专利名称：半导体发光装置及其制造方法以及线状光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及把半导体发光装置，尤其是半导体发光元件发出的点状光变换为线状光后发出的半导体发光装置。
背景技术：
以冷阴极荧光管(CCFL)作为背照光光源的透过型的液晶显示器(LCD)早为众人熟知。此种液晶显示器广泛使用于电视监视器·笔记本电脑以及移动电话的液晶显示屏等方面。冷阴极荧光管一在一对外部导线间施加电压，即在放电电极间产生放电，玻璃管中的汞在电能的激励下产生紫外线。紫外线一照射到玻璃管内表面上的荧光层，该受到紫外线激励的荧光层即发出由荧光层的种类决定的不同波长的可视光。该可视光可通过玻璃管照射到外部。若将可产生红、绿、蓝三原色光的荧光粉以适当比例混合之后作为荧光层使用，则三种荧光粉发出的光被混合，可从冷阴极荧光管发生带有三原色成分的白色光。
通常情况下，作为液晶显示器的背照光使用的冷阴极荧光管呈现出具有红绿蓝各自的陡峭的峰值的光谱，构成液晶显示器的三原色像素的红绿蓝彩色滤波器具有大范围的透过频谱。由于在液晶显示器之中，构成红、绿、蓝三原色的各像素透过光谱事实上已由冷阴极荧光管的发光谱决定，彩色滤波器的作用不过是在不能确定界限的粗略范围内实行滤波，例如防止其它二原色成分的绿、蓝光混入红光之中，因而仅靠彩色滤波器的透过性很难表现纯度极高的色彩。作为显示器的图像质量指标，通常采用与彩色电视的广播方式的NTSC(National、Television System Committee、全国电视方式委员会)规定的色度再现区域进行比较。但通过冷阴极荧光管获得的白色光，红色成分与绿色成分不足，尤其存在红色的彩色再现性效果差的难点，以冷阴极荧光管产生的白色光作为背照光光源的液晶显示器无法达到NTSC规定的标准，不能显示鲜艳的红光成分。
另外，也试验过不用冷阴极荧光管，而是用发光二极管(LED)等半导体发光元件作为背照光光源。与构成管球式白色光源的白炽灯泡、热阴极荧光管或冷阴极荧光管相比，半导体发光元件具有耐机械冲击性能良好，发热量少，不需要施加高电压，不产生高频燥声，以及不使用汞，对环境好等良好特性。在把半导体发光元件适用于把发光装置配置在液晶显示器边缘部位的侧缘型背照光光源的例中，朝着由丙烯树脂等透光树脂构成的透明导光板的侧端面，配置了多个个半导体发光元件。半导体发光元件的光从导光板的侧端面入射到导光板内的同时在导光板内反射，从导光板的一面照射到外部从背后照射液晶面板(参照特开2002-43630号公报第3页、第4页、图1、图3)。
然而，在朝导光板的侧端面配置多个半导体发光元件的现用结构之中，存在作为点光源的半导体发光元件很难以均匀的亮度使导光板的一面发光，色调平衡被破坏的缺点。
发明内容
本发明的目的正是在于提供一种使点光源的半导体发光元件的光变换为以大体均匀的亮度发光的线状光的半导体发光装置及其制造方法以及线状光源。
本发明的半导体发光装置包括棒状的导光体(2)、配置在导光体(2)两端(2a)的一对金属制成的散热板(4)、以及分别固定在面向导光体(2)的一对散热板(4)上的半导体发光元件(3)。当给半导体发光元件(3)通入大电流，从半导体发光元件(3)发出高亮度的光时，由于可通过散热板(4)把伴随半导体发光元件(3)的发光所产生的热能发散到外部，因而可使半导体发光元件(3)长时间连续以高亮度发光。此外，通过使半导体发光元件(3)发生的光从两端(2a)直接入射导光体(2)，可把光的漏泄量限制在最小范围内，从而把半导体发光元件(3)产生的光高效导入导光体(2)内的同时，还可在导光体(2)的外圆面(2b)的整个长度方向上变换为以大体均匀的亮度从导光体(2)的外圆面(2b)朝外部发光的线状光。在现用的冷阴极荧光管发出的发光成分之中红色成分及绿色成分不足，但由于半导体发光元件(3)发出的发光成分含有足够的红色成分及绿色成分，因而可产生出色调平衡性极好的发光光。
图1是采用本发明的半导体发光装置的实施方式的剖视图。
图2是采用本发明的半导体发光装置的另一种实施方式的剖视图。
图3是发光二极管装置的斜视图。
图4是表示导线架组装件的平面图。
图5是具有台级结构的反射镜的半导体发光装置的剖视图。
图6是具有L型结构的导光体的半导体发光装置的剖视图。
图7是局部形成反射膜的导光体的斜视图。
图8是被外设反射镜包围的导光体的斜视图。
图9是表示用CIE表色系统进行的色度再现性的图。
图10是表示采用本发明的线状光源的实施方式的剖视图。
图11是表示采用本发明的线状光源的另一种实施方式的剖视图。
图12是表示用切断的导光体挟持半透半反镜层，将半透半反镜层设置到导光体中的方法的斜视图。
图13是表示通过在切断的导光体的切断面上蒸镀薄膜层，在导光体上设置半透半反镜层的方法的斜视图。
图14是相对于一对全反射镜层设置两对半透半反镜层的线状光源的剖视图。
图15是具有L型结构的导光体的线状光源的剖视图。
图16是局部形成光反射膜的导光体的斜视图。
图17是表示被外设反射镜包围的导光体的斜视图。
图18是表示构成具有台级结构的反射镜的线状光源的剖视图。
具体实施例方式
下面参照图1～8说明本发明的半导体发光装置及其制造方法的正如图1及图2所示，本发明的一种实施方式的半导体发光装置包括棒状的导光体(2)、配置在导光体(2)的两端(2a)且垂直于该导光体(2)的一对金属制成的散热板(4)、与导光体(2)相向，固定在散热板(4)上的作为半导体发光元件的发光二极管芯片(3)。导光体(2)由透明或半透明的玻璃或环氧树脂、丙烯树脂、聚亚氨树脂及聚碳酸酯树脂等导光性树脂构成。此外，图1示出配置了具有空洞(2d)的中空圆筒形导光体(2)的半导体发光装置(1)，图2示出中间无空洞的实心柱状体的导光体(2)的半导体发光装置(1)。在圆筒形的导光体(2)的空洞(2d)之中可填充空气或氮气之类的气体。但也可在空洞(2d)中配置或填充透明或半透明的凝胶状的或固体的树脂。
在导光体(2)的两端(2a)上形成具有一对散热板(4)以及分别固定在散热板(4)上的发光二极管芯片(3)的发光二极管装置(1a)。本实施方式的发光二极管装置(1a)正如图3所示，包括呈圆形凹槽(4c)形成的金属制的散热板(4)、相对于散热板(4)以电气非接触状态固定在散热板(4)的凹槽(4c)内且具有朝导光体(2)逐渐扩大的圆锥形的倾斜内表面(5a)的反射镜(5)、以及具有相对于散热板(4)电气性连接的一侧电极(下面电极)，且在被反射镜(5)的内表面(5a)包围的内部空洞(5d)内固定在散热板(4)的凹槽(4c)上的发光二极管芯片(3)。
正如图3所示，发光二极管装置(1a)还包括与散热板(4)电气连接的第1外部导线(9a)、与发光二极管(3)的另一侧电极(上面电极)电气连接的第2导线(9b)、连接发光二极管芯片(3)与第2外部导线(9b)的细导线(10)、被覆散热板(4)的侧面(4b)以及一侧主面(4a)、反射镜(5)的侧面(5b)、外部导线9的内端部(9a)的密封树脂(7)、以及覆盖反射镜(5)的内部空洞(5d)，被覆在反射镜(5)的上面(5c)的透镜(11)(图1)。
散热板(4)由导热率190Kcal/mh℃以上的铜、铝、铜合金或铝合金等金属构成，反射镜(5)由与构成散热板(4)的金属相同的导电金属构成。当给发光二极管芯片(3)通入100mA左右的大电流，从发光二极管芯片(3)发出高亮度的光时，将发光二极管芯片(3)产生的热通过散热片(4)以及反射镜(5)释放到外部，即可使发光二极管芯片(3)长时间以高亮度发光。
反射镜(5)定位于散热板(4)的凹槽(4c)内，用热硬化性环氧树脂之类的绝缘性粘接剂(12)粘接在散热板(4)上，在反射镜(5)的内部空洞(5d)内露出散热板(4)的一侧的主面(4a)。反射镜(5)的内部空洞(5d)的最小内径大于发光二极管芯片(3)的宽度(边长)，当用导电性粘接剂(13)把发光二极管芯片(3)固定到反射镜(5)的内部空洞(5d)内露出的散热板(4)的一侧主面(4a)上时，可用反射镜(5)的内表面(5a)包围发光二极管芯片(3)。通过反射镜(5)，发光二极管芯片(3)能以大功率发出亮度均匀性良好的光。正如图3所示，本实施方式的反射镜(5)具有中央为圆锥形的内部空洞(5d)，且整体呈圆柱形的主体(5f)、以及从内部空洞(5d)穿到侧面(5b)，在发光二极管芯片(3)与第2外部导线(9b)间呈直线性的缺口(5e)。细导线(10)通过缺口(5e)将发光二极管芯片(3)与第2外部导线(9b)连接。此外，密封树脂(7)由环氧树脂等热硬化性树脂构成。透镜(11)采用透光性树脂构成，呈半球形，但如果发光二极管芯片(3)发出的光通过反射镜(5)已具有良好的方向性的话，也可省略透镜(11)。
制造图3所示的发光二极管装置(1a)时，准备用由铜或铝及它们的合金构成的条形金属冲压而成的如图4所示的导线架组合体(19)。导线架组合体(19)包括以一定的间隙形成的开口(19a)以及突出于开口(19a)内的多个外部导线(9)。正如图4所示，开口(19a)上形成具有圆形凹槽(4c)的散热板(4)。接着如图3所示，通过绝缘性沾接剂(12)把反射镜(5)粘接到散热板(4)的凹槽(4c)内。作为另一种方法，也可准备整体性形成反射镜(5)的散热板(4)。
接着使用众所周知的装片机，用焊锡或导电胶等导电性粘合剂(13)，把发光二极管芯片(3)固定到暴露在反射镜(5)的内部空洞(5d)内的散热板(4)的凹槽(4c)内的一侧的主面(4a)上。然后用细导线(10)电气性连接发光二极管芯片(3)的电极(8)与外部导线(9)，形成被覆散热板(4)的侧面(4b)及一侧主面(4a)，反射镜(5)的侧面(5b)，外部导线(9)的内端部(9a)的密封树脂(7)。然后使棒状导光体(2)的两端(2a)对准发光二极管芯片(3)，使之与反射镜(5)接合。
由于构成发光二极管芯片(3)的结构及制造方法早为众人所知，因而此处省略其说明。虽未图示，但发光二极管芯片(3)包括半导体基板，分别在半导体基板的一侧的主面与另一侧的主面上形成的正极与负极，负极与散热板4电气性连接。此外，用众所周知的线焊法，用细导线(10)连接发光二极管芯片(3)的另一电极与第2外部导线(9b)。接着把导线架组合体(19)安装到未图示的成形模具内，采用众所周知的连续自动送进成型法形成被覆散热板(4)侧面(4b)以及一侧主面(4a)、反射镜(5)的侧面(5b)、外部导线(9)的内端(9a)树脂封装体(7)。这时，在反射镜(5)的上面(5c)外露的封装树脂(7)的表面上形成嵌合导光体(2)的两端(2a)的环形凹槽(7a)。然而，树脂封装体(7)的形成并不局限于连续自动送进成型法一种方法，也可通过用众所周知的浇注(potting)法形成树脂封装体(7)，用树脂封装体(7)固定发光二极管装置(1a)与导光体(2)的两端(2a)。
下面，正如图1所示，在使用圆筒形导光体(2)的半导体发光装置(1)之中，把由透光树脂构成的透镜11粘贴到反射镜(5)的上面(5c)上，去除导线架组合体(19)上的无用部分之后，即完成了发光二极管装置(1a)。在本实施方式中，由于使用带缺口(5e)的反射镜(5)，通过缺口(5e)配置细导线(10)，可缩短细导线(10)，可直线连接第2外部导线(9b)与发光二极管芯片(3)，使连接变得简单的同时，还可防止细导线(10)变形。此外，由于细导线(10)不经过反射镜5的上面(5e)，因而不容易断线，可提高发光二极管装置(1a)的可靠性。还有，若采用本实施方式的反射镜(5)的结构，可通过缩小反射镜(5)的内表面(5a)的径使反射镜(5)小型化的同时，由于可缩小反射镜(5)的表面内(5a)径的同时增加其高度，因而可提高光的定向性及正面亮度。通过采用散热板(4)及反射镜(5)包围发光二极管芯片(3)的结构，可防止水分等外部异物的侵入，从而可抑制发光二极管芯片(3)的老化，实现其高可靠性的结构。此外，连接发光二极管芯片(3)与外部导线(9)时也可不使用细导线(10)，而用未图示的块连(bumpchip)型的发光二极管芯片来进行。
正如图1及图2所示，导光体(2)的两端(2a)与发光二极管装置(1a)可通过将导光体(2)的两端(2a)嵌合到包围散热板(4)及反射镜(5)的封装树脂(7)形成的环形凹槽(7a)内加以固定。由于这样一来可使半导体发光元件(3)发出的光直接从两个端部(2a)射入导光体(2)内，因而可将光的漏泄量限制在最小限度内，更加高效地把半导体发光元件(3)发出的光导入导光体(2)。此外，在有空洞(2d)的导光体(2)之中，正如图5所示，也可在反射镜(5)的侧面(5b)上设置台级结构(15)，通过使导光体(2)的两端(2a)与台级结构(15)抵接，来固定导光体(2)的两端(2a)与发光二极管装置(1a)。
在本实施方式的半导体发光装置(1)之中，一给外部导线(9)施加电流使二极管芯片(3)发光，发光二极管芯片(3)的光即可通过反射镜(5)以及透镜(11)以很高的定向性及正面亮度从导光体(2)的两端(2a)射入导光体(2)内。反射镜(5)的圆锥面使发光二极管芯片(3)发出的光很好地反射到透镜(11)一侧。图1所示的半导体发光装置(1)为了使发光二极管芯片(3)发出的光通过透镜(11)以很高的定向性聚集，可将相对于圆锥面的底面的倾角设定为30°以上。
在本发明之中，通过使发光二极管芯片(3)发出的光从两端(2a)射入导光体(2)之后，从导光体(2)的外圆面(2b)射到导光体(2)的外部。从导光体(2)的两端(2a)射入导光体(2)内的发光二极管芯片(3)的光，由于其入射角度，在靠近发光二极管芯片(3)的位置上照射到导光体(2)的外部，或在导光体(2)或空洞(2d)之中反射之后在距导光体(2)的发光二极管芯片(3)较远的位置上射到导光体(2)的外部。半导体发光装置(1)通过将棒状导光体(2)设定为适当长度，即可使从导光体(2)的外圆面(2b)上导出的发光二极管芯片(3)发出的光在导光体(2)的外圆面(2b)的整个长度方向上以大体均匀的亮度发光。此外，也可在导光体(2)内添加光散射材料。尤其是在内部没有空洞(2d)的导光体(2)之中，也可通过光散射材料使之在整个导光体(2)的外圆面(2b)的长度方向上发出更加均匀的光。还有，有空洞(2d)的导光体(2)也可在空洞(2d)填充树脂等物质并在其中添加光散射材料。此外，导光体(2)并不局限于图1或图2所示的直线形，也可以是图6所示的L型或未图示的弯曲形。
正如图7所示，本发明也可在导光体(2)的外圆面(2b)或内圆面(2c)的至少一部分上形成反射膜(6)。采用此种构成，可从未形成光反射膜(6)的发光区以更高的亮度照射出被反射膜反射的光，图7的导光体(2)是中空圆筒形，仅在外圆面(2b)一侧半边设置了金或铝等金属蒸镀膜。由于导光体(2)内生成的光，在一侧的外圆面(2b)上被反射，集中于另一侧的外圆面(2b)上，因而可使导光体(2)的另一侧的外圆面2b发出的光增大。此外，正如图8所示，也可采用与导光体(2)相隔一定距离设置，且包围导光体(2)的外设反光镜(14)的构成。外设反射镜(14)可用铝等金属形成，具有与光反射膜(6)相同的效果。
本发明的半导体发光装置可作为液晶显示器的背照光使用。虽未图示，在导光板的侧端面的宽度方向上单数配置半导体发光装置(1)或在长度方向上多个并列配置，使半导体发光装置(1)的线状光从导光板的侧端面射入导光板内。半导体发光装置(1)的线状光在导光板内被反射，从导光板的一面放射到外部即可从背后照射液晶面板。由于本发明的半导体发光装置不是点状光，而是使线状光射入导光板内，从背后照射液晶面板，因而能减少光斑，很好地进行照射。当把本发明的半导体发光装置作为背照光光源使用时，可将红绿蓝的半导体发光装置(1)在长度方向上多个并排配置。但也可以在导光板的厚度方向上多个并排配置不同颜色的半导体发光装置(1)。还可采用在一条半导体发光装置(1)上组合不同颜色的发光二极管的构成。导光体的形状并不局限于圆筒形或圆柱形，也可以结合导光板侧端面的形状，采用方筒形或方柱形。由于本发明可将点光源的发光二极管的光变换为以大体均匀的亮度发光的线状光，以均匀的亮度色调平衡地使导光板的一面发光，因而可作为很好的背照光光源使用。
还有，本发明的半导体发光装置也可以与现用的冷阴极荧光管组合作用。正如在背景技术中介绍过的那样，冷阴极荧光管中发出的发光成分之中，红色成分与绿色成分不足，但由于发光二极管芯片(3)的发光成分含有充足的红色与绿色成分，因而能够使之以色调平衡性好的发光色发光，通过与发明的半导体发光装置组合使用，可弥补冷阴极荧光管的缺点。此外，当把本发明的半导体发光装置用于背照光光源的情况下，不仅可用于将发光装置配置在液晶显示器边缘部位的侧边型背照光；还可用于将发光装置配置在液晶显示器下面的众所周知的正背面型背照光。
本发明的实施方式具有下述作用效果。
(1)可通过导光体(2)将点光源的发光二极管的光变换为能以大体均匀的亮度，良好的色调平衡性发光的线状光。
(2)可通过散热板(4)以及反射镜(5)把发光二极管芯片(3)产生的热量散到外部，使发光二极管芯片(3)长时间连续以高亮度发光。
(3)通过把光的漏泄量限制在最小限度内，可使半导体发光元件(3)产生的光从两端(2a)高效地射入导光体(2)内。
(4)能使之在长度设定为适当的棒状导光体(2)的外圆面(2b)的整个长度方向上以大体均匀的亮度发光。
(5)若与冷阴极荧光管组合使用，可利用半导体发光装置(1)的发光弥补冷阴极荧光管的发光成分。
(6)能使导光体(2)的外圆面(2b)或内圆面(2c)上形成的光反射膜(6)反射的光从没有反射膜(6)的放光部位以高亮度射出。
(7)通过反射镜(5)，发光二极管芯片(3)能以大功率发出亮度均匀性良好的光。
下面介绍用于液晶显示器的背照光光源的本发明的半导体发光装置的实施例。
用玻璃形成圆筒形的导光体(2)，在空洞部位(2d)内填充空气后制作成半导体发光装置(1)。将在发光二极管芯片(3)内流动的电流值设定为100mA。将发出红绿蓝光的半导体发光装置(1)组合在一起构成液晶显示画面的背照光光源。结果证明，以大体均匀的亮度发光的线状光以及良好的色调平衡性使导光板的一面发光。此外，通过与用CIE(国际照明委员会)的颜色坐标系的色度再现性比较本发明及冷阴极荧光管，结果示于图9。图9示出色度再现区域，在马蹄形的区域内，16表示绿色、17表示红色、18表示蓝色。圆圈表示采用本发明的半导体发光装置的色度再现区域，三角形表示冷阴极荧光管的色度再现区域，无标识的是NTSC规定的色度再现区域。正如图9所示，较之相对于NTSC规定的色度再现区域，红色成分与绿色成分不足的冷阴极荧光管，本发明的半导体发光装置不仅有足够的蓝色成分，而且有足够的红色及绿色成分。尤其可获得现用的冷阴极荧光管缺少的红色的彩色再现性效果，达到了NTSC的规定指标。此外，通过把发红光的半导体发光装置(1)组合到白色的冷阴极管荧光管上，也取得了与上述相同的效果。还有，把发蓝色与绿色的冷阴极荧光管与发红光的半导体发光装置(1)组合在一起也取得了与上述相同的效果。本发明可根据显示器的大小，将多个条半导体发光装置组合在一起来应对，即使是大画面，也能提供大功率，亮度均匀性良好的背照光光源。由此可知，本发明的半导体发光元件既可单独使用也可与冷阴极荧光管组合在一起作为液晶显示器的背照光光源使用。
下面参照图10～图18，说明本发明的线状光源的实施方式。
正如图10及图11所示，本发明的一种实施方式的线状光源(1)包括具有发光面(2e)的棒状导光体(2)、从导光体(2)的两端(2a)分别把光导入导光体(2)内的半导体发光元件的发光二极管芯片(3)、以及设置在导光体(2)上，并使从发光二极管芯片(3)导入导光体(2)内的光通过发光面(2e)反射到导光体(2)外部的一对半透半反镜层(20)。
导光体(2)由透明或半透明的玻璃或环氧树脂、丙烯树脂、聚亚氨树脂及聚碳酸酯树脂等导光性树脂构成。此外，图10示出配置了有空洞(2d)的圆筒形的导光体(2)的线状光源(1)，图11示出配置了无空洞的实心圆柱体的导光体(2)的线状光源(1)。在圆筒形的导光体(2)的空洞(2d)之中，可填充空气或氮气等气体。但也可将透明或半透明的凝胶状或固体树脂配置或填充到空洞(2d)之中。
构成半透半反镜层(20)的半透明反射镜，也称之为半透明镜或介质多层膜反射镜，采用真空蒸镀法等众所周知的方法制作而成，利用膜的折射率、厚度或层数的改变对光的干涉及吸收作用，使特定波长范围的光透光，反射或吸收。本实施方式的半透半反镜层20是由光学膜厚为1/4波长的高折射率的介质和低折射率的介质重迭而成的介质多层膜，透过一部分入射光，并将其它反射。例如通过在玻璃基板上交替形成二氧化钛(Tio2)透光膜(高折射率)与二氧化硅(Sio2)透光膜(低折射率)作为反射镜，即可在包括中心波长在内的特定区域内进行反射。半透半反镜层(20)的构成并不局限于介质膜，也可使用金属膜，但最好使用光的吸收较少的介质膜。
正如图10及图11所示，半透半反镜层(20)在导光体(2)内与导光体(2)的中心线交叉并以一定角度倾斜于该中心线设置多个个。靠该半透半反镜层(20)可使发光二极管芯片(3)发出的可视光转向，使之以均匀的亮度在导光体(2)的发光面(2e)的整个长度方向上发光。在本发明之中，将板状的半透半反镜层(20)夹持在导光体(2)的多个个区段(2g)之间。在本实施方式的线状光源(1)之中，正如图1、图2所示，将棒状导光体(2)相对于外圆面(2b)倾斜切断，通过将园盘形的半透半反镜层(20)用导光体(2)的切断面(2f)夹持之后将半透半反镜层(20)与切断面(2f)固定及形成导光体(2)。虽未图示，也可以不切断导光体(2)，而是在导光体(2)内设置倾斜的槽，使圆盘形的半透半反镜层(20)插入该槽之中。
此外，在具有本发明的半透半反镜层(20)的导光体(2)的另一种结构之中，在导光体(2)的多个区段(2g)上形成的至少一侧的倾斜面上采用蒸镀形成半透半反镜层(20)，并使区段(2g)的倾斜面彼此抵接。正如图13所示，将实心柱状导光体(2)倾斜切断，在一侧的切断面(2f)上蒸镀介质膜或金属膜之后形成半透半反镜层(20)，通过将蒸镀了膜的导光体(2)的切断面(2f)粘固形成导光体(2)。设置在导光体(2)上的半透半反镜层20的设置角度，可在设定导光体(2)的大小及半透半反镜层(20)的个数及配置位置的同时适当决定，以便从导光体(2)的发光面(2e)发出的发光二极管芯片(3)的可视光能以均匀的亮度发光。
还有，在导光体(2)内的半透半反镜层20的内侧设置了使本发明的线状光源透过半透半反镜层(20)的光通过发光面(2e)反射到导光体(2)外部的全反射镜层(21)。全反射镜层(21)可通过在玻璃板上镀银来形成，可用与上述半透半反镜层(20)相同的方法设置在导光体(2)内。全反射镜层(21)相对于半透半反镜层(20)而言，在导光体(20)的中央一侧设置一对，可在导光体(2)的中央一侧增加发光二极管芯片(3)发出的照射到导光体(2)的发光面(2e)上的可视光的量。在本实施方式之中，半透半反镜层(20)以及全反射镜层(21)可相对于发光二极管芯片(3)以及导光体(2)的外圆面(2b)倾斜设置在导光体(2)内。在图10及图11所示的线状光源(1)之中，半透半反镜层(20)以及全反射镜层(21)的设置角度将相对于导光体(2)的中心轴的角度θ设定为θ＝45°，将发光二极管芯片(3)发出的可视光以大体垂直于导光体(2)的发光面(2e)的方向射出。不过，半透半反镜层(20)及全反射镜层(21)虽可如图10及11所示那样以相同的角度设置在导光体(2)内，但也可以用不同的角度设置。从导光体(2)的两端(2a)导入的发光二极管芯片(3)的光，被半透半反镜层(20)反射或在透过半透半反镜层(20)之后被全反射镜层(21)反射，通过发光面(2e)射出到导光体(2)的外部。
此外，图10及图11的线状光源(1)在导光体(2)内各设了一对半透半反镜层(20)及全反射镜层(21)，但也可以如图14所示，相对于一对全反射镜层(21)，设置两对或更多的半透半反镜层(20)。在此情况下，半透半反镜层(20)可设定为越靠近发光二极管芯片(3)，反射率越低而透光率超高。发光二极管芯片(3)的光随着朝导光体(2)的长度方向前进，亮度逐渐下降，但若将半透层20设定为越靠近发光二极管芯片(3)，反射率越低而透过率越高，则可降低距发光二极管芯片(3)近的半透半反镜(20a)与距发光二极管芯片(3)远的半透半反镜(20b)之间的反射光的光量差，使发光二极管芯片(3)的光以更均匀的亮度照射到导光体(2)外部。
导光体(2)的形状并不局限于图10及图11所示的直线形，也可制作成图15所示的L型或未图示的弯曲形的导光体(2)。在图15所示的L型的线状光源(1)之中，可通过设定半透半反镜层(20)的光反率及光透过率或适当设定多个半透半反镜层(20)及全反射镜层(21)的间距及设置角度，平衡或调整从弯曲的导光体(2)的发光面(2e)发出的可视光量。在本实施方式的线状光源(1)之中，正如图16所示，导光体(2)也可以在导光体(2)的外圆面(2b)或内圆面(2c)的至少一部分上形成反射膜(6)。采用此种构成，可使光反射膜(6)反射的光以更高的亮度从未形成光反射膜(6)的发光面(2e)照射出去.图16的导光体(2)为中空筒形，仅在外圆面(2b)的一侧设置了金或铝等金属蒸镀膜。由于在导光体(2)内生成的光被光反射膜(6)反射，而集中于发光面(2e)，因而可增大从导光体(2)的发光面(2e)照射出的光。此外，正如图17所示，也可采用与导光体(2)相隔一定距离设置并包围该导光体(2)的外设反射器(14)的构成。外设反射器(14)由铝等金属或白色树脂等非金属构成，具有与光反射膜(6)相同的效果。
在本实施方式之中，发光二极管装置(1a)设置在导光体(2)的两端(2a)。发光二极管装置(1a)的结构与制造方法与上述半导体发光装置(1)的图3及图4所示的发光二极管装置(1a)相同。正如图10及图11所示，导光体(2)的端部(2a)与发光二极管装置(1a)可通过将导光体(2)的端部(2a)嵌合在散热板(4)及包围在反射镜(5)周围的封装树脂(7)形成的环形凹槽(7a)之中加以固定。因而可使从发光二极管芯片(3)射出的光直接从端部(2a)射入导光体(2)内，把光的漏泄量限制在最小限度内，高效地把发光二极管芯片(3)的光导入导光体(2)。此外，在有空洞(2d)的导光体(2)之中，正如图18所示，也可在反射镜(5)的侧面(5b)上设置台级(15)，通过使导光体(2)的端部(2a)与台级(15)抵接来固定导光体(2)的端部(2a)与发光二极管装置(1a)。
在本发明的结构之中，使发光二极管芯片(3)发出的可视光从两端(2a)直接射入导光体(2)内，从而使光的漏泄量限制在最小限度内，高效地将发光二极管芯片(3)的可视光导入体(2)内。在此情况下，由于发光二极管芯片(3)接近直接或在内表面(5a)上反射后与导光体(2)的长度方向大体平行地使可视光射入导光体(2)内的点光源，因而从发光二极管芯片(3)直接照射导光体(2)的发光面(2e)的可视光量极少。然而，本发明通过用半透半反镜层(20)反射发光二极管芯片(3)的可视光。使可视光在导光体(2)整个发光面(2e)上以大体均匀的亮度作为线性光源发光。
本发明的线状光源可作为液晶显示器的背照光光源使用。与上述半导体发光装置(1)具有同样的用途。此外，还可通过在导光体(2)的内圆面(2c)上涂布荧光膜或在导光体(2)内添加荧光物，使发光二极管芯片(3)发出的光在荧光体的作用下改变波长后照射到导光体(2)外部。在此情况下，通过在发光二极管芯片(3)上使用蓝色LED芯片或紫外线LED芯片，可照射出白色光。
本发明的实施方式可获得下述效果。
(1)通过使发光二极管芯片(3)产生的可视光在半透半反镜层(20)上反射，可增加发光二极管芯片(3)照射导光体(2)的发光面(2e)的可视光量。
(2)通过使点光源的发光二极管的光在导光体(2)内的半透半反镜层(20)上反射，可使之变换为亮度大体均匀色调平衡性好的线状光。
(3)可将光的漏泄量限制在最小限度内，使发光二极管芯片(3)发出的光从两端(2a)高效地直接射入导光体(2)内。
(4)通过将半透半反镜层(20)设定为越靠近发光二极管芯片(3)，反射率越低而透过率越高，来减少多个半透半反镜层(20)反射的光量差，使发光二极管芯片(3)发出的可视光以均匀的亮度照射到导光体(2)的外部。
(5)通过相对于一对半透半反镜层(20)，设置在导光体(2)的中央一侧的全反射镜层(21)，可在导光体(2)的中央的一侧增加发光二极管芯片(3)照射导光体(2)的发光面(2e)的可视光量。
(6)若与冷阴极荧光管组合使用，则可通过线状光源(1)的发光弥补冷阴极荧光管的发光成分。
下面介绍液晶显示器的背照光光源中使用本发明的线状光源的实例。
首先制作成配置了用玻璃构成的圆筒形的导光体(2)，相对于发光二极管芯片(3)以及导光体(2)的发光面(2e)以45°的倾角在导光体(2)内设置的一对半透半反镜层(20)、相对于一对半透半反镜层(20)，以与半透半反镜层(20)相同的倾角设置在导光体(2)中央一侧的一对全反射镜(21)的线状光源(1)。发光二极管芯片(3)内流动的电流值设定为100mA。将发出红绿蓝色光组合成线状光源构成液晶画面的背照光光源。结果证明由导光体(2)的两端(2a)入射的发光二极管芯片(3)的点状光通过半透半反镜层(20)及全反射镜层(21)而照射到导光体(2)的发光面(2e)上，发光面(2e)发出高亮度且没有光斑的大体均匀的亮度的光。通过线状光源(1)的线状光，使导光板的一面发出色调平衡性良好的光。此外，制作成的线性光源(1)的红色成分及绿色成分充足，正如图9所示的半导体发光装置(1)与冷阴极荧光管的比较图中那样，达到了NTSC的规定指标。此外，与上述半导体发光装置(1)相同，将线状光源(1)与冷阴极荧光管组合也得到了相同的效果。由此证明本发明的线状光源(1)完全可单独或与冷阴极荧光管组合作为液晶显示器的背照光光源使用。
如上所述，若采用本发明的半导体装置及线状光源，能以包括足够的红色成分及绿色成分在内的色调平衡性良好的发光色发出亮度大体均匀的线状光。
本发明的半导体装置及线状光源完全可适用于液晶显示器的背照光光源。
权利要求
1.一种半导体发光装置，其特征在于包括棒状导光体、配置在该导光体两端的一对金属散热板、以及分别固定在散热板面向导光体一侧的半导体发光元件，通过使上述半导体发光元件发出的光从上述两端射入导光体内，使之从上述导光体的外圆面上射到上述导光体外部。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于上述散热板包括在该散热板一侧的主面上整体性形成或固定于其上的反射镜，该反射镜具有朝上述导光体逐渐扩大的内表面，上述半导体发光元件被上述反射镜的内表面包围。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于上述导光体的上述外圆面或内圆面的至少一部分形成了光反射膜。
4.根据权利要求1至3任一项所述的半导体发光装置，其特征在于上述导光体由透明或半透明的玻璃或树脂构成圆筒形或圆柱形，上述导光体的两端嵌合在由包围上述散热板的密封树脂形成的环形凹槽内。
5.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于包括准备设有反射镜的散热板的工序；将半导体发光元件在上述反射镜内侧固定到上述散热板一侧的主面上的工序；用细导线电气性连接上述半导体发光元件的电极与外部导线的工序；形成被覆上述散热板的侧面以及一侧主面、上述反射镜的侧面、以及上述外部导线的内端部的密封树脂的工序；使棒状导光体的两端与上述半导体发光元件彼此相向，与上述反射镜结合的工序。
6.一种线状光源，其特征在于包括具有发光面的棒状导光体、其光线被分别从该导光体的两端导入上述导光体内的半导体发光元件、使设置在上述导光体上并从上述半导体发光元件导入上述导光体内的光通过上述发光面反射到上述导光体外部的半透半反镜层。
7.根据权利要求6所述的线状光源，其特征在于上述半透半反镜层在上述导光体内与上述导光体的中心线交叉并且相对于该中心线呈一定角度倾斜设置多个。
8.根据权利要求7所述的线状光源，其特征在于上述半透半反镜层设定为越靠近上述半导体发光元件，反射率越低，光透过率越高。
9.根据权利要求6至8任一项所述的线状光源，其特征在于在上述半透半反镜层的内侧的上述导光体内设置了使透过上述半透半反镜层的光通过上述发光面反射到上述导光体外部的全反射镜层。
10.根据权利要求6至9任一项所述的线状光源，其特征在于把呈板状的上述半透半反镜层挟持在上述导光体的多个个区段之间。
11.根据权利要求6至9任一项所述的线状光源，其特征在于在形成上述导光体的多个区段的至少一侧的倾斜面上，通过蒸镀形成上述半透半反镜层，并使上述区段的倾斜面彼此抵接。
全文摘要
半导体发光装置，包括棒状导光体(2)、配置在导光体(2)的两端(2a)且垂直于导光体(2)的一对金属散热板(4)、以及分别固定在散热板(4)面向导光体(2)一侧的半导体发光元件(3)。此外，线状光源包括具有发光面(2e)的棒状导光体(2)、其光线被分别从导光体(2)的两端(2a)导入导光体(2)内的半导体发光元件(3)、以及使设置在导光体(2)上，并从半导体发光元件(3)导入导光体(2)的光通过发光面(2e)反射到导光体(2)外部的半透半反镜层(20)。通过半导体发光装置及线状光源可将半导体发光元件这种点光源光变换为以大体均匀的亮度发光的线状光。
文档编号H01L33/00GK1738990SQ20038010871
公开日2006年2月22日 申请日期2003年11月28日 优先权日2002年12月13日
发明者大塚康二, 室伏仁, 武田四郎 申请人:三垦电气株式会社