KR100752586B1 - 발광장치 및 조명장치 - Google Patents

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KR100752586B1
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신고 마츠우라
후미아키 세키네
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쿄세라 코포레이션
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Abstract

발광장치는, 발광소자(3)와, 상측 주면에 발광소자(3)가 탑재되는 탑재부(1a)가 형성된 기체(1)와, 기체(1)의 상측 주면에 탑재부(1a)를 둘러싸도록 부착된, 프레임형상의 제1반사부재(2)와, 기판(1)의 상측 주면에 제1반사부재(2)를 둘러싸도록 부착된 프레임형상의 제2반사부재(4)와, 탑재부(1a)에 탑재된 발광소자(3)와, 제2반사부재(4)의 내측에 발광소자(3) 및 제1반사부재(2)를 덮도록 설치된 투광성 부재(6)와, 발광소자(3)의 상방에 위치하는 투광성 부재(6)의 내부에 제1 및 제2반사부재(2, 4)와 간격을 두고 설치된, 발광소자(3)가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환층(5)을 구비하고 있다.

Description

발광장치 및 조명장치{LIGHT-EMITTING APPARATUS AND ILLUMINATING APPARATUS}
본 발명의 목적, 특색, 및 이점은 하기 상세한 설명과 도면으로부터 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제6실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제7실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제8실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 9의 A 및 B부분은 각각 본 발명의 제9실시형태의 발광장치를 나타내는, 다른 위치에 있어서의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제10실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제11실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제12실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제13실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제14실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제15실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제16실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제17실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제18실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제19실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제20실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제21실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 22의 A 및 B부분은, 각각 본 발명의 제22실시형태의 발광장치를 나타내는, 다른 위치에 있어서의 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제23실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제24실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 25는 본 발명의 제25실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 26은 본 발명의 실시의 일형태의 조명장치를 나타내는 평면도이다.
도 27은 도 26의 조명장치의 단면도이다.
도 28은 본 발명의 실시의 다른 형태의 조명장치를 나타내는 평면도이다.
도 29는 도 28의 조명장치의 단면도이다.
도 30은 종래의 발광장치의 단면도이다.
본 발명은 발광소자를 수납하여 이루어지는 발광장치 및 그것을 사용한 조명장치에 관한 것이다.
종래의 발광장치를 도 30에 나타낸다. 도 30에 있어서, 발광장치는 기체(11)와, 프레임형상의 반사부재(12)와, 발광소자(13)와, 파장변환층(15)과, 투광성 부재(16)로 주로 구성되어 있다. 기체(11)는 절연체로 이루어지고, 상면의 중앙부에 발광소자(13)를 탑재하기 위한 탑재부(11a)를 갖고, 탑재부(11a) 및 그 주변으로부터 발광장치 내외를 전기적으로 도통 접속하는 리드단자 및 메탈라이즈 배선 등으로 이루어지는 배선도체(도시생략)가 형성된다. 프레임형상의 반사부재(12)는, 기체(11)의 상면에 접착 고정되고, 내주면(12a)이 상측으로 향함에 따라서 외측으로 넓어지도록 경사져 있음과 아울러, 내주면(12a)이 발광소자(13)가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 파장변환층(15)은 투광성 부재에 발광소자(13)가 발광하는 광을 파장변환하는 형광체(도시생략)를 함유시켜서 이루어진다. 투광성 부재(16)는 발광소자(13)를 보호하기 위하여 반사부재(12)의 내측에 충전된다.
기체(11)는 산화알루미늄질 소결체(알루미나 세라믹스), 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 또는 유리세라믹스 등의 세라믹스, 또는 에폭시수지 등의 수지로 이루어진다. 기체(11)가 세라믹스로 이루어지는 경우, 그 상면에 배선도체가 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)-망간(Mn) 등으로 이루어지는 금속페이스트를 고온에서 소성하여 형성된다. 또, 기체(11)가 수지로 이루어지는 경우, 구리(Cu)나 철 (Fe)-니켈(Ni)합금 등으로 이루어지는 리드단자가 몰드 성형되어 기체(11)의 내부에 설치 고정된다.
또, 반사부재(12)는 알루미늄(Al)이나 Fe-Ni-코발트(Co)합금 등의 금속, 알루미나 세라믹스 등의 세라믹스 또는 에폭시수지 등의 수지로 이루어지고, 절삭가공, 금형성형, 또는 압출성형 등의 성형기술에 의해 형성된다.
또한, 반사부재(12)는 내주면(12a)이 발광소자(13) 및 파장변환층(15)으로부터의 광을 반사하는 반사면으로 되어 있고, 이 내주면(12a)은 Al 등의 금속이 증착법 또는 도금법에 의해 피착됨으로써 형성된다. 그리고, 반사부재(12)는 땜납, 은(Ag)납 등의 납재 또는 수지접착재 등의 접합재에 의해, 탑재부(11a)를 내주면(12a)으로 둘러싸도록 기체(11)의 상면에 접합된다.
또, 발광소자(13)는, 예를 들면 액상성장법이나 MOCVD법 등에 의해 사파이어 등의 단결정 기판상에, 갈륨(Ga)-Al-질소(N), 아연(Zn)-유황(S), Zn-세렌(Se), 규소(Si)-탄소(C), Ga-인(P), Ga-Al-비소(As), Al-인듐(In)-Ga-P, In-Ga-N, Ga-N, Al-In-Ga-N 등의 발광층이 형성된다. 발광소자(13)의 구조로서는 MIS접합 또는 PN접합을 갖는 호모 구조, 헤테로 구조 혹은 더블헤테로 구성의 것을 들 수 있다. 또 발광소자(13)의 발광파장은 발광층의 재료나 그 혼정도에 의해서 자외광으로부터 적외광까지 다양하게 선택된다. 또한, 발광소자(13)는 탑재부(11a)의 주변에 배치한 배선도체와 발광소자(13)의 전극을 본딩 와이어(도시하지 않음)을 사용한 방법, 또는 발광소자(13)의 전극을 하측에 설치하여 땜납 펌프에 의해 접속하는 플립칩 본딩 방식을 이용한 방법 등에 의해서 전기적으로 접속된다.
또, 파장변환층(15)은 에폭시수지 또는 실리콘수지 등의 투광성 부재에 형광체를 함유하여 열경화시켜 판형상으로 형성함과 아울러 반사부재(12)의 개구부를 덮는 것에 의해 발광소자(13)로부터 방출된 발광파장인 가시광 또는 자외광을 흡수하고, 다른 파장길이의 광으로 변환하여 방사시킬 수 있다. 따라서, 파장변환층(15)은, 발광소자(13)로부터 발광되는 광의 발광파장 및 발광장치로부터 방출되는 원하는 광에 따라서 여러 가지의 것이 이용되고, 원하는 파장 스펙트럼을 갖는 광을 취출시키는 발광장치로 할 수 있다. 또, 발광장치는 발광소자(13)가 발광한 광과, 형광체로부터의 광이 보색관계에 있을 때 백색계의 광을 발광시킬 수 있다.
또한, 형광체는, 예를 들면 세륨(Ce)으로 활성화된 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체, 페릴렌계 유도체, Cu나 Al으로 활성화된 황화아연카드뮴, Mn으로 활성화된 산화마그네슘, 산화티타늄 등 여러 가지 것이 예시된다. 이들 형광체는 1종류로 사용하여도 좋고, 2종류 이상 혼합하여 사용하여도 좋다.
또한, 투광성 부재(16)는 에폭시수지 또는 실리콘수지 등의 투광성 부재를 이용함으로써, 발광소자(13)를 확보함과 아울러, 발광소자(13)와 투광성 부재의 굴절율 차를 적게 함으로써, 발광소자(13) 내부에 광이 가두어지는 것을 억제할 수 있다.
관련기술로서 일본 특허공개 2000-349346호 공보가 있다.
그러나, 상기 종래의 발광장치에 있어서는, 발광소자(13)로부터 발광된 광은 파장변환층(15) 중의 형광체에 흡수된 후, 형광체로부터 파장이 다른 형광이 모든 방향으로 방출된다. 이 형광 중 일부의 것은 파장변환층(15)으로부터 상측으로 방 출되어 발광장치의 방사광으로 되지만, 다른 일부는 파장변환층(15)으로부터 하방향으로 방출되거나, 다른 형광체에 반사되어 파장변환층(15)으로부터 하측으로 방출되고, 반사부재(12)의 내주면(12a) 및 파장변환층(15)에서 반사를 반복하여 발광장치 내에 가두어지게 된다. 또는 발광소자(13)로 되돌아가서 흡수된다.
또, 파장변환층(15)으로부터 하측으로 방출되었기 때문에 외부에 방출되지 않았던 광이라도, 하측으로 방출된 후에 반사부재(12)에 의해 되돌아와서, 다시 파장변환층(15)을 통과함으로써 외부로 방출되어, 발광장치의 방출광으로 되는 광도 있다. 그러나, 이와 같이 반사를 반복하여 복수회 파장변환층(15)을 통과한 광은 에너지가 흡수되어 방사광 강도는 감쇠한다.
이상과 같이 종래의 발광장치에 있어서는, 발광장치의 방사광 강도나 휘도를 향상시키는 것이 곤란하다는 문제점을 가지고 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 완성된 것으로, 그 목적은 높은 방사광 강도 및 고휘도를 갖고, 발광효율이 좋은 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 발광장치는 발광소자와, 상측 주면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성된 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제1반사부와, 상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사 부와, 상기 제2반사부의 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재와, 상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 발광소자와, 평판상의 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 형성되고, 상면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성됨과 아울러 내주면이 광반사면으로 된 측벽부가 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된 제1반사부와, 상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부와, 상기 제2반사부 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재와, 상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 제2반사부는 그 내주면에 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제2파장변환부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 제1파장변환부는 그 외주부가 상기 발광소자의 단부와 그 단부의 반대측의 상기 제1반사부의 상기 내주면의 상단을 지나는 직선보다 상기 제2반사부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 발광소자와, 상측 주면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성된 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제1반사부와, 상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부와, 상기 제2반사부 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재와, 상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 광반사층과, 상기 제2반사부 내주면에 형성된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 파장변환부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치이다.
본 발명은, 발광소자와, 평판상의 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 형성되고, 상면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성됨과 아울러 내주면이 광반사면으로 된 측벽부가 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된 제1반사부와, 상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부와, 상기 제2반사부 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재와, 상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 형성된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 광반사층과, 상기 제2반사부의 내주면에 형성된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 파장변환부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치이다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 광반사층은 그 외주부가 상기 발광소 자의 단부와 그 단부의 반대측의 상기 제1반사부재의 상기 내주면의 상단을 지나는 직선보다 상기 제2반사부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 광반사층은 상기 발광소자와 대향하는 면이 광산란면인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 제2파장변환부는, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 파장변환부는, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 제2파장변환부는, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 형광체를 함유하여 이루어지고, 상기 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 파장변환부는, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 형광체를 함유하여 이루어지고, 상기 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 제2파장변환부는, 그 내측 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 파장변환부는 그 내측 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 탑재부는, 높이가 상기 제1반사부재의 상기 내주면의 하단보다 높게 되도록 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 본 발명의 발광장치를 소정의 배치로 되도록 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 발광장치는 발광소자와, 상측 주면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성된 기체와, 기체의 상측 주면에 탑재부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제1반사부와, 기체의 상측 주면에 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부와, 제2반사부의 내측에 발광소자 및 제1반사부를 덮도록 형성된 투광성 부재와, 발광소자의 상방에 위치하는 투광성 부재의 내부 또는 표면에 제1반사부 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부를 구비하고 있다. 따라서, 발광소자로부터 발광된 광이 제1파장변환부에서 파장변환된 후, 제1파장변환부로부터 하측방향으로 방출된 광을 제2반사부에서 상측 방향으로 반사시킴과 아울러 제1파장변환부와 제2반사부의 간극으로부터 발광장치 외부로 제1파장변환부를 다시 투과시키는 일 없이 방출시킬 수 있다. 그 결과, 제1파장변환부로부터 하측 방향으로 방출된 광이 발광장치 내에 가두어지는 것을 매우 유효하게 억제할 수 있고, 방사광 강도 및 휘도를 높여 발광효율이 높은 발광장치로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광장치는 발광소자와, 평판상의 기체와, 기체의 상측 주면에 형성되고, 상면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성됨과 아울러 내주면이 광반사면으로 된 측벽부가 탑재부를 둘러싸도록 형성된 제1반사부와, 기체의 상측 주면에 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부와, 제2반사부의 내측에 발광소자 및 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재와, 발광소자의 상방에 위치하는 투광성 부재의 내부 또는 표면에 제1반사부 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부를 구비하고 있다. 따라서, 발광소자로부터 발광된 광이 제1파장변환부에서 파장변환된 후, 제1파장변환부로부터 하측 방향으로 방출된 광을 제2반사부에서 상측 방향으로 반사시킴과 아울러 제1파장변환부와 제2파장변환부의 간극으로부터 발광장치 외부로 제1파장변환부를 다시 투과시키는 일없이 방출시킬 수 있다. 그 결과, 제1파장변환부로부터 하측 방향으로 방출된 광이 발광장치 내에 가두어지는 것을 매우 유효하게 억제할 수 있고, 방사광 강도 및 휘도를 높여 발광효율이 높은 발광장치로 할 수 있다.
또, 발광소자로부터 발생된 열을 탑재부와 일체화한 측벽부에 전달하기 쉽게 할 수 있다. 특히 제1반사부가 금속으로 이루어지는 경우에는, 열은 빠르게 측벽부로 전달됨과 아울러 측벽부의 외측면으로부터 양호하게 방산된다. 그 결과, 발광소자의 온도상승을 억제할 수 있고, 발광소자와 제1반사부의 열팽창 차에 의해 생기는 접합부의 크랙을 억제할 수 있다. 또, 발광소자의 열을 제1반사부의 높이방향뿐만 아니라 외주방향으로도 양호하게 이동시킬 수 있고, 제1반사부의 하면 전면에서 기체에 효율적으로 열전도시켜서 발광소자 및 제1반사부의 온도상승을 보다 유효하게 억제할 수 있으며, 발광소자의 작동을 안정적으로 유지할 수 있음과 아울러 제1반사부의 내주면의 열변형을 억제할 수 있다. 따라서 장기에 걸쳐서 발광장치의 안정된 광특성을 양호하게 유지하여 작동시킬 수 있다.
또, 본 발명에 따르면, 제2반사부는 그 내주면에 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제2파장변환부가 설치되어 있기 때문에, 제1파장변환부에서 파장변환되지 않고 하측 바깥쪽으로 반사된 발광소자로부터의 광을, 제2파장변환부에서 파장변환함으로써, 발광장치의 방사광 강도나 휘도 및 발광효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1파장변환부의 외주부가 발광소자의 단부와 그 단부의 반대측인 제1반사부의 내주면의 상단을 지나는 직선보다 제2반사부측에 위치하고 있음으로써, 발광소자로부터의 광이 발광장치의 외부로 직접 방사되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치로부터 발광색이나 발광분포에 편차가 없는 광을 조사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광장치는 발광소자와, 상측 주면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성된 기체와, 기체의 상측 주면에 탑재부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제1반사부와, 기체의 상측 주면에 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부와, 제2반사부의 내측에 발광소자 및 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재와, 발광소자의 상방에 위치하는 투광성 부재의 내부 또는 표면에 제1반사부 및 제2반사부와의 간격을 두고 설치된, 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 광반사층과, 제2반사부의 내주면에 형성된, 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 파장변환부를 구비하고 있다. 따라서, 발광소자로부터 발광된 광을 높은 강도로 외부로 방출할 수 있다.
즉, 발광소자로부터 발광된 광은, 제1반사부에 의해서 광반사층에 모여져 하방으로 반사된 후, 제2반사부에 의해서 상방으로 반사되어 발광장치의 외부로 방출된다. 그리고 제2반사부의 반사면에는 파장변환부가 형성되어 있기 때문에, 발광소자로부터 나온 광 중, 직접 외부로 방출되지 않고 파장변환부를 투과한 광은, 소정 광의 색으로 조절되어 외부로 방출된다. 종래에는, 파장변환부의 하측, 혹은 다양한 방향으로 진행하여 외부로 방출되지 않았던 광이라도, 본 발명에서는 파장변환부의 상면으로부터 입사된 후에 제2반사부에 의해서 파장변환부의 상면으로부터 다시 나가기 때문에, 파장변환부 내에 가두어지는 일이 없어지고, 광을 양호하게 발광장치의 상방으로 방출시킬 수 있다. 이 때문에, 파장변환된 광은 파장변환부에서 발광장치의 상방으로 방출되어 발광장치 내에 가두어지는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
또, 광반사층에서 반사된 후에 파장변환부로부터 방출되는 광 중, 발광소자로 되돌아가서 흡수되는 광의 비율은, 제1반사부가 발광소자를 둘러싸도록 탑재되어 있음으로써 억제되어 매우 적어진다. 따라서, 매우 유효하게 방사광 강도 및 휘도를 높여서 발광효율이 높은 발광장치로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광장치는 발광소자와, 평판상의 기체와, 기체의 상측 주면에 형성되고, 상면에 발광소자가 탑재된 탑재부가 형성됨과 아울러 내주면이 광반사면으로 된 측벽부가 탑재부를 둘러싸도록 형성된 제1반사부와, 기체의 상측 주면에 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부와, 제2반사부의 내측에 발광소자 및 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재와, 발광소자의 상방에 위치하는 투광성 부재의 내부 또는 표면에 제1반사부 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 광반사층과, 제2반사부의 내주면에 형성된, 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 파장변환부를 구비하고 있다. 따라서, 발광소자로부터 발광된 광을 높은 강도로 외부로 방출할 수 있다.
즉, 발광소자로부터 발광된 광은, 제1반사부에 의해서 광반사층에 모아져서 하방으로 반사된 후, 제2반사부에 의해서 상방으로 반사되고, 발광장치의 외부로 방출된다. 그리고 제2반사부의 반사면에는 파장변환부가 형성되어 있기 때문에, 발광소자로부터 나온 광 중, 직접 외부로 방출되지 않고 파장변환부를 투과한 광은, 소정의 광의 색으로 조절되어 외부로 방출된다. 종래에는, 파장변환부의 하측, 혹은 여러 가지 방향으로 나아가서 외부로 방출되지 않았던 광이라도, 본 발명에서는 파장변환부의 상면으로부터 입사한 후에 제2반사부에 의해서 파장변환부의 상면으로부터 다시 나가기 때문에, 파장변환부 내에 가두어지는 일이 없어지고, 광을 양호하게 발광장치의 상방으로 방출시킬 수 있다. 이 때문에 파장변환된 광은, 파장변환부에서 발광장치의 상방으로 방출되어 발광장치 내에 가두어지는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 광반사층에서 반사된 후에 파장변환부로부터 방출되는 광 중, 발광소자로 되돌아가서 흡수되는 광의 비율은, 제1반사부가 발광소자를 둘러싸도록 탑재되어 있음으로써 억제되어, 매우 적어진다. 따라서, 매우 유효하게 방사광 강도 및 휘도를 높여 발광효율이 높은 발광장치로 할 수 있다.
또, 발광소자로부터 발생한 열을 탑재부 및 탑재부와 일체화된 측벽부에 전달하기 쉽게 할 수 있다. 특히 제1반사부가 금속으로 이루어지는 경우에는, 열은 빠르게 탑재부 및 측벽부로 전달됨과 아울러 제1반사부의 하면 전면으로부터 기체로 전달되고, 기체의 외면으로부터 양호하게 방산된다. 그 결과, 발광소자의 온도상승을 억제하는 것에 의해, 발광소자와 제1반사부의 열팽창 차에 의해 발생하는 접합부의 크랙을 억제할 수 있다. 또, 제1반사부의 하면 전면으로부터 기체에 효율적으로 열전도시켜서 발광소자 및 제1반사부의 온도상승을 보다 유효하게 억제하는 것에 의해, 발광소자의 작동을 안정적으로 유지함과 아울러 제1반사부의 내주면의 열변형을 억제할 수 있다. 따라서 장기에 걸쳐서 발광장치의 안정된 광특성을 양호하게 유지하여 작동시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 광반사층의 외주부가 발광소자의 단부와 그 단부의 반대측 제1반사부의 내주면의 상단을 지나는 직선보다 제2반사부측에 위치하고 있음으로써, 발광소자로부터 나온 광의 대부분이 광반사층에 모이고, 하방으로 반사되기 때문에, 광이 파장변환부를 지나는 일없이 발광장치의 외부로 직접 방사되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치로부터 발광색이나 발광분포의 편차가 없는 소정 파장 스펙트럼을 갖는 광을 고강도로 방사할 수 있다.
즉, 발광소자로부터 파장변환부를 지나지 않고 직접 외부로 나가는 광이 많으면, 소정의 파장으로 변환되는 광의 양이 줄어 방사광 강도도 약해지지만, 이와 같이 광반사층의 외주부를 발광소자의 단부와 그 단부의 반대측인 제1반사부의 내주면 상단을 지나는 직선보다 제2반사부측에 배치함으로써, 발광소자로부터 발광된 광이 광반사층과 제1반사부 사이를 통해서 직접 외부로 방출되는 광을 줄일 수 있다. 이와 같이 하여, 발광소자로부터 발광된 광의 대부분을 파장변환부에 투과시킬 수 있기 때문에, 파장변환되는 광의 양은 많아지고, 파장변환효율을 향상시켜서 소정 파장 스펙트럼을 갖는 광을 고강도로 방출시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 광반사층은 발광소자와 대향하는 면이 광산란면이므로, 발광소자로부터의 광을 효율적으로 하측 바깥쪽으로 반사시켜서 반사광을 파장변환층에 입사시키는 것이 가능하다.
또, 본 발명에 따르면, 제2파장변환부 또는 파장변환부는, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것에 의해, 투광성 부재의 상면과 제2파장변환부 또는 파장변환부의 거리가 커지는 제2파장변환부 또는 파장변환부의 하단부로 갈수록, 형광체로부터 발생하는 광의 양이 점차 증가하고, 투광성 부재의 상면과 제2파장변환부 또는 파장변환부의 거리가 적어지는 제2파장변환부 또는 파장변환부의 상단부로 갈수록, 형광체로부터 발생하는 광의 양이, 하단부 보다 점차 적어진다. 그 결과, 발광장치의 광강도 분포를 중심부와 주변부에서 균일하게 할 수 있음과 아울러 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 따르면, 제2파장변환부 또는 파장변환부는, 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 형광체를 함유하여 이루어지고, 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높게 되어 있다. 이에 의해, 투광성 부재의 상면과 제2파장변환부 또는 파장변환부의 거리가 커지는 제2파장변환부 또는 파장변환부의 하단부로 갈수록, 형광체로부터 발생하는 광의 양이 점차 증가하고, 투광성 부재의 상면과 제2파장변환부 또는 파장변환부의 거리가 적어지는 제2파장변환부 또는 파장변환부의 상단부로 갈수록, 형광체로부터 발생하는 광의 양이, 하단부 보다 점차 적어진다. 그 결과, 발광장치의 광강도 분포를 중심부와 주변부에서 균일하게 할 수 있음과 아울러 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제1파장변환부에서 파장변환되지 않고 하측 바깥쪽에 반사된 발광소자의 광을, 밀도를 높인 형광체에 의해서 파장변환함으로써 발광장치의 방사광 강도, 휘도 및 발광효율이 향상된다.
또, 본 발명에 따르면, 제2파장변환부 또는 파장변환부는, 그 내측 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있기 때문에, 발광소자로부터 직접, 또는 제1반사부의 내주면에 의한 반사를 통하여 제1파장변환부에 전파되고, 제1파장변환부에 함유된 형광체로 파장변환되지 않고 하측 바깥쪽으로 반사되어 제2파장변환부에 입사되는 광, 또는 발광소자로부터 직접 또는 제1반사부재의 내주면에 의한 반사를 통하여 광반사층에 전파되고, 광반사층에서 하측 바깥쪽으로 반사되어 파장변환부에 입사하는 광은, 오목부 또는 볼록부에 의해서 제2파장변환부 또는 파장변환부 내에 입사하기 쉽게 되고, 제2파장변환부 또는 파장변환부 내의 형광체에 의해서 파장변환되는 광이 증가하여, 발광장치의 방사광 강도, 휘도 및 발광효율이 향상된다.
또, 복수의 오목부 또는 볼록부에 의해서 제2파장변환부 또는 파장변환부의 표면적이 커지고, 제2파장변환부 또는 파장변환부의 표면에 노출되는 형광체가 많아지므로, 제1파장변환층에 함유된 형광체로 파장변환되지 않고 하측 바깥쪽으로 반사된 광, 또는 광반사층에서 하측 바깥쪽으로 반사된 광에 의해서 제2파장변환부 또는 파장변환부의 형광체가 여기되기 쉽게 되어, 제2파장변환부 또는 파장변환부의 형광체에 의해서 파장변환되는 광이 증가한다. 따라서, 발광장치의 방사광 강도, 휘도 및 발광효율이 향상된다.
본 발명에 따르면, 탑재부의 높이가 제1반사부의 내주면의 하단보다 높게 되도록 돌출되어 있음으로써, 발광소자로부터 경사 하방향으로 발광된 광을 효율적으로 제1반사부의 내주면에서 상방향으로 반사시킬 수 있고, 발광소자로부터의 광이 제1반사부 내주면의 하단에 의해서 발광장치의 내부에서 가두어지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 발광장치는 발광소자로부터 발생한 광에 대한 제1반사부의 내주 면의 광흡수 손실을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 발광장치의 방사광 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 조명장치는 상기 본 발명의 발광장치를 소정의 배치로 되도록 배치한 것이기 때문에, 반도체로 이루어지는 발광소자의 전자의 재결합에 의한 발광을 이용한, 종래의 방전을 이용한 조명장치보다 저소비전력이고 또한 장수명의 발광소자를 광원으로서 이용하는 것이 가능하며, 이 광원으로부터 발해지는 광을 효율적으로 외부로 조사할 수 있는 소형의 조명장치로 할 수 있다. 그리고, 효율적으로 저전력으로 동작시킬 수 있기 때문에 발광소자의 온도상승이 작아지는 결과, 발광소자로부터 발생하는 광의 중심파장의 변동을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정된 방사광 강도 또한 방사광 각도(배광분포)로 광을 조사할 수 있음과 아울러, 조사면에 있어서의 색얼룩이나 조도분포의 치우침이 억제된 조명장치로 할 수 있다.
본 발명의 발광장치를 광원으로 하여 소정의 배치로 설치함과 아울러, 이들 발광장치의 주위에 적당한 형상으로 광학설계한 반사지그나 광학렌즈, 광확산판 등을 설치함으로써 적당한 배광분포의 광을 방사하는 조명장치로 할 수 있다.
이하 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다.
본 발명의 발광장치에 대해서 이하에 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다. 발광장치는 기체(1)와, 제1반사부인 제1반사부재(2)와, 발광소자(3)와, 제2반사부인 제2반사부재(4)와, 6은 제2반사 부재(4)의 내측에 충전되는 투광성 부재(6)와, 제1파장변환층(5)이고 제1파장변환부인 발광소자(3)의 상방이고 또한 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)와 간격을 두고 투광성 부재(6)의 내부 또는 표면(도 1에서는 내부)에 배치되어, 발광소자(3)가 발광하는 광을 파장변환하여 형광을 발생하는 제1파장변환층(5)으로 주로 구성된다.
기체(1)는 알루미나 세라믹스, 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 유리세라믹스 등의 세라믹스, Fe-Ni-Co 합금, Cu-W 등의 금속, 또는 에폭시수지 등의 수지로 이루어진다. 발광소자(3)가 탑재되는 탑재부(1a)가 기체(1)의 상면에 형성되어 있다.
또, 기체(1)는 그 상측 주면에 제1반사부재(2)가 탑재부(1a)를 둘러싸도록, 제2반사부재(4)가 제1반사부재(2)를 둘러싸도록, 땜납, Ag납 등의 납재나 에폭시수지 등의 수지 접착제 등의 접합재에 의해 부착된다. 제1반사부재(2)는 발광소자(3)의 주위에 소정의 면정밀도(예를 들면 발광장치의 종단면에 있어서, 발광소자(3)를 사이에 두고 발광소자(3)의 양측에 설치된 광반사면이 대칭으로 되어 있는 상태)로 내주면(이하, 제1내주면이라 함)(2a)이 형성되도록 부착되고, 제2반사부재(4)는 제1반사부재(2)의 주위에 소정의 면정밀도로 내주면(이하 제2내주면이라 함)(4a)이 형성되도록 부착된다. 이것에 의해, 제1파장변환층(5)의 상면 및 측면의 형광뿐만 아니라, 제1파장변환층(5)의 하면으로부터의 형광에 대해서도 제2내주면(4a)에 의해 반사시켜, 발광장치의 외부로 효율적으로 광을 출력할 수 있다. 이 결과, 발광장치는 높은 방사광 강도 및 고휘도를 가지고, 발광효율을 향상시킬 수 있음과 아 울러, 발광소자(3)로부터의 광을 제1내주면(2a)에서 제1파장변환층(5)에 대하여 균일하게 얼룩없이 반사시키는 것에 의해, 발광장치로부터 출력되는 광의 색얼룩이 억제된다.
또한, 제2반사부재(4)는, 그 제2내주면(4a)의 단면형상이 오목한 곡면인 것이 바람직하다. 그 결과, 제1파장변환층(5)으로부터 하방향으로 방사되는 형광이, 제2내주면(4a)에 의해서 높은 지향성을 가진 광으로서 상방향으로 반사되어, 발광장치의 외부로 방사된다. 따라서, 이들의 발광장치는 조사면에 대하여 효율적으로 광을 조사할 수 있는 조명장치로서 최적이다.
또, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)는, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)가 일체적으로 금형성형 또는 절삭가공에 의해서 제작되어도 좋다. 이것에 의해 발광소자(3)의 열이 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)를 통해서 보다 발광장치 전체로 확산됨과 아울러 발광장치의 방열면적이 증가함으로써, 발광소자(3)의 온도상승이 억제된다.
또한 제1파장변환층(5)은 도 2에 나타내는 본 발명의 제2실시형태의 발광장치와 같이, 발광소자(3)의 상방이고 또한 투광성 부재(6)의 표면에, 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)와 간격을 두고 배치되어도 좋다. 그 경우, 제1파장변환층(5)으로부터 발광되는 광이 발광장치의 외부로 방사되기 쉽게 되고, 발광장치의 발광효율을 향상시킬 수 있음과 아울러 방사광 강도 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
또, 탑재부(1a)는 도 3에 나타내는 본 발명의 제3실시형태의 발광장치와 같이, 높이가 제1반사부재(2)의 제1내주면(2a)의 하단보다 높아지도록 돌출되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광소자(3)로부터 경사 하방향으로 발광된 광이 효율적으로 제1내주면(2a)에서 상방향으로 반사되어 제1파장변환층(5)에 전파되기 때문에, 제1파장변환층(5)에서 파장변환되는 발광소자(3)의 광이 증가하여 발광장치의 방사강도가 향상된다.
이와 같은 돌출된 탑재부(1a)는 그 주위를 연마, 절삭가공, 에칭 등으로 제거함으로써, 또는 기체(1) 및 탑재부(1a)로 되는 세라믹 그린시트를 적층하여 소성일체화함으로써, 기체(1)의 상면으로부터 돌출하여 형성된다. 또는, 기체(1)의 상측 주면에 탑재부(1a)로 되는 다른 부재가, 접착제 등으로 부착되어 형성되어도 좋다. 예를 들면, 알루미나 세라믹스나 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 유리세라믹스 등의 세라믹스, Fe-Ni-Co 합금이나 Cu-W 등의 금속, 또는 에폭시수지 등의 수지로 이루어지는 탑재부(1a)로 되는 부재를, 기체(1)의 상측 주면에 납재나 접착제 등의 접합재에 의해 부착됨으로써 설치하는 것도 가능하다.
또, 탑재부(1a)는 도 4에 나타내는 본 발명의 제4실시형태의 발광장치와 같이, 그 측면이 하측으로 감에 따라서 외측으로 퍼지도록 경사져 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 열경화 전의 액상의 수지 등으로 이루어지는 투광성 부재(6)가 제2반사부재(4)의 내측에 충전될 때에, 돌출된 탑재부(1a)와 기체(1)의 상측 주면 또는 제1내주면(2a)의 하단부와의 사이의 코너부에 공기층이 형성되는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 발광소자(3)로부터 발광된 광이, 돌출된 탑재부(1a)의 측면에서 상방 및 제1내주면(2a)의 방향으로 양호하게 반사되고, 발광장치의 방사강도를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 발광소자(3)에 의해 발생한 열이, 탑재부 (1a)를 통해서 효율적으로 기체(1)측으로 확산되어 전달됨으로써, 발광소자(3)의 온도상승이 보다 유효하게 억제된다.
또한, 탑재부(1a)는 발광소자(3)가 전기적으로 접속되기 위한 배선도체(도시생략)가 형성되어 있다. 이 배선도체가 기체(1)의 내부에 형성된 배선층(도시생략)을 통해서 발광장치의 외표면에 도출되어 외부 전기회로 기판에 접속됨으로써, 발광소자(3)와 외부 전기회로가 전기적으로 접속되게 된다.
또한, 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)는, Al, Ag, Au, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), Cu 등의 고반사율의 금속에 대하여 절삭가공이나 금형성형 등을 행함으로써 형성된다. 또는 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)가 세라믹스나 수지 등의 절연체로 이루어지는 경우(제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)가 금속인 경우도 포함한다), 제1내주면(2a) 및 제2내주면(4a)에는 도금이나 증착 등에 의해 Al, Ag, Au, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), Cu 등의 고반사율의 금속박막이 형성되어도 좋다. 또, 제1내주면(2a) 및 제2내주면(4a)이 Ag 또는 Cu 등의 산화에 의해 변색되기 쉬운 금속으로 이루어지는 경우, 그 표면에, 예를 들면 두께 1∼10㎛정도의 Ni도금층과 두께 0.1∼3㎛ 정도의 Au도금층이 전해 도금법 또는 무전해 도금법에 의해 순차 피착되어 있는 것이 좋다. 이것에 의해, 제1내주면(2a) 및 제2내주면(4a)의 내부식성이 향상됨과 아울러 반사율의 열화가 억제된다.
또한, 제1내주면(2a) 및 제2내주면(4a)의 산술평균조도(Ra)는 0.004∼4㎛인 것이 좋고, 이것에 의해, 발광소자(3)로부터의 광이나 제1파장변환층(5)으로부터의 형광을 양호하게 반사할 수 있다. Ra가 4㎛를 초과하면, 발광소자(3) 및 제1파장변 환층(5)의 광이 균일하게 반사되지 않고, 발광장치의 내부에서 난반사되어 광손실이 증가한다. 한편, 0.004㎛미만에서는 그러한 면을 안정되고 또한 효율적으로 형성하는 것이 곤란하게 되는 경향이 있다.
또, 제1반사부재(2)는 외주면의 단면형상을 만곡형상으로 변경하거나, 제1반사부재(2)와 제2반사부재 사이에 복수의 반사부재를 사용하거나 하여도 아무런 지장이 없다.
또, 제1반사부재(2)의 상면과 제1파장변환층(5)의 하면의 거리는 0.5∼3㎜인 것이 좋다. 0.5㎜미만이면 제1파장변환층(5)으로부터 하측 방향으로 방출된 형광을 제1반사부재(2)의 외측의 제2반사부재(4)에 반사시키기 어렵게 되고, 방사효율을 향상시키는 것이 곤란하게 된다. 또, 3㎜를 초과하면, 제1파장변환층(5)과 제1반사부재(2)의 간극으로부터 발광소자(3)로부터의 광이 제1파장변환층(5)을 투과하지 않고 직접 외부로 방사되기 쉬워지고, 방사광의 색얼룩이나 강도편차가 발생하기 쉬워진다.
또, 발광소자(3)는 기체(1)에 형성된 배선도체에 외이어 본딩이나 발광소자(3)의 전극을 하측으로 하여 땜납 범프에 의해 접속하는 플립칩 본딩 방식을 이용하여 전기적으로 접속된다. 바람직하게는 플립칩 본딩 방식에 의해 접속하는 것이 좋다. 이것에 의해, 배선도체를 발광소자(3)의 바로 아래에 설치하는 것이 가능하기 때문에, 발광소자(3)의 주변의 기체(1)의 상면에 배선도체를 설치하기 위한 공간을 형성할 필요가 없어진다. 따라서, 발광소자(3)로부터 발광된 광이 이 기체(1)의 배선도체의 공간에서 흡수되어 방사광 강도가 저하되는 것을 유효하게 억제할 수 있다.
이 배선도체는 예를 들면, W, Mo, Cu, Ag 등의 금속분말의 메탈라이즈층을 형성함으로써, Fe-Ni-Co 합금 등의 리드단자를 매설하는 것에 의해, 또는 배선도체가 형성된 절연체로 이루어지는 입출력단자를 기체(1)에 형성한 관통구멍에 끼워붙여 접합시키는 것에 의해 설치된다.
또, 배선도체의 노출되는 표면에는 Ni 또는 Au 등의 내식성이 우수한 금속을 1∼20㎛정도의 두께로 피착시켜 두는 것이 좋고, 배선도체의 산화부식을 유효하게 방지할 수 있음과 아울러, 발광소자(3)와 배선도체의 접속을 강고히 할 수 있다. 따라서, 배선도체의 노출표면에는 예를 들면 두께 1∼10㎛정도의 Ni도금층과 두께 0.1∼3㎛정도의 Au,도금층이 전해 도금법이나 무전해 도금법에 의해 순차 피착되어 있는 것이 보다 바람직하다.
또, 투광성 부재(6)는 에폭시수지나 실리콘수지 등의 투명수지나 투광성 유리로 이루어지고, 발광소자(3) 및 필요에 따라서 제1파장변환층(5)을 피복함과 아울러 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)의 내부에 충전된다. 이것에 의해, 발광소자(3) 및 제1파장변환층(5)의 내측과 외측의 굴절율 차가 작아지고, 발광소자(3) 및 제1파장변환층(5)으로부터 광을 보다 많이 취출할 수 있다. 또한, 투광성 부재(6)가 제1파장변환층(5)을 구성하는 투명부재와 같은 재료로 이루어지는 경우, 발광장치로부터의 발광이 향상되고, 방사광 강도 및 휘도를 높게 향상할 수 있다.
또, 제1파장변환층(5)은 발광소자(3)로부터의 광을 파장변환할 수 있는 형광체와, 에폭시수지, 실리콘수지, 유리 등의 투명부재로 이루어지고, 예를 들면 미리 막 또는 판형상으로 성형되어, 오븐 등으로 열경화되어 형성된다. 그리고, 제1파장변환층(5)은 발광소자(3)의 상방이고 또한 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)의 일부를 덮도록 배치함으로써, 발광소자(3)로부터 직접 조사되는 광이나 제1반사부재(2)로 반사된 광이 형광체에 의해 파장변환되어 소정의 파장 스펙트럼을 갖는 광이 취출된다.
또, 제1파장변환층(5)은, 도 5에 나타내는 본 발명의 제5실시형태의 발광장치와 같이, 그 외주부가 발광소자(3)의 단부와 그 단부의 반대측의 제1반사부재(2)의 내주면(2a)의 상단을 지나는 직선보다 제2반사부재(4)측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광소자(3)로부터의 광이 발광장치의 외부로 직접 방사되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치로부터 발광색 및 발광분포에 편차가 없는 광을 조사할 수 있다.
또한, 제1파장변환층(5)은, 도 6에 나타내는 본 발명의 제6실시형태의 발광장치와 같이, 그 단면형상이 발광소자(3)측으로 볼록한 곡면으로 되어 있는 것이 바람직하다. 그 결과, 제1파장변환층(5)의 하면으로부터 발생되는 형광이 제2반사부재(4)의 제2내주면(4a)에 똑같이 조사됨으로써, 제2내주면(4a)으로부터의 반사광의 색얼룩이 억제된다. 따라서, 발광장치의 광학특성을 향상하는 것이 가능하다.
또, 제1파장변환층(5)은, 도 7에 나타내는 본 발명의 제7실시형태의 발광장치와 같이, 그 단면형상이 발광소자(3)측으로 볼록한 곡면이고, 발광소자(3)의 발광강도분포에 대하여 강도가 증가할수록 제1파장변환층(5)의 두께가 증가하는 비례관계를 갖는 두께로 되어 있는 것이 바람직하다. 그 결과, 제1파장변환층(5)의 상 면으로부터의 발광에 대해서도, 외부에 똑같이 조사된다. 따라서, 발광장치는 배광분포의 어긋남 및 색얼룩이 억제된 광을 외부로 조사할 수 있다.
또, 투광성 부재(6)는, 도 8에 나타내는 본 발명의 제8실시형태의 발광장치와 같이, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)의 내측을 다른 투광성 재료로 충전하여도 좋다. 즉, 제1반사부재(4)의 내측이고 또한 상단까지 충전된 투명부재(7)와, 제2반사부재(4)의 내측에 충전한 투광성 부재(6)에 있어서, 투명부재(7)의 굴절율이 투광성 부재(6)보다 낮은 경우, 발광소자(3) 또는 제1내주면(2a)에서 반사된 광이 투명부재(7)와 투광성 부재(6)의 계면에서 전반사되는 일없이 투광성 부재(6) 내에 전파됨과 아울러, 제1파장변환층(5)의 하방향으로 방사된 형광의 일부가, 투명부재(7)와 투광성 부재(6)의 계면에서 전반사되어, 발광장치의 외부로 방사된다. 또, 투명부재(7)의 굴절율이 투광성 부재(6)보다 높은 경우, 발광소자(3)로부터의 광이나 제1내주면(2a)에서 반사된 광이 투명부재(7)와 투광성 부재(6)의 계면을 투과할 때에 생기는 반사손실이 억제된다. 또한, 투광성 부재(6)와 투명부재(7)에 대해서는, 발광장치의 방사광 강도가 최대로 되도록 굴절율 차 및 투과율을 고려하여 선정할 수 있다.
다음에 본 발명의 제9실시형태의 발광장치에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명의 실시의 형태에 있어서, 제1반사부재(2)에 탑재부(2b)가 형성되어 있는 것 이외는 상기 제1실시형태의 발광장치와 같고, 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 붙여서 상세한 설명은 생략한다.
제1반사부재(2)는 도 9의 A부분에 나타내는 바와 같이 상면에 발광소자(3)를 탑재하는 탑재부(2b)가 형성됨과 아울러, 탑재부(2b)를 둘러싸는, 내주면이 광반사면으로 된 측벽부(2c)를 가지고, 기체(1)의 상측 주면의 중앙부에 부착된다. 또한, 제1반사부재(2)의 외주부에는 제2내주면(4a)이 광반사면으로 된 측벽부(4c)를 가지는 프레임형상의 제2반사부재(4)가 기체(1) 상측 주면의 외주부에 부착된다. 그리고, 제2반사부재(4)의 내측에는, 발광소자(3)와 제1반사부재(2)를 덮도록 투광성 부재(6)가 충전됨과 아울러, 발광소자(3)의 상방이고 또한 투광성 부재(6)의 내부 또는 표면에는 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)와의 간격을 형성하여, 발광소자(3)가 발광하는 광을 파장변환하는 제1파장변환층(5)이 배치된다.
이것에 의해, 발광소자(3)로부터 발광된 광이 제1파장변환층(5)에서 파장변환된 후, 제1파장변환층(5)으로부터 하측 방향으로 방출된 광을 제2반사부재(4)에서 상측 방향으로 반사시킴과 아울러 제1파장변환층(5)과 제2반사부재(4)의 간극으로부터 발광장치 외부로 제1파장변환층(5)을 다시 투과시키는 일없이 방출시킬 수 있다. 그 결과, 제1파장변환층(5)으로부터 하측 방향으로 방출된 광이 발광장치 내에 가두어지는 것을 매우 유효하게 억제할 수 있고, 방사광 강도 및 휘도를 높여 발광효율이 높은 발광장치로 할 수 있다.
또, 발광소자(3)로부터 발생된 열을 탑재부(2b) 및 탑재부(2b)와 일체화된 측벽부(2c)에 전달하기 쉽게 할 수 있다. 특히, 제1반사부재(2)가 금속으로 이루어지는 경우에는, 열은 빠르게 측벽부에 전달됨과 아울러 측벽부(2c)의 외측면으로부터 양호하게 방산된다. 그 결과, 발광소자(3)의 온도상승을 억제할 수 있고, 발광소자(3)와 제1반사부재(2)의 열팽창 차에 의해 생기는 접합부의 크랙을 억제할 수 있다. 또, 발광소자(3)의 열을 제1반사부재(2)의 높이방향뿐만 아니라 외주방향으로도 양호하게 이동시킬 수 있고, 제1반사부재(2)의 하면 전면으로부터 기체(1)에 효율좋게 열전도시켜서 발광소자(3) 및 제1반사부재(2)의 온도상승을 보다 유효하게 억제할 수 있어, 발광소자(3)의 작동을 안정되게 유지할 수 있음과 아울러 제1반사부재(2) 내주면의 열변형을 억제할 수 있다. 따라서 장기에 걸쳐서 발광장치의 안정된 광특성을 양호하게 유지하여 작동시킬 수 있다.
또, 발광소자(3)는 도 9의 B부분에 나타내는 바와 같이 탑재부(2b)를 둘러싸는 내주면(2a)에 형성된 관통구멍(2d)을 삽입통과하여 기체(1)에 형성된 배선도체(도시생략)와 본딩 와이어(9)에 의해서 전기적으로 접속되어 전력공급이 행하여진다.
또, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)는 도 10에 나타내는 본 발명의 제10실시형태의 발광장치와 같이, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)가 일체적으로 금형성형 또는 절삭가공에 의해서 제작되어도 좋다. 이것에 의해, 발광소자(3)의 열이 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)를 통해서 더욱 발광장치 전체에 방산된다. 이것과 아울러, 발광장치의 방열면적이 증가함으로써 발광소자(3)의 온도상승이 억제된다.
또, 도 3 또는 도 4에 나타내어지는 본 발명의 실시의 형태와 마찬가지로, 탑재부(2b)가 그 주위의 제1반사부재(2)의 내주면인 측벽부(2c)의 하단보다 높게 되도록 돌출되어 있어도 좋다. 이 경우, 발광소자(3)로부터 경사 하방향으로 발광된 광이 효율좋게 측벽부(2c)에서 상방향으로 반사되어 제1파장변환층(5)에 전파되므로, 제1파장변환층(5)에서 파장변환되는 발광소자(3)의 광이 증가하여 발광장치 의 방사강도가 향상된다.
본 발명의 제9 및 제10실시형태의 발광장치에 대해서, 본 발명의 제2 내지 제8실시형태에 있어서 설명한 구성을 적용하여도 좋다.
또, 제2반사부재(4)는 도 11에 나타내는 본 발명의 제11실시형태의 발광장치와 같이, 제2내주면(4a)의 표면에 발광소자(3)가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제2파장변환부인 제2파장변환층(4b)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 발광소자(3)로부터 직접, 또는 제1내주면(2a)에 의한 반사를 통해서 제1파장변환층(5)에 전파함과 아울러, 제1파장변환층(5)에 함유된 형광체로 파장변환되지 않고 하측 바깥쪽으로 반사된 광은, 제2내주면(4a)에 형성된 제2파장변환층(4b)에 도달하여 파장변환된다. 그리고, 이 파장변환된 광은, 제2파장변환층(4b)으로부터 상방으로 방사됨과 아울러, 제1파장변환층(5)과 제2반사부재(4)의 사이에서 투광성 부재(6)의 상면을 통해서 발광장치의 외부에 방사된다. 그 결과, 발광장치는 제1파장변환층(5)에서 파장변환되지 않고 하측 바깥쪽으로 반사되는 발광소자의 광도 제2파장변환층(4b)에서 파장변환됨으로써, 발광장치의 방사광 강도나 휘도 및 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제2파장변환층(4b)으로부터 제2내주면(4a)측으로 출사되는 광은, 광반사면으로 된 제2내주면(4a)에서 반사되어 다시 제2파장변환층(4b)측으로 되돌아온다. 또한 이 구성은 도 9A, 도 9B 및 도 10에 나타내어지는 본 발명의 제9 및 제10실시형태의 발광장치에도 적용가능하다.
또, 제2파장변환층(4b)은 도 12에 나타내는 본 발명의 제12실시형태의 발광장치와 같이, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 투광성 부재(6)의 상면과 제2파장변환층(4b)의 거리가 커지는 제2파장변환층(4b)의 하단부로 갈수록, 제2파장변환층(4b)이 점차 두껍게 되어 있는 것에 의해, 형광체로부터 발생하는 광의 양이 점차 증가한다. 또, 투광성 부재(6)의 상면과 제2파장변환층(4b)의 거리가 작아지는 제2파장변환층(4b)의 상단부로 갈수록, 제2파장변환층(4b)이 점차 얇게 되어 있는 것에 의해, 형광체로부터 발생되는 광의 양이 하단측보다 점차 적어진다. 그 결과, 형광장치로부터 상방으로 방사되는 광의 강도분포를 중심과 주변부에서 균일하게 할 수 있음과 아울러 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 구성은 도 9A, 도 9B 및 도 10에 나타내어지는 본 발명의 제9 및 제10실시형태의 발광장치에도 적용가능하다.
또, 제2파장변환층(4b)은, 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높아져 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 투광성 부재(6)의 상면과 제2파장변환층(4b)의 거리가 커지는 제2파장변환층(4b)의 하단부로 갈수록, 제2파장변환층(4b)의 형광체의 밀도가 점차 높게 되어 있는 것에 의해, 형광체로부터 발생되는 광의 양이 점차 증가한다. 또, 투광성 부재(6)의 상면과 제2파장변환층(4b)의 거리가 작아지는 제2파장변환층(4b)의 상단부로 갈수록, 제2파장변환층(4b)의 형광체의 밀도가 하단부로부터 점차 작게 되어 있는 것에 의해, 형광체로부터 발생되는 광의 양이, 하단부 보다 점차 작아진다. 그 결과, 발광장치로부터 상방으로 방사되는 광의 강도분포를 중심부와 주변부에서 균일하게 할 수 있음과 아울러 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 구성은 도 9A, 도 9B 및 도 10에 나타내어지는 본 발명의 제9 및 제10실시형태의 발광장치에도 적용가능하다.
또한, 제2파장변환층(4b)은 그 내측 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 13에 나타내는 본 발명의 제13실시형태의 발광장치와 같이, 제2파장변환층(4b)의 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부를 형성함으로써, 제2파장변환층(4b)의 표면적이 증가한다. 이것에 의해서, 제2파장변환층(4b)의 표면에 노출되는 형광체가 많아지므로, 발광소자(3)로부터 직접, 또는 제1내주면(2a)에 의한 반사를 통해서 제1파장변환층(5)에 전파됨과 아울러, 제1파장변환층(5)에 함유된 형광체로 파장변환되지 않고 하측 바깥쪽으로 반사된 광은, 제2파장변환층(4b)의 표면에 노출되는 형광체에 조사되어 형광체를 여기하고, 형광으로 파장변환되기 쉽게 된다. 그 결과, 형광체로부터의 형광의 양이 증가함과 아울러 제2파장변환부재(4b)로부터 효율좋게 형광이 방출되어, 발광장치의 방사광 강도나 휘도 및 발광효율이 향상된다.
또, 발광소자(3)로부터 직접, 또는 제1내주면(2a)에 의한 반사를 통해서 제1파장변환층(5)에 전파하고, 제1파장변환층(5)에 함유된 형광체로 파장변환되지 않고 하방으로 반사됨과 아울러, 제2파장변환층(4b)의 표면에 대하여 평행에 가까운 둔각으로 입사하는 광은, 오목부 또는 볼록부의 측면에 대해서는 직각에 가까운 예각으로 입사하게 되고, 반사되는 일없이 제2파장변환층(4b) 내에 전파된다. 그 결과, 투광성 부재(6)로부터 제2파장변환층(4b)에 입사되는 입사광이 증가하고, 즉 투광성 부재(6)와 제2파장변환층(4b)의 계면에 있어서의 투과율이 증가하여, 제2파 장변환층(4b) 내의 형광체에 의해서 파장변환되는 광이 증가하므로, 발광장치의 방사광 강도나 휘도 및 발광효율이 향상된다. 또한, 이 구성은 도 9A, 도 9B 및 도 10에 나타내어지는 본 발명의 제9 및 제10실시형태의 발광장치에도 적용가능하다.
도 14는 본 발명의 제14실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태의 발광장치는 본 발명의 제1실시형태의 발광장치의 구성과 유사하고, 주목할 것은, 제1파장변환층(5) 대신에 광반사층(25)을 배치하고, 제2반사부재(4)의 내주면(4a)에 파장변환층(8)을 피착한 구성으로 되어 있다. 즉 발광장치는, 기체(1)와, 제1의 반사부인 제1반사부재(2)와, 발광소자(3)와, 제2의 반사부인 제2반사부재(4)와, 제2반사부재(4)의 내측에 주입되는 투광성 부재(6)와, 광반사층(25)이고 발광소자(3)의 상방에서 또한 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)와 간격을 두고 투광성 부재(6)의 내부 또는 표면(도 14에서는 내부)에 배치되고, 발광소자(3)가 발광하는 광을 반사하는 광반사층(25)과, 제2반사부재(4)의 내주면(4a)에 피착된, 발광소자(3)가 발광하는 광의 파장을 변환하여 형광을 발생하는 파장변환부인 파장변환층(8)으로 주로 구성된다.
또, 기체(1)는 상측 주면에 제1반사부재(2)가 탑재부(1a)를 둘러싸도록, 또 제2반사부재(4)가 제1반사부재(2)를 둘러싸도록, 땜납, Ag납 등의 납재나 에폭시수지 등의 수지 접착제 등의 접합재에 의해 부착된다. 제1반사부재(2)는 발광소자(3)의 주위에 소정의 면정밀도(예를 들면, 발광장치의 종단면에 있어서, 발광소자(3)를 사이에 둔 발광소자(3)의 양측에 설치된 광반사면이 대칭으로 되어 있는 상태)로 내주면(이하 제1내주면이라 함)(2a)이 형성되도록 부착되고, 제2반사부재 (4)는 제1반사부재(2)의 주위에 소정 면정밀도로 내주면(이하, 제2내주면이라 함)(4a)이 형성되도록 부착된다. 이것에 의해, 제1반사부재(2)에 의해서 발광소자(3)로부터 나온 광이 광반사층(25)에 모여져서 반사되고, 그 후 파장변환층(8)에 나아가서 파장변환됨과 아울러, 그 하면측의 제2반사부재(4)에 의해서 발광장치의 외부로 효율좋게 방출된다. 이 결과, 발광장치는 높은 방사광 강도 및 고휘도를 가지고, 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 파장변환층(8)으로부터 제2내주면(4a)측으로 출사되는 광은, 광반사면으로 된 제2내주면(4a)에서 반사되어 다시 파장변환층(8)측으로 되돌아온다.
발광소자(3)로부터의 광을 이와 같이 제1반사부재(2)에 의해서 광반사층(25)에 모으면, 발광소자(3)로부터의 광은 여러 가지의 각도로 광반사층(25)에 입사된다. 그리고, 다양한 각도로 입사된 광은 마찬가지로 다양한 반사각으로 광반사층(25)으로부터 제2반사부재(4)로 나아가서, 제2반사부재에 구석구석까지 입사된다. 그 후 발광장치로부터 외부로 방출되는 광도 구석구석까지 방출되기 때문에, 결과적으로 발광장치로부터 출력되는 광의 색얼룩이 억제된다.
또한, 제2반사부재(4)는 그 위에 피착된 파장변환층(8)의 종단면 형상이 오목곡면인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광반사층(25)으로부터 하방향으로 방출된 광이, 파장변환층(8)과 제2반사부재(4)에 의해서 높은 지향성을 가진 광으로서 상방으로 반사되고, 발광장치의 외부로 방출된다. 따라서, 이들의 발광장치는 조사면에 대해서 효율좋게 광을 조사할 수 있는 조명장치로서 최적이다.
또, 광반사층(25)은, 도 14에 나타내는 바와 같이 발광소자(3)의 상방이고 또한 투광성 부재(6)의 내부에 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)와 간격을 두고 배치되어도 좋다. 이 경우, 광반사층(5)이 투광성 부재(6)로부터 박리되는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 광반사층(25)은, 도 15에 나타내는 본 발명의 제15실시형태의 발광장치와 같이, 발광소자(3)의 상방이고 또한 투광성 부재(6)의 표면에, 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)와 간격을 두고 배치되어도 좋다. 이 경우, 제1광반사부재(2)와 광반사층(25)의 간격을 보다 크게 할 수 있으므로, 광반사층(25)으로부터 반사되는 광의 대부분이, 그 간격을 통해서 파장변환층(8)에, 보다 용이하게 입사하기 쉽게 되어, 발광장치의 발광효율을 향상시키는 것이 가능함과 아울러, 방사광 강도 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
또, 도 3에 나타내는 본 발명의 실시형태와 마찬가지로, 탑재부(1a)는 도 16에 나타내는 본 발명의 제16실시형태의 발광장치와 같이, 높이가 제1반사부재(2)의 제1내주면(2a)의 하단보다 높게 되도록 돌출되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광소자(3)로부터 경사 하방향으로 발광된 광이 효율좋게 제1반사부재(2)에 의해서 상방향으로 모아져서 광반사층(5)에서 하방향으로 반사되고, 파장변환층(8)에서 파장변환되는 발광소자(3)의 광이 증가하여 발광장치의 방사강도가 향상된다.
또, 도 4에 나타내는 본 발명의 실시형태와 마찬가지로, 탑재부(1a)는 도 17에 나타내는 바와 같이 그 측면이 하측을 향함에 따라서 외측으로 퍼지도록 경사져 있는 것이 바람직하다.
또한, 제1내주면(2a) 및 제2내주면(4a)의 산술평균조도(Ra)는 0.004∼4㎛인 것이 좋고, 이것에 의해 발광소자(3)로부터의 광이나 광반사층(25)으로부터 반사된 광을 양호하게 반사할 수 있다. Ra가 4㎛를 초과하면, 발광소자(3) 및 광반사층(25)의 광이 균일하게 반사되지 않고, 발광장치의 내부에서 난반사되어 광손실이 증가하기 쉽게 된다. 한편, 0.004㎛미만에서는 그와 같은 면을 안정되고 또한 효율적으로 형성하는 것이 곤란하게 되는 경향이 있다.
또, 제1반사부재(2)는 외주면의 종단면 형상을 만곡형상으로 변경하거나, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4) 사이에 복수의 반사부재를 설치하거나 하여도 아무런 지장이 없다.
또, 제1반사부재(2)의 외주면을 광반사면으로 하는 것이 좋다. 이것에 의해, 제2반사부재(4)에서 반사된 광 중, 상방향으로 향하지 않고, 발광장치 내에서 제1반사부재(2)의 외주면의 방향으로 나아가는 광이 있어도, 제1반사부재(2)의 외주면에 광반사층이 형성되어 있음으로써 그곳에서 반사되어, 상방으로 향하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1반사부재(2)의 상단과 광반사층(25)의 하면 사이의 거리는 0.5∼3㎜인 것이 좋다. 0.5㎜미만이면 광반사층(25)으로부터 하방으로 반사된 광을 제1반사부재(2)의 외측의 제2반사부재(4)에 반사시키기 어렵게 되고, 방사효율을 향상시키는 것이 곤란하게 된다. 또한 3㎜를 초과하면 광반사층(25)과 제1반사부재(2)의 간극으로부터 발광소자(3)로부터의 광이 파장변환층(8)을 투과하지 않고 직접 외부로 방사되기 쉽게 되어, 방사광의 색얼룩이나 강도편차가 발생하기 쉬워진다.
또, 투광성 부재(6)는 에폭시수지나 실리콘수지 등의 투광성 수지나 투광성 유리로 이루어지고, 발광소자(3) 및 필요에 따라서 광반사층(25)을 피복함과 아울 러 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)의 내부에 주입된다. 이것에 의해, 발광소자(3) 및 광반사층(25)의 내측과 외측의 굴절율 차가 작아지고, 발광소자(3) 및 광반사층(25)으로부터 광을 보다 많게 취출할 수 있다. 또한, 투광성 부재(6)가 파장변환층(8)을 구성하는 투광성 부재와 동일 재료로 이루어지는 경우, 발광장치로부터의 발광강도가 향상되어 방사광 강도나 휘도를 현저하게 향상할 수 있다.
또, 파장변환층(8)은 발광소자(3)로부터의 광을 파장변환하는 것이 가능한 형광체나 안료와, 에폭시수지나 실리콘수지, 유리 등의 투광성 부재에 함유시켜서 이루어진다. 파장변환층(8)의 제조방법은 예를 들면, 형광체를 함유한 실리콘수지를, 분무기나 스프레이 등의 안개형상으로 하여 산포하는 기구로 반사부재(4)의 내주면에 도포하고, 가열함으로써 실리콘수지를 경화시켜서 형성한다.
광반사층(25)은, 발광소자(3)의 상방에 배치되어 있음으로써, 발광소자(3)로부터 직접 조사되는 광이나 제1반사부재(2)에 의해 반사된 광이 광반사층(25)에서 하방향으로 반사되어, 파장변환층(8)을 지남으로써, 형광체에 의해 파장변환된 소정의 파장스펙트럼을 갖는 광이 취출된다.
광반사층(25)의 재료는, 근자외광으로부터 가시광 영역에 있어서 반사율이 높은 금속이나 수지, 세라믹스 등이고, 금속에서는 알루미늄 등, 수지에서는 폴리에스테르나 폴리올레핀, 스펙트라론(Labsphere사 제품의 확산반사재료) 등, 세라믹스에서는 알루미나 세라믹스 등이 재료로서 들 수 있다. 혹은 금속이나 수지, 세라믹스 등의 기판의 표면에, 도금 또는 증착 등의 주지의 박막형성법에 의해 Ag나 Au를 피착시켜서 광반사층(25)으로 하여도 좋다.
광반사층(25)의 제조방법은, 광반사층(25)이 알루미늄판으로 이루어지는 경우, 예를 들면 알루미늄을 펀칭가공 또는 절삭가공에 의해 원판형상 등으로 형성하고, 그 표면에 황산바륨이나 황산티타늄 등의 광산란재를 수지에 함유하여 안개형상으로 도포함으로써 고반사율의 광산란면을 갖는 광반사층(25)을 형성할 수 있다. 광반사층(25)을 발광장치 내에 고정하는 방법으로서는, 예를 들면 제2반사부재(4)의 거의 상단부까지 투광성 부재(6)를 주입하여 열경화시킨 후에, 그 위에 광반사층(25)을 탑재하고, 그 위에서 미경화의 투광성 부재(6)를 주입하여 열경화시킴으로써 고정할 수 있다.
또, 광반사층(25)은, 도 18에 나타내는 본 발명의 제18실시형태의 발광장치와 같이, 그 외주부가 발광소자(3)의 단부와 그 단부의 반대측의 제1반사부재(2)의 내주면(2a)의 상단을 지나는 직선보다 제2반사부재(4)측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광소자(3)로부터의 광이 발광장치의 외부로 직접 방사되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치로부터 발광색이나 발광분포에 편차가 없는 광을 조사할 수 있다.
또한, 광반사층(25)은 도 19 및 도 20에 나타내는 본 발명의 제19 및 제20실시형태의 발광장치와 같이, 그 종단면 형상이 발광소자(3)측으로 볼록한 곡면으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광반사층(25)의 하면에서 반사되는 광이 제2반사부재(4)에 피착된 파장변환층(8)에 똑같이 조사되게 되어, 파장변환층(8)으로부터의 형광의 색얼룩이 억제된다. 따라서, 발광장치의 광학특성을 향상시킬 수 있다.
또, 투광성 부재(6)는 도 21에 나타내는 본 발명의 제21실시형태의 발광장치와 같이, 제1반사부재(2)의 내측과 외측을 다른 투광성 재료(6)로 각각 충전하여도 좋다. 예를 들면, 제1반사부재(2)의 내측과 외측을 굴절율이 다른 투광성 재료(6)로 각각 충전하고, 발광소자(3)로부터 나온 광이 발광장치 외부를 향해서 나아감에 따라서, 서서히 굴절율이 작은 투광성 부재로 향해서 통과하도록 투광성 부재를 결정하는 것이 바람직하다. 즉, 제1반사부재(2)의 내측이고 또한 상단까지 주입된 투광성 부재(7)와, 제2반사부재(4)의 내측에 주입된 투광성 부재(6)에 대해서, 발광소자(3), 투광성 부재(7), 투광성 부재(6), 공기층의 순서로 굴절이 작아지도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 우선 투광성 부재(7)에 대해서, 발광소자(3) 자신의 굴절율이 매우 높기 때문에, 그 투광소자(3)로부터의 광을 가능한 한 취출하기 위해서는, 발광소자(3)의 굴절율에 가깝고, 고굴절율을 갖는 투광성 부재(7)로 발광소자(3)를 덮는 것이 좋기 때문이다. 또, 제2반사부재(4a)에 피착되어 있는 파장변환층(8)으로부터 모든 방향으로 방사되는 광(형광)에 대해서 전반사를 억제하기 위해서, 가능한 한 공기층과 투광성 부재(6)의 굴절율의 차를 작게 할 필요가 있다. 따라서, 발광소자(3)로부터 투광성 부재(7), 투광성 부재(6), 공기층으로, 굴절율을 단계적으로 작게 함으로써 각각의 계면에 있어서의 광손실을 억제할 수 있기 때문에, 굴절율은 상기와 같은 순서를 갖도록 재질을 선정하는 것이 바람직하다.
또한, 투광성 부재(6)와 투광성 부재(7)에 대해서는, 발광장치의 방사광 강도가 최대가 되도록 굴절율 차나 투과율을 고려하여 선정할 수 있다.
다음에 본 발명의 제22실시형태의 발광장치에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명의 실시형태에 있어서, 제1반사부재(2)에 탑재부(2b)가 형성되어 있는 것 이외는 상기 제14실시형태의 발광장치와 같고, 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 붙여서 상세한 설명은 생략한다.
제1반사부재(2)는 도 22의 A부분에 나타내는 바와 같이, 상면에 발광소자(3)를 탑재하는 탑재부(2b)가 형성됨과 아울러, 탑재부(2b)를 둘러싸는, 내주면이 광반사면으로 된 측벽부(2c)를 가지고, 기체(1)의 상측 주면의 중앙부에 부착된다. 또한, 제1반사부재(2)의 외주부에는 제2내주면(4a)에 파장변환층(8)이 형성된 프레임형상의 제2반사부재(4)가 기판(1)의 상측 주면의 외주부에 부착된다. 그리고, 제2반사부재(4)의 내측에는, 발광소자(3)와 제1반사부재(2)를 덮도록 투광성 부재(6)가 충전됨과 아울러, 발광소자(3)의 상방이고 또한 투광성 부재(6)의 내부 또는 표면에는, 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)와의 사이에 간격을 두고, 발광소자(3)가 발광하는 광을 반사하는 광반사층(25)이 배치된다.
이것에 의해, 발광소자(3)로부터 발광된 광이 광반사층(25)에서 하방으로 반사된 후, 파장변환층(8)을 통과함과 아울러, 제2반사부재(4)에서 상방으로 반사되어, 광반사층(25)과 제2반사부재(4)의 간극으로부터 발광장치 외부로 방출된다. 그 결과, 파장변환층(8)으로부터 하측 등의 모든 방향으로 광이 방출되어 발광장치 내에 가두어지는 것을, 매우 유효하게 억제할 수 있고, 방사광 강도 및 휘도를 높여 발광효율이 높은 발광장치로 할 수 있다.
또, 발광소자(3)로부터 발생한 열을 탑재부(2b) 및 탑재부(2b)와 일체화된 측벽부(2c)에 전달하기 쉽게 할 수 있다. 특히, 제1반사부재(2)가 금속으로 이루어지는 경우에는, 열은 신속하게 측벽부(2c)로 전달됨과 아울러 제1반사부재(2)의 하면 전체로부터 기체(1)에 전달되고, 기체(1)의 외면으로부터 양호하게 방산된다. 그 결과, 발광소자(3)의 온도상승을 억제할 수 있고, 발광소자(3)와 제1반사부재(2)의 열팽창 차에 의해 발생하는 접합부의 크랙을 억제할 수 있다. 또, 발광소자(3)의 열을 제1반사부재(2)의 높이방향 뿐만 아니라 외주방향으로도 양호하게 이동시킬 수 있고, 제1반사부재(2)의 하면 전면으로부터 기체(1)에 효율적으로 열전도시켜서 발광소자(3) 및 제1반사부재(2)의 온도상승을 보다 유효하게 억제할 수 있어, 발광소자(3)의 작동을 안정적으로 유지할 수 있음과 아울러 제1반사부재(2)의 내주면의 열변형을 억제할 수 있다. 따라서 장기에 걸쳐서 발광장치의 안정된 광특성을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 발광소자(3)는 도 22의 B부분에 나타내는 바와 같이, 탑재부(2b)를 둘러싸는 내주면(2a)에 형성된 관통구멍(2d)을 삽입통과하여 기체(1)에 형성된 배선도체(도시생략)와 본딩 와이어(9)에 의해서 전기적으로 접속되어, 전력공급이 행하여진다.
또, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)는, 도 23에 나타내는 본 발명의 제23실시형태의 발광장치와 같이, 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)가 일체적으로 금형성형 또는 절삭가공에 의해서 제작된 반사부재(10)이어도 좋다. 일체적인 것에 의해, 발광소자(3)의 열이 제1반사부재(2)와 제2반사부재(4)를 통해서 보다 발광장치 전체로 방산됨과 아울러 발광장치의 방열면적이 증가하여, 발광소자(3)의 온도상승 이 억제된다.
또, 도 16 또는 도 17에 나타내어지는 본 발명의 실시형태와 마찬가지로, 탑재부(2b)가 그 주위의 제1반사부재(2)의 내주면인 측벽부(2c)의 하단보다 높게 되도록 돌출되어 있어도 좋다. 이 경우, 발광소자(3)로부터 경사 하방향으로 발광된 광이 효율적으로 측벽부(2c)에서 상방향으로 반사되어 광반사층(25)에 전파되므로, 광반사층(25)에서 반사되는 발광소자(3)의 광이 증가하여 발광장치의 방사강도가 향상된다.
본 발명의 제22 및 제23실시형태의 발광장치에 대해서, 본 발명의 제15 내지 제21실시형태에 있어서 설명한 구성을 적용하여도 좋다.
또, 파장변환층(8)은 도 24에 나타내는 본 발명의 제24실시형태의 발광장치와 같이, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 투광성 부재(6)의 상면과 파장변환층(8)의 거리가 커지는 파장변환층(8)의 하단부에 대해서는, 파장변환층(8)이 점차 두껍게 되어 있음으로써, 형광체로부터 발생되는 광의 양이 점차 증가한다. 또, 투광성 부재(6)의 상면과 파장변환층(8)의 거리가 작아지는 파장변환층(8)의 상단부에 대해서는, 파장변환층(8)이 점차 얇아져 있음으로써, 형광체로부터 발생되는 광의 양이 하단측으로부터 점차 적어진다. 그 결과, 발광장치로부터 상방으로 방사되는 광의 강도분포를 중심부와 주변부에서 균일하게 할 수 있음과 아울러 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 구성은 도 22A, 도 22B 및 도 23에 나타내어지는 본 발명의 제22 및 제23실시형태의 발광장치에도 적용가능하다.
또, 파장변환층(8)은 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높아져 있는 것이 좋다. 이것에 의해, 투광성 부재(6)의 상면과 파장변환층(8)의 거리가 커지는 파장변환층(8)의 하단부에 대해서는 파장변환층(8)의 형광체의 밀도가 점차 높아져 있음으로써, 형광체로부터 발생하는 광의 양이 점차 증가한다. 또, 투광성 부재(6)의 상면과 파장변환층(8)의 거리가 작아지는 파장변환층(8)의 상단부에 대해서는, 파장변환층(8)의 형광체의 밀도가 하단부로부터 점차 작아져 있는 것에 의해, 형광체로부터 발생하는 광의 양이, 하단부로부터 점차 적어진다. 그 결과, 발광장치로부터 상방으로 방사되는 광의 강도분포를 중심부와 주변부에서 균일하게 할 수 있음과 아울러 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 파장변환층(8)은, 그 내측 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 25에 나타내는 본 발명의 제25실시형태의 발광장치와 같이, 파장변환층(8)의 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부를 형성함으로써, 파장변환층(8)의 표면적이 증가한다. 이것에 의해서, 파장변환층(8)의 표면에 노출되는 형광체가 많아지므로, 발광소자(3)로부터 직접, 또는 제1내주면(2a)에 의한 반사를 통해서 광반사층(25)에 전파됨과 아울러, 광반사층(25)에서 하측 바깥쪽으로 반사된 광은 파장변환층(8)의 표면에 노출되는 형광체에 조사되어 형광체를 여기하고, 형광으로 파장변환되기 쉬워진다. 그 결과, 형광체로부터의 형광의 양이 증가함과 아울러 파장변환층(8)으로부터 효율적으로 형광이 방출되어, 발광장치의 방사광 강도나 휘도 및 발광효율이 향상된다.
또, 발광소자(3)로부터 직접, 또는 제1내주면(2a)에 의한 반사를 통해서 광 반사층(25)에 전파하고, 광반사층(25)에서 하방으로 반사됨과 아울러, 파장변환층(8)의 표면에 대해서 평행에 가까운 둔각으로 입사되는 광은, 오목부 또는 볼록부의 측면에 대해서는 직각에 가까운 예각으로 입사하게 되어, 반사되는 일없이 파장변환층(8) 내에 전파된다. 그 결과, 투광성 부재(6)로부터 파장변환층(8)에 입사되는 입사광이 증가하고, 즉 투광성 부재(6)와 파장변환층(8)의 계면에 있어서의 투과율이 증가하여, 파장변환층(8) 내의 형광체에 의해서 파장변환되는 광이 증가하기 때문에, 발광장치의 방사광 강도나 휘도 및 발광효율이 향상된다. 또한, 이 구성은 도 22A, 도 22B 및 도 23에 나타내어지는 본 발명의 제22 및 제23실시형태의 발광장치에도 적용가능하다.
다음에, 본 발명의 발광장치는, 1개의 것을 소정의 배치로 되도록 설치함으로써, 또는 복수개의 것을, 예를 들면 격자상이나 지그재그상, 방사상, 복수의 발광장치로 이루어지는, 원형상이나 다각형상의 발광장치군을 동심상으로 복수군 형성한 것 등의 소정의 배치로 되도록 설치한 것에 의해, 본 발명의 조명장치로 할 수 있다. 이것에 의해, 반도체로 이루어지는 발광소자(3)의 전자의 재결합에 의한 발광을 이용한, 종래의 방전을 이용한 조명장치보다 저소비전력이고 또한 장수명의 발광소자(3)를 광원으로서 이용하는 것이 가능하며, 이 광원으로부터 발생되는 광을 효율적으로 외부로 조사할 수 있는 발열이 적은 소형의 조명장치로 할 수 있다. 그리고, 효율적으로 저전력으로 동작시킬 수 있는 결과, 발광소자(3)의 발열량이 적고, 발광소자(3)로부터 발생하는 광의 중심파장의 변동을 억제할 수 있으며, 장기간에 걸쳐 안정된 방사광 강도 또한 방사광 각도(배광분포)로 광을 조사할 수 있 음과 아울러, 조사면에 있어서의 색얼룩이나 조도분포의 치우침이 억제된 조명장치로 할 수 있다.
또, 본 발명의 발광장치를 광원으로 하여 소정의 배치로 설치함과 아울러, 이들 발광장치의 주위에 임의의 형상으로 광학설계한 반사지그나 광학렌즈, 광확산판 등을 설치함으로써, 임의의 배광분포의 광을 방사할 수 있는 조명장치로 할 수 있다.
예를 들면, 도 26 및 도 27에 나타내는 평면도 및 단면도와 같이 복수개의 발광장치(101)가 발광장치 구동회로 기판(102)에 복수열로 배치되고, 발광장치(101)의 주위에 임의의 형상으로 광학설계한 반사지그(103)가 설치되어 이루어지는 조명장치의 경우, 인접하는 일렬상에 배치된 복수개의 발광장치(101)에 있어서, 인접하는 발광장치(101)와의 간격이 가장 짧게 되지 않는 배치, 소위 지그재그로 하는 것이 바람직하다. 즉, 발광장치(101)가 격자상으로 배치될 때에는, 광원으로 되는 발광장치(101)가 직선상에 배열됨으로써 글레어가 강하게 되고, 이와 같은 조명장치가 사람의 시각에 들어오는 것에 의해, 불쾌감이나 눈의 장해를 일으키기 쉽게 되는 것에 대해서, 지그재그형상으로 함으로써 글레어가 억제되어 인간의 눈에 대한 불쾌감이나 눈에 미치는 장해를 저감할 수 있다. 또한, 이웃하는 발광장치(101) 사이의 거리가 길어짐으로써, 인접하는 발광장치(101) 사이의 열적인 간섭이 유효하게 억제되고, 발광장치(101)가 실장된 방광장치 구동회로 기판(102) 내에 있어서의 열이 가득차는 것이 억제되어, 발광장치(101)의 외부로 효율좋게 열이 방산된다. 그 결과, 사람의 눈에 대해서도 장해가 적은 장기간에 걸쳐서 광학특성이 안정 된 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.
또, 조명장치가 도 28 및 도 29에 나타내는 평면도 및 단면도와 같은 발광장치 구동회로 기판(102)상에 복수의 발광장치(101)로 이루어지는 원형상이나 닥가형상의 발광장치(101)군을, 동심상으로 복수군 형성한 조명장치의 경우, 하나의 원형상이나 다각형상의 발광장치(101)군에 있어서의 발광장치(101)의 배치수를 조명장치의 중앙측보다 외주측일수록 많게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광장치(101)끼리의 간격을 적당하게 유지하면서 발광장치(101)를 보다 많이 배치할 수 있고, 조명장치의 조도를 보다 향상시킬 수 있다. 또, 조명장치의 중앙부의 발광장치(101)의 밀도를 낮게 하여 발광장치 구동회로 기판(102)의 중앙부에 있어서의 열의 고임을 억제할 수 있다. 따라서, 발광장치 구동회로 기판(102) 내에 있어서의 온도분포가 똑같이 되어, 조명장치를 설치한 외부 전기회로 기판이나 히트싱크에 효율적으로 열이 전달되어, 발광장치(101)의 온도상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치(101)는 장기간에 걸쳐서 안정되게 동작할 수 있음과 아울러 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.
이러한 조명장치로서는, 예를 들면 실내나 실외에서 이용되는 일반 조명용 기구, 샹데리아용 조명기구, 주택용 조명기구, 오피스용 주명기구, 가게용 조명기구, 전시용 조명기구, 가로용 조명기구, 유도등 기구 및 신호장치, 무대 및 스튜디오용 조명기구, 광고등, 조명용 폴(pole), 수중조명용 라이트, 스트로보용 라이트, 스포트라이트, 전주 등에 매입되는 방법용 조명, 비상용 조명기구, 상중전등, 전광게시판 등이나, 조광기, 자동점멸기, 디스플레이 등의 백라이트, 동화장치, 장식 품, 조광식 스위치, 광센서, 의료용 라이트, 차재 라이트 등이 있다.
또한, 본 발명은 이상의 실시형태의 예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내이면 다양한 변경을 행하는 것은 하등 지장없다.
예를 들면, 방사강도의 향상을 위해서 기판(1)에 발광소자(3)를 복수 설치하여도 좋다. 또, 제1내주면(2a) 및 제2내주면(4a)의 각도나, 제2내주면(4a)의 상단으로부터 투광성 부재(6)의 상면까지의 거리를 임의로 조정하는 것도 가능하고, 이것에 의해 보색영역을 형성함으로써 더욱 양호한 연색성(演色性)을 얻을 수 있다.
또 제1반사부인 제1반사부재(2) 및 제2반사부인 제2반사부재(4)는, 기판(1)과 일체적으로 형성되어 있어도 좋다. 또한 파장변환부의 일례로서 파장변환층(4b, 5, 8)을 나타내고 있지만, 다른 형태를 취하고 있어도 좋다.
또, 본 발명의 조명장치는, 복수개의 발광장치(101)를 소정의 배치로 되도록 설치한 것 뿐만 아니라, 1개의 발광장치(101)를 소정의 배치로 되도록 설치한 것이어도 좋다.
[실시예]
(실시예 1)
본 발명의 발광장치에 대해서 이하에 실시예를 나타낸다. 우선, 기체(1)로 되는 알루미나 세라믹스로 이루어지는 기체(1)를 준비하였다. 또한, 기체(1)는 도 3에 나타내는 바와 같이 탑재부(1a)가 돌출되도록 일체적으로 형성되어 있고, 탑재부(1a)의 상면과 탑재부(1a) 이외의 부위의 기체(1)의 상면을 평행으로 하였다.
기체(1)는 폭 17mm×안길이 17mm×두께 0.5mm의 직육면체의 상면 중앙부에 폭 0.35mm×안길이 0.35mm×두께 0.15mm의 직육면체의 탑재부(1a)가 형성된 것이었다.
또, 탑재부(1a)의 발광소자(3)가 탑재되는 부위에, 발광소자(3)와 외부 전기회로 기판을 기체(1)의 내부에 형성한 내부배선을 통해서 전기적으로 접속하기 위한 배선도체를 형성하였다. 배선도체는 Mo-Mn분말로 이루어지는 메탈라이즈층에 의해 직경이 0.1mm의 원형 패드로 성형되고, 그 표면에는 두께 3㎛의 Ni도금층과 두께 2㎛의 Au도금층이 순차 피착되었다. 또, 기체(1) 내부의 내부배선은 관통도체로 이루어지는 전기접속부, 소위 스루홀에 의해서 형성되었다. 이 스루홀에 대해서도 배선도체와 마찬가지로 Mo-Mn분말로 이루어지는 메탈라이즈 도체로 성형되었다.
또, 제1반사부재(2)는, 제1내주면(2a)의 최상단의 직경이 2.7mm이고 높이가 1.5mm이며, 제1내주면(2a)의 하단의 높이(기체(2)의 상면에 접합되는 하면으로부터 제1내주면(2a)의 경사면 하변까지의 높이)가 0.1mm이었다. 또한, 기체(1)의 상측 주면에 직교하는 단면에 있어서의 제1내주면(2a)의 형상이, 제1내주면(2a)의 하단으로부터의 높이를 Z1, 내치수의 반경을 r1로 하였을 때,
Z 1 =(cr 1 2 )/[1+{1-(1+k)c 2 r 1 2 } 1/2 ]
로 나타내어지는 곡면으로 하고, 정수 k를 -1.053, 곡율 c를 1.818로 하였다. 또, 제1내주면(2a)의 산술평균조도(Ra)는 0.1㎛로 했다.
또, 제2반사부재(4)는 제2내주면(4a)의 최상단의 직경이 16.1mm이고, 높이가 3.5mm이며, 제2내주면(4a)의 하단의 높이(기체(1) 상면에 접합되는 하면으로부터 제2내주면(4a)의 경사면 하변까지의 높이)가 0.18mm이었다. 또한, 기체(1)의 상측 주면에 직교하는 단면에 있어서의 제2내주면(4a)의 형상이, 제2내주면(4a)의 하단으로부터의 높이를 Z2, 내치수의 반경을 r2로 하였을 때,
Z 2 =(cr 2 2 )/[1+{1-(1+k)c 2 r 2 2 } 1/2 ]
로 나타내어지는 곡면으로 하고, 정수 k를 -2.3, 곡율 c를 0.143로 하였다. 또, 제2내주면(4a)의 산술평균조도(Ra)는 0.1㎛로 했다.
다음에, 기체(1) 상면에 형성된 배선도체에 Au-Sn범프를 설치하여 두고, 이 Au-Sn범프를 통해서 발광소자(3)를 배선도체에 접합함과 아울러, 제1반사부재(2)가 탑재부(1a)를 둘러싸도록, 제2반사부재(4)가 제1반사부재(2)를 둘러싸도록 기체(1)의 외주부에 수지접착제로 접합하였다.
그리고, 디스펜서를 이용하여 투명한 실리콘수지로 이루어지는 투광성 부재(6)를 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)의 내부에 주입하여 오븐에서 열경화하였다.
또한, 투광성 부재(6)에는, 발광소자(3)의 광에 의해 여기되고, 적색발광, 녹색발광, 청색발광을 행하는 3종류의 형광체를 함유한, 직경이 5mm, 두께가 0.9mm인 판형상의 제1파장변환층(5)을 발광소자(3)로부터 높이 2.5mm의 위치에 제1반사부재(2)를 덮도록 설치하였다.
그 후, 제1파장변환층(5)상에 디스펜서를 이용하여 투광성 부재(6)를 피복하여 오븐에서 열경화하였다.
또, 비교용의 발광장치로서 도 30에 나타내는 구조에 대해서 상기와 같은 발광장치를 각각 제작하였다.
도 30에 있어서, 발광장치는 상면의 중앙부에 발광소자(13)를 탑재하기 위한 탑재부(11a)를 가지고, 탑재부(11a) 및 그 주변으로부터 발광장치의 내외를 전기적으로 도통 접속하는 리드단자로 이루어지는 배선도체(도시생략)가 형성된 절연체로 이루어지는 기체(11)와, 기체(11)의 상면에 접착고정되고, 내주면(12a)이 상측을 향함에 따라서 외측으로 넓어지도록 경사져 있음과 아울러, 내주면(12a)이 발광소자(13)의 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 되어 있는 프레임형상의 반사부재(12)와, 투광성 부재에 발광소자(13)가 발광하는 광을 파장변환하는 형광체(도시생략)를 함유시켜서 이루어지는 파장변환층(15)과, 발광소자(13)를 보호하기 위하여 반사부재(12)의 내측에 충전된 투광성 부재(16)로 주로 구성하였다.
기체(11)는 산화알루미늄질 소결체(알루미나 세라믹스)로 이루어진다. 기체(11)의 상면에 배선도체가 W로 이루어지는 금속페이스트를 고온에서 소성하여 형성하였다.
또, 반사부재(12)는 Al로 이루어지고, 절삭가공에 의해 형성하였다. 또한, 반사부재(12)의 내주면(12a)은 Al이 증착법에 의해 피착됨으로써 형성되었다. 그리고 반사부재(12)는 땜납에 의해 탑재부(11a)를 내주면(12a)으로 둘러싸도록 기체(11)의 상면에 접합하였다.
또, 발광소자(13)는 액상성장법에 의해 사파이어 기판상에 Ga-Al-N의 발광층을 형성함으로써 제작하였다. 발광소자(13)의 구조는 MIS접합(metal insulator semiconductor structure)을 가지고 있다. 또, 발광소자(13)는 플립칩 본딩 방식을 이용하여 발광소자(13)의 전극을 하측에 설치하여 땜납 범프에 의해 전기적으로 접속하였다.
또한, 파장변환층(15)은 에폭시수지의 투광성 부재에 형광체를 함유하여 이것을 투광성 부재(16)의 상면에 주입하고, 열경화시키고, 또 투광성 부재(16)는 에폭시수지를 반사부재(12)의 내측에 발광소자(13)를 덮도록 주입하여 열경화시킴으로써 형성하였다.
또, 형광체는 Ce로 활성화된 이트륨, 알루미늄, 가넷계 형광체를 사용하였다.
이와 같이 하여 제작된 발광장치에 있어서, 각각의 20mA의 전류를 인가하여 점등시켜서 전체 광속량을 측정하였다. 그 결과, 도 30의 구조의 비교예로서의 발광장치의 발광효율은 8.5lm/W이었던 것에 대하여, 외형치수는 같고 도 3의 구조의 발광장치의 발광효율은 27lm/W이었다. 본 발명의 발광장치에 의해서 발광효율에 있어서 3.2배의 효과가 얻어지는 것이 판명되고, 본 발명의 발광장치의 우위성을 확인하는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
본 발명의 발광장치에 대해서 이하에 실시예를 나타낸다. 우선, 기체(1)로 되는 알루미나 세라믹스로 이루어지는 기체(1)를 준비하였다. 또한, 기체(1)는 도 16에 나타내는 바와 같이 탑재부(1a)가 돌출하도록 일체적으로 형성되어 있고, 탑재부(1a)의 상면과 탑재부(1a) 이외의 부위의 기체(1)의 상면을 평행으로 하였다.
기체(1)는 폭 17mm×안길이 17mm×두께 0.5mm의 직육면체의 상면 중앙부에 폭 0.35mm×안길이 0.35mm×두께 0.15mm의 직육면체의 탑재부(1a)가 형성된 것으로 하였다.
또, 탑재부(1a)의 발광소자(3)가 탑재되는 부위에, 발광소자(3)와 외부 전기회로 기판을 기체(1)의 내부에 형성한 내부배선을 통해서 전기적으로 접속하기 위한 배선도체를 형성하였다. 배선도체는 Mo-Mn분말로 이루어지는 메탈라이즈층에 의해 직경이 0.1mm의 원형 패드로 성형되고, 그 표면에는 두께 3㎛의 Ni도금층과 두께 2㎛의 Au도금층이 순차 피착되었다. 또, 기체(1) 내부의 내부배선은 관통도체로 이루어지는 전기접속부, 소위 스루홀에 의해서 형성하였다. 이 스루홀에 대해서도 배선도체와 마찬가지로 Mo-Mn분말로 이루어지는 메탈라이즈 도체로 성형되었다.
또, 제1반사부재(2)는, 제1내주면(2a)의 최상단의 직경이 2.7mm이고 높이가 1.5mm이며, 제1내주면(2a)의 하단의 높이(기체(1)의 상면에 접합되는 하면으로부터 제1내주면(2a)의 경사면 하변까지의 높이)가 0.1mm이었다. 또한, 기체(1)의 상측 주면에 직교하는 단면에 있어서의 제1내주면(2a)의 형상이, 제1내주면(2a)의 하단으로부터의 높이를 Z1, 내치수의 반경을 r1로 하였을 때,
Z 1 =(cr 1 2 )/[1+{1-(1+k)c 2 r 1 2 } 1/2 ]
로 나타내어지는 곡면으로 하고, 정수 k를 -1.053, 곡율 c를 1.818로 하였다. 또, 제1내주면(2a)의 산술평균조도(Ra)는 0.1㎛로 했다.
또, 제2반사부재(4)는 제2내주면(4a)의 최상단의 직경이 16.1mm이고, 높이가 3.5mm이며, 제2내주면(4a)의 하단의 높이(기체(1) 상면에 접합되는 하면으로부터 제2내주면(4a)의 경사면 하변까지의 높이)가 0.18mm이었다. 또한, 기체(1)의 상측 주면에 직교하는 단면에 있어서의 제2내주면(4a)의 형상이, 제2내주면(4a)의 하단으로부터의 높이를 Z2, 내치수의 반경을 r2로 하였을 때,
Z 2 =(cr 2 2 )/[1+{1-(1+k)c 2 r 2 2 } 1/2 ]
로 나타내어지는 곡면으로 하고, 정수 k를 -2.3, 곡율 c를 0.143로 하였다. 또, 제2내주면(4a)의 산술평균조도(Ra)는 0.1㎛로 했다.
다음에, 형광체를 함유한 실리콘수지를 스프레이로 안개형상으로 산포함으로써 제2반사부재(4)의 내주면(4a)에 도포하고, 가열함으로써 실리콘수지를 경화시켜 파장변환층(8)을 형성하였다.
그리고, 기체(1) 상면에 형성된 배선도체에 Au-Sn범프를 설치하여 두고, 이 Au-Sn범프를 통해서 발광소자(3)를 배선도체에 접합함과 아울러, 제1반사부재(2)가 탑재부(1a)를 둘러싸도록, 제2반사부재(4)가 제1반사부재(2)를 둘러싸도록 기체(1)의 외주부에 수지접착제로 접합하였다.
그리고, 디스펜서를 이용하여 투명한 실리콘수지로 이루어지는 투광성 부재(6)를 제1반사부재(2) 및 제2반사부재(4)의 거의 상단부까지 주입하여 오븐에서 열경화하여, 투광성 부재(6)를 형성하였다.
다음에, 알루미늄을 펀칭가공에 의해 원판상으로 형성한 후에, 그 표면에 광산란재로서의 황산바륨을 함유시킨 실리콘수지를, 안개형상으로 도포함으로써 고반 사율의 광산란면을 갖는 광반사층(25)을 형성하였다. 그리고 제2반사부재(4)의 거의 상단부까지 주입되어, 열경화된 투광성 부재(6)의 위에 광반사층(25)을 탑재하고, 그 위에서 미경화의 실리콘수지로 이루어지는 투광성 부재(6)를 주입하여 열경화시킴으로써 광반사층(25)을 고정하여 발광장치로 하였다.
또, 비교예의 발광장치로서, 도 30에 나타내는 구성의 발광장치를 제작하였다.
이들 발광장치에 대하여 각각 20mA의 전류를 인가하고, 점등시켜서 전체 광속량을 측정하였다. 그 결과 도 30의 구성의 비교예의 발광장치는 8.5lm/W, 도 16의 구성의 발광장치는 14lm/W이었다. 본 발명에 의해서 전체 광속량에 있어서 약 1.6배의 효과가 얻어지는 것이 판명되고, 본 발명의 발광장치의 우위성을 확인하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명은 이상의 실시형태의 예 및 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내이면 여러 가지 변경을 행하는 것은 하등 지장없다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 따라서, 상술의 실시형태는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 나타내는 것으로서, 명세서 본문에는 하등 구속되지 않는다. 또한, 특허청구의 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 제1파장변환부로부터 하측 방향으로 방출된 광이 발광장치 내에 가두어지는 것을 매우 유효하게 억제할 수 있어, 방사광 강도 및 휘도를 높여 발광효율이 높은 발광장치로 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 발광소자;
    상측 주면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성된 기체;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제1반사부;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부;
    상기 제2반사부의 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재;
    상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부; 및
    상기 제2반사부의 내주면에 설치된 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제2파장변환부를 구비하고,
    상기 제2파장변환부는, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 발광소자;
    평판상의 기체;
    상기 기체의 상측 주면에 형성되고, 상면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성됨과 아울러 내주면이 광반사면으로 된 측벽부가 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된 제1반사부;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부;
    상기 제2반사부 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재;
    상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부; 및
    상기 제2반사부의 내주면에 설치된 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제2파장변환부를 구비하고,
    상기 제2파장변환부는, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 발광소자;
    상측 주면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성된 기체;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제1반사부;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부;
    상기 제2반사부 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재;
    상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 광반사층; 및
    상기 제2반사부 내주면에 형성된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 파장변환부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 발광소자;
    평판상의 기체;
    상기 기체의 상측 주면에 형성되어, 상면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성됨과 아울러 내주면이 광반사면으로 된 측벽부가 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된 제1반사부;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부;
    상기 제2반사부 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재;
    상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 형성된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 광반사층; 및
    상기 제2반사부의 내주면에 형성된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 파장변환부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 발광소자;
    상측 주면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성된 기체;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제1반사부;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부;
    상기 제2반사부의 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재;
    상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부; 및
    상기 제2반사부의 내주면에 설치된 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제2파장변환부를 구비하고,
    상기 제2파장변환부는, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 형광체를 함유하여 이루어지고, 상기 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높게 되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 발광소자;
    평판상의 기체;
    상기 기체의 상측 주면에 형성되고, 상면에 발광소자가 탑재되는 탑재부가 형성됨과 아울러 내주면이 광반사면으로 된 측벽부가 상기 탑재부를 둘러싸도록 형성된 제1반사부;
    상기 기체의 상측 주면에 상기 제1반사부를 둘러싸도록 형성된, 내주면이 광반사면으로 된 프레임형상의 제2반사부;
    상기 제2반사부 내측에 상기 발광소자 및 상기 제1반사부를 덮도록 설치된 투광성 부재;
    상기 발광소자의 상방에 위치하는 상기 투광성 부재의 내부 또는 표면에 상기 제1 및 제2반사부와 간격을 두고 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제1파장변환부; 및
    상기 제2반사부의 내주면에 설치된 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 제2파장변환부를 구비하고,
    상기 제2파장변환부는, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 형광체를 함유하여 이루어지고, 상기 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높게 되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제1항, 제2항, 제5항, 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1파장변환부는, 그 외주부가 상기 발광소자의 단부와 그 단부의 반대측의 상기 제1반사부의 상기 내주면의 상단을 지나는 직선보다 상기 제2반사부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제2항, 제5항, 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2파장변환부는 그 내측 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 광반사층은, 그 외주부가 상기 발광소자의 단부와 그 단부의 반대측의 상기 제1반사부의 상기 내주면의 상단을 지나는 직선보다 상기 제2반사부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 광반사층은, 상기 발광소자와 대향하는 면이 광산란면인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  12. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 파장변환부는, 그 두께가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 두껍게 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  13. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 파장변환부는, 상기 발광소자가 발광하는 광의 파장을 변환하는 형광체를 함유하여 이루어지고, 상기 형광체의 밀도가 상단부에서 하단부로 갈수록 점차 높게 되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 파장변환부는, 그 내측 표면에 복수의 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탑재부는, 높이가 상기 제1반사부의 상기 내주면의 하단보다 높게 되도록 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 발광장치를 복수, 격자상, 방사상, 지그재그상, 다각형상 또는 동심원상의 배치로 되도록 설치한 것을 특징으로 하는 조명장치.
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