DE102006000476A1

DE102006000476A1 - Lichtemissionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006000476A1
Application number: DE102006000476A
Authority: DE
Inventors: Toshimasa Hayashi; Takumi Narita; Hiroaki Kawaguchi; Peter Pachler; Christian Hochfilzer; Stefan Tasch
Original assignee: Tridonic Optoelectronics GmbH; Lexedis Lighting GmbH; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH; Lexedis Lighting GmbH; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2007-05-24
Also published as: US20070075306A1; JP2007116138A

Abstract

Eine Lichtemissionsvorrichtung umfasst ein Emissionselement und einen Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist. Der Elementanbringungsabschnitt ist aus Aluminiumnitrid ausgebildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Lichtemissionsvorrichtung unter Verwendung eines LED-Elementes (Lichtemissionsdiode) als Lichtquelle, und insbesondere eine Lichtemissionsvorrichtung, die mit einem höheren Freiheitsgrad entsprechend den Kundenwünschen oder dergleichen entworfen werden kann, und die zu einer größeren Lichtausgabe und höheren Helligkeit befähigt ist.

Stand der Technik

Lichtemissionsvorrichtungen unter Verwendung eines LED-Elementes als Lichtquelle sind im Stand der Technik bekannt. Da die LED-Elemente durch einen Halbleiterherstellungsvorgang hergestellt werden, weisen sie eine ausgezeichnete Massenproduktivität auf. Ferner sind sie wartungsfrei und enthalten kein Quecksilber oder andere Schadstoffe. Daher wächst die Nachfrage nach ihnen bei Mobiltelefonen und anderen tragbaren Anwendungen, die einer starken Größenreduktion unterworfen sind.

Da in jüngster Zeit LED-Elemente mit hoher Lichtausgabe entwickelt wurden, erwartet man ihre Anwendung auf Fahrzeugbeleuchtungs- und andere Beleuchtungssysteme. Insbesondere wird eine weißes Licht abstrahlende Lichtemissionsvorrichtung weithin als eine die Leuchtstofflampe ersetzende Lichtquelle vorgeschlagen.

Für ein LED-Element mit erhöhter Helligkeit und größerer Ausgabe ist bekannt, dass das LED-Element mit einer großen Chipfläche (beispielsweise mit einer Größe von 1 mm²) versehen und durch einen hohen Strom angesteuert wird. Da jedoch die der Stromzufuhr entsprechend erzeugte Wärme ansteigt, kann die Emissionseffizienz des LED-Elements geringer sein. Ferner kann die Wärme die Lichtalterung eines Versiegelungsharzes wie etwa eines Epoxydharzes oder Silikonharzes zum Versiegeln des LED-Elementes fördern, und die Lichtausgabe kann verringert sein.

Zur Lösung dieser Probleme wurde eine neue Lichtemissionsvorrichtung vorgeschlagen, bei der ein LED-Gehäuse als Gehäuse zum Versiegeln eines LED-Elementes auf einer Wärmesenke angebracht ist, die aus dem ausgezeichnet Wärme leitenden Kupfer ausgebildet ist, so dass die von dem LED-Element erzeugte Wärme auf kürzestem Wege durch ihr Gehäusesubstrat abgestrahlt werden kann (vgl. beispielsweise Satoshi Okubo: „LED surpassing fluorescent lamp", Nikkei Electronics, Nikkei BP, 25. April 2005, Nr. 898, S. 87).

Die durch Satoshi Okubo offenbarte Lichtemissionsvorrichtung umfasst die aus Kupfer ausgebildete Wärmesenke, das auf der Wärmesenke befestigte Gehäuse, und eine die Peripherie des Gehäuses abdeckende Harzgussform, und das LED-Element in dem Gehäuse ist durch einen Harz mit darin dispergierten Leuchtstoffen versiegelt, und die von dem LED-Element erzeugte Wärme wird zu dem Aluminiumsubstrat abgestrahlt, auf dem die Lichtemissionsvorrichtung befestigt ist.

Die durch Satoshi Okubo offenbarte Lichtemissionsvorrichtung kann jedoch nicht mit höheren Freiheitsgraden entsprechend der Kundennachfrage und dergleichen entworfen werden. Zum Anbieten einer Lichtemissionsvorrichtung mit hoher Ausgabe, die selbst bei hoher thermischer Belastung eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, ist es nämlich erforderlich, die gesamte Vorrichtung in Anbetracht ihrer Herstellungskosten und Lebensdauer mit einer ausgezeichneten Ausgewogenheit zu entwerten. Es ist beispielsweise schwierig, sie so zu entwerten, dass sie ohne Änderung des Entwurfs verschiedenen Anforderungen gerecht wird, wie beispielsweise der Installationsumgebung der Lichtemissionsvorrichtung, der Emissionsfarbe, der Lichtausgabe, der Lichtverteilungseigenschaften usw..

Darstellung der Erfindung

Technische Aufgabe

Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lichtemissionsvorrichtung bereitzustellen, die mit höheren Freiheitsgraden entsprechend der Kundennachfrage oder dergleichen entworfen werden kann, und die eine größere Lichtausgabe und eine höhere Helligkeit bieten kann.

Technische Lösung

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Lichtemissionsvorrichtung: ein Emissionselement; und ein Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist, wobei der Elementanbringungsabschnitt Aluminiumnitrid umfasst.

Gemäß der ersten Ausgestaltung kann von dem Lichtemissionselement erzeugte Wärme durch den Elementanbringungsabschnitt mit hoher Wärmeleitfähigkeit effizient nach außen abgestrahlt werden, um eine kontinuierliche Betriebsweise mit hohem Stromfluss des Lichtemissionselementes zu ermöglichen.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Lichtemissionsvorrichtung: ein Emissionselement; einen Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; und ein Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, sowie einen Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu der Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist.

Bei der zweiten Ausgestaltung kann der Energiezufuhrpfad von dem Wärmeabstrahlungspfad getrennt werden, während das Fixieren des Elementanbringungsabschnitts zum Gehäuse und der externen elektrischen Verbindung erleichtert ist. Somit kann von dem Lichtemissionselement erzeugte Wärme durch den Elementanbringungsabschnitt mit hoher Wärmeleitfähigkeit effizient nach außen abgestrahlt werden, um einen kontinuierlichen Betrieb mit hohem Strom des Lichtemissionselementes zu ermöglichen.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Lichtemissionsvorrichtung: ein Emissionselement; einen Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; ein Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, und einem Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu einer Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist; und einen optischen Formabschnitt, der an dem Gehäuse derart angebracht ist, dass von dem Lichtemissionselement emittiertes Licht in einer Richtung gemäß der optischen Form des optischen Formabschnitts abgestrahlt wird.

Bei der dritten Ausgestaltung kann zusätzlich zu den Wirkungen gemäß der zweiten Ausgestaltung von dem Lichtemissionselement emittiertes Licht in einem gewünschten Abstrahlungsbereich abgestrahlt werden, um die Freiheit der Lichtverteilung zu erweitern.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Lichtemissionsvorrichtung: ein Emissionselement; einen Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; ein Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, und einem Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu der Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist; einen Wellenlängenwandler, der zum Umwandeln einer von dem Lichtemissionselement emittierten Lichtwellenlänge und zum Erzeugen des Wellenlängen-umgewandelten Lichts betriebsfähig eingerichtet ist; und einen optischen Formabschnitt, der derart an dem Gehäuse angebracht ist, das von dem Lichtemissionselement emittiertes Licht in eine Richtung gemäß der optischen Form des optischen Formabschnitts abgestrahlt wird.

Bei der vierten Ausgestaltung kann zusätzlich zu den Wirkungen gemäß der dritten Ausgestaltung von dem Lichtemissionselement emittiertes Licht in eine gewünschte Emissionsfarbe Wellenlängen-umgewandelt werden, um die Auswahl der Emissionsfarbe gemäß der Verwendung der Lichtemissionsvorrichtung zu ermöglichen.

Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Lichtemissionsvorrichtung: ein Emissionselement; einen Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; ein Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, und einem Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu einer Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist; und einen optischen Formabschnitt, der zum Umwandeln einer von dem Lichtemissionselement emittierten Lichtwellenlänge und zum Abstrahlen des Wellenlängen-umgewandelten Lichts in einer Richtung gemäß der optischen Form des optischen Formabschnitts betriebsfähig eingerichtet ist.

Bei der fünften Ausgestaltung kann zusätzlich zu den Wirkungen der vierten Ausgestaltung von dem Lichtemissionselement emittiertes Licht in eine gewünschte Emissionsfarbe durch Bereitstellen des optischen Formabschnitts mit der Wellenlängenwandlerfunktion Wellenlängen-umgewandelt werden, während die Struktur der Lichtemissionsvorrichtung vereinfacht wird.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Erfindungsgemäß ist die Lichtemissionsvorrichtung für einen Entwurf mit höheren Freiheitsgraden gemäß der Kundennachfrage oder dergleichen befähigt, und wird einer höheren Lichtausgabe und einer höheren Helligkeit gerecht.

Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Schnittansicht eines LED-Elementes nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
3A eine Draufsicht der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
3B eine teilweise weg geschnittene vergrößerte Draufsicht eines LED-Elementanbringungsabschnitts aus 3A;
4 eine Schnittansicht einer ersten Abwandlung der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 eine Schnittansicht einer zweiten Abwandlung der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 eine Schnittansicht einer zweiten Abwandlung der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
13 eine Schnittansicht einer Abwandlung der Lichtemissionsvorrichtung nach dem siebten Ausführungsbeispiel;
14 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
15 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem neunten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
16 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
17 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem elften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
18 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem zwölften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
19 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem dreizehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
20 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem vierzehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
21 eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach einem fünfzehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 umfasst: ein LED-Element 2 nach Flip-Chip-Bauart aus einem Gruppe III-Element/Nitrid-basierten Verbindungshalbleiter; einem Elementanbringungssubstrat 3 als einem Elementanbringungsabschnitt zum Anbringen des LED-Elementes 2 darauf; einem Gehäuse 4 als Hauptkörper der Lichtemissionsvorrichtung 1; einem transparenten Elementversiegelungsabschnitt 5 zum Versiegeln des in einer Öffnung 4A des Gehäuses 4 angeordneten LED-Elementes 2; und einem Optikformabschnitt 7 (optischer Formabschnitt) zum Abstrahlen von aus der Öffnung 4A heraustretendem Licht in eine von der Form einer Optikformoberfläche 70 abhängigen Richtung. Der Boden des Elementanbringungssubstrates 3 ist so angebracht, dass die Oberfläche des Anbringungssubstrates 8 mit hoher Wärmeleitfähigkeit kontaktiert wird.
Das Elementanbringungssubstrat 3 ist aus Aluminiumnitrid (AIN) mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet, und umfasst ein Leiterbahnmuster 30 aus einem leitenden Material, das auf der Oberfläche zum Anbringen des LED-Elementes 2 ausgebildet ist. Das LED-Element 2 ist auf dem Leiterbahnmuster 30 durch Goldkontaktelemente 9 angebracht.
Das Gehäuse 4 ist aus Al₂O₃ ausgebildet, und weist die im Zentrum bereitgestellte Öffnung 4A auf, die von der Oberfläche zum Boden durchdringt. Die innere Wand der Öffnung 4A ist so geneigt, dass der Innendurchmesser vom Boden zur Lichtausgaberichtung erweitert werden kann, und ist mit einer Lichtreflexionsoberfläche 40 mit einer auf halbem Weg angeordneten Stufe 43 zum Reflektieren von durch das LED-Element 2 emittiertem Licht zur Lichtausgabeseite versehen. Ein Kragen 41 ist auf der Peripherie des Gehäuses 4 zum Positionieren des nachstehend beschriebenen Optikformabschnitts ausgebildet. Auf der Anbringungsoberfläche des Gehäuses 4 ist eine Leiterbahnschicht 42 aus Gold bereitgestellt, die mit dem Leiterbahnmuster 30 des Elementträgersubstrats 3 elektrisch verbunden ist, und eine Aussparung 44 ist so ausgebildet, dass der Boden des Elementträgersubstrates 3 mit dem nachstehend beschriebenen Trägersubstrat 8 bündig ausgebildet werden kann. Die Größe der Aussparung 44 ist größer als das dargestellte Elementträgersubstrat 3 ausgebildet, so dass sie auf verschiedene Größen des Elementträgersubstrates 3 anwendbar ist.
Der Elementversiegelungsabschnitt 5 zum Versiegeln des LED-Elementes 2 wird durch Injizieren von Wärme beständigem Silikon in die Öffnung 4A ausgebildet.
Der Optikformabschnitt 7 wird in eine halbkugelförmige optische Form unter Verwendung eines transparenten Harzmaterials derart ausgebildet, dass das von dem LED-Element 2 emittierte Licht von der Optikformoberfläche 70 des Optikformabschnitts 7 nach außen abgestrahlt wird.
Das Trägersubstrat 8 ist aus Aluminium (AI) ausgebildet, und darauf ist eine aus Polyimid ausgebildete isolierende Schicht 80 und eine leitende Schicht 81 aus einem Schicht-leitenden Material wie etwa eine auf der isolierenden Schicht 80 geschichtete Kupferfolie bereitgestellt. Die isolierende Schicht 80 und die leitende Schicht 81 sind nicht auf einem Abschnitt zum Anbringen des Elementträgersubstrates 3 ausgebildet, so dass die Oberfläche des Trägersubstrates 8 die Oberfläche des Elementträgersubstrates 3 unmittelbar kontaktieren kann. Zwischen dem Trägersubstrat 8 und dem Elementträgersubstrat 3 kann eine Wärme leitende Paste wie etwa eine Silberpaste oder Silikonfett beschichtet sein. Der Boden des Elementträgersubstrats 3 kann mit der Oberfläche des Trägersubstrates 8 unter Verwendung eines leitenden Materials wie etwa einem Lötmittel verbunden sein. Dabei ist es wünschenswert, dass eine bündige Plattierung aus Gold auf dem Boden des Elementträgersubstrates 3 und auf der Oberfläche des Trägersubstrates 8 zur Sicherstellung der Lötmittelbenetzbarkeit ausgebildet ist. Alternativ kann nach dem Löten und Verbinden des Elementträgersubstrates 8 mit dem Trägersubstrat 8 das Gehäuse 4 auf dem Elementträgersubstrat 3 und dem Trägersubstrat 8 angebracht werden, und der Optikformabschnitt 7 kann ausgebildet werden.
2 zeigt eine Schnittansicht eines LED-Elementes nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das LED-Element 2 wird unter Verwendung eines MOCVD-Geräts (Metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) hergestellt und nach Ausbilden einer AIN-Pufferschicht 21 auf einem Saphirsubstrat 20 werden eine mit Silizium dotierte n-GaN-Schicht 22, eine Lichtemissionsschicht 23, und eine mit Magnesium dotierte p-GaN-Schicht 24 sequentiell als GaN-basierter Halbleiterschicht 27 aufgewachsen. Dann wird eine n-seitige Elektrode 25 in einem freigelegten Abschnitt der n-GaN-Schicht 22 ausgebildet, der durch Ätzen von der p-GaN-Schicht 24 zu der n-GaN-Schicht 22 entfernt wurde. Auf der Oberfläche der p-GaN-Schicht 24 wird eine p-seitige Elektrode 26 ausgebildet. Das LED-Element 2 emittiert Licht basierend auf der Trägerrekombination aus einem Loch und einem Elektron in der Lichtemissionsschicht 23, wenn eine Spannung an die n-seitige Elektrode 25 und an die p-seitige Elektrode 26 angelegt wird, und aus der Seite des Saphirsubstrates 20 wird blaues Licht emittiert. Das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete LED-Element 2 ist ein großformatiges Element von 1 mm².
Das Herstellungsverfahren für die GaN-basierte Halbleiterschicht 27 ist nicht besonders beschränkt. Abgesehen von dem MOCVD-Verfahren kann die GaN-basierte Halbleiterschicht 27 durch das Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren), das Hydridgasphasenepitaxieverfahren (HVPE-Verfahren), das Zerstäubungsverfahren, das Ionenplattierungsverfahren, das Elektronenduschverfahren usw. hergestellt werden. Die Struktur des LED-Elementes beinhaltet eine Homostruktur, eine Heterostruktur und eine Doppelheterostruktur. Zudem kann eine Quantentopfstruktur (Einzelquantentopfstruktur oder Mehrfachquantentopfstruktur) angewendet werden.
3A zeigt eine Draufsicht der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel, und 3B zeigt eine teilweise weg geschnittene vergrößerte Draufsicht eines LED-Elementanbringungsabschnitts aus 3A.
Auf dem Boden des Gehäuses 4 ist gemäß 3A eine Leiterbahnschicht 42 entsprechend jeder Elektrode des LED-Elementes 2 bereitgestellt, und die Leiterbahnschicht 42 ist gemäß 3B auf dem Leiterbahnmuster 30 des Elementträgersubstrates 3 durch eine mit einem spezifizierten Maß bereitgestellte Silberprägung 31 elektrisch verbunden. Ferner ist das Elementträgersubstrat 3 mit dem Boden des Gehäuses 4 durch die Silberprägung 31 integriert fixiert. Anstelle der Silberprägung 31 kann eine Verbindung durch einen Lötvorgang erfolgen. Dabei kann die Lötmittelbenetzbarkeit durch Ausbildung einer bündigen Plattierung aus Gold auf der Leiterbahnschicht 42 und dem Leiterbahnmuster 30 sichergestellt werden.
Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1
Bei der Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1 wird zunächst das LED-Element 2 auf dem Elementträgersubstrat 3 mit dem darauf ausgebildeten Leiterbahnmuster 30 und der Silberprägung 31 unter Verwendung einer Flip-Chip-Verbindung angebracht. Alternativ kann eine Goldschicht zum Reduzieren des Wärmeübertragungswiderstandes auf dem Boden des Elementträgersubstrates 3 bereitgestellt sein. Dann wird das Gehäuse 4 mit der auf dem Boden in einem getrennten Vorgang ausgebildeten Goldleiterbahnschicht 42 positioniert und auf dem Elementträgersubstrat 3 derart kompressionsverbunden, dass die Leiterbahnschicht 42 und das Leiterbahnmuster 30 durch die Silberprägung 31 miteinander elektrisch verbunden sind. In die Öffnung 4A des Gehäuses 4 wird durch eine Injektionsspritze Silikon eingefüllt, um das LED-Element 2 zu versiegeln. Dann wird der Optikformabschnitt 7 an der Innenseite des Kragens 41 des Gehäuses 4 angebracht.
Anbringen der Lichtemissionsvorrichtung 1
Beim Anbringen der Lichtemissionsvorrichtung 1 auf dem Trägersubstrat 8 wird die Lichtemissionsvorrichtung 1 auf der leitenden Schicht 81 positioniert und fixiert, auf der eine Lötmittelpaste beschichtet ist, und die Leiterbahnschicht 42 und die leitende Schicht 81 werden durch Schmelzen des Lötmittels in einem Rückflussofen miteinander verbunden. Durch den Verbindungsvorgang wird der Boden des Elementträgersubstrates 3 mit Oberflächenkontakt mit der Oberfläche des Trägersubstrates 8 fixiert. Alternativ kann beim Verbinden des Elementträgersubstrates 3 mit dem Trägersubstrat 8 eine (nicht gezeigte) Goldschicht auf dem Boden des Elementträgersubstrates 3 durch einen Plattierungsvorgang oder einen anderen Dünnschichtausbildungsvorgang zum Verbessern der Kontaktkraft und zum Reduzieren des Wärmeübertragungswiderstandes zwischen dem Elementträgersubstrat 3 und dem Trägersubstrat 8 ausgebildet sein, und dann können das Elementträgersubstrat 3 und das Trägersubstrat 8 miteinander durch einen Lötmittelrückflussvorgang verbunden werden. Die Goldschicht kann eher auf der Seite des Trägersubstrates 8 als auf der Seite des Elementträgersubstrates 3 ausgebildet werden.
Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels
Durch das erste Ausführungsbeispiel können die nachstehend aufgeführten Wirkungen erhalten werden.

(1) Das LED-Element 2 wird auf dem Elementträgersubstrat 3 mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht, und das Elementträgersubstrat 3 wird unmittelbar mit der Anbringungsseite des Gehäuses 4 fixiert und elektrisch verbunden. Somit kann die Lichtemissionsvorrichtung 1 auf dem Trägersubstrat 8 angebracht werden, ohne den Weg der elektrischen Energiezufuhr und den Weg der Wärmeabfuhr zu vermischen, wodurch sie eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann, und die Anbringungszuverlässigkeit verbessert werden kann.
(2) Da das auf dem Elementträgersubstrat 3 mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildete Leiterbahnmuster 30 mit der auf der Anbringungsseite des Gehäuses 4 ausgebildeten Leiterbahnschicht 42 durch die Silberprägung 31 in der Aussparung 44 des Gehäuses 4 elektrisch verbunden ist, kann das Elementträgersubstrat 3 unter ausgezeichneten strukturellen, thermischen und elektrischen Bedingungen verbunden werden, ohne die elektrische Verbindungseigenschaft zu verlieren, und ohne einen Vorgang zur Ausbildung eines Durchgangs zur elektrischen Verbindung zu erfordern. Folglich kann das Elementträgersubstrat 3 eine ausgezeichnete Wärmeabfuhreigenschaft als Kühlelement zum Übertragen von Wärme in der Dickenrichtung aufweisen.
(3) Da das Elementträgersubstrat 3 und das Gehäuse 4 positioniert und miteinander verbunden werden können, während die Position des LED-Elementes 2 und des Elementträgersubstrats 3 von oberhalb des Gehäuses 4 visuell überprüft wird, kann die Positionierung und Verbindung mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
(4) Eine ausreichende Wärmeabfuhrwirkung kann erhalten werden, selbst wenn im Falle des großformatigen LED-Elementes 2 ein hoher Strom zugeführt wird. Somit ist eine Anwendung im Hinblick auf die jüngst geforderte höhere Helligkeit und Leuchtkraft möglich.
(5) Das auf der Anbringungsseite des Gehäuses 4 angebrachte Elementträgersubstrat 3 kann in Abhängigkeit von der Größe oder der Ausgabe des LED-Elementes 2 geeignet ausgewählt werden, und stabile Lichtemissionseigenschaften können erhalten werden, selbst wenn das LED-Element 2 für viele Stunden kontinuierlich betrieben wird.
(6) Für das Elementträgersubstrat 3, das Gehäuse 4 und den Optikformabschnitt 7 können Materialien und Eigenschaften ausgewählt und kombiniert werden, welche sich nach den Kundenanfragen zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1 richten. Somit weist die Lichtemissionsvorrichtung 1 ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis und Entwurfsfreiheit auf.
(7) Da Materialien mit gleicher Wärmeausdehnung und umweltstabilen Eigenschaften verwendet werden, kann eine hohe Zuverlässigkeit für eine lange Zeitdauer sichergestellt werden.

Die Lichtemissionsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist zur Abstrahlung von blauem Licht zusammengesetzt. Somit kann die Lichtemissionsvorrichtung 1 weißes Licht abstrahlen, indem beispielsweise ein Wellenlängenwandler auf dem optischen Pfad des blauen Lichts bereitgestellt wird, der eine Wellenlängenwandlersubstanz wie etwa einen durch das blaue Licht anzuregenden Leuchtstoff enthält.
Erste Abwandlung
4 zeigt eine Schnittansicht der ersten Abwandlung der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Lichtemissionselement 1 ist derart abgewandelt, dass das Trägersubstrat 8 aus 1 aus einem isolierenden Material wie etwa Glasepoxyd anstelle des leitenden Materials ausgebildet ist. Der Boden des Elementträgersubstrates 3 ist mit der Oberfläche des Trägersubstrates 8 bündig (in Oberflächenkontakt) zur Ausbildung eines Wärmeabfuhrpfades kontaktiert. Die isolierende Schicht 80 gemäß 1 ist bei dem Trägersubstrat 8 unter Verwendung des isolierenden Materials weggelassen.
Durch die vorstehend beschriebene abgewandelte Konstruktion kann Wärme von dem Boden des Elementträgersubstrates 3 zu dem Trägersubstrat 8 unter Verwendung des isolierenden Materials über die Oberfläche abgeführt werden.
Zweite Abwandlung
5 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Abwandlung der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Lichtemissionselement 1 ist derart abgewandelt, dass eine Wärmeabfuhrschicht 90 an der Oberfläche ausgebildet ist, die mit dem Boden des Elementträgersubstrates 3 und der Oberfläche der leitenden Schicht 81 in dem Lichtemissionselement 1 gemäß der ersten Abwandlung bündig ausgebildet ist. Die Wärmeabfuhrschicht 90 ist aus demselben Material ausgebildet, wie die leitende Schicht 81. Der Boden des Elementträgersubstrates 3 ist mit der Wärmeabfuhrschicht 90 auf der Seite des Trägersubstrates 8 durch eine (nicht gezeigte) Lötmittelverbindungsschicht verbunden. Eine bündige Goldplattierung ist auf dem Boden des Elementträgersubstrates 3 und auf der Oberfläche der Wärmeabfuhrschicht 90 ausgebildet, um die Lötmittelbenetzbarkeit sicherzustellen.
Durch den vorstehend beschriebenen abgewandelten Aufbau wird der Wärmeabfuhrpfad durch die Lötmittelverbindung mit der Wärmeabfuhrschicht 90 auf dem aus isolierendem Material ausgebildeten Trägersubstrat 8 ausgebildet, so dass Wärme von dem Boden des Elementträgersubstrates 3 zu der Wärmeabfuhrschicht 90 über die Oberfläche abgeführt werden kann.
Dritte Abwandlung
6 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Abwandlung der Lichtemissionsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart abgewandelt, dass ein Wellenlängenwandler 6, der einen Leuchtstoff 60 zum Abstrahlen von gelbem Licht basierend auf einer Anregung durch blaues Licht enthält, auf der Stufe 43 des Gehäuses 4 gemäß 1 angeordnet ist. Die anderen Bestandteile sind ähnlich aufgebaut.
Der Wellenlängenwandler 6 ist wie ein Plättchen ausgebildet, und enthält den Leuchtstoff 60 mit YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) in einem transparenten Harzmaterial, der durch das von dem LED-Element 2 emittierte blaue Licht mit einer Emissionswellenlänge von etwa 460 nm anzuregen ist. Der Wellenlängenwandler 6 kann in eine Dünnschicht durch Drucken oder ein anderes Verfahren auf der Oberfläche eines aus einem transparenten Material ausgebildeten dünnen Plättchens ausgebildet sein, das eine ausgezeichnete Lichtbeständigkeit wie etwa Glas ausweist. Die Art des Leuchtstoffs 60 kann das Granatsystem, das Silikatsystem usw. sein.
Durch den vorstehend beschriebenen abgewandelten Aufbau, bei dem der den Leuchtstoff 60 mit YAG enthaltende Wellenlängenwandler auf der Stufe 43 des Gehäuses 4 angeordnet ist, kann die mit hoher Helligkeit weißes Licht emittierende Vorrichtung 1 basierend auf der blaues Licht emittierenden Vorrichtung 1 leicht hergestellt werden, ohne den Einbau des Optikformabschnitts 7 zu stören. Der Leuchtstoff 60 ist nicht auf einen gelben Leuchtstoff wie etwa YAG beschränkt, sondern kann einen durch blaues Licht anzuregenden grünen Leuchtstoff oder einen roten Leuchtstoff umfassen.
Andere Abwandlungen
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel inklusive der vorstehend angeführten ersten bis dritten Abwandlungen kann in seinen jeweiligen Bestandteilen weiter abgewandelt werden, wie nachstehend beschrieben ist.
Das LED-Element 2 ist nicht auf ein blaues LED-Element beschränkt, sondern es können andere LED-Elemente 2 verwendet werden. Es kann beispielsweise ein ultraviolettes LED-Element mit einer Emissionswellenlänge von etwa 370 nm verwendet werden. Dabei können RGB-Leuchtstoffe in dem Wellenlängenwandler 6 derart enthalten sein, dass weißes Licht durch das Mischen von rotem, grünem und blauem Licht, das von den RGB-Leuchtstoffen durch ultraviolettes Licht abzustrahlen ist, erzeugt werden kann. Das LED-Element 2 ist nicht auf eine großformatige Art beschränkt. Es können beispielsweise viele LED-Elemente in Flip-Chip-Bauart mit einer Größe von 300 μm² auf dem Elementträgersubstrat 3 befestigt sein.
Das LED-Element 2 ist nicht auf ein LED-Element zur Emission von blauem Licht oder violettem Licht beschränkt, sondern kann LED-Elemente zur Emission von grünem Licht, orangem Licht, rotem Licht oder infrarotem Licht enthalten. Das Material des LED-Elementes 2 ist nicht auf GaN beschränkt, sondern kann andere Halbleitermaterialien wie etwa AllnGaP und GaAs beinhalten. Das Befestigen des LED-Elementes 2 ist nicht auf eine Verbindung durch das Goldkontaktelement 9 beschränkt, sondern kann ein Lötmittelkontaktelement oder eine Lötmittelschicht verwenden. Anstelle des LED-Elementes 2 in einer gewendet anzubringenden Bauart kann ein LED-Element 2 in einer nach oben gerichteten Bauart verwendet werden, wo auf der Lichtherausführungsseite angeordnete Elektroden mit dem Leiterbahnmuster 30 auf dem Elementträgersubstrat 3 über Drähte verbunden werden können.
Das Elementträgersubstrat 3 kann außer aus AIN mit der ausgezeichneten Wärmeabfuhreigenschaft aus Silizium ausgebildet sein. Das Elementträgersubstrat 8 aus Silizium kann eine eingebaute Zenerdiode beinhalten, wodurch ein elektrostatischer Durchbruch des LED-Elementes 2 vermieden werden kann. Es kann außerdem aus Al₂O₃ ausgebildet sein. Die auf dem Leiterbahnmuster 30 bereitgestellte Silberprägung 31 kann durch einen Lineardruck aus Gold oder Zinn ersetzt sein.
Das Gehäuse 4 kann aus anderen Materialien als Al₂O₃ ausgebildet sein. Es kann beispielsweise aus einem Harzmaterial wie etwa dem leicht verfügbaren Nylon (eingetragene Marke), das eine ausgezeichnete Ausbildungsbefähigung aufweist, einem geformten Siliziumsintergut, einem Metallmaterial wie etwa Kupfer oder Aluminium ausgebildet sein. Es kann aus einem keramischen Material außer Al₂O₃ wie etwa BaTiO₃ oder einem mit einem keramischen Material oder Metallmaterial bedeckten organischen Material ausgebildet sein. Im Falle des Metallmaterials ist es nötig, eine isolierende Schicht zur Vermeidung eines Kurzschlusses bereitzustellen, wenn die Leiterbahnschicht 42 ausgebildet wird. Das Innere der Öffnung 4A kann mit einer durch Aluminiumabscheidung oder Plattierung ausgebildeten Lichtreflexionsschicht beschichtet sein. Die Leiterbahnschicht 42 ist nicht auf Gold beschränkt, sondern kann als eine laminierte Struktur aus dünnen Schichten aus Silber und Platin ausgebildet sein.
Der Elementversiegelungsabschnitt 5 kann aus einem anorganischen Versiegelungsmaterial wie etwa Epoxydharz oder Glas außer dem ausgezeichnet wärmebeständigen Silikon ausgebildet sein.
Der Wellenlängenwandler 6 ist nicht auf das auf der Stufe 43 des Gehäuses 4 angeordnete einzelne Element beschränkt, sondern kann ausgebildet sein, indem ein Leuchtstoff in dem Elementversiegelungsabschnitt 5 enthalten ist, eine Dünnschicht auf dem Boden des Optikformabschnitts 7 angeordnet ist, eine Dünnschicht auf der Optikformoberfläche 70 des Optikformabschnitts 7 angeordnet ist, oder eine Dünnschicht auf der Oberfläche des LED-Elementes 2 angeordnet ist.
Der Optikformabschnitt 7 ist nicht auf das leicht zu gießende transparente Harzmaterial beschränkt, sondern kann aus Glas ausgebildet sein. Die optische Form beinhaltet eine Kugelform, eine Nichtkugelform und andere. Der Optikformabschnitt 7 kann gefärbt sein, oder er kann homogen gefärbt oder in vielen Farben gefärbt sein, abhängig von den Lichtverteilungseigenschaften. Ohne eine Ausbildung des Optikformabschnitts 7 kann Wellenlängen-gewandeltes Licht unmittelbar aus der Öffnung 4A des Gehäuses 4 nach außen abgestrahlt sein.
Das Trägersubstrat 8 kann aus einem keramischen Material oder einem organischen Material außer Aluminium ausgebildet sein. Das isolierende Material der isolierenden Schicht 80 kann ein keramisches Material anstelle von Polyimid beinhalten. Es kann ferner aus einem Glasepoxydsubstrat oder einem Keramiksubstrat für allgemeine Zwecken ausgebildet sein.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
Zweites Ausführungsbeispiel
7 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der nachstehenden Beschreibung sind dieselben Bestandteile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Verwendung derselben Bezugszeichen angegeben.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Bei dieser Lichtemissionsvorrichtung 1 ist ein milchig weißer Lichtdiffusionsabschnitt 7A auf der Oberfläche des Gehäuses 4 anstelle des Optikformabschnitts 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bereitgestellt.
Der gesamte Lichtdiffusionsabschnitt 7A emittiert ein milchig weißes Licht durch Diffundieren von Licht, das von dem Wellenlängenwandler 6 auf seine Innenseite einfällt.
Wirkungen des zweiten Ausführungsbeispiels
Das zweite Ausführungsbeispiel weist zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels die Wirkung auf, dass die Lichtemissionsvorrichtung 1 bereitgestellt werden kann, die milchig weißes Licht gemäß der Form des Gehäuses 4 emittiert. Da zudem die Dicke des auf dem oberen Teil des Gehäuses 4 bereitgestellten optischen Elementes (Lichtdiffusionsabschnitt 7A) reduziert werden kann, kann die Gesamtdicke der Lichtemissionsvorrichtung 1 reduziert werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
8 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass ein schwarzer Beschichtungsabschnitt 10 auf der Oberfläche des Gehäuses 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bereitgestellt ist.
Wirkungen des dritten Ausführungsbeispiels
Das dritte Ausführungsbeispiel weist zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels die Wirkung auf, dass durch Beschichten der Oberfläche des Gehäuses 4 in schwarz der Kontrast zwischen dem Anschalten und dem Abschalten des LED-Elementes 2 sehr klar gezeigt werden kann, wenn es von der Lichtabstrahlungsseite betrachtet wird, so dass die visuelle Erkennung verbessert werden kann. Daher kann eine visuell falsche Auffassung bei einer Anwendung auf Lampen wie etwa einem Verkehrslicht und einem Blinklicht vermieden werden. Die Beschichtungsfarbe ist nicht auf schwarz beschränkt, sondern kann marineblau oder eine andere Farbe zum Verbessern der visuellen Erkennung beinhalten. Anstelle der Beschichtung kann die Farbgebung durch Kleben einer Abdichtung oder dergleichen aufgebracht werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
9 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass der Optikformabschnitt 7 mit konkaver Optikformoberfläche 70 anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen halbkugelförmigen Optikformabschnitts 7 bereitgestellt ist.
Wirkungen des vierten Ausführungsbeispiels
Das vierte Ausführungsbeispiel weist zusätzlich zu den Wirkungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Wirkung auf, dass durch Bereitstellen des Optikformabschnitts 7 mit der konkaven Optikformoberfläche 70 auf dem Gehäuse 4 von dem Wellenlängenwandler 6 einfallendes Licht diffundierend abgestrahlt werden kann.
Fünftes Ausführungsbeispiel
10 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass die Optikformoberfläche 70 des Optikformabschnitts 7 eine parabolische Reflexionsoberfläche 71A und einen Seitenabstrahlungsabschnitt 71B anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen halbkugelförmigen Optikformabschnitts 7 aufweist.
Die parabolische Reflexionsoberfläche 71A reflektiert durch den Wellenlängenwandler 6 passierendes Licht nahezu in horizontaler Richtung zu der optischen Achse. Das reflektierte Licht wird von dem Seitenabstrahlungsabschnitt 71B nach außen abgestrahlt.
Wirkungen des fünften Ausführungsbeispiels
Das fünfte Ausführungsbeispiel weist zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels die Wirkung auf, dass durch Bereitstellen des Optikformabschnitts 7 mit der parabolischen Reflexionsoberfläche 71A und dem Seitenabstrahlungsabschnitt 71B auf dem Gehäuse 4 Wellenlängen-gewandeltes Licht in eine andere Richtung als die Richtung der optischen Achse des LED-Elementes 2 nach außen abgestrahlt werden kann.
Sechstes Ausführungsbeispiel
11 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass der Elementversiegelungsabschnitt 5 zum Versiegeln des LED-Elementes 2 YAG als Leuchtstoff 60 anstelle der Bereitstellung des bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Wellenlängenwandlers 6 umfasst.
Wirkungen des sechsten Ausführungsbeispiels
Das sechste Ausführungsbeispiel weist zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels die Wirkung auf, dass der Schritt zum Installieren des Wellenlängenwandlers 6 zum Vereinfachen des Herstellungsvorgangs und zum Verbessern der Produktivität weggelassen werden kann.
Siebtes Ausführungsbeispiel
12 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Konfiguration der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass der Optikformabschnitt 7 aus einem den Leuchtstoff 60 enthaltenden transparenten Harz anstelle des bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Wellenlängenwandlers 6 ausgebildet ist.
Wirkungen des siebten Ausführungsbeispiels
Das siebte Ausführungsbeispiel weist zusätzlich zu den Wirkungen des ersten und sechsten Ausführungsbeispiels die Wirkung auf, dass der Kunde frei auswählen kann, ob er den Wellenlängenwandler 6 verwendet oder nicht. Zur Bereitstellung der weißes Licht emittierenden Vorrichtung 1 kann beispielsweise der den Leuchtstoff 60 enthaltende Optikformabschnitt 7 installiert werden, und zur Bereitstellung der blaues Licht emittierenden Vorrichtung 1 kann der farblose und transparente Optikformabschnitt 7 installiert werden oder nicht. Somit kann die Vielseitigkeit der Lichtemissionsvorrichtung 1 erweitert werden, ohne die unter dem Gehäuse 4 angeordneten Bestandteile abzuwandeln.
Alternativ kann gemäß 13 der den Leuchtstoff 60 enthaltende Optikformabschnitt in konkaver Form ausgebildet sein.
Achtes Ausführungsbeispiel
14 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach dem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Konfiguration der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass ein Abstandshalter 11 zwischen dem Gehäuse 4 und dem bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Optikformabschnitt 7 bereitgestellt ist.
Der Abstandshalter 11 ist aus demselben Al₂O₃ wie das Gehäuse 4 ausgebildet, und weist eine im Zentrum bereitgestellte Öffnung 11A auf, die von der Oberfläche durch deren Boden durchdringend ausgebildet ist. Die innere Wand der Öffnung 11A ist mit einer Lichtreflexionsoberfläche 111 bereitgestellt, die derart geneigt ist, dass der Innendurchmesser vom Boden zur Lichtherausführungsrichtung vergrößert wird. Dadurch wird das von dem LED-Element 2 abgestrahlte Licht zur Lichtausgaberichtung reflektiert. Ein Kragen 110 ist auf der Peripherie des Abstandshalters 11 ausgebildet, und der Boden des Abstandshalters 11 weist eine derartige Form auf, die mit dem Kragen 41 des Gehäuses 4 in Eingriff gebracht werden kann.
Gemäß 14 ist das Innere der Öffnung 4A des Gehäuses 4 durch den Elementversiegelungsabschnitt 5A versiegelt, und das Innere der Öffnung 11A des Abstandshalters 11 ist durch einen Elementversiegelungsabschnitt 5B versiegelt. Die Lichtreflexionsoberfläche 111 der Öffnung 11A ist kontinuierlich mit der Lichtreflexionsoberfläche 40 der Öffnung 4A ausgebildet. Der Elementversiegelungsabschnitt 5B der Öffnung 11A kann einen Leuchtstoff umfassen oder weggelassen werden.
Wirkungen des achten Ausführungsbeispiels
Das achte Ausführungsbeispiel weist zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels die Wirkung auf, dass durch Anordnen des Abstandshalters 11 auf dem Gehäuse 4 die Lichtreflexionsoberfläche durch Kombinieren der Lichtreflexionsebene 40 und der Lichtreflexionsebene 111 ausgebildet werden kann. Somit kann eine gewünschte Lichtsammlungsform leicht unter Verwendung des Abstandshalters 11 ausgebildet werden, und eine verbesserte Lichtabstrahlungseigenschaft und eine hohe Emissionseffizienz kann erhalten werden. Daher kann die Abstrahlungsleistungsfähigkeit für weißes Licht leicht verändert werden, ohne die Struktur des Gehäuses 4 abzuwandeln.
Neuntes Ausführungsbeispiel
15 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung nach dem neunten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass anstelle des den Leuchtstoff enthaltenden Elementversiegelungsabschnitts 5 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Schichtwellenlängenwandler 6 mit einem den Leuchtstoff 60 enthaltenden Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche des LED-Elementes 2 ausgebildet ist.
Der Schichtwellenlängenwandler 6 kann beispielsweise ein transparentes Harzmaterial wie etwa Silikon oder ein YAG enthaltendes transparentes anorganisches Beschichtungsmaterial oder einen anderen Leuchtstoff aufweisen. Der Schichtwellenlängenwandler 6 kann durch Siebdruck ausgebildet werden, nachdem das LED-Element 2 auf dem Elementträgersubstrat 3 angebracht ist. Nach Ausbildung des Schichtwellenlängenwandlers 6 wird das Gehäuse 4 angebracht, und dann der Optikformabschnitt 7 angebracht.
Wirkungen des neunten Ausführungsbeispiels
Da bei dem neunten Ausführungsbeispiel das LED-Element 2 nicht durch den Elementversiegelungsabschnitt 5 versiegelt ist, tritt eine Wärmeausdehnung des Elementversiegelungsabschnitts 5 nicht durch an dem LED-Element 2 erzeugte Wärme auf, so dass die Lichtemissionsvorrichtung 1 frei von einem Abschälen des Elementversiegelungsabschnitts 5 ist. Da ferner der Dünnschichtwellenlängenwandler 6 auf der Elementoberfläche bereitgestellt ist, kann die Emissionsfarbe der Lichtemissionsvorrichtung 1 homogenisiert werden, ohne die Wellenlängenwandlereigenschaft zu opfern, während mit der Leuchtstoffmenge 60 sparsam umgegangen wird.
Zehntes Ausführungsbeispiel
16 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass der Optikformabschnitt 7 eine Optikformoberfläche 70 in der Form einer Fresnel-Linse aufweist. Dadurch wird der Optikformabschnitt 7 in der Dicke reduziert, ohne die Lichtsammelbefähigung zu opfern.
Wirkungen des zehnten Ausführungsbeispiels
Da bei dem zehnten Ausführungsbeispiel der Optikformabschnitt 7 in der Dicke reduziert ist, während die Lichtsammlungsbefähigung sichergestellt ist, kann zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels die Lichtemissionsvorrichtung 1 mit ausreichender Sicherheit selbst in einer elektronischen Vorrichtung eingebaut werden, die beschränkende Bedingungen wie etwa bezüglich ihrer Vorrichtungsgröße aufweist. Dieselben Wirkungen können erhalten werden, selbst wenn die blaues Licht emittierende Vorrichtung 1 ohne den Wellenlängenwandler 6 aufgebaut wird.
Elftes Ausführungsbeispiel
17 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem elften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass das Gehäuse 4 eine auf der Bodenseite der Innenwand der Öffnung 4A ausgebildete erste Lichtreflexionsoberfläche 40A und eine auf der Lichtherausführungsseite der Innenwand der Öffnung 4A ausgebildete zweite Lichtreflexionsoberfläche 40B aufweist. Die erste Lichtreflexionsoberfläche 40A weist einen vom Boden zu der Lichtherausführungsseite vergrößerten Innendurchmesser zur Reflexion von durch das LED-Element 2 emittiertem Licht zu der Lichtherausführungsseite hin auf. Die zweite Lichtreflexionsoberfläche 40B weist einen vom Boden zu der Lichtherausführungsseite vergrößerten Innendurchmesser zur Reflexion von durch den Wellenlängenwandler 6 zu der Optikformoberfläche 70 passierendem Licht auf. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Elementträgersubstrat 3 mit dem Trägersubstrat 8 durch einen Lötmittelrückflussvorgang verbunden sein.
Das Innere der ersten Lichtreflexionsoberfläche 40A ist mit dem Elementversiegelungsabschnitt 5 gefüllt, und das Innere der zweiten Lichtreflexionsoberfläche 40B ist leer. Die obere Oberfläche des Elementversiegelungsabschnitts 5 ist bündig mit der Stufe 43 ausgebildet, und der plättchenförmige Wellenlängenwandler 6 ist auf dem Elementversiegelungsabschnitt und der Stufe 43 angebracht.
Diffundierende Teilchen 61 sind in den Wellenlängenwandler 6 eingemischt. Die diffundierenden Teilchen 61 sind beispielsweise aus einem weißen Material wie etwa Siliziumdioxid oder Titanoxid ausgebildet, das transparent oder nicht transparent sein kann. Die diffundierenden Teilchen 61 dienen nicht zum Erzeugen eines Wellenlängen-umgewandelten Lichtes.
Wirkungen des elften Ausführungsbeispiels
Das elfte Ausführungsbeispiel weist die Wirkung auf, dass die Lichtsammlungsbefähigung durch Ausbilden der zweiten Lichtreflexionsoberfläche 40B zusätzlich zu der ersten Lichtreflexionsoberfläche 40A weiter verbessert werden kann. Da insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl Licht vor dem Passieren durch den Wellenlängenwandler 6 als auch Licht nach dem Passieren durch den Wellenlängenwandler 6 gesammelt wird, kann das Licht vor und nach der Wellenlängenwandlung effektiv gemischt werden, damit die Homogenität des von der Lichtemissionsvorrichtung 1 herausgeführten Lichtes verbessert wird.
Da zudem das durch den Wellenlängenwandler 6 passierende Licht durch die diffundierenden Teilchen 61 diffundiert wird, kann nicht Wellenlängen-gewandeltes Licht ebenfalls durch die diffundierenden Teilchen 61 diffundiert werden, während das Wellenlängen-gewandelte Licht durch den Leuchtstoff 60 diffundiert sein kann. Somit kann die Homogenität des abgestrahlten Lichtes verbessert werden.
Zwölftes Ausführungsbeispiel
18 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem zwölften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass die bei dem elften Ausführungsbeispiel beschriebene erste Lichtreflexionsoberfläche 40A sich zu der Lichtherausführungsseite vergrößernd gekrümmt ist. Gemäß 18 ist die erste Lichtreflexionsoberfläche 40A im Querschnitt parabolisch ausgebildet. Somit ist durch die gekrümmte erste Lichtreflexionsoberfläche 40A der Lichtreflexionswinkel auf der Bodenseite der ersten Lichtreflexionsoberfläche 40A verschieden von dem auf der Lichtherausführungsseite.
Wirkungen des zwölften Ausführungsbeispiels
Das zwölfte Ausführungsbeispiel weist die Wirkung auf, dass wegen der Krümmung der ersten Lichtreflexionsoberfläche 40A von dem LED-Element 2 auf die erste Lichtreflexionsoberfläche 40A einfallendes Licht zu der Lichtherausführungsrichtung hin effektiv gesammelt werden kann, um die externe Lichtabstrahlungseffizienz zu verbessern.
Dreizehntes Ausführungsbeispiel
19 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung gemäß dem dreizehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass die bei dem elften Ausführungsbeispiel beschriebene erste Lichtreflexionsoberfläche 40A mit vielen geneigten Winkeln im Querschnitt versehen ist, die kontinuierlich von der Bodenseite zur Lichtherausführungsseite ausgebildet sind. Die erste Lichtreflexionsoberfläche 40A ist beispielsweise mit drei geneigten Winkeln von der Bodenseite zur Lichtherausführungsseite versehen, wobei der Winkel zur Bodenseite ansteigt.
Wirkungen des dreizehnten Ausführungsbeispiels
Das dreizehnte Ausführungsbeispiel weist die Wirkung auf, dass von dem LED-Element 2 auf die erste Lichtreflexionsoberfläche 40A einfallendes Licht effektiv zu der Lichtherausführungsrichtung hin gesammelt werden kann, um die externe Lichtabstrahlungseffizienz zu verbessern, da die erste Lichtreflexionsoberfläche 40A mit den vielen geneigten Winkeln derart versehen ist, dass der Lichtreflexionswinkel auf der Bodenseite der ersten Lichtreflexionsoberfläche 40A verschieden von dem an der Lichtherausführungsseite ist.
Vierzehntes Ausführungsbeispiel
20 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung bei dem vierzehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass die Öffnung 4A über dem Wellenlängenwandler 6 durch Einfüllen von Silikon mit Wärmebeständigkeit zur Ausbildung eines Versiegelungsabschnitts und zum Versiegeln des Wellenlängenwandlers 6 versiegelt ist. Die Innenseite der ersten Lichtreflexionsoberfläche 40A ist nämlich durch den Elementversiegelungsabschnitt 5 versiegelt, und die Innenseite der zweiten Lichtreflexionsoberfläche 40B ist durch den Versiegelungsabschnitt 12 versiegelt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die diffundierenden Teilchen 61 eher im Versiegelungsabschnitt 12 als im Wellenlängenwandler 6 eingemischt. Die diffundierenden Teilchen 61 sind beispielsweise aus einem weißen Material wie etwa Siliziumdioxid oder Titanoxid ausgebildet, das transparent oder nicht transparent sein kann.
Wirkungen des vierzehnten Ausführungsbeispiels
Das vierzehnte Ausführungsbeispiel weist die Wirkung auf, dass die Homogenität von auf den Optikformabschnitt 7 einfallendem Licht verbessert werden kann, da durch den Wellenlängenwandler 6 passierendes Licht nachfolgend durch die diffundierenden Teilchen 61 diffundiert wird.
Da zudem der aus Silikon ausgebildete Versiegelungsabschnitt 12 zwischen den Optikformabschnitt 7 derart eingefüllt ist, dass der Bereich von dem Wellenlängenwandler 6 zum Optikformabschnitt 7 aus den Harzmaterialien ausgebildet ist, ändert sich der Brechungsindex dazwischen nicht bedeutend. Daher kann der kritische Winkel an der Grenzfläche zwischen benachbarten Materialien des Wellenlängenwandlers 6, des Versiegelungsabschnitts 12 und des Optikformabschnitts 7 groß ausgebildet sein, so dass die Lichtherausführungseffizienz verbessert werden kann.
Fünfzehntes Ausführungsbeispiel
21 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung gemäß dem fünfzehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aufbau der Lichtemissionsvorrichtung 1
Die Lichtemissionsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass eine erste Lichtreflexionsschicht 40C und eine zweite Lichtreflexionsschicht 40D auf der ersten Lichtreflexionsoberfläche 40A bzw. der zweiten Lichtreflexionsoberfläche 40B ausgebildet sind. Die erste Lichtreflexionsschicht 40C und die zweite Lichtreflexionsschicht 40D sind beispielsweise aus Metall wie etwa Aluminium oder Silber ausgebildet, welche ein höheres Reflexionsvermögen als das Gehäuse 4 aus Al₂O₃ aufweisen, und sind auf der Innenwand der Öffnung 4A durch Abscheidung usw. ausgebildet.
Wirkungen des fünfzehnten Ausführungsbeispiels
Das fünfzehnte Ausführungsbeispiel weist die Wirkung auf, dass die externe Abstrahlungseffizienz durch Bedecken der ersten Reflexionsoberfläche 40A und der zweiten Lichtreflexionsoberfläche 40B mit der hoch reflektierenden ersten Lichtreflexionsschicht 40C bzw. der zweiten Lichtreflexionsschicht 40D verbessert werden kann.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele für eine vollständige und deutliche Offenbarung beschrieben ist, sind die beigefügten Patentansprüche nicht darauf beschränkt, sondern sind als alle Abwandlungen und alternativen Konfigurationen umfassend zu verstehen, die einem Fachmann als im vorliegenden Gegenstand enthalten erscheinen.
So ist eine Lichtemissionsvorrichtung mit einem emittierenden Element und einem Elementanbringungsabschnitt beschrieben, auf dem das emittierende Element angebracht ist. Der Elementanbringungsabschnitt ist aus AIN ausgebildet.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Freier Text des Sequenzprotokolls

Claims

Lichtemissionsvorrichtung mit: einem Emissionselement; und einem Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist, wobei der Elementanbringungsabschnitt Aluminiumnitrid umfasst.
Lichtemissionsvorrichtung mit: einem Emissionselement; einem Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; und einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, und einem Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu einer Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist.
Lichtemissionsvorrichtung mit: einem Emissionselement; einem Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, und einem Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu einer Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist; und einem Optikformabschnitt, der an einem Gehäuse derart angebracht ist, dass von dem Lichtemissionselement emittiertes Licht in einer Richtung gemäß einer optischen Form des Optikformabschnitts abgestrahlt wird.
Lichtemissionsvorrichtung mit: einem Emissionselement; einem Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, und einem Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu einer Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist; einem Wellenlängenwandler, der zum Umwandeln einer Wellenlänge von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht und zum Erzeugen des Wellenlängen-umgewandelten Lichtes betriebsfähig eingerichtet ist; und einem Optikformabschnitt, der an dem Gehäuse derart angebracht ist, dass von dem Lichtemissionselement emittiertes Licht in eine Richtung gemäß einer optischen Form des Optikformabschnitts abgestrahlt wird.
Lichtemissionsvorrichtung mit: einem Emissionselement; einem Elementanbringungsabschnitt, auf dem das Emissionselement angebracht ist; einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausführen von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht, und einem Leiterbahnabschnitt für den Elementanbringungsabschnitt und eine externe elektrische Verbindung, wobei der Leiterbahnabschnitt auf einer Anbringungsoberfläche auf einer zu einer Lichtherausführungsseite der Öffnung gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist; und einem Optikformabschnitt, der zum Umwandeln einer Wellenlänge von durch das Lichtemissionselement emittiertem Licht und zum Abstrahlen des Wellenlängen-umgewandelten Lichts in eine Richtung gemäß einer optischen Form des Optikformabschnitts betriebsfähig eingerichtet ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: das Gehäuse ferner eine auf einer Bodenseite einer inneren Wand der Öffnung bereitgestellte erste Lichtreflexionsoberfläche und eine auf der Lichtherausführungsseite der inneren Wand der Öffnung bereitgestellte zweite Lichtreflexionsoberfläche umfasst, wobei die zweite Lichtreflexionsoberfläche eine von der der ersten Lichtreflexionsoberfläche verschiedene Form aufweist.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Lichtreflexionsoberfläche gekrümmt ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei: zumindest die erste Lichtreflexionsoberfläche oder die zweite Lichtreflexionsoberfläche mit einem Metall mit einem höheren Reflexionsvermögen als das Gehäuse bedeckt ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: der Elementanbringungsabschnitt derart angeordnet ist, dass seine Bodenoberfläche zu einer Oberfläche eines externen Anbringungssubstrates bündig ist, und die Bodenoberfläche mit der Oberfläche des externen Anbringungssubstrats in Oberflächenkontakt steht.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: der Elementanbringungsabschnitt derart angeordnet ist, dass seine Bodenoberfläche mit einer Oberfläche einer auf einem externen Anbringungssubstrat bereitgestellten leitenden Schicht bündig ausgebildet ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei: der Elementanbringungsabschnitt umfasst: eine mit einem Leiterbahnmuster versehene erste Oberfläche, das mit dem Lichtemissionselement elektrisch verbunden ist, und mit dem Leiterbahnabschnitt des Gehäuses elektrisch verbunden ist; und eine auf einer zu der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Seite bereitgestellte zweite Oberfläche, die nahezu bündig mit einer Oberfläche eines externen Anbringungssubstrates derart angeordnet ist, dass von dem Lichtemissionselement erzeugte Wärme durch das externe Anbringungssubstrat nach außen abgeführt wird.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei: der Elementanbringungsabschnitt aus einem hoch wärmeleitenden Material ausgebildet ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: der Wellenlängenwandler auf einer Lichtherausführungsseite eines Versiegelungsmaterials zum Versiegeln des in der Öffnung des Gehäuses angeordneten Lichtemissionselementes angeordnet ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: der Wellenlängenwandler ein einen Leuchtstoff enthaltendes Versiegelungsmaterial zum Versiegeln des in der Öffnung des Gehäuses angeordneten Lichtemissionselementes umfasst.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner mit: einem Abstandshalter, der auf einer Lichtherausführungsseite des Gehäuses bereitgestellt ist, wobei der Abstandshalter eine zweite Öffnung auf einer Innenwand umfasst, auf der eine zweite Lichtreflexionsoberfläche bereitgestellt ist, und die zweite Lichtreflexionsoberfläche kontinuierlich mit einer auf einer Innenwand der Öffnung des Gehäuses bereitgestellten ersten Lichtreflexionsoberfläche ausgebildet ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Elementanbringungsabschnitt Aluminiumnitrid aufweist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Lichtemissionselement auf dem Elementanbringungsabschnitt gewendet angebracht ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Lichtemissionselement einen Gruppe III-Element/Nitrid-basierten Verbindungshalbleiter aufweist.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: der Wellenlängenwandler einen YAG-Leuchtstoff aufweist, der durch von dem Lichtemissionselement emittiertem blauen Licht zur Abstrahlung von gelbem Licht anzuregen ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: der Wellenlängenwandler einen RGB-Leuchtstoff aufweist, der durch von dem Lichtemissionselement emittiertem ultravioletten Licht zum Abstrahlen von rotem Licht, grünem Licht und blauem Licht anzuregen ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 19 oder 20, wobei: der Wellenlängenwandler ein Diffusionsteilchen zum Diffundieren von durch den Wellenlängenwandler passierendem Licht aufweist.
Lichtemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 19 bis 21, wobei: das Gehäuse ferner eine auf einer Bodenseite des Wellenlängenwandlers auf einer inneren Wand der Öffnung bereitgestellte erste Lichtreflexionsoberfläche und eine auf der Lichtherausführungsseite des Wellenlängenwandlers auf der Innenwand der Öffnung bereitgestellte zweite Lichtreflexionsoberfläche aufweist.