CN102543982A - 发光装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光面积小且光的取出效率高的发光装置及其制造方法。使板状光学层隔着未固化的透明材料重叠于在基板上隔开间隙地配置的多个发光元件上，所述板状光学层比将多个发光元件的上表面组合起来的尺寸大且在间隙的位置具备预定的控制结构。此时，通过未固化的透明材料的表面张力，在多个发光元件的间隙的位置形成从发光元件的侧面朝向板状光学层的控制结构的倾斜面。然后，使透明材料层固化。由此，能够利用透明材料层的倾斜面反射来自发光元件的光，形成腔室。

Description

发光装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及利用波长变换层变换来自发光元件的光的发光装置及其制造方法。

背景技术

公知有利用荧光体将来自发光元件的光的一部分变换成不同波长的光并与来自发光元件的光混合而射出的发光装置。例如公知有在杯体内配置发光元件并用含荧光体树脂填充杯体内的结构、及用含荧光体树脂层仅覆盖杯体的开口部的结构。另外，还公知有用含荧光体树脂层覆盖发光元件的周围的结构。

另一方面，在用透镜或反射镜等光学系统控制来自发光装置(光源)的出射光的光学装置中，为了利用小型的光学系统有效地利用光，期望使用发光面积小的发光装置(光源)。

专利文献1中，公开了如下结构：通过用光反射性的填充物质充满腔室内的底部，从而在开口小的腔室内利用填充物质的上表面形成弯曲的反射面。

专利文献2中，公开了如下结构：在发光元件的上表面搭载波长变换层，用反射部件覆盖发光元件和波长变换层的侧面。通过用反射部件覆盖发光元件和波长变换层的侧面，能够利用侧面反射发光元件和波长变换层的要向侧面方向放射的光，使其从上面射出，因此能够减小发光面积，能够提高正面方向的亮度。

专利文献3的图15中，公开了如下结构：在具有开口的壳体内，以预定间隔排列多个发光元件，在发光元件的上表面搭载波长变换材料，用扩散层覆盖开口。另外，专利文献3的图16中，公开了用波长变换层覆盖开口的结构。

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2004-40099号公报

【专利文献2】日本特开2009-218274号公报

【专利文献3】日本特开2008-507850号公报

如专利文献1和3所示，在将发光元件配置于腔室或壳体的开口内的结构中，腔室的开口部成为发光面。因此，发光面的尺寸由能够加工的腔室的大小决定，而制作小的腔室并不容易。

另一方面，专利文献2所记载的、将反射部件以成为垂直壁的方式配置于发光元件和波长变换层的侧面的结构，通过反射部件反射从元件或波长变换层的侧面射出的光，来减小发光面，提高正面亮度。但是，在发光元件的侧面上由反射部件反射出的光返回至发光元件的内部，被发光元件的半导体层吸收。因此，存在发光的全光束量下降的问题。

发明内容

本发明的目的是提供发光面积小且光的取出效率高的发光装置。

为了实现上述目的，根据本发明的第1方式，提供以下的发光装置。即，该发光装置具有：基板；在该基板上隔开间隔地安装的多个发光元件；透明材料层，其配置在发光元件上，供发光元件发出的光的至少一部分透过；搭载于透明材料层上的板状光学层。板状光学层比将多个发光元件的上表面组合起来的尺寸大，透明材料层在相邻的所述发光元件的间隙的位置具有从发光元件的侧面朝向板状光学层的下表面的倾斜面。在板状光学层的下表面，在相邻的发光元件的间隙的位置具备用于控制透明材料层的倾斜面的形状的倾斜面控制结构。

作为倾斜面控制结构，能够使用在板状光学层的下表面设置的凸部或槽。

透明材料层的倾斜面例如形成为将发光元件的侧面和凸部的下端连接起来的面。此时倾斜面还能够形成为朝向发光元件弯曲。

凸部的高度例如设定为发光元件的上部处的透明材料层的厚度以下。

透明材料层也可以还具有从板状光学层的外周侧的多个发光元件的侧面朝向板状光学层的外周的倾斜面的结构。此时，也可以在板状光学层的下表面，在沿外周的部分的至少一部分具备倾斜面控制结构。

可以在透明材料层的周围以沿倾斜面的方式配置反射材料层。

根据本发明的第2方式，提供以下这样的发光装置的制造方法。即，使板状光学层隔着未固化的透明材料重叠于在基板上隔开间隙地配置的多个发光元件上，所述板状光学层比将多个发光元件的上表面组合起来的尺寸大且在间隙的位置具备预定的控制结构。由此，通过未固化的透明材料的表面张力，形成在多个发光元件的间隙的位置具有从发光元件的侧面朝向板状光学层的控制结构的倾斜面的透明材料层。

作为预定的控制结构，例如使用在板状光学层的下表面具备的凸部或槽。通过在凸部或槽与发光元件的侧面之间形成的弯月面，能够形成倾斜面。

发明效果

根据本发明，能够使从发光元件的侧面射出的光不返回至发光元件的内部而在透明材料层的倾斜面反射，因此提高了光的取出效率。由于发光面为板状光学层的上表面，因此能够小型化。

附图说明

图1是第1实施方式的发光装置的剖视图。

图2(a)～图2(e)是表示第1实施方式的发光装置的制造工序的说明图。

图3(a)～图3(e)是表示第1实施方式的发光装置的板状光学层14的凸部140的形状例的剖视图。

图4是表示第1实施方式的凸部140的下端为在x方向上不具有宽度的形状的情况下的、含荧光体树脂层13的倾斜面的形状例的剖视图。

图5是表示第1实施方式的凸部140的下端为在x方向上具有宽度的形状的情况下的、含荧光体树脂层13的倾斜面的形状例的剖视图。

图6是表示第1实施方式的凸部140的高度比发光元件11的上部的含荧光体树脂层13的厚度小的情况下的、含荧光体树脂层13的倾斜面的形状例的剖视图。

图7是表示第1实施方式的凸部140的高度与发光元件11的上部的含荧光体树脂层13的厚度相等的情况下的、含荧光体树脂层13的倾斜面的形状例的剖视图。

图8是表示第1实施方式的凸部140的高度比发光元件11的上部的含荧光体树脂层13的厚度大的情况下的、含荧光体树脂层13的倾斜面的形状例的剖视图。

图9(a)～图9(d)是表示第2实施方式的发光装置的板状光学层14的槽141的形状例的剖视图。

标号说明

10…辅助安装基板、11…发光元件、12…凸点(bump)、13…含荧光体树脂层、14…板状光学层、15…反射材料层、16…外框、130…倾斜面、140…凸部、141…槽

具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式的发光装置进行说明。

(第1实施方式)

图1中示出第1实施方式的发光装置的剖视图。该发光装置在接近发光元件侧面的位置具备用于取出光的反射面。

具体地说，在上表面形成有配线的辅助安装基板10上，以预定间隔搭载有倒装片类型的多个发光元件11。图1中，为了图示方便，示出了2个发光元件11的情况，但也能够配置3个以上的发光元件11。发光元件11通过多个凸点12安装于辅助安装基板10。在发光元件11的上表面搭载有含荧光体树脂层13。

在含荧光体树脂层13上，搭载有覆盖多个发光元件整体的大小的板状光学层14。在板状光学层14的下表面具备用于控制未固化的含荧光体树脂层13的弯月面(meniscus)的弯月面控制结构。第1实施方式中，具备凸部140作为弯月面控制结构。

在将多个发光元件11的排列方向如图1所示设为x、将排列的宽度方向设为y、将高度方向设为z时，凸部140在x方向上配置于相邻的发光元件11的间隙的中央。另外，在y方向上，凸部140(在与发光元件11的边相同或大于发光元件11的边的范围)配置成线状。对于凸部140的高度z，优选为发光元件11的上部的含荧光体树脂层13的厚度以下。关于凸部140的形状在后面详细说明。

此外，凸部140不仅配置在相邻的发光元件11之间，还能够沿板状光学层14的端部(下表面的外缘)配置。

在发光元件11的外侧配置有框体16，发光元件11与框体16之间的空间由反射材料层15填充。反射材料层15覆盖发光元件11、含荧光体树脂层13和板状光学层14的外周侧面。另外，反射材料层15还以填埋凸点12之间的方式填充发光元件11的底面与基板10的上表面之间的空间。

含荧光体树脂层13是将荧光体(例如YAG(钇铝石榴石)荧光体)分散于相对于发光元件11的发光和荧光透明的树脂(例如有机硅树脂)的树脂层，所述荧光体被发光元件11发出的光激励而发出预定波长的荧光。含荧光体树脂层13也可以为除了含有荧光体以外还含有预定粒径的珠子(beads)、扩散材料等的结构。珠子例如夹在发光元件11的上表面与板状光学层14之间而起到分隔件的作用，用于决定含荧光体树脂层13的膜厚。

板状光学层14使用相对于发光元件11的发光和荧光透明的材料。或者，作为板状光学层14，还能够使用被发光元件11的发光激励而发出预定波长的荧光的荧光体板、荧光陶瓷及荧光玻璃。

反射材料层15由非导电性且反射率高的材料、例如使氧化钛或氧化锌等反射性的填充物分散而成的树脂形成。框体16例如采用陶瓷环。

辅助安装基板10例如使用形成有Au等配线图案的AlN陶瓷制成的基板。作为凸点12，例如使用Au凸点。作为发光元件11，准备射出期望的波长光的发光元件。例如，使用发出蓝色光的发光元件。

根据图1的结构，在形成含荧光体树脂层13时，如后述的制造工序那样将未固化的含荧光体树脂夹在发光元件11与板状光学层14之间，由此，利用未固化的含荧光体树脂的表面张力，从发光元件11的侧面朝向板状光学层14的端部形成弯月面，从而能够形成具有倾斜的侧面的含荧光体树脂层13。另外，通过在板状光学层14设置凸部140，在相邻的发光元件11的间隙中，也利用未固化的含荧光体树脂的表面张力从发光元件11的侧面朝向凸部140的下端形成弯月面，含荧光体树脂层13在发光元件11的间隙处形成弯曲面。由此，含荧光体树脂层13形成为具有以分别包围多个发光元件130的方式倾斜的侧面(以下称为倾斜面)130的形状。

另外，在含荧光体树脂层13的周围，通过填充未固化的反射材料层15，能够形成具有沿倾斜面130的形状的形状的反射材料层15。另外，能够在发光元件11的下部的凸点12的间隙中也填充反射材料层15。

本发光装置中，如图1那样从发光元件11的上表面向上方射出的光透过含荧光体树脂层13。此时，一部分的光被荧光体吸收，发出荧光。发光元件11的出射光和荧光透过板状光学层14而在板状光学层14从上表面(发光面)射出。

从发光元件11的侧面射出的光入射至含荧光体树脂层13，并被反射材料层15与含荧光体树脂层13的边界的倾斜面130向上方反射，通过板状光学层14而从上表面射出。由此，从发光元件11的侧面射出的光的大部分不返回到发光元件11的内部，因此不被发光元件11吸收。另外，由于从发光元件11的侧面至反射材料层15的距离短，因此也几乎不会受到含荧光体树脂层13的吸收的影响。

从发光元件11的下表面射出的光在发光元件11的底面被反射材料层15反射而朝向上方，通过含荧光体树脂层13和板状光学层14而从上表面射出。

这样，图1的发光装置为以预定间隔排列配置多个发光元件11的结构，但从各个发光元件11射出的光能够被接近各发光元件11的侧面的周围地形成的倾斜面130反射而从上方射出。即，由于在各个发光元件11的周围通过倾斜面130形成腔室，因此能够提高光从上方的取出效率。特别是从发光元件11的侧面射出的光的大部分不会返回到发光元件11的内部，以较短的距离通过含荧光体树脂层13后，被反射材料层15反射而朝向上方，因此提高了光的取出效率。

另外，在相邻的发光元件11之间也形成有含荧光体树脂层13的倾斜面130，因此相邻的发光元件11之间的含荧光体树脂层13的容积较小。因此，与没有倾斜面130的情况相比较，在相邻的发光元件11之间荧光的比例不会增加，是排列配置多个发光元件11的发光元件，并能够减少色相不均。

由倾斜面130形成的腔室的直径较小，因此能够减小发光面积，从而提供小型的发光装置。因此，与透镜等其他光学元件的结合效率得以提高。

而且，通过在发光元件11的底面侧也用反射材料层15进行填充，能够防止在发光元件11的底面与基板10的上表面之间光反复反射而衰减，因此能够提高光向上方的取出效率。

此外，倾斜面130的形状优选为如图1那样朝向发光元件的内侧凸起的曲面且其曲率为5以下的情况。

另外，倾斜面130的下端不必如图1那样与发光元件11的底面为相同高度，至少位于发光元件11的侧面即可。另外，优选发光元件11以倒装片方式安装于基板10。这是由于，在以倒装片方式安装的情况下，发光面位于发光元件的靠近底面的位置，因此能够最充分地利用倾斜面130的反射。

接着，使用图2(a)～图2(e)对本实施方式的发光装置的制造方法进行说明。首先，如图2(a)那样，在辅助安装基板10的上表面的配线图案上，以预定间隔搭载多个倒装片类型的发光元件11，并使用凸点12进行安装。

如图2(b)那样，利用分配器等向发光元件11的上表面灌封(滴下)适量的使荧光体分散后的树脂(未固化)13’，并搭载比多个发光元件11的上表面整体稍大的板状光学层14。由此，如图2(c)那样未固化的树脂13’覆盖发光元件的侧面的至少一部分并保持表面张力，从而形成将发光元件11的侧面和板状光学层14的下表面连接起来的倾斜面130。另外，在相邻的发光元件11的间隙中也形成将发光元件11的侧面和凸部140连接起来的弯月面。由此在发光元件11的间隙中也形成倾斜面130。

通过预定固化处理使树脂13’固化，形成含荧光体树脂层13。此外，若在之后的工序中不改变含荧光体树脂层13的形状，则也可以不使其完全固化，而使其在半固化的条件下固化。

接着，如图2(d)那样，利用树脂等将框体16粘接于基板10上表面。如图2(e)那样，在发光元件11、含荧光体树脂层13及板状光学层14、与框体16之间，利用分配器等注入反射材料(未固化)。此时，在发光元件11的下部的凸点12的周围也以充分填充的方式注入反射材料。另外，在含荧光体树脂层13的倾斜面130和板状光学层14的侧面，以没有间隙地紧贴的方式填充反射材料(未固化)。由此，能够形成具有沿着含荧光体树脂层13的倾斜面130的形状的倾斜面的反射材料层15。最后，通过预定的固化处理使反射材料固化，形成反射材料层15。如以上所述，制造本实施方式的发光装置。

此外，板状光学层14也可以为在上表面和下表面中的任一表面上、或两表面上设置粗面而产生光散射的结构。但是，在将板状光学层14的上表面形成为粗面的情况下，优选调整用于设置粗面的区域的尺寸、粗面的粗糙度、构成粗面的凹凸的形状和密度等，以避免在形成含荧光体树脂层13及反射材料层15的工序中未固化树脂蔓延到板状光学层14的上表面上来。

本实施方式中，通过在板状光学层14的下表面形成凸部140，从而能够利用未固化的含荧光体树脂13’的表面张力，在相邻的发光元件11之间形成倾斜面130。此时，通过设定凸部140的形状及高度，从而能够改变倾斜面130的形状。

图3(a)～图3(e)中表示本实施方式的凸部140的例子。图3(a)～图3(e)是凸部140的剖视图(xz面)。图3(a)的凸部是向内侧弯曲的三角形状，图3(b)～图3(e)分别是截面为三角形、半圆形、长方形及梯形的凸部的例子。

凸部140包括：如图3(a)、图3(b)、图3(c)那样下端在x方向(发光元件11的排列方向)上不具有宽度的形状的凸部；和如图3(d)、图3(e)那样下端在x方向上具有宽度的形状的凸部。在为下端在x方向上不具有宽度的形状(图3(a)、图3(b)、图3(c))的情况下，如图4那样，在含荧光体树脂层13内，凸部140占据的容积小，能够减少从上部观察板状光学层14时的非发光面积。特别是对于如图3(a)那样侧面向内侧弯曲的形状的凸部140，容积特别小，在减小非发光面积的方面是优选的。

另一方面，在为下端在x方向上具有宽度的形状(图3(d)、图3(e))的情况下，如图5那样，凸部140具有下端的两侧的角部，未固化的含荧光体树脂13’在该角部和发光元件之间通过表面张力形成弯月面。因此，具有如下优点：在比凸部140的下端靠下侧的位置难以形成倾斜面(弯月面)，能够比较容易地形成将发光元件和凸部140连接起来的倾斜面130。

凸部140的x方向的位置为发光元件11的间隙的中央。凸部140的x方向的宽度越小，则越能够增大发光面积，故而优选。凸部140的x方向的宽度优选为相邻的发光元件11的间隙(x方向)的20％左右。另外，考虑到发光元件11和板状光学层14在制造时的对位误差，凸部140的x方向的宽度即便增大，也优选为发光元件11的间隙的80％以下。

如图6和图7所示，凸部140的z方向的高度优选为发光元件11的上部的含荧光体树脂层13的膜厚t以下。如图8所示，凸部140的高度超过膜厚t时，含荧光体树脂层13的在发光元件11的间隙处的膜厚比发光元件11的上部处的膜厚t厚，因此发光元件11的间隙的发光色容易接近荧光色。因此，为了抑制色相不均，优选凸部140的高度为含荧光体树脂层13的膜厚t以下。

凸部140的z方向的高度如果为在比未固化的含荧光体树脂靠凸部140的下端的位置形成有弯月面的高度，则越小越好。形成弯月面的最小的高度根据使用的未固化的含荧光体树脂的粘度、含荧光体树脂的相对于板状光学层14和发光元件11的润湿性而不同，不过，作为一例，设定为发光元件11的上部的膜厚t的1/3左右。

另外，为了在凸部140的下端形成弯月面，优选在图2(b)、图2(c)的制造工序中调节夹在发光元件11与板状光学层14之间的未固化的含荧光体树脂的量。含荧光体树脂的量过多，则容易超过凸部140的下端而在比下端靠下侧的位置形成弯月面。另一方面，这是由于，含荧光体树脂的量过少，则难以形成将凸部140的下端和发光元件11连接起来的弯月面。

这样，第1实施方式中，通过在板状光学层14的下表面配置凸部140作为弯月面控制结构，从而能够在形成含荧光体树脂层时，容易地形成将凸部140的下端和发光元件11的侧面连接起来的弯月面结构。因此，在发光元件11之间也能够形成倾斜面，能够减少相邻的发光元件11的间隙的色相不均。另外，通过将凸部140的形状设计为期望的形状，能够使含荧光体树脂层13的侧面形成为期望的倾斜角的倾斜面130。

此外，也能够取代含荧光体树脂层13，利用不含有荧光体的树脂层、或不是树脂材料的材料形成层。该情况下，若是在未固化的状态下产生表面张力的液体材料，则也能够与本实施方式同样地形成具有倾斜面的层。

(第2实施方式)

第2实施方式中，作为弯月面控制结构，在板状光学层14的下表面设置槽141。图9(a)～图9(d)中示出板状光学层14的结构例。图9(a)～图9(d)所示的例子中，在板状光学层14的下表面设置有截面形状为长方形、三角形、倒梯形、梯形的槽。

这样，在板状光学层14的下表面设置槽141的情况下，未固化的含荧光体树脂的润湿扩散在槽141的开口的角部停止。由此，在图2(c)的工序中能够形成将发光元件11的侧面和槽141的开口的角部连接起来的弯月面。

关于槽141的x和y方向的配置，与第1实施方式的凸部140相同。关于其他结构和制造方法，也与第1实施方式相同，因此省略说明。

此外，在第1实施方式的制造方法中，在图2(b)的工序中向发光元件11的上表面灌封未固化的含荧光体树脂13’，但本实施方式的制造方法不限于此。例如，也可以在板状光学层14的下表面涂敷含荧光体树脂13’。另外，也能够在发光元件11的上表面和板状光学层14的下表面双方上涂敷含荧光体树脂13’。

第1和第2实施方式的发光装置中，能够使含荧光体树脂层13在多个发光元件11的间隙中弯曲成弯月面形状而形成倾斜面130，因此能够防止从多个发光元件11的间隙射出的光接近荧光色。因而，能够防止在多个发光元件11之间的区域产生亮度不均。

Claims (11)

1.一种发光装置，其特征在于，

该发光装置具有：基板；在该基板上隔开间隔地安装的多个发光元件；透明材料层，其配置在所述发光元件上，供所述发光元件发出的光的至少一部分透过；以及搭载在所述透明材料层上的板状光学层，

所述板状光学层比将所述多个发光元件的上表面组合起来的尺寸大，

所述透明材料层在相邻的所述发光元件的间隙的位置具有从所述发光元件的侧面朝向所述板状光学层的下表面的倾斜面，

在所述板状光学层的下表面，在相邻的所述发光元件的间隙的位置具备用于控制所述透明材料层的所述倾斜面的形状的倾斜面控制结构。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述倾斜面控制结构为在所述板状光学层的下表面设置的凸部。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述倾斜面控制结构为在所述板状光学层的下表面设置的槽。

4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，

所述透明材料层的倾斜面为将所述发光元件的侧面和所述凸部的下端连接起来的面。

5.根据权利要求2或4所述的发光装置，其特征在于，

所述凸部的高度为所述发光元件的上部处的所述透明材料层的厚度以下。

6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述倾斜面朝向发光元件弯曲。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述透明材料层还具有从所述板状光学层的外周侧的所述多个发光元件的侧面朝向所述板状光学层的外周的倾斜面。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，

在所述板状光学层的下表面，在沿外周的部分的至少一部分具备所述倾斜面控制结构。

9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

在所述透明材料层的周围以沿所述倾斜面的方式配置有反射材料层。

10.一种发光装置的制造方法，其特征在于，

具有如下这样的工序：使板状光学层隔着未固化的透明材料重叠于在基板上隔开间隙地配置的多个发光元件上，所述板状光学层比将所述多个发光元件的上表面组合起来的尺寸大且在所述间隙的位置具备预定的控制结构，由此，通过所述未固化的透明材料的表面张力形成透明材料层，该透明材料层在所述多个发光元件的间隙的位置具有从所述发光元件的侧面朝向所述板状光学层的所述控制结构的倾斜面。

11.根据权利要求10所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

所述预定的控制结构是在所述板状光学层的下表面设置的凸部或槽，通过在所述凸部或槽与所述发光元件的侧面之间形成的弯月面，形成所述倾斜面。

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