TWI478316B

TWI478316B - 半導體發光裝置，將該半導體發光裝置排列而成之複合發光裝置，以及使用該複合發光裝置之平面發光源

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Publication number: TWI478316B
Application number: TW097137450A
Authority: TW
Inventors: Tsukagoshi Kouji
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2015-03-21
Also published as: TW200921897A; US20110188266A1; CN101828272B; US8641256B2; CN101828272A

Description

半導體發光裝置，將該半導體發光裝置排列而成之複合發光裝置，以及使用該複合發光裝置之平面發光源

本發明有關於一種使用作為液晶顯示裝置之背照燈或照明用之發光源的半導體發光裝置、將其排列而成之複合發光裝置，以及使用其之平面發光源。

習知面組裝型之半導體發光裝置組合發出藍色光之半導體發光元件和發出紅色光之半導體發光元件而射出白色系統之光。此種半導體發光裝置被揭示在下述專利文獻1之圖4等。專利文獻1之圖4所揭示之半導體發光裝置，當從上方看，發出紅色光之發光二極體晶片配置在長方形基板中心，在長方形基板之各個頂點側分別配置發出藍色光之發光二極體晶片成為包圍發出紅色光之發光二極體晶片。更進一步，由加入有擴散材料之半透明樹脂密封發出紅色光之發光二極體晶片周圍，以覆蓋在半透明樹脂上及發出藍色光之發光二極體晶片上之方式，由包含有YAG螢光體之樹脂來進行密封。利用此種方式，從發出紅色光之發光二極體晶片射出之光在半透明樹脂內朝各個方向擴散，從發出藍色光之發光二極體晶片射出之光一部分，由含有YAG螢光體之樹脂激起黃色光。結果，紅色光、藍色光、黃色光適當混合，白色之演色性良好，且可防止在發出紅色光之發光二極體晶片正上成為帶紅色點狀之混色。

[專利文獻1]日本專利特開2005-123484號公報(圖4)

在上述專利文獻1之半導體發光裝置及使用其之平面發光源中，會產生以下問題。

在專利文獻1之半導體發光裝置中，在由加入有擴散材料之半透明樹脂密封發出紅色光之發光二極體晶片周圍後，由於密封YAG螢光體，而使製造步驟複雜化。

另外，在專利文獻1之半導體發光裝置中，從上方俯視於半導體發光裝置之短邊方向配置有2個晶片或3個晶片之發光二極體晶片。當使用此種半導體發光裝置作為導光板方式之發光源的情況時，會造成半導體發光裝置之短邊方向(導光板之厚度方向)變長，平面發光源變厚，平面發光源之成本變高。

因此，本發明目的在於提供一種可解決此種技術問題之半導體發光裝置、將其排列而成之複合發光裝置、以及使用其之平面發光源。

依照本發明第1態樣，提供一種半導體發光裝置，具有：基體部，形成有凹部，該凹部由對向之一對第1側壁部、從上方俯視跨設在上述第1側壁部間，比第1側壁部短且對向設置之一對第2側壁部、和底面所構成；多個發光元件，為在上述凹部之底面上，從上方俯視被排列配置在上述第1側壁部之方向的多個發光元件，包含發出第1色光之第1發光元件、和在該多個發光元件中被配置在最接近第2側壁部側，發出與上述第1色不同之第2色光的第2發光元件；和樹脂部，包含螢光體，該螢光體以覆蓋在第1及第2發光元件之方式充填在凹部，將第2色光之一部分波長變換成為第2色光之補色而射出到外部。

依照本發明之第2態樣，提供一種複合發光裝置，在第1側壁部之方向排列有多個半導體發光裝置，該半導體發光裝置具有：基體部，形成有凹部，該凹部由對向之一對第1側壁部、從上方俯視跨設在第1側壁部間，比第1側壁部短且對向設置之一對第2側壁部、和底面所構成；多個發光元件，為在上述凹部之底面上，從上方俯視被排列配置在上述第1側壁部之方向的多個發光元件，包含發出第1色光之第1發光元件、和在該多個發光元件中被配置在最接近第2側壁部側，發出與上述第1色不同之第2色光的第2發光元件；和樹脂部，包含螢光體，該螢光體以覆蓋在第1及第2發光元件之方式充填在凹部，將第2色光之一部分波長變換成為第2色光之補色系統而射出到外部。

依照本發明之第3態樣，提供一種平面發光源，係以排列多個半導體發光裝置在第1側壁部方向而成的複合發光裝置之長度方向，作為導光板之光導入面的長度方向，導光板之光導入面被配置成與凹部之底面對向，該半導體發光裝置具有：基體部，形成有凹部，該凹部由對向之一對第1側壁部、從上方俯視以與第1側壁部表面材料不同之表面材料跨設在第1側壁部間，比第1側壁部短且對向配置之一對第2側壁部、和底面所構成；多個發光元件，為在上述凹部之底面上，從上方俯視被排列配置在上述第1側壁部之方向的多個發光元件，包含發出第1色光之第1發光元件、和在該多個發光元件中被配置在最接近第2側壁部側，發出與上述第1色不同之第2色光的第2發光元件；和樹脂部，包含螢光體，該螢光體以覆蓋在第1及第2發光元件之方式充填在凹部，將第2色光之一部分波長變換成為第2色光之補色系統而射出到外部。

依照上述本發明第1態樣之半導體發光裝置，可提供一種在第1側壁部方向之白色系統演色性良好，且製造容易之半導體發光裝置。另外，本發明可提供一種平面發光源，若使用在第1側壁部之方向排列多個上述第1態樣之半導體發光裝置成複合發光裝置時，在導光板方式之平面發光源，亦可比較抑制導光板之光導入面長度方向(半導體發光裝置之第2側壁部側)上的色不均，且厚度較薄，可降低製造成本。

以下說明本發明實施形態之半導體發光裝置1、複合發光裝置100、和平面發光源。

如圖1所示，本實施形態之半導體發光裝置1具備有：支持板2，以金屬材料作為主要成分；發光二極體晶片3，為固定在支持板2上面之發光元件；引線端子4，被配置成鄰接支持板2之側面且從支持板側延伸到外側；導線(wire)5，用來電連接發光二極體晶片3之上面電極和引線端子；外圍體6，覆蓋在支持板2之側面和引線端子之一部分；和樹脂部11。

本實施形態之半導體發光裝置中，2個將紅色(波長從大約620nm到大約780nm)光射出到支持板2上面之第1發光二極體晶片3A、和3個被設成從第1發光二極體晶片3A外側(第2側壁部10側)夾隔第1發光二極體晶片3A，射出藍色(波長從大約450nm到大約490nm)光之第2發光二極體晶片3B，排成1行而被固定。更進一步，其具有電連接於各發光二極體晶片3之陽極電極和陰極電極之16根引線端子4。另外，支持板2和外圍體6構成本實施形態之基體部7。

支持板2和引線端子4最好由高熱傳導率之金屬、例如，銅、鋁、銅合金或鋁合金等形成。如圖1所示，支持板2為大致長方體形狀，其具有：對向之一對第一側面；第二側面，跨越在該一對第一側面間形成；上面，連接在一對第一側面和一對第二側面；和下面，連接在一對第一側面和一對第二側面，同時與上面對向。在沿上面及下面之方向，第二側面長度比第一側面長度短。亦即，上面為大致長方形，其以成為與第一側面邊界之邊為長邊，以成為與第二側面邊界之邊作為短邊。本實施形態中，將上面之長邊方向稱為第一方向，上面之短邊方向稱為第二方向，與第一方向及第二方向垂直之方向稱為高度方向。另外，在高度方向，以從下面朝向上面之方向作為上方，從上面朝向下面之方向作為下方。

支持板2在其上面具有溝狀之凹部8，其深度大於發光二極體晶片3之高度(發光二極體晶片3和其基座高度之合計)。凹部8在支持板2上面之第二方向通過大致中央，以到達支持板2對向之第二側面之方式，與支持板2之長度方向(第一方向)大致平行形成。支持板2之一對第一側面從凹部之底面突出到上方，由將連接到第一側面上端之支持板2上面(亦即未形成有凹部8之上面部分)和凹部8之底面相連接的部分構成第1側壁部9。第1側壁部9傾斜成為朝離開凹部底面之方向(上方)，一對第1側壁部9間在第二方向之距離擴大。該傾斜角度最好設定在可將從發光二極體晶片3射出光被第1側壁部9所反射之光，有效取出至外部的角度。更進一步，該傾斜角度最好設定成半導體發光裝置1在第二方向之長度收斂在所希望長度。如圖1所示，凹部8底面和第1側壁部9所成角度θ1最好為30度以上60度以下，更好為52度程度。另外，支持板2下面從外圍體6下面露出到外部，利用此種方式，可使第1和第2發光二極體晶片3所發出之熱良好地放出到外部。引線端子4一端經由第1和第2發光二極體晶片3之陽極電極或陰極電極和導線5等電連接，另一端使從外圍體6導出到外部。另外，可佈線成在半導體發光裝置內部預先使多個發光二極體晶片3串聯連接，此情況下，亦可將引線端子4設置成與各個發光二極體晶片3之陽極電極及陰極電極對應。

在支持板2之凹部8底面，於第1側壁部9之方向(支持板2之長度方向、第一方向)固定有多個第1和第2發光二極體晶片3。第1發光二極體晶片3A為發出紅色光之InAlGaP之發光二極體晶片，第2發光二極體晶片3B為發出藍色光之氮化物系半導體之發光二極體。另外，在本發明實施形態之半導體發光裝置1中，從上方俯視，第2發光二極體晶片3B被配置在包含第1發光二極體晶片3A而且排列設置成與第1側壁部9之方向(第一方向)大致平行之發光二極體3中最外側(最靠第2側壁部10之側)。例如，在圖1之情況，發光二極體晶片3以8個排成一行，但在圖中從右側起第4號和第5號作為第1發光二極體晶片3A，其餘發光二極體晶片為第2發光二極體晶片3B。然而，不限於圖1，亦可以圖中右側起第2號和第7號作為第1發光二極體晶片3A，其餘發光二極體晶片作為第2發光二極體晶片3B，亦可只以第5號中央作為第1發光二極體晶片3A，其餘發光二極體晶片作為第2發光二極體晶片3B。另外，第2發光二極體晶片3B發出從樹脂部11射出之光成白色系統之波長光，不限於射出藍色光之發光二極體晶片。另外，第1發光二極體晶片3A發出提高白色系統光之演色性的光，不限於發出紅色光之發光二極體晶片。在上述發光二極體晶片之行，亦可包含有發出與第1及第2發光二極體晶片3A、3B不同色光的發光二極體晶片。例如，亦可包含有發出綠色光之發光二極體晶片。經由使用綠色發光二極體晶片，可以補完藍色-綠色間之光譜陷落，提高白色之演色性。但是，此種情況亦最好將射出藍色光之發光二極體晶片3A設在端部。

外圍體6，例如由含有光反射性填料之二氧化矽等化合物(填充材料)之含有率相對較大之樹脂所構成，例如構成具有白色系統之樹脂。外圍體6其4個之外側面延伸到支持板2上面之上方。而且，被設在支持板2第二側面之外圍體6內側面，突出於支持板2第二側面上端之更上方，構成第2側壁部10。第2側壁部10亦以一對第2側壁部10間在第二方向距離從凹部8底面朝向上方擴大方式，對凹部8之底面傾斜。凹部8之底面和第2側壁部10所成角θ2最好設定在可滿足外圍體6高度達所希望之高度，並且構成第2側壁部10之外圍體6側壁能夠確保所希望厚度的程度角度，例如，θ2為大約45度。因此，從上方俯視第1側壁部9比第2側壁部10長，由第1側壁部9和第2側壁部10包圍第1和第2發光二極體晶片3(以沿第一方向之大致一行排列配置之發光二極體晶片3)，在由第1側壁部9和第2側壁部10形成的支持板2之凹部8底面(支持板2上面)配置有第1及第2發光二極體晶片3。另外，為了使從發光二極體晶片3經第1側壁部9反射而可取出至外部之光更多，因此第1側壁部9表面反射率形成更高。另外一方面，需要考慮在第2側壁部10，將半導體發光裝置1在第1側壁部9方向(第一方向)多個排成一行來使用，在第2側壁部10外側亦取出光，同時將從第1發光二極體晶片3A射出之光中經第2側壁部10反射之比例減弱，抑制半導體發光裝置1之第2側壁部10周邊中帶紅色之混色(色不均)。因此，亦可為使第2側壁部10之反射率小於第1側壁部9之反射率，以使第1側壁部9之表面為銀(或銀合金)、第2側壁部10表面為反射率比第1側壁部9小之白色樹脂方式，將第1側壁部9和第2側壁部10之表面材料(特別是表面材料)形成不同，抑制第2側壁部10之周邊中帶紅色之混色(色不均)。

在由第1側壁部9和第2側壁部10形成之凹部8內，充填有具光透過性之樹脂部11。另外，樹脂部11覆蓋在支持板2上面、第1和第2發光二極體晶片3、導線5和引線端子4上面。樹脂部11以折射率和光透過性較高之樹脂(例如矽樹脂)為主要成分，覆蓋在發光二極體晶片3和導線5。在本實施形態之半導體發光裝置1中，樹脂部11具有第一樹脂部11a和第二樹脂部11b。第一樹脂部11a包含有螢光體，用來對從第2發光二極體晶片3B射出之藍色光一部分進行波長變換，而射出成為補色系統之黃色(波長從大約580nm到大約600nm)光。而且，第一樹脂部11a充填到凹部8，第一樹脂部11a上面位於與凹部8上面(為支持板2上面，未形成有凹部8之面)大致相同平面上。另外，第二樹脂部11b更包含有散射材料，用來使從第2發光二極體晶片3B射出之紅色光散射並透過。而且，第二樹脂部11b以覆蓋在支持板2上面及第一樹脂部11a上面之方式，充填到由外圍體6包圍之區域。此處，螢光體亦可使用例如YAG系、TAG系或矽酸鹽系之螢光體。另外，散射材料例可舉二氧化矽或氧化鈦。因此，由樹脂部11可使從第1及第2發光二極體晶片3射出的光和經樹脂部11波長變換的光相混合而成之光(例如白色光)，從半導體發光裝置1射出。另外，本說明書中，作為補色系統之光為與某單數或多數色光混合可成白色系統色之色光。另外，第一樹脂部11a除了螢光體外，亦可包含散射材料。在第二樹脂部11b亦可包含有螢光體。

本實施形態之半導體發光裝置1中，在被配置於長度方向(第一方向)之第1和第2發光二極體晶片3中，第2發光二極體晶片3B被配置在第1發光二極體晶片3A靠第2側壁部10側，從第1發光二極體晶片3A射出之紅色光到達第2側壁部10側為止之路徑變長，為第1發光二極體晶片3A射出之紅色光到達第2側壁部10側前，更易經樹脂部11散射之配置。

又，例如，當第1發光二極體晶片3A被配置在第2發光二極體晶片3B靠第2側壁部10側之情況時，在第2側壁部10側中與第1發光二極體晶片3A相干涉之第2發光二極體晶片3B更不在長度方向(第一方向)之外側，所以在第2側壁部10周邊成為帶有紅色之混色，但依照本發明之實施形態，第2發光二極體晶片3B位在半導體發光裝置之長度方向中第1發光二極體晶片3A靠外側(第2側壁部10側)，第1發光二極體晶片3A和第2發光二極體晶片3B亦在第2側壁部10周邊互相干涉，以抑制第2側壁部10周邊帶有紅色之混色產生。

更進一步，一般第2發光二極體晶片3B係使用藍寶石或SiC等之透明基板，第1發光二極體晶片3A形成在鎵砷或矽等黑色不透明之基座(基板)上。因此，當第1發光二極體晶片3A被配置在第2發光二極體晶片3B之靠第2側壁部10側之情況時，不僅在到達第2側壁部10前經樹脂部11使強度會稍微衰減，且從第2發光二極體晶片3B射出之光會被第1發光二極體晶片3A之基座遮蔽，因此藍色光不易到達第2側壁部10側。然而，依照本發明之實施形態，第2發光二極體晶片3B在半導體發光裝置之長度方向上位於第1發光二極體晶片3A之外側(第2側壁部10側)，不會產生此種問題。

另外，從第2發光二極體晶片3B射出之藍色光一部分被激起，變換成為黃色光，由於成為白色系統光，所以即使第2發光二極體晶片3B形成在第1發光二極體晶片3A靠第2側壁部10側，亦可減小對混色之影響。

另外，第1發光二極體晶片3A之朝向正上和第1側壁部9側之光，與鄰接之第2發光二極體晶片3B發生干涉，混色影響較小。

又，由於第1側壁部9之表面反射率大於第2側壁部10之表面反射率，因此不只可抑制在長度方向上之混色，且可將更多經第1側壁部9反射之光取出到半導體發光裝置1之正上(凹部8之開口部)方向，可提高作為平面發光源之光取出效率。

如以上所述，依照本發明之實施形態，白色之演色性良好，可防止在半導體發光裝置之第2側壁部10周邊產生由於發出紅色光之發光二極體晶片造成之帶紅色混色。特別是當在長度方向排列多個半導體發光裝置之情況時，可抑制半導體發光裝置之第2側壁部10周圍中帶紅色之混色。尤其可提供一種經消除半導體發光裝置之長度方向色不均的半導體發光裝置。

圖2和圖3表示本實施形態之複合發光裝置100，圖中表示其一例之使用在導光板方式之發光裝置的平面發光源。複合發光裝置100具有多個半導體發光裝置1，該等半導體發光裝置1沿著其長度方向(第一方向)排列。如圖2和圖3所示，在與被配置於光反射板52上的導光板51之光導入面51a長度方向對向配置之平面發光源中，亦可改善射入到導光板51的光導入面51a之長度方向光混色，改善從導光板51射出之光混色。

例如，要製造導光板長度方向以上之平面發光源非常困難，而如圖2所示，經由排列多個半導體發光裝置1來構成平面發光源100。另外一方面，因為半導體發光裝置1之樹脂部11具有軟性，所以樹脂部11需要由基體部7包圍。因此，在平面發光源之長度方向，在平面發光源之樹脂部11和其鄰接的平面發光源之樹脂部間具有第2側壁部10。

另外，導光板51基於製造成本和薄型化最好薄化。因此最好使平面發光源之寬度變窄，可在平面發光源之寬度(圖2縱方向)方向排列的發光二極體晶片3之數目受到限制，如圖1所示只能配置1行之發光二極體晶片3。另外，平面發光源中，當在長度方向產生光色不均時，從導光板51發出的長度方向色不均(亦即顯示面之色不均)會成為問題。

依照將本實施形態半導體發光裝置1排列成如圖2和圖3所示之平面發光源，因為將多個於半導體發光裝置1之長度方向消除色不均之半導體發光裝置1配置在半導體發光裝置1之長度方向，所以平面發光源之製造容易，所以可提供一種可抑制從導光板51發出之長度方向色不均之平面發光源。更進一步，在只將發光二極體晶片3配置一行之情況下，亦可抑制長度方向之色不均，因此可提供一種抑制長度方向之色不均且寬度變窄之平面發光源。特別是圖1中，由於凹部8之底面和第1側壁部9所成角θ1大於凹部8之底面和第2側壁部10所成角θ2，因而在第2方向光不擴大，在第1方向(長度方向)可抑制色不均。因此，在如圖2所示使用作為平面發光源之情況時，可將光良好地取入到導光板51，可良好地抑制導光板51之色不均。

1．．．半導體發光裝置

2．．．支持板

3．．．發光二極體晶片

3A．．．第1發光二極體晶片

3B．．．第2發光二極體晶片

4．．．引線端子

5．．．導線

6．．．外圍體

7．．．基體部

8．．．凹部

9．．．第1側壁部

10．．．第2側壁部

11．．．樹脂部

11a．．．第一樹脂部

11b．．．第二樹脂部

51．．．導光板

51a．．．光導入面

52．．．光反射板

100．．．複合發光裝置；平面發光源

圖1是立體圖，用來表示本發明實施形態之半導體發光裝置。

圖2是剖視圖，用來表示本發明實施形態之平面發光源。

圖3是剖視圖，用來表示本發明實施形態之平面發光源。