CN1380704A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明的发光器件具备半导体发光元件(106)和被设计成覆盖上述发光元件的硅酮树脂(111),通过使上述硅酮树脂的硬度的JISA值为50以上,可减少在环氧树脂中有时产生的裂纹或剥离、或导线的断线等的可能性,也可改善耐气候性和耐光性。

Description

发光器件
(一)技术领域
本发明涉及发光器件，特别是涉及具有将半导体发光元件密封在树脂中的结构的发光器件。
(二)背景技术
安装了LED(发光二极管)等的半导体发光元件的发光器件作为各种指示灯、光源、平面型显示装置或液晶显示器的背照光源得到了广泛的应用。
在这些发光器件中，通常为了保护半导体发光元件免受外部气氛或机械的冲击等的影响，将其密封在树脂中来使用。
图10是例示这样的现有的发光器件的概略结构的剖面图。即，在该图中表示的发光器件是称为「表面安装型」等的器件，具有封装体(树脂管座)800、半导体发光元件802和作为密封体的环氧树脂804。
树脂管座800具有利用由热可塑性树脂构成的树脂部803对由引线框成形的一对引线805、806进行了模塑的结构，而且，在树脂部803中形成了开口部801，在其中放置了半导体发光元件802。而且，利用环氧树脂804进行了密封，使其包含半导体发光元件802。
将半导体发光元件802安装在引线806上。而且，利用导线809连接了半导体发光元件802的电极(未图示)与引线805。如果通过2条引线805、806对半导体发光元件802供给功率，则产生发光，该发光通过环氧树脂804从光取出面812取出。
(三)发明内容
但是，本发明者进行研究的结果，判明了图10中例示的那样的发光器件在可靠性或长期的稳定性方面存在改善的余地。
即，如果对这样的发光器件在-40℃～+110℃的温度范围内实施700次循环的温度循环试验，则发现了如图11中例示的那样在环氧树脂804中发生了裂纹、或在与树脂管座800的界面I上产生了剥离的现象。此外，也有在半导体发光元件802中产生「裂痕」或半导体发光元件802从安装面剥离或在导线809中产生断线的情况。
在图10中例示的那样的发光器件的情况下，作为通常的民用所要求的温度循环试验的等级为100次循环，因为即使作为车载用、其试验等级也只是300次循环，故满足了现行的要求，但为了今后以可靠性的进一步提高为目标，必须有根本的解决办法。
而且，同样的情况不限于图10中例示的那样的发光器件，在用环氧树脂密封了半导体元件的结构中，都共同地存在上述问题。
本发明者在对这些原因详细地进行了研究的结果，了解了环氧树脂804的物理性质是既硬又脆、硬化时的应力较大，再者，在与作为外围部分的热可塑性树脂的树脂部803的密接性方面也存在改善的余地。
本发明是根据对这样的课题的认识而进行的。即，其目的在于在用树脂密封了半导体发光元件的发光器件中提供减少了密封树脂的应力、使可靠性或长期的稳定性得到提高的发光器件。
为了达到上述目的，本发明的发光器件的特征在于具备：半导体发光元件；以及被设置成覆盖上述半导体发光元件的硅酮树脂，上述硅酮树脂的硬度的JISA值为50以上。
通过将这样的独特的硅酮树脂作为密封体来使用，可实现大幅度地提高了可靠性的发光器件。
此外，上述硅酮树脂的硬度的JISA值为90以下是特别合适的。
此外，可将上述硅酮树脂的硬化前的粘度定为处于100cp以上至10000cp以下的范围内。
此外，还具备连接到上述半导体发光元件上的导线，如果假定将上述硅酮树脂设置成也覆盖上述导线，则可抑制导线的断线或变形。
此外，还具备具有一对引线和填埋上述一对引线的至少一部分的树脂部的树脂管座，如果假定将上述半导体发光元件安装在上述一对引线中的一方上，则可应用于具有通用性的发光器件。
此外，如果假定上述树脂部具有开口部，在上述开口部的底部中，将上述半导体发光元件安装在上述一对引线中的一方上，在上述开口部中设置了上述硅酮树脂，则可应用于表面安装型等的各种发光器件。
在此，如果假定上述树脂部由热可塑性树脂构成，则可使用具有通用性的封装体。
此外，如果假定上述开口部的内部侧壁朝向开口端倾斜，上述树脂部含有反射上述可见光的材料，则可构成反射面来提高光取出的效率。
再有，在本申请中，所谓「硅酮树脂」，指的是具有硅原子与氧原子交替地结合了的结构作为骨架的树脂，其中，硅原子具有烷基或丙烯基等的有机基。当然，假定在「硅酮树脂」中也包含在该骨架中供给了其它的添加元素的树脂。
如以上详细地叙述的那样，按照本发明，通过使用硅酮树脂代替现有的环氧树脂作为密封半导体发光元件的树脂，可减少在现有的环氧树脂中有时产生的裂纹、剥离或导线的断线等的可能性，也可改善耐气候的性能和耐光性。
再者，按照本发明，通过在硅酮树脂中使用橡胶状的硅酮树脂，可进一步改善发光特性、可靠性和机械强度。
即，按照本发明，可提供能得到各种发光色的稳定的发光的发光器件，产业上的优点是很明显的。
(四)附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施例的发光器件的主要部分的结构的剖面图。
图2是示意性地表示本发明的发光器件的第2具体例的主要部分的结构的剖面图。
图3是示意性地表示本发明的发光器件的第3具体例的主要部分的结构的剖面图。
图4是示意性地表示本发明的发光器件的第4具体例的主要部分的结构的剖面图。
图5是示意性地表示本发明的发光器件的第5具体例的主要部分的结构的剖面图。
图6是表示本发明的第5具体例的变型例的剖面图。
图7是示意性地表示本发明的发光器件的第6具体例的主要部分的结构的剖面图。
图8是示意性地表示本发明的发光器件的第7具体例的主要部分的结构的剖面图。
图9是表示本发明的第7具体例的变型例的剖面图。
图10是表示现有的发光器件的概略结构的剖面图。
图11是表示现有的发光器件的概略结构的剖面图。
(五)具体实施方式
本发明是通过使用具有较高硬度的硅酮树脂代替现有的环氧树脂作为密封半导体发光元件的树脂，来提供可靠性或长期的稳定性得到了很大的提高的发光器件。
以下，一边参照附图，一边说明本发明的实施例。
图1是示意性地表示本发明的实施例的发光器件的主要部分的结构的剖面图。
即，该图中例示的本实施例的发光器件1A具有树脂管座100、被安装在其上的半导体发光元件106和被设计成覆盖元件106的密封体111。
树脂管座100具有由引线框形成的引线101、102和与其一体地形成的树脂部103。树脂部103在典型的情况下由热可塑性树脂构成。作为热可塑性树脂，例如是尼龙类的树脂，可使用具有非激活的结合基的树脂。
作为热可塑性树脂，例如可使用液晶聚合物(LCP)、聚苯撑硫(PPS：热可塑性塑料)、间规聚苯乙烯(SPS：结晶性聚苯乙烯)等的高耐热性树脂。此外，树脂部103的外形的平面形状，例如可作成约2.0mm×2.0mm～6.0mm×6.0mm的大致正方形或约2.0mm×3.0mm～5.0mm×7.0mm的大致长方形等。
将引线101、102配置成其各自的一端接近地相对。引线101、102的另一端彼此在相反的方向上延伸，从树脂部103导出到外部。
在树脂部103上设置了开口部105，将半导体发光元件106安装在其底面上。开口部105的平面形状例如可作成大致椭圆形或圆形等。开口部105的底面窄、上端中的开口宽，从底面到上端开口形成了反射来自发光元件106的光的倾斜的反射面104。
将发光元件106配置成偏离开口部105的底面的中心。之所以使发光元件这样地偏离中心，是为了确保键合导线的区域和为了在发光元件106的侧面附近形成反射面104以提高反射效率来实现高亮度。
利用银(Ag)膏等的粘接剂107，将发光元件106安装在开口部105的底面的引线101上。发光元件106在表面上具有电极(未图示)，利用金(Au)线等的键合导线109与引线102连接。
在此，在本发明中，使用了硅酮树脂作为充填在开口部105内的密封体111，来代替现有的环氧树脂。
即，如果将硅酮树脂与环氧树脂比较，则其脆性低，难以产生裂纹。此外，本发明的硅酮树脂与由热可塑性树脂构成的树脂部103的附着强度也强、耐湿性高、因温度应力引起的裂纹或剥离少。此外，通过充填硅酮树脂，可显著地减轻因周围的温度变化引起的对于发光元件106和Au导线109的树脂应力。
本发明者从该观点出发进一步进行研究的结果，发现了，如果在硅酮树脂中使用硬度高的「橡胶状」的硅酮树脂，则可得到良好的结果。即，作为硅酮树脂，通常众所周知的是作为JIS规格的硬度的JISA硬度值大致为30～40的树脂。这种硅酮树脂具有接近于「凝胶状」的物理性质，在物理性质方面较为柔软。以下，将该硅酮树脂称为「凝胶状硅酮树脂」。
与此不同，「橡胶状硅酮树脂」的JISA硬度大致处于50～90的范围内。顺便说一下，作为现有的发光器件的密封体材料而广泛地被使用的环氧树脂的JISA硬度大致为95左右。
本发明者独立地对「橡胶状硅酮树脂」和「凝胶状硅酮树脂」进行了比较研究的结果，得到了以下的实际知识。
(1)在图1中例示的那样的发光器件中，在将突出到引线101、102的外部的部分(称为「外引线」等)固定到在规定的区域上覆盖了焊锡的安装基板上时，大多经过被称为「回流(reflow)」的焊锡熔融的工序。但是，在凝胶状硅酮树脂的情况下，如果加热，则发生软化，有时在树脂部103的界面上产生剥离等。
与此不同，在橡胶状硅酮树脂的情况下，未见到这样的现象，即使在超过110℃的条件下，发光器件也显示出稳定的工作。
(2)由于凝胶状硅酮树脂是柔软的，故施加到发光元件106或导线109上的应力小，但另一方面存在抗外力的作用弱的缺点。即，图1中例示的那样的发光器件例如作为「表面安装型」的灯来使用，大多利用组件装置安装到安装基板等上。此时，大多在密封体111的表面上压接组件装置的吸附夹具。在使用了JISA硬度为30～40的凝胶状硅酮树脂的情况下，由于按压吸附夹具，故密封体111发生变形，伴随于此，存在导线109发生变形、断线或对发光元件106施加应力的情况。
与此不同，在使用了JISA硬度为50～90的橡胶状硅酮树脂的情况下，可防止因发光器件的筛选或组件时的筛选装置或组件装置引起的硅酮树脂的变形。
如以上(1)和(2)中已说明的那样，通过在硅酮树脂中使用橡胶状硅酮树脂，可进一步改善发光特性、可靠性和机械强度。
作为提高硅酮树脂的硬度的方法之一，可举出添加触变性赋予剂的方法。
此外，在充填硅酮树脂时，通过开口窄的喷嘴，滴到安装在树脂管座100的开口部105中的发光元件106上。其后，使其硬化来形成。此时，如果使用硬化前的粘度为100cp至10000cp的硅酮树脂，则可知不会对发光元件106或导线109施加过度的应力，可无空隙地充填在狭窄的开口部中，此外，可将硬化时的残留应力也抑制在足够低的范围内。
按照本发明者根据以上已说明的实际知识进行的一个实施例，使用硬化前的粘度为1000cp、硬化后的JISA硬度值为70的橡胶状硅酮树脂，试制图1的发光器件，在-40℃～+110℃的温度范围内实施温度循环试验时，即使在1500次循环的情况下，也完全没有产生硅酮树脂111的裂纹或剥离、发光元件106的裂痕或剥离、导线109的断线等的问题。
即，已确认，通过使用硅酮树脂、特别是橡胶状硅酮树脂，可减少在现有的环氧树脂中有时产生的裂纹或剥离、或导线的断线等的可能性。
此外，在使用了硅酮树脂的情况下，可得到能提高光的取出效率这样的效果。即，本发明者发现了在本发明中使用的硅酮树脂、特别是橡胶状硅酮树脂中也有透明的硅酮树脂的情况。这样，如果使用透明的硅酮树脂，则可提高从发光元件106发出的光的取出到外部用的效率。即，能以低成本提供明亮的发光器件。
而且，如果使用硅酮树脂，则也可得到改善对于从半导体发光元件106发出的光或从发光器件的外部侵入的光的耐久性的效果。即，在环氧树脂的情况下存在下述问题：因光的照射而产生变色，即使起初是透明的，但长时间的使用后，光透过率下降。
光的波长越短，该现象就越显著，例如，在照射紫外线的情况下，起初为透明的环氧树脂发生变色，从黄色变成茶褐色，进而变成黑色。作为其结果，有时产生光的取出效率大幅度地下降的问题。也有从发光器件的外部侵入这样的紫外线的情况。
与此不同，本发明者进行了独立的试制研究的结果，了解了，如果使用硅酮树脂则可得到极为良好的结果。即，在使用硅酮树脂的情况下，即使长时间照射紫外线等的短波长的光，也完全不产生变色等的性能恶化。即，硅酮树脂可维持起初的透明的状态。作为其结果，可实现在耐光性或耐气候性方面良好的、能长时间地维持高的外部取出效率的发光器件。
再有，在图1中例示的发光器件中，也可对树脂部103赋予光反射性。例如，利用65重量％以上的热可塑性树脂和充填量为35重量％以下的充填剂来形成树脂部103。而且，充填剂含有氧化钛(TiO2)、氧化硅、氧化铝、硅石、矾土等的高反射性的材料，例如，将氧化钛的含有量定为10～15重量％。通过利用以这种方式添加了使光反射的发散材料的树脂部来构成反射面104，可使来自元件106的光反射到上方，实现发光器件的高亮度。此外，如果将反射面104的形状作成旋转抛物线形状等，则可提供输出更高、品质更高的发光器件。
以上，一边参照图1，一边说明了本发明的实施例。但是，本发明不限定于该具体例，将本发明应用于具有用树脂密封了半导体发光元件的结构的全部的发光器件都可得到同样的效果。
以下，一边参照附图，一边介绍应用了本发明的发光器件的其它的几个具体例。
(第2具体例)
图2是示意性地表示本发明的发光器件的第2具体例的剖面图。在该图中，对于与关于图1已叙述的同样的要素附以同一符号，省略详细的说明。
本实施例的发光器件1B也具有树脂管座100、被安装在其上的半导体发光元件106和由被设计成覆盖元件106的硅酮树脂构成的密封体111。
但是，在本实施例中，密封体111只覆盖发光元件106的周围，在其外侧设置了由光透过性树脂构成的第2密封体213。
作为第2密封体213的材料，可使用环氧树脂或硅酮树脂等的各种材料。此外，也可对第2密封体213进行着色。此时，也可自由地选择对色素或着色剂的适应性良好的材料。
再者，也可在第2密封体213中分散使光散射的发散材料。如果这样做，则可使光发散，得到宽的光度分布特性。
此外，如果使用硅酮树脂作为第2密封体213，则可增加与密封体111的密接性，提高耐湿性。
再有，在本具体例中，由于用硅酮树脂构成的密封体111包围了Au导线109的整体，故可实现没有因树脂应力引起的断线的可靠性高的发光器件。即，如果导线的一部分突出到第2密封体213，则因在密封体111与213的界面上产生的应力而容易产生断线等。与此不同，在本具体例中，由于导线109的整体被包含在密封体111中，故没有断线的担心。
(第3具体例)
其次，说明本发明的第3具体例。
图3是示意性地表示本发明的发光器件的第3具体例的剖面图。在该图中，对于与关于图1至图2已叙述的同样的要素也附以同一符号，省略详细的说明。
本实施例的发光器件1C也具有树脂管座100、被安装在其上的半导体发光元件106和被设计成覆盖元件106的密封体111。
而且，与第2具体例相同，密封体111只覆盖发光元件106的周围。但是，在本具体例中，密封体111的外侧成为开放空间，未设置另外的密封体。
在本具体例中，通过用密封体111只包围安装在开口部105的底面上的发光元件106的附近，通过减小发光部分的尺寸，亮度上升，再者，进一步提高了由反射面104得到的聚光作用。
特别是，在本具体例中，由于大致呈半球状的密封体111成为发光点，作成了反射面104包围其周围的结构，故可得到与现有的等同样的光学的聚光效果。
再者，与第2具体例相同，由于密封体111包围了Au导线109的整体，故也可确保没有因树脂应力引起的断线的高可靠性。
(第4具体例)
其次，说明本发明的第4具体例。
图4是示意性地表示本发明的发光器件的第4具体例的剖面图。在该图中，对于与关于图1至图3已叙述的同样的要素也附以同一符号，省略详细的说明。
本实施例的发光器件1D也与第1具体例相同，具有树脂管座100、被安装在其上的半导体发光元件106和被设计成覆盖元件106的密封体111。
而且，在本具体例中，在密封体111上设置了凸状的透光体413。利用这样的凸状透光体413可得到聚光作用。作为凸状透光体413的材料，例如可使用树脂。特别是，如果使用硅酮树脂，则可减小与密封体111的折射率，可减少因在与密封体111的界面上的反射引起的损耗。
此外，透光体413的凸状形状不限定于球面状，可根据所需要的聚光率或光度分布来适当地决定。
(第5具体例)
其次，说明本发明的第5具体例。
图5是示意性地表示本发明的发光器件的第5具体例的剖面图。在该图中，对于与关于图1至图4已叙述的同样的要素也附以同一符号，省略详细的说明。
本实施例的发光器件1E也与第1具体例相同，具有树脂管座100、被安装在其上的半导体发光元件106和被设计成覆盖元件106的密封体111。
但是，在本具体例中，在密封体111的周围没有设置树脂部103的侧壁。如果这样做，则来自发光元件106的发光不仅向上方发出，而且也向横方向发出，可实现宽的光度分布。因而，适合应用于要求宽的视野角度或宽的发射角度那样的用途。
再有，本具体例中的密封体111或树脂管座100的形状不限定于图示了的具体例。例如，也可如图6中所示那样，将密封体111作成大致半球状，此外，在树脂管座100中，树脂部103可填埋引线101、102并在元件周围具有低的侧壁。
(第6具体例)
其次，说明本发明的第6具体例。
图7是示意性地表示本发明的发光器件的第6具体例的剖面图。在该图中，对于与关于图1至图6已叙述的同样的要素也附以同一符号，省略详细的说明。
本实施例的发光器件1F也具有由引线框形成的一对引线101、102。但是，在第1引线101的前端设置了杯状部分601，将发光元件106安装在杯状部分601的底部。而且，将导线109从发光元件106连接到引线102上。再者，设置了密封体111，使其包围这些部分。
杯状部分601的内壁侧面起到反射面的作用，使从发光元件106发出的光反射到上方。此外，透光体713的上表面具有透镜状的聚光作用，也可取出收敛光。
本具体例的发光器件是代替现有的灯型的半导体发光器件的发光器件，具有较宽的发射角度，成为通用性高的发光器件。
(第7具体例)
其次，说明本发明的第7具体例。
图8是示意性地表示本发明的发光器件的第7具体例的剖面图。在该图中，对于与关于图1至图7已叙述的同样的要素也附以同一符号，省略详细的说明。
本实施例的发光器件1G具有与第6具体例的发光器件1F类似的结构。即，发光器件1G也在第1引线101的前端具有杯状部分601，在其底部安装了发光元件106。而且，将导线109从发光元件106连接到引线102上。再者，设置了密封体111，使其包围这些部分。
但是，在本具体例中，将密封体111形成得较小，将透光体713设置成包围该密封体111。
通过将密封体111形成得较小，可减小发光部分，提高亮度。而且，透光体713的上表面具有透镜状的聚光作用，也可取出收敛光。
此外，通过利用透光体713来包围密封体111，可进一步提高对于湿气或腐蚀性气氛的耐久性。可使用树脂作为透光体713的材料。如果使用硅酮树脂，则与密封体111的密接性也变得良好，可得到良好的耐气候性和机械强度。
再有，本具体例也不限定于图示了的具体例。例如，如图9中例示的那样，也可将密封体111限定于杯状部分601上。如果这样做，则有进一步减小发光部分、亮度上升的情况。此时，导线109贯通密封体111与透光体713的界面，但如果使密封体111的材料与透光体713的材料类似，则也可抑制在界面上的应力、防止断线。
以上，一边参照具体例，一边说明了本发明的实施例。但是，不限定于本发明的这些具体例。即，将本发明应用于具有用树脂密封了半导体发光元件的结构的全部的发光器件都可得到同样的效果。
例如，如果将使光散射的发散剂分散在由硅酮树脂构成的密封体111中，则可得到光的发散效果。
此外，关于发光元件的具体的结构或材料、引线或密封体111的形状、各要素的尺寸关系等，从业者可适当地进行设计变更，这些也包含在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种发光器件，其特征在于：
具备：
半导体发光元件；以及
被设置成覆盖上述半导体发光元件的硅酮树脂，
上述硅酮树脂的硬度的JISA值为50以上。
2.如权利要求1中所述的发光器件，其特征在于：
上述硅酮树脂的硬度的JISA值为90以下。
3.如权利要求1中所述的发光器件，其特征在于：
上述硅酮树脂的硬化前的粘度处于100cp以上至10000cp以下的范围内。
4.如权利要求1中所述的发光器件，其特征在于：
还具备连接到上述半导体发光元件上的导线，
上述硅酮树脂也被设置成覆盖上述导线。
5.如权利要求1中所述的发光器件，其特征在于：
还具备具有一对引线和填埋上述一对引线的至少一部分的树脂部的树脂管座，
将上述半导体发光元件安装在上述一对引线中的一方上。
6.如权利要求5中所述的发光器件，其特征在于：
上述树脂部具有开口部，
在上述开口部的底部中，将上述半导体发光元件安装在上述一对引线中的一方上。
在上述开口部中设置了上述硅酮树脂。
7.如权利要求5中所述的发光器件，其特征在于：
上述树脂部由热可塑性树脂构成。
8.如权利要求6中所述的发光器件，其特征在于：
上述开口部的内部侧壁朝向开口端倾斜，
上述树脂部含有反射上述可见光的材料。
9.如权利要求1中所述的发光器件，其特征在于：上述硅酮树脂实质上是透明的。
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