CN102347421A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种发光装置，其特征在于，具备：发光元件，具有第一面及第二面，放射光的光轴相对于上述第二面垂直；成型体，具有配设上述发光元件的上述第一面侧的凹部；第一密封层，在上述凹部内覆盖上述发光元件，含有第一透明树脂和荧光体粒子；以及聚光透镜，设置在上述第一密封层的上表面。聚光透镜的折射率随着离光轴的距离增大而变高，与上述第一密封层的上述上表面的外缘接触的位置的折射率比上述第一透明树脂的折射率高。

Description

发光装置
本发明基于申请号为2010-164876、申请日为2010年7月22日的日本专利申请，并要求享受其优先权，该在先专利申请的所有内容通过参考包含在本申请中。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种发光装置。
背景技术
当将来自发光元件的放射光和从吸收了一部分放射光的荧光体放射的波长转换光进行混合时，作为混合色例如能够得到白色光。
在该情况下，来自发光元件的放射光的指向特性和波长转换光的指向特性一般不同。
由此，例如，在设定为在发光元件的光轴附近混合色成为规定的色度范围的情况下，在从光轴离开的倾斜的出射方向上，有时色度也从规定的范围偏离。尤其是，在设置了具有与光轴大致一致的中心轴的聚光透镜的发光装置中，有时该色度偏差被强调。
发明内容
本发明的实施方式提供一种发光装置，容易降低与光轴之间的交差角较大的出射方向上的色度偏差。
根据实施方式，提供一种发光装置，其特征在于，置备：发光元件，具有第一面及上述第一面相反侧的第二面，放射光的光轴相对于上述第二面垂直；成型体，具有配设上述发光元件的上述第一面侧的凹部；第一密封层，在上述凹部内覆盖上述发光元件，含有第一透明树脂和荧光体粒子；以及聚光透镜，设置在上述第一密封层的上表面。聚光透镜为，随着离光轴的距离增大而折射率变高，与上述第一密封层的上述上表面的外缘接触的位置的折射率比上述第一透明树脂的折射率高。
根据本发明的实施方式，提供一种容易降低与光轴之间的交差角较大的出射方向上的色度偏差的发光装置。
附图说明
图1(a)是第一实施方式的模式截面图，图1(b)是表示折射率相对于径向距离的依存性的曲线图。
图2(a)～(c)表示第一实施方式的制造方法的工程截面图，图2(a)是涂敷了透明树脂的模式截面图，图2(b)是聚光透镜的模式截面图，图2(c)是组装后的模式截面图。
图3是比较例的发光装置的模式截面图。
图4(a)是第二实施方式的发光装置的模式截面图，图4(b)是模式平面图，图4(c)是沿着A-A的密封层表面的折射率分布。
图5是说明第二密封层的作用的模式图。
图6(a)是形成了第一密封层的模式截面图，图6(b)是形成了第二密封层的模式截面图。
图7是第三实施方式的发光装置的模式截面图。
图8(a)是涂敷粘接树脂的模式图，图8(b)是聚光透镜的模式截面图，图8(c)是粘接了聚光透镜的模式截面图。
图9是第三实施方式的变形例的发光装置的模式截面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1(a)是第一实施方式的发光装置的模式截面图，图1(b)是表示折射率相对于径向距离的依存性的曲线图。
发光装置具有：第一引线10；第二引线12；由树脂构成的成型体14；设置在第一引线10上的发光元件20；设置在成型体14的凹部14a内，含有第一透明树脂的第一密封层16；分散配置在第一密封层16中的荧光体粒子40；以及覆盖第一密封层16的聚光透镜30。
另外，在本申请说明书中，“透明树脂”意味着对于来自发光元件的放射光具有透光性的树脂。放射光的透射率不一定需要为100％。即，放射光的透射率不为0的树脂就属于“透明树脂”。
构成一对的第一引线10及第二引线12，在由铜系或铁系材料构成的引线框上连结有多个。此外，其厚度例如能够成为0.15～0.4mm。
成型体14能够为PPA(聚邻苯二甲酰胺)等尼龙系的热塑性树脂或环氧系的热固性树脂。此外，第一密封层16能够为硅或环氧等。另外，第一引线10及第二引线12能够与成型体14一体成型。
发光元件20的第一面使用粘接剂22等粘接在第一引线10上。此外，在发光元件20的与第一面相反侧的第二面上设置的上部电极和第二引线12的一方的端部，通过接合线24连接。
荧光体粒子40分散配置在第一密封层16内。当根据来自发光元件20的放射光的波长或光输出，而选择荧光体粒子40的种类、组成、重量比等是，能够得到所希望的色度范围的混合光。
并且，在成型体14的上表面及第一密封层16的上表面16a上配设聚光透镜30。聚光透镜30的中心轴与相对于发光元件20的第二面垂直的放射光的光轴50大致一致。
在本实施方式中，如图1(b)所示，聚光透镜30具有随着离光轴50的径向距离R的增大而增大的折射率n。此外，在第一密封层16上表面的外缘的位置OE，其折射率n为第一透明树脂的折射率nt1以上。
在此，发光元件20为由InxGayAl1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)构成的材料，其发光波长为在紫外光～绿色光范围。在该情况下，吸收蓝色光的荧光体粒子40例如由硅酸盐系材料构成，作为波长转换光能够放射黄色光。另外，发光元件20的材料、其发光波长及荧光体粒子40的材料不限于此。例如，当放射光处于紫外光的波长范围时，使用红色、蓝色、绿色的荧光体粒子而生成3色的波长转换光，也能够得到白色光。
第一密封层16例如含有折射率为1.4的硅。此外，聚光透镜30例如含有透明树脂、玻璃等透光性材料，以及分散在这些材料内部的填充物32。填充物32具有比第一透明树脂的折射率nt1高的折射率。
在聚光透镜30由第二透明树脂构成的情况下，当使其折射率比第一透明树脂的折射率nt1高时，来自第一密封层16的出射光不会被全反射而入射到聚光透镜30，所以更优选。在该情况下，填充物32更优选具有比第二透明树脂高的折射率。
在聚光透镜30内，填充物32被配置为径向距离R越大则其重量组成比越高。通过混合具有较高折射率的填充物32，由此聚光透镜30的折射率n能够如图1(b)所示那样，分布为在聚光透镜30的周边区域PR中增大。
填充物32相对于来自发光元件20的放射光具有透光性，能够为二氧化锆(折射率：2.4)、氧化钛(折射率：2.8)、钛酸钾(折射率：2.7)等。此外，填充物32的形状例如为球、椭圆体、条、细线等，其尺寸例如能够为50μm以下。当第一密封层16为硅时，其折射率大致为1.4。
当分散配置微小尺寸的填充物32时，在各个填充物32的附近，光的前进方向发生各种变化。但是，作为分散配置了大量填充物32的区域整体，对应于重量组成比而折射被加强。即，在填充物32的重量组成比较高的区域，折射比重量组成比较低的区域大。另外，能够通过试验或模拟等来求出折射率相对于填充物32的重量组成比的依存性。
图2(a)～(c)表示第一实施方式的制造方法的工程截面图，图2(a)是涂敷了透明树脂的模式截面图，图2(b)是聚光透镜的模式截面图，图2(c)是组装后的模式截面图。
如图2(a)所示，在成型体14上形成有凹部14a。在凹部14a的底面上分别露出第一引线10的一个端部和第二引线12的一个端部。使用由金属焊锡或导电性粘接剂等构成的粘接剂22，将发光元件20粘接在第一引线10上。在进行了引线接合之后，将混合了荧光体粒子40的第一透明树脂溶液填充到凹部14a内。
另一方面，将混合了填充物32的液状的第二透明树脂注入模具等中，使其绕中心轴30a旋转。通过旋转能够使比重比第二透明树脂大的填充物32集中到周边区域。通过离心力产生的第二透明树脂中的填充物32的沉降速度，依存于填充物32的比重、尺寸、形状、液状树脂的粘度等。根据本发明的发明人的实验判明了如下情况：比重及尺寸较大的填充物32通过基于旋转的离心力等向外侧集中。即，通过适当地选择旋转条件，由此如图2(b)所示，容易将填充物32较多地分散配置在周边区域PR。
并且，如图2(c)所示，将聚光透镜30配置到第一密封层16的上表面16a上。在该情况下，当使第一密封层16半固化时，聚光透镜30的下表面30b和第一密封层16的上表面16a之间的界面不会产生空间，而容易紧贴。此外，当在成型体14上设置切口14b、嵌入聚光透镜30并进行凿密或基于粘接剂的粘接时，能够进一步提高紧贴强度。
图3是比较例的发光装置的模式截面图。
根据来自发光元件120的蓝色光的波长，而决定黄色荧光体粒子140的平均尺寸、必要重量等。在该情况下，在与光轴150之间的交差角较大的凹部114a的周边区域PRR中，蓝色光GB12的光强度降低，并且向从光轴150离开的方向前进。此外，当外部为空气层时，产生全反射的临界角成为42度，所以入射角比该临界角大的蓝色光GB13不能够向外部出射，而向成型体114的侧壁114s入射等。另一方面，黄色荧光体粒子140广泛分散配置在凹部114a内，黄色光GY12具有朝向密封层116的上方而向与光轴150平行的方向的成分。因此，从密封层116的周边区域PRR，容易朝向从光轴150离开的方向出射带有黄色成分的白色光。
相对于此，在本实施方式中，如图1(b)所示，在周边区域PR中能够使聚光透镜30的折射率n比第一密封层16的折射率即1.4大。因此，在第一密封层16和聚光透镜30的界面，蓝色光GB2向光轴50侧折弯，降低无用的出射光。被导入聚光透镜30内的光GY12由透镜曲面聚光，能够有效地取出。即，容易使蓝色光GB12的出射方向和黄色光GY12的出射方向接近，降低来自周边区域PR的放射光的色度偏差，并向光轴50附近的蓝色光GB1和黄色光GY1的混合光的色度接近。
另外，即使使用由二氧化锆或氧化钛等构成的聚光透镜，也能够降低周边区域中的色度偏差。但是，在液状的透明树脂或玻璃中分散高折射率填充物来形成透镜的工序，能够容易且以大批量生产率来制造所希望的形状的透镜，结果能够成为低价格。
图4(a)是第二实施方式的发光装置的模式截面图，图4(b)是模式平面图，图4(c)是沿着A-A的密封层表面的折射率分布。
在成型体14的凹部14a中，以覆盖发光元件20及接合线24的方式设置有第一密封层16。在第一密封层16中分散配置有荧光体粒子40。并且，在凹部14a内，在第一密封层16上设置有含有第三透明树脂的第二密封层17。在第二密封层17中分散配置有填充物32。第三透明树脂也可以与第一透明树脂相同，例如能够为硅等。填充物32的折射率比第三透明树脂的折射率高。
填充物32能够随着离光轴50的距离R的增大而提高重量组成比。由此，如图4(c)所示，第二密封层17表面的有效的折射率能够分布为，随着离光轴50的距离R的增大而增大，并在第二密封层17上表面的外缘OE，具有比成型体14的折射率即1.6高的最大折射率nm。另外，当使第三透明树脂的折射率为第一透明树脂的折射率nt1以上时，能够抑制它们的界面上的全反射，因此更优选。
图5是用于说明这样的第二密封层的作用的模式图。
第二密封层17在与成型体14的倾斜侧壁14s接触的一侧，折射率比成型体14的折射率高。在成型体14中例如分散有玻璃纤维或者铝那样的金属粉等的反射性填充物，但是如果折射率比密封层高，则光向接近倾斜侧壁14s的区域入射，向上方取出的蓝色光的量减少。但是，在与倾斜侧壁14s邻接的第二密封层17区域中，能够使折射率比成型体14的折射率高，所以容易增加在倾斜侧壁14s附近进行全反射的蓝色光GB4。结果，能够使来自分散在第一密封层16中的荧光体粒子40的波长转换光GY4和蓝色光GB4接近规定的比率，能够降低色度偏差。
图6(a)是形成了第一密封层的模式截面图，图6(b)是形成了第二密封层的模式截面图。
如图6(a)所示，在凹部14a内，用混合了荧光体粒子40的第一透明树脂覆盖发光元件20和接合线24，进行热固化并形成分散配置了荧光体粒子40的第一密封层16。
接着，如图6(b)所示，在凹部14a内，将混合了填充物32的液状的第三透明树脂涂敷到第一密封层16上。使发光元件20的封装绕其中心轴14b旋转，填充物32分散配置成为所希望的分布，并进行热固化。如此，能够形成具有图4(c)那样的折射率分布的第二密封层17。
图7是第三实施方式的发光装置的模式截面图。
发光装置具备：第一引线10；第二引线12；由热塑性树脂等构成的成型体14；粘接在第一引线10上的发光元件20；设置在成型体14的凹部14a内、含有第一透明树脂的第一密封层16；分散配置在第一密封层16内的荧光体粒子40；覆盖第一密封层16的聚光透镜34；以及透明的粘接树脂层36，该粘接树脂层36分别粘接了第一密封层16的上表面16a及聚光透镜34的下表面34a，其折射率比第一透明树脂的折射率nt1高。
在第一密封层16上部的周边区域PR1中，粘接树脂层36的折射率比第一透明树脂的折射率nt1高，所以蓝色光GB2在第一密封层16的上表面16a必定向粘接树脂层36入射，并且以向光轴50接近的方式折射。另一方面，黄色荧光体粒子40广泛分散配置在凹部14a内，黄色光GY2朝向第一密封层16的上方出射。向聚光透镜34入射的光在由透镜曲面集光的同时出射。即，容易使蓝色光GB2的出射方向和黄色光GY2的出射方向接近，使周边区域PR2中的色度偏差降低。
此外，使光轴50附近的粘接树脂层36的厚度比周边区域PR1附近的粘接树脂层36的厚度小，周边区域PR1中的蓝色光GB2的折射方向也不发生变化。即，聚光透镜34的下表面34a也可以朝向下方为凸。
图8(a)是涂敷液状粘接树脂的模式图，图8(b)是聚光透镜的模式截面图，图8(c)粘接了聚光透镜的模式截面图。
如图8(a)所示，在第一密封层16的上表面16a及成型体14的上表面上，涂敷规定量的具有比第一透明树脂的折射率nt1高的折射率的液状的粘接树脂35。
从涂敷的粘接树脂35的上面按压预先成型了的聚光透镜34。在该情况下，当聚光透镜34的下表面34a具有凸部34b时，容易在它们的界面不产生间隙的情况下使其紧贴。并且，使粘接树脂35热固化，成为粘接树脂层36。
在本实施方式中，由于粘接树脂层36具有较高的折射率，因此通过聚光透镜34容易使全反射减少而以较高的效率入射的蓝色光接近光轴50侧。即，通过粘接树脂层36，周边区域PR1、PR2中的蓝色光GB2的漏泄被降低，与光轴50之间的交差角较大的倾斜的出射方向上的光度偏差被抑制。具有高折射率的二氧化锆或氧化钛难以用作粘接层。相对于此，作为粘接树脂层36，当使用混合了填充物的树脂时，容易进行透镜的粘接，并容易提高发光装置的批量生产率。
图9是第三实施方式的变形例的发光装置的模式截面图。
发光元件21例如包括：蓝宝石基板；含有在蓝宝石基板上依次设置的第一导电形层、发光层及第二导电形层的层叠体；在第一导电形层上设置的下部电极；以及在第二导电形层上设置的上部电极。发光元件21的背面侧粘接在第一引线10上。通过接合线25连接下部电极和第一引线10，通过接合线24连接上部电极和第二引线12。另外，在第一及第二实施方式中，也能够使用这种发光元件21。
以上，根据第一～第三实施方式及附随这些实施方式的变形例的发光装置，能够提供一种容易降低与光轴之间的交差角较大的出射方向上的色度偏差的发光装置。这种发光装置能够广泛用于各种照明装置、显示装置和信号机等，能够改善光度偏差和彩色再现性。
虽然对特定的实施方式进行了说明，但是这些实施方式仅仅是作为例子来说明的，并未限定本发明的范围。事实上，在不脱离本发明的精神的情况下，在此说明的实施方式能够通过各种其他方式来实施，并且在此说明的实施方式能够进行各种省略、追加以及变更来实施。附加的权利请求范围及其等同的方案覆盖所有这种方式或变形例，其落入本发明的范围和精神内。

Claims (20)

1.一种发光装置，其特征在于，具备：
发光元件，具有第一面及上述第一面相反侧的第二面，放射光的光轴相对于上述第二面垂直；
成型体，具有配设上述发光元件的上述第一面侧的凹部；
第一密封层，在上述凹部内覆盖上述发光元件，含有第一透明树脂和荧光体粒子；以及
聚光透镜，设置在上述第一密封层的上表面，随着离光轴的距离增大而折射率变高，与上述第一密封层的上述上表面的外缘接触的位置的折射率比上述第一透明树脂的折射率高。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
上述聚光透镜朝向上方为凸。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
上述聚光透镜含有：第二透明树脂，具有比上述第一透明树脂的上述折射率高的折射率；和填充物，具有比上述第二透明树脂的上述折射率高的折射率。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，
上述聚光透镜的折射率在上述光轴上与上述第二透明树脂的上述折射率相同。
5.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，
上述填充物以随着离上述光轴的距离增大而重量组成比增大的方式分散配置在上述第二透明树脂内。
6.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，
上述填充物是二氧化锆、氧化钛、钛酸钾中的任一种。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
在上述成型体中分散有反射性填充物。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
上述聚光透镜含有：具有比上述第一透明树脂的上述折射率高的折射率的玻璃；和具有比上述玻璃的上述折射率高的折射率的填充物，
上述填充物以随着离上述光轴的距离增大而重量组成比增大的方式分散配置在上述玻璃内。
9.一种发光装置，其特征在于，具备：
发光元件，具有第一面及上述第一面相反侧的第二面，放射光的光轴相对于上述第二面垂直；
成型体，具有配设上述发光元件的上述第一面侧的凹部；
引线，在上述凹部的底面露出；
接合线，连接上述发光元件和上述引线；
第一密封层，在上述凹部内覆盖上述发光元件，含有第一透明树脂和荧光体粒子；以及
第二密封层，在上述凹部内设置在上述第一密封层之上，含有第三透明树脂，上述第二密封层的折射率随着离上述光轴的距离增大而变高，与上述成型体接触侧的折射率比上述成型体的折射率高。
10.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，
上述第二密封层还含有填充物，该填充物具有比上述第三透明树脂的折射率高的折射率，
上述填充物以随着离上述光轴的距离增大而重量组成比变高的方式分散配置在上述第二密封层内。
11.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于，
上述第三透明树脂的上述折射率为上述第一透明树脂的折射率以上。
12.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于，
上述填充物是二氧化锆、氧化钛、钛酸钾中的任一种。
13.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，
在上述成型体中分散有反射性填充物。
14.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，
上述第一密封层覆盖上述接合线。
15.一种发光装置，其特征在于，具备：
发光元件，具有第一面及上述第一面相反侧的第二面，放射光的光轴相对于上述第二面垂直；
成型体，具有配设上述发光元件的上述第一面侧的凹部；
第一密封层，在上述凹部内覆盖上述发光元件，含有第一透明树脂和荧光体粒子；
聚光透镜，上表面具有凸部；以及
粘接树脂层，粘接上述第一密封层的上表面和上述聚光透镜的下表面，具有比上述第一透明树脂的折射率高的折射率。
16.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，
上述聚光透镜的下表面朝向下方为凸。
17.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，
上述粘接树脂层含有填充物，该填充物具有比上述第一透明树脂的上述折射率高的折射率。
18.根据权利要求17所述的发光装置，其特征在于，
上述填充物是二氧化锆、氧化钛、钛酸钾中的任一种。
19.根据权利要求17所述的发光装置，其特征在于，
上述粘接树脂层含有上述第一透明树脂。
20.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，
在上述成型体中分散有反射性填充物。
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