KR101109899B1

KR101109899B1 - 조명장치

Info

Publication number: KR101109899B1
Application number: KR1020067004978A
Authority: KR
Inventors: 구니히코 오바라; 고지 나카츠; 히로미 기타하라; 도시히데 마에다; 히데오 나가이
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2012-01-31
Also published as: EP1670072B1; CN100472822C; US20070097684A1; DE602004020906D1; EP1670072A4; EP1670072A1; JPWO2005029597A1; JP4676335B2; KR20060079216A; US7557383B2; WO2005029597A1; CN1856884A

Abstract

조명장치는, 기판과, 상기 기판상에 실장된 반도체 발광장치와, 상기 기판의 실장 면에 형성되어 상기 반도체 발광장치를 밀봉하는 렌즈부를 구비한 수지층과, 반사판을 구비하며, 상기 반사판과 상기 수지층 사이에 공간을 갖는다. 이에 의해, 휘도가 높고, 방열성이 양호하며, 수지층의 박리 등도 잘 발생하지 않는 조명장치를 제공할 수 있다.

기판, 반도체 발광장치, 렌즈부, 수지층, 반사판, 공간

Description

조명장치{ILLUMINATING DEVICE}

본 발명은 기판상에 반도체 발광장치가 배치된 조명장치에 관한 것이다.

최근, 반도체 발광장치의 고 휘도화에 따라서 반도체 발광장치를 조명장치의 광원으로 이용하는 방안이 검토되고 있다.

예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 일본국 특개평9-288460호 공보에 개시되어 있는 조명장치(100, 이하 「종래 예 1의 조명장치」라 한다)는, 제어 본체(101)에 복수의 포탄형 반도체 발광장치(102)를 매트릭스 형상으로 부착한 것으로서, 각 반도체 발광장치(102)는 렌즈부(103)를 삽입하기 위한 복수의 관통구멍(104)을 구비한 고무재질의 지지체(105)에 의해서 일체로 지지되어 있다.

또, 도 2에 도시한 바와 같이, 일본국 특개2002-299694호 공보에 개시되어 있는 조명장치(110, 이하 「종래 예 2의 조명장치」라 한다)는, 금속재질의 기판(111)에 복수의 반도체 발광장치(112)를 매트릭스 형상으로 실장하는 동시에, 상기 기판(111)의 실장 면(113)을 수지층(114)으로 피복하여 상기 반도체 발광장치(112)를 밀봉한 것으로, 상기 실장 면(113)에는 고 반사재료가 도포되어 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 일본국 특개평11-340517호 공보에 개시되어 있는 조명장치(120, 이하 「종래 예3의 조명장치」라 한다)는, 반도체 발광장치 (121)로부터 출사되는 광을 주 광 인출방향(主光引出方向)으로 안내하기 위한 반사 면(122)이 형성된 반사부재(123)를 구비하고 있다. 상기 반도체 발광장치(121) 및 반사부재(123)는 각각 기판(124)의 실장 면(125)에 설치되어 있고, 상기 실장 면(125)을 피복하는 수지층(126)에 의해 밀봉되어 있다.

그러나 상기 조명장치 100, 110, 120은, 휘도, 방열성, 수지층의 박리 등의 관점에서 여러 과제를 가지고 있다.

즉, 종래 예 1의 조명장치(100)는, 렌즈부(103)의 일부가 지지체(105)에 의해 덮여 있어서, 상기 지지체(105)에 의해서 발광소자(미 도시)로부터 출사되는 광이 차단되므로 휘도가 불충분하다. 또, 렌즈부(103)에 밀착시킨 지지체(105)가 방열부재로서의 역할을 담당하고 있으나, 고무재질이므로 금속재질의 것에 비해 방열효과가 불충분하다.

종래 예 2의 조명장치(110)는, 반사판을 구비하고 있지 않으므로, 실장 면(113)과 평행한 방향으로 출사되는 광을 효율 좋게 주 광 인출방향으로 안내할 수 없어서 휘도가 불충분하다.

종래 예 3의 조명장치(120)는, 반도체 발광장치(121)와 반사부재(123) 사이가 수지로 완전히 매몰되어 있으므로, 반도체 발광장치(121)에서 발생하는 열을 효율적으로 발산시킬 수 없다. 또, 열 팽창률의 차에 의해 수지층(126)이 반사부재 및 기판(124)으로부터 박리 될 우려가 있다, 또한, 반사부재(123)의 존재에 의해 수지층(126)과 기판(124)의 접촉면적이 작아지므로, 상기 수지층(126)과 기판(124)의 접착력이 약해져서 박리가 발생하기 쉽다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 휘도가 높고, 방열성이 양호하며, 수지층의 박리도 발생하기 어려운 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 조명장치는, 기판과, 상기 기판상에 실장 된 반도체 발광장치와, 상기 기판의 실장 면에 형성되어 상기 반도체 발광장치를 밀봉하는 렌즈부를 구비한 수지층과, 반사판을 구비하며, 상기 반사판과 상기 렌즈부 사이에 공간을 가지며, 상기 반사판과 상기 렌즈부의 기저부(base) 부분이 접촉하고 있지 않은 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 수지층과 반사판 사이에 공간을 형성함으로써, 종래에는 수지가 있던 부분이 공기와 접촉하게 되어, 공기와의 접촉면적을 증가시켜서, 열적 효과(熱的效果)가 향상된다.

또, 기판과 수지층이 직접 접촉하고 있으므로, 발광소자의 발열에 의해 상기 반사판이 열팽창을 해도 상기 수지층과 상기 기판과의 접착상태에 영향을 주지 않는다. 또한, 기판과 수지층과의 접촉면적을 크게 확보할 수 있어서, 상기 기판과 상기 수지층 사이의 접착력이 강하다. 따라서 수지층이 기판으로부터 박리 되기가 어렵게 된다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반도체 발광장치는 발광소자를 구비하며, 상기 기판의 상면과 상기 반사판의 바닥면과의 거리는 상기 기판의 상면과 상기 발광소자의 바닥면과의 거리보다 짧은 것을 특징으로 한다.

이 경우, 발광소자에서 기판의 실장 면과 평행한 방향으로 향해서 출사되는 광을 반사판에서 반사시킬 수 있어서, 반사효율의 향상이 기대된다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반사판은 체결부재에 의해서 상기 수지층 및/또는 상기 기판에 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 반사판과 수지층의 열 팽창률에 차이가 있어도, 접착하는 경우와 같이 상기 반사판이 상기 수지층으로부터 박리되는 문제가 발생하지 않는다. 또, 부착강도가 높고, 열 팽창률에 다소의 차이가 있어도 반사판과 수지층 사이에 위치의 어긋남이 발생하지 않게 된다. 또한, 열팽창에 의해 반사판과 수지층의 계면에 일시적인 위치의 어긋남이 발생해도 상기 반사판 및 상기 수지층이 냉각되어 각각 원래의 크기로 복원되면, 체결부재의 작용에 의해서 상기 어긋남이 해소될 수 있다.

또, 반도체 발광장치에 불량이 발생한 때에는 반사판을 제거하여 다른 조명장치에 유용할 수 있다. 또, 반도체 발광장치가 수명을 다한 후에도 반사판을 재활용할 수 있다. 또한, 접착하는 경우에 비해 용이하게 분리를 할 수 있다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반사판과 상기 기판은 상기 체결부재를 통해서 열적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 기판의 열이 반사판에 전파되기 쉬워서 상기 반사판에 의한 방열효과를 기대할 수 있으므로 방열성이 더 양호하다. 특히, 반사판은 넓은 면적에 걸쳐서 직접 외기와 접하고 있으므로 높은 방열효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 기판은 배선패턴을 가지며, 상기 배선패턴은 상기 수지층으로 덮여 있는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 반사판에 전도성을 갖는 재료를 사용하고 있어도 배선이 단락되는 문제가 발생하지 않는다. 또, 배선패턴과 반사판 사이에 절연 층을 형성하거나 배선패턴을 기판에 매설하여 절연성을 확보하여야 할 필요가 없고, 방열효과가 높은 금속 등의 재료를 반사판에 사용할 수 있다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반도체 발광장치는 발광소자와 마운트소자를 구비하며, 상기 기판에 대하여 수직방향에서 본 때에 상기 마운트소자가 상기 발광소자보다 큰 것을 특징으로 한다.

이 경우, 발광소자에서 기판 측으로 향하여 출사되는 광을 마운트소자에서 반사시켜서, 상기 기판 측과는 반대 측으로 안내할 수 있어서, 상기 반사판 상의 수지층에 상기 광이 흡수되기 어렵게 된다. 그래서 반사효율의 향상이 기대된다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반사판은, 금속, 세라믹 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 성형품, 또는, 금속, 세라믹, 수지 등의 단일 재료 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 성형품에 도금을 실시한 것인 것을 특징으로 한다.

이 경우, 수지 재질의 반사판에 비해 방열성이 더 양호하다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반사판은 평판 형상이며, 상기 기판 측의 면이 상기 수지층과 면 접촉을 하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 반사판과 수지층의 접촉면적을 크게 확보할 수 있어서, 상기 반사판이 상기 수지층으로부터 잘 박리되지 않을 뿐 아니라, 상기 반사판에 열이 전파되기 쉬우므로 방열성이 보다 양호하다. 또, 반사판의 제작이 용이하고 강도도 높다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반도체 발광장치는 발광소자를 구비하는 동시에, 상기 기판은 상기 실장 면에 볼록부를 구비하고, 상기 발광소자가 상기 볼록부 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 발광소자를 마운트소자에 본딩하지 않고, 기판에 직접 본딩하여 실장하는 구성으로 할 수 있다.

본 발명의 조명장치의 특정 국면에서는, 상기 반사판 상에는 공동부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 반사판을 경량화할 수 있고, 이에 의해 조명장치의 경량화를 도모할 수 있다.

도 1은 배경기술에서의 종래 예 1의 조명장치를 도시하는 측면도이다.

도 2는 배경기술에서의 종래 예 2의 조명장치를 도시하는 사시도이다.

도 3은 배경기술에서의 종래 예 3의 조명장치의 일부를 도시하는 종단면도이다.

도 4는 본 발명에서의 실시 예 1의 조명장치를 도시하는 사시도이다.

도 5는 실시 예 1의 조명장치의 분해사시도이다.

도 6은 실시 예 1의 조명장치에서의 반도체 발광장치 부근을 나타내는 종단면도이다.

도 7은 실시 예 1의 조명장치에서의 반도체 발광장치 부근을 나타내는 평면도이다.

도 8은 반사판의 관통구멍을 나타내는 종단면도이다.

도 9는 실시 예 1의 조명장치에서의 나사 체결부분을 나타내는 종단면도이다.

도 10은 발광소자에서 출사되는 광의 광로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 11은 발광소자에서 출사되는 광의 광로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 12는 실시 예 2의 조명장치의 일부를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 조명장치의 실시 예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

<실시 예 1>

도 4는 본 발명에서의 실시 예 1의 조명장치를 나타내는 사시도이고, 도 5는 실시 예 1의 조명장치의 분해사시도이며, 도 6은 실시 예 1의 조명장치에서의 반도체 발광장치 부근을 나타내는 종단면도이다.

도 4 내지 6에 도시한 바와 같이, 실시 예 1의 조명장치(1)는, 기판(2)과, 상기 기판(2) 상에 실장 된 복수의 반도체 발광장치(3)와, 상기 기판(2) 상에 형성되어 반도체 발광장치(3)를 밀봉하는 수지층(4)과, 상기 수지층(4)의 상기 기판(2 측과는 반대 측에 배치된 반사판(5)을 구비하고 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(2)은, 알루미늄, 알루미늄 합금(Al+Cu, Al+Mn, Al+Si, Al+Mg, Al+Mg?Si, Al+Zn?Mg) 또는 동으로 이루어지는 금속 판(6) 상에, 무기 필러(inorganic filler) 및 수지 조성물을 포함하는 열경화성 수지로 이루어지는 복합 재료에 의해 형성된 절연 층(7)이 형성된 직사각형의 판 (rectangular plate) 형상이다. 절연 층(7) 상에는 동박(copper foil)으로 형성된 배선패턴(8)을 갖는 실장 면(9)이 형성되어 있고, 상기 실장 면(9)이 실장 기판(2)의 상면이다. 또, 기판(2)의 단부에는 상기 기판(2)을 전원에 접속하기 위한 외부단자(10)가 설치되어 있다.

도 7은 실시 예 1의 조명장치에서의 반도체 발광장치 부근을 나타내는 평면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 배선패턴(8)은, Ag 페이스트(11)에 의해 직접 반도체 발광장치(3)가 접속되는 제 1 전극(12)과, Au 와이어(13)에 의해 상기 반도체 발광장치(3)가 접속되는 제 2 전극(14)을 구비하고 있다. 이들 제 1 전극(12) 및 제 2 전극(14)은 각각 하나씩을 1조로 하여 기판(2)의 실장 면(9)에 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.

반도체 발광장치(3)는, 평면에서 볼 때 직사각형상으로, 배선패턴(8)의 제 1 전극(12) 및 제 2 전극(14)에 대응하여 기판(2)의 실장 면(9)에 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 또한, 반도체 발광장치(3)는 반드시 매트릭스 형상으로 배치되어 있을 필요는 없으며, 예를 들어, 동심 원 형상, 방사 형상(radial pattern), 또는 랜덤(random) 하게 배치되어 있어도 좋다. 이와 같이, 발광 면상에 모듈을 포괄하는 렌즈를 설치함으로써 고 광도이면서도 지향특성이 우수한 광원을 얻을 수 있다.

상기 반도체 발광장치(3)는, 발광소자(15)와, 마운트 소자(16, mounting element)를 구비하고 있다.

발광소자(15)는, GaN계 화합물 반도체를 이용한 고 휘도의 청색 발광체에 의해서 형성된 발광체(17)와, 상기 발광체(17)를 밀봉하도록 형성된 형광 층(18)을 구비하고 있다. 또한, 발광체(17)는 GaN계 화합물 반도체를 이용하는 것에 한정되지는 않는다. 또, 발광체(17)는 청색 발광체에 의해서 형성된 것에도 한정되는 것은 아니며, 자외 발광체에 의해 형성된 것이라도 좋다.

형광 층(18)은, 발광소자(15)를 백색으로 발광시키기 위한 것으로서, 청색 파장의 광을 보색(complementary color) 관계에 있는 녹황색 파장의 광으로 변환하는 특성의 형광체를 포함한 수지로 형성되어 있다. 발광체(17)의 발광에 의한 청색 광과 형광 층(18)을 투과한 녹황색 광이 서로 혼합되어 발광소자(15)는 백색으로 발광하는 것처럼 보인다. 또한, 상기의 경우는 청색으로 발광하는 발광체(17)를 사용하는 경우이며, 형광 층(18)은 발광체(17)의 발광 색에 맞추어서 다양하게 변형할 수 있다. 예를 들어, 자외 발광체에 의해 형성된 발광체(17)인 경우, 형광 층(18)은, 상기 발광체(17)로부터 출사되는 자외 광으로부터, 청색 광과, 적색 광과, 녹색 광을 여기시키는 형광체를 포함하여, 이들 형광체에 의해 변환된 청색 광과, 적색 광과, 녹색 광을 투과하는 것으로 해도 좋다.

마운트소자(16)는 직사각형의 판 형상이며, 기판(2)의 실장 면(9) 상에 배치되어 있다. 또, 마운트소자(16)는 실장 면(9)과 수직인 방향의 두께가 대략 150㎛로, 기판(2)과 접하고 있는 면과는 반대 측의 면이 발광소자(15)를 탑재시키기 위한 탑재 면(19)으로 되어 있다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 마운트소자(16)의 탑재 면(19)에는, 기판(2)의 제 1 전극(12)에 발광소자(15)를 도통 상태로 접속하기 위한 볼록 형상의 Au 범프전극(20)이 형성된 직사각형상의 발광소자 접속영역(21)과, 상기 기판(2)의 제 2 전극(14)에 Au 와이어(13)에 의해 접속되는 직사각형상의 와이어 접속영역(22)이 형성되어 있다. 또한, 상기 발광소자 접속영역(21)의 한 변과 와이어 접속영역(22)의 한 변은 1개소에서 전기적으로 접속되어 있다.

마운트소자(16)는 실리콘으로 형성되어 있고, 발광소자(15)와는 역 극성인 전극 끼리를 병렬로 접속하여 이루어지는 제너다이오드(zener diode)를 형성하고 있다. 이와 같이, 마운트소자(16)에 형성된 제너다이오드에 의해서 발광소자(15)가 정전기 파괴로부터 보호되므로, 반도체 발광장치(3)는 내 노이즈 특성이 높다.

수지층(4)은, 에폭시계 수지이며, 배선패턴(8)을 덮도록 하여, 실장 면(9)과 반사판(5)의 바닥 면과의 거리 L2가 150-200㎛가 되도록 형성되어 있다. 이와 같이, 거리 L2를 150-200㎛로 함으로써 발광소자(15)의 측면으로부터의 광을 효과적으로 반사 면(24)에서 반사시킬 수 있다. 특히, 거리 L2를 150㎛로 한 경우에는 효과적으로 반사시킬 수 있다.

수지층(4)과 기판(2)은 직접 밀착하고 있다. 이에 의해, 반사판(5)과 배선패턴(8)과의 절연을 도모할 수 있다 또, 공기 중의 물방울이나 먼지가 침입하지 않아서 절연불량이 발생하지 않는다.

또한, 광의 투과율을 향상시키기 위하여, 에폭시계 수지에는 필러의 첨가를 억제하거나 혹은 필러가 첨가되어 있지 않은 고순도의 것이 사용되고 있다.

수지층(4)에는 반도체 발광장치(3)를 밀봉하기 위한 렌즈부(23)가 각 반도체 발광장치(3)에 대응하여 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 각 렌즈부(23)는 대략 반구형상(半球形狀)이며, 발광소자(15)의 중심이 각 렌즈부(23)의 광축과 일치하도 록 배치되어 있다.

반사판(5)은 직사각형의 평판 형상으로, 수지층(4)의 기판(2) 측과는 반대 측의 면에 부착되어 있다. 즉, 반사판(5)은 수지층(4)에 의해서 밀봉되어 있지 않으며, 상기 수지층(4)의 외 측에 부착되어 있다. 따라서 조명장치(1)를 연속 점등시킨 경우에 발광소자(15)에서 발생하는 열이나 주위 온도가 상승한 때의 열에 의해서 반사판(5)이 열팽창 해도, 그 영향을 받아서 수지층(4)이 기판(2)으로부터 박리되는 문제는 발생하지 않는다.

또, 반사판(5)의 기판(2) 측 면은 수지층(4)과 면 접촉을 하고 있다. 그래서 발광소자(15)에서 발생하여 마운트소자(16) 및 배선패턴(8)을 거쳐서 수지층(4)으로 전도하는 열이 상기 반사판으로 전파되기 쉽게 되어 있다. 또한, 반사판(5)과 수지층(4) 사이에는 접착제가 삽입되어 있어도 좋다.

도 4에 도시한 바와 같이, 반사판(5)에는 각 반도체 발광장치(3)에 대응하여 반사 면(24)을 갖는 관통구멍(25)이 복수 매트릭스 형상으로 개설되어 있다. 각 관통구멍(25)은 수평 단면이 원 형상으로, 주 광 인출방향(26), 즉, 기판(2)의 실장 면(9)에 대해서 수직방향이면서 상기 기판(2)으로부터 멀어지는 방향으로 향하여 단면적이 증대되도록 형성되어 있다.

도 8은 반사판의 관통구멍을 나타내는 종단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 관통구멍(25)은 기판(2) 측이 되는 직경이 작은 쪽의 개구의 직경이 약 1.69㎜, 상기 기판(2) 측과는 반대 측이 되는 직경이 큰 쪽의 개구의 직경이 약 2.34㎜ 이다. 또, 관통구멍(25)의 반사면(24)은, x² = 4 × f × y(f = 0.48)로 표시할 수 있는 곡선 A를, 상기 곡선 A의 Y축을 중심 축으로 하여 회전시켜서 얻어지는 면의 일부와 동일한 형상을 갖는다.

도 6에 도시한 바와 같이, 관통구멍(25)에는 수지층(4)의 렌즈부(23)가 상기 관통구멍의 중심과 상기 렌즈부(23)의 광 축이 일치하도록 하여 삽입되어 있다. 관통구멍(25)은 렌즈부(23)보다 크며, 상기 관통구멍(25)의 기판(2) 측 개구의 외 측 테두리와 상기 렌즈부(23)의 기저부(base)의 외 측 테두리와의 간격 L1은 약 1㎜이다. 즉,반사판(5)과 수지층(4)과의 사이, 구체적으로는, 상기 반사판(5)의 반사 면(24)과 상기 수지층(4)의 렌즈부(23)와의 사이에는 공간이 마련되어 있다.

이와 같이, 수지층과 반사판 사이에 공간을 설치함으로써, 종래에는 수지가 있던 부분이 공기와 접촉하게 되어, 반사판(5)과 공기와의 접촉면적이 증가하여 방열효과가 향상된다. 또, 반사판(5)이 열 팽창된 경우에도 렌즈부(23)가 반사판(5)의 반사 면(24)에 의해 압박을 받지 않게 되므로, 상기 렌즈부(23)의 광학특성에 영향을 주지 않게 된다.

또한, 상기 렌즈부(23)의 기저부와의 간격 L1은 반사효율을 높이기 위해 0.5㎜ 이하인 것이 바람직하다. 특히 0.3㎜ 이하로 함으로써 지향특성에 대한 영향이 적고 방위에 의한 색도나 밝기의 편차를 억제할 수 있다.

반사판(5)은 알루미늄 재질이다. 따라서 반사효율이 높고 방열성도 우수하다. 또한, 반사판(5)은 알루미늄으로 이루어지는 성형품에 한정되지는 않으며, 예 를 들어, 스테인리스, 동 등의 다른 금속, 세라믹 또는 수지 등의 단일 재료로 이루어지는 성형품이라도 좋다. 또, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 동 등의 금속, 세라믹 및 수지 등의 적어도 2종의 혼합물로 이루어지는 성형품이라도 좋다. 또한, 이들 성형품의 표면에 반사 기능을 갖도록 광택을 형성할 수 있는 재료를 도금 또는 코팅을 한 것이라도 좋다.

도 5에 도시한 바와 같이, 반사판(5)에는 네 귀퉁이 부근 및 중앙 부근의 5개소에 나사구멍(27)이 마련되어 있다. 반사판(5)은 상기 나사구멍(27)을 이용하여 체결부재로서의 나사(28)에 의해 기판(2)에 고정되어 있다.

도 9는 실시 예 1의 조명장치에서의 나사결합부분을 나타내는 종단면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 수지층(4) 및 기판(2)에는 반사판(5)의 나사구멍(27)에 대응하여, 서로 연통하는 나사구멍(29, 30)이 각각 마련되어 있고, 이들 나사구멍(29, 30)에 나사(28)를 체결함으로써 반사판(5)이 수지층(4)에 고정된다. 이 구성에 의해, 발광소자(15)에서 발생하여 마운트소자(16)에서 배선패턴(8)을 전도하여 오는 열이 나사(28)를 통해서 반사판으로부터 방열된다.

또한, 나사(28)를 체결함으로써 반사판(5)이 기판(2)에 고정된다. 이 구성에 의해, 나사(28)가 금속판(6)에 도달하게 되므로 발광소자(15)에서 발생하여 마운트소자(16)에서 기판(2)을 전도하여 오는 열이 나사(28)를 통해서 반사판으로부터 방열되어 방열효과가 더욱 향상된다.

기판(2)의 나사구멍(27)은 실장 면(9)상의 배선패턴(8)과는 절연된 부분에 형성되어 있다. 그래서 배선패턴(8)과 반사판(5)과의 절연성이 확보되도록 되어 있 다.

나사(28)는 탄소 강재의 초소형 정밀나사로서 체결효과가 양호하다. 나사(28)의 선단은 기판(2)의 금속 층(6)에까지 도달하고 있고, 반사판(5)과 상기 기판(5)과는 상기 나사(28)를 통해서 서로 열적으로 접속되어 있다. 그러므로 발광소자(15)에서 발생하여 기판(2)에 전파된 열의 일부는, 화살표(31)로 도시한 바와 같이, 나사(28)를 통해서 반사판(5)으로 전파된다. 상기 반사판(5)은 공기와 접하고 있는 면적이 크므로 반사판(5)으로부터 방열이 된다.

또한, 체결부재는 나사에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 볼트, 핀 및 리벳 등이라도 좋다. 다만, 방열성을 고려하면 금속 등과 같이 열 전도성이 좋은 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 또, 나사(28)는 그 선단이 반드시 금속 층(6)에 도달하여 있을 필요는 없으며, 수지층(4)에만 삽입되어 있어도 좋다. 또한, 수지층(4)의 나사구멍(29)의 직경을 나사(28)의 직경보다 크게 하여, 상기 나사(28)를 기판(2)에만 체결하는 구성으로 해도 좋다.

이상과 같이 구성된 실시 예 1의 조명장치(1)의 제조방법을 설명한다.

먼저, 제너다이오드를 형성한 마운트소자(16)의 발광소자 접속영역(21)에 발광체(17)를 플립 칩 실장(flip-chip mounting) 한 후 형광 층(18)을 형성하여 반도체 발광장치(3)를 제작한다.

그리고 반도체 발광장치(3)를 기판(2)의 제 1 전극(12)에 Ag 페이스트(11)로 고정하는 동시에, 마운트소자(16)의 와이어 접속영역(22)과 상기 기판(2)의 제 2 전극(14)을 Au 와이어를 이용한 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 도통 상태로 접 속한다.

다음에, 트랜스퍼 성형법(transfer molding)에 의해 반도체 발광장치(3)를 실장한 기판(2)에 수지층을 형성한다. 트랜스퍼 성형법에서는 수지 성형용 금형(미 도시)의 상부금형과 하부금형을 결합하고, 상기 금형 내에 광 투과성의 에폭시계 수지를 주입하여, 상기 수지를 경화시켜서 수지층을 형성한다.

한편, 반사판(5)은 소정의 크기를 갖는 직사각형상의 알루미늄 재질의 평판에 관통구멍(25) 및 나사구멍(27)을 형성하여 제작한다. 구체적으로는, 선반에 상기 평판을 세트하고, 절삭가공기를 이용하여 소정의 위치에 원추대 형상의 관통구멍(25)을 절삭하는 동시에, 프레스 가공기 또는 드릴을 이용하여 소정의 위치에 나사구멍(27)을 천공한다.

반사판(5)은, 각 관통구멍(25) 내에 수지층(4)의 각 렌즈부(23)를 삽입하는 동시에, 상기 반사판(5)의 나사구멍(27)과 수지층(4)의 나사구멍(29)을 상호 연통시킨 상태로 위치를 맞춘 다음, 상기 나사구멍(27, 29)에 나사(28)를 체결하여 설치된다.

이상과 같이 제조된 실시 예 1의 조명장치(1)에는 사용 시에 기판(2)의 외부단자(10)로부터 전류가 공급된다. 전류가 공급되면, 배선패턴(8)의 제 1 전극(12) 및 제 2 전극(14)으로부터 반도체 발광장치(3)에 전류가 공급되어, 반도체 발광장치(3)의 발광소자(15)가 발광한다.

발광소자(15)에서 출사되는 광의 일부는 렌즈부(23)에서 집속되어, 상기 렌즈부(23)의 광축 방향인 주 광 인출방향(26)을 향해서 출사된다. 또, 발광소자(15) 에서 출사된 다른 일부의 광은 관통구멍(25)의 반사 면(24)에서 반사되어 주 광 인출방향(26)을 향해서 출사된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 실장 면(9)과 반사판(5)의 바닥 면과의 거리 L2는 150-200㎛로, 상기 기판(2)의 실장 면(9)과 발광소자(15)의 바닥 면과의 거리 L3보다 짧다. 이와 같이, 거리 L2가 거리 L3보다 짧으므로 발광소자(15)의 측면으로부터의 광을 효과적으로 반사 면(24)에서 반사시킬 수 있다. 특히 거리 L2를 150㎛로 한 경우에는 효과적으로 반사시킬 수 있다.

또한, 기판(2)의 실장 면(9)과 반사판(5)의 바닥면과의 거리 L2를 상기 기판(2)의 실장 면(9)과 발광소자(15)의 바닥면과의 거리 L3보다 짧게 하기 위해서는, 수지층(4)의 두께가 마운트소자(16)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 예를 들어, 수지층(4)의 두께는 상기와 같이 150-200㎛이므로 마운트소자(16)의 두께를 150㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

도 10 및 도 11은 발광소자로부터 출사되는 광의 광로를 설명하기 위한 개략도이다. 실시 예 1의 조명장치(1)에서는, 마운트소자(16)를 소형화함으로써 반도체 발광장치(3)의 소형화를 도모하고 있다. 따라서 도 7에 도시한 바와 같이, 마운트소자(16)의 탑재 면(19)은 와이어 접속영역(22)부분을 제외하고 발광소자(15)의 형상에 맞추어서 형성되어 있다.

따라서 도 10에 도시한 것과 같이, 실장 면(9)과 평행한 방향에서도 상기 실장 면(9) 측을 향하여 출사되는 광 중, 와이어 접속영역(22)에서 반사되는 광은, 화살표(32)로 표시한 것과 같이, 반사 면(24)에서 다시 반사되어 주 광 인출방향 (26)으로 안내된다. 한편, 와이어 접속영역(22)에서 반사되지 않는 광은, 화살표(33)로 표시한 것과 같이, 반사 면(24)에 도달하지 않고, 반사판(5)과 기판(2) 사이의 수지층(4) 내로 흡수된다.

그래서 도 11에 도시한 반도체 발광장치(34)와 같이, 마운트소자(35)를 크게 하여 반사효율을 더 향상시키는 방안을 고려할 수 있다. 반도체 발광장치(34)는, 기판(2)의 실장 면(9)에 대해서 수직방향에서 볼 때, 마운트소자(35)가 발광소자(36)보다 크다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 실장 면(9)과 평행인 방향에서도 상기 실장 면(9) 측으로 향해서 출사되는 광을, 화살표(37, 38)로 표시한 것과 같이, 마운트소자(16)의 탑재 면(39)에서 효율 좋게 반사시켜서, 반사면(24) 방향으로 안내하여, 발광효율을 향상시킬 수 있다.

이 경우, 도 11에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 실장 면(9)에 대해서 수직방향에서 본 때에 발광소자(36)의 외주 전체에 걸쳐서 마운트소자(16)의 탑재 면(39)이 외 측으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다.

<제 2 실시 예>

본 발명의 실시 예 2의 조명장치에 대하여 설명한다. 도 12는 실시 예 2의 조명장치의 일부를 나타내는 종단면도이다. 또한, 실시 예 2는 기본적으로 실시 예 1의 조명장치(1)와 동일한 구성이므로, 공통의 구성부분에는 실시 예 1과 동일한 부호를 부여하고 그 설명은 생략하거나 간략하게 설명을 하며, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 12에 도시한 바와 같이, 실시 예 2의 조명장치(40)의 기판(2)은 실장 면 (9)에 볼록부(41)를 구비하고 있다. 볼록부(41)는 절연 층(7)의 상면의 일부를 주 광 인출방향(27) 측으로 돌출시키도록 하여 형성한 것으로서, 상기 볼록부(41) 상에는 배선패턴(8)의 일부가 형성되어 있다. 볼록부(41)의 상면은 렌즈부(23) 내에 수용되고, 또한, 반도체 발광장치(3)의 발광소자(15)의 하면보다 큰 사이즈이며, 상기 발광소자(15)가 볼록부(41) 상에 배치되어, 상기 볼록부(41) 상의 배선패턴(8)에 직접 본딩되어 있다. 이와 같이, 실시 예 2의 반도체 발광장치(3)는 실시 예 1에서의 마운트소자(16)에 해당하는 부재를 가지고 있지 않고, 발광소자(15)는 직접 기판(2)에 실장되어 있다.

반사판(42)은 직사각형 판 형상의 알루미늄 재질로, 수지층(4)의 기판(2) 측과는 반대 측의 면에 부착되어 있다. 또한, 반사판(42)은 알루미늄 재질에 한정되지는 않으며, 세라믹, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 동 등의 금속제라도 좋다.

반사판(42)은 기판(2) 측의 면에 공동부(43, hollow section)를 가지는 동시에, 각 반도체 발광장치(3)에 대응하여 반사 면(44)을 갖는 복수의 관통구멍(45)이 매트릭스 형상으로 개설되어 있다.

반사판(42)의 제작은, 먼저, 두께가 0.3-0.5㎜의 알루미늄 재질의 박판에 프레스 가공기를 이용하여 원추대 형상의 오목부를 형성한다. 또한, 프레스 가공기 또는 드릴을 이용하여 상기 오목부의 바닥면을 천공하여 관통구멍(45)을 형성한다. 또한, 관통구멍(45)의 반사 면(44)의 경사각도를 40-60도로 함으로써 렌즈부(23)로부터 누설된 광을 효과적으로 발광방향으로 반사시킬 수 있다.

이와 같이 하여 제작된 반사판(42)은 관통구멍(45) 이외의 부분이 공동부 (43)로 되어 있다. 또한, 반사판(42)을 기판(2)에 고정하기 위한 나사구멍(미 도시)은 프레스 가공기를 이용하여 형성한다.

상기 반사판(42)을 기판(2)에 부착하면 상기 반사판(42)과 기판(2) 사이에 공동부(43)에 의해 공동이 형성된다. 따라서 반사판(42)과 수지층(4)과의 접촉면적을 작게 할 수 있어서, 상기 수지층(4)이 상기 반사판(42)의 열팽창에 의한 영향을 적게 받게 된다. 또, 공동부(43)의 체적에 대응하는 만큼 알루미늄의 양을 절감할 수 있으므로, 반사판(42)을 경량화할 수 있다.

또한, 반사판(42)의 경량화는, 상기와 같이 반사판(42)의 기판(2) 측에 공동부(43)를 형성하는 구성만이 아니라, 예를 들어, 기판(2) 측과는 반대 측의 면에 공동부를 형성하는 구성에 의해서도 실현할 수 있다. 또, 관통구멍(45)과는 별도로 경량화용 관통구멍을 설치하여, 이를 공동부로 하는 구성이라도 좋다.

도 12에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 실장 면(9)과 반사판(42)의 바닥 면과의 거리 L4는 150-200㎛로, 상기 기판(2)의 실장 면(9)과 발광소자(15)의 바닥 면과의 거리 L5보다 짧다. 이와 같이, 거리 L4가 거리 L5보다 짧으므로 발광소자(15) 측면으로부터의 광을 효과적으로 반사 면(44)에서 반사시킬 수 있다. 특히 거리 L4를 150㎛로 한 경우에는 효과적으로 반사시킬 수 있다.

또한, 기판(2)의 실장 면(9)과 반사판(42)의 바닥 면과의 거리 L4를 상기 기판(2)의 실장 면(9)과 발광소자(15)의 바닥 면과의 거리 L5보다 짧게 하기 위해서는, 수지층(4)의 두께가 볼록부(41)의 실장 면(9)과 수직인 방향의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 예를 들어, 수지층(4)의 두께는 상기와 같이 150-200㎛이므로 볼 록부의 두께를 150㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명을 실시 예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 내용이 상기 실시 예에 제시된 구체 예에 한정되지 않음은 물론이다.

본 발명의 조명장치는 표시장치로 이용할 수도 있다. 즉, 공지의 점등제어회로와 조합하여 각 반도체 발광장치를 개별로 점등할 수 있도록 하면, 점등의 조합에 의해서 문자나 기호 등을 표시할 수 있다.

Claims

기판과,

상기 기판상에 실장된 반도체 발광장치와,

상기 기판의 실장 면에 형성되어 상기 반도체 발광장치를 밀봉하는 렌즈부를 구비한 수지층과,

반사판을 구비하며,

상기 반사판과 상기 렌즈부 사이에 공간을 가지며, 상기 반사판과 상기 렌즈부의 기저부(base) 부분이 접촉하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항에 있어서,

상기 반도체 발광장치는 발광소자를 구비하며,

상기 기판의 상면과 상기 반사판의 바닥면과의 거리는 상기 기판의 상면과 상기 발광소자의 바닥면과의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 반사판은 체결부재에 의해서 상기 수지층 및/또는 상기 기판에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 3 항에 있어서,

상기 반사판과 상기 기판은 상기 체결부재를 통해서 열적(熱的)으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 기판은 배선패턴을 가지며,

상기 배선패턴은 상기 수지층으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항에 있어서,

상기 반도체 발광장치는 발광소자와 마운트소자를 구비하며,

상기 기판에 대하여 수직방향에서 본 때에 상기 마운트소자가 상기 발광소자보다 큰 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 6 항에 있어서,

상기 기판의 상면과 상기 반사판의 바닥 면과의 거리는 상기 기판의 상면과 상기 발광소자의 바닥 면과의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 반사판은, 금속, 세라믹 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 성형품, 또는, 금속, 세라믹, 수지 등의 단일 재료 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 성형품에 도금을 실시한 것인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 반사판은 평판 형상이며, 상기 기판 측의 면이 상기 수지층과 면 접촉을 하고 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항에 있어서,

상기 반도체 발광장치는 발광소자를 구비하는 동시에, 상기 기판은 상기 실장 면에 볼록부를 구비하고,

상기 발광소자가 상기 볼록부 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항, 제 2 항, 제 6 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사판 상에는 공동부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.