態として示す半導体発光装置の要部断面図である。
【図２】第２の実施の形態として示す半導体発光装置の要部断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  半導体発光装置、２  第１単位発光モジュール、３  第２単位発光モジュール、４  単位発光モジュール、５  ベース放熱基板、６  配線基板、７  第１発光ダイオード、８  第１放熱基板、９  発光ダイオード収納空間部、１０  第１配線パターン、１１  第１封止樹脂層、１２  反射層、１３  第１配線孔、１４  第１層間配線、１５  第２発光ダイオード、１６  第１光学基板、１７  第２放熱基板、１８  第１導光空間部、１９  第２配線パターン、２０  第２配線孔、２１  第２層間配線、２２  第１ＡＲコート層、２３  第２封止樹脂層、２４  第１熱伝導体、２５  第１充填樹脂層、２６  第３配線孔、２７  第３層間配線、２８  第３発光ダイオード、２９  第２光学基板、３０  第３放熱基板、３１  第２導光空間部、３２  第３配線パターン、３３  第４配線孔、３４  第４層間配線、３５  第２ＡＲコート層、３６  第３封止樹脂層、３７  第２熱伝導体、３８  第２充填樹脂層、４０  半導体発光装置、４１  第１単位発光モジュール、４２  第２単位発光モジュール、４３  第３単位発光モジュール、４４  第１発光層、４５  第２発光層、４６  第３発光層
【図１】
2008028196.tif 000003
【図２】
2008028196.tif 000004