KR100776853B1 - 광원 장치 및 프로젝터 - Google Patents

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나가타미츠오
이케베도모
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 광원 장치는 제 1 전극과 제 2 전극을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열하는 발광 칩을 구비하되, 상기 제 1 전극은 상기 발광 칩이 직접 실장되는 기대이다.

Description

광원 장치 및 프로젝터{LIGHT SOURCE APPARATUS AND PROJECTOR}
도 1은 열 전도 법칙의 설명도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 3(a) 및 도 3(b)는 상기 광원 장치가 갖는 발광 칩(2a) 근방을 확대한 개략 구성도,
도 4(a) 및 도 4(b)는 상기 광원 장치가 갖는 발광 칩(2b) 근방을 확대한 개략 구성도,
도 5는 본 실시예에 따른 광원 장치를 구비한 프로젝터의 개략 구성도,
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 실시예 2에 따른 광원 장치가 갖는 발광 칩(2a) 근방을 확대한 개략 구성도,
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 실시예 3에 따른 광원 장치가 갖는 발광 칩(2a) 근방을 확대한 개략 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 광원 장치의 변형예를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 10(a) 및 도 10(b)는 상기 광원 장치가 갖는 발광 칩(102) 근방을 확대한 개략 구성도,
도 11(a) 및 도 11(b)는 본 발명의 실시예 5에 따른 광원 장치가 갖는 발광 칩(102) 근방을 확대한 개략 구성도,
도 12(a) 및 도 12(b)는 본 발명의 실시예 6에 따른 광원 장치가 갖는 발광 칩(102) 근방을 확대한 개략 구성도,
도 13은 본 발명의 실시예 6에 따른 광원 장치의 변형예를 나타내는 도면,
도 14(a) 및 도 14(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 15(a) 및 도 15(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기 위한 도면,
도 16(a) 및 도 16(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기 위한 도면,
도 17(a) 및 도 17(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기 위한 도면,
도 18(a) 및 도 18(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기 위한 도면,
도 19(a) 및 도 19(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기 위한 도면,
도 20(a) 및 도 20(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기 위한 도면,
도 21(a) 및 도 21(b)는 본 발명의 실시예 7에 따른 광원 장치의 제조 방법 에 대하여 설명하기 위한 도면,
도 22(a) 및 도 22(b)는 본 발명의 실시예 8에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 23(a) 및 도 23(b)는 본 발명의 실시예 9에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 24(a) 및 도 24(b)는 본 발명의 실시예 10에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 25(a) 및 도 25(b)는 본 발명의 실시예 11에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 26(a) 및 도 26(b)는 본 발명의 실시예 12에 따른 광원 장치의 개략 구성도,
도 27(a) 및 도 27(b)는 본 발명의 실시예 13의 광원 장치의 개략 구성도,
도 28은 도 27(b)에서의 C부의 확대도,
도 29는 본 발명의 실시예 13에 있어서의 광원 장치의 변형예,
도 30은 본 발명의 실시예 14의 광원 장치의 개략 구성도,
도 31은 본 발명의 실시예 14의 광원 장치의 개략 구성도,
도 32는 본 발명의 실시예 15의 광원 장치의 개략 구성도,
도 33은 본 발명의 실시예 15의 광원 장치의 개략 구성도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 101, 201, 240, 250, 260, 270, 280, 301 : 광원 장치
2, 102, 202, 263, 302 : 발광 칩
3 : 기대
6, 266 : 배선 기판
21 : 제 1 범프(접속 단자)
22 : 제 2 범프(접속 단자)
31, 231 : 유로
32 : 오목부
61, 104, 204, 261 : 절연층
62 : 도전층
103 : 기대(基臺)(제 1 전극)
105 : 상측 전극(제 2 전극)
121, 122 : 범프(접속 단자)
203, 303 : 기대(제 2 전극)
205, 307 : 상측 전극(제 1 전극)
206 : 반사경(반사부)
206a : 내면(반사면)
208 : 접속재
262 : 도전층(제 1 전극)
305 : 도전성 부재(차광 수단)
306 : 절연 부재
308 : 반사막
320 : 로드 렌즈(광학 소자)
330 : 실리콘 오일
340 : 편광판(광학 소자)
352 : 경사면(리플렉터)
500 : 프로젝터
X : 냉각 매체
본 발명은 광원 장치 및 프로젝터에 관한 것이다.
본원은 2003년 10월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2003-365008호, 2003년 10월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2003-365009호, 2004년 1월 23일에 출원된 일본 특허 출원 제2004-15702호 및 2004년 7월 2일에 출원된 일본 특허 출원 제2004-196558호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
프로젝터는 최근 소형화, 고휘도화, 장기 수명화, 저렴화 등이 도모되고 있다. 예컨대, 소형화에 대해서는 액정 패널(광 변조 소자) 크기는 대각(對角) 1.3인치가 0.5인치로 되어 면적비로 1/6 정도의 소형화가 되고 있다.
한편, 프로젝터의 광원으로서, 고체 광원인 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED) 광원을 이용하는 것에 의한 소형화가 제안되고 있다. LED 광원은 전원을 포함해서 소형이며, 순간 점등/소등이 가능한 것, 색 재현성이 넓고 수명이 긴 것 등, 프로젝터용 광원으로서 장점을 갖고 있다. 또한, 수은 등의 유해 물질을 포함하지 않기 때문에, 환경 보전 상으로 보더라도 바람직한 것이다.
그러나, LED 광원을 프로젝터용 광원에 이용하기 위해서는, 광원으로서의 밝기가 부족하여, 적어도 방전형 광원 램프 레벨의 밝기를 확보(고휘도화, 소에텐듀화)해야 했다. 여기서, 에텐듀란, 효과적으로 활용할 수 있는 광속(光束)이 존재하는 공간적인 넓이를 면적과 입체각의 적(積)으로 나타내는 수치로서, 광학적으로 보존되는 것이다. 앞서 기술한 바와 같이, 액정 패널의 소형화가 도모되어 액정 패널의 에텐듀는 작게 되기 때문에, 광원의 에텐듀도 동등 이하로 할 필요가 있다.
그런데, LED 광원을 고휘도화함에 따라 점점 LED 광원으로부터의 발열은 증대하고, LED 광원의 온도가 상승하면 발광 효율이 저하하기 때문에, 어떤 발열 대책을 취할 필요가 있었다. 일반적으로 채용되는 팬에 의한 강제 공냉 방식에서는 냉각 효율이 불충분하거나, 팬의 소음이 문제로 되고 있다. 그 때문에, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제06-005923호 공보나, 일본 특허 공개 평성 제07-099372호 공보에서는, 액체를 이용하여 LED 광원을 강제 냉각하는 방법이 제안되고 있다. 액체 냉각 방법에 따르면, 강제 공냉 방식의 소음의 해소에도 효과가 기대된다.
일본 특허 공개 평성 제06-005923호 공보에 있어서의 LED 광원에 있어서는, LED의 주위에 액체 질소 등의 냉각재를 흘리는 것에 의해, LED와 냉각재를 직접 접 촉시켜 강제 냉각하고 있다. 그러나, 단열 케이스가 필요하게 되는 등 LED 광원의 구성이 복잡해지고, 그 제작이 현실적이지 않기 때문에, 적어도 방전형 광원 램프 레벨의 밝기를 확보하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
일본 특허 공개 평성 제07-099372호 공보에 있어서의 LED 광원에 있어서는, LED 칩(발광 칩)의 주위에 절연 불활성 액체를 밀봉하여 LED 칩을 냉각하고 있다. 그러나, 절연 불활성 액체를 적극적으로 냉각하는 수단이 마련되지 않아, 냉각 효과가 낮고 장시간 LED 칩을 냉각하는 것이 곤란하며, 적어도 방전형 광원 램프 레벨의 밝기를 확보하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
또한, LED 광원을 대전류로 구동하는 경우에는, 종래의 LED 광원에서는 문제로 되지 않았던 배선 등의 전기 저항을 고려할 필요성이 있다. 구체적으로는, 일본 실용신안 공개 평성 제06-009158호 공보에 있어서의 LED 광원에서는, 통전됨으로써 발광·발열하는 발광 칩에 금 등의 본딩 와이어를 거쳐 전류를 주입하고 있고, LED 광원을 대(大)전류로 구동하는 경우에, 본딩 와이어의 전기 저항에 기인하여 본딩 와이어가 발열·용해되어 단선될 우려가 있다. 그 위에, 가는 배선이 발열하여, 냉각계에 대해 여분의 부하로 되고, 결과적으로 LED 광원의 방열 효과가 악화될 우려가 있다.
그런데, 상술한 바와 같은, LED 광원을 구비하는 광원 장치에 있어서는, 일반적으로, 발광광의 취출 효율을 향상시키기 위해, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제7-7185호 공보 및 일본 특허 공개 평성 제11-65477호 공보에 나타내는 바와 같이, 발광 칩으로부터 사출 방향에 대하여 경사지게 사출되는 발광광을 발광 칩 주위에 배치한 리플렉터를 이용하여 광원 장치의 사출 방향으로 반사하고 있다. 이러한 리플렉터를 구비하는 것에 의해, 광원 장치로부터 사출되는 발광광을 평행광화하고, 또한 광의 이용 효율을 증가시킬 수 있다.
광원 장치를 프로젝터의 광원으로서 이용하는 경우에는, 발광광을 평행광화하여 프로젝터의 광 변조 소자에 입사시킬 필요가 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 액정 패널(광 변조 소자)의 소형화가 진행되어 액정 패널의 에텐듀가 작아지기 때문에, 프로젝터용 광원 장치도 소에텐듀화가 필요해진다. 또, 여기서 에텐듀란 광원의 발광 면적과 집광 가능한 입체각의 적에서 부여되는 파라미터이며, 효과적으로 활용할 수 있는 광속이 존재하는 공간적인 넓이를 나타내고, 광학적으로 보존되는 것이다.
종래의 광원 장치는 리플렉터에 의해 발광 칩의 정면으로부터 경사 방향으로 사출된 발광광을 광원 장치의 사출 방향으로 반사하고 있기 때문에, 발광 칩의 정면으로부터 사출된 발광광을 평행광화할 수 있다. 그러나, 발광 칩으로부터는, 그 정면 이외의 면으로부터도 발광광이 사출되고, 종래의 광원 장치에서는 그들의 발광광도 리플렉터에 의해 반사되고 있다. 따라서, 종래의 광원 장치에서는 에텐듀가 크고, 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광의 전부를 평행광화하여 소형화된 액정 패널(광 변조 소자)로 입사시키는 것이 곤란하였다. 이 때문에, 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광의 대부분은 광원 장치로부터 사출된 후에 프로젝터 내 에서 미광으로 되고 있었다.
또한, 프로젝터에 있어서는, 표시 특성을 향상시키기 위해, 광 변조 소자에 입사되는 발광광의 조도 분포가 균일한 것이 바람직하다. 그러나, 상술한 바와 같은 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광을, 발광 칩의 정면으로부터 사출된 발광광과 함께 균일화하여 사출하는 것은 곤란하기 때문에, 광원 장치로부터 사출되는 발광광의 조도 분포가 불균일하게 되고 있었다.
본 발명은 상술한 문제점에 감안해서 이루어진 것으로, 제 1 목적은 발광 칩의 효율적인 냉각이 가능하고, 또한 구조의 간략화가 가능한 광원 장치를 제공하고, 또한, 밝고 표시 품질에 우수한 프로젝터의 제공하는 것이다.
또한, 제 2 목적은 전극 배선의 단선을 방지하는 것이다.
또한, 제 3 목적은 전극 배선의 전기 저항에 기인하는 불필요한 발열을 방지함으로써, 냉각계에 대한 여분의 부하를 경감하여, LED 광원의 방열 효과를 향상시키는 것이다.
또한, 제 4 목적은 발광 칩의 측면으로부터 사출되는 발광광 성분을 배제함으로써 광원을 소에텐듀화하고, 또한 광원 장치로부터 사출되는 발광광의 조도 분포를 균일화하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 태양은, 광원 장치로서, 제 1 전극과 제 2 전극을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열하는 발광 칩을 구비하되, 상기 제 1 전극은 상기 발광 칩이 직접 실장되는 기대이다.
본 태양의 광원 장치에 따르면, 발광 칩이 기대 상에 직접 실장되고, 이 기대가 제 1 전극으로서의 기능을 갖는다. 따라서, 발광 칩과 제 1 전극(기대) 사이에 열 전도율이 낮은 절연층을 배치할 필요가 없기 때문에, 발광 칩에서 발열된 열량이 기대에 전도되기 쉽게 된다. 이 때문에, 광원 장치에 있어서의 방열성을 향상시킬 수 있고, 그에 따라, 발광 칩을 보다 대전류로 구동할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 있어서, 발광 칩은 기대 상에 직접 실장됨으로써 냉각되기 때문에, 간이한 구조로 발광 칩을 더욱 대전류로 구동할 수 있게 된다.
LED칩(발광 칩)은 통전되는 전류가 크면 클수록 밝게 발광한다. 따라서, 본 발명과 같이 발광 칩을 직접 기대 상에 실장함으로써, 고휘도인 광원 장치로 할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 기대의 내부에 냉각 매체가 흐르는 유로가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 기대의 내부에 냉각 매체가 흐르는 유로를 형성함으로써, 발광 칩으로부터 열 전도된 열량이 효율적으로 기대의 외부로 방열되기 때문에, 발광 칩을 더욱 냉각할 수 있고 광원 장치를 더욱 대전류로 구동할 수 있게 된다.
또한, 절연층과 도전층이 적층되어 이루어지는 배선 기판을 상기 기대 상에 배치하고, 이 배선 기판에 있어서의 도전층을 제 2 전극으로 함으로써, 발광 칩의 하면(기대) 측에 제 1 및 제 2 전극을 접속할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 따른 광원 장치를 소위 플립 칩 실장형 광원 장치로 할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 광원 장치를 플립 칩 실장형 광원 장치로 하는 경우에는, 상기 배선 기판을 상기 기대 상에 형성된 오목부에 끼워 넣은 것에 의해, 상기 배선 기판의 상면과 상기 기대의 상면을 동일한 높이로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 배선 기판의 상면과 기대의 상면을 동일한 높이로 함으로써, 용이하게 발광 칩을 수평으로 배치할 수 있다. 또한, 발광 칩이 제 1 전극과 제 2 전극의 각각에 접속되는 접속 단자를 갖고 있는 경우에는, 배선 기판의 상면과 기대의 상면의 높이가 다르면, 발광 칩 본체를 수평으로 배치하기 위해서는, 제 1 전극에 접속되는 접속 단자의 두께를 제 2 전극에 접속되는 접속 단자의 두께보다도 두껍게 해야 한다. 이러한 경우에는, 제 1 전극에 접속되는 접속 단자가 두껍기 때문에, 발광 칩 본체에서 발열된 열량이 기대에 열 전도되기 어렵게 된다. 따라서, 배선 기판의 상면과 기대의 상면을 동일한 높이로 함으로써, 광원 장치의 방열 효과를 보다 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 배선 기판, 즉 상기 제 2 전극을 복수 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 복수의 제 2 전극을 구비함으로써, 각 제 2 전극에 흐르는 전류량을 작게 할 수 있다. 즉, 제 2 전극의 전기 저항을 작게 할 수 있기 때문에, 제 2 전극에 있어서의 발열을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 제 2 전극이 상기 발광 칩의 단부 근방에 접속되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제 2 전극을 상기 발광 칩의 단부 근방에 접속함으로써, 제 2 전극, 즉 도전층이 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 제 2 전극의 전기 저항을 작게 하는 것이 가능해져, 제 2 전극에 있어서의 발열을 방지할 수 있게 된다.
다음에, 본 발명에 따른 프로젝터는 본 태양에 따른 광원 장치를 광원으로서 이용한다.
본 발명에 따른 광원 장치에 의하면, 고휘도인 광을 얻는 것이 가능하기 때문에, 이러한 특징을 갖는 본 발명에 따른 프로젝터에 의하면, 밝고 표시 품질에 우수한 프로젝터로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 태양은, 광원 장치로서, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 유지되고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열하는 발광 칩과, 상기 발광 칩을 지지하는 기대와, 상기 기대 상에 배치되고, 또한 상기 발광 칩의 두께와 대략 동일한 두께를 갖는 절연층을 구비하되, 상기 제 2 전극은 상기 절연층의 상면으로부터 연장하여 상기 발광 칩의 상면과 접속된다.
본 태양의 광원 장치에 의하면, 발광 칩이 지지되는 기대 상에 발광 칩과 대략 동일한 두께를 갖는 절연층이 배치되고, 제 2 전극이 이 절연층의 상면으로부터 연장하여 발광 칩의 상면과 접속된다. 이 때문에, 제 2 전극을 대략 수평으로 연장함으로써 발광 칩의 상면과 접속할 수 있다. 따라서, 용이하게 종래의 본딩 와이어보다 굵게 할 수 있으므로, 제 2 전극의 전기 저항을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 제 2 전극에 있어서의 발열이 억제되어, 전극 배선의 단선을 방지할 수 있게 된다.
제 2 전극에 있어서의 전기 저항은 제 2 전극의 단면적이 크면 클수록 감소되기 때문에, 될 수 있는 한 단면적을 넓게 하는 것이 바람직하지만, 무턱대고 제 2 전극의 두께를 두껍게 하는 것은, 발광 칩 상에 접속 단자가 배치되는 경우에는, 이 접속 단자에 걸리는 응력의 증대를 초래하기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, 상기 제 2 전극은 상기 발광 칩의 폭과 대략 동일한 폭을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치에 있어서는, 상기 제 2 전극이 상기 발광 칩의 단부 근방에 접속되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제 2 전극을 발광 칩의 단부 근방에 접속함으로써, 제 2 전극이 발광 칩의 상면, 즉 출사면을 덮는 범위를 작게 할 수 있기 때문에, 보다 발광 특성에 우수한 광원 장치로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 제 2 전극 및 상기 절연층을 복수 구비하는 구성을 채용하여도 좋다. 이와 같이 제 2 전극 및 절연층을 복수 구비함으로써, 각 제 2 전극에 흐르는 전류량이 감소된다. 따라서, 각 제 2 전극에 있어서의 발열이 억지되기 때문에, 전극 배선의 단선을 보다 방지할 수 있게 된다.
또, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 광원 장치의 발광 칩에서 발열하는 열량을 효율적으로 방열하여 발광 칩을 냉각하는 것이 바람직하다.
하기의 수학식 1로부터 알 수 있는 바와 같이, S/W의 값을 크게 함으로써, 고열원으로부터 저열원으로 단위 시간당 이동하는 열량이 많아진다.
따라서, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 기대가 금속 재료에 의해 형성되고, 해당 기대를 상기 제 1 전극으로서 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 기대를 제 1 전극으로서 이용함으로써, 발광 칩(고열원)이 기대(저열원) 상에 직접 실장된다. 이 때문에, 발광 칩이 기대에 접촉하는 저열원(예컨대, 외기 등)과 가깝게 되어, W 의 값을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 수학식 1에 있어서의 S/W의 값을 크게 할 수 있고, 효율적으로 발광 칩에 있어서의 열량을 방열할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 기대의 내부에 냉각 매체가 흐르는 유로가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 기대의 내부에 냉각 매체가 흐르는 유로를 형성함으로써, 저열원으로서 외기보다도 온도가 낮은 냉각 매체를 이용할 수 있게 된다. 따라서, 고열원(발광 칩)으로부터 저열원(냉각 매체)으로 이동하는 단위 시간당 열량이 저열원으로서 외기를 이용하는 것보다도 커지기 때문에, 효율적으로 발광 칩에 있어서의 열량을 방열할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 발광 칩이 제 1 전극과 제 2 전극 각각에 접속되는 접속 단자를 갖는다고 하는 구성을 채용하여도 좋다.
다음에, 본 발명에 따른 프로젝터는 본 태양에 따른 광원 장치를 광원으로서 이용한다.
본 발명에 따른 광원 장치에 의하면, 대전류 구동에 기인하는 전극 배선의 단선이 방지되기 때문에, 본 발명에 따른 프로젝터에 있어서의 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명의 제 3 태양은, 광원 장치로서, 제 1 전극과 제 2 전극을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열하는 발광 칩과, 상기 발광 칩에서 발광된 광을 소정의 사출 방향으로 반사하는 반사면을 갖고, 또한 도전성 재료에 의해 형성되는 반사부를 구비하되, 상기 반사부를 거쳐 상기 제 2 전극으로 통전한다.
본 태양의 광원 장치에 의하면, 반사부를 거쳐 제 2 전극으로 통전된다. 이러한 반사부는, 상술한 바와 같이, 발광 칩에서 발광된 광을 소정의 사출 방향으로 반사하는 반사면을 갖고 있기 때문에, 당연히, 종래의 본딩 와이어 등의 가는 금속 배선보다 넓은 단면적을 갖고 있다. 따라서, 이 반사부를 거쳐 제 2 전극으로 통전함으로써, 제 2 전극에 전기적으로 접속되어 있는 전극 배선에 있어서의 발열을 방지할 수 있다. 또한, 전극 배선이 발열하는 것에 의해 용해되는 것이 방지되기 때문에, 전극 배선의 단선을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치에서는, 상기 제 2 전극과 상기 반사부를 물리적 및 전기적으로 접속하는 접속재를 갖는다고 하는 구성을 채용할 수 있다. 이와 같이, 제 2 전극과 반사부를 물리적 및 전기적으로 접속재를 갖는 것에 의해, 용이하게 제 2 전극과 반사부를 물리적 및 전기적으로 접속할 수 있게 된다. 또, 이러한 접속재로는, 도전성을 갖는 재료라면 사용할 수 있지만, 특히 그 형상 변형이 용이한 땜납이나 도전성 접착제를 이용하는 것이 바람직하다.
또, 광원 장치에 있어서는, 발광 칩에서 발열되는 열량을 효율적으로 방열하여 발광 칩을 냉각하는 것이 바람직하다.
하기의 수학식 1로부터 알 수 있는 바와 같이, S/W의 값을 크게 함으로써, 고열원으로부터 저열원으로 단위 시간당 이동하는 열량이 많아진다.
따라서, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 발광 칩이 실장되고, 또한 도전성 재료에 의해 형성되는 기대를 갖고, 상기 기대를 상기 제 1 전극으로서 이용한다고 하는 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 즉, 기대를 제 1 전극으로서 이용함으로써, 발광 칩(고열원)이 기대(저열원) 상에 직접 실장된다. 이 때문에, 발광 칩이 기대에 접촉하는 저열원(예컨대, 외기 등)과 가깝게 되고, W의 값을 작게 할 수 있 다. 이 때문에, 수학식 1에 있어서의 S/W의 값을 크게 할 수 있고, 효율적으로 발광 칩에 있어서의 열량을 방열할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 기대의 내부에 냉각 매체가 흐르는 유로가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 기대의 내부에 냉각 매체가 흐르는 유로를 형성함으로써, 저열원으로서 열 용량이 큰 냉각 매체(예컨대, 액체)를 이용할 수 있게 된다. 따라서, 고열원(발광 칩)으로부터 저열원(냉각 매체)으로 이동하는 단위 시간당 열량이 커지기 때문에, 효율적으로 발광 칩에 있어서의 열량을 방열할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치에 있어서는, 절연층과 도전층이 적층되어 이루어지는 배선 기판을 상기 기대 상에 갖고, 상기 제 2 전극은 상기 배선 기판이 갖는 상기 도전층이라고 하는 구성을 채용할 수 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 예컨대, 절연층을 얇게 하고, 도전층을 발광 칩의 하면과 접속함으로써, 본 발명에 따른 광원 장치를, 소위 플립 칩 실장형 광원 장치에 응용할 수 있다. 또한, 절연층을 두껍게 하고, 도전층을 연장시켜 발광 칩의 상면과 접속함으로써, 본딩 와이어를 이용하지 않고도 발광 칩의 상면으로 통전할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 광원 장치를 플립 칩 실장형 광원 장치로 하는 경우에는, 상기 배선 기판을 상기 기대 상에 형성된 오목부에 끼워 넣는 것에 의해, 상기 배선 기판의 상면과 상기 기대의 상면을 동일한 높이로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 배선 기판의 상면과 기대의 상면을 동일한 높이로 함으로써, 용이하게 발광 칩을 수평으로 배치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치는 상기 배선 기판, 즉 상기 제 2 전극을 복수 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 복수의 제 2 전극을 구비함으로써, 각 제 1 전극에 흐르는 전류량을 작게 할 수 있고, 제 2 전극의 전기 저항을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 제 2 전극에 있어서의 발열을 또한 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치에 있어서, 상기 제 2 전극은 상기 발광 칩의 단부 근방에 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제 2 전극을 상기 발광 칩의 단부 근방에 접속함으로써, 제 2 전극, 즉 도전층의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 제 2 전극의 전기 저항을 작게 하는 것이 가능해져, 제 2 전극에 있어서의 발열을 더욱 억제할 수 있게 된다. 또한, 제 2 전극이 발광 칩의 상면과 접속되어 있는 경우에는, 제 2 전극이 발광 칩의 단부 근방에 접속됨으로써, 발광 칩의 발광 영역을 넓게 확보할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 프로젝터는 본 태양에 따른 광원 장치를 광원으로서 이용한다.
본 발명에 따른 광원 장치에 의하면, 전극 배선의 전기 저항에 기인할 필요없는 발열이 방지되기 때문에, 냉각계에 대한 여분인 부하가 경감되고, 발광 칩의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 칩으로부터 사출되는 광량을 증가시킬 수 있고, 본 발명에 따른 프로젝터에 있어서의 밝기가 향상된다. 또한, 본 발명에 따른 광원 장치에 따르면, 대전류 구동에 기인하는 전극 배선의 단선이 방지되기 때문에, 본 발명에 따른 프로젝터에 있어서의 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명의 제 4 태양은 제 1 전극과 제 2 전극을 거쳐 통전됨으로써 발광하는 발광 칩을 구비하되, 해당 발광 칩의 발광광을 상기 발광 칩의 정면 방향으로 사출하는 광원 장치로서, 상기 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광이 직접 상기 정면 방향으로 사출되는 것을 방지하는 차광 수단을 구비한다.
본 태양의 광원 장치에 따르면, 차광 수단에 의해 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광이 직접 정면 방향으로 사출되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 광원 장치에 따르면, 광원 장치로부터 사출되는 발광광(이하, 조명광이라 함)으로부터 미광 성분(발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광)이 배제되기 때문에 광원의 에텐듀를 작게 할 수 있다.
또, 차광 수단에 의해 차광된 발광광을 재이용함으로써 평행광화 가능한 성분으로 변환하는 재이용 수단을 배치하고, 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광을 재이용 수단을 거쳐 간접적으로 광원 장치의 외부로 사출하여도 좋다. 이러한 재이용 수단을 배치함으로써, 광원 장치에 있어서의 발광광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 차광 수단이 상기 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광의 적어도 일부를 반사함으로써, 상기 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광이 직접 상기 정면 방향으로 사출되는 것을 방지한다고 하는 구성을 채용할 수 있다.
LED의 발광 칩은 일반적으로 온도가 상승하면 발광 효율이 저하한다. 이 때문에, 상술한 바와 같은 구성을 채용함으로써, 차광 수단에 있어서, 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광의 모두가 차광 수단에 의해 흡수되는 것을 방지할 수 있 고, 광원 장치의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해져, 광원 장치로부터 보다 많은 광량을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 차광 수단이 상기 발광 칩의 정면에 배치된 상기 제 2 전극과 접속되고, 또한 상기 발광 칩의 외주부를 따라 배치되는 도전성 부재라고 하는 구성을 채용할 수 있다.
종래의 광원 장치에 있어서는, 일반적으로 제 2 전극에 본딩 와이어를 거쳐 통전하고 있었다. 그러나, 이러한 본딩 와이어는 발광광의 광로 상에 배치되는 것으로 되기 때문에, 조명광의 조도 분포를 불균일화하는 원인으로 된다. 이 때문에, 발광 칩의 외주부를 따라 배치되는 도전성 부재를 거쳐 제 1 전극에 통전함으로써, 조명광의 조도 분포가 불균일화되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 이러한 도전성 부재를 본 발명의 차광 수단으로서 이용하고 있기 때문에, 새롭게 차광 수단으로서 별도의 부재를 배치하는 일 없이, 발광 칩의 측면으로부터 사출된 발광광이 직접 정면 방향으로 사출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도전성 부재의 단면적은 본딩 와이어의 단면적과 비교하여 현격하게 넓기 때문에, 전류의 유로를 넓게 확보할 수 있고, 종래의 광원 장치와 비교하여 보다 큰 전류를 흘릴 수 있다.
또, 본딩 와이어를 거쳐 제 2 전극으로 통전하는 구성을 채용하지 않을 수 없는 경우에는, 본 발명의 도전성 부재 대신 세라믹 등으로 이루어지는 비도전성 부재를 배치하고, 이 비도전성 부재를 본 발명의 차광 수단으로서 이용하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 도전성 부재와 접속되고, 또한 상기 발광 칩의 정면 방향으로 배치되는 광학 소자를 구비한다고 하는 구성을 채용할 수 있다.
발광 칩의 주위에 도전성 부재를 배치함으로써, 광원 장치를 견고한 것으로 할 수 있다. 이 때문에, 종래, 프로젝터 측의 구성 부재로서 배치되어 있던 광학 소자를 도전성 부재와 직접 접속할 수 있다. 그에 따라, 광원 장치와 광학 소자가 별개로 배치되는 경우와 비교하여 발광광의 광로를 짧게 할 수 있다. 따라서, 프로젝터를 소형화할 수 있고, 또한 발광광의 손실을 감소시킬 수 있다.
또, 광학 소자로는, 로드 렌즈나 편광판 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 광학 소자와 상기 발광 칩 사이에 투광성을 갖는 절연성의 액체를 구비한다고 하는 구성을 채용할 수 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 발광 칩의 발광광을 손실이 커지는 공기 내를 통과시키지 않고 광학 소자로 입사시킬 수 있다. 따라서, 광원 장치에 있어서의 발광광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 광학 소자와 상기 발광 칩 사이에 냉각 매체를 흘리는 냉각 수단을 구비한다고 하는 구성을 채용할 수 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 광학 소자와 발광 칩 사이에 냉각 매체가 흐르기 때문에, 발광 칩과 광학 소자를 냉각 매체를 거쳐 적극적으로 냉각할 수 있고, 발광 칩의 발광 효율을 향상시키고, 또한 발광 칩을 보다 대전류로 구동할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 제 2 전극은 상기 발광 칩의 정면의 전면에 배치되고, 또한 투광성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성된다는 구성을 채용할 수 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 발광 칩의 정면의 전면에 균일하게 전류가 인가된다. 따라서, 발광 칩으로부터 균일한 조도 분포의 조명광을 얻을 수 있다. 또, 상술한 바와 같이, 제 2 전극은 투광성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 발광 칩의 발광광이 제 2 전극에서 차광되는 일은 없다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 도전성 부재가 접속된 부분에 있어서의 상기 제 2 전극과 발광 칩 사이에, 절연 부재를 구비한다는 구성을 채용할 수 있다.
도전성 부재가 접속된 부분의 제 2 전극과 발광 칩이 직접 접촉되어 있는 경우에는, 예컨대, 도전성 부재에 의해 차광된 부분에 많은 전류가 인가되고, 발광 칩의 정면에 인가되는 전류량이 감소할 우려가 있다. 이러한 경우에는, 도전성 부재에 의해 차광된 부분에서 발광이 발생하고, 발광 칩의 정면에서의 발광량이 감소한다.
이 때문에, 상술한 바와 같이, 도전성 부재가 접속된 부분의 제 2 전극과 발광 칩 사이에 절연 부재를 배치함으로써, 도전성 부재에 의해 차광된 부분에 전류가 인가되는 것을 방지할 수 있고, 발광 칩의 정면에서의 발광량이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 발광 칩의 정면으로부터 경사 방향으로 사출된 발광광을 상기 정면 방향으로 도출하는 리플렉터를 구비한다는 구성을 채용할 수 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 광원 장치로부터 사출되는 조명광을 평행광화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 리플렉터와 상기 도전성 부재가 일체 형성되고 있다는 구성을 채용할 수 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 새롭게 리플렉터로서 별도의 부재를 배치하는 일 없이, 조명광을 평행광화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 발광 칩의 정면과 대향하는 면에 배치되고, 또한 도전성 재료에 의해 형성되는 반사막을 구비한다고 하는 구성을 채용할 수 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 발광 칩 내를 도파하여 발광 칩의 정면과 대향하는 면 측으로 사출되는 발광광이 반사막에 의해 반사되어, 재차 발광 칩 내를 도파하여 발광 칩의 정면으로부터 사출된다. 이 때문에, 광원 장치에 있어서의 발광광의 취출 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 제 1 전극이 상기 발광 칩을 지지하고, 또한 도전성 재료에 의해 형성되는 기대라고 하는 구성을 채용할 수 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 새롭게 제 1 전극으로서 별도의 부재를 배치하 는 일 없이, 발광 칩에 전류를 인가할 수 있다.
또한, 예컨대, 기대가 열 전도성이 높은 부재에 의해 형성되어 있는 경우에는, 제 1 전극으로서 기대를 이용하는 것에 의해, 발광 칩과 기대가 직접 접촉되기 때문에, 발광 칩에 있어서의 발열을 기대 측으로 배출할 수 있게 된다. 이 때문에, 발광 칩이 고온으로 되는 것을 억제할 수 있고, 발광 칩의 발광 효율의 저하를 방지하고, 또한 발광 칩을 보다 대전류로 구동할 수 있다.
다음에, 본 발명의 프로젝터는 본 태양에 따른 광원 장치를 광원으로서 이용하는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징을 갖는 본 발명의 프로젝터에 따르면, 광원 장치로부터 사출되는 조명광의 조도 분포가 균일화되어 있기 때문에, 표시 특성에 보다 우수한 프로젝터로 된다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 광원 장치 및 프로젝터의 일 실시예에 대해 설명한다. 또, 이하의 설명에 이용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해, 각 부재의 축척을 적절히 변경하고 있다.
(실시예 1)
[고열원의 냉각 방식]
최초에, 열 전도의 법칙에 근거하는 고열원의 냉각 방식에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다.
또, 도 1은 열 전도 법칙의 설명도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 저열원에 의해 전열 매체를 거쳐 고열원을 냉각하는 경우에는, 고열원으로부터 저열원으로의 단위 시간당 열 이동량 dQ는 수학식 1로 나타낸다. 또, 수학식 1에 있어, λ는 열 매체의 열 전도율, S는 저열원의 접촉 면적, W는 고열원과 저열원의 거리, θ2는 고열원의 온도, θ1은 저열원의 온도이다.
(수학식 1)
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여기서, dQ의 값이 크면 클수록 고열원으로부터 저열원으로의 이동 열량이 많아져, 고열원이 냉각된다. 그리고, 수학식 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 고열원으로부터 저열원에 대하여 효율적으로 열 이동시키는 방법으로서, (1) 저열원의 온도 θ1을 낮추는 방법, (2) 열 전도율 λ가 큰 열 매체를 이용하는 방법, (3) 고열원과 저열원의 거리 W를 작게 하는 방법, (4) 저열원의 접촉 면적 S를 크게 하는 방법이 생각된다. 이 중 (3) 및 (4)는 수학식 1의 S/W를 크게 하는 것에 일치한다.
그래서, 본 실시예에 따른 광원 장치의 고열원, 즉, 발광 칩을 냉각하는 경우에도, 수학식의 S/W가 커지도록 함으로써, 효율적으로 발광 칩을 냉각할 수 있게 된다.
[광원 장치]
다음에, 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 광원 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 실시예 1에 따른 광원 장치의 개략 구성도이다. 이 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 장치(1)는 통전됨으로써 발광·발열하는 발광 칩(2)을 구비하고, 발광 칩(2)은 금속재에 의해 형성되는 기대(3)에 직접 실장되어 있다.
또한, 기대(3)의 내부에는, 냉각 매체 X가 흐르는 유로(31)가 형성되고, 이 유로(31)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 발광 칩(2)의 아래쪽에 위치되어 있다. 또, 이 유로(31)는 지면 수직 방향으로 연장하여 마련되고, 해당 유로(31)에 냉각 매체 X를 흘리는 펌프(도시하지 않음)와 접속되어 있다.
기대(3)의 상면에는 발광 칩(2)을 둘러싸도록, 원환(圓環) 형상의 반사경(4)이 형성되어 있다. 반사경(4)은 발광 칩(2)으로부터 측방으로 출사된 광을, 지면 위쪽(광원 장치(1)의 광의 출사 방향)으로 반사하는 것이다. 그 때문에, 반사경(4)의 내면(4a)은 뱅크 형상의 경사면으로 되고, 적어도 그 내면(4a)이 경면(鏡面) 상태로 되어 있다. 또한, 기대(3)의 상면 전체를 덮도록, 렌즈(5)가 형성되어 있다. 렌즈(5)는 발광 칩(2)으로부터 방사상으로 출사된 광을 광원 장치(1)에 있어서의 출사 방향으로 집광하는 것이다. 그 때문에, 렌즈(5)는 에폭시 등의 투명 재료에 의해 구성되고, 주변부보다 중앙부의 두께가 두꺼운 볼록 렌즈로 되어 있다.
발광 칩(2)은 pn 접합부에 전류가 흐르면 발광하는 다이오드(LED)이다.
같은 반도체 재료를 접합한 호모 접합형 LED에서는, 발광부에 주입된 캐리어 에 대한 장벽이 없기 때문에, 캐리어가 반도체 내의 확산 거리까지 넓어진다. 이에 대하여, 다른 반도체 재료를 접합한 헤테로 접합형 LED에서는, 캐리어에 대한 장벽을 구조 내에 마련하기 때문에, 발광부에 주입되는 캐리어의 밀도를 대폭 증대시킬 수 있다. 특히, 클래드층 사이에 발광층을 끼워 넣은 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 발광층의 폭이 좁을수록 캐리어 밀도를 높일 수 있게 되어, 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 호모 접합형 LED에서는, 외계에 접하는 재료와 발광부의 재료가 같기 때문에, 발광이 자기 자신의 재료로 흡수된다. 이에 대하여, 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 밴드 갭이 넓은 재료로 이루어지는 클래드층 사이에 밴드 갭이 좁은 재료로 이루어지는 발광층이 끼워져 있으므로, 자기 흡수가 감소하여 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 효율에 우수한 더블 헤테로 접합형 LED를 채용하는 것이 바람직하다.
청색광 및 녹색광을 발광하는 LED는, 사파이어(Al2O3) 등의 기판의 표면에, GaInN계의 화합물 반도체 결정을 성장시킴으로써 형성한다. 그리고, n-GaN으로 이루어지는 클래드층과, p-GaN으로 이루어지는 클래드층 사이에, InGaN으로 이루어지는 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합 구조를 채용한다. 또한, 적색광을 발광하는 LED는 갈륨비소(GaAs) 등의 기판 상에, AlGaInP계의 화합물 반도체 결정을 성장시킴으로써 형성한다. 또, GaAs 기판은 가시광을 흡수하기 때문에, LED의 광 취출 효율의 향상에 한계가 있다. 그래서, 반도체 결정을 성장시킨 후에 GaAs 기판을 제거하고, 발광 파장에 대하여 투명한 갈륨인(GaP) 기판을 고온 고압화하여 접합하 는 것이 바람직하다. 그리고, n-GaP로 이루어지는 클래드층과, p-GaP의 클래드층 사이에, AlGaInP의 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합 구조를 채용한다.
여기서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 청색광 및 녹색광을 발광하는 발광 칩(2a)을 갖는 광원 장치의 구체적인 구성과, 적색광을 발광하는 발광 칩(2b)을 갖는 광원 장치의 구체적인 구성을 설명한다.
도 3은 청색광 및 녹색광을 발광하는 발광 칩(2a)의 근방을 확대한 개략 구성도이며, 도 3(a)는 평면도, 도 3(b)는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 기대(3) 상에는, 절연층(61)과 도전층(62)이 적층되어 이루어지는 배선 기판(6)이 배치되어 있다. 그리고, 본 실시예에 관한 발광 칩(2)은 기대(3) 상에, 소위 플립 칩 실장되고, 발광 칩(2a)은 통전됨으로써 발광·발열하는 본체부(24)와, 본체부(24)를 기대(3)에 접속하기 위한 제 1 범프(21)와, 본체부(24)를 배선 기판(6)의 도전층(62)에 접속하기 위한 제 2 범프(22)를 갖고 있다.
그리고, 기대(3)와 배선 기판(6)의 도전층(62)은 전원 장치(도시하지 않음)에 접속되고, 발광 칩(2a)은 기대(3)와 배선 기판(6)의 도전층(62)을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열된다.
즉, 기대(3)(제 1 전극) 및 배선 기판(6)의 도전층(62)(제 2 전극)은 전극으로서의 기능을 갖고 있고, 발광 칩(2a)은 한쪽 전극인 기대(3) 상에 직접 실장되어 있다.
이러한 발광 칩(2a)에 기대(3)와 배선 기판(6)의 도전층(62)을 거쳐 통전되면, 발광 칩(2a)(본체부(24))은 발광·발열된다. 그리고, 발광 칩(2a)에서 발열된 열량은 기대(3)를 거쳐 냉각 매체 X로 열 전도됨으로써 방열된다.
이 발광 칩(2a)(본체부(24))에 있어서 발열된 열량이 냉각 매체 X로 열 전도되는 과정을 수학식 1에 근거해서 설명하면 다음과 같이 된다. 우선, 상술한 바와 같은 발광 칩(2a)을 갖는 광원 장치(1)에 있어서, 저열원인 냉각 매체 X의 온도가 θ1, 고열원인 발광 칩(2a)의 본체부(24)의 온도가 θ2로 되고, 제 1 범프(21) 및 기대(3)를 포함하는 계가 열 전도율 λ의 열 전도 매체로 된다. 그리고, 고열원(본체부(24))과 저열원(냉각 매체 X)간의 거리 W는 본체부(24)의 하면과 유로(31)의 상면간의 거리로 된다. 여기서, 발광 칩(2a)을 갖는 광원 장치(1)에서는, 발광 칩(2a)이 기대(3) 상에 직접 실장되어 있기 때문에, 거리 W가 좁아지게 되고, 매우 효율적인 냉각이 가능해진다.
또한, 발광 칩(2a)을 갖는 광원 장치(1)는 열 전도 매체인 제 1 범프(21) 및 기대(3)가 금속재에 의해 형성되고, 또한 이들 제 1 범프(21) 및 기대(3)를 포함하는 계가 고열원과 저열원에 대한 접촉 면적 S가 가장 크다. 이 때문에, 주로 열이 이동하는 개소에서의 열 전도율 λ의 값이 커지고, 또한 효율적인 냉각이 가능해진다. 또, 제 2 범프(22), 도전층(62), 절연층(61), 기대(3), 유로(31)라는 열의 이동 경로도 있지만, 이 계에서는, 절연층(61)의 열 전도율이 작기 때문에, 본체부(24)에서 발열된 열량은 주로 제 1 범프(21) 및 기대(3)를 거쳐 냉각 매체 X로 열 전도된다.
도 4는 적색광을 발광하는 발광 칩(2b) 근방을 확대한 개략 구성도이며, 도 4(a)는 평면도, 도 4(b)는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 발광 칩 (2b)은 통전됨으로써 발광·발열하는 본체부(25)와 기대(3)에 접속하기 위한 범프(23)를 갖고 있다. 그리고, 본체부(25)의 상면에는 전극(7)이 배치되어 있다. 이 전극(7)은 본딩 와이어(8)에 접속되고, 이 본딩 와이어(8) 및 기대(3)가 전원 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 발광 칩(2b)의 본체부(25)는 기대(3)와 전극(7)을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열된다.
즉, 기대(3)는 전극으로서의 기능을 갖고 있고, 발광 칩(2a)은 그 기대(3) 상에 직접 실장되어 있다.
이러한 발광 칩(2b)에 기대(3)와 전극(7)을 거쳐 통전되면, 발광 칩(2b)(본체부(25))은 발광·발열된다. 그리고, 발광 칩(2b)에서 발열된 열량은 기대(3)를 거쳐 냉각 매체 X로 열 전도됨으로써 방열된다.
이러한 발광 칩(2b)을 갖는 광원 장치(1)에 있어서도, 상술한 발광 칩(2a)을 갖는 광원 장치(1)와 마찬가지로, 발광 칩(2b)이 기대(3) 상에 직접 실장되어 있기 때문에, 본체부(25)와 냉각 매체 X의 거리 W가 좁아지게 되어, 매우 효율적인 냉각이 가능해진다. 또한, 범프(23) 및 기대(3)가 금속재에 의해 형성되어 있다. 이 때문에, 열이 이동하는 개소에서의 열 전도율 λ의 값이 커지고, 또한 효율적인 냉각이 가능해진다.
이와 같이 본 실시예에 따른 광원 장치(1)에서는, 수학식 1에 있어서의 고열원과 저열원간의 거리 W를 매우 작게 하고, 또한, 그 사이에 존재하는 열 전도 매체의 접촉 면적의 대부분(또는 전부)을 차지하는 부분에 열 전도율 λ가 큰 열 매체를 존재시킴으로써 매우 효율적인 냉각이 가능해져, 광원 장치(1)에 있어서의 방 열성을 향상시킬 수 있다. 그에 따라, 발광 칩을 보다 대전류로 구동하는 것이 가능해져, 고휘도인 광원 장치로 할 수 있게 된다.
그리고, 발광 칩(2(2a, 2b))에서 발광된 광 중 도 2에 있어서의 지면 위쪽으로 출사된 광은 그대로 렌즈(5)를 거쳐 출사되고, 측방으로 출사된 광은 반사경(4)의 내면(4a)에서 반사된 후에 렌즈(5)를 거쳐 출사되고, 지면 아래쪽으로 출사된 광은 기대(3)의 상면으로 반사된 후 렌즈(5)를 거쳐 출사된다.
또, 본 실시예에 따른 광원 장치(1)에서는, 기대(3)의 내부에 유로(31)를 형성하고, 이 유로(31) 내를 흐르는 냉각 매체 X를 저열원으로서 이용했다. 그렇지만, 본 발명에 따른 광원 장치는 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 유로(31)를 형성하지 않고 기대(3)가 접촉하는 외기를 저열원으로 이용하여도 좋다.
또, 본 실시예에 있어서, 배선 기판(6)의 도전층(62)과 접속되는 발광 칩(2a)의 제 2 범프(22)를 단부 근방에 형성함으로써, 배선 기판(6)의 도전층(62)을 발광 칩(2a)의 단부 근방에 접속하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 배선 기판(6)의 도전층(62)을 발광 칩(2a)의 단부 근방에 접속함으로써, 도전층(62)의 길이를 짧게 할 수 있다. 즉, 도전층(62)에 있어서의 전기 저항을 낮게 할 수 있기 때문에, 도전층(62)에 전류가 흐른 경우에 있어서의 발열을 방지할 수 있다.
[프로젝터]
도 5는 본 실시예에 따른 광원 장치를 구비한 프로젝터의 개략 구성도이다. 도면 중, 참조 부호 512, 513, 514는 본 실시예의 광원 장치, 참조 부호 522, 523, 524는 액정 광 밸브(광 변조 수단), 참조 부호 525는 크로스 다이클로익 프리즘(색광 합성 수단), 참조 부호 526은 투사 렌즈(투사 수단)를 나타내고 있다.
도 5의 프로젝터는 본 실시예와 같이 구성한 세 개의 광원 장치(512, 513, 514)를 구비하고 있다. 각 광원 장치(512, 513, 514)에는, 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 발광하는 LED가 채용되고 있다. 또한, 각 광원 장치(512, 513, 514)에는, 각각에 대응하는 집광 렌즈(5)35가 배치되어 있다.
그리고, 적색 광원 장치(512)로부터의 광속은 집광 렌즈(535R)를 투과하여 반사 미러(517)로 반사되고, 적색광용 액정 광 밸브(522)로 입사된다. 또한, 녹색광원 장치(513)로부터의 광속은 집광 렌즈(535G)를 투과하여 녹색광용 액정 광 밸브(523)로 입사된다. 또한, 청색광원 장치(514)로부터의 광속은 집광 렌즈(535B)를 투과하여 반사 미러(516)로 반사되어, 청색광용 액정 광 밸브(524)로 입사된다.
또한, 각 액정 광 밸브의 입사측 및 출사측에는, 편광판(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 그리고, 각 광원부터의 광속 중 소정 방향의 직선 편광만이 입사측 편광판을 투과하고, 각 액정 광 밸브로 입사된다. 또한, 입사측 편광판의 후방에 편광 변환 수단(도시하지 않음)을 마련하여도 좋다. 이 경우, 입사측 편광판에서 반사된 광속을 리사이클하여 각 액정 광 밸브로 입사시킬 수 있게 되고, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
각 액정 광 밸브(522, 523, 524)에 의해 변조된 세 개의 색광은 크로스 다이클로익 프리즘(525)으로 입사된다. 이 프리즘은 네 개의 직각 프리즘을 접합하여 형성되고, 그 내면에 적색광을 반사하는 유전체 다층막과 청색광을 반사하는 유전 체 다층막이 십자 모양으로 배치되어 있다. 이들 유전체 다층막에 의해 세 개의 색광이 합성되고, 컬러 화상을 나타내는 광이 형성된다. 그리고, 합성된 광은 투사 광학계인 투사 렌즈(526)에 의해 투사 스크린(527) 상에 투사되어, 확대된 화상이 표시된다.
상술한 본 실시예의 광원 장치에서는, 발광 칩(2)을 효율적으로 냉각할 수 있으므로, 투입 전류를 증가하여 고휘도화시키는 것이 가능하다. 따라서, 상술한 광원 장치를 구비함으로써, 밝고 표시 품질에 우수한 프로젝터를 제공할 수 있다.
(실시예 2)
다음에, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 광원 장치의 실시예 2에 대해 설명한다. 또, 상술한 실시예 1의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하여, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 6은 본 실시예 2에 따른 광원 장치에 있어서의 청색광 및 녹색광을 발광하는 발광 칩(2a)의 근방을 확대한 개략 구성도이며, 도 6(a)는 평면도, 도 6(b)는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 2에 따른 광원 장치에서는, 기대(3)의 상부에 오목부(32)가 형성되고, 이 오목부(32)에 배선 기판(6)이 끼워 넣어지는 것에 의해, 배선 기판(6)의 상면과 기대(3)의 상면이 동일한 높이가 되도록 되어 있다.
이러한 본 실시예 2에 따른 광원 장치에 의하면, 배선 기판(6)의 상면과 기대(3)의 상면이 동일한 높이로 되어 있기 때문에 용이하게 발광 칩(2)을 수평 배치 할 수 있고, 또한 제 1 범프(21)의 두께를 상기 실시예 1에 따른 광원 장치보다 얇게 할 수 있다.
발광 칩(2)에 있어서 실제로 발열하는 부분은 발광층을 포함하는 본체부(24)이기 때문에, 상기 실시예 1에 따른 광원 장치에서는, 제 1 범프(21)의 두께가 두꺼운 만큼 기대(3)로 열량이 열 전도되기 어렵다. 따라서, 본 실시예 2와 같이 제 1 범프(21)의 두께가 얇게 됨으로써, 보다 방열 효과가 높은 광원 장치로 할 수 있다.
(실시예 3)
다음에, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 광원 장치의 실시예 3에 대해 설명한다. 상기 실시예 2의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 7은 본 실시예 3에 따른 광원 장치에 있어서의 청색광 및 녹색광을 발광하는 발광 칩(2a)의 근방을 확대한 개략 구성도이며, 도 7(a)는 평면도, 도 7(b)는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 3에 따른 광원 장치에서는, 두 개의 배선 기판(6)이 발광 칩(2a)의 양단에 각각 접속되어 있다. 이와 같이 발광 칩(2a)의 양단에 전극 기능을 갖는 도전층(62)을 구비하는 배선 기판(6)이 각각 접속됨으로써, 각 배선 기판(6)에 흐르는 전류량을 작게 할 수 있다. 즉, 본 실시예 3에 따른 광원 장치에 의하면, 상기 실시예 1 및 2와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있고, 또한 배선 기판(6) 전체에 있어서의 전기 저항이 작아지기 때문에, 배 선 기판(6)에 있어서의 발열을 방지할 수 있게 된다.
또, 도 8의 평면도로 나타내는 바와 같이, 또한 복수의 배선 기판(6)을 발광 칩(2)의 단부 근방에 범프를 거쳐 접속하여도 좋다. 이러한 경우에도, 각 배선 기판(6)에 흐르는 전류량을 작게 할 수 있기 때문에, 배선 기판(6)에 있어서의 발열을 방지할 수 있게 된다.
(실시예 4)
[광원 장치]
도 9는 본 실시예 4에 따른 광원 장치의 개략 구성도이다.
이 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 장치(101)는 통전됨으로써 발광·발열되는 발광 칩(102)을 구비하고, 발광 칩(102)은 금속 재료에 의해 형성되는 기대(103)에 직접 실장(지지)되어 있다. 그리고, 이 기대(103) 상에는 발광 칩(102)과 대략 동일한 두께를 갖는 절연층(104)이 배치되고, 이 절연층(104)의 상면에는 당해 절연층(104)의 상면으로부터 연장하여 발광 칩(102)의 상면과 접속되는 상측 전극(105)(제 2 전극)이 배치되어 있다.
또한, 기대(103)의 내부에는, 냉각 매체 X가 흐르는 유로(131)가 형성되고, 이 유로(131)는 발광 칩(102)의 아래쪽에 위치되어 있다. 또, 이 유로(131)는 지면 수직 방향으로 연장하여 마련되고, 당해 유로(131)에 냉각 매체 X를 흘리는 펌프(도시하지 않음)와 접속되어 있다.
기대(103)의 상면에는 발광 칩(102)을 둘러싸도록, 원환 형상의 반사경(106) 이 형성되어 있다. 반사경(106)은 발광 칩(102)으로부터 측방으로 출사된 광을, 지면 위쪽(광원 장치(101)의 광의 출사 방향)으로 반사하는 것이다. 그 때문에, 반사경(106)의 내면(106a)은 뱅크 형상의 경사면으로 되고, 적어도 그 내면(106a)이 경면 상태 내지 고반사율로 되어 있다. 또한, 기대(103)의 상면 전체를 덮도록 렌즈(107)가 형성되어 있다. 렌즈(107)는 발광 칩(102)으로부터 방사상으로 출사된 광을 광원 장치(101)에 있어서의 출사 방향으로 집광하는 것이다. 그 때문에, 렌즈(107)는 에폭시 수지 등의 투명 재료에 의해 구성되고, 주변부보다 중앙부의 두께가 두꺼운 볼록 렌즈로 되어 있다.
발광 칩(102)은 pn 접합부에 전류가 흐르면 발광하는 다이오드(LED)이다.
같은 반도체 재료를 접합한 호모 접합형 LED에서는, 발광부에 주입된 캐리어에 대한 장벽이 없기 때문에, 캐리어가 반도체 내의 확산 거리까지 확장된다. 이에 대하여, 다른 반도체 재료를 접합한 헤테로 접합형 LED에서는, 캐리어에 대한 장벽을 구조 내에 형성하기 때문에, 발광부에 주입되는 캐리어의 밀도를 대폭 증대시킬 수 있다. 특히, 클래드층 사이에 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 발광층의 폭이 좁을수록 캐리어 밀도를 높일 수 있게 되어, 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 호모 접합형 LED에서는, 외계에 접하는 재료와 발광부의 재료가 같기 때문에, 발광이 자기 자신의 재료로 흡수된다. 이에 대하여, 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 밴드 갭이 넓은 재료로 이루어지는 클래드층 사이에 밴드 갭이 좁은 재료로 이루어지는 발광층이 끼워져 있으므로, 자기 흡수가 감소하여 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 효율에 우수한 더블 헤테로 접합형 LED를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 칩(102)은 갈륨비소(GaAs) 등의 기판 상에, AlGaInP계의 화합물 반도체 결정을 성장시킴으로써 형성한다. 또, GaAs 기판은 가시광을 흡수하기 때문에, LED의 광 취출 효율의 향상에 한계가 있다. 그래서, 본 실시예에 있어서의 발광 칩(102)에서는, 반도체 결정을 성장시킨 후에 GaAs 기판을 제거하고, 발광 파장에 대하여 투명한 갈륨인(GaP) 기판을 고온 고압화하여 접합하는 것이 바람직하다. 그리고, n-GaP로 이루어지는 클래드층과, p-GaP의 클래드층 사이에, AlGaInP의 발광층을 유지시킨 더블 헤테로 접합 구조를 채용한다.
도 10은 발광 칩(102)의 근방을 확대한 개략 구성도이며, 도 10(a)는 평면도, 도 10(b)는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 발광 칩(102)은 기대(103)에 접속하기 위한 범프(121)(접속 단자)와 상측 전극(105)에 접속하기 위한 범프(122)(접속 단자)를 갖고 있다.
그리고, 기대(103)와 상측 전극(105)은 전원 장치(도시하지 않음)에 접속되고, 발광 칩(102)은 기대(103)와 상측 전극(105)을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열된다.
즉, 기대(103)가 하측 전극(제 1 전극)으로서의 기능을 갖고 있고, 발광 칩(102)은, 그 기대(103) 상에 직접 실장되는 것에 의해, 상측 전극(105)과 기대(103)(하측 전극) 사이에 유지된 상태로 되어 있다.
상측 전극(105)은, 상술한 바와 같이, 절연층(104)의 상면으로부터 연장하여, 발광 칩(102) 상면의 대략 중앙부에 배치된 범프(122)와 접속되어 있다. 여기 서, 절연층(104)이 발광 칩(102)의 두께와 대략 동일 또는 약간 두꺼운 두께를 갖고 있기 때문에, 도시하는 바와 같이, 상측 전극(105)을 절연층(104)의 상면으로부터 대략 수평으로 연장시키는 것에 의해 범프(122)와 접속할 수 있다. 따라서, 종래의 본딩 와이어와 달리, 용이하게 상측 전극(105)의 폭을 두껍게 하여, 전기 저항을 낮게 할 수 있다. 또, 상측 전극(105)을 형성하는 재료로는 종래의 본딩 와이어와 마찬가지의 Au, 또는 Ag나 Cu 등을 이용할 수 있다. Au를 상측 전극(105)의 재료로서 이용한 경우에는, 예컨대, 상측 전극(105)과 범프(122)의 접촉부에서의 상측 전극(105)의 부식을 방지할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 관한 상측 전극(105)은 종래의 본딩 와이어보다도 굵기 때문에, 형성 재료로서 Au를 이용한 경우에는, 광원 장치(101)의 제조 비용 증가로 이어진다. 따라서, Au와 거의 동일한 전기 저항을 갖고, 저렴한 Ag나 Cu 또는 Au 도금한 Cu를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 본 실시예 4에 따른 광원 장치(101)의 발광 칩(102)에 기대(103)와 상측 전극(105)을 거쳐 통전되는 경우에는, 상측 전극(105)의 전기 저항이 종래의 본딩 와이어보다 굵기 때문에, 상측 전극(105)에 있어서의 발열을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시예 4에 따른 광원 장치(101)에 따르면, 상측 전극(105)의 발열을 억제하고, 상측 전극(105)의 단선을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 발광 칩(102)은 기대(103)와 상측 전극(105)을 거쳐 통전됨으로써, 발광·발열한다. 이 때, 발광 칩(102)이 기대(103) 상에 직접 실장됨으로써, 발광 칩(102)(고열원)과 저열원이 근접하기 때문에, 발광 칩(102)에서 발열된 열량이 효 율적으로 방열된다. 따라서, 광원 장치(101)의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예 4에 따른 광원 장치(101)에서는, 기대(103)의 내부에 유로(131)가 형성되고, 이 유로(131) 내를 냉각 매체 X가 흐르고 있다. 따라서, 흐르는 냉각 매체 X가 저열원으로서 이용되기 때문에, 광원 장치(101)로서의 방열 효과가 더욱 높아진다.
또, 발광 칩(102)에서 발광된 광은 그 중 도 9에 있어서의 지면 위쪽으로 출사된 광이 그대로 렌즈(107)를 거쳐 출사되고, 측방으로 출사된 광이 반사경(106)의 내면(106a)에서 반사된 후에 렌즈(107)를 거쳐 출사되며, 지면 아래쪽으로 출사된 광은 기대(103)의 상면에 반사된 후 렌즈(107)를 거쳐 출사된다.
또한, 종래의 본딩 와이어는 가는 와이어 부재이기 때문에, 복수의 광원 장치를 제조한 경우에, 각 광원 장치에 있어서의 본딩 와이어의 위치가 다른 경우가 많았다. 이와 같이 각 광원 장치에 있어서의 본딩 와이어의 위치가 다르면, 각 광원 장치에 있어서의 조도 분포가 다른 것으로 된다. 따라서, 종래의 광원 장치에서는, 복수의 광원 장치를 제조하는 경우에는, 각 광원 장치의 발광 특성이 다르다고 하는 문제가 발생한다.
이에 대하여, 본 실시예 4에 따른 광원 장치(101)에 의하면, 상측 전극(105)이 굵고, 광원 장치(101)에 있어서의 위치를 항상 고정하는 것이 가능하다. 따라서, 복수의 광원 장치(101)를 제조한 경우에도, 각 광원 장치(101)에 있어서의 발광 특성의 균일성을 확보할 수 있게 된다.
[프로젝터]
본 실시예에 있어서의 프로젝터의 구성은 도 5에 나타내는 실시예 1의 프로젝터와 기본적으로 동일하다.
여기서, 본 실시예의 광원 장치에 의하면, 상측 전극(105)의 단선이 방지된다. 따라서, 광원 장치(512)의 대전류 구동에 기인하는 단선이 방지됨으로써 신뢰성이 향상된 프로젝터로 할 수 있다.
(실시예 5)
다음에, 도 11(a) 및 도 11(b)를 참조하여 본 발명에 따른 광원 장치의 실시예 5에 대하여 설명한다. 또, 상술한 실시예 4의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하여, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 11(a) 및 도 11(b)는 본 실시예 5에 따른 광원 장치에 있어서의 발광 칩(102)의 근방을 확대한 개략 구성도이며, 도 11(a)는 평면도, 도 11(b)는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 5에 따른 광원 장치에서는, 상측 전극(105)이 발광 칩(102)의 상면의 폭과 대략 동일한 폭으로 된 상태에서 절연층(104)의 상면으로부터 연장되고, 또한, 상측 전극(105)이 발광 칩(102)의 단부 근방의 범프(122)와 접속되어 있다.
이러한 본 실시예 5에 따른 광원 장치에 의하면, 상측 전극(105)이 발광 칩(102)의 폭과 대략 동일한 폭을 갖고 있기 때문에, 두께를 늘리는 일없이 상측 전극(105)의 전기 저항을 상기 실시예 4보다도 더 낮게 할 수 있다. 따라서, 광원 장치의 대형화를 초래하는 일없이, 보다 확실하게 상측 전극(105)의 단선을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상측 전극(105)이 상기 실시예 4와 달리 발광 칩(102)의 단부 근방에 접속되어 있기 때문에, 상측 전극(105)이 발광 칩(102)의 상면, 즉 출사면을 덮는 범위가 작아진다. 따라서, 보다 발광 특성에 우수한 광원 장치로 할 수 있게 된다.
(실시예 6)
다음에, 도 12(a) 및 도 12(b)를 참조하여 본 발명에 따른 광원 장치의 실시예 6에 대해 설명한다. 또, 상술한 실시예 5의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 12(a) 및 도 12(b)는 본 실시예 6에 따른 광원 장치에 있어서의 발광 칩(102)의 근방을 확대한 개략 구성도이며, 도 12(a)는 평면도, 도 12(b)는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 6에 따른 광원 장치에서는, 두 개의 절연층(104)이 발광 칩(102)의 양단에 배치되고, 각 절연층으로부터 연장되는 상측 전극이 각각 범프(122)를 거쳐 발광 칩(102)의 단부 근방에 접속되어 있다. 이와 같이 발광 칩(102)의 양단에 상측 전극(105)을 접속함으로써, 각 상측 전극(105)에 흐르는 전류량을 작게 할 수 있다. 즉, 본 실시예 6에 따른 광원 장치에 의하면, 상기 실시예 5보다도 상측 전극(105) 전체의 전기 저항을 더 낮게 할 수 있어, 보다 확실하게 상측 전극(105)의 단선을 방지할 수 있게 된다.
또, 도 13의 평면도에 나타내는 바와 같이, 절연층(104)의 상면으로부터 연장되는 상측 전극(105)을 복수로 분할하고, 이들의 각각과 상기 발광 칩(102)의 상면을 접속하여도 좋다. 이러한 태양은 도 12(a) 및 도 12(b)에서 나타낸 태양보다도 상측 전극(105) 전체의 전기 저항은 높게 되지만, 상측 전극(105)이 발광 칩(2)의 출사면을 덮는 부분이 적어지기 때문에, 보다 발광 특성에 우수한 광원 장치로 할 수 있게 된다.
(실시예 7)
[광원 장치]
도 14(a) 및 도 14(b)는 본 실시예 7에 따른 광원 장치의 개략 구성도이며, 도 14(b)는 정면도, 도 14(a)는 도 14(b)에서의 A-A'선 단면도이다.
이 도 14(a) 및 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 광원 장치(201)는 통전됨으로써, 발광·발열되는 발광 칩(202)을 구비하고, 발광 칩(202)은 금속 재료에 의해 형성되는 기대(203)에 직접 실장(지지)되어 있다. 그리고, 이 기대(203) 상에는 발광 칩(202)과 대략 동일한 두께를 갖는 절연층(204)이 배치되고, 이 절연층(204)의 상면에는 당해 절연층(204)의 상면으로부터 연장되어 발광 칩(202)의 상면과 접속되는 상측 전극(205)(제 2 전극)이 배치되어 있다. 그리고, 상측 전극(205) 상에는 접속재(208)가 배치되어 있다. 이 접속재(208)로는, 도전성을 갖는 재료라면 사용할 수 있지만, 제조 시에 있어서의 형상 변형이 용이한 땜납이나 도전성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에 있어서의 배선 기판은, 본 실시예에 있어서, 절연층(204)과 상측 전극(205)(도전층)으로 구성되어 있다.
또한 기대(203)의 내부에는, 냉각 매체 X가 흐르는 유로(231)가 형성되고, 이 유로(231)는 발광 칩(202)의 아래쪽에 위치되어 있다. 또, 이 유로(231)는 도 14(b)에서의 지면 수직 방향으로 연장되고, 당해 유로(231)에 냉각 매체 X를 흘리는 펌프(도시하지 않음)와 접속되어 있다.
기대(203)의 상면에는, 접속재(208)의 상면과 대략 동일한 상면을 갖는 절연성의 스페이서(209)가 배치되고, 접속재(208)와 스페이서(209)의 위에는, 발광 칩(202)을 둘러싸도록, 원환 형상의 반사경(206)(반사부)이 형성되어 있다. 반사경(206)은 발광 칩(202)으로부터 측방으로 사출된 광을, 도 14(a)에서의 지면 위쪽(소정의 사출 방향)으로 반사하는 내면(206a)(반사면)을 갖고 있고, 이 중 반사면(206a)은 뱅크 형상의 경사면으로 되어, 경면 상태 내지 고반사율로 되어 있다. 또한, 이 반사경(206)은 도전성 재료에 의해 형성되고, 상기 접속재(208)를 거쳐 상측 전극(205)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 상측 전극(205)은 반사경(206)을 거쳐 통전된다. 또한, 기대(203)의 상면 전체를 덮도록 렌즈(207)가 형성되어 있다. 렌즈(207)는 발광 칩(202)으로부터 방사상으로 사출된 광을 광원 장치(201)에 있어서의 사출 방향으로 집광하는 것이다. 그 때문에, 렌즈(207)는 발광 칩(202)으로부터의 사출광이 손상되는 일없이 투과하는 광학 기능을 갖는 재료, 예컨대, 유리나 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 에폭시 등의 투명 재료에 의해 구성되어, 주변부보다 중앙부의 두께가 두꺼운 볼록 렌즈로 되어 있다. 또한, 도시하는 바와 같이, 반사경(206)의 외측(비발광 칩 측)에는, 외부 접속 단자(210)가 접속되고, 반사경(206)은 이 외부 접속 단자(210)를 거쳐 통전된다.
발광 칩(202)은 pn 접합부에 전류가 흐르면 발광하는 다이오드(LED)이다.
같은 반도체 재료를 접합한 호모 접합형 LED에서는, 발광부에 주입된 캐리어에 대한 장벽이 없기 때문에, 캐리어가 반도체 내의 확산 거리까지 넓어진다. 이에 대하여, 다른 반도체 재료를 접합한 헤테로 접합형 LED에서는, 캐리어에 대한 장벽을 구조 내에 마련하기 때문에, 발광부에 주입되는 캐리어의 밀도를 대폭 증대시킬 수 있다. 특히, 클래드층 사이에 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 발광층의 폭이 좁을수록 캐리어 밀도를 높일 수 있게 되어, 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 호모 접합형 LED에서는, 외계에 접하는 재료와 발광부의 재료가 같기 때문에, 발광이 자기 자신의 재료로 흡수된다. 이에 대하여, 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 밴드 갭이 넓은 재료로 이루어지는 클래드층 사이에 밴드 갭이 좁은 재료로 이루어지는 발광층이 유지되므로, 자기 흡수가 감소하여 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 효율에 우수한 더블 헤테로 접합형 LED를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예 7에 있어서의 발광 칩(202)은 적색광을 발광하는 것이고, 갈륨비소(GaAs) 등의 기판 상에, AlGaInP계의 화합물 반도체 결정을 성장시킴으로써 형성한다. 또, GaAs 기판은 가시광을 흡수하기 때문에, LED의 광 취출 효율의 향상에 한계가 있다. 그래서, 본 실시예에 있어서의 발광 칩(202)에서는, 반도체 결정을 성장시킨 후에 GaAs 기판을 제거하고, 발광 파장에 대하여 투명한 갈륨인 (GaP) 기판을 고온 고압화하여 접합하는 것이 바람직하다. 그리고, n-GaP로 이루어지는 클래드층과 p-GaP의 클래드층 사이에, AlGaInP의 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합 구조를 채용한다.
또한, 도시하는 바와 같이, 발광 칩(202)은 기대(203)에 접속하기 위한 범프(221)와 상측 전극(205)에 접속하기 위한 범프(222)를 갖고 있다. 그리고, 기대(203)와 상측 전극(205)은 전원 장치(도시하지 않음)에 접속되고, 발광 칩(202)은 기대(203)와 상측 전극(205)을 거쳐 통전됨으로써, 발광·발열된다.
즉, 기대(203)가 하측 전극(제 1 전극)으로서의 기능을 갖고 있고, 발광 칩(202)은 그 기대(203) 상에 직접 실장되어 있음으로써 상측 전극(205)과 기대(203)(하측 전극) 사이에 유지된 상태로 되어 있다.
상측 전극(205)은, 상술한 바와 같이, 절연층(204)의 상면으로부터 연장되어, 발광 칩(202) 상면의 단부 근방에 배치된 범프(222)와 접속되어 있다. 여기서, 절연층(204)이 발광 칩(202)의 두께와 대략 동일 또는 약간 두꺼운 두께를 갖고 있기 때문에, 도시하는 바와 같이, 상측 전극(205)을 절연층(204)의 상면으로부터 대략 수평으로 연장시키는 것에 의해 범프(222)와 접속할 수 있다. 따라서, 종래의 본딩 와이어와 달리, 용이하게 상측 전극(205)의 폭을 굵게 하여, 전기 저항을 낮게 할 수 있다. 또한, 상측 전극(205)이 발광 칩(202)의 상면 단부 근방에 배치된 범프(222)와 접속되어 있기 때문에, 발광 칩(202)의 발광 영역을 넓게 확보할 수 있다.
또, 상측 전극(205)을 형성하는 재료로는 종래의 본딩 와이어와 마찬가지의 Au, 또는 Ag이나 Cu 등을 이용할 수 있다. Au를 상측 전극(205)의 재료로서 이용한 경우에는, 예컨대, 상측 전극(205)과 범프(222)의 접점부에서의 상측 전극(205)의 부식을 방지할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 상측 전극(205)은, 종래의 본딩 와이어보다도 굵기 때문에, 형성 재료로서 Au를 이용한 경우에는, 광원 장치(201)의 제조 비용 증가로 이어진다. 따라서, Au와 거의 동일한 전기 저항을 갖고, 저렴한 Ag나 Cu 또는 Au 도금한 Cu를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 본 실시예 7에 따른 광원 장치(201)의 발광 칩(202)에 기대(203)와 상측 전극(205)을 거쳐 통전되는 경우에는, 상측 전극(205)의 전기 저항이 종래의 본딩 와이어보다 굵기 때문에, 상측 전극(205)에 있어서의 발열을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시예 7에 따른 광원 장치(201)에 의하면, 상측 전극(205)의 발열을 억제하고, 또한 상측 전극(205)의 단선을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 발광 칩(202)은 기대(203)와 상측 전극(205)을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열한다. 이 때, 발광 칩(202)이 기대(203) 상에 직접 실장됨으로써, 발광 칩(202)(고열원)과 저열원이 근접하기 때문에, 발광 칩(202)에서 발열된 열량이 효율적으로 방열된다. 따라서, 광원 장치(201)의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예 7에 따른 광원 장치(201)에서는, 기대(203)의 내부에 유로(231)가 형성되고, 이 유로(231) 내를 냉각 매체 X가 흐르고 있다. 따라서, 흐르는 냉각 매체 X가 저열원으로서 이용되기 때문에, 광원 장치(201)로서의 방열 효과가 더욱 높아진다.
또, 발광 칩(202)에서 발광된 광은, 그 중 도 14(a)에서의 지면 위쪽으로 사 출된 광이 그대로 렌즈(207)를 거쳐 사출되고, 측방으로 사출된 광이 반사경(206)의 내면(206a)에서 반사된 후에 렌즈(207)를 거쳐 사출되며, 지면 아래쪽으로 사출된 광은 기대(203)의 상면으로 반사된 후 렌즈(207)를 거쳐 사출된다.
이러한 본 실시예 7에 따른 광원 장치(201)에 의하면, 반사경(206)을 거쳐 상측 전극(205)에 통전된다. 이러한 반사경(206)은 종래의 본딩 와이어 등의 가는 전극 배선보다도 현격하게 넓은 단면적을 갖고 있고, 그에 따라, 통전에 의한 발열량이 가는 전극 배선보다도 낮다. 따라서, 본 실시예 7에 따른 광원 장치(201)에서는, 전극 배선에 있어서의 불필요한 발열을 방지할 수 있기 때문에, 냉각계에 대한 여분인 부하가 경감되어, 발광 칩의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 전극 배선에 있어서의 발열이 억제됨으로써, 전극 배선이 용해하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 전극 배선의 단선을 방지할 수 있게 된다.
다음에, 도 15(a) 및 도 15(b) 내지 도 21(a) 및 도 21(b)를 참조하여, 상기 실시예 7에 따른 광원 장치(201)의 제조 방법에 대해 설명한다. 또, 도 15(a) 및 도 15(b) 내지 도 21(a) 및 도 21(b)에서, 도 15(b), 도 16(b), 도 17(b), 도 18(b), 도 19(b), 도 20(b) 및 도 21(b)는 정면도이며, 도 15(a), 도 16(a), 도 17(a), 도 18(a), 도 19(a), 도 20(a) 및 도 21(a)는 도 15(b), 도 16(b), 도 17(b), 도 18(b), 도 19(b), 도 20(b) 및 도 21(b)에서의 A-A'선 단면도이다.
우선, 도 15(a) 및 도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 유로(231)가 내부에 형성된 기대(203)를 준비한다. 이러한 기대(203)의 형성 방법으로는, 예컨대, 기대 본체(232)에 유로(231)에 대응하는 홈을 형성하고, 이 홈이 형성된 기대(203) 본체 상에 당해 기대(203) 본체와 같은 재료에 의해 형성된 덮개부(233)를 배치함으로써 형성할 수 있다.
계속해서, 도 16(a) 및 도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 범프(221, 222)가 형성된 발광 칩(202)을 기대(203) 상면의 대략 중앙부, 즉, 유로(231) 상에 범프(221)가 기대(203)와 접속되도록 배치한다. 그 후, 도 17(a) 및 도 17(b)에 나타내는 바와 같이, 절연층(204) 및 상측 전극(205)이 적층되는 배선 기판을 기대(203) 상에 배치하여, 상측 전극(205)과 범프(222)를 접속한다. 그리고, 도 18(a) 및 도 18(b)에 나타내는 바와 같이, 상측 전극(205) 상에 접속재(208)를 배치한다. 다음에, 도 19(a) 및 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, 발광 칩(202) 주변의 기대(203) 상에 복수의 스페이서(209)와 접착제를 배치한다. 그 후, 도 20(a) 및 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 스페이서(209) 및 접속재(208) 상에 반사경(206)을 배치한다. 또, 여기서, 상기 접속재(208)로서 형상 변형이 용이한 땜납이나 도전성 접착제를 사용하고 있는 경우에는, 반사경(206)을 배치할 때에, 용이하게 반사경(206)의 경사를 변화시켜, 용이하게 반사경(206)의 각도를 미세 조정하는 것이 가능해져, 반사경(206)의 배치가 용이해진다. 계속해서, 도 21(a) 및 도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 기대(203) 상에 렌즈(207)를 형성하고, 그 후, 반사경(206)의 외측에 외부 접속 단자(210)를 접속함으로써, 도 14(a) 및 도 14(b)에 나타내는 광원 장치(201)가 제조된다.
[프로젝터]
본 실시예 7에 있어서의 프로젝터의 구성은 도 5에 나타내는 실시예 1의 프로젝터와 기본적으로 동일하다.
여기서, 본 실시예의 광원 장치에 따르면, 광원 장치(512, 513, 514)의 대전류로 구동에 기인하는 전극 배선의 전기 저항에 의한 불필요한 발열이 방지되기 때문에, 냉각계에 대한 여분의 부하가 경감되고, 발광 칩의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 칩으로부터 사출되는 광량을 증가시킬 수 있어, 밝기가 향상된 프로젝터로 할 수 있다. 또한, 전극 배선에 있어서의 발열이 억제됨으로써, 단선이 방지되기 때문에 신뢰성이 향상된 프로젝터로 할 수 있다.
(실시예 8)
다음에, 도 22(a) 및 도 22(b)를 참조하여, 본 발명의 실시예 8에 따른 광원 장치에 대해 설명한다. 또, 본 실시예 8의 설명에 있어서, 상기 실시예 7과 마찬가지의 부분에 대해서는, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 22(a) 및 도 22(b)는 본 실시예 8에 따른 광원 장치(240)의 개략 구성도이며, 도 22(b)는 정면도, 도 22(a)는 도 22(b)에서의 A-A'선 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 8에 따른 광원 장치에서는, 두 개의 절연층(204)이 발광 칩(202)의 양단에 배치되고, 각 절연층(204)으로부터 연장되는 상측 전극(205)이 각각 범프(222)를 거쳐 발광 칩(202)의 단부 근방에 접속되어 있다. 이와 같이 발광 칩(202)의 양단에 상측 전극(205)을 접속함으로써, 각 상측 전극 (205)에 흐르는 전류량을 작게 할 수 있다. 이러한 본 실시예 8에 따른 광원 장치(240)에 의하면, 상기 실시예 8에 따른 광원 장치(201)보다도 상측 전극(205) 전체의 전기 저항을 보다 작게 할 수 있어, 보다 확실하게 상측 전극(205)의 단선을 방지할 수 있게 된다.
(실시예 9)
다음에, 도 23(a) 및 도 23(b)를 참조하여, 본 발명의 실시예 9에 따른 광원 장치에 대해 설명한다. 또, 본 실시예 9의 설명에 있어서도, 상기 실시예 7과 마찬가지의 부분에 대해서는, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 23(a) 및 도 23(b)는 본 실시예 9에 따른 광원 장치(250)의 개략 구성도이며, 도 23(b)는 정면도, 도 23(a)는 도 23(b)에서의 A-A'선 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 9에 따른 광원 장치(250)에서는, 두 개의 절연층(204) 및 상측 전극(205)이 발광 칩(202)의 양단에 배치되고, 또한, 절연층(204)의 상면으로부터 연장되는 상측 전극(205)을 복수로 분할하고, 이들 각각과 상기 발광 칩(202)의 상면이 접속되어 있다. 이러한 본 실시예 9에 따른 광원 장치(250)에 의하면, 상기 실시예 8로 나타낸 광원 장치(240)보다도 상측 전극(205) 전체의 전기 저항은 높게 되지만, 상측 전극(205)이 발광 칩(202)의 발광 영역을 덮는 부분이 적어지기 때문에, 보다 발광 특성에 우수한 광원 장치로 할 수 있게 된다.
(실시예 10)
다음에, 도 24(a) 및 도 24(b)를 참조하여 본 발명의 실시예 10에 따른 광원 장치에 대해 설명한다. 또, 본 실시예 10의 설명에서도, 상기 실시예 7과 마찬가지의 부분에 대해서는, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 24(a) 및 도 24(b)는 본 실시예 10에 따른 광원 장치(260)의 개략 구성도이며, 도 24(b)는 정면도, 도 24(a)는 도 24(b)에서의 A-A'선 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 10에 따른 광원 장치(260)는 플립 칩 실장형 광원 장치이고, 청색광 또는 녹색광을 사출하는 것이다.
기대(203) 상에는, 절연층(261)과 도전층(262)(제 2 전극)이 적층되는 배선 기판(266)이 배치되어 있다. 이 배선 기판(266)은 그 상면이 발광 칩(263)의 하면보다도 아래쪽에 위치하는 두께로 되어 있다. 그리고, 본 실시예에 따른 발광 칩(263)은 기대(203) 상에, 소위 플립 칩 실장되어 있다. 구체적으로는, 발광 칩(263)은 기대(203)와 물리적 및 전기적으로 접속되는 범프(264)와, 상기 도전층(262)과 물리적 및 전기적으로 접속되는 범프(265)를 갖고 있고, 이 범프(264), 265에 의해 기대(203) 상에 지지되어 있다.
이 발광 칩(263)은 통전됨으로써, 청색광 또는 녹색광을 사출하는 것이고, 사파이어(A12O3) 등의 기판의 표면에, GaInN계의 화합물 반도체 결정을 성장시킴으로써 형성한다. 그리고, n-GaN으로 이루어지는 클래드층과, p-GaN으로 이루어지는 클래드층 사이에, InGaN으로 이루어지는 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합 구조를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 도전층(262) 상에는, 접속재(208)가 배치되어 있고, 기대(203)의 상면에는, 접속재(208)의 상면과 대략 동일한 상면을 갖는 절연성의 스페이서(209)가 배치되고, 접속재(208)와 스페이서(209) 위에는, 발광 칩(263)을 둘러싸도록, 원환 형상의 반사경(206)(반사부)이 형성되어 있다.
그리고, 기대(203)와 배선 기판(266)의 도전층(262)은 전원 장치(도시하지 않음)와 접속되고, 발광 칩(263)은 기대(203)와 배선 기판(266)의 도전층(262)을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열한다. 즉, 본 실시예 10에 있어서는, 기대(203) 및 도전층(262)이 발광 칩(263)에 전류를 주입하기 위한 전극으로서의 기능을 갖고 있다.
이러한 본 실시예 10에 따른 광원 장치(260)에 있어서도, 반사경(206)을 거쳐 도전층(262)에 통전되기 때문에, 상기 실시예 7에 따른 광원 장치(201)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 11)
다음에, 도 25(a) 및 도 25(b)를 참조하여 본 발명의 실시예 11에 따른 광원 장치(270)에 대하여 설명한다. 또, 본 실시예 11의 설명에서, 상기 실시예 10과 마찬가지의 부분에 대해서는, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 25(a) 및 도 25(b)는 본 실시예 11에 따른 광원 장치(270)의 개략 구성도이며, 도 25(b)는 정면도, 도 25(a)는 도 25(b)에서의 A-A'선 단면도이다. 이 도 면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 11에 따른 광원 장치(270)의 기대(203) 상부에는, 배선 기판(266)이 사이에 끼워지는 오목부(234)가 형성되고, 이 오목부(234)에 배선 기판(266)이 끼워지는 것에 의해, 도전층(262)의 상면과 기대(203)의 상면이 동일한 높이로 되도록 되어 있다.
이러한 본 실시예 11에 따른 광원 장치(270)에 의하면, 도전층(262)의 상면과 기대(203)의 상면이 동일한 높이로 되도록 되어 있기 때문에, 용이하게 발광 칩(263)을 수평 배치할 수 있다. 또한, 본 실시예 11에 따른 광원 장치(270)에 의하면, 범프(264)의 두께를 얇게 하고, 발광 칩(263)을 기대(203)에 근접시킬 수 있기 때문에, 발광 칩(263)의 냉각 효율이 더욱 좋은 광원 장치로 할 수 있다.
(실시예 12)
다음에, 도 26(a) 및 도 26(b)를 참조하여, 본 발명의 실시예 12에 따른 광원 장치(280)에 대해 설명한다. 또, 본 실시예 12의 설명에서, 상기 실시예 11과 마찬가지의 부분에 대해서는, 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 26(a) 및 도 26(b)는, 본 실시예 12에 따른 광원 장치(280)의 개략 구성도이며, 도 26(b)는 정면도, 도 26(a)는 도 26(b)에서의 A-A'선 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 12에 따른 광원 장치(280)는 두 개의 배선 기판(266)이 발광 칩(263)의 양단에 배치되고, 각 배선 기판(266)의 도전층(262)이 각각 범프(265)를 거쳐 발광 칩(263)에 접속되어 있다.
이와 같이 발광 칩(263)의 양단에 도전층(262)을 접속함으로써, 각 도전층 (262)에 흐르는 전류량을 작게 할 수 있어, 보다 확실하게 전극 배선의 단선을 방지할 수 있게 된다.
(실시예 13)
[광원 장치]
도 27(a) 및 도 27(b)는 본 실시예 13의 광원 장치(301)의 개략 구성도이며, 도 27(a)는 평면도, 도 27(b)는 도 27(a)에서의 A-A'선 단면도이다. 이 도 27(a) 및 도 27(b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 13의 광원 장치(301)는 통전됨으로써 발광하는 발광 칩(302)을 구비하고 있다. 그리고, 광원 장치(301)는 발광 칩(302)의 발광광을 발광 칩(302)의 상면(321)(정면)을 향하는 방향인 정면 방향으로 사출하는 것이다.
이 발광 칩(302)은, 예컨대, 동등한 도전성 부재에 의해 형성된 기대(303) 상에 직접 실장(지지)되어 있다. 이 기대(303)는, 예컨대, 은페이스트 등의 도전성 접착제를 거쳐 발광 칩(302)의 하면(322)에 접속되고, 발광 칩(302)에 전류를 인가하기 위한 하측 전극(제 1 전극)으로서 이용된다.
기대(303) 상에는, 발광 칩(302)을 둘러싸도록 플렉서블 기판(304)이 배치되어 있다. 이 플렉서블 기판(304)은 절연층(341)과, 당해 절연층(341) 상에 배치되는 도전층(342)을 구비하여 구성되고, 절연층(341)에 의해, 도전층(342)과 기대(303)의 절연 상태가 확보되어 있다.
플렉서블 기판(304) 상에는, 발광 칩(302) 상면(321)의 외주부를 따르도록 도전성 부재(305)(차광 수단)가 배치되어 있다. 이 도전성 부재(305)는 발광 칩(302)의 외주부에 피복되도록 배치되고, 발광 칩(302)의 측면(323)으로부터 사출되는 발광광이 직접 상기 정면 방향으로 사출되는 것을 방지하는 것이다.
또한, 발광 칩(302) 근방의 도전성 부재(305)의 표면(351)은 발광 칩(302)의 측면으로부터 사출된 발광광의 적어도 일부를 반사하도록 표면 처리가 이루어지고 있다.
또, 도전성 부재(305)는 도전성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있으면 좋고, 예컨대, 동이나 알루미늄을 이용하여 형성할 수 있다.
도 28은 도 27(b)에 있어서의 A부의 확대도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 발광 칩(302) 상면(321)의 전면에는, 투광성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성된 상측 전극(307)(제 2 전극)이 배치되어 있다. 또, 상측 전극(307)을 형성하는 투광성을 갖는 도전성 재료로는, ITO(Indium Tin Oxide) 등을 이용할 수 있다. 상측 전극(307)은, 도 28에 나타내는 바와 같이, 도전성 부재(305)와 접속되어 있다. 또한, 도전성 부재(305)가 접속된 부분에 있어서의 상측 전극(307)과 발광 칩(302) 사이에는 절연 부재(306)가 배치되어 있다. 또한, 도전성 부재(305)는 플렉서블 기판(304)의 도전층(342)과 접속되어 있다. 그리고, 발광 칩(302)은 상측 전극(307)과 하측 전극인 기대(303)를 거쳐 통전됨으로써 발광된다.
도 27(a) 및 도 27(b)로 되돌아가, 도전성 재료(305)의 발광 칩(302) 측의 측면은 발광 칩(302)의 외측으로부터 내측을 향해 경사진 경사면(352)(리플렉터)으로 되어 있다. 이 경사면(352)은 발광 칩(302)의 상면(321)으로부터 경사 방향으 로 사출된 발광광이 상술한 정면 방향으로 도출되는 각도로 형성된 반사면으로 구성되어 있다. 이와 같이, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 있어서는, 본 발명의 리플렉터와 도전성 부재가 일체 형성되어 있다. 따라서, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 따르면, 본 발명의 리플렉터로서 새로운 부재를 설치할 필요가 없어진다.
또한, 도 28에 나타내는 바와 같이, 발광 칩(302)의 하면(322)(발광 칩(302)의 상면(321)에 대향하는 면)에는, 도전성 재료로 형성되는 반사막(308)이 배치되어 있다. 즉, 본 실시예 13에 있어서, 발광 칩(302)은 도전성 접착제 및 반사막(308)을 거쳐 하측 전극인 기대(303)와 접속되어 있다.
또, 발광 칩(302)은, pn 접합부에 전류가 흐르면 발광하는 다이오드(LED)이다. 같은 반도체 재료를 접합한 호모 접합형 LED에서는, 발광부에 주입된 캐리어에 대한 장벽이 없기 때문에, 캐리어가 반도체 내의 확산 거리까지 넓어진다. 이에 대하여, 다른 반도체 재료를 접합한 헤테로 접합형 LED에서는, 캐리어에 대한 장벽을 구조 내에 마련하기 때문에, 발광부에 주입되는 캐리어의 밀도를 대폭 증대시킬 수 있다. 특히, 클래드층 사이에 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 발광층의 폭이 좁을수록 캐리어 밀도를 높일 수 있게 되어, 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 호모 접합형 LED에서는, 외계에 접하는 재료와 발광부의 재료가 같기 때문에, 발광광이 자기 자신의 재료로 흡수된다. 이에 대하여, 더블 헤테로 접합형 LED에서는, 밴드 갭이 넓은 재료로 이루어지는 클래드층 사이에 밴드 갭이 좁은 재료로 이루어지는 발광층이 유지되므로, 자기 흡수가 감소하여 발광광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발광 효율에 우수한 더블 헤테로 접합형 LED를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 칩(302)으로서, 적색의 발광광을 사출하는 것을 이용하는 경우에는, 갈륨비소(GaAs) 등의 기판 상에, AlGaInP계의 화합물 반도체 결정을 성장시킴으로써 형성한다. 또, GaAs 기판은 가시광을 흡수하기 때문에, LED의 발광광의 취출 효율의 향상에 한계가 있다. 그래서, 본 실시예에 있어서의 발광 칩(302)에서는, 반도체 결정을 성장시킨 후에 GaAs 기판을 제거하고, 발광 파장에 대하여 투명한 갈륨인(GaP) 기판을 고온 고압화하여 접합하는 것이 바람직하다. 그리고, n-GaP로 이루어지는 클래드층과, p-GaP의 클래드층 사이에, AlGaInP의 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합 구조를 채용한다.
또한, 발광 칩(302)으로서, 청색 또는 녹색의 발광광을 사출하는 것을 이용하는 경우에는, 사파이어(A12O3) 등의 기판의 표면에, GaInN계의 화합물 반도체 결정을 성장시킴으로써 형성한다. 그리고, n-GTaN으로 이루어지는 클래드층과, p-GaN으로 이루어지는 클래드층 사이에, InGaN으로 이루어지는 발광층을 유지한 더블 헤테로 접합 구조를 채용하는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 있어서는, 기대(303)와 상측 전극(307)을 거쳐 발광 칩(302)에 통전됨으로써 발광 칩(302)으로부터 발광광이 사출된다.
여기서, 발광 칩(302)의 측면(323)으로부터 사출된 발광광은 도전성 부재 (305)에 의해 직접 정면 방향으로 사출되는 것이 방지된다. 이 때문에, 조명광에 포함되는 평행광화가 곤란한 미광 성분을 배제할 수 있기 때문에, 광원 장치(1)로부터 사출되는 발광광(조명광)의 조도 분포를 균일화할 수 있게 된다.
또한, 발광 칩(302) 근방의 도전성 부재(305)의 표면(351)이 발광 칩(302)의 측면으로부터 사출된 발광광의 적어도 일부를 반사하도록 표면 처리되어 있다. 따라서, 도전성 부재(305)에 있어 발광 칩(302)의 측면(323)으로부터 사출된 발광광이 도전성 부재(305)에서 흡수되는 것을 억제할 수 있어, 광원 장치(301)의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
이 때문에, 발광 칩(302)의 발광 효율의 저하를 막고, 또한 발광 칩(302)을보다 대전류로 구동하는 것이 가능해져, 광원 장치(301)로부터 보다 많은 발광량을 얻는 것이 가능해진다. 또, 발광 칩(302) 근방의 도전성 부재(305)의 표면(351)에서 반사된 발광광을 반사함으로써 평행광화 가능한 발광광으로서 간접적으로 정면 방향으로 사출되는 미러(재이용 수단) 등을 설치하는 것에 의해, 발광 칩(302) 근방의 도전성 부재(305)의 표면(351)에서 반사된 발광광을 재이용하여도 좋다. 그에 따라, 광원 장치(301)에 있어서의 발광광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상측 전극(307)에는, 도전성 부재(305)를 거쳐 전류가 인가된다. 이러한 도전성 부재(305)는 종래의 광원 장치에 구비되던 본딩 와이어보다도 현격하게 넓은 단면적을 갖고 있기 때문에, 보다 큰 전류를 흘릴 수 있다. 따라서, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 따르면, 발광 칩(302)의 대전류로 구동이 가능해져, 보다 발광량이 많은 광원 장치(301)로 된다. 또한, 본 실시예 13의 광원 장치 (301)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 본딩 와이어 대신 도전성 부재(305)를 거쳐 상측 전극(307)에 전류를 인가하고 있다. 즉, 종래, 발광광의 광로 상에는 배치되어 있던 본딩 와이어가 배치되어 있지 않다. 이 때문에, 조명광의 조도 분포가 불균일화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예 13의 광원 장치(301)는, 상술한 바와 같이, 도전성 부재(305)를 이용하여 발광 칩(302)의 측면(323)으로부터 사출된 발광광이 직접 정면 방향으로 사출되는 것을 방지하고 있다.
이 때문에, 새롭게 본 발명의 차광 수단으로서 별도의 부재를 배치하는 일 없이, 발광 칩(302)의 측면(323)으로부터 사출된 발광광이 직접 정면 방향으로 사출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 있어서는, 기대(303)가 도전성이 높은 금속 재료(Cu)에 의해 형성되고, 또한 제 1 전극으로서 이용되고 있기 때문에, 발광 칩(302)의 열량이 효율적으로 기대(303)를 거쳐 방열된다. 이 때문에, 발광 칩(302)의 온도 상승을 억제할 수 있기 때문에, 발광 칩(302)의 대전류 구동이 가능해져, 보다 발광량이 많은 광원 장치(301)로 된다.
또한, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 따르면, 상측 전극(307)이 발광 칩(302) 상면(321)의 전면에 배치되어 있다. 이 때문에, 발광 칩(302)의 상면(321)에 균일하게 전류가 인가되어, 발광 칩(302)으로부터 균일한 조도 분포의 발광광을 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시예 13의 광원 장치(301)의 조명광의 조도 분포가 보다 균일화된다.
또한, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 있어서는, 도전성 부재(305)가 접속된 부분에서의 상측 전극(307)과 발광 칩(302) 사이에 절연 부재(306)가 배치되어 있다. 이 때문에, 도전성 부재(305)에 의해서 덮인 발광 칩(302)의 외주부(도전성 부재(305)에 의해 차광된 부분)에 인가되는 전류량을 감소시켜, 도전성 부재(305)에 의해 덮어지지 않은 발광 칩(302)의 중앙부에 의해 많은 전류를 인가할 수 있다. 따라서, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 따르면, 도전성 부재(302)에 의해 발광광이 차광되는 발광 칩(302)의 외주부에 있어서의 발광량을 감소시켜, 광원 장치(301)의 조명광으로 이용되는 발광 칩(302)의 중앙부로부터 사출되는 발광광을 증가시킬 수 있다. 따라서, 발광광의 취출 효율이 악화되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 발광 칩(302)으로부터 사출된 발광광 중, 정면 방향으로 사출된 발광광은 그대로 정면 방향으로 사출된다. 또한, 발광 칩(302)으로부터 사출된 발광광 중, 경사 방향으로 사출된 발광광은 리플렉터로서 구성된 도전성 부재(305)의 경사면(352)에 의해 반사됨으로써 평행광화되어 정면 방향으로 사출된다. 또한, 발광 칩(302)으로부터 사출된 발광광 중, 발광 칩(302) 내를 도파하여 발광 칩의 하면으로부터 사출되는 발광광은 발광 칩(302)의 하면(322)에 배치된 반사막(308)에 의해 반사되고, 다시 발광 칩(302) 내를 도파하여, 정면 방향으로 사출된다.
이와 같이, 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 있어서는, 발광 칩(302)의 하면(322)에 반사막(308)이 배치되어 있기 때문에, 발광광의 취출 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
이러한 본 실시예 13의 광원 장치(301)에 따르면, 상술한 여러 가지의 구성 에 의해, 조명광의 조도 분포가 균일화되고, 또한 평행광화된 조명광이 사출된다. 이 때문에, 프로젝터의 광원으로서 적합한 광원 장치로 된다.
또, 본 실시예 13에 있어서는, 도 27(a)에 나타내는 바와 같이, 도전성 부재(305)가 네 개의 경사면(352)을 갖는 구성을 채용했다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 도 29에 나타내는 바와 같이, 경사면(352)의 평면에서 본 형상이 원형이나 투구형(鉢型) 도전성 부재를 갖는 구성으로 하여도 좋다.
[프로젝터]
본 실시예에 있어서의 프로젝터의 구성은 도 5에 나타내는 실시예 1의 프로젝터와 기본적으로 동일하다.
여기서, 본 실시예의 광원 장치에 따르면, 발광 칩의 측면으로부터 사출되는 발광광이 차단되기 때문에, 조명광에 포함되는 미광 성분이 배제되고, 조명광의 조도 분포가 균일화되어 있다. 이 때문에, 표시 특성이 보다 우수한 프로젝터로 할 수 있다.
(실시예 14)
다음에, 본 발명의 실시예 14에 대하여, 도 30 및 도 31을 참조하여 설명한다. 또, 본 실시예 14의 설명에 있어서, 상기 실시예 13과 마찬가지의 부분에 대해서는, 그 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 본 실시예 14의 광원 장치는 상기 실시예 13의 광원 장치가 광학 소자를 더 구비한 구성으로 되어 있다.
도 30은 본 실시예 14의 광원 장치의 일례의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 도 30에 나타내는 광원 장치는 도전성 부재(305)와 접속되고, 또한 발광 칩(302)의 정면 방향으로 배치된 로드 렌즈(320)(광학 소자)를 구비하고 있다. 또한, 로드 렌즈(320)와 발광 칩(302) 사이에 투광성을 갖는 절연성 액체로서 실리콘 오일(330)이 충전되어 있다.
상기 실시예 14에 나타내는 바와 같은 광원 장치(301)에 따르면, 발광 칩(302)의 주위에 도전성 부재(305)를 배치함으로써, 광원 장치(301) 자체를 견고한 것으로 할 수 있다. 따라서, 본 실시예 14의 광원 장치와 같이, 도전성 부재(305)에 접속함으로써 광학 소자를 더 구비하는 광원 장치로 할 수 있다.
이러한 광학 소자는, 종래, 프로젝터 측의 구성 부재로서 배치되고, 광원 장치와 광학 소자는 이격시켜 배치되어 있었다. 따라서, 본 실시예 14의 광원 장치와 같이 광학 소자가 도전성 부재(305)에 접속된 본 실시예 14의 광원 장치를 프로젝터의 광원으로서 이용함으로써, 조명광(발광광)의 광로를 짧게 할 수 있어, 프로젝터를 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 발광 칩(302)으로부터 광학 소자까지의 광로가 줄어들기 때문에, 발광광(조명광)의 공기 중의 광로가 줄어들어, 발광광의 손실을 감소시키는 것이 가능해진다. 따라서, 광학 소자를 구비하는 광원 장치에 있어서, 발광광의 취출 효율을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
그리고, 광학 소자로서, 도 30에 나타내는 바와 같이, 로드 렌즈(320)를 이용함으로써, 광원 장치로부터 사출되는 조명광의 조도 분포를 더욱 균일화할 수 있 다. 또한, 로드 렌즈(320)와 발광 칩(302) 사이에 실리콘 오일(330)을 충전함으로써, 발광 칩(302)과 로드 렌즈(320) 사이에 있어서의 발광광의 손실을 더욱 억제하는 것이 가능해져, 발광광의 취출 효율을 또한 향상시키는 것이 가능해진다.
도 31은 본 실시예 14의 광원 장치의 다른 예의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 도 31에 나타내는 광원 장치는 도전성 부재(305)와 접속되고, 또한 발광 칩(302)의 정면 방향으로 배치된 무기 편광판(340)(광학 소자)을 구비하고 있다. 또한, 무기 편광판(340)(광학 소자)과 발광 칩(302) 사이에 실리콘 오일(330)이 충전되어 있다.
이러한 구성을 갖는 도 31에 나타내는 광원 장치에 따르면, 상술한 바와 같이, 광학 소자를 구비하는 광원 장치가 갖는 효과를 나타내고, 또한 광학 소자로서 편광판(340)이 이용되고 있기 때문에, 소정의 편광 성분만의 조명광을 사출할 수 있다.
그리고, 이러한 편광판(340)을 갖는 광원 장치를 광원으로서 이용하는 프로젝터에 있어서는, 예컨대, 광 변조 소자로서 이용되는 액정 광 밸브에 종래 설치되어 있던 편광판 중 조명광의 입사측 편광판을 없애는 것이 가능해진다.
(실시예 15)
다음에, 본 발명의 실시예 15에 대해, 도 32 및 도 33을 참조하여 설명한다. 또, 본 실시예 15의 설명에 있어서, 상기 실시예 14와 마찬가지의 부분에 대해서는, 그 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 본 실시예 15의 광원 장치는 상기 실 시예 14의 광원 장치에, 냉각 매체 X를 광학 소자(로드 렌즈(320), 편광판(340))와 발광 칩(302) 사이에 흘리는 냉각 수단을 구비한 구성으로 되어 있다.
도 32 및 도 33에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 15의 광원 장치에 있어서는, 도전성 부재(305)에 유로(350)가 형성되어 있다. 이 유로(350)는 열 교환기(도시하지 않음)나 순환 펌프(도시하지 않음)와 접속되어 있다. 그리고, 유로(350), 열 교환기 및 순환 펌프 등에 의해 구성된 순환 경로를 냉각 매체 X가 순환되고 있다. 또, 본 실시예 15에 있어서, 본 발명의 냉각 수단은 유로(350), 열 교환기 및 순환 펌프를 구비하여 구성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 본 실시예 15의 광원 장치에 따르면, 냉각 매체 X를 거쳐 발광 칩(302)이 적극적으로 냉각된다. 이 때문에, 발광 칩(302)의 대전류 구동이 더욱 가능해져, 보다 밝은 조명광을 얻을 수 있는 광원 장치로 할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 광원 장치 및 프로젝터의 바람직한 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 상술한 실시예에서 나타낸 각 구성 부재의 여러 가지 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거해서 여러 가지 변경이 가능하다.
예컨대, 상기 실시예에 있어서, 프로젝터에 있어서의 광 변조 수단으로서, 액정 광 밸브를 이용하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 광 변조 수단으로서 미소 미러 어레이 장치 등을 이용하는 것도 가능하다.
본 발명에 의하면, 발광 칩의 효율적인 냉각이 가능하고, 또한 구조의 간략화가 가능한 광원 장치를 제공하고, 또한, 밝고 표시 품질이 우수한 프로젝터를 제공할 수 있다.

Claims (40)

  1. 광원 장치로서,
    기대(其臺)인 제 1 전극과,
    도전층인 제 2 전극과,
    절연층과 상기 도전층이 적층되어 구성되고, 상기 기대 상에 배치된 배선 기판과,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 거쳐 통전됨으로써 발광·발열되고, 상기 기대 상에 직접 실장된 발광 칩
    을 포함하는 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기대의 내부에는 냉각 매체가 흐르는 유로가 형성되는 광원 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선 기판을 상기 기대 상에 형성된 오목부에 끼워 넣는 것에 의해, 상기 배선 기판의 상면과 상기 기대의 상면을 동일한 높이로 하는 광원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선 기판을 복수 구비하는 광원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 발광 칩의 단부 근방에 접속되는 광원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 칩은 제 1 전극과 제 2 전극의 각각에 접속되는 접속 단자를 갖는 광원 장치.
  8. 프로젝터로서,
    청구항 1에 기재된 광원 장치를 광원으로서 이용하는 프로젝터.
  9. 삭제
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