CN102598321A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光装置(1)，其具备：基板(2)、设于基板(2)上的一对电极层(3)、与一对电极层(3)隔开空间地安装于一对电极层(3)之间并与一对电极层(3)电连接的发光元件(4)、以平面透视时从一对电极层(3)的一侧到另一侧重叠的方式设置的一对反射层(5)。另外，发光装置(1)的一对反射层(5)以与发光元件(4)隔开空间并夹持发光元件(4)的方式设置。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及包含发光元件的发光装置。
背景技术
近年来，具有包含发光元件的光源的发光装置的开发正在推进。具有发光元件的发光装置涉及消耗电力或产品寿命而被关注。具有该发光元件的发光装置例如在住宅用照明领域等中，要求选择性地放射多色温度的光的功能。
另外，作为发光装置有使从发光元件发出的光反射并向外部取出的装置(例如，日本特开2007-201171号公报)。发光装置要求提高从发光装置取出的光的发光效率。
发明内容
本发明一实施方式的发光装置具备：基板、设于所述基板上的一对电极层、与该一对电极层隔开空间地安装于所述一对电极层之间并与所述一对电极层电连接的发光元件、以平面透视时从所述一对电极层的一侧到另一侧重叠的方式设置的一对反射层。另外，在发光装置中，所述一对反射层以与所述发光元件隔开空间地夹着所述发光元件的方式设置。
附图说明
图1是表示本实施方式的发光装置概况的概况立体图；
图2是本实施方式的发光装置的俯视图；
图3是沿着图2所示的X-X′的发光装置的剖面图；
图4是沿着图2所示的Y-Y′的发光装置的剖面图；
图5是对本实施方式的发光装置的制造方法进行说明的俯视图；
图6是对本实施方式的发光装置的制造方法进行说明的俯视图；
图7是对本实施方式的发光装置的制造方法进行说明的俯视图；
图8是对本实施方式的发光装置的制造方法进行说明的俯视图；
图9是表示一变形例的发光装置概况的概况立体图；
图10是表示一变形例的发光装置概况的概况立体图；
图11是图10所示的发光装置的剖面图，与图3的剖面图相当。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的发光装置的实施方式进行说明。需要说明的是，本发明不限定于下面的实施方式。
(发光装置的构成)
本实施方式的发光装置1包含：基板2、设于基板2上的一对电极层3、与电极层3电连接的发光元件4、设于基板2上的一对反射层5。发光元件4例如为发光二极管，通过空穴与使用了半导体的pn结中的电子再结合来向外部放出激励光。
基板2具有安装发光元件4的安装区域R1。基板2为绝缘性的基板，例如由氧化铝、氧化钛、氧化锆或氧化钇等的烧结体或多孔质材料构成。基板2由多孔质材料构成的情况下，基板2的表面形成许多微小的孔。于是，从发光元件4发出的激励光照射于基板2的表面并扩散反射。通过将发光元件4发出的激励光扩散反射而向多方向放射，可以抑制从发光元件4发出的激励光在特定部位集中。
另外，基板2可以由例如氧化铝、模来石或玻璃陶瓷等陶瓷材料、或混合这些材料中的多种材料的复合材料构成。另外，基板2可以使用使金属氧化物微粒子分散的高分子树脂。需要说明的是，基板2的导热系数设定为例如1[W/m·K]以上250[W/m·K]以下。
另外，如图3所示，基板2形成有将基板2的上表面及下表面电连接的贯通导体6。贯通导体6例如由钨、钼、锰或铜等导电材料构成。贯通导体6例如通过在形成有贯通孔的基板2的上表面以规定图案印刷在钨等粉末中添加有机溶剂得到的金属浆料而得到。在露出基板2内外的贯通导体6的表面，为了防止氧化而粘附有镍或金等镀金层。
贯通导体6的一部分延伸到基板2的上表面及下表面。延伸到基板2的上表面的一部分作为一对电极层3发挥作用。
电极层3形成于基板2的上表面。基板2具有形成电极层3的端部区域R2。电极层3将安装区域R1夹在中间地形成于基板2的端部区域R2上。电极层3例如由钨、钼、锰或铜等导电材料构成。另外，电极层3的导热系数设定为例如100[W/m·K]以上400[W/m·K]以下。
电极层3具有朝向发光元件4延伸的延伸部3a。而且，与安装区域R1隔开空间地形成电极层3。如后述，延伸部3a经由键合线与安装于安装区域R1的发光元件4电连接。发光元件4本身发光时产生热，但通过在安装区域R1附近形成导热系数优异的延伸部3a，抑制热在基板2的局部集中，同时使热扩散，可以有效地抑制在基板2上产生裂纹。
在电极层3上形成有露出延伸部3a的一部分的粘接层7。电极层3端部的一部分被粘接层7覆盖。粘接层7从电极层3的上表面经由电极层3的侧面形成至基板2的上表面。粘接层7具备抑制电极层3剥离的功能。通过粘接层7覆盖电极层3的端部，可以抑制电极层3的端部从基板2剥离。另外，粘接层7具备使电极层3和反射层5的粘接性良好的功能。粘接层7例如包括：由透光性的无机材料构成的玻璃、环氧树脂、丙烯酸树脂或硅酮树脂等透光性的有机材料。
另外，粘接层7也可以含有氧化铝、氧化钛、氧化钇或氧化锆等无机粒子，也可以形成有多个气泡。通过在粘接层7内含有无机粒子或气泡，来自发光元件4的光或从波长转换部8的荧光体放射的光被粘接层7包含的无机粒子或气泡反射，可以作为从发光装置1放射的光使用。尤其是来自发光元件4的光，由于被粘接层7包含的无机粒子或气泡反射而难以被电极层3吸收，因此在波长转换部8进行波长转换的光变多，发光装置1的光输出显著增强。
粘接层7具有露出延伸部3a上表面的一部分的切口7a。发光元件4经由键合线(无符号)与从切口7a露出的电极层3的一部分即延伸部3a电连接。在连接键合线的延伸部3a周围的粘接层7上设置有切口7a，使延伸部3a的一部分露出，由此，从发光元件4或波长转换部8放射的光的一部分被在切口7a露出的延伸部3a向基板2的反方向反射，因此难以入射到连接键合线的延伸部3a周围的粘接层7。该结果是，可以在粘接层7的内部将光封闭，抑制在粘接层7内部引起扩散反射，或抑制产生因各部件的反射率而造成的光损失，可以增强在波长转换部8进行波长转换的来自发光元件4的光。而且，发光元件4发出的光在利用键合线连接部周围的切口7a而露出的延伸部3a扩散反射。
另外，在键合线的连接部周围扩散反射的光，从键合线周围的各个方向照射键合线。如果不存在露出延伸部3a的上表面的一部分的切口7a，则当来自发光元件4的光照射到发光装置1的外部时，键合线的光吸收产生的影子会映在照射面上，有可能在照射面上形成亮的部位及暗的部位而产生照射不匀。但是，通过设置露出延伸部3a的上表面的一部分的切口7a，可以抑制照射不匀的产生。即，可以减弱照射面的照射强度的不匀，具体地讲，来自发光元件4的光或从波长转换部8的荧光体放射的光被利用切口7a而露出的延伸部3a扩散反射，由此，键合线被所扩散反射的光从周围的各个方向照射，从而可以减弱键合线的影子，能够对照射面均匀地照射。
尤其是在从发光元件4放射的光的波长比蓝色光的波长短、键合线由金构成的情况下，由于金对于波长比蓝色光波长短的光的反射率急剧降低，因此在键合线的光损失的影响大。所以，使发光装置1驱动时产生的照射面的照射强度不匀，具体地讲，因键合线的影子而产生的照射不匀清晰地显现。因此，本发明的发光装置1在从发光元件4放射的光的波长比包含蓝色光的光的波长短、键合线由金构成的情况下，尤其能够减弱照射面的照射强度的不均，可以对照射面均匀地照射。
粘接层7的一部分介设于电极层3和反射层5之间。通过粘接层7介设在电极层3和反射层5之间，能够良好地维持两者的粘接性。另外，粘接层7在平面透视时设于基板2的端部区域R2上，并一直设至一对反射层5彼此对向的侧面的正下方。在反射层5中，一对反射层5彼此对向的侧面的端部容易被从外部施加应力而易剥离，但通过使粘接层7介设于反射层5之间，可以抑制反射层5的剥离。
进而，粘接层7在平面透视时设于基板2的端部区域R2上，并一直设至比一对反射层5彼此对向的侧面更靠反射层5的下侧的位置。粘接层7有时会被紫外线等短波长的光切断构成粘接层7的材料的分子间键，粘接层7的粘接性或机械性强度可能恶化。因此，在利用反射层5覆盖粘接层7的部位，来自发光元件4的光或来自荧光体9的光在反射层5的表面反射而难以前进至粘接层7。另外，即使对粘接层7大量照射短波长的光、使粘接层7的恶化有所发展，也会由于粘接层7的端部被反射层5覆盖而能够抑制粘接层7从基板2剥离。其结果是，发光装置1可以长时间正常工作。
发光元件4经由例如树脂等安装于基板2的安装区域R1。发光元件4具有安装基板和形成于安装基板上的光半导体层。安装基板可以使用有机金属气相沉积法等化学气相沉积法或分子线外延成长法来使光半导体层成长。作为安装基板所使用的材料，可以使用例如蓝宝石、氮化镓、氮化铝、氧化锌、碳化硅、硅或二硼化锆等。另外，安装基板的厚度为例如100μm以上1000μm以下。
光半导体层由形成于安装基板上的第一半导体层、形成于第一半导体层上的发光层、形成于发光层上的第二半导体层构成。
第一半导体层、发光层及第二半导体层可以使用例如Ⅲ族氮化物半导体、磷化镓或砷化镓等Ⅲ-V族半导体、或氮化镓、氮化铝或氮化铟等Ⅲ族氮化物半导体等。另外，第一半导体层的厚度为例如1μm以上5μm以下，发光层的厚度为例如25nm以上150nm以下，第二半导体层的厚度为例如50nm以上600nm以下。另外，在这样构成的发光元件4中，可以使用发出例如370nm以上420nm以下的波长范围的激励光的元件。
反射层5以与发光元件4隔开空间并夹持发光元件4的方式形成。反射层5具备对发光元件4发出的激励光进行反射的功能或对从波长转换部8含有的荧光体放射的光进行反射的功能。反射层5可以使用在例如环氧树脂、丙烯酸树脂或硅酮树脂等透光性树脂或透光性的玻璃等中含有由氧化铝、氧化钛、氧化钇或氧化锆等构成的金属氧化物粒子的物质。另外，反射层5的导热系数设定为例如1[W/m·K]以上12[W/m·K]以下。反射层5的厚度设定为例如0.1mm以上1mm以下，且设定得比发光元件4的厚度厚。反射层5的厚度设定得比发光元件4的厚度厚0.1mm～0.9mm。
反射层5设定得比发光元件4的厚度厚并且以与发光元件4的一对侧面对向的方式设定，由此能够反射从发光元件4发出的激励光并使之朝向后述的波长转换部8前进。
由于反射层5的厚度形成得比发光元件4的厚度厚，因此可以将从发光元件4向斜上方前进的激励光有效地扩散反射。而且，可以抑制从发光元件4发出的光在特定部位集中。
另外，对于反射层5而言，平面透视时，一对对向的反射层5的侧面沿着电连接一对电极层3和发光元件4的键合线配置。在平面透视下处于与键合线重叠位置的荧光体9不易被来自发光元件4的光照射。于是，通过在平面透视下沿着键合线配置一对对向的反射层5的侧面，来自发光元件4的光能够在反射层5的侧面扩散反射而照射键合线。键合线经由反射层5的侧面从各个方向照射发光元件4的光，由此，来自发光元件4的光照射于位于连结发光元件4和键合线的直线上的荧光体9，从而使被来自发光元件4的光激励的荧光体9增加，并且发光装置1的光输出增强。
当在平面透视下一对对向的反射层5的侧面不是沿着电连接一对电极层3和发光元件4的键合线配置时，在反射层5的侧面扩散反射的发光元件4的光不会以发光元件4为中心对称地照射于一对键合线，从而难以以发光元件4为中心对称地照射位于连结发光元件4和键合线的直线上的荧光体9。其结果是，被来自发光元件4的光激励的荧光体的量产生不匀，在发光装置1的照射面上，照度分布变得不一样，可能产生色偏差。
反射层5以平面透视时从一对电极层3的一侧到另一侧重叠的方式设置。发光元件4进行自发光的同时产生的热的一部分经由电极层3传送到反射层5。反射层5从形成有电极层3的基板2的一端直到另一端以带状宽幅形成，由此能够容易地将发光元件4产生的热传送到基板2的整体，能够抑制热在基板2的局部集中，有效地抑制在基板2产生裂纹。
另外，反射层5以从一对电极层3的一侧到另一侧重叠的方式设置，由此能够将分别传送到一对电极层3的温度经由反射层5而在一对电极层3共有，从而能够缩小一对电极层3的温度差。其结果是，可以抑制基板2的上表面的温度分布差，降低基板2上的各层因热应力而引起的剥离。另外，也可以抑制在基板2产生裂纹。
波长转换部8以覆盖反射层5及发光元件4的方式设于基板2上。波长转换部8具备因从发光元件4发出的激励光而发出比激励光的波长长的可见光的功能。波长转换部8例如由硅酮树脂、丙烯酸树脂或环氧树脂等构成。而且，波长转换部8的树脂中含有发出例如430nm以上490nm以下的荧光的蓝色荧光体、发出例如500nm以上560nm以下的荧光的绿色荧光体、发出例如540nm以上600nm以下的荧光的黄色荧光体、发出例如590nm以上700nm以下的荧光的红色荧光体等的荧光体9。荧光体9均匀地分散于波长转换部8中。
使用例如浇注法在基板2的上表面滴下构成波长转换部8的材料，从而在基板2上将波长转换部8设计形成穹顶形状。如图3或图4所示，波长转换部8的厚度被设定为例如0.3mm以上10mm以下，且发光元件4的正上方厚度最大。通过将波长转换部8设计成穹顶形状，能够将由来自发光元件4的激励光激励的光量调节为一样，可以抑制波长转换部8的亮度不均。
另外，波长转换部8的一部分填充于一对反射层5之间的间隙中。通过波长转换部8的一部分进入到一对反射层5之间的间隙并固化，能够使波长转换部8和基板2的粘接力增强。
根据本实施方式，发光元件4发出的激励光在反射层5被反射并朝向波长转换部8整体照射，由此可以增强波长转换部8的波长转换效率，增强发光装置1的发光效率。
另外，能够使激励光照射于波长转换部8的整体，能够将在波长转换部8内激励荧光体的量调节为平面观察下在波长转换部8的整面大致均匀。其结果是，能够使从波长转换部8取出的光的均匀性增强。
此外，被波长转换部8含有的荧光体9向基板2的方向反射的光在反射层5扩散反射并再次照射荧光体9。其结果是，由于被来自发光元件4的光激励的荧光体9增加并且从荧光体9放射的光增加，因此发光装置1的光输出增强。
(变形例)
需要说明的是，本发明不限定于上述方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变更、改良等。以下对本实施方式的变形例进行说明。对本实施方式的变形例的发光装置中与本实施方式的发光装置1相同的部分标记同一符号并适当省略说明。
(变形例1)
在上述实施方式中，以只露出电极层3的延伸部3a的一部分的方式形成有粘接层7，但不限于此，例如，如图9所示，也可以以覆盖基板2上表面的未形成有电极层3的区域的大部分的方式形成粘接层7x。
在此，如图9所示，以在基板2上露出与电极层3的延伸部3a的正上方对应的部位的方式设置具有一对贯通孔H的粘接层7x。基板2的安装区域R1由粘接层7x覆盖。而且，发光元件4经由粘接材料连接于粘附在安装区域R1的粘接层7x上，所述粘接材料含有例如氧化铝、氧化钛、氧化钇或氧化锆等导热性优异的无机粒子。从贯通孔H露出作为电极层3的一部分的延伸部3a。发光元件4经由键合线与延伸部3a电连接。
粘接层7x除了延伸部3a的一部分设于基板2及电极层3上，因此能够增强基板2和反射层5的粘接性。另外，由于粘接层7x内含有无机粒子，因此发光元件4发出的光被粘接层7x向上方反射，能够显著增强发光装置1的光输出。
(变形例2)
在上述实施方式中将基板2设为长方体形状，但不限于此。例如，如图10或图11所示，也可以是在基板2x的上表面的一部分设置切口2a的构造。
如图10所示，也可以使用在位于一对电极层3之间的基板2x的上表面具有沿平面方向开槽的切口2a的基板2x。发光元件4经由例如含有氧化铝、氧化钛、氧化钇或氧化锆等导热性优异的无机粒子的粘接材料或银浆料而连接于基板2x的切口2a内。
在该例中，形成有电极层3的基板2x的上表面与安装有发光元件4的基板2x的切口2a的上表面的高度位置不同。安装有发光元件4的基板2x的切口2a的上表面设定得比形成有电极层3的基板2x的上表面低。
发光元件4经由例如含有金属粒子的、具有导电性的银浆料等粘接材料连接于基板2x的切口2a的上表面。如果基板2x上不存在切口2a，则导电性的粘接材料有时会漏出并扩展并粘附在一对电极层3的延伸部3a上。当一对电极层3的延伸部3a经由导电性的粘接材料连接时，一对电极层3的延伸部3a电短路，发光装置1可能不能正常工作。因此，在安装有发光元件4的部位设置切口2a，可以有效地抑制一对电极层3的延伸部3a电短路。
(发光装置的制造方法)
在此，对图1或图2所示的发光装置的制造方法进行说明。图5至图8是用于说明发光装置的制造方法的俯视图。
首先，准备基板2。在基板2例如由氧化铝质烧结体构成的情况下，向氧化铝原料粉末添加混合有机粘合剂、可塑剂或溶剂等得到混合物。向基板2的模框内填充混合物并干燥后，取出烧结前的基板2。
接着，在烧结前的基板2上形成贯通孔。另外，准备钨或钼等高融点金属粉末，向该粉末添加混合有机粘合剂、可塑剂或溶剂等，得到金属浆料。而且，对具有贯通孔的基板2使用例如印刷法印刷成为一对电极层3的图案，并且在贯通孔中填充贯通导体6。此时，电极层3以在基板2的端部区域R2上形成延伸部3a的方式进行构图。而且，如图5所示，对形成有电极层3的烧结前的基板2进行烧成。
接着，如图6所示，在一对电极层3上，以露出电极层3的延伸部3a的方式使用例如丝网印刷法和溶胶—凝胶法，形成由透光性玻璃构成的粘接层7。粘接层7以覆盖除了延伸部3a的电极层3的方式形成。需要说明的是，为了消除通过溶胶—凝胶法形成的粘接层7内的气泡，也可以将烧成后的基板2加热到约1000℃左右来消除气泡。另外，粘接层7也可以使用印刷法，在规定部位涂敷含玻璃粘合剂并以约1000℃左右进行烧成而形成。
接着，如图7所示，在平面透视下从一对电极层3的一侧到另一侧，使用例如丝网印刷法形成由含有氧化铝粒子的环氧树脂构成的一对反射层5。即，反射层5从一对粘接层7的一侧到另一侧形成。此时，基板2的安装区域R1未形成有反射层5。
接着，如图8所示，在位于基板2的由一对反射层5夹持的区域的安装区域R1上，经由例如银浆料来安装发光元件4。而且，将发光元件4和电极层3的延伸部3a经由例如由金构成的键合线电连接。
接着，准备波长转换部8。波长转换部8使用在未硬化的树脂中混合了荧光体9的物质。而且，使用例如浇注法，在俯视下对于基板2的发光元件4，从上方向下方滴下构成波长转换部8的材料。另外，波长转换部8通过构成波长转换部8的材料以形成穹顶状的方式滴下、并进而加热硬化而形成。这样，能够制作发光装置1。

Claims (6)

1.一种发光装置，其特征在于，具备：
基板、
设于所述基板上的一对电极层、
与该一对电极层隔开空间地安装于所述一对电极层之间并与所述一对电极层电连接的发光元件、
以平面透视时从所述一对电极层的一侧到另一侧重叠的方式设置的一对反射层，
其中，所述一对反射层以与所述发光元件隔开空间地夹着所述发光元件的方式设置。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
所述一对电极层具有朝向所述发光元件延伸的延伸部，将所述发光元件经由键合线与该延伸部电连接。
3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，
在所述一对电极层上设有露出所述延伸部的一部分的粘接层，所述粘接层覆盖所述电极层的端部的一部分。
4.如权利要求3所述的发光装置，其特征在于，
所述粘接层具有露出所述延伸部的一部分的切口。
5.如权利要求3或权利要求4所述的发光装置，其特征在于，
所述粘接层介设于所述电极层和所述反射层之间。
6.如权利要求1～权利要求5中任一项所述的发光装置，其特征在于，
在所述基板上，以覆盖所述反射层及所述发光元件的方式设有波长转换部。
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