发光装置 【技术领域】
本发明涉及在被绝缘的至少一对金属衬底或者形成有至少两个衬底电极的陶瓷衬底等上设置了氮化镓系上下电极型发光二极管的发光装置。本发明涉及能够在上述氮化镓系上下电极型发光二极管上流过大的电流、考虑了此时产生的热的散热或因上述热导致的金属部件的热应力造成的伸缩等的发光装置。另外，本发明涉及能够通过用由金属板状部件构成的金属部件和焊料连接，代替通过丝线键合连接金属线，来防止振动或热造成的发光层的损伤的由氮化镓系上下电极型发光二极管构成的发光装置。而且，本发明涉及在上述氮化镓系上下电极型发光二极管的上表面发光部上形成有微细凹凸，不用密封材料覆盖其上表面，所以能够效率良好地照射来自上述发光部的光的发光装置。
背景技术
图6是用来说明现有例的图，是在反射体上设置了上下电极型发光二极管的例子。在图6中，上下电极型发光二极管61的下部电极被接合在一个金属衬底62上。上述上下电极型发光二极管61的上部电极通过丝线键合65被接合在另一个金属衬底64上，上述一个金属衬底62和另一个金属衬底64被绝缘部件63分离。上述被分离的金属衬底61、64被反射体66一体地保持。上述上下电极型发光二极管61被密封材料67密封在上述反射框66内。上述密封材料67被填充到上述反射框66的上表面，在其上形成有荧光膜68、透明保护膜69。
在日本特开2007-27585号公报中记载的发光装置中，在衬底上设置发光二极管，用密封材料密封上述发光二极管，然后在上述密封材料上设置荧光体层。
通过将在上述现有例和专利公开公报中记载的密封材料填充在整个反射框中，覆盖了发光部的微细凹凸，因此妨碍从上述发光部散射并效率良好地照射的光。
图6所示的在具有缝隙的金属衬底上安装的发光二极管，用透明树脂进行密封，为了使上述透明树脂具有强度而使用硬度高的树脂。但是，上述硬度高的密封材料存在从发光二极管产生的热应力大的问题。恐怕上述热应力会导致向发光二极管供给电力的布线断线。
另外，图6所示的发光装置，密封材料和荧光膜、上述荧光膜和透明保护膜分别以半硬化状态相互粘接。上述发光装置中，虽然密封材料、荧光膜、透明保护膜分别良好地粘接，但在成为硬化状态时会由于收缩而产生应力。即，在上述收缩时，上述密封材料被弯曲。伴随着上述密封材料的弯曲，上述荧光膜被拉伸，有时会产生龟裂、卷曲或破裂。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种发光装置，使氮化镓系上下电极型发光二极管的发光部具有微细凹凸，为了能够有效地照射多数的光而不设置密封材料，能够实现发光效率的提高。本发明的目的在于提供不会因热应力而引起荧光体含有膜龟裂或卷曲等的发光装置。本发明的目的在于提供批量生产性优良、耐大电流和热应力、并且保持高强度的发光装置。
本发明的发光装置，其特征在于，至少由以下部件构成：具有反射体和上述反射体的底部上的至少一对封装电极的封装；氮化镓系上下电极型发光二极管，其在p型氮化镓半导体层与n型氮化镓半导体层之间具有活性层、在上述一个半导体层的上部具有上表面发光部和部分电极、在上述另一个半导体层的最下层具有与上述封装电极中的一个接合的下部电极；把上述氮化镓系上下电极型发光二极管的上部的部分电极与上述封装电极中地另一个连接的金属部件；在上述封装电极中的一个与上述下部电极的接合、上述上部的部分电极与上述金属部件的接合、上述金属部件与上述封装电极中的另一个的接合中使用的焊料；以及在反射体的上表面附近安装的荧光体层，氮化镓系上下电极型发光二极管的上表面发光部形成有微细凹凸，并且在其上表面上不存在密封材料。
本发明的发光装置，其特征在于，上述封装由作为封装电极的被分离的一对金属衬底、和与上述一对金属衬底接合的反射体构成。
本发明的发光装置，其特征在于，上述封装由形成有至少一对封装电极的陶瓷衬底、和与上述陶瓷衬底接合的反射体构成。
本发明的发光装置，其特征在于，上述封装由作为至少一对封装电极中的一个的金属衬底、形成有封装电极中的另一个的陶瓷衬底、以及与上述金属衬底和上述陶瓷衬底接合的反射体构成。
本发明的发光装置，其特征在于，上述金属部件是金、银的带状金属线，或用金和/或银覆盖了的铝、铜的带状金属线。
本发明的发光装置，其特征在于，上述反射体由氧化铝系、氧化铝和玻璃的复合系的陶瓷等的部件构成，利用有机硅树脂系、环氧树脂系、聚酰亚胺树脂系、玻璃系、钎料系的粘接剂与上述衬底接合。
本发明的发光装置，其特征在于，上述荧光体层与在上述反射体的上部设置的台阶接合。
本发明的发光装置，其特征在于，上述荧光体层设置在被安装在上述反射体的开口部中的框上。
本发明的发光装置，其特征在于，在上述反射体的底部设置有多个上述氮化镓系上下电极型发光二极管、和将上述多个氮化镓系上下电极型发光二极管串联和/或并联地接合的封装电极。
本发明的发光装置中，由具有反射体和至少一对封装电极的封装、氮化镓系上下电极型发光二极管、把上述氮化镓系上下电极型发光二极管的电极与上述封装电极接合的金属部件、以及在反射体的开口部附近设置的荧光体层构成。上述反射体由方形、圆形、椭圆形等的筒体构成，能够反射来自内部的倾斜面和底部的光。另外，在上述反射体的底部设置有至少一对封装电极。上述一对封装电极中的一个或另一个也能够作为共用电极。
氮化镓系上下电极型发光二极管，在中间部在p型氮化镓半导体层与n型氮化镓半导体层之间具有活性层，在上述一个半导体层的上部具有上表面发光部和部分电极，在上述另一个半导体层的最下层具有与上述封装电极中的一个接合的下部电极，从上方和侧方发射光。金属部件，例如，长条状薄板部件，把上述氮化镓系上下电极型发光二极管的上部的部分电极与上述封装电极中的另一个连接。上述封装电极中的一个与上述下部电极的接合、上述上部的部分电极与上述金属部件的接合、以及上述金属部件与上述封装电极中的另一个的接合利用焊料进行。荧光体层安装在反射体的上表面附近。
另外，上述氮化镓系上下电极型发光二极管的上表面发光部在表面上形成有微细凹凸。上述表面的微细凹凸，能够使光漫反射，提高发光效率。而且，由于上述氮化镓系上下电极型发光二极管的上表面发光部在其上部表面上不存在密封材料，所以能够使光的漫反射有效地照射，进一步提高发光效率。
本发明的发光装置中，上述封装电极由一对金属衬底构成，利用空间或绝缘部件相互分离。上述一对金属衬底利用在其上部安装的一个反射体一体地接合。由于上述被分离的金属衬底和反射体用粘接剂等接合，所以能够得到足够的强度。
本发明的发光装置中，在陶瓷衬底上形成有至少一对上述封装电极。一个反射体被接合到形成有上述一对封装电极的陶瓷衬底上。由于上述至少一对封装电极和与上述封装电极接合的反射体没有分离部，所以成为结构上坚固的发光装置。
本发明的发光装置中，在上述封装由金属衬底、陶瓷衬底和反射体构成这一点上与上述发明不同。至少一对封装电极由金属衬底和在陶瓷衬底上形成的封装电极构成。一个反射体与上述金属衬底和上述陶瓷衬底一体地接合。
本发明的发光装置中，上述金属部件是由金、银构成的长条状的带，或者把用金和/或银覆盖了的铝、铜、它们的合金作为长条状的带使用。上述金属部件容易弯曲成任意的形状，利用焊料接合的接合面积大，且能够提高焊料的浸润性。
本发明的发光装置中，上述反射体由氧化铝系、氧化铝和玻璃的复合系的陶瓷等的部件构成。上述反射体利用有机硅树脂系、环氧树脂系、聚酰亚胺树脂系、玻璃系、钎料系的粘接剂与上述金属衬底或上述陶瓷衬底接合，作为发光装置被坚固地固定。
本发明的发光装置中，上述荧光体层与在反射体的上部设置的台阶接合，从氮化镓系上下电极型发光二极管发出紫外线到蓝色光的波长的光。上述荧光体膜，针对紫外线发光二极管，把吸收紫外线并发出蓝色光的荧光体、和吸收紫外线到蓝色光并发出黄色光的荧光体组合。另外，上述荧光体膜，能够把吸收紫外线光并发出蓝色光的荧光体、吸收紫外线到蓝色光并发出绿色光的荧光体、和吸收紫外线到蓝色光并发出红色光的荧光体组合使用。
上述荧光体膜，针对蓝色发光二极管，使用发出蓝色光的荧光体、和吸收该蓝色光并发出黄色光的荧光体。另外，上述荧光体膜，能够使用发出蓝色光的荧光体、吸收该蓝色光并发出绿色光的荧光体、和吸收该蓝色光并发出红色光的荧光体。而且，上述荧光体膜，在使用黄色的荧光体时，通过配合少量的发红色光的荧光体，能够提高演色性(color rendering)。
本发明的发光装置中，上述荧光体层组装到框上，上述框安装在上述反射体的开口部附近。荧光体层，用与安装有氮化镓系上下电极型发光二极管的封装不同的工序制作，最后不填充密封材料，安装在反射体的开口部附近。
本发明的发光装置，其特征在于，在上述反射体的底部设置有多个氮化镓系上下电极型发光二极管。封装电极被设置成能够将上述多个氮化镓系上下电极型发光二极管串联和/或并联地接合。上述封装电极中的一个和/或另一个能够共用。本发明的发光装置能够从一个封装照射强烈的光。
根据本发明，由于氮化镓系上下电极型发光二极管的上部电极与另一个封装电极借助于金属线带之类的长条状金属部件用焊料连接，所以无须用密封材料密封。由于上述氮化镓系上下电极型发光二极管的上表面发光部上形成的微细凹凸不用密封材料覆盖，所以能够利用上述微细凹凸，有效地照射光。
根据本发明，由于是由一对金属衬底和/或陶瓷衬底、氮化镓系上下电极型发光二极管、金属部件、反射体、以及在反射体上安装的荧光体层构成的发光装置，所以散热性好、能够流过大电流，而且能够高亮度地发光。
根据本发明，由于荧光体层与透明保护膜一起预先安装到荧光体层安装框上，能够仅通过嵌合就安装到反射体上，所以成为批量生产性优良的发光装置。
根据本发明，由于不使用丝线键合等，能够得到不仅经过长时间后可靠性高，且成本低、批量生产性优良的发光装置。
根据本发明，由于与一个金属衬底连接的氮化镓系上下电极型发光二极管的上部电极与另一个金属衬底利用例如板状的金属部件连接，所以不仅能够流过大电流，而且散热性好，即使产生热应力也能够得到缓和。尤其是，本发明中，各连接部使用焊料时，不会对接合部和/或发光层施加振动，能够获得无不合格品的由氮化镓系上下电极型发光二极管构成的发光二极管单元。
根据本发明，氮化镓系上下电极型发光二极管，仅通过改变荧光体含有膜的种类，就能够容易地变换成所希望的颜色。
【附图说明】
图1(a)～(d)是本发明的实施例1，图1(a)是用来说明在一对金属衬底上安装了氮化镓系上下电极型发光二极管的状态的概略剖面图，图1(b)是荧光体层安装框的剖面图，图1(c)是安装了发光二极管的状态的放大概略剖面图，图1(d)是发光装置的平面图。
图2(a)～(c)是本发明的实施例2，图2(a)是用来说明在一对金属衬底上安装了氮化镓系上下电极型发光二极管的状态的剖面图，图2(b)是荧光体层安装框的剖面图，图2(c)是金属部件的立体图。
图3(a)是本发明的实施例3的由金属衬底和具有封装电极的陶瓷构成的发光装置的剖面图，图3(b)是上述放大剖面图，图3(c)是平面图。
图4(a)和(b)是本发明的氮化镓系上下电极型发光二极管中的电极的上部表面的放大平面图。
图5是用来说明根据密封材料的有无测定了氮化镓系上下电极型发光二极管(蓝色)的光度的例子的比较例。
图6是用来说明现有例的图，是在反射体上设置了氮化镓系上下电极型发光二极管的例子。
【具体实施方式】
下面，基于附图详细说明本发明的实施方式。
(实施例1)
图1(a)～(d)是本发明的实施例1，图1(a)是用来说明在一对金属衬底上安装了氮化镓系上下电极型发光二极管的状态的概略剖面图，图1(b)是荧光体层安装框的剖面图，图1(c)是安装了氮化镓系上下电极型发光二极管的状态的放大概略剖面图，图1(d)是发光装置的平面图。图1(a)～(d)所示的概略图，可能与实际尺寸比不同。在图1(a)～(d)中，实施例1中的一对金属衬底12、14由铁、铝或铜、或它们的合金构成，根据需要进行镀金和/或银，构成封装电极。封装由反射体16和上述的一对封装电极构成。
上述反射体16由例如氧化铝系、氧化铝和玻璃的复合系的陶瓷等的部件构成。另外，上述反射体16与金属衬底或陶瓷衬底等利用有机硅树脂系、环氧树脂系、聚酰亚胺树脂系、玻璃系、钎料的粘接剂接合。
另外，上述一对金属衬底12、14借助于缝隙或绝缘部件13成为相互绝缘的状态。反射体16具有反射面161、162，在内部在金属衬底12、14上安装有氮化镓系上下电极型发光二极管11和金属部件15。另外，上述反射体16中嵌合有安装荧光体层191等的荧光体层安装框19。上述荧光体层安装框19安装有上述荧光体层191、从上下方向夹着上述荧光体层191的透明有机硅树脂膜192、193。另外，由于上述氮化镓系上下电极型发光二极管11和金属部件15不填充密封材料，所以与荧光体层191之间形成空间部18。
上述金属衬底12、14例如是正方形的10mm×10mm，位于它们之间的缝隙13的宽度为0.5mm。另外，上述氮化镓系上下电极型发光二极管11的大小为1.0mm×1.0mm，厚0.5mm。
上述氮化镓系上下电极型发光二极管11中，下部电极112(参照图1(c))利用焊料等接合到上述金属衬底12上。上述氮化镓系上下电极型发光二极管11的上部电极111(参照图1(c))利用与上述同样的焊料等隔着金属部件15接合到上述金属衬底14上。上述利用焊料的接合，通过使其通过回流(reflow)炉同时进行。另外，上述氮化镓系上下电极型发光二极管的上部电极的表面上形成有微细凹凸，效率良好地照射光。
在图1(b)中，荧光体层安装框19由环状框部19-1、在上述环状框部19-1的下部连设的基本上水平的荧光体层载置部19-2、与上述荧光体层载置部19-2连设且嵌合到反射体16的内部凹部中的反射体内部嵌合凸部19-3、以及与上述反射体内部嵌合凸部19-3连设且成为上述荧光体层载置部19-2的背面侧的反射体载置部19-4构成。上述荧光体层载置部19-2，根据需要，能够安装透明有机硅树脂膜192、193以保护荧光体层191的上下表面。
上述荧光体层安装框19能够在任意的场所制作，与上述反射体16嵌合，用粘接剂等固定。上述空间部18，根据需要，通过未图示的在上述荧光体层安装框19上设置的孔或缺口部等与外部大气连接。由于上述孔或缺口部能够使上述空间部18的压力保持恒定，所以在荧光体层191等上不会发生龟裂、破裂或卷曲。另外，通过向上述荧光体层191加入所希望的物质，能够从氮化镓系上下电极型发光二极管11照射所希望的颜色的光。
另外，把上述荧光体层191混入上述透明有机硅树脂膜192、193，能够把从氮化镓系上下电极型发光二极管11发射的光的颜色变换成所希望的颜色。另外，如果上述荧光体层安装框19具有多种具有不同荧光体的荧光体层191，能够立即应对所希望的颜色的光的要求。
(实施例2)
图2(a)～(c)是本发明的实施例2，图2(a)是用来说明在一对金属衬底上安装了氮化镓系上下电极型发光二极管的状态的剖面图，图2(b)是荧光体层安装框的剖面图，图2(c)是金属部件的立体图。在图2(a)～(c)中，与实施例1的不同之处在于，在陶瓷衬底12′上至少形成相互绝缘的两个封装电极14-1、14-2，且荧光体层安装框21嵌合在反射体16的外侧。
上述荧光体层安装框21由环状框部211、在上述环状框部211的下部连设的基本上水平的荧光体层载置部212、与上述荧光体层载置部212连设且载置到反射体16上的载置部214、以及与上述反射体16的外侧嵌合的嵌合部213构成。在上述荧光体层载置部212上安装透明有机硅树脂膜192、193，以保护荧光体层191的上下面。图1和图2中的反射体16内部是圆形，周围是方形，但不限于方形的筒状，也包含圆形、椭圆形、正方形、长方形、以及其它变形的形状。上述荧光体层也能够不通过框而直接设在上述反射体16上。
图2(c)所示的金属部件15用来连接氮化镓系上下电极型发光二极管的上部电极和另一个封装电极。上述金属部件15由与上述封装电极接合的接合部155、两个腕部151、153、与氮化镓系上下电极型发光二极管的上部电极接合的端部154构成。上述接合部155与上述封装电极在大的面积上用焊料坚固地接合。上述金属部件15是在铜、铝或它们的合金上镀金和/或银，提高了光的反射和焊料的浸润性。另外，上述金属部件15的形状，除图2(c)所示的以外，是使从氮化镓系上下电极型发光二极管的发光层的侧部发出的光穿过上部的形状。而且，上述金属部件15，由能够改变形状的长条状的金属线带构成，利用焊料接合的接合面积大，容易安装。
上述金属线带厚度为25μm，宽度为150μm，能够以上述长度为中心增减。上述金属线带，由于由长条状的金属构成，所以热传导良好，能够流过大电流。另外，上述金属线带，由于良好地反射光，所以能够不形成影子地把光效率良好地向外部发射。
(实施例3)
图3(a)是本发明的实施例3的由金属衬底和具有封装电极的陶瓷构成的发光装置的剖面图，图3(b)是上述放大剖面图，图3(c)是平面图。在图3(a)～(c)中，在封装中，上述金属衬底12与具有封装电极121的陶瓷衬底12′借助于反射体16并用粘接剂等接合。上述金属衬底12与氮化镓系上下电极型发光二极管11的下部电极112(图1(c))、氮化镓系上下电极型发光二极管11的上部电极111(图1(c))与上述金属部件15、金属部件15与陶瓷衬底12′的封装电极121利用焊料接合。
上述接合部能够预先进行镀金和/或银，以提高焊料的浸润性。在上述金属衬底12和陶瓷衬底12′的上部，在整个面上进行镀金和/或银，能够同时实现电流导电性的提高、光反射性、接合部的浸润性这三者。上述封装电极121通过镀了金和/或银等的通孔33与下部电极122(陶瓷衬底用)连接。上述下部电极122和金属衬底12用焊料焊接到未图示的印刷布线基板的布线上。
上述氮化镓系上下电极型发光二极管11，例如，在p型氮化镓半导体层与n型氮化镓半导体层之间具有活性层。上述氮化镓系上下电极型发光二极管，在上述一个半导体层的上部具有上表面发光部和部分电极，在另一个半导体层的最下层具有与上述封装电极接合的下部电极。
图4(a)和图4(b)是本发明的氮化镓系上下电极型发光二极管中的电极的上部表面的放大平面图。在图4(a)和(b)中，上述氮化镓系上下电极型发光二极管11的上部中的发光部形成有微细凹凸，通过流过大电流，能够获得高亮度。
(比较例)
对现有例的用超声波连接了金属线的氮化镓系上下电极型发光二极管，与利用焊料和金属部件接合的本发明的氮化镓系上下电极型发光二极管进行比较。在现有例中，使用两条直径30μm的金属线，用超声波丝线键合连接了氮化镓系上下电极型发光二极管的上部电极和金属衬底中的另一个的丝线键合，因超声波振动，产生了约10％的发光不好的不合格品。而且，以350mA通电时，产生了约4％的因通电异常导致的烧损。在本发明的实施例中，在连接工序和350mA～500mA的通电中，都未产生不合格品。
图5是用来说明根据密封材料的有无测定了氮化镓系上下电极型发光二极管(蓝色)的光度的例子的比较例。在本实施例中，把发光面被凹凸加工、波长450nm的发蓝光的氮化镓系上下电极型发光二极管与封装接合，流过3.2V、350mA的电流，测定了蓝色光的光度，为5000mcd～5700mcd。如果将其作为密封材料，用有机硅系弹性体型和凝胶型的密封材料分别密封，则光度降低了600mcd～900mcd左右(比较例)。
另外，把在有机硅树脂中配合了铕系黄色荧光体(IntermatixCorporation制，Y4254，28重量％，厚250μm)得到的荧光体膜分别与反射体上部的台阶接合，利用发光二极管的蓝色和荧光体发的黄色发出白色光，与上述同样地，流过3.2V、350mA的电流，测定了白色光的光度，实施例为25800mcd～26900mcd，比较例为21600mcd～23600mcd。同时测定了光束，实施例为67.6流明～74.2流明，平均70.5流明；使用了弹性体型密封材料的比较例为57.4流明～64.0流明，平均60流明；使用了凝胶型密封材料的比较例为60.2流明～63.1流明，平均61.5流明。实施例的白色光的光束比比较例增加了14.6％～17.5％。另外，光度的测定使用日本福兴系统公司制造的LHD测试仪，光束的测定使用LAB SPHERE公司制造的光束计。
产业上的可利用性
以上，详细地说明了本发明的实施例，但本发明不限于上述实施例。另外，本发明，只要不脱离权利要求书记载的范围，能够做出各种设计变更。本实施例说明了绝缘的一对金属衬底或封装电极，但不言而喻，能够是具有多个氮化镓系上下电极型发光二极管和封装电极等并把它们串联和/或并列连接的发光装置。
本发明的氮化镓系上下电极型发光二极管的上下电极、金属衬底、金属部件等的连接用焊料接合。尤其优选焊料。上述焊料，能够使用焊料浆料、焊料与助焊剂、金-锡共晶焊料浆料、铟系共晶焊料等公知或周知的材料。上述焊料，例如有：金和锡(20％)、金和锡(90％)、金和二氧化硅(3.15％)、金和锗(12％)、还有，锡-铜-镍系、锡-银系、锡-银-铜系、锡-银-铋-铟系、锡-锌系共晶焊料。本发明的氮化镓系上下电极型发光二极管，与上述同样地，能够使用公知或周知的。本发明中使用的荧光体层、氮化镓系上下电极型发光二极管能够使用公知或周知的。