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TWI418053B - 發光裝置 - Google Patents

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TWI418053B
TWI418053B TW096128982A TW96128982A TWI418053B TW I418053 B TWI418053 B TW I418053B TW 096128982 A TW096128982 A TW 096128982A TW 96128982 A TW96128982 A TW 96128982A TW I418053 B TWI418053 B TW I418053B
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Hideo Nagai
Masa-Aki Suzuki
Tadaaki Ikeda
Original Assignee
Panasonic Corp
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Description

發光裝置
本發明關於一種以密封材層被覆發光元件之發光裝置。
發光二極體(Light Emitting Diode，以下稱為「LED」)或半導體雷射等之發光元件，係使用於各種發光元件。其中，LED不僅較使用放電或輻射之現有光源小型且高效率，近年來由於亦朝向高亮度化，故有取代現有光源的可能性。又，LED，由於較使用放電或輻射之光源小型，故具有用途廣、操作容易、可期待多種設計等之優點，為附加價值高之光源。
再者，LED，可藉由與具有反射機能及透鏡機能之光學系統組合，來控制出射光的輻射圖案(radiation pattern)。又，若使用數mm見方之LED晶片，由於可視為小型的點光源，故亦可使光學系統小型化。
來自構裝成平坦面之LED晶片的輻射圖案，一般而言，係顯示稱為大致光軸對稱之朗伯(Lambertian)的廣角輻射圖案。為了控制輻射圖案，可於LED晶片的周圍設置具有反射機能之反射構件、或於LED晶片的上方設置具有透鏡機能之凸透鏡(參照日本特開2004－104077號公報)。或者，使用繞射晶格控制輻射圖案(參照日本特開2005－19987號公報)、使用覆蓋LED晶片之一部分的遮蔽構件來控制輻射圖案(參照日本特開2005－5193號公報)之例亦被提出。
然而，於日本特開2004－104077號公報所揭示之例，由於使用凸透鏡，故可能難以使發光裝置小型化、薄型化。又，於日本特開2005－19987號公報所揭示之例，由於係利用繞射現象，故並無法利用1階繞射光以外之高階繞射光，而有發光裝置之光取出效率降低的可能性。又，日本特開2005－5193號公報所揭示之例，由於LED晶片之出射光的一部分由於受到遮蔽構件遮蓋，故發光裝置之光取出效率亦有變低的可能性。
本發明係解決上述以往之課題者，提供一種容易進行發光裝置的小型化、薄型化，且可防止發光裝置之光取出效率降低之發光裝置。
本發明之發光裝置，係包含基座、與設置於該基座上之發光元件，其特徵在於，包含被覆該發光元件之第1密封材層、與圍繞該第1密封材層之側面之第2密封材層，該第1密封材層的折射率與該第2密封材層的折射率不同。
本發明之發光裝置，藉由控制複數層密封材層個別的折射率，可控制發光元件之輻射圖案。藉此，由於不需如以往之凸透鏡、繞射格子或遮蔽構件等，故可容易進行發光裝置的小型化、薄型化，且可防止發光裝置之光取出效率的降低。
本發明之發光裝置，包含基座、與設置於該基座上之發光元件。此發光元件，係藉由例如覆晶接合或打線接合構裝於該基座上。
基座之構成材料並無特別限定，可使用藍寶石、Si、GaN、AlN、ZnO、SiC、BN、ZnS等之單晶、Al2 O3 、AlN、BN、MgO、ZnO、SiC、C等陶瓷或此等的混合物、Al、Cu、Fe、Au、W或含此等之合金等金屬、環氧等樹脂、含無機填料與樹脂之複合材料、玻璃、石英等。此等樹脂、玻璃，可使用例如後述之用以構成密封材料層的材料。
發光元件，可使用例如發出波長為600~660nm之紅光的紅色LED、發出550~600nm之黃光的黃色LED、發出波長為500~550nm之綠光的綠色LED、發出波長為420~500nm之藍光的藍色LED、發出380~420nm之藍紫光的藍紫LED等。又，亦可為藉由藍色LED與例如黃色螢光體而發出白光之白色LED、藉由藍紫LED或紫外LED與例如藍色、綠色、紅色螢光體而發出白光之白色LED等組合LED與波長轉換材的LED。除380~780nm的可見光以外，發出紅外光(780nm~2 μm)之LED及發出380~200nm之紫外光的LED，藉由本發明亦可控制輻射圖案。上述紅色LED及黃色LED，可使用例如AlInGaP系材料的LED。又，上述綠色LED、藍色LED、藍紫LED及紫外LED，可使用例如InGaAlN系材料的LED。紅色~紅外光，可使用AlGaAs系材料或InGaAsP系材料的LED。以磊晶成長所形成之各系發光元件中之LED材料的元素組合比例，可依發光波長來加以適當調整。又，設置於基座上之發光元件的個數並無特別限定，可視所要求的光量來適當設定。又，發光元件，亦可透過底座基板設置在基台上。發光元件，並不限於化合物半導體材料，亦可使用例如由有機半導體材料、無機半導體材料所構成之發光元件。
而本發明之發光裝置，包含被覆發光元件之第1密封材層、與圍繞該第1密封材層之側面的第2密封材層，第1密封材層的折射率與第2密封材層的折射率不同。本發明之發光裝置，藉由控制第1密封材層的折射率與第2密封材層的折射率，可控制發光元件之輻射圖案。於本發明之發光裝置，即使無凸透鏡、繞射晶格、或遮蔽構件等，由於亦可控制發光元件之輻射圖案，故容易進行發光裝置的小型化、薄型化，且可防止發光裝置之光取出效率的降低。又，第2密封材層，亦可未完全圍繞第1密封材層的側面。再者，輻射圖案，除單峰性的圖案以外亦可製作多峰性的圖案。於此場合，適於例如於複數方向需要輻射圖案之雷射用光源。
於本發明之發光裝置，例如若使第2密封材層的折射率(n2)高於第1密封材層的折射率(n1)，則可縮窄發光元件之發光的輻射角。特別是當折射率比(n1/n2)在0.9以下時，可充份地縮窄該輻射角。藉此，可將本發明之發光裝置使用於聚光燈等舞台用照明裝置。又，若例如使第2密封材層的折射率(n2)低於第1密封材層的折射率(n1)，則可增廣發光元件之發光的輻射角。特別是當折射率比(n1/n2)在1.1以上時，可充分增廣該輻射角。藉此，可將本發明之發光裝置使用於室內照明等一般用照明裝置。又，為了將第1及第2密封材層之折射率控制為上述，例如可選擇層的構成材料，使個別之層的折射率為如上述關係。
於本發明之發光裝置，第1密封材層，對於發光元件之出射光的光軸，可呈非對稱分布。係因可成為具異向性之輻射圖案之故。此處，上述「非對稱」，係指對上述光軸非為點對稱。於此場合，可將本發明之發光裝置，例如，使用於如汽車之車頭燈(亦即，以不妨礙對向車道之司機之視野的方式，設計成對向車道側的發射方向較步行者側更向下的車頭燈)等般僅照明某特定方向之照明裝置。又，第2密封材層，對於發光元件之出射光的光軸呈非對稱分布亦可發揮同樣的效果。
構成第1及第2密封材層之材料，並無特別限定。只要發光元件之出射光的至少一部分可分別穿透第1及第2密封材層，可使用各種材料。例如，可使用氧化鋁(折射率：1.63)、氧化鈰(折射率：2.2)、氧化鉿(折射率：1.95)、氧化鎂(折射率：1.74)、氧化鈮(折射率：2.33)、氧化鉭(折射率：2.16)、氧化鋯(折射率：2.05)、氧化鋅(折射率：2.1)、氧化鈦(折射率：2.4)、氧化釔(折射率：1.87)、氧化矽(折射率：1.5)、氧化銦(折射率：2)、氧化錫(折射率：2)、氧化鎢(折射率：2.2)、氧化釩(折射率：2.0)等金屬氧化物、氮化矽(折射率：1.9)、氮化鎵(折射率：2.5)、碳化矽(折射率：2.6)、氟化鈣(折射率：1.43)、碳酸鈣(折射率：1.58)、硫酸鋇(折射率：1.64)、硫化銅(折射率：2.1)、硫化錫(折射率：2.0)、硫化鋅(折射率：2.37)等無機材料、鑽石(折射率：2.4)、或此等的混合物。又，上述括弧內之折射率的值，係顯示對波長為550nm之光之各材料的折射率。
使用上述列舉之材料形成第1及第2密封材層的方法，可例示如溶膠凝膠法。例如，以溶膠凝膠法形成氧化矽所構成之密封材層時，將金屬烷氧化物(甲基矽酸鹽、正丁基矽酸鹽等)水解以溶膠化後，使用乙二醇等醇類將此溶膠的黏度調整為既定值，將其塗布於基材上之所需部位，以200℃乾燥數十分鐘後，以300℃加熱2小時左右，藉此製得氧化矽所構成之密封材層。除氧化矽以外，當使用例如氧化鈦等金屬化合物時，亦可以同樣的方法形成密封材層。又，使用溶膠凝膠法時，亦可併用後述之奈米粒子材料。例如，可將奈米粒子材料分散於金屬烷氧化物中，之後進行凝膠化，藉此製得金屬氧化物與奈米粒子材料所構成之密封材層。
構成第1及第2密封材層之材料，可使用環氧樹脂、矽酮樹脂、丙烯酸樹脂、尿素樹脂、醯胺樹脂、醯亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚硫化苯樹脂、液晶聚合物、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯樹脂(ABS樹脂)、甲基丙烯酸樹脂(PMMA樹脂)、環狀烴共聚物等樹脂或此等之混合物、或低熔點玻璃等之玻璃。當使用此等樹脂或玻璃等之透光性材料時，藉由對此等透光性材料照射電子束或離子束(氫離子束或氦離子束)，可提高該透光性材料的折射率。
高折射率之玻璃材料，可使用適當混合TeO2 、GeO2 、B2 O3 、GaO3 、Bi2 O3 、ZnO、Y2 O3 、La2 O3 、Gd2 O3 、Ta2 O5 、TiO2 等所構成之TeO2 －B2 O3 －ZnO系玻璃。藉由適當調整上述玻璃的組成比例，可製得2左右的高折射率。又，上述玻璃的軟化溫度為400~500℃，可進行加壓加工。
又，亦可使用將此等透光性材料作為母材，於此母材中分散有上述列舉之金屬氧化物或無機材料所構成之奈米粒子材料的複合材料。於此場合，藉由調整分散於該母材中之該奈米粒子材料的量，可調整密封材層的折射率。又，將硬化性樹脂作為母材時，若將該奈米粒子材料分散於未硬化狀態之硬化性樹脂，則由於可提升硬化前之該硬化性樹脂之搖變性，故可容易地將密封材層形成為所欲之形狀。又，與單獨使用樹脂時相較之下，由於熱傳導性提升，故可有效率地排放發光元件所發出之熱。
又，構成第1及第2密封材層之材料，亦可使用於上述透光性材料分散有奈米粒子材料之複合材料。此奈米粒子材料，可使用例如上述所列舉之金屬氧化物、無機材料等所構成的超微粒子，較佳為，具有平均粒徑為密封材之該透光性材料內之發光波長的4分之1以下者。係由於若奈米粒子材料的平均粒徑為上述範圍，則可作成具有充分透明性之密封材層之故。又，上述「平均粒徑」，可為例如由掃描型電子顯微鏡的觀察影像所讀取之初級粒子之粒徑的平均值(例如100個初級粒子之粒徑的平均值)。特別是，上述平均粒徑可在1nm以上100nm以下、較佳在1nm以上50nm以下，從分散性的觀點考量，以在1nm以上10nm以下為更佳。
當將本發明之發光裝置作為白色光源使用時，只要於第1及第2密封材層的至少一者，分散用以轉換發光元件所發出之一部分光的波長的波長轉換材料即可。此類波長轉換材料，可使用例如發出紅光之紅色螢光體、發出黃光之黃色螢光體、發出綠光之綠色螢光體等。該紅色螢光體，可使用例如氮化矽酸鹽系Sr2 Si5 N8 ：Eu2＋ 、氮化鋁矽酸鹽系CaAlSiN3 ：Eu2＋ 、氧基氮化鋁矽酸鹽系Sr2 Si4 AlON7 ：Eu2＋ 、LOS系La2 O2 S：Eu3＋ 等。該黃色螢光體，可使用例如(Sr、Ba)2 SiO4 ：Eu2＋ 、(Y、Gd)3 Al5 O12 ：Ce3＋ 等。該綠色螢光體，可使用例如BaMgAl10 O17 ：Eu2＋ 、BaMgAl10 O17 ：Mn2＋ 、SrAl2 O4 ：Eu2＋ 、矽酸鹽系(Ba,Sr)2 SiO4 ：Eu2＋ 等。又，該波長轉換材料，可使用玫瑰紅等有機色素或磷光體等。又，發光元件，當使用發出波長為420nm以下之藍紫色光、或波長為380nm以下之紫外光的LED時，波長轉換材料，例如可併用上述紅色螢光體及綠色螢光體、及發出藍光之藍色螢光體。此藍色螢光體，可使用BaMgAl10 O17 ：Eu2＋ 等鋁酸鹽螢光體、或Ba3 MgSi2 O8 ：Eu2＋ 等矽酸鹽螢光體等。
本發明之發光裝置，亦可進一步含有將發光元件所發出之光朝光出射側反射的反射層。其係由於可提升光取出效率之故。於該場合，反射層之反射表面的材料，可使用Al、Ag、Au、Ni、Rh、Pd或含此等金屬之合金等之金屬、或氧化鋁、氧化鈰、氧化鉿、氧化鎂、氧化鈮、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋅、氧化鈦、氧化釔、氧化矽、氧化銦、氧化錫、氧化鎢、氧化釩等金屬氧化物、氮化矽、氮化鎵、碳化矽、氟化鈣、碳酸鈣、硫化銅、硫化錫、硫化鋅、硫酸鋇等無機材料或此等之混合物。當使用粒子狀之金屬氧化物或無機材料時，由擴散、散射所致之反射效果的觀點考量，較佳為使用平均粒徑0.3~3 μm者(大於密封材層中之波長)。又，將此等之金屬氧化物或無機材料以2種類交互積層之多層膜所形成的分散式布瑞格反射鏡(厚度0.1~1 μm)作為反射層亦有效。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態。又，所參照之圖式，將實質上具相同機能之構成要素以相同符號表示，並省略重複說明。於實施形態為了簡化說明，係顯示使用折射率不同之2種密封材層之例，但密封材層的數目亦可更增加。
圖1~3，分別為本發明之實施形態1~3之發光裝置的概略截面圖。
如圖1所示，發光裝置1，包含基座10、設置於基座10上之發光元件11、被覆發光元件11之第1密封材層12、及圍繞第1密封材層12之側面的第2密封材層13。又，第2密封材層13的折射率大於第1密封材層12的折射率。藉此，由於可縮窄發光元件11之發光的輻射角，因此發光裝置1，可適用於以聚光燈使被照體顯著之演出所使用的照明裝置。
圖2所示之發光裝置2，被覆發光元件11之第1密封材層20的折射率，係大於圍繞第1密封材層20之側面之第2密封材層21的折射率。其它皆與上述之發光裝置1(參照圖1)相同。藉此，可增廣發光元件11之發光的輻射角，故可將發光裝置2使用於室內照明等一般照明裝置。
圖3所示之發光裝置3，第1密封材層20，對於發光元件11之出射光的光軸呈非對稱分布。其它皆與上述之發光裝置2(參照圖2)相同。藉此，可使發光元件11之出射光成為具異向性的輻射圖案。因此，發光裝置3，可使用於如汽車之車頭燈(亦即，以不妨礙對向車道之司機之視野的方式，設計成對向車道側的發射方向較步行者側更向下的車頭燈)等般僅照明某特定方向之照明裝置。又，安裝於大樓上方之牆面等街頭用大型顯示器，通常係使輻射圖案朝向下方，以供從人的方向觀看影像。可使用於此種要求具異向性之輻射圖案的用途。
以上，說明本發明實施形態1~3之發光裝置1~3，但本發明並不限於此等。例如，亦可於第1密封材層的頂面被覆第2密封材層。於此場合，設置於第1密封材層上之第2密封材層的厚度，若未滿第1密封材層之寬度的20%，則由於被覆頂面之第2密封材層不會對輻射圖案造成很大的影響，故較佳。相反的當欲主動地影響輻射圖案時，以20%以上為佳。由發光裝置之小型化、薄型化的觀點考量，較佳為第1密封材層的頂面未以第2密封材層被覆。又，第1密封材層與第2密封材層的邊界，亦可不對基座成垂直。
接著，對於上述之發光裝置1~3的具體例、及比較例之發光裝置100(參照圖4)，以後述之測量方法進行輻射圖案的測量。發光裝置100，除僅使用第1密封材層12作為密封材層以外，與上述之發光裝置1(參照圖1)相同。
(發光裝置之構成材料、尺寸等)
發光裝置1~3的具體例及發光裝置100所使用之發光元件11，係使用用藍寶石基板之GaN系LED晶片(厚度：0.1mm、0.3mm見方)。基座10，則使用氧化鋁所構成之基材。上述LED晶片，係以Au凸塊覆晶接合於設置在用以對LED晶片進行配電之金屬配線圖案(設置於基座10上，未圖示)上之一部分的構裝部。又，第1密封材層12及第2密封材層21，係使用信越化學製之矽酮樹脂(產品編號：LPS－5510)。第1密封材層12及第2密封材層21，對波長為550nm之光的折射率皆為1.5。又，第2密封材層13及第1密封材層20，係使用以60體積%之含有率將氧化鈦粒子(平均粒徑：5nm)分散於上述矽酮樹脂的複合材料。第2密封材層13及第1密封材層20，對波長為550nm之光的折射率皆為2.0。發光裝置1~3之具體例及發光裝置100的尺寸，皆是外徑D1(參照圖1)為2mm、密封材層之厚度T1(參照圖1)為0.55mm、基座10之厚度T2(參照圖1)為1mm。又，第1密封材層12,20，直徑D2(參照圖1)皆為0.7mm。又，於發光裝置3的具體例，第1密封材層20對光軸L的偏離量G1(參照圖3)為0.2mm。
又，若令母材之矽酮樹脂(折射率n2=1.5)與氧化鈦粒子(折射率n1=2.4)之混合物中之氧化鈦粒子所佔的體積比例為P1，則混合物之折射率nc，由馬克士威-加內特理論，可以下述式(1)求得。
nc2=n22×{n12+2n22+2P1(n12-n22)}/{n12+2n22-P1(n12-n22)}………(1)
由式(1)，可計算出第2密封材層13、第1密封材層20之折射率為2.0。
又，發光元件之構裝形態，並不限於覆晶接合構裝面側設置有陽極電極與陰極電極之發光元件。例如，於頂面與底面其中之一設置陽極電極、另一面設置陰極電極之發光元件，可對底面進行焊接，對頂面則進行打線接合，或於頂面設置有陰極電極與陽極電極之發光元件，則可將底面以銀膠接合，而對頂面之兩電極進行分別不同的打線接合等，可具有各種的接合方式。
(輻射圖案之測量方法)
接著，參照圖5說明輻射圖案之測量方法。圖5，係用以說明發光裝置1之具體例之輻射圖案其測量方法的示意圖。在使發光裝置1發光的狀態下，使用檢測器50(濱松光子製S9219，受光面之直徑：11.3mm)測量以發光裝置1為中心之半徑1m之半圓(圖5中之虛線)上的發光強度。又，發光裝置1之光軸的輻射角θ，係對所測得之發光強度作圖。對發光裝置2、3之具體例及發光裝置100，亦以同樣的測量方法測量。將所得之結果示於圖6。又，於圖6，係使各發光強度之波峰為1進行規格化。
由圖6可知發光裝置1~3，相對於發光裝置100，較能控制輻射圖案。又，於圖6，發光裝置1、2、3、100之半值寬，分別為96度、148度、102度、123度。
圖7、8，分別為本發明之實施形態4、5之發光裝置的概略截面圖。
如圖7所示，發光裝置4，除含有基座10上所形成之反射層60，且在此反射層60的凹部內填充有密封材層以外，與上述之發光裝置1(參照圖1)相同。又，如圖8所示，發光裝置5，除含有基座10上所形成之反射層60，且在此反射層60的凹部內填充有密封材層以外，與上述之發光裝置2(參照圖2)相同。
接著，對上述之發光裝置4、5之具體例及比較例之發光裝置200(參照圖9)，以與上述相同的測量方法進行輻射圖案的測量。發光裝置200，除僅使用第1密封材層12作為密封材層以外，與上述之發光裝置4(參照圖7)相同。於發光裝置4、5之具體例及發光裝置200，反射層60之出射側開口徑D3(參照圖7)皆為2mm、反射層60之基座側開口徑D4(參照圖7)皆為1.2mm。又，反射層60之反射表面的構成材料，為蘇威先進化合物公司製之阿摩鐵魯A－4122(主成分為聚二甲苯醯胺樹脂，對440~700nm之光具90%以上的反射率)。至於其他之發光裝置之構成材料、尺寸等，皆與上述之發光裝置1~3之具體例及發光裝置100相同。將所得之結果示於圖10。又，於圖10，係使各發光強度之波峰為1進行規格化。
由圖10可知發光裝置4、5，相對於發光裝置200，較能控制輻射圖案。又，於圖10，發光裝置4、5、200之半值寬，分別為31度、48度、33度。
圖11、12，分別為本發明之實施形態6、7之發光裝置的概略截面圖。
圖11所示之發光裝置6，第1密封材層20，對於發光元件11之出射光的光軸L係呈非對稱地分布。其他皆與上述之發光裝置5(參照圖8)相同。又，圖12所示之發光裝置7，第2密封材層21，對於發光元件11之出射光的光軸L係呈非對稱地分布。其他皆與上述之發光裝置5(參照圖8)相同。
接著，對上述之發光裝置6、7之具體例，以與上述相同的測量方法進行輻射圖案的測量。又，於發光裝置6之具體例，第1密封材層20對光軸L的偏離量G2(參照圖11)為0.2mm。又，於發光裝置7之具體例，第2密封材層21對光軸L的偏離量G3(參照圖12)為0.2mm。其他之發光裝置之構成材料、尺寸等，係與上述之發光裝置5的具體例相同。將所得之結果示於圖13。又，於圖13，係使各發光強度之波峰為1進行規格化，而作為比較，亦顯示上述發光裝置200的結果。
由圖13可知發光裝置6、7，相對於發光裝置200，較能控制輻射圖案。又，於圖13，發光裝置6、7之半值寬，分別為51度、52度。
圖14A，係本發明之實施形態8之發光裝置的概略截面圖。又，圖14B，係由密封材層側觀看圖14A之發光裝置的立體圖。圖14A、B所示之發光裝置8，除第1密封材層20形成為略呈橢圓柱狀以外，與上述之發光裝置5(參照圖8)相同。
接著，對上述之發光裝置8之具體例，以與上述相同的測量方法進行輻射圖案的測量。又，於發光裝置8之具體例，第1密封材層20之長徑D5(參照圖14B)為1.2mm，第1密封材層20之短徑D6(參照圖14B)為0.7mm。其他之發光裝置之構成材料、尺寸等，係與上述之發光裝置5的具體例相同。將所得之結果示於圖15。又，於圖15，對以與第1密封材層20之短軸正交之方向的X方向(參照圖14B)作為光軸時、以與第1密封材層20之長軸正交之方向的Y方向(參照圖14B)作為光軸時、及作為比較之上述發光裝置200的結果，係使各發光強度之波峰為1進行規格化加以顯示。
由圖15可知發光裝置8，相對於發光裝置200，較能控制輻射圖案。又，於圖15，X方向之半值寬為54度、Y方向之半值寬為42度。
圖16A，係本發明之實施形態9之發光裝置的概略截面圖。又，圖16B，係圖16A之發光裝置之發光元件的放大圖。
如圖16A所示，發光裝置9，係透過導線71將發光元件11構裝於基座10上所形成之配線70。
如圖16B所示，發光元件11，包含n－Si等所構成之底座基板80、於底座基板80上透過SiO2 膜81形成之Ti/Pt/Al高反射配線82、於Ti/Pt/Al高反射配線82上透過凸塊83及電極84所構裝之LED晶片85、及被覆LED晶片85所形成之螢光體層86。
LED晶片85，係由底座基板80側，依序積層p－GaN層85a、InGaN/GaN量子井發光層85b、n－GaN層85c及GaN基板85d而形成。又，於螢光體層86，分散有可改變InGaN/GaN量子井發光層85b所發出之一部分光之波長的螢光體材料。其它皆與上述之發光裝置5(參照圖8)相同。發光裝置9，由於具有螢光體層86，故可作為白色光源使用。
於上述之實施形態1~9，係顯示第1密封材層之橫向的厚度為一定之例，但亦可藉由例如將橫向的厚度對光出射方向依序縮窄、或依序增廣，來控制各種的輻射圖案。
圖17、18、19，分別為本發明之實施形態10、11、12之發光裝置的概略截面圖。
圖17所示之發光裝置30，係包含形成於以氧化鋁所構成之杯狀基座40上的第1密封材層12，此第1密封材層12，橫向的厚度係形成為對光出射方向依序縮窄，除此之外，係與上述之發光裝置1(參照圖1)相同。又，圖18所示之發光裝置31，包含形成於杯狀基座40上的第1密封材層12，此第1密封材層12，橫向的厚度係形成為對光出射方向依序縮窄，且第1密封材層12之側面12a係形成為曲面，除此之外，皆與上述之發光裝置1(參照圖1)相同。再者，圖19所示之發光裝置32，包含形成於基座10上之第1密封材層12，此第1密封材層12，橫向的厚度係形成為對光出射方向依序縮窄，第2密封材層13之側面13a亦形成為圓錐狀，且亦可從側面13a射出光，除此之外，與上述之發光裝置1(參照圖1)皆相同。
接著，說明上述之發光裝置32之製造步驟的一部份。首先，如圖20A所示，於基座10上設置發光元件11。接著，如圖20B所示，將具有凹部45a之模具45設置於基座10上，將發光元件11設置於凹部45a內。接著，如圖20C所示，於凹部45a內填充第1密封材並使其固化。最後，如圖20D所示，由基座10除去模具45，藉此於基座10上形成第1密封材層12，使其被覆發光元件11。第1密封材層12，由於橫向的厚度形成為對光出射方向依序縮窄，故可知模具45的離型性良好，且於生產性方面上為優異之形狀。
圖21、22、23，分別為本發明之實施形態13、14、15之發光裝置的概略截面圖。
圖21所示之發光裝置33，包含形成於杯狀基座40上的第1密封材層12，此第1密封材層12，橫向的厚度係形成為對光出射方向依序增廣，除此之外，與上述之發光裝置1(參照圖1)皆相同。圖22所示之發光裝置34，包含形成於杯狀基座40上的第1密封材層12，此第1密封材層12，橫向的厚度係形成為對光出射方向依序增廣，且第1密封材層12之側面12a形成為曲面，除此之外，與上述之發光裝置1(參照圖1)皆相同。再者，圖23所示之發光裝置35，包含形成於基座10上之第1密封材層12，此第1密封材層12，橫向的厚度係形成為對光出射方向依序增廣，且第2密封材層13之側面13a亦形成為圓錐狀，亦可從側面13a射出光，除此之外，與上述之發光裝置1(參照圖1)皆相同。
接著，說明上述之發光裝置34之製造步驟的一部份。首先，如圖24A所示，於杯狀基座40的內側面形成第2密封材層13，於基座40的中央部形成凹部14。凹部14，係形成為由低部朝開口部橫向的尺寸依序增大。接著，如圖24B所示，使用真空筒夾46將發光元件11設置於基座40上。此時，由於在真空筒夾46與第2密封材層13之間形成有空間部14a，故可使真空筒夾46易於出入。圖24C，係顯示除去真空筒夾46之狀態的圖。接著，如圖24D所示，於凹部14內填充第1密封材並使其固化，形成第1密封材層12。第1密封材層12，由於具有橫向的厚度對光出射方向依序增加的構造，設置發光元件11時之冶具可順利出入，故可知在生產性方面為優異的形狀。
本發明，於不脫離其主旨的範圍內，亦可以上述以外的形態實施。本發明所揭示之實施形態僅一例，並不限於此等。本發明之範圍，較上述說明書之記載，應優先解釋所添附之申請專利範圍的記載，在與申請專利範圍均等之範圍內的全部變更，皆包含於申請專利範圍。上述之實施形態，為了說明發明的本質部分，係顯示發光裝置之光取出面之頂面為平坦之例，但頂面當然可形成凸狀或凹狀之透鏡、或菲涅耳透鏡來使用。
產業上之可利用性
本發明之發光裝置，適用於例如一般照明、舞台照明(聚光燈、廣告燈等)、汽車用照明(特別是車頭燈)等所使用之照明裝置、或街頭用大型顯示器、投影機等所使用之顯示裝置等。又，亦適用於要求小型、薄型化之雷射光源。
1,2,3,4,5,6,7,8,9,30,31,32,33,34,35．．．發光裝置
10,40．．．基座
11．．．發光元件
12,20．．．第1密封材層
13,21．．．第2密封材層
12a,13a．．．側面
14,45a．．．凹部
14a．．．空間部
45．．．金屬模具
46．．．真空筒夾
50．．．檢測器
60．．．反射層
70．．．配線
71．．．導線
80．．．基座基板
81．．．SiO2 膜
82．．．Ti/Pt/Al高反射配線
83．．．凸塊
84．．．電極
85．．．LED晶片
85a．．．p－GaN層
85b．．．InGaN/GaN量子井發光層
85c．．．n－GaN層
85d．．．GaN基板
86．．．螢光體層
圖1係本發明之實施形態1之發光裝置的概略截面圖。
圖2係本發明之實施形態2之發光裝置的概略截面圖。
圖3係本發明之實施形態3之發光裝置的概略截面圖。
圖4係比較例之發光裝置的概略截面圖。
圖5係用以說明發光裝置之輻射圖案之測量方法的示意圖。
圖6係顯示本發明之實施例及比較例之發光裝置之輻射圖案的圖表。
圖7係本發明之實施形態4之發光裝置的概略截面圖。
圖8係本發明之實施形態5之發光裝置的概略截面圖。
圖9係比較例之發光裝置的概略截面圖。
圖10係顯示本發明之實施例及比較例之發光裝置之輻射圖案的圖表。
圖11係本發明之實施形態6之發光裝置的概略截面圖。
圖12係本發明之實施形態7之發光裝置的概略截面圖。
圖13係顯示本發明之實施例及比較例之發光裝置之輻射圖案的圖表。
圖14A係本發明之實施形態8之發光裝置的概略截面圖。
圖14B係從圖14A之發光裝置之密封材層觀看的俯視圖。
圖15係顯示本發明之實施例及比較例之發光裝置之輻射圖案的圖表。
圖16A係本發明之實施形態9之發光裝置的概略截面圖。
圖16B係圖16A之發光裝置之發光元件的放大圖。
圖17係本發明之實施形態10之發光裝置的概略截面圖。
圖18係本發明之實施形態11之發光裝置的概略截面圖。
圖19係本發明之實施形態12之發光裝置的概略截面圖。
圖20A~D係顯示本發明之實施形態12之發光裝置之製造步驟之一部分的概略截面圖。
圖21係本發明之實施形態13之發光裝置的概略截面圖。
圖22係本發明之實施形態14之發光裝置的概略截面圖。
圖23係本發明之實施形態15之發光裝置的概略截面圖。
圖24A~D係顯示本發明之實施形態14之發光裝置之製造步驟之一部分的概略截面圖。
1．．．發光裝置
10．．．基座
11．．．發光元件
12．．．第1密封材層
13．．．第2密封材層
D1．．．發光裝置之外徑
D2．．．第1密封材層之直徑
T1．．．密封材層之厚度
T2．．．基座之厚度

Claims (14)

  1. 一種發光裝置，包含基座、與設置於該基座上之發光元件，其特徵在於：包含被覆該發光元件之第1密封材層、與圍繞該第1密封材層之側面的第2密封材層，該第1密封材層呈圓柱狀，該第2密封材層呈包含第1密封材層之圓柱狀，該第1密封材層之頂面與該第2密封材層之頂面形成同一面，該第2密封材層之側面露出，該第1密封材層的折射率與該第2密封材層的折射率不同。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該發光元件之出射光的光軸，係設置在不同於該圓柱狀之第1密封材層之中心軸的位置，且設置在不同於該圓柱狀之第2密封材層之中心軸的位置。
  3. 一種發光裝置，包含基座、設置於該基座上之發光元件、與設置於該基座上之具有開口凹部的反射層，其特徵在於：該發光元件係設置於該開口凹部的底面，該發光元件係以第1密封材層所被覆，該第1密封材層之側面係由第2密封材層所圍繞，該第2密封材層之側面與該開口凹部之凹內壁面接觸，該第1密封材層呈圓柱狀，該第2密封材層則呈包含 該第1密封材層之倒圓錐狀，該第1密封材層之頂面、該第2密封材層之頂面、與該反射層之頂面形成同一面，該第1密封材層的折射率與該第2密封材層的折射率不同。
  4. 如申請專利範圍第3項之發光裝置，其中，該發光元件之出射光的光軸，係設置在不同於該圓柱狀之第1密封材層之中心軸的位置，且設置在與該倒圓錐狀之第2密封材層之中心軸一致的位置。
  5. 如申請專利範圍第3項之發光裝置，其中，該發光元件之出射光的光軸，係設置在與該圓柱狀之第1密封材層之中心軸一致的位置，且設置在不同於該倒圓錐狀之第2密封材層之中心軸的位置。
  6. 一種發光裝置，包含基座、設置於該基座上之發光元件、與設置於該基座上之具有開口凹部的反射層，其特徵在於：該發光元件係設置於該開口凹部的底面，該發光元件係以第1密封材層所被覆，該第1密封材層之側面係由第2密封材層所圍繞，該第2密封材層之側面與該開口凹部之凹內壁面接觸，該第1密封材層呈橢圓柱狀，該第2密封材層則呈包含第1密封材層之倒圓錐狀，該第1密封材層之頂面、該第2密封材層之頂面、與該反射層之頂面形成同一面， 該第1密封材層的折射率與該第2密封材層的折射率不同。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之發光裝置，其中，該第1密封材層及第2密封材層不含螢光體。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之發光裝置，其中，令該第1密封材層之折射率為n1、該第2密封材層之折射率為n2時，折射率比n1/n2在0.9以下。
  9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之發光裝置，其中，令該第1密封材層之折射率為n1、該第2密封材層之折射率為n2時，折射率比n1/n2在1.1以上。
  10. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光裝置，其中，該發光元件包含底座基板、形成於該底座基板一方之主面側的LED晶片、與被覆該LED晶片之周圍的螢光體層。
  11. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光裝置，其中，該第1密封材層、該第2密封材層之至少一者係由金屬烷氧化物所形成之金屬氧化物。
  12. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光裝置，其中，該第1密封材層、該第2密封材層之至少一者係經電子束照射或離子束照射之樹脂或玻璃材。
  13. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光裝置，其中，該第1密封材層、該第2密封材層之至少一者係TeO2-B2O3-ZnO系之玻璃材。
  14. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光裝置， 其中，該第1密封材層、該第2密封材層之至少一者係分散有由金屬氧化物所構成之奈米粒子材料的複合材料。
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