KR20060042215A

KR20060042215A - 발광장치 및 조명장치

Info

Publication number: KR20060042215A
Application number: KR1020050015749A
Authority: KR
Inventors: 신고 마쯔우라
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-05-12
Also published as: US20050236628A1; DE102005008775A1; JP2005243973A; US7192164B2; TWI261937B; CN1661825A; DE102005008775B4; CN100359708C; TW200603435A; KR100620844B1

Abstract

발광소자의 광이, 반사부재의 내주면에서 반복해서 반사되거나 형광체층의 계면에서 전반사되는 것을 방지하고, 높은 방사광 강도 및 고휘도를 갖는 발광장치가 제공된다. 발광장치는, 발광소자와, 볼록부의 상면에 발광소자가 탑재되는 기체와, 반사부재와, 발광소자의 사이에 간극을 두어 설치된 형광체층을 구비한다. 반사부재의 내주면은, 그 중심을 통과하고, 기체의 상측 주면에 직교하는 가상 축선을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서, r은 가상 축선으로부터 내주면의 표면까지의 반경, Z는 내주면의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면의 표면까지의 높이이다. 발광소자의 발광부의 코너부와, 이 코너부에 대향한 내주면의 상단을 연결하는 선과, 형광체층의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 형광체층의 굴절률을 n₁로 하였을 때에, θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)이다.

Description

발광장치 및 조명장치{LIGHT-EMITTING APPARATUS AND ILLUMINATING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다.

도 4는 종래의 발광장치를 나타내는 단면도이다.

도 5A~도 5E는 조명장치에 이용되는 발광장치의 배치예를 나타내는 평면도이다.

본 발명은, 발광소자가 수용된 발광장치 및 그것을 사용한 조명장치에 관한 것이다.

도 4는, 종래의 발광장치를 나타내는 단면도이다. 도 4에 있어서, 발광장치는, 기체(11)와, 반사부재(12)와, 발광소자(13)와, 형광체층(14)으로 구성되어 있다. 기체(11)는, 절연체로 이루어지고, 상면의 중앙부에 발광소자(13)를 탑재하기 위한 탑재부(11a)를 갖는다. 또한 기체(11)는, 탑재부(11a) 및 그 주변으로부터 발 광장치의 내외를 전기적으로 도통 접속하는 리드 단자 및 메탈라이즈 배선 등으로 이루어지는 배선 도체(도시 생략)가 형성된다. 반사부재(12)는, 프레임 형상으로 형성되어, 기체(11)의 상면에 접착 고정된다. 또한 반사부재(12)는, 그 내주면(12a)이 상측을 향함에 따라 외측으로 넓어지도록 경사져 있음과 아울러 내주면(12a)이 발광소자(13)가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 형광체층(14a)은, 투광성 부재에 발광소자(13)가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체(도시 생략)를 함유시켜 이루어진다.

기체(11)는, 산화알루미늄질 소결체(알루미나 세라믹스)나 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 유리 세라믹스 등의 세라믹스, 또는 에폭시수지 등의 수지로 이루어진다. 기체(11)가 세라믹스로 이루어지는 경우, 그 상면에 배선 도체가 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)-망간(Mn) 등으로 이루어지는 금속 페이스트를 고온으로 소성해서 형성된다. 또한, 기체(11)가 수지로 이루어지는 경우, 구리(Cu)나 철(Fe)-니켈(Ni)합금 등으로 이루어지는 리드 단자가 몰드 성형되어 기체(11)의 내부에 설치 고정된다.

또한, 반사부재(12)는, 알루미늄(Al)이나 Fe-Ni-코발트(Co)합금 등의 금속, 알루미나 세라믹스 등의 세라믹스 또는 에폭시수지 등의 수지로 이루어지고, 절삭가공, 금형성형, 압출성형 등의 성형기술에 의해 형성된다.

또한, 반사부재(12)는, 내주면(12a)이 발광소자(13)나 형광체층(14)으로부터의 광을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 이 내주면(12a)은, Al 등의 금속이 증착법이나 도금법에 의해 피착됨으로써 형성된다. 그리고, 반사부재(12)는, 땜납, 은 (Ag)납 등의 납재 또는 수지접착재 등의 접합재에 의해서, 탑재부(11a)를 내주면(12a)으로 둘러싸도록 기체(11)의 상면에 접합된다.

또한, 발광소자(13)는, 예컨대, 액상성장법 또는 MOCVD법 등에 의해 사파이어 등의 단결정기판 상에, 갈륨(Ga)-Al-질소(N), 아연(Zn)-유황(S), Zn-셀레늄(Se), 규소(Si)-탄소(C), Ga-인(P), Ga-Al-비소(As), Al-인듐(In)-Ga-P, In-Ga-N, Ga-N, Al-In-Ga-N 등의 발광층이 형성된다. 발광소자(13)의 구조로서는, MIS접합이나 PN접합을 갖은 호모 구조, 헤테로 구조 또는 더블 헤테로 구성인 것을 들 수 있다. 또한, 발광소자(13)의 발광 파장은, 발광층의 재료나 그 혼정(混晶)도에 따라 자외광으로부터 적외광까지 여러가지 선택된다. 또한, 발광소자(13)는, 탑재부(11a)의 주변에 배치한 배선 도체와 발광소자(13)의 전극을 본딩와이어(도시 생략), 발광소자(13)의 전극을 하측에 설치해서 땜납 범프에 의해 접속하는 플립 칩 본딩방식을 사용한 방법 등에 의해 전기적으로 접속된다.

또한, 형광체층(14)은, 에폭시수지 또는 실리콘수지 등의 투광성 부재에 형광체를 충전해 열경화시켜 판형상으로 형성함과 아울러 반사부재(12)의 개구부를 덮음으로써, 발광소자(13)로부터 방출된 발광 파장인 가시광 또는 자외광을 흡수하여, 다른 장파장의 광으로 변환할 수 있다. 따라서, 형광체층(14)은, 발광소자(13)로부터 발광되는 광의 발광 파장이나 발광장치로부터 방출되는 원하는 광에 따라서 여러가지의 것이 이용되고, 원하는 파장 스펙트럼을 갖는 광을 취출시키는 발광장치로 될 수 있다. 또한, 발광장치는, 발광소자(13)가 발광한 광과, 형광체로부터의 광이 보색관계에 있을 때 백색계의 광을 발광시킬 수 있다.

또한, 형광체는, 예컨대, 세륨(Ce)에 의해 활성화된 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가닛계 형광체, 페릴렌계 유도체, 구리(Cu), Al에 의해 활성화된 황화아연카드뮴, 망간(Mn)에 의해 활성화된 산화마그네슘, 산화티탄 등 여러가지의 것을 들 수 있다. 이들 형광체는, 1종류로 이용해도 좋고, 2 종류이상 혼합해서 이용해도 된다.

관련 기술로서, 일본 특허공개 2000-349346호 공보가 있다.

그러나, 상기 종래의 발광장치에 있어서는, 내주면(12a)의 형상이, 상측을 향함에 따라 외측으로 넓어지도록 직선적으로 경사져 있는 단순한 구조이기 때문에, 발광소자(13)로부터의 광의 일부가 형광체층(14)에 조사될 때까지 몇 번이고 내주면(12a)에서 반사를 반복한다. 그 결과, 발광소자(13)의 광이 반사부재(12)에 의한 광흡수에 의해 광강도가 감소하여, 발광장치의 방사광 강도 및 휘도가 현저하게 열화한다는 문제점을 갖고 있다.

또한, 발광소자(13)의 내주면(12a)에 의해 반사된 광의 일부가, 형광체층(14)에 대해서 임계반사각보다 크게 입사됨으로써, 형광체층(14)의 하면에서 광이 전반사하여 형광체에 의한 파장 변환이 행해지지 않게 된다. 그 결과, 발광장치의 방사광 강도나 휘도가 현저하게 열화한다는 문제점을 갖고 있다.

또한, 발광소자(13)로부터 상방향으로 발생함과 아울러 내주면(12a)을 통하지 않고 형광체층(14)에 입사되는 광의 일부가 임계각 이상으로 되어 형광체층(14)의 하면에 있어서 전반사된다. 그 결과, 형광체에 의한 파장 변환의 효율이 감소하여, 발광장치의 방사광 강도나 휘도가 현저하게 열화한다는 문제점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 완성된 것이고, 그 목적은, 발광소자로부터 발광되는 광이 반사부재의 내주면에서 반사되는 횟수를 줄임과 아울러, 발광소자의 광이 형광체층의 계면에서 전반사되는 것을 유효하게 방지함으로써, 높은 방사광 강도 및 고휘도를 갖는 발광장치 및 조명장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 발광소자와,

상측 주면에 상기 발광소자가 탑재되는 볼록부가 형성된 기체와,

상기 기체의 상측 주면의 외주부에 상기 볼록부를 둘러쌈과 아울러 그 내주면이 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된 반사부재와,

상기 반사부재 상면에, 상기 발광소자와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자를 덮도록 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체를 투광성 부재에 함유시켜 이루어지는 형광체층을 구비하고 있고,

상기 반사부재의 내주면은, 그 중심을 통과하고, 상기 기체의 상측 주면에 직교하는 가상 축선을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서, r은 가상 축선으로부터 내주면의 표면까지의 반경, Z는 내주면의 하 단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면의 표면까지의 높이이고,

상기 발광소자의 발광부의 코너부에 접하고, 그 코너부와 상기 내주면의 상단을 연결하는 선과, 상기 형광체층의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 상기 형광체층의 굴절률을 n₁로 하였을 때에,

θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)

인 것을 특징으로 하는 발광장치이다.

본 발명은, 발광소자와,

평판형상의 기체와,

상기 기체의 상측 주면에 접합되고, 베이스부에, 상기 발광소자가 탑재되는 볼록부가 형성됨과 아울러, 베이스부의 외주부에 내주면이 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된 측벽부가 상기 볼록부를 둘러싸도록 형성된 반사부재와,

상기 측벽부 상면에, 상기 발광소자와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자를 덮도록 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체를 투광성 부재에 함유시켜 이루어지는 형광체층을 구비하고 있고,

상기 측벽부의 내주면은, 그 중심을 통과하고, 상기 기체의 상측 주면에 직교하는 가상 축선을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서, r은 가상 축선으로부터 내주면의 표면까지의 반경, Z는 내주면의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면의 표면까지의 높이이고,

상기 발광소자의 발광부의 코너부에 접하고, 그 코너부와 상기 측벽부의 내주면의 상단을 연결하는 선과, 상기 형광체층의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 상기 형광체층의 굴절률을 n₁로 하였을 때에,

θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)

인 것을 특징으로 하는 발광장치이다.

본 발명에 있어서, 상기 내주면의 표면의 산술평균 조도(粗度)(Ra)는 0.004~4㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 반사부재의 내주면과 상기 형광체층의 하면으로 둘러싸여지는 공간에는, 상기 형광체층의 투광성 부재와 동일한 재료로 이루어지는 투명부재가 충전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 복수의 발광장치를 소정의 배치가 되도록 설치한 것을 특징으로 하는 조명장치이다.

본 발명에 있어서, 상기 소정의 배치는 지그재그형상 배치인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 소정의 배치는, 원형상 또는 다각형상으로 배열된 발광장치군의 동심상 배치이고, 발광장치군의 배치수는, 중앙측보다 외주측일수록 많게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 따르면, 발광장치는, 발광소자와, 상측 주면에 상기 발광소자가 탑재되는 볼록부가 형성된 기체와, 상기 기체의 상측 주면의 외주부에 상기 볼록부를 둘러쌈과 아울러 그 내주면이 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된 반사부재와, 상기 반사부재 상면에, 상기 발광소자와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자를 덮도록 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체를 투광성 부재에 함유시켜 이루어지는 형광체층을 구비하고 있다. 상기 반사부재의 내주면은, 그 중심을 통과하고, 상기 기체의 상측 주면에 직교하는 가상 축선을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고, Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서, r은 가상 축선으로부터 내주면의 표면까지의 반경, Z는 내주면의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면의 표면까지의 높이이고, 상기 발광소자의 발광부의 코너부에 접하고, 그 코너부와 상기 내주면의 상단을 연결하는 선과, 상기 형광체층의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 상기 형광체층의 굴절률을 n₁로 하였을 때에,

θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)

로 한다. 이것에 의해, 발광소자로부터의 광이 내주면에 의해 형광체층에 대해서 수직방향으로 반사되어 형광체층에 입사된다. 그 결과, 발광장치는, 발광소자로부터 발생한 광이 내주면에서 반사되는 횟수를 저감할 수 있음과 아울러, 내주면에서 반사된 광이 형광체층의 하면에서 전반사되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 발광장치는, 발광소자로부터 발생한 광에 대한 내주면의 광흡수손실을 저감할 수 있다. 또한, 발광장치의 내부에 있어서의 광의 가두기를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광장치의 방사광 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)로 함으로써, 발광소자로부터 상측방향으로 발해지고, 반사부재에 반사되는 일없이 직접 형광체층에 입사되는 광은, 모든 입사각을 임계각 이하로 할 수 있고, 형광체층에서 전반사되는 것을 유효하게 방지할 수 있다.

본 발명을 따르면, 발광장치는, 발광소자와, 평판형상의 기체와, 상기 기체의 상측 주면에 접합되고, 베이스부에 상기 발광소자가 탑재되는 볼록부가 형성됨과 아울러, 베이스부의 외주부에 내주면이 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된 측벽부가 상기 볼록부를 둘러싸도록 형성된 반사부재와, 상기 측벽부 상면에, 상기 발광소자와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자를 덮도록 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체를 투광성 부재에 함유시켜 이루어지는 형광체층을 구비하고 있다. 상기 측벽부의 내주면은, 그 중심을 통과하고, 상기 기체의 상측 주면에 직교하는 가상 축선을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서, r은 가상 축선으로부터 내주면의 표면까지의 반경, Z는 내주면의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면의 표면까지의 높이이고, 상기 발광소자의 발광부의 코너부에 접하고, 그 코너부와 상기 측벽부의 내주면의 상단을 연결하는 선과, 상기 형광체층의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 상기 형광체층의 굴절률을 n₁로 하였을 때에,

θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)

또한, 발광소자로부터 발생한 열은, 반사부재에 일체화된 볼록부로부터 측벽부에 전달되기 쉽고, 특히 반사부재가 금속으로 이루어지는 경우에는, 열은 신속하 게 측벽부에 전달됨과 아울러 측벽부의 외측면으로부터 외부로 양호하게 방산된다.

또한, 발광소자의 하면을 반사부재의 볼록부에 전면에서 접합시킬 수 있고, 발광소자의 열을 반사부재에 양호하게 전달하여 방열성을 보다 향상시킬 수 있다. 그 결과, 발광소자의 온도상승을 억제할 수 있고, 발광소자와 반사부재의 열팽창차에 의해 생기는 접합부의 크랙을 억제할 수 있다. 또한, 발광소자의 열을 반사부재의 높이방향뿐만 아니라 외주방향으로도 양호하게 이동시킬 수 있다. 이 때문에, 반사부재의 하면 전체면으로부터 기체에 효율적으로 열전도시켜 발광소자 및 반사부재의 온도상승을 보다 유효하게 억제할 수 있고, 발광소자의 작동을 안정되게 유지함과 아울러 내주면의 열변형을 억제할 수 있다. 발광장치를 장기에 걸쳐서 안정된 광특성을 양호하게 유지해서 작동시킬 수 있다.

본 발명을 따르면, 상기 내주면의 표면의 산술평균조도(Ra)는, 0.004~4㎛이므로, 내주면이 반사면으로서 발광소자로부터의 광을 양호하게 반사할 수 있다.

본 발명을 따르면, 상기 반사부재의 내주면과 상기 형광체층의 하면으로 둘러싸여지는 공간에는, 상기 형광체층의 투광성 부재와 동일한 재료로 이루어지는 투명부재가 충전되므로, 발광소자의 내측과 외측의 굴절률 차가 작게 되어, 발광소자로부터 광을 보다 많이 취출할 수 있다. 따라서, 발광장치로부터의 발광이 향상되어, 방사광 강도 및 휘도를 현저하게 향상할 수 있다.

본 발명을 따르면, 조명장치는, 복수의 상기 본 발명의 발광장치를 소정의 배치가 되도록 설치한다. 이와 같은 조명장치는, 반도체로 이루어지는 발광소자의 전자의 재결합에 의한 발광을 이용하고 있으므로, 종래의 방전을 이용한 조명장치 보다 저소비전력 또한 장수명으로 할 수 있는 소형의 조명장치로 할 수 있다. 그 결과, 발광소자로부터 발생하는 광의 중심파장의 변동을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐서 안정된 방사광 강도 또한 방사광 각도(배광 분포)로 광을 조사할 수 있음과 아울러, 조사면에 있어서의 색번짐이나 조도(照度)분포의 편중이 억제된 조명장치로 할 수 있다.

또한, 복수의 본 발명의 발광장치를, 발광소자로부터 발생하는 광이나 형광체층 상면으로부터 방출되는 광을 광원으로 하여 소정의 배치로 설치함과 아울러, 이들 발광장치의 주위에 임의의 형상으로 광학설계된 반사 지그나 광학렌즈, 광확산판 등을 설치함으로써, 임의의 배광 분포의 광을 방사할 수 있는 조명장치로 할 수 있다.

본 발명을 따르면, 상기 소정의 배치는 지그재그형상 배치이므로, 글레어가 억제되어 사람의 눈에 대한 불쾌감 및 눈에 미치는 장해를 저감할 수 있다. 또한 서로 이웃하는 발광장치간의 거리가 길게 됨으로써, 인접하는 발광장치간의 열적인 간섭이 유효하게 억제되고, 발광장치의 하부에 있어서의 열의 저류가 억제되어, 발광장치의 외부로 효율적으로 열이 방산된다. 그 결과, 사람의 눈에 대해서도 장해가 작고, 장기간에 걸쳐서 광학특성의 안정된 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.

본 발명을 따르면, 상기 소정의 배치는, 원형상 또는 다각형상으로 배열된 발광장치군의 동심상 배치이고, 발광장치군의 배치수는, 중앙측보다 외주측일수록 많으므로, 발광장치끼리의 간격을 적절하게 유지하면서 발광장치를 보다 많이 배치 할 수 있고, 조명장치의 조도를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 조명장치의 중앙부의 발광장치의 밀도를 낮게 하여 조명장치의 중앙부에 있어서의 열의 저류를 억제할 수 있다. 따라서, 발광장치가 설치되는 조명기구의 온도분포가 한결같게 되고, 조명장치를 설치한 외부 전기회로기판 및 히트싱크에 효율 좋게 열이 전달되어, 발광장치의 온도상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치는 장기간에 걸쳐서 안정하게 동작할 수 있음과 아울러 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.

이하 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 발광장치에 대해서 이하에 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다. 이 도면에 있어서, 발광장치는, 기체(1)와, 반사부재(2)와, 발광소자(3)와, 형광체층(4)을 포함한다. 반사부재(2)의 상부에는 발광소자(3)가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체층(4)이 설치된다.

기체(1)는, 그 상측 주면에 발광소자(3)가 탑재되는 볼록부(1a)가 형성된다. 기체(1)에는, 탑재부(1b) 및 그 주변으로부터 발광장치의 내외를 전기적이 도통 접속하는 리드 단자 및 메탈라이즈 배선 등으로 이루어지는 배선 도체(도시 생략)가 형성된다. 반사부재(2)는, 상기 기체(1)의 상측 주면의 외주부에 상기 볼록부(1a)를 둘러쌈과 아울러 그 내주면(2a)이 상기 발광소자(3)가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된다. 형광체층(4)은, 상기 반사부재(2)의 상면에, 상기 발광소자(3)와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자(3)를 덮도록 설치된다. 또 형광체층(4)은, 상기 발광소자(3)가 발광하는 광을 파장 변환 형광체를 투광성 부재에 함유시켜 이루어진다.

기체(1)는, 알루미나 세라믹스나 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 유리 세라믹스 등의 세라믹스, Fe-Ni-Co합금이나 Cu-W 등의 금속, 또는, 에폭시수지 등의 수지로 이루어진다. 기체(1)에는, 발광소자(3)가 탑재되는 볼록부(1a)가 기체(1)의 상면에 형성되어 있다.

또한, 기체(1)의 상면에는, 반사부재(2)가 볼록부(1a)를 둘러싸도록, 땜납, Ag납 등의 납재나 에폭시수지 등의 접착제 등의 접합재에 의해 부착된다. 반사부재(2)는, 발광소자(3)의 주위에 원하는 면 정밀도(예컨대, 발광장치의 종단면에 있어서, 발광소자(3)를 사이에 끼워서 발광소자(3)의 양측에 설치된 반사면으로서의 내주면(2a)이 대칭으로 되어 있는 상태)로 내주면(2a)이 설치되도록 부착된다. 이것에 의해서, 발광소자(3)로부터의 광을 내주면(2a)에서 균일하게 얼룩 없게 반사시킬 수 있고, 방사광 강도 및 휘도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 반사부재(2)의 내주면(2a)이 노출하는 개구는, 원형상으로 형성된다.

반사부재(2)의 내주면(2a)는, 그 중심을 통과하고, 기체(1)의 상측 주면에 직교하는 가상 축선(L)을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서 r은 가상 축선(L)으로부터 내주면(2a)의 표면까지의 반경, 즉 내(內)치수의 반경, Z는 내주면(2a)의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면(2a)의 표 면까지의 높이이고, 발광소자(3)의 발광부의 코너부에 접하고, 이 코너부와 반사부재(2)의 내주면(2a)의 상단을 연결하는 선과, 형광체층(4)의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 형광체층(4)의 굴절률을 n₁로 하였을 때에, θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)로 한다. 이것에 의해서, 반사부재(2)는, 발광소자(3)로부터의 광을 형광체층(4)에 대해서 수직방향으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 발광소자(3)로부터 발생한 광이 내주면(2a)에서 반사되는 횟수를 저감할 수 있다. 또한, 내주면(2a)에서 반사한 광이 형광체층(4)의 하면에서 전반사되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 발광소자(3)의 상방향으로 출력되어 내주면(2a)에서 반사되지 않고 형광체층(4)에 입사되는 광이, 형광체층(4)의 계면에서 전반사되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광소자(3)로부터 발생한 광에 대한 내주면(2a)의 광흡수손실을 저감할 수 있음과 아울러, 반사부재(2)의 내부에 가두어지는 광을 억제할 수 있다. 그 결과, 효율 좋게 발광장치의 외부로 광을 방사할 수 있음과 아울러 방사광 강도를 향상시킬 수 있다.

여기에서, 정수 k가 -10 미만, 또는 정수 c가 0.001 미만인 경우, 내주면(2a)의 형상이 직선에 가깝고, 발광소자(3)로부터 내주면(2a)에서 반사한 광의 일부는 형광체층(4)의 하면에 대해서 입사각도가 크게 되어 반사 손실이 증가한다. 또한, 발광소자(3)로부터 내주면(2a)에서 반사된 광의 일부는, 형광체층(4)의 하면에 대해서 임계반사각 이상으로 입사되기 위해 전반사되고, 형광체층(4)에서 파장 변환되지 않고 발광장치의 내부에 가둘 수 있다. 그 결과, 외부로 방사되는 광이 저하하고, 발광장치의 방사광 강도가 감소한다.

또한, 정수 k가 -0.001을 넘을 경우, 또는 정수 c가 10을 넘을 경우, 내주면(2a)의 단면형상의 곡률이 크게 되기 때문에, 발광소자(3)의 광을 수직방향으로 반사하기 어려워짐과 아울러 반사부재(2) 내의 광 난반사가 현저하게 증가한다. 또한, 반사부재(2)의 개구부가 작게 되어, 형광체층(4)의 표면적이 감소하므로, 발광소자(3)의 광에 의해 여기되는 형광체(도시 생략)의 비율이 감소한다. 그 결과, 형광체층(4)에 의해 발광소자(3)의 광을 파장 변환하는 효율이 현저하게 저하하여, 발광장치의 방사광 강도가 감소한다.

또한, 볼록부(1a)는, 알루미나 세라믹스, 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 유리 세라믹스 등의 세라믹스, Fe-Ni-Co합금 혹은 Cu-W 등의 금속, 또는, 에폭시수지 등의 수지로 이루어지는 부재를 기체(1)의 상면에 납재 또는 접착제 등의 접합재에 의해 부착함으로써 설치할 수 있다. 또는, 볼록부(1a)는, 기체(1)의 중앙부에 형성한 관통구멍에, 상기의 세라믹스, 금속 또는 수지로 이루어지는 부재를 그 상측이 기체(1)의 상면으로부터 돌출하도록 끼워 부착함으로써 설치할 수 있다.

바람직하게는, 볼록부(1a)와 기체(1)를 동일 재질로 하는 것이 좋다. 이것에 의해서, 볼록부(1a)와 기체(1)의 열팽창차를 작게 할 수 있고, 볼록부(1a)에 왜곡이 생겨 발광소자(3)의 위치가 어긋나고, 발광 강도가 저하하는 것을 유효하게 억제할 수 있다.

또한, 볼록부(1a)는, 기체(1)와 일체로 되어 있어도 된다. 볼록부(1a)가 기체(1)와 일체로 되어 있는 경우, 예컨대, 볼록부(1a) 및 기체(1)로 이루어지는 세 라믹 그린시트를 적층해서 동시 소성함으로써, 절삭가공 등의 금속가공방법에 의해서, 또는, 사출성형 등으로 수지를 몰드 성형함으로써 제작할 수 있다.

볼록부(1a)에는, 발광소자(3)가 전기적으로 접속되기 위한 전기접속용 패턴(도시 생략)이 형성되어 있다. 이 전기접속용 패턴이 기체(1)의 내부에 형성된 배선층(도시 생략)을 통해 발광장치의 외측 표면에 도출되어 외부 전기회로기판에 접속됨으로써, 발광소자(3)와 외부 전기회로가 전기적으로 접속되게 된다.

발광소자(3)는, 예컨대, 액상성장법 또는 MOCVD법 등에 의해 사파이어 등의 단결정기판 상에, 갈륨(Ga)-Al-질소(N), 아연(Zn)-유황(S), Zn-셀레늄(Se), 규소(Si)-탄소(C), Ga-인(P), Ga-Al-비소(As), Al-인듐(In)-Ga-P, In-Ga-N, Ga-N, Al-In-Ga-N 등의 발광층이 형성된다. 발광소자(3)의 구조로서는, MIS접합이나 PN접합을 갖은 호모 구조, 헤테로 구조 혹은 더블 헤테로 구성의 것을 들 수 있다. 또한, 발광소자(3)의 발광 파장은, 발광층의 재료나 그 혼정도에 의해 자외광으로부터 적외광까지 여러가지 선택된다.

형광체층(4)은, 발광소자(3)로부터의 광을 파장 변환할 수 있는 형광체와, 에폭시수지 또는 실리콘수지 등의 투광성 부재로 이루어진다. 형광체층(4)은, 미리 막 또는 판자형상으로 성형하고, 오븐 등으로 열경화시킨 다음, 반사부재(2)의 상부에 배치함으로써, 발광소자(3)로부터의 광을 함유하는 형광체에 의해 파장 변환하여 원하는 파장 스펙트럼을 갖는 광을 취출할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 제 2 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태에 있어서, 상술의 실시형태의 구성에 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 붙여, 설명을 생략한다. 발광장치는, 평판형상의 기체(1A)와, 반사부재(2A)와, 발광소자(3)와, 형광체층(4)을 포함한다.

반사부재(2A)는, 상기 기체(1A)의 상측 주면에 접합되고, 반사부재(2A)의 베이스부에, 상기 발광소자(3)가 탑재되는 볼록부(2b)가 형성된다. 반사부재(2A)는, 베이스부의 외주부에 내주면(2d)이 상기 발광소자(3)가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된 측벽부(2c)를 갖고, 그 측벽부(2c)가 상기 볼록부(2b)를 둘러싸도록 형성된다. 본 실시형태에 있어서, 형광체층(4)은, 상기 측벽부(2c)의 상면에, 상기 발광소자(3)와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자(3)를 덮도록 설치된다. 또한, 반사부재(2A)의 내주면(2d)이 노출하는 개구는, 원형상으로 형성된다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 반사부재(2A)의 내주면(2d)은, 그 중심을 통과하고, 기체(1A)의 상측 주면에 직교하는 가상 축선(L)을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서 r은 가상 축선(L)으로부터 내주면(2d)의 표면까지의 반경, 즉 내치수의 반경, Z는 내주면(2d)의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면(2d)의 표면까지의 높이이고, 발광소자(3)의 발광부의 코너부에 접하고, 이 코너부와 내주면(2d)의 상단을 연결하는 선과, 형광체층(4)의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 형광체층(4) 의 굴절률을 n₁로 하였을 때에, θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)로 한다.

이것에 의해서, 발광소자(3)의 하면을 반사부재(2A)의 볼록부(2b)의 상면에 전면에서 접합시킬 수 있고, 발광소자(3)의 열을 반사부재(2A)에 양호하게 전달하여 방열성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 발광소자(3)의 열을 반사부재(2A)의 높이방향뿐만 아니라 외주방향으로도 양호하게 이동시킬 수 있고, 반사부재(2A)의 하면 전체면으로부터 기체(1A)에 효율 좋게 열전도시켜 발광소자(3) 및 반사부재(2A)의 온도상승을 보다 유효하게 억제할 수 있다. 따라서, 발광소자(3)의 온도상승은 억제되어, 발광소자(3)의 열에 의한 광출력의 열화와 파장 변동을 억제할 수 있다. 또한, 발광소자(3)와 반사부재(2A)의 열팽창차에 의해 생기는 접합부의 크랙을 억제할 수 있다. 또한, 반사부재(2)의 온도상승을 유효하게 억제할 수 있으므로, 내주면(2d)의 변형을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치를 장기에 걸쳐서 고신뢰성 또한 안정된 광특성을 양호하게 유지할 수 있다.

여기서, 정수 k가 -10 미만, 또는 정수 c가 0.001 미만인 경우, 내주면(2d)의 형상이 직선에 가깝고, 발광소자(3)로부터 내주면(2d)에서 반사한 광의 일부는 형광체층(4)의 하면에 대하여 입사각도가 크게 되어 반사 손실이 증가한다. 또한, 발광소자(3)로부터 내주면(2d)에서 반사한 광의 일부는, 형광체층(4)의 하면에 대하여 임계반사각 이상으로 입사하기 위해 전반사하고, 형광체층(4)에서 파장 변환되지 않고 발광장치의 내부에 가두어진다. 그 결과, 외부로 방사되는 광이 저하하여, 발광장치의 방사광 강도가 감소한다.

또한, 정수 k가 -0.001을 넘는 경우, 또는 정수 c가 10을 넘을 경우, 내주면(2d)의 단면형상의 곡률이 크게 되기 때문에, 발광소자(3)의 광을 수직방향으로 반사하기 어려움과 아울러 반사부재(2A) 내의 광 난반사가 현저하게 증가한다. 또한, 반사부재(2A)의 개구부가 작게 되어, 형광체층(4)의 표면적이 감소하므로, 발광소자(3)의 광에 의해 여기되는 형광체의 비율이 감소한다. 그 결과, 형광체층(4)에 의해 발광소자(3)의 광을 파장 변환하는 효율이 현저하게 저하하여, 발광장치의 방사광 강도가 감소한다.

또한, 볼록부(2b)는, 알루미나 세라믹스나 질화알루미늄질 소결체, 뮬라이트질 소결체, 유리 세라믹스 등의 세라믹스, Fe-Ni-Co합금이나 Cu-W 등의 금속, 또는, 에폭시수지 등의 수지로 이루어지는 부재를 반사부재(2A)의 내주면(2d)의 하단부에 납재나 접착제 등의 접합재에 의해 부착함으로써 설치할 수도 있다.

또한, 도 1 및 도 2의 본 발명의 실시형태에 있어서, 내주면(2a,2d)은 발광소자(3)로부터 발생하는 광을 반사하기 위한 반사면으로 되어 있다. 내주면(2a,2d)은, 반사부재(2,2A)가 Al, Ag, Au, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), Cu 등의 고반사율의 금속으로 이루어지는 경우, 반사부재(2,2A)에 대해서 절삭가공 또는 금형성형 등을 행함으로써 형성된다. 또는, 반사부재(2,2A)가 세라믹스 또는 수지 등의 절연체로 이루어지는 경우[반사부재(2,2A)가 금속의 경우도 포함한다], 도금이나 증착 등을 이용하여 Al, Ag, Au, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), Cu 등의 고반사율의 금속박막을 형성함으로써 내주면(2a,2d)을 형성해도 좋다. 또한, 내주면(2a,2d)이, Ag이나 Cu 등의 산화에 의해 변색되기 쉬운 금속으로 이루어지는 경우 에는, 그 표면에, 예컨대 두께 1~10㎛ 정도의 Ni도금층과 두께 0.1~3㎛ 정도의 Au도금층이 전해도금법이나 무전해도금법에 의해 순차적으로 피착되어 있는 것이 좋다. 이것에 의해 내주면(2a,2d)의 내부식성이 향상한다.

또한, 내주면(2a,2d) 표면의 산술평균조도(Ra)는, 0.004~4㎛인 것이 좋고, 이것에 의해, 내주면(2a,2d)이 반사면으로서 발광소자(3)로부터의 광을 양호하게 반사할 수 있다. Ra가 4㎛을 넘으면, 발광소자(3)의 광을 균일하게 반사시킬 수 없고, 반사부재(2,2A)의 내부에서 난반사한다. 한편, 0.004㎛ 미만에서는, 그와 같은 면을 안정되고 또한 효율 좋게 형성하는 것이 곤란하게 되는 경향이 있다.

또한, 발광소자(3)는, 기체(1,1A)에 형성된 배선 도체에 와이어 본딩, 또는 발광소자(3)의 전극을 하측으로 하여 땜납 범프에 의해 접속하는 플립 칩 본딩방식을 이용하여 전기적으로 접속된다. 바람직하게는, 플립 칩 본딩방식에 의해 접속하는 것이 좋다. 이것에 의해서, 배선 도체를 발광소자(3)의 바로 밑에 설치할 수 있으므로, 발광소자(3)의 주변의 기체(1,1A)의 상면에 배선 도체를 설치하기 위한 공간을 형성할 필요가 없게 된다. 따라서, 발광소자(3)로부터 발광된 광이 상기 기체(1,1A)의 배선 도체의 공간에서 흡수되어 방사광 강도가 저하하는 것을 유효하게 억제할 수 있다.

상기 배선 도체는, 예컨대, W, Mo, Cu, Ag 등의 금속분말의 메탈라이즈층을 형성함으로써, Fe-Ni-Co합금 등의 리드 단자를 매설함으로써, 또는, 배선 도체가 형성된 절연체로 이루어지는 입출력 단자를 기체(1,1A)에 형성된 관통구멍에 끼워부착하여 접합시킴으로써 설치된다.

또한, 배선 도체의 노출되는 표면에는, Ni나 Au 등의 내식성이 우수한 금속을 1~20um정도의 두께로 피착시켜 두는 것이 좋고, 배선 도체의 산화부식을 유효하게 방지할 수 있음과 아울러, 발광소자(3)와 배선 도체의 접속을 견고하게 할 수 있다. 따라서, 배선 도체의 노출 표면에는, 예컨대, 두께 1~10㎛ 정도의 Ni도금층과 두께 0.1~3㎛ 정도의 Au도금층이 전해도금법이나 무전해도금법에 의해 순차적으로 피착되어 있는 것이 보다 바람직하다.

도 3은, 본 발명의 제 3 실시형태의 발광장치를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태의 발광장치는, 본 발명의 제 2 실시형태의 발광장치에 유사하고, 대응하는 구성에는 동일한 참조부호를 붙여, 설명을 생략한다.

또한, 바람직하게는 도 3에 나타내는 바와 같이, 반사부재(2A) 및 형광체층(4)의 내측에, 즉 반사부재(2A)의 내주면(2d)과 상기 형광체층의 하면으로 둘러싸여지는 공간에, 형광체층(4)의 투광성 부재와 동일한 재료의 에폭시수지 또는 실리콘수지 등의 투명부재(5)가 충전되어 발광소자(3)를 피복한다. 이것에 의해서, 발광소자(3)의 내측과 외측의 굴절률 차가 작게 되어, 발광소자(3)로부터 광을 보다 많이 취출할 수 있다. 따라서, 발광장치로부터의 발광이 향상하여, 방사광 강도 및 휘도를 현저하게 향상할 수 있다.

마찬가지로, 도 1에 나타내어지는 본 발명의 제 1 실시형태의 발광장치에도 할 수 있다. 즉, 반사부재(2) 및 형광체층(4)의 내측에, 즉 반사부재(2)의 내주면(2a)과 상기 형광체층의 하면으로 둘러싸여지는 공간에, 형광체층(4)의 투광성 부재와 동일한 재료의 에폭시수지 또는 실리콘수지 등의 투명부재(5)가 충전되어 발 광소자(3)를 피복해도 좋다.

또한, 본 발명의 발광장치는, 도 5A~도 5E에 나타내어지는 바와 같이, 복수개를, 예컨대, 격자상이나 지그재그형상, 방사상, 복수의 발광장치로 이루어지는 원형상이나 다각형상의 발광장치군을 동심상으로 복수군 형성한 것 등의 소정의 배치가 되도록 설치한 것에 의해서, 조명장치로 할 수 있다. 이것에 의해서, 이와 같은 조명장치는 반도체로 이루어지는 발광소자(3)의 전자의 재결합에 의한 발광을 이용하고 있으므로, 종래의 방전을 이용한 조명장치보다 저소비전력 또한 장수명으로 할 수 있고, 발열이 작은 소형의 조명장치로 할 수 있다. 그 결과, 발광소자(3)로부터 발생하는 광의 중심파장의 변동을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐서 안정된 방사광 강도 또한 방사광 각도(배광 분포)로 광을 조사할 수 있음과 아울러, 조사면에 있어서의 색번짐 및 조도분포의 편중이 억제된 조명장치로 할 수 있다.

또한, 복수의 본 발명의 발광장치를, 발광소자(3)로부터 발생하는 광이나 형광체층(4) 상면으로부터 방출되는 광을 광원으로 하여 소정의 배치로 설치함과 아울러, 이들 발광장치의 주위에 임의인 형상으로 광학설계된 반사 지그, 광학렌즈, 광확산판 등을 설치함으로써, 임의의 배광 분포의 광을 방사할 수 있는 조명장치로 할 수 있다.

예컨대, 복수개의 발광장치가 복수열로 배치되어 이루어지는 조명장치의 경우, 인접하는 일렬 상에 배치된 복수개의 발광장치에 있어서, 서로 이웃하는 발광소자(3)와의 간격이 최단에 되지 않는 배치, 소위 지그재그형상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 발광장치가 격자상으로 배치될 때는, 광원이 되는 발광장치가 직선 상에 배열됨으로써 클레어가 강하게 되고, 이와 같은 조명장치가 사람의 시각에 들어옴으로써, 불쾌감이나 눈의 장해를 일으키기 쉽게 된다. 이것에 대해서, 발광장치가 지그재그형상으로 배치됨으로써, 클레어가 억제되어 인간의 눈에 대한 불쾌감 및 눈에 미치는 장해를 저감할 수 있다. 또한, 서로 이웃하는 발광장치간의 거리가 길게 됨으로써, 인접하는 발광장치간의 열적인 간섭이 유효하게 억제되고, 발광장치의 하부에 있어서의 열의 저류가 억제되어, 발광장치의 외부에 효율 좋게 열이 방산된다. 그 결과, 사람의 눈에 대해서도 장해가 작고, 장기간에 걸쳐서 광학특성의 안정한 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.

또한, 조명장치가, 복수의 발광장치로 이루어지는 원형상 또는 다각형상으로 배열된 발광장치군을 동심상으로 복수군 형성한 조명장치의 경우, 1개의 원형상 또는 다각형상의 발광장치군에 있어서의 발광장치의 배치수를 조명장치의 중앙측보다 외주측일수록 많게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 발광장치끼리의 간격을 적절하게 유지하면서 발광장치를 보다 많이 배치할 수 있고, 조명장치의 조도를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 조명장치의 중앙부의 발광장치의 밀도를 낮게 하여 조명장치의 중앙부에 있어서의 열의 저류를 억제할 수 있다. 따라서, 발광장치가 실장되는 조명기구의 온도분포가 한결같게 되고, 조명장치를 설치한 외부 전기회로기판 및 히트싱크에 효율 좋게 열이 전달되어, 발광장치의 온도상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 발광장치는 장기간에 걸쳐서 안정되게 동작할 수 있음과 아울러 장수명의 조명장치를 제작할 수 있다.

이와 같은 조명장치로서는, 예컨대, 실내나 실외에서 이용되는, 일반조명용 기구, 샹들리에용 조명, 주택용 조명기구, 오피스용 조명기구, 점포 인테리어, 전시용 조명기구, 가로등용 조명기구, 유도등 기구 및 신호장치, 무대 및 스튜디오용 조명기구, 광고등, 조명용 폴, 수중조명용 라이트, 스트로브용 라이트, 스포트라이트, 전주 등에 매립하는 방범용 조명, 비상용 조명기구, 전광게시판이나, 조광기, 자동점멸기, 디스플레이 등의 백라이트, 동영상장치, 장식품, 조광식 스위치, 광센서, 손전등, 의료용 라이트, 차량 탑재 라이트 등을 들 수 있다.

[실시예]

본 발명의 발광장치에 대해서 이하에 실시예를 나타낸다.

우선, 기체(1)가 되는 알루미나 세라믹스 기판을 준비했다. 또한, 기체(1)는 볼록부(1a)가 되는 부위도 일체적으로 형성되어 있고, 볼록부(1a)의 상면과 볼록부(1a) 이외의 부위의 기체(1)의 상면을 평행하게 하였다.

기체(1)는, 폭8㎜×깊이8㎜×두께0.5㎜의 직육면체의 상면 중앙부에 폭0.35㎜×깊이0.35㎜×두께0.15㎜의 직육면체의 볼록부(1a)가 형성된 것이었다.

또한, 볼록부(1a)의 발광소자(3)가 탑재되는 부위에, 발광소자(3)와 외부 전기회로기판을 기체(1)의 내부에 형성한 내부배선을 통해서 전기적으로 접속하기 위한 배선 도체를 형성했다. 배선 도체는, Mo-Mn분말로 이루어지는 메탈라이즈층에 의해 지름 0.1㎜의 원형 패드로 성형되고, 그 표면에는 두께 3㎛의 Ni도금층과 두께 2㎛의 Au도금층이 피착되었다. 또한, 기체(1) 내부의 내부배선은, 관통 도체로 이루어지는 전기접속부, 소위 스루홀에 의해 형성되었다. 이 스루홀에 대해서도 배선 도체와 마찬가지로 Mo-Mn분말로 이루어지는 메탈라이즈 도체로 성형되었다.

또한, 반사부재(2)를 준비했다. 반사부재(2)는, 내주면(2a)의 최상단의 지름이 61nm이고 높이가 1.5㎜이며, 내주면(2a)의 하단의 높이[기체(1) 상면에 접합되는 하면으로부터 내주면(2a)의 경사면의 하변까지의 높이)가 0.1㎜이었다. 또한, 내주면(2a)에 있어서의 형상은, 정수 k가 -1.603, 곡률 c가 1.538로 된, 본 발명의 반사부재(2)에 있어서의 단면형상이고, 표면이, Ra가 0.1㎛인 내주면(2a)으로 하였다.

다음에, 발광소자(3)의 전극에 대향하는 기체(1) 상면에 형성된 배선 도체에 Au-Sn 범프를 설치해 두고, 이 Au-Sn 범프를 통해서 발광소자(3)를 배선 도체에 접합함과 아울러, 반사부재(2)를 볼록부(1a)를 둘러싸도록 기체(1)의 외주부에 수지접착제로 접합하였다.

또한, 디스펜서를 이용하여, 투명한 실리콘수지를 반사부재(2)의 내부에 주입하고, 오븐으로 열경화시켰다.

다음에, 투명한 실리콘수지에, 발광소자(3)의 광에 의해 여기되어, 적색발광, 녹색발광, 청색발광을 행하는 3종류의 형광체를 함유한, 두께가 0.5㎜인 판형상의 형광체층(4)을 형성하여 반사부재(2)의 개구부를 덮도록 설치했다.

또한, 비교용 발광장치로서, 반사부재의 내주면을 도 4에 나타내는 바와 같은 단면형상이 직선상의 경사면으로 이루어지는 것으로 함과 아울러, 반사부재(12)의 내부에 투명한 실리콘수지를 충전하는 것 이외에는 상기 발광장치와 마찬가지로 제작했다.

이와 같이 하여 제작한 발광장치에 대해서, 각각 20mA의 전류를 인가하고, 점등시켜 전체 광속량을 측정했다. 그 결과, 도 4의 구조의 비교예로서의 발광장치는 8.51m/W, 외형치수는 마찬가지로 도 1의 구조의 발광장치는 21m/W와, 본 발명에 의해서, 전체 광속량에 있어서 2.5배의 효과를 얻어지는 것을 판명하고, 본 발명의 발광장치의 우위성을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명은 이상의 실시형태의 예 및 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내이면 각종 변경을 행하는 것은 전혀 지장이 없다.

본 발명은, 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러가지의 형태로 실시할 수 있다. 따라서, 전술의 실시형태는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 나타내는 것이며, 명세서 본문에는 전혀 구속되지 않는다. 또한, 특허청구의 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위 내인 것이다.

본 발명의 발광장치 및 조명장치에 의하면, 발광소자로부터 발광되는 광이 반사부재의 내주면에서 반사되는 횟수를 줄임과 아울러, 발광소자의 광이 형광체층의 계면에서 전반사되는 것을 유효하게 방지함으로써, 높은 방사광 강도 및 고휘도를 갖는 효과를 가지고 있다.

Claims

발광소자;

상측 주면에 상기 발광소자가 탑재되는 볼록부가 형성된 기체;

상기 기체의 상측 주면의 외주부에 상기 볼록부를 둘러쌈과 아울러 그 내주면이 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된 반사부재; 및

상기 반사부재 상면에, 상기 발광소자와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자를 덮도록 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체를 투광성 부재에 함유시켜 이루어지는 형광체층을 구비하고 있고,

상기 반사부재의 내주면은, 그 중심을 통과하고, 상기 기체의 상측 주면에 직교하는 가상 축선을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서, r은 가상 축선으로부터 내주면의 표면까지의 반경, Z는 내주면의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면의 표면까지의 높이이고,

상기 발광소자의 발광부의 코너부에 접하고, 그 코너부와 상기 내주면의 상단을 연결하는 선과, 상기 형광체층의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 상기 형광체층의 굴절률을 n₁로 하였을 때에,

θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)인 것을 특징으로 하는 발광장치.
발광소자;

평판형상의 기체;

상기 기체의 상측 주면에 접합되고, 베이스부에 상기 발광소자가 탑재되는 볼록부가 형성됨과 아울러, 베이스부의 외주부에 내주면이, 상기 발광소자가 발광하는 광을 반사하는 반사면으로 된 측벽부가 상기 볼록부를 둘러싸도록 형성된 반사부재; 및

상기 측벽부 상면에, 상기 발광소자와의 사이에 간극을 두어 상기 발광소자를 덮도록 설치된, 상기 발광소자가 발광하는 광을 파장 변환하는 형광체를 투광성 부재에 함유시켜 이루어지는 형광체층을 구비하고 있고,

상기 측벽부의 내주면은, 그 중심을 통과하고, 상기 기체의 상측 주면에 직교하는 가상 축선을 포함하는 가상 평면으로 절단한 단면형상이 다음 식에서 나타내어지는 곡선으로 표시되고, 이 곡선을 가상 축선 둘레로 회전시켜 얻어지는 곡면이고,

Z=(cr²)/[1+{1-(1+k)c²r²}^1/2](단, -10≤k≤-0.001, 0.001≤c≤10)

여기서, r은 가상 축선으로부터 내주면의 표면까지의 반경, Z는 내주면의 하단으로부터 반경(r)에 있어서의 내주면의 표면까지의 높이이고,

상기 발광소자의 발광부의 코너부에 접하고, 그 코너부와 상기 측벽부의 내 주면의 상단을 연결하는 선과, 상기 형광체층의 상면이 이루는 각도(θ₁)가, 상기 형광체층의 굴절률을 n₁로 하였을 때에,

θ₁≥90°-sin^-1(1/n₁)인 것을 특징으로 하는 발광장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내주면의 표면의 산술평균조도(Ra)는 0.004~4㎛인 것을 특징으로 하는 발광장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사부재의 내주면과 상기 형광체층의 하면으로 둘러싸여지는 공간에는, 상기 형광체층의 투광성 부재와 동일한 재료로 이루어지는 투명부재가 충전되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 복수의 발광장치를 소정의 배치가 되도록 설치한 것을 특징으로 하는 조명장치.
제5항에 있어서, 상기 소정의 배치는 지그재그형상 배치인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제5항에 있어서, 상기 소정의 배치는, 원형상 또는 다각형상으로 배열된 발광장치군의 동심상 배치이고, 발광장치군의 배치수는, 중앙측보다 외주측일수록 많 게 하는 것을 특징으로 하는 조명장치.