KR20100028115A - 발광장치 - Google Patents

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KR20100028115A
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히로시 후시미
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씨. 아이. 카세이 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 절연된 적어도 한 쌍의 금속기판, 또는 적어도 두 개의 패키지 전극이 형성되어 있는 세라믹 기판 등의 위에 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드가 설치되어 있는 발광장치에 관한 것이다.
본 발명의 발광장치는, 기판(12, 14) 상에 질화갈륨계 상하 전극형 발광 다이오드(11)가 부착되어 있다. 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)는, 기판(12, 14) 상에서 전원이 접속되어 있는 동시에, 주위가 반사체(16)로 둘러싸여 있다. 상기 반사체(16)는, 상기 기판(12, 14)에 접착제로 접착되어 있다. 또한, 상기 반사체(16)는, 형광체층이 개구면을 덮도록 설치되어 있다.

Description

발광장치{LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은, 절연된 적어도 한 쌍의 금속기판, 또는 적어도 두 개의 기판전극이 형성되어 있는 세라믹 기판 등의 위에 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드가 설치되어 있는 발광장치에 관한 것이다. 본 발명은, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드에 커다란 전류를 흘려보낼 수 있으며, 이때 발생한 열의 방열, 혹은 상기 열에 의한 금속부재의 열응력에 의한 신축 등을 고려한 발광장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 금선을 와이어 본딩으로 접속하는 대신에 금속판형상의 부재로 이루어진 금속부재와 땜납으로 접속함으로써, 진동 또는 열에 의한 발광층의 손상을 방지할 수 있는 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드로 이루어진 발광장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상면 발광부에 미세한 요철이 형성되어 있으며, 그 상면을 밀봉재료로 덮지 않았으므로, 상기 발광부로부터의 광을 효율적으로 조사할 수 있는 발광장치에 관한 것이다.
도 6은 종래 예를 설명하기 위한 것으로서, 상하전극형 발광 다이오드를 반사체에 설치한 예이다. 도 6에서, 상하전극형 발광 다이오드(61)는, 하부전극이 일방(一方)의 금속기판(62) 상에 접합되어 있다. 상기 상하전극형 발광 다이오드(61)의 상부전극은, 와이어 본딩(65)에 의해, 상기 일방의 금속기판(62)과 절연부재(63)에 의해 분리되어 있는 타방(他方)의 금속기판(64)에 접합되어 있다. 상기 분리된 금속기판(61 및 64)은, 반사체(66)에 의해 일체로 유지되어 있다. 상기 상하전극형 발광 다이오드(61)는, 밀봉재료(67)에 의해, 상기 반사 프레임(66) 내에 밀봉되어 있다. 상기 밀봉재료(67)는, 상기 반사 프레임(66)의 상면까지 충전되며, 그 위에, 형광막(68)과, 투명보호막(69)이 형성되어 있다.
일본 특허공개공보 제2007-27585호에 기재되어 있는 발광장치는, 기판 상에 발광 다이오드를 설치하고, 밀봉재료로 상기 발광 다이오드를 밀봉한 후, 상기 밀봉재료 상에 형광체층이 형성되어 있다.
상기한 종래 예 및 일본 특허공보에 기재되어 있는 밀봉재료는, 반사 프레임 전체에 충전시킴으로써, 발광부의 미세한 요철을 덮기 때문에, 광이 상기 발광부로부터 산란하여 효율적으로 조사되는 것을 방해한다.
도 6에 도시된, 슬릿을 구비한 금속기판에 부착된 발광 다이오드는, 투명수지로 밀봉되며, 상기 투명수지에 의해 강도를 부여하기 위해, 경도가 높은 것이 사용되고 있다. 그러나, 상기 경도가 높은 밀봉재료는, 발광 다이오드로부터 발생하는 열응력이 크다는 문제가 있었다. 상기 열응력은, 발광 다이오드에 전력을 공급하는 배선을 단선시킬 우려가 있다.
또한, 도 6에 도시된 발광장치는, 밀봉재료와 형광막, 상기 형광막과 투명보호막이 각각 반(半)경화상태로 서로 접착된다. 상기 발광장치는, 밀봉재료, 형광막, 투명보호막이 각각 양호하게 접착되지만, 경화상태가 될 때, 수축에 기초한 응력이 작용한다. 즉, 상기 밀봉재료는, 상기 수축시에 만곡된다. 상기 형광막은, 상기 밀봉재료의 만곡에 따라 인장(引張)되기 때문에, 균열이 발생하거나 말리거나, 혹은 파열되는 경우가 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 발광부가 미세한 요철을 가지며, 광의 대부분을 유효하게 조사할 수 있도록 밀봉재료를 없애어, 발광효율의 향상을 도모할 수 있는 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 열응력에 의해 형광체 함유막이 균열되거나 또는 말리는 등의 현상이 일어나지 않는 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 대량생산성이 우수하고, 대전류 및 열응력을 견디는 동시에, 높은 강도로 유지되는 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 반사체와 상기 반사체의 바닥부에 적어도 한 쌍의 패키지 전극을 가지는 패키지와, p형 질화갈륨 반도체층과 n형 질화갈륨 반도체층 사이에 활성층을, 상기 일방(一方)의 반도체층의 상부에 상면 발광부와 부분전극을, 상기 타방(他方)의 반도체층의 최하층에 상기 패키지 전극의 일방과 접합하는 하부전극을 가지는 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드와, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부의 부분전극과 상기 패키지 전극의 타방을 접속하는 금속부재와, 상기 패키지 전극의 일방과 상기 하부전극과의 접합, 상기 상부의 부분전극과 상기 금속부재와의 접합, 및 상기 금속부재와 상기 패키지 전극의 타방과의 접합에 이용하는 땜납과, 반사체의 상면 근방에 부착된 형광체층으로 적어도 구성되며, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상면 발광부는, 미세한 요철이 형성되어 있는 동시에, 그 상면에 밀봉재료가 존재하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 패키지가 패키지 전극이 되는 분리된 한 쌍의 금속기판과, 상기 한 쌍의 금속기판에 접합된 반사체로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 패키지가 적어도 한 쌍의 패키지 전극이 형성된 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판에 접합된 반사체로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 패키지가 적어도 한 쌍의 패키지 전극의 일방이 되는 금속기판과, 패키지 전극의 타방이 형성되어 있는 세라믹 기판과, 상기 금속기판과 상기 세라믹 기판에 접합된 반사체로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 금속부재가 금, 은의 리본형상 금속선, 금 및/또는 은으로 피복된 알루미늄, 구리의 리본형상 금속선인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 반사체가 알루미나계, 알루미나 및 유리의 복합계의 세라믹 등의 부재로 이루어지며, 실리콘수지계, 에폭시수지계, 폴리이미드수지계, 유리계, 납재(蠟材)계의 접착제에 의해 상기 기판에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 형광체층이 상기 반사체의 상부에 형성된 단차에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 형광체층이 상기 반사체의 개구부에 부착된 프레임에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 반사체의 바닥부에 복수 개의 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드와, 상기 복수 개의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 직렬 및/또는 병렬로 접합하는 패키지 전극이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치는, 반사체와 적어도 한 쌍의 패키지 전극을 가지는 패키지와, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드와, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 전극과 상기 패키지 전극을 접합하는 금속부재와, 상기 반사체의 개구부 근방에 설치된 형광체층으로 구성되어 있다. 상기 반사체는, 사각형, 원형, 타원형 등의 통형상체로 이루어지며, 내부의 경사면 및 바닥부로부터 광이 반사될 수 있게 되어 있다. 또한, 상기 반사체의 바닥부에는, 적어도 한 쌍의 패키지 전극이 설치되어 있다. 상기 한 쌍의 패키지 전극은, 일방 또는 타방을 공통전극으로 할 수도 있다.
질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드는, 중간부에 p형 질화갈륨 반도체층과 n형 질화갈륨 반도체층 사이에 활성층을, 상기 일방(一方)의 반도체층의 상부에 상면 발광부와 부분전극을, 상기 타방(他方)의 반도체층의 최하층에 상기 패키지 전극의 일방과 접합하는 하부전극을 가지며, 상방 및 측방으로부터 광을 방사한다. 금속부재, 예컨대 띠지(strip of paper)형상의 박판부재는, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부의 부분전극과, 상기 패키지 전극의 타방을 접속하고 있다. 상기 패키지 전극의 일방과 상기 하부전극과의 접합, 상기 상부의 부분전극과 상기 금속부재와의 접합, 및 상기 금속부재와 상기 패키지 전극의 타방과의 접합은 땜납에 의해 이루어진다. 형광체층은, 반사체의 상면 근방에 부착되어 있다.
또한, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상면 발광부는, 표면에 미세한 요철이 형성되어 있다. 상기 표면의 미세한 요철은, 광을 난반사시켜, 발광효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상면 발광부는, 상부 표면에 밀봉재료가 존재하지 않도록 되어 있기 때문에, 광의 난반사가 유효하게 조사되므로, 발광효율을 한층 더 향상시킨다.
본 발명의 발광장치는, 상기 패키지 전극이 한 쌍의 금속기판으로 이루어지며, 서로 공간 또는 절연부재에 의해 분리되어 있다. 상기 한 쌍의 금속기판은, 그 상부에 부착된 하나의 반사체에 의해 일체로 접합되어 있다. 상기 분리된 금속기판과 반사체는, 접착제 등에 의해 접합되기 때문에, 충분한 강도를 얻을 수 있다.
본 발명의 발광장치는, 상기 패키지 전극이 세라믹 기판 상에 적어도 한 쌍 형성되어 있다. 하나의 반사체는, 상기 한 쌍의 패키지 전극이 형성된 세라믹 기판 상에 접합되어 있다. 상기 적어도 한 쌍의 패키지 전극과, 상기 패키지 전극에 접합된 반사체는, 분리부가 없기 때문에, 구조상 견고한 발광장치가 된다.
본 발명의 발광장치는, 상기 패키지가 금속기판과 세라믹 기판과 반사체로 구성되어 있다는 점에서, 상기 발명과 상이하다. 적어도 한 쌍의 패키지 전극은, 금속기판과, 세라믹 기판 상에 형성된 패키지 전극으로 구성된다. 하나의 반사체는, 상기 세라믹 기판과, 상기 금속기판을 일체로 접합한다.
본 발명의 발광장치는, 상기 금속부재가, 금, 은으로 이루어진 띠지형상의 리본이거나, 혹은, 금 및/또는 은으로 피복된 알루미늄, 구리, 이들의 합금을 띠지형상의 리본으로 하여 이용된다. 상기 금속부재는, 임의의 형상으로 용이하게 구부러지며, 땜납에 의한 접합면적을 크게 취할 수 있을 뿐만 아니라, 땜납의 습윤성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 발광장치는, 상기 반사체가 알루미나계, 알루미나 및 유리의 복합계 세라믹 등의 부재로 이루어진다. 상기 반사체는, 실리콘수지계, 에폭시수지계, 폴리이미드수지계, 유리계, 납재계의 접착제에 의해 상기 금속기판 혹은 상기 세라믹 기판에 접합되어, 발광장치로서 견고하게 고정되어 있다.
본 발명의 발광장치는, 상기 형광체층이 반사체의 상부에 형성된 단차에 접합되어 있어, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드에서 자외선으로부터 청색 파장의 광을 발광하는 것이다. 상기 형광체막은, 자외선 발광 다이오드에 대해, 자외선을 흡수하여 청색을 발광하는 형광체와, 자외선 내지 청색을 흡수하여 황색을 발광하는 형광체를 조합한다. 또한, 상기 형광체막은, 자외선을 흡수하여 청색을 발광하는 형광체와, 자외선 내지 청색을 흡수하여 녹색을 발광하는 형광체와, 자외선 내지 청색을 흡수하여 적색을 발광하는 형광체를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 형광체막은, 청색 발광 다이오드에 대해, 발광색인 청색과, 상기 청색을 흡수하여 황색을 발광하는 형광체를 사용한다. 또한, 상기 형광체막은, 발광색인 청색과, 상기 청색을 흡수하여 녹색을 발광하는 형광체와, 상기 청색을 흡수하여 적색을 발광하는 형광체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 형광체막은, 황색의 형광체를 사용하는 경우, 소량의 적색을 발광하는 형광체를 배합함으로써 연색성(演色性)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 발광장치는, 상기 형광체층을 프레임에 조립하고, 상기 프레임을 상기 반사체의 개구부 근방에 부착시킬 수 있다. 형광체층은, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드가 부착되어 있는 패키지와 별도의 공정으로 제작되며, 마지막에 밀봉재를 충전함이 없이, 반사체의 개구부 근방에 부착시킬 수 있다.
본 발명의 발광장치는, 상기 반사체의 바닥부에 복수 개의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 설치하였다는 점에 특징이 있다. 상기 복수 개의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드는, 직렬 및/또는 병렬로 접합가능하도록 패키지 전극이 설치되어 있다. 상기 패키지 전극은, 일방 및/또는 타방을 공통으로 할 수 있다. 본 발명의 발광장치는, 하나의 패키지로부터 강력한 광을 조사할 수 있다.
본 발명에 의하면, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부전극과 타방의 패키지 전극을 금선 리본과 같은 띠지형상 금속부재를 통해 땜납에 의해 접속시켰기 때문에, 밀봉재료에 의해 밀봉할 필요가 없어졌다. 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상면 발광부에 형성된 미세한 요철을 밀봉재료에 의해 덮지 않으므로, 상기의 미세한 요철에 의해, 광을 유효하게 조사할 수 있다.
본 발명에 의하면, 한 쌍의 금속기판 및/또는 세라믹 기판, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드, 금속부재, 반사체, 상기 반사체에 부착된 형광체층으로 이루어진 발광장치이므로, 방열성이 양호하고, 대(大)전류를 흘려보낼 수 있으며, 높은 휘도로 발광할 수 있다.
본 발명에 의하면, 형광체층은, 투명보호막과 함께, 형광체층 부착 프레임에 미리 부착되어, 반사체에 끼움결합시키기만 하면 조립이 가능하므로, 대량생산성이 우수한 발광장치가 된다.
본 발명에 의하면, 와이어 본딩 등을 사용하지 않기 때문에, 장기간에 걸쳐 신뢰성이 높을 뿐만 아니라, 저렴하고 대량생산성이 우수한 발광장치를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 일방의 금속기판에 접속된 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부전극과 타방의 금속기판이, 예컨대, 판형상의 금속부재에 의해 접속되어 있기 때문에, 대전류를 흘려보낼 수 있을 뿐만 아니라, 방열성이 우수하고, 열응력이 발생하더라도 완화시킬 수 있다. 특히, 본 발명은, 각 접속부에 땜납을 사용한 경우, 접합부 및/또는 발광층에 진동이 가해지는 일이 없어, 불량품이 없는 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드로 이루어진 발광 다이오드 유닛을 얻을 수 있게 되었다.
본 발명에 의하면, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드는, 형광체 함유막의 종류를 바꾸기만 하면, 원하는 색으로 변환하는 것이 용이하게 가능하다.
도 1의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 제 1 실시예로서, (a)는 한 쌍의 금속기판에 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 부착시킨 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도, (b)는 형광체층 부착 프레임의 단면도, (c)는 발광 다이오드를 부착시킨 상태를 확대하여 나타낸 개략적인 단면도, (d)는 발광장치의 평면도이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제 2 실시예로서, (a)는 한 쌍의 금속기판에 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 부착시킨 상태를 설명하기 위한 단면도, (b)는 형광체층 부착 프레임의 단면도, (c)는 금속부재의 사시도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제 3 실시예로서, (a)는 금속기판과 패키지 전극을 가지는 세라믹으로 이루어진 발광장치의 단면도, (b)는 그 확대 단면도, (c)는 그 평면도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드에 있어서의 전극의 상부표면의 확대평면도이다.
도 5는 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(청색)의 광도(光度)를 밀봉재의 유무에 의해 측정한 예를 설명하기 위한 비교예이다.
도 6은 종래의 예를 설명하기 위한 것으로서, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 반사체에 설치한 예이다.
본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 제 1 실시예로서, (a)는 한 쌍의 금속기판에 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 부착시킨 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도, (b)는 형광체층 부착 프레임의 단면도, (c)는 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 부착시킨 상태를 확대하여 나타낸 개략적인 단면도, (d)는 발광장치의 평면도이다. 도 1의 (a) 내지 (d)에 나타낸 개략도는, 실제의 사이즈 비(比)와는 상이한 경우가 있다. 도 1의 (a) 내지 (d)에서, 제 1 실시예에 있어서의 한 쌍의 금속기판(12, 14)은 철, 알루미늄 또는 구리, 혹은 이들의 합금으로 이루어지며, 필요에 따라서, 금 및/또는 은 도금이 실시되어, 패키지 전극을 구성하고 있다. 패키지는, 반사체(16)와 상기 한 쌍의 패키지 전극으로 구성되어 있다.
상기 반사체(16)는, 예컨대 알루미나계, 알루미나 및 유리의 복합계의 세라믹 등의 부재로 이루어진다. 또한, 상기 반사체(16)는, 금속기판 또는 세라믹 기판 등과 실리콘수지계, 에폭시수지계, 폴리이미드수지계, 유리계, 납재의 접착제에 의해 접합되어 있다.
또한, 상기 한 쌍의 금속기판(12, 14)은, 슬릿 또는 절연부재(13)를 통해 서로 절연된 상태로 되어 있다. 반사체(16)는, 반사면(161, 162)을 가지며, 내부에 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11) 및 금속부재(15)가 금속기판(12, 14)에 부착되어 있다. 또한, 상기 반사체(16)는, 형광체층(191) 등을 부착시키는 형광체층 부착 프레임(19)이 끼움결합되어 있다. 상기 형광체층 부착 프레임(19)은, 상기 형광체층(191)과, 상기 형광체층(191)을 상하방향으로부터 끼우는 투명 실리콘수지막(192, 193)이 부착되어 있다. 참고로, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11) 및 금속부재(15)는, 밀봉재료를 충전시키지 않기 때문에, 형광체층(191)과의 사이에 공간부(18)가 형성되어 있다.
상기 금속기판(12, 14)은, 예컨대 10㎜×10㎜의 정사각형이며, 그 사이에 있는 슬릿(13)의 폭은, 0.5㎜이다. 또한, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)는, 크기가 1.0㎜×1.0㎜이고, 두께가 0.5㎜이다.
상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)는, 상기 금속기판(12)에 하부전극(112; 도 1의 (c)참조)이 땜납 등에 의해 접합된다. 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)의 상부전극(111; 도 1의 (c)참조)은, 금속부재(15)를 통해 상기 금속기판(14)에 상기와 동일하게 땜납 등에 의해 접합되어 있다. 상기 땜납에 의한 접합은, 리플로우 로(furnace)를 통과시킴으로써 동시에 행해진다. 참고로, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부전극은, 표면에 미세한 요철이 형성되어, 광을 효율적으로 조사한다.
도 1의 (b)에서, 형광체층 부착 프레임(19)은, 환형상(環狀) 프레임부(19-1)와, 상기 환형상 프레임부(19-1)의 하부에 연이어 설치되어 있는 대략 수평한 형광체층 재치(載置)부(19-2)와, 상기 형광체층 재치부(19-2)에 연이어 설치되며, 반사체(16) 내부의 오목부에 끼움결합되는 반사체 내부 끼움결합 볼록부(19-3)와, 상기 반사체 내부 끼움결합 볼록부(19-3)에 연이어 설치되는 동시에, 상기 형광체층 재치부(19-2)의 이면(裏面)측이 되는 반사체 재치부(19-4)로 구성되어 있다. 상기 형광체층 재치부(19-2)는, 필요에 따라서, 형광체층(191)의 상하면을 보호하도록 투명 실리콘수지막(192, 193)을 부착시킬 수 있다.
상기 형광체층 부착 프레임(19)은, 임의의 장소에서 제작되며, 상기 반사체(16)에 끼움결합하여, 접착제 등에 의해 고정할 수 있다. 상기 공간부(18)는, 필요에 따라서, 도시되지 않은 상기 형광체층 부착 프레임(19)에 형성된 구멍 또는 노치부 등에 의해 외기(外氣)와 연결되어 있다. 상기 구멍 또는 노치부는, 상기 공간부(18)의 압력을 일정하게 할 수 있기 때문에, 형광체층(191) 등에 균열이나 파열, 또는 말림 현상 등이 일어나지 않는다. 또한, 상기 형광체층(191)은, 원하는 것을 넣음으로써 원하는 색의 광을 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)로부터 조사할 수 있다.
또한, 상기 형광체층(191)은, 투명 실리콘수지막(192, 193)에 혼입시켜, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)로부터 방사되는 광의 색을 원하는 색으로 변환할 수 있다. 또한, 상기 형광체층 부착 프레임(19)은, 상이한 형광체를 가지는 형광체층(191)을 복수 종류 구비해두면, 원하는 색의 광에 대한 요망에 즉각 대응할 수 있다.
(제 2 실시예)
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제 2 실시예로서, (a)는 한 쌍의 금속기판에 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 부착시킨 상태를 설명하기 위한 단면도, (b)는 형광체층 부착 프레임의 단면도, (c)는 금속부재의 사시도이다. 도 2의 (a) 내지 (c)에서, 제 1 실시예와 상이한 점은, 세라믹 기판(12') 상에 적어도 서로 절연된 2개의 패키지 전극(14-1, 14-2)이 형성되어 있는 점과, 형광체층 부착 프레임(21)이 반사체(16)의 외측에 끼움결합되어 있다는 점이다.
상기 형광체층 부착 프레임(21)은, 환형상 프레임부(211)와, 상기 환형상 프레임부(211)의 하부에 연이어 설치되어 있는 대략 수평한 형광체층 재치부(212)와, 상기 형광체층 재치부(212)에 연이어 설치되며, 반사체(16)에 올려지는 재치부(214)와, 상기 반사체(16)의 외측에 끼움결합하는 끼움결합부(213)로 구성되어 있다. 상기 형광체층 재치부(212)에는, 형광체층(191)의 상하면을 보호하도록 투명 실리콘수지막(192, 193)이 부착되어 있다. 도 1 및 도 2에 있어서의 반사체(16)는, 내부가 원형이고, 주위가 사각형으로 되어 있으나, 사각형의 통형상에 한정되지 않고, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 기타 변형된 형상의 것들을 포함한다. 상기 형광체층은, 프레임을 개재(介在)시키지 않고 상기 반사체(16)에 직접 설치할 수도 있다.
도 2의 (c)에 도시되어 있는 금속부재(15)는, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부전극과 타방의 패키지 전극을 접속하기 위한 것이다. 상기 금속부재(15)는, 상기 패키지 전극과 접합부(155)와, 2개의 아암(151, 153)과, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부전극과 접합하는 단부(154)로 구성되어 있다. 상기 접합부(155)는, 상기 패키지 전극과 넓은 면적에서 땜납에 의해 견고하게 접합된다. 상기 금속부재(15)는, 구리, 알루미늄, 이들의 합금에 금 및/또는 은이 도금되어, 광의 반사 및 땜납의 습윤성을 향상시키고 있다. 또한, 상기 금속부재(15)의 형상은, 도 2의 (c)에 나타낸 것 이외에, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 발광층의 측부로부터의 광을 상부로 지나게 하는 것이다. 또한, 상기 금속부재(15)는, 형상을 변형할 수 있는 띠지형상의 금선 리본으로 구성되어, 땜납에 의한 접합면적이 크며, 부착이 용이하다.
상기 금선 리본은, 두께가 25㎛, 폭이 150㎛이며, 상기 길이를 중심으로 하여 증감할 수 있다. 상기 금선 리본은, 띠지형상의 금으로 이루어지므로, 열전도가 양호하며, 대전류를 흘려보낼 수 있다. 또한, 상기 금선 리본은, 광을 잘 반사하기 때문에, 그림자를 만들지 않고 광을 효율적으로 외부로 방사시킬 수 있다.
(제 3 실시예)
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제 3 실시예로서, (a)는 금속기판과 패키지 전극을 가지는 세라믹으로 이루어진 발광장치의 단면도, (b)는 그 확대 단면도, (c)는 그 평면도이다. 도 3의 (a) 내지 (c)에서, 패키지는, 상기 금속기판(12)과 패키지 전극(121)을 가지는 세라믹 기판(12')이 반사체(16)에 의해, 접착제 등에 의해 접합되어 있다. 상기 금속기판(12)과 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)의 하부전극(112; 도 1의 (c)), 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)의 상부전극(111; 도 1의 (c))과 상기 금속부재(15), 금속부재(15)와 세라믹 기판(12')의 패키지 전극(121)은, 땜납에 의해 접합된다.
상기 접합부는, 땜납의 습윤성을 향상시키기 위해, 미리 금 및/또는 은 도금을 실시할 수 있다. 상기 금속기판(12) 및 세라믹 기판(12')의 상부에는, 전체면에 은 및/또는 금 도금을 실시하여, 전류의 도전성 향상, 광반사성, 접합부의 습윤성의 3가지를 동시에 달성할 수 있다. 상기 패키지 전극(121)은, 금 및/또는 은 등이 도금된 관통구멍(33)을 통해 하부전극(122; 세라믹 기판용)에 접속되어 있다. 상기 하부전극(122) 및 금속기판(12)은, 도시되지 않은 인쇄배선기판의 배선상에 납땜된다.
상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)는, 예컨대, p형 질화갈륨 반도체층과 n형 질화갈륨 반도체층과의 사이에 활성층을 가진다. 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드는, 상기 일방의 반도체층의 상부에 상면 발광부와 부분전극을 가지며, 타방의 반도체층의 최하층에 상기 패키지 전극과 접합하는 하부전극을 가진다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드에 있어서의 전극의 상부표면의 확대평면도이다. 도 4의 (a) 및 (b)에서, 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(11)의 상부에 있어서의 발광부는, 미세한 요철이 형성되어 있어, 대전류를 흘려보냄으로써, 높은 휘도를 얻을 수 있다.
(비교예)
종래 예의 금선(金線)을 초음파로 접속한 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드와, 땜납과 금속부재에 의해 접합한 본 발명의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 비교한다. 종래 예는, 직경이 30㎛인 금선 2개를 이용하여, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부전극과 금속기판의 타방을 초음파 와이어 본딩으로 접속한 와이어 본더의 초음파 진동에 의해, 발광불량인 불량품이 약 10% 발생하였다. 또한, 350㎃를 통전한 경우, 약 4%의 통전이상에 의한 버닝이 발생하였다. 본 발명의 실시예에서는, 접속공정 및 350㎃ 내지 500㎃의 통전시에도, 불량품이 발생하지 않았다.
도 5는 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드(청색)의 광도를 밀봉재의 유무에 따라 측정한 예를 설명하기 위한 비교예이다. 본 실시예는, 발광면이 요철가공되며, 파장이 450㎚인 청색 발광의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 패키지에 접합하고, 3.2V, 350㎃의 전류를 흘려 청색광의 광도를 측정한 바, 5000mcd 내지 5700mcd였다. 이것을, 밀봉재로서 실리콘계 엘라스토머 타입과 겔 타입으로 각각 밀봉하면 600mcd 내지 900mcd 정도의 광도 저하(비교예)가 있었다.
또한, 유로퓸계 황색 형광체(Intematix corporation 제조, Y4254 28중량%, 두께 250㎛)를 실리콘수지에 배합한 형광체막을 각각에 반사체 상부의 단차에 접합하여, 발광 다이오드의 청색과 형광체가 발광하는 황색에 의해 백색광을 내도록 하고, 상기와 마찬가지로, 3.2V, 350㎃의 전류를 흘려 백색광의 광도를 측정한 바, 실시예는 25800mcd 내지 26900mcd였고, 비교예는 21600mcd 내지 23600mcd였다. 동시에 광속을 측정한 바, 실시예는 67.6루멘 내지 74.2루멘으로 평균 70.5루멘이었고, 엘라스토머 타입의 밀봉재를 이용한 비교예는 57.4루멘 내지 64.0루멘으로 평균 60루멘이었고, 겔 타입의 밀봉재를 이용한 비교예는 60.2루멘 내지 63.1루멘으로 평균 61.5루멘이었다. 실시예의 백색광의 광속은, 비교예에 비해 14.6% 내지 17.5%의 증가를 보였다. 또한, 광도의 측정은, 후코 시스템사에서 제조한 LHD 테스터를 이용하였고, 광속의 측정은, LABSPHERE사에서 제조한 광속계를 이용하였다.
(산업상이용가능성)
이상, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였으나, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명은, 특허청구의 범위에 기재된 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서, 다양한 설계변경이 가능하다. 본 실시예는, 절연된 한 쌍의 금속기판 또는 패키지 전극으로 설명되어 있으나, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드 및 패키지 전극 등을 복수 개로 하여, 직렬 및/또는 병렬로 접속한 발광장치로 할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상하전극, 금속기판, 금속부재 등의 접속은, 땜납으로 접합한다. 특히, 땜납이 바람직하다. 상기 땜납은, 땜납 페이스트, 땜납과 플럭스, 금-주석 공정(共晶) 땜납 페이스트, 인듐계 공정 땜납 등, 공지 또는 주지의 것을 사용할 수 있다. 상기 땜납은, 예컨대, 금과 주석(20%), 금과 주석(90%), 금과 실리카(3.15%), 금과 게르마늄(12%), 기타, 주석-구리-니켈계, 주석-은계, 주석-은-구리계, 주석-은-비스무트-인듐계, 주석-아연계 공정 땜납이 있다. 본 발명의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드는, 상기와 마찬가지로, 공지 또는 주지의 것을 사용할 수 있다. 본 발명에 사용한 형광체층, 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드는, 공지 또는 주지의 것을 사용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 반사체와 상기 반사체의 바닥부에 적어도 한 쌍의 패키지 전극을 가지는 패키지;
    p형 질화갈륨 반도체층과 n형 질화갈륨 반도체층과의 사이에 활성층을, 상기 일방(一方)의 반도체층의 상부에 상면 발광부와 부분전극을, 상기 타방(他方)의 반도체층의 최하층에 상기 패키지 전극의 일방과 접합하는 하부전극을 가지는 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드;
    상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상부의 부분전극과 상기 패키지 전극의 타방을 접속하는 금속부재;
    상기 패키지 전극의 일방과 상기 하부전극과의 접합, 상기 상부의 부분전극과 상기 금속부재와의 접합, 및 상기 금속부재와 상기 패키지 전극의 타방과의 접합에 이용하는 땜납; 및
    반사체의 상면 근방에 부착된 형광체층;으로 적어도 구성되며,
    질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드의 상면 발광부는, 미세한 요철이 형성되어 있는 동시에, 그 상면에 밀봉재료가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패키지는, 패키지 전극이 되는 분리된 한 쌍의 금속기판과, 상기 한 쌍의 금속기판에 접합된 반사체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 패키지는, 적어도 한 쌍의 패키지 전극이 형성된 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판에 접합된 반사체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 패키지는, 적어도 한 쌍의 패키지 전극의 일방이 되는 금속기판과, 패키지 전극의 타방이 형성되어 있는 세라믹 기판과, 상기 금속기판과 상기 세라믹 기판에 접합된 반사체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속부재는, 금, 은의 리본형상 금속선, 금 및/또는 은으로 피복된 알루미늄, 구리의 리본형상 금속선인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사체는, 알루미나계, 알루미나 및 유리의 복합계의 세라믹 등의 부재로 이루어지며, 실리콘수지계, 에폭시수지계, 폴리이미드수지계, 유리계, 납재계의 접착제에 의해 상기 기판에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광체층은, 상기 반사체의 상부에 형성된 단차에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광체층은, 상기 반사체의 개구부에 부착된 프레임에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사체의 바닥부에는, 복수 개의 상기 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드와, 상기 복수 개의 질화갈륨계 상하전극형 발광 다이오드를 직렬 및/또는 병렬로 접합하는 패키지 전극이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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