JP2008028196A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device including a light emitting diode (LED), a semiconductor laser, or the like (generically referred to as a light emitting diode in this specification).
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。 Semiconductor light-emitting devices, such as light-emitting diodes, have many features such as small size and light weight, color developability, stability, or long life characteristics, and are used in various applications as a light source in place of or in lieu of white light bulbs and fluorescent lamps. It is used. However, the light emitting diode is small as a light source, and sufficient luminance per one cannot be obtained as compared with a white light bulb or a fluorescent lamp. In light-emitting diodes, even if high luminance is supported by supplying a large current, there is a limit in that light-emitting efficiency is saturated when a predetermined current density is reached.
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。 In a light emitting diode, an increase in the amount of light can be dealt with by increasing the chip area (the area of the light emitting surface). However, not all of the emitted light is effectively taken into the optical system due to etendue restrictions. In light emitting diodes, for example, by mounting a large number of light emitting diodes on a wiring board as a unit, it is possible to cope with higher brightness by the unit, but the characteristics of downsizing and weight reduction are impaired and the same problem as expansion of the chip area is caused. Arise.
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。
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。
By the way, in the light emitting diode, it is necessary to perform efficient heat dissipation because the light emitting efficiency is lowered due to the relatively high heat generated from the active layer rising in the sealing resin layer and gradually increasing in temperature. There is. In the light-emitting diode of
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that maintains etendue and achieves high luminance.
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。 A semiconductor light emitting device according to the present invention that achieves the above-described object has a light emitting diode that emits light of a predetermined wavelength, and is mounted on an optical substrate having transmission characteristics and heat conduction characteristics of light of a predetermined wavelength, and on the optical substrate. A plurality of unit light emitting modules are configured by laminating a heat dissipation substrate in which each light emitting diode is disposed to constitute a light guide space. In the semiconductor light emitting device, each unit light emitting module is laminated by optically communicating the light guide space portions of the respective heat dissipation substrates with each other, and the light emitted from the lower layer side that transmits the optical substrate is guided by the light guide space portion of each layer. The light is transmitted through the light and guided to the upper layer side, and the light is emitted in an increased state.
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。 In the semiconductor light emitting device, the plurality of stacked unit light emitting modules can efficiently dissipate the heat generated from the light emitting diodes by the heat dissipating substrate provided in each of the unit light emitting modules, and the temperature rise is suppressed, so that the light emission efficiency is maintained. . In the semiconductor light emitting device, the emitted light efficiently emitted from the light emitting diodes of each unit light emitting module is guided through the upper optical substrate and the light guide space, and is gradually increased in quantity and emitted. .
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。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the light emitting diode is mounted on the optical substrate, and the unit light emitting module is configured by laminating the heat dissipating substrate in which the light emitting diode is arranged to form the light guide space portion. Since each unit light emitting module is laminated by optically communicating the space portions with each other, heat generated from the light emitting diodes in the unit light emitting modules of each layer is dissipated through the heat dissipation substrate provided for each. The temperature rise is suppressed and the emitted light is emitted stably, and the emitted light emitted from each is gradually increased by being guided through the upper optical substrate and the light guide space. Since the light is emitted from the uppermost layer, the amount of emitted light per unit area is increased to increase the luminance.
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。
Hereinafter, a semiconductor
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。
The semiconductor
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。
In the semiconductor
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。
In the first unit
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。
The first unit
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。
In the first unit
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。
In the first unit
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。
The first unit light-
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。
In the 1st unit
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。
In the semiconductor
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。
The second unit light emitting module 3 includes a second
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。
In the second unit light emitting module 3, the second
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。
The second unit light emitting module 3 has a wiring board via the
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。
In the second unit light emitting module 3, the first
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。
In the second unit light emitting module 3, a first AR coating layer (anti-reflection treatment coating) 22 is formed on the first
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。
In the second unit light emitting module 3, the second
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。
Also in the second unit light emitting module 3, the second
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。
In the second unit light emitting module 3, the second
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。
In the second unit light emitting module 3, a first
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。
In the second unit light emitting module 3 configured as described above, the first emitted light L1 emitted from the first
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。
In the second unit light emitting module 3, the second emitted light L2 is emitted from the second
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。
Also in the 2nd unit light emitting module 3, it becomes high temperature with the heat | fever generate | occur | produced when the 2nd
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。
The second unit light emitting module 3 has a third wiring hole 26 penetrating the second
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。
The semiconductor
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。
Also in the third unit light emitting module 3, the third
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。
In the third unit light emitting module 4, the third wiring pattern 32 is connected to the third interlayer wiring 27 provided on the second
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。
In the third unit light emitting module 4, the second optical substrate 29 has substantially the same outer dimensions as the first
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。
Also in the third unit light emitting module 4, the second AR coating layer 35 is provided on the bottom surface of the second optical substrate 29 that faces at least the surface of the second
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。
The third unit light emitting module 4 also has a third
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。
Also in the third unit light emitting module 4, the third
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。
The third unit light emitting module 4 is connected by stacking the third
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。
In the third unit light emitting module 4, a second
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。
In the third unit light emitting module 4 configured as described above, with respect to the second optical substrate 29, the first unit
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。
In the third unit light emitting module 4, the third emitted light L3 is emitted from the third
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。
Also in the 3rd unit light emitting module 4, it becomes high temperature with the heat | fever generate | occur | produced when the 3rd
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。
In the semiconductor
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。
In the semiconductor
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。
In the semiconductor
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。
Needless to say, the present invention is not limited to the configuration of the semiconductor
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。
In the semiconductor
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。
In the semiconductor
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。
Further, in the semiconductor
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。
The semiconductor
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。
Also in the semiconductor
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。
Also in the semiconductor
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。
Also in the semiconductor
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。
In the semiconductor
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light-emitting device, 2 1st unit light emitting module, 3nd 2nd unit light emitting module, 4 unit light emitting module, 5 base heat sink board, 6 wiring board, 7 1st light emitting diode, 8 1st heat sink board, 9 light emitting diode accommodation space , 10 first wiring pattern, 11 first sealing resin layer, 12 reflective layer, 13 first wiring hole, 14 first interlayer wiring, 15 second light emitting diode, 16 first optical substrate, 17 second heat dissipation substrate, 18 1st light guide space part, 19 2nd wiring pattern, 20 2nd wiring hole, 21 2nd interlayer wiring, 22 1st AR coat layer, 23 2nd sealing resin layer, 24 1st heat conductor, 25 1st Filling resin layer, 26 3rd wiring hole, 27 3rd interlayer wiring, 28 3rd light emitting diode, 29 2nd optical board, 30 3rd heat dissipation board, 31 2nd light guide space part, 32 3rd wiring pattern , 33 4th wiring hole, 34 4th interlayer wiring, 35 2nd AR coating layer, 36 3rd sealing resin layer, 37 2nd heat conductor, 38 2nd filling resin layer, 40 semiconductor light emitting device, 41 1st Unit light emitting module, 42 2nd unit light emitting module, 43 3rd unit light emitting module, 44 1st light emitting layer, 45 2nd light emitting layer, 46 3rd light emitting layer
Claims (7)
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。 A light emitting diode that emits light of a predetermined wavelength is mounted on an optical substrate having transmission characteristics and heat conduction characteristics of the predetermined wavelength light, and the light emitting diode is disposed on the optical substrate to guide the light guide space. A plurality of unit light emitting modules are configured by laminating the heat dissipation board that constitutes
Each of the unit light emitting modules is laminated by optically communicating the light guide space portions of the respective heat dissipation substrates with each other, and the emitted light from the lower layer side is guided through the optical substrate to the upper layer side. A semiconductor light emitting device characterized in that it is emitted and laminated.
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。 The first layer unit light emitting module is constituted by the first unit light emitting module arranged in the light emitting diode housing space provided on the first heat dissipation substrate,
The first unit light emitting module is mounted on the base heat dissipation board, and the light emitting diode housing space and the light guide space are optically communicated on the first heat dissipation board to stack a plurality of the unit light emitting modules. 3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the bodies are stacked.
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。 A light emitting diode having a plurality of light emitting layers that emit light having a predetermined wavelength is used,
A first unit light emitting module configured to form the first layer by disposing the first light emitting layer of the light emitting diode in the light emitting diode housing space of the first heat dissipation substrate;
Each upper layer light emitting layer of the light emitting diode is disposed on an optical substrate having transmission characteristics and heat conduction characteristics of the emitted light, and has a light guide space portion in which each light emitting layer is disposed on each optical substrate. It is composed of a plurality of upper unit light emitting modules formed by stacking heat dissipation substrates,
From the light emitting layer on the lower layer side, the upper unit light emitting module sequentially stacks the light guide space portion in optical communication with the light emitting diode housing space portion with respect to the first unit light emitting module. A semiconductor light emitting device characterized in that emitted light that is emitted is guided to an upper layer side and emitted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101135579B1 (en) | 2009-12-08 | 2012-04-17 | 한국광기술원 | Stacking Type LED and Its Manufacturing Method |
DE102011087887A1 (en) * | 2011-12-07 | 2013-06-13 | Osram Gmbh | LEDS ARRANGEMENT |
-
2006
- 2006-07-21 JP JP2006199874A patent/JP2008028196A/en not_active Withdrawn
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DE102011087887A1 (en) * | 2011-12-07 | 2013-06-13 | Osram Gmbh | LEDS ARRANGEMENT |
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