DE102005012921B4

DE102005012921B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung

Info

Publication number: DE102005012921B4
Application number: DE102005012921.8A
Authority: DE
Inventors: Harada Mitsunori; Ueno Kazuhiko; Ebisutani Takashi; Aoyama Masao; Tachibana Kaori
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: DE102005012921A1; JP4504056B2; CN1674314A; JP2005268708A; CN100521263C; US7605405B2; US20050205876A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung, die Folgendes aufweist:Anordnen eines Gehäuses, das einen ersten Hohlraum mit einem Boden und einer Innenumfangsoberfläche besitzt, wobei sich der erste Hohlraum nach oben öffnet und eine Reflexionsoberfläche umfasst, und das zumindest einen zweiten Hohlraum besitzt, der oberhalb des ersten Hohlraums gelegen ist;Anordnen von zumindest einem Halbleiterlichtemittierelement bei dem Boden des ersten Hohlraums;Füllen eines ersten lichtdurchlässigen Harzes in den ersten Hohlraum und Fixieren des ersten Harzes, um das zumindest eine Halbleiterlichtemittierelement abzudichten;Füllen eines zweiten Harzes, das aus einem lichtdurchlässigen Harz besteht, das einen darin dispergierten Wellenlängenkonverter enthält, in den zumindest einen zweiten Hohlraum, der über dem ersten Hohlraum gelegen ist, wobei das erste Harz den Wellenlängenkonverter nicht aufweist;Umdrehen des Gehäuses, so dass der Boden des ersten Hohlraums oben ist und sich der erste Hohlraum nach unten öffnet; undAushärten des zweiten Harzes, wobei der Wellenlängenkonverter in dem zweiten Harz absinkt und sich nahe der Außenoberfläche des zweiten Harzes ablagert, so dass der Wellenlängenkonverter bei einer Position näher an der Außenoberfläche dichter ist als an einer Position weg von der Außenoberfläche, um eine hochdichte fluoreszierende Materialschicht zu bilden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung. Genau gesagt bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung, die ein Licht irgendeiner Emissionsfarbe vorsieht, die durch eine additive Farbmischung erzeugt wird, in der Licht, das von einem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, mit Licht kombiniert wird, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert und durch ein fluoreszierendes Material wellenlängenkonvertiert wurde.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein (LED-) Chip, der die Emission eines Lichts mit einer scharfen spektralen Verteilung bewirkt, kann als eine Lichtquelle verwendet werden, um eine Leuchtdiode (LED) zu realisieren, die ein weißes Licht emittiert. In diesem Fall wird das von dem LED-Chip emittierte Licht einer Additivfarbmischung mit einem wellenlängenkonvertierten Licht unterworfen, das von einem fluoreszierendes Material erzeugt wird, wenn dieses durch das von dem LED-Chip emittierte Licht erregt wird.
Wenn beispielsweise das von dem LED-Chip emittierte Licht ein blaues Licht ist, wird ein fluoreszierendes Material verwendet, dass das blaue Licht in sein komplementäres gelbes Licht bei Erregung durch das blaue Licht wellenlängenkonvertiert. In diesem Fall wird das von dem LED-Chip emittierte blaue Licht einer Additivfarbmischung unterworfen, um ein weißes Licht hervorzubringen, wobei das wellenlängen konvertierte gelbe Licht von dem fluoreszierenden Material bei Erregung durch das von dem LED-Chip emittierte blaue Licht erzeugt wird.
In ähnlicher Weise können, wenn das von dem LED-Chip emittierte Licht blaues Licht ist, zwei Typen von fluoreszierenden Materialien in Kombination verwendet werden, um das blaue Licht in entsprechende grüne und rote Lichter wellenlängenmäßig bei Erregung durch das blaue Licht zu konvertieren. In diesem Fall wird das von dem LED-Chip emittierte blaue Licht einer Additivfarbmischung unterworfen, um ein weißes Licht hervorzubringen, wobei die wellenlängenkonvertierten grünen und roten Lichter von den beiden Typen von fluoreszierenden Materialien bei Erregung durch das blaue Licht erzeugt werden, das von dem LED-Chip emittiert wird.
Wenn das von dem LED-Chip emittierte Licht ein ultraviolettes Licht ist, können drei Typen von fluoreszierenden Materialien in Kombination verwendet werden, um das ultraviolette Licht in blaue, grüne bzw. rote Lichter wellenlängenmäßig bei Erregung durch das ultraviolette Licht zu konvertieren. In diesem Fall erregt das von dem LED-Chip emittierte ultraviolette Licht die drei Typen von fluoreszierenden Materialien, um die wellenlängenkonvertierten blauen, grünen und roten Lichter zu erzeugen, die miteinander einer Additivfarbmischung unterworfen werden, um ein weißes Licht hervorzubringen.
Ferner kann die Emissionsfarbe des Lichts, das von dem LED-Chip emittiert wird, in geeigneter Weise mit irgendeinem fluoreszierenden Material kombiniert werden, das als ein Wellenlängerkonverter dient, um verschiedene Farbtöne anders als weißes Licht zu erzeugen.
4 zeigt ein Beispiel einer LED, in der ein fluoreszierendes Material durch Licht erregt wird, das von der Lichtquelle zur Wellenlängenkonversion emittiert wird, um ein getöntes Licht anders als das von der Lichtquelle emittierte Licht, wie oben beschrieben, zu liefern. Ein Lichtemittierelement 51 ist auf dem Boden in einem Napf oder Becher 52 angeordnet und elektrisch damit durch eine Leitung oder einen Verbindungsdraht 56 verbunden. Ein fluoreszierendes Material 53, das als ein Wellenlängenkonverter dient, ist in einem Harz 54 dispergiert, das in den Napf 52 gefüllt ist. Ein Deckel ist nahe der Oberseite eines Gehäuses 55 vorgesehen, welches dann zum thermischen Fixieren oder Aushärten des Harzes 54 umgedreht wird. Auf diese Weise sinkt das fluoreszierende Material 53 ab, da es eine größere relative Dichte bzw. ein höheres spezifisches Gewicht als das Harz besitzt, und sammelt sich in dem oberen Teil des Napfs 52. Infolgedessen ist das fluoreszierende Material 53 in dem oberen Teil dichter als in dem unteren Teil des Napfs 52 in einer fertiggestellten LED verteilt (siehe beispielsweise JP 2002-151743 A ).
In einem weiteren in 5 gezeigten Beispiel ist ein LED-Chip 61 auf dem Boden in einem Napf 63 angeordnet und elektrisch damit über einen Verbindungsdraht 62 verbunden. Ein erstes lichtdurchlässiges Harz 64 wird in den Napf 63 in einer Menge von ungefähr 60-70 % des Napfvolumens gefüllt und erwärmt. Ein zweites lichtdurchlässiges Harz 66 wird ferner auf das erste Harz in einer Menge von ungefähr 50-60 % des Napfvolumens aufgebracht oder gespritzt. Das zweite Harz enthält ein fluoreszierendes Material 65, das als ein in einem lichtdurchlässigen Harz dispergierter Wellenlängenkonverter dient. Diese Vorrichtung wird zum thermischen Fixieren auf den Kopf gestellt. Folglich dehnt sich das zweite lichtdurchlässige Harz 66 aus, um an dem Außenrand des Napfs 63 wegzuragen, und das in dem zweiten lichtdurchlässigen Harz 66 dispergierte fluoreszierende Material 65 sinkt ab und sammelt sich in dem oberen Teil, der nach außen in einer wegragenden konvexen Oberfläche ausgedehnt ist. Infolgedessen ist das fluoreszierende Material 65 dichter in der Nähe der oberen Oberfläche verteilt, die wie eine konvexe Linse in der fertiggestellten LED gebildet ist (siehe beispielsweise JP 2003 - 234511 A ).
In den oben erwähnten herkömmlichen LEDs, erfordert der Herstellungsvorgang, dass das thermische Fixieren des Harzes, das in den Napf gefüllt ist, in einem Zustand ausgeführt wird, in dem ein Deckel auf die Oberseite des Gehäuses platziert und das Gehäuse auf den Kopf gestellt wird. Daher muss die Oberseite des Gehäuses vollständig in intensiven Kontakt mit dem Deckel gebracht werden, und zwar ohne einen Spalt dazwischen zu lassen. Selbst wenn ein kleiner Spalt vorhanden ist, fließt das Harz durch den Spalt nach draußen, was ein schadhaftes Produkt verursacht.
Insbesondere wenn eine Anzahl von Näpfen in einem großen Gehäuse zur Massenproduktion in Chargen gebildet ist, ist es schwierig, eine extrem hohe Oberflächengenauigkeit sicherzustellen, die die Napfoberseiten in intensiven Kontakt mit dem Deckel über die gesamte Oberfläche hinweg bringen würde. Selbst wenn möglich, würde dies offensichtlich zu hohen Kosten führen. Zusätzlich kann Wärme während des thermischen Fixierens des Harzes Verformungen, wie beispielsweise Ausdehnungen und Durchbiegungen in sowohl dem Gehäuse als auch dem Deckel, verursachen. Derartige Verformungen verhindern zunehmend den intensiven Kontakt zwischen beiden Gliedern und führen unausweichlich zu schlechten Produktionsergebnissen oder schwacher Ausbeute.
Um die Menge der Lichtemission zu erhöhen, kann ferner das Lichtemittierelement vergrößert werden, um einen größeren Strom dadurch fließen zu lassen. In der Praxis besitzt jedoch die Packungsgröße oder das Bauelement eine Größenbegrenzung. Daher ist der Napf, der verwendet wird, um das Lichtemittierelement darin zu halten, auch in seiner Größe begrenzt. Infolgedessen besitzt das Lichtemittierelement einen größeren Anteil in dem Innenvolumen des Napfs als eine herkömmliche LED vom gleichen Typ. Mit anderen Worten besitzt ein Raumvolumen des Napfs, das durch Subtrahieren des Volumens des Lichtemittierelements von dem Innenvolumen des Napfs erhalten wird, ein verringertes Verhältnis zum Innenvolumen des Napfs.
Infolgedessen nähert sich der Abstand zwischen der Seite des Lichtemittierelements und der Innenumfangsoberfläche des Napfs dem Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Lichtemittierelements und der Oberseite des in dem Harz dispergierten fluoreszierenden Materials an, das in den Napf gefüllt ist. In diesem Fall ist eine größere Mange an Harz zwischen der Seite des Lichtemittierelements und der Innenumfangsoberfläche des Napfs vorhanden, verglichen mit der Menge an Harz, die zwischen der oberen Oberfläche des Lichtemittierelements und der Oberseite des Harzes vorhanden ist. Diese Beziehung wird in ähnlicher Weise zwischen den Mengen des in dem Harz dispergierten fluoreszierenden Materials gefunden.
Wieder kann ein Deckel auf das Gehäuse platziert werden, das dann zum thermischen Fixieren des Harzes umgedreht wird. Infolgedessen sinkt das fluoreszierende Material, das eine größere relative Dichte als das Harz besitzt, ab und sammelt sich in dem oberen Teil des Napfs, um die LED zu bilden. Das fluoreszierende Material ist in dem oberen Teil dichter als in dem unteren Teil des Napfs verteilt. In diesem Fall ist eine größere Menge des fluoreszierenden Materials in dem Harz zwischen der Seite des Lichtemittierelements und der Innenumfangsoberfläche des Napfs vorhanden, verglichen mit der Menge an fluoreszierenden Material, die zwischen der oberen Oberfläche des Lichtemittierelements und der Oberseite des Harzes vorhanden ist. Wenn die Vorrichtung zum thermischen Fixieren des Harzes auf den Kopf gestellt wird, lagert sich daher eine größere Menge des fluoreszierenden Materials um das Lichtemittierelement herum ab, verglichen mit der oberhalb des Lichtemittierelements abgelagerten Menge an fluoreszierendem Material. Dies macht es schwierig, eine gleichförmige Schicht an fluoreszierendem Material zu bilden.
Infolgedessen erregt das von dem Lichtemittierelement zu der fluoreszierenden Materialschicht emittierte Licht das fluoreszierende Material zu unterschiedlichen Graden und zwar abhängig von der Position. Daher tritt ein Problem auf, da die Lichtquelle Farbvariationen aufweist. In einer LED, die zur Emission eines weißen Lichts konfiguriert ist, werden Farbvariationen in der Praxis strikt kontrolliert, da eine Variation eine große Wahrscheinlichkeit der Verschlechterung des Lichtertrags mit sich bringt.
In letzterem steigt andererseits das erste lichtdurchlässige Harz aufgrund der Oberflächenspannung zu dem Außenrand des Napfs nach oben. In diesem Zustand formt das zweite, lichtdurchlässige Harz, in dem fluoreszierendes Material dispergiert ist, einen Vorsprung oder eine Ausbauchung ähnlich einer konvexen Linse auf dem ersten Harz, um eine Schicht hochdichten fluoreszierenden Materials nahe der Oberfläche des Vorsprungs oder der Ausbauchung ähnlich einer konvexen Linse vorzusehen. In diesem Fall ist die Menge an fluoreszierendem Material an den Enden geringer als an dem konvexen Vorsprung des zweiten lichtdurchlässigen Harzes. Zusätzlich kann das zweite lichtdurchlässige Harz nicht ausreichend den „hochgekletterten“ Teil des ersten lichtdurchlässigen Harzes erreichen, und es ist möglich, dass keine fluoreszierende Materialschicht darin gebildet wird.
Ursprünglich war eine LED erwünscht, in der Additivfarbmischung des Lichts, das von dem Lichtemittierelement emittiert wird, mit dem wellenlängenkonvertierten Licht ein weißes Licht mit keiner Farbvariation in fast sämtliche Richtungen erzeugt. Ein Licht, das von dem Lichtemittierelement emittiert und direkt von der LED ausgestrahlt wird, ohne durch die fluoreszierende Materialschicht hindurch zu gehen, kann innerhalb eines bestimmten Bereichs vorhanden sein. In diesem Bereich wird nur das Licht, das von dem Lichtemittierelement emittiert wird (nicht das Licht das durch Additivfarbmischung erzeugt wird) ausgestrahlt werden wie es ist.
Wenn das Licht, das von dem Lichtemittierelement emittiert wird, ein blaues Licht mit einer Höchstemissionswellenlänge von ungefähr 450 - 470 nm ist, wird in diesem Fall das von dem Lichtemittierelement emittierte Licht, das durch einen Bereich mit einer darin gebildeten fluoreszierenden Materialschicht geleitet und von der LED ausgestrahlte wird, zu einem weißen Licht (W). Im Gegensatz dazu wird das von dem Lichtemittierelement emittierte Licht, das durch einen Bereich ohne darin gebildeter fluoreszierender Materialschicht geleitete und von der LED ausgestrahlt wird, zu einem blauen Licht (B). Daher strahlt eine derartige LED ein Licht mit Farbvariationen in weiß und blau aus und ist kein hervorragendes LED-Produkt.
Das Licht, das von dem Lichtemittierelement emittiert wird, kann eine Höchstemissionswellenlänge innerhalb eines Kurzwellenlängenbereichs von ungefähr 400 nm oder weniger besitzen. Wenn ein derartiges ultraviolettes Licht direkt von der LED ausgestrahlt wird und in ein menschliches Auge eintritt, kann dies einen schlechten Effekt verursachen, der nicht erwünscht ist.
US 6 299 498 B1 offenbart ein Herstellungsverfahren und eine Struktur einer Weißlicht emittierenden Diode. Der Chip wird in eine mit fluoreszierendem Klebstoff dotierte Diodenschüssel gelegt. Die Schüssel wird dann in einen Backofen gestellt. Nach dem Brennen wird Golddraht jeweils an Diodenpins auf der Oberseite des Chips angebracht, wo es nicht mit fluoreszierendem Klebstoff dotiert ist. Zum Schluss wird der Chip noch einmal mit Weißlicht-Isolierkleber zum Backen abgedeckt..
US 2002/0 079 837 A1 offenbart eine LED vom Chip-Typ mit einem LED-Element und einem das LED-Element enthaltenden röhrenförmigen Gefäß, wobei das Gefäß eine obere Öffnung und eine untere Öffnung aufweist, wobei das LED-Element zwischen der oberen Öffnung und der unteren Öffnung positioniert ist, so dass das LED-Element Licht in Richtung der oberen Öffnung emittiert, und wobei das Gefäß mit einem lichtdurchlässigen Harz von der oberen Öffnung zu der unteren Öffnung gefüllt ist. Im Bereich der der oberen Öffnung ist eine fluoreszierende Schicht aus einem lichtdurchlässigen Harz, das fluoreszierendes Material enthält, gebildet.
WO 97/50 132 A1 offenbart ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper und einem Lumineszenzkonversionselement. Der Halbleiterkörper emittiert Strahlung im ultravioletten, blauen und / oder grünen Bereich des Spektrums und das Lumineszenzkonversionselement wandelt einen Teil dieser Strahlung in Strahlung einer größeren Wellenlänge um. Dies ermöglicht es, Leuchtdioden, die mischfarbiges, insbesondere weißes, Licht emittieren, mittels eines einzigen lichtemittierenden Halbleiterkörpers zu erzeugen.
US 2003/0 230 751 A1 offenbart eine LED-Lampe, wobei ein Lichtstrahlungsrichtungsbegrenzer und ein Reflektor um diesen herum auf einem Substrat montiert sind. Ein Wellenlängenkonverter ist an einer geeigneten Position angebracht, um einen Teil des Lichtstrahlungsrichtungsbegrenzers und des Reflektors abzudecken. Sowohl direktes Licht, dessen Wellenlänge in wellenlängenkonvertiertes Licht umgewandelt wird, als auch am Wellenlängenkonverter und am Reflektor reflektiertes Licht kann aus der LED-Lampe austreten.
JP 2000-228544 A offenbart eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Schale zum Aufnehmen und Platzieren eines lichtemittierenden Halbleiterelements, einen primären Harzdichtungskörper zum Abdichten des in der Schale angeordneten Elements, und einen sekundären Harzdichtungskörper zum Abdichten des primären Harzdichtungskörpers und zum Hinzufügen einer Linsenfunktion. Auf der Oberfläche des primären Harzdichtungskörpers oder benachbart dazu ist eine Wellenlängenumwandlungsmaterialschicht vorgesehen, um die Wellenlänge des Halbleiterlichtemissionselements in eine andere Wellenlänge umzuwandeln.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen und verschiedener anderer Probleme und Aspekte gemacht und kann demgemäß eine Halbleiterlichtemittiervorrichtung liefern, die als eine Lichtquelle dienen kann, die weniger Variation in der Farbe und der Helligkeit besitzt und die die Ausstrahlung von Licht verringern kann, das möglicher Weise für Menschen schädlich sein kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die obigen und andere Probleme anzugehen und zu versuchen sie zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele und mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlich werden, wobei zeigt:

1 (a)-(e) Prozessablaufdiagramme, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß der Erfindung zeigen;
2(a)-(e) Prozessablaufdiagramme, die ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß der Erfindung zeigen;
3(a)-(e) Prozessablaufdiagramme, die ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß der Erfindung zeigen;
4 eine Querschnittsansicht, die eine Vorrichtung der verwandten Technik zeigt; und
5 eine Querschnittsansicht, die eine andere Vorrichtung der verwandten Technik zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden wird eine Beschreibung der Erfindung mit Bezugnahme auf die Fig. der Zeichnungen erfolgen, wobei gleiche Bezugszeichen identische oder entsprechende Elemente über die mehreren Zeichnungen hinweg bezeichnen.
Eine Halbleiterlichtemittiervorrichtung kann konfiguriert werden, um weniger Variation in der Farbe und der Helligkeit vorzusehen und kann die Ausstrahlung von Licht verringern, das möglicherweise schädlich für Menschen ist. Eine Vielzahl von Hohlräumen kann in einem Gehäuse verwendet werden, um einen Raum zum Befestigen eines Halbleiterlichtemittierelements und zum Füllen von Harz oder Harzen dort hinein zu konfigurieren. Eine Schicht eines hochdichten Wellenlängenkonverters kann bei einer fast gleichförmigen Dichte und mit einer fast gleichförmigen Dicke über im Wesentlichen die gesamte Oberfläche nahe einer Austrittsoberfläche gebildet sein, die verwendet wird, um das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittierte Licht nach außen auszustrahlen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unten im Detail mit Bezugnahme auf die Zeichnungen 1-3 beschrieben werden (wobei die gleichen Bezugszeichen dieselben oder gleiche Teile bezeichnen). Da die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele in geeigneter Weise spezifizierte Beispiele der Erfindung sind, sind ihnen verschiedene technische Merkmale gegeben.
1(a)-(e) sind Prozessablaufdiagramme, die ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß der Erfindung zeigen. Ein Gehäuse 1 ist vorgesehen und geformt, um einen ersten Hohlraum 3 und einen zweiten Hohlraum 5 zu umfassen, die darin, wie in 1 (a) gezeigt, gebildet sind. Der erste Hohlraum 3 ist konisch geformt und besitzt einen Boden und eine Innenumfangsoberfläche, die darauf mit einer ersten Reflexionsoberfläche 2 vorgesehen ist. Der zweite Hohlraum 5 ist oberhalb des ersten Hohlraums 3 gelegen und besitzt eine gemeinsame Ebene 4 zusammen mit dem ersten Hohlraum 3, die größer als der erste Hohlraum 3 ist, sowie eine ungefähr vertikal hochstehende Innenumfangsoberfläche.
Ein Halbleiterlichtemittierelement 6 ist auf dem Boden in dem ersten Hohlraum 3 angebracht. Das Halbleiterlichtemittierelement 6 verwendet eine Vorwärtsspannung, die über eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode des Halbleiterlichtemittierelements 6 angelegt wird, um Licht zu emittieren. Daher kann ein Verbindungsmittel angewendet werden, um die Anoden- und Kathodenelektroden des Halbleiterlichtemittierelements 6 mit Anschlüssen elektrisch zu verbinden, die nach außen führen und mit einer Energiequelle verbunden sind, obwohl dies bei der Darstellung dieses Ausführungsbeispiels unterlassen ist.
Als nächstes wird, wie in 1(b) gezeigt, ein lichtdurchlässiges Harz (z.B. das erste Harz 7) in den ersten Hohlraum 3 bis zu der oberen Oberfläche des ersten Hohlraums 3 (z.B. die gemeinsame Ebene 4 zwischen dem ersten Hohlraum 3 und dem zweiten Hohlraum 5) gefüllt und ausgehärtet. Die Menge und der Typ des ersten Harzes 7, das verwendet wird, um den ersten Hohlraum 3 aufzufüllen, werden durch Betrag an Schrumpfung, die während des Aushärtens auftritt, bestimmt. Und zwar kann das Harz aufgefüllt werden, um fast planar mit oder hervorragend von (z.B. in einen Vorsprung geformt auf) der oberen Oberfläche des ersten Hohlraums 3 zu sein, um die Bildung einer ungefähr planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen. In jedem Fall hindern ein Kleben bzw. eine Haftung zwischen einem oberen Oberflächeninnenrand 8 des ersten Hohlraums 3 und dem ersten Harz 7, und eine Oberflächenspannung aufgrund einer geeigneten Viskosität des ersten Harzes 7, das erste Harz 7 am Fließen in den zweiten Hohlraum 5.
Ferner wird ein lichtdurchlässiges Harz (z.B. das zweite Harz 10), das ein darin dispergiertes fluoreszierendes Material 9 enthält, das als ein Wellenlängenkonverter dient, in den zweiten Hohlraum 5 bis zu der oberen Oberfläche des zweiten Hohlraums 5 gefüllt. Der Typ und die Menge des zweiten Harzes 10 werden unter Berücksichtigung des Betrags an Schrumpfung bestimmt, der das Harz beim Aushärten unterliegt. Und zwar kann die Harzmenge derart bestimmt werden, dass es den zweiten Hohlraum bis zu einem Punkt auffüllt, der ungefähr planar mit oder hervorragend von (z.B. in einen Vorsprung geformt auf) der oberen Oberfläche des zweiten Hohlraums 5 ist, um die Bildung einer fast planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen.
Als nächstes wird das Gehäuse 1 „auf den Kopf gestellt“ oder umgedreht, wie in 1 (c) gezeigt, und das zweite Harz 10, das in den zweiten Hohlraum 5 gefüllt ist, kann ausgehärtet werden. In diesem Fall wirken die Oberflächenspannung aufgrund einer in geeigneter Weise ausgewählten Viskosität für das zweite Harz 10 kombiniert mit einer Adhäsion zwischen dem zweiten Harz 10 und dem oberen Oberflächeninnenrand 11 des zweiten Hohlraums 5 der Schwerkraft entgegen, die auf das zweite Harz 10 wirkt, wenn das Gehäuse 1 umgedreht ist. Dieser Vorgang ist wirksam, um das zweite Harz 10 am Auslaufen bzw. Herauslecken aus dem zweiten Hohlraum 5 zu hindern. Demgemäß ist kein Deckel erforderlich, um die Leckage des zweiten Harzes 10 zu verhindern.
In dem Prozess des Aushärtens des zweiten Harzes, der sich in dem zweiten Hohlraum befindet, während das Gehäuse umgedreht ist, wie in 1(d) gezeigt, sinkt das fluoreszierende Material 9 ab und lagert sich nahe der Oberfläche des zweiten Harzes 10 ab, um eine hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 zu bilden. Dies ist möglich, wenn das fluoreszierende Material 9 eine größere relative Dichte besitzt als die des lichtdurchlässigen Harzes.
Letztendlich kann eine Halbleiterlichtemittiervorrichtung 20 vervollständigt werden, wie in 1(e) gezeigt. Die Halbleiterlichtemittiervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann ein optisches System umfassen, das unten beschrieben ist. Das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittiert wird, kann nacheinander durch das erste Harz 7 und das zweite Harz 10 hindurch geleitet werden. Es kann dann teilweise nach außen emittiert und teilweise bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 wellenlängenkonvertiert und nach außen emittiert werden. Diese beiden Lichttypen werden durch die Additivfarbmischung als ein getöntes Licht wahrgenommen. Das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 zu der ersten Reflexionsoberfläche 2 emittiert wird, kann durch das erste Harz 7 geleitet, dann bei der ersten Reflexionsoberfläche 2 reflektiert und richtungskonvertiert und durch das zweite Harz 10 geleitet werden. Es kann dann teilweise nach außen emittiert und teilweise bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 wellenlängenkonvertiert und nach außen emittiert werden. Diese beiden Lichttypen werden wie oben beschrieben durch die Additivfarbmischung als ein getöntes Licht wahrgenommen. Auf diese Weise kann das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 nach außen emittierte Licht durch zwei optische Pfade hindurch gehen. Daher entspricht die von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittierte Lichtmenge einer Gesamtheit des Lichts, das durch die beiden optischen Pfade hindurch geht und emittiert/freigesetzt wird. Auf diese Weise besitzt die Vorrichtung eine Struktur, die eine hellere Lichtquelle mit einer höheren Effizienz hinsichtlich der Lichtgewinnung erreichen kann.
In Vorrichtungen des Standes der Technik, kann das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, nicht einen Bereich in der Nähe einer Stufe bei einer gemeinsamen Ebene zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen erreichen, da die Stufe dies verhindert. Demgemäß ist das in dem Bereich dispergierte fluoreszierende Material nicht für die Wellenlängenkonversion wirksam und führt zu einer Lichtquelle mit Variationen in der Farbe und der Helligkeit. Im Gegensatz dazu kann in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel die hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 bei einer Position in der Nähe der Oberfläche des zweiten Hohlraums 5 gebildet werden und kann höher gelegen sein, als normalerweise im Stand der Technik gezeigt. Auf diese Weise wird das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittiert wird, in diesem Ausführungsbeispiel nicht blockiert und kann vollständig die hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 erreichen. Infolgedessen kann eine Lichtquelle mit verringerten Variationen in der Farbe und der Helligkeit erreicht werden.
2(a)-(e) sind Prozessablaufdiagramme, die ein anderes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß der Erfindung zeigen. Das Ausführungsbeispiel der 2(a)-(e) ist in dem Herstellungsverfahren einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel. Der in dem Gehäuse geformte Hohlraum kann jedoch geformt sein, um drei Teile zu umfassen.
Das Herstellungsverfahren einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung des Ausführungsbeispiels der 2(a)-(e) wird unten beschrieben, obwohl es Merkmale enthält, die denen des Ausführungsbeispiels der 1(a)-(e) ähnlich sind. Ein Gehäuse 1 ist vorgesehen, das einen ersten Hohlraum 3, einen zweiten Hohlraum 5 und einen dritten Hohlraum 14 umfasst, die, wie in 2(a) gezeigt, darin geformt sind. Der erste Hohlraum 3 ist konisch geformt und besitzt eine erste Reflexionsoberfläche 2, die auf einem Boden und einer Innenumfangsoberfläche vorgesehen ist. Der zweite Hohlraum 5 ist oberhalb des ersten Hohlraums 3 gelegen und besitzt eine gemeinsame Ebene 4 gemeinsam mit dem ersten Hohlraum 3, die im Umfang größer als der erste Hohlraum 3 ist, und umfasst eine ungefähr vertikal hochstehende Innenumfangsoberfläche. Der Hohlraum 14 ist oberhalb des zweiten Hohlraums 5 vorgesehen und besitzt eine Innenumfangsoberfläche, die mit einer zweiten reflektieren Oberfläche 13 darauf vorgesehen ist. Die zweite Reflexionsoberfläche 13 ist konfiguriert, um sich im Wesentlichen von der konischen Innenumfangsoberfläche des ersten Hohlraums 3 zu erstrecken (wenngleich nicht integral mit der Oberfläche des ersten Hohlraums 3).
Ein Halbleiterlichtemittierelement 6 ist auf einem Boden des ersten Hohlraums 3 befestigt. Das Halbleiterlichtemittierelement 6 kann eine Vorwärtsspannung verwenden, die über eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode des Halbleiterlichtemittierelements 6 angelegt wird, um Licht zu emittieren. Daher kann ein Verbindungsmittel angewendet werden, um die Anoden- und Kathodenelektroden des Halbleiterlichtemittierelements 6 mit Anschlüssen elektrisch zu verbinden, die extern nach draußen führen und mit einer Energiequelle verbunden sein können.
Wie in 2(b) gezeigt, wird ein lichtdurchlässiges Harz (z.B. das erste Harz 7) in den ersten Hohlraum 3 bis zu der oberen Oberfläche des ersten Hohlraums 3 (z.B. die gemeinsame Ebene 4 zwischen dem ersten Hohlraum und dem zweiten Hohlraum) gefüllt und ausgehärtet. Die Menge und der Typ des ersten Harzes 7 wird unter Berücksichtigung des Betrags an Schrumpfung, die während des Aushärtens auftritt, bestimmt. Und zwar kann das Harz aufgefüllt werden, um fast planar mit oder hervorragend von (z.B. in einen Vorsprung geformt auf) der oberen Oberfläche des ersten Hohlraums 3 zu sein, um die Bildung einer fast planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen. In jedem Fall hindern eine Adhäsion zwischen einem oberen Oberflächeninnenrand 8 des ersten Hohlraums 3 und dem ersten Harz 7 und eine Oberflächenspannung aufgrund einer geeignet ausgewählten Viskosität des ersten Harzes 7 das erste Harz 7 am Fließen in den zweiten Hohlraum 5.
Ferner wird ein lichtdurchlässiges Harz (z.B. das zweite Harz 10), das ein darin dispergiertes fluoreszierendes Material 9 enthält, das als ein Wellenlängenkonverter dient, in den zweiten Hohlraum 5 und den dritten Hohlraum 14 bis zu der oberen Oberfläche des dritten Hohlraums 14 gefüllt. Der Typ und die Menge des zweiten Harzes 10 werden unter Berücksichtigung des Betrags an Schrumpfung bestimmt, der das Harz beim Aushärten unterliegt. Und zwar kann die Harzmenge derart bestimmt werden, dass es den zweiten und dritten Hohlraum bis zu einem Punkt auffüllt, der ungefähr planar mit oder hervorragend von (z.B. in einen Vorsprung geformt auf) der oberen Oberfläche des dritten Hohlraums 14 ist, um die Bildung einer fast planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen.
Als nächstes wird das Gehäuse 1 „auf den Kopf gestellt“ oder umgedreht, wie in 2(c) gezeigt, und das zweite Harz 10, das in den zweiten Hohlraum 5 und den dritten Hohlraum 14 gefüllt ist, wird ausgehärtet. In diesem Fall wirken die Oberflächenspannung aufgrund einer in geeigneter Weise ausgewählten Viskosität für das zweite Harz 10 kombiniert mit einer Adhäsion zwischen dem zweiten Harz 10 und dem oberen Oberflächeninnenrand 11 des dritten Hohlraums 14 der Schwerkraft entgegen, die auf das zweite Harz 10 wirkt, wenn das Gehäuse umgedreht ist. Dieser Vorgang ist wirksam, um das zweite Harz 10 am Auslaufen bzw. Herauslecken aus dem zweiten Hohlraum 5 und dem dritten Hohlraum 14 zu hindern. Demgemäß ist kein Deckel erforderlich, um die Leckage des zweiten Harzes 10 zu verhindern.
In dem Prozess des Aushärtens des zweiten Harzes, der sich in dem zweiten Hohlraum und dem dritten Hohlraum befindet, während das Gehäuse umgedreht ist, wie in 2(d) gezeigt, sinkt das fluoreszierende Material 9 ab und lagert sich in dem dritten Hohlraum 14 ab, um eine hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 zu bilden. Dies ist möglich, wenn das fluoreszierende Material 9 eine größere relative Dichte besitzt als die des lichtdurchlässigen Harzes.
Letztendlich wird eine Halbleiterlichtemittiervorrichtung 20 vervollständigt, wie in 2(e) gezeigt. Die Halbleiterlichtemittiervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann ein optisches System umfassen, das unten beschrieben ist. Das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittiert wird, wird nacheinander durch das erste Harz 7 und das zweite Harz 10 hindurch geleitet. Es wird dann teilweise nach außen emittiert und teilweise bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 wellenlängenkonvertiert und nach außen emittiert. Diese beiden Lichttypen werden als ein getöntes Licht wahrgenommen, das durch Additivfarbmischung erreicht wird. Das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 zu der ersten Reflexionsoberfläche 2 emittiert wird, wird durch das erste Harz 7 geleitet, dann bei der ersten Reflexionsoberfläche 2 reflektiert und richtungskonvertiert und durch das zweite Harz 10 geleitet. Es wird dann teilweise nach außen emittiert und teilweise bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 wellenlängenkonvertiert und nach außen emittiert. Diese beiden Lichttypen werden wie oben beschrieben durch die Additivfarbmischung als ein getöntes Licht wahrgenommen. Ferner umfasst das Licht, das bei dem fluoreszierenden Material 9 in der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 wellenlängenkonvertiert wird, Licht, das sich zu der zweiten Reflexionsoberfläche 13 bewegt, das bei der zweiten Reflexionsoberfläche 13 reflektiert und nach außen emittiert wird. Selbst das Licht, das bei dem fluoreszierenden Material wellenlängenkonvertiert, aber nicht sofort in die Atmosphäre emittiert wird, kann daher effektiv extrahiert werden, um in diesem Ausführungsbeispiel nach außen emittiert zu werden. Auf diese Weise kann das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 nach außen emittiert wird, durch zwei optische Pfade hindurch gehen. Daher kann die Menge des Lichts, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittiert wird, im Wesentlichen einer Gesamtmenge des Lichts entsprechen, das durch die beiden optischen Pfade hindurchgeht und freigesetzt oder abgegeben wird. Auf diese Weise besitzt die Vorrichtung eine Struktur, die eine hellere Lichtquelle mit einer höheren Effizienz der Lichtextraktion oder -ausbeute erreichen kann.
Im Stand der Technik kann Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, nicht einen Teil in der Nähe einer Stufe bei einer gemeinsamen Ebene zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen erreichen, da die Stufe dies verhindert. Demgemäß ist das in dem Teil dispergierte fluoreszierende Material nicht für die Wellenlängenkonversion wirksam und führt zu einer Lichtquelle mit Variationen in der Farbe und der Helligkeit. Im Gegensatz dazu ist in dem Ausführungsbeispiel der 2(a)-(e) die hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 in dem dritten Hohlraum 14 gebildet, der höher gelegen sein kann als im Stand der Technik normal ist. Auf diese Weise wird das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittiert wird, nicht blockiert und kann die hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 erreichen. Infolgedessen kann eine Lichtquelle mit verringerten Variationen in der Farbe und der Helligkeit erreicht werden.
3(a)-(e) sind Prozessablaufdiagramme, die ein anderes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung zeigen, die eine Wellenlängenkonverterschicht gemäß der Erfindung umfasst. Das Ausführungsbeispiel der 3(a)-(e) ist ähnlich den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen in dem Verfahren der Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung. Das Ausführungsbeispiel der 3(a)-(e) umfasst einen Reflexionsrahmen, der in dem Gehäuse gebildet ist.
Das Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung des Ausführungsbeispiels der 3(a)-(e) wird unten beschrieben und enthält die gleiche Lehre und gleiche Bezugszeichen, um die gleichen Teile zu bezeichnen, verglichen mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der 1(a)-(e). Ein Gehäuse 1 ist vorgesehen, um einen ersten Hohlraum 3 und einen zweiten Hohlraum 5 darin zu umfassen, wie in 3(a) gezeigt. Der erste Hohlraum 3 ist konisch geformt und besitzt einen Boden und eine Innenumfangsoberfläche, die mit einer ersten Reflexionsoberfläche 2 darauf vorgesehen ist. Der zweite Hohlraum 5 ist oberhalb des ersten Hohlraums 3 gelegen und besitzt eine gemeinsame Ebene 4 gemeinsam mit dem ersten Hohlraum 3, die größer als der erste Hohlraum 3 ist, sowie eine ungefähr vertikal hochstehende Innenumfangsoberfläche.
Ein Reflexionsrahmen 16 ist auf dem Gehäuse 1 angeordnet. Der Reflexionsrahmen weist eine ausgenommene, schräge, gekrümmte Oberfläche darauf auf. Die gekrümmte Oberfläche ist begrenzt sein durch imaginäre Drehung einer geraden Linie, die relativ zu einer optischen Achse des Halbleiterlichtemittierelements 6 geneigt ist und auf dem Boden des ersten Hohlraums 3 angebracht ist. Die gerade Linie und die Oberfläche, die sie beschreibt, wenn sie um die optische Achse gedreht wird, können als von einer Position außerhalb eines Außenrands 15 des zweiten Hohlraums 5 und im Wesentlichen zu der Vorderseite und in der Strahlungsrichtung von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 geöffnet beschrieben werden. Eine dritte Reflexionsoberfläche 17 kann auf dieser gekrümmten Oberfläche gebildet sein.
Das Halbleiterlichtemittierelement 6 kann eine Vorwärtsspannung verwenden, die über eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode des Halbleiterlichtemittierelements 6 angelegt wird, um Licht zu emittieren. Daher kann ein Verbindungsmittel angewendet werden, um die Anoden- und Kathodenelektroden des Halbleiterlichtemittierelements 6 mit Anschlüssen elektrisch zu verbinden, die nach außen führen und mit einer externen Energiequelle verbunden sind, obwohl dies bei der Darstellung dieses Ausführungsbeispiels unterlassen ist.
Wie in 3(b) gezeigt, wird ein lichtdurchlässiges Harz (z.B. ein erstes Harz 7) in den ersten Hohlraum 3 bis zu der oberen Oberfläche des ersten Hohlraums 3 (z.B. die gemeinsame Ebene 4 zwischen dem ersten Hohlraum 3 und dem zweiten Hohlraum 5) gefüllt und ausgehärtet. Die Menge und der Typ des ersten Harzes 7, das in den ersten Hohlraum 3 gefüllt werden soll, wird durch Berücksichtigung des Betrags an Schrumpfung bestimmt, die während des Aushärtens auftritt. Und zwar kann das Harz aufgefüllt werden, um fast planar mit oder wegragend von (z.B. in einen Vorsprung geformt auf) der oberen Oberfläche des ersten Hohlraums 3 zu sein, um die Bildung einer ungefähr planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen. In jedem Fall hindern eine Adhäsion zwischen einem oberen Oberflächeninnenrand 8 des ersten Hohlraums 3 und dem ersten Harz 7, und eine Oberflächenspannung aufgrund einer geeigneten Viskosität des ersten Harzes 7, das erste Harz 7 am Fließen in den zweiten Hohlraum 5.
Ferner wird ein lichtdurchlässiges Harz (z.B. ein zweites Harz 10), das ein darin dispergiertes fluoreszierendes Material 9 enthält, um als ein Wellenlängenkonverter zu dienen, in den zweiten Hohlraum 5 bis zu der oberen Oberfläche des zweiten Hohlraums 5 gefüllt. Die Menge und der Typ des zweiten Harzes 10 werden durch Berücksichtigung des Betrags an Schrumpfung bestimmt, der das Harz beim Aushärten unterliegt. Und zwar kann die Menge des Harzes derart bestimmt werden, dass sie den zweiten Hohlraum bis zu einem Punkt füllt, so dass dieser entweder fast planar mit oder wegragend von (z.B. in einen Vorsprung geformt auf) der oberen Oberfläche des zweiten Hohlraums 5 ist, um die Bildung einer fast planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen.
Das Gehäuse 1 wird „auf den Kopf gestellt“ oder umgedreht, wie in 3(c) gezeigt ist, und das zweite Harz 10, das sich in dem zweiten Hohlraum 5 befindet, wird ausgehärtet. Die Oberflächenspannung aufgrund einer in geeigneter Weise ausgewählten Viskosität für das zweite Harz 10 kombiniert mit einer Adhäsion zwischen dem zweiten Harz 10 und einem oberen Oberflächeninnenrand 11 des zweiten Hohlraums 5 wirken der Schwerkraft entgegen, die auf das zweite Harz 10 wirkt, wenn das Gehäuse 1 umgedreht gestellt ist. Dieser Vorgang ist wirksam, um das zweite Harz 10 am Auslaufen bzw. Herauslecken aus dem zweiten Hohlraum 5 zu hindern. Demgemäß ist kein Deckel erforderlich, um die Leckage des zweiten Harzes 10 zu verhindern.
Wenn das Gehäuse 1 umgedreht und auf einer Basis angebracht wird, stößt die Spitze 18 des Reflexionsrahmens 16, der auf dem Gehäuse 1 gebildet ist, an der Basis an und dient auch als ein Beabstandungswerkzeug. Demgemäß kann die Bereitstellung eines Abstandshalters zur umgekehrten Abstützung nicht notwendig sein.
In dem Aushärtungsprozess des zweiten Harzes, das in dem zweiten Hohlraum gelegen ist, während das Gehäuse umgedreht ist, wie in 3(d) gezeigt, sinkt das fluoreszierende Material 9 ab und lagert sich nahe der Oberfläche des zweiten Harzes 10 ab, um einen hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 zu bilden. Dies ist möglich, wenn das fluoreszierende Material 9 eine größere relative Dichte als das lichtdurchlässige Harz besitzt.
Letztendlich wird eine Halbleiterlichtemittiervorrichtung 20 vervollständigt, wie in 3(e) gezeigt. Die Halbleiterlichtemittiervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann ein optisches System umfassen, das unten beschrieben ist. Das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittiert wird, wird der Reihe nach durch das erste Harz 7 und das zweite Harz 10 hindurch geleitet. Es wird dann teilweise nach außen emittiert und teilweise bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 wellenlängenkonvertiert und nach außen emittiert. Diese beiden Lichttypen werden als ein getöntes Licht wahrgenommen, das durch die Additivfarbmischung erreicht wird. Das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 zu der ersten Reflexionsoberfläche 2 emittiert wird, wird durch das erste Harz 7 geleitet, dann bei der ersten Reflexionsoberfläche 2 reflektiert und richtungskonvertiert und durch das zweite Harz 10 geleitet. Es wird dann teilweise nach außen emittiert und teilweise bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 wellenlängenkonvertiert und nach außen emittiert. Diese beiden Lichttypen werden wie oben beschrieben durch die Additivfarbmischung als ein getöntes Licht wahrgenommen. Auf diese Weise kann das von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 nach außen emittierte Licht durch zwei optische Pfade hindurch gehen. Daher entspricht die von dem Halbleiterlichtemittierelement 6 emittierte Lichtmenge im Wesentlichen einer Gesamtheit des Lichts, das durch die beiden optischen Pfade hindurch geht und nach außen emittiert wird. Ferner kann das Licht, das von der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht 12 nach außen emittiert wird, Licht umfassen, das sich zu der dritten Reflexionsoberfläche 17 bewegt, welches bei der dritten Reflexionsoberfläche 17 reflektiert wird. Das reflektierte Licht bewegt sich dann zu der Vorderseite in der Emissions-/Ausstrahlrichtung. Infolgedessen kann Licht, das zuvor nicht zu der Sammlung des Lichts beitragen konnte, wie in der verwandten Technik bekannt ist, gesammelt und effektiv in der Nähe der optischen Achse des Halbleiterlichtemittierelements 6 emittiert werden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung die Effizienz des verfügbaren Lichts verbessern und eine höhere Helligkeit erreichen.
Im Stand der Technik kann Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, nicht einen Bereich in der Nähe einer Stufe bei einer gemeinsamen Ebene zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen erreichen, da die Stufe dies verhindert. Demgemäß ist das in dem Bereich dispergierte fluoreszierende Material nicht für die Wellenlängenkonversion wirksam und führt zu einer Lichtquelle mit Variationen in der Farbe und der Helligkeit. Im Gegensatz dazu kann in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel die hochdichte fluoreszierende Materialschicht 12 bei einer Position in der Nähe der Oberfläche des ersten Hohlraums gebildet werden und kann höher gelegen sein als die verwandte Technik. Auf diese Weise wird das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, in diesem Ausführungsbeispiel nicht blockiert und kann die fluoreszierende Materialschicht erreichen. Infolgedessen kann eine Lichtquelle mit verringerten Variationen in der Farbe und der Helligkeit erreicht werden.
Einige der Merkmale, die den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gemeinsam sind, werden unten beschrieben. Als erstes können das Halbleiterlichtemittierelement und ein Verbindungsdraht (nicht gezeigt) in dem lichtdurchlässigen Harz abgedichtet werden. Der Verbindungsdraht ist ein Beispiel der Verbindungsmittel zum elektrischen Verbinden der Anoden- und Kathodenelektroden des Halbleiterlichtemittierelements mit den Anschlüssen, die extern nach außen führen und mit der Energiequelle verbunden sind. Diese Konfiguration zielt darauf ab, das Halbleiterlichtemittierelement und den Verbindungsdraht vor mechanischen Beanspruchungen, wie beispielsweise Vibrationen und Stößen, und Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Wassergehalt, Schmutz und Staub, zu schützen. Zusätzlich kann ein Glied vorgesehen werden, dass eine Schnittstelle oder Zwischenfläche mit der Lichtaustrittsfläche des Halbleiterlichtemittierelements bildet. Dieses schnittstellen- oder zwischenflächenbildende Glied kann ein Material umfassen, das einen Brechungsindex nahe an oder höher als dem Brechungsindex des Halbleitermaterials besitzt, das die Austrittsoberfläche des Halbleiterlichtemittierelements bildet. In diesem Fall kann das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, gesteuert werden, um so wenig Licht wie möglich zu umfassen, das vollständig bei der Lichtaustrittsoberfläche des Halbleiterlichtemittierelements reflektiert wird und das in das Halbleiterlichtemittierelement zurückkehrt. Auf diese Weise zielt die Konfiguration auch darauf ab, so viel Ausstrahlung von Licht von dem Halbleiterlichtemittierelement durch die Lichtaustrittsfläche zu dem schnittstellen- oder zwischenflächenbildenden Glied wie möglich zu gestatten, um die Effizienz der Extraktion des Lichts von dem Halbleiterlichtemittierelement zu verbessern.
Demgemäß kann das erste Harz (z.B. ein lichtdurchlässiges Harz), das das Halbleiterlichtemittierelement abdichtet, das auf dem Boden des ersten konischen Hohlraums angebracht ist, konfiguriert werden, um das Halbleiterlichtemittierelement und den Verbindungsdraht vollständig abzudichten.
Die hochdichte fluoreszierende Materialschicht wird in der Nähe der Oberfläche gebildet, bei der das Licht von dem Halbleiterlichtemittierelement in die Atmosphäre emittiert wird. Diese Konfiguration zielt darauf ab, das Licht zu streuen und zu brechen, das sowohl von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert, bei dem fluoreszierenden Material wellenlängenkonvertiert, und nach außen emittiert wird, sowie Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert und direkt nach außen emittiert wird, um so gleichförmig wie möglich zu sein. Infolgedessen kann eine Lichtquelle mit weniger Variation in der Farbe und Helligkeit erreicht werden. Sie zielt auch auf eine Verbesserung in der Effizienz der Extraktion des Lichts ab, das bei dem fluoreszierenden Material wellenlängenkonvertiert wird.
In der Nähe der Lichtaustrittsfläche des Halbleiterlichtemittierelements kann die hochdichte fluoreszierende Materialschicht gebildet werden. Demgemäß kann die Lichtaustrittsfläche in eine Oberfläche geformt sein, die wegragende und ausgenommene Muster aufweist und die das fluoreszierende Material umfasst. Daher besitzen das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert und bei dem fluoreszierenden Material wellenlängenkonvertiert wird, und das Licht, das nur von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, weniger Ablenkung bei der Lichtaustrittsfläche, wenn der Oberflächenzustand wegragende und ausgenommene Muster aufweist. Auf diese Weise kann das Licht mit durchschnittlichem Streuen und Brechen in sämtliche Ausrichtungen vorgesehen werden. Zusätzlich kann das Licht, das wellenlängenkonvertiert wird durch das fluoreszierende Material, das einen Vorsprung in der Lichtaustrittsfläche bildet, direkt zu der Atmosphäre ohne unnötige Zwischenlage oder unnötiges Zwischenglied (außer dem Harzüberzug über dem fluoreszierenden Material) emittiert werden. Demgemäß ist die Vorrichtung konfiguriert, um eine hervorragende Effizienz der Lichtextraktion zu erreichen, ohne einer Vollreflektion und Brechung zu unterliegen.
Beispiele der Effekte der Halbleiterlichtemittiervorrichtung und der Erfindung sind unten beschrieben:

(1) Das Halbleiterlichtemittierelement und der Verbindungsdraht können vollständig in dem lichtdurchlässigen Harz abgedichtet werden, das einen Brechungsindex nahe an dem des Halbleitermaterials besitzt, das die Austrittsoberfläche des Halbleiterlichtemittierelements bildet. Diese Konfiguration ist wirksam beim Schutz des Halbleiterlichtemittierelements und des Verbindungsdrahts vor mechanischen Beanspruchungen, wie beispielsweise Vibrationen und Stößen, und Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Wassergehalt, Schmutz und Staub. Zusätzlich kann das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, gesteuert werden, um so wenig Licht wie möglich zu umfassen, das vollständig auf die Lichtaustrittsoberfläche des Halbleiterlichtemittierelement reflektiert wird und das in das Halbleiterlichtemittierelement zurückkehrt. Auf diese Weise kann eine große Menge von Licht von dem Halbleiterlichtemittierelement ausgestrahlt und durch die Lichtaustrittsoberfläche zu dem schnittflächenbildenden Glied übertragen werden, um die Effizienz der Extraktion des Lichts von dem Halbleiterlichtemittierelement zu verbessern.
(2) Der Hohlraum kann in mehreren Phasen oder Schritten geformt werden, um die Harze schrittweise aufzufüllen. In diesem Fall kann das lichtdurchlässige Harz, das in den unteren Hohlraum gefüllt wird, am Fließen in den oberen Hohlraum gehindert werden und zwar durch Adhäsion zwischen dem oberen Oberflächeninnenrand des Hohlraums und dem Harz, sowie durch die Oberflächenspannung, die mit einer geeignet gewählten Viskosität für das Harz verbunden ist. Auf diese Weise kann eine fast planare Oberfläche über im Wesentlichen das gesamte Harzmaterial gebildet werden. Infolgedessen kann das lichtdurchlässige Harz, das das darin dispergierte fluoreszierende Material enthält und das in den oberen Hohlraum gefüllt wird, auch mit einer fast vollständig planaren Oberfläche vorgesehen werden.
(3) Wenn das Produkt in (2) zum Aushärten „auf den Kopf gestellt“ oder umgedreht wird, sinkt das fluoreszierende Material derart ab, dass es nahe der fast planaren Oberfläche des lichtdurchlässigen Harzes gelegen ist, das das darin dispergierte fluoreszierende Material enthält, und das in den oberen Hohlraum gefüllt wird, um die hochdichte fluoreszierende Materialschicht zu bilden. Infolgedessen besitzt die hochdichte fluoreszierende Materialschicht eine fast gleichförmige Dicke über im Wesentlichen die gesamte Oberfläche, was zu einer Lichtquelle mit weniger Variation in der Farbe und der Helligkeit führt.
(4) Im Stand der Technik kann das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, nicht einen Bereich in der Nähe einer Stufe bei einer gemeinsamen Ebene zwischen den unteren und oberen Hohlräumen erreichen, da die Stufe dies verhindert. Demgemäß ist das fluoreszierende Material, das in dem lichtdurchlässigen Harz bei dem Bereich dispergiert ist, nicht zur Wellenlängenkonversion wirksam und führt zu einer Lichtquelle mit Variationen in der Farbe und der Helligkeit. Im Gegensatz dazu kann in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel(en) die hochdichte fluoreszierende Materialschicht bei einer Position in der Nähe der Oberfläche des Harzes geformt werden, die höher ist als die der verwandten Technik. Auf diese Weise wird das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, nicht blockiert und kann die fluoreszierende Materialschicht erreichen. Infolgedessen kann eine Lichtquelle mit verringerten Variationen in der Farbe und der Helligkeit erreicht werden.
(5) Die hochdichte fluoreszierende Materialschicht kann gleichförmig und in der Nähe der Lichtaustrittsfläche gebildet werden. Demgemäß kann das fluoreszierende Material wegragende und ausgenommene Muster in einem Oberflächenzustand bilden. Daher haben das Licht, das von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert und bei dem fluoreszierenden Material wellenlängenkonvertiert wird, und das Licht, das nur von dem Halbleiterlichtemittierelement emittiert wird, weniger Ablenkung bei der Lichtaustrittsoberfläche, wenn der Oberflächenzustand wegragende und ausgenommene Muster umfasst. Auf diese Weise kann das Licht mit einer durchschnittlichen Streuung und Brechung in sämtliche Ausrichtungen vorgesehen werden. Zusätzlich kann das Licht, das wellenlängenkonvertiert wird bei dem fluoreszierenden Material, das bei dem Vorsprung in der Lichtaustrittsfläche geformt ist, direkt zu der Atmosphäre ohne unnötige Zwischenlage oder unnötiges Zwischenglied (außer der Harzschicht über dem fluoreszierenden Material) emittiert werden. Demgemäß kann die Vorrichtung konfiguriert werden, um eine hervorragende Effizienz der Lichtextraktion zu erreichen, ohne einer Vollreflektion und Brechung zu unterliegen.
(6) Ein Reflexionsrahmen mit einer darauf gebildeten Reflexionsoberfläche kann auf dem Gehäuse gebildet sein. Auf diese Weise kann das Licht, das bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht wellenlängenkonvertiert wird und das sich zu der Reflexionsoberfläche bewegt, bei der Reflexionsoberfläche zu der Vorderseite und in die Strahlungsrichtung von dem Halbleiterlichtemittierelement reflektiert werden. Infolgedessen kann das Licht, das zuvor nicht zu der Sammlung des Lichts beitragen konnte, selbst wenn es bei der hochdichten fluoreszierenden Materialschicht wellenlängenkonvertiert wurde, nun effektiv in der Nähe der optischen Achse des Halbleiterlichtemittierelements gesammelt werden. Auf diese Weise wird eine Verbesserung in der Effizienz des verfügbaren Lichts realisiert und eine höhere Helligkeit wird bei der Lichtquelle erreicht. Zusätzlich kann der Reflexionsrahmen, wenn das Gehäuse zum Aushärten des Harzes auf den Kopf gestellt wird, auch als ein Beabstandungswerkzeug dienen. Demgemäß kann ein Abstandshalter zur umgekehrten Abstützung nicht erforderlich sein.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung, die Folgendes aufweist: Anordnen eines Gehäuses, das einen ersten Hohlraum mit einem Boden und einer Innenumfangsoberfläche besitzt, wobei sich der erste Hohlraum nach oben öffnet und eine Reflexionsoberfläche umfasst, und das zumindest einen zweiten Hohlraum besitzt, der oberhalb des ersten Hohlraums gelegen ist; Anordnen von zumindest einem Halbleiterlichtemittierelement bei dem Boden des ersten Hohlraums; Füllen eines ersten lichtdurchlässigen Harzes in den ersten Hohlraum und Fixieren des ersten Harzes, um das zumindest eine Halbleiterlichtemittierelement abzudichten; Füllen eines zweiten Harzes, das aus einem lichtdurchlässigen Harz besteht, das einen darin dispergierten Wellenlängenkonverter enthält, in den zumindest einen zweiten Hohlraum, der über dem ersten Hohlraum gelegen ist, wobei das erste Harz den Wellenlängenkonverter nicht aufweist; Umdrehen des Gehäuses, so dass der Boden des ersten Hohlraums oben ist und sich der erste Hohlraum nach unten öffnet; und Aushärten des zweiten Harzes, wobei der Wellenlängenkonverter in dem zweiten Harz absinkt und sich nahe der Außenoberfläche des zweiten Harzes ablagert, so dass der Wellenlängenkonverter bei einer Position näher an der Außenoberfläche dichter ist als an einer Position weg von der Außenoberfläche, um eine hochdichte fluoreszierende Materialschicht zu bilden.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß Anspruch 1, das ferner aufweist: Auswählen eines zweiten Harzes derart, dass es das erste Harz in dem ersten Hohlraum halten kann, wenn das Gehäuse auf den Kopf gestellt wird und sowohl das erste Harz als auch das zweite Harz nicht ausgehärtet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner Folgendes aufweist: Anordnen eines Reflexionsrahmens oberhalb des Gehäuses vor dem Umdrehen, wobei der Reflexionsrahmen eine schräge Reflexionsoberfläche besitzt, die durch eine Leitkurve eines Kegels definiert wird, die sich um eine optische Achse des zumindest einen Halbleiterlichtemittierelements erstreckt, wobei der Kegel in einer Strahlungsrichtung des zumindest einen Halbleiterlichtemittierelements geöffnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Harz in den ersten Hohlraum bis zu einer oberen Oberfläche des ersten Hohlraums gefüllt und ausgehärtet wird, wobei die Menge und der Typ des ersten Harzes durch Berücksichtigung des Betrags an Schrumpfung bestimmt werden, die während des Aushärtens auftritt, um die Bildung einer planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtemittiervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Harz in den zweiten Hohlraum bis zu einer oberen Oberfläche des zweiten Hohlraums gefüllt und ausgehärtet wird, wobei die Menge und der Typ des zweiten Harzes durch Berücksichtigung des Betrags an Schrumpfung bestimmt werden, die während des Aushärtens auftritt, um die Bildung einer planaren Oberfläche nach dem Aushärten zu erreichen.