CN100416874C - 采用发光二极管芯片的发光器件 - Google Patents

Abstract

一种发光器件，包括：LED芯片，安装在形成于安装衬底中的凹槽中；波长转换构件，其设置为覆盖该凹槽及该凹槽周围的边缘区域，并受到从该LED芯片发射的光的激发，以发射具有与激发波长不同的波长的光；以及发射控制构件，其设置在该波长转换构件的光输出侧，以允许来自该波长转换构件的、对应于该凹槽的区域的光发射，并抑制来自该波长转换构件的、对应于该凹槽周围边缘区域的区域的光发射。由此能够防止从波长转换构件的中央部分所发射的光与从波长转换构件的、位于安装衬底的凹槽周围边缘区域上的部分所发射的光之间的光色变化，从而降低照射面上光色的不均匀度。

Description

采用发光二极管芯片的发光器件

技术领域

本发明涉及一种发光器件，其具有作为光源的发光二极管(LED)，用以进行照明、指示等。

背景技术

近年来，已经开发出通过氮化镓化合物半导体发射蓝光或紫外光的LED芯片。通过将这种LED芯片与诸如荧光颜料和荧光染料之类的各种波长转换材料相结合，人们尝试开发能够产生与芯片发射的光色不同的白色或其它颜色的光。LED发光器件具有小巧轻便、需要相对较少电力的优点，当前广泛用作指示灯、小灯泡替代物、液晶面板光源等。用于在上述LED发光器件中固定波长转换材料的通常方法是：通过用包含波长转换材料的树脂填充发光单元所处于的部分来形成发光部分。然而，上述技术具有工艺复杂的问题，此外，难以控制滴下的树脂的量。结果，在制成的多个发光器件之间会产生光色和光亮的较大变化。

为了减少这些问题，例如，在日本特开NO.2001-345482(专利文献1)公开的发光器件中，提出如下技术：将发光元件放置在形成于安装衬底内的凹槽中，并以覆盖安装衬底上的凹槽及其周围区域的方式设置包含波长转换材料的树脂部分，其中该树脂部分受到发光元件发射的光的激发，从而发射与激发波长不同波长的光。

图24示出专利文献1中公开的发光器件的示意性构造。在该发光器件中，LED芯片1安装在安装衬底2中形成的凹槽2a的底部。利用透光树脂111(用作发光部分)填充凹槽2a以提取光。此外，设置薄膜状波长转换构件5以覆盖凹槽2a，该波长转换构件由包含例如磷之类的波长转换材料的透光材料制成。安装衬底2设置有布线部分114，用于向LED提供电力。通过接合线112将布线部分114和LED芯片1彼此连接。在上述发光器件中，由于包含波长转换材料的波长转换构件5被制成独立构件，所以可以调节其尺寸以及波长转换材料或光吸收体的密度。因此工艺简单并且可以减小发光器件之间的光色变化和光输出变化。

然而，对具有上述结构的发光器件进行仔细研究之后，本申请的发明人发现在这种发光器件应用如下原理的情况下会出现问题，所述原理为：通过波长转换构件5将从LED芯片1发射的可见光转换成与从LED芯片发射的光的波长带不同的波长带内的可见光，从而使从LED芯片1发射的可见光与波长转换构件5产生的可见光混合。在这种情况下，已经发现通过波长转换构件5的中央区域发射的光与通过波长转换构件5的、位于安装衬底2的凹槽2a周围的外边缘区域发射的光之间可能产生很大的色差(光色不均匀)。

上述问题的主要可能原因在于：由于光被凹槽2a阻挡，因此从LED芯片1发射的光不能直接进入波长转换构件5的、位于安装衬底2的凹槽2a周围的边缘区域。

下面更详细地描述光色不均匀的原因。在波长转换构件5的边缘区域之外的区域中，LED芯片1发射的光(基本光(primary light))，在发射或被安装衬底2的凹槽2a的内壁漫反射之后，即可通过波长转换构件5与空间(airspace)之间的界面直接进入波长转换构件5。通常，来自LED芯片的光是各向同性分布而不是局部分布。因此，基本光的强度不会随着安装衬底凹槽内的位置不同而有很大变化。因此，直接通过波长转换构件5与空间之间的界面进入波长转换构件5的基本光的强度也不会随着位置不同而有很大变化。通过波长转换构件5的光输出侧发射的光包括未被波长转换构件吸收而留下来的基本光和波长转换构件产生的与基本光具有不同波长的光(再生光(secondary light))。发射光的光色取决于基本光和再生光的混合比。由于通过波长转换构件5与空间之间的界面进入波长转换构件5的基本光强度不会随着位置不同而有很大变化，所以混合比也不会随着位置不同而有很大变化，从而可以发射光色几乎一致的光。

另一方面，波长转换构件5的边缘区域位于安装衬底的凹槽外侧，并且从LED芯片看去是隐藏的。由于该凹槽，基本光不能通过波长转换构件5与空间之间的界面进入波长转换构件5的边缘区域。在该区域，可以照射到光输出侧的基本光仅仅是在通过凹槽内的区域进入波长转换构件5之后、在波长转换构件5内朝向波长转换构件5的边缘区域散射的光。因此，从边缘区域朝向光输出侧发射的基本光的大部分通过了比从该构件的其他区域发射的光路径更长的光路径，这样由于波长转换构件的更多吸收而使光强度减小。结果，从边缘区域的光输出侧发射的光所具有的再生光的比例大于基本光，从而使混合比明显不同于在波长转换构件5的中央区域的混合比。这使得波长转换构件5的中央区域和边缘区域之间的光色不均匀。

除了下面将要公开的方式之外，解决上述问题的一种可能的方式为，通过在凹槽2a内放置整个波长转换构件来消除凹槽2a周围的波长转换构件的边缘区域，从而使该构件与凹槽的侧壁之间没有间隙。但是实际上，上述方式存在如下问题，即，由于凹槽2a和波长转换构件的尺寸容限(tolerance)以及进一步由于在凹槽2a内放置波长转换构件的容限，导致自动组装困难，从而无法提高生产率。

图25示出采用LED芯片的另一传统发光器件。在该器件中，均具有LED芯片1的多个安装衬底2安装在布线板3上，该布线板3位于照明设备的外壳10内。为LED芯片1设置光控制透镜40。利用锁紧帽12将光控制透镜40固定到照明设备的外壳10上。

还已知一种发光器件，其具有穹顶状透镜，用以以适当的发射角提供来自LED芯片的光；该发光器件被设计为在发光面上具有均匀亮度(参见日本特开No.2000-58925(专利文献2))。图26(a)示出与专利文献2公开的发光器件比较相似的结构。在该结构中，在安装有LED芯片的安装衬底2上设置光分布控制构件。图26(a)所示的光分布控制构件为将凸透镜收集的光和通过全反射收集的光结合在一起的构件，因此后面将其称为混合透镜。混合透镜41通过由树脂制成的圆柱形固定装置60固定，该固定装置60利用粘合剂7固定到布线板3上。固定装置60的直径基本等于光控制透镜41的轮廓直径，并且该固定装置60利用突出部41b来固定透镜41，其中该突出部41b形成于透镜41的上侧外围边缘，并容纳在固定装置60上端的沟槽60a中。在底部中央区域，固定装置60具有基本与安装衬底2的轮廓形状相同的孔。通过将封装(package)2装配到孔中，定位和固定透镜41和封装2。透镜41具有与其焦点相邻的LED发光部分，从而透镜的光轴与LED的光轴重合(参见LumiledsLuxeon Star/0)。

在上述结构中，从LED芯片1射出的大部分光进入光控制透镜41。一部分光进入透镜下侧的下凸部分，然后进入透镜上侧的上凸部分。该部分光在这两个部分的表面被折射后射出，从而具有窄角(narrow angle)光分布。一部分射出的光通过透镜下侧凸部周围的内壁进入透镜。该部分光在该壁表面被折射，然后被该透镜的侧面全反射，从而处于窄角中。之后，该部分光进一步在凸部周围的透镜顶表面折射后射出，从而实现与从透镜上侧的凸部射出光的情况相似的光分布。

但是，在上述专利文献2中公开的这种发光器件存在如下问题。与通常使用的灯相比，从该器件发射的光束较小。因此，通常在控制聚光的同时使用该器件。此外，混合透镜的光输入部分的尺寸基本与从LED发射的光相同。在这种光系统中，必需精确保持LED与透镜之间的相对位置。当安装精度降低(即，二者的光轴错位或者二者之间的距离变大)时，光进入混合透镜的效率降低，或者射出的光产生变形。

关于上述内容，在上述发光器件中LED元件附近的布线板3(单元)上存在诸如图案3P之类的不均匀部分的情况下，固定装置60可能如图26(b)所示倾斜。因而LED的光轴A可能与混合透镜的光轴B发生错位，由此导致上述问题。此外，通常情况下，混合透镜的尺寸显著大于LED发光部分的尺寸(例如，透镜的直径Φ为20mm，而LED的发光部分的直径Φ为5mm)。固定装置60为圆柱形，其尺寸基本等于透镜40的尺寸，并具有与布线板3紧密接触的底面。因此，不可能将电子部件安装在布线板3的被固定装置60占用的部分上。因而布线板3需要增大尺寸以便能够安装电子部件，这将导致包含透镜41和固定装置60的发光器件的尺寸增大。

图27示出具有LED芯片的另一传统发光器件，其朝向安装衬底的一侧封装在树脂内。该发光器件的安装衬底2具有深凹槽2a，其能完全容纳光提取增大部分(light extraction increasing portion)15，该光提取增大部分15能够尽可能地减少LED芯片1与空间之间的折射率差异，并减少在该LED芯片1部分与空间之间的界面处发生的全反射。在凹槽2a中设置LED芯片1，其上放置由玻璃或诸如硅树脂之类的透光树脂制成的光提取增大部分15，以提高从LED芯片1的光输出面发射的光的提取效率。LED芯片1和光提取增大部分15的外围边缘封装在诸如硅树脂之类的透光树脂19内，以保护LED芯片1(尤其是其有源层和电极)并固定光提取增大部分15(例如参见日本特开No.2003-318448(专利文献3))。

在上述传统器件中，为了封装LED芯片1和光提取增大部分15，将少量的密封树脂19滴入形成于安装衬底2中的凹槽2a中并将其固化。但是难以控制滴入的密封树脂19的量。因而会存在不能使覆盖光提取增大部分15底部的密封树脂19的高度一致的问题，由此导致光提取增大部分15的光提取增大效果变化，因而导致发光器件的光输出变化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种采用波长转换构件的发光器件，该波长转换构件受到从发光元件发射的光的激发，以发射具有与激发波长不同的波长的光，该发光元件安装在形成于安装衬底中的凹槽中，其中能够防止从安装衬底凹槽外部的波长转换构件的边缘区域发射的、与从波长转换构件的中央区域发射的光具有不同光色的光被导向器件照射面，从而能够减小照射面上的光色的不均匀度。

本发明的第二个目的在于，在包含透镜(其用以控制来自波长转换构件的光的发射)的发光器件中，减小由透镜固定装置占用的布线板的安装表面积，从而能够将电子部件设置为与安装衬底邻近，由此能够使布线板结构紧凑以减少器件尺寸。

本发明的第三个目的在于，在包含光提取增大部分的发光器件中，通过将安装有LED芯片的安装衬底凹槽内的密封树脂高度设置在安装衬底凹槽的上端附近，减小光提取增大部分的提取效果变化，由此减小发光器件的光输出变化。

根据本发明的一个方案，通过采用发光二极管芯片的发光器件实现上述目的，该发光器件包括：安装衬底，其具有凹槽并具有用以向该发光二极管芯片提供电力的布线部分；该发光二极管芯片，其安装在该凹槽底部；波长转换构件，其设置为覆盖该凹槽及该凹槽周围的边缘区域，并受到从该发光二极管芯片发射的光的激发，以发射具有与激发波长不同的波长的光；以及发射控制构件，其设置在该波长转换构件的光输出侧，以允许来自该波长转换构件的、对应于该凹槽的区域的光发射，并抑制来自该波长转换构件的、对应于该凹槽周围边缘区域的区域的光发射。例如，该波长转换构件可以是荧光染料、荧光颜料等，或者可以是吸收从发光二极管芯片发射的光的光吸收体。

根据本发明的上述方案，通过提供发射控制构件能够防止光从波长转换构件的、位于安装衬底凹槽周围边缘区域上的部分照射到器件照射面。这能够防止从波长转换构件中央部分发射的光与从该构件其他部分发射的光之间的光色变化，由此减小照射面上的光色的不均匀度。

该发射控制构件可以为光学构件，该光学构件设置于该波长转换构件的光输出侧，并具有面向该波长转换构件的光输出侧的光输入部分，其中该光学构件的光输入部分具有基本与该凹槽的开口端形状相同的端部。

该发射控制构件可以为阻光框架构件，其在对应于该凹槽周围边缘区域的位置处设置于该波长转换构件的光输出侧，其中该框架构件具有基本与该凹槽的开口形状相同的开口。

该波长转换构件可由具有高弹性的材料制成，其中利用压向该波长转换构件的框架构件来压缩该波长转换构件的外边缘区域。这使得难以将波长转换构件内的光传播到该构件位于凹槽外部区域上的区域。因而能够将凹槽内波长转换构件的区域中产生的更大比例的光导向照射面，从而能够提高光效率。

该波长转换构件的光输出侧可以为凸状。这能够减小基于不同观察角度带来的光路径长度的差异，其中从发光二极管芯片发射的光通过这些光路径投射到波长转换构件中。因而能够减小由观察角度不同带来的光色和光强度变化。

该波长转换构件中的波长转换材料的密度可以随着接近该波长转换构件的中央而增大。这能够减小在LED发射的光中、通过波长转换构件中波长转换材料转换成的不同波长光的光比率由于观察角度不同带来的差异。因而能够减小由于观察角度不同带来的光色和光强度变化。

该发光器件还可包括：布线板，其具有固定到该安装衬底以向该发光二极管芯片提供电力的布线部分；以及透镜固定装置，其用以在该布线板上定位和固定透镜，其中该透镜固定装置的固定到该布线板的部分相比该透镜的外径位于其内侧。利用这种构造，由于透镜固定装置的位于布线板上的部分尺寸较小，因此能够在安装衬底附近的布线板上设置电子部件。因而能够使布线板结构紧凑。

该发光器件还包括：光提取增大部分，其设置于该发光二极管芯片的光输出侧，以通过结合该发光二极管芯片而增大来自该发光二极管芯片的光的提取效率；以及密封树脂，其用以填充该安装衬底中安装该发光二极管芯片的凹槽，以密封该凹槽，其中该光提取增大部分的顶部位置高于该凹槽的壁的顶部位置。这能够减小发光器件的光输出变化，同时通过光提取增大部分的作用保持较高的光提取效率。

附图说明

图1示出根据本发明第一实施例的发光器件的示意性剖视图。

图2(a)示出根据本发明第二实施例的发光器件的平面图，以及图2(b)是沿图2(a)中I-I线得到的剖视图。

图3是根据本发明第三实施例的发光器件的示意性剖视图。

图4是根据本发明第四实施例的发光器件的示意性剖视图。

图5是根据本发明第五实施例的发光器件的示意性剖视图。

图6是根据本发明第六实施例的发光器件的剖视图。

图7是本发明第六实施例修改例的发光器件的剖视图。

图8是根据本发明第七实施例的发光器件的剖视图。

图9是本发明第七实施例修改例的发光器件的剖视图。

图10是根据本发明第八实施例的发光器件的剖视图。

图11是本发明第八实施例修改例的发光器件的剖视图。

图12是根据本发明第九实施例的发光器件的剖视图。

图13是本发明第九实施例修改例的发光器件的剖视图。

图14(a)是根据本发明第十实施例的发光器件的剖视图，以及图14(b)是其立体图。

图15是本发明第十实施例修改例的发光器件的剖视图。

图16是根据本发明第十一实施例的发光器件的剖视图。

图17是本发明第十一实施例修改例的发光器件的剖视图。

图18是根据本发明第十二实施例的发光器件的剖视图。

图19是本发明第十二实施例修改例的发光器件的剖视图。

图20(a)是根据本发明第十三实施例的发光器件的侧视图，以及图20(b)是其平面图。

图21是根据本发明第十四实施例的发光器件的剖视图。

图22是根据本发明第十五实施例的发光器件的剖视图。

图23(a)是本发明第十六实施例中LED芯片部分的顶视图和剖视图，以及图23(b)是根据该实施例的发光器件的剖视图。

图24是传统发光器件的示意性剖视图。

图25是另一传统发光器件的剖视图。

图26(a)是又一传统发光器件的剖视图，以及图26(b)示出将透镜固定装置固定到该器件中的状态的剖视图。

图27示出再一传统发光器件的剖视图。

具体实施方式

<第一实施例>

图1示出根据第一实施例的发光器件的示意性构造。该发光器件包括：LED芯片1；具有凹槽2a的安装衬底2，在该凹槽2a中安装该LED芯片1；片状波长转换构件5，设置为覆盖凹槽2a和该凹槽周围的区域；以及混合透镜4，设置在波长转换构件5的光输出侧，并用作发射控制构件，允许来自对应于凹槽2a的波长转换构件区域的光从该光输出侧发射。LED芯片1安装在安装衬底2的凹槽2a底部。凹槽2a具有圆形横截面和锥形壁。设置作为发射控制构件的混合透镜4是用以防止出现不均匀光色，该不均匀光色是由于从波长转换构件5的中央区域发射的光与从构件5的、位于安装衬底2的凹槽2a外部的边缘区域发射的光之间的色差导致的。

波长转换构件5由含有波长转换材料(在该实施例中，为通过LED光激发的磷)的透光材料制成。该波长转换构件5形成为与LED芯片1分离的构件，并设置为覆盖凹槽2a及其周围区域。混合透镜4具有光输入部分4a，该光输入部分4a为横截面是圆形的凹空间，并形成在透镜下部。光输入部分4a由向下凸面4b和围绕向下凸面4b的边缘部分4c的内壁4d限定。内壁4d的直径基本等于安装衬底2中凹槽2a的开口端的直径。混合透镜4的侧面由固定装置(holder)6固定。固定装置6包围安装衬底2的侧面，其中通过将该固定装置的固定爪(claw)装配到安装衬底2下部而使固定装置固定到安装衬底2。在图中未示出设置于安装衬底2上的、用以向LED芯片1提供电力的布线部分和连接到LED芯片1的接合线。

在该实施例中，混合透镜4用作发射控制构件或阻光构件。混合透镜具有背景技术部分所述的光分布控制功能，主要用以实现窄角(narrowangle)光分布。

光通过位于透镜的光输入部分4a的边缘部分4c顶端内的面进入混合透镜。通过向下凸面4b进入透镜的一部分光在该凸面发生折射，并在透镜的顶面再次发生折射后射出，从而实现窄角光分布。通过内壁4d进入透镜的一部分光在壁表面发生折射，然后其中的大部分光被透镜的侧面全反射，从而变成具有窄角光分布的光。之后，光进一步在透镜的顶面发生折射，并从透镜射出，从而实现与通过向下凸面4b进入到透镜的射出的光类似的分布方式。边缘部分4c顶端内的面的中央与光进入透镜所经由的面内的位置之间的距离越大，从透镜射出的光就越偏离目标方向(光分布变得模糊)。但是，通过上述面进入透镜的大部分光都可被控制为基本以期望的方式分布。

另一方面，通过光输入部分4a外部的区域进入透镜的光通过透镜的侧面逸出；或者，即使通过透镜的顶面射出，其中的大部分也会沿与目标方向不同的方向射出，从而变成所谓的杂散光。因而，通过从透镜的光输入部分4a排除具有不同光色的光，能够将所述光从目标光分布中消除。

通过在波长转换构件5的上表面或发光表面上(除了该构件具有显著不一致光色的边缘区域上)设置透镜的光输入部分4a，能够降低器件照射面上光色的不均匀度。因此，混合透镜4起发射控制构件或阻光构件的作用，其防止具有不一致光色的光被导向器件照射面，其中所述具有不一致光色的光来自波长转换构件5的、位于凹槽2a周围的边缘区域上的区域。这能够降低器件照射面上光色的不均匀度，从而能够容易地实现混合透镜4的光分布控制。

<第二实施例>

图2(a)和图2(b)示出根据第二实施例的发光器件的示意性构造。代替在上述根据第一实施例的发光器件中用作发射控制构件的光学构件，本实施例的发光器件具有由阻光材料制成的框架构件14，其位于波长转换构件5的光输出侧。其它组件配置为与第一实施例中的那些组件类似。框架构件14具有对应于凹槽2a的开口14a。开口14a的端部形状基本与凹槽2a的开口端形状(直径

)相同。该实施例也能实现与上述实施例等同的效果。更具体地，在该实施例中，能够阻挡从波长转换构件5的边缘区域射出的光，以防止光色的不均匀。

<第三实施例>

图3示出根据第三实施例的发光器件的示意性构造。该发光器件的构造与第二实施例的构造相似，不同之处在于它采用了具有高弹性的波长转换构件5。更具体地，采用具有高弹性的硅树脂作为透光材料。朝着波长转换构件5按压框架构件14，从而能够将波长转换构件5的、位于凹槽2a周围的边缘区域上的部分压缩。利用固定爪14b将按压波长转换构件5的框架构件14固定到安装衬底2，该固定爪14b形成在框架构件14的下侧并啮合到安装衬底2侧面中形成的沟槽2b内。

该实施例不仅能够实现上述效果，而且能够使得波长转换构件5内的光难以传播到构件5的、位于凹槽2a外部的边缘区域上的区域。因而能够将凹槽2a内波长转换构件5中产生的更大比例的光导向器件照射面，从而能够提高光效率。

<第四实施例>

图4示出根据第四实施例的发光器件的示意性构造。该发光器件的构造与第二实施例的构造相似，不同之处在于波长转换构件5具有在光输出侧凸出的横截面。如图中所示，将波长转换构件5配置为，在以不同观察角度(observation angle)看到的两条光路径A和B中，表示波长转换构件5中光路径长度的线段a-a’和b-b’的长度基本相同。

该实施例不仅能够实现上述效果，而且能够减小由于观察角度不同带来的光路径长度差异，其中从LED芯片1射出的光通过所述光路径透射到波长转换构件5中。因此能够减小由波长转换构件5转换成不同波长光的光比率由于观察角度不同而带来的差异。因而能够减小由于观察角度不同带来的光色和光强度变化。

<第五实施例>

图5示出根据第五实施例的发光器件的示意性构造。该发光器件的构造与第二实施例的构造相似，不同之处在于，包含在波长转换构件5内的波长转换材料的密度随着接近波长转换构件的中央而增大。

由于波长转换材料的密度随着远离波长转换构件5的中央(此处光路径较短)而减小，该实施例除了能够实现上述效果之外，还能够实现如下效果，即，能够减小由波长转换材料转换成不同波长光的光比率由于观察角度不同带来的差异。因而能够减小由于观察角度不同带来的光色和光强度变化。

<第六实施例>

与上述实施例相似，下面描述的所有实施例都具有与发射控制构件对应的结构，用以在器件照射面上提供均匀的光色。

图6示出根据第六实施例的发光器件。发光器件包括：安装衬底2(对应于LED封装)，在衬底2上安装LED芯片1；布线板3，作为具有布线图案的、安装该安装衬底2的单元板(unit board)；混合透镜4(此后称为“透镜4”)，设置在安装衬底2上并使光轴A基本与LED的光轴重合；波长转换构件5；以及用以固定透镜4的透镜固定装置6，其固定到布线板3和/或安装衬底2上。类似于第一实施例的混合透镜4，将透镜4设置为用作发射控制构件，以防止来自波长转换构件5边缘区域的光的发射，从而实现器件照射面上的均匀光色。

透镜固定装置6朝向安装衬底2变尖。固定到布线板3的透镜固定装置部分包括导引部分61和弯曲部分62，它们相比透镜的外径位于其内侧。导引部分61装配到安装衬底2的外表面上。弯曲部分62的下表面利用粘合剂7接合到布线板3。将诸如电阻之类的电子部件8安装到安装衬底2附近的布线板3上。固定到安装衬底2以用作发光部分的波长转换部件5基本位于透镜4的焦点处。透镜固定装置6由诸如铝、铜等的金属或者诸如丙烯酸树脂、聚碳酸酯等的树脂制成。透镜固定装置6的内壁形状基本与透镜外围形状相同，从而固定装置的横截面直径随着接近安装衬底2而减小。透镜固定装置6在其顶部具有用以固定透镜4的突出固定爪63。透镜固定装置6的内壁和透镜4的外围仅是相互机械接触(在多处位置点接触)，从而对于大部分而言，在二者之间会有空气。因而透镜固定装置6不会削弱透镜4的功能。

位于透镜固定装置6下部的导引部分61限定基本与安装衬底2尺寸相同的开口，并固定其中的封装。位于导引部分61端部的弯曲部分62形成为沿着布线板3的表面向外弯曲，从而使透镜固定装置6能够垂直向上竖立在布线板3上。弯曲部分62的外径小于透镜4的外径。布线板3的尺寸基本等于透镜4的外径尺寸。

在第六实施例中，通过将透镜4插入到透镜固定装置6的透镜固定部分并使透镜固定装置6顶部的固定爪63弯曲，将透镜4固定到透镜固定装置6上。通过将透镜固定装置6的导引部分61沿着衬底的外表面插入到安装衬底2上，并利用粘合剂7将弯曲部分62接合到布线板3的表面，从而相对于安装衬底2上的发光部分来定位和固定透镜4。由于透镜固定装置6的弯曲部分62的外径小于透镜4的外径，因此能够将诸如电阻之类的电子部件8安装到布线板3上的、位于透镜固定装置6下方并相邻于安装衬底2的部分上。

由于透镜固定装置6的固定部分位于透镜的外径之内，因此能够使布线板3结构紧凑，并能使透镜固定装置6的、安装到布线板3上的部分较小。因而，布线板3可具有充分的安装电子部件8的空间。此外，由于透镜固定装置6朝向安装衬底2变尖，因此即使是较高的部件也能安装。透镜固定装置6的透镜固定部分的内面可以是镜面。在这种情况下，能实现与上述相似的效果。此外，通过该镜面能够反射从透镜4的侧面漏出的、未被全反射的光，以使其再次进入透镜4。因而能够进一步提高光利用效率。

图7示出第六实施例的修改例。在该修改例中，代替上述混合透镜4，采用凸透镜4A。此外，在波长转换构件5上表面上设置阻光框架构件14，其阻挡从波长转换构件5的边缘区域射出的光，以防止出现光色不均匀(与下述采用凸透镜的情况相同)。包括透镜固定装置6在内的其它组件被配置为与上述实施例的那些组件相似，从而该修改例具有与上述实施例等同的效果。

<第七实施例>

图8示出根据第七实施例的发光器件。与第六实施例不同，该第七实施例不设置透镜固定装置6的弯曲部分。替代地，在该实施例中，形成用以固定透镜固定装置的三个均匀间隔的导引部分61，它们从透镜固定装置的透镜固定部分的外围朝向布线板3突出。布线板3具有直接位于导引部分61下方的、用以固定透镜固定装置的通孔3a。通过将导引部分61的端部插入到布线板的通孔3a中并利用粘合剂将其接合，将透镜固定装置6固定到布线板3。通过透镜固定装置6(相同的固定装置)实现布线板3上的安装衬底2和透镜4的定位和固定。该第七实施例能够实现混合透镜4的改进的倾斜精度。

图9示出第七实施例的修改例。在该修改例中，代替上述混合透镜4，采用凸透镜4A。其它组件被配置为与图7中的那些组件相似，从而该修改例具有与图7中所示修改例等同的效果。

<第八实施例>

图10示出根据第八实施例的发光器件。该第八实施例与第七实施例的不同之处在于：安装衬底2侧面的下部凹陷，从而形成台阶(step)21；以及透镜固定装置6的导引部分61具有在其端部向内延伸的钩形固定爪64。在该第八实施例中，通过将透镜固定装置6的导引部分61向外推动固定爪64的宽度、并沿着衬底的侧面将该导引部分61插入到安装衬底2上，利用在安装衬底2的下部与台阶21啮合的固定爪64，将透镜固定装置6固定到安装衬底2。以这种方式，定位和固定透镜固定装置6的导引部分61，以在其中固定安装衬底2的侧面。在这种状态下，固定爪64的下端基本与布线板3的上表面接触。

由于以上述方式将透镜固定装置6固定到安装衬底2，因此即使将安装衬底2安装在倾斜位置，也能使混合透镜4与安装衬底2之间的相对位置保持不变。从而能进一步提高定位精度。此外，由于透镜固定装置6的导引部分61不固定到布线板3，因此布线板3的空间增大。从而能够使布线板3更紧凑。由于不需要用以固定透镜固定装置6的固定构件，因此能够降低材料成本。此外，由于容易固定，因此能够提高容积效率(volume efficiency)。

图11示出第八实施例的修改例。在该修改例中，代替上述混合透镜4，采用菲涅耳透镜4C。其它组件被配置为与图7中所示的那些组件相似，从而该修改例具有与图7中所示修改例等同的效果。

<第九实施例>

图12示出根据第九实施例的发光器件。该第九实施例具有通过延伸混合透镜4的下端而形成的导引部分61。安装衬底2在其上侧外边缘具有台阶21。混合透镜4的导引部分61装配到安装衬底2的台阶21上，并利用粘合剂7接合到台阶上。在该第九实施例中，混合透镜4(特别是其导引部分61)兼用作透镜固定装置，从而可降低材料成本。此外，由于混合透镜4直接接合到安装衬底2，因此能进一步提高定位精度。

图13示出第九实施例的修改例。在该修改例中，代替上述混合透镜4，采用凸透镜4A，并且透镜固定装置6直接固定到安装衬底2上。该修改例具有与图7中所示修改例等同的效果。

<第十实施例>

图14(a)和图14(b)示出根据本发明第十实施例的发光器件。在该第十实施例中，在布线板3上安装多个安装衬底2。每个混合透镜4具有在其上侧外围处向外突出的导引部分4f。导引部分4f在其上侧具有台阶4e。多个混合透镜4安装在各安装衬底2上，这些安装衬底2安装在照明设备的外壳10内用以形成照明设备。外壳10具有用以覆盖其顶部开口的封盖11。封盖11具有用以露出混合透镜4的顶表面的多个孔。在这些孔周围，封盖11具有装配在透镜4的导引部分4f的台阶4e上的多个台阶。通过拧紧设置在封盖11上的环形锁紧帽(retaining cap)12，将封盖11紧固到外壳10。在封盖11的孔周围的台阶上设置具有高弹性的树脂。

在该第十实施例中，通过用足够的力朝着衬底按压透镜的封盖11，将混合透镜4固定到各安装衬底2上。在这种情况下，不必利用粘合剂将混合透镜4接合到安装衬底2。由此能降低制造成本。此外，还可提高混合透镜4的倾斜精度。

图15示出第十实施例的修改例。在该修改例中，代替上述混合透镜4，采用凸透镜4A，并且透镜固定装置6直接固定到安装衬底2上。该修改例具有与图7中所示修改例等同的效果。

<第十一实施例>

图16示出根据第十一实施例的发光器件。在该第十一实施例中，形成用以将透镜固定装置6固定到布线板3的导引部分61，使其从透镜固定装置6的外围朝向布线板突出。导引部分61的下表面涂覆有镀金层13。布线板3在其上固定透镜固定装置的区域具有镀金焊接区(land)31，其形状与导引部分的下表面形状相同。将透镜固定装置6焊接到布线板3。此外，通过将设置于封装上的引线电极(lead electrode)22焊接到焊接区31来安装安装衬底2，该焊接区31形成于布线板3上并与电极22具有基本相同的形状。

在该第十一实施例中，由于通常能够以±0.1mm的位置精度来形成布线板3上的图案，因此也能够以上述高精度来定位和固定安装衬底2和透镜固定装置6，其中通过经由类似工艺而形成的焊接区31安装所述安装衬底2和透镜固定装置6。此外，由于能够在回流焊接时安装透镜固定装置6和封装2，因此能降低制造成本。而且，由于经由布线板3定位和固定透镜4和安装衬底2，因此能够防止在安装衬底2上负重。从而安装衬底2的接合部分更可靠。此外，能进一步提高安装衬底2与透镜固定装置6之间的定位精度。

图17示出第十一实施例的修改例。在该修改例中，代替上述混合透镜4，采用凸透镜4A。该修改例具有与图7中所示修改例等同的效果。

<第十二实施例>

图18示出根据第十二实施例的发光器件。该第十二实施例采用由诸如丙烯酸树脂、聚碳酸酯、ABS等制成的透镜固定装置6。用以固定透镜固定装置6的导引部分61在其端部具有突出部61a。突出部61a的直径小于导引部分上部的直径，且突出部61a具有足以穿过布线板3的长度。安装衬底2在底面中央具有圆柱形突出部2b。布线板3在导引部分61(该导引部分61用以在安装衬底2底部固定透镜固定装置6和突出部2b)位于的部分处具有通过相同工艺形成的通孔3a和3b，从而导引部分61和突出部2b能插入到通孔中。通过将底部突出部2b插入到形成于布线板3中的通孔3b中，定位安装衬底2。将封装上的电极22焊接到布线板上的焊接区31。通过将导引部分61的薄突出部61a插入到形成于布线板3中的通孔3a中、然后热焊接(65)该突出部在板后侧突出的部分，将透镜固定装置6固定到布线板3。

在该第十二实施例中，通过同种机器(器具)在布线板3内形成的通孔的精度很高，为±0.1mm。由于经由通过相同方式形成的通孔3b和3a将安装衬底2和透镜固定装置6固定到布线板3，因此安装衬底2和透镜固定装置6能够以极高的精度彼此定位。因而安装衬底2和混合透镜4也能以极高的精度定位和固定。代替通孔3a和3b，可以形成多个沟槽来容纳突出部61a和2b。这种构造也能实现与上述类似的效果。在这种情况下，利用粘合剂来固定透镜固定装置6。

在该第十二实施例中，由于透镜4和安装衬底2经由布线板3定位和固定，因此能够防止在安装衬底2上负重。从而安装衬底2的接合部分更可靠。此外，能进一步提高安装衬底2与透镜固定装置6之间的定位精度。

图19示出第十二实施例的修改例。在该修改例中，代替上述混合透镜4，采用凸透镜4A。该修改例具有与图7中所示修改例等同的效果。

<第十三实施例>

图20(a)和图20(b)示出根据第十三实施例的发光器件。该第十三实施例采用凸透镜4A，而不采用混合透镜。凸透镜4A由直径小于透镜的透镜固定装置6固定。该构造也能够实现与上述等同的效果。请注意，本发明不限于上述公开的实施例，而是可以进行各种改型。

<第十四实施例>

图21示出根据第十四实施例的发光器件。该发光器件包括安装衬底2，在安装衬底2上安装LED芯片1。安装衬底2安装在布线板3上。安装衬底2具有凹槽2a，在该凹槽2a中，在底部布线(未示出)处形成例如金凸块17。LED芯片1是安装在用于进行电连接的凸块17上的倒装芯片。在LED芯片1的光输出侧设置光提取增大部分15，用以增大光提取效率。光提取增大部分15为穹顶状并由硅树脂制成。利用诸如硅树脂之类的密封树脂16填充凹槽2a，从而封装光提取增大部分15的一部分。凹槽2a的上端(壁的顶部)位置高于LED芯片1的光输出面的位置，并低于光提取增大部分15的顶部位置。采用光提取增大部分15可向LED芯片1提供不平坦的光输出面，从而提高对来自LED芯片1的光的提取效率。

在安装衬底2上设置反射框架构件9，其包围光提取增大部分15。框架构件9具有使凹槽2a的斜面延伸的开口。波长转换构件5安装在框架构件9的上表面。例如，与第一实施例类似，波长转换构件5在其上侧具有作为发射控制构件的混合透镜4。混合透镜4由透镜固定装置6固定。

在将反射框架构件9附接到安装衬底2之前，利用密封树脂16填充凹槽2a。在该过程中，由于多余的树脂流出凹槽2a，因此将密封树脂16设置为基本与凹槽2a的壁的顶部一样高。因而密封树脂16高度不变，从而其总是能够将光提取增大部分15封装到某一高度。结果，能够使光提取增大部分15的光提取效果一致，由此可减少发光器件之间的光输出变化。

用于安装衬底2的材料可以是陶瓷、印刷板、金属板等。光提取增大部分15不必由硅树脂制成，而可以由可实现类似效果的玻璃或诸如丙烯酸树脂之类的透明树脂制成。光提取增大部分15的形状不限于穹顶状，而可以采用用以减少光提取增大部分15与外部介质之间界面处的全反射的结构。填充凹槽2a的密封树脂16不限于硅树脂，而可以是具有高折射系数的透明粘合剂。

<第十五实施例>

图22示出根据第十五实施例的发光器件。在该发光器件中，LED芯片1的光输出侧和光提取增大部分18与上述第十四实施例中的那些不同。LED芯片的光输出侧具有锥形结构，用以减少由于芯片的光输出侧与外部之间折射率的差异引起的全反射。该锥形结构用作光提取增大部分18。其它组件配置为与上述相似。填充凹槽2a的密封树脂高度不变，从而其总是能够将LED芯片1封装到某一高度。此外，凹槽2a的上端位置低于光提取增大部分18(其为LED芯片1的光输出侧)的位置。因而光提取增大部分18能够提供与上述实施例中等同的光提取效果。

形成于LED芯片1的光输出侧的光提取增大部分18不必具有锥形结构，而可以具有可减少LED芯片1的光输出面上全反射的其它结构。

<第十六实施例>

图23(a)和图23(b)示出根据第十六实施例的发光器件。该发光器件与上述实施例的不同之处在于，安装衬底2具有形成在凹槽2a周围的第二凹槽2c。当利用密封树脂16填充凹槽2a时，该器件使多余的树脂流入周围的第二凹槽2c中，从而防止树脂溢出到安装衬底2的外部。因而，能够保护位于安装衬底2外部的部件、布线等被填充树脂污染。其它组件配置为与上述实施例中的那些组件类似。填充凹槽2a的密封树脂16高度不变，从而总是能够将光提取增大部分15封装到某一高度。因而，能够使光提取效果一致，由此可减少发光器件之间的光输出变化。

本发明不限于上述公开的实施例，而是可进行各种改型。例如，可采用任何结构，只要其满足如下条件：形成于安装衬底中的凹槽上端位置低于光提取增大部分的顶部位置，并且可通过安装衬底控制密封树脂的高度，从而使密封树脂与形成于安装衬底中的凹槽上端一样高。

本申请要求2003年11月25日递交的两个专利申请和2003年11月28日递交的一个专利申请的优先权。在此通过参考的方式将这些申请的全部内容援引到本申请中。

Claims (16)

1. 一种采用发光二极管芯片的发光器件，包括：

安装衬底，其具有凹槽并具有用以向该发光二极管芯片提供电力的布线部分；

该发光二极管芯片，其安装在该凹槽底部；

波长转换构件，其设置为覆盖该凹槽及该凹槽周围的边缘区域，并受到从该发光二极管芯片发射的光的激发，以发射具有与激发波长不同的波长的光；以及

发射控制构件，其设置在该波长转换构件的光输出侧，以允许来自该波长转换构件的、对应于该凹槽的区域的光发射，并抑制来自该波长转换构件的、对应于该凹槽周围边缘区域的区域的光发射。

2. 如权利要求1所述的发光器件，

其中该发射控制构件为光学构件，该光学构件设置于该波长转换构件的光输出侧，并具有面向该波长转换构件的光输出侧的光输入部分，该光学构件的光输入部分具有与该凹槽的开口端形状相同的端部。

3. 如权利要求1所述的发光器件，

其中该发射控制构件为阻光框架构件，其在对应于该凹槽周围边缘区域的位置处设置于该波长转换构件的光输出侧，并且该框架构件具有与该凹槽的开口形状相同的开口。

4. 如权利要求3所述的发光器件，

其中该波长转换构件由具有高弹性的材料制成，并且利用压向该波长转换构件的框架构件来压缩该波长转换构件的外边缘区域。

5. 如权利要求1所述的发光器件，

其中该波长转换构件的光输出侧为凸状。

6. 如权利要求1所述的发光器件，

其中该波长转换构件中的波长转换材料的密度随着接近该波长转换构件的中央而增大。

7. 如权利要求1所述的发光器件，

其中该发射控制构件是设置在该安装衬底上的透镜，并且该透镜的光轴与该发光二极管芯片的光轴重合，以及

其中该发光器件还包括：

布线板，其具有固定到该安装衬底以向该发光二极管芯片提供电力的布线部分；以及

透镜固定装置，其用以在该布线板上定位和固定该透镜，

其中该透镜固定装置固定到该布线板的部分的外径小于该透镜的外径。

8. 如权利要求7所述的发光器件，其中该透镜固定装置朝向该安装衬底变尖。

9. 如权利要求7所述的发光器件，其中该透镜是混合透镜。

10. 如权利要求7所述的发光器件，其中该安装衬底的顶面或侧面装配到该透镜固定装置。

11. 如权利要求7所述的发光器件，其中该透镜固定装置啮合到形成于该布线板中的沟槽或通孔中。

12. 如权利要求11所述的发光器件，其中该安装衬底和该透镜固定装置经由相同的固定方式定位和固定在该布线板上。

13. 如权利要求12所述的发光器件，还包括：

用于焊接的金属箔，其设置于该透镜固定装置的固定部分的下表面上；

焊接区，其与该透镜固定装置的固定部分形状相同，并形成在该布线板上；

引线电极，其设置在该安装衬底上，用以连接到该布线板的布线部分；以及

布线焊接区，其与该引线电极形状相同，并形成在该布线板的布线部分上，

其中分别通过焊接方式将该金属箔与该焊接区、该引线电极与该布线焊接区相互连接。

14. 如权利要求12所述的发光器件，

其中形成于该透镜固定装置的下表面上的突出部啮合到形成于该布线板中的通孔或沟槽中，

其中形成于该安装衬底的下表面上的突出部啮合到形成于该布线板中的通孔或沟槽中。

15. 如权利要求1所述的发光器件，还包括：

光提取增大部分，其设置于该发光二极管芯片的光输出侧，以通过结合该发光二极管芯片而增大来自该发光二极管芯片的光的提取效率；以及

密封树脂，其用以填充该安装衬底中安装该发光二极管芯片的凹槽，以密封该凹槽，

其中该光提取增大部分的顶部位置高于该凹槽的壁的顶部位置。

16. 如权利要求15所述的发光器件，其中该安装衬底具有在该凹槽周围的第二凹槽，从而使树脂可流入该第二凹槽中。

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