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CN1822365A - 具有用于控制配光特性透镜的发光装置 - Google Patents

具有用于控制配光特性透镜的发光装置 Download PDF

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CN1822365A
CN1822365A CNA2006100041539A CN200610004153A CN1822365A CN 1822365 A CN1822365 A CN 1822365A CN A2006100041539 A CNA2006100041539 A CN A2006100041539A CN 200610004153 A CN200610004153 A CN 200610004153A CN 1822365 A CN1822365 A CN 1822365A
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Abstract

本发明涉及一种发光装置,其具有基板(2)、形成于基板(2)上的正电极(6)及负电极(4)、连接在正电极(6)及负电极(4)上的发光二极管(8)、覆盖发光二极管(8)的透明层(12及14)、至少吸收来自发光二极管(8)的一部分光并转换成长波长光的荧光体(16)、改变来自发光二极管(8)及/或者荧光体(16)的光的配光方向的透镜。树脂(12及14)包含荧光体(16),且成形为构成大致呈半圆柱状透镜的形状,树脂(12及14)中的荧光体(16),与构成透镜部分的表面邻近相比更高密度地分布在发光二极管(8)的表面邻近。

Description

具有用于控制配光特性透镜的发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置,通过发光二极管和荧光体的组合可发出多种颜色的光,尤其涉及一种具有用于控制配光特性透镜的发光装置。
背景技术
近几年,开发出采用氮化物半导体的蓝色发光二极管之后,通过该发光二极管与吸收从该发光二极管输出的一部分光并输出不同波长光的荧光体的组合,可以制作具有多种发光色的发光装置。尤其是如果发光二极管是蓝色发光二极管,且荧光体吸收蓝色发光二极管的一部分光并转换为蓝色光的补色,就能得到发出白色光的发光二极管。
这些发光装置,有炮弹型和表面装配型等多种形式。
炮弹型的情况,一般在正及负电导电极一侧的前端形成杯,在其杯中装配发光二极管,并且填充散布荧光体的树脂。并且,形成覆盖其周围整体的透镜状前端的炮弹型注塑树脂(日本特开平7-99345号公报等)。
还有,表面装配型,在形成正及负电极的基板上设置凹状收纳部,在其收纳部中装配发光二极管,并且填充散布荧光体的树脂(日本特开2002-319711号公报)。
尤其是通过蓝色发光二极管和荧光体的组合发出白色光时,白色的色调取决于蓝色发光二极管的发光强度和荧光体的发光强度的平衡。然而,发光装置内散布到树脂中的荧光体,很难控制为一定量,且因荧光体量之间的不均匀所产生的色调不均匀也成为问题。为此,日本特开2001-177158号公报中,公开了通过研磨包含荧光体的树脂层来调整荧光体的量、补正色调不均匀的技术,而在日本特开2004-186488号公报中,公开了通过调整不包含荧光体部分的树脂层厚度来补正色调不均匀的技术。
这种组合发光二极管与荧光体之类的发光装置,经常会出现随观察方向产生不同色调的色差问题。此色差是因沿着观察方向来自发光二极管的光通过路径上,存在不同的荧光体量所致。因此,为抑制随观察方向而产生的色差,最好在发光二极管的邻近分布荧光体。为此,历来是采取了以凹状杯围住发光二极管的周围,仅在其杯内填充散布荧光体的树脂之后,以透镜状成形的封装树脂层覆盖整体的方法(日本特开平10-242513号公报等),以及仅在发光二极管周围滴入散布荧光体的树脂并使之硬化后,以透镜状成形的封装树脂层覆盖整体的方法(日本特开2000-315824号公报等)。
此外,采用发光二极管的发光装置,通过在透明封装树脂层上形成透镜,以此控制发光装置的配光特性。要在透光封装树脂层上形成透镜,可采用如下方法。
(1)以树脂成形法将封装树脂层成形为透镜状。
(2)以平板状形成封装树脂层后,经机器加工成形为透镜状。
(3)将另已成形的透镜,粘贴在封装树脂层表面上。
(4)采用铸造模具的方法。
其中,树脂成形封装树脂层后形成透镜状的方法,由于简易且优于批量生产,所以得到广泛应用。作为树脂成形的方法,一般采用广泛应用于半导体芯片封装树脂层中的传递模塑法(transfer molded)(如日本特开2000-196000号公报、日本特开2001-352105号公报)。
近几年,特别是在表面装配型的一种侧视图型发光装置中,追求更为薄型的发光装置。所谓侧视图型是指,薄型且从侧面发光的发光装置。侧视图型,大多是从装配面邻接的侧面发光。此外,表面装配型的发光装置,追求将构成发光面的树脂层加工成具有良好配光特性的透镜。可是,现有的表面装配型发光装置,如果在发光面上形成透镜,就会出现发光装置大型化、制造工序复杂化的问题。而且,如日本特开2001-177158号公报和日本特开2004-186488号等公报中的记载,若用研磨构成发光面的树脂层来补正色调的不均匀,就会产生形成于发光面的透镜变形,改变配光特性的问题。
发明内容
本发明的发光装置,是在构成发光面的树脂层上形成透镜的发光装置,其目的在于提供薄型的、配光特性良好且容易制造的发光装置。
基于本发明的第一侧面的发光装置,是具有基板、形成于上述基板上的正电极及负电极、连接在上述正电极及负电极上的发光二极管、覆盖上述发光二极管的透明层、至少吸收来自上述发光二极管的一部分光并转换为长波长光的荧光体、改变来自上述发光二极管及/或者上述荧光体的光的配光方向的透镜的发光元件,其中:
上述树脂层,含有上述荧光体,且成形为构成大致呈半圆柱状的透镜;
上述树脂层中的荧光体,与形成上述透镜部分的表面邻近相比更高密度地分布在上述发光二极管的表面邻近。
基于本发明的第二侧面的发光装置,其为至少有两层树脂层。即,具有基板、形成于上述基板上的正及负电极、连接在上述正及负电极上的发光二极管、覆盖上述发光二极管的透明层、散布在上述透明层内的荧光体,并且可通过上述发光二极管的射出光对散布在上述透明层内的荧光体进行激励发光,从而发射出与来自上述发光二极管的光不同颜色光的发光装置,其中:
上述透明层,覆盖上述发光二极管,且具有含上述荧光体的第一透明层与形成于上述第一透明层上的第二透明层;
上述第二透明层,加工成使其上面形成透镜的曲面状;
在上述发光装置相互对置的一组侧面中,上述第一透明层及上述第二透明层被截断成大致呈同一平面,并露出上述第一透明层。
本发明的第三侧面的发光装置,是具有基板、形成于上述基板上的正电极及负电极、连接在上述正电极及负电极上的发光二极管、覆盖上述发光二极管的封装树脂层、至少吸收来自上述发光二极管的一部分光并转换为长波长光的荧光体、改变来自上述发光二极管及/或者上述荧光体的光的配光方向的透镜的发光元件,其中:上述封装树脂层,含有上述荧光体,且一体成形为构成上述透镜的形状,上述荧光体,与上述封装树脂层的表面邻近相比更高密度的分布在上述发光二极管的表面邻近。
还有,本发明所指的“透明”,是指从外部能观察到发光二极管发光的程度。
发光二极管,优选具有由氮化物半导体构成的紫外或者蓝色发光层。具有由氮化物半导体构成的发光层的发光二极管,可以高强度地发出具有高能量的短波长光。因此,通过组合荧光体,可以提供高亮度且多色调的发光装置。
尤其是如果荧光体以单独或者与来自发光二极管的光混色后可以发出白色光,就可以应用于背光灯、各种指示灯、手电筒、前大灯、照明灯等的光源。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的发光装置的立体图。
图2是表示图1所示发光装置X-X’截面的截面图。
图3是模式性地表示装配基板上装配图1所示发光装置的立体图。
图4是表示实施方式1的发光装置的另一例的截面图。
图5A是表示以流水线涂装法形成第一透明树脂层的模式图。
图5B是表示以流水线涂装法形成第一透明树脂层的俯视图。
图5C是表示以流水线涂装法形成第一透明树脂层的截面图。
图6A是表示图5C所示流水线涂装法变化的截面图。
图6B是表示图5C所示流水线涂装法其他变化的截面图。
图6C是表示图5C所示流水线涂装法另一变化的截面图。
图7A是模式性地表示形成第一透明树脂层组装结构的立体图。
图7B是模式性地表示以传递模塑成形法形成第二树脂层的截面图。
图7C是模式性地表示以传递模塑成形法形成第二树脂层的截面图。
图7D是模式性地表示切割工序的截面图。
图8A是表示实施方式2中间工序的截面图。
图8B是表示实施方式2发光装置的截面图。
图9A是表示实施方式3中间工序的截面图。
图9B是表示实施方式3发光装置的截面图。
图10是表示实施方式4发光装置的一个例子的立体图。
图11是对于图10所示发光装置X-X线的截面图。
图12是表示组装结构一个例子的立体图。
图13是表示组装结构一部分的部分扩大俯视图。
图14A是表示封装树脂层形成工序的截面图。
图14B是表示续图14A工序的截面图。
图14C是表示续图14B工序的截面图。
图14D是表示续图14C工序的截面图。
图14E是表示续图14D工序的截面图。
图14F是表示续图14E工序的截面图。
图15是表示模式性地表示装配基板上装配图10所示发光装置的立体图。
图16A是表示实施例1和比较例1的0°方向配光特性的图表。
图16B是表示实施例1和比较例1的90°方向配光特性的图表。
图17A是实施例2发光装置(样品1)的截面图。
图17B是实施例2发光装置(样品2)的截面图。
图17C是实施例2发光装置(样品3)的截面图。
图18A是表示实施例2的0°方向配光特性的图表。
图18B是表示实施例2的90°方向配光特性的图表。
图19A是表示实施例3和比较例2的0°方向配光特性的图表。
图19B是表示实施例3和比较例2的90°方向配光特性的图表。
图20A是表示对于实施例3和比较例2的0°方向的色度坐标x分布的图表。
图20B是表示对于实施例3和比较例2的90°方向的色度坐标x的分布的图表。
图21A是表示对于实施例3和比较例2的0°方向的色度坐标y的分布的图表。
图21B是表示对于实施例3和比较例2的90°方向的色度坐标y的分布的图表。
图22是以传递模塑成形法形成封装树脂层工序的截面图。
具体实施方式
实施方式1
如图1所示,本实施方式中的发光装置具有基板2、形成于基板2上的正电极6及负电极4、连接在正电极6及负电极4上的发光二极管8、覆盖发光二极管8的透明树脂层(12及14)、散布在透明树脂层12及14的荧光体16,并且可通过发光二极管的射出光8对散布在透明树脂层12及14内的荧光体进行激励发光,从而发射出与来自发光二极管8的光不同颜色的光。透明树脂层12及14,覆盖发光二极管8,且具有含荧光体16的第一透明树脂层12和形成于第一透明树脂层12上的第二透明树脂层14。第二透明树脂层14加工成使其上面形成透镜的曲面状。在发光装置1的相互对置的一组侧面中,第一透明树脂层12及第二透明树脂层14被截断成大致呈同一平面,并露出第一透明树脂层12。
封装发光二极管8的透明树脂层12及14,由第一透明树脂层12和第二透明树脂层14构成为两层,且在第一透明树脂层12里散布荧光体16,在第二透明树脂层14上形成透镜,其结果显示优良的配光特性。即,首先,在第二透明树脂层14的上面形成透镜,结果,相应于透镜的形状显示了预定的配光特性。同时,由于荧光体16散布在第一透明树脂层12中,所以能分布在与发光二极管8的就近。因此,通过荧光体16的光散乱,很难阻碍第二透明树脂层14的透镜作用,且减小随观察方向所产生的色差。
而且,在发光装置1的侧面中,第一透明树脂层12和第二透明树脂层14被截断成大致呈同一平面,且散布荧光体16的第一透明树脂层12露出在外部。因此,与以往在凹状收纳部里填充散布荧光体的树脂层的发光装置相比,其高度仅达到收纳部侧壁的厚度。
并且,邻接形成透镜发光面的侧面,由于露出了散布荧光体16的第一透明树脂层的侧面12a,几乎不影响透镜特性,且又可以补正色调。即,若用研磨第一透明树脂层12的侧面来改变散布荧光体16的透明树脂层厚度,也可改变荧光体16的量。由此,可以改变发光二极管8与荧光体16的发光强度比,所以能够进行色调的补正。另外,即使用研磨第一透明树脂层12的侧面来改变透明树脂层的厚度,也几乎未改变形成于第二透明树脂层14表面上的透镜形状。因此,既不影响透镜特性,又可补正色调。
以下,更详细地进行说明。
图1所示的发光装置,在上面平坦且大致呈长方体形状的绝缘基板2上,设规定间隔形成负电极4和正电极6。负电极4及正电极6通过通孔(未图示)与形成于绝缘基板2背面上的装配用电极(未图示)连接。在半导体面侧具有正负一对电极的发光二极管8,装配在绝缘基板2的负电极4上,发光二极管的负电极与绝缘基板上的负电极4、发光二极管的正电极与绝缘基板上的正电极6,各以电线10连接。为覆盖该发光二极管8,形成半圆柱状的第一透明树脂层12。另外,在第一透明树脂层12上,为覆盖绝缘基板2整体,形成第二透明树脂层14。此外,绝缘基板的侧面2a、第一透明树脂层12的侧面12a以及第二透明树脂层14的侧面14a被截断成大致呈同一平面,而第一透明树脂层露出在外部。
图2是表示图1所示发光装置1X-X’截面的截面图。如图2所示,荧光体散布在第一透明树脂层12中。荧光体16被来自发光二极管8的光所激励,并且转换为与发光二极管8相比长波长的光。例如,发光二极管8发出蓝色光时,荧光体16也可以吸收蓝色的一部分,发出更长波长的黄色光。发光二极管8发出的蓝色和荧光体发出的黄色,混色之后可得到白色光。即,第一透明树脂层12,封装发光二极管的同时,起到对发光二极管所发出的一部分或者全部的光进行转换波长的波长变换层的功能。
同时,第二透明树脂层14,如图1及图2所示,加工成使其上面14b形成透镜的曲面。在图1及图2所示例中,第二透明树脂层上面14b上形成有半圆柱状的圆柱形透镜。该第二透明树脂层的透镜形成面14b成为发光面。该圆柱形透镜,在发光装置1宽度方向的截面不具有曲率而使光直射,但在发光装置1长度方向的截面具有曲率而使光向正面方向弯曲。因此,当来自发光二极管8和荧光体16的光通过第二透明树脂层14时,在发光装置1的长度方向中使光线朝向正面方向弯曲。如此,第二透明树脂层14不仅有保护发光二极管8等的封装层功能,还有控制发光装置光线方向的透镜功能。在本实施方式中,荧光体16未散布在第二透明树脂层14中。这是因为,如果散布荧光体16,荧光体16就会引起光散乱,从而阻碍第二透明树脂层14的透镜作用。但可以在第二透明树脂层14上,散布不阻碍第二透明树脂层14透镜作用的少量的荧光体。此时,第二透明树脂层14中含有的荧光体的平均密度,优选为第一透明树脂层含有的荧光体的平均密度的1/10以下,更优选为1/100以下。
图3是表示将图1及图2所示发光装置1作为侧视图型发光装置装配在装配基板上状态的立体图。发光装置1是将平行于该装置长度方向的侧面作为装配面,装配在装配基板3上的。此时,作为发光面的第二透明树脂层上面14b大致垂直于装配基板。在发光装置1与装配基板3接合的侧面中,由于绝缘基板2、第一透明树脂层12及第二透明树脂层14全部大致成为同一平面,所以装配面的面积大且平坦,且可以稳定地进行装配。在装配基板3表面形成有正及负电导电极18及20,并以焊锡22与形成于发光装置1绝缘基板背面的装配用电极(未图示)连接。
涉及本实施方式的发光装置,封装发光二极管8的透明树脂层是由第一透明树脂层12和第二透明树脂层14两层构成,并且荧光体16散布在第一透明树脂层12中,而在第二透明树脂层14上形成透镜,其结果作为侧视图型发光装置显示出色的光学效果。即,首先,在第二透明树脂层上面14b形成圆柱形透镜,结果,来自发光装置1的光,在平行于装配基板面的方向,朝着正面方向弯曲,且正面方向的光度变强。此外,由于第二透明树脂层14中,实际上并未散布使光散乱的荧光体16,因此,不阻碍透镜功能,并使光线朝向正面方向有效地弯曲。另外,第二透明树脂层14,在与装配基板面垂直的方向不发挥透镜效果。可是,与装配基板面垂直的方向,发光本就被装配基板3遮住,所以控制配光分布并不重要。由于荧光体16散布在第一透明树脂层12中,所以能分布在发光二极管8就近。因此,随观察方向所产生的色差少,并更接近点光源。
此外,涉及本实施方式的发光装置,在邻接于形成透镜的发光面14b的侧面中,第一透明树脂层12和第二透明树脂层14被截断成大致呈同一平面,且散布荧光体的第一透明树脂层的侧面12a露出在外部。因此,与以往的凹状收纳部里填充散布荧光体树脂层的发光装置相比,其高度仅达到收纳部侧壁厚度部分。而且,既不影响透镜特性,又能补正色调。即,如果研磨第一透明树脂层的侧面12a及第二透明树脂层的侧面14a等,并以此来将透明树脂层的厚度W改为W’,就能改变第一透明树脂层12a含有的荧光体(未图示)的量。由此,可以改变发光二极管8和荧光体16的发光强度比,因此,能进行色调的补正。另一方面,即使研磨第一透明树脂层12的侧面和第二透明树脂层的侧面14a,来改变透明树脂层的厚度W,也几乎不会改变在第二透明树脂层上面14b形成的透镜形状。因此,既不影响透镜特性,又可以补正色调。
并且,涉及本实施方式的发光装置,如后所述,采用涂装流水线或者印刷法可形成第一透光性的树脂12,所以也有制造简易的优点。
以下,对发光装置1的各结构进行详细说明。
(第一透明树脂层12)
第一透明树脂层12,优选尽可能形成在发光二极管8的邻近。这是因为散布在第一透明树脂层12内部的荧光体16发光,其分布越狭窄,就越接近理想的点光源。更希望优选为第一透明树脂层12与基板2相接。由此荧光体16产生的光散乱变得更好,另外,混色效果也得到改善。同时,第一透明树脂层12的固定强度也提高。而且,第一透明树脂层12的高度优选为尽可能低一点。但是,如果其高度低于电线10,电线10就会跨越第一透明树脂层12和第二透明树脂层14,导致电线10易断掉。因此,第一透明树脂层12的高度优选为至少超过电线10。而且,电线10若有足够的强度,如图4所示,第一透明树脂层可以覆盖电线的一部分。同时,为了接近理想的点光源,优选在第一透明树脂层12里沉积荧光体16。但荧光体16若沉积过多,由于第一透明树脂层12的研磨也难以补正色调,所以优选适当地沉积。同时,第一透明树脂层12大致呈半圆柱状,且平行于装配面的截面(=与发光面直交的截面)优选为半圆状或者半椭圆状。由此,减小随沿着观察方位所产生的色差。而且,要将第一透明树脂层12形成为上述形状,优选采用本实施方式中说明的流水线涂装法。而且,如实施方式2中说明,也可以采用印刷法形成第一透明树脂层12。
第一透明树脂层12的材料,只要是透过来自发光二极管和荧光体的光并且可以稳定地散布荧光体16的材料,就无特殊限定。例如,可以采用环氧树脂、硅酮树脂、硬质硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸、聚碳酸酯、聚亚胺等树脂。并且,除树脂以外,也可以采用玻璃。第一透明树脂层12中,散布填充剂和扩散剂也可。而且,因第一透明树脂层12易受发光二极管8的热量,所以优选采用耐热性良好的树脂。如优选采用环氧树脂、硅酮树脂、硬质硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂。更希望优选环氧树脂、硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂。进一步希望优选为环氧树脂、硅酮树脂、改性硅树脂、氧杂环丁烷树脂。第一透明树脂层的粘度,硬化前优选100~2000mPa·s。在此所说的“粘度”,是指用圆锥平板型旋转粘度计在常温下所测定的值。同时,第一透明树脂层,优选采用在80℃~180℃、数分~数小时的硬化条件下能维持其形状程度的硬度树脂。
(第二透明树脂层14)
在第二透明树脂层上形成的透镜,优选平行于装配面的方向具有大直径透镜。这是因为平行于装配面的方向与垂直于装配面的方向相比,控制配光特性的必要性更高。另一方面,有必要在垂直于装配面的方向使其成为薄型,因此,优选小直径透镜。而且,垂直于装配面的方向,透镜的曲率优选为小。这是因为,如果垂直于装配面的方向形成具有大曲率的透镜,在研磨第一及第二透明树脂层的侧面来补正色调时,透镜特性容易发生变化。例如,在第二透明树脂层上形成的透镜,可以是仅对平行于装配面具有曲率的圆柱形透镜。而且,对垂直于装配面方向的第二树脂层14的截面,没有必要完全平整,在某种程度上具有曲率也无关紧要。
此外,第二透明树脂层14的材料,只要是透过来自发光二极管和荧光体的光的材料,就无特殊限定。例如,可以采用环氧树脂、硅酮树脂、硬质硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸、聚碳酸酯、聚亚胺等。并且,除树脂以外,也可采用玻璃。在第二透明树脂层14中,也可散布填充剂和扩散剂等。第二透明树脂层14,由于起到保护第一透明树脂层12和发光二极管8的作用,所以优选采用与绝缘基板2具有良好的粘合性、耐候性、硬度高以及防尘的材料。例如,优选采用环氧树脂、硅酮树脂、硬质硅酮树脂、改性硅树脂、硬质硅酮树脂、氧杂环丁烷树脂。更希望优选环氧树脂、硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂。进一步希望优选为环氧树脂、硅酮树脂、改性硅树脂、氧杂环丁烷树脂。
(绝缘基板2/电极4、6)
绝缘基板2,只要是具有适当机械性强度和绝缘性的材料,就无特殊限定。例如,可以采用BT树脂,玻璃环氧树脂等,也可以采用将多层环氧树脂系树脂层粘贴在一起的材料。而且,在绝缘基板2上形成的负及正电极4、6,优选采用以Cu为主要成分的金属层。例如,负及正电极4、6,可以用Cu/Ni/Ag来构成。
(发光二极管8/荧光体16)
发光二极管8和荧光体16,若是荧光体可以将来自发光二极管8的一部分或者全部的光转换波长的组合,就无特殊限定。举例说明为构成现在需求最多的白色光发光装置而适用的发光二极管8和荧光体16的组合。
-发光二极管8
作为构成白色光发光装置而适用的发光二极管,可以采用具有氮化物半导体(InXAlYGa1-X-YN、0≤X、0≤Y、X+Y≤1)的物质。此发光二极管将InxGa1-xN(0<x<1)作为发光层,根据其混晶状态,在约365nm至650nm范围内可以任意改变发光波长。
发出白色系的光时,如果考虑由荧光体射出光之间的补色关系,优选将发光二极管8的发光波长设定为400nm以上530nm以下,更优选设定为420nm以上490nm以下。而且,通过选择荧光体的种类,可以适用发出短于400nm的紫外域波长光的LED芯片。
-荧光体16
荧光物质,若是吸收从以氮化物系半导体为发光层的半导体发光二极管发出的光,并转换为不同波长光的物质,就都可以采用。例如,优选主要以Eu、Ce等镧系元素而激活的氮化物系荧光体、氮氧化物荧光体;主要以Eu等的镧系元素、Mn等迁移金属系元素而激活的碱土卤素磷灰石荧光体、碱土金属硼酸盐荧光体、碱土金属铝酸盐荧光、碱土硅酸盐、碱土硫化物、碱土镓硫化物、碱土氮化硅、锗酸盐;或者主要以Ce等的镧系元素而激活的稀土铝酸盐、稀土硅酸盐;或者主要以Eu等的镧系元素而激活的有机及有机错体等其中至少任意选择一种以上。作为具体例,可以采用下列荧光体,但不仅限于此。
主要以Eu、Ce等镧系元素而激活的氮化物系荧光体,有M2Si5N8:Eu(M是从Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中至少选择一种以上。)等。而且,除了M2Si5N8:Eu以外,还有MSi7N10:Eu、M1.8Si5O0.2N8:Eu、M0.9Si7O0.1N10:Eu(M是从Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中至少选择一种以上。)等。
主要以Eu、Ce等镧系元素而激活的氮氧化物荧光体,有MSi2O2N2:Eu(M是从Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中至少选择一种以上。)等。
主要以Eu等镧系元素、Mn等迁移金属系元素而激活的碱土卤素磷石灰荧光体,有M5(PO4)3X:R(M是从Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中至少选择一种以上,X是从F、Cl、Br、I中至少选择一种以上,R是Eu、Mn、Eu和Mn的任意一种以上)等。
碱土金属硼酸盐荧光体,有M2B5O9X:R(M是从Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中至少选择一种以上,X是从F、Cl、Br、I中至少选择一种以上,R是Eu、Mn、Eu和Mn的任意一种以上)等。
碱土金属铝酸盐荧光体,有SrAl2O4:R、Sr4Al14O25:R、CaAl2O4:R、BaMg2Al16O27:R、BaMg2Al16O12:R、BaMgAl10O17:R(R是Eu、Mn、Eu和Mn的任意一种以上。)等。
碱土硫化物荧光体,有La2O2S:Eu、Y2O2S:Eu、Gd2O2S:Eu等。
主要以Ce等镧系元素而激活的稀土铝酸盐荧光体中,有Y3Al5O12:Ce、(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce、Y3(Al0.8Ga0.2)5O12:Ce、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12的组成式表示的YAG系荧光体等。而且,还有将Y的一部或全部以Tb、Lu等置换的Tb3Al5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ce等。
其他荧光体,还有ZnS:Eu、Zn2GeO4:Mn、MGa2S4:Eu(M是从Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中至少选择一种以上,X是从F、Cl、Br、I中至少选择一种以上)等。
上述的荧光体,也可以含有按照预定替换为Eu或者Eu里添加并从Tb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti中选择的一种以上。
Ca-Al-Si-O-N系氯氮化物玻璃荧光体,是指以摩尔百分率表示的将CaCO3以CaO换算为20~50摩尔百分率、将Al2O3为0~30摩尔百分率、将SiO为25~60摩尔百分率、将AlN为5~50摩尔百分率、将稀土类氧化物或迁移金属氧化物为0.1~20摩尔百分率,并将以上5种成分合计为100摩尔百分率的氯氮化物玻璃作为母体材料的荧光体。而且,将氯氮化物玻璃作为母体材料的荧光体中,优选氮含量为15wt%以下,且稀土氧化物离子之外成为激活剂的其他稀土类元素离子作为稀土类氧化物的荧光玻璃中,优选包含以0.1~10摩尔百分率范围含量的共活化剂。
此外,对上述荧光体之外的萤光粉,如有同样性能、效果也可以采用。
(色调的补正方法)
其次,对本实施方式色调的补正方法进行说明。同时进行多数发光装置的色调补正时,优选以如下方法进行。
-第一阶段.
在第一阶段,全部测定第一及第二透明树脂层硬化后的发光装置的色度(初期色度测定工序)。
-第二阶段.
在第二阶段,依照第一阶段测定的色度,通过把上述测量的色度与目标色度之间的差,在预先设定的范围内的作为一个小组,依次分类色度范围(组化工序)。为减小调整后的色度不均匀,虽然分类小组数越多越好,但考虑到所要求的色度范围(规格)以及制造效率,应适当分类。
-第三阶段.
在最后的第三阶段,研磨第一及第二透明树脂层侧面时,只研磨在每个小组中基于与目标色度的差所设定的量(研磨工序)。即,属于同一小组的发光元件,只被研磨相同的量(按每组设定的值)。按照以上的调整方法,就可以按每一小组齐调整色度,因此更有效地调整色度,且能减小色度的不均匀。同时,为不损坏装配面的平坦性,优选研磨工序应在装配面的反侧面进行。
研磨可以按如下方法进行。在研磨装置上排列多个发光装置并研磨至目标色度。研磨工具采用在旋转轴的前端设置圆盘状磨石的,对第一透明树脂层12及第二透明树脂层14,只研磨相应目标色度与测定色度之间差的量。进行研磨时,对于排列在研磨装置上的多个发光装置中的每个发光装置上设置磨石,以此可以一次性地调整多个发光装置。此时,根据磨削量既可以进行组合一起研磨,也可以单个地一边以光传感器测定色度一边研磨至目标色度(这时,如果把光传感器和磨石设置在各自的发光装置上并控制每个发光元件的磨削量,就可以同时并列处理多个发光元件是显而易见的)。
(制造方法)
下面,说明涉及本实施方式发光装置的制造方法。
1.组装结构(package assembly)
在本实施方式的制造方法中,为了一起制造多个发光装置,硬化第二透明树脂层为止,采用了多个组件(package)集合的组装结构。在此组装结构中,在大面积的绝缘基板2上,以矩阵状配置了各发光二极管8的装配领域(参照图7A)。同时,如同夹住各发光二极管8的装配领域两侧,形成有与各发光二极管8相对应的负电极4及正电极6。并且,各列组件的各负电极之间及各正电极之间相互连接。即,各列的负电极4及正电极6,各自成为一条连续的电极(参照图5A)。绝缘基板2是由厚度为0.06mm~2.0mm的树脂层叠品所成,并形成贯通厚度方向的多个通孔(未图示)。负电极4和正电极6,通过该通孔,与形成于绝缘基板2的装配用电极连接。
2.发光二极管8的装配
如上所述,在构成组装结构的各负电极4的规定位置上,管芯焊接发光二极管8,再以电线10进行规定配线(参照图5A)。
3.第一透明树脂层12的形成
其次,形成第一透明树脂层12。第一透明树脂层12中,散布有预先规定量的荧光体16。第一透明树脂层12,是以图5A~C所示流水线涂装法形成为佳。通过流水线涂装法,就能将第一透明树脂层12进行薄膜化的同时,制造工序也变得简易。并且,由于流水线涂装法可以利用表面张力形成第一透明树脂层12,所以,可以沿着电线10和负电极4及正电极6的图形形成第一透明树脂层12。同时,如果,适当进行负电极4及正电极6的图形,就可以将第一透明树脂层的形成领域限制在发光二极管8的附近。
流水线涂装法,是指如图5A所示,从给料器24排出规定量第一透明树脂层的同时,将给料器沿着发光二极管8的排列移动,并形成线状连接树脂层的方法。以流水线涂装法形成树脂层时,可以根据树脂的表面张力决定第一透明树脂层12的形状。例如,负电极4及正电极6的外缘,比绝缘基板2表面高出的只是它的厚度。因此,如果两者的高度有充分的相差,就如图5B和图5C所示,第一透明树脂层12根据表面张力不会从负电极4及正电极6的外缘4a及6a中流出。此外,如果适当控制排出量,第一透明树脂层12就根据表面张力可以维持稍微超出电线10的高度。并且,第一透明树脂层12的截面形状,如图5C所示,就成为大致呈半圆形或者大致呈半椭圆形。采用流水线涂装法,根据极为简易的构成,短时间内可以同时处理多数芯片,而且形状稳定。因此,以流水线涂装法形成第一透明树脂层12,就可以批量生产,且具有减小色调不均匀的优点。
此外,第一透明树脂层的表面张力小时,会出现仅以电极4、6厚度的段差不能维持其形状的情况。在此,可以设置防止第一透明树脂层流出的结构。例如,图6A中,在负电极4及正电极6的外侧形成由保护层而成的墙32。图6B中,在负电极4及正电极6的外侧形成沟34。并且,图6C中,在负电极4及正电极6的外侧设置加高绝缘基板2的段差36。
将第一透明树脂层12进行流水线涂装后,硬化第一透明树脂层12。如果第一透明树脂层是热硬化性树脂,在常温下经流水线涂装后,加热硬化就可以。对第一透明树脂层12内荧光体16的沉积程度,可以根据结束流水线涂装至硬化开始为止的时间及在硬化前或者硬化中透明树脂层的粘度来控制。即,结束流水线涂装至硬化开始为止的时间越长,越会沉积第一透明树脂层12内的荧光体16。还有,在硬化前第一透明树脂层12的粘性越低,越会沉积荧光体16。即使是硬化前粘性高的透明树脂,如环氧树脂经加热后一度粘性降低的材料,在粘性下降时,就能进行荧光体16的沉积。
4.第二透明树脂层14的形成
其次,形成第二透明树脂层14。形成第二透明树脂层14,可以采用传递模塑成形法、压缩成形法、注射成形法等方法。以传递模塑成形法为例进行说明。首先,如图7A所示,准备形成第一透明树脂层12的组装结构(package assembly)5。然后,如图7B所示,采用传递模塑成形法用金属模具26及28挟住组装结构5的上下。在图7B所示例中,下侧金属模具26平坦,在上侧金属模具28上设置为形成第二透明树脂层的透镜型28a。其次,如图7C所示,通过上侧金属模具28和组装结构5之间形成的注入口里注入第二透明树脂层14。此时,第二透明树脂层14准备成半溶性的颗粒,并从注入口边压入边溶化树脂。而且,在金属模具内短时间加热硬化后,取下金属模具并再加热,以此可形成第二透明树脂层14。以传递模塑成形法形成树脂层时,第二透明树脂层14有必要采用在某种程度上粘度高的树脂。例如,环氧树脂等适合传递模塑成形。
代替传递模塑成形法,也可以采用压缩成形法形成第二透明树脂层14。尤其是所采用的树脂是液体状时,不是用传递模塑成形法,而是优选用压缩成形法形成第二透明树脂层14。采用压缩成形法形成第二透明树脂层14时,在组装结构5的整体上涂装第二透明树脂层后,从压缩成形用金属模具的上面押住,并加热硬化。
5.切割
其次,如图7D所示,将组装结构5从两个方向切割,通过规定宽度和规定长度切出来完成发光装置。
实施方式2.
在本实施方式中,说明关于采用印刷法形成第一透明树脂层12的例子。其他事项与实施方式1相同。
首先,如图8A所示,组装结构5的整面经印刷形成第一透明树脂层12。第一透明树脂层12形成在绝缘基板2的整面上,且表面平坦。并且,为避免由印刷第一透明树脂层12而引起电线10的扭曲、切断等,使第一透明树脂层12的厚度充分高出电线10的高度。此后,将第一透明树脂层12加热硬化。
其次,在绝缘基板2的整面中形成的第一透明树脂层12上,采用与实施方式1相同的方法形成带透镜的第二透明树脂层14。硬化第二透明树脂层14之后,将组装结构从两个方向切割,就可得到如图8B所示的发光装置1。而且,以本实施方式的方法形成的第一透明树脂层12,成为与绝缘基板2大致相同面积的长方体。
本实施方式,以印刷法形成第一透明树脂层12,与实施方式1的流水线涂装法相比,可以在短时间内形成第一透明树脂层12。可是,在印刷法中,必须将第一透明树脂层的上面设置在充分高于电线10的位置上,因此,与流水线涂装法相比,第一透明树脂层12的厚度容易变厚。此外,如图8A及8B所示,因为荧光体16的分布扩散在绝缘基板2的整面,所以容易产生随观察方向所出现的色差。
实施方式3.
在实施方式3中,对一边以印刷法形成第一透明树脂层,一边抑制荧光体16扩散的方法进行说明。
首先,如图9A所示,印刷第一透明树脂层12之前,为限制第一透明树脂层12的印刷范围,在绝缘基板2上形成掩膜30。掩膜30是由保护层等而构成。而且,为了把第一透明树脂层的印刷范围限制在发光二极管8的邻近,掩模30可以做成从左右挟住发光二极管8排列的平行条纹状。
硬化第一透明树脂层12之后,除去掩膜30。然后,以实施方式1相同的方法,形成第二透明树脂层14。硬化第二透明树脂层之后,将组装结构5从两个方向切割,就可得到如图9B所示的发光装置1。
在本实施方式中形成的第一透明树脂层12,如图9B所示,大致呈长方体状,且发光装置长度方向的宽度短于绝缘基板2。即,第一透明树脂层12的形成范围,限制在发光二极管8的邻近。因此,与实施方式2相比,能抑制依存在观察方向的色差。
上述实施方式中,虽然说明了对以印刷法形成第一透明树脂层12的例,但也可以采用喷洒或通过金属模具的造型来形成第一透明树脂层12。
实施方式4.
在本实施方式中,对单层形成树脂层的状态进行说明。在实施方式1~3中,为了将荧光体分布在发光二极管的邻近,有必要进行下述两道工序。即,含荧光体树脂层(含荧光体层)的形成工序和不含荧光体透镜状树脂层(透镜层)的形成工序。
以不同工序形成含荧光体层和透镜层时,在形成透镜层的工序前,含荧光体层的表面容易吸附有机物或水分。这样一来,就会在接近封装树脂层内部发光二极管的位置中渗透有机物或水分等污染、容易产生发光二极管和荧光体的劣化、降低寿命特性的可能性。而且,荧光体层和透镜层界面里渗透的水分,在回焊装配时,可能引起水蒸气爆炸、界面剥离,以及不亮等问题。
另外,以不同材料制成含荧光体层和透镜层时,界面会产生折射率差,随之也可能降低发光效率。而且,即使以相同的材料制成含荧光体层和透镜层,一度将荧光体层表面硬化之后形成透镜层,也可能在两者界面产生微小的折射率差。
因此,如图10所示,本实施方式的发光装置具有;基板2、形成于基板2上的正电极6及负电极4、连接在正电极6及负电极4上的发光二极管8、覆盖发光二极管8的封装树脂层40、至少吸收来自发光二极管8的一部份光并转换为长波长光的荧光体16、改变来自发光二极管8及/或荧光体16的光的配光方向的透镜。封装树脂层40包含荧光体16,且一体成形为构成透镜的形状。荧光体16,与封装树脂层40的表面邻近相比更高密度地分布在发光二极管8的表面邻近。
本实施方式的发光装置的特点在于,散布荧光体16的封装树脂层40本身构成配光控制用透镜,且其封装树脂层40中的荧光体16分布在发光二极管8的邻近。由此,能够以单一工序对发光二极管8邻近进行荧光体16的散布,以及形成控制发光装置1配光的透镜。而且,由于无须中间硬化而一次形成发光二极管的封装树脂层40,所以封装树脂层40中很难渗透水分和有机物。并且,因为从发光二极管或荧光体至透镜之间不存在多余的折射率界面,所以能够实现高效率的发光。
散布荧光体的封装树脂层40,优选以压缩成形法成形为透镜状。通过压缩成形法,可将均匀涂装封装树脂层40用金属模具边压缩边进行硬化,因此,就能够采用硬化前粘度为常温下5000mPa·s以下的、尤其是300mPa·s以上、2000mPa·s以下的低粘度热硬化性树脂或硬化时与随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂,形成预定的透镜。通过采用初期粘度低的热硬化性树脂或硬化时粘度一度下降的热硬化性树脂,在硬化前或硬化中使封装树脂层中的荧光体沉积,可以将荧光体分布在发光二极管的邻近。而且,由于金属模具决定形状,可以形成具有预定透镜直径和曲率半径的透镜。即,通过一次性形成封装树脂层,可同时向发光二极管邻近配置荧光体和形成具有预定特性的透镜。
对此,历来,没有同时向发光二极管邻近配置荧光体和形成具有预定特性的透镜,也很难做到同时进行。例如,日本特开2000-196000号公报和日本特开2001-352105号公报中,以传递模塑成形法使封装树脂层成形为透镜状。传递模塑成形法如下成形透镜的。如图22所示,首先,将上面装配有发光二极管8的基板2的上下,以传递模塑成形用金属模具26及28夹住。然后,由上侧金属模具28与基板2之间形成的注入口28a注入热硬化性树脂40。在这里注入的热硬化性树脂是将颗粒状成形之物经高频加热等使之呈半溶融状态,并注入金属模具的浇口部28b。金属模具26及28已加热至170℃左右的高温,注入的树脂40从与金属模具的接触面开始溶融。并且,从浇口上部以柱塞20施加压力,使树脂40流入金属模具26和基板2间的空穴。因为树脂40以较慢的速度流入空穴,所以电线10不易受损。此时,如果封装树脂层的粘度没有提高到一定程度,就不能控制在金属模具内树脂地流动,并容易产生孔穴等缺陷。因此,虽然呈透镜状的封装树脂层内散布了荧光体,但金属模具内注入的封装树脂层中的荧光体也几乎不会沉积。因此,尽管通过金属模具可形成预定的透镜形状,但荧光体分布在封装树脂层整体,而且在观察方向上产生很强的色差。
又如日本特开2000-315824号公报,在发光二极管上滴入低粘度封装树脂层并硬化时,由于在封装树脂层内的荧光体沉积,因此可以在发光二极管的邻近配置荧光体。而且,根据硬化前封装树脂层的表面张力,在某种程度上可以做到封装树脂层表面的透镜状。然而,因为这里形成的透镜形状是封装树脂层的表面张力所决定,所以难以形成充分控制配光的透镜。即,因不能自由地控制透镜的形状,正面方向的亮度或强、反之斜方向的亮度或强等,无法实现预定的配光特性。同时,因透镜形状是由表面张力和重力的平衡所决定,如果滴入的封装树脂层的直径过大,则垂落成液滴形状,尤其在光轴附近的曲率半径变大。
本实施方式中采用的封装树脂层40的材料,优选采用硬化时随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂,或硬化前的粘度为常温下是5000mPa·s以下的,尤其是300mPa·s以上、2000mPa·s以下的热硬化性树脂。而且,即使是在常温下粘度为5000mPa·s以上的树脂,只要在金属模具内硬化前放置充分的时间使荧光体沉积的也可以采用。由此,在封装树脂层40地硬化中或硬化前能使发光二极管8的邻近沉积荧光体。作为硬化时随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂,优选应采用硅酮树脂、硬质硅酮树脂、环氧树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚亚胺树脂等。其中,更优选硅酮树脂、硬质硅酮树脂、环氧树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂。进一步优选为硬质硅酮树脂、环氧树脂、改性硅树脂。
对于发光二极管8的表面邻近荧光体16的密度,优选封装树脂层40的表面邻近荧光体密度的20倍以上、更优选是50倍以上。由此,由发光装置射出的光接近点光源,也可以抑制随观察方向所产生的色差。而且,优选荧光体实际上没有分布在封装树脂层40中以透镜状成形的部分。一般的荧光体16与周围的封装树脂层40有不同的折射率,因此,具有散乱发光二极管8和其他荧光体16发光的作用。因此,如果在封装树脂层40中以透镜状成形的部分上分布荧光体16,就阻碍透镜功能,不易得到预定的配光特性。在此,封装树脂层40中以透镜状成形的部分,是指包括透镜光轴,且从呈现透镜最大曲率的截面看时,连接透镜端之间的直线与封装树脂层40表面所限定的领域。同时,所谓大致上不包含荧光体16,是指不仅包括其部分中完全不包含荧光体的情况,而且,其部分中包含的荧光体的发光强度与发光二极管发光或发光二极管邻近分布的荧光体的发光相比,可忽视程度的情况也包含在内。
同时,在封装树脂层40中形成的透镜,通过压缩成形可以制作预定的形状。在封装树脂层40中形成的透镜,优选沿着配光方向具有不同曲率的透镜。即,沿着透镜截面方向使曲率发生变化。通过使透镜对应于配光方向持有多个曲率,可以实现预定的配光特性。尤其是如果按照本实施方式,因为可以将荧光体分布在发光二极管的邻近并接近点光源的状态,与之相结合能够实现优异的光学特性。
例如,在水平方向与垂直方向可以用不同曲率的透镜。作为在水平方向与垂直方向有不同曲率的透镜,可以列举半圆柱状透镜等。如果在封装树脂层40中形成半圆柱状透镜,作为侧视(side view)型可得到出色的发光装置。即,如果把封装树脂层40中形成的透镜作为半圆柱状,半圆柱的透镜侧面作为装配面,那么既可成为薄型发光装置的同时,装配面变宽并可实现稳定的装配。同时,在侧视型中,因为垂直于装配面方向的发光被装配基板遮蔽,平行于装配面方向的配光控制成为重要环节且透镜为半圆柱状,所以,平行于装配面方向的透镜特性和通常的半球状透镜没有什么区别。并且,不影响透镜特性也可以进行色调的补正。即,进行对封装树脂层40侧面的研磨等改变封装树脂层的厚度,可以使包含在封装树脂层40中的荧光体量发生变化,因此可以补正色调。即使因进行研磨来改变封装树脂层40的厚度,也不会改变在封装树脂层40上面形成的透镜的形状,所以对透镜特性几乎没有影响。
而且,将封装树脂层40作为对于各截面具有相同曲率的半球状透镜也可以。如果在封装树脂层40中形成半球状透镜,例如,作为从平行于装配面的面取出发光的顶视(top view)型可得到出色的发光装置。
以下,更加详细说明本实施方式的发光装置。
图10显示涉及实施方式4的发光装置的立体图。同时,图11显示图10所示发光装置1的X-X’截面的截面图。在上面平坦且大致呈长方体形状的绝缘基板2上,形成设有规定间隔的负电极4及正电极6。负电极4及正电极6与形成于绝缘基板2背面的装配用电极(未图示),通过通孔(未图示)相互连接。半导体面侧中具有一对正负电极的发光二极管8,装配在绝缘基板2的负电极4上,发光二极管8的负电极与绝缘基板上的负电极4、正电极与绝缘基板上的正电极6,各以通过电线10相互连接。
透光性封装树脂层40覆盖发光二极管8而形成为半圆柱状。以吸收发光二极管8的一部分发光并转换成长波长的荧光体16散布于封装树脂层40内中。荧光体16,通过发光二极管8的发光所激励,转换成比发光二极管8长波长的光。例如,发光二极管8发出蓝色光时,荧光体16吸收蓝色的一部分,发出更长波长的黄色光。发光二极管8发光的蓝色和荧光体发光的黄色通过混色可发出白色光。同时,荧光体16沉积在封装树脂层40内的下方,并分布在配设发光二极管8的绝缘基板2上面附近。因此,抑制了观察发光二极管8的每个方位的荧光体量的不均匀,减小随观察方向产生的色差。同时,通过荧光体16分布在发光二极管8的邻近,接近理想的点光源。而且,绝缘基板侧面2a及封装树脂层侧面40a被截断成大致呈同一平面,荧光体16分布至露出的侧面40a为止。
同时,半圆柱状的封装树脂层40构成圆柱形透镜,并起到将来自发光二极管8与荧光体16的光按预定方向配光的作用。例如,封装树脂层40是半圆柱状,通过与外部空气层的直接接触在表面处具有大的折射率差。因此,来自发光二极管8与荧光体16的光,在封装树脂层40表面被折射,并按规定的方向配光。封装树脂层40构成的透镜,不仅限于圆柱形透镜,只要是能发挥预定的聚光功能或光扩散功能的透镜即可。在这里所谓的光扩散,不是由光散乱的扩散,而是指将光线向广角扩大的作用。例如,各种凸透镜、凹透镜。
涉及本实施方式的发光装置1的特征在于,散布荧光体16的封装树脂层40本身构成配光控制用透镜、其封装树脂层40中荧光体16分布在发光二极管8的邻近。由此,能够以单一工序来进行,向发光二极管8邻近散布荧光体16和形成控制发光装置配光的透镜。同时,因为无须中间硬化而是一次形成发光二极管的封装树脂层40,所以封装树脂层40中很难渗透水分和有机物。并且,因为从发光二极管8或荧光体16至透镜之间不存在多余的折射率界面,所以能够实现高效率的发光。
如本实施方式的发光装置1,可以通过将散布荧光体16的封装树脂层40以压缩成形法透镜状成形来制造。即,如果按照压缩成形法,因为将均匀涂装的封装树脂层以金属模具压缩的同时进行硬化,所以,采用硬化前的粘度为5000mPa·s以下的低粘度热硬化性树脂或硬化时随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂可以形成预定的透镜。通过采用初期粘度低的热硬化性树脂或硬化时粘度一度下降的热硬化性树脂,在硬化前或硬化中使封装树脂层40中的荧光体16沉积,可将荧光体16分布在发光二极管8的邻近。而且,由于金属模具决定形状,可形成具有预定透镜直径和曲率半径的透镜。即,通过一次形成的封装树脂层40,可同时进行对发光二极8管邻近中荧光体16的配置和形成具有预定特性的透镜。
(发光装置1的制造方法)
以下,对于采用压缩成形法制造发光装置1的方法,进行详细的说明。
1.组装结构的准备
本实施方式如同实施方式1,在硬化封装树脂层为止采用了聚集多个发光装置的组装结构。如图12所示,在组装结构5中,在大面积绝缘基板2上配置有呈矩阵状的发光二极管8的装配领域。同时,如图13所示,如同夹注各发光二极管8的装配领域两侧,形成负电极4及正电极6。在各负电极4上管芯焊接发光二极管8,负电极4及正电极6与发光二极管8通过电线10布线。一组发光二极管8、负电极4及正电极6构成1个组件。同时,在各列组件中,相互连接彼此的各负电极4及各正电极6。即,各列的负电极4及正电极6分别成为一条连续的电极。
2.含荧光体16的封装树脂层40的涂装
其次,如图14A所示,将组装结构5设置在加热至规定温度的下侧金属模具42上。在这里下侧金属模具42,优选加热至将要涂装封装树脂层40的一次硬化温度。其次,如图14B所示,将荧光体16均匀混揉的液状热硬化性树脂经给料器24等适量涂装组装结构5上面。由此,发光二极管8、负电极4及正电极6,经均匀散布荧光体16的封装树脂层40以均等的厚度所覆盖。这时,封装树脂层40的涂装应满足通过金属模具压缩时形成预定透镜所需的充分量。同时,优选至少完全埋设电线10的厚度。
3.封装树脂层40的形成,一次硬化
其次,如图14C及D所示,从涂装封装树脂层40的上面关闭上侧金属模具44,施加规定的压力压缩封装树脂层40。上侧金属模具44中形成有半圆柱状的透镜型。并且,以上侧金属模具44压缩的状态保持规定的时间,一次硬化由热硬化性树脂而构成的封装树脂层40。作为构成封装树脂层40的热硬化性树脂,应采用随温度上升粘度一度下降再度上升之物为佳。例如,可采用硬质硅酮树脂、环氧树脂等。由此,如图14E所示,在金属模具42及44中加热封装树脂层40期间,可沉积封装树脂层40内的荧光体16。对于金属模具42及44的加热温度及加热时间的设定,优选充分沉积荧光体16,并且封装树脂层40仅能保持规定形状并达到充分硬度的条件。例如,一次硬化温度优选设为100~170℃,更优选设为约120~150℃。并且,硬化时间优选设为200sec~900sec,更优选设为250sec~600sec。
在此,构成封装树脂层40的热硬化性树脂,如果采用随温度上升粘度一度下降再度上升之物,就有以下优点。即,涂装组装结构5之前树脂层40的粘度在一定程度上较高,因此,保持在给料器24内的封装树脂层40中的荧光体16不怎么沉积,而且容易保持均匀散布的荧光体16的状态。由此,在组装结构5上涂装含荧光体封装树脂层40时,可抑制对每个发光二极管8的荧光体涂装量的不均匀。并且,各发光二极管8上涂装封装树脂层40之后,由于升温的同时封装树脂层40的粘度下降,所以能使荧光体16沉积在发光二极管8的邻近。因而,采用随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂或硬化前的粘度为常温下5000mPa·s以下,尤其是优选300mPa·s以上、2000mPa·s以下的热硬化性树脂。而且,即使是在常温下粘度为5000mPa·s以上的树脂,只要在金属模具内硬化前放置充分的时间可使荧光体沉积的也可以采用。
而且,也可以采用初期粘度低且随着温度上升单纯增加粘度的热硬化性树脂。此时,为防止涂装前荧光体的沉积,最好在给料器24内充分搅拌。同时,为了涂装后使荧光分充分沉积,优选在金属模具42及44中加热之前预先涂装封装树脂层40。例如,在金属模具内设置之前涂装封装树脂层40,使荧光体16沉积之后在金属模具内设置也可以。
4.封装树脂层40的二次硬化
其次,从金属模具取出一次硬化封装树脂层40的组装结构5,以规定的条件加热并二次硬化封装树脂层40。二次硬化条件的设定,优选完全进行封装树脂层40的硬化。例如,二次硬化的温度设为与一次硬化温度相等或以上,二次硬化时间优选设为比一次硬化时间更长的时间。采用环氧树脂、硬质硅酮树脂时,二次硬化时间定优选为3~5小时,更优选为3.5~4.5小时左右。如果在这种条件下进行二次硬化,就可以防止在封装树脂层40中未反应硬化成分的残留及对发光二极管8的可靠性带来的坏影响。同时,通过金属模具42及44取出之后进行的二次硬化,可提高工序的生产能力。
5.切割
其次,如图14F所示,从两个方向切割组装结构5,切出规定宽度与规定长度的发光装置,并由此完成发光装置。即,首先,平行于透镜方向切割,切出形成半圆柱状透镜的组装结构5的列。然后,切出的各列组装结构,再以垂直于长度方向切割,就得到每个发光装置1。
如按照本实施方式,通过第一次形成封装树脂层40,可同时进行向发光二极管的邻近配置荧光体16和形成具有预定特性的透镜。即,通过采用硬化时粘度一度下降的热硬化性树脂及初期粘度低的热硬化性树脂,硬化中或硬化前能使封装树脂层40中的荧光体16沉积,能使荧光体16分布在发光二极管8的邻近。同时,也可以采用在金属模具内能维持使荧光体沉积所需的充分时间及低粘度状态的热硬化性树脂。同时,通过金属模具42及44,可形成具有预定透镜直径和曲率半径的透镜。
同时,如同本实施方式,若将散布荧光体16的封装树脂层40以压缩成形法来形成透镜,就不需要如日本发明专利文献3中为保持含荧光体树脂的杯。因此,大致呈平坦的绝缘基板2上面可以直接形成具有荧光体16且形成透镜的封装树脂层40。由此,从发光二极管8向横方向射出的光,无需遮蔽而取出变为可能。而且,本发明不是排除设置收纳发光二极管8的凹状杯的。尤其是将发光二极管8及荧光体16的发光向正面方向配光时,也可以用作反射镜积极地设置凹状杯。
而且,如本实施方式,在封装树脂层40中形成半圆柱状(或半圆锥状)透镜,并通过经切割分割成个个发光装置,可以简单地制造适合侧视型形状的发光装置。
(发光装置1的装配,补色)
其次,对涉及本实施方式发光装置的装配及补色,进行说明。
本实施方式的发光装置也与实施方式1同样,可以进行装配及补色(参照图15)。即,半圆柱状(=半圆锥型)的发光装置1是以半圆柱的平的底面为装配面,并可以装配在装配基板3上。这时,作为发光面的封装树脂层的上面40b是与装配基板3大致垂直。
此发光装置因上下面被平平地截断,所以与以往的发光装置相比更薄。而且,因为装配面是由封装树脂层与基板构成,所以装配面变大并可实现稳定的装配。
同时,封装树脂层上面40b中形成有圆柱状的透镜(片凸状的圆柱形透镜),其封装树脂层40中荧光体16分布在发光二极管8的邻近,其结果,显示出良好的光学效果。即,首先,在封装树脂层40上面40b中形成了圆柱状透镜,结果,来自发光装置1的光,在平行于装配基板面的方向,朝着正面方向弯曲,且正面方向的光度变强。同时,因散乱光的荧光体16在封装树脂层内沉积在发光二极管8的邻近,所以,并不阻碍封装树脂层40的透镜功能,可使光线朝向正面方向有效率地弯曲。同时,荧光体16分布在发光二极管8的极近处,其结果,随观察方向所产生色差少,更接近点光源。而且,封装树脂层40,虽然在与装配基板面垂直的方向不发挥透镜效果,但因为其发光在与装配基板面垂直的方向原本就被装配基板3所遮蔽,即使没有透镜效果也没有太大问题。
同时,本实施方式的发光装置也跟实施方式1同样,可以进行补色。即,如图15所示,对封装树脂层侧面40a进行研磨等,将封装树脂层的厚度W改变成W’,就能改变封装树脂层40中包含的荧光体的量。由此,可改变发光二极管8与荧光体16的发光强度比,因此,可以进行补色。另外,即使研磨封装树脂层40来改变厚度W,也几乎不会改变封装树脂层上面40b中形成的透镜的形状。因此,不影响透镜特性的同时可以进行补色。
同时对多个发光装置进行补色时,优选以实施方式1说明的方法进行。
以下,对封装树脂40进行详细地说明。其他的构成与实施方式1相同。
封装树脂层40的材料只要是透过来自发光二极管8与荧光体16的光且可以稳定地散布荧光体16的材料,并无特殊限定。但为了使荧光体分布在发光二极管的邻近,以采用硬化时随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂或硬化前的粘度为常温下5000mPa·s以下的,尤其是300mPa·s以上、2000mPa·s以下的热硬化性树脂为佳。由此,封装树脂层40的硬化中或硬化前能使荧光体16沉积在发光二极管8的邻近。硬化时随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂,优选采用硬质硅酮树脂、环氧树脂等。另外,硬化前的粘度为常温下5000mPa·s以下的,尤其是300mPa·s以上、2000mPa·s以下的热硬化性树脂,优选采用硬质硅酮树脂、环氧树脂等。
同时,在封装树脂层40中形成的透镜,不仅限于本实施方式中说明的半圆柱状的圆柱形透镜,也可以采用各种的形态。例如,由平行于装配面的面取出发光的顶视型,优选形成半球状的片凸透镜。而且,根据用途的不同可以形成凸透镜以外的透镜形状。而且,对于任何一种透镜,有必要选择具有能获得预定配光特性的曲率与透镜直径的透镜。
同时,形成侧视型用大致呈半圆柱状透镜时,不仅在平行于装配面的方向,而且在垂直于装配面的方向也可以稍加一些曲率。但是,垂直于装配面的方向的曲率,优选取极小值。这是因为,如果垂直于装配面的方向形成大曲率的透镜并在研磨封装树脂层侧面进行补色时,透镜特性就容易发生变化。而且,因为垂直于装配面的方向的发光被装配基板所遮蔽,所以,垂直于装配面的方向不设大曲率的透镜也没有太大问题。
同时,在封装树脂层40中散布的荧光体16,有必要与封装树脂层40的表面邻近相比更高密度地分布在发光二极管8的表面邻近。对于发光二极管8的表面邻近荧光体的密度,优选设为封装树脂层40的表面邻近荧光体密度的20倍以上,更优选为50倍以上。由此,可以抑制观察发光二极管8每个方位的荧光体量的不均匀,降低随观察方向所产生的色差。同时,通过荧光体16分布在发光二极管8的邻近,接近理想的点光源。尤其是发光二极管8的表面邻近荧光体的密度,优选为封装树脂层40的表面邻近荧光体密度的100倍以上。由此,得到实质上接近点光源的配光特性,并可防止色差。同时,如果在封装树脂层40的表面邻近设置扩散剂等,就可更加均等地散布光。在此,对于封装树脂层40的表面邻近荧光体的密度,是指在封装树脂40中形成的透镜的光轴上,在封装树脂层40高度上,从表面沿着长度方向切下10%左右的一部分时,包含在其中的荧光体粒子的平均密度(单位体积的数量)。同时,发光二极管8的表面邻近荧光体16的密度,是指在发光二极管8的中心轴上,在封装树脂层40的高度上,从发光二极管的表面切下10%左右时,包含在其中的荧光体粒子的平均密度。
同时,优选封装树脂层40中以透镜状成形的部分,实质上未分布荧光体16。即,荧光体16不仅有吸收来自发光二极管8的一部分光并进行转换波长的作用,而且还有反射来自发光二极管8及其他荧光体16的光并散乱的作用。因此,封装树脂层中以透镜状成形的部分,若有荧光体分布,就妨碍透镜功能,不易得到预定的配光特性。在此,封装树脂层中以透镜状成形的部分,是指包含透镜的光轴且从显现透镜最大曲率的截面看时,连接透镜端之间的直线和封装树脂层表面之间的领域。
上述实施方式1~4中列举了采用从电极侧射出光的发光二极管8,发光二极管8的电极和绝缘基板2上的电极以引线缝合的例子。然而,本发明不仅限于此,可以在绝缘基板2上将发光二极管8倒装芯片焊接。具体而言,使各各发光二极管8的p侧电极与n侧电极,形成于绝缘基板2上的正负电极相对应地驭载发光二极管,相对应的电极之间分别以焊锡等导电性粘结构件来接合,并以此来进行装配。
而且,倒装芯片焊接用发光二极管的构成与引线接合用发光二极管是同样的。例如,氮化物半导体发光元件的情况,在透光性基板一侧的主面上层叠包含n型及p型氮化物半导体层的多个氮化物半导体层,在最上层的p型氮化物半导体层(p型接触层)上形成p侧电极,经除去p型氮化物半导体层的一部分,在露出的n型氮化物半导体层上形成n侧的电极,并以此来构成氮化物半导体元件,并将透光性基板另一侧的主面作为主光取出表面。
实施例1
本实施例中,采用以下方法制造了如图1所示构造的发光装置。
(i)交接贴装/引线缝合
(ii)环氧树脂中按规定的比例混合YAG荧光体并进行流水线涂装。
(iii)在热风烘干箱中硬化。
硬化条件:150℃4小时
(iv)采用透明环氧树脂以传递模塑成形法进行透镜成形。
传递模塑硬化条件:150℃5分(控制金属模具的温度)
(v)从金属模具取出,进行再硬化。
再硬化条件:150℃4小时
(vi)以切割方式切成单片。
比较例1
同时,作为比较例,用以下的方法制作了由一层透明树脂层组成的发光装置。
(i)交接贴装/引线缝合
(ii)采用预先将荧光体以规定比例混合的环氧树脂以传递模塑成形法进行透镜成形。
传递模塑硬化条件:150℃5分(控制金属模具的温度)
(iii)从金属模具取出,进行再硬化。
再硬化条件:150℃4小时
(iv)以切割方式切成单片。
在已制作的实施例、比较例中,图16A显示平行于装配面的0°方向(图3中的x方向)配光特性,图16B显示垂直于装配面的90°方向(图3中的y方向)配光特性。图16A及图16B中,符号46表示实施例的配光特性,符号48表示比较例的配光特性。如图16A及16B所示,从0°方向、90°方向上可以看出,本发明的实施与比较例相比定向性更优、正面方向的光度(1.6倍以上)更高。这个原因可以推测为,在比较例中形成透镜的透明树脂层的整体里散布着荧光体,通过荧光体的光散乱导致光的扩散。本发明的实施例中,第二透明树脂层里实质上并未包含荧光体,因此,定向性变高、正面方向的光度变高。
实施例2
本实施例中,与实施例1同样的方法制作了图4所示构造的发光装置。本实施例中,在第二透明树脂层中形成的透镜的形状,按三种样品改变的同时进行样品的制作。透镜的形状是通过传递模塑成形用金属模具来控制的。
而且,制作条件与实施例1相同。
图17A~C中显示已制作的三种样品的截面图。
样品1~3的初期光学、电气特性如下。
表1
  样品No.  光度[mcd]   X   Y
  样品1   672   0.281   0.266
  样品2   724   0.282   0.267
  样品3   797   0.280   0.264
平行于样品1~3装配面的0°方向(图3中的x方向)配光特性显示在图18A中,垂直于装配面的90°方向(图3中的y方向)的分配光特性显示在图18B中。图18A及图18B中,符号50、52及54,分别表示样品1、样品2及样品3的配光特性。同时,表2所示为各样品配光特性的平均值。
表2
  样品No.   0°方向   90°方向
  样品1   130   143
  样品2   114   140
  样品3   96   136
从以上结果可以看出,在第二透明树脂层中形成的透镜曲率越大,定向性越好,正面方向的光度越高。
实施例3
本实施例中,用如下方法制造了图10所示构造的发光装置。
首先,将环氧树脂系树脂支座胶结的基板支座上形成数组由Cu/Ni/Ag而构成的正及负电极,在各对电极上装配了发光波长为450nm的InGaN系蓝色LED。LED和电极的连接是以采用金丝的引线接合法而进行。
其次,将装配有LED的基板支座装载于加热至120℃的压缩成形机金属模具内。并且,将散布YAG:Ce荧光体的液状环氧树脂滴入到基板支座上,并在压缩成形机的金属模具内以120℃硬化600sec。这里液状环氧树脂,是采用了初期粘度为1000mPa·s、玻璃转移温度140℃之物。并且,从金属模具取出后,再以150℃硬化4小时。如此,可得到如图10所示的具有半圆柱状透镜的发光装置。
比较例2
作为比较例,用如下方法制作了发光装置。
首先,在基板支座上装配LED为止进行与实施例1相同步骤。然后,在加热至150℃的传递模塑成形机的金属模具内装载基板支座,注入掺合YAG:Ce荧光体的传递模塑成形用环氧树脂,并保持300sec中。并且,从金属模具取出后,以150℃硬化4小时,则得到如图10所示半圆柱状透镜的发光装置。
(发光强度的比较)
对于实施例3及比较例2的发光装置,图19A显示平行于装配面的0°方向(图3中的x方向)的配光特性,图19B显示垂直于装配面的90°方向(图3中的y方向)配光特性。如图19A及19B所示,尤其是从90°方向可以看出,本发明的实施与比较例相比定向性更优、正面方向的光度更高。这个原因可以推测为,在比较例中形成透镜的透明树脂层的整体里散布着荧光体,通过荧光体的光散乱导致光的扩散。在本发明的实施例中,形成封装树脂层的透镜部分里实质上并没有包含荧光体,因此,定向性变高、正面方向的光度变高。
(色差的比较)
同时,对于实施例3及比较例2的发光装置,调查了沿着观察方向的色度变化。图20A及图20B显示色度坐标x的沿着观察方向的变化,图21A及图21B显示色度坐标y的沿着观察方向的变化。而且,图20A及图21A是平行于装配面的0°方向的色度变化图表,图20B及21B是垂直于装配面的90°方向的色度变化图表。如图20A、图20B、图21A及图21B所示,尤其是从90°方向可以看出,本发明的实施例与比较例相比色度变化少且抑制了随观察方向所产生的色差。其原因可推测为,在比较例中荧光体散布在封装树脂层的整体里,因而沿着观察方向的荧光体量发生变化。针对这些,在本发明的实施例中,荧光体分布在发光二极管8的邻近,因此随观察方向所产生的色差少。
尽管本发明参照附图对最佳实施方式进行了充分地记载,但对于熟练掌握此项技术的人来说,种种的变形和修正是显而易见的。这种变形和修正,只要不超出随附的权利要求所限定的本发明范围,就应当理解为包含在其中。

Claims (19)

1.一种发光装置,其具有:基板;形成于上述基板上的正电极及负电极;连接在上述正电极及负电极上的发光二极管;覆盖上述发光二极管的透明层;至少吸收上述发光二极管的一部分光并转换成长波长的荧光体;改变上述发光二极管及/或上述荧光体的发光的配光方向的透镜,其中,
上述树脂,包含上述荧光体,且成形为构成大致呈半圆柱状的透镜;
上述树脂中的荧光体,与构成上述透镜部分的表面邻近相比更高密度地分布在上述发光二极管的表面邻近。
2.一种发光装置,其具有:基板;形成于上述基板上的正及负电极;连接在上述正及负电极上的发光二极管;覆盖上述发光二极管的透明层;分散在上述透明层内的荧光体,并且可通过上述发光二极管的射出光,对散布在上述透明层内的荧光体进行激励发光,从而发射出与上述发光二极管的发光色不同颜色的光,其中,
上述透明层,覆盖上述发光二极管,且具有包含上述荧光体的第一透明层,与形成于上述第一透明层上的第二透明层;
上述第二透明层,被加工成使其上面形成透镜的曲面状;
在上述发光装置相互对向的一组侧面中,上述第一透明层及上述第二透明层被截断成大致呈同一平面,并露出上述第一透明层。
3.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
上述第一透明层呈大致半圆柱状。
4.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
从上面俯视上述透明层时,上述第一透明层的外缘与上述正及负电极的外缘大致上一致。
5.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
上述第一透明层呈大致长方体状。
6.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
上述第一透明层,覆盖连接上述发光二极管和上述正及负电极的全部电线。
7.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
上述第一透明层,是从由环氧树脂、硅酮树脂、硬质硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚亚胺树脂、玻璃组成的群组中任选的一种。
8.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
上述第二透明层,被加工成使上面形成圆柱形透镜的曲面状。
9.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
上述第二透明层,是从由环氧树脂、硅酮树脂、硬质硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚亚胺树脂、玻璃组成的群组中任选的一种。
10.一种发光装置,其具有:基板;形成于上述基板上的正电极及负电极;连接在上述正电极及负电极上的发光二极管;覆盖上述发光二极管的封装树脂层;至少吸收上述发光二极管的一部发光并转换成长波长的荧光体;改变来自上述发光二极管及/或上述荧光体的光的配光方向的透镜,其中,
上述封装树脂层,包含上述荧光体,且一体成形为构成上述透镜;
上述荧光体,与上述封装树脂层表面邻近相比,更高密度地分布在上述发光二极管的表面邻近。
11.根据权利要求10所述的发光装置,其特征在于,
上述封装树脂层,是由一种硬化时随温度上升粘度一度下降再度上升的热硬化性树脂构成。
12.根据权利要求10所述的发光装置,其特征在于,
上述封装树脂层,至少包含由环氧树脂、硅酮树脂、硬质硅酮树脂、改性硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚亚胺树脂组成的群组中的一种。
13.根据权利要求10所述的发光装置,其特征在于,
上述封装树脂层,是通过压缩成形法成形为透镜状。
14.根据权利要求10所述的发光装置,其特征在于,
上述荧光体,实质上并未分布在上述封装树脂层之中成形为上述透镜状的部分。
15.根据权利要求10所述的发光装置,其特征在于,
上述发光二极管表面邻近的上述荧光体的密度为,上述封装树脂层表面邻近的上述荧光体密度的20倍以上。
16.根据权利要求10所述的发光装置,其特征在于,
上述透镜呈大致半圆柱状或大致半球状。
17.根据权利要求1、2或10所述的发光装置,其特征在于,
上述发光装置,是以上述相互对向的一组的侧面的一侧,作为装配面的侧视型发光装置。
18.根据权利要求1、2或10所述的发光装置,其特征在于,
上述发光二极管,具有由氮化物半导体构成的紫外或蓝色发光层。
19.根据权利要求1、2或10所述的发光装置,其特征在于,
上述荧光体,单独或通过与上述发光二极管的发光混色,而可发出白色光。
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