KR100748815B1 - 광원 장치 - Google Patents

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츠바사 후지와라
아끼오 나까노
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니폰 라이츠 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 발광 소자로부터의 출사광을 유효하게 이용하며, 색 얼룩없이 깨끗한 고휘도의 발광을 얻을 수 있는 광원 장치를 제공한다.
케이스(7)나 기판(11) 또는 리드 프레임(21) 등의 기재의 반사면 위에 파장 변환 재료가 혼입된 투명 수지(3)가 설치되며, 이 투명 수지(3) 위에 투명성을 가지는 반도체 발광 소자(4)를 놓고 접착 고정하며, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 발하는 빛을 파장 변환 재료에 의해 파장 변환하는 동시에, 이 파장 변환된 빛을 반사면에서 반사하여, 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b)으로부터 발하는 빛과 혼색시켜 방사하는 것을 특징으로 한다.

Description

광원 장치{LIGHT SOURCE}
본 발명은, 액정 표시 장치 등의 광원으로서 이용되는 광원 장치에 관한 것이다. 특히, 반도체 발광 소자로부터의 출사광(出射光)을 유효하게 이용하여 색 얼룩이 없고, 깨끗하며 장기간에 걸쳐 높은 휘도(輝度)의 발광을 얻을 수 있는 광원 장치에 관한 것이다.
반도체 발광 소자인 발광 다이오드는 소형으로 구성되고, 전구가 나가는 등의 염려도 없으며 선명한 발광색을 효율적으로 얻을 수 있다. 또한, 구동 특성도 우수하여 진동이나 ON·OFF의 스위칭에 따른 반복 동작에 대해서도 강하다는 특징이 있다. 이로 인해 각종 인디케이터(indicater)나 액정 표시 장치 등의 광원으로서 이용되고 있다.
종래, 액정 표시 장치 등을 풀 칼라로 표시하기 위한 광원 장치로서, 발광색이 적색(Red), 청색(Blue) 및 녹색(Green)인 반도체 발광 소자, 이른바 RBG의 3개의 반도체 발광 소자를 기판 등에 설치하여 하나의 유닛으로서 이용한 LED램프가 알려져 있다.
또, 발광색이 적색, 청색 및 녹색인 반도체 발광 소자로서 3개의 반도체 발광 소자를 하나의 리드 프레임 등에 설치한 풀 칼라 광원 장치도 알려져 있다.
이러한 종류의 광원 장치에 이용되는 발광 다이오드는, 우수한 단색성 피크 파장을 가지고 있다. 이로 인해, 예컨대 적색계, 녹색계 및 청색계의 각 색으로 발광하는 발광 다이오드를 이용하여 백색계의 광원 장치를 구성할 경우, 각 색으로 발광하는 발광 다이오드를 근접 배치한 상태에서 발광시켜 확산하고 혼색시킬 필요가 있었다.
구체적으로, 백색계의 광원 장치를 얻기 위해서는, 적색계, 녹색계 및 청색계의 3종류의 발광 다이오드, 또는 청녹계 및 황색계의 2종류의 발광 다이오드가 필요하였다. 즉, 백색계의 광원 장치를 얻기 위해서는, 발광색이 다른 여러 종류의 발광 다이오드를 사용해야만 했다.
더욱이, 반도체로 이루어지는 발광 다이오드 칩은, 물건에 따라 색조나 휘도에 편차가 있다. 그리고, 복수의 발광 다이오드가 각각 다른 재료로 구성될 경우에는, 각 발광 다이오드 칩의 구동 전력 등이 달라, 개별적으로 전원을 확보해야 한다.
이로 인해, 출사광이 백색광이 되도록 각 발광 다이오드마다 공급되는 전류 등을 조절해야만 했다. 또한, 사용되는 발광 다이오드는, 개개의 온도 특성의 차이나 시간의 경과에 따른 변화가 다르고, 색조도 변화된다는 문제가 있었다. 나아가, 각 발광 다이오드 칩에서의 발광을 균일하게 혼색시키지 않으면, 출사광에 색 얼룩이 생겨, 원하는 백색계의 발광을 얻지 못할 염려가 있었다.
특히, 적색, 청색 및 녹색 발광색의 3종류의 반도체 발광 소자를 기판상에 설치하고, 하나의 유닛으로서 사용하는 광원 장치에서는 장치가 대형화가 되고 만 다는 문제가 있었다. 더욱이, 반도체 발광 소자간의 거리가 있기 때문에, 혼합색을 얻기 어렵고 혼합색의 편차나 화면색이 조잡해지는 문제가 있다.
또한, 적색, 청색 및 녹색 발광색의 3종류의 반도체 발광 소자를 하나의 리드 프레임(lead frame) 등에 설치한 광원 장치에서는, 백색의 발광색을 얻을 경우에 적색, 청색 및 녹색 등 모든 반도체 발광 소자에 전하를 공급하지 않으면 안된다. 이로 인해 전력 소비가 커져, 에너지 절약이나 휴대 전화 기기 등의 배터리 공간에 관한 문제가 있다.
이에, 상기한 문제점을 해결한 광원 장치로서, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제1995-99345호나 일본 특허 공개 공보 제1998-190066호, 일본 특허 공개 공보 제1998-242513호에 개시된 것이 알려져 있다.
일본 특허 공개 공보 제1995-99345호에 개시된 광원 장치는, 컵의 바닥부에 LED 칩이 놓인다. 그리고, 컵 내부에 LED 칩의 발광 파장을 다른 파장으로 변환하는 형광 물질(또는 발광 칩의 발광 파장을 일부 흡수하는 필터 물질)을 함유한 수지(색 변환 부재)가 충전된다. 또한, 이 수지를 포위하도록 수지가 구비되어 있다.
일본 특허 공개 공보 제1998-190066호에 개시된 광원 장치는, 기판상에 다이 본딩(die bonding)부재에 의해 고정된 LED 칩과, LED 칩 위에 설치된 색 변환 부재를 가진다. 색 변환 부재는, LED 칩으로부터의 발광의 적어도 일부를 흡수하고, 파장 변환하여 발광하는 형광 물질을 포함한다.
일본 특허 공개 공보 제1998-242513호에 개시된 광원 장치는, 마운트·리드(mount-lead)의 컵 내부에 질화 갈륨계 화합물 반도체인 LED 칩을 이너-리드(inner-lead)로 전기적으로 접속하고, 형광체를 함유하는 투명 수지를 컵 내부에 충전한 것이다. 또한, 칩 타입의 질화 갈륨계 화합물 반도체를 케이스 내부에 배설(配設)하고, 형광체를 함유하는 투명 수지를 케이스 내부에 충전한 것도 있다.
상술한 각 공보에 개시된 광원 장치는, 1종류의 반도체 발광 소자 자체의 발광색으로부터 다른 발광색을 얻는 것이다. 구체적으로는, LED 칩으로부터의 발광을 파장 변환한 발광 다이오드로서 청색계의 발광 다이오드의 발광과, 그 발광을 흡수하여 황색계를 발광하는 형광체로부터의 발광을 혼색함으로써, 백색계의 발광을 얻고 있다.
그리고, 상기 공보에 개시된 광원 장치는 모두, LED 칩 위에 색 변환 부재가 설치되는 구성이다. 이로 인해, 백색광을 얻는 경우, LED 칩 상방으로 방사(放射)된 LED 칩 자체의 청색광과, LED 칩 위에 설치된 색 변환 부재에 의해 변환된 황색광의 분산광이 사람의 눈에는 백색광처럼 보이는 것이다.
한편, 깨끗하고 휘도가 높은 백색광을 얻기 위해서는, 청색광과 황색광의 분산 및 분포가 균일하고 일정할 필요가 있다. 하지만, 상술한 각 공보에 개시된 구성에서는 LED 칩 상방의 색 변환 부재에 의해 청색광이 차단된다. 이로 인해, 색변환 부재에 의해 색 변환된 빛과, LED 칩 자체가 방사하는 청색광이 합성된 광량에 따라 휘도가 결정된다. 따라서, 색 변환 부재의 분산 및 분포를 균일하게 해야만 하고, 휘도가 그다지 양호하지 않다는 문제가 있었다.
또한, LED 칩으로부터의 빛을 파장 변환하기 위한 형광 물질을 함유하는 색 변환 부재와는 별개로, 발광 칩 또는 LED 칩을 고정하기 위한 다이 본딩 부재(마운트 부재)가 필요하였다.
더욱이, 일본 특허 공개 공보 제1995-99345호에 개시된 구성에서는, 반도체 발광 소자가 파장 변환 재료 속에 들어 있는 상태이기 때문에, 혼합색을 얻기 어렵다는 문제가 있다.
또한, 일본 특허 공개 공보 제1998-242513호에 개시된 구성에서는, 컵 내부나 케이스 내부에 질화 갈륨계 화합물 반도체가 배설되어 있고, 이 반도체의 상부 및 네 측면에, 파장 변환 부재 등의 형광체가 충전되어 있다. 이로 인해, 투명 수지에 형광체가 균일하게 분산되어 버린다. 게다가, 네 측면에 대한 분산량 또는 두께와, 표면에 대한 분산량 또는 두께의 컨트롤이 어렵다는 문제가 있다. 한편, 상술한 각 공보에 개시된 구성외에, 청색 발광의 반도체 발광 소자 등을, 파장 변환 재료가 함유된 수지 전체에서 램프 형상으로 포위한 것도 공지되어 있다. 이에 따르면, 반도체 발광 소자의 발광 파장을 다른 파장으로 변환하여 반도체 발광 소자 램프 단일 개체에서 백색의 발광색을 얻을 수 있다.
그러나, 상기한 구성에서는 파장 변환 재료의 사용량이 많아질 뿐만 아니라 파장 변환 재료의 분산 분포의 안정성이라는 과제가 있다.
이와 같이, 상술한 종래의 광원 장치를 예컨대, 액정 표시 장치 등의 광원으로서 이용했을 경우에 얻어지는 발광으로는 충분하다고 말할 수 없다. 따라서, 보다 장기간 사용하는 환경에서 고휘도의 발광(특히, 백색계의 발광)이 요망되고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 반도체 발광 소자로부터의 출사광을 유효하게 이용하여 색 얼룩이 없는 깨끗한 상태에서 고휘도의 발광을 얻는 것이다. 그리고, 종래에 비해 장기간 사용하는 환경하에서 고휘도의 발광을 얻을 수 있는 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을, 실시 형태에 대응하는 도면을 이용하여 설명한다. 즉, 본 발명에 따른 광원 장치(1A ~ 1L)는, 기재(base material)(반사성을 가지는 기판(11)이나 리드 프레임(21), 케이스(7) 내부의 반사성을 가지는 패턴이나 전기 배선 패턴 등)의 반사면 위에 설치되며, 파장 변환 재료가 혼입된 투명 수지(3)와, 투명 수지(3) 위에 설치된 투명성을 가지는 반도체 발광 소자(4)를 구비하고, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 발하는 빛을 파장 변환 재료에 의해 파장 변환함과 동시에, 파장 변환된 빛을 반사면에서 반사하여 이 반사광과, 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b)으로부터 직접 발하는 빛을 혼합하여 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b)으로부터 방사하는 것을 특징으로 한다.
이 광원 장치에 따르면, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 하방으로 방사된 빛을 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환된 빛으로서 재차 상방으로 반사한다. 이에 따라 상기 반사광과, 반도체 발광 소자(4)로부터 출사되는 직접 방사광이 완전히 혼합되어, 균일한 빛을 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b)으로부터 상방으로 방사시킬 수 있다.
한편, 투명 수지(3)에는 파장 변환 재료와 함께, 도전성 재료가 혼입될 수 있다. 그리고, 이 투명 수지(3) 위에 반도체 발광 소자(4)를 접착 고정하면, 반도체 발광 소자(4) 자체에 대한 정전기의 대전을 방지할 수 있다.
제 3 형태에 따른 광원 장치는, 투명 수지(3)가 반도체 발광 소자(4)의 면적보다 큰 면적으로 기재 위에 형성되고, 기재 위의 투명 수지(3)위에는, 반도체 발광 소자(4)가 접착 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 광원 장치에 따르면, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 하방으로 방사된 빛이, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환된 빛으로서 재차 상방으로 반사된다. 또한, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)으로부터 방사되어 하방으로 진행된 빛이, 반도체 발광 소자(4)보다 큰 면적으로 설치된 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해, 파장 변환된 빛으로서 재차 대략 상방으로 반사된다. 그리고, 상기 반사광과, 반도체 발광 소자(4)로부터 출사되는 직접 방사광이 완전히 혼합된다. 이로써, 균일한 빛을 상방으로 방사시킬 수 있다. 또한, 투명 수지(3)가 반도체 발광 소자(4)의 면적보다 큰 면적으로 설치된다. 이로써, 투명 수지(3)에 혼입되는 파장 변환 재료를 일정하고 균일한 두께로 도포 또는 인쇄했을 때, 혼합된 전체의 색조를 두께가 아닌 면적으로 컨트롤할 수 있다. 게다가, 투명 수지(3)가 접착제로서의 기능도 겸비하여 반도체 발광 소자를 고정할 수 있다.
제 4 형태에 따른 광원 장치는 기재에 오목부(22, 25)가 설치되고, 오목부(22, 25) 내부에 투명 수지(3)가 충전되어 있으며, 오목부(22, 25) 내부에 충전된 투명 수지(3) 위에, 반도체 발광 소자(4)가 접착 고정되는 것을 특징으로 한다.
이 광원 장치에 의하면, 종래의 반도체 발광 소자 위에 형광 재료가 혼입된 투명 수지를 설치한 경우에 비해 고휘도의 발광을 얻을 수 있다. 게다가, 반도체 발광 소자(4)가 오목부(22, 25) 내부에 충전된 투명 수지(3)에 의해 접착 고정된다. 따라서, 투명 수지(3)가 접착재로서의 기능도 겸비하며, 보다 많은 파장 변환된 빛을 다시 반도체 발광 소자(4)로 복귀시켜 집광성을 높일 수 있다.
제 5 형태에 따른 광원 장치는, 오목부(22)의 개구 면적이 반도체 발광 소자(4) 이면(4a)의 면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
이 광원 장치에 의하면, 반도체 발광 소자(4)로부터의 직접광과 파장 변환된 빛을 외부에 효율적으로 출사할 수 있다.
제 6 형태에 따른 광원 장치는, 오목부(25)의 내벽면이 반도체 발광 소자(4)의 측면(4e)과 대향하고 있고, 오목부(25)의 내벽면이 바닥면(25a)으로부터 개구를 향하여 확대되는 경사면(23)인 것을 특징으로 한다.
이 광원 장치에 의하면, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 하방으로 방사된 빛이, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환된 빛으로서 재차 상방으로 반사된다. 또한, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)으로부터 방사되어 횡방향이나 아래 방향으로 진행된 빛이, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)에 대응된 위치의 경사면(23)에 형성된 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해, 파장 변환된 빛으로서 다시 대략 상방으로 확실하게 반사된다. 그리고, 상기 반사광과, 반도체 발광 소자(4)로부터 출사되는 직접의 방사광이 서로 완전히 혼합된다. 이로써, 균일한 빛을 상방으로 방사시킬 수 있다.
제 7 형태에 따른 광원 장치는, 오목부(25)의 경사면(23)과, 오목부(25)의 바닥면(25a)이 이루는 각도가 0도보다 크고 45도 이하인 것을 특징으로 한다.
이 광원 장치에 의하면, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)방향으로부터의 출사광 중, 횡방향으로 진행된 광선이 대략 수직 상방으로 반사된다. 약간 경사진 하방으로 진행된 광선은, 반도체 발광 소자(4)의 대략 내측 상방으로 반사된다. 경사진 상방으로 진행된 광선은, 반도체 발광 소자(4)의 대략 외측 상방으로 반사된다. 따라서, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e) 방향으로부터의 출사광을 유효하게 이용할 수 있다.
한편, 광원 장치로서 오목부(22)의 개구 형상은, 반도체 발광 소자(4)의 형상에 따라, 직사각 형상 또는 원 형상이어도 무방하다. 이로써, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터의 광선이 빠짐없이 유효하게 오목부(22)에 투사(投射)될 수 있고, 용이하게 가공될 수 있다.
오목부(22)를 에칭 가공, 레이저 가공 또는 방전 가공에 의해 가공 형성하면, 오목부(22)를 미소(微小)하고 반사 효율이 좋은 개구부로서 고정밀도로 형성할 수 있고, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 크기보다 작은 오목부(22)를 설치할 수 있다.
반도체 발광 소자(4)는, 투명 접착제(9)를 통해 투명 수지(3)상에 접착 고정하여도 좋다. 이 때 반도체 발광 소자(4)는, 투명성 기판 위에 활성층을 배치함과 동시에 활성층 위에 투명 전극이 설치된 것을 이용하는 것이 바람직하다.
광원 장치에 사용되는 기재로는, 세라믹 기판, 액정 폴리머 수지 기판, 유리 섬유(glass fiber) 에폭시 수지 기판 등의 기판(11), 리드 프레임(21), 반사성을 가지는 케이스(7) 중 어느 하나를 선택적으로 이용할 수 있다. 이로써, 장소나 재질에 관계없이 어디서나 접착 고정하여 백색 등의 임의의 혼합광을 얻을 수 있다.
반도체 발광 소자(4)로는 InGaAlP, InGaAlN, InGaN, GaN계 중 어느 하나를 선택적으로 이용할 수 있다. 이로써, 투명 수지(3)에 혼입되는 파장 변환 재료와 조합함으로써 원하는 혼합광을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 광원 장치에서는, 2차원의 면(面)으로 보았을 때, 투명 수지(3)에 혼입된 파장 변환 재료를 분산하지 않고 일정하게 분포시키면, 종래의 반도체 발광 소자 위에 형광 재료가 혼입된 투명 수지를 무작위로 충전한 구성보다도 반도체 발광 소자로부터의 출사광을 더욱 유효하게 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 1을 나타내는 전체도이다.
도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 3은 반도체 발광 소자의 일 구성 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래 반도체 발광 소자 위에 형광재가 혼입된 투명 수지를 설치한 구성과, 본 발명의 반도체 발광 소자의 아래에 형광재가 혼입된 투명 수지로 접착 고정하거나 또는 형광재가 혼입된 투명 수지 위에 반도체 발광 소자를 올려 놓은(접 착시킨) 구성(실시 형태 1의 광원 장치)에 있어서 광도 측정의 비교 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 2를 나타내는 전체도이다.
도 6은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 3을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 4를 나타내는 부분 단면도이다.
도 8은 실시 형태 4의 광원 장치의 변형예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 5를 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 6을 나타내는 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 7을 나타내는 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 광원 장치의 변형예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 8의 부분 단면도이다.
도 14(a) ~ (c)는 실시 형태 8의 광원 장치에 있어서 사출 성형된(injection mold) 리드 프레임 또는 기판에 설비한 오목부의 정면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 9의 대략적인 사시 구성도이다.
도 16은 실시 형태 9의 광원 장치의 부분 측단면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 10의 부분 단면도로서, 리드 프레임이나 기판 또는 케이스에 경사면을 설치한 광원 장치의 측단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 10의 구성에서, 투명 수지의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환된 후에 반사면에서 반사되는 광선의 궤적을 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 11의 부분 측단면도이다.
도 20은 실시 형태 11의 광원 장치의 변형예를 도시한 부분 측단면도이다.
도 21은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 12의 부분 측단면도이다.
도 22는 실시 형태 12의 광원 장치의 변형예를 도시한 부분 측단면도이다.
본 발명을 보다 자세하게 설명하기 위해, 첨부한 도면을 참조하면서 설명한다.
이후 설명하는 본 발명의 광원 장치는, 투명성을 갖는 InGaAlP, InGaAlN, InGaN 또는 GaN계의 반도체 발광 소자를 이용한 광원 장치이다. 그리고, 반도체 발광 소자는, 예를 들면 반사성을 갖는 리드 프레임이나 기판 또는 케이스 내부의 반사성을 갖는 패턴이나 전기 배선 패턴 상에, 파장 변환 재료가 혼입된 투명 수지를 사이에 두고 놓여진다.
실시예 1
도 1은, 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 1을 도시한 전체도이다. 도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 실시 형태 1의 광원 장치(1 ; 1A)는, 인젝션 내지 트랜스퍼 몰딩 타입이다. 이 광원 장치(1A)는 개략적으로 패턴(2 ; 2a, 2b), 투명 수지(3), 반도체 발광 소자(4), 본딩 와이어(5 ; 이후, ‘와이어’로 약칭한다), 리드 단자(6 ; 6a, 6b) 및 몰딩 케이스(7 ; 이후, ‘케이스’로 약칭한다)에 의해 구성된다. 또한, 본 실시예의 패턴(2)은 전기 배선 패턴도 포함하는 것이다.
패턴(2 ; 2a, 2b)은, 소정의 패턴 형상을 갖는 인청동(phosphor bronze) 재료 등으로 이루어진 리드 프레임 상에 형성된다. 리드 프레임에는, 수지로 이루어진 케이스(7)가 인서트 성형된다.
투명 수지(3)는, 무색 투명한 에폭시 수지 등에 무기계의 형광 안료나 유기계의 형광 염료 등으로 이루어진 파장 변환 재료를 혼입시킨 것이다. 가령, 에폭시 수지에 형광재(YAG)를 혼입하는 경우, 에폭시 수지와 형광재의 중량 비율은 1:3∼1:4 정도이다. 이 투명 수지(3)는 패턴(2)상에 도포하거나, 형광재가 혼입된 잉크 등에 의해 인쇄함으로써 인쇄 패턴으로서 패턴(2)상에 형성할 수 있다.
또한, 투명 수지(3)는 케이스(7)의 오목 형상부(7a) 내부의 바닥면에 노출되는 패턴(2)과 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a ; 전극을 갖지 않는 면)과의 사이에 삽입 설치된다. 도 1 및 도 2의 예에서, 투명 수지(3)는 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)과 대략 동일한 면적으로 설치된다. 이 투명 수지(3)는 반도체 발광 소자(4)를 패턴(2)에 고정 부착시키는 접착제로서의 기능도 아울러 갖고 있다.
또한, 투명 수지(3)는 반도체 발광 소자(4)로서 청색 발광인 것을 이용했을 경우, CaSiO3 : Pb, Mn이나 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12 등의 YAG(이트륨·알루미늄·가닛)계 등으로 이루어진 주황색 형광 안료 또는 주황색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료가 혼입된 수지로 이루어진다. 이에 따라, 반도체 발광 소자(4)로부터의 청색광을 주황색 형광 안료 또는 주황색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료가 혼입된 수지에 투사함으로써 황색광이 얻어진다. 그리고, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 색 변환된 황색광과, 반도체 발광 소자(4) 자신이 방사하는 청색광이 혼합됨으로써, 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b)으로부터 상방으로 방사되는 광이 백색광이 된다.
또한, 투명 수지(3)는 반도체 발광 소자(4)로서 예를 들면 녹색 발광인 것을 이용했을 경우, 적색 형광 안료 또는 적색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료를 혼입한 수지로 이루어진다. 이에 따라, 반도체 발광 소자(4)로부터의 녹색광을 적색 형광 안료 또는 적색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료를 혼입한 수지에 투사함으로써 황색 계열의 광이 얻어진다.
또한, 투명 수지(3)는 반도체 발광 소자(4)로서 청색 발광인 것을 이용하였을 때, 녹색 형광 안료 또는 녹색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료를 혼입한 수지로 형성하면, 반도체 발광 소자(4)로부터의 청색광을 녹색 형광 안료 또는 녹색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료를 혼입한 수지에 투사함으로써 청록색 계열의 광이 얻어진다.
또한, 투명 수지(3)로서 무색 투명한 에폭시 수지 등에, 무기계의 형광 안료 나 유기계의 형광 염료 등으로 이루어진 파장 변환 재료와, 도전성 재료를 혼입시킨 것을 사용할 수도 있다.
이 경우의 도전성 재료는, 은입자와 같은 필러(filler)가 형광재에 악영향을 미치지 않을 정도로 혼입된다. 또한, 도전성 재료는 반도체 발광 소자(4) 자신의 P전극과 N전극이 저전하로 쇼트되지 않을 정도의 높은 저항치를 갖는다.
또한, 반도체 발광 소자(4)의 전하가 높은 것에 대해서는, 도전성을 가질 정도의 미량을 첨가함으로써, 반도체 발광 소자(4) 전체에 인가 전압보다 고전위인 정전기 등이 대전되더라도, 그 정전기 등을 접지에 흘려보내도록 되어 있다. 이로써, 특히 정전기 등에 약한 InGaAlP, InGaAlN, InGaN 또는 GaN계의 반도체 발광 소자(4) 자체를 정전기 등으로부터 방어하고 있다.
구체적으로, 형광 재료 혼입 수지부에서 도전성 재료의 체적 저항은, 150㏀∼300㏀정도로 되어 있다. 또한, 반도체 발광 소자(4)의 순방향 저항이 165Ω, 역내압(逆耐壓) 저항이 2.5MΩ로 되어 있다. 이로써, 도전성 재료의 저항은, 반도체 발광 소자(4)에 대하여 누출되지 않을 정도의 저항인 동시에, 역내압 저항보다낮은 저항치가 된다. 따라서, 접지에 전류를 흘려보내어 반도체 발광 소자(4) 자신에 대한 정전기의 대전을 방지할 수 있다.
반도체 발광 소자(4)는, n형층 위에 활성층을 중심으로 더블 헤테로 구조로 이루어진 InGaAlP계, InGaAlN계, InGaN계, GaN계 중 어느 하나의 화합물의 반도체 칩으로 이루어진 발광 소자로서, 유기 금속 기상 성장법 등으로 제작된다.
또한, 반도체 발광 소자(4) 자체의 기판은 Al2O3나 InP 사파이어 등의 투명 기판(31)으로 이루어진다. 도 3에 도시한 바와 같이, 이 투명 기판(31)위에 활성층(32)이 배치되고, 활성층(32)위에 투명 전극(33)이 형성되어 있다. 반도체 발광 소자(4)에 부착시킬 전극은, In2O3, SnO2, ITO 등으로 이루어진 도전성 투명 전극 등을 스퍼터링, 진공 증착, 화학 증착 등의 방법에 의해 생성시켜 제작한다.
그리고, 반도체 발광 소자(4)는, 한쪽 면(도 2의 상면 : 표면(4b))에 애노드 및 캐소드 전극을 갖는다. 반도체 발광 소자(4)의 전극을 갖지 않는 다른쪽 면(도 2의 하면 : 이면(4a))측은 투명 수지(3)상에 놓여져 고정 부착되어 있다. 반도체 발광 소자(4)의 애노드 및 캐소드 전극은, 와이어(5)에 의해 패턴(2a, 2b)에 본딩되어 있다.
와이어(5)는 금선(金線) 등의 도통선(導通線)으로 이루어진다. 이 와이어(5)는, 반도체 발광 소자(4)의 애노드 전극과 패턴(2a) 사이, 캐소드 전극과 패턴(2b) 사이를 각각 본더에 의해 전기적으로 접속하고 있다.
리드 단자(6 ; 6a, 6b)는, 도통성 및 탄성력이 있는 인청동 등의 구리 합금 재료 등으로 이루어진 리드 프레임을 케이스(7)로부터 직접 빼내어 형성되어 있다. 리드 단자(6a)는 반도체 발광 소자(4)의 애노드 전극측과 패턴(2a)을 통해 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 리드 단자(6a)는, 본 발명의 광원 장치(1 ; 1A)로서의 양극(+)으로서 사용되도록 구성된다.
또한, 리드 단자(6b)는, 반도체 발광 소자(4)의 캐소드 전극측과 패턴(2b)을 통해 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 리드 단자(6b)는 본 발명의 광원 장치(1 ; 1A)로서의 음극(-)으로서 사용되도록 구성된다.
케이스(7)는 변성 폴리아미드, 폴리부틸렌 텔레프탈레이트나 방향족계 폴리에스테르 등으로 이루어진 액정 폴리머 등의 절연성 재료에, 티탄산 바륨 등의 백색 분말체를 혼입시켜 오목한 형상으로 몰딩된다. 이 케이스(7)는 오목 형상부(7a) 내부의 바닥면에 패턴(2)이 노출되어 있다.
또한, 케이스(7)는 빛의 반사성과 차광성이 양호한 티탄산 바륨 등의 백색 분말체에 의해, 반도체 발광 소자(4)의 측면측으로부터 나오는 빛을 효율적으로 반사시킨다. 그리고, 케이스(7)는 이 반사광을 도 2에 도시한 오목 형상부(7a)의 테이퍼 형상의 오목면(7b)에 의해 상방으로 출사(出射)시킨다. 또한, 케이스(7)는 본 발명의 광원 장치(1 ; 1A)로부터의 발광을 외부로 새지 않도록 차광한다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 케이스(7)의 오목부(7a) 내부에는 패턴(2), 반도체 발광 소자(4), 와이어(5) 등의 보호를 위해 무색 투명한 에폭시 수지 등의 보호층(8)이 충전되어 있다.
상기와 같이 구성되는 광원 장치(1 ; 1A)에서는, 청색 발광의 반도체 발광 소자(4)가 이용된다. 또한, 투명 수지(3)로서 주황색 형광 안료나 주황색 형광 염료의 파장 변환 재료(또는 파장 변환 재료와 도전성 재료)를 혼입한 수지가 이용된다. 이에 따라, 깨끗하고 휘도가 높은 백색광을 얻을 수 있다.
즉, 반도체 발광 소자(4)의 상방으로부터 청색광이 방사되고, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 청색광이 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 황색광으로 색 변환된다. 상기 색 변환된 황색광은, 투명 수지(3)의 상방 및 하방으로 방사된다. 투명 수지(3)의 하방으로 방사된 황색광은, 하부 패턴(2a)의 면에서 반사되어 상방으로 방사된다. 그리고, 반도체 발광 소자(4) 자신이 방사하는 청색광과, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 색 변환된 황색광이 혼합되어 반도체 발광 소자(4)의 상방으로부터 백색광이 방사된다.
여기서, 종래의 반도체 발광 소자의 상부에 형광 재료가 혼입된 투명 수지를 설치한 구성과, 본 발명의 반도체 발광 소자의 하부에 형광 재료가 혼입된 투명 수지로 접착 고정하거나 또는 형광 재료가 혼입된 투명 수지의 상부에 반도체 발광 소자를 올려 놓는(접착시킨) 구성(실시 형태 1의 광원 장치)에 대하여, 당사의 엘리먼트 타입(L1800)에 장착한 것에 관하여 이하의 조건으로 광도 측정을 비교하였다. 그 측정 결과표를 도 4에 나타낸다.
사용 칩 : E1C10-1B001(BL칩-도요다 고세이(주))
사용 형광재 : YAG81004(네모토 도쿠슈 가가꾸(주))
사용 수지 : 에폭시 수지(종래 및 본 실시예와 동일한 재료)
사양 : 종래의 타입(형광재를 반도체 발광 소자의 상부에 설치한다)
본 실시예의 타입(형광재를 반도체 발광 소자의 하부에 설치한다)
측정 조건 : 칩 하나당 전류가 10㎃일 때의 광도를 측정
측정 수량 : 각 13개
측정 기재 : LED 테스터
도 4의 표를 통해, 종래의 구성에 비해 본 발명의 구성이 평균 광도가 약 32.5% 향상되어 있음을 알 수 있다.
실시예 2
도 5는 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 2를 도시한 전체도이다. 또한, 실시 형태 1의 광원 장치(1A)와 거의 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 실시 형태 2의 광원 장치(1B ; 1)는 칩 타입이다. 이 광원 장치(1B)는 기판(11), 패턴(2 ; 2a, 2b), 투명 수지(3), 반도체 발광 소자(4), 와이어(5), 단자 전극(16 ; 16a, 16b) 및 출광 몰드부(17)로 구성되어 있다. 또한, 본 실시예에서 패턴(2)은 전기 배선 패턴도 포함하는 것이다.
기판(11)은, 전기 절연성이 우수한 세라믹 기판, 액정 폴리머 수지 기판, 유리 섬유 에폭시 수지 기판 등의 기판으로 이루어지며, 표면에는 패턴(2 ; 2a, 2b)이 형성된다.
예를 들면, 세라믹 기판으로 이루어진 기판(11)은, AlO나 SiO를 주성분으로 하며, 또한 ZrO, TiO, TiC, SiC 및 SiN 등과의 화합물로 이루어진다. 이 세라믹 기판은 내열성이나 경도, 강도가 우수하고 백색계의 표면을 가지며, 반도체 발광 소자(4)로부터 발하는 빛을 효율적으로 반사한다.
또한, 액정 폴리머 수지나 유리 섬유 에폭시 수지로 이루어진 기판(11)은, 액정 폴리머나 유리 섬유 에폭시 수지 등의 절연성 재료에, 티탄산 바륨 등의 백색 분말체를 혼입 또는 도포시켜 성형된다. 이에 따라, 반도체 발광 소자(4)로부터 발하는 빛을 효율적으로 반사한다.
또한, 기판(11)으로는 규소 수지(silicon resin), 종이 에폭시 수지(paper epoxy resin), 합성 섬유 에폭시 수지 (synthetic fiber epoxy resin) 및 종이 페놀 수지(paper phenol resin) 등의 적층판이나 변성 폴리이미드, 폴리부틸렌 텔레프탈레이트, 폴리카보네이트나 방향족 폴리에스테르 등으로 이루어진 판에 패턴을 인쇄하여 반도체 발광 소자(4)로부터 발하는 빛을 효율적으로 반사하도록 구성하여도 된다. 그 외에, 알루미늄 등의 금속 증착을 실시하거나, 금속박을 적층시킨 필름 형상물 또는 시트 형상 금속을 붙여 반사면을 설치하는 구성도 가능하다.
패턴(2 ; 2a, 2b)은, 세라믹 기판, 액정 폴리머 수지, 유리 섬유 에폭시 수지 기판 중 어느 하나의 기판(11) 위에 진공 증착 스퍼터링, 이온 플레이팅, CVD(화학 증착), 에칭(습식, 건식) 등에 의해 전기적으로 접속하는 패턴 형상으로 형성된다. 또한, 패턴(2)은 표면에 금속 도금을 실시한 후, 추가적으로 금이나 은 등의 귀금속을 도금하여 단자 전극(16 ; 16a, 16b)에 전기적으로 접속한다.
투명 수지(3)는, 기판(11)상의 패턴(2)과 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a ; 전극을 갖지 않는 면)과의 사이에 삽입 설치된다. 도 5의 예에서, 투명 수지(3)는 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)과 거의 동일한 면적으로 설치된다. 이 투명 수지(3)는 반도체 발광 소자(4)를 패턴(2)에 고정 부착하는 접착제로서의 기능도 아울러 구비하고 있다.
반도체 발광 소자(4)는, 한쪽 면(도 5의 상면 : 표면(4b) )에 애노드 및 캐소드 전극을 가지며, 전극을 갖지 않는 다른 쪽 면(도 5의 하면 : 이면(4a))측이 투명 수지(3)에 의해 고정 부착되어 있다. 반도체 발광 소자(4)의 애노드 및 캐소드 전극은 와이어(5)에 의해 패턴(2a, 2b)에 본딩되어 있다.
단자 전극(16 ; 16a, 16b)은, 기판(11)의 단부에 전기 전도성이 양호한 금속 등으로 두껍게 금속 도금하거나, 도통성 및 탄성력이 있는 인청동 재료 등을 기계적으로 부착시킴으로써 형성된다.
단자 전극(16a)은, 반도체 발광 소자(4)의 애노드 전극측과 패턴(2a)을 통해 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 단자 전극(16a)은 본 발명의 광원 장치(1 ; 1B)로서의 양극(+)으로서 사용되도록 구성된다.
단자 전극(16b)은 반도체 발광 소자(4)의 캐소드측과 패턴(2b)을 통해 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 단자 전극(16b)은 본 발명의 광원 장치(1 ; 1B)로서의 음극(-)으로서 사용되도록 구성된다.
출광 몰드부(17)는, 무색 투명한 에폭시 수지에 의해 직사각형으로 성형된다. 이 출광 몰드부(17)는 반도체 발광 소자(4)의 발광층으로부터의 빛(상부의 전극측이나 측면의 사방)을 효율적으로 출사한다. 또한, 출광 몰드부(17)는 패턴(2), 반도체 발광 소자(4), 와이어(5) 등을 보호하고 있다.
또한, 도시가 생략되어 있으나, 출광 몰드부(17)는 광선이 일방향성인 돔(a dome) 타입과 같이, 목적이나 사양에 맞는 자유로운 형상으로 형성할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 광원 장치(1 ; 1B)에서는, 청색 발광의 반도체 발광 소자(4)가 이용된다. 또한, 투명 수지(3)로서 주황색 형광 안료나 주황색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료(또는 파장 변환 재료와 도전성 재료)를 혼입한 수지가 사용된다. 이로써, 깨끗하고 휘도가 높은 백색광을 얻을 수 있다.
즉, 반도체 발광 소자(4)의 상방으로부터 청색광이 방사되고, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 청색광이 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 황색 광으로 색 변환된다. 그 색 변환된 황색광은, 투명 수지(3)의 상방 및 하방으로 방사된다. 투명 수지(3)의 하방으로 방사된 황색광은, 하부의 리드(2a) 면에서 반사되어 상방으로 방사된다. 그리고, 반도체 발광 소자(4) 자체가 방사하는 청색광과, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 색 변환된 황색광이 혼합되어, 반도체 발광 소자(4)의 상방으로부터 백색광이 방사된다.
실시예 3
도 6은, 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 3을 도시하는 부분 단면도이다. 한편, 실시 형태 1의 광원 장치(1A)나 실시 형태 2의 광원 장치(1B)와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 부여하고, 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
도 6에 도시하는 광원 장치(1C ; 1)는, 케이스(7) 또는 기판(11) 상의 패턴(2 ; 2a, 2b)이 형성되어 있지 않은 부분에 투명 수지(3)를 통해 반도체 발광 소자(4)가 고정 부착된 것이다. 구체적으로는, 케이스(7)의 오목 형상부(7a) 내부의 바닥면에 표출되는 패턴(2a)과 패턴(2b) 사이의 부분(절연 패턴 포함), 또는 기판(11) 상의 패턴(2a, 2b) 사이의 부분(절연 패턴 포함)에 투명 수지(3)를 통해 반도체 발광 소자(4)가 고정 부착된다. 반도체 발광 소자(4)의 애노드 및 캐소드 전극은, 각각 와이어(5)에 의해 패턴(2a, 2b)에 본딩된다.
실시예 4
도 7은 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 4를 도시하는 부분 단면도이다. 또한, 도 8은 실시 형태 4의 광원 장치의 변형예를 도시하는 부분 단면도이다. 한편, 실시 형태 1의 광원 장치(1A)나 실시 형태 2의 광원 장치(1B)와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 부여하고, 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
도 7에 도시하는 광원 장치(1D ; 1)는, 케이스(7)의 오목 형상부(7a) 내부의 바닥면에 표출되는 패턴(2a, 2b) 사이, 또는 기판(11) 상의 패턴(2a, 2b) 사이에 걸쳐 투명 수지(3)를 통해 반도체 발광 소자(4)가 고정 부착된다. 반도체 발광 소자(4)의 애노드 및 캐소드 전극은, 각각 와이어(5)에 의해 패턴(2a, 2b)에 본딩된다. 그 때, 투명 수지(3)로는 도전성 재료를 함유하지 않은 파장 변환 재료가 혼입된 절연성 부재가 사용된다.
한편, 투명 수지(3)로서 도전성 재료 및 파장 변환 재료가 혼입된 것을 사용할 경우에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 투명 수지(3)를 패턴(2)의 마이너스측에만 접촉하도록 올려놓고 접지시켜, 투명 수지(3) 위에 반도체 발광 소자(4)를 고정 부착시킨다.
실시예 5
도 9는, 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 5를 도시하는 부분 단면도이다. 한편, 실시 형태 1의 광원 장치(1A)나 실시 형태 2의 광원 장치(1B)와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 부여하고, 그 상세한 설명에 대해서는 생략하고 있다.
도 9에 도시하는 광원 장치(1E ; 1)는, 케이스(7) 또는 기판(11) 상의 패턴(2a, 2b)이 형성되어 있지 않은 부분의 오목 형상부 내부에 투명 수지(3)를 통해 반도체 발광 소자(4)가 고정 부착된다. 구체적으로는, 케이스(7)의 오목 형상부(7a) 내부, 또는 기판(11)에 형성된 오목 형상부(11a) 내부의 바닥면 및 둘레면에 투명 수지(3)를 통해 반도체 발광 소자(4)가 고정 부착된다.
반도체 발광 소자(4)의 애노드 및 캐소드는, 각각 와이어(5)에 의해 패턴(2a, 2b)에 본딩되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 반도체 발광 소자(4)의 하면 및 측면(4) 쪽에서 출사된 빛은, 투명 수지(3)를 통해 파장 변환된 후, 오목 형상부(7a) 또는 오목 형상부(11a)에서 반사되어 다시 반도체 발광 소자(4)로 되돌아온다. 그리고, 이 파장 변환된 빛과 반도체 발광 소자(4) 자체의 빛이 혼색된 빛은 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b)으로부터 출사된다.
실시예 6
도 10은, 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 6을 도시하는 부분 단면도이다. 한편, 실시 형태 1의 광원 장치(1A)나 실시 형태 2의 광원 장치(1B)와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 부여하고, 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
도 10에 도시하는 광원 장치(1F ; 1)는, 도 9에 도시한 광원 장치(1E)의 구성에 있어서, 반도체 발광 소자(4)의 하면만을 투명 수지(3)를 통해 케이스(7)의 오목 형상부(7a) 내부 또는 기판(11)의 오목 형상부(11a) 내부에 고정 부착한 것이다.
실시예 7
도 11은, 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 7을 도시하는 부분 단면도이다. 한편, 실시 형태 1의 광원 장치(1A)나 실시 형태 2의 광원 장치(1B)와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 부여하고, 그 상세한 설명에 대해서는 생략하고 있다.
도 11에 도시하는 광원 장치(1G ; 1)는, 도 9에 도시한 광원 장치(1E)의 구 성에 있어서, 반도체 발광 소자(4) 전체를 오목 형상부(7a, 또는 11a) 내부에 수납하도록 투명 수지(3)를 통해 고정 부착된 것이다.
그런데, 상술한 광원 장치에서는 투명 수지(3)가 접착제의 기능도 겸비하고 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 투명 수지(3) 위에 투명 접착제(9)를 도포하고, 이 투명 접착제(9) 위에 반도체 발광 소자(4)를 고정시키도록 구성하여도 된다.
그 때, 사용되는 투명 접착제는, 점성이 낮은 액상의 시아노 아크릴레이트계의 투명 접착제이다. 이것에 의해, 에폭시 수지계의 접착제와 달리, 발열을 수반하지 않으며 반도체 발광 소자(4)에 대해 악영향을 끼치지 않고 반도체 발광 소자(4)를 순간적으로 접착 고정시킬 수 있다. 게다가, 경화에 있어서 열을 필요로 하지 않고, 또한 접착 속도가 빠르기 때문에, 생산성, 경제성도 뛰어나다.
한편, 도 12에서는 실시 형태 3의 광원 장치(1C)에 투명 접착제(9)를 사용한 구성에 대해 도시하였으나, 본 예에서 설명하는 다른 실시 형태의 광원 장치에도 적용할 수 있는 것이다.
또한, 투명 수지(3)로서 점성이 높은 시아노 아크릴레이트계의 투명 접착제에 파장 변환 재료(파장 변환 재료와 도전성 재료)를 혼입시킨 투명 수지를 사용하면, 인쇄 공정과 접착 공정을 한번에 할 수 있다.
그리고, 상술한 도 6 내지 도 12의 구성에 있어서, 주황색 형광 안료나 주황색 형광 염료가 혼입된 수지로 투명 수지(3)를 형성하고, 반도체 발광 소자(4)로서 청색 발광인 것을 사용하면, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 빛이 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 황색광으로 색 변환된다. 그리고, 이 황색광이 반 도체 발광 소자(4)로 방사됨과 동시에 하방으로 방사되며, 하방으로 방사된 황색광은 하부(케이스(7), 기판(11), 패턴(2a) 등과 투명 수지(3)의 접착면)에서 반사되어 반도체 발광 소자(4)로 되돌아온다. 더욱이, 황색광은 반도체 발광 소자(4)로부터 직접 상방으로 방사된 청색광과 혼합된다. 이로써, 반도체 발광 소자(4)의 상면으로부터 백색광을 출사시킬 수 있다.
실시예 8
도 13은, 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 8의 부분 측면도이다. 또한, 도 14(a) 내지 도 14(c)는 실시 형태 8의 광원 장치에 있어서 사출 성형된 리드 프레임 또는 기판에 형성한 오목부의 정면도이다. 한편, 실시 형태 1의 광원 장치(1A)나 실시 형태 2의 광원 장치(1B)와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 부여하고, 그 상세한 설명에 대해서는 생략하고 있다.
도 13에 도시하는 광원 장치(1H ; 1)는 리드 프레임(21), 투명 수지(3), 반도체 발광 소자(4), 와이어(5), 케이스(7)를 구비하고 있다. 리드 프레임(21)은, 도전성 및 탄성력이 있는 알루미늄 등의 금속 박판으로 이루어진다. 리드 프레임(21)은, 반도체 발광 소자(4)를 올려놓는 복수개의 올림 패턴(21a), 반도체 발광 소자(4)와 전기적으로 접속하는 배선 패턴(21b), 도시하지 않은 복수개의 리드 단자 및 도시하지 않은 지지 프레임부 등을 하나의 유닛으로 하여, 다수개의 유닛이 나란히 설치되도록 펀칭 프레스 등에 의해 형성된다.
또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 리드 프레임(21)의 올림 패턴(21a)에는, 반도체 발광 소자(4)를 올려놓는 위치에 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 크기보 다 작은 오목부(22)가 에칭 가공이나 레이저 가공 또는 방전 가공에 의해 미소하게 형성되어 있다.
리드 프레임(21)이, 인청동과 같이 반사성이 약간 떨어질 경우에는, 은 등을 도금하여 반사 효율을 양호하게 한다. 이와 같이 반사 효율을 양호하게 하는 목적은, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 출사되는 광선을 반사하여, 다시 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b) 방향이나 반도체 발광 소자(4) 측면(4e)의 외측 상방으로 유도하기 위함이다.
또한, 리드 프레임(21)의 올림 패턴(21a)은, 반도체 발광 소자(4)의 애노드(혹은 캐소드)로부터 와이어(5)와 접속된다. 마찬가지로 리드 프레임(21)의 배선 패턴(21b)은, 반도체 발광 소자(4)를 올려놓지 않고 전기적으로 접속시키기 위한 패턴이다. 배선 패턴(21b)은, 반도체 발광 소자(4)의 캐소드(혹은 애노드)로부터 와이어(5)와 접속된다.
또한, 리드 프레임(21)은, 도시하지 않은 금형에 의해 면 대칭으로 끼워넣도록, 올림 패턴(21a)이나 배선 패턴(21b) 등의 바닥면과 케이스(7)에 의해 인서트 몰드 성형된다.
한편, 리드 프레임(21)은 도시하지 않은 지지 프레임부를 가지며 인서트 몰드 성형된다. 또한, 리드 프레임(21)은 반도체 발광 소자(4) 등의 칩의 장착(mount), 본딩, 와이어(5)의 본딩, 투명 수지(3)의 충전(充塡) 등의 공정까지 전체 프레임을 유지한다. 리드 프레임(21)은, 최종적으로는 도시하지 않은 리드 단자만이 남고, 절단 제거된다.
오목부(22)는 에칭 가공이나 레이저 가공 또는 방전 가공 등에 의해 미세하게 가공되어, 반도체 발광 소자(4) 이면(4a)의 크기보다 작게 형성된다.
또한, 오목부(22)는, 도 14(a)와 같은 직사각 형상(22a), 도 14(b)와 같은 원 형상(22b), 도 14(c)와 같이 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터의 발광 형상(22c)으로 작성된다. 이 오목부(22) 내부에는 투명 수지(3)가 충전되며, 투명 수지(3) 위에는 반도체 발광 소자(4)가 놓인다.
도 13에 도시된 바와 같이, 오목부(22) 내부에 충전된 투명 수지(3) 위에는, 반도체 발광 소자(4)의 칩이 놓인다. 그리고 전극(4c, 4d)과, 리드 프레임(21)의 올림 패턴(21a) 및 배선 패턴(21b) 사이에, 와이어(5)가 본딩되어 전기적 접속이 이루어진다.
특히 반도체 발광 소자(4)의 전극 형상이 칩의 좌우 단부 중심에 배치되어 있는 경우에는, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터의 발광 형상과 동일한 형상을 갖는 도 14(c)와 같은 오목부(22c) 내부에 투명 수지(3)를 충전한다. 그리고, 이 투명 수지(3) 위에 반도체 발광 소자(4)를 올려 놓는다.
또한, 반도체 발광 소자(4)는, In2O3, SnO2, ITO 등으로 이루어진 도전성 투명 금속 등을 전극(애노드나 캐소드 ; 4c, 4d)으로 하여 스퍼터링, 진공 증착, 화학 증착 등의 수법에 의해 반도체 발광 소자(4) 상에 제작했을 경우, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터의 출사광이 거의 직사각 형상이 된다. 이 경우에는, 도 14(a)에 도시하는 바와 같은 오목부(22a) 내부에 투명 수지(3)를 충전하고 그 위에 반도체 발광 소자(4)를 올려놓아도 무방하다. 또한, 양산성이나 가공성에 따라서는 도 14(b)에 도시하는 바와 같은 원 형상의 오목부(22b) 내부에 투명 수지(3)를 충전하고 그 위에 반도체 발광 소자(4)를 올려놓아도 된다.
투명 수지(3)는, 도 14(a) 내지 도 14(c)의 오목부(22 ; 22a, 22b, 22c)에 충전된다. 또한, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터의 출사광을 파장 변환시킨다. 파장 변환된 출사광은, 오목부(22)의 금속 부분에서 반사된다. 한편, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 빛이 투명 수지(3)에 의해 색 변환된다. 이러한 색 변환된 빛은, 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사됨과 동시에, 하부(케이스(7), 기판(11), 패턴(2a) 등과 투명 수지(3)의 접착면)에서 반사된다. 그리고, 이 반사된 빛도 반도체 발광 소자(4)를 투과하여 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사된다. 그리고, 방사된 빛은 반도체 발광 소자(4)로부터 직접 상방으로 방사된 빛과 혼합된다.
예를 들어, 반도체 발광 소자(4)로서 청색 발광인 것을 사용하고, 투명 수지(3)로서 주황색 형광 안료 또는 주황색 형광 염료를 포함한 파장 변환 재료가 혼입된 수지를 사용하면, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 청색광이 투명 수지(3)에 의해 황색광으로 색 변환된다. 이러한 색 변환된 황색광은, 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사된다. 동시에, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 후에, 오목부(22)의 바닥부에서 반사된다. 그리고, 오목부(22)에서 반사된 황색광도 반도체 발광 소자(4)를 투과하여 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사된다. 이러한 2개의 과정에서 반도체 발광 소자(4)의 방향으로 향한 황색광과, 반도체 발광 소자(4)로부터 직접 상방으로 방사된 청색광이 완전히 혼합된다. 따라서, 균일한 백색광이 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사된다. 이로써, 깨끗하고 휘도가 높은 백색광을 얻을 수 있다.
또한, 투명 수지(3)에 따르면, 에폭시 수지 부분을 투과한 반도체 발광 소자(4) 본래의 발광색과, 투명 수지(3)에 의해 파장 변환된 발광색이 혼합되기 때문에, 무색 투명한 에폭시 수지나 실리콘 수지 등에 혼합 분산되는 비율에 따라 색도 다이어그램(chromaticity diagram) 등에 나타나는 색조를 얻을 수 있다.
예를 들어, 청색 발광의 반도체 발광 소자(4)로부터의 빛이 주황색 형광 안료 또는 주황색 형광 염료가 혼입된 투명 수지(3)에 투사되면, 청색광과 주황색광의 혼합에 의해 백색광이 얻어진다. 투명 수지(3)가 많을 경우에는, 주황색의 색조가 짙은 빛이 얻어진다. 투명 수지(3)가 적을 경우에는, 청색의 색조가 짙은 빛이 얻어진다. 그러나, 같은 양의 투명 수지(3)일지라도 밀도 분포가 크면, 재차 반도체 발광 소자(4)로 되돌아가는 파장 변환된 빛의 광량이 많아진다. 따라서, 반도체 발광 소자(4)로부터 방사된 빛이 대부분 투명 수지(3)의 표면으로부터의 파장 변환광이 되어 버린다.
그러므로, 도 13에 도시하는 광원 장치(1H)에서는, 오목부(22)를 형성하여 백색광에 필요한 파장 변환 재료를 포함하는 투명 수지(3)의 양을 유지하고, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료의 입자 사이에 무색 투명한 에폭시 수지나 실리콘 수지 등이 존재하게 한다. 이로써, 투명 수지(3)에 의해 파장 변환된 빛은 오목부(22)의 바닥면까지 도달한다. 그리고, 오목부(22)에 의한 반사광이 투명 수지(3)의 파 장 변환 재료의 입자 사이를 통과한다. 이로써, 다시 반도체 발광 소자(4)로 복귀시켜 반사 효과가 상실되지 않도록 하고 있다.
와이어(5)는, 반도체 발광 소자(4)의 애노드 전극(4c)과 올림 패턴(mounting pattern, 21a) 사이, 반도체 발광 소자(4)의 캐소드 전극(4d)와 배선 패턴(21b) 사이를 본더(bonder)에 의해 전기적으로 접속시킨다.
한편, 여기서는 도시하지 않았으나, 리드 프레임(21 ; 21a, 21b) 등은, 외부로 꺼내기 위해 도전성 및 탄성력있는 인청동과 같은 구리 합금 재료 또는 알루미늄 등으로 이루어진 리드 단자에 접속된다. 또한 다른 구성으로서, 그대로 리드 단자로서 이들 전체를 포위하는 케이스(7)로부터 외부로 도출되는 경우도 있다.
더욱이, 도 14(a) 내지 도 14(c)에 도시하는 케이스(7)는, 압력을 가하여 리드 프레임(21 ; 21a, 21b) 등을 삽입하여 사출 성형된다.
그런데, 상술한 예에서는, 리드 프레임(21 ; 21a)에 오목부(22 ; 22a, 22b, 22c)를 형성하여, 오목부(22) 내부에 파장 변환 재료를 포함하는 투명 수지(3)를 충전하고, 그 위에 반도체 발광 소자(4)를 올려 놓는 구성에 대해 설명하였다. 반도체 발광 소자(4)가 놓이는 부분에 반사면을 갖는 기판에 대해서도 마찬가지이다. 이 경우, 기판에 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 크기보다 작은 오목부(22)를 형성한다. 그리고, 오목부(22) 내부에 파장 변환 재료를 포함한 투명 수지(3)를 충전한다. 그 위에 반도체 발광 소자(4)를 올려놓는다.
단, 리드 프레임(21) 대신에 기판을 사용할 경우, 가령 기판이 유리 에폭시 등의 절연성 재료로 이루어질 때에는, 에칭 가공이나 레이저 가공 또는 방전 가공 에 의해 오목부(22)를 기판에 형성한 후에, 오목부(22)에 은 등을 도금하여 반사면을 형성한다. 이로써, 반사 효율을 양호하게 한다.
여기서, 실시 형태 8의 광원 장치(1H)의 실시예에 대해 설명한다.
YAG(이트륨·알루미늄·가닛)계의 형광 안료인 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12 : Ce의 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12와 Ce의 원자량 비를 여러 가지로 변화시켜, 이 비율이 1 : 4 이고 형광 안료의 평균 입도(粒度)가 8㎛ 정도일 때, 무색 투명한 에폭시 수지와 1 : 1의 중량비로 조정된 파장 변환 재료를 혼입한 수지에 의한 주황색 발광색과, 청색 발광의 반도체 발광 소자의 발광색에 의해 백색광을 얻을 수 있었다.
본 실시예에 있어서, 반도체 발광 소자(4)에 투명 수지(3)를 도포한 경우보다, 반도체 발광 소자(4)를 올려놓는 위치에 오목부(22)를 형성하고, 이 오목부(22)에 일정량의 투명 수지(3)를 충전한 본 실시예의 광원 장치(1H)의 경우에서, 평균 휘도가 높았다.
실시예 9
도 15는, 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 9의 대략적인 구성을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 16은 실시 형태 9의 광원 장치의 부분 측단면도이다. 한편, 실시 형태 8의 광원 장치(1H)와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 부여하고, 그 상세한 설명에 대해서는 생략하고 있다.
도 15 및 도 16에 도시하는 실시 형태 9의 광원 장치(1I ; 1)는, 리드 프레임(21), 투명 수지(3), 반도체 발광 소자(4), 케이스(7)를 구비하고 있다.
이 광원 장치(1I)의 투명 수지(3)는, 도포 또는 인쇄에 의해 항상 일정량을 유지하고 있다. 그리고, 투명 수지(3)는 도 15에 도시하는 바와 같이, 리드 프레임(21) 상에 있어서, 배선 패턴(21a) 상의 반도체 발광 소자(4)의 올림면(반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 면적에 상당함 ; 24)을 포함하고, 반도체 발광 소자(4)의 외측 주위에까지 이르도록 반도체 발광 소자(4)의 올림면(24)보다 큰 면적으로 광범위하게 설치된다. 이로써, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 방사된 빛을 더욱 효율적으로 색 변환시킬 수 있고, 특히 인쇄 등에 의한 파장 변환 재료의 양이 적더라도 최적의 색조를 얻을 수 있다.
투명 수지(3)는, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터의 출사광을 파장 변환시킨다. 이 파장 변환된 빛은, 반도체 발광 소자(4)로 방사되는 동시에, 하부(배선 패턴(21a)과 투명 수지(3)의 접착면)에서 반사된다. 이 반사된 빛도 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사된다. 이 반사광은, 반도체 발광 소자(4)로부터 직접 상방으로 방사된 빛과 혼합된다.
예를 들어, 반도체 발광 소자(4)로서 청색 발광인 것을 사용하고, 투명 수지(3)로서 주황색 형광 안료 또는 주황색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료가 혼입된 수지를 사용한다. 이로써, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 청색광이, 투명 수지(3)에 의해 황색광으로 파장 변환된다.
이 파장 변환된 황색광은, 투명 수지(3)의 상부에 있는 반도체 발광 소자(4)로 방사된다. 동시에, 리드 프레임(21)의 배선 패턴(21a)에서 반사된다. 그리고, 리드 프레임(21)의 배선 패턴(21a)에서 반사된 황색광도 반도체 발광 소자(4)의 상 방으로 방사된다. 이러한 2개의 과정에서 반도체 발광 소자(4)를 향한 황색광과, 반도체 발광 소자(4)로부터 직접 상방으로 방사된 청색광이 완전히 혼합된다. 따라서, 균일한 백색광이 반도체 발광 소자(4)의 상방으로부터 방사된다. 이로써, 깨끗하고 고휘도의 백색광을 얻을 수 있다.
실시예 10
도 17은 본 발명에 관계된 광원 장치의 실시 형태 10의 부분 단면도이다. 또, 도 18은 실시 형태 10의 광원 장치에서 반도체 발광 소자로부터의 출사광의 경사면에 관한 궤적도이다. 한편, 실시 형태 8의 광원 장치(1H)와 동등한 구성 요소에는 동일 번호를 사용하며 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 17에 나타낸 실시 형태 10의 광원 장치(1J ; 1)는, 실시 형태 9의 광원 장치(1I)와 마찬가지로, 리드 프레임(21), 투명 수지(3), 반도체 발광 소자(4), 케이스(7)를 구비한다.
상기 광원 장치(1J ; 1)가 광원 장치(1I)와 상위한 점은, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)과 대향되는 리드 프레임(21) 위의 위치에 경사면(23)을 갖는다는 점이다.
자세히 설명하자면, 경사면(23)은 도 18에 도시된 반도체 발광 소자(4) 이면(4a)의 윤곽 위치, 또는 도 17에 도시된 반도체 발광 소자(4) 이면(4a)의 윤곽 위치보다 외측 위치로부터 상부를 향하여 외측으로 확대되도록 경사를 갖는 것이다.
상기 경사면(23)은 반도체 발광 소자(4) 이면(4a)의 윤곽 위치로부터 이면(4a)의 가상의 연장선(도 17의 일점 쇄선으로 나타낸 L-L선)과 이루는 각도(θ)가 0도 보다 크고 45도 이하이며 외측 상방으로 확대되도록 하는 것이 바람직하다. 도 17 및 18에서는 경사면(23)의 경사 각도(θ)를 45도로 하였다. 이로써, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)에서의 출사광을 상방으로 효율적으로 반사시킬 수 있다.
투명 수지(3)는, 도포 또는 인쇄에 의해 항상 일정량을 유지한다. 투명 수지(3)는 도 17에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(21) 위에서 반도체 발광 소자(4)의 올림면(24)을 포함하며, 반도체 발광 소자(4)의 크기보다 큰 면적으로 광범위하게 반도체 발광 소자(4)의 측면(4e)과 대향되는 경사면(23)상의 위치까지 이르도록 설치되어있다. 이로써, 반도체 발광 소자(4)로부터 방사된 빛을 보다 효율적으로 색 변환시킬 수 있고, 특히 인쇄 등에 의한 파장 변환 재료의 양이 적더라도 최적의 색조를 얻을 수 있다.
여기서, 도 16 및 17을 이용하여 광선의 궤적에 대하여 설명하도록 한다.
반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터 하방으로 방사된 빛이, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환된다. 파장 변환된 빛중 일부는 반도체 발광 소자(4)로 방사된다. 또, 파장 변환된 빛중 다른 일부는 리드 프레임(21)의 배선 패턴(21a)에서 반사된다. 그 반사된 빛역시 반도체 발광 소자(4)로 방사된다. 이 빛은, 반도체 발광 소자(4)를 투과하여 반도체 발광 소자(4)로부터 직접 상방으로 방사된 빛과 혼합된다.
또한, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)으로부터 출사된 빛중에서 하방으 로 진행된 광선(L22)은, 경사면(23)에 설치된 투명 수지(3)에 포함되어 있는 파장 변환 재료에 의해 파장 변환된다. 그리고, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)으로부터의 입사각과 동일한 반사각으로 광선(L22)은 반사된다. 이 빛은, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)으로부터 수평 방향으로 출사된 광선(L1)이나 상방으로 진행된 광선(L11)과 혼합된다.
여기서, 경사면(23)이 설치된 광원 장치(1J)의 경우, 도 18에 도시된 바와 같이 측면(4e)에 대하여 직각으로 진행되는 광선(L1)은, 45°의 기울기를 가지는 경사면(23)에서 45°로 반사된다. 이 반사된 광선(L11)은 수직 상방(표면(4b)과 평행한 가상면에 대하여 직각)으로 진행한다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 가령 측면(4e)으로부터 출사되는 광선(L1)에 대하여, 하향 출사되는 출사각 β1 = 30°정도의 광선(L22)은, 45°의 기울기를 가지는 경사면(23)에서 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환되어 반사된다. 이 파장 변환되어 반사된 광선(L23)은 약간 반도체 발광 소자(4)부근의 상방으로 출사된다.
마찬가지로, 측면(4e)으로부터 출사되는 광선(L1)에 대하여, 상향으로 출사되는 출사각 β1 = 30°정도의 광선(L32)은, 45°의 기울기를 가지는 경사면(23)에서 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환되어 반사된다. 상기 파장 변환되어 반사된 광선(L33)은 약간 반도체 발광 소자(4)로부터 떨어져 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 출사된다.
따라서, 측면(4e)으로부터 하방으로 진행하는 광선 이외에 대부분의 광선(L1, L32)의 광량은, 측면(4e)으로부터 출사되는 전체 광량의 약 84%에 달한다. 이로 인해, 이들 네 측면(4e)으로부터의 광선을 이용한 출사광을 이용함으로써, 출사광의 색조나 휘도가 양호한 출사광을 얻을 수 있다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)으로부터 출사된 빛은, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)의 위치에 대응하여 리드 프레임(21)의 경사면(23)위에 설치된 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환된다. 그 후, 경사면(23)에 의해 빛이 수직 상방으로 반사된다. 그리고, 그 반사광은 반도체 발광 소자(4)로부터의 직접광이나 경사면(23)에서 파장 변환되지 않고 반사된 반사광 등과 혼합되어 혼합색(가령 백색광)으로서 반도체 발광 소자(4)의 상방으로부터 외부로 출사된다.
그런데, 도 15 내지 18에서는 반도체 발광 소자(4)의 올림면(24)보다 큰 면적으로 투명 수지(3)를 리드 프레임(21)위에 설치하는 구성에 대하여 설명하였으나, 투명 수지(3)가 설치되는 기재를 리드 프레임(21)대신에 도 19 및 20에 도시된 기판(11)이나 도 21 및 22에 도시된 케이스(7)로 할 수도 있다.
실시예 11
도 19는 본 발명에 따른 광원 장치의 실시 형태 11의 부분 단면도이다. 또, 실시 형태 10의 광원 장치(1J)와 대략 동등한 구성 요소에는 동일한 번호를 사용하며 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 19에 도시된 광원 장치(1K ; 1)에서, 기판(11)의 표면에는 직사각형의 오목부(25)가 형성되어 있다. 상기 오목부(25)의 바닥면은 반도체 발광 소자(4)가 놓이는 평활한 올림면(24)을 형성한다. 이 올림면(24)은 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)과 동일 이상의 면적을 가진다. 오목부(25)의 둘레벽면은 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)과 대향되어 실시 형태 10의 광원 장치(1J)와 동일한 경사면(23)을 형성한다.
투명 수지(3)는 기판(11)상의 오목부(25)에 도포 또는 인쇄에 의해 형성되며 항상 일정량을 유지한다. 그리고, 투명 수지(3)의 면적은 도 19에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 면적보다 크다. 또, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)은, 투명 수지(3) 내부에 포함되도록 투명 수지(3)를 통하여 오목부(25)의 평탄면(25a)상에 접착된다.
또한, 상기 광원 장치(1K)에 있어서, 도 20에 도시된 바와 같이 기판(11)에 오목부(25)를 형성하지 않는 구성을 채용할 수 있다. 이 경우, 투명 수지(3)는 기판(11)위에 설치된다. 투명 수지(3)의 면적은 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 면적보다 크다. 그리고 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)은, 투명 수지(3) 내부에 포함되도록 투명 수지(3)를 통해 기판(11)상에 접착된다.
실시예 12
도 21은 본 발명에 관계된 광원 장치의 실시 형태 12의 부분 단면도이다. 또, 실시 형태 10의 광원 장치(1J)와 대략 동등한 구성 요소에는 동일한 번호를 사용하며 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 21에 도시된 광원 장치(1L ; 1)에서, 케이스(7)의 오목 형상부(7a) 내부 의 바닥면에는 직사각형상의 오목부(25)가 형성되어 있다. 이 오목부(25)의 바닥 면은 반도체 발광 소자(4)가 놓이는 평활한 올림면(24)을 형성한다. 이 올림면(24)은 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)과 동일 이상의 면적을 가진다. 오목부(25)의 둘레벽면은 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)과 대향되어 실시 형태 10의 광원 장치(1J)와 동일한 경사면(23)을 형성한다.
투명 수지(3)는 케이스(7)의 오목부(25) 위에 도포 또는 인쇄에 의해 형성되며 항상 일정량을 유지한다. 그리고, 투명 수지(3)의 면적은 도 21에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 면적보다 크다. 또, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)은 투명 수지(3) 내부에 포함되도록, 투명 수지(3)를 통하여 오목부(25)의 평탄면(25a)상에 접착된다.
또한, 상기 광원 장치(1L)에 있어서, 도 22에 도시된 바와 같이 케이스(7)의 오목 형상부(7a) 내부에 오목부(25)를 형성하지 않는 구성을 채용할 수 있다. 이 경우, 투명 수지(3)는 케이스(7)의 오목 형상부(7a)의 평탄면(7c)위에 설치된다. 투명 수지(3)의 면적은 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)의 면적보다 크다. 그리고 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)은, 투명 수지(3) 내부에 포함되도록 투명 수지(3)를 통해 케이스(7)의 평탄면(7c)위에 접착된다.
이와 같이, 본 실시예의 광원 장치(1)에서는 반사성을 가지는 기재(반사성을 가지는 기판(11)이나 리드 프레임(21), 케이스(7) 내부의 반사성을 가지는 패턴이나 전기 배선 패턴 등)위에, 파장 변환 재료(또는 파장 변환 재료와 도전성 재료)가 혼입된 투명 수지(3)에 의해 반도체 발광 소자(4)가 접착 고정된다. 이로써, 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b) 이외의 면(표면(4b), 측면(4e))으로부터 출사된 빛은, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료(또는 파장 변환 재료와 도전성 재료)에 의해 파장 변환된다. 그리고, 그 파장 변환된 빛은 다시 반도체 발광 소자(4)를 투과하여 표면(4b)으로부터 혼합광으로서 출사된다.
그리고, 백색광을 얻는 경우에는, 반도체 발광 소자(4)로서 청색광을 출사하는 것을 이용한다. 또, 투명 수지(3)로서 주황색 형광 안료 또는 주황색 형광 염료를 포함하는 파장 변환 재료(또는 파장 변환 재료와 도전성 재료)가 혼입된 수지를 이용한다. 이로써, 반도체 발광 소자(4) 자체의 청색광이 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사된다. 그리고, 반도체 발광 소자(4)의 하방으로 방사된 청색광이, 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 변환된 황색광으로서, 다시 반도체 발광 소자(4)로 반사된다. 더욱이, 반도체 발광 소자(4)의 상방으로 방사된 청색광과, 반도체 발광 소자(4)로 반사된 황색광이 완전히 혼합되어 균일한 백색광이 반도체 발광 소자(4)의 상방으로부터 방사된다. 그 결과, 파장 변환 재료(색 변환 부재)를 일정하게 분포시키면, 보다 깨끗하고 고휘도의 백색광을 얻을 수 있게 된다.
특히, 도 17 및 18에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)과 대향하며 경사면(23)을 갖는 광원 장치에 따르면, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)으로부터의 출사광과, 반도체 발광 소자(4)의 네 측면(4e)으로부터의 출사광의 대부분이, 반도체 발광 소자(4)의 이면(4a)과 경사면(23)에 형성되는 투명 수지(3)의 파장 변환 재료에 의해 파장 변환되어 반도체 발광 소자(4)에 반사된다. 그리고, 반도체 발광 소자(4)의 표면(4b)으로부터의 청색의 출사광과, 이면(4a)이 나 측면(4e)으로부터 출사되어 파장 변환된 황색의 반사광이 혼합됨으로써 백색광을 얻을 수 있다. 이로써, 색조성이 우수하고 경량화, 경제성 및 소형화의 측면에서도 뛰어난 광원 장치를 얻을 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 관계된 광원 장치는 램프, 디스플레이 등의 광원으로 이용되어, 액정 표시 장치, 휴대 전화기, 휴대형 단말 기기, 소형 단말 기기 등의 광원으로서 유용하다.

Claims (13)

  1. 기재(base material)와,
    상기 기재의 표면에 설치된 반사면과,
    상기 반사면 위에 설치되며, 청색광을 황색광으로 변환하는 파장 변환 재료가 혼입된 투명 수지와,
    상기 투명 수지 위에 설치되고, 적어도 상방과 하방의 양쪽으로 향하여 청색광을 방출하는 투명성을 구비한 반도체 발광 소자를 포함하며,
    상기 반도체 발광 소자의 이면(裏面)으로부터 하방으로 향하여 방출된 청색광을 상기 파장 변환 재료에 의해 황색광으로 변환하는 동시에, 상기 파장 변환 재료로부터 하방으로 향하여 방출된 상기 황색광을 상기 반사면에서 반사하여 상방으로 향하게 하며, 상기 반사되어 상방으로 향하는 황색광 및 상기 파장 변환 재료로부터 상방으로 향하여 방출된 황색광과, 상기 반도체 발광 소자의 표면에서 상방으로 향하여 직접 방출되는 청색광을 혼합하여, 상기 반도체 발광 소자의 표면으로부터 상방으로 향하게 하여 백색광으로서 방사하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 투명 수지에는 도전성 재료가 더 혼입되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투명 수지는 상기 반도체 발광 소자의 면적보다 큰 면적으로 상기 기재 위에 형성되며, 상기 반도체 발광 소자는 상기 기재 위의 상기 투명 수지 상에 접착 고정되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 기재에는 오목부가 형성되며, 상기 투명 수지는 상기 오목부 내부에 충전되어져 있고, 상기 반도체 발광 소자는 상기 오목부 내부에 충전된 상기 투명 수지 상에 접착 고정되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 오목부의 개구 면적은 상기 반도체 발광 소자의 이면의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 오목부의 내벽면은 상기 반도체 발광 소자의 측면과 대향되며, 상기 오목부의 바닥면으로부터 상기 오목부의 개구를 향하여 넓어지는 경사면인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 오목부의 경사면과 상기 오목부의 바닥면이 이루는 각도는, 0도 보다 크고 45도 이하인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는 투명 접착제에 의해 상기 투명 수지 상에 접착 고정되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는 이면에 투명 전극을 가지며, 상기 투명 전극은 투명성을 가지는 기판 위에 형성된 활성층 위에 설치된 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 기재는 세라믹 기판, 액정 폴리머 수지 기판, 유리 섬유 에폭시 수지 기판, 리드 프레임 및 반사성을 가지는 케이스 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, InGaAlP, InGaAlN, InGaN, GaN 계 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
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