KR20120106543A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20120106543A
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겐지 다끼네
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 발광 효율이 높고, 또한, 배광의 불규칙성이 적은 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 관한 발광 장치(100)는, 발광 소자(101)와, 발광 소자(101)를 수납하는 오목부(102)를 구비하고, 오목부(102)의 측벽은, 발광 소자(101)로부터의 광을 반사시키는 광 반사부(103)와, 발광 소자(101)로부터의 광을 외부에 투과시키는 광 투과부(104)를 일체로서 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은, 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 조명 기구, 디스플레이, 휴대 전화의 백라이트, 동화상 조명 보조 광원, 그 밖의 일반적 민생용 광원 등에 이용되는 표면 실장형의 발광 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자를 이용한 발광 장치는, 소형이고 전력 효율이 좋고 선명한 색의 발광을 한다. 또한, 이 발광 소자는, 반도체 소자이기 때문에 전구 끊김 등의 걱정이 없다. 또한 초기 구동 특성이 우수하고, 진동이나 온?오프 점등의 반복에 강하다고 하는 특징을 갖는다. 이와 같은 우수한 특성을 갖기 때문에, LED, 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자를 이용하는 발광 장치가, 각종의 광원으로서 이용되고 있다.
발광 장치는, 발광 소자와, 발광 소자와 전기적으로 접속되는 도전 부재와, 각 도전 부재의 대부분을 덮는 수지 성형체(패키지)와, 발광 소자를 피복하는 투광성 밀봉 수지를 구비하고 있다. 수지 성형체에는 오목부가 형성되어 있고, 발광 소자가 오목부의 저면에 위치하는 도전 부재에 재치되어 있다. 그리고 발광 소자의 전극이 도전 부재에 와이어를 개재하여 접속된 후, 오목부에는 형광체를 분산시킨 투광성 밀봉 수지가 충전되어 있다.
이와 같은 오목부를 구비한 발광 장치로서, 특허 문헌 1에는, 캐비티(오목부)의 깊이를 450㎛ 이하로 최소화된 발광 장치가 제안되어 있다. 오목부의 깊이를 얕게 함으로써, 광 흡수 및 광 산란에 의해 패키지 내부에서 광이 손실되는 것을 방지하고, 이에 의해, 발광 장치의 발광 효율을 높이고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2007-306002호 공보
그러나 오목부의 깊이를 얕게 하면, 오목부의 용량이 작아지므로, 투광성 밀봉 수지를 오목부 내에 충전하여 배치시킬 때에, 투광성 밀봉 수지의 충전량이 발광 장치마다 일정하지 않으면, 발광 소자의 표면이나 와이어가 투광성 밀봉 수지로부터 노출하거나, 투광성 밀봉 수지가 오목부로부터 넘치거나, 발광면측으로 돌출된 볼록 형상으로 되는 경우가 있다. 이와 같이, 발광 장치에 있어서, 투광성 밀봉 수지의 형상이 안정되지 않고, 배광의 불규칙성을 초래한다고 하는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은, 배광의 불규칙성을 최소한으로 하면서, 발광 효율 및 배광성을 보다 향상시킬 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 발광 장치는, 발광 소자와, 해당 발광 소자를 수납하는 오목부를 구비하고, 해당 오목부를 형성하는 그 측벽에, 상기 발광 소자로부터의 광을 반사시키는 광 반사부와, 상기 발광 소자로부터의 광을 외부에 투과시키는 광 투과부를 일체로서 구비하는 패키지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 발광 소자는, 발광 소자와, 해당 발광 소자를 수납하는 오목부를 구비하고, 해당 오목부를 형성하는 그 측벽에, 상기 발광 소자로부터의 광을 반사시키는 광 반사부와, 상기 발광 소자로부터의 광을 외부에 투과시키는 광 투과부를 갖는 패키지와, 상기 오목부의 내측에 충전된 투광성 밀봉 수지를 갖는 것을 특징으로 한다.
이들 발광 장치에 있어서는,
상기 오목부의 내측에, 투광성 밀봉 수지가 충전되어 있는 것이 바람직하다.
상기 광 반사부는 백색 수지로 형성되고, 상기 광 투과부는 광의 투과율이 70％ 이상의 투명 수지로 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광 반사부의 높이는, 상기 발광 소자의 높이의 100％ 이상인 것이 바람직하다.
상기 광 투과부의 높이는, 상기 광 반사부의 높이의 30％ 이상인 것이 바람직하다.
상기 투광성 밀봉 수지에 형광체가 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 투광성 밀봉 수지는, 상기 광 투과부와 다른 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 장치에 따르면, 배광의 불규칙성을 최소한으로 하면서, 발광 효율 및 배광성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 발광 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 장치의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 발광 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 발광 장치를 도시하는 도면이며, (a)는 단면도, (b)는 측면측으로부터 본 사시도, (c)는 발광면측으로부터 본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 발광 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 발광 장치의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 제4 실시 형태에 관한 발광 장치의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 제3 실시 형태에 관한 발광 장치에 있어서 광 투과부/광 반사부의 높이비를 변화시킨 경우의 광 취출 효율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제3 실시 형태에 관한 발광 장치에 있어서 광 투과부/광 반사부를 소정 높이비로 한 경우의 발광 소자 길이 방향에 있어서의 상대 광도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제3 실시 형태에 관한 발광 장치에 있어서 광 투과부/광 반사부를 다른 소정 높이비로 한 경우의 발광 소자 길이 방향에 있어서의 상대 광도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 제5 실시 형태에 관한 발광 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 단, 이하에 도시하는 실시 형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 발광 장치를 예시하는 것이며, 본 발명은 발광 장치를 이하의 것으로 특정하지 않는다. 또한, 본 명세서는 특허 청구 범위에 나타내지는 부재를, 실시 형태의 부재로 특정하는 것은 결코 아니다. 특히 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것만으로 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다. 또한, 각 도면면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해 과장되어 있는 경우가 있다. 또한 이하의 설명에 있어서, 동일한 명칭, 부호에 대해서는 동일 혹은 동질인 부재를 나타내고 있고, 상세 설명을 적절하게 생략한다. 또한, 본 발명을 구성하는 각 요소는, 복수의 요소를 동일한 부재로 구성하여 1의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 양태로 하여도 되고, 반대로 1의 부재의 기능을 복수의 부재로 분담하여 실현할 수도 있다. 또한, 일부의 실시예, 실시 형태에 있어서 설명된 내용은, 다른 실시예, 실시 형태 등에 이용 가능한 것도 있다.
<제1 실시 형태>
도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태의 발광 장치(100)의 개략 단면도를 도시한다.
도 1에 도시하는 발광 장치는, 적어도, 발광 소자(101)와, 발광 소자(101)로부터의 배광을 제어할 수 있는 패키지(102)를 구비한다.
[패키지(102)]
패키지(102)는, 발광 소자(101)를 수납하고, 내부에 발광 소자(101)를 수납하고, 그 위로부터 투광성 밀봉 수지(105)를 충전하기 위한 오목부(102a)를 구비한다. 이 오목부(102a)를 형성하는 패키지(102)의 측벽에는, 발광 소자(101)로부터의 광을 반사시키는 광 반사부(103)와, 발광 소자로부터의 광을 외부에 투과시키는 광 투과부(104)를 구비하고 있다.
광 반사부(103)와 광 투과부(104)는, 반드시 일체로서 형성되어 있지 않아도 되지만, 패키지에 있어서 일체로서 구비하고 있는 것이 바람직하다. 여기서 「일체로서 구비한다」라 함은, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)의 쌍방의 부재로 패키지(102)의 측벽을 형성하고 있는 것을 의미한다. 다시 말하면, 패키지(102)의 오목부(102a)를 형성하는 측벽 자체에, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)의 계면이 존재하고 있는 것을 의미한다. 또한, 패키지는, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)를 일체로서 구비하는지의 여부에 관계없이, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)의 단면이, 패키지(102)의 측벽을 대략 동일 평면이 되도록 배치하고 있는 것이 바람직하지만, 예를 들면 곡면을 구성하고 있어도 되고, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)가 각각 상이한 각도로 경사져 있어도 되고, 단(段)을 갖는 면을 구성하고 있어도 된다. 광 반사부(103)와 광 투과부(104)의 계면에는, 밀착력을 높이기 위한 요철을 형성해도 되고, 접착재를 개재시켜도 된다.
또한, 도 1은 발광 장치의 단면도이지만, 투광성의 부분에 대해서는 도면을 알기 쉽도록 하기 위해, 단면을 나타내는 해칭을 생략하여 도시하고 있고, 도 3 내지 도 5에 대해서도 마찬가지이다.
패키지(102)에서는, 광 반사부(103)가 오목부(102a)의 하부(발광 소자 탑재면에 가까운 측)에 배치되고, 광 투과부(104)가 오목부의 상부(발광 소자 탑재면에 먼 측)에 배치되어 있다.
패키지(102)의 오목부(102a)는, 그 깊이가 깊어질수록, 발광면까지의 거리가 멀어지기 때문에, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)를 합친 패키지(102)의 오목부(102a)의 깊이는, 예를 들면 450㎛ 내지 550㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이에 의해, 발광 장치를 소형화하면서, 투광성 밀봉 수지(105)를 안정적으로 충전할 수 있다.
[광 반사부(103)]
광 반사부(103)는, 발광 소자(101)로부터의 광을 반사 가능한 재료에 의해 형성되어 있으면 된다. 광 반사부(103)는, 발광 소자(101)로부터의 광에 대한 반사율이 60％ 정도 이상인 것이 바람직하고, 80％ 정도 이상, 또한 90％ 정도 이상이 보다 바람직하다. 광 반사부(103)를 형성하기 위한 바람직한 재료로서는, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등의 수지를 들 수 있다. 구체적으로는, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물, 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등의 수지를 들 수 있다.
또한, 이들 수지 중에, 산화 티타늄, 이산화 규소, 이산화 티탄, 이산화 지르코늄, 티타늄 산 칼륨, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 멀라이트 등의 광 반사성 물질을 함유시켜도 된다. 이에 의해, 발광 소자(101)로부터의 광을 효율적으로 반사시킬 수 있다. 광 반사성 물질의 충전량은, 수지 성형법이나 수지 유동성 등의 성형 조건, 반사율이나 기계 강도 등의 특성에 의해 적절하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 광 반사부(103)의 전체중량에 대하여, 10 내지 50wt％ 정도, 또한, 20 내지 35wt％가 바람직하다. 특히, 산화 티타늄을 이용하는 경우에는, 광 반사부(103)의 전체중량에 대하여, 바람직하게는 20 내지 40wt％, 보다 바람직하게는 25 내지 35wt％이다.
광 반사부(103)의 높이는, 발광 소자(101)가 출사하는 광을, 효율적으로 반사시키기 위해, 발광 소자(101)의 높이의 100％ 정도 이상인 것이 바람직하다. 또한, 200％ 정도 이하인 것이 바람직하다. 예를 들면, 광 반사부(103)의 높이는, 발광 소자(101)의 높이의 130％ 내지 160％ 정도인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 그 높이가 70 내지 130㎛의 발광 소자의 경우, 광 반사부(103)의 높이는, 100 내지 200㎛인 것이 보다 바람직하고, 이 범위 내에 있어서, 발광 소자(101)의 높이(도 2에 있어서의 A의 높이)보다도 광 반사부(103)의 높이(도 2에 있어서의 B의 높이)를 높게 설정하는 것이 바람직하다.
오목부를 구성하는 광 반사부(103)의 측벽은, 효율적으로 광을 반사하기 위해, 개구측(발광 소자 탑재면에 먼 측)으로 넓어지도록 경사져 있는 것이 바람직하다. 이 경우의 경사 각도는 특별히 한정되는 것이 아니며, 발광 소자의 상면에 대하여 90 내지 45° 정도를 들 수 있다.
또한, 광 반사부(103)에는, 더욱 반사율을 올리기 위해 패키지(102)의 오목부(102a)를 구성하는 측벽에 반사막을 배치해도 된다. 예를 들면, 반사막으로서, 금, 은, 백금, 니켈, 티타늄, 알루미늄 등의 금속 또는 이들 금속의 산화물, 질화물 등의 무기 화합물에 의한 단층막 또는 적층막 등을 들 수 있다. 반사막은, 건식법, 습식법 등 공지의 프로세스에 의해, 구체적으로는, CVD나 진공 증착, 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 반사막은, 충분히 반사가 일어나는 막 두께로 설정하는 것이 바람직하고, 예를 들면 10㎚ 내지 수백㎚를 들 수 있다. 반사막은, 전부가 동일한 재료로 형성되어 있는 것이 제조 공정의 간편성에서 볼 때 바람직하지만, 부분적으로 다른 재료로 형성되어 있어도 된다.
[광 투과부(104)]
광 투과부(104)는, 발광 소자(101)로부터의 광을 외부에 투과 가능한 재료에 의해 형성되어 있으면 된다. 광 투과부(104)는, 발광 소자(101)로부터의 광의 투과율이 70％ 정도 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 90％ 정도 이상이다. 광 투과부(104)를 형성하는 재료는, 광 반사부(103)와 동일한 재료이어도 되고, 다른 재료이어도 된다. 다른 재료라 함은, 그 종류 및 조성이 전혀 동일하지 않은 것을 의미한다. 광 투과부(104)를 형성하기 위한 바람직한 재료로서는, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등의 수지를 들 수 있다. 구체적으로는, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물, 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등의 수지를 들 수 있다.
광 투과부(104)와 광 반사부(103)의 쌍방을 열경화성 수지로 형성함으로써, 우수한 내광성을 갖는 발광 장치로 할 수 있다. 특히, 이 열경화성 수지를, 에폭시 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물로 하는 것이 바람직하다.
상술한 광 반사부(103)는, 광을 반사시키는 것이 그 주요한 목적이므로, 수지 중에 광 반사성 물질을 함유시켜도 되고, 한편, 광 투과부(104)는, 광 흡수를 억제하면서, 광을 투과(단, 일부에 있어서는 반사)시키는 것이 주요한 목적이기 때문에, 광 반사성 물질의 함유량에 의해 광 투과의 정도를 조절할 수 있지만, 광 투과부(104)에는, 광 반사성 물질을 전혀 함유시키지 않고, 광을 투과시키는 것이 바람직하다.
광 투과부(104)의 높이는, 예를 들면 광 반사부(103)의 높이의 30 내지 500％ 정도가 바람직하고, 530 내지 350％, 또한 50 내지 250％ 정도가 보다 바람직하다. 다시 말하면, 발광 소자(101)의 높이의 30％ 정도 이상(또한 50％ 정도 이상)인 것이 바람직하다. 또한, 700％ 정도 이하(또한 500％ 정도 이하)인 것이 바람직하다. 또한, 발광 소자(101)의 높이의 100 내지 260％ 정도가 보다 바람직하다.
광 투과부(104)는, 오목부를 형성하는 측벽 전체 둘레에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 광 투과부(104)가 배치됨으로써, 발광 소자로부터의 광의 흡수 및 난반사를 방지할 수 있고, 또한, 배광성을 보다 넓힐 수 있다. 또한, 광 투과부(104)는, 대향하는 한 쌍의 측벽에만 형성되어도 된다. 이에 의해, 원하는 방향으로만 배광을 넓히는 것이 가능해진다.
이와 같이 패키지(102)를 형성함으로써, 발광 소자(101)로부터 출사된 광은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 광 반사부(103)에 의해 반사되어 오목부(102a) 내를 진행하여 외부에 출사되고(111은, 이때의 광의 궤적을 나타냄), 혹은 광 투과부(104)에 입사되어, 외부에 출사 된다(112는, 이때의 광의 궤적을 나타냄). 따라서, 패키지(102)의 오목부(102a)를 깊게 형성했다고 해도, 광 반사부(103)에 의해 그 배광을 제어하면서, 광 투과부(104)에 의해 광 흡수 및 광 산란에 의해 패키지 내부에서 광이 손실되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 발광 장치의 소형화를 실현한 상태에서 발광 효율을 높일 수 있는 동시에, 광의 취출 방향을 제어할 수 있다.
또한, 광 투과부(104)의 배치에 의해, 오목부(102a)를 어느 정도의 깊이로 형성할 수 있기 때문에, 발광 소자의 표면이나 와이어가 노출하는 일 없이, 이들 부재를 확실하게 투광성 밀봉 수지에 의해 피복할 수가 있어, 이들 부재의 열화 등을 방지할 수 있다.
또한, 후술하는 투광성 밀봉 수지의 충전량이, 발광 장치마다 변동성이 있었다고 해도, 투광성 밀봉 수지가 오목부(102a)로부터 넘치거나, 발광면측으로 돌출하는 볼록 형상으로 되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 오목부(102a)에 충전되는 투광성 밀봉 수지(105)의 형상이 안정되므로, 배광의 불규칙성을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 발광 장치는, 상술한 부재에 더하여, 또한 이하의 부재를 구비한다. 이들 부재를 포함하는 실시 형태의 각 구성에 대해, 이하에 도 1을 참조하면서 상술한다.
[발광 소자(101)]
본 발명에 이용되는 발광 소자(101)는, 공지의 것 중 어느 것도 이용할 수 있지만, 발광 소자(101)로서 발광 다이오드를 이용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(101)는, 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다. 예를 들면, 청색, 녹색의 발광 소자로서는, ZnSe나 질화물계 반도체(InXAlYGa1 -X- YN, 0≤X, 0≤Y, X＋Y≤1), GaP를 이용한 것을 이용할 수 있다. 또한, 적색의 발광 소자로서는, GaAlAs, AlInGaP 등을 이용할 수 있다. 또한, 이 이외의 재료로 이루어지는 반도체 발광 소자를 이용할 수도 있다. 이용하는 발광 소자의 조성이나 발광색, 크기나, 개수 등은 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 발광 소자 이외에, 제너 다이오드 등의 보호 소자를 탑재해도 된다.
발광 소자(101)는, 도전성 혹은 비도전성의 접합 부재에 의해, 금속막이나 리드 프레임 등의 도전 부재 상에 재치되고, 와이어(107)에 의한 접속이나, 플립 칩 접속 등의 방법에 의해, 외부 전극과 전기적으로 접속된다. 도전 부재 상이 아닌, 기판 등에 재치하고, 와이어 등의 접속 부재에 의해 전기적 접속을 취해도 된다.
[투광성 밀봉 수지(105)]
본 발명의 발광 장치에서는, 통상적으로, 패키지(102)의 오목부(102a)의 내측에 있어서, 투광성 밀봉 수지(105)가 충전되어 있다. 즉, 발광 소자(101)를 오목부(102a) 내에 재치한 상태에서, 오목부(102a) 내에 투광성 밀봉 수지(105)로 몰드한다. 이에 의해, 외력이나 수분 등으로부터 발광 소자(101)를 보호할 수 있는 동시에, 와이어(107) 등의 접속 부재를 보호할 수 있다.
투광성 밀봉 수지(105)에 이용할 수 있는 수지로서는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레아 수지 등의 내후성이 우수한 투명 수지 또는 유리 등을 들 수 있다. 또한, 예를 들면, WO2002/59982호에 기재되어 있는 투명 수지를 이용해도 된다.
또한, 투광성 밀봉 수지(105)는, 상술한 광 투과부(104)와 다른 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하고, 특히, 다른 수지에 의해 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 여기에서의 다른 재료라 함은, 그 종류 및 조성이 전혀 동일하지 않은 것을 의미한다. 예를 들면, 투광성 밀봉 수지(105)가, 후술하는 형광물질 또는 필러를 함유하는 소정의 수지로 형성되어 있다고 하면, 광 투과부(104)는, 형광물질 또는 필러를 함유하지 않는 동일한 수지로 형성되어 있어도 된다.
또한, 투광성 밀봉 수지(105)와 광 투과부(104)가, 동일한 종류 및 동일한 조성으로 형성되는 경우이어도, 양자 간에 계면이 형성됨으로써, 이와 같은 계면을 가지지 않는 경우와 비교하여, 광의 취출 방향을 변화시킬 수 있다.
또한, 광 투과부(104)와 투광성 밀봉 수지(105)의 굴절률을 서로 다르게 하는 것에 의해서도, 원하는 방향으로 배광을 조정할 수 있다. 예를 들면, 투광성 밀봉 수지(105)보다도 광 투과부(104)의 굴절률을 높게 함으로써, 광 투과부(104)로부터 많은 광을 취출하고, 배광을 넓힐 수 있다. 광 투과부(104)보다도 투광성 밀봉 수지(105)의 굴절률을 높게 하면, 투광성 밀봉 수지(105)측으로부터 많은 광을 취출할 수 있기 때문에, 광 흡수 및 광 산란에 의해 손실되는 광을 최소한으로 할 수 있고, 또한 배광을 넓히는 일 없이 광을 취출하는 것이 가능해진다.
투광성 밀봉 수지(105)는, 형광물질, 필러, 확산제 등을 함유하고 있어도 된다.
[형광물질(110)]
투광성 부재(105)에 함유되는 형광물질은, 발광 소자(101)의 일부 또는 전부의 발광을 파장 변환할 수 있는 조합이면, 특별히 한정되지 않는다.
형광물질의 예로서, 현재 가장 수요가 많은 백색의 발광 장치를 구성하기 위해 알맞은 형광물질에 대해 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 공지의 형광물질 중 어느 것도 이용하는 것이 가능하다.
형광물질(110)로서는, 예를 들면 Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 질화물계 형광체?산질화물계 형광체; Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이 금속계의 원소에 의해 주로 부활되는 알칼리 토류 할로겐아파타이트 형광체; 알칼리 토류 금속 붕산 할로겐 형광체; 알칼리 토류 금속 알루민 산염 형광체; 알칼리 토류 규산염; 알칼리 토류 황화물; 알칼리 토류 티오갈레이트; 알칼리 토류 질화 규소; 게르마늄 산염; 또는; Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 희토류 알루민 산염; 희토류 규산염 또는 Eu 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 유기; 및 유기착체 등으로부터 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다. 또한, 예를 들면, WO2002/59982호에 기재되어 있는 형광물질 등을 이용해도 된다.
백색으로 발광 가능한 발광 장치를 얻는 경우, 백색광은, 투광성 부재(105)에 함유되는 형광물질(110)의 종류 및 농도에 의해 백색이 되도록 조정된다.
예를 들면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 투광성 밀봉 수지(105)에, 임의로 형광물질(110) 또는 필러 등을 미리 함유시켜 두고, 투광성 밀봉 수지(105)를, 패키지(102)의 오목부(102a)의 내측에 충전한다. 이때의 충전은, 조성물이 액상인 경우에는, 인쇄법, 포팅 등의 여러 가지의 방법을 이용할 수 있지만, 포팅에 의해 발광 소자(101) 상에 적하하여 오목부(102a)의 내측에 충전하는 방법이 적합하다. 형광물질은, 액체 상태 중에서 자체 중량에 의해 침강하기 때문에, 액체 상태 중에 분산시켜, 균일하게 충전한 현탁액을 정치함으로써, 균일성이 높은 형광물질을 함유하는 침강층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 투광성 밀봉 수지(105) 내에 있어서 발광 소자(101)에 가까운 부분에 편재하도록 형광물질(110)을 침강시키고, 광 반사부(103)의 높이(도 2에 있어서의 B의 높이)보다도 낮은 위치에 형광물질의 90％ 이상이 배치되는 상태에서 투광성 밀봉 수지를 경화시킴으로써, 형광체량에 대한 여기 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 예를 들면, 투광성 밀봉 수지(105)에 있어서의 형광물질(101)의 함유 농도를 30wt％ 이하로 함으로써, 형광물질(110)를 침강시키기 쉽게 할 수 있다.
또한, 필러 및 확산제 등으로서는, 특별히 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 WO2002/59982호에 기재되어 있는 것 등의 공지의 것을 이용할 수 있다.
[기판(108)]
본 발명의 발광 장치에서는, 통상적으로, 발광 소자(101)는, 기판(108) 상에 재치되어 있다. 또한, 패키지(102)는, 발광 소자(101)의 주변을 둘러싸도록, 기판(108) 상에 배치되어 있다. 이와 같은 기판(108)은, 적당한 기계적 강도와 절연성을 갖는 재료이면, 어떤 재료로 형성되어 있어도 된다. 예를 들면, BT 레진, 글래스 에폭시, 세라믹스 등을 이용할 수 있다. 또한, 에폭시계 수지 시트를 다층 접합시킨 것이어도 된다.
기판(108)에는, 발광 소자(101)와의 전기적 접속을 위해 마이너스 전극 및 플러스 전극으로서 이용되는 내부 배선(106a)이 형성되어 있고, 외부 전극(106b)과 전기적으로 접속되어 있다. 예를 들면, 내부 배선(106a)과 외부 전극(106b)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 스루홀(112)에 의해 접속되어 있다. 내부 배선(106a) 및 외부 배선(106b)은, 예를 들면 Cu/Ni/Ag에 의해 구성할 수 있다. 내부 배선(106a)의 최표면은, 광을 반사시키는 반사면으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 특히 투광성 밀봉 수지(105)로서 실리콘 수지 등의 가스 투과성이 비교적 높은 수지를 이용하는 경우에는, 내부 배선(106a)의 최표면의 Ag가 황화 등의 원인으로 변색되는 것을 억제하기 위해, Al2O3, SiO2로 이루어지는 절연 투명 보호막을 반사면(예를 들면, Ag면) 상에 피복해도 된다.
[발광 장치(100)의 제조 방법]
제1 실시 형태의 발광 장치는, 도 6의 (a) 내지 (e)에 도시하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
1. 집합 기판
본 실시 형태에서는, 복수의 발광 장치를 일괄하여 제조할 수 있도록, 투광성 밀봉 수지(105)를 경화시킬 때까지는 복수의 기판이 집합한 집합 기판을 이용한다. 이 집합 기판에 있어서는, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 기판(108)의 표면에, 내부 배선(106a) 및 외부 전극(106b)이 형성되어 있다.
2. 광 반사부(103)의 형성
다음으로, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 광 반사부(103)를 트랜스퍼 몰드에 의해 형성한다. 도 6의 (a)에 도시한 바와 같은, 집합 기판의 상하를 트랜스퍼 몰드용의 금형 사이에 끼운다. 하측 금형은 평탄하고, 상측 금형에는 광 반사부(103)를 형성하기 위한 오목 형상을 갖는 금형이 설치되어 있다.
상측 금형과 기판(108)의 사이에 형성된 수지의 주입구를 통해 수지를 유입시키고, 경화시킨다.
또한, 광 반사부(103)를 형성하기 위해, 트랜스퍼 몰드 외에, 압축 성형, 사출 성형, 접합, 인쇄 등의 방법을 이용할 수도 있다.
3. 광 투과부(104)의 형성
계속하여, 광 반사부(103)와 마찬가지로, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 광 투과부(104)를 트랜스퍼 몰드에 의해 형성한다. 이때, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)를 열경화성 수지로 성형하면, 계면의 박리가 생길 우려가 적고, 내열성, 내광성, 밀착성 등이 우수한 패키지(102)를 구비하는 발광 장치로 할 수 있기 때문에, 바람직하다.
4. 발광 소자(101)의 실장
상술한 바와 같이, 광 반사부(103)와 광 투과부(104)에 의해 형성된 오목부(102a)의 소정의 위치에, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이 발광 소자(101)를 재치하고, 와이어(107)로 소정의 접속을 한다.
본 실시 형태에 있어서는, 와이어(107)로 접속을 취하고 있지만, 와이어를 이용하지 않고 플립 칩 접합해도 된다. 또한, 서브 마운트를 개재하여 실장해도 된다.
5. 투광성 밀봉 수지(105)의 형성
다음으로, 도 6의 (e)에 도시하는 바와 같이, 패키지(102)의 오목부(102a)의 내측에, 투광성 밀봉 수지(105)를 포팅에 의해 형성한다. 투광성 밀봉 수지(105)의 표면은, 오목형이어도, 볼록형이어도, 평탄이어도 된다. 투광성 밀봉 수지(105)의 량이 일정하지 않음에 의해 외형 치수에 차가 나는 것은 바람직하지 못하기 때문에, 약간 오목형이 되는 정도로 충전시키는 것이 양산성이 우수하여, 바람직하다.
6. 다이싱
마지막으로, 도 6의 (e)의 파선으로 나타내는 위치, 즉, 기판(108), 광 반사부(103), 광 투과부(104)를 지나고, 기판(108)의 표면과 수직한 방향으로 집합 기판을 다이싱하여, 도 1에 도시하는 바와 같은 발광 장치를 얻을 수 있다. 또한, 발광 장치의 형상은, 기판(108)의 상면 방향으로부터 보아, 한 방향으로 긴 형상이어도 되고, 대략 정사각형이어도 된다.
<제2 실시 형태>
도 3은, 제2 실시 형태에 관한 발광 장치를 도시하는 개략 단면도이다. 이 제2 실시 형태에서는, 기판을 이용하지 않고, 리드 프레임(109) 상에, 발광 소자(101)를 재치하고, 그 발광 소자(101)의 주변을 둘러싸도록, 일부 리드 프레임(109) 상에 있어서, 패키지(202)에 의해 오목부(102a)를 형성하고 있는 것을 제외하고, 실질적으로 제1 실시 형태와 동일하다.
도전 부재로서, 리드 프레임(109)을 이용함으로써, 방열성이 우수한 발광 장치로 할 수 있다. 패키지(102)의 광 반사부(203)에 리드 프레임(109)을 매설하고, 리드 프레임(109)의 상면을, 오목부(102a)의 저면에서 표출시키도록 하여, 광 반사부(203) 및/또는 광 투과부(104)와 일체적으로 형성한 패키지(202)를 형성하고 있다.
[리드 프레임(109)]
리드 프레임(109)은, 실질적으로 판 형상이면 되고, 파형 판 형상, 요철을 갖는 판 형상이어도 된다. 그 두께는 균일하여도 되고, 부분적으로 두꺼워지거나 또는 얇아져도 된다. 리드 프레임(109)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않고, 열전도율이 비교적 큰 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로 형성함으로써, 발광 소자에서 발생하는 열을 효율적으로 외부에 전달, 방열할 수 있다. 예를 들면, 발광 장치용에 이용되는 경우에는, 200W/(m?K) 정도 이상의 열전도율을 갖고 있는 것, 비교적 큰 기계적 강도를 갖는 것, 혹은 펀칭 프레스 가공 또는 에칭 가공 등이 용이한 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 구리, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐, 철, 니켈 등의 금속 또는 철?니켈 합금, 인청동 등의 합금 등을 들 수 있다. 특히, 발광 소자(101)를 탑재하는 리드 프레임(109)의 표면에는, 탑재되는 발광 소자(101)로부터의 광을 효율적으로 취출하기 위해 반사 도금이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 내부 배선(106a)과 마찬가지로, 절연 투명 보호막을 이 위에 피복해도 된다. 또한, 이와 같은 리드 프레임을 사용하지 않고, 패키지 본체의 표면에 직접 발광 소자를 실장해도 된다.
리드 프레임은, 광 반사부(103)로부터 외부로 돌출되어, 굴곡되지만, 이때, 광 투과부(104)를 차단하지 않도록, 광 반사부(103)가 형성되어 있는 측에 배치시킴으로써, 배광이 넓은 발광 장치로 할 수 있다. 또한, 반대로, 광 투과부(104)측으로 구부림으로써, 광 투과부(104)를 투과한 광을, 리드 프레임에 의해 반사시켜, 광을 외부로 취출하는 구성으로 하여도 된다.
<제3 실시 형태>
이 제3 실시 형태에서는, 리드 프레임(109)을 이용하여, 광 반사 부재(303)를 사출 성형하고, 광 반사 부재(303) 상에 광 투과 부재(104)를 배치하여, 패키지(302)를 구비한 프레임 인서트 타입의 발광 장치(300)로 하고 있는 것을 제외하고, 실질적으로 제1 실시 형태와 동일하다.
도 4의 (a)는, 제3 실시 형태의 발광 장치(300)의 단면도이며, (b)는 외관을 도시하는 사시도이며, 도 4의 (c)는 발광면측으로부터 본 도면이다. 또한, 도 4의 (b, c)에 있어서, 투광성 밀봉 수지는 도시되어 있지 않고, 사선부는, 광 반사부(303)가 형성되어 있는 개소를 나타내고 있다.
도 4의 (a, b)에 도시되는 바와 같이, 리드 프레임(109)은, 광 반사부(303)로부터 외부로 돌출하고 있고, 굴곡하여 발광 장치(300)의 저면(실장면이 되는 면)과 측면에 배치되어 있다. 이에 의해, 측면 발광형(소위 사이드뷰)의 발광 장치로 할 수가 있어, 박형의 백라이트에 알맞은 발광 장치로 할 수 있다.
일반적으로, 오목부를 얕게 하면, 단자부가 되는 리드 프레임이, 발광면에 가까워져, 2차 실장 시에 땜납 플럭스가 발광면에 부착될 우려가 있지만, 본 실시 형태의 발광 장치에 따르면, 발광면과 단자부를 분리할 수 있기 때문에, 이와 같은 우려를 회피할 수 있다.
이 타입의 발광 장치(300)에 대해, 패키지(302)의 오목부(102a)의 깊이를 일정하게 하고, 광 반사부(303) 및 광 투과부(104)의 높이를 변경한 경우의 광 취출 효율을 시뮬레이션하였다.
그 결과, 도 8에 나타내는 바와 같이, 광 투과부를 형성하지 않고 광 반사부만으로 패키지를 구성한 것(광 투과부/광 반사부:0％)에 비교하여, 광 투과부를 형성한 경우에, 그 취출 효율이 향상되는 것이 확인되었다.
또한, 도 8에서는, 패키지(302)의 오목부(102a)의 깊이를 450㎛로 설정하고 있고, 광 투과부/광 반사부＝0％는, 광 투과부가 형성되어 있지 않는 것을 나타내고, 광 투과부/광 반사부＝13％는 광 투과부 0.05㎛/광 반사부 0.4㎛, 29％＝광 투과부 0.1㎛/광 반사부 0.35㎛, 50％＝광 투과부 0.15㎛/광 반사부 0.3㎛, 80％＝ 광 투과부 0.2㎛/광 반사부 0.25㎛, 125％＝광 투과부 0.25㎛/광 반사부 0.2㎛, 200％＝광 투과부 0.3㎛/광 반사부 0.15㎛, 350％＝광 투과부 0.35㎛/광 반사부 0.1㎛를 나타낸다.
또한, 구동 전류 20㎃이고 주 파장 457.5㎚의 발광 소자(사이즈:700×240㎛, 두께 120㎛)를 탑재하고, 광 반사부는, 광 반사율 93％의 폴리프탈아미드(PPA)에 의해 형성되고, 광 투과부는, 광 투과율 98％의 에폭시 수지에 의해 형성되어 있다. 또한, 이 광 투과율은, 시뮬레이션에 이용한 벽부의 두께(약 0.2㎜)에서의 투과율이다. 투광성 밀봉 수지는 실리콘 수지를 이용했다. 발광 소자 단부로부터 패키지의 측벽까지의 거리는, 폭 방향:약 0.13㎜, 길이 방향:약 0.53㎜이다.
또한, 이 경우의 길이 방향에 있어서의 광의 상대 광도에 대해서도 시뮬레이션하였다.
그 결과, 예를 들면, 광 투과부 0.2㎛/광 반사부 0.25㎛로 한 발광 장치에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 광 투과부를 형성하지 않고 광 반사부만으로 패키지를 구성한 것(파선)에 비교하여, 광 투과부를 형성한 경우에, 광의 취출 방향이 넓어지는 것이 확인되었다. 또한, 광 투과부 0.1㎛/광 반사부 0.35㎛로 한 발광 장치에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 마찬가지로 광의 취출 방향이 넓어지는 것이 확인되었다.
<제4 실시 형태>
도 5는, 제4 실시 형태에 관한 발광 장치(400)를 도시하는 개략 단면도이다. 또한, 이 제4 실시 형태에서는, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 리드 프레임(109)을 이용하여 구성되어 있다. 광 반사부(403)의, 오목부(402a)에 있어서의 노출면 이외의 주위가, 광 투과부(404)에 의해 덮여지는 구성으로 되어 있는 것 이외는, 실질적으로 제3 실시 형태와 같다.
[발광 장치(400)의 제조 방법]
이 발광 장치(400)는, 도 7의 (a) 내지 (e)에 도시하는 방법에 의해, 리드 프레임을 매설하여 형성하는 프레임 인서트 타입의 발광 장치로서 형성할 수 있다.
공정 4 및 공정 5에 대해서는, 상술한 발광 장치(100)의 제조 방법과 마찬가지로 형성할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략하고 있다.
1. 리드 프레임(109)의 배치
우선, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 정부의 전극이 되는 리드 프레임(109)을 상부 금형(113a)과 하부 금형(113b) 사이에 화살표의 방향으로 끼워 넣는다.
2. 광 반사부(403)의 성형
다음으로, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 하부 금형(113b)의 하부에 설치된 수지 주입구로부터, 수지를 주입하여, 사출 성형한다.
3. 광 투과부(404)의 성형
광 반사부(403)를 경화시킨 후, 상부 금형(113a)과 하부 금형(113b)에 의해 형성되는 캐비티보다도 한층 큰 캐비티를 형성 가능한 상부 금형(114a)과 하부 금형(114b)을 이용하여, 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이 광 투과부(404)를 사출 성형한다. 이와 같은, 2색 성형을 사출 성형에 의해 용이하게 행할 수 있는 점에서 열가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
4. 발광 소자(101)의 실장
상술한 바와 같이, 광 반사부(103)과 광 투과부(104)에 의해 형성된 패키지(402)의 오목부(402a) 내이며, 리드 프레임(109)의 표면에, 도 7의 (d)에 도시하는 바와 같이 발광 소자(101)를 재치하고, 소정의 접속을 한다.
5. 투광성 밀봉 수지(105)의 형성
다음으로, 도 7의 (e)에 도시하는 바와 같이, 투광성 밀봉 수지(105)를 포팅에 의해 형성한다.
6. 포밍
마지막으로, 리드 프레임(109)을 소정의 길이로 절단하고, 절곡하여 외부 단자로 한다.
<제5 실시 형태>
도 11은, 제1 실시 형태의 발광 장치에 렌즈(115)를 조합한 것이다. 이와 같이, 투광성 밀봉 수지(105) 및 광 투과부(104)를 덮도록 렌즈(115)를 설치함으로써, 렌즈(115)를 개재하여 광을 취출하는 부분과, 렌즈(115)를 개재하지 않고, 광 투과부(104)를 개재하여 가로 방향으로부터 광을 취출하는 부분을 갖는 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 제2 내지 제4 실시 형태의 발광 장치에 대해서도, 마찬가지로 렌즈를 조합할 수 있다.
렌즈(115)의 재료로서는, 투광성을 갖는 것이면, 특별히 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 아크릴레이트 수지, 메타크릴 수지(PMMA 등), 우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 폴리 노르보넨 수지, 불소 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 변성 에폭시 수지, 글래스 에폭시 수지 등의 1종 또는 2종 이상 등의 수지, 액정 폴리머, 글래스 등, 해당 분야에서 통상 이용되는 재료로부터 선택할 수 있다. 그 중에서도 특히 에폭시, 실리콘, 변성 실리콘, 우레탄 수지, 옥세탄 수지 등이 적합하다.
본 발명의 발광 장치는, 조명 기구, 디스플레이, 휴대 전화의 백라이트, 동화상 조명 보조 광원, 그 밖의 일반적 민생용 광원 등, 여러 가지의 광원에 사용할 수 있다.
100, 200, 300, 400 : 발광 장치
101 : 발광 소자
102, 202, 302, 402 : 패키지
102a, 402a : 오목부
103, 203, 303, 403 : 광 반사부
104, 404 : 광 투과부
105 : 투광성 밀봉 수지
106a : 내부 배선
106b : 외부 전극
107 : 와이어
108 : 기판
109 : 리드 프레임
110 : 형광물질
113a, 114a : 상부 금형
113b, 114b : 하부 금형
115 : 렌즈

Claims (8)

  1. 발광 소자와,
    해당 발광 소자를 수납하는 오목부를 구비하고, 해당 오목부를 형성하는 그 측벽에, 상기 발광 소자로부터의 광을 반사시키는 광 반사부와, 상기 발광 소자로부터의 광을 외부에 투과시키는 광 투과부를 일체로서 구비하는 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 발광 소자와,
    해당 발광 소자를 수납하는 오목부를 구비하고, 해당 오목부를 형성하는 그 측벽에, 상기 발광 소자로부터의 광을 반사시키는 광 반사부와, 상기 발광 소자로부터의 광을 외부에 투과시키는 광 투과부를 갖는 패키지와, 상기 오목부의 내측에 충전된 투광성 밀봉 수지를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 내측에, 투광성 밀봉 수지가 충전되어 이루어지는 발광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 반사부는 백색 수지로 형성되고, 상기 광 투과부는 광의 투과율이 70％ 이상의 투명 수지로 형성되어 이루어지는 발광 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 반사부의 높이는 상기 발광 소자의 높이의 100％ 이상인 발광 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 투과부의 높이는 상기 광 반사부의 높이의 30％ 이상인 발광 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 밀봉 수지에 형광체가 함유되어 이루어지는 발광 장치.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 밀봉 수지는 상기 광 투과부와 다른 재료에 의해 형성되어 있는 발광 장치.
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