半导体发光器件的制作方法

专利名称：半导体发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光器件。更加具体地，它涉及一种转换LED的部分或者全部发射的波长以发射白色光或者其它可见光的、具有发光二极管(LED)特别地蓝色LED 或者近紫外LED的半导体发光器件。
背景技术：
作为用于显示或者照明的可见光源之一，存在一种使用基于氮化镓基化合物半导体例如GaN、GaAlNUnGaN或者IniUGaN的蓝色LED或者近紫外LED的发光器件。在该发光器件中，能够通过使用荧光体(phosphor)材料而获得白色光或者其它可见光发射，荧光体材料吸收来自LED的部分或者全部发射作为激发光并且将波长转换成具有更长波长的可见光。特别地，白色LED近来已经广泛地被应用于各种指示器、光源、显示装置和用于液晶显示器的背灯并且它的使用开始延伸到汽车的头灯和普通照明装置。根据个体使用和所需要的性质，发光器件的封装方法是多样化的，但是能够在印刷线路板上表面安装的“表面安装类型”是最主流的方法之一。图20是示出普通表面安装 LED元件的配置的概略视图。布线图案(引线)32被形成在包括树脂或者陶瓷材料的印刷线路板31的表面上，并且LED元件33经由粘结剂(adhesive) 34例如银膏而被安装在布线图案32上。LED元件33的上电极利用线35例如金线而被连接到另一引线32。为了保护线35和LED元件33，填充封装树脂以形成封装树脂层36。在封装树脂层36中，粉状荧光体37得以分散。38是反射器，该反射器被设置在板31上并且变成用于通过填充封装树脂而形成封装树脂层36的围栏，以及具有朝向光提取方向X侧反射从LED元件33或者荧光体37发射的光以有效率地利用光的作用。而且，作为发光器件的一种封装方法，如在图21中所示，其中在仅仅LED元件33 被覆盖(芯片覆盖类型)的状态中形成封装树脂层39的类型也是在实际使用中的。在这方面，在以上图21中的芯片覆盖类型中，荧光体(在图中未示出)以高的浓度在封装树脂层39中分散，但是，在以上图20中的表面安装类型中，荧光体37通常以低的浓度在封装树脂层36中分散。以下将描述通过组合蓝色LED和黄色荧光体(通常，YAG:Ce荧光体)而形成的白色LED的发射原理。即，当电力被从一对引线供应到LED元件时，蓝色光发射发生。蓝色光透射通过封装树脂层，但是在途中部分地被在封装树脂层中分散的荧光体吸收，由此波长被转换成黄色颜色的波长。结果，从半导体封装，蓝色光和黄色光在混合状态中辐射但是混合光被人眼感知为白色。这是白色LED的发射原理。这里，当所使用的荧光体的浓度太高时，黄色光变得太多并且获得了强烈地微黄色的白色。在另一方面，当荧光体的量太小时，获得了带蓝色的白色。而且，即使当荧光体以相同的浓度在封装树脂中分散时，发射颜色波动也由于各种原因例如封装树脂的厚度的非均勻性和在封装树脂被固化之前的时期期间荧光体的非均质析出而发生。因此，如何降低归因于荧光体布置的发射颜色波动是在白色LED的生产工艺中的一个问题。
而且，因为从LED元件和荧光体发射的光通常是无方向性地被辐射到所有的方向的自然光，所以所发射的光不仅被辐射到封装的光提取方向而且还被均勻地辐射到是相反方向的布线板侧、反射器侧等。在这个情形中，当在布线板的表面中或者在反射器的表面中使用光吸收材料时，光不能被有效率地反射并且被返回到光提取方向。相应地，设计出了赋予布线板或者反射器的表面具有漫反射性(diffuse reflectivity)的反射功能。例如，专利文献1提出一种将用于光反射的填料混合到用于覆盖除了面向发光方向的表面的、LED的周边的绝缘膏中的方法。而且，其中描述了通过混合填料，绝缘膏的导热率得以改进并且从LED产生的热量被有效率地辐射到基板。专利文献2提出一种用于解决在具有表面安装封装结构的发光器件的生产步骤中包含用于光反射的填料的树脂层爬升到LED发射表面从而降低LED的发射强度的问题的改进方法。专利文献3公开了一种发光器件，该发光器件具有如此结构，其中除了 LED的光出射表面之外，所有的表面通过利用具有漫反射效果的树脂覆盖而受到约束，以仅仅从光出射表面辐射光，并且具有如此结构， 其中利用包含荧光体的树脂覆盖光出射表面。专利文献4提出设计，其中通过将其形成方法设置于比将在LED上设置的结合位置低的位置，在当从LED发射的光的行进方向受到具有漫反射效果的树脂材料限制时，光提取效果得以进一步改进并且亮度得以增强。专利文献1 JP-A-2002-270904专利文献2 日本专利No. 3655267
专利文献 3 JP-A-2005-277227专利文献4 JP-A-2008-199000

发明内容
附带说一句，图22是示出在当来自LED的激发光进入波长转换层(发射器层)中时在波长转换层41处发射的光的行为的概略视图。通常，因为波长转换层41由其中荧光体颗粒在树脂中分散的材料形成，所以荧光体颗粒引起的光散射发生。即，如在图22中所示， 来自LED的激发光A的一部分和在波长转换层41处发射的光(发射光)B的一部分沿着与光提取方向相反的方向行进从而变成后向散射光C。D是沿着光提取方向行进的光。在以上专利文献1到4的方法中，通过反射从LED发射的光或者从颜色转换层发射的光而实现了用于增强光提取效率的设计。然而，因为没有通过特别地在颜色转换层中聚焦后向散射光C并且根据增强提取效率的观点实现设计，所以效果受到限制。因此，为了尽可能地减少后向散射光C并且改进光提取效率，近来研究了一种用于通过将荧光体转换为纳米颗粒荧光体或者增加荧光体自身的吸收性以减少将被添加的阻抗成分的量而改进波长转换层41的透明性的方法。然而，当波长转换层41的透射率得以改进并且漫射性降低时，如在图23中所示，除了后向散射光C，通过归因于在波长转换层 41和其外部区域之间的折射率的差异的全内反射，对于沿着光提取方向行进的光D的限制发生，从而光提取效率不能被充分地改进。E是由于全内反射而受到限制的光。考虑到这种情况而实现了本发明并且其目的在于提供一种具有优良的光提取效率的半导体发光器件。即，本发明涉及以下条目(1)到(S)0(1) 一种半导体发光器件，包括
用于元件安装的基板；被设置在该基板上的布线；被设置在该基板上并且被电连接到该布线的LED元件；用于封装该LED元件的封装树脂层；和包含荧光体材料并且转换由该LED元件发射的光的波长的波长转换层，其中该波长转换层被设置在该LED元件的上侧，并且在LED元件的侧端面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层，并且与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少两倍大。(2)根据(1)的半导体发光器件，其中该波长转换层是包括透光陶瓷的荧光体板，该透光陶瓷包括其烧结密度(sintered density)是99. 0%或者更大的多晶烧结体， 在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40%或者更大的全光透射率(total light transmittance)，并且具有 100 到 1，000 μ m 的厚度。(3)根据(1)的半导体发光器件，其中该波长转换层是荧光体片，该荧光体片是通过将荧光体颗粒分散到粘合剂树脂中而形成的，在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40%或者更大的全光透射率，并且具有50到200 μ m的厚度。(4)根据⑴到(3)中任何一项的半导体发光器件，其中所述漫反射树脂层是从包含透明树脂和折射率不同于透明树脂的无机填料的树脂组合物的固化材料形成的，并且在 430nm的波长下漫反射树脂层的漫反射率是80%或者更大。(5)根据(1)到(4)中任何一项的半导体发光器件，其中与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少五倍大。(6)根据(1)到(4)中任何一项的半导体发光器件，其中与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少二十倍大。(7)根据(1)到(6)中任何一项的半导体发光器件，其中所述波长转换层或者是由单个波长转换层构成，或者是通过层叠多个波长转换层而形成。(8)根据(7)的半导体发光器件，其中设置了多个LED元件并且所述波长转换层的层数小于该LED元件的数目。S卩，作为为了解决以上问题而进行的广泛和深入的研究的结果，本发明人已经确定利用漫反射树脂层限制从LED发射的光以更加有效地将光引导到出射方向(提取方向)的设计是重要的，但是如何将从波长转换层(在下文中有时被称作“荧光体层”)发射的光(发射光)有效地引导到出射方向的设计是更加重要的。例如，在其中蓝色LED和黄色荧光体得以组合的白色LED中，大部分的白色分量是黄色发射并且大部分的蓝色光被转换成黄色。即，他们已经确定采用最适用于占白色光的大部分的、从荧光体层发射的光的措施是非常重要的。因此，由于进一步地继续进行的试验，本发明人已经发现，当波长转换层被设置在LED元件的上侧并且还在LED元件的侧面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层以及与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED 元件面侧(与光提取面相对的面侧)的面积是至少两倍大时，来自LED元件的光仅仅进入波长转换层中并且从波长转换层发射的光的大部分从半导体发光器件的光出射表面(光离开表面)出去，从而半导体发光器件的光提取效率得以改进。因此，它们已经实现了本发明。即，如在图1中所示，图1是示出以上理论概念的概略视图，来自LED(在图中未示出) 的激发光A进入波长转换层1但是在从波长转换层1发射的光(发射光)B中将主要地是全内反射光的光入射到漫反射树脂层2的表面从而被漫反射并且然后变成行进到光提取方向的漫反射光F。因此，可能主要地变成全内反射光并且可能在波长转换层1中受到限制的光被反复地漫反射，并且最终大部分的光被引导到光提取方向。因此，本发明的制品在光提取效率方面是优良的。附带说一句，图1示出一个实例，其中通过升起漫反射树脂层2的边缘以形成升起壁、作为漫反射树脂层加形成升起壁的一个部分、并且使其内壁面与侧边缘面Ia相对，在波长转换层1的侧边缘面Ia处的发射光也能够被引导到光提取方向。如上，在本发明的半导体发光器件中，波长转换层被设置在LED元件的上侧并且在LED元件的侧面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层，并且与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件侧的面积至少是两倍大。因此，在于波长转换层处发射的光中行进到除了提取方向之外的方向的光入射到漫反射树脂层并且被漫反射从而行进到提取方向。因此，行进到不合适的方向的光被反复地漫反射并且行程被校正为正确的方向。因此，大部分的光能够最终被引导到光提取方向。因此，因为能够减少后向散射光并且能够显著地增强光提取效率，所以本发明的半导体发光器件示出高的亮度和高的效率。而且，当波长转换层是包括透光陶瓷的荧光体板时，该透光陶瓷包括其烧结密度是99.0%或者更大的多晶烧结体，该荧光体板在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40%或者更大的全光透射率，并且具有100到1，000 μ m的厚度，荧光体板自身并不包含具有低导热率的树脂，从而在荧光体中产生的热量通过荧光体板而被有效地辐射到印刷线路板侧并且因此热辐射性质得以改进。在传统的半导体发光器件中，注意力主要地仅仅集中于如何辐射从LED产生的热量的观点。在本发明中，因为不仅对于从LED产生的热量而且还对于从波长转换层产生的热量执行了如上所述的这种热辐射措施，所以热辐射性质是优良的并且本发明对于高输出型功率LED而言是特别有利的。进而，通过使用具有受控厚度的荧光体板或者荧光体片作为波长转换层，趋向于在产品之间引起发射颜色波动的、波长转换层的性质的非均勻性能够被抑制为最小程度。当从包含透明树脂和折射率不同于透明树脂的无机填料的树脂组合物的固化材料形成漫反射树脂层时，从荧光体产生的热量通过被添加到透明树脂的传导填料而被有效地辐射到印刷线路板侧。因此，因为由于温度升高引起的LED和荧光体的效率降低受到抑制，所以能够进一步实现更高的亮度和更高的效率并且半导体发光器件的耐久性也得以改进。


图1是示出在本发明的半导体发光器件中的波长转换层处发射的光的行为的概略视图。图2是示出本发明的半导体发光器件的一个实例的概略视图。图3是示出传统的半导体发光器件的一个实例的概略视图。
图4是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。图5是示出使用积分球的、全光透射率的测量方法的解释图。图6是示出其上置放光学部件的在本发明的半导体发光器件中的波长转换层处发射的光的行为的概略视图。图7是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。图8是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。图9是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。图10是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。图11是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。图12是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。图13是LED元件(四件蓝色LED安装类型)的概略视图。图14是LED元件(十六件蓝色LED安装类型)的概略视图。图15是示出在漫反射树脂层的厚度和漫反射率之间的关系的曲线图表。图16是示出实例1和对照实例1的发射强度的曲线图表。图17是示出实例2和对照实例2的发射强度的曲线图表。图18是示出实例3和对照实例3的发射强度的曲线图表。图19是示出实例4和5和对照实例4和5的发射强度的曲线图表。图20是示出普通表面安装LED元件的配置的概略视图。图21是示出芯片覆盖类型LED元件的配置的概略视图。图22是示出当来自LED的激发光进入具有强漫射性的波长转换层中时在波长转换层处发射的光的行为的概略视图。图23是示出当来自LED的激发光进入具有低漫射性和高透射率的波长转换层中时在波长转换层处发射的光的行为的概略视图。
具体实施例方式以下将详细地描述本发明的实施例。然而，本发明不限于所述实施例。作为本发明的半导体发光器件，例如，如在图2中所示，述及了这样一种器件，该器件包括用于LED元件安装的印刷线路板6、被设置在印刷线路板6上的LED元件5、和包含荧光体材料并且转换从LED元件5发射的光的波长的波长转换层1。在本发明中，波长转换层被设置在LED元件5的上侧并且在LED元件5的侧面被漫反射树脂层2围绕的状态中设置漫反射树脂层2。在图中，4代表用于封装LED元件5的封装树脂层并且7代表反射器。在这方面，为了简化，未在图中示出在印刷线路板6上的布线图案(引线)、用于将LED 元件5附到板6的粘结剂(银膏等)，和用于将LED元件5连接到引线的线(金线等)。在本发明中，与在LED元件5的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率， 波长转换层1的在LED元件5面侧的面积至少是两倍大。这是本发明的最具大的特征。这里，“在LED元件的上表面上的发光区域的面积”指的是在其中存在一件LED 元件的情形中在LED元件的上表面上的发光区域的面积，并且还意味着在其中存在多件 LED元件的情形中在每一个LED元件的上表面上的发光区域的面积的总面积。例如，在其中安装四件LED元件的类型中，在其中每一个LED元件的上表面的发光区域的尺寸是2mmX 2mm的情形中，每一个LED元件的上表面的发光区域的面积变成4mm2。因此，总面积 16mm2 (4mm2X4)是“LED元件的上表面的发光区域的面积”。在本发明中，与LED元件的上表面的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积优选地是至少两倍大、优选地五倍大，并且更加优选地二十倍大。当波长转换层的在LED元件面侧的面积太小时，用于通过波长转换层1和漫反射树脂层2产生大量的漫反射光F以如在图1中所示将光引导到光提取方向的作用降低。另外， 如在图3示出地，发生如下的现象从波长转换层1辐射的光大部分进入LED元件5侧并且几乎不进入漫反射树脂层2侧。S卩，虽然在图3中被省略，但是在LED元件5的附近使用了用于电连接LED元件5的线、引线、粘结剂等，并且在LED元件5自身中使用了光吸收金属材料等，从而进入这个区域的光在重复的多次反射期间不是被少量地吸收，并且结果，光不能有效率地得以提取。在另一方面，在本发明中，因为与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比， 按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少两倍大，所以起初地将是全内反射光并且实际上将不被提取的光通过波长转换层和漫反射树脂层变成漫反射光并且得以提取。即，如在图1中所示，在于波长转换层1处发射的光当中行进到除了提取方向之外的方向的光入射到漫反射树脂层2并且被漫反射以行进到提取方向。因此，行进到不正确的方向的光被反复地漫反射并且行程被校正到正确的方向。相应地，大部分的光能够最终被弓丨导到光提取方向。因此，能够减少后向散射光并且光提取效率能够得以显著地增强。本发明的半导体发光器件不限于其中如在图2中所示存在一件LED元件5的表面安装封装，并且例如，如在图4中所示，它可以是包括多个LED元件5的阵列形式发光器件。 在这种实施例中，因为波长转换层1的在LED元件5面侧的面积(总面积)增加，所以形成了具有大的全光通量的便宜的平面发光元件。作为阵列形式发光器件的形状，例如，考虑到其中LED元件被沿着纵向和横向以二维方式布置的例如正方形、矩形或者边缘形式液晶显示器背灯等的使用，可以提到其中LED元件被以一维方式布置的线性、X形状、或者矩阵形状阵列等。下面，将描述被设置在LED元件5的上侧的波长转换层1。 波长转换层》波长转换层1包含荧光体材料，荧光体材料吸收部分或者全部激发光(优选地， 350到480nm的波长)并且被激发以由此发射在比激发光的波长更长的波长范围(优选地， 从500到650nm)中的可见光。<荧光体材料>因为通常与具有350nm到480nm的波长的蓝色LED或者近紫外LED相组合地使用本发明的半导体发光器件，所以能够至少在以上波长范围中被激发并且发射可见光的荧光体材料被用作荧光体材料。荧光体材料的具体实例包括具有石榴石型晶体结构的荧光体例如 Y3Al5O12:Ce、(Y, GcO3Al5O12:Ce、Tb3Al3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12Ce 和 Lu2CaMg2(Si, Ge)3012:Ce、硅酸盐荧光体例如(Sr, Ba)2Si04:Eu、Ca3SiO4Cl2:Eu、Sr3SiO5:Eu, Li2SrSiO4:Eu 和Ca3Si207:Eu、包括铝酸盐荧光体等的氧化物荧光体例如CaAl12O19 = Mn和SrAl204:Eu、 硫化物荧光体例如&iS:Cu、Al、CaS:Eu, CaGa2S4:Eu和SrGa2、:Eu、氮氧化物荧光体例如 CaSi2O2N2 Eu, SrSi2O2N2 Eu,BaSi2O2N2 Eu 和 Ca-α -SiAlON、氮化物荧光体例如 CaAlSiN3 = Eu和 CaSi5N8IEu 等。作为荧光体材料，例如，当钇铝石榴石(YAG)的YAG: Ce被取作实例时，能够采用通过使用包含构成成分例如103、Al2O3和CeO3的原材料粉末并且混合该粉末以实现固相反应而获得的荧光体材料，通过湿法过程例如共同析出方法或者溶胶凝胶方法获得的Y-Al-O 非结晶颗粒，通过喷射干燥方法或者汽相方法例如火焰裂解方法或者热等离子体方法获得的YAG颗粒。在本发明中，通过组合蓝色LED或者近紫外LED和以上荧光体材料而获得了白色 LED,但是色调能够通过LED和荧光体的组合而被任意地调节。例如，为了再现接近灯泡颜色的白色，灯泡颜色是包含大量红色分量的白色，能够通过向黄色荧光体添加红色荧光体而调节色调。而且，色调是非常任意的，并且例如通过组合蓝色LED和绿色荧光体，可以获得并非白色的而是绿色的LED，或者可以通过组合其它荧光体而再现彩色蜡笔颜色(pastel color)ο通过将包含在其中分散的荧光体颗粒的粘合剂树脂形成为所期形状并且将其置于预定位置处而使用波长转换层1。然而，特别地，根据最小地抑制在将被生产的LED封装之间，并且进一步在最终产品之间的发射性质的非均勻性的观点，波长转换层1优选地是能够容易地控制厚度并且能够将来自LED的激发光的吸收和波长转换层1的发射性质控制为恒定水平的波长转换层。作为波长转换层1的优选实施例，可以述及通过将以上荧光体材料模制成所期形状并且然后在加热下将其烧结而获得的荧光体板(实施例A)，和通过应用其中荧光体材料在粘合剂树脂中分散的溶液并且将该溶液模制成片而获得的荧光体片 (实施例B)。在这方面，波长转换层1可以是荧光体板(实施例A)和荧光体片(实施例B) 的组合。具体地，该层可以是由预先制备的荧光体板(实施例A)和在其上形成的荧光体片 (实施例B)构成的层，通过应用一种溶液并且将该溶液模制成片而获得该片，在该溶液中， 发射性质不同于荧光体板的另一种荧光体材料在粘合剂树脂中分散。<荧光体板(实施例A) >荧光体板是通过将荧光体材料模制成所期形状并且在加热下将其烧结而获得的并且还因为生产方法而被称作多晶烧结体。作为多晶烧结体，例如，能够采用如在 JP-A-11-147757和JP-A-2001-158660中描述的透光陶瓷。已经实际地使用透光陶瓷作为固体激光器材料和用于高压钠灯、金属卤化物灯等的高度耐用的外罩材料。能够通过移除光散射源例如在陶瓷中余留的空隙和杂质而增强透光性。而且，在由YAG代表的各向同性晶体材料中，因为由于晶体取向引起的折射率的任何差异是不存在的，所以即使在多晶陶瓷的情形中也能够获得完全透明的和非散射性的透光陶瓷，如在单晶体的情形中那样。因此，根据抑制由于光散射产生的后向散射引起的、来自LED的激发光或者来自荧光体的发射光的损失的观点，用于在本发明中使用的荧光体板优选地包括透光陶瓷。能够例如如下地生产荧光体板。即，添加剂例如粘合剂树脂(binder resin)、分散剂(dispersant)和烧结助剂(sintering aid)首先被添加到所期荧光体颗粒或者是荧光体材料的原材料的原材料颗粒(在下文中，这两者有时被一起地称作“荧光体材料颗粒”) 并且在存在溶剂时整体被分散设备例如各种混合器、球磨机(ball mill)或者玻珠研磨机 (beads mill)中的任何一种湿法混合以获得浆溶液(slurry solution) 0在这方面，添加剂例如粘合剂树脂、分散剂和烧结助剂优选地是能够通过将在以后述及的热烧结步骤而被分解和移除的那些。接着，在根据需要调节所产生的浆溶液的粘度之后，通过利用刮片的流延成型、挤压模塑等将溶液模制成陶瓷坯片(ceramic green sheet)。可替代地，在浆溶液经受喷射干燥等以制备包含粘合剂树脂的干燥颗粒之后，能够使用模具通过挤压方法将颗粒模制成盘形。此后，为了从模制体(陶瓷坯片或者盘形模制体)热分解并且移除有机成分例如粘合剂树脂和分散剂，模制体经历使用电炉的、在400到800°C下的、在空气中的粘合剂移除处理并且然后经历主要烧结，由此获得荧光体板。在获得盘形模制体的情形中，可以通过在主要烧结之后将该本体切割成具有适当的尺寸和厚度的板而获得荧光体板。作为用于在荧光体板中使用的荧光体材料颗粒，具有50nm或者更大的平均颗粒直径的那些是优选的，因为用于赋予可成形性的粘合剂树脂的量根据荧光体材料颗粒的比表面积而改变。当平均颗粒直径是50nm或者更大时，在不由于比表面积的增加而损害浆溶液的流动性的情况下和在不要求增加为了在模制之后维持形状而有必要的粘合剂树脂、分散剂和溶剂的量的情况下，增加模制体中的固体成分的比率不是困难的。结果，增加在烧结之后的密度成为可能，在烧结过程期间的尺寸改变是小的，并且荧光体板的翘曲受到抑制。 而且，因为荧光体颗粒或者原材料颗粒的流动性降低，所以陶瓷的烧结能力降低。然而，因为密度增加，所以不仅用于获得稠密烧结体的、在高温下的烧结变得不必要，而且在烧结之后空隙的发生也更加容易地减少。因此，根据烧结能力的观点，荧光体材料颗粒的平均颗粒直径优选地是10 μ m或者更小、更加优选地1. 0 μ m或者更小，并且进一步优选地0. 5 μ m或者更小。附带说一句，能够例如通过已知是一种比表面积测量方法的 BET(Brunauer-Emmett-Teller)方法、激光衍射方法、通过电子显微镜的直接观察等测量荧光体颗粒的平均颗粒直径。在荧光体材料颗粒包含与在烧结时晶体结构的改变或者挥发性成分例如剩余有机物质相关联的体积改变的情形中，根据获得稠密烧结体的观点，根据必要性，可以采用通过预先执行临时烧结而经历到所期结晶相中的相变的那些或者具有增强的密度和纯度的那些。而且，当荧光体材料颗粒即使以微小量包含具有显著地大于平均颗粒直径的尺寸的粗糙颗粒时，粗糙颗粒变成空隙的起始点和产生源，从而可以通过电子显微镜观察粗糙颗粒的存在，并且，根据必要性，可以通过适当地执行分类处理等而移除粗糙颗粒。在生产荧光体板时主要烧结的温度、时间和烧结气氛根据将被使用的荧光体材料而改变。例如，在YAG: Ce的情形中，在真空下、在惰性气体例如Ar的气氛中，或者在还原气体例如氢气或者氢气/氮气混合气体中，在1，500到1，800°C下执行主要烧结0. 5到M个小时是足够的。而且，在于还原气氛中执行主要烧结的情形中，除了使用还原气体例如氢气，可以应用将碳颗粒引入电炉中以增强还原能力的方法或者类似的方法。附带说一句，在获得稠密和高度透光烧结体的情形中，利用热等静压烧结方法(HIP方法)在压力下执行烧结是可能的。而且，在主要烧结中温度升高速率优选地从0. 5到20°C /分钟。当温度升高速率是0.5°C /分钟或者更大时，烧结并不占用极长的时间，从而鉴于生产率，该情形是优选的。 而且，当温度升高速率是20°C /分钟或者更小时，晶体颗粒的生长并不快速地发生并且因此在空隙等被填充之前由于颗粒生长而引起的空隙产生并不发生，从而该情形是优选的。
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基于陶瓷材料具有高的硬度但是是脆性的并且易于破裂的性质，荧光体板的生产和操控变得困难，从而荧光体板的厚度优选地是100 μ m或者更大。而且，根据容易进行后-处理例如切割的观点和经济的观点，该厚度优选地是1，000 μ m或者更小。因此，荧光体板的厚度优选地在100到1，000 μ m的范围中。根据减少烧结体中的光散射源的观点，荧光体板的烧结密度优选地是理论密度的 99. 0%或者更大、更加优选地99. 90%或者更大并且进一步优选地99. 99%或者更大。在这方面，理论密度是从每一个构成成分的密度计算的密度，并且烧结密度是通过Archimedes 方法等测量的密度并且即使当样本是小件样本时也能够被准确地测量。例如，在具有理论密度的99.0%或者更大的烧结密度的板中，空隙占小于1.0%的剩余，但是光散射受到抑制，因为散射中心(光散射源)极少。而且，通常，因为在空气的折射率(大约1.0)和烧结体的折射率之间的差异是大的，所以当空隙是孔时，光散射变大。然而，在以上密度范围内， 即使当空隙是孔时，也能够获得呈现足够地受到抑制的光散射的荧光体板。进而，为了减少光散射损失，荧光体板优选地具有透光性。透光性根据光散射中心例如存在于荧光体板中的空隙和杂质、荧光体构成材料的晶体各向异性、荧光体板自身的厚度等而改变。荧光体板的全光透射率优选地是40%或者更大、更加优选地60%或者更大，并且进一步优选地80 %或者更大。在本发明中，在荧光体板的全光透射率低至小于40 %的情形中，向后行进的发射光被漫反射层2有效地引导到光提取方向，从而关于从荧光体发射的光，并不发生特别地大的问题。然而，关于来自LED的激发光，当全光透射率太低，S卩，漫射性是强的时，担心在其中没有形成漫反射层2的部分中激发光被后向散射，从而根据这个观点，优选的是具有40%或者更大的全光透射率。全光透射率是示出透光性的测度，并且能够被表达为漫透射率(diffuse transmittance)。通过使用如在图5中所示的积分球8测量通过荧光体板IA的光(透射光)D'的透射率而确定全光透射率。在图中，9代表检测器、10代表屏蔽板、A'代表入射光，并且C代表后向散射光。然而，因为荧光体材料具有在特定波长下的光吸收性，所以光透射率是在除了激发波长之外的可见光范围(例如，在YAG:Ce的情形中550到SOOnm)，即， 其中荧光体材料没有示出吸收性的范围中测量的。在本发明的半导体发光器件是发射通过混合来自蓝色LED的发射(蓝色发射)和利用黄色荧光体例如YAG:Ce的发射(黄色发射)而获得的白色光的器件的情形中，能够根据由波长转换层1吸收的蓝色发射的比率控制白色光的色调。具体地，例如，在荧光体材料的激发光吸收性恒定的情形中，通过波长转换层1的蓝色发射随着波长转换层1的厚度降低而增加并且获得了强烈地带蓝色的白色光。相反，通过波长转换层1的蓝色发射随着波长转换层1的厚度增加而降低并且获得强烈地微黄色的白色光。因此，在调节色调的情形中，在上述100到1，000 μ m的范围内调节荧光体板的厚度是足够的。附带说一句，通常能够利用将作为活化剂而被添加到荧光体材料的稀土成分的掺杂量而调节荧光体材料的激发光吸收性。在活化剂和吸收性之间的关系根据荧光体材料的构成成分的种类、在烧结体生产步骤的热处理温度等而改变。例如，在YAG:Ce的情形中，对于将被取代的每一个钇原子，按照原子，将被添加的Ce的量优选地从0. 01到2. 0%。因此， 通过调节荧光体板的厚度和荧光体材料的激发光吸收性而获得了具有所期色调的发射光。
在各向同性晶体材料被用作荧光体材料并且获得了完全地从其去除空隙和杂质的烧结材料的情形中，所产生的荧光体板是基本上无任何光散射的、完全透明的荧光体板。 除了由于在板的两个表面处的Fresnel (菲涅耳)反射引起的透射率降低，全光透射率在此情形中变成最大透射率(理论透射率)。例如，在具有折射率1.83 (Ii1)的YAG:Ce荧光体的情形中，当空气的折射率是1并且采取垂直入射时，在表面处的反射由以下数学表达式(1) 示出。
权利要求
1.一种半导体发光器件，包括基板，用于元件安装；布线，被设置在所述基板上；LED元件，被设置在所述基板上并且电连接到所述布线；封装树脂层，用于封装所述LED元件；和波长转换层，包含荧光体材料并且转换由所述LED元件发射的光的波长，其中所述波长转换层被设置在所述LED元件的上侧，并且在所述LED元件的侧面被漫反射树脂层围绕的状态中设置所述漫反射树脂层，并且与在所述LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，所述波长转换层的在所述LED元件面侧的面积是至少两倍大。
2.根据权利要求1的半导体发光器件，其中所述波长转换层是包括透光陶瓷的荧光体板，所述透光陶瓷包括烧结密度是99. 0%或者更大的多晶烧结体，在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40%或者更大的全光透射率，并且具有100到1，000 μ m的厚度。
3.根据权利要求1的半导体发光器件，其中所述波长转换层是荧光体片，所述荧光体片是通过将荧光体颗粒分散到粘合剂树脂中而形成的，在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40%或者更大的全光透射率，并且具有50到200 μ m的厚度。
4.根据权利要求1的半导体发光器件，其中所述漫反射树脂层是从包含透明树脂和折射率不同于所述透明树脂的无机填料的树脂组合物的固化材料形成的，并且在430nm的波长下所述漫反射树脂层的漫反射率是80%或者更大。
5.根据权利要求1的半导体发光器件，其中与在所述LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，所述波长转换层的在所述LED元件面侧的面积是至少五倍大。
6.根据权利要求1的半导体发光器件，其中与在所述LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，所述波长转换层的在所述LED元件面侧的面积是至少二十倍大。
7.根据权利要求1的半导体发光器件，其中所述波长转换层或者是由单个波长转换层构成，或者是通过层叠多个波长转换层而形成。
8.根据权利要求7的半导体发光器件，其中设置了多个LED元件并且所述波长转换层的层数小于所述LED元件的数目。
全文摘要
本发明涉及一种半导体发光器件，包括用于元件安装的基板；被设置在该基板上的布线；被设置在该基板上并且被电连接到该布线的LED元件；用于封装该LED元件的封装树脂层；和包含荧光体材料并且转换由该LED元件发射的光的波长的波长转换层，其中该波长转换层被设置在该LED元件的上侧上，并且在LED元件的侧面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层，并且与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少两倍大。
文档编号H01L33/64GK102299237SQ201110179949
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者中村年孝, 伊藤久贵, 藤井宏中 申请人:日东电工株式会社