專利名稱：光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作液晶顯示器等的光源的光源裝置。具體地說，本發(fā)明涉及一種有效利用半導(dǎo)體發(fā)光元件的射出光獲取可長期清晰、無色斑發(fā)光的高亮度光源裝置。
背景技術(shù)：
一種作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的小型發(fā)光二極管，可高效、顏色鮮艷地發(fā)光，不用擔(dān)心燈泡被燒毀。該發(fā)光二極管的特征在于具有優(yōu)良的激勵特性，并且對于振動及重復(fù)進行的接通/斷開操作具有耐受性。因此，該發(fā)光二極管適合用作各種指示器和液晶顯示器的光源。
迄今，作為一種在液晶顯示器等裝置上實現(xiàn)全色顯示的光源裝置，為人所知的有發(fā)光二極管(LED)燈泡。這種LED燈泡包括三個(即所謂的RGB)半導(dǎo)體發(fā)光元件，分別發(fā)出紅、藍、綠光。這三個半導(dǎo)體發(fā)光元件作為一組設(shè)置在基板上。
據(jù)知，另外還有一種全色光源裝置，該裝置設(shè)有三個分別發(fā)射紅、藍、綠光的半導(dǎo)體發(fā)光元件，設(shè)置于引線框架上。
用于這種光源裝置的發(fā)光二極管具有優(yōu)良的單色峰值波長。因此，在采用例如各自發(fā)出紅、藍、綠光的發(fā)光二極管構(gòu)成白光光源裝置的場合，要求將這些發(fā)射不同顏色光的發(fā)光二極管設(shè)置成互相靠近，以使各種顏色的光漫射并混和。
具體而言，為獲得發(fā)出白光的光源裝置，需要紅、藍、綠三種發(fā)光二極管，或者藍綠色與黃色兩種發(fā)光二極管。就是說，為獲得發(fā)出白光的光源裝置，需要使用多種發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管。
另外，半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片在色調(diào)與亮度上具有不一致性。當(dāng)多個發(fā)光二極管采用不同材料制成時，由于每個發(fā)光二極管芯片的激勵功率互不相同，就需要個別地進行電源設(shè)置。
因此，為發(fā)出白光，需對加到每個發(fā)光二極管上的電流等進行調(diào)節(jié)。問題是，所使用的發(fā)光二極管在溫度特性與老化程度上會有差異，且其色調(diào)也會改變。再者，當(dāng)來自每個發(fā)光二極管芯片的發(fā)射光不能均勻混和時，出射光可能包含不均勻的顏色，因此就不能獲得符合要求的白色光。
具體地說，對于在基板上設(shè)置紅、藍、綠三種半導(dǎo)體發(fā)光元件并將其作為一組使用的光源裝置，存在光源裝置尺寸過大的問題。此外，由于半導(dǎo)體發(fā)光元件之間存在距離，還會出現(xiàn)不易混色、混色不勻以及單個發(fā)光裝置的面色粗糙等問題。
對于在引線框架等上設(shè)置紅、藍、綠三種半導(dǎo)體發(fā)光元件的光源裝置，為獲得白光，需要給紅、藍、綠三色的所有半導(dǎo)體發(fā)光元件供電。因此，存在耗電大、不利于節(jié)能的問題，并且還要給便攜(移動)式裝置提供電池放置空間。
日本公開特許公報平7-99345號、平10-190066號與平10-242513號中曾公開解決了上述問題的光源裝置。
在日本公開特許公報平7-99345號中公開的光源裝置中，一種LED芯片被置于一杯狀物的底部。然后，在該杯狀物內(nèi)充填含有波長轉(zhuǎn)變熒光物質(zhì)(或用以部分吸收發(fā)光芯片的發(fā)射波長的濾光物質(zhì))的樹脂(彩色轉(zhuǎn)換物質(zhì))，將該LED芯片的發(fā)光波長改變?yōu)槠渌ㄩL。之后，在上述樹脂的周圍再設(shè)置樹脂。
日本公開特許公報平10-190066號中公開的光源裝置，設(shè)有一種用芯片鍵合件(die bonding member)固定在基板上的LED芯片和一種設(shè)置在該LED芯片上的彩色轉(zhuǎn)換件。該彩色轉(zhuǎn)換件含有一種至少可吸收一部分LED芯片發(fā)出的光、將其波長轉(zhuǎn)變后再發(fā)光的熒光物質(zhì)。
對于日本公開特許公報平10-242513號中公開的光源裝置，一對安裝引線配備有所述光源裝置。一根安裝引線的前邊緣做成杯狀，其中放置氮化鎵半導(dǎo)體LED芯片。該LED芯片經(jīng)由一內(nèi)引線跟另一安裝引線電連接。在該杯狀物中充填包含熒光物質(zhì)的透明樹脂。在另一種光源裝置中，氮化鎵半導(dǎo)體LED芯片被安放在該裝置的殼體內(nèi)，在該殼體內(nèi)充填包含熒光物質(zhì)的透明樹脂。
上述各公開特許公報中公開的光源裝置可從一種半導(dǎo)體發(fā)光元件自身發(fā)射的發(fā)光顏色獲得另一種發(fā)光顏色。具體而言，對于能轉(zhuǎn)變LED芯片發(fā)射的光之波長的發(fā)光二極管，通過將來自藍色發(fā)光二極管的光發(fā)射跟來自吸收上述光后發(fā)出黃光的熒光物質(zhì)的光發(fā)射混合獲得白光。
在上述任一公開特許公報中公開的光源裝置中，在LED芯片上設(shè)有彩色轉(zhuǎn)換件。因此，在獲取白光的場合，LED芯片自身在其上方輻射的藍光跟經(jīng)設(shè)置在LED芯片上的彩色轉(zhuǎn)換件轉(zhuǎn)變所得的黃光形成的散射光，令人眼感覺到白光。
要獲得清晰、明亮的白光，藍光和黃光的分散與分布須均勻且穩(wěn)定。但是，上述各公開特許公報中公開的結(jié)構(gòu)中，藍光被所述LED芯片上的彩色轉(zhuǎn)換件遮擋了。光源裝置的亮度取決于由彩色轉(zhuǎn)換件轉(zhuǎn)換得到的光跟該LED芯片自身輻射的藍光合成的合成光的光量。因此，彩色轉(zhuǎn)換件的分散與分布必須均勻，否則亮度就不會令人滿意。
除了含有對LED芯片發(fā)出的光作波長轉(zhuǎn)變的熒光物質(zhì)的彩色轉(zhuǎn)換件之外，還需要一種用以固定發(fā)光芯片或LED芯片的芯片鍵合件(一種安裝件)。
日本公開特許公報平7-99345號中公開的結(jié)構(gòu)存在的問題是其半導(dǎo)體發(fā)光元件設(shè)置在波長轉(zhuǎn)變材料中，因此難以混色。
還有，日本公開特許公報平10-242513號中公開的結(jié)構(gòu)中，有一個氮化鎵半導(dǎo)體安放在光源裝置的杯狀物或殼體內(nèi)。在該半導(dǎo)體的上面和四個側(cè)面充填一種波長轉(zhuǎn)變材料等熒光物質(zhì)。由此，熒光物質(zhì)必須被均勻地分散在透明樹脂中。此外，還有一個難以控制熒光物質(zhì)在四個側(cè)面的分散量或厚度以及在表面的分散量或厚度的問題。除了上述日本特許中公開的結(jié)構(gòu)外，據(jù)知還有另一種結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，一種發(fā)藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件被含有波長轉(zhuǎn)變材料的樹脂整個包圍，形成燈泡狀。這樣，通過把半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射光的波長轉(zhuǎn)換成另一種波長，就可只用一個半導(dǎo)體發(fā)光元件燈泡獲取白光。
但是，上述結(jié)構(gòu)中波長轉(zhuǎn)變材料的用量較大，而且還存在波長轉(zhuǎn)變材料的分散與分布的穩(wěn)定性問題。
如上所述，使用上述傳統(tǒng)的光源裝置所獲得的光發(fā)射不能充分滿足用作液晶顯示器件等光源的要求。因此，人們希望獲得能在使用環(huán)境中長期保持高亮度的光源裝置(尤其是白色光源裝置)。
本發(fā)明旨在解決上述的問題。本發(fā)明的目的之一在于有效利用半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)射光，獲得無色斑的清晰、明亮的光發(fā)射。本發(fā)明之另一目的，是要提供一種不同于傳統(tǒng)光源的、可在使用環(huán)境中長期工作的高亮度光源裝置。發(fā)明概述以下參照跟實施例對應(yīng)的附圖，描述用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的配置。如圖示，本發(fā)明的光源裝置1A至1L設(shè)置在基底材料(如具反射性的基板11、引線框架21以及殼體7內(nèi)具反射性的型板與電布線型板等)的反射面上，該光源裝置中配備有混入了波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂3以及在透明樹脂3上設(shè)置的透明半導(dǎo)體發(fā)光元件4。在該光源裝置中，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a發(fā)出的光，經(jīng)所述波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)變波長后被反射面反射，該反射光跟直接從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的表面4b發(fā)射的光混合，經(jīng)混合后的光從該半導(dǎo)體發(fā)光元件4的表面4b射出。
根據(jù)上述光源裝置，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a向下方發(fā)射的光，在經(jīng)透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料的波長轉(zhuǎn)變后，再次向上方反射。由此，該反射光跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的直接發(fā)射光完全混合，獲得從自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的正面4b向上方均勻發(fā)射的光。
除了波長轉(zhuǎn)變材料外，還可在透明樹脂3中加入導(dǎo)電材料。這樣，當(dāng)半導(dǎo)體發(fā)光元件4被粘接并固定在透明樹脂3上時，可防止半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身帶上靜電。
依據(jù)本發(fā)明第三方面的光源裝置的特征在于在基底材料上形成的透明樹脂3的面積大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的面積，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件4被粘接并固定在基底材料上的透明樹脂3上。
依據(jù)所述光源裝置，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a向下方發(fā)射的光，在經(jīng)透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料的波長轉(zhuǎn)變后，再向上方反射。并且，還有半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e向下方發(fā)射的光進入透明樹脂3。當(dāng)該部分光的波長被其面積大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4所占面積的透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換后，又被大體向上方反射。該反射光跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的直接發(fā)射光完全混合。從而得以向上輻射出均勻的光。透明樹脂3的設(shè)置面積大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4所占的面積。因此，當(dāng)混入透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料被以固定且均勻的厚度涂敷或印刷時，經(jīng)混合的總體色調(diào)不僅可通過厚度還可通過面積來加以控制。此外，透明樹脂3兼具粘接材料的功能，可以將半導(dǎo)體發(fā)光元件粘接固定。
依據(jù)本發(fā)明第四方面的光源裝置的特征在于在基底材料上設(shè)有凹陷部(22、25)，透明樹脂3充填在該凹陷部(22、25)中，而半導(dǎo)體發(fā)光元件4又被粘接固定在充填于該凹陷部(22、25)的透明樹脂3上。
依據(jù)該光源裝置，跟將混入熒光材料的透明樹脂設(shè)置在半導(dǎo)體元件上的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，可以獲得高亮度的光發(fā)射。此外，半導(dǎo)體發(fā)光元件4被用透明樹脂3粘接固定在凹陷部(22、25)。因此，該透明樹脂3兼具粘合劑的作用，以使更多其波長被轉(zhuǎn)換的光返回半導(dǎo)體發(fā)光元件4，因而增強了光的會聚。
依據(jù)本發(fā)明第五方面的光源裝置的特征在于凹陷部22的開口面積小于半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a的面積。
依據(jù)該光源裝置，半導(dǎo)體發(fā)光元件4的直接發(fā)射光和其波長被轉(zhuǎn)換的光可有效地向外部輻射。
依據(jù)本發(fā)明第六方面的光源裝置的特征在于凹陷部25的內(nèi)壁跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的側(cè)面4e相對，并且被做成自底面25a向所述開口擴展的斜面23。
依據(jù)該光源裝置，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a向下輻射的光，在經(jīng)透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料的波長轉(zhuǎn)變后，再向上方反射。并且，還有從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e發(fā)射的光橫向及朝下方行進。該部分光經(jīng)設(shè)置于(對應(yīng)于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e的)斜面23上的透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)變波長后，又被可靠地大體向上反射。該反射光跟來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的直接發(fā)射光完全混合，從而獲得均勻的向上的光發(fā)射。
依據(jù)本發(fā)明第七方面的光源裝置的特征在于凹陷部25的斜面23與凹陷部25的底面25a形成大于0°小于或等于45°的角度。
依據(jù)該光源裝置，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e橫向射出的光被大致朝正上方反射。在半導(dǎo)體發(fā)光元件4的大體上內(nèi)部，稍向下偏斜發(fā)出的光被向上反射。而在導(dǎo)體發(fā)光元件4的大體上外部，稍向上偏斜發(fā)出的光被向上反射。因此，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e射出的光可被有效利用。
該光源裝置的凹陷部22開口的形狀也可為矩形或圓形，這取決于半導(dǎo)體發(fā)光元件4形狀。由此，從該半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a射出的光可被有效地全部投射到凹陷部22，而且還便于加工。
在采用蝕刻、激光加工或放電加工進行凹陷部22的加工的情況下，可以精確地形成微小的、反射效率令人滿意的開口。因此，可以提供其尺寸小于半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a的凹陷部22。
半導(dǎo)體發(fā)光元件4也可用一種透明的粘合劑9粘固在透明樹脂3上。最好采用這樣的半導(dǎo)體發(fā)光元件4，該半導(dǎo)體發(fā)光元件的透明基板上設(shè)置有激活層，在該激活層上設(shè)置透明電極。
作為用于光源裝置的基底材料，可選用陶瓷基板、液晶聚合物樹脂基板與玻璃纖維環(huán)氧樹脂基板等任何一種基板11，引線框架21，以及具有反射性的殼體7。由此，可以不拘場所與材料地將半導(dǎo)體發(fā)光元件粘固在任何地方，獲得白光等任意的混合光。
作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4，可選擇使用InGaAlP、InGaAlN、InGaN以及GaN中之任何一種。由此，通過混入透明樹脂3中的波長轉(zhuǎn)變材料的組配，便可獲得所要的混合光。
在本發(fā)明的光源裝置中，如果當(dāng)作二維平面觀看時、混入透明樹脂3中的波長轉(zhuǎn)變材料呈不分散地均布狀，則可比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更有效地利用半導(dǎo)體發(fā)光元件的反射光；在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)中，混入熒光材料的透明樹脂被任意地充填在半導(dǎo)體發(fā)光元件上。附圖的簡單說明

圖1為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例1的總體圖；圖2為圖1的側(cè)向剖視圖；圖3為表現(xiàn)一種半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4顯示了傳統(tǒng)型結(jié)構(gòu)的與依據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光強度測定值的比較結(jié)果，在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中混入熒光材料的透明樹脂設(shè)置于半導(dǎo)體發(fā)光元件之上，而在本發(fā)明(與本實施例1的光源裝置)的結(jié)構(gòu)中，混入熒光材料的透明樹脂被粘固在半導(dǎo)體發(fā)光元件的下面，或者將半導(dǎo)體發(fā)光元件設(shè)置(粘接)在混入熒光材料的透明樹脂上；圖5為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例2的總體圖；圖6為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例3的局部剖視圖；
圖7為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例4的局部剖視圖；圖8為表現(xiàn)實施例4的光源裝置之一種改型例子的局部剖視圖；圖9為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例5的總體圖；圖10為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例6的局部剖視圖；圖11為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例7的局部剖視圖；圖12為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之一種改型例子的局部剖視圖；圖13為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例8的局部剖視圖；圖14(a)至14(c)為表現(xiàn)實施例8的光源裝置中設(shè)置于注射成型的引線框架或基板上的各種凹陷部的正面圖；圖15為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例9的透視圖；圖16為表現(xiàn)實施例9的光源裝置的局部側(cè)向剖視圖；圖17為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例10的局部剖視圖，也是表現(xiàn)其引線框架、基板或殼體中設(shè)置有斜面的光源裝置的側(cè)向剖視圖；圖18顯示在本發(fā)明的光源裝置之實施例10的結(jié)構(gòu)中、經(jīng)反射面反射、其波長已為透明樹脂的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換的光線的軌跡；圖19為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例11的局部側(cè)向剖視圖；圖20為表現(xiàn)實施例11的光源裝置之改型例子的局部側(cè)向剖視圖；圖21為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例12的局部側(cè)向剖視圖；圖22為表現(xiàn)跟實施例12的光源裝置之改型例子的局部側(cè)向剖視圖。最佳實施例的詳細描述實施例1以下參照附圖對本發(fā)明作更詳細的描述。
以下描述的本發(fā)明的光源裝置為采用透明InGaAlP、InGaAlN、InGaN以及GaN半導(dǎo)體發(fā)光元件的光源裝置。該半導(dǎo)體發(fā)光元件、借助其中混入波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂安裝在具反射性的引線框架、基板或位于殼體內(nèi)的具反射性的型板與電氣布線型板上。
圖1為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例1的總體圖。圖2為圖1的側(cè)向剖視圖。
圖1與圖2所示的實施例1的光源裝置1(1A)采用注射成型或轉(zhuǎn)移模塑法形成。該光源裝置1A基本上由型板2(2a、2b)、透明樹脂3、半導(dǎo)體發(fā)光元件4、連接線(以下稱接線)5、引線端子6(6a、6b)和模塑殼體(以下稱殼體)7組成。本實施例中的型板2還包括電布線型板。
型板2(2a，2b)形成于一個預(yù)定形狀的磷青銅等材料制成的引線框架上。用樹脂制成的殼體7嵌入該引線框架中。
通過將諸如無機熒光顏料與有機熒光染料等波長轉(zhuǎn)變材料混入無色透明的環(huán)氧樹脂等材料中，即獲得透明樹脂3。例如，在環(huán)氧樹脂中混入熒光材料(YAG)的場合，環(huán)氧樹脂跟熒光材料的重量比約為1∶3至1∶4。該透明樹脂3這樣形成于型板2涂敷在印刷型板形式的型板2上或者將混入油墨等的熒光材料印制在印刷型板形式的型板2上。
在露出在殼體7的凹陷部7a內(nèi)的底面的型板2和半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a(不帶電極的面)之間設(shè)置透明樹脂3。在圖1與圖2所示的實例中，設(shè)置該透明樹脂3的面積跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a大致相當(dāng)。該透明樹脂3兼具粘合劑的作用，用于將半導(dǎo)體發(fā)光元件4粘固在型板2上。
另外，在采用發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4的場合，透明樹脂3是通過將包含諸如含有由CaSiO3∶Pb、Mn與(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12的釔鋁柘榴石(YAG)等的橙色熒光顏料或橙色熒光染料的波長轉(zhuǎn)變材料混入其中的樹脂形成的。由此，通過將來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的藍光投射到混入含橙色熒光顏料或橙色熒光染料的波長轉(zhuǎn)變材料的樹脂中，來獲得黃光。當(dāng)經(jīng)透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換得到的黃光跟由半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身輻射的藍光混合時，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的表面4b向上輻射的光便成為白光。
再有，在采用發(fā)射綠光的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4的場合，透明樹脂3是通過將含紅色熒光顏料或紅色熒光染料等波長轉(zhuǎn)變材料混入其中的樹脂形成的。由此，通過將來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的綠光投射到混入含紅色熒光顏料或紅色熒光染料的波長轉(zhuǎn)變材料的樹脂中，便可獲得黃光。
此外，在采用發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4并且通過將含綠色熒光顏料或綠色熒光染料等波長轉(zhuǎn)變材料混入其中的樹脂形成透明樹脂3的場合，通過將來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的藍光投射到其中混入含綠色熒光顏料或綠色熒光染料的波長轉(zhuǎn)變材料的樹脂中，便可獲得藍綠光。
也可采用這樣的透明樹脂3，即一種將含無機熒光顏料或有機熒光染料等的波長轉(zhuǎn)變材料跟導(dǎo)電性材料在無色透明的環(huán)氧樹脂等材料中混合后形成的樹脂。
這種場合，所加入的如銀顆粒充填物等導(dǎo)電性材料以不使熒光材料品質(zhì)惡化為限。該導(dǎo)電性材料具有高電阻值，不致使半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身的P電極跟N電極在低充電時發(fā)生短路。
在半導(dǎo)體發(fā)光元件4中添加微量導(dǎo)電材料后，即使半導(dǎo)體發(fā)光元件4整體帶上電位高于所加電壓的靜電等，這些靜電等電荷也會流入地線。由此，耐靜電能力弱的InGaAlP、InGaAlN、InGaN或GaN等半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身可得到防護，不受靜電等的影響。
具體而言，在混有熒光材料的樹脂中的導(dǎo)電性材料的體電阻率為150至300kΩ。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的正向電阻為165Ω，峰值反向電阻為2.5MΩ。從而，導(dǎo)電性材料具有不至于使電流漏入半導(dǎo)體發(fā)光元件4的電阻值，同時也低于其峰值反向電阻。因此，可令電流流入地線，防止半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身帶上靜電。
半導(dǎo)體發(fā)光元件4是一種由具有激活層位于N型基板中心的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的InGaAlP、InGaAlN、InGaN或GaN等任一種化合物半導(dǎo)體芯片形成的發(fā)光元件，以有機金屬汽相外延法制成。
半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身的基板，采用Al2O3或磷化銦藍寶石的透明基板31。如圖3所示，在透明基板31上設(shè)置激活層32。在激活層32上形成透明電極33。設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光元件4上的電極為導(dǎo)電性透明電極，以濺射、真空蒸鍍或化學(xué)汽相淀積等工藝用In2O3、SnO2或ITO制成。
半導(dǎo)體發(fā)光元件4的一個表面上設(shè)置有陽極與陰極(圖2中的上表面正面4b)。半導(dǎo)體發(fā)光元件4不帶電極的另一表面(圖2中的下表面背面4b)，設(shè)置并固定在透明樹脂3上。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極與陰極通過接線5分別連接到型板2a與2b上。
接線5采用金線等導(dǎo)線。該接線5分別通過連接件(bonder)將半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極與型板2a以及其陽極與型板2b電氣連接。
引線端子6(6a，6b)這樣形成，將磷青銅等銅合金材料制成的具彈性的導(dǎo)電引線框架直接從殼體7伸出。引線端子6a通過型板2a跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4實現(xiàn)電連接。由此，引線端子6a構(gòu)成了本發(fā)明的光源裝置1(1A)的陽極(正電極)。
引線端子6b通過型板2b跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4實現(xiàn)電連接。由此，引線端子6b構(gòu)成了本發(fā)明的光源裝置1(1A)的陰極(負電極)。
殼體7模制成凹陷形，通過在改性聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯或芳香族聚酯等形成的液晶聚合物等絕緣材料中混入鈦酸鋇等白色粉末后模制成型。型板2外露于殼體7的凹陷7a部的底面。
殼體7借助具優(yōu)良光反射與光遮蔽性質(zhì)的鈦酸鋇等白色粉末，有效反射來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4側(cè)面的光。如圖2所示，殼體7凹陷部7a的傾斜凹陷面7b，令反射光向上行進。殼體7還具有不使本發(fā)明光源裝置1(1A)的光發(fā)射外漏的遮光作用。
另外，如圖2所示，在殼體7的凹陷部7a充填了環(huán)氧樹脂等材料、形成無色透明的保護層8，用以保護半導(dǎo)體發(fā)光元件4、接線5等。
在上述結(jié)構(gòu)的光源裝置1(1A)中，采用發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件4。所述光源裝置采用混入由橙色熒光顏料或橙色熒光染料制成的波長轉(zhuǎn)變材料(或波長轉(zhuǎn)變與導(dǎo)電材料)的透明樹脂3，由此可獲得清晰明亮的白光。
就是說，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射藍光。而從半導(dǎo)體發(fā)光元件4向下輻射的藍光經(jīng)由透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換為黃光。轉(zhuǎn)換獲得的黃光在透明樹脂3中向上與向下輻射。向下輻射的黃光在透明樹脂下的型板2a的表面被向上反射。半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身輻射的藍光跟經(jīng)透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換所得的黃光相混合，于是，在半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射出白光。
本說明書提供了對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的與本發(fā)明結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光強度測定結(jié)果。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中混入熒光材料的透明樹脂設(shè)置于半導(dǎo)體發(fā)光元件之上，而在本發(fā)明(與本實施例1的光源裝置)的結(jié)構(gòu)中，混入熒光材料的透明樹脂被粘固在半導(dǎo)體發(fā)光元件的下面，或者將半導(dǎo)體發(fā)光元件設(shè)置(粘接)在混入熒光材料的透明樹脂上。測定時，光源裝置被分別安裝在本公司制造的原型設(shè)備(L1800)中，發(fā)光強度的測定比較按下述的條件進行。測定結(jié)果在圖4的表中給出。
所用芯片E1C10-1B001(豐田合成株式會社制造的BL芯片)；所用熒光材料YAG(81004)(由特殊化學(xué)株式會社制造)，所用樹脂環(huán)氧樹脂(與傳統(tǒng)的和本實施例采用的相同)；規(guī)格傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(熒光材料設(shè)置于半導(dǎo)體分光元件的上面)，本實施例采用的結(jié)構(gòu)(熒光材料設(shè)置于半導(dǎo)體分光元件的下面)；測定條件測定每個芯片的電流為10mA時的發(fā)光強度；測定數(shù)量各13件；測量設(shè)備發(fā)光二極管測試器。
圖4的表格顯示跟傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，平均發(fā)光強度可提高約32.5％。實施例2圖5為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例2的總體圖。本例中，對于跟實施例1的光源裝置1A基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
圖5所示的實施例2的光源裝置1B(1)為一種芯片式裝置。該光源裝置1B(1)包括基板11、型板2(2a、2b)、透明樹脂3、半導(dǎo)體發(fā)光元件4、接線5、端子電極16(16a、16b)與光輻射模塑件17(light emanating mold)。本實施例中，型板2還包括電布線型板。
基板11可為電絕緣良好的陶瓷基板、液晶聚合物樹脂基板與玻璃纖維環(huán)氧樹脂基板等。型板2(2a、2b)形成于基板11的表面。
例如，陶瓷的基板11可以由其主要成分AlO或SiO加上ZrO、TiO、TiC、SiC或SiN等化合物組成。這種陶瓷基板具有優(yōu)良的耐熱性、硬度與強度，其表面為白色，可有效反射半導(dǎo)體發(fā)光元件4發(fā)射的光。
液晶聚合物樹脂和玻璃纖維環(huán)氧樹脂制成的基板11，通過在液晶聚合物樹脂和玻璃纖維環(huán)氧樹脂等絕緣材料中混入或在其上涂敷鈦酸鋇等白色粉末制成。因此，可有效反射來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的光。
基板11也可采用這樣的結(jié)構(gòu)，將型板印制在用樹脂、紙環(huán)氧樹脂、合成纖維環(huán)氧樹脂與紙酚醛樹脂等制作的層壓板上以及在改性聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯或芳香族聚酯等制作的板上，以便有效地反射來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的光。此外，也可這樣構(gòu)成反射面，在表面淀積鋁等金屬，以及在表面粘貼覆蓋金屬箔的薄膜或金屬片。
在陶瓷、液晶聚合物樹脂與玻璃纖維環(huán)氧樹脂等任一種材料的基板11上，以如下方法形成型板2(2a，2b)以用于電氣連接的型板的形狀進行真空蒸鍍、濺射、離子噴鍍、化學(xué)汽相淀積(CVD)與(干、濕)蝕刻。在型板2的表面鍍上金屬后，再鍍敷金、銀等貴金屬，然后將該型板電連接于端子電極16(16a、16b)。
透明樹脂3設(shè)置在基板11上的型板2和半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面(不帶電極的面)4a之間。如圖5所示，透明樹脂3的設(shè)置區(qū)域基本與半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a所占面積相同。該透明樹脂3還具有粘接作用，將半導(dǎo)體發(fā)光元件4粘固在型板2上。
半導(dǎo)體發(fā)光元件4在其一個表面設(shè)有陽極與陰極(圖5中所示的上表面正面4b)。不帶電極的另一表面(圖5中所示的下表面背面4b)用透明樹脂3粘接。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極與陰極通過接線5分別連接于型板2a與2b。
端子電極16(16a、16b)這樣形成在基板11的端部鍍敷導(dǎo)電良好的厚金屬層，或者用機械方式附加磷青銅等具有彈性的導(dǎo)電金屬。
端子電極16a經(jīng)由型板2a跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極電氣連接，該端子電極16a被用作本發(fā)明光源裝置1(1B)的陽極(正電極)。
端子電極16b經(jīng)由型板2b跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陰極電氣連接，該端子電極16b被用作本發(fā)明光源裝置1(1B)的陰極(負電極)。
光輻射模塑件17采用無色透明的環(huán)氧樹脂模塑成矩形。光輻射模塑件17可有效地輻射來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的發(fā)光層(其帶電極的上面與四個側(cè)面)的光。光輻射模塑件17對型板2、半導(dǎo)體發(fā)光元件4與接線2可起到保護作用。
光輻射模塑件17也可采用未作圖示的其他任何適用的或規(guī)格要求的形狀，如用以使光會聚到某個方向的半球形。
在上述結(jié)構(gòu)的光源裝置1(1B)中，采用發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件4。該光源裝置采用混入由橙色熒光顏料或橙色熒光染料制成的波長轉(zhuǎn)變材料(或波長轉(zhuǎn)變與導(dǎo)電材料)的透明樹脂3，可獲得清晰的高亮度的白光。
就是說，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射藍光。而從半導(dǎo)體發(fā)光元件4下方輻射的藍光經(jīng)由透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換為黃光。轉(zhuǎn)換獲得的黃光在透明樹脂3中向上及向下輻射。向透明樹脂3下方輻射的黃光在透明樹脂3下面的型板2a的表面向上反射。半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身輻射的藍光跟經(jīng)透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換所得的黃光相混合后，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射白光。實施例3圖6為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例3的局部剖視圖。本例中，對于跟實施例1的光源裝置1A與實施例2的光源裝置1B基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
在圖6所示的實施例2的光源裝置1C(1)中，半導(dǎo)體發(fā)光元件4借助透明樹脂3粘固在殼體7或基板11上的一個沒有形成型板2(2a，2b)的部分。具體而言，該半導(dǎo)體發(fā)光元件4借助透明樹脂3粘固在外露于殼體7凹陷部7a底面的型板2a與型板2b之間的部分(包括絕緣型板)，或者粘固在基板11上的型板2a與型板2b之間的部分(包括絕緣型板)。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極和陰極通過接線5分別連接于型板2a與型板2b。實施例4圖7為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例4的局部剖視圖。圖8為表現(xiàn)跟實施例4等效的光源裝置的一個改型例子的局部剖視圖。本例中，對于跟實施例1的光源裝置1A與實施例2的光源裝置1B基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
在圖7所示的實施例2的光源裝置1D(1)中，半導(dǎo)體發(fā)光元件4借助透明樹脂3跨接在分別外露于殼體7內(nèi)部凹陷部7a底面的型板2a與型板2b之間或跨接在基板11上的型板2a與2b之間。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極和陰極通過接線5分別連接于型板2a與型板2b。此時，透明樹脂3為其中混入不含導(dǎo)電材料的波長轉(zhuǎn)變材料的絕緣性構(gòu)件。
在采用其中混入導(dǎo)電材料與波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂的場合，如圖8所示，透明樹脂3只跟負極型板2相接觸，被接地；半導(dǎo)體發(fā)光元件4粘固在透明樹脂3上。實施例5圖9為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例5的局部剖視圖。本例中，對于跟實施例1的光源裝置1A與實施例2的光源裝置1B基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
在圖9所示的光源裝置1E(1)中，半導(dǎo)體發(fā)光元件4借助透明樹脂3粘固在其上沒有形成型板2a、2b的殼體7或基板11的凹陷部7a中。具體而言，半導(dǎo)體發(fā)光元件4借助透明樹脂3粘固在殼體7的凹陷部7a中或形成于基板11的凹陷部11a的底面與四周的側(cè)面。
半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極和陰極通過接線5分別連接于型板2a與型板2b。按照這種結(jié)構(gòu)，來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面與四個側(cè)面的輻射光的波長經(jīng)由透明樹脂3轉(zhuǎn)換后，在凹陷部7a或凹陷部11a中被反射，又回到半導(dǎo)體發(fā)光元件4。波長被改變的光跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身發(fā)射的光相混合后，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的正面4b向外輻射。實施例6圖10為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例6的局部剖視圖。本例中，對于跟實施例1的光源裝置1A與實施例2的光源裝置1B基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
圖10所示的光源裝置1F(1)基于圖9所示的光源裝置1E的結(jié)構(gòu)，但借助透明樹脂3粘固于殼體7凹陷部7a或基板11凹陷部11a的只是半導(dǎo)體發(fā)光元件4的下表面。實施例7圖11為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例7的局部剖視圖。本例中，對于跟實施例1的光源裝置1A與實施例2的光源裝置1B基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
圖11所示的光源裝置1G(1)基于圖9所示的光源裝置1E的結(jié)構(gòu)，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件4借助透明樹脂3這樣粘附、使得整個半導(dǎo)體發(fā)光元件4處在凹陷部7a(或11a)中。在上述光源裝置中，透明樹脂3兼具粘合劑的作用。如圖12所示，透明的粘合劑9被涂敷在透明樹脂3上，半導(dǎo)體發(fā)光元件4也可被粘固在該透明粘合劑9上。
此時，所使用的透明粘合劑為低黏度的液體氰基丙烯酸酯的透明粘合劑。這種粘合劑不同于用環(huán)氧樹脂制成的粘合劑，它可將半導(dǎo)體發(fā)光元件4瞬間粘接、固定，不發(fā)熱且對半導(dǎo)體發(fā)光元件4無不良影響。此外，無需加熱就可硬化，粘接速度快，具有良好的生產(chǎn)性與經(jīng)濟性。
圖12中示出這樣的結(jié)構(gòu)、其中在實施例3的光源裝置1C中采用透明粘合劑9，但是該結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于與本實施例有關(guān)的其他實施例的光源裝置。
如采用通過在高黏度的氰基丙烯酸酯的透明粘合劑中混入波長轉(zhuǎn)變材料(波長轉(zhuǎn)變材料與導(dǎo)電材料)而獲得的透明樹脂作為透明樹脂3，就可一次完成印制工序與粘接工序。
在圖6至圖12所示的上述結(jié)構(gòu)中，以混入橙色熒光顏料或橙色熒光染料的樹脂作為透明樹脂3，并以發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4向下輻射的藍光經(jīng)由透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換為黃光。該黃光向半導(dǎo)體發(fā)光元件4輻射，并且也向下輻射，向下輻射的黃光在下部(殼體7中、基板11上以及型板2a等與透明樹脂3的粘貼面上)被反射，然后返回半導(dǎo)體發(fā)光元件4。進而，該黃光跟從半導(dǎo)體發(fā)光元件4直接向上輻射的藍光混合。于是，可以從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上表面輻射出白光。實施例8圖13為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例8的局部剖視圖。圖14(a)至(c)為表現(xiàn)實施例8的光源裝置中設(shè)置于注射成型的引線框架或基板的各種凹陷部的正面圖。本例中，對于跟實施例1的光源裝置1A與實施例2的光源裝置1B基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
圖13所示的光源裝置1H(1)配備設(shè)有引線框架21、透明樹脂3、半導(dǎo)體發(fā)光元件4、接線5以及殼體7。引線框架21由導(dǎo)電并具有彈性的鋁片等金屬薄片構(gòu)成。引線框架21用沖床沖壓而成，由此可將用于安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件4的多個安裝型板21a、用于電連接到半導(dǎo)體發(fā)光元件4的接線型板21b、以及圖中未示出的多個引線端子與支持框架并排布置，一次完成多件的沖壓加工。
如圖13所示，引線框架21的安裝型板21a上的凹陷部22的尺寸比半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a的面積小，該凹陷部22位于安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件4的位置，采用蝕刻、激光加工或放電加工等方法精密加工而成。
在使用反射能力稍差的磷青銅作為引線框架21時，可在引線框架21上鍍銀或其他金屬，以增強反射能力。增強反射的目的，在于讓從半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a發(fā)射的光經(jīng)反射后，繼續(xù)被導(dǎo)向半導(dǎo)體發(fā)光元件4正面4b的方向或半導(dǎo)體發(fā)光元件4側(cè)面4e的外側(cè)上方。
引線框架21的安裝型板21a通過接線5被連接至半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極(或陰極)。引線框架21的接線型板21b為一種只用于電氣連接、不用于半導(dǎo)體發(fā)光元件4安裝的型板。接線型板21b經(jīng)由接線5連接至半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陰極(或陽極)。
引線框架21采用插入成型工藝形成借助于圖中未示出的金屬模具對稱地將安裝型板21a與接線型板21b的底面插入殼體7。
引線框架21配備有圖中未示出的支持框架，后者也用插入成型工藝形成。直到以下工序之前，引線框架21保持完整的框架，所述工序內(nèi)容包括半導(dǎo)體發(fā)光元件4等的芯片的安裝與連接、接線5的連接以及透明樹脂3的充填。最后，引線框架21只留下圖中未示出的引線端子，而其余部分都將被切割和去除。
凹陷部22采用蝕刻、激光加工或放電加工等方法精密加工形成，其尺寸小于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a。
凹陷部22可分別做成圖14(a)所示的矩形22a、圖14(b)所示的圓形22b和圖14(c)所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的發(fā)光區(qū)域的形狀22c。在凹陷部22中充填透明樹脂3，然后半導(dǎo)體發(fā)光元件4被安裝在透明樹脂3上。
如圖13所示，半導(dǎo)體發(fā)光元件4的芯片被安裝在充填于凹陷部22的透明樹脂3上。接線5將電極4c跟引線框架21的安裝型板21a連接。接線5還將電極4d跟引線框架21的安裝型板21b連接。至此，電連接完成。
具體地說，在將半導(dǎo)體發(fā)光元件4的電極形狀設(shè)置成處在芯片左右端部的中心時，如圖14(c)所示，充填于凹陷部22c的透明樹脂3具有跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的發(fā)光區(qū)域相同的形狀。半導(dǎo)體發(fā)光元件4被安置在透明樹脂3上。
在采用濺射、真空蒸鍍或化學(xué)汽相淀積等方法在半導(dǎo)體發(fā)光元件4上形成諸如In2O3、SnO2或ITO等導(dǎo)電透明金屬作為電極(陽極與陰極)4c與4d的場合，半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的發(fā)光區(qū)域基本呈矩形。這時，如圖14(a)所示，透明樹脂3被充填于凹陷部22a，半導(dǎo)體發(fā)光元件4也可被安置在其上。半導(dǎo)體發(fā)光元件4也可被安置在圖14(b)所示的充填了透明樹脂3的圓形的凹陷部22b上，這取決于生產(chǎn)量與加工性方面的需要。
圖14(a)至14(c)顯示了在凹陷部22(22a，22b，22c)中充填透明樹脂3的情況。半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a發(fā)射光的波長被轉(zhuǎn)換。波長轉(zhuǎn)變后的光在凹陷部22的金屬部分被反射。其間，自半導(dǎo)體發(fā)光元件4向下方輻射的光在透明樹脂3中被改變顏色。顏色改變后的光自半導(dǎo)體發(fā)光元件4向上方輻射，同時被下部(殼體7、基板11以及型板2a與透明樹脂3粘接面)反射。反射光也透過半導(dǎo)體發(fā)光元件4向半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射。于是，這些輻射光跟直接由半導(dǎo)體發(fā)光元件4向上方發(fā)射的光相混合。
例如，在以發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4，以混入橙色熒光顏料或橙色熒光染料的樹脂作為透明樹脂3的場合，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4向下輻射的藍光在透明樹脂3中轉(zhuǎn)換為黃光。經(jīng)轉(zhuǎn)換形成的黃光向半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射。同時，向半導(dǎo)體發(fā)光元件4的下方輻射的黃光在凹陷部22的底面被反射。在凹陷部22被反射的黃光也透過半導(dǎo)體發(fā)光元件4向半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射。在這兩個過程中，朝半導(dǎo)體發(fā)光元件4方向輻射的黃光跟直接從半導(dǎo)體發(fā)光元件4輻射的藍光完全混合。因此，得以從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射出均勻的白光。于是，就獲得了清晰的、高亮度的白光。
由于半導(dǎo)體發(fā)光元件4透過透明樹脂3中的環(huán)氧樹脂發(fā)射的光顏色跟經(jīng)由透明樹脂3改變波長而獲得的光顏色相混合，可以通過改變混入并分布于透明樹脂中的無色透明環(huán)氧樹脂與硅酮樹脂的比例，獲得色度圖等所示的色調(diào)。
例如，當(dāng)從發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件4發(fā)出的光被投射到其中混入橙色熒光顏料或橙色熒光染料的樹脂的透明樹脂3時，由于藍光與橙光的混合而獲得白光。當(dāng)透明樹脂3的量較大時，所獲得的光中的橙色調(diào)就會較濃；而當(dāng)透明樹脂3的量較小時，所獲得的光中的藍色調(diào)就會較濃。但是，當(dāng)分布密度大時，即使透明樹脂3的量保持不變，其波長被轉(zhuǎn)換后并又重新返回半導(dǎo)體發(fā)光元件4的光量也會增加。因而，半導(dǎo)體發(fā)光元件4輻射光中的大部分將為來自透明樹脂3表面的經(jīng)波長轉(zhuǎn)變后的光。
于是，在圖13所示的發(fā)光裝置1H中，設(shè)置了凹陷部22，用以保持獲取白光所需的一定量的含波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂3，無色透明的環(huán)氧樹脂與硅酮樹脂存在于透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料顆粒之間。由此，在透明樹脂3中經(jīng)波長轉(zhuǎn)變的光可以到達凹陷部22的底面。經(jīng)凹陷部22反射的光在透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料顆粒之間穿過。因此，所述反射光得以返回半導(dǎo)體發(fā)光元件4，而其反射效果不致受到損失。
接線5借助連接件將半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陽極4c與安裝型板21a電氣連接。接線5還借助連接件將半導(dǎo)體發(fā)光元件4的陰極4d與接線型板21b電氣連接。
引線框架21(21a，21b)跟圖中未示出的、導(dǎo)電且具彈性的磷青銅等銅合金的或鋁質(zhì)的引線端子相連接，以便將該引線框架引出。在另一種結(jié)構(gòu)中，就以將所述整體包圍的殼體7作為引線端子將引線框架引出。
再者，圖14(a)至14(c)所示的殼體7的形成過程是注射成型、插入引線框架21(21a，21b)、沖壓所述殼體。
上例描述了凹陷部22(22a，22b，22c)形成于引線框架21(21a，21b)之內(nèi)，含波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂3充填于凹陷部22，再將半導(dǎo)體發(fā)光元件4安裝在上面。還描述了，在安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件4的部分具有反射面的基板。在這種場合，基板上所設(shè)置的凹陷部22小于半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a的尺寸。含波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂3充填于凹陷部22，其上安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件4。
但是，在以基板取代引線框架21的場合，當(dāng)基板用玻璃纖維環(huán)氧樹脂等絕緣材料時，在用蝕刻、激光加工或放電加工形成凹陷部22后，在凹陷部22涂敷銀等的鍍層、形成反射面。由此，反射效率可得到提高。
以下描述實施例8的光源裝置1H的一個實例。
屬于YAG熒光顏料的(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12∶Ce，其(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12與Ce之間可以有各種不同的原子量比。當(dāng)該比值為1∶4時，再加入波長轉(zhuǎn)變材料。波長轉(zhuǎn)變材料包括熒光顏料和環(huán)氧樹脂。上述熒光顏料的平均粒度被定在8μm左右，上述環(huán)氧樹脂為無色透明材料。將該熒光材料與環(huán)氧樹脂的重量比調(diào)整到1∶1，然后將它們混合。由此，通過波長轉(zhuǎn)變材料產(chǎn)生的橙色光和發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件的藍色光可以獲得白光。
同將透明樹脂3涂敷在半導(dǎo)體發(fā)光元件4上的結(jié)構(gòu)相比，采用本實施例的光源裝置1H的結(jié)構(gòu)，即在安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件4的位置設(shè)置凹陷部22，并在該凹陷部22充填一定量的透明樹脂3，可獲得更高的平均亮度。實施例9圖15為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例9的示意透視圖。圖16為表現(xiàn)實施例9的光源裝置的局部側(cè)向剖視圖。這里，對于跟實施例8的光源裝置1H基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
圖15與圖16所示的光源裝置1I(1)配備有引線框架21、透明樹脂3、半導(dǎo)體發(fā)光元件4以及殼體7。
光源裝置1I的透明樹脂3通過涂敷或印制方法設(shè)置，始終保持一定的量。透明樹脂3被設(shè)置在其面積大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4安裝面24的環(huán)繞半導(dǎo)體發(fā)光元件4的大范圍內(nèi)。如圖15所示，其中設(shè)置透明樹脂3的所述大范圍包括位于接線型板21a上的區(qū)域24(其面積跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a相當(dāng))，半導(dǎo)體發(fā)光元件4安裝在引線框架21之上的該區(qū)域24內(nèi)。由此，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a發(fā)出的光可被更有效地轉(zhuǎn)換顏色。即使通過印制等方法設(shè)置的波長轉(zhuǎn)變材料的量較小，也可因此獲得最佳的色調(diào)。
透明樹脂3轉(zhuǎn)換從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a發(fā)射光的波長。經(jīng)波長轉(zhuǎn)變的光向半導(dǎo)體發(fā)光元件4輻射，然后在下部(接線型板21a與透明樹脂3的粘接面)被反射。經(jīng)反射的光也從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射。該反射光跟由半導(dǎo)體發(fā)光元件4直接向上方輻射的光相混合。
例如，以發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4。以混入了含橙色熒光顏料或橙色熒光染料的波長轉(zhuǎn)變材料的樹脂作為透明樹脂3。由此，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4向上方輻射的藍光，在透明樹脂3中經(jīng)波長轉(zhuǎn)變被轉(zhuǎn)換成黃光。
轉(zhuǎn)換后的黃光朝位于透明樹脂3上的半導(dǎo)體發(fā)光元件4的方向輻射。同時，該黃光在引線框架21的接線型板21a上被反射。在引線框架21的接線型板21a上被反射的黃光，也從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的向上方輻射。在這兩個過程中，朝半導(dǎo)體發(fā)光元件4方向輻射的黃光跟直接從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射的藍光完全混合。因此，得以從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上面輻射出均勻的白光。于是，便獲得了清晰的、高亮度的白光。實施例10圖17為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例10的局部剖視圖。圖18顯示從實施例10的光源裝置的半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射到斜面上的光線的軌跡。這里，對于跟實施例8的光源裝置1H基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
跟實施例9的光源裝置1I相同，圖17所示的實施例10的光源裝置1J(1)配備有引線框架21、透明樹脂3、半導(dǎo)體發(fā)光元件4以及殼體7。
光源裝置1J(1)跟光源裝置1I的不同點在于，在半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e對面的引線框架21的部位設(shè)置有斜面23。
更詳細地說，該斜面23從圖18所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的輪廓位置，或從圖17所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的輪廓位置的外側(cè)向上方設(shè)置，使得該斜面向外擴展。
斜面23與半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的假想延長線(圖17中的點劃線所示的L-L線)的夾角θ最好大于0°等于/小于45°，使該斜面向上擴展。在圖17與圖18中，斜面23的傾角為45°。由此，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e發(fā)射的光可有效地向上反射。
透明樹脂3通過涂敷或印制方法設(shè)置，始終保持一定的量。透明樹脂3在其面積大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的一個大范圍內(nèi)設(shè)置，一直設(shè)置到跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e相對的斜面23的位置，該范圍包括圖17所示的在引線框架21上的半導(dǎo)體發(fā)光元件4的安裝區(qū)域24。由此，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4發(fā)出的光可更有效地轉(zhuǎn)換顏色。即使通過印制等方法設(shè)置的波長轉(zhuǎn)變材料的量較小，也可因此獲得最佳的色調(diào)。
以下參照圖16與圖17對光線的軌跡進行說明。
從半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a向下輻射的光，經(jīng)透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料被轉(zhuǎn)變波長。一部分經(jīng)波長轉(zhuǎn)變的光朝向半導(dǎo)體發(fā)光元件4輻射。另一部分經(jīng)波長轉(zhuǎn)變的光在引線框架21的接線型板21a上被反射。該反射光也朝向半導(dǎo)體發(fā)光元件4輻射。該部分光透過半導(dǎo)體發(fā)光元件4跟直接由半導(dǎo)體發(fā)光元件4向上輻射的光相混合。
從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e發(fā)出的光線中向下輻射的光線L22的波長，經(jīng)設(shè)置于斜面23的透明樹脂3中的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換。光線L22以與入射角相等的角度從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e反射。該部分光跟分別從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e水平射出的光線L1以及向上行進的光線L11相混合。
在設(shè)置有斜面23的光源裝置1J中，跟側(cè)面4e成直角行進的光線L1在45°的斜面23上被以45°角反射，如圖18所示。然后該反射光L11垂直向上行進(跟與正面4b平行的假想面成直角)。
如圖18所示，跟來自側(cè)面4e的光線L1不同，向下以約成30°的β1角射出的光線L22，經(jīng)由設(shè)置于45°斜面23上的透明樹脂3中的波長轉(zhuǎn)變材料進行波長轉(zhuǎn)變。然后，該部分光線被反射。經(jīng)波長轉(zhuǎn)變后又反射光線L23，朝偏向半導(dǎo)體發(fā)光元件4的斜上方行進。
類似地，跟來自側(cè)面4e的光線L1不同，向上以約成30°的β角射出的光線L32，經(jīng)由設(shè)于45°斜面23上的透明樹脂3中的波長轉(zhuǎn)變材料進行波長轉(zhuǎn)變，然后，該部分光線被反射。經(jīng)波長轉(zhuǎn)變后又反射光線L33，朝偏離半導(dǎo)體發(fā)光元件4的斜上方行進。
因此，除向下行進的光線以外的大部分光線L1與L32，占了從四個側(cè)面4e射出的全部光量的84％。所以，利用從四個側(cè)面4e射出的光，可以獲得色調(diào)與亮度具佳的射出光。
如上所述，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e射出的光，經(jīng)由其位置跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e對應(yīng)的引線框架21的斜面23上所設(shè)置的透明樹脂3中的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)變波長。之后，該部分光經(jīng)斜面23垂直向上反射。反射光跟直接來自半導(dǎo)體發(fā)光元件4的光以及經(jīng)斜面23反射但未轉(zhuǎn)變波長的光相混合，形成混合光(例如白光)，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方向外輻射。
在圖15至18顯示的結(jié)構(gòu)中，透明樹脂3被以大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的安裝區(qū)域24的面積設(shè)于引線框架21上。但是，也可以用圖19與20所示的基板11和圖21與22所示的殼體7取代引線框架21，作為設(shè)置透明樹脂3的基底材料。實施例11圖19為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例11的局部側(cè)向剖視圖。這里，對于跟實施例10的光源裝置1J基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
在圖19所示的光源裝置1K(1)中，在基板11表面形成矩形凹陷部25。該凹陷部25的底面形成平滑的面24，其上安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件4。所述面24大致等于或大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的面積。凹陷部25四周的側(cè)壁跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e相對，并且形成跟實施例10的光源裝置1J的類似的斜面23。
透明樹脂3通過涂敷或印制方法形成于基板11上的凹陷部25中并始終保持固定的量。如圖19所示，透明樹脂3所占區(qū)域大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的面積。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a借助透明樹脂3粘接到凹陷部25的平坦面25a，以便使其被包住在透明樹脂3中。
上述光源裝置1K也可采用圖20所示的基板11上不帶凹陷部25的結(jié)構(gòu)。這時，透明樹脂3就設(shè)置在基板11上。透明樹脂3所占區(qū)域仍大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的面積。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a借助透明樹脂3粘接到基板11上，以便使其被包住在透明樹脂3內(nèi)。實施例12圖21為表現(xiàn)本發(fā)明的光源裝置之實施例12的局部側(cè)向剖視圖。這里，對于跟實施例10的光源裝置1J基本類同的構(gòu)件均采用同一編號，詳細說明從略。
在圖21所示的光源裝置1L(1)中，在殼體7的凹陷部7a底面形成矩形凹陷部25。該矩形凹陷部25的底面形成用以安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件4的平滑面24。所述面24的面積類似于或大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的面積。凹陷部25四周的側(cè)壁跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e相對，并形成跟實施例10的光源裝置1J的相同的斜面23。
透明樹脂3通過涂敷或印制方法形成于殼體7的凹陷部25，并始終保持固定的量。如圖21所示，透明樹脂3所占區(qū)域大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a的面積。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a借助透明樹脂粘接到凹陷部25的平坦面25a上，以便使該背面4a被包住在透明樹脂3內(nèi)。
上述光源裝置1L也可采用圖22所示的殼體7的凹陷部7a中不形成凹陷部25的結(jié)構(gòu)。這時，透明樹脂3就設(shè)置在殼體7凹陷部7a的平坦面7c上。透明樹脂3所占區(qū)域仍大于半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a的面積。半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a借助透明樹脂3粘接到殼體7的平坦面7c上，以便使其被包住在透明樹脂3內(nèi)。
如上述，在本實施例光源裝置1中，半導(dǎo)體發(fā)光元件4通過其中混入了波長轉(zhuǎn)變材料(或波長轉(zhuǎn)變材料與導(dǎo)電材料)的透明樹脂3粘接固定于具反射性的基底材料(具反射性的基板11、具反射性的引線框架21、殼體7內(nèi)的具反射性的型板與電接線型板)。由此，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的正面4b以外的各面(背面4a，側(cè)面4e)發(fā)出的光，經(jīng)透明樹脂3中的波長轉(zhuǎn)變材料(或波長轉(zhuǎn)變材料與導(dǎo)電材料)轉(zhuǎn)變波長。經(jīng)波長轉(zhuǎn)變的光再次透過半導(dǎo)體發(fā)光元件4，然后以混合光的形式從正面4b向外輻射。
為獲得白光，以發(fā)射藍光的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為半導(dǎo)體發(fā)光元件4。采用其中混入含橙色熒光顏料或橙色熒光染料的波長轉(zhuǎn)變材料(或波長轉(zhuǎn)變與導(dǎo)電材料)的透明樹脂作為透明樹脂3。由此，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4自身向半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射藍光。而從半導(dǎo)體發(fā)光元件4向下輻射的藍光經(jīng)由透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)換為黃光后，又朝向半導(dǎo)體發(fā)光元件4反射。接著，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4向上輻射的藍光跟朝向半導(dǎo)體發(fā)光元件4反射的黃光完全混合，從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的上方輻射出均勻的白光。結(jié)果，如果波長轉(zhuǎn)變材料(顏色轉(zhuǎn)換材料)均勻分布，就可以獲得更為清晰明亮的白光。
特別是，如圖17與18所示，根據(jù)配備有跟半導(dǎo)體發(fā)光元件4的四個側(cè)面4e相對的斜面23的光源裝置的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體發(fā)光元件4背面4a的輻射光和半導(dǎo)體發(fā)光元件4四個側(cè)面4e的輻射光中的大部分，通過形成于半導(dǎo)體發(fā)光元件4的背面4a與斜面23之間的透明樹脂3的波長轉(zhuǎn)變材料被轉(zhuǎn)變波長，隨后又朝向半導(dǎo)體發(fā)光元件4反射。當(dāng)從半導(dǎo)體發(fā)光元件4的正面4b輻射的藍光跟從背面4a與四個側(cè)面4e輻射的經(jīng)反射的黃光相混合時，就形成了白光。由此，可以獲得色調(diào)好且其亮度、經(jīng)濟性具佳的小型化光源裝置。
如上所述，本發(fā)明的光源裝置可作為燈泡或顯示器的光源使用。該光源裝置可用作液晶顯示器、移動電話機、便攜式終端設(shè)備、小型終端設(shè)備等的光源。
權(quán)利要求
1.一種光源裝置，它包括設(shè)置于基底材料的反射面的、其中混入波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂，以及設(shè)置于所述透明樹脂上的透明半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中從所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的背面發(fā)出的光被所述波長轉(zhuǎn)變材料進行波長轉(zhuǎn)變；經(jīng)波長轉(zhuǎn)變的光在所述反射面被反射；以及所述反射光跟直接從所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的正面發(fā)出的光相混合，所述混合后的光從所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的表面輻射出去。
2.權(quán)利要求1的光源裝置，其特征在于在所述透明樹脂中還混入了導(dǎo)電材料。
3.權(quán)利要求1或2的光源裝置，其特征在于所述透明樹脂以大于所述半導(dǎo)體發(fā)光元件所占區(qū)域的面積形成于所述基底材料上；以及所述半導(dǎo)體發(fā)光元件被粘接并固定在所述基底材料上的所述透明樹脂上。
4.權(quán)利要求1的光源裝置，其特征在于在所述基底材料上設(shè)置有凹陷部；所述透明樹脂被充填于所述凹陷部中；以及所述半導(dǎo)體發(fā)光元件被粘接并固定在充填于所述凹陷部的所述透明樹脂上。
5.權(quán)利要求4的光源裝置，其特征在于所述凹陷部的開口面積小于所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的所述背面的面積。
6.權(quán)利要求3的光源裝置，其特征在于所述凹陷部的內(nèi)壁面對著所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的側(cè)面；以及所述內(nèi)壁為從所述凹陷部的所述底面向所述凹陷部的所述開口擴展的斜面。
7.權(quán)利要求6的光源裝置，其特征在于所述凹陷部的所述斜面與所述凹陷部的所述底面之間的夾角大于0°并小于或等于45°。
8.權(quán)利要求4的光源裝置，其特征在于所述凹陷部的所述開口取所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光區(qū)的形狀、矩形或圓形。
9.權(quán)利要求4的光源裝置，其特征在于用蝕刻、激光加工或放電加工方法來處理和形成所述凹陷部。
10.權(quán)利要求1的光源裝置，其特征在于用透明粘合劑將所述半導(dǎo)體發(fā)光元件粘接并固定在所述透明樹脂上。
11.權(quán)利要求10的光源裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的所述背面上配備有透明電極；以及所述透明電極設(shè)置在形成于透明基板上的有源層上。
12.權(quán)利要求1的光源裝置，其特征在于所述基底材料由陶瓷基板、液晶聚合物樹脂基板、玻璃纖維環(huán)氧樹脂基板、引線框架和具反射性的殼體中的任一種形成。
13.權(quán)利要求1的光源裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體發(fā)光元件由InGaAlP、InGaAlN、InGaN和GaN中的任一種制成。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供有效利用半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射光的光源裝置,利用該裝置可獲得清晰、無色斑的高亮度光輻射。在該光源裝置中,在如殼體、基板和引線框架等基底材料的反射面上設(shè)置混入波長轉(zhuǎn)變材料的透明樹脂,透明的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝、粘接并固定在該透明樹脂上,從該半導(dǎo)體發(fā)光元件的背面發(fā)出的光被波長轉(zhuǎn)變材料轉(zhuǎn)變波長,經(jīng)波長轉(zhuǎn)變的光在上述反射面被反射,反射光跟從上述半導(dǎo)體發(fā)光元件表面發(fā)出的光相混合并向外輻射。
文檔編號H01L33/60GK1366714SQ01800857
公開日2002年8月28日 申請日期2001年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月9日
發(fā)明者藤原翼, 中野景生 申請人:日本光源股份有限公司