CN102916118A - 发光装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供发光装置及其制造方法。作为课题,提供发光面积小且光的取出效率高的发光装置的制造方法。在发光元件(11)以及板状部件(14)中的任意一方或双方的表面上,以保持表面张力的量滴下未硬化树脂(13’),在保持未硬化树脂(13’)的表面张力的同时,隔着未硬化树脂(13’)将发光元件(11)与板状部件(14)重叠,由此形成具有倾斜的侧面(130)的未硬化树脂层(13’),之后,使树脂层(13)硬化。板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及利用波长变换层对来自发光元件的光进行变换的发光装置及其制造方法。
背景技术
公知有这样的发光装置:该发光装置利用荧光体将来自发光元件的光的一部分变换为不同波长的光,并与来自发光元件的光进行混合而射出。作为这样地采用荧光体含有层的发光元件的结构,如专利文献1所记载的那样,公知有将发光元件配置在杯状物内并利用含有荧光体的树脂对杯状物内进行填充的构造、以及利用含有荧光体的树脂层仅将杯状物的开口部覆盖的构造。另外,还公开了利用含有荧光体的树脂层来覆盖发光元件周围的构造。
在利用透镜或反射镜等光学系统对来自发光装置(光源)的出射光进行控制的光学装置中,为了在小型的光学系统中有效地利用光,希望采用发光面积小的发光装置(光源)。
在专利文献2中,公开了在发光元件的上表面上搭载波长变换层并用反射部件来覆盖发光元件以及波长变换层的侧面的构造。通过用反射部件覆盖发光元件以及波长变换层的侧面,能够在侧面对朝着发光元件以及波长变换层的侧面方向放射的光进行反射并从上表面射出,所以能够提高正面方向的亮度。
【专利文献1】日本特开2004-31989号公报
【专利文献2】日本特开2009-218274号公报
如专利文献1那样,将发光元件配置在杯状物或凹部等的腔内并将腔的倾斜的内壁面作为反射面来反射发光元件的出射光的构造能够提高来自上方的光的外部效率,但是,发光面成为腔的开口部。开口的大小是由腔的内壁面的倾斜度决定的,而能够将杯状物或凹部等的腔加工成期望的内壁面形状的大小存在极限,开口(发光面)的大小必然明显大于发光元件的上表面。并且,光在含有荧光体的树脂层或密封材料内穿过,从发光元件到达腔的内壁面,所以存在光发生衰减的问题。
另一方面,在专利文献2所记载的在发光元件以及波长变换层的侧面以垂直壁的方式配置反射部件的结构中,利用反射部件来反射从元件或波长变换层的侧面射出的光,由此减小了发光面,提高了正面亮度。但是,在发光元件的侧面由反射部件反射后的光返回到发光元件的内部。因为发光元件的吸收波段包含反射光的波长,所以从侧面射出的横向传播光的反射或吸收的比例变大,存在整体光束量降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供发光面积小且光的取出效率高的发光装置的制造方法。
为了实现上述目的,根据本发明,提供以下这样的发光装置。即,发光装置具有:基板;安装在基板上的发光元件;配置在发光元件上的树脂层,其以透过发光元件所发出的光的树脂为基材;以及搭载在树脂层上的板状部件。板状部件的下表面大于发光元件的上表面,树脂层形成了将发光元件的侧面下端与板状部件的侧面连接起来的倾斜面。板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
根据本发明,从发光元件侧面射出的光以不返回发光元件内部的方式由反射材料层的倾斜面进行反射,所以光的取出效率提高。并且,发光面是板状部件的上表面,所以能够实现小型化。并且,能够防止来自树脂层的渗油,所以能够抑制光学特性的劣化。
附图说明
图1是实施方式1的发光装置的截面图。
图2是实施方式1的发光装置的反射材料层15的倾斜面130的各个截面图,(a)是该倾斜面130为直线状的情况,(b)是该倾斜面130为朝向外侧凸的曲面的情况,(c)是该倾斜面130为朝向内侧凸的曲面的情况。
图3(a)~(e)是示出实施方式1的发光装置的制造工序的说明图。
图4(a)以及(b)是示出在图3(b)的工序中透明材料13’的涂布位置的变形例的截面图。
图5(a)~(c)是示出在图3(b)的工序中使发光元件11的方向朝向下时的透明材料13’的涂布位置的变形例的截面图。
图6(a)~(c)是示出实施方式2的搭载有多个发光元件的发光装置的各种形状的截面图。
图7(a)以及(b)是示出比较例的搭载有多个发光元件的发光装置的形状的截面图,(a)是填充类型,(b)是圆柱类型。
图8是示出图6(b)的实施方式与图7(a)及(b)的比较例的发光装置的上表面亮度分布的曲线图(其中,发光元件的数量为4个)。
图9(a)是实施方式3的发光装置的截面图,(b)和(c)是示意性示出从上表面观察实施方式3的发光装置时的间隔物13b的配置的说明图。
图10(a)~(c)是示出实施方式3的发光装置的制造工序的说明图。
图11(a)~(c)是示出实施方式3的发光装置的树脂层13的构造的变形例的截面图。
图12是实施方式4的发光装置的截面图。
图13(a)~(c)是示出实施方式5的搭载有多个发光元件的发光装置的各种形状的截面图。
符号说明
10…子安装基板,11…发光元件,12…凸块,13…树脂层,14…板状部件,15…反射材料层,16…外框,81…凸形状,130…倾斜面。
具体实施方式
根据本发明的第1方式,提供以下这样的发光装置。即,发光装置具有:基板;安装在基板上的发光元件;配置在发光元件上的树脂层,其以透过发光元件所发出的光的树脂为基材;以及搭载在树脂层上的板状部件。板状部件的下表面大于发光元件的上表面,树脂层形成了将发光元件的侧面下端与板状部件的侧面连接起来的倾斜面。板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
在上述第1方式的发光装置中,作为构成板状部件的、碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料,例如可采用无碱玻璃或以SiO2以及Al2O3中的至少一方为主成分的纯度99.9%以上的材料。
在上述第1方式的发光装置中,树脂层可含有粒子。在此情况下,粒子优选由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。另外,上述树脂层可含有荧光体粒子。
在第1方式的发光装置中,上述板状部件可含有荧光体。
另外,第1方式的发光装置还可以具有反射材料层,该反射材料层被配置成与树脂层以及板状部件的侧面紧密贴合。
根据本发明的第2方式,提供以下这样的发光装置。即,发光装置具有:基板;安装在基板上的发光元件;配置在发光元件上的树脂层,其以透过发光元件所发出的光的树脂为基材;以及搭载在树脂层上的板状部件。树脂层包含荧光体粒子和粒径比荧光体粒子大的间隔物粒子,所述间隔物粒子被夹在发光元件与板状部件之间,决定树脂层的厚度。间隔物粒子由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
在上述第2方式的发光装置中,作为构成板状部件的、碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料,例如可采用无碱玻璃或以SiO2以及Al2O3中的至少一方为主成分的纯度99.9%以上的材料。
在上述第2方式的发光装置中,树脂层可含有荧光体粒子。另外,板状部件可含有荧光体。
上述第2方式的发光装置还可以具有反射材料层,该反射材料层被配置为与树脂层以及板状部件的侧面紧密粘合。
另外,根据本发明的第3方式,提供以下这样的发光装置。即,发光装置具有:基板;并列安装在基板上的多个发光元件;配置在发光元件上的树脂层,其以透过发光元件所发出的光的树脂为基材;以及搭载在树脂层上的板状部件。板状部件的下表面大于多个发光元件的上表面的合计。树脂层形成了将多个发光元件的外周侧侧面下端与板状部件的侧面连接起来的倾斜面。板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
另外,根据本发明的第4方式,提供以下这样的发光装置。即,发光装置具有:基板;并列安装在基板上的多个发光元件;配置在发光元件上的树脂层,其以透过发光元件所发出的光的树脂为基材;以及板状部件,其以一体覆盖多个发光元件的方式搭载在树脂层上。树脂层包含荧光体粒子和粒径比荧光体粒子大的间隔物粒子,所述间隔物粒子被夹在发光元件与板状部件之间,决定树脂层的厚度。间隔物粒子由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
另外,根据本发明的第5方式,提供以下这样的发光装置的制造方法。即,该制造方法具有以下工序:在发光元件以及板状部件的任意一方或双方的表面上,以保持表面张力的量滴下未硬化树脂;在保持未硬化树脂的表面张力的同时,隔着未硬化树脂将发光元件与板状部件重叠,由此在发光元件与板状部件之间形成具有倾斜的侧面的未硬化树脂层,然后使树脂层硬化。板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
在第5方式的发光装置的制造方法中,树脂可含有粒子。在此情况下,粒子优选由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
以下,对本发明的一个实施方式的发光装置进行具体说明。
(实施方式1)
图1示出了实施方式1的发光装置的截面图。该发光装置在与发光元件11的侧面接近的位置处具备用于光取出的反射面(倾斜面)130。
具体地说,在上表面形成有布线的子安装基板10上,利用多个凸块12进行接合而安装了倒装类型的发光元件11。在发光元件11的上表面上搭载有对于发光元件11所发出的光透明的树脂层13,在树脂层13上搭载了具有波长变换功能的板状部件14。
在发光元件11的外侧配置有框体16,利用反射材料层15来填充发光元件11与框体16之间的空间。反射材料层15采用了非导电性且反射率高的材料。反射材料层15覆盖了发光元件11、树脂层13以及板状部件14的外周侧面。另外,反射材料层15以填入凸块12之间的方式,还填充了发光元件11的底面与基板10的上表面之间的空间。
板状部件14的主平面方向的大小比发光元件11稍大,在反射材料层15与树脂层13之间的边界处形成的倾斜面130是对发光元件11以及板状部件14的朝向侧面方向的出射光进行反射的反射面。因为反射材料层15与板状部件14的侧面相接,所以反射材料层15的开口(发光面)与板状部件14的面积相等,能够提供发光面积小的光源。
反射材料层15与树脂层13之间的边界的倾斜面130可以如图2(a)所示,形成为将发光元件11的底面与板状部件14的下表面直线连接的倾斜面,也可以如图2(b)所示,形成为朝向外侧(框体16侧)凸的曲面,还可以如图2(c)所示,形成为朝向内侧(朝向发光元件11的中心的一侧)凸的曲面。在本实施方式中,为了提高光向上表面的出射效率,优选的是图2(a)那样直线的倾斜面的情况和图2(c)的朝向内侧凸的曲面的情况。特别优选的情况是图2(c)的朝向内侧凸的曲面且其曲率为5以下。
另外,倾斜面130的发光元件11侧的一端不是必须如图2(a)~(c)那样处于与底面相同的高度,只要至少处于发光元件11的侧面即可。只要倾斜面130的发光元件11侧的一端至少比发光元件11的上表面更靠基板10侧,即可成为对来自发光元件11侧面的光进行反射的倾斜面130。另外,发光元件11优选通过倒装方式安装在基板10上。在以倒装方式进行安装时,发光面处于与发光元件底面接近的位置,所以能够最大程度地利用倾斜面130的反射。
作为子安装基板10,例如采用形成有Au等的布线图案的AlN陶瓷制基板。作为凸块12,例如采用Au凸块。
作为发光元件11,准备了射出期望波长的光的元件。例如,可采用发出蓝色光的元件。
板状部件14具有将来自发光元件11的光变换为期望波长的光的功能,例如由含有荧光体的材料构成,所述荧光体将来自发光元件11的光作为励磁光而发出期望波长的荧光。作为一例,可采用在透明树脂中分散有荧光体的层、含有荧光体成分的荧光玻璃板、或者对荧光体原料进行烧制而制作的荧光陶瓷板(例如YAG板)。具体地说,例如采用包含有如下这样的荧光体(例如YAG荧光体等)的板状部件14:该荧光体基于发出蓝色光的发光元件11的发光受到励磁而发出黄色荧光。由此,能够提供发出混合有蓝色光与黄色光的白色光的发光装置。
关于板状部件14,优选碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下,特别优选为0.1%重量百分比以下。
树脂层13采用对于由发光元件11发出的光以及由板状部件14进行变换后的光透明的材料。例如,可采用在硅树脂、环氧树脂等透明树脂中添加了粒径为0.001μm~50μm的填料后的树脂。
关于填料,优选碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下,特别优选为0.1%重量百分比以下。另外,希望填料是未表现出光催化性的材料。例如,可采用无碱玻璃填料、或者由SiO2以及Al2O3中的任意一方或它们的组合构成的填料。关于无碱玻璃,优选碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下,特别优选为0.1%重量百分比以下。SiO2以及Al2O3都优选为纯度99.9%以上。另外,填料的结晶构造可以是非晶质,不过,为了提高纯度、降低碱金属氧化物含有量,可以采用多晶或单晶的构造。
这样,作为板状部件14和树脂层13的填料,通过采用碱金属氧化物为0.2%重量百分比以下的含有量,能够防止因板状部件14和填料中含有的碱金属氧化物导致树脂层13的基材树脂(硅树脂或环氧树脂等)产生渗油。即,能够防止如下这样的渗油现象:树脂层13的基材树脂的一部分因填料中含有的碱成分而分解,从而基材树脂低分子化,由此产生了油状物质并从树脂层13渗出。由此,能够防止渗出的油在树脂层13与板状部件14之间的界面处产生凹凸、或者油蔓延至板状部件14的表面等导致光学特性劣化的现象。
作为反射材料层15,例如采用分散有氧化钛或氧化锌等反射性填料的树脂。此时,对于氧化钛或氧化锌的填料,也希望采用碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下且未表现出光催化性的构造的填料。这是为了不使反射材料层15以及树脂层13的基材树脂产生渗油。
框体16例如采用陶瓷环。
在这样构成的发光装置中,如图1所示,从发光元件11放射的光中朝向上方射出的光透过树脂层13而入射至板状部件14。朝向下方射出的光在发光元件11的底面由反射材料层15进行反射而朝向上方。
这样,以包围凸块12的方式利用反射材料层15填充了发光元件11的底面与基板10的上表面之间的空隙,由此能够用反射材料层15对朝向发光元件11的下表面侧射出的光进行反射而使其朝向上方射出。从而,能够防止光在发光元件11的底面与基板10的上表面之间反复发生反射而衰减,所以能够提高朝向上方的光的取出效率。
从发光元件11的侧面射出的光从侧面入射至树脂层13,并被反射材料层15与树脂层13之间的边界的倾斜面130反射到上方。由此,从发光元件11的侧面射出的光大多不返回发光元件11的内部,所以不会被发光元件11所吸收。另外,因为发光元件11的侧面与反射材料层15的距离短,所以基本不会受到树脂层13的吸收的影响。
这样,发光元件11的出射光直接或者经过倾斜面130的反射后入射至板状部件14。入射至板状部件14的光的一部分或全部被变换为规定波长的光,并从板状部件14的上表面射出。从板状部件14的内侧横向行进的光在侧面受到倾斜面130的反射而返回到板状部件14内,从上表面射出。
由此,本实施方式的发光装置的发光面是板状部件14的上表面(反射材料层15的开口),能够提供发光面积小的小型发光装置。另外,以较小的直径用反射材料层15形成了腔,所以从发光元件11的侧面射出的光大多不返回发光元件11的内部,而是在短距离地通过了树脂层13之后,被反射材料层15进行反射而朝向上方,所以光的取出效率提高。
另外,作为板状部件14以及树脂层13的填料,采用了碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下的物质,所以树脂层13不容易产生渗油,即使在长时间发光或大光量发光的情况下,光学特性也不容易劣化。
接着,使用图3(a)~(e)来说明本实施方式的发光装置的制造方法。首先,如图3(a)所示,用凸块12将倒装类型的发光元件11的元件电极接合于子安装基板10上表面的布线图案而进行安装。如图3(b)所示,在发光元件11的上表面涂布(滴下)硅树脂等树脂(未硬化)13’,并搭载比发光元件11的上表面稍大的板状的板状部件14。由此,如图3(c)所示,用未硬化树脂13’覆盖发光元件的至少一部分并且保持表面张力,由此形成将发光元件11的侧面与板状部件14的下表面连接起来的倾斜面130。
此时,如果树脂13’的量少,则如图2(c)所示地形成朝向发光元件11侧凸的曲面的倾斜面130,而当增加树脂13’的量时,如图2(a)、图3(c)所示地形成直线的倾斜面130,当进一步增加树脂13’的量时,如图2(b)所示地形成朝向外侧凸的曲面的倾斜面130。
利用规定的硬化处理使树脂13’硬化而形成树脂层13。此外,在之后的工序中树脂层13的形状不会发生改变的情况下,可以不进行完全硬化,而是在半硬化的条件下进行硬化。
接着,如图3(d)所示,用树脂等将框体16粘接于发光元件11外侧的基板10的上表面。如图3(e)所示,利用点胶机(dispenser)等,在发光元件11、树脂层13及板状部件14与框体16之间注入反射材料(未硬化)。此时,以在发光元件11的下部凸块12的周围也充分填充反射材料的方式进行注入。并且,在树脂层13的倾斜面130以及板状部件的侧面,以不存在间隙而紧密粘合的方式填充反射材料(未硬化)。由此,能够形成沿着树脂层13的倾斜面130的形状的反射材料层15。最后,利用规定的硬化处理使反射材料硬化而形成反射材料层15。通过以上方式制造出本实施方式的发光装置。
在本实施方式中,利用未硬化树脂的表面张力预先形成树脂层13的倾斜面130,由此,只需在树脂层13的周围以及板状部件的周围填充反射材料层15,即可形成期望形状的反射材料层15的倾斜面130,而且能够使反射材料层15与板状部件14的侧面紧密粘合。由此,不需要机械加工,即可制造出开口小且为期望形状的倾斜面(腔)。
另外,该制造方法在填充反射材料时,在发光元件11的底面与子安装基板10之间的空间内也能够填充反射材料。由此,能够防止发光元件11下部的光衰减,能够防止发光元件吸收发光元件11侧面的返回光而引起的衰减,能够提高光的取出效率。并且,因为发光面(开口)小,所以能够利用小型的光学系统以较少的损失对光进行控制。
此外,通过调整所涂布的树脂13’的量,能够改变反射材料层15的倾斜面130的形状。
此外,在上述制造方法中,在图3(b)的工序中,对发光元件11的上表面涂布了未硬化树脂13’,但本实施方式的制造方法不限于此。例如,可以如图4(a)所示,在板状部件14的下表面涂布树脂13’,或者如图4(b)所示,对发光元件11的上表面与板状部件14的下表面双方涂布树脂13’。另外,还可以如图5(a)~(c)那样构成为,使安装在子安装基板10上的发光元件11朝下,如图5(a)所示对发光元件11的下表面涂布树脂13’,或者如图5(b)所示对板状部件14的上表面涂布树脂13’,或者如图5(c)所示对发光元件11的下表面与板状部件14的上表面双方都涂布树脂13’。
此外,树脂层13的倾斜面130优选朝向发光元件11侧凸出,且曲率为5以下。
在实施方式1中,是用反射材料层15与树脂层13之间的界面的倾斜面130对光进行反射,但也可以是不配置反射材料层15的结构。在此情况下,也能够在树脂层13与空气之间的界面处对光进行反射,所以能够获得与实施方式1同样的光反射作用。
(实施方式2)
接着,作为实施方式2,对在一个子安装基板10上搭载有多个发光元件11的发光装置进行说明。图6(a)、(b)、(c)示出了实施方式2的发光装置的截面图。
利用一个板状部件14来覆盖多个发光元件11。配置了包围多个发光元件11的反射材料层15。树脂层13侧面的倾斜面130优选的是将发光元件11的底面与板状部件14的下表面直线连接的倾斜面,或者是图6(a)~(c)那样朝向发光元件11侧凸的曲面。特别优选的情况是凸的曲面且其曲率为5以下。
如图6(a)、(b)所示,树脂层13在多个发光元件11之间的区域中,表面是朝向板状部件14凸的曲面。反射材料层15被填充成沿着该曲面的凸形状81。通过使多个发光元件11之间的区域的树脂层13的表面成为朝向板状部件14凸的曲面形状,能够防止在多个发光元件11之间的区域中发生亮度不均。
反射材料层15的凸形状81的上部可以如图6(a)所示地到达板状部件14,不过,优选的是图6(b)那样未到达板状部件14的形状。
凸形状81的侧面形状与倾斜面130同样,优选朝向发光元件11侧凸,且其曲率为5以下。
另外,优选在各发光元件11的下表面与子安装基板10的上表面之间的间隙中填充反射材料层15。
其它结构与第1实施方式相同,所以省略说明。
图6(a)~(c)的发光装置的制造方法与实施方式1的图3(a)~(e)相同,不过对于图6(a)的结构而言,在各发光元件11上、或者板状部件14的与各发光元件11重叠的各个区域上的任意一方或双方上,等量地涂布树脂13’,使各发光元件11上的树脂层13的倾斜面130形成为期望的形状。其中,对于图6(b)、(c)那样从相邻的发光元件11上部的树脂层13连接到相邻的发光元件11之间的区域中的形状而言,可改变在各发光元件11上涂布的树脂13’的量,使得树脂13’的总涂布量成为规定量。
具体地说,在如图6(a)那样形成树脂13’的情况下,当隔着树脂13’将发光元件11与板状部件14重叠时,在多个发光元件11之间的区域中,树脂13’的表面与板状部件14相接,树脂13’形成了倾斜的侧面。在图6(b)的情况下,相邻的发光元件11上的树脂13’彼此间相互连接,在多个发光元件11之间的区域中,树脂13’的表面形成为朝向板状部件14凸的曲面。如图6(a)所示,在相邻的发光元件11之间可形成未被树脂13’填充的空间。之后,使树脂13’硬化。
另外,在图3(e)的填充反射材料层15的工序中,为了像图6(a)、(b)那样在多个发光元件11之间使反射材料层15凸起成凸形状81,需要预先调整未硬化的反射材料的粘度。
实施方式2的发光装置是搭载有多个发光元件11的结构,并且能够在接近于发光元件11的位置处以期望的曲面形状来形成倾斜面130,所以能够提高上表面方向的光的取出效率。另外,发光面积与板状部件14的面积相等,能够提供小型的发光装置。
此外,如图6(a)、(b)那样,通过使多个发光元件11之间的区域的树脂层13的表面成为朝向板状部件凸的曲面,能够防止在多个发光元件11之间亮度降低,防止在发光面上产生亮度不均。
具体地说,制造了图6(b)的构造的发光装置和作为比较例的图7(a)、(b)的构造的发光装置并测定了上表面的亮度分布之后,获得了图8这样的结果。需要说明的是,在图6(b)、图7(a)、(b)中,发光元件11为2个,而用于测定的发光装置是将4个发光元件排成一列的结构。
根据图8能够清楚地看出,本实施方式的图6(b)的发光装置与图7(a)、(b)的发光装置相比,多个发光元件11的间隙中的亮度降低明显更小,降低了亮度不均。
如图7(a)所示,对于未形成倾斜面130且包括底面在内用反射材料层15对发光元件11的周围进行了填充的构造而言,虽然在发光元件的中央部得到了与图6(b)的本实施方式的发光装置同样的亮度,但在发光元件11的间隙区域中亮度大幅降低。另一方面,在像图7(b)那样在与发光元件11的侧面相离的位置处形成了具有垂直端面的反射材料层15时,无论在发光元件11的中央部还是发光元件11的间隙中,亮度都较小。
这样,对于本实施方式的发光装置确认到:发光元件上方的亮度大,间隙中的亮度降低小,且亮度不均小。
在上述实施方式1及2中,说明了在板状的板状部件14中将从发光元件发出的蓝色光(短波长)变换为波长长的光(荧光)的例子,但不限于此,还可以采用含有多层构造或多个波长变换材料的结构,以便在板状部件14中能够变换为多种波长。
另外,板状部件14可以不以波长变换为目的,而成为对于发光元件的波长透明或者半透明的光学层。此外,不仅可以是板状部件14的正反面平坦的情况,还可以加工成光取出的构造或者作为光学透镜的构造。
在实施方式2的结构中,还可以是不配置反射材料层15的结构。此时,也能够在树脂层13与空气之间的界面处对光进行反射,所以能够获得与实施方式2同样的光反射作用。
(实施方式3)
图9(a)示出了实施方式3的发光装置的截面图,图9(b)及(c)示出俯视图。如图9(a)所示,在上表面形成有布线的子安装基板10上,利用多个凸块12进行接合而安装了倒装类型的发光元件11。在发光元件11的上表面搭载有具有波长变换功能的树脂层13,在树脂层13上搭载有透明的板状部件14。
在树脂层13的基材中,高浓度地分散有荧光体粒子13a,而且分散有间隔物13b。作为基材,采用了对于发光元件11所发出的光以及荧光体粒子13a所发出的荧光透明的材料,所述荧光体粒子13a基于发光元件11所发出的光而受到励磁。关于基材,与实施方式1同样地采用透明树脂。例如可采用硅树脂、环氧树脂等透明树脂。如果比间隔物13b的粒径小,则还可以使填料或色素分散于基材中。
树脂层13中含有的间隔物13b被夹在发光元件11与板状部件14之间,由此来决定发光元件11的上表面与板状部件14之间的间隔,从而规定(决定)树脂层13的层厚。间隔物13b可以是根据所要形成的树脂层13的层厚而具有期望粒径的粒子状物质,其形状可以为多面体也可以为球状。例如,可以适当地采用10μm以上100μm以下的粒径的间隔物13b。关于这样的粒径的间隔物13b,其粒径比发光元件11发出的可见光的波长大1个数量级以上,所以基本不会产生使光散射的作用。
间隔物13b的上部以及下部可以分别与板状部件14以及发光元件11直接相接,或者,可以在间隔物13b与板状部件之间、以及间隔物13b与发光元件11的上表面之间,夹有构成树脂层13的基材。这是因为,由于硬化前的基材的粘度以及间隔物13b的表面对基材的润湿性,使得间隔物13b的周围产生与基材的亲和性,从而基材进入到间隔物13b与板状部件之间。但是,对于所有间隔物13b而言,是在相同的条件下产生与基材的亲和性,所以,间隔物13b发挥规定树脂层13的厚度的作用的情况不会改变。
间隔物13b的材质只要是能够高精度地实现规定的粒径的材质即可,既可以是玻璃等无机材料,也可以是树脂等有机材料。优选的是,间隔物13b对于发光元件11发出的光以及荧光体的荧光是半透明或透明的,更优选的是采用透明的材质。
关于树脂层13中含有的间隔物13b以及填料,优选碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下,特别优选为0.1%重量百分比以下。并且,优选的是未表现出光催化性的材料。例如,采用由无碱玻璃构成的间隔物13b和填料、或者由SiO2和Al2O3中的任意一方或它们的组合构成的间隔物和填料。关于无碱玻璃,优选碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下,特别优选为0.1%重量百分比以下。SiO2以及Al2O3都优选为纯度99.9%以上。另外,间隔物13b和填料的结晶构造可以是非晶质,不过,为了提高纯度、降低碱金属氧化物含有量,可采用多晶或单晶的构造。
另外,还可以将荧光体分散于间隔物13b的内部。分散的荧光体可采用与荧光体粒子13a同样的粒子。
如图9(c)所示,优选在发光元件11的上表面最低配置3个间隔物13b,以便将板状透明部件14支撑为与发光元件11的上表面平行。特别优选的是,如图9(b)的黑圆所示,在发光元件11的四角均配置1个间隔物13b。
因为间隔物13b的粒径大,所以不会产生因粒子间的引力斥力而改变相互位置的作用,能够维持着混合到基材以及荧光体粒子13a中的时刻的分散状态展开在发光元件11上。由此,为了像图9(b)的黑圆那样在发光元件11上表面的四角附近各配置1个间隔物13b,如图9(b)那样将发光元件11的上表面假想地纵横分割为正方形区域,按照根据相邻的正方形区域的中心彼此间的距离来分散间隔物13b的密度的量,在基材以及荧光体粒子13a中添加、混合间隔物13b,从而分散于基材以及荧光体粒子13a中。当通过涂布或印刷的方式在发光元件11的上表面扩散该混合物时,根据概率,能够在假想的正方形区域中各配置1个间隔物13b,所以,能够以较高的概率在发光元件11上表面的四角的正方形区域内分别配置间隔物13b。
荧光体粒子13a采用粒径比间隔物13b小的粒子。具体地说,只要比间隔物13b的粒径略小即可,但优选比其小10%以上。作为荧光体粒子13a,采用因发光元件11发出的光受到励磁而发出期望波长的荧光的荧光体。例如,在构成发出白色光的发光装置的情况下,可采用发出蓝色光的发光元件11,采用以蓝色光为励磁光而发出黄色荧光的荧光体(例如,YAG荧光体)。
板状部件14只要是如下这样的部件即可:其具备平坦的下表面,且该下表面由间隔物13b进行支撑,由此能够与发光元件11的上表面之间形成厚度固定的树脂层13。板状部件14的平坦的下表面只要宏观上平坦即可,微观上可以形成有用于进行光的扩散/配光等的微细凹凸。在形成凹凸的情况下,为了不对间隔物13b和荧光体粒子的作用带来影响,优选凹凸的尺寸为5μm以下。另外,还可以在板状部件14的上表面侧设置光的扩散/配光用的凹凸。
另外,关于板状部件14,优选碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下,特别优选为0.1%重量百分比以下。另外,板状部件14优选采用未表现出光催化性的部件。
因为板状部件14的上表面为光取出面,所以为了提高光的取出效率,可以实施表面处理进行加工。另外,板状部件14的上表面不是必须为平面,也可以加工成以散射、聚光、配光为目的的形状,例如凹凸形状或透镜形状。
这里,板状部件14采用了对于发光元件11所发出的光以及荧光体粒子13a所发出的荧光透明的部件,不过也可以是具有期望光学特性的部件。例如,也可以采用使规定波长截止的板状滤光器作为板状部件14。另外,还可以采用含有将来自发光元件11的光变换为期望波长的光的荧光体成分的荧光玻璃板、或者对荧光体原料进行烧制而制作的荧光陶瓷板(例如YAG板)。
作为子安装基板10,例如采用形成有Au等的布线图案的AlN陶瓷制基板。作为凸块12,例如采用Au凸块。
在本实施方式中,通过配置间隔物13b,能够使树脂层13变薄,且能够高精度地形成为规定的层厚,所以能够使得树脂层13的基材中含有的荧光体粒子13a的浓度成为变换效率大幅提高的高浓度。例如,可以使树脂层13的基材中含有的荧光体粒子13a的浓度成为13%重量百分比~90%重量百分比,使树脂层13的层厚成为200μm~30μm,使膜厚的偏差成为10%以下。荧光体粒子13a的浓度只要为13%重量百分比以上即可,而优选为30%重量百分比以上,更优选为50%重量百分比以上。
这样,作为板状部件14、树脂层13的间隔物13b和填料,采用碱金属氧化物为0.2%重量百分比以下的含有量,由此,能够防止因板状部件14和填料中含有的碱金属氧化物而导致树脂层13的基材树脂(硅树脂或环氧树脂等)发生渗油。即,能够防止如下这样的渗油:树脂层13的基材树脂的一部分因填料中含有的碱成分而分解,从而基材树脂低分子化,由此产生的油状物质从树脂层13渗出。由此,能够防止渗出的油在树脂层13与板状部件14之间的界面上产生凹凸、或者油蔓延到板状部件14的表面等使光学特性劣化的现象。
接着,使用图10(a)~(c)来说明本实施方式的发光装置的制造方法。首先,如图10(a)所示,用凸块12将倒装类型的发光元件11的元件电极接合于子安装基板10的上表面的布线图案而进行安装。准备树脂层13的未硬化基材,按照预定的浓度添加荧光体粒子13a以及间隔物13b并充分地进行混合,由此使它们在基材中均匀地分散,获得未硬化的浆料13’。如图10(b)所示,在发光元件11的上表面涂布(或滴下)规定量的该浆料13’,并搭载比发光元件11的上表面稍大的板状部件14。利用板状部件14的自重或者根据需要,对板状部件14的上表面施加载荷,利用浆料13’中的间隔物13b将板状部件14支撑于发光元件11的上表面,用间隔物13b来规定发光元件11的上表面与板状部件14之间的间隔。
由此,如图10(c)所示,未硬化的浆料13’形成了以下层厚的浆料13’的层:所述层厚与间隔物13b的粒径相当,或者与对粒径加上了覆盖间隔物13b周围的基材层的厚度后的厚度相当。此时,浆料13’覆盖发光元件11的侧面的至少一部分并且保持表面张力,由此形成将发光元件11的侧面与板状部件14的下表面连接起来的倾斜面130。
利用规定的硬化处理使浆料13’硬化而形成树脂层13。由此,完成图9(a)的发光装置。此外,如果在之后的工序中树脂层13的形状不会发生改变,则可以不进行完全硬化,而在半硬化的条件下进行硬化。
对这样构成的发光装置的各个部分的作用进行说明。从发光元件11向上方放射的光入射至树脂层13,其一部分被荧光体变换为规定波长的光,并与未被荧光体进行变换的光混合后从板状部件14的上表面射出。从发光元件11的侧面射出的光入射至树脂层13,其一部分被荧光体变换为规定波长的光,并从波长变换层的倾斜面130射出到外部,或者被倾斜面130反射到上方而从板状部件14的上表面射出。
关于树脂层13,由于能够增大荧光体粒子13a的浓度,所以能够大幅提高变换效率。此时,树脂层13的层厚被间隔物13b高精度地规定为与荧光体粒子13a的浓度相应的厚度,所以厚度均匀,而且产品之间的偏差小。由此,能够提供同一产品内的颜色不均少而且产品之间的颜色偏差小的发光装置。
此外,在上述实施方式中,说明了树脂层13的侧面利用表面张力而构成倾斜面130的例子,但本发明不限于此形状。例如,倾斜面130可以是图11(a)那样朝向内侧(朝向发光元件11中心的一侧)凸的曲面,也可以是图11(b)那样朝向外侧凸的曲面。另外,也可以如图11(c)那样不形成由表面张力实现的倾斜面,而是使树脂层13到达子安装基板10的上表面。
树脂层13的侧面的形状可根据制造时的图10(b)的工序中涂布(或滴下)的浆料13’的量来进行控制。当浆料13’的量少时,如图11(a)那样形成朝向内侧凸的曲面的倾斜面130,当增加浆料13’的量时,如图9(a)那样成为直线状的倾斜面130,当进一步增加时,如图11(b)那样形成朝向外侧凸的曲面的倾斜面130。当浆料13’的量增加至不产生表面张力的程度时,如图11(c)所示,树脂层13到达子安装基板10的上表面。
(实施方式4)
图12示出了实施方式4的发光装置的截面图。该发光装置的结构是:用反射材料层15填充实施方式3的图11的发光装置的发光元件11的下表面的空隙,以便进一步提高光的取出效率。而且,反射材料层15还覆盖了发光元件11、树脂层13以及板状部件14的侧面。
具体地说,在发光元件11的外侧配置有框体16,用反射材料层15填充了发光元件11与框体16之间的空间。反射材料层15采用非导电性且反射率高的材料。反射材料层15覆盖了发光元件11、树脂层13以及板状部件14的外周侧面。反射材料层15还以填入凸块12之间的方式,填充了发光元件11的底面与基板10的上表面之间的空间。
作为反射材料层15,例如采用分散有氧化钛或氧化锌等反射性填料的树脂。此时,对于氧化钛或氧化锌的填料,也希望采用碱金属氧化物的含有量为0.2%重量百分比以下且未表现出光催化性的构造的填料。这是为了不使树脂产生渗油。
框体16例如采用陶瓷环。
在这样构成的发光装置中,如图12所示,从发光元件11放射的光中从上方射出的光与实施方式3同样地入射到树脂层13,进行波长变换后从板状部件14向上方射出。
朝向发光元件11的下表面侧射出的光被填充了发光元件11的底面与基板10的上表面之间的空隙的反射材料层15向上方进行反射。由此,能够防止光在发光元件11的底面与基板10的上表面之间反复发生反射而衰减,所以能够提高朝向上方的光取出效率。
从发光元件11的侧面射出的光从侧面入射至树脂层13,其一部分进行波长变换后,被反射材料层15与树脂层13之间的边界的倾斜面130反射至上方。由此,从发光元件11的侧面射出的光大多不返回发光元件11的内部而是朝向上方,所以不会被发光元件11所吸收。从而,能够从上方高效地取出横向传播光,所以能够提高光的取出效率。
另外,因为反射材料层15与板状部件14的侧面相接,所以反射材料层15的开口(发光面)与板状部件14的面积相等,能够提供发光面积小的光源。
图12示出了反射材料层15与树脂层13之间的边界的倾斜面130是朝向内侧凸的曲面的例子,但不限于此形状,可以是图9(a)那样的直线的倾斜面,或者是图11(b)那样朝向外侧(框体16侧)凸的曲面。特别优选的是图12那样倾斜面130是朝向内侧凸的曲面且其曲率为5以下的情况。
另外,倾斜面130的下端不是必须像图12、图9(a)、图11(b)那样处于与发光元件11的底面相同的高度,只要至少处于发光元件11的侧面即可。只要倾斜面130的上端至少比发光元件11的上表面更靠基板10侧,即可成为对来自发光元件11侧面的光进行反射的倾斜面130。另外,发光元件11优选以倒装的方式安装在基板10上。这是因为,在倒装安装的情况下,发光面处于与发光元件的底面接近的位置,所以能够最大程度地利用倾斜面130的反射。
此外,实施方式4的发光装置的制造方法与实施方式3相同。
(实施方式5)
在实施方式5中,对将多个发光元件11搭载在一个子安装基板10上的发光装置进行说明。图13(a)、(b)、(c)示出了实施方式5的发光装置的截面图。
以用一个板状部件14覆盖全体多个发光元件11的方式进行了安装。多个发光元件11与板状部件14之间的间隔由夹在它们之间的间隔物13b来规定。在发光元件11与板状部件14之间形成有薄的树脂层13。
有时,由于在子安装基板10上安装多个发光元件11时的误差等,致使多个发光元件11的上表面高度不同。在此情况下,在全体多个发光元件11上安装1个板状部件14时,板状部件14被上表面最高的发光元件11上的间隔物13b所支撑,上表面比其低的发光元件11上的间隔物13b对树脂层13的层厚确定没有贡献,有时成为在间隔物13b与板状部件14之间夹有厚的基材层或荧光体粒子13a的构造,这样也是可以的。这是因为,在这样的情况下,虽然仅上表面最高的发光元件11上的间隔物13b作为间隔物发挥功能,上表面低的发光元件11的间隔物13b不作为间隔物发挥功能,不过,只要处于发光元件11的高度偏差的容许误差范围内,就能够使树脂层13的层厚偏差收敛于规定的范围内。
树脂层13外周的倾斜面130优选的是图13(a)~(c)那样朝向内侧凸的曲面,或者是图9(a)那样将发光元件11的底面与板状部件14的下表面直线连接的倾斜面。另外,还可以是图11(b)那样朝向外侧凸的曲面。
优选如图13(a)、(b)那样使得多个发光元件11之间的树脂层13的侧面也形成倾斜面130。多个发光元件11之间的树脂层13的倾斜面优选的是图13(b)那样未到达板状部件14的形状。而即使如图13(a)那样到达了板状部件14,也是可以的。
图13(a)~(c)的发光装置的制造方法与实施方式3的图10(a)~(c)相同,不过,对于图13(a)的结构而言,在各发光元件11上或者板状部件14的与各发光元件11重叠的各个区域上的任意一方或双方上,等量地涂布浆料13’,使得各发光元件11上的树脂层13的倾斜面130形成为期望的形状。但是,在像图13(b)、(c)那样连接了相邻的发光元件11上部的树脂层13的情况下,可以改变在各发光元件11上涂布的浆料13’的量,使得浆料13’的总涂布量成为规定量。
实施方式5的发光装置是搭载有多个发光元件11的结构,并且能够提高上表面方向的光取出效率。此外,通过如图13(a)、(b)所示地在多个发光元件11之间的区域中形成倾斜面130,能够在多个发光元件11之间的区域使光向上方反射,所以能够防止多个发光元件11之间的亮度降低,防止在发光面上产生亮度不均。
此外,还可以在实施方式5的图13(a)、(b)、(c)的结构的外侧,如图12那样配置反射材料层15。在此情况下,在图13(a)、(b)的结构中希望填充为反射材料层15还与多个发光元件11之间的区域的倾斜面130相接。
【实施例】
<实施例1>
作为实施例1,制造了图12的构造的发光装置。准备了子安装基板10,在该子安装基板10上安装有边长为lmm的正方形的厚度100μm的倒装类型的发光元件11。在硅树脂中,作为荧光体粒子13a,以60%重量百分比添加了粒径为15μm的YAG荧光体,并且作为间隔物13b,以5%重量百分比添加了石英玻璃(宇部日東化成(株式会社)制造,SiO2的纯度为99.9%)的球形珠(平均粒径为40±4μm,CV值为±3.5%),进行充分混合而均匀地进行分散,得到了浆料13’。
在发光元件11的上表面,作为浆料13’,涂布了约7.0×10-4ml的浆料13’。在其上方安装了厚度为0.1mm、边长为1.2mm的正方形的无碱玻璃(OA-10G,日本電気硝子(株式会社)制造,碱金属氧化物含有量为0.1%重量百分比以下)的板状部件14。利用板状部件14的自重,使得浆料13’扩散到发光元件11上表面与板玻璃之间的空间内,板状部件14成为被玻璃珠(间隔物13a)支撑于发光元件11的状态。由此,形成了高浓度地含有荧光体粒子13a的浆料13’(未硬化树脂层13)的薄层。该层的膜厚是由之间夹着间隔物13b的板状部件14与发光元件11的间隔规定的。
为了使树脂层13的硅树脂硬化,以150℃加热了4个小时。然后,将分散有TiO2填料的硅树脂作为反射材料填充到环状框体16内,以150℃加热4个小时进行硬化,形成了反射材料层15。由此,制造出图12的形状的发光装置。
<实施例2>
作为实施例2,将间隔物13b变更为钛钡系玻璃(GS40S,日本電気硝子(株式会社),碱金属氧化物含有量小于0.2%重量百分比,包含TiO2、ZnO、BaO、ZrO2、CaO以及SiO2)的球形珠(中心粒径为41±2μm,粒径偏差为±3μm),将板状部件14的材质变更为无碱玻璃(AF45、シヨツト日本(株式会社)制造,碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下),其它条件与实施例1相同,制造出发光装置。
<实施例3>
作为实施例3,将间隔物13b变更为钛钡系玻璃(GS40S,日本電気硝子(株式会社),碱金属氧化物含有量小于0.2%重量百分比,包含TiO2、ZnO、BaO、ZrO2、CaO以及SiO2)的球形珠(中心粒径为41±2μm,粒径偏差为±3μm),其它条件与实施例1相同,制造出发光装置。
<比较例1>
作为比较例1,将间隔物13b变更为钛钡系玻璃(GS40S,日本電気硝子(株式会社),碱金属氧化物含有量小于0.2%重量百分比,包含TiO2、ZnO、BaO、ZrO2、CaO以及SiO2)的球形珠(中心粒径为41±2μm,粒径偏差为±3μm),将板状部件14的材质变更为低碱玻璃(D263,シヨツト日本(株式会社)制造,碱金属氧化物含有量大于0.2%重量百分比,Na2O的溶出量约为20μg/g),其它条件与实施例1相同,制造出比较例1的发光装置。
<评价>
将实施例1、2和3以及比较例1的发光装置置于130℃的恒温环境中,对发光元件提供电流使其点亮,形成发光元件的结温约为180℃的环境,目视确认100小时后有无发生渗油。
其结果,实施例1、2以及3的发光装置的渗油产生量少于比较例1的发光装置。其原因是,比较例1将碱金属氧化物含有量大于0.2%重量百分比的低碱玻璃用作板状部件14,所以导致树脂层13的硅树脂发生水解,从而硅氧烷键被切断而低分子化,作为油溶出。
另外,实施例1的发光装置的渗油产生量比实施例2、3的发光装置少。另外,实施例2的发光装置与实施例3的发光装置的渗油产生量等同。其原因是,在实施例2、3中,将钛钡系玻璃用作间隔物13b,所以,间隔物13b包含TiO2、BaO、ZrO2、ZnO、CaO、SiO2,由于TiO2和ZnO的光催化效应,使得树脂层13的硅树脂低分子化,作为油溶出,与此相对,在实施例1中,采用了石英间隔物13b,所以未发生硅树脂的溶出。
Claims (11)
1.一种发光装置,其特征在于,
该发光装置具备:基板;安装在该基板上的发光元件;配置在所述发光元件上的树脂层,其以透过所述发光元件发出的光的树脂为基材;以及搭载在所述树脂层上的板状部件,
所述板状部件的下表面大于所述发光元件的上表面,
所述树脂层形成将所述发光元件的侧面下端与所述板状部件的侧面连接起来的倾斜面,
所述板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
2.根据权利要求1所述的发光装置,其特征在于,
所述树脂层含有粒子,所述粒子由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
3.一种发光装置,其特征在于,
该发光装置具备:基板;安装在该基板上的发光元件;配置在所述发光元件上的树脂层,其以透过所述发光元件发出的光的树脂为基材;以及搭载在所述树脂层上的板状部件,
所述树脂层包含荧光体粒子和粒径比所述荧光体粒子大的间隔物粒子,所述间隔物粒子被夹在所述发光元件与所述板状部件之间,决定所述树脂层的厚度,
所述间隔物粒子由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
4.根据权利要求1~3中任意1项所述的发光装置,其特征在于,
所述碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料是无碱玻璃,或者是以SiO2以及Al2O3中的至少一方为主成分的纯度99.9%以上的材料。
5.根据权利要求1或2所述的发光装置,其特征在于,
所述树脂层含有荧光体粒子。
6.根据权利要求1~5中任意1项所述的发光装置,其特征在于,
所述板状部件含有荧光体。
7.根据权利要求1~6中任意1项所述的发光装置,其特征在于,
该发光装置还具有反射材料层,该反射材料层被配置成与所述树脂层以及所述板状部件的侧面紧密贴合。
8.一种发光装置,其特征在于,
该发光装置具备:基板;并列安装在该基板上的多个发光元件;配置在所述发光元件上的树脂层,其以透过所述发光元件发出的光的树脂为基材;以及搭载在所述树脂层上的板状部件,
所述板状部件的下表面大于所述多个发光元件的上表面的合计,
所述树脂层形成将所述多个发光元件的外周侧侧面的下端与所述板状部件的侧面连接起来的倾斜面,
所述板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
9.一种发光装置,其特征在于,
该发光装置具备:基板;并列安装在该基板上的多个发光元件;配置在所述发光元件上的树脂层,其以透过所述发光元件发出的光的树脂为基材;以及板状部件,其以一体覆盖所述多个发光元件的方式搭载在所述树脂层上,
所述树脂层包含荧光体粒子和粒径比所述荧光体粒子大的间隔物粒子,该间隔物粒子被夹在所述发光元件与所述板状部件之间,决定所述树脂层的厚度,
所述间隔物粒子由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
10.一种发光装置的制造方法,其特征在于,该制造方法具有以下工序:
在发光元件以及板状部件中的任意一方或双方的表面上,以保持表面张力的量滴下未硬化树脂;以及
在保持所述未硬化树脂的表面张力的同时,隔着所述未硬化树脂将发光元件与板状部件重叠,由此在所述发光元件与所述板状部件之间形成具有倾斜的侧面的未硬化树脂层,然后使所述树脂层硬化,
所述板状部件由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
11.根据权利要求10所述的发光装置的制造方法,其特征在于,
所述树脂含有粒子,所述粒子由碱金属氧化物含有量为0.2%重量百分比以下的材料构成。
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