CN1992363A - 发光装置及其生产方法以及包含该发光装置的组件 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置，其包括基片、安装在基片上的至少一个发光二极管芯片、布置在基片上以在其自身和基片之间形成空间的透光构件，和布置在该空间中以密封发光二极管的树脂，透光构件包括至少一个树脂注入口和至少一个通气口，该空间由通过树脂注入口注入到该空间中的树脂填充。

Description

发光装置及其生产方法以及包含该发光装置的组件
相关申请的交叉引用
本申请基于并声明享有2005年12月29日提交的日本专利申请No.2005-380585的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种被构造成照亮显示器或用作照相机中的闪光灯等的发光装置，并且该发光装置特别地使用发光二级管(LED)作为光源，本发明还涉及生产该发光装置的方法和包含该发光装置的组件。
背景技术
在被构造成照亮显示器或用作照相机中的闪光灯等且特别地使用发光二级管(LED)芯片作为光源的发光装置中，近些年来，已经采用封装系统或传递模塑法作为处理方法以用密封树脂密封LED芯片。
对于将LED芯片用作光源的发光装置，由于通常在密封树脂中混和着色剂、颜料、荧光剂或它们的组合物以调节从LED芯片发射的光的颜色或色度，因此，重要地是保证提供固定量的密封树脂以获得稳定的色度。
然而，通过上述封装系统或传递模塑法中的任一种形成的发光装置具有以下问题。
第一个问题在于，尽管封装系统中生产设备相对便宜，但由于密封树脂的注入时间和注入压力由机器控制，所以注入的密封树脂或荧光剂的量根据机械精度而变化。并且，由于封装系统容易受到环境状况的影响，因此难以控制密封树脂的量。所以，难以使从LED芯片发射的光的色度稳定。
另一方面，在传递模塑法中比在封装系统中更容易控制密封树脂的量，但是存在一些问题，例如对密封树脂的使用上的限制、由于模具非常昂贵所以生产设备成本增加、由于脱模剂必须混和到密封树脂中以防止密封树脂粘附到所使用的模具上而导致的脱模剂对发光装置的光学特性的影响、以及密封树脂与其它部件之间的低水平的粘附等。
此外，还已指出的是，当通过采用传递模塑法将LED芯片安装在引线框上而形成发光装置时，不可能避免如此形成的发光装置的厚度增大(参见日本专利No.3137823，第0007段)。
第二个问题涉及保护LED芯片的密封树脂的强度。
由于密封树脂被构造成不被覆盖物等覆盖地暴露以从发光装置输出光，所以容易受到外力的影响。然而，当使用具有高硬度的密封树脂以降低外力的影响时，存在以下可靠性问题：当LED芯片被密封树脂密封时，部件可能分离并且将LED电连接到电极的接合线可能被损坏和趋于发生大的变形。
第三个问题涉及用于密封LED芯片的密封树脂的耐热性。
例如，对于可能由环氧树脂制成的传统密封树脂，由于难以释放从LED发出的热，所以发光装置经受不希望循环的问题，该循环为：“加热→VF值降低→电流进一步增大→进一步加热超过最大绝对额定量→偏离可靠范围”。
为了解决上述问题，已经提出一些建议。
例如，在一个提议中，在基片中设置孔，并且LED芯片安装在设置在基片面向孔的背面上的金属部分上，以改善来自LED芯片的热释放特性并实现具有改善的发射效率的薄的发光装置(参见日本专利No.3137823)。
然而，在该提议中，前述涉及颜色稳定性的第一个问题和涉及密封树脂强度的第二个问题仍未解决。
还有一个提议，其基本上涉及与日本专利No.3137823中公开的方法相同的方法，更具体地，在该方法中，在基片中设置孔，并且可以通过传递模塑法形成LED芯片的密封树脂(参见日本专利申请公报No.2003-31850)。
然而，在该提议中，根本没有解决涉及颜色稳定性的第一个问题和涉及密封树脂强度的第二个问题。
还有一个提议，其通过在形成具有低热阻和薄形状的密封树脂时减少密封树脂中的气泡来稳定颜色(参见日本专利申请公报No.2000-12576)。
然而，在该提议中公开的是一种结构，其假定在密封树脂中不存在气泡，所以颜色是稳定的。因此，如果存在极少量的气泡，则也难以获得稳定的颜色。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高度可靠的发光装置。
为了实现上述目的，根据本发明一个实施例的发光装置包括：基片；安装在基片上的至少一个发光二级管芯片；透光构件，其具有凹部并布置在基片上以在该透光构件的凹部与基片之间形成空间；以及树脂，其布置在该空间中以密封发光二级管芯片。
透光构件包括至少一个树脂注入口和至少一个通气口。该空间由通过树脂注入口注入到该空间中的树脂填充。
在一个示例中，树脂包括选自着色剂、颜料、荧光剂或它们的组合物中的至少一种色度调节成分。
附图说明
图1A是示出根据本发明的发光装置的第一实施例的俯视图。
图1B是沿图1A中的线A-A截取的剖视图，且处于没有密封树脂的状态。
图2是沿图1A中的线A-A截取的剖视图，且树脂包含至少一种色度调节成分。
图3是示出根据本发明的发光装置的第二实施例的剖视图。
图4是示出根据本发明的发光装置的第三实施例的剖视图。
图5A是示出根据本发明的发光装置的第四实施例的剖视图。
图5B是示出根据本发明的发光装置的第四实施例的剖视图，其中树脂的量略微不同于图5A所示的发光装置中的树脂的量。
图6是示出根据本发明的发光装置的第五实施例的剖视图，其中使用液体树脂。
图7是示出根据本发明的发光装置的第六实施例的俯视图。
图8是图7所示的发光装置的侧视图。
图9是图7所示的发光装置的局部剖视图。
图10是示出包含发光装置的组件的透视图，该组件是图7所示的发光装置的一个应用。
具体实施方式
以下将参照附图详细说明本发明的优选实施例。
图1A、1B和2示出根据本发明的发光装置的第一实施例。
第一实施例中的发光装置100包括：绝缘基片10；至少一个LED芯片11，其布置在一个表面上，例如基片10的上表面10a上；以及透光构件12，其由透明或半透明材料制成，布置成包围LED芯片11。
基片10具有例如如图1A所示的大体方形，LED芯片11布置在例如基片10的上表面10a的大体中心部分处(见图1B)。
用于LED芯片11的多个电极13设置在基片10上。在该实施例中，三个电极13布置在基片10的四个侧部中的每一个上，因此总共十二个电极13设置在基片10上。
如果设置最少的两个电极13，则LED芯片11可以发光，但优选的是如图1A所示设置尽可能多的电极13，以实现LED芯片11的增大的功率消耗。
如图1B所示，LED芯片11利用芯片焊接机焊接在基片10的上表面10a的大体中心部分处，并且LED芯片11的两个上部电极通过包含细金属丝的接合线14电连接到设置在基片10上的电极13。如图1A和1B所示，设置在基片10上的电极13经由例如形成在基片10的边缘部分中的通孔电连接到设置在基片10的下表面10b(图1B)上或发光装置100的后表面上的外部连接端子(未示出)。
透光构件12由例如具有较高硬度的透明或半透明树脂制成，并且该透光构件具有凹部(见图1B和2)。透光构件12布置成利用基片封闭凹部，并且包围凹部的透光构件的周边部分被气密地密封在基片10的上表面10a上(见图1B)。由此，空间15设置在透光构件12的凹部与基片10之间(见图1B)。
透光构件12包括透镜部16，该透镜部16一体地设置作为透光构件的一部分并且面对LED芯片11的发射面，换句话说，是覆盖LED芯片的发射面的透光构件12的大体中央部分，至少一个树脂注入口17和至少一个通气口18避开透镜部16设置。在该实施例中，避开透镜部16设置四个孔，其中至少一个用作树脂注入口17，其中至少另一个用作通气口18。
在该实施例中，透镜部16包括凸透镜并且起到聚集从LED芯片11发射的光和将所聚集的光从发光装置100发射到外部的作用。
树脂20通过树脂注入口17注入到透光构件12的凹部与基片10之间的空间15中，由此用树脂填充空间15以密封LED芯片11(见图2)。
图1B示出空间15未被树脂20填充的发光装置，而图2示出空间15填充有密封树脂20的状态。
树脂20包括透明或半透明树脂，该透明或半透明树脂包含选自着色剂、颜料、荧光剂或它们的组合物中的至少一种色度调节成分，以调节从LED芯片11发射的光的颜色或色度。树脂或包含色度调节成分的树脂20通过树脂注入口17注入到空间15中。此时，空间15中的空气经由通气口18排出到透光构件12的外部，由此防止气泡产生或者注入到空间15中的树脂20的厚度不均匀。
对于注入到空间15中的树脂20，优选的是选择尽可能软的树脂。在树脂20被注入到空间15中时，这减少了对连接LED芯片11和电极13的接合线14的损害并且在整个透光构件12上实现应力松弛。
注入到空间15中的树脂20的组分被设置成硬度普通，但已证实，在树脂20中混和的至少一种色度调节成分30趋于沉淀并且其位置变得稳定。
如图2中清楚示出的那样，由于树脂20的量和厚度保持恒定，所以色度调节成分是恒定的，因此可以实现从LED芯片11发射并通过透镜部16进一步发射到发光装置100的外部的光的色度的显著的稳定性。这是发光装置100的重要优点。
相反地，在传统封装方法中，例如，难以控制密封树脂的量，因此，由于沿光的出射方向的树脂的量依赖于树脂本身的表面张力等，所以从LED芯片发射的光的色度发生变动。
而且，与传统的传递模塑法相比，不必在包含色度调节成分的密封树脂20中混和脱模剂。因此，可以消除例如脱模剂影响发光装置的光学特性的问题或在树脂与发光装置中的其它每个部件之间存在低水平粘附的问题。另外，由于不需要传递模塑法中使用的模具，所以可以实现发光装置的低生产成本。
此外，通过将具有约1.4的折射率的硅用作注入的密封树脂20，并通过将具有大于1.4的折射率的物质例如具有约1.55的折射率的环氧透镜用作透光构件12，在从LED芯片11发射的光离开包括具有1.4的折射率的硅的密封树脂20并进入包括具有1.55的折射率的环氧透镜的透光构件12时，由于折射角小于入射角，所以可以实现光的可靠聚焦。
图2中的重要之处在于LED芯片11被包含至少一种色度调节成分的较软的树脂20包围，树脂20被在中央布置有透镜部16的较硬的透光构件12包围。树脂20包括至少一种色度调节成分。这样，由于LED芯片11被两种树脂构件覆盖；较软的树脂20和与基片42一起封装较软的树脂20的较硬的透光构件12。换句话说，硬的透光构件12充当树脂20的盖，由此减少外力对树脂20和LED芯片11的影响。另外，由于采用软树脂20，所以在树脂注入到空间15中时，可以减少对连接LED芯片11和电极13的接合线14的损害。
图3示出根据本发明的发光装置的第二实施例。
在第二实施例的发光装置200中，如图3所示，LED芯片11利用芯片焊接机焊接在例如形成在绝缘基片42的孔上的反射凹部35上。LED芯片11的上部电极通过包含细金属丝的接合线14电连接到设置在绝缘基片42上的电极22。第二实施例中的发光装置200与第一实施例中的发光装置100的不同之处在于：用于安装LED芯片11的反射凹部35由金属形成。反射凹部35可由与电极22相同的材料形成，并且反射凹部35从其底部沿着绝缘基片42的下表面延伸。延伸的反射部分32起到热释放表面的作用。应该注意的是，用于表示第二实施例中的发光装置200的部件的附图标记与用于表示第一实施例中的发光装置100的相同部件的附图标记相同，并省略这些部件的说明。
在第二实施例中，电极22与图1A和2所示的电极13相对应，电极的端部以与电极13相类似的方式形成为经由通孔布置在绝缘基片42的相对侧的外部连接端子(未示出)。
在第二实施例中，LED芯片11安装在用于LED芯片的反射凹部35中，该LED芯片11被反射凹部35包围在绝缘板42的孔中；由于凹部的构造和形成凹部的方法是已知的，因此省略了对其的描述。
在第二实施例中，延伸的反射部分32布置在块体34上。块体34由例如金属或陶瓷制成，并且形成为通过反射凹部35和延伸的反射部分32将来自LED芯片11的热释放到透光构件12的外部。
与第一实施例相似，树脂或包含色度调节成分的树脂20通过树脂注入口17注入到空间15中以密封LED芯片11。另外，色度调节成分可以选自着色剂、颜料、荧光剂或它们的组合物30中的至少一种，混和在树脂20中。
在第二实施例中，同样由于透光构件12可以由较硬的材料制成，被由硬材料制成的透光构件12保护的树脂20可以由非常软的材料制成，因此，在注入树脂20时，能够以与第一实施例中相同的方式减少对接合线14的损害并且使作用于透光构件12的应力减轻。
第二实施例的上述构造使得能够提供具有高的热释放特性、同时保持已经就图1A、1B和2所示的发光装置100说明的发射光的稳定色度和对外力坚固的效果的发光装置。
具有高功率消耗的发光装置通常由于以下衰减诱导循环具有严重问题：“加热→VF值降低→电流进一步增大→进一步加热到超过最大绝对额定量→偏离可靠范围”。这里，VF表示可变频率。
第二实施例中的发光装置由于具有高的热释放特性，因此可以解决这个问题。
图4示出根据本发明的发光装置的第三实施例。
在第三实施例的发光装置300中，相同的附图标记表示与第二实施例的发光装置200中的部件相同的部件。发光装置300不同于第一实施例的发光装置100之处在于LED芯片11安装在反射部分40上。
反射部分40具有杯状形状，其上端开口，并且包括反射底面和设置成包围发光二极管芯片11的反射面41，在该反射底面上安装LED芯片11。包围发光二极管芯片的反射面向上倾斜，使得焦点位于发光二极管芯片的发光面的光发射面上。发光装置300不同于第二实施例中的发光装置200之处在于反射部分40包括反射面41。反射部分40构造成反射从LED芯片11发射的光以改善光的利用效率和方向性。
利用该结构，只需很少的几次反射就可以使从LED芯片11的一侧或多侧发射的光沿向上的方向指向，并且容易沿向上的方向聚焦，使得可以实现利用效率的提高和方向性的改善。
图5A和5B示出根据本发明的发光装置的第四实施例。
第四实施例的发光装置400具有与图3所示的第二实施例的发光装置200大体相同的结构。然而，第四实施例呈现两种形式：树脂或包含至少一种色度调节成分的树脂20的量略微减少或略微增加。
图5A示出树脂20的量略微减少的状态，图5B示出树脂20的量略微增加的状态。
如图5A和5B所示，仅通气口18附近的树脂20的形状改变，如46和48所示，而发光装置中发射的光的方向在树脂的量略微减少时或在树脂的量略微增加时的情况下保持不变。因此，与传统封装方法形成对比，即使树脂的量存在一些变动，也可以获得发射光的稳定色度。
从发光装置发射的光的方向不随树脂20的量的变动而改变的事实当然可以类似地应用到图1和2所示的第一实施例的发光装置。
图6示出根据本发明的发光装置的第五实施例。
第五实施例中的发光装置500不同于图3所示的第二实施例中的发光装置200之处在于：使用包含至少一种色度调节成分的液体或流体密封树脂50，并且树脂注入口17和通气口18被塞子52闭合。
当这样使用包含至少一种色度调节成分的液体树脂50时，由于简单地通过将液体树脂经由树脂注入口17注入到透光构件12的空间15中并用塞子52闭合树脂注入口17和通气口18来形成包含至少一种色度调节成分的树脂，所以树脂的填充操作变得非常简单。适当地设定液体树脂50的成分，使得在发光装置工作的同时，包含色度调节材料的树脂保持在液体状态。
应该注意的是，即使热对流发生，着色剂、颜料或荧光剂30的微小尺寸颗粒被调节成与颜色调节树脂50一起以均匀分散状态经受对流；荧光剂等30的大尺寸颗粒保持沉积并被调节成不与树脂50一起经受对流等。
由于这样使用液体树脂50，可以通过从LED芯片11发出的热导致的对流来使树脂运动，这带来以下有利效果：由于来自例如蓝色LED芯片的紫外线而导致的树脂中的改变难以发生；以及防止树脂随着时间而改变。由于包含选自着色剂、颜料或荧光剂、或它们的组合物30的至少一种色度调节成分的液体树脂50通过树脂注入口17注入到空间15中，着色剂、颜料或荧光剂30均匀地分散在树脂50中，从而可获得发射光的颜色的优良均衡的有利效果。
在反射凹部35与沿着绝缘基片42的下表面延伸的延伸部分32一体形成的情况下，由于LED芯片11布置在反射凹部35中，所以至少一种色度调节成分30趋于聚集在LED芯片11的附近，这可以实现改善的光转换效率的有利效果。
另外，当凝胶树脂添加到包含选自着色剂、颜料、荧光剂、或它们的组合物30的至少一种色度调节成分的液体树脂50中时，色度调节成分30可以更加均匀地分散在树脂50中。
当这样使用液体树脂50时，来自发光源或LED芯片11的热通过液体树脂的热流动而释放，使得发光装置的热释放特性显著改善，并且随之可靠性增加。另外，因为液体树脂非常软，所以作用在透光构件12上的应力减轻，并且可显著降低对接合线14的损害。
图7至图9示出根据本发明的发光装置的第六实施例。
第六实施例中的发光装置600包括薄的细长矩形板状基片60、布置在基片60上的一个或多个LED芯片61(见图9)、布置成覆盖LED芯片61的细长矩形透光构件62和树脂64，该树脂64包含在形成在透光构件62和基片60之间的空间63中。每个LED芯片61包含阳极电极和阴极电极。透光构件62包含至少一个树脂注入口65和至少一个通气口66(见图7和8)。在该实施例中，树脂注入口65和通气口66在矩形透光构件62上彼此成对角线地相对布置(见图7和8)。通过在透光构件62的上表面上将树脂注入口65和通气口66布置在彼此尽可能远的两个位置(例如，彼此成对角线地相对)，可以保证恒定量的树脂64。
尽管树脂64通过树脂注入口65注入到空间63中，当注入树脂64时，空间63中的空气从出气口66被排出。
第六实施例中的发光装置包括设置在基片60上处于透光构件62的相反两侧的一对插头67。插头67被构造成连接到外部插座(未示出)。插头67与插座的连接使LED芯片发光。
该实施例中的发光装置600包括设置在基片60的相反两端处的切口68。发光装置600通过例如将螺钉(未示出)经由切口68螺纹连接到设置在某安装构件中的螺纹孔中而固定到该安装构件(未示出)上。
第六实施例可提供非常薄的发光装置600。
图10示出第六实施例中的发光装置的一个应用示例。
在该应用中，每个均根据第六实施例构造的多个发光装置600立体地布置以形成发光装置的组件700。
更具体地，多个发光装置600通过螺钉703分别安装到多个平面702上，该多个平面设置成例如围绕具有多边形柱的棒状安装构件701。当将多个发光装置600这样布置成多边形状时，可以提供发射三维光的高亮度发光源。
同时，优选的是安装构件701由允许容易地释放由多个发光装置600发出的热的材料形成。安装构件701可以形成为中空形状以便于热的释放。
可选择地，如果多个发光装置600以平面布置(未示出)，则可提供高亮度的平面发光源(面板模块型)，如果多个发光装置连续地或一前一后地布置(未示出)，则可提供线性发光源(直线模块型)。当然，还可以将多个发光装置以圆形方式布置。
根据上述第一至第六实施例，由于被透光构件包围的空间用树脂或包含至少一种色度调节成分的树脂通过树脂注入口填充，可以将树脂的量保持控制在固定量；因而，可以精确地稳定从LED芯片发射的光的色度。
还可以将注入到透光构件中的密封树脂的粘性设定在减小的水平，使得透光构件上的应力可以松弛，并且在注入树脂时对接合线的损害降低。
此外，由于不使用传统传递模塑法来形成密封树脂，所以可消除脱模剂的影响。结果，由于不需要模具，所以生产成本可以降低。
此外，由于较高硬度的透光构件布置在起到密封树脂作用的树脂外侧，半透明构件起到盖的作用，使得外力对树脂的影响可以降低。
此外，由于基片的LED芯片焊接到其上的芯片焊接区域由金属部分形成，所以保留在LED芯片中的热可有效地从芯片焊接区域的金属部分释放，可以提供高可靠性和高输出的紧凑型发光装置。
此外，在发光装置工作过程中树脂被保持在液体状态的实施例中，通过树脂中的热流动和芯片焊接区域的金属部分，可以高效地释放LED芯片发光源的热，由此保证高可靠性并获得高输出。
另外，可以提供具有尽可能薄的形状和高亮度的发光装置。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，但应注意的是本发明不限于这些实施例，可以对实施例进行各种修改和变型。

Claims (14)

1.一种发光装置，其包括：
基片；
安装在所述基片上的至少一个发光二极管芯片；
透光构件，其布置在所述基片上并具有凹部以在所述透光构件和基片之间形成空间；
其中，所述透光构件包括至少一个树脂注入口和至少一个通气口。
2.根据权利要求1所述的发光装置，进一步包括树脂，所述树脂布置在所述空间中以密封基片上的发光二极管芯片。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述至少一个树脂注入口和至少一个通气口成对角线地布置在发光构件的上表面上。
4.根据权利要求2所述的发光装置，进一步包括混合在树脂中的至少一种色度调节成分，所述至少一种色度调节成分选自着色剂、颜料、荧光剂或它们的组合物。
5.根据权利要求1所述的发光装置，进一步包括作为透光构件的一部分一体设置的透镜部。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，基片上的发光二极管芯片的安装部是镀金属的。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述透光构件具有扩散效应。
8.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述树脂为液态。
9.根据权利要求1所述的发光装置，进一步包括设置在基片上并包围发光二极管芯片的反射面。
10.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，包围发光二极管芯片的所述反射面向上倾斜，使得焦点位于发光二极管芯片的发光面上。
11.一种制造发光装置的方法，其包括：
将至少一个发光二极管芯片安装在基片上；
制备包括至少一个树脂注入口和至少一个通气口并具有凹部的透光构件；
将所述透光构件布置在基片上以覆盖凹部中的发光二极管芯片并在所述凹部与基片之间形成空间；以及
用树脂填充所述空间以密封发光二极管芯片。
12.一种发光装置构成的组件，其包括：
以预定构型布置的多个发光装置；
所述多个发光装置中的每一个包括：
基片；
安装在所述基片上的至少一个发光二极管芯片；
透光构件，其具有至少一个凹部并布置在所述基片上以在所述凹部和基片之间形成空间；
树脂，其布置在所述空间中以密封发光二极管芯片；
其中，所述透光构件包括至少一个树脂注入口和至少一个通气口，以及所述空间由树脂填充。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述预定构型是大体多边形的、连续的或平面的。
14.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述多个发光装置中的每一个中的所述至少一个树脂注入口和至少一个出气口成对角线地布置在每一个透光构件的上表面上。
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