(57)【要約】【課題】リフレクタを細幅に形成するような場合であっても、光の減衰が少なく、発光輝度を高めることが可能な光半導体装置を提供する。【解決手段】リフレクタ５の第１の光反射面５０ａは、光半導体チップ３から進行してきた光をｚ軸方向に反射可能にｚ軸に対して傾斜し、第２の光反射面５０ｂは、第１の光反射面５０ａよりもｚ軸に対する傾斜角が小さくされている、光半導体装置Ａ１であって、第２の光反射面５０ｂと光半導体チップ３の複数の側面３１とは、ｚ軸方向視において非平行に対向している。好ましくは、光半導体チップ３は、複数の側面３１がｘ軸およびｙ軸に対して傾いた向きとされている。【選択図】  図２
2005005433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向としてのｚ軸方向視において略矩形であり、かつ光を出射可能な複数の側面を有する光半導体チップと、
ｚ軸方向に直交し、かつ互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向において、上記光半導体チップを挟んで互いに対向する一対ずつの第１および第２の光反射面を有するリフレクタと、を備えており、
上記各第１の光反射面は、上記光半導体チップから進行してきた光をｚ軸方向へ反射可能にｚ軸に対して傾斜しており、かつ上記各第２の光反射面は、上記各第１の光反射面よりもｚ軸に対する傾斜角が小さくされている、光半導体装置であって、
上記各第２の光反射面と上記光半導体チップの複数の側面とは、ｚ軸方向視において非平行に対向していることを特徴とする、光半導体装置。
【請求項２】
上記光半導体チップは、上記複数の側面がｘ軸およびｙ軸に対して傾いた向きに設定されている、請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
上記複数の側面のｘ軸およびｙ軸に対する傾き角は、略４５°である、請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項４】
上記各第２の光反射面のうち、少なくとも上記光半導体チップと対向する部分は、ｘ軸およびｙ軸に対して傾いた傾斜面とされている、請求項１に記載の光半導体チップ。
【請求項５】
上記リフレクタは、上記一対ずつの第１および第２の光反射面を内壁面とし、かつ上記各第２の光反射面の方が上記各第１の光反射面よりも長くされた長矩形の枠状である、請求項１ないし４のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項６】
上記光半導体チップを複数備えており、かつこれら複数の光半導体チップは、ｘ軸方向に並んでいる、請求項１ないし５のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項７】
上記光半導体チップ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６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、照明用やディスプレイ用などの光源として用いられる光半導体装置、さらに詳しくは、照明効率を高めるためのリフレクタを有する光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリフレクタを有する光半導体装置の一例としては、図７〜図９に示す構造のものがある（たとえば、特許文献１参照）。この従来の光半導体装置Ｂは、基板１０１上に搭載されたＬＥＤチップ１０３と、このＬＥＤチップ１０３の周囲を囲むリフレクタ１０５とを有している。このリフレクタ１０５は、平面視（ｚ軸方向視）において矩形の枠状であり、その内部には、ＬＥＤチップ１０３やこれに接続されたワイヤ１０４を覆って保護する透明樹脂１０６が充填されている（ただし、図７および図８においては、透明樹脂１０６を省略している）。リフレクタ１０５の内壁面は、互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向において対向する一対ずつの第１および第２の光反射面１５０ａ，１５０ｂとなっており、これらはいずれもｚ軸に対して傾斜している。ＬＥＤチップ１０３は、平面視矩形の略直方体であり、その４つの側面１０３ａは第１および第２の光反射面１５０ａ，１５０ｂに対して個々に対面している。
【０００３】
このような構成によれば、ＬＥＤチップ１０３の複数の側面１０３ａからその周囲に進行する光を、第１および第２の光反射面１５０ａ，１５０ｂによって反射させることにより、上向きに進行させることができる。したがって、ＬＥＤチップ１０３の上面からその上方に進行していた光のみを照明領域に進行させる場合と比べて、光の無駄を少なくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１８３４０７号公報（図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光半導体装置Ｂの設計・製作に際しては、取り付けスペースの制約やその他の条件に応じて、リフレクタ１０５や基板１０１の幅を細くしなければならない場合がある。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り、この場合、たとえば図１０に示すように、液晶パネル１６０の背後（下方）に配置された導光板１６１の側面に対向配置される。光半導体装置Ｂをこのような用途に用いる場合、その全体の幅を導光板１６１の厚みと同程度の細幅にすることが要請される場合がある。
【０００６】
上記要請に応えるには、光半導体装置を、たとえば図１１に示すような細長状に構成することとなる。ところが、従来においては、そのような構成にすると、次に述べるような不具合を生じていた。
【０００７】
すなわち、リフレクタ１０５はｘ軸方向に長いために、第１の光反射面１５０ａについては、ｚ軸に対する傾斜角を４５°にするなど、受けた光を上方に適切に反射できるように大きく傾斜させることが可能である。ところが、第２の光反射面１５０ｂについては、ｙ軸方向のスペースが不足するために、大きく傾斜させることは困難であり、図１２に示すように、ｚ軸に対する傾斜角が小さくなってしまう。
【０００８】
このような構成においては、ＬＥＤチップ１０３から発せられた光が第２の光反射面１５０ｂに到達しても、この光は直ちにはリフレクタ１０５の上方には進行しない。この反射光は、一対の第２の光反射面１５０ｂ間において反射を繰り返しながら徐々に上方に向けて進むこととなる。その一方、第２の光反射面１５０ｂの光反射率を１００％にすることは技術的に困難であり、上記光は、その反射の繰り返しによって減衰する。したがって、その減衰分だけ、光半導体装置の発光輝度が低下することとなる。
【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、リフレクタを細幅に形成するような場合であっても、光の減衰が少なく、発光輝度を高めることが可能な光半導体装置を提供す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、厚み方向としてのｚ軸方向視において略矩形であり、かつ光を出射可能な複数の側面を有する光半導体チップと、ｚ軸方向に直交し、かつ互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向において、上記光半導体チップを挟んで互いに対向する一対ずつの第１および第２の光反射面を有するリフレクタとを備えており、上記各第１の光反射面は、上記光半導体チップから進行してきた光をｚ軸方向に反射可能にｚ軸に対して傾斜しており、かつ上記各第２の光反射面は、上記各第１の光反射面よりもｚ軸に対する傾斜角が小さくされている光半導体装置であって、上記各第２の光反射面と上記光半導体チップの複数の側面とは、ｚ軸方向視において非平行に対向していることを特徴としている。
【００１２】
本願発明によれば、光半導体チップの複数の側面から発せられた光が、リフレクタの各第２の光反射面に到達すると、この光は各第２の光反射面によってｘ軸方向に進行するように反射される。このことにより、上記光をリフレクタの各第１の光反射面に導くことができる。各第１の光反射面は、各第２の光反射面よりもｚ軸に対する傾斜角が大きいために、上記光がこの第１の光反射面に導かれると、ｚ軸方向に反射され、リフレクタの外部に進行することとなる。
【００１３】
このように、本願発明においては、光半導体チップから第２の光反射面に進行した光を第１の光反射面に導いてから外部に出射させることが可能である。したがって、従来技術とは異なり、一対の第２の光反射面によって光の反射が多数回にわたって繰り返されることを無くし、光の減衰を抑制することができる。その結果、従来技術よりも発光輝度を高めることができる。また、本願発明においては、第２の光反射面については、ｚ軸に対する傾斜角を大きくする必要が無いため、リフレクタのｙ軸方向のサイズを小さくすることができる。したがって、本願発明は、光半導体装置の全体を細幅に形成しなければならない場合に最適である。
【００１４】
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は、上記複数の側面がｘ軸およびｙ軸に対して傾いた向きに設定されている。このような構成によれば、光半導体装置の製造に際しては、従来技術と比較して、光半導体チップの向きを相違させるだけでよいこととなる。したがって、製造が容易であり、またリフレクタやその他の構成部品としては既存品を利用することもできるために、製造コストを抑制するのに好適である。
【００１５】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の側面のｘ軸およびｙ軸に対する傾き角は、略４５°である。このような構成によれば、上記光半導体チップの複数の側面のそれぞれから発せられるいずれの光についても、第２の光反射面による反射回数を少ないものとし、第１の光反射面に向けて効率良く導くのに好適となる。
【００１６】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記各第２の光反射面のうち、少なくとも上記光半導体チップと対向する部分は、ｘ軸およびｙ軸に対して傾いた傾斜面とされている。このような構成によれば、光半導体チップの複数の側面をｘ軸およびｙ軸方向に対して傾ける必要がなくなる。
【００１７】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記リフレクタは、上記一対ずつの第１および第２の光反射面を内壁面とし、かつ上記各第２の光反射面の方が上記各第１の光反射面よりも長くされた長矩形の枠状である。
【００１８】
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を複数備えており、かつこれら複数の光半導体チップは、ｘ軸方向に並んでいる。このような構成によれば、リフレクタのｙ軸方向への大型化を招くことなく、発光量の増大を図ることができる。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光を発する光半導体チップを用いるといったことも可能である。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１〜図４は、本願発明に係る光半導体装置の一例を示している。なお、図１以降の図において、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、いずれも直交し合っている。また、以降の実施形態においては、鉛直方向をｚ軸方向として説明する。
【００２３】
本実施形態の光半導体装置Ａ１は、基板１、ＬＥＤチップ３、リフレクタ５、および透光部材６を具備している。ただし、図１および図２においては、透光部材６を省略している。
【００２４】
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３、リフレクタ５および透光部材６が搭載されている。
【００２５】
ＬＥＤチップ３は、光半導体チップの一例に相当し、平面視（ｚ軸方向視）略正方形の直方体状であり、上面３０および下面と、複数（４つ）の側面３１とを有している。ＬＥＤチップ３は、上面３０に加え、各側面３１からも光を出射可能である。ＬＥＤチップ３の上面３０および下面には電極が形成されており、このＬＥＤチップ３は、基板１に設けられた第１の導体部２ａ上にボンディングされていることにより、上記下面の電極と第１の導体部２ａとの電気的接続が図られている。第２の導体部２ｂ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２ａ，２ｂ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２ａ’，２ｂ’となっている。
【００２６】
図２によく表われているように、ＬＥＤチップ３は、ｘ軸およびｙ軸に対して各側面３１が斜めに傾いた向きに設けられている。各側面３１のｘ軸およびｙ軸に対する傾斜角は、略４５°である。
【００２７】
リフレクタ５は、ＬＥＤチップ３と透光部材６とを内部に収容する空間部５１を形成しており、ｘ軸方向に延びた細長な矩形の枠状である。このリフレクタ５の複数の内壁面のうち、ｘ軸方向においてＬＥＤチップ３を挟んで互いに対向する一対の内壁面が第１の光反射面５０ａである。ｙ軸方向において、ＬＥＤチップ３を挟んで互いに対向する一対の内壁面が、第２の光反射面５０ｂである。リフレクタ５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、このことにより第１および第２の光反射面５０ａ，５０ｂは、光反射率の高い白色面となっている。なお、リフレクタ５の材料は上記に限定されず、たとえば液晶ポリマやポリアミド系樹脂を用いてもよい。
【００２８】
第１および第２の光反射面５０ａ，５０ｂは、いずれも上方を向くようにｚ軸に対して傾斜した平面状に形成されている。ただし、それらの傾斜角は相違している。第１の光反射面５０ａのｚ軸に対する傾斜角は、たとえば略４５°であるのに対し、第２の光反射面５０ｂのｚ軸に対する傾斜角はそれよりも小さくなっている。リフレクタ４は、ｘ軸方向のサイズに比べてｙ軸方向のサイズが小さいため、第２の光反射面５０ｂを大きく傾斜させることができないからである。一対の第２の光反射面５０ｂのそれぞれは、ｘ軸方向に延びた細長い面となっている。したがって、ＬＥＤチップ３の各側面３１は、第２の光反射面５０ｂに対し、ｚ軸方向視において略４５°傾いた状態で非平行に対向している。
【００２９】
透光部材６は、たとえば透明なエポキシ樹脂製であり、ＬＥＤチップ３やワイヤＷを覆うようにしてリフレクタ５の空間部５１内に収容されている。この透光部材６は、たとえば流動性をもつエポキシ樹脂を空間部５１内に充填してからこれを硬化させることにより形成されている。
【００３０】
次に、光半導体装置Ａ１の作用について説明する。
【００３１】
まず、ＬＥＤチップ３を発光させると、図２に示すように、４つの側面３１から発せられた光は、一対の第２の光反射面５０ｂに向けて進行し、かつ反射される。各側面３１はｘ軸およびｙ軸に対して傾斜しているために、各側面３１から発せられた光の多くは、ｚ軸方向視において、第２の光反射面５０ｂに対して適当な入射角をもって斜め方向から入射し、かつそれと同一の出射角で反射される。したがって、第２の光反射面５０ｂによって反射された光は、ｙ軸方向のみならず、ｘ軸方向にも進行し、第１の光反射面５０ａに到達することとなる。すると、上記光は、この第１の光反射面５０ａによって上向きに反射され、この光半導体装置Ａ１の上方の照明領域に照射される。
【００３２】
このように、ＬＥＤチップ３の各側面３１から第２の光反射面５０ｂに向けて進行した光を、第１の光反射面５０ａに導くように反射させれば、各側面３１から発せられた光が、一対の第２の光反射面５０ｂ間において多数回にわたって繰り返し反射されることが無くなる。したがって、この光半導体チップＡ１においては、ＬＥＤチップ３から発せられた光が照明領域に到達するまでにリフレクタ５内において反射される回数を少なくすることができる。その結果、光の反射の繰り返しによる光の減衰を抑制し、照明領域に到達する光の量を多くすることが可能である。
【００３３】
ＬＥＤチップ３の４つの側面３１は、いずれも第２の光反射面５０ｂに対して略４５°の角度で傾斜しているために、いずれの側面３１から出射した光についても、第２の光反射面５０ｂにより略同様な条件で効率良く第１の光反射面５０ａに導くことができる。また、一対の第１の光反射面５０ａのそれぞれに到達する光の量は略同一となるため、それらの部分の発光輝度に大きな差が生じるといったことも回避される。なお、ＬＥＤチップ３の各側面３１から発せられる光としては、第１の光反射面５０ａに向けて直接進行する光もあり、この光は、第１の光反射面５０ａによってその上方の照明領域に向けて効率良く反射される。また、ＬＥＤチップ３の上面３０から上方に向けて発せられた光は、そのまま照明領域に向けて進行する。
【００３４】
本実施形態の光半導体装置Ａ１は、ｚ軸方向視におけるＬＥＤチップ３の向きが従来技術とは略４５°相違するが、このような向きにＬＥＤチップ３をボンディングすることは簡単に行なうことが可能である。また、光半導体装置Ａ１の構成要素そのものとしては、全て従来技術と同様なものを用いることが可能である。したがって、この光半導体装置Ａ１は、発光輝度を高くしつつ、その製造コストを従来技術と同等程度に抑えることができる。また、この光半導体装置Ａ１は、ｙ軸方向の幅寸法が小さい細長状であるために、取り付けスペースに制約を受けたり、あるいは細長い領域に対して光を照射する必要があるといった用途に最適となる。
【００３５】
図５および図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、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。
【００３６】
図５に示す光半導体装置Ａ２は、リフレクタ５の内部に複数（たとえば３つ）のＬＥＤチップ３が配された構成を有している。これら複数のＬＥＤチップ３は、ｘ軸方向に間隔を隔てて直列に並んでおり、それらのいずれもがｘ軸およびｙ軸に対して各側面３１が略４５°傾斜した向きとされている。
【００３７】
このような構成においても、上記した実施形態と同様に、ＬＥＤチップ３の各側面３１から第２の光反射面５０ｂに向けて進行した光を第１の光反射面５０ａに導き、この第１の光反射面５０ａによってこの光半導体装置Ａ２の上方に進行させることができる。また、ＬＥＤチップ３の総数が上記実施形態の場合よりも多い分だけ、照明領域の照度をより高めることができる。複数のＬＥＤチップ３を、たとえばＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を発するものとして、白色光源として用いたり、あるいはそれらを切り替え発光させるといった構成にすることもできる。
【００３８】
図６（ａ）に示す光半導体装置Ａ３においては、ＬＥＤチップ３の各側面３１がｘ軸およびｙ軸に対して傾斜していない構成となっている。ただし、リフレクタ５の第２の光反射面５０ｂのうち、ＬＥＤチップ３と対向する部分には、ＬＥＤチップ３に向けて突出する断面山形状の凸部５３が設けられ、かつこの凸部５３の一対の壁面が、ｘ軸およびｙ軸に対して傾斜した傾斜面５３ａとなっている。したがって、ＬＥＤチップ３の複数の側面３１のうち、ｙ軸方向を向く側面３１ａと傾斜面５３ａとは、ｚ軸方向視において非平行である。
【００３９】
このような構成によれば、ＬＥＤチップ３の側面３１ａからｙ軸方向に出射した光は、傾斜面５３ａによってｘ軸方向に反射され、第１の光反射面５０ａに導かれる。したがって、上述した実施形態と同様に、本実施形態においても、第２の光反射面５０ｂ間において光が多数回にわたって繰り返し反射されることを無くし、光の減衰を抑制する効果が得られる。
【００４０】
図６（ｂ）に示す構成においては、第２の光反射面５０ｂに凸状部を設けるのではなく、段差部を設けるなどして、ｘ軸およびｙ軸に対して傾斜した一対の傾斜面５３ｂを形成している。この構成においても、ＬＥＤチップ３の側面３１ａから出射した光を各傾斜面５３ｂによって第１の光反射面５０ａに向けて反射させることができ、上述の実施形態と同様な作用が得られる。一対の傾斜面５３ｂのそれぞれの光の反射方向を相違させておけば、一対の第１の光反射面５０ａのそれぞれに到達する光の量に差を生じさせないようにし、それらの部分の発光輝度に大きな差が生じないようにすることが可能である。
【００４１】
図６（ａ），（ｂ）に示した実施形態から理解されるように、本願発明においては、光半導体チップの向きを斜めにする手段に代えて、リフレクタの第２の光反射面に傾斜面を設けた構成としてもかまわない。もちろん、第２の光反射面の一部分のみを傾斜面として形成するのではなく、第２の光反射面の全体を傾斜面としてもかまわない。
【００４２】
本願発明の内容は、上述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。
【００４３】
リフレクタは、第１および第２の光反射面を白色面とする白色の合成樹脂製でなくてもかまわない。たとえば、適当な材質のリフレクタの内壁面に光反射率の高い金属などの膜をスパッタリングや蒸着によって形成し、これを光反射面とした構成としてもかまわない。第１および第２の光反射面を曲面状に形成してもかまわない。
【００４４】
本願発明においては、第１の光反射面は、第２の光反射面によって反射されたきた光をｚ軸方向に反射する必要があるため、ｚ軸に対してある程度の傾きをもっている必要がある。これに対し、第２の光反射面は、光半導体チップから進行してきた光を第１の光反射面に進行するように反射すればよい。したがって、第２の光反射面については、ｚ軸に対して傾斜していない面（傾斜角がゼロ）とされていてもかまわない。
【００４５】
光半導体チップは、ＬＥＤチップに限定されず、これ以外のものを用いることもできる。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。また、本願発明においては、光半導体チップとしては、厚み方向視において矩形のものが用いられるが、その形状は正方形でなくてもよく、長矩形状であってもかまわない。光半導体チップの各側面をｘ軸およびｙ軸に対して傾斜させる場合、その傾斜角を略４５°にすることが好ましいものの、やはりこれに限定されない。
【００４６】
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の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ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平面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は本願発明に係る光半導体装置の他の例を示す平面図である。
【図７】従来の光半導体装置の一例を示す斜視図である。
【図８】図７の平面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】光半導体装置の使用例を示す斜視図である。
【図１１】従来の光半導体装置の他の例を示す平面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
【符号の説明】
Ａ１〜Ａ３  光半導体装置
１  基板
３  ＬＥＤチップ（光半導体チップ）
５  リフレクタ
３１  側面（ＬＥＤチップの）
５０ａ  第１の光反射面
５０ｂ  第２の光反射面
５３ａ，５３ｂ  傾斜面
【図１】
2005005433.tif 000003
【図２】
2005005433.tif 000004
【図３】
2005005433.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005005433.tif 000007
【図６】
2005005433.tif 000008
【図７】
2005005433.tif 000009
【図８】
2005005433.tif 000010
【図９】
2005005433.tif 000011
【図１０】
2005005433.tif 000012
【図１１】
2005005433.tif 000013
【図１２】
2005005433.tif 000014