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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterleuchtvorrichtung, welche eine Vielzahl von Halbleiterleuchteinrichtungen aufweist.
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Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Eine Halbleiterleuchteinrichtung (im Folgenden abgekürzt zu ”Leuchteinrichtung”) weist eine kleine externe Größe mit einer geringeren Lichtemission bzw. -abstrahlung auf und weist dementsprechend eine optische Eigenschaft nahe einer punktförmigen Lichtquelle auf. Eine Halbleiterleuchtvorrichtung, welche die Leuchteinrichtung als eine Leuchtquelle umfasst, wird beispielsweise in LCD-Hintergrundbeleuchtungen, Leselichtquellen für Drucker, Anzeigefeldbeleuchtungen, allgemeinen Beleuchtungen und verschiedene Anzeigen eingebaut. In solchen Fällen wird eine Vielzahl von Leuchteinrichtungen mit fast gleichen spektralen Leuchtverteilungen und Richtcharakteristiken montiert, um ein benötigtes Maß an Beleuchtungslicht bereitzustellen. Die ”Richtcharakteristik” ist definiert als ”eine Reihe relativer Helligkeitswerte, welche unter unterschiedlichen Winkeln zur optischen Achse einer Halbleiterleuchteinrichtung gemessen werden und mit einer durchgehenden Linie aufgezeichnet werden”.
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In einer weiteren vorgeschlagenen Halbleiterleuchtvorrichtung wird eine Leuchteinrichtung in einem lichtdurchlässigen Harz verkapselt bzw. versiegelt, welches ein oder mehrere Phosphore enthält. In diesem Fall wird ein Licht, das von der Leuchteinrichtung emittiert wird, dazu verwendet, den Phosphor zur Wellenlängenumwandlung anzuregen und ein Licht freizugeben, das in der Chromatizität bzw. Farbmaßzahl unterschiedlich ist zu dem Licht, das von der Leuchteinrichtung emittiert wird.
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Falls beispielsweise das von der Leuchteinrichtung emittierte Licht ein blaues Licht ist, mag die Vorrichtung einen Phosphor verwenden, welcher das blaue Licht in eine komplementäre Farbe von blau oder in ein gelbes Licht wellenlängenumwandelt, wenn er durch das blaue Licht angeregt wird. In diesem Fall werden das gelbe Licht, das wellenlängenumgewandelt worden ist, wenn ein Teil des blauen Lichts, das von der Leuchteinrichtung emittiert worden ist, den Phosphor anregt, und das blaue Licht, das von der Leuchteinrichtung emittiert wird, einer additiven Farbmischung unterworfen, um ein Licht zu erhalten, das chromatisch nahe einem weißen Licht liegt.
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Gleichermaßen mag, falls das von der Leuchteinrichtung emittierte Licht ein blaues Licht ist, die Vorrichtung zwei Arten von Phosphor in einer Mischung verwenden, welche das blaue Licht in ein grünes und ein rotes Licht umwandeln können, wenn sie durch das blaue Licht angeregt werden. In diesem Fall werden das grüne und das rote Licht, die wellenlängenumgewandelt worden sind, wenn ein Teil des blauen Lichts, das von der Leuchteinrichtung emittiert worden ist, die Phosphore anregt, und das blaue Licht, das von der Leuchteinrichtung emittiert worden ist, einer additiven Farbmischung unterworfen, um ein Licht zu erhalten, das chromatisch fast einem weißen Licht gleicht.
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Zusätzlich mag die Vorrichtung, falls das von der Leuchteinrichtung emittierte Licht ein ultraviolettes Licht ist, drei Arten von Phosphoren in einer Mischung verwenden, welche das ultraviolette Licht in ein blaues, ein grünes und ein rotes Licht umwandeln kann, wenn es durch das ultraviolette Licht angeregt wird. In diesem Fall werden das blaue, grüne und rote Licht, die wellenlängenumgewandelt worden sind, wenn ein Teil des ultravioletten Lichts, das von der Leuchteinrichtung emittiert worden ist, die Phosphore anregt, einer additiven Farbmischung unterworfen, um ein Licht zu erhalten, das chromatisch fast einem weißen Licht gleicht.
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Ferner mögen die Arten des von der Leuchteinrichtung emittierten Lichts und die Arten des Phosphors geeignet kombiniert bzw. gemischt werden, um verschiedene chromatische Lichter zu erlangen, wie beispielsweise ein Licht, das fast einem weißen Licht gleicht, oder ein Licht außer dem Licht, das chromatisch nahe dem weißen Licht liegt (siehe beispielsweise Patentdokument 1:
JP 2005-285874A ).
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Sogar falls die Leuchteinrichtungen das gleiche Halbleitermaterial und die gleiche Struktur aufweisen, d. h., die gleiche spektrale Leuchtverteilung, verändern unterschiedliche externe Formen und Größen der Leuchteinrichtungen die Richtcharakteristiken von Licht, das von den Leuchteinrichtungen emittiert wird. Sogar falls die externen Formen und Größen identisch sind, verändern unterschiedliche Formen und Größen der Elektroden die Richtcharakteristiken. Insbesondere beeinflusst eine Elektrode auf einer Lichtaustrittsoberfläche der Leuchteinrichtung diese in großem Maße.
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Beispielsweise wird von den folgenden drei Arten von unterschiedlichen Leuchteinrichtungen angenommen, dass sie das gleiche Material und die gleiche Struktur (die gleiche spektrale Leuchtverteilung) und fast die gleiche Größe mit lediglich einem Unterschied in der externen Formgebung aufweisen. Eine Leuchteinrichtung A liegt fast in der Form eines Würfels vor, wie in 1 gezeigt. Eine Leuchteinrichtung B liegt fast in der Form eines rechtwinkligen Pyramidenstumpfs vor, wie in 2 gezeigt. Eine Leuchteinrichtung C liegt fast in der Form eines umgekehrten bzw. invertierten rechtwinkligen Pyramidenstumpfs vor, wie in 3 gezeigt. Sie weisen eine entsprechende Richtcharakteristik auf, deren Kurven in 4 für die Leuchteinrichtung A, in 5 für die Leuchteinrichtung B und in 6 für die Leuchteinrichtung C gezeigt sind. Diese Figuren zeigen Kurven, welche die Lichtintensität (Leuchtintensität: cd) in Polarkoordinaten (Verteilungskurven der Leuchtintensität) darstellen, welche angeben, wie intensiv und in welcher Richtung das Licht von der Leuchteinrichtung A, B, C emittiert werden kann. Eine Lichtverteilung wird grundsätzlich bestimmt durch Messen der Lichtintensität über den gesamten Querschnitt, obwohl sie durch Leuchtintensitäten in einem einzigen Querschnitt dargestellt ist, weil Leuchtintensitäten in unterschiedlichen Querschnitten fast identisch sind. Die externen Formen der Richtcharakteristiken werden wie folgt ausgedrückt. Und zwar weist die Leuchteinrichtung A eine fast kugelförmige Form auf, wie in 4 gezeigt, die Leuchteinrichtung B weist eine fast umgekehrt konische bzw. kegelstumpfförmige Form auf, wie in 5 gezeigt, und die Leuchteinrichtung C weist eine fast konische Form auf, wie in 6 gezeigt.
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Eine Vielzahl von Leuchteinrichtungen mit fast gleichen spektralen Lichtemissionsverteilungen und Richtcharakteristiken wird montiert und in einem Dichtharz verkapselt, das aus einem lichtdurchlässigen Harz besteht, das ein oder mehrere Phosphore enthält, um eine Halbleiterleuchtvorrichtung einzurichten. Ein herkömmliches vorgeschlagenes Beispiel einer solchen Vorrichtung weist eine wie in 14 und 15 gezeigte Anordnung auf. 14 ist eine Vorderansicht, und 15 ist eine Querschnittansicht entlang A-A von 14.
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Die in den 14 und 15 gezeigte Vorrichtung weist einen Harzgusskörper 51 (im Folgenden als ein ”Lampengehäuse 51” bezeichnet) einer Packung auf, welcher erlangt wird durch Umspritzen eines Anschlussrahmens 50 im Harz und Bilden einer Aussparung 53 darin mit einer Öffnung 52. Die Aussparung 53 weist einen inneren Boden auf, durch welchen vier Verbindungsfelder bzw. Bondpads 54 in einer Reihe an einem entsprechenden Ende von vier getrennten Anschlussrahmen 50 herausragen. Unter diesen erstrecken sich die äußersten Bondpads 54 in einem Paar durch das Lampengehäuse 51 und führen aus der äußeren Umfangsoberfläche des Lampengehäuses 51 nach draußen heraus. Ein Paar externer Verbindungsanschlüsse 55 an dem anderen Ende der Drahtrahmen 51 befindet sich entlang der äußeren Umfangsoberfläche des Lampengehäuses 51.
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Auf den drei Bondpads 54, welche durch den inneren Boden der Aussparung 53 herausragen, sind über ein entsprechend leitfähiges Verbindungselement (nicht gezeigt) Leuchteinrichtungen C56 aus 3 daran chipgebondet. Die Leuchteinrichtung C56 weist eine untere Elektrode auf, die elektrisch mit dem Bondpad 54 verbunden ist, auf welcher die Leuchteinrichtung C56 befestigt ist.
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Andererseits sind eine obere Elektrode der Leuchteinrichtung C56 und ein Bondpad 54 benachbart zu dem Bondpad 54, auf welchem die Leuchteinrichtung C56 befestigt ist, miteinander drahtgebondet, und zwar über einen Bonddraht 57, um eine elektrische Leitung zwischen ihnen herzustellen.
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Ferner ist die Aussparung 53 mit einem Dichtharz 58 gefüllt, das aus einem leichtdurchlässigen Harz besteht, das ein oder mehrere Phosphore enthält, um die Leuchteinrichtungen C56 und die Bonddrähte 57 im Harz zu verkapseln.
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Wie in einem weiteren Stand der Technik dargelegt, ist eine in den 16 und 17 gezeigte Halbleiterleuchtvorrichtung vorgeschlagen worden. 16 ist eine Vorderansicht, und 17 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A von 16. In dieser Halbleiterleuchtvorrichtung sind die Leuchteinrichtungen B59 aus 2 anstatt der Leuchteinrichtungen C56 montiert, und zwar im Unterschied zu der oben beschriebenen Halbleiterleuchtvorrichtung.
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In jeder Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik sind die Leuchteinrichtungen 56, 59 elektrisch in Reihe verbunden. Wenn eine Spannung über ein Paar externer Verbindungsanschlüsse 55, 55 angelegt wird, welches aus dem Lampengehäuse 51 herausgeführt wird und sich entlang der äußeren Umfangsoberfläche des Lampengehäuses 51 befindet, werden alle Leuchteinrichtungen 56, 59 betrieben, um Licht zu emittieren.
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Die Leuchteinrichtung C weist die in 6 gezeigte Richtcharakteristik auf, und die Leuchteinrichtung B weist die in 5 gezeigte Richtcharakteristik auf. Die beiden Arten von Halbleiterleuchtvorrichtungen nach dem Stand der Technik, welche solche Leuchteinrichtungen enthalten, weisen die Richtcharakteristik auf, die in den 15 bzw. 17 gezeigt ist.
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Unter diesen umfasst die Richtcharakteristik der Halbleiterleuchtvorrichtung von 15, welche die Vielzahl der Leuchteinrichtungen C enthält, einen Bereich zwischen benachbarten Leuchteinrichtungen C, wo Lichtverteilungen davon sich wie gezeigt breit überlappen. Das Vorhandensein eines solchen Lichtverteilungsüberlappbereichs bewirkt das folgende Problem bei der Halbleiterleuchtvorrichtung.
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Erstens empfängt der Bereich eine größere Menge emittierten Lichts von der Leuchteinrichtung C als andere Bereiche, wie beispielsweise ein Bereich in der Nähe der optischen Achse der Leuchteinrichtung C. Der Bereich empfängt auch eine größere Menge an am Phosphor wellenlängenkonvertiertem Licht, der in dem Abdichtharz enthalten ist, welches die Leuchteinrichtung C abdeckt, und zwar im Vergleich zu anderen Bereichen.
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Beispielsweise wird angenommen, dass das von der Leuchteinrichtung C emittierte Licht ein blaues Licht ist und die Vorrichtung einen Phosphor verwendet, welcher das blaue Licht in eine Komplementärfarbe von blau oder ein gelbes Licht umwandelt, wenn er durch das blaue Licht angeregt wird, um ein Licht zu erlangen, das chromatisch nahe einem weißen Licht ist. Wenn die Halbleiterleuchtvorrichtung aus der Beleuchtungsrichtung beobachtet wird, wird ein bläuliches Weißlicht aus einem Bereich freigesetzt, wo sich die Leuchteinrichtung C befindet, weil die Fläche eine stärkere Lichtquellenfarbe der Leuchteinrichtung C besitzt. Ein gelbliches Weißlicht wird von einer Fläche zwischen den Leuchteinrichtungen C freigesetzt, weil die Fläche ein stärkeres wellenlängenkonvertiertes Licht aufweist. Als ein Ergebnis zeigt die Halbleiterleuchtvorrichtung eine Farbungleichheit.
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Der Phosphor und das lichtdurchlässige Harz, welche im Dichtharz enthalten sind, welches aktuell durch das blaue Licht, das von dem Licht eine relativ höhere Energie aufweist, bauen schneller ab als das lichtdurchlässige Harz und der Phosphor in anderen Bereichen.
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Daher bewirkt der Abbau des lichtdurchlässigen Harzes über die Zeit eine Verringerung in der Durchlässigkeit des Harzes und eine Schwankung in der Farbe. Auf ähnliche Weise bewirkt der Abbau des Phosphors über die Zeit eine Verringerung im Wellenlängenumwandlungswirkungsgrad des Phosphors. Als ein Ergebnis treten in der Halbleiterleuchtvorrichtung verschiedene Probleme auf, die dem ortsabhängigen Abbau über die Zeit der Menge und Chromatizität des beleuchteten Lichts zugeordnet sind.
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Insbesondere führt ein Unterschied in der aktuellen Abbaurate zwischen dem Phosphor und dem lichtdurchlässigen Harz, die in dem Abdichtharz enthalten sind, zu einer erheblichen Schwankung in der Helligkeit und Chromatizität gemäß der kumulativen Betriebszeit für die Halbleiterleuchtvorrichtung.
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Andererseits umfasst die Richtcharakteristik der Halbleiterleuchtvorrichtung von 17, welche die Vielzahl der Leuchteinrichtungen B enthält, auch einen Bereich zwischen benachbarten Leuchteinrichtungen B, wo sich die Lichtverteilungen davon wie gezeigt weit überlappen.
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Ferner gibt es auch einen Bereich, der eine geringere Lichtmenge von der Leuchteinrichtung B enthält, wie gezeigt. Dieser Bereich wird ein Faktor, der eine Schwankung in der Farbe der Halbleiterleuchtvorrichtung bewirkt, weil eine geringe Lichtmenge durch den Phosphor wellenlängenumgewandelt wird.
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Daher treten auch in der Halbleiterleuchtvorrichtung verschiedene Probleme auf, die der Schwankung in der Farbe des Beleuchtungslichts zugeordnet sind, als auch dem aktuellen Abbau über die Zeit der Menge und Chromatizität des Beleuchtungslichts, und zwar ähnlich wie oben.
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WO 2006/013 503 A2 offenbart eine LED-Anordnung bestehend aus einem Metallsubstrat, das auf einer Seite teilweise mit einer dielektrischen Schicht bedeckt ist, auf der wiederum eine elektrische Schaltung und eine Vielzahl von LED-Einheiten angebracht sind.
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US 2002/0070 681 A1 offenbart eine LED Lampe, die blaue und rote LEDs sowie Phosphor beinhaltet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Halbleiterleuchtvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Halbleiterleuchtvorrichtung bereit, die eine Vielzahl von Halbleiterleuchteinrichtungen aufweist, die auf einem Substrat montiert sind, wobei die Halbleiterleuchteinrichtungen in einem Phosphor enthaltenden lichtdurchlässigen Harz verkapselt sind, wobei die Halbleiterleuchteinrichtungen zwei Arten mit unterschiedlicher Richtcharakteristik aufweisen, wobei die Halbleiterleuchteinrichtungen mit unterschiedlichen Richtcharakteristiken benachbart zueinander angeordnet sind, und wobei die zwei Arten von Richtcharakteristiken in Form annähernd eines Kegels mit einem Boden benachbart zu der Halbleiterleuchteinrichtung und in Form fast eines umgekehrten Kegels mit einem Scheitelpunkt benachbart zu der Halbleiterleuchteinrichtung vorliegen.
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In der erfindungsgemäßen Halbleiterleuchtvorrichtung ist vorzugsweise eine ungerade Zahl an Halbleiterleuchteinrichtungen in einer Reihe bzw. Linie angeordnet, wobei die Halbleiterleuchteinrichtungen, die sich bei der Anordnung in einer Linie bzw. Reihe an beiden Enden befinden, die Richtcharakteristik in der Form annähernd des Kegels aufweisen. Alternativ dazu können die Halbleiterleuchteinrichtungen in einer Matrix mit einer ungeraden Zahl an Zeilen und einer ungeraden Zahl an Spalten angeordnet sein, wobei die Zeilen und Spalten jeweils eine ungerade Zahl an Halbleiterleuchteinrichtungen aufweisen, wobei die Halbleiterleuchteinrichtungen, die sich bei der Anordnung in der Matrix an Ecken befinden, die Richtcharakteristik annähernd in der Form eines Kegels aufweisen.
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In der erfindungsgemäßen Halbleiterleuchtvorrichtung weist die Vielzahl der Halbleiterleuchteinrichtungen vorzugsweise N-Elektroden und P-Elektroden auf, die abwechselnd durch Chipbonden oder Drahtbonden verbunden sind, wobei die Elektroden auf benachbarten zwei Halbleiterleuchteinrichtungen, falls sie nicht durch Chipflächenkontaktierung bzw. Chipbonden verbunden sind, miteinander durch Drahtbonden verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Halbleiterleuchtvorrichtung macht es möglich, eine Farbungleichheit, die einem Beleuchtungslicht zugeordnet ist, zu verringern und eine ortsabhängige Verschlechterung über die Zeit der Menge und der Chromatizität des Beleuchtungslichts zu verringern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterleuchteinrichtung.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Halbleiterleuchteinrichtung.
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3 ist eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren Halbleiterleuchteinrichtung.
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4 zeigt eine Richtcharakteristik der Halbleiterleuchteinrichtung aus 1.
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5 zeigt eine Richtcharakteristik der Halbleiterleuchteinrichtung aus 2.
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6 zeigt eine Richtcharakteristik der Halbleiterleuchteinrichtung von 3.
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7 ist eine Vorderansicht eines Beispiels 1.
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8 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A von 7.
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9 ist eine darstellende Ansicht der im Beispiel 1 befestigten Halbleiterleuchteinrichtungen.
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10 ist eine weitere darstellende Ansicht der in dem Beispiel 1 befestigten bzw. montierten Halbleiterleuchteinrichtungen.
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11 ist ein internes Verdrahtungsdiagramm des Beispiels 1.
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12 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel 2.
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13 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel 3.
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14 ist eine Vorderansicht eines Standes der Technik.
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15 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A von 14.
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16 ist eine Vorderansicht eines weiteren Standes der Technik.
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17 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A von 16.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nun weiter unten unter Bezug auf die 1 bis 13 genauer beschrieben (wobei gleiche Teile durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet werden). Die unten beschriebenen Ausführungsformen sind bevorzugte bestimmte Beispiele der vorliegenden Erfindung.
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[BEISPIEL 1]
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7 ist eine Vorderansicht eines Beispiels 1, das der erfindungsgemäßen Halbleiterleuchteinrichtung zugeordnet ist.
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8 ist eine Querschnittsansicht von 7 entlang A-A. Die 9 und 10 sind darstellende Ansichten der montierten Halbleiterleuchteinrichtungen. 11 ist ein internes Verdrahtungsdiagramm.
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In den 7 bis 8 werden ein Leuchtengehäuse 1, das aus einem harzhaltigen Element zusammengesetzt ist, und ein Substrat (Anschlussrahmen 2a, 2b, 2c), das aus einem metallischen Element besteht, durch Umspritzen integriert.
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Das Leuchtengehäuse 1 weist eine Aussparung 5 mit einer Öffnung 4 auf. Die Aussparung 5 weist einen inneren Boden auf, durch welchen Bondpads 6a, 6b, 6c in an einem entsprechenden Ende dreier getrennter Anschlussrahmen 2a, 2b, 2c herausragen. Die Bondpads 2b, 2c, die in einem äußersten Paar positioniert sind, erstrecken sich durch das Leuchtengehäuse 1 und führen aus der äußeren Umfangsoberfläche des Leuchtengehäuses 1 nach außen (nicht gezeigt), um ein Paar äußerer Verbindungsanschlüsse 7b, 7c an dem anderen Ende der Anschlussrahmen 2b, 2c zu bilden. Die Anschlüsse 7a, 7b befinden sich entlang der äußeren Umfangsoberfläche des Leuchtengehäuses 1.
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In dem vorliegenden Beispiel werden drei Leuchteinrichtungen 3a, 3a und 3b verwendet. Die Leuchteinrichtungen 3a und 3b sind in Material und Struktur gleich (gleich in der Lichtemissions-Spektralverteilung), aber unterschiedlich in der Richtcharakteristik. Abhängig von der äußeren Form mag die Leuchteinrichtung entweder die Richtcharakteristik der fast invertierten konischen Form aufweisen, wie in 5 gezeigt, oder die Richtcharakteristik der fast konischen Form, wie in 6 gezeigt.
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Von den Bondpads 6a, 6b, 6c, welche aus dem inneren Boden des Leuchtengehäuses 1 hervorragen, ist das sich in der Mitte befindliche Bondpad 6a mit zwei Leuchteinrichtungen 3a, 3b chipgebondet. Von den drei Bondpads 6a, 6b, 6c, welche durch den inneren Boden des Leuchtengehäuses 1 hervorragen, ist eines der Bondpads 6b, 6c aus einem sich am weitesten Außen befindlichen Paar oder das Bondpad 6b mit einer der Leuchteinrichtungen 3b chipgebondet. Keine Leuchteinrichtung ist auf dem Bondpad 6c montiert. Diese drei Leuchteinrichtungen 3a, 3b sind in einer Linie montiert.
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Die zwei Leuchteinrichtungen 3a, 3b, die auf dem Bondpad 6b montiert sind, das sich in der Mitte befindet, umfassen die Leuchteinrichtung 3b, welche näher am Bondpad 6c montiert ist. Eine Drahtbondelektrode auf dieser Leuchteinrichtung 3b ist über einen Bonddraht 8 mit dem Bondpad 6c drahtgebondet, um eine elektrische Leitung dazwischen herzustellen. Die Leuchteinrichtung 3a auf dem Pad 6a und die Leuchteinrichtung 3b auf dem Pad 6b weisen entsprechende Drahtbondelektroden darauf auf, welche über einem Bonddraht 8 miteinander quetsch- bzw. stitchgebondet sind, um eine elektrische Verbindung zwischen ihnen herzustellen. Die zwei Leuchteinrichtungen 3a, 3b, die auf dem Bondpad 6b montiert sind, welcher sich in der Mitte befindet, weisen entsprechende Chipbonding-Elektroden auf, die mit dem Bondpad 6a chipgebondet sind, um eine elektrische Verbindung dazwischen herzustellen.
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Dementsprechend weist die Halbleiterleuchtvorrichtung des vorliegenden Beispiels eine interne Verdrahtung auf, welche wie in 11 gezeigt, in einer seriellen Schaltung ausgebildet ist.
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Die Leuchteinrichtungen 3a, 3b weisen das gleiche Material und Struktur und fast die gleiche Größe auf. Daher können eine P-Elektrode (Anodenelektrode) und eine N-Elektrode (Kathodenelektrode) sowohl auf der Chipbond-Seite als auch der Drahtbond-Seite ausgebildet werden. In einem Wort mag in den Leuchteinrichtungen mit der gleichen Lichtemissions-Spektralverteilung die Chipbond-Seite als die N-Elektrode verwendet werden und die Drahtbond-Seite als die P-Elektrode. Alternativ mag die Chipbond-Seite als die P-Elektrode verwendet werden, und die Drahtbond-Seite als die N-Elektrode.
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In dem vorliegenden Beispiel sind die Leuchteinrichtung, welche die Chipbond-Seite als die N-Elektrode nutzt (und die Drahtbond-Seite als die P-Elektrode) und die Leuchteinrichtung, welche die Chipbond-Seite als die P-Elektrode nutzt (und die Drahtbond-Seite als die N-Elektrode) abwechselnd wie in den 9 und 10 gezeigt montiert. Zusätzlich ist die Leuchteinrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast kegelförmigen Form als Äußerstes montiert, und die Leuchteinrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen bzw. kegelförmigen Form und die Leuchteinrichtung 3a mit der Richtcharakteristik der fast inversen bzw. umgekehrten kegelförmigen Form sind abwechselnd wie in 8 gezeigt montiert.
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In diesem Fall mag die Leuchteinrichtung 3a mit der Richtcharakteristik der fast umgekehrten konischen Form eine Leuchteinrichtung verwenden, welche eine Ausgabespitze bzw. -peak bei 45° bis 75° aufweist, wie in 5 gezeigt. Die Leuchteinrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form mag eine Leuchteinrichtung verwenden, die eine Ausgabespitze bei einem höheren Winkel (nahe der horizontalen Richtung) als demjenigen der Leuchteinrichtung mit der Richtcharakteristik der fast umgekehrten konischen Form aufweist. Vorzugsweise mag eine Leuchteinrichtung verwendet werden, die eine Ausgabespitze nahe 80° bis 90° aufweist.
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Statt der Leuchteinrichtung mit der Richtcharakteristik der fast umgekehrten konischen Form mag eine Leuchteinrichtung, welche eine Ausgabespitze bei 0° (in der Normalenrichtung) oder nahe 0° bis 30° aufweist, verwendet werden. In einem solchen Fall erhöht bzw. verstärkt sich das Licht, das durch das phosphordurchmischte, lichtdurchlässige Harz läuft, aktuell in diesem Gebiet und bewirkt auf einfache Weise eine Schwankung in der Chromatizität bzw. Farbmaßzahl. Daher wird es schwierig gemacht, die Phosphorkonzentration zu verringern. Daher wird die Leuchteinrichtung mit der Ausgabespitze in der Normalenrichtung nicht bevorzugt. Dementsprechend kann die Leuchteinrichtung, welche eine Ausgabespitze bei einem höheren Winkel (nahe der horizontalen Richtung) als 45° aufweist, kaum das obige Problem bewirken. Noch bevorzugter ist eine Leuchteinrichtung geeignet, welche eine Ausgabespitze bei nahezu 60° aufweist.
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Die Aussparung 5 ist mit einem Dichtharz 9 gefüllt, das aus einem lichtdurchlässigen Harz besteht, das ein oder mehrere Arten von Phosphor enthält, um die Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b und die Bonddrähte 8 im Harz zu verkapseln. Das lichtdurchlässige Harz, das im Dichtharz 9 enthalten ist, dient dazu, die Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Staub und Gasen, und die Bonddrähte 8 von äußeren Kräften zu schützen, wie beispielsweise Vibrationen und Aufschlägen. Zusätzlich bilden die Lichtaustrittsoberflächen der Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b Grenzflächen mit dem Dichtharz 9. Daher kann der Brechungsindex des Dichtharzes 9, welches die Grenzflächen mit den Lichtaustrittsoberflächen der Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b bildet, näher demjenigen des Halbleitermaterials ausgebildet werden, welches die Lichtaustrittsoberflächen der Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b bildet. Daher dient das lichtdurchlässige Harz auch dazu, den Auskopplungswirkungsgrad des Lichts zu verbessern, das von den Lichtausgabeoberflächen der Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittiert und in das Dichtharz 9 geführt wird.
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Die Funktion des im Dichtharz 9 enthaltenen Phosphors ist im obigen ”verwandten Stand der Technik” beschrieben und wird daher aus der folgenden Beschreibung ausgelassen.
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In der so eingerichteten Halbleiterleuchtvorrichtung wird eine bestimmte Spannung über ein Paar von äußeren Verbindungsanschlüssen 7b, 7c angelegt, die sich an der äußeren Umfangsoberfläche des Leuchtengehäuses 1 befinden. In diesem Fall beginnen drei seriell verbundene Leuchtvorrichtungen 3a, 3a, 3b damit, Licht zu emittieren, und die von den drei Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittierten Lichter bilden die mit den strichpunktiert aufgezeichneten Linien in 8 gezeigten Richtcharakteristiken.
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Wenn der in der Lichtverteilungsfläche verteilte Phosphor durch das von den drei Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittierte Licht angeregt wird, wird das wellenlängenumgewandelte Licht vom Phosphor durch das Dichtharz 9 geführt und nach außen abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt mag, wie oben beschrieben, falls das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittierte Licht blaues Licht ist, die Vorrichtung einen Phosphor verwenden, der das blaue Licht in die Komplementärfarbe von blau oder ein gelbes Licht wellenlängenumwandeln kann, wenn er durch das blaue Licht angeregt wird. In diesem Fall werden das gelbe Licht, das wellenlängenumgewandelt worden ist, wenn ein Teil des blauen Lichts, das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittiert worden ist, den Phosphor anregt, und das blaue Licht, das von den Leuchteinrichtungen emittiert worden ist, einer zusätzlichen bzw. additiven Farbmischung unterworfen, um ein Licht zu erlangen, das chromatisch nahe einem weißen Licht liegt.
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Auf ähnliche Weise mag die Vorrichtung, falls das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittierte Licht ein blaues Licht ist, zwei Arten von Phosphor in Mischung verwenden, welche das blaue Licht in ein grünes und ein rotes Licht wellenlängenumwandeln können, wenn sie durch das blaue Licht angeregt werden. In diesem Fall werden das grüne und das rote Licht, welche wellenlängenumgewandelt werden, wenn ein Teil des blauen Lichts, das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittiert worden ist, die Phosphore anregt, und das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittierte blaue Licht einer additiven Farbmischung unterworfen, um ein Licht zu erlangen, das chromatisch fast einem weißen Licht gleicht.
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Zusätzlich mag die Vorrichtung, falls das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittierte Licht ein ultraviolettes Licht ist, drei Arten von Phosphoren in Mischung verwenden, welcher das ultraviolette Licht in ein blaues, ein grünes oder ein rotes Licht umwandeln können, wenn sie durch das ultraviolette Licht angeregt werden. In diesem Fall werden das blaue, das grüne und das rote Licht, die wellenlängenumgewandelt worden sind, wenn ein Teil des ultravioletten Lichts, das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b emittiert worden ist, die Phosphore anregt, einer additiven Farbmischung unterworfen, um ein Licht zu erhalten, das chromatisch fast einem weißen Licht gleicht.
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Ferner kann das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b und den Phosphoren emittierte Licht geeignet gemischt werden, um verschieden chromatisches Licht zu erlangen, wie beispielsweise ein Licht, das fast gleich einem weißen Licht ist, oder ein Licht, das anders als das Licht ist, welches chromatisch nahe dem weißen Licht ist.
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Im vorliegenden Beispiel wird die Form der Leuchteinrichtung verändert, um die Richtcharakteristik der Leuchteinrichtung zu steuern. Alternativ mag die Form und/oder die Größe der Elektrode (insbesondere der Elektrode auf der Drahtbond-Seite) verändert werden, um die Richtcharakteristik zu verändern. Stattdessen mögen die Form der Leuchteinrichtung und die Form und/oder Größe der Elektrode zur gleichen Zeit verändert werden, um die Richtcharakteristik zu steuern.
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Die folgende Beschreibung wird gegeben bezüglich der Effekte des vorliegenden Beispiels. Zunächst wird, wenn die drei Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b in einer Linie montiert sind, die Leuchteinrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form am weitesten außen montiert. Zur gleichen Zeit werden die Leuchteinrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form und die Leuchteinrichtung 3a mit der Richtcharakteristik der fast umgekehrt konischen Form abwechselnd montiert. Als ein Ergebnis erlangt man eine Lichtverteilung wie in 8 gezeigt.
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Diese Lichtverteilung weist einen extrem kleineren Bereich auf, wo sich die Lichtverteilungen der benachbarten Leuchteinrichtungen 3a, 3b überlappen, und zwar im Vergleich mit denjenigen der Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik, die in den 15 und 17 gezeigt ist. Daher kann das von den Leuchteinrichtungen 3a, 3b emittierte Licht fast gleichförmig in das Dichtharz 9 abgegeben werden.
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Daher können der Phosphor und das lichtdurchlässige Harz, die in dem Dichtharz 9 der Halbleiterleuchtvorrichtung enthalten sind, beibehalten werden, um eine gleichförmige Abbaurate über die gesamte Zone zu erhalten. In diesem Fall tritt eine geringere Schwankung in der Helligkeit und Chromatizität unabhängig von der kumulativen vergangenen Betriebszeit für die Halbleiterleuchtvorrichtung auf.
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Die Leuchtvorrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form ist am weitesten außen montiert. Dementsprechend ist ein solcher Bereich kaum vorhanden, welcher eine geringere Menge an Licht von den Leuchtvorrichtungen 3a, 3b empfängt, wie es in der Lichtverteilung der Halbleiterleuchtvorrichtung in 15 gezeigt ist. Daher kann fast gleichförmig über die gesamte Zone aus dem im Dichtharz 9 verteilten Phosphor ausgetreten werden. Dies ist wirksam, um eine Halbleiterleuchtvorrichtung mit einer geringeren Schwankung in der Chromatizität zu realisieren.
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Andererseits wird in dem Fall der Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem in 17 gezeigten Stand der Technik die Menge an am Phosphor wellenlängenumgewandelten Licht, welcher in dem Bereich verteilt ist, der eine geringere Menge an Licht von der Leuchteinrichtung empfängt, als eine Referenz verwendet, um die Konzentration des Phosphors zu bestimmen, der in das lichtdurchlässige Harz eingemischt ist. Dementsprechend wird, um ein gewisses Maß an wellenlängenumgewandeltem Licht in dem Bereich sicherzustellen, die Konzentration des in das lichtdurchlässige Harz eingemischten Phosphors höher bestimmt.
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Im Gegensatz dazu kann im vorliegenden Beispiel der im Dichtharz 9 verteilte Phosphor über die gesamte Zone angeregt werden. Daher ist es sogar dann, falls die Konzentration des in das lichtdurchlässige Harz eingemischten Phosphors niedriger als in der Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik bestimmt wird, möglich, ein Beleuchtungslicht einer Chromatizität zu erreichen, die derjenigen der Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik entspricht. Dementsprechend kann die Verwendung des Phosphors verringert werden, und die Materialkosten können entsprechend eingespart werden.
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Die Testberechnung durch die Erfinder erwartet eine Verringerung im Phosphor von ca. 20 bis 30% relativ zur Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik.
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Ferner weist der Phosphor die Funktion eines Wellenlängenumwandelns des Anregungslichts und die Natur des Absorbier- und Streuteils des Lichts auf, wie oben beschrieben. Dementsprechend wird das meiste absorbierte und gestreute Licht in Wärme umgewandelt und nicht nach außen abgegeben. Daher führt eine höhere Konzentration des Phosphors zu einer niedrigeren Helligkeit der Halbleiterleuchtvorrichtung.
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Im Unterschied dazu macht es das vorliegende Beispiel möglich, die Konzentration des Phosphors zu verringern, was die Halbleiterleuchtvorrichtung mit einer höheren Helligkeit versehen kann. Die höhere Helligkeit führt zu einer Energieverringerung.
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Die Halbleiterleuchtvorrichtung, welche die Vielzahl von Leuchteinrichtungen 3a, 3a, 3b enthält, welche seriell durch die innere Verdrahtung miteinander verbunden sind, kann wie folgt realisiert werden. Und zwar werden die Leuchteinrichtung mit der N-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der P-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) und die Leuchteinrichtung mit der P-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der N-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) abwechselnd angebracht. Die Leuchteinrichtung mit der N-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der P-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) und die Leuchteinrichtung mit der P-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der N-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) werden am gemeinsamen Bondpad 6a chipgebondet. Die Leuchteinrichtungen 3a, 3b, die entsprechend an den benachbarten Bondpads 6a, 6b montiert sind, werden über einen Bonddraht 8 miteinander wedge- bzw. stitchgebondet, um eine elektrische Verbindung zwischen den Bondpads 6a, 6b herzustellen.
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Als ein Ergebnis kann die Zahl der Bondpads zum Aufnehmen der Leuchteinrichtungen, die darauf montiert sind, verringert werden, um die Struktur des Anschlussrahmens zu vereinfachen. Der Anschlussrahmen wird allgemein durch einen Prozess eines Drückens mit einer Gussform ausgeformt. Dadurch kann die Struktur der Gussform vereinfacht werden, und die Gusskosten können verringert werden.
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Es besteht keine Notwendigkeit, ein Drahtbond-Pad zwischen den benachbarten Leuchteinrichtungen der in einer Linie montierten Leuchteinrichtungen bereitzustellen, weil daran kein Drahtbonden angewandt wird. Dadurch ist es möglich, das Anordnungsintervall zwischen den Leuchteinrichtungen zu verkürzen und die Halbleiterleuchtvorrichtung zu verkleinern.
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[BEISPIEL 2]
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12 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel 2, das der erfindungsgemäßen Halbleiterleuchtvorrichtung zugeordnet ist. Das vorliegende Beispiel umfasst eine erhöhte Anzahl an zu montierenden Halbleiterleuchteinrichtungen, und zwar im Unterschied zum obigen Beispiel 1.
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In diesem Beispiel ist eine Vielzahl (vier in 12) von Bondpads 6a aneinander ausgerichtet, und Bondpads 6b und 6c sind an beiden Enden angeordnet. Das Bondpad 6a nimmt die darauf angebrachten Halbleiterleuchteinrichtungen 3a und 3b auf. Das Bondpad 6b nimmt nur die darauf angebrachten Halbleiterleuchteinrichtungen 3a auf. Das Bondpad 6a nimmt keine Halbleiterleuchteinrichtung darauf montiert auf. In der Anordnung der Halbleiterleuchteinrichtungen sind die Leuchteinrichtungen 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form an beiden äußeren Seiten montiert. Zum gleichen Zeitpunkt sind die Leuchteinrichtungen 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form und die Leuchteinrichtung 3a mit der Richtcharakteristik der fast umgekehrten konischen Form abwechselnd montiert.
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Im vorliegenden Beispiel ist eine Vielzahl (ungerade Zahl) von Leuchteinrichtungen 3a, 3b angebracht, und intern in Reihe verdrahtet, um eine Halbleiterleuchtvorrichtung zu realisieren. In diesem Fall sind die Leuchteinrichtung mit der N-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der P-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) und die Leuchteinrichtung mit der P-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der N-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) abwechselnd angebracht. Zusätzlich sind die Leuchteinrichtung mit der N-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der P-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) und die Leuchteinrichtung mit der P-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der N-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) am gemeinsamen Bondpad 6a chipgebondet. Eine Vielzahl solcher Bondpads 6a ist in einer Linie angeordnet. Die Leuchteinrichtungen 3a, 3b, die jeweils an den benachbarten Bondpads 6a montiert sind, sind miteinander über einen Bonddraht 8 stitch-gebondet, um eine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Bondpads 6a herzustellen. Bondpads 6b und 6c sind an beiden Enden vorhanden. Die Leuchteinrichtung 3a, die näher am Bondpad 6b auf dem Bondpad 6a benachbart dem Bondpad 6b positioniert ist, ist über einen Bonddraht 8 mit der Leuchteinrichtung 3b an dem Bondpad 6b verbunden. Die Leuchteinrichtung 3b, die sich näher am Bondpad 6c auf dem Bondpad 6a benachbart dem Bondpad 6c befindet, ist über einen Bonddraht 8 mit dem Bondpad 6c verbunden.
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Das vorliegende Beispiel weist die gleiche grundsätzliche Anordnung auf wie diejenige des Beispiels 1 und bewirkt dementsprechend den gleichen Effekt wie denjenigen des Beispiels 1. Insbesondere bewirkt die vorliegende Erfindung einen verbesserten Effekt bezüglich der Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik, wenn sich die Zahl der befestigten Leuchteinrichtungen erhöht.
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Beispielsweise wird die Zahl der Bonddrähte zum Luftverdrahten (”aerial wiring”) einem Vergleich unterzogen. Falls die Zahl der montierten Leuchteinrichtungen eine ungerade Zahl ist, ist die Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik gegeben zu W = n – 1, und die erfindungsgemäße Halbleiterleuchtvorrichtung ist gegeben durch W = (n + 1)/2.
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Daher können (n – 3)/2 Bonddrähte, ein Unterschied gegenüber der Halbleiterleuchtvorrichtung nach dem Stand der Technik, eingespart werden. Bei dieser Verbindung kann, falls die Zahl der montierten Leuchteinrichtungen gleich 5 ist, ein Bonddraht eingespart werden, und falls die Zahl der montierten gleich 9 wird, können drei Bonddrähte eingespart werden.
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Als ein Ergebnis kann eine Verringerung in den Materialkosten aufgrund der eingesparten Bonddrähte die Produktionskosten entsprechend senken.
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[BEISPIEL 3]
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13 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel 3, das der erfindungsgemäßen Halbleiterleuchteinrichtung zugeordnet ist. Das vorliegende Beispiel umfasst eine Vielzahl von in einer Matrix befestigten Halbleiterleuchtvorrichtungen 3a, 3b. Auch in diesem Fall sind, ähnlich zu den Beispielen 1 und 2, die Leuchteinrichtungen 3a, 3b intern in Reihe in der Halbleiterleuchtvorrichtung verdrahtet. In diesem Fall sind die Leuchteinrichtung mit der N-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der P-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) und die Leuchteinrichtung mit der P-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der N-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) abwechselnd montiert, und zwar wiederum beruhend auf der Verdrahtung. Zusätzlich sind die Leuchteinrichtung mit der N-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der P-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) und die Leuchteinrichtungen 3a, 3b mit der P-Elektrode auf der Chipbond-Seite (und der N-Elektrode auf der Drahtbond-Seite) am gemeinsamen Bondpad 6a chipgebondet. Eine Vielzahl solcher Bondpads 6a ist in einer Ebene angeordnet. Die Leuchteinrichtungen 3a, 3b, die jeweils an den benachbarten Bondpads 6a angebracht sind, sind miteinander über einen Bonddraht 8, beruhend auf der Verdrahtung, stitch-gebondet, um eine elektrische Verbindung zwischen den Bondpads 6a herzustellen. Das Bondpad 6a nimmt nur die darauf angebrachte Halbleiterleuchteinrichtung 3b auf. Das Bondpad 6c nimmt keine darauf angebrachte Halbleiterleuchteinrichtung auf. Die mit den Bondpads 6b, 6c zusammenhängenden elektrischen Verbindungen und die Leuchteinrichtungen 3a, 3b sind die gleichen wie diejenigen in den Beispielen 1 und 2.
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Als die Halbleiterleuchteinrichtung, die sich in jeder Ecke der Matrix befindet, ist die Halbleiterleuchteinrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form montiert. Zur gleichen Zeit sind die Leuchteinrichtung 3b mit der Richtcharakteristik der fast konischen Form und die Leuchteinrichtung 3a mit der Richtcharakteristik der fast umgekehrten konischen Form, beruhend auf der Verdrahtung, abwechselnd montiert. In der vorliegenden Erfindung sind die Halbleiterleuchteinrichtungen mit unterschiedlicher Richtcharakteristik benachbart zueinander angeordnet. In dem Fall der Matrixanordnung stimmen jedoch die Halbleiterleuchtvorrichtungen, die benachbart zueinander in einer schrägen Richtung positioniert sind, nicht mit der Definition von ”benachbart zueinander” gemäß der vorliegenden Erfindung überein.
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Das vorliegende Beispiel umfasst die Leuchteinrichtungen 3a, 3b, die in einer Ebene montiert sind, und den Effekt, wie die Ebene den Effekt des Beispiels 2, so wie es ist, reflektieren kann.
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In einem Wort wird das meiste des Luftverdrahtens unter Verwendung von Bonddrähten durch Stitch-Bonden erreichen. Dementsprechend kann die Zahl der Bondpads zum Aufnehmen der darauf montierten Leuchteinrichtungen verringert werden. Zusätzlich kann die Zahl der Pads zum Drahtbonden auf ein oder zwei verringert werden. Ferner benötigt die Anordnungsfläche der Leuchteinrichtung keine Leitung zum Verdrahten, die sich vom Bondpad erstreckt. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Zwischenraum zwischen den in einer Matrix montierten Leuchteinrichtungen zu verschmälern und eine verkleinerte Halbleiterleuchtvorrichtung mit einer verringerten Montagefläche für die Leuchteinrichtung zu realisieren.
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Die erfindungsgemäße Halbleiterleuchtvorrichtung ist als Lichtquelle in verschiedenen Gebieten verwendbar, wie beispielsweise als LCD-Hintergrundleuchten, Leselichtquellen für Drucker, Panel- bzw. Feldbeleuchtungseinrichtungen, allgemeine Beleuchtungen, Lichtquellen für Fahrzeugleuchten und verschiedene Anzeigen.
