專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，利用如玻璃等防潮材料密封作為光源的發(fā)光二極管(此后稱為LED)。
同樣，本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，能夠有效地輻射由高輸出發(fā)光元件所產(chǎn)生的熱量。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，利用LED作為光源的發(fā)光器件是已知的。一個示例為一種發(fā)光器件，利用如環(huán)氧樹脂等密封樹脂整體密封LED元件。
環(huán)氧樹脂可以廣泛地得到，并易于塑模。因此，其被廣泛地用作發(fā)光器件的密封材料。但是，當(dāng)環(huán)氧樹脂受到LED元件所發(fā)出的強(qiáng)光照射時(shí)，其逐漸染色并變黃。如果其因此而染色，必然減少發(fā)光器件的光輸出，這是因?yàn)橛猩糠謱⑽諒腖ED元件發(fā)出的光。
日本專利申請未審公開No.11-204838(此后，稱為現(xiàn)有技術(shù)1)公開了一種發(fā)光器件，利用其中包含熒光體的防潮玻璃層密封LED元件。
圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)1中所公開的發(fā)光器件的剖面圖。發(fā)光器件50包括配線導(dǎo)體51、52；形成在配線導(dǎo)體52中的杯狀部分53；接合在杯狀部分53的底部53A的LED元件54；每一個電連接在LED元件的電極和配線導(dǎo)體51、52之間的導(dǎo)線55、55；玻璃層56，密封設(shè)置在杯狀部分53內(nèi)部的LED元件54；包含在玻璃層56中的熒光體56A；燈形密封樹脂57，透明且密封所有上述元件。
在這種結(jié)構(gòu)中，由于以填充在杯狀部分53中的玻璃層56密封LED元件54，可以避免由于有色密封材料而引起的光輸出的減少。此外，由于玻璃層阻斷了潮氣的侵入，可以防止熒光體的退化。
但是，現(xiàn)有技術(shù)1的發(fā)光器件具有以下問題(1)由于玻璃層的粘滯度比樹脂大得多，在利用玻璃材料密封LED元件時(shí)，在玻璃層中必然包含氣泡。難以分離包含在其中的氣泡。因此，氣泡將殘留在玻璃層中。
(2)在利用玻璃密封LED元件時(shí)，在300℃或更高的高溫下進(jìn)行。在處理之后，由于LED元件與玻璃材料之間熱膨脹系數(shù)的差異，產(chǎn)生了玻璃材料中的殘余應(yīng)力。當(dāng)受到熱沖擊時(shí)，殘余應(yīng)力可能會引起玻璃材料的破裂。
近年來，研發(fā)了高輸出LED，并且已經(jīng)開始生產(chǎn)幾瓦特輸出級的大輸出型LED。盡管LED的特征是較小的熱釋放，但因?yàn)榱鬟^其中的大電流，高輸出(高亮度)LED元件必然產(chǎn)生相當(dāng)?shù)臒崃俊?br> 日本專利申請未審公開No.200-1560967(此后稱為現(xiàn)有技術(shù)2)公開了一種LED封裝，將作為熱沉的金屬塊設(shè)置在LED元件(LED芯片)下面。
在現(xiàn)有技術(shù)2的LED封裝中，將金屬塊插入以嵌入塑料件在上塑模的引線框。LED芯片通過具有良好導(dǎo)熱性的底座直接或間接地與金屬塊接觸。
在這種結(jié)構(gòu)中，由于LED芯片與金屬塊熱連接，所以可以使LED芯片保持在低于傳統(tǒng)封裝的焊接溫度。因?yàn)樘幱谳^低的溫度，LED芯片可以不受到大的熱應(yīng)力，因此，即使處于大功率操作，仍然能夠確保其可靠性和良好的特性。
但是，現(xiàn)有技術(shù)2的LED封裝具有以下問題(1)需要在上塑模引線框的二次支撐件(嵌入塑料件)。因此，必須增加部件的數(shù)量，難以提供小型封裝。
(2)此外，由于二次支撐件由樹脂制成，LED封裝不具有可以應(yīng)用于無鉛重熔的較高耐熱性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種發(fā)光器件，能夠降低殘余氣泡，并減少其密封材料中的內(nèi)部應(yīng)力。
本發(fā)明的另一目的是提供一種發(fā)光器件，能夠在具有足夠耐熱性的同時(shí)，有效耗散來自高輸出發(fā)光元件的熱量。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種發(fā)光器件，包括發(fā)光元件，發(fā)出預(yù)定波長的光；以及密封部分，密封發(fā)光元件，其中所述發(fā)光元件具有應(yīng)力減少部分，減少密封部分中的內(nèi)部應(yīng)力。
按照這種構(gòu)成，在利用密封材料密封發(fā)光元件之后，可以防止由于密封部分中的內(nèi)部應(yīng)力的局部集中而引起的破碎。
所述應(yīng)力減少部分可以是通過斜切發(fā)光元件的角形成的。
在這樣構(gòu)成的發(fā)光器件中，由于對LED元件的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便減少密封部分中內(nèi)部應(yīng)力的集中，可以實(shí)現(xiàn)殘余氣泡的減少和內(nèi)部應(yīng)力的減少。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種發(fā)光器件，包括發(fā)光元件；引線，其一端與所述發(fā)光元件電連接，用作向所述發(fā)光元件提供電源的接線端；金屬底座，用于在其上安裝所述發(fā)光元件，并輻射所述發(fā)光元件的熱量；以及密封件，其是透明樹脂或玻璃的，并覆蓋所述發(fā)光元件，其中通過具有與所述金屬底座近似相等的熱膨脹系數(shù)的耐熱絕緣件，將所述引線固定在所述金屬底座上。
優(yōu)選地，提供子支架，子支架通過電極或配線層，對所述發(fā)光元件和所述引線進(jìn)行連接。優(yōu)選地，所述發(fā)光元件是通過子支架被安裝在所述金屬底座上?？梢詫⒔饘俜瓷溏R部分堆疊在所述金屬底座上，或者與所述金屬底座集成在一起。
在這樣構(gòu)成的發(fā)光器件中，通過將子支架安裝在金屬底座上并將金屬反射鏡附加于金屬底座，由于通過金屬底座和金屬反射鏡傳導(dǎo)發(fā)光元件所產(chǎn)生的熱量，可以獲得高輻射效率。因此，可以將其應(yīng)用于高輸出型發(fā)光元件。此外，由于使用了耐熱絕緣材料的支撐件，其可以應(yīng)用于使用無鉛焊料的重熔。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種發(fā)光器件，包括光學(xué)元件；子支架，用于在其上安裝所述光學(xué)元件，并具有近似等于所述光學(xué)元件的熱膨脹系數(shù)；支撐件，具有將所述子支架插入其中的孔，并具有大于所述子支架的熱膨脹系數(shù)；以及透明密封材料，用于密封所述光學(xué)元件，并對目標(biāo)波長透明，其中設(shè)置所述子支架，從而使其安裝所述光學(xué)元件的表面從所述孔暴露在所述密封件側(cè)，并焊接于所述支撐件和所述透明密封件，以密封所述光學(xué)元件。
在這樣構(gòu)成的發(fā)光器件中，通過均衡光學(xué)元件和子支架的熱膨脹系數(shù)，可以減少由于光學(xué)元件于子支架之間的溫度差異所引起的應(yīng)力。因此，可以防止由于器件生產(chǎn)期間的處理溫度、重熔爐的環(huán)境溫度或光學(xué)元件操作中的熱量所引起的對光學(xué)元件的應(yīng)力損傷。此外，通過均衡支撐件和密封材料的熱膨脹系數(shù)，將子支架插入支撐件的通孔中，以及將子支架的表面設(shè)置為近似等于LED元件的面積，可以在支撐件和密封件之間的寬和長接觸面積中，減少由于玻璃處理的高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)之間的溫度差所引起的應(yīng)力，從而防止邊界分離或破裂。由此，可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)光器件的玻璃密封。因此，在提供小型封裝的同時(shí)，可以確保對目標(biāo)波長的耐候性和耐熱性。


下面，將參照附圖，對根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行解釋，其中圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)1中所公開的發(fā)光器件的剖面圖；圖2A是示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖；圖2B是示出了圖2A中的LED元件的放大側(cè)視圖；圖3是示出了圖2A中的LED元件及其附近的放大剖面圖；圖4是示出了從頂部(發(fā)射觀察表面?zhèn)?觀察圖3中的LED元件及其附近的頂視圖；圖5是示出了本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中的LED元件的側(cè)視圖；圖6是示出了本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖；圖7是示出了本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖；圖8A是示出了本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖；圖8B是示出了圖8A中的LED元件的放大側(cè)視圖；圖9示出了本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例中的LED元件的發(fā)光區(qū)域和光輻射；圖10A是示出了本發(fā)明第七優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖；圖10B是沿圖10A中的線A-A得到的剖面圖；圖10C是沿圖10A中的線B-B得到的剖面圖；圖11A是示出了本發(fā)明第八優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖；圖11B是沿圖11A中的線A-A得到的剖面圖；圖11C是沿圖11A中的線B-B得到的剖面圖；圖12是示出了本發(fā)明第九優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖；圖13是示出了本發(fā)明第十優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖；圖14示出了本發(fā)明第十一優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件；圖15A是示出了本發(fā)明第十二優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖；圖15B是沿圖15A中的線A-A得到的剖面圖；圖15C是沿圖15A中的線B-B得到的剖面圖；圖16A是示出了第十二實(shí)施例中的引線的側(cè)視圖；圖16B是沿圖16A中的線A-A得到的剖面圖；圖16C是沿圖16A中的線B-B得到的剖面圖；圖16D是沿圖16A中的線C-C示出的底視圖；圖17A是示出了本發(fā)明第十三實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖；圖17B是沿圖17A中的線A-A得到的剖面圖；
圖18是示出了對第十三實(shí)施例中的發(fā)光器件的支撐件的修改的剖面圖；圖19A是示出了本發(fā)明第十四優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖；圖19B是示出了圖19A中的焊料層和金屬引線的設(shè)置的平面圖；圖20A是示出了對第十四實(shí)施例中的發(fā)光器件的支撐件的修改的剖面圖，所述支撐件具有形成在其上的反射膜；圖20B是示出了對支撐件的另一修改的剖面圖，所述支撐件具有形成在其凸部分上的反射膜；圖21A是示出了本發(fā)明第十五優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖；圖21B是沿圖21A中的線B-B得到的剖面圖；圖22A是示出了本發(fā)明第十六優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖；圖22B是沿圖22A中的線C-C得到的剖面圖；圖23是示出了對第十六實(shí)施例中的支撐件的修改的剖面圖；圖24A是示出了本發(fā)明第十七實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖；圖24B是示出了對圖24A中的發(fā)光器件的修改的剖面圖；圖25A是示出了對圖24A中的發(fā)光器件的另一修改的剖面圖；圖25B是示出了圖25A中的子支架的底視圖；圖26是示出了對圖24A中的發(fā)光器件的另一修改的剖面圖；圖27是示出了本發(fā)明第十八實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖；以及圖28是示出了本發(fā)明第十九實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖2A是示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖。圖2B是示出了圖2A中的LED元件的放大側(cè)視圖。
如圖2A所示，發(fā)光器件1包括透明玻璃材料的玻璃密封部分2；LED元件3，發(fā)出預(yù)定波長的光；安裝LED元件3的子支架4；引線框5，作為向LED元件3提供電源的配線導(dǎo)體；以及玻璃密封部分6，保護(hù)引線框5的下表面。
玻璃密封部分2是低熔點(diǎn)玻璃，其折射率為n＝1.5，且具有16×10-6的熱膨脹系數(shù)。根據(jù)所需的光分布特性，通過熱壓，將玻璃密封部分2塑模成類似圓屋頂?shù)墓鈱W(xué)形式，并將其熔化并焊接在引線框5上，以密封LED元件3。此外，玻璃密封部分2可以不具有于所需光分布特性相一致的光學(xué)形式。
如圖2B所示，LED元件3是倒裝芯片型發(fā)光元件，具有形成在Al2O3襯底30上的GaN發(fā)光層31。其具有7×10-6的熱膨脹系數(shù)，并且發(fā)射波長為380nm。LED元件3具有傾斜部分32，是對發(fā)射觀察表面?zhèn)鹊?四個)角的斜切。其電極(未示出)通過Au隆起焊盤(未示出)與形成在子支架4上的配線圖案電連接。LED元件3的尺寸為0.32×0.32mm。
子支架4是Al2O3的，并具有13×10-6的熱膨脹系數(shù)。在其表面上，形成銅箔的配線圖案(未示出)。配線圖案與LED元件3的電極電連接，并焊接在引線框5上。
引線框5是銅或銅合金的，并具有16×10-6的熱膨脹系數(shù)，并在其表面上形成Au鍍層。其與子支架4連接的頂部具有與子支架4的厚度相一致的階梯部分5A，從而使子支架4與階梯部分5A接合的上表面限定了與引線框5的上表面相連的近似平滑表面。引線框5可以是除銅以外的其他金屬的(例如，鐵合金)，只要其導(dǎo)電性滿足所需的特性。
玻璃密封部分6是與玻璃密封部分2相同的低熔點(diǎn)玻璃，并且通過熱壓，將其與玻璃密封部分2形成一體，以保護(hù)引線框5的下表面。
圖3是示出了圖2A中的LED元件及其附近的放大剖面圖。
子支架4包括配線圖案40，形成在LED元件3的安裝側(cè)；配線圖案41，形成在引線框5的連接側(cè)；以及通孔42，在穿透子支架4的同時(shí)，電連接在配線圖案40和41之間。配線圖案41通過設(shè)置在配線圖案41和階梯部分5A之間的焊料7與引線框5電連接。配線圖案40通過Au隆起焊盤3A與LED元件3的電極(未示出)電連接。
圖4是示出了從頂部(發(fā)射觀察表面?zhèn)?觀察圖3中的LED元件及其附近的頂視圖。
將LED元件3安裝在正方形形式的子支架4的中心。形成在子支架4上的配線圖案具有對玻璃件的良好粘附特性，從而能夠圍繞LED元件3，增強(qiáng)玻璃密封特性。配線圖案40并不局限于如圖所示的圖案，可以是能夠減少子支架4的暴露部分的圖案。
在制造發(fā)光器件1時(shí)，首先，通過壓制和壓印銅合金的帶狀材料，制成引線框5。然后，將子支架4定位于引線框5的階梯部分5A。然后，通過焊料7，將子支架4的配線圖案41焊接于引線框5。然后，將LED元件3的電極定位于子支架4的配線圖案40。然后，通過Au隆起焊盤3A，使LED元件3的電極與子支架4的配線圖案40電連接。然后，將類似盤狀的低熔點(diǎn)玻璃設(shè)置在引線框5的上下。然后，在并未對LED元件3造成熱損傷的溫度下，在氮?dú)?N2)的減壓環(huán)境下，在通過熱壓塑模玻璃的同時(shí)，將低熔點(diǎn)玻璃焊接在引線框5的上下表面。由此，變軟的低熔點(diǎn)玻璃緊密地焊接在LED3、子支架4和引線框5的表面上。從而，將玻璃密封部分2和6合成一體，以制成預(yù)定的形狀，并去除多余的玻璃，以成形發(fā)光器件1。然后，從引線框5切下發(fā)光器件1。
在第一實(shí)施例中，由于斜切LED元件3的角以提供傾斜部分32，當(dāng)對軟化為大約108到1010泊的低熔點(diǎn)玻璃進(jìn)行整體塑模時(shí)，可以減少玻璃的擾動。由此，可以保持玻璃的均勻性，并可以防止空氣的侵入。因此，可以獲得具有減少殘余氣泡的發(fā)光器件1。此外，因?yàn)榍谐藘?nèi)部應(yīng)力易于集中的銳角，可以防止玻璃密封部分2中由于熱沖擊而引起的破碎的發(fā)生。通過使用晶片分割中合適的切割機(jī)，易于進(jìn)行這種切割。
盡管在第一實(shí)施例中，LED元件3在發(fā)射觀察表面?zhèn)鹊乃膫€角處具有傾斜部分32，同樣可以切除LED元件3的發(fā)射觀察表面與側(cè)面之間所限定的邊緣。由此，可以進(jìn)一步減少LED元件3周圍的殘余氣泡(增強(qiáng)了玻璃的均勻性)，并可以進(jìn)一步防止破碎的發(fā)生。
盡管在第一實(shí)施例中，玻璃密封部分2是透明的低熔點(diǎn)玻璃，但其也可以是有色的。
在焊接子支架4時(shí)，可以使用在處理低熔點(diǎn)玻璃的溫度下并不熔化的銀焊料，代替焊料7。可以在將子支架4焊接在引線框5之后，將LED元件3安裝在子支架4上。
圖5是示出了本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中的LED元件的側(cè)視圖。
構(gòu)造LED元件3，從而對發(fā)射觀察表面?zhèn)鹊乃膫€角進(jìn)行倒圓角，以提供曲面33，代替切除角。
在第二實(shí)施例中，因?yàn)樵诮巧暇哂星娌糠?，可以在通過熱壓塑模已軟化低熔點(diǎn)玻璃時(shí)，更為有效地減少玻璃的擾動。由此，可以進(jìn)一步減少LED元件3周圍的殘余氣泡(增強(qiáng)玻璃的均勻性)，并可以進(jìn)一步防止破碎的發(fā)生。
除了位于發(fā)射觀察表面?zhèn)鹊乃膫€角的曲面部分33，同樣可以切除LED元件3的發(fā)射觀察表面與側(cè)面之間所限定的邊緣。由此，可以進(jìn)一步減少LED元件3周圍的殘余氣泡(增強(qiáng)了玻璃的均勻性)，并可以進(jìn)一步防止破碎的發(fā)生。
圖6是示出了本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖。
構(gòu)造發(fā)光器件1，作為波長轉(zhuǎn)換器件，代替第一實(shí)施例中的玻璃密封部分2，包括波長轉(zhuǎn)換部分8，包括透明玻璃密封部分8A；玻璃密封部分8A包含熒光絡(luò)合物801；以及位于玻璃密封部分8A和8B之間的熒光體800的熒光體層8C。
玻璃密封部分8B是包含玻璃的熒光絡(luò)合物，包含鉺(Er3+)作為熒光絡(luò)合物801。LED元件3發(fā)射的光激活熒光絡(luò)合物801，從而發(fā)出受激光。
形成薄膜熒光體層8C，從而將其絲網(wǎng)印刷在構(gòu)成了玻璃密封部分8A的低熔點(diǎn)玻璃上，然后通過加熱進(jìn)行烘干。
如下所述地制造波長轉(zhuǎn)換部分8。
(1)形成熒光體層的處理首先，設(shè)置低熔點(diǎn)玻璃的玻璃片。所述玻璃片最好具有能夠沿長度方向排列多個LED元件3的長度。然后，通過將熒光體800溶解在包含大約1％的硝化纖維作為粘度改進(jìn)劑的n丁基醋酸鹽中，準(zhǔn)備熒光體溶液。按照與排列LED元件3的間隔相對應(yīng)的間距，將該溶液絲網(wǎng)印刷在玻璃片的表面上，從而提供附著在其上的薄膜。然后，加熱具有印刷在其上的熒光體溶液的玻璃片，去除溶劑部分，從而獲得熒光體層8C。最好在減壓的環(huán)境下，進(jìn)行加熱。
(2)形成絡(luò)合物玻璃的處理然后，設(shè)置包含Er3+的熒光絡(luò)合物玻璃片，將其設(shè)置在具有通過形成熒光體層的處理鉺準(zhǔn)備的熒光體層的玻璃片上，將熒光體層8C夾在中間。盡管具有熒光體層8C的玻璃片最好具有與熒光絡(luò)合物玻璃片相同的形狀，但是它們也可以具有彼此不同的形狀。然后，通過在減壓環(huán)境下熱壓，熔化并接合具有熒光體層8C的玻璃片和熒光絡(luò)合物玻璃片。設(shè)置熒光體層8C，從而使其位于連接兩個玻璃片的邊界處。
然后，通過熱壓，將這樣形成的復(fù)合玻璃與LED元件3和引線框5形成一體。按照LED元件3的形狀，使熒光體層8C變形，并且使其位于距LED元件3的特定距離處。
除了第一實(shí)施例的效果以外，第三實(shí)施例具有以下效果熒光體層8C的厚度和距LED元件3的距離可以保持恒定，從而發(fā)光器件1可以具有基于通過激發(fā)熒光絡(luò)合物而從玻璃密封部分8B輻射出的受激光的良好波長轉(zhuǎn)換特性。盡管在此實(shí)施例中，波長轉(zhuǎn)換部分8包括包含在玻璃中的熒光絡(luò)合物和熒光體層，但是，其可以包括包含在玻璃中的熒光絡(luò)合物和熒光體層之一。
圖7是示出了本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖。
發(fā)光器件1使用陶瓷襯底9，代替第一實(shí)施例中所述的引線框5。
陶瓷襯底9包括形成在LED元件3的安裝側(cè)的配線圖案40；通過陶瓷襯底9，形成在配線圖案40的相對側(cè)的配線圖案41；以及通孔42，在穿透陶瓷襯底9的同時(shí)，電連接在配線圖案40和41之間。配線圖案40通過Au隆起焊盤3A與LED元件3的電極(未示出)電連接。
在第四實(shí)施例中，將如第一實(shí)施例中所述的LED元件3安裝在陶瓷襯底9上。因此，與使用引線框5的情況相比，能夠以更高的密度生產(chǎn)發(fā)光器件1。因此，其可以具有良好的生產(chǎn)率，并能夠降低生產(chǎn)成本。此外，這樣構(gòu)成的發(fā)光器件1具有即使通過切割等進(jìn)行分離時(shí)，仍能減少玻璃部分中的破碎的發(fā)生的特征。
圖8A是示出了本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的中心部分的剖面圖。圖8B是示出了圖8A中的LED元件的放大側(cè)視圖。
發(fā)光器件1使用倒裝芯片型LED元件3，LED元件3的襯底30如第一在第五實(shí)施例中，GaN襯底30具有n＝2.4的大折射率，因此可以增強(qiáng)光提取效率，可以從GaN發(fā)光層31向外部輻射使用Al2O3襯底30時(shí)不能輻射的光。此外，如果將LED元件3形成為長方體，將產(chǎn)生超過LED元件3的界面的臨界角的入射模式。但是，形成在襯底30上的傾斜部分32允許從GaN發(fā)光層31輻射光，即使是在這種入射模式下。因此，可以減少光輻射的損耗。
襯底30的材料并不局限于GaN，也可以是SiC等具有類似于GaN襯底30的折射率的材料。
圖9示出了本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例中的LED元件的發(fā)光區(qū)域和光輻射。
如圖所示，LED元件3具有小于元件尺寸的發(fā)光區(qū)域A，由此，從GaN發(fā)光層31向外輻射的基色光的概率近似于理想情況。因此，可以進(jìn)一步增強(qiáng)從LED元件3的光提取效率。類似于上述實(shí)施例，采用了具有形成在其下表面上的電極的倒裝芯片型發(fā)光元件，因此，只有下表面上的電極對從LED元件3的光提取造成干擾。
盡管在上述實(shí)施例中，利用具有n＝1.5的折射率的低熔點(diǎn)玻璃密封LED元件3，也可以使用具有n＝1.9的高折射率的玻璃密封。因此，即使在LED元件3具有近似等于元件大小的發(fā)光區(qū)域時(shí)，仍然不會將光限制在LED元件3內(nèi)，并能夠提高光提取效率。因此，由于隨著所施加的電流的增加，光輸出并不飽和，可以增加發(fā)光器件1的輸出。
盡管LED元件3的密封部分是玻璃的，即使當(dāng)使用樹脂密封部分時(shí)，仍然能顯著減少內(nèi)部應(yīng)力。因此，可以防止樹脂密封部分的破碎。
盡管在上述實(shí)施例中，發(fā)光層是GaN的，但也可以使用如GaAs或AlInGaP等其他材料。在這種情況下，可以獲得與第四實(shí)施例中所述相同的效果。此外，如果襯底具有近似等于發(fā)光層的折射率，或者具有近似等于或高于高折射率玻璃的折射率，可以獲得與第五和第六實(shí)施例中所述相同效果。
圖10A是示出了本發(fā)明第七優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖。圖10B是沿圖10A中的線A-A得到的剖面圖。圖10C是沿圖10A中的線B-B得到的剖面圖。盡管通常在引線框兩側(cè)具有與外部引線側(cè)相連帶形部分，在附圖中并未示出該部分。此外，盡管通常在引線框上安裝多個LED元件，在附圖中只示出了一個LED元件。
發(fā)光器件110包括金屬底座111，作為輻射器；堆疊在金屬底座111上的金屬反射鏡112(反射鏡部分)；安裝在金屬底座111的預(yù)定位置上的子支架113；安裝在子支架113上的LED元件114；絕緣密封玻璃115a、115b，嵌入在形成在金屬底座111上、并線性設(shè)置在子支架113兩側(cè)的凹槽(未示出)中；引線(金屬引線)116a、116b，與絕緣密封玻璃115a、115b重疊；絕緣密封玻璃117a、117b，與引線116a、116b重疊；以及透明玻璃或樹脂的密封件118，填充在金屬反射鏡112的內(nèi)部。作為整體，發(fā)光器件110具有短圓柱形。
金屬底座111是如銅和鋁等具有良好導(dǎo)熱性的金屬。其具有根據(jù)LED元件114的消耗功率、能夠獲得足夠輻射效率的厚度和尺寸。
金屬底座111具有以LED元件114為中心的線性凹槽(未示出)。所述凹槽具有能夠?qū)⒔^緣密封玻璃115a、115b、引線116a、1116b和絕緣密封玻璃117a、117b嵌入其中的深度。將引線116a、1116b設(shè)置在凹槽中，同時(shí)夾在絕緣密封玻璃115a、115b和絕緣密封玻璃117a、117b之間。因此，引線116a、1116b與金屬底座111電絕緣。盡管金屬底座111具有與金屬反射鏡112相同的尺寸，其可以比金屬反射鏡112大，或者可以具有如矩形等其他形狀。
金屬反射鏡112是如銅和鋁等具有良好導(dǎo)熱性的金屬。其具有形成在中心處的錐形中空凹部分。通過利用銀淀積、鍍鉻或銀對其內(nèi)表面進(jìn)行鏡面加工，或者通過在其上進(jìn)行白表面處理，形成其反射表面112a。由此，可以沿前方有效地傳導(dǎo)與金屬反射鏡112橫向發(fā)射的光。此外，由于金屬反射鏡112是如銅等具有良好導(dǎo)熱性的金屬，除反射鏡之外，其還用作輻射器。
子支架113是如AlN(氮化鋁)等具有高導(dǎo)熱性的材料，并且如果需要的話，其可以具有用于預(yù)防介質(zhì)擊穿的內(nèi)置齊納二極管。子支架113具有不均勻的矩形形狀，其中將LED元件114安裝在頂表面上，并將引線116a、116b的端部設(shè)置在兩個上表面較低的位置上。子支架113具有位于上表面和側(cè)表面的電極(未示出)。可以通過圖中并未示出的配線層或通孔，進(jìn)行上電極和側(cè)電極之間的連接。
例如，LED元件114是GaN或AlInGaP的，并且是高輸出型的。芯片尺寸可以是0.3×0.3mm(標(biāo)準(zhǔn)尺寸)、1×1mm(大尺寸)等。LED元件114是使用電極或隆起焊盤作為連接元件的倒裝芯片(FC)型的，盡管在圖中并未示出元件下面的連接部分。FC型適合于使用具有較高粘滯度的玻璃作為密封材料118?？蛇x地，LED元件114可以是使用配線作為連接元件的面朝上型的。在這種情況下，如果通過玻璃密封，可能會使配線變形，則可以使用具有低粘滯度的樹脂材料作為密封件118。
絕緣密封玻璃115a、115b、117a和117b是具有等于金屬底座111和引線116a、1116b的熱膨脹系數(shù)的玻璃，而其不需要是透明的。密封件118是透明硅樹脂的或透明低熔點(diǎn)玻璃的。
下面，將對組裝發(fā)光器件110的過程進(jìn)行解釋。
首先，將子支架113安裝在金屬底座111的中心，并通過粘結(jié)劑等固定在其上。然后，將棒形絕緣密封玻璃115a、115b設(shè)置在金屬底座111上，然后將引線116a、1116b和絕緣密封玻璃117a、117b堆疊在絕緣密封玻璃115a、115b上。然后，將金屬反射鏡112安裝在絕緣密封玻璃117a、117b上，并位于金屬底座111的暴露表面上。在這種狀態(tài)下，通過在高溫下進(jìn)行壓制，將絕緣密封玻璃115a、115b、117a和117b、引線116a、1116b和金屬反射鏡112彼此焊接在一起。
除了引線116a、1116b的端部以外，絕緣密封玻璃115a、115b、117a和117b在側(cè)表面和上下表面對引線116a、1116b進(jìn)行絕緣。因此，其并不與金屬底座111和金屬反射鏡112相接觸。然后，將LED元件114安裝在子支架的頂表面上，并通過進(jìn)行重熔，將子支架113的電極或配線層與LED元件114的隆起焊盤或電極焊料連接并焊接。最后，將硅樹脂的密封件118填充到金屬反射鏡112的錐形中空凹部分中。從而，完成發(fā)光器件110的組裝。
例如，當(dāng)引線116a與LED元件114的陽極側(cè)相連時(shí)，DC電源(未示出)的正極側(cè)與引線116a相連，而其負(fù)極側(cè)與引線116b相連。當(dāng)供電時(shí)，電流從引線116a通過子支架113、LED元件114和子支架113流向引線116b。由此，LED元件114發(fā)光。通過密封件118，向外部輻射從LED元件114的上表面發(fā)出的光，并在金屬反射鏡112上發(fā)射從LED元件114側(cè)發(fā)出的光，通過密封件118向外部輻射。
通過第七實(shí)施例獲得了以下的效果。
(1)由于絕緣密封玻璃115a、115b、117a和117b對引線116a、1116b進(jìn)行了絕緣，可以防止引線116a、1116b與金屬底座111或金屬反射鏡112之間的接觸。
(2)由于金屬底座111和金屬反射鏡112在除了引線116a、1116b的安裝部分以外的其他部分彼此直接接觸，從LED元件114導(dǎo)向子支架113和引線116a、1116b的熱量被有效地導(dǎo)向金屬底座111和金屬反射鏡112，從而可以通過金屬底座111和金屬反射鏡112輻射熱量。因此，即使當(dāng)LED元件114是高輸出型的時(shí)，仍能能夠增強(qiáng)熱輻射效率，從而能夠避免對LED元件114、絕緣密封玻璃115a、115b、117a和117b、以及密封件118的熱損傷。此效果對于大尺寸發(fā)光器件尤為顯著。
(3)發(fā)光器件在支撐部分未使用任何具有低耐熱性的樹脂材料，并且引線116a、116b通過玻璃材料與金屬底座111相接觸。因此，其足以承受應(yīng)用于無鉛焊料的重熔。
圖11A是示出了本發(fā)明第八優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖。圖11B是沿圖11A中的線A-A得到的剖面圖。圖11C是沿圖11A中的線B-B得到的剖面圖。相似的部件以第七實(shí)施例中相同的數(shù)字表示。
第八實(shí)施例的發(fā)光器件120與第七實(shí)施例的發(fā)光器件110的區(qū)別在于，引出引線的方式以及與金屬反射鏡合為一體的金屬底座的結(jié)構(gòu)。即，沿相同的方向引出陽極和陰極引線，并通過芯片加工或銑削操作等生產(chǎn)集成了金屬反射鏡部分和輻射器部分的金屬底座121。
發(fā)光器件120包括金屬底座121，用作輻射器和反射鏡；子支架122，安裝在金屬底座121的預(yù)定位置上；LED元件114，安裝在子支架122上；槽形凹口部分123，形成在金屬底座121中；引線124a、124b，位于凹口部分123中，同時(shí)確保了特定的空間；密封件118，填充在金屬底座121的凸部分中；以及絕緣密封玻璃125，整形為方棒，并使引線124a、124b與金屬底座121絕緣。
金屬底座121使與第七實(shí)施例中的金屬底座111和金屬反射鏡112相同材料的。金屬底座121具有錐形中空反射表面121a，將LED元件114定位在其中心，并具有垂直槽形凹口部分123，用于容納要絕緣的引線124a、124b。凹口部分123具有設(shè)置在底部的絕緣密封玻璃125，并將引線124a、124b設(shè)置在絕緣密封玻璃125上。
子支架122是如AlN(氮化鋁)等具有高導(dǎo)熱性的材料，并且如果需要的話，其可以具有用于預(yù)防介質(zhì)擊穿的內(nèi)置齊納二極管。如圖11B所示，只在一側(cè)(圖11B的右側(cè))形成子支架122的階梯部分，并將引線124a、124b的端部平行設(shè)置在階梯部分的上表面上，并且通過焊料等，將端面或下表面與子支架122側(cè)的電極(未示出)相連。
下面，將對制造發(fā)光器件120的過程進(jìn)行解釋。
首先，將子支架122安裝在金屬底座121的中心，并通過粘結(jié)劑等固定在其上。然后，平行設(shè)置引線124a、124b的端部，與子支架122的階梯部分相接觸，然后，在這種狀態(tài)下，通過在加熱爐等中加熱，使引線124a、124b的端部與子支架122的電極(或部分配線層)相連。然后，通過重熔，使LED元件114與子支架122的電路部分(電極、配線層等)電連接和物理連接?？蛇x地，在將LED元件114安裝在子支架122上之后，設(shè)置引線124a、124b，并與子支架122相連。
通過第八實(shí)施例獲得了以下效果。
(1)凹口部分123只容納引線124a、124b，并且將其上部保持為空間。在凹口部分123，并不存在金屬底座121的反射表面121a。盡管在操作LED元件114器件，必然在所發(fā)出的光中產(chǎn)生一點(diǎn)不均勻，仍然可以通過集成第七實(shí)施例中的金屬底座111和金屬反射鏡112來構(gòu)成金屬底座121。因此，可以減少生產(chǎn)的步驟數(shù)，并有利于處理。同樣可以減少生產(chǎn)成本。
圖12是示出了本發(fā)明第九優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖。第九實(shí)施例中的發(fā)光器件的特征在于第七實(shí)施例的金屬反射鏡具有附加在其頂端的輻射片。
構(gòu)造發(fā)光器件130，從而使焊接于金屬底座111的金屬反射鏡131具有多個位于頂端的輻射片132。將輻射片132以特定的間隔設(shè)置在金屬反射鏡131的圓周上，以LED元件114為中心。
在第九實(shí)施例中，通過輻射片132，可以增加金屬反射鏡131與周圍空氣的接觸面積，并能夠沿橫向方向有效地進(jìn)行輻射。因此，由于輻射面積的增加，可以獲得良好的輻射效果。
圖13是示出了本發(fā)明第十優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖。
第十實(shí)施例中的發(fā)光器件的特征在于將上述實(shí)施例中所描述的金屬底座的功能和金屬反射鏡的功能合為一體。
發(fā)光器件140包括具有階梯部分的熱沉141；絕緣件142a、142b，設(shè)置在階梯部分上的引線附著部分；引線143a、143b，對其進(jìn)行設(shè)置，從而使其端部位于絕緣件142a、142b的水平部分上；子支架143，附加于形成在熱沉141上部的錐形中空凹部分的底部；LED元件144，安裝在子支架143上；以及密封件145，是玻璃或樹脂的，并填充在子支架143的凹部分中，用于覆蓋LED元件144。
熱沉141是銅的，并包括輻射片141a，形成在比階梯部分低的部分處；以及反射鏡部分141c，形成在比階梯部分高的部分處，形成為圓柱形，在其內(nèi)部具有錐形中空反射表面141b。
絕緣件142a、142b具有L形的橫截面，并緊密接觸反射鏡部分141c的外表面。盡管將絕緣件142a、142b示出為兩個L形部分，其可以是具有L形橫截面的環(huán)。絕緣件142a、142b是如玻璃和陶瓷等具有耐熱性和絕緣特性的材料，以及優(yōu)選地，具有等于引線116a、116b或熱沉141的熱膨脹系數(shù)。
子支架143是與子支架113、123相同材料的。為了簡化附圖的目的，省略了通過子支架143，將引線116a、116b與LED元件144相連的結(jié)構(gòu)(配線導(dǎo)體、電極、通孔等)。
在發(fā)光器件140的操作中，通過子支架143，向熱沉141傳導(dǎo)來自LED元件144的熱量，大部分熱量通過輻射片141a輻射，而其他部分通過反射鏡部分141c輻射。輻射片141a具有與周圍空氣的大接觸面積，從而有效地進(jìn)行熱交換。
在第十實(shí)施例中，由于將輻射片141a與反射表面141b集成為一體，其間并不存在阻礙熱輻射的部件。因此，與其他實(shí)施例相比，可以提高發(fā)光器件140的熱輻射效果。此外，因?yàn)楹唵蔚慕Y(jié)果，可以簡化生產(chǎn)。
除銅之外，熱沉141可以是如Al、AlN(氮化鋁)等具有良好導(dǎo)熱性的金屬。
盡管在第十實(shí)施例中，通過集成其他實(shí)施例中的金屬底座111和金屬反射鏡112構(gòu)成了熱沉141，并將輻射片141a設(shè)置在較低的部分處，可選地，如其他實(shí)施例中所描述的那樣，可以分離金屬底座111和金屬反射鏡112，而向金屬底座111提供輻射片141a。
圖14示出了本發(fā)明第十一優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件。
第十一實(shí)施例的發(fā)光器件150的特征在于通過額外的器件傳導(dǎo)大部分的熱輻射，而在上述實(shí)施例中，通過金屬底座和金屬反射鏡或熱沉傳導(dǎo)熱輻射。所述額外的器件可以是熱導(dǎo)管或具有相同原理的器件。
發(fā)光器件150具有與第七實(shí)施例相同的基本結(jié)構(gòu)，并且在附圖中并未示出絕緣密封玻璃115a、115b、117a和117b以及引線116a、1116b，并簡化了子支架的形狀。
發(fā)光器件150使用片狀熱沉151傳導(dǎo)來自LED元件114的熱量。片狀熱沉151可以是“peraflex”(注冊商標(biāo))。片狀熱沉151適用于不能進(jìn)一步增大發(fā)光器件150的情況，通過熱產(chǎn)生部分不能確保足夠的輻射空間的情況，或者必須將熱輻射傳導(dǎo)到箱體外部的情況。此外，片狀熱沉151的尺寸僅為0.6mm厚、20mm寬、150mm長，但其可以應(yīng)用于最多大約10瓦特的輻射容量。
片狀熱沉151的一端位于金屬底座111的上表面(接觸子支架113的表面)，而另一端附著于輻射器152。代替輻射器152，可以使用容納發(fā)光器件150的箱體等其他部件。盡管將片狀熱沉151設(shè)置在金屬底座111的上表面，也可以將其設(shè)置在金屬底座111的底表面。
在第十一實(shí)施例中，由于將片狀熱沉151附著于金屬底座111，即使在縮減金屬底座111的厚度時(shí)，仍能增強(qiáng)熱輻射效率?？梢苑乐褂捎陂L時(shí)間操作LED元件114而引起的發(fā)光器件150的溫度上升。因此，其適用于高輸出類型。
盡管在金屬反射鏡112上設(shè)置了在第七實(shí)施例的發(fā)光器件110中開未設(shè)置的輻射片112a，也可以不設(shè)置輻射片112a。
圖15A是示出了本發(fā)明第十二優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖。圖15B是沿圖15A中的線A-A得到的剖面圖。圖15C是沿圖15A中的線B-B得到的剖面圖。
發(fā)光器件160與第七實(shí)施例的區(qū)別在于，引線126是多層陶瓷襯底的，并通過釬料固定于金屬底座121和金屬反射鏡112。
圖16A是示出了第十二實(shí)施例中的引線的側(cè)視圖。圖16B是沿圖16A中的線A-A得到的剖面圖。圖16C是沿圖16A中的線B-B得到的剖面圖。圖16D是沿圖16A中的線C-C示出的底視圖。
引線126是包含Al2O3的玻璃的雙層襯底(熱膨脹系數(shù)13.2×10-6/℃)，并具有形成在其上的金屬圖案126a、126b、126c和126d。圖案126a、126b用于向LED元件114供電，并在對子支架122的接觸部分和外部接線端處暴露，但大部分通過襯底的內(nèi)部。圖案126c、126d并不用于電連接，而是通過釬料焊接于金屬底座121或金屬反射鏡112。釬料是Au-Si材料的(熔化溫度360℃，熱膨脹系數(shù)13.9×10-6/℃)。
真正的引線126a、126b通過具有耐熱性的陶瓷絕緣件內(nèi)部，因此，即使使用導(dǎo)電材料固定引線126，也不會產(chǎn)生短路。陶瓷件具有于銅材料(熱膨脹系數(shù)16×10-6/℃)近似相等的熱膨脹系數(shù)。因此，即使在高溫下進(jìn)行處理，也不會產(chǎn)生由于熱膨脹系數(shù)的差別而引起的分離或破裂。
盡管沿相同的方向引出了陽極和陰極，因?yàn)槟軌蛟谝r底上精確地形成電路圖案，可以防止圖案126a、126b之間的短路。
此外，當(dāng)于外部接線端電連接時(shí)，因?yàn)橐种屏藦陌哂邢鄬^低導(dǎo)熱性的Al2O3襯底的玻璃上的圖案的熱量釋放，可以容易地進(jìn)行焊接。
在上述實(shí)施例中，可以將熒光體層設(shè)置在密封件118、145中，以便進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。例如，如果LED元件發(fā)出藍(lán)光，熒光體層包括以下熒光體Ce(鈰)YAG(釔鋁石榴石)，具有在受到藍(lán)光激發(fā)時(shí)，輻射黃光的特性。
在上述實(shí)施例中，可以通過鍍銀或鋁，或淀積銀或鋁，在位于金屬反射鏡112的底部的絕緣密封玻璃117a、117b和子支架113、123、143的表面上，形成反射表面，從而增強(qiáng)光輻射效率。
盡管在上述實(shí)施例中，在一個密封件中設(shè)置了一個LED元件，可以提供具有兩個和更多LED元件的多發(fā)射型發(fā)光器件。所安裝的多個LED元件可以包括不同發(fā)光顏色的LED元件和相同發(fā)光顏色的LED元件。此外，LED元件的驅(qū)動模式可以是所有或每組LED元件并聯(lián)或串聯(lián)。
盡管密封件118、145具有平坦的頂面，其可以具有如半球等其他形狀的頂面。
盡管在上述實(shí)施例中，對LED元件114、144進(jìn)行倒裝芯片安裝，但也可以面朝上安裝(陽極、陰極電極設(shè)置在上表面并通過導(dǎo)線連接)，或者可以進(jìn)行安裝，從而使陽極、陰極電極均位于上表面或下表面，并通過導(dǎo)向于上電極電連接。在除倒裝芯片型以外的其他情況下，可以將LED元件直接安裝在金屬底座111、121或熱沉141上，而無需使用子支架113、122、143。如果提供子支架，可以更為減少由于LED元件和金屬底座或熱沉之間熱膨脹系數(shù)的差異，從LED元件產(chǎn)生的熱量而引起的應(yīng)力。但是，直接安裝LED元件情況下的熱輻射特性好于使用子支架的情況。
圖17A是示出了本發(fā)明第十三實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖。圖17B是沿圖17A中的線A-A得到的剖面圖。
發(fā)光器件201包括LED元件211；子支架212，將LED元件211安裝在其上；支撐件213，用于在其通孔中支撐子支架212；以及密封件214(玻璃密封部分)，用于密封子支架212和子支架212附近的支撐件213。
LED元件211是如GaN和AlInGaP等材料的(熱膨脹系數(shù)4～6×10-6/℃)，并且是高輸出型的。LED元件211是倒裝芯片型的，在其底表面，具有用于與支撐件213的配線層相連的電極211a(或焊料焊盤)。
子支架212是如Al2O3(氧化鋁，熱膨脹系數(shù)7×10-6/℃)等具有近似等于LED元件211的熱膨脹系數(shù)的材料。子支架212的頂面(從支撐件213暴露)具有兩倍于或小于，優(yōu)選地等于LED元件211的面積。子支架212具有配線層212a、212b，從頂面延伸到側(cè)面，從而與LED元件211的電極211a相連。如果需要，支撐件213可以具有用于預(yù)防介質(zhì)擊穿的內(nèi)置齊納二極管。
支撐件213是陶瓷、包含Al2O3的玻璃(熱膨脹系數(shù)13×10-6/℃)，并具有形成在預(yù)定位置以容納子支架212插入其中的通孔。該通孔具有從支撐件213的上表面通過通孔的內(nèi)側(cè)面到支撐件213的底表面形成的配線層213a、213b，與配線層212a、212b相連。
密封件214是具有近似等于(支撐件213和密封件214之間熱膨脹系數(shù)的差與支撐件213的熱膨脹系數(shù)的比值在15％以內(nèi))支撐件213的熱膨脹系數(shù)的透明低熔點(diǎn)玻璃(熱膨脹系數(shù)11×10-6/℃)。低熔點(diǎn)玻璃具有大于通常所使用的玻璃的熱膨脹系數(shù)。如果不使用低熔點(diǎn)玻璃，LED元件211將在處理中受到熱損傷。
下面，將對生產(chǎn)發(fā)光器件201的過程進(jìn)行解釋。
在分立的步驟中，向子支架212提供配線層212a、212b，并向LED元件211提供電極211a。首先，支撐件213在預(yù)定的位置具有通孔，允許將子支架212插入其中，然后，具有延伸通過通孔的配線層213a、213b。然后，將子支架212插入支撐件213的通孔中。此時(shí)，在將配線層212a、212b與配線層213a、213b相對的同時(shí)，通過釬料(Au-Si)，將其插入。在這種狀態(tài)下，通過在400℃或更高的溫度下，熔化配線層之間的焊料，將子支架212焊接于支撐件213?？蛇x地，在將LED元件211安裝在子支架212之后，將其上安裝有LED元件211的子支架212插入到支撐件213中。
然后，在將配線層212a、212b的極性與電極211a的極性對準(zhǔn)的同時(shí)，通過Au隆起焊盤，將LED元件211安裝在子支架212上。從而，可以連接并焊接LED元件211。然后，利用密封件214覆蓋并密封LED元件211和LED元件211附近的支撐件213的頂表面。盡管在圖17中，設(shè)置密封件214，具有均勻的厚度，也可以對其進(jìn)行設(shè)置，從而在LED元件211上形成透鏡形部分。
例如，當(dāng)配線層213a與LED元件211的陽極層相連時(shí)，DC電源(未示出)的正極側(cè)與配線層213a相連，而負(fù)極側(cè)與配線層213b相連。當(dāng)提供電源時(shí)，電流從配線層213a通過配線層212a、LED元件211和配線層212b流向配線層213b。從而，LED元件211發(fā)光。在通過密封件214的同時(shí)，向外部輻射從LED元件211的上表面發(fā)出的光。
通過第十三實(shí)施例獲得了以下效果。
(1)由于密封件214是對目標(biāo)波長透明的玻璃，與密封樹脂相比，由光和熱引起的退化非常小。因此，可以獲得長期穩(wěn)定的發(fā)射特性。
(2)由于在LED元件211和子支架212之間均衡了熱膨脹系數(shù)，可以減少由于對玻璃進(jìn)行處理時(shí)的高溫狀態(tài)與室溫狀態(tài)之間的溫度差、或者由于接通和關(guān)閉LED元件211之間的溫度差而引起的LED元件211和子支架212的應(yīng)力。因此，可以提高可靠性。
(3)在LED元件211和子支架212之間均衡了熱膨脹系數(shù)，制成子支架212，插入到支撐件213的通孔中，并且子支架212具有近似等于LED元件211的尺寸的安裝表面。因此，在具有寬接觸面積和支撐件213和密封件214中間的最長直線距離的部分處，可以減少由于對玻璃進(jìn)行處理時(shí)的高溫狀態(tài)與室溫狀態(tài)之間的溫度差而引起的應(yīng)力，以防止分離和破裂的發(fā)生。
此外，與密封件214相比，LED元件211和具有低熱膨脹系數(shù)的子支架212具有均能可能縮小的尺寸(近似等于LED元件211)，并且在玻璃的冷卻過程中，對其施加壓力。從而，可以防止分離和破裂的發(fā)生。因此，可以生產(chǎn)玻璃密封的LED。
(4)由于密封件214是玻璃的，所以密封件214可以通過化學(xué)反應(yīng)與支撐件213相連。因此，與使用樹脂作為密封件214相比，可以減少二者之間的邊界分離。此外，因?yàn)榧词怪渭?13與密封件214之間的連接面積較小，仍然獲得足夠的粘附力，可以生產(chǎn)小型封裝。
(5)支撐件213具有位于其一側(cè)的密封件214，并且在另一側(cè)，具有配線層213a、213b，作為外部接線端。因此，可以生產(chǎn)小型表面安裝器件形發(fā)光器件。
(6)由于部件全部是耐熱材料，并且減少了由于溫度變化而引起的應(yīng)力，其足以承受應(yīng)用于無鉛焊料的重熔。
用于密封件214的玻璃可以是包括有機(jī)和無機(jī)材料的混合玻璃。這種材料甚至能夠提供耐熱性、光穩(wěn)定性和低熔點(diǎn)。但是，其熱膨脹系數(shù)大于通常所使用的玻璃，與先前所描述的低熔點(diǎn)玻璃一樣。
子支架212可以是除Al2O3之外的AlN或硅的。
盡管形成了通孔，以便將子支架212插入支撐件213中，如果子支架212對密封件214的暴露面積不是很大，則不必須形成通孔。
圖18是示出了對第十三實(shí)施例中的發(fā)光器件的支撐件的修改的剖面圖。在圖18中，只示出了主要部分，LED安裝部分，而并未示出如密封件等其他部分。
盡管在圖17中的發(fā)光器件201中，安裝了一個LED元件，但是可以安裝多個LED元件，從而發(fā)出三種顏色R、G和B，或者增加一個顏色的數(shù)量，以增強(qiáng)亮度或改善顏色再現(xiàn)。
在這種情況下，如圖18所示，發(fā)光器件220的子支架221在其頂安裝部分上具有與所安裝的LED元件的數(shù)量相一致的增加面積。在本實(shí)施例中，將三個LED元件222a、222b和222c安裝在子支架221上。盡管子支架221具有不同的尺寸，但所使用的材料與子支架212相同。同樣，在這種情況下，為了減少應(yīng)力，子支架221的頂安裝部分必需具有可以將三個LED元件222a、222b和222c安裝在其上的最小面積。
圖18中的發(fā)光器件220具有以均勻間隔設(shè)置在相同平面上的LED元件222a、222b和222c。LED元件222a、222b和222c可以全部具有相同的發(fā)光顏色，或者每一個具有R、G和B的一種發(fā)光顏色。除了配線層212a、212b之外，子支架221在頂表面上，具有與LED元件222b相連的電極221a和與LED元件222a、222c的其他電極相連的電極221b、221c。電極221a、221b金額221c通過子支架221內(nèi)部的通孔(未示出)或頂表面上的配線層(未示出)陽極-陽極或陰極-陰極連接。
在這種結(jié)構(gòu)中，即使在安裝多個LED元件222a、222b和222c時(shí)，仍然能夠減小由支撐件213和密封件(未示出)之間的熱膨脹/收縮所引起的應(yīng)力，并能夠減小由LED元件222a、222b和222c和子支架221處的熱膨脹/收縮所引起的應(yīng)力。由此，發(fā)光器件可以具有良好的可靠性。
圖19A是示出了本發(fā)明第十四優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖。圖19B是示出了圖19A中的焊料層和金屬引線的設(shè)置的平面圖。
盡管第十四實(shí)施例基本上類似于第十三實(shí)施例，二者之間的區(qū)別在于其子支架是不同材料的，并具有不同的形狀，其支撐件233是具有形成在其中的電路圖案的多層襯底，并且其具有支撐件233及其金屬底座232的不同連接部分。即，發(fā)光器件230包括具有180W·m-1·k-1的高導(dǎo)熱系數(shù)的AlN(氮化鋁，熱膨脹系數(shù)5×10-6/℃)的子支架231，其橫截面為凸形，在下側(cè)形成寬階梯部分，從而增加與金屬底座232的接觸面積。此外，形成金屬底座232的上表面，使其平坦，從而構(gòu)成金屬底座232與支撐件233之間的焊接表面。
發(fā)光器件230具有金屬引線234a、234b，代替配線層213a、213b。支撐件233具有凹部分233d、233e，從而金屬引線234a、234b并不與金屬底座接觸，并且金屬引線234a、234b的頂端與凹部分233d、233e的內(nèi)部相連。將電極233a、233b設(shè)置在凹部分233d、233e的下表面下方，與金屬引線234a、234b相連。子支架231和支撐件233具有形成在其內(nèi)部的配線層或通孔，代替配線層213a、213b，從而提供從LED元件211的電極到電極233a、233b的連接通路。
子支架231與金屬底座232相接觸的部分具有并不用于電連接的金屬圖案和焊接于金屬底座232的焊料層231a。從而，可以增強(qiáng)對金屬底座232的熱輻射。此外，支撐件233具有位于其表面的焊料層233c，與金屬底座232相接觸。如圖19B所示，將焊料層233c整形為正方形，因此，可以通過位于支撐件233與金屬底座232的接觸表面處的密封件235、支撐件233和金屬底座232，密封LED元件211和子支架231。
覆蓋了LED元件211和支撐件233的預(yù)定區(qū)域的密封件235是與密封件214相同材料的，并形成為與密封件214相同的密封形狀。
生產(chǎn)發(fā)光器件230的過程與發(fā)光器件201相同，除了附加金屬引線234a、234b以外。在附加金屬底座232之前，插入整個部件時(shí)，定位金屬引線234a、234b。然后，將金屬底座232定位在子支架231和支撐件233上。在這種狀態(tài)下，進(jìn)入重熔爐，通過焊接，將金屬引線234a、234b和金屬底座232接合到主體側(cè)。
與第十三實(shí)施例的發(fā)光器件201相同地傳導(dǎo)施加于發(fā)光器件230的電流，但是，以金屬引線234a、234b代替圖17B中的配線層213a、213b。
除了第十三實(shí)施例的效果之外，第十四實(shí)施例具有以下效果子支架231具有高導(dǎo)熱性，并且擴(kuò)大其下部，以拓寬熱輻射通路，盡管LED元件211的安裝表面具有與LED元件211相同的面積，從而可以將LED元件211產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)給金屬底座232，因而，可以減少LED元件211操作期間的溫度上升，并可以增強(qiáng)可靠性。
此外，由于通過密封件235、支撐件233和金屬底座232密封LED元件211和子支架231，可以防止潮氣的侵入。
此外，可以確保電連接的電接線端面積?？梢员舜司_地對準(zhǔn)子支架231和支撐件233的高度。由于支撐件233是多層襯底的，可以減少焊接金屬引線234a、234b的限制。
盡管子支架231是具有180W·m-1·k-1的導(dǎo)熱系數(shù)的AlN，如果導(dǎo)熱系數(shù)為100或更多W·m-1·k-1，則可以獲得足夠的效果。除AlN之外，可以將具有熱膨脹系數(shù)的其他材料應(yīng)用于LED元件211。
圖20A是示出了對第十四實(shí)施例中的發(fā)光器件的支撐件的修改的剖面圖，所述支撐件具有形成在其上的反射膜。圖20B是示出了對支撐件的另一修改的剖面圖，所述支撐件具有形成在其凸部分上的反射膜。
盡管圖19A中的支撐件233使其上表面保持原樣，在本實(shí)施例中，在LED元件211附近形成反射膜，從而增強(qiáng)從LED元件211發(fā)出的光的輻射效率。
在圖20A中，將反射膜233f設(shè)置在通孔241的頂端周圍。在圖20B中，在通孔241的上側(cè)形成錐形中空凹部分233g，并在凹部分233g的表面上設(shè)置反射膜233h?？梢酝ㄟ^銀淀積、鍍銀等鏡面加工，或者通過進(jìn)行銀或白表面處理，形成反射膜233g、233h。
盡管在圖20A中，增加了圖19A中子支架的厚度(高度)，可以代替地是支撐件233變薄，而保持圖19A所示的子支架231的高度。
上述修改，除了第十四實(shí)施例的效果以外，具有以下效果可以增加設(shè)計(jì)子支架231和支撐件233的自由度。
盡管在圖20A和20B中，只示例了兩種修改，可以將專用反射鏡設(shè)置在支撐件233的上表面上，位于LED元件211的周圍。此外，凹部分233g可以具有半圓不均勻表面或鉆石切割多邊形表面。
圖21A是示出了本發(fā)明第十五優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖。圖21B是沿圖21A中的線B-B得到的剖面圖。
盡管圖18中的發(fā)光器件220具有安裝在一個子支架上的多個LED元件，第十五實(shí)施例的發(fā)光器件250具有每一個均具有一個子支架的多個LED元件。
發(fā)光器件250包括一個金屬底座251；十六個子支架252a、252b、252c、252d、252e、252f、252g、252h、252i、252j、252k、252l、252m、252n、252o和252p(在圖21B中，只示出了252e、252f、252g和252h)，按照預(yù)定的間隔安裝在金屬底座251上；支撐件253，在其中形成十六個通孔，對應(yīng)于子支架252a到252p，從而將子支架252a到252p插入通孔中；十六個LED元件254a、254b、254c、254d、254e、254f、254g、254h、254i、254j、254k、2541、254m、254n、254o和254p，按照在相應(yīng)子支架252a到252p的頂表面上；以及密封件255，覆蓋并密封支撐件253和LED元件254a到254p。在圖2 1中，子支架和LED元件的數(shù)量為十六個，但其可以根據(jù)客戶的需要任意變化。
子支架252a到252p、支撐件252(多層襯底)、LED元件254a到254p和密封件255是與第十三實(shí)施例的子支架212、支撐件213、LED元件211和密封件214相同材料的，具有相同的特性(熱膨脹系數(shù)等)。將銅箔層258設(shè)置在子支架252a到252p和支撐件235的底表面上(金屬底座251側(cè)的表面)，以便將其焊接到金屬底座251上。將子支架252a到252p和支撐件253的銅箔統(tǒng)稱為銅箔258。
可以將LED元件254a到254p分為LED元件組，每個組對應(yīng)于三種顏色R、G、B，或者分為全部具有一個顏色(如藍(lán)色)的LED組。具體地，可以將十六個LED元件254a到254p分為第一組254a到254d、第二組254e到254h、第三組254i到2541和第四組254m到254p。在匹配極性的同時(shí)，對每組的四個LED元件進(jìn)行并聯(lián)。通過設(shè)置在子支架252a到252p、支撐件253上的配線(未示出)，公共連接四個組的一個極(如陽極)，并與接線端256e相連。
第一到第四組的另一極(如陰極)分別連接接線端256a到256d中的每一個，接線端256a到256d與限流電阻R1到R4的一端相連，而電阻R1到R4的另一端與用于供電的接線端257a到257d相連。并未將電阻R1到R4設(shè)置在子支架252a到252p或支撐件253中，而是外部裝配。例如，當(dāng)在接線端257a和接線端256e之間施加具有預(yù)定電壓的DC電源時(shí)，四個LED元件254a到254d同時(shí)發(fā)光。當(dāng)在接線端256a、257d和接線端256e之間施加電源時(shí)，八個LED元件254a到254d和254m到254p同時(shí)發(fā)光。
通過第十五實(shí)施例，獲得了以下效果。
(1)除了第十四實(shí)施例的效果以外，由于發(fā)光器件250向每個LED元件提供了子支架，即使當(dāng)增加或減少所使用的LED元件的數(shù)量時(shí)，仍然能夠減少在LED元件254a到254p的操作器件的溫度上升。此外，當(dāng)改變LED元件的數(shù)量時(shí)，不需要重新設(shè)計(jì)子支架。因此，可以增強(qiáng)設(shè)計(jì)的靈活性，并能夠縮短客戶定單的交貨時(shí)間。
(2)由于密封件255具有近似等于支撐件253的熱膨脹系數(shù)，并且類似島那樣，將子支架252a到252p設(shè)置在支撐件253中，可以根據(jù)具有大于子支架252a到252p的熱膨脹系數(shù)的密封件255和支撐件253的熱膨脹或收縮，靈活地移動各個子支架。因此，即使在設(shè)置多個LED元件時(shí)，由于溫度而引起的應(yīng)力仍然等同于單個LED元件的情況。LED元件和子支架之間的應(yīng)力不會發(fā)生。此外，密封件255和支撐件253之間的邊界分離不會發(fā)生。
(3)由于通過子支架252a到252p向支撐件253輻射由LED元件254a到254p所產(chǎn)生的熱量，可以增強(qiáng)熱輻射效率。即使當(dāng)LED254a到254p是高輸出型的時(shí)，LED254a到254p、子支架252a到252p、支撐件253、密封件254等不會受到熱損傷。因此，可以增強(qiáng)耐熱性、耐候性和耐用性。
(4)因?yàn)槭褂枚鄬右r底作為支撐件253，可以形成任意電路圖案，而無需干擾熱輻射特性。
圖22A是示出了本發(fā)明第十六優(yōu)選實(shí)施例中的發(fā)光器件的平面圖。圖22B是沿圖22A中的線C-C得到的剖面圖。
第十六實(shí)施例的發(fā)光器件260基本上與圖21A和圖21B中的發(fā)光器件250相同。區(qū)別在于，將即用作第二輻射器又用作反射鏡的金屬反射鏡261設(shè)置在包含Al2O3的玻璃的支撐件253上。相似的部件以圖21A和圖21B中的發(fā)光器件250中所使用的相同數(shù)字來表示。在圖22A和22B中，未示出金屬底座。
金屬反射鏡260是銅材料的，并具有通過壓制以預(yù)定間隔構(gòu)成的十六個凹部分，其中形成了十六個反射表面261 a，并且LED元件254a到254p位于中心處。通過利用銀淀積、鍍銀等鏡面加工或通過在其上進(jìn)行白或銀表面處理，形成反射表面261a。反射表面261a具有鍍鎳底層，而只在凹部分具有銀淀積或鍍銀。鍍鎳對玻璃具有良好的粘附特性。借此，可以防止分離。
通過900℃的熱處理，經(jīng)過氧化，將金屬反射鏡261焊接到支撐件253上。在十六個反射表面261a和金屬反射鏡261上形成具有預(yù)定高度的密封件262。密封件262是與前一實(shí)施例中的密封件214相同材料的，并具有相同的屬性(熱膨脹系數(shù)等)。
除了第十三到第十五實(shí)施例的效果以外，通過第十六實(shí)施例獲得以下效果。
(1)由于在支撐件253上設(shè)置了具有與LED元件254a到254p相對應(yīng)的十六個反射表面261a的金屬反射鏡261，可以根據(jù)反射面261a的形狀，沿所需方向有效取出從LED元件254a到254p發(fā)出的光。
(2)由于密封件262具有近似等于支撐件253和金屬反射鏡261的熱膨脹系數(shù)，即使在密封件262和支撐件253之間設(shè)置金屬反射鏡261時(shí)，也不會發(fā)生由于溫度而產(chǎn)生的應(yīng)力，并且不會發(fā)生邊界分離等。
圖23是示出了對第十六實(shí)施例中的支撐件的修改的剖面圖。在圖23中，只示出了LED元件254i附近，而未示出其他部分。
支撐件270是具有堆疊在橫截面中而形成的配線圖案的多層襯底。在上下表面設(shè)置銅箔層271、276。將與LED元件254i相連的內(nèi)部配線層272設(shè)置在支撐件270的內(nèi)部。通過旁路用于熱輻射的配線層273，形成內(nèi)部配線層272。配線層273是連接在銅箔層271和276之間的輻射通路。子支架252i具有形成在底表面上的銅箔層274，并具有形成在內(nèi)部的通孔275，用于連接在LED元件254i和內(nèi)部配線層272之間。
從而，通過形成配線層273作為輻射通路，可以容易地從子支架252i通過銅箔層274、金屬底座(未示出)、銅箔層271、配線層273和銅箔層276向金屬反射鏡261傳導(dǎo)由LED元件254i產(chǎn)生的熱量。由此，可以增強(qiáng)熱輻射特性。
圖24A是示出了本發(fā)明第十七實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖。圖24B是示出了對圖24A中的發(fā)光器件的修改的剖面圖。
第十七實(shí)施例的發(fā)光器件280的特征在于，將金屬片、導(dǎo)體用作支撐件，而在前述實(shí)施例中，將絕緣材料用作支撐件。
發(fā)光器件280包括LED元件281；子支架282，將LED元件28 1安裝在頂表面；金屬片283，子支架282插入在它的一個通孔中；以及密封件284，其覆蓋LED元件281的表面和金屬片283。
LED元件281和子支架282與發(fā)光器件201的LED元件211和子支架212相同。子支架282在兩側(cè)的中間位置具有凸起282a、282b，并對其進(jìn)行安裝，從而使凸起282a、282b的上表面與通孔的階梯部分相接觸。凸起282a、282b具有附著于下表面的電極282c、282d。在子支架282的內(nèi)部形成通孔282e、282f，從而連接在電極282c、282d和LED元件281的電極(或焊料焊盤)281a之間。此外，在子支架282的上表面上形成與電極281a電連接的電極282A。當(dāng)從電源供電時(shí)，可以直接向電極282c、282d供電，或者通過襯底向其供電。
金屬片283用作輻射器，并且是如銅等具有高導(dǎo)熱率的材料的，并具有形成在頂端的階梯部分。
密封件284與發(fā)光器件201的密封件214類似，是透明低熔點(diǎn)玻璃的，并具有近似等于作為支撐件的金屬片283的熱膨脹系數(shù)。
下面，將對生產(chǎn)發(fā)光器件280的過程進(jìn)行解釋。
首先，將子支架282從圖24A的底側(cè)插入金屬片283的通孔中。然后，在子支架282的頂表面安裝LED元件281。然后，通過利用密封件284對其進(jìn)行密封，可以生產(chǎn)出發(fā)光器件280。
可選地，在將LED元件281安裝在子支架282的頂表面上之后，將子支架282插入金屬片283的通孔中。可以將反射鏡設(shè)置在金屬片283的表面上。
除了第十三和第十四實(shí)施例的效果以外，第十七實(shí)施例具有以下效果金屬片283用作輻射器，同時(shí)用作支撐子支架282的支撐件。因此，可以獲得特定的輻射效果，而無需使用金屬底座。因此，發(fā)光器件可以是低剖面的。
如上所述，即使在如圖24A所示的結(jié)構(gòu)中，仍能通過金屬片283獲得特定的輻射效果。但是，如果想要增加輻射特性，如圖24B所示，可以增加銅或鋁的金屬底座。如圖24B所示，可以通過使用設(shè)置在子支架282的底表面上的焊料層282g的焊接，將金屬底座287附加到子支架282的底表面上。在金屬片283的下面，設(shè)置聚酰亞胺襯底286(絕緣襯底)。聚酰亞胺襯底286具有與電極282c、282d相連的內(nèi)部配線層(未示出)。
圖25A是示出了對圖24A中的發(fā)光器件的另一修改的剖面圖。圖25B是示出了圖25A中的子支架的底視圖。
聚酰亞胺襯底286包括堆疊與陰極電極282c相連的配線層286a和與陽極電極282d相連的配線層286b。其與子支架282的一側(cè)相連。
因此，在聚酰亞胺襯底286和子支架282之間提供了簡單的配線。此外，子支架282未與聚酰亞胺襯底286相連的另一側(cè)可以用作去往金屬底座287的輻射通路。因此，其可以具有良好的熱提取屬性。
圖26是示出了對圖24A中的發(fā)光器件的另一修改的剖面圖。在圖26中，相似的部件以圖24A中所使用的相同數(shù)字表示。
發(fā)光器件290使用通過增加圖24A中的金屬片283的厚度而形成的金屬片291。金屬片291在預(yù)定的位置具有將子支架282插入其中的通孔290a。通孔290a在上側(cè)具有錐形中空凹部分，從而使凹部分的底表面近似位于與子支架282的頂表面相同的位置。凹部分具有形成在內(nèi)表面上的反射表面291b。通過利用銀淀積、鍍銀等的鏡面加工，或者通過進(jìn)行銀或白涂覆等，形成反射表面291b。將低熔點(diǎn)玻璃的密封件284填充到凹部分中，從而使其具有高于金屬片291的預(yù)定厚度。
子支架282在頂表面上具有通過內(nèi)部配線層與相應(yīng)電極282a和282d電連接的電極282A。
密封件284的材料并不局限于低熔點(diǎn)玻璃，可以是環(huán)氧樹脂或硅樹脂。樹脂不可能類似于低熔點(diǎn)玻璃那樣具有與金屬相同的熱膨脹系數(shù)，事實(shí)上，其具有幾倍于金屬的熱膨脹系數(shù)。但是，由于樹脂的處理溫度低于低熔點(diǎn)玻璃，并且作為支撐件的金屬片291并不具有如子支架那樣的低導(dǎo)熱率，熱膨脹的量不是很大。因此，可以防止分離或破碎。
除了第十六實(shí)施例的效果以外，第十七實(shí)施例具有以下效果因?yàn)榻饘倨?91具有反射表面291b，可以增強(qiáng)光提取效率。此外，因?yàn)樵黾恿私饘倨?91的厚度，可以減少作為輻射器的輻射電阻，從而可以增強(qiáng)輻射效率。
圖27是示出了本發(fā)明第十八實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖。
第十八實(shí)施例的特征在于，使用了要通過導(dǎo)線與電流饋電側(cè)相連的面朝上型LED元件，而在上述實(shí)施例中，使用了面朝下型LED元件。
發(fā)光器件300包括LED元件301；子支架302，將LED元件301安裝在其上；支撐件303，支撐子支架302；導(dǎo)線304a、304b，連接在子支架302的配線層302a、302b和LED元件301的電極(未示出)之間；第一密封件305，作為耐熱件，密封LED元件301、導(dǎo)線304a、304b及其附近；以及第二密封件306，密封第一密封件305的上暴露表面和支撐件303。
LED元件301是不同類型的，但其是與LED元件211相同的半導(dǎo)體。子支架302和支撐件303是與子支架212和支撐件213相同的材料的，并具有相同的熱膨脹系數(shù)。支撐件303具有將子支架302插入其中的通孔，并在其凸起的下表面具有電極303a、303b。電極303a、303b通過設(shè)置在支撐件303內(nèi)部的內(nèi)部配線層(以虛線示出)與子支架302的配線層302a、302b相連。
導(dǎo)線304a、304b是金或鋁的。在將密封件306填入其中時(shí)，可能會使導(dǎo)線304a、304b變形或斷裂。因此，在密封導(dǎo)線304a、304b時(shí)，使用第一密封件305，其是具有位于子支架302和第二密封件306之間的熱膨脹系數(shù)的陶瓷涂覆材料。由此，可以防止導(dǎo)線304a、304b的變形或斷裂。覆蓋第一密封件305的第二密封件306具有近似等于支撐件303的熱膨脹系數(shù)。由此，可以防止在與另一部件的接觸面的應(yīng)力的發(fā)生。
盡管在圖27中，子支架302從支撐件303的暴露部分比LED元件301寬得多，事實(shí)上，只需要稍微寬一些，以便提供導(dǎo)線焊接空間。所需的是暴露部分具有是LED元件301的兩倍或更小的面積。如果第一密封件305是具有位于子支架302和第二密封件306之間的熱膨脹系數(shù)的彈性材料或緩沖效應(yīng)件，暴露部分可以稍寬。
下面，將對生產(chǎn)發(fā)光器件300的過程進(jìn)行解釋。
首先，從圖27的底側(cè)，將子支架302插入到形成在預(yù)定位置的通孔中。子支架302具有形成在其上的配線層302a、302b。然后，將LED元件301，在預(yù)定的位置，安裝在子支架302上。然后，通過導(dǎo)線304a、304b，將LED元件301的上電極(未示出)焊接到配線層302a、302b上。第一密封件305密封LED元件301，同時(shí)覆蓋導(dǎo)線304a、304b。此外，第二密封件306密封第一密封件305的表面和支撐件303。
在第十八實(shí)施例中，因?yàn)槭褂昧穗p密封件，在密封中，可以保護(hù)導(dǎo)線304a、304b不受壓力，從而不會變形或斷裂。因此，即使在使用面朝上LED元件301時(shí)，也能夠獲得與上述實(shí)施例所述相同的效果。
圖28是示出了本發(fā)明第十九實(shí)施例中的發(fā)光器件的剖面圖。
本實(shí)施例的發(fā)光器件310與第十八實(shí)施例的發(fā)光器件300的區(qū)別在于，第一密封件305是作為彈性材料的硅樹脂，使用了面朝下(倒裝芯片)型元件，并使用了另一種生產(chǎn)過程。相似的部件以圖27中所使用的相同數(shù)字表示。
在生產(chǎn)發(fā)光器件310時(shí)，首先，將支撐件303放入具有玻璃接觸表面的鉑模具中。此模具具有與將子支架302插入其中的凸凹相一致的形狀，和在從支撐件303的上表面突出的部分處，與元件容納空間形成面306b相一致的半球形。然后，通過加熱低熔點(diǎn)玻璃，焊接第二密封件306，并形成透鏡表面306a和元件容納空間形成面306b。然后，將形成第一密封件305的硅樹脂注入元件容納空間形成面306b內(nèi)部的元件容納空間中，然后，使其硬化。然后，將LED元件301安裝在子支架302上。然后，將子支架302從圖28的底部，插入形成在支撐件303的預(yù)定位置處的通孔中，并利用釬料，焊接支撐件303和子支架302。在這種情況下，硅樹脂具有彈性，因此，在將LED元件301壓入其中時(shí)，能夠根據(jù)LED元件301的表面形狀發(fā)生變形，從而密封LED元件301。在焊接子支架302時(shí)，可以使用除釬料以外的其他焊料。
通過第十九實(shí)施例獲得了以下效果。
(1)通過將金屬底座附加到圖28中的底側(cè)，可以類似于第十四實(shí)施例那樣，防止潮氣的侵入等。
(2)由于在處理玻璃時(shí)，LED元件301并未暴露與高溫環(huán)境，甚至可以應(yīng)用具有低耐熱性的LED元件301。除了低熔點(diǎn)玻璃之外，可以使用具有較高熔點(diǎn)的玻璃。
(3)由于以玻璃材料的第二密封件306覆蓋第一密封件305，可以保持透鏡表面306a的形狀。純硅樹脂由于熱或光稍微退化，但用于硬化的添加劑使其脫色。在第十九實(shí)施例中，通過使用純硅樹脂油作為第一密封件305，可以防止由于熱或光而導(dǎo)致的退化而引起的光輸出的下降。從而，可以增強(qiáng)可靠性。
在發(fā)光器件201、230、250、260、280、285、290、300和310中，可以將用于波長轉(zhuǎn)換的熒光體層設(shè)置在玻璃密封部分中。例如，當(dāng)LED元件發(fā)出藍(lán)光時(shí)，熒光體層可以是如Ce(鈰)YAG(釔鋁石榴石)等具有在受到藍(lán)光激發(fā)時(shí)輻射出黃光的特性的熒光體。
在上述實(shí)施例中，可以在金屬底座215、232、251和287、金屬片283和289以及金屬反射鏡261上形成輻射片，或者附加于其上。從而，可以進(jìn)一步增強(qiáng)熱輻射效率。
盡管將密封件214、235形成為平坦的，但也可以將其形成為燈形、鉆石切割等。
此外，本發(fā)明并不局限于發(fā)光器件，可以應(yīng)用于如半導(dǎo)體器件等使用如太陽能電池等光接收元件的發(fā)光器件。由于密封件是玻璃的，即使長時(shí)間暴露在陽光下，也不會退化?？梢蕴峁┤缣柲茈姵氐劝l(fā)光器件，具有會聚透鏡和小型光接收元件。通過應(yīng)用本發(fā)明，可以防止由于溫度上升而引起的轉(zhuǎn)換效率的下降，并可以增強(qiáng)耐候性和耐熱性。
盡管在上述實(shí)施例中，倒裝芯片型元件使用Au鈕形焊盤，焊盤也可以是除Au之外的其他材料，或者可以用除焊盤以外的接觸件代替。
盡管為了完整而清楚地公開，已經(jīng)參照特定實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行了描述，并不因而對所附權(quán)利要求加以限制，而是應(yīng)當(dāng)被理解為具體實(shí)現(xiàn)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能想到的、落入這里所述的基本教義之中的所有修改和可選結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括發(fā)光元件，發(fā)出預(yù)定波長的光；以及密封部分，密封發(fā)光元件，其中所述發(fā)光元件具有應(yīng)力減少部分，減少密封部分中的內(nèi)部應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述應(yīng)力減少部分是通過斜切發(fā)光元件的角形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述密封部分是玻璃的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述密封部分具有沿預(yù)定方向輻射光的光學(xué)形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于所述密封部分通過熱壓，由至少兩個疊壓玻璃層的復(fù)合玻璃合為一體的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其特征在于所述復(fù)合玻璃包括位于至少兩個玻璃層之間、由光激發(fā)的薄膜熒光體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其特征在于所述復(fù)合玻璃包括包含由光激發(fā)的熒光絡(luò)合物的包含熒光絡(luò)合物的玻璃層。
8.一種發(fā)光器件，包括發(fā)光元件；引線，其一端與所述發(fā)光元件電連接，用作向所述發(fā)光元件提供電源的接線端；金屬底座，用于將所述發(fā)光元件安裝在其上，并輻射所述發(fā)光元件的熱量；以及密封件，是透明樹脂或玻璃的，并覆蓋所述發(fā)光元件，其中所述引線是通過具有近似等于所述金屬底座的熱膨脹系數(shù)的耐熱絕緣件，被固定在所述金屬底座上的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其特征在于還包括子支架，其通過電極或配線層，對所述發(fā)光元件和所述引線進(jìn)行連接，其中所述發(fā)光元件是通過子支架安裝在所述金屬底座上的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其特征在于所述耐熱絕緣件是玻璃的，而所述引線是金屬片的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其特征在于所述耐熱絕緣件是陶瓷的，而所述引線是形成在陶瓷耐熱絕緣件上的金屬圖案。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其特征在于還包括金屬反射鏡部分，其堆疊在所述金屬底座上，或者與所述金屬底座集成在一起。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其特征在于所述金屬底座具有輻射片。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光器件，其特征在于所述金屬底座和所述金屬反射鏡中的至少一個具有輻射片。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其特征在于所述金屬底座具有片狀熱沉。
16.一種發(fā)光器件，包括光學(xué)元件；子支架，在其上安裝所述光學(xué)元件，并具有近似與所述光學(xué)元件相等的熱膨脹系數(shù)；支撐件，具有將所述子支架插入其中的孔，并具有大于所述子支架的熱膨脹系數(shù)；以及透明密封材料，密封所述光學(xué)元件，并對目標(biāo)波長透明，其中設(shè)置所述子支架，從而使其安裝所述光學(xué)元件的表面從所述孔暴露在所述密封件側(cè)，并與所述支撐件和所述透明密封件接合，以密封所述光學(xué)元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于所述透明密封件是玻璃的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于所述支撐件具有與所述透明密封件近似相等的熱膨脹系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于所述子支架具有100W·m-1·k-1或更大的熱膨脹系數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于子支架具有能夠與支撐件凹凸適配的凸形橫截面。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于所述子支架具有面積近似等于所述光學(xué)元件的面積的安裝所述光學(xué)元件的表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于所述支撐件和所述透明密封件具有10到20×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于所述支撐件是陶瓷的。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)光器件，其特征在于所述支撐件是包含玻璃的Al2O3。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)光器件，其特征在于所述支撐件是在其橫截面中形成了配線圖案的多層襯底。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光器件，其特征在于所述光學(xué)元件是發(fā)光元件。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光器件，其特征在于對所述發(fā)光元件進(jìn)行倒裝芯片焊接。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光器件，其特征在于所述發(fā)光元件是面朝上型的，并在以導(dǎo)線電連接的同時(shí)，以耐熱材料覆蓋。
29.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光器件，其特征在于所述子支架具有位于其底部的輻射部分。
全文摘要
一種發(fā)光器件，包括發(fā)光元件；引線，其一端與所述發(fā)光元件電連接，用作向所述發(fā)光元件提供電源的接線端；金屬底座，將所述發(fā)光元件安裝在其上，并輻射所述發(fā)光元件的熱量；以及密封件，是透明樹脂或玻璃，并覆蓋所述發(fā)光元件。通過具有近似等于所述金屬底座的熱膨脹系數(shù)的耐熱絕緣件，將所述引線固定在所述金屬底座上。
文檔編號H01L33/56GK1577909SQ20041007126
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月17日
發(fā)明者末廣好伸, 東門領(lǐng)一, 和田聰 申請人:豐田合成株式會社