KR20100091992A - 발광장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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마사히코 사노
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 색얼룩이 저감된 고휘도의 발광을 실현할 수 있는 발광장치 및 그 제조방법을 제공한다.
[해결수단] 발광장치는, 발광소자와, 상기 발광소자로부터 출사되는 빛이 입사되는 광투과 부재와, 피복부재를 가진다. 광투과 부재는, 외부에 노출된 발광면과, 이 발광면으로부터 연속하는 측면을 구비한 무기재료의 광변환 부재이다. 그리고 피복 부재는, 광반사성 재료를 함유하고, 적어도 광투과 부재의 측면을 피복한다. 이에 따라 실질적으로 발광면만을 발광장치에서의 빛의 방출 영역으로 할 수 있다. 즉, 지향성 및 휘도가 뛰어난 방출광이 실현되고, 나아가서는 방출광의 광학적인 제어가 용이해져, 각 발광장치를 단위광으로 하는 2차 이용성이 높아진다.

Description

발광장치 및 그 제조방법{LIGHT-EMITTING DEVICE AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 발광소자로부터의 빛을 투과할 수 있는 광투과 부재를 구비한 발광장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는, 소형이고 전력 효율이 좋으며 선명한 색의 발광을 한다. 또한, 반도체 소자인 발광소자는 수명이 끊어지는 등의 우려가 없다. 게다가, 초기 구동 특성이 뛰어나며, 진동이나 온·오프 점등의 반복에 강하다고 하는 특징이 있다. 또한, 발광소자로부터 방출되는 광원광과, 이것에 여기되어 광원광과 다른 색상의 빛을 방출할 수 있는 파장 변환 부재를 조합하는 것에 의해, 빛의 혼색의 원리에 의해, 다양한 색채의 빛을 출사할 수 있는 발광장치가 개발되고 있다. 이러한 뛰어난 특성을 갖기 때문에, 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED), 레이저 다이오드(Laser Diode:LD) 등의 반도체 발광소자는, 각종 광원으로서 이용되고 있다. 특히 최근에는, 형광등을 대신하는 조명용의 광원으로서 보다 소비 전력이 낮고 수명이 긴 차세대 조명으로서 주목을 모으고 있으며, 발광 출력의 향상 및 발광 효율의 개선이 더 요구되고 있다. 또한, 차량의 헤드라이트 등의 투광기, 투광 조명과 같이, 휘도가 높은 광원도 요구되고 있다.
이러한 발광장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 발광장치(100)가 제안되어 있으며, 이 발광장치(100)의 단면도를 도 10에 도시한다. 발광장치(100)는, LED 소자(102)와, 이 LED 소자(102)를 탑재한 케이스(103)로 구성된다. 케이스 (103)는, 광취출측에 개구하고 있으며, 개구 내부에 LED 소자(102)가 놓여진다. 또한, 케이스(103) 내에는, 광반사입자(111A)를 함유하는 코팅재(111)가 충전되어 있으며, LED 소자(102)에서의 광취출면(105A)을 제외한 바깥면 영역은, 이 코팅재 (111)로 피복되어 있다.
한편, 성형된 코팅제(111)의 바깥면 상으로서, 또한 광취출면(105A) 상에는, 시트형상의 형광체층(110)이 배치되어 있다. 형광체층(110)은, LED 소자(2)로부터의 방사광(청색광)을 받아 여기되는 것에 의해, 파장 변환광(황색광)을 방사하는 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) 등의 형광체를 포함한 수지로 이루어진다. 또한, 형광체층(110)은, LED 소자(102)의 광취출면(105A) 전체를 덮도록 구성되고, 광취출측에 노출하는 발광면(110A)을 더 가진다. 이에 따라, LED 소자(102)로부터의 1차광(청색광)과, 이 1차광의 일부가 파장 변환된 2차광(황색)이 혼색되어, 발광면 (110A)으로부터 백색광을 얻을 수 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보2007-19096호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보2002-305328호
그런데, 도 10의 발광장치(100)이면, 형광체층(110)으로 진행한 빛은, 발광면(110A) 측에서의 방출(도 10에서의 화살표 L1 참조) 뿐만 아니라, 두께를 구성하는 측면(104)측으로부터도 출사된다(도 10에서의 화살표 L2 참조). 이 결과, 발광면(110A)측에서의 출사광 L1이 백색을 나타내는데 비하여, 한편, 측면(104)측에서의 출사광 L2는 1차광의 청색 성분이 부족하여 황색을 띤다. 즉, 형광체층(110)의 부위에 따라서 1차광 및 2차광의 혼색율이 상이하여, 색얼룩이 발생하는 문제가 있었다.
또한, 발광장치(100)를 단위광으로 하여, 이것을 복수 조합하여 조명 등의 기구로 할 때에, 단위 발광장치로부터의 각 성분을, 렌즈 등의 광제어계로 집광·확산하는 것에 의해, 전체의 방출광을 원하는 방사 방향으로 교정하는 수단을 채용하는 경우가 있다. 이 때, 각 단위광에서의 가로 방향의 빛 성분은, 방사 방향을 제어하기 어렵고, 또한, 직진 방향과의 색미의 차이에 의해 전체의 발광 특성을 저감할 우려가 있기 때문에 컷된다. 즉, 가로 방향의 빛 성분에 상당하는 광속의 손실이 발생하며, 휘도의 감소로 연결된다. 즉 발광장치(100)에서는, 빛의 방출 에어리어인 형광체층(110)의 부위에 따라서 색얼룩이 발생하기 때문에, 이 발광장치 (100)를 2차 이용할 때, 부적합한 빛 성분을 제거하게 되고, 상대적으로 광속 및 휘도가 저하할 우려가 있었다. 또한, 1개의 발광장치를 이용한 기구에도, 상술한 바와 같은 문제가 있다.
그런데, 상술한 바와 같이, 형광체층(110)을 통과하여 발광장치 외부로 방출되는 빛은, LED 소자(102)로부터의 1차광과 형광체층(110) 내에서 파장 변환된 2차광의 혼합색이며, 이 혼색의 비율에 의해서 원하는 색상을 얻는다. 즉, 방출광의 파장은, 형광체층(110) 내의 파장 변환 부재량, 또한 파장 변환 부재의 충전 밀도에 의존된다. 실제로, 형광체층(110)에, 광원으로부터의 출사광을 파장 변환할 수 있는 정도의 파장 변환 부재를 함유시키고자 하면, 무시할 수 없는 정도의 두께가 생긴다. 이 두께는 파장 변환 부재 자체의 입자지름 사이즈나, 파장 변환 부재의 충전 밀도에 의존하지만, 적게 어림잡아도, 성장 기판을 제외한 반도체 구조의 4배 이상, 통상적으로는 20배 이상이 된다. 즉, 발광장치에서의 발광은, 측면 방향으로부터도 충분히 시각적으로 볼 수 있는 정도이며, 두께에 비례하여 상기의 색얼룩의 문제가 현저해진다. 게다가, LED를 대전류로 구동하기 위한 투입 전력의 증가에 따라서, 파장 변환 부재에서의 열스트레스가 증대할 우려가 있다. 이러한 파장 변환 부재에서의 발열이나 그에 따른 열스트레스는, 발광 특성의 저하를 유발하는 경향이 있었다. 특히, 고휘도의 광원을 실현하기 위해 파장 변환 부재와 발광소자가 근접 또는 접촉하여 배치되는 경우에는, 파장 변환 부재의 발열량이 커져, 상기 열에 기인하는 신뢰성의 문제도 현저해진다. 또한, 복수의 발광소자를 집적하여 고휘도화를 실현하고자 하면, 상기와 같은 단일의 발광소자에서 발생하는 문제는 더 복잡해지게 된다. 예를 들면, 발광소자의 배열에 기인하여 발광면 내에 휘도 불균일이나 색얼룩이 발생하고, 또한 발광 면적의 증대에 의해 상기의 파장 변환 부재의 밀도나 그 편재에 의한 영향을 받기 쉽고, 색얼룩이 발생하기 쉬워진다. 또한, 발광소자의 수가 증가하는 것에 의해 발열량이 증대하는 것 외에, 열내림의 경로가 변화하여 열분포의 악화를 일으키게 된다.
본 발명은, 종래의 이러한 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 고온 내성이 뛰어나고, 색얼룩이 저감된 고휘도의 발광, 혹은 고출력의 발광을 실현할 수 있는 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1의 발광장치는, 발광소자와, 발광소자로부터 출사되는 빛이 입사되는 광투과 부재와, 피복 부재를 가진 발광장치로서, 광투과 부재는, 외부에 노출된 발광면과, 발광면으로부터 연속하는 측면을 구비한 무기재료의 광변환 부재이며, 피복 부재는, 광반사성 재료를 함유하고, 적어도 광투과 부재의 측면을 피복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2의 발광장치는, 피복 부재가 발광소자를 포위하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3의 발광장치는, 광투과 부재가 판 형상으로서, 발광면에 대향하는 수광면을 가지며, 발광소자는, 수광면에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4의 발광장치는, 발광소자가 실장 기판상에 플립 칩 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제5의 발광장치는, 피복 부재가 발광소자를 피복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제6의 발광장치는, 발광면측으로부터의 평면에서 보아, 발광소자가 광투과 부재에 내포되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제7의 발광장치는, 하나의 광투과 부재에 복수의 발광소자가 광학적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제8의 발광장치는, 발광소자와 발광소자를 포위하는 피복 부재와, 광투과 부재를 가진 발광장치이다. 광투과 부재는, 외부에 노출된 발광면과, 발광면으로부터 연속하는 측면과, 발광면에 대향하는 수광면을 구비한 무기재료로 이루어진 판 형상의 광변환 부재이다. 그리고 광투과 부재의 수광면에 복수의 발광소자가 접합되고, 발광소자로부터 빛이 각각 입사된다. 또한 피복 부재는 광반사성 재료를 함유하고, 적어도 광투과 부재의 측면을 피복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제9의 발광장치는, 발광소자가 실장 기판상에 각각 플립 칩 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제10의 발광장치는, 피복 부재가 발광소자를 각각 피복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제11의 발광장치는, 발광소자가 공극에 의해 피복 부재와 각각 이간되고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제12의 발광장치는, 발광장치의 발광면측으로서, 피복 부재가 발광면과 대략 동일면이 되는 표출면을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제13의 발광장치는, 발광면측으로부터의 평면에서 보아, 발광소자가 광투과 부재에 내포되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제14의 발광장치는, 광투과 부재의 수광면에, 발광소자가 접합된 접합 영역과, 피복 부재에 의해 피복된 피복 영역이 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제15의 발광장치는, 발광소자가 서로 이간되어 광투과 부재의 수광면에서 접합 영역의 사이에 이간 영역이 마련되어 있으며, 피복 영역이 이간 영역에 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제16의 발광장치는, 광투과 부재가 발광소자보다 바깥쪽으로 돌출한 돌출 영역을 가지며, 수광면의 돌출 영역에 피복 영역이 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제17의 발광장치는, 피복 부재가, 투광성 수지중에, Ti, Zr, Nb, Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물의 광반사성 재료를 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제18의 발광장치는, 피복 부재가, Al2O3, AlN, MgF, TiO2, ZrO2, Nb2O5, SiO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 광반사성 재료로 구성되는 다공질체인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제19의 발광장치는, 광변환 부재가 형광체를 함유하고, 발광소자로부터 발해지는 빛의 적어도 일부를 파장 변환할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제20의 발광장치는, 광변환 부재가 무기물과 형광체의 소결체인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제21의 발광장치는, 무기물이 알루미나(Al2O3)로서, 형광체는 YAG(Y3Al5O12)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제22의 발광장치의 제조방법은, 발광소자와, 발광소자로부터 출사되는 빛이 입사되는 광투과 부재와, 피복 부재를 가지는 발광장치의 제조방법이다. 그리고 발광소자를 배선 기판에 실장하고, 발광소자와 배선 기판을 전기적으로 접속시키는 제1의 공정과, 발광소자의 실장측과 대향하는 광취출측의 적어도 일부를 광투과 부재와 광학적으로 접속시키는 제2의 공정과, 광투과 부재의 두께를 구성하는 측면을 피복 부재로 피복하고, 피복 부재의 바깥면이 광투과 부재의 바깥면을 따르도록 피복 부재를 성형하는 제3의 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광장치에 의하면, 광투과 부재에서, 외부에 빛을 방출하는 발광면은 피복 부재로부터 노출하고 있으며, 한편, 발광면으로부터 연속하는 측면은, 피복 부재로 피복되는 구조로 한다. 즉, 실질적으로 발광면만을 발광장치에서의 빛의 방출 영역으로 할 수 있다. 측면을 피복 부재로 피복함으로써, 발광소자로부터 측면측으로 진행한 빛을, 인접한 피복 부재로 반사하고, 이 성분광을 발광면측으로부터 취출할 수 있다. 이 결과, 중앙영역과 색상이 다른 측면 통과광이 바깥쪽으로 방출되는 것을 회피할 수 있으며, 색얼룩의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 측면 방향에의 빛을 발광면측에서 취출함으로써, 전체의 광속량의 손실을 억제하여, 발광면에서의 휘도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 지향성 및 휘도가 뛰어난 방출광을 실현할 수 있으며, 나아가서는 방출광의 광학적인 제어가 용이해지기 때문에, 각 발광장치를 단위광으로 하는 2차 이용성이 높아진다. 또한, 피복 부재에 열을 전도시켜, 광투과 부재의 방열성을 높일 수 있어, 발광장치의 신뢰성을 높일 수 있다. 게다가 복수의 발광소자를 집적한 발광장치에서, 면내에서 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있어, 색얼룩이 저감된 고휘도의 광원을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광장치의 제조방법에 의하면, 광투과 부재의 위치 결정 후에, 피복 부재로 광투과 부재의 측면을 피복하면, 그 발광면영역을 원하는 바에 따라 조절할 수 있다. 또한, 광투과 부재 및 피복 부재에 의해서 포위되는 발광소자를 기밀 상태로 용이하게 밀봉할 수 있다.
[도 1] 실시형태 1에 관한 발광장치의 개략 단면도이다.
[도 2] 실시형태 1에 관한 발광소자의 개략 단면도이다.
[도 3] 실시형태 1에 관한 발광장치의 제조방법을 도시하는 모식도이다.
[도 4] 실시형태 2에 관한 발광장치의 제조방법을 도시하는 모식도이다.
[도 5] 실시형태 3에 관한 발광장치의 제조방법을 도시하는 모식도이다.
[도 6] 실시형태 4에 관한 발광장치의 개략 단면도이다.
[도 7] 비교예 1에 관한 발광장치의 개략 단면도이다.
[도 8] 비교예 1 및 실시예 1에 관한 발광장치의 배광색도를 도시한 그래프이다.
[도 9] 광투과 부재의 발광면에 대한 측면의 비율과 도와의 관계를 도시한 그래프이다.
[도 10] 종래의 발광장치를 도시한 단면도이다.
[도 11] 실시예 3 및 비교예 2의 내열성 시험에서의 출력을 도시한 그래프이다.
[도 12] 실시예 3 및 비교예 2의 내열성 시험에서의 색도치를 도시한 그래프이다.
[도 13] 실시예 3 및 비교예 2에 관한 발광장치의 내열성 시험전의 광투과 부재의 주변을 도시한 개략 상면도이다.
[도 14] 비교예 2에 관한 발광장치의 내열성 시험 후의 광투과 부재의 주변을 도시한 개략 상면도이다.
아래에 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 다만, 아래에 나타내는 실시예는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한, 발광장치 및 그 제조방법을 예시하는 것으로서, 본 발명은, 발광장치 및 그 제조방법을 이하의 것에 특정하지 않는다. 게다가 본 명세서는, 특허 청구 범위를 이해하기 쉽도록, 실시예에 나타내는 부재에 대응하는 번호를, 「특허 청구 범위」, 및, 「과제 해결 수단」란에 나타내는 부재에 부기하고 있다. 다만, 특허 청구 범위에 나타내는 부재를, 실시예의 부재에 특정하는 것은 결코 아니다. 특히 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 칫수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
한편, 각 도면이 도시한 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해 과장하고 있는 경우가 있다. 또한 아래의 설명에서, 동일한 명칭, 부호에 대해서는 동일 혹은 동질의 부재를 나타내고 있으며, 상세 설명을 적절히 생략한다. 또한 본 발명을 구성하는 각 요소는, 복수의 요소를 동일한 부재로 구성하여 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 형태라도 좋고, 반대로 하나의 부재의 기능을 복수의 부재로 분담하여 실현할 수도 있다. 또한, 일부의 실시예, 실시형태에서 설명된 내용은, 다른 실시예, 실시형태 등에 이용 가능한 것도 있다. 또한, 본 명세서에서, 층상 등에서 말하는 「상(上)」이란, 반드시 상면에 접촉하여 형성되는 경우에 한정되지 않고, 이간하여 상방에 형성되는 경우도 포함하고 있으며, 층과 층의 사이에 개재층이 존재하는 경우도 포함하는 의미로 사용한다. 한편, 본 명세서에서, 피복 부재를 봉지(封止) 부재로서 기재하고 있는 경우도 있다.
(실시형태 1)
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 발광장치(1)의 개략 단면도이고, 도 1에 도시한 예의 발광장치(1)의 주된 구조는, 다음과 같다. 발광소자(10)와, 이 발광소자(10)로부터 출사되는 빛을 투과하는 광투과 부재(15)와, 광투과 부재(15)의 일부를 피복하는 피복 부재(26)로 주로 구성된다. 발광 소자(10)는, 배선 기판(9)상에 도전 부재(24)를 사이에 끼워 실장되고, 발광소자(10)의 상방에는 광투과 부재(15)가 광학적으로 더 접속되어 있다. 광투과 부재(15)는, 발광소자(10)로부터의 빛을 수광하는 수광면(15b)과, 수광한 빛을 방출하는 면으로서 발광장치(1)의 바깥면을 구성하는 발광면(15a)을 가진다. 또한, 광투과 부재(15)는, 발광면(15a)과 대략 직교하는 면으로서 두께 방향과 평행한 측면(15c)을 가진다.
또한, 광투과 부재(15)는, 그 일부가 피복 부재(26)로 피복되고, 외부로 빛을 방출하는 발광면(15a)을 피복 부재(26)로부터 노출시키고 있다. 피복 부재(26)는, 빛을 반사할 수 있는 광반사성 재료(2)를 함유하고 있으며, 또한 피복 부재 (26)는 적어도, 광투과 부재(15)의 발광면(15a)으로부터 연속하는 측면(15c)을 피복하고, 적합하게는 피복 부재(26)의 피복 영역의 표출면이 발광면(15a)의 면과 대략 동일면이 되도록 형성된다. 상기 구조로부터, 발광소자(10)로부터 출사된 빛은, 광투과 부재(15)에 진행한 후, 발광면(15a)을 발광장치의 창부(窓部)로 하고, 이 창부로부터 바깥쪽으로 방출된다. 그 창부는, 광투과 부재를 포위하는 피복 부재에 대해서, 출사 방향의 앞면에 마련되며, 즉, 피복 부재를 발광면에 대해서 대략 동일면으로 하거나, 발광면으로부터 수광면측으로 후퇴한 바깥 표면으로서, 광투과 부재의 발광면으로부터의 빛을, 피복 부재에 의해 차단되지 않도록 되어 있다.
또한, 광투과 부재(15)에는, 발광소자(10)로부터 출사되는 빛의 적어도 일부를 파장 변환할 수 있는 파장 변환 부재에 의해서 구성된다. 즉, 발광소자(10)로부터의 출사광은, 그 일부를 파장 변환 부재로 파장 변환된 2차광과 가색 혼합되어, 원하는 파장광을 방출할 수 있는 발광장치가 된다. 아래에, 본 발명에서의 발광장치(1)의 각 부재 및 구조에 대하여 설명한다.
(발광소자)
발광소자(10)는 공지의 것, 구체적으로는 반도체 발광소자를 이용할 수 있고, GaN계 반도체는, 형광 물질을 효율적으로 여기할 수 있는 단파장을 발광할 수 있기 때문에 바람직하다. 실시형태 1의 발광소자(10)는, 동일면측에 양전극 및 음전극이 형성되어 있지만, 이 형태에 한정되지 않고, 예를 들면 하나의 면에 양 및 음의 전극이 각각 형성되어 있는 것이어도 좋다. 또한, 양 및 음의 전극은, 반드시 한 쌍에 한정되지 않고, 각각 복수 형성되어 있어도 좋다.
반도체층(11)으로서는, 실시예 및 이하에 설명하는 질화물 반도체가, 가시광영역의 단파장영역, 근자외영역, 혹은 그것보다 단파장영역인 점, 그 점과 파장 변환 부재(형광체)를 조합한 발광장치에서 적합하게 이용된다. 또한, 그에 한정되지 않고, ZnSe계, InGaAs계, AlInGaP계 등의 반도체여도 좋다.
(발광소자 구조)
반도체층에 의한 발광소자 구조는, 후술하는 제1 도전형(n형)층, 제2 도전형(p형)층의 사이에 활성층을 가진 구조가 출력, 효율상 바람직하지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 각 도전형층에, 절연, 반절연성, 역도전형 구조가 일부에 마련되어도 좋고, 또한 그들이 제1, 2 도전형층에 대하여 부가적으로 마련된 구조여도 좋으며, 다른 회로 구조, 예를 들면 보호 소자 구조를 부가적으로 가져도 좋고, 또한 상기 기판이 발광소자의 도전형의 일부를 담당하는 구조여도 좋으며, 기판이 발광소자 구조를 구성하지 않는 경우에는 제거해도 좋다. 또한, 성장 기판을 반도체층 형성 후에 제거한 기판이 없는 반도체소자 구조, 그 취출한 반도체층을 지지 기판, 예를 들면 도전성 기판에 접착, 플립 칩 실장한 구조 등으로 할 수도 있고, 또한 다른 투광성 부재, 투광성 기판을 반도체층에 접착한 구조로 할 수도 있다. 구체적으로는, 반도체층의 광취출측의 주면에 성장 기판, 접착한 부재·기판을 가진 경우는 투광성으로 하고, 불투광성, 차광성, 광흡수성의 성장 기판의 경우는 제거하고, 그러한 기판에 반도체층을 접착하는 경우는, 반도체층 주면의 광반사측에 마련하는 구조로 한다. 광취출측의 투광성 기판·부재로부터 반도체층에 전하를 공급하는 경우는, 도전성의 것을 이용하면 좋다. 또한, 반도체층에 접속하는 투광성 부재·기판에 대신하여, 광투과 부재(15)를 이용할 수도 있다. 기타, 유리, 수지 등의 투광성 부재에 의해 반도체층이 접착·피복되어, 지지된 구조의 소자라도 좋다. 성장용 기판의 제거는, 예를 들면 장치 또는 서브 마운트의 칩 얹어놓음부에 유지하고, 연마, LLO(Laser Lift 0ff)로 실시할 수 있다. 또한, 투광성의 이종 기판으로서, 기판 제거함으로써, 광취출 효율, 출력을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
또한, 발광소자, 반도체층(11)의 구조로서는 MIS 접합, PIN 접합이나 PN접합을 가진 호모 구조, 헤테로 구조 혹은 더블 헤테로 구성의 것을 들 수 있다. 또한, 각 층을 초격자 구조로 하거나, 활성층인 발광층(8)을 양자효과가 발생하는 박막에 형성시킨 단일 양자 우물 구조나 다중 양자 우물 구조로 하거나 할 수도 있다.
반도체층에 마련되는 전극은, 실시예 및 이하에 설명하는 한쪽의 주면측에 제1 도전형(n형), 제2 도전형(p형) 층의 전극이 마련되는 구조가 바람직하지만, 그에 한정되지 않고 반도체층의 각 주면에 대향하여 각각 전극이 마련되는 구조, 예를 들면 상기 기판 제거 구조에서 제거측에 전극을 마련하는 구조여도 좋다. 또한, 발광소자의 실장 형태에 대해서도 공지의 기술을 채용할 수 있으며, 예를 들면 동일면측에 양음 전극을 가지는 소자 구조에서는, 그 전극 형성면측을 주광취출면으로 하는 실장으로 할 수 있다. 또한 실시예 및 아래에 설명하는 전극 형성면과 대향하는 성장 기판측을 주광취출면으로 하는 플립 칩 실장이, 열내림의 관점에서는 바람직한 것 외에, 적절하게 소자 구조에 맞춘 탑재 수단을 채용할 수 있다.
도 1의 발광장치(1)에 탑재되는 발광소자(10)는, 질화물 반도체소자의 LED 칩이며, 이 LED 칩을 배선 기판(9)의 하나인 서브 마운트상에 플립 칩 실장하고 있다. 도 2는, 발광소자(10)의 개략 단면도이다. 도 2의 발광소자(10)는, 발광소자의 일례를 도시한다.
발광소자(10)의 구조에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다. 발광소자(10)는, 대향하는 한 쌍의 주면 중에서, 하나의 주면측인 성장 기판(5)상에, 반도체 구조 (11)로서의 질화물 반도체층을 적층하여 형성되어 있다. 반도체 구조(11)는, 하층측으로부터 순서대로, 제1 질화물 반도체층(6), 활성층(8), 제2 질화물 반도체층 (7)을 적층한다. 또한, 제1 질화물 반도체층(6) 및 제2 질화물 반도체층(7)에는, 전기적으로 접속되는 제1 전극(3A) 및 제2 전극(3B)을 각각 구비한다. 그리고 발광소자(10)는, 제1 전극(3A) 및 제2 전극(3B)을 사이에 끼워, 외부로부터 전력이 공급되면, 활성층(8)으로부터 빛을 방출한다. 이하에 그 발광소자(10)의 일례로서 질화물 반도체의 발광소자의 제조방법을 설명한다.
(광반사 구조)
또한, 발광소자(10)는 광반사 구조를 가질 수 있다. 구체적으로는, 반도체층의 서로 대향하는 2개의 주면중에, 광취출측과 대향하는 다른쪽의 주면을 광반사측(도 1에서의 아래쪽)으로 하고, 이 광반사측에 반사 구조를 마련하여, 특히 반도체층내나 전극 등에 마련할 수 있다.
(투광성 도전층)
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, p형 반도체층(7) 상에 투광성 도전층(13)을 형성한다. 또는 노출한 n형 반도체층(6)의 거의 전체면에 도전층을 형성할 수도 있다. 또한, 투광성 도전층(13)은 그 위에 반사 구조를 마련하는 것에 의해 전극 형성면측을 반사측으로 할 수 있고, 또한 패드 전극으로부터 투광성 도전층을 노출시켜 그로부터 빛을 취출하는 구조로 할 수도 있고, 또한 그러한 투광성 도전층을 사이에 두지 않고 반사성 전극을 반도체층에 마련한 전극 구조로 할 수도 있다. 또한, 투광성 도전층(13)의 피복 영역은, n형 반도체층(6) 및 p형 반도체층(7)의 쌍방의 반도체층 뿐만 아니라, 어느 한쪽의 반도체층에만 한정할 수도 있다. 투광성 도전층(13)은, 바람직하게는 Zn, In, Sn로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 일종의 원소를 함유한 산화물로 한다. 구체적으로는, ITO, ZnO, In2O3, SnO2 등, Zn, In, Sn의 산화물을 함유한 투광성 도전층(13), 바람직하게는 ITO를 사용한다. 혹은 Ni 등의 금속을 3nm의 박막으로 한 금속막, 기타 금속의 산화물, 질화물, 그들 화합물, 기타 창부의 개구부를 가지는 금속막과 같은 광투과 구조라도 좋다. 이와 같이, 노출한 p형 반도체층(7)의 거의 전체면에 도전층이 형성되는 것에 의해, 전류를 p형 반도체층(7) 전체에 균일하게 확산시킬 수 있다. 또한, 투광성 도전층(13)의 두께, 크기는, 그 층의 광흡수성과 전기 저항·시트 저항, 즉, 빛의 투과, 반사 구조와 전류 확대를 고려하여, 예를 들면 두께 1㎛이하, 구체적으로는 두께 10nm로부터 500nm로 한다.
(전극)
계속해서, 반도체층 위에 전극층이 형성되고, 상기 투광성 도전층이 개재된 경우에는, 그것과 전기적으로 접속된다. 전극은, p형 반도체층(7) 및 n형 반도체층 (6)측에 적절히 마련된 투광성 도전층(13)상, 혹은 반도체 구조상에 접하여 형성되어, 제1 전극(3A)과 제2 전극(3B)을 각각 구성한다. 전극층은, 발광소자(10)와 외부 전극을 전기적으로 접속시켜, 패드 전극으로서 기능시켜도 좋다. 예를 들면, 금속 전극층 표면에 Au범프와 같은 도전 부재(24)를 배치하고, 도전 부재를 사이에 끼워, 발광소자의 전극과, 이것에 대향된 외부 전극과 전기적 접속시킨다. 또한, 도 2의 예에서는, 금속 전극층(3B)은 투광성 도전층(13)상과 겹쳐져 전기적으로 직접 접속되어 있다. 패드 전극에는 기존의 구성을 적절히 채용할 수 있다. 예를 들면 Au, Pt, Pd, Rh, Ni, W, Mo, Cr, Ti의 어느 하나의 금속 또는 이들 합금이나 그들 조합으로 완성된다. 금속 전극층의 일례로서, 아래면으로부터 W/Pt/Au, Rh/Pt/Au, W/Pt/Au/Ni, Pt/Au 혹은 Ti/Rh의 적층 구조를 채용할 수 있다.
또한, 상기 질화물 반도체 발광소자의 p형 질화물 반도체층(7)측 및 n형 질화물 반도체층(6)측에 형성되는 전극층, 혹은 각 도전형의 전극에는, 금속의 종류나 막두께나 층 구조를 동일한 구성으로 하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 동시에 형성함으로써, 별도로 형성하는 경우와 비교하면, 상기 투광성 도전층을 포함한 전극의 형성의 공정을 간략화할 수 있기 때문이다. 별도로 형성하는 경우의 n형 질화물 반도체층측의 전극은, 예를 들면, n형 질화물 반도체층(6)측으로부터 순서대로 적층시킨 W/Pt/Au전극(그 막두께로서 예를 들면 각각 20nm/200nm/500nm)이나, Ni를 더 적층시킨 W/Pt/Au/Ni, 혹은 Ti/Rh/Pt/Au전극 등을 이용할 수 있다.
(보호막)
금속 전극층을 형성한 후, 외부 영역과의 접속 영역을 제외하고 반도체 발광소자(10)의 거의 전체면에 절연성의 보호막(14)을 형성할 수 있다. 도 2의 예에서는, n형 전극(3A) 부분 및 p형 전극(3B) 부분에 피복되는 보호막(14)에, 개구부가 각각 형성되어 있으며, 각 전극에서의 노출 영역을 얻는다. 보호막(14)에는 SiO2, TiO2, Al2O3, 폴리이미드 등을 이용할 수 있다.
또한, 발광장치에 탑재되는 발광소자로, 그 발광층으로부터 출력되는 출사광의 발광 피크 파장은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 근자외선으로부터 가시광의 단파장 영역인 240nm∼500nm 부근, 바람직하게는 380nm∼420nm 혹은 450nm∼470nm에 발광 스펙트럼을 가진 반도체 발광소자를 이용할 수 있다.
(질화물 반도체 발광소자)
아래에 그 발광소자(10)의 일례로서 질화물 반도체의 발광소자와 그 제조방법을 설명한다.
도 2의 질화물 반도체의 발광소자(10)에서는, 성장 기판(5)인 사파이어 기판 위에, 제1 질화물 반도체층(6)인 n형 반도체층, 활성층(8)인 발광층, 제2 질화물 반도체층(7)인 p형 반도체층을 순서대로 에피텍셜 성장시켜, 질화물 반도체층(11)을 형성한다. 계속해서, 발광층(8) 및 p형 반도체층(7)의 일부를 선택적으로 에칭 제거하고, n형 반도체층(6)의 일부를 노출시켜, 이 노출 영역에 제1의 전극(3A)인 n형 패드 전극을 형성하고 있다. 또한 n형 전극(3A)과 동일면측으로서, 투광성 도전층(13)상에는, 제2 전극(3B)인 p형 패드 전극이 형성된다. 또한, n형 패드 전극 (3A) 및 p형 패드 전극(3B)의 소정의 표면만을 노출하고, 다른 부분은 절연성의 보호막(14)으로 피복할 수 있다. 한편, n형 패드 전극(3A)은, n형 반도체층(6)의 노출 영역에, 그 투광성 도전층을 사이에 끼워 형성해도 좋다. 발광소자(10)는, 제1 전극(3A) 및 제2 전극(3B)을 사이에 끼워, 외부로부터 전력이 공급되면, 활성층(8)으로부터 빛을 방출하여, 도 1의 화살표에 도시하는 바와 같이, 상면측으로부터 주로 빛이 취출된다. 즉 도 1의 발광소자(10)에서는, 그 전극 형성면측을 실장측(도 1의 아래쪽)으로 하고, 그것과 대향하는 다른쪽의 주면측(도 1의 위쪽)을 주된 광취출측으로 한다. 아래에 반도체 발광소자(1)의 각 구성요소에 관하여, 구체적으로 설명한다.
(성장 기판)
성장 기판(5)은, 반도체층(11)을 에피텍셜 성장시키는 기판으로, 질화물 반도체에서의 기판으로서는, C면, R면, 및 A면중의 어느 하나를 주면으로 하는 사파이어나 스피넬(MgAl2O4)과 같은 절연성 기판, 또한 탄화규소(6H,4H,3C), Si, ZnS, ZnO, GaAs, 다이아몬드, 및 질화물 반도체와 격자 접합하는 니오브산리튬, 갈륨산네오듐 등의 산화물 기판, GaN나 AlN 등의 질화물 반도체 기판이 있다.
(질화물 반도체층)
질화물 반도체로서는, 일반식이 InxAlyGa1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)로서, B나 P, As를 혼정(混晶)해도 좋다. 또한, n형 반도체층(6), p형 반도체층(7)은, 단층, 다층을 특별히 한정하지 않는다. 질화물 반도체층(11)에는 활성층인 발광층(8)을 가지며, 이 활성층은 단일(SQW) 또는 다중 양자 우물 구조(MQW)로 한다. 이하에 질화물 반도체층(11)의 예를 나타낸다.
성장 기판상에, 버퍼층 등의 질화물 반도체의 바탕층, 예를 들면 저온 성장 박막 GaN와 GaN층을 사이에 끼우고, n형 질화물 반도체층으로서, 예를 들면 Si 도프 GaN의 n형 컨택트층과 GaN/InGaN의 n형 다층막층을 적층하고, 계속해서 InGaN/GaN의 MQW의 활성층을 적층하고, 또한 p형 질화물 반도체층으로서, 예를 들면 Mg도프의 InGaN/AlGaN의 p형 다층막층과 Mg도프 GaN의 p형 컨택트층을 적층한 구조를 이용한다. 또한, 질화물 반도체의 발광층(8)(활성층)은, 예를 들면, 우물층을 포함한, 장벽층과 우물층을 포함한 양자 우물 구조를 가진다. 활성층에 이용되는 질화물 반도체는, p형 불순물 도프라도 좋지만, 바람직하게는 논도프 또는 n형 불순물 도프에 의해 발광소자를 고출력화할 수 있다. 우물층에 Al를 함유시키는 것에 의해, GaN의 밴드 갭 에너지인 파장 365nm보다 짧은 파장을 얻을 수 있다. 활성층으로부터 방출하는 빛의 파장은, 발광소자의 목적, 용도 등에 따라 360nm∼650nm 부근, 바람직하게는 380nm∼560nm의 파장으로 한다. 우물층의 조성은 InGaN가, 가시광·근자외 영역에 적합하게 이용되고, 그 때의 장벽층의 조성은, GaN, InGaN가 좋다. 장벽층과 우물층의 막두께의 구체적인 예로서는, 각각 1nm 이상 30nm이하, 1nm 이상 20nm이하이며, 1개의 우물층의 단일 양자 우물, 장벽층 등을 사이에 끼운 복수의 우물층의 다중 양자 우물 구조로 할 수 있다.
다음에, p형 반도체층(7)의 표면에 소정의 형상을 이루는 마스크를 형성하여, p형 반도체층(7) 및 활성층인 발광층(8)을 에칭한다. 이에 따라 소정의 위치의 n형 반도체층(6)을 구성하는 n형 컨택트층이 노출된다. 그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, n형, p형 컨택트층에 각각 n전극(3A), p전극(13) 및 반사 전극의 패드 전극(3B)을 형성하고, 전극 접속부를 노출시켜, 소자의 표면에 보호막(14)을 형성하여, 질화물 반도체의 발광소자를 제작한다.
(배선 기판)
한편, 도 1의 발광장치(1)에 있어서, 상기의 발광소자(10)가 실장되는 배선 기판(9)은, 적어도 표면이 소자의 전극과 접속되는 배선을 형성한 것을 이용할 수 있다. 기판의 재료는, 기판 전체가 질화 알루미늄으로 구성되는 질화 알루미늄의 단결정, 다결정 등의 결정성 기판, 또한 소결 기판, 다른 재료로서 알루미나 등의 세라믹, 유리, Si 등의 반금속 혹은 금속 기판, 또한 그들 표면에 질화 알루미늄 박막층이 형성된 기판 등, 적층체, 복합체를 사용할 수 있다. 금속 기판, 금속성 기판, 세라믹 기판은 방열성이 높기 때문에, 바람직하다. 또한, 배선 패턴의 형성은 이온밀링법 혹은 에칭법 등에 의해서 금속층의 패터닝이 실시된다. 일례로서 상기 기판의 질화 알루미늄으로 이루어진 표면상에 백금 박막 등으로 이루어진 배선 패턴 등을 들 수 있다. 또한, 배선 패턴을 보호할 목적으로, 기판의 배선 패턴이 형성된 측의 표면에 SiO2 등의 박막으로 이루어진 보호막을 형성해도 좋다. 발광소자의 전극과 접속되는 배선 기판에 한정하지 않고, 소자가 놓여지는 기판에는, 배선을 갖지 않는 기판이어도 좋고, 예를 들면, 전극 형성면측을 주된 발광측으로 하는 발광소자에 있어서, 그 기판측을 실장하여 소자의 전극을 장치의 전극에 와이어 접속하는 형태여도 좋다. 또한, 그 기판과 피복 부재의 형태로서는, 도시한 발광장치와 같이, 피복 부재가 기판 위에 설치되는 형태 외에, 기판의 측면을 덮는 형태여도 좋다.
(광투과 부재)
또한 도 1의 발광장치(1)는, 발광소자(10)로부터의 빛을 투과하는 광투과 부재(15)를 구비한다. 광투과 부재(15)는 통과하는 빛의 적어도 일부를 파장 변환할 수 있는 광변환 부재로서, 파장 변환 부재를 가지는 것이 바람직하다. 그에 따라, 광원으로부터의 1차광이 광투과 부재(15)를 통과할 때에, 파장 변환 부재로서의 형광체를 여기함으로써, 주광원의 파장과는 다른 파장을 가지는 2차광을 얻을 수 있고, 이 결과 파장 변환되지 않는 1차광과의 혼색에 의해, 원하는 색상을 가진 출사광을 실현할 수 있다.
또한, 도 1의 광투과 부재(15)는, 발광면(15a)으로부터의 평면에서 보아 발광소자(10)를 내포하도록 구성된다. 바꾸어 말하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 광투과 부재(15)의 측면(15c)이, 발광소자(10)의 측면을 구성하는 단면(33)보다 바깥쪽으로 돌출하고 있다. 이에 따라, 도 5의 예(실시형태 3)의 것보다, 광학적으로 접속된 발광소자(10)로부터의 출사광을, 발광소자(10)의 상면보다 폭넓은 수광면 (15b)으로 직접적으로 수광할 수 있기 때문에 광속의 손실이 적다. 한편, 광투과 부재(15)의 측면(15c)의 발광소자(10)의 측면에 대한 돌출량은, 발광소자의 칫수에 비하여, 예를 들면 3% 이상 30% 이하이며, 구체적으로는 5% 이상 15% 이하이다. 예로서 실시예 1의 발광장치에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이 투광성 부재(15)의 종단에 약 50㎛의 폭으로 돌출하고 있다.
여기서, 광투과 부재에 파장 변환 부재를 함께 가진 상기 투광성 부재로서는, 하기 피복 부재와 같은 재료를 이용할 수 있으며, 예를 들면 수지, 유리, 무기물을 이용할 수 있고, 또한, 하기 파장 변환 부재에 의한 성형체, 결정체 등이어도 좋다. 또한, 발광면, 수광면은 광투과 부재가 판 형상인 경우에는, 양면 모두 대략 평탄한 면인 것, 또는 대향하는 양면이 서로 평행인 것이 바람직하고, 이에 따라, 수광으로부터 발광에 적합하게 빛이 진행한다. 한편, 그에 한정되지 않고, 발광면, 수광면은 평탄한 면에 한정되지 않고, 전체, 일부에 곡면을 가진 형태 외에, 요철면 등의 면 형상의 형태, 또 면 형상의 형태에 한정하지 않고 여러 가지 형상 혹은 형태, 예를 들면 집광, 분산하기 위한 형상, 예를 들면 렌즈 형상 등과 같은 광학적인 형상으로 할 수도 있다.
또한, 광투과 부재의 파장 변환 기능으로서, 발광소자의 빛과 그 변환광의 혼색광에 의한 발광장치 외에, 예를 들면 발광소자의 자외광에 의한 변환광, 혹은 복수의 변환광에 의한 혼색광과 같이, 발광소자의 1차광으로부터 변환된 2차광을 출사하는 발광장치로 할 수도 있다.
파장 변환 기능을 구비한 광투과 부재(15)는, 구체적으로 유리판, 거기에 광변환 부재를 구비한 것, 혹은 광변환 부재의 형광체 결정 혹은 그 상(相)을 가진 단결정체, 다결정체, 아몰퍼스체, 세라믹체, 혹은 형광체 결정입자에 의한, 그것과 적절히 부가된 투광성 부재의, 소결체, 응집체, 다공질성 재료, 그들에 투광성 부재, 예를 들면 수지를 혼입, 함침한 것, 혹은 형광체 입자를 함유하는 투광성 부재, 예를 들면 투광성 수지의 성형체 등으로 구성된다. 한편, 광투과 부재는, 수지 등의 유지재료보다 무기재료로 구성되는 것이 내열성의 관점에서는 바람직하다. 구체적으로는 형광체를 함유하는 투광성의 무기재료로 이루어진 것이 바람직하고, 특히 형광체와 무기물(결합재)과의 소결체, 혹은 형광체로 이루어진 소결체나 단결정으로 성형함으로써 신뢰성이 높아진다. 한편, 하기 YAG(이트륨·알루미늄·가닛)의 형광체를 이용하는 경우, YAG의 단결정이나 고순도의 소결체 외에, 알루미나(Al2O3)를 결합재(바인더)로 하는 YAG/알루미나의 소결체가 신뢰성의 관점에서 바람직하다. 또한, 광투과 부재(15)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 실시형태 1에서는 광투과 부재(15)를 판 형상으로 하였다. 판 형상으로 함으로써, 면형상으로 구성되는 발광소자(10)의 출사면과의 결합 효율이 좋고, 광투과 부재(15)의 주면이 대략 평행이 되도록 용이하게 위치 맞춤할 수 있다. 덧붙여, 광투과 부재(15)의 두께를 대략 일정하게 함으로써, 구성되는 파장 변환 부재의 편재를 억제할 수 있고, 이 결과, 통과하는 빛의 파장 변환량을 대략 균일하게 하여 혼색의 비율을 안정시켜, 발광면(15a)의 부위에서의 색얼룩을 억제할 수 있다. 이 때문에, 하나의 광투과 부재(15)에 복수의 발광소자(10)를 탑재하는 경우에, 개개의 발광소자(10)의 배치에 기인하는 발광면내의 휘도나 색도의 분포에 얼룩이 적고 대략 균일하고 휘도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 한편, 파장 변환 기능을 구비한 광투과 부재(15)의 두께는, 발광 효율이나 색도 조정에서, 10㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 바람직하고, 또 50㎛ 이상 300㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 청색 발광소자와 적합하게 조합하여 백색 발광으로 할 수 있고, 파장 변환 부재에 이용되는 대표적인 형광체로서는, 세륨으로 부괄된 YAG의 형광체 및 LAG(루테늄·알루미늄·가닛)의 형광체를 들 수 있다. 특히, 고휘도로 장시간의 사용시에는 (Re1-xSmx)3(Al1-yGay)5O12:Ce(0≤x<1, 0≤y≤1, 단, Re는, Y, Gd, La, Lu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일종의 원소이다.) 등이 바람직하다. 또한 YAG, LAG, BAM, BAM:Mn, (Zn, Cd)Zn:Cu, CCA, SCA, SCESN, SESN, CESN, CASBN 및 CaAlSiN3:Eu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한 형광체를 사용할 수 있다.
발광장치(1)에서, 파장 변환 부재 혹은 그 기능을 구비한 광투과 부재는, 복수 구비하여도 좋고, 예를 들면, 상기 광변환 부재가 2종류 이상의 형광체를 혼합시킨 것이 있다. 그 외에, 서로 다른 파장의 파장 변환 부재를 복수 가진 광투과 부재, 혹은 그 기능을 구비한 광투과 부재를 복수 가지는 것, 예를 들면 그 광투과 부재의 적층체가 가능하고, 또한, 하나의 파장 변환 부재 혹은 그 기능을 구비한 광투과 부재와, 그것과는 별도로 발광장치의 광취출 창부 상에, 혹은 거기로부터 광원까지의 장치내에서의 광로 상에, 광변환 부재를 가지는 광변환부, 예를 들면 광투과 부재와 발광소자 사이, 그 결합 부재중, 발광소자와 피복 부재의 사이에 마련할 수도 있다. 황∼적색 발광을 가지는 질화물 형광체 등을 이용하여 붉은 빛 성분을 늘리고, 평균연색 평가수 Ra가 높은 조명이나 전구색 LED 등을 실현할 수도 있다. 구체적으로는, 발광소자의 발광 파장에 맞추어 CIE의 색도도(色度圖) 상의 색도점이 다른 형광체의 양을 조정하여 함유시키는 것에 의해 그 형광체 사이와 발광소자로 연결되는 색도도 상의 임의의 점을 발광시킬 수 있다. 기타, 근자외∼가시광을 황색∼적색역으로 변환하는 질화물 형광체, 산질화물 형광체, 규산염 형광체, L2SiO4:Eu(L은 알칼리토류 금속), 특히(SrxMae1-x)2SiO4:Eu(Mae는 Ca, Ba 등의 알칼리토류 금속) 등을 들 수 있다. 질화물계 형광체, 옥시나이트라이드(산질화물) 형광체로서는, Sr-Ca-Si-N:Eu, Ca-Si-N:Eu, Sr-Si-N:Eu, Sr-Ca-Si-O-N:Eu, Ca-Si-O-N:Eu, Sr-Si-O-N:Eu 등이 있고, 알칼리토류 질화 규소 형광체로서는, 일반식 LSi2OzN2:Eu, 일반식 LxSiyN(2/3x+4/3y):Eu 혹은 LxSiyOzN(2/3x+4/3y-2/3z):Eu(L은, Sr, Ca, Sr와 Ca중의 어느 하나)로 나타낸다.
또한, 발광장치에서, 하나의 광투과 부재(15)에 대응하는 발광소자(10)의 탑재 개수는 특별히 한정되지 않는다. 다만, 하나의 광투과 부재(15)를 통과하는 빛을 발광할 수 있는 발광소자(10)를 복수로 함으로써, 수광면(15b)에 진행하는 총광속량을 많게 할 수 있기 때문에, 나아가서는 발광면(15a)으로부터의 방출광의 휘도를 높일 수 있어 바람직하다. 한편, 복수의 발광소자(10)를 탑재하는 경우, 발광소자(10)는 서로 결합되어 마련되어 있어도 좋지만, 서로 적절히 이간되어 마련되어 있는 것이 바람직하다. 발광소자(10)의 이간 거리는, 발광장치의 배광 특성, 방열성, 및 발광소자의 실장 정밀도를 고려하여 적절히 결정할 수 있다. 예를 들면, 발광소자의 칫수에 비하여 10% 이내로 한다.
(피복 부재·봉지 부재)
봉지 부재(26)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 광투과 부재(15)의 일부를 피복하여, 구체적으로는 적어도 광투과 부재(15)의 측면(15c)을 피복한다.
또한, 봉지 부재(26)의 기재(基材)가 되는 수지의 재료는 투광성이면 특별히 한정되지 않고, 실리콘 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물 등을 사용하는 것이 바람직하지만, 에폭시수지 조성물, 변성 에폭시수지 조성물, 아크릴 수지 조성물 등의 투광성을 가진 절연수지 조성물을 이용할 수 있다. 또한, 이들 수지를 적어도 일종 이상 포함한 하이브리드 수지 등, 내후성이 뛰어난 봉지 부재도 이용할 수 있다. 또한, 유리, 실리카겔 등의 내광성이 뛰어난 무기물을 이용할 수도 있다. 또한, 봉지 부재의 발광면측을 원하는 형상으로 하는 것에 의해서 렌즈 효과를 갖게 할 수 있고, 발광소자 칩으로부터의 발광을 집속시킬 수 있다. 실시형태 1에서는 내열성·내후성의 관점으로부터 봉지 부재로서 실리콘 수지를 사용한다.
또한, 실시형태 1에서 봉지 부재(26)는 상기 수지중에 광반사성 재료(2)를 함유하여 이루어진다. 또한, 봉지 부재(26)는, 적어도 굴절률이 다른 2종의 수지 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 반사 능력을 높일 수 있고, 수지를 투과하여 인접한 부재로의 광누설 성분을 억제하여, 즉 원하는 방향으로의 광유도를 가능하게 한다. 또한, 상기의 효과를 유효하게 실현하기 위해서, 기재가 되는 수지, 즉 실시형태 1에서는 실리콘 수지중에, 광흡수가 적은 수지 재료가 적어도 1종류 함유된다. 광반사성 재료를 함유함으로써, 봉지 부재(26)의 반사율이 높아지고, 더 적합하게는 투광성의 입자에 의한 반사 때문에, 광흡수, 손실을 낮게 한 피복 부재로 할 수 있다. 즉 LED 칩으로부터의 출사광은, LED 칩의 주위 근방에 피복된 부재(26)로 반사되고, LED 칩측 혹은 광투과 부재(15)측으로 광유도된다. 한편, 봉지 부재(26)는 1종류의 수지, 예를 들면 실리콘 수지를 사용해도 좋다. 예를 들면, 주제와 경화제를 혼합하는 2액 타입의 실리콘 수지를 이용할 수 있다.
봉지 부재, 피복 부재(26)중에 함유되는 광반사성 재료(2)는, Ti, Zr, Nb, Al, Si로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 산화물, 혹은 AlN, MgF의 적어도 1종이며, 구체적으로는 TiO2, ZrO2, Nb2O5, Al2O3, MgF, AlN, SiO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이며, 상기 부재(26)중, 특히 투광성 수지중에 함유되는 광반사성 재료, 특히 그 투광성의 입자로서는, Ti, Zr, Nb, Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 산화물인 것으로, 재료의 투광성 및 반사성, 기재와의 굴절률차를 높일 수 있어 바람직하다. 또한, 피복 부재는, 상기 광반사성 재료에 의한 성형체로 구성할 수도 있으며, 구체적으로는 상기 입자를 응집한 응집체, 소결체, 등의 다공질 재료로 할 수도 있고, 기타 졸·겔법에 의한 성형체여도 좋다. 이러한 다공질체의 피복 부재에서는, 상기 광반사성 재료와 다공질내의 공기와의 굴절률차를 크게 할 수 있으므로, 광반사성을 높일 수 있기 때문에, 바람직하다. 한편, 다공질 재료의 피복 부재와, 상기 수지 등의 모재를 구비한 피복 부재를 비교하면, 원하는 형상으로 성형하는 것, 또한 봉지 성능, 기밀 성능을 높이는 데에 있어서 상이한 경향이 있고, 그 어느 하나, 쌍방을 구비한 발광장치로 하는 경우에는, 상기 모재를 구비한 피복 부재로 하는 편이 바람직하다. 또한, 양자의 피복 부재의 특성을 고려하여, 양자의 복합적인 성형체로 한 피복 부재를 형성할 수도 있고, 예를 들면, 원하는 형상으로 성형한 피복 부재에 바깥표면측으로부터 수지를 함침시키고, 기타 표면으로부터 깊이 방향 일부까지 수지로 함침된 부재로서, 발광소자를 봉지하여, 기밀성을 높여, 발광소자측의 내표면측에서는 다공질성에 의한 고반사 성능을 실현한 성형체로 할 수도 있다. 이와 같이, 피복 부재, 봉지 부재 혹은, 그에 따른 포위체는, 반드시 완전한 봉지, 기밀 봉지가 아니어도, 내부 영역과 외부가 연이어 통하거나 기체 투과성이거나 하여도 좋고, 적어도 빛이 누출되지 않는 형태, 특히 출사 방향으로 누출되지 않는 형태이면 좋다.
상술한 모재중에 광반사성 재료를 함유하는 피복 부재에서는, 그 함유 농도, 밀도에 의해 빛의 누설 거리가 다르기 때문에, 발광장치 형상, 크기에 따라, 적절히 농도, 밀도를 조정하면 좋다. 예를 들면, 비교적 작은 발광장치의 경우에는, 발광소자, 광투과 부재를 덮는 피복 부재의 두께를 작게 할 필요가 있고, 즉 그 얇은 두께의 부재로 빛의 누출을 억제하도록, 고농도의 광투과성 재료를 구비하는 것이 바람직하다. 한편, 광반사성 재료를 함유하는 피복 부재의 원료의 조제, 그 원료의 도포, 성형 등의 제조 과정에서, 그 원료에서의 광반사성 재료의 농도가 높아지면, 제조상의 곤란성이 있는 경우에는, 그 농도를 적절히 조정하게 된다. 여기서는, 모재를 구비한 피복 부재에 대하여 설명했지만, 상기 다공질체에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 일례로서 하기 비교예에서의 실험에서는, 그 함유 농도를 적합하게는 30wt%이상, 그 두께는 20㎛이상으로 하는 것이 적합하다. 이 범위이면, 발광면으로부터 고휘도로 지향성이 높은 방출광을 얻을 수 있다. 또한 광반사성 재료의 농도가 높으면 수지의 열확산성이 높아진다. 또 다른 예로서, 실리콘 수지에서의 광반사성 재료의 함유 농도를 20wt% 이상 30wt% 이하로 해도 좋다. 이 범위이면 적당한 점성을 가지는 수지로 할 수 있고, 봉지 부재, 피복 부재(26)에 의한 언더 필의 형성 등을 용이하게 할 수 있어 바람직하다.
(피복 영역)
그런데, 상술한 바와 같이, 발광소자(10)로부터의 출사광은, 광투과 부재 (15)의 수광면(15b)을 진행하여, 광투과 부재(15)내를 통과한 후, 발광면(15a)으로부터 방출된다. 따라서, 광투과 부재(15)에서의 적어도 측면(15c)을 봉지 부재(26)로 피복함으로써, 이하의 작용, 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 측면(15c) 영역으로부터 빛이 누출되는 것을 회피할 수 있다. 둘째, 발광면(15a)으로부터의 발광과 비교하여, 무시할 수 없을 정도의 색미차를 가진 빛이, 측면(15c)측으로부터 바깥쪽으로 방출하는 것을 억제하고, 전체의 발광색에서의 색얼룩의 발생을 저감할 수 있다. 셋째, 측면(15c) 방향으로 진행한 빛을 광취출 방향측으로 반사하고, 외부에의 발광 영역을 더 제한함으로써, 방출되는 빛의 지향성을 높이는 동시에, 발광면 (15a)에서의 휘도를 높일 수 있다. 넷째, 광투과 부재(15)로부터 발생하는 열을 봉지 부재(26)에 전도시키는 것에 의해 광투과 부재(15)의 방열성을 높일 수 있다. 광투과 부재(15)가 파장 변환 부재를 함유하는 경우에는, 파장 변환 부재의 발열이 현저하기 때문에, 특히 본 구성이 유효하게 된다.
또한, 광투과 부재(15)에서의 발광면(15a)으로부터 연속한 측면(15c), 즉 광투과 부재(15)의 두께 방향과 평행한 측면(15c)측이, 봉지 부재(26)에 의해 피복되고, 또한 발광면(15a)이 봉지 부재(26)로부터 노출되고 있으면, 그 바깥면 형상은 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 봉지 부재(26)가, 발광면(15a)보다 바깥쪽으로 돌출한 구조(본 실시형태) 혹은 오목한 구조(실시형태 3)라도 좋다. 다만, 실시형태 1에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 봉지 부재(26)의 바깥면이 발광면(15a)의 면형상을 따르도록 구성되고, 즉, 봉지 부재(26)의 피복 영역의 표출면이 발광면(15a)의 면과 대략 동일면이 되도록 형성되고 있다. 이에 따라 제조가 간이하게 되어 생산수율의 향상으로 연결된다. 또한, 측면(15c)의 대략 전체면을 피복하는 것에 의해, 광투과 부재(15)의 방열성을 높일 수 있다.
실시형태 1에서, 봉지 부재(26)는, 광투과 부재(15)에서의 측면(15d)에 더하여, 수광면(15b)의 일부도 피복한다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 광투과 부재(15)와 배선 기판(9)의 사이에 봉지 부재(26)를 충전시켜, 발광소자 (10)의 주위를 봉지 부재(26)에 의해 피복한다. 구체적으로, 광투과 부재(15)의 수광면(15b)에서, 발광소자(10)와의 대향 영역을 제외한 영역이 봉지 부재(26)로 피복된다. 이러한 구성에 의해, 광투과 부재의 수광면에서, 발광소자(10)와 광투과 부재(15)의 광학적인 접속 영역과, 봉지 부재(26)의 피복 영역이 마련되며, 이 광학적 접속 영역에 한정되어 거기로부터 발광소자(10)의 1차광을 광투과 부재(15)측으로 고효율로 광유도할 수 있다. 또한, 피복 영역의 봉지 부재(26)로, 광투과 부재의 수광면측에 진행한 빛을 광취출측에 반사시켜, 배선 기판(9)에서의 광흡수 등에 의한 광투과 부재에 입광한 1차광의 광손실을 억제할 수 있다. 도 1 등에 도시하는 바와 같이, 복수의 발광소자(10)가 하나의 광투과 부재(15)에 접합되는 경우에는, 그 발광소자 사이에 대해서도 봉지 부재(26)가 충전되고, 수광면(15b)에서 발광소자가 접합된 접합 영역 사이에 마련되는 이간 영역을, 봉지 부재(26)에 의해 피복하는 것이 바람직하다. 광투과 부재(15)내에서, 발광소자(10)가 접합된 접합 영역의 바로 위쪽에서 발생한 열이 이간 영역상에 머물기 쉬운 경향이 있고, 이러한 구성에 의해 상기 이간 영역의 방열성을 높일 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 광투과 부재(15)가 발광소자(10)보다 바깥쪽으로 돌출하고 있는 돌출 영역을 가지며, 그 수광면(15b)측의 돌출 영역이 봉지 부재(26)로 피복되는 것에 의해, 광투과 부재(15), 발광소자(10)의 바깥둘레 방향에의 열 내림이 촉진되어 방열성을 높일 수 있으므로, 바람직하다. 이와 같이, 봉지 부재(26)에 의한 광투과 부재(15)의 피복 영역이 증가하는 것에 의해, 광투과 부재(15)의 방열성을 한층 더 높일 수 있다.
(첨가 부재)
또한, 피복·봉지 부재(26), 광투과 부재(15)에는, 광반사성 재료(2), 광변환 부재 외에, 점도 증량제 등, 사용 용도에 따라 적절한 부재를 첨가할 수 있고, 이에 따라서 원하는 발광색, 그들 부재 혹은 장치 표면의 색, 예를 들면 외광에 대한 콘트라스트를 높이기 위해서 피복 부재의 바깥 표면을 흑색으로 착색하는 등, 지향 특성을 가지는 발광장치를 얻을 수 있다. 마찬가지로 외래광이나 발광소자로부터의 불필요한 파장을 컷하는 필터 효과를 갖게 한 필터재로서 각종 착색제를 첨가시킬 수도 있다.
(접착재)
발광소자(10)와 광투과 부재(15)의 계면에는 접착재(17)가 개재되어 있으며, 이에 따라 쌍방의 부재를 고착한다. 이 접착재(17)는, 발광소자(10)로부터의 출사광을 광투과 부재(15)측으로 유효하게 광유도할 수 있고, 쌍방의 부재를 광학적으로 연결할 수 있는 재질이 바람직하다. 그 재료로서는 상기 각 부재에 이용되는 수지 재료를 들 수 있으며, 일례로서 실리콘 수지 등의 투광성 접착 재료를 이용한다. 또한, 발광소자(10)와 광투과 부재(15)의 고착에는, 열압착에 의한 결정 접합 등도 채용할 수 있다.
(발광장치)
상기의 발광소자(10)를 배선 기판(9)상에 플립 칩 실장하고, 상기 광투과 부재, 피복 부재를 구비하여, 도 1에 도시한 예의 발광장치(1)를 얻는다. 이 제조방법의 일례로서 그 제조방법에 대하여, 도 3을 이용하여 설명한다. 먼저 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 배선 기판(9) 상, 또는 발광소자(10)에, 플립 칩 실장하는 패턴에 따라, 범프(24)를 형성한다. 다음에 이 범프(24)를 사이에 끼워 발광소자(10)를 플립 칩 실장한다. 이 예에서는 서브 마운트 기판(9) 상에서, 하나의 발광장치에 대응하는 영역에, 각각 1개의 LED 칩을 나열하여 실장하고 있지만, 칩의 탑재 개수는 발광면, 광투과 부재의 크기에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 한편, 발광소자(10)의 실장은 공정(共晶)으로 달성해도 좋다. 이에 따라 배선 기판(9)과 발광소자(10)의 접합 면적을 크게 하여 열내림을 촉진할 수 있기 때문에, 방열성을 높일 수 있다.
또한 도 3(b)에서 발광소자(10)의 이면측(사파이어 기판 이면 혹은 LLO로 기판 제거한 경우이면 질화물 반도체 노출면)에, 접착재(17)인 실리콘 수지를 도포하여, 광투과 부재(15)를 적층한다. 그 후 실리콘 수지(17)를 열경화하여, 발광소자 (10)와 광투과 부재(15)를 접착한다.
또한 도 3(c)에서, 스크린 인쇄를 실시한다. 스크린 인쇄는, 메탈 마스크를 배선 기판(9) 상에 배치하고, 봉지 부재(26)를 구성하는 수지를 도포하여, 스퀴지로 확대한다. 이 때, 봉지 부재(26)의 표면이, 광투과 부재(15)의 표면에 따르도록, 즉 쌍방의 표면이 대략 동일 면형상에 위치하도록 스퀴지로 광투과 부재(15)의 표면을 고르게 한다. 또는, 수지(26)를 핫팅한 후에 스퀴지를 사용하지 않고, 표면이 자중으로 평탄화해도 좋다. 혹은 트랜스퍼 몰드로 형성할 수도 있다. 그리고 수지(26)를 경화한 후, 메탈 마스크를 떼어내고 소정의 위치(예를 들면 도 3(c)에서의 파선부)로 다이싱을 행하여, 서브 마운트 기판 사이즈로 잘라 내어 발광장치를 얻는다.
다만, 발광소자(10)의 주위를 피복하는 수지(26)의 배치 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 수지(26)가 배치되는 영역의 계면을 구성한 패키지를 형성하여 이것을 틀체로 하고, 이 내부에 수지(26)를 충전할 수도 있다. 틀체는 발광장치의 형성 후에 제거할 수 있다. 혹은 내부에 충전하는 수지의 연도에 따라서는 틀체를 잔존시켜도 좋다. 틀체는 발광장치의 외곽을 담당하며, 발광장치의 강도를 높일 수 있다. 또한 캐피티를 구비한 배선기판을 이용하여, 공정을 간략하게 해도 좋다. 또한, 발광소자는 발광장치의 소정의 얹어놓음부에 직접 실장되는 형태, 즉 서브 마운트를 구비하지 않아도 좋다. 또한, 상기 개개로 잘라진 서브 마운트 기판, 혹은, 거기에 렌즈 등을 접착, 봉지된 것을 발광장치로 할 수도 있다.
(실시형태 2)
한편, 광투과 부재(15)의 발광소자(10)에 대한 위치 맞춤의 다른 예를 실시형태 2로 한다. 도 4는, 실시형태 2에 관한 발광장치(20)의 개략 단면도이다. 도 4의 발광장치(20)에서는, 광투과 부재(15)의 측면(15c)이, 발광소자(10)의 단면(33)과 대략 동일면 상에 위치하고 있으며, 즉 쌍방의 측면이 대략 면일치로 구성된다. 이에 따라, 상기 실시형태 1에서의 광투과 부재의 소자 바깥쪽에 돌출한 부분, 즉 그 둘레가장자리부에서, 발광소자로부터의 광량이 부족하여 그 부분에서 색얼룩이 발생하기 쉬워지는 것을 방지할 수 있다. 다만, 본 명세서에서 말하는 '대략 동일면'이란, 상술한 기능상에서 실질적으로 동일면이면 좋고, 예를 들면 그 동일면의 발광장치의 광투과 부재, 발광소자의 치수에 비하여 ±10% 정도로 할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 광투과 부재의 발광면과 그것을 포위하는 피복 부재의 바깥표면의 동일면 등에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
(실시형태 3)
또한 도 5에 실시형태 3에 관한 발광장치(30)의 개략 단면도를 도시한다. 도 5의 발광장치(30)에서는, 광투과 부재(15)가 발광소자(10)의 일부만을 적층하고, 즉 광투과 부재(15)의 측면(15c)이, 발광소자(10)의 단면(33)보다 안쪽에 위치하고 있다.
도 1(실시형태 2), 도 4(실시형태 3), 도 5(본 실시형태)에 도시한 어느 형태에서도, 광취출측으로부터의 평면에서 보아, 발광면(15a)의 주위는 봉지 부재 (26)로 피복되어 있다. 이에 따라, 광반사성 재료(2)를 함유하는 봉지 부재(26)의 바깥면 영역에서는 빛이 방출되지 않고, 즉 발광장치에서의 발광 영역은, 광투과 부재(15)의 발광면(15a)에 실질적으로 의존된다. 따라서, 도 1에 도시한 실시형태 1의 구성이면, 발광소자에 비하여 발광면(15a)을 크게 할 수 있기 때문에, 발광장치로부터의 광속량·출력을 높일 수 있고, 도 5에 도시한 본 실시형태의 예이면, 발광 영역을 축소하여, 발광소자에 비하여 발광면을 작게 함으로써, 보다 한층, 혼색의 비율을 대략 일정하게 할 수 있기 때문에, 색얼룩이 더 저감된 방출광으로 할 수 있다. 또한, 발광 영역을 저감함으로써 상대적인 휘도를 높일 수 있다. 또한 도 4의 구성은, 소위 도 1과 도 5의 예에서의 중간의 구성으로서, 광속과 휘도, 배색성에서의 쌍방의 균형이 취해진 빛을 방출할 수 있다.
(실시형태 4)
또한, 봉지 부재(26)는, 적어도 광투과 부재(15)에서의 발광면(15a)의 주위를 구성하고, 즉 측면(15c)과 접면하여 형성되고, 발광장치의 발광 영역을 발광면 (15a)으로 한정하는 것이 중요하며, 다른 봉지 부재(26)의 피복 영역에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 여기서, 봉지 부재(26)의 발광소자(10)에 대한 피복 영역의 점으로 실시형태 1∼3과 상이한 발광장치(40)를 실시형태 4로서 들 수 있다. 도 6은 실시형태 4에 관한 발광장치(40)의 개략 단면도이다. 발광장치(40)에서, 봉지 부재(26b)의 피복 영역을 제외한 다른 구조에 대해서는 실시형태 1∼3과 실질적으로 동일하며, 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 적절히 설명을 생략한다.
실시형태 4에서는, 실시형태 1∼3과 비교하여 발광소자(10)에 대한 봉지 부재(26b)의 피복 영역이 다르다. 즉, 봉지 부재(26b)가 발광소자(10)의 단면(33)측의 바깥쪽만을 피복하고 있으며, 그런데도 발광소자 표면에서 상기 광투과 부재와 광학적으로 접속하는 접속부와 기판과의 전기적, 물리적인 접속부로부터 노출된 노출부가 피복되지 않고 이간되어, 복수 놓여진 발광소자(10)의 서로의 이간 영역에 충전되지 않고 공극이 형성된다. 특히, 도 6의 예에서는, 발광소자(10)의 바깥측의 봉지 부재(26b)가, 발광소자(10)의 단면(33)과 이간되고 있다. 구체적으로, 발광소자(10)의 단면(33)측에는, 이 단면(33)과 대략 평행 또한 이간되어 봉지 부재(26b)가 위치한다. 즉 발광소자(10)는, 상하 방향을 광투과 부재(15)와 배선 기판(9)에 의해서, 또한 좌우 방향을 봉지 부재(26b)에 의해서 주위가 둘러싸여 구성된다. 그리고 각 포위 부재를 경계로 하는 내부공간이 형성되고, 발광소자(10)의 주변 근방은, 공동이 마련된다. 이와 같이 피복 부재가 광투과 부재의 수광면측의 영역, 발광소자를 포위하는 포위체로서 형성되는 형태인 것, 또한 도시한 바와 같이, 기판의 일부를 덮거나, 또는 기판상에 마련되어, 그 포위체가 형성되는 형태인 것이 바람직하고, 또한 본 실시형태와 같이 포위체 내부에 발광소자로부터 이간되는 것에 의해 형성되는 내부 영역을 구비하는 것이 바람직하다. 이 때, 포위체는, 도시한 바와 같이, 포위체의 창부로서 광투과 부재, 그 발광면을 구비한 바깥상자체, 또는 발광면이 출사 방향의 앞면에 마련되는 바깥 상자체로서 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 구조, 즉 상기 포위 부재에 의한 내부 영역을 구비한 구조이면, 발광소자의 상기 노출부가 피복되는 것에 의한 광손실, 예를 들면 봉지 부재에 의한 광흡수를 억제하고, 즉, 상기 광학적인 접속부의 광량을 높일 수 있고, 출력, 휘도가 높은 발광장치로 할 수 있다. 이 때, 바람직하게는 발광소자와의 굴절률차를 높게 하도록, 상기 내부 공간이 기밀 봉지 등으로 소자와 공기·기체와의 굴절률차가 높은 노출부를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 발광소자가 하나의 광투과 부재에 광학적으로 접속하는 경우에는, 그 소자간에 대해서도 동일하게 공극을 가지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 발광소자, 그 광학적 접속부에 비하여, 충분히 큰 발광면의 광투과 부재로 하는 경우에는, 수지 등, 상술한 광투과 부재, 피복 부재의 기재를 적합하게 이용할 수 있다. 이것은, 광투과 부재의 수광면에서, 소자와의 광학적 접속 영역과 내부 공간에 충전된 투광성 부재에 접속하는 충전 부재 접속 영역을 구비하고, 소자로부터의 발광이, 직접, 광학적 접속 영역에 입광되는 경로에 더하여, 상기 충전 부재에 취출되어 그 충전 부재 접속 영역으로부터 입광되는 것에 의해, 소자보다 큰 발광면을 형성할 수 있다. 덧붙여, 봉지 부재(26b)의 형상이 간단하고 쉽기 때문에, 봉지 부재(26b)를 별개로 제작하여, 이것을 광투과 부재(15)측에 접속하여 발광장치(40)를 얻을 수도 있다.
실시예 1
실시형태에서의 발광장치에 관해서, 발광 특성의 우위성을 확인하기 위해서, 이하의 실시예를 실시한다. 실시예 1의 발광장치(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 하나의 광투과 부재(15)와, 약 1mm×1mm의 대략 정방형의 LED 칩을 2개 탑재하고 있으며, 봉지 부재(26)로 광투과 부재(15) 및 발광소자(10)의 일부를 피복하고 있다. 광투과 부재(15)는 판 형상으로서, 그 발광면(15a), 및 이 발광면(15a)과 대향하는 수광면(15b)은 약 1.1mm×2.2mm로 구성되는 사각 형상이며, 또한 두께는 150㎛이다. 또한, 봉지 부재(26)는, TiO2 입자를 함유하는 실리콘 수지로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 발광장치(1)의 광취출측으로부터의 평면에서 보아, 발광면(15a)의 주변 영역, 구체적으로는 광투과 부재(15)의 측면(15c)을 피복하고, 또한 발광면(15a)의 면형상을 따르도록 성형되어 있다. 즉, 발광장치(1)는, 발광면(15a)을 주발광면으로 하고, 그 주위를 봉지 부재(26)로 피복함으로써, 이 피복 영역으로부터의 바깥쪽에의 발광을 억제하고 있다. 또한 광투과 부재(15)는, 수광면(15b)에서, 발광소자(10)와의 광학적 접속 영역을 피복하고 있으며, 또한 배선 기판(9)과 광투과 부재(15)의 사이를 충전함으로써, 발광소자(10)의 측면 및 실장측도 피복하고 있다.
(비교예 1)
한편, 비교예 1에 관한 발광장치(200)의 개략 단면도를 도 7에 도시한다. 발광장치(200)는, 실시예 1의 발광장치(1)와 비교하여, 광투과 부재(15)에 대한 봉지 부재(26)의 피복 영역만이 실질적으로 다르다. 즉, 광투과 부재(15)는, 봉지 부재 (26)의 표면보다 상방으로 돌출하여 형성되어 있다. 또한 봉지 부재(26)는, 광투과 부재(15)의 측면(15c)을 피복하고 있지 않고, 따라서 이 측면(15d) 외부로 노출하고 있다.
이상과 같이, 실시예 1과 비교예 1에 관한 발광장치의 제조방법에서, 실시예 1에서는 광투과 부재(15)를 적층한 후에 봉지 부재(26)를 피복하는데 비하여, 비교예 1에서는 먼저 봉지 부재(26)를 성형하고, 그 후에 광투과 부재(15)를 장착한다. 따라서, 비교예 1에서의 봉지 부재(26)는, 광투과 부재(15)의 측면(15c)을 피복하고 있지 않고, 바꾸어 말하면 측면(15d) 외부로 노출하고 있다. 이 결과, 비교예 1의 발광장치(200)에서는, 발광소자(10)로부터의 출사광이, 광투과 부재(15)의 수광면(15b)으로부터 진행했을 때, 광투과 부재(15)내를 통과한 후, 노출한 측면(15c) 및 발광면(15a)으로부터 외부로 방출된다. 즉 발광장치(200)는 광투과 부재(15)의 구성에서 도 12의 발광장치(100)와 유사하며, 즉 광투과 부재(15)로부터의 출사광이, 발광면(15a) 뿐만 아니라 측면(15c)측으로부터도 방출되어, 쌍방의 빛은 시인할 수 있을 정도로 색미가 상이하다.
실시예 1 및 비교예 1의 발광장치의 광속, 휘도, 배광색도의 각 특성은, 이하에 나타내는 것이 된다.
광속에 대해서, 실시예 1과 비교예 1은, 최대치로 각각 167[Lm](색도ФY 약 0.339), 166[Lm](동(同) 약 0.322)이고, 동등한 특성이 되며, 따라서 실시예 1에서, 광투과 부재(15)의 측면(15b)을 봉지 부재(26)의 피복에 의해서 차광의 영향은 거의 없는 것을 알 수 있다.
휘도에 대해서, 발광에서의 최대 휘도와 평균 휘도의 평균치는, 실시예 1에서 각각 6086[cd/cm2]와 3524[cd/cm2], 비교예 1에서 3952[cd/cm2]와 2500[cd/cm2]의 것을 얻을 수 있으며, 즉 비교예 1에 비하여, 실시예 1은 약 40% 휘도가 향상한다. 또한, 도 8에 실시예 1, 비교예 1의 발광장치에서 얻어지는 배광색도 특성을 도시한다. 실시예 1 및 비교예 1 모두, 시야각이 작은 영역, 즉 광축상의 색온도를 극대치로 하고, 출사 각도의 절대치가 커짐에 따라 색온도가 감소한다. 그러나, 비교예 1에서는 고각도와 저각도에서의 색온도차가 현저하게 크고, 상세하게는 쌍방의 색상이 상이하여 색얼룩의 발생이 인식된다. 한편, 실시예 1에서는, 비교예 1에 비하여 색온도차가 극히 작고, 비교예 1이 광축을 극대치로서 급준한 곡선 형상이 되는데 비하여, 극대치에 대해서 완만한 곡선을 나타내며, 즉 시야각도의 전역에서 색온도차가 적고, 색얼룩의 저감이 현저하다. 여기서, 가로 방향으로부터의 출사광은, 그 광속의 다소에 상관없이, 발광장치 전체의 발광에서 색얼룩의 요인이 되기 때문에, 봉지 부재(26)로 가로 방향에의 성분을 발광면(15a)측으로 광유도하는 것이 바람직한 것은 상술한 바와 같고, 아래에 휘도의 관점에서 봉지 부재(26)의 우위성을 고찰한다.
본 발명에 의한, 광투과 부재(15)의 측면(15c)을 피복하는 발광장치(이하, '피복형'이라고 표기하는 경우가 있다.)에서, 광투과 부재(15)의 두께가 증가하면, 이에 준하여 측면(15b)에서의 봉지 부재(26)의 피복 영역도 증가한다. 이 측면에서의 봉지 부재(26)에 의한 광흡수는, 상술한 바와 같이 거의 영향을 받지 않고, 따라서, 광투과 부재(15)의 두께가 증가해도, 두께 방향에의 빛 성분은 발광면(15a)측으로 광유도되어, 실질적으로 이 발광면(15a)만으로부터 발광장치 외부로 방출되게 된다. 즉, 발광면(15a)의 휘도는, 광투과 부재(15)의 두께에 의존하지 않고, 항상 대략 일정하게 할 수 있다.
다른 한편, 비교예 1과 같이, 광투과 부재(15)의 측면(15c)을 피복하지 않는 구조로 하는 발광장치(이하, '비차폐형'이라고 기재하는 경우가 있다.)이면, 광투과 부재(15)의 두께 증가에 따라 측면에서의 성분광, 측면으로부터의 출사광의 비율이 증가하고, 바꾸어 말하면, 광취출측인 출사면으로부터의 발광의 비율이 감소하여, 즉 출사면에서의 휘도가 감소한다.
따라서, 판 형상의 광투과 부재에서 발광면(15a)과 양측의 측면(15c)으로부터의 출사광의 비율이 어느 정도이면, 측면(15c)측의 피복에 의한 휘도 상승의 효과, 즉 봉지 부재(26)에 의한 측면(15c)의 반사 효과가 유효하게 되는 광투과 부재 (15)의 두께의 범위에 대해서, 이하에 검증하여, 그 결과를 도 9에 도시한다. 도 9는, 피복형 및 비차폐형 모두, 저면인 수광면(15b)으로부터의 발광은 없고, 또한 비차폐형에서는 발광면(15a) 및 측면(15c)에서는 균일하게 발광한다고 가정하고, 휘도는, 각각의 발광면(15a)으로부터 나오는 빛을 대상으로 한다([휘도]=[광속]÷[발광면의 면적]). 덧붙여, 피복형의 전광속이, 비차폐형과 비교하여 10% 손실한다고 가정하고, 광투과 부재(15)의 두께의 비율([측면 비율]=[양측면의 면적]÷[발광면의 면적])의 증가에 따른 휘도 변화를 나타낸다. 여기서 말하는 광속의 10% 손실이란, 피복형에서의 봉지 부재(26)중에서의 반사에 의한 광흡수를 고려한 것으로서, 실제로는, 상술한 바와 같이 봉지 부재(26)에 의한 광흡수는 거의 없지만, 광손실량을 많게 어림잡아 가정한 수치이다.
도 9로부터, 피복형에서는 발광 영역이 광투과 부재의 두께에 의존하지 않기 때문에 휘도가 대략 일정하게 된다. 한편, 비차폐형에서는 광투과 부재의 두께가 증가함에 따라, 발광면으로부터의 발광량이 감소하는 것보다, 상대적인 휘도가 저하한다. 또한, 피복형과 비차폐형의 휘도가 대략 동일해지는 것은, 광투과 부재의 두께가 0.04mm, 측면 비율 약 12%이며, 또한 광속차가 5%일 때에는 두께 0.02mm, 측면 비율 약 5.2%가 된다. 따라서, 이보다 두꺼운 경우에는, 비차폐형보다 피복형에서의 휘도가 높아지는 것을 알 수 있다.
이것을, 상기 실시예 1과 비교예 1의 휘도 특성에 적용하면, 측면 비율이 약 29%이고, 상기 광속차 5% 설정의 휘도비([비차폐형의 휘도]/[피복형의 휘도])가 약 134%에 근사한 것을 알 수 있다. 또한, 광속차 0% 설정에서의 휘도비 약 141%에 대해, 상기 실시예 1과 비교예 1의 광속차가 약 0.01%, 휘도비가 약 141%로 양호한 일치가 보인다.
이와 같이, 상기 가정에 근거한 피복형과 비차폐형의 비교 검증이, 실시예 1 및 비교예 1의 특성과 양호한 일치를 나타내기 때문에, 그 검증이 유효하다고 하는 것을 알 수 있다.
(피복 부재의 두께와 반사 성능)
또한, 봉지 부재(26) 속에 개재된 광반사성 재료(2)에 대하여, 실시예 1의 발광장치(1)에서는, 봉지 부재(26)로서 실리콘 수지에 광반사성 재료(2)인 TiO2를 함유시키고 있으며, 그렇게, 투명 수지 속의 광반사성 재료의 함유량과, 피복 부재 (26)의 두께에 의하여, 그 반사 능력, 그 부재 속에의 광 도달 깊이가 변화한다. 예를 들면, 실시예 1과 동일한 세라믹 기판상에, 반사율의 높은 Al의 막과 낮은 W의 막을 성막하고, 실시예 1과 같은 TiO2 입자(평균 입자지름 0.2㎛)를 실리콘 수지에 혼련하여, 그 실리콘 수지에 대한 중량비를 25%, 33%, 50%의 피복 부재의 원료를 각각 조제하고, 상기 세라믹 기판상에 그 원료를 도포하여, 도포 회전수를 2000, 4000, 6000rpm의 조건으로 스핀코트하고, 수지를 열경화시켜 시료를 제작하여, 그 각 원료, 도포 조건의 시료에 대하여 그 표면 법선 방향의 광반사율을 측정 함으로써, 상기 광반사성, 광 도달 깊이 등을 평가할 수 있다.
예를 들면, 50wt%의 원료, 회전수 6000, 2000rpm에서 그 피복 부재의 두께는 각각 20㎛, 70㎛의 것을 얻을 수 있으며, 다른 한편, 광반사율은, 상기 Al, W의 반사막의 차이에 의하지 않고 거의 일정한 반사율이 되어, 회전수가 많아질수록, 즉 부재의 두께가 작아질수록, 약간 저하하는 경향이 보이며, 예를 들면, 상기 회전수, 부재 두께의 조건으로 반사율 94%로부터 89%의 범위에서 저하하게 된다.
또한, 25wt%, 33wt% 정도에서는, 상기 Al, W의 반사막에 의한 반사율의 차이, [Al시료의 반사율]-[W시료의 반사율]이 크고, 특히 고회전수에서 그 차가 더 커지는 경향이 있고, 또한, 25wt%의 것보다 33wt%의 것이, 그 차 및 그 고회전영역에서의 차이가 벌어지는 것이 작아져, 예를 들면 회전수 2000rpm의 33wt%의 것에서는, Al, W반사막에 의한 차이가 거의 없어진다. 또한, 반사율은, 상기 50wt%의 것보다, 33wt%의 것이 낮고, 또한 그것보다 25wt%의 것이 낮아진다. 따라서, 반사성 재료의 함유량으로서는, 30wt% 이상, 바람직하게는 40wt% 이상으로 함으로써, 더 바람직하게는, 50wt% 이상으로 한다. 두께에 대해서는, 20㎛이상 정도이면 좋은 것을 알 수 있고, 이로부터, 광투과 부재의 바깥가장자리, 동일 부재와 기판의 사이, 동일 부재가 소자로부터 돌출한 부분, 소자 노출부, 소자간 영역에서의 피복 부재의 두께가 그 정도 있으면 충분한 것도 알 수 있다.
실시예 1의 발광장치(1)에서는, 광투과 부재(15)와 배선 기판(9)의 대향면에서의 이간 거리가 100㎛ 이상으로 구성된다. 따라서 이 이간 영역 내에 충전된 봉지 부재(26)이면, 상기의 범위내의 두께를 갖기 때문에, 빛은 수광면(15b)측으로 반사되고, 배선 기판(9)의 광흡수에서의 영향을 회피할 수 있는 것이 확인된다.
실시예 2
도 6에 도시한 발광장치(1)와 같이, 발광소자의 주위에 공극을 구비한 장치를 이하와 같이 제작한다.
실시예 1과 같이, 기판상에 발광소자를 얹어 놓고, 광투과 부재를 그 발광소자에 접속한다. 여기서, 광투과 부재를 기판보다 크게, 대략 2.2mm×3.2mm 정도로 하고, 그 기판에 내포되도록 배치하고, 발광소자도 또한 기판에 내포되도록 배치한다. 계속해서, 실시예 1의 피복 부재의 수지를 기판의 측면과 광투과 부재의 수광면의 일부와 측면을 덮도록 도포하고, 열경화시켜 성형한다. 이 때, 기판측면에 의해 수지가 방죽과 같이 작용하여, 기판 내부에 수지가 진입하지 않도록 걸어멈춤되고, 즉 기판의 단부에 피복 부재의 내벽이 형성되고, 그 기판 바깥측에 기판측면을 덮는 수지가, 그 기판 바깥측에 돌출한 광투과 부재의 수광면을 덮어, 수지 내벽과 발광소자의 사이에 공극이 형성된다. 이 때, 공극은, 발광소자로부터 돌출한 기판 영역에 대략 동일하고, 발광소자의 바깥둘레에 약 400㎛의 기판 돌출부 및 공극(발광소자로부터 수지 내벽까지의 거리)이 형성된다. 이렇게 하여, 공극을 발광소자의 둘레에 구비되는 발광장치를 제작하며, 그와의 비교를 위해서, 공극을 없앤 변형예를 제작한다. 그 변형예는, 상기 수지 경화시에, 수지를 탈포하고, 이에 따라 기판측면에 의한 걸어멈춤 효과를 저감시키고, 기판 내부에 수지를 진입시켜, 발광소자 표면을 덮어, 수지 경화시켜 공극이 없는 피복 부재로서 성형하여, 발광장치를 얻는다.
이 2예의 발광장치의 발광 특성은, ФY가 각각 약 0.37이고, 공극이 있는 예에서는 광속 206.4Lm, 공극이 없는 예에서는 광속 203.2Lm의 것을 얻을 수 있다. 또한, 수지 도포·성형 전후의 광속비, 즉 기판상의 발광소자에 광투과 부재가 접착되고 있는 상태의 피복 부재가 없는 발광장치의 광속에 대해서, 거기에 수지 성형되어 얻어지는 상기 각 예의 피복 부재가 있는 발광장치의 광속과의 비, [피복 부재가 있는 광속]/[피복 부재가 없는 장치의 광속], 에서는, 공극이 있는 것은 광속비 7.0%, 공극이 없는 것은 광속비 4.8%이 된다. 또한, 다른 ФY값에서도 동일한 경향이 보이고, 즉, 피복 부재에 의한 출력 향상, 고출력화의 효과는, 공극을 내포하는 발광장치쪽이 높아진다.
그런데, 당업자라면, 발광 영역의 일부를 광차단하여 발광 영역을 제한하는 조작은, 이하와 같은 단점이 생긴다고 예측되기 때문에, 통상적이지 않다. 즉, 피복 부재에서의 반사 횟수가 증가하고, 이에 따라 광손실이 생기고, 방출되는 광속이 저감할 우려가 있다고 고려되기 때문이다. 그러나, 본 발명의 형태이면, 종래의 사고에 반하여 발광장치를 상기의 구성으로 하는 것에 의해, 즉 발광 영역을 제한해도 광속의 저감이 억제되고 있으며, 덧붙여, 색얼룩이 저감된 고휘도의 발광을 실현할 수 있다. 이것은, 봉지 부재에 의한 광차단의 효과뿐만 아니라, 판 형상의 광투과 부재 자체가 파장 변환량의 편재를 억제하여, 색얼룩의 발생을 효과적으로 회피할 수 있는 상승효과에 의한 것이다. 한편, 파장 변환 기능을 가진 하나의 광투과 부재에 복수의 발광소자를 탑재하는 경우, 개개의 발광소자의 바로 위쪽 부근에서 휘도가 높고, 발광소자로부터 멀어짐에 따라서 휘도가 저하하기 때문에, 발광면내에서 휘도 얼룩이나 색얼룩이 발생하는 경향이 있지만, 본 발명의 구성에 의하면, 그러한 휘도 얼룩이나 색얼룩을 저감할 수 있으며, 발광면내에서 대략 균일한 고휘도의 발광을 얻을 수 있다. 또한, 광투과 부재(15)의 장착 후에 봉지 부재(26)를 성형하는 제조 수법에 의해서, 광투과 부재(15)의 용량에 의존하지 않고, 그 측면측과 봉지 부재(26)의 밀착성을 유지할 수 있기 때문에, 내재하는 발광소자의 밀봉 환경을 향상시켜, 라이프 특성이 뛰어난 발광장치로 할 수 있다. 한편, 이들은 실시예 1과 같이, 발광소자의 둘레에도 봉지 부재가 충전되어, 발광소자 표면이 봉지 부재에 의해 피복되는 경우에도 동일하다.
실시예 3
또한, 광투과 부재를 구성하는 부재의 상이점에서의 내열성을 비교 검토한다. 실시예 3의 발광장치는 실시예 1의 발광장치와 동일하고, 즉 광투과 부재(15)가 무기재료로 구성되고, 구체적으로는 YAG의 소결체로 한다. 한편 비교예 2의 발광장치에서는, 광투과 부재(15)가 유기 재료를 함유하고 있으며, 실리콘 수지에 YAG를 혼합시킨 수지의 시트로 한다. 수지의 시트의 막두께는 100∼150㎛정도이다. 실시예 3과 비교예 2의 발광장치는, 광투과 부재의 구성 재료만이 상기 점에서 상이한 것 이외에는, 다른 요소에 대해서는 실시예 1의 발광장치와 동일하다.
상술의 YAG 소결체 또는 수지의 시트로 이루어진 광투과 부재를 각각 탑재하고 있는 실시예 3 또는 비교예 2의 발광장치에 대하여, 그 내열성을 조사하기 위해서, 각 발광장치를 700mA로 도통하고, 85℃의 환경하에서 1000시간 연속하여 점등시킨다. 시간의 경과에 따른 출력의 변화의 그래프를 도 11에, 또한 마찬가지로 시간의 경과에 따른 색도치(ФY)의 변화의 그래프를 도 12에 도시한다. 도 11로부터, YAG 소결체를 탑재하고 있는 실시예 3의 발광장치에서는, 시간 경과에 따라 출력이 상승하는 경향이 있고, 그 후 상승한 출력을 계속 유지하여, 1000시간 경과후에는 관측 개시시와 비교하여 5%의 출력 증가되고 있다. 한편, 수지의 시트를 채용하고 있는 비교예 2의 발광장치에서는, 관측 직후부터 출력이 크게 하강하고, 그 후에도 출력이 초기치까지 회복하지 않아, 1000시간 경과후에는 개시 직후와 비교하여 20% 이상의 대폭적인 저감율이 되고 있다.
또한 색도치(ФY)에 대하여, 실시예 3의 YAG 소결체를 탑재하고 있는 발광장치에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 조사 직후에는 약간 상승하고 있지만, 그 상승폭은 작은 것이다. 또한 시간의 경과에 따라서도 색도치의 편차가 적고 안정되어 있으며, 1000시간 경과후에는 초기치와 비교하여 0.003의 증가에 그치고 있다. 한편, 비교예 2의 수지의 시트를 채용하고 있는 발광장치에서는, 색도치(Фy)가 개시 직후에 크게 상승하여, 그 후 시간의 경과에 따라 하강하고 있다. 최종적으로는 초기치와 비교하여 0.01의 상승폭이 되었지만, 도중의 변동율이 크고, 색도가 불안정하다.
또한, 도 13은, 내열성 시험전의 실시예 3 및 비교예 2의 발광장치 상태를 도시하고, 도 14는, 상기 조건의 내열성 시험에 의한 1000시간 경과후의 비교예 2의 발광장치 상태를 도시한다. 각 도면 모두 광투과 부재(15)의 주변을 도시한 개략 상면도이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 비교예 2의 광투과 부재(15)인 수지의 시트에서는 박리가 심해져서, 시트의 일부가 덩어리진 형상으로 결손할 정도의 큰 손상{광투과 부재의 결손부(16)}을 용이하게 시인할 수 있다. 또한 수지에 혼련된 YAG 형광체는 크게 편재하고 있으며, 또한 피복 부재(26)로부터 광투과 부재 (15)로 이어지는 균열을 일으키고 있다. 한편, 실시예 3의 발광장치에서는, 내열성 시험 후에도, 도 13에 도시한 소결체에 의한 광투과 부재(15)의 형상에 변화는 없고, 또한 YAG 형광체가 편재하는 경우 없이 균일하게 분산되고 있다. 이와 같이, 수지의 시트와 소결체는, 피복 부재(26)에 의한 피복 형태가 동일하여도, 광투과 부재의 방열성이나 열응력은 다르다고 생각된다. 이상으로부터, 수지의 시트에 대한 YAG 소결체의 우위성을 확인할 수 있다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 발광장치 및 그 제조방법은, 조명용 광원, LED 디스플레이, 백라이트 광원, 신호기, 조명식 스위치, 각종 센서 및 각종 인디케이터 등에 적합하게 이용할 수 있다.
1, 20, 30, 40…발광장치
2…광반사성 재료
3A…제1의 전극(n형 패드 전극)
3B…제2의 전극(p형 패드 전극)
5…성장 기판(사파이어 기판)
6…제1의 질화물 반도체층(n형 반도체층)
7…제2의 질화물 반도체층(p형 반도체층)
8…발광층(활성층)
9…배선 기판(서브 마운트)
10…발광소자
11…반도체 구조
13…투광성 도전층(투광성 전극, ITO)
14…보호막
15…광투과 부재
15a…발광면
15b…수광면
15c…측면
16…광투과 부재의 결손부
17…접착재(실리콘 수지)
24…도전 부재
26, 26b…피복 부재(봉지 부재, 수지)
33…단면
100, 200…발광장치
102…LED 소자
103…케이스
104…측면
105A…광취출면
110…형광체층
110A…발광면
111…코팅재
111A…광반사 입자
L1, L2…광

Claims (22)

  1. 발광소자와，상기 발광소자로부터 출사되는 빛이 입사되는 광투과 부재와, 피복 부재를 가지는 발광장치로서,
    상기 광투과 부재는, 외부에 노출된 발광면과, 상기 발광면으로부터 연속하는 측면을 구비한 무기재료의 광변환 부재이며,
    상기 피복 부재는, 광반사성 재료를 함유하고, 적어도 상기 광투과 부재의 측면을 피복하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피복 부재가, 상기 발광소자를 포위하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광투과 부재는 판 형상으로서, 상기 발광면에 대향하는 수광면을 가지며,
    상기 발광소자는, 상기 수광면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광소자는, 실장 기판상에 플립 칩 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 피복 부재는, 상기 발광소자를 피복하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광면측으로부터의 평면에서 보아, 상기 발광소자가 상기 광투과 부재에 내포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    하나의 광투과 부재에 복수의 발광소자가 광학적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 발광소자와, 상기 발광소자를 포위하는 피복 부재와, 광투과 부재를 가진 발광장치로서,
    상기 광투과 부재는, 외부에 노출된 발광면과, 상기 발광면으로부터 연속하는 측면과, 상기 발광면에 대향하는 수광면을 구비한 무기재료로 이루어진 판 형상의 광변환 부재이며,
    상기 광투과 부재의 수광면에, 복수의 상기 발광소자가 접합되고, 상기 발광소자로부터 빛이 각각 입사되고,
    상기 피복 부재는, 광반사성 재료를 함유하고, 적어도 상기 광투과 부재의 측면을 피복하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광소자는, 실장 기판상에 각각 플립 칩 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 피복 부재는, 상기 발광소자를 각각 피복하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광소자는, 공극에 의해 상기 피복 부재와 각각 이간되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광장치의 상기 발광면측으로서, 상기 피복 부재가, 상기 발광면과 대략 동일면이 되는 표출면을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광면측에서의 평면시에, 상기 발광소자가 상기 광투과 부재에 내포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광투과 부재의 수광면에, 상기 발광소자가 접합된 접합 영역과, 상기 피복 부재에 의해 피복된 피복 영역이 마련되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 발광소자는 서로 이간되어, 상기 광투과 부재의 수광면에서 상기 접합 영역의 사이에 이간 영역이 마련되어 있으며,
    상기 피복 영역이 상기 이간 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 광투과 부재는 상기 발광소자보다 바깥쪽에 돌출한 돌출 영역을 가지며,
    상기 수광면의 돌출 영역에 상기 피복 영역이 마련되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 피복 부재는, 투광성 수지중에, Ti, Zr, Nb, Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 산화물의 상기 광반사성 재료를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  18. 제 8 항에 있어서, 상기 피복 부재는, Al2O3, AlN, MgF, TiO2, ZrO2, Nb2O5, SiO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 상기 광반사성 재료로 구성되는 다공질체인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 광변환 부재는, 형광체를 함유하고, 상기 발광소자로부터 발해지는 빛의 적어도 일부를 파장 변환 가능한 것을 특징으로 하는 발광장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 광변환 부재는, 무기물과 상기 형광체의 소결체인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 무기물은 알루미나(Al2O3)로서, 상기 형광체는 YAG(Y3Al5O12)인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  22. 발광소자와, 상기 발광소자로부터 출사되는 빛이 입사되는 광투과 부재와, 피복 부재를 가지는 발광장치의 제조방법으로서,
    상기 발광소자를 배선 기판에 실장하고, 상기 발광소자와 상기 배선 기판을 전기적으로 접속시키는 제1의 공정과,
    상기 발광소자의 실장측과 대향하는 광취출측의 적어도 일부를 상기 광투과 부재와 광학적으로 접속시키는 제2의 공정과,
    상기 광투과 부재의 두께를 구성하는 측면을 상기 피복 부재로 피복하고, 상기 피복 부재의 바깥면이 상기 광투과 부재의 바깥면을 따르도록 하여 상기 피복 부재를 성형하는 제3의 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
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