專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用作各種照明光源的發(fā)光器件，尤其涉及一種光提取效率有所提高的發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
在其中使用了LED(發(fā)光二極管)的LED燈(發(fā)光器件)可以構(gòu)成小巧的尺寸同時具有高電能效率，并且LED燈發(fā)出色彩明亮的光且壽命很長。此外，LED燈具有抗振動特性并且結(jié)實耐用可反復(fù)開/關(guān)。因此，LED燈常用作各種照明光源(例如，參照特許公開號為2005-196642的日本專利申請)。
圖4示出了常規(guī)的LED燈。LED燈100包括用作發(fā)光元件的LED基片101和由硅樹脂等制成用于密封LED基片101的密封樹脂102。將熒光材料103混合到密封樹脂102中，并且通過LED基片101的顏色和熒光材料103的顏色的組合便可以開發(fā)出各種顏色。
在常規(guī)的LED燈中，有下面的問題。用在白色LED中的熒光材料103的折射率n介于1.7到1.8的范圍中。另一方面，在其中分布著熒光材料103的密封樹脂102的折射率n介于1.4到1.5的范圍中。出于該原因，所發(fā)射的光被熒光材料103散射，光多次撞擊封裝的壁面或自身的熒光材料103，并且光強(qiáng)有所衰減，這導(dǎo)致光提取效率下降。
為了抑制熒光材料103的散射，有一種方法可形成其顆粒大小不超過50納米的熒光材料103。這是因為，當(dāng)熒光材料103由大小不超過50納米的顆粒構(gòu)成時，即使產(chǎn)生折射率差異，也很難產(chǎn)生散射。還有一種方法，用諸如環(huán)氧樹脂這種高折射率的樹脂來替代硅樹脂，便可減小密封樹脂和熒光材料之間的折射率差異從而抑制散射。還有一種方法，其中不使用樹脂，而是通過燒結(jié)熒光材料來使用熒光材料。
然而，在上述方法中，有如下問題。即，具有尺寸很小的顆粒的高效熒光材料很難生產(chǎn)，與硅樹脂相比用加熱或紫外線很容易使環(huán)氧樹脂劣化，并且在Sr2SiO4材料中很難實現(xiàn)燒結(jié)體。
另一方面，在圖5所示的常規(guī)LED燈110中，LED基片111的折射率通常高于密封樹脂112的折射率。結(jié)果，在LED基片111的有源層所發(fā)出的光線中，在LED基片111和密封材料112的界面處產(chǎn)生了全反射，這產(chǎn)生了光線被限制在LED基片111中從而使光提取效率下降這樣一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光器件，其中當(dāng)光線從發(fā)光元件基片輸出到樹脂時全反射被抑制，同時用熒光材料來抑制光散射，從而可以提高光提取效率。
為了解決問題并實現(xiàn)目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件配置如下。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的發(fā)光器件包括發(fā)光元件基片；以及用來密封該發(fā)光元件基片的密封樹脂部分，該密封樹脂部分具有向其中添加有折射率為n1的熒光材料和折射率為n2的微粒的樹脂，該樹脂的折射率為n3，其中折射率n1到n3保持著n2＞n1＞n3的關(guān)系，并且該微粒的顆粒大小不超過發(fā)光元件基片所發(fā)出的光波長的1/10。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的發(fā)光器件包括折射率為n4的發(fā)光元件基片；用來密封發(fā)光元件基片的密封樹脂部分，該密封樹脂部分具有向其中添加了折射率為n5的微粒的樹脂，該樹脂具有折射率n6，其中折射率n5和n6保持著n5＞n6的關(guān)系，且微粒與樹脂的體積比a滿足n42＝a·n52+(1-a)·n52。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)光線從發(fā)光元件基片輸出到樹脂時全反射被抑制了，同時光散射被熒光材料抑制了。因此，光提取效率可以有所提高。
本發(fā)明的優(yōu)點將在下文的描述中得到闡明，并且部分地將在該描述中變得明顯，或者可以從本發(fā)明的實踐中獲知。本發(fā)明的優(yōu)點可以通過下文所特別指出的手段和組合來實現(xiàn)和獲得。


被包括在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的各實施例，并且與上文給出的一般描述和下文給出的各實施例的詳細(xì)描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的LED燈的垂直截面圖；圖2示出了散射比和顆粒大小之間的關(guān)系；圖3是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED燈的垂直截面圖；圖4是示意性地示出了常規(guī)LED燈的垂直截面圖；以及圖5是示意性地示出了常規(guī)LED燈的垂直截面圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的LED燈(發(fā)光器件)10。LED燈10包括LED基片(發(fā)光元件基片)20；以及密封樹脂部分30，用來密封該LED基片20。LED基片20由藍(lán)寶石基片(折射率為1.77)構(gòu)成。在LED基片20中，InGaN有源層發(fā)出波長為460到480納米的藍(lán)光或者波長為360到400納米的紫外光。密封樹脂部分30由硅樹脂31、熒光材料32和微粒33構(gòu)成。熒光材料32被添加到硅樹脂31。
熒光材料32包括直徑為1到10微米的Eu:Sr2SiO4或Ce:YAG熒光材料，并且微粒33包括直徑為30納米的TiO2(氧化鈦)。熒光材料32的折射率n1大約介于1.7到1.8，并且用于密封LED(發(fā)光元件)的硅樹脂的折射率n3通常介于1.4到1.5。
為了消除光散射以提高白色LED的光提取效率，使用微粒33以使密封樹脂部分30的折射率接近熒光材料32的折射率。即，因為該樹脂本身的折射率很難增大并很難接近熒光材料32的折射率，所以通過在折射率低的硅樹脂31中散布折射率高的微粒33，便可增大有效的折射率。
在其中散布著微粒33的密封樹脂部分30的折射率n0被表達(dá)成n02＝a·n22+(1-a)·n32，其中“a”是微粒33與硅樹脂31的體積比，n2是微粒的折射率，n3是硅樹脂31的折射率。
另一方面，隨微粒33的顆粒大小變得更大，光散射有所增加。出于該原因，按照與400到800納米的光波長相比要充分小的顆粒尺寸來形成微粒33是有必要的。具體來講，微粒33形成不超過50納米的顆粒大小，期望該大小介于10到20納米的范圍中。這是因為如圖2所示，當(dāng)散布在硅樹脂(折射率為n3)中的微粒(折射率為n2)的大小不超過50納米時，在密封樹脂部分30中顆粒邊界處消除了對可見光的散射，并且密封樹脂部分30明顯地呈現(xiàn)出作為在其中混合有塊狀樹脂和微粒33的塊狀材料的特性。在圖2中，密封樹脂部分30的厚度是600納米，光波長是波長500納米，并且數(shù)據(jù)是在體積比介于0.1到0.4范圍中的情況下獲得的。
在這種情況下，塊狀材料即整個密封樹脂部分30的折射率n0變?yōu)閚0=(a·n22+(1-a)·n32),]]>其中“a”是微粒33與硅樹脂31的體積比。當(dāng)塊狀材料的折射率n0等于熒光材料32的折射率n1時，光提取效率有所提高，因為散射不再產(chǎn)生了。因此，為了提高光提取效率，有必要滿足兩個條件n12＝a·n22+(1-a)·n32，并且n2＞n1＞n3。
當(dāng)TiO2(折射率n2＝2.7)被用作微粒33而硅樹脂(折射率n3＝1.44)被用作該樹脂時，對于a＝0.22時nx＝1.8。當(dāng)Ce:YAG(n1＝1.8)被用作熒光材料32時，因熒光材料32所導(dǎo)致的散射可以被抑制到最小。
此外，在LED基片20(折射率1.77)和密封樹脂部分30(折射率1.8)之間的折射率差異很小，所以在LED基片20和密封樹脂部分30之間產(chǎn)生的反射也可以被抑制到最小。
因此，根據(jù)第一實施例的LED燈10，在密封樹脂部分30中因熒光材料32所引起的散射可以被抑制到最小，并且在LED基片20和密封樹脂部分30之間產(chǎn)生的反射也可以被抑制到最小。結(jié)果，從LED基片20到外部的光提取效率可以有所提高。此外，因為通過向該樹脂添加微粒而調(diào)節(jié)了折射率，所以生產(chǎn)成本較低并且技術(shù)難度也較低。
圖3是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED燈40的垂直截面圖。LED燈40包括LED基片50；和密封樹脂部分60，用來密封LED基片50。LED基片50由藍(lán)寶石基片(折射率n4＝1.77)構(gòu)成。在LED基片50中，InGaN有源層發(fā)出波長為460到480納米的藍(lán)光或波長為360到400納米的紫外光。密封樹脂部分60由硅樹脂61、熒光材料62和微粒63構(gòu)成。熒光材料62被添加到硅樹脂61中。微粒62由直徑為30納米的TiO2構(gòu)成。
當(dāng)散布在硅樹脂61(折射率n6)中的微粒62(折射率n5)的大小不超過50納米時，在顆粒邊界處消除了對可見光的散射，并且密封樹脂部分60明顯地呈現(xiàn)出作為其中混合有塊狀樹脂和微粒的塊狀材料的特性。在這種情況下，塊狀材料的折射率ny變?yōu)閚y2＝(a·n52+(1-a)·n62)，其中“a”是體積比。
當(dāng)塊狀材料即密封樹脂部分60的折射率ny接近LED基片50的折射率n4(＝1.77)時，從LED基片50到密封樹脂部分60的光提取效率有所提高，因為在LED基片50和密封樹脂部分60之間的界面處消除了全反射。因此，為了提高光提取效率，有必要滿足條件n42＝a·n52+(1-a)·n52和n5＞n6。
當(dāng)顆粒大小為30納米的TiO2(折射率n5＝2.7)被用作微粒62而硅樹脂(折射率n6＝1.44)被用作該樹脂時，通過將微粒62的體積濃度設(shè)為20％(a＝0.2)便可以將該密封樹脂部分60的折射率ny設(shè)為1.77。因此，密封樹脂部分60的折射率ny＝1.77接近LED基片50的折射率n4。
因此，根據(jù)第二實施例的LED燈40，通過減小LED基片50(折射率是1.77)和密封樹脂部分60(折射率是1.8)之間的折射率差，也可以將LED基片50和密封樹脂部分60之間產(chǎn)生的反射抑制到最小。此外，因為通過向該樹脂添加微粒而調(diào)節(jié)了折射率，所以生產(chǎn)成本較低并且技術(shù)難度也較低。
在上述實施例中，TiO2被用作微粒33和62。然而，折射率為2.0的ZrO2(氧化鋯)、ZnO(氧化鋅)和HfO2(氧化鉿)以及折射率為1.7的Al2O3(氧化鋁)都可以被用作微粒33和62。
本發(fā)明并不限于上述實施例，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以做出各種修改。通過適當(dāng)?shù)亟M合各實施例中所公布的多個組件，便可以做出各種修改和變化。例如，可以從各實施例中所示的全部組件中去除一些組件。各實施例中的組件可以適當(dāng)組合起來。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易看到另外的優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在其更寬廣的方面便并不限于本文所示出并描述的特定細(xì)節(jié)和典型實施例。因此，在不背離所附的權(quán)利要求書及其等價方案所界定的通用發(fā)明概念的精神或范圍的情況下可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括發(fā)光元件基片；以及用來密封所述發(fā)光元件基片的密封樹脂部分，所述密封樹脂部分具有向其中添加了折射率為n1的熒光材料和折射率為n2的微粒的樹脂，所述樹脂的折射率為n3，其中所述折射率n1到n3保持著n2＞n1＞n3的關(guān)系，并且所述微粒的顆粒大小不超過所述發(fā)光元件基片所發(fā)出光的波長的1/10。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述微粒與所述樹脂的體積比“a”滿足n12＝a·n22+(1-a)·n32。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述微粒由金屬氧化物制成。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬氧化物是氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化鉿以及氧化鋁中的至少一種。
5.一種發(fā)光器件，它包括折射率為n4的發(fā)光元件基片；用來密封所述發(fā)光元件基片的密封樹脂部分，所述密封樹脂部分具有向其中添加了折射率為n5的微粒的樹脂，所述樹脂的折射率為n6，其中所述折射率n5和n6保持著n5＞n6的關(guān)系，并且所述微粒和所述樹脂的體積比滿足n42＝a·n52+(1-a)·n52。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)光器件包括LED基片20；和用來密封該LED基片20的密封樹脂部分30，該密封樹脂部分30具有折射率為n
文檔編號H01L23/29GK1917243SQ200610121510
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者岡田直忠 申請人:株式會社東芝