(57)【要約】【課題】光半導体装置の小型化と照明領域の照度向上とを適切に図る。【解決手段】光半導体チップ２の正面に位置する凸レンズ３１を形成しており、かつ光半導体チップ２を覆っている透光部材３と、光半導体チップ２および透光部材３を収容する収容部４２を形成しており、かつ光半導体チップ２からその周囲に進行した光を光半導体チップ２の正面側に向けて反射可能な光反射面４１を有するリフレクタ４と、を備えている光半導体装置Ａ１であって、凸レンズ３１の少なくとも一部は、リフレクタ４の上記収容部４２内に位置しており、透光部材３には、凸レンズ３１の周囲において光反射面４１に沿って上記正面側に延びた延出部３２が形成されており、この延出部３２の内向き露出面３２ａが光屈折用の光出射面とされている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光可能な光半導体チップと、
上記光半導体チップの正面に位置する凸レンズを形成しており、かつ上記光半導体チップを覆っている透光部材と、
上記光半導体チップおよび上記透光部材を収容する収容部を形成しており、かつ上記光半導体チップからその周囲に進行した光を上記光半導体チップの正面側に向けて反射可能な光反射面を有するリフレクタと、
を備えている光半導体装置であって、
上記凸レンズの少なくとも一部は、上記リフレクタの上記収容部内に位置しており、
上記透光部材には、上記凸レンズの周囲において上記光反射面に沿って上記正面側に延びた延出部が形成されており、この延出部の内向き露出面が光屈折用の光出射面とされていることを特徴とする、光半導体装置。
【請求項２】
上記凸レンズの全体が、上記収容部内に位置している、請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
上記光反射面および上記光屈折用の光出射面は、いずれも上記光半導体チップの正面方向に進むほどこれと直交する方向において上記光半導体チップから遠ざかるように傾斜した傾斜面である、請求項１または２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
上記光屈折用の光出射面は、上記光反射面よりも、上記光半導体チップの正面方向に対する傾き角が大きくされている、請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
上記光半導体チップ、上記透光部材、および上記リフレクタを搭載している基板を備えており、かつこの基板には、上記光半導体チップの複数の電極に電気的に接続された複数の端子が設けられている、請求項１ないし４のいずれかに記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＬＥＤチップなどの光半導体チップを用いて構成された光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤチップを用いた光半導体装置は、電力消費量が少なく、小型であり、また使用寿命も長いといった多くの利点を有しており、種々の分野における照明用の光源として、あるいはディスプレイ用の光源として、広く用いられている。このような光半導体装置においては、凸レンズやリフレクタを利用することによって、指向性をもたせ、また発光輝度を高めるようにしたものがある（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
図７は、そのような光半導体装置の従来例を示している。図示された光半導体装置Ｂは、ＬＥＤチップ１０２が基板１０１上に搭載されて透光部材１０３によって覆われた構成を有している。透光部材１０３の一部は、凸レンズ１３１として形成されている。ＬＥＤチップ１０２および透光部材１０３は、傾斜した光反射面１４１を有するリフレクタ１０４によってその周囲が囲まれている。
【０００４】
このような構成によれば、ＬＥＤチップ１０２からその正面（図７においては上方）に発せられた光は、凸レンズ１３１を通過することによって、たとえば凸レンズ１３１の軸と略平行な光線束となって進行する。したがって、指向性をもたせ、ＬＥＤチップ１０２の正面に位置する照明領域の照度を高めることができる。また、ＬＥＤチップ１０２からその側方に向かう光は、リフレクタ１０４の光反射面１４１によって上方に向けて反射される。したがって、上記照明領域の照度をより高めることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３４５９１２号公報（図１）
【特許文献２】
特開２０００−１８３４０７号公報（図１３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光半導体装置Ｂは、凸レンズ１３１がリフレクタ１０４の上面よりも上方に突出した構造を有している。したがって、この光半導体装置Ｂは、凸レンズを有しないタイプの光半導体装置と比較すると、凸レンズ１３１の高さ分だけ外形寸法が大きくなっていた。
【０００７】
光半導体装置Ｂは、たとえば液晶ディスプレイのバックライト用光源として用いられる場合がある。このような場合、たとえば図８に示すように、光半導体装置Ｂは、液晶パネル１６０の背後（下方）に配置された導光板１６１の側面に対向するように配置される。液晶ディスプレイは、一般的に小型化の要請が強く、とくに携帯電話機などに組み込まれるタイプのものにおいては、その要請はとくに強い。これに対し、上記したように、光半導体装置Ｂの外形寸法は、凸レンズ１３１の分だけ大きくなっているために、上記要請に的確に応えることができない場合があった。
【０００８】
また、光半導体装置Ｂにおいては、凸レンズ１３１がリフレクタ１０４の外部に大きく突出しているために、搬送時や所定箇所への実装時などにおいて、凸レンズ１３１に傷が付き易くなっていた。凸レンズ１３１に傷が付くと、その集光性能が低下し、照明領域の照度低下などを招いてしまう。
【０００９】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、光半導体装置の小型化と照明領域の照度向上とを適切に図ることをその課題としている。
【００１０】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本願発明によって提供される光半導体装置は、発光可能な光半導体チップと、上記光半導体チップの正面に位置する凸レンズを形成しており、かつ上記光半導体チップを覆っている透光部材と、上記光半導体チップおよび上記透光部材を収容する収容部を形成しており、かつ上記光半導体チップからその周囲に進行した光を上記光半導体チップの正面側に向けて反射可能な光反射面を有するリフレクタと、を備えている光半導体装置であって、上記凸レンズの少なくとも一部は、上記リフレクタの上記収容部内に位置しており、上記透光部材には、上記凸レンズの周囲において上記光反射面に沿って上記正面側に延びた延出部が形成されており、この延出部の内向き露出面が光屈折用の光出射面とされていることを特徴としている。
【００１２】
本願発明によれば、上記凸レンズの少なくとも一部が上記リフレクタの上記収容部内に位置しているために、その分だけ上記リフレクタから上記凸レンズが突出する量が少なくなる。したがって、光半導体装置全体の高さ寸法を、従来よりも小さくし、小型化を図ることができる。また、本願発明によれば、凸レンズの突出量を小さくできる分だけ、凸レンズに傷がつき難くなり、凸レンズの光学性能が損なわれないようにすることもできる。
【００１３】
さらに、重要な効果として、本願発明によれば、光半導体チップからその周囲に向けて進行した光については、リフレクタの光反射面によって反射された後に、透光部材の光屈折用の光出射面を通過させてから光半導体チップの正面側方向に進行させることができる。そして、上記光出射面を光が通過するときには、その進行方向が光半導体チップの正面方向寄りとなるように、上記光を屈折させることが可能である。したがって、光半導体チップの正面方向または略正面方向に進行する光の割合を多くする作用が得られる。その結果、従来技術よりも、光半導体装置の正面に位置する照明領域の照度を高めることができる。
【００１４】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記凸レンズの全体が、上記収容部内に位置している。このような構成によれば、リフレクタの外部に凸レンズが突出する寸法をゼロにすることができるために、光半導体装置全体の小型化を図り、また凸レンズに傷が付くことを防止するのにより好ましいものとなる。
【００１５】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記光反射面および上記光屈折用の光出射面は、いずれも上記光半導体チップの正面方向に進むほどこれと直交する方向において上記光半導体チップから遠ざかるように傾斜した傾斜面である。このような構成によれば、光半導体チップから発せられた光が光反射面によって反射された後に透光部材の光出射面を透過するときに、この光を光半導体チップの正面方向寄りに屈折させる作用が適切に得られる。また、上記透光部材は、凸レンズを適切に形成する観点から金型を用いて樹脂成形することが望まれるが、上記構成によれば、上記透光部材の延出部の光出射面が、いわゆる上開き状（正面側ほど開口幅が大となる形状）となるために、型抜きが適切に行なえ、上記延出部を凸レンズと同時に容易に成形することができる。
【００１６】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記光屈折用の光出射面は、上記光反射面よりも、上記光半導体チップの正面方向に対する傾き角が大きくされている。このような構成によれば、上記光出射面の面積を大きくすることができる。したがって、その分だけ上記光出射面からの出射光量を多くし、発光輝度を高めることができる。
【００１７】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記光半導体チップ、上記透光部材、および上記リフレクタを搭載している基板を備えており、かつこの基板には、上記光半導体チップの複数の電極に電気的に接続された複数の端子が設けられている。このような構成によれば、光半導体装置全体を実装が容易であり、かつ簡易な構造のものにすることができる。
【００１８】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１および図２は、本願発明に係る光半導体装置の一例を示している。本実施形態の光半導体装置Ａ１は、基板１、ＬＥＤチップ２、透光部材３、およびリフレクタ４を具備して構成されている。なお、本実施形態においては、図２におけるＬＥＤチップ２の直上方向が、ＬＥＤチップ２の正面方向に相当している。
【００２１】
基板１は、矩形の平板状であり、その材質がたとえばガラスエポキシ系樹脂とされた絶縁基板である。この基板１の上面には、ＬＥＤチップ２、透光部材３およびリフレクタ４が搭載されている。ＬＥＤチップ２は、本願発明でいう光半導体チップの一例であり、その上面および下面に電極が形成されている。ＬＥＤチップ２は、基板１に設けられた第１の導体部５ａ上にボンディングされていることにより、その下面の電極と第１の導体部５ａとの電気的接続が図られている。基板１に設けられた第２の導体部５ｂと上記上面の電極とは、ワイヤＷを介して電気的に接続されている。第１および第２の導体部５ａ，５ｂは、基板１の上面から下面に廻り込んでおり、この基板１の下面に位置する部分が面実装用の端子部５ａ’，  ５ｂ’である。
【００２２】
リフレクタ４は、ＬＥＤチップ２と透光部材３とを内部に収容する収容部４２を形成している矩形の枠状であり、このリフレクタ４の複数の内壁面のそれぞれが光反射面４１である。リフレクタ４は、たとえばポリカーボネイトに酸化チタンを含ませた白色系の樹脂製であり、このことにより各光反射面４１は、光反射率の高い白色面となっている。各光反射面４１は、ＬＥＤチップ２からその周囲に進行してきた光を上向きに反射可能に鉛直方向に対して適当な角度αだけ傾斜した平面状である。なお、リフレクタ４の材料としては、上記に限定されず、たとえば液晶ポリマ、ポリアミド系樹脂などを用いてもよい。
【００２３】
透光部材３は、たとえば透明なエポキシ樹脂製であり、ＬＥＤチップ２を覆うようにしてリフレクタ４の収容部４２内に配されている。この透光部材３は、ＬＥＤチップ２の直上に位置する凸レンズ３１と、この凸レンズ３１の周囲において立ち上がった延出部３２とを有している。凸レンズ３１は、透光部材３の上面寄りの一部分が球面または非球面の曲面をもつように膨出した部分であり、ＬＥＤチップ２から上方に向かう光を大きな角度で広がらないように進行させる役割を果たす。この凸レンズ３１は、リフレクタ４の上面４３よりも上方に突出しないように、その全体がリフレクタ４の収容部４２内に位置している。
【００２４】
延出部３２は、複数の光反射面４１のそれぞれを覆っており、それら光反射面４１に沿って上向きに延びた鍔状である。この延出部３２の上端は、リフレクタ４の上面４３と同一高さであり、リフレクタ４の外部には突出しない高さとなっている。延出部３２は、この光半導体装置Ａ１の内側方向を向いて露出した複数の面３２ａを有している。これら複数の面３２ａは、本願発明でいう光屈折用の光出射面の一例に相当し、光反射面４１と同方向に傾斜した平面状である。本実施形態においては、鉛直軸に対する複数の面３２ａの傾斜角βは、複数の光反射面４１の傾斜角αよりも大きくされている。したがって、延出部３２の厚みはその高さ方向において各所均一ではなく、上部ほど薄くなっている。なお、複数の面３２ａのそれぞれの傾斜角βは、同一である必要はなく、複数の面３２ａごとに相違していてもかまわない。また同様に、複数の光反射面４１の各傾斜角αも相違していてもかまわない。
【００２５】
透光部材３は、たとえば図３に示すように、金型５０を用いて形成することができる。金型５０の下面部分には、凸レンズ３１を形成するための凹部３１’や、延出部３２を形成するための凹部３２’が形成されている。この金型５０の下面部分を、リフレクタ４の収容部４２に進入させた状態において、この収容部４２の残余の部分に透明樹脂を充填して硬化させれば、透光部材３が形成される。延出部３２の複数の面３２ａの互いに対向する部分どうしは、いわゆる上開き状となっているために、これが金型５０のいわゆる抜きテーパとなり、透光部材３の形成後に金型５０を抜き取る作業も適切に行なうことができる。
【００２６】
次に、光半導体装置Ａ１の作用について説明する。
【００２７】
まず、ＬＥＤチップ２を発光させると、ＬＥＤチップ２からその上方に向けて発せられた光Ｌ１については、凸レンズ３１の集光作用により、たとえば鉛直軸と略平行な光線束となって進行する。一方、ＬＥＤチップ２の周囲に向けて発せられた光は、複数の光反射面４１に到達し、これら光反射面４１によって上向きに反射される。この反射された光のうち、一部の光Ｌ２は、延出部３２の各面３２ａを通過して外部に出射する。光Ｌ２が面３２ａを通過するときには、所定の角度γだけ屈折する。その屈折方向は、鉛直軸に対して光Ｌ２の傾斜角が小さくなる方向である。したがって、この光半導体装置Ａ１においては、光反射面４１によって反射されてから延出部３２の各面３２ａを通過して外部に出射する光Ｌ２についても、凸レンズ３１を通過する光Ｌ１と同様に、鉛直軸と略平行またはそれに近い角度で進行する光とすることができる。
【００２８】
面３２ａの傾斜角βは、光反射面４１の傾斜角αよりも大きくされているために、面３２ａの面積は、比較的大きくなっている。したがって、この面３２ａを通過して屈折する光の量を多くすることが可能となり、鉛直軸と略平行な方向に進行する光の量を多くするのに好適となる。この光半導体装置Ａ１においては、指向性を高め、正面領域に対して光を効率良く照射させることが可能である。
【００２９】
凸レンズ３１は、その全体がリフレクタ４の収容部４２内に位置している。したがって、この光半導体装置Ａ１の高さ寸法は、凸レンズ３１を備えない場合と同程度であり、小型化が可能である。その結果、この光半導体装置Ａ１は、たとえば図８を参照して説明した携帯電話機の液晶ディスプレイのバックライトの光源として用いるなど、小型化の要請が強い機器の構成部品として用いるのに最適となる。また、凸レンズ３１がリフレクタ４から大きく突出しない構成にすると、光半導体装置Ａ１の取り扱い時において、凸レンズ３１が他の部材などと接触する虞れが少なくなり、凸レンズ３１に傷を付き難くすることができる。したがって、凸レンズ３１に傷が付くことに起因して凸レンズ３１の集光性能が低下するといった不具合も適切に抑制される。
【００３０】
図４〜図６は、本願発明に係る光半導体装置の他の例を示している。これらの図においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００３１】
図４に示す光半導体装置Ａ２は、透光部材３の延出部３２が、リフレクタ４の上面４３と面一状の先端面（上面）３２ｂを有している。また、延出部３２の内向きに露出した面３２ａの傾斜角βは、光反射面４１の傾斜角αと略同一である。このような構成によっても、光反射面４１によって反射された光を面３２ａにおいて屈折させながら出射させることが可能であり、本願発明が意図する作用が得られる。また、先端面３２ｂは、下方から略鉛直方向に進行してきた光を上方に向けて通過させるものの、鉛直軸に対する傾斜角が大きく、所定の全反射臨界角よりも大きな入射角で入射してきた光については全反射を行ない、外部には透過させない。したがって、先端面３２ｂから透過する光としては、鉛直軸に対して大きく傾いた光が少なくなり、この作用によっても指向性を高める効果が期待できる。延出部３２の面３２ａについては、傾斜角βを比較的大きくしてその面積を大きくすることが好ましいが、本願発明はこれに限定されない。面３２ａを傾斜角βがゼロの非傾斜面として形成することも可能であり、この場合にも本願発明が意図する光の屈折作用を得ることができるため、本願発明の技術的範囲に包摂される。
【００３２】
図５に示す光半導体装置Ａ３は、延出部３２の面３２ａが凸状曲面とされた構成を有している。本願発明においては、光屈折用の光出射面は必ずしも平面である必要はなく、上記構成のように曲面とすることもできる。光屈折用の光出射面を曲面に形成すれば、たとえば平面に形成した場合よりも、光反射面から光出射面に向けて進行した光がこの光出射面によって全反射される割合を少なくし、光出射面からの出射光量を多くするといったことが可能である。
【００３３】
図６に示す光半導体装置Ａ４は、延出部３２の先端面（上面）３２ｂが平面視円形リング状をなし、かつ面３２ａがこの先端面３２ｂの円形状の内周縁から凸レンズ３１の周囲に向けて立ち下がった曲面状に形成されている。このような構成によれば、光屈折用の光出射面が、１つの曲面状の面となるため、延出部の形状が単純なものとなり、その成形が容易である。
【００３４】
本願発明は、上記した実施形態に限定されない。本願発明に係る光半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３５】
本願発明においては、光半導体チップから発せられる光を凸レンズによって所定の領域に集束させるようにしてもかまわない。また、本願発明においては、凸レンズの全体をリフレクタの収容部内に収容させることが好ましいものの、凸レンズの基部が収容部内に収容され、かつ先端部がリフレクタの外部に突出した構造とされていてもかまわない。この場合であっても、凸レンズの全体がリフレクタの外部に突出していた従来技術と比較すると、光半導体装置全体の小型化を図ることが可能である。
【００３６】
本願発明においては、同一発光色または異なる発光色の複数の光半導体チップを備えたものとして構成することが可能であり、また光半導体チップは、ＬＥＤチップに限らない。さらに、本願発明に係る光半導体装置は、可視光に代えて、たとえば赤外光などを発するものとして構成することもできる。
【００３７】
本願発明に係る光半導体装置は、液晶ディスプレイのバックライト用光源として用いられるのに好適であるが、これは一例にすぎず、その具体的な用途も限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る光半導体装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本願発明に係る光半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図４】本願発明に係る光半導体装置の他の例を示す断面図である。
【図５】本願発明に係る光半導体装置の他の例を示す断面図である。
【図６】本願発明に係る光半導体装置の他の例を示す斜視図である。
【図７】従来技術の一例を示す断面図である。
【図８】光半導体装置の使用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ１〜Ａ４  光半導体装置
１  基板
２  ＬＥＤチップ（光半導体チップ）
３  透光部材
３１  凸レンズ
３２  延出部
３２ａ  面（光屈折用の光出射面）
４  リフレクタ
４１  光反射面
４２  収容部
【図１】
2004363210.tif 000003
【図２】
2004363210.tif 000004
【図３】
2004363210.tif 000005
【図４】
2004363210.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004363210.tif 000008
【図７】
2004363210.tif 000009
【図８】
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