半導體發(fā)光器件及包括該半導體發(fā)光器件的光源裝置和照明系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：7204790閱讀：143來源：國知局

專利名稱：半導體發(fā)光器件及包括該半導體發(fā)光器件的光源裝置和照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可以利用高度成熟的實用技術制造且具有高輸出功率并以高密度安
裝的全固態(tài)半導體發(fā)光器件，還涉及包括該發(fā)光器件的光源裝置和照明系統(tǒng)。
背景技術：
常規(guī)上，已知有這樣的半導體發(fā)光器件，其在散熱襯底上包括圖案化線路導體、固態(tài)發(fā)光元件和波長轉換器，通過原生光(primary light)的激勵使波長轉換器發(fā)射比固態(tài) 發(fā)光元件發(fā)射的原生光的波長更長的光。這種半導體發(fā)光器件的范例是被稱為白光LED的光源。已經(jīng)提出了多種包括這種半導體發(fā)光器件的光源裝置和照明系統(tǒng)(例如，參見專利文獻1和2)。
例如，在白光LED中，將各種陶瓷襯底(Al203、AlN等)或金屬襯底(Cu、Al等)用作散熱襯底，廣泛地將把基于InGaN的化合物半導體用作發(fā)光層的發(fā)光二極管(在下文中稱為"LED芯片"或簡稱為"芯片")用作固態(tài)發(fā)光元件。此外，已經(jīng)提出過例如將粉末化無機磷光體(磷光體顆粒)散布于半透明樹脂中
的結構的樹脂磷光體膜(例如，參見上述專利文獻1和2)、半透明磷光體陶瓷(例如，參見
專利文獻3和4)、磷光體玻璃(例如參見專利文獻5到7)和具有光學功能的合成陶瓷(在
下文中稱為"MGC"光學轉化構件；例如參見專利文獻8)用作波長轉換器。 LED芯片的配置根據(jù)每個芯片制造公司制造的產(chǎn)品而有所變化，但根據(jù)在將芯片
安裝于散熱襯底上時一對電源電極的引出配置和設置有源層的位置將LED芯片大致分為
四種，在圖17U9、21和22中分別示出了四種類型的范例。圖17中所示的LED芯片具有半導體發(fā)光層(有源層)，在將芯片安裝面作為下表面的情況下，發(fā)光層在芯片的上表面附近產(chǎn)生LED光。在上表面上其結構具有一對電源電極A 14a和電源電極B 14b。具有該對電源電極A 14a和電源電極B 14b的一側為發(fā)光表面。在將芯片安裝表面作為下表面時，圖19中所示的LED芯片在芯片的上表面附近具有有源層。在芯片的上下表面上其結構具有一對電源電極A 14a和電源電極B 14b。電源電極A 14a位于其上部的一側為發(fā)光表面。在將芯片安裝表面作為下表面時，圖21中所示的LED芯片在芯片的下表面附近具有有源層。在芯片的上下表面上其結構具有一對電源電極A 14a和電源電極B 14b。電源電極A 14a位于其上部的一側為發(fā)光表面。在將芯片安裝表面作為下表面時，圖22中所示的LED芯片在芯片的下表面附近具有有源層。在下表面上其結構具有一對電源電極A 14a和電源電極B 14b。與具有該對電源電極A 14a和電源電極B 14b的一側相對的表面為發(fā)光表面。在下文中，根據(jù)需要，將圖17、19、21和22中示出其典型范例的安裝有芯片的結構分別描述為"向上上表面兩電極結構"、"向上上下電極結構"、"倒裝芯片上下電極結構"、
4"倒裝芯片下表面兩電極結構"。此外，為了便于描述，將具有向上上下電極結構和倒裝芯片上下電極結構的LED 芯片統(tǒng)稱為"具有上下電極結構的LED芯片"。不論芯片結構如何，這些LED芯片每年都在增大尺寸，以便不僅實現(xiàn)效率提高并伴隨晶體質(zhì)量的改善，而且使一個芯片發(fā)射的光(原生光)強度(輸出功率)增大。
此外，為了實現(xiàn)前述輸出功率的增大，正在增大一個芯片的主要光提取表面的面積、一個芯片的輸入功率以及強度。對于LED芯片而言，每年都還在改善半導體發(fā)光器件的性能。具體而言，對于光強增大、成本降低有很強市場需求。為了提高光輸出，每年都有趨勢增大每個LED芯片的主要光提取表面面積，例如通過安裝多個芯片來增大總發(fā)光面積，以及增大電流來增大輸入功率和輸入功率密度。另一方面，對于小尺寸緊湊光源和高功率點光源也有很強需求。每年都有趨勢減小其尺寸或利用高密度安裝芯片來增大輸出功率，并增大每個芯片的輸入功率密度。
此外，隨著減小固態(tài)發(fā)光元件的尺寸以使之緊湊，還必需有高精度安裝固態(tài)發(fā)光元件的技術。在使用前述常規(guī)的具有向上上表面兩電極結構的LED芯片而言，通常，利用例如銀膏將LED芯片固定到散熱襯底上。在很多情況下，在芯片下表面的散熱襯底上和/或芯片的周邊處額外提供一對導體A(圖案化電極)和導體B(圖案化電極)，利用作為導線的至少兩個導體C將位于芯片的上表面上的一對電源電極A 14a和電源電極B 14b電連接到一對導體A和導體B (例如，參見上述專利文獻1和專利文獻9到13)。另一方面，在使用前述具有向上上下電極結構的常規(guī)LED芯片時，通常，利用諸如銀膏的導電粘合劑或利用焊料將LED芯片(或固定到底座上的LED芯片)固定到設置在散熱襯底上的導體A上，導體A是設置在散熱襯底上和/或芯片周邊的一對導體A和導體B 之一。導體A電連接到設置在芯片的下表面上的電源電極(下電極；電源電極B 14bb)。利用至少一個導體C將導體B電連接到位于芯片的上表面上的電源電極(上電極；電源電極 A 14a)(例如，參見上述專利文獻2和專利文獻14到17)。在使用前述具有倒裝芯片上下電極結構的常規(guī)LED芯片時，通常，通過使用焊料或焊接合金(例如Sn、Au/Sn或Ag/Sn)的方法或使用超聲焊接或熱壓焊的方法(提供金屬焊盤，例如Au)將LED芯片(或固定到底座上的LED芯片)固定到設置在散熱襯底(或底座)上的導體A上。導體A電連接到設置在芯片的下表面上的電源電極(下電極；電源電極B 14b)。利用至少一個導體C將導體B電連接到設置在芯片的上表面上的電源電極(上電極；電源電極A 14a)(例如，參見專利文獻18到21)。此外，在使用具有倒裝芯片下表面兩電極結構的常規(guī)LED芯片時，通常，利用凸點將芯片固定到設置在散熱襯底(或底座)上的一對導體A和導體B上，使得設置在芯片的下表面上的一對電源電極A 14a和電源電極B14b分別連接到一對導體A和導體B (例如參見專利文獻22到24)。至少在使用具有倒裝芯片下表面兩電極結構的LED芯片時，不是將芯片的下表面
僅固定到導體A，而是連接到由導體A和導體B構成的一對的兩個構件。因此，在使用具有倒裝芯片下表面兩電極結構的LED芯片時，基本上，不是將芯片的整個下表面固定到散熱襯底從而粘附到其上的。在下文中，將描述將具有前述向上上表面兩電極結構和上下電極結構的LED芯片固定到散熱襯底，這是常規(guī)公知的。例如，對于具有前述向上上表面兩電極結構(這是要安裝于散熱襯底上的結構) 的LED芯片而言，例如，如上述專利文獻9到11和13所披露的，例如，為了安裝和布線的方便(為了方便將從位于芯片的上表面上的電源電極(上電極)引出的導體C連接到芯片未固定到其的導體B，以及方便在散熱襯底上布置芯片)，通常，將LED芯片固定到從一對導體 A和導體B選擇的一個導體(導體A)的邊緣部分或將其固定到位于散熱襯底上但不位于導體上方(導體A或導體B)的部分，如上述專利文獻1和12所披露。這種趨勢也適用于具有上下電極結構的LED芯片的情況，這種結構是要安裝到散熱襯底上的結構。例如，在上述專利文獻2和16中也披露了這一點。在散熱襯底上設置有導體A(固態(tài)發(fā)光元件安裝于其上的導體)和導體B(其上未安裝固態(tài)發(fā)光元件的導體)的常規(guī)半導體發(fā)光器件中，將固態(tài)發(fā)光元件安裝在導體A的邊緣部分上或安裝在其形狀外輪廓在很多情況下沒有凹陷的導體A上。此外，通常，作為圖案化電極的布線導體X與散熱襯底上固態(tài)發(fā)光元件的安裝表面之間的面積比低。分別簡要描述關于具有上下電極結構的LED芯片的安裝結構，因為在如下專利文獻中也提到了它們。上述專利文獻14公開了一種安裝技術，其中，將LED芯片直接設置于設置在襯底上的接觸層上，固定LED芯片，使得LED芯片的整個下表面粘附于接觸層。
上述專利文獻15公開了一種安裝技術，其中，將LED芯片直接設置于基部上，固定 LED芯片，使得LED芯片的整個下表面粘附于基部。上述專利文獻17公開了一種安裝技術，其中，將LED芯片直接設置于設置在合成材料襯底上的固體圖案上，固定LED芯片，使得LED芯片的整個下表面粘附于固體圖案。
專利文獻25公開了一種安裝技術，其中，在平面導電襯底上設置的絕緣層上設置在從上表面觀看時呈軸對稱(rotational symmetry)和線對稱的長方體形狀的導電層，將 LED芯片設置于導電層的中央部分上，固定LED芯片，使得LED芯片的整個下表面粘附于導電層。然而，所有上述技術都并非意在如在本發(fā)明中那樣控制LED芯片中的溫度升高或以高密度安裝多個芯片。此外，很多專利文獻僅公開了截面?zhèn)纫晥D，這并非表示例如將LED芯片設置于對應于導體A的導體中央部分上，且對應于導體A的導體具有基本呈軸對稱但不呈線對稱的形狀，在本申請中描述了這些內(nèi)容。在上述專利文獻17中所述的常規(guī)技術中，至少在截面?zhèn)纫晥D中固體圖案的寬度與LED芯片的下表面的寬度相同，在從上表面觀察LED照明裝置時，LED芯片的上表面面積、固體圖案和合成材料襯底按此次序減小。于是，不能說至少LED芯片下表面的外輪廓位于固體圖案上表面的外輪廓內(nèi)部，固體圖案不形成為具有沿LED芯片的下表面的整個外周具有邊緣。上述專利文獻26公開了一種安裝技術，其中，將LED芯片設置于底座構件上設置的導體圖案的中央部分上，固定LED芯片，使得LED芯片的整個下表面粘附于導體圖案。然而，并非意圖以高密度安裝多個芯片，導體圖案的形狀類似于呈線對稱而不呈軸對稱的長
方體形狀。
引用列表專利文獻[專利文獻1]日本專利No. 2927279[專利文獻2]美國專利No. 6， 812， 500[專利文獻3]JP 2004-146835A[專利文獻4]JP 2006-5367A[專利文獻5]JP 2001-214162A[專利文獻6]JP 2007-39303A[專利文獻7]JP 2006-117511A[專利文獻8] WO/2004/065324[專利文獻9]日本專利No. 3139618[專利文獻10]日本專利No. 3393089[專利文獻11]日本專利No. 3400958[專利文獻12]日本專利No. 3640153[專利文獻13] JP 2001-223388A[專利文獻14]美國專利No. 6， 670， 748[專利文獻15] JP 2000-244021A[專利文獻16]日本專利No. 3813599[專利文獻17] JP 2007-5709A[專利文獻18] JP 2006-502563W[專利文獻19] JP 2007-535823W[專利文獻20]JP 2006-344682A[專利文獻21]JP 2007-294728A[專利文獻22]日本專利No. 3257455[專利文獻23]JP 2006-352085A[專利文獻24]美國專利No. 2006/0124947A1[專利文獻25]JP 2003-347599A[專利文獻26]日本專利No. 3948483
明內(nèi)容
技術問題在常規(guī)的半導體發(fā)光器件中，隨著輸入功率密度的增大、電流的增大或安裝密度的增大，迄今為止尚未認識到的很多潛在問題正變得明顯起來，有一個問題是，難以獲得既具有高輸出功率和高可靠性且能夠以低成本生產(chǎn)的高度可行的小尺寸緊湊的半導體發(fā)光器件。具體而言，難以實現(xiàn)尺寸的減小和輸出功率的增大，同時獲得高生產(chǎn)速度和高可靠性。在下文中，參考附圖詳細描述了安裝技術中的問題。通常，希望將點光源的尺寸減小得越多，散熱襯底1上固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面越受限(參見圖42)，這又需要高度精確的安裝技術。這是因為固態(tài)發(fā)光元件3在導體A 2a上微小的安裝失準都會導致電連接中或安裝表面上的缺陷。例如，在利用諸如粘合劑的焊料材料將LED芯片安裝在導體A 2a上時，通常，采用這樣的方法，其中，在導體A 2a的安裝中心部分上放置具有流動性的焊料材料，將固態(tài)發(fā) 光元件3放在其上，然后使焊料材料固化，從而將固態(tài)發(fā)光元件3鍵合到導體A 2a上。
在下文中，參考圖43進行描述。在這種情況下，將具有流動性的焊料材料(粘合劑23)與固態(tài)發(fā)光元件3 —起按下散開，從而減小導體A 2a的表面和固態(tài)發(fā)光元件3之間的間隙，然后以一定的厚度分布填充間隙的一部分或全部(參見圖43(b)和43(c)的下一排)(截面?zhèn)纫晥D)。
之后，使焊料材料(粘合劑23)硬化，將固態(tài)發(fā)光元件3固定到其上(參見圖43(d) 的下一排)。在這種安裝技術中，基本上，放置焊料材料(粘合劑23)，使其中心位于與要安裝固態(tài)發(fā)光元件3的區(qū)域的中心位置重合的位置(圖43中上方行中長短劃交替線的交點)。
然而，在常規(guī)半導體發(fā)光器件中，如圖43中上一排中所示作為范例(俯視圖)，導體A 2a具有相對于放置焊料材料(粘合劑23)的位置(關于固態(tài)發(fā)光元件3的安裝中心) 不呈對稱性的形狀以及至少在很多情況下至少在放置焊料材料的位置附近的位置和遠離那里的位置具有邊緣部分的形狀。因此，在安裝固態(tài)發(fā)光元件3的過程期間，具有流動性的焊料材料擴展開以減小導體A 2a和固態(tài)發(fā)光元件3之間的間隙。不過，通常，由于因為其物理性質(zhì)的原因，焊料材料不會流到導體A 2a位于放置焊料材料的位置附近的地方中的邊緣部分(在下文中稱為 "近端")之外，因此被截留的焊料材料沿朝向位于遠離放置焊料材料的位置的地方中的邊緣部分的方向流動(參見圖43(c)中的上一排)。因此，發(fā)生一種現(xiàn)象，其中，在將放置焊料材料的初始位置作為參考點時，焊料材料的重心M沿離開近端的方向偏移(參見圖43(c)中的上一排)。通常，在焊料材料重心部分周圍焊料厚度處于其最大值。因此，在這種情況下，安裝固態(tài)發(fā)光元件3時使具有最大焊料厚度的部分從安裝中心向上述方向偏移一些(參見圖 43(c)中的上一排)。在這種情況下，在安裝過程的后半段期間將固態(tài)發(fā)光元件3從安裝中心偏移開，在后半段期間，使具有流動性的焊料材料固化，并在這種狀態(tài)下完成安裝(參見圖43(d)中的上一排)。在很多常規(guī)半導體發(fā)光器件中，如圖43中上一排所示，導體A 2a具有相對于固態(tài) 發(fā)光元件3的安裝中心不對稱的形狀以及至少在放置焊料材料的位置附近的地方和遠離那里的地方具有邊緣部分的形狀。因此，有這樣的問題，B卩，將器件安裝在從安裝中心向上述方向偏移的位置上，這導致其安裝狀態(tài)在電連接中和安裝表面上的缺陷方面變得有問題 (參見圖43(d)的上一排)。
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此外，對于具有這種形狀的導體A 2a而言，由于在近端側缺少焊料材料并且在固態(tài)發(fā)光元件3的下表面下與近端相對一側上焊料材料稍多的時候安裝固態(tài)發(fā)光元件3，因此在固態(tài)發(fā)光元件3的下表面近端一側附近往往會發(fā)生有缺陷的安裝/安裝不良狀態(tài)，因此，在固態(tài)發(fā)光元件3和導體A 2a之間往往會產(chǎn)生間隙，這也是一個問題(參見圖43(c) 和43(d)中的下一排)。固態(tài)發(fā)光元件3的下表面和導體A 2a之間產(chǎn)生的間隙導致散熱效率的降低，這會導致局部發(fā)熱。對于這種安裝狀態(tài)而言，原生光的輸出效率降低，由此輸出光強降低，這是一個問題。另一方面，通常，對于半導體發(fā)光器件而言，為了減小點光源的尺寸而不影響外觀，i)將固態(tài)發(fā)光元件3設置于散熱襯底1的中央部分中，ii)盡可能地減小散熱襯底1的上表面的面積，從而使散熱襯底1的上表面面積和形狀盡可能地類似于固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面的面積和形狀，然后iii)可以將導體A 2a的一部分(除了固態(tài)發(fā)光元件3 的安裝表面之外的部分)和導體B 2b設置于固態(tài)發(fā)光元件3安裝于散熱襯底1上的部分之外的空間中(參見圖42)。然而，從圖42還可以看出，試圖將點光源的尺寸減小得越多，散熱襯底1上安裝固
態(tài)發(fā)光元件3的部分之外的空間就越受到限制且越減小。因此，變得難以將導體A 2a有效
地用作散熱器，且增大輸出功率變得困難，這也是一個問題。此外，除了上述問題之外，例如，還有如下這些與本發(fā)明相關的問題。 (1)由于充當激勵源的LED芯片溫度升高導致發(fā)光效率降低亦即，為了增大輸入功率密度而增大電流導致由于LED芯片電阻部件而產(chǎn)生的例如焦耳熱水平增大。而且，芯片溫度升高，固體中的晶格振動加強，發(fā)光層中電子-空穴對的復合概率減小。結果，芯片的電光轉換效率降低。 (2)由于LED芯片中不均勻的溫度分布和局部發(fā)熱導致發(fā)光效率降低，隨著芯片尺寸增大這變得更加明顯亦即，例如由于安裝LED芯片中的偏差(具體而言，不均勻地連接/鍵合到散熱襯底)、芯片的電極圖案、芯片布線的引出情況和安裝芯片的布線圖案的形狀，導致LED芯片散熱不均勻，隨著輸入功率增大，芯片內(nèi)部發(fā)生的細微溫差分布被放大，導致局部發(fā)熱。結果，與之對應的部分發(fā)光效率降低，導致芯片發(fā)光效率的降低。
(3)隨著布線導體中發(fā)熱，功率效率降低亦即，電流增大導致例如由于線路電阻產(chǎn)生的焦耳熱水平提高。而且，線路導體溫度升高，線路電阻會增大，導致溫度迅速升高，線路電阻進一步增大，導致輸入功率的熱損耗率增大。
(4)可靠性降低，伴隨著線路連接部分中發(fā)熱亦即，隨著電流增大，例如由于因線路連接部分電阻導致的溫度升高以及伴隨LED 芯片和線路導體發(fā)熱導致的構件各種屬性變化，連接部分的熱應力增大，連接強度降低，例如，往往會發(fā)生裂痕和剝離，導致耐久性降低。 (5)由于通過安裝LED芯片導致的損傷而造成可靠性和產(chǎn)品成品率降低具體而言，亦即，不僅具有倒裝芯片結構的半導體發(fā)光器件(具有倒裝芯片上下
電極結構或倒裝芯片下表面兩電極結構的半導體發(fā)光器件)在安裝時受到損傷的概率高，因為在固定它時將具有較敏感屬性的有源層附近的大區(qū)域用作安裝表面，而且有源層往往由于其結構，因為伴隨輸入功率密度增大或電流增大的發(fā)熱而經(jīng)受失真的問題。隨著輸入功率增大，這些問題被放大，由此往往會導致屬性偏差和裂痕。此外，隨著伴隨高密度安裝而來的芯片數(shù)量增大，良品率往往會降低。
(6)由于高散熱襯底的光吸收導致光提取效率降低亦即，在采用高熱導率材料的襯底(例如氮化鋁(A1N)陶瓷襯底)來改善半導體發(fā)光器件的散熱性質(zhì)時，散熱襯底對LED芯片的光吸收率增大，減小了半導體發(fā)光器件的輸出光比例。此外，不僅有從這種技術觀點看的問題，而且還有從生產(chǎn)和銷售角度來看的問題。
(7)市場對于白光LED需要低的價格水平亦即，盡管白光LED發(fā)展歷史很短，但其市場增長迅速，其普及正在擴大，這造成嚴峻的市場競爭。因此，在正在發(fā)展的小型市場中，難以開發(fā)出滿足市場需求的產(chǎn)品，除非使用正在開發(fā)中且由于稀少而具有高價值的昂貴部件(例如，大功率LED芯片、紅光磷光體、散熱襯底等)。這不可避免地使生產(chǎn)成本變高。由于這種背景環(huán)境，必需要僅利用已在例如其過去在電子裝置的應用中充分得到實踐證實的傳統(tǒng)可行技術，而無需使用至今仍未在實踐中證實的新技術來解決所有這些問題。此外，從用戶的角度來看，考慮用作光源的情況，需要這樣的半導體發(fā)光器件，即，在黑暗中或在夜間駕駛車輛的時候，即使在由于例如線路壽命或振動停止燈亮而使線路連接部分斷開連接時，無需替換光源，也能夠立即恢復并能夠立即點亮半導體發(fā)光器件。
然而，實際情況是，沒有很多這種針對日常生活考慮而設計的高度方便的發(fā)光的半導體發(fā)光器件。本發(fā)明意在解決這種問題，并提供能夠實現(xiàn)高生產(chǎn)速度且具有高可靠性的小尺寸、大功率半導體發(fā)光器件。此外，本發(fā)明還意圖提供提供能夠利用傳統(tǒng)可行技術生產(chǎn)、能夠具有大功率、能夠以高密度安裝且還可以根據(jù)客戶需求和方便性考慮到發(fā)光故障而設計的半導體發(fā)光器件，具體而言，提供例如適于一般照明、攝像機閃光燈、車輛頭燈、投影光源和液晶背光的半導體發(fā)光器件，以及提供包括該發(fā)光器件的光源裝置和照明系統(tǒng)。
問題的解決方案為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件具有如下配置該配置在絕緣散熱襯底一側包括至少一個導體A，所述導體A為圖案化電極；導體B，所述導體B為圖案化電極；以及固態(tài)發(fā)光元件，所述固態(tài)發(fā)光元件安裝于所述導體A上而不安裝于所述導體B上，其中所述固態(tài)發(fā)光元件具有位于其上表面，或者位于其上下表面上的一對電源電極。此外，以如下方式安裝所述固態(tài)發(fā)光元件在從上方觀察所述固態(tài)發(fā)光元件的安裝表面時，將與所述固態(tài)發(fā)光元件主要光提取表面相對的整個下表面粘附于導體A，所述導體A具有元件安裝區(qū)域和多個外流粘合劑捕捉區(qū)域(outflow-adhesive c即turing area)，所述固態(tài)發(fā)光元件的整個下表面安裝在所述元件安裝區(qū)域上，所述多個外流粘合劑捕捉區(qū)域被設置為與所述元件安裝區(qū)域的外周相鄰，而相對于所述元件安裝區(qū)域的外周沒有方向偏差 (directional bias)。導體B設置于除外流粘合劑捕捉區(qū)域之外的、與元件安裝區(qū)域的周邊相鄰的部分中，同時與導體A電隔離。根據(jù)這種構造的半導體發(fā)光器件，在導體A的形狀中，在安裝固態(tài)發(fā)光元件的整個下表面的元件安裝區(qū)域外周中無方向偏差地設置外流粘合劑捕捉區(qū)域。在優(yōu)選方面中，導體A的形狀具有位于相對于安裝中心沿相反方向彼此較遠且距安裝表面較遠的地方的至少兩個邊緣部分。因此，導體A能夠防止安裝缺陷/安裝故障以及放在充當固態(tài)發(fā)光元件安裝中心的位置的粘合劑(焊料材料)重心的位移。通過這種方式，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的導體A控制了前述固態(tài)發(fā)光元件的安裝失準和前述局部發(fā)熱，并促進提高原生光的可靠性和輸出功率，以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。此外，具有前述形狀的導體A還充當著良好的平衡散熱器和反光鏡。因此，能夠獲得其配置提供了更高散熱效果和光提取效果的半導體發(fā)光器件。此外，在根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的構造中，優(yōu)選通過設置導體B，使得外框中心(outer frame center)(形心)處于避開固態(tài)發(fā)光元件的豎直和水平方向中線的位置，優(yōu)選導體A具有軸對稱的形狀。根據(jù)該優(yōu)選范例，將導體B設置在固態(tài)發(fā)光元件的電源電極附近的地方(通常，設置在避開固態(tài)發(fā)光元件的豎直和水平方向中線的位置)，由此可以獲得對準配置，其中，將散熱襯底上方的空間有效地用于適應固態(tài)發(fā)光元件的結構和工作原理。于是可以減小半導體發(fā)光器件的尺寸。此外，優(yōu)選所述固態(tài)發(fā)光元件安裝在位于所述導體A的外框中央部分上的位置，所述導體A的形狀基于與所述固態(tài)發(fā)光元件下表面形狀相同的形狀，并將所述導體A形成為具有沿所述固態(tài)發(fā)光元件下表面的整個外周的邊緣。根據(jù)該優(yōu)選范例，由于導體A對固態(tài)發(fā)光元件的前述安裝失準具有一些容限，可
以獲得即使在加快生產(chǎn)速度時也能夠獲得較高可靠性的半導體發(fā)光器件。此外，在根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的配置中，優(yōu)選表示所有導體A和導體B的
導體X在散熱襯底上具有至少50%但小于100%的面積比。在這種情況下，優(yōu)選導體A的
總面積比至少為導體X的50%。此外，在這種情況下，優(yōu)選散熱襯底的形狀呈反對稱，固態(tài)
發(fā)光元件具有在散熱襯底的對稱線上的安裝表面。根據(jù)該優(yōu)選范例，最小所需的導體X具有散熱襯底上的高面積比，能夠具有如下排列配置有效地使用散熱襯底上方的空間來進一步適應固態(tài)發(fā)光元件的結構和工作原理。于是可以進一步減小半導體發(fā)光器件的尺寸。此外，由于導體A占據(jù)了導體X總面積的大部分，所以還充當固態(tài)發(fā)光元件的散熱器的導體A占據(jù)了散熱襯底上的大面積比。結果，可以獲得這樣的半導體發(fā)光器件，在其構造中，固態(tài)發(fā)光元件具有高的散熱效果。此外，允許將固態(tài)發(fā)光元件定位在散熱襯底的對稱線上，因此還可以獲得良好的外觀。這些協(xié)同效果使得能夠獲得具有高生產(chǎn)速度和高可靠性的小尺寸、高功率的半導體發(fā)光器件。此外，在根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的配置中，優(yōu)選表示所有導體A和導體B的導體X在散熱襯底的一個平坦表面上基本呈軸對稱。此外，在根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的構造中，優(yōu)選導體B和固態(tài)發(fā)光元件的
11電極引出部分通過作為導線的導體C彼此電連接，導體B與導體A相比具有更大數(shù)量的布線結構。利用一對導體A和導體B向固態(tài)發(fā)光元件供電，所述半導體發(fā)光器件的布線結構允許通過至少切換所述導體B在相同條件下向同一固態(tài)發(fā)光元件提供相同的電功率。
在根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的構造中，優(yōu)選所述固態(tài)發(fā)光元件具有如下結構該結構包括半導體發(fā)光層和固態(tài)發(fā)光元件上下表面上的電極，在將固態(tài)發(fā)光元件的安裝表面作為下表面時，半導體發(fā)光層充當上表面附近的原生光源。在根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的構造中，所述固態(tài)發(fā)光元件的所述主要光提取表面上還包括波長轉換器，優(yōu)選所述波長轉換器通過所述固態(tài)發(fā)光元件發(fā)射的原生光激勵發(fā)射波長比所述原生光更長的光。根據(jù)本發(fā)明的光源裝置的構造特征在于包括前述本發(fā)明的半導體發(fā)光器件。
這種光源裝置的構造能夠獲得小尺寸、高功率光源裝置。通過這種方式，通過利用固態(tài)發(fā)光元件充當安裝表面的整個下表面進行的熱傳導以高速均勻地將隨著輸入功率增大而增大的固態(tài)發(fā)光元件中產(chǎn)生的熱傳導到設置于固態(tài) 發(fā)光元件下方的高導熱體(例如，導體A、散熱襯底和外部散熱器)，可以控制固態(tài)發(fā)光元件中的溫度升高。同時，通過具有良好導熱性質(zhì)的導體A也沿著脫離固態(tài)發(fā)光元件下表面的安裝表面的水平方向傳導熱量以較均勻地擴散開，并充分利用不在固態(tài)發(fā)光元件下表面下的導體 A的一部分的良好導熱性質(zhì)和較大面積來改善散熱效率，從而控制了由于固態(tài)發(fā)光元件中的溫度升高和不均勻散熱(具體而言，為發(fā)光層平面中不均勻的散熱)導致的固態(tài)發(fā)光元件發(fā)光效率降低，隨著固態(tài)發(fā)光元件尺寸的增大，這正被視為問題。結果，可以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。此外，盡管利用導體A不呈線對稱的形狀獲得了用于通過導體A沿安裝表面水平方向傳導熱量的散熱路徑，固態(tài)發(fā)光元件的下表面位于導體A的中央部分中的面積比增大，并允許緊密靠近地設置多個固態(tài)發(fā)光元件，從而能夠以高密度安裝多個固態(tài)發(fā)光元件。
此外，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的構造特征在于包括本發(fā)明的前述半導體發(fā)光器件和用于切換半導體發(fā)光器件的電源端子的電路切換裝置。在這種情況下，在本發(fā)明的前述半導體發(fā)光器件中，導體B和固態(tài)發(fā)光元件的電極引出部分通過導體C彼此電連接。與導體A相比，導體B具有更大數(shù)量的布線結構，利用一對導體A和導體B向固態(tài)發(fā)光元件供電。該半導體發(fā)光器件的特征在于具有這樣的布線結構，該布線結構允許通過至少切換導體B在相同條件下向同一固態(tài)發(fā)光元件供應相同的電功率。根據(jù)這種照明系統(tǒng)的構造，即使在線路連接部分斷開連接并停止發(fā)光時，也能夠
無需更換光源恢復它并利用同一半導體發(fā)光器件點亮照明系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，可以利用傳統(tǒng)實用技術提供能夠以低成本生產(chǎn)且允許做出對發(fā)光故障有防范措施的電路設計的小尺寸、緊湊、大功率、高可靠性的半導體發(fā)光器件(例如白光 LED)和光源裝置。此外，可以提供即使在線路連接部分斷開連接并由此導致發(fā)光故障時也能夠無需更換半導體發(fā)光器件和光源就立刻恢復的照明系統(tǒng)。

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖9為示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中電路配置范例的示意圖。圖10為示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中電路配置范例的示意圖。圖11為示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中電路配置范例的示意圖。圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的俯視圖。圖17是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件范例的縱向截面圖。圖18是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件范例的縱向截面圖。圖19是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件范例的縱向截面圖。圖20是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件范例的縱向截面圖。圖21是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件范例的縱向截面圖。圖22是示出了與用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件具有不同結構的固態(tài)發(fā)光元件的參考圖。圖23是示出了用在本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的波長轉換器范例的示意圖。圖24是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的波長轉換器范例的側視圖。圖25是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的波長轉換器范例的側視圖。圖26是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖(取自圖1中所示的線I-I'的截面圖)。圖27是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖。圖28是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖。圖29是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中的散熱路徑范例的示意圖(俯視圖)。圖30是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中的散熱路徑范例的示意圖(縱向
13截面圖)。圖31是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中的散熱路徑范例的示意圖(縱向截面圖)。圖32是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖。
圖33是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖。
圖34是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖。
圖35是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖。
圖36是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件范例的縱向截面圖。
圖37是示出了根據(jù)本發(fā)明的光源裝置范例的縱向截面圖。
圖38是示出了根據(jù)本發(fā)明的光源裝置范例的縱向截面圖。
圖39是示出了根據(jù)本發(fā)明的光源裝置范例的縱向截面圖。圖40示出了俯視圖和示意截面?zhèn)纫晥D(取自俯視圖中所示的線II-II'和線
111-111'的截面圖)，示出了根據(jù)本發(fā)明的光源裝置范例。圖41是示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)范例的示意圖。圖42是示出了常規(guī)半導體發(fā)光器件的俯視圖。圖43是用于解釋常規(guī)半導體發(fā)光器件的問題的示意圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考實施例進一步詳細描述本發(fā)明。首先，參考圖l，將描述本發(fā)明的各個實施例公共的項目。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)
明的半導體發(fā)光器件實施例的俯視圖。(散熱襯底l) 如圖1所示，散熱襯底1是用于安裝固態(tài)發(fā)光元件3的襯底，該襯底設置有至少一個導體A，即圖案化電極2a。散熱襯底1至少在一側具有一個平坦表面，將具有平坦表面的這一側用作固態(tài)發(fā) 光元件3的安裝表面。散熱襯底1是由從金屬、半導體材料、陶瓷材料和樹脂中選擇的至少一種材料制成的襯底，至少安裝表面為電絕緣表面(在下文中稱為"絕緣散熱襯底"或簡稱為"絕緣襯底")。散熱襯底1的基部基本可以是電絕緣襯底或導電襯底(尤其是金屬襯底)。然而，由于下述理由，尤其優(yōu)選的散熱襯底1是僅由電絕緣體形成的絕緣襯底。
具體而言，可以適當?shù)貜挠芍T如銅、鋁、不銹鋼、金屬氧化物(例如氧化鋁、氧化硅和玻璃)、金屬氮化物(例如氮化鋁和氮化硅)、碳化硅和、金屬硅、碳的無機材料、硅酮基樹脂和環(huán)氧基樹脂制成的襯底選擇要用的散熱襯底1的基部。例如，適當?shù)貜慕饘傺趸?例如氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鎂和玻璃)、金屬氮化物(例如氮化鋁和氮化硅)和其他無機絕緣材料，以及硅酮基樹脂、環(huán)氧基樹脂和其他有機絕緣材料選擇要使用的安裝表面。用于獲得良好散熱性質(zhì)的優(yōu)選散熱襯底1是前述基部為金屬、陶瓷壓緊物或金屬和陶瓷復合物的任一種的絕緣襯底。
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另一方面，對于減少生產(chǎn)成本而言優(yōu)選的散熱襯底1是主要由樹脂(例如硅酮基樹脂)構成的形成體，例如是包含填料(例如氧化鋁、氧化硅或各種金屬的無機顆粒)的樹脂形成體的絕緣襯底。此外，對于改善光提取效率而言優(yōu)選的散熱襯底1是安裝表面具有極好可見光反射性質(zhì)的散熱襯底，例如，具有白色體顏色的散熱襯底。這種散熱襯底1不僅容易以較低價格獲得和處理而且具有高熱導率。因此，對于控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高是有效的。在將僅由絕緣體形成的絕緣襯底用作散熱襯底1時，可以較容易地設置僅在有限區(qū)域中具有電勢的半導體發(fā)光器件。因此，在結構設計中容易考慮電氣性質(zhì)，因此，例如，可以較容易地提供在電流動方面容易處理的光源裝置。另一方面，在將包括導電襯底作為其基部的絕緣襯底用作散熱襯底1時，可以獲
得非常高的熱導率。因此，能夠提供具有極好散熱性質(zhì)的半導體發(fā)光器件。因此，在認為電結構設計的簡易性很重要時，優(yōu)選使用僅由絕緣體形成的絕緣襯
底。另一方面，在認為散熱性質(zhì)很重要時，優(yōu)選使用包括導電襯底作為其基部的絕緣襯底。對于任何上述絕緣襯底而言，優(yōu)選的散熱襯底1是熱導率至少為1W/mK的襯底或
由熱導率至少為1W/mK的材料形成的襯底。熱導率優(yōu)選至少為10W/mK，更優(yōu)選為至少100W/mK。在使用這種散熱襯底1時，容易通過散熱襯底1將在向半導體發(fā)光器件輸入電功率時產(chǎn)生的熱傳導到較低溫度的部分。因此，增進了熱擴散，由此控制了整個半導體發(fā)光器件中的溫度升高。結果，可以獲得高的散熱效果。優(yōu)選的散熱襯底1是容易處理且具有平板形狀的襯底。使用這種散熱襯底容易安裝固態(tài)發(fā)光元件3，還能夠簡化生產(chǎn)工藝。(導體A 2a和作為圖案化電極的導體B 2b(導體X)) 在下文中，將導體A 2a和導體B 2b統(tǒng)稱為導體X。導體A 2a和導體B 2b是用于向固態(tài)發(fā)光元件3供電的成對導體。導體X可以是主要由從例如金屬、導電化合物和半導體中選擇的至少一種構成的
導體。然而，為了獲得能夠既具有低電阻率又具有高熱導率的導體，優(yōu)選導體X均由主要由
金屬構成的材料形成，該材料具有重量比至少為80%的金屬成分比。上述金屬的具體范例包括金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉬(Pt)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鎳 (Ni)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鴇(W)、銠(Rh)、銥(Ir)、鋁(Al)、錫(Sn)、硅(Si)和鐵(Fe)以及這些金屬的合金和硅化物。導電化合物的范例包括低阻材料，例如氮化鈦(TiN)和氮化鉭(TaN)，半導體的范例包括透明導電材料，例如In-Sn-0和ZnO:Al。為了獲得具有高的光提取效率的半導體發(fā)光器件，導體X優(yōu)選為具有金屬光澤的導體。在利用在室溫下評價中獲得的光反射率作為度量表示優(yōu)選的金屬光澤的大體指導范例時，例如，藍色和紅色之間的波長范圍(420到660nm)的光反射率至少為50%，可見光波長范圍(380到780nm)之內(nèi)的光反射率優(yōu)選為至少80%。優(yōu)選導體A 2a和導體B 2b都具有前述金屬光澤。然而，基本上，在至少導體A 2a
15具有金屬光澤時這不是問題。要使用的這種導體X均是從導體板、導體形成體、導體厚膜和導體薄膜中選擇的至少一種。然而，從生產(chǎn)成本的角度來說，導體X優(yōu)選是導體厚膜。上述導體厚膜和導體薄膜優(yōu)選是在很多情況下，例如在過去為電子線路形成線路時實踐證實過的那些。例如，導體厚膜優(yōu)選是利用絲網(wǎng)印刷方法、噴墨方法、刮刀方法、漿料澆注方法、旋涂方法、沉淀滴定方法、電泳方法或電鍍技術形成的厚膜。導體薄膜優(yōu)選是利用氣相淀積技術、濺鍍技術和化學氣相淀積的任一種形成的薄膜。導體板例如是指經(jīng)過構圖過程的金屬板(Al、 Ti、Nb、 Ta、 Cr、Mo、 W、 Rh、 Ir、 Fe、 Ni、 Pd、 Pt、 Cu、 Ag、 Zn、其合金、不銹鋼等)。在利用例如粘合劑將已經(jīng)過構圖過程的前述金屬板鍵合到散熱襯底1時，可以將其用作具有導體A 2a的散熱襯底l。為了方便設計半導體發(fā)光器件，希望導體A 2a的厚度在大約3mm或更小的范圍內(nèi) 盡可能的厚。厚度的具體范例為至少10m咖但小于3mm，優(yōu)選至少100mum但小于3mm，更優(yōu) 選為至少300mum但小于3mm。這種厚度的導體A 2a具有極好的熱導率，因此充當良好的散熱器。此外，這種厚度的導體A 2a具有低線路電阻，由此在導體A 2a中控制了焦耳熱的
產(chǎn)生。于是，能夠控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。圖1中所示的電極焊盤6是為導體X，例如在需要時為引出線路提供的導體(通常為金屬)。也可以將它們用作電源端子。
(固態(tài)發(fā)光元件3概述) 固態(tài)發(fā)光元件3是用于將電能轉換為光能的電光轉換元件，例如發(fā)光二極管 (LED)、半導體激光器(LD)、無機EL元件(EL)或有機EL元件(OLED)。在電光轉換元件的工作原理方面，優(yōu)選用于獲得大功率點光源的半導體發(fā)光器件的固態(tài)發(fā)光元件3為LED或LD，而優(yōu)選用于獲得大功率面光源的固態(tài)發(fā)光元件3為EL或 0LED。優(yōu)選用于獲得高可靠性半導體發(fā)光器件的固態(tài)發(fā)光元件3為LED、LD和EL的任一種，其每一種都包括由無機材料形成的發(fā)光層。優(yōu)選用于獲得具有良好光顯色性的輸出光以及具有均勻光擴散表面的輸出光的固態(tài)發(fā)光元件3為具有較寬發(fā)射譜半峰寬度并幾乎無方向性發(fā)光的EL或0LED。
此外，從波長轉換器4進行的波長轉換獲得的能量效率的角度來看優(yōu)選的固態(tài)發(fā) 光元件3是發(fā)射發(fā)射峰值在長于380nm的可見波長范圍中盡可能長的波長的范圍中的原生光(可見光)的固態(tài)發(fā)光元件。為了獲得白色輸出光，優(yōu)選固態(tài)發(fā)光元件發(fā)射的原生光發(fā) 射峰值在至少為380nm但短于510nm的紫到藍綠波長范圍中。在考慮例如固態(tài)發(fā)光元件3的輸出水平現(xiàn)狀時，優(yōu)選固態(tài)發(fā)光元件發(fā)射的原生光的發(fā)射峰值優(yōu)選在至少400nm但短于480nm的紫到藍波長范圍中，更優(yōu)選在至少430nm但短于475nm的藍波長范圍中。使用這種固態(tài)發(fā)光元件3能夠通過配置半導體發(fā)光器件，使得波長轉換器4執(zhí)行的光吸收和發(fā)射之間的能量差異較小。因此，對于波長轉換原理而言，允許其用于減小伴隨波長轉換導致的光能損失。因此，減小了由于能量損失導致的波長轉換器4的發(fā)熱值，并控制了由于波長轉換器4的熱積累動作導致的溫度升高，實現(xiàn)例如波長轉換器4中所含磷光體的溫度淬熄效應的減弱。出于這種原因，即使在通過增大輸入功率密度實現(xiàn)了固態(tài)發(fā)光元件3光輸出(原生光)強度增大時，也可以獲得往往會保持較高波長轉換效率的半導體發(fā)光器件。固態(tài)發(fā)光元件3的尺寸不受特別限制，就俯視的外框面積而言，其范例為0. Olmm2 到lOOcm2。在固態(tài)發(fā)光元件3為LED時，例如，俯視圖中每個LED的外框面積大約至少為 0. Olmm2但小于5cm2。然而，對于輸入功率和點光源性質(zhì)之間的平衡而言，為了獲得大功率點光源，外框面積優(yōu)選在大約至少0. 25mm2但小于4cm2的范圍內(nèi)，優(yōu)選大約至少為0. 6mm2但小于2cm2。圖17到22均示出了 LED結構的縱向截面圖作為固態(tài)發(fā)光元件3的范例。
優(yōu)選地，充當固態(tài)發(fā)光元件3的原生光15的源的半導體發(fā)光層11具有由絕緣基部7或導電基部8支撐的結構。這加強了半導體發(fā)光層11的較差機械強度，使其容易處理。
例如，在JP 2007-150331A中披露了具有這種結構的固態(tài)發(fā)光元件3的適當制造方法，因此在此不詳細描述。優(yōu)選的絕緣基部7或導電基部8是從主要由IV族金屬元素構成的金屬、主要由IV 族元素構成的化合物以及主要由III-V族元素構成的化合物選擇的至少一種半導體基部。
半導體基部不僅可以根據(jù)其中包含或不包含雜質(zhì)而是絕緣基部7或導電基部8，而且還充當具有良好熱傳導性質(zhì)的基部。因此，還可能控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。
如圖19到21所示，優(yōu)選固態(tài)發(fā)光元件3在與發(fā)射原生光15的主要光提取表面相同的表面上具有至少一個電極，并具有上下電極結構，在向從固態(tài)發(fā)光元件3的上表面延伸到下表面的厚度方向上整體施加電壓時發(fā)射原生光15。這樣可以減少設置于光提取表面附近且阻擋一部分原生光15的導體C 5(例如參見圖1)的數(shù)量。于是，可以獲得較高功率的原生光15。更優(yōu)選地，如圖19和20所示，在將固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面作為下表面的情況下，固態(tài)發(fā)光元件3在上表面附近設置有充當原生光15光源的半導體發(fā)光層11 (有源層)。優(yōu)選地，其具有如下結構(前述向上上下電極結構)固態(tài)發(fā)光元件3的上下表面上有電極 (一對電源電極A 14a和電源電極B 14b)。這樣可以避免固定半導體發(fā)光層11附近具有較敏感性質(zhì)的大區(qū)域，由此，半導體發(fā)光層11不會受到例如因輸入功率密度增大和電流增大伴隨的發(fā)熱導致的失真，且不會發(fā)生由導電粘合劑導致的安裝后半導體發(fā)光層11中的電泄漏。于是，可以獲得不易導致裂痕或性質(zhì)偏差的結構。此外，由于半導體發(fā)光層11發(fā)射的原生光15不經(jīng)過基部就被輸出，還有如下優(yōu) 點容易獲得具有強方向性的原生光15，其適用于例如車頭燈中。此外，優(yōu)選固態(tài)發(fā)光元件3具有主要由金屬材料和半導體材料構成的結構。由于這樣能夠獲得僅由導熱性質(zhì)良好的材料構成的固態(tài)發(fā)光元件3，所以固態(tài)發(fā)光元件3具有更大的熱導率。結果，改善了散熱性質(zhì)，結果可以控制溫度升高。優(yōu)選地，主要光提取表面附近具有通過表面粗糙處理形成的不平坦結構。這樣能夠獲得高的光提取效率，由此可以提高原生光15的輸出功率。優(yōu)選地，用于半導體發(fā)光層11的材料是II-VI族化合物、III-V族化合物和IV族化合物的任一種。由于這種半導體發(fā)光層ll充當著高效率無機電光轉換結構，在可靠性方面問題較少，且可以獲得大功率的原生光15。優(yōu)選地，固態(tài)發(fā)光元件3的下表面面積等于或大于位于主要光提取表面上的上表面的面積。這不僅允許基部(絕緣基部7、導電基部8或半導體基部)具有比充當熱源的半導體發(fā)光層11更大的體積，而且增大了其與線路電極A 2a接觸的面積，電極A 2a還充當導熱體和散熱器。因此，所發(fā)熱量的傳送率增大，由此可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。優(yōu)選地，利用主要由金屬構成的材料(例如銀膏或焊料)將固態(tài)發(fā)光元件3和導體A 2a彼此鍵合。通常，金屬材料具有高熱導率。因此，這能夠高效地將固態(tài)發(fā)光元件3產(chǎn)生的熱傳輸?shù)綄wA 2a和散熱襯底l。于是，可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。
在下文中，例如，詳細描述固態(tài)發(fā)光元件3的結構和布置。
(固態(tài)發(fā)光元件3的具體結構范例) 在下文中，介紹固態(tài)發(fā)光元件3的具體結構范例。不過，可以通過例如JP2007-150331A中披露的方法執(zhí)行具有這種結構的固態(tài)發(fā)光元件3的生產(chǎn)，在此不詳細描述。(固態(tài)發(fā)光元件3的具體結構范例1) 圖17是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件3的結構范例的縱向截面圖。如圖17所示，在絕緣基部7上設置反射層IO，在反射層IO上設置半導體發(fā)光層11。分別為位于反射層10的上表面上的半導體層(未示出)的上表面和半導體發(fā)光層11的上表面設置有用于向半導體發(fā)光層11施加電壓的電極(電源電極B 14b和半透明電極12)。為了有助于線路連接，如果需要，為半透明電極12的一部分提供電源電極A 14a。
設置絕緣基部7以支撐半導體發(fā)光層11來增強半導體發(fā)光層11的機械強度，并利用固態(tài)發(fā)光元件3的上表面上設置的一對電源電極A 14a和電源電極B 14b向半導體發(fā)光層11供電。這里要使用的電絕緣基部7的材料可以與可用作前述絕緣襯底的散熱襯底1的材料相同。具體而言，要使用的絕緣基部7可以是由從陶瓷材料、半導體材料和玻璃中選擇的至少一種材料形成的基部。作為其他具體范例，電絕緣基部7是由諸如金屬氧化物(例如氧化鋁、氧化硅、玻璃或各種合成氧化物^^15012或其他))、金屬氮化物(例如氮化鋁或氮化硅)或碳化硅的無機材料形成的絕緣基部。反射層10反射半導體發(fā)光層11發(fā)射的光中沿絕緣基部7的方向發(fā)射的光，用于提高從固態(tài)發(fā)光元件3充當主要光提取表面的上表面提取光的效率。要使用的反射層IO可以從由與用于導體X的相同金屬(例如Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Zn、 Ni、 Ti、 Zr、 Hf 、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W、 Rh、 Ir、 Al、 Sn、 Si和Fe)、這些金屬的合金或硅化物以及前述導電化合物(TiN、TaN等)以及具有白色體顏色的無機化合物粉末(例如8 04、Ti02、Al203、Si02和MgO)形成的厚膜(厚度大約至少為lmum但小于lmm)或薄膜(厚度大約至少為10nm但小于lm咖)，以及由其混合粉末形成的厚膜(厚度大約至少為lm咖但小于lmm)中適當選擇。反射層IO不限于上述那些，只要其對于可見光(380到780nm波長范圍之內(nèi)的光)具有高反射率(例如在室溫下反射率至少為70%，優(yōu)選至少為80% )即可。
優(yōu)選的反射層10是包含從上述金屬、合金和硅化物選擇的至少一種的反射層。由于這種反射層10具有較高熱導率，因此能夠高速將固態(tài)發(fā)光元件3工作期間從半導體發(fā)光層11釋放的熱量耗散到絕緣基部7。此外，在反射層10是導電的時，可以將其用作也充當電源電極的反射層。半導體發(fā)光層11是至少由其中包含的在供電時發(fā)射磷光(注入電致發(fā)光或本征
電致發(fā)光)的無機或有機半導體形成的多層結構。發(fā)射注入電致發(fā)光的多層結構范例可以包括至少具有疊置于其中的p型和n型無機或有機半導體的結構。無機半導體的范例可以包括IV族化合物(例如SiC)、III-V族化合物(例如InGaN基化合物)和II-VI族化合物(例如ZnSSe基化合物和ZnO)。
另一方面，發(fā)射本征電致發(fā)光的多層結構的范例可以包括至少包含無機磷光體(具體而言，寬帶隙半導體)的結構。無機磷光體的范例可以包括包含硫化物(ZnS、CaS、SrS、 SrGa2S4、 BaAl2S4等)、氧硫化物(Y202S、 La202S等)、氮化物(A1N、 LaSi3N5、 Sr2Si5N8、CaAlSiN3等)、氮氧化物(BaSi202N2等)或氧化物(Zn2Si04等)作為磷光體基質(zhì)的磷光體，將活化劑添加到磷光體基質(zhì)中。可以由例如日本專利No. 2840185中公開的方法執(zhí)行發(fā)射本征電致發(fā)光的固態(tài)發(fā)光元件的生產(chǎn)，在此不詳細描述。半透明電極12用于向半導體發(fā)光層11供電并將半導體發(fā)光層11發(fā)射的光提取到固態(tài)發(fā)光元件3的外部作為原生光15。它由半透明金屬(例如Au)或前述透明導電材料(例如In-Sn-0或ZnO:Al)構成。電源電極A 14a和電源電極B 14b均充當向半導體發(fā)光層11供電的電氣端子，通常由與用于導體X的金屬相同的金屬構成。在向如上所配置的固態(tài)發(fā)光元件3的電源電極A 14a和電源電極B 14b施加直流
或交流電壓或脈沖電壓時，電流流經(jīng)半導體發(fā)光層11，由此向其提供電功率。通過至少由其中包含無機或有機半導體形成的多層結構的電光轉換動作將供應
到半導體發(fā)光層11的電功率轉換成光。因此，通過半透明構件(半透明電極12或前述半
透明基部)從固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射出作為原生光15的光。例如，可以通過如下生產(chǎn)方法生產(chǎn)這種固態(tài)發(fā)光元件3。 (1)在利用外延晶體生長技術在單晶襯底(例如藍寶石、SiC、GaN、 Si或Y3A15012)上疊置由n型和p型InGaN基化合物形成的單晶薄膜之后，然后，例如通過氣相淀積形成形成反射層10的金屬膜，于是獲得了發(fā)光結構。 (2)例如，通過與上述不同的生產(chǎn)工藝在例如由Si、SiC或AlN構成的襯底上形成與上述相同的金屬膜，于是獲得支撐結構。 (3)利用結合層(厚度至少為10nm但小于lOOOnm的合金(例如Au-Sn或Ag-Sn)、金屬(例如Mo或Ti)或化合物(例如Si02、Si3N4、Hf02或TiN))將上述(1)項的發(fā)光結構和上述(2)項的支撐結構結合起來，從而將如上所述形成的兩個金屬膜彼此鍵合。
(4)通過物理、化學或機械處理去除結合之后獲得的單晶襯底，由此獲得發(fā)光結構
19附著于支撐結構上的結構。之后，例如，使用Au形成電源電極A 14a和電源電極B 14b。于
是完成了固態(tài)發(fā)光元件3。(固態(tài)發(fā)光元件3的具體結構范例2) 在下文中，將描述另一種固態(tài)發(fā)光元件3的結構和運行。圖18是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件的固態(tài)發(fā)光元件3的結構另一范例的縱向截面圖。圖18中所示的固態(tài)發(fā)光元件3是結構中沒有已參考圖17所述的固態(tài)發(fā)光元件3中的反射層10的元件。相應構件的細節(jié)和基本運行與參考圖17所述的那些相同，因此這里不再重復其描述。例如，可以利用外延晶體生長技術在前述半透明單晶襯底上疊置前述n型和p型半導體單晶薄膜，并真空淀積電源電極A 14a和電源電極B 14b(例如Au)來獲得這種固態(tài)發(fā)光元件3。此外，例如，還可以通過利用例如濺鍍技術在玻璃襯底上依次疊置由透明導電材料形成的透明電極的相應薄膜、絕緣體、包含以寬帶隙半導體作為其基質(zhì)的前述無機磷光體、絕緣體、前述透明電極來獲得這種固態(tài)發(fā)光元件3。在具有這種結構的固態(tài)發(fā)光元件3中，不僅通過設置在上表面上的半透明電極，
而且從半透明絕緣基部7(具體而言，為側面)輸出原生光15。因此，通過布置波長轉換器
4(例如參見圖1)使其環(huán)繞固態(tài)發(fā)光元件3的上表面和側面，還可以將從固態(tài)發(fā)光元件3的
側面泄漏的原生光15用作波長轉換器4的激勵光。結果，不僅可以提高半導體發(fā)光器件的
輸出功率，而且可以減小磷光色彩的偏差。(固態(tài)發(fā)光元件3的具體結構范例3和4) 圖19和20是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件的固態(tài)發(fā)光元件3的結構其他范例的縱向截面圖。圖19和20中所示的每個固態(tài)發(fā)光元件3都是具有如下結構的固態(tài)發(fā)光元件在導電基部8上設置半導體發(fā)光層ll，而在半導體發(fā)光層11下方設置反射層10，并在固態(tài)發(fā)光元件3的下表面上設置另一電源電極B 14b。該結構可以包括用于向半導體發(fā)光層11施加電壓的半透明電極12，如必要的話，
也向設置在半導體發(fā)光層11上的電源電極A 14a施加電壓，如圖19所示，或可以不包括半
透明電極12，半導體發(fā)光層11的一部分也充當半透明電極12，如圖20所示。此夕卜，如圖19所示，可以在導電基部8和電源電極B 14b之間設置反射層10，或如
圖20所示，可以在半導體發(fā)光層11和導電基部8之間設置反射層10。設置導電基部8以支撐半導體發(fā)光層ll來增強半導體發(fā)光層11的機械強度，并
利用分別設置在固態(tài)發(fā)光元件3的上下表面上的一對電源電極A14a和電源電極B 14b向
半導體發(fā)光層ll供電。要使用的導電基部8可以是由從金屬和半導體材料選擇的至少一種材料形成的基部。前述半導體材料的范例包括氮化鎵、碳化硅和硅。在具有上述結構的固態(tài)發(fā)光元件3中，對于發(fā)射注入電致發(fā)光的結構而言，反射層10需要有電導率，從而將電子或空穴注入半導體發(fā)光層11中。要使用的反射層10可以從前述金屬(例如Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Zn、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Rh、Ir、Al、Sn、Si和Fe)以及這些金屬的合金或硅化物的厚膜和薄膜中適當選擇。
其他構件的細節(jié)如上文參考圖17所述，因此在此不重復其描述。在向設置在具有上述這種結構的固態(tài)發(fā)光元件3的上下表面上的電源電極A 14a
和電源電極B 14b施加直流或交流電壓或脈沖電壓時，電流流經(jīng)半導體發(fā)光層ll，結果向
其提供電功率。通過多層結構的電光轉換動作將供應給半導體發(fā)光層11的電功率轉換成光。因此，從固態(tài)發(fā)光元件3通過半透明構件(半透明電極12和導電基部8(在具有半透明性的情況下))發(fā)射出作為原生光15的光。例如，可以利用外延晶體生長技術在導電半導體單晶襯底(例如SiC或GaN)上疊置n型和p型半導體單晶薄膜，通過氣相淀積形成電源電極A14a(例如Au)，之后在位于未形成半導體單晶薄膜一側的半導體單晶襯底的表面上形成反射層IO和電源電極B 14b，從而獲得具有圖19中所示結構的固態(tài)發(fā)光元件3。另一方面，例如，可以利用與具有圖17所示結構的固態(tài)發(fā)光元件3所采用的相同生產(chǎn)方法來生產(chǎn)具有圖20中所示結構的固態(tài)發(fā)光元件3。具有圖19和20所示結構的固態(tài)發(fā)光元件3均具有在固態(tài)發(fā)光元件3的下表面上設置一對電源電極之一 (電源電極B 14b)的結構。因此，從其提取原生光15的光提取表面具有較大面積，由此獲得適于獲得大功率半導體發(fā)光器件的結構。
(固態(tài)發(fā)光元件3的具體結構范例5) 圖21是示出了用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件的固態(tài)發(fā)光元件3的結構又一范例的縱向截面圖。圖21中所示的每個固態(tài)發(fā)光元件3是具有如下結構的固態(tài)發(fā)光元件在導電基部8下方設置半導體發(fā)光層11 ，電源電極B 14b設置于固態(tài)發(fā)光元件3的下表面上，而電源電極A 14a設置于導電基部8上，導電基部8具有半透明性。如圖21所示，該結構可以包括設置于半導體發(fā)光層11下方的反射層10，或可以不包括反射層IO，其中電源電極B 14b還充當反射層10。設置導電基部8不僅用以支撐半導體發(fā)光層ll來增強半導體發(fā)光層11的機械強度，并利用設置于固態(tài)發(fā)光元件3的上下表面上的一對電源電極A14a和電源電極B 14b向半導體發(fā)光層ll供電，而且用以將半導體發(fā)光層11發(fā)射的光提取到固態(tài)發(fā)光元件3外部作為原生光15。要使用的導電基部可以是由半導體材料形成的基部。半導體材料的范例包括氮化鎵和碳化硅。在具有上述結構的固態(tài)發(fā)光元件3中，對于發(fā)射注入電致發(fā)光的結構而言，反射層10需要有電導率，從而如參考圖19和20所述將電子或空穴注入半導體發(fā)光層11中。
要使用的反射層io可以從前述金屬以及這些金屬的合金和硅化物的厚膜和薄膜中適當選擇。其他構件的細節(jié)如上文參考圖17所述，因此在此不重復其描述。此外，固態(tài)發(fā)光元件3的運行也如上文參考圖19和20所述，因此在此不重復其描述。例如，可以利用外延晶體生長技術在具有電導率的半導體單晶襯底(例如SiC或GaN)上疊置n型和p型半導體單晶薄膜，形成還充當反射層10的電源電極B 14b，之后在位于未形成半導體單晶薄膜一側的半導體單晶襯底的表面上形成電源電極A 14a，從而獲
21得具有圖21中所示結構的固態(tài)發(fā)光元件3。對于圖19和20中所示的固態(tài)發(fā)光元件3而言，在具有這種結構的固態(tài)發(fā)光元件 3中，不僅提取原生光15的光提取表面具有較大面積，而且發(fā)熱的半導體發(fā)光層11位于散熱襯底1的安裝表面附近的地方。于是，考慮到較高效地耗散半導體發(fā)光層11的熱，這是一種優(yōu)選結構。具有圖21所示結構的固態(tài)發(fā)光元件3是被稱為具有前述倒裝芯片上下電極結構的固態(tài)發(fā)光元件的元件。(固態(tài)發(fā)光元件3的參考結構范例) 圖22是示出了與用于本發(fā)明半導體發(fā)光器件中的固態(tài)發(fā)光元件3具有不同結構的固態(tài)發(fā)光元件3范例的縱向截面圖，以供參考。具有圖22所示結構的固態(tài)發(fā)光元件3具有在半透明基部9下方設置半導體發(fā)光層11且在固態(tài)發(fā)光元件3的下表面上設置電源電極A 14a和電源電極B 14b的結構。在圖22中，數(shù)字13代表電極。設置半透明基部9不僅用以支撐半導體發(fā)光層ll來增強半導體發(fā)光層11的機械強度，并利用設置在固態(tài)發(fā)光元件3的下表面上的一對電源電極A 14a和電源電極B 14b 向半導體發(fā)光層11供電，而且用以將半導體發(fā)光層11發(fā)射的光提取到固態(tài)發(fā)光元件3外部作為原生光15。要使用的半透明基部9可以是由半導體材料或絕緣體材料制成的基部。半導體材料的范例包括氮化鎵和碳化硅，絕緣體材料的范例包括各種金屬氧化物(例如氧化鋁、氧化硅和玻璃)。其他構件的細節(jié)如上文參考圖17所述，因此在此不重復其描述。
在向具有上述這種結構的固態(tài)發(fā)光元件3的電源電極A 14a和電源電極B 14b施加直流或交流電壓或脈沖電壓時，電流流經(jīng)半導體發(fā)光層11，由此向其提供電功率。
通過至少由其中包含的無機或有機半導體形成的多層結構的電光轉換動作將供應到半導體發(fā)光層11的電功率轉換成光。因此，從固態(tài)發(fā)光元件3通過半透明基部9發(fā)射出這種光作為原生光15。具有圖22所示參考結構的固態(tài)發(fā)光元件3是被稱為具有前述倒裝芯片下表面兩
電極結構的固態(tài)發(fā)光元件的元件。(波長轉換器4) 波長轉換器4是進行波長轉換的光轉換器，其中將固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的光(原生光15)轉換成波長比原生光15更長的光。波長轉換器4是至少包含無機或有機的所謂光致發(fā)光磷光體(滿足實際性能水平的磷光體；在下文中簡稱為"磷光體")17的結構(例如參見圖23)。由于在100到200度C的較高溫度條件下具有極好的化學穩(wěn)定性，優(yōu)選的磷光體 17為無機磷光體。因此，優(yōu)選波長轉換器4包含無機磷光體。這允許其充當高度可靠的波長轉換器4。波長轉換器4優(yōu)選是樹脂磷光體膜、包含無機磷光體的形成體和包含無機磷光體的絡合物的任一種，更優(yōu)選為磷光體板。這種波長轉換器4是已經(jīng)在例如電子領域中得到很好技術驗證的波長轉換器，高度可靠的波長轉換器4也容易制造。
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具體而言，磷光體板也容易處理，因此還可以簡化生產(chǎn)半導體發(fā)光器件的過程。
優(yōu)選地，包含無機磷光體的形成體是半透明磷光體陶瓷、磷光體玻璃和具有磷光體功能的合成陶瓷(MGC光學轉換構件)的任一種。這種形成體不僅得到了技術驗證或接近得到驗證，而且具有高熱導率，因為它是全部無機的，且用于控制波長轉換器4中的溫度升高。另一方面，包含無機磷光體的絡合物優(yōu)選為具有無機磷光體膜的半透明基部，其中，無機磷光體膜主要由設置于其至少一側上的無機磷光體粉末構成。這種具有無機磷光體膜的半透明基部是在例如磷光體燈或電子管中已經(jīng)充分實踐驗證過的波長轉換器。因此，在使用具有無機磷光體膜的半透明基部時，可以容易地生產(chǎn)具有極好性能的波長轉換器4。此外，由于可以事先在獨立的過程中進行需要很多技術訣竅的波長轉換器4的生產(chǎn)，還有助于關于生產(chǎn)工藝損失的風險管理。此外，由于波長轉換導致發(fā)熱的部分僅僅是磷光體膜。在半透明基部由無機材料形成時，半透明基部充當著具有高熱導率的散熱器，由此還可以控制波長轉換器4中的溫度升高。波長轉換器4中的上述溫度升高是由伴隨波長轉換的能量損耗(Stokes損耗)導致的現(xiàn)象。例如，在具有藍光LED和黃光磷光體組合構造且相關色溫為5000K左右的白光LED光源中，藍光LED發(fā)射的原生光光能的大約10到30%被消耗轉換成熱，然后熱量被累積，導致前述溫度升高。例如，在包括由散布于半透明樹脂中的磷光體粉末形成的磷光體膜的白光LED光源中，半透明樹脂的熱導率為0. 1到0. 5W/mK，這比無機材料低一到兩位。這導致大的溫度升高，通常在較低輸入功率下可能發(fā)生相對于LED芯片的溫度超過100度C的溫度升高。結果，波長轉換器4的溫度達到遠超過150度C的溫度范圍。在下文中，例如，將詳細描述用于本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中的波長轉換器4的實施例、用于波長轉換器4的磷光體17(具體而言，為無機磷光體)以及波長轉換器4的具體結構。例如，后面將獨立地詳細描述波長轉換器4的布置。
(用于波長轉換器4的磷光體17) 如上所述，用于波長轉換器4的磷光體17優(yōu)選為無機磷光體。在下文中，詳細描述無機磷光體。例如，可以從如下無機磷光體中適當選擇要使用的無機磷光體由于半導體中帶間能量躍遷而發(fā)射磷光的無機磷光體、由于在半導體中形成施主或受主的雜質(zhì)離子而發(fā)射磷光的無機磷光體、以及由于局部中心而發(fā)射磷光的無機磷光體(由于過渡金屬離子或稀土離子的電子躍遷而發(fā)射磷光的無機磷光體)。優(yōu)選的無機磷光體是以稀土離子(例如Ce3+、 Pr3+、 Nd3+、 Sm3+、 Eu3+、 Eu2+、 Tb3+、 Dy3+、Ho3+、 Er3+、 Tm3+、 Y3+或Yb2+)或過渡金屬離子(例如Mn2+、 Mn4+、 Sb3+、 Sn2+、 Ti4+、 T1+、 Pb2+、 Cu+、Cr3+或Fe3+)為發(fā)光中心而激活的無機磷光體。在它們中，很多無機磷光體尤其是優(yōu)選的，它們中的每一種都利用從Ce3+、Pr3+、EU3+、EU2+、Tb3+、Yb2+和Mn2+中選擇的至少一種金屬離子激活的，因為至少在至少為380nm但短于420nm的紫色波長范圍中或至少為420nm但短于510nm的藍色到藍綠波長范圍中，它們在光致激發(fā)下都表現(xiàn)出高的光子轉換效率。
具體而言，很多無機磷光體是優(yōu)選的，它們中的每一種都包含從Ce3+和Eu2+中選擇的至少一種稀土離子作為發(fā)光中心，因為在至少為380nm但短于510nm的紫色到藍綠波長范圍中，此外在至少為400nm但短于480nm的紫色到藍色波長范圍中，以及尤其在至少為 430nm但短于475nm的波長范圍中，它們在光致激發(fā)下都表現(xiàn)出高的光子轉換效率。
對于控制伴隨波長轉換器4中的波長轉換而來的能量損失導致的溫度升高而言優(yōu)選的無機磷光體是對于固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的光具有高光吸收率且內(nèi)量子效率接近理論極限的無機磷光體，亦即，在固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的光的發(fā)射峰值波長的光致激發(fā)下具有高外量子效率且絕對值至少為80%的無機磷光體。這種具有高外量子效率的無機磷光體相對于原生光具有高吸收率并以高光子轉
換效率將吸收的原生光轉換成波長比原生光更長的波長轉換光。因此，在利用原生光輻照
波長轉換器4時，沿輻照方向通過波長轉換器4的波長轉換光的輸出率隨著原生光增大。因
此，在要獲得包含原生光作為輸出光成分之一且是通過原生光和波長轉換光的相加色彩混
合獲得的光，具體而言，是白色光時，波長轉換器4可以是薄的。結果，波長轉換器4在厚度
方向上具有良好的熱導率和極好的散熱性質(zhì)，因此對于控制溫度升高是優(yōu)選的。無機磷光體的各方面不受特別限制，可以從例如粉末、燒結體、陶瓷壓緊物和單晶
體的寬范圍中選擇無機磷光體。無機磷光體不是從制造控制波長轉換器4中溫度升高的設計角度而使用的無機磷光體而是從改善波長轉換器4的熱阻角度使用的無機磷光體，也沒有問題。亦即，在波長轉換器4中，所有類型的充當波長轉換材料的無機磷光體都可以是具有高熱阻和較小溫度熄滅效應的磷光體，其中，在無機磷光體的溫度條件達到150度C時，在以與原生光峰值波長相同波長進行光致激發(fā)時的發(fā)射峰值至少維持在室溫下獲得的峰值的70%。在這種情況下，將在高溫條件下發(fā)光效率不容易降低的無機磷光體用作波長轉換材料。因此，可以提供其光輸出即使在溫度升高時也不容易降低的波長轉換器4。于是，可以提供即使在溫度升高時光輸出也不會降低的半導體發(fā)光器件。這種具有高熱阻的高效無機磷光體的范例包括以下無機磷光體，優(yōu)選將這些無機磷光體用作本發(fā)明中的波長轉換材料。 (1)具有石榴石晶體結構，發(fā)射峰波長在至少500nm但短于565nm范圍內(nèi)的Ce"激活的磷光體 (2)利用Eu2+和Ce3+的至少一種激活的氮化物基磷光體(例如，氮化物磷光體或氮氧化物磷光體)。由于能夠通過與發(fā)射藍光的固態(tài)發(fā)光元件3結合而較容易獲得白光而優(yōu)選的無機磷光體是與藍色具有互補顏色關系的黃光磷光體(發(fā)射峰值在至少550nm但短于600nm 的波長范圍內(nèi)的磷光體)。作為參考，以下是可以被紫光(至少為380nm但短于420nm)或藍光(至少為420nm 但短于500nm)激勵的具有高熱阻的高效無機磷光體。 (1)基于Y3Al5012:Ce3+的黃綠磷光體(具體而言，發(fā)射峰值波長至少為525nm但短于560nm，或低濃度Ce"激活的磷光體，其中取代一部分磷光體基質(zhì)的稀土離子(例如Y3+或 Gd3+)的Ce3+離子的量為0. 001 %到2%原子比)
(2)基于BaY2SiAl4012: Ce3+的綠光磷光體
(3)基于Ca3SC2Si3012:Ce3+的綠光磷光體(包括其中一部分Ca或Sc由Mg替換的磷光體) (4)基于MSi202N2: Eu2+的綠/黃磷光體(M代表堿土金屬) (5)基于M3Si6012N2: Eu2+的綠光磷光體(M代表大部分為Ba的堿土金屬) (6)基于13 -Si3N4:Eu2+的綠光磷光體(包括其中一部分Si_N由A1_0替換的磷光
體) (7)基于Ca- a _SiA10N:Eu2+的黃光磷光體 (8)基于MAlSiN3:Eu2+的紅光磷光體(M代表堿土金屬) (9)基于12^1，51)5(&0)8:￡112+的紅光磷光體(M包括堿土金屬和M2Si5N8:Eu2+紅光磷光體) (10)基于BaMgAl^O^Eu"的藍光磷光體在上述具體磷光體(1)到(10)中，Ce"激活的磷光體是可以由藍光激發(fā)的無機磷光體，除上述(10)項所述磷光體之外的Eu"激活的磷光體是可以由紫光和藍光高效激勵的無機磷光體(上述(10)項所述的Eu"激活的磷光體是一種不由藍光激勵但可以利用紫光高效激勵的無機磷光體)。在本發(fā)明中，優(yōu)選將這種具有高熱阻的高效無機磷光體用作波長轉換器4的波長轉換材料。上述(1)到(10)項的每一種無機磷光體均具有短余輝時間(tau^。)，具體而言，為lmsec或更短，因為發(fā)光基于Ce3+或Eu2+離子的允許宇稱的躍遷4fn_4fn—4d1 (其中對于Ce3+離子而言n為1 ，對于Eu2+離子而言n為7)。因此，優(yōu)選將僅利用包含這種稀土離子Ce3+或Eu2+作為發(fā)光中心的無機磷光體形成的波長轉換器4 (以及利用波長轉換器4構造的半導體發(fā)光器件)作為顯示移動圖像的圖像顯示單元的波長轉換器。 Eu2+激活的磷光體的發(fā)射光譜半峰寬度比Ce3+激活的磷光體的更窄，發(fā)射顏色純度極好的紅、綠和藍光。因此，在上述(1)到(10)項的無機磷光體中，均由Eu"離子激活且發(fā)射三原色(紅、綠和藍)光的無機磷光體(上述(4)到(6)和(8)到(10)項的無機磷光體)是用于例如液晶背光的優(yōu)選無機磷光體。例如，本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的結構由發(fā)射紫外光或紫光的固態(tài)發(fā)光元件3、Eu"激活的藍光磷光體(上述(10)項的無機磷光體)、Eu"激活的綠光磷光體(上述(4)到(6)項的無機磷光體)和Eu"激活的紅光磷光體(上述(8)或(9)項的無機磷光體)的組合形成，或由發(fā)射藍光的固態(tài)發(fā)光元件3、Eu"激活的綠光磷光體(上述(4)到(6)項的無機磷光體)和Eu"激活的紅光磷光體(上述(8)或(9)項的無機磷光體)的組合形成，這是優(yōu)選用作液晶背光光源的半導體發(fā)光器件，使用這種半導體發(fā)光器件可以提供適用于液晶背光的光源裝置。(波長轉換器4的具體結構范例1) 圖23示出了波長轉換器4，其結構為在半透明基質(zhì)16中散布粉末狀磷光體17 (磷光體顆粒17b)。半透明基質(zhì)16是半透明的有機或無機材料。有機材料的范例包括各種半透明樹脂(例如，硅樹脂、螢石樹脂、環(huán)氧樹脂和丙烯酸樹脂)，無機材料的范例包括低熔點玻璃。
粉末狀磷光體17是顆粒尺寸至少為lnm但小于lmm的磷光體顆粒17b，是納米顆粒(至少為lnm但小于10nm)、超微顆粒(至少為10nm但小于lOOnm)、小顆粒(至少為
100nm但小于lOOm咖)和細粒(至少為100m咖但小于1mm)的至少一種。顆粒尺寸是指平均直徑或中心顆粒直徑(D5。)，通常將它們描述為通過例如粉末產(chǎn)
品產(chǎn)品目錄中的預定測量方法獲得的測量結果。為了方便起見，在顆粒尺寸小于lOOnm時
將其表示為平均直徑，而在顆粒尺寸為lOOnm或更大時將其表示為中心顆粒直徑。具有圖23所示結構的波長轉換器4是實際使用中優(yōu)選的，因為不僅可以通過簡單
的生產(chǎn)方法生產(chǎn)它而且也得到了很好的驗證。此外，在散熱性質(zhì)方面，從控制波長轉換器4中溫度升高的角度來講，半透明基質(zhì)16是具有較高熱導率的無機材料的波長轉換器4是優(yōu)選的。為了改善波長轉換器4的透光性質(zhì)和導熱性質(zhì)，在具有圖23所示結構的波長轉換器4中，半透明基質(zhì)16中可以包含其他半透明粉末(例如氧化鋁或氧化硅(未示出))。[O354](波長轉換器4的具體結構范例2) 圖24示出了其結構中磷光體17為形成體(在下文中稱為"磷光體形成體17a")的波長轉換器4。磷光體形成體17a的范例包括被稱為磷光體粉末燒結體的模制體、半透明磷光體陶瓷、磷光體玻璃和磷光體單晶體。然而，在本發(fā)明中，作為磷光體形成體17a的范例，還包括由陶瓷材料和諸如MGC光轉換構件的磷光體形成的復合形成體。具有圖24所示結構的波長轉換器4能夠提供具有高熱導率且僅由無機物制造的波長轉換器，因此在散熱性質(zhì)方面，從控制波長轉換器4中溫度升高的角度來看是優(yōu)選的。
在例如處理方面優(yōu)選的磷光體形成體17a是最小厚度至少為0. lmm但小于lcm的磷光體形成體。這種磷光體形成體17a在機械強度方面極好。
(波長轉換器4的具體結構范例3) 如圖25所示，波長轉換器4還可以具有如下結構允許將磷光體顆粒17b粘附到
半透明粘附體基部20(例如玻璃、半透明陶瓷或壓克力)的至少一個表面上。例如，已經(jīng)在例如磷光燈、陰極射線管(CRT)和等離子體顯示面板中采用了很多
結構(具有磷光體膜的玻璃)，在每種結構中，允許磷光體顆粒17b粘附到膜形式的玻璃上，
從實踐驗證的角度來說這些結構是優(yōu)選的。此外，將因為波長轉換而發(fā)熱的部分限制到波長轉換器4的磷光體膜的一部分，在半透明粘附體基部20是玻璃時，半透明粘附體基部20充當良好的散熱器。于是，獲得了對控制其中溫度升高極好的波長轉換器4。例如，如"Handbook of Phosphors，，——書(由Phosphor ResearchSociety， OhmCo.Ltd.編輯)所述，公知可以利用各種方法，例如印刷法、沉淀法和懸浮法形成這種波長轉換器4。例如，可以通過向玻璃泡和玻璃板的至少內(nèi)壁上涂布磷光體懸浮液，使其干燥以消除有機溶劑成分，然后烘焙磷光體膜(例如在空氣中以大約400到600度C的溫度加熱)來生產(chǎn)這種波長轉換器4。例如，通過混合有機溶劑(例如乙酸丁酯)、充當粘滯劑或乙基纖維素(縮寫EC)的樹脂(例如，硝化纖維素(縮寫NC))、充當結合劑的低熔點無機材料(例如，包含Ca-Ba-B-P-0為構成元素(縮寫CBBP)的低熔點玻璃)、以及無機磷光體(例如，基于Y3Al5012:Ce3+的磷光體或Eu2+激活的堿土金屬原硅酸酯磷光體)來制備磷光體懸浮液。實施例1 在下文中，參考附圖描述本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的實施例1。
圖1到8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的半導體發(fā)光器件的俯視圖。稍后將從實施例3開始介紹取自圖1所示的線I-I'的截面圖。 [OSS8](導體A 2a、導體B 2b和導體X的圖案形式) 如圖1到8所示，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的實施例1包括絕緣散熱襯底1 一側上的至少一個導體A 2a、導體B 2b和固態(tài)發(fā)光元件3，固態(tài)發(fā)光元件3安裝在安裝在導體A 2a上而不是安裝在導體B 2b上。實施例l的特征如下所述。固態(tài)發(fā)光元件3具有上表面上或其上下表面上的一對電源電極A 14a和電源電極B 14b(參見圖17到21)。此外，通過安裝它，使得要成為與主要光提取表面相對的表面的整個下表面粘附于導體A2a。在從上方觀察固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面時，導體A 2a具有元件安裝區(qū)域和多個外流粘合劑捕捉區(qū)域，固態(tài)發(fā)光元件3的整個下表面安裝于元件安裝區(qū)域上，外流粘合劑捕捉區(qū)域被設置為與元件安裝區(qū)域的周邊相鄰，相對于元件安裝區(qū)域的周邊沒有方向偏置。導體B 2b 設置于除外流粘合劑捕捉區(qū)域之外的、與元件安裝區(qū)域的周邊相鄰的部分中，同時與導體A 2a電隔離。上述短語"外流粘合劑捕捉區(qū)域"表示在將LED芯片安裝在導體A2a上時，已溢到除元件安裝區(qū)域之外的區(qū)域上的粘合劑可能會流到的導體A 2a上的區(qū)域。
根據(jù)半導體發(fā)光器件的實施例l，在導體A 2a的形狀中，將外流粘合劑捕捉區(qū)域設置成在安裝固態(tài)發(fā)光元件3的整個下表面的元件安裝區(qū)域周邊中沒有方向偏差。在優(yōu)選實施例中，導體A 2a的形狀具有位于相對于安裝中心沿相反方向彼此較遠且距安裝表面較遠的地方的至少兩個邊緣部分。因此，導體A能夠控制安裝缺陷/安裝故障以及放在充當固態(tài)發(fā)光元件3安裝中心的位置的粘合劑(焊料材料)重心的位移。通過這種方式，根據(jù)實施例1的半導體發(fā)光器件的導體A 2a控制了前述固態(tài)發(fā)光元件3的安裝失準和前述局部發(fā)熱，并能夠提高原生光的可靠性和輸出功率，以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。
此外，具有前述形狀的導體A 2a還充當著良好的平衡散熱器和反光鏡。因此，能夠獲得其配置提供了更高散熱效果和光提取效果的半導體發(fā)光器件。在上述優(yōu)選實施例中，顯然，導體A 2a在其外周的一部分中具有凹陷，且在將固態(tài)發(fā)光元件3的安裝中心作為參考點時，其形狀至少包括沿相反方向延伸同時從安裝表面離開的形狀，導體B 2b的結構中，其被設置為一部分或全部適配于導體A 2a的凹陷。
半導體發(fā)光器件的實施例1還包括固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面上的波長轉換器4，優(yōu)選通過原生光15的激勵使波長轉換器4發(fā)射波長比固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光15更長的光。此外，如圖1到5所示，優(yōu)選通過設置導體B 2b，使得外框中心處于避開固態(tài)發(fā)光元件3豎直和水平方向中線的位置，優(yōu)選導體A 2a呈軸對稱。根據(jù)這一點，將導體B 2b設置在固態(tài)發(fā)光元件3的電源電極附近的地方(通常，設置在避開固態(tài)發(fā)光元件3的豎直和
水平方向中線的位置)，由此可以獲得對準配置，其中，將散熱襯底1上方的空間有效地用于適應固態(tài)發(fā)光元件3的結構和工作原理。于是可以減小半導體發(fā)光器件的尺寸。
在圖1、2和5到8所示的每個半導體發(fā)光器件的范例中，固態(tài)發(fā)光元件3都具有在上下表面上包括一對電源電極A 14a和電源電極B 14b的結構。在圖3和圖4的每一個
27范例中，固態(tài)發(fā)光元件3都具有在上表面上包括一對電源電極A 14a和電源電極B 14b的結構。此外，圖1到5所示的半導體發(fā)光器件是相應固態(tài)發(fā)光元件3具有如下結構的范例分別在長方體形狀上表面上對角相對位置設置電源電極A14a的結構；分別在長方體形狀上表面上相鄰角部位置分別設置電源電極A14a的結構；在長方體形狀上表面上對角相對位置設置一對電源電極A 14a和電源電極B 14b的結構；在長方體形狀上表面上相鄰角部位置設置兩對電源電極A 14a和電源電極B 14b的結構；以及在長方體形狀上表面上對角相對位置設置兩對結構的結構，所述兩對結構的每對結構具有在長方體形狀上表面的相鄰角部位置提供的兩個電源電極A 14a。在圖6到8所示的每個半導體發(fā)光器件的范例中，相應的固態(tài)發(fā)光元件3具有如下結構在長方體形狀的上表面上一個角部設置了一個電源電極A 14a的結構；分別在長方體形狀上表面上對角相對位置設置了電源電極A 14a的結構；以及分別在長方體形狀上表面上相鄰角部位置設置了電源電極A 14a的結構。利用每個這樣的結構，通過利用固態(tài)發(fā)光元件3充當安裝表面的整個下表面進行的熱傳導以高速均勻地將隨著輸入功率增大而增大的固態(tài)發(fā)光元件3產(chǎn)生的熱傳導到設置于固態(tài)發(fā)光元件3下方的高導熱體(例如，導體A 2a、散熱襯底l和外部散熱器(未示出))。因此，可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。同時，往往還通過具有良好導熱性質(zhì)且主要由金屬構成的導體A 2a(其被形成為具有沿固態(tài)發(fā)光元件3的下表面的整個外周的邊緣)傳導熱，以沿著與固態(tài)發(fā)光元件3的下表面脫離的安裝表面的水平方向擴散。此外，獲得了一種對稱結構，其中變?yōu)榘惭b表面上的熱源的固態(tài)發(fā)光元件3的下表面的360度水平方向上的熱傳導路徑長度得到相對平衡，由此熱量容易得到較均勻的擴散。因此，可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的局部發(fā)熱，盡管是間接實現(xiàn)的。通過這種方式，充分利用導體A 2a不在固態(tài)發(fā)光元件3下表面下方的部分的良好導熱性質(zhì)和較大面積以增大散熱效率，由此控制了由于固態(tài)發(fā)光元件3中溫度升高和不均勻散熱(不均勻的溫度分布)導致的固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)光效率的降低，這允許提高半導體發(fā)光器件的輸出功率。此外，盡管是利用導體A 2a的不呈線對稱的形狀獲得通過導體A 2a沿安裝表面水平方向進行的散熱途徑，但可以增大導體A 2a中央部分(對于均質(zhì)材料而言為中央中心部分)中固態(tài)發(fā)光元件3下表面的面積比。這樣能夠實現(xiàn)半導體發(fā)光器件的尺寸減小和輸出功率增大。在導體A 2a呈線對稱的情況下，在希望獲得通過導體A 2a沿安裝表面的水平方向進行散熱的散熱路徑時，導體A 2a的中央部分中的固態(tài)發(fā)光元件3的下表面的面積比不可避免地減小，因此難以實現(xiàn)更高密度的安裝。不過，如實施例2中所述，被制造得具有這種形狀的導體A 2a允許將多個固態(tài)發(fā)光元件設置得緊密靠近，因此能夠以高密度安裝多個固態(tài)發(fā)光元件。短語"具有基本呈軸對稱但不呈線對稱的形狀"表示相關形狀具有可以清楚地區(qū)分出是如下形狀的形狀通過刪除"呈軸對稱和線對稱的形狀"的一部分或向"呈軸對稱和線對稱的形狀"添加一種形狀而是"不能被視為呈軸對稱和線對稱的形狀的形狀"。
優(yōu)選地，導體A 2a與導體B 2b相比其上表面具有更大面積。因此，導體A 2a(安裝固態(tài)發(fā)光元件3的導體)在導體X中的相對面積比增大，由此可以提供具有散熱效率極
28好的固態(tài)發(fā)光元件3的小尺寸半導體發(fā)光器件。優(yōu)選地，導體A 2a的形狀基于與固態(tài)發(fā)光元件3的下表面形狀相同的形狀。這允
許進一步均勻地擴散通過代替A 2a沿固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面的水平方向傳導的熱。這
實現(xiàn)了固態(tài)發(fā)光元件3中溫度分布的較小變化，因此可以提高輸出功率。上述短語"形狀基于與固態(tài)發(fā)光元件3的下表面形狀相同的形狀"表示導體A 2a
如下的形狀，其中，例如，如圖1到8所示，在將固態(tài)發(fā)光元件3的下表面中心作為參考點的
情況下，在以恒定放大比例逐步增大下表面的形狀時，下表面形狀的至少兩側的部分或全
部(在下表面的形狀為多邊形的情況下)或下表面形狀的至少兩個點(包括下表面形狀具
有曲線(圓形或橢圓性)的情況)與導體A 2a的外框接觸，同時相對于下表面的中心具有
對稱性。在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，還可能導體A 2a的數(shù)量少于導體B 2b的數(shù)量，例如，如圖1、4、5、7和8所示。通常，由于固態(tài)發(fā)光元件3的結構允許在向一對電源電極供應電功率時被驅動，至少一個導體B 2b仍然是多余的，可以用作輔助電極。因此，能夠形成允許切換電源端子 22的布線圖案。其具體范例示于圖9到11中并將在后面加以描述。優(yōu)選地，如圖1、4、5和7所示，在散熱襯底1的一個平坦表面上設置表示全部導體 A 2a和導體B 2b的導體X，其圖案在散熱襯底l的一個平坦表面上基本呈軸對稱。這簡化了導體X的圖案形狀，由此，例如對于具有布線圖案的散熱襯底1而言，可以實現(xiàn)生產(chǎn)偏差的減小、可靠性的改善和生產(chǎn)成本的減少。此外，不僅有助于電路設計，而且可以利用多余導體B 2b配置具有對稱性的多個電路系統(tǒng)(參見下文介紹的圖9到11)。此外，在散熱襯底1中，如圖1、4、5和7所示，優(yōu)選至少導體A 2a的軸對稱的軸與散熱襯底l的中心點(對于均質(zhì)材料而言為重心)重合，更優(yōu)選地，具有軸對稱圖案的導體 X的軸對稱的軸與散熱襯底1的中心點重合。在這種情況下，不再需要關心散熱襯底1的左、右、頂和底。因此，不僅可以減少生產(chǎn)工藝中的人為誤差，由此可以提高成品率，而且可以簡化工藝。優(yōu)選地，在散熱襯底1上導體X的面積比至少為50%但小于100%。在這種情況下，優(yōu)選導體A 2a的總面積比至少為導體X的50X。此外，在這種情況下，優(yōu)選散熱襯底1 的形狀呈反對稱，固態(tài)發(fā)光元件3具有在散熱襯底1的對稱線上的安裝表面。這增大了散熱襯底1上安裝固態(tài)發(fā)光元件3的導體A 2a和導體X的面積比。因此，可以有效地利用通常具有高熱導率的導體的散熱性質(zhì)，因此，能夠控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。此外，最小所需的導體X具有散熱襯底1上的高面積比，能夠具有如下排列配置有效地使用散熱襯底1上方的空間來進一步適應固態(tài)發(fā)光元件3的結構和工作原理。于是可以進一步減小半導體發(fā)光器件的尺寸。此外，由于導體A 2a占據(jù)了導體X總面積的大部分，所以還充當固態(tài)發(fā)光元件3 的散熱器的導體A 2a占據(jù)了散熱襯底l上的大面積比。結果，可以獲得這樣的半導體發(fā)光器件，在其構造中，固態(tài)發(fā)光元件3具有高的散熱效果。
此外，允許將固態(tài)發(fā)光元件3定位在散熱襯底1的對稱線上，因此還可以獲得良好的外觀。這些協(xié)同效果使得能夠獲得具有高生產(chǎn)速度和高可靠性的小尺寸、高功率的半導體發(fā)光器件。此外，通常由于具有金屬光澤的導體A 2a或導體X的上述面積比也增大，因此即使在使用光吸收率較高的散熱襯底1的情況下，散熱襯底1吸收的光損失率也降低，由此增大了光提取效率。結果，擴展了散熱襯底l的選擇范圍，還能夠采用熱導率高且散熱性質(zhì)良好的散熱襯底1。因此，能夠控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。從提高光提取效率的角度來說，優(yōu)選位于半導體發(fā)光器件中光輸出表面正下方的導體A 2a的上表面的總面積至少占光輸出表面面積的50% ，優(yōu)選至少為70% ，更優(yōu)選至少為90%。在這種情況下，位于光輸出表面正下方的具有金屬光澤的導體A 2a或導體X的上述面積比也增大。因此，獲得了良好的光提取效率，并可以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。此外，為了防止固態(tài)發(fā)光元件3或波長轉換器4發(fā)射的光被散熱襯底1吸收并允許反射光以改善光提取效率，優(yōu)選至少在散熱襯底l上未形成導體(導體A 2a和導體B2b)的部分中提供可見光(波長范圍380到780nm)反射率至少為50%，優(yōu)選至少為80%的電絕緣反射器。可以設置絕緣反射器以覆蓋導體A 2a和導體B 2b。例如，可以將氧化鋁(A1203) 、二氧化鈦(Ti02)或硫酸鋇(BaSi04)用于電絕緣反射
器，例如，可以使用由其粉末形成的厚度大約至少為5m咖但小于lmm的厚膜。例如，可以通過普通的絲網(wǎng)印刷技術形成上述厚膜。(固態(tài)發(fā)光元件3、電極引出部分21和導體C 5的上表面形狀) 例如，如圖1到8所示，在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，位于主要光提取表面一側
的固態(tài)發(fā)光元件3的上表面的形狀是多邊形，優(yōu)選是容易制造的四邊形，更優(yōu)選是包括正
方形的長方體形狀，優(yōu)選至少在固態(tài)發(fā)光元件3的上表面一個角部設置固態(tài)發(fā)光元件3的
電極引出部分21。在這種情況下，發(fā)光強度的偏差變得較不突出，因為由于被導體C 5(例
如導線)屏蔽而造成的低發(fā)光強度部分位于固態(tài)發(fā)光元件3的角部，導體B 2b和電極引出
部分21通過導體C 5彼此電連接。此外，例如，如圖1、2、5、7和8所示，在使用上下表面具有一對電源電極A 14a和電源電極B 14b的結構的固態(tài)發(fā)光元件3時，還優(yōu)選提供偶數(shù)個電極引出部分21。
例如，如圖1、5和7所示，可以在固態(tài)發(fā)光元件3的上表面上對角相對位置設置電極引出部分21，或者，例如如圖2和8所示，可以在固態(tài)發(fā)光元件3上表面上相鄰角部位置設置它們。在這種情況下，可以設置多個電極引出部分21，可以增加電極引出部分21和導體C 5之間的連接部分的數(shù)量。因此，可以獲得電連接方面較高的可靠性。
此外，還能夠設置至少連接到導體B 2b的多個導體C 5。增加導體C 5的數(shù)量還能夠減小導體C 5的總電阻。因此，可以減少導體C 5中產(chǎn)生的焦耳熱量，因此可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。對于作為范例的圖1、5和7所示的配置而言，其中，在固態(tài)發(fā)光元件3的上表面上對角相對位置設置電極引出部分21，能夠相對容易地設置布線圖案允許切換電源端子22
的半導體發(fā)光器件，例如如圖9所示。因此，可以提供這樣的光源裝置，即使在半導體發(fā)光
器件出現(xiàn)連接斷開問題停止發(fā)光時，無需替換光源也能夠容易恢復光源裝置。另一方面，類似地，出于同樣原因，在使用上表面上具有一對電源電極A 14a和電
源電極B 14b的結構的固態(tài)發(fā)光元件3的情況下，優(yōu)選提供偶數(shù)個電極引出部分21，如圖4
所示。這樣能夠增大導體C 5的數(shù)量。此外，如圖4所示，采用這樣的配置，其中，在長方體形狀的上表面上相鄰角部位置設置兩對成對電源電極A 14a和電源電極B 14b，電源電極A 14a和電源電極B 14b和另一對之一分別電連接到導體A 2a和導體B 2b，因此例如如圖9所示，能夠提供布線圖案允許切換電源端子22的半導體發(fā)光器件。圖5中所示的半導體發(fā)光器件被配置成具有圖1和2所示半導體發(fā)光器件的特征(有益點)。在固態(tài)發(fā)光元件3的上表面上四個角設置電極引出部分21，利用兩個導體C 5將固態(tài)發(fā)光元件3的上表面上相鄰角部處設置的兩個電極引出部分21和一個導體B 2b彼此電連接。于是，提供了導體A2a和導體B 2b之間的兩個供電機構(即，向固態(tài)發(fā)光元件3供電的機構)。在這種情況下，可以獲得與圖2中所示的半導體發(fā)光器件類似的較高可靠性，并能夠提供布線圖案允許以與圖1所示半導體發(fā)光器件相同方式切換電源端子22的半導體發(fā)光器件。在圖1到8中，導體C 5優(yōu)選為金屬。在這種情況下，導體C 5具有更大的熱導率，由此可以獲得還充當散熱構件的導體C 5。在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，如圖1到8所示，優(yōu)選在要成為導體A2a的外框的中央部分的位置安裝固態(tài)發(fā)光元件3，導體A 2a所具有的形狀基于與固態(tài)發(fā)光元件3的下表面形狀相同的形狀并被形成為具有沿固態(tài)發(fā)光元件3的下表面整個外周的邊緣。此外，優(yōu)選固態(tài)發(fā)光元件3的下表面、導體A 2a的上表面和散熱襯底1的上表面被設置成通過其相應中心而重合。在這種情況下，獲得了這種配置，其中，變?yōu)闊嵩吹墓虘B(tài)發(fā)光元件3的下表面面積小于導體A 2a和散熱襯底1的上表面面積，且固態(tài)發(fā)光元件3的下表面位于導體A 2a的外框之內(nèi)。因此，導體A 2a和散熱襯底l充當著作為熱源的固態(tài)發(fā)光元件3的良好散熱器，因此控制了固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。此外，導體A 2a能夠容忍固態(tài)發(fā)光元件3的少許安裝失準。于是，可以獲得即使在提高生產(chǎn)速度時也能獲得較高可靠性的半導體發(fā)光器件。此外，優(yōu)選固態(tài)發(fā)光元件3的下表面、導體A 2a的上表面和散熱襯底1的上表面的全部形狀都是彼此相同的形狀或基于彼此相同形狀的形狀，尤其是四邊形(具體而言，包括正方形的長方體形狀)形狀或基于四邊形的形狀。在這種情況下，獲得了具有散熱器的配置，其中散熱器的形狀類似于固態(tài)發(fā)光元件3的下表面形狀，并獲得了沿水平方向較均勻散熱的配置。于是，能夠控制固態(tài)發(fā)光元件3中的局部發(fā)熱并由此增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。前述"基于四邊形的形狀"不僅表示簡單的四邊形，而且表示例如在四邊形至少一
邊具有突出部分的形狀(例如，如圖1所示導體A 2a的形狀)、在四邊形至少一邊中具有凹
陷部分的形狀、四邊形至少一邊是波浪形的形狀或四邊形至少一角圓滑的形狀。在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，在固態(tài)發(fā)光元件3的上表面形狀為四邊形時，尤其是包括正方形的長方體形狀時，優(yōu)選使導體C 5與固態(tài)發(fā)光元件3上表面形狀的四邊形一邊正交。在這種情況下，可以將導體C 5縮短到所需最小長度，因此減小導體C 5的電阻，實現(xiàn)發(fā)熱的減少。在散熱襯底1的上表面形狀是基于四邊形的形狀時，優(yōu)選使導體C 5與散熱襯底1上表面形狀所依據(jù)的四邊形的一邊平行。這樣能夠通過簡單安裝工藝生產(chǎn)半導體發(fā)光器件并減少生產(chǎn)成本，伴隨而來的是工藝的簡化。作為具體范例，如圖9到ll所示，在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，所述導體B 2b和固態(tài)發(fā)光元件3的電極引出部分21通過導體C5彼此電連接，導體B 2b比導體A 2a有更大數(shù)量的布線結構，利用一對導體A 2a和導體B 2b為固態(tài)發(fā)光元件3供電。優(yōu)選地，半導體發(fā)光器件的布線結構允許通過至少切換導體B 2b在相同條件下向同一固態(tài)發(fā)光元件3提供相同的電功率。圖9和IO示出了具體范例，在每個范例的配置中，還切換每個導體A 2a提供多個的導體A 2a的電源端子22。圖ll示出了具體范例，在其配置中，不切換導體A 2a的電源端子22，而切換導體B 2b。如上所述，允許導體X具有可以切換電源端子22的布線圖案能夠提供這樣的光源裝置和照明系統(tǒng)，在其每者中，例如，即使在半導體發(fā)光器件在黑暗中出現(xiàn)連接斷開并停止發(fā)光時，也能夠僅僅通過簡單的切換操作，無需更換光源將其恢復，并且能夠在相同條件下立即發(fā)光。此外，半導體發(fā)光器件能夠應對由于制造其的過程中的問題而發(fā)生部分斷線的情況。由于可以利用另一電路系統(tǒng)點亮，改善生產(chǎn)產(chǎn)率也變得容易。基本上，具有這種電源配置的根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的操作效果不取決于例如導體(導體A 2a和/或導體B 2b)形狀、散熱襯底1上導體的布置和固態(tài)發(fā)光元件3的結構。亦即，具有上述電源配置的根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件包括可以通過至少兩個電源電極(電源電極A 14a和電源電極B 14b)供電驅動的固態(tài)發(fā)光元件3。半導體發(fā)光器件不僅在布線導體的形狀/布置和固態(tài)發(fā)光元件3的結構方面不受特別限制，而且，例如在半導體發(fā)光器件的配置要求方面也不受特別限制，只要其特征在于如下所述即可具有設置了多個至少一種電源電極(電源電極A 14a或電源電極B 14b)的配置，具有允許通過切換前述多個一種電源電極而在相同條件下為同一固態(tài)發(fā)光元件3供應相同電功率的布線結構。本領域的技術人員可以預見到，例如，即使在使用具有參考圖22所述的倒裝芯片下表面兩電極結構的固態(tài)發(fā)光元件3時，也能夠提供例如滿足與上述那些相同配置要求且能夠提供同樣操作效果的半導體發(fā)光器件。此外，顯然，可以利用本發(fā)明的半導體發(fā)光器件和用于切換本發(fā)明半導體發(fā)光器件的電源端子22的電路切換裝置34(例如參見圖37)容易地配置光源裝置或照明系統(tǒng)，本發(fā)明的半導體發(fā)光器件所具有的布線結構允許通過切換至少上述導體B 2b在相同條件下向同一固態(tài)發(fā)光元件3供應相同的電功率。在固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面上不包括波長轉換器4且發(fā)射由固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光15的光成分作為輸出光28(例如參見圖28)而不發(fā)射利用波長轉換器4獲得的波長轉換光的光成分作為輸出光28的半導體發(fā)光器件中，可以通過同樣方式獲得與實施例1中所述那些相同的操作效果。因此，本發(fā)明的半導體發(fā)光器件可以是沒有上述波長轉換器4的半導體發(fā)光器件。
實施例2 本發(fā)明的半導體發(fā)光器件可以在實施例1的半導體發(fā)光器件中的散熱襯底1的一個平坦表面上包括多個至少導體A 2a。這樣能夠包括多個固態(tài)發(fā)光元件3，并基本正比于固態(tài)發(fā)光元件3的數(shù)量增大輸出功率。此外，如上所述，可以利用導體A 2a不呈線對稱的形狀，緊密靠近地設置多個固態(tài)發(fā)光元件3，從而能夠以高密度安裝多個固態(tài)發(fā)光元件3。圖12到16中示出了其范例。各部件的細節(jié)和操作效果的概述如實施例1和其他部分中所述，因此在此不重復其細節(jié)。如下增加關于配置的簡短描述。圖12中所示的半導體發(fā)光器件是具有更高輸出功率和更小尺寸的緊湊半導體發(fā)光器件，是采用參考圖1所述的半導體發(fā)光器件技術理念并以高密度在一個散熱襯底1上安裝和設置三個固態(tài)發(fā)光元件而獲得的。如圖12所示，在從上方觀察固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面時，安裝固態(tài)發(fā)光元件3，使得其下表面放置在導體A 2a外框的中央部分(對于均質(zhì)材料而言，即中央重心部分)上。固態(tài)發(fā)光元件3的下表面位于導體A 2a的外框之內(nèi)，固態(tài)發(fā)光元件3、導體A 2a和散熱襯底1的相應上表面的面積按如下順序減小固態(tài)發(fā)光元件3、導體A 2a和散熱襯底1，導體A 2a的形狀基本呈軸對稱但不呈線對稱。圖12示出了這樣的情形將固態(tài)發(fā)光元件3安裝在導體A 2a的外框中央部分所
在的位置，每個導體A 2a的形狀都基于與固態(tài)發(fā)光元件3的下表面形狀相同的形狀，形成
每個固態(tài)發(fā)光元件3使其具有沿固態(tài)發(fā)光元件3的下表面整個外周的邊緣。此外，安裝每個固態(tài)發(fā)光元件3，使得要成為與主要光提取表面相反表面的其整個
下表面粘附于導體A 2a。在從上方觀察固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面時，波長轉換器4具有
如下配置所有固態(tài)發(fā)光元件3的上表面都位于波長轉換器4的外框之內(nèi)，波長轉換器4設
置于固態(tài)發(fā)光元件3的光提取表面上方。在這種情況下，幾乎全部由多個固態(tài)發(fā)光元件3
發(fā)射的原生光(未示出)都進入波長轉換器4，被轉換成波長轉換光，然后被發(fā)射。因此，通
過有效地利用固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的光子，可以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。為了簡化生產(chǎn)工藝，更優(yōu)選將一個波長轉換器4提供于所有多個固態(tài)發(fā)光元件3上方。如圖12所示，對于三個導體A 2a，單個導體A 2a和導體A 2a的總體都呈軸對稱而不呈線對稱的形狀，三個導體A 2a的上表面面積比導體B 2b大。每個導體A 2a的形狀都基于與每個固態(tài)發(fā)光元件3的下表面形狀相同的形狀(正方形)。提供多個導體B 2b(在圖12中為兩個)，可以將它們之一用作輔助電極。在這種配置中，不僅導體A 2a而且導體X都以規(guī)則而軸對稱的方式設置于散熱襯底l上。這樣就能夠以更高密度安裝固態(tài)發(fā)光元件3，并實現(xiàn)半導體發(fā)光器件的尺寸減小和輸出功率增加。在圖12所示的半導體發(fā)光器件中，導體X的布線圖案允許切換電源端子。亦即，即使在將電源端子A 22a和電源端子B 22b切換成電源端子C 22c和電源端子D 22d時，圖12中所示的半導體發(fā)光器件也能夠在相同條件下發(fā)光。導體A 2a的上表面的總面積至少占安裝固態(tài)發(fā)光元件3的散熱襯底1的一個平坦表面面積的30%。另一方面，位于半導體發(fā)光器件中光輸出表面正下方的導體A 2a的上表面的總面積至少占前述光輸出表面面積(表示圖12所示俯視圖中波長轉換器4的面積)的50% (至少80% )。位于主要光提取表面一側上的每個固態(tài)發(fā)光元件3的上表面形狀為四邊形(正方
形)。固態(tài)發(fā)光元件3的電極引出部分21設置于固態(tài)發(fā)光元件3上表面的角部。每個固態(tài)發(fā)光元件3提供偶數(shù)個(在該范例中為兩個)電極引出部分21，并設置
于上表面上對角相對的位置。利用導體C 5將導體B 2b和電極引出部分21彼此電連接。優(yōu)選地，導體C 5為金屬。此外，固態(tài)發(fā)光元件3、導體A 2a和散熱襯底1的上表面形狀的每個為四邊形或基于四邊形的形狀，并設置所有固態(tài)發(fā)光元件3、導體A 2a和散熱襯底1的上表面，使其中心彼此重合。形成每個導體A 2a，使其具有沿對應固態(tài)發(fā)光元件3的下表面整個外周的邊緣。
此外，將每個導體C 5提供為與要成為對應固態(tài)發(fā)光元件3上表面形狀的四邊形一邊正交。將每個導體C 5提供為與散熱襯底1上表面形狀依據(jù)的四邊形一邊平行。
通過這種方式，構造出小尺寸、大功率半導體發(fā)光器件。圖13中所示的半導體發(fā)光器件是參考圖12所述半導體發(fā)光器件的修改范例。設置圖12中所示的兩個半導體發(fā)光器件以在一個散熱襯底1上布置成兩行，此外，這些器件是串行電連接的，因此六個固態(tài)發(fā)光元件3是共同被驅動的。圖14中所示的半導體發(fā)光器件是參考圖12所述半導體發(fā)光器件的修改范例。圖12中所示的半導體發(fā)光器件中包含的部件數(shù)量減少了，由此降低了生產(chǎn)成本。另一方面，利用圖2中所示的半導體發(fā)光器件，在一個固態(tài)發(fā)光元件3中，利用導體C 5將上表面上相鄰角位置提供的兩個電極引出部分21和一個導體B 2b彼此電連接，從而減少導體C 5中焦耳熱的產(chǎn)生，以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。此外，電極引出部分21和導體C 5之間的連接部分數(shù)量加倍，從而獲得了電連接方面的高可靠性。圖15和16中所示的半導體發(fā)光器件均為參考圖12所述半導體發(fā)光器件的修改范例，其中安裝兩個固態(tài)發(fā)光元件3使其設置于一個散熱襯底1上，由此實現(xiàn)輸出功率的增大、尺寸的減小和微型化。此外，對于圖15和16中所示的半導體發(fā)光器件而言，在一個固態(tài)發(fā)光元件3中，利用導體C 5將上表面相鄰角位置設置的兩個電極引出部分21和一個導體B 2b電連接，從而減少導體C 5中的焦耳熱，以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高，且電極引出部分21和導體C 5之間的連接部分數(shù)量加倍，從而獲得電連接方面的高可靠性。
作為實施例2的范例，圖15和16均示出了在將散熱襯底1的水平方向中線作為反對稱軸時具有線對稱的配置。圖15中所示的半導體發(fā)光器件是這樣的半導體發(fā)光器件，其中，導體X占散熱襯底1上至少90X的面積比，導體A 2a和導體B 2b的數(shù)量分別為兩個和一個，位于左右的導體B 2b和導體A 2a均擁有一個電源端子22。這使得能夠提高導體X (具體而言，為導體A2a)的散熱效率和光提取效率，由此可以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。
另一方面，圖16中所示的半導體發(fā)光器件是這樣的半導體發(fā)光器件，其中，導體A2a和導體B 2b的數(shù)量均為兩個，位于左側的一對兩個導體B2b均擁有一個電源端子22，位于右側的一個導體A 2a擁有兩個電源端子22，此外，將導體C 5設置成與固態(tài)發(fā)光元件3要成為四邊形的上表面一邊和要成為四邊形的散熱襯底1的一邊都正交。這樣能夠縮短導體C 5以進一步減小導體C 5的電阻，由此不僅可以控制導體C 5中由于焦耳熱導致的熱量產(chǎn)生，而且便于安裝。顯然，除此之外，利用本發(fā)明的技術創(chuàng)意可以想到很對修改范例。出于與實施例1中所述的相同理由，基本上，即使在實施例2的半導體發(fā)光器件沒
有波長轉換器4時，也沒有問題。實施例3 在下文中，例如，進一步詳細描述固態(tài)發(fā)光元件3的布置。圖26示出了根據(jù)作為范例的圖1所示的實施例1的半導體發(fā)光器件的取自圖1中線I-I'的截面(側面)。在圖26中，未示出波長轉換器4。將在實施例4中描述波長轉換器4的布置。
作為具體范例，如圖26所示，本發(fā)明的半導體發(fā)光器件在絕緣散熱襯底1 一側包括至少一個導體A 2a、導體B 2b和固態(tài)發(fā)光元件3。固態(tài)發(fā)光元件3安裝在(固定到)導體A 2a上而不是安裝在導體B 2b上。半導體發(fā)光器件的特征如下。固態(tài)發(fā)光元件3具有位于其上表面上，或者位于其上下表面上的一對電源電極(例如，圖26示出了在上下表面上具有一對電源電極的一種)，并進一步利用例如粘合劑23(可從很寬范圍的材料中選擇，例如銀膏和焊料)進行安裝(固定)，使得整個下表面(與主要光提取表面相反的表面)粘附于導體A 2a。在從上方觀察固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面時，盡管難以從側視圖中觀看，將固態(tài)發(fā)光元件3安裝在要成為導體A 2a外框中央部分的位置上，固態(tài)發(fā)光元件3的下表面位于導體A 2a外框內(nèi)部。固態(tài)發(fā)光元件3、導體A 2a和散熱襯底l的相應上表面的面積按如下次序增大固態(tài)發(fā)光元件3、導體A 2a和散熱襯底l。導體A 2a的形狀基本呈軸對稱而不呈線對稱。根據(jù)上述半導體發(fā)光器件的配置，通過利用固態(tài)發(fā)光元件3充當安裝表面的整個下表面進行的熱傳導以高速均勻地將隨著輸入功率增大而增大的固態(tài)發(fā)光元件3產(chǎn)生的熱傳導到設置于固態(tài)發(fā)光元件3下方的高導熱體(例如，導體A 2a、散熱襯底l和外部散熱器(未示出))。因此，可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。同時，往往還通過具有良好熱導率、主要由金屬構成的導體A 2a或還充當導體A 2a的散熱襯底l傳導熱，并沿著與固態(tài)發(fā)光元件3的下表面脫離的安裝表面的水平方向擴散。于是，可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的局部發(fā)熱。通過這種方式，充分利用良好的導熱性質(zhì)、較大的表面積和導體A 2a與散熱襯底1的包圍體積以提高沿固態(tài)發(fā)光元件3的正向下方向、斜向下方向和橫向中的散熱效率。于是，可以控制由固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高和不均勻散熱導致的發(fā)光效率降低。
本發(fā)明的半導體發(fā)光器件被配置成在固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面(未示出)上方具有波長轉換器4 (圖26中未示出)。該波長轉換器4用于通過原生光15激勵而發(fā)射波長比固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光15更長的光。這樣就制成了半導體發(fā)光器件。
考慮到固態(tài)發(fā)光元件3的結構、電極布置以及散熱襯底1(具體而言，例如，是電絕緣襯底還是導電襯底)的性質(zhì)和材料，可以從基于樹脂的粘合劑(例如基于硅樹脂的粘合
35劑)、基于無機物的粘合劑等適當選擇要用的粘合劑23。對于基于無機物的粘合劑而言，考慮到固態(tài)發(fā)光元件3的結構、電極布置以及散熱襯底1的性質(zhì)和材料，可以適當?shù)厥褂秒娊^緣無機粘合劑(例如低熔點玻璃)或導電無機粘合劑(例如金屬膏料(尤其是銀膏)或焊料(Au-Sn、Ag-Sn))。還優(yōu)選例如導體A 2a和電源電極由相同金屬材料(例如Au)制成，并通過施加外力，例如經(jīng)由加壓或超聲振動，而不用粘合劑23來物理地結合起來。對于根據(jù)本發(fā)明包括前述如圖17所示的具有向上上表面兩電極結構的固態(tài)發(fā)光元件3的半導體發(fā)光器件而言，在散熱襯底1為絕緣襯底以及為導電襯底兩種情況下，要使用的粘合劑23都還可以是電絕緣粘合劑(例如，前述基于樹脂的粘合劑或絕緣無機粘合劑)或導電粘合劑(例如前述導電無機粘合劑)。另一方面，對于根據(jù)本發(fā)明包括如圖19到21所示的具有上下電極結構的固態(tài)發(fā) 光元件3的半導體發(fā)光器件而言，為了將固態(tài)發(fā)光元件3的導體A 2a和電源電極B 14b電連接，可以選擇導電粘合劑(例如前述導電無機粘合劑)作為粘合劑23。
如圖26所示，可以至少利用疊置在一起的作為絕緣襯底的散熱襯底1、導體A 2a、粘合劑23和固態(tài)發(fā)光元件3構造出本發(fā)明的半導體發(fā)光器件。作為具體范例，如圖26所示，導體B 2b可以設置于散熱襯底1上，但也可以設置于不在散熱襯底1上或上方的地方。要設置導體A 2a和導體B 2b的位置不受特別限制，只要將它們設置成其間至少夾置有絕緣體(包括間隙)即可。固態(tài)發(fā)光元件3的一對電源電極A 14a和電源電極B 14b之一電連接到導體A 2a，另一個電連接到導體B 2b。固態(tài)發(fā)光元件3的一對電源電極A 14a和電源電極B 14b的至少另一個和導體B 2b彼此電連接，導體C 5連接到兩者。要用的導體C 5例如可以是金屬線(例如金線)。在具有這種電連接的半導體發(fā)光器件中，可以利用導體A 2a和導體B 2b向固態(tài) 發(fā)光元件3供電。然后，固態(tài)發(fā)光元件3通過電光轉換動作將電能轉換成光，并從固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射這種光作為原生光15。如圖27和28所示，在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，優(yōu)選利用透光物體25直接或間接地密封整個固態(tài)發(fā)光元件3。優(yōu)選地，透光物體25至少與布線電極A 2a接觸，更優(yōu)選地，還與散熱襯底1接觸。這樣能夠為固態(tài)發(fā)光元件3獲得通過透光物體25到達布線電極 A 2a和散熱襯底l(都充當良好散熱器)的散熱路徑。因此，不僅散熱面積和散熱包圍體積增大而且散熱路徑的散熱截面也增大。于是，散熱效果增強，可以控制固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高。此外，由于在固態(tài)發(fā)光元件3的整個外周中獲得了均勻散熱的散熱路徑，因此可以使固態(tài)發(fā)光元件3外周升高的溫度變得均勻。結果，控制了固態(tài)發(fā)光元件3中的局部發(fā) 熱，由此也促進了輸出功率的增大。
后面參考附圖詳細描述這些散熱路徑。上述短語"利用透光物體25直接或間接地密封整個固態(tài)發(fā)光元件3"表示，如圖 27所示，透光物體25包括主要光提取表面，并與固態(tài)發(fā)光元件3的整個外周，除下表面外，
36直接接觸，由此密封固態(tài)發(fā)光元件3以包封起來，或者如圖28所示，透光物體25與例如包括波長轉換器4的固態(tài)發(fā)光元件3的整個外周，除下表面外，接觸，由此密封固態(tài)發(fā)光元件 2以間接包封起來。要使用的透光物體25例如可以是半透明樹脂(例如，硅樹脂或氟樹脂)或半透明低熔點無機材料(例如低熔點玻璃)。很多那些透光物體25具有較高的折射率。具體而言，在透光物體25包括主要光
提取表面并與固態(tài)發(fā)光元件3除其下表面之外的整個外周直接接觸并密封固態(tài)發(fā)光元件3
以將其包封起來的配置(參見圖27)中，固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光15的光提取效率增
大，于是，對于增大半導體發(fā)光器件的輸出功率而言這種配置也是優(yōu)選的。還優(yōu)選半透明樹脂或半透明低熔點無機材料中包含各種無機材料，以便改善透光
物體25的導熱性質(zhì)。例如，可以從光學透明的半透明無機材料、具有光反射性的光反射無機材料、具有良好導熱性質(zhì)的高熱導無機材料(熱導率至少為3W/mK，優(yōu)選至少為10W/mK，更優(yōu)選為至少 100W/mK)、具有高折射率(在室溫下在380導780nm的可見波長范圍內(nèi)折射率至少為1. 2，優(yōu)選至少約1. 4但低于4. 0)的高折射率無機材料、漫射原生光15的光漫射無機材料以及吸收原生光15并發(fā)射可見光的無機磷光體中選擇前述半透明樹脂中要包含的無機材料，且可以使用這些材料中的至少一種。還優(yōu)選在需要時以適當組合使用這些材料。
可以使用的半透明無機材料的范例包括各種氧化物(例如氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鎂、氧化釔、其他稀土氧化物、釔鋁石榴石、SrTi03和其他合成氧化物)、各種氮化物(例如氮化鋁、氮化硼、氮化硅、氮化鎵和氮化鎵銦)和諸如碳化硅的碳化物。
可以使用的光反射無機材料的范例包括前述各種氧化物，諸如硫酸鋇的硫酸鹽和各種金屬(例如Al、 Ti、 Au和Ag)。可以使用的上述高熱導無機材料的范例包括前述各種氧化物、前述各種氮化物、各種碳化物(例如碳化硅)、碳和前述各種金屬。可以使用的高折射率無機材料例如可以是前述半透明無機材料。
可以使用的光漫射無機材料的范例包括從半透明無機材料和光反射無機材料選擇的至少一種的中心顆粒直徑(D5。)大約至少為0. lmum但小于lmm(亞微米導亞毫米)的粉末(顆粒)。要使用的無機磷光體例如可以是前述無機磷光體。半透明樹脂中要包含的無機材料的形狀和形態(tài)不受特別限制。然而，在容易處理和容易控制導熱性質(zhì)方面優(yōu)選的無機材料是被稱為粉末或填料的顆粒，例如是平均直徑或中心顆粒直徑(D5。)大約至少lnm但小于lmm的納米顆粒、亞微米顆粒、微米顆粒和亞毫米顆粒。對于獲得具有良好透光性質(zhì)的透光物體25而言優(yōu)選的上述顆粒是均具有球或準球形的顆?；蚣{米顆粒(前述平均直徑或中心顆粒直徑(D5。)大約至少為lnm但小于 100nm)。使用這些顆粒能夠形成具有極好光透射率的透光物體25。圖29到31均為示出了在作為根據(jù)本發(fā)明半導體發(fā)光器件典型范例的圖1或26 中所示的安裝結構(固態(tài)發(fā)光元件3安裝在位于散熱襯底1上的導體A 2a上的結構)中的固態(tài)發(fā)光元件3中產(chǎn)生的熱的散熱路徑的示意圖。
在圖29到31中，發(fā)熱部分用黑色表示，散熱路徑用箭頭表示。如圖29所示，在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，允許沿從固態(tài)發(fā)光元件3下表面脫
離的安裝表面的水平方向，通過具有良好熱導率且主要由金屬構成的散熱襯底1和導體A
2a，傳導隨輸入功率增大而增大的固態(tài)發(fā)光元件3中產(chǎn)生的熱，由此以高速高度對稱地較
均勻地使其熱擴散。這樣能夠控制固態(tài)發(fā)光元件3中往往會隨著固態(tài)發(fā)光元件3尺寸增大
而增大的局部發(fā)熱。此外，如圖30所示，在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件中，通過利用固態(tài)發(fā)光元件3充當安裝表面的整個下表面進行熱傳導，以高速均勻而平穩(wěn)地將產(chǎn)生的熱量傳導到設置于固態(tài) 發(fā)光元件3下方的高導熱體(例如，導體A 2a、散熱襯底l和外部散熱器(未示出))。
此外，還允許導體C 5主要由金屬構成并具有良好的熱導率，因此可以將其用作散熱構件。如上所述，充分利用良好的導熱性質(zhì)、較大的表面積和導體A 2a與散熱襯底1的包圍體積以提高沿固態(tài)發(fā)光元件3的正向下方向、斜向下方向和橫向中的散熱效率，從而可以控制由于固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高和不均勻散熱導致的發(fā)光效率降低。
另一方面，如圖31所示，固態(tài)發(fā)光元件3的整個發(fā)熱部分與透光物體25接觸，透光物體25的熱導率好于要與其一起密封以加以包封的各種氣體(例如空氣)，由此可以通過透光物體25將固態(tài)發(fā)光元件3中產(chǎn)生的熱傳導到導體A 2a和散熱襯底1。這樣能夠在發(fā)熱部分的整個周邊獲得散熱路徑，通過該散熱路徑均勻散熱，以使固態(tài)發(fā)光元件3附近的溫度升高均勻，并控制固態(tài)發(fā)光元件3中的局部發(fā)熱，以增大半導體發(fā)光器件的輸出功率。在實施例3中，利用在上下表面上具有一對電源電極的結構的范例描述固態(tài)發(fā)光元件3。然而，顯然，即使對于具有上表面上有一對電源電極的結構的固態(tài)發(fā)光元件3，也能夠獲得類似操作效應。出于與實施例1中所述的相同理由，實施例3的半導體發(fā)光器件也可以是沒有波
長轉換器4的器件。實施例4 在下文中，例如，將參考附圖描述波長轉換器4的布置。圖28、32和33均示出了例如圖l所示實施例1的半導體發(fā)光器件取自圖1中所示線I-I'的截面(側面)。在實施例4中，例如，利用圖1所示實施例1的半導體發(fā)光器件作為典型范例描述波長轉換器4的布置。在圖28、32和33所示的半導體發(fā)光器件的任何情況中，由從固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光15激勵波長轉換器4中包含的磷光體，由此輸出光28至少包含波長已經(jīng)被波長轉換器4轉換的光。輸出光28還可以包含原生光15，可以是包含原生光15和波長轉換光(未示出) 兩種成分的混合色光。圖28、32和33中所示的半導體發(fā)光器件是通過將波長轉換器4粘附于固態(tài)發(fā)光元件3的至少主要光提取表面而形成的半導體發(fā)光器件的范例。在圖32中所示的半導體發(fā)光器件中，使用通過在半透明樹脂(具體而言，為硅樹
38脂)中散布例如磷光體顆粒17b(參見圖23)形成的波長轉換器4。直接利用波長轉換器4 密封整個固態(tài)發(fā)光元件3，波長轉換器4與布線電極A 2a和散熱襯底1接觸。
具有這種配置的半導體發(fā)光器件使得不僅能夠獲得通過波長轉換器4到達布線電極A 2a和散熱襯底1的固態(tài)發(fā)光元件3的散熱路徑，而且增大散熱面積和波長轉換器4 自身的散熱包圍體積。因此，固態(tài)發(fā)光元件3和波長轉換器4的散熱效果都增強，由此控制了固態(tài)發(fā)光元件3和波長轉換器4中的溫度升高。此外，由于在固態(tài)發(fā)光元件3的整個外周中獲得了均勻散熱的散熱路徑，因此使固態(tài)發(fā)光元件3附近升高的溫度均勻化。結果，控制了固態(tài)發(fā)光元件3中的局部發(fā)熱，由此促進了輸出功率的增大。在圖33中所示的半導體發(fā)光器件中，將已經(jīng)在關于波長轉換器的一些段落中描述的各種波長轉換器4之一用作小件。形成波長轉換器4以至少粘附到固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面。優(yōu)選地，將波長轉換器4結合到主要光提取表面。在具有這種配置的半導體發(fā)光器件中，固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面的面積基本等于半導體發(fā)光器件的發(fā)光表面的面積，在發(fā)射原生光15的時刻，原生光15的所有光子都入射到波長轉換器4上。因此，能夠提供一種高亮度點光源，從器件構造的角度看，其適用于例如車輛頭燈。在具有這種點光源配置的半導體發(fā)光器件中，光入射到的波長轉換器4的面積是小的。因此，通常，波長轉換器4的溫度會升高，變得難以通過波長轉換器4的溫度熄滅增大輸出功率，這是一個問題。然而，利用前述配置，盡管通過波長轉換產(chǎn)生熱量并累積熱量從而導致波長轉換器4中的溫度升高，也能夠獲得(尤其是通過結合)較好的散熱路徑，通過散熱路徑沿固態(tài) 發(fā)光元件3(在很多情況下通常知道其具有高熱導率)的較低方向散熱。由于這用于控制波長轉換器4中的溫度升高，利用這種點光源配置還促進了半導體發(fā)光器件中輸出功率的增大。如上所述，波長轉換器4是僅由熱導率較高的無機材料制成的波長轉換器(例如半透明磷光體陶瓷)，優(yōu)選是包含溫度熄滅效應較小的無機磷光體(例如，前述基于￥^15012:(:63+的黃綠磷光體)的波長轉換器。可以利用無機或有機半透明材料作為粘合劑執(zhí)行前述結合。粘合劑的具體范例包括基于硅酮的樹脂、基于氟的樹脂和熔點大約為500度C或更低的低熔點無機材料(例如，低熔點玻璃)。這種粘合劑容易獲得，它們中的很多在實踐中得到很好驗證。因此，可以通過較簡單的工藝進行結合。圖28中所示的半導體發(fā)光器件是圖33所示半導體發(fā)光器件的修改范例，用于利
用實施例3中所述的透光物體25間接密封整個固態(tài)發(fā)光元件3并允許透光物體25與圖33
所示的半導體發(fā)光器件中的布線電極A 2a和散熱襯底l相聯(lián)系。這種配置的功能和效果與實施例3的情況相同，因此這里不重復其描述。另一方面，圖34到36中所示的半導體發(fā)光器件是波長轉換器4至少設置于固態(tài)
發(fā)光元件3的主要光提取表面上方而不與主要光提取表面接觸的半導體發(fā)光器件范例。圖34中所示的半導體發(fā)光器件是具有如下配置的半導體發(fā)光器件在參考圖26在實施例3中所述的安裝結構(固態(tài)發(fā)光元件3安裝于位于散熱襯底1上的導體A 2a上的結構)上方設置已經(jīng)在與波長轉換器相關的一些段落中描述的各種波長轉換器4之一，其間夾置間隙。圖35中所示的半導體發(fā)光器件是具有如下配置的半導體發(fā)光器件在安裝結構 (固態(tài)發(fā)光元件3安裝于位于散熱襯底1上的導體A 2a上的結構)上方設置已經(jīng)在關于波長轉換器的一些段落中描述的各種波長轉換器4之一，在安裝結構中，在實施例3中參考圖 27所述的透光物體25與固態(tài)發(fā)光元件3的整個周邊直接接觸，以密封固態(tài)發(fā)光元件3，從而將元件3包封于其中。在該范例中，如圖35所示，在波長轉換器4一側提供光屏蔽物體26，由此僅允許固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光15中具有高方向性的光成分入射在波長轉換器4上，從而可以減輕由于通過波長轉換器4的原生光15的光程長度差異導致的輸出光28的色彩偏差。
在這種情況下，原生光15入射的波長轉換器4的面積比低，由此沒有光入射的波長轉換器4的部分充當散熱器。這樣能夠控制波長轉換器4中的溫度升高，由此控制波長轉換器4中的溫度熄滅效應。于是，促進了半導體發(fā)光器件輸出功率的增大。
在光屏蔽物體26由高熱導率材料(例如，從例如各種金屬、半導體、硅化物、氮化物和碳化物中選擇的無機材料)形成且此外采用光屏蔽物體26粘附于或結合到波長轉換器4的配置時，光屏蔽物體26還充當良好的散熱器，這是更優(yōu)選的。圖36中所示的半導體發(fā)光器件是具有這種配置的半導體發(fā)光器件在安裝結構 (在位于散熱襯底1上的導體A 2a上安裝固態(tài)發(fā)光元件3的結構)的透光物體25上設置各種波長轉換器4之一(已經(jīng)在關于波長轉換器的一些段落中描述的至少一個波長轉換器 4)，在安裝結構中，在實施例3中參考圖27所述的透光物體25與固態(tài)發(fā)光元件3的整個外周直接接觸，以密封固態(tài)發(fā)光元件3，從而將元件3包封在其中。在這種情況下，已經(jīng)通過透光物體25的原生光15入射在波長轉換器4上，如實施例3中所述，透光物體25增大了由固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光15的光提取效率，從而促進了半導體發(fā)光器件輸出功率的增大。此外，透光物體25自身充當散熱器，用于釋放伴隨波長轉換而產(chǎn)生的波長轉換器4的熱量。如實施例3中所述，在優(yōu)選實施例中，透光物體25由其中包含的高熱導率的無機材料(例如，半透明無機材料、光反射無機材料、高熱導無機材料、高折射率無機材料、光漫射無機材料或無機磷光體)形成。因此，由于它能夠充當更好的散熱器，控制了光波長轉換器 4中的溫度熄滅效應，由此促進了半導體發(fā)光器件的輸出功率增大。如圖36所示，波長轉換器4優(yōu)選是光輸出表面的面積大于固態(tài)發(fā)光元件3主要光提取表面面積的轉換器。由于這允許波長轉換器4具有較大的散熱面積，波長轉換器4自身具有良好的散熱性質(zhì)。此外，為了獲得波長轉換器4自身極好的熱阻和良好的散熱性質(zhì)，波長轉換器4
是包含無機磷光體的形成體或包含無機磷光體的合成物，優(yōu)選形成其以提供于透光物體25
上，更優(yōu)選地形成其以結合到透光物體25上。這樣能夠獲得通過透光物體25的散熱路徑，
以散發(fā)熱量并由此控制波長轉換器4中的溫度升高。可以利用無機或有機半透明材料作為粘合劑執(zhí)行前述結合。要使用的粘合劑可以是基于樹脂的半透明粘合劑(例如，基于硅樹脂的粘合劑) 或低熔點無機粘合劑(例如低熔點玻璃)。這種粘合劑容易獲得，因此可以通過簡單的工藝
40進行結合。此外，優(yōu)選波長轉換器4是由前述線性透射率極好的基于陶瓷的形成體形成的波長轉換器，透光物體25是由前述包含于其中的光漫射無機材料形成的透光物體。這樣能夠控制溫度熄滅效應和混合色光的色彩分離。于是，能夠提供在輸出功率增大和磷光色彩均勻化方面極好的半導體發(fā)光器件。類似地，在實施例4中，利用在其上下表面上具有一對電源電極的范例描述固態(tài) 發(fā)光元件3。然而，顯然，即使對于具有上表面上有一對電源電極的結構的固態(tài)發(fā)光元件3，也能夠獲得相同操作效應。
實施例5 在下文中，描述光源裝置的實施例，其中使用了本發(fā)明的半導體發(fā)光器件。圖37為截面?zhèn)纫晥D，示出了利用本發(fā)明的半導體發(fā)光器件構造的用于一般照明
的光源范例。在圖37中，半導體發(fā)光器件27是實施例1到4中描述的半導體發(fā)光器件并在供電時發(fā)射輸出光28。此外，如在實施例3和4中所述，安裝結構37是在散熱襯底1上安裝固態(tài)發(fā)光元件3和其他元件并在供電時發(fā)射原生光的結構。例如，外部散熱器29是具有散熱鰭的散熱器，用于散發(fā)半導體發(fā)光器件27中產(chǎn)生的熱量以冷卻半導體發(fā)光器件27。如圖37所示，實施例5的光源裝置特征在于是利用本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27 構造的。優(yōu)選地，實施例5的光源裝置特征在于，由至少本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27和外部散熱器29的組合形成(或者特征在于，由至少安裝結構37、波長轉換器4和外部散熱器 29的組合形成)。實施例5的光源裝置具有如下配置利用例如固定夾具30和安裝螺釘 31將本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27 (或安裝結構37)和外部散熱器29彼此結合，并通過外部散熱器29散發(fā)至少在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27 (或安裝結構37)工作期間產(chǎn)生的熱量。這樣能夠提供發(fā)射高功率照明光的緊湊光源裝置。在下文中，簡短描述了各部件，但通過控制例如固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高實現(xiàn)輸出功率增大如較早在實施例3和4中所述那樣，因此在此不重復其描述。
圖37中所示的光源裝置是利用固定夾具30將本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27固定到外部散熱器29中央部分的光源裝置。以粘附到其上的方式將波長轉換器4(例如前述半透明磷光體陶瓷)固定到(基于樹脂的)透光物體25，并形成透光物體25以直接覆蓋固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面。在這種情況下，由于有粘附到固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面上的折射率較高的樹脂，以高的光提取效率提取固態(tài)發(fā)光元件3發(fā)射的原生光(未示出)以進入波長轉換器4。于是，可以獲得高的輸出光28。為了提高，即使是稍微提高根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27的冷卻效率，為位于實施例5的光源裝置的側面上的固定夾具30提供一些開孔。盡管在圖37中未示出，但獲得了已經(jīng)參考圖9到11所述的光源裝置，其包括半導體發(fā)光器件，在半導體發(fā)光器件中導體X的布線圖案允許切換電源端子。此外，獲得了還包括用于切換電源端子的電路切換裝置34的光源裝置(作為具體范例，電路配置如圖9所示，因此不重復其描述)。可以適當?shù)貜淖詣友b置和人工裝置選擇要用的電路切換裝置34，自動裝置具有電路斷路檢測功能和自動切換功能，并能夠檢測斷路且自動切換電路。如前所述，實施例5的光源裝置具有如下配置安裝結構37的散熱性質(zhì)和熱阻極好，因此能夠減小外部散熱器29的包圍體積以獲得小型緊湊光源裝置。
實施例6 在下文中，描述光源裝置的另一個實施例，其中使用了本發(fā)明的半導體發(fā)光器件。
圖38和39均為截面?zhèn)纫晥D，示出了配置有本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的車頭燈設備(例如，投影光源或車輛頭燈)。如圖38和39所示，實施例6的光源裝置特征也在于是利用本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27構造的。優(yōu)選地，實施例6的光源裝置特征在于，由至少本發(fā)明的半導體發(fā)光器件 27和外部散熱器29的組合形成。這樣能夠提供發(fā)射高功率前照光的小型緊湊光源裝置。
在圖38和39中，半導體發(fā)光器件27是實施例1到4中描述的半導體發(fā)光器件的任一種并在供電時發(fā)射輸出光28。在實施例6的光源裝置中，使用具有圖28中所示配置的半導體發(fā)光器件以獲得大功率點光源。亦即，在實施例6的光源裝置中，將較早已經(jīng)描述的各種波長轉換器4的任一種 (例如樹脂磷光體膜和半透明磷光體陶瓷)用作小件。形成波長轉換器4以至少粘附到固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面。優(yōu)選地，將波長轉換器4結合到主要光提取表面。
在具有這種配置的光源裝置中，固態(tài)發(fā)光元件3的主要光提取表面的面積基本等于半導體發(fā)光器件的發(fā)光表面的面積，在發(fā)射原生光15的時刻，原生光15的所有光子都入射到波長轉換器4上。于是，能夠提供高亮度點光源。優(yōu)選的波長轉換器4是僅由無機材料制成的波長轉換器，例如是半透明磷光體陶瓷、磷光體玻璃或前述MGC光學轉換構件。這種僅由無機材料制成的波長轉換器具有高熱導率，因此往往不會積聚熱量。因此，即使在具有這種入射在波長轉換器4上的光的能量密度高的配置的半導體發(fā)光器件中，波長轉換器4中的溫度升高也較為可控，由此可以獲得具有高能量效率的輸出光28。然而，在實施例6中，用于光源裝置的半導體發(fā)光器件不限于此。另一方面，外部散熱器29例如是具有散熱鰭的散熱器、具有散熱功能的結構或水
冷套。將其用于散發(fā)半導體發(fā)光器件27中產(chǎn)生的熱量以冷卻半導體發(fā)光器件27。在圖38和39中，光源裝置裝備有光學透鏡32，用于收集由本發(fā)明的半導體發(fā)光器
件27發(fā)射的光。在圖38中，光源裝置進一步擁有光屏蔽物體26 ，用于獲得期望的光分布圖
案。然而，可以按照需要適當選擇來使用這些零件。此外，在實施例6的光源裝置中，類似地，如相對于圖37所示的實施例5的光源裝置所述那樣，可以提供這種電路切換裝置34。在下文中，簡短描述了各部件，但通過控制固態(tài)發(fā)光元件3和波長轉換器4中的溫度升高實現(xiàn)輸出功率增大如較早在實施例3和4中所述那樣，因此在此不重復其描述。
圖38中所示的光源裝置是用于前燈的光源裝置范例，配置其從而利用固定夾具
4230將本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27固定到外部散熱器29，并直接發(fā)射半導體發(fā)光器件27沿橫向發(fā)射的輸出光28作為來自光源裝置的輸出光。圖39中所示的光源裝置是車輛頭燈的范例，配置其從而利用固定夾具30將本發(fā) 明的半導體發(fā)光器件27固定到外部散熱器29，并用反射器35反射從半導體發(fā)光器件27沿圖39中向上方向發(fā)射的輸出光28使其轉向橫向，然后發(fā)射其作為來自光源裝置的輸出光。
實施例6的光源裝置具有散熱性質(zhì)和熱阻極好的配置。因此，可以減小外部散熱器29的包圍體積，由此可以獲得小型緊湊光源裝置。
實施例7 在下文中，描述光源裝置的另一個實施例，其中使用了本發(fā)明的半導體發(fā)光器件。圖40包括俯視圖和示意截面?zhèn)纫晥D(取自俯視圖中所示線II-II'和III-III'
的截面圖)，示出了利用本發(fā)明的半導體發(fā)光器件構造的液晶背光范例。半導體發(fā)光器件27和外部散熱器29如較早在實施例5和6中所述，因此不重復
其描述。此外，通過控制例如固態(tài)發(fā)光元件3中的溫度升高實現(xiàn)輸出功率增加也如較早在實施例3和4中所述，因此不重復其描述。如圖40所示，實施例7的光源裝置特征也在于是利用本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27 構造的。優(yōu)選地，實施例7的光源裝置特征在于，由至少本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27和外部散熱器29的組合形成。例如，配置其以利用例如固定夾具30和安裝螺釘31將本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27固定到外部散熱器29，并通過外部散熱器29至少散發(fā)在本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27工作期間產(chǎn)生的熱量，從而可以提供發(fā)射高強度背光的光源裝置。
配置圖40中所示的光源裝置，從而將多個半導體發(fā)光器件27設置于平坦外部散熱器29的一側上，且平坦外部散熱器29的整個一邊發(fā)光。為了提高半導體發(fā)光器件27的冷卻效率，可以為外部散熱器29提供開孔36。
為了獲得發(fā)射更均勻的光的表面光源，優(yōu)選以基本相等的間距在平坦外部散熱器 29的一側設置多個半導體發(fā)光器件27。此外，還可以為實施例7的光源裝置提供如較早針對圖37所示實施例5的光源裝置所述的電路切換裝置34。如圖40所示，配置光源裝置以允許將例如要裝配/拆卸的固定夾具30和安裝螺釘31裝配/拆卸半導體發(fā)光器件27，由此更換半導體發(fā)光器件27。于是，能夠以低成本處理諸如斷路的故障。顯然，除了上述那些之外，基于類似技術創(chuàng)意，可以想到大量采用本發(fā)明半導體發(fā)
光器件的光源裝置修改范例。實施例8 圖41是示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)范例的示意圖。實施例8的照明系統(tǒng)特征在于，至少利用本發(fā)明用于切換半導體發(fā)光器件27的電源端子的電路切換裝置34和半導體發(fā)光器件27(在實施例1或2中描述的本發(fā)明的半導體發(fā)光器件)構造照明系統(tǒng)，本發(fā)明的半導體發(fā)光器件所具有的布線結構允許通過切換至少導體B 2b在相同條件下向同一固態(tài)發(fā)光元件3提供相同的電功率。
亦即，實施例8的照明系統(tǒng)是這樣的照明系統(tǒng)，其包括電路切換裝置34和半導體發(fā)光器件27(在實施例1或2中描述的本發(fā)明的半導體發(fā)光器件)，本發(fā)明的半導體發(fā)光器件所具有的布線結構允許通過切換至少導體B2b在相同條件下向同一固態(tài)發(fā)光元件3提供相同的電功率，或者包括擁有上述本發(fā)明半導體發(fā)光器件27的本發(fā)明的光源裝置38(例如，在實施例5到7中描述的本發(fā)明的光源裝置之一 )。在圖41中，半導體發(fā)光器件27具有如下配置如在實施例1或2中所述，導體B 2a和固態(tài)發(fā)光元件3的電極引出部分21通過導體C 5彼此電連接，與導體A 2a相比導體B 2b具有更大數(shù)量的布線結構，利用一對導體A 2a和導體B 2b向固態(tài)發(fā)光元件3供電。半導體發(fā)光器件27是本發(fā)明的半導體發(fā)光器件，其布線結構允許通過切換至少導體B 2b而在相同條件下為同一固態(tài)發(fā)光元件3供應同樣的電功率。也可以利用本發(fā)明包括相關半導體發(fā)光器件27的光源裝置38而非本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27來構造實施例8的照明系統(tǒng)。此外，電路切換裝置34用于切換根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件的電源端子，是較早已經(jīng)參考圖9到11作為范例描述其電路配置的電路切換裝置。電路切換裝置34可以是自動裝置或人工裝置，自動裝置具有電路斷路檢測功能和自動切換功能，并能夠檢測斷路且自動切換電路。此夕卜，電源39用于通過電源線路33和電路切換裝置34向本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27或本發(fā)明的光源裝置38供電。電源39是根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27或本發(fā)明的光源裝置38的電源技術規(guī)范產(chǎn)生預定直流或交流電壓或脈沖電壓的電源或電源系統(tǒng)。
就這樣考慮到以下因素將照明系統(tǒng)構造成高度便利的照明系統(tǒng)。亦即，即使例如在黑暗中或在夜間駕駛車輛時，例如由于線路壽命或其振動導致線路連接部分斷開，并停止發(fā)光時，也能夠立刻恢復照明系統(tǒng)并立即發(fā)光，而無需更換光源。在實施例8的照明系統(tǒng)中，由于半導體發(fā)光器件27或光源裝置38被構造成散熱性質(zhì)和熱阻極好，因此可以減小外部散熱器29的包圍體積，由此可以獲得小型緊湊的照明系統(tǒng)。顯然，除了上述內(nèi)容之外，基于類似的技術創(chuàng)意，利用本發(fā)明的半導體發(fā)光器件27 或光源裝置38以及用于切換半導體發(fā)光器件27的電源端子的電路切換裝置34可以想到很多照明系統(tǒng)的修改范例。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明能夠提供既有高輸出功率又有高可靠性的半導體發(fā)光器件以及包括該半導體發(fā)光器件的光源裝置和照明系統(tǒng)，半導體發(fā)光器件能夠通過簡單應用常規(guī)實用技術制造，并能夠根據(jù)客戶需求和便利考慮到發(fā)光故障來加以設計。因此，本發(fā)明有很大實際價值。附圖標記列表 1散熱襯底 2a導體A，為圖案化電極 2b導體B 2b，為圖案化電極 3固態(tài)發(fā)光元件 4波長轉換器
5導體C，為導線6電極焊盤7絕緣基部8導電基部9半透明基部10反射層ll半導體發(fā)光層12半透明電極13電極14a電源電極A14b電源電極B15原生光16半透明基質(zhì)17磷光體17a磷光體形成體17b磷光體顆粒20半透明粘附體基部21電極引出部分22電源端子22a電源端子A22b電源端子B22c電源端子C22d電源端子D23粘合劑25透光物體26光屏蔽物體27半導體發(fā)光器件28輸出光29外部散熱器30固定夾具31安裝螺釘32光學透鏡33電源線路34電路切換裝置35反射器36開孔37安裝結構38光源裝置39電源
說明書 42/42頁
4權利要求
一種半導體發(fā)光器件，所述半導體發(fā)光器件在絕緣散熱襯底一側包括至少一個導體A，所述導體A為圖案化電極；導體B，所述導體B為圖案化電極；以及固態(tài)發(fā)光元件，所述固態(tài)發(fā)光元件安裝于所述導體A上而不安裝于所述導體B上，其中，所述固態(tài)發(fā)光元件具有或者位于其上表面，或者位于其上下表面上的一對電源電極，并且還通過如下方式安裝所述固態(tài)發(fā)光元件將與所述固態(tài)發(fā)光元件的主要光提取表面相對的整個下表面粘附于所述導體A，在從上方觀察所述固態(tài)發(fā)光元件的安裝表面時，所述導體A具有元件安裝區(qū)域和多個外流粘合劑捕捉區(qū)域，其中所述固態(tài)發(fā)光元件的整個下表面安裝在所述元件安裝區(qū)域上，所述多個外流粘合劑捕捉區(qū)域被設置為與所述元件安裝區(qū)域的外周相鄰，且沒有相對于所述元件安裝區(qū)域的外周的方向偏差，并且所述導體B設置于除所述外流粘合劑捕捉區(qū)域之外的、與所述元件安裝區(qū)域的外周相鄰的部分中，并且與所述導體A電隔離。
2. 根據(jù)權利要求l所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述導體B被設置為具有處于避開所述固態(tài)發(fā)光元件的豎直和水平方向中線的位置的外框中心。
3. 根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述導體A的形狀呈軸對稱。
4. 根據(jù)權利要求3所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述固態(tài)發(fā)光元件安裝在位于所述導體A的外框中央部分上的位置，所述導體A的形狀基于與所述固態(tài)發(fā)光元件下表面形狀相同的形狀，并且所述導體A形成為具有沿所述固態(tài)發(fā)光元件的下表面的整個外周的邊緣。
5. 根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的半導體發(fā)光器件，其中，表示所有導體A和導體 B的導體X在所述散熱襯底上具有至少為50%但小于100%的面積比。
6. 根據(jù)權利要求5所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述導體A的總面積比至少為所述導體X的50%。
7. 根據(jù)權利要求6所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述散熱襯底具有反對稱的形狀，并且所述固態(tài)發(fā)光元件具有在所述散熱襯底的對稱線上的安裝表面。
8. 根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的半導體發(fā)光器件，其中，表示所有導體A和導體 B的導體X在所述散熱襯底的一個平坦表面上基本呈軸對稱。
9. 根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述導體B與所述固態(tài)發(fā)光元件的電極引出部分通過作為導線的導體C彼此電連接，所述導體B與所述導體A相比具有更大數(shù) 量的布線結構，利用一對所述導體A和所述導體B向所述固態(tài)發(fā)光元件提供電功率，并且所述半導體發(fā)光器件的布線結構允許通過至少切換所述導體B在相同條件下向同一固態(tài)發(fā)光元件提供相同的電功率。
10. 根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其中，所述固態(tài)發(fā)光元件的結構包括半導體發(fā)光層以及位于所述固態(tài)發(fā)光元件上下表面上的電極，其中，在將所述固態(tài)發(fā)光元件的所述安裝表面作為下表面時，所述半導體發(fā)光層用作上表面附近的原生光源。
11. 根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，還包括位于所述固態(tài)發(fā)光元件的所述主要光提取表面上的波長轉換器，其中，所述波長轉換器通過由所述固態(tài)發(fā)光元件發(fā)射的原生光的激勵而發(fā)射波長比所述原生光更長的光。
12. 根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其中，多個所述導體A設置在所述散熱襯底的一個平坦表面上。
13. —種光源裝置，包括根據(jù)權利要求1到4和9到12中任一項所述的半導體發(fā)光器件。
14. 一種照明系統(tǒng)，包括根據(jù)權利要求9所述的半導體發(fā)光器件以及用于切換所述半導體發(fā)光器件的電源端子的電路切換裝置。
全文摘要
本發(fā)明的半導體發(fā)光器件在絕緣散熱襯底1的一側包括至少一個導體A 2a，導體A為圖案化電極；導體B 2b，導體B為圖案化電極；以及固態(tài)發(fā)光元件3。固態(tài)發(fā)光元件3安裝在導體A 2a上而不是安裝在導體B 2b上。安裝固態(tài)發(fā)光元件3，使得與主要光提取表面相對的整個下表面粘附于導體A 2a。在從上方觀察固態(tài)發(fā)光元件3的安裝表面時，導體A 2a具有元件安裝區(qū)域和多個外流粘合劑捕捉區(qū)域，固態(tài)發(fā)光元件3的整個下表面安裝于元件安裝區(qū)域上，外流粘合劑捕捉區(qū)域被設置成與元件安裝區(qū)域的周邊相鄰，且相對于元件安裝區(qū)域的周邊沒有方向偏差。導體B 2b設置于除外流粘合劑捕捉區(qū)域之外的、與元件安裝區(qū)域的周邊相鄰的部分中，同時與導體A 2a電隔離。通過這種方式，可以提供可以用傳統(tǒng)實際技術生產(chǎn)、能具有高輸出功率、能以高密度安裝并能夠考慮到照明故障而加以設計的半導體發(fā)光器件。
文檔編號H01L33/50GK101779303SQ200980100129
公開日2010年7月14日申請日期2009年4月17日優(yōu)先權日2008年5月20日
發(fā)明者大鹽祥三, 谷本憲保申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社

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