(57)【要約】【課題】複数のＬＥＤ素子から放射された光を一つに合わせることにより色ずれを抑制して混合色にすることができるようにする。【解決手段】３つの発光ダイオード素子２ｃ、２ｄ、２ｅを有し、各発光ダイオード素子２ｃ、２ｄ、２ｅからの放射光が通過する領域に、各放射光の波長に対応した回折格子２ｇ、２ｉを有するホログラム素子２ｈが設けられ、該ホログラム素子２ｈにより各放射光が混色される。これによって、複数のＬＥＤ素子から放射された光を一つに合わせることにより色ずれを抑制して混合色にすることができる。【選択図】      図１
2005005480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオード素子を有し、各発光ダイオード素子からの放射光が通過する領域に、各放射光の波長に対応した回折格子を有するホログラム素子が設けられ、該ホログラム素子により各放射光が混色されることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
それぞれ異なる波長の発光ダイオード素子を３個備え、そのうちの１個の発光ダイオード素子が放射光軸の中心に配置され、かつ他の２個の発光ダイオード素子が放射光軸の中心から偏位した位置に配置されており、前記ホログラム素子の両面における一方の面と他方の面に、前記他の２個の発光ダイオード素子におけるそれぞれの波長に対応した特性の回折格子がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
同じ波長の２個の発光ダイオード素子を備え、これら発光ダイオード素子がホログラム素子による回折光の＋ｍ次光と−ｍ次光（ｍは正の整数）の位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記同じ波長の２個の発光ダイオード素子とは波長が異なる発光ダイオード素子を更に備え、その発光ダイオード素子がホログラム素子による回折光の０次光の位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
発光ダイオード素子を複数備え、前記ホログラム素子の両面における一方の面に、各発光ダイオード素子からの放射光を混色するための回折格子が設けられ、他方の面に放射光を集束させるためのフレネルレンズまたは回折格子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に白色光を使用する発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を使用した照明装置、或いは液晶のバックライト等に使用される半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体発光装置として、図４に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この半導体発光装置は、チップダイボンド基板１ｂの上に凹状の反射板１ａが設けられ、反射板１ａの内側であってチップダイボンド基板１ｂの上に３つのＬＥＤ素子、例えば緑色ＬＥＤ素子１ｃ、青色ＬＥＤ素子１ｄおよび赤色ＬＥＤ素子１ｅがダイボンドされ、これら３つのＬＥＤ素子１ｃ〜１ｅを覆う状態で光透過性樹脂１ｆが設けられた構成となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２８４２５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の半導体発光装置における各ＬＥＤ素子は、基板上或いは間にリードフレームを介してダイボンドされる。そして、ダイボンドされたＬＥＤ素子の配置は、ダイボンドのためのろう材が毛管現象によりＬＥＤ素子へ這い上がることによって起こる電気的短絡のため、或いはリードフレームの加工精度のため等により、相互に近付けることが困難であるため、ある程度の距離だけ離隔した配置となる。
【０００５】
このため、各ＬＥＤ素子の光軸が前方方向へ一致している場合でも、発光点の位置が異なるために、近距離で見たときや近距離を照射したときには、場所によって色が異なる色ずれを起こすという不都合がある。また、単純にＬＥＤ素子の周囲に反射板を設けただけでは、充分に混色されないで色ずれを起こすため、照射したときには、照射範囲の周辺では明らかに色が分離されてしまうという難点がある。
【０００６】
そこで、照明用に半導体発光装置を使用する場合には、放射光をある程度集光させるべく、光度を大きくするために放射角の小さいＬＥＤ素子を使用したり、或いは半導体発光装置の前面にレンズ等の光学部品を付けたりすることが行われている。しかし、この場合には色の分離がより強くなるという問題がある。或いは、散乱材を混入することも行われるが、この場合には充分な散乱を得ることは困難で、充分な散乱を得ようとすると、今度は大幅な光量の低下を伴うという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、複数のＬＥＤ素子から放射された光を一つに合わせることにより色ずれを抑制して混合色にすることができる半導体発光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置は、複数の発光ダイオード素子を有し、各発光ダイオード素子からの放射光が通過する領域に、各放射光の波長に対応した回折格子を有するホログラム素子が設けられ、該ホログラム素子により各放射光が混色されることを特徴とする。
【０００９】
この半導体発光装置による場合には、ホログラム素子の持つ波長による偏向特性を利用することができ、ある程度の距離を離して配置された発光ダイオード素子からの放射光を一つに合わせることが可能となり、これにより色ずれを抑制して混合色にすることができる。これに伴い、発光ダイオード素子を無理に近付けてダイボンドを行うことによるろう材の這い上がりによる短絡不良を無くすことができる。また、反射板の形状を複雑にしたり、或いは大きくしたりして混色を行う必要がなくなるので、小型でシンプルな信頼性の高い装置とすることができる。
【００１０】
本発明の半導体発光装置において、それぞれ異なる波長の発光ダイオード素子を３個備え、そのうちの１個の発光ダイオード素子が放射光軸の中心に配置され、かつ他の２個の発光ダイオード素子が放射光軸の中心から偏位した位置に配置されており、前記ホログラム素子の両面における一方の面と他方の面に、前記他の２個の発光ダイオード素子におけるそれぞれの波長に対応した特性の回折格子がそれぞれ設けられている構成とすることができる。
【００１１】
この構成にあっては、放射光軸の中心に配置された発光ダイオード素子からの放射光はそのままの角度でホログラム素子を通過し、他の２個の発光ダイオード素子からの放射光は回折格子により回折される。このとき、そのままの角度でホログラム素子を通過する光に対し、回折された光が重なるように、回折格子を設計しておくことで、３個の発光ダイオード素子からの放射光を、ホログラム素子により一つに合わせて混色させることが可能となる。
【００１２】
本発明の半導体発光装置において、同じ波長の２個の発光ダイオード素子を備え、これら発光ダイオード素子がホログラム素子による回折光の＋ｍ次光と−ｍ次光（ｍは正の整数）の位置にそれぞれ配置される構成とすることができる。
【００１３】
この構成による場合には、距離を離して配置された同じ波長の２個の発光ダイオード素子からの放射光を一つに合わせて混色させることが可能となる。
【００１４】
本発明の半導体発光装置において、前記同じ波長の２個の発光ダイオード素子とは波長が異なる発光ダイオード素子を更に備え、その発光ダイオード素子がホログラム素子による回折光の０次光の位置に配置される構成とすることができる。
【００１５】
この構成による場合には、距離を離して配置された３個の発光ダイオード素子からの放射光を一つに合わせて混色させることが可能となる。
【００１６】
本発明の半導体発光装置において、発光ダイオード素子を複数備え、前記ホログラム素子の両面における一方の面に、各発光ダイオード素子からの放射光を混色するための回折格子が設けられ、他方の面に放射光を集束させるためのフレネルレンズまたは回折格子が設けられている構成とすることができる。
【００１７】
この構成による場合には、各発光ダイオード素子からの放射光は、ホログラム素子の一方の面に設けられた回折格子により一つに合わせられて混色される。そして、ホログラム素子の他方の面に設けられたフレネルレンズまたは回折格子により、混色された放射光が集束されて出射されることとなる。これに伴い、散乱材を大量に透過性樹脂に混ぜて光量を低下させることもなく、明るい半導体発光装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。この半導体発光装置は、チップダイボンド基板２ｂの上に凹状の反射板２ａが形成され、反射板２ａの内側であってチップダイボンド基板２ｂの上には、波長の異なる３個のＬＥＤ素子、例えば図左側から緑色ＬＥＤ素子２ｃ、赤色ＬＥＤ素子２ｄおよび青色ＬＥＤ素子２ｅが配置されている。そのうちの１個、図示例では赤色ＬＥＤ素子２ｄは放射光軸２ｋの中心に配置されており、他の２個、図示例では緑色ＬＥＤ素子２ｃと青色ＬＥＤ素子２ｅとは、放射光軸２ｋの中心から偏位した位置に配置されている。これら３つのＬＥＤ素子２ｃ〜２ｅは、光透過性樹脂２ｆにより覆われている。
【００１９】
反射板２ａの上には、つまり３つのＬＥＤ素子２ｃ〜２ｅからの放射光が通過する領域には、ホログラム素子２ｈが設けられている。ホログラム素子２ｈの上面と下面には、それぞれ波長の異なるＬＥＤ素子に対応した回折格子が形成されている。図示例では、ホログラム素子２ｈの上面には、緑色ＬＥＤ素子２ｃからの放射光の＋１次光に対応した回折格子２ｉが形成され、ホログラム素子２ｈの下面には、青色ＬＥＤ素子２ｅからの放射光の−１次光に対応した回折格子２ｇが形成されている。
【００２０】
このため、放射光軸２ｋの中心に配置された赤色ＬＥＤ素子２ｄからの放射光は、ホログラム素子２ｈの上面及び下面に対してそれぞれの０次光として放射される。また、青色ＬＥＤ素子２ｅからの放射光は、ホログラム素子２ｈの下面に形成された回折格子２ｇにより回折され、その−１次光が、赤色ＬＥＤ素子２ｄからの放射光と一つに合わされる。更に、緑色ＬＥＤ素子２ｃからの放射光は、ホログラム素子２ｈの上面に形成された回折格子２ｉにより回折され、その＋１次光が、赤色ＬＥＤ素子２ｄからの放射光と一つに合わされる。
【００２１】
したがって、このように構成された第１の実施形態に係る半導体発光装置においては、３個のＬＥＤ素子２ｃ〜２ｅは、見かけ上、同一の場所から光を放射している状態、つまり放射光を一つに合わせた状態にすることが可能となり、これにより色ずれを抑制して混合色にすることができる。これにより、ＬＥＤ素子を無理に近付けてダイボンドを行うことに伴うろう材の這い上がりによる短絡不良を無くすことができる。また、反射板の形状を複雑にしたり、或いは大きくしたりして混色を行う必要がなくなるので、小型でシンプルな信頼性の高い装置とすることができるという効果が得られる。
【００２２】
なお、上述した第１の実施形態においては、緑色、赤色および青色の３つのＬＥＤ素子を用いているが、本発明はこれに限らない。例えば、波長が異なる任意の色の３つ、或いは２つ、或いは４つ以上のＬＥＤ素子を用いてもよい。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。この半導体発光装置は、チップダイボンド基板３ｂの上に凹状の反射板３ａが形成され、反射板３ａの内側であってチップダイボンド基板３ｂの上には、３個のＬＥＤ素子、例えば図左側から緑色ＬＥＤ素子３ｃ、赤色ＬＥＤ素子３ｄおよび緑色ＬＥＤ素子３ｅが配置されている。つまり、赤色ＬＥＤ素子３ｄの両側には、同一の緑色ＬＥＤ素子３ｃと３ｅが配置されている。
【００２３】
そのうちの１個、図示例では赤色ＬＥＤ素子３ｄは放射光軸３ｋの中心に配置されており、他の２個、図示例では緑色ＬＥＤ素子３ｃと３ｅとは、放射光軸３ｋの中心から偏位した位置に配置されている。これら３つのＬＥＤ素子３ｃ〜３ｅは、光透過性樹脂３ｆにより覆われている。
【００２４】
反射板３ａの上には、つまり３つのＬＥＤ素子３ｃ〜３ｅからの放射光が通過する領域には、ホログラム素子３ｈが設けられている。ホログラム素子３ｈの下面には、緑色ＬＥＤ素子３ｃと３ｅに対応した回折格子が形成されている。図示例では、緑色ＬＥＤ素子３ｃからの放射光の＋１次光に対応し、かつ緑色ＬＥＤ素子３ｅからの放射光の−１次光に対応した回折格子３ｇが形成されている。
【００２５】
このため、放射光軸３ｋの中心に配置された赤色ＬＥＤ素子３ｄからの放射光は、ホログラム素子３ｈの下面に対してそれぞれの０次光として放射される。また、緑色ＬＥＤ素子３ｅからの放射光は、ホログラム素子３ｈの下面に形成された回折格子３ｇにより回折され、その−１次光が、赤色ＬＥＤ素子３ｄからの放射光と一つに合わされる。更に、緑色ＬＥＤ素子３ｃからの放射光は、前記回折格子３ｇにより回折され、その＋１次光が、赤色ＬＥＤ素子３ｄからの放射光と一つに合わされる。
【００２６】
したがって、このように構成された第２の実施形態に係る半導体発光装置においては、３個のＬＥＤ素子３ｃ〜３ｅは、見かけ上、同一の場所から光を放射している状態、つまり放射光を一つに合わせた状態にすることが可能となり、これにより色ずれを抑制して混合色にすることができる。これにより、ＬＥＤ素子を無理に近付けてダイボンドを行うことに伴うろう材の這い上がりによる短絡不良を無くすことができる。また、反射板の形状を複雑にしたり、或いは大きくしたりして混色を行う必要がなくなるので、小型でシンプルな信頼性の高い装置とすることができるという効果が得られる。
【００２７】
なお、上述した第２の実施形態においては、赤色ＬＥＤ素子を１つ、緑色ＬＥＤ素子を２つ備える構成としているが、本発明はこれに限らない。例えば、或る色のＬＥＤ素子を１つ、それとは異なる色のＬＥＤ素子を２つ備える構成としてもよい。或いは、同じ色の２つのＬＥＤ素子のみを備える構成としてもよい。
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。この半導体発光装置は、チップダイボンド基板４ｂの上に凹状の反射板４ａが形成され、反射板４ａの内側であってチップダイボンド基板４ｂの上には、３個のＬＥＤ素子、例えば図左側から緑色ＬＥＤ素子４ｃ、赤色ＬＥＤ素子４ｄおよび青色ＬＥＤ素子４ｅが配置されている。そのうちの１個、図示例では赤色ＬＥＤ素子４ｄは放射光軸４ｋの中心に配置されており、他の２個、図示例では緑色ＬＥＤ素子４ｃと青色ＬＥＤ素子４ｅとは、放射光軸４ｋの中心から偏位した位置に配置されている。これら３つのＬＥＤ素子４ｃ〜４ｅは、光透過性樹脂４ｆにより覆われている。
【００２８】
反射板４ａの上には、つまり３つのＬＥＤ素子４ｃ〜４ｅからの放射光が通過する領域には、ホログラム素子４ｈが設けられている。ホログラム素子４ｈの下面には、緑色ＬＥＤ素子４ｃと青色ＬＥＤ素子４ｅに対応した回折格子が形成されている。図示例では、緑色ＬＥＤ素子４ｃからの放射光の＋１次光に対応し、かつ青色ＬＥＤ素子４ｅからの放射光の−１次光に対応した回折格子４ｇが形成されている。ホログラム素子４ｈの上面には、光束を集光するための回折格子４ｉが形成されている。
【００２９】
このため、放射光軸４ｋの中心に配置された赤色ＬＥＤ素子４ｄからの放射光は、ホログラム素子４ｈの下面に対してそれぞれの０次光として放射される。また、緑色ＬＥＤ素子４ｅからの放射光は、ホログラム素子４ｈの下面に形成された回折格子４ｇにより回折され、その−１次光が、赤色ＬＥＤ素子４ｄからの放射光と一つに合わされる。更に、青色ＬＥＤ素子４ｃからの放射光は、前記回折格子４ｇにより回折され、その＋１次光が、赤色ＬＥＤ素子４ｄからの放射光と一つに合わされる。よって、３個のＬＥＤ素子４ｃ〜４ｅは、見かけ上、同一の場所から光を放射している状態、つまり放射光を一つに合わせた状態にすることが可能となり、これにより色ずれを抑制して混合色にすることができる。
【００３０】
このようにして混合色となった放射光は、ホログラム素子４ｈの上面に形成された集光用の回折格子４ｉにより集光されて、装置外部に出射される。
【００３１】
したがって、第３の実施形態による場合には、第１、２の実施形態による効果が得られることに加え、散乱材を大量に光透過性樹脂に混ぜて光量を低下させることもなく、明るい半導体発光装置とすることができる。
【００３２】
なお、上述した第３の実施形態においては、ホログラム素子４ｈの上面に光束を集光するための回折格子４ｉを形成しているが、本発明はこれに限らず、回折格子４ｉに代えて、フレネルレンズで集光性を持たせる構成としてもよい。
【００３３】
また、上述した第３の実施形態においては、緑色、赤色および青色の３つのＬＥＤ素子を用いているが、本発明はこれに限らない。例えば、波長が異なる任意の色の３つ、或いは２つ、或いは４つ以上のＬＥＤ素子を用いてもよい。
【００３４】
また、上述した第１〜第３の実施形態においては、放射光軸の中心に配置されたＬＥＤ素子の両側のＬＥＤ素子を、−１次光と＋１次光との位置に配置する構成としているが、本発明はこれに限らず、−ｍ次光と＋ｍ次光（ｍは正の整数）との位置に配置するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明による場合には、ホログラム素子の持つ波長による偏向特性を利用することができ、ある程度の距離を離して配置された発光ダイオード素子からの放射光を一つに合わせることが可能となり、これにより色ずれを抑制して混合色にすることができる。これに伴い、発光ダイオード素子を無理に近付けてダイボンドを行うことによるろう材の這い上がりによる短絡不良を無くすことができる。また、反射板の形状を複雑にしたり、或いは大きくしたりして混色を行う必要がなくなるので、小型でシンプルな信頼性の高い装置とすることができる。
【００３６】
請求項２の発明による場合には、放射光軸の中心に配置された発光ダイオード素子からの放射光はそのままの角度でホログラム素子を通過し、他の２個の発光ダイオード素子からの放射光は回折格子により回折される。このとき、そのままの角度でホログラム素子を通過する光に対し、回折された光が重なるように、回折格子を設計しておくことで、３個の発光ダイオード素子からの放射光を、ホログラム素子により一つに合わせて混色させることが可能となる。
【００３７】
請求項３の発明による場合には、距離を離して配置された同じ波長の２個の発光ダイオード素子からの放射光を一つに合わせて混色させることが可能となる。
【００３８】
請求項４の発明による場合には、距離を離して配置された３個の発光ダイオード素子からの放射光を一つに合わせて混色させることが可能となる。
【００３９】
請求項５の発明による場合には、各発光ダイオード素子からの放射光は、ホログラム素子の一方の面に設けられた回折格子により一つに合わせられて混色される。そして、ホログラム素子の他方の面に設けられたフレネルレンズまたは回折格子により、混色された放射光が集束されて出射されることとなる。これに伴い、散乱材を大量に透過性樹脂に混ぜて光量を低下させることもなく、明るい半導体発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。
【図４】従来技術における半導体発光装置を示す断面図である。
【符号の説明】
２ｂ、３ｂ、４ｂ  チップダイボンド基板
２ｃ、３ｃ、３ｅ、４ｃ  緑色ＬＥＤ素子
２ｄ、３ｄ、４ｄ  赤色ＬＥＤ素子
２ｅ、４ｅ  青色ＬＥＤ素子
２ｇ、３ｇ、４ｇ、２ｉ、４ｉ  回折格子
２ｈ、３ｈ、４ｈ  ホログラム素子
２ｋ、３ｋ、４ｋ  放射光軸
【図１】
2005005480.tif 000003
【図２】
2005005480.tif 000004
【図３】
2005005480.tif 000005
【図４】
2005005480.tif 000006