CN114188463A

CN114188463A - 发光装置

Info

Publication number: CN114188463A
Application number: CN202111031102.6A
Authority: CN
Inventors: 林贵文; 下西正太; 川冈亚也; 立花和也
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2041-09-03
Also published as: JP2022048933A; CN114188463B; JP2023165803A; JP7400675B2

Abstract

本发明提供一种发光装置，该发光装置在收容发光元件的部件的侧壁抑制朝向光提取侧的相反侧的光的折射。发光装置(100)具有基板(110)、透镜(130)、安装于基板(110)的发光元件(120)、将基板(110)和透镜(130)粘合的粘合剂层(140)。透镜(130)具有收容发光元件(120)的凹部(U1)。凹部(U1)具有内侧面(133)。透镜(130)的内侧面(133)随着靠近基板(110)而扩展。透镜(130)的内侧面(133)和基板(110)的板面(S1)形成的角的角度为60°以上、75°以下。

Description

发光装置

技术领域

本发明的技术领域涉及具有发光元件的发光装置。

背景技术

在发光装置中，大量存在将半导体发光元件安装于基板的装置。在这样的发光装置中，一般从半导体发光元件发出的光被向基板的前方输出。在进行紫外发光的发光装置中，研究开发有在光提取面侧配置由石英等构成的透镜体的发光装置。

例如，在专利文献1的FIG.1A中，公开有在形成有凹部22的安装基板16安装光学元件14，并利用构成凸状透镜28的透明封装部件10(透明体)进行封装的技术。另外，在FIG.8A中，公开有上部为凸状的透镜体28的圆筒状的透明体29覆盖安装有光学元件14的平板的安装基板16的构造。

专利文献1：国际公开第2019/003535号

然而，当在由透镜体和安装基板围起的区域内封装发光元件的情况下，存在以下问题。在上述的FIG.1A的类型中，在安装基板面的周边部以在与基板面垂直的方向上包围发光元件的方式形成有侧壁。在FIG.8A的类型中，在覆盖基板的上部的透明体存在圆筒的侧壁。因此，从发光元件放射的紫外光中朝向上述的透明体的侧壁的光的折射角变得比入射角小。即，在正的光轴方向上行进的光减少。

若透镜体或者基板的侧壁以这种方式使紫外光在沿着光轴的光提取方向以外的方向上折射，则发光装置的光输出下降。

发明内容

本发明欲解决的课题是提供一种发光装置，该发光装置在收容发光元件的部件的侧壁抑制朝向光提取侧的相反侧的光的折射。

本发明的一个方式(一个侧面)中的发光装置具有基板、透镜、安装于基板的发光元件、将基板和透镜粘合的粘合剂层。透镜具有收容发光元件的凹部。凹部具有内侧面。透镜的内侧面随着靠近基板而扩展。透镜的内侧面和基板的主面形成的角的角度为60°以上、75°以下。主面是基板的发光元件的载置面，并是与光轴垂直的面。在该发光装置中，在相对于光轴比较大的角度方向上行进的光的成分减少，在相对于光轴比较小的角度方向上行进的光的成分增加。其结果是，该发光装置的光输出较大。

在上述的发明的上述方式中，能够采用以下的结构。优选为凹部具有顶面，透镜的顶面与发光元件之间的距离为50μm以上、250μm以下。由此能够增大紫外线的外部输出。另外，也可以构成为粘合剂层具有圆角，圆角从基板的表面到透镜的内侧面地形成。该情况下，优选为圆角形成为圆环形状。另外，也可以构成为圆角形成为多边形的环状。

并且，优选为透镜的光输出面的形状是凸透镜形状，特别是优选为旋转抛物面。优选为凹部的底面开口的与光轴垂直的剖面的轮廓形状是圆形或者四边形。因此，优选为凹部的顶面也是圆形或者四边形。即，优选为凹部的立体形状是圆锥台、四棱锥台。优选为该四边形是正方形，四棱锥台是正四棱锥台。在将凹部的底面开口的轮廓形状设为正方形的情况下，优选为发光元件的与光轴垂直的上表面是正方形，且该正方形的对角线相对于轮廓形状的正方形的对角线旋转了45°。

通过采用这些结构，能够在来自发光元件的放射光中，使与光轴形成的角较大的放射光在光轴方向上收敛，提高输出至透镜的外部的光的输出。

在本发明中，能够在收容发光元件的部件的侧壁抑制朝向光提取侧的相反侧的光的折射，从而提高输出至透镜的外部的光的强度。

附图说明

图1是第一实施方式的发光装置100的概略结构图。

图2是表示第一实施方式的发光装置100的透镜130的剖视图。

图3是表示第一实施方式的发光装置100的透镜130的俯视图。

图4是表示第一实施方式的发光装置100中的发光元件120的上表面121与透镜130的顶面134之间的距离的图。

图5是表示第一实施方式的发光装置100的粘合面的周边的放大图。

图6是表示第一实施方式的发光装置100的空腔150的形状以及发光元件120的配置的俯视图。

图7是表示第一实施方式的变形例中的发光装置200的空腔250的形状以及发光元件120的配置的俯视图(其一)。

图8是表示第一实施方式的变形例中的发光装置300的空腔350的形状以及发光元件120的配置的俯视图(其二)。

图9是表示用于实验的透镜的尺寸的图。

图10是表示改变了上表面长W1和底面长W2的情况下的光的放射强度的出射角度依赖性的图表。

图11是表示发光元件的上表面与透镜的顶面之间的距离和出射角度为20°以内的光输出之间的关系的图表。

附图标记说明

100…发光装置；110…基板；120…发光元件；130…透镜；131…凸面；132…粘合面；133…内侧面；134…顶面；135…基部；140…粘合剂层；150…空腔

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。但是，本发明并不限定于这些实施方式。在发明的范围内，也可以具有与实施方式不同的构造。而且，各个附图中的各层的厚度的比是概念性地示出的，并不是表示实际的厚度的比。

(第一实施方式)

1.发光装置

图1是第一实施方式的发光装置100的概略结构图。如图1所示，发光装置100具有基板110、发光元件120、透镜130、粘合剂层140、空腔150。

基板110是用于安装发光元件120的基板。发光元件120是发出紫外光的半导体发光元件。发光元件120的发光波长例如为260nm以上、320nm以下。发光元件120安装在基板110的主面S1上。透镜130是用于将来自发光元件120的光适当地提取至外部的光学部件。透镜130例如是玻璃。粘合剂层140将基板110和透镜130粘合。空腔150是由基板110的主面S1、透镜130、粘合剂层140围起的封闭空间。

在空腔150中存在气体。气体例如是大气。发光元件120发出紫外光。一般，树脂因紫外线而被切断结合，发生劣化。因此，空腔150没有被树脂封装。这样，在空腔150中填充有气体。

2.透镜

图2是表示第一实施方式的发光装置100的透镜130的剖视图。是在包含光轴的面的剖视图。如图2所示，透镜130具有凸面131、在底面部的凹部U1、基部135、作为基部的底面的平坦面132。凹部U1具有底面开口136、内侧面(内壁面)133、顶面134。空腔150是由基板110的主面S1和凹部U1围起的空间。顶面134的外形轮廓是正方形(正四边形)。与凹部U1的顶面134相对的凹部U1的底面开口136的外形轮廓是正方形(正四边形)。因此，凹部U1的立体形状是正四棱锥台。

凸面131是面向发光装置100的外部的面。凸面131的外表面是以光轴为中心轴的旋转抛物面。另外，发光装置100从凸面131发出紫外光(图1的箭头L1，L1为光轴)。

基部135的底面的平坦面132是与基板110的粘合面。因此，在制造发光装置100后平坦面132与粘合剂层140接触。平坦面132是具有一定宽度、以光轴为中心轴的正方环形状。

内侧面133与顶面134一起构成空腔150。内侧面133的下边(接近基板110的一侧)构成底面开口136。筒状的内侧面133的与光轴垂直的剖面的面积随着朝向基板110而变大。即，筒状的内侧面133形成为沿着负的光轴方向而变宽的锥状。内侧面133相对于与基板110的主面S1垂直的方向在15°以上、30°以下的范围内倾斜。即，内侧面133是以光轴为中心轴的倾斜面的正方环。空腔150的立体形状是以光轴为中心轴的正四棱锥台。

透镜130具有收容发光元件120的凹部U1。凹部U1具有内侧面133和顶面134。透镜130的内侧面133随着靠近基板110而扩展。透镜130的内侧面133和基板110的主面S1形成的角α的角度为60°以上、75°以下。

顶面134是在与基板110粘合后与基板110以及发光元件120相对的面。顶面134与内侧面133一起构成空腔150。顶面134是与基板110的主面S1平行的面。顶面134是与内侧面133交叉的面。

基部135是位于透镜130的根部的部分。基部135具有用于与粘合剂层140粘合的平坦面132。

端部B1是凹部U1的开口的轮廓线，是包含平坦面132与内侧面133的交线的区域。如后所述，端部B1形成为正方形的环状。

图3是表示第一实施方式的发光装置100的透镜130的俯视图。如图3所示，凸面131是旋转抛物面，因此在俯视中是圆形。基部135的外形轮廓线是正方形。

3.发光元件与透镜之间的距离

图4是表示第一实施方式的发光装置100中的发光元件120的上表面121与透镜130的顶面134之间的距离的图。上表面121是与光轴垂直的面。发光元件120的上表面121是发光元件120中的基板110的安装面(主面S1)的相反侧的面。如图4所示，发光元件120的上表面121与透镜130的顶面134之间的距离H1为50μm以上、250μm以下。优选为50μm以上、230μm以下。更加优选为50μm以上、200μm以下。

发光元件120的上表面121与透镜130的顶面134之间的距离H1越小越好。发光元件120的上表面121与透镜130的顶面134之间的距离H1越小，则光输出越大。但是，从间隙的观点，发光元件120的上表面121与透镜130的顶面134之间的距离H1为50μm以上即可。

4.圆角

图5是表示第一实施方式的发光装置100的粘合面的周边的放大图。基板110具有AlN层111、表面层112、槽113。AlN层111是由AlN构成的层。表面层112是基板110的表面的层。表面层112是从AlN层111的一侧按顺序层叠了Ni、Pb、Au的层。槽113是从表面层112到达AlN层111的表面的微小的槽。该槽113示出了金属化区域的端。即，作为金属化区域的端的槽113位于较端部B1靠内侧(设置发光元件120的一侧)。

如图5所示，粘合剂层140具有圆角F1。圆角F1从基板110的表面到透镜130的内侧面133地形成。圆角F1形成于与空腔150相对的区域且被透镜130的内侧面133和基板110的表面110a夹着的位置。

圆角F1从基板110的表面110a到透镜130的内侧面133的一部分(下部)地形成。如图5所示，圆角F1形成到槽113的近前。在槽113的部位表面张力发挥作用，圆角F1在槽113的近前的位置停止。通过将槽113配置于较端部B1靠内侧的位置，能够决定圆角F1的形成区域。

为了形成圆角F1，向圆角F1的预定形成区域较多地供给粘合剂即可。

5.空腔的形状以及发光元件的配置

图6是表示第一实施方式的发光装置100的空腔150的形状以及发光元件120的配置的俯视图。图6示出了将空腔150向基板110的主面(板面)S1投影的情况。端部B1构成空腔150的底面开口136的外形轮廓。端部B1是正方形环形状。另外，端部B1与基板110的端面平行。发光元件120的端面与端部B1以及基板110的端面平行。

此时，圆角F1形成为四边形的环状。

6.第一实施方式的效果

6-1.透镜的内侧面

第一实施方式的发光装置100具有透镜130。透镜130具有内侧面133。内侧面133随着朝向基板110的主面S1而扩展。内侧面133相对于与基板110的主面S1垂直的方向在15°以上、30°以下的范围内倾斜。因此，在相对于光轴比较大的角度方向上行进的光的成分减少，在相对于光轴比较小的角度方向上行进的光的成分增加。其结果是，该发光装置100的光输出较大。

6-2.发光元件与透镜之间的距离

在发光装置100中，发光元件120与透镜130之间的距离足够地小。因此，从发光元件120观察，向基板110的相反侧的方向发出的光输出提高。

6-3.圆角

由于粘合剂层140具有圆角F1，因此基板110与透镜130的粘合力较高。因此，能够将平坦面132的面积设计得狭窄。

7.变形例

7-1.透镜的形状以及基板的形状

透镜的基部135的外形轮廓的形状也可以是多边形形状或者圆形。在该情况下，根据其形状，基板的形状也可以是多边形形状或者圆形。

7-2.空腔的形状以及发光元件的配置

图7是表示第一实施方式的变形例中的发光装置200的空腔250的形状以及发光元件120的配置的俯视图(其一)。图7示出了将空腔250向基板110的主面S1正交投影的情况。基板110的主面S1是正方形，空腔150的底面开口136以及顶部134也是正方形。即，规定底面开口136的外形的端部B1的形状是正方形环形状。发光元件120的上表面121是正方形。另外，端部B1与基板110的端面平行。发光元件120的端面相对于端部B1以及基板110的端面倾斜45°。这样，发光元件120的端面也可以相对于基板110的端面倾斜。即，也可以使发光元件12的上表面121的对角线位于相对于底面开口136的对角线旋转了45°的位置。

此时，圆角F1形成为四边形的环状。另外，圆角F1也可以形成为多边形的环状。

图8是表示第一实施方式的另一变形例中的发光装置300的空腔350的形状以及发光元件120的配置的俯视图(其二)。图8示出了将空腔350向基板110的主面S1投影的情况。规定空腔350的底面开口136的形状的端部B1是圆形环形状，顶部134是圆形。因此，空腔350的立体形状是圆锥台。发光元件120的上表面121是正方形。发光元件120的端面与基板110的端面平行。

此时，圆角F1形成为圆环形状。

7-3.顶面

顶面134是与基板110的主面S1平行的平面。但是，顶面134也可以不与基板110的板面S1平行。另外，顶面134也可以是曲面。

7-4.边界

图2示出了通过凸面131的旋转中心的剖面。如图2所示，在通过凸面131的旋转中心的剖面中，内侧面133与平坦面132的边界B1也可以具有曲线，该曲线具有曲率。

7-5.组合

也可以自由地组合上述的变形例。

1.透镜的制作

图9是表示用于实验的透镜的尺寸的图。底面开口136和顶面134是正方形。即，采用了图6所示的结构的透镜。如图9所示，改变透镜中的从底面开口136的开口面或者基部135的平坦面132到顶面的高度H2(凹部U1的深度)、顶面长(上表面长)W1、底面长W2而制作了发光装置。

将透镜中的从底面开口136到顶面134的高度H2固定为550μm。以这种方式制作了改变了透镜的内侧面相对于与基板的板面垂直的方向而形成的角的角度θ的发光装置。而且，在透镜的光输出侧配置了平板的石英玻璃。此时，透镜位于石英玻璃与基板之间。

2.透镜的内侧面的角度与光输出

表1是表示改变了上表面长W1和底面长W2的情况下的石英透射后的光输出的表。在透镜的内侧面相对于与基板的板面垂直的方向形成的角的角度θ为0°的情况下，石英透射后的光输出为36.6mW。在角度θ为15.3°的情况下，石英透射后的光输出为39.7mW。在角度θ为20.0°的情况下，石英透射后的光输出为41.0mW。在角度θ为24.4°的情况下，石英透射后的光输出为41.4mW。在角度θ为28.6°的情况下，石英透射后的光输出为41.1mW。即，可知在15.3°≤θ≤28.6°(即，61.4°≤α≤74.7°)的情况下，得到了θ＝0°的光输出的1.085倍以上的光输出。即，可知通过实施方式的结构，得到了8.5％以上的光输出的提高。据此，可知如本发明的第一实施方式那样在6°≤α≤75°也得到光输出的提高。另外，上述实验例的范围、61.4°≤α≤74.7°当然得到光输出的提高效果。并且，在61.4°≤α≤70°的情况下，得到θ＝0°的光输出的1.12倍、12％的光输出的提高。因此，该范围是进一步优选的范围。

因此，在透镜的内侧面相对于与基板的板面垂直的方向形成的角的角度θ(以下，简称为内侧面倾斜角)为15°以上、30°以下的情况下，发光装置的光输出足够高。

[表1]

图10是表示改变了上表面长W1和底面长W2的情况下的光的放射强度的出射角度依赖性的图表。图10的横轴是出射角度。图10的纵轴是放射强度。出射角度是相对于与发光元件的上表面垂直的光轴的角度。在图10中，在出射角为30°以上、50°以下的范围中，最下的曲线是内侧面与基板垂直的情况(内侧面倾斜角θ＝0°)下的比较例的特性。在出射角为50°时，从下数第2号的曲线是内侧面倾斜角θ为15.3°，从下数第3号的曲线是内侧面倾斜角θ为20.0°，从下数第4号的曲线是内侧面倾斜角θ为24.4°，最上的曲线是内侧面倾斜角为28.6°。如图10所示，可知在内侧面倾斜角θ为15°以上、30°以下的情况下，出射角度为30°以上、60°以下的范围的光的强度变大。即，出射角度为30°以上、60°以下的范围的光的输出与内侧面倾斜角θ＝0°的比较例相比，放射强度变大。即，出射角度较大的光的成分减少，出射角度较小的光的成分增加。因此，发光装置的光输出提高。此外，在图10中，各数据是用W1×W2表示上表面长W1与底面长W2的组合。

3.发光元件与透镜之间的距离和光输出

图11是表示发光元件的上表面与透镜的顶面之间的距离和出射角度为20°以内的光输出之间的关系的图表。图11的横轴是发光元件的上表面与透镜的顶面之间的距离H1。图11的纵轴是出射角度为20°以内的光输出。其中，内侧面倾斜角θ设为0°。

如图11所示，随着发光元件的上表面与透镜的顶面之间的距离H1变大而光输出下降。另外，在发光元件的上表面与透镜的顶面之间的距离为50μm以上、200μm以下的范围内，光输出没有那么大的变化。从光输出的观点，发光元件的上表面与透镜的顶面之间的距离为250μm以下即可。优选为230nm以下。可以认为距离H1和内侧面倾斜角θ没有关系，因此该优选范围在内侧面倾斜角θ为15°以上、30°以下的范围也成立。

4.空腔的形状

制作图6至图8的空腔的形状以及发光元件，测量光输出。上表面长W1为2mm，底面长W2为2.5mm。内侧面倾斜角θ是24.4°。

如表2所示，即使变更空腔的形状(底面开口为正方形和圆形)、发光元件的配置(发光元件相对于底面开口的旋转姿势)，在这些变更的范围内，光输出没有较大的变化。即，即使是任何形状，都能够提高光输出。

[表2]

Claims

1.一种发光装置，具有基板、透镜、安装于所述基板的发光元件、以及将所述基板和所述透镜粘合的粘合剂层，其特征在于，

所述透镜具有***述发光元件的凹部，

所述凹部具有内侧面，

所述透镜的所述内侧面随着靠近所述基板而扩展，

所述透镜的所述内侧面和所述基板的主面形成的角的角度为60°以上、75°以下。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述凹部具有顶面，

所述透镜的所述顶面与所述发光元件的上表面之间的距离为50μm以上、250μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述粘合剂层具有圆角，

所述圆角从所述基板的表面到所述透镜的所述内侧面地形成。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，

所述圆角形成为圆环形状。

5.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，

所述圆角形成为多边形的环状。

6.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述透镜的光输出面是旋转抛物面。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，

所述凹部的底面开口的与光轴垂直的剖面的轮廓形状是圆形或者四边形。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，

所述轮廓形状是正方形，

所述发光元件的与光轴垂直的上表面是正方形，且该正方形的对角线相对于所述轮廓形状的正方形的对角线旋转了45°。

9.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，

所述凹部的立体形状是正四棱锥台或者圆锥台。

10.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述凹部的立体形状是正四棱锥台或者圆锥台。