KR101097641B1 - 발광 소자의 엔클로저 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 소자(2)가 배치되는 바닥면(7a)과, 이 바닥면(7a)에 대해 소정의 각도로 교차하는 내벽면(7b)에 의해 역원뿔대 형상으로 형성된 오목부(7)를 갖는 엔클로저 본체(1)와, 이 엔클로저 본체(1)의 상기 오목부(7)에 충전된 투명 부재(6)를 구비하고,

상기 오목부(7)를 형성하는 내벽면(7b)과 바닥면(7a)이 이루는 각도가, 상기 발광 소자(2)로부터 방사된 직접광이 상기 투명 부재(6)와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각을 기준으로 하여 그 ±15°의 범위 내의 값으로 선정되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저이다.

발광 소자, 바닥면, 엔클로저 본체, 오목부, 투명 부재

Description

발광 소자의 엔클로저 및 그 제조 방법{ENCLOSURE FOR LIGHT EMITTING ELEMENT AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 발광 소자가 발광한 빛을 외부로 방사하도록 한 발광 소자의 엔클로저(package) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 발광 소자를 수납하는 엔클로저는, 예를 들어 일본 특허 공개 2003-163378호 공보에 기재되어 있다. 이 엔클로저는 상기 공보의 도8에 도시된 바와 같이, 상면에 내벽(7)이 경사진 오목부가 형성된 수지제의 패키지(1)가 설치되어 있다. 이 패키지(1)의 상기 오목부 바닥면에는 서로 대향 배치된 제1 리드 프레임(3a)과 제2 리드 프레임(4a)이 배치된다. 반도체 발광 소자(2)의 한 쪽의 전극이 제1 리드 프레임(3a) 상에 마운트되어 전기적으로 접속된다. 발광 소자(2)의 다른 쪽의 전극은 와이어(5)를 통해 제2 리드 프레임(4a)에 접속된다. 패키지(1)의 오목부는 투광성의 밀봉 수지(6)가 충전되어 밀봉된다.

이러한 엔클로저에 있어서는, 발광 소자(2)로부터 방사된 빛을 밀봉 수지(6)를 거쳐서 외부로 방사하도록 되어 있다.

그러나, 상기한 엔클로저는 오목부에 있어서의 내벽과 바닥면이 이루는 각도에 대해 광학적으로 하등 고려된 것은 아니고, 발광 소자로부터의 빛을 효율적으로 외부로 방사할 수 있도록 되어 있지 않았다.

본 발명은 상기에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 발광 소자의 발광을 효율적으로 외부로 방사할 수 있는 발광 소자의 엔클로저 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저는 발광 소자가 배치되는 바닥면과, 이 바닥면에 대해 소정의 각도로 교차하는 내벽면에 의해 역원뿔대 형상으로 형성된 오목부를 갖는 엔클로저 본체와, 이 엔클로저 본체의 상기 오목부에 충전된 투명 부재를 구비하고, 상기 오목부를 형성하는 내벽면과 바닥면이 이루는 각도가 상기 발광 소자로부터 방사된 직접광이 상기 투명 부재와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각을 기준으로 하여 그 ±15°의 범위 내의 값으로 선정되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저에 있어서는, 상기 엔클로저 본체가 수지 혹은 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저에 있어서는, 상기 엔클로저 본체가 백색 수지 혹은 백색 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저에 있어서는, 상기 백색 수지는 폴리프탈아미드 수지 혹은 실리콘 수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저에 있어서는, 상기 오목부의 내벽면의 반사율이 60 ％ 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저에 있어서는, 상기 오목부 바닥면에는 상기 발광 소자가 마운트된 리드 프레임이 배치되고, 이 리드 프레임의 일부가 상기 오목부의 내벽면에 형성된 도려냄부(리세스부)에 의해 노출되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 발광 소자의 엔클로저에 있어서는, 발광 소자로부터 방사된 빛이 상기 오목부를 형성하는 내벽면에 입사해도 그 반사광은 모두 엔클로저의 외부로 취출할 수 있어, 빛의 이용 효율을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

또한, 내벽면의 일부에 형성된 도려냄부에 의해 발광 소자의 상면 전극을 리드 프레임에 와이어 본딩하기 위한 공간을 확보할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저는 바닥부에 발광 소자가 배치된 중심 오목부의 주위에 발광 소자가 바닥면에 배치되어 있지 않은 복수개의 주변 오목부가 형성된 엔클로저 본체와, 이 엔클로저 본체에 형성된 상기 중심 오목부 및 복수개의 주변 오목부에 공통으로 충전된 투명 부재를 구비하고, 상기 복수개의 주변 오목부의 내벽면과 바닥면이 이루는 각도를 상기 중심 오목부의 대응하는 각도와 거의 동등하게 한 것을 특징으로 한다.

본 실시예에 따르면, 중심 오목부 내에 배치된 발광 소자로부터 방사된 빛이 상기 투명 부재와 공기의 경계면에서 전반사되어 상기 주변 오목부로 복귀된 빛을 이들의 주변 오목부의 내벽면 및 바닥면에서 반사시키고, 상기 엔클로저 본체의 외부로 방사함으로써 발광 소자가 발광한 빛을 효율적으로 외부로 방사할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저는 상기 복수개의 주변 오목부는 상기 중심 오목부의 주위에 복수의 동심원을 형성하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 발광 소자의 엔클로저는 바닥부에 발광 소자가 배치된 중심 오목부의 주위에 복수개의 동심원 형상의 반사 홈이 형성된 엔클로저 본체와, 이 엔클로저 본체에 형성된 상기 중심 오목부 및 복수개의 반사 홈에 공통으로 충전된 투명 부재를 구비하고, 상기 중심 오목부는 상기 발광 소자가 배치되는 바닥면과, 이 바닥면에 대해 소정의 각도로 교차하는 내벽면에 의해 역원뿔대 형상으로 형성되고, 상기 내벽면과 상기 바닥면이 이루는 각도가 상기 발광 소자로부터 방사된 직접광이 상기 투명 부재와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각을 기준으로 하여 그 ±15°의 범위 내의 값으로 선정되어 있고, 상기 복수개의 주변 오목부의 내벽면과 바닥면이 이루는 각도를 상기 중심 오목부의 대응하는 각도와 거의 동등하게 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 관한 발광 소자용 엔클로저의 제조 방법은 발광 소자가 배치되는 바닥면과, 이 바닥면에 대해 소정의 각도로 교차하는 내벽면에 의해 역원뿔대 형상으로 형성된 오목부를 갖는 엔클로저 본체와, 이 엔클로저 본체의 상기 오목부에 충전된 투명 부재를 구비하고, 상기 오목부를 형성하는 내벽면과 바닥면이 이루는 각도를 상기 발광 소자로부터 방사된 직접광이 상기 투명 부재와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각을 기준으로 하여 그 ±15°의 범위 내의 값으로 선정하는 것을 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예인 발광 소자의 엔클로저의 구성을 도시하는 사시도이다.

도2는 도1에 도시하는 엔클로저의 구성을 도시하는 단면도이다.

도3은 도1에 도시하는 엔클로저에 있어서, 오목부의 내벽면이 바닥면과 이루는 각도를 설명하기 위한 도면이다.

도4는 도1에 도시하는 엔클로저에 있어서, 오목부의 내벽면이 바닥면과 이루는 각도를 수직으로 하였을 때에 외부로 취출할 수 있는 반사광을 설명하기 위한 도면이다.

도5는 도1에 도시하는 엔클로저에 있어서, 오목부의 내벽면이 바닥면과 이루는 각도를, 발광 소자로부터의 빛이 투명 재료와 공기의 경계면에서 전반사를 일으키는 입사 임계각에 일치시켰을 때에 외부로 취출할 수 있는 반사광을 설명하기 위한 도면이다.

도6은 도1에 도시하는 엔클로저에 있어서, 오목부의 내벽면이 바닥면과 이루는 각도를, 발광 소자로부터의 빛이 투명 재료와 공기의 경계면에서 전반사를 일으키는 입사 임계각보다도 작게 하였을 때에 외부로 취출할 수 있는 반사광을 설명하기 위한 도면이다.

도7은 도1에 도시하는 엔클로저에 있어서, 내벽면의 바닥면에 대한 각도를 바꾸었을 때의 경계면으로부터 취출할 수 있는 광량의 취출률의 추이를 나타내는 그래프이다.

도8은 도1에 도시하는 엔클로저에 대한 비교예인 엔클로저의 구성을 도시하는 사시도이다.

도9는 도1에 도시하는 엔클로저에 대한 비교예인 엔클로저에 대해 발광 소자로부터 방사된 빛의 경로를 설명하기 위한 도면이다.

도10은 도1에 도시하는 엔클로저에 있어서의 오목부의 내벽면의 반사율과 발광 효율의 향상률과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도11은 본 발명의 다른 실시예인 발광 소자의 엔클로저의 구성을 도시하는 사시도이다.

도12는 도11의 엔클로저에 있어서의 반사광의 경로를 도시하는 단면도이다.

도13은 본 발명의 또 다른 실시예인 발광 소자의 엔클로저의 구성을 도시하는 사시도이다.

도14는 도13의 엔클로저의 일부를 절단하여 그 단면을 도시하는 사시도이다.

도15는 본 발명의 또 다른 실시예인 발광 소자의 엔클로저의 구성을 도시하는 사시도이다.

도16은 도15의 엔클로저의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시예인 발광 소자의 엔클로저의 사시도이고, 도2는 그 단면도이다. 상기 도면에 도시된 엔클로저는 일반적으로 SMD(surface mount device)형이라 불리우는 것이다. 이 엔클로저는, 예를 들어 백색의 PPA(폴리프탈아미드) 수지제의 엔클로저 본체(1)를 갖고, 이 엔클로저 본체(1)에는 상면 중앙부에 개구하는 오목부(7)가 형성되어 있다. 오목부(7)는 거의 수평인 바닥면(7a)과, 이 바닥면(7b)에 대해 경사 방향으로 교차하는 내벽면(7b)으로 이루어지고, 거의 역원뿔대 형상으로 형성되어 있다. 이들 바닥면(7a) 및 내벽면(7b)은 그들의 면에 입사한 빛을 완전 확산 반사에 가까운 조건으로 반사하도록 표면의 색 및 거칠기 등이 처리되어 있다. 이 오목부(7)의 바닥면(7a)에는 금속제의 제1 리드 프레임(3) 및 제2 리드 프레임(4)이 거의 수평하게 대향 배치되고, 이들 제1 리드 프레임(3) 및 제2 리드 프레임(4)의 대부분은 수지제의 엔클로저 본체(1) 내에 매립되어 있고, 서로 대항하는 단부가 오목부(7)의 바닥면(7a)에 노출되어 있다. 제1 리드 프레임(3)의 노출된 단부에는 전극부(3a)가, 또한 제2 리드 프레임(4)의 노출된 단부에는 전극부(4a)가 각각 형성되어 있다. 제1 리드 프레임(3)의 전극부(3a) 상에는, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode)와 같은 발광 소자(2)의 하면 전극이 도전 재료를 이용하여 접속되고, 발광 소자(2)의 상면 전극은 와이어(5)를 거쳐서 제2 리드 프레임(4)의 전극부(4a)에 접속된다. 이 상태에서, 오목부(7)에는 투광성이 있는 에폭시 수지 등의 투명 부재(6)가 충전된다. 투명 부재(6)와 공기의 경계면(이하, 단순히「경계면」이라고도 칭함)은 오목부(7)의 바닥면(7a)에 대해 거의 평행하다. 와이어(5)는 예를 들어 금제이다.

다음에, 도3에 도시한 바와 같이 본 실시예의 엔클로저에서는 오목부(7)의 내벽면(7b)이 바닥면(7a)과 이루는 각도(θ1)를, 발광 소자(2)로부터 방사된 직접 광이 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각(θ2)에 거의 일치시키고 있다.

예를 들어, 투명 부재(6)에 에폭시 수지를 이용한 경우, 그 굴절률(n)은 약 1.5이고, 공기의 굴절률 1보다도 크다. 이 경우, 에폭시 수지와 공기의 경계면에 있어서의 입사 임계각(θ2)은 49°이다. 따라서, 발광 소자(2)로부터 경계면으로 49°보다도 큰 입사각으로 입사하는 빛은 굴절하여 외부로 방사되지만, 49°보다도 작은 입사각으로 입사하는 빛은 전반사하여 오목부(7)의 내부로 복귀된다. 즉, 발광 소자(2)로부터의 직접광으로서는 발광 소자(2)의 위치를 정점(頂点)으로 하고, 측면과 경계면이 이루는 각도가 49°인 원뿔(이하 방사 원뿔이라 칭함)(80)의 내부에 있는 빛만을 외부로 취출하게 된다. 방사 원뿔(80)의 내부에 있는 직접광은 오목부(7)의 내벽면이나 경계면에서의 반사에 의해 감쇠되지 않고 공기층측으로 방사된다.

한편, 외부로 취출할 수 있는 빛으로서는, 발광 소자(2)로부터의 직접광 외에, 오목부(7)의 내벽면(7b)에서 반사한 빛이 있다. 내벽면(7b)에서 반사한 빛을 어떻게 하여 외부로 취출할지는 발광 소자(2)로부터의 빛을 효율적으로 외부로 방사하는 데 있어서 중요하다.

본 실시예에서는, 내벽면(7b)에 닿는 빛은 확산 반사를 하므로 전방위로 반사된다. 가령, 도4에 도시한 바와 같이 내벽면(7b)이 오목부(7)의 바닥면(7a)에 대해 수직이었다고 하면, 내벽면(7b)에 있어서의 빛의 반사 위치를 정점, 경계면을 바닥면(7a)으로 하고, 측면과 경계면이 이루는 각도가 49°인 방사 원뿔(81)의 내부에 있는 빛 중, 절반은 내벽면(7b)에 의해 오목부(7)의 내측으로 반사되어 버리기 때문에 외부로 취출하지 않게 된다.

그래서 본 실시예에서는, 도5에 도시한 바와 같이 내벽면(7b)이 오목부(7)의 바닥면(7a)과 이루는 각도(θ1)를 입사 임계각(θ2)과 일치시킴으로써, 방사 원뿔(81) 전체를 투명 부재(6) 내에 완전하게 확보하고, 방사 원뿔(81) 내에 있는 빛을 모두 외부로 취출하도록 하고 있다.

혹은, 도6에 도시한 바와 같이 내벽면(7b)의 각도(θ1)를 입사 임계각(θ2)보다도 어느 정도 작게 한다. 이 경우에도 방사 원뿔(81)은 투명 부재(6) 내에 완전하게 확보되므로, 방사 원뿔(81) 내에 있는 빛을 모두 외부로 취출할 수 있다.

또한, 내벽면(7b)의 각도(θ1)가 입사 임계각(θ2)보다도 극단적으로 큰 경우나 극단적으로 작은 경우에는, 내벽면(7b)에서 반사한 빛이 경계면을 투과할 수 없는 일이 많아지고, 그 빛이 다시 투명 부재(6) 내로 반사하여 복귀되게 된다. 이러한 빛은 투명 부재(6) 내에서 내벽면(7b)이나 바닥면(7a)에서의 반사를 반복하고, 광로 거리가 길어져 감쇠하기 때문에 외부로 취출하는 광량이 감소하게 된다. 이로 인해, 내벽면(7b)의 각도(θ1)에 대해서는 적절한 범위가 존재한다.

도7은 투명 재료에 에폭시 수지를 이용하였을 때의 각도(θ1)의 다양한 값에 대한 광량의 취출률의 추이를 나타내는 그래프이다. 횡축은 내벽면(7b)의 바닥면(7a)에 대한 각도[θ1(°)], 종축은 광량의 취출률(％)이다. 종축은 내벽면(7b)의 각도(θ1)를 70°로 한 비교예의 취출 광량을 100 ％로 하였을 때의 상대값으로 나타내고 있다. 상기 그래프로부터 내벽면(7b)의 각도(θ1)를 입사 임계각의 49°로 일치시킨 경우에는, 광량의 취출률은 최대가 되고, 그 값은 내벽면(7b)의 각도(θ 1)가 70°인 경우에 대해 20 ％나 향상되는 것이 확인되었다. 또한, 내벽면(7b)의 각도(θ1)를 입사 임계각의 49°에 대해 ±15°의 범위 내에서는 광량의 취출률은 10 ％ 이상 향상되는 것이 확인되었다.

그런데, 상술한 바와 같이 내벽면(7b)의 구배를 작게 해 가면, 도3에 도시한 바와 같이 오목부(7) 바닥면(7a)에 있어서의 리드 프레임의 전극부(3a, 4a)의 노출 면적이 축소하게 된다. 이에 의해, 전극부(3a, 4a)에 의한 빛의 흡수량이 적어진다는 효과를 얻을 수 있는 한편, 발광 소자(2)를 LED로 한 경우에는 LED의 전극을 와이어로 전극부(4a)에 접속할 필요가 있기 때문에, 전극부(4a)의 표면에 와이어 본딩을 위한 공간을 확보할 필요가 생긴다.

그래서, 본 실시예에서는, 도1 및 도2에 도시한 바와 같이 와이어 본딩을 위한 필요 최소한의 공간을 확보하기 위해, 내벽면(7b)의 일부에 반경 방향으로 연장 형성된 도려냄부(recess portion)(8)를 설치하여 리드 프레임(4)의 전극부(4a)의 주위를 더 노출시킨다. 이 부분에 발광 소자(2)의 상면 전극에 일단부가 접속된 와이어(5)의 타단부가 접속된다.

다음에, 비교예의 엔클로저에 대해 도8의 사시도와 도9의 단면도를 이용하여 설명한다. 비교예의 엔클로저는 오목부(7)의 내벽면(17)과 바닥면(7a)이 이루는 각도(θ1')가 70°로 되어 있는 구성이다. 내벽면(17)의 바닥면(7a)에 대한 구배가 크기 때문에, 그만큼 전극부(3a, 4a)가 널리 노출되어 와이어 본딩이 하기 쉽게 되어 있다. 한편, 내벽면(17)에서 반사된 빛에 대해서는 그 반사의 위치를 정점, 측면을 경계면으로 하는 방사 원뿔의 일부가 내벽면(17)에 걸리기 때문에, 상기 방사 원뿔 중의 빛을 모두 외부로 취출하는 것은 할 수 없다. 또한, 전극부(3a, 4a)의 노출 면적이 넓기 때문에 빛의 흡수량이 크고, 이 점으로부터도 엔클로저의 외부로 취출할 수 있는 광량이 적어진다. 그 밖의 부분에 대해서는 본 실시예의 엔클로저와 마찬가지이므로 여기서는 설명을 생략한다.

따라서, 본 실시예에 따르면 오목부(7)의 내벽면(7b)과 바닥면(7a)이 이루는 각도(θ1)를, 발광 소자(2)로부터 방사된 직접광이 투명 부재(6)와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각(θ2)에 일치시킴으로써, 발광 소자(2)로부터의 빛을 효율적으로 외부로 방사시킬 수 있다. 그 이유는, 이미 설명한 바와 같이 내벽면(7b)에서의 빛의 반사 위치를 정점, 경계면을 바닥면(7a)으로 하고, 측면과 바닥면(7a)이 이루는 각을 입사 임계각(θ2)으로 하는 방사 원뿔(81)이 투명 부재(6) 내에 완전하게 확보되므로, 방사 원뿔(81) 내에 있는 빛을 모두 외부로 취출할 수 있기 때문이다.

본 실시예에 따르면, 오목부(7)의 내벽면(7b)과 바닥면(7a)이 이루는 각도(θ1)를 입사 임계각(θ2)의 ±15°의 범위 내로 선정함으로써, θ1 = θ2로 한 경우와 실질적으로 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 상기와 같이 오목부(7)의 내벽면(7b)의 구배를 작게 한 것에 의해, 리드 프레임의 전극부(3a, 4a)의 노출 면적이 축소되므로 전극부(3a, 4a)에 의한 빛의 흡수량을 적게 할 수 있고, 아울러 발광 소자(2)가 발광한 빛을 외부로 효율적으로 방사시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 오목부(7)의 내벽면(7b)의 일부에 리드 프레임(4)의 상면 전극(4a)을 노출시키기 위한 도려냄부(8)를 구비함으로써, 내벽면(7b)의 구배를 작게 한 경우라도 발광 소자(2)의 상면 전극을 전극부(4a)에 와이어 본딩하기 위한 공간을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는 투명 부재(6)로서 에폭시 수지를 이용하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 투명 부재(6)와 공기의 경계면에 있어서의 전반사가 일어나기 시작하는 입사 임계각(θ2)은 투명 부재(6)의 굴절률에 따라서 바뀌므로 에폭시 수지 이외의 투명 재료를 이용한 경우나, 복수의 투명 재료를 혼합한 경우에는 각각의 재료에 있어서의 빛의 굴절률로부터 입사 임계각(θ2)을 구한 후, 오목부(7)의 내벽면(7b)과 바닥면(7a)이 이루는 각도(θ1)를 결정하도록 한다.

도10은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위해 측정된 오목부(7)의 내벽면(7b)의 반사율과 발광 효율의 향상률과의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 내벽면(7b)의 반사율이고, 종축은 내벽면(7b)의 바닥면(7a)에 대한 각도가 70°의 엔클로저에 있어서의 광속의 광취출 효율에 대해, 이 각도를 49°로 하였을 때의 광취출 효율의 향상률이다.

도10의 그래프에 나타낸 바와 같이, 내벽면(7b)의 반사율을 60 ％ 이상으로 함으로써 광취출 효율은 20％ 향상되는 것이 확인되었다. 물론, 광취출 효율의 향상의 정도는 투명 부재(6)의 굴절률에도 의존하지만, 이 굴절률이 1.5 정도인 경우에는 20 ％ 이상의 효율 향상을 보증할 수 있다.

전술한 바와 같이, 오목부(7)의 내벽면(7b)에서 반사한 빛을 어떻게 하여 외부로 취출할지는, 발광 소자(2)로부터의 빛을 효율적으로 외부로 방사하는 데 있어 서 중요하다. 본 실시예에서는, 오목부(7)의 내벽면(7b)의 반사율을 60 ％ 이상으로 함으로써 빛을 효율적으로 외부로 방사할 수 있도록 한다. 또한, 본 실시예에 있어서의 발광 소자의 엔클로저의 기본적인 구성에 대해서는, 전술한 실시예에 있어서의 것과 마찬가지이므로, 여기서는 중복된 설명은 생략한다.

다음에, 도11 및 도12는 본 발명의 또 다른 실시예인 발광 소자용 엔클로저를 도시하는 도면이다. 본 실시예에 있어서는, 단일의 발광 소자에 의해 면광원을 실현하는 것이 가능한 엔클로저를 제공하는 것이다. 즉, 본 실시예에 의한 발광 소자의 엔클로저는 도11의 사시도 및 도12의 단면도에 도시한 바와 같이, 백색의 PPA 수지제의 엔클로저 본체(11)의 표면 중앙에 중심 오목부(100)를 구비하고, 이 중심 오목부(100)의 바닥면(7a)에 금속제의 제1 리드 프레임(13)의 전극부(13a) 및 제2 리드 프레임(14)의 전극부(14a)가 대향 배치되어 있다. 전극부(13a) 상에는 발광 소자(2)의 하면 전극이 도전 재료를 이용하여 접속되고, 발광 소자(2)의 상면 전극은 와이어(5)를 거쳐서 제2 리드 프레임(14)의 전극부(14a)에 접속된다.

중심 오목부(100)의 형상은, 도1에 나타낸 실시예에 있어서의 엔클로저의 오목부(7)와 마찬가지이고, 오목부(100)의 내벽면과 바닥면이 이루는 각도를, 발광 소자(2)로부터 방사된 직접광이 투명 부재(16)와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각에 일치 혹은 이 입사 임계각의 ±15°의 범위 내로 선정하고 있다.

엔클로저 본체(11)는 중심 오목부(100)의 주위에 내벽면과 바닥면이 이루는 각도가 오목부(100)와 마찬가지이고, 또한 발광 소자(2)가 바닥면에 배치되어 있지 않은 주변 오목부를 1개 이상 구비한다. 도11에서는 일예로서 중심 오목부(100)의 주위에 이 중심 오목부(100)보다 얕고 또한 원주가 작은 주변 오목부(101 내지 107)를 구비하는 동시에, 그 외측에는 중심 오목부(100)보다 더 얕고 또한 원주가 작은 주변 오목부(111 내지 120)를 구비하고 있다.

투명 부재(16)는, 예를 들어 에폭시 수지를 이용하고, 중심 오목부(100) 및 모든 주변 오목부(101 내지 107, 111 내지 120)를 충전하여 이들을 공통으로 덮는 동시에, 상면이 평탄하게 되도록 형성된다. 투명 부재(16)에 에폭시 수지를 이용한 경우, 그 굴절률은, 예를 들어 1.5가 된다. 제1 실시예에서도 설명한 바와 같이, 투명 재료(16)의 굴절률이 1.5인 경우에는 중심 오목부(100)의 내벽면의 각도를 입사 임계각 49°로 일치시킴으로써, 광량 취출률은 최대가 된다. 또한, 도11에 도시되는 엔클로저 본체(11)의 모서리부에 형성된 절결부(121)는 발광 소자(2)의 캐소드 전극의 위치를 도시하는 캐소드 마크이다.

이와 같이 구성된 엔클로저에 있어서는, 도12의 단면도에 도시한 바와 같이 발광 소자(2)가 발광하고, 투명 부재(16)와 공기의 경계면에서 반사한 빛의 일부는 발광 소자(2)가 탑재되어 있는 중심 오목부(100)의 반사면에서 확산 반사된다. 경계면에서 반사된 남은 빛의 일부와, 중심 오목부(100)의 반사면에서 확산 반사된 후, 다시 경계면에서 반사된 빛의 일부는 중심 오목부(100)의 외측에 배치된 주변 오목부(101 내지 107, 111 내지 120)의 반사면에서 확산 반사되고, 그 일부는 경계면으로부터 밖으로 나간다. 계속해서, 외측의 주변 오목부(101 내지 107, 111 내지 120)에 있어서도 마찬가지로 반사면에서 일부의 빛이 확산 반사되고, 그 일부가 경계면으로부터 밖으로 나간다.

따라서, 본 실시예에 따르면 중심 오목부(100) 및 발광 소자가 배치되어 있지 않은 주변 오목부(101 내지 107, 111 내지 120)의 양방을 공통의 투명 부재(16)에 의해 덮도록 한 것에 의해, 투명 부재(16)와 공기의 경계면에서 반사되어 내부로 복귀된 빛이 주변 오목부(101 내지 107, 111 내지 120)의 내벽면 및 바닥면에서 확산 반사되게 된다. 이 결과, 빛이 외부로 방사되기 쉬워지는 동시에, 오목부를 얕게 형성한 두께가 얇은 엔클로저에 의해, 엔클로저으로부터 방사되는 빛이 전체적으로 면 형상의 확산을 갖는 면광원을 실현할 수 있다. 이 면광원은 반드시 확산판을 이용하지 않고 실현할 수 있기 때문에 엔클로저 전체의 두께를 얇게 할 수 있고, 광원으로서도 휘도가 부드러워 인간의 눈에 대해 우수한 광원을 얻을 수 있다. 이 엔클로저는 두께가 얇으므로 프린트 기판으로의 표면 실장에 적합하다.

본 실시예에 따르면, 중심 오목부(100) 및 주변 오목부(101 내지 107, 111 내지 120)의 내벽면과 바닥면이 이루는 각도를, 발광 소자(2)로부터 방사된 직접광이 투명 부재(16)와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각에 일치 혹은 이 입사 임계각의 ±15°의 범위 내로 한 것에 의해, 발광 소자(2)로부터의 빛을 효율적으로 외부로 방사시킬 수 있다.

도13 및 도14는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 발광 소자용 엔클로저를 도시한 것이고, 도13은 그 사시도이고, 도14는 그 중심부에 있어서 반경 방향으로 절단하여 도시하는 일부 단면도이다. 또한, 상기 도면에 있어서는 도11 및 도12에 도시하는 엔클로저의 구성 부분과 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그것들의 상세한 설명은 생략한다. 이 엔클로저는, 엔클로저 본체(11)의 상면에 형성되는 복수의 주변 오목부(131)는 중심 오목부(100)의 주위에 복수의 동심원(132, 133, 134)을 형성하도록 배치되어 있다. 복수의 주변 오목부(131)는 각각 거의 같은 개구 직경과 깊이를 갖고 있다. 또한 주변 오목부(131)에는 발광 소자가 설치되어 있지 않기 때문에, 그 단면은 도14에 도시한 바와 같이 역원뿔 형상으로 형성되어 있다. 다른 동심원(132, 133, 134) 상에 배열되어 있는 주변 오목부(131)는 그것들의 바닥부(역원뿔 형상의 정점)의 위치가 내측의 동심원으로부터 외측의 동심원에 배열되는 데 따라서 서서히 높아지고 있다. 다른 동심원(132)과 동심원(133) 사이 및 동심원(133)과 동심원(134)의 사이에는 마찬가지로 중심 오목부(100)의 주위에 동심원 형상의 반사 벽면(135, 136)이 형성되어 있다. 이들 반사 벽면(135, 136)은 중심 오목부(100)의 바닥면에 대해 중심 오목부(100)의 내벽면과 같은 각도로 형성되어 있다. 즉, 각 반사 벽면(135, 136)과 오목부(100)의 바닥면이 이루는 각도를, 발광 소자(2)로부터 방사된 직접광이 후술하는 투명 부재(16)와 공기의 경계면에 대해 전반사를 일으키는 입사 임계각에 일치 혹은 이 입사 임계각의 ±15°의 범위 내로 선정하고 있다.

이와 같이 중심 오목부(100)의 주위에 복수의 주변 오목부(131)가 형성된 엔클로저 본체(11)의 상면은, 예를 들어 에폭시 수지로 이루어지는 투명 부재(16)에 의해 덮여진다. 즉, 투명 부재(16)는 중심 오목부(100) 및 모든 주변 오목부(131) 및 동심원 형상의 반사 벽면(135, 136) 모두를 공통으로 덮도록 에폭시 수지를 충전하고, 그 상면이 평탄하게 되도록 형성된다.

도15 및 도16은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 발광 소자용 엔클로저를 도시한 것으로, 도15는 그 사시도이고, 도16은 그 단면도이다. 또한, 도15 및 도16에 있어서는 도11 및 도12에 도시한 엔클로저의 구성 부분과 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙여, 그것들의 상세한 설명은 생략한다. 이 엔클로저는 엔클로저 본체(11)의 상면에 형성되는 중심 오목부(100)의 주위에 복수의 동심원 형상의 반사 홈(141, 142, 143)이 형성되어 있다. 이들 반사 홈(141, 142, 143)은 도16에 도시되어 있는 바와 같이 각각 V자 형상의 단면 형상을 구비하고 있고, 그 바닥부(141a, 142a, 143a)(도시하지 않음)는 외측의 동심원이 됨에 따라서 그 위치가 서서히 높아지고 있다. 따라서, 반사 홈(141, 142, 143)을 각각 형성하는 V자 형상의 반사 벽면은 동심원의 중심측의 반사 벽면보다 외측의 반사 벽면의 높이가 보다 높게 형성되어 있다.

Claims (22)

1. 발광 소자용 엔클로저로서,

   상기 발광 소자가 배치되는 바닥면과, 이 바닥면에 대해 소정의 각도로 교차하는 내벽면 상에 역원뿔대 형상으로 형성된 오목부를 갖는 엔클로저 본체와,

   상기 엔클로저 본체의 상기 오목부에 충전된 투명 부재(translucent member)를 포함하고,

   상기 내벽면은 확산 반사를 제공하고,

   상기 오목부를 형성하는 상기 내벽면과 상기 바닥면 사이의 각도는, 상기 발광 소자로부터 방사된 직접광이 상기 투명 부재와 공기 사이의 경계면 - 상기 경계면은 상기 오목부의 바닥면과 평행하게 연장됨 - 에서 전반사를 일으키는 입사 임계각의 ±15°의 범위 내의 값으로 선정되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
2. 제1항에 있어서, 상기 엔클로저 본체가 수지 또는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
3. 제2항에 있어서, 상기 수지 또는 상기 세라믹은 각각 백색 수지 또는 백색 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
4. 제3항에 있어서, 상기 백색 수지는 폴리프탈아미드 수지 또는 실리콘 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부의 상기 내벽면의 반사율이 60 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 엔클로저 본체의 상기 오목부의 바닥면부에는 상기 발광 소자가 마운트된 리드 프레임이 매설되고, 이 리드 프레임의 일부가 상기 오목부의 상기 바닥면 및 상기 내벽면상에 형성된 도려냄부(recess portion)에 의해 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 엔클로저 본체는, 발광 소자가 배치되어 있지 않은 상기 오목부 주위에 형성되는 복수개의 주변 오목부를 더 포함하고,

   상기 발광 소자는, 상기 오목부와 공통으로 상기 복수개의 주변 오목부에 충전된 투명 부재(translucent member)를 포함하고, 상기 복수개의 주변 오목부의 내벽면과 상기 바닥면 사이의 각도는 상기 오목부의 대응하는 각도와 동등하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
8. 제7항에 있어서, 상기 복수개의 주변 오목부 중 상기 오목부로부터 가장 멀리 배치되어 있는 주변 오목부는 가깝게 배치되어 있는 주변 오목부에 비해 그 바닥부의 위치가 보다 높게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
9. 제7항에 있어서, 상기 복수개의 주변 오목부는 상기 오목부의 주위에 복수개의 동심원을 형성하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
10. 제7항에 있어서, 상기 복수개의 주변 오목부는 동일한 개구 직경 및 깊이를 갖고, 단면이 역원뿔 형상으로 형성되고, 또한

    외측의 동심원 상에 배열된 주변 오목부의 바닥부는 내측의 동심원 상에 배열된 주변 오목부의 바닥부보다 높은 위치에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 엔클로저 본체는 상기 오목부의 주위에 형성되는 복수개의 동심원 형상의 반사 홈을 더 포함하고,

    상기 발광 소자는, 상기 오목부와 공통으로 상기 복수개의 반사 홈에 충전된 투명 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저.
12. 발광 소자용 엔클로저의 제조 방법으로서,

    상기 발광 소자가 배치되는 바닥면 및 이 바닥면에 대해 소정의 각도로 교차하는 내벽면 상에 역원뿔대 형상으로 형성된 오목부로 구성된 엔클로저 본체를 마련하는 단계와,

    상기 오목부에 충전되는 투명 부재를 마련하는 단계와,

    확산 반사를 제공하도록 상기 내벽면을 처리하는 단계와,

    상기 오목부를 형성하는 상기 내벽면과 상기 바닥면 사이의 각도가, 상기 발광 소자로부터 방사된 직접광이 상기 투명 부재와 공기 사이의 경계면 - 상기 경계면은 상기 오목부의 바닥면과 평행하게 연장됨 - 에서 전반사를 일으키는 입사 임계각의 ±15°의 범위 내의 값이 되도록 선택하는 단계를

    포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 엔클로저의 제조 방법.
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