KR20070112411A - 반사 부재, 이것을 이용한 발광 장치 및 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사 부재(7)에 관한 것이다. 이 반사 부재(7)는 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층(61(7))을 갖고 있다. 반사층(61(7))은 기공률이 15~43%로 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 반사층(61(7))은 복수의 무기 입자를 그들의 일부에 있어서 일체화시킴으로써 형성되어 있다.
반사 부재, 발광 장치, 조명 장치

Description

반사 부재, 이것을 이용한 발광 장치 및 조명 장치{REFLECTIVE MEMBER, LIGHT-EMITTING DEVICE USING SAME AND ILLUMINATING DEVICE}
본 발명은 전자파 발생 요소로부터의 전자파를 원하는 방향으로 효율 좋게 반사시키기 위한 반사 부재, 그것을 이용한 발광 장치 및 조명 장치에 관한 것이다.
종래, 반사 부재로서는 도 14에 나타낸 것이 있다. 동 도면에 나타낸 반사 부재(90)는 예컨대 조명 기구용 반사판으로서 사용되는 것이고, 금속 기재(91)의 표면에 반사 도포막(92)을 형성한 것이다. 반사 도포막(92)은 투명 수지 모재(93)에 에어로 실리카겔 등의 입자(94)를 분산시킨 것이고, 모재(93)와 입자(94)의 굴절률 차에 기인하는 전반사를 이용하여 반사율을 향상시키도록 구성되어 있다(예컨대 특허문헌1 참조).
반사 부재(90)는 굴절률 차에 기인하는 전반사를 이용하는 것이기 때문에, 모재(93)에 사용하는 수지 재료의 광 흡수가 없는 파장 대역에서는 매우 높은 반사율을 나타낸다. 그 때문에, 일반 조명용 형광등 부재 등의 광이용율을 향상시킬 수 있다. 한편, 반사 부재(90)는 모재(93)에 수지를 이용하기 때문에 모재(93)의 수지가 흡수하는 파장 대역을 포함하는 광을 조사시킨 경우, 모재(93)가 열화해서 착색 된다는 문제를 갖고 있다.
한편, 반사 부재로서는 수지 분말을 압축 성형한 반사 재료(스펙트랄론(Spectralon))를 이용한 것도 있다(예컨대 특허문헌2 참조). 이러한 반사 재료는 가공성이 우수하고, 표준 반사판 혹은 적분구에 이용되고 있다. 이 반사 재료도 또한, 수지를 사용하고 있기 때문에, 수지가 흡수하는 파장 대역을 포함하는 광을 조사시킨 경우에 열화해서 착색된다는 문제를 갖고 있다.
이와 같이, 반사에 기여하는 부분의 주성분으로서 수지를 사용하는 경우, 사용되고 있는 수지가 흡수하는 파장 대역의 광을 조사하면 수지가 열화해서 착색된다. 그 결과, 수지를 이용한 반사 부재에서는 수지의 열화에 기인하여 반사율이 저하된다는 문제가 있다.
또한, 표시 장치나 조명 장치에 있어서는 점등 회로 등에 있어서도 열이 발생되기 때문에 그 열에 의해 수지의 열화ㆍ착색이 촉진되어 반사율의 저하를 조장한다는 문제점이 있었다. 따라서, 표시 장치나 조명 장치 등과 같이, 광원으로부터 광출사 빈도가 높은 장치에 있어서는 반사 부재의 재료로서 수지를 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 특히, 광원으로서 파장이 짧은 광(예컨대, 자외광, 근자외광, 또는 청색광)을 출사하는 LED나 LD를 사용하는 장치에 있어서는 광원으로부터 출사되는 광의 에너지가 크기 때문에 수지에 있어서의 광 흡수에 기인한 반사 부재의 열화, 즉 반사율의 저하가 발생되기 쉽다.
한편, 무기 입자를 소결시킨 세라믹스를 이용한 반사 부재도 제안되어 있다(예컨대 특허문헌3). 무기물은 일반적으로 유기물보다 결합 에너지가 크기 때문에 내광성이나 내열성이 우수하다. 그 때문에, 세라믹스를 이용한 반사 부재는 유기물인 수지를 사용하는 경우에 비해서 광 흡수에 기인하는 열화가 적다는 이점을 갖고 있다.
[특허문헌1] 일본 특허 공개 평11-29745호 공보
[특허문헌2] 미국 특허 제4912720호 명세서
[특허문헌3] 일본 특허 공개 2004-207678호 공보
그러나, 도 15에 나타낸 바와 같이, 세라믹스제의 반사 부재(95)는 반사에 기여하는 세라믹스 부분(96)이, 무기 입자를 소결시킴으로써 무기 입자를 서로 일체화시킨 형태를 가지므로 공극(97)이 거의 없고, 기공률이 0~1% 정도이다. 그 때문에, 반사 부재(95)에서는 입사광의 대부분은 표면(98)에 있어서 효율 좋게 반사되는 한편, 입사광의 일부가 반사 부재(95)의 내부에 진입한다. 이러한 내부로의 진입 광은 세라믹스 부분(96)의 내부에 가두어지고, 최종적으로는 세라믹스 부분(96)에서 흡수된다. 그 결과, 반사 부재(95)에서는 내부에 진입한 광을 반사시킬 수 없기 때문에 광 에너지가 감쇠하여 광 손실로 되고, 반사 효율이 비교적으로 낮다는 문제가 있다.
본 발명은 광 등의 파성분을 효율 좋게 반사시킬 수 있고, 또한 반사 특성의 열화가 억제된 반사 부재, 그것을 이용한 발광 장치 및 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서는, 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖고 있는 반사 부재가 제공된다.
상기 반사층은 예컨대 기공률이 15~43%로 된다. 상기 반사층은 예컨대 임시 소성 등에 의해 복수의 무기 입자를 서로 일부분에서 일체화시키고, 상기 복수의 무기 입자 사이에 공극을 형성함으로써 다공질로 형성된다. 상기 공극은 예컨대 기체에 의해, 또는 상기 무기 입자보다 굴절률이 낮은 투명 재료에 의해 채워져 있다.
본 발명의 반사 부재는 상기 반사층만으로 이루어지는 구성이어도 되지만 기재 상에 상기 반사층을 형성한 구성이어도 된다.
상기 무기 입자로서는 알루미나, 이트리아, 지르코니아 및 티타니아 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서는, 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖는 반사 부재의 제조 방법으로서, 복수의 무기 입자를 함유하는 무기 입자층 또는 무기 성형체를 형성하는 공정과, 임시 소성함으로써 상기 무기 입자층 또는 무기 입자 성형체를 다공질화하는 공정을 포함하고 있는 반사 부재의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 측면에 있어서는, 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖는 반사 부재의 제조 방법으로서, 복수의 무기 입자 및 바인더를 함유하는 피착 재료를 기재의 표면에 내뿜어서 상기 기재의 표면에 다공질층을 형성하는 피착 공정을 포함하고 있는 반사 부재의 제조 방법이 제공된다.
이 제조 방법에서는 또한, 가열에 의해 상기 다공질층에 있어서의 복수의 무기 입자를 일체화시킴과 아울러, 상기 바인더를 제거하는 가열 공정을 추가로 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 제 4 측면에 있어서는, 1개 또는 복수의 발광 요소와, 상기 발광 요소로부터 출사된 광을 반사시키기 위한 반사 부재를 구비한 발광 장치로서, 상기 반사 부재로서 본 발명의 제 1 측면에 따른 것을 사용하는 발광 장치가 제공된다.
본 발명의 발광 장치에 있어서는 반사 부재로서 발광 요소의 피크 파장에 대한 반사율이 95% 이상인 것이 사용된다.
상기 발광 요소로서는 예컨대 LED 칩 또는 LD 칩이 사용된다. 상기 발광 요소로서는 자외광, 근자외광, 또는 청색광을 출사하도록 구성된 것을 사용할 수도 있다.
본 발명의 제 5 측면에 있어서는, 1개 또는 복수의 발광 장치를 구비한 조명 장치로서, 상기 발광 장치로서 본 발명의 제 4 측면에 따른 것을 사용하는 조명 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 조명 장치로서는, 예컨대, 실내나 실외에서 사용되는 일반 조명용 기구, 샹들리에용 조명 기구, 주택용 조명 기구, 오피스용 조명 기구, 점포 인테리어/전시용 조명 기구, 가로용 조명 기구, 유도등 기구 및 신호 장치, 무대 및 스튜디오용 조명 기구, 광고등, 조명용 폴, 수중 조명용 라이트, 스트로보용 라이트, 스포트라이트, 전주 등에 매립하는 방범용 조명, 비상용 조명 기구, 손전등, 전광 게시판 등이나, 조광기, 자동 점멸기, 디스플레이 등의 백라이트, 동영상 장치, 장식품, 조광식 스위치, 광 센서, 의료용 라이트, 차량 탑재 라이트 등을 들 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명의 반사 부재는 예컨대 복수의 무기 입자를 서로 일부분에서 일체화시켜 무기 입자간에 공극을 형성하여 다공질로 형성된 반사층을 갖고 있는 것이므로, 광 등의 파성분을 반사 부재의 표면에서 반사시킬 뿐만 아니라, 반사 부재(반사층)의 내부에 진입한 파성분을 구멍의 내면과 공극의 계면에 있어서 전반사시키는 것이 가능해진다. 즉, 공기 등 기체나 무기 입자보다 굴절률이 낮은 투명 재료를 공극에 충전시킴으로써 구멍의 내면과 공극의 충전물 사이의 굴절률 차에 의해 그들 계면(반사면)에 있어서 입사한 파성분을 전반사시킬 수 있다. 또한, 반사층을 적절한 기공률의 다공질로 형성함으로써 반사층의 내부에 적절한 공극(구멍)이 형성되고, 반사 부재의 내부에 있어서의 반사면을 많이 확보할 수 있게 된다. 이것에 의해, 본 발명의 반사 부재에서는 반사 부재의 내부에 진입한 파성분을 효율 좋게 반사시킬 수 있게 된다. 그 결과, 반사 부재의 내부에 광 등의 파성분을 가두는 것을 유효하게 방지하여 매우 높은 반사 효율을 달성할 수 있다.
또한, 반사층을 무기물에 의해 형성한 반사 부재에서는 유기물을 주성분으로 하는 반사층을 갖는 반사 부재에 비해서 내광성 및 내열성이 높게 된다. 그 때문에, 본 발명의 반사 부재에서는 재료 열화에 의한 반사 효율의 저하를 유효하게 억제할 수 있다.
또한, 무기 입자를 서로 일체화시킴으로써 반사층을 형성하면 무기 입자가 박리되어 떨어지는 일이 없는 충분한 강도를 갖는 반사 부재(반사층)를 얻을 수 있다.
또한, 반사층에 있어서의 기공률을 15~43%로 하면 공극(구멍)이 부당하게 많이 존재하는 일도 없기 때문에 반사층(반사 부재)의 강도를 충분하게 확보할 수 있음과 아울러, 구멍의 내면과 공극과 계면(반사면)의 면적이 부당하게 작게 되어 버리는 일도 없다. 그 결과, 본 발명의 반사 부재는 강도 및 반사 효율이 높은 것으로 된다.
그리고, 본 발명의 제조 방법에서는 적절한 공극(구멍)을 갖는 반사율이 높은 반사층(반사 부재)을 형성할 수 있고, 또한 무기 입자가 일부분에 있어서 서로 일체화된 충분한 강도를 갖는 반사층(반사 부재)을 형성할 수 있다.
본 발명의 발광 장치 및 조명 장치는 앞에 설명한 반사 부재를 구비하고 있으므로 발광 소자로부터의 출사광을 매우 높은 효율로 원하는 방향으로 반사시킬 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 발광 장치 및 조명 장치에서는 출사광 강도를 매우 높게 할 수 있음과 아울러, 장기에 걸쳐 안정된 출사광 강도를 유지할 수 있게 된다.
또한, 발광 장치가 무기 재료에 의해 형성되어 내광성이 높은 것으로 되어 있으므로, 발광 요소로서 자외광, 근자외광, 또는 청색광이라는 고에너지의 광을 출사하는 LED 칩이나 LD 칩을 사용하는 경우이여도 반사 부재가 열화되기 어렵고, 장기에 걸쳐 안정된 출력을 유지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 장치의 일례를 나타내는 전체 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 조명 장치에 있어서의 발광 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 나타낸 발광 장치의 요부(반사층)를 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 5는 실시예1에 있어서 무기 입자로서 알루미나를 사용했을 때의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예1에 있어서 무기 입자로서 이트리아를 사용했을 때의 기공률과 반사율의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예1에 있어서 무기 입자로서 지르코니아를 사용했을 때의 기공률과 반사율의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예1에 있어서 무기 입자로서 티타니아를 사용했을 때의 기공률과 반사율의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예2에 있어서의 기공률과 반사율의 측정을 나타내는 그래프이고, 도 9A는 측정 파장이 400㎚, 도 9B는 측정 파장이 600㎚일 때의 결과를 나타내는 것이다.
도 10은 실시예3에 있어서의 본 발명의 반사 부재의 SEM 사진을 나타내는 것이고, 도 10A는 표면 성상, 도 10B는 단면 성상을 촬영한 것이다.
도 11은 실시예3에 있어서의 비교예의 반사 부재의 SEM 사진을 나타내는 것이고, 도 11A는 표면 성상, 도 11B는 단면 성상을 촬영한 것이다.
도 12는 실시예4의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예4의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 종래의 반사 부재의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 15는 종래의 반사 부재의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1: 조명 장치 2: 발광 장치
4: (발광 장치의)발광 소자 6: 제 1 반사 부재
61: (제 1 반사 부재의)반사층 64: (제 1 반사 부재의)구멍
7: 제 2 반사 부재 70: (제 2 반사 부재의)구멍
이하에 있어서는 본 발명에 따른 조명 장치, 발광 장치 및 반사 부재에 대해서 도 1~도 4를 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 조명 장치(1)는 기판(10) 상에 복수의 발광 장치(2)가 매트릭스상으로 배치된 것이며, 복수의 발광 장치(2)를 동시에 점등시킴으로써 면상으로 광을 조사할 수 있게 구성되어 있다.
기판(10)에는 배선(11)(도 3 참조)이 패턴 형성되어 있고, 이 배선(11)이 후술하는 발광 장치(2)의 하면 도체부(35)(도 3 참조)에 도통 접속되어 있다. 이것에 의해, 각 발광 장치(2)는 외부로부터의 전력 공급이 가능하게 되어 있고, 점등 상태와 소등 상태가 선택 가능하게 되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 발광 장치(2)는 기체(基體)(3), 발광 소자(4), 투광부(50), 파장 변환층(51), 제 1 및 제 2 반사 부재(6,7)를 구비하고 있 다.
기체(3)는 발광 소자(4) 및 후술하는 제 1 반사 부재(6)의 프레임체(60)를 지지하기 위한 것이며, 절연체로서 형성되어 있다. 이 기체(3)는 예컨대 산화알루미늄질 소결체, 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 유리 세라믹스 등의 세라믹스에 의해 형성되어 있다.
이 기체(3)에는 기판(10)의 배선(11) 및 후술하는 발광 소자(4)의 단자(41)에 도통 접속된 배선 도체(30)가 형성되어 있다. 이 배선 도체(30)는 발광 소자(4)에 구동하기 위한 전력을 공급하는 것이며, 서로 도통한 상면 도체부(31), 비어 도체(32), 층간 도체부(33), 비어 도체(34), 및 하면 도체부(35)를 갖고 있다.
이러한 배선 도체(30)가 형성된 기체(3)는 예컨대 기체(3)가 되는 복수의 그린 시트에 배선 도체(30)가 되는 W, Mo, Mn, Cu 등의 금속 페이스트를 인쇄하고, 기체(3)를 소성함과 동시에 금속 페이스트도 소성함으로써 형성할 수 있다.
물론, 기체(3)는 에폭시 수지 등의 수지에 의해 형성해도 되고, 배선 도체(30)는 도금법, 박막 형성법 등의 주지의 방법으로 기체(5)의 표면 혹은 내부에 형성해도 된다. 배선 도체(30)는 또한, 노출되는 표면(상면 도체부(31) 및 하면 도체부(35)의 표면)에 두께 0.5~9㎛의 Ni층이나 두께 0.5~5㎛의 Au층 등의 내식성이 우수한 금속층을 피착시켜 두는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 배선 도체(30)의 표면이 산화에 의해 부식되는 것을 유효하게 방지할 수 있기 때문에, 상면 도체부(31)와 후술하는 발광 소자(4)의 전극(41) 사이, 및 하면 도체부(35)와 기판(10)의 배선(11) 사이를 땜납 등의 도전성 접합재(80,81)를 이용해서 접합하는 경우에 그들 사이의 접합을 강고한 것으로 할 수 있다.
발광 소자(4)는 목적으로 하는 파장 범위의 광을 출사하는 것이며, 페이스 다운 방식으로 기체(3)에 실장되어 있다. 이 발광 소자(4)는 주면(40)에 회로 소자(도시 생략)가 조립된 것이고, 이 회로 소자(도시 생략)에 도통하는 전극(41)을 갖고 있다. 전극(41)은 배선 도체(30)의 상면 도체부(31)에 도전성 접합재(80)를 통해서 도통 접속되어 있다.
도전성 접합재(80)로서는 예컨대 납재, 땜납, 도체 범프, 도전성 접착재를 사용할 수 있다. 납재 및 땜납으로서는 주석계의 것, 예컨대 Au-Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu 혹은 Sn-Pb를 사용할 수 있고, 금속 범프로서는 예컨대 Au 혹은 Ag에 의해 형성된 것을 사용할 수 있고, 도전성 접착재로서는 예컨대 에폭시 등의 수지 성분 중에 도체 볼을 분산시킨 것을 사용할 수 있다. 또한, 발광 소자(4)는, 전극(41)이나 광출사 영역의 형성 위치에 따라서는 전극(41)과 배선 도체(30)를 와이어본딩에 의해 전기적 도통을 도모해도 된다.
발광 소자(4)는 예컨대 자외선역으로부터 적외선역까지의 사이 중 어느 하나에 피크 파장을 갖는 광, 또는 앞의 파장 영역의 특정 범위에 있어서 브로드 특성을 갖는 광을 출사하는 것이다. 발광 장치(4)는 발광 장치(2)에 있어서 출사해야 할 광의 색(파장)에 따라 그 종류(출사광의 파장 특성)가 선택된다. 예컨대 발광 장치(2)에 있어서 파장 변환층(51)을 사용하여 백색광을 시감(視感)성 좋게 출사시키기 위해서는 발광 소자(4)로서는 300~500㎚의 근자외계로부터 청색계의 단파장의 광, 특히 자외광 또는 근자외광을 발생하는 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 이 것은 이하의 이유에 의한 것이다.
즉, 발광 소자(4)로서 가시광을 출사하는 것을 사용하는 경우에는 그 출사광의 일부를 형광체(파장 변환층(51))에 의해 보색 관계에 있는 색으로 변환하고, 출사광과 형광체의 광을 혼색하여 백색으로 되지만, 이 경우, 작동에 의한 온도 상승 등에 의해 발광 소자(4)로부터의 출사광의 파장이 변화되기 쉽고, 출사광과 형광체의 광의 혼색의 밸런스가 무너져 안정된 백색광을 얻는 것이 곤란하게 된다. 또한, 광원으로부터의 광은 중심부로부터 외측일수록 강도가 약하게 되어 있고, 그러한 강도 편차에 대하여 형광체로 색의 조정을 하는 것은 불가능하다.
이에 대하여 자외광이나 근자외광은 에너지가 크기 때문에, 출사광의 거의 전부를 형광체로 파장 변환할 수 있으므로, 형광체로부터 발생되는 광의 혼색의 밸런스만 고려하면 되고, 출사광과 형광체의 광의 밸런스를 고려할 필요가 없게 된다. 따라서, 발광 장치(2)에 있어서 백색광을 시감성 좋게 출사시키기 위해서는, 발광 소자(4)로서는 자외광이나 근자외광을 출사하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 자외광이나 근자외광을 출사하는 발광 소자(4)로서는 예컨대 사파이어 기판 상에 Ga-N, Al-Ga-N, In-GaN 등으로 구성되는 버퍼층, N형층, 발광층, P형층을 순차적으로 적층한 질화갈륨계 화합물 반도체나 실리콘 카바이트계 화합물 반도체 등의 LED나 LD를 이용하는 것이 바람직하다.
투광부(50)는 발광 소자(4)가 외기 중의 수분 등에 의해 폭로되는 것을 억제하기 위한 것이고, 발광 소자(4)를 밀봉하도록 하여 후술하는 제 1 반사 부재(6)에 있어서의 프레임체(60)의 내부에 설치되어 있다. 이 투광부(50)는 또한, 발광 소자(4)와 그 주위의 굴절률의 차를 작게 하고, 발광 소자(4)의 내부에 광이 가두어지는 것을 억제하여 발광 소자(4)의 발광 강도를 높이는 역할을 하고 있다.
투광부(50)는 예컨대 발광 소자(4)와의 굴절률 차가 작고, 발광 소자(4)로부터의 출사광에 대하여 투과율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 이들 조건을 만족시키는 재료로서는 예컨대 실리콘 수지, 에폭시 수지, 요소 수지 등의 투명 수지, 저융점 유리, 졸-겔 유리 등의 투명 유리 등을 들 수 있다.
이러한 투광부(50)는 예컨대 미경화 상태 혹은 용융 상태의 재료를 디스펜서 등을 이용하여 프레임체(60)의 내부에 충전한 후에 재료를 고화시킴으로써 형성할 수 있다.
파장 변환층(51)은 발광 소자(4)로부터 출사되는 광의 파장(색)을 변환하기 위한 것이고, 투광부(50)를 덮도록 발광 소자(4)의 바로 위에 위치되어 있다. 이 파장 변환층(51)은 변환해야 할 파장에 따른 형광체를 함유시킨 것이다.
형광체로서는 예컨대 알칼리토류 알루민산염 형광체, 희토류 원소로부터 선택된 적어도 1종의 원소로 활성화된 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가닛계 형광체를 들 수 있다.
이러한 파장 변환층(51)은 발광 소자(4)에 있어서의 광출사면을 덮도록 형성해도 되고, 또한 발광 소자(4)의 광을 파장 변환시키지 않고 그대로 이용하는 경우에는 생략된다.
제 1 및 제 2 반사 부재(6,7)는 발광 소자(4)로부터 출사된 광을 반사시키고 나서 발광 장치(2)의 외부에 출사하기 위한 것이고, 발광 소자(4)를 둘러싸도록 형성되어 있다.
제 1 반사 부재(6)는 프레임체(60) 및 반사층(61)을 갖는 것이며, 접합재를 통해서 기체(3)에 접합되어 있다. 접합재로서는 땜납이나 납재, 혹은 수지 접착제를 사용할 수 있다. 땜납 및 납재로서는 주석계의 것, 예컨대 Ag-Cu, Pb-Sn, Au-Sn, Au-Si, Sn-Ag-Cu를 사용할 수 있고, 수지 접착재로서는 예컨대 실리콘계나 에폭시계의 것을 사용할 수 있다. 단, 기체(3)와 프레임체(60)의 접합에 고신뢰성이 필요로 될 경우에는 접합재로서 땜납이나 금속 납재를 이용하는 것이 바람직하다.
프레임체(60)는 반사층(61)을 지지하기 위한 것이고, 원형의 단면을 갖는 내부 공간(62)을 갖고 있다. 즉, 프레임체(60)는 내부 공간(62)을 규정하는 내면(63)에 반사층(61)이 밀착 형성되어 있다. 내부 공간(62)에는 발광 소자(4)가 수용된 상태에서 투광부(50)가 설치된다.
이 프레임체(60)는 예컨대 알루미늄 등의 금속, 세라믹스, 혹은 수지에 의해 형성되어 있다. 단, 프레임체(60)는 기체(3)와의 사이에 작용하는 열응력의 영향을 억제하기 위해서 기체(3)와 열팽창계수의 차가 작은 재료에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 기체(3)가 세라믹에 의해 형성되어 있는 경우에는 프레임체(60)도 세라믹에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 그린 시트법에 의해 기체(3)와 프레임체(60)를 동시에 형성할 수도 있다.
반사층(61)은 발광 소자(4)로부터 출사된 광을 도면의 상방을 향해 발광 장치(2)로부터 출사시키기 위한 것이다. 이 반사층(61)은 프레임체(60)의 내면(63)에 밀착해서 설치된 것이며, 발광 소자(4)의 측면(42)을 둘러싸고 있다.
한편, 제 2 반사 부재(7)는 기체(3)의 상면(36)에 밀착해서 설치된 것이며, 발광 소자(4)의 바로밑에 있어서 평면방향으로 넓혀져 있다. 이 제 2 반사 부재(7)는 전체가 반사층으로서 기능하는 것이다.
반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)는 도 4에 나타낸 바와 같이 무기 재료에 의해 다공질로 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)는 복수의 무기 입자를 서로 일부분에서 일체화시킴으로써 다수의 구멍(64(70))을 갖는 다공질로 형성되어 있다. 구멍(64(70))은 기체(예컨대 공기)에 의해 채워져 있다.
이렇게 다공질화된 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)에 있어서 굴절률이 낮은 공기로부터 굴절률이 높은 무기 입자에 입사되는 광은 표면(65(71))을 투과하여 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 내부에 진입한다. 이 투과 광은 무기 입자의 표면(67(73))과, 그보다 굴절률이 낮은 구멍(64(70)) 내의 기체의 계면에서 일부는 굴절률 차에 의해 전반사되고, 다른 일부는 투과된다. 즉, 무기 입자의 표면(67(73))과 구멍(64(70)) 내의 기체의 계면이 광 입사 각도에 대하여 전반사하는 각도로 존재하는 경우, 입사된 광은 100% 가까이 반사된다. 한편, 무기 입자의 표면(67(73))과 구멍(64(70)) 내의 기체의 계면이 광 입사 각도에 대하여 전반사하는 각도로 존재하지 않을 경우에는 입사광은 투과된다. 이 투과한 광의 광로의 앞에는, 상술과 마찬가지로 무기 입자의 표면(67(73))과 구멍(64(70)) 내의 기체의 계면이 몇 개 존재하고, 그들 계면 중에는 광 입사 각도에 대하여 전반사하는 각도로 존재하는 계면이 고확률로 존재한다. 그 결과, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 내부에 진입한 투과 광은 어느 하나의 계면에 있어서 100% 가까이 반사된다. 이러한 현상이 연속적으로 생김으로써 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 내부에 진입한 투과 광은 효과적으로 반사되고, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 외부에 출사된다. 즉, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 표면(65(71))으로부터 내부에 광이 전파되는 과정에 있어서 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 표면으로부터 다시 공기로 출사되는 광은 100%에 근접하고, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)를 투과되는 광은 0%에 가깝다.
상술의 작용으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 입사광을 효율 좋게 반사시키는 관점에서 무기 입자로서는 굴절률이 높으며 전반사 임계각을 크게 확보할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)에 있어서의 광 감쇠를 적게 하는 관점에서는 반사해야 할 광에 대한 흡수가 적은(예컨대 광 흡수율이 5% 이하인) 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 반사 부재(6)의 반사층(61), 제 2 반사 부재(7)를 층상으로 형성하는 경우에는 그 두께는 0.03㎜ 이상인 것이 좋다. 두께가 0.03㎜ 미만에서는 광이 투과되는 확률이 높게 되기 때문이다.
이들 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)는 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 내부에 진입한 투과 광을 고확률로 반사ㆍ출사시키기 위해서 기공률이 15~43%로 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이것은, 기공률이 부당하게 작은 경우에는 구멍(64(70))이 적어지기 때문에 광 반사에 기여하는 반사면의 수가 적어져(내표면적 이 작아져) 반사율이 저하되기 때문이며, 기공률이 부당하게 큰 경우에는 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)의 강도가 저하되기 때문이다.
여기서, 기공률은 기하학법에 의해 측정한 전체 기공률을 나타내고 있고, 하기 수식 1에 의해 정의되는 것이다.
[수 1]
Figure 112007073436936-PCT00001
수식 1에 있어서의 부피밀도는 아르키메데스법에 의해, 진밀도는 기상(氣相) 치환법(피크노미터법)에 의해 측정할 수 있다. 또한, 반사층이 얇은 경우, 반사층의 단면을 현미경에 의해 관찰하고, 그 단면에 있어서의 기공의 면적율(기공의 면적의 총합을 총면적으로 나눔으로써 구해진다)을 구하고, 이 기공의 면적률을 3/2승함으로써 기공률을 구할 수 있다.
이러한 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)는 프레임체(60)의 내면(63) 혹은 기체(3)의 상면(36)에 복수의 무기 입자를 함유하는 무기 입자층을 형성한 후에 이 무기 입자층을 임시 소성함으로써 형성할 수 있다.
또한, 임시 소성은 무기 입자를 사이에 공극이 거의 존재하지 않는 상태(기공률이 0.001~1% 정도)의 소결체(세라믹)와는 달리 적절한 기공률을 갖는 다공질체를 형성하기 위한 불완전한 소성을 의미하고 있다.
무기 입자층은 예컨대 무기 입자와 바인더 수지를 혼합한 재료를 스프레이 코팅함으로써 형성할 수 있다.
바인더 수지로서는 예컨대 아크릴 수지, 파라핀 수지, 혹은 폴리에틸렌 수지를 사용할 수 있다.
한편, 무기 입자로서는, 상술한 바와 같이, 반사해야 할 광에 대한 흡수가 적고(예컨대 광 흡수율이 5% 이하), 굴절률이 높으며 전반사 임계각을 크게 확보할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 전형적으로는 알루미나, 이트리아, 지르코니아, 티타니아, 다이아몬드, 카르시아, 및 황산바륨을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 무기 입자는 비금속 무기 입자인 것이 좋다. 금속이면 무기 입자 중을 광이 투과하기 어려우므로 광이 구멍(64(70)) 중에 가두어져 손실이 커지기 쉽다.
이들 무기 재료 중 굴절률의 관점에서는 전반사 임계각을 크게 확보할 수 있는 것, 예컨대 티타니아(루틸; n=2.8), 지르코니아(n=2.1) 혹은 다이아몬드(n=2.4)가 특히 바람직하다.
또한, 무기 재료는 광 흡수(투과율)의 관점에서는 반사해야 할 광의 파장에 따라 선택할 수 있다. 예컨대 티타니아는 굴절률의 관점에서는 바람직하지만, 광의 파장 350㎚ 전후의 근자외 영역에서 광을 흡수하는 특성을 갖는다. 그 때문에, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)를 파장이 350㎚ 전후의 근자외광을 반사하도록 구성하기 위해서는 근자외광을 흡수하기 어려운 알루미나를 사용하는 것이 바람직하다.
무기 입자로서는 입경이 입사되는 광의 파장의 1/4보다 크고, 또한 가능한 한 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 무기 입자의 입경이 광의 파장의 1/4보다 작은 경우에는 광에 대한 외견상의 굴절률 차가 작게 되고, 광이 반사되기 어렵게 되기 때문이며, 무기 입자의 입경이 지나치게 큰 경우에는 구멍(64(70))에 있어서의 내면적, 즉 반사 면적이 적어지기 때문이다. 또한, 입사된 광을 전반사하는 확률을 높이는 관점에서는, 무기 입자로서는 구형상보다 판형상이나 기둥형상 등의 부정형의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
무기 입자층의 임시 소성은 사용하는 무기 재료, 달성해야 할 기공률 및 항절 강도에 따라 다르지만, 통상 1000~1400℃에 있어서 1~5시간 행해진다. 임시 소성에 있어서는 소결 온도를 내리기 위한 조제를 첨가해도 된다. 이 경우에 사용하는 조제로서는 예컨대 카르시아나 마그네시아를 들 수 있고, 그 첨가량은 1~10wt％로 된다.
이러한 임시 소성을 행함으로써 무기 입자가 서로 일체화되고, 적절한 기공률 및 항절 강도, 예컨대 기공률이 15~43%, 항절 강도가 1~300㎫인 다공질체를 얻을 수 있다. 그리고, 무기 입자층에 바인더 수지를 함유시켜 둔 경우에는 바인더 수지는 임시 소성의 가열에 의해 증산 혹은 연소시킴으로써 제거된다.
반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)는 무기 입자가 접착제에 의해 서로 결합한 다공질체로서 형성할 수도 있다. 이러한 다공질체는 무기 입자, 접착제 및 용제를 함유하는 재료를 프레임체(60)의 내면(63) 및 기체(3)의 표면(36)에 도포한 후에 용제를 휘발시킴으로써 형성할 수도 있다. 이 경우에 사용하는 접착제는 다공질체에 잔존하기 때문에 접착제에 있어서의 광 흡수에 기인한 반사율의 저하를 억제하기 위해 접착제로서는 투광성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 접착제로서는 예컨대 에폭시 수지, 실리콘 수지, 불소 수지, 아크릴 수지, 요소 수지, 메타크릴 수지 및 폴리카보네이트 수지 등의 수지계 접착제, 혹은 저융점 유리, 졸-겔 유리 및 Si-Mg-Al-O계 등의 유리계 접착제를 사용할 수 있다.
또한, 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)는 프레임체(60)의 내면(63)이나 기체(3)의 표면(36)에 만들어 넣는 일 없이 별도 형성해 둔 다공질체를 프레임체(60)의 내면(63)이나 기체(3)의 표면(36)에 붙임으로써 설치할 수도 있다. 제 1 반사 부재(6)는 또한, 무기 재료를 이용하여 전체를 다공질로 형성해도 된다. 그 경우에는 다공질체에 의해서만 제 1 반사 부재(6)가 구성되고, 프레임체(60)는 생략되지만, 광이 조사되는 표면은 양호한 반사면으로서 작용함과 동시에, 다공질체인 제 1 반사 부재(6)가 단열재로서도 작용하여 발광 장치의 외표면에 있어서의 고온화를 유효하게 방지할 수 있다. 이러한 다공질체는 예컨대 다음과 같이 해서 형성할 수 있다.
우선, 무기 입자와 바인더 수지의 혼합물을 목적으로 하는 형상의 성형체를 얻는다. 무기 입자 및 바인더 수지는 앞에 설명한 것과 같은 것을 사용할 수 있다. 한편, 성형체는 금형을 이용한 프레스에 의해 행할 수 있다. 또한, 성형체는 그 형상을 막 형상으로 하는 경우에는 앞의 혼합물에 α-테르피네올을 첨가해서 톨루엔 등의 용제를 더 추가하여 슬러리로 하고, 이 슬러리를 닥터 블레이드를 이용해서 테이프 상에 성형한 후에 용제를 휘발시킴으로써 형성해도 된다.
또한, 기체(3)의 전체를 다공질의 반사 부재로 구성해도 된다. 그 경우에는 광이 조사되는 표면은 양호한 반사면으로서 작용함과 동시에, 프레임체(60)나 기체(3)가 단열재로서도 작용하여 발광 장치의 외표면에 있어서의 고온화를 유효하게 방지할 수 있다.
다음으로, 성형체의 임시 소성을 행한다. 임시 소성의 조건은 앞에 설명한 것과 같다. 이 임시 소성에 의해 바인더 수지가 증산 혹은 연소에 의해 제거되고, 적절한 기공률을 갖는 다공질체가 형성된다.
발광 장치(2)에서는 제 1 반사 부재(6)(반사층(61)) 및 제 2 반사 부재(7)가 다공질화되어 있다. 그 때문에, 발광 소자(4)에 있어서 출사된 광은 제 1 및 제 2 반사 부재(6(7))의 내부에 진입되고, 무기 입자와 구멍(64(70)) 내의 기체의 계면에 있어서 전반사시켜진다. 즉, 무기 입자보다 굴절률이 낮은 공기 등의 기체를 구멍(64(70))에 존재시킴으로써 무기 입자와 구멍(64(70)) 내의 기체 사이의 굴절률 차에 의해 그들 계면(반사면)에 있어서 입사된 일부의 광을 전반사시킬 수 있다. 또한, 제 1 반사 부재(6)의 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)를 다공질화함으로써 그들 내부에 많은 구멍(64(70))을 존재시킬 수 있다. 그 결과, 제 1 반사 부재(6)(반사층(61)) 및 제 2 반사 부재(7)의 내부에 내부로의 진입 광을 유효하게 반사시킬 수 있는 계면(반사면)을 많이 존재시키고, 제 1 및 제 2 반사 부재(6,7)의 내부에 진입한 광을 효율 좋게 반사시킬 수 있게 된다. 즉, 제 1 및 제 2 반사 부재(6(7))의 표면(65(71))으로부터 내부로 광이 전파되는 과정에 있어서 제 1 및 제 2 반사 부재(6(7))의 표면(65(71))으로부터 다시 공기로 출사되는 광은 100%에 가깝고, 제 1 및 제 2 반사 부재(6(7))를 투과하는 광은 0%에 가깝다.
또한, 제 1 반사 부재(6)(반사층(61)) 및 제 2 반사 부재(7)를 무기물에 의해 형성함으로써 유기물을 주성분으로 하는 반사층을 갖는 반사 부재에 비해서 내 광성 및 내열성을 향상시킬 수 있기 때문에, 재료 열화에 의한 반사 효율의 저하를 유효하게 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광 장치(2)에 있어서는 장기에 걸쳐 안정 반사 효율을 유지할 수 있고, 안정된 광출력을 유지할 수 있게 된다. 이러한 효과는 발광 요소로서 자외광, 근자외광, 또는 청색광이라는 고에너지의 광을 출사하는 LED 칩이나 LD 칩을 사용하는 경우이여도 발휘될 수 있다. 즉, 본 발명의 반사 부재(6,7)를 채용함으로써 발광 소자(4)로서 고에너지의 광을 출사하는 것을 채용한 발광 장치(2)에 있어서도 반사 부재(6,7)의 열화에 기인하는 반사 효율의 저하 내지 출력의 저하를 유효하게 억제할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 실시형태에는 한정되지 않고, 여러가지로 변경가능하다. 예컨대 제 1 반사 부재(6)에 있어서의 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)는 이들을 구성하는 무기 재료보다 굴절률이 작은 투명 재료에 의해 구멍(64,70)을 채운 구성으로 해도 된다. 단, 제 1 반사 부재(6)에 있어서의 반사층(61) 및 제 2 반사 부재(7)가 무기 입자를 접착제에 의해 결합시킨 다공질체로서 구성되는 경우에는, 구멍(64(70))을 채워야 할 투명 재료로서는 다공질체를 구성하는 무기 재료뿐만 아니라 접착제보다 굴절률이 작은 것이 사용된다.
또한, 앞의 실시형태에서는 발광 장치에 반사 부재를 적용한 예에 대해서 설명했지만, 본 발명의 반사 부재는 광에 한정되지 않고, 예컨대 열(적외선), X선 그 외의 전자파를 반사시키기 위한 목적으로 사용할 수도 있다.
또한, 앞에 설명한 발광 장치(2)는 제 1 반사 부재(6) 및 제 2 반사 부재(7)를 구비한 것이었지만, 이들 반사 부재(6,7) 중 한쪽은 생략해도 된다.
앞의 실시형태에서는 복수의 발광 장치가 매트릭스상으로 배열된 조명 장치에 대해서 설명했지만, 복수의 발광 장치를 라인상으로 배열해서 조명 장치를 구성해도 되고, 또한 1개의 발광 장치를 조명 장치로서 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 발광 장치 및 반사 부재는 표시 장치에 대하여 적용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 반사 부재는 기판 상에 실리콘 등의 반도체층을 형성해서 이루어지는 태양 전지용 기판(일본 특허 공개 2001-203373호 공보 참조)으로서 사용할 수 있다.
이러한 태양 전지의 경우, 태양 전지의 표면으로부터 반도체층을 투과해서 반사 부재에 도달한 광이 반사 부재의 다공질(porous)상의 표면에서 저손실로 확산 반사됨으로써 광이 반도체층의 표면과 기판 표면 사이에서 반사를 반복하여 몇 번이고 반도체층을 통과하고, 그 때마다 광이 반도체층에 흡수되어 발전할 수 있기 때문에 태양 전지의 발전 효율이 향상된다.
또한 이 반사 부재를 세라믹스로 형성하면 반사 부재와 실리콘의 열팽창계수 차를 작게 할 수 있으므로, 반사 부재 상에 품질 좋게 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 반사 부재는 내면이 확산 반사상으로 형성되고, 반도체 레이저로부터의 광을 내부에 도입하는 개구부를 가짐과 아울러, 반도체 레이저의 광에 의해 여기되는 활성 매질을 함유하는 Nd:YAG 등의 고체 소자가 내부에 배치된, 고체 소자로부터 레이저 광을 취출하는 집광기로서 사용함으로써 고체 레이저 장치를 구성할 수도 있다(일본 특허 공개 2004-7012호 공보 참조).
이러한 본 발명의 반사 부재를 이용한 집광기는 반도체 레이저로부터의 광을 내부에서 저손실로 확산 반사시킴과 아울러, 확산 반사된 광을 집광기의 내부에서 균일에 가까운 광 강도로 전파시킨다. 그 결과, 고체 레이저 장치는 고체 소자의 발진 효율을 손상시키는 일 없이, 또한 빔 품질을 손상시키는 일 없이 고체 소자를 여기할 수 있다.
[실시예1]
본 실시예에서는 여러가지의 무기 재료로 이루어지는 무기 입자를 이용하여 작성한 반사 부재에 대해서 기공률과 반사율의 관계에 대해서 검토했다.
(반사 부재의 작성)
반사 부재에 있어서는 우선 무기 입자로서 알루미나 입자, 지르코니아 입자, 이트리아 입자, 티타니아 입자를 준비하고, 각각의 무기 입자를 카르시아 입자, 실리카 입자 및 마그네시아 입자와, 중량비 9.2:0.2:0.5:0.1의 비율로 칭량ㆍ혼합하여 혼합물을 조제했다.
다음으로, 앞의 혼합물에 대하여 중량비 10%로 되도록 아크릴 수지를 혼합하고, 톨루엔과 알루미나 볼과 함께 볼밀에 투입해서 24시간 혼합하여 슬러리를 조제했다. 또한, 슬러리를 스프레이 드라이로 건조시켜 분체(粉體)로 하였다.
다음으로, 얻어진 분체를 1g 칭량하고, 핸드 프레스 장치로 압력 1t로 프레스, 직경 20㎜의 태블릿(tablet)으로 성형했다.
또한, 태블릿을 하기 표 1에 나타내는 조건에 의해 소결함으로써 본 실시예에서 사용하는 반사 부재를 얻었다.
무기 입자 소결 조건 기공률[%]
온도[℃] 시간[h]
알루미나 1200 2 37
1400 2 14
1600 2 0
이트리아 1200 2 42
1400 2 38
1600 2 0
지르코니아 1000 2 51
1200 2 48
1400 2 0
티타니아 1000 2 40
1200 2 24
1400 2 0
여기서, 기공률은 기하학법에 의해 측정한 전체 기공률(상기 수식1 참조)이고, 부피밀도는 아르키메데스법에 의해, 진밀도는 기상 치환법(피크노미터법)에 의해 측정했다.
(반사율의 측정)
반사율은 분광 측색계(미놀타제 CM-3700D)에 의해 측정했다. 얻어진 샘플에 크세논 램프의 광을 입사해서 샘플 표면에서 반사시키고, 그 반사광의 강도를 측정해서 입사광과 반사광의 강도비를 반사율로 하였다. 또한, 측정 파장은 400㎚ 또는 600㎚로 하였다.
반사율의 측정 결과에 대해서는 가로축을 기공률로 하는 그래프로서, 도 5~도 8에 나타냈다. 또한, 도 5는 알루미나에 대한 측정 결과를, 도 6은 지르코니아에 대한 측정 결과를, 도 7은 이트리아에 대한 측정 결과를, 도 8은 티타니아에 대한 측정 결과를 각각 나타내고 있다.
도 5~도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 이번에 측정한 기공률의 범위에서는 기공률이 클수록 반사율이 커지는 경향이 있다. 특히, 기공률이 10~50%의 범위에 있어서는 기공률이 0%(세라믹)에 비해서 반사율이 현저하게 커지고 있다. 따라서, 무기 입자를 이용하여 반사 부재를 형성하는 경우에는 적절하게 공극을 형성해서 다공질화하는 것이 바람직하다고 말할 수가 있다.
[실시예2]
본 실시예에서는 알루미나 입자를 이용하여 반사 부재를 형성한 경우에 대해서 기공률과 반사율의 관계를 보다 상세하게 검토했다. 또한, 본 실시예에서는 비교예로서, 라부스페아사제의 표준 반사판(상품명 「스펙트랄론」)에 대해서도 반사율을 측정했다.
또한, 반사 부재의 작성 방법, 기공률의 측정 방법 및 반사율의 측정 방법은 기본적으로 실시예1과 같다. 또한, 기공률은 소결 조건을 변화시킴으로써 조정했다. 소결 조건, 기공률 및 반사율의 측정 결과에 대해서는 하기 표 2에 나타냈다. 기공률과 반사율의 측정 결과에 대해서는 또한, 가로축을 기공률, 세로축을 반사율로 하여 측정 파장이 400㎚인 경우에 대해서는 도 9A에, 측정 파장이 600㎚인 경우에 대해서는 도 9B에 각각 나타내었다.
소결 조건 기공률[%] 반사율[%]
온도[℃] 시간[시간] 400㎚ 600㎚
실시예 1450 2 5.7 88.2 89.9
1400 2 13.5 94.9 96.4
1350 2 14.8 95.8 97.3
1280 2 21.5 96.4 98.2
1200 2 36.6 97.3 98.8
1100 2 41.0 98.0 99.2
1050 2 43.1 95.5 98.2
950 2 44.9 93.0 95.8
비교예 - - - 95.1 96.9
표 2, 도 9A 및 도 9B로부터 알 수 있는 바와 같이, 알루미나 입자를 사용한 반사 부재는 측정 파장에 상관 없이 기공률이 10~45%의 범위에 있어서 높은 반사율을 나타내고 있다. 특히, 기공률이 15~43%의 범위에서는 비교예의 표준 반사판보다 높은 반사율을 나타내고 있다. 따라서, 알루미나를 이용하여 반사 부재를 형성하는 경우에는 기공률을 15~43%의 범위로 설정하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 알루미나 입자를 사용한 경우에 대해서 검토했지만, 실시예1의 결과도 감안하면 다른 무기 입자를 사용하는 경우에도 알루미나 입자를 이용한 경우와 같은 기공률의 범위에 있어서 높은 반사율을 갖는 반사 부재를 제공할 수 있는 것으로 생각된다.
[실시예3]
본 실시예에서는 실시예2에서 작성한 기공률이 37%인 반사 부재(본 발명)에 대해서 표면 성상 및 단면 성상을 관찰했다. 표면 성상 및 단면 성상은 주사형 전자현미경(SEM)을 이용하여 행하고, 그 때에 촬영한 사진을 도 10A 및 도 10B에 나타냈다. 도 10A는 본 발명의 반사 부재(반사층)의 표면 성상을, 도 10B는 본 발명의 반사 부재(반사층)의 단면 성상을 각각 촬영한 것이다.
또한, 참고를 위해서 비교예인 기공률이 0%인 알루미나 세라믹스의 표면 및 단면 성상을 촬영한 것을 도 11A 및 도 11B에 나타냈다. 도 11A는 비교예의 표준 반사판의 표면 성상을, 도 11B는 비교예의 표준 반사판의 단면 성상을 각각 촬영한 것이다.
도 10A 및 도 10B로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 반사 부재는 알루미나 입자끼리가 일부분에 있어서 일체화해서 다공질화되어 있다. 즉, 본 발명에서는 반사 부재의 내부에 있어서의 반사 면적이 크게 확보되어 있기 때문에 광 입사 각도에 대하여 전반사하는 각도로 존재하는 계면이 고확률로 존재하고, 그 계면에 있어서 효과적으로 반사하여 반사 부재의 내부에 진입한 광이 효율적으로 출사되는 것으로 생각된다.
[실시예4]
본 실시예에서는 본 발명의 발광 장치를 이하와 같이 해서 평가했다. 우선, 도 3에 나타내는 바와 같이, 텅스텐 메탈라이즈로 이루어지는 배선 도체(30)를 갖는 알루미나질 소결체로 이루어지는 기체(3)를 형성했다(주면에는 도 3과 같은 제 2 반사 부재(7)는 형성되어 있지 않다).
다음에, 여러가지의 재료에 의해 프레임체(60)를 기체(3)의 상면에 접합했다. 여기서 본 발명의 샘플에 있어서는 프레임체(60) 전체가 산화알루미늄 결정을 가열해서 기공률 36.6%의 다공질체로 한 것으로 이루어지고, 프레임체(60)가 반사 부재로서의 기능을 갖는다. 또한, 비교용 샘플로서 프레임체 전체를 알루미늄으로 구성한 것과, 프레임체 전체를 알루미나질 소결체(기공률 0%)로 구성한 것을 준비했다.
그리고, 피크 파장이 다른 여러가지의 LED 소자를 기체(3)에 실장하고, 프레임체의 내측을 실리콘 수지로 충전함으로써 평가용 발광 장치를 제작했다.
이들 각종 LED 소자의 피크 파장에 대한 프레임체의 반사율을 표 3에 나타낸다. 그리고, 이들 각종 LED 소자를 이용한 발광 장치의 광 강도를 도 12 및 도 13에 나타낸다.
각 LED 소자의 피크 파장(㎚) 각종 반사 부재의 LED 소자의 피크 파장에 대한 반사율
본 발명 비교예 (알루미늄) 비교예 (기공률 0% 알루미나질 소결체)
365 95.3 77.3 82.9
370 95.8 78.0 83.3
381 96.3 79.3 86.0
386 96.6 79.8 86.4
394 97.1 80.8 87.8
403 97.3 81.2 88.1
453 97.7 84.9 89.5
표 3, 도 12 및 도 13에 나타내는 결과로부터, 본 발명의 발광 장치는 반사 부재의 반사율을 95% 이상으로 함으로써 광출력이 높은 우수한 것으로 되는 것을 알 수 있었다.

Claims (27)

  1. 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 기공률이 15~43%인 것을 특징으로 하는 반사 부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은 복수의 무기 입자를 서로 일부분에서 일체화시켜 상기 복수의 무기 입자 사이에 공극을 형성함으로써 다공질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 공극은 기체에 의해, 또는 상기 무기 입자보다 굴절률이 낮은 투명 재료에 의해 채워져 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 무기 입자는 임시 소성함으로써 서로 일부분에서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 무기 입자는 알루미나, 이트리아, 지르코니아 및 티타니아 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재.
  7. 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖는 반사 부재의 제조 방법으로서:
    복수의 무기 입자를 함유하는 무기 입자층 또는 무기 입자 성형체를 형성하는 공정; 및
    임시 소성함으로써 상기 무기 입자층 또는 무기 입자 성형체를 다공질화하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재의 제조 방법.
  8. 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖는 반사 부재의 제조 방법으로서:
    복수의 무기 입자 및 바인더를 함유하는 피착 재료를 기재의 표면에 내뿜어서 상기 기재의 표면에 다공질층을 형성하는 피착 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 가열에 의해 상기 다공질층에 있어서의 복수의 무기 입자를 일체화시킴과 아울러, 상기 바인더를 제거하는 가열 공정을 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반사 부재의 제조 방법.
  10. 1개 또는 복수의 발광 요소와, 상기 발광 요소로부터 출사된 광을 반사시키기 위한 반사 부재를 구비한 발광 장치로서:
    상기 반사 부재로서 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖고 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 반사층은 기공률이 15~43%인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 반사층은 복수의 무기 입자를 서로 일부분에서 일체화시켜 상기 복수의 무기 입자 사이에 공극을 형성함으로써 다공질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 공극은 기체에 의해, 또는 상기 무기 입자보다 굴절률이 낮은 투명 재료에 의해 채워져 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 무기 입자는 임시 소성함으로써 서로 일부분에서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 무기 입자는 알루미나, 이트리아, 지르코니아 및 티타니아 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 발광 요소의 피크 파장에 대한 상기 반사 부재의 반사율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 발광 요소는 LED 칩 또는 LD 칩인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 발광 요소는 자외광, 근자외광, 또는 청색광을 출사하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  19. 1개 또는 복수의 발광 장치를 구비한 조명 장치로서:
    상기 발광 장치로서 1개 또는 복수의 발광 요소와, 상기 발광 요소로부터 출사된 광을 반사시키기 위한 것이며 또한 무기 재료에 의해 다공질로 형성된 반사층을 갖는 반사 부재를 구비한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 반사층은 기공률이 15~43%인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 반사층은 복수의 무기 입자를 서로 일부분에서 일체화시켜 상기 복수의 무기 입자 사이에 공극을 형성함으로써 다공질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 공극은 기체에 의해, 또는 상기 무기 입자보다 굴절률이 낮은 투명 재료에 의해 채워져 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 복수의 무기 입자는 임시 소성함으로써 서로 일부분에서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 무기 입자는 알루미나, 이트리아, 지르코니아 및 티타니아 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 발광 요소의 피크 파장에 대한 상기 반사 부재의 반사율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  26. 제 19 항에 있어서, 상기 발광 요소는 LED 칩 또는 LD 칩인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  27. 제 19 항에 있어서, 상기 발광 요소는 자외광, 근자외광, 또는 청색광을 출사하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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