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KR102607320B1 - 발광 장치 - Google Patents

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KR102607320B1
KR102607320B1 KR1020180115946A KR20180115946A KR102607320B1 KR 102607320 B1 KR102607320 B1 KR 102607320B1 KR 1020180115946 A KR1020180115946 A KR 1020180115946A KR 20180115946 A KR20180115946 A KR 20180115946A KR 102607320 B1 KR102607320 B1 KR 102607320B1
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emitting device
emitting element
emitting
transmitting member
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토모노리 미요시
Original Assignee
니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

[과제] 헤드라이트의 광원으로서 이용되었을 때에, 간단하고 또한 소형의 광학계의 구성에 의해 컷 오프 라인을 명료하게 할 수 있는 발광 장치를 제공한다.
[해결 수단] 기판과, 기판 상에 설치된 발광 소자와, 발광 소자의 발광면인 상면에, 하면이 대향하도록 설치된 판 형상의 투광성 부재와, 발광 소자의 측면과 투광성 부재의 측면을 덮는 피복 부재를 구비하고, 발광 소자의 상면은, 서로 대향하는 제1 변과 제2 변과 서로 대향하는 제3 변과 제4 변을 가지는 직사각형 형상이며, 투광성 부재의 상면은, 서로 대향하는 제5 변과 제6 변과 서로 대향하는 제7 변과 제8 변을 가지는 직사각형 형상이며, 투광성 부재가, 상방으로부터 보았을 때에, 제5 변이 상기 제1 변의 외측에 위치하고, 제6 변이 상기 제2 변의 내측에 위치하도록 발광 소자 상에 설치되어 있다.

Description

발광 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은, 발광 장치, 특히 헤드라이트용의 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 반도체 발광 소자는, 각종의 광원으로서 이용되며, 특히 최근에는, 차량의 헤드라이트용 광원으로서 널리 이용되어지고 있다. 이 차량 헤드라이트용 광원은, 고휘도인 것에 더하여, 예를 들어 램버시안(Lambertian)이라 불리는 특정한 배광 분포일 것이 요구된다. 이 헤드라이트용으로 적합한 발광 장치로서, 특허문헌 1에는, 기판의 표면에 설치된 반도체 발광 소자와, 기판 상에서 반도체 발광 소자를 주위에서 둘러싸는 광반사성의 프레임과, 반도체 발광 소자의 상면 및 측면을 피복하는 투명한 형광체층을 구비한 발광 장치가 개시되어 있다. 그리고, 이 발광 장치에 의하면, 광반사성의 프레임의 내주 벽면에 의해 반사하여 프레임의 개구부로부터 일방향으로 광을 출사시킴으로써, 자동차의 전방측의 조도를 높일 수가 있어서, 헤드라이트용으로서 적합한 것으로 되어 있다.
또한, 차량의 헤드라이트는, 로우 빔으로 했을 때에 상방의 광을 컷 하여 맞은편 차량에 눈부시지 않게 하면서 노면을 비출 필요가 있다. 이 로우 빔으로 했을 때에 상방의 광을 컷 하는 경계선은, 컷 오프 라인(210)이라 불리며, 이 컷 오프 라인(210)이 명료하지 않은, 즉, 로우 빔으로 했을 때에 컷 오프 라인(210)보다 위로 광이 조사되면 안전 상 바람직하지 않다(도 14). 따라서, 차량의 헤드라이트는, 로우 빔으로 했을 때에 컷 오프 라인(210)이 명료하게 되도록 광학계가 설계되며, 헤드라이트용의 광원인 발광 장치에 대해서도, 컷 오프 라인(210)이 명료하게 되는 광학계의 설계가 가능한 휘도 특성이 요구된다. 구체적으로는, 발광 장치에 대해서는, 예를 들어, 발광면과 발광면의 외주를 둘러싸는 광반사성의 프레임(피복 부재)과의 경계가 명료, 즉, 도 13에 나타내는 바와 같이, 그 경계를 경계로 외측과 내측에서 급격하게 휘도가 변화하는 특성이 요구된다. 이 발광면과 발광면의 외주를 둘러싸는 피복 부재와의 경계를 명료하게 하기 위해서는, 도 15에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 발광 소자(201) 상에 배치하는 파장 변환 부재(207)를 크게 하여, 발광 소자(201)의 발광면의 외주보다 파장 변환 부재(207)의 외주가 외측에 위치하도록, 발광 소자(201) 상에 파장 변환 부재(207)를 배치하고, 그 발광 소자(201) 상에 파장 변환 부재(207)를 둘러싸도록 피복 부재를 설치하는 것이 유효한 것으로 되어 있다.
일본특허공개 제2015-76455호 공보
그러나, 발광 소자의 발광면의 외주보다 형광체판의 외주가 외측에 위치하도록, 발광 소자 상에 형광체판(파장 변환 부재)을 배치하면, 필연적으로 발광 장치의 발광면이 커지게 된다. 발광 장치의 발광면이 커지면, 헤드라이트의 광학계의 구성이 커진다고 하는 과제가 있다.
따라서, 본 발명은, 헤드라이트의 광원으로서 이용되었을 때에, 간단하고 또한 소형의 광학계의 구성에 의해 컷 오프 라인을 명료하게 할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 일 실시형태의 발광 장치는,
기판과, 상기 기판 상에 설치된 발광 소자와, 상기 발광 소자의 발광면인 상면에, 하면이 대향하도록 설치된 판 형상의 투광성 부재와, 상기 발광 소자의 측면과 투광성 부재의 측면을 덮는 피복 부재를 구비하고,
상기 발광 소자의 상면은, 서로 대향하는 제1 변과 제2 변과 서로 대향하는 제3 변과 제4 변을 가지는 직사각형 형상이며,
상기 투광성 부재의 상면은, 서로 대향하는 제5 변과 제6 변과 서로 대향하는 제7 변과 제8 변을 가지는 직사각형 형상이며,
상기 투광성 부재는, 상방으로부터 보았을 때, 상기 제5 변이 상기 제1 변의 외측에 위치하고, 상기 제6 변이 상기 제2 변의 내측에 위치하도록 상기 발광 소자 상에 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 일 실시형태의 발광 장치는, 헤드라이트의 광원으로서 이용되었을 때에, 간단하고 또한 소형의 광학계의 구성에 의해 컷 오프 라인을 명료하게 할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 관한 실시형태의 발광 장치의 사시도이다.
[도 2] 실시형태의 발광 장치의 평면도이다.
[도 3] 도 2의 A-A 선에 관한 단면도이다.
[도 4] 도 2의 B-B 선에 관한 단면도이다.
[도 5] 실시형태의 발광 장치의 발광면에 있어서의 상대 휘도를 나타내는 그래프이다.
[도 6] 본 발명에 관한 변형예 1의 발광 장치의 평면도이다.
[도 7] 본 발명에 관한 변형예 2의 발광 장치의 평면도이다.
[도 8] 도 7의 C-C 선에 관한 단면도이다.
[도 9] 본 발명에 관한 변형예 3의 발광 장치의 평면도이다.
[도 10] 본 발명에 관한 변형예 4의 발광 장치의 평면도이다.
[도 11] 본 발명에 관한 변형예 5의 발광 장치의 평면도이다.
[도 12] 본 발명에 관한 변형예 5의 변형예의 발광 장치의 평면도이다.
[도 13] 종래의 발광 장치의 발광면에 있어서의 상대 휘도를 나타내는 그래프이다.
[도 14] 헤드라이트의 로우 빔의 조사 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 15] 종래의 일례의 발광 장치의 평면도이다.
본 발명자는, 헤드라이트의 광원으로서 이용되었을 때에, 간단하고 또한 소형의 광학계에 의해 컷 오프 라인을 명료하게 할 수 있는 발광 장치를 제공하기 위해서, 거듭 검토하였다. 그 결과, 발광면이 직사각형인 발광 장치에 있어서, 발광면과 발광면의 외주를 둘러싸는 피복 부재와의 경계 중, 1개의 변의 경계에 있어서, 그 경계의 외측과 내측에서 급격하게 휘도가 변화하도록 하면, 헤드라이트의 광원으로서 이용되었을 때에, 간단한 광학계의 구성에 의해 컷 오프 라인을 명료하게 할 수 있음을 발견하였다. 즉, 직사각형의 발광면에 있어서, 1개의 변에 관해 휘도가 급격하게 변화하는 경계로 하면, 다른 변의 경계에 있어서 휘도가 완만하게 변화하여도 헤드라이트의 광원으로서 이용되었을 때에 컷 오프 라인을 명료하게 할 수 있다. 본 실시형태의 발광 장치는, 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
구체적으로는, 본 실시형태의 발광 장치에서는, 발광 소자의 발광면에 투광성 부재를 재치하고, 투광성 부재의 주위에 피복 부재를 설치한 구성에 있어서,
(1) 발광 소자의 발광면의 하나의 변의 외측에 투광성 부재의 하나의 변이 위치하도록 발광 소자의 발광면 상에 투광성 부재를 재치하고, 투광성 부재의 상기 하나의 변과 피복 부재의 경계에서 외측과 내측에서 급격하게 휘도가 변화하도록 하고,
(2) 그 하나의 변을 제외한 다른 3개의 변 중 어느 1개 이상의 변에 대해, 발광 소자의 발광면의 한 변의 내측에 투광성 부재의 한 변이 위치하도록 함으로써, 내측에 배치한 만큼, 발광면의 면적을 작게 하고 있다.
또한, 발광 소자의 발광면의 한 변의 내측에 위치하는 투광성 부재의 한 변(발광 장치의 발광면의 한 변)에서는, 그 한 변의 외측과 내측에 있어서의 휘도의 변화는 완만하게 되지만, 컷 오프 라인의 명료성에 대한 영향은 작다.
이하, 실시형태의 발광 장치에 대해 상세하게 설명한다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 실시형태의 발광 장치에 대해 설명한다. 도 1은, 본 발명에 관한 실시형태의 발광 장치의 사시도이며, 도 2는, 실시형태의 발광 장치의 평면도이다. 또한, 도 3은, 도 2의 A-A 선에 관한 단면도이며, 도 4는, 도 2의 B-B 선에 관한 단면도이다.
실시형태의 발광 장치(100)는,
(a) 기판(10)과,
(b) 기판(10) 상에 설치된 발광 소자(1)와,
(c) 발광 소자(1)의 발광면인 상면에, 하면이 대향하도록 설치된 판 형상의 투광성 부재(7)와,
(d) 발광 소자(1)의 측면과 투광성 부재(7)의 측면을 덮는 피복 부재(5)
를 구비하고 있다. 발광 소자(1)는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 도전성 접합 부재(20)를 거쳐 기판(10) 상에 플립 칩 실장되어 있다. 또한, 도 3 및 도 4에 있어서의 발광 소자(1)는 간략화하여 나타내고 있지만, 발광 소자(1)는, 예를 들어, 동일면 측에 p측 전극과 n측 전극을 가져 이루어지고, 그 p측 전극 및 n측 전극이 각각 도전성 접합 부재(20)를 거쳐서 기판(10) 상에 설치된 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)에 접속된다. 투광성 부재(7)는, 상세하게는 후술하는 바와 같이, 발광 소자(1)의 발광면에 도광 부재(40)를 거쳐서 접합된다. 또한, 투광성 부재(7)는, 발광 소자(1)의 광에 의해 여기되어, 발광 소자(1)가 발광하는 광의 파장보다 장파장의 광을 발광하는 형광체(8)를 포함한다.
피복 부재(5)는, 예를 들어, 수지 등으로 이루어지는 모재 중에 백색 안료를 포함한 반사성 부재이며, 기판(10) 상에 있어서 발광 소자(1)의 측면, 도광 부재(40)의 측면 및 투광성 부재(7)의 측면을 피복하고 있다. 피복 부재(5)는, 발광 소자(1) 및 투광성 부재(7) 등의 측면을 전 둘레에 걸쳐 포위한다. 또한, 투광성 부재(7)의 상면(7s)(즉 발광 장치(100)의 발광면)과 피복 부재(5)의 상면은, 실질적으로 동일면을 구성하고 있다. 이상과 같이 구성된 발광 장치(100)는, 발광 소자(1) 및 투광성 부재(7)로부터 측방으로 출사되는 광이 피복 부재(5)에 의해 반사되어 상방으로부터 출사되므로 상방으로부터의 광의 취출 효율을 높게 할 수 있다.
여기서 특히, 발광 장치(100)에 있어서, 도 2 및 도 4로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 투광성 부재(7)를 발광 소자(1) 상에 비켜 놓아 배치하고 있다. 이와 같이 구성된 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원 모듈로서 이용하면, 간단하고 또한 소형의 광학계에 의해, 배광 패턴에 명료한 컷 오프 라인을 가지는 헤드라이트로 할 수 있다.
＜발광 소자(1)와 투광성 부재(7)의 배치＞
발광 소자(1)의 상면은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 서로 대향하는 제1 변(1a)과 제2 변(1b)과, 서로 대향하는 제3 변(1c)과 제4 변(1d)을 가지는 직사각형 형상이다. 또한, 투광성 부재(7)의 상면(7s)은, 서로 대향하는 제5 변(7a)과 제6 변(7b)과, 서로 대향하는 제7 변(7c)과 제8 변(7d)을 가지는 직사각형 형상이다.
그리고, 투광성 부재(7)는, 상방으로부터 보았을 때에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제5 변(7a)이 제1 변(1a)의 외측에 위치하고, 제6 변(7b)이 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록 발광 소자(1) 상에 설치된다. 여기서, 실시형태의 발광 장치는, 도 2 등에 나타내는 바와 같이 복수의 발광 소자(1)를 포함하고 있고, 투광성 부재(7)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 투광성 부재(7)의 제5 변(7a)이 2개의 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하고, 제6 변(7b)이 2개의 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록, 2개의 발광 소자(1) 상에 설치된다.
여기서, 본 실시형태의 발광 장치(100)에 있어서, 각각 제1 변(1a)~제4 변(1d)을 가지는 복수의 발광 소자(1)를 포함하는 경우에는, 복수의 발광 소자(1)는 제1 변(1a)이 각각 동일 직선(제1 직선) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 나아가, 복수의 발광 소자(1)는, 제1 변(1a)이 각각 제1 직선 상에 위치하고, 제2 변(1b)이 제1 직선에 평행한 제2 직선 상에 각각 위치하도록 기판(10) 상에 배열되어 있는 것이보다 바람직하다.
또한, 투광성 부재(7)의 상면(7s)은, 실질적으로 평탄하고, 투광성 부재(7)의 하면에 대략 평행한 면인 것이 바람직하다. 또한, 투광성 부재(7)의 상면(7s)에 이어지는 측면 중, 제5 변(7a)을 거쳐 상면(7s)에 이어지는 측면은, 하면에 이어지고, 또한, 상면(7s)에 대략 수직인 면인 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성된 실시형태의 발광 장치(100)는, 상방으로부터 보았을 때에, 투광성 부재(7)의 제5 변(7a)이 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하도록, 투광성 부재(7)가 설치되고 있다. 이 때문에, 투광성 부재(7)의 제5 변(7a)에 대응하는 발광면과 피복 부재(5)와의 경계를 경계로 외측과 내측의 휘도의 변화를 급준하게 할 수 있다(도 5에 나타내는 그래프에 있어서의 좌측의 상대 휘도의 상승부). 이에 의해, 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 간단한 구성의 광학계에 의해 컷 오프 라인이 명료한 헤드라이트로 할 수 있다.
또한, 실시형태의 발광 장치(100)는, 상방으로부터 보았을 때에, 투광성 부재(7)의 제6 변(7b)이 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록, 투광성 부재(7)가 발광 소자(1) 상에 설치되어 있으므로, 투광성 부재(7)의 상면(7s)의 폭을 좁게, 바꾸어 말하면, 발광 장치(100)의 발광면의 폭을 좁게 할 수 있다. 즉, 발광면의 면적을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 광학계를 소형으로 할 수 있다. 또한, 투광성 부재(7)의 제6 변(7b)이 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록, 투광성 부재(7)가 발광 소자(1) 상에 설치되어 있으면, 투광성 부재(7)의 제6 변(7b)에 대응하는 발광면과 피복 부재(5)와의 경계의 외측과 내측의 휘도의 변화가 완만하게 된다(도 5에 나타내는 그래프에 있어서의 우측의 상대 휘도의 상승부). 그러나, 실시형태의 발광 장치(100)는, 상방으로부터 보았을 때, 투광성 부재(7)의 제5 변(7a)이 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하도록, 투광성 부재(7)가 설치되어 있으므로, 투광성 부재(7)의 제6 변(7b)이 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하는 것에 의한 컷 오프 라인의 명료성에 대한 영향은 적다. 여기서, 도 5에 나타내는 상대 휘도의 그래프는, 도 2에 나타내는 B-B 선에 관한 단면에 있어서의 상대 휘도를 나타내고 있다.
이상 설명한 것처럼, 실시형태 1의 발광 장치(100)에 의하면, 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원으로서 이용함으로써, 간단하고 또한 소형의 광학계에 의해 컷 오프 라인이 명료한 헤드라이트를 구성하는 것이 가능하게 된다.
이상의 실시형태의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)의 제7 변(7c) 및 제8 변(7d)이 각각 발광 소자(1)의 제3 변(1c) 및 제4 변(1d)의 외측에 위치하도록 투광성 부재(7)가 설치되고 있다. 이에 의해, 제7 변(7c) 및 제8 변(7d)을 경계로 하여 외측과 내측 사이의 휘도의 변화를 급준하게 할 수 있어, 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 보다 간단한 구성의 광학계에 의해 컷 오프 라인이 명료한 헤드라이트로 할 수 있다.
실시형태의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)를, 제7 변(7c) 및 제8 변(7d)이 각각 제3 변(1c) 및 제4 변(1d)의 내측에 위치하도록 발광 소자(1) 상에 설치하여도 된다. 이와 같이 하면, 발광 장치(100)의 발광면의 면적을 보다 작게 할 수 있으므로, 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 광학계를 보다 소형으로 할 수 있다.
실시형태의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)는, 제7 변(7c)이 제3 변(1c)의 내측에 위치하고, 제8 변(7d)이 제4 변(1d)의 외측에 위치하도록 발광 소자 상에 설치되어 있어도 된다.
이상의 실시형태의 발광 장치에서는, 1개의 투광성 부재(7)가 복수의 발광 소자(1)를 덮도록 구성하였다.
그러나, 실시형태의 발광 장치는 이에 한정되는 것이 아니며, 1개의 투광성 부재(7)가 1개의 발광 소자(1)를 덮는 구성으로 하여도 된다. 또한, 후술하는 변형예에 나타내는 바와 같이, 각각 1 또는 2 이상의 발광 소자(1)를 덮는 복수의 투광성 부재(7)를 설치하도록 해도 된다.
이상의 실시형태의 발광 장치에서는, 투광성 부재(7)를, 상방으로부터 보았을 때에, 제5 변(7a)이 제1 변(1a)의 외측에 위치하고, 제6 변(7b)이 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록 발광 소자(1) 상에 설치하였다.
그러나, 실시형태의 발광 장치는 이에 한정되는 것이 아니며, 투광성 부재(7)는, 상방으로부터 보았을 때에, 제5 변(7a)이 제1 변(1a)과 겹쳐지도록 하고, 제6 변(7b)이 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록 발광 소자(1) 상에 설치되어 있어도 좋다.
이상의 실시형태의 발광 장치는, 형광체(8)를 포함하는 투광성 부재(7)에 의해 구성했다.
그렇지만, 실시형태의 발광 장치는 이에 한정되는 것이 아니며, 형광체를 포함하지 않는 투광성 부재(7)에 의해 구성하도록 하여도 좋다.
변형예 1
도 6은, 본 발명에 관한 변형예 1의 발광 장치의 평면도이다.
이 변형예 1의 발광 장치는, 4개의 발광 소자(1)를 이용하여 구성한 점이 도 2 등에 나타내는 발광 장치와는 다른 것 외에는 실시형태의 발광 장치와 마찬가지이다.
이상과 같이 구성된 변형예 1의 발광 장치는, 실시형태의 발광 장치와 마찬가지의 작용 효과를 가지며, 도 2 등에 나타내는 발광 장치와 비교하여 보다 휘도를 높게 할 수 있다.
변형예 2
도 7은, 본 발명에 관한 변형예 2의 발광 장치의 평면도이다. 또한, 도 8은, 변형예 2의 발광 장치의 단면도이며, 도 7에 있어서의 C-C 선에 관한 단면을 나타내고 있다.
이 변형예 2의 발광 장치는, 투광성 부재(7)의 형상이 변형예 1의 발광 장치와는 다른 것 외에는, 변형예 1의 발광 장치와 마찬가지로 구성되어 있다. 변형예 2의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)는, 변형예 2의 투광성 부재(7)의 상면(7s)(이하, 제1 상면이라 함)의 외측에 제1 상면보다 아래에 위치하는 제2 상면을 포함하고, 그 제2 상면이 피복 부재(5)에 의해 덮여 있다. 이하, 실시형태 및 변형예 1과 상위한 점을 구체적으로 설명한다.
변형예 2의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)는, 발광 소자(1)에 접합되는 하면과 당해 하면에 대향하는 상면을 가지고 있다. 투광성 부재(7)의 하면은 실질적으로 평탄한 하나의 하면으로 구성되는데 대해, 그 상면은, 제1 상면(7s1)과 제2 상면(7s2)의 적어도 2개의 상면을 가진다. 제1 상면(7s1)과 제2 상면(7s2)은 그 사이에 단차를 가진다. 구체적으로는, 제2 상면(7s2) 아래의 투광성 부재(7)의 두께가 제1 상면(7s1) 아래의 투광성 부재(7)의 두께보다 얇게 되어 있다.
변형예 2의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)의 제1 상면(7s1)은, 제5 변(7a)과, 제5 변(7a)에 대향하는 제6 내측변(7b1)을 가진다. 투광성 부재(7)의 제2 상면(7s2)은, 제6 내측변(7b1)의 외측에 위치하는 제6 외측변(7b2)을 가지고 있다.
그리고, 변형예 2의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)는, 상방으로부터 보았을 때에, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, (a) 제5 변(7a)이 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하고, (b) 제6 내측변(7b1)이 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하고, (c) 제6 외측변(7b2)이 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 외측에 위치하도록, 발광 소자(1) 상에 설치된다.
또한 이 때, 투광성 부재(7)의 제1 상면(7s1)은, 실질적으로 평탄하고, 하면에 대략 평행한 면인 것이 바람직하고, 투광성 부재(7)의 제1 상면(7s1)에 이어지는 측면 가운데, 적어도 제5 변(7a)을 거쳐 제1 상면(7s1)에 이어지는 측면은, 하면에 이어지고, 또한, 제1 상면(7s1)에 대략 수직인 면인 것이 바람직하다. 또한, 제2 상면(7s2)은, 하면에 대해 대략 평행한 면이여도 좋고, 하면에 대해서 경사지는 경사면이여도 좋다.
변형예 2의 발광 장치에 있어서, 피복 부재(5)는, 제1 상면(7s1)을 노출시키고, 제2 상면(7s2)을 덮도록 설치된다. 이에 의해, 투광성 부재(7)의 제1 상면(7s1)이 발광 장치의 발광면이 된다.
이상과 같이 구성된 변형예 2의 발광 장치는, 상방으로부터 보았을 때에, 투광성 부재(7)의 제5 변(7a)이 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하도록, 투광성 부재(7)가 설치되어 있으므로, 투광성 부재(7)의 제5 변(7a)에 대응하는 발광면과 피복 부재(5)와의 경계의 외측과 내측의 휘도의 변화를 급준하게 할 수 있다. 이에 의해, 변형예 2의 발광 장치를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 간단한 구성의 광학계에 의해 컷 오프 라인이 명료한 헤드라이트로 할 수 있다.
또한, 변형예 2의 발광 장치는, 상방으로부터 보았을 때에, 투광성 부재(7)의 제6 내측변(7b1)이 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록, 투광성 부재(7)가 발광 소자(1) 상에 설치되어 있으므로, 투광성 부재(7)의 제1 상면(7s1)의 폭을 좁게, 바꾸어 말하면, 발광 장치의 발광면의 폭을 좁게 할 수 있어서, 발광면의 면적을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 광학계를 소형으로 할 수 있다.
또한, 변형예 2의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)가 형광체를 포함하고 있는 경우에는, 즉, 발광 장치의 소망하는 발광색이, 형광체에 의해 파장 변환된 광을 포함함으로써 얻어지는 경우에는, 투광성 부재(7)의 하면이 발광 소자(1)의 발광면의 전체를 덮고 있으므로, 발광 소자로부터 출사된 광이 투광성 부재(7)를 거치지 않고, 외부로 새어 전달되는 것을 방지할 수 있다.
변형예 3
도 9는, 본 발명에 관한 변형예 3의 발광 장치의 평면도이다.
이 변형예 3의 발광 장치는, 3개의 발광 소자(1)와 2개의 투광성 부재(7)를 구비하고 있는 점에서 실시형태의 발광 장치와는 다르다.
변형예 3의 발광 장치에 있어서, 2개의 발광 소자(1) 상에 1개의 투광성 부재(7)가 설치되고, 1개의 발광 소자(1) 상에 투광성 부재(7)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 2개 중 일방의 투광성 부재(7)는, 상방으로부터 보았을 때에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제5 변(7a)이 2개의 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하고, 제6 변(7b)이 2개의 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록 2개의 발광 소자(1)에 걸터타서 설치되어 있다.
또한, 2개 중 타방의 투광성 부재(7)는, 상방으로부터 보았을 때에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제5 변(7a)이 1개의 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하고, 제6 변(7b)이 1개의 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록 발광 소자(1) 상에 설치되어 있다.
이와 같이, 발광 장치가 복수의 발광 소자(1)를 가지는 경우, 소망하는 배광 패턴에 적절한 광원으로서, 투광성 부재(7)와, 발광 소자(1)의 수, 간격, 배치 밀도 등을 조합할 수 있다.
변형예 3의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)의 제7 변(7c) 및 제8 변(7d)은 각각 발광 소자(1)의 제3 변(1c) 및 제4 변(1d)의 외측에 위치하도록 2개의 투광성 부재(7)가 설치되어 있다.
이상과 같이 구성된 변형예 3의 발광 장치는, 발광 장치(100)를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 보다 간단한 구성의 광학계에 의해 배광 패턴의 컷 오프 라인이 명료한 헤드라이트로 할 수 있다.
또한, 변형예 3의 발광 장치는, 발광면의 면적을 보다 작게 할 수 있으므로, 변형예 3의 발광 장치를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 광학계를 보다 소형으로 할 수 있다.
변형예 4
도 10은, 본 발명에 관한 변형예 4의 발광 장치의 평면도이다.
이 변형예 4의 발광 장치는, 변형예 3의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)의 제7 변(7c) 및 제8 변(7d)을 각각 발광 소자(1)의 제3 변(1c) 및 제4 변(1d)의 내측에 위치하도록 2개의 투광성 부재(7)를 설치한 이외에는 변형예 3의 발광 장치와 마찬가지로 구성되어 있다.
이상과 같이 구성된 변형예 4의 발광 장치는, 변형예 3의 발광 장치와 비교하여 발광면의 면적을 보다 작게 할 수 있으므로, 변형예 4의 발광 장치를 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 광학계를 보다 소형으로 할 수 있다.
변형예 5
도 11은, 본 발명에 관한 변형예 5의 발광 장치의 평면도이다.
이 변형예 5의 발광 장치는, 2개의 투광성 부재(7)의 형상이 변형예 4의 발광 장치와 다른 것 외에는, 변형예 4의 발광 장치와 마찬가지로 구성되어 있다.
구체적으로는, 변형예 5의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)는, 변형예 4의 투광성 부재(7)의 상면(제1 상면(7s1)의 외측에 제1 상면보다 아래에 위치하는 제2 상면(7s2)을 포함하고, 그 제2 상면(7s2)이 피복 부재(5)에 의해 덮여 있다. 또한, 변형예 5의 발광 장치의 투광성 부재(7)에 있어서 제2 상면(7s2)은, 상방으로부터 보았을 때에, 제5 변(7a)을 제외한 3변을 둘러싸도록 설치되어 있다. 또한, 변형예 5의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)는 각각 발광 소자(1)에 접합되는 실질적으로 평탄한 하면을 가지고 있다.
변형예 5의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)의 제1 상면(7s1)은, 상방으로부터 보았을 때에 있어서, 발광 소자(1)에 대해서 변형예 4의 발광 장치에 있어서의 투광성 부재(7)의 상면(7s)과 마찬가지의 위치 관계가 되도록 배치된다. 또한, 투광성 부재(7)는 각각 하면이 발광 소자(1)의 외주의 외측에 위치하도록 발광 소자(1) 상에 설치된다.
이상과 같이 구성된 변형예 5의 발광 장치는, 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 보다 간단한 구성의 광학계에 의해 컷 오프 라인이 명료한 헤드라이트로 할 수 있다.
또한, 변형예 5의 발광 장치는, 발광면의 면적을 보다 작게 할 수 있으므로, 보다 고휘도의 발광 장치로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 광학계를 보다 소형으로 할 수 있다.
이상과 같이 구성된 변형예 5의 발광 장치는, 변형예 4의 발광 장치와 마찬가지의 작용 효과를 가지며, 나아가 투광성 부재(7)가 형광체를 포함하고 있는 경우에는, 투광성 부재(7)가 발광 소자(1)의 발광면의 전체를 덮고 있으므로, 발광 소자(1)가 발광하는 광을 양호한 효율로 형광체(8)에 조사할 수 있다.
변형예 6
도 12는, 본 발명에 관한 변형예 6의 발광 장치의 평면도이다.
이 변형예 6의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)는, 제1 상면(7s1)의 외측에 제1 상면(7s1)보다 아래에 위치하는 제2 상면(7s2)을 포함하고, 그 제2 상면(7s2)이 피복 부재(5)에 의해 덮여 있다. 그리고, 투광성 부재(7)는, 상방으로부터 보았을 때에, 도 12에 나타내는 바와 같이, 제5 변(7a)이 발광 소자(1)의 제1 변(1a)의 외측에 위치하고, 제6 내측변(7b1) 및 제6 외측변(7b2)이 모두 발광 소자(1)의 제2 변(1b)의 내측에 위치하도록 발광 소자(1) 상에 설치되어 있다. 또한, 변형예 6의 발광 장치에 있어서, 투광성 부재(7)의 제7 변(7c) 및 제8 변(7d)은 모두 발광 소자(1)의 제3 변(1c) 및 제4 변(1d)의 외측에 위치한다.
이상과 같이 구성된 변형예 6의 발광 장치는, 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 보다 간단한 구성의 광학계에 의해 컷 오프 라인이 명료한 헤드라이트로 할 수 있다.
또한, 변형예 6의 발광 장치는, 발광면의 면적을 보다 작게 할 수 있으므로, 헤드라이트의 광원으로서 이용했을 때에, 광학계를 보다 소형으로 할 수 있다.
이하에, 본 실시형태 및 변형예에 있어서의 발광 장치의 각 부재 및 구조에 대해 설명한다.
(기판(10))
기판(10)은, 발광 소자를 배치시키기 위한 부재이며, 발광 소자의 전극과 외부 전극을 전기적으로 접속하기 위한 배선을 가진다. 기판(10)의 주된 재료로서는, 절연성 재료로서, 발광 소자로부터의 광 및 외광이 투과하기 어려운 재료가 바람직하다. 예를 들어, 알루미나나 질화 알루미늄 등의 세라믹스, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, BT 레진, 폴리프탈아미드 등의 수지를 들 수 있다. 또한, 수지를 이용하는 경우에는, 필요에 따라서, 유리 섬유, 산화규소, 산화티탄, 알루미나 등의 무기 필러를 수지에 혼합하여도 좋다. 이에 의해, 기계적 강도의 향상이나 열팽창율의 저감, 광반사율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 기판(10)은, 금속 부재의 표면에 절연성 재료를 형성한 것이여도 좋다. 배선은, 상기 절연성 재료 상에, 소정의 패턴으로 형성된다. 배선의 재료로서, 금, 은, 동 및 알루미늄으로부터 선택된 적어도 일종으로 할 수 있다. 배선은, 도금, 증착, 스퍼터 등에 의해 형성할 수 있다.
(발광 소자(1))
발광 소자(1)로서는, 발광 다이오드를 이용하는 것이 바람직하다. 발광 소자는, 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다. 예를 들어, 청색, 녹색의 발광 소자로서는, ZnSe나 질화물계 반도체(InXAlYGa1-X-YN, 0≤X, 0≤Y, X＋Y≤1), GaP를 이용한 것을 이용할 수 있다. 또한, 적색의 발광 소자로서는, GaAlAs, AlInGaP 등을 이용할 수 있다. 또한, 이 이외의 재료로 이루어지는 반도체 발광 소자를 이용할 수도 있다. 이용하는 발광 소자의 조성이나 발광색, 크기나, 개수 등은 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 형광체를 가지는 발광 장치로 할 경우에는, 그 형광체를 효율 좋게 여기할 수 있는 단파장이 발광 가능한 질화물 반도체(InXAlYGa1-X-YN, 0≤X, 0≤Y, X＋Y≤1)를 매우 적합하게 들 수 있다. 반도체층의 재료나 그 혼정도에 의해 발광 파장을 여러 가지 선택할 수 있다.
실시형태의 발광 소자는, 동일면 측에 정부(正負)의 전극을 가지는 것으로, 정부의 전극이 도전성 접합 부재를 거쳐서 기판 상에 플립 칩 실장되고 있다. 발광 소자는, 전극이 형성된 하면과 대향하는 상면을 주된 광출사면으로 하고 있다. 이와 같은 발광 소자는, 범프나 도전 페이스트 등의 도전성 접합 부재를 이용하여 기판 상에 접속되기 때문에, 금속 와이어 등으로 접속되는 발광 소자와 비교하여, 전극과 기판과의 접촉 면적을 크게 할 수 있어서, 접속 저항을 낮게 할 수 있다.
발광 소자는, 예를 들어, 투광성의 성장용의 사파이어 기판 상에 질화물 반도체층을 적층시켜 형성된 발광 소자이며, 사파이어 기판이 발광 소자(1)의 상면 측이 되고, 주된 광출사면이 된다. 또한 성장용 기판은 제거해도 되며, 예를 들어, 연마, LLO(Laser Lift Off) 등으로 제거할 수 있다.
(투광성 부재(7))
투광성 부재(7)는, 발광 소자(1)로부터 출사되는 광을 투과하여 외부로 방출하는 것이 가능한 재료이다. 투광성 부재(7)는, 광확산재나, 입사된 광의 적어도 일부를 파장 변환 가능한 형광체를 함유시켜도 좋다. 투광성 부재(7)는, 예를 들어, 수지, 유리, 무기물 등에 의해 형성할 수 있다. 형광체를 함유하는 투광성 부재는, 예를 들어, 형광체의 소결체나, 수지, 유리, 세라믹 또는 다른 무기물에 형광체를 함유시킨 것 등을 들 수 있다. 또한, 수지, 유리, 세라믹 등의 성형체의 표면에 형광체를 함유하는 수지층을 형성한 것이여도 좋다. 투광성 부재(7)의 두께는, 예를 들어, 50~300㎛ 정도이다.
투광성 부재(7)와 발광 소자와의 접합은, 예를 들어 후술하는 도광 부재를 거쳐 접합할 수 있다. 또한, 투광성 부재와 발광 소자와의 접합에는, 압착, 소결, 표면 활성화 접합, 원자 확산 접합, 수산기 접합에 의한 직접 접합법을 이용해도 된다.
(형광체)
투광성 부재(7)에 함유시킬 수 있는 형광체로서는, 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기 가능한 것이 사용된다. 예를 들어, 청색 발광 소자 또는 자외선 발광 소자에 의해 여기 가능한 형광체로서는, 세륨으로 활성화된 이트륨·알루미늄·가넷계 형광체(Ce：YAG)； 세륨으로 활성화된 루테튬·알루미늄·가넷계 형광체(Ce：LAG)； 유로퓸 및/또는 크롬으로 활성화된 질소 함유 알루미노 규산 칼슘계 형광체(CaO-Al2O3-SiO2)； 유로퓸으로 활성화된 실리케이트계 형광체((Sr, Ba)2SiO4)； β사이알론 형광체, CASN계 형광체, SCASN계 형광체 등의 질화물계 형광체； KSF계 형광체(K2SiF6：Mn)； 황화물계 형광체, 양자점 형광체 등을 들 수 있다. 이들 형광체와, 청색 발광 소자 또는 자외선 발광 소자와의 조합에 의해, 여러 가지 색의 발광 장치(예를 들어 백색계의 발광 장치)를 제조할 수 있다.
(피복 부재(5))
피복 부재(5)는, 발광 소자(1) 및 투광성 부재(7)의 측면을 피복한다. 피복 부재(5)는, 예를 들어, 광반사율이 높은 광반사성 재료로부터 형성할 수 있다. 구체적으로는, 피복 부재(5)는, 발광 소자로부터의 광에 대한 반사율이 60% 이상, 보다 바람직하게는 80% 또는 90% 이상인 광반사성 재료를 이용할 수 있다. 광반사성 재료는, 예를 들어, 광반사성 물질을 포함하는 수지로부터 된다.
피복 부재(5)를 구성하는 모체의 수지로서는, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 아크릴 수지, 또한, 이들 수지를 적어도 일종 이상 포함한 하이브리드 수지 등의 수지를 이용할 수 있고, 그 수지로부터 되는 모재에 반사성 물질을 함유시킴으로써 형성할 수 있다. 광반사성 물질로서는, Ti, Zr, Nb, Al, Si 중 어느 것을 포함한 산화물, 또는, AlN, MgF 등을 이용할 수 있다. 바람직하게는 이산화티탄(TiO2)을 이용한다. 또한, 바람직하게는, 광반사성 물질로서, 모재의 수지의 굴절률과 다른 입자를 모재의 수지 중에 분산시킨다. 광반사성 물질의 함유 농도, 밀도에 의해 광의 반사량, 투과량이 다르기 때문에, 발광 장치의 형상, 크기에 따라, 적절히 농도, 밀도를 조정할 수 있다.
(도광 부재(40))
발광 장치는, 발광 소자(1)의 측면을 피복하는 도광 부재(40)를 구비하고 있어도 된다. 발광 소자(1)의 상면의 일부가 투광성 부재(7)로부터 노출되는 경우, 도광 부재(40)는, 투광성 부재(7)로부터 노출되는 발광 소자의 상면을 피복하는 것이 바람직하다. 나아가, 도광 부재(40)는, 발광 소자(1)로부터 노출되는 투광성 부재(7)의 하면을 피복하는 것이 바람직하다. 또한, 도광 부재(40)는 발광 소자와 투광성 부재(7)와의 사이에도 개재하여, 양자를 접합하기 위한 접착 부재로서도 이용할 수 있다. 이와 같은 도광 부재(40)를 구비함으로써, 발광 소자(1)의 상면 및 측면으로부터의 출사광이 도광 부재(40)의 외면에서 반사하고, 반사광을 투광성 부재(7)로 도광시킬 수 있다.
도광 부재(40)는, 취급 및 가공이 용이하다라고 하는 관점으로부터, 수지 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 수지 재료로서는, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 아크릴 수지, 불소 수지 중 1종 이상을 포함한 수지 또는 하이브리드 수지 등으로부터 되는 수지 재료를 이용할 수 있다. 도광 부재(40)는, 도광 부재(40)를 형성하기 위한 수지 재료의 점성, 수지 재료와 발광 소자(1)의 젖음성을 이용하여 형성할 수 있다.
발광 장치는, 임의로, 보호 소자 등의 다른 소자, 전자 부품 등을 가지고 있어도 좋다. 이들 소자 및 전자 부품은, 피복 부재(5) 내에 매설되어 있는 것이 바람직하다.
1: 발광 소자
1a: 제1 변(1a)
1b: 제2 변(1b)
1c: 제3 변(1c)
1d: 제4 변(1d)
5: 피복 부재
7: 투광성 부재
7a: 제5 변(7a)
7b: 제6 변(7b)
7b1: 제6 내측변
7b2: 제6 외측변
7c: 제7 변(7c)
7d: 제8 변(7d)
7s: 상면
7s1: 제1 상면
7s2: 제2 상면
8: 형광체
10: 기판
20: 도전성 접합 부재
40: 도광부재
100: 발광 장치

Claims (9)

  1. 발광 장치로서,
    기판과,
    상기 기판 상에 설치된 발광 소자와,
    상기 발광 소자의 발광면인 상면에, 하면이 대향하도록 설치된 판 형상의 투광성 부재와,
    상기 발광 소자의 측면과 투광성 부재의 측면을 덮는 피복 부재
    를 구비하고,
    상기 발광 소자의 상면은, 서로 대향하는 제1 변과 제2 변과 서로 대향하는 제3 변과 제4 변을 가지는 직사각형 형상이며,
    상기 투광성 부재는,
    상기 피복 부재로부터 노출되고, 서로 대향하는 제5 변과 제6 내측변과 서로 대향하는 제7 변과 제8 변을 가지는 직사각형 형상의 제1 상면과,
    상기 제1 상면의 외측에 위치하고 또한 상기 피복 부재로 덮인 제2 상면을 가지며,
    상기 투광성 부재는, 상방으로부터 보았을 때에, 상기 제5 변이 상기 제1 변의 외측에 위치하고, 상기 제6 내측변이 상기 제2 변의 내측에 위치하고, 또한 상기 제2 상면에 있어서 상기 제6 내측변에 대향하는 제6 외측변이 상기 제2 변의 외측에 위치하도록 상기 발광 소자 상에 설치된 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 부재는, 상기 제7 변 및 제8 변이 각각 상기 제3 변 및 제4 변의 외측에 위치하도록 상기 발광 소자 상에 설치되어 있는, 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 부재는, 상기 제7 변 및 제8 변이 각각 상기 제3 변 및 제4 변의 내측에 위치하도록 상기 발광 소자 상에 설치되어 있는, 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 부재는, 상기 제7 변이 상기 제3 변의 내측에 위치하고, 상기 제8 변이 상기 제4 변의 외측에 위치하도록 상기 발광 소자 상에 설치되어 있는, 발광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 부재는, 상기 제1 상면의 외측에 상기 제1 상면보다 아래에 위치하는 제2 상면을 포함하고, 상기 제2 상면이 상기 피복 부재에 의해 덮여 있는, 발광 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 소자는, 각각 상기 제1 변 내지 제4 변을 가지는 복수의 발광 소자를 포함하고, 복수의 상기 발광 소자는 상기 제1 변이 각각 제1 직선 상에 위치하고, 상기 제2 변이 상기 제1 직선에 평행한 제2 직선 상에 각각 위치하도록 상기 기판 상에 배열된, 발광 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 투광성 부재는, 상기 복수의 발광 소자를 1개의 상기 투광성 부재가 덮고 있는, 발광 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 부재는 형광체를 포함하는, 발광 장치.
  9. 발광 장치로서,
    기판과,
    상기 기판 상에 설치된 발광 소자와,
    상기 발광 소자의 발광면인 상면에, 하면이 대향하도록 설치된 판 형상의 투광성 부재와,
    상기 발광 소자의 측면과 투광성 부재의 측면을 덮는 피복 부재
    를 구비하고,
    상기 발광 소자의 상면은, 서로 대향하는 제1 변과 제2 변과 서로 대향하는 제3 변과 제4 변을 가지는 직사각형 형상이며,
    상기 투광성 부재는,
    상기 피복 부재로부터 노출되고, 서로 대향하는 제5 변과 제6 내측변과 서로 대향하는 제7 변과 제8 변을 가지는 직사각형 형상의 제1 상면과,
    상기 제1 상면의 외측에 위치하고 또한 상기 피복 부재로 덮인 제2 상면을 가지며,
    상기 투광성 부재는, 상방으로부터 보았을 때에, 상기 제5 변이 상기 제1 변과 겹쳐지고, 상기 제6 내측변이 상기 제2 변의 내측에 위치하고, 또한 상기 제2 상면에 있어서 상기 제6 내측변에 대향하는 제6 외측변이 상기 제2 변의 외측에 위치하도록 상기 발광 소자 상에 설치된 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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