CN101213675A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置，其包括：LED芯片(10)；芯片安装件(70)，其具有导电板(传热板)(71)，LED芯片安装在导电板的一侧上；还具有导电图案(73，73)，其通过该导电板与该LED芯片之间的绝缘部(72)设置于导电板(71)的一侧，并电连接到LED芯片(10)；以及片状连接件(80)，其设置于导电板(71)的另一侧上，以将导电板(71)连接到装置本体(90)；装置本体(90)是用于保持芯片安装件(70)的金属件。使用树脂片作为连接件(80)，树脂片包含滤光材料且其粘度可以通过加热而减小，连接件(80)具有电绝缘特性且具有热连接导电板(71)和本体(90)的功能。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置。
背景技术
传统上，在许多地方已经对发光装置进行了研究和开发，所述发光装置通过组合LED芯片和荧光体(即，荧光颜料和荧光染料)而发出具有不同于LED芯片的发光色的颜色的光；作为波长转换材料的荧光体当被LED芯片发射的光激发时，发出具有与LED芯片发光色不同的发光色的光。这样的发光装置包括商业化的白光发光装置(一般将其称为白光LED)，在该发光装置中，用于发射蓝光或紫外光的LED芯片与荧光体组合以产生白光(白光的发射光谱)。
还有，根据最近白光LED的高产量，白光LED在照明器上的应用已经成为研发的活跃区域。但是，当白光LED应用于例如对普通照明要求相对较高的光输出的应用中时，仅通过一个白光LED不能产生所需的光输出，因此，  一般情况下，将多个白光LED安装在一块电路板上以形成LED单元(发光装置)，且该LED单元作为整体确保所需的光输出(例如，参见日本专利第2003-59332号公报(后文中称为专利文献1))。
还有，传统上，在具有LED芯片和安装有LED芯片的电路板的发光装置中，已经提出了用于将LED芯片的发光部中所产生的热量有效地散发到外部的结构，以通过抑制LED芯片的结温(junction temperature)的上升和提高输入功率来提高光输出的功率(例如，参见日本专利第2003-168829号公报，后文中称为专利文献2，段[0030]和图6)。
在专利文献2公开的发光装置中，如图12所示，金属基板用作电路板200，在该金属基板中，通过金属板201上的绝缘树脂层202形成了导电图案203(conductor pattern)；在电路板200上安装了LED芯片10’，以使得产生于每个LED芯片10’上的热量经由导热件210传导到金属板201上。在这种情况下，每个LED芯片10’是氮化镓基(GaN-based)的蓝光LED芯片，在该蓝光芯片中，由氮化镓基化合物半导体材料制成的发光部形成在用于晶体生长的基板的一个表面侧，该基板由蓝宝石(sapphire)基板形成，该蓝宝石基板是绝缘体，每个LED芯片10’通过倒装晶片(flip chip)安装在电路板200上，且用于晶体生长的基板的另一表面是光输出表面。
当具有如图12所示构造的发光装置应用于照明器时，为了有效地散发发光装置内产生的热量，可以设想的是，用于保持安装有LED芯片10’的电路板200的照明器本体可以由金属制成，且发光装置的电路板200的金属板201热连接到照明器的金属本体上。然而，为了确保防雷过压保护(light surgeprotection)，需要在照明器本体和电路板200的金属板201之间插入作为片状绝缘层的胶片状的热辐射片，例如Sarcon(注册商标)，以增大从每个LED芯片10’的发光部到照明器本体的热阻，该照明器本体是用于保持发光装置的金属件。因此，需要限制每个LED芯片10’的输入功率，以防止每个LED芯片10’的结温上升到高于最高的结温，所以很难提高光输出的功率。
此外，当上述热辐射片插入到金属板201和照明器本体之间时，热辐射片可能导致金属板201和热辐射片之间的不粘，由于在该热辐射片和该金属板之间产生的气隙，这将引起热阻的增大，或将在每个发光装置和照明器本体之间引起热阻的变化。
而且，在专利文献2公开的发光装置中，由于在LED芯片10’的发光部中产生的热量通过比LED芯片10’尺寸小的导热件210传导到金属板201上，所以从LED芯片10’到金属板201的热阻相对较高。因此，当蓝宝石基板(其是用于晶体生长的基板)安装在待热连接的金属板201上时，问题在于增大了蓝宝石基板的热阻。
发明内容
本发明是考虑到上述情况而提出的，且本发明的目的是提供一种发光装置，该发光装置可以抑制LED芯片温度的升高并可以提高光输出的功率。
本发明的发光装置包括：LED芯片，芯片安装件，以及片状连接件。芯片安装件具有热传导板和导电图案。热传导板由导热材料制成且LED芯片安装在该板的一个表面侧上。导电图案经由绝缘部形成在热传导板的一个表面侧上并电连接到LED芯片。片状连接件设置在热传导板的另一表面侧，以将热传导板连接到用于保持芯片安装件的金属件上，且该片状连接件具有电绝缘特性并将热传导板与金属件彼此热连接。
在本发明的发光装置中，因为设置了这样的片状连接件，该片状连接件设置在热传导板的另一表面侧上以将热传导板连接到用于保持芯片安装件的金属件上，且该片状连接件具有电绝缘特性且将热传导板和金属件彼此热连接，所以与插入胶片状热辐射片的情况相比，可以减少从LED芯片的发光部到用于保持芯片安装件的金属件的热阻。因此，可以提高热辐射特性并减少热阻的变化，从而可以抑制LED芯片的结温的上升。因此，可以增大输入功率以增大光输出的功率。而且，当发光装置用于与已知技术相同的光输出时，与已知技术的结温相比，可以减少LED芯片的结温。所以，本发明的优点在于可以延长LED芯片的使用期限。
优选地，LED芯片具有由氮化镓基化合物半导体材料制成的发光部，该发光部位于碳化硅基板或氮化镓基板形成的导电基板的主表面侧上。
在这种情况下，可以将用于LED芯片的晶体生长的基板的晶格常数(lattice constant)设定为接近于氮化镓基化合物半导体材料的晶格常数，而且，由于用于晶体生长的基板具有导电性，所以可以在用于晶体生长的基板上形成电极。此外，与用于晶体生长的基板为蓝宝石基板的情况相比，该用于晶体生长的基板的热传导特性更好，所以可以降低该用于晶体生长的基板的热阻。因此，可以提高热辐射特性。
优选地，发光装置还包括：次安装件，其尺寸大于LED芯片的芯片尺寸且设置在LED芯片和热传导板之间，以减轻由于LED芯片和热传导板之间线性膨胀系数的不同而施加于LED芯片上的应力。
在这种情况下，可以防止LED芯片由于导电板和LED芯片的热传导板之间线性膨胀系数的不同而被损坏。因此，可以提高芯片的可靠性。
优选地，连接件由树脂片制成，该树脂片包括滤光器且该树脂片的粘性通过加热而减小。
在这种情况下，可以防止由于芯片安装件和连接件之间的不粘在芯片安装件和连接件之间产生气隙并增大了热阻的问题，或连接件的老化降解在芯片安装件和连接件之间产生间隙并增大了热阻的问题。
优选地，连接件构造为具有大于热传导板的平面尺寸的平面尺寸。
在这种情况下，与连接件和热传导板具有相同平面尺寸的情况相比，可以使热传导板和金属件之间的爬电距离(creepage distance)变长，以当该装置用作照明器的光源时，可以加强防雷过压保护。
附图说明
图1是示出当发光装置安装在照明器本体上时，根据本发明的第一实施例的该发光装置的主要部分的剖视示意图；
图2是图1的发光装置的分解立体示意图；
图3是图1的照明器的部分剖切的侧视示意图；
图4是示出照明器的主要部分的立体示意图；
图5是示出根据本发明的第二实施例的发光装置的剖视示意图；
图6是示出使用图5的发光装置的照明器的主要部分的分解立体示意图；
图7是示出用于制造图5的发光装置的方法的视图；
图8A是示出图5的发光装置的主要部分的视图；
图8B是示出图5的发光装置的主要部分的视图；
图9是图5的发光装置的立体分解示意图；
图10是示出使用图5的发光装置的照明器的主要部分的立体分解示意图；
图11是示出使用图5的发光装置的照明器的主要部分的立体示意图；
图12是现有技术的发光装置(LED单元)的剖视示意图。
具体实施方式
(第一实施例)
此后，将参照附图1到图4解释本实施例的发光装置。
本实施例的发光装置(LED芯片单元)用作照明器的光源，并包括：矩形板状的LED芯片10，芯片安装件70，次安装件(sub-mount member)30，反射器(反射装置)50，防护盖60，以及片状连接件80。芯片安装件70具有矩形板状的导电板71和导电图案(导线图案)73，73。导电板71形成为具有大于LED芯片10的芯片尺寸，且LED芯片10安装到导电板71的一个表面侧上。导电图案73，73经由绝缘部72形成在导电板71的一个表面侧上，并电连接到LED芯片10上。次安装件30设置在导电板71和LED芯片10之间，用于减轻由于导电板71和LED芯片10之间线性膨胀系数的不同而施加于LED芯片10上的应力。以将反射器50设置在芯片安装件70的一个表面上，以此使反射器50包围LED芯片10，以朝着LED芯片10的前面(图1中向上)反射从LED芯片10的侧表面发射的光。防护盖60连接到反射器50的前面以覆盖LED芯片10。片状连接件80设置在导电板71的另一表面侧上，以将导电板71连接到用于保持芯片安装件70的照明器的金属本体90上，且片状连接件80具有电绝缘特性并将导电板71和照明器的本体90彼此热连接。在本实施例中，照明器的本体90是用于保持芯片安装件70的金属件，但是，也可以使用除照明器本体90之外的任何金属件来保持芯片安装件70。金属件可以由具有高导热性的材料制成，例如铝和铜。在本实施例中，芯片安装件70、反射器50以及防护盖60形成LED芯片10的包装件(package)。而且，在本实施例中，导电板71是由导热材料制成的热传导板，且LED芯片10安装在导电板71的一个表面侧上。
本实施例中的照明器用作例如聚光灯，且旋转基座110固定于支撑台100上，且使用干螺钉111(shaft screw)将臂112的一端连接到旋转基座110上，以及使用螺纹螺钉(threaded screw)113将照明器本体90连接到臂112上。
在本实施例的照明器中，如图3和图4所示，本体90是具有底部和处于底部的另一侧上的开口的圆筒形，且多个发光装置1容置于本体90中。在本实施例的照明器中，每个发光装置1经由连接件80安装在本体90的底壁90a上，且本体90的开口通过前盖91闭合。前盖91包括：由圆形玻璃板制成的半透明板91a，以及用于保持半透明板91a的环形窗框91b，且环形窗框91b连接到本体90上。半透明板91a不局限于玻璃基板，而可以由任何半透明材料制成。而且，半透明板91a可以一体地包括透镜，所述透镜用于控制从每个发光装置1发出的光的分布。
容置于本体90中的多个发光装置1通过多个导线93而彼此连接成串联(参见图1和图3)，且多个发光装置1的串联电路两端的导线93插入到通过本体90的底壁90a形成的插入孔90c中，以接收来自电源电路的电力(图未示)。做为供电电路，例如，可以使用具有整流器电路和滤波电容器的供电电路，所述整流器使用二极管电桥对来自例如商业供电的AC电源的AC输出进行整流并滤波，所述滤波电容器用于对整流电路的输出进行滤波。在本实施例中，照明器本体90中的多个发光装置1串联，但多个发光装置1的连接关系不局限于此。例如，发光装置1可以并联，或将串联和并联组合。
LED芯片10是氮化镓基的蓝光LED芯片，该芯片发出蓝光；n型碳化硅基板制成的导电基板11用作晶体生长的基板，与蓝宝石基板的晶格常数和晶体结构相比，该碳化硅基板的晶格常数和晶体结构与氮化镓的相近，且该碳化硅基板具有导电性。发光部12通过外延生长法(例如，MOVPE法)生长在导电基板11的主表面侧上，所述发光部12由氮化镓基化合物半导体的材料制成并具有例如双异质型结构的多层结构。阴极(N型电极)  (未示出)形成在导电基板11的背面上，且阳极(P型电极)(未示出)形成在发光部12的前面(在导电基板11的主表面侧上的最外部的表面)。简言之，LED芯片10的阳极形成在其一个表面上，阴极形成在其另一表面上。阴极和阳极具有多层结构，所述多层结构具有镍膜和金膜，但阴极和阳极的材料不局限于此，阴极和阳极可以由可以获得高欧姆特性的材料制成，例如铝。
在LED芯片10中，阳极经由焊线(bonding wire)14(图1中左边的焊线14)电连接到芯片安装件70上的一个导电图案73的一端(内导线部)上；阴极经由次安装件30和焊线14(图1中右边的焊线14)电连接到芯片安装件70上的另一导电图案73的一端(内导线部)上，且每个导电图案73的其它端通过焊料制成的连接部95电连接到导线93上。
在芯片安装件70中，可以采用具有导电性和相对较高导热性的导电材料作为导电板71的材料，例如铜和磷青铜(phosphor bronze)；可以采用例如铜作为导电图案73、73的材料。可以采用具有绝缘特性的树脂，例如诸如FR4的玻璃环氧树脂、聚酰亚胺基的树脂以及苯酚树脂，作为芯片安装件70的绝缘部72的材料。在本实施例中，芯片安装件70设置有位于绝缘部72中心的窗孔75，以用于部分地露出导电板71的表面，且LED芯片10通过设置在窗孔75内部的次安装件30安装到导电板71上。导电板71仅必须具有与导线框的厚度大约相同的厚度。因此，与上述专利文献1和2中公开的发光装置的电路板相比，可以减小电路板的厚度。
在本实施例中，LED芯片10的发光部12以这样的方式安装到导电板71上：发光部12定位于比导电基板11离导电板71更远的侧面上。但是，LED芯片10的发光部12还可以以这样的方式安装到导电板71上：发光部12定位于比导电基板11离导电板71更近的侧面上。在光输出效率方面，预期的是，发光部12设置于远离导电板71的侧面上。但是，由于导电基板11和发光部12在本实施例中具有类似的折射率(refractive indexes)，所以即使发光部12设置在靠近导电板71的侧面上，也不会导致光输出效率的显著下降。
反射器50是其中具有圆形开口的框形。当离LED芯片10的距离沿LED芯片10的厚度方向增大时，该开口具有增大的开口面积。反射器50通过使用山具有绝缘特性的片状粘膜制成的固定件55固定地连接到芯片安装件70上。
可以采用相对于从LED芯片10发出的光(在本发明中足蓝光)具有相对较高的反射率的材料作为反射器50的材料，例如铝。固定件55具有形成于其中的圆形开口，该开口对应于反射器50的开口。预期的是，在反射器50中装入(pot)用于密封LED芯片10的透明封装树脂(例如，硅树脂)。
防护盖60包括：穹顶状盖部62，其中心定位于沿LED芯片10的厚度力向的中心线上；以及凸出的凸缘部61，其与该盖部62的开口的外边缘连续地且一体地形成。环形定位肋61a从凸缘部61的表面的外周朝向反射器50伸出，以使防护盖60可以相对于反射器50稳固地定位。例如，可以使用胶(例如，硅树脂和环氧树脂)将防护盖60连接到反射器50上。
防护盖60是例如硅树脂的半透明材料和颗粒状黄色荧光体的混合物的模铸件，所述颗粒状黄色荧光体被LED芯片10发出的蓝光激发并发射出亮的微黄色的光。因此，在本实施例的发光装置1中，防护盖60还作为颜色转换部，当该颜色转换部被LED芯片10发出的光激发时，该颜色转换部发出具有不同于LED芯片10发出的颜色的光，由此整个发光装置1包括用于发出白光的白光LED，该白光是LED芯片10发出的蓝光和黄色荧光体发出的光的组合。防护盖60的半透明材料不局限于硅树脂，例如还可以是丙烯酸树脂、环氧树脂或玻璃。与用于防护盖60的半透明材料混合的荧光体不局限于黄色荧光体，例如，红色荧光体和绿色荧光体可以与半透明材料混合以获得白光。当LED芯片10的发光色与发光装置1需要发出的颜色相同时，就不必将荧光体混合到半透明材料中。
在本发明的实施例中，如上所述，LED芯片10是发出蓝色光的蓝光LED芯片，导电基板11是碳化硅基板。但是，氮化镓基板也可以用于代替碳化硅的基板。在使用碳化硅或氮化镓基板的情况下，如下表1所示，与如上述专利文献2中公开的使用作为绝缘体的蓝宝石基板(该蓝宝石基板是绝缘器)作为用于晶体生长的基板相比，用于晶体生长的基板的导热率很高，并且其热阻很低。LED芯片10的发光色不局限于蓝色，可以是红色或绿色。即，LED芯片10的发光部12的材料不局限于氮化镓基化合物半导体材料，而是取决于LED芯片10的发光色，可以使用砷化镓基化合物半导体材料或磷化镓基化合物半导体材料。还有，导电基板11不局限于碳化硅基板，而是取决于发光部12的材料，还可以从砷化镓基板、磷化镓基板等中选出。
表1
用于晶体生长的基板 导热率[W/m·K]     线性膨胀系数[×10-6/K] 热阻[K/W]
    6H-SiC     350     4.2     0.857
    GaN(氮化镓)     130     5.59     2.308
    GaP(磷化镓)     110     4.65     2.727
    GaAs(砷化镓)     54     5.9     5.556
    蓝宝石     42     5.3     7.143
LED芯片10形成为具有大于上述的LED芯片10的芯片尺寸的矩形板，并通过次安装件30安装到导电板71上，所述次安装件30用于减轻由于LED芯片和导电板71之间线性膨胀系数的不同而施加于LED芯片10上的应力。次安装件30的作用不仅是减轻施加于LED芯片10上的应力，还将产生于LED芯片10的热量传导到导电板71的比LED芯片10的芯片尺寸大的区域。因此，优选的是在LED芯片10侧的导电板71的表面积足够大于在芯片安装件70侧的LED芯片的表面积。例如，为了有效地消耗来自0.3-1mm2的LED芯片10的热量，优选的是增大导电板71和连接件80之间的接触面积，并通过将LED芯片10的热量均匀地传导到较大面积上来减小热阻，预期的是在LED芯片10侧的导电板71的表面积比在导电板71侧的LED芯片10的表面积的大十倍多。次安装件30仅需要减轻施加于LED芯片10的应力，且由于次安装件30的厚度尺寸可以制作得小于上述专利文献1和2中公开的发光装置的电路板的厚度，所以可以通过采用具有相对较高导热率的材料来减少热阻。
在本实施例中，次安装件30由钨化铜(CuW)制成，而且，在LED芯片10中，如上所述，阳极通过焊线14电连接到一个导电图案73上且阴极通过次安装件30和另一焊线14电连接到另一导电图案73上。
次安装件30的材料不局限于钨化铜，而且，例如从如下表2所示，可以使用与6H-SiC(导电基板11的材料)的线性膨胀系数相近并具有相对较高导热率的任何材料，例如钨、氮化铝、复合碳化硅以及硅。当次安装件30由例如氮化铝和复合碳化硅的绝缘体形成时，例如，可以将电极图案方便地设置在与阴极待连接的LED芯片10侧的次安装件30的表面上，且该电极图案可以通过焊线14与另一导电图案73连接。
表2
材料   线性膨胀系数[×10-6/K] 导热率[W/m·K]
  用于晶体生长基板的材料   6H-SiC     4.2     350
  GaN(氮化镓)     5.59     130
  GaP(磷化镓)     4.65     110
  GaAs(砷化镓)     5.9     54
  蓝宝石     5.3     42
  次安装件的材料   铝     23.2     237
  铜     16.6     398
  钨     4.5     178
  钨化铜     6.4     160
  硅     2.6     168
  氮化铝     4.6     165
  氧化铝     7.1     29
  连接材料    铜     14.2     315
   63Sn-37Pb     21.0     50
   银膏     70.0     1.1
在导电板71由铜制成的情况下，当采用钨化铜或钨作为次安装件30的材料时，可以将次安装件30和导电板71直接彼此连接。在此情况下，如下表3所示，例如与使用钎焊材料将次安装件30和导电板71彼此连接的情况相比，可以增大次安装件30和导电板71之间的连接面积并减小两者之间连接部分的热阻。可以使用无铅焊料，例如锡化金和锡-银-铜(SnAgCu)，将LED芯片10和次安装件30连接在一起，但是当将锡化金用于连接时，用于连接的次安装件30的表面应该经过预处理，以事先形成金或银的金属层。
表3
    钎焊     直接连接
    连接面积     60-80％     几乎100％
    连接强度     98N/mm2或更多     127N/mm2或更多
    剪切强度     98N/mm2     127N/mm2
    连接部分     焊剂有时剩余
当次安装件30由钨制成且次安装件30和导电板70彼此直接连接时，如下表4所示，与使用银焊料将次安装件30和导电板71彼此连接的情况相比，增大了导热率并减小了两者之间的热阻。当导电板71由铜制成且次安装件30由氮化铝、复合碳化硅等制成时，导电板71和次安装件30可以使用例如锡化金和锡-银-铜的无铅焊料来彼此连接，但是当锡化金用于连接时，用于连接的导电板71的表面应该经过预处理，以事先形成金或银的金属层。
表4
    银钎焊料     直接连接
 导热率[W/m·K]     185.4     211.8
顺便提起，如上所述，本实施例的发光装置1包括：设置片状连接件80，该连接件80设置在导电板71的另一表面侧上，以将导电板71连接到照明器金属本体90上，该连接件80用于保持芯片安装件70且具有电绝缘特性并将导电板71和照明器本体90彼此热连接，并且发光装置1通过连接件80连接到照明器本体90上。即在本实施例的照明器中，片状连接件80插入到每个发光装置1的芯片安装件70的导电板71和照明器本体90之间，该照明器本体是金属件，且连接件80具有在导电板71和照明器本体90之间提供电绝缘的功能，并也将导电板71和照明器本体90彼此连接。
如果将现有技术中的热辐射片插入到导电板71和照明器本体90之间，热辐射片可能会引起导电板71和热辐射片之间不粘，这样会由于热辐射片和导电板之间产生气隙而导致热阻增大，或会导致每个发光装置1和照明器本体90之间热阻的变化。
相反，在本实施例的发光装置1中，片状连接件80由树脂片(例如，有机印刷电路基板，例如充满熔融石英的环氧树脂基板)制成，该树脂片包括滤光器，例如石英和氧化铝，且通过加热可以减小其粘度。所以，连接件80具有电绝缘性、高导热率、加热时的高流动性，以及对凹凸表面的高粘接性。因此，当导电板71通过连接件80连接到照明器本体90上时(更详细地说，当通过在芯片安装件70的导电板71和本体90之间插入连接件80并加热连接件80，使导电板71和照明器本体90彼此连接时)，可以防止连接件80和导电板71之间以及连接件80和照明器本体90之间产生气隙(空气间隙)，且可以防止由于不粘而引起的热阻的增大和热阻变化的产生。因此，当与现有技术中的LED芯片10安装到电路板上且例如Sarcon(注册商标)的胶片状热辐射片设置在电路板和照明器本体90之间的情况相比，可以减小从LED芯片10到照明器本体90的热阻并增强热辐射特性。还有，减小了热阻的变化，且可以防止LED芯片10的结温的升高。所以，可以增大输入功率以增大光输出的功率。对于连接件80，例如，当用于将热传导到照明器本体90的有效接触面积是25mm2，且连接件80的厚度是0.1mm时，为了将连接件80的热阻控制到80-1K/W或更小，连接件80的导热率必须是4[W/mK]或更大，且当采用如上所述的密集充满熔融石英的环氧树脂时，可以满足该条件。
当LED芯片10和导电板71之间的线性膨胀系数的差异相对较小时，插入到LED芯片10和导电板71之间的次安装件30不是必不可少的。当次安装件30没有插入到LED芯片10和导电板71之间时，LED芯片10和照明器金属本体90的底壁90a之间的距离变短，因此更加减小了从LED芯片10的发光部12到本体90的热阻，且更加提高了热辐射特性。所以，可以更大地增加光输出的功率。
(第二实施例)
此后，将参照图5-11解释本实施例中的发光装置。
本实施例的发光装置1通常以与第一实施例相同的方式构造，但是不同于第一实施例，发光装置1包括：穹顶状光学元件160；密封部150；以及穹顶状颜色转换件170。穹顶状光学元件160控制从LED芯片10发出的光的分布，且该穹顶状光学元件160由半透明材料制成，并以这样的方式固定地连接到芯片安装件70的一个表面侧(图5中的上表面侧)：LED芯片10容置于穹顶状光学元件160和芯片安装件70之间。密封部150由封装树脂制成，并且是半透明的和弹性的，该密封部150密封LED芯片10和多个(本实施例中是四个)焊线14，所述焊线14电连接到由光学元件160和芯片安装件70包围的空间中的LED芯片10上。穹顶状颜色转换件170是由半透明材料和荧光体制成的模制件，当所述荧光体被LED芯片发出的、并经过密封部150和光学元件160的光激发时，所述荧光体发出不同于LED芯片10发光色的光。穹顶状颜色转换件170以这样的方式设置在芯片安装件70的一个表面侧上：在穹顶状颜色转换件170和光学元件160的光输出表面160b之间形成空气层180。与第一实施例类似的部件用相同的参考标记表示，此处不再赘述。
本实施例的芯片安装件70包括：矩形板状的导电板71，LED芯片10通过次安装件30安装在该导电板上；以及接线板74，其是矩形板状的柔性印制接线板(flexible printed wiring board)，并通过聚烯烃基的固定片79(参见图6)固定地连接到导电板71的一个表面侧上。芯片安装件70包括导电图案73、73，所述导电图案73通过由绝缘基板制成的绝缘部72设置在导电板71侧上的接线板74的表面上，并电连接到LED芯片10。绝缘部72在其中心具有窗孔75，以用于部分地露出导电板71的一个表面，且LED芯片10通过设置在窗孔75内部的次安装件30安装到导电板71上。接线板74的绝缘部72使用聚酰亚胺膜制成，且每个导电图案73、73构造为包括铜膜、镍膜和金膜的多层膜。
接线板74具有抗蚀层(resist layer)76，抗蚀层76叠置在导电板71的相对侧面的表面上，且所述抗蚀层76由白色树脂制成，以用于反射LED芯片10发出的光。
在本实施例中，次安装件30由氮化铝制成，该氮化铝具有相对较高的导热率和绝缘特性。LED芯片10具有形成在其一个表面侧上的两相邻角的阳极13a(参见图7和图8A)，且具有形成在其另两个角的阴极13b(参见图7和图8A)。每个阳极13a通过焊线14电连接到一个导电图案73上，且每个阴极13b通过另一焊线14电连接到其它导电图案73上。使接线板74的抗蚀层76图案化以露出每个靠近窗孔75的导电图案73的两个部分，且还露出接线板74的外周部分上的导电图案73的一部分。在每个导电图案73中，靠近窗孔75露出的两个部分形成待连接到焊线14上的终端部73a，且在抗蚀层76的多个外周部分露出的圆形部分形成待连接到外部的多个电极部73b。在两个电极部73b的外面，LED芯片10的每个阳极13a电连接到电极部73b，该电极部73b上具有标志“+”，且LED芯片10的每个阴极13b电连接到其上的电极部73b上具有标志“-”，这使得可以视觉识别发光装置1的电极部73a、73b的极性，因此可以防止错误的连接。
在本实施例中，接线板74中的窗孔75形成矩形，如图8A所示，且终端部73a围绕在矩形窗孔75的每侧的中部而设置。但是，如图8B所示，当多个终端部73a分别形成于窗孔75的每侧的一端附近时，可以延长每个焊线14的全长，因此可以提高该装置的可靠性。
LED芯片10和次安装件30可以通过使用焊料彼此连接，例如铅化锡、锡化金以及锡-银-铜，或例如银膏，但是优选地，LED芯片10和次安装件30通过使用无铅焊料彼此连接，例如锡化金和锡-银-铜。
用于制成封装部150的封装树脂是硅树脂，但是制成封装部150的材料不局限于硅树脂，例如还可以使用丙烯酸树脂。
光学元件160是半透明材料(例如硅树脂)的模制件，且形成为穹顶状。在本实施例中，由于光学元件160是硅树脂的模制件，所以可以减小光学元件160和密封部150之间的折射率和线性膨胀系数的差异。当密封部150由内烯酸树脂制成，优选的是光学元件160也由丙烯酸树脂制成。
而且，光学元件160构造为使光输出面160b是凸面，该凸面在光输出面160b和空气层180之间的边界上不全部反射从光入射面160a进入其中的光，且光学元件160设置为使其光轴与LED芯片10的光轴对准。因此，从LED芯片10发出并进入光学元件160的光入射面160a的光没有在光输出面160b和空气层180之间的边界上被全反射，所以对光来说到达颜色转换件170变得容易了，因此可以增大全部的光通量。从LED芯片10侧发出的光在密封部150、光学元件160和空气层180中传播，并到达颜色转换件170，且所述光激发颜色转换件170的荧光体或经过颜色转换件170而不击中(hitting)所述荧光体。无论与光学元件160的位置无关，该光学元件160形成为沿垂直于光学元件160的方向具有均匀的厚度。
颜色转换件170是例如硅树脂的半透明材料与颗粒状黄色荧光体的混合物的模制件，所述黄色荧光体被LED芯片10发出的蓝光激发并发出亮的微黄色的光(即，颜色转换件170包含荧光体)。因此，在本实施例的发光装置1中，从LED芯片10发出的蓝光和从黄色荧光体发出的光都通过颜色转换件170的外表面170b发出，因此可以获得白光。用于颜色转换件170的半透明材料不局限于硅树脂，例如还可以采用丙烯酸树脂或玻璃。还有，混合到用作颜色转换件170材料的半透明材料中的荧光体不局限于黄色荧光体，例如可以混合红色荧光体或绿色荧光体以获得白光。
在颜色转换件170中，依照光学元件160的光输出表面160b的形状而形成内表面170a，因此，与光学元件160的光输出表面160b的位置无关，光输出表面160b和颜色转换件170的内表面170a之间的距离沿垂直于光输出表面160b的方向一般是常数。与颜色转换件170的位置无关，颜色转换件170模制为沿垂直于颜色转换件170的方向具有均匀的厚度。
在本实施例的发光装置1中，由于空气层180形成在颜色转换件170和光学元件160之间，所以当外力作用在颜色转换器170上时，减少了颜色转换器170可能被外力变形并与光学元件160接触的可能性。所以，可以防止由外力施加于颜色转换件170的应力经由光学元件160和密封部150传递到LED芯片10和每个焊线14。因此，由于外力而引起的LED芯片10的光发射特性的变化和每个焊线14的断开不可能发生，从而可以提高可靠性。此外，形成于颜色转换件170和光学元件160之间的空气层180提供的优势在于：周围大气中的湿气不易到达LED芯片10，所以从LED芯片10发出并经过密封件150和光学元件160的、且进入颜色转换件170、然后由颜色转换件170中的黄色荧光粉末朝向光学元件160散射并经过光学元件160的光量减少，因此，可以整体上提高发光装置1朝外部输出的光输出效率。
在本实施例的发光装置1中，次安装件30的厚度尺寸设为使次安装件30的表面距离导电板71比距离接线板74的表面(抗蚀层76的表面)更远，从而可以防止从LED芯片10发出到侧方向的光经由形成在接线板74中的窗孔75的内表面被吸收到接线板74。
同时，关于制造上述发光装置1的方法，例如，可以想到的是，LED芯片10通过两个焊线14分别与每个导电图案73，73彼此连接，之后，如图7所示，分配器400的管嘴401的尖端定位于树脂注入孔78中，所述树脂注入孔78形成为与接线板74中的窗孔75连通，然后，将液态封装树脂(例如，硅树脂)注入到次安装件30和接线板74之间的间隙，并固化(cure)封装树脂以形成密封部150的一部分，且再将待成为该密封部150的其余部分的液态封装树脂(例如硅树脂)注入穹顶状光学元件160中，且光学元件160设置在芯片安装件70上的预定位置，然后固化封装树脂以形成密封部150并同时将光学元件160固定到芯片安装件70上，然后将颜色转换件170固定地连接到芯片安装件70上。在这样的制造方法中，由于在制造过程中可能在密封部150中形成气泡(气孔)，所以需要将超量的液态封装树脂注入光学元件160中。然而，如果采用这种方法，当光学元件160设置于芯片安装件70上的预定位置时，一部分液态封装树脂溢出由光学元件160和芯片安装件70包围的空间并遍布在抗蚀层76的表面上，这部分液态封装树脂形成不必要的封装树脂部分，因此由于该树脂封装部分的不平表面，可以吸收光或可以引起光反射的扩散，且可以整体上减小发光装置1的光输出效率。
因此，在本实施例的发光装置1中，多个用于储存从由光学元件160和芯片安装件70包围的空间内溢出的封装树脂的树脂储存孔77独立地在芯片安装件70的这样的表面上形成于光学元件160的外周方向，所述表面为：光学元件160的环状端部重叠于其上的部分和颜色转换件170的环状端部重叠于其上的部分之间。树脂储存孔77包括：通孔77a，其形成在接线板74中；以及凹部77b，其在对应于通孔77a的位置形成于导电板71中。而且，在本实施例的发光装置1中，环状防止光吸收基板40设置于芯片安装件70的这样的表面上以覆盖每个树脂储存孔77，即位于光学元件160的环状端部重叠于其上的部分和颜色转换件170的环状端部被重叠于其上的部分之间的表面上，从而可以通过防止光吸收基板40防止树脂部分吸收光，所述树脂部分由在每个树脂储存孔77中储存和加工的封装树脂形成。在防止光吸收基板40中，用于反射来自LED芯片10的光的白色抗蚀层、颜色转换件170等设置于芯片安装件70侧的相对表面上，因此可以防止上述的光吸收。当光学元件160设置在芯片安装件70上的预定位置，溢出的封装树脂填充到每个树脂储存孔77中之后，防止光吸收基板40可以设置于芯片安装件70的表面侧上，然后当对封装树脂加工完成时，防止光吸收基板40可以通过封装树脂固定到芯片安装件70上。在防止光吸收基板40中，形成多个用于暴露每个树脂储存孔77的小区域的开口(cutout)，以防止当树脂储存孔77中的封装树脂加工完成时产生气孔。
在本实施例的发光装置1中，与第一实施例的情况相同，设置有片状连接件80，该连接件80设置在导电板71的其它表面侧上，以用于将导电板71连接到照明器本体90上，该照明器本体90是用于保持芯片安装件70的金属件，该片状连接件80具有电绝缘特性并将导电板71和本体90彼此热连接。所以，与胶片状热辐射片设置于本体90和导电板之间的情况相比，可以减小从LED芯片10的发光部到用于保持芯片安装件的金属件的热阻，因此可以加强热辐射特性，可以减小热阻的变化，并可以抑制LED芯片的结温的升高。因此，可以提高输入功率以提高光输出的功率。
此外，在本实施例的发光装置1中，连接件80的平面尺寸大于导电板71的平面尺寸。所以，与连接件80和导电板71形成为相同平面尺寸的情况相比，可以延长导电板71和作为金属件的照明器本体90之间的爬电距离，由此，当该装置用作照明器的光源时(注意，室内照明器和室外照明器一般需要不同的发光装置和金属件之间的爬电距离，且室外照明器需要更长的爬电距离)，以加强防雷过压保护。至于片状连接件80的厚度，需要依据防雷过压保护所需的耐压来设计厚度，但是考虑到低热阻，厚度小是理想的。因此，至于连接件80，当连接件80的厚度设定之后，平面尺寸可以设定为满足爬电距离的要求。
在第一实施例所述的照明器中，每个发光装置1通过导线93连接(参见图1和图4)，但是在本实施例的照明器中，如图10和图11所示，设置这样的电路板300，其包括绝缘基板301，在绝缘基板301的一个表面上形成有接线图案302，以限定发光装置1之间的连接。在本实施例中，多个发光装置1串联，但是发光装置1的连接类型不特别地局限于此。例如，发光装置1可以为并联连接，或者为串联和并联的组合连接。
电路板300与照明器的本体90的底壁90a独立地设置，并具有敞开的窗口304，所述窗口304分别形成在对应于发光装置1的位置处，以用于插入发光装置1的一部分。电路板300的绝缘基板301可以由玻璃环氧树脂制成，例如FR4，但是绝缘基板301的材料不局限于玻璃环氧树脂，还可以例如是聚业酰胺基的树脂或酚醛树脂。
上述电路板300具有接线插孔306，所述接线插孔306穿透电路板300而形成，以用于插入供应电力的导线，该导线通过穿透本体90的底壁90a形成的插孔90c插入，且经由接线插孔306插入的一对接线电连接到电路板300上。电路板300还具有光反射层303，所述光反射层303是白色抗蚀层，并形成在与本体90的底壁90a侧相对的表面侧上，且接线图案302的大部分由光反射层303覆盖。
在电路板300中，每个敞开的窗口304具有稍微大于发光装置1的芯片安装件70的平面尺寸。在本实施例的发光装置1中，芯片安装件70在俯视图中的四个角处具有倒角部分，以使角变圆，且与靠近电极部73b的两个倒角部分相比(图7中的左右倒角部分)，其余的两个倒角部分(图7中的上下倒角部分)设计为具有更大的半径弧度。所以，可以增大接线图案302形成在电路板300的表面上的区域面积。电路板300设置有安装于表面的齐纳二极管(Zener diode)331和安装于表面的陶瓷电容器332(参见图11)，所述齐纳二极管用于过压保护，所述齐纳二极管和陶瓷电容器靠近每个敞开的窗口304，以防止过压施加于发光装置1的LED芯片10上。
在本实施例1的发光装置1中，芯片安装件70的每个电极部73b通过端板310电连接到电路板300的接线图案302上。端板310在延长的金属板的一端折叠成为L形，以形成接线条311，所述接线条311以这样的方式连接到接线图案302上：接线条302沿厚度方向与接线图案302重叠，且端板310在其另一端折叠成为J形，以形成接线条312，所述接线条312以这样的方式连接到电极部73b上：接线条312沿厚度方向固定到电极部73b上。因此，可以减轻施加于连接终端310和电极部73b之间以及连接终端310和接线图案302之间的连接部分的应力，所述应力由本体90和电路板300之间的线性膨胀系数的差异引起，因此可以增大每个发光装置1和电路板300之间的连接可靠性。
在上述实施例中，每个发光装置1设置有连接件80，但是连接件80可以具有更大的平面尺寸，且多个发光装置1可以共用该连接件80。

Claims (5)

1.一种发光装置，包括：
LED芯片；
芯片安装件，其具有传热板和导电图案：所述传热板由导热材料制成，且所述LED芯片安装在该传热板的一个表面侧上，所述导电图案经由绝缘部形成在所述传热板的一个表面侧上，并电连接到所述LED芯片；
片状连接件，其设置于所述传热板的另一表面侧上，以将所述传热板连接到用于保持所述芯片安装件的金属件上，所述连接件具有电绝缘特性，并将所述传热板和所述金属件彼此热连接。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述LED芯片具有由氮化镓基化合物半导体材料制成的发光部，所述发光部位于导电基板的主表面侧上，所述导电基板由碳化硅基板或氮化镓基板形成。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中还包括次安装件，所述次安装件的尺寸大于所述LED芯片的芯片尺寸，并设置在所述LED芯片和所述传热板之间，以减轻施加于所述LED芯片的应力，所述应力由所述LED芯片和所述传热板之间的线性膨胀系数的不同引起。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述连接件由树脂片制成，所述树脂片包括滤光器，且所述树脂片的粘度通过加热而减小。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述连接件的平面尺寸大于所述传热板的平面尺寸。
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