DE102006061118A1

DE102006061118A1 - Licht aussendende Vorrichtung, Verfahren zu deren Herstellung und Baugruppe

Info

Publication number: DE102006061118A1
Application number: DE200610061118
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Fujiyoshida Yoshida; Mitsunori Fujiyoshida Ishizaka
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-08-09
Also published as: US20070152229A1; CN1992363A; CN1992363B; JP2007184310A; JP4881001B2; US7728342B2

Abstract

Eine Licht aussendende Vorrichtung beinhaltet ein Substrat, mindestens einen Leuchtdioden-Chip, der auf dem Substrat angebracht ist, ein lichtdurchlässiges Element, das auf dem Substrat angeordnet ist, um einen Raum zwischen dem lichtdurchlässigen Element und dem Substrat zu bilden, und ein Harz, das in dem Raum angeordnet ist, um den Leuchtdioden-Chip dicht einzuschließen, wobei das lichtdurchlässige Element mindestens einen Harzeinspritzeinlass und mindestens eine Entlüftungsöffnung beinhaltet und der Raum mit dem durch den Harzeinspritzeinlass in den Raum eingespritzten Harz angefüllt ist.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-380585, eingereicht am 29. Dezember 2005, und beansprucht deren Priorität, wobei deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Licht aussendende Vorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Anzeigeeinrichtung zu beleuchten oder um als Blitzlicht oder dergleichen in einer Kamera verwendet zu werden, und die insbesondere eine Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle verwendet, ein Verfahren zum Herstellen der Licht aussendenden Vorrichtung und eine Baugruppe, welche die Licht aussendende Vorrichtung beinhaltet.
Beschreibung der verwandten Technik
Bei einer Licht aussendenden Vorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Anzeigeeinrichtung zu beleuchten oder um als Blitzlicht oder dergleichen in einer Kamera verwendet zu werden, und die insbesondere einen Leuchtdioden-(LED)-Chip als Lichtquelle verwendet, wurde in den vergangenen Jahren ein Einkapselungssystem oder ein Transfer-Umformen als Verfahren verwendet, um den LED-Chip mit einem Vergussharz dicht einzuschließen.
Mit einer Licht aussendenden Vorrichtung, die einen LED-Chip als Lichtquelle verwendet, ist es, da für gewöhnlich ein Farbstoff, ein Pigment, Phosphor oder eine Kombination aus diesen in das Vergussharz gemischt wird, um die Farbe oder die Chromatizität des vom LED-Chip ausgesendeten Lichtes einzustellen, wichtig, für das Vorsehen einer festen Menge an Vergussharz zu sorgen, um eine stabile Chromatizität zu erzielen.
Jedoch treten bei der Licht aussendenden Vorrichtung, die entweder durch das zuvor erwähnte Einkapselungssystem oder das Transfer-Umformen erzeugt wird, die folgenden Probleme auf.
Das erste Problem besteht darin, dass, obschon die Herstellungsanlagen beim Einkapselungssystem relativ kostengünstig sind, dadurch bedingt, dass die Einspritzzeit und der Einspritzdruck des Vergussharzes durch eine Maschine gesteuert werden, die Menge des eingespritzten Vergussharzes oder des Phosphors gemäß der mechanischen Genauigkeit variiert. Auch ist es, da beim Einkapselungssystem leicht eine Beeinflussung durch Umgebungsbedingungen erfolgt, schwierig, die Menge an Vergussharz zu steuern. Demzufolge ist es schwierig, die Chromatizität des vom LED-Chip ausgesendeten Lichtes zu stabilisieren.
Andererseits ist beim Transfer-Umformen das Steuern der Menge des Vergussharzes einfacher als beim Einkapselungssystem, jedoch bestehen einige Probleme, wie beispielsweise Einschränkungen bei der Verwendung des Vergussharzes, eine Erhöhung der Kosten für Produktionsanlagen, da die Pressform sehr teuer ist, ein Einfluss des Formtrennmittels auf die optischen Eigenschaften der Licht aussendenden Vorrichtung, was von der Tatsache herrührt, dass ein Formtrennmittel in das Vergussharz eingemischt werden muss, um zu verhindern, dass das Vergussharz an der verwendeten Form anhaftet, ein niedriges Haftniveau zwischen dem Vergussharz und den übrigen Teilen, etc.

Außerdem wurde hervorgehoben, dass, wenn eine Licht aussendende Vorrichtung durch Montieren eines LED-Chip auf einen Leiterrahmen unter Verwendung von Transfer-Umformen erzeugt wird, es keine Möglichkeit gibt, eine Dickenerhöhung der auf diese Weise erzeugten Licht aussendenden Vorrichtung zu vermeiden (siehe beispielsweise japanisches Patent Nr. 3137823, Abs. 0007).

Das zweite Problem betrifft die Festigkeit des Vergussharzes, um den LED-Chip zu schützen.

Da das Vergussharz so konfiguriert ist, dass es freiliegt, ohne dass es durch eine Abdeckung oder dergleichen verdeckt ist, so dass Licht von der Licht aussendenden Vorrichtung abgegeben wird, wird es durch externe Kräfte leicht beeinflusst. Wenn jedoch ein Vergussharz mit einem hohen Grad an Härte verwendet wird, um den Einfluss von externen Kräften zu reduzieren, besteht ein Zuverlässigkeitsproblem, insofern, als Teile getrennt werden können, und Bond-Drähte, welche die LED mit den Elektroden elektrisch verbinden, beschädigt werden können und die Tendenz besteht, dass sie stark verformt werden, wenn der LED-Chip durch das Vergussharz dicht eingeschlossen wird.

Das dritte Problem betrifft die Wärmebeständigkeit des Vergussharzes zum dichten Einschließen des LED-Chips.

Beispielsweise tritt bei einem herkömmlichen Vergussharz, das aus Epoxidharz hergestellt sein könnte, da von der LED abgestrahlte Wärme nur schwer abgeführt wird, bei der Licht aussendenden Vorrichtung folgendes unerwünschte Problem auf, und zwar ein Zyklus von "Aufheizen → Absinken des VF-Wertes → weitere Zunahme des Stroms → weiteres Aufheizen, wobei die absolute maximale Nennrate überschritten wird → Verlassen des sicheren Bereichs".

Einige Vorschläge wurden gemacht, um die zuvor beschriebenen Probleme zu lösen.

Beispielsweise ist bei einem Vorschlag ein Loch in einem Substrat vorgesehen und ein LED-Chip wird auf einen metallischen Abschnitt montiert, der auf einer Rückseite des Substrates, dem Loch zugewandt, vorgesehen ist, um die Wärmeabführeigenschaften vom LED-Chip zu verbessern und um eine dünnere Licht aussendende Vorrichtung mit verbessertem Abstrahlwirkungsgrad zu erzielen (siehe japanisches Patent Nr. 3137823).

Jedoch sind bei diesem Vorschlag das erste zuvor erwähnte Problem in Bezug auf eine Stabilisierung der Farbe und das zweite Problem in Bezug auf eine Festigkeit des Vergussharzes weiterhin ungelöst.

Es gibt auch einen Vorschlag, der im Wesentlichen das gleiche Verfahren wie das im japanischen Patent Nr. 3137823 offenbarte Verfahren betrifft, insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Loch in einem Substrat vorgesehen ist und ein Vergussharz eines LED-Chips durch ein Transfer-Umformen erzeugt werden kann (siehe offengelegtes japanisches Patent Nr. 2003-31850).

Jedoch zielt dieser Vorschlag in keiner Weise darauf ab, das erste, die Stabilisierung der Farbe betreffende Problem, und das zweite, die Festigkeit des Vergussharzes betreffende Problem, zu lösen.

Es gibt einen weiteren Vorschlag, die Farbe durch Reduzieren der Luftblasen in einem Vergussharz zu stabilisieren, wenn ein Vergussharz ausgebildet ist, das niedrigen Wärmewiderstand und dünnere Gestalt aufweist (siehe offengelegtes japanisches Patent Nr. 2000-12576).

Jedoch wird bei diesem Vorschlag eine Struktur offenbart, bei der man voraussetzt, dass, wenn keine Luftblasen in einem Vergussharz vorhanden sind, die Farbe stabil ist. Daher ist es, auch wenn nur eine sehr geringe Menge an Luftblasen vorhanden ist, schwierig, eine stabile Farbe zu erzielen.

INHALT DER ERFINDUNG

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine äußerst zuverlässige Licht aussendende Vorrichtung bereitzustellen.

Um das zuvor beschriebene Ziel zu erreichen, beinhaltet eine Licht aussendende Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Substrat, mindestens einen auf dem Substrat montierten Leuchtdioden-Chip, ein lichtdurchlässiges Element, das einen konkaven Abschnitt aufweist und auf dem Substrat angeordnet ist, so dass ein Raum zwischen dem konkaven Abschnitt des lichtdurchlässigen Elementes und dem Substrat ausgebildet ist, und ein Harz, das in dem Raum angeordnet ist, so dass der Leuchtdioden-Chip dicht eingeschlossen ist.

Das lichtdurchlässige Element beinhaltet mindestens einen Harzeinspritzeinlass und mindestens eine Entlüftungsöffnung. Der Raum wird mit dem Harz angefüllt, das durch den Harzeinspritzeinlass in den Raum eingespritzt wird.

Bei einem Beispiel beinhaltet das Harz mindestens ein Chromatizitätseinstellungselement aus der Gruppe, die aus einem Farbstoff, einem Pigment, Phosphor oder einer Kombination aus diesen besteht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Draufsicht, die eine erste Ausführungsform einer Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
1B ist ein Querschnitt entlang Linie A-A in 1A, und zwar im Zustand ohne Vergussharz;
2 ist ein Querschnitt entlang Linie A-A in 1A, und zwar mit einem Harz, das mindestens ein Chromatizitätseinstellungselement enthält;
3 ist ein Querschnitt, der eine zweite Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
4 ist ein Querschnitt, der eine dritte Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
5A ist ein Querschnitt, der eine vierte Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
5B ist ein Querschnitt, der eine vierte Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, bei der sich die Menge an Harz geringfügig von der in 5A dargestellten Licht aussendenden Vorrichtung unterscheidet;
6 ist ein Querschnitt, der eine fünfte Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, bei der flüssiges Harz verwendet wird;
7 ist eine Draufsicht, die eine sechste Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
8 ist eine Seitenansicht der in 7 dargestellten Licht aussendenden Vorrichtung;
9 ist ein partieller Querschnitt der in 7 dargestellten Licht aussendenden Vorrichtung;
10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Baugruppe darstellt, welche die Licht aussendende Vorrichtung enthält, bei der es sich um eine Verwendung der in 7 dargestellten Licht aussendenden Vorrichtung handelt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend detailliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
1A, 1B und 2 stellen eine erste Ausführungsform einer Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
Die Licht aussendende Vorrichtung 100 der ersten Ausführungsform beinhaltet ein isolierendes Substrat 10, mindestens einen LED-Chip 11, der auf einer Fläche, beispielsweise einer Oberseite 10a des Substrates 10 angeordnet ist, und ein lichtdurchlässiges Element 12, das aus einem durchsichtigen oder durchscheinenden Material besteht, das so angeordnet ist, dass es den LED-Chip 11 umgibt.
Das Substrat 10 weist beispielsweise eine im Wesentlichen quadratische Gestalt auf, wie dargestellt in 1A, und der LED-Chip 11 ist beispielsweise bei einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt der Oberseite 10a des Substrates 10 angeordnet (siehe 1B).
Eine Mehrzahl von Elektroden 13 für den LED-Chip 11 sind auf dem Substrat 10 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform sind drei Elektroden 13 auf jeder der vier Seiten des Substrates 10 angeordnet, und somit sind insgesamt zwölf Elektroden 13 auf dem Substrat 10 vorgesehen.
Der LED-Chip 11 kann zum Leuchten gebracht werden, wenn minimal zwei Elektroden 13 vorgesehen sind, jedoch wird bevorzugt, so viele Elektroden 13 wie möglich vorzusehen, wie in 1A dargestellt, um eine vergrößerte Leistungsaufnahme des LED-Chip 11 zu erzielen.
Wie in 1B dargestellt, ist der LED-Chip 11 an dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt der Oberseite 10a des Substrates 10 durch Die-Bonden montiert, und die zwei oberen Elektroden des LED-Chips 11 sind mit den Elektroden 13 elektrisch verbunden, die auf dem Substrat 10 mittels Bond-Drähten 14 vorgesehen sind, die feine Metalldrähte aufweisen. Die auf dem Substrat 10 vorgesehenen Elektroden 13 sind mit (nicht dargestellten) externen Verbindungsanschlüssen verbunden, die auf einer Unterseite 10b des Substrates 10 (1B) oder einer Rückseite der Licht aussendenden Vorrichtung 100 vorgesehen sind, beispielsweise mittels Durchkontaktierungen, die in Kantenabschnitten des Substrates 10 ausgebildet sind, wie in 1A und 1B dargestellt.
Das lichtdurchlässige Element 12 besteht beispielsweise aus einem durchsichtigen oder durchscheinenden Harz, das einen relativ großen Härtegrad hat und einen konkaven Abschnitt aufweist (siehe 1B und 2). Das lichtdurchlässige Element 12 ist so angeordnet, dass der konkave Abschnitt durch das Substrat verschlossen ist, und ein Umfangskantenabschnitt des Licht aussendenden Elementes, der den konkaven Abschnitt umgibt, auf der Oberseite 10a des Substrates 10 luftdicht abgeschlossen ist (siehe 1B). Dadurch wird ein Raum 15 zwischen dem konkaven Abschnitt des lichtdurchlässigen Elementes 12 und dem Substrat 10 definiert (siehe 1B).
Das lichtdurchlässige Element 12 beinhaltet einen Linsenteil, der integral als ein Teil des lichtdurchlässigen Elementes vorgesehen ist, und der Linsenteil ist einer Abstrahlfläche des LED-Chips 11 zugewandt, mit anderen Worten deckt ein im Wesentlichen zentraler Abschnitt des lichtdurchlässigen Elementes 12 die Abstrahlfläche des LED-Chips ab, wobei zumindest ein Harzeinspritzeinlass 17 außerhalb des Linsenteils 16 und mindestens eine Entlüftungsöffnung 18 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform sind vier Löcher außerhalb des Linsenteils 16 vorgesehen, von denen mindestens eines als Harzeinspritzeinlass 17 verwendet wird und mindestens ein weiteres als Entlüftungsöffnung 18 verwendet wird.
Bei dieser Ausführungsform weist der Linsenteil 16 eine konvexe Linse auf und hat die Funktion, vom LED-Chip 11 ausgesendetes Licht zu sammeln und das gesammelte Licht von der Licht aussendenden Vorrichtung 100 nach außen hin abzustrahlen.
Ein Harz 20 wird durch den Harzeinspritzeinlass 17 in den Raum 15 zwischen dem konkaven Abschnitt des lichtdurchlässigen Elementes 12 und dem Substrat 10 eingespritzt, wodurch der Raum 15 mit dem Harz angefüllt wird, um den LED-Chip 11 dicht einzuschließen (siehe 2).
1B stellt eine Licht aussendende Vorrichtung dar, bei welcher der Raum 15 nicht mit dem Harz 20 angefüllt ist, hingegen stellt 2 einen Zustand dar, bei dem der Raum 15 mit dem Vergussharz 20 angefüllt ist.
Das Harz 20 beinhaltet ein durchsichtiges oder durchscheinendes Harz, das mindestens ein Chromatizitätseinstellungselement beinhaltet, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Farbstoff, einem Pigment, Phosphor oder einer Kombination aus diesen besteht, um die Farbe oder die Chromatizität des vom LED-Chip 11 ausgesendeten Lichtes einzustellen. Das Harz, oder das Harz 20, welches das Chromatizitätseinstellungselement beinhaltet, wird durch den Harzeinspritzeinlass 17 in den Raum 15 eingespritzt. Dabei wird im Raum 15 befindliche Luft durch die Entlüftungsöffnung 18 zur Außenseite des lichtdurchlässigen Elementes hin ausgestoßen, wodurch eine Erzeugung von Luftblasen oder einer ungleichmäßigen Dicke des in den Raum 15 eingespritzten Harzes 20 verhindert wird.
Es ist zu bevorzugen, für das in den Raum 15 eingespritzte Harz 20 ein Harz auszuwählen, das so weich wie möglich ist. Dies verringert eine Beschädigung der Bond-Drähte 14, die den LED-Chip 11 und die Elektroden 13 verbinden, und bewirkt eine Verminderung der auf das gesamte lichtdurchlässige Element 12 einwirkenden Spannungen beim Einspritzen des Harzes 20 in den Raum 15.
Die Zusammensetzung des in den Raum 15 eingespritzten Harzes 20 ist so eingestellt, dass sie in gewöhnlicher Weise aushärtet, es wird jedoch bestätigt, dass das mindestens eine in das Harz 20 eingemischte Chromatizitätseinstellungselement 30 die Tendenz hat, dass es sich absetzt und seine Position stabilisiert wird.
Wie aus 2 klar hervorgeht, ist es möglich, eine beträchtliche Stabilisierung der Chromatizität des Lichtes zu erzielen, das vom LED-Chip 11 ausgesendet wird und weiter aus der Licht aussendenden Vorrichtung 100 heraus durch das Linsenteil 16 abgestrahlt wird, da die Menge und die Dicke des Harzes 20 konstant gehalten werden, so dass das Chromatizitätseinstellungselement konstant ist. Dies ist ein beträchtlicher Vorzug der Licht aussendenden Vorrichtung 100.
Im Gegensatz dazu ist es beim herkömmlichen Einkapselungsverfahren beispielsweise schwierig, die Menge des Vergussharzes zu steuern, und somit treten Variationen bei der Chromatizität des vom LED-Chip ausgesendeten Lichtes auf, da die Menge an Harz in einer Austrittsrichtung des Lichtes von der Oberflächenspannung des Harzes selbst etc. abhängt.
Auch ist es, im Gegensatz zum herkömmlichen Transfer-Umformen, nicht erforderlich, ein Formtrennmittel in das Vergussharz 20 einzumischen, welches das Chromatizitätseinstellungselement enthält. Es ist daher möglich, Probleme zu beseitigen, wie beispielsweise dass das Formtrennmittel die optischen Eigenschaften der Licht aussendenden Vorrichtung beeinflusst, oder dass es ein niedriges Haftungsniveau zwischen dem Harz und jedem der übrigen Teile in der Licht aussendenden Vorrichtung gibt. Außerdem ist es möglich, niedrige Herstellungskosten für die Licht aussendende Vorrichtung zu erzielen, da die beim Transfer-Umformen benötigte Pressform nicht benötigt wird.
Außerdem kann, dadurch dass ein Silikon, das einen Brechungsindex von ca. 1,4 hat, als Einspritzvergussharz 20 verwendet wird und ein Material mit einem Brechungsindex von mehr als 1,4, beispielsweise eine Linse aus Epoxidharz mit einem Brechungsindex von ca. 1,55 als Licht aussendendes Element 12 verwendet wird, wenn das vom LED-Chip 11 ausgesendete Licht das Vergussharz 20 verlässt, das Silikon mit einem Brechungsindex von 1,4 enthält, und in das lichtdurchlässige Element 12 eintritt, welches die Epoxidharzlinse mit einem Brechungsindex von 1,55 aufweist, ein sicheres Fokussieren von Licht erzielt werden, da der Brechungswinkel geringer ist als der Einfallswinkel.
In 2 ist es von Bedeutung, dass der LED-Chip 11 vom relativ weichen Harz 20 umgeben ist, welches das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement beinhaltet, und das Harz 20 von dem relativ steifen lichtdurchlässigen Element 12 umgeben ist, das einen zentral angeordneten Linsenteil 16 aufweist. Das Harz 20 beinhaltet das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement. Auf diese Weise ist der LED-Chip 11 von zwei Arten von Harzelementen abgedeckt, und zwar vom relativ weichen Harz 20 und dem relativ steifen lichtdurchlässigen Element 12, welches das relativ weiche Harz 20 mit dem Substrat 42 umschließt. Mit anderen Worten fungiert das steife lichtdurchlässige Element 12 als Abdeckung für das Harz 20, wodurch der Einfluss von externen Kräften auf das Harz 20 und den LED-Chip 11 vermindert wird. Außerdem kann, da das weiche Harz 20 verwendet wird, eine Beschädigung der Bond-Drähte 14, welche den LED-Chip 11 und die Elektroden 13 verbinden, reduziert werden, wenn das Harz in den Raum 15 eingespritzt wird.
3 stellt eine zweite Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
Bei der Licht aussendenden Vorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform ist der LED-Chip 11 durch Die-Bonden beispielsweise auf einen reflektierenden konkaven Abschnitt 35 aufgebracht, der auf einem Loch des isolierenden Substrates 42 ausgebildet ist, wie in 3 dargestellt. Obere Elektroden des LED-Chips 11 sind mit auf einem isolierenden Substrat 42 vorgesehenen Elektroden 42 mittels der feine Metalldrähte aufweisenden Bond-Drähte 14 verbunden. Die Licht aussendende Vorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Licht aussendenden Vorrichtung 100 der ersten Ausführungsform darin, dass der reflektierende konkave Abschnitt 35 zum Montieren des LED-Chips 11 aus Metall ausgebildet ist. Der reflektierende konkave Abschnitt 35 kann aus dem gleichen Material wie die Elektroden 22 ausgebildet sein, und der reflektierende konkave Abschnitt 35 erstreckt sich von seiner Unterseite entlang einer Unterseite des isolierenden Substrates 42. Der verlängerte reflektierende Abschnitt 32 fungiert als Wärmeabführfläche. Es sei angemerkt, dass identische Bezugszeichen verwendet werden, um Teile der Licht aussendenden Vorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform zu bezeichnen, die identisch zu Teilen der Licht aussendenden Vorrichtung 100 der ersten Ausführungsform sind, und eine Beschreibung dieser Teile entfällt.
Bei der zweiten Ausführungsform entsprechen die Elektroden 22 den Elektroden 13, die in 1A und 2 dargestellt sind, und Endabschnitte der Elektroden sind als (nicht dargestellte) externe Verbindungsanschlüsse ausgebildet, die auf der entgegengesetzten Seite des isolierenden Substrates 42 mittels Durchkontaktierungen in ähnlicher Weise wie die Elektroden 13 ausgebildet sind.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der LED-Chip 11 in einem reflektierenden konkaven Abschnitt 35 montiert, wobei der LED-Chip 11 von einem reflektierenden konkaven Abschnitt 35 in einem Loch der isolierenden Platte 42 umgeben ist; da der Aufbau des konkaven Abschnittes und das Verfahren zur Ausbildung des konkaven Abschnittes bekannt sind, entfällt hier deren Beschreibung.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der verlängerte reflektierende Abschnitt 32 auf einem Block 34 angeordnet. Der Block 34 besteht beispielsweise aus Metall oder aus Keramik und ist so ausgebildet, dass Wärme vom LED-Chip 11 über den reflektierenden konkaven Abschnitt 35 und den verlängerten reflektierenden Abschnitt 32 zum Äußeren des lichtdurchlässigen Elementes 12 hin abgeführt wird.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist das Harz oder das das Chromatizitätseinstellungselement enthaltende Harz 20 durch den Harzeinspritzeinlass 17 in den Raum 15 eingespritzt, so dass der LED-Chip 11 dicht eingeschlossen ist. Außerdem kann als Chromatizitätseinstellungselement 30 mindestens ein Element aus einer Gruppe gewählt werden, die aus einem Farbstoff, einem Pigment, Phosphor oder einer Kombination aus diesen besteht, und es ist in das Harz 20 eingemischt.
Bei der zweiten Ausführungsform kann auch, da das lichtdurchlässige Element 12 aus einem relativ steifen Material besteht, das Harz 20, das durch das aus einem steifen Material bestehende lichtdurchlässige Element 12 geschützt wird, aus einem sehr weichen Material hergestellt sein, und es ist daher möglich, in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform, eine Beschädigung der Bond-Drähte 14 zu reduzieren und die Spannungen zu vermindern, die auf das lichtdurchlässige Element 12 beim Einspritzen des Harzes 20 einwirken.
Die zuvor erwähnte Struktur der zweiten Ausführungsform ermöglicht es, eine Licht aussendende Vorrichtung bereitzustellen, die gute Wärmeabführeigenschaften aufweist, wobei sie dabei die Effekte einer stabilen Chromatizität des ausgesendeten Lichtes, sowie auch eine Robustheit gegenüber externen Kräften beibehält, wie bereits für die in 1A, 1B und 2 dargestellte Licht aussendende Vorrichtung 100 beschrieben wurde.
Bei einer Licht aussendenden Vorrichtung hoher Leistungsaufnahme besteht im Allgemeinen das schwerwiegende Problem eines einen Durchbruch herbeiführenden Zyklus, und zwar "Aufheizen → Absinken des VF-Wertes → weitere Zunahme des Stroms → weiteres Aufheizen, wobei die absolute maximale Nennrate überschritten wird → Verlassen des sicheren Bereichs". Dabei bedeutet VF variable Frequenz.
Die Licht aussendende Vorrichtung der zweiten Ausführungsform kann dieses Problem lösen, da sie gute Wärmeabführeigenschaften aufweist.
4 stellt eine dritte Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
Bei der Licht aussendenden Vorrichtung 300 der dritten Ausführungsform sind Teile, die denen der Licht aussendenden Vorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform entsprechen, mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Die Licht aussendende Vorrichtung 300 unterscheidet sich von der Licht aussendenden Vorrichtung 100 der ersten Ausführungsform darin, dass der LED-Chip 11 an einem reflektierenden Teil 40 montiert ist.
Der reflektierende Teil 40 weist eine schalenartige Gestalt auf, wobei sein oberes Ende geöffnet ist, und beinhaltet eine reflektierende Bodenfläche, auf welcher der LED-Chip 11 montiert ist, und eine Reflexionsfläche 41 ist so vorgesehen, dass sie den Leuchtdioden-Chip 11 umgibt. Die den Leuchtdioden-Chip umgebende Reflexionsfläche ist nach oben geneigt, wobei ein Brennpunkt auf der Licht aussendenden Fläche des Leuchtdioden-Chips liegt. Die Licht aussendende Vorrichtung 300 unterscheidet sich von der Licht aussendenden Vorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform darin, dass das Reflexionsteil 40 die Reflexionsfläche 41 beinhaltet. Der Reflexionsteil 40 ist so aufgebaut, dass er das vom LED-Chip 11 ausgesendete Licht reflektiert, um die Nutzungseffizienz und die Direktivität des Lichtes zu verbessern.
Mit diesem Aufbau werden wenige Reflexionsvorgänge für das von einer Seite oder den Seiten des LED-Chips 11 ausgesendeten Lichtes benötigt, damit dieses in einer Aufwärtsrichtung gerichtet wird, und es kann ohne Weiteres in einer Auf wärtsrichtung fokussiert werden, so dass eine verbesserte Nutzungseffizienz und eine verbesserte Direktivität erzielt werden können.
5A und 5B stellen eine vierte Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
Die Licht aussendende Vorrichtung 400 der vierten Ausführungsform hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Licht aussendende Vorrichtung 200 der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform. Jedoch weist die vierte Ausführungsform zwei Formen in Bezug auf die Menge des Harzes 20 oder des das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement beinhaltende Harz 20 auf.
5A stellt einen Zustand dar, bei dem die Menge des Harzes 20 geringfügig reduziert ist, und 5B stellt einen Zustand dar, bei dem die Menge des Harzes 20 geringfügig vergrößert ist.
Wie dargestellt in 5A und 5B ist lediglich die Form des Harzes 20 in der Nähe der Entlüftungsöffnung 18 verändert, wie bei 46 und 48 dargestellt, hingegen bleibt die Richtung, in welcher das Licht in der Licht aussendenden Vorrichtung ausgesendet wird, sowohl im Fall, bei dem die Harzmenge geringfügig reduziert ist, oder dem Fall, bei dem die Harzmenge geringfügig vergrößert ist, unverändert. Daher ist es, im Gegensatz zum herkömmlichen Einkapselungsverfahren, möglich, eine stabile Chromatizität des ausgesendeten Lichtes zu erzielen, sogar wenn es eine gewisse Schwankung bei der Harzmenge gibt.
Die Tatsache, dass die Richtung, in der Licht aus der Licht aussendenden Vorrichtung abgestrahlt wird, mit Schwankungen der Menge des Harzes 20 nicht verändert wird, hat selbstverständlich in ähnlicher Weise für die Licht aussendende Vorrichtung der in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform Gültigkeit.
6 stellt eine fünfte Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
Die Licht aussendende Vorrichtung 500 der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der Licht aussendenden Vorrichtung 200 der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform darin, dass ein flüssiges oder fluidförmiges Vergussharz 50 verwndet wird, das das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement beinhaltet, und der Einspritzharzeinlass 17 und die Entlüftungsöffnung 18 durch Stopfen 52 verschlossen sind.
Wenn das flüssige Harz 50, welches das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement enthält, in dieser Weise verwendet wird, wird, da das Harz, welches das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement beinhaltet, einfach durch Eingießen des flüssigen Harzes durch den Harzeinspritzeinlass 17 in den Raum 15 des lichtdurchlässigen Elementes 12 und durch Verschließen des Harzeinspritzeinlasses 17 und der Entlüftungsöffnung 18 mit den Stopfen 52 ausgebildet wird, die Befüllungsoperation des Harzes extrem unkompliziert. Die Zusammensetzung des flüssigen Harzes 15 wird in geeigneter Weise so festgelegt, dass das das Chromatizitätseinstellungsmaterial beinhaltende Harz in einem flüssigen Zustand gehalten wird, während die Licht aussendende Vorrichtung betrieben wird.
Es sei angemerkt, dass, sogar wenn eine Wärmekonvektion auftritt, geringe Größe aufweisende Partikel des Farbstoffes, des Pigmentes oder des Phosphor 30 so angepasst sind, dass sie, gemeinsam mit dem Farbeinstellungsharz 50, einer Konvektion in einem gleichmäßig verteilten Zustand unterliegen; große Partikel von Phosphor 30 oder dergleichen bleiben abgelagert und sind so angepasst, dass sie der mit dem Harz 50 gemeinsam erfolgenden Konvektion oder dergleichen nicht unterliegen.
Da das flüssige Harz 50 in dieser Weise verwendet wird, ist es möglich, dass das Harz aufgrund von Konvektion, die durch die vom LED-Chip 11 abgestrahlte Wärme bedingt ist, bewegt wird, und dies bewirkt den vorteilhaften Effekt, dass Veränderungen im Harz, die durch ultraviolette Strahlung beispielsweise von einem blauen LED-Chip bedingt sind, kaum auftreten, und dass im Verlauf der Zeit im Harz auftretende Veränderungen verhindert werden. Da das flüssige Harz 50, das mindestens ein Chromatizitätseinstellungselement 30 beinhaltet, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Farbstoff, einem Pigment oder Phosphor, oder einer Kombination aus diesem besteht, durch den Harzeinspritzeinlass 17 in den Raum 15 eingefüllt wird, ist der Farbstoff, das Pigment oder das Phosphor 30 gleichmäßig im Harz 50 verteilt, und dies erzeugt den vorteilhaften Effekt, dass eine gute Ausgeglichenheit der Farbe des ausgesendeten Lichtes erzielt werden kann.
Im Fall, dass der reflektierende konkave Abschnitt 35 integral mit dem verlängerten Abschnitt 32 ausgebildet ist, der sich entlang einer Unterseite des isolierenden Substrates 42 erstreckt, besteht, da der LED-Chip 11 im reflektierenden konkaven Abschnitt 35 angeordnet ist, die Tendenz, dass sich das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement 30 in der Nähe des LED-Chips 11 sammelt, wodurch der vorteilhafte Effekt einer verbesserten Lichtumwandlungseffizienz erzielt werden kann.
Außerdem kann, wenn gelförmiges Harz dem flüssigen Harz 50 hinzugefügt wird, das mindestens ein Chromatizitätseinstellungselement 30 beinhaltet, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Farbstoff, einem Pigment oder Phosphor, oder einer Kombination aus diesem besteht, das Chromatizitätseinstellungselement 30 sogar noch gleichmäßiger im Harz 50 verteilt sein.
Wenn das flüssige Harz 50 in dieser Weise verwendet wird, wird die Wärme von der Lichtaussendequelle oder dem LED-Chip 11 durch den Wärmestrom des flüssigen Harzes abgeführt, so dass die Wärmeabführeigenschaften der Licht aussendenden Vorrichtung beträchtlich verbessert werden, und es gibt eine dementsprechende Verbesserung bei der Zuverlässigkeit. Außerdem erfolgt, da das flüssige Harz sehr weich ist, eine Verringerung der Spannungen, die auf das lichtdurchlässige Element 12 einwirken, und eine Beschädigung der Bond-Drähte 14 kann beträchtlich verringert werden.
7 bis 9 stellen eine sechste Ausführungsform der Licht aussendenden Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
Die Licht aussendende Vorrichtung 600 der sechsten Ausführungsform beinhaltet ein dünnes längliches rechteckiges und plattenartiges Substrat 60, einen oder mehrere LED-Chips 61 (siehe 9), die auf dem Substrat 60 angeordnet sind, ein längliches rechteckiges lichtdurchlässiges Element 62, das angeordnet ist, um die LED-Chips 61 zu bedecken, und ein Harz 64 (siehe 9), das in einem Raum 63 angeordnet ist, der zwischen dem lichtdurchlässigen Element 62 und dem Substrat 60 ausgebildet ist. Jeder der LED-Chips 61 beinhaltet eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode. Das lichtdurchlässige Element 62 beinhaltet mindestens einen Harzeinspritzeinlass 65 und mindestens eine Entlüftungsöffnung 66 (siehe 7 und 8). Bei dieser Ausführungsform sind der Harzeinspritzeinlass 65 und die Entlüftungsöffnung 66 einander diagonal gegenüberliegend auf dem rechteckigen lichtdurchlässigen Element 62 angeordnet (siehe 7 und 8). Dadurch, dass der Harzeinspritzeinlass 65 und die Entlüftungsöffnung 66 an zwei Positionen angeordnet sind, die sich soweit wie möglich voneinander weg (beispielsweise einander diagonal gegenüberliegend) auf der Oberseite des lichtdurchlässigen Elementes 62 befinden, ist es möglich, eine konstante Menge an Harz 64 zu gewährleisten.
Obschon das Harz 64 durch den Harzeinspritzeinlass 65 in den Raum 63 eingespritzt wird, erfolgt bei dessen Einspritzen ein Austreiben von im Raum 63 befindlicher Luft aus der Entlüftungsöffnung 66.
Die Licht aussendende Vorrichtung der sechsten Ausführungsform beinhaltet ein Paar von Steckverbindern 67, die auf dem Substrat 60 an entgegengesetzten Seiten des lichtdurchlässigen Elementes 62 vorgesehen sind. Die Steckverbinder 67 sind so konfiguriert, dass sie mit (nicht dargestellten) externen Buchsen zu verbinden sind. Das Anschließen der Steckverbinder 67 an die Buchsen bewirkt, dass die LED-Chips leuchten.
Die Licht aussendende Vorrichtung 600 dieser Ausführungsform beinhaltet Aussparungen 68, die an entgegengesetzten Enden des Substrates 60 vorgesehen sind. Die Licht aussendende Vorrichtung 600 ist durch ein beliebiges (nicht dargestelltes) Befestigungselement, beispielsweise (nicht dargestellte) Gewindeschrauben befestigt, die durch die Aussparungen 68 hindurch in Gewindelöcher eingeschraubt sind, die im Befestigungselement vorgesehen sind.
Die sechste Ausführungsform ermöglicht das Bereitstellen einer sehr dünnen Licht aussendenden Vorrichtung 600.
10 stellt ein Beispiel einer Verwendung der Licht aussendenden Vorrichtung der sechsten Ausführungsform dar.
Bei dieser Verwendung sind eine Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen 600, von denen jede gemäß der sechsten Ausführungsform aufgebaut ist, räumlich so angeordnet, dass sie eine Baugruppe 700 von Licht aussendenden Vorrichtungen bilden.
Insbesondere sind die Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen 600 jeweils mittels Schrauben 703 an einer Mehrzahl von ebenen Flächen 702 befestigt, die beispielsweise um ein stabartiges Befestigungselement 701 vorgesehen sind, das einen polygonförmigen Pfosten aufweist. Wenn die Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen 600 in dieser Weise polygonförmig angeordnet sind, ist es möglich, eine Licht aussendende Quelle großer Helligkeit bereitzustellen, die Licht dreidimensional aussendet.
Unterdessen ist es zu bevorzugen, dass das Befestigungselement 701 aus einem Material ausgebildet ist, das ein einfaches Abführen der von der Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen 600 abgestrahlten Wärme ermöglicht. Das Befestigungselement 701 kann in hohler Gestalt ausgebildet sein, um die Wärmeabführung zu erleichtern.
Alternativ ist es möglich, wenn die Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen 600 in einer Ebene angeordnet sind (nicht dargestellt), eine planare Licht aussendende Quelle (Paneelmodul-Typ) großer Helligkeit bereitzustellen, und wenn die Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen in einer Reihe oder in Tandem-Anordnung angeordnet sind (nicht dargestellt), ist es möglich, eine lineare Licht aussendende Quelle (Linearmodul-Typ) bereitzustellen. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, die Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen kreisförmig anzuordnen.
Gemäß den zuvor erwähnten ersten bis sechsten Ausführungsformen ist es, da der vom lichtdurchlässigen Element umgebene Raum mit dem Harz, oder dem Harz, welches das mindestens eine Chromatizitätseinstellungselement enthält, über den Harzeinspritzeinlass befüllt wird, möglich, die Harzmenge auf einen festgelegten Wert gesteuert zu halten; demzufolge kann die Chromatizität des vom LED-Chip ausgesendeten Lichtes in genauer Weise stabilisiert werden.
Es ist ebenfalls möglich, die Viskosität des in das lichtdurchlässige Element eingespritzten Vergussharzes auf einem verringerten Pegel zu halten, so dass die auf das lichtdurchlässige Element einwirkenden Spannungen abgeschwächt werden können und eine Beschädigung der Bond-Drähte beim Einspritzen des Harzes vermindert wird.
Außerdem kann der Einfluss eines Formtrennmittels beseitigt werden, da ein herkömmliches Transfer-Umformen zur Erzeugung des Vergussharzes nicht verwendet wird. Als Ergebnis können die Herstellungskosten verringert werden, da keine Form benötigt wird.
Außerdem fungiert, da das lichtdurchlässige Element relativ großer Härte außerhalb des als das Vergussharz dienenden Harzes angeordnet ist, das durchscheinende Element als Abdeckung, so dass der Einfluss, der durch äußere Kräfte auf das Harz ausgeübt wird, verringert werden kann.
Außerdem ist es, da eine Die-Bonding-Zone des Substrates, an dem der LED-Chip durch Bonden montiert ist, durch den metallischen Abschnitt ausgebildet ist, und die Wärme, die im LED-Chip zurückgehalten wird, in effektiver Weise vom metallischen Abschnitt der Die-Bonding-Zone abgeführt werden kann, möglich, eine kompakte Licht aussendende Vorrichtung großer Zuverlässigkeit und großer Abgabeleistung bereitzustellen.
Außerdem ist es bei der Ausführungsform, bei der das Harz während des Betriebs der Licht aussendenden Vorrichtung in einem flüssigen Zustand gehalten wird, möglich, die Wärme der aus dem LED-Chip bestehenden Lichtaussendequelle mit großer Effizienz mittels des Wärmestroms im Harz und dem metallischen Abschnitt der Die-Bonding-Zone abzuführen, wodurch eine große Zuverlässigkeit gewährleistet wird und eine hohe Abgabeleistung erzielt wird.
Außerdem können eine Licht aussendende Vorrichtung, deren Gestalt so dünn wie möglich ist, und eine große Helligkeit bereitgestellt werden.
Es wurden hier zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, es sei jedoch angemerkt, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen eingeschränkt ist, und verschiedene Modifikationen und Änderungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können.

Claims

Licht aussendende Vorrichtung, aufweisend: ein Substrat; mindestens einen Leuchtdioden-Chip, der auf dem Substrat angebracht ist; ein lichtdurchlässiges Element, das auf dem Substrat angeordnet ist und einen konkaven Abschnitt aufweist, so dass ein Raum zwischen dem durchscheinenden Element und dem Substrat gebildet wird; wobei das lichtdurchlässige Element mindestens einen Harzeinspritzeinlass und mindestens eine Entlüftungsöffnung aufweist.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter ein Harz aufweist, das in dem Raum angeordnet ist, so dass der auf dem Substrat befindliche Leuchtdioden-Chip dicht eingeschlossen ist.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der mindestens eine Harzeinspritzeinlass und die mindestens eine Entlüftungsöffnung auf einer Oberseite des lichtdurchlässigen Elementes diagonal angeordnet sind.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 2, welche weiter mindestens ein Chromatizitätseinstellungselement aufweist, das aus der Gruppe gewählt ist, die einen Farbstoff, ein Pigment, Phosphor oder eine Kombination aus diesen beinhaltet, und das in das Harz eingemischt ist.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter einen Linsenteil aufweist, der als Teil des lichtdurchlässigen Elementes integral vorgesehen ist.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Befestigungsabschnitt für den Leuchtdioden-Chip auf dem Substrat mit einem Metallüberzug versehen ist.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das lichtdurchlässige Element einen Streuungseffekt hat.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der sich das Harz in flüssigem Zustand befindet.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Reflexionsfläche aufweist, die auf dem Substrat vorgesehen ist und den Leuchtdioden-Chip umgibt.
Licht aussendende Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Reflexionsfläche, die den Leuchtdioden-Chip umgibt, nach oben geneigt ist, wobei sich ein Brennpunkt auf der Lichtaussendefläche des Leuchtdioden-Chips befindet.
Verfahren zur Herstellung einer Licht aussendenden Vorrichtung, aufweisend: Anbringen mindestens eines Leuchtdioden-Chips auf einem Substrat; Bereitstellen eines lichtdurchlässigen Elementes, das mindestens einen Harzeinspritzeinlass und mindestens eine Entlüftungsöffnung beinhaltet und einen konkaven Abschnitt aufweist; Anordnen des lichtdurchlässigen Elementes auf dem Substrat, so dass der Leuchtdioden-Chip durch den konkaven Abschnitt abgedeckt ist und durch den konkaven Abschnitt und das Substrat ein Raum gebildet wird; und Befüllen des Raums mit einem Harz, so dass der Leuchtdioden-Chip dicht eingeschlossen ist.
Baugruppe aus Licht aussendenden Vorrichtungen, aufweisend: eine Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen, die in einer vorbestimmten Konfiguration angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen beinhaltet: ein Substrat, mindestens einen Leuchtdioden-Chip, der auf dem Substrat angebracht ist, ein lichtdurchlässiges Element, das mindestens einen konkaven Abschnitt aufweist und auf dem Substrat angeordnet ist, so dass durch den konkaven Abschnitt und das Substrat ein Raum gebildet wird, und ein Harz, das in dem Raum angeordnet ist, so dass der Leuchtdioden-Chip dicht eingeschlossen ist, wobei das lichtdurchlässige Element mindestens einen Harzeinspritzeinlass und mindestens eine Entlüftungsöffnung beinhaltet, und der Raum mit dem Harz angefüllt ist.
Baugruppe nach Anspruch 12, wobei die vorbestimmte Konfiguration im Wesentlichen polygonal, in Reihe angeordnet oder planar ist.
Baugruppe nach Anspruch 12, bei welcher der mindestens eine Harzeinspritzeinlass und die mindestens eine Entlüftungsöffnung in jeder der Mehrzahl von Licht aussendenden Vorrichtungen auf einer Oberseite eines jeden der lichtdurchlässigen Elemente diagonal angeordnet sind.