KR20100072163A - 반도체 발광 장치, 및, 이를 이용한 광원 장치 및 조명 시스템 - Google Patents

반도체 발광 장치, 및, 이를 이용한 광원 장치 및 조명 시스템 Download PDF

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wiring conductor
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solid
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소조 오시오
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파나소닉 주식회사
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Abstract

본 발명의 반도체 발광 장치는, 절연성을 가지는 방열 기판(1)의 편면에, 적어도 1개의 배선 도체(A2a)와, 배선 도체(B2b)와, 고체 발광 소자(3)를 구비하고 있다. 배선 도체(A2a) 상에 고체 발광 소자(3)가 실장되고, 배선 도체(B2b) 상에는 고체 발광 소자(3)가 실장되지 않는다. 고체 발광 소자(3)의, 주 광 인출면의 대향면이 되는 하면 전체는, 배선 도체(A2a)에 밀착하도록 실장되어 있다. 고체 발광 소자(3)의 실장면을 상방으로부터 보았을 때에, 배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 하면 전체를 실장하는 소자 실장 영역과, 상기 소자 실장 영역의 주변에 인접하고, 상기 소자 실장 영역의 주변에 대해서 방향이 치우치지 않게 설치된 복수의 유출 접착제 포획 영역을 가진다. 배선 도체(B2b)는, 상기 유출 접착제 포획 영역 이외의, 상기 소자 실장 영역 주변의 인접부에, 배선 도체(A2a)와 전기적으로 분리하여 배치되어 있다. 이에 따라, 통상적인 실용 기술을 이용하여 제조할 수 있고, 고출력 또한 고밀도 실장이 가능함과 더불어, 점등 문제 시의 배려 설계도 가능한 반도체 발광 장치를 제공할 수 있다.

Description

반도체 발광 장치, 및, 이를 이용한 광원 장치 및 조명 시스템 {SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE AS WELL AS LIGHT SOURCE DEVICE AND LIGHTING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 실적이 높은 실용 기술을 이용하여 제조할 수 있는, 고출력이고 또한 고밀도 실장이 가능한, 전(全) 고체의 반도체 발광 장치, 이를 이용한 광원 장치 및 조명 시스템에 관한 것이다.
종래, 방열 기판 상에, 패터닝된 배선 도체와, 고체 발광소자와, 파장 변환체를 구비하고, 상기 파장 변환체가, 상기 고체 발광 소자가 발하는 일차광에 의한 여기에 의해, 상기 일차광보다도 장파장의 광을 발하는, 반도체 발광 장치가 알려져 있다.
이러한 반도체 발광 장치의 일예로서, 백색 LED의 명칭으로 알려진 광원이 있고, 이와같은 반도체 발광 장치를 이용한 각종 광원 장치나 조명 시스템 등이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조).
상기 백색 LED에 있어서는, 예를 들면, 상기 방열 기판으로서, 각종 세라믹스 기판(Al203, AlN 등)이나 금속 기판(Cu, Al 등)이 이용되고, 상기 고체 발광 소자로서, InGaN계의 화합물 반도체를 발광층으로 하는 발광 다이오드(이하, 「LED 칩」, 또는, 간단히 「칩」으로 기술한다)가 많이 이용되고 있다.
또한, 상기 파장 변환체로는, 투광성 수지 중에 분말상의 무기 형광체(형광체 입자군)를 분산시킨 구조의 수지 형광막(예를 들면, 상기 특허 문헌 1, 2 참조)이나, 투광성 형광 세라믹스(예를 들면, 특허 문헌 3, 4 참조), 형광 유리(예를 들면, 특허 문헌 5∼7 참조), 광 기능성 부가 복합 세라믹스(이하 「MGC 광 변환 부재」로 기술한다. 예를 들면, 특허 문헌 8 참조) 등의 이용이 제안되어 있다.
상기 LED 칩의 구조는, 칩 메이커 각 사의 제품에 따라 다양하지만, 쌍을 이루는 급전 전극의 인출 구조, 및, 칩을 방열 기판에 실장했을 때의 활성층의 위치에 따라, 도 17, 도 19, 도 21, 도 22에, 각각, 일예를 나타내는 4개로 크게 나뉜다.
도 17에 도시하는 LED 칩은, 칩 실장면을 하면으로 했을 때에, 칩의 상면 가까이에 LED광을 생성하는 반도체 발광층(활성층)을 가지고, 당해 상면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조를 구비하고, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 측이 광 출사면이 된다.
도 19에 도시하는 LED 칩은, 칩 실장면을 하면으로 했을 때에, 칩의 상면 가까이에 상기 활성층을 가지고, 칩의 상하면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조를 구비하고, 상부의 급전 전극(A14a)을 가지는 측이 광 출사면이 된다.
도 21에 도시하는 LED 칩은, 칩 실장면을 하면으로 했을 때에, 칩의 하면 가까이에 상기 활성층을 가지고, 칩의 상하면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조를 구비하고, 상부의 급전 전극(A14a)을 가지는 측이 광 출사면이 된다.
도 22에 도시하는 LED 칩은, 칩 실장면을 하면으로 했을 때에, 칩의 하면 가까이에 상기 활성층을 가지고, 당해 하면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조를 구비하고, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 측의 대향면이 광 출사면이 된다.
이후, 필요에 따라서, 도 17, 도 19, 도 21, 도 22에 대표예를 나타내는 칩 실장 구조를, 각각, 「페이스 업 상면 2전극 구조」, 「페이스 업 상하 전극 구조」, 「플립 칩 상하 전극 구조」, 「플립 칩 하면 2전극 구조」로 기술한다.
또한, 설명의 편의상, 상기 페이스 업 상하 전극 구조와 상기 플립 칩 상하 전극 구조의 LED 칩을 합하여, 「상하 전극 구조의 LED 칩」으로 기술한다.
또한, 이들 LED 칩은, 칩 구조에 상관없이, 고결정 품질화를 수반하는 고효율화뿐만 아니라, 1개의 칩이 발하는 광(일차광)의 고광량화(고출력화)를 위해서, 해마다 대형화가 도모된다.
또한, 상기 고출력화를 위해서, 1개의 칩의, 주 광 인출면의 대면적화와, 1개의 칩으로의, 투입 전력의 증대 및 고밀도화가 도모되는 상황으로 되어 있다.
LED 칩과 마찬가지로, 반도체 발광 장치에 대해서도, 해마다, 고성능화가 도모되고 있다.
특히, 저비용화를 수반하는 고 광량화를 요구하는 시장 요망이 강하고, 광 출력을 높이기 위해서, 해마다, LED 칩 1개당 주 광 인출면의 대면적화나 복수 칩 실장 등에 따른 광 방사 총 면적의 대면적화가 도모되고, 투입 전력 및 투입 전력 밀도는 높아지고, 대전류화가 도모되는 경향이 있다.
한편으로, 소형·컴팩트한 조명 광원이나 고출력의 점 광원을 요구하는 요망도 강하여, 해마다, 소형화, 혹은, 고밀도의 칩 실장을 수반하는 고출력화가 진행되고, 칩 1개당에 투입되는 투입 전력 밀도는 높아지는 경향이 있다.
또한, 소형·컴팩트화에 수반하여, 필연적으로, 고체 발광 소자의 고정밀도 실장 기술도 요구되고 있다.
종래의 상기 페이스 업 상면 2전극 구조의 LED 칩을 이용하는 경우에는, 일반적으로, 방열 기판 상에, 은페이스트 등을 이용하여 LED 칩이 고정되고, 대부분의 경우, 칩 하면의 방열 기판 상 및/또는 칩 주변부에, 쌍을 이루는 배선 도체(A) 및 배선 도체(B)가 별도 설치되고, 칩 상면의 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)과, 상기 쌍을 이루는 배선 도체(A) 및 배선 도체(B)가, 적어도 2개의 배선 도체(C)를 이용하여 전기적으로 접속된다(예를 들면, 상기 특허 문헌 1, 특허 문헌 9∼13 참조).
한편, 종래의 상기 페이스 업 상하 전극 구조의 LED 칩을 이용하는 경우에는, 일반적으로, 방열 기판상 및/또는 칩 주변부에 설치된, 쌍을 이루는 배선 도체(A) 및 배선 도체(B)중 한쪽의, 방열 기판 상에 설치된 배선 도체(A) 상에, 은 페이스트 등의 도전성 접착제를 이용하거나, 땜납을 이용하여, LED 칩(또는, 서브 마운트 상에 고정된 LED 칩)이 고정되고, 배선 도체(A)와 칩 하면의 급전 전극(하부 전극, 급전 전극(B14b))이 전기적으로 접속되고, 배선 도체(B)와 칩 상면의 급전 전극(상부 전극, 급전 전극(A14a)이, 적어도 1개의 배선 도체(C)를 이용하여 전기적으로 접속된다(예를 들면, 상기 특허 문헌 2, 특허 문헌 14∼17 참조).
또한, 종래의 플립 칩 상하 전극 구조의 LED 칩을 이용하는 경우에는, 일반적으로, 방열 기판(또는, 서브 마운트) 상에 설치된 배선 도체(A) 상에, 땜납이나 땜납 합금(Sn, Au/Sn, Ag/Sn 등)을 이용하는 수단이나, 금속 패드(Au 등)를 설치한 다음에, 초음파 접착이나 열 압착을 이용하는 수단에 의해, LED 칩(또는, 서브 마운트 상에 고정된 LED 칩)이 고정되고, 배선 도체(A)와 칩 하면의 급전 전극(하부 전극, 급전 전극(B14b))이 전기적으로 접속되고, 배선 도체(B)와 칩 상면의 급전 전극(상부 전극, 급전 전극(A14a))이, 적어도 1개의 배선 도체(C)를 이용하여 전기 적으로 접속된다(예를 들면, 특허 문헌 18∼21 참조).
또한, 종래의 플립 칩 하면 2전극 구조의 LED 칩을 이용하는 경우에는, 일반적으로, 방열 기판(또는, 서브 마운트) 상에 설치된, 쌍을 이루는 배선 도체(A) 및 배선 도체(B) 상에, 칩 하면의 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)이, 각각, 쌍을 이루는 배선 도체(A) 및 배선 도체(B)에 접속되도록, 범프를 이용하여 칩이 고정된다(예를 들면, 특허 문헌 22∼24 참조).
또한, 적어도, 상기 플립 칩 하면 2전극 구조의 LED 칩을 이용하는 경우에는, 배선 도체(A)만에, 칩의 하면이 고정되는 것이 아니라, 쌍을 이루는 배선 도체(A) 및 배선 도체(B)의 양쪽에, 칩의 하면이 고정되게 된다.
이 때문에, 상기 플립 칩 하면 2전극 구조의 LED 칩을 이용하는 경우에는, 기본적으로, 칩의 하면 전체가 방열 기판에 밀착하도록 고정되는 것도 아니다.
이하, 종래부터 알려져 있는, 상기 페이스 업 상면 2전극 구조, 및, 상하 전극 구조의 LED 칩의 방열 기판 상에의 고정에 대해서 설명한다.
예를 들면, 방열 기판 상에 실장하는 구조의, 상기 페이스 업 상면 2전극 구조의 LED 칩의 경우에는, 예를 들면, 상기 특허 문헌 9∼11 및 13에 개시되는 바와같이, 실장이나 배선 등의 형편 상(칩 상면의 급전 전극(상부 전극)으로부터 인출하는 배선 도체(C)의, 당해 칩을 고정하지 않는 배선 도체(B)로의 접속, 및, 방열 기판 상의 칩 배치의 형편상), 일반적으로, LED 칩은, 쌍을 이루는 배선 도체(A) 및 배선 도체(B)의 한쪽의 배선 도체(상기 배선 도체(A)이다)의 단부(端部)에 고정되거나, 또는, 상기 특허 문헌 1 및 12에 개시되는 바와같이, 방열 기판 상의, 배선 도체(상기 배선 도체(A) 또는 상기 배선 도체(B)이다) 상을 벗어나는 부위에 고정된다.
이 경향은, 방열 기판 상에 실장하는 구조의, 상기 상하 전극 구조의 LED 칩의 경우에도 동일한 상황이며, 예를 들면, 상기 특허 문헌 2 및 16에도 개시되어 있다.
방열 기판 상에, 배선 도체(A)(고체 발광 소자가 실장되는 배선 도체)와, 배선 전극(B)(고체 발광 소자가 실장되지 않는 배선 도체)를 구비하는 종래의 반도체 발광 장치에 있어서는, 배선 도체(A)의 단부에 고체 발광 소자가 실장되어 있거나, 또는, 외곽이 리세스부를 가지지 않는 형상의 배선 도체(A) 상에 고체 발광 소자가 실장되어 있는 경우가 많다.
또한, 대체로, 방열 기판의, 고체 발광 소자의 실장면에 차지하는 배선 도체(X)의 면적 비율은 적은것이었다.
상기 상하 전극 구조의 LED 칩에 관한 실장 구조에 대해서는, 이하의 특허 문헌에서도 언급되어 있으므로, 각각, 간단하게 설명한다.
상기 특허 문헌 14에는, 기판 상에 설치한 컨택트층의 바로 위에 LED 칩을 배치하고, 상기 LED 칩의 하면 전체가 상기 컨택트층에 밀착하도록 상기 LED 칩을 고정하는 실장 기술이 개시되어 있다.
상기 특허 문헌 15에는, 기체의 바로 위에 LED 칩을 배치하고, 상기 LED 칩의 하면 전체가 상기 기체에 밀착하도록 상기 LED 칩을 고정하는 실장 기술이 개시되어 있다.
상기 특허 문헌 17에는, 복합 재료 기판 상에 설치한 베타 패턴의 바로 위에 LED 칩을 배치하고, 상기 LED 칩의 하면 전체가 상기 베타 패턴에 밀착하도록 상기 LED 칩을 고정하는 실장 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 25에는, 평판상의 도전성 기판 상에 설치한 절연층 위에, 상면으로부터 본 경우에 회전 대칭성과 선 대칭성을 가지는 직방형이 되는 도전층을 설치하고, 상기 도전층의 중앙부 상에 LED 칩을 배치하고, 상기 LED 칩의 하면 전체가 상기 도전층에 밀착하도록 상기 LED 칩을 고정하는 실장 기술이 개시되어 있다.
그러나, 어느것이나, 본 발명과 같은, LED 칩의 온도 상승의 억제나, 복수의 칩의 고밀도 실장을 목적으로 하는 것은 아니다.
또한, 대부분이, 측단면도만의 개시이며, 본원에서 설명하는, 배선 도체(A)에 상당하는 배선 도체의 중앙부에 LED 칩을 배치하거나, 배선 도체(A)에 상당하는 배선 도체가, 실질적으로 회전 대칭성을 가지고, 선 대칭성을 가지지 않는 형상인 것 등은 시사되어 있지 않다.
또한, 상기 특허 문헌 17에 기재된 선행 기술에 있어서, 적어도 측단면도 상, 상기 베타 패턴의 폭은 LED 칩의 하면의 폭과 동일하고, 상면으로부터 LED 조명 장치를 보았을 때에, LED 칩＜ 베타 패턴＜ 복합 재료 기판순으로 상면의 면적이 작고, 적어도 LED 칩의 하면의 외곽이, 상기 베타 패턴의 상면의 외곽 안에 있다고 할 수 있는 것이 아니고, LED 칩의 하면의 외주부 전체에 걸쳐 가장자리를 가지도록 베타 패턴이 형성되어 있는 것도 아니다.
특허 문헌 26에는, 서브 마운트 부재 상에 설치한 도체 패턴의 중앙부에 LED 칩을 배치하고, 상기 LED 칩의 하면 전체가 상기 도체 패턴에 밀착하도록 상기 LED 칩을 고정하는 실장 기술이 개시되어 있는데, 복수의 칩의 고밀도 실장을 목적으로 하는 것이 아니라, 상기 도체 패턴은, 회전 대칭성을 가지지 않고 선 대칭성을 가지는 직방형에 가까운 형상이다.
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종래의 반도체 발광 장치에서는, 투입 전력 밀도의 증가나 대 전류화, 또한, 고밀도 실장화에 수반하여, 지금까지 표면화되지 않은 수많은 잠재적 과제가 표면화하게 되어, 고출력과 고신뢰성을 겸비하고, 제조 비용이 낮고, 실용성이 높은 소형·컴팩트한 반도체 발광 장치의 실현이 곤란하다는 과제가 있었다.
특히, 빠른 생산 스피드와 높은 신뢰성을 수반하는 소형·고출력화를 도모하는 것이 곤란했다.
이하, 실장 기술의 과제에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
일반적으로, 소형 점 광원화를 도모하려하면 할수록, 방열 기판(1) 상에 있어서의, 고체 발광 소자(3)의 실장면이 제한되므로(도 42 참조), 고정밀도의 실장 기술이 요구되게 된다.
이는, 배선 도체(A2a) 상에 있어서의 고체 발광 소자(3)의 미소한 실장 어긋남이, 전기적 접속이나 장착면에서의 문제로 연결되기 쉬워지기 때문이다.
예를 들면, 땜납 재료를 접착제로서 이용하여, LED 칩을 배선 도체(A2a) 상에 실장하는 경우에는, 배선 도체(A2a) 상의 실장 중심부에, 점성을 가지게 한 상기 땜납 재료를 재치(載置)하고, 그 위에 고체 발광 소자(3)를 재치하여 땜납 재료를 고체화함으로써, 고체 발광 소자(3)를 배선 도체(A2a) 상에 고착시키는 수법이 일반적으로 채용되고 있다.
이하, 도 43을 참조하면서 설명한다.
이 경우, 점성을 가지는 상기 땜납 재료(접착제(23))는, 고체 발광 소자(3)와 함께 가압되고, 배선 도체(A2a)의 표면과 고체 발광 소자(3)의 간극을 적게 하도록 하여 확산되고, 어느 두께 분포를 가지고 당해 간극의 일부 또는 전부를 메운다(도 43(b), (c)의 하단(측단면도) 참조).
그리고, 그 후, 상기 땜납 재료(접착제(23)가 굳어져, 그 위에, 고체 발광 소자(3)가 고정되게 된다(도 43(d)의 하단 참조).
이러한 실장 기술에 있어서, 상기 땜납 재료(접착제(23)는, 기본적으로, 고체 발광 소자(3)를 실장하려고 하는 중심 위치와 겹치는 위치(도 43의 상단 내의, 1점 쇄선의 교점)를 중심으로 하여 부착시키게 된다.
그러나, 종래의 반도체 발광 장치에 있어서는, 대부분의 경우, 배선 도체(A2a)는, 일예를 도 43의 상단(상면도)에 나타내는 바와같이, 상기 땜납 재료(접착제(23))의 재치 위치(고체 발광 소자(3)의 실장 중심 부근)를 중심으로 하여, 대칭성을 가지지 않는 형상을 가지고, 또한, 적어도 당해 재치 위치에, 가까운 장소와, 훨씬 먼 장소에 단부를 가지는 형상을 가지고 있었다.
이 때문에, 점성을 가지는 땜납 재료는, 고체 발광 소자(3)의 실장 과정에서, 배선 도체(A2a)와 고체 발광 소자(3)의 간극을 적게하도록 확산되지만, 그 물성 상, 일반적으로, 상기 재치 위치에 가까운 장소에 위치하는 배선 도체(A2a)의 상기 단부(이하 「근단부」로 기술한다)를 넘어 흐르지는 않으므로, 갈 곳을 잃은 땜납 재료는, 상기 재치 위치로부터 훨씬 먼 장소에 위치하는 단부에 향하는 방향으로 흐르게 된다(도 43(c)의 상단 참조).
그 결과, 땜납 재료의 중심(M)이, 당초의 재치 위치를 기점으로 하여, 상기 근단부로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 현상이 생기게 된다(도 43(c)의 상단 참조).
대체로, 땜납 재료의 중심부 부근은 땜납 두께가 최대가 되기 때문에, 이러한 경우, 고체 발광 소자(3)는, 땜납 두께의 최대부가, 실장 중심으로부터 상기 방향으로 약간 어긋난 상태로 실장되게 된다(도 43(c)의 상단 참조).
그리고, 이러한 경우, 고체 발광 소자(3)는, 점성을 가지는 땜납 재료가 고화하는 실장 후반의 한창 때 실장 중심으로부터 어긋나, 실장이 완료하게 된다(도 43(d)의 상단 참조).
종래 대부분의 반도체 발광 장치에 있어서는, 배선 도체(A2a)는, 도 43의 상단에 도시하는 바와같이, 고체 발광 소자(3)의 실장 중심에 대해서, 대칭성을 가지지 않는 형상이고, 또한, 적어도 당해 재치 위치에, 가까운 장소와, 훨씬 먼 장소에 단부를 가지는 형상을 가지고 있었기 때문에, 이와같이 하여, 실장 중심으로부터 상기 방향으로 어긋난 위치에 실장되어 버려, 전기적 접속이나 장착면에서의 문제가 염려되는 실장 상태인 것이 된다는 과제가 있었다(도 43(d)의 상단 참조).
또한, 이러한 형상의 배선 도체(A2a)의 경우에는, 고체 발광 소자(3)의 하면의 하부에 있어서, 상기 근단부의 측에서는, 땜납 재료가 부족 기미로 되고, 상기 근단부의 반대측에서는, 상기 땜납 재료가 과잉 기미로 되어, 고체 발광 소자(3)가 실장되므로, 고체 발광 소자(3)의 하면의, 상기 근단부의 측부근에서, 실장 불량/실장 불충분한 상태를 일으키기 쉽고, 고체 발광 소자(3)와 배선 도체(A2a)의 사이에 간극이 발생하기 쉬워진다는 과제도 있었다(도 43(c), (d)의 하단 참조).
고체 발광 소자(3)의 하면과 배선 도체(A2a)의 사이에 생긴 간극은, 방열 효율의 저하로 이어지고, 국부 가열을 일으키므로, 이러한 실장 상태의 경우에는, 일차광의 출력 효율이 저하하여, 출력광 강도가 내려간다는 과제가 있었다.
한편, 일반적으로, 반도체 발광 장치에 대해서, 외관을 손상시키지 않고 소형 점 광원화를 도모하기 위해서는, i) 고체 발광 소자(3)를, 방열 기판(1)의 중앙부에 배치하고, 또한, ⅱ) 방열 기판(1)을, 그 상면의 면적이 가능한한 작아지도록 하여, 방열 기판(1)의 상면의 면적 및 형상을, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면의 면적 및 형상에 매우 가까운 것으로 하고, 그 위에, ⅲ) 방열 기판(1) 상의, 고체 발광 소자(3)의 실장부 이외의 공간에, 배선 도체(A2a)의 일부(고체 발광 소자(3)의 실장면 이외의 부분)와 배선 도체(B2b)를 배치하도록 하면 된다(도 42 참조).
그러나, 도 42로부터도 알 수 있듯이, 이와 같이 하여, 소형 점 광원화를 도모하고자 하면 할수록, 방열 기판(1) 상의, 고체 발광 소자(3)의 실장부 이외의 공간이 제한되어 적어지므로, 배선 도체(A2a)를 방열체로서 유효 이용하는 것이 곤란해져, 고출력화가 곤란해진다는 과제도 있었다.
또한, 상기 이외에도, 본 발명에 관한 과제로서, 예를 들면, 이하와 같은 것이 있다.
(1) 여기원이 되는 LED 칩의 온도 상승에 따른 발광 효율의 저하
즉, 투입 전력 밀도를 높이기 위한 대전류화에 따라, LED 칩의 저항 성분에 기인하여 발생하는 줄열(Joule’s heat) 등의 정도가 커져, 칩 온도가 상승하고, 고체 중의 격자 진동이 커져, 발광층 내의 전자-정공 쌍의 재결합 확률이 낮아지는 등, 칩의 전광 변환 효율이 낮아진다.
(2) 동 LED 칩의 대형화에 따라, 한층 표면화되는, 칩의 온도 분포 편차나 국부 가열에 의한 발광 효율의 저하
즉, LED 칩의 실장 불균일(특히, 방열 기판으로의 접합/접착 불균일), 칩의 전극 패턴, 칩 배선 인출 상태, 칩을 실장하는 배선 패턴의 형상 등에 기인하는 LED 칩의 방열 불균일에 기인하여, 칩 내에서 생기는 미소한 온도 분포차가, 투입 전력의 증대에 따라 증폭되고, 국부 가열이 생겨 당해 부분의 발광 효율이 저하하고, 칩의 발광 효율이 낮아져 버린다.
(3) 배선 도체의 발열에 따른 전력 효율의 저하
즉, 대전류화에 따라, 배선 저항에 기인하여 발생하는 줄열 등의 정도가 커지고, 배선 도체가 온도 상승하여, 배선 저항이 커지고, 온도 급상승을 일으킴과 더불어, 배선 저항이 더욱 커져, 투입 전력의 열손실 비율이 커져 버린다.
(4) 배선 접합 부분의 발열에 따른 신뢰성의 저하
즉, 대전류화에 따라, 배선 접합 부분이 가지는 저항에 의한 온도 상승이나, 상기 LED 칩이나 배선 도체의 발열에 따른 부재의 각종 물성의 변화 등에 기인하여, 접합 강도 저하를 수반하면서, 접합 부분의 열스트레스가 커져, 크랙이나 박리 등을 일으키기 쉬워져, 내구성이 낮아져 버린다.
(5) LED 칩의 실장 손상에 의한 신뢰성 및 제품 수율의 저하
즉, 특히, 플립 칩 구조를 가지는 반도체 발광 장치(상기 플립 칩 상하 전극 구조 및 상기 플립 칩 하면 2전극 구조의 반도체 발광 장치)는, 비교적 민감한 특성을 가지는 상기 활성층 근방의 넓은 면적이 실장면으로서 고정되기 때문에, 실장 손상을 받을 확률이 높을 뿐만 아니라, 그 구조 상, 상기 활성층이, 투입 전력 밀도의 증가나 대전류화에 따른 열 변형 등을 받기 쉽고, 투입 전력의 증대에 따라, 이들이 증폭되어, 특성 편차나 크랙 등을 일으키기 쉬워지고, 또한, 고밀도 실장에 따른 칩수의 증가와 함께 양품율(良品率)이 낮아지기 쉽다.
(6) 고방열 기판의 광 흡수에 의한 광 인출 효율의 저하
즉, 반도체 발광 장치의 방열성을 개선하기 위한, 열전도율이 높은 재질의 기판(예를 들면, 질화알루미늄(AlN) 세라믹스 기판)의 채용에 따라, LED 칩 광의 방열 기판으로의 흡수 비율이 증가하여, 반도체 발광 장치의 출력광의 비율이 저하해 버린다.
또한, 이러한 기술의 시점에서의 과제뿐만 아니라, 이하의 제조 판매의 시점에서의 과제도 있었다.
(7) 백색 LED에 대한 시장의 가격 요망 수준이 저가격
즉, 백색 LED는, 개발의 역사가 짧은데도 불구하고, 그 시장은 급성장하고 있고, 화제성이 높아져, 시장 경쟁/특허 경쟁이 심해지고 있다. 이 때문에, 시장 형성 중인 작은 시장 규모 내에서, 희소 가치가 있는 개발 도상의 고가의 부재(예를 들면, 고출력 LED 칩, 적색 형광체, 방열 기판 등)를 이용하지 않으면, 시장 요망을 만족하는 상품 개발은 곤란하고, 필연적으로 제조 비용이 높아져 버린다.
이러한 배경 사정으로부터, 지금까지 실용 실적이 없는 새로운 기술을 이용하지 않고, 과거에 전자 디바이스에의 응용 등으로 충분한 실용 실적을 가지는, 통상적인 실용 기술만을 이용하여, 이들 모든 과제에 대처할 필요성이 요구되었다.
또한, 사용하는 입장에 서면, 광원으로서의 용도 사정으로부터, 예를 들면, 어둠 내에서, 혹은 밤의 차량 운전 중에, 배선 수명이나 진동 등으로, 설령 배선 접합 부분이 벗겨져, 점등하지 않는 경우가 있다고 해도, 광원을 교환하지 않고, 순식간에 복구시켜, 즉각 비출 수 있는 반도체 발광 장치가 요망된다.
그러나, 이러한, 생활 배려가 이루어진, 조명용으로서 편리성이 높은 반도체 발광 장치는 많지 않은 것이 실상이다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 빠른 생산 스피드와 높은 신뢰성을 수반하는 소형·고출력의 반도체 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 통상적인 실용 기술을 이용하여 제조할 수 있고, 고출력이고 또한 고밀도 실장이 가능함과 더불어, 손님의 요망이나, 형편에 맞추어, 점등 문제 시의 배려 설계도 가능한 반도체 발광 장치, 특히, 일반 조명, 카메라 플래시, 차재 전조등, 프로젝션 광원, 액정 백 라이트용 등으로서 매우 적합한 반도체 발광 장치 및 이를 이용한 광원 장치 및 조명 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 반도체 발광 장치의 구성은, 절연성을 가지는 방열 기판의 편면에, 적어도 1개의 배선 도체(A)와, 배선 도체(B)와, 고체 발광 소자를 구비하고, 상기 배선 도체(A) 상에 상기 고체 발광 소자가 실장되고, 상기 배선 도체(B) 상에는 상기 고체 발광 소자가 실장되지 않은, 반도체 발광 장치로서, 상기 고체 발광 소자는, 그 상면 또는 상하면 중 어느 하나에, 쌍을 이루는 급전 전극을 가지고, 또한, 상기 고체 발광 소자의, 주 광 인출면의 대향면이 되는 하면 전체가, 상기 배선 도체(A)에 밀착하도록 실장되어 있고, 상기 고체 발광 소자의 실장면을 상방으로부터 보았을 때에, 상기 배선 도체(A)는, 상기 고체 발광 소자의 하면 전체를 실장하는 소자 실장 영역과, 상기 소자 실장 영역의 주변에 인접하고, 상기 소자 실장 영역의 주변에 대해서 방향이 치우치지 않게 설치된 복수의 유출 접착제 포획 영역을 가지고, 상기 배선 도체(B)는, 상기 유출 접착제 포획 영역 이외의, 상기 소자 실장 영역의 주변의 인접부에, 상기 배선 도체(A)와 전기적으로 분리하여 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 반도체 발광 장치의 구성에 의하면, 배선 도체(A)는, 고체 발광 소자의 하면 전체를 실장하는 소자 실장 영역의 주변에, 유출 접착제 포획 영역이 방향을 치우치지 않게 설치된 형상의 것이 되고, 바람직한 형태에 있어서는, 실장 중심에 대해서, 상반되는 방향으로, 실장면을 떠나 비교적 떨어진 장소에, 적어도 2개의 단부를 가지는 형상이 되므로, 고체 발광 소자의 실장 중심이 되는 위치에 재치되는 접착제(땜납 재료)의 중심의 이동, 및, 실장 불량/실장 문제를 억제할 수 있는 배선 도체(A)가 된다. 이와 같이, 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서의 배선 도체(A)는, 고체 발광 소자의 상기 실장 어긋남이나 상기 국부 가열을 억제하는 것이 되어, 고신뢰성 및 일차광의 고출력화를 촉구하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 상기 형상을 가지는 배선 도체(A)는, 밸런스가 잡힌 양호한 방열체 및 광 반사체로서도 기능하므로, 방열 효과 및 광 인출 효과의 보다 높은 구조를 가지는 반도체 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치의 구성에 있어서는, 상기 배선 도체(B)는, 상기 고체 발광 소자의 세로 및 가로 방향의 중심선을 피하는 위치에 외곽 중심(中心)부(중심(重心))를 가지도록 배치되어 있는 것이 바람직하고, 또한, 상기 배선 도체(A)는, 회전 대칭성을 가지는 형상을 가지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 고체 발광 소자의 급전 전극(일반적으로, 고체 발광 소자의 세로 및 가로 방향의 중심선을 피하는 위치에 배치되어 있다)에 가까운 장소에 배선 도체(B)를 배치하고, 방열 기판 상의 공간을, 고체 발광 소자의 구조 및 동작 원리에 적합하도록 유효 이용한 배치 구조로 할 수 있게 되므로, 반도체 발광 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
나아가, 상기 고체 발광 소자는, 상기 배선 도체(A)의 외곽의 중앙부가 되는 위치에 실장되고, 상기 배선 도체(A)는, 상기 고체 발광 소자의 하면의 형상과 동일한 형상을 베이스로 하는 형상을 가지고, 또한, 상기 고체 발광 소자의 하면의 외주부 전체에 걸쳐 가장자리를 가지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 배선 도체(A)가 고체 발광 소자의 상기 실장 어긋남을 어느정도 허용할 수 있게 되므로, 생산 스피드를 높여도 비교적 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 반도체 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치의 구성에 있어서는, 상기 배선 도체(A)와 상기 배선 도체(B)의 전체를 가리키는 배선 도체(X)는, 상기 방열 기판 상에서 차지하는 면적 비율이 50%이상 100%미만인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 상기 배선 도체(A)는, 상기 배선 도체(X) 중에서 차지하는 총 면적 비율이 50%이상인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 상기 방열 기판은, 반전 대칭성을 가지는 형상을 가지고, 상기 고체 발광 소자는, 상기 방열 기판의 대칭 중심선 상에 실장면을 가지는 것이 바람직하다.
이 바람직한 예에 의하면, 최소한 필요한 배선 도체(X)에 대해서, 방열 기판 상에서 차지하는 면적 비율이 많아져, 방열 기판 상의 공간을, 보다 고체 발광소자의 구조 및 동작 원리에 적합하도록 유효 이용한 배치 구조로 할 수 있게 되므로, 반도체 발광 장치의 소형화를 한층 더 도모할 수 있다.
또한, 배선 도체(X)의 총면적의 과반수를 배선 도체(A)가 차지하게 되므로, 고체 발광 소자의 방열체로서도 기능하는 배선 도체(A)가 방열 기판 상에서 차지하는 면적 비율이 많아지고, 그 결과, 고체 발광 소자의 방열 효과가 높은 구조를 가지는 반도체 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 방열 기판의 대칭 중심선 상에 고체 발광 소자가 위치하도록 함으로써, 외관의 면에서도 양호한 것이 된다.
그리고, 이러한 상승 효과에 의해, 빠른 생산 스피드와 높은 신뢰성을 수반하는 소형·고출력의 반도체 발광 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치의 구성에 있어서는, 상기 배선 도체(A)와 상기 배선 도체(B)의 전체를 가리키는 배선 도체(X)는, 상기 방열 기판의 일평면 상에서 실질적으로 회전 대칭성을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치의 구성에 있어서는, 상기 배선 도체(B)와, 상기 고체 발광 소자의 전극 인출부는, 배선 도체(C)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 상기 배선 도체(B)는, 상기 배선 도체(A)보다도 수가 많은 배선 구조를 가지고, 쌍을 이루는 상기 배선 도체(A)와 상기 배선 도체(B)를 이용하여, 상기 고체 발광 소자에 전력을 공급하는 반도체 발광 장치로서, 적어도 상기 배선 도체(B)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치의 구성에 있어서는, 상기 고체 발광소자는, 그 실장면을 하면으로 했을 때에, 상면 가까이에 상기 일차광의 발생원이 되는 반도체 발광층을 구비하고, 상기 고체 발광 소자의 상하면에 전극을 구비하는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치의 구성에 있어서는, 상기 고체 발광 소자의 주 광 인출면 상에 파장 변환체를 더 구비하고, 상기 파장 변환체는, 상기 고체 발광 소자가 발하는 일차광에 의한 여기에 의해 상기 일차광보다도 장파장의 광을 발하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 광원 장치의 구성은, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 광원 장치의 구성에 의하면, 소형·고출력의 광원 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
이와 같이 하여, 투입 전력의 증가에 따라 증대하는 고체 발광 소자의 발생열이, 실장면이 되는 당해 고체 발광 소자의 하면 전체를 이용하는 열전도에 의해, 고체 발광 소자의 하방에 배치된 고열 전도체(배선 도체(A), 방열 기판, 외부 부가 방열체 등)로, 균등하고 또한 높은 속도로 열전도하여, 고체 발광 소자의 온도 상승을 억제할 수 있게 된다.
동시에, 고체 발광 소자의 하면을 벗어나는, 실장면의 수평 방향으로도, 양호한 열 전도 특성을 가지는 배선 도체(A)에 전해져, 비교적 균등하게 열확산하도록함과 더불어, 상기 배선 도체(A)의, 고체 발광 소자의 하면을 벗어나는 부분의, 양호한 열전도 특성과 비교적 큰 면적을 충분히 살려 방열 효율을 높이도록 함으로써, 고체 발광 소자의 대형화에 따라 과제시되고 있는, 고체 발광 소자의 온도 상승 및 방열 불균일(특히, 발광층 면내의 방열 불균일)에 기인하는 고체 발광 소자의 발광 효율의 저하를 억제하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있다.
또한, 배선 도체(A)의 선 대칭성을 가지지 않는 형상을 활용하여, 상기 실장면의 수평 방향으로 배선 도체(A)에 전해지는 열의 방열 경로를 확보하면서, 배선 도체(A)의 중앙부에 있어서 고체 발광 소자의 하면이 차지하는 면적 비율이 증가하도록 하고, 또한, 복수의 고체 발광 소자를 근접 배치할 수 있도록 함으로써, 복수의 고체 발광 소자의 고밀도 실장이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 조명 시스템의 구성은, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치와, 상기 반도체 발광 장치의 급전 단자를 전환하기 위한 회로 전환 장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치는, 상기 배선 도체(B)와, 상기 고체 발광 소자의 전극 인출부는, 배선 도체(C)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 상기 배선 도체(B)는, 상기 배선 도체(A)보다도 수가 많은 배선 구조를 가지고, 쌍을 이루는 상기 배선 도체(A)와 상기 배선 도체(B)를 이용하여, 상기 고체 발광 소자에 전력을 공급하는 반도체 발광 장치로서, 적어도 상기 배선 도체(B)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
이 조명 시스템의 구성에 의하면, 설령 배선 접합 부분이 벗겨져, 점등하지 않게 되는 경우가 있어도, 광원을 교환하지 않고, 순식간에 복구시켜, 동일한 반도체 발광 장치를 이용하여 즉시 비추는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 소형·컴팩트, 고출력으로, 신뢰성이 높고, 또한, 점등 문제 시에 구비하여 사전 배려한 회로 설계도 가능한, 제조 비용이 낮은 반도체 발광 장치(예를 들면, 백색 LED) 및 광원 장치를, 통상적인 실용 기술을 이용함으로써 제공할 수 있다.
또한, 설령 배선 접합 부분이 벗겨져, 점등 문제가 생겼다고 해도, 반도체 발광 장치나 광원을 교환하지 않고, 순식간에 복구시킬 수 있는 조명 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 2는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 3은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 4는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 5는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 7은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 8은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 9는 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서의, 전기 회로 구성의 일예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서의, 전기 회로 구성의 일예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서의, 전기 회로 구성의 일예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 13은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 14는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 15는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 16은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 상면도이다.
도 17은 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 18은 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 19는 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 20은 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 21은 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 22는 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자와는 다른 구조를 가지는 고체 발광 소자를 나타내는 참고도이다.
도 23은 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 파장 변환체의 일예를 나타내는 모식도이다.
도 24는 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 파장 변환체의 일예를 나타내는 측면도이다.
도 25는 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 파장 변환체의 일예를 나타내는 측면도이다.
도 26은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도(도 1에 있어서의 I－I’선 단면)이다.
도 27은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 28은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 29는 본 발명의 반도체 발광 장치의, 방열 경로의 일예를 나타내는 모식도(상면)이다.
도 30은 본 발명의 반도체 발광 장치의, 방열 경로의 일예를 나타내는 모식도(종단면)이다.
도 31은 본 발명의 반도체 발광 장치의, 방열 경로의 일예를 나타내는 모식도(종단면)이다.
도 32는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 33은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 34는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 35는 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 36은 본 발명의 반도체 발광 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 37은 본 발명의 광원 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 38은 본 발명의 광원 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 39는 본 발명의 광원 장치의 일예를 나타내는 종단면도이다.
도 40은 본 발명의 광원 장치의 일예를 나타내는 상면도와 모식 측단면도(상면도의 Ⅱ―Ⅱ’선 및 Ⅲ―Ⅲ’선 단면도)이다.
도 41은 본 발명의 조명 시스템의 일예를 나타내는 도면이다.
도 42는 종래의 반도체 발광 장치를 나타내는 상면도이다.
도 43은 종래의 반도체 발광 장치의 과제를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시의 형태를 이용하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
우선, 도 1을 참조하면서, 본 발명의 각 실시의 형태에 공통되는 사항에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 반도체 발광 장치의 일실시 형태를 나타내는 상면도이다.
(방열 기판 1)
도 1에 도시하는 바와같이, 방열 기판(1)은, 적어도 1개의 배선 도체 A(패턴화된 전극 A) 2a를 구비한, 고체 발광 소자(3)를 실장하기 위한 기판이다.
방열 기판(1)은, 적어도 편면에, 1개의 평면을 가지는 기판이며, 당해 평면을 가지는 편면이 고체 발광 소자(3)의 실장면으로서 이용된다.
방열 기판(1)은, 금속, 반도체 재료, 세라믹스 재료, 수지 중에서 선택되는 적어도 하나를 재질로 하는 기판이며, 적어도 상기 실장면을, 절연성을 가지는 면으로 하는 기판(이하, 「절연성을 가지는 방열 기판」, 또는, 간단히 「절연 기판」으로 기술한다)이다.
또한, 방열 기판(1)의 기체는, 기본적으로, 절연 기판, 도전 기판(특히, 금속 기판)의 어느 하나여도 상관없지만, 특히 바람직한 방열 기판(1)은, 후술하는 이유에 의해, 전체가 절연체로 구성된 절연 기판이다.
방열 기판(1)의 상기 기체로는, 구체적으로는, 구리, 알루미늄, 스테인리스, 금속 산화물(산화알루미늄, 산화규소, 유리 등), 금속 질화물(질화알루미늄, 질화규소 등), 탄화규소, 금속 실리콘, 탄소 등의 무기 재료를 재질로 하는 기판, 및, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지에서 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
단, 상기 실장면은, 예를 들면, 금속 산화물(산화알루미늄, 산화규소, 산화티탄, 산화마그네슘, 유리 등), 금속 질화물(질화알루미늄, 질화규소 등) 그 외의 무기 절연 재료, 및, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 그 외의 유기 절연 재료에서 적절히 선택하여 이용된다.
또한, 양호한 방열 특성을 얻는데 바람직한 방열 기판(1)은, 금속, 세라믹스 성형체, 또는, 금속과 세라믹스의 복합체 중 어느 하나를 상기 기체(基體)로 하는 절연 기판이다.
한편, 제조 원가를 낮추는데 바람직한 방열 기판(1)은, 수지(예를 들면, 실리콘계 수지)를 주체로 하는 성형체이며, 예를 들면, 필러(예를 들면, 알루미나, 실리카, 각종 금속 등의 무기 입자군)를 포함하는 수지 성형체의 절연 기판이다.
또한, 광 인출 효율을 높이는데 바람직한 방열 기판(1)은, 상기 실장면이 가시광 반사 특성이 뛰어난 방열 기판이며, 예를 들면, 백색의 체색을 가지는 방열 기판이다.
이러한 방열 기판(1)은, 비교적 낮은 비용으로 입수나 취급이 용이할 뿐만 아니라, 열전도율이 높기 때문에, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하도록 작용한다.
방열 기판(1)으로서, 전체가 절연체로 구성된 절연 기판을 이용하면, 한정된 장소만이 전위를 가지는 반도체 발광 장치를 비교적 용이하게 제공할 수 있으므로, 구조 설계 상, 전기면에서의 배려가 용이해져, 비교적 간단하게, 전기면에서의 취급이 용이한 광원 장치 등을 제공하는 것이 가능해진다.
한편, 방열 기판(1)으로서, 도전 기판을 기체로 하는 절연 기판을 이용하면, 열전도율을 매우 양호한 것으로 할 수 있으므로, 방열성이 뛰어난 반도체 발광 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
이 때문에, 전기적 구조 설계의 용이성을 중시하는 경우에는, 전체가 절연체로 구성된 절연 기판을 이용하는 것이 바람직하고, 방열성을 가장 중시하는 경우에는, 도전 기판을 기체로 하는 절연 기판을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 어떠한 절연 기판의 경우라도, 바람직한 방열 기판(1)은, 열전도율이 1W/mK 이상인 기판, 또는, 1W/mK 이상의 열전도율을 가지는 재질로 구성된 기판이며, 바람직한 상기 열 전도율은 10W/mK 이상, 보다 바람직하게는 100W/mK 이상이다.
이러한 방열 기판(1)을 이용하면, 반도체 발광 장치로의 전력 투입에 따라 발생하는 열을, 방열 기판(1)을 통해 저온도부로 열전도시키기 쉬워지므로, 열확산이 촉진되어, 반도체 발광 장치 전체의 온도 상승이 억제된다. 그 결과, 높은 방열 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 바람직한 방열 기판(1)은, 취급이 용이한, 평판 형상을 가지는 방열 기판이며, 이러한 방열 기판을 이용하면, 고체 발광 소자(3)의 실장이 용이해져, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있게 된다.
(배선 도체(A2a) 및 배선 도체(B)(패턴화된 전극 B) 2b(배선 도체 X(패턴화된 전극 X)))
이하, 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)를 합한 것을, 배선 도체(X)로 기술한다.
배선 도체(A2a) 및 배선 도체(B2b)는, 고체 발광 소자(3)에 전력을 공급하기 위한 도체이고, 쌍을 이루는 것이다.
배선 도체(X)는, 금속, 도전성 화합물, 반도체 등에서 선택되는 적어도 1개의 재질을 주성분으로 하는 도체로 할 수 있는데, 저 저항율과 고열 전도율을 양립시킬수 있는 배선 도체로 하기 위해서, 바람직하게는, 80중량% 이상의 금속 성분 비율을 가지는, 주성분이 금속인 재질로 구성된다.
또한, 당해 금속으로는, 구체적으로, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 지르콘(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 실리콘(Si), 철(Fe), 및, 이들 금속의 합금이나 실리사이드 등을 들 수 있고, 당해 도전성 화합물로는, 질화티탄(TiN)이나 질화탄탈(TaN) 등의 저저항 재료를 들 수 있고, 당해 반도체로는, In－Sn－0나 ZnO : Al 등의 투명 도전 재료를 들 수 있다.
광 인출 효율이 높은 반도체 발광 장치를 얻기 위해서는, 배선 도체(X)는, 금속 광택을 가지는 배선 도체인 것이 바람직하다.
바람직한 상기 금속 광택의 대략의 그 기준을, 실온 평가 시의 광 반사율을 척도로 하여 예시하면, 예를 들면, 청색∼적색의 파장 범위 내(420∼660nm)의 광 반사율이 50% 이상이고, 바람직하게는, 가시광의 파장 범위내(380∼780nm)의 광 반사율이 80% 이상이다.
또한, 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)의 양쪽이 상기 금속 광택을 가지는 것이 바람직한데, 적어도 배선 도체(A2a)가 금속 광택을 가지는 것이면, 기본적으로는 상관없다.
이러한 배선 도체(X)로는, 도체판, 도체 성형체, 도체 후막, 도체 박막 중에서 선택되는 적어도 1개가 선택되어 이용되는데, 제조 비용의 면에서 바람직한 배선 도체(X)는 도체 후막이다.
상기한 도체 후막이나 도체 박막으로는, 과거에 전자 기기용의 배선 형성 등으로 수많은 실용 실적을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 도체 후막으로는, 스크린 인쇄법, 잉크 제트법, 닥터 블레이드법, 슬러리 캐스트법, 스핀 코트법, 침강법, 전기 영동법, 또는, 도금 기술을 이용하여 형성된 후막이 바람직하고, 상기 도체 박막으로는, 증착 기술, 스퍼터 기술, 또는, 화학적 기상 성장 중 어느 하나를 이용하여 형성된 박막이 바람직하다.
또한, 상기 도체판은, 예를 들면, 패터닝 가공을 실시한 금속판(Al, Ti, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Rh, Ir, Fe, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Zn, 및 이들 합금이나 스테인리스 그 외) 등을 가리키는 것이다.
상기 패터닝 가공을 실시한 금속판은, 방열 기판(1)에 접착제 등을 이용하여 고착시키면, 배선 도체(A2a) 부착의 방열 기판(1)으로서 이용할 수 있게 된다.
또한, 배선 도체(A2a)의 두께는, 반도체 발광 장치의 설계의 형편 상, 3㎜ 정도를 초과하지 않는 범위에서 두꺼우면 두꺼울수록 좋다. 구체적인 두께를 예시하면, 10㎛ 이상 3㎜ 미만, 바람직하게는, 100㎛ 이상 3㎜ 미만, 보다 바람직하게는 300㎛ 이상 3㎜ 미만이다.
이러한 두꺼운 두께의 배선 도체(A2a)는, 열전도성이 뛰어난 것이 되므로, 양호한 방열체로서 기능한다.
또한, 이러한 두꺼운 두께의 배선 도체(A2a)는 배선 저항이 낮아져, 배선 도체(A2a)에 있어서의 줄열의 발생이 억제되므로, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 도 1에 도시하는 전극 패드(6)는, 배선을 인출하는 등을 위해서, 필요에 따라서, 배선 도체(X)에 설치되는 도체(통상은, 금속)이며, 급전 단자로서도 사용할 수 있는 것이다.
(고체 발광 소자(3)의 개요)
고체 발광 소자(3)는, 전기 에너지를 광에너지로 변환하는 전광 변환 소자, 예를 들면, 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저(LD), 무기 EL 소자(EL), 유기 EL 소자(0LED) 등이다.
상기 전광 변환 소자의 동작 원리 상, 반도체 발광 장치의, 고출력의 점 광원을 얻기 위해서 바람직한 고체 발광 소자(3)는, LED 또는 LD 중 어느 하나이며, 고출력의 면 광원을 얻기 위해서 바람직한 고체 발광 소자(3)는, EL 또는 OLED 중 어느 하나이다.
신뢰성이 높은 반도체 발광 장치를 얻기 위해서 바람직한 고체 발광 소자(3)는, 발광층이 무기 재료로 구성되는, LED, LD, 또는 EL중 어느 하나이다.
또한, 광의 연색성이 양호한 출력광을 얻기 위해서, 및, 균일한 광 확산면의 출력광을 얻기 위해서 바람직한 고체 발광 소자(3)는, 발광 스펙트럼 반치폭이 비교적 넓고, 지향성을 거의 가지지 않는 광을 발하는, EL 또는 OLED중 어느 하나이다.
또한, 파장 변환체(4)에 의한 파장 변환의 에너지 효율의 면에서 바람직한 고체 발광 소자(3)는, 380㎚보다도 장파장의 가시역의, 가능한한 장파장의 영역에 발광 피크를 가지는 1차광(가시광)을 발하는 고체 발광 소자이며, 백색의 출력광을 얻기 위해서는, 380㎚ 이상 510㎚ 미만의 자색∼청록색의 파장 영역에 발광 피크를 가지는 일차광을 발하는 고체 발광 소자인 것이 바람직하다.
또한, 고체 발광 소자(3)의 출력 수준 등의 현상을 고려하면, 바람직하게는, 400㎚ 이상 480㎚ 미만의 자색∼청색의 파장 영역, 보다 바람직하게는, 430㎚ 이상 475㎚ 미만의 청색의 파장 영역에 발광 피크를 가지는 일차광을 발하는 고체 발광소자인 것이 바람직하다.
이러한 고체 발광 소자(3)를 이용하면, 파장 변환체(4)에 의한 광 흡수―발광의 에너지 차이가 비교적 작아지도록 반도체 발광 장치를 구성할 수 있으므로, 파장 변환의 원리 상, 파장 변환에 따른 광 에너지의 손실을 줄이도록 기능시킬 수 있다. 이 때문에, 당해 에너지 손실에 의한 파장 변환체(4)의 발열량이 줄어들게 되고, 파장 변환체(4)의 축열 작용에 기인하는 온도 상승이 억제되어, 파장 변환체(4)가 포함하는 형광체의 온도 소광(消光) 등이 완화된다. 이러한 이유에 의해, 투입 전력 밀도를 높여 고체 발광 소자(3)의 광 출력(일차광) 강도가 증가하도록 해도, 비교적 높은 파장 변환 효율을 유지하기 쉬운 반도체 발광 장치를 얻을 수 있다.
고체 발광 소자(3)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일예를 들면, 상면도에 있어서의 외곽 면적은 0.01㎟ 이상 100㎠ 이하이다.
또한, 고체 발광 소자(3)가 LED인 경우, 일예를 들면, 상면도에 있어서의 LED 1개의 외곽 면적은 0.01㎟ 이상 5㎠ 미만 정도인데, 투입 전력과 점 광원성의 균형으로부터, 고출력의 점광원을 얻기 위해서는, 상기 외곽 면적은 0.25㎟ 이상 4㎠ 미만 정도, 특히, 0.6㎟ 이상 2㎠ 미만 정도의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
도 17∼도 22에, 고체 발광 소자(3)의 일예로서의 LED의 구조의 종단면도를 도시한다.
고체 발광 소자(3)의 일차광(15)의 발생원이 되는 반도체 발광층(11)은, 절연성 기체(7) 또는 도전성 기체(8) 중 어느 하나로 지지되는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 반도체 발광층(11)의, 뒤떨어지는 기계적 강도가 보강되어, 취급의 면에서 용이하게 된다.
또한, 이러한 구조의 고체 발광 소자(3)의 제조에 대해서는, 예를 들면, 일본국 특허공개 2007－150331호 공보 등에 개시되어 있고, 여기에서는 설명을 생략한다.
절연성 기체(7) 또는 도전성 기체(8)로는, Ⅳ족 금속 원소를 주체로 하는 금속, Ⅳ족 원소를 주체로 하는 화합물, 및, Ⅲ―Ⅴ족 원소를 주체로 하는 화합물 중에서 선택되는 적어도 1개의 반도체 기체가 바람직하다.
상기 반도체 기체는, 불순물 함유의 유무 등에 따라, 절연성 기체(7) 또는 도전성 기체(8)중 어느것이나 될 수 있을 뿐만 아니라, 열전도 특성이 양호한 기체로서 기능하므로, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제할 수도 있다.
고체 발광 소자(3)는, 도 19∼도 21에 도시하는 바와같이, 일차광(15)을 발하는 주 광 인출면과 동일면 상에 적어도 1개의 전극을 가지고, 고체 발광 소자(3)의 상면으로부터 하면에 이르는 두께 방향의 전체에 전압을 인가함으로써 일차광(15)을 발하는 상하 전극 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 광 인출면의 근방에 배치되고, 일차광(15)의 일부를 차단하는 배선 도체(C)(도선 C) 5(도 1등 참조)의 수를 비교적 줄일 수 있게 되므로, 비교적 고출력의 일차광(15)이 얻어지게 된다.
보다 바람직하게는, 도 19 및 도 20에 도시하는 바와같이, 고체 발광 소자(3)는, 당해 고체 발광 소자(3)의 실장면을 하면으로 했을 때, 상면 가까이에 일차광(15)의 발생원이 되는 반도체 발광층(11)(활성층)을 구비하고, 당해 고체 발광 소자(3)의 상하면에 전극(쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b))을 구비하는 구조(상기한 페이스 업 상하 전극 구조)를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 비교적 민감한 특성을 가지는 반도체 발광층(11)의 근방의 넓은 면적을 고정하는 것을 피하여, 반도체 발광층(11)이, 투입 전력 밀도의 증가나 대전류화에 따른 열 변형 등을 받기 어렵게 되거나, 도전성을 가지는 접착제에 의한, 실장 후의, 반도체 발광층(11)의 전기적 누설을 생기기 어렵게 하여, 크랙이나 특성 편차 등을 일으키기 어려운 구조로 할 수 있다.
또한, 반도체 발광층(11)이 발하는 일차광(15)이, 기체를 통과하지 않고, 출력되므로, 예를 들면, 전조등용 등에 적절한 지향성이 강한 일차광(15)을 얻기 쉽다는 이점도 있다.
또한, 고체 발광 소자(3)는, 금속 재료와 반도체 재료를 주체로 하는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 열전도 특성이 양호한 재료만으로 구성된 고체 발광 소자(3)로 되므로, 고체 발광 소자(3)의 열전도율이 커진다. 그 결과, 방열성이 높아져 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 주 광 인출면의 근방은, 표면 조화(粗化) 처리에 의한 요철 구조를 가지는 것으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 광 인출 효율이 높아지므로, 일차광(15)의 고출력화를 도모하는 것이 가능해진다.
반도체 발광층(11)은, 재질이 Ⅱ－Ⅵ족 화합물, Ⅲ―Ⅴ족 화합물, Ⅳ족 화합물 중 하나인 것이 바람직하다. 이러한 반도체 발광층(11)은, 무기의 고효율 전광 변환 구조체로서 기능하므로, 신뢰성의 면에서의 과제도 적고, 고출력의 일차광(15)을 얻는 것이 가능해진다.
고체 발광 소자(3)는, 하면의 면적이 상기 주 광 인출면측의 상면과 동일한 면적, 또는, 상기 상면보다도 큰 면적 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이에 의하면, 열원이 되는 반도체 발광층(11)보다도, 기체(절연성 기체(7), 도전성 기체(8), 또는, 반도체 기체)의 쪽이 체적이 크게 될 뿐만 아니라, 열전도체 및 방열체로도 기능하는 배선 전극(A2a)과의 접촉 면적도 증가하게 되므로, 발생열의 이동 속도가 커지고, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 고체 발광 소자(3)와 배선 도체(A2a)는, 금속을 주체로 하는 재료(예를 들면, 은 페이스트나 땜납 등)에 의해 접착되어 있는 것이 바람직하다.
금속 재료는 일반적으로 열전도율이 높기 때문에, 이에 의하면, 고체 발광 소자(3)의 발생열을 효율적으로 배선 도체(A2a)나 방열 기판(1)에 전달할 수 있어, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
이하, 고체 발광 소자(3)의 구조 및 배치 등에 대해서 상세하게 설명한다.
(고체 발광 소자(3)의 구체적 구조예)
이하, 고체 발광 소자(3)의 구체적 구조예에 대해서 설명하는데, 이러한 구조의 고체 발광 소자(3)의 제조에 대해서는, 예를 들면, 일본국 특허공개 2007－150331호 공보 등에 개시되어 있고, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
(고체 발광 소자(3)의 구체적 구조예 1)
도 17은, 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자(3)의 구조의 일예를 도시하는 종단면도이다. 도 17에 도시하는 바와같이, 절연성 기체(7)의 상부에는 반사층(10)이 설치되어 있고, 반사층(10)의 상부에는 반도체 발광층(11)이 설치되어 있다. 또한, 반사층(10)의 상면에 위치하는 반도체층(도시하지 않음)의 상면과 반도체 발광층(11)의 상면에는, 각각, 반도체 발광층(11)에 전압을 인가하기 위한 전극(급전 전극(B14b)와 투광성 전극(12))이 설치되어 있다.
또한, 배선 접속을 용이하게 하기 위해서, 투광성 전극(12)의 일부에는, 필요에 따라서 급전 전극(A14a)이 설치된다.
절연성 기체(7)는, 반도체 발광층(11)을 지지하고, 이 반도체 발광층(11)의 기계적 강도를 높임과 더불어, 고체 발광 소자(3)의 상면에 설치된, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)에 의해, 반도체 발광층(11)에 급전하기 위해서 설치되는 것이다.
절연성 기체(7)로는, 상기 절연 기판으로서 사용 가능한 방열 기판(1)과 동일한 재질의 것을 사용할 수 있고, 구체적으로는, 세라믹스 재료, 반도체 재료, 유리 중에서 선택되는 적어도 1개를 재질로 하는 것을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 예시하면, 절연성 기체(7)는, 금속 산화물(산화알루미늄, 산화규소, 유리, 각종 복합 산화물(Y3Al5012 그 외) 등), 금속 질화물(질화알루미늄, 질화규소 등), 탄화규소 등의 무기 재료를 재질로 하는 절연성 기체이다.
반사층(10)은, 반도체 발광층(11)이 발하는 광 중, 절연성 기체(7)의 방향으로 발해지는 광을 반사하고, 주 광 인출면이 되는 고체 발광 소자(3)의 상면으로부터의 광 인출 효율을 높이기 위해서 설치되는 것이다.
반사층(10)으로는, 배선 도체(X)와 동일한 금속(예를 들면, Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Zn, Ni, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Rh, Ir, Al,Sn, Si, Fe), 이들 금속의 합금이나 실리사이드, 및, 상기 도전성 화합물(TiN, TaN 그 외) 등의 후막(두께：1㎛ 이상 1㎜ 미만 정도) 또는 박막(두께：10㎚ 이상 1㎛ 미만 정도) 외, 체색이 백색인 무기 화합물 분말(예를 들면, BaSO4, TiO2, A1203, SiO2, MgO 등), 및, 이들 혼합 분말의 후막(두께 : 1㎛ 이상 11㎜ 미만 정도) 등에서 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
또한, 반사층(10)은, 가시광(380∼780㎚의 파장 범위 내의 광)의 반사율이 높은 것(예를 들면, 실온에서의 반사율이 70%이상, 바람직하게는 80%이상의 것)이면 되고, 상기한 것에는 한정되지 않는다.
바람직한 반사층(10)은, 상기한 금속, 합금, 또는 실리사이드에서 선택되는 적어도 1개를 포함하는 반사층이다. 이러한 반사층(10)으로 하면, 열전도율이 비교적 높아지므로, 고체 발광 소자(3)의 동작 시에 반도체 발광층(11)이 발하는 열을, 큰 속도로 절연성 기체(7)로 방열하는 것이 가능해진다.
또한, 도전성의 반사층(10)에 의하면, 급전 전극을 겸하는 것으로 사용할 수도 있다.
반도체 발광층(11)은, 전력 공급에 의해 발광(주입형 일렉트로루미네슨스 또는 진성(眞性) 일렉트로루미네슨스)을 발하는, 무기 또는 유기의 반도체를 적어도 포함하여 형성된 다층 구조체이다.
또한, 주입형 일렉트로루미네슨스를 발하는 다층 구조체로는, 적어도 p형 및 n형의 무기 또는 유기의 반도체가 적층된 구조체를 들 수 있고, 당해 무기의 반도체로는, Ⅳ족 화합물(SiC 등), Ⅲ―Ⅴ족 화합물(InGaN계 화합물 등), Ⅱ－Ⅵ족 화합물(ZnSSe계 화합물이나 ZnO 등)을 예시할 수 있다.
한편, 진성 일렉트로루미네슨스를 발하는 다층 구조체로는, 적어도 무기의 형광체(특히, 와이드 밴드 갭 반도체)를 포함하는 구조체를 들 수 있고, 당해 무기의 형광체로는, 황화물(ZnS, CaS, SrS, SrGa2S4, BaAl2S4 그 외), 산황화물(Y202S, La202S 그 외), 질화물(AlN, LaSi3N5, Sr2Si5N8, CaAlSiN3 그 외), 산질화물(BaSi202N2 그 외), 산화물(Zn2SiO4 그 외) 등을 형광체 모체로 하여, 당해 형광체 모체에 부활제(付活劑)를 첨가한 형광체를 예시할 수 있다.
또한, 진성 일렉트로루미네슨스를 발하는 고체 발광 소자의 제조에 대해서는, 예를 들면, 특허 제2840185호 공보 등에 개시되어 있고, 여기서는 설명을 생략 한다.
투광성 전극(12)은, 반도체 발광층(11)에 전력을 공급함과 더불어, 반도체 발광층(11)이 발하는 광을, 일차광(15)으로서, 고체 발광 소자(3)의 외부로 인출하기 위한 것이고, 반투명 금속(Au 등)이나, 상기 투명 도전 재료(In－Sn－O나 ZnO : Al 등)로 구성된다.
급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)은, 반도체 발광층(11)에 전력을 공급하는 전기 단자의 역할을 담당하는 것이고, 통상은, 배선 도체(X)와 동일한 금속으로 구성된다.
이와 같이 구성된 고체 발광 소자(3)의, 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)에, 직류 또는 교류의 전압, 혹은, 펄스 전압을 인가하면, 반도체 발광층(11)에 전류가 흐르고, 전력이 공급된다.
반도체 발광층(11)에 공급된 전력은, 무기 또는 유기의 반도체를 적어도 포함하여 형성된 상기 다층 구조체가 가지는 전광 변환 작용에 의해 광으로 변환되므로, 투광성을 가지는 부재(투광성 전극(12) 또는 상기 투광성을 가지는 기체)를 통하여, 당해 광이, 일차광(15)으로서, 고체 발광 소자(3)로부터 출사되게 된다.
또한, 이러한 고체 발광 소자(3)는, 예를 들면, 이하의 제조 방법에 따라 제조 가능하다.
(1) 단결정 기판(사파이어, SiC, GaN, Si, Y3Al5012 등) 상에, 에피택셜 결정 성장 기술을 이용하여, n형 및 p형의 InGaN계 화합물의 단결정 박막을 적층한 후, 반사층(10)을 구성하는 금속막을, 증착 등에 의해 형성하여, 발광 구조체로 한다.
(2) 상기와는 별도의 제조 공정으로, 예를 들면 Si, Sic, AlN 등의 기판 상에, 예를 들면 상기와 동일한 금속막을 형성하여, 지지 구조체로 한다.
(3) 상기(1)의 발광 구조체와 상기(2)의 지지 구조체를, 접합층(10㎚ 이상 1000㎚ 미만 정도의 두께의, 합금(Au－Sn, Ag－Sn 등), 금속(Mo, Ti 등), 혹은, 화합물(SiO2, Si3N4, HfO2, TiN 등))을 이용하여, 형성한 상기 2개의 금속막을 맞붙이도록 접합한다.
(4) 접합 후의 상기 단결정 기판을, 물리적, 화학적, 혹은, 기계적인 처리에 의해 제거하고, 상기 지지 구조체 상에 상기 발광 구조체가 고착된 구조체를 얻은 후, 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)으로서의 예를 들면 Au를 형성한다. 이에 따라, 고체 발광 소자(3)가 완성된다.
(고체 발광 소자(3)의 구체적 구조예 2)
이하, 다른 고체 발광 소자(3)의 구조와 동작에 대해서 설명한다.
도 18은, 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자(3)의 구조의 별도의 일예를 도시하는 종단면도이다. 도 18에 도시하는 고체 발광 소자(3)는, 도 17을 참조하면서 이미 설명한 고체 발광 소자(3)에 있어서, 반사층(10)을 가지지 않는 구조로 한 것이다.
각 부재의 상세와 기본 동작에 대해서는, 도 17을 참조하면서 설명한 대로이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
이러한 고체 발광 소자(3)는, 예를 들면, 투광성을 가지는 상기 단결정 기판 상에, 에피택셜 결정 성장 기술을 이용하여, n형 및 p형의 반도체의 상기 단결정 박막을 적층하고, 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)(예를 들면, Au)을 진공 증착함으로써 얻을 수 있다.
또한, 이러한 고체 발광 소자(3)는, 예를 들면, 유리 기판 상에, 상기 투명 도전 재료로 구성된 투명 전극, 절연체, 와이드 밴드 갭 반도체를 모체로 하는 상기 무기 형광체, 절연체, 상기 투명 전극의 각 박막을, 스퍼터 기술 등을 이용하여 순차적으로 적층함으로써도 얻을 수 있다.
이러한 구조의 고체 발광 소자(3)에 있어서는, 일차광(15)은, 상면에 설치된 투광성 전극을 통해서 뿐만 아니라, 투광성을 가지는 절연성 기체(7)(특히, 측면)로부터도 출력되게 된다. 이 때문에, 고체 발광 소자(3)의 상면 및 측면을 둘러싸도록 파장 변환체(4)(도 1 등 참조)를 배치함으로써, 고체 발광 소자(3)의 측면으로부터 누설되는 일차광(15)도, 파장 변환체(4)의 여기광으로서 이용하는 것이 가능해진다. 그 결과, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있게 될 뿐만 아니라, 발광의 색 편차를 경감할 수 있게 된다.
(고체 발광 소자(3)의 구체적 구조예 3, 4)
도 19 및 도 20은, 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자(3)의 구조의, 다른 별도의 일예를 나타내는 종단면도이다. 도 19, 도 20에 도시하는 고체 발광 소자(3)는, 도전성 기체(8)의 상부에 반도체 발광층(11)을 설치하는 한편, 반도체 발광층(11)의 하방에 반사층(10)을 설치하고, 또한, 고체 발광 소자(3)의 하면에 급전 전극(B14b)을 설치한 구조의 고체 발광 소자이다.
또한, 도 19에 도시하는 바와같이, 반도체 발광층(11)의 상부에, 반도체 발광층(11)에 전압을 인가하기 위한 투광성 전극(12)과, 필요에 따라서 급전 전극(A14a)이 설치된 구조여도 되고, 도 20에 도시하는 바와같이, 투광성 전극(12)은 설치되지 않고, 반도체 발광층(11)의 일부가 투광성 전극(12)의 기능을 겸한 구조여도 된다.
또한, 반사층(10)은, 도 19에 도시하는 바와같이, 도전성 기체(8)와 급전 전극(B14b)의 사이에 설치되어도 되고, 도 20에 도시하는 바와같이, 반도체 발광층(11)과 도전성 기체(8)의 사이에 설치되어도 된다.
도전성 기체(8)는, 반도체 발광층(11)을 지지하고, 이 반도체 발광층(11)의 기계적 강도를 높임과 더불어, 고체 발광 소자(3)의 상하면에 설치된, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)에 의해, 반도체 발광층(11)에 급전하기 위해서 설치되는 것이다.
도전성 기체(8)로는, 금속 또는 반도체 재료 중에서 선택되는 적어도 하나를 재질로 하는 것을 사용할 수 있다. 상기 반도체 재료를 예시하면, 질화갈륨, 탄화규소, 실리콘 등이 있다.
당해 구조의 고체 발광 소자(3)에 있어서, 상기 주입형 일렉트로루미네슨스를 발하는 구조의 경우에는, 반도체 발광층(11) 중에 전자나 정공이 주입되도록, 반사층(10)은, 도전성을 가질 필요가 있고, 상기 금속(예를 들면, Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Zn, Ni, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Rh, Ir, A1, Sn, Si, Fe), 및, 이들 금속의 합금이나 실리사이드 등의 후막 또는 박막으로부터 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
다른 부재의 상세에 대해서는, 도 17을 참조하면서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
이와 같이 구성된 고체 발광 소자(3)의 상하면에 설치된 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)에, 직류 또는 교류의 전압, 혹은, 펄스 전압을 인가하면, 반도체 발광층(11)에 전류가 흐르고, 전력이 공급된다.
반도체 발광층(11)에 공급된 전력은, 상기 다층 구조체가 가지는 전광 변환 작용에 의해 광으로 변환되므로, 투광성을 가지는 부재(투광성 전극(12) 및 도전성 기체(8)(투광성을 가지는 경우))를 통해, 당해 광이, 일차광(15)으로서, 고체 발광 소자(3)로부터 출사되게 된다.
또한, 도 19에 도시하는 구조의 고체 발광 소자(3)는, 예를 들면, 도전성을 가지는 반도체 단결정 기판(SiC나 GaN 등) 상에, 에피텍셜 결정 성장 기술을 이용하여, n형 및 p형의 반도체의 상기 단결정 박막을 적층하고, 급전 전극(A14a)(예를 들면, Au)을 증착 형성한 후, 상기 반도체 단결정 기판의, 상기 반도체의 단결정 박막을 형성하지 않은 측의 면에, 반사층(10) 및 급전 전극(B14b)을 형성함으로써 얻을 수 있다.
한편, 도 20에 도시하는 구조의 고체 발광 소자(3)는, 예를 들면, 도 17에 도시하는 구조의 고체 발광 소자(3)의 경우와 동일한 제조 방법에 의해 제조 가능하다.
또한, 도 19, 도 20에 도시하는 구조의 고체 발광 소자(3)는, 쌍을 이루는 급전 전극의 한쪽(급전 전극(B14b))을 고체 발광 소자(3)의 하면에 설치하는 구조이므로, 일차광(15)의 광 인출면의 면적이 비교적 커져, 고출력의 반도체 발광 장치를 얻는데 있어서 바람직한 구조가 된다.
(고체 발광 소자(3)의 구체적 구조예 5)
도 21은, 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자(3)의 구조의, 다른 별도의 일예를 나타내는 종단면도이다. 도 21에 도시하는 고체 발광 소자(3)는, 도전성 기체(8)의 하부에 반도체 발광층(11)을 설치하고, 고체 발광 소자(3)의 하면에 급전 전극(B14b)을 설치하는 한편, 도전성 기체(8)의 상부에 급전 전극(A14a)을 설치하고, 도전성 기체(8)를, 투광성을 가지는 것으로 한 구조의 고체 발광 소자이다.
또한, 도 21에 도시하는 바와같이, 반도체 발광층(11)의 하방에 반사층(10)이 설치된 구조여도 되고, 반사층(10)은 설치되지 않고, 급전 전극(B14b)이 반사층(10)의 기능을 겸한 구조여도 된다.
도전성 기체(8)는, 반도체 발광층(11)을 지지하고, 이 반도체 발광층(11)의 기계적 강도를 높임과 더불어, 고체 발광 소자(3)의 상하면에 설치된, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)에 의해, 반도체 발광층(11)에 급전하기 위해서 설치되어 있을 뿐만 아니라, 반도체 발광층(11)이 발하는 광을, 일차광(15)으로하여, 고체 발광 소자(3)의 외부로 인출하기 위해서도 설치되는 것이다.
도전성 기체(8)로는, 반도체 재료를 재질로 하는 것을 사용할 수 있다. 상기 반도체 재료를 예시하면, 질화갈륨, 탄화규소 등이 있다.
당해 구조의 고체 발광 소자(3)에 있어서, 상기 주입형 일렉트로루미네슨스를 발하는 구조의 경우에는, 도 19, 도 20을 참조하면서 설명한 것처럼, 반도체 발광층(11) 내에 전자나 정공이 주입되도록, 반사층(10)은, 도전성을 가질 필요가 있고, 상기 금속, 및, 이들 금속의 합금이나 실리사이드 등의 후막 또는 박막에서 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
다른 부재의 상세에 대해서는, 도 17을 참조하면서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
또한, 고체 발광 소자(3)의 동작에 대해서도, 도 19, 도 20을 참조하면서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
또한, 도 21에 도시하는 구조의 고체 발광 소자(3)는, 예를 들면, 도전성을 가지는 반도체 단결정 기판(SiC 나 GaN 등) 상에, 에피텍셜 결정 성장 기술을 이용하여, n형 및 p형의 반도체의 상기 단결정 박막을 적층하고, 반사층(10)의 기능을 겸하는 급전 전극(B14b)을 형성한 후, 상기 반도체 단결정 기판의, 상기 반도체의 단결정 박막을 형성하지 않은 측의 면에, 급전 전극(A14a)을 형성함으로써 얻을 수 있다.
이러한 구조의 고체 발광 소자(3)는, 도 19, 도 20에 도시하는 고체 발광 소자(3)의 경우와 마찬가지로, 일차광(15)의 광 인출면의 면적이 비교적 커질 뿐만 아니라, 발열부가 되는 반도체 발광층(11)이 방열 기판(1)의 실장면에 가까운 장소에 위치하므로, 반도체 발광층(11)이 가지는 열을 비교적 효율적으로 방열하는데 바람직한 구조이다.
도 21에 도시하는 구조의 고체 발광 소자(3)는, 상기한 플립 칩 상하 전극 구조의 고체 발광 소자로서 알려진 고체 발광 소자이다.
(고체 발광 소자(3)의 참고 구조예)
도 22는, 참고를 위해서 도시한, 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 고체 발광 소자(3)와는 다른 구조를 가지는 고체 발광 소자(3)의 일예를 나타내는 종단면도이다. 도 22에 도시하는 고체 발광 소자(3)는, 투광성 기체(9)의 하부에 반도체 발광층(11)을 설치하고, 고체 발광 소자(3)의 하면에 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 설치한 구조의 고체 발광 소자이다. 또한, 도 22 중, 13은 전극이다.
투광성 기체(9)는, 반도체 발광층(11)을 지지하고, 이 반도체 발광층(11)의 기계적 강도를 높임과 더불어, 고체 발광 소자(3)의 하면에 설치된, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)에 의해, 반도체 발광층(11)에 급전하기 위해서 설치되어 있을 뿐만 아니라, 반도체 발광층(11)이 발하는 광을, 일차광(15)으로 하여, 고체 발광 소자(3)의 외부로 인출하기 위해서도 설치되는 것이다.
투광성 기체(9)로는, 반도체 재료 또는 절연체 재료를 재질로 하는 것을 사용할 수 있다. 상기 반도체 재료를 예시하면, 질화갈륨, 탄화규소 등이 있고, 상기 절연체 재료를 예시하면, 각종 금속 산화물(산화알루미늄, 산화규소, 유리 등)등이 있다.
다른 부재의 상세에 대해서는, 도 17을 참조하면서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
이와 같이 구성된 고체 발광 소자(3)의, 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)에, 직류 또는 교류의 전압, 혹은, 펄스 전압을 인가하면, 반도체 발광층(11)에 전류가 흘러, 전력이 공급된다.
반도체 발광층(11)에 공급된 전력은, 무기 또는 유기의 반도체를 적어도 포함하여 형성된 상기 다층 구조체가 가지는 전광 변환 작용에 의해 광으로 변환되므로, 투광성 기체(9)를 통하여, 당해 광이, 일차광(15)으로서, 고체 발광 소자(3)로부터 출사되게 된다.
또한, 도 22에 도시하는 참고 구조의 고체 발광 소자(3)는, 상기한 플립 칩 하면 2전극 구조의 고체 발광 소자로서 알려진 고체 발광 소자이다.
(파장 변환체(4))
파장 변환체(4)는, 고체 발광 소자(3)가 발하는 광(일차광(15))을, 그보다도 장파장의 광으로 파장 변환하는, 광―광 변환체이며, 유기 또는 무기의, 이른바 포토 루미네슨스 형광체(실용 성능 수준을 만족하는 것. 이하, 간단히 「형광체」라고 기술한다)(17)를 적어도 포함하는 구조체이다(도 23 등 참조).
또한, 100∼200℃의 비교적 높은 온도 조건 하에서의 화학적 안정성이 뛰어나다는 이유로, 바람직한 형광체(17)는 무기 형광체이다. 따라서, 파장 변환체(4)는, 무기 형광체를 포함하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 신뢰성이 높은 파장 변환체(4)로서 기능하게 된다.
파장 변환체(4)는, 수지 형광막, 무기 형광체를 포함하는 성형체, 무기 형광체를 포함하는 복합체 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 나아가, 판형상의 형광판인 것이 바람직하다.
이들 파장 변환체(4)는, 지금까지 전자 기기 등에서 높은 기술 실적을 가지는 파장 변환체이고, 신뢰성이 높은 파장 변환체(4)의 제조도 용이하다.
특히, 판형상의 상기 형광판은, 취급도 용이하므로, 반도체 발광 장치의 제조 공정의 간략화도 가능해진다.
또한, 상기 무기 형광체를 포함하는 성형체는, 투광성 형광 세라믹스, 형광 유리, 형광 기능이 부가된 복합 세라믹스(상기 MGC 광 변환 부재이다) 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 성형체는, 기술 실적이 있거나 그에 가까울뿐만 아니라, 전체 무기이므로, 열전도율이 높고, 파장 변환체(4)의 온도 상승을 억제하도록 작용한다.
한편, 상기 무기 형광체를 포함하는 복합체는, 무기 형광체 분말을 주체로 하는 무기 형광막을, 적어도 편면에 설치한, 무기 형광막 부착의 투광성 기체인 것이 바람직하다. 이러한 무기 형광막 부착 투광성 기체는, 형광 램프나 전자관 등으로 실용 실적이 충분히 있는 파장 변환체이므로, 당해 무기 형광막 부착의 투광성 기체를 이용하면, 성능의 면에서 뛰어난 파장 변환체(4)를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 많은 노하우를 필요로 하는 파장 변환체(4)의 제조를, 미리 별도의 공정으로 행할 수 있으므로, 제조 공정 손실에 관한 리스크 관리도 용이해진다. 또한, 파장 변환에 의해 발열하는 것은 형광막의 부분만이 되고, 투광성 기체를 무기 재료로 한 경우에는, 투광성 기체가 열전도성이 양호한 방열체로서 기능하게 되므로, 파형 변환체(4)의 온도 상승을 억제하는 것도 가능해진다.
또한, 파장 변환체(4)의 상기 온도 상승은, 파장 변환에 따른 에너지 손실(스톡스 손실(Stokes loss))에 기인하여 생기는 현상이다.
예를 들면, 청색 LED와 황색 형광체를 조합한 구조를 가지는 상관색 온도가 5000K 전후인 백색 LED 광원에 있어서는, 청색 LED가 발하는 일차광이 가지는 광 에너지의 10∼30% 정도가 소비되어 열로 바뀌고, 이것이 축열되어 상기 온도 상승을 일으키게 된다.
또한, 예를 들면, 형광체 분말을 투광성 수지 중에 분산시켜 형성한 형광막을 이용하는 백색 LED 광원에 있어서는, 투광성 수지의 열전도율이 0.1∼0.5W/mK로 무기 재료에 비하여 1∼2자리수 낮은 것에 기인하여, 그 온도 상승이 크고, LED 칩 온도에 대해서 100℃를 넘는 온도 상승이 비교적 낮은 투입 전력 하에서 일반적으로 일어날 수 있다. 그 결과, 파장 변환체(4)의 온도는, 족히 150℃를 초과하는 온도 영역에 이르게 된다.
이하, 본 발명의 반도체 발광 장치에 이용되는 파장 변환체(4)의 실시의 형태, 파장 변환체(4)에 이용되는 형광체(17)(특히, 무기 형광체), 파장 변환체(4)의 구체적 구조 등에 대해서 상세하게 설명한다.
또한, 파장 변환체(4)의 배치 등에 대해서는, 다음에 별도, 상세하게 설명한다.
(파장 변환체(4)에 이용되는 형광체(17))
상기와 같이, 파장 변환체(4)에 이용되는 형광체(17)로는 무기 형광체가 바람직하다. 이하, 당해 무기 형광체에 대해서 상세하게 설명한다.
무기 형광체로는, 반도체의 밴드간의 에너지 천이에 의거하는 발광을 발하는 무기 형광체, 반도체 중에서 도너 혹은 억셉터를 형성하는 불순물 이온에 의거하는 발광을 발하는 무기 형광체, 및, 국재(局在) 중심에 의한 발광을 발하는 무기 형광체(천이 금속 이온 또는 희토류 이온의 전자 천이에 의거하는 발광을 발하는 무기 형광체) 등 중에서 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
바람직한 무기 형광체는, 희토류 이온(Ce3 ＋, Pr3 ＋, Nd3 ＋, Sm3 ＋, Eu3 ＋, Eu2 ＋, Tb3＋, Dy3 ＋, Ho3 ＋, Er3 ＋, Tm3 ＋, Yb3 ＋, Yb2 ＋ 등)이나 천이 금속 이온(Mn2 ＋, Mn4 ＋, Sb3 ＋, Sn2 ＋, Ti4 ＋, Tl＋, Pb2 ＋, Cu＋, Cr3 ＋, Fe3 ＋ 등)을 발광 중심으로서 부활한 무기 형광체이다. 그 중에서도, Ce3 ＋, Pr3 ＋, Eu3 ＋, Eu2 ＋, Tb3 ＋, Yb2 ＋, Mn2 ＋에서 선택되는 적어도 1개의 금속 이온으로 부활한 무기 형광체는, 380㎚ 이상 420㎚ 미만의 자색, 또는, 420㎚ 이상 510㎚ 미만의 청색∼청녹색의 파장 영역 중의 적어도 어느 하나의 파장 영역에 있어서의 광 여기 하에서 높은 광자 변환 효율을 나타내는 경우가 많으므로, 특히 바람직하다.
특히, Ce3 ＋ 또는 Eu2 ＋중 적어도 1개의 희토류 이온을 발광 중심으로서 포함하는 무기 형광체는, 380㎚ 이상 510㎚ 미만의 자색∼청녹색의 파장 영역이나, 나아가, 400㎚ 이상 480㎚ 미만의 자색∼청색의 파장 영역, 특히, 430㎚ 이상 475㎚ 미만의 청색의 파장 영역에 있어서의 광 여기 하에서 높은 광자 변환 효율을 나타내는 경우가 많기 때문에, 바람직하다.
파장 변환체(4)의, 파장 변환에 따른 에너지 손실에 의한 온도 상승을 억제하기 위해서 바람직한 무기 형광체는, 고체 발광 소자(3)가 발하는 광의 광흡수가 크고, 또한, 내부 양자 효율이 이론 한계에 가까운 무기 형광체, 즉, 고체 발광 소자(3)가 이 발하는 광의 발광 피크 파장의 광 여기 하에 있어서의 외부 양자 효율이 크고, 절대치가 80% 이상인 무기 형광체이다.
이러한 외부 양자 효율이 큰 무기 형광체는, 상기 일차광의 흡수가 크고, 높은 광자 변환 효율로, 흡수한 일차광을 상기 일차광보다도 파장이 긴 파장 변환광으로 변환하므로, 파장 변환체(4)를 상기 일차광으로 조사했을 때, 상기 일차광의 조사 방향으로, 파장 변환체(4)를 투과하는 파장 변환광의 출력 비율이 증가한다. 이 때문에, 상기 일차광을 출력광 성분의 하나로서 포함하고, 일차광과 상기 파장 변환광의 가법 혼색에 의한 광, 특히, 백색광을 얻는 경우에는, 파장 변환체(4)의 두께가 얇아도 된다. 그 결과, 파장 변환체(4)는, 두께 방향의 열전도성이 양호하고 방열성이 뛰어난 것으로 되어, 상기 온도 상승을 억제하기 때문에 바람직한 것이 된다.
또한, 상기 무기 형광체의 성상에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 분말, 소결체, 세라믹스 성형체, 단결정 등에서 폭넓게 선택 가능하다.
상기 무기 형광체는, 파장 변환체(4)의 상기 온도 상승을 억제하는 연구를 실시하는 시점에 선 무기 형광체가 아니라, 파장 변환체(4)의 내열성을 높이는 시점에 선 무기 형광체여도 상관없다. 즉, 파장 변환체(4)에 있어서, 파장 변환 물질로서 기능하는, 모든 종류의 상기 무기 형광체는, 무기 형광체가 150℃가 되는 온도 조건 하에 있어서, 상기 일차광의 피크 파장과 동일한 파장의 광 여기 시의 발광 피크 높이가, 실온 시의 70%이상을 유지하는, 온도 소광이 작은 고내열성 형광체여도 된다. 이와 같이 하면, 상기 파장 변환 물질로서 고온 조건 하에서 발광 효율이 저하하기 어려운 무기 형광체를 이용하게 되어, 온도가 올라도 광출력이 저하하기 어려운 파장 변환체(4)를 제공할 수 있으므로, 온도가 상승해도 광 출력이 저하하기 어려운 반도체 발광 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
본 발명자 등이 조사나 실평가를 행한한에 있어서, 이러한 고 내열성의 고 효율 무기 형광체로는, 이하의 무기 형광체가 있고, 본 발명에 있어서는, 이들을 상기 파장 변환 물질로서 이용하는 것이 바람직하다.
(1) 발광 피크 파장이 500㎚ 이상 565㎚ 미만의 범위 내에 있고, 또한, 가넷(garnet)의 결정 구조를 가지는 Ce3 ＋ 부활 형광체
(2) Eu2 ＋ 또는 Ce3 ＋중 적어도 1개로 부활된 질화물계 형광체(예를 들면, 질화물 형광체나 산질화물 형광체)
또한, 청색광을 발하는 고체 발광 소자(3)와 조합함으로써 비교적 용이하게 백색계광을 얻을 수 있기 때문에 바람직한 무기 형광체는, 청색과 보색 관계에 있는 황색계 형광체(파장 550㎚ 이상 600㎚ 미만의 파장 범위에 발광 피크를 가지는 형광체)이다.
참고를 위해, 이하에, 자색(380㎚ 이상 420㎚ 미만) 또는 청색(420㎚ 이상 500㎚ 미만)의 광으로 여기 가능한 고내열성의 고효율 무기 형광체의 구체적인 예를 나타낸다.
(1) Y3Al5012：Ce3 ＋계 황녹색 형광체(특히, 발광 피크 파장이, 525㎚ 이상 560㎚ 미만, 또는, 형광체 모체의 희토류 이온(Y3 ＋ 나 Gd3 ＋ 등)의 일부를 치환하는 Ce3＋ 이온의 치환량이, 0.001원자% 이상 2원자% 이하인, 저농도의 Ce3 ＋ 부활 형광체)
(2) BaY2SiAl4012：Ce3 ＋계 녹색 형광체
(3) Ca3Sc2Si3012：Ce3 ＋계 녹색 형광체(Ca 또는 Sc의 일부를 Mg로 치환한 형광체를 포함한다)
(4) MSi202N2：Eu2 ＋계 녹색/황색 형광체(M은 알칼리 토류 금속)
(5) M3Si6012N2：Eu2 ＋계 녹색 형광체(M은 과반수가 Ba가 되는 알칼리 토류 금속)
(6)β－Si3N4：Eu2 ＋계 녹색 형광체(Si－N의 일부를 Al－0로 치환한 형광체를 포함한다)
(7) Ca―α―SiAlON：Eu2 ＋계 황색 형광체.
(8) MAlSiN3 : Eu2 ＋계 적색 형광체(M은 알칼리 토류 금속)
(9) M2(Al, Si)5(N, 0)8 : Eu2 ＋계 적색 형광체(M은 알칼리 토류 금속, M2Si5N8：Eu2＋ 적색 형광체를 포함한다)
(10) BaMgAl10O17 : Eu2 ＋계 청색 형광체
또한, 상기 구체적인 형광체(1)∼(10) 중에서, Ce3 ＋ 부활 형광체는, 청색 여기 가능한 무기 형광체이며, 상기 (10)의 형광체를 제외한 Eu2 ＋ 부활 형광체는, 자색광과 청색광의 양쪽에서 고효율 여기 가능한 무기 형광체이다(단, 상기 (10)의 Eu2＋ 부활 형광체는, 청색광에서는 여기되지 않고, 자색광에서 고효율 여기 가능한 무기 형광체이다).
본 발명에 있어서는, 이러한 고내열성의 고효율 무기 형광체를 파장 변환체(4)의 파장 변환 물질로서 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (1)∼(10)의 무기 형광체는, 발광이, Ce3 ＋ 또는 Eu2 ＋이온의, 4fn－4fn －15d1 패리티 허용 천이(단, 상기 n은, Ce3 ＋ 이온의 경우는 n＝1, Eu2 ＋ 이온의 경우는 n＝7이다)에 의거하는 것에 기인하여, 잔광 시간(τ1/10)이 1msec 이하로 짧다. 이 때문에, 이러한 Ce3 ＋ 및 Eu2 ＋중 어느 하나의 희토류 이온을 발광 중심으로서 포함하는 무기 형광체만을 이용하여 구성된 파장 변환체(4)(및, 당해 파장 변환체(4)를 이용하여 구성된 반도체 발광 장치)는, 동영상을 표시하는 화상 표시 장치용으로 바람직한 것이 된다.
또한, Eu2 ＋ 부활 형광체는, 발광 스펙트럼의 반치폭이 Ce3 ＋ 부활 형광체보다도 좁고, 색순도의 면에서 뛰어난, 적색, 녹색, 및 청색의 광을 발하게 된다. 이 때문에, 상기 (1)∼(10)의 무기 형광체 중에서, Eu2 ＋ 이온으로 부활되고, 또한, 광의 삼원색(적색, 녹색, 및 청색)이 되는 광을 발하는 무기 형광체(상기 (4)∼(6), (8)∼(10)의 무기 형광체)는, 예를 들면, 액정 백 라이트용으로서 바람직한 무기 형광체이다.
예를 들면, 자외광 또는 자색광을 발하는 고체 발광 소자(3)와, Eu2 ＋ 부활 청색 형광체(상기(10)의 무기 형광체)와, Eu2 ＋ 부활 녹색 형광체(상기(4)∼(6)의 무기 형광체)와, Eu2 ＋ 부활 적색 형광체(상기 (8) 또는 (9)의 무기 형광체)의 조합 구조, 혹은, 청색광을 발하는 고체 발광 소자(3)와, Eu2 ＋ 부활 녹색 형광체(상기 (4)∼(6)의 무기 형광체)와, Eu2 ＋ 부활 적색 형광체(상기 (8) 또는 (9)의 무기 형광체)의 조합 구조를 가지는 본 발명의 반도체 발광 장치는, 액정 백 라이트용 광원으로서 바람직한 반도체 발광 장치이며, 이러한 반도체 발광 장치를 이용하면, 액정 백 라이트용으로서 매우 적합한 광원 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
(파장 변환체(4)의 구체적 구조예 1)
도 23은, 투광성 모재(16) 중에 분말상의 형광체(17)(형광체 입자군(17b)이다)를 분산시킨 구조의 파장 변환체(4)를 도시하고 있다.
투광성 모재(16)는, 투광성을 가지는 유기 또는 무기의 물질이며, 예를 들면, 유기물질로는 각종 투광성 수지(실리콘 수지, 불소 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등)를 들 수 있고, 무기 물질로는 저융점 유리 등을 들 수 있다.
또한, 분말상의 형광체(17)는, 입자 사이즈가 1㎚ 이상 1㎜ 미만의 형광체 입자군(17b)이며, 나노 입자(1㎚ 이상 10㎚ 미만), 초미립자(10㎚ 이상 100㎚ 미만), 소입자(100㎚ 이상 100㎛ 미만), 또는, 입자(100㎛ 이상 1㎜ 미만)중 어느 하나이다.
또한, 상기 입자 사이즈는, 분체 제품의 제품 카탈로그 등에 있어서, 일반적으로, 소정의 측정 수법에 의한 측정 결과적으로 기재되는, 평균 직경 또는 중심 입경(D50)을 가리키는 것이며, 형편상, 입자 사이즈가 100㎚ 미만인 경우는 평균직경으로, 입자 사이즈가 100㎚ 이상인 경우는 중심 입경으로 표시하고 있다.
도 23에 도시하는 구조의 파장 변환체(4)는, 간편한 제조 방법에 의해 제조 가능할 뿐만 아니라, 실적도 많기 때문에, 실용면에서 바람직한 것이 된다.
또한, 투광성 모재(16)를 열전도율이 비교적 큰 무기물질로 한 파장 변환체(4)는, 방열성의 면에서 바람직한 것이 되고, 파장 변환체(4)의 상기 온도 상승을 억제하는 면에서 바람직한 것으로 된다.
또한, 파장 변환체(4)의 광 투과 특성이나 열전도 특성을 높이기 위해서, 도 23에 도시하는 구조의 파장 변환체(4)에 있어서, 투광성 모재(16) 중에, 투광성 분말(예를 들면, 알루미나 나 실리카 등(도시하지 않음))을 더 포함해도 된다.
(파장 변환체(4)의 구체적 구조예 2)
도 24는, 형광체(17)를, 성형체(이하 「형광체 성형체(17a)」로 기술한다)로 한 구조의 파장 변환체(4)를 나타내고 있다.
형광체 성형체(17a)로는, 형광체 분말의 소결체, 투광성 형광 세라믹스, 형광 유리, 형광체 단결정 등의 호칭으로 알려진 성형체를 들 수 있는데, 본 발명에 있어서는, 상기 MGC 광 변환 부재 등의, 형광체와 세라믹스 재료의 복합 성형체도, 형광체 성형체(17a)에 포함하는 것으로 하고 있다.
도 24에 도시하는 구조의 파장 변환체(4)는, 열전도율이 큰 전(全) 무기의 파장 변환체를 제공할 수 있으므로, 방열성의 면에서 바람직한 것이 되어, 파장 변환체(4)의 상기 온도 상승을 억제하는 면에서 바람직한 것이 된다.
취급 등의 면에서 바람직한 형광체 성형체(17a)는, 가장 얇은 두께가 0.1㎜ 이상 1㎝ 미만의 형광체 성형체이며, 이러한 형광체 성형체(17a)로 하면, 기계적 강도가 뛰어나게 된다.
(파장 변환체(4)의 구체적 구조예 3)
도 25에 도시하는 바와같이, 파장 변환체(4)는, 투광성 피착 기체(20)(유리, 투광성 세라믹스, 아크릴 등)의 적어도 일면에, 형광체 입자군(17b)을 부착시킨 구조의 것으로 할 수도 있다.
예를 들면, 유리 상에, 형광체 입자군(17b)을 막형상으로 부착시킨 구조물(형광막 부착 유리)은, 지금까지, 형광 램프, 음극선관(CRT), 플라즈마 디스플레이 패널 등으로, 수많이 채용되고 있어, 실용 실적의 면에서 바람직한 것이다.
또한, 파장 변환에 따른 발열 부분이, 파장 변환체(4)의 일부의 형광막으로 한정되어, 투광성 피착 기체(20)가 유리인 경우에는, 투광성 피착 기체(20)가 양호한 방열체로서 기능하게 되므로, 파장 변환체(4)의 상기 온도 상승을 억제하는 면에서 뛰어나게 된다.
또한, 예를 들면, 형광체 핸드북(형광체 동학회편, 옴사) 등의 서적에 기재되어 있는 바와같이, 이러한 파장 변환체(4)가, 인쇄법, 침강법, 서스펜션법 등의 각종 수법을 이용하여 형성 가능한 것은 주지이다.
이러한 파장 변환체(4)는, 예를 들면, 유기용제(예를 들면, 아세트산부틸)와, 점성제로서 기능하는 수지(예를 들면, 니트로셀루로오스(약칭 : NC), 혹은, 에틸셀룰로오스(약칭 : EC))와, 결착제로서 기능하는 저융점 무기물질(예를 들면, Ca－Ba－B－P－O를 구성 원소로서 포함하는 저융점 유리(약칭：CBBP))와, 무기 형광체(예를 들면, Y3A15012：Ce3 ＋계 형광체나 Eu2 ＋ 부활 알칼리토류 금속 오르토규산염 형광체)를 혼합하여 이루어지는 형광체 서스펜션을, 적어도 유리 밸브의 내벽이나 유리판에 도포하고, 건조에 의해 유기 용제 성분을 제거한 후, 형광막을 달구어 붙임으로써(예를 들면, 대기중, 400∼600℃ 정도의 온도로 가열한다) 제조 가능하다.
［실시의 형태 1(Embodiment 1)］
이하, 본 발명의 반도체 발광 장치의 실시의 형태 1을, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1∼도 8은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 반도체 발광 장치를 나타내는 상면도이다. 또한, 도 1에 있어서의 I－I’선 단면에 대해서는, 후술하는 실시의 형태 3이후에 설명한다.
(배선 도체(A2a), 배선 도체(B2b), 배선 도체(X)의 패턴 형상)
도 1∼도 8에 도시하는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치의 실시의 형태 1은, 절연성을 가지는 방열 기판(1)의 편면에, 적어도 1개의 배선 도체(A2a)와, 배선 도체(B2b)와, 고체 발광 소자(3)를 구비하고, 배선 도체(A2a) 상에 고체 발광 소자(3)가 실장되고, 배선 도체(B2b) 상에는 고체 발광 소자(3)가 실장되어 있지 않은, 반도체 발광 장치로서, 고체 발광 소자(3)는, 그 상면 또는 상하면 중 어느 하나에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)(도 17∼도 21 참조)을 가지고, 또한, 상기 주 광 인출면의 대향면이 되는 하면 전체가, 배선 도체(A2a)에 밀착하도록 실장되어 있고, 고체 발광 소자(3)의 실장면을 상방으로부터 보았을 때, 배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 하면 전체를 실장하는 소자 실장 영역과, 상기 소자 실장 영역의 주변에 인접하고, 상기 소자 실장 영역의 주변에 대해서 방향이 치우치지 않게 설치된 복수의 유출 접착제 포획 영역을 가지고, 배선 도체(B2b)는, 상기 유출 접착제 포획 영역 이외의, 상기 소자 실장 영역의 주변의 인접부에, 배선 도체(A2a)와 전기적으로 분리하여 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기한 「유출 접착제 포획 영역」이란, 도체(A2a) 상에 LED 칩을 실장했을 때에, 소자 실장 영역 이외의 부분으로 새어나오는 접착제가 유동할 수 있는 도체(A2a) 상의 영역을 가리키는 것으로 한다.
이 반도체 발광 장치의 실시의 형태 1에 의하면, 배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 하면 전체를 실장하는 소자 실장 영역의 주변에, 유출 접착제 포획 영역이 방향을 치우치지 않게 설치된 형상의 것이 되고, 바람직한 형태에 있어서는, 실장 중심에 대해서, 상반되는 방향으로, 실장면에 떨어져 비교적 떨어진 장소에, 적어도 2개의 단부를 가지는 형상이 되므로, 고체 발광 소자(3)의 실장 중심이 되는 위치에 재치되는 접착제(땜납 재료)의 중심의 이동, 및, 실장 불량/실장 문제를 억제 할 수 있는 배선 도체(A)가 된다. 이와 같이, 실시의 형태 1의 반도체 발광 장치에 있어서의 배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 상기 실장 어긋남이나 상기 국부 가열을 억제하는 것이 되어, 고신뢰성 및 일차광의 고출력화를 촉구하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 상기 형상을 가지는 배선 도체(A2a)는, 밸런스가 잡힌 양호한 방열체 및 광 반사체로도 기능하므로, 방열 효과 및 광 인출 효과가 보다 높은 구조를 가지는 반도체 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상기 바람직한 형태에 있어서는, 외관상, 정확하게, 배선 도체(A2a)는, 외주의 일부가 리세스되고, 또한, 고체 발광 소자(3)의 실장 중심을 기점으로 하여, 상반되는 방향으로, 상기 실장면을 벗어나 신장하는 형상을 적어도 포함하는 형상을 가지고, 배선 도체(B2b)는, 그 일부 또는 전부가, 배선 도체(A2a)의 상기 리세스 안에 들어가도록 배치된 구조로 된다.
이 반도체 발광 장치의 실시의 형태 1에 있어서는, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면 상에는, 파장 변환체(4)를 더 구비하고, 파장 변환체(4)는, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(15)에 의한 여기에 의해 일차광(15)보다도 장파장의 광을 발하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1∼도 5에 도시하는 바와같이, 배선 도체(B2b)는, 고체 발광 소자(3)의 세로 및 가로 방향의 중심선을 피하는 위치에 외곽 중심부를 가지도록 배치되어 있는 것이 바람직하고, 또한, 배선 도체(A2a)는, 회전 대칭성을 가지는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 고체 발광 소자(3)의 급전 전극(일반적으로, 고체 발광 소자(3)의 세로 및 가로 방향의 중심선을 피하는 위치에 배치되어 있다)에 가까운 장소에 배선 도체(B2b)를 배치하고, 방열 기판(1) 상의 공간을, 고체 발광 소자(3)의 구조 및 동작 원리에 적합하도록 유효 이용한 배치 구조로 할 수 있도록 되므로, 반도체 발광 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 도 1, 도 2, 도 5∼도 8에 도시하는 반도체 발광 장치는, 상하면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조의 고체 발광 소자(3)를 이용한 경우의 예이며, 도 3, 도 4는, 상면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조의 고체 발광 소자(3)를 이용한 경우의 예이다.
또한, 도 1∼도 5에 도시하는 반도체 발광 장치는, 각각, 고체 발광 소자(3)를, 직방형의 상면의 대각을 이루는 위치에, 각각, 급전 전극(A14a)을 1개씩 설치한 구조, 직방형의 상면의 인접하는 각의 위치에, 각각, 급전 전극(A14a)을 1개씩 설치한 구조, 직방형의 상면의 대각을 이루는 위치에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 설치한 구조, 직방형의 상면의 인접하는 각의 위치에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 2쌍 설치한 구조, 및, 직방형의 상면의 인접하는 각의 위치에, 2개의 급전 전극(A14a)을 설치한 구조를, 직방형의 상면의 대각을 이루는 위치에 2쌍 설치한 구조로 한 경우의 예이다.
또한, 도 6∼도 8에 도시하는 반도체 발광 장치는, 각각, 고체 발광 소자(3)를, 직방형의 상면의 1개의 각의 위치에, 급전 전극(A14a)을 1개 설치한 구조, 직방형의 상면의 대각을 이루는 위치에, 각각, 급전 전극(A14a)을 1개씩 설치한 구조, 및, 직방형의 상면의 인접하는 각의 위치에, 각각, 급전 전극(A14a)을 1개씩 설치한 구조로 한 경우의 예이다. 이러한 구조로 하면, 투입 전력의 증가에 따라 증대하는 고체 발광 소자(3)의 발생열이, 실장면이 되는 당해 고체 발광 소자(3)의 하면 전체를 이용하는 열전도에 의해, 고체 발광 소자(3)의 하방에 배치된 고열 전도체(배선 도체(A2a), 방열 기판(1), 외부 부가 방열체(도시하지 않음) 등)로, 균등하고 또한 높은 속도로 열전도하고, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제할 수 있게 된다. 동시에, 고체 발광 소자(3)의 하면을 벗어나는, 실장면의 수평 방향으로도, 금속을 주체로 하는 양호한 열전도 특성을 가지는 배선 도체(A2a)(고체 발광소자(3)의 하면의 외주부 전체에 걸쳐 가장자리를 가지도록 형성된 것이다)에 전해져 열확산하기 쉽고, 또한, 실장면 상에서 열원이 되는 고체 발광 소자(3)의 하면의, 360° 수평 방향의 열전도의 경로 길이가 비교적 균형잡힌 대칭 구조로 되어, 비교적 균등하게 열 확산하기 쉬워지므로, 고체 발광 소자(3)의 국부 가열을 간접적으로도 억제할 수 있게 된다. 이와 같이 하여, 배선 도체(A2a)의, 고체 발광 소자(3)의 하면을 벗어나는 부분의, 양호한 열전도 특성과 비교적 큰 면적을 충분히 살려 방열 효율을 높이도록 함으로써, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승 및 방열 불균일(온도 분포 편차)에 기인하는 고체 발광 소자(3)의 발광 효율의 저하를 억제하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있다.
또한, 배선 도체(A2a)의 선대칭성을 가지지 않는 형상을 활용하여, 상기 실장면의 수평 방향으로 배선 도체(A2a)에 전달되는 열의 방열 경로를 확보하면서, 배선 도체(A2a)의 중앙부(균질한 재료인 경우에는, 중앙 중심부)에 있어서 고체 발광 소자(3)의 하면이 차지하는 면적 비율이 증가하도록 할 수 있다. 그리고, 이에 따라, 반도체 발광 장치의 소형·고출력화를 실현할 수 있다.
또한, 배선 도체(A2a)가 선대칭성을 가지는 경우에는, 상기 실장면의 수평 방향으로 배선 도체(A2a)에 전해지는 열의 방열 경로를 확보하려 하면, 필연적으로, 배선 도체(A2a)의 중앙부에 있어서 고체 발광 소자(3)의 하면이 차지하는 면적 비율이 감소하여, 고밀도 실장화를 도모하는 것이 곤란했다. 그러나, 실시의 형태 2에서 설명하는 것처럼, 배선 도체(A2a)를 이러한 형상으로 함으로써, 복수의 고체 발광 소자를 근접 배치할 수 있게 되어, 복수의 고체 발광 소자의 고밀도 실장도 가능해진다.
또한, 「실질적으로 회전 대칭성을 가지고, 선대칭성을 가지지 않는 형상을 가진다」는, 「회전 대칭성을 가지고, 선대칭성을 가지는 형상」의 일부의 삭제, 혹은, 「회전 대칭성을 가지고, 선대칭성을 가지는 형상」의 일부에의 형상 부가에 의해, 「회전 대칭성을 가지고, 선대칭성을 가지는 형상이라고 할 수 없는 형상」이 되는 것을 분명하게 판별할 수 있는 형상을 포함하는, 당해 형상을 가진다」는 것을 의미하는 것으로 한다.
배선 도체(A2a)는, 배선 도체(B2b)보다도 상면의 면적이 큰 것이 바람직하다. 이에 의하면, 배선 도체(X) 내의, 배선 도체(A2a)(고체 발광 소자(3)를 실장하는 배선 도체이다)가 차지하는 상대 면적 비율이 커져, 소형이고, 또한, 고체 발광 소자(3)의 방열 효율이 뛰어난 반도체 발광 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 하면의 형상과 동일한 형상을 베이스로 하는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 고체 발광 소자(3)의 실장면의 수평 방향으로 배선 도체(A2a)에 전달되는 열의 확산이 한층 균질화하므로, 고체 발광 소자(3)의 온도의 분포 편차가 적어져, 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 상기한, 「고체 발광 소자(3)의 하면의 형상과 동일한 형상을 베이스로 하는 형상」이란, 도 1∼도 8에 일예를 나타내는 바와같이, 고체 발광 소자(3)의 하면의 중심을 기점으로 하여, 상기 하면의 형상을 동일한 확장 비율로 점차 크게 했을 때에, 상기 하면의 형상의 적어도 2변(상기 하면의 형상이 다각형인 경우)의 일부 또는 전부, 혹은, 상기 하면의 형상의 적어도 2점(상기 하면의 형상이 곡선을 가지는 경우(원 또는 타원 형상)를 포함한다))이, 상기 하면의 중심에 대한 대칭성을 가지고, 배선 도체(A2a)의 외곽에 동시에 접촉하는, 배선 도체(A2a)의 형상을 가리키는 것으로 한다.
본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서, 배선 도체(A2a)는, 예를 들면, 도 1, 도 4, 도 5, 도 7, 도 8에 도시하는 바와같이, 배선 도체(B2b)보다도 수가 적은 것으로 할 수도 있다.
고체 발광 소자(3)는, 일반적으로, 쌍을 이루는 급전 전극에 전력을 공급하면 구동할 수 있는 구조를 가지므로, 적어도 1개의 배선 도체(B2b)는 남고, 예비 전극으로서 이용할 수 있게 된다. 그리고, 그 결과, 급전 단자(22)의 전환이 가능한 배선 패턴의 형성이 가능해진다.
또한, 이 구체적인 예를, 도 9∼도 11에 나타내고 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)의 전체를 가리키는 배선 도체(X)는, 도 1, 도 4, 도 5, 도 7에 도시하는 바와같이, 방열 기판(1)의 일평면 상에 설치되어 있고, 또한, 방열 기판(1)의 일평면 상에서 실질적으로 회전 대칭성을 가지는 패턴을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 배선 도체(X)의 패턴 형상이 심플하게 되어, 배선 패턴 부착의 방열 기판(1)의, 제조 편차의 경감, 신뢰성 향상, 낮은 제조 비용화 등을 달성할 수 있게 된다.
또한, 회로 설계가 용이하게 될 뿐만 아니라, 남아 있는 배선 도체(B2b)를 이용하여, 대칭성을 가지는, 복수 계통의 전기 회로를 구성할 수 있게 된다(도 9∼도 11 참조, 이에 대해서는 후술한다).
또한, 방열 기판(1)에 있어서는, 도 1, 도 4, 도 5, 도 7에 나타내는 바와같이, 적어도, 배선 도체(A2a)의 회전 대칭축은, 방열 기판(1)의 중심점(中心点)(균질한 재료인 경우에는, 중심점(重心点)과 일치하는 것이 바람직하고, 회전 대칭성을 가지는 패턴을 가지는 배선 도체(X)의 회전 대칭축은, 방열 기판(1)의 중심점과 일치하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의하면, 방열 기판(1)의 상하 좌우를 신경쓸 필요가 없어지므로, 제조 공정에서의 인위적 실수를 줄일 수 있어, 수율 향상이 될 뿐만 아니라, 공정의 간략화도 가능해진다.
또한, 배선 도체(X)는, 방열 기판(1) 상에서 차지하는 면적 비율이 50% 이상 100% 미만이 되는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 배선 도체(A2a)는, 배선 도체(X) 중에서 차지하는 총면적 비율이 50% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 방열 기판(1)은, 반전 대칭성을 가지는 형상을 가지고, 고체 발광 소자(3)는, 방열 기판(1)의 대칭 중심선 상에 실장면을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 방열 기판(1) 상에서의, 고체 발광 소자(3)를 실장하는 배선 도체(A2a)나 배선 도체(X)가 차지하는 면적 비율이 커지므로, 대체로 열전도율이 큰 배선 도체의 방열 특성을 유효하게 이용할 수 있게 되고, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 최소한 필요한 배선 도체(X)에 대해서, 방열 기판(1) 상에서 차지하는 면적 비율이 많게 되어, 방열 기판(1) 상의 공간을, 보다 고체 발광 소자(3)의 구조 및 동작 원리에 적합하도록 유효하게 이용한 배치 구조로 할 수 있게 되므로, 반도체 발광 장치의 소형화를 한층 더 도모할 수 있다.
또한, 배선 도체(X)의 총면적의 과반수를 배선 도체(A2a)가 차지하게 되므로, 고체 발광 소자(3)의 방열체로서도 기능하는 배선 도체(A2a)가 방열 기판(1) 상에서 차지하는 면적 비율이 많아지고, 그 결과, 고체 발광 소자(3)의 방열 효과가 높은 구조를 가지는 반도체 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 방열 기판(1)의 대칭 중심선 상에 고체 발광 소자(3)가 위치하게 함으로써, 외관의 면에서도 양호하게 된다.
그리고, 이들 상승 효과에 의해, 빠른 생산 스피드와 높은 신뢰성을 수반하는 소형·고출력의 반도체 발광 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 일반적으로, 금속 광택을 가지는 배선 도체(A2a) 또는 배선 도체(X)의 동면적 비율도 커지므로, 광 흡수율이 비교적 높은 방열 기판(1)을 이용한 경우에도, 방열 기판(1)에 흡수되는 광 손실 비율이 적어지고, 광 인출 효율이 높아진다. 그 결과, 방열 기판(1)의 선택의 폭이 넓어져, 보다 열전도율이 높고, 양호한 방열 특성을 가지는 방열 기판(1)의 채용도 가능해진다. 이에 따라, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 광 인출 효율의 향상의 시점에 서면, 반도체 발광 장치에 있어서의 광 출력면 직하(直下)의 배선 도체(A2a)의 상면의 총 면적은, 상기 광 출력면의 면적의, 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상의 비율을 차지하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 상기 광 출력면의 직하에서, 금속 광택을 가지는 배선 도체(A2a) 또는 배선 도체(X)의 동면적 비율도 커지므로, 광 인출 효율이 양호하게 되어, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 고체 발광 소자(3)나 파장 변환체(4)가 발하는 광의, 방열 기판(1)에 의한 흡수를 막아, 광 반사시켜 광 인출 효율을 높이기 위해서, 적어도, 방열 기판(1) 상의 배선 도체(배선 도체(A2a), 배선 도체(B2b))가 형성되지 않은 부분에, 가시광(파장 범위：380∼780㎚)의 광 반사율이 50% 이상, 바람직하게는 80% 이상인 절연성 반사체를 설치하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 절연성 반사체는, 배선 도체(A2a)나 배선 도체(B2b)를 덮어 가리도록 하여 설치해도 상관없다.
상기 절연성 반사체로는, 예를 들면, 알루미나(Al203), 티타니나(TiO2), 황산바륨(BaSO4) 등을 이용하는 것이 가능하고, 예를 들면, 이들 분말을 막두께가 5㎛ 이상 1㎜ 미만 정도의 후막으로 하여 이용할 수 있다.
또한, 당해 후막은, 일반적인 스크린 인쇄 기술 등에 의해 형성할 수 있다.
(고체 발광 소자(3)의 상면 형상과 전극 인출부(21), 배선 도체(C5))
도 1∼도 8에 일예를 나타내는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서, 고체 발광 소자(3)의, 주 광 인출면측의 상면의 형상은, 다각형, 바람직하게는, 제조가 용이한 사각형, 보다 바람직하게는, 정방형을 포함하는 직방형이고, 고체 발광 소자(3)의 전극 인출부(21)는, 고체 발광 소자(3)의 상기 상면의 적어도 1개의 각에 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 배선 도체(B2b)와 전극 인출부(21)를 전기적으로 접속하는 배선 도체(C5)(예를 들면, 와이어)에 의해 차단되어 생기는 발광 강도가 낮은 부분이, 고체 발광 소자(3)의 각에 위치하게 되므로, 발광 강도 편차가 눈에 띄지 않게 된다.
또한, 도 1, 도 2, 도 5, 도 7, 도 8에 일예를 나타내는 바와같이, 상하면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조의 고체 발광 소자(3)를 이용하는 경우에는, 전극 인출부(21)는 짝수개 설치하는 것도 바람직하다.
전극 인출부(21)는, 도 1, 도 5, 도 7에 일예를 나타내는 바와같이, 고체 발광 소자(3)의 상면의 대각을 이루는 위치에 설치할 수도 있고, 도 2, 도 8에 일예를 나타내는 바와같이, 고체 발광 소자(3)의 상면의 인접하는 각의 위치에 설치할 수도 있다. 이에 의하면, 전극 인출부(21)를 복수 확보할 수 있어, 전극 인출부(21)와 배선 도체(C5)의 접합 부분의 수를 늘릴 수 있으므로, 전기적 접속의 면에서, 비교적 높은 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 배선 도체(B2b)에 적어도 접속하는 배선 도체(C5)를 복수개 설치할 수도 있고, 배선 도체(C5)의 수를 늘림으로써, 배선 도체(C5)의 총 저항을 낮출 수 있게 되므로, 배선 도체(C5)의 줄열의 발생량을 줄여, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 고체 발광 소자(3)의 상면의 대각을 이루는 위치에 전극 인출부(21)가 설치되는, 도 1, 도 5, 도 7에 일예를 나타내는 구조의 경우에는, 도 9에 일예를 나타내는 것과 같은, 급전 단자(22)의 전환이 가능한 배선 패턴을 가지는 반도체 발광 장치의 제공을 비교적 용이하게 할 수 있게 되어, 반도체 발광 장치가 단선하여 점등하지 않게 되어도, 광원을 교환하지 않고, 간단하게 복구시킬 수 있는 광원 장치를 제공할 수 있게 된다.
한편, 상면에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 가지는 구조의 고체 발광 소자(3)를 이용하는 경우에도, 동일한 이유로, 도 4에 나타내는 바와같이, 전극 인출부(21)는, 짝수개 설치하는 것이 바람직하고, 이에 의하면, 배선 도체(C5)의 수를 늘릴 수 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와같이, 직방형 상면의 인접하는 각의 위치에, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)을 2쌍 설치한 구조로 하고, 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)의 한쪽은 배선 도체(A2a)에, 다른 한쪽은 배선 도체(B2b)에 전기적으로 접속하는 구조로 함으로써, 도 9에 일예를 나타내는 것 같은, 급전 단자(22)의 전환이 가능한 배선 패턴을 가지는 반도체 발광 장치의 제공도 할 수 있게 된다.
또한, 도 5에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 1과 도 2에 도시하는 반도체 발광 장치의 특징(장점)을 함께 가지도록 구성된 것이며, 전극 인출부(21)가, 고체 발광 소자(3)의 상면의 네귀퉁이에 설치되고, 고체 발광 소자(3)의 상면의 인접하는 각의 2개의 전극 인출부(21)와, 1개의 배선 도체(B2b)가, 2개의 배선 도체(C5)를 이용하여 전기적으로 접속되고, 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)의 사이로의 전력 공급 수단(즉, 고체 발광 소자(3)로의 전력 공급 수단이다)을 2종류 구비하도록 되어 있다. 이에 의하면, 도 2에 나타내는 반도체 발광 장치와 동일한 비교적 높은 신뢰성을 확보할 수 있고, 도 1에 나타내는 반도체 발광 장치와 마찬가지로, 급전 단자(22)의 전환이 가능한 배선 패턴을 가지는 반도체 발광 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1∼도 8에 있어서, 배선 도체(C5)는, 금속인 것이 바람직하다. 이에 의하면, 배선 도체(C5)의 열전도율이 높아져, 방열 부재를 겸하는 배선 도체(C5)가 된다.
본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서는, 도 1∼도 8에 도시하는 바와같이, 고체 발광 소자(3)는, 배선 도체(A2a)의 외곽의 중앙부가 되는 위치에 실장되고, 배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 하면의 형상과 동일한 형상을 베이스로 하는 형상을 가지고, 또한, 고체 발광 소자(3)의 하면의 외주부 전체에 걸쳐 가장자리를 가지도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 나아가, 고체 발광 소자(3)의 하면과, 배선 도체(A2a)의 상면과, 방열 기판(1)의 상면은, 각각의 중심이 일치하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 열원이 되는 고체 발광 소자(3)의 하면의 면적이, 배선 도체(A2a) 및 방열 기판(1)의 상면의 면적보다도 작고, 고체 발광 소자(3)의 하면이 배선 도체(A2a)의 외곽 내에 있는 구조가 되므로, 배선 도체(A2a)와 방열 기판(1)이, 열원이 되는 고체 발광 소자(3)의 양호한 방열체로서 기능하게 되어, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제하게 된다. 또한, 배선 도체(A2a)가 고체 발광 소자(3)의 상기 실장 어긋남을 어느정도 허용할 수 있게 되므로, 생산 스피드를 높여도 비교적 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 반도체 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 고체 발광 소자(3)의 하면, 배선 도체(A2a)의 상면, 및, 방열 기판(1)의 상면의 형상은, 모두, 동일한 형상 또는 동일한 형상을 베이스로 하는 형상 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 특히, 사각형(특히, 정방형을 포함하는 직방형) 또는 사각형을 베이스로 하는 형상 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이에 의하면, 고체 발광 소자(3)의 하면과 상면 형상이 서로 비슷한 방열체를 가지는 구조로 되어, 수평 방향으로도 비교적 균등하게 방열하는 구조가 되므로, 고체 발광 소자(3)의 국부 가열을 억제하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 「사각형을 베이스로 하는 형상」은, 단순한 사각형 외에, 예를 들면, 사각형의 적어도 1변에 돌출부를 가지는 형상(예를 들면, 도 1의 배선 도체(A2a)와 같은 형상), 사각형의 적어도 1변에 리세스부를 가지는 형상, 사각형의 적어도 1변이 물결치는 형상, 사각형의 적어도 1개의 모퉁이가 둥근 형상 등을 가리키는 것이다.
본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서는, 고체 발광 소자(3)의 상면 형상이 사각형, 특히, 정방형을 포함하는 직방형인 경우, 배선 도체(C5)는, 고체 발광 소자(3)의 상면 형상이 되는 사각형의 1변에 직교하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 배선 도체(C5)의 길이가, 짧아져, 필요 최소한의 길이가 되므로, 배선 도체(C5)의 저항이 작아져, 발열이 저감되게 된다.
또한, 방열 기판(1)의 상면 형상이 사각형을 베이스로 하는 형상인 경우, 배선 도체(C5)는, 방열 기판(1)의 상면 형상의 베이스가 되는 사각형의 1변에 평행하게 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 반도체 발광 장치를 단순한 실장 공정으로 제조할 수 있게 되어, 공정의 간략화에 따른 낮은 제조 비용화를 도모하는 것이 가능해진다.
도 9∼도 11에 구체적인 예를 나타내는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치는, 배선 도체(B2b)와, 고체 발광 소자(3)의 전극 인출부(21)가, 배선 도체(C5)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 배선 도체(B2b)는, 배선 도체(A2a)보다도 수가 많은 배선 구조를 가지고, 쌍을 이루는 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)를 이용하여, 고체 발광 소자(3)에 전력을 공급하는 반도체 발광 장치로서, 적어도 배선 도체(B2b)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자(3)에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 도 9, 도 10은, 1개의 배선 도체(A2a)에 대해서 복수개 설치된, 배선 도체(A2a)의 급전 단자(22)도 바꾸는 구조의 구체적인 예, 도 11은, 배선 도체(A2a)의 급전 단자(22)는 바꾸지 않고, 배선 도체(B2b)를 바꾸는 구조의 구체적인 예를 각각 나타내고 있다.
이와 같이, 배선 도체(X)를, 급전 단자(22)의 전환이 가능한 배선 패턴을 가지는 것으로 함으로써, 예를 들면, 어두운 곳에서, 반도체 발광 장치가 단선하여 점등하지 않게 되어도, 광원을 교환하지 않고, 간단한 스위치의 전환 작업만으로 복구시킬 수 있어, 즉시 동일 조건으로 비출 수 있는 광원 장치 및 조명 시스템을 제공할 수 있게 된다.
또한, 반도체 발광 장치의 제조 공정 상의 문제에 의해 일부 단선된 경우에도 대응할 수 있게 되어, 별도의 전기 회로 계통을 이용하여 점등시킬 수 있으므로, 제조 수율의 향상을 도모하는 것도 용이해진다.
또한, 이러한 급전 구조를 가지는 본 발명에 관한 반도체 발광 장치의 작용 효과는, 기본적으로는, 배선 도체(배선 도체(A2a) 및/또는 배선 도체(B2b))의 형상이나 방열 기판(1) 상의 배선 도체의 배치, 및, 고체 발광 소자(3)의 구조 등에 따라 좌우되는 것은 아니다.
즉, 당해 급전 구조를 가지는 본 발명에 관한 반도체 발광 장치는, 적어도 2개의 급전 전극(급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b))을 통하는 전력 공급에 의해 구동 가능한 고체 발광 소자(3)를 구비하는 반도체 발광 장치로서, 적어도 한쪽의 급전 전극(급전 전극(A14a) 또는 급전 전극(B14b)중 어느 하나)을 복수개 설치하는 구조로 하고, 복수개 설치한 상기 한쪽의 급전 전극을 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자(3)에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 것이면 되고, 배선 도체의 형상/배치나 고체 발광 소자(3)의 구조는 물론, 반도체 발광 장치의 구성 요건 등에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 도 22를 참조하면서 설명한 플립 칩 하면 2전극 구조의 고체 발광 소자(3)를 이용하는 경우에도, 상기와 동일한 구성 요건을 만족하고, 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있는 반도체 발광 장치 등의 제공이 가능한 것은, 당업자이면 예측 할 수 있는 것이다.
또한, 상기 광원 장치 혹은 조명 시스템은, 상기한, 적어도 배선 도체(B2b)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자(3)에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 본 발명의 반도체 발광 장치와, 상기 본 발명의 반도체 발광 장치의 급전 단자(22)를 전환하기 위한 회로 전환 장치(34)(도 37 등 참조)를 이용하여 용이하게 구성할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
또한, 실시의 형태 1에서 설명한 작용 효과와 동일한 작용 효과는, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면 상에는 파장 변환체(4)를 구비하지 않고, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(15)의 광 성분을 출력광(28)(도 28 등 참조)으로서 발하고, 파장 변환체(4)에 의한 파장 변환광의 광성분을 출력광(28)으로서 발하지 않는 반도체 발광 장치에 대해서도 동일하게 얻어지는 것이며, 본 발명의 반도체 발광 장치는, 이러한 파장 변환체(4)를 구비하지 않는 것이어도 상관없다.
[실시의 형태 2］
본 발명의 반도체 발광 장치는, 실시의 형태 1의 반도체 발광 장치에 있어서, 적어도 배선 도체(A2a)가, 방열 기판(1)의 일평면 상에, 복수개 구비된 것으로 할 수도 있다. 이에 의하면, 복수개의 고체 발광 소자(3)를 구비할 수 있게 되어, 대개 고체 발광 소자(3)의 수에 비례한 고출력화가 가능해진다.
또한, 전술한 것처럼, 배선 도체(A2a)의 선대칭성을 가지지 않는 형상을 활용하여, 복수의 고체 발광 소자(3)를 근접 배치할 수 있는 것으로 함으로써, 복수의 고체 발광 소자(3)의 고밀도 실장이 가능해진다.
그 일예를, 도 12∼도 16에 도시한다. 각 구성 부재의 상세 및 작용 효과의 개요에 대해서는, 실시의 형태 1 그 외에 설명한 대로이므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 구성에 대해서는 간단하게 설명을 추가하면, 이하와 같다.
도 12에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 1을 참조하면서 설명한 반도체 발광 장치의 기술 사상을 응용하여, 1개의 방열 기판(1) 상에 3개의 고체 발광 소자(3)를 고밀도 실장하여 배치함으로써, 고출력화와 소형·컴팩트화를 도모한 것이다.
도 12에 도시하는 바와같이, 고체 발광 소자(3)의 실장면을 상방으로부터 보았을 때에, 고체 발광 소자(3)는, 그 하면이 배선 도체(A2a)의 외곽의 중앙부(균질한 재료인 경우에는, 중앙 중심부)와 겹치도록 하여 실장되어 있다. 그리고, 고체 발광 소자(3)의 하면은, 배선 도체(A2a)의 외곽 내에 있고, 고체 발광 소자(3), 배선 도체(A2a), 방열 기판(1)의 각 상면의 면적은, 고체 발광 소자(3) ＜ 배선 도체(A2a) ＜ 방열 기판(1)의 순으로 작고, 배선 도체(A2a)는, 실질적으로 회전 대칭성을 가지고, 선대칭성을 갖지 않는 형상을 갖는다.
또한, 도 12는, 고체 발광 소자(3)가, 배선 도체(A2a)의 외곽의 중앙부가 되는 위치에 실장되어 있고, 배선 도체(A2a)가, 고체 발광 소자(3)의 하면의 형상과 동일한 형상을 베이스로 하는 형상을 가지고, 또한, 고체 발광 소자(3)의 하면의 외주부 전체에 걸쳐 가장자리를 가지도록 형성되어 있는 경우를 나타내고 있다.
또한, 고체 발광 소자(3)의, 상기 주 광 인출면의 대향면이 되는 하면 전체는, 배선 도체(A2a)에 밀착하도록 실장되어 있다. 그리고, 파장 변환체(4)는, 고체 발광 소자(3)의 실장면을 상방으로부터 보았을 때에, 파장 변환체(4)의 외곽 내에, 모든 고체 발광 소자(3)의 상면이 포함되는 구조를 가지고, 고체 발광 소자(3)의 광 인출면의 상방에 배치되어 있다. 이에 의하면, 복수개의 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(도시하지 않음)의 거의 전체가, 파장 변환체(4)에 입사하고, 파장 변환광으로 변환되어 출사되므로, 고체 발광 소자(3)가 발하는 광자를 유효 이용하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 제조 공정의 간략화를 도모하기 위해서는, 복수개의, 모든 고체 발광 소자(3)의 상방에, 1개의 파장 변환체(4)를 설치하도록 하는 것이 보다 바람직하다.
도 12에 도시하는 바와같이, 3개의 배선 도체(A2a)는, 개별의 배선 도체(A2a)를 취하거나, 집합체로서의 배선 도체(A2a)를 취해도, 회전 대칭성을 가지지만, 선 대칭성을 가지지 않는 형상을 가져, 배선 도체(B2b)보다도, 상면의 면적이 크다.
배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 하면의 형상과 동일한 형상(정방형)을 베이스로 하는 형상을 가지고, 배선 도체(B2b)는 복수개(도 12에서는 2개)를 구비하고, 그 중 1개는 예비 전극으로서 이용할 수 있다. 그리고, 배선 도체(A2a)뿐만 아니라, 배선 도체(X)는, 방열 기판(1) 상에서, 규칙성을 가지고 배치되고, 또한, 회전 대칭성을 가지고 배치되는 구조로 되어 있다. 이에 의하면, 보다 높은 밀도로 고체 발광 소자(3)를 실장할 수 있게 되어, 반도체 발광 장치의 소형·고출력화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 도 12에 도시하는 반도체 발광 장치에 있어서, 배선 도체(X)는, 급전 단자의 전환이 가능한 배선 패턴을 가지고 있다. 즉, 도 12에 도시하는 반도체 발광 장치는, 급전 단자(A22a)―급전 단자(B22b)를, 급전 단자(C22c)―급전 단자(D22d)로 전환해도, 동일 조건으로 비출 수 있게 되어 있다.
배선 도체(A2a)의 상면의 총 면적은, 고체 발광 소자(3)를 실장하는, 방열 기판(1)의, 일평면 면적의, 30% 이상의 비율을 차지하고, 반도체 발광 장치에 있어서의 광 출력면의 직하의 배선 도체(A2a)의 상면의 총 면적은, 상기 광 출력면의 면적(도 12의 상면도에 있어서의 파장 변환체(4)의 면적을 가리킨다)의, 50% 이상(80% 이상)의 비율을 차지한다.
고체 발광 소자(3)의, 주 광 인출면측의 상면의 형상은, 사각형(정방형)이며, 고체 발광 소자(3)의 전극 인출부(21)는, 고체 발광 소자(3)의 상면의 각에 설치되어 있다.
전극 인출부(21)는, 1개의 고체 발광 소자(3)당 짝수개(이 예에서는, 2개) 설치되고, 또한, 상기 상면의 대각을 이루는 위치에 설치되어 있다.
배선 도체(B2b)와 전극 인출부(21)는, 배선 도체(C5)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 배선 도체(C5)는, 금속인 것이 바람직하다.
또한, 고체 발광 소자(3), 배선 도체(A2a), 및 방열 기판(1)의 상면의 형상은, 모두, 사각형 또는 사각형을 베이스로 하는 형상 중 어느 하나이며, 고체 발광 소자(3), 배선 도체(A2a), 및 방열 기판(1)의 모든 상면은, 중심이 일치하도록 구성되어 있다.
또한, 배선 도체(A2a)는, 고체 발광 소자(3)의 하면의 외주부 전체에 걸쳐 가장자리를 가지도록 형성되어 있다.
또한, 배선 도체(C5)는, 고체 발광 소자(3)의 상면 형상이 되는 사각형의 1변에 직교하도록 설치되고, 또한, 배선 도체(C5)는, 방열 기판(1)의 상면 형상의 베이스가 되는 사각형의 1변에 평행하게 설치되어 있다.
이와 같이 하여, 소형·고출력의 반도체 발광 장치가 구성되어 있다.
도 13에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 12를 참조하면서 설명한 반도체 발광 장치의 일변형예이며, 1개의 방열 기판(1) 상에, 도 12의 반도체 발광 장치를 2개, 2열로 배열되도록 배치하고, 또한, 이를 전기적으로 직렬 접속함으로써, 합계 6개의 고체 발광 소자(3)가 구동되도록 한 것이다.
도 14에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 12를 참조하면서 설명한 반도체 발광 장치의 1변형예이며, 도 12의 반도체 발광 장치에 있어서 구성 부재의 수를 삭감하여, 제조 비용의 저감을 도모하는 한편, 도 2에 도시한 반도체 발광 장치를 응용하여, 1개의 고체 발광 소자(3)에 있어서, 상면의 인접하는 각의 위치에 설치한 2개의 전극 인출부(21)와, 1개의 배선 도체(B2b)를 배선 도체(C5)를 이용하여 전기적으로 접속함으로써, 배선 도체(C5)의 줄열의 발생을 억제하여, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제함과 더불어, 전극 인출부(21)와 배선 도체(C5)의, 접합 부분의 수를 배증시켜, 전기적 접속의 면에서의 높은 신뢰성을 확보하도록 한 것이다.
도 15, 도 16에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 12를 참조하면서 설명한 반도체 발광 장치의 일변형예이며, 1개의 방열 기판(1) 상에 2개의 고체 발광 소자(3)를 실장 배치하여, 고출력화와 소형·컴팩트화를 도모한 것이다. 또한, 도 15, 도 16에 도시하는 반도체 발광 장치는, 1개의 고체 발광 소자(3)에 있어서, 상면의 인접하는 각의 위치에 설치된 2개의 전극 인출부(21)와, 1개의 배선 도체(B2b)를 배선 도체(C5)를 이용하여 전기적으로 접속하고, 배선 도체(C5)의 줄열을 억제하여, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제함과 더불어, 전극 인출부(21)와 배선 도체(C5)의 접합 부분의 수를 배증시켜, 전기적 접속의 면에서의 높은 신뢰성을 확보하도록 한 것이다.
도 15, 도 16은, 실시의 형태 2의 일예로서, 모두, 방열 기판(1)의 수평 방향의 중심선을 반전 대칭축으로 한, 선 대칭성을 가지는 구조를 나타내고 있다.
또한, 도 15에 도시하는 반도체 발광 장치는, 방열 기판(1) 상을 차지하는 배선 도체(X)의 면적 비율이 90% 이상이고, 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)의 수를, 각각, 2개와 1개로 하고, 좌우에 위치하는 배선 도체(B2b) 및 배선 도체(A2a)에, 각 1개씩 급전 단자(22)를 구비하도록 한 반도체 발광 장치이다. 이에 의하면, 배선 도체(X)(특히, 배선 도체(A2a))에 의한 방열 효율 및 광 인출 효율이 향상되어, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
한편, 도 16에 도시하는 반도체 발광 장치는, 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)의 수를, 각각, 2개로 하고, 좌측에 위치하는 쌍을 이루는 2개의 배선 도체(B2b)에 1개씩 급전 단자(22)를 구비하고, 우측에 위치하는 1개의 배선 도체(A2a)에 2개의 급전 단자(22)를 구비하고, 또한, 배선 도체(C5)를, 고체 발광 소자(3)의 사각형이 되는 상면의 1변, 및, 사각형이 되는 방열 기판(1)의 1변의 양쪽에 직교하도록 배치한 반도체 발광 장치이다. 이에 의하면, 배선 도체(C5)의 길이가 짧아지고, 배선 도체(C5)의 저항이 한층 작아져, 줄열에 의한 배선 도체(C5)의 발열이 억제되게 될 뿐만 아니라, 실장도 용이하게 된다.
또한, 이외에도, 본 발명의 기술 사상을 이용하여, 수많은 변형예를 생각할 수 있는 것은 말할것도 없다.
또한, 실시의 형태 1에서 설명한 이유와 동일한 이유로, 실시의 형태 2의 반도체 발광 장치도, 파장 변환체(4)를 구비하지 않은 것이어도 기본적으로는 상관없다.
[실시의 형태 3］
이하, 고체 발광 소자(3)의 배치 등에 대해서, 보다 상세하게 설명한다.
도 26은, 일예로서 도 1에 도시한 실시의 형태 1의 반도체 발광 장치의, 도 1에 있어서의 Ⅰ－Ⅰ’선 단면(측면)을 나타낸 것이다.
또한, 도 26에 있어서는, 파장 변환체(4)가 생략되어 있다. 파장 변환체(4)의 배치에 대해서는, 실시의 형태 4에서 설명한다.
본 발명의 반도체 발광 장치는, 도 26에 구체적인 예를 나타내는 바와같이, 절연성을 가지는 방열 기판(1)의 편면에, 적어도 1개의 배선 도체(A2a)와, 배선 도체(B2b)와, 고체 발광 소자(3)를 구비하고, 배선 도체(A2a) 상에 고체 발광 소자(3)가 실장(고정)되고, 배선 도체(B2b) 상에는 고체 발광 소자(3)가 실장되지 않은, 반도체 발광 장치로서, 고체 발광 소자(3)는, 그 상면 또는 상하면 중 어느 하나에, 쌍을 이루는 급전 전극을 가지고(도 26에 있어서는, 일예로서, 상하면에 쌍을 이루는 급전 전극을 가지는 것이 도시되어 있다), 또한, 상기 주 광 인출면의 대향면이 되는 하면 전체가, 배선 도체(A2a)에 밀착하도록, 접착제(23)(은 페이스트나 땜납을 포함하는 넓은 개념의 것이다) 등을 이용하여 실장(고정)되어 있고, 측면도에서는 알기 어렵지만, 고체 발광 소자(3)의 실장면을 상방으로부터 보았을 때에, 고체 발광 소자(3)는, 배선 도체(A2a)의 외곽의 중앙부가 되는 위치에 실장되어 있고, 또한, 고체 발광 소자(3)의 하면은, 배선 도체(A2a)의 외곽 내에 있고, 고체 발광 소자(3), 배선 도체(A2a), 방열 기판(1)의 각 상면의 면적은, 고체 발광 소자(3) ＜ 배선 도체(A2a) ＜ 방열 기판(1)의 순으로 작고, 배선 도체(A2a)는, 실질적으로 회전 대칭성을 가지고, 선 대칭성을 가지지 않는 형상인 것을 특징으로 한다.
이 반도체 발광 장치의 구성에 의하면, 투입 전력의 증가에 따라 증대하는 고체 발광 소자(3)의 발생열이, 실장면이 되는 당해 고체 발광 소자(3)의 하면 전체를 이용하는 열전도에 의해, 고체 발광 소자(3)의 하방에 배치된 고열 전도체(배선 도체(A2a), 방열 기판(1), 외부 부가 방열체(도시하지 않음) 등)로, 균등하고 또한 빠른 속도로 열 전도하고, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승을 억제할 수 있게 된다. 동시에, 고체 발광 소자(3)의 하면을 벗어나는, 실장면의 수평 방향으로도, 금속을 주체로 하는 양호한 열 전도성을 가지는 배선 도체(A2a) 혹은 배선 도체(A2a)를 겸하는 방열 기판(1)에 전해져 열확산하기 쉬워지므로, 고체 발광 소자(3)의 국부 가열을 억제할 수 있게 된다. 이와 같이, 배선 도체(A2a) 및 방열 기판(1)이 가지는 양호한 열전도 특성과 비교적 큰 표면적 및 포락 체적을 충분히 살려, 고체 발광 소자(3)의, 직하 방향, 경사 하측 방향, 및 횡방향의 방열 효율을 높이도록 함으로써, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승 및 방열 불균일에 기인하는 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 발광 장치는, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면(도시하지 않음)의 상방에, 파장 변환체(4)(도 26에서는 도시하지 않음)를 구비하는 구조로서 구성되고, 이 파장 변환체(4)를, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(15)에 의한 여기에 의해, 일차광(15)보다도 장파장의 광을 발하도록 구성함으로써, 반도체 발광 장치로서 완성된다.
접착제(23)로는, 수지계의 접착제(실리콘 수지계의 접착제 등)나 무기계의 접착제 그 외로부터, 고체 발광 소자(3)의 구조나 전극 배치, 및, 방열 기판(1)의 특성이나 재질(특히, 절연 기판인가 도전 기판인가 등)을 고려하여, 적절히 선택하여 이용하면 된다.
또한, 상기 무기계의 접착제로는, 절연성의 무기 접착제(예를 들면, 저융점 유리 등), 및, 도전성의 무기 접착제(예를 들면, 금속 페이스트(특히, 은 페이스트)나 땜납(Au－Sn, Ag－Sn) 등)을, 고체 발광 소자(3)의 구조나 전극 배치, 및, 방열 기판(1)의 특성이나 재질 등을 고려하여, 구분하여 사용하면 좋다.
접착제(23)를 이용하지 않고 , 예를 들면, 배선 도체(A2a)와 급전 전극을 동일한 금속 재료(예를 들면, Au)로서, 가압 혹은 초음파 진동 등에 의해 외력을 가함으로써, 양자를 물리적으로 접합하는 것도 바람직하다.
또한, 도 17에 도시하는 것과 같은 상기 페이스 업 상면 2전극 구조의 고체 발광 소자(3)를 구비하는 본 발명의 반도체 발광 장치의 경우, 방열 기판(1)이, 절연 기판 및 도전 기판의 어떠한 것이어도, 접착제(23)로서, 절연성의 접착제(상기 수지계의 접착제나 절연성의 무기 접착제 등)나 도전성의 접착제(상기 도전성의 무기 접착제 등) 모두 사용 가능하다.
한편, 도 19∼도 21에 도시하는 것과 같은 상하 전극 구조의 고체 발광 소자(3)를 구비하는 본 발명의 반도체 발광 장치의 경우, 고체 발광 소자(3)의 급전 전극(B14b)과 배선 도체(A2a)를 전기적으로 접속하기 위해서, 접착제(23)로는, 도전성의 접착제(상기 도전성의 무기 접착제 등)를 선택하면 된다.
본 발명의 반도체 발광 장치는, 도 26에 도시하는 바와같이, 절연 기판인 방열 기판(1)과, 배선 도체(A2a)와, 접착제(23)와, 고체 발광 소자(3)를 적어도 겹쳐 구성한 것이어도 된다.
배선 도체(B2b)는, 도 26에 구체적인 예를 나타내는 바와같이, 방열 기판(1) 상에 배치해도 되는데, 방열 기판(1) 상이나 상방으로부터 벗어나는 장소에 배치할 수도 있다.
또한, 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)는, 적어도 절연체(공극을 포함한다)를 두고 배치되어 있으면 되고, 그 배치 위치에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 고체 발광 소자(3)의, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)의 한쪽은, 배선 도체(A2a)와 전기적으로 접속하고, 다른 한쪽은, 배선 도체(B2b)와 전기적으로 접속한다.
적어도, 고체 발광 소자(3)의, 쌍을 이루는 급전 전극(A14a) 및 급전 전극(B14b)의 상기 다른 한쪽과, 배선 도체(B2b)는, 양자에 배선 도체(C5)를 접속함으로써, 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 배선 도체(C5)로는, 예를 들면, 금속 와이어(금선 등)를 이용할 수 있다.
이러한 전기적 접속을 가지는 반도체 발광 장치에 있어서는, 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)를 이용하여, 고체 발광 소자(3)에 전력을 공급할 수 있다. 그리고, 고체 발광 소자(3)는, 전광 변환 작용에 의해, 전기 에너지를 광으로 전환하고, 당해 광이, 일차광(15)으로서, 고체 발광 소자(3)로부터 출사되게 된다.
도 27, 도 28에 도시하는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서, 고체 발광 소자(3)는, 직접 또는 간접적으로, 전체가 광 투과물(25)에 의해 실링되는 것이 바람직하다. 그리고, 광 투과물(25)은, 적어도 배선 전극(A2a)에 접촉하는 것이 바람직하고, 나아가, 방열 기판(1)에도 접촉하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의하면, 광 투과물(25)을 통해, 배선 전극(A2a) 및 방열 기판(1)(모두, 양호한 방열체로서 기능하는 것이다)에 도달하는, 고체 발광 소자(3)의 방열 경로를 확보할 수 있어, 방열 면적 및 방열 포락 체적이 증가할 뿐만 아니라, 상기 방열 경로의 방열 단면적이 증가하게도 되므로, 방열 효과가 높아져, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승이 억제되게 된다.
또한, 고체 발광 소자(3)의 주위 전체에 걸쳐, 균등하게 방열하는 방열 경로를 확보하게도 되므로, 고체 발광 소자(3)의 주위의 상승 온도가 균질화하고, 그 결과, 고체 발광 소자(3)의 국부 가열이 억제되어, 고출력화가 촉구되게 된다.
이 방열 경로에 대해서는, 다음에, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
또한, 상기한, 「고체 발광 소자(3)는, 직접 또는 간접적으로, 전체가 광 투과물(25)에 의해 실링된다」는, 도 27에 도시하는 바와같이, 광투과물(25)이, 주 광 인출면을 포함하고, 하면을 제외하고, 고체 발광 소자(3)의 주위 전체에, 직접 접촉하여, 고체 발광 소자(3)를 감싸도록 실링되는 것, 혹은, 도 28에 도시하는 바와같이, 광 투과물(25)이, 예를 들면 파장 변환체(4) 등을 포함하고, 고체 발광 소자(3)의 하면을 제외한 주위 전체에 접촉하여, 고체 발광 소자(3)를 간접적으로 감싸도록 실링되는 것을 의미한다.
광 투과물(25)로는, 투광성 수지(실리콘 수지, 불소 수지 등)나 투광성 저융점 무기 재료(저융점 유리 등)를 이용할 수 있다.
이들 광투과물(25)은, 비교적 높은 굴절률을 가지는 것이 많고, 특히, 광 투과물(25)이, 주 광 인출면을 포함하고, 하면을 제외한, 고체 발광 소자(3)의 주위 전체에, 직접 접촉하여, 고체 발광 소자(3)를 감싸도록 실링된 구조(도 27 참조)에 있어서는, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(15)의 광 인출 효율이 높아져, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모하기 위해서도 바람직한 것이 된다.
상기 투광성 수지 중, 혹은, 투광성 저융점 무기 재료 중에는, 광 투과물(25)의 열전도 특성을 높이기 위해서, 각종 무기 재료를 포함하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 투광성 수지 중에 포함되는 무기 재료로는, 광 투과성을 가지는 투광성 무기 재료, 광 반사성을 가지는 광 반사 무기 재료, 양호한 열전도 특성(열전도율이 3W/mK 이상, 바람직하게는 10W/mK 이상, 보다 바람직하게는 100W/mK 이상)을 가지는 고열 전도성 무기 재료, 높은 굴절률(파장 380∼780㎚의 가시 영역에 있어서의 실온 하의 굴절률이 1.2 이상, 바람직하게는 1.4 이상이고, 4.0 미만 정도)을 가지는 고 굴절률 무기 재료, 일차광(15)을 확산시키는 광 확산 무기 재료, 일차광(15)을 흡수하여 가시광을 발하는 형광 무기 재료(무기 형광체이다) 등에서 선택할 수 있고, 이들 중 적어도 1개를 이용하면 된다. 또한, 필요에 따라서, 이들을 적절하게 조합하여 이용하는 것도 바람직하다.
상기 투광성 무기 재료로는, 각종 산화물(산화알루미늄, 이산화규소, 이산화티탄, 산화마그네슘, 산화이트륨 그 외의 희토류 산화물, 이트륨알루미늄가넷이나 SrTiO3 그 외의 복합 산화물 등), 각종 질화물(질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 질화갈륨, 질화갈륨인듐 등), 탄화규소 등의 탄화물 등을 이용할 수 있다.
상기 광 반사 무기 재료로는, 상기 각종 산화물, 황산바륨 등의 황산염, 각종 금속(Al, Ti, Au, Ag 등) 등을 이용할 수 있다.
상기 고열 전도성 무기 재료로는, 상기 각종 산화물, 상기 각종 질화물, 각종 탄화물(탄화규소 등) 및 탄소, 상기 각종 금속 등을 이용할 수 있다.
상기 고굴절률 무기 재료로는, 상기 투광성 무기 재료 등을 이용할 수 있다.
상기 광 확산 무기 재료로는, 상기 투광성 무기 재료 및 상기 광반사 무기 재료 중 적어도 1개에서 선택되는, 중심 입경(D50)이 0.1㎛ 이상 1㎜ 미만(서브 미크론∼서브밀리) 정도의 분말(입자군) 등을 이용할 수 있다.
상기 형광 무기 재료로는, 전술한 무기 형광체 등을 이용할 수 있다.
상기 투광성 수지 중에 포함하는 무기 재료의 형상이나 성상 등은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 취급, 및, 열전도 특성의, 제어의 용이함 등의 면에서 바람직한 무기 재료는, 분체 또는 필러로서 알려진 입자군이며, 상기 평균 직경 혹은 중심 입경(D50)이 1㎚ 이상 1㎜ 미만 정도의, 나노 입자군, 서브미크론 입자군, 미크론 입자군, 서브밀리 입자군 등이다.
양호한 광 투과 특성을 가지는 광 투과물(25)을 얻기 위해서 바람직한 상기 입자군은, 개개의 입자가 구형 또는 유사 구형의 입자 형상을 가지는 입자군, 또는, 나노 입자군(상기 평균 직경 혹은 중심 입경(D50)이 1㎚ 이상 100㎚ 미만 정도)이고, 이에 의하면, 광 투과율의 면에서 뛰어난 광 투과물(25)을 형성할 수 있게 된다.
도 29∼도 31은, 본 발명의 반도체 발광 장치의 대표예로서 도 1, 도 26에 도시한 실장 구조물(방열 기판(1) 상의 배선 도체(A2a) 상에 고체 발광 소자(3)를 실장한 구조물)에 있어서, 고체 발광 소자(3)에서 생기는 열의 방열 경로를 도시하는 모식도이다.
또한, 도 29∼도 31에 있어서, 발열 부분은 검은색으로 표시되고, 방열 경로는 화살 표시되어 있다.
도 29에 도시하는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서는, 투입 전력의 증가에 따라 증대하는 고체 발광 소자(3)의 발생열이, 고체 발광 소자(3)의 하면을 벗어나는, 실장면의 수평 방향으로, 금속을 주체로 하는 양호한 열전도성을 가지는 배선 도체(A2a)나 방열 기판(1)에 전해져, 비교적 균일 균질하게 대칭성 좋고, 또한, 빠른 속도로 열확산하도록 되어 있고, 이에 따라, 고체 발광 소자(3)의 대형화에 따라 생기기 쉬운, 고체 발광 소자(3)의 국부 가열을 억제할 수 있게 되어 있다.
또한, 도 30에 도시하는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치에 있어서는, 상기 발생열이, 실장면이 되는 고체 발광 소자(3)의 하면 전체를 이용하는 열 전도에 의해, 고체 발광 소자(3)의 하방에 배치된 고열 전도체(배선 도체(A2a), 방열 기판(1), 외부 부가 방열체(도시하지 않음) 등)로, 균일하고 균등하게 빠른 속도로 열전도하도록 되어 있다.
또한, 배선 도체(C5)도, 금속을 주체로 하는 양호한 열전도성을 가지는 것으로 하여, 방열 부재로서 활용할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이, 배선 도체(A2a) 및 방열 기판(1)이 가지는 양호한 열전도 특성과 비교적 큰 표면적 및 포락 체적을 충분히 살려, 고체 발광 소자(3)의, 직하 방향, 경사 하방향, 및 횡방향의 방열 효율을 높이도록 함으로써, 고체 발광 소자(3)의 온도 상승 및 방열 불균일에 기인하는 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다.
한편, 도 31에 도시하는 바와같이, 고체 발광 소자(3)의 발열 부분 전체를, 각종 기체(예를 들면, 공기)보다도 열전도율이 양호한 광 투과물(25)로, 감싸도록 하여 접촉 실링함으로써, 고체 발광 소자(3)의 발생열이, 광 투과물(25)을 통해, 배선 도체(A2a)나 방열 기판(1)으로 열 전도되도록 해도 된다. 이에 의하면, 상기 발열 부분의 주위 전체에 걸쳐, 균등하게 방열하는 방열 경로를 확보하여, 고체 발광 소자(3)의 근방의 상승 온도의 균질화를 도모하고, 고체 발광 소자(3)의 국부 가열을 억제하여, 반도체 발광 장치의 고출력화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 실시의 형태 3에 있어서는, 고체 발광 소자(3)로서, 그 상하면에 쌍을 이루는 급전 전극을 가지는 구조인 것을 예로 들어 설명했는데, 상면에 쌍을 이루는 급전 전극을 가지는 구조의 고체 발광 소자(3)의 경우에도, 동일한 작용 효과가 얻어지는 것은 말할 것도 없다.
또한, 실시의 형태 1에서 설명한 이유와 같은 이유로, 실시의 형태 3의 반도체 발광 장치도, 파장 변환체(4)를 구비하지 않아도 상관없다.
[실시의 형태 4］
이하, 파장 변환체(4)의 배치 등에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 28, 도 32, 도 33은, 도 1에 나타낸 실시의 형태 1의 반도체 발광 장치 등의, 도 1에 있어서의 Ⅰ―Ⅰ’선 단면(측면)을 나타낸 것이다.
실시의 형태 4에 있어서는, 도 1에 나타낸 실시의 형태 1의 반도체 발광 장치를 대표예로서 들어, 파장 변환체(4)의 배치 등에 대해서 설명한다.
또한, 도 28, 도 32, 도 33에 도시하는 어떠한 반도체 발광 장치의 경우나, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(15)에 의해 파장 변환체(4)에 포함되는 형광체가 여기되고, 출력광(28)은, 적어도, 파장 변환체(4)에 의한 파장 변환광을 포함하게 된다.
출력광(28)은, 일차광(15)을 더 포함하는 것이어도 되고, 일차광(15)과 파장 변환광(도시하지 않음)의 양 성분을 포함하는 혼색광이어도 된다.
도 28, 도 32, 도 33에 도시하는 반도체 발광 장치는, 파장 변환체(4)가 고체 발광 소자(3)의 적어도 주 광 인출면에 밀착하도록 형성된 반도체 발광 장치의 예이다.
도 32에 도시하는 반도체 발광 장치에 있어서는, 예를 들면, 투광성 수지(특히, 실리콘계 수지) 내에 형광체 입자군(17b)(도 23 참조)을 분산시킴으로써 형성한 파장 변환체(4)가 이용되고 있다. 그리고, 고체 발광 소자(3)는, 직접적으로, 전체가, 파장 변환체(4)에 의해 실링되고, 파장 변환체(4)는, 배선 전극(A2a)과 방열 기판(1)에 접촉하고 있다.
반도체 발광 장치를 이러한 구성으로 하면, 파장 변환체(4)를 통해, 배선 전극(A2a) 및 방열 기판(1)에 이르는, 고체 발광 소자(3)의 방열 경로를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 파장 변환체(4) 자신의 방열 면적 및 방열 포락 체적이 증가하게도 되므로, 고체 발광 소자(3)와 파장 변환체(4)의 양쪽의 방열 효과가 높아져, 고체 발광 소자(3) 및 파장 변환체(4)의 온도 상승이 억제되게 된다.
또한, 고체 발광 소자(3)의 주위 전체에 걸쳐, 균등하게 방열하는 방열 경로를 확보하게도 되므로, 고체 발광 소자(3)의 근방의 상승 온도가 균질화하고, 그 결과, 고체 발광 소자(3)의 국부 가열이 억제되어, 고출력화가 촉구되게 된다.
도 33에 도시하는 반도체 발광 장치에 있어서는, 먼저 파장 변환체에 관련된 몇개의 란에서 설명한 각종 파장 변환체(4)가 소편(小片)으로서 이용되고 있다. 그리고, 파장 변환체(4)는, 고체 발광 소자(3)의 적어도 주 광 인출면에 밀착하도록 형성되어 있다. 파장 변환체(4)는, 상기 주 광 인출면에 접착되는 것이 바람직하다.
반도체 발광 장치를 이러한 구성으로 하면, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면의 면적과 반도체 발광 장치의 광 출사면의 면적이 거의 같아지고, 일차광(15)이 발해진 순간에 일차광(15)의 광자 전체가 파장 변환체(4)에 입사하게 되므로, 디바이스 구조 상, 예를 들면, 차재 헤드 램프용 등으로 해서 매우 적합한, 고휘도의 점광원을 제공하는 것이 가능해진다.
이러한 점 광원 구조의 반도체 발광 장치는, 파장 변환체(4)로의 광입사 면적이 작기 때문에, 일반적으로, 파장 변환체(4)의 온도가 상승하기 쉽고, 파장 변환체(4)의 온도 소광에 의해 고출력화가 곤란해진다는 과제가 있다.
그러나, 상기 구성에 의하면, 파장 변환에 따라 발열하고, 축열되어 파장 변환체(4)의 온도 상승의 요인이 되는 발생열은 크면서도, 고체 발광 소자(3)(일반적으로 열전도율이 높은 것이 많은 것으로 알려져 있다)를 통해, 하부 방향으로 방열하는, 비교적 양호한 방열 경로를, 특히 접착에 의해 확보할 수 있고, 이것이, 파장 변환체(4)의 온도 상승을 억제하도록 작용하므로, 이러한 점 광원 구조의 반도체 발광 장치에 있어서도, 고출력화가 촉구되게 된다.
상기와 같이, 파장 변환체(4)는, 열전도율이 비교적 큰 전 무기의 파장 변환체(투광성 형광 세라믹스 등)이고, 온도 소광이 작은 무기 형광체(예를 들면, 상기한 Y3Al5012：Ce3 ＋계 황녹색 형광체 등)를 포함하는 파장 변환체로 하는 것이 바람직하다.
상기 접착은, 무기 또는 유기 중 어느 하나의 투광성 재료를 접착제로서 이용하여 행할 수 있다.
상기 접착제의 구체적인 예로는, 실리콘계 수지, 불소계 수지, 융점이 500℃정도 이하인 저융점 무기 재료(저융점 유리 등)를 들 수 있다.
이러한 접착제는 입수가 용이하고, 실용 실적이 높은 것도 많기 때문에, 비교적, 간단한 공정으로 접착을 행할 수 있게 된다.
도 28에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 33에 도시한 반도체 발광 장치의 변형예이며, 도 33에 도시한 반도체 발광 장치에 있어서, 고체 발광 소자(3)의 전체를, 간접적으로, 실시의 형태 3에서 설명한 광 투과물(25)에 의해 실링하고, 광투과물(25)을, 배선 전극(A2a)과 방열 기판(1)에 접촉시키도록 구성한 것이다.
본 구성의 작용 및 효과에 대해서는, 실시의 형태 3의 경우와 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.
한편, 도 34∼도 36에 도시하는 반도체 발광 장치는, 파장 변환체(4)가, 고체 발광 소자(3)의 적어도 주 광 인출면의 상방에, 상기 주 광 인출면에 접하지 않게 배치된 반도체 발광 장치의 예이다.
도 34에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 26을 참조하면서 실시의 형태 3에서 설명한 실장 구조물(방열 기판(1) 상의 배선 도체(A2a) 상에 고체 발광 소자(3)를 실장한 구조물)의 상방에, 앞서 파장 변환체에 관한 몇개의 란에서 설명한 각종 파장 변환체(4)를, 공극을 통해 배치한 구조의 반도체 발광 장치이다.
도 35에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 27을 참조하면서 실시의 형태 3에서 설명한, 광 투과물(25)이, 고체 발광 소자(3)의 주위 전체에, 직접 접촉하고, 고체 발광 소자(3)를 감싸도록 실링된 실장 구조물(방열 기판(1) 상의 배선 도체(A2a) 상에 고체 발광 소자(3)를 실장한 구조물)의 상방에, 앞서 파장 변환체에 관한 몇개의 란에서 설명한 각종 파장 변환체(4)를, 공극을 통해 배치한 구조의 반도체 발광 장치이다.
또한, 이 예에 있어서는, 도 35에 도시하는 바와같이, 파장 변환체(4)의 편면에 차광물(26)을 설치하고, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(15)의 지향성이 강한 광 성분만이 파장 변환체(4)에 입사하도록 하여, 파장 변환체(4)를 통과하는 일차광(15)의 광로 길이차에 기인하는 출력광(28)의 색 편차를 억제하도록 되어 있다.
이와 같이 하면, 파장 변환체(4)에 있어서의 일차광(15)의 광입사 면적 비율이 작아져, 파장 변환체(4)의, 광 입사하지 않는 부분이, 방열체로서 기능하게 된다. 그리고, 이에 따라, 파장 변환체(4)의 온도 상승이 억제되게 되어, 파장 변환체(4)의 온도 소광이 억제되므로, 반도체 발광 장치의 고출력화가 촉구되게 된다.
또한, 차광물(26)을 열전도율이 높은 재질(예를 들면, 각종 금속, 반도체, 실리사이드, 질화물, 탄화물 등에서 선택되는 무기 재료)로 하고, 또한, 차광물(26)을 파장 변환체(4)에 밀착 또는 접착한 구조로 하면, 차광물(26)도 양호한 방열체로서 기능하게 되므로, 한층 바람직하게 된다.
도 36에 도시하는 반도체 발광 장치는, 도 27을 참조하면서 실시의 형태 3에서 설명한, 광 투과물(25)이, 고체 발광 소자(3)의 주위 전체에, 직접 접촉하고, 고체 발광 소자(3)를 감싸도록 실링된 실장 구조물(방열 기판(1) 상의 배선 도체(A2a) 상에 고체 발광 소자(3)를 실장한 구조물)의, 광 투과물(25) 상에, 각종 파장 변환체(4)(앞서 파장 변환체에 관한 몇개의 란에서 설명한 적어도 1개의 파장 변환체(4)이다)를 배치한 구조의 반도체 발광 장치이다. 이와 같이 하면, 광 투과물(25)을 통과한 일차광(15)이 파장 변환체(4)에 입사하게 되고, 광 투과물(25)은, 실시의 형태 3에서 설명한 것처럼, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(15)의 광 인출 효율을 높이므로, 반도체 발광 장치의 고출력화가 촉구되게 된다. 또한, 광 투과물(25)은, 광 투과물(25) 자체가, 파장 변환에 따라 발생하는 파장 변환체(4)의 열을 놓치는 방열체로서도 기능하게 되어, 바람직한 형태에서는, 실시의 형태 3에서 설명한 것처럼, 열전도율이 높은 무기 재료(투광성 무기 재료, 광 반사 무기 재료, 고열 전도성 무기 재료, 고굴절률 무기 재료, 광확산 무기 재료, 형광 무기 재료 등)를 포함하여 구성되고, 한층 양호한 방열체로서 기능 할 수 있게 되므로, 광 파장 변환체(4)의 온도 소광이 억제되어, 반도체 발광 장치의 고출력화가 촉구되게 된다.
또한, 도 36에 도시하는 바와같이, 파장 변환체(4)는, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면보다도, 광 출력면의 면적이 큰 파장 변환체인 것이 바람직하다. 이에 의하면, 방열 면적이 비교적 큰 파장 변환체(4)가 되므로, 파장 변환체(4) 자체의 방열 특성도 양호하게 된다.
또한, 내열성이 뛰어나고, 또한, 파장 변환체(4) 자체의 방열 특성을 양호한 것으로 하기 위해서, 파장 변환체(4)는, 무기 형광체를 포함하는 성형체 또는 무기 형광체를 포함하는 복합체 중 어느 하나이고, 광 투과물(25) 상에 설치된 구조인 것이 바람직하고, 광 투과물(25) 상에 접착한 구조인 것이 보다 바람직하다. 이에 의하면, 광 투과물(25)을 통과한 방열 경로를 확보하여, 열 발산하도록 하여, 파장 변환체(4)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한, 상기 접착은, 무기 또는 유기 중 어느 하나의 투광성 재료를 접착제로서 이용하여 행할 수 있다.
접착제로는, 수지계의 투광성 접착제(실리콘 수지계 접착제 등)나 저융점 무기 접착제(저융점 유리 등)를 이용하는 것이 가능하다. 이들 접착제는, 입수가 용이하므로, 간단한 공정으로 접착을 행할 수 있게 된다.
나아가, 파장 변환체(4)는, 직선 투과율이 뛰어난 상기 세라믹스계 성형체의 파장 변환체로 하고, 광 투과물(25)은, 상기 광확산 무기 재료를 포함하여 구성한 것으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 온도 소광과 상기 혼색광의 색 분리가 억제되어, 고출력화와 발광색의 균질화의 면에서 뛰어난 반도체 발광 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 실시의 형태 4에 잇어서도, 고체 발광 소자(3)로서, 그 상하면에 쌍을 이루는 급전 전극을 가지는 구조인 것을 예로 들어 설명했는데, 상면에 쌍을 이루는 급전 전극을 가지는 구조의 고체 발광 소자(3)의 경우에도, 동일한 작용 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.
［실시의 형태 5］
이하, 본 발명의 반도체 발광 장치를 이용한 광원 장치의 실시의 형태에 대해서 설명한다.
도 37은, 본 발명의 반도체 발광 장치를 이용하여 구성된 일반 조명용 광원의 일예를 도시하는 측단면도이다.
도 37에 있어서, 반도체 발광 장치(27)는, 실시의 형태 1∼4에서 설명한 반도체 발광 장치이고, 전력 공급에 의해 출력광(28)을 발하는 것이다.
또한, 실장 구조물(37)은, 실시의 형태 3 및 실시의 형태 4에서 설명한 것처럼, 방열 기판(1) 상에 고체 발광 소자(3) 그 외를 실장한 구조물이며, 전력 공급에 의해 일차광을 발하는 것이다.
또한, 외부 방열체(29)는, 예를 들면, 방열 핀(fin)을 구비한 방열체 등이고, 반도체 발광 장치(27)의 발생열을 방열하여, 반도체 발광 장치(27)를 냉각시키기 위한 것이다.
실시의 형태 5의 광원 장치는, 도 37에 도시하는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를 이용하여 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 바람직하게는, 실시의 형태 5의 광원 장치는, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)와, 외부 방열체(29)를 적어도 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다(또는, 실장 구조물(37)과, 파장 변환체(4)와, 외부 방열체(29)를 적어도 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것). 실시의 형태 5의 광원 장치는, 예를 들면, 고정 지그(30)나 부착 나사(31) 등을 이용하여, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)(또는, 실장 구조물(37))와 외부 방열체(29)가 접속되고, 적어도, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)(또는, 실장 구조물(37))의 동작 중에 발생하는 열이 외부 방열체(29)를 통하여 방열되는 구조를 가지고 있다. 이에 의하면, 고출력의 조명광을 발하는 컴팩트한 광원 장치를 제공할 수 있다.
이하, 각각, 간단하게 설명하는데, 고체 발광 소자(3) 등의 온도 상승의 억제에 의한 고출력화에 대해서는, 먼저 실시의 형태 3 및 실시의 형태 4에서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
도 37에 도시하는 광원 장치는, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를, 외부 방열체(29)의 중앙부에, 고정 지그(30)를 이용하여 고정한 것이다.
파장 변환체(4)(예를 들면, 전술한 투광성 형광 세라믹스 등)는, 광 투과물(25)(수지계) 상에 밀착하도록 하여 고정되어 있고, 광 투과물(25)은, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면을 직접 덮도록 하여 형성되어 있다. 이에 의하면, 고체 발광 소자(3)가 발하는 일차광(도시하지 않음)이, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면 상에 밀착하는, 굴절률이 비교적 큰 수지의 존재에 의해, 높은 광 인출 효율로 인출되어 파장 변환체(4)에 광 입사하므로, 강한 출력광(28)을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)의 냉각 효율이 조금이라도 높아지도록, 실시의 형태 5의 광원 장치에 있어서는, 측면의 고정 지그(30)에, 통기공이 몇개인가 설치되어 있다.
도 37에 있어서는, 도시는 생략하지만, 먼저, 도 9∼도 11을 참조하면서 설명한, 배선 도체(X)가 급전 단자의 전환이 가능한 배선 패턴을 가지는 반도체 발광 장치를 구비하는 광원 장치로 하고, 또한, 급전 단자를 전환하는 회로 전환 장치(34)를 구비하는 광원 장치로 하고 있다(회로 구성에 대해서는, 도 9에 구체적인 예를 나타낸 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다).
또한, 회로 전환 장치(34)로는, 회로 단선 검지 기능과 자동 전환 기능을 가지고, 단선을 검지하여 자동적으로 회로를 전환할 수 있는 자동 장치, 혹은, 수동 장치를, 적절히 선택하여 이용하면 좋다.
실시의 형태 5의 광원 장치는, 먼저 설명한 것처럼, 실장 구조물(37)을, 방열성과 내열성이 뛰어난 구조로 하고 있으므로, 외부 방열체(29)의 포락 체적을 작게 하여, 소형·컴팩트한 광원 장치로 할 수 있다.
［실시의 형태 6］
이하, 본 발명의 반도체 발광 장치를 이용한 광원 장치의 별도의 실시의 형태에 대해서 설명한다.
도 38, 도 39는, 본 발명의 반도체 발광 장치를 이용하여 구성된 전조등 도구(프로젝션용 광원이나 차량 탑재용 헤드 램프 등)의 일예를 나타내는 측단면도이다.
실시의 형태 6의 광원 장치도, 도 38, 도 39에 도시하는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를 이용하여 구성한 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 바람직하게는, 실시의 형태 6의 광원 장치는, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)와, 외부 방열체(29)를 적어도 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 이에 의하면, 고출력의 전조광을 발하는 소형·컴팩트한 광원 장치를 제공할 수 있다.
도 38, 도 39에 있어서, 반도체 발광 장치(27)는, 실시의 형태 1∼4에서 설명한 반도체 발광 장치이며, 전력 공급에 의해 출력광(28)을 발하는 것이다.
또한, 실시의 형태 6의 광원 장치에 있어서는, 고출력의 점 광원으로 하기 위해서, 도 28에 도시하는 구조의 반도체 발광 장치가 이용되고 있다.
즉, 실시의 형태 6의 광원 장치에 있어서는, 앞서 설명한 각종 파장 변환체(4)(수지 형광막이나 투광성 형광 세라믹스 등)가 소편으로서 이용되고 있다. 그리고, 파장 변환체(4)는, 고체 발광 소자(3)의 적어도 주 광 인출면에 밀착하도록 형성되어 있다. 파장 변환체(4)는, 주 광 인출면에 접착되는 것이 바람직하다.
광원 장치를 이러한 구성으로 하면, 고체 발광 소자(3)의 주 광 인출면의 면적과 반도체 발광 장치의 광 출사면의 면적이 거의 같아져, 일차광이 발해진 순간에 일차광의 광자 전체가 파장 변환체(4)에 입사하게 되므로, 고휘도의 점 광원을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 바람직한 파장 변환체(4)는, 전 무기의 파장 변환체이며, 예를 들면, 투광성 형광 세라믹스, 형광 유리, 상기 MGC 광 변환 부재이다. 이러한 전 무기의 파장 변환체는, 열 전도율이 높고, 축열하기 어렵기 때문에, 이러한, 파장 변환체(4)로의 입사광 에너지 밀도가 높아지는 구조의 반도체 발광 장치라도, 파장 변환체(4)의 온도 상승이 비교적 억제되어, 에너지 효율이 높은 출력광(28)을 얻는 것이 가능해진다.
단, 실시의 형태 6에 있어서는, 광원 장치에 이용되는 반도체 발광 장치는 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 외부 방열체(29)는, 예를 들면, 방열 핀을 구비하는 방열체, 방열 작용을 가지는 구조체, 혹은, 수냉 쟈켓 등이고, 반도체 발광 장치(27)의 발생열을 방열하여, 반도체 발광 장치(27)를 냉각시키기 위한 것이다.
또한, 도 38, 도 39에 있어서는, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)가 발하는 광을 집광하기 위한 광학 렌즈(32)를 구비하는 광원 장치로 하고, 도 38에 있어서는, 또한, 원하는 배광 패턴을 얻기 위한 차광물(26)을 구비하는 광원 장치로 하고 있는데, 이들 부속물은 필요에 따라서 적절하게 선택하여 이용하면 되는 것이다.
또한, 실시의 형태 6의 광원 장치에 있어서도, 실시의 형태 5의 도 37에 도시하는 광원 장치로 설명한 것과 같은, 회로 전환 장치(34)를 구비한 것으로 할 수 있다.
이하, 각각, 간단하게 설명하는데, 고체 발광 소자(3) 및 파장 변환체(4)의 온도 상승의 억제에 의한 고출력화에 대해서는, 앞서 실시의 형태 3 및 실시의 형태 4에서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
도 38에 도시하는 광원 장치는, 전조용 광원 장치의 일예이며, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를, 외부 방열체(29)에, 고정 지그(30)를 이용하여 고정하고, 횡방향으로 발해지는 반도체 발광 장치(27)의 출력광(28)이, 그대로 광원 장치의 출력광으로서 발해지도록 구성된 것이다.
도 39에 도시하는 광원 장치는, 차량 탑재용 헤드 램프의 일예이며, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를, 외부 방열체(29)에, 고정 지그(30)를 이용하여 고정하고, 동 도면에 있어서 상방향으로 발해지는 반도체 발광 장치(27)의 출력광(28)이, 반사경(35)에 의해 반사되어, 횡방향으로 방향을 바꾸어, 광원 장치의 출력광으로서 발해지도록 구성된 것이다.
실시의 형태 6의 광원 장치는, 방열성과 내열성이 뛰어난 구조로 되어 있으므로, 외부 방열체(29)의 포락 체적을 작게 하여, 소형·컴팩트한 광원 장치로 할 수 있다.
［실시의 형태 7］
이하, 본 발명의 반도체 발광 장치를 이용한 광원 장치의 다른 별도의 실시의 형태에 대해서 설명한다.
도 40은, 본 발명의 반도체 발광 장치를 이용하여 구성된 액정 백 라이트의 일예를 나타내는 상면도와 모식측 단면도(상면도의 Ⅱ－Ⅱ’선 및 Ⅲ－Ⅲ’선 단면도)이다.
반도체 발광 장치(27) 및 외부 방열체(29)에 대해서는, 앞서 실시의 형태 5 및 실시의 형태 6에서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
또한, 고체 발광 소자(3) 등의 온도 상승의 억제에 의한 고출력화에 대해서도, 앞서 실시의 형태 3 및 실시의 형태 4에서 설명한 대로이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
실시의 형태 7의 광원 장치도, 도 40에 도시하는 바와같이, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를 이용하여 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 바람직하게는, 실시의 형태 7의 광원 장치는, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)와, 외부 방열체(29)를 적어도 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 예를 들면, 고정 지그(30)나 부착 나사(31) 등을 이용하여, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를 외부 방열체(29)에 고정하고, 적어도, 본 발명의 반도체 발광 장치(27)의 동작 중에 발생하는 열이, 외부 방열체(29)를 통해 방열하는 구조로 함으로써, 고출력의 백 라이트광을 발하는 광원 장치를 제공할 수 있다.
도 40에 도시하는 광원 장치는, 평판 형상의 외부 방열체(29)의 편면에, 복수개의 반도체 발광 장치(27)를 배치하고, 평판 형상의 외부 방열체(29)의 편면이, 전체에 걸쳐 발광하도록 구성된 것이다.
반도체 발광 장치(27)의 냉각 효율을 높이기 위해서, 외부 방열체(29)에 통기공(36)을 형성할 수도 있다.
또한, 보다 균일한 광을 발하는 면광원으로 하기 위해서, 복수개의 반도체 발광 장치(27)는, 평판 형상의 외부 방열체(29)의 편면 상에, 거의 균등한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 실시의 형태 7의 광원 장치에 있어서도, 실시의 형태 5의 도 37에 도시하는 광원 장치에서 설명한 것과 같은, 회로 전환 장치(34)를 구비한 것으로 할 수 있다.
광원 장치는, 도 40에 도시하는 바와같이, 예를 들면, 고정 지그(30) 및 부착 나사(31)의 탈착 등에 의해, 반도체 발광 장치(27)를 탈착할 수 있어, 교체가 가능한 구조로 함으로써, 단선 등의 고장 시에의 대응이 용이하고, 대응 비용도 낮게 할 수 있다.
이외에도, 동일한 기술 사상에 의거하여, 본 발명의 반도체 발광 장치를 이용하여, 수많은 광원 장치의 변형예를 생각할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
[실시의 형태 8］
도 41은, 본 발명의 조명 시스템의 일예를 나타내는 도면이다.
실시의 형태 8의 조명 시스템은, 적어도 배선 도체(B2b)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자(3)에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 본 발명의 반도체 발광 장치(27)(실시의 형태 1 및 실시의 형태 2에 기재한 본 발명의 반도체 발광 장치이다)와, 반도체 발광 장치(27)의 급전 단자를 전환하기 위한 회로 전환 장치(34)를 적어도 이용하여 구성한 것을 특징으로 한다.
즉, 실시의 형태 8의 조명 시스템은, 적어도 배선 도체(B2b)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자(3)에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 본 발명의 반도체 발광 장치(27)(실시의 형태 1 및 실시의 형태 2에 기재한 본 발명의 반도체 발광 장치이다), 또는, 당해 본 발명의 반도체 발광 장치(27)를 구비하는 본 발명의 광원 장치(38)(실시의 형태 5∼7에 기재한 본 발명의 광원 장치 등이다)와, 회로 전환 장치(34)를 구비한 조명 시스템이다.
도 41에 있어서, 반도체 발광 장치(27)는, 실시의 형태 1 또는 실시의 형태 2에서 설명한 바와같은, 배선 도체(B2a)와, 고체 발광 소자(3)의 전극 인출부(21)가, 배선 도체(C5)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 배선 도체(B2b)는, 배선 도체(A2a)보다도 수가 많은 배선 구조를 가지고, 쌍을 이루는 배선 도체(A2a)와 배선 도체(B2b)를 이용하여, 고체 발광 소자(3)에 전력을 공급하는 구조를 가지고, 적어도 배선 도체(B2b)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자(3)에 공급할 수 있는 배선 구조를 가지는 본 발명의 반도체 발광 장치이다.
또한, 실시의 형태 8의 조명 시스템은, 본 발명의 반도체 발광 장치(27) 대신에, 당해 반도체 발광 장치(27)를 구비한 본 발명의 광원 장치(38)를 이용하여 구성할 수도 있다.
또한, 회로 전환 장치(34)는, 본 발명의 반도체 발광 장치의 급전 단자를 전환하기 위한 것이며, 앞서, 도 9∼도 11을 이용하여 회로 구성의 일예를 설명한 회로 전환 장치이다.
또한, 회로 전환 장치(34)는, 회로 단선 검지 기능과 자동 전환 기능을 가지고, 단선을 검지하여 자동적으로 회로를 바꿀 수 있는 자동 장치거나, 수동의 장치여도 상관없다.
또한, 전원(39)은, 본 발명의 반도체 발광 장치(27) 또는 본 발명의 광원 장치(38)에, 급전 배선(33) 및 회로 전환 장치(34)를 통해 전력을 공급하기 위한 것이고, 본 발명의 반도체 발광 장치(27) 또는 본 발명의 광원 장치(38)의 공급 전력 사양에 맞추어, 소정의, 직류 또는 교류의 전압, 혹은, 펄스 전압을 발생시키는 전원 또는 전원 시스템이다.
이와 같이 하여 구성된 조명 시스템은, 예를 들면, 어둠 내에서, 혹은 밤의 차량 운전 중에, 배선 수명이나 진동 등으로, 설령 배선 접합 부분이 벗겨져, 점등하지 않게 되는 경우가 있어도, 광원을 교환하지 않고, 순식간에 복구시켜, 즉각 비출 수 있도록 배려된, 편리성이 높은 조명 시스템이 된다.
또한, 실시의 형태 8의 조명 시스템은, 반도체 발광 장치(27) 혹은 광원 장치(38)를, 방열성과 내열성이 뛰어난 구조로 하고 있으므로, 외부 방열체(29)의 포락 체적을 작게 하여, 소형·컴팩트한 조명 시스템으로 할 수 있다.
이외에도, 동일한 기술 사상에 의거하여, 본 발명의 반도체 발광 장치(27) 또는 광원 장치(38)와, 반도체 발광 장치(27)의 급전 단자를 전환하기 위한 회로 전환 장치(34)를 이용하여, 수많은 조명 시스템의 변형예를 생각할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면, 고출력과 고신뢰성을 겸비하여, 통상적인 실용 기술의 단순 응용에 의해 제조할 수 있고, 또한, 손님 요망이나, 형편에 맞추어, 점등 문제 시의 배려 설계도 가능한 반도체 발광 장치, 및, 이를 이용한 광원 장치 및 조명 시스템을 제공할 수 있어, 그 실용적 가치가 크다.
1 : 방열 기판 2a : 배선 도체 A(패턴화된 전극 A)
2b : 배선 도체 B(패턴화된 전극 B)
3 : 고체 발광 소자 4 : 파장 변환체
5 : 배선 도체 C(도선 C) 6 : 전극 패드
7 : 절연성 기체 8 : 도전성 기체
9 : 투광성 기체 10 : 반사층
11 : 반도체 발광층 12 : 투광성 전극
13 : 전극 14a : 급전 전극 A
14b : 급전 전극 B 15 : 일차광
16 : 투광성 모재 17 : 형광체
17a : 형광체 성형체 17b : 형광체 입자군
20 : 투광성 피착 기체 21 : 전극 인출부
22 : 급전 단자 22a : 급전 단자 A
22b : 급전 단자 B 22c : 급전 단자 C
22d : 급전 단자 D 23 : 접착제
25 : 광투과물 26 : 차광물
27 : 반도체 발광 장치 28 : 출력광
29 : 외부 방열체 30 : 고정 지그
31 : 부착 나사 32 : 광학 렌즈
33 : 급전 배선 34 : 회로 전환 장치
35 : 반사경 36 : 통기공
37 : 실장 구조물 38 : 광원 장치
39 : 전원

Claims (14)

  1. 절연성을 갖는 방열 기판의 편면에, 적어도 1개의 배선 도체(A)와, 배선 도체(B)와, 고체 발광 소자를 구비하고,
    상기 배선 도체(A) 상에 상기 고체 발광 소자가 실장되고,
    상기 배선 도체(B) 상에는 상기 고체 발광 소자가 실장되지 않은, 반도체 발광 장치로서,
    상기 고체 발광 소자는, 그 상면 또는 상하면 중 어느 하나에, 쌍을 이루는 급전 전극을 갖고,
    또한, 상기 고체 발광 소자의, 주 광 인출면의 대향면이 되는 하면 전체가, 상기 배선 도체(A)에 밀착하도록 실장되어 있고,
    상기 고체 발광 소자의 실장면을 상방으로부터 보았을 때에,
    상기 배선 도체(A)는, 상기 고체 발광 소자의 하면 전체를 실장하는 소자 실장 영역과, 상기 소자 실장 영역의 주변에 인접하여, 상기 소자 실장 영역의 주변에 대해서 방향이 치우치지 않게 설치된 복수의 유출 접착제 포획 영역을 갖고,
    상기 배선 도체(B)는, 상기 유출 접착제 포획 영역 이외의, 상기 소자 실장 영역의 주변의 인접부에, 상기 배선 도체(A)와 전기적으로 분리하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배선 도체(B)는, 상기 고체 발광 소자의 세로 및 가로 방향의 중심선을 피하는 위치에 외곽 중심부를 갖도록 배치되어 있는, 반도체 발광 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배선 도체(A)는, 회전 대칭성을 갖는 형상을 갖는, 반도체 발광 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고체 발광 소자는, 상기 배선 도체(A)의 외곽의 중앙부가 되는 위치에 실장되고, 상기 배선 도체(A)는, 상기 고체 발광 소자의 하면의 형상과 동일한 형상을 베이스로 하는 형상을 갖고, 또한, 상기 고체 발광 소자의 하면의 외주부 전체에 걸쳐 가장자리를 갖도록 형성되어 있는, 반도체 발광 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배선 도체(A)와 상기 배선 도체(B)의 전체를 가리키는 배선 도체(X)는, 상기 방열 기판 상에서 차지하는 면적 비율이 50% 이상 100% 미만인, 반도체 발광 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배선 도체(A)는, 상기 배선 도체(X) 중에서 차지하는 총 면적 비율이 50% 이상인, 반도체 발광 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 방열 기판은, 반전 대칭성을 갖는 형상을 갖고, 상기 고체 발광 소자는, 상기 방열 기판의 대칭 중심선 상에 실장면을 갖는, 반도체 발광 장치.
  8. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배선 도체(A)와 상기 배선 도체(B)의 전체를 가리키는 배선 도체(X)는, 상기 방열 기판의 일평면 상에서 실질적으로 회전 대칭성을 갖는, 반도체 발광 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배선 도체(B)와, 상기 고체 발광 소자의 전극 인출부는, 배선 도체(C)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 상기 배선 도체(B)는, 상기 배선 도체(A)보다도 수가 많은 배선 구조를 갖고, 쌍을 이루는 상기 배선 도체(A)와 상기 배선 도체(B)를 이용하여, 상기 고체 발광 소자에 전력을 공급하는 반도체 발광 장치로서,
    적어도 상기 배선 도체(B)를 전환함으로써, 동일 전력을, 동일 조건으로, 동일한 고체 발광 소자에 공급할 수 있는 배선 구조를 갖는, 반도체 발광 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 고체 발광 소자는, 그 실장면을 하면으로 했을 때에, 상면 가까이에 상기 일차광의 발생원이 되는 반도체 발광층을 구비하고, 상기 고체 발광 소자의 상하면에 전극을 구비하는 구조를 갖는, 반도체 발광 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 고체 발광 소자의 주 광 인출면 상에 파장 변환체를 더 구비하고, 상기 파장 변환체는, 상기 고체 발광 소자가 발하는 일차광에 의한 여기(excitation)에 의해 상기 일차광보다도 장파장의 광을 발하는, 반도체 발광 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 배선 도체(A)가, 상기 방열 기판의 일평면 상에, 복수개 구비된, 반도체 발광 장치.
  13. 청구항 1 내지 4, 9 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 반도체 발광 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  14. 청구항 9에 기재된 반도체 발광 장치와, 상기 반도체 발광 장치의 급전 단자를 전환하기 위한 회로 전환 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
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