KR20080027355A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20080027355A
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light
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요우지 우라노
다쿠야 나카타니
야스히로 히다카
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마츠시다 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 발광 장치는. LED 칩(10); 상기 LED 칩(10)이 한쪽 면에 탑재된 전도성 플레이트(전열판)(71) 및 상기 전도성 플레이트(71)의 상기 한쪽 면에 절연부(72)를 통해 형성되고 상기 LED 칩(10)과 전기적으로 접속된 도체 패턴(73, 73)을 포함하는 칩 탑재 부재(70); 및 상기 전도성 플레이트(71)의 다른 쪽 면에 배치되어, 상기 칩 탑재 부재(70)를 유지하는 금속 부재인 조명기구의 본체(90)에 상기 전도성 플레이트(71)를 접합하는 시트형 접합 부재(80)를 포함한다. 상기 시트형 접합 부재(80)는, 충전재(filler)를 포함하고 가열에 의해 점도가 감소하는 수지 시트로 이루어지는, 전기 절연성을 가지며, 상기 전도성 플레이트(71)와 상기 조명기구의 본체(90)를 열결합시킨다.

Description

발광 장치 {LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 장치에 관한 것이다.
종래부터, LED 칩과, LED 칩으로부터 방사된 광에 의해 여기되어 LED 칩과는 상이한 발광색의 광을 방사하는 파장 변환 재료로서 형광체(phosphor)(예컨대, 형광 안료 및 형광 염료)를 조합함으로써, LED 칩의 발광색과는 상이한 색조의 광을 방사하는 발광 장치에 대한 연구개발은 각처에서 행해지고 있다. 이러한 발광 장치는, 청색광 또는 자외광을 방사하는 LED 칩이 형광체와 조합되어 백색광(백색광의 발광 스펙트럼)을 생성하는 상품화된 백색 발광 장치(일반적으로 백색 LED라고 한다)를 포함한다.
또, 최근의 백색 LED의 고출력화에 따라 조명기구에 백색 LED를 적용하는 것에 대한 연구개발이 활발하게 되고 있지만, 백색 LED를 일반 조명과 같이 비교적 높은 광출력을 필요로 하는 용도에 적용하는 경우, 하나의 백색 LED만으로는 원하는 광출력을 얻을 수 없다. 그래서, 일반적으로 복수의 백색 LED를 하나의 회로 기판에 탑재하여 LED 유닛(발광 장치)을 구성하고, 이 LED 유닛이 전체로서 원하는 광출력을 확보한다(예를 들면, 일본 특허공개공보 제2003-59332호(이하, 특허 문헌 1이라고 한다) 참조).
또, 종래에는 LED 칩과 LED 칩을 탑재한 회로 기판을 구비하는 발광 장치에 있어서, LED 칩의 접합부 온도(junction temperature)의 상승을 억제하고 입력 전력을 증가시킴으로써 광출력의 파워를 증가시키기 위하여, LED 칩의 발광부에서 발생한 열을 효과적으로 외부로 방산(放散)하기 위한 구조가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허공개공보 제2003-168829호(이하, 특허 문헌 2라고 함) 단락 [0030] 및 도 6 참조).
특허 문헌 2에 개시된 발광 장치에서는, 도 12에 나타낸 바와 같이, LED 칩(10')을 실장하는 회로 기판(200)으로서 금속판(201) 상에 절연 수지층(202)를 통하여 도체 패턴(203)이 형성된 금속 기판을 채용하고 있어, 각각의 LED 칩(10')에서 발생한 열이 열전달 부재(210)를 통하여 금속판(201)에 전달될 수 있다. 이 경우에, 각각의 LED 칩(10')은, GaN계 화합물 반도체 재료로 이루어진 발광부가 절연체인 사파이어 기판으로 이루어지는 결정 성장용 기판의 한쪽 면에 형성된 GaN계 청색 LED 칩이며, 각각의 LED 칩(10')은 회로 기판(200)에 플립 칩(flip chip)으로 탑재되고, 결정 성장용 기판의 다른 쪽 면은 광출력 면이다.
도 12에 나타낸 구성을 갖는 발광 장치를 조명기구에 사용하는 경우, 발광 장치에서 발생한 열을 효율적으로 방산하기 위해, LED 칩(10')이 실장된 회로 기판(200)을 유지하는 조명기구의 본체를 금속제로 하고, 발광 장치의 회로 기판(200)의 금속판(201)을 조명기구의 본체에 열적으로 결합시키는 것이 고려될 수 있다. 하지만, 내뢰서지성(lighting surge protection)을 확보하기 위해서는, 조명기구 본체와 회로 기판(200)의 금속판(201) 사이에 시트형의 절연층으로서, Sarcon(등록상표)과 같은, 고무 시트형의 방열(放熱) 시트를 삽입할 필요가 있어, 각각의 LED 칩(10)의 발광부로부터 발광 장치를 유지하는 금속 부재인 조명기구의 본체까지의 열저항이 커진다. 그러므로, 각각의 LED 칩(10')의 접합부 온도가 최대 접합부 온도보다 높게 상승하는 것을 방지하기 위해 각각의 LED 칩(10')에 대한 입력 전력을 제한할 필요가 있어, 광출력의 파워를 증대시키는 것이 곤란하다.
또, 금속판(201)과 조명기구의 본체 사이에 전술한 방열 시트를 삽입하였을 경우에는, 금속판(201)과 방열 시트 사이에 접착 부족을 일으켜, 금속판(201)과 방열 시트 사이에 발생된 공극으로 인한 열저항의 증대를 초래하거나, 각각의 발광 장치와 조명기구 본체 사이에 각종 열저항을 초래할 수 있다.
또, 특허 문헌 2에 개시된 발광 장치에서는, LED 칩(10')의 발광부에서 발생한 열을 LED 칩(10') 사이즈보다 작은 열전달 부재(210) 통해 금속판(201)에 전달하기 때문에, LED 칩(l0')으로부터 금속판(201)까지의 열저항이 비교적 크다. 그러므로, 결정 성장용 기판인 사파이어 기판을 금속판(201)에 열결합(thermally connected)되도록 실장한 경우에는, 사파이어 기판의 열저항이 증대한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 사유에 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은 LED 칩의 온도 상승을 억제할 수 있고 광출력의 파워를 증대시킬 수 있는 발광 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 발광 장치는, LED 칩, 칩 탑재 부재, 및 시트형 접합 부재(sheet-shaped connecting member)를 포함한다. 상기 칩 탑재 부재는 전열판(heat transfer plate)과 도체 패턴을 포함한다. 상기 전열판은 열전도성 재료로 이루어지고, 한쪽 면에 LED 칩이 실장된다. 상기 도체 패턴은 상기 전열판의 한쪽 면에 절연부를 통해 형성되고 LED 칩과 전기적으로 접속된다. 상기 시트형 접합 부재는 상기 전열판의 다른쪽 면에 배치되어 상기 전열판을 상기 칩 탑재 부재를 유지하는 금속 부재에 접합하며, 상기 시트형 접합 부재는 전기 절연성을 가지고 전열판과 금속 부재를 서로 열접합시킨다.
본 발명의 발광 장치에서는, 칩 탑재 부재를 유지하는 금속 부재에 전열판을 접합하기 위해 전열판의 다른쪽 면에 배치되고 전기 절연성을 가지며 전열판과 금속 부재를 열접합시키는 시트형 접합 부재를 제공하므로, 고무 시트형의 방열 시트를 금속 부재 사이에 삽입하는 경우에 비해, LED 칩의 발광부로부터 칩 탑재 부재를 유지하는 금속 부재까지의 열저항을 줄일 수 있다. 따라서, 방열성을 향상시켜 열저항의 불균일을 감소시킬 수 있으며, LED 칩의 접합부 온도의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 입력 전력을 크게 할 수 있어 광출력의 파워를 증대시킬 수 있다. 또, 발광 장치를 종래와 같은 출력으로 사용하는 경우에는 종래에 비해 LED 칩의 접합부 온도를 감소시킬 수 있다. 때문에, LED 칩의 수명이 길어진다는 이점이 있다.
바람직하게는, 상기 LED 칩은, SiC 기판 또는 GaN 기판으로 형성된 도전성 기판의 주표면 측에 GaN계 화합물 반도체 재료로 이루어진 발광부를 갖는다.
이 경우, 상기 LED 칩의 결정 성장용 기판의 격자 상수를 GaN계 화합물 반도체 재료의 격자 상수에 가깝게 설정할 수 있고, 또 결정 성장용 기판이 도전성을 가지므로, 결정 성장용 기판 상에 전극을 형성할 수 있다. 게다가, 결정 성장용 기판이 사파이어 기판인 경우에 비해 결정 성장용 기판의 전열성이 우수하여, 결정 성장용 기판의 열저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 방열성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 발광 장치는 또한, 상기 LED 칩의 칩 사이즈보다 크고 상기 LED 칩과 상기 전열판 사이에 배치되어 상기 LED 칩과 상기 전열판의 선 팽창계수(linear expansion coefficient)의 차로 인해 상기 LED 칩에 가해진 응력(stress)를 완화하는 서브 마운트 부재(sub-mount member)를 포함한다.
이 경우, LED 칩의 도전성 기판과 전열판의 선 팽창계수의 차이에 기인하여 LED 칩이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 칩의 신뢰성을 높일 수 있다.
바람직하게는, 상기 접합 부재는, 충전재(filler)를 함유하고 가열에 의해 점도(viscosity)가 감소하는 수지 시트로 이루어진다.
이 경우, 칩 탑재 부재와 접합 부재와의 접착 부족에 의해 칩 탑재 부재와 접합 부재 사이에 공간이 생겨 열저항이 증대한다는 문제점, 또는 접합 부재의 경년 열화에 의해 칩 탑재 부재와 접합 부재 사이에 간극이 생겨 열저항이 증대한다는 문제를 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 접합 부재의 평면 사이즈가 상기 전열판의 평면 사이즈보다 크도록 구성된다.
이 경우, 접합 부재와 전열판이 같은 평면 사이즈인 경우에 비해, 전열판과 금속 부재 사이의 연면 거리(creepage distance)를 길게 할 수 있어, 조명기구의 광원으로서 사용하는 경우에 내뢰서지성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 장치를 조명기구의 본체에 장착한 때의 발광 장치의 주요부를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는, 도 1의 발광 장치의 개략 분해 사시도이다.
도 3은, 도 1의 조명기구를 일부 파단한 개략 측면도이다.
도 4는 조명기구의 주요부를 나타낸 개략 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 6은, 도 5의 발광 장치를 사용한 조명기구의 주요부를 나타낸 개략 분해 사시도이다.
도 7은, 도 5의 발광 장치를 제조하는 방법의 설명도이다.
도 8a는, 도 5의 발광 장치의 주요부 설명도이다.
도 8b는, 도 5의 발광 장치의 주요부 설명도이다.
도 9는, 도 5의 발광 장치의 개략 분해 사시도이다.
도 10은, 도 5의 발광 장치를 사용한 조명기구의 주요부를 나타낸 개략 분해 사시도이다.
도 11은, 도 5의 발광 장치를 사용한 조명기구의 주요부를 나타낸 개략 사시도이다.
도 12는 종래의 발광 장치(LED 유닛)의 개략 단면도이다.
(제1 실시예)
이하, 본 실시예의 발광 장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
본 실시예의 발광 장치(LED 칩 유닛)(1)은 조명기구의 광원으로 사용되며, 직사각형 판 형태의 LED 칩(10), 칩 탑재 부재(70, 서브 마운트 부재(30), 리플렉터(반사 장치)(50), 보호 커버(60), 및 시트형 접합 부재(80)를 포함한다. 칩 탑재 부재(70)는 직사각형 판 형태의 도전성 플레이트(71)와 도체 패턴(리드 패턴)(73, 73)을 갖는다. 도전성 플레이트(71)는 LED 칩(10)의 칩 사이즈보다 칩 사이즈가 크도록 형성되고, LED 칩(10)은 도전성 플레이트(710)의 한쪽 면에 탑재된다. 도체 패턴(73, 73)은 도전성 플레이트(71)의 이 한쪽 면에 절연부(72)를 통해 형성되고 LED 칩(10)과 전기적으로 접속된다. 서브 마운트 부재(30)는 도전성 플레이트(71)와 LED 칩(10) 사이에 배치되어, 도전성 플레이트(71)와 LED 칩(10)의 선 팽창계수 차이로 인해 LED 칩(10)에 가해지는 응력을 완화한다. 리플렉터(50)는 칩 탑재 부재(70)의 일면에 LED 칩(10)을 둘러싸도록 배치되어 LED 칩(10)의 측면으로부터 방사된 광을 LED 칩(10)의 전방(도 1에서 윗쪽)으로 반사시킨다. 보호 커버(60)는 LED 칩(10)을 덮도록 리플렉터(50)의 전방에 장착된다. 시트형 접합 부재(80)는, 칩 탑재 부재(70)를 유지하는 조명기구의 금속제 본체(90)에 도전성 플레이트(71)를 접합하기 위해 도전성 플레이트(71)의 다른 쪽 면에 배치되고, 전기 절연성을 가지며, 도전성 플레이트(71)와 조명기구의 본체(90)를 열접합시킨다. 본 실시예에서는, 조명기구의 본체(90)는 칩 탑재 부재(70)를 유지하는 금속 부재 이지만, 조명기구의 본체(90) 외에 임의의 금속 부재를 칩 탑재 부재(70)를 유지하는데 사용할 수 있다. 금속 부재는 Al과 Cu 같은, 열전도율이 높은 재료로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는, 칩 탑재 부재(70), 리플렉터(50), 및 보호 커버(60)가 LED 칩(10)의 패키지를 구성한다. 또, 본 실시예에서는, 도전성 플레이트(71)는, 열전도성 재료로 이루어지고 한쪽 면에 LED 칩(10)이 탑재되는 전열판이다.
본 실시예의 조명기구는, 예를 들면 스폿 라이트로 사용되며, 회전 기대(rotation base)(11O)는 지지대(10O)에 고정되고, 암(arm)(112)은 그 일단부가 축 나사(shaft screw)(11l)를 사용하여 회전 기대(110)에 결합되며, 조명기구의 본체(90)는 결합 나사(threaded screw)(113)를 사용하여 암(112)에 결합된다.
본 실시예의 조명기구에서, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 조명기구의 본체(90)는 바닥면(bottom)과 바닥면의 다른 쪽 면에 개구부를 갖는 원통형이고, 본체(90) 내에 복수의 발광 장치(1)가 수용된다. 본 실시예의 조명기구에서, 각각의 발광 장치(1)는 본체(90)의 바닥 벽(bottom wall)(90a)에 접합 부재(80)를 통해 탑재되고, 본체(90)의 개구부는 전방 커버(91)에 닫혀있다. 전방 커버(91)는 원형의 유리판으로 이루어진 투광판(translucent plate)(91a)과, 투광판(9la)를 유지하는 링형 창틀(ring-shaped window frame)(91b)을 포함하고, 링형 창틀(91b)은 본체(90)에 장착되어 있다. 그리고, 투광판(91a)은 유리 기판에 한정되지 않고, 임의의 투광성 재료로 이루어질 수 있다. 또, 투광판(91a)은 각각의 발광 장치(1)로부터 방사된 광의 분배를 제어하는 렌즈를 일체로 포함할 수 있다.
본체(90) 내에 수용된 복수의 발광 장치(1)는, 복수의 리드선(93)(도 1 및 도 3 참조)에 의해 직렬 접속되고, 복수의 발광 장치(1)의 직렬 회로 양단의 리드선(93)은 전원 회로(도시하지 않음)로부터 전력을 공급받기 위해 본체(90)의 바닥 벽(90a)을 관통하여 형성된 삽입공(90c)에 삽입된다. 전원 회로로는, 예를 들면, 상용 전원과 같은 교류 전원으로부터의 교류 출력을 정류 및 평활하는 다이오드 브리지를 사용한 정류 회로와, 이 정류 회로의 출력을 평활하는 평활 커패시터를 갖는 전원 회로를 채용할 수 있다. 본 실시예에서, 조명기구의 본체(90) 내의 복수의 발광 장치(1)가 직렬로 접속되지만, 복수의 발광 장치(1)의 접속 관계는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 발광 장치(1)들은 병렬 접속되거나, 직렬 접속과 병렬 접속이 조합될 수 있다.
LED 칩(10)은 청색광을 방사하는 GaN계 청색 LED 칩이며, 결정 성장용 기판으로 사용된 것은, 사파이어 기판인 경우에 비해 격자 상수 및 결정 구조가 GaN의 격자 상수 및 결정 구조에 가깝고, 도전성을 가지는 n형 SiC 기판으로 이루어지는 도전성 기판(11)이다. 도전성 기판(11)의 주요면 쪽에는, GaN계 화합물 반도체 재료로 이루어지고 더블 헤테로 구조(double-heterostructure)와 같은 다층 구조를 갖는 발광부(12)가 에피택셜 성장법(예를 들면, MOVPE법)에 의해 성장된다. 도전성 기판(11)의 배면에는 도시하지 않은 캐소드 전극(n형 전극)이 형성되고, 발광부(12)의 전면(도전성 기판(11)의 주요면 쪽의 가장 바깥쪽 표면)에 도시하지 않은 애노드 전극(p형 전극)이 형성된다. 요컨대, LED 칩(10)은 한쪽 면에 형성된 애노드 전극과 다른쪽 면에 형성된 캐소드 전극을 갖는다. 캐소드 전극 및 애노드 전극은 Ni막과 Au막을 갖는 다층 구조이지만, 캐소드 전극 및 애노드 전극의 재료는 이것으로 한정되지 않으며, Al과 같은, 높은 오믹 특성(Ohmic characteristic)을 얻을 수 있는 임의의 재료로 이루질 수 있다.
LED 칩(10)에서, 애노드 전극은 본딩 와이어(bonding wire)(14)(도 1에서 왼쪽 본딩 와이어(14))를 통해 칩 탑재 부재(70) 상의 하나의 도체 패턴(73)의 일단부(안쪽 리드부)에 전기적으로 접속되고; 캐소드 전극은 서브 마운트 부재(30) 및 본딩 와이어(14)(도 1에서 오른쪽 본딩 와이어(14))를 통해 칩 탑재 부재(70) 상의 다른 도체 패턴(73)의 일단부(안쪽 리드부)에 전기적으로 접속되며, 각각의 도체 패턴(73)의 타단부는 납땜으로 이루어지는 접합부(95)를 통해 리드선(93)에 전기적으로 접속된다.
칩 탑재 부재(70)에서, 도전성 플레이트(71)의 재료로서, Cu, 인청동(phosphor bronze)과 같은, 도전성과 비교적 높은 열전도율을 갖는 전도성 재료가 채용되고, 도체 패턴(73, 73)의 재료로는, 예를 들면, Cu를 채용할 수 있다. 칩 탑재 부재(70)의 절연부(72)의 재료로는, FR4와 같은 유리 에폭시 수지, 폴리이미드계 수지, 페놀 수지와 같은, 절연성을 갖는 수지를 채용할 수 있다. 본 실시예에서, 칩 탑재 부재(70)에는 절연부(72)의 중앙부에 도전성 플레이트(71)의 일면을 일부 노출시키는 창공(window hole)(75)이 형성되어 있고, LED 칩(10)은 창공(75)의 내측에 배치된 서브 마운트 부재(30)를 통해 도전성 플레이트(71)에 탑재되어 있다. 도전성 플레이트(71)의 두께는 리드 프레임의 두께와 대략 동일하여야 한다. 그러므로, 상기한 특허 문헌 1, 2에 개시된 발광 장치의 회로 기판과 비교할 때, 회로 기판의 두께를 줄일 수 있다.
본 실시예에서, LED 칩(10)의 발광부(12)는 도전성 기판(11)보다 도전성 플레이트(71)으로부터 더 먼 쪽에 위치되도록 도전성 플레이트(71)에 탑재되어 있다. 하지만, LED 칩(10)의 발광부(12)는 도전성 기판(11)보다 도전성 플레이트(71)에 더 가까운 쪽에 위치되도록 도전성 플레이트(71)에 탑재될 수 있다. 광출력 효율의 면에서, 발광부(12)는 도전성 플레이트(71)로부터 이격된 쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 하지만, 본 실시예에서는 도전성 기판(11)과 발광부(12)가 같은 정도의 굴절률을 가지므로, 발광부(12)를 도전성 플레이트(71)에 가까운 쪽에 배치하더라도 광출력 효율의 실질적인 저하를 초래하지 않는다.
또, 리플렉터(50)는 원형 개구부를 갖는 프레임 형상이다. 개구부는, LED 칩(10)의 두께 방향으로 LED 칩(10)으로부터 멀어짐에 따라 개구 면적이 커진다. 리플렉터(50)는 절연성을 가지는 시트형 접착 필름으로 이루어지는 고착재(fixing member)(55)에 의해 칩 탑재 부재(70)에 고착되어 있다.
리플렉터(50)의 재료로는, LED 칩(10)으로부터 방사되는 광(본 발명에서는 청색광)에 대한 반사율이 비교적 큰 재료, 예를 들면 Al이 채용될 수 있다. 고착재(55)에는 리플렉터(50)의 개구부에 대응하는 원형 개구부(55a)가 형성되어 있다. 리플렉터(50) 내에는 LED 칩(10)을 밀봉하는 투명한 밀봉 수지(예를 들면, 실리콘 수지)를 폿팅(potting)하는 것이 바람직하다.
보호 커버(60)는, LED 칩(10)의 두께 방향에 따른 중심선 상에 중심이 위치하는 돔형(dome-shaped) 커버부(62); 및 커버부(62)의 개구부의 주위 에지와 연속하여 일체로 형성된 돌출된 플랜지부(61)를 포함한다. 플랜지부(61)에서 리플렉 터(50) 쪽을 향한 면의 주변부에는 환형의 위치 결정 리브(61a)가 돌출되어 있어, 보호 커버(60)가 리플렉터(50)에 대하여 안정적으로 위치될 수 있다. 보호 커버(60)는 리플렉터(50)에, 예를 들면 접착제(예를 들면, 실리콘 수지, 에폭시 수지)를 사용하여 접착될 수 있다.
보호 커버(60)는 실리콘과 같은 투광성 재료와, LED 칩(10)으로부터 방사된 청색광에 의해 여기되어 넓은(broad) 황색계의 광을 방사하는 미립자로된 황색 형광체를 혼합한 혼합물을 몰딩한 것이다. 따라서, 본 실시예의 발광 장치(1)에서, 보호 커버(60)는 또한 LED 칩(10)으로부터 방사된 광에 의해 여기될 때 LED 칩(10)의 발광색과는 상이한 색의 광을 발광하는 색 변환부(color conversion part)로도 기능하여, 전체 발광 장치(1)는 LED 칩(10)으로부터 방사된 청색광과 황색 형광체로부터 방사된 광을 결합한 광인 백색광을 출력하는 백색 LED를 구성한다. 보호 커버(60)의 투광성 재료는 실리콘에 한정되지 않고, 예를 들면 아크릴 수지, 에폭시 수지, 또는 유리일 수도 있다. 보호 커버(60)에 사용되는 투광성 재료와 혼합되는 형광체는 황색 형광체에 한정되지 않는다. 예를 들면, 적색 형광체와 녹색 형광체를 투광성 재료와 혼합하여 백색광을 얻을 수 있다. LED 칩(10)의 발광색이 발광 장치(1)의 원하는 발광색과 같은 경우에는 투광성 재료에 형광체를 혼합할 필요는 없다.
본 발명에서, 전술한 바와 같이, LED 칩(10)은 청색의 발광색을 갖는 청색 LED 칩이고, 도전성 기판(11)은 SiC 기판이다. 하지만, SiC 기판의 대신에 GaN 기판을 사용할 수도 있다. SiC 기판 또는 GaN 기판을 사용한 경우에는, 하기의 표 1 에 나타낸 바와 같이, 앞서 언급한 특허 문헌 2와 같이 결정 성장용 기판으로 절연체인 사파이어 기판을 사용하는 경우에 비해, 결정 성장용 기판의 열전도율이 높고 열저항이 낮다. LED 칩(10)의 발광색은 청색에 한정되지 않고, 적색 또는 녹색일 수 있다. 즉, LED 칩(10)의 발광부(12)의 재료는 GaN계 화합물 반도체 재료에 한정되지 않고, LED 칩(10)의 발광색에 따라 GaAs계 화합물 반도체 재료나 GaP계 화합물 반도체 재료를 사용할 수도 있다. 또, 도전성 기판(11)도 SiC 기판에 한정되지 않고, 발광부(12)의 재료에 따라 GaAs 기판, GsP 기판 등을 선택할 수 있다.
[표 1]
Figure 112008003983050-PCT00001
LED 칩(10)은, 전술한 바와 같이 LED 칩(10)의 칩 사이즈보다 큰 사이즈의 직사각형 판형으로 형성되고, LED 칩(10)과 도전성 플레이트(71)의 선 팽창계수 차이에 기인하여 LED 칩(10)에 가해지는 응력을 완화하는 서브 마운트 부재(30)를 통해 도전성 플레이트(71)에 탑재된다. 서브 마운트 부재(30)는, 이 응력을 완화하는 기능뿐 아니라, LED 칩(10)에서 발생한 열을 LED 칩(10)의 칩 사이즈보다 넓은 면적의 도전성 플레이트(71)로 전달하는 기능을 한다. 도전성 플레이트(71)에 있어 LED 칩(10) 측의 표면적은, LED 칩에 있어 칩 탑재 부재(70) 측의 표면적보다 충분히 큰 것이 바람직하다. 예를 들면, 0.3 내지 1.0 mm 정사각형의 LED 칩(10)으로부터 효율적으로 폐열시키기 위해서는, 도전성 플레이트(1)와 접합 부재(80)의 접촉 면적을 증대시키고, LED 칩(10)의 열을 넓은 범위에 걸쳐 균일하게 전달함으로써 열저항을 줄이는 것이 바람직하고, 도전성 플레이트(71)에 있어 LED 칩(10) 측의 표면적을 LED 칩(10)에 있어 도전성 플레이트(71) 측의 표면적보다 10배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 서브 마운트 부재(30)는, LED 칩(10)에 가해지는 응력을 완화하기만 하면 되고, 서브 마운트 부재(30)의 두께 치수를 상기한 특허 문헌 1, 2에 개시된 발광 장치의 회로 기반의 두께 치수보다 작게 할 수 있기 때문에, 열전도율이 비교적 큰 재료를 채용함으로써, 열저항을 줄일 수 있다.
본 실시예에서는, 서브 마운트 부재(30)는 CuW로 이루어진다. 그리고, LED 칩(10)은, 전술한 바와 같이, 애노드 전극이 본딩 와이어(14)를 통해 하나의 도체 패턴(73)에 전기적으로 접속되고, 캐소드 전극이 서브 마운트 부재(3O) 및 본딩 와이어(14)를 통하여 다른 도체 패턴(73)에 전기적으로 접속된다.
서브 마운트 부재(30)의 재료는 CuW에 한정되지 않고, 예를 들면 아래의 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 선 팽창계수가 도전성 기판(11)의 재료인 6H-SiC에 비교적 가깝고, 또 W, AlN, 복합 SiC, 및 Si 등과 같이, 열전도율이 비교적 높은 재료를 사용할 수도 있다. 서브 마운트 부재(30)가 AlN과 복합 SiC와 같은 절연체로 형성되는 경우에는, 예를 들면, 서브 마운트 부재(30)에 있어 LED 칩(10) 측의 표면에 캐소드 전극과 접속되는 적당한 전극 패턴을 설치할 수 있고, 이 전극 패턴은 본딩 와이어(14)를 통해 다른 도체 패턴(73)과 전기적으로 접속될 수 있다.
[표 2]
Figure 112008003983050-PCT00002
도전성 플레이트(71)가 Cu로 이루어진 경우, 서브 마운트 부재(30)로서 CuW 또는 W를 채용하면, 서브 마운트 부재(30)와 도전성 플레이트(71)를 직접 접합하는 것이 가능하다. 이 경우에, 아래의 표 3에 나타낸 바와 같이, 서브 마운트 부재(30)와 도전성 플레이트(71)를, 예를 들면 브레이징 재료(brazing material)를 사용하여 접합한 경우에 비해, 서브 마운트 부재(30)와 도전성 플레이트(71)의 접합면적을 증대할 수 있고, 이들의 접합부에서의 열저항을 감소시킬 수 있다. LED 칩(10)과 서브 마운트 부재(30)는, AuSn, SnAgCu와 같은 무연 솔더(Pb-free solder)를 사용하여 서로 접합될 수 있지만, AuSn를 사용하여 접합하는 경우에는, 서브 마운트 부재(30)에 있어 접합 표면은 미리 Au 또는 Ag으로 이루어지는 금속층 을 형성하는 전처리 과정을 거쳐야 한다.
[표 3]
Figure 112008003983050-PCT00003
서브 마운트 부재(30)가 W로 이루지고, 서브 마운트 부재(30)와 도전성 플레이트(71)가 서로 직접 접합되는 경우, 아래의 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 서브 마운트 부재(30)와 도전성 플레이트(71)가 은 솔더(siver soleder)를 사용하여 접합되는 경우에 비해, 열전도율을 증대시키고 열저항을 감소시킬 수 있다. 도전성 플레이트(71)가 Cu로 이루어지고, 서브 마운트 부재(30)가 AlN, 복합 SiC 등으로 이루어진 경우에는, 도전성 플레이트(71)와 서브 마운트 부재(30)를 AuSn, SrlAgCu 등의 무연 솔더를 사용하여 접합할 수 있지만, AuSn를 사용하여 접합하는 경우에는, 도전성 플레이트(71)에 있어 접합 표면은 미리 Au 또는 Ag로 이루어지는 금속층을 형성하기 위한 전처리 과정을 거쳐야 한다.
[표 4]
Figure 112008003983050-PCT00004
그런데, 본 실시예의 발광 장치(1)에는, 전술한 바와 같이, 칩 탑재 부재(70)를 유지하는 조명기구의 금속제 본체(90)에 도전성 플레이트(71)를 접합하기 위해 도전성 플레이트(71)의 다른 쪽 면에 배치되고 전기 절연성을 가지며 도전성 플레이트(71)와 조명기구의 본체(90)를 서로 열결합시키는 시트형 접합 부재(80)가 설치되어 있고, 발광 장치(1)는 시트형 접합 부재(80)를 통해 조명기구의 본체(90)에 접합되어 있다. 즉, 본 실시예의 조명기구에서, 각각의 발광 장치(1)의 칩 탑재 부재(70)의 도전성 플레이트(71)와 금속 부재인 조명기구의 본체(90) 사이에 시트형 접합 부재(80)가 삽입되고, 이 시트형 접합 부재(80)는 도전성 플레이트(71)와 조명기구의 본체(90) 사이에 전기적으로 절연을 제공하고, 이들을 서로 열결합시키는 기능을 가진다.
도전성 플레이트(71)와 조명기구의 본체(90) 사이에 종래의 방열 시트를 삽입한 경우에는, 도전성 플레이트(71)와 방열 시트와의 접착 부족에 의해, 이들 사이에 생성된 공간에 기인하여 열저항의 증대를 초래하거나, 또는 각각의 발광 장치(1)와 조명기구의 본체(90) 사이의 각종 열저항을 초래할 수 있다.
이에 대해, 본 실시예의 발광 장치(1)에서, 시트형 접합 부재(80)는 실리카, 알루미나와 같은 충전재를 포함하고, 가열에 의해 점도가 감소하는 수지 시트(예를 들면, 용융 실리카를 고충전된 에폭시 수지 시트와 같은 유기 그린 시트)로 이루어진다. 때문에, 시트형 접합 부재(80)는 전기 절연성을 가지고, 열전도율이 높으며, 가열 시에 유동성이 높고, 요철면에 대한 밀착성이 높다. 그러므로, 도전성 플레이트(71)를 시트형 접합 부재(80)를 통해 조명기구의 금속제 본체(90)에 접합하는 경우(더욱 상세하게는, 칩 탑재 부재(70)의 도전성 플레이트(71)와 본체(90) 사이에 시트형 접합 부재(80)를 삽입하고 시트형 접합 부재(80)를 가열함으로써 도 전성 플레이트(71)와 조명기구의 본체(90)를 접합함)에, 시트형 접합 부재(80)와 도전성 플레이트(71) 사이, 그리고 시트형 접합 부재(80)와 조명기구의 본체(90) 사이에 공간(공극)이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 접착 부족에 의한 열저항의 증대 및 불균일의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 종래와 같이 LED 칩(10)이 회로 기판에 탑재되고 회로 기판과 조명기구의 본체(90) 사이에 Sarcon(등록상표)과 같은 고무 시트형 방열 시트가 삽입되는 경우에 비해, LED 칩(10)으로부터 조명기구의 본체(90)까지의 열저항을 줄일 수 있고, 방열성을 향상시킬 수 있다. 또, 열저항의 불균일을 감소시키고, LED 칩(10)의 접합부 온도의 상승을 억제할 수 있다. 때문에, 입력 전력을 크게 하여 광출력의 파워를 증대시킬 수 있다. 접합 부재(80)와 관련하여, 예를 들면, 조명기구의 본체(90)로의 열전달을 위한 유효 접촉 면적이 25mm2이고 접합 부재(80)의 두께가 0.l mm인 경우, 접합 부재(80)의 열저항을 1 K/W 이하로 억제하기 위해서는, 접합 부재(80)의 열전도율이 4[W/m·K] 이상이어야 하고, 전술한 바와 같이 용융 실리카를 고충전한 에폭시 수지 시트를 채용하는 경우, 이 조건을 충족시킬 수 있다.
LED 칩(10)과 도전성 플레이트(71) 사이에 삽입된 서브 마운트 부재(30)는, LED 칩(10)과 도전성 플레이트(71)의 선 팽창계수 차이가 비교적 작은 경우, 반드시 필요한 것은 아니다. LED 칩(10)과 도전성 플레이트(71) 사이에 서브 마운트 부재(30)를 삽입하지 않은 경우, LED 칩(10)과 조명기구의 금속제 본체(90)의 바닥 벽(90a) 사이의 거리가 짧아져, LED 칩(10)의 발광부(12)로부터 본체(90)까지의 열 저항이 더욱 감소되고, 방열성이 더욱 향상된다. 따라서, 광출력의 파워를 증대시킬 수 있다.
(제2 실시예)
이하, 본 실시예의 발광 장치에 대하여 도 5 내지 도 11을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 발광 장치(1)는 제1 실시예의 구성과 대략 동일하게 구성되지만, 돔형 광학 부재(160), 밀봉부(150), 및 돔형 색변환 부재(170)를 포함하는 점에서 제1 실시예와 다르다. 돔형 광학 부재(160)는 LED 칩(10)으로부터 방사된 광의 분배를 제어하며, 투광성 재료로 이루어지고, 이 돔형 광학 부재(160)와 칩 탑재 부재(70) 사이에 LED 칩(10)이 수용되도록 칩 탑재 부재(70)의 한쪽 면(도 5에서 상면 측)에 부착된다. 밀봉부(150)는 밀봉 수지(encapsulation resin)로 이루어지고 투광성과 탄성을 가지며, 광학 부재(160)와 칩 탑재 부재(70)로 에워싸인 공간 내에 LED 칩(10) 및 LED 칩(10)에 전기적으로 접속된 복수(본 실시예에서는 4개)의 본딩 와이어(14)를 밀봉한다. 돔형 색변환 부재(170)는 LED 칩(10)으로부터 방사된 광에 의해 여기되어 밀봉부(150) 및 광학 부재(160)를 통과하면 LED 칩(10)의 발광색과는 상이한 색의 광을 방사하는 형광체 및 투광성 재료로 이루어진 성형품이다. 돔형 색변환 부재(170)는, 칩 탑재 부재(70)의 한쪽 면에 광학 부재(160)의 광 출사면(160b)과의 사이에 공기층(180)이 형성되도록 설치된다. 제1 실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하여 설명을 생략한다.
본 실시예의 칩 탑재 부재(70)는, LED 칩(10)이 서브 마운트 부재(30)를 통 하여 탑재되는 직사각형 판형의 도전성 플레이트(71)와, 직사각형 판형의 가요성 인쇄 회로 기판이고 폴리올레핀계 고정 시트(79)(도 6 참조)를 통하여 도전성 플레이트(71)의 한쪽 면에 고착된 배선 기판(74)을 포함한다. 칩 탑재 부재(70)는, 배선 기판(74) 상의 도전성 플레이트(71)의 한쪽 면에 절연성 기판으로 이루어지는 절연부(72)를 통하여 설치되어 LED 칩(10)과 전기적으로 접속되는 도체 패턴(73, 73)을 포함한다. 절연부(72)는 중앙부에 도전성 플레이트(71)의 일면을 일부 노출시키는 창공(75)을 가지고, LED 칩(10)이 창공(75)의 안쪽에 배치된 서브 마운트 부재(30)를 통하여 도전성 플레이트(71)에 탑재된다. 배선 기판(74)의 절연부(72)는 폴리이미드 필름을 사용하여 만들어지고, 각각의 도체 패턴(73, 73)은 Cu막, Ni막, 및 Au막을 포함하는 다층막으로서 구성된다.
배선 기판(74)은 도전성 플레이트(71)의 반대쪽 면에 적층된 레지스트층(76)을 가지고, 레지스트층(76)은 LED 칩(10)으로부터 방사된 광을 반사하는 백색 수지로 이루어진다.
본 실시예에서, 서브 마운트 부재(30)는 열전도율 및 절연성이 비교적 높은 AlN으로 이루어진다. LED 칩(10)은 한쪽 면의 인접한 두 곳의 코너에 형성된 애노드 전극(13a)(도 7 및 도 8a 참조)과, 다른 2곳의 코너에 형성된 캐소드 전극(13b)(도 7 및 도 8a 참조)을 포함한다. 각각의 애노드 전극(13a)은 본딩 와이어(14)를 통하여 도체 패턴(73) 중 하나에 전기적으로 접속되고, 각각의 캐소드 전극(13b)은 본딩 와이어(14)를 통하여 도체 패턴(73) 중 다른 하나에 전기적으로 접속된다. 배선 기판(74)의 레지스트층(76)은, 창공(75) 근방에 각 도체 패턴(73)의 두 부분이 노출되고, 또 배선 기판(74)의 주변부에 각 도체 패턴(73)의 한 분분이 노출되도록 패터닝되어 있다. 각각의 도체 패턴(73)에 있어, 창공(75) 근방에 노출된 두 부분은 본딩 와이어(14)에 접속되는 단자부(73a)를 구성하고, 레지스트층(76) 주변부에 노출된 원형 부분은 외부에 접속되는 전극부(73b)를 구성한다. 하고 있다. 두 개의 전극부(73b) 중에서, LED 칩(10)의 각 애노드 전극(13a)이 전기적으로 접속되는 전극부(73b)(도 7에서 오른쪽 전극부(73b))에는 "+" 마크가 표시되고, LED 칩(10)의 각 캐소드 전극(13b)이 전기적으로 접속되는 전극부(73b)(도 7에서 왼쪽 전극부(73b))에는 "-" 마크가 표시되어 있어, 발광 장치(1)에서의 전극부(73a, 73b)의 극성을 시각적으로 인식할 수 있으므로, 접속 오류를 방지할 수 있다.
본 실시예에서, 배선 기판(74)의 창공(75)은 직사각형으로 형성되고, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 직사각형 창공(75)의 각 변의 중앙부 근방에 단자부(73a)가 설치된다. 하지만, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 창공(75)의 각 변의 일단 근방에 단자부(73a)를 각각 형성하면, 본딩 와이어(14)의 전체 길이를 길게 할 수 있어, 디바이스의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
LED 칩(10)과 서브 마운트 부재(30)는, 예를 들면 SnPb, AuSn, 그리고 SnAgCu와 같은 솔더나, 은 페이스트를 사용하여 서로 접합될 수 있지만, AuSn과 SnAgCu와 같은 무연 솔더를 사용하여 서로 접합되는 것이 바람직하다.
밀봉부(150)를 만드는데 사용된 밀봉 수지는 실리콘 수지이지만, 재료는 실리콘 수지에 한정되지 않고, 예를 들면 아크릴 수지를 사용할 수도 있다.
광학 부재(160)는 투광성 재료(예를 들면, 실리콘)로 이루어진 성형품이고 돔형으로 형성된다. 본 실시예에서, 광학 부재(160)는 실리콘 성형품이므로, 광학 부재(160)와 밀봉부(150)의 굴절률 및 선 팽창계수 차이를 줄일 수 있다. 밀봉부(150)가 아크릴 수지로 이루어진 경우에는, 광학 부재(160)도 아크릴 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 광학 부재(160)는, 광 출사면(160b)이 광 입사면(160a)으로부터 입사한 광을 광 출사면(160b)과 공기층(180)의 경계에서 전반사시키지 않는 볼록면을 가지도록 구성되고, 광축이 LED 칩(10)과 정렬되도록 배치된다. 그러므로, LED 칩(10)으로부터 방사되어 광학 부재(160)의 광 입사면(160a)에 입사된 광이 광 출사면(160b)과 공기층(l80)의 경계에서 전반사되지 않고, 광이 색 변환 부재(70)까지 도달하기 쉬워져, 전체 광속(light fulux)을 증대시킬 수 있다. LED 칩(10)의 측면으로부터 방사된 광은 밀봉부(150), 광학 부재(160), 및 공기층(180)으로 전파되어, 색 변환부 부재(170)에 도달하고, 도달한 광은 색 변환 부재(170)의 형광체를 여기시키거나 형광체에 충돌하지 않고 색 변환 부재(170)를 투과한다. 광학 부재(160)는 위치에 관계없이 법선 방향을 따라 두께가 일정하도록 형성된다.
색 변환 부재(170)는, 실리콘과 같은 투광성 재료와, LED 칩(10)으로부터 방사된 청색광에 의해 여기되어 넓은 황색계 광을 방사하는 입자형 황색 형광체의 혼합물로 이루어진 성형품이다(즉, 색 변환 부재(170)는 형광체를 함유한다). 따라서, 본 실시예의 발광 장치(1)에서는, LED 칩(10)으로부터 방사된 청색광과 황색 형광체로부터 방사된 광이 모두 색 변환 부재(170)의 외면(170b)을 통해 방사되므 로, 백색광을 얻을 수 있다. 색 변환 부재(170)의 재료로 사용되는 투광성 재료는 실리콘에 한정되지 않고, 예를 들면 아크릴 수지, 유리를 채용할 수도 된다. 또, 색 변환 부재(170)의 재료로 사용된 투광성 재료에 혼합되는 형광체도 황색 형광체에 한정되지 않고, 예를 들면 적색 형광체와 녹색 형광체를 혼합하여 백색광을 얻을 수도 있다.
색 변환 부재(170)에서, 내면(170a)은 광학 부재(160)의 광 출사면(160b)에 따른 형상으로 형성된다. 따라서, 광학 부재(160)의 광 출사면(160b)의 위치에 관계없이 법선 방향을 따라, 광 출사면(160b)과 색 변환 부재(170)의 내면(170a) 사이의 거리가 대략 일정 값이다. 색 변환 부재(170)는, 위치에 관계없이 법선 방향에 따른 두께가 일정하도록 성형된다.
본 실시예의 발광 장치(1)에서는, 색 변환 부재(170)와 광학 부재(160) 사이에 공기층(180)이 형성되어 있으므로, 색 변환 부재(170)에 외력이 작용했을 때, 색 변환 부재(170)가 변형되어 광학 부재(160)에 닿을 가능성이 낮아진다. 때문에, 외력에 의해 색 변환 부재(170)에 가해진 응력이 광학 부재(160) 및 밀봉부(150)를 통해 LED 칩(10) 및 각각의 본딩 와이어(14)에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 외력에 의한 LED 칩(10)의 발광 특성의 변동 및 각 본딩 와이어(14)의 단선이 발생하기 어려워져, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 색 변환 부재(170)와 광학 부재(160) 사이에 형성된 공기층(180)은, 주변 대기 중의 수분이 LED 칩(10)에 도달하기 어려워진다는 이점과, 칩(10)으로부터 방사되어 밀봉부(150) 및 광학 부재(160)를 투과하여 색 변환 부재(170)에 입사한 다음 색 변환 부재(170) 중의 황색 형광체의 분말에 의해 광학 부재(160) 쪽으로 산란되어 광학 부재(160)를 투과하는 광의 양을 감소시킬 수 있고, 그 결과 발광 장치(1)의 외부로의 광출력 효율을 전체로서 향상시킬 수 있다는 이점을 제공한다.
본 실시예의 발광 장치(1)에서, 서브 마운트 부재(30)의 두께 치수는, 서브 마운트 부재(30)의 표면이 배선 기판(74)의 표면(레지스트층(76)의 표면)보다 도전성 플레이트(21)로부터 더 이격되도록 설정되므로, LED 칩(10)으로부터 측방으로 방사된 광이 배선 기판(74)에 형성된 창공(75)의 내면(inner surface)을 통해 배선 기판(74)에 흡수되는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 전술한 발광 장치(1)의 제조 방법에 관련하여서는, 예를 들면 LED 칩(10)과 각 도체 패턴(73, 73)을 각각 2개의 본딩 와이어(14)를 통해 전기적으로 접속한 후, 도 7에 나타낸 바와 같이, 디스펜서(400)의 노즐(401)의 팁을, 배선 기판(74)의 창공(75)과 연통하여 형성된 수지 주입공(78) 내에 위치시킨 다음, 서브 마운트 부재(30)와 배선 기판(74)의 간극에 액상 밀봉 수지(예를 들면, 실리콘 수지)를 주입하고, 경화시켜 밀봉부(150)의 일부를 형성하고, 돔형 광학 부재(160)의 안쪽에 밀봉부(150)의 나머지의 부분이 되는 액상 밀봉 수지(예를 들면, 실리콘 수지)를 다시 주입하며, 광학 부재(160)를 칩 탑재 부재(70) 상의 미리 정해진 위치에 배치한 다음, 밀봉 수지를 경화시켜 밀봉부(150)를 형성하는 동시에 광학 부재(160)를 칩 탑재 부재(70)에 고정하며, 그 후, 색 변환 부재(170)를 칩 탑재 부재(70)에 고착하는, 제조 방법을 고려할 수 있다. 이와 같은 제조 방법에서는, 제조 과정 중에 밀봉부(150)에 기포(보이드)가 형성될 수 있기 때문에, 광학 부 재(160)에 액상 밀봉 수지를 과도한 양으로 주입할 필요가 있다. 하지만, 이와 같은 방법을 채용한 경우, 광학 부재(160)를 칩 탑재 부재(70)의 미리 정해진 위치에 배치할 때, 액상 밀봉 수지의 일부가 광학 부재(160)와 칩 탑재 부재(70)로 둘러싸인 공간으로부터 넘쳐 나와, 레지스트층(76)의 표면에 퍼져 불필요한 밀봉 수지 부분을 형성하고, 그것에 의해 광이 흡수되거나 불균일한 표면에 기인한 광의 난반사(diffused reflection)가 발생할 수 있고, 발광 장치(1)의 광출력 효율이 전체로서 저하될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 발광 장치(1)에서는, 칩 탑재 부재(70)의 표면에 있어 광학 부재(160)의 링형 단부가 중첩되는 부분과 색 변환 부재(170)의 링형 단부가 중첩되는 부분 사이에, 광학 부재(160)과 칩 탑재 부재(70)로 둘러싸인 공간으로부터 넘쳐 나온 밀봉 수지를 보유하기 위한 복수의 수지 보유공(resin reservoir hole)(77)을 광학 부재(160)의 외주 방향으로 이격되게 형성한다. 이 수지 보유공(77)은 배선 기판(74)에 형성된 관통공(77a)과 도전성 플레이트(71) 내에 관통공(77a)에 대응하는 위치에 형성된 오목부(recess)(77b)로 구성된다. 또, 본 실시예의 발광 장치(1)에서는, 칩 탑재 부재(70)의 표면에 있어 광학 부재(160)의 링형 단부가 중첩되는 부분과 색 변환 부재(170)의 링형 단부가 충첩되는 부분 사이에, 각각의 수지 보유공(77)을 덮는 광 흡수 방지용 기판(40)을 배치하고, 이 광 흡수 방지용 기판(40)에 의해, 각각의 수지 보유공(77) 내에 보유되어 경화된 밀봉 수지로 형성된 수지부에 의한 광 흡수를 방지할 수 있다. 광 흡수 방지용 기판(40)에서는, 칩 탑재 부재(70) 측과는 반대쪽 면에 LED 칩(10), 색 변환 부재(170) 등으 로부터의 광을 반사하는 백색 레지스트층을 설치하여, 전술한 광 흡수를 방지할 수 있다. 광 흡수 방지용 기판(40)은, 광학 부재(160)를 칩 탑재 부재(70)에 있어 미리 정해진 위치에 배치할 때 넘쳐흐른 밀봉 수지가 각각의 수지 보유공(77)을 채운 후에, 칩 탑재 부재(70)의 표면 쪽에 배치될 수 있고, 그 다음에 밀봉 수지를 경화시킬 때 밀봉 수지에 의해 칩 탑재 부재(70)에 고정될 수 있다. 광 흡수 방지용 기판(40)에는, 각각의 수지 보유공(77)의 미소 영역을 노출시키는 복수의 컷아웃부(cutout)(42)가 형성되어, 수지 보유공(77) 내의 밀봉 수지가 경화될 때 보이드가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예의 발광 장치(1)에서는, 제1 실시예와 마찬가지로, 칩 탑재 부재(70)를 유지하는 금속 부재인 조명기구의 본체(90)에 도전성 플레이트(71)를 접합하기 위해 도전성 플레이트(71)의 다른 쪽 면에 배치되고, 전기 절연성을 가지며, 도전성 플레이트(71)와 조명기구의 본체(90)를 열결합시키는 시트형 접합 부재(80)가 설치된다. 때문에, 고무 시트형 방열 시트를 본체(90)와 도전성 플레이트(71) 사이에 삽입하는 경우에 비해, LED 칩(10)의 발광부로부터 칩 탑재 부재(70)를 유지하는 금속 부재까지의 열저항을 줄일 수 있어, 방열성을 향상시킬 수 있고, 열저항의 불균일을 감소시킬 수 있으며, LED 칩의 접합부 온도의 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 입력 전력을 증대시킬 수 있어 광출력의 파워를 증대시킬 수 있다.
또, 본 실시예의 발광 장치(1)에서, 접합 부재(80)의 평면 사이즈는 도전성 플레이트(71)의 평면 사이즈보다 크다. 때문에, 접합 부재(80)와 도전성 플레이 트(71)를 동일한 평면 사이즈로 형성하는 경우에 비해, 도전성 플레이트(71)와 금속 부재인 조명기구의 본체(90)와의 연면 거리를 길게 할 수 있어, 발광 장치(1)를 조명기구의 광원으로 사용하는 경우에 내뢰서지성을 향상시킬 수 있다(유의할 것은, 일반적으로 옥내용 조명기구와 옥외용 조명기구는 필요로 하는 발광 장치와 금속 부재 사이의 연면 거리가 상이하고, 옥외용 조명기구가 더 긴 연면 거리를 요구한다는 것이다). 시트형 접합 부재(80)의 두께에 대해서는, 내뢰서지성의 요구 내압(耐壓)에 따라 두께를 설계할 필요가 있지만, 낮은 열저항의 관점에서는 보다 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 접합 부재(80)에 대해서는, 두께를 설정한 후에, 연면 거리의 요건을 충족하도록 평면 사이즈를 설정할 수 있다.
제1 실시예에서 설명한 조명기구에서는, 각 발광 장치(1)를 리드선(93)(도 1 및 도 4 참조)에 의해 접속하지만, 본 실시예의 조명기구는, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 절연성 기판(301)을 포함하는 회로 기판(300)이 설치되고, 절연성 기판(301)의 한쪽 면에는 발광 장치(1)의 접속 관계를 규정하는 배선 패턴(302)이 형성된다. 본 실시예에서는, 복수의 발광 장치(1)를 직렬 접속하지만, 복수의 발광 장치(1)의 접속 타입은 이것에 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 발광 장치(1)를 병렬 접속하거나, 또는 직렬 접속과 병렬 접속을 조합시킬 수도 있다.
회로 기판(300)은 조명기구의 본체(90) 내에 조명기구의 본체(90)의 바닥 벽(9Oa)으로부터 이격되어 배치되고, 각각 발광 장치(1)의 일부를 삽입하기 위해 발광 장치(1)에 대응하는 위치에 형성된 복수의 개구창(opening window)(304)을 갖는다. 회로 기판(300)의 절연성 기판(301)은 FR4와 같은 유리 에폭시 수지로 이루 어질 수 있지만, 절연성 기판의 재료는 유리 에폭시 수지에 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리이미드계 수지, 페놀 수지일 수도 있다.
전술한 회로 기판(300)은 본체(9O)의 바닥 벽(90a)을 관통하여 형성된 삽입공(insertion hole)(90c)을 통해 삽입되는 전원 장치용 리드선을 삽입하기 위해 관통하여 형성된 전선 삽입공(306)을 가지고, 전선 삽입공(306)을 관통하여 삽입된 한 쌍의 전선은 회로 기판(300)에 전기적으로 접속된다. 회로 기판(300)은 또한, 본체(90)의 바닥 벽(9Oa) 측과는 반대쪽의 면에 백색 레지스트층인 광 반사층(303)을 가지고, 배선 패턴(302)의 대부분은 광 반사층(303)으로 덮인다.
회로 기판(300)에서, 각 개구창(304)의 평면 사이즈는 발광 장치(1)의 칩 탑재 부재(70)의 평면 사이즈보다 약간 크다. 본 실시예의 발광 장치(1)에서, 칩 탑재 부재(70)는 평면에서 볼 때 네 코너에 모따기부(chamfered part)를 가져 코너를 둥그스름하게 하며, 전극부(73b) 근방의 두 개의 모따기부(도 7에서 좌우의 모따기부)에 비해 나머지 두 개의 모따기부(도 7에서 상하의 모따기부)의 곡률 반경이 더 크도록 설계된다. 때문에 회로 기판(300)의 표면에 있어 배선 패턴(302)을 형성 가능한 영역의 면적을 증대시킬 수 있다. 회로 기판(300)에는, 발광 장치(1)의 LED 칩(10)에 과전압이 인가되는 것을 방지하기 위하여, 과전압 방지용의 표면 실장형 제너 다이오드(331)(도 11 참조) 및 표면 실장형 세라믹 커패시터(332)(도 11 참조)가 각각의 개구창(304) 근방에 설치되어 있다.
본 실시예의 발광 장치(1)에서, 칩 탑재 부재(70)의 각각의 전극부(73b)는 단자판(310)을 통해 회로 기판(300)의 배선 패턴(302)에 전기적으로 접속된다. 단 자판(310)은, 가늘고 긴 금속판의 일단부를 L자형으로 구부려서 배선 패턴(302)에 두께 방향으로 중첩하는 형태로 접합되는 단자편(terminal strip)(311)을 형성하고, 타단부를 J자형으로 구부려서 전극부(73b)에 두께 방향으로 고정되는 형태로 접합되는 단자편(312)를 형성한 것이다. 따라서, 본체(90)와 회로 기판(300)의 선 팽창계수 차이에 기인하여 접속 단자(310)와 전극부(73b) 사이, 그리고 접속 단자(310)와 배선 패턴(302) 사이의 접합부에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있고, 이에 따라 각각의 발광 장치(1)와 회로 기판(300) 사이의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들에서, 각각의 발광 장치(1)는 접합 부재(80)를 구비하지만, 접합 부재(80)의 평면 사이즈를 크게 하여, 복수의 발광 장치(1)가 접합 부재(80)을 공통으로 사용할 수도 있다.

Claims (5)

  1. LED 칩;
    상기 열 전도성 재료로 이루어지고 상기 LED 칩이 한쪽 면에 탑재된 전열판(heat transfer plate) 및 상기 전열판의 상기 한쪽 면에 절연부를 통해 형성되고 상기 LED 칩과 전기적으로 접속된 도체 패턴을 포함하는 칩 탑재 부재;
    상기 전열판의 다른 쪽 면에 배치되어 상기 칩 탑재 부재를 유지하는 금속 부재에 상기 전열판을 접합하며, 전기 절연성을 가지고, 상기 전열판과 상기 금속 부재를 열결합시키는 시트형 접합 부재
    를 포함하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩은, SiC 기판 또는 GaN 기판으로 형성된 도전성 기판의 주요면 상에 GaN계 화합물 반도체 재료로 이루어진 발광부를 포함하는, 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩의 칩 사이즈보다 크고, 상기 LED 칩과 상기 전열판 사이에 배치되어, 상기 LED 칩과 상기 전열판의 선 팽창계수의 차이에 의해 상기 LED 칩에 가해지는 응력을 완화하는 서브 마운트 부재(sub-mount member)를 더 포함하는 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시트형 접합 부재는, 충전재(filler)를 포함하고 가열에 의해 점도가 감소되는 수지 시트로 이루어지는, 발광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시트형 접합 부재의 평면 사이즈는 상기 전열판의 평면 사이즈보다 큰, 발광 장치.
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