CN101364629B - 半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供半导体发光装置。该半导体发光装置具有壳体，该壳体填充有密封半导体发光器件的含波长转换材料的树脂材料以及装入到该树脂材料上的透明树脂材料，该半导体发光装置防止树脂材料相互分开或从其它部分剥落。半导体发光装置发射色彩不均匀度较小的光线。壳体包括位于内部空间内的第一凹入部和第二凹入部。第二凹入部的直径比第一凹入部的直径大，从而边界处形成了台阶区域。第一凹入部填充有密封半导体发光器件的第一树脂或含波长转换材料的树脂材料。第一树脂从第一凹入部的内表面延伸到第二凹入部的内表面以覆盖第二凹入部的内表面。第一树脂在中央区域朝向半导体发光器件凹入以形成弯曲上表面。第一树脂上的第二树脂不接触壳体。

Description

半导体发光装置
技术领域
本发明涉及半导体发光装置，尤其涉及一种结合使用半导体发光器件和波长转换材料比如磷的半导体发光装置。
背景技术
传统上已知这样的半导体发光装置，其结合使用半导体发光器件和波长转换材料比如磷，以便发射色彩(色调)相对于从半导体发光器件所发出的原始色彩(色调)而变化的光。这种半导体发光装置的一个示例示于图1中。
这种类型的半导体发光装置可以包括树脂壳体52，一对引线50和51与该树脂壳体52集成在一起。第一凹入部54形成于树脂壳体52的内部。具有比第一凹入部54的直径大的直径的第二凹入部53连续地形成于第一凹入部54的上方。
半导体发光器件55可以安装在第一凹入部54的底部上，或者安装得靠近第一凹入部54的底部。半导体发光器件55的未示出的电极通过连接线56和57而电连接到相应的引线50和51。
透明树脂材料与特定波长转换材料比如特定的磷混合起来，以制备含磷树脂58，该含磷树脂58被装入到第一凹入部54中，以便对半导体发光器件55进行树脂密封。另一种透明树脂材料59被装入到含磷树脂58上和第二凹入部53的内部，进而完成了半导体发光装置(例如，参见日本专利申请特开第2002-33520号)。
如上所述构成的半导体发光装置被称为表面安装型，并且用作用于在便携式手持终端等中使用的光源。
这种类型的半导体发光装置可以按这种方式构成，即，将软树脂材料用作用于构成被装入到第一凹入部58内以对半导体发光器件55进行树脂密封的含磷树脂58的透明树脂材料，并且将硬树脂材料用作在含磷树脂58上被装入到第二凹入部53内的透明树脂材料59。然而，这种构成可能引起以下问题。
当对如上构成的半导体发光装置执行环境测试(热循环测试)时，含磷树脂58可在热循环过程中随温度变化而重复地膨胀和收缩。当含磷树脂58膨胀时，外力可作用于与含磷树脂58之间形成了边界的透明树脂材料59。结果，透明树脂材料59可能从形成有含磷树脂58与透明树脂材料59之间(第一凹入部54与第二凹入部53之间)的边界的具有台阶区域60的接触区域脱离并剥落，进而容易在该区域及相邻区域处形成裂纹61。
甚至在常规运行条件下也可以发生这种现象。比如，可能由于重复地打开和关闭半导体发光器件，从而导致半导体发光器件重复发热和冷却，而发生这种现象。
发明内容
考虑到这些和其它问题并结合传统方式而设计了本发明。根据本发明的一方面，在将树脂材料填充到其壳体的凹入部内时，半导体发光装置可防止所使用的树脂材料在它们之间或与其它部件之间的边界处脱离(剥落)。因此，本发明的一个目的是提供一种半导体发光装置，该半导体发光装置可以包括壳体，该壳体填充有将半导体发光器件密封在该壳体的凹入部内的含波长转换材料的树脂材料以及在该含波长转换材料的树脂材料上装入到壳体的凹入部内的透明树脂材料，并且该半导体发光装置可以防止树脂材料相互之间或者与其它部分如壳体脱离和/或剥落。此外，这种半导体发光装置可以发射具有较少色彩不均匀度的光。
根据本发明的另一方面，一种半导体发光装置可以包括：其内设置有内部空间的壳体；安装在该壳体的内部空间内的半导体发光器件；以及，填充壳体的内部空间的树脂部。在此，壳体的内部空间可以包括具有底表面的第一凹入部和具有开口的第二凹入部。半导体发光器件可以安装在第一凹入部的底表面上，或者安装得靠近第一凹入部的底表面。第二凹入部可以连续形成于第一凹入部的上方。第一凹入部的上部和第二凹入部的下部可以形成边界部，并且第二凹入部可以被形成为在宽度上比第一凹入部宽，以在边界部处形成台阶区域。树脂部可以包括第一树脂和第二树脂。第一树脂可以由混合有波长转换材料例如磷的透明树脂材料形成，并且可以装入到第一凹入部内，以密封半导体发光器件。第二树脂可以由透明树脂材料形成，并且装入到第一树脂的上方。第一树脂可以被设置成从第一凹入部的内表面延伸到第二凹入部的内表面，以覆盖第二凹入部的内表面。第一树脂可以在其中央区域处朝向半导体发光器件凹入，以形成弯曲上表面。
在如上构成的半导体发光装置内，第一树脂的弯曲上表面的最低高度可以比台阶区域的高度更靠近半导体发光器件。
在如上构成的半导体发光装置内，第二树脂可以具有朝向半导体发光器件凹入的弯曲上表面，并且第二树脂的弯曲上表面的最高高度低于壳体的第二凹入部的外缘的最高边缘。
或者，在如上构成的半导体发光装置内，第二树脂可以具有弯曲上凸表面，并且优选地第二树脂的弯曲上凸表面的最高高度可以低于壳体的第二凹入部的外缘的最高边缘。
在如上构成的半导体发光装置内，第二树脂可以具有比构成第一树脂的透明树脂材料的硬度大的预定硬度。
在如上构成的半导体发光装置内，构成第一树脂的透明树脂材料可以具有预定弹性，并且比第二树脂软。
在如上构成的半导体发光装置内，第二树脂可以具有比构成第一树脂的透明树脂材料的折射率低的折射率。
在如上构成的半导体发光装置内，壳体的第一凹入部可以在其内表面上设置有高反射膜，且在其外表面上设置有抗蚀膜。
在如上构成的半导体发光装置内，高反射膜可以由从包括银、银合金和铝的组中选择的一种来形成，并且抗蚀膜可以由金形成。
在如上构成的半导体发光装置内，第二树脂也可以包含浓度比第一树脂中的波长转换材料的浓度低的波长转换材料。
本发明的半导体发光装置可以被配置成包括具有内部空间的壳体，该内部空间包括第一凹入部和设置在第一凹入部上方的第二凹入部，其中半导体发光器件安装在第一凹入部的底表面上。可以将由透明树脂材料和波长转换材料例如磷组成的第一树脂装入到第一凹入部内，以密封半导体发光器件。此外，第一树脂可以被设置成从第一凹入部的内表面延伸到第二凹入部的内表面，以覆盖第二凹入部的内表面，并且第一树脂的上表面在其中央区域处朝向半导体发光器件凹入，以形成弯曲上表面。然后，将第二树脂装入到如此形成的第一树脂上。
结果，第一树脂可以覆盖壳体的包括第一凹入部和第二凹入部在内的内部空间的整个表面，进而防止了形成于第一树脂上的第二树脂与壳体的内表面接触。根据该构成，树脂部无法从壳体脱离和/或剥落，并且可以获得具有较小色彩不均匀度的半导体发光装置。
附图说明
根据以下描述并参考附图，本发明的这些和其它特点、特征和优点将变得清楚，其中：
图1为示出半导体发光装置的一个传统示例的截面图；
图2为在该传统的半导体发光装置内出现裂纹的示意图；
图3为示出根据本发明原理制造的半导体发光装置的一个示例性实施方式的截面图；
图4为示出本发明的半导体发光装置的另一个示例性实施方式的截面图；
图5为示出本发明的半导体发光装置的又一个示例性实施方式的截面图；以及
图6为示出对比的示例性半导体发光装置的截面图。
具体实施方式
现在将在下文中参考根据示例性实施方式的附图来描述本发明的半导体发光装置。
(第一示例性实施方式)
图3为示出根据本发明原理制造的半导体发光装置的第一示例性实施方式的截面图。半导体发光装置1可以具有由具有特定反射率的白色树脂材料制成的壳体2。壳体2内可以形成有内部空间，该内部空间包括第一凹入部3以及连续形成于第一凹入部3的上方且具有开口4的第二凹入部5。第一凹入部3的上部和第二凹入部5的下部可以形成边界部，并且第二凹入部5可被形成为在宽度上比第一凹入部3宽，以在边界部处形成台阶区域6。
半导体发光器件7可以安装在第一凹入部3的底部。第一树脂8可以由混合有波长转换材料例如特定磷的透明树脂材料形成，并且被装入到第一凹入部3内，以密封半导体发光装置7。第一树脂8可以被设置成从第一凹入部3的内表面14延伸到第二凹入部5的内表面9，以覆盖第二凹入部5的内表面9。第一树脂8的上表面15可以朝着半导体发光器件7凹入，以形成弯曲的上表面15。第一树脂8的弯曲的上表面15可以具有最低高度10(在下置的半导体发光器件7的光轴X附近的中央区域处)，该最低高度10比第一凹入部3与第二凹入部5之间的边界所在的台阶区域6的高度更靠近半导体发光器件7。
第二树脂11可以由透明树脂材料形成，并且装入到第一树脂8的上方，以与第一树脂8形成边界。结果，树脂部可以由第一树脂8和第二树脂11组成。在该示例性的实施方式中，第二树脂11的上表面12上可以被形成为具有与壳体2的开口边缘13齐平的平面。根据该构成，第二树脂11未接触第一凹入部3的内表面14，也未接触第二凹入部5的内表面9。
在如上所述构成的半导体发光装置1中，第一树脂8可能因环境温度变化或重复打开和关闭半导体发光器件7所导致的温度变化而膨胀和收缩。即使在这种情况下，由于与第一树脂8形成了边界的第二树脂11并未接触第一凹入部3的内表面14，也未接触第二凹入部5的内表面9，所以第二树脂11仅在与第一树脂8的接触区域处因第一树脂8的膨胀和收缩而受到外力，但第二树脂11不会将该力传输给其它部件比如壳体2。因此，不管构成第一树脂8和第二树脂11的不同透明树脂材料之间的硬度关系如何，第二树脂11都不会从壳体2脱离和/或剥落。
在以上构成中，将构成第一树脂8的透明树脂材料和第二树脂11的透明树脂材料之间的硬度关系假定为以下两种情况：
(1)构成第一树脂8的透明树脂材料和第二树脂11的透明树脂材料中的每一个具有特定的弹性(比如，从包括软人造橡胶(具有优异的应力消除特性，并具有中低硬度(JIS类型A硬度大于50))、具有与前述软人造橡胶相同或类似性能的凝胶体、硬人造橡胶(用作不具有粘性的表面层，且具有大于50的JIS类型A硬度)、邵尔D硬度为60到70的高硬度树脂以及邵尔D硬度为30到40的低硬度树脂的组中选出的硅树脂的组合)；以及
(2)构成第一树脂8的透明树脂材料具有特定的弹性，并且第二树脂11的透明树脂材料具有特定的硬度(比如，用作第一树脂8的软人造橡胶(具有优异的应力消除特性，并具有中低硬度))或具有与前述软人造橡胶相同或类似性能的凝胶体以及用作第二树脂11且邵尔D硬度为60或更高的高硬度环氧树脂的示例性组合)。
在某些情况中，如果将高功率的半导体发光器件用作器件7的话，则半导体发光器件7在工作过程中可以产生相对大量的热。即便在这些情况中，如在以上第(1)项中描述的树脂材料(硅树脂)的组合也可以抑制构成用于半导体发光器件7的密封树脂的透明树脂材料的劣化，进而为半导体发光装置1提供高度可靠的光学性能(包括稳定的照明强度和较少的色彩变化)。
此外，如果采用了在以上第(2)项中描述的树脂材料的组合的话，则可以抑制由于在用于密封半导体发光器件7的密封树脂内发热而导致的应力生成。因此，这也可以防止产生裂纹，进而改善了半导体发光装置1的可靠性。除此之外，由于最外端表面是由具有特定硬度的第二树脂8形成的，因此可以防止灰尘和外部物质粘附到装置的最外端表面上。
此外，在第(1)项和第(2)项中所述的情况中，构成第一树脂8的透明树脂材料包括具有特定弹性以及特定柔软度的树脂。在这种情况下，可以防止未示出的用于将半导体发光器件7的电极电连接到设置在壳体2内的电极上的连接线因用于密封器件7的树脂重复热膨胀和收缩而从电极脱离或断掉。
本发明人还就构成第一树脂8的透明树脂材料与第二树脂11的透明树脂材料之间的关系而检验了光学作用。结果，本发明人发现：理想的是按照以下方式设计透明树脂，即，使构成第一树脂8(用于密封半导体发光器件7)的透明树脂材料具有比位于第一树脂8上方的第二树脂11的透明树脂材料的折射率大的折射率。这也可以使形成与半导体发光器件7的发光表面的边界的密封树脂的折射率更接近于构成半导体发光器件7的晶体材料的折射率，进而增加从半导体发光器件7提取光的效率。
此外，在以上构成中，相对于半导体发光器件7的光轴X倾斜地从该器件7发射的光线可以到达第一树脂8与第二树脂11之间的边界，并且一些光线可以按比临界角度更大的角度进入边界，进而被边界面反射。然后，光线可以到达如图1所示的壳体2的第一凹入部3的内表面14。光线又被内表面14反射，从而进入第二树脂11中，并且被发射到外面。
因此，可以有效地沿着发光方向(沿着光轴X)引导在光轴X方向之外的其它方向上从器件7发射的光线，进而增加了光线提取效率。应当注意：构成第一树脂8的透明树脂材料可以优选地具有1.5或更大的折射率，并且第二树脂11的透明树脂材料可以优选地具有约为1.4的折射率。恰当地选择透明树脂材料的种类，可以获得具有优选光学特性的半导体发光装置1。
构成第一树脂8的透明树脂材料的示例包括但不限于可从DowCorning Toray Co.，Ltd获得并且具有优异的应力消除特性且具有中低硬度(大于50的JIS类型A硬度)以及从1.5到1.55的折射率的人造橡胶，比如JCR175。第二树脂11的透明树脂材料的示例包括但不限于具有大于50的JIS类型A硬度以及从1.4到1.45的折射率的用作没有粘性的表面层的硬人造橡胶，比如OE-6336、EG-6301、OE-6351等。
应当注意：为方便起见，在附图(图3到图6)中省略了用于电连接半导体发光器件的装置，如引线和布线。
(第二示例性实施方式)
图4为示出根据本发明第二示例性实施方式的半导体发光装置的截面图。第二示例性实施方式与第一示例性实施方式的区别为：装入到第一树脂8的上表面15上的第二树脂11的上表面12具有朝向半导体发光器件7的凹面。第二示例性实施方式的其它构成与第一示例性实施方式中的相同。
第二树脂11的上表面12是凹的，并且比壳体2的开口边缘13低。这种构成可以在即便其它部件比如基板在半导体发光装置1的安装过程中意外碰撞半导体发光装置1时，通过壳体2的开口边缘13来保护第二树脂11的上表面12，进而保持第二树脂11的无缺陷表面12。因此，可以确保半导体发光装置1的有利光学特性。
(第三示例性实施方式)
图5为示出根据本发明第三示例性实施方式的半导体发光装置的截面图。第三示例性实施方式与第二示例性实施方式的区别为：装入到第一树脂8的上表面15上的第二树脂11的上表面12在与半导体发光器件7相反的方向上具有凸表面。第三示例性实施方式的其它构成与第一示例性实施方式中的相同。
第二树脂11的上表面12可以用作用于对从器件7发射的光线进行会聚并且将光线引导通过第二树脂11的透镜或类似装置。这可以增加预定区域内的从半导体发光装置1发射的发光强度。
在第一到第三示例性实施方式中，壳体2由具有特定反射率的白色树脂材料形成，虽然本发明并不限于这种构成。为了增强反射率，可以在第一凹入部3的内表面14上设置比如由金属膜制成的高反射层。该金属膜可以是从包括银、银合金和铝的组中选择的金属膜，所述银、银合金和铝中的每一个针对具有可见光波长的光线都具有高反射率。
在第一到第三示例性实施方式中，壳体2并不必然由树脂材料形成，而也可以由金属材料、陶瓷材料或者金属与陶瓷的组合形成。当由金属材料形成时，可以在壳体2的外表面上进一步设置抗蚀膜。抗蚀膜的优选示例包括金膜等。此外，可以将抗蚀膜和用于增强其反射率的金属膜的高反射层设置到第一凹入部3和第二凹入部5的内表面。金属膜可以是从包括银、银合金和铝的组中选择的金属膜，所述银、银合金和铝中的每一个针对具有可见光波长的光线都具有高反射率。陶瓷的示例包括常用的ALN、Al2O3等，优选地为针对具有可见光波长的光线具有高反射率的白色材料。
和用于密封半导体发光器件7的第一树脂8的情况一样，第二树脂11也可以包含波长转换材料。在这种情况下，使在第二树脂11中的磷浓度低于第一树脂8中的磷浓度。这种构成可以减小从半导体发光装置1辐射的光线的色彩不均匀度。
在上述的第一到第三示例性实施方式中，第一树脂8装入到第一凹入部3内，并且从第一凹入部3延伸到第二凹入部5的内表面9，以覆盖第二凹入部5的内表面9。因此，第一树脂8的上表面15具有朝向下置的半导体发光器件7的凹弯曲面。本发明人已经检验了图6所示的比较性的示例性半导体发光器件，其中第一树脂的上表面形成为平坦状。在这种情况下，第一树脂8没有沿着第二凹入部5的内表面9延伸，因此，装入到第二凹入部5内的第二树脂11可以接触第二凹入部5的内表面9。结果，第二树脂11可以接收因第一树脂8的膨胀和收缩而导致的外力，从而从第二凹入部5的内表面9脱离和/或剥落。
关于光学缺点，从半导体发光器件7发射的一些光线到达靠近内表面9的第一树脂8的上表面15。然后，该光线可以被上表面15发射，并且到达第一凹入部3与第二凹入部5之间的台阶区域6。该光线又被台阶区域6反射向第一树脂8的上表面15，以进入第二树脂11。在该重复反射过程中，在淀积有波长转换材料的台阶区域6附近通过的光线可以激发波长转换材料。结果，光线可以包括经波长转换的光线，并且从台阶区域6附近的第一树脂8的表面15进入第二树脂11，作为色调与从其它区域辐射的光线的色调不同的发光光线。因此，半导体发光装置1可以发射在整个表面上具有色彩不均匀度的光线。
相反，将第一到第三示例性实施方式配置成，使得第一树脂8的弯曲表面15的中央最低高度10低于台阶区域6的高度。当光线从半导体发光器件7发射时，它们可以进入第二树脂11，同时它们不会通过可淀积有波长转换材料的台阶区域6。因此，可以获得具有较少色彩不均匀度的半导体发光装置。
如上所述，可以将本发明的半导体发光装置配置成包括壳体，该壳体具有包括第一凹入部和设置在第一凹入部上方的第二凹入部的内部空间，其中半导体发光器件安装在第一凹入部的底表面上。在此，包括透明树脂材料和磷的第一树脂被装入到第一凹入部内，以密封半导体发光器件。此外，装入的第一树脂被设置成从第一凹入部的内表面延伸到第二凹入部的内表面，以覆盖第二凹入部的内表面。
第一树脂的上表面在其中央区域朝向半导体发光器件凹入，以形成弯曲的上表面。将第二树脂装入到如此形成的第一树脂上。结果，第一树脂可以覆盖壳体的第一凹入部和第二凹入部的整个表面，进而防止了第二树脂与壳体的内表面接触。
根据该构成，装入到壳体中的树脂部(包括第一树脂和第二树脂)无法从壳体脱离和/或剥落，并且可以获得具有较小色彩不均匀度的可靠半导体发光装置。
构成第一树脂的透明树脂材料被选择为至少具有特定弹性。因此，当然在第二树脂具有与第一树脂相同程度的弹性时，或者即使当第二树脂具有一定硬度时，都可以抑制因在用于密封半导体发光器件7的密封树脂内产生热量而导致的应力产生。这也可以抑制产生裂纹，进而改善了半导体发光装置1的可靠性。
当壳体由金属材料制成时，可以至少在壳体的外表面上设置由金制成的抗蚀膜。该膜可以防止壳体外表面因材料氧化而腐蚀或色彩劣化。
本领域内的技术人员应当明白：在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明做出多种修改和变型。因此，本发明旨在涵盖落入所附的权利要求及其等同物的范围内的对本发明的修改和变型。通过引用将上述所有相关技术文献整个并入于此。

Claims (11)

1.一种半导体发光装置，其包括：
内部设置有内部空间的壳体；
安装在所述壳体的所述内部空间内的半导体发光器件；以及
填充所述壳体的所述内部空间的树脂部，并且其中
所述壳体的所述内部空间包括具有底表面的第一凹入部和具有开口的第二凹入部，所述半导体发光器件安装在所述第一凹入部的所述底表面上，或者安装得靠近所述第一凹入部的所述底表面，所述第二凹入部连续形成于所述第一凹入部的上方，
其中，所述第一凹入部的上部和所述第二凹入部的下部形成边界部，并且所述第二凹入部被形成为在宽度上比所述第一凹入部宽，从而在所述边界部处形成台阶区域，
其中，所述树脂部包括第一树脂和第二树脂，所述第一树脂由混合有波长转换材料的透明树脂材料形成，所述第一树脂装入到所述第一凹入部内以密封所述半导体发光器件，所述第二树脂由透明树脂材料形成，并且装入到所述第一树脂的上方，并且
其中，所述第一树脂被设置成从所述第一凹入部的内表面延伸到所述第二凹入部的内表面，以覆盖所述第二凹入部的所述内表面，并且所述第一树脂在其中央区域处朝向所述半导体发光器件凹入，以形成弯曲上表面。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述第一树脂的所述弯曲上表面的最低高度被设置成比所述台阶区域的高度更靠近所述半导体发光器件。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其中，所述第二树脂具有朝向所述半导体发光器件凹入的弯曲上表面，所述第二树脂的所述弯曲上表面的最高高度低于所述壳体的所述第二凹入部的外缘的最高边缘。
4.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其中，所述第二树脂具有弯曲上凸表面。
5.根据权利要求4所述的半导体发光装置，其中，所述第二树脂的所述弯曲上凸表面的最高高度低于所述壳体的所述第二凹入部的外缘的最高边缘。
6.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述第二树脂具有比构成所述第一树脂的所述透明树脂材料的硬度大的预定硬度。
7.根据权利要求6所述的半导体发光装置，其中，构成所述第一树脂的所述透明树脂材料具有预定弹性，并且比所述第二树脂软。
8.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述第二树脂具有比构成所述第一树脂的所述透明树脂材料的折射率低的折射率。
9.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述壳体的所述第一凹入部在其内表面上设有由金属膜制成的高反射层，且在其外表面上设有抗蚀膜。
10.根据权利要求9所述的半导体发光装置，其中，所述金属膜由从包括银、银合金和铝的组中选择的一种来形成，并且所述抗蚀膜由金形成。
11.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述第二树脂包含浓度比所述第一树脂中的波长转换材料的浓度低的波长转换材料。
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