CN101604687B - 半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高从发光色不同的发光元件发出的光的混色性，并能发出亮度及色度高的白色光的半导体发光装置。在半导体发光装置(1)中，具备：具有光射出方向(Ae)开口的凹槽(21R、22R)的封装基体(2)；配置在凹槽(21R)的底部，且发光色彼此不同的多个发光元件(3)；在凹槽(21R)内覆盖多个发光元件(3)而配置，且含有荧光体的第一透光性树脂(61)；以及在凹槽(22R)内配置在第一透光性树脂(61)上，且与第一透光性树脂(61)比较荧光体的含有量少，而且具有比第一透光性树脂(61)的膜厚厚的膜厚的第二透光性树脂(62)。

Description

半导体发光装置
技术领域
本发明涉及半导体发光装置，尤其涉及作为液晶显示装置的背光、照明装置等的发光源使用的半导体发光装置。
背景技术
在液晶显示装置的背光、一般室内照明等的发光源上倾向于使用半导体发光装置，具体来讲使用发光二极管(LED：light emitting diodes)。发光二极管是耗电少、寿命长，而且不含汞等有害物质的考虑到环境的发光源。
背光和一般室内照明适合使用白色光，在以下专利文献1(日本特开2000-275636号公报)中公开了发出白色光的光源及照明装置。该光源及照明装置交替排列蓝色发光二极管和红色发光二极管，并具备覆盖这些发光二极管的荧光滤光片。白色光通过混合从蓝色发光二极管发出的蓝色光、将该蓝色光利用荧光滤光片进行了波长转换的绿色光以及从红色发光二极管发出的红色光而生成。
然而，在上述专利文献1公开的光源及照明装置中，蓝色光、绿色光及红色光的三色的混合不充分，尤其不被荧光滤光片吸收的红色光直接被辐射，因此不能得到对背光、一般室内照明最佳的白色光，在这一点上没有进行考虑。
发明内容
本发明为解决上述问题而做出。因而，本发明提供一种提高从发光色不同的发光元件发出的光的混色性，并能发出亮度及色度高的白色光的半导体发光装置。
为了解决上述问题，本发明的实施方式的第一特征是，在半导体发光装置中，具备：具有光射出方向开口的凹槽的封装基体；配置在凹槽的底部，且发光色彼此不同的多个发光元件；在凹槽内的底部覆盖多个发光元件而配置，并含有荧光体的第一透光性树脂；以及在凹槽内朝向开口侧配置在第一透光性树脂上，且与第一透光性树脂比较荧光体的含有量少，而且具有比第一透光性树脂的膜厚厚的膜厚的第二透光性树脂。
本发明的实施方式的第二特征是，在半导体发光装置中具备：封装基体，具备在光射出方向具有第一开口的第一凹槽，以及与第一凹槽的第一开口连接，并在光射出方向具有开口尺寸比第一开口大的第二开口，而且比第一凹槽的深度深的第二凹槽；配置在第一凹槽的底部，且发色光彼此不同的多个发光元件；覆盖多个发光元件并填充到第一凹槽内，且含有荧光体的第一透光性树脂；以及填充到第二凹槽内，且与第一透光性树脂比较荧光体的含有量少的第二透光性树脂。
另外，在第二特征的半导体发光装置中，最好第一凹槽的第一内侧面将相对于第一凹槽的第一底面的第一内角设定在钝角的范围内，并作为将从多个发光元件发出的光向光射出方向反射的光反射面而使用，第二凹槽的第二内侧面将相对于第二凹槽的第二底面的第二内角设定为比第一内角小，并作为将从多个发光元件发出的光向与光射出方向相交的方向反射的光扩散面而使用。
在第一特征或第二特征的半导体发光装置中，最好在上述第二透光性树脂中含有扩散材料。
另外，在第一特征或第二特征的半导体发光装置中，最好多个发光元件具备发出蓝色光的蓝色发光元件和发出红色光的红色发光元件，荧光体吸收从蓝色发光元件发出的光，并发出与其吸收前的光的波长不同的波长的光，从红色发光元件发出的光的吸收率比从蓝色发光元件发出的光的吸收率小。
而且，在第二特征的半导体发光装置中，最好封装基体具备：具有第一凹槽，并具有导热性的散热体；以及安装在散热体上，并具有第二凹槽，而且具有光反射性的树脂体。
本发明具有以下效果。
根据本发明，能够提供一种提高从发色光不同的发光元件发出的光的混色性，并能发出亮度及色度高的白色光的半导体发光装置。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的半导体发光装置的剖视图(用图2所示的F1-F1切断线切割的剖视图)。
图2是图1所示的半导体发光装置的俯视图。
图3是图1所示的半导体发光装置的具有一部分剖面的立体图。
图4是一个实施方式的半导体发光装置的剖视图。
图5是比较例1的半导体发光装置的剖视图。
图6是比较例2的半导体发光装置的剖视图。
图7是比较例3的半导体发光装置的剖视图。
图8是表示一个实施方式的半导体发光装置及比较例1至比较例3的半导体发光装置的相对色度的曲线图。
图9是表示根据图8所示的曲线图的色度差的曲线图。
图中：
1-半导体装置，2-封装基体，21-散热体，21R-第一凹槽，21A-第一开口，21B-第一底面，21S-第一内侧面，22-树脂体，22R-第二凹槽，22A-第二开口，22B-第二底面，22S-第二内侧面，3-发光元件，3B-蓝色发光元件，3R-红色发光元件，4-引线，5-电线，6-透光性树脂，61-第一透光性树脂，62-第二透光性树脂。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下附图的记载中，对相同或类似的部分标注了相同或类似的标记。只是，附图是模式的东西，与现实不同。而且，有时在附图相互之间包含彼此的尺寸关系和比率不同的部分。
另外，以下所示的实施方式举例说明用于将本发明的技术思想具体化的装置和方法，本发明的技术思想并没有将各结构部件的配置等特定于以下方式。本发明的技术思想在本申请请求保护的范围内可以追加各种变更。
本发明的实施方式说明将本发明应用于作为一般照明装置等的发光源而使用的半导体发光装置的例子。
半导体发光装置的构造
如图1至图3所示，本发明的一个实施方式的半导体发光装置1具备：具有光射出方向Ae开口的凹槽(21R及22R)的封装基体2；配置在凹槽的底部(第一凹槽21R)，且发光色彼此不同的多个发光元件3；在凹槽内的底部覆盖多个发光元件3而配置，并含有荧光体的第一透光性树脂61；以及在凹槽内(第二凹槽22R)配置在第一透光性树脂61上，并且与第一透光性树脂61比较荧光体的含有量少，且具有比第一透光性树脂61的膜厚厚的膜厚的第二透光性树脂62。
封装基体2具备：具有第一凹槽21R，并具有导热性的散热体21；以及安装在散热体21上，并具有第二凹槽22R，而且具有光反射性的树脂体22。
散热体21的第一凹槽21R是在光射出方向Ae具有第一开口21A，并在与光射出方向Ae相反的一侧具有第一底面21B，并具有沿着第一开口21A及第一底面21B的周边配置的第一内侧面21S的截面凹型形状的容纳部。在这里，所谓光射出方向Ae是相对于第一底面21B垂直的方向，而且是从第一底面21B朝向第一开口21R的方向。
散热体21具有作为封装基体2的底座基板的功能，并且具有将由于安装在第一底面21B上的多个发光元件3的发光动作而产生的热向外部发散的功能。第一凹槽21R的第一内侧面具有将从多个发光元件3发出的光、主要是沿着第一底面21B发出的光向光射出方向Ae反射的反射面(反射镜)的功能。在本实施方式中，在散热体21上使用由例如导热性优良的铜(Cu)合金材料构成的板材作为母体，并在其表面上形成有Ag镀层、Pd镀层或Rh镀层。另外，虽然并不局限于该数值，但本实施方式的半导体发光装置1的封装基体2的长边方向的尺寸L1例如设定为13.2mm-13.4mm，短边方向的尺寸L2例如设定为5.2mm-5.4mm，厚度方向的尺寸L3例如设定为2.4mm-2.6mm。相对于该封装基体2的尺寸，散热体21的长边方向的尺寸L4例如设定为11.3mm-11.5mm，短边方向的尺寸L5例如设定为4.2mm-4.4mm，厚度方向的尺寸L6例如设定为1.4mm-1.6mm。而且，第一凹槽21R的第一底面21B的短边方向(宽度方向)的尺寸L7设定为0.6mm-1.0mm，第一开口21A的短边方向(宽度方向)的尺寸L8例如设定为1.4mm-1.8mm，第一凹槽21R的深度方向的尺寸L9例如设定为0.3mm-1.0mm。
树脂体22在本实施方式中嵌入成型于散热体21上，将与散热体21的配置有第一凹槽21R的一侧相反的背面21BS露出，在散热体21的侧面周围一体地成型，并直接向光射出方向Ae具有厚度。树脂体22的第二凹槽22R是在光射出方向Ae具有第二开口22A，且在与光射出方向Ae相反的一侧具有第二底面22B，并具有沿着第二开口22A及第二底面22B的周边配置的第二内侧面22S的截面凹型形状的容纳部。第二凹槽22R的第二底面22B与第一凹槽21R的第一开口21A连接。第二凹槽22R的第二底面22B及第二开口22A的平面尺寸设定为比第一凹槽21R的第一底面21B及第一开口21A的平面尺寸还大。
树脂体22构成封装基体2的外形形状，并且还作为用于填充第二透光性树脂62的隔墙而起作用。第二凹槽22R的第二内侧面22S具有将从多个发光元件3发出的光向与光射出方向Ae相交的方向反射，并在相对的第二内侧面22S之间扩散光且使不同的发光色的光混色的光扩散面(反射器)的功能。在本实施方式中，树脂体22实际上可以使用例如光反射性优良的被称为白色树脂的尼龙系树脂、尤其是聚酰胺树脂。
配置在树脂体22上的第二凹槽22R的第二底面22B的短边方向(宽度方向)的尺寸L10例如设定为3.9mm-4.3mm，第二开口22A的短边方向(宽度方向)的尺寸L11例如设定为4.2mm-4.4mm，第二凹槽22R的深度方向的尺寸L12例如设定为0.9mm-1.1mm。该第二凹槽22R的深度方向的尺寸L12设定为比第一凹槽21R的深度方向的尺寸L9深。即，可以将填充到第二凹槽22R的第二透光性树脂62的膜厚设定为比填充到第一凹槽21R的第一透光性树脂61的膜厚厚。换言之，可以将第二透光性树脂62的膜厚方向(光照射方向Ae)的光程设定为比第一透光性树脂61的膜厚方向的光程长。
在散热体21中，为了如上所述作为反射面起作用，第一凹槽21R的第一内侧面(反射面)21S的相对于第一底面21B的第一内角a1设定在超过90度且不足180度的钝角的范围内。在本实施方式中，第一内角a1例如设定为130度-150度。在树脂体22中，为了如上所述作为光扩散面起作用，第二凹槽22R的第二内侧面(光扩散面)22S的相对于第二底面22B的第二内角a2设定为比第一内角a1小的角度，详细来讲设定在钝角的范围内。在本实施方式中，第二内角a2例如设定为90度-110度。
多个发光元件3在本实施方式中具有发出蓝色光的蓝色发光元件(蓝色发光二极管)3B和发出与该蓝色发光元件3B发出的蓝色光不同的发色光即红色光的红色发光元件(红色发光二极管)3R。蓝色发光元件3B发出具有大约450nm-490nm的波长的蓝色光。该蓝色发光元件3B是例如在蓝宝石衬底上或硅衬底上形成了InGaN系半导体的半导体芯片。红色发光元件3R发出具有大约620nm-780nm的波长的红色光。该红色发光元件3R是例如在AlN衬底上或蓝宝石衬底上形成有AlGaInP系半导体的半导体芯片。
这些半导体芯片具有例如0.3mm-0.4mm的一边的长度的正方形或长方形的平面形状。而且，蓝色发光元件3B、红色发光元件3R如图2所示，以例如1.2mm-1.3mm的排列间距安装在散热体21的第一凹槽21R的第一底面21B上，并沿长度方向排列成横向一列。在本实施方式中，在图2中从左侧向右侧，配置有两个蓝色发光元件3B、一个红色发光元件3R、两个蓝色发光元件3B、一个红色发光元件3R、两个蓝色发光元件3B，配置有6个蓝色发光元件3B及2个红色发光元件3R共8个发光元件。排列图形并不限定，但在本实施方式中，每逢多个(2个)蓝色发光元件3B设置一个红色发光元件并反复配置。而且，本实施方式的半导体发光装置1具备8个发光元件3，但并不限定于该个数。
透光性树脂6中填充到第一凹槽21R的第一透光性树脂61覆盖多个发光元件3而保护多个发光元件3免受外部环境的影响，并且含有主要吸收从蓝色发光元件3B发出的一部分蓝色光并转换为其他波长的光的荧光体(未图示)。第一透光性树脂61由于利用灌注法将树脂材料滴下涂敷并使其硬化而形成，因此在本实施方式中，利用硬化前的表面张力充满至第一凹槽21R的第一开口21A的边缘。
在本实施方式中，第一透光性树脂61例如使用硅酮树脂。而且，添加到硅酮树脂中的荧光体使用例如能够吸收一部分蓝色光并发出作为补色系的具有约580nm-600nm的波长的黄色光的硅酸盐系荧光体。荧光体最好以例如5重量％-40重量％的比率包含于第一透光性树脂61中。而且，荧光体可以使用YAG系荧光体、TAG系荧光体等。在这里，作为补色系的光是可与单数或多数色的光混合而转换为白色系色的光的色的光。
透光性树脂6中填充到第二凹槽22R的第二透光性树脂62主要将从蓝色发光元件3B发出的蓝色光、从红色发光元件3R发出的红色光、以及将蓝色光的一部分利用第一透光性树脂61转换的黄色光的各个相互扩散并进行混色。第二透光性树脂62中也可以以比第一透光性树脂61的荧光体的含有量少的含有量含有荧光体，但在本实施方式中第二透光性树脂62不含有荧光体。在第二透光性树脂62中含有促进光的扩散性、混色性等的扩散材料(未图示)。扩散材料实际上可以使用例如二氧化硅的填料。扩散材料最好以3重量％-10重量％的比率包含于第二透光性树脂62中。
与第一透光性树脂61同样，第二透光性树脂62利用灌注法将树脂材料滴下涂敷并使其硬化而形成，因此在本实施方式中，利用硬化前的表面张力充满至第二凹槽22R的第二开口22A的边缘。
在封装基体2的树脂体22上配置引线4，该引线4其一端侧(内引线)配置在第二凹槽22的第二底面22B上，且另一端侧(外引线)向树脂体22的外部突出而成型。引线4的一端侧通过电线5与多个发光元件3的正极电极(未图示)或负极电极(未图示)电连接。引线4的另一端侧在本实施方式中成型为鸥翼(ガルウイング)形状。
引线4例如使用Cu合金材料而构成。至少在引线4的一端侧及另一端侧的连接处配置有Ag镀膜。电线5例如使用Au线、Pd线或Rh线。电线5使用超声波焊接法与多个发光元件3的正极电极或负极电极电连接且机械连接。
半导体发光装置的发光动作
其次，上述半导体发光装置1的发光动作如下所述。在半导体发光装置1中，通过引线4及电线5开始进行多个发光元件3的正极电极-负极电极的通电。由此，蓝色发光元件3B的发光动作开始进行，从蓝色发光元件3B发出蓝色光，并且红色发光元件3R的发光动作开始进行，从红色发光元件3R发出红色光。
从蓝色发光元件3B发出的蓝色光在第一凹槽21R的第一透光性树脂61内，向光射出方向Ae直接射出，并且在第一凹槽21R的第一内侧面21S反射之后向光射出方向Ae射出。同样，从红色发光元件3R发出的红色光在第一凹槽21R的第一透光性树脂61内，向光射出方向Ae直接射出，并且在第一凹槽21R的第一内侧面21S反射之后向光射出方向Ae射出。从蓝色发光元件3B发出的一部分蓝色光被荧光体吸收，从该荧光体发出补色系的黄色光。该蓝色光、红色光及黄色光在第一透光性树脂61内进行混色而生成白色光，该白色光向第二凹槽22R的第二透光性树脂62射出。
在第二透光性树脂62中含有扩散材料，而且第二凹槽22的第二内侧面22S的相对于第二底面22B的第二内角a2设定为比第一凹槽21R的第一内侧面21S的第一内角a1还小，所以向与光射出方向Ae相交的方向的白色光的扩散性及混色性被放大。而且，由于第二透光性树脂62的膜厚设定为比第一透光性树脂61的膜厚还大，因此放大白色光的扩散性及混色性的期间变长。即，蓝色光、红色光及黄色光在第二透光性树脂62内进行混色至实际应用上没问题的范围之后，从第二透光性树脂62向光射出方向Ae射出，在本实施方式的半导体发光装置1中能够射出实际上看不见蓝色光和红色光的完全的白色光。
实施例
上述本实施方式的半导体发光装置1的有关混色性的特征从以下实施的实验结果中将更加明确。
图4至图7是用于实验的样品。图4是本实施方式的半导体发光装置1的剖视图，如上所述，半导体发光装置1具备填充到第一凹槽21R内的第一透光性树脂61和填充到第二凹槽22R内的第二透光性树脂62。
图5至图7是作为本实施方式的半导体发光装置1的比较例而制作的半导体发光装置11-13。图5所示的半导体发光装置11(比较例1)虽然基本上类似于本实施方式的半导体发光装置1，但是半导体发光装置11的第二凹槽22R的深度方向的尺寸L13设定为半导体发光装置1的第二凹槽22R的深度方向的尺寸L12的1/2的深度，并且填充到第二凹槽22R的第二透光性树脂62的膜厚设定为1/2。
图6所示的半导体发光装置12(比较例2)去掉半导体发光装置1的第二凹槽22R及第二透光性树脂62，只具备第一凹槽21R及填充到其中的第一透光性树脂61。图7所示的半导体发光装置13(比较例3)虽然具备半导体发光装置1的第一凹槽21R及第二凹槽22R，但是在该第一凹槽21R及第二凹槽22R中仅填充了相当于第二透光性树脂62的一种透光性树脂62A。
图8是表示半导体发光装置的光射出面上的相对色度的曲线图。横轴是从上述图2所示的封装基体2的右侧的A地点到左侧的B地点的测定位置，纵轴是假设蓝色发光元件3B上的色度为零时的相对色度y。图9是表示半导体发光装置的光射出面上的蓝色发光元件3B的位置与红色发光元件3R的位置的色度差的曲线图。横轴是本实施方式的半导体发光装置1、比较例1-3的半导体发光装置11-13，纵轴是色度差。
如图8所示，在A地点侧的配置有蓝色发光元件3B的位置以色度成为零的方式调节曲线图，则在B地点侧的配置有红色发光元件3R的位置在半导体发光装置1及比较例1-3的半导体发光装置11-13上产生色度差。如图9所示，配置有蓝色发光元件3B的位置与配置有红色发光元件3R的位置的色度差在本实施方式的半导体发光装置1中约为0.062-0.063，色度差最小。
对此，比较例1的半导体发光装置11的色度差由于第二凹槽22R的深度变浅且第二透光性树脂62的膜厚变薄的影响而稍微变高，约为0.073-0.074。比较例2的半导体发光装置12的色度差由于去掉第二凹槽22R及第二透光性树脂62，因此没有变高扩散性及混色性，因而进一步变高，约为0.077-0.078。而且，比较例3的半导体发光装置13的色度差由于未生成由填充到第一凹槽21R的第一透光性树脂61引起的补色系的黄色光，所以缺乏混色性，最高约为0.094-0.095。
如以上所说明的那样，在本实施方式的半导体发光装置1中，具备含有荧光体的第一透光性树脂61而提高从发光色不同的多个发光元件3发出的光的混色性，而且具备含有扩散材料的第二透光性树脂62而能进一步提高光的混色性，所以能够发出亮度及色度高的白色光。
而且，在半导体发光装置1中，将第二凹槽22R的第二内侧面22S相对于第一凹槽21R的第一内侧面21S设定为陡峭的角度，能够进一步提高光的扩散性及混色性。
另外，在半导体发光装置1中，将第二凹槽22R的深度设定为比第一凹槽21R的深度深，并将第二透光性树脂62的膜厚设定为比第一透光性树脂61的膜厚厚，所以能够进一步提高第二透光性树脂61内的光的扩散性及混色性。
其他实施方式
如上所述，虽然根据一个实施方式记载了本发明，但是构成该公开的一部分的论述及附图并不限定本发明。本发明可应用于各种代替实施方式、实施例及运用技术中。例如，在上述实施方式中，说明了将本发明应用于将共8个发m光元件8排列成横向一列的半导体发光装置1的例子，但是本发明并不限定于此，也可以应用于将8个以外的多个发光元件排列成多列的半导体发光装置1。
而且，本发明并不限定于蓝色发光元件3B及红色发光元件3R的两种发光元件，可以应用于具备蓝色发光元件3B、红色发光元件3R及绿色发光元件的三种发光元件的半导体发光装置。
另外，本发明可应用于具备与第二凹槽22R连接的第三凹槽，并在该第三凹槽内填充了光的扩散性及混色性优良的透光性树脂的半导体发光装置。

Claims (4)

1.一种半导体发光装置，其特征在于，具备：
封装基体，具备在光射出方向具有第一开口的第一凹槽，以及与上述第一凹槽的第一开口连接，并在上述光射出方向具有开口尺寸比上述第一开口大的第二开口，而且比上述第一凹槽的深度深的第二凹槽；
配置在上述第一凹槽的底部，且发色光彼此不同的多个发光元件；
覆盖上述多个发光元件并填充到上述第一凹槽内，且含有荧光体的第一透光性树脂；以及，
填充到上述第二凹槽内，且与上述第一透光性树脂比较荧光体的含有量少的第二透光性树脂；
上述第一凹槽的第一内侧面将相对于上述第一凹槽的第一底面的第一内角设定在钝角的范围内，并作为将从上述多个发光元件发出的光向上述光射出方向反射的光反射面而使用，
上述第二凹槽的第二内侧面将相对于上述第二凹槽的第二底面的第二内角设定为比上述第一内角小，并作为将从上述多个发光元件发出的光向与上述光射出方向相交的方向反射的光扩散面而使用。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
在上述第二透光性树脂中含有扩散材料。
3.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
上述多个发光元件具备发出蓝色光的蓝色发光元件和发出红色光的红色发光元件，上述荧光体吸收从上述蓝色发光元件发出的光，并发出与其吸收前的光的波长不同的波长的光，从上述红色发光元件发出的光的吸收率比从上述蓝色发光元件发出的光的吸收率小。
4.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
上述封装基体具备：具有上述第一凹槽，并具有导热性的散热体；以及安装在上述散热体上，并具有上述第二凹槽，而且具有光反射性的树脂体。
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