CN101960619A - 半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

蓝光LED 18是半导体发光器件并且发射具有在可见区中的峰值波长的初级光，荧光板30是波长转换器并且将从蓝光LED 18发射的蓝光的一部分转换成黄光作为具有比所述峰值波长更长的在可见区中的峰值波长的次级光并且与未被转换的蓝光组合地发射黄光。荧光板30包括(a)跨越蓝光LED 18的发光路径延伸的主体39和(b)在光出射方向上的主体39的一部分上的多个柱状突起44构成的发光部42。

Description

半导体发光装置
技术领域
本发明涉及半导体发光装置，并且特别涉及具有半导体发光器件和波长转换器的半导体发光装置，所述波长转换器将由所述发光器件发出的初级光(primary light)转换成具有与初级光的波长不同的波长的次级光(secondary light)。
背景技术
近年来，白光LED封装体(其是一种半导体发光装置)被广泛用作常规照明器材(例如荧光灯)的替代物。众所周知，通过组合蓝光LED(其是一种半导体发光器件)和黄光荧光物质(其是波长转换材料)可以实现白光LED。白光LED如下产生白光。蓝光LED发出蓝光(初级光)并且所述蓝光激发黄光荧光物质以产生黄光(次级光)。没有激发黄光荧光物质的蓝光与黄光混合从而产生白光。
例如，专利引证1公开了具有蓝光LED芯片和由合成树脂制成的荧光板的LED封装体，黄光荧光物质微粒散布在所述合成树脂中。
另外，专利引证2和专利引证3均公开了由烧结发光陶瓷制成的荧光板。
专利引证1：日本未经审查的专利申请公开No.2003-347061
专利引证2：日本未经审查的专利申请公开No.2006-49410
专利引证3：日本未经审查的专利申请公开No.2007-150331
发明内容
本发明解决的问题
然而，根据专利引证1中描述的白光LED封装体，不幸地是，在其照明区域中颜色是不均匀的。参考图11描述该问题。
图11是只示出常规白光LED封装体200的蓝光LED芯片202和荧光板204的示意图。
当从蓝光LED芯片202发出的蓝光通过荧光板204时，一部分蓝光的波长被转换成黄光的波长。在这种情况下，蓝光在荧光板204中传播的距离越长，就有越多的蓝光被转换成黄光。因此，倾斜地入射到荧光板204上的蓝光比垂直地入射到荧光板204上的蓝光更多地被转换成黄光。
结果，照明区域中的颜色是不均匀的，如下所述。在面对蓝光LED芯片202的发光表面的照明区域中的光更蓝，并且在倾斜地面对发光表面的照明区域中的光更黄。
借助于根据专利引证1的荧光板204，嵌入合成树脂中的荧光物质微粒起散射剂的作用。结果，蓝光和黄光的颜色在所述荧光板内被适度地混合，使得在照明区域中的颜色不均匀性在某种程度上被减小。
然而，根据按照专利引证2和专利引证3的荧光板，由于很难执行如上这种散射功能，颜色尤其在照明区域中是不均匀的。
为解决以上问题，有人提议在蓝光LED芯片和荧光板之间保持长距离，并且减小在荧光板的光入射表面的中心和外围的蓝光的入射角之间的差。然而，由于封装体尺寸可能增长，因此这种提议是不利的。
鉴于以上问题，本发明的目的是提供有效减小照明区域中的颜色不均匀性而不使封装体尺寸增长的半导体发光装置。
解决上述问题的手段
为实现所述目的，本发明的一个方面提供一种半导体发光装置，所述半导体发光装置包括用于发射具有在可见区中的峰值波长的初级光的半导体发光器件和波长转换器，所述波长转换器用于(a)将一部分初级光转换成具有比所述峰值波长更长的、在可见区中的峰值波长的次级光并且(b)与未被转换的剩余初级光组合地发射次级光，其中所述波长转换器包括跨越从半导体发光器件发射的光的路径延伸的主体；和由形成在位于光出射方向的所述主体的一部分上的多个柱状突起构成的发光部分。
此外，每个突起的顶圆直径为1μm到100μm，1μm和100μm也包括在内，并且每个突起的长度为顶圆直径的3倍到20倍，3倍和20倍也包括在内。此外，每个突起的顶圆直径为3μm到30μm，3μm和30μm也包括在内。此外，每个突起的顶圆直径为5μm到10μm，5μm和10μm也包括在内。
此外，每个突起的长度为该突起的顶圆直径的5倍到10倍，5倍和10倍也包括在内。
每两个相邻突起之间的间隔为1μm到10μm，1μm和10μm也包括在内。另外，每两个相邻突起之间的间隔为3μm到8μm，3μm和8μm也包括在内。
所述波长转换器由陶瓷材料、复合玻璃材料、结晶玻璃材料、和氧化物单晶材料中的任何一种制成。
半导体发光器件的发光表面与波长转换器的光入射表面绝对接触。
本发明的效果
根据具有以上结构的半导体发光装置，在构成发光部分的突起的每一个中，从每个突起的底端入射的初级光和次级光在突起内被重复反射使得其波长被引导，并且随后光从每个突起的顶端离开。结果，初级光和次级光从顶端被放射状地发出。因此，如果初级光和次级光之间的比在每个突起处不同，则从突起发出的初级光和次级光在照明区域中被混合。因此，在照明区域中的颜色不均匀性被减小。
附图说明
图1A是示出根据本发明的实施例1的表面安装LED封装体的平面图。
图1B是沿图1A的线A-A获得的截面图。
图2A是荧光板的平面图。
图2B是示出图1B的B部分的细节的图。
图3A是示出光波导部件的功能的图。
图3B是示出光波导的尺寸的图。
图4是示出关于表面安装LED封装体的减小颜色不均匀性的效果的图。
图5是示意性地示出根据本发明的实施例2的表面安装LED封装体的截面图。
图6是示意性地示出根据本发明的实施例3的表面安装LED封装体的截面图。
图7是示意性地示出根据本发明的实施例4的表面安装LED封装体的截面图。
图8A是示意性地示出根据本发明的实施例5的表面安装LED封装体的截面图。
图8B是示意性地示出根据本发明的实施例5的变型的表面安装LED封装体的截面图。
图9是示意性地示出根据本发明的实施例6的表面安装LED封装体的白光LED的截面图。
图10A是示出光波导部件的变型的图。
图10B是示出光波导部件的另一个变型的图。
图10C是示出光波导部件的又一个变型的图。
图10D是示出光波导部件的又一个变型的图。
图10E是示出光波导部件的又一个变型的图。
图10F是示出光波导部件的又一个变型的图。
图10G是示出光波导部件的又一个变型的图。
图10H是示出光波导部件的又一个变型的图。
图11是示出现有技术的图。
附图标记说明
2，50，80，100，101，120                                    表面安装白光LED封装体
18，126                                                     蓝光LED
30，54，82，92，112，119，124                               荧光板
42                                                          发光部分
39，111，117                                                主体
44，94，96，118，140，150，152，154，156，158，160，162     光波导部件
具体实施方式
下面参考附图描述根据本发明的半导体发光装置的实施例。
实施例1
图1示意性地示出作为根据本发明的半导体发光装置的实施例的表面安装白光LED封装体2(下文中简称为“LED封装体2”)。图1A是LED封装体2的平面图。图1B是沿图1A的线A-A获得的截面图。注意，在包括图1的所有附图中的构成部分的比例并没有被统一。
LED封装体2具有由其上印刷了布线图案(未在图1中示出)的绝缘衬底4构成的印刷线路板6。绝缘衬底4由氮化铝(A1N)制成并且是其上安装半导体发光器件的基底。绝缘衬底4的尺寸是30mm*50mm*1.5mm，所述尺寸分别是长*宽*厚。
在印刷线路板6上，设置了多个白光LED 8(在本实施例中是五个)。这些白光LED 8通过布线图案串联连接。白光LED 8的p侧电极(其是所述串联中的高电势端子)通过布线图案的一部分电连接到阳极端子10。白光LED 8的n侧电极(其是低电势端子)通过布线图案的一部分连接到阴极端子12。
每个白光LED 8被半球体的玻璃盖子14覆盖。
图2B示出图1B中的B部分的细节。图2A是稍后描述的荧光板30的平面图。
如图2B中所示，形成在绝缘衬底4上的由Ti/Pt/Au制成的布线图案16被接合到GaN基蓝光LED 18，所述GaN基蓝光LED 18是半导体发光器件，AuSn制成的低共熔接合层(未示出)夹在所述布线图案16与所述所述GaN基蓝光LED 18之间。
蓝光LED 18由以下面所述的顺序层叠在绝缘衬底4上的由Ag/Pt/Au膜制成的p侧电极(未示出)、p-GaN基半导体层20、InGaN基量子阱发光层22、n-GaN基半导体层24、由Ti/Pt/Au膜制成的n侧电极26构成。p-GaN基半导体层20为200nm厚。n-GaN基半导体层24为6μm厚。在平面图中，蓝光LED 18每侧是1毫米。n侧电极26呈靠着n-GaN基半导体层24的外围边界(peripheral boarder)装配的框架状形状。注意，p-GaN基半导体层20、发光层22、和n-GaN基半导体层24通过被外延生长在未示出的蓝宝石衬底上并且从其分离而形成。
发光层22发出具有在可见区中的440-470nm的峰值波长的蓝光。在此，可见区由介于380-780nm范围之内(380nm和780nm也包括在内)的波长限定。为增强从蓝光LED 18提取光的效率，n-GaN基半导体层24的上部表面(发光表面)通过在KOH溶液中被照射而被形成为具有微米厚度的波纹表面。
在蓝光LED 18的每个侧表面上，形成由氮化硅制成的无机绝缘膜28。
荧光板30(其是波长转换器)被设置得与绝缘衬底4相对并且跨越蓝光LED 14的光发射路径延伸。荧光板30由利用铈(Ce)掺杂的YAG陶瓷制成。荧光板30的折射率是1.83。荧光板30的下表面(光入射表面)被喷砂成具有若干微米厚度的波纹表面。
如果荧光板30和蓝光LED 18之间的空间如实施例中所示是空的，则当彼此相对的荧光板30的下表面和LED 18的发光表面成波纹状时(如上所述)，更多蓝光可以入射到荧光板30上。因此，荧光板30和蓝光LED 18的折射率之间的差可以抑制在其表面边界中的反射，并且更多蓝光可以入射到荧光板30上。
注意，荧光板30的厚度取决于活化剂的浓度、机械强度和采用的工艺，并且希望在介于20μm和1mm之间的范围内，20μm和1mm也包括在内。活化剂的浓度的增加能够使荧光板薄，使得可以实现更小和更薄的白光源。活化剂的低浓度能够使荧光板厚，这有利地抑制光颜色的变化并且增大机械强度。如本实施例或稍后描述的实施例6中所示，当荧光板30被固定成好像被蓝光LED 18支撑时，可应用薄的荧光板，其厚度介于20μm和200μm之间的范围内，20μm和200μm也包括在内。在荧光板被安装在基底上的实施例2-5中，可应用厚的荧光板，其厚度介于300μm和1mm之间的范围内，300μm和1mm也包括在内。
当荧光板由基底材料(例如其中散布了荧光物质微粒的树脂或玻璃)制成时，因为光由于荧光物质微粒和基底材料的折射率之差而在表面边界中被散射，初级光和次级光被混合在一起。另一方面，根据前述的由陶瓷等制成的波长转换器，尽管光散射等出现了，但是与由具有散布其中的荧光物质微粒的树脂制成的荧光板相比较，散射效果比较弱。通常，由于薄荧光板具有短光学路径，因此散射效果趋于减小。因此，荧光板的厚度有利地为20微米到200微米、或更有利地为100微米或更小以产生与本发明有关的效果。
另外，由Cr/Pt/Au膜制成的金属连接层32被形成为靠着荧光板30的下表面的外围边界装配的框架状形状。
金属连接层32和n侧电极26通过多个Au凸块34彼此连接。金属连接层32和由Ti/Pt/Au制成的布线图案36通过多个Au凸块38彼此连接。
在以上结构中，当通过布线图案16和36供电时，蓝光LED 18发射蓝光作为初级光。从蓝光LED 18发出的蓝光入射到荧光板30的主体39的下表面(光入射表面40)上。荧光板30将从蓝光LED 18入射的蓝光的一部分转换成黄光作为次级光，所述次级光具有比初级光的峰值波长更长的在可见区中的峰值波长。波长转换器的发光部分42与波长未被转换的剩余蓝光组合地发射黄光。
荧光板30的发光部分42具有由形成在方形板状主体39(光出射到所述主体39)的一部分之上的多个柱状突起(在图中每个柱状突起均以圆柱形形状示出)制成的光波导部44。
如图2A中所示，光波导部44被设置成矩阵。
以下参考图3A描述光波导部44的功能。图3A是光波导部44的放大截面图。
在相对于每个光波导部44的中心轴C倾斜入射的光在光波导部44和空气空间之间的表面边界被重复反射从而引导波长后，光从发光部分的顶端表面46被发射。结果，顶端表面46放射状地发射所述光。
光从每个光波导部44的顶端表面46的放射状发射减小了照明区域中的颜色不均匀性。这参考图4被详细描述。
图4是仅仅示出LED封装体2中的蓝光LED 18和荧光板30的示意图。
从蓝光LED 18入射到荧光板30的光入射表面40上的蓝光的一部分通过波长转换被转换成黄光。黄光和未被转换的剩余蓝光被分岔(分开)并且入射到每个光波导部44上。
在入射到设置成矩阵的光波导部44上的光当中，入射到更靠近荧光板30的中心的光波导部44A上的光更蓝。相反，入射到更靠近荧光板30的外围的光波导部44B上的光更黄。该现象由于在[本发明解决的问题]中描述的类似原因而出现。
因此，光波导部44A的顶端表面发射带蓝色的光，并且光波导部44B的顶端表面发射带黄色的光。(在图4中，带蓝色的光用实线表示，并且带黄色的光用虚线表示。)
然而，如上所述，从每个光波导部44的顶端表面发出的光放射状地延伸。结果，在照明区域中，带蓝色的光和带黄色的光被充分混合以产生白光。因此，与以前相比具有更少颜色变化的光被照射到照明区域中。
这时，为减小颜色不均匀性，当每个光波导部44被认作是独立的光源时，期望每个光源(每个光波导部44)的光分布曲线是一致的。
为了该目的，光应当在每个光波导部44的表面边界更多地反射。为此，每个光波导部44应当尽可能薄。
以下参考图3B描述每个光波导部44的有利形状。
(1)顶圆直径D
如上所述，每个光波导部件被期望尽可能薄。然而，如果光波导部44过分薄，光可能容易在每个光波导部44的顶端表面46后面被衍射。这另外引起颜色不均匀性。作为响应，考虑到可见光的波长范围(所述范围是380-780nm)，每个光波导部44的尖端(顶端表面46)的直径D被期望是1微米或更大。此外，当具有长波长的光被发射时，所述顶圆直径D被期望是3微米或更大。另外，当发射具有最长波长(780nm)的可见光时，所述顶圆直径D被期望是5微米或更大。
另一方面，如果顶圆直径D过分大，则光波导部44不是非常有效。从此角度来看，所述顶圆直径D被期望是100微米或更小，并且更期望是30微米或更小，甚至更期望是10微米或更小。
考虑到上述最小容许直径和最大容许直径的上述组合，下列顶圆直径D是所希望的。
顶圆直径D期望介于1微米和100微米之间，1微米和100微米也包括在内；更期望介于3微米和30微米之间，3微米和30微米也包括在内；并且甚至更期望介于5微米和10微米之间，5微米和10微米也包括在内。
(2)顶圆直径D与高度(长度)H的比
此外，为了增加光波导部44中的光反射的次数，并且为使光波导部44之间的光分布曲线一致，每个光波导部44应当细长。细长的程度可以由高度(长度)H与顶圆直径D的比来表示。
当高度H与顶圆直径D的比过分小(过分厚并且短)时，不期望地，光反射次数被减少了。另一方面，当高度H与顶圆直径D的比过分大(过分薄并且长)时，不期望地，制造光波导部44变得困难，因为光波导部44是通过借助于蚀刻技术蚀刻掉除突起以外的其它部分而制造的。
因此，关于高度H和顶圆直径D之间的关系，期望高度H为顶圆直径D的长度的3倍到20倍，包括3倍和20倍；并且更期望为所述长度的5倍到10倍，包括5倍和10倍。
(3)光波导部之间的间隔
期望多个光波导部44被最低限度地间隔开。然而，当其间的间隔过分小时，不幸地是，衰减波被传播到相邻的光波导部44。另一方面，当其间的间隔过分大时，不期望地，在主体39的有限区域中仅能够设置少量光波导部44。
根据以上观点，期望每两个相邻的光波导部44之间的间隔P介于1微米和10微米之间，1微米和10微米也包括在内；并且更期望介于3微米和8微米之间，3微米和8微米也包括在内。这里，间隔P是两个相邻光波导部44的侧表面之间的最短距离。
根据该实施例，所有构成部分都可以由无机材料制造，这改善了耐热性。因此，可以实现可应用于一般照明光源的高功率半导体发光装置。
在波长转换器中使用陶瓷荧光物质而不是通常使用的散布在树脂材料中的荧光物质材料的优点在于陶瓷荧光物质的高热导率。在该实施例中使用的YAG陶瓷的热导率是10W/mK或更大，其与树脂材料相比增加了大约一到两位数。由于Stokes(斯托克斯)损耗而在荧光板30中产生的热可以通过紧密布置的蓝光LED 18和由高导热材料制成的AlN绝缘衬底4被有效消散。因此，荧光板30的温度上升可以被抑制，并且因此可以维持高的转换效率。
在荧光板30和蓝光LED 18之间的间隔中，可以填充半透明材料，例如玻璃材料、氧化物材料、氮化物材料、碳化物材料、荧光物质材料、树脂材料、上述材料的微粒材料、以及上述材料的组合材料。当在其中填充具有适当微粒直径的微粒材料时，因为散射效应，蓝光可以被均匀地照射到荧光板30的下表面上。另外，当在其中填充荧光物质材料时，可以添加除了由荧光板产生的黄光以外的光颜色成分。
在所述间隔中填充上述材料的作用如下。与当所述间隔为空时相比，由于Stokes损耗而在荧光板30中产生的热可能朝向蓝光LED 18消散，这可以防止由于温度上升引起的荧光板的转换效率的降低。
填充材料、微粒直径、以及这些的组合可以控制填充材料的折射率使得蓝光可以入射到荧光板30上而只有小的损耗。
另外，借助于溅射技术等，具有波长选择特性并且由氧化物材料等制造的多层膜被形成在蓝光LED 18的发光表面和荧光板30的光入射表面上。因此，可以选择性地透射蓝光，并且可以选择性地反射黄光，这可以抑制由在荧光板30处产生的黄光返回到蓝光LED 18引起的损耗。
玻璃材料包括光学玻璃以及由溶胶-凝胶法等制造的玻璃材料。
SiO2、Al2O3、ZnO、Y2O3、TiO2、ZrO2、HfO2、SnO2、Ta2O3、Nb2O5、BaSO4、ZnS、或V2O5是氧化物的一个实例。AlN、BN、或AlN是氮化物的一个实例。SiC或C是碳化物的一个实例。
具有高半透明度、高耐热性、以及高耐光性的树脂材料的实例是硅树脂、聚酰亚胺树脂、氟系树脂(fluorine series resin)、以及包含这些的树脂材料。
每个荧光物质材料的实例如下。
使用Y3Al5O12:Ce3+、Y3(Al，Ga)5O12:Ce3+、(Y，Gd)3Al5O12:Ce3+、Y3Al5O12:Tb3+、Y3Al5O12:Ce3+，pr3+、硫代镓酸盐荧光物质(thiogallatephosphor)(例如CaGa2S4:Eu2+)、α-SiAlON荧光物质(例如Ca-α-SiAlON:Eu2+)等作为黄光荧光物质。
使用铝酸盐荧光物质(例如BaMgAl10O17:Eu2+，Mn2+、(Ba，Sr，Ca)Al2O4:Eu2+)、α-SiAlON荧光物质(例如SrI.5Al3Si9N16:Eu2+、Ca-α-SiAlON:Yb2+)、β-SiAlON荧光物质(例如β-Si3N4:Eu2+)、氧化物荧光物质(例如硅酸盐(Ba，Sr)2SiO4:Eu2+)、氮氧化物荧光物质(例如氮氧化物硅酸盐(oxynitride silicate)(Ba，Sr，Ca)Si2O2N2:Eu2+、氮氧化物铝硅酸盐(Ba，Sr，Ca)2Si4AlON7:Ce3+、(Ba，Sr，Ca)Al2-xSixO4-xNx:Eu2+(0＜x＜2))、氮化物荧光物质、氮化物硅酸盐荧光物质(例如(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Ce3+)、硫代镓酸盐荧光物质(例如SrGa2S4:Eu2+)、石榴石荧光物质(例如Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、BaY2SiAl4O12:Ce3+)等作为绿色荧光物质。
使用α-SiAlON荧光物质(例如Ca-α-SiAlON:Eu2+)等作为橙色荧光物质。
使用硫化物荧光物质(例如(Ca，Sr)AlSiN3:Eu2+、(Sr，Ca)S:Eu2+、La2O2S:Eu3+，Sm3+)、硅酸盐荧光物质(例如Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+)、氮化物或氮氧化物荧光物质(例如(Ca，Sr)SiN2:Eu2+、(Ca，Sr)AlSiN3:Eu2+、Sr2Si5-XAlxOxN8-x:Eu2+(0＜＝x＜＝1))等作为红色荧光物质。
这些荧光物质材料可以被用作微粒材料或荧光物质陶瓷材料。
实施例2
图5是示意性地示出根据本发明的实施例2的表面安装白光LED封装体50(下文简称为“LED封装体50”)的截面图。
LED封装体50不同于实施例1的LED封装体2(图1)，并且由一个蓝光LED 52构成。LED封装体50的荧光板54由与实施例1的荧光板30相同的材料制成。每个光波导部44的形状等从类似的角度确定，并且因此在这里省略其描述。
蓝光LED 52是p侧和n侧电极对面向上的芯片状LED，并且被安装在绝缘衬底56上。蓝光LED 52的p侧电极(未示出)和形成在绝缘衬底56上的阳极端子58通过接合引线60彼此连接。另一方面，n侧电极(未示出)和形成在绝缘衬底56上的阴极端子62通过接合引线64彼此连接。
在绝缘衬底56上，层叠由高热导率材料制成的框架状隔离物66。另外，在隔离物66的上表面上，安装荧光板54。借助于耐热粘合剂等将绝缘衬底56、荧光板54和隔离物66固定在一起。
绝缘衬底56和隔离物66是上面安装了蓝光LED 52和荧光板54的基底，所述绝缘衬底56和隔离物66分别由高导热材料(诸如金属材料(例如Cu、Al、Fe、Au等、这些材料的合金材料)、陶瓷材料(例如Al2O3，MgO，Y2O3，ZnO，BN，AlN，SiC等)、以及上述材料的混合材料)制成。当基底由高导热材料制成时，由荧光板和蓝光LED产生的热可以被消散并且因此温度升高可以被抑制。
实施例3
图6是示意性地示出根据本发明的实施例3的表面安装白光LED封装体80(下文简称为“LED封装体80”)的截面图。
除了荧光板的总体形状之外，LED封装体80具有与实施例2的LED封装体50(图5)基本相同的结构。因此，在图6中，LED封装体80与LED封装体50所共有的构成部分具有相同的参考数字，并且其描述被省略。
LED封装体80的荧光板82通常是圆顶状(半球)。由于该形状，LED 80可以获得比LED封装体50更宽的光分布曲线。
实施例4
图7是示出根据实施例4的表面安装LED封装体90(下文简称为“LED封装体90”)的轮廓结构的截面图。
除了荧光板中的光波导部的结构之外，LED封装体90具有与实施例2的LED封装体50(图5)基本相同的结构。因此，在图7中，LED封装体90与LED封装体50所共有的构成部分具有相同的参考数字，并且其描述被省略。
在LED封装体50(图5)中，所有的光波导部具有相同的形状和尺寸。相比之下，根据LED封装体90的荧光板92，使用具有不同高度(长度)和顶圆直径的光波导部94和96的组合。
该结构可以抑制干涉图案的产生。
注意，由于难以通过对基底材料应用蚀刻来制造这样的光波导部94和96，因此在该实施例中，每个光波导部件都通过借助于粘合剂将单独制作的构件结合到方形板状主体98来制造。注意，在这种情况下，光波导部94和96与主体98可以由不同的材料制造。例如，可以进行下列组合。主体98由与实施例1的荧光板30相同的材料制成，并且光波导部94和96由低熔点玻璃制成。
实施例5
图8A是示意性地示出实施例5的表面安装LED封装体100(下文简称为“LED封装体100”)的截面图。
LED封装体100不同于实施例2的LED封装体50(图5)，并且由多个(在本实施例中是2个)蓝光LED 52A和52B制成。蓝光LED 52A和52B中的每一个都与实施例2的蓝光LED 52相同。
蓝光LED 52A的p侧电极(未示出)和形成在绝缘衬底102上的阳极端子104通过接合引线60A彼此连接。n侧电极(未示出)和形成在绝缘衬底58上的焊盘106通过接合引线64A彼此连接。
另一方面，蓝光LED 52B的p侧电极(未示出)和焊盘106通过接合引线60B彼此连接。n侧电极(未示出)和形成在绝缘衬底58上的阴极端子108通过接合引线64B彼此连接。
利用以上结构，蓝光LED 52A和52B被串联连接。
在绝缘衬底102上，层叠由绝缘材料制成的框架状隔离物110。另外，在隔离物110的上表面上安装荧光板112。
荧光板112包括由两个不同的荧光板114和116构成的主体111和多个光波导部118。
荧光板114执行波长转换以将从蓝光LED 52A和52B发出的蓝光转换成红光。
荧光板116执行波长转换以将从蓝光LED 52A和52B发出的蓝光转换成绿光。
每个光波导部118都由顶端表面是半球形的圆柱形构件构成，并且由例如低熔点玻璃制成。每个光波导部118并不总是需要包含荧光物质。
借助于粘合剂来固定绝缘衬底102、荧光板114和116、以及光波导部118。借助于耐热粘合剂等来固定绝缘衬底56、荧光板54和隔离物66。
根据具有以上结构的LED封装体100，从蓝光LED 52A和52B发出的蓝光在荧光板114处被转换成红光，并且在荧光板116处被转换成绿光。随后，未被转换成绿光或红光的蓝光与红光和绿光混合以产生白光。
因此，当荧光板由发射不同颜色的光的荧光板构成时，白光颜色可以具有多种光颜色，所述光颜色具有不同的色温等。
另外，当每个光波导部的顶端表面的形状是半球形时，从每个光波导部提取光的效率提高。
图8B是示意性地示出根据实施例5的变型的表面安装LED封装体101(下文简称为“LED封装体101”)的截面图。
除了荧光板的主体的结构之外，LED封装体101与LED封装体100基本相同。因此，在图8B中，LED封装体101与LED封装体100所共有的构成部分具有相同的参考数字，并且主要描述其差别。
封装体100的主体111(图8A)由正交地层叠在绝缘衬底102的主表面上的两个不同荧光板构成。另一方面，根据LED封装体101的荧光板119，主体117由呈带状并且与绝缘衬底102的主表面平行地交替设置的两个不同荧光板113和115构成。因此，从垂直于绝缘衬底102的方向看，主体117因交替设置的荧光板113和115而带有条纹。荧光板113将从蓝光LED 52A和52B发出的蓝光转换成红光。荧光板115将从蓝光LED 52A和52B发出的蓝光转换成绿光。
根据LED封装体101，获得白光的机制基本上与LED封装体100的相同。因此，在此省略其描述。
注意，发射红光的荧光物质吸收从发射绿光(其波长比红光的波长短)的荧光物质发出的光，并且被吸收的光引起损耗。
因此，如同图8A中所示的主体111和图8B中所示的主体117一样，通过设置两个荧光板，可以防止绿光透过发射红光的荧光物质，使得以上损耗可以被减小。
从这个角度，在图8B中所示的主体117中，通过在荧光板113和115之间形成至少反射绿光的反射层，以上损耗可以被减小。
注意，除以上变型外，荧光板的主体可以形成如下。呈矩形柱形状并且发射红光的荧光物质柱和呈矩形柱形状并且发射绿光的荧光物质柱被设置成棋盘状(checkerwise)使得从垂直于绝缘衬底102的主表面的方向看该主体呈现棋盘状。在这种情况下，注意，主体的横截面看起来与图8B中所示的类似。
实施例6
图9是示出根据实施例6的表面安装白光LED封装体120(下文简称为“LED封装体120”)中的白光LED 122及其附近的轮廓结构的横截面图。
LED封装体120包括白光LED 122，而不是在根据实施例1的LED封装体2中使用的白光LED 8(图1和2)。除了白光LED的结构之外，LED封装体120基本上与LED封装体2相同。
虽然在白光LED 8(图2)中，荧光板30被设置成与蓝光LED 18隔开，但是在白光LED 122中，荧光板124与蓝光LED 126接触。
蓝光LED 126具有半导体多层膜结构，所述半导体多层膜结构具有以下面所述的顺序层叠在绝缘衬底4上的p-GaN基半导体层128、InGaN基量子阱发射层130、和n-GaN基半导体层132。
在p-GaN基半导体层128的下表面上形成p侧电极134。在n-GaN基半导体层132的暴露部分上形成n侧电极136。
在所述半导体多层膜的侧表面上形成由氮化硅制成的绝缘膜138。
p-GaN基半导体层128是200nm厚，并且n-GaN基半导体层132是6μm厚。平面图中的蓝光LED 126每侧是1毫米。注意，由p-GaN基半导体层128、发光层130、和n-GaN基半导体层132构成的GaN基多层被外延生长，并且被形成在未示出的YAG衬底上且所述GaN基多层与YAG衬底之间具有缓冲层(未示出)。注意，荧光板124在与YAG衬底的蓝光LED 126相对的荧光板124的一侧上具有均被刻蚀成圆柱形状的光波导部140。
p侧电极134和n侧电极136分别通过金(Au)凸块142和146被连接到形成在绝缘衬底4上的布线图案144和148。
当通过布线图案144和148给蓝光LED 126供电时，发光层130发出的蓝光具有与从实施例1的蓝光LED 18(图2)发出的蓝光相同的光谱。
除了蓝光的入射角是平的以外，荧光板124具有与实施例1的荧光板30基本相同的结构和材料。
然而，由于荧光板124的光入射表面(下表面)和蓝光LED 126的发光表面(n-GaN基导电层132的上表面)彼此接触，如同实施例1一样，可以防止由于温度上升引起的荧光板124的转换效率的降低。
另外，在该实施例的白光LED 122中，蓝光LED 126和荧光板124可以被认为是一个整体形成的器件。因此，本发明在生产率、产品的小型化和纤细化方面是有利的。
因此，根据实施例描述了本发明。然而本发明绝不限于以上实施例并且也可应用于下列实施例。
(1)实施例的荧光板的主材料是YAG陶瓷，并且荧光板由掺杂有Ce的荧光物质陶瓷制成。然而，荧光板并不限于此，并且荧光板可以由下列材料制成。
除了以上荧光物质材料(例如被烧结成板状形状的陶瓷材料Y3Al5O12:Ce3+等)以外，荧光板可以由溶液生长的复合陶瓷材料等制成。该陶瓷材料由连续地并且三维地彼此缠绕的单晶Al2O3和具有Ce3+的Y3Al5O12制成(其中所述单晶被保持)，并且在其表面边界中不具有非晶层。
另外，荧光板由如下复合玻璃材料制成。SiO2-B2O3基玻璃、SiO2-RO(RO表示MgO、CaO、SrO、和BaO)基玻璃、SiO2-B2O3-R2O(R2O表示Li2O、Na2O、和K2O)基玻璃、SiO2-B2O3-Al2O3基玻璃、SiO2-B2O3-ZnO基玻璃、和ZnO-B2O3基玻璃中的任何一种的玻璃粉末和荧光物质材料的混合物被烧结在一起。因此，荧光物质材料被散布在玻璃中。例如，为在低温下烧制复合玻璃材料，应当选择软化点可以相对容易地降低的ZnO-B2O3基玻璃、SnO-P2O5基玻璃。为改善复合玻璃材料的耐气候性，应当选择SiO2-B2O3基玻璃、SiO2-RO基玻璃、SiO2-B2O3-R2O基玻璃、SiO2-B2O3-Al2O3基玻璃、和SiO2-B2O3-ZnO基玻璃。
此外，荧光板可以由通过熔化和冷却SiO2、Al2O3、Y2O3、GeO2、Gd2O3、Li2O、CaO+MgO+Sc2O3、Ce2O3等的混合材料分离出Ce3+石榴石晶体所获得的结晶玻璃材料制成。
另外，荧光板可以由掺杂有Ce3+的Y3Al5O12单晶的氧化物单晶材料制成。使用单晶材料的优点是，与陶瓷衬底相比，可以在单晶衬底上外延生长高质量的LED结构，如实施例6中所示。
(2)在实施例中，蓝光LED与黄色荧光物质的组合、或蓝光LED与绿色荧光物质或红色荧光物质的组合，使LED封装体能够发出白光。也就是说，实施例示出了这样的实例：初级光蓝光与次级光黄光(其是蓝光的补色)合成白光。这是因为，作为用于照明的光源，期望在色度坐标上示出的黑体轨迹上合成白光。
然而，初级光、次级光和合成光并不限于这些颜色。可以通过组合另外的光颜色来产生白光。而且，可以产生除白色以外的其它颜色。在这种情况下，可以产生在色度坐标的宽范围中的光颜色，并且所述光颜色可以被用作显示器光源。
(3)在以上实施例中，如图10A中所示，圆柱形光波导部44在平面图中被间隔开地设置成矩阵。然而，光波导部的设置并不限于此。例如，光波导部150和152可以如图10B和10C中所示地设置。
另外，光波导部并不一定是圆柱形。可应用如图10D和10E中所示的方柱形状的光波导部154和156、或如图10F和10G中所示的三角柱形状的光波导部158和160。或者，可应用如图10H中所示的六角柱形状的光波导部162。
当光波导部如图10E和10F所示地为连续的时，形成了由光波导部的外壁隔出的空间。在从光波导部泄漏的光在所述空间被重复反射并且其波被引导之后，光从所述空间的开口发出。因此，由外壁隔出的空间产生与光波导部相同的效果。
(4)光波导部的顶端表面并不需要是平的(图2、5、6、7、和9)或半球形(图8)，并且可以是例如圆锥形的。由于该圆锥形顶端表面，甚至可以在每个光波导部中实现更宽的光分布曲线。结果，可以进一步抑制照明区域中的颜色不均匀性。
工业适用性
根据本发明的半导体发光装置可以有利地应用于安装在车辆上的各种类型的照明器材(前灯、雾灯、仪表盘背光、上车照明灯等)的光源和照相机的闪光灯的光源、液晶显示监控器的背光单元。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种半导体发光装置，包括：
半导体发光器件，所述半导体发光器件用于发射具有在可见区中的峰值波长的初级光；以及
波长转换器，所述波长转换器用于(a)将一部分初级光转换成具有比所述峰值波长更长的在可见区中的峰值波长的次级光并且(b)与未被转换的剩余初级光组合地发射次级光，其中所述波长转换器包括：
跨越从半导体发光器件发射的光的路径延伸的主体；以及
多个光波导部，每个所述光波导部是形成在位于光出射方向上的所述主体的一部分上的柱状突起，其中
每个光波导部的顶端表面发射剩余初级光和次级光的颜色混合。
2.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个光波导部的顶圆直径为1μm到100μm且包括1μm和100μm，并且每个光波导部的长度为顶圆直径的3倍到20倍且包括3倍和20倍。
3.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个光波导部的顶圆直径为3μm到30μm且包括3μm和30μm。
4.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个光波导部的顶圆直径为5μm到10μm且包括5μm和10μm。
5.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个光波导部的长度为该突起的顶圆直径的5倍到10倍且5倍和10倍也包括在内。
6.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每两个相邻光波导部之间的间隔为1μm到10μm且1μm和10μm也包括在内。
7.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每两个相邻光波导部之间的间隔为3μm到8μm且3μm和8μm也包括在内。
8.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中所述波长转换器由陶瓷材料、复合玻璃材料、结晶玻璃材料、和氧化物单晶材料中的任何一种制成。
9.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中半导体发光器件的发光表面与波长转换器的光入射表面绝对接触。
10.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中
所述主体是圆顶状的，并且所述多个光波导部被放射状设置。
11.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中
所述多个光波导部包括长度和顶圆直径分别不同于剩余光波导部的长度和顶圆直径的光波导部。
12.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中
所述波长转换器由至少两种转换器构成，每种转换器发射具有不同波长的次级光。
13.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中
每个光波导部的顶端表面是半球形或圆锥形。
14.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中
每个光波导部是圆柱形状、方形柱形状、三角形柱形状或六角形柱形状的。

Claims (9)

1.一种半导体发光装置，包括：
半导体发光器件，所述半导体发光器件用于发射具有在可见区中的峰值波长的初级光；以及
波长转换器，所述波长转换器用于(a)将一部分初级光转换成具有比所述峰值波长更长的在可见区中的峰值波长的次级光并且(b)与未被转换的剩余初级光组合地发射次级光，其中所述波长转换器包括：
跨越从半导体发光器件发射的光的路径延伸的主体；以及
由位于光出射方向上的主体的一部分上的多个柱状突起构成的发光部分。
2.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个突起的顶圆直径为1μm到100μm且包括1μm和100μm，并且每个突起的长度为顶圆直径的3倍到20倍且包括3倍和20倍。
3.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个突起的顶圆直径为3μm到30μm且包括3μm和30μm。
4.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个突起的顶圆直径为5μm到10μm且包括5μm和10μm。
5.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每个突起的长度为该突起的顶圆直径的5倍到10倍且5倍和10倍也包括在内。
6.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每两个相邻突起之间的间隔为1μm到10μm且1μm和10μm也包括在内。
7.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中每两个相邻突起之间的间隔为3μm到8μm且3μm和8μm也包括在内。
8.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中所述波长转换器由陶瓷材料、复合玻璃材料、结晶玻璃材料、和氧化物单晶材料中的任何一种制成。
9.如权利要求1所述的半导体发光装置，其中半导体发光器件的发光表面与波长转换器的光入射表面绝对接触。
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