KR20160036489A - 발광 장치 - Google Patents

발광 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160036489A
KR20160036489A KR1020150130828A KR20150130828A KR20160036489A KR 20160036489 A KR20160036489 A KR 20160036489A KR 1020150130828 A KR1020150130828 A KR 1020150130828A KR 20150130828 A KR20150130828 A KR 20150130828A KR 20160036489 A KR20160036489 A KR 20160036489A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
light emitting
wavelength
emitting element
emitting device
Prior art date
Application number
KR1020150130828A
Other languages
English (en)
Inventor
유조 마에노
히사요시 다이초
유 시노미야
Original Assignee
가부시키가이샤 고이토 세이사꾸쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 고이토 세이사꾸쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고이토 세이사꾸쇼
Publication of KR20160036489A publication Critical patent/KR20160036489A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/69—Details of refractors forming part of the light source
    • F21K9/58—
    • F21K9/56—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/65—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction specially adapted for changing the characteristics or the distribution of the light, e.g. by adjustment of parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F21V7/24—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material
    • F21V7/26—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material the material comprising photoluminescent substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • F21Y2101/02—
    • F21Y2101/025—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0045—Devices characterised by their operation the devices being superluminescent diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body

Abstract

(과제) 광원으로서 단파장 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 이용하여 백색광의 색온도 개선을 도모하면서도, 양호한 반사 특성의 반사 부재를 이용하여 광속을 저하시키지 않고 고휘도화를 도모하는 것이 가능한 발광 장치를 제공한다.
(해결수단) 발광 장치의 광원으로서, 피크 파장이 395∼410 nm인 반도체 발광 소자를 이용하고, 밴드갭이 3.4 eV 이상인 물질로 이루어진 광산란 입자를 반사 부재의 분산 중에 분산하고, 광산란 입자의 굴절율을 분산매의 굴절율보다 0.3 이상 크게 한다. 또한, 반도체 발광 소자는, 발광 적분 강도에 있어서 1 퍼센타일의 값이 365∼383 nm의 범위 이내로 한다.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 장치에 관한 것이며, 특히 단파장 가시광을 발광하는 발광 다이오드 및 반사 부재를 갖는 발광 장치에 관한 것이다.
최근에 LED(Light Emitting Diode : 발광 다이오드)나 LD(Laser Diode : 반도체 레이저) 등의 반도체 발광 소자를 광원으로서 이용한 백색 발광 장치의 기술이 급속하게 발전해 왔다. 이들 발광 장치는, 자동차의 헤드램프나 옥내외의 조명 장치 등의 대광량을 필요로 하는 용도로도 이용되게 되었다. 특히, 자동차용 헤드램프 용도에 있어서는, 종래의 할로겐 벌브나 방전등으로서 점광원에 가까운 LED 광원을 이용하는 것이 중요하고, LED 광원을 한층 더 고휘도화하는 것이 요구되고 있다.
LED를 이용한 백색 발광 장치를 고휘도화하는 수법으로는, 청색 LED 칩의 상면에 파장 변환 재료를 배치하고, 수지 중에 광산란 입자를 함유시킨 백색반사 부재로 청색 LED 칩과 파장 변환 재료의 측면을 덮는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1). 또한, 반도체 발광 소자 상에 파장 변환 재료와 투광성 플레이트를 배치하고, 금속 산화물 미립자를 필러로서 함유하는 백색 수지의 반사 부재로 반도체 발광 소자를 둘러싸고, 투광성 플레이트의 측면에 접촉하도록 투광성 부재를 배치하여 반사 부재를 밀봉한 것도 제안되어 있다(특허문헌 2).
또한, 반도체 발광 소자로서 발광 피크 파장이 350∼430 nm의 범위 이내인 단파장 가시광을 발광하는 LED 칩을 이용하고, 파장 변환 재료로서 단파장 가시광에 의해 여기되어 피크 파장이 560∼590 nm의 범위 이내인 황색광을 발광하는 형광 재료와, 단파장 가시광에 의해 여기되어 피크 파장이 440∼470 nm의 범위 이내인 청색광을 발광하는 형광 재료를 이용하는 것도 제안되어 있다(특허문헌 3).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2013-219397호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2013-149906호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 제4999783호 공보
특허문헌 1, 2와 같은 종래 기술에서는, 반도체 발광 소자의 주위를 백색 수지로 둘러싸는 것에 의해, 반도체 발광 소자로부터 출사한 광을 작은 체적의 파장 변환 부재에 대하여 효과적으로 반사시킬 수 있고, 효율적으로 파장 변환 부재로 파장 변환을 하여 백색광을 얻을 수 있어 고휘도화를 도모했다. 이러한 종래 기술에서는, 반도체 발광 소자로서 청색광을 발광하는 LED 칩을 이용하고, 파장 변환 부재로 청색광의 일부를 황색광으로 변환하고, 청색광과 황색광의 혼색에 의해 백색을 얻고 있기 때문에, 얻어지는 백색광의 색온도가 높아지는 경향이 있고, 색온도를 개선하는 것이 어려웠다.
특허문헌 3의 종래 기술에서는, 광원으로서 단파장 가시광을 이용함으로써, 파장 변환 재료에 함유되는 형광 재료로부터의 청색광과 황색광의 혼색에 의해 백색광을 얻을 수 있고, 광원으로부터의 단파장 가시광은 시감도가 낮기 때문에, 백색 발광 장치의 색온도를 개선할 수 있었다.
그러나, 특허문헌 3의 종래 기술에 있어서 고휘도화를 도모하기 위해 백색 수지를 반사 부재에 이용하고자 하면, 특허문헌 1, 2와 같이 청색광을 반사하기에 적합한 광산란 입자를 이용했다 하더라도, 광원의 파장이 상이하고 단파장 가시광이기 때문에, 반드시 양호한 반사 특성을 얻을 수는 없고 고휘도화에는 한계가 있었다.
따라서 본 발명은, 상기 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 광원으로서 단파장 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 이용하여 백색광의 색온도 개선을 도모하면서도, 양호한 반사 특성의 반사 부재를 이용하여 광속을 저하시키지 않고 고휘도화를 도모하는 것이 가능한 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 발광 장치는, 피크 파장이 395∼410 nm인 반도체 발광 소자와, 분산매 중에 광산란 입자가 분산된 반사 부재를 가지며, 상기 광산란 입자는, 밴드갭이 3.4 eV 이상인 물질로 이루어지고, 상기 분산매의 굴절율보다 상기 광산란 입자의 굴절율 쪽이 0.3 이상 큰 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 발광 장치에서는, 반도체 발광 소자로부터 출사한 광의 피크 파장이 395∼410 nm의 범위인 단파장 가시광이라 하더라도, 광산란 입자의 밴드갭이 3.4 eV 이상이고, 분산매와 광산란 입자의 굴절율차가 0.3 이상이기 때문에, 광산란 입자에 의해 흡수되는 광량을 억제할 수 있고, 또한 광산란 입자로 양호하게 광을 산란할 수 있기 때문에 반사 부재의 반사율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 광원으로서 단파장 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 이용하여 백색광의 색온도 개선을 도모하면서도, 양호한 반사 특성의 반사 부재를 이용하여 광속을 저하시키지 않고 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 반도체 발광 소자는, 발광 적분 강도에 있어서 1 퍼센타일의 값이 365∼383 nm이다.
이와 같이, 발광 적분 강도에 있어서 1 퍼센타일의 값이 365∼383 nm인 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 밴드갭이 3.4 eV 이상의 물질인 광산란 입자에 의해 흡수되는 광량을 전체의 1% 이하로 할 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광 소자가 발광한 광량 전체 중, 광산란 입자로 흡수되어 버리는 광량을 실질적으로 무시할 수 있을 정도까지 저감할 수 있기 때문에, 또한 광속 저하를 억제하여 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 반사 부재는, 상기 반도체 발광 소자의 주위를 둘러싸고 0.2∼2.0 mm의 폭으로 형성되어 있다.
이와 같이, 반사 부재로 반도체 발광 소자의 주위를 둘러싸는 것에 의해, 반도체 발광 소자로부터의 단파장 가시광이 반사 부재를 투과하여 누출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 반사 부재로 충분히 단파장 가시광을 반사할 수 있고, 또한 광속 저하를 억제하여 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 반도체 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어, 다른 파장의 광을 발광하는 파장 변환 부재를 가지며, 상기 파장 변환 부재는, 상기 반도체 발광 소자 상에 50∼500 nm의 두께로 형성되고, 상기 반사 부재는 상기 반도체 발광 소자 및 상기 파장 변환 부재의 주위의 적어도 일부에 형성되어 있다.
이와 같이, 파장 변환 부재를 반도체 발광 소자 상에 형성하고 주위의 적어도 일부에 반사 부재를 형성함으로써, 반사 부재로 단파장 가시광을 파장 변환 부재에 대하여 효과적으로 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 파장 변환 부재로 적절히 단파장 가시광을 파장 변환할 수 있고, 또한 광속 저하를 억제하여 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 광산란 입자는 Nb2O5 및 Ta2O5의 적어도 하나이다.
이와 같이, 광산란 입자로서 단파장 가시광을 반사하기 위해 최적의 물질을 선택함으로써, 광산란 입자에서의 단파장 가시광의 흡수를 억제하고, 분산매와의 굴절율차를 확보하여 반사 부재의 반사율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 반사 부재의 반사율을 향상시킬 수 있고, 또한 광속 저하를 억제하여 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
본 발명에서는, 광원으로서 단파장 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 이용하여 백색광의 색온도 개선을 도모하면서도, 양호한 반사 특성의 반사 부재를 이용하여 광속을 저하시키지 않고 고휘도화를 도모하는 것이 가능한 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 평면도와 모식 단면도이다.
도 2는 반도체 발광 소자가 발광하는 발광 적분 강도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1, 2의 발광 장치에 관해 발광 특성을 측정한 스펙트럼도이다.
도 4는 제2 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는 제3 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
도 6은 제4 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
도 7은 제5 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
도 8은 제6 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면에 표시되는 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 적절하게 중복된 설명은 생략한다.
(제1 실시형태)
도 1은, 제1 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식도이며, 도 1의 (a)는 모식 평면도이고, 도 1의 (b)는 모식 단면도이다. 도 1에 나타내는 발광 장치(1)는, 기판(10) 상에 반도체 발광 소자(11)가 실장되고, 반도체 발광 소자(11) 상에는 파장 변환 부재(12)가 설치되어 있다. 반도체 발광 소자(11)와 파장 변환 부재(12)의 주위를 둘러싸도록 기판(10) 상에 댐부재(13)가 배치되어 있고, 댐부재(13)의 내측에는 반사 부재(14)가 충전되어 있다.
기판(10)은 다른 부재를 탑재하여 지지하기 위한 평판형의 부재이며, 절연성 재료나 도전성 재료의 어느 것을 이용해도 좋고, 열전도성이 높은 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 세라믹 기판이나 유리 에폭시 기판, 가요성 기판, 금속 기판 상에 절연막을 형성한 복합 기판, 리드 프레임을 절연 재료로 고정한 기판 등을 이용할 수 있다. 도 1에서는 생략하고 있지만, 기판(10)의 반도체 발광 소자(11)를 탑재하는 면 위에는, 금속 재료 등으로 이루어진 배선층을 형성하고 있고, 반도체 발광 소자(11)에 접속되어 전류를 공급하고 있다.
반도체 발광 소자(11)는, 단파장 가시광을 발광하는 발광 다이오드(LED)이다. 본 발명에 있어서의 단파장 가시광이란, 청색보다 단파장인 400 nm 근방의 광이며, 보다 구체적으로는 발광 피크 파장이 395∼410 nm의 파장 범위인 광이다. 이 범위의 단파장 가시광은, 청색인 450 nm 근방의 광보다 시감도가 낮기 때문에, 광량이 증가하더라도 백색광 전체의 색온도에 미치는 영향이 작다고 하는 특성이 있다.
반도체 발광 소자(11)로는, 활성층으로서 InGaN계의 화합물 반도체를 구비하는 것이 바람직하다. InGaN계의 화합물 반도체는, In의 함유량에 따라 발광 파장이 변화하며, In의 함유량이 많으면 발광 파장이 장파장이 되고, 적으면 단파장이 되는 경향을 나타낸다. InGaN계 활성층에서는, 피크 파장이 400 nm 근방이 될 정도로 In이 함유된 조성비의 것이며 양자 효율이 가장 높은 것이 확인되어 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(11)를 InGaN계 화합물 반도체 재료로 하면, 단파장 가시광에서의 발광 효율을 최적으로 할 수 있다. 그러나, 반도체 발광 소자(11)를 구성하는 재료는 InGaN계에 한정되지 않고, 단파장 가시광을 발광할 수 있다면 다른 재료이어도 좋고, 예컨대 II-VI족 화합물 반도체나 ZnO계 화합물 반도체, Ga2O3계 화합물 반도체 등이어도 좋다.
파장 변환 부재(12)는, 반도체 발광 소자(11)가 발광한 단파장 가시광의 일부를 다른 파장으로 변환하는 부재이다. 도 1에서는, 형광체 재료를 미립자로 하여 수지 중에 분산시켜 시트형으로 형성한 형광 함유 시트를, 도시하지 않은 접착제로 반도체 발광 소자(11)의 상면에 고정하고 있다. 파장 변환 부재(12)로는 형광 함유 시트에 한정되지 않고, 단파장 가시광을 파장 변환할 수 있는 부재이면 되고, 형광체 미립자를 분산시킨 수지를 도포하는 것이나, 유리 중에 형광체 재료를 포함시킨 것, 형광 세라믹판 등을 이용할 수 있다. 형광체 입자를 분산시키는 수지로는, 예컨대 디메틸실리콘 수지나 에폭시 수지 등을 이용할 수 있다.
파장 변환 부재(12)에는, 단파장 가시광에 의해 여기되어 청색광을 발광하는 형광체 재료와, 단파장 가시광에 의해 여기되어 황색광을 발광하는 형광체 재료가 포함되어 있다. 청색광을 발광하는 형광체 재료로는, 예컨대 (Ca,Sr)5(PO4)3Cl:Eu를 들 수 있다. 황색광을 발광하는 형광체 재료로는, 예컨대(Ca,Sr)7(SiO3)6Cl2:Eu를 들 수 있지만, 다른 재료이어도 좋다. 파장 변환 부재에 포함되는 형광체 재료로는, 청색광과 황색광을 발광하는 것에 한정되지 않고, 혼색함으로써 백색을 얻을 수 있다면 다른 색이어도 좋고, 예컨대, 적색광과 청색광과 녹색광을 발광하는 것을 각각 포함시켜도 좋다. 또한, 색온도를 조정하기 위해 다른 색을 발광하는 형광체 재료를 추가해도 좋다.
댐부재(13)는, 반도체 발광 소자(11)로부터 이격된 위치의 기판(10) 상에 배치되어 주위를 둘러싸는 프레임이다. 댐부재(13)로는, 예컨대 수지나 세라믹 등을 프레임형으로 성형하여 기판(10) 상에 접착제로 고정하는 것이나, 기판(10) 상에 수지 등의 재료를 프레임형상으로 도포하여 경화시키는 것 등 여러가지 양태를 이용할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 댐부재(13)는, 반도체 발광 소자(11)보다 높게 형성되어 있고, 반도체 발광 소자(11) 상에 배치된 파장 변환 부재(12)의 높이와 대략 동일하게 형성되어 있다.
반사 부재(14)는, 수지 등의 분산매에 광산란 입자를 분산시킨 것이며, 반도체 발광 소자(11)로부터의 단파장 가시광 및 파장 변환 부재(12)로부터의 가시광을 반사하기 위한 부재이다. 분산매로는, 단파장 가시광을 투과하는 재료이면 되고, 예컨대 디메틸실리콘 수지나 에폭시 수지, 유리 등을 들 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 반사 부재(14)는 댐부재(13)의 내측에 충전되어 반도체 발광 소자(11)와 파장 변환 부재(12)의 측면을 덮도록 형성되어 있다. 도 1에서는, 반사 부재(14)의 높이는, 파장 변환 부재(12)와 댐부재(13)의 높이와 대략 동일하게 형성되어 있다.
반사 부재(14)에 있어서의 분산매와 광산란 입자의 비율로는, 광산란 입자가 10 체적퍼센트 농도 이상 20 체적퍼센트 농도 이하가 되는 범위가 바람직하다. 10 체적퍼센트 농도 미만이면, 광산란 입자의 밀도가 작아져 단파장 가시광이 반사 부재(14)에 의해 충분히 반사되지 않고, 누출광이 발생하여 버린다. 또한, 20 체적퍼센트 농도보다 크면, 광산란 입자를 분산매에 충분히 적실 수 없어 보이드가 발생하기 쉬워지고, 수율이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 보이드가 발생한 경우에는, 보이드를 경유하여 단파장 가시광이 누출되어 버릴 우려가 있어, 반사 부재(14)에 의해 충분히 단파장 가시광을 반사할 수 없게 되어 버린다.
광산란 입자의 입경으로는, 입경 분포의 중앙치(메디안)가 0.1 ㎛≤50% D≤10 ㎛의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛≤50% D≤3 ㎛의 범위이다. 입경이 이 범위보다 작으면, 광산란 입자가 분산매에 대하여 균일하게 분산되기 어려워지고, 이 범위보다 크면, 광산란 입자의 비표면적이 작아져 단파장 가시광을 산란하기 어려워진다.
또한, 반사 부재(14)의 폭(도면 중 가로 방향의 두께)으로는, 0.2∼2.0 mm의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 mm∼1.5 mm의 범위이다. 반사 부재(14)의 폭이 이 범위보다 작은 경우에는, 반사 부재(14)를 통과하여 외부로 취출되는 누출광이 증가해 버려, 충분히 파장 변환 부재(12)에 대하여 단파장 가시광을 반사할 수 없다. 파장 변환 부재(12)에 대하여 충분히 단파장 가시광이 반사되지 않으면, 파장 변환되어 백색을 얻기 위한 청색광 및 황색광의 광량이 부족하고, 결과적으로 백색광의 광속이 저하되어 휘도도 저하된다. 반사 부재(14)의 폭이 이 범위보다 큰 경우에는, 반사 부재(14)의 성형성이 악화된다.
발광 장치(1)에 전류를 공급하면, 반도체 발광 소자(11)가 400 nm 근방에 발광 피크 파장을 갖는 단파장 가시광을 발광한다. 반도체 발광 소자(11)로부터의 단파장 가시광이 파장 변환 부재(12)에 포함되는 형광체 재료에 입사하면, 형광체 재료는 여기되어 청색광과 황색광을 발광하고, 혼색되어 백색광으로서 발광 장치(1) 외부로 취출된다.
반도체 발광 소자(11)로부터의 단파장 가시광과 파장 변환 부재(12)로부터의 광이 반사 부재(14)에 입사하면, 반사 부재(14)의 분산매와 분산매 중에 분산되어 있는 광산란 입자 사이의 굴절율차에 의해 광이 굴절되어 진행 방향이 변화하여 산란된다. 반사 부재(14) 중에는 다수의 광산란 입자가 분산되어 있기 때문에, 다수의 광산란 입자에 반복하여 산란된 광은, 반사 부재(14)의 외부 방향으로 다시 취출된다. 따라서, 반사 부재(14)에 입사한 광은 산란 반사되어 일부는 반사 부재(14)를 통과하여 발광 장치(1)의 외부로 취출되고, 일부는 파장 변환 부재(12)측으로 입사하여 파장 변환된다.
발광 장치(1)에서는, 반도체 발광 소자(11)로서 시감도가 낮은 단파장 가시광을 이용하고 있기 때문에, 직접 외부로 취출되는 단파장 가시광이 증가하면, 파장 변환 부재(12)에 의해 파장 변환되는 광량이 저하되고 백색광의 광속이 저하되어 버린다. 따라서, 파장 변환 부재(12)에 대하여 단파장 가시광을 양호하게 반사할 수 있는 분산매와 광산란 입자의 선정이 중요해진다.
도 2는, 반도체 발광 소자(11)가 발광하는 발광 적분 강도를 나타내는 그래프이다. 도 2에서는, 단파장 가시광인 395∼410 nm의 파장 범위 중, 가장 파장이 짧은 395 nm에서 발광 피크 파장을 갖는 경우를 나타내고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(11)의 발광 스펙트럼은 반값폭 30 nm 정도의 가우스분포에 근사한 것으로 되어 있고, 350∼450 nm 정도까지 분포가 넓어져 있다. 이러한 반도체 발광 소자(11)에서는, 전체 파장 영역에서의 발광 강도의 적분치에 대하여, 단파장측으로부터 발광 강도를 적분하여 1 퍼센타일이 되는 파장은 365 nm, 10 퍼센타일이 되는 파장은 385 nm, 25 퍼센타일이 되는 파장은 390 nm, 50 퍼센타일이 되는 파장은 395 nm이다. 반도체 발광 소자(11)로서, 발광 피크 파장이 410 nm인 것을 이용한 경우에는, 1 퍼센타일 치는 383 nm였다.
도 2에서 분명한 바와 같이, 반도체 발광 소자(11)로서 단파장 가시광인 것을 이용하면, 그 발광 강도 분포에는 380 nm 이하의 파장이 수% 정도 포함되어 있는 것을 알 수 있다. 종래의 발광 장치에서 이용되었던 청색 LED에서는, 도 2에 도시한 발광 적분 강도와는 달리, 피크 파장이 450 nm 근방으로 시프트한 것이다. 따라서, 반값폭이 본 발명과 동일한 정도였다 하더라도, 청색 LED에서는 380 nm 이하의 영역까지는 스펙트럼이 넓어지지 않고, TiO2 등의 입자를 광산란 입자에 이용하더라도 청색광은 거의 흡수되지 않았다.
그러나, 본 발명의 발광 장치(1)에서는, 반도체 발광 소자(11)로서 단파장 가시광을 발광하는 것을 이용하고 있기 때문에, 반사 부재(14)에 있어서 분산매 중에 분산되어 있는 광산란 입자를 적절하게 선택하지 않으면, 광산란 입자에 의해 단파장 가시광의 일부가 흡수되어 버린다. 그 결과, 파장 변환 부재(12)에 입사하는 단파장 가시광의 광량이 감소하고, 파장 변환 부재(12)에 의해 파장 변환되는 청색광 및 황색광도 감소하여, 발광 장치(1)의 광속과 휘도가 저하되어 버린다. 이러한 문제는, 반도체 발광 소자로서 청색 LED를 이용한 종래 기술에 있어서는 발생하지 않았던 것이다.
광산란 입자에 의한 광의 흡수는, 광산란 입자를 구성하는 물질의 밴드갭과 광의 파장이 주요 요인이라고 생각된다. 광산란 입자를 구성하는 물질은, 각각 특유의 밴드갭을 갖고 있고, 그 밴드갭 에너지를 파장으로 환산한 밴드갭 파장보다 단파장의 광을 흡수해 버린다. 따라서, 도 2에 도시한 바와 같은 스펙트럼 분포인 단파장 가시광을 거의 흡수하지 않도록 하기 위해서는, 밴드갭 파장이 단파장 가시광의 스펙트럼 분포와 가능한 한 중복되지 않는 재료를 광산란 입자로서 이용할 필요가 있다.
구체적으로는, 반도체 발광 소자(11)의 발광 적분 강도에 있어서, 1 퍼센타일 치가 되는 파장보다 밴드갭 파장이 단파장이 되도록 광산란 입자의 재료를 선택한다. 이러한 밴드갭 파장을 선택하면, 반도체 발광 소자(11)가 발광한 광 중, 광산란 입자에 의해 흡수되는 비율을 1% 이하로 할 수 있고, 광의 흡수에 의한 광속의 저하를 실용상으로는 무시할 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 발광 피크 파장이 395 nm인 단파장 가시광의 경우에는, 1 퍼센타일 치는 365 nm이고, 발광 피크 파장이 410 nm인 단파장 가시광의 경우에는, 1 퍼센타일 치는 383 nm이다. 따라서, 밴드갭 파장이 365 nm 이하(3.4 eV 이상)인 재료를 선택함으로써, 광산란 입자에 의한 단파장 가시광의 흡수를 억제하여, 발광 장치(1)의 광속을 저하시키지 않고 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 반사 부재(14)에 의해 단파장 가시광을 양호하게 반사하기 위해서는, 분산매와 광산란 입자의 굴절율차도 중요한 요인이 되고 있다. 전술한 바와 같이, 반사 부재(14)에서는 분산매와 광산란 입자의 굴절율차에 의해 생기는 광의 산란이 반복됨으로써, 단파장 가시광이 입사해 온 방향으로 다시 단파장 가시광이 취출되어, 단파장 가시광이 산란 반사된다. 이 때, 분산매와 광산란 입자의 굴절율차가 작은 경우에는, 광이 산란되는 각도가 작아져 충분히 광이 산란되지 않기 때문에, 전체적으로 반사 부재(14)를 통과하여 외부로 누출되는 광량이 많아져 버린다. 구체적으로는, 광산란 입자의 굴절율은 분산매의 굴절율보다 0.3 이상 큰 것이 바람직하다.
[실시예]
본 발명의 제1 실시형태의 실시예로서, 도 1에 도시한 발광 장치(1)를 제작했다. 기판(10)으로서 AlN의 세라믹스 기판을 이용하고, 반도체 발광 소자(11)로서 InGaN계 재료로 이루어진 활성층을 가지며 발광 피크 파장이 400 nm인 LED 칩을 이용했다. LED 칩의 사이즈는 1 mm×1 mm이며, 기판(10) 상에 플립 칩 실장했다.
파장 변환 부재(12)에 함유시키는 형광체 입자로서, 청색 형광체인 (Ca,Sr)5(PO4)3Cl:Eu와, 황색 형광체인 (Ca,Sr)7(SiO3)6Cl2:Eu를 이용하고, 색온도가 5500 K가 되는 비율로 혼합했다. 혼합한 2종류의 형광체 입자가 15 체적퍼센트 농도가 되도록, 굴절율 1.4의 디메틸실리콘 수지 중에 분산시켜, 두께 300 ㎛의 시트형으로 성형했다. 얻어진 형광 함유 시트를 1.2 mm×1.2 mm의 사이즈로 절단하고, LED 칩의 사방으로부터 0.1 mm 비어져 나온 위치에 투광성 접착 수지로 고정했다.
파장 변환 부재(12)로부터 1 mm의 위치를 둘러싸는 프레임형의 댐부재(13)를 형성하여 기판(10) 상에 설치했다. 따라서, 댐부재(13)의 내측에 형성되는 반사 부재(14)의 폭은 1 mm가 된다.
반사 부재(14)로서, 굴절율이 1.4인 디메틸실리콘 수지 중에 [표 1]에 나타낸 각 재료로 이루어진 광산란 입자를 분산시키고, 댐부재(13) 내에 디스펜스 도포하여 반도체 발광 소자(11)와 파장 변환 부재(12)의 측면을 덮도록 충전하여, 실시예 1-9 및 비교예 1-5의 발광 장치(1)를 얻었다. 실시예 1-9 및 비교예 2-5의 각 재료에서는, 디메틸실리콘 수지에 있어서의 광산란 입자의 농도를 10∼20 체적퍼센트 농도의 범위가 되도록 조정하고, 입경을 0.1 ㎛≤50% D≤3 ㎛의 범위가 되도록 조정했다. 비교예 1에서는, 광산란 입자를 첨가하지 않은 굴절율 1.4의 디메틸실리콘 수지만으로 반사 부재(14)를 형성했다.
이와 같이 하여 얻어진 각 발광 장치(1)에 관해, 발광 장치(1)에 공급하는 오퍼레이션 전류를 350 mA에 고정하여 휘도와 광속의 측정을 행했다. 휘도의 측정 방법으로는, 오퍼레이션 전류를 공급하여 20∼30분 경과한 후에, 암실 내에서 파장 변환 부재(12)의 상면에 촛점을 맞춰 카메라로 촬상하여 광량을 측정하여 휘도를 산출했다. 광속의 측정 방법으로는, 적분구에 발광 장치(1)를 설치하여, 10 msec 동안 오퍼레이션 전류를 공급하여 광속을 측정했다. 이와 같이 측정한 휘도와 광속에 관해, 비교예 1을 기준으로 하여 상대 휘도와 상대 광속을 산출했다.
표 1에, 실시예 1-9 및 비교예 1-5의 각 재료의 밴드갭, 굴절율, 상대 휘도, 상대 광속을 나타낸다.
광산란 입자 밴드갭 굴절률 상대 휘도 상대 광속
실시예 1 Ga2O3 4.8 1.92 1.35 1.06
실시예 2 HfO2 6.0 1.95 1.37 1.08
실시예 3 Y2O3 3.8 1.87 1.35 1.05
실시예 4 ZnO 3.4 1.95 1.34 1.06
실시예 5 Nb2O5 3.4 2.33 1.40 1.11
실시예 6 Ta2O5 4.0 2.16 1.38 1.13
실시예 7 ZrO2 5.0 2.03 1.35 1.10
실시예 8 AlN 6.0 1.9-2.2 1.30 1.09
실시예 9 BN 6.0 2.17 1.38 1.14
비교예 1 없음 - - 1.00 1.00
비교예 2 TiO2(루틸) 3.0 2.72 1.19 1.01
비교예 3 MgF2 5.0 1.37 1.01 0.95
비교예 4 Al2O3 6.0 1.63 1.03 1.02
비교예 5 SiO2 9.0 1.45 1.03 0.96
실시예 1-9인 Ga2O3, HfO2, Y2O3, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, ZrO2, AlN, BN은, 모두 밴드갭이 3.4 eV 이상이며, 분산매인 디메틸실리콘 수지와의 굴절율차도 0.3 이상으로 되어 있다. 이들 실시예 1-9에서는, 상대 휘도가 1.3 이상이며 상대 광속도 1.05 이상으로 되어 있어, 광속이 향상됨과 함께 휘도도 향상되어 있다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 루틸형 TiO2에서는, 디메틸실리콘 수지와의 굴절율차가 크기 때문에, 반사 부재(14)로부터 파장 변환 부재(12)를 향해서 반사되는 광량을 확보할 수 있지만, 밴드갭이 작고 단파장 가시광을 수% 정도 흡수해 버린다. 이에 따라, 상대 휘도 및 상대 광속이 실시예 1-9보다 작아졌다.
비교예 2에 있어서, 광산란 입자에 의해 단파장 가시광이 부분적으로 흡수되어 있는 것을, 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 실시예 1 및 비교예 1, 2의 발광 장치(1)에 관해 발광 특성을 측정한 스펙트럼도이다. 도면 중에서 실선이 실시예 1의 스펙트럼을 나타내고, 점선이 비교예 1의 스펙트럼을 나타내고, 파선이 비교예 2의 스펙트럼을 나타내고 있다. 비교예 1에서는, 디메틸실리콘 수지에 광산란 입자를 분산하지 않은 예이며, 반도체 발광 소자(11)로부터의 광은 대부분이 반사 부재(14)를 통과해 버리기 때문에, LED 칩이 발광한 단파장 가시광인 400 nm의 파장으로 강도가 최대로 되어 있다. 비교예 2에서는, 밴드갭이 3.0 eV로 작기 때문에, 단파장 가시광 근방의 파장 범위에서 광이 흡수되어 버려, 광강도가 실시예 1보다 작아져 있는 것을 알 수 있다.
비교예 3-5의 MgF2, Al2O3, SiO2는, 밴드갭이 3.4 eV보다 충분히 크기 때문에, 광산란 입자에서의 단파장 가시광의 흡수에 의한 광량의 저하는 보이지 않는다. 그러나 비교예 3-5는, 분산매인 디메틸실리콘 수지와의 굴절율차가 0.3 미만이며, 반사 부재(14) 중에서 광산란 입자에 의해 충분히 단파장 가시광이 산란되지 않고, 단파장 가시광을 파장 변환 부재(12)에 대하여 충분히 반사하지 못한다. 따라서, 상대 휘도 및 상대 광속이 실시예 1-9보다 작아져 있다.
실시예 1-9 중에서도, 상대 휘도 및 상대 광속이 특히 큰 것은 실시예 5-7, 9의 Nb2O5, Ta2O5, ZrO2, BN이며, 또한 ZrO2, BN은 약간 착색되어 있고, 가시광의 일부를 흡수해 버리기 때문에, 실시예 5, 6의 Nb2O5, Ta2O5가 광산란 입자로서 가장 바람직하다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 반사 부재(14)에 있어서 단파장 가시광을 양호하게 반사하여, 발광 장치(1)로부터 출사하는 백색광의 광속 및 휘도를 높게 하기 위해서는, 분산매와의 굴절율차의 크기와 밴드갭 크기의 어느 한쪽을 만족하는 광산란 입자의 선택만으로서는 충분하지 않은 것을 알 수 있다. 이것은 종래의 청색 LED 칩을 이용한 발광 장치에서는 문제가 되지 않고, 단파장 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자(11)를 이용한 발광 장치 특유의 현상이며, 피크 파장이 395∼410 nm인 반도체 발광 소자와, 밴드갭이 3.4 eV 이상인 광산란 입자와, 광산란 입자의 굴절율이 분산매보다 0.3 이상 크다고 하는 3조건이 갖춰져 비로소 광속과 휘도의 향상이라는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 광산란 입자로서 Ta2O5를 이용하고, 파장 변환 부재(12)의 두께와 형광체 입자의 농도를 변화시킨 실시예 10-12 및 비교예 6, 7을 제작했다. 여기서, 파장 변환 부재(12)의 형광체 조건인 두께를 결정하고, 그 두께에 있어서 색온도 5500 K를 실현할 수 있는 형광체 입자의 양을 결정하여, 디메틸실리콘 수지에 분산시켰다. 따라서, 파장 변환 부재(12)가 두꺼울수록 형광체 입자의 체적퍼센트 농도는 저하되는 경향이 있다. 실시예 10-12 및 비교예 6, 7의 발광 장치(1)는, 파장 변환 부재의 두께와 농도 이외는 실시예 6과 동일하게 제작했다. 반사 부재(14)에 있어서의 광산란 입자인 Ta2O5의 농도는 15 체적퍼센트였다.
표 2는, 실시예 10-12 및 비교예 6, 7에 관해, 실시예 1-9 및 비교예 1-5와 동일한 측정 방법으로 상대 휘도 및 상대 광속에 관해 측정한 결과를 나타내고 있다. 상대 휘도 및 상대 휘도는, 표 1에 나타낸 비교예 1을 기준으로 하고 있다.
파장 변환 부재 조건 상대 휘도 상대 광속
두께[㎛] 농도[vol %]
실시예 10 80 32 1.40 1.03
실시예 11 200 15 1.37 1.08
실시예 12 450 6.7 1.30 1.01
비교예 6 40 38 1.21 0.94
비교예 7 600 5 1.14 0.99
표 2에서 분명한 바와 같이, 실시예 10-12에서는 파장 변환 부재(12)의 두께가 각각 80 ㎛, 200 ㎛, 450 ㎛이며, 모두 상대 휘도가 1.3 이상이고 상대 광속도 1.00 이상으로 되어 있어, 광속이 향상됨과 함께 휘도도 향상되어 있다. 그에 비해, 비교예 6, 7의 파장 변환 부재(12)의 두께는 각각 40 ㎛, 600 ㎛이며, 모두 상대 휘도는 1.3 미만이고 상대 광속도 1.00 미만으로 되어 있다.
비교예 6과 같은 파장 변환 부재(12)의 두께가 50 ㎛ 미만이면, 원하는 색온도를 실현하기 위해 디메틸실리콘 수지 중에 분산되는 형광체 입자의 농도가 지나치게 높아져, 형광체 입자 표면에서의 광의 산란과 차폐가 증대되고, 광취출이 어려워지기 때문에 광속 및 휘도가 저하되어 버린다. 또한, 형광체 입자의 농도가 지나치게 높아지면, 전술한 바와 같이 분산매인 디메틸실리콘 수지와 광산란 입자를 충분히 적실 수 없고 보이드가 발생하기 쉬워져, 수율이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 보이드가 발생한 경우에는, 보이드를 경유하여 단파장 가시광이 누출되어 버릴 우려가 있고, 반사 부재(14)에 의해 충분히 단파장 가시광을 반사할 수 없게 되어 버린다.
비교예 7과 같은 파장 변환 부재(12)의 두께가 500 ㎛보다 큰 경우에는, 반사 부재(14)로 덮여 있는 파장 변환 부재(12)의 측면의 면적이 지나치게 증가한다. 이에 따라, 파장 변환 부재(12) 중 발광 장치(1) 상면으로부터 노출되어 있는 광취출면의 비율이 저하되고, 광취출면 이외로부터 취출되는 광이 증가해 버린다. 그 결과, 광취출면으로부터 취출되는 광량이 감소하기 때문에, 발광 장치(1)의 광속 및 휘도가 저하되어 버린다. 따라서, 바람직한 파장 변환 부재(12)의 두께는 50∼500 ㎛의 범위이다.
본 발명의 발광 장치(1)에서는, 반도체 발광 소자로부터 출사한 광의 피크 파장이 395∼410 nm의 범위인 단파장 가시광이라 하더라도, 광산란 입자의 밴드갭이 3.4 eV 이상이고, 분산매와 광산란 입자의 굴절율차가 0.3 이상이기 때문에, 광산란 입자에 의해 흡수되는 광량을 억제할 수 있고, 또한 광산란 입자에 의해 양호하게 광을 산란할 수 있기 때문에 반사 부재의 반사율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광 적분 강도에 있어서 1 퍼센타일의 값이 365∼383 nm인 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 밴드갭이 3.4 eV 이상의 물질인 광산란 입자에 의해 흡수되는 광량을 전체의 1% 이하로 할 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광 소자가 발광한 광량 전체 중, 광산란 입자에 의해 흡수되어 버리는 광량을 실질적으로 무시할 수 있을 정도까지 저감할 수 있기 때문에, 또한 광속 저하를 억제하여 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
이에 따라, 광원으로서 단파장 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 이용하여 백색광의 색온도 개선을 도모하면서도, 양호한 반사 특성의 반사 부재를 이용하여 광속을 저하시키지 않고 고휘도화를 도모하는 것이 가능해진다.
(제2 실시형태)
도 4는, 제2 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 실시형태의 발광 장치(4)는, 기판(10) 상에 반도체 발광 소자(11)를 실장하고, 반도체 발광 소자(11)로부터 이격된 주위에 프레임형의 반사 부재(14)를 배치하고, 반사 부재(14)의 내측에 파장 변환 부재(12)를 충전하고 있다.
본 실시형태에서는, 반사 부재(14)는 반도체 발광 소자(11)로부터 이격된 주위에 형성되어, 반도체 발광 소자(11)의 측면과 상면은 파장 변환 부재(12)로 덮여 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(11)가 발광한 단파장 가시광은, 파장 변환 부재(12)에 입사하여 파장 변환된다. 파장 변환 부재(12)에 의해 변환되지 않은 단파장 가시광은, 반사 부재(14)에 도달하여 산란 반사되어 다시 파장 변환 부재(12)에 입사한다. 이에 따라, 단파장 가시광을 반사 부재(14)에 의해 양호하게 반사하여 파장 변환 부재(12)로부터의 백색 발광의 효율을 향상시킬 수 있고, 발광 장치(4)의 광속 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
(제3 실시형태)
도 5는, 제3 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제3 실시형태의 발광 장치(5)는, 기판(10) 상에 반도체 발광 소자(11)를 실장하고, 반도체 발광 소자(11)로부터 이격된 주위에 내측 측면이 경사진 프레임형의 반사 부재(14)를 배치하고, 반사 부재(14)의 내측에 투광성 부재(15)를 충전하여 반도체 발광 소자(11)를 밀봉하며, 반사 부재(14) 상에 파장 변환 부재(12)를 형성하고 있다.
투광성 부재(15)는, 반도체 발광 소자(11)가 발광하는 단파장 가시광을 투과하는 투명한 재료이며, 예컨대 실리콘 수지나 에폭시 수지, 유리 등을 들 수 있다. 또한, 투광성 부재(15)는, 반도체 발광 소자(11)의 밀봉 부재로서도 기능하고 있다. 파장 변환 부재(12)를 판형 부재로서 별도로 준비해 두고, 투광성 부재(15)로서 질소 등의 불활성 가스를 충전하고, 반사 부재(14)와 파장 변환 부재(12)에 의해 반도체 발광 소자(11)를 기밀 밀봉하는 것으로 해도 좋다.
본 실시형태에서는, 반도체 발광 소자(11)가 발광한 단파장 가시광은, 투광성 부재(15)를 통과하여 파장 변환 부재(12)나 반사 부재(14)에 도달한다. 반사 부재(14)에 도달한 단파장 가시광은, 반사 부재(14)에 의해 산란 반사되어 파장 변환 부재(12)에 입사한다. 이에 따라, 단파장 가시광을 반사 부재(14)에 의해 양호하게 반사하여 파장 변환 부재(12)로부터의 백색 발광의 효율을 향상시킬 수 있고, 발광 장치(5)의 광속 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
(제4 실시형태)
도 6은, 제4 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제4 실시형태의 발광 장치(6)는, 기판(10) 상에 반도체 발광 소자(11)를 실장하고, 기판(10) 표면의 반도체 발광 소자(11)의 주위를 덮어 반사 부재(14)가 형성되어 있다. 또한, 반도체 발광 소자(11)와 그 주위의 반사 부재(14) 상은 반구형상으로 투광성 부재(15)가 형성되어 있고, 투광성 부재(15)의 외측에 돔형상의 파장 변환 부재(12)가 형성되어 있다.
투광성 부재(15)는, 반도체 발광 소자(11)가 발광하는 단파장 가시광을 투과하는 투명한 재료이며, 예컨대 실리콘 수지나 에폭시 수지, 유리 등을 들 수 있다. 또한, 투광성 부재(15)는, 반도체 발광 소자(11)의 밀봉 부재로서도 기능하고 있다. 파장 변환 부재(12)를 판형 부재로서 별도로 준비해 두고, 투광성 부재(15)로서 질소 등의 불활성 가스를 충전하고, 반사 부재(14)와 파장 변환 부재(12)에 의해 반도체 발광 소자(11)를 기밀 밀봉하는 것으로 해도 좋다.
본 실시형태에서는, 반도체 발광 소자(11)로부터 상측으로 출사한 단파장 가시광은, 투광성 부재(15)를 통과하여 파장 변환 부재(12)에 도달한다. 반도체 발광 소자(11)로부터 측방으로 출사한 단파장 가시광은, 반사 부재(14)에 도달하여 산란 반사되어 파장 변환 부재(12)에 입사한다. 이에 따라, 단파장 가시광을 반사 부재(14)에 의해 양호하게 반사하여 파장 변환 부재(12)로부터의 백색 발광의 효율을 향상시킬 수 있고, 발광 장치(6)의 광속 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
(제5 실시형태)
도 7은, 제5 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 제5 실시형태의 발광 장치(7)는, 기판(10) 상에 반도체 발광 소자(11)를 실장하고, 반도체 발광 소자(11)로부터 이격된 주위에 반사 부재(14)를 배치하고, 반사 부재(14)의 내측에 파장 변환 부재(12)를 적하하여 대략 반구형으로 형성하고 있다. 여기서, 반사 부재(14)는 파장 변환 부재(12)를 적하했을 때에, 파장 변환 부재(12)가 반도체 발광 소자(11)의 근방에서 대략 반구형이 되도록 막는 댐부재로서 기능하고 있다.
본 실시형태에서는, 반사 부재(14)는 반도체 발광 소자(11)로부터 이격된 주위에 형성되어, 반도체 발광 소자(11)의 측면과 상면은 파장 변환 부재(12)로 덮여 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(11)가 발광한 단파장 가시광은, 파장 변환 부재(12)에 입사하여 파장 변환된다. 반도체 발광 소자(11)로부터 측방으로 출사하고 파장 변환 부재(12)에 의해 변환되지 않은 단파장 가시광은, 반사 부재(14)에 도달하여 산란 반사되어 다시 파장 변환 부재(12)에 다시 입사한다. 이에 따라, 단파장 가시광을 반사 부재(14)에 의해 양호하게 반사하여 파장 변환 부재(12)로부터의 백색 발광의 효율을 향상시킬 수 있고, 발광 장치(7)의 광속 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
(제6 실시형태)
도 8은, 제6 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 모식 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 제6 실시형태의 발광 장치(8)는, 기판(10) 상에 반도체 발광 소자(11)를 실장하고, 반도체 발광 소자(11)로부터 이격된 위치에 내측 측면이 기판(10)에 대하여 경사진 반사 부재(14)를 배치하고, 반사 부재(14)의 경사면 상에 파장 변환 부재(12)를 형성하고 있다. 본 실시형태에서는, 반도체 발광 소자(11)로서 단부면 발광형의 것을 이용하고 있고, 예컨대 슈퍼 루미너센트 다이오드(SLD)나 반도체 레이저(LD) 등을 들 수 있다.
단부면 발광형의 반도체 발광 소자(11)가 발광하는 단파장 가시광은, 도면 중 화살표로 나타낸 방향으로 지향성을 갖고 출사되어, 파장 변환 부재(12)에 도달한다. 단파장 가시광은 파장 변환 부재(12)에 의해 일부가 파장 변환되지만, 나머지의 일부는 파장 변환 부재(12)를 통과하여 반사 부재(14)에 의해 산란 반사되어, 다시 파장 변환 부재(12)에 입사한다. 이에 따라, 단파장 가시광을 반사 부재(14)에 의해 양호하게 반사하여 파장 변환 부재(12)로부터의 백색 발광의 효율을 향상시킬 수 있고, 발광 장치(8)의 광속 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
(제7 실시형태)
제1∼제5 실시형태에서는, 반도체 발광 소자(11)의 주위를 모두 반사 부재(14)로 둘러싼 예를 나타냈다. 그러나 본 발명은, 광산란 입자의 밴드갭이 3.4 eV 이상이고, 분산매와 광산란 입자의 굴절율차가 0.3 이상이기 때문에, 반도체 발광 소자(11)로부터 출사한 광의 피크 파장이 395∼410 nm의 범위인 단파장 가시광이라 하더라도, 광산란 입자에 의해 흡수되는 광량을 억제할 수 있고, 또한 광산란 입자에 의해 양호하게 광을 산란할 수 있기 때문에 반사 부재(14)의 반사율을 향상시킬 수 있는 것이다.
따라서, 반도체 발광 소자(11) 및 파장 변환 부재(12)의 주위 모두를 반사 부재(14)가 둘러싸고 있을 필요는 없고, 반도체 발광 소자(11) 및 파장 변환 부재(12)의 주위의 적어도 일부에 반사 부재(14)를 형성해 두면, 반사 부재(14)에서의 단파장 가시광의 양호한 산란 반사를 하는 것이 가능하다.
본 발명은 전술한 각 실시형태에 한정되지 않고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러가지 변경이 가능하고, 상이한 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시형태에 관해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1, 4, 5, 6, 7, 8 : 발광 장치 10 : 기판
11 : 반도체 발광 소자 12 : 파장 변환 부재
13 : 댐부재 14 : 반사 부재
15 : 투광성 부재

Claims (5)

  1. 피크 파장이 395∼410 nm인 반도체 발광 소자와, 분산매 중에 광산란 입자가 분산된 반사 부재를 가지며,
    상기 광산란 입자는, 밴드갭이 3.4 eV 이상인 물질로 이루어지고,
    상기 분산매의 굴절율보다 상기 광산란 입자의 굴절율 쪽이 0.3 이상 큰 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는, 발광 적분 강도에 있어서 1 퍼센타일의 값이 365∼383 nm인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반사 부재는, 상기 반도체 발광 소자의 주위를 둘러싸고 0.2∼2.0 mm의 폭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어, 다른 파장의 광을 발광하는 파장 변환 부재를 더 포함하며,
    상기 파장 변환 부재는, 상기 반도체 발광 소자 상에 50∼500 nm의 두께로 형성되고,
    상기 반사 부재는 상기 반도체 발광 소자 및 상기 파장 변환 부재의 주위의 적어도 일부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광산란 입자는, Nb2O5 및 Ta2O5 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
KR1020150130828A 2014-09-25 2015-09-16 발광 장치 KR20160036489A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014195595A JP6457225B2 (ja) 2014-09-25 2014-09-25 発光装置
JPJP-P-2014-195595 2014-09-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160036489A true KR20160036489A (ko) 2016-04-04

Family

ID=55585371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150130828A KR20160036489A (ko) 2014-09-25 2015-09-16 발광 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160093779A1 (ko)
JP (1) JP6457225B2 (ko)
KR (1) KR20160036489A (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106601898A (zh) * 2015-10-19 2017-04-26 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管封装结构
US11177423B2 (en) 2017-05-19 2021-11-16 Citizen Electronics Co., Ltd. Light emitting device
JP7161330B2 (ja) * 2018-07-20 2022-10-26 スタンレー電気株式会社 発光装置
GB2576578A (en) * 2018-08-24 2020-02-26 Luxvici Ltd Lighting apparatus
US11189764B2 (en) 2018-11-22 2021-11-30 Nichia Corporation Light-emitting device and manufacturing method thereof
JP7137079B2 (ja) * 2018-11-22 2022-09-14 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法
JP7057528B2 (ja) * 2020-09-10 2022-04-20 日亜化学工業株式会社 発光装置
KR20220079327A (ko) * 2020-12-04 2022-06-13 코닝 인코포레이티드 광추출 기판 및 이를 구비하는 유기발광장치
DE102022123051A1 (de) 2022-09-09 2024-03-14 Schott Ag Beleuchtungseinrichtung und Lichtkonversionseinheit

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4401348B2 (ja) * 2004-12-28 2010-01-20 シャープ株式会社 発光デバイスならびにそれを用いた照明機器および表示機器
US20090052157A1 (en) * 2005-02-24 2009-02-26 Kyocera Corporation Light emitting device and lighting apparatus
KR100887068B1 (ko) * 2006-08-04 2009-03-04 삼성전기주식회사 발광 다이오드 모듈 및 이의 제조 방법
JP2009162950A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Sumitomo Metal Electronics Devices Inc 反射材およびそれを用いた反射体
US8003428B2 (en) * 2008-03-27 2011-08-23 International Business Machines Corporation Method of forming an inverted lens in a semiconductor structure
EP2312658B1 (en) * 2008-07-03 2018-06-27 Samsung Electronics Co., Ltd. A wavelength-converting light emitting diode (led) chip and method for fabrication of an led device equipped with this chip
JP5707697B2 (ja) * 2009-12-17 2015-04-30 日亜化学工業株式会社 発光装置
JP5734581B2 (ja) * 2010-05-21 2015-06-17 シャープ株式会社 半導体発光装置
DE102010048162A1 (de) * 2010-10-11 2012-04-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Konversionsbauteil
JP5468517B2 (ja) * 2010-10-19 2014-04-09 パナソニック株式会社 半導体発光デバイス
CN103443941A (zh) * 2011-03-31 2013-12-11 松下电器产业株式会社 半导体发光装置
EP3544067B1 (en) * 2011-05-16 2020-09-09 Nichia Corporation Light diode emitting device and method for manufacturing the same
JP2012244058A (ja) * 2011-05-23 2012-12-10 Du Pont Mitsui Fluorochem Co Ltd 発光ダイオード用リフレクター及びハウジング
JP2012244508A (ja) * 2011-05-23 2012-12-10 Enecyber Inc 装置情報判別装置
JP5682497B2 (ja) * 2011-07-29 2015-03-11 信越化学工業株式会社 表面実装型発光装置の製造方法及びリフレクター基板
JP6167619B2 (ja) * 2012-04-06 2017-07-26 日亜化学工業株式会社 発光装置用パッケージ成形体及びそれを用いた発光装置
JP6127468B2 (ja) * 2012-11-22 2017-05-17 日亜化学工業株式会社 発光装置
CN103531720A (zh) * 2013-10-29 2014-01-22 南京第壹有机光电有限公司 一种高效发光的电致发光器件

Also Published As

Publication number Publication date
US20160093779A1 (en) 2016-03-31
JP2016066742A (ja) 2016-04-28
JP6457225B2 (ja) 2019-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160036489A (ko) 발광 장치
US9541243B2 (en) Light conversion assembly, a lamp and a luminaire
JP5301153B2 (ja) 固体発光体およびダウンコンバージョン材料を用いる高効率光源
JP5743548B2 (ja) 照明装置
US9947840B2 (en) Light emitting device and light source
JP7174216B2 (ja) 発光モジュールおよび集積型発光モジュール
CN107408610B (zh) 发光器件
US8348468B2 (en) Light emitting device
US20110216554A1 (en) Light emitting device
CN107887490B (zh) 发光装置
US11282990B2 (en) Light emitting device and light source
JP2011014555A (ja) 発光装置
JP2009070892A (ja) Ｌｅｄ光源
JP2006222297A (ja) 白色発光装置
TWI493258B (zh) Liquid crystal display device with backlight
JP4868960B2 (ja) 発光装置およびその製造方法
JP5678462B2 (ja) 発光装置
JP6741102B2 (ja) 発光装置
US11111385B2 (en) Silicone composition
JP5291162B2 (ja) 発光装置およびその製造方法
WO2018163691A1 (ja) 波長変換部材及び発光デバイス
JP2022086988A (ja) 透光性部材及びその製造方法、光学部材、発光装置
WO2024036151A1 (en) Solid state light emitting components
TW201417353A (zh) 發光元件及發光元件之製造方法
KR20130128516A (ko) 조명 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application