KR100514609B1 - 발광장치 - Google Patents

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KR100514609B1
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semiconductor
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니타고이치
시모무라겐지
오시오히로아키
고마츠다케시
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은, 반도체 발광소자를 수지로 밀봉한 발광장치에 있어서, 신뢰성이나 장기적 안정성도 향상시키고, 복수의 칩을 콤팩트하게 탑재할 수 있는 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
개구부를 거의 타원형상 또는 거의 편평한 원형상으로 함으로써 제한된 공간에 복수의 칩을 효율좋게 배치할 수 있다. 또, 와이어를 본딩하는 장소와 칩을 마운트하는 장소의 사이에 절결(slit)을 형성함으로써, 접착제가 비어져 나오는 것을 방지하여 본딩불량을 해소할 수 있다.

Description

발광장치 {LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광장치에 관한 것으로, 특히 발광특성이 우수하면서 높은 신뢰성도 겸비한 발광장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode: 발광다이오드) 등의 반도체 발광소자를 탑재한 발광장치는 저가이고 수명이 긴 발광장치로서 주목되고, 각종의 표시기(indicator), 광원, 평면형 표시장치, 혹은 액정디스플레이의 백라이트 등으로서 널리 이용되고 있다.
이러한 발광장치의 전형례로서, 반도체 발광소자를 수지스템(resin stem)에 마운트(mount: 실장)한 것이 있다.
도 37은 종래의 발광장치의 전형례를 나타낸 개념도이다. 즉, 도 37a는 그 요부구성을 나타낸 평면도이고, 도 37b는 그 단면도이다.
동 도면에 나타낸 발광장치는, 「표면실장형」 등이라 일컬어지는 것으로, 패키지(수지스템; 800)와, 반도체 발광소자(802) 및, 수지로 이루어진 밀봉체(804)를 갖추고 있다.
수지스템(800)은 리드프레임으로부터 성형(成形)한 1쌍의 리드(805, 806)를 열가소성 수지로 이루어진 수지부(803)에 의해 몰드한 구조를 갖는다. 그리고, 수지부(803)에는 개구부(801)가 형성되어 있고, 그 안에 반도체 발광소자(802)가 실려 있다. 그리고, 반도체 발광소자(802)를 포함하도록 에폭시수지(804)에 의해 밀봉되어 있다.
반도체 발광소자(802)는 리드(806) 위에 마운트되어 있다. 그리고, 반도체 발광소자(802)의 전극(도시하지 않음)과 리드(805)가 와이어(805)에 의해 접속되어 있다. 2개의 리드(805, 806)를 통해 반도체 발광소자(802)에 전력을 공급하면 발광이 일어나고, 그 발광이 에폭시수지(804)를 통해 광취출면(812)으로부터 취출되도록 되어 있다.
그러나, 본 발명자가 검토한 결과, 도 37에 예시한 바와 같은 종래의 발광장치는, 신뢰성이나 장기적 안정성의 점에서 개선의 여지가 있음이 판명되었다.
즉, 이러한 발광장치에 대해, -40℃∼+110℃의 온도범위에서 700사이클의 온도사이클 시험을 실시하면, 도 38에 예시한 바와 같이 에폭시수지(804)에 크랙(C)이 발생한다거나, 또 수지스템(800)과의 계면(I)에 있어서 박리가 생기거나 하는 현상이 발견되었다. 또, 반도체 발광소자(802)에 「깨어짐」이 생긴다거나, 반도체 발광소자(802)가 마운트면으로부터 박리된다거나, 혹은 와이어(809)에 단선이 생기는 경우도 있었다.
도 37에 예시한 바와 같은 발광장치의 경우, 통상의 민생용으로서 요구되고 있는 온도사이클 시험의 레벨은 100사이클이고, 차량탑재용으로서도 300사이클이기 때문에, 현행의 요구는 만족시키고 있는 것이지만, 금후 더 한층의 신뢰성의 향상을 꾀하기 위해서는 근본적인 대처가 필요하다.
그리고, 마찬가지의 사정은 도 37에 예시한 발광장치에 한정되지 않고, 반도체소자를 에폭시수지로 밀봉한 구조의 것에 공통하여 존재한다.
본 발명자는, 고장의 메커니즘을 상세히 조사한 결과, 에폭시수지(804)가 물성적으로 단단하여 깨지기 쉽고, 경화시의 스트레스가 크며, 더욱이 외위기(外圍器)인 열가소성 수지의 수지부(803)와의 밀착성에도 개선의 여지가 있음을 알아냈다.
또, 이와는 달리 도 37에 예시한 바와 같은 발광장치에 있어서, 개구부(801) 안에 2개 이상의 칩을 탑재하고 싶은 경우가 있다.
예컨대, 동일의 발광파장의 2개 이상의 반도체 발광소자를 탑재하면, 출력을 증강할 수 있다.
또, 서로 다른 발광파장의 2개 이상의 반도체 발광소자를 탑재하면, 그들의 혼합색이 얻어져 색표현을 다양화할 수 있다. 이 경우에는, 예컨대 보색관계에 있는 2색을 이용하여 백색발광도 가능하다.
또, 반도체 발광소자와, 이 발광소자를 보호하기 위한 소자를 동일 패키지에 탑재하고 싶은 경우가 있다. 구체적으로는, 질화물 반도체를 이용한 발광소자의 경우, 정전기(ESD) 등으로부터 보호하기 위해 제너 다이오드를 역방향으로 병렬로 접속하는 것이 필요하게 되는 경우가 많다.
그러나, 도 37에 예시한 바와 같은 발광장치의 경우, 칩을 마운트할 충분한 공간이 없고, 또 와이어를 본딩할 공간도 충분치 않았다. 더욱이, 좁은 개구부에 2개의 칩을 무리하게 채워 넣은 경우, 발광소자의 광축이 개구부의 중심으로부터 대폭 벗어나 버려 방출되는 광의 강도분포, 즉 배광(配光)특성이 비대칭으로 되어 버린다. 그러면, 예컨대 액정디스플레이의 백라이트 등의 용도에 있어서 요구되는 균일한 발광패턴을 만족시킬 수 없다.
도 39는 본 발명자가 본 발명에 이르는 과정에서 시험제작한 발광장치의 평면구성을 나타낸 개념도이다.
즉, 동 도면에 예시한 발광장치는, 수지부(903)에 거의 장방형 모양의 개구(901)를 설치하고, 그 저면에 있어서 대향하는 리드(905, 906)에 각각 칩(902A, 902B)을 마운트하고 있다. 그리고, 이들 칩(902A, 902B)으로부터 대향하는 리드(906, 905)에 와이어(909A, 909B)가 각각 접속된다.
그러나, 이 발광장치를 시험제작하여 평가한 결과, 다음과 같은 문제가 있음이 판명되었다.
제1의 문제는, 칩(902A, 902B)을 마운트할 때에는 비어져 나온 접착제가 원인으로 되어, 와이어(909A, 909B)의 본딩이 불충분하게 된다는 것이다. 즉, 칩(902A, 902B)을 리드에 마운트할 때에는, 통상 은(Ag)페이스트 등의 페이스트류나, AuSn이나 AuGe 등의 땜납 등이 이용되는 경우가 많다.
그러나, 마운트할 때에는, 이들 접착제가 리드(905, 906) 위에서는 비어져 나오는 경우가 많다. 이 「비어져 나온 접착제」가 와이어의 본딩영역에 도달하면, 와이어(909A, 909B)를 열압착, 또는 초음파 열압착하는 것이 곤란하게 된다. 예컨대 은페이스트가 부착되어 있으면, 소위 「브리딩(breeding)」이 생겨 와이어의 본딩이 곤란하게 된다. 또, 일단 본딩할 수 있더라도 와이어의 부착강도가 대폭 저하되는 경우가 있다.
이를 방지하기 위해, 와이어를 본딩하는 장소를 칩으로부터 멀어지게 하면 개구부(901)를 크게 할 필요가 있어 치수상의 제한과 상반된다.
제2의 문제는, 도시한 바와 같이 개구부(901)를 거의 장방형으로 하면, 수지부(903)의 측벽의 두께가 똑같이 얇아져서 기계적인 강도가 부족하다는 것이다. 이 문제는, 특히 개구부 내에 충전(充塡)하는 밀봉체가 부드러운 수지인 경우에 심각하게 된다. 예컨대, 충전하는 밀봉체로서 실리콘수지 등을 이용하면, 에폭시수지를 이용한 경우와 비교하여 잔류 스트레스가 저감되어 밀봉체의 크랙이나 와이어의 단선 등을 대폭 저감할 수 있다. 그러나, 실리콘수지는 비교적 부드럽기 때문에, 수지부(903)의 측벽이 얇아지면, 횡방향으로부터의 외력이 칩이나 와이어까지 영향을 미치는 경우가 있다. 예컨대, 어셈블리나 테스트 등을 위해, 발광장치를 측면으로부터 끼워 넣어 픽업하면, 그 힘이 칩이나 와이어에 까지 미쳐 와이어의 변형 등이 생기는 경우가 있었다.
제3의 문제는, 도시한 바와 같이 개구부(901)를 거의 장방형으로 하면, 그 안에 충전하는 수지의 양이 증가되어 수지스트레스가 증대된다는 것이다. 즉, 개구부(901)에 충전되는 수지는 그 경화시 혹은 그 후의 승온이나 냉각 등에 의해 스트레스를 일으킨다.
이 스트레스는 충전되는 수지의 양에 따라 변화하는 바, 충전량이 많으면 수지스트레스도 커지는 경향이 있다. 게다가, 도 38에 관하여 전술한 바와 같이 에폭시수지는 스트레스가 크다.
그 결과로서, 도시한 바와 같이 거의 장방형의 개구부(901)에 밀봉수지를 충전하면, 수지스트레스가 커져서 칩(902A, 902B)의 박리나 와이어(909A, 909B)의 변형 혹은 단선이 생기기 쉬워진다고 하는 문제가 있음이 판명되었다.
즉, 발광장치에 2개 이상의 칩을 탑재하고자 하면, 장치의 외형의 요청과는 상반되는 문제가 생긴다.
이상 설명한 바와 같이, 종래의 발광장치는 복수의 칩을 탑재하는 것이 용이하지 않고, 또 신뢰성의 점에서도 개선의 여지가 있었다.
본 발명은, 이러한 과제의 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은 반도체 발광소자를 수지로 밀봉한 발광장치에 있어서, 신뢰성이나 장기적 안정성을 대폭 향상시키고, 복수의 칩을 콤팩트하게 탑재할 수 있는 발광장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 발광장치는, 리드와, 이 리드의 적어도 일부를 매립한 수지부, 이 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 리드에 마운트된 제1반도체 발광소자, 상기 개구부에 있어서 상기 리드에 마운트된 반도체소자, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 리드를 접속한 와이어 및, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
상기 리드에 있어서 상기 제1반도체 발광소자가 마운트된 부분과 상기 와이어가 접속된 부분의 사이에 절결이 형성되고, 상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값(= JISA(Japanese Industrial Standards Shore A Scale hardness)값)으로 50 이상인 것을 특징으로 한다.
또는, 본 발명의 발광장치는, 제1리드와, 제2리드, 상기 제1 및 제2리드의 적어도 일부를 매립한 수지부, 이 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 제1반도체 발광소자, 상기 개구부에 있어서 상기 제2리드에 마운트된 반도체소자, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2리드를 접속한 제1와이어, 상기 반도체소자와 상기 제1리드를 접속한 제2와이어 및, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
상기 제1리드에 있어서 상기 제1반도체 발광소자가 마운트된 부분과 상기 제2와이어가 접속된 부분의 사이에 제1절결이 형성되고, 상기 제2리드에 있어서 상기 반도체소자가 마운트된 부분과 상기 제1와이어가 접속된 부분의 사이에 제2절결이 형성되며, 상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 50 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 개구부의 개구형상은 거의 타원형 또는 거의 편평한 원형으로 할 수 있다.
또는, 본 발명의 발광장치는, 제1리드와, 제2리드, 상기 제1 및 제2리드의 적어도 일부를 매립한 수지부, 이 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 제1반도체 발광소자, 상기 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 반도체소자, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2리드를 접속한 제1와이어, 상기 반도체소자와 상기 제2리드를 접속한 제2와이어 및, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
상기 개구부의 개구형상이 거의 타원형 또는 거의 편평한 원형이고, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자는 상기 거의 타원형 또는 거의 편평한 원형의 장축방향을 따라 배치되어 이루어지며, 상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 50 이상인 것을 특징으로 한다.
또는, 본 발명의 발광장치는, 제1리드와, 제2리드, 상기 제1 및 제2리드의 적어도 일부를 매립한 수지부, 이 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 제1반도체 발광소자, 상기 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 반도체소자, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2리드를 접속한 제1와이어, 상기 반도체소자와 상기 제2리드를 접속한 제2와이어 및, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
상기 개구부의 개구형상이 타원형 혹은 거의 편평한 원형이고, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자는 상기 거의 타원형 또는 거의 편평한 원형의 단축방향을 따라 배치되어 이루어지며, 상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 50 이상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 제1리드를 접속한 제3와이어를 더 구비하되, 상기 제1리드에 있어서 상기 제1반도체 발광소자가 마운트된 부분과 상기 제3와이어가 접속된 부분의 사이에 절결이 형성된 것으로 할 수 있다.
또, 상기 제1반도체 발광소자는 상기 개구부의 중앙에 배치된 것으로 할 수 있다.
또, 상기 실리콘수지는 상기 와이어도 덮도록 설치된 것으로 할 수 있다.
또, 상기 반도체소자는 제2반도체 발광소자인 것으로 하면, 2개의 발광소자로부터 강한 광출력을 취출한다거나, 다른 파장의 혼합색 광을 얻을 수 있다.
또, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2반도체 발광소자는 서로 다른 피크파장의 광을 방출하는 것으로 하면, 혼합색을 얻을 수 있다.
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또, 상기 실리콘수지에 함유되어 상기 제1반도체 발광소자로부터 방출되는 광을 흡수해서 그와는 다른 파장의 광을 방출하는 형광체를 더 구비한 것으로 할 수 있다.
또, 상기 실리콘수지는 경화전의 점도가 100cp 이상 10000cp 이하의 범위에 있는 것으로 할 수 있다.
또, 상기 실리콘수지는 상기 개구부의 개구단으로부터 凹모양으로 움푹 들어간 표면을 갖도록 된 것으로 할 수 있다.
삭제
삭제
또, 상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 90 이하인 것으로 할 수 있다.
한편, 본원에 있어서 「편평한 원형」이라고 하는 것은, 1쌍의 곡선부가 1쌍의 거의 직선부에 의해 접속된 형상을 말하고, 여기서 곡선부는 원호형상이라도 좋지만, 완전한 원호형상이 아니어도 좋다.
또, 본원에 있어서 「실리콘수지」라고 하는 것은, 알킬기나 아릴기 등의 유기기를 갖는 규소원자가 산소원자와 교대로 결합한 구조를 골격으로서 갖는 수지를 말한다. 물론, 이 골격에 다른 첨가원소가 부여된 것도 「실리콘수지」에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본원에 있어서 「형광체」라고 하는 것은, 파장변환작용을 갖는 것을 포함하고, 예컨대 무기형광체뿐만 아니라 유기형광체 혹은 파장변환작용을 갖는 유기색소도 포함하는 것으로 한다.
(실시형태)
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
＜제1실시형태＞
먼저, 본 발명의 제1실시형태로서, 밀봉체의 재료로서 실리콘수지를 이용하면서 칩의 배치패턴을 궁리한 발광장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 발광장치의 요부구성을 나타낸 모식도이다. 즉, 도 1a는 그 평면도, 도 1b는 그 A-A선 단면도이다.
본 실시형태의 발광장치(1A)는, 수지스템(100)과, 그 위에 마운트된 반도체 발광소자(106A), 보호용 제너 다이오드(106B) 및, 이들을 덮도록 설치된 밀봉체(111)를 갖추고 있다.
밀봉수지스템(100)은 리드프레임으로 형성한 리드(101, 102)와, 이것과 일체적으로 성형되어 이루어진 수지부(103)를 갖추고 있다.
수지부(103)는, 전형적으로는 열가소성 수지로 이루어진다. 열가소성 수지로서는, 예컨대 나일론계의 것으로, 불활성의 결합기를 갖는 것을 이용할 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예컨대 액정폴리머(LCP), 폴리페닐렌설파이드(PPS: 열가소성 플라스틱), 신디오타크틱폴리스티렌(SPS: 결정성 폴리스티렌) 등의 고내열성 수지를 이용할 수 있다. 또, 수지부(103)의 외형의 평면형상은 예컨대 2.0㎜×2.0㎜∼6.0㎜×6.0㎜정도의 거의 정방형(正方形), 또는 2.0㎜×3.0㎜∼5.0㎜×7.0㎜정도의 거의 장방형(長方形) 등으로 할 수 있다.
리드(101, 102)는 각각의 일단이 근접하여 대향하도록 배치되어 있다. 리드(101, 102)의 타단은 서로 반대방향으로 뻗쳐 수지부(103)로부터 외부로 도출되어 있다.
수지부(103)에는 개구부(105)가 형성되고, 반도체 발광소자(106A) 및 다이오드(106B)는 그 저면에 마운트되어 있다. 개구부(105)의 평면형상은 도시한 바와 같이 거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형이다. 그리고, 소자(106A, 106B)를 둘러싸는 수지부(103)의 내벽면은 광취출방향을 향하여 경사져 광을 반사하는 반사면(104)으로서 작용한다.
도 1에 예시한 본 실시형태의 발광장치는, (1) 밀봉체(111)의 재료, (2) 개구부(105)의 형상, (3) 개구부(105) 내의 리드나 칩의 배치에 특징을 갖는다.
먼저, 밀봉체(111)의 재료에 대해 설명한다.
본 발명에 있어서는, 개구부(105) 내에 충전된 밀봉체(111)로서, 종래의 「에폭시수지」 대신에 「실리콘수지」를 이용하고 있다.
즉, 실리콘수지는 에폭시수지와 비교하면 외력(外力)에 대한 저항성이 낮고, 크랙이 생기기 어렵다. 또, 본 발명에 있어서 이용하는 실리콘수지는 열가소성 수지 등으로 이루어진 수지부(103)와의 부착강도도 강하고, 내습성이 높아 온도 스트레스에 의한 크랙이나 박리도 적다. 또, 실리콘수지를 충전함으로써 주위의 온도변화에 따른 발광소자(106A) 및 Au와이어(109)에 대한 수지 스트레스를 현저히 경감시킬 수 있다. 더욱이, 실리콘수지는 에폭시수지와 비교하면, 발광소자(106A) 등으로부터 조사되는 광에 대한 내광성도 강하다.
본 발명자는, 이 관점에서 더 검토를 진행한 결과, 실리콘수지 중에서도 경도가 높은 「고무상태」의 실리콘수지를 이용하면 우수한 결과가 얻어진다는 것을 알아냈다. 즉, 실리콘수지로서는, 통상은 국제규격의 경도인 ISO 7619에 따른 값(JIS규격의 경도인 JISA 경도값과 정합(整合)함)이 대략 30∼40의 것이 널리 알려져 있다. 이것은, 「겔상태」에 가까운 물성을 갖는 바, 물리적으로 부드러운 것이다. 이하, 이 실리콘수지를 「겔상태 실리콘수지」라 칭한다.
이에 대해, 「고무상태 실리콘수지」는 ISO 7619에 따른 경도가 대략 50∼90의 범위에 있다. 이와 관련하여, 종래의 발광장치의 밀봉체 재료로서 널리 이용되고 있는 에폭시수지는 ISO 7619에 따른 경도가 대략 95전후이다.
본 발명자는 「고무상태 실리콘수지」와 「겔상태 실리콘수지」를 독자적으로 비교 검토한 결과, 이하의 지견(知見)을 얻었다.
(1) 도 1에 예시한 바와 같은 발광장치는, 소정영역에 땜납이 피복된 실장기판에 대해 리드(101, 102)의 외부로 돌출한 부분(「외부리드(outer lead)」 등이라 일컬어짐)을 고정할 때에, 「리플로우(reflow)」 등이라 일컬어지는 땜납용융의 공정을 거치는 경우가 많다. 그러나, 겔상태 실리콘수지의 경우, 가열하면 연화(軟化)되고, 수지부(103)와의 계면에 있어서 박리 등이 생기는 경우가 있었다.
이에 대해, 고무상태 실리콘수지의 경우는, 이러한 현상은 보이지 않고, 110℃를 넘는 조건에 있어서도 발광장치가 안정한 동작을 나타냈다.
(2) 겔상태 실리콘수지는 부드럽기 때문에, 발광소자(106A)나 와이어(109A, 109B) 등에 주는 스트레스는 작은 반면, 외력에 대해 약하다고 하는 결점을 갖는다. 즉, 도 1에 예시한 바와 같은 발광장치는, 예컨대 「표면실장형」의 램프로서 이용되고, 어셈블리장치에 의해 실장기판 등에 마운트되는 경우가 많다. 이 때, 어셈블리장치의 흡착콜레트(collet)가 밀봉체(111)의 표면에 압접(壓接)되는 경우가 많다. ISO 7619에 따른 경도가 30∼40의 겔상태 실리콘수지를 이용한 경우에는, 흡착콜레트를 밀어 댐으로써 밀봉체(111)가 변형하고, 이에 따라 와이어(109A; 혹은 109B)가 변형, 단선되거나, 발광소자(106A; 혹은 다이오드(106B))에 스트레스가 주어지는 경우가 있다.
이에 대해, ISO 7619에 따른 경도가 50∼90의 고무상태 실리콘수지를 이용한 경우에는, 발광장치의 선별이나 어셈블리시에 있어서의 선별장치나 어셈블리장치에 의해 실리콘수지의 변형을 방지할 수 있다.
이상 (1) 및 (2)에 설명한 바와 같이, 실리콘수지 중에서도 고무상태 실리콘수지를 이용함으로써, 발광특성, 신뢰성, 기계적 강도 등을 더 개선할 수 있다.
실리콘수지의 경도를 올리는 방법의 하나로서는, 틱소(thixo)성 부여제를 첨가하는 방법을 들 수 있다.
또, 실리콘수지를 충전할 때에는, 개구가 좁은 노즐을 통해 수지스템(100)의 개구부(105) 내에 적하(滴下)한다. 그런 후에, 경화시켜 형성한다. 이 때, 특히 경화전의 점도가 100cp∼10000cp의 실리콘수지를 이용하면, 발광소자(106A; 혹은 다이오드(106B))나 와이어(109A; 혹은 109B)에 과도한 스트레스를 주는 일없이 좁은 개구부에도 분명히 충전할 수 있고, 또 경화시의 잔류스트레스도 충분히 낮은 범위로 억제할 수 있음을 알았다.
이상 설명한 지견에 기초하여 본 발명자가 행한 1실시예에 의하면, 경화전의 점도가 1000cp이고 경화후의 ISO 7619에 따른 경도값이 70인 고무상태 실리콘수지를 이용하여 도 1의 발광장치를 시험제작하고, -40℃∼+110℃의 온도범위에서 온도사이클 시험을 실시한 바, 1500사이클에서도 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)의 크랙이나 박리, 발광소자(106A; 혹은 다이오드(106B))의 깨어짐이나 박리, 와이어(109A; 혹은 109B)의 단선 등의 문제는 전혀 일어나지 않았다. 한편, 이 온도사이클 시험은 본원 출원시에 있어서 더 계속중이다.
이에 대해, 에폭시수지를 이용한 발광장치도 시험제작하고, 마찬가지의 평가를 행한 결과, 700사이클 전후에서 에폭시수지에 크랙이 생겼다. 즉, 실리콘수지를 이용한 것은, 에폭시수지를 이용한 것과 비교하여, 대폭적으로 신뢰성이 향상되고 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명자는 더욱이, 실리콘수지와 에폭시수지를 이용한 경우에 대해, 각각 반도체 발광소자에 부하(負荷)되는 응력에 대해 정량적인 해석을 행했다.
이 해석에 있어서는, 패키지의 수지부(103)에 깊이 0.9㎜로 직경 2.4㎜의 원형의 개구를 형성하고, 그 저부에 반도체 발광소자(106)를 마운트하며, ISO 7619에 따른 경도 70의 실리콘수지를 충전한 발광장치를 대상으로 했다. 또, 비교예로서, 마찬가지의 구성의 에폭시수지를 충전한 것을 대상으로 했다. 어느 발광장치에 있어서도, 반도체 발광소자의 사이즈는 200㎛×200㎛이고 두께는 150㎛로 했다.
그리고, 이 발광장치를 240℃로 승온한 상태에서 반도체 발광소자의 상면(광출사면)의 4모퉁이 단부(A점)와 하면(마운트면)의 4모퉁이 단부(B점)에 있어서 발광소자에 부하되는 응력을 해석했다. 그 결과를 이하에 나타낸다.
수지 탄성률(MPa) 240℃에서의 응력(MPa)
A점 B점
에폭시수지 2372 3.5×10-6 1.1×10-6
실리콘수지 48 1.7×10-6 7.8×10-7
여기서, 240℃라고 하는 온도는 발광장치를 실장기판 등에 땜납리플로우에 의해 고정할 때에 부하될 수 있는 피크온도이다. 이와 같이 발광장치를 승온하면, 수지의 열팽창에 따른 응력이 발광소자에 부하된다.
에폭시수지에 있어서 생기는 3.5×10-6이라고 하는 응력레벨은, 본 발명자가 행한 신뢰성 시험의 통계에 의하면, -40℃∼+110℃의 온도범위에서 온도사이클 시험을 실시한 때에 약 1000사이클 미만에서 와이어의 단선이 생기는 레벨이다.
이에 대해, 실리콘수지의 경우, 발광소자에 부하되는 응력은 에폭시수지의 경우의 응력의 반정도이다. 이와 같이 응력이 적은 결과로서, 발광장치에 있어서 수지의 크랙이나 발광소자의 박리 혹은 와이어의 변형이나 단선 등이 억제되고, 1500사이클의 온도사이클에 있어서도, 고장이 전무하다고 하는 아주 높은 신뢰성이 얻어지는 것이라고 생각된다.
이상 상술한 바와 같이, 실리콘수지, 특히 고무상태 실리콘수지를 이용함으로써, 종래의 에폭시수지에 생기는 일이 있던 크랙이나 박리, 혹은 와이어의 단선 등의 가능성을 저감시킬 수 있음이 확인되었다.
그런데, 실리콘수지를 이용하면, 반도체 발광소자(106)로부터 방출되는 광 혹은 발광장치의 외부로부터 침입하는 광에 대한 내구성도 개선된다고 하는 효과도 얻어진다. 즉, 에폭시수지의 경우, 광의 조사에 의해 변색이 생기고, 당초는 투명해도 장기간의 사용으로 광투과율이 저하된다고 하는 문제가 있었다.
이 현상은 광의 파장이 짧을수록 현저하게 되고, 예컨대 자외선이 조사된 경우에는, 당초는 투명한 에폭시수지가 변색하여 황색으로부터 다갈색 나아가서는 흑색으로 된다. 그 결과로서, 광취출효율이 대폭적으로 저하된다고 하는 문제가 생기는 경우가 있다. 이러한 자외선은 발광장치의 외부로부터 침입하는 경우도 있다.
이에 대해, 본 발명자는 독자의 시험제작의 결과, 실리콘수지를 이용하면 아주 양호한 결과가 얻어짐을 알아냈다. 즉, 실리콘수지를 이용한 경우, 자외선 등의 단파장 광을 장기간 조사해도 변색 등의 열화는 거의 일어나지 않는다. 그 결과로서, 내광성 혹은 내후성(耐候性)이 우수한 발광장치를 실현할 수 있다.
한편, 도 1에 예시한 발광장치에 있어서, 수지부(103)에 광반사성을 부여할 수도 있다. 예컨대, 수지부(103)를 65중량% 이상의 열가소성 수지와 충전량 35중량% 이하의 충전제에 의해 형성한다. 그리고, 충전제가 산화티타늄(TiO2), 산화실리콘, 산화알루미늄, 실리카, 알루미나 등의 고반사성의 재료를 함유하고, 예컨대 산화티타늄의 함유량을 10∼15중량%로 한다. 이와 같이 광을 반사시키는 확산재를 첨가한 수지부에 의해 반사면(104)을 구성함으로써, 소자(106)로부터의 광을 위쪽으로 반사시켜 발광장치의 고휘도를 실현할 수 있다. 또, 반사면(104)의 형상을 회전방물선형상 등으로 하면, 더 고출력, 고품질의 발광장치를 제공할 수 있다.
또, 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)에도 이러한 확산재를 분산시킴으로써, 광의 배광특성을 광범위하게 넓히는 것도 가능하다.
이상, 밀봉체(111)의 재료에 대해 상술했다.
다음에는 개구부(105)의 형상 및 그 안에서의 리드나 칩의 배치에 대해 상술한다.
도 1에 예시한 발광장치에 있어서는, 개구부(105)는 거의 타원형상으로 형성되어 있다.
또, 이러한 개구부 내을 보면, 리드(101)와 리드(102)는 분리되어 있고, 또 분리된 리드(101)의 선단 부근에 절결(slit; 이하, 슬릿이라 기재함)(101G)이 형성되어 영역 101A와 101B로 분할되어 있다. 마찬가지로, 분리된 리드(102)의 선단 부근에는 절결(102G)이 형성되어 영역 102A와 102B로 분할되어 있다.
그리고, 발광소자(106A)는 은(Ag)페이스트 등의 접착제(107)에 의해 영역(101A)에 마운트되고, 다이오드(106B)도 마찬가지로 은(Ag)페이스트 등의 접착제(107)에 의해 영역(102B)에 마운트되어 있다.
더욱이, 발광소자(106A)에 설치된 전극(도시하지 않음)으로부터 대향하는 영역(102A)으로 와이어(109A)가 접속되고, 다이오드(106B)에 설치된 전극(도시하지 않음)으로부터 대향하는 영역(101B)으로 와이어(109B)가 접속되어 있다.
이상 설명한 구성에 의해, 이하의 작용·효과가 얻어진다.
먼저, 본 발명에 의하면, 리드(101, 102)의 선단 부근에 절결(101G, 102G)을 형성함으로써, 칩(106A, 106B)을 마운트하는 부분(101A, 102B)과, 와이어(109A, 109B)를 본딩하는 부분(101B, 102A)을 분리했다. 이렇게 함으로써, 칩을 마운트할 때에 은페이스트 등이 비어져 나오더라도, 와이어를 본딩하는 부분은 청정하게 유지되어 와이어의 본딩불량을 해소할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 도 1a에 점선(P)으로 예시한 바와 같이 종래는 거의 원형이었던 개구부의 형상을, 장축방향의 길이가 단축방향의 길이보다 긴 형상, 예컨대 거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형으로 함으로써, 개구부(105)의 면적을 효과적으로 증대시켜 2 이상의 칩을 마운트하면서 그들로부터 와이어를 본딩하는 공간도 확보할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 개구부를 이와 같이 거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형으로 함으로써, 발광소자를 가능한 한 중심 부근에 배치하는 것이 용이하게 된다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 개구부를 이와 같이 거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형으로 함으로써, 수지부(103)의 측벽 중에서 각(코너)의 부분(103C)을 두껍게 할 수 있다. 그 결과로서, 발광장치의 기계적 강도가 유지되어 어셈블리나 테스트시에 횡방향으로부터 힘을 가해도 와이어의 변형 등의 손상을 억제할 수 있다.
또한 더욱이, 본 발명에 의하면, 개구부를 이와 같이 거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형으로 함으로써, 내부에 충전하는 수지의 양의 증대를 억제하고, 수지스트레스를 억제할 수 있다. 즉, 도 39에 관하여 전술한 바와 같이, 밀봉체(111)로서 충전하는 수지의 양이 증가하면 수지스트레스가 증대된다. 그러나, 본 발명에 의하면, 수지량의 증대를 최소한으로 억제하면서 복수의 칩을 배치하는 공간을 확보할 수 있다. 그 결과로서, 수지스트레스의 증대에 따른 칩의 박리나 와이어의 변형 혹은 단선과 같은 문제를 억제할 수 있다. 이 결과는, 특히 밀봉체(111)로서 실리콘수지를 이용함으로써 상승적인 효과로서 얻어진다.
또, 본 발명에 의하면, 발광장치의 외형을 콤팩트하게 유지하면서 복수의 칩을 탑재하는 것이 가능하게 되기 때문에, 도시한 바와 같이 보호용 다이오드(106B)를 발광소자(106A)와 병렬로 역방향으로 접속함으로써, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 다른 발광파장의 발광소자를 조합시킴으로써, 종래는 곤란했던 백색발광이나 그 외 다양한 색의 발광을 실현할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 리드(101, 102)에 절결(101G, 102G)을 형성함으로써, 칩의 마운트공정이나 와이어의 본딩공정시에, 개구부의 내부에 있어서 리드의 패턴의 각부(角部)를 인식하기 쉬워진다. 그 결과로서, 칩의 마운트 위치 정밀도, 와이어의 본딩 위치 정밀도를 종래보다도 향상시킬 수 있다.
이상, 도 1을 참조하면서 본 실시형태의 발광장치에서의 밀봉체(111)의 재료, 개구부(105)의 형상 및 그 내부의 배치패턴에 대해 설명했다.
다음에는 이들 각 요소의 변형례에 대해 설명한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하면서 밀봉체(111)에 관한 변형례에 대해 설명한다.
도 2는 본 실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제2구체예를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치(1B)도, 수지스템(100)과, 그 위에 마운트된 반도체 발광소자(106) 및, 소자(106)를 덮도록 설치된 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)를 갖추고 있다.
다만, 본 구체예에 있어서는, 밀봉체(111)는 발광소자(106)의 주위만을 덮고, 그 외측에는 광투광성 수지로 이루어진 제2밀봉체(213)가 설치되어 있다.
제2밀봉체(213)의 재료로서는, 에폭시수지나 실리콘수지 등의 각종의 재료를 이용하는 것이 가능하다. 또, 제2밀봉체(213)에 착색해도 좋다. 이 경우에도, 색소나 착색제에 대한 적응성이 좋은 재료를 자유로이 선택하는 것이 가능하다.
더욱이, 제2밀봉체(213)에 광을 산란하는 산란제를 분산시켜도 좋다. 이렇게 하면, 광을 확산시켜 광범위한 배광특성을 얻을 수 있다.
또, 제2밀봉체(213)로서 실리콘수지를 이용하면, 밀봉체(111)와의 밀착성이 증가하여 내습성이 향상된다.
또한, 본 구체예에 있어서는, 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)가 Au와이어(109)의 전체를 포위하고 있으므로, 수지스트레스에 의한 단선이 없어 신뢰성이 높은 발광장치를 실현할 수 있다. 즉, 와이어의 일부가 제2밀봉체(213)까지 돌출하고 있으면, 밀봉체 111과 213의 계면에서 생기는 스트레스에 의해 단선 등이 생기기 쉬워진다. 이에 대해, 본 구체예에 있어서는, 와이어(109)의 전체가 밀봉체(111)를 포위하고 있으므로, 단선의 우려가 없다.
도 3은 본 실시형태의 발광장치의 밀봉체에 관한 제3구체예를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 2에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치(1C)도, 수지스템(100)과, 그 위에 마운트된 반도체 발광소자(106) 및, 소자(106)를 덮도록 설치된 밀봉체(111)를 갖추고 있다.
그리고, 제2구체예와 마찬가지로, 밀봉체(111)는 발광소자(106)의 주위만을 덮고 있다. 다만, 본 구체예에 있어서는, 밀봉체(111)의 외측은 개방공간으로 되고, 그 이상의 밀봉체는 설치되어 있지 않다.
본 구체예에 있어서도, 개구부(105)의 저면에 마운트된 발광소자(106)의 근방만을 밀봉체(111)로 포위하여 발광부분의 사이즈를 작게 함으로써, 휘도가 상승하고, 더욱이 반사면(104)에 의한 집광작용도 더 높아진다.
특히, 본 구체예에 있어서는, 거의 반구(半球)모양의 밀봉체(111)가 발광점으로 되고, 그 주위를 반사면(104)이 둘러싸는 구성으로 되어 있으므로, 종래의 램프와 마찬가지의 광학적인 집광효과가 얻어진다.
더욱이, 제2구체예와 마찬가지로, 밀봉체(111)가 Au 와이어(109)의 전체를 포위하고 있으므로, 수지스트레스에 의한 단선이 없어 높은 신뢰성도 확보할 수 있다.
도 4는 본 실시형태의 발광장치의 제4구체예를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 3에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치(1D)는, 제1구체예의 것과 마찬가지로, 수지스템(100)과, 그 위에 마운트된 반도체 발광소자(106) 및, 소자(106)를 덮도록 설치된 밀봉체(111)를 갖추고 있다.
그리고, 본 구체예에 있어서는, 밀봉체(111) 위에 凸모양의 투광체(413)가 설치되어 있다. 이러한 凸모양의 투광체(413)에 의해 집광작용이 얻어진다. 투광체(413)의 재료로서는, 예컨대 수지를 이용할 수 있다. 특히, 실리콘수지를 이용하면, 밀봉체(111)와의 굴절률의 차를 작게 할 수 있고, 밀봉체(111)와의 계면에서의 반사에 의한 손실을 저감할 수 있다.
또, 투광체(413)의 凸모양 형상은 구면(球面)모양으로는 한정되지 않고, 필요로 되는 집광률 혹은 광도분포에 따라 적절히 결정할 수 있다.
다음에는 도 5 내지 도 15를 참조하면서 개구부(105)의 형상 및 그 내부의 배치패턴에 관한 변형례에 대해 설명한다.
도 5는 본 실시형태의 발광장치의 제5구체예를 모식적으로 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 4에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치는, 2개의 반도체 발광소자(106A, 106C)를 탑재하고 있다. 도 5의 배치패턴에 의해 2개의 소자를 병렬로 접속할 때에는, 소자 106A 및 106C의 도전형을 반전시킨 것을 준비하면 좋다. 즉, 어느 한쪽을 n사이드 다운 구성으로 하고, 다른쪽을 p사이드 다운 구성으로 하면 좋다.
본 구체예에 있어서는, 2개의 발광소자(106A, 106C)로서 발광파장이 동일한 것을 이용한 경우에는, 광출력을 배증할 수 있다.
또, 서로 다른 발광파장으로 한 경우에는, 혼합색의 발광이 얻어진다. 이 때에, 예컨대 서로 보색관계에 있는 청색의 발광소자와 황색의 발광소자를 조합시키면, 백색의 발광이 얻어진다. 또, 적색의 발광소자와 청녹색의 발광소자를 조합시켜도 백색의 발광이 얻어진다.
도 6은 도 1 혹은 도 5에 예시한 구성에 있어서 사용할 수 있는 반도체 발광소자의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 이 구조에 대해 간단히 설명하면, 도 6에 예시한 발광소자(106A; 혹은 106C)는 도전성 기판(121)상에 버퍼층(122), n형 콘택트층(123), 발광층(124), p형 클래드층(125), p형 콘택트층(126)이 순차 형성되어 있다.
발광층(124)은, 예컨대 배리어(barrier)층과 웰(well: 우물)층을 교대로 적층한 양자우물(Quantum Well: QW)구조를 갖는 것으로 할 수 있다.
또, 도전성 기판(121)은, 예컨대 n형 반도체로 이루어진 것으로 할 수 있다. 각 층의 재료는, 예컨대 Ⅲ-Ⅴ족계 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅳ족계 화합물 반도체, Ⅳ-Ⅵ족계 화합물 반도체 등을 비롯한 각종의 재료를 이용하는 것이 가능하다.
기판(121)의 이면측에는, n측 전극(127)이 설치되어 있다. 한편, p형 콘택트층(126)상에는 투광성의 p측 전극(128) 및 이것에 접속된 금(Au)으로 이루어진 본딩 패드(129)가 설치되어 있다. 더욱이, 소자의 표면은 SiO2로 이루어진 보호막(130)에 의해 덮여 있다.
이러한 발광소자(106A; 혹은 106C)의 n측 전극(127)과 p측 전극(128)에 전압을 인가하면, 발광층(124)에 있어서 발생한 광이 표면(131)으로부터 방출된다. 그리고, 그 발광파장은 발광층의 재료나 막두께를 조절함으로써, 광범위한 범위에서 조절하는 것이 가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 이러한 반도체 발광소자를 이용하여 여러 가지의 발광색을 실현할 수 있다.
도 7은 본 실시형태의 제6구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 5에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 변형례의 발광장치는, 보호용 다이오드(106B)와 반도체 발광소자(106D)를 갖추고 있다. 발광소자(106D)는 절연성 기판 위에 형성한 구조를 갖고, 그 표면측에 p측 및 n측 전극(도시하지 않음)을 갖추고 있다. 그리고, 이들 전극으로부터 뻗친 와이어(109B, 109C)는 리드(101B, 102A)에 각각 접속되어 있다. 보호용 다이오드(106B)와 발광소자(106D)는 역방향으로 병렬로 접속되어 있다.
도 8은 반도체 발광소자(106D)의 구조의 일례를 나타낸 단면도이다. 즉, 도 8에 예시한 것은, 절연성 기판(133) 위에 반도체층을 적층한 것으로, 절연성 기판(133) 위에 버퍼층(122), n형 콘택트층(123), 발광층(124), p형 클래드층(125), p형 콘택트층(126)이 순차 형성되어 있다. 이 경우도, 발광층(124)은 배리어층과 웰층을 교대로 적층한 양자우물(Quantum Well: QW)구조를 갖는 것으로 할 수 있다.
이 적층구조체를 표면으로부터 에칭제거하여 노출한 n형 콘택트층(123)상에 n측 전극(127)이 설치되어 있다. 한편, p형 콘택트층(126)상에는, 예컨대 두께 수 10㎚의 Ni/Au박막으로 이루어진 투광성의 p측 전극(128) 및 이것에 접속된 금(Au)으로 이루어진 본딩 패드(129)가 설치되어 있다. 더욱이, 소자의 표면은 SiO2로 이루어진 보호막(130)에 의해 덮여 있다.
이러한 발광소자(106D)의 n측 전극(127)과 p측 전극(128)에 전압을 인가하면, 발광층(124)의 조성이나 구조에 따라 자외선 내지 녹색의 범위에 있어서 강한 발광이 얻어진다.
도 7에 예시한 구체예에 의하면, 이러한 절연성 기판상에 형성한 반도체 발광소자(106D)와 보호용의 다이오드(106B)를 제한된 공간 내에 콤팩트하게 수용하고서 소정의 와이어(109A∼109C)를 본딩하는 것도 확실하면서 용이하게 된다. 게다가, 이들 칩과 와이어의 본딩부분은 절결(101G, 102G)에 의해 분리되어 있으므로, 접착제의 「비어져 나옴」에 의한 본딩불량도 해소할 수 있다.
도 9는 본 실시형태의 제7구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 7에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치도, 보호용 다이오드(106B)와 반도체 발광소자(106D)를 갖추고 있다. 다만, 본 변형례에 있어서는, 개구부(105)가 타원형이 아니라 거의 편평한 원형으로 되어 있다. 여기서, 본원에 있어서, 「거의 편평한 원형」이라고 하는 것은, 도 9에 예시한 개구부(105)의 형상과 같이 대향하는 1쌍의 거의 원호모양의 곡선부가 형성되고, 이들 곡선부가 거의 직선부에 의해 접속되어 이루어진 형상을 말하는 것으로 한다. 다만, 여기서 양측의 곡선부는, 엄밀한 원호모양일 필요는 없다. 즉, 1쌍의 곡선부가 2개의 거의 직선부에 의해 접속된 형상을 「거의 편평한 원형」이라고 하는 것으로 한다.
수지부(103)에 개구부(105)를 형성할 때에, 이러한 거의 편평한 원형으로 하면 가공이 용이하게 되는 경우가 많아, 이 점에서 유리하다. 게다가, 4모퉁이의 각부(角部: 코너)(103C)는 두꺼우므로, 횡방향으로부터의 응력이나 충격에 대해서도 충분한 기계적 강도를 확보할 수 있다.
또, 본 변형례에 있어서는, 1쌍의 리드(101, 102)의 선단형상이 서로 비대칭이다. 즉, 발광소자(106D)가 마운트되는 부분(102B)이 개구부(105)의 중심을 향하여 밀어 올려지도록 형성되어 있다. 이렇게 하면, 발광소자(106D)를 개구부(105)의 중앙에 배치할 수 있고, 방출광의 강도분포 즉 배광특성을 균일 내지 대칭에 가깝게 할 수 있다. 또, 휘도를 높일 수도 있다. 여기서, 「중앙에 배치」라고 하는 것은, 발광소자(106D)의 어딘가의 부분이 개구부(105)의 중심축상에 있는 것으로 한다.
또한, 본 변형례에 있어서 발광소자(106D) 대신에, 도 6에 예시한 바와 같은 도전성 기판을 이용한 발광소자(106A; 혹은 106C)를 이용해도 좋은 것은 물론이다.
도 10은 본 실시형태의 제8구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 9에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치도, 보호용 다이오드(106B)와 반도체 발광소자(106D)를 갖추고 있다. 다만, 본 변형례에 있어서는, 1쌍의 리드(101, 102)의 대향하는 선단부가 「서로 다른 형상」이 아니라, 직선형상으로 일치하고 있다. 그리고, 다이오드(106B)와 발광소자(106D)는 각각 대각의 위치에 마운트되어 있다.
더욱이, 발광소자(106D)가 다이오드(106B)보다도 개구부(105)의 중심에 접근하도록 형성되어 있다. 즉, 광축을 개구부(105)의 중심에 접근시킴으로써, 보다 균일한 배광특성을 얻을 수 있다.
도 11은 본 실시형태의 제9구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 10에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 변형례의 발광장치도, 보호용 다이오드(106B)와 반도체 발광소자(106D)를 갖추고 있다. 그리고, 1쌍의 리드(101, 102)의 대향하는 선단부가 「서로 다른 형상」이 아니라, 직선형상으로 일치하고 있다. 다만, 본 변형례에 있어서는, 절결(101G, 102G)이 「서로 다른 형상」으로 어긋나서 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 발광소자(106D)를 개구부(105)의 중심에 접근시킬 수도 있다.
도 12는 본 실시형태의 제10구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 11에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예에 있어서는, 2개의 칩이 같은 리드에 마운트되어 있다. 더욱이, 이들 2개의 칩은 거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형의 개구부(105)에 있어서 개구의 긴 쪽 방향(세로방향)을 따라 배열된다.
즉, 본 구체예의 경우, 반도체 발광소자(106A, 106C)가 리드(101) 위에 횡방향으로 나열되어 마운트되어 있다. 그리고, 개구부(105)의 단축방향에 대향배치된 리드(102)에 각각의 와이어(109A, 109B)가 접속되어 있다.
거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형의 개구부(105)에 있어서, 복수의 칩을 이와 같이 장축 즉 긴 쪽 방향을 따라 배치하면, 제한된 공간을 유효하게 이용하는 것이 가능하게 된다.
도 13은 본 실시형태의 제11구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 12에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 경우, 절연성 기판 위에 형성한 발광소자(106D)로부터의 제2와이어(109C)를 리드(101)에 접속할 필요가 있다. 그래서, 리드(101)에 절결(101G)을 형성하고, 이 절결(101G)을 올라 타고 와이어(109C)를 접속한다. 이와 같이 하면, 발광소자(106D)나 다이오드(106B)의 마운트시의 접착제의 「비어져 나옴」으로부터 본딩영역을 분리할 수 있다.
도 14는 본 실시형태의 제12구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 13에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서도, 2개의 칩이 동일 리드에 마운트되어 있다. 다만, 이들 2개의 칩은 거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형의 개구부(105)에 있어서 개구의 단축방향을 따라 배열되어 있다. 그리고, 개구부(105)의 장축방향에 대향배치된 리드(102)에 각각의 와이어(109A, 109B)가 접속되어 있다.
거의 타원형 혹은 거의 편평한 원형의 개구부(105)에 있어서, 복수의 칩을 이와 같이 단축방향을 따라 배치해도, 제한된 공간을 유효하게 이용하는 것이 가능하게 된다.
도 15는 본 실시형태의 제13구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 14에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
동 도면에 나타낸 구체예의 경우, 발광소자(106D)로부터의 제2와이어(109C)를 리드(101)에 접속할 필요가 있다. 그래서, 리드(101)에 절결(101G)을 형성하고, 이 절결(101G)을 올라 타고 와이어(109C)를 접속한다. 이와 같이 하면, 다이오드(106B)나 발광소자(106D)의 마운트시의 접착제의 「비어져 나옴」으로부터 본딩영역을 분리할 수 있다.
도 16은 본 실시형태의 제14구체예를 나타낸 평면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 15에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
동 도면에 나타낸 구체예의 경우, 리드(101)에 절결(101G)이 형성되어 2개의 부분 101A 및 101B로 분할되어 있다. 또, 리드(102)는 리드 102A와 102B로 분할되어 개구부(105) 내로 연장되어 나오고 있다.
발광소자(106D)와 보호용 다이오드(106B)는 리드(101A) 위에 개구부(105)의 장축을 따라 배치되어 있다.
다이오드(106B)로부터 리드(102B)로 와이어(109A)가 접속되어 있다. 또, 발광소자(106D)로부터는 리드(102A)에 와이어(109B)가 접속되고, 또 절결(101G)을 올라 타고 리드(101B)에 와이어(109C)가 접속되어 있다.
본 구체예의 칩배치에 의하면, 발광소자(106D)를 개구부(105)의 중앙에 배치하는 것이 가능하다. 더욱이, 절결(101G)을 올라 타고 와이어(109C)를 접속함으로써, 다이오드(106B)나 발광소자(106D)의 마운트시의 접착제의 「비어져 나옴」으로부터 와이어(109C)의 본딩영역을 분리보호할 수 있다.
＜제2실시형태＞
다음으로, 본 발명의 제2실시형태로서, 복수의 칩을 적층하여 탑재한 발광장치에 대해 설명한다.
도 17은 본 발명의 제2실시형태에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 16에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서는, 반도체 발광소자(106F)가 보호용 제너 다이오드(106E) 위에 적층되어 있다. 즉, 리드(101) 위에 다이오드(106E)가 마운트되고, 그 위에 발광소자(106F)가 플립칩 마운트되어 있다. 그리고, 다이오드(106E)로부터 리드(102)로 와이어(109)가 접속되어 있다.
여기서, 밀봉체(111)로서 ISO 7619에 따른 경도가 50 이상 90 이하의 실리콘수지를 이용하면, 신뢰성 등의 각종의 점에서 우수한 효과가 얻어지는 점은 제1실시형태에 관해 전술한 바와 같다.
도 18은 본 실시형태의 발광장치의 칩부분을 확대한 요부단면도이다. 보호용 다이오드(106E)는 n형 실리콘 기판(150)의 표면에 p형 영역(152)이 형성된 플래너(planar)구조를 갖는다. 그리고, p형 영역(152)에는 p측 전극(154)이 형성되고, 기판(150)의 이면측에는 n측 전극(156)이 형성되어 있다. 더욱이, 다이오드의 표면측에도 n측 전극(158)이 형성되고, 상하의 n측 전극(156, 158)을 접속하는 배선층(160)이 다이오드의 측면에 걸쳐서 형성되어 있다.
더욱이, 다이오드의 표면에는 고반사막(162)이 형성되어 있다. 고반사막(162)은, 발광소자(106F)로부터 방출되는 광에 대해 높은 반사율을 갖는 막으로, 예컨대 금속막으로 하거나, 혹은 서로 굴절률이 다른 2종류 이상의 박막을 교대로 적층한 브래그(Bragg) 반사막으로 할 수 있다.
한편, 반도체 발광소자(106F)는 투광성 기판(138) 위(도면에서는 아래방향으로 됨)에 버퍼층(122), n형 콘택트층(123), n형 클래드층(132), 활성층(발광층; 124), p형 클래드층(125), p형 콘택트층(126)이 이 순서대로 적층되고, 더욱이 n측 전극(127)과 p측 전극(128)이 각각 설치된 구조를 갖는다. 활성층(124)으로부터 방출되는 광은 투광성 기판(138)을 투과하여 도면 위쪽으로 취출된다.
그리고, 이러한 구조의 발광소자(106F)는, 범프(142, 144)에 의해 각각의 전극이 다이오드(106E)의 전극과 접속되어 있다. 범프(142, 144)는, 예컨대 금(Au)이나 인듐(In) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
더욱이, 다이오드의 p측 전극(154)에는 와이어(109)가 본딩되어 리드(102)와 접속되어 있다.
도 18b는 이 발광장치의 등가회로를 나타낸 회로도이다. 이와 같이 보호용 다이오드(106E)를 발광소자(106F)에 대해 역방향으로 병렬로 접속함으로써, 서지 혹은 정전기 등에 대해 발광소자(106F)를 보호할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 보호용 다이오드(106E)와 발광소자(106F)를 적층함으로써, 극히 좁은 공간에 수용할 수 있다. 따라서, 발광장치의 외형을 크게 할 필요가 없게 되어, 도 37에 예시한 바와 같은 종래의 수지스템(패키지)을 그대로 사용하는 것도 가능하게 된다.
또, 본 실시형태에 의하면, 다이오드(106E)의 표면에 고반사막(162)을 설치함으로써, 발광소자(106F)로부터 방출되는 광을 광취출방향으로 반사시켜 광취출효율을 향상시킬 수도 있다. 동시에, 발광소자(106F)로부터의 광에 의해 다이오드(106E)의 동작이 영향을 받는다거나 열화된다거나 하는 문제도 방지할 수 있다. 더욱이, 고반사막(162)을 설치함으로써, 다이오드(106E)의 아래에 도포되는 페이스트(107)의 광에 따른 열화도 방지할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태에 의하면, 투광성 기판(138)의 굴절률을 활성층(124)의 굴절률과 밀봉체(111)의 굴절률 사이의 값으로 함으로써, 계면(界面)에서의 반사손실을 저감하여 광취출효율을 향상시킬 수도 있다.
더욱이, 본 실시형태에 의하면, 칩으로부터 리드로 접속하는 와이어를 1개로 줄일 수 있다. 그 결과로서, 와이어의 변형이나 단선에 따른 문제를 억제하여 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 발광소자(106F)의 활성층(124)에 접근해서 열전도가 양호한 버퍼(142)를 설치하여, 전극(158), 배선층(160)을 매개로 한 방열경로를 확보할 수 있다. 즉, 발광소자(106F)의 방열성을 높일 수 있고, 동작온도범위가 넓으며, 장기신뢰성도 양호한 발광장치를 실현할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 고반사막(162)이 설치되는 장소는 다이오드(106E)의 표면으로는 한정되지 않고, 발광소자(106F)의 이면측에 설치해도 좋으며, 혹은 다이오드(106E)와 발광소자(106F) 사이에 삽입해도 좋다.
그런데, 개구부(105) 내에 있어서, 다이오드(106E)와 발광소자(106F)를 쌓아 올리면, 그 부분만큼 밀봉체(111)의 두께가 얇아진다. 그 결과로서, 칩 상부의 밀봉체(111)의 강도가 부족하거나, 수지스트레스가 높아질 우려가 있다. 그 결과로서, 종래의 에폭시수지를 이용한 경우에는, 도 38에 예시한 바와 같이 칩 위의 부분에 크랙이 생기기 쉬워진다거나, 칩의 박리나 깨어짐이 생길 우려도 있다.
이에 대해, 본 발명에 의하면, 밀봉체(111)로서 실리콘수지를 이용함으로써, 수지의 크랙을 방지하고, 수지스트레스를 저감할 수 있다. 이하에, 밀봉체로서 실리콘수지를 이용한 구조의 변형례에 대해 설명한다.
도 19는 본 실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제2구체예를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 18에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예에 있어서는, 도 2에 나타낸 것과 마찬가지로, ISO 7619에 따른 경도가 50 이상 90 이하의 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)는 다이오드(106E)와 발광소자(106F)의 적층체의 주위만을 덮고, 그 외측에는 광투과성 수지로 이루어진 제2밀봉체(213)가 설치되어 있다.
이와 같이 하면, 도 2에 관해 전술한 바와 같이 높은 신뢰성을 유지하면서 제2밀봉체(213)의 재료나 혼합물에 관한 자유도가 증대된다.
도 20은 본 실시형태의 발광장치의 밀봉체에 관한 제3구체예를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 19에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예에 있어서는, 도 3에 나타낸 것과 마찬가지로, ISO 7619에 따른 경도가 50 이상 90 이하의 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)는 다이오드(106E)와 발광소자(106F)의 주위만을 덮고, 그 외측은 개방공간으로 되며, 그 이상의 밀봉체는 설치되어 있지 않다.
이와 같이 하면, 도 3에 관해 전술한 바와 같이 발광부분의 사이즈를 작게 함으로써 휘도가 상승하고, 더욱이 반사면(104)에 의한 집광작용도 더 높아져서 종래의 램프와 마찬가지의 광학적인 집광효과가 얻어진다.
도 21은 본 실시형태의 발광장치의 제4구체예를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 20에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예에 있어서는, 도 4에 나타낸 것과 마찬가지로, ISO 7619에 따른 경도가 50 이상 90 이하의 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111) 위에, 凸모양의 투광체(413)가 설치되어 있다. 이러한 凸모양 투광체(413)에 의해 집광작용이 얻어진다. 투광체(413)의 재료로서는, 예컨대 수지를 이용할 수 있다. 특히, 실리콘수지를 이용하면, 밀봉체(111)와의 굴절률의 차를 작게 할 수 있고, 밀봉체(111)와의 계면에서의 반사에 의한 손실을 저감할 수 있다.
또, 투광체(413)의 凸모양의 형상은 구면모양으로는 한정되지 않고, 필요로 되는 집광률 혹은 광도분포에 따라 적절히 결정할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 발광소자(106F)를 개구부(105)의 중심에 배치할 수 있으므로, 이러한 凸모양 투광체(413)에 의한 집광효과를 더 효과적으로 얻을 수 있다.
＜제3실시형태＞
다음으로, 본 발명의 제3실시형태로서, 전술한 제1 및 제2실시형태의 발광장치에 대해 밀봉체(111)에 형광체를 함유시키고, 발광소자로부터 방출된 광을 형광체에 의해 파장변환하여 취출할 수 있도록 한 발광장치에 대해 설명한다.
도 22는 본 발명의 제3실시형태에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 21에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치는, 도 1에 예시한 것과 유사한 전체 구성을 갖는다. 다만, 본 실시형태에 있어서는, 개구부(105) 내에 충전된 밀봉체(111)는 형광체(110)를 함유하고 있다. 형광체(110)는 발광소자(106)로부터 방출되는 1차광을 흡수하고, 파장변환하여 2차광을 방출한다. 형광체(110)의 재질은, 발광소자(106)로부터 방출되는 1차광의 파장과, 요구되는 2차광의 파장 등을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서는, 발광소자(106)로부터 방출되는 1차광 중의 일부만을 형광체(110)에 의해 2차광으로 파장변환하고서 미변환의 1차광과의 혼합광으로서 취출해도 좋으며, 또는 발광소자(106)로부터 방사되는 1차광을 전부 형광체(110)에 흡수시켜 실질적으로 2차광만을 취출하도록 해도 좋다.
전자의 방법에 의한 경우는, 예컨대 발광소자(106)로부터 청색광이 방출되고, 형광체(110)가 그 일부를 황색광으로 파장변환하면, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 취출하는 것이 가능하게 된다. 다만, 이 이외에도 1차광과 2차광의 다양한 조합이 마찬가지로 가능하다. 백색광을 얻는 경우에는, 1차광과 2차광이 보색관계에 있도록 하면 좋다.
한편, 후자의 방법에 의한 경우는, 2차광만을 취출하므로, 1차광과 2차광의 밸런스에 좌우되기 어렵다고 하는 이점이 있다. 즉, 발광소자(106)와 형광체(110)의 발광특성의 「어긋남」이나 「변동」에 의한 변색 등의 문제를 해소할 수 있다. 예컨대, 발광소자(106)의 파장이 소자마다 변동한다거나, 온도조건이나 경년변화(經年變化) 등의 요인에 의해 발광소자(106)의 파장이 시프트해도, 그것이 각 형광체에 주는 영향은 미소하고, 형광체로부터 얻어지는 혼합색의 밸런스는 거의 변화하지 않는다. 그 결과로서, 폭넓은 온도범위, 폭넓은 동작시간범위에 걸쳐 발광특성이 극히 안정한 발광장치를 실현할 수 있다.
한편, 어느 방법에 있어서도, 형광체(110)는 1종류의 것만을 이용해도 좋지만, 예컨대 적색으로 발광하는 형광체(110A)와, 녹색으로 발광하는 형광체(110B) 및, 청색으로 발광하는 형광체(110C)를 조합시켜도 좋다. 이 경우, 백색광이 얻어진다. 다만, 후에 상술하는 바와 같이, 이 이외에도 다양한 조합이 가능하다.
이하, 본 실시형태에 있어서 이용할 수 있는 형광체(110)와 밀봉체(111)에 대해 더 상세히 설명한다.
＜형광체(110)에 대해＞
본 발명에 있어서 이용하는 형광체(110)는, 발광소자(106)로부터 방출된 1차광을 흡수하여 발광하는 형광체, 혹은 다른 형광체로부터 방출된 발광을 흡수하여 발광하는 재료이다. 형광체의 변환효율은 1루멘(lumen: lm)/워드 이상인 것이 바람직하다.
백색발광은, 적색(R)·녹색(G)·청색(B)의 3원색의 혼합, 혹은 보색관계에 있는 2색의 혼합에 의해 실현할 수 있다. 3원색에 의한 백색발광은 발광소자(106)가 방출한 1차광을 흡수하여 적색을 발광하는 제1형광체와, 녹색을 발광하는 제2형광체 및, 청색을 방출하는 제3형광체를 이용함으로써 실현할 수 있다.
또는, 청색광을 방출하는 발광소자(106)와, 그 청색광을 흡수하여 적색을 발광하는 제1형광체와, 녹색을 발광하는 제2형광체를 이용하여 1차광과 2차광을 혼합시켜도 실현할 수 있다.
보색에 의한 백색발광은, 상술한 구체예 외에, 예컨대 발광소자(106)로부터 1차광을 흡수하여 청색을 발광하는 제1형광체와 그 청색발광을 흡수하여 황색을 발광하는 제2형광체를 이용하거나, 발광소자(106)로부터의 발광을 흡수하여 녹색을 발광하는 제1형광체와 그 녹색광을 흡수하여 적색을 발광하는 제2형광체를 이용함으로써 실현할 수 있다.
또, 발광파장의 변화가 -40℃∼100℃의 온도범위에서 파장변화가 50㎚ 이하의 형광체를 이용함으로써 발광소자의 온도특성에 의존하지 않는 발광장치를 실현할 수 있다. 또 발광소자(106)의 실용적인 구동전류범위에 있어서 50㎚ 이하의 파장변화를 갖는 형광체를 이용함으로써 소자구동전류에 따른 발광스펙트럼의 변화에 의존하지 않는 발광장치를 실현할 수 있다.
청색광을 발광하는 형광체로서는, 예컨대 이하의 것을 들 수 있다.
ZnS : Ag
ZnS : Ag + 안료(Pigment: 색소라고도 함)
ZnS : Ag, Al
ZnS : Ag, Cu, Ga, Cl
ZnS : Ag + In2O3
ZnS : Zn + In2O3
(Ba, Eu)MgAl10O17
(Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6Cl2 : Eu
Sr10(PO4)6Cl2 : Eu
(Ba, Sr, Eu)(Mg, Mn)Al10O17
10(Sr, Ca, Ba, Eu)·6PO4·Cl2
BaMg2Al16O25 : Eu
녹색광을 발광하는 형광체로서는, 예컨대 이하의 것을 들 수 있다.
ZnS : Cu, Al
ZnS : Cu, Al + 안료
(Zn, Cd)S : Cu, Al
ZnS : Cu, Au, Al + 안료
Y3A15O12 : Tb
Y3(A1, Ga)5O12 : Tb
Y2SiO5 : Tb
Zn2SiO4 : Mn
(Zn, Cd)S : Cu
ZnS : Cu
Zn2SiO4 : Mn
ZnS : Cu + Zn2SiO4 : Mn
Gd2O2S : Tb
(Zn, Cd)S : Ag
ZnS : Cu, Al
Y2O2S : Tb
ZnS : Cu, Al + In2O3
(Zn, Cd)S : Ag + In2O3
(Zn, Mn)2SiO4
BaAl12O19 : Mn
(Ba, Sr, Mg)O·aAl2O3 : Mn
LaPO4 : Ce, Tb
Zn2SiO4 : Mn
ZnS : Cu
3(Ba, Mg, Eu, Mn)O·8Al2O3
La2O3·0.2SiO2·0.9P2O5 : Ce, Tb
CeMgA111O19 : Tb
적색광을 발광하는 형광체로서는, 예컨대 이하의 것을 들 수 있다.
Y2O2S : Eu
Y2O2S : Eu + 안료
Y2O3 : Eu
Zn3(PO4)2 : Mn
(Zn, Cd)S : Ag + In2O3
(Y, Gd, Eu)BO3
(Y, Gd, Eu)2O3
YVO4 : Eu
La2O2S : Eu, Sm
황색광을 발광하는 형광체로서는, 예컨대 이하의 것을 들 수 있다.
YAG : Ge
상기한 바와 같은 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체에 대해, 그들의 중량비 R : G : B를 조절함으로써, 임의의 색조를 실현할 수 있다. 예컨대, 백색전구 색으로부터 백색형광등 색까지의 백색발광은 R : G : B의 중량비가 1 : 1 : 1 ∼ 7 : 1 : 1 및 1 : 1 : 1 ∼ 1 : 3 : 1 및 1 : 1 : 1 ∼ 1 : 1 : 3의 어느 하나로 함으로써 실현할 수 있다.
또, 혼합한 형광체의 총중량비를 형광체를 함유하는 밀봉체의 중량에 대해 1중량%∼50중량%로 함으로써 실질적인 파장변환을 실현할 수 있고, 10중량%∼30중량%로 함으로써 고휘도의 발광장치를 실현할 수 있다.
더욱이, 이들 RGB 형광체를 적절히 선택하여 배합한 경우, 밀봉체(111)의 색조를 백색으로 할 수 있다. 즉, 백색으로 빛나는 발광장치가 비점등시에 있어서도 백색을 보이는 점에서, 「볼품」이 좋고, 시각적, 디자인적으로도 우수한 발광장치를 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명에 있어서 이용하는 형광체는 상기한 무기형광체에 한정되는 것이 아니라, 이하에 예시하는 유기색소체도 마찬가지로 이용하여 고휘도의 발광장치를 실현할 수 있다.
키사니센계 색소
옥사딘계 색소
시아닌계 색소
로다민B(630㎚)
쿠마린153(535㎚)
폴리파라페닐렌비닐렌(510㎚)
쿠마린1(430㎚)
쿠마린120(450㎚)
트리즈(8-히드록시노린)알루미늄(Alq3 또는 AlQ)(녹색발광)
4-디시아노메틸렌-2-메틸-6(p-디메틸아미노스티린)-4H-피란(DCM)(오렌지색/적색발광)
복수 종류의 색소체를 이용하는 경우라도, 밀봉체인 실리콘수지에 각각의 색소체를 첨가하여 교반(攪拌)함으로써 각각의 색소를 수지 내에 거의 균일하게 분산시킬 수 있고, 색소의 여기효율을 높힐 수 있다.
본 발명에 의하면, 발광장치의 발광색은, 발광소자(106)의 1차광과, 밀봉체(111)에 함유시키는 형광체(색소체도 포함함; 110)의 조합에 의해 다종다양(多種多樣)의 것을 실현할 수 있다. 즉, 적색, 녹색, 적색 및 황색 등의 형광체(색소체도 포함함)를 배합함으로써 임의의 색조를 실현할 수 있다.
한편, 본 발명에 의하면, 단일의 형광체를 이용한 경우라도, 종래의 반도체 발광소자에서는 실현할 수 없었던 발광파장의 안정성을 실현할 수 있다. 즉, 통상의 반도체 발광소자는 구동전류나 주위온도나 변조조건 등에 따라 발광파장이 시프트하는 경향을 갖는다. 이에 대해, 본 발명의 발광장치에 의해 실질적으로 2차광만을 취출하는 것으로 하면, 발광파장이 구동전류나 온도 등의 변화에 의존하지 않아 아주 안정하다고 하는 효과가 얻어진다.
또, 이 경우, 반도체 발광소자(106)의 특성에 의존하는 일없이 첨가하는 형광체(110)의 특성으로 결정되기 때문에, 발광장치마다의 특성이 안정하여 수율 높게 생산할 수 있다.
＜밀봉체(111)의 표면형상에 대해＞
본 발명자는 밀봉체(111)에 관해 독자적인 시험제작 검토를 행한 결과, 그 표면형상에 대해 새로운 지견(知見)을 얻었다.
도 23은 밀봉체의 표면의 형상에 따른 방출광의 강도분포를 나타낸 개념도이다. 즉, 도 23의 (a)는 밀봉체(111)의 표면이 거의 평탄한 경우, 도 23의 (b)는 밀봉체(111)의 표면이 凹모양으로 움푹 들어가 형성된 경우, 도 23의 (c)는 밀봉체(111)의 표면이 凸모양으로 돌출하여 형성된 경우의 발광장치로부터의 방출광의 강도분포(P)를 각각 나타낸다.
도 23의 (a)에 예시한 평면형상의 경우와 비교하여, 도 23의 (b)에 나타낸 凹모양의 경우에는 방출광의 강도분포 즉 배광특성은 수직축 z방향으로 수속(收束: 수렴)하고 있음을 알 수 있다. 이에 대해, 도 23의 (c)에 나타낸 凸모양의 경우에는 방출광은 xy평면 방향으로 퍼진 배광특성을 갖는다. 이것은, 밀봉체(111)를 凸모양으로 형성한 경우에는, 그 凸부 부근에 함유되는 형광체로부터 방출된 광이 xy평면 방향으로 퍼지는데 반해, 凹모양으로 형성한 경우에는 밀봉체의 표면 부근에 함유되는 형광체로부터 방출된 광도 측벽의 반사면(104)에 의해 반사되어 z축 방향으로 진행하는 비율이 증가하기 때문이라고 생각된다.
여기서, 밀봉체(111)의 표면형상을 凸모양으로 할 것인가, 그렇지 않으면 凹모양으로 할 것인가는 그 충전량에 따라 조절할 수 있다. 즉, 밀봉체(111)의 충전량을 조절함으로써, 소망하는 방출광의 배광특성을 얻는 것이 가능하다.
다만, 통상은 수속성이 높고, z축 상에 있어서 휘도가 높은 발광장치가 요구되는 경우가 많다. 밀봉체(111)의 표면을 凹모양으로 형성하면, 이러한 요구에 확실하면서 용이하게 응할 수 있다.
또, 평면형 화상표시장치와 같이 복수의 발광장치를 병렬로 배치하는 경우에, 밀봉체(111)의 표면이 凸모양으로 형성되어 있으면, 凸부의 형광체가, 인접하는 발광장치로부터의 발광을 받아 불필요한 여기발광을 일으킬 우려가 있다. 따라서, 이러한 용도에 있어서도, 밀봉체(111)의 표면은 凹모양으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 이들 요구에 대해서도, 밀봉체(111)의 충전량을 조절함으로써, 확실하면서 용이하게 응할 수 있다.
＜밀봉체(111)의 재질에 대해＞
밀봉체(111)는 발광소자(106)로부터의 1차광을 변환하는 형광체(110)를 포함하는 부재이다. 이 때문에, 밀봉체(111)는 발광소자(106)로부터의 1차광의 에너지보다도 큰 결합에너지를 갖는 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 더욱이 발광소자(106)로부터의 1차광을 투과하고 형광체(110)에 의해 파장변환된 발광도 투과하는 특성을 갖는 것이 바람직하다.
그러나, 밀봉체(111)의 재료로서 종래의 에폭시수지를 이용하면, 발광소자(106)로부터 방출되는 1차광에 대한 내광성이 충분치 않은 경우가 있다. 구체적으로는, 발광소자로부터의 1차광을 장기간에 걸쳐 받으면, 당초는 투명한 에폭시수지가 변색하여 황색으로부터 다갈색 나아가서는 흑색으로 된다. 그 결과로서, 광취출효율이 대폭적으로 저하된다고 하는 문제가 생기는 것이 판명되었다. 이 문제는, 1차광의 파장이 짧을수록 현저하게 된다.
이에 대해, 본 발명자는 독자적인 시험제작의 결과, 제1실시형태에 관해 전술한 실리콘수지를 이용하면 아주 양호한 결과가 얻어짐을 알아냈다. 즉, 실리콘수지를 이용한 경우는, 비교적 단파장의 광을 장기간 조사해도 변색 등의 열화는 거의 일어나지 않는다. 그 결과로서, 단파장 광을 1차광으로 한 발광장치에 이용하여, 높은 신뢰성을 실현할 수 있었다.
예컨대, 실리콘수지는 자외선으로부터 가시광의 거의 모든 파장범위의 광에 대해 높은 투과율을 갖고, 게다가 이 파장범위에 있어서 실용적인 LED의 발광을 1000시간 조사해도, 투과율은 초기치의 60% 이상 유지하는 특성을 갖고 있다.
여기서, 도 22에 예시한 구조를 제조할 때에는, 실리콘수지는 소정의(복수의) 형광체(110)를 혼합, 교반하면서 개구가 좁은 노즐을 통해, 개구부(105)에 마운트된 발광소자(106) 위에 도포된다. 그런 후에, 경화시켜 형성한다.
이때, 특히 경화전의 점도가 100cp∼10000cp의 실리콘수지를 이용하면, 형광체(110)가 수지 내에 균일하게 분산된 후에, 침강(沈降)이나 편석(偏析)을 일으키는 일이 없다. 이 때문에, 여기된 형광체로부터 방출된 발광이 다른 형광체로 과도하게 산란, 흡수되는 일없이 굴절률이 큰 형광체로 적당히 균일하게 산란되어 광의 혼합도 균일하게 일으키기 때문에 색조의 「얼룩」도 억제할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 있어서 이용하는 실리콘수지는, 제1실시형태에 관해 전술한 바와 같이 수지부(103)와의 부착강도도 강하고, 내습성이 높아 온도 스트레스 등에 의한 크랙 등도 적다. 또, 실리콘수지를 충전함으로써 주위의 온도변화에 의한 발광소자(106) 및 Au와이어에 대한 수지스트레스를 현저히 경감시킬 수 있다.
또한 더욱이, 본 발명자는 「고무상태 실리콘수지」와 「겔상태 실리콘수지」를 독자로 비교검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다. 즉, 겔상태 실리콘수지를 이용한 경우, 통전동작중에 형광체(110)가 수지 내를 확산하여 색조가 변화하는 현상이 보였다. RGB 3색 혼합형의 경우, 적색(R) 형광체의 비중이 크기 때문에, 이 형광체가 수직하게 아래쪽으로 이주하여 색도좌표의 x값이 커지는 현상이 보였다.
도 24는 통전시간에 대해 색도(x)의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 24에 나타낸 바와 같이, 밀봉체(111)의 재료로서 겔상태 실리콘수지를 이용한 경우, 통전시간이 100시간 부근으로부터 색도(x)가 상승하기 시작하고, 1000시간을 넘으면 가속도적으로 상승한다. 이에 대해, 고무상태의 실리콘수지를 이용한 경우는, 통전동작에 의해 발광장치의 온도가 상승한 상태에서 10000시간 가까이 동작시켜도 색조의 변화는 관찰되지 않았다. 이것은, 고무상태의 실리콘수지의 경우는, 경도가 높아 치밀하기 때문에, 형광체의 확산이 일어나기 어렵기 때문이라고 생각된다.
즉, 겔상태 실리콘수지 대신에 고무상태 실리콘수지를 이용함으로써, 발광특성의 변동을 해소할 수 있음이 판명되었다.
여기서, 밀봉체(111)로서의 실리콘수지에, 형광체(110)와 더불어 산란제를 첨가하면, 발광소자(106)로부터의 1차광을 산란시켜 형광체에 균일하게 닿게 할 수 있는 동시에, 형광체(110)로부터의 발광을 산란시킴으로써 균일한 혼색(混色)상태를 실현할 수 있다. 그 결과로서, 보다 적은 양의 형광체(110)를 이용하여 소망하는 발광특성을 실현할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 특정의 휘도를 갖는 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킴으로써, 발광특성이나 신뢰성을 대폭적으로 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 실시형태는, 본 발명의 제1 및 제2실시형태의 발광장치에 적용하여 마찬가지의 작용·효과를 발휘한다.
이하, 도면에 이들의 구체예를 나타낸다.
도 25 내지 도 27은 각각 도 2 내지 도 4에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것이다. 이들 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 24에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다. 도시한 구체예에 있어서는, 형광체 110A와 110B와 110C를 혼합한 경우를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 어떠한 조합도 마찬가지로 가능하다.
이와 같이 본 발명의 제1실시형태로서 전술한 독특한 개구부 형상 및 칩배치패턴에 의해 복수의 칩을 탑재한 발광장치에 형광체를 조합시킴으로써, 발광특성을 더 향상시키고, 임의의 발광색을 얻는 것도 가능하게 된다.
도 28 내지 도 31은 도 17, 도 19 내지 도 21에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것이다. 이들 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 27에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다. 또, 이들 도시한 구체예에 있어서도, 형광체 110A와 110B와 110C를 혼합한 경우를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 어떠한 조합도 마찬가지로 가능하다.
이와 같이 본 발명의 제2실시형태로서 전술한 독특한 칩적층구조에 의해 복수의 칩을 탑재한 발광장치에 형광체를 조합시킴으로써, 높은 신뢰성을 확보하면서, 발광특성을 더 향상시킨 발광장치를 콤팩트하게 실현하는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 본 실시형태는 본 발명의 제1 내지 제2실시형태에 있어서 밀봉체(111)에 형광체를 함유시킨 것으로는 한정되지 않는다. 이하, 다른 구체예 몇 가지를 소개한다.
도 32는 본 실시형태의 구체예에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 31에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치도, 수지스템(100)과, 그 위에 마운트된 보호용 다이오드(106E)와 반도체 발광소자(106F)의 적층체 및, 이들을 덮도록 설치된 밀봉체(111)를 갖추고 있다. 밀봉체(111)는 ISO 7619에 따른 경도가 50 이상 90 이하의 실리콘수지로 이루어지고, 그 안에 형광체(110)가 함유된다.
다만, 본 구체예에 있어서는, 형광체(110)의 주위에는 수지부(103)의 측벽이 설치되어 있지 않다. 이렇게 하면, 형광체(110)로부터의 2차광은 위쪽뿐만 아니라 횡방향으로도 방출되어 넓은 광도분포를 실현할 수 있다. 따라서, 폭넓은 시야각도나 폭넓은 방사각도가 요구되는 용도에 응용하기 알맞다.
또한, 본 구체예에서의 밀봉체(111)나 수지스템(100)의 형상은 도시한 구체예로는 한정되지 않는다. 예컨대, 도 33에 예시한 바와 같이 밀봉체(111)를 거의 반구모양으로 하고, 또 수지스템(100)에 있어서 수지부(103)가 리드(101, 102)를 매립하여 소자 주위에 낮은 측벽을 갖는 것이라도 좋다.
도 34는 본 실시형태의 구체예에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 33에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치도, 리드프레임으로부터 형성한 1쌍의 리드(101, 102)를 갖추고 있다. 다만, 제1리드(101)의 선단에는 그 일부로서의 컵부(601)가 형성되고, 보호용 다이오드(106E)와 발광소자(106F)의 적층체는 컵부(601)의 밑에 마운트되어 있다. 그리고, 다이오드(106E)로부터 리드(102)로 와이어(109)가 접속되어 있다. 더욱이, 이들을 포위하도록 형광체(110)를 함유하는 밀봉체(111)가 설치되어 있다. 밀봉체(111)로서는, ISO 7619에 따른 경도가 50 이상 90 이하의 실리콘수지를 이용한다.
컵부(601)의 내벽 측면은 반사면으로서 작용하여, 발광소자(106)로부터 방출되는 1차광을 위쪽으로 반사한다. 그리고, 이 1차광을 받은 형광체(110)가 소정의 파장의 2차광을 방출한다.
본 구체예의 발광장치는, 종래의 램프형 반도체 발광장치를 대신하는 것으로, 비교적 넓은 방사각도를 갖고, 범용성이 높은 발광장치로 된다.
도 35는 본 실시형태의 구체예에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 동 도면에 대해서도, 도 1 내지 도 34에 관해 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 구체예의 발광장치는, 도 34에 나타낸 발광장치와 유사한 구성을 갖는다. 즉, 본 구체예의 발광장치도, 제1리드(101)의 선단에 컵부(601)가 형성되고, 그 밑에 보호용 다이오드(106E)와 발광소자(106F)의 적층체가 마운트되어 있다. 그리고, 다이오드(106E)로부터 리드(102)로 와이어(109)가 접속되어 있다. 더욱이, 이들을 포위하도록 형광체(110)를 함유하는 밀봉체(111)가 설치되어 있다.
다만, 본 실시형태에 있어서는, ISO 7619에 따른 경도가 50 이상 90 이하의 실리콘수지로 이루어진 밀봉체(111)는 작게 형성되고, 그것을 포위하도록 투광체(713)가 설치되어 있다.
형광체(110)를 함유하는 밀봉체(111)를 작게 형성함으로써, 발광부분을 줄여 휘도를 높게 할 수 있다. 그리고, 투광체(713)의 상면이 렌즈형상의 집광작용을 갖고, 수속광을 취출하는 것도 가능하게 된다.
또, 투광체(713)에 의해 밀봉체(111)를 둘러쌈으로써, 형광체(110)를 외기분위기로부터 차단하여 습기나 부식성 분위기에 대한 내구성이 향상된다. 투광체(713)의 재료로서는 수지를 이용할 수 있다. 특히, 에폭시수지나 실리콘수지를 이용하면, 밀봉체(111)와의 밀착성도 양호하게 되어 우수한 내후성, 기계적 강도가 얻어진다.
또한, 본 구체예도 도시한 것으로는 한정되지 않는다. 예컨대, 도 36에 예시한 바와 같이, 형광체(110)를 함유한 밀봉체(111)를 컵부(601) 위에 한정해도 좋다. 이렇게 하면, 발광부분이 더욱 작아져서 휘도가 상승한다. 이 경우에, 와이어(109)가 밀봉체(111)와 투광체(713)의 계면을 관통하는 것으로 되지만, 밀봉체(111)와 투광체(713)의 재료를 유사한 것으로 하면, 계면에서의 스트레스를 억제하여 단선을 방지하는 것도 가능하다.
이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 제1 내지 제3실시형태에 대해 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 형광체의 재질, 발광소자의 발광파장 혹은 구체적인 구조나 재질, 리드나 밀봉체(111)의 형상, 각 요소의 치수관계 등에 관해서는, 당업자가 적절히 설계변경한 것도 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 이상 설명한 형태로 실시되어 이하에 설명하는 효과를 발휘한다.
먼저, 본 발명에 의하면, 반도체 발광소자를 밀봉하는 수지로서, 종래의 에폭시수지 대신에 실리콘수지를 이용함으로써, 종래의 에폭시수지에 생기는 일이 있었던 크랙이나 박리, 혹은 와이어의 단선 등의 가능성을 저감할 수 있고, 내후성 및 내광성도 개선할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 실리콘수지 내에서도 고무상태의 실리콘수지를 이용함으로써, 발광특성, 신뢰성, 기계적 강도 등을 더 개선할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 패키지의 개구부에 독특한 형상을 주고, 또한 그 내부의 리드의 형상이나 칩의 배치패턴도 독특한 구성으로 함으로써, 제한된 공간에 복수의 칩을 효율 좋게 배치하고, 게다가 와이어 본딩의 영역을 잘 분리하여 본딩불량을 해소할 수도 있다. 그 결과로서, 복수의 발광소자를 조합시키거나, 혹은 발광소자와 다른 소자를 조합시킨 고성능, 고신뢰성을 갖는 발광장치를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 의하면, 보호용 다이오드와 발광소자를 적층시킴으로써, 신뢰성이 우수한 발광장치를 콤팩트하게 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 1차광을 방출하는 발광소자와, 상기 발광소자를 덮도록 설치된 실리콘수지 및, 상기 실리콘수지에 함유되고 상기 1차광을 흡수하여 가시광을 방출하는 형광체를 구비함으로써, 탑재하는 발광소자의 변동, 구동전류의 변화, 온도의 변화, 발광소자의 열화 등에 의한 배색밸런스의 변화를 해소하는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 발명에 의하면, 백색 등의 각종의 색의 안정한 발광이 얻어지고, 콤팩트하면서 신뢰성이 높은 발광장치를 제공하는 것이 가능하게 되어 산업상의 메리트는 다대(多大)하다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 발광장치의 요부구성을 나타낸 모식도로, 도 1a는 그 평면도, 도 1b는 그 A-A선 단면도,
도 2는 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제2구체예를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 3은 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제3구체예를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 4는 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제4구체예를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 5는 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제5구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 6은 도 1 혹은 도 5에 예시한 구성에 있어서 이용할 수 있는 반도체 발광소자의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 7은 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제6구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 8은 반도체 발광소자(106D)의 구조의 일례를 나타낸 단면도,
도 9는 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제7구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 10은 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제8구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 11은 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제9구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 12는 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제10구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 13은 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제11구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 14는 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제12구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 15는 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제13구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 16은 제1실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제14구체예를 모식적으로 나타낸 평면도,
도 17은 본 발명의 제2실시형태에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 18은 제2실시형태의 발광장치의 칩부분을 확대한 요부단면도,
도 19는 제2실시형태의 발광장치의 밀봉체(111)에 관한 제2구체예를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 20은 제2실시형태의 발광장치의 제3구체예를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 21은 제2실시형태의 발광장치의 제4구체예를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 22는 본 발명의 제3실시형태에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 23은 밀봉체의 표면의 형상에 따른 방출광의 강도분포를 나타낸 개념도로, 도 23의 (a)는 밀봉체(111)의 표면이 거의 평탄한 경우, 도 23의 (b)는 밀봉체(111)의 표면이 凹모양으로 움푹 들어가 형성된 경우, 도 23의 (c)는 밀봉체(111)의 표면이 凸모양으로 돌출하여 형성된 경우의 발광장치로부터의 방출광의 강도분포(P)를 각각 나타낸 도면,
도 24는 통전시간에 대해 색도(x)의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 25는 도 2에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것을 나타낸 단면도,
도 26은 도 3에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것을 나타낸 단면도,
도 27은 도 4에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것을 나타낸 단면도,
도 28은 도 17에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것을 나타낸 단면도,
도 29는 도 19에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것을 나타낸 단면도,
도 30은 도 20에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것을 나타낸 단면도,
도 31은 도 21에 나타낸 것에 있어서, 밀봉체(111)에 형광체(110)를 함유시킨 것을 나타낸 단면도,
도 32는 제3실시형태의 구체예에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 33은 밀봉체(111)를 거의 반구모양으로 하고, 또 수지스템(100)에 있어서 수지부(103)가 리드(101, 102)를 매립하여 소자 주위에 낮은 측벽을 갖는 발광장치를 나타낸 단면도,
도 34는 제3실시형태의 구체예에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 35는 제3실시형태의 구체예에 따른 발광장치의 요부구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 36은 형광체(110)를 함유한 밀봉체(111)를 컵부(601) 위에 한정한 발광장치를 나타낸 단면도,
도 37은 종래의 발광장치의 전형례를 나타낸 개념도로, 도 37a는 그 요부구성을 나타낸 평면도, 도 37b는 그 단면도,
도 38은 에폭시수지(804)에 크랙(C)이 발생한다거나, 또 수지스템(800)과의 계면(I)에 있어서 박리가 생긴 상태를 나타낸 개념도,
도 39는 본 발명자가 본 발명에 이르는 과정에서 시험제작한 발광장치의 평면구성을 나타낸 개념도이다.
＜부호의 설명＞
100 --- 수지스템, 101, 102 --- 리드,
101G, 102G --- 절결(slit), 103 --- 수지부,
104 --- 반사면, 105 --- 개구부,
106A, 106C, 106D --- 반도체 발광소자,
106B --- 보호용 다이오드, 107 --- 접착제,
109 --- 본딩 와이어, 110, 110A∼110C --- 형광체,
111 --- 밀봉체(실리콘수지), 120 --- 발광소자,
121 --- 도전성 기판, 122 --- 버퍼층,
123 --- 콘택트층, 124 --- 발광층,
125 --- 클래드층, 126 --- 콘택트층,
127 --- n측 전극, 128 --- p측 전극,
129 --- 본딩 패드, 130 --- 보호막,
131 --- 광취출면, 133 --- 절연성 기판,
213 --- 제2밀봉체.

Claims (19)

  1. 리드와,
    상기 리드의 적어도 일부를 매립한 수지부,
    상기 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 리드에 마운트된 제1반도체 발광소자,
    상기 개구부에 있어서 상기 리드에 마운트된 반도체소자,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 리드를 접속한 와이어 및,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
    상기 리드에 있어서 상기 제1반도체 발광소자가 마운트된 부분과 상기 와이어가 접속된 부분의 사이에 절결이 형성되고,
    상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 50 이상인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 제1리드와,
    제2리드,
    상기 제1 및 제2리드의 적어도 일부를 매립한 수지부,
    상기 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 제1반도체 발광소자,
    상기 개구부에 있어서 상기 제2리드에 마운트된 반도체소자,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2리드를 접속한 제1와이어,
    상기 반도체소자와 상기 제1리드를 접속한 제2와이어 및,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
    상기 제1리드에 있어서 상기 제1반도체 발광소자가 마운트된 부분과 상기 제2와이어가 접속된 부분의 사이에 제1절결이 형성되고,
    상기 제2리드에 있어서 상기 반도체소자가 마운트된 부분과 상기 제1와이어가 접속된 부분의 사이에 제2절결이 형성되며,
    상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 50 이상인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개구부의 개구형상이 타원형 또는 편평한 원형인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제1리드와,
    제2리드,
    상기 제1 및 제2리드의 적어도 일부를 매립한 수지부,
    상기 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 제1반도체 발광소자,
    상기 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 반도체소자,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2리드를 접속한 제1와이어,
    상기 반도체소자와 상기 제2리드를 접속한 제2와이어 및,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
    상기 개구부의 개구형상이 타원형 또는 편평한 원형이고,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자가 상기 타원형 또는 편평한 원형의 장축방향을 따라 배치되어 이루어지며,
    상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 50 이상인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제1리드와,
    제2리드,
    상기 제1 및 제2리드의 적어도 일부를 매립한 수지부,
    상기 수지부에 설치된 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 제1반도체 발광소자,
    상기 개구부에 있어서 상기 제1리드에 마운트된 반도체소자,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2리드를 접속한 제1와이어,
    상기 반도체소자와 상기 제2리드를 접속한 제2와이어 및,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자를 덮도록 상기 개구부 내에 설치된 실리콘수지를 구비하되,
    상기 개구부의 개구형상이 타원형 또는 편평한 원형이고,
    상기 제1반도체 발광소자와 상기 반도체소자가 상기 타원형 또는 편평한 원형의 단축방향을 따라 배치되어 이루어지며,
    상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 50 이상인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 제1리드를 접속한 제3와이어를 더 구비하되,
    상기 제1리드에 있어서 상기 제1반도체 발광소자가 마운트된 부분과 상기 제3와이어가 접속된 부분의 사이에 절결이 형성된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1반도체 발광소자가 상기 개구부의 중앙에 배치된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘수지가 상기 와이어도 덮도록 설치된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체소자가 제2반도체 발광소자인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1반도체 발광소자와 상기 제2반도체 발광소자가 서로 다른 피크파장의 광을 방출하도록 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘수지에 함유되어 상기 제1반도체 발광소자로부터 방출되는 광을 흡수해서 그와는 다른 파장의 광을 방출하는 형광체를 더 구비한 것을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘수지는 경화전의 점도가 100cp 이상 10000cp 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  17. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘수지가 상기 개구부의 개구단으로부터 凹형상으로 움푹 들어간 표면을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  18. 삭제
  19. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘수지의 경도가 ISO 7619에 따른 값으로 90 이하인 것을 특징으로 하는 발광장치.
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