KR20060044743A - 발광장치 및 조명장치 - Google Patents

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KR20060044743A
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Abstract

광 빼내기 효율, 색온도, 연색성이 뛰어남과 아울러, 발하는 광의 방사광 강도가 양호한 발광장치가 제공된다. 발광장치(1)는 발광소자(4)와 상면에 발광소자(4)를 탑재하기 위한 탑재부(2a)를 갖는 기체(2)와, 기체(2)의 상면에 탑재부(2a)를 둘러싸도록 부착되는 프레임체(3)와, 상기 프레임체(3)의 내측에 상기 발광소자(4)를 덮도록 형성되는 투광성 부재(5)와, 상기 투광성 부재(5)에 함유되어 상기 발광소자(4)에서 발하는 광을 파장변환하는 형광체(6)를 구비한다. 상기 투광성 부재(5)는 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs이다.

Description

발광장치 및 조명장치{LIGHT-EMITTING APPARATUS AND ILLUMINATING APPARATUS}
본 발명의 목적, 특색 및 이점은 하기의 상세한 설명과 도면에 의해 보다 명확해질 것이다.
도1은 본 발명의 제1의 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도2는 본 발명의 제2의 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도3은 본 발명의 제3의 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도4는 본 발명의 제4의 실시형태의 조명장치를 나타내는 상면도이다.
도5는 도4의 조명장치의 단면도이다.
도6은 본 발명의 제5의 실시형태의 조명장치를 나타내는 상면도이다.
도7은 도6의 조명장치의 단면도이다.
도8은 종래의 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도9는 종래의 다른 발광장치를 나타내는 단면도이다.
본 발명은 발광 다이오드 등의 발광소자로부터 발생되는 광을 형광체에서 파 장변환해서 외부에 방사하는 발광장치 및 조명장치에 관한 것이다.
도8은 종래의 발광 다이오드(LED) 등의 발광소자(104)로부터 발광되는 근자외광 또는 청색광 등의 광을 적색, 녹색, 청색, 황색 등의 광으로 변환하는 형광체(106)에 의해 임의인 색을 발광하는 발광장치(101)를 나타내는 단면도이다. 도8에 있어서 발광장치(101)는 상면의 중앙부에 발광소자(104)를 탑재하기 위한 탑재부(102a)를 갖고, 탑재부(102a) 및 그 주변으로부터 발광장치(101)의 내외를 전기적으로 도통접속하는 리드단자 및 메탈라이즈 배선 등으로 이루어지는 배선도체(도시 생략)가 형성된 절연체로 이루어진 기체(102)와, 기체(102)의 상면에 접착고정 되어, 상측 개구가 하측 개구보다 큰 관통구멍이 형성되어 있음과 아울러, 관통구멍을 규정하는 그 내주면이 발광소자(104)로부터 발광되는 광을 반사하는 반사면으로 되어 있는 프레임체(103)와, 프레임체(103)의 내측에 충전되는 발광소자(104)의 광을 장파장 변환하는 형광체(106)가 함유된 투광성 부재(105)와, 탑재부(102a)에 탑재 고정된 발광소자(104)로 주로 구성되어 있다.
도9는 종래의 다른 발광 다이오드(LED) 등의 발광소자(114)로부터 발광되는 근자외광 또는 청색광 등의 광을 적색, 녹색, 청색, 황색 등의 광으로 변환하는 2종류의 형광체(116a,116b)에 의해 임의인 색을 발광하는 발광장치(111)를 나타내는단면도이다. 도9에 있어서 발광장치(111)는 상면의 중앙부에 발광소자(114)를 탑재하기 위한 탑재부(112a)를 갖고, 탑재부(112a) 및 그 주변으로부터 발광장치(111)의 내외를 전기적으로 도통접속하는 리드 단자 및 메탈라이즈 배선 등으로 이루어 지는 배선도체(도시 생략)가 형성된 절연체로 이루어진 기체(112)와, 기체(112)의 상면에 접착 고정되어, 상측 개구가 하측 개구보다 큰 관통구멍이 형성됨과 아울러, 관통구멍을 규정하는 그 내주면(113a)이 발광소자(114)로부터 발광되는 광을 반사하는 반사면으로 되어 있는 프레임체(113)와, 프레임체(113)의 내측에 충전되는, 발광소자(114)의 광을 장파장 변환하는 형광체(116a,116b)가 함유된 투광성 부재(115)와, 탑재부(112a)에 탑재 고정된 발광소자(114)로 주로 구성되어 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 2종류의 형광체(116a,116b)를 총칭해서 단순히 형광체(116)라고 칭할 경우가 있다.
기체(102,112)는 산화 알루미늄 질소결체(산화 알미늄 세라믹스), 질화 알루미늄 질소결체, 뮬라이트 질소결체 혹은 유리 세라믹스 등의 세라믹스, 또는 에폭시 수지 등의 수지로 이루어진다. 기체(102,112)가 세라믹스로 이루어질 경우, 그 상면에 배선도체(도시 생략)가 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)-Mn 등으로 이루어지는 금속 페이스트를 고온에서 소성해서 형성된다. 또한, 기체(102,112)가 수지로 이루어질 경우, 구리(Cu)나 철(Fe)-니켈(Ni)합금 등으로 이루어지는 리드 단자가 몰드 성형되어서 기체(102,112)의 내부에 설치 고정된다.
또, 프레임체(103,113)는 상측 개구가 하측 개구보다 큰 관통구멍이 형성되는 동시에, 관통구멍을 규정하는 프레임체(103,113)의 내주면(103a,113a)에 광을 반사하는 반사면이 형성되는 프레임상으로 되어 있다. 구체적으로는, 프레임체(103,113)는 알루미늄(Al) 혹은 Fe-Ni-코발트(Co)합금 등의 금속, 산화 알미늄 세라믹스 등의 세라믹스 또는 에폭시 수지 등의 수지로 이루어지고, 절삭가공, 금형 성형 또는 압출성형 등의 성형 기술에 의해 형성된다.
또한, 프레임체(103,113)의 내주면(103a,113a)은, 연마해서 평탄화함으로써,혹은, 프레임체(103,113)의 내주면(103a,113a)에 Al 등의 금속을 증착법이나 도금법에 의해 피착함으로써 형성된다. 그리고, 프레임체(103,113)는 납땜, 은(Ag)페이스트 등의 납재 또는 수지접착재 등의 접합재에 의해, 탑재부(102a,112a)를 프레임체(103,113)의 내주면(103a,113a)에서 둘러싸도록 기체(102,112)의 상면에 접합된다.
발광소자(104,114)는 예를 들면, 액상 성장법 또는 MOCVD법 등에 의해, 예를 들면 사파이어 기판 상에 갈륨(Ga)-알루미늄(Al)-질소(N), 아연(Zn)-유황(S), Zn-셀레늄(Se), 규소(Si)-탄소(C), Ga-인(P), Ga-Al-비소(As), Al-인듐(In)-Ga-P, In-Ga-N, Ga-N, Al-In-Ga-N 등의 반도체를 발광층으로서 형성시킨 발광 다이오드(LED)등을 사용할 수 있다. 반도체의 구조로서는, MIS접합 또는 pn접합을 갖은 호모구조, 헤테로 구조 혹은 더블 헤테로 구성의 것을 들 수 있다. 발광소자(104,114)는 반도체층의 재료 및 그 혼정도 의해, 발광 파장을 자외광으로부터 적외광까지 각종 선택을 할 수 있다.
형광체(106,116)는 발광소자(104,114)로부터 방출된 발광 파장인 가시광 또는 자외광에서 여기되어, 다른 장파장으로 변환하기 위한 것이다. 따라서, 발광소자(104,114)에 사용되는 발광층으로부터 발광되는 발광파장 및 발광장치(101,111)로부터 방출되는 소망의 광에 따라서 각종의 것이 이용된다. 특히, 발광소자(104,114)가 발광한 광과, 발광소자(104,114)로부터의 광에 의해 여기되어 형광을 발하는 형광체(106,116)로부터의 광이 보색관계에 있을 때 백색계의 광을 발광시킬 수 있다. 이러한, 형광체(106,116)로서, 세륨(Ce)으로 부활된 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가닛계 형광체, 페리렌계 유도체, Cu나 Al에서 부활된 유화 아연 카드뮴, 망간(Mn)으로 부활된 산화 마그네슘, 망간(Mn)으로 부활된 티타늄 등 각종의 것을 들 수 있다. 이들의 형광체(106,116)는, 1종류로 사용해도 좋고, 2종류 이상 혼합해서 사용해도 좋다.
형광체(106,116)는 일반적으로 분체이기 때문에, 형광체(106,116) 단독으로는 발광소자(104,114)를 덮는 것이 곤란하다. 따라서, 수지 등의 투광성 부재(105,115) 중에 형광체(106,116)를 혼합하고, 발광소자(104,114)를 덮도록 하고, 열경화에 의해 형광체(106,116)가 혼합된 투광성 부재(105,115)를 경화하는 것이 일반적이다. 예를 들면, 이들의 형광체(106,116)를 에폭시 수지 또는 실리콘 수지등으로 이루어지는 투광성 부재(105,115)에 함유시켜, 발광소자(104,114)의 상부를 피복하도록 형광체(106,116)를 함유한 투광성 부재(105,115)를 프레임체(103,113)의 내측에 충전해서 열경화시킴으로써 형광체층으로 이루어진다.
또, 도8에 있어서, 투광성 부재(105)에 함유된 형광체(106)로서, 적, 청, 녹의 3원색의 형광체(106)의 혼합비율을 조정함으로써, 색온도를 자유롭게 설계할 수 있다. 예를 들면, 적은 La2O2S:Eu(Eu 도프 La2O2S)의 형광체(106), 녹은 ZnS:Cu, Al의 형광체(106), 청은 (BaMgAl)10O12:Eu의 형광체(106)가 이용된다.
그리고, 발광소자(104,114)를 납땜 또는 Ag페이스트 등의 도전성을 갖는 접 착제(도시 생략)로 탑재부(102a,112a)에 실장하고, 탑재부(102a,112a)의 주변에 배치한 배선도체(도시 생략)와 발광소자(104,114)를 본딩 와이어(도시 생략)를 개재해서 전기적으로 접속한 후, 형광체(106,116)를 함유하는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등의 투광성 부재(105,115)를 디스펜서 등의 주입기로 발광소자(104,114)를 덮도록 프레임체(103,113)의 내측에 충전해서 오븐으로 열경화시킴으로써, 발광소자(104,114)로부터의 광을 형광체(106,116)에 의해 장파장 변환해 소망의 파장 스펙트럼을 갖는 광을 빼낼 수 있는 발광장치(101,111)로 할 수 있다.
관련 기술로서, 일본 특허공개 2003-234513호 공보, 일본 특허공개 2003-298116호 공보 및 일본 특허공개 2002-314142호 공보가 있다.
도8에 나타내는 종래의 발광장치에 있어서는, 투광성 부재(105)에 형광체(106)를 함유시킨 후, 투광성 부재(105)를 프레임체(103)의 내측에 충전해서 열경화시킬 때, 형광체(106)가 투광성 부재(105)의 하측에 침강함과 아울러, 형광체(106)가 발광소자(104)의 표면을 피복한다. 그 결과, 발광소자(104)의 광이 형광체(106)에 의해 갇혀져서 광빼내기 효율(발광소자(104)의 발광층으로부터 발생하는 광을 외부에 빼내는 효율)이 저하함과 아울러, 침강한 형광체(106)가 층상으로 퇴적함으로써, 상층부의 형광체(106)가 하층부에서 파장변환된 광의 전파를 방해하고, 발광장치의 방사광 강도가 저하된다는 문제점을 갖고 있다.
또, 투광성 부재(105)를 프레임체(103)의 내측에 충전한 후에 열경화시킬 때에 투광성 부재(105)에 혼입한 공기가 보이드가 되고, 발광소자(104)의 광이 보이드에 흡수되어서 방사광 강도가 저하하거나, 보이드에서 광이 차단되어서 형광체 (106)에 균일하게 광이 닿지 않게 되고, 얼룩이 생기거나, 소망의 색온도나 연색성을 얻을 수 없다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 도9에 나타내는 종래의 발광장치(111)에 있어서, 비중이 큰 형광체(116a)는 투광성 부재(115)의 하측에 편중되고, 비중이 작은 형광체(116b)는 비중이 큰 형광체(116a)의 상측 또는 투광성 부재(115)의 상측에 편중되기 쉬워진다. 그 결과, 2종류 이상의 형광체(116) 중 발광소자(114)로부터의 여기광이 많이 조사되는 것과 조사되기 어려운 것이 존재해서 색온도가 어긋나게 된다. 그 때문에, 색온도를 제어하는 것이 곤란하다는 문제를 갖고 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 완성된 것이며, 그 목적은 방사광 강도가 높고, 발광장치로부터 출사되는 광의 얼룩을 억제함과 아울러 안정된 연색성, 색온도를 갖고, 또한 복수의 형광체를 사용할 경우라도, 복수의 형광체에 의해 소망의 색온도를 안정되게 방사하는 것이 가능한 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 발광소자와
상면에 상기 발광소자를 탑재하기 위한 탑재부를 갖는 기체와,
상기 기체의 상면에 상기 탑재부를 둘러싸도록 부착된 프레임체와,
상기 프레임체의 내측에 상기 발광소자를 덮도록 형성된 투광성 부재와,
상기 투광성 부재에 함유되어, 상기 발광소자로부터 발하는 광을 파장변환하는 형광체를 구비하고,
상기 투광성 부재는, 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs인 것을 특징 으로 하는 발광장치이다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 형광체는 밀도가 3.8g/cm3 내지7.3g/cm3인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 형광체는 복수종류의 것으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 형광체는 가장 비중이 큰 것과 가장 비중의 작은 것의 비중차이가 3.5이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 형광체를 함유하는 투광성 부재로 이루어지는 형광체층의 두께가 0.3∼1.5mm임과 아울러, 상기 형광체의 체적이 상기 투광성 부재의 체적의 1/24∼1/6배인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 형광체의 평균 입경이 1∼50㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 발광소자는 450㎚ 이하로 피크파장을 갖는 광을 발하고, 상기 투광성 부재는 실리콘 수지 또는 불소수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 발광소자를 탑재하기 위한 설치부를 갖는 기체의 상면에, 상기 탑재부를 둘러싸도록 프레임체를 부착하는 공정과,
상기 탑재부에 상기 발광소자를 탑재하는 공정과,
형광체를 투광성 부재로서, 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 5OPaㆍs인 투광 성 부재에 균일하게 혼입시킨 후, 상기 프레임체의 내측에 상기 발광소자의 표면을 덮어서 배치하고나서 10분 이내에 상기 투광성 부재를 경화시키는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법이다.
본 발명은, 상술의 발광장치를 소정의 배치가 되도록 설치한 것을 특징으로 하는 조명장치이다.
본 발명에 따르면, 발광장치는 발광소자와, 상면에 상기 발광소자를 탑재하기 위한 탑재부를 갖는 기체와, 기체의 상면에 탑재부를 둘러싸도록 부착된 프레임체와, 상기 프레임체의 내측에 상기 발광소자를 덮도록 형성되는 투광성 부재와, 상기 투광성 부재에 함유되어, 상기 발광소자로부터 발하는 광을 파장변환하는 형광체를 구비한다. 상기 투광성 부재는 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs이다. 또한, 상기 형광체는 밀도가 3.8g/cm3 내지 7.3g/cm3이다. 따라서, 투광성 부재를 프레임체의 내측에 충전해서 열경화시킬 때, 형광체의 침강과, 발광소자 표면에의 형광체에 의한 피복을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광소자의 광 빼내기 효율의 저하와, 형광체에 의한 광전파 손실을 억제하고, 발광장치의 방사광 강도를 향상시킬 수 있다.
또, 투광성 부재를 프레임체의 내측에 충전했을 때, 투광성 부재의 적당한 점도에 의해 투광성 부재중에 혼입된 공기를 양호하게 방출시킬 수 있고, 투광성 부재에 보이드가 생기는 것을 유효하게 억제할 수 있다. 그 결과, 방사광 강도를 향상할 수 있음과 아울러 얼룩이 생기는 경우도 없다. 또한, 소망의 색온도 및 연 색성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 형광체가 복수 종류의 것으로 이루어질 경우, 형광체의 비중이 달라도, 그들의 침강 및 부상을 억제할 수 있고, 형광체를 투광성 부재에 균일되게 분산시키서 함유할 수 있다. 또한, 투광성 부재를 프레임체의 내측에 충전할 때에, 기체와 프레임체와 발광소자의 간극, 및 투광성 부재 및 접합재(도시 생략) 내에 잔류하는 기포를 부력에 의해 용이하게 대기중으로 방출할 수 있다. 그 결과, 발광면 및 조사면에 있어서의 얼룩 및 조도분포의 편중이 억제됨과 아울러, 투광성 부재 내에 있어서의 광산란이 억제된 조명특성이 뛰어난 발광장치를 제작할 수 있다.
본 발명에 따르면, 형광체는 가장 비중이 큰 것과 가장 비중이 작은 것의 비중차이가 3.5 이하라고 할 경우, 형광체의 비중차이에 의해 발생하는 투광성 부재내에서의 형광체의 부상속도 및 침강속도의 차이가 작아져, 투광성 부재 내에 있어서의 형광체의 편중을 보다 유효하게 방지할 수 있다. 그 결과, 형광체를 투광성 부재에 균일하게 분산시킬 수 있고, 안정된 색특성을 갖는 발광장치를 제작할 수 있다.
본 발명을 따르면, 형광체를 함유하는 투광성 부재로 이루어지는 형광체층의 두께가 0.3 내지 1.5mm임과 아울러, 형광체의 체적이 투광성 부재의 체적의 1/24~1/6배이기 때문에, 형광체층 내에서의 난반사 및 투광성 부재의 형광체 밀도의 증대에 의한 전파손실의 증대, 및 형광소자의 광에 의해 여기되는 형광체의 감소에 의해, 발광장치의 광출력의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 형광체의 평균입경은 1~50㎛이다. 입경이 50㎛보다 큰 경우, 투광성 부재에 있어서 형광체로부터 발생시킨 형광이 형광체에 차단되는 비율이 크게되어 광의 진행이 방해된다. 그 결과, 형광이 발광장치의 외부에 방출되기 어렵게 되고, 발광강도가 저하되기 쉬워진다. 또한, 입경이 1㎛보다 작은 경우, 투광성 부재내를 전파하는 발광소자로부터의 광이 형광체에 흡수되는 확률이 작아지며, 형광체 끼리의 간극을 빠져 나와서 파장변환되지 않고 외부로 방출되기 쉬워 진다. 그 결과, 출력광의 색편차가 크게 되는 경향이 있기 때문에, 형광체의 평균입경이 1~50㎛라고 한정함으로써 발광강도의 저하나 출력광의 색편차가 크게되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광소자는 450㎚ 이하로 피크 파장을 갖는 광을 발하고, 투광성 부재는 실리콘 수지 또는 불소수지로 이루어지기 때문에, 발광소자의 에너지가 높은 단파장의 광에 의한 투광성 부재의 투과율의 열화, 발광소자와 기체의 접착강도의 열화, 및 기체와 프레임체의 접착강도의 열화를 유효하게 억제할 수 있음과 아울러, 형광체에 의해 백색광 또는 청색 등의 각종 색의 광으로 변환가능해 진다.
본 발명에 따르면, 발광장치의 제조방법은, 발광소자를 탑재하기 위한 탑재부를 갖는 기체의 상면에, 상기 탑재부를 둘러싸도록 프레임체를 부착하는 공정과, 상기 탑재부에 발광소자를 탑재하는 공정과, 형광체를 투광성 부재로서, 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs인 투광성 부재에 균일하게 혼입시킨 후, 상기 프레임체의 내측에 상기 발광소자의 표면을 덮어서 배치하고 나서 10분 이내에 상기 투 광성 부재를 경화시키는 공정을 구비하고 있다. 따라서, 형광체가 투광성 부재의 하측에 침강하는 일 없이 균일하게 확산시켜서 경화시킬 수 있다. 그 결과, 발광장치로부터 출사된 광의 얼룩을 억제함과 아울러 안정된 연색성, 색온도를 갖는 발광장치를 제작할 수 있다.
본 발명에 따르면, 조명장치는 상술의 발광장치를 소정의 배치가 되도록 설치하고 있다. 이러한 조명장치는 반도체로 이루어지는 발광소자의 전자의 재결합에 의한 발광을 이용하고 있기 때문에, 종래의 방전을 사용한 조명장치보다 저소비 전력 또한 장수명으로 하는 것이 가능한 소형의 조명장치로 할 수 있다. 그 결과, 발광소자로부터 발생하는 광의 중심파장의 변동을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정된 방사광 강도 또한 방사광 각도(배광분포)로 광을 조사할 수 있음과 아울러, 조사면에 있어서의 얼룩이 및 조도분포의 편중이 억제된 조명장치로 할 수 있다.
또, 본 발명의 발광장치를 광원으로서 소정의 배치로 설치함과 아울러, 이들의 발광장치의 주위에 임의인 형상으로 광학설계한 반사치구, 광학렌즈 및 광확산판 등을 설치함으로써, 임의인 배광분포의 광을 방사하는 조명장치로 할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 적절한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 발광장치에 대해서 이하에 상세하게 설명한다. 도1은 본 발명의 제1의 실시형태의 발광장치(1)를 나타내는 단면도이다. 발광장치(1)는 기체(2)와, 프레임체(3)와, 발광소자(4)와, 투광성 부재(5)와, 형광체(6)를 포함한다. 이렇게하여, 발광소자(3)를 수납한 발광장치(1)가 구성된다.
기체(2)는 상면에 발광소자(4)를 탑재하기 위한 탑재부(2a)를 갖는다. 프레 임체(3)는 기체(2)의 상면에 탑재부(2a)를 둘러싸도록 부착되어, 내주면이 발광소자(4)로부터 발광되는 광을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 발광소자(4)는 탑재부(2a)에 탑재된다. 투광성 부재(5)에는 발광소자(4)가 발광하는 광을 파장변환하는 형광체(6)가 함유된다.
기체(2)는 산화 알루미늄 질소결체, 질화 알루미늄 질소결체, 뮬라이트 질소결체, 혹은 유리 세라믹스 등의 세라믹스, 또는, 에폭시 수지나 액정 폴리머 등의 수지로 이루어지는 절연체이며, 그 상면에 형성된 탑재부(2a)에 탑재하는 발광소자(4)의 지지부재가 된다.
또, 기체(2)의 표면 및 내부에는, 발광장치(1)의 내외를 전기적으로 도통접속하기 위한 W, Mo, Mn 등의 금속분말로 이루어지는 메탈라이즈 배선층(도시 생략)이 형성되어 있다. 기체(2)의 상면의 탑재부(2a)에 노출된 메탈라이즈 배선층에 발광소자(4)의 전극이 Au-Sn 공정 납땜 등의 접합재 또는 본딩 와이어 등으로 전기적으로 접합되어, 기체(2)의 하면 등의 외면에 노출된 메탈라이즈 배선층에 Cu, Fe-Ni합금 등의 금속으로 이루어지는 리드 단자(도시 생략)가 접합된다.
기체(2)가 세라믹스로 이루어질 경우, 그 상면에 배선도체(도시 생략)가 W, Mo-Mn등 으로 이루어지는 금속 페이스트를 고온에서 소성해서 형성된다. 또한, 기체(2)가 수지로 이루어질 경우 , Cu 또는 Fe-Ni합금 등으로 이루어지는 리드 단자가 몰드 성형되어서 기체(2)의 내부에 설치 고정된다. 그리고, 프레임체(3)가 기체(2)상면에 탑재부(2a)를 둘러싸도록, 납땜, Ag페이스트 등의 납재 또는 에폭시 수지등의 수지 접착재 등에 의해 접합된다.
또한, 메탈라이즈 배선층의 노출되는 표면에 Ni 및 금(Au) 등의 내식성이 뛰어난 금속을 1∼20㎛ 정도의 두께로 피착시켜 놓는 것이 좋다. 이것에 의해, 메탈라이즈 배선층이 산화부식하는 것을 유효하게 방지할 수 있음과 아울러, 메탈라이즈 배선층과 발광소자(4)의 접속 및 메탈라이즈 배선층과 본딩 와이어의 접속을 강고하게 할 수 있다. 따라서, 메탈라이즈 배선층의 노출 표면에는, 두께1∼10㎛ 정도의 Ni도금층과 두께 0.1∼3㎛ 정도의 Au도금층이 전해 도금법이나 무전해 도금법에 의해 순차 피착되어 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 기체(2)는 그 상면에 탑재부(2a)에 탑재된 발광소자(4)를 둘러싸도록프레임체(3)가, 납땜, 졸겔 유리 혹은 저융점 유리 등의 무기접착제, 또는 에폭시 수지 등의 유기접착제로 부착된다. 또한, 내구성이 필요할 경우는 무기접착제쪽이 바람직하다.
이 프레임체(3)는 발광소자(4)의 측면으로부터 방사되는 광을 상방향으로 반사하기 때문에, 상측 개구가 하측 개구보다 큰 관통구멍이 형성됨과 아울러 관통구멍을 규정하는 프레임체(3)의 내주면(3a)에 광을 반사하는 반사면이 형성된 프레임상으로 하는 것이 좋다. 구체적으로는 프레임체(3)는 Al 혹은 Fe-N i-Co 합금 등의 금속, 산화 알미늄 세라믹스 등의 세라믹스, 또는 에폭시 수지 등의 수지로 이루어지고, 절삭가공, 금형성형, 또는 압출성형 등의 성형 기술에 의해 형성된다.
또, 프레임체(3)의 내주면은 프레임체(3)가 Al, Ag, Au, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), Cu 등의 고반사율의 금속으로 이루어질 경우, 프레임체(3)에 대하여 절삭가공 또는 금형성형 등을 행함과 아울러 전해연마 또는 화학연마 등의 표면 가공에 의해 평탄화된 반사면으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 프레임체(3)가 세라믹스 또는 수지 등의 절연체로 이루어질 경우(프레임체(3)가 금속의 경우도 포함하는), 도금 또는 증착 등에 의해 Al, Ag, Au, Pt, Ti, Cr, Cu 등의 고반사율의 금속박막을 형성함으로써 내주면을 형성해도 좋다. 또한, 내주면이 Ag 또는 Cu등의 산화에 의해 변색되기 쉬운 금속으로 이루어질 경우에는, 그 표면에 예를 들면, 두께 1∼10㎛ 정도의 Ni도금층과 두께 0.1∼3㎛ 정도의 Au 도금층이 전해 도금법 또는 무전해 도금법에 의해 순차 피착되어 있는 것이 좋다. 이것에 의해 내주면의 내부식성이 향상한다.
혹은, 내주면(3a)은 Ag나 Cu 등의 산화에 의해 변색되기 쉬운 금속으로 이루어진 경우에는, 그 표면에, 자외영역으로부터 가시광 영역에 걸쳐 투과율이 뛰어난저융점 유리, 졸겔 유리, 또는, 실리콘 수지 혹은 에폭시 수지를 피착하는 것이 좋다. 이것에 의해, 프레임체(3)의 내주면(3a)의 내부식성, 내약품성, 내후성을 향상할 수 있다.
또, 프레임체(3)의 내주면은, 그 표면의 산술평균 거칠기(Ra)가 0.004∼4㎛인 것이 좋다. 이것에 의해, 프레임체(3)가 발광소자(4)의 광을 양호하게 반사할 수 있다. Ra가 4㎛를 넘으면, 발광소자(4)의 광을 균일하게 반사시킬 수 없고, 프레임체(3)의 내부에서 난반사한다. 한편, 0.004㎛ 미만에서는, 그러한 면을 안정 또한 효율좋게 형성하는 것이 곤란해지는 경향이 있다.
발광소자(4)는 사파이어 등의 단결정 기판 상에 GaN, AlGaN, InGaN 등으로 구성되는 버퍼층, n형층, 발광층, p형층을 순차 적층된 질화물 반도체 등의 화합물 반도체로 이루어진다.
또, 발광소자(4)는 그 상면에 형성된 전극이 기체(2)의 상면에 형성된 배선도체에 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되던지, 또는 발광소자(4)의 하측에 형성된 전극이 기체(2)의 탑재부(2a)에 형성된 배선도체에 납땜 벰프 또는 도전성 페이스트 등의 도전성 접합제를 사용한 플립칩 본딩에 의해 전기적으로 접속된다. 그리고, 프레임체(3)의 내측에서 발광소자(4)를 피복한다, 발광소자(4)가 발광하는 광을 파장변환하는 형광체(6)를 함유한 투광성 부재(5)가 충전된다. 또한, 발광소자(4)는, 플립칩 본딩방식에 의해 접속하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 배선도체를 발광소자(4)의 바로 아래에 설치할 수 있기 때문에, 발광소자(4)의 주변의 기체(2)의 상면에 배선도체를 형성하기 위한 스페이스를 설치할 필요가 없어진다. 따라서, 발광소자(4)로부터 발광된 광이 이 기체(2)의 배선도체의 스페이스로 흡수되어서 방사광 강도가 저하하는 것을 유효하게 억제할 수 있다.
본 발명의 투광성 부재(5)는, 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs이며, 거기에 함유되는 형광체(6)는 밀도가 3.8g/cm3 내지 7.3g/cm3이다. 이것에 의해, 투광성 부재(5)를 프레임체(3)의 내측에 충전해서 열경화시킬 때, 형광체(6)의 침강과, 발광소자(4) 표면에의 형광체(6)에 의한 피복을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광소자(4)의 광빼내기 효율의 저하와, 형광체(6)에 의한 광전파 손실을 억제하고, 발광장치의 방사광 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 투광성 부재(5)를 프레임체(3)의 내측에 충전했을 때, 투광성 부재(5) 의 적당한 점도에 의해 투광성 부재(5) 중에 혼입된 공기를 양호하게 방출시킬 수 있고, 투광성 부재(5)에 보이드가 생기는 것을 유효하게 억제할 수 있다. 그 결과, 방사광 강도를 향상할 수 있음과 아울러 얼룩이 생길 일도 없다. 또한, 소망의 색온도 및 연색성을 얻을 수 있다.
또한, 투광성 부재(5)의 경화 전의 점도가, 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs이며, 형광체(6)의 밀도가 3.8g/cm3 미만의 경우, 투광성 부재(5) 내에 있어서의 형광체(6)의 침강속도가 늦어지고, 투광성 부재(5) 내에서 형광체(6)를 균일하게 분산시키는 시간이 길어짐과 아울러 곤란하게 되기 쉽다. 그 결과, 투광성 부재(5)의 부위에 의해 형광체(6)의 밀도가 다르므로, 형광체(6)에 의해 파장변환된 형광이 방사되는 발광면의 얼룩 및 조도분포의 편중이 생기기 쉬워진다.
또, 투광성 부재(5)의 경화 전의 점도가, 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs이며, 형광체(6)의 밀도가 7.3g/cm3를 초과할 경우, 투광성 부재(5)에 형광체(6)를 균등하게 분산해도, 형광체(6)의 밀도가 크기 때문에 침강속도가 커지고, 투광성 부재(5)를 경화시키는 전에 형광체(6)가 침강한 층상으로 퇴적되기 쉬워져, 형광체(6)가 발광소자(4)의 표면을 치밀하게 피복하는 경향이 있다. 그 결과, 형광체(6)에 의해 발광소자(4)의 광이 형광체(6)의 내부에 갇히기 쉬워져서 외부 양자효율이 열화하거나, 하층부에 위치하는 형광체(6)로 파장변환된 광의 전파를 상층부의 형광체(6)가 방해해서 발광장치의 방사광 강도가 열화되기 쉬워진다.
또한, 형광체(6)의 밀도가 3.8g/cm3 내지 7.3g/cm3이며, 투광성 부재(5)의 점 도가 50Paㆍs를 넘을 경우, 투광성 부재(5) 내에 있어서의 형광체(6)의 침강속도가 늦어지고, 투광성 부재(5) 내에서 형광체(6)를 균일하게 분산시키는 시간이 길어짐과 아울러 곤란하게 된다. 그 결과, 투광성 부재(5)의 부위에 의해 형광체(6)의 밀도가 다르므로, 형광체(6)에 의해 파장변환된 형광이 방사되는 발광면의 얼룩 및 조도분포의 편중이 발생되기 쉬워진다.
또, 형광체(6)의 밀도가 3.8g/cm3 내지 7.3g/cm3이며, 투광성 부재(5)의 경화전의 점도가 0.4Paㆍs 미만의 경우, 투광성 부재(5)의 점도가 작기 때문에 형광체(6)의 침강속도가 커지기 쉽다. 그 결과, 투광성 부재(5)에 형광체(6)를 균등하게 확산해도, 투광성 부재(5)를 경화시키는 전에 형광체(6)가 침강해 층상으로 퇴적하기 쉬워져, 형광체(6)가 발광소자(4)의 표면을 치밀하게 피복하는 경향이 있다. 그 결과, 형광체(6)에 의해 발광소자(4)의 광이 형광체(6)의 내부에 갇혀지기 쉬워져서 외부 양자효율이 열화하거나, 하층부에 위치하는 형광체(6)로 파장변환된 광의 전파를 상층부의 형광체(6)가 방해해서 발광장치의 방사광 강도가 열화되기 쉬워진다.
또, 투광성 부재(5)는, 밀도가 3.8g/cm3 내지 7.3g/cm3의 형광체(6)가 균일하게 혼입된 후, 프레임체(3)의 내측에 발광소자(4)의 표면을 덮어서 배치되고 나서 10분 이내로 경화되는 것이 좋다. 이것에 의해, 투광성 부재(5) 내의 형광체(6)의 침강을 억제할 수 있다. 그 결과, 투광성 부재(5)를 형광체(6)가 균등하게 분산되어 있는 상태로 경화할 수 있는 점에서, 얼룩 및 조도분포의 얼룩이 작고, 안정된 색온도 및 연색성을 갖는 조명특성이 뛰어나는 발광장치를 제작할 수 있다.
형광체(6)를 함유하는 투광성 부재(5)로 이루어지는 형광체층의 두께는 0.3내지 1.5mm인 것이 바람직하다. 형광체층의 두께가 0.3mm 미만일 때, 형광체(6)에서 파장변환되지 않고 발광소자의 외부에 출력되는 발광소자의 광이 증가한다. 즉, 발광소자의 광에 의해 여기되는 형광체가 감소하므로, 발광소자의 광출력이 저하한다. 형광체층의 두께가 1.5mm를 초과할 때, 형광체층 내에서의 광의 난반사에 의한 전파손실이 커지고, 발광장치의 광출력이 저하한다.
또, 형광체(6)의 체적은 투광성 부재(5)의 체적의 1/24∼1/6배인 것이 바람직하다. 형광체(6)의 체적이 투광성 부재(5)의 체적의 1/24배 미만일 때, 투광성 부재(5) 중의 형광체(6)의 밀도가 작아져, 형광체(6)의 파장변환 효율이 감소하고, 형광체(6)에 의해 파장변환되지 않고 발광장치의 외부에 투과하는 발광소자의 광이 증가한다. 즉, 형광체(6)로부터의 가시광의 양이 감소하고, 발광장치의 광출력이 저하한다. 형광체(6)의 체적이 투광성 부재(5)의 체적의 1/6배를 넘을 때, 투광성 부재(5) 중의 형광체(6)의 밀도가 커지기 때문에, 형광체(6) 자체가 광전파의 장해가 되어 전파손실이 증가한다. 따라서, 발광장치의 외부에 형광체(6)의 광이 효율좋게 출력되기 어려워 진다.
또한, 형광체의 평균입경은 1~50㎛인 것이 바람직하다. 입경이 50㎛보다 큰 경우, 투광성 부재 내에 있어서 형광체로부터 발생시킨 형광이 형광체에 차단되는 비율이 커져서 광의 진행이 방해된다. 그 결과, 형광이 발광장치의 외부에 방출되기 어려워 지고 발광강도가 저하되기 쉬워진다. 또한, 입경이 1㎛보다 작은 경우, 투광성 부재 내를 전파하는 광소자로부터의 광이 형광체에 흡수되는 확률이 작아지고, 형광체 끼리의 간극을 빠져나와 파장변환되지 않고 외부에 방출되기 쉬워진다. 그 결과, 출력광의 색편차가 크게 되는 경향이 있다.
또한, 형광체(6)를 균일하게 분산으로 시킨 투광성 부재(5)를 10분 이상 방치해서 경화시킬 경우, 형광체(6)가 투광성 부재(5) 내의 하측에 침강하기 쉬워진다. 그 결과, 침강한 형광체(6)가 발광소자(4)의 표면을 치밀하게 피복함으로써, 발광소자(4)의 광이 형광체(6)에 의해 갇혀져 외부 양자가 저하되기 쉬워짐과 아울러, 하층부에서 파장변환된 광의 전파를 상층부의 형광체(6)가 방해되기 때문에, 발광장치의 방사광 강도가 열화되기 쉬워진다.
또, 투광성 부재(5)는 발광소자(4)의 굴절율차가 작고, 자외선 영역에서 가시광 영역의 광에 대하여 투과율이 높은 것으로 이루어지는 것이 좋다. 예를 들면, 투광성 부재(5)는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 혹은 우레아 수지 등의 투명수지, 저융점 유리 또는 졸겔 유리 등으로 이루어진다. 이것에 의해, 발광소자(4)와 투광성 부재(5)의 굴절율차에 의해 광의 반사손실이 발생하는 것을 유효하게 억제함과 아울러, 발광장치(1)의 외부에 고효율로 소망의 방사강도 및 각도분포로 광을 출사하는 발광장치를 제조할 수 있다.
이렇게 하여, 본 발명의 발광장치(1)는 기체(2)의 탑재부(2a)에 발광소자(4)를 탑재함과 아울러, 발광소자(4)를 예를 들면, 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩 접합에 의해 배선도체에 전기적으로 도통시키고, 그 후, 프레임체(3)의 내측에서 발광소자(4)를 피복하도록 형광체(6)를 함유한 투광성 부재(5)를 충전해 경화시키는 것에 의해 제작된다. 이렇게 해서, 발광소자(4)의 광을 형광체(6)에 의해 파장변환하여 소망의 파장 스펙트럼을 갖는 광을 빼낼 수 있는 발광장치가 된다.
도2는 본 발명의 제2의 실시형태의 발광장치(1A)를 나타내는 단면도이다. 도2에 나타낸 바와 같이, 발광장치(1A)는, 형광체(6)를 함유한 투광성 부재(5)를 프레임체(3)에 충전하기 전에 투명부재(7)를 충전해 두고, 그 상면에 형광체(6)를 함유한 투광성 부재(5)를 충전하도록 구성해도 좋다. 이것에 의해, 발광소자(4)의 외부 양자 효율광을 보다 향상시킴과 아울러, 형광체(6)의 광변환 효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 발광장치의 방사광 강도를 향상시킴과 아울러, 발광면에 있어서의 얼룩 및 조도분포의 편광을 억제할 수 있다.
도3은 본 발명의 제3의 실시형태의 발광장치(1B)를 나타내는 단면도이다. 본실시형태의 발광장치(1B)는, 복수종류(본 실시형태에서는 2종류)의 형광체(6a,6b)가 사용되어 있는 점을 제외하고, 도1에 나타내는 제1의 실시형태의 발광장치(1)의 구성과 동일하다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 상술의 실시형태의 구성에 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 첨부하고, 설명을 생략한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 복수 종류의 형광체(6a,6b)를 총칭해서 단순히 형광체(6)로 칭할 경우가 있다.
본 실시형태의 발광장치(1B)에 있어서, 투광성 부재(5)의 경화 전의 점도를 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs의 범위로 하고, 형광체(6)가 복수종류의 것으로 이루어진다. 이것에 의해, 형광체(6)의 침강과 편중을 경감해서 형광체(6)를 투광성 부재(5)에 균일하게 분산시켜서 함유시킬 수 있다. 즉, 투광성 부재(5)의 경화 전의 점 도가 0.4Paㆍs 미만의 경우, 투광성 부재(5)의 점도에 대하여, 비중이 큰 형광체(6a)의 침강 속도가 비중이 작은 형광체(6b)의 침강 속도보다 커진다. 따라서, 형광체(6a,6b)를 투광성 부재(5)의 상측까지 균일하게 분산되게 한 상태로 유지하는 것이 어려워지고, 일정시간이 경과하면 형광체(6a)가 투광성 부재(5)의 하측에 침강하여 발광소자(4)의 표면을 피복하게 된다. 그 결과, 발광장치에서 방사되는 광의 색온도가 어긋나거나, 발광소자(4)의 광이 형광체(6)에 의해 갇혀져서, 발광소자(4)로부터 광을 빼내는 효율, 소위, 외부 양자효율이 현저하게 저하한다.
또, 투광성 부재(5)의 경화 전의 점도가 50Paㆍs를 넘을 경우, 투광성 부재(5)의 경화 전의 점도가 지나치게 크므로, 형광체(6aㆍ6b)를 투광성 부재(5)의 전체에 균일하게 분산시키는 것이 어렵게 된다. 이것과 함께, 투광성 부재(5)를 프레임체(3)의 내부에 충전할 때에, 기체(2)와 프레임체(3)와 발광소자(4)의 간극, 및 투광성 부재(5) 및 접합재(도시 생략) 내에 잔류하는 기포를 부력에 의해 대기중에 방출하는 것이 곤란해진다. 그 결과, 발광장치의 발광면이나 조사면에 있어서의 얼룩 및 조도분포에 편중이 생김과 아울러, 투광성 부재(5) 내의 기포에 의해 광산란이 생기고, 투광성 부재(5) 내에 있어서의 광손실이 증가해서 발광장치의 방사광 강도가 열화한다.
본 발명의 형광체(6)는 가장 비중이 큰 것(형광체(6a))과 가장 비중이 작은 것(형광체(6b))의 비중비를 3.5이하로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 형광체(6)의 비중차에 의해 발생하는 투광성 부재(5) 내에서의 형광체(6)의 부상속도 및 침강속도의 차가 작아져, 투광성 부재(5) 내에 있어서의 형광체(6)의 편중을 방지 할 수 있다. 즉, 형광체(6)의 가장 비중이 큰 것과 가장 비중이 작은 것의 비중비가 3.5을 초과할 경우, 복수의 비중이 다른 형광체(6)를 투광성 부재(5)에 분산시켜서 일정시간 유지할 때, 비중이 큰 형광체(6a)로부터 투광성 부재(5) 내에 층상으로 퇴적하기 쉬워진다. 그 결과, 발광소자(4)의 광이 하측으로 퇴적된 형광체(6a)에 의해 차단되어, 상측에 퇴적된 형광체(6a) 및 형광체(6b)를 여기하는 것이 곤란해지므로, 각각의 형광체(6)로부터 방사되는 광의 방사 강도의 균형에 어긋남이 발생되기 쉬워진다. 따라서, 발광장치는 소망하는 색온도로 광을 방사하는 것이 곤란해진다.
또한, 형광체(6)는 발광소자(4)의 광에서 여기되어 전자의 재결합에 의해 청색, 적색, 녹색 등으로 발광하고, 무기계, 유기계의 형광체(6)가 투광성 부재(5)에 함유된다. 이것에 의해, 형광체(6)를 임의인 비율로 배합함으로써, 소망의 발광 스펙트럼과 색을 갖는 광을 출력할 수 있다.
또, 발광장치(1B)는, 발광소자(4)는 450㎚ 이하로 피크 파장을 갖는 광을 발하고, 투광성 부재(5)는 실리콘 수지 또는 불소수지로 이루어지는 것이 좋다. 이것에 의해, 발광소자(4)의 에너지가 높은 단파장의 광에 의한 투광성 부재(5)의 투과율의 열화, 발광소자(4)와 기체(2)의 접착 강도의 열화, 및 기체(2)와 프레임체(3)의 접착강도의 열화를 유효하게 억제할 수 있음과 아울러, 형광체(6)에 의해 백색광이나 청색 등의 각종 색의 광으로 변환 가능해 진다.
또한, 형광체(6)의 비중은 3.3 내지 7.2인 것이 바람직하다. 형광체(6)의 비중이 3.3 미만일 때, 비중의 상한치를 갖는 형광체(6a)의 비중차가 지나치게 커져, 복수 종류의 형광체(6)를 투광성 부재(5) 중에 균일하게 분산시키는 것이 곤란하게 되기 때문에, 발광장치는 소망하는 파장 스펙트럼을 갖는 광을 출력할 수 없어진다. 형광체(6)의 비중이 7.2를 초과할 때, 투광성 부재(5)와 형광체(6)를 혼합시킬 때에, 비중이 큰 형광체(6a)가 순차 적층되어, 최하층의 형광체에 의한 파장변환 효율이 커지고, 한쪽 최상층의 형광체에 의한 파장변환 효율이 작아진다. 따라서, 발광장치로부터 출력되는 형광체로부터의 혼합광의 비율이 변동하고, 소망하는 파장 스펙트럼을 갖는 광을 출력할 수 없어진다. 또한, 투광성 재료 중의 형광체(6)의 밀도가 커지므로, 형광체(6) 자체가 광전파의 장해가 되고, 전파 손실이 증가한다. 따라서, 발광장치의 외부에 형광체의 광이 효율적으로 출력되기 어려워진다.
또, 본 발명의 발광장치(1,1A,1B)는 1개의 것을 소정의 배치가 되도록 설치함으로써, 또는 복수개를 예를 들면, 격자상이나 지그재그상, 방사상, 복수의 발광장치로 이루어지는 원상 또는 다각형상의 발광장치군을 동심상으로 복수군 형성한 것 등의 소정의 배치가 되도록 설치함으로써, 조명장치로 할 수 있다. 이것에 의해, 이러한 조명장치는 반도체로 이루어지는 발광소자(4)의 전자의 재결합에 의한 발광을 이용하고 있기 때문에, 종래의 방전을 사용한 조명장치보다 저소비 전력 또한 장수명으로 하는 것이 가능하며, 발열이 작은 소형의 조명장치로 할 수 있다. 그 결과, 발광소자(4)로부터 발생하는 광의 중심파장의 변동을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정된 방사광 강도 또한 방사광 각도(배광분포)로 광을 조사할 수 있음과 아울러, 조사면에 있어서의 얼룩 및 조도분포의 편중이 억제된 조명장치로 할 수 있다.
또, 본 발명의 발광장치(1,1A,1B)를 광원으로서 소정의 배치로 설치하는 동시에, 이들의 발광장치의 주위에 임의인 형상으로 광학설계한 반사치구, 광학렌즈,및 광확산판 등을 설치함으로써, 임의인 배광분포의 광을 방사할 수 있는 조명장치로 할 수 있다.
도4는 본 발명의 제4의 실시형태의 조명장치를 나타내는 상면도이다. 도5는 도4의 조명장치의 단면도이다. 예를 들면, 도4 및 도5에 나타내는 바와 같이, 복수개의 발광장치(1,1A,1B)가 직사각형상의 발광장치 구동회로기판(9)에 복수열로 배치되어, 발광장치(1,1A,1B) 주위에 임의인 형상으로 광학설계한 반사치구(8)가 설치되어서 이루어지는 조명장치의 경우, 인접하는 일렬상에 배치된 복수개의 발광장치(1,1A,1B)에 있어서, 인접하는 발광장치(1,1A,1B) 간격이 최단으로 이루어지지 않도록 배치, 소위 지그재그상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 발광장치(1,1A,1B)가 격자상으로 배치될시는, 광원이 되는 발광장치(1,1A,1B)가 직선상에 배열되는 것에 의해 글레어가 강해지고, 이러한 조명장치가 사람의 시각에 들어옴으로써, 불쾌감이나 눈의 장해를 일으키기 쉬워진다. 이에 대하여, 발광장치(1,1A,1B)가 지그재그상으로 배치됨으로써, 글레어가 억제되어 인간의 눈에 대한 불쾌감이나 눈에 미치는 장해를 저감할 수 있다. 또한, 인접하는 발광장치(1,1A,1B) 사이의 거리가 길어짐으로써, 인접하는 발광장치(1,1A,1B) 사이의 열적인 간섭이 유효하게 억제되어, 발광장치(1,1A,1B)가 실장된 발광장치 구동회로기판(9) 내에 있어서의 열의 틀어박힘이 억제되어, 발광장치(1,1A,1B)의 외부에 효율적으로 열이 방산된다. 그 결과, 사람의 눈에 대해서도 장해가 작은 장기간에 걸쳐 광학특성이 안정된 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.
도6은 본 발명의 제5의 실시형태의 조명장치를 나타내는 상면도이다. 도7은 도6의 조명장치의 단면도이다. 또한, 조명장치가 도6, 도7에 나타내는 바와 같이, 원형상의 발광장치 구동회로기판(9) 상에 복수의 발광장치(1,1A,1B)로 이루어지는 원상 또는 다각형상의 발광장치군을 동심상으로 복수군 형성한 조명장치의 경우, 하나의 원상 또는 다각형상의 발광장치군에 있어서의 발광장치(1,1A,1B)의 배치수를 조명장치의 중앙측보다 외주측일수록 많게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광장치(1,1A,1B) 끼리의 간격을 적당히 유지하면서 발광장치(1,1A,1B)를 보다 많은 배치할 수 있고, 조명장치 조도를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 조명장치의 중앙부의 발광장치(1,1A,1B)의 밀도를 낮게해서 발광장치 구동회로기판(9)의 중앙부에 있어서의 열의 틀어박힘을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광장치 구동회로기판(9) 내에 있어서의 온도분포가 같아지고, 조명장치를 설치한 외부전기 회로기판 및 히트 싱크에 효율적으로 열이 전달되어, 발광장치(1,1A,1B)의 온도상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치(1,1A,1B)는 장기간에 걸쳐 안정되게 동작할 수 있음과 아울러 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.
이러한 조명장치로서는, 예를 들면, 실내나 실외에서 이용되는 일반 조명용 기구, 샹들리에용 조명기구, 주택용 조명기구, 오피스용 조명기구, 가게장식, 전시용 조명기구, 가로용 조명기구, 유도등기구 및 신호장치, 무대 및 스튜디오용의 조명 기구, 광고등, 조명용폴, 수중 조명용 라이트, 스트로보용 라이트, 스포트라이트, 전주 등에 메워넣는 방범용 조명, 비상용 조명기구, 회중전등, 전광게시판 등 이나, 조광기, 자동점멸기, 디스플레이 등의 백라이트, 동화장치, 장식품, 조광식 스위치, 광센서, 의료용 라이트, 차재라이트 등을 들 수 있다.
실시예
본 발명의 발광장치(1)에 대해서 도1에 기초하여 이하에 실시예를 나타낸다.
[실시예 1]
우선, 기체(2)가 되는 재료로서 산화 알미늄 세라믹스 기판을 준비했다.
기체(2)는 세로3.5mm×가로3.5mm×두께0.5mm의 사각평판이며, 그 상면중앙부에 발광소자(4)가 탑재되는 탑재부(2a), 및 탑재부(2a)로부터 하면에 걸쳐서 W의 메탈라이즈로 이루어지는 배선도체를 갖는다.
또한, 프레임체(3)를 준비했다. 이 프레임체(3)는 외형의 직경이 3.5mm이며 높이가 1.5mm이며, 상측 개구의 지름이 3.3mm, 하측 개구의 직경이 0.5mm의 원주상으로 했다.
다음으로, 전극에 Au-Sn벰프가 형성된 두께0.08mm의 근자외광을 발하는 발광소자(4)를 이 Au-Sn 벰프를 개재해서 배선도체에 접합함과 아울러, 반사부재(2)를을 기체(1)의 상면의 외주부에 발광소자(4)를 둘러싸도록 수지 접착제로 접합했다.
다음으로, 적색발광, 녹색발광, 청색발광을 행하는 3종류의 형광체(6)를 함유하는, 경화 전의 점도가 1.7Paㆍs의 실리콘 수지(투광성 부재(5))를 디스펜서 에서 기체(2)와 프레임체(3)로 둘러싸여진 영역의 프레임체(3)의 내주면의 최상단까지 충전함으로써, 샘플로서의 발광장치를 제작했다.
또한, 형광체(6)의 밀도는, 적색형광체(La2O2S:Eu)가 5.8g/cm3, 녹색형광체(BaMgAl10O17:Eu)가 3.8g/cm3, 청색형광체(BaMgAl10O17:Eu,Mn)가 3.8g/cm3이다. 이들 3종류의 형광체(6)를 발광장치의 방사하는 광의 색온도가 6500K가 되도록 각각 배합하고, 투광성 부재(5)에 함유시켜서 균일하게 교반한 후, 프레임체(3)의 내측에 발광소자(4)를 피복하도록 투광성 부재(5)를 충전했다.
그리고, 투광성 부재(5)를 경화시킬때 까지 방치한 시간을 0분, 5분, 10분, 20분으로서 4종류의 발광장치를 제작하고, 이 때의, 방치시간과 발광장치의 색온도 및 연색성에 관한 데이터를 표1에 정리했다.
경화까지의 시간[분] 연색성 색온도[K]
0 63.07 6462
5 62.01 6370
10 61.8 6010
20 60.32 5220
표 1로부터, 투광성 부재(5)의 경화까지의 시간이 길어짐에 따라, 연색성이 저하하고, 색온도에 대해서도 목표값이 6000K에 달하지 않고 있는 것을 알았다. 이것은, 투광성 부재(5)를 경화시킬때 까지의 시간이 길어져 형광체(6)가 침강했기 때문에, 투광성 부재(5)에 있어서의 형광체(6)가 균일하지 않게 되고, 이 상태로 발광소자(4)로부터 발광하는 광을 파장변환하기 때문에 소망의 연색성, 색온도를 얻을 수 없었던 결과로 생각된다.
[실시예 2]
본 발명의 발광장치(1B)에 대해서 도3에 기초하여 이하에 실시예를 나타낸다.
실시예 2에서는, 발광장치(1B)에 있어서, 기체(2) 및 프레임체(3)의 구성에 대해서는 실시예 1과 같은 것을 사용했다.
또한, 형광체(6)의 밀도는, 실시예 1과 마찬가지로, 적색형광체(La2O2S:Eu)가 5.8g/cm3, 녹색형광체(BaMgAl10O17:Eu)가 3.8g/cm3, 청색형광체(BaMgAl10O17:Eu,Mn)가 3.8g/cm3이다. 이들 3종류의 형광체(6)를 발광장치(1)로부터 출사되는 광의 색온도가 6500K가 되도록 각각 배합했다.
투광성 부재(5)는 경화 전의 점도가 0.3, 0.4, 1.3, 10, 50, 55Paㆍs인 실리콘 수지를 사용하고, 이 실리콘 수지에 적색발광, 녹색발광, 청색발광을 행하는 3종류의 형광체(6)를 함유하고, 교반해서 형광체(6)를 균일하게 한 후, 프레임체(3)의 내부에서 발광소자(4)를 피복하도록 투광성 부재(5)를 충전하고, 5분간 방치후 경화시켰다.
이와 같이 제작된 발광장치(1B)에 대해서, 각각의 실리콘 수지의 경화 전의 점도에 대한 색온도, 연색성에 대한 평가 결과를 표2에 나타낸다.
수지점도[Paㆍs] 연색성 색온도[K]
55* 85.23 7220
50 88.1 6922
10 86.59 6562
1.3 86.28 6253
0.4 84.17 6009
0.3* 81.73 5809
*표시는 본 발명의 범위외 이다.
표2에서 이번의 색온도의 목표값인 6500K에 대하여, 실리콘 수지의 경화 전의 점도가 0.3Paㆍs인 발광장치(1B)의 경우, 목표값인 6500K에 대하여 10%를 넘는 오차를 갖는 색온도의 어긋남이 발생했다. 또한, 실리콘 수지의 경화 전의 점도가 55Paㆍs인 발광장치(1B)의 경우, 실리콘 수지의 경화 전의 점도가 크다는 점에서, 형광체(6)를 실리콘 수지 중에 균일하게 분산시킬 수 없고, 형광체(6)의 편중이 생겨서 색온도가 목표값인 6500K에 대하여 10%를 넘는 오차를 갖는 색온도의 어긋남 생겼다.
이에 대하여 실리콘 수지의 효과 전의 점도가 0.4 내지 50Paㆍs 인 본 발명의 발광장치(1)는 색온도의 오차가 10% 이내이며 뛰어나다는 것을 알았다.
[실시예 3]
실시예 3에서는 발광장치에 있어서, 기체(2) 및 프레임체(3)의 구성에 대해서는 실시예1과 같은 것을 사용했다.
형광체(6)의 밀도는 적색형광체(La2O2S:Eu)가 5.8g/cm3, 녹색형광체((BaMgAl)10O12:Eu,Mn)가 3.8g/cm3, 청색형광체((Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6O12:Eu)이며, 이들의 3종류의 형광체(6)를 혼합했다.
투광성 부재(5)는 경화 전의 점도가 1.7 Paㆍs의 실리콘 수지를 사용하고, 미경화의 상태로 진공 탈포기에 의해 진공 탈포했다. 진공 탈포된 실리콘 수지에, 내부에 소망의 가시광을 출력할 수 있도록 혼합한 형광체(6)를, 형광체의 체적이 실리콘 수지의 체적의 1/30배, 1/24배, 1/18배, 1/15배, 1/12배, 1/6배, 1/5배가 되도록, 각각 혼합했다. 즉, 진공 탈포된 실리콘 수지에 형광체를, 형광체와 실리콘 수지의 체적비율(형광체:실리콘 수지)로, 1:30, 1:24, 1:18, 1:15, 1:12, 1:6, 1:5가 되도록, 각각 혼합했다. 다음으로, 형광체(6)를 함유한 실리콘 수지를 진공 탈포기에 의해, 각각 교반ㆍ진공 탈포했다.
이들의 형광체를 함유한 미경화의 실리콘 수지를 평활한 유리판 상에 두께 0.8mm로 도포하고, 150℃에서 10분간의 가열에 의해 경화하고, 판상으로 각각 형성했다. 이들의 경화한 판상의 실리콘 수지를 유리판으로부터 벗겨내고, 이 판상의 실리콘 수지를 벨트 펀치 등의 펀치로 소망의 형상으로 각각 형성해서 형광체층을 형성했다. 이들의 형광체층을 발광소자(4)의 상측에서 또한, 프레임체(3)의 개구부를 덮도록 각각 배치했다. 이렇게 하여, 발광소자(4)의 광에 의해 여기된 형광체(6)로부터의 광을 혼색해서 소망의 가시광을 출력할 수 있는 발광장치를 제작했다.
이렇게 하여, 제작된 발광장치를 작동시켜 적분구에 의해 발광장치로부터의 전 광속을 측정함과 아울러, 색도좌표를 구했다. 또한, 각 발광장치에 있어서 여기광원은 동일한 것을 사용했다. 결과를 표3에 나타낸다.
형광체:실리콘수지 (체적비율) 전광속[1m] 극대값과 비율[%]
1:5＊ 2.29 0.776
1:6 2.52 0.854
1:12 2.81 0.953
1:15 2.95 1
1:18 2.79 0.946
1:24 2.46 0.834
1:30＊ 2.16 0.732
＊표시는 본 발명의 범위 외이다.
표 3에서, 상기 형광체를 함유하는 투광성 부재로 이루어지는 형광체층의 두께가 0.3∼1.5mm임과 아울러, 상기 형광체의 체적이 상기 투광성 부재의 체적의 1/24∼1/6배인 것에 의해, 발광소자로부터의 광이 형광체에 의해 효율좋게 파장변환되어, 발광장치의 외부에 형광체에 의해 파장변환된 가시광이 효율적으로 출력되는 것을 알았다.
또한, 본 발명은 상기의 실시의 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 각종 변경을 행하는 것은 하등의 지장은 없다. 예를 들면, 프레임체(3)의 상면에 발광소자(4)로부터 출사되는 광을 임의로 집광하고, 또 확산시키는 광학렌즈 또는 평판상의 투광성의 덮개체를, 납땜 또는 수지 접착제 등으로 접합함으로써, 소망하는 방사각도로 광을 빼낼 수 있음과 아울러, 발광장치(1,1A,1B)의 내부에의 내침수성이 개선되어 장기 신뢰성이 향상된다. 또한, 프레임체(3)의 내주면(3a)은, 그 단면형상이 평탄(직선상)이어도 좋고, 또한, 원호상(곡선상)이어도 좋다. 원호상으로 할 경우, 발광소자(4)의 광을 모조리 반사시켜서 지향성이 높은 광을 외부로 균일하게 방사할 수 있다.
또, 본 발명의 조명장치는 복수개의 발광장치(1,1A,1B)를 소정의 배치가 되도록 설치할 뿐만 아니라, 1개의 발광장치(1,1A,1B)를 소정의 배치가 되도록 설치한 것이라도 좋다.
본 발명은, 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다른 여러가지인 형태로 실시할 수 있다. 따라서, 전술의 실시형태는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 나타내는 것으로서, 명세서본문에는 하등의 구속도 되지 않는다. 또한, 특허청구의 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위내의 것이다.
본 발명의 효과는 방사광 강도가 높고, 발광장치로부터 출사되는 광의 얼룩을 억제함과 아울러 안정된 연색성, 색온도를 갖고, 또한 복수의 형광체를 사용할 경우라도, 복수의 형광체에 의해 소망의 색온도를 안정되게 방사하는 것이 가능한 발광장치를 제공하는 것이다.

Claims (9)

  1. 발광소자;
    상면에 상기 발광소자를 탑재하기 위한 탑재부를 갖는 기체;
    상기 기체의 상면에 상기 탑재부를 둘러싸도록 부착된 프레임체;
    상기 프레임체의 내측에 상기 발광소자를 덮도록 형성되는 투광성 부재; 및
    상기 투광성 부재에 함유되어, 상기 발광소자로부터 발하는 광을 파장변환하는 형광체를 구비하고,
    상기 투광성 부재는 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 형광체는, 밀도가 3.8g/cm3 내지 7.3g/cm3인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 형광체는 복수 종류의 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 형광체는 가장 비중이 큰 것과 가장 비중이 작은 것의 비중비가 3.5 이하인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 형광체를 함유하는 투광성 부재로 이루어지는 형광체층의 두께가 0.3∼1.5mm임과 아울러, 상기 형광체의 체적이 상기 투광성 부재의 체적의 1/24∼1/6배인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 형광체의 평균 입경이 1∼50㎛인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 발광소자는 450㎚ 이하로 피크 파장을 갖는 광을 발하고, 상기 투광성 부재는 실리콘 수지 또는 불소수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 발광소자를 탑재하기 위한 탑재부를 갖는 기체의 상면에, 상기 탑재부를 둘러싸도록 프레임체를 부착하는 공정;
    상기 탑재부에 발광소자를 탑재하는 공정; 및
    형광체를 투광성 부재로서, 경화 전의 점도가 0.4Paㆍs 내지 50Paㆍs인 투광성 부재에 균일하게 혼입시킨 후, 상기 프레임체의 내측에 상기 발광소자의 표면을 덮어서 배치하고 나서 10분 이내에 상기 투광성 부재를 경화시키는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  9. 제 1항에 기재된 발광장치를 소정의 배치가 되도록 설치한 것을 특징으로 하는 조명장치.
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