ホーム > 特許ランキング > スタンレー電気株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-14
(45)【発行日】2024-11-22
(54)【発明の名称】半導体発光装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/54 20100101AFI20241115BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20241115BHJP
【ＦＩ】
H01L33/54
H01L33/58
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021070004
(22)【出願日】2021-04-16
(65)【公開番号】P2022164486
(43)【公開日】2022-10-27
【審査請求日】2024-03-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】湯浅 真擁
【審査官】村井 友和
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０３６６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２０４３９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２３１１９９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／４８－３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板面が平坦な平面基板と、前記基板面上に実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を埋設し、前記半導体発光素子の出射光を集光する樹脂からなるレンズと、を有し、
前記基板面上には、前記半導体発光素子を囲む金属環体と、前記金属環体の中心に関して回転対称の位置で前記金属環体の内側に配された複数の規制孔とが設けられ、
前記レンズの底部は前記金属環体と前記複数の規制孔によって画定され、
前記レンズの胴部は前記複数の規制孔の位置から前記レンズの頂部の方向に延在する複数の谷部を有し、
前記レンズの前記頂部は、前記基板面に垂直で金属環体の中心を通る軸を長軸とする回転楕円面の表面を有する、半導体発光装置。
【請求項2】
前記金属環体は、円環状の本体部と、前記本体部の中心に関して回転対称の位置において前記本体部から外側に突き出るように前記本体部に接続された複数の突出部とを有し、前記複数の規制孔は前記複数の突出部の内側に設けられている、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項3】
前記複数の規制孔は円柱形状を有する、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項4】
前記平面基板は、低温焼成積層セラミックス基板である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項5】
前記レンズは、ナノシリカを含有したシリコーン樹脂である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光装置に関し、特に樹脂レンズを備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体発光素子にレンズが設けられた半導体発光装置が広く実用化されている。例えば、センサ用の赤外光源、オートフォーカスなどに用いられるカメラ用光源、車両用のエクステリア光源、又は前照灯用の光源などが知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、基板の凹部に形成された反射面と、発光素子及び基板の上方を封止する凸状レンズによって照射対象を明るく均等に照らす平行光を多く出射させる発光装置について開示されている。
【0004】
また、特許文献２には、ドーム型の樹脂レンズ体と樹脂レンズ体の周囲を覆う保護壁を設けた光学装置について開示されている。特許文献３には、光半導体素子を封止する凸レンズ形状の封止樹脂が設けられた光半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００７－８１０６３号公報
【文献】特開２００６－２６９７７８号公報
【文献】特開２００１－１９６６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、樹脂の注入によりレンズを成形する場合では、狭配光特性で前方放射光強度の大きな半導体発光装置を提供することは困難であった。また、成形時のずれにより、発光素子に対するレンズの位置ずれが発生し、所望の配光が得られないという問題があった。
【0007】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で指向特性に優れ、かつ前方放射光の強度が大きな半導体発光装置を提供することを目的としている。また、発光素子と光学要素との位置ずれ及び光軸ずれが抑制され、高精度の配光特性を有する半導体発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の１実施形態による半導体発光装置は、
基板面が平坦な平面基板と、
前記基板面上に実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を埋設し、前記半導体発光素子の出射光を集光する樹脂からなるレンズと、を有し、
前記基板面上には、前記半導体発光素子を囲む金属環体と、前記金属環体の中心に関して回転対称の位置で前記金属環体の内側に配された複数の規制孔とが設けられ、
前記レンズの底部は前記金属環体と前記複数の規制孔によって画定され、
前記レンズの胴部は前記複数の規制孔の位置から前記レンズの頂部の方向に延在する複数の谷部を有し、
前記レンズの前記頂部は、前記基板面に垂直で金属環体の中心を通る軸を長軸とする回転楕円面の表面を有している。
基板面が平坦な平面基板と、
前記基板面上に実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を埋設し、前記半導体発光素子の出射光を集光する樹脂からなるレンズと、を有し、
前記基板面上には、前記半導体発光素子を囲む金属環体と、前記金属環体の中心に関して回転対称の位置で前記金属環体の内側に配された複数の規制孔とが設けられ、
前記レンズの底部は前記金属環体と前記複数の規制孔によって画定され、
前記レンズの胴部は前記複数の規制孔の位置から前記レンズの頂部の方向に延在する複数の谷部を有し、
前記レンズの前記頂部は、前記基板面に垂直で金属環体の中心を通る軸を長軸とする回転楕円面の表面を有している。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１の実施形態による半導体発光装置の斜視図であり、内部構造を透視した透視図である。
【図2A】第１の実施形態による半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す上面図である。
【図2C】半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。
【図2D】金属環体１２の本体部１２Ａ及び突出部１２Ｂ、及びホール１１Ｈの部分を拡大して示す上面図である。
【図3A】半導体発光装置１０、特にレンズ２０の外観を模式的に示す斜視図である。
【図3B】半導体発光装置１０を基板１１に垂直な方向から撮影した写真である。
【図4A】金属環体１２の本体部１２Ａの内側縁部１２Ａ１とレンズ胴部２０Ａとの接触部を拡大して示す断面図である。
【図4B】ホール１１Ｈの内側縁部１１Ｈ１とレンズ２０の谷部２０Ｂとの接触部を拡大して示す断面図である。
【図5A】第１の実施形態の方法により製造されたレンズ２０の断面を示す写真である。
【図5B】半導体発光素子１５の中心Ｏから出射される光線の軌跡及び出射角を示す図である。
【図5C】出射面（レンズ面２０Ｓ）を基準とした入射角（θｉｎ）及び出射角（θｏｕｔ）を示す表である。
【図5D】比較例である球面レンズの光線の軌跡及び指向特性を示す図である。
【図6A】半導体発光素子１５の端部から出射される光線軌跡及び出射角を示す図である。
【図6B】レンズ胴部２０Ａ及び半導体発光素子１５の配置関係を示す上面図である。
【図7A】試料１の指向特性を示すグラフである。
【図7B】試料２の指向特性を示すグラフである。
【図7C】試料３の指向特性を示すグラフである。
【図7D】試料４の指向特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
【0012】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の斜視図であり、内部構造を透視した透視図である。また、図２Ａは、半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す上面図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。図２Ｃは、半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の斜視図であり、内部構造を透視した透視図である。また、図２Ａは、半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す上面図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。図２Ｃは、半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。
【0013】
図１に示すように、半導体発光装置１０は、基板１１と、基板１１の基板面１１Ｓ上に設けられた金属環体１２と、金属環体１２の内側縁部上に設けられたレンズ２０を有している。基板面１１Ｓ（発光素子載置面）上には半導体発光素子１５が実装されている。半導体発光素子１５は、レンズ２０の内部に埋設されている。
【0014】
（基板及び電極）
図２Ａは、基板１１に垂直方向から見たとき（上面視）、半導体発光装置１０の内部構造を示している。なお、レンズ２０は示されていない。基板１１の基板面１１Ｓ（上面）がｘｙ平面に平行であり、基板１１の側面がｘ方向及びｙ方向に平行であるとして示している。
図２Ａは、基板１１に垂直方向から見たとき（上面視）、半導体発光装置１０の内部構造を示している。なお、レンズ２０は示されていない。基板１１の基板面１１Ｓ（上面）がｘｙ平面に平行であり、基板１１の側面がｘ方向及びｙ方向に平行であるとして示している。
【0015】
図１及び図２Ａに示すように、基板１１は基板面１１Ｓが平坦な平板状の基板である。本実施形態では、基板１１は平行平板状の基板として構成されている。また、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、基板１１上には、基板面１１Ｓに固着された枠縁金属層である金属環体１２が設けられている。
【0016】
基板１１は、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる低温焼成積層セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）基板であり、上層基板１１Ａ及び下層基板１１Ｂが積層されて形成されている。なお、基板１１は、セラミックス基板に限らない。ガラスエポキシ基板などのプリント配線基板が用いられてもよい。
【0017】
また、基板１１上には、半導体発光装置１０内の配線電極である第１配線電極（例えば、アノード電極）１４Ａ及び第２配線電極（例えば、カソード電極）１４Ｂが備えられている（以下、特に区別しない場合には、配線電極１４と称する。）が設けられている。
【0018】
図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、基板１１の裏面には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂにそれぞれ接続された第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂ（以下、特に区別しない場合には、実装電極１７と称する。）が設けられている。
【0019】
具体的には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂの各々は、金属ビア１８Ａ、１８Ｂ（以下、特に区別しない場合には、金属ビア１８と称する。）及び上層基板１１Ａと下層１１Ｂの間に設けられた内部配線（図示せず）を介してそれぞれ第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂに接続されている。
【0020】
配線電極１４、実装電極１７は、例えば、銅／ニッケル／金（Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）である。また、金属ビア１８は、銅（Ｃｕ）である。実装電極１４、１７及び金属ビア１８の銅部分は、銅合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金、銀（Ａｇ）、銀合金とすることもできる。なお、基板１１の基材に応じて適宜選択すればよい。
【0021】
半導体発光素子１５は、配線電極１４に接続され、実装電極１７に通電することによって出射光ＬＥが外部に放射される。
【0022】
（半導体発光素子）
本実施形態において、半導体発光素子１５は、発光波長が９３５～９５５ｎｍ程度の赤外光を放射するアルミニウムガリウム燐（ＡｌＧａＰ）系のＬＥＤ（発光ダイオード）である。しかしながら、これに限定されず、可視光、紫外光を放射する半導体発光素子であってもよい。
本実施形態において、半導体発光素子１５は、発光波長が９３５～９５５ｎｍ程度の赤外光を放射するアルミニウムガリウム燐（ＡｌＧａＰ）系のＬＥＤ（発光ダイオード）である。しかしながら、これに限定されず、可視光、紫外光を放射する半導体発光素子であってもよい。
【0023】
また、半導体発光素子１５上に蛍光体プレートが載置されていてもよい。この場合においても、半導体発光素子１５からの放射光と同様に蛍光体プレートからの放射光はランバーシアン配光を有する。
【0024】
（金属環体１２及びホール１１Ｈ）
金属環体１２は、基板１１に垂直方向から見たとき（上面視）、円環形状を有している。より詳細には、金属環体１２は円環形状の本体部１２Ａと、本体部１２Ａの中心Ｏに関して４５°回転対称の位置（すなわち正八角形の頂点位置）において本体部１２Ａから外側に突き出るように本体部１２Ａに接続された半円環状の金属層である突出部１２Ｂとを有している。金属環体１２の本体部１２Ａ及び突出部１２Ｂは、連続的に接続されている。
金属環体１２は、基板１１に垂直方向から見たとき（上面視）、円環形状を有している。より詳細には、金属環体１２は円環形状の本体部１２Ａと、本体部１２Ａの中心Ｏに関して４５°回転対称の位置（すなわち正八角形の頂点位置）において本体部１２Ａから外側に突き出るように本体部１２Ａに接続された半円環状の金属層である突出部１２Ｂとを有している。金属環体１２の本体部１２Ａ及び突出部１２Ｂは、連続的に接続されている。
【0025】
突出部１２Ｂの内側には、基板１１の凹部である円形状のホール１１Ｈが設けられている。ホール１１Ｈは、４５°回転対称の位置に設けられている場合に限らず、正ｎ角形（ｎは整数）の頂点位置に配されていればよい。なお、頂点の数ｎ（ホール１１Ｈの数ｎ）はレンズ２０の高さを高くできる５～１８角形が好ましい。好適には８～１２角形がよい。角数が５より小さいとレンズ２０の形状が歪になり、レンズ上面視における配向が乱れる。また、角数が１８より多いとレンズが上面視において略円形になり、レンズ２０の高さを高くできなくなるからである。
【0026】
図２Ｄは、金属環体１２の本体部１２Ａ及び突出部１２Ｂ、及び基板１１のホール１１Ｈの部分を拡大して示す上面図である。
【0027】
ホール１１Ｈは、円柱形状の凹部として基板１１に設けられ、また金属環体１２の突出部１２Ｂの内側に設けられている。また、複数の突出部１２Ｂに設けられたホール１１Ｈは、同一形状及びサイズを有する。
【0028】
より詳細には、ホール１１Ｈは、円環状の突出部１２Ｂの基板内側縁部（以下、単に内側縁部という。）１２Ｂ１よりも小さな直径を有し、内側縁部１２Ｂ１から離間して設けられている。ホール１１Ｈの表面は滑らかであることが好ましい。
【0029】
ホール１１Ｈは、後述するように、レンズ形成時におけるレンズ樹脂の規制孔として機能し、レンズ２０の形状を画定するように機能する。ホール１１Ｈの位置及び大きさはレンズ２０の形状、すなわち所望の配光特性に応じて適宜定めることができる。
【0030】
なお、金属環体１２の本体部１２Ａの内側縁部１２Ａ１は円形状を有し、当該円をＣＩ（図中、破線）とすると、少なくともホール１１Ｈの中心１１Ｃが円ＣＩ上または半径外側方向に位置するように配されていることが好ましい。ホール１１Ｈの中心１１Ｃが円ＣＩの半径内側方向に位置すると、突出部１２Ｂの内側縁１２Ｂ１とホール１１Ｈの外側縁部１１Ｈ２の間にレンズ樹脂が流入してホール１１Ｈでレンズ２０を規制できなくなることがある。
【0031】
また、複数のホール１１Ｈの内側縁１１Ｈ１に接するホール内接円ＣＪ（図中、一点鎖線）の半径が、円ＣＩの半径の０．９倍以上、１．０倍未満であることが好ましい。本実施形態においては０．９４倍としている。なお、ホール内接円ＣＪの半径が小さ過ぎるとレンズ樹脂がホール１１Ｈに流入し、ホール１１Ｈでレンズ樹脂を規制できなくなるからである。
【0032】
なお、金属環体１２の円環状の本体部１２Ａはその内側縁部１２Ａ１が円形状を有していればよい。また、ホール１１Ｈの内側縁部１１Ｈ１は円形状に限定されないが、円形状又は楕円形状を有していることが好ましい。また、金属環体１２の突出部１２Ｂの形状は円環状に限定されないが、円形状又は楕円形状を有していることが好ましい。
【0033】
なお、基板１１にＬＴＣＣなどの積層基板が用いられる場合、最上層（本実施形態の場合、上層基板１１Ａ）に貫通孔を開けてホール１１Ｈとし、下層の基板層と積層されていても良い。
【0034】
【0035】
レンズ２０は、レンズ２０の本体部であるレンズ胴部２０Ａを有し、レンズ胴部２０Ａは規制孔であるホール１１Ｈの位置からレンズ２０の先端に向けて延在する谷部２０Ｂを有している。谷部２０Ｂは、レンズ２０の先端に向けてレンズ表面からの深さ及び幅が減じ、レンズ胴部２０Ａの途中で消滅している。
【0036】
より詳細には、レンズ２０は、樹脂のポッティングにより形成されるが、金属環体１２の本体部１２Ａの内側縁部１２Ａ１によってレンズ樹脂が規制されてレンズ胴部２０Ａが形成されている。また、ホール１１Ｈの内側縁部１１Ｈ１によってレンズ樹脂が規制されて谷部２０Ｂが形成されている。
【0037】
【0038】
図４Ａは、金属環体１２の本体部１２Ａの内側縁部１２Ａ１とレンズ胴部２０Ａとの接触部を拡大して示す断面図である。当該接触部においてレンズ樹脂が金属環体１２の本体部１２Ａの内側縁部１２Ａ１によって規制されるとともに金属環体１２の本体部１２Ａに覆い被さるように膨らみ、レンズ胴部２０Ａは接触部において基板１１の表面に対して鋭角θ１（０＜θ１＜９０°）をなすように形成されている。
【0039】
また、図４Ｂは、ホール１１Ｈの内側縁部１１Ｈ１とレンズ２０の谷部２０Ｂとの接触部を拡大して示す断面図である。当該接触部においてレンズ樹脂がホール１１Ｈの内側縁部１１Ｈ１によって規制され、レンズの谷部２０Ｂは接触部において基板１１の表面に対して鋭角θ２（０＜θ２＜９０°）をなすように膨らんで形成されている。
【0040】
また、レンズ樹脂の容積（Ｖｌｅｎｓ）は、金属環体１２の本体部１２Ａの内側縁部１２Ａ１で画定される円ＣＩを底面とする半球の容積（Ｖｃｉ）より大きく、Ｖｃｉの１．９倍以下が好ましい。本実施形態では、ＶｌｅｎｓをＶｃｉの１．３４倍としている。なお、ＶｌｅｎｓがＶｃｉ以下では、レンズ２０のレンズ面２０Ｓが回転楕円面（非球面）とならず、またＶｌｅｎｓがＶｃｉの１．９以上ではホール１１Ｈがレンズ樹脂で埋設されるからである。なお、高い指向特性を得るにはＶｌｅｎｓをＶｃｉの１．３倍以上とすることが好適である。
【0041】
ホール１１Ｈを設けることによって、レンズ樹脂が湾曲（褶曲）することにより、レンズ２０に谷部２０Ｂが形成され、レンズ２０の高さを高く保つことができ、またレンズ胴部を円柱状に近い形状にすることができる。従って、半導体発光素子１５からの高さが高く前方部が楕円体形状のレンズを形成することができるので、狭角配光特性を有し、前方光強度が大きな半導体発光装置１０を形成することができる。
【0042】
（レンズ２０の製造方法）
まず、半導体発光素子１５が実装された基板１１を準備した。基板１１の基板面１１Ｓ上に、半導体発光素子１５を囲む金属環体１２及び円形状のホール１１Ｈを形成した。
まず、半導体発光素子１５が実装された基板１１を準備した。基板１１の基板面１１Ｓ上に、半導体発光素子１５を囲む金属環体１２及び円形状のホール１１Ｈを形成した。
【0043】
次に、基板１１上から金属環体１２の内側に封止レンズ２０となる樹脂（レンズ樹脂）をポッティングする。レンズ樹脂として、ナノシリカを０．２ｗｔ％含有した粘度が６３Ｐａ・ｓのメチル系シリコーン樹脂を用いた。レンズ樹脂はメチル系以外にフェニル系でもよく、また混合して用いるもともできる。なお、紫外光に暴露される環境、また紫外光および青色光を放射する発光素子１５を用いる場合はメチル系シリコーン樹脂などの飽和アルキル系のシリコーン樹脂が好ましい。
【0044】
ポッティングは、樹脂供給ノズルからゆっくりとレンズ樹脂を供給しつつ、同時にノズルを上昇した。例えば、樹脂の供給量は０．０１２mｌ／secであり、ノズルの上昇速度は１．１ｍｍ／secであった。
【0045】
ポッティング後、静置して基板に樹脂をなじませた。次に、例えば、１５０℃で１５分ないし３０分加熱して、レンズ樹脂を硬化した。以上によって、回転楕円面を備えたレンズ２０が完成した。
【0046】
本発明においては、金属環体１２と基板１１に設けたホール１１Ｈによって、ポッティング後からレンズ樹脂は湾曲（褶曲）するので、ポッティング後の静置また樹脂硬化の工程においてもレンズ２０の高さを高く保つことができ、半導体発光素子１５からの高さが高く前方部（レンズ面２０Ｓ）が回転楕円面（非球面）のレンズ２０を形成することができる。
【0047】
特に、ホール１１Ｈの内側面が基板面１１Ｓに対して略９０°となっていることで、ホール内側縁部１１Ｈ１においてレンズ樹脂がホール１１Ｈに流入することを防止でき、レンズ２０に谷部２０Ｂを形成することができる。
【0048】
また、静置また樹脂硬化中にセルフアライメントされてレンズ２０が形成されるので、半導体発光素子１５とレンズ２０との位置ずれ及び光軸ずれが極めて小さく抑制され、高精度の配光特性の半導体発光装置１０が得られる。
【0049】
また、レンズ樹脂に、所定値以上の粘度（又はチクソ性）を有する樹脂を用いることにより、ポッティング後、硬化までの間の形状維持が容易になる。しかしながら、樹脂の粘度を上げ過ぎると半導体発光素子１５及び基板１１の上面との密着性、及びセルフアライメント性が損なわれる場合があるので、過剰な増粘は好ましくない。言い換えれば、レンズ樹種を過剰に増粘することなく、光軸ズレのない、また半導体発光素子１５からの高さが高く前方部が回転楕円面のレンズ２０の形成を可能にする。また同時に、半導体発光素子１５をレンズ樹脂で封止することができる優れたレンズ形成方法である。
【0050】
（出射光の光線軌跡）
図５Ａは、本実施形態の方法により製造されたレンズ２０の断面を示す写真である。回転楕円面であるレンズ胴部２０Ａの表面（レンズ面２０Ｓ）及びレンズ面２０Ｓにフィッティングされたフィッティング楕円面２０Ｆが示されている。また、楕円フィッティング境界線ＦＢを示しているが、楕円フィッティング境界線ＦＢはレンズ２０の全高の約７０％である。
図５Ａは、本実施形態の方法により製造されたレンズ２０の断面を示す写真である。回転楕円面であるレンズ胴部２０Ａの表面（レンズ面２０Ｓ）及びレンズ面２０Ｓにフィッティングされたフィッティング楕円面２０Ｆが示されている。また、楕円フィッティング境界線ＦＢを示しているが、楕円フィッティング境界線ＦＢはレンズ２０の全高の約７０％である。
【0051】
楕円フィッティング境界線ＦＢよりも上方のレンズ２０の頂部部分（以下、頂部２０Ｔと称する）は回転楕円面に極めて良くフィッティングしている。なお、当該楕円の扁平率は約０．３５であった。すなわち、レンズ２０の頂部２０Ｔは、基板面１１Ｓに垂直で金属環体１２の中心Ｏを通る軸ＣＸを長軸とする回転楕円面の表面を有する。詳細は後述するが、楕円フィッティング境界線ＦＢは５０％以上、且つ扁平率が０．４以上において央部の光強度が比較的フラットでトップハット状の指向特性が得られる。
【0052】
図５Ｂは、半導体発光素子１５の中心Ｏから出射される光線の軌跡及び出射角を示している。図５Ｂには、出射面（レンズ面２０Ｓ）を基準とした入射角（θｉｎ）及び出射角（θｏｕｔ）と、極座標θr（レンズ２０の光軸が０°）を基準とした出射角が示されている。なお、図中において、入射角（θｉｎ）及び出射角（θｏｕｔ）については括弧内の数値として示す。また、図５Ｃは、出射面（レンズ面２０Ｓ）を基準とした入射角（θｉｎ）及び出射角（θｏｕｔ）を示す表である。
【0053】
図５Ｂ及び図５Ｃを参照すると、例えば、半導体発光素子１５の中心Ｏから極座標基準でそれぞれ１５°，３０°，４５°で出射した光（図中、実線）について、レンズ面２０Ｓへの入射角（θｉｎ）はそれぞれ１５°，１９°，１４°であり、出射角（θｏｕｔ）はそれぞれ２２°，２８°，２０°である。そして、これらの出射光の極座標基準でのレンズ面２０からの出射角はそれぞれ１０°，２１°，２９°である。
【0054】
従って、半導体発光素子１５の中心Ｏからの出射光は、回転楕円面であるレンズ２０の頂部２０Ｔによってレンズ２０の光軸ＣＸの方向に集光されることが分かる。具体的には、半導体発光素子１５の中心Ｏから－３０°～＋３０°の角度で出射された光は±２１°以内の角度（極座標基準）で集光されることが理解される。
【0055】
なお、図５Ｄは、球面レンズの場合を示す比較例であり、光線の軌跡及び指向特性を示す図である。本実施形態の場合では、レンズから放出される光束は光軸方向に集光され、レンズ前方方向に強く、横方向に弱い、後述するトップハット状の指向特性が得られる。一方、球面レンズＳＬの場合では、レンズ面がＬＥＤの放射光束に対して略直角なので、ＬＥＤの指向特性が反映される。
【0056】
【0057】
半導体発光素子１５は、上面視において正方形状を有し、その中心はレンズ胴部２０Ａの中心Ｏに一致している。図６Ａは、半導体発光素子１５の対角線上の端部ＥＰ（中心からＲＬの位置）から出射される光線の軌跡を示している。なお、半導体発光素子１５の対角線の長さ（２×ＲＬ）はレンズ胴部２０Ａの直径（２×ＲＣ）の約１／３である。
【0058】
具体的には、半導体発光素子１５の端部ＥＰからそれぞれ－４５°，－３０°，－１５°，０°，１５°，３０°，４５°で出射される光線の軌跡を示している。半導体発光素子１５の端部ＥＰからの出射光は、回転楕円面であるレンズ２０の頂部２０Ｔによってレンズ２０の光軸ＣＸの方向に集光されることが分かる。具体的には、半導体発光素子１５の端部ＥＰから－１５°～＋３０°の角度で出射された光は±２０°以内の角度で集光されることが理解される。
【0059】
従って、レンズ２０に対して実体サイズのある光源に対しても十分良好な指向特性を持たせられる。素子サイズが大きすぎると、出射光の一部がレンズ内に閉じ込められ、出力低下を招くので、素子の対角線の長さを素子サイズとしたとき、素子サイズはレンズ２０の基部（底部）の直径の１／３以内が好ましい。
【0060】
（指向特性）
図７Ａ～７Ｄは、上記したポッティングにおけるレンズ樹脂（シリコーン樹脂等）の粘度及び樹脂を供給するノズルの上昇速度を変化させたときの半導体発光装置の指向特性を示すグラフである。
図７Ａ～７Ｄは、上記したポッティングにおけるレンズ樹脂（シリコーン樹脂等）の粘度及び樹脂を供給するノズルの上昇速度を変化させたときの半導体発光装置の指向特性を示すグラフである。
【0061】
図７Ａは、前述の製造方法で示した樹脂粘度を６３Ｐａ・ｓ、ノズル上昇速度を１．１ｍｍ／secで作成した試料１の指向特性である。図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄは、試料１の樹脂粘度とノズル上昇速度を基準に［基準粘度、高速］とした試料２、［低粘度、基準速度］とした試料３、［低粘度、高速］とした試料４の各指向特性を示している。なお、横軸は角度（Scanning Angle(deg)），縦軸はノーマライズした光強度で示している。また、試料１～試料４のポッティング樹脂容積（Ｖｌｅｎｓ）は同じとしている。
【0062】
図７Ａ及び図７Ｂに示す場合では、±３０°以内で光強度が急峻に立ち上がり、中央部では光強度が比較的フラットな、いわゆるトップハット状の指向特性が得られている。図７Ｃ及び図７Ｄに示す場合では、光強度の立ち上がりは緩く、また中央部で光強度がピークを有する放物線形状の指向特性となっている。従って、基準粘度の樹脂を用いれば、ノズルの上昇速度に若干の差異があっても良好な回転楕円体形状のレンズでトップハット状の指向特性を得ることができる。また、樹脂粘度を基準値より低粘度とすれば、指向特性を弱めることができる。
【0063】
また、試料１と試料２の楕円フィッティング境界線ＦＢはレンズ２０の全高の約７０％前後と高く、フィッティングする楕円の扁平率は大きい（非球面）。対して、試料３と試料４の楕円フィッティング境界線ＦＢはレンズ２０の全高の４０％～５０％と低く、フィッティングする楕円の扁平率も小さい（球面に近い）。すなわち、本実施形態の方法によれば、レンズ樹脂の粘度を所定値とすることでレンズ面２０Ｓの形状を回転楕円面（非球面）化でき、指向特性における中央部の光強度が強くトップハット状の指向特性とすることができる。
【0064】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の半導体発光装置及びその製造方法によれば、簡単な構造で指向特性に優れ、かつ前方放射光の強度が大きな半導体発光装置及びその製造方法を提供することができる。また、発光素子と光学要素との位置ずれ及び光軸ずれが抑制され、高精度の配光特性を有する半導体発光装置及びその製造方法を提供することができる
【符号の説明】
【0065】
１０：半導体発光装置、１１：基板、１１Ａ：上層基板、１１Ｂ：下層基板、１１Ｈ：規制孔、１１Ｓ：基板面、１２：金属環体、１２Ａ：金属環体の本体部、１２Ｂ：金属環体の突出部、１４：配線電極、１５：半導体発光素子、１７：実装電極、２０：レンズ、２０Ａ：レンズ胴部、２０Ｂ：谷部
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】