KR101204115B1 - 배광 특성을 제어하기 위한 렌즈를 구비한 발광 장치 - Google Patents

배광 특성을 제어하기 위한 렌즈를 구비한 발광 장치 Download PDF

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겐지 다끼네
료헤이 야마시따
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

기판(2)과, 기판(2) 위에 형성된 정(+)전극(6) 및 부(-)전극(4)과, 정(+)전극(6) 및 부(-)전극(4)에 접속된 발광 다이오드(8)와, 발광 다이오드(8)를 덮는 투명한 수지(12 및 14)와, 발광 다이오드(8)의 발광의 적어도 일부를 흡수하여 장파장으로 변환하는 형광체(16)와, 발광 다이오드(8) 및/또는 형광체(16)의 발광의 배광 방향을 변화시키는 렌즈를 보유하는 발광 소자이다. 수지(12 및 14)는 형광체(16)를 함유하고, 또한, 대략 반원주 형상의 렌즈를 구성하도록 성형되어 있고, 수지(12 및 14) 안의 형광체(16)는 렌즈를 구성하고 있는 부분의 표면 근방에 비해 발광 다이오드(8)의 표면 근방에 고밀도로 분포하고 있다.
발광 다이오드, 반원주 형상, 형광체, 배광 방향, 정전극, 부전극

Description

배광 특성을 제어하기 위한 렌즈를 구비한 발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE WITH LIGHT DISTRIBUTION CHARACTERISTIC CONTROLLING LENS}
도 1은 본 발명의 실시 형태 1과 관련되는 발광 장치를 도시하는 사시도.
도 2는 도 1에서 도시하는 발광 장치의 X－X' 단면을 도시하는 단면도.
도 3은 도 1에서 도시하는 발광 장치를 실장 기판 위에 실장한 모습을 모식적으로 도시하는 사시도.
도 4는 실시 형태 1과 관련되는 발광 장치의 별도 예를 도시하는 단면도.
도 5a는 제1 투명 수지층을 라인 도포법으로 형성하는 모습을 도시하는 모식도.
도 5b는 제1 투명 수지층을 라인 도포법으로 형성하는 모습을 도시하는 평면도.
도 5c는 제1 투명 수지층을 라인 도포법으로 형성하는 모습을 도시하는 단면도.
도 6a는 도 5c에서 도시하는 라인 도포법의 변화를 도시하는 단면도.
도 6b는 도 5c에서 도시하는 라인 도포법의 다른 변화를 도시하는 단면도.
도 6c는 도 5c에서 도시하는 라인 도포법의 더욱 다른 변화를 도시하는 단면도.
도 7a는 제1 투명 수지층을 형성한 패키지 어셈블리를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 7b는 제2 수지층을 트랜스퍼 몰드법에 의해 형성하는 모습을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 7c는 제2 수지층을 트랜스퍼 몰드법에 의해 형성하는 모습을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 7d는 다이싱 공정을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 8a는 실시 형태 2의 도중 공정을 도시하는 단면도.
도 8b는 실시 형태 2와 관련되는 발광 장치를 도시하는 단면도.
도 9a는 실시 형태 3의 도중 공정을 도시하는 단면도.
도 9b는 실시 형태 3과 관련되는 발광 장치를 도시하는 단면도.
도 10은 실시 형태 4와 관련되는 발광 장치의 일례를 도시하는 사시도.
도 11은 도 10에서 도시하는 발광 장치의 X－X선에 있어서의 단면도.
도 12는 패키지 어셈블리의 일례를 도시하는 사시도.
도 13은 패키지 어셈블리의 일부를 도시하는 부분 확대 평면도.
도 14a는 봉지 수지층의 형성 공정을 도시하는 단면도.
도 14b는 도 14a에 계속되는 공정을 도시하는 단면도.
도 14c는 도 14b에 계속되는 공정을 도시하는 단면도.
도 14d는 도 14c에 계속되는 공정을 도시하는 단면도.
도 14e는 도 14d에 계속되는 공정을 도시하는 단면도.
도 14f는 도 14e에 계속되는 공정을 도시하는 단면도.
도 15는 도 10에서 도시하는 발광 장치를 실장 기판 위에 실장한 모습을 모식적으로 도시하는 사시도.
도 16a는 실시예 1 및 비교예 1의 0° 방향의 배광 특성을 도시하는 그래프.
도 16b는 실시예 1 및 비교예 1의 90° 방향의 배광 특성을 도시하는 그래프.
도 17a는 실시예 2의 발광 장치(샘플 1)의 단면도.
도 17b는 실시예 2의 발광 장치(샘플 2)의 단면도.
도 17c는 실시예 2의 발광 장치(샘플 3)의 단면도.
도 18a는 실시예 2의 0° 방향의 배광 특성을 도시하는 그래프.
도 18b는 실시예 2의 90° 방향의 배광 특성을 도시하는 그래프.
도 19a는 실시예 3 및 비교예 2의 0° 방향의 배광 특성을 도시하는 그래프.
도 19b는 실시예 3 및 비교예 2의 90° 방향의 배광 특성을 도시하는 그래프.
도 20a는 실시예 3 및 비교예 2의 0° 방향에 있어서의 색도 좌표 x의 분포를 도시하는 그래프.
도 20b는 실시예 3 및 비교예 2의 90° 방향에 있어서의 색도 좌표 x의 분포를 도시하는 그래프.
도 21a는 실시예 3 및 비교예 2의 0° 방향에 있어서의 색도 좌표 y의 분포를 도시하는 그래프.
도 21b는 실시예 3 및 비교예 2의 90° 방향에 있어서의 색도 좌표 y의 분포를 도시하는 그래프.
도 22는 트랜스퍼 몰드법에 의한 봉지 수지층의 형성 공정을 도시하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 기판
6 : 정(+)전극
4 : 부(-)전극
8 : 발광 다이오드
12, 14 : 투명 수지층
16 : 형광체
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 1996－99345호 공보 등
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 2002－319711호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 2001－177158호 공보
[특허문헌 4] 일본 특허 공개 2004－186488호 공보
[특허문헌 5] 일본 특허 공개 1999－242513호 공보 등
[특허문헌 6] 일본 특허 공개 2000－315824호 공보 등
[특허문헌 7] 일본 특허 공개 2000－196000호 공보
[특허문헌 8] 일본 특허 공개 2001－352105호 공보
본 발명은 발광 다이오드와 형광체와의 조합에 의해 다양한 색을 발광할 수 있는 발광 장치에 관한 것으로, 특히 배광 특성을 제어하기 위한 렌즈를 구비한 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 질화물 반도체를 이용한 청색 발광 다이오드가 개발됨에 따라, 해당 발광 다이오드로부터 출력되는 빛의 일부를 흡수하여 다른 파장의 빛을 출력하는 형광체와 조합함으로써 다양한 색조의 발광 색을 갖는 발광 장치의 제작이 가능하여졌다. 특히, 발광 다이오드가 청색 발광 다이오드이고, 형광체가 청색 발광 다이오드에서 나오는 발광의 일부를 흡수하여 청색의 보색으로 변환되면 백색을 발광하는 발광 다이오드를 얻을 수 있다.
이러한 발광 장치에는 포탄형이나 표면 실장형 등의 여러 가지 형식이 있다.
　포탄형의 경우, 일반적으로 정(+) 및 부(-)의 리드 전극 한쪽 첨단에 컵이 형성되어, 그 컵 내에 발광 다이오드가 실장됨과 함께 형광체를 분산시킨 수지가 충전된다. 그리고 그 주위 전체를 덮고 있듯이 첨단이 렌즈 모양이 된 포탄형의 몰드 수지가 형성된다(특허문헌 1)
　또, 표면 실장형의 경우, 정(+) 및 부(-) 전극을 형성한 기판 위에 오목 모양의 수납부가 설치되어 그 수납부에 발광 다이오드가 실장됨과 함께 형광체를 분산시킨 수지가 충전된다(특허문헌 2).
　특히, 청색 발광 다이오드와 형광체의 조합에 의해 백색을 발광하는 경우, 청색 발광 다이오드의 발광 강도와 형광체가 발광 강도의 밸런스에 의해 백색의 색조가 결정된다. 그런데, 발광 장치 내의 수지에 분산시키는 형광체를 일정량으로 하는 것이 어려워, 형광체량의 개체간 불균형에 의한 색조의 불균형이 문제가 되고 있다. 그에 따라, 특허문헌 3에서는 형광체를 포함한 수지층을 연마함으로써 형광체량을 조정하여 색조의 불균형을 보정하는 것이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 4는 수지층 중 형광체를 포함하지 않는 부분의 두께를 조정하여 색조의 불균형을 보정하는 것이 개시되어 있다.
또, 이와 같은 발광 다이오드와 형광체를 조합시킨 타입의 발광 장치에서는 관찰 방향에 따라 색조가 상이하게 나타나는 얼룩이 자주 문제가 되고 있다. 이 얼룩은 관찰 방향에 따라 발광 다이오드로부터 오는 발광의 통과 경로 상에 존재하는 형광체의 양이 서로 다름으로 인하여 발생한다. 따라서, 관찰 방향에 따른 얼룩을 억제하기 위해서는 발광 다이오드 근방에 형광체를 분포시키는 것이 바람직하다. 이 때문에, 종래에는 발광 다이오드 주위를 오목한 모양의 컵으로 감싸, 그 컵 내에서만 형광체를 분산시킨 수지를 충전한 후에 전체를 렌즈 모양으로 성형한 봉지 수지층으로 덮는 방법이나(특허문헌 5), 발광 다이오드의 주위에만 형광체를 분산시킨 수지를 적하하여 경화시킨 후, 전체를 렌즈 모양으로 성형한 봉지 수지층으로 덮는 방법이 취하여졌다(특허문헌 6).
또, 발광 다이오드를 이용한 발광 장치는 투광성의 봉지 수지층 상에 렌즈 를 형성함으로써, 발광 장치의 배광 특성을 제어하는 것이 실시되어 있다. 투광성의 봉지 수지층 상에 렌즈를 형성하기 위해서는 예를 들어 아래와 같은 방법을 이용할 수가 있다.
(1) 봉지 수지층을 수지 성형에 의해 렌즈 모양으로 성형.
(2) 봉지 수지층을 평판 모양에 형성한 후, 기계 가공에 의해 렌즈 모양으로 성형.
(3) 별도로 성형된 렌즈를 봉지 수지층의 표면에 접착.
(4) 캐스팅 케이스에 의한 방법
그 중에서도, 봉지 수지층을 수지 성형하여 렌즈 모양으로 하는 방법은 간단하고 쉽고 또한 양산성이 뛰어남으로 널리 이용되고 있다. 수지 성형의 방법으로는 반도체 칩의 봉지 수지층에 널리 이용되고 있는 트랜스퍼 몰드법을 이용하는 것이 일반적이다(예를 들면, 특허문헌 7, 특허문헌 8).
최근, 특히 표면 실장형의 일종인 사이드 뷰형 발광 장치에 있어서, 보다 박형의 발광 장치가 요구되고 있다. 사이드 뷰형이라 함은 박형으로 측면으로부터 발광하는 타입의 발광 장치이다. 사이드 뷰형에서는 많은 경우, 실장면에 인접한 측면으로부터 발광한다. 또, 표면 실장형의 발광 장치에 있어서도, 발광면을 구성하는 수지층을 렌즈 모양으로 가공하여 배광 특성을 양호하게 하는 것이 요구되고 있다. 그렇지만, 종래의 표면 실장형 발광 장치에 있어서 발광면에 렌즈를 형성하였을 경우, 발광 장치가 대형화되고 또 제조 공정이 복잡하게 되는 문제가 있었다. 또, 특허문헌 3이나 특허문헌 4에 기재된 바와 같이 발광면을 구성하는 수지층을 연마하여 색조의 불균형을 보정하려 하면 발광면에 형성된 렌즈가 변형되어 배광 특성이 변화되는 문제가 있었다.
본 발명은 발광면을 구성하는 투명층에 렌즈를 형성한 발광 장치로서, 박형이고, 배광 특성이 양호하며 또한, 제조가 용이한 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 근거하는 발광 장치는 기판과, 상기 기판 위에 형성된 정(+)전극 및 부(-)전극과, 상기 정(+)전극 및 부(-)전극에 접속된 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드를 덮는 투명층과, 상기 발광 다이오드의 발광의 적어도 일부를 흡수하여 장파장으로 변환하는 형광체와, 상기 발광 다이오드 및/또는 상기 형광체가 발광의 배광 방향을 변화시키는 렌즈를 구비한 발광 소자로서,
상기 투명층은 상기 형광체를 함유하고 또한, 대략 반원주 형상의 렌즈를 구성하도록 성형되어 있고,
상기 투명층 안의 형광체는 상기 렌즈를 구성하고 있는 부분의 표면 근방에 비해 상기 발광 다이오드의 표면 근방에 고밀도로 분포하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 근거하는 발광 장치는 투명층이 적어도 2층으로 되어 있다. 즉, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 정(+) 및 부(-)전극과, 상기 정(+) 및 부(-)전극에 접속된 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드를 덮는 투명층과, 상기 투명층 내에 분산된 형광체를 보유하고, 상기 투명층 내에 분산된 형광체를 상기 발광 다이오드의 출사광에 의해 여기 발광함으로써, 상기 발광 다이오드의 발광 색과는 다른 색을 발광하는 발광 장치로서,
상기 투명층은 상기 발광 다이오드를 덮어, 상기 형광체를 포함하는 제1 투명층과, 상기 제1 투명층 상에 형성된 제2 투명층을 보유하고,
상기 제2 투명층은 표면이 렌즈를 형성하도록 곡면 형상으로 가공되고,
상기 발광 장치의 서로 대향하는 1조의 측면에서 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층이 대략 면 1로 재단되어, 상기 제1 투명층이 노출하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 측면에 있어서의 발광 장치는 기판과, 상기 기판 위에 형성된 정(+)전극 및 부(-)전극과, 상기 정(+)전극 및 부(-)전극에 접속된 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드를 덮는 봉지 수지층과, 상기 발광 다이오드의 발광의 적어도 일부를 흡수하여 장파장으로 변환하는 형광체와, 상기 발광 다이오드 및/또는 상기 형광체에 있어서 발광의 배광 방향을 변화시키는 렌즈를 보유하는 발광 소자로서, 상기 봉지 수지층은 상기 형광체를 함유하고, 한편, 상기 렌즈를 구성하도록 일체 성형되어 있고, 상기 형광체는 상기 봉지 수지층의 표면 근방에 비해 상기 발광 다이오드의 표면 근방에서 고밀도로 분포하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서 「투명」이라 함은 발광 다이오드의 발광을 외부로부터 관찰할 수 있는 정도로 투과하는 것을 가리킨다.
발광 다이오드는 질화물 반도체로 이루어지는 자외 또는 청색 발광층을 보 유하는 것이 바람직하다. 질화물 반도체로 이루어지는 발광층을 보유하는 발광 다이오드는 높은 에너지를 가진 단파장 빛을 고강도로 발광할 수가 있다. 따라서, 형광체를 조합함으로써, 고휘도로 다양한 색조를 보유하는 발광 장치를 제공할 수 있다.
특히, 형광체가 단독으로 또는 발광 다이오드의 발광과 혼색함으로써, 백색을 발광 가능하도록 하면, 백라이트, 각종 표시등, 회중 전등, 헤드라이트, 조명 등에 응용 가능한 광원으로 할 수 있다.
<실시 형태 1>
본 실시 형태에 있어서의 발광 장치는 도 1에 제시되어 있는 바와 같이, 기판(2)과, 기판(2) 위에 형성된 정(+)전극(6) 및 부(-)전극(4)과, 정(+)전극(6) 및 부(-)전극(4)에 접속된 발광 다이오드(8)와, 발광 다이오드(8)를 덮는 투명 수지층(12 및 14)과 투명 수지층(12 및 14) 내에 분산된 형광체(16)를 보유하고, 투명 수지층(12 및 14) 내에 분산된 형광체를 발광 다이오드의 출사광(8)에 의해 여기 발광시킴으로써 발광 다이오드(8)의 발광 색과는 다른 색을 발광한다. 투명 수지층(12 및 14)은 발광 다이오드(8)를 덮고, 형광체(16)를 포함한 제1 투명 수지층(12)과, 제1 투명 수지층(12) 위에 형성된 제2 투명 수지층(14)을 보유한다. 제2 투명 수지층(14)은 표면이 렌즈를 형성하도록 곡면 형상으로 가공되어 있다. 발광 장치(1)의 서로 대향하는 한 조의 측면에서 제1 투명 수지층(12) 및 상기 제2 투명 수지층(14)이 대략 면 1로 재단되어, 제1 투명 수지층(12)이 노출되어 있다.
발광 다이오드(8)를 봉지하는 투명 수지층(12 및 14)이 제1 투명 수지층 (12)과 제2 투명 수지층(14)의 2층 구성으로 되어 있고, 제1 투명 수지층(12)에 형광체(16)가 분산되고, 제2 투명 수지층(14)에 렌즈가 형성되어 있는 결과, 뛰어난 배광 특성을 나타낸다. 즉, 우선 제2 투명 수지층(14)의 표면에 렌즈가 형성되어 있는 결과, 렌즈의 형상에 대응하여 희망하는 배광 특성을 나타내도록 된다. 또, 형광체(16)는 제1 투명 수지층(12)에 분산되어 있기 때문에, 발광 다이오드(8)의 매우 가까이에 분포하게 된다. 따라서, 형광체(16)의 광산란에 따라 제2 투명 수지층(14)의 렌즈 작용이 저해받기 어렵고, 또 관찰 방향에 따라 발생하는 얼룩이 적게 된다.
또, 발광 장치(1)의 측면에서 제1 투명 수지층(12)과 제2 투명 수지층(14)이 대략 면 1로 재단되어 형광체(16)를 분산한 제1 투명 수지층(12)이 외부로 노출되어 있다. 이 때문에, 종래의 오목 모양의 수납부에 형광체를 분산시킨 수지층을 충전한 발광 장치와 비교하여 수납부 측벽의 두께분 만큼 박형으로 할 수 있다.
더욱이 렌즈를 형성한 발광면에 인접하는 측면에서 형광체(16)를 분산시킨 제1 투명 수지층의 측면(12a)이 노출되어 있기 때문에, 렌즈 특성에 거의 영향을 주는 일 없이 색조를 보정하는 것이 가능하다. 즉, 제1 투명 수지층(12)의 측면을 연마하는 등의 작업을 실시하여 형광체(16)를 분산시킨 투명 수지층의 두께를 변화시키면 형광체(16)의 양도 변화시킬 수가 있다. 이러한 작업을 통하여 발광 다이오드(8)와 형광체(16)의 발광 강도비를 바꿀 수 있기 때문에 색조 보정을 할 수가 있다. 한편, 제1 투명 수지층(12)의 측면을 연마하여 투명 수지층의 두께를 변화시켜도 제2 투명 수지층(14)의 표면에 형성된 렌즈의 형상은 거의 바뀌지 않는다. 따라서, 렌즈 특성에 영향을 주는 일 없이 색조 보정이 가능하게 된다.
아래에서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1의 발광 장치는 표면이 평탄한 대략 직방체 형상의 절연 기판(2) 위에 부(-)전극(4), 정(+)전극(6)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)은 절연 기판(2)의 뒷면에 형성된 실장용 전극(도시하지 않음)과 스루홀(통과 구멍, 도시하지 않음)을 매개로 접속되어 있다. 정(+)부(-) 한 벌의 전극을 반도체 면측에 구비한 발광 다이오드(8)는 절연 기판(2)의 부(-)전극(4) 위에 실장되어 있고, 발광 다이오드의 부(-)전극이 절연 기판 상의 부(-)전극(4)과 정(+)전극이 절연 기판 상의 정(+)전극(6)과 각각 와이어(10)에 의해 접속되어 있다. 이 발광 다이오드(8)를 감싸도록, 반원주 형상의 제1 투명 수지층(12)이 형성되어 있다. 또, 제1 투명 수지층(12) 위에는 절연 기판(2)의 대략 전면을 감싸도록 제2 투명 수지층(14)이 형성되어 있다. 또, 절연 기판의 측면(2a), 제1 투명 수지층(12)의 측면(12a) 및 제2 투명 수지층(14)의 측면(14a)는 대략 면 1로 재단되어 있어 제1 투명 수지층이 외부에 노출되어 있다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 장치(1)의 X－X' 단면을 도시하는 단면도이다. 도 2에 제시되어 있는 바와 같이, 제1 투명 수지층(12) 내에는 형광체(16)가 분산되어 있다. 형광체(16)는 발광 다이오드(8)의 발광에 의해 여기되어 발광 다이오드(8)보다도 장파장의 빛으로 변환한다. 예를 들면, 발광 다이오드(8)가 청색을 발광하는 경우, 형광체(16)는 청색의 일부를 흡수하여 보다 장파장의 황색빛을 발광하여도 좋다. 발광 다이오드(8)의 발광하는 청색과 형광체가 발광하는 황색이 혼색하여 백색 발광을 얻을 수 있다. 즉, 제1 투명 수지층(12)은 발광 다이오드를 봉지함과 함께, 발광 다이오드의 발광의 일부 또는 전부의 발광에 대하여 파장을 변환하는 파장 변환층으로서 기능한다.
또, 제2 투명 수지층(14)은 도 1 및 도 2에 제시되어 있는 바와 같이, 표면(14b)이 렌즈를 형성하도록 곡면으로 가공되어 있다. 도 1 및 도 2에 제시된 예에서는 제2 투명 수지층의 표면(14b)에 반원주 형상의 실린드리컬 렌즈가 형성되어 있다. 이 제2 투명 수지층의 렌즈 형성면(14b)이 발광면이 된다. 이 실린드리컬 렌즈는 발광 장치(1)의 짧은 쪽 방향의 단면에서는 곡율을 갖고 있지 않고, 빛을 직진시키지만 발광 장치(1)의 긴 쪽 방향 단면에서는 곡율을 갖고 있어 빛을 정면 방향으로 휘게 한다. 따라서, 발광 다이오드(8)나 형광체(16)의 발광은 제2 투명 수지층(14)을 통과할 때에 발광 장치(1)의 긴 쪽 방향에서 광선이 정면 방향을 향하도록 휘게 할 수 있다. 이와 같이, 제2 투명 수지층(14)은 발광 다이오드(8) 등을 보호하는 봉지층으로서 기능함과 동시에, 발광 장치의 광선 방향을 제어하는 렌즈층으로서 기능한다. 본 실시 형태에 있어서, 제2 투명 수지층(14)에는 형광체(16)는 분산되어 있지 않다. 이는 형광체(16)가 분산되어 있으면, 형광체(16)가 광산란을 일으키기 때문에, 제2 투명 수지층(14)의 렌즈 작용이 저해되기 때문이다. 더욱이, 제2 투명 수지층(14)의 렌즈 작용을 저해하지 않을 정도의 소량의 형광체를 제2 투명 수지층(14)에 분산시켜도 좋다. 이 때, 제2 투명 수지층(14)에 포함되는 형광체의 평균 밀도는 제1 투명 수지층에 포함되는 형광체의 평균 밀도의 1/10 이하, 특히 바람직하게는 1/100 이하인 것이 바람직하다.
도 3은 도 1 및 도 2에 제시된 발광 장치(1)를 사이드 뷰형 발광 장치로서 실장 기판 위에 실장한 모습을 도시하는 사시도이다. 발광 장치(1)는 해당 장치의 긴 쪽 방향에 평행한 측면을 실장면으로 하여 실장 기판(3) 위에 하나로 실장되어 있다. 이 때 발광면인 제2 투명 수지층의 표면(14b)은 실장 기판에 대하여 대략 수직이 된다. 발광 장치(1)는 실장 기판(3)과 접하는 측면에서 절연 기판(2), 제1 투명 수지층(12) 및 제2 투명 수지층(14)이 모두 대략 면 1로 되어 있기 때문에, 실장면이 광면적이고 또한 평탄하고 안정된 실장이 가능하다. 실장 기판(3)의 표면에는 정(+) 및 부(-)의 리드 전극(18 및 20)이 형성되어 있고 발광 장치(1)의 절연 기판 이면에 형성된 실장용 전극(도시하지 않음)과 납땜(22)으로 접속되어 있다.
본 실시 형태와 관련되는 발광 장치는 발광 다이오드(8)를 봉지하는 투명 수지층이 제1 투명 수지층(12)과 제2 투명 수지층(14)의 2층 구성으로 되어 있고, 제1 투명 수지층(12)에 형광체(16)가 분산되어 제2 투명 수지층(14)에 렌즈가 형성되어 있는 결과, 사이드 뷰형 발광 장치로서 뛰어난 광학 효과를 나타낸다. 즉, 우선 제2 투명 수지층의 표면(14b)에 실린드리컬 렌즈가 형성되어 있는 결과, 발광 장치(1)의 발광은 실장 기판면에 평행한 방향에서 정면 방향을 향하도록 휘어져 정면 방향의 광도가 높아진다. 또, 제2 투명 수지층(14) 안에는 빛을 산란하는 형광체(16)가 실질적으로 분산되어 있지 않기 때문에 렌즈 기능이 저해받지 않고 정면 방향을 향해 광선을 효율적으로 휘게 할 수 있다. 한편, 제2 투명 수지층(14)은 실장 기판면에 수직한 방향은 렌즈 효과를 발휘하지 않는다. 그렇지만, 실장 기판 면에 수직인 방향은 원래 실장 기판(3)에 의해 발광이 차단됨으로, 배광 분포의 제어는 비교적 중요하지는 않다. 또, 형광체(16)는 제1 투명 수지층(12)에 분산되어 있기 때문에 발광 다이오드(8)의 매우 가까이에 분포하게 된다. 따라서, 관찰 방향에 따라 발생하는 얼룩이 적고, 보다 점광원에 가깝게 된다.
또, 본 실시 형태와 관련되는 발광 장치는 렌즈를 형성한 발광면(14b)에 인접하는 측면에서 제1 투명 수지층(12)과 제2 투명 수지층(14)가 대략 면 1으로 재단되어 형광체를 분산시킨 제1 투명 수지층의 측면(12a)이 외부에 노출되어 있다. 이 때문에, 종래의 오목 모양의 수납부에 형광체를 분산시킨 수지층을 충전한 발광 장치에 비해, 수납부 측벽의 두께분만큼 박형으로 할 수 있다. 또, 렌즈 특성에 거의 영향을 주는 일 없이 색조를 보정할 수가 있다. 즉, 제1 투명 수지층의 측면(12a)과 제2 투명 수지층의 측면(14a)을 연마하는 등의 작업을 실시하여 투명 수지층의 두께 W를 W'로 변화시키면 제1 투명 수지층(12a)에 포함되는 형광체(도시하지 않음)의 양도 변화시킬 수가 있다. 이에 따라 발광 다이오드(8)와 형광체(16)의 발광 강도비를 바꿀 수 있기 때문에, 색조의 보정을 할 수가 있다. 한편, 제1 투명 수지층의 측면(12a)와 제2 투명 수지층의 측면(14a)을 연마하여 투명 수지층의 두께W를 변화시켜도 제2 투명 수지층의 표면(14b)에 형성된 렌즈의 형상은 거의 바뀌지 않는다. 따라서, 렌즈 특성에 영향을 주는 일 없이 색조의 보정이 가능하게 된다.
더욱이 본 실시 형태와 관련되는 발광 장치는 후술하는 바와 같이, 제1 투광성 수지(12)를 라인 도포 또는 인쇄법에 의해 형성할 수 있기 때문에, 간단하고 쉽게 제조할 수가 있다는 이점도 있다.
이하, 발광 장치(1)의 각 구성에 대해서 상세하게 설명하고자 한다.
(제1 투명 수지층(12))
제1 투명 수지층(12)은 가능한 한 발광 다이오드(8) 근방에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 제1 투명 수지층(12)의 내부에 분산된 형광체(16)가 발광하기 때문에, 그 분포가 좁은 쪽이 이상적인 점광원에 가까워지기 때문이다. 보다 바람직하게는, 제1 투명 수지층(12)과 기판(2)이 접하는 것이 바람직하다. 이에 의해 형광체(16)에 의한 광산란이 보다 양호하게 되고, 또한, 혼색 효과도 개선된다. 또한, 제1 투명 수지층(12)의 고정 강도도 향상된다. 또한, 제1 투명 수지층(12)의 높이는 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 단, 와이어(10)보다 낮아지면 와이어(10)가 제1 투명 수지층(12)과 제2 투명 수지층(14)에 걸치게 되어 와이어(10)가 끊어지기 쉬워진다. 따라서, 제1 투명 수지층(12)의 높이는 적어도 와이어(10) 보다 높은 것이 바람직하다. 더욱이, 와이어(10)의 강도가 충분하다면 도 4에 제시되어 있는 바와 같이, 제1 투명 수지가 와이어의 일부를 덮고 있어도 좋다. 또, 보다 이상적인 점광원에 가까워질 목적으로 제1 투명 수지층(12) 내에서 형광체(16)를 침강시키는 것이 바람직하다. 단, 형광체(16)가 너무 침강하면 제1 투명 수지층(12)의 연마에 의하여 색조를 보정하기 어려워지기 때문에, 적당한 정도로 침강시키는 것이 바람직하다. 또, 제1 투명 수지층(12)은 대략 반원주 형상이고 실장면에 평행한 단면(=발광면에 직교하는 단면)이 반원 형상 또는 반타원 형상인 것이 바람직하다. 이에 의해 관찰 방향에 따른 얼룩이 작아진다. 더욱이, 제1 투 명 수지층(12)을 상기 형상으로 형성하기 위해서는 본 실시 형태에서 설명하는 라인 도포법을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 투명 수지층(12)은 실시 형태 2에서 설명한 바와 같이 인쇄로 형성하여도 좋다.
제1 투명 수지층(12)의 재료는 발광 다이오드와 형광체가 발광을 투과하고 형광체(16)를 안정적으로 분산 가능한 재료라면 특별히 한정하지 않아도 된다. 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지 등의 수지를 이용할 수가 있다. 더욱이 수지 이외로 유리를 이용할 수 있다. 제1 투명 수지층(12) 내에 필러나 확산재가 분산되어 있어도 좋다. 더욱이 제1 투명 수지층(12)은 발광 다이오드(8)의 열을 받기 쉽기 때문에 내열성이 양호한 수지인 것이 바람직하다. 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 옥세탄 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 제1 투명 수지의 점도는 경화 전에 100~2000mPa?s인 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 「점도」는 원추 평판형 회전 점토계를 이용하여 상온 하에서 측정한 것을 가리킨다. 또, 제1 투명 수지는 경화 조건이 80℃~180℃, 몇 분~몇 시간 하에서 형상을 유지할 수 있는 정도의 딱딱함을 갖는 수지가 바람직하다.
(제2 투명 수지층(14))
제2 투명 수지층에 형성하는 렌즈는 실장면에 평행한 방향으로 큰 렌즈 지름을 갖는 것이 바람직하다. 이는 실장면에 평행한 방향은 실장면에 수직인 방향에 비해 배광 특성을 제어할 필요성이 높기 때문이다. 한편, 실장면에 수직인 방향으로는 박형으로 할 필요가 있기 때문에 렌즈 지름을 작게 하는 것이 바람직하다. 또, 실장면에 수직인 방향으로는 렌즈의 곡율도 작은 것이 바람직하다. 이는 실장면에 수직인 방향으로 큰 곡율을 가진 렌즈를 형성하면, 제1 및 제2 투명 수지층의 측면을 연마하여 색조를 보정할 때에 렌즈 특성이 변화되기 쉬워지기 때문이다. 예를 들면, 제2 투명 수지층에 형성하는 렌즈를 실장면에 평행한 방향으로만 곡율을 갖는 실린드리컬 렌즈로 하여도 좋다. 또한, 실장면에 수직인 방향에 있어서의 제2 수지층(14)의 단면은 완전하게 평평할 필요는 없고 어느 정도의 곡율을 가져도 된다.
또, 제2 투명 수지층(14)의 재료는 발광 다이오드와 형광체가 발광을 투과하는 재료이면 특별히 한정하지 않아도 된다. 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등을 이용할 수가 있다. 더욱이 수지 이외에 유리를 이용할 수도 있다. 제2 투명 수지층(14) 내에, 필러나 확산제가 분산되어 있어도 된다. 제2 투명 수지층(14)은 제1 투명 수지층(12)이나 발광 다이오드(8)를 보호하는 역할도 수행하기 때문에 절연 기판(2)과의 밀착성, 내후성, 경도가 뛰어나고 먼지가 부착되기 어려운 것이 바람직하다. 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 옥세탄 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
(절연 기판(2)/전극(4, 6))
절연 기판(2)은 적당한 기계적 강도와 절연성을 갖는 재료라면 특별히 한정하지 않아도 된다. 예를 들면, BT 레진, 유리 에폭시 등을 이용할 수 있다. 또, 에폭시계 수지 시트를 다층 접착시킨 것이라도 좋다. 또, 절연 기판(2)에 형성하는 부(-) 및 정(+)전극(4, 6)은 Cu를 주성분으로 하는 금속층으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 부(-) 및 정(+)전극(4, 6)은 Cu/Ni/Ag에 의해 구성할 수 있다.
(발광 다이오드(8)/형광체(16))
발광 다이오드(8)와 형광체(16)는 발광 다이오드(8)의 일부 또는 전부의 발광을 형광체(16)가 파장 변환할 수 있는 조합이라면 특별히 한정하지 않아도 된다. 예를 들면, 현재 가장 수요가 많은 백색의 발광 장치를 구성하기에 적합한 발광 다이오드(8)와 형광체(16)의 조합에 대해서 설명하고자 한다.
－발광 다이오드(8)
백색의 발광 장치를 구성하기 위해 적합한 발광 다이오드로서 질화물 반도체(InXAlYGa1－X－YN, 0≤X, 0≤Y, X＋Y≤1)를 사용한 것을 이용할 수가 있다. 이 발 광 다이오드는 InxGa1 -xN(0＜x＜1)를 발광층으로 갖고 있고, 그 혼합 결정비에 의해 발광 파장을 대략 365㎚로부터 650㎚로 임의로 바꿀 수가 있다.
백색계의 빛을 발광시키는 경우에는 형광체로부터 출사되는 빛과의 보색 관계를 고려하면, 발광 다이오드(8)의 발광 파장은 400㎚이상 530㎚이하로 설정하는 것이 바람직하고, 420㎚이상 490㎚이하로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 더욱이 형광체의 종류를 선택함으로써 400㎚보다 짧은 자외역 파장의 빛을 발광하는 LED 칩을 적용할 수도 있다.
－형광체(16)
형광 물질은 예를 들면, 질화물계 반도체를 발광층으로 하는 반도체 발광 다이오드로부터의 빛을 흡수하여 다른 파장의 빛으로 파장 변환하는 것이면 된다. 예를 들면, Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 질화물계 형광체?산질화물계 형광체, Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이 금속계의 원소에 의해 주로 활력을 받는 알칼리토류 할로겐 애퍼타이트 형광체, 알칼리토류 금속 붕산 할로겐 형광체, 알칼리토류 금속 알루민산염 형광체, 알칼리토류 규산염, 알칼리토류 유화물, 알칼리토류 티오갈레이트, 알칼리토류 질화 규소, 게르만산염, 또는 Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 희토류 알루민산염, 희토류 규산염 또는 Eu 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 유기 및 유기 착체 등에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 구체적인 예로서 아래와 같은 형광체를 사용할 수가 있지만 이에 한정되지 않는다.
Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 질화물계 형광체는 M2Si5N8：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다.) 등이 있다. 또, M2Si5N8：Eu 외, Msi7N10：Eu, M1 .8Si5O0 .2N8：Eu, M0 .9Si7O0 .1N10：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다.) 등도 있다.
Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 산질화물계 형광체는 MSi2O2N2：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다.) 등이 있다.
Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이 금속계의 원소에 의해 주로 활력을 받는 알칼리토류 할로겐 애퍼타이트 형광체에는 M5(PO4)3 X：R(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. X는 F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. R는 Eu, Mn, Eu와 Mn, 의 어느 1종 이상이다.) 등이 있다.
알칼리토류 금속 붕산 할로겐 형광체에는 M2B5O9X：R(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. X는 F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. R는 Eu, Mn, Eu와 Mn, 의 어느 1이상이다.) 등이 있다.
알칼리토류 금속 알루민산염 형광체에는 SrAl2O4：R, Sr4Al14O25：R, CaAl2O4：R, BaMg2Al16O27：R, BaMg2Al16O12：R, BaMgAl10O17：R(R는 Eu, Mn, Eu와 Mn의 어느 1종 이상이다.) 등이 있다.
알칼리토류 유화물 형광체에는 La2O2S：Eu, Y2O2S：Eu, Gd2O2S：Eu 등이 있 다.
Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 희토류 알루민산염 형광체에는 Y3Al5O12：Ce, (Y0 .8Gd0 .2)3 Al5O12：Ce, Y3(Al0 .8Ga0 .2)5 O12：Ce, (Y, Gd)3 (Al, Ga)5 O12의 조성식에서 나타내어지는 YAG계 형광체 등이 있다. 또, Y의 일부 혹은 전부를 Tb, Lu 등으로 치환한 Tb3Al5O12：Ce, Lu3Al5O12：Ce 등도 있다.
그 외의 형광체에는 ZnS：Eu, Zn2GeO4：Mn, MGa2S4：Eu(M는 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. X는 F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 1종 이상이다.) 등이 있다.
상술한 형광체는 희망하는 바에 따라 Eu에 대신하거나 또는 Eu에 더하여 Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti에서 선택되는 1종 이상을 함유시킬 수도 있다.
Ca－Al－Si－O－N계 옥시 질화물 유리 형광체란, 몰% 표시로 CaCO3를 CaO로 환산하여 20~50 몰%, Al2O3를 0~30 몰%, SiO를 25~60 몰%, AlN를 5~50 몰%, 희토류 산화물 또는 천이 금속 산화물을 0.1~20 몰%로 하고, 5성분의 합계가 100 몰%가 되는 옥시 질화물 유리를 모체 재료로 한 형광체이다. 또한, 옥시 질화물 유리를 모체 재료로 한 형광체에서는 질소 함유량이 15wt% 이하인 것이 바람직하고, 희토류 산화물 이온 외에 증감제가 되는 다른 희토류 원소 이온을 희토류 산화물로서 형광 유리 안에 0.1~10 몰% 범위의 함유량으로 공활력제로서 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 형광체 이외의 형광체로서, 동일한 성능, 효과를 갖는 형광체도 사용할 수 있다.
(색조의 보정 방법)
다음으로 본 실시 형태에 있어서의 색조의 보정 방법에 대해서 설명하고자 한다. 동시에 다수 발광 장치의 색조 보정을 수행하는 경우, 다음과 같은 방법으로 실시하는 것이 바람직하다.
－스텝 1.
스텝 1에서는 제1 및 제2 투명 수지층을 경화시킨 후의 발광 장치의 색도를 전수 측정한다(초기색도 측정 공정).
－스텝 2.
스텝 2에서는 스텝 1에서 측정된 색도에 근거하여, 상기 측정된 색도와 목표 색도와의 차이가 미리 설정된 범위 내에 있는 것을 각각 하나의 그룹으로 함으로써 색도 범위마다 분류한다(그룹화 공정). 분류하는 그룹수는 조정 후의 색도 불균형을 작게 하기 위해서는 많을수록 좋지만, 요구되는 색도의 범위(규격) 및 제조 효율을 고려하여 적당한 분류 수로 한다.
－스텝 3.
마지막으로 스텝 3에서 각 그룹 마다 목표 색도와의 차이에 근거하여 설정된 양만큼 제1 및 제2 투명 수지층의 측면을 연마한다(연마 공정). 즉, 동일한 그룹에 속하는 발광 소자는 동일한 연마량(그룹 마다 설정된 값) 만 연마된다. 이상과 같은 조정 방법에 의하면, 그룹마다 일괄적으로 색도를 조정할 수 있으므로, 효율적으로 색도를 조정할 수 있고, 한편 색도 불균형을 작게 할 수 있다. 또한, 연마는 실장면과 역측의 측면에서 실시하는 것이 바람직하다. 실장면의 평탄성을 해치지 않기 때문이다.
연마는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 수행할 수가 있다. 연마 장치 상에 복수개 배열을 하여 목표 색도가 되도록 연마한다. 연마하기 위한 공구는 회전축 끝에 예를 들면, 원반 형상의 숫돌을 마련한 것을 이용하고, 제1 투명 수지층(12) 및 제2 투명 수지층(14)을 목표 색도와 측정 색도와의 차이에 대응하는 양만큼을 연마한다. 이 연마 때, 연마 장치 상에 배열한 복수의 발광 장치의 각각에 대하여 숫돌을 마련함으로써, 복수의 발광 장치를 한 번에 조정할 수가 있다. 또, 이 때 깎는 량에 따라 그룹을 정하여 일괄적으로 깎게도 할 수 있고, 하나 하나의 광센서에 의해 색도를 측정하면서 목표 색도가 될 때까지 깎도록 하여도 좋다. (이 경우에서도 광센서와 숫돌을 각각의 발광 장치에 설치하여 각 발광 소자 마다 깎는 양을 제어하도록 하면 복수의 발광 소자를 동시에 병렬 처리할 수 있음은 두말할 필요가 없다.)
(제조 방법)
다음으로 본 실시 형태와 관련되는 발광 장치의 제조 방법에 대해서 설명하고자 한다.
1, 패키지 어셈블리
본 실시 형태의 제조 방법에 있어서 복수의 발광 장치를 일괄적으로 제조할 수 있도록 제2 투명 수지층을 경화시킬 때까지는 복수의 패키지가 집합한 패키지 어셈블리를 이용한다. 이 패키지 어셈블리에 대해서는 대면적 절연 기판(2) 위에, 각 발광 다이오드(8)의 실장 영역이 매트릭스 모양으로 배치되어 있다(도 7a참조). 또, 각 발광 다이오드(8)의 실장 영역을 양측으로부터 끼우도록, 각각의 발광 다이오드(8)에 대응하는 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)이 형성되어 있다. 또, 각 열의 패키지는 서로의 부(-)전극끼리 및 정(+)전극끼리 연결되어 있다. 즉, 각 열의 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)은 각각 한 개의 연속한 전극으로 되어 있다(도 5a 참조). 절연성 기판(2)은 예를 들어 두께가 0.06mm~2.0mm의 수지 적층품 등으로 이루어지고, 두께 방향으로 관통하는 복수의 스루홀(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 부(-)전극(4)과 정(+)전극(6)은 이 스루홀을 매개로 절연 기판(2)의 뒷쪽에 형성된 실장용 전극과 연결되어 있다.
2, 발광 다이오드(8)의 실장
위에서 설명한 바와 같이 구성된 패키지 어셈블리의 각 부(-)전극(4)의 소정의 위치에 발광 다이오드(8)를 다이본딩한다. 그리고, 와이어(10)에 의해 소정의 배선을 한다(도 5a 참조).
3, 제1 투명 수지층(12)의 형성
다음으로, 제1 투명 수지층(12)을 형성한다. 제1 투명 수지층(12)에는 미리 소정량의 형광체(16)가 분산되어 있다. 제1 투명 수지층(12)은 도 5a~도 5c에서 도시하는 라인 도포법으로 형성하는 것이 바람직하다. 라인 도포법에 의하면, 제1 투명 수지층(12)을 박막화할 수 있음과 함께 제조 공정이 간단하고 쉬어진다. 또, 라인 도포법에서는 표면장력을 이용하여 제1 투명 수지층(12)을 형성할 수 있 기 때문에, 와이어(10)과 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)의 패턴을 따라 제1 투명 수지층(12)은 형성할 수 있다. 또, 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)의 패턴을 적절히 하면 제1 투명 수지층의 형성 영역을 발광 다이오드(8)의 근처로 제한할 수 있다.
라인 도포법이란, 도 5a에 제시되어 있는 바와 같이, 디스팬서(24)로부터 소정량의 제1 투명 수지를 토출시키면서, 디스팬서(24)를 발광 다이오드(8)의 배열을 따라 이동시켜 라인 형상으로 연결된 수지층을 형성하는 방법이다. 라인 도포법으로 형성하였을 경우, 제1 투명 수지층(12)의 형상을 수지의 표면장력에 의해 결정할 수 있다. 예를 들면, 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)의 외연은 그 두께분만큼 절연 기판(2)의 표면보다 높은 위치에 있다. 따라서, 양자의 높이 차이가 충분하다면, 도 5b 및 도 5c에 제시되어 있는 바와 같이, 제1 투명 수지층(12)은 표면장력에 의해 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)의 외연(4a 및 6a)으로부터 앞으로는 흘러나가지 않는다. 또, 제1 투명 수지층(12)은 토출량을 적절히 하면 표면장력에 의해 와이어(10)를 조금 넘는 높이로 유지시킬 수 있다. 더욱이 제1 투명 수지층(12)의 단면 형상은 도 5c에 제시되어 있는 바와 같이, 대략 반원형 또는 대략 반타원형이 된다. 이와 같이 라인 도포법에 의하면, 지극히 간단하고 쉬운 구성에 의해 짧은 시간에 다수의 칩을 동시 처리할 수 있어 더욱 형상이 안정된다. 따라서, 라인 도포법에 의해 제1 투명 수지층(12)을 형성하면 양산성이 높고, 또 색조 불균형이 적게 되는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제1 투명 수지의 표면장력이 작은 경우에는 전극(4, 6)의 두께 분 만 큼의 단차만으로는 형상을 유지할 수 없는 경우가 있다. 그러한 점에서, 제1 투명 수지의 흘러나감을 방지하기 위한 구조를 설치하여도 좋다. 예를 들면, 도 6a에서는 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)의 외측에 레지스터 등으로 이루어지는 벽(32)을 형성하고 있다. 도 6b에서는 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)의 외측에 홈(34)을 형성하고 있다. 더욱이 도 6c에서는 부(-)전극(4) 및 정(+)전극의 외측에 절연 기판(2)을 높게 한 단차(36)가 설치되어 있다.
제1 투명 수지층(12)을 라인 도포한 후, 제1 투명 수지층(12)을 경화시킨다. 제1 투명 수지가 열경화성의 수지이면 상온에서 라인 도포한 후 가열해 경화시키면 된다. 제1 투명 수지층(12) 내에 있어서의 형광체(16)의 침강 정도는 예를 들면 라인 도포가 종료하고 나서 경화 개시까지의 시간이나 경화 전 또는 경화 도중에 있어서의 투명 수지의 점도에 의해 제어할 수 있다. 즉, 라인 도포가 종료하고 나서 경화 개시까지의 시간이 길수록 제1 투명 수지층(12) 내에 있어서의 형광체(16)의 침강이 진행한다. 또, 경화 전에 있어서의 제1 투명 수지층(12)의 점성이 낮을수록 형광체(16)의 침강이 진행한다. 경화 전에 점성이 높은 투명 수지라도 에폭시 수지처럼 가열에 의해 일단 점성이 저하하는 재료라면 점성이 저하하였을 때에 형광체(16)의 침강을 진행시킬 수 있다.
4, 제2 투명 수지층(14)의 형성
다음으로, 제2 투명 수지층(14)을 형성한다. 제2 투명 수지층(14)의 형성에는 트랜스퍼 몰드, 압축 성형, 사출 성형 등의 방법을 이용할 수 있다. 트랜스퍼 몰드의 경우를 예로 하여 설명하고자 한다. 우선, 도 7a에 제시되어 있는 바와 같이, 제1 투명 수지층(12)을 형성한 패키지 어셈블리(5)를 준비한다. 다음으로, 도 7b에 제시되어 있는 바와 같이, 패키지 어셈블리(5)의 상하를 트랜스퍼 몰드용의 금형(26 및 28) 사이에 끼운다. 도 7b에서 제시하는 예에서는 아래쪽 금형(26)은 평탄하고 위쪽 금형(28)에는 제2 투명 수지층을 형성하기 위한 렌즈형(28a)이 설치되어 있다. 다음으로, 도 7c에 제시되어 있는 바와 같이, 위쪽 금형(28)과 패키지 어셈블리(5)의 사이에 형성된 수지의 주입구를 통해 제2 투명 수지층(14)을 부어 넣는다. 이 때, 제2 투명 수지층(14)은 반용성의 펠릿으로 준비하고, 주입구로부터 압입하면서 수지를 녹인다. 그리고, 금형 내에서 단시간 가열을 하여 경화시킨 후, 금형을 제거하고 한층 더 가열함으로써 제2 투명 수지층(14)을 형성할 수 있다. 트랜스퍼 몰드로 형성하는 경우, 제2 투명 수지층(14)은 어느 정도 점도가 높은 수지일 필요가 있다. 예를 들면, 에폭시 수지 등이 트랜스퍼 성형에 적절하다.
트랜스퍼 몰드를 대신하여, 압축 성형으로 제2 투명 수지층(14)을 형성하여도 좋다. 특히 사용하는 수지가 액체 상태인 경우에는 트랜스퍼 몰드는 아니고, 압축 성형으로 제2 투명 수지층(14)을 형성하는 것이 바람직하다. 제2 투명 수지층(14)을 압축 성형으로 형성하는 경우, 제2 투명 수지를 패키지 어셈블리(5)의 전면에 도포한 후, 압축 성형용 금형으로 표면으로부터 누르고 가열하여 경화시킨다.
5, 다이싱
다음으로, 도 7d에 제시되어 있는 바와 같이, 패키지 어셈블리(5)를 2방향으로부터 다이싱하고, 소정의 폭과 소정의 길이로 발광 장치를 잘라냄으로써 발광 장치가 완성된다.
<실시 형태 2>
본 실시 형태에서는 제1 투명 수지층(12)을 인쇄법에 의해 형성하는 예에 대해서 설명하고자 한다. 기타 사항은 실시 형태 1과 동일하다.
우선, 도 8a에 제시되어 있는 바와 같이, 패키지 어셈블리(5)의 전면에 인쇄에 의하여 제1 투명 수지층(12)을 형성한다. 제1 투명 수지층(12)은 절연 기판(2)의 전면에 형성되어 있고 한편, 표면이 평탄하게 된다. 또한, 제1 투명 수지층(12)의 인쇄에 의해 와이어(10)의 끊어짐, 절단 등이 일어나지 않도록, 제1 투명 수지층(12)의 두께를 와이어(10)의 높이보다 충분히 크게 한다. 그 후, 제1 투명 수지층(12)을 가열하여 경화시킨다.
다음으로, 절연 기판(2)의 전면에 형성된 제1 투명 수지층(12) 위에 실시 형태 1과 같은 방법으로 렌즈가 부착된 제2 투명 수지층(14)을 형성한다. 그리고, 제2 투명 수지층(14)을 경화한 후, 패키지 어셈블리를 2 방향으로부터 다이싱 하면 도 8b에 제시되어 있는 바와 같이 발광 장치(1)를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 방법에 의해 형성된 제1 투명 수지층(12)은 절연 기판(2)과 대략 동일 면적의 직방체 모양이 된다.
본 실시 형태와 같이 인쇄법에 의해 제1 투명 수지층(12)을 형성하면, 실시 형태 1의 라인 도포에 비해 단시간에 제1 투명 수지층(12)을 형성할 수가 있다. 그렇지만, 인쇄법에서는 제1 투명 수지층의 표면이 와이어(10)보다 충분히 높은 곳에 위치하도록 하여야 하기 때문에, 라인 도포법에 비해 제1 투명 수지층(12)의 두 께가 두꺼워지기 쉽다. 또, 도 8a 및 도 8b에 제시되어 있는 바와 같이, 형광체(16) 분포가 절연 기판(2)의 전면에 퍼지기 때문에 관찰 방향에 의존한 얼룩이 발생하기 쉽다.
<실시 형태 3>
그러한 점 때문에 실시 형태 3에서는, 인쇄법에 의해 제1 투명 수지층을 형성하면서 형광체(16)의 확대를 억제하는 방법에 대해서 설명하고자 한다.
우선, 도 9a에 제시되어 있는 바와 같이, 제1 투명 수지층(12)을 인쇄하기 전에 제1 투명 수지층(12)의 인쇄 범위를 제한하기 위한 마스크(30)를 절연 기판(2) 위에 형성한다. 마스크(30)은 예를 들면 레지스터 등으로 이루어진다. 또 마스크(30)는 제1 투명 수지의 인쇄 범위를 발광 다이오드(8) 근방으로 제한하도록 발광 다이오드(8)의 배열을 좌우에서 끼우는 평행한 스트라이프 모양으로 할 수 있다.
제1 투명 수지층(12)을 경화한 후에 마스크(30)를 제거한다. 그리고 실시 형태 1과 같은 방법으로 제2 투명 수지층(14)을 형성한다. 제2 투명 수지층을 경화한 후에 패키지 어셈블리(5)를 2방향으로부터 다이싱하면 도 9b에 제시되어 있는 바와 같이 발광 장치(1)를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에 있어서 형성된 제1 투명 수지층(12)은 도 9b에 제시되어 있는 바와 같이, 대략 직방체 형상을 하고 있고, 발광 장치의 긴 쪽 방향에 있어서의 폭이 절연 기판(2)보다 짧다. 즉, 제1 투명 수지층(12)의 형성 범위는 발광 다이오드(8) 근방으로 제한되어 있다. 따라서, 실시 형태 2에 비해 관찰 방향에 따른 얼룩이 억제된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 인쇄법으로 제1 투명 수지층(12)을 형성하는 예에 대하여 설명하였으나, 스프레이나 금형에 의한 성형을 이용하여 제1 투명 수지층(12)을 형성할 수도 있다.
<실시 형태 4>
본 실시 형태에서는 수지층을 1층으로 형성하는 양태에 대해서 설명하고자 한다. 실시 형태 1~3에서는 형광체를 발광 다이오드의 근방에 분포시키기 위해 형광체를 포함한 수지층(함형광체층)의 형성 공정과 형광체를 포함하지 않는 렌즈 모양의 수지층(렌즈층)의 형성 공정과의 2 공정이 필요하다.
함형광체층과 렌즈층을 별도의 공정으로 형성하였을 경우, 렌즈층의 형성 공정 전에 함형광체층의 표면에 유기물이나 수분 등이 흡착하기 쉬워진다. 그렇게 되면 봉지 수지층 내부의 발광 다이오드에 가까운 위치에 유기물이나 수분 등의 오염이 쌓이게 되어, 발광 다이오드나 형광체의 열화가 진행하기 쉬워, 수명 특성이 저하할 가능성이 있다. 또 형광체층과 렌즈층과의 계면에 취하여진 수분이 리플로우 실장시에 수증기 폭발을 일으켜 계면이 벗겨져 떨어지거나 불등 등의 문제가 발생할 가능성이 있다.
또, 함형광체층과 렌즈층이 서로 다른 재료인 경우에는 계면에 굴절률 차이가 발생하여 발광 효율의 저하로도 연결될 수 있다. 또한, 함형광체층과 렌즈층의 재료를 동일하게 하였을 경우에도 일단 형광체층의 표면을 경화하고 나서 렌즈층을 형성함으로써 양자의 계면에 미묘한 굴절률 차이가 생길 수 있다.
그러한 점 때문에 본 실시 형태의 발광 장치는 도 10에 제시되어 있는 바와 같이, 기판(2)과 기판(2) 위에 형성된 정(+)전극(6) 및 부(-)전극(4)과 정(+)전극(6) 및 부(-)전극(4)에 접속된 발광 다이오드(8)와 발광 다이오드(8)를 덮는 봉지 수지층(40)과 발광 다이오드(8)의 발광의 적어도 일부를 흡수하여 장파장으로 변환하는 형광체(16)와 발광 다이오드(8) 및/또는 형광체(16)의 발광의 배광 방향을 변화시키는 렌즈를 보유한다. 봉지 수지층(40)은 형광체(16)를 함유하고 한편, 렌즈를 구성하도록 일체 성형되어 있다. 형광체(16)는 봉지 수지층(40)의 표면 근방에 비해 발광 다이오드(8)의 표면 근방에 고밀도로 분포하고 있다.
본 실시 형태에 있어서의 발광 장치는 형광체(16)가 분산되어 있는 봉지 수지층(40) 자신이 배광 제어용 렌즈를 구성하고 있고, 그 봉지 수지층(40) 내에서 형광체(16)가 발광 다이오드(8) 근방에 분포하고 있는 점에 특징이 있다. 이에 의해 발광 다이오드(8) 근방에의 형광체(16) 분산과 발광 장치(1)의 배광을 제어하는 렌즈 형성을 단일 공정으로 실시하는 것이 가능해진다. 또, 발광 다이오드(8)의 봉지 수지층(40)을 도중에 경화시키는 일 없이 1회로 형성하기 때문에, 봉지 수지층(40) 내에 수분이나 유기물이 들어가기 어렵다. 더욱이 발광 다이오드나 형광체로부터 렌즈까지의 사이에 여분의 굴절률 계면이 존재하지 않기 때문에 고효율의 발광 취득이 가능하다.
형광체를 분산시킨 봉지 수지층(40)은 압축 성형법으로 렌즈 모양으로 성형하는 것이 바람직하다. 압축 성형법에 의하면, 균일하게 도포된 봉지 수지층(40)을 금형으로 압축하면서 경화시킬 수 있기 때문에, 경화 전의 점도가 상온에서 5000mPa?s 이하, 특히 300mPa?s 이상 2000mPa?s 이하이도록 저점도 열경화성 수지나, 경화시에 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 열경화성 수지를 이용하여 원하는 렌즈를 형성하는 것이 가능하게 된다. 초기의 점도가 낮은 열경화성 수지나, 경화시에 일단 점도가 저하하는 열경화성 수지를 이용함으로써, 경화 전 또는 경화 중에 봉지 수지층 안에 형광체를 침강시켜, 형광체를 발광 다이오드의 근방에 분포시킬 수가 있다. 또, 금형에 의해 형상을 결정하기 때문에, 원하는 렌즈 지름이나 곡율 반경을 가진 렌즈를 형성할 수 있다. 즉, 1회의 봉지 수지층의 형성에 의해, 발광 다이오드 근방에의 형광체 배치와 원하는 특성을 가진 렌즈 형성을 동시에 수행할 수가 있다.
이에 대해, 종래에는 발광 다이오드 근방에의 형광체 배치와 원하는 특성을 가진 렌즈 형성을 동시에 수행할 수가 없었고, 또 동시에 실시하는 것도 곤란하였다. 예를 들면, 특허문헌 7이나 특허문헌 8에서는 봉지 수지층을 트랜스퍼 몰드법에 의해 렌즈 모양으로 성형하고 있다. 트랜스퍼 몰드법에 의한 렌즈 성형은 예를 들면, 다음과 같이 하여 실시한다. 우선, 도 22에 제시되어 있는 바와 같이, 발광 다이오드(8)를 윗면에 실장한 기판(2)의 상하를 트랜스퍼 몰드용 금형(26 및 28) 사이에 끼운다. 그리고, 도 22에 제시되어 있는 바와 같이, 위쪽의 금형(28)과 기판(2)의 사이에 형성된 주입구(28a)로부터 열경화성 수지(40)을 주입한다. 여기서 주입하는 열경화성 수지는 타블렛 모양으로 성형된 것을 고주파 가열 등에 의해 반용해 상태로 하여 두고, 금형의 포트부(28b)에 투입한다. 금형(26 및 28)은 170℃ 정도의 고온으로 가열되어 있고, 투입된 수지(40)는 금형에 접한 면부터 용해를 개 시한다. 그리고 포트부의 상부로부터 플린저(20)로 압력을 가함으로써, 수지(40)가 금형(26)과 기판(2) 사이의 캐비티로 유입한다. 수지(40)을 비교적 천천히 한 속도로 캐비티 내에 유입시키기 때문에 와이어(10) 등이 데미지를 받기 어렵다. 이 경우, 봉지 수지층의 점도가 어느 정도 높지 않으면 금형 내에서의 수지 유동을 제어할 수 없어서, 보이드 등의 결함이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 렌즈 모양으로 성형하는 봉지 수지층 내에 형광체를 분산시키고 있어도, 금형 내에 주입한 봉지 수지층 안에서 형광체가 대부분 침강하지 않는다. 따라서, 금형에 의해 원하는 렌즈 형상은 실현될 수 있지만, 형광체가 봉지 수지층 전체에 분포하게 되어 관찰 방향에 따른 얼룩이 강하게 발생한다.
또, 특허문헌 6과 같이, 발광 다이오드 위에 점도가 낮은 봉지 수지층을 적하하여 경화시켰을 경우, 봉지 수지층 내에서 형광체가 침강하기 때문에 발광 다이오드의 근방에 형광체를 배치할 수 있다. 또, 경화 전의 봉지 수지층의 표면장력에 의해, 봉지 수지층의 표면을 어느 정도 렌즈 모양으로 하는 것도 가능하다. 그렇지만, 여기서 형성되는 렌즈 형상은 봉지 수지층의 표면장력에 의해 결정되기 때문에 배광 제어에 충분한 렌즈를 형성하는 것은 곤란하다. 즉, 렌즈 형상을 자유롭게 제어할 수가 없기 때문에, 정면 방향의 휘도를 강하게 하거나 반대로 경사 방향의 휘도를 강하게 하는 등, 원하는 배광 특성을 실현할 수가 없다. 또, 렌즈 형상은 표면장력과 중력의 밸런스로 정해지기 때문에, 적하한 봉지 수지층의 직경이 커지면, 액체 방울의 형상이 일그러져 버려, 특히 광축 부근의 곡율 반경이 커져 버린다.
본 실시 형태에 이용하는 봉지 수지층(40)의 재료는 경화시에 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 열경화성 수지, 또는 경화 전의 점도가 상온에서 5000mPa?s 이하, 특히 300mPa?s 이상 2000mPa?s 이하인 열경화성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상온에서 점도가 5000mPa?s 이상의 수지라도, 금형 내에서 경화 전에 충분한 시간을 방치하는 등의 작업을 하여 형광체를 침강시킬 수 있는 것이라면 이용할 수가 있다. 이에 의해, 봉지 수지층(40)의 경화 중 또는 경화 전에 형광체를 발광 다이오드(8) 근방에 침강시킬 수가 있다. 경화시에 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 열경화성 수지로서는 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 에폭시 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지 등을 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 에폭시 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 경질 실리콘 수지, 에폭시 수지, 변성 실리콘 수지가 바람직하다.
발광 다이오드(8)의 표면 근방에 있어서의 형광체(16)의 밀도는 봉지 수지층(40)의 표면 근방에 있어서의 형광체 밀도의 20배 이상, 보다 바람직한 것은 50배 이상인 것이다. 이에 의해 발광 장치로부터의 발광이 점광원에 가깝게 되어, 관찰 방향에 의한 얼룩을 억제할 수가 있다. 더욱이 형광체가 봉지 수지층(40) 중 렌즈 모양으로 성형된 부분에는 실질적으로 분포하고 있지 않는 것이 바람직하다. 일반적인 형광체(16)는 주위의 봉지 수지층(40)과 굴절률이 상이하기 때문에, 발광 다이오드(8)나 다른 형광체(16)의 발광을 산란시키는 작용을 가진다. 이 때문에, 봉지 수지층(40) 중 렌즈 모양으로 성형된 부분에 형광체(16)가 분포하고 있으면 렌즈 기능이 저해되어 원하는 배광 특성을 얻기 어려워진다. 여기서 봉지 수지층(40) 중 렌즈 모양으로 성형된 부분이란, 렌즈의 광축을 포함하고, 한편 렌즈의 최대 곡율이 나타나는 단면으로부터 보았을 때에 렌즈의 끝단끼리를 연결하는 직선과 봉지 수지층(40)의 표면에 의해 끼워지는 영역을 가리킨다. 또, 형광체(16)를 실질적으로 포함하지 않는다고 하는 것은 그 부분에 전혀 형광체를 포함하지 않는 경우뿐만 아니라, 그 부분에 포함되는 형광체에 의한 발광 강도가 발광 다이오드의 발광 또는 발광 다이오드의 근방에 분포한 형광체가 발광에 비해 무시할 수 있을 정도로 작은 경우도 포함한다.
또, 봉지 수지층(40)에 형성하는 렌즈는 압축 성형에 의하면 원하는 형상으로 하는 것이 가능하다. 그러한 점에서 봉지 수지층(40)으로 형성하는 렌즈를 배광 방향에 따라 서로 다른 곡율을 가진 렌즈로 하는 것이 바람직하다. 즉, 렌즈의 단면 방향에 따라 곡율을 변화시킨다. 배광 방향에 따라 렌즈에 복수의 곡율을 갖게 함으로써 원하는 배광 특성을 실현하는 것이 가능하게 된다. 특히, 본 실시 형태에 의하면 형광체를 발광 다이오드의 근방에 분포시켜 점광원에 가까운 상태로 할 수 있기 때문에, 그것과 서로 영향을 주고 받아 뛰어난 광학 특성을 실현할 수 있다.
예를 들면, 수평 방향과 수직 방향에서 곡율이 서로 다른 렌즈로 할 수 있다. 수평 방향과 수직 방향에서 곡율이 서로 다른 렌즈로서는 반원주 형상의 렌즈 등을 들 수 있다. 봉지 수지층(40)에 반원주 형상의 렌즈를 형성하면, 사이드 뷰 형으로서 뛰어난 발광 장치를 얻을 수 있다. 즉, 봉지 수지층(40)에 형성하는 렌즈를 반원주 형상으로 하고, 반원주의 렌즈 측면을 실장면으로 하면, 박형의 발광 장치로 할 수 있음과 함께 실장면이 넓어져 안정된 실장이 가능해진다. 또, 사이드 뷰형에서는 실장면에 수직인 방향으로의 발광은 실장 기판에 의해 차단되기 때문에, 실장면에 평행한 방향으로의 배광 제어가 중요한 바, 렌즈가 반원주 형상이기 때문에 실장면에 평행한 방향의 렌즈 특성은 통상의 반구 형상 렌즈와 다르지 않다. 더욱이 렌즈 특성에 영향을 주지 않고 색조 보정을 실시하는 것도 가능해진다. 즉, 봉지 수지층(40) 측면을 연마하는 등의 작업을 실시하여 봉지 수지층의 두께를 변화시키면 봉지 수지층(40)에 포함되는 형광체의 양도 변화시킬 수가 있기 때문에 색조의 보정을 할 수 있다. 봉지 수지층(40)을 연마하여 두께를 변화시켜도 봉지 수지층(40)의 표면에 형성된 렌즈 형상은 바뀌지 않기 때문에 렌즈 특성에 대한 영향은 거의 없다.
또한, 봉지 수지층(40)을 각 단면에 있어서의 곡율이 동일한 반구 형상의 렌즈로 하여도 좋다. 봉지 수지층(40)에 반구 형상의 렌즈를 형성하면, 예를 들어 실장면에 평행한 면으로부터 발광을 하는 톱 뷰형으로서 뛰어난 발광 장치를 얻을 수 있다.
이하, 본 실시 형태의 발광 장치에 대해서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 10은 실시 형태 4와 관련되는 발광 장치를 도시하는 사시도이다. 또, 도 11은 도 10에서 도시하는 발광 장치(1)의 X－X' 단면을 도시하는 단면도이다. 표면이 평탄한 대략 직방체 형상의 절연 기판(2) 위에 부(-)전극(4), 정(+)전극(6) 이 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)은 절연 기판(2)의 뒷면에 형성된 실장용 전극(도시하지 않음)과 스루홀(도시하지 않음)을 매개로 접속되어 있다. 정(+)부(-) 한 벌의 전극을 반도체면측에 구비한 발광 다이오드(8)는 절연 기판(2)의 부(-)전극(4) 위에 실장되어 있고, 발광 다이오드(8)의 부(-)전극이 절연 기판 상의 부(-)전극(4)과 정(+)전극이 절연 기판 상의 정(+)전극(6)과 각각 와이어(10)에 의해 접속되어 있다.
이 발광 다이오드(8)를 감싸도록 반원주 형상으로 투광성의 봉지 수지층(40)이 형성되어 있다. 봉지 수지층(40) 내에는 발광 다이오드(8)의 일부의 발광을 흡수하여 장파장으로 변환하는 형광체(16)가 분산되어 있다. 형광체(16)는 발광 다이오드(8)의 발광에 의해 여기되어 발광 다이오드(8)보다 장파장의 빛으로 변환한다. 예를 들면, 발광 다이오드(8)가 청색을 발광하는 경우, 형광체(16)는 청색의 일부를 흡수하여 보다 장파장의 황색빛을 발광하여도 좋다. 발광 다이오드(8)의 발광하는 청색과 형광체가 발광하는 황색이 혼색하여 백색 발광을 얻을 수 있다. 또, 형광체(16)는 봉지 수지층(40) 내에서 하부로 침강하고 있고, 발광 다이오드(8)가 배설된 절연 기판(2)의 표면 부근에 분포하고 있다. 이 때문에 발광 다이오드(8)를 관찰하는 방위마다의 형광체량의 불균형이 억제되어 관찰 방향에 따른 얼룩이 저감된다. 또, 형광체(16)가 발광 다이오드(8) 근방에 분포함으로써 이상적인 점광원에 가깝게 된다. 또한, 절연 기판 측면(2a) 및 봉지 수지층의 측면(40a)이 대략 면 1로 재단되어 있고 형광체(16)가 노출된 측면(40a)에까지 분포하고 있다.
또, 반원주 형상의 봉지 수지층(40)은 실린드리컬 렌즈를 구성하고 있어, 발광 다이오드(8)와 형광체(16)의 발광을 희망하는 방향으로 배광하는 역할을 수행한다. 예를 들면, 봉지 수지층(40)은 반원주 형상이고 외부의 공기층과 직접 접함으로써 표면에 큰 굴절률차를 갖는다. 이 때문에, 발광 다이오드(8)와 형광체(16)로부터의 발광은 봉지 수지층(40)의 표면에서 굴절되어 소정의 방향으로 배광된다. 또한, 봉지 수지층(40)이 구성하는 렌즈는 실린드리컬 렌즈에 한정되지 않고, 희망하는 집광 기능 또는 광확산 기능을 발휘하는 것이면 어떠한 것이라도 좋다. 또한, 여기서 광확산이란 빛의 산란에 의한 확산은 아니고 광선을 광각으로 넓히는 작용을 말한다. 예를 들면, 여러 가지의 볼록 렌즈, 오목 렌즈라도 좋다.
본 실시 형태에 있어서의 발광 장치(1)는 형광체(16)가 분산되어 있는 봉지 수지층(40) 스스로가 배광 제어용 렌즈를 구성하고 있고, 그 봉지 수지층(40) 내에서 형광체(16)가 발광 다이오드(8) 근방에 분포하고 있는 점에 특징이 있다. 이에 의해 발광 다이오드(8) 근방에의 형광체(16) 분산과 발광 장치의 배광을 제어하는 렌즈 형성을 단일 공정으로 하는 것이 가능해진다. 또, 발광 다이오드(8)의 봉지 수지층(40)을 도중에 경화시키는 일 없이 1회로 형성하기 때문에 봉지 수지층 안으로의 수분, 유기물 등의 오염 등이 유입되기 어렵다. 더욱이 발광 다이오드(8)나 형광체(16)로부터 렌즈까지의 사이에 여분의 굴절률 계면이 존재하지 않기 때문에 고효율의 발광을 얻을 수 있다.
본 실시 형태와 같은 발광 장치(1)는 예를 들면, 형광체(16)를 분산시킨 봉지 수지층(40)을 압축 성형법으로 렌즈 모양으로 성형함으로써 제조할 수가 있다. 즉, 압축 성형법에 의하면, 균일하게 도포된 봉지 수지층을 금형으로 압축하면서 경화시키기 때문에 경화 전의 점도가 5000mPa?s 이하인 저점도의 열경화성 수지나, 경화시에 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 열경화성 수지를 이용하여 희망하는 렌즈를 형성할 수가 있다. 초기 점도가 낮은 열경화성 수지나, 경화시에 일단 점도가 저하하는 열경화성 수지를 이용함으로써 경화 전 또는 경화 중에 봉지 수지층(40) 안의 형광체(16)를 침강시켜 형광체(16)를 발광 다이오드(8) 근방에 분포시킬 수가 있다. 또, 금형에 의해 형상을 결정하기 때문에 원하는 렌즈 지름이나 곡율 반경을 가진 렌즈를 형성할 수 있다. 즉, 1회의 봉지 수지층(40) 형성에 의해, 발광 다이오드(8) 근방에의 형광체(16) 배치와 희망하는 특성을 가진 렌즈 형성을 동시에 할 수가 있다.
(발광 장치(1)의 제조 방법)
아래에서 압축 성형법을 이용하여 발광 장치(1)를 제조하는 방법에 대해서 상세하게 설명하고자 한다.
1. 패키지 어셈블리의 준비
본 실시 형태에서도, 실시 형태 1과 동일하게 봉지 수지층을 경화시킬 때까지는 복수의 발광 장치가 집합한 패키지 어셈블리를 이용한다. 도 12에 제시되어 있는 바와 같이, 이 패키지 어셈블리(5)에 대해서는 대면적의 절연 기판(2) 위에 발광 다이오드(8)의 실장 영역이 매트릭스 모양으로 배치되어 있다. 또, 도 13에 제시되어 있는 바와 같이, 각 발광 다이오드(8)의 실장 영역을 양측으로부터 끼우도록, 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)이 형성되어 있다. 각 부(-)전극(4) 위에 발 광 다이오드(8)가 다이본딩되고, 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)과 발광 다이오드(8)가 와이어(10)에 의해 배선되어 있다. 한 조의 발광 다이오드(8)의 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)이 하나의 패키지를 구성한다. 또, 각 열의 패키지는 서로의 부(-)전극(4)끼리 및 정(+)전극(6)끼리가 연결되어 있다. 즉, 각 열의 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)은 각각 하나의 연속한 전극으로 되어 있다.
2. 형광체(16)를 포함한 봉지 수지층(40)의 도포
다음으로, 도 14a에 제시되어 있는 바와 같이, 소정의 온도로 가온된 아래 금형(42) 위에 패키지 어셈블리(5)를 설치한다. 여기서 아래 금형(42)은 도포하는 봉지 수지층(40)의 1차 경화 온도로 가온하여 두는 것이 바람직하다. 다음으로, 도 14b에 제시되어 있는 바와 같이, 형광체(16)를 균일하게 혼련한 액체 상태의 열경화성 수지를 디스팬서(24)등에 의해 패키지 어셈블리(5)의 표면에 적당량 도포한다. 이에 의해, 발광 다이오드(8)의 부(-)전극(4) 및 정(+)전극(6)은 형광체(16)를 균일하게 분산한 봉지 수지층(40)에 의해 균일한 두께로 덮인다. 이 때 봉지 수지층(40)은 금형에 의해 압축했을 때에 희망하는 렌즈를 형성하는데 충분한 양을 도포한다. 또, 적어도 와이어(10)가 완전하게 매설되는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
3. 봉지 수지층(40)의 성형, 1차 경화
다음으로, 도 14c 및 도 14d에 제시되어 있는 바와 같이, 도포한 봉지 수지층(40) 위에서 상금형(44)를 닫고 소정의 압력을 가해 봉지 수지층(40)을 압축한다. 상금형(44)에는 반원주 형상의 렌즈형이 형성되어 있다. 그리고, 상금형(44) 에 의해 압축한 상태로 소정 시간을 유지하여, 열경화성 수지으로 이루어지는 봉지 수지층(40)을 1차 경화시킨다. 여기서 봉지 수지층(40)을 구성하는 열경화성 수지로서는 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 경질 실리콘 수지, 에폭시 수지 등을 이용할 수 있다. 이에 의해, 도 14e에 제시되어 있는 바와 같이, 금형(42 및 44) 내에서 봉지 수지층(40)을 가열하는 동안에 봉지 수지층(40) 내의 형광체(16)를 침강시킬 수가 있다. 금형(42 및 44)에 있어서의 가열 온도 및 가열 시간은 형광체(16)가 충분히 침강함과 함께, 봉지 수지층(40)이 소정의 형상을 유지할 수 있을 만큼의 충분한 경도에 도달할 수 있는 조건으로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 1차 경화 온도를 100~170℃, 보다 바람직하게는 약 120~150℃에서 하는 것이 바람직하다. 또, 경화 시간은 200sec~900sec, 보다 바람직하게는 250sec~600sec로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 봉지 수지층(40)을 구성하는 열경화성 수지로서 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 것을 이용하면 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 패키지 어셈블리(5)로의 도포 전에는 봉지 수지층(40)의 점도가 어느 정도 높기 때문에 디스팬서(24) 내에 유지된 봉지 수지층(40) 내에서 형광체(16)가 그다지 침강하지 않고 형광체(16)가 균일하게 분산된 상태를 유지하기 쉽다. 이 때문에, 패키지 어셈블리(5)에 형광체가 삽입된 봉지 수지층(40)을 도포할 때에 발광 다이오드(8) 마다의 형광체 도포량의 불균형을 억제할 수 있다. 그리고, 각 발광 다이오드(8) 위에 봉지 수지층(40)을 도포한 후에는 온도 상승과 함께 봉지 수지층(40)의 점도가 내려가기 때문에, 형광체(16)를 발광 다이오드(8) 근방에 침강 시킬 수가 있다. 따라서, 경화시에 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 열경화성 수지, 또는 경화 전의 점도가 상온에서 5000mPa?s 이하, 특히 300mPa?s 이상 2000mPa?s 이하인 열경화성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상온에서 5000mPa?s 이상인 열경화성 수지라 하여도 금형 내에서 경화 전에 충분한 시간을 방치하는 등에 의해 형광체를 침강할 수 있는 것이면 이용할 수가 있다.
또한, 초기의 점도가 낮고, 온도 상승에 따라서 점도가 단순하게 증가하는 열경화성 수지를 이용하여도 좋다. 그 경우에는 도포 전 형광체의 침강을 방지할 수 있도록 디스팬서(24) 내에서 충분히 교반하는 것이 바람직하다. 또, 도포 후에 형광체를 충분히 침강시키기 위하여 금형(42 및 44) 내에서 가열하기 전에 봉지 수지층(40)을 도포하여 두는 것이 바람직하다. 예를 들면, 금형 내에 설치하기 전에 봉지 수지층(40)을 도포하고 형광체(16)가 침강하고 나서 금형에 설치하여도 좋다.
4. 봉지 수지층(40)의 2차 경화
다음으로, 봉지 수지층(40)을 1차 경화시킨 패키지 어셈블리(5)를 금형으로부터 꺼내고, 소정의 조건으로 가열하여 봉지 수지층(40)을 2차 경화시킨다. 2차 경화의 조건은 봉지 수지층(40)의 경화가 완전하게 진행하도록 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 2차 경화의 온도는 1차 경화와 동등 이상으로 하고, 2차 경화의 시간을 1차 경화보다 장시간으로 설정하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지, 경질 실리콘 수지의 경우, 2차 경화의 시간을 3~5시간, 보다 바람직하게는 3.5~4.5시간 정도로 하는 것이 바람직하다. 2차 경화를 이러한 조건으로 실시하면 봉지 수 지층(40) 내에 미반응의 경화 성분이 남아 발광 다이오드(8)의 신뢰성에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 또, 금형(42 및 44)로부터 꺼낸 후에 2차 경화를 실시함으로써 공정의 처리량을 높일 수가 있다.
5. 다이싱
다음으로, 도 14f에 제시되어 있는 바와 같이, 패키지 어셈블리(12)를 두 방향으로부터 다이싱하여 소정 폭과 소정 길이로 발광 장치를 잘라 냄으로써 발광 장치가 완성한다. 즉, 우선 렌즈에 평행한 방향으로 다이싱하여 반원주 형상의 렌즈가 형성된 패키지 어셈블리(5)의 열을 잘라낸다. 그리고, 잘라낸 각 열의 패키지 어셈블리를 긴 쪽 방향으로 수직하게 더 다이싱함으로써 개개의 발광 장치(1)를 얻는다.
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 1회의 봉지 수지층(40)의 형성에 의해, 발광 다이오드 근방에의 형광체(16) 배치와 희망하는 특성을 가진 렌즈 형성을 동시에 할 수 있다. 즉, 경화시에 일단 점도가 저하하는 열경화성 수지나 초기의 점도가 낮은 열경화성 수지를 이용함으로써 경화 중 또는 경화 전에 봉지 수지층(40) 내의 형광체(16)를 침강시켜, 형광체(16)를 발광 다이오드(8) 근방에 분포시킬 수가 있다. 또, 금형 내에서 형광체가 침강하는데 충분한 시간, 저점도 상태를 유지할 수 있는 열경화성 수지를 이용할 수도 있다. 또, 금형(42 및 44)에 의해 희망하는 렌즈 지름이나 곡율 반경을 가진 렌즈를 형성할 수 있다.
또, 본 실시 형태와 같이, 형광체(16)를 분산시킨 봉지 수지층(40)을 압축 성형하여 렌즈를 형성하면, 특허문헌3과 같은 형광체를 포함한 수지를 유지하기 위 한 컵이 불필요하게 된다. 따라서, 대략 평탄한 절연 기판(2)의 표면에 형광체(16)를 함유하고 한편, 렌즈를 형성한 봉지 수지층(40)을 직접 형성할 수가 있다. 이에 의해 발광 다이오드(8)로부터 횡방향으로 출사된 빛을 차단함이 없이 꺼낼 수 있다. 한편, 본 발명은 발광 다이오드(8)를 수납하는 오목 모양의 컵을 마련하는 것을 배제하는 것은 아니다. 특히, 발광 다이오드(8) 및 형광체(16)의 발광을 정면 방향으로 배광시키는 경우에는 반사 미러로서 오목 모양의 컵을 적극적으로 설치하여도 좋다.
또, 본 실시 형태와 같이, 봉지 수지층(40)에 반원주 형상(또는 볼록 반지 모양)의 렌즈를 형성하고, 다이싱에 의해 개개의 발광 장치로 잘라 분리함으로써, 사이드 뷰형에 적합한 형상의 발광 장치를 간단하고 쉽게 제조할 수가 있다.
(발광 장치(1)의 실장, 색보정)
다음으로, 본 실시 형태와 관련되는 발광 장치의 실장 및 색보정에 대해서 설명하고자 한다.
본 실시 형태의 발광 장치도 실시 형태 1과 동일하게 하여 실장 및 색보정이 가능하다(도 15 참조). 즉, 반원주 형상(=볼록 반지 모양)의 발광 장치(1)는 반원주의 평평한 밑면을 실장면으로 하여 실장 기판(3) 위에 실장할 수 있다. 이 때, 발광면인 봉지 수지층의 윗면(40b)은 실장 기판(3)에 대해서 대략 수직이 된다.
이 발광 장치는 상하면이 평평하게 재단되어 있기 때문에, 종래의 발광 장치에 비해 박형으로 할 수 있다. 더욱이, 실장면이 봉지 수지층과 기판으로 구성 되기 때문에 실장면이 광면적이 되어 안정된 실장이 가능하다.
또, 봉지 수지층의 윗면(40b)에 원주 형상의 렌즈(편볼록한 모양의 실린드리컬 렌즈)가 형성되고 그 봉지 수지층(40) 내에서 형광체(16)가 발광 다이오드(8) 근방에 분포하고 있는 결과, 뛰어난 광학 효과를 나타낸다. 즉, 우선, 봉지 수지층(40)의 윗면(40b)에 원주 형상의 렌즈가 형성되어 있는 결과, 발광 장치(1)의 발광은 실장 기판면에 평행한 방향에 있어서 정면 방향을 향하도록 굽힐 수 있어 정면 방향의 광도가 높아진다. 또, 빛을 산란하는 형광체(16)는 봉지 수지층 내에서 발광 다이오드(8) 근방에 침강되어 있기 때문에 봉지 수지층(40)의 렌즈 기능이 저해되지 않고 정면 방향을 향해 광선을 효율적으로 휘게 할 수 있다. 또, 형광체(16)가 발광 다이오드(8)의 매우 가까이에 분포하고 있는 결과, 관찰 방향에 따라 발생하는 얼룩이 적고 보다 점광원에 가깝게 된다. 또한, 봉지 수지층(40)은 실장 기판면에 수직인 방향으로는 렌즈 효과를 발휘하지 않지만, 실장 기판면에 수직인 방향에서는 원래 실장 기판(3)에 의해 발광이 차단되으로 렌즈 효과가 없어도 그다지 문제는 없다.
또, 본 실시 형태와 관련되는 발광 장치도, 실시 형태 1과 동일하게 하여 색조를 보정하는 것이 가능하다. 즉, 도 15에 제시되어 있는 바와 같이, 봉지 수지층의 측면(40a)를 연마하는 등의 작업을 실시하여 봉지 수지층의 두께 W를 W'로 변화시키면, 봉지 수지층(40)에 포함되는 형광체의 양도 변화시킬 수가 있다. 이에 의해 발광 다이오드(8)와 형광체(16)의 발광 강도비를 바꿀 수 있기 때문에 색조의 보정을 실시할 수가 있다. 한편, 봉지 수지층(40)을 연마해 두께 W를 변화시 켜도 봉지 수지층의 윗면(40b)에 형성된 렌즈의 형상은 거의 바뀌지 않는다. 따라서, 렌즈 특성에 영향을 주는 일 없이 색조의 보정이 가능해진다.
색조의 보정을 동시에 다수의 발광 장치에 대해 실시하는 경우, 실시 형태1에서 설명한 방법으로 실시하는 것이 바람직하다.
이하, 봉지 수지(40)에 대해서 상세하게 설명하고자 한다. 그 외의 구성은 실시 형태1과 동일하다.
봉지 수지층(40)의 재료는 발광 다이오드(8)와 형광체(16)의 발광을 투과하고, 형광체(16)를 안정적으로 분산 가능한 재료이면 특별히 한정하지 않는다. 단, 형광체를 발광 다이오드의 근방에 분포시키기 위해서는 경화시에 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 열경화성 수지, 또는 경화 전의 점도가 상온에서 5000mPa?s 이하, 특히 300mPa?s 이상 2000mPa?s 이하인 열경화성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 봉지 수지층(40)의 경화 중 또는 경화 전에 형광체(16)를 발광 다이오드(8) 근방에 침강시킬 수가 있다. 경화시에 온도 상승과 함께 일단 점도가 하강하고 다시 점도가 상승하는 열경화성 수지로서는 경질 실리콘 수지, 에폭시 수지 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또는, 경화 전의 점도가 상온에서 5000mPa?s 이하, 특히 300mPa?s 이상 2000mPa?s 이하인 열경화성 수지로서는 경질 실리콘 수지, 에폭시 수지 등을 이용할 수가 있다.
또, 봉지 수지층(40)에 형성하는 렌즈는 본 실시 형태에서 설명한 반원주 형상의 실린드리컬 렌즈에 한정하지 않고 여러 가지의 형태로 할 수가 있다. 예를 들면, 실장면에 평행한 면으로부터 발광을 하는 톱 뷰형의 경우에는 반구 형상의 편볼록 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다. 또, 용도에 따라서는 볼록 렌즈 외의 렌즈 형상으로 형성하여도 좋다. 또한, 어느 렌즈에 있어서도 원하는 배광 특성을 얻을 수 있을 만큼의 곡율과 렌즈 지름을 갖는 것이 필요하다.
또, 사이드 뷰형 용도에 대략 반원주 형상의 렌즈를 형성하는 경우, 실장면에 평행한 방향뿐만이 아니라, 실장면에 수직인 방향으로 다소의 곡율을 붙여도 좋다. 단, 실장면에 수직인 방향의 곡율은 매우 작은 것으로 하는 것이 바람직하다. 이는 실장면에 수직인 방향으로 큰 곡율을 가진 렌즈를 형성하면 봉지 수지층의 측면을 연마하여 색조를 보정할 때에 렌즈 특성이 변화하기 쉬워지기 때문이다. 또, 실장면에 수직인 방향의 발광은 실장 기판에 의해 차단되기 때문에 실장면에 수직인 방향으로 곡율의 큰 렌즈를 마련하지 않아도 특별한 문제는 없다.
또, 봉지 수지층(40) 내에 분산된 형광체(16)는 봉지 수지층(40)의 표면 근방에 비해 발광 다이오드(8)의 표면 근방에 있어 고밀도로 분포하고 있을 필요가 있다. 발광 다이오드(8)의 표면 근방에 있어서의 형광체의 밀도는 봉지 수지층(40)의 표면 근방에 있어서의 형광체의 밀도의 20배 이상, 보다 바람직하게는 50배 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광 다이오드(8)를 관찰하는 방위마다의 형광체량의 불균형을 억제하여, 관찰 방향에 따른 얼룩을 저감할 수 있다. 또, 형광체(16)가 발광 다이오드(8) 근방에 분포함으로써 이상적인 점광원에 가깝게 된다. 특히, 발광 다이오드(8)의 표면 근방에 있어서의 형광체의 밀도가 봉지 수지층(40)의 표면 근방에 있어서의 형광체의 밀도의 100배 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해 실질적으로 점광원에 가까운 배광 특성을 얻을 수 있어 색 어긋남을 방지할 수가 있다. 또, 봉지 수지층(40)의 표면 근방에 확산제 등을 마련하면 한층 균일하게 빛을 분산할 수가 있다. 여기서 봉지 수지층(40)의 표면 근방에 있어서의 형광체의 밀도란 봉지 수지층(40)에 형성한 렌즈의 광축상에 있어 봉지 수지층(40)의 높이에 대해 표면으로부터 길이로 하여 10% 정도의 부분을 잘라냈을 때에 그에 포함되는 형광체 입자의 평균 밀도(단위 체적 당의 개수)를 말한다. 또, 발광 다이오드(8)의 표면 근방에 있어서의 형광체(16)의 밀도란 발광 다이오드(8)의 중심축상에 있어 봉지 수지층(40)의 높이에 대해 발광 다이오드의 표면으로부터 10% 정도를 잘라냈을 때에 그에 포함되는 형광체 입자의 평균 밀도를 말한다.
또, 형광체(16)는 봉지 수지층(40) 중, 렌즈 모양으로 성형된 부분에는 실질적으로 분포하고 있지 않는 것이 바람직하다. 즉, 형광체(16)는 발광 다이오드(8)의 일부의 빛을 흡수하여 파장 변환할 뿐만 아니라, 발광 다이오드(8)나 다른 형광체(16)의 발광을 반사해 산란하는 작용을 갖는다. 이 때문에, 봉지 수지층 중, 렌즈 모양으로 성형된 부분에 형광체가 분포하고 있으면 렌즈 기능이 저해되어 희망하는 배광 특성을 얻기 어려워진다. 여기서 봉지 수지층 중, 렌즈 모양으로 성형된 부분이란 렌즈의 광축을 포함하고 또한, 렌즈의 최대 곡율이 나타나는 단면으로부터 보았을 때에 렌즈의 끝단끼리를 연결하는 직선과 봉지 수지층 표면 사이의 영역을 가리킨다.
상기 실시 형태 1~4에서는 발광 다이오드(8)으로 전극측으로부터 빛을 출사하는 것을 이용하여 발광 다이오드(8)의 전극과 절연 기판(2) 위의 전극을 와이어 본딩한 예에 대해서 나타냈다. 그렇지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 발광 다이오드(8)를 절연 기판(2) 위에 플립 칩 본딩하도록 하여도 된다. 구체적으로는 발광 다이오드(8)의 p측의 전극과 n측의 전극이 각각, 절연 기판(2) 위에 형성된 정(+)부(-)의 전극에 대향하도록 발광 다이오드를 재치하고, 대향하는 전극 사이를 각각 납땜 등의 도전성 접착 부재로 접합함으로써 실장한다.
또한, 플립 칩 본딩용의 발광 다이오드는 기본적으로는 와이어 본딩용의 발광 다이오드와 동일하게 구성된다. 예를 들면, 질화물 반도체 발광 소자의 경우에는 투광성 기판의 한 쪽 주면상에 n형 및 p형 질화물 반도체층을 포함한 복수의 질화물 반도체층을 적층하고, 최상층의 p형 질화물 반도체층(p형 콘택트층) 위에 p측 전극을 형성하고, p형 질화물 반도체층의 일부를 제거함으로써 노출시킨 n형 질화물 반도체층 상에 n측 전극을 형성함으로써 구성하고, 투광성 기판의 다른 한 쪽 주면을 주광 출사면으로 하면 된다.
<실시예 1>
본 실시예에서는 도 1에서 도시하는 구조의 발광 장치를 아래의 방법으로 제작하였다.
(i) 다이 본드/와이어 본드
(ii) 에폭시 수지에 YAG 형광체를 소정의 비율로 혼합하여 라인 도포.
(iii) 열풍 오븐에서 경화.
경화 조건：150℃ 4시간
(iv) 투명 에폭시 수지를 이용하여 트랜스퍼 몰드로 렌즈 성형.
트랜스퍼 경화 조건：150℃ 5분 (금형 온도를 제어한다)
(v) 금형으로부터 꺼내어 추경화.
추경화 조건：150℃ 4시간
(vi) 다이싱에 의해, 개편으로 분리한다.
<비교예 1>
또, 비교예로서 투명 수지층이 1층으로 이루어지는 발광 장치를 아래의 방법으로 작성하였다.
(i) 다이 본드/와이어 본드
(ii) 미리 형광체를 소정의 비율로 혼합시킨 에폭시 수지를 이용하여 트랜스퍼 성형으로 렌즈 성형.
트랜스퍼 경화 조건：150℃ 5분 (금형 온도를 제어한다)
(iii) 금형으로부터 꺼내어 추경화.
추경화 조건：150℃ 4시간
(iv) 다이싱에 의해 개편으로 분리한다.
제작한 실시예, 비교예에 대해 실장면에 평행한 0° 방향(도 3의 x방향)의 배광 특성을 도 16a에 실장면에 수직인 90° 방향(도 3의 y방향)의 배광 특성을 도 16b에 제시하였다. 도 16a 및 도 16b에 있어서, 부호(46)은 실시예의 배광 특성을 나타내고, 부호(48)은 비교예의 배광 특성을 나타낸다. 도 16a 및 16B에 제시되어 있는 바와 같이, 0° 방향, 90° 방향 모두 본 발명의 실시예 쪽이 비교예보다 지향성이 뛰어나고 정면 방향의 광도가 높다(1.6배 이상)는 점을 알 수 있다. 이는 비교예에서는 렌즈를 형성한 투명 수지층 전체에 형광체가 분산되어 있기 때문에 형광체의 광산란에 의해 빛이 퍼지고 있기 때문이라고 추정된다. 본 발명의 실시예에서는 제2 투명 수지층에 형광체가 실질적으로 포함되어 있지 않기 때문에 지향성이 높고 정면 방향의 광도가 높아져 있다.
<실시예 2>
본 실시예에서는 도 4에서 도시하는 구조의 발광 장치를 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하였다. 본 실시예에서는 제2 투명 수지층에 형성하는 렌즈 형상을 3번 바꾸면서 샘플 제작을 하였다. 렌즈 형상은 트랜스퍼 몰드에 이용하는 금형으로 제어하였다.
또한, 제작 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.
제작한 세 종류의 샘플의 단면도를 도 17a~도 17c에 나타내었다.
샘플 1~3의 초기 광학, 전기 특성은 아래와 같았다.
샘플 No. 광도[mcd] x y
샘플 1 672 0.281 0.266
샘플 2 724 0.282 0.267
샘플 3 797 0.280 0.264
샘플 1~3의 실장면에 평행한 0° 방향(도 3의 x방향)의 배광 특성을 도 18a에, 실장면에 수직인 90° 방향(도 3의 y방향)의 배광 특성을 도 18b에 나타내었다. 도 18a 및 도 18b에 있어서, 부호(50, 52 및 54)는 각각, 샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3의 배광 특성을 나타낸다. 또, 각 샘플의 배광 특성의 반값 각(평균치)을 표 2에 나타내었다.
샘플 No. 0° 방향 90° 방향
샘플 1 130 143
샘플 2 114 140
샘플 3 96 136
이상의 결과에서 제2 투명 수지층에 형성하는 렌즈의 곡율이 커질수록 지향성이 양호해지고 정면 방향의 광도가 높아지는 것을 알 수 있다.
<실시예 3>
본 실시예에서는 도 10에서 도시하는 구조의 발광 장치를 아래의 방법으로 제작하였다.
우선, 에폭시계 수지 시트를 접착시킨 기판 시트 위에 Cu/Ni/Ag로 이루어지는 정(+) 및 부(-)전극을 복수조로 형성하고, 각 전극 페어에 대해 발광 파장 450㎚의 InGaN계 청색 LED를 실장하였다. LED와 전극의 접속은 금선을 이용한 와이어 본딩에 의해 실시하였다.
다음으로, LED를 실장한 기판 시트를 120℃에서 가온된 압축 성형기의 금형 내에 기판을 탑재하였다. 그리고, YAG：Ce형광체를 분산시킨 액상 에폭시 수지를 기판 시트 위에 적하하고, 압축 성형기의 금형 내에서 120℃에서 600sec 경화시켰다. 여기서 액상 에폭시 수지로서는 초기의 점도가 1000mPa?s, 유리 전이 온도 140℃인 것을 사용하였다. 그리고, 금형에서 꺼낸 후, 150℃에서 4시간 더 경화시켰다. 이와 같이 하여 도 10에서 도시하는 바와 같은 반원주 형상의 렌즈를 갖는 발광 장치를 얻었다.
<비교예 2>
비교예로서 아래의 방법으로 발광 장치를 작성하였다.
우선, 기판 시트에 LED를 실장할 때까지는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 후, 150℃에서 가온된 트랜스퍼 몰드 성형기의 금형 내에 기판 시트를 탑재하고, YAG：Ce 형광체를 혼합한 트랜스퍼 몰드용 에폭시 수지를 주입하여 300sec간 유지하였다. 그리고, 금형을 꺼낸 후, 150℃에서 4시간 경화하여 도 10에서 도시하는 바와 같은 반원주 형상의 렌즈를 갖는 발광 장치를 얻었다.
(발광 강도의 비교)
실시예 3 및 비교예 2의 발광 장치에 대해, 실장면에 평행한 0° 방향(도 3의 x방향)의 배광 특성을 도 19a에, 실장면에 수직인 90° 방향(도 3의 y방향)의 배광 특성을 도 19b에 나타내었다. 도 19a 및 도 19b에 제시되어 있는 바와 같이, 특히 90° 방향에 있어서 본 발명의 실시예가 비교예보다 지향성이 뛰어나고 정면 방향의 광도가 높다는 것을 알 수 있었다. 이는 비교예에서는 봉지 수지층 전체에 형광체가 분산되어 있기 때문에 형광체의 광산란에 의해 빛이 퍼지고 있기 때문이라고 추정된다. 본 발명의 실시예에서는 봉지 수지층의 렌즈를 형성한 부분에는 형광체가 실질적으로 포함되어 있지 않기 때문에 지향성이 높고 정면 방향의 광도가 높아지고 있다.
(얼룩의 비교)
또, 실시예 3 및 비교예 2의 발광 장치에 대해, 관찰 방향에 따른 색도 변화를 조사하였다. 색도 좌표 x의 관찰 방향에 따른 변화를 도 20a 및 도 20b에, 색도 좌표 y의 관찰 방향에 따른 변화를 도 21a 및 도 21b에 나타내었다. 또한, 도 20a 및 도 21a는 실장면에 평행한 0° 방향에서의 색도 변화 그래프이고, 도 20b 및 21B는 실장면에 수직인 90° 방향에서의 색도 변화 그래프이다. 도 20a, 도 20b, 도 21a 및 도 21b에 제시되어 있는 바와 같이, 특히 90° 방향에 있어서 본 발명의 실시예가 비교예보다 색도의 변화가 적고 관찰 방향에 따른 얼룩이 억제되고 있다는 것을 알 수 있었다. 이는 비교예에서는 봉지 수지층의 전체에 형광체가 분산되어 있기 때문에 관찰 방향에 따라 형광체의 양이 변화하게 되기 때문이라고 추정된다. 이에 대해, 본 발명의 실시예에서는 발광 다이오드(8) 근방에 형광체가 분포하고 있기 때문에 관찰 방향에 따른 얼룩이 적다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하면서 바람직한 실시 형태에 관련하여 충분히 기재되어 있지만, 이 기술의 숙련된 사람들에게 있어서는 여러 가지의 변형이나 수정은 명백하다. 그러한 변형이나 수정은 첨부한 청구의 범위에 의한 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 그 중에 포함된다고 이해되는 것이 당연하다.
본 발명에 따르면, 발광면을 구성하는 수지층에 렌즈를 형성한 발광 장치로서, 박형으로 배광 특성이 양호하며 또한, 제조가 용이한 발광 장치를 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 기판과, 상기 기판 위에 형성된 정(+)전극 및 부(-)전극과, 상기 정(+)전극 및 부(-)전극에 접속된 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드를 덮는 투명층과, 상기 발광 다이오드의 발광의 적어도 일부를 흡수하여 장파장으로 변환하는 형광체와, 상기 발광 다이오드 및/또는 상기 형광체의 발광의 배광 방향을 변화시키는 렌즈를 보유하는 발광 장치로서,
    상기 투명층은 상기 형광체를 함유하고, 또한, 반원주 형상의 렌즈를 구성하도록 성형되어 있고,
    상기 투명층 안의 형광체는 상기 렌즈를 구성하고 있는 부분의 표면 근방에 비해 상기 발광 다이오드의 표면 근방에 고밀도로 분포하고 있고, 또한 상기 반원주 형상의 렌즈를 구성하도록 성형된 상기 투명층의 평탄한, 노출된 측면까지 분포하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 기판과, 상기 기판 위에 형성된 정(+) 및 부(-)전극과, 상기 정(+) 및 부(-)전극에 접속된 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드를 덮는 투명층과, 상기 투명층 내에 분산된 형광체를 갖고, 상기 투명층 내에 분산된 형광체를 상기 발광 다이오드의 출사광에 의해 여기 발광함으로써, 상기 발광 다이오드의 발광 색과는 다른 색을 발광하는 발광 장치로서,
    상기 투명층은 상기 발광 다이오드를 덮고, 상기 형광체를 포함한 제1 투명층과, 상기 제1 투명층 상에 형성되는 제2 투명층을 보유하고,
    상기 제2 투명층은 윗면이 실린드리컬 렌즈를 형성하도록 곡면 형상으로 가공되어 있고,
    상기 발광 장치의 서로 대향하는 한조의 측면에서, 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층이 면 1로 재단되어, 상기 제1 투명층이 노출하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 투명층은 반원주 형상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 투명층을 윗면으로부터 평면시하여, 상기 제1 투명층의 외연이 상기 정(+) 및 부(-)전극의 외연과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 투명층은 직방체 형상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 투명층은 상기 발광 다이오드와 상기 정(+) 및 부(-)전극을 접속하는 와이어 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 투명층은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지, 유리로 이루어지는 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2 투명층은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지, 유리로 이루어지는 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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