KR101934594B1 - 발광장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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스탄레 덴끼 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 발광면적이 작고, 또한, 광취출(光取出) 효율이 높은 발광장치의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 발광장치의 제조방법은, 미경화의 수지(13')를, 발광소자(11) 및 판형상 부재(14) 중 어느 하나 또는 양쪽 면상에 표면장력이 유지되는 양만큼 적하하고, 미경화의 수지(13')의 표면장력을 유지하면서, 미경화의 수지(13')를 매개로 발광소자(11)와 판형상 부재(14)를 포개어 겹침으로써, 경사진 측면(130)을 갖는 미경화의 수지층(13')을 형성한 후, 수지층(13)을 경화시키는 공정을 가지며, 판형상 부재는 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량% 이하인 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

발광장치 및 그의 제조방법{Light emitting device and method for manufacturing the same}
본 발명은, 발광소자로부터의 빛을 파장 변환층에서 변환하는 발광장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
발광소자로부터의 빛의 일부를 형광체로 상이한 파장의 빛으로 변환하고, 발광소자로부터의 빛과 혼합하여 출사하는 발광장치가 알려져 있다. 이와 같이 형광체 함유층을 사용하는 발광소자의 구성으로서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 컵 내에 발광소자를 배치하고, 컵 내를 형광체 함유 수지로 충전하는 구조나, 컵의 개구부만을 형광체 함유 수지층으로 덮는 구조가 알려져 있다. 또한, 발광소자의 주위를 형광체 함유 수지층으로 피복하는 구조도 개시되어 있다.
발광장치(광원)로부터의 출사광을 렌즈나 리플렉터 등의 광학계로 제어하는 광학장치의 경우는, 소형인 광학계에서 유효하게 빛을 이용하기 위해서, 발광면적이 작은 발광장치(광원)를 사용하는 것이 바람직하다.
특허문헌 2에서는, 발광소자의 상면에 파장 변환층을 탑재하고, 발광소자 및 파장 변환층의 측면을 반사부재로 덮은 구조가 개시되어 있다. 발광소자 및 파장 변환층의 측면을 반사부재로 덮음으로써, 발광소자 및 파장 변환층의 측면방향으로 방사하고자 하는 빛을 측면에서 반사하여, 상면으로부터 출사시킬 수 있기 때문에, 정면방향의 휘도를 향상시킬 수 있다.
일본국 특허공개 제2004-31989호 공보 일본국 특허공개 제2009-218274호 공보
특허문헌 1과 같이, 발광소자를 컵이나 오목부 등의 캐비티 내에 배치하고, 캐비티의 경사진 내벽면을 리플렉터면으로 하여, 발광소자의 출사광을 반사하는 구조는, 상방으로부터의 빛의 외부 효율을 높일 수 있지만, 발광면은, 캐비티의 개구부가 된다. 개구의 크기는, 캐비티의 내벽면의 기울기에 따라서 결정되는데, 컵이나 오목부 등의 캐비티를 목적하는 내벽면 형상으로 가공할 수 있는 크기에는 한계가 있어, 개구(발광면)의 크기는, 필연적으로 발광소자의 상면보다 대폭 커진다. 또한, 발광소자로부터 캐비티의 내벽면까지, 형광체 함유 수지층 또는 봉지재료 내를 빛이 통과하기 때문에, 빛이 감쇠한다고 하는 문제가 있다.
한편, 특허문헌 2에 기재된, 발광소자 및 파장 변환층의 측면에 반사부재가 수직벽이 되도록 배치한 구성은, 소자 또는 파장 변환층의 측면으로부터 출사되는 빛을 반사부재에 의해 반사함으로써, 발광면을 작게 하여, 정면 휘도를 향상시키고 있다. 그러나, 발광소자의 측면에서 반사부재로 반사된 빛은 발광소자의 내부로 되돌려진다. 발광소자의 흡수 대역은, 반사광의 파장을 포함하기 때문에, 측면으로부터 출사되는 횡전파의 빛의 반사나 흡수의 비율이 많아져서, 전체 광속량이 떨어지게 된다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 발광면적이 작고, 또한, 광취출(光取出) 효율이 높은 발광장치의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 태양에 의하면, 이하와 같은 발광장치가 제공된다. 즉, 발광장치는, 기판과, 기판 상에 실장(mounting)된 발광소자와, 발광소자 상에 배치된, 발광소자가 발하는 빛을 투과하는 수지를 기재로 하는 수지층과, 수지층 상에 탑재된 판형상 부재를 갖는다. 판형상 부재의 하면은, 발광소자의 상면보다 크고, 수지층은 발광소자 측면의 하단과 판형상 부재의 측면을 연결하는 경사면을 형성하고 있다. 판형상 부재는 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량% 이하인 재료로 구성되어 있다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 이하와 같은 발광장치가 제공된다. 즉, 발광장치는, 기판과, 기판 상에 실장된 발광소자와, 발광소자 상에 배치된, 발광소자가 발하는 빛을 투과하는 수지를 기재로 하는 수지층과, 수지층 상에 탑재된 판형상 부재를 갖는다. 수지층은, 형광체 입자와, 형광체 입자보다도 입경이 크고, 발광소자와 상기 판형상 부재 사이에 끼워져 수지층의 두께를 정하는 스페이서 입자를 포함한다. 스페이서 입자는 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량% 이하인 재료로 구성되어 있다.
제1 태양 및 제2 태양의 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량% 이하인 재료로서는, 예를 들면, 무알칼리 유리, 또는 SiO2 및 Al2O3의 적어도 한쪽을 주성분으로 하는 순도 99.9% 이상의 재료를 사용한다.
본 발명에 의하면, 발광소자의 측면으로부터 출사된 빛을 발광소자의 내부로 되돌리지 않고, 반사재료층의 경사면에서 반사할 수 있기 때문에, 광취출 효율이 향상된다. 발광면은 판형상 부재의 상면이기 때문에, 소형화할 수 있다. 또한, 수지층으로부터의 오일 블리드를 방지할 수 있기 때문에, 광학 특성의 열화(劣化)를 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태 1의 발광장치의 단면도이다.
도 2는 실시형태 1의 발광장치의 반사재료층(15)의 경사면(130)이 (a) 직선형상인 경우, (b) 외측으로 볼록한 곡면인 경우, (c) 내측으로 볼록한 곡면인 경우의 각각의 단면도이다.
도 3(a)~(e)는 실시형태 1의 발광장치의 제조공정을 나타내는 설명도이다.
도 4(a) 및 (b)는 도 3(b)의 공정에 있어서, 투명재료(13') 도포위치의 변화(variation)를 나타내는 단면도이다.
도 5(a)~(c)는 도 3(b)의 공정에 있어서, 발광소자(11)의 방향을 아래쪽으로 하고, 투명재료(13') 도포위치의 변화를 나타내는 단면도이다.
도 6(a)~(c)는 실시형태 2의 복수의 발광소자를 탑재한 발광장치의 각종 형상을 나타내는 단면도이다.
도 7(a) 및 (b)는 비교예의 복수의 발광소자를 탑재한 발광장치의 형상을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 6(b)의 실시형태와 도 7(a) 및 (b)의 비교예의 발광장치의 상면 휘도 분포를 나타내는 그래프(단, 발광소자의 수는 4개이다)이다.
도 9(a)는 실시형태 3의 발광장치의 단면도이고, 도 9(b) 및 (c)는 실시형태 3의 발광장치를 상면으로부터 본 경우의 스페이서(13b)의 배치를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 10(a)~(c)는 실시형태 3의 발광장치의 제조공정을 나타내는 설명도이다.
도 11(a)~(c)는 실시형태 3의 발광장치의 수지층(13)의 구조의 변화를 나타내는 단면도이다.
도 12는 실시형태 4의 발광장치의 단면도이다.
도 13(a)~(c)는 실시형태 5의 복수의 발광소자를 탑재한 발광장치의 각종 형상을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일실시형태의 발광장치에 대해서 설명한다.
(실시형태 1)
도 1에 실시형태 1의 발광장치의 단면도를 나타낸다. 이 발광장치는 발광소자(11) 측면에 가까운 위치에 광취출을 위한 반사면(경사면)(130)을 구비하고 있다.
구체적으로는, 상면에 배선이 형성된 서브마운트 기판(10) 상에 플립 칩 타입의 발광소자(11)가 복수의 범프(12)에 의해 접합됨으로써 실장되어 있다. 발광소자(11)의 상면에는 발광소자(11)가 발하는 빛에 대해서 투명한 수지층(13)이 탑재되고, 그 위에 파장 변환 기능을 갖는 판형상 부재(14)가 탑재되어 있다.
발광소자(11)의 외측에는 프레임체(16)가 배치되고, 발광소자(11)와 프레임체(16) 사이의 공간은 반사재료층(15)에 의해 충전되어 있다. 반사재료층(15)은 비도전성이고 반사율이 높은 재료가 사용된다. 반사재료층(15)은 발광소자(11), 수지층(13) 및 판형상 부재(14)의 외주 측면을 덮고 있다. 또한, 반사재료층(15)은, 범프(12)의 사이를 메우듯이, 발광소자(11)의 저면과 기판(10)의 상면 사이의 공간도 충전하고 있다.
판형상 부재(14)의 주 평면방향의 크기는, 발광소자(11)보다도 약간 크고, 반사재료층(15)과 수지층(13)의 경계에서 형성되는 경사면(130)이, 발광소자(11) 및 판형상 부재(14)의 측면방향으로의 출사광을 반사하는 반사면이 된다. 반사재료층(15)은 판형상 부재(14)의 측면에 접하고 있기 때문에, 반사재료층(15)의 개구(발광면)는 판형상 부재(14)의 면적과 동일하여, 발광면적이 작은 광원을 제공할 수 있다.
반사재료층(15)과 수지층(13)의 경계의 경사면(130)은, 도 2(a)와 같이, 발광소자(11)의 저면과 판형상 부재(14)의 하면을 직선적으로 연결하는 경사면, 도 2(b)와 같이 외측(프레임체(16)측)으로 볼록한 곡면, 도 2(c)와 같이 내측(발광소자(11)의 중심을 향하는 쪽)으로 볼록한 곡면으로 형성 가능하다. 본 실시형태에서는, 상면으로의 빛의 출사 효율을 향상시키기 위해서, 도 2(a)와 같이 직선적인 경사면인 경우와, 도 2(c)의 내측으로 볼록한 곡면인 경우가 바람직하다. 특히 바람직한 것은, 도 2(c)의 내측으로 볼록한 곡면으로서, 그 곡률이 5 이하인 경우이다.
또한, 경사면(130)의 발광소자(11)측의 일단은, 반드시 도 2(a)~(c)와 같이 저면과 동일한 높이에 있을 필요는 없고, 적어도 발광소자(11)의 측면에 있으면 된다. 경사면(130)의 발광소자(11)측의 일단은, 적어도 발광소자(11)의 상면보다도 기판(10)측에 있으면 발광소자(11) 측면으로부터의 빛을 반사하는 경사면(130)이 된다. 또한, 발광소자(11)는 기판(10)에 플립 칩 실장되는 것이 바람직하다. 플립 칩 실장의 경우, 발광면이 발광소자의 저면에 가까운 위치에 있기 때문에, 경사면(130)에 의한 반사를 가장 잘 이용할 수 있기 때문이다.
서브마운트 기판(10)으로서, 예를 들면, Au 등의 배선 패턴이 형성된 AlN 세라믹스제의 기판을 사용한다. 범프(12)로서는, 예를 들면 Au 범프를 사용한다.
발광소자(11)로서는 목적하는 파장광을 출사하는 것을 준비한다. 예를 들면, 청색광을 발하는 것을 사용한다.
판형상 부재(14)는 발광소자(11)로부터의 빛을 목적하는 파장광으로 변환하는 기능을 가지며, 예를 들면 발광소자(11)로부터의 빛을 여기광으로 하여 목적하는 파장의 형광을 발하는 형광체를 함유하는 재료에 의해 구성된다. 일례로서는, 형광체를 투명 수지에 분산시킨 층이나, 형광체 성분을 함유하는 형광 유리의 플레이트나, 형광체 원료를 소결하여 제작한 형광 세라믹스의 플레이트(예를 들면 YAG 플레이트)를 사용할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면, 청색광을 발하는 발광소자(11)의 발광에 의해 여기되어, 황색 형광을 발하는 형광체(예를 들면 YAG 형광체 등)를 포함하는 판형상 부재(14)를 사용한다. 이것에 의해, 청색광과 황색광이 혼색된 백색광을 발하는 발광장치를 제공할 수 있다.
판형상 부재(14)는 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하, 특히 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다.
수지층(13)은 발광소자(11)의 발광 및 판형상 부재(14)에 의한 변환 후의 빛에 대해서 투명한 재료를 사용한다. 예를 들면 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 투명 수지에 입경 0.001 ㎛~50 ㎛의 필러를 첨가한 수지를 사용한다.
필러는 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하, 특히 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 광촉매성을 나타내지 않는 재료인 것이 바람직하다. 예를 들면, 무알칼리 유리의 필러나, SiO2 및 Al2O3 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 구성되어 있는 필러를 사용한다. 무알칼리 유리는 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하, 특히 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다. SiO2 및 Al2O3는 모두 순도 99.9% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 필러의 결정구조는, 비정질이어도 되지만, 순도를 향상시켜 알칼리 금속산화물 함유량을 저하시키기 위해서 다결정이나 단결정의 것을 사용해도 된다.
이와 같이 판형상 부재(14)나 수지층(13)의 필러로서, 알칼리 금속산화물이 0.2 중량% 이하인 것을 사용함으로써, 판형상 부재(14)나 필러에 함유되는 알칼리 금속산화물에 기인하여, 수지층(13)의 기재 수지(실리콘 수지나 에폭시 수지 등)에 오일 블리드가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 필러에 함유되는 알칼리 성분에 의해 수지층(13)의 기재 수지가 일부 분해되어 저분자화함으로써 오일상 물질이 생기고, 이것이 수지층(13)으로부터 스며 나오는 오일 블리드 현상을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 스며 나온 오일에 의해 수지층(13)과 판형상 부재(14)의 계면에 요철이 생기거나, 판형상 부재(14)의 표면으로 오일이 기어오르거나 하여, 광학 특성을 열화시키는 현상을 방지할 수 있다.
반사재료층(15)으로서는, 예를 들면, 산화티탄이나 산화아연 등의 반사성의 필러를 분산시킨 수지를 사용한다. 이때, 산화티탄이나 산화아연의 필러에 대해서도, 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하이고, 또한, 광촉매성을 나타내지 않는 구조의 필러를 사용하는 것이 바람직하다. 반사재료층(15) 및 수지층(13)의 기재 수지에 오일 블리드를 발생시키지 않기 때문이다.
프레임체(16)는, 예를 들면 세라믹 링을 사용한다.
이러한 구조의 발광장치는, 도 1과 같이 발광소자(11)로부터 방사되는 빛 중, 상방을 향해서 출사되는 빛은 수지층(13)을 투과하여 판형상 부재(14)에 입사한다. 하방으로 출사되는 빛은 발광소자(11)의 저면에서 반사재료층(15)에 의해 반사되어 상방을 향한다.
이와 같이, 발광소자(11)의 저면과 기판(10)의 상면 사이의 공극을 범프(12)를 둘러싸듯이 반사재료층(15)으로 충전함으로써, 발광소자(11)의 하면측으로 출사되는 빛을, 반사재료층(15)에서 반사하여 상방을 향해서 출사할 수 있다. 따라서, 발광소자(11)의 저면과 기판(10)의 상면 사이에서 빛이 반복 반사되어 감쇠하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 상방으로의 광취출 효율을 향상시킬 수 있다.
발광소자(11)의 측면으로부터 출사되는 빛은, 측면으로부터 수지층(13)에 입사하여, 반사재료층(15)과 수지층(13)의 경계인 경사면(130)에 의해 상방으로 반사된다. 이것에 의해 발광소자(11)의 측면으로부터 출사되는 빛의 대부분은, 발광소자(11)의 내부로 되돌려지지 않기 때문에, 발광소자(11)에 의해 흡수되지 않는다. 또한, 발광소자(11)의 측면과 반사재료층(15)까지의 거리는 짧기 때문에, 수지층(13)에 의한 흡수의 영향도 거의 받지 않는다.
이와 같이 발광소자(11)의 출사광은, 직접, 또는 경사면(130)에서 반사되어 판형상 부재(14)에 입사한다. 판형상 부재(14)에 입사한 빛은, 일부 또는 전부가 소정 파장의 빛으로 변환되고, 판형상 부재(14)의 상면으로부터 출사된다. 판형상 부재(14)의 내측으로부터 가로방향으로 진행하는 빛은, 측면에 있어서 경사면(130)에 의해 반사되어, 판형상 부재(14) 내로 되돌려져, 상면으로부터 출사된다.
따라서, 본 실시형태의 발광장치의 발광면은, 판형상 부재(14)의 상면(반사재료층(15)의 개구)이고, 발광면적이 작은 소형의 발광장치가 제공된다. 또한, 직경이 작으면서 반사재료층(15)에 의해 캐비티를 형성하고 있기 때문에, 발광소자(11)의 측면으로부터 출사된 빛의 대부분은, 발광소자(11)의 내부로 돌아가지 않고, 수지층(13)을 짧은 거리만큼 통과한 후, 반사재료층(15)에 의해 반사되어 상방을 향하기 때문에, 광취출 효율이 향상된다.
또한, 판형상 부재(14) 및 수지층(13)의 필러로서, 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하인 것을 사용하고 있기 때문에, 수지층(13)에 오일 블리드가 발생하기 어렵고, 장시간 발광이나 대광량 발광의 경우도 광학 특성이 열화하기 어렵다.
다음으로, 본 실시형태의 발광장치의 제조방법에 대해서 도 3(a)~(e)를 사용하여 설명한다. 먼저, 도 3(a)와 같이, 서브마운트 기판(10) 상면의 배선 패턴에, 플립 칩 타입의 발광소자(11)의 소자 전극을 범프(12)를 사용하여 접합하고, 실장한다. 도 3(b)와 같이, 실리콘 수지 등의 수지(미경화)(13')를 발광소자(11)의 상면에 도포(적하)하고, 발광소자(11)의 상면보다 약간 큰 플레이트형상의 판형상 부재(14)를 탑재한다. 이것에 의해, 도 3(c)와 같이 미경화의 수지(13')가 발광소자 측면의 적어도 일부를 덮으면서 표면장력을 유지함으로써, 발광소자(11)의 측면과 판형상 부재(14)의 하면을 접속하는 경사면(130)이 형성된다.
이때, 수지(13')의 양이 적으면, 도 2(c)와 같이 발광소자(11)측으로 볼록한 곡면의 경사면(130)이 형성되고, 수지(13')의 양을 늘리면 도 2(a), 도 3(c)와 같이 직선적인 경사면(130)이 형성되며, 추가로 수지(13')의 양을 늘리면 도 2(b)와 같이 외측으로 볼록한 곡면의 경사면(130)이 형성된다.
수지(13')를 소정 경화처리에 의해 경화시켜서 수지층(13)을 형성한다. 또한, 그 후의 공정에서 수지층(13)의 형상이 바뀌지 않는다면, 완전히 경화시키지 않고, 반경화가 되는 조건에서 경화시켜도 된다.
다음으로, 도 3(d)와 같이, 발광소자(11) 외측의 기판(10) 상면에 프레임체(16)를 수지 등으로 접착한다. 도 3(e)와 같이, 발광소자(11), 수지층(13) 및 판형상 부재(14)와, 프레임체(16) 사이에, 디스펜서 등으로 반사재료(미경화)를 주입한다. 이때, 발광소자(11) 하부의 범프(12)의 주위에도 반사재료가 충분히 충전되도록 주입한다. 또한, 수지층(13)의 경사면(130) 및 판형상 부재의 측면에, 반사재료(미경화)가 극간 없이 밀착하도록 충전한다. 이것에 의해, 수지층(13)의 경사면(130)을 따르는 형상의 반사재료층(15)을 형성할 수 있다. 마지막으로, 반사재료를 소정의 경화처리에 의해 경화시켜서, 반사재료층(15)을 형성한다. 이상에 의해, 본 실시형태의 발광장치가 제조된다.
본 실시형태에서는, 미경화의 수지의 표면장력을 이용하여 수지층(13)의 경사면(130)을 사전에 형성함으로써, 수지층(13)의 주위 및 판형상 부재의 주위에 반사재료층(15)을 충전하는 것만으로, 목적하는 형상의 반사재료층(15)의 경사면(130)을 형성할 수 있고, 또한, 판형상 부재(14)의 측면에 반사재료층(15)을 밀착시킬 수 있다. 이것에 의해, 기계가공을 필요로 하지 않고, 작은 개구로 목적하는 형상의 경사면(캐비티)을 제조할 수 있다.
또한, 이 제조방법은, 반사재료를 충전할 때에, 발광소자(11)의 저면과 서브마운트 기판(10) 사이의 공간에도 반사재료를 충전할 수 있다. 따라서, 발광소자(11)의 하부에 있어서의 빛의 감쇠를 방지하고, 발광소자(11) 측면에서의 리턴광을 발광소자가 흡수하는 것에 의한 감쇠를 방지할 수 있어, 광취출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광면(개구)이 작기 때문에, 소형인 광학계에 의해 적은 손실로 빛을 제어할 수 있다.
또한, 도포하는 수지(13')의 양을 조정함으로써, 반사재료층(15)의 경사면(130)의 형상을 바꿀 수 있다.
또한, 전술한 제조방법에 있어서, 도 3(b)의 공정에서는, 발광소자(11)의 상면에 미경화의 수지(13')를 도포하였으나, 본 실시형태의 제조방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 4(a)와 같이, 판형상 부재(14)의 하면에 수지(13')를 도포하는 것도 가능하고, 도 4(b)와 같이, 발광소자(11)의 상면과 판형상 부재(14) 하면의 양쪽에 수지(13')를 도포하는 것도 가능하다. 또한, 도 5(a)~(c)와 같이, 서브마운트(10)에 실장된 발광소자(11)를 아래쪽으로 하여, 도 5(a)와 같이 수지(13')를 발광소자(11)의 하면, 도 5(b)와 같이 판형상 부재(14)의 상면, 도 5(c)와 같이 발광소자(11)의 하면과 판형상 부재(14)의 상면 양쪽에 각각 도포하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 수지층(13)의 경사면(130)은 발광소자(11)측으로 볼록하고, 곡률 5 이하가 바람직하다.
실시형태 1에서는, 반사재료층(15)과 수지층(13)의 계면의 경사면(130)에서 빛을 반사하는 구성이나, 반사재료층(15)을 배치하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이 경우도 수지층(13)과 공기의 계면에 있어서 빛을 반사할 수 있기 때문에, 실시형태 1과 동일한 광반사의 작용이 얻어진다.
(실시형태 2)
다음으로, 실시형태 2로서, 복수의 발광소자(11)를 하나의 서브마운트 기판(10)에 탑재한 발광장치에 대해서 설명한다. 도 6(a)，(b)，(c)에, 실시형태 2의 발광장치의 단면도를 나타낸다.
복수의 발광소자(11)는 하나의 판형상 부재(14)에 의해 덮여 있다. 복수의 발광소자(11)를 둘러싸는 반사재료층(15)이 배치되어 있다. 수지층(13) 측면의 경사면(130)은, 발광소자(11)의 저면과 판형상 부재(14)의 하면을 직선적으로 연결하는 경사면 또는 도 6(a)~(c)와 같이 발광소자(11)측으로 볼록한 곡면인 것이 바람직하다. 특히 바람직한 것은, 볼록한 곡면으로서, 그 곡률이 5 이하인 경우이다.
수지층(13)은, 도 6(a)，(b)와 같이 복수의 발광소자(11) 사이의 영역에서, 표면이 판형상 부재(14)를 향해서 볼록한 곡면이다. 반사재료층(15)은, 이 곡면을 따르는 볼록형상(81)에 충전되어 있다. 복수의 발광소자(11) 사이의 영역의 수지층(13)의 표면을, 판형상 부재(14)를 향해서 볼록한 곡면형상으로 함으로써, 복수의 발광소자(11) 사이의 영역에서 휘도의 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있다.
반사재료층(15)의 볼록형상(81)의 상부는, 도 6(a)와 같이 판형상 부재(14)에 도달해 있어도 되지만, 도 6(b)와 같이 판형상 부재(14)까지 도달하지 않은 형상인 것이 바람직하다.
볼록형상(81)의 측면형상은, 경사면(130)과 동일하게, 발광소자(11)측으로 볼록하고, 그 곡률이 5 이하인 것이 바람직하다.
또한, 반사재료층(15)은, 각 발광소자(11)의 하면과 서브마운트 기판(10)의 상면 사이의 간극을 충전하고 있는 것이 바람직하다.
다른 구성은, 제1 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
도 6(a)~(c)의 발광장치의 제조방법은, 실시형태 1의 도 3(a)~(e)와 동일하지만, 도 6(a)의 구성의 경우, 각 발광소자(11) 상, 또는 판형상 부재(14)의 각 발광소자(11)와 포개어 겹쳐지는 각 영역 상 중 어느 하나 또는 양쪽에 수지(13')를 등량씩 도포하고, 각 발광소자(11) 상의 수지층(13)의 경사면(130)이 목적하는 형상이 되도록 형성한다. 단, 도 6(b), (c)와 같이 서로 이웃하는 발광소자(11) 상부의 수지층(13)으로부터 서로 이웃하는 발광소자(11) 사이의 영역에서 연결되어 있는 형상의 경우에는, 수지(13')의 총도포량이 소정량이 되도록, 각 발광소자(11) 상에 도포하는 수지(13')의 양을 바꿔도 된다.
구체적으로는, 도 6(a)와 같이 수지(13')를 형성하는 경우, 수지(13')를 매개로 발광소자(11)와 판형상 부재(14)를 포개어 겹쳤을 때, 복수의 발광소자(11) 사이의 영역에 있어서, 수지(13')의 표면이 판형상 부재(14)에 접하고, 수지(13')가 경사진 측면을 형성하도록 한다. 도 6(b)의 경우에는, 서로 이웃하는 발광소자(11) 상의 수지(13')끼리 상호 연결하고, 복수의 발광소자(11) 사이의 영역에 있어서, 수지(13')의 표면이 판형상 부재(14)를 향해서 볼록한 곡면을 형성하도록 한다. 도 6(a)의 경우, 서로 이웃하는 발광소자(11) 사이에 수지(13')로 충전되어 있지 않은 공간을 형성할 수 있다. 그 후에, 수지(13')를 경화시킨다.
또한, 도 3(e)의 반사재료층(15)을 충전하는 공정에서는, 도 6(a), (b)와 같이 복수의 발광소자(11) 사이에 볼록형상(81)으로 반사재료층(15)을 쌓아 올리기 위해서, 미경화의 반사재료의 점도를 조정해 둔다.
실시형태 2의 발광장치는, 복수의 발광소자(11)를 탑재한 구성이면서, 경사면(130)을 발광소자(11)의 가까운 위치에 목적하는 곡면형상으로 형성할 수 있기 때문에, 상면방향의 광취출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광면적은, 판형상 부재(14)의 면적과 동일하여, 소형의 발광장치를 제공할 수 있다.
또한, 도 6(a)，(b)와 같이, 복수의 발광소자(11) 사이의 영역의 수지층(13)의 표면을 판형상 부재를 향해서 볼록한 곡면으로 함으로써, 복수의 발광소자(11) 사이에서 휘도가 저하되어, 발광면에 휘도 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로는, 도 6(b)의 구조의 발광장치와, 비교예로서 도 7(a), (b)의 구조의 발광장치를 제조하고, 상면의 휘도 분포를 측정한 바, 도 8과 같은 결과가 얻어졌다. 단, 도 6(b), 도 7(a)，(b)에서는, 발광소자(11)는 2개이지만, 측정에 사용한 발광장치는, 4개의 발광소자를 일렬로 나열한 구성이다.
도 8로부터 명확한 바와 같이, 본 실시형태의 도 6(b)의 발광장치는, 복수의 발광소자(11)의 간극에 있어서의 휘도 저하가, 도 7(a)，(b)의 발광장치보다도 명확하게 작아, 휘도 불균일이 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
도 7(a)와 같이, 경사면(130)을 형성하지 않고, 발광소자(11)의 주위를 저면까지 포함해서 반사재료층(15)으로 충전한 구조는, 발광소자의 중앙부에서는, 도 6(b)의 본 실시형태의 발광장치와 동일한 휘도가 얻어지고 있지만, 발광소자(11)의 간극 영역에 있어서 크게 휘도가 저하되어 있다. 한편, 도 7(b)와 같이 발광소자(11)의 측면으로부터 떨어진 위치에 수직인 단면을 갖는 반사재료층(15)을 형성한 경우에는, 발광소자(11)의 중앙부에 있어서도, 발광소자(11)의 간극에 있어서도 휘도가 작다.
이와 같이, 본 실시형태의 발광장치는, 발광소자의 상방의 휘도가 크고, 또한, 간극에 있어서의 휘도 저하가 적으며, 휘도 불균일이 적은 것이 확인되었다.
전술한 실시형태 1 및 2에서는, 판형상의 판형상 부재(14)에 있어서, 발광소자로부터 나온 청색광(단파장)을 파장이 긴 빛(형광)으로 변환하는 예에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 판형상 부재(14)에 있어서 복수의 파장으로 변환할 수 있도록, 다층구조나 복수의 파장 변환재료를 함유하는 구성을 채용하는 것도 가능하다.
또한, 판형상 부재(14)가, 파장 변환을 목적으로 하지 않고, 발광소자의 파장에 대해서 투명 또는 반투명한 광학층이어도 된다. 더 나아가서는, 판형상 부재(14)의 표리면이 평탄한 경우뿐 아니라, 광취출 구조나, 광학 렌즈로서의 구조로 가공되어 있어도 된다.
실시형태 2의 구성에 있어서, 반사재료층(15)을 배치하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이 경우도 수지층(13)과 공기의 계면에 있어서 빛을 반사할 수 있기 때문에 실시형태 2와 동일한 광반사의 작용이 얻어진다.
(실시형태 3)
도 9(a)에, 실시형태 3의 발광장치의 단면도를, 도 9(b) 및 (c)에 상면도를 나타낸다. 도 9(a)와 같이, 상면에 배선이 형성된 서브마운트 기판(10) 위에, 플립 칩 타입의 발광소자(11)가, 복수의 범프(12)에 의해 접합됨으로써 실장되어 있다. 발광소자(11)의 상면에는, 파장 변환 기능을 갖는 수지층(13)이 탑재되고, 수지층(13) 위에는 투명한 판형상 부재(14)가 탑재되어 있다.
수지층(13)의 기재에는, 형광체 입자(13a)가 고농도로 분산되고, 또한 스페이서(13b)가 분산되어 있다. 기재로서는, 발광소자(11)가 발하는 빛, 및 발광소자(11)가 발하는 빛에 의해 여기된 형광체 입자(13a)가 발하는 형광에 대해서 투명한 재료가 사용된다. 기재는 실시형태 1과 동일하게 투명 수지를 사용한다. 예를 들면 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 투명 수지를 사용할 수 있다. 스페이서(13b)의 입경보다도 작으면, 필러나 색소를 기재에 분산시키는 것도 가능하다.
수지층(13)에 함유되는 스페이서(13b)는, 발광소자(11)와 판형상 부재(14) 사이에 끼워짐으로써, 발광소자(11) 상면과 판형상 부재(14)의 간격을 정하고, 이것에 의해 수지층(13)의 층두께를 규정(결정)하고 있다. 스페이서(13b)는, 형성해야 하는 수지층(13)의 층두께에 따라서, 목적하는 입경을 갖는 입자형상의 것이면 되고, 그 형상은 다면체여도 되고 구형상이어도 된다. 예를 들면, 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 입경의 스페이서(13b)를 매우 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 입경의 스페이서(13b)는, 발광소자(11)가 발하는 가시광 파장보다도 입경이 한 자리 이상 크기 때문에, 빛을 산란시키는 작용은 거의 생기지 않는다.
스페이서(13b)의 상부 및 하부는 각각, 판형상 부재(14) 및 발광소자(11)와 직접 접하여 있어도 되고, 스페이서(13b)와 판형상 부재 사이, 및 스페이서(13b)와 발광소자(11) 상면 사이에, 수지층(13)을 구성하는 기재가 사이에 끼워져 있어도 상관없다. 경화 전의 기재의 점도나, 스페이서(13b) 표면의 기재에 대한 습윤성에 의해, 스페이서(13b)의 주위에는 기재와의 친화성이 발생하고, 스페이서(13b)와 판형상 부재 사이에 기재가 들어가기 때문이다. 단, 모든 스페이서(13b)에 대해서 동일한 조건에서 기재와의 친화성이 발생하기 때문에, 스페이서(13b)가 수지층(13)의 두께를 규정하는 작용을 발휘하는 것에 변함은 없다.
스페이서(13b)의 재질은, 고정밀도로 소정의 입경을 실현할 수 있는 것이라면 유리 등의 무기 재료여도 수지 등의 유기 재료여도 상관없다. 스페이서(13b)는, 발광소자(11)가 발하는 빛 및 형광체의 형광에 대해서, 반투명 또는 투명인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 투명한 것을 사용한다.
수지층(13)에 함유되는 스페이서(13b) 및 필러는 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하, 특히 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 광촉매성을 나타내지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면, 무알칼리 유리에 의해 구성된 스페이서(13b)나 필러나, SiO2 및 Al2O3 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 구성되어 있는 스페이서나 필러를 사용한다. 무알칼리 유리는 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하, 특히 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다. SiO2 및 Al2O3는, 모두 순도 99.9% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 스페이서(13b)나 필러의 결정구조는, 비정질이어도 되지만, 순도를 향상시키고, 알칼리 금속산화물 함유량을 저하시키기 위해서 다결정이나 단결정의 것을 사용해도 된다.
또한, 스페이서(13b)의 내부에 형광체를 분산시키는 것도 가능하다. 분산시키는 형광체는, 형광체 입자(13a)와 동일한 것을 사용할 수 있다.
스페이서(13b)는, 판형상 투명부재(14)를 발광소자(11)의 상면에 대해서 평행하게 지지하기 위해서, 도 9(c)에 나타내는 바와 같이, 발광소자(11)의 상면에 최저 3개 배치되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 도 9(b)의 검은 동그라미로 나타내는 바와 같이 발광소자(11)의 네 귀퉁이에 1개씩 배치되어 있는 것이 바람직하다.
스페이서(13b)는 입경이 크기 때문에, 입자간의 인력·척력에 의해 상호 위치를 변화시키는 작용은 생기지 않고, 기재 및 형광체 입자(13a)에 혼련된 시점의 분산상태를 유지하여 발광소자(11) 상에 전개된다. 따라서, 도 9(b)의 검은 동그라미와 같이 발광소자(11) 상면의 네 귀퉁이 근방에 1개씩 배치하기 위해서는, 도 9(b)와 같이 발광소자(11) 상면을 가상적으로 정사각형 영역으로 가로 세로로 분할하고, 인접하는 정사각형 영역의 중심끼리의 거리에서 스페이서(13b)가 분산되는 밀도가 되는 양으로, 스페이서(13b)를 기재 및 형광체 입자(13a)에 첨가하고, 혼련하여 분산시킨다. 이 혼련물을 발광소자(11) 상면에 도포나 인쇄로 펼치면, 확률적으로, 가상적인 정사각형 영역에 1개씩 스페이서(13b)가 배치되기 때문에, 발광소자(11) 상면의 네 귀퉁이의 정사각형 영역에 각각 높은 확률로 스페이서(13b)를 배치할 수 있다.
형광체 입자(13a)는, 입경이 스페이서(13b)보다도 작은 것을 사용한다. 구체적으로는, 스페이서(13b)의 입경보다도 약간이라도 작으면 되지만, 10% 이상 작은 것이 바람직하다. 형광체 입자(13a)로서는, 발광소자(11)가 발하는 빛에 의해 여기되어, 목적하는 파장의 형광을 발하는 형광체를 사용한다. 예를 들면, 백색광을 발하는 발광장치를 구성하는 경우, 청색광을 발하는 발광소자(11)를 사용하고, 청색광을 여기광으로 하여 황색 형광을 발하는 형광체(예를 들면 YAG 형광체)를 사용할 수 있다.
판형상 부재(14)는, 평탄한 하면을 구비하고, 이 하면이 스페이서(13b)에 의해 지지됨으로써, 발광소자(11) 상면과의 사이에 두께가 일정한 수지층(13)을 형성할 수 있는 부재이면 된다. 판형상 부재(14)의 평탄한 하면은, 거시적으로 평탄하면 되고, 미시적으로는 빛을 확산·배광 등을 시키기 위한 미세한 요철이 형성되어 있어도 된다. 요철을 형성하는 경우에는, 스페이서(13b)나 형광체 입자의 작용에 영향을 주지 않기 위해서, 요철의 사이즈는 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 판형상 부재(14)의 상면측에 광확산·배광용의 요철을 설치하는 것도 가능하다.
또한, 판형상 부재(14)는 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하, 특히 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 판형상 부재(14)는 광촉매성을 나타내지 않는 것이 바람직하다.
판형상 부재(14)의 상면은 광취출면이 되기 때문에, 광취출 효율을 향상시키기 위해서 표면처리를 실시하여 가공해도 된다. 또한, 판형상 부재(14)의 상면은 반드시 평면일 필요는 없고, 산란, 집광, 배광을 목적으로 한 형상, 예를 들면 요철형상이나 렌즈형상으로 가공되어 있어도 된다.
여기에서는, 판형상 부재(14)는, 발광소자(11)가 발하는 빛, 및 형광체 입자(13a)가 발하는 형광에 대해서 투명한 것을 사용하지만, 목적하는 광학 특성을 갖는 것이어도 상관없다. 예를 들면, 소정의 파장을 컷트하는 판형상 필터를 판형상 부재(14)로서 사용하는 것도 가능하다. 또한, 발광소자(11)로부터의 빛을 목적하는 파장광으로 변환하는 형광체 성분을 함유하는 형광 유리 플레이트나, 형광체 원료를 소결해서 제작한 형광 세라믹스의 플레이트(예를 들면 YAG 플레이트)를 사용하는 것도 가능하다.
서브마운트 기판(10)으로서는, 예를 들면, Au 등의 배선 패턴이 형성된 AlN 세라믹스제의 기판을 사용한다. 범프(12)로서는, 예를 들면 Au 범프를 사용한다.
본 실시형태에서는, 스페이서(13b)를 배치한 것으로 인해, 수지층(13)을 얇고, 또한, 소정의 층두께로 정밀도 좋게 형성할 수 있기 때문에, 수지층(13)의 기재에 함유되는 형광체 입자(13a)의 농도를 변환 효율이 대폭 향상되는 고농도로 할 수 있다. 예를 들면, 수지층(13)의 기재에 함유되는 형광체 입자(13a)의 농도를 13 중량%~90 중량%, 수지층(13)의 층두께를 200 ㎛~30 ㎛, 막두께의 편차를 10% 이하로 하는 것이 가능하다. 형광체 입자(13a)의 농도는, 13 중량% 이상이면 되지만, 바람직하게는 30 중량% 이상, 보다 바람직하게는 50 중량% 이상이다.
이와 같이 판형상 부재(14)나, 수지층(13)의 스페이서(13b)나 필러로서, 알칼리 금속산화물이 0.2 중량% 이하인 것을 사용함으로써, 판형상 부재(14)나 필러에 함유되는 알칼리 금속산화물에 기인하여, 수지층(13)의 기재 수지(실리콘 수지나 에폭시 수지 등)에 오일 블리드가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 필러에 함유되는 알칼리 성분에 의해 수지층(13)의 기재 수지가 일부 분해되어, 저분자화함으로써 생긴 오일상 물질이 수지층(13)으로부터 스며 나오는 오일 블리드를 방지할 수 있다. 이것에 의해, 스며 나온 오일에 의해 수지층(13)과 판형상 부재(14)의 계면에 요철을 생기게 하거나, 판형상 부재(14)의 표면으로 오일이 기어오르거나 하여, 광학 특성을 열화시키는 현상을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 발광장치의 제조방법에 대해서 도 10(a)~(c)를 사용하여 설명한다. 먼저, 도 10(a)와 같이, 서브마운트 기판(10) 상면의 배선 패턴에, 플립 칩 타입의 발광소자(11)의 소자 전극을 범프(12)를 사용하여 접합하고, 실장한다. 수지층(13)의 미경화의 기재를 준비하여, 형광체 입자(13a) 및 스페이서(13b)를 사전에 정한 농도로 첨가하고, 충분히 혼련함으로써, 기재 중에 고루 분산시켜, 미경화의 페이스트(13')를 얻는다. 이 페이스트(13')를 도 10(b)와 같이, 발광소자(11)의 상면에 소정량 도포(또는 적하)하고, 발광소자(11)의 상면보다 약간 큰 판형상 부재(14)를 탑재한다. 판형상 부재(14)의 자중(自重), 또는 필요에 따라서 판형상 부재(14)의 상면에 하중을 걸어, 페이스트(13') 중의 스페이서(13b)에 의해 판형상 부재(14)가 발광소자(11) 상면에 지지되고, 발광소자(11) 상면과 판형상 부재(14)의 간격이 스페이서(13b)에 의해 정해지도록 한다.
이것에 의해, 도 10(c)와 같이 미경화의 페이스트(13')는, 스페이서(13b)의 입경 상당 또는, 스페이서(13b)의 주위를 덮는 기재층의 두께를 입경에 더한 것에 상당하는 층두께의 페이스트(13')의 층이 형성된다. 이때, 페이스트(13')는, 발광소자(11) 측면의 적어도 일부를 덮으면서 표면장력을 유지함으로써, 발광소자(11)의 측면과 판형상 부재(14)의 하면을 접속하는 경사면(130)이 형성된다.
페이스트(13')를 소정의 경화처리에 의해 경화시켜서 수지층(13)을 형성한다. 이것에 의해, 도 9(a)의 발광장치가 완성된다. 또한, 그 후의 공정에서 수지층(13)의 형상이 바뀌지 않는다면, 완전히 경화시키지 않고, 반경화가 되는 조건에서 경화시켜도 된다.
이러한 구성의 발광장치의 각 부의 작용에 대해서 설명한다. 발광소자(11)로부터 상방으로 방사된 빛은, 수지층(13)에 입사하여, 일부가 형광체에 의해 소정 파장의 빛으로 변환되고, 형광체에 의해 변환되지 않은 빛과 혼합되어 판형상 부재(14)의 상면으로부터 출사된다. 발광소자(11)의 측면으로부터 출사되는 빛은, 수지층(13)에 입사하여, 일부가 형광체에 의해 소정 파장의 빛으로 변환되고, 파장 변환층의 경사면(130)으로부터 외부로 출사되거나, 경사면(130)에 의해 상방으로 반사되어, 판형상 부재(14)의 상면으로부터 출사된다.
수지층(13)은, 형광체 입자(13a)의 농도를 크게 할 수 있기 때문에, 변환 효율이 대폭 향상될 수 있다. 이때 수지층(13)의 층두께는, 형광체 입자(13a)의 농도에 따른 두께로, 스페이서(13b)에 의해 고정밀도로 정해져 있기 때문에, 두께가 고르고, 또한, 제품간의 편차도 작다. 따라서, 동일 제품 내의 색 얼룩이 적고, 또한, 제품간의 색의 편차도 작은 발광장치를 제공할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 수지층(13)의 측면이 표면장력에 의해 경사면(130)을 구성하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 경사면(130)은, 도 11(a)와 같이, 내측(발광소자(11)의 중심을 향하는 쪽)으로 볼록한 곡면이어도, 도 11(b)와 같이 외측으로 볼록한 곡면이어도 상관없다. 또한, 도 11(c)와 같이 표면장력에 의한 경사면을 형성하지 않고, 서브마운트 기판(10)의 상면까지 수지층(13)이 도달해 있어도 된다.
수지층(13) 측면의 형상은, 제조시의 도 10(b)의 공정에서 도포(또는 적하)하는 페이스트(13')의 양에 의해 제어할 수 있다. 페이스트(13')의 양이 적으면, 도 11(a)와 같이 내측으로 볼록한 곡면의 경사면(130)이 형성되고, 페이스트(13')의 양을 늘리면, 도 9(a)와 같이 직선형상의 경사면(130)이 되며, 추가로 늘리면 도 11(b)와 같이 외측으로 볼록한 곡면의 경사면(130)이 형성된다. 표면장력이 생기지 않을 정도로 페이스트(13')의 양을 늘리면, 도 11(c)와 같이 서브마운트 기판(10)의 상면까지 수지층(13)이 도달한다.
(실시형태 4)
도 12에, 실시형태 4의 발광장치의 단면도를 나타낸다. 이 발광장치는, 광취출 효율을 더욱 향상시키기 위해서, 실시형태 3의 도 11의 발광장치의 발광소자(11) 하면의 공극을 반사재료층(15)에 의해 충전한 구성이다. 또한, 반사재료층(15)은, 발광소자(11), 수지층(13) 및 판형상 부재(14)의 측면도 덮고 있다.
구체적으로는, 발광소자(11)의 외측에는 프레임체(16)가 배치되고, 발광소자(11)와 프레임체(16) 사이의 공간은 반사재료층(15)에 의해 충전되어 있다. 반사재료층(15)은, 비도전성이고 반사율이 높은 재료가 사용된다. 반사재료층(15)은, 발광소자(11), 수지층(13) 및 판형상 부재(14)의 외주 측면을 덮고 있다. 반사재료층(15)은, 범프(12) 사이를 메우듯이, 발광소자(11)의 저면과 기판(10)의 상면 사이의 공간도 충전하고 있다.
반사재료층(15)으로서는, 예를 들면, 산화티탄이나 산화아연 등의 반사성의 필러를 분산시킨 수지를 사용한다. 이때, 산화티탄이나 산화아연의 필러에 대해서도, 알칼리 금속산화물의 함유량이 0.2 중량% 이하이고, 또한, 광촉매성을 나타내지 않는 구조의 필러를 사용하는 것이 바람직하다. 수지에 오일 블리드를 발생시키지 않기 때문이다.
프레임체(16)는, 예를 들면 세라믹 링을 사용한다.
이러한 구성의 발광장치는, 도 12와 같이 발광소자(11)로부터 방사되는 빛 중, 상방으로부터 출사되는 빛은, 실시형태 3과 동일하게 수지층(13)에 입사하고, 파장 변환되어, 판형상 부재(14)로부터 상방으로 출사된다.
발광소자(11)의 하면측으로 출사되는 빛은, 발광소자(11)의 저면과 기판(10)의 상면 사이의 공극을 충전하는 반사재료층(15)에 의해 상방을 향해서 반사된다. 따라서, 발광소자(11)의 저면과 기판(10)의 상면 사이에서 빛이 반복 반사되어 감쇠하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 상방으로의 광취출 효율을 향상시킬 수 있다.
발광소자(11)의 측면으로부터 출사되는 빛은, 측면으로부터 수지층(13)에 입사하여, 일부가 파장 변환되고, 반사재료층(15)과 수지층(13)의 경계의 경사면(130)에 의해 상방으로 반사된다. 이것에 의해, 발광소자(11)의 측면으로부터 출사되는 빛의 대부분은, 발광소자(11)의 내부로 돌아가지 않고, 상방을 향하기 때문에, 발광소자(11)에 의해 흡수되지 않는다. 따라서, 가로방향 전파광을 상방으로부터 효율적으로 취출할 수 있기 때문에, 광취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 반사재료층(15)은, 판형상 부재(14)의 측면에 접하고 있기 때문에, 반사재료층(15)의 개구(발광면)는, 판형상 부재(14)의 면적과 동일하여, 발광면적이 작은 광원을 제공할 수 있다.
반사재료층(15)과 수지층(13)의 경계의 경사면(130)은, 도 12에서는, 내측으로 볼록한 곡면인 예를 나타내고 있지만, 이 형상에 한정되지 않고, 도 9(a)와 같이 직선적인 경사면이나, 도 11(b)와 같이 외측(프레임체(16)측)으로 볼록한 곡면이어도 된다. 특히 바람직한 것은, 도 12와 같이 경사면(130)이 내측으로 볼록한 곡면으로서, 그 곡률이 5 이하인 경우이다.
또한, 경사면(130)의 하단은, 반드시 도 12, 도 9(a), 도 11(b)와 같이 발광소자(11)의 저면과 동일한 높이에 있을 필요는 없고, 적어도 발광소자(11)의 측면에 있으면 된다. 경사면(130)의 상단은, 적어도 발광소자(11)의 상면보다도 기판(10)측에 있으면 발광소자(11) 측면으로부터의 빛을 반사하는 경사면(130)이 된다. 또한, 발광소자(11)는, 기판(10)에 플립 칩 실장되는 것이 바람직하다. 플립 칩 실장의 경우, 발광면이 발광소자의 저면에 가까운 위치에 있기 때문에, 경사면(130)에 의한 반사를 가장 잘 이용할 수 있기 때문이다.
또한, 실시형태 4의 발광장치의 제조방법은, 실시형태 3과 동일하다.
(실시형태 5)
실시형태 5에서는, 복수의 발광소자(11)를 하나의 서브마운트 기판(10)에 탑재한 발광장치에 대해서 설명한다. 도 13(a)，(b)，(c)에, 실시형태 5의 발광장치의 단면도를 나타낸다.
복수의 발광소자(11)의 전체를 하나의 판형상 부재(14)에 의해 덮도록 마운트되어 있다. 복수의 발광소자(11)와 판형상 부재(14)의 간격은, 이들 사이에 끼워지는 스페이서(13b)에 의해 정해져 있다. 발광소자(11)와 판형상 부재(14) 사이에는, 얇은 수지층(13)이 형성된다.
복수의 발광소자(11)를 서브마운트 기판(10)으로 실장할 때의 오차 등에 의해, 복수의 발광소자(11) 상면의 높이가 동일하지 않은 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 복수의 발광소자(11) 전체에 하나의 판형상 부재(14)를 마운트하면, 가장 상면이 높은 발광소자(11) 상의 스페이서(13b)에 의해 판형상 부재(14)가 지지되고, 그것보다도 상면이 낮은 발광소자(11) 상의 스페이서(13b)는, 수지층(13)의 층두께 결정에는 기여하지 않아, 스페이서(13b)와 판형상 부재(14) 사이에는, 두꺼운 기재층이나 형광체 입자(13a)가 끼워지는 구조가 되는 경우도 있지만, 그래도 상관없다. 이러한 경우, 가장 상면이 높은 발광소자(11) 상의 스페이서(13b)만이 스페이서로서 기능하고, 상면이 낮은 발광소자(11)의 스페이서(13b)는 스페이서로서 기능하고 있지 않지만, 발광소자(11)의 높이의 편차가 허용되는 오차범위라면, 수지층(13) 층두께의 편차를 소정의 범위 내로 억제할 수 있기 때문이다.
수지층(13) 외주의 경사면(130)은, 도 13(a)~(c)와 같이 내측으로 볼록한 곡면, 또는 도 9(a)와 같이 발광소자(11)의 저면과 판형상 부재(14)의 하면을 직선적으로 연결하는 경사면인 것이 바람직하다. 또한, 도 11(b)와 같이 외측으로 볼록한 곡면으로 하는 것도 가능하다.
도 13(a)，(b)와 같이 복수의 발광소자(11) 사이의 수지층(13)의 측면도 경사면(130)을 형성하고 있는 것이 바람직하다. 복수의 발광소자(11) 사이의 수지층(13)의 경사면은, 도 13(b)와 같이 판형상 부재(14)까지 도달하지 않은 형상인 것이 바람직하다. 도 13(a)와 같이 판형상 부재(14)에 도달해 있어도 상관없다.
도 13(a)~(c)의 발광장치의 제조방법은, 실시형태 3의 도 10(a)~(c)와 동일하지만, 도 13(a)의 구성의 경우, 각 발광소자(11) 상, 또는 판형상 부재(14)의 각 발광소자(11)와 포개어 겹쳐지는 각 영역 상 중 어느 하나 또는 양쪽에 페이스트(13')를 등량씩 도포하고, 각 발광소자(11) 상의 수지층(13)의 경사면(130)이 목적하는 형상이 되도록 형성한다. 단, 도 13(b), (c)와 같이 서로 이웃하는 발광소자(11) 상부의 수지층(13)이 연결되어 있는 경우에는, 페이스트(13')의 총도포량이 소정량이 되도록, 각 발광소자(11) 상에 도포하는 페이스트(13')의 양을 바꿔도 된다.
실시형태 5의 발광장치는, 복수의 발광소자(11)를 탑재한 구성이면서, 상면방향의 광취출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 13(a)，(b)와 같이, 복수의 발광소자(11) 사이의 영역에 경사면(130)을 형성함으로써, 복수의 발광소자(11) 사이의 영역에서 빛을 상방을 향해서 반사할 수 있기 때문에, 복수의 발광소자(11) 사이에서 휘도가 저하되어, 발광면에 휘도 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시형태 5의 도 13(a)，(b)，(c)의 구성의 외측에, 도 12와 같이 반사재료층(15)을 배치하는 것도 가능하다. 이 경우, 도 13(a)，(b)의 구성에서는, 복수의 발광소자(11) 사이 영역의 경사면(130)에도 반사재료층(15)이 접하도록 충전하는 것이 바람직하다.
실시예
＜실시예 1＞
실시예 1로서, 도 12의 구조의 발광장치를 제조하였다. 가로 세로 1 ㎜이고 두께 100 ㎛인 플립 칩 타입의 발광소자(11)가 실장된 서브마운트 기판(10)을 준비하였다. 실리콘 수지에, 형광체 입자(13a)로서 입경 15 ㎛의 YAG 형광체를 60 중량%, 및 스페이서(13b)로서 실리카 유리(우베닛토 가세이(주) 제조, SiO2의 순도 99.9%)의 구형 비드(평균 입자경 40±4 ㎛, CV값 ±3.5%)를 5 중량% 첨가하고, 충분히 혼련하여 균일하게 분산시켜, 페이스트(13')를 얻었다.
발광소자(11) 상면에 페이스트(13')로서 페이스트(13')를 약 7.0×10-4 ㎖ 도포하였다. 그 위로부터 두께 0.1 ㎜이고 가로 세로 1.2 ㎜인 무알칼리 유리(OA-10G, 닛폰 덴키 가라스(주) 제조, 알칼리 금속산화물 함유량 0.1 중량% 이하)의 판형상 부재(14)를 마운트하였다. 판형상 부재(14)의 자중에 의해, 페이스트(13')는 발광소자(11) 상면과 판유리 사이의 공간으로 퍼져, 판형상 부재(14)는, 유리 비드(스페이서(13a))에 의해 발광소자(11)가 지지된 상태가 되었다. 이것에 의해, 고정밀도로 형광체 입자(13a)가 함유된 페이스트(13')(미경화의 수지층(13))의 얇은 층이 형성되었다. 이 층의 막두께는, 스페이서(13b)를 사이에 끼운 판형상 부재(14)와 발광소자(11)의 간격에 의해 규정되어 있었다.
수지층(13)의 실리콘 수지를 경화시키기 위해서 150℃에서 4시간 가열하였다. 그 후, TiO2 필러를 분산시킨 실리콘 수지를 반사재료로서 링 프레임체(16) 내에 충전하고, 150℃에서 4시간 가열하여 경화시켜서, 반사재료층(15)을 형성하였다. 이것에 의해, 도 12의 형상의 발광장치를 제조하였다.
＜실시예 2＞
실시예 2로서, 스페이서(13b)를 티탄바륨계 유리(GS40S, 닛폰 덴키 가라스(주), 알칼리 금속산화물 함유량 0.2 중량% 미만，TiO2，ZnO，BaO，ZrO2，CaO 및 SiO2를 포함한다)의 구형 비드(중심 입경 41±2 ㎛, 입경 편차±3 ㎛)로 변경하고, 판형상 부재(14)의 재질을 무알칼리 유리(AF45, 쇼트 닛폰(주) 제조, 알칼리 금속산화물 함유량 0.2 중량% 이하)로 변경하며, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 발광장치를 제조하였다.
＜실시예 3＞
실시예 3으로서, 스페이서(13b)를 티탄바륨계 유리(GS40S, 닛폰 덴키 가라스(주), 알칼리 금속산화물 함유량 0.2 중량% 미만，TiO2，ZnO，BaO，ZrO2，CaO 및 SiO2를 포함한다)의 구형 비드(중심 입경 41±2 ㎛, 입경 편차±3 ㎛)로 변경하며, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 발광장치를 제조하였다.
＜비교예 1＞
비교예 1로서, 스페이서(13b)를 티탄바륨계 유리(GS40S, 닛폰 덴키 가라스(주), 알칼리 금속산화물 함유량 0.2 중량% 미만，TiO2，ZnO，BaO，ZrO2，CaO 및 SiO2를 포함한다)의 구형 비드(중심 입경 41±2 ㎛, 입경 편차±3 ㎛)로 변경하고, 판형상 부재(14)의 재질을 저알칼리 유리(D263, 쇼트 닛폰(주) 제조, 알칼리 금속산화물 함유량 0.2 중량%보다 많은, Na2O 용출량 약 20 ㎍/g)로 변경하며, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 1의 발광장치를 제조하였다.
＜평가＞
실시예 1, 2 및 3, 및 비교예 1의 발광장치를 130℃의 항온 환경에 배치하고, 발광소자에 전류를 공급하여 점등시켜, 발광소자의 접합온도가 약 180℃가 되는 환경으로 하고, 100시간 후의 오일 블리드의 발생 유무를 육안으로 확인하였다.
그 결과, 실시예 1, 2 및 3의 발광장치는, 비교예 1의 발광장치보다도 오일 블리드의 발생량이 적었다. 그 이유는, 비교예 1은, 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량%보다 많은 저알칼리 유리를 판형상 부재(14)로서 사용했기 때문에, 수지층(13)의 실리콘 수지가 가수분해되고, 실록산 결합이 절단되어 저분자화하여, 오일로서 용출된 것에 따른 것으로 생각된다.
또한, 실시예 1의 발광장치는, 실시예 2, 3의 발광장치보다도 오일 블리드의 발생량이 적었다. 또한, 실시예 2의 발광장치와 실시예 3의 발광장치의 오일 블리드 발생량은 동등하였다. 그 이유는, 실시예 2，3에서는 티탄바륨계 유리를 스페이서(13b)로서 사용했기 때문에, 스페이서(13b)가 TiO2，BaO，ZrO2，ZnO，CaO，SiO2를 포함하여, TiO2와 ZnO의 광촉매 효과에 의해, 수지층(13)의 실리콘 수지가 저분자화되어, 오일로서 용출된 것에 반하여, 실시예 1에서는 실리카의 스페이서(13b)를 사용했기 때문에 실리콘 수지의 용출이 발생하지 않았기 때문이라고 생각된다.
10…서브마운트 기판, 11…발광소자, 12…범프, 13…수지층, 14…판형상 부재, 15…반사재료층, 16…바깥 프레임, 81…볼록형상, 130…경사면

Claims (11)

  1. 기판과, 그 기판 상에 실장(mounting)된 발광소자와, 상기 발광소자 상에 배치된, 상기 발광소자가 발하는 빛을 투과하는 수지를 기재로 하는 수지층과, 상기 수지층 위에 탑재된 판형상 부재를 가지며,
    상기 판형상 부재의 하면은 상기 발광소자의 상면보다 크고,
    상기 수지층은 상기 판형상 부재와 상기 발광소자 사이에 끼워져 상기 수지층의 두께를 결정하는 입자를 함유하며,
    상기 수지층은 상기 발광소자의 저면과 상기 판형상 부재의 하면을 연결하여 상기 발광소자의 측면 전체를 덮는 경사면을 갖고, 상기 경사면은 직선상 또는 내측으로 볼록한 곡면이며,
    상기 경사면 및 상기 판형상 부재의 측면에 밀착하도록 반사재료층이 배치되고,
    상기 발광소자의 측면은 측면 전체가 상기 수지층에 덮임으로써 상기 반사재료층과의 사이가 떨어지고,
    상기 판형상 부재는 알칼리 금속산화물 함유량이 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 0.2 중량% 이하의 유리로 구성되며,
    상기 수지층에 함유되는 상기 입자는 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량% 이하인 재료로 구성되고,
    상기 반사재료층은 알칼리 금속산화물 함유량이 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 0.2 중량% 이하의 재료로 구성되는 반사성 필러가 수지 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사재료층의 상기 반사성 필러는 산화티탄 또는 산화아연이며, 또한 광촉매성을 나타내지 않는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 수지층에 함유되는 상기 입자를 구성하는 상기 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량% 이하인 재료는, 무알칼리 유리, 또는 SiO2 및 Al2O3의 적어도 한쪽을 주성분으로 하는 순도 99.9% 이상의 재료인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 수지층은 형광체 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 기판과, 그 기판 상에 나열하여 실장된 복수의 발광소자와, 상기 발광소자 상에 배치된, 상기 발광소자가 발하는 빛을 투과하는 수지를 기재로 하는 수지층과, 상기 수지층 위에 탑재된 판형상 부재를 가지며,
    상기 판형상 부재의 하면은 상기 복수의 발광소자의 상면을 합친 것보다 크고,
    상기 수지층은 상기 판형상 부재와 상기 발광소자 사이에 끼워져 상기 수지층의 두께를 결정하는 입자를 함유하며,
    상기 수지층은 상기 복수의 발광소자의 외주측 측면의 하단과 상기 판형상 부재의 하면을 연결하여 상기 발광소자의 외주측 측면 전체를 덮는 경사면을 형성하고, 상기 경사면은 직선상 또는 내측으로 볼록한 곡면이며,
    상기 경사면 및 상기 판형상 부재의 측면에 밀착하도록 반사재료층이 배치되고,
    상기 복수의 발광소자의 외주측 측면은 외주측 측면 전체가 상기 수지층에 덮임으로써 상기 반사재료층과의 사이가 떨어지며,
    상기 판형상 부재는 알칼리 금속산화물 함유량이 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 0.2 중량% 이하의 유리로 구성되고,
    상기 수지층에 함유되는 상기 입자는 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 알칼리 금속산화물 함유량이 0.2 중량% 이하인 재료로 구성되며,
    상기 반사재료층은 알칼리 금속산화물 함유량이 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 0.2 중량% 이하의 재료로 구성되는 반사성 필러가 수지 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 반사성 필러는 산화티탄 또는 산화아연이며, 또한 광촉매성을 나타내지 않는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 입자를 함유하는 미경화의 수지를 복수의 발광소자 및 판형상 부재 중 어느 하나 또는 양쪽 면상에 표면장력이 유지되는 양만큼 적하하는 공정,
    상기 입자를 함유하는 미경화의 수지를 매개로 발광소자와 판형상 부재를 포개어 겹치고, 상기 입자를 상기 판형상 부재와 상기 발광소자 사이에 끼워 상기 미경화의 수지 두께를 결정하면서, 상기 입자를 함유하는 미경화의 수지의 표면장력에 의해, 상기 발광소자의 저면과 상기 판형상 부재의 측면을 연결하여, 상기 발광소자의 측면 전체를 덮는 경사진 측면을 갖는 상기 미경화의 수지층을 형성한 후, 상기 수지층을 경화시키는 공정, 및
    상기 수지층 및 상기 판형상 부재의 측면 주위에, 상기 수지층 및 상기 판형상 부재의 측면에 밀착하도록 반사성 필러가 분산되어 있는 수지를 충전한 후, 경화시킴으로써 반사재료층을 형성하는 공정
    을 가지며,
    상기 판형상 부재는 알칼리 금속산화물 함유량이 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 0.2 중량% 이하의 유리로 구성되고,
    상기 수지층의 경사면은 상기 발광소자의 저면과 상기 판형상 부재의 하면을 연결하는 직선상 또는 내측으로 볼록한 곡면으로 이루어지는 경사면을 구비하며,
    상기 발광소자의 측면은 측면 전체가 상기 수지층에 덮임으로써 상기 반사재료층과의 사이가 떨어지고,
    상기 수지층의 상기 입자는 알칼리 금속산화물 함유량이 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 0.2 중량% 이하의 재료로 구성되며,
    상기 반사성 필러는 알칼리 금속산화물 함유량이 상기 수지층의 오일 블리드를 억제하는 양인 0.2 중량% 이하의 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  11. 삭제
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