KR102535690B1 - 발광 장치 - Google Patents

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유타 오카
나미 아베
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 휘도의 향상, 휘도 불균일의 저감 등을 실현할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결 수단] 반도체층을 포함하는 적층 구조체와, 해당 적층 구조체에 접속된 한 쌍의 전극을 구비하고, 상면을 광 취출면으로 하는 복수의 발광 소자, 상기 발광 소자의 상기 광 취출면에 대향하는 하면과, 해당 하면의 반대측 면인 상면을 갖는 복수의 투광 부재 및 상기 발광 소자의 측면 및 상기 투광 부재의 측면을 일체적으로 피복하는 피복 부재를 구비하는 발광 장치이며, 상기 투광 부재는, 상기 상면의 면적이 상기 하면의 면적보다도 작고, 상기 복수의 투광 부재는, 그것들의 상면의 집합체에 의해 형성되는 발광부를 구비하고, 해당 발광부의 외측 모서리가, 정사각형 또는 원형인 발광 장치이다.

Description

발광 장치 {LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 장치에 관한 것이다.
종래부터, 전자 기기 등에 있어서 다양한 광원이 사용되고 있고, 근년, 발광 소자와 파장 변환 물질을 조합한 발광 다이오드를 사용한 광원 장치가 이용되고 있다.
이러한 광원 장치에서는, 그 용도에 따라서, 예를 들어 카메라 플래시의 광원으로서 이용되는 경우에는, 복수의 광원 장치의 혼색에 의해 백색광이 재현되지만, 균일한 높은 휘도 등이 요구된다(예를 들어, 미국 특허 제8163580호 등 참조).
그러나, 복수의 발광 장치를 배열할 경우에는, 실장 정밀도를 확보하기 위해서, 발광 장치 사이에 어느 정도의 간격을 필요로 한다는 점에서, 발광 장치 사이에서의 휘도가 충분히 얻어지지 않고, 휘도 불균일이 발생하는 경우가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 휘도의 향상, 휘도 불균일의 저감을 실현할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 형태는, 이하의 구성을 포함한다.
반도체층을 포함하는 적층 구조체와, 해당 적층 구조체에 접속된 한 쌍의 전극을 구비하고, 상면을 광 취출면으로 하는 복수의 발광 소자,
상기 발광 소자의 상기 광 취출면에 대향하는 하면과, 해당 하면의 반대측 면인 상면을 갖는 복수의 투광 부재, 및
상기 발광 소자의 측면 및 상기 투광 부재의 측면을 일체적으로 피복하는 피복 부재를 구비하는 발광 장치이며,
상기 투광 부재는, 상기 상면의 면적이 상기 하면의 면적보다도 작고,
상기 복수의 투광 부재의 상면의 집합체에 의해 형성되는 발광부의 외측 모서리가, 정사각형 또는 원형인 것을 특징으로 하는, 발광 장치.
본 발명의 발광 장치에 의하면, 휘도의 향상, 휘도 불균일의 저감을 실현할 수 있다.
도 1a는 실시 형태 1의 발광 장치의 개략 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A'선 단면도이다.
도 1c는 실시 형태 1의 발광 장치의 개략 하면도이다.
도 1d는 실시 형태 1의 발광 장치의 상측 경사방향으로부터의 개략 사시도이다.
도 1e는 실시 형태 1의 발광 장치의 하측 경사 방향으로부터의 개략 사시도이다.
도 2a는 실시 형태 2의 발광 장치의 개략 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 B-B'선 단면도이다.
도 3은 실시 형태 3의 발광 장치의 개략 평면도이다.
도 4a는 실시 형태의 발광 장치의 개략 저면도의 일례이다.
도 4b는 실시 형태의 발광 장치의 개략 저면도의 일례이다.
도 5a는 실시 형태의 발광 장치에 사용되는 투광 부재의 단면도의 일례이다.
도 5b는 실시 형태의 발광 장치에 사용되는 투광 부재의 단면도의 일례이다.
도 5c는 실시 형태의 발광 장치에 사용되는 투광 부재의 단면도의 일례이다.
도 5d는 실시 형태의 발광 장치에 사용되는 투광 부재의 단면도의 일례이다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 발광 장치의 피복 부재의 변형예를 도시하는 개략 단면도이다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 필요에 따라서 특정한 방향이나 위치를 나타내는 용어(예를 들어, 「상」, 「하」, 「좌」, 「우」 및 그러한 용어를 포함하는 다른 용어)를 사용한다. 그러한 용어의 사용은 도면을 참조한 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서이며, 그러한 용어에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 복수의 도면에 나타나는 동일 부호의 부분은 동일한 부분 또는 부재를 나타낸다.
본 발명의 일 실시 형태의 발광 장치(10)는, 예를 들어 도 1a 내지 도 1e에 도시되는 바와 같이, 발광 소자(11)와, 투광 부재(12)와, 피복 부재(13)를 구비한다.
이 발광 장치(10)에 있어서는, 특히, 복수의 투광 부재(12)는 그것들의 상면(12a)의 집합체에 의해 형성되는 발광부를 구비하고, 그 발광부의 외측 모서리(도 1a 중, 점선으로 둘러싸진 부분: X1)가 정사각형 또는 원형이다.
이와 같은 구성에 의해, 복수의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 있어서, 개개의 발광 소자 사이의 갭에 기인하는, 휘도 불균일 등을 유효하게 방지할 수 있고, 휘도도 향상시킬 수 있다. 또한, 광 취출면측에서 본 발광 장치의 외관 또는 미관을 향상시킬 수 있다.
(발광 소자(11))
발광 소자(11)로서는, 예를 들어 발광 다이오드 등의 반도체 발광 소자를 사용할 수 있다. 발광 소자는, 반도체층을 포함하는 적층 구조체를 갖는다. 이 적층 구조체는, 사파이어 기판, 적층 구조체로부터의 발광을 투과하는 반도체 재료(예를 들어, 질화물계 반도체 재료) 등의 투광성 성장 기판을 구비하는 것이어도 되고, 성장 기판을 박리하여, 반도체층이 노출되어 있는 것이어도 된다. 적층 구조체는, 예를 들어 n형 반도체층, 발광층(활성층) 및 p형 반도체층 등의 복수의 반도체층을 포함한다. 반도체층으로서는, 예를 들어 III-V족 화합물 반도체, II-VI족 화합물 반도체 등의 반도체 재료를 들 수 있다. 구체적으로는, InXAlYGa1-X-YN(0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 등의 질화물계의 반도체 재료를 사용할 수 있다.
발광 소자(11)는 적층 구조체에 접속된 한 쌍의 전극(11a, 11b)을 구비한다. 한 쌍의 전극(11a, 11b)은, 적층 구조체의 동일면측에 접속된 것이 바람직하지만, 다른 면에 접속된 것이어도 된다. 한 쌍의 전극(11a, 11b)은, 적층 구조체와, 전류-전압 특성이 직선 또는 대략 직선으로 되는 오믹 접속되는 것이라면, 단층 구조여도 되고, 적층 구조여도 된다. 이러한 전극은, 당해 분야에서 공지된 재료 및 구성으로, 임의의 두께로 형성할 수 있다. 예를 들어, 전극의 두께는, 수십 ㎛ 내지 300㎛가 바람직하다. 또한, 전극으로서는, 전기 양도체를 사용할 수 있는데, 예를 들어 Cu 등의 금속이 적합하다. 전극 형상은, 목적이나 용도 등에 따라, 다양한 형상을 선택할 수 있다. 발광 소자의 한 쌍의 전극은, 각각 동일한 형상이어도 되고, 다른 형상이어도 된다.
한 쌍의 전극이 적층 구조체의 동일면측에 배치되었을 경우, 적층 구조체의 전극이 배치되지 않은 면측을 발광 소자의 상면이라 하고, 적층 구조체의 전극 배치면을 하면이라 한다. 발광 소자의 상면이, 광 취출면으로 된다.
발광 소자(11)를, 발광 장치에 있어서, 복수 배열하는 경우, 예를 들어 4개를 배열하는 경우, 2열×2행으로, 도 1c에 도시되는 바와 같이, 열마다 동일한 극성의 전극(11a, 11b)이 배열되도록 배치하고, 한쪽 열과 다른 쪽 열에서, 극성이 대칭으로 되도록 배치해도 되고, 도 4a에 도시되는 바와 같이, 동일 열에 동일 극성의 전극(11a, 11b)이 배치되며, 또한 행에 있어서, 극성이 다른 전극(11a, 11b)이 교대로 배열되도록 배치해도 되고, 도 4b에 도시되는 바와 같이, 행 및 열에 있어서 인접하는 전극(11a, 11b)을 한 방향에 대하여 90도 회전시켜서, 배치해도 된다.
발광 소자의 파장은, 얻고자 하는 발광 장치의 특성에 따라서 적절히 결정할 수 있어, 예를 들어 400nm 내지 700nm의 범위를 들 수 있다. 발광 소자는, 하나의 발광 장치에 2개 사용해도 되지만, 4개 이상 사용하는 것이 바람직하고, 6개 사용해도 된다. 그 중에서도, 짝수개 사용하는 것이 바람직하고, 4개 또는 6개 사용하는 것이 보다 바람직하다.
발광 소자(11)는 상면에서 보아, 사각형, 육각형 등의 다각형, 원 또는 타원 등, 다양한 형상으로 할 수 있지만, 사각형인 것이 바람직하고, 정사각형 또는 대략 정사각형(긴 변 및 짧은 변의 차가 ±10％ 정도)인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본원 명세서에 있어서 「대략 정사각형」이라고 하는 용어는 같은 의미를 나타낸다. 또한, 하나의 발광 장치에 있어서, 복수의 발광 소자를 둘러싸는 그것들의 외측 모서리가, 사각형이 되도록 배치되는 것이 바람직하고, 정사각형 또는 대략 정사각형으로 배치되는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 평면으로 보아 직사각형의 2개의 발광 소자(11)를 사용하고, 짧은 변 방향으로 2개 배치하여 사용하는 것이 바람직하다. 평면으로 보아 정사각형의 4개의 발광 소자(11)를 사용하는 경우, 종횡으로 2개씩 배치하여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 배치에 의해, 광 취출면측에서 본 발광 장치의 외관 또는 미관을 향상시킬 수 있다.
(투광 부재(12))
투광 부재(12)는 발광 소자의 광 취출면측에 배치되어 있어, 발광 소자로부터 출사된 광을 투과하여 외부에 방출시키는 부재이다. 투광 부재(12)는 적어도 발광 소자의 광 취출면의 전체면을 피복하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투광 부재(12)는 발광 소자의 광 취출면과 동일 크기인 것이 바람직하지만, ±10％ 정도의 대소는 허용된다.
투광 부재(12)는 평면으로 보아, 사각형 등의 다각형, 원형 또는 타원형 등, 다양한 형상으로 할 수 있다. 그 중에서도, 정사각형 또는 대략 정사각형인 것이 바람직하다. 이에 의해, 광 취출면측에서 본 발광 장치, 특히, 후술하는 복수의 투광 부재에 의한 집합체의 외관 또는 미관을 향상시킬 수 있다.
투광 부재(12)는 발광 소자의 광 취출면에 대향하는 하면(12b)과, 이 하면(12b)의 반대측의 면인 상면(12a)을 갖는다.
투광 부재(12)는 상면(12a)의 면적이 하면(12b)의 면적보다도 작은 형상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상면(12a)을 향해, 투광 부재(12)의 내측으로 경사지는 측면을 갖고 있어도 되고, 2개의 부재가 적층된 단차가 있는 측면을 갖고 있어도 된다. 즉, 투광 부재(12)는 도 5a 등에 도시된 바와 같이, 측면에, 측방으로 돌출되는 볼록부(Z)를 갖는 것이 바람직하다. 이 볼록부(Z)는, 하면에 접하는 연직면 또는 경사면과, 이 연직면 또는 경사면에 접하고, 또한 투광 부재(12)의 상면(12a)에 평행한 면을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우 볼록부(Z)의 하면은, 투광 부재(12)의 하면(12b)과 단차가 없는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 측면에 볼록부를 갖는 것이 바람직하다. 볼록부는, 투광 부재(12)의 전체 측면에 걸쳐서 배치되어 있어도 되지만, 일부의 측면에만 배치되어 있어도 된다.
상면(12a)의 면적과 하면(12b)의 면적의 차는, 예를 들어 상면(12a)의 면적이 하면(12b)의 면적의 98％ 이하인 것이 바람직하고, 95％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 93％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 80％ 이상인 것이 바람직하고, 82％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 85％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 특히, 투광 부재(12)는 그 상면(12a)의 모서리가, 평면으로 보아, 발광 소자(11)의 외측 모서리와 일치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 투광 부재(12)는 그 하면(12b)의 모서리가, 평면으로 보아, 발광 소자(11)의 외측 모서리와 일치하는 것이어도 된다. 이에 의해, 광의 누설을 방지하고, 보다 한층, 상면(12a)로부터의 광의 취출 효율을 향상시켜, 휘도를 향상시킬 수도 있다.
투광 부재의 볼록부는, 투광 부재를 다이싱하여 개편화할 때에 다이싱 블레이드의 칼끝 각 및 날 폭을 적절히 선택함으로써 볼록부 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 다이싱 방법으로서 하프 다이싱에 의해서도 형성할 수 있다. 이러한 볼록부의 제조 방법에 의해, 도 5a에 도시된 바와 같이, 투광 부재(12) 전체가, 후술하는 바와 같이, 동일한 파장 변환 부재를 함유하는 일체적인 구성으로 할 수 있다.
상면(12a)의 형상은, 하면(12b)의 형상과 동일해도 되고, 즉, 상사여도 되고, 달라도 된다. 예를 들어, 하면(12b)이 평면으로 보아 정사각형일 경우, 상면은, 정사각형이어도 되고, 원형 또는 타원형 등이어도 되고, 부채형이어도 된다. 또한, 형상의 같고 다름에 관계 없이, 그것들의 중심 또는 무게 중심이 동일한 점이어도 되고, 그것들의 중심 또는 무게 중심이 겹치지 않아도 된다.
복수의 투광 부재에 있어서, 복수의 상하면의 형상은, 동일해도 되지만, 일부 또는 전부가 달라도 된다. 형상의 같고 다름에 관계없이, 상면의 면적은 모두가 동일한 것이 바람직하다. 이에 의해, 유효하게 휘도 불균일을 방지할 수 있다.
투광 부재(12)의 상면(12a)은 발광 장치에 있어서의 발광부를 구성한다. 즉, 상면(12a)으로부터만, 발광 소자로부터 출사된 광이 방출된다. 따라서, 발광 장치에 있어서, 복수의 투광 부재가, 그것들의 상면의 집합체에 의해 발광부를 구성한다. 그리고, 그 발광부의 외측 모서리는, 투광 부재의 상면(12a)의 형상에 따라, 다양한 형상을 채용할 수 있다. 그 중에서도, 상면의 집합체에 의한 발광부의 외측 모서리가 정사각형 또는 원형인 것이 바람직하다. 예를 들어, 4개의 발광 소자 및 투광 부재를 사용하여, 개개의 투광 부재의 상면 형상을 부채형으로 하여 그 부채 형상을 투광 부재의 1점으로 편재시키고, 4개를 조합하여 배치함으로써, 원형의 발광부를 얻을 수 있다. 마찬가지로, 4개의 발광 소자 및 투광 부재를 사용하여, 개개의 투광 부재의 상면의 형상을 정사각형으로 하고, 그 정사각 형상을 투광 부재의 1점으로 편재시켜, 4개를 조합하여 배치함으로써, 정사각형의 발광부를 얻을 수 있다. 이러한 형상으로 함으로써, 복수의 발광면을 근접시킬 수 있고, 발광부의 휘도의 향상, 휘도 불균일의 저감, 광 취출면에서의 투광 부재의 외관 또는 미관을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 투광 부재 사이는, 0.2mm 이상 간격을 두고 배치하는 것이 바람직하다. 간격을 일정 이상으로 함으로써, 특정한 발광 소자로부터 출사된 광이, 후술하는 피복 부재(13)를 통과하고, 그 특정한 발광 소자의 상면에 접속된 투광 부재 이외의 투광 부재에 입사하여 혼색되는 것을 방지할 수 있다. 투광 부재 사이의 간격은 넓은 편이 좋지만, 너무 넓으면 발광 장치의 크기가 커지기 때문에, 혼색을 방지할 정도의 간격을 두는 것이 바람직하다.
또한, 투광 부재(12)의 상하면(12a, 12b)은, 각각 요철이 있어도 되지만, 평탄한 것이 바람직하고, 상하면(12a, 12b)이 서로 평행한 것이 보다 바람직하다. 투광 부재(12)는 발광 소자(11)에 대하여 일대일로 배치되는 것이 바람직하다.
투광 부재(12)는 파장 변환 물질을 포함하고 있어도 된다. 파장 변환 물질은, 형광체의 단결정, 다결정 또는 형광체 분말의 소결체 등의 형광체 잉곳으로부터 잘라낸 것 등, 그 자체로 투광 부재를 구성하고 있어도 되지만, 결합제로서 투광성 수지를 포함하고 있어도 된다.
파장 변환 물질로서는, 예를 들어 발광 소자로부터의 발광으로 여기가능한 것을 들 수 있다. 예를 들어, 청색 발광 소자 또는 자외선 발광 소자로 여기가능한 파장 변환 물질로서는, 세륨으로 활성화된 이트륨·알루미늄·가닛계 형광체(YAG: Ce); 세륨으로 활성화된 루테튬·알루미늄·가닛계 형광체(LAG: Ce); 유로퓸 및/또는 크롬으로 활성화된 질소 함유 알루미노 규산 칼슘계 형광체(CaO-Al2O3-SiO2); 유로퓸으로 활성화된 실리케이트계 형광체((Sr, Ba)2SiO4); β 사이알론 형광체, CASN계 형광체, SCASN계 형광체 등의 질화물계 형광체; KSF계 형광체(K2SiF6: Mn); 황화물계 형광체, 양자 도트 형광체 등을 들 수 있다. 이들 파장 변환 물질과, 청색 발광 소자 또는 자외선 발광 소자와 조합함으로써, 다양한 색의 발광 장치(예를 들어 백색계의 발광 장치)를 제조할 수 있다.
또한, 투광 부재(12)는 실질적으로 파장 변환 물질을 포함하지 않아도 된다. 이 경우에는, 발광 소자로부터의 광을 파장 변환하지 않고, 그대로 투과시키게 된다. 예를 들어, 적, 청, 녹색을 각각 발광하는 발광 소자를 사용함으로써 이들의 혼색으로 백색광을 발광시키는 것이 가능하다.
또한, 투광 부재에는, 점도를 조정하는 등의 목적으로, 각종 필러 등을 함유시켜도 된다.
투광 부재(12)는 투광성인 한, 적층 구조이어도 된다. 예를 들어, 도 5b에 도시되는 바와 같이, 투광 부재(42)의 한쪽 층(42A)과 다른 쪽 층(42B)에 동일한 파장 변환 물질을 함유시켜, 크기가 다른 판상체를 적층하는 등의 적층 구조여도 된다. 한쪽 층(42A)과 다른 쪽 층(42B)의 두께는 상이해도 되고, 동일해도 된다. 또한, 예를 들어 도 5c에 도시되는 바와 같이, 투광 부재(52)의 한쪽 층(52A)과 다른 쪽 층(52B)에, 다른 파장 변환 물질을 함유하는 등의 적층 구조이어도 되고, 도 5d에 도시되는 바와 같이, 투광 부재(62)의 한쪽 층(62A)에 파장 변환 물질을 함유하고, 다른 쪽 층(62B)에, 파장 변환 물질을 함유하지 않고, 필러를 함유하는 등의 층이 적층된 것이어도 되고, 이러한 층의 복수가 교대로 적층된 것이어도 된다. 추가로, 하나의 발광 장치를 구성하는 복수의 투광 부재에 있어서, 그 하나 또는 복수에 있어서 다른 조성(종류 및/또는 양)의 파장 변환 부재를 함유시켜도 된다. 복수의 투광 부재(12)는 동일 수로 제1 투광 부재 및 제2 투광 부재의 두 군으로 나누고, 각각의 군에 있어서 동일한 조성, 서로의 군에 대하여 다른 조성의 파장 변환 부재를 함유시켜도 된다. 그 중에서도, 다른 발광색이 얻어지는 파장 변환 부재를 사용하는 것이 바람직하다.
투광성 재료로서는, 투광성 수지, 유리, 세라믹스 등이 사용될 수 있다. 특히, 투광성 수지가 바람직하고, 실리콘 수지, 실리콘 변성 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지, 폴리카르보네이트 수지, 아크릴 수지, 메틸펜텐 수지, 폴리노르보르넨 수지 등의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 특히, 내광성, 내열성이 우수한 실리콘 수지가 적합하다.
투광 부재(12)는 발광 소자(11)에 대하여 압착, 소결, 접착제에 의한 접착 등 공지된 방법에 의해 접속할 수 있다.
(피복 부재(13))
피복 부재(13)는 발광 소자(11)의 측면 및 투광 부재(12)의 측면을 일체적으로 피복하는 부재이다. 특히, 피복 부재(13)는 그 상면이, 투광 부재(12)의 상면(12a)과 단차가 없는 것이 바람직하다. 이에 의해, 각 발광 소자 및 각투광 부재의 측면을 향하는 광을 차단할 수 있기 때문에, 배광이 넓어지지 않고 선명성이 좋은 광 또는 휘도가 높은 광으로 할 수 있다. 또한, 배광의 확대를 억제할 수 있음으로써, 렌즈 또는 리플렉터 등의 광학 부품을 사용하는 경우에, 광학 부품도 작게 할 수 있다. 여기서, 선명성이 좋음이란, 발광부와 비발광부의 경계가 명확한 것을 의미하고, 발광 영역과 비발광 영역의 휘도 차가 급준할 수록, 선명성이 양호하다고 할 수 있다.
또한, 피복 부재(13)는 발광 소자(11)의 하면에 있어서, 한 쌍의 전극을 노출하고, 또한 발광 소자를 구성하는 적층 구조체의 하면을 피복하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광 소자(11)의 하면을 향하는 광의 일부를 반사시켜서 취출할 수 있다. 이 경우, 적층 구조체의 하면을 피복하는 피복 부재(13)의 표면과, 한 쌍의 전극 표면이 단차가 없는 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광 소자로부터의 광의 누설을 방지하고, 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
피복 부재(13)는 실리콘 수지, 실리콘 변성 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지를 주성분으로 하는 수지 부재가 바람직하고, 광 반사성 수지 부재로 하는 것이 보다 바람직하다. 광 반사성 수지란, 발광 소자로부터의 광에 대한 반사율이 70％ 이상인 수지 재료를 의미한다. 예를 들어, 백색 수지 등이 바람직하다. 피복 부재에 달한 광이 반사되어서, 발광 소자의 광 취출면을 향함으로써, 발광 장치의 광 취출 효율을 높일 수 있다.
광 반사성 수지로서는, 예를 들어 투광성 수지에, 광 반사성 물질을 분산시킨 것을 사용할 수 있다. 광 반사성 물질로서는, 예를 들어 산화 티타늄, 산화 규소, 산화 지르코늄, 티타늄산 칼륨, 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 멀라이트 등이 적합하다. 광 반사성 물질은, 입상, 섬유상, 박판편상 등을 이용할 수 있지만, 특히, 섬유상의 것은 피복 부재의 열팽창률을 저하시키는 효과도 기대할 수 있으므로 바람직하다.
피복 부재(13)는 광 반사성 물질 등의 함유량 및/또는 두께에 의해 광의 반사량, 투과량 등을 변동시킬 수 있다. 따라서, 얻고자 하는 발광 장치의 특성 등에 의해, 이들을 적절히 조정할 수 있다. 예를 들어, 광 반사성 물질의 함유량은, 피복 부재의 총 중량에 대하여 30wt％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그 두께는, 예를 들어 발광 장치의 외측에 배치되는 부위(도 1b 중의 M)는 50㎛ 내지 500㎛를 들 수 있고, 발광 소자 사이에 배치되는 부위(도 1b 중의 Q)는 100㎛ 내지 1000㎛를 들 수 있다. 또한, 투광 부재(12)의 상면 사이에 배치되는 부위(도 1b 중의 W)는 Q와 동일 정도, 즉 100㎛ 내지 1000㎛를 들 수 있다.
피복 부재(13)는, 예를 들어 사출 성형, 포팅 성형, 수지 인쇄법, 트랜스퍼 몰드법, 압축 성형, 입체 인쇄 등으로 성형할 수 있다.
또한, 예를 들어 도 6에 도시되는 바와 같이, 발광 장치(10)를 실장 기판(16)에 실장할 때에 발광 장치의 평면으로 보아, 피복 부재(13) 표면의 투광 부재(12)를 둘러싸는 영역에, 투광 부재(12)에 함유되는 파장 변환 부재와 동일 또는 닮은 색의 레지스트(15) 등을 입체 인쇄하거나 하여, 피복 부재(13)와 투광 부재(12)의 경계를 두드러지지 않게 해도 된다. 그 때에, 실장 기판(16)에 실장되는 기타의 전자 부품(17)의 표면이나, 실장 기판(16)의 표면을, 일체적으로 레지스트(15)로 피복해도 된다.
(금속층(14))
발광 장치는, 발광 소자(11)의 광 취출면과는 반대측의 면, 즉, 하면측에 있어서, 피복 부재(13)의 표면을 덮고, 한 쌍의 전극과 각각 접속되는 복수의 금속층(14)을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 복수의 발광 소자의 한쪽 극성의 복수의 전극이 제1 금속층(14a), 다른 쪽 극성의 복수의 전극이 제2 금속층(14b)에 접속되고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b)은 발광 소자의 전극과 접속되어 있기 때문에, 발광 장치의 외부 접속 단자로서 기능시킬 수 있다. 또한, 제1 금속층(14a) 및/또는 제2 금속층(14b)은 크기, 형상, 형성되는 위치 등에 따라, 위치 결정부로서도 기능시킬 수 있다.
금속층(14)은 발광 소자(11)의 전극과 동일한 면적 또는 그보다도 큰 면적인 것이 바람직하다. 또한, 제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b)은 각각 대략 동일한 크기 및 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 그 형상은, 정사각형, 직사각형 등의 사각형, 삼각형, 오각형, 육각형 등의 다각형, 그 일부가 결여된 형상, 그 일부가 둥그스름한 형상 등으로 할 수 있다.
또한, 제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b)은 좌우 대칭 형상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 극성을 나타내기 위해서, 한쪽 일부가 결여된 형상 등으로 해도 된다. 또한, 발광 소자의 전극 형상에 따라, 다양한 형상으로 할 수 있다.
제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b) 사이의 거리는, 발광 장치를 탑재하는 배선 기판 등과 접합될 때에 땜납 등의 접합 부재의 확대에 의해 쇼트되기 어려운 거리로 하는 것이 바람직하다. 그 거리는, 예를 들어 적어도 20㎛ 이상인 것 바람직하고, 50㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
금속층은, 전극보다도 내부식성 및 내산화성이 우수한 것으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 최표면의 층은 Au, Pt 등의 백금족 원소의 금속이 바람직하다. 또한, 금속층이 발광 장치의 납땜되는 면을 피복하는 것인 경우에는, 최표면에 납땜성이 양호한 Au를 사용하는 것이 바람직하다. 금속층은 단일 재료의 1층만으로 구성되어도 되고, 상이한 재료의 층이 적층되어서 구성되어 있어도 된다. 특히, 고융점의 금속층을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 Ru, Mo, Ta 등을 들 수 있다. 또한, 이들 고융점의 금속을, 발광 소자의 전극과 최표면 층 사이에 마련함으로써, 땜납에 포함되는 Sn이 전극이나 전극에 가까운 층으로 확산하는 것을 저감하는 것이 가능한 확산 방지층으로 할 수 있다. 이러한 확산 방지층을 구비한 금속층의 적층 구조의 예로서는, Ni/Ru/Au, Ti/Pt/Au 등을 들 수 있다. 또한, 확산 방지층(예를 들어 Ru)의 두께로서는, 1nm 내지 100nm를 들 수 있다.
금속층의 두께는, 다양하게 선택할 수 있다. 레이저 어블레이션이 선택적으로 일어날 정도로 할 수 있고, 예를 들어 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100nm 이하가 보다 바람직하다. 또한, 전극의 부식을 저감할 수 있는 두께, 예를 들어 5nm 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 금속층의 두께란, 금속층이 복수 층 적층되어서 구성되어 있는 경우에는, 복수 층의 합계의 두께를 말한다.
제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b)은 각각 하나씩 배치되어 있어도 되고, 예를 들어 제2 금속층(14b)이 적어도 2개로 분리되어 있어, 제1 금속층(14a)을 사이에 두는 위치에 배치되어 있어도 되고(예를 들어, 도 1c에 도시되는 바와 같은 전극(11a, 11b) 배치의 경우 등), 제1 금속층(14a)과 제2 금속층(14b)이 각각 2 이상, 교대로 배치되어 있어도 된다(예를 들어, 도 4a에 도시되는 바와 같은 전극(11a, 11b) 배치의 경우 등). 또한, 도 4b에 도시되는 바와 같은 전극(11a, 11b)의 배치 등에 따라, 적절히 형상 및 크기 등을 변경하는 것이 바람직하다.
금속층은, 스퍼터, 증착, 원자층 퇴적(Atomic Layer Deposition; ALD)법, 유기 금속 화학적 기상 성장(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)법, 플라스마 CVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)법, 대기압 플라스마 성막법, 도금 등에 의해 형성할 수 있다.
(보호 소자)
발광 장치는, 발광 소자(11) 이외에 보호 소자를 마련해도 된다. 보호 소자를 마련함으로써, 과대한 전압 인가에 의한 소자 파괴나 성능 열화로부터 보호할 수 있다. 보호 소자는 특별히 한정되는 것이 아니라, 공지의 어느 것이든 좋다. 보호 소자는, 차광 부재에 매설하여 배치하는 것이 바람직하다.
<실시 형태 1>
실시 형태 1에 관한 발광 장치(10)는 도 1a 내지 도 1e에 도시되는 바와 같이, 복수의 발광 소자(11)와, 복수의 투광 부재(12)와, 피복 부재(13)를 갖는다.
발광 소자(11)는 반도체층을 포함하는 적층 구조체와, 이 적층 구조체의 한 면에 접속된 한 쌍의 전극(11a, 11b)을 구비하고, 상면(12a), 즉, 한쌍의 전극(11a, 11b)이 배치되어 있지 않은 면을, 광 취출면으로 한다. 이 실시 형태에서는, 정사각형의 발광 소자(11)를 2열×2행으로, 4개 구비한다. 이 경우의 발광 소자 사이의 거리(도 1b 중, Q에 상당)는 600㎛이다.
투광 부재(12)는 발광 소자(11)의 광 취출면에 대향하는 정사각형의 하면(12b)과, 하면(12b)의 반대측의 면인 정사각형의 상면(12a)을 갖는다. 상면(12a) 및 하면(12b)은 서로 평행하고, 상하면(12a, 12b)은 동일 중심을 갖는다. 투광 부재(12)는 복수의 발광 소자(11) 각각에, 하나씩 배치되어 있다. 이 실시 형태에서는, 정사각형의 투광 부재(12)를 4개 구비한다.
투광 부재(12)의 상면(12a)의 외측 모서리는, 평면으로 보아, 발광 소자(11)의 외측 모서리와 일치하여 배치되어 있다.
투광 부재(12)는 파장 변환 물질과 투광성 수지, 예를 들어 실리콘 수지를 함유한다. 여기에서의 파장 변환 물질은, 예를 들어 종 또는 횡으로 배열되는 2개의 투광 부재(제1 투광 부재)에 대하여 황색 형광체 및 적색 형광체이며, 투광 부재(12)의 전체 중량에 대하여 30％ 내지 80％로 함유되어 있고, 종 또는 횡으로 배열되는 별도의 2개의 투광 부재(제2 투광 부재)에 대하여 황색 형광체이며, 투광 부재(12)의 전체 중량에 대하여 0.01％ 내지 80％로 함유되어 있다. 이에 의해, 제1 투광 부재로부터 발하는 백색광은, 제2 투광 부재로부터 발하는 백색보다도 색온도가 낮은 백색광을 나타내는 것으로 할 수 있다.
투광 부재(12)는 도 1b에 도시되는 바와 같이, 모든 투광 부재(12)에 있어서, 상면(12a)의 면적이 하면(12b)의 면적보다도 작다. 여기에서는, 약 20％ 작다. 이러한 면적 차를 구성하기 위해서, 투광 부재(12)는 도 1b 및 도 5a에 도시되는 바와 같이, 측면에, 측방으로 돌출되는 볼록부(Z)를 갖는다. 이 돌출되는 길이는, 예를 들어 20㎛ 내지 100㎛를 들 수 있다. 이 볼록부(Z)는, 하면(12b)에 접하는 연직면과, 그 연직면에 접하고, 또한 투광 부재(12)의 상면(12a)에 평행한 면을 갖는다. 인접하는 투광 부재(12)에 있어서의 볼록부(Z) 사이의 거리(도 1b중, S)는 500㎛이다.
도 1a에 도시되는 바와 같이, 복수의 투광 부재(12)는 그것들의 상면(12a)의 집합체에 의해 형성되는 발광부를 구비하고, 이 발광부의 외측 모서리(도 1a의 X1)는 정사각형이다.
피복 부재(13)는 발광 소자(11)의 측면과, 투광 부재(12)의 측면을 일체적으로 피복한다. 피복 부재(13)는 또한, 발광 소자(11)의 한 쌍 전극(11a, 11b)이 배치된 면에 있어서도, 한 쌍의 전극(11a, 11b)을 노출하도록 배치되어 있다. 피복 부재(13)의 상면은, 투광 부재(12)의 상면(12a)과 단차가 없다. 또한, 피복 부재(13)의 하면은, 전극(11a, 11b)의 하면과 단차가 없다.
피복 부재(13)는 광 반사성 물질과 투광성 수지를 함유한다. 투광성 수지는 실리콘 수지이며, 광 반사 물질은 산화티타늄이며, 피복 부재(13)의 전체 중량의 40％로 함유되어 있다.
이 실시 형태에서는, 피복 부재(13)의 발광 소자(11) 사이의 두께(Q)는 600㎛이며, 발광 소자(11)의 외측에 있어서의 두께(M)는 150㎛이다.
발광 장치(10)는 도 1c 및 도 1e에 도시되는 바와 같이, 발광 소자(11)의 하면측에 있어서, 피복 부재(13)의 표면을 덮고, 한 쌍의 전극(11a, 11b)과 각각 접속되고, 외부 단자로서 기능하는 복수의 금속층인 제1 금속층(14a), 제2 금속층(14b)을 갖는다. 예를 들어, 2개의 제1 금속층(14a)은 2개로 분리되어, 발광 장치(10)의 양측에 배치되어 있고, 제2 금속층(14b)을 그들 사이에 두도록 배치되어 있다. 제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b) 사이의 거리는, 발광 장치를 탑재하는 배선 기판 등과 접합할 때에 땜납 등의 접합 부재의 확대에 의해 쇼트되기 어려운 거리, 예를 들어 30㎛이다. 제1 금속층(14a)과 제2 금속층(14b)은, 각각, 발광 소자(11)가 동일 극성의 전극(11a, 11b)과, 각각 접속되어 있다. 이 실시 형태에서는, 제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b)은 각각 동일 정도의 크기이며, 발광 장치(10)의 한 변을 따라서 배치되어 있고, 각각 평면으로 보아 직사각형이다.
제1 금속층(14a) 및 제2 금속층(14b)은 발광 소자(11)의 전극(11a, 11b) 측으로부터, Ni/Ru/Au의 적층 구조로, 총 두께는 500Å이다.
이와 같이, 4개의 투광 부재 중 2개를 제1 투광 부재로 하고, 나머지 2개를 제2 투광 부재로 할 경우, 제1 투광 부재 및 제2 투광 부재가 각각 상이한 조성의 파장 변환 물질을 함유하고, 그것들의 상면의 집합체에 의해 형성되는 발광부를 구비하고, 발광부의 외측 모서리(X1)를 정사각형으로 함으로써, 복수의 발광 소자를 탑재하는 발광 장치에 있어서, 개개의 발광 소자 사이의 갭에 기인하는, 휘도 불균일 등을 유효하게 방지할 수 있고, 휘도도 향상시킬 수 있다. 또한, 광 취출면측에서 본 발광 장치의 외관 또는 미관을 향상시킬 수 있다.
<실시 형태 2>
실시 형태 2에 관한 발광 장치(20)는 도 2a 및 도 2b에 도시되는 바와 같이, 투광 부재(22)는 평면으로 보아, 정사각형이며, 상면(22a) 및 하면(22b)도, 평면으로 보아, 정사각형이며, 그것들의 면적의 차는, 실시 형태 1의 투광 부재와 마찬가지이지만, 상면(22a)의 중심이, 하면(22b)의 중심으로부터 시프트되어 있고, 상면(22a)의 정사각형의 2변이, 하면(22b)의 2변과 겹친 형상이다. 따라서, 볼록부(Z2)는, 평면으로 보아, 실질적으로 투광 부재(22)의 2변에 배치되어 있다.
이 투광 부재(22)는 상면(22a)과 하면(22b)의 일치된 2변 측을, 발광 장치(20)의 중심을 향하여 대향하도록 배치되어 있다. 이 경우의, 발광 소자(11) 사이의 거리(R)는, 100㎛이다.
따라서, 발광부의 외측 모서리(X2)는, 발광 소자(11)에 있어서의 광 취출면의 면적이 동일하지만, 더 작은 면적이 되고, 보다 휘도가 향상되고, 휘도 불균일이 방지된다.
이들 이외의 구성은, 실질적으로 실시 형태 1의 발광 장치(10)와 마찬가지의 구성이며, 실질적으로 마찬가지의 효과를 갖는다.
<실시 형태 3>
실시 형태 3에 따른 발광 장치(30)는 도 3에 도시되는 바와 같이, 투광 부재(32)는 평면으로 보아, 정사각형이며, 하면(32b)도, 평면으로 보아, 정사각형이지만, 상면(32a)이 부채형이다. 또한, 상하면(32a, 32b)의 면적의 차는, 실시 형태 1의 투광 부재와 마찬가지이지만, 상면(32a)의 부채형의 인접하는 직선형의 2변이, 하면(32b)의 2변과 겹친 형상이다. 따라서, 볼록부는, 평면으로 보아, 실질적으로 투광 부재(32)의 2변 이외의 부위에 배치되어 있다.
이 투광 부재(32)는 상면(32a)과 하면(32b)의 일치된 2변 측을, 발광 장치(30)의 중심을 향하여 대향하도록 배치되어 있다. 이 경우의, 발광 소자(11) 사이의 거리는, 100㎛이다.
따라서, 발광부의 외측 모서리(X3)는, 원형이며, 발광 소자(11)에 있어서의 광 취출면의 면적보다도 약간 작고, 보다 휘도가 향상되고, 휘도 불균일이 방지된다.
이들 이외의 구성은, 실질적으로 실시 형태 1 및 2의 발광 장치(10, 20)와 마찬가지의 구성이며, 실질적으로 마찬가지의 효과를 갖는다.
10, 20, 30: 발광 장치
11: 발광 소자
11a, 11b: 전극
12, 22, 32, 42, 52, 62: 투광 부재
12a, 22a, 32a: 상면
12b, 22b, 32b: 하면
13: 피복 부재
14: 금속층
14a: 제1 금속층
14b: 제2 금속층
15: 레지스트
16: 실장 기판
17: 전자 부품
42A, 42B, 52A, 52B, 62A, 62B: 층
X1, X2, X3: 외측 모서리
Z, Z2: 볼록부

Claims (16)

  1. 반도체층을 포함하는 적층 구조체와, 해당 적층 구조체에 접속된 한 쌍의 전극을 구비하고, 상면을 광 취출면으로 하는 복수의 발광 소자,
    상기 발광 소자의 상기 광 취출면에 대향하는 하면과, 해당 하면의 반대측 면인 상면을 갖는 복수의 투광 부재, 및
    상기 발광 소자의 측면 및 상기 투광 부재의 측면을 일체적으로 피복하는 피복 부재를 구비하는 발광 장치이며,
    상기 투광 부재는, 상기 상면의 면적이 상기 하면의 면적보다도 작고, 상기 측면에 측방으로 돌출되는 볼록부를 가지고, 상기 볼록부는, 상기 하면에 접하는 연직면과, 상기 연직면에 접하고 상기 투광 부재의 상면에 평행한 면을 가지며,
    상기 복수의 발광 소자는 복수의 행 및 복수의 열에 배치되고,
    상기 복수의 투광 부재는, 상기 복수의 발광 소자 각각에 배치되며 그것들의 상면의 집합체에 의해 형성되는 발광부를 구비하고, 해당 발광부의 외측 모서리가, 정사각형 또는 원형인 것을 특징으로 하는, 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    하나의 상기 투광 부재는, 그 상면의 형상이 부채형인, 발광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 투광 부재는, 파장 변환 물질을 함유하는, 발광 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 투광 부재는, 각각 상이한 조성의 파장 변환 물질을 함유하는 제1 투광 부재 및 제2 투광 부재인, 발광 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 투광 부재 및 상기 제2 투광 부재는, 그것들의 상면의 면적이 서로 동일한, 발광 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 투광 부재는, 실질적으로 파장 변환 물질을 함유하지 않는, 발광 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발광 장치는, 상기 광 취출면과는 반대측의 면에 있어서, 상기 피복 부재의 표면을 덮고, 상기 한 쌍의 전극과 각각 접속되는 제1 금속층 및 제2 금속층을 구비하는, 발광 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 적어도 2개로 분리되어 있고, 상기 제1 금속층을 사이에 두는 위치에 배치되어 있는, 발광 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투광 부재는, 그 상면이, 상기 피복 부재의 상면과 단차가 없는, 발광 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투광 부재는, 그 상면의 모서리가, 평면으로 보아, 상기 발광 소자의 외측 모서리와 일치하는, 발광 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투광 부재는, 그 하면의 모서리가, 평면으로 보아, 상기 발광 소자의 외측 모서리와 일치하는, 발광 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피복 부재는, 광 반사성 물질을 함유하는, 발광 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 투광 부재의 상면의 형상 및 하면의 형상은 서로 유사하고,또한 그것들의 중심 또는 무게 중심이 상이한, 발광 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 투광 부재의 상면의 형상 및 하면의 형상은 상이하고, 또한 그것들의 중심 또는 무게 중심이 상이한, 발광 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 투광 부재는 평면으로 보아, 발광 장치의 중심을 향하여 대향하는 상기 투광 부재의 상기 상면 및 상기 하면의 모서리의 일부가 상기 발광 소자의 외측 모서리와 일치하는, 발광 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 볼록부의 돌출 길이는 ２０μｍ 내지 １００μｍ 인, 발광 장치.
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