反射材及びそれを用いた発光装置用パッケージ
【課題】反射率の高い反射材及びそれを用いた発光装置用パッケージを提供する。
【解決手段】ガラスセラミックスを主成分とした焼結体から成る反射材（反射層２０）であって、ガラスセラミックスを形成するガラス２１がホウ珪酸ガラスから成るとともにガラスセラミックスを形成するセラミックス２２がケイ酸塩化合物を含む。
【解決手段】ガラスセラミックスを主成分とした焼結体から成る反射材（反射層２０）であって、ガラスセラミックスを形成するガラス２１がホウ珪酸ガラスから成るとともにガラスセラミックスを形成するセラミックス２２がケイ酸塩化合物を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を反射する反射材に関する。また本発明は、発光素子を収納する発光装置用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の発光素子を収納するパッケージ等に使用される反射材は特許文献１に開示される。この反射材はガラスセラミックスを主成分とする焼結体により形成される。ガラスとしてホウ珪酸ガラスが用いられ、セラミックスとしてアルミナが含まれる。また、セラミックスにはアルミナ及びガラスよりも屈折率の高い高屈折率材が含まれる。高屈折率材のセラミックスとして、ジルコニア（ＺｒＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が含有される。セラミックスの原料及びガラス原料を混合した後、焼成して反射材が形成される。
【０００３】
発光装置はパッケージに設けた環状の反射部の内部に発光素子を収納してワイヤーボンディング等により配線導体に接続される。そして、反射部の内部に透明樹脂から成る封止材を充填して発光素子が封止される。発光素子の発光は封止材を導光し、基体表面及び反射部の内壁で反射して上方に導かれる。これにより、発光装置の上面から所定の範囲に光が出射される。
【０００４】
この時、パッケージの全体または反射部を上記の高屈折率材を有する反射材により形成すると、ガラスやアルミナの粒子と高屈折率材の粒子との屈折率の差によって両者の界面での反射光量が増加する。これにより、パッケージの反射率が向上して発光装置の発光効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６２９５０号公報（第７頁−第１４頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の反射材によると、焼成時に高屈折率材が周囲のガラスの成分と化学反応して変質する。例えば、高屈折率材として酸化亜鉛を用いると、焼成時にガーナイトが形成される。このため、高屈折率材の屈折率が低下し、反射材の反射率が低下する問題があった。
【０００７】
一方、高屈折率材としてガラスとの化学反応が少ないジルコニアを用いると、反射材の反射率を高く維持することができる。しかしながら、ガラスと高屈折率材との境界の接合強度が低いため、反射材の強度が低くなる問題があった。
【０００８】
本発明は、反射率及び強度の高い反射材及びそれを用いた発光装置用パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、ガラスセラミックスを主成分とした焼結体から成る反射材であって、前記ガラスセラミックスを形成するガラスがホウ珪酸ガラスから成るとともに前記ガラスセラミックスを形成するセラミックスがケイ酸塩化合物を含むことを特徴としている。
【００１０】
この構成によると、反射材はケイ酸塩化合物から成る高屈折率材の原料を含むセラミックス原料とガラス原料とを混合した混合物を所定の形状に成形した後焼成される。これにより、ガラスセラミックスを主成分とし、高屈折率材を含有する焼結体の反射材が形成される。
【００１１】
また本発明は、上記構成の反射材において、前記ケイ酸塩化合物をジルコンにしたことを特徴としている。
【００１２】
また本発明は、上記構成の反射材において、ジルコンの含有量を５ｗｔ％以上にしたことを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の反射材において、ジルコンの含有量を１０ｗｔ％以上にしたことを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の反射材において、ジルコンの含有量を４０ｗｔ％以下にしたことを特徴としている。
【００１５】
また本発明は、上記構成の反射材において、前記セラミックスがアルミナを含むことを特徴としている。この構成によると、安価なアルミナを含有してガラスセラミックスが形成される。
【００１６】
また本発明は、上記構成の反射材において、前記ガラスの含有量を４０〜６０ｗｔ％にするとともに、前記セラミックスの含有量を３５〜６０％にしたことを特徴としている。
【００１７】
また本発明の発光装置用パッケージは、上記各構成の反射材によってセラミックスを含む基体上に反射層を形成し、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を前記反射層で所定方向に反射させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、反射材がガラスセラミックスを主成分とする焼結体から成り、ガラスセラミックスを形成するセラミックスが高屈折率材としてケイ酸塩化合物を含むので、反射率及び強度の高い反射材及び発光装置用パッケージを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の発光装置を示す斜視図
【図２】本発明の実施形態の発光装置を示す正面断面図
【図３】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の内部断面を示す概念図
【図４】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの製造工程を示す工程図
【図５】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの他の製造工程を示す工程図
【図６】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の反射率と高屈折率材の配合比率との関係を示す図
【図７】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の抗折強度と高屈折率材の配合比率との関係を示す図
【図８】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の反射率と波長との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の発光装置を示す斜視図である。発光装置１は基体１１及び反射層２０から成るパッケージ１０を備えている。パッケージ１０の上面にはＬＥＤから成る発光素子２を収納する孔部１０ａが凹設される。反射層２０は孔部１０ａの周面に配される。発光素子２の発光は孔部１０ａの周面の反射層２０及び孔部１０ａの底壁で反射して所定方向に導かれる。
【００２１】
孔部１０ａには発光素子２を封止する封止材３が充填される。封止材３は光を波長変換する蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る。本実施形態では発光素子２は青色光を発光し、蛍光体は青色光を黄色光に波長変換する。その他の各種の蛍光体や発光素子を用いてもよい。
【００２２】
基体１１はガラスセラミックスを主成分とし、例えばホウ珪酸ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックスを用いることができる。ガラスセラミックスを主成分とすることによって基体１１を低温で焼成することができる。反射層２０は詳細を後述するように、ガラスセラミックスを主成分として高屈折率材２３（図３参照）を含む反射材から成っている。
【００２３】
図２は発光装置１の正面断面図を示している。パッケージ１０の基体１１は複数のセラミックシート１２を積層して形成される。パッケージ１０の上部のセラミックシート１２には中央部を貫通する貫通孔１１ａが形成される。貫通孔１１ａの内周壁に反射層２０を配して孔部１０ａが形成される。パッケージ１０の下部のセラミックシート１２には放熱ビア１８及び電極ビア１９が貫通する。放熱ビア１８及び電極ビア１９には導電性材料が充填される。放熱ビア１８の上面には伝熱部１４が形成され、下面には放熱部１６が形成される。
【００２４】
発光素子２は接着等により伝熱部１４上に固着して孔部１０ａの底面に設置される。発光素子２の発熱は伝熱部１４から放熱ビア１８を介して放熱部１６に伝えられて放熱する。電極ビア１９の上面には端子１３が形成され、下面には電極１７が形成される。電極ビア１９によって端子１３と電極１７とが導通する。発光素子２はワイヤー４をワイヤーボンディングして端子１３に接続される。
【００２５】
図３は反射層２０の内部断面を示す概念図である。ガラスセラミックスを主成分とする反射材にはガラス２１及びセラミックス２２の粒子が含有される。セラミックス２２はアルミナ２４及び高屈折率材２３が含まれる。ガラス２１として、例えば、ホウ珪酸ガラスやソーダ石灰ガラス等を用いることができる。
【００２６】
高屈折率材２３はガラス２１（屈折率約１．５）及びアルミナ２４（屈折率約１．５）よりも屈折率の高いケイ酸塩化合物が用いられる。ケイ酸塩化合物として、ケイ酸マンガン（Ｍｎ２ＳｉＯ４）、ケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ３）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）等を用いることができる。
【００２７】
尚、ガラス２１の含有量は３５〜６０ｗｔ％であり、セラミックス２２の含有量は合計で４０〜６０ｗｔ％である。また、屈折率の低いアルミナ２４を省いて高屈折率材２３によりセラミックス２２を構成してもよい。しかしながら、セラミックス２２にアルミナ２４を含むことによって反射層２０を形成する反射材を安価に得ることができる。
【００２８】
図４はパッケージ１０の製造工程を示す工程図である。混合工程では基体１１を形成するガラス及びセラミックスの原料を混合して混合物を生成する。ガラス及びセラミックスの原料は例えば、所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。
【００２９】
反射層２０を形成する反射材も基体１１と同様に、ガラス２１及びセラミックス２２の原料を混合して混合物を生成する。ガラス２１及びセラミックス２２の原料は例えば、所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。この時、反射材の混合物は有機溶剤を含み、ペースト状に形成される。
【００３０】
シート形成工程では混合工程で生成した混合物をドクターブレード法などの方法によって、例えば、厚さ０．１ｍｍのシート状に成形し、セラミックシート１２の素材を形成する。打ち抜き工程ではセラミックシート１２の素材を打ち抜き、貫通孔１１ａ、放熱ビア１８及び電極ビア１９を形成する。
【００３１】
電極形成工程では印刷によってセラミックシート１２の素材上に端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６となる導体を形成する。積層工程では各セラミックシート１２の素材が低温加熱及び加圧により仮圧着して積層される。これにより、基体１１の素材が形成される。
【００３２】
反射材塗布工程では反射層２０を形成するペースト状の反射材が貫通孔１１ａの内周面に塗布される。焼成工程では基体１１及び反射材が焼成炉により約９００℃で焼成され、焼結体から成るパッケージ１０が形成される。メッキ工程では端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６にメッキが施される。これにより、パッケージ１０が得られる。
【００３３】
図５はパッケージ１０の他の製造工程を示す工程図である。前述の図４に示す製造工程に対して、基体焼成工程が追加されている。その他の部分は図４と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００３４】
積層工程では基体１１を形成する各セラミックシート１２の素材が低温加熱により仮圧着して積層される。これにより、基体１１の素材が形成される。基体焼成工程では基体１１の素材が焼成炉により焼成される。これにより、基体１１が得られる。そして、反射材塗布工程では反射層２０を形成する反射材が基体１１に塗布され、焼成工程で反射材が焼成される。
【００３５】
尚、反射層２０を形成する反射材に気孔を含有してもよい。これにより、反射層２０の反射率をより高くすることができる。この時、図４、図５において、反射材塗布工程で基体１１上に塗布した反射材の上面にガラスペースト等を塗布してもよい。ガラスペーストは焼成工程で焼成され、反射層２０の上面に緻密な透明部材の保護層を形成する。これにより、気孔を有する反射層２０にメッキ工程のメッキ液が浸透することによる反射層２０の汚れを低減し、反射層２０の反射率の低下を防止することができる。
【００３６】
上記構成の発光装置１において、発光素子２により発光した青色光は封止材３を導光し、蛍光体に到達すると黄色光に波長変換される。そして、波長変換された黄色光と蛍光体に到達しない青色光とが混合して白色光が孔部１０ａの上面から出射される。また、封止材３を導光した光はパッケージ１０の孔部１０ａの底壁及び反射層２０で反射して孔部１０ａの上面から出射される。これにより、発光装置１は孔部１０ａの大きさに応じた範囲に光を出射する。
【００３７】
この時、反射層２０に入射する光は屈折率の差によってガラス２１やアルミナ２４の粒子と高屈折率材２３の粒子との界面で反射する。これにより、パッケージ１０の反射率を向上させることができる。
【００３８】
図６は反射層２０の高屈折率材２３の配合比率（単位：ｗｔ％）をパラメータとして反射率（単位：％）を測定した結果を示す図である。図７は反射層２０の高屈折率材２３の配合比率（単位：ｗｔ％）をパラメータとして抗折強度（単位：ＭＰａ）を測定した結果を示す図である。
【００３９】
図６、図７において、ガラス２１としてホウ珪酸ガラスを用い、配合比率は５０ｗｔ％である。高屈折率材２３としてジルコンを用い、アルミナ２４及び高屈折率材２３を含むセラミックス２２の配合比率は５０ｗｔ％である。また、図６において測定波長を４５０ｎｍにしている。
【００４０】
これらの図によると、高屈折率材２３の配合比率を大きくすると、反射層２０の反射率を高くすることができる。また、高屈折率材２３の配合比率を小さくすると、反射層２０の抗折強度を高くすることができる。
【００４１】
これは、反射層２０内のガラス２１の成分に対し、ケイ酸イオンを含むジルコンがジルコニア等に比して化学反応しやすく、亜鉛等に比して化学反応しにくいためと考えられる。これにより、高屈折率材２３の配合比率が小さい場合には高屈折率材２３の粒子が周囲を取り囲むガラス２１と化学反応して反射層２０の抗折強度が高くなる。この時、高屈折率材２３の配合比率が小さいため反射層２０の反射率は低くなる。
【００４２】
一方、高屈折率材２３の配合比率が大きいと高屈折率材２３の粒子が凝集される。このため、外周部の粒子がガラス２１と化学反応するが、内周部の粒子とガラス２１との化学反応が抑制される。これにより、反射層２０の抗折強度が低くなるが、反射層２０の反射率を高くすることができる。また、高屈折率材２３の増加による反射層２０の反射率の向上もある。
【００４３】
従って、高屈折率材２３の配合比率を選択することにより、所望の反射率及び抗折強度の反射層２０を得ることができる。
【００４４】
この時、高屈折率材２３として用いられるジルコンの配合比率を５ｗｔ％以上にすると、４５０ｎｍの波長において９０％以上の高い反射率の反射層２０を得ることができる。また、ジルコンの配合比率を１０ｗｔ％以上にすると、４５０ｎｍの波長において約９４％以上の高い反射率の反射層２０を得ることができる。また、ジルコンの配合比率を２０ｗｔ％以上にすると、４５０ｎｍの波長において約９５％以上の高い反射率の反射層２０を得ることができる。
【００４５】
また、ジルコンの配合比率を４０ｗｔ％以下にすると、約２５０ＭＰａ以上の高い抗折強度の反射層２０を得ることができる。また、ジルコンの配合比率を３０ｗｔ％以下にすると、確実に２５０ＭＰａ以上の高い抗折強度の反射層２０を得ることができる。反射層２０は基体１１上に塗布した後に焼成して形成されるため、抗折強度が低くてもパッケージ１０の強度低下は小さい。しかしながら、抗折強度の低い反射層２０を基体１１上に厚く形成するとパッケージ１０の強度低下が大きくなる。従って、反射層２０を高い抗折強度に形成することによって強度の高いパッケージ１０を得ることができる。
【００４６】
尚、高屈折率材２３がケイ酸マンガンやケイ酸カルシウム等のケイ酸イオンを含むケイ酸塩化合物であれば、上記と同様に配合比率の選択によって反射層２０の反射率及び抗折強度を高くすることができる。
【００４７】
図８は反射層２０の反射率（単位：％）と波長（単位：ｎｍ）との関係を示す図である。ガラス２１としてホウ珪酸ガラスを用い、配合比率は５０ｗｔ％である。アルミナ２４及び高屈折率材２３を含むセラミックス２２の配合比率は５０ｗｔ％である。高屈折率材２３はジルコンから成り、配合比率を２０ｗｔ％にしている。
【００４８】
同図によると、波長が４５０ｎｍ近傍の青色の領域で約９５％の高い反射率を得ることができるとともに、緑色及び赤色の領域においても９０％以上の高い反射率を得ることができる。
【００４９】
本実施形態によると、反射層２０を形成する反射材がガラスセラミックスを主成分とする焼結体から成り、ガラスセラミックスを形成するセラミックス２２が高屈折率材２３としてケイ酸塩化合物を含むをので、反射率及び強度の高い反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５０】
また、ケイ酸塩化合物がジルコンから成るので、容易に反射率及び強度の高い反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５１】
また、ジルコンの含有量を５ｗｔ％以上にしたので、９０％以上の高い反射率の反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５２】
また、ジルコンの含有量を１０ｗｔ％以上にしたので、約９４％以上の高い反射率の反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５３】
また、ジルコンの含有量を４０ｗｔ％以下にしたので、２５０ＭＰａ以上の高い抗折強度の反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５４】
また、セラミックス２２がアルミナ２４を含むので、反射材及びパッケージ１０を安価に形成することができる。
【００５５】
本実施形態において、孔部１０ａの底壁に反射層２０を形成してもよい。この時、前述の図５において、セラミックシート１２の積層により孔部１０ａを有する基体１１を形成すると、反射材を孔部１０ａの底壁に塗布することが困難となる。このため、孔部１０ａのない下部のセラミックシート１２と、孔部１０ａを有する上部のセラミックシート１２とを別々に積層して基体焼成工程で焼成する。次に、反射材塗布工程で下部の基体１１上に反射材を塗布し、下部の基体１１上に上部の基体１１をガラスペースト等により固着する。そして、焼成工程で反射材及びガラスペーストを焼成する。これにより、孔部１０ａの底壁に反射層２０を容易に形成することができる。
【００５６】
また本実施形態において、基体１１をアルミナ等のセラミックスを主成分としてもよい。しかしながら、本実施形態のようにガラスセラミックスを主成分とする基体１１を用いると、反射層２０とともに低温で焼成できるためより望ましい。
【００５７】
また、反射層２０を形成する反射材を他の電子部品等の反射面形成部分に設けてもよい。例えば、ＬＥＤ等の発光素子を実装するリードフレーム基板やセラミックス基板の実装面等に該反射材による反射層を形成することができる。これにより、発光素子から出射された光を反射率の高い反射材により所定方向に反射し、光の利用効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によると、発光装置用パッケージ内に発光素子を収納した発光装置を搭載するエッジライト型バックライト、スキャナ用光源、ＬＥＤ照明等に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 発光装置
２ 発光素子
３ 封止材
４ ワイヤー
１０ パッケージ
１０ａ 孔部
１１ 基体
１２ セラミックシート
１３ 端子
１４ 伝熱部
１６ 放熱部
１７ 電極
１８ 放熱ビア
１９ 電極ビア
２０ 反射層
２１ ガラス
２２ セラミックス
２３ 高屈折率材
２４ アルミナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を反射する反射材に関する。また本発明は、発光素子を収納する発光装置用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の発光素子を収納するパッケージ等に使用される反射材は特許文献１に開示される。この反射材はガラスセラミックスを主成分とする焼結体により形成される。ガラスとしてホウ珪酸ガラスが用いられ、セラミックスとしてアルミナが含まれる。また、セラミックスにはアルミナ及びガラスよりも屈折率の高い高屈折率材が含まれる。高屈折率材のセラミックスとして、ジルコニア（ＺｒＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が含有される。セラミックスの原料及びガラス原料を混合した後、焼成して反射材が形成される。
【０００３】
発光装置はパッケージに設けた環状の反射部の内部に発光素子を収納してワイヤーボンディング等により配線導体に接続される。そして、反射部の内部に透明樹脂から成る封止材を充填して発光素子が封止される。発光素子の発光は封止材を導光し、基体表面及び反射部の内壁で反射して上方に導かれる。これにより、発光装置の上面から所定の範囲に光が出射される。
【０００４】
この時、パッケージの全体または反射部を上記の高屈折率材を有する反射材により形成すると、ガラスやアルミナの粒子と高屈折率材の粒子との屈折率の差によって両者の界面での反射光量が増加する。これにより、パッケージの反射率が向上して発光装置の発光効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６２９５０号公報（第７頁−第１４頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の反射材によると、焼成時に高屈折率材が周囲のガラスの成分と化学反応して変質する。例えば、高屈折率材として酸化亜鉛を用いると、焼成時にガーナイトが形成される。このため、高屈折率材の屈折率が低下し、反射材の反射率が低下する問題があった。
【０００７】
一方、高屈折率材としてガラスとの化学反応が少ないジルコニアを用いると、反射材の反射率を高く維持することができる。しかしながら、ガラスと高屈折率材との境界の接合強度が低いため、反射材の強度が低くなる問題があった。
【０００８】
本発明は、反射率及び強度の高い反射材及びそれを用いた発光装置用パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、ガラスセラミックスを主成分とした焼結体から成る反射材であって、前記ガラスセラミックスを形成するガラスがホウ珪酸ガラスから成るとともに前記ガラスセラミックスを形成するセラミックスがケイ酸塩化合物を含むことを特徴としている。
【００１０】
この構成によると、反射材はケイ酸塩化合物から成る高屈折率材の原料を含むセラミックス原料とガラス原料とを混合した混合物を所定の形状に成形した後焼成される。これにより、ガラスセラミックスを主成分とし、高屈折率材を含有する焼結体の反射材が形成される。
【００１１】
また本発明は、上記構成の反射材において、前記ケイ酸塩化合物をジルコンにしたことを特徴としている。
【００１２】
また本発明は、上記構成の反射材において、ジルコンの含有量を５ｗｔ％以上にしたことを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の反射材において、ジルコンの含有量を１０ｗｔ％以上にしたことを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の反射材において、ジルコンの含有量を４０ｗｔ％以下にしたことを特徴としている。
【００１５】
また本発明は、上記構成の反射材において、前記セラミックスがアルミナを含むことを特徴としている。この構成によると、安価なアルミナを含有してガラスセラミックスが形成される。
【００１６】
また本発明は、上記構成の反射材において、前記ガラスの含有量を４０〜６０ｗｔ％にするとともに、前記セラミックスの含有量を３５〜６０％にしたことを特徴としている。
【００１７】
また本発明の発光装置用パッケージは、上記各構成の反射材によってセラミックスを含む基体上に反射層を形成し、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を前記反射層で所定方向に反射させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、反射材がガラスセラミックスを主成分とする焼結体から成り、ガラスセラミックスを形成するセラミックスが高屈折率材としてケイ酸塩化合物を含むので、反射率及び強度の高い反射材及び発光装置用パッケージを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の発光装置を示す斜視図
【図２】本発明の実施形態の発光装置を示す正面断面図
【図３】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の内部断面を示す概念図
【図４】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの製造工程を示す工程図
【図５】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの他の製造工程を示す工程図
【図６】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の反射率と高屈折率材の配合比率との関係を示す図
【図７】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の抗折強度と高屈折率材の配合比率との関係を示す図
【図８】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの反射層の反射率と波長との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の発光装置を示す斜視図である。発光装置１は基体１１及び反射層２０から成るパッケージ１０を備えている。パッケージ１０の上面にはＬＥＤから成る発光素子２を収納する孔部１０ａが凹設される。反射層２０は孔部１０ａの周面に配される。発光素子２の発光は孔部１０ａの周面の反射層２０及び孔部１０ａの底壁で反射して所定方向に導かれる。
【００２１】
孔部１０ａには発光素子２を封止する封止材３が充填される。封止材３は光を波長変換する蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る。本実施形態では発光素子２は青色光を発光し、蛍光体は青色光を黄色光に波長変換する。その他の各種の蛍光体や発光素子を用いてもよい。
【００２２】
基体１１はガラスセラミックスを主成分とし、例えばホウ珪酸ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックスを用いることができる。ガラスセラミックスを主成分とすることによって基体１１を低温で焼成することができる。反射層２０は詳細を後述するように、ガラスセラミックスを主成分として高屈折率材２３（図３参照）を含む反射材から成っている。
【００２３】
図２は発光装置１の正面断面図を示している。パッケージ１０の基体１１は複数のセラミックシート１２を積層して形成される。パッケージ１０の上部のセラミックシート１２には中央部を貫通する貫通孔１１ａが形成される。貫通孔１１ａの内周壁に反射層２０を配して孔部１０ａが形成される。パッケージ１０の下部のセラミックシート１２には放熱ビア１８及び電極ビア１９が貫通する。放熱ビア１８及び電極ビア１９には導電性材料が充填される。放熱ビア１８の上面には伝熱部１４が形成され、下面には放熱部１６が形成される。
【００２４】
発光素子２は接着等により伝熱部１４上に固着して孔部１０ａの底面に設置される。発光素子２の発熱は伝熱部１４から放熱ビア１８を介して放熱部１６に伝えられて放熱する。電極ビア１９の上面には端子１３が形成され、下面には電極１７が形成される。電極ビア１９によって端子１３と電極１７とが導通する。発光素子２はワイヤー４をワイヤーボンディングして端子１３に接続される。
【００２５】
図３は反射層２０の内部断面を示す概念図である。ガラスセラミックスを主成分とする反射材にはガラス２１及びセラミックス２２の粒子が含有される。セラミックス２２はアルミナ２４及び高屈折率材２３が含まれる。ガラス２１として、例えば、ホウ珪酸ガラスやソーダ石灰ガラス等を用いることができる。
【００２６】
高屈折率材２３はガラス２１（屈折率約１．５）及びアルミナ２４（屈折率約１．５）よりも屈折率の高いケイ酸塩化合物が用いられる。ケイ酸塩化合物として、ケイ酸マンガン（Ｍｎ２ＳｉＯ４）、ケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ３）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）等を用いることができる。
【００２７】
尚、ガラス２１の含有量は３５〜６０ｗｔ％であり、セラミックス２２の含有量は合計で４０〜６０ｗｔ％である。また、屈折率の低いアルミナ２４を省いて高屈折率材２３によりセラミックス２２を構成してもよい。しかしながら、セラミックス２２にアルミナ２４を含むことによって反射層２０を形成する反射材を安価に得ることができる。
【００２８】
図４はパッケージ１０の製造工程を示す工程図である。混合工程では基体１１を形成するガラス及びセラミックスの原料を混合して混合物を生成する。ガラス及びセラミックスの原料は例えば、所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。
【００２９】
反射層２０を形成する反射材も基体１１と同様に、ガラス２１及びセラミックス２２の原料を混合して混合物を生成する。ガラス２１及びセラミックス２２の原料は例えば、所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。この時、反射材の混合物は有機溶剤を含み、ペースト状に形成される。
【００３０】
シート形成工程では混合工程で生成した混合物をドクターブレード法などの方法によって、例えば、厚さ０．１ｍｍのシート状に成形し、セラミックシート１２の素材を形成する。打ち抜き工程ではセラミックシート１２の素材を打ち抜き、貫通孔１１ａ、放熱ビア１８及び電極ビア１９を形成する。
【００３１】
電極形成工程では印刷によってセラミックシート１２の素材上に端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６となる導体を形成する。積層工程では各セラミックシート１２の素材が低温加熱及び加圧により仮圧着して積層される。これにより、基体１１の素材が形成される。
【００３２】
反射材塗布工程では反射層２０を形成するペースト状の反射材が貫通孔１１ａの内周面に塗布される。焼成工程では基体１１及び反射材が焼成炉により約９００℃で焼成され、焼結体から成るパッケージ１０が形成される。メッキ工程では端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６にメッキが施される。これにより、パッケージ１０が得られる。
【００３３】
図５はパッケージ１０の他の製造工程を示す工程図である。前述の図４に示す製造工程に対して、基体焼成工程が追加されている。その他の部分は図４と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００３４】
積層工程では基体１１を形成する各セラミックシート１２の素材が低温加熱により仮圧着して積層される。これにより、基体１１の素材が形成される。基体焼成工程では基体１１の素材が焼成炉により焼成される。これにより、基体１１が得られる。そして、反射材塗布工程では反射層２０を形成する反射材が基体１１に塗布され、焼成工程で反射材が焼成される。
【００３５】
尚、反射層２０を形成する反射材に気孔を含有してもよい。これにより、反射層２０の反射率をより高くすることができる。この時、図４、図５において、反射材塗布工程で基体１１上に塗布した反射材の上面にガラスペースト等を塗布してもよい。ガラスペーストは焼成工程で焼成され、反射層２０の上面に緻密な透明部材の保護層を形成する。これにより、気孔を有する反射層２０にメッキ工程のメッキ液が浸透することによる反射層２０の汚れを低減し、反射層２０の反射率の低下を防止することができる。
【００３６】
上記構成の発光装置１において、発光素子２により発光した青色光は封止材３を導光し、蛍光体に到達すると黄色光に波長変換される。そして、波長変換された黄色光と蛍光体に到達しない青色光とが混合して白色光が孔部１０ａの上面から出射される。また、封止材３を導光した光はパッケージ１０の孔部１０ａの底壁及び反射層２０で反射して孔部１０ａの上面から出射される。これにより、発光装置１は孔部１０ａの大きさに応じた範囲に光を出射する。
【００３７】
この時、反射層２０に入射する光は屈折率の差によってガラス２１やアルミナ２４の粒子と高屈折率材２３の粒子との界面で反射する。これにより、パッケージ１０の反射率を向上させることができる。
【００３８】
図６は反射層２０の高屈折率材２３の配合比率（単位：ｗｔ％）をパラメータとして反射率（単位：％）を測定した結果を示す図である。図７は反射層２０の高屈折率材２３の配合比率（単位：ｗｔ％）をパラメータとして抗折強度（単位：ＭＰａ）を測定した結果を示す図である。
【００３９】
図６、図７において、ガラス２１としてホウ珪酸ガラスを用い、配合比率は５０ｗｔ％である。高屈折率材２３としてジルコンを用い、アルミナ２４及び高屈折率材２３を含むセラミックス２２の配合比率は５０ｗｔ％である。また、図６において測定波長を４５０ｎｍにしている。
【００４０】
これらの図によると、高屈折率材２３の配合比率を大きくすると、反射層２０の反射率を高くすることができる。また、高屈折率材２３の配合比率を小さくすると、反射層２０の抗折強度を高くすることができる。
【００４１】
これは、反射層２０内のガラス２１の成分に対し、ケイ酸イオンを含むジルコンがジルコニア等に比して化学反応しやすく、亜鉛等に比して化学反応しにくいためと考えられる。これにより、高屈折率材２３の配合比率が小さい場合には高屈折率材２３の粒子が周囲を取り囲むガラス２１と化学反応して反射層２０の抗折強度が高くなる。この時、高屈折率材２３の配合比率が小さいため反射層２０の反射率は低くなる。
【００４２】
一方、高屈折率材２３の配合比率が大きいと高屈折率材２３の粒子が凝集される。このため、外周部の粒子がガラス２１と化学反応するが、内周部の粒子とガラス２１との化学反応が抑制される。これにより、反射層２０の抗折強度が低くなるが、反射層２０の反射率を高くすることができる。また、高屈折率材２３の増加による反射層２０の反射率の向上もある。
【００４３】
従って、高屈折率材２３の配合比率を選択することにより、所望の反射率及び抗折強度の反射層２０を得ることができる。
【００４４】
この時、高屈折率材２３として用いられるジルコンの配合比率を５ｗｔ％以上にすると、４５０ｎｍの波長において９０％以上の高い反射率の反射層２０を得ることができる。また、ジルコンの配合比率を１０ｗｔ％以上にすると、４５０ｎｍの波長において約９４％以上の高い反射率の反射層２０を得ることができる。また、ジルコンの配合比率を２０ｗｔ％以上にすると、４５０ｎｍの波長において約９５％以上の高い反射率の反射層２０を得ることができる。
【００４５】
また、ジルコンの配合比率を４０ｗｔ％以下にすると、約２５０ＭＰａ以上の高い抗折強度の反射層２０を得ることができる。また、ジルコンの配合比率を３０ｗｔ％以下にすると、確実に２５０ＭＰａ以上の高い抗折強度の反射層２０を得ることができる。反射層２０は基体１１上に塗布した後に焼成して形成されるため、抗折強度が低くてもパッケージ１０の強度低下は小さい。しかしながら、抗折強度の低い反射層２０を基体１１上に厚く形成するとパッケージ１０の強度低下が大きくなる。従って、反射層２０を高い抗折強度に形成することによって強度の高いパッケージ１０を得ることができる。
【００４６】
尚、高屈折率材２３がケイ酸マンガンやケイ酸カルシウム等のケイ酸イオンを含むケイ酸塩化合物であれば、上記と同様に配合比率の選択によって反射層２０の反射率及び抗折強度を高くすることができる。
【００４７】
図８は反射層２０の反射率（単位：％）と波長（単位：ｎｍ）との関係を示す図である。ガラス２１としてホウ珪酸ガラスを用い、配合比率は５０ｗｔ％である。アルミナ２４及び高屈折率材２３を含むセラミックス２２の配合比率は５０ｗｔ％である。高屈折率材２３はジルコンから成り、配合比率を２０ｗｔ％にしている。
【００４８】
同図によると、波長が４５０ｎｍ近傍の青色の領域で約９５％の高い反射率を得ることができるとともに、緑色及び赤色の領域においても９０％以上の高い反射率を得ることができる。
【００４９】
本実施形態によると、反射層２０を形成する反射材がガラスセラミックスを主成分とする焼結体から成り、ガラスセラミックスを形成するセラミックス２２が高屈折率材２３としてケイ酸塩化合物を含むをので、反射率及び強度の高い反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５０】
また、ケイ酸塩化合物がジルコンから成るので、容易に反射率及び強度の高い反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５１】
また、ジルコンの含有量を５ｗｔ％以上にしたので、９０％以上の高い反射率の反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５２】
また、ジルコンの含有量を１０ｗｔ％以上にしたので、約９４％以上の高い反射率の反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５３】
また、ジルコンの含有量を４０ｗｔ％以下にしたので、２５０ＭＰａ以上の高い抗折強度の反射材及びパッケージ１０を得ることができる。
【００５４】
また、セラミックス２２がアルミナ２４を含むので、反射材及びパッケージ１０を安価に形成することができる。
【００５５】
本実施形態において、孔部１０ａの底壁に反射層２０を形成してもよい。この時、前述の図５において、セラミックシート１２の積層により孔部１０ａを有する基体１１を形成すると、反射材を孔部１０ａの底壁に塗布することが困難となる。このため、孔部１０ａのない下部のセラミックシート１２と、孔部１０ａを有する上部のセラミックシート１２とを別々に積層して基体焼成工程で焼成する。次に、反射材塗布工程で下部の基体１１上に反射材を塗布し、下部の基体１１上に上部の基体１１をガラスペースト等により固着する。そして、焼成工程で反射材及びガラスペーストを焼成する。これにより、孔部１０ａの底壁に反射層２０を容易に形成することができる。
【００５６】
また本実施形態において、基体１１をアルミナ等のセラミックスを主成分としてもよい。しかしながら、本実施形態のようにガラスセラミックスを主成分とする基体１１を用いると、反射層２０とともに低温で焼成できるためより望ましい。
【００５７】
また、反射層２０を形成する反射材を他の電子部品等の反射面形成部分に設けてもよい。例えば、ＬＥＤ等の発光素子を実装するリードフレーム基板やセラミックス基板の実装面等に該反射材による反射層を形成することができる。これにより、発光素子から出射された光を反射率の高い反射材により所定方向に反射し、光の利用効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によると、発光装置用パッケージ内に発光素子を収納した発光装置を搭載するエッジライト型バックライト、スキャナ用光源、ＬＥＤ照明等に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 発光装置
２ 発光素子
３ 封止材
４ ワイヤー
１０ パッケージ
１０ａ 孔部
１１ 基体
１２ セラミックシート
１３ 端子
１４ 伝熱部
１６ 放熱部
１７ 電極
１８ 放熱ビア
１９ 電極ビア
２０ 反射層
２１ ガラス
２２ セラミックス
２３ 高屈折率材
２４ アルミナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックスを主成分とした焼結体から成る反射材であって、前記ガラスセラミックスを形成するガラスがホウ珪酸ガラスから成るとともに前記ガラスセラミックスを形成するセラミックスがケイ酸塩化合物を含むことを特徴とする反射材。
【請求項２】
前記ケイ酸塩化合物をジルコンにしたことを特徴とする請求項１に記載の反射材。
【請求項３】
ジルコンの含有量を５ｗｔ％以上にしたことを特徴とする請求項２に記載の反射材。
【請求項４】
ジルコンの含有量を１０ｗｔ％以上にしたことを特徴とする請求項３に記載の反射材。
【請求項５】
ジルコンの含有量を４０ｗｔ％以下にしたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の反射材。
【請求項６】
前記セラミックスがアルミナを含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の反射材。
【請求項７】
前記ガラスの含有量を４０〜６０ｗｔ％にするとともに、前記セラミックスの含有量を３５〜６０％にしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の反射材。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の反射材によってセラミックスを含む基体上に反射層を形成し、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を前記反射層で所定方向に反射させることを特徴とする発光装置用パッケージ。
【請求項１】
ガラスセラミックスを主成分とした焼結体から成る反射材であって、前記ガラスセラミックスを形成するガラスがホウ珪酸ガラスから成るとともに前記ガラスセラミックスを形成するセラミックスがケイ酸塩化合物を含むことを特徴とする反射材。
【請求項２】
前記ケイ酸塩化合物をジルコンにしたことを特徴とする請求項１に記載の反射材。
【請求項３】
ジルコンの含有量を５ｗｔ％以上にしたことを特徴とする請求項２に記載の反射材。
【請求項４】
ジルコンの含有量を１０ｗｔ％以上にしたことを特徴とする請求項３に記載の反射材。
【請求項５】
ジルコンの含有量を４０ｗｔ％以下にしたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の反射材。
【請求項６】
前記セラミックスがアルミナを含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の反射材。
【請求項７】
前記ガラスの含有量を４０〜６０ｗｔ％にするとともに、前記セラミックスの含有量を３５〜６０％にしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の反射材。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の反射材によってセラミックスを含む基体上に反射層を形成し、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を前記反射層で所定方向に反射させることを特徴とする発光装置用パッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２６２２７（Ｐ２０１２−２２６２２７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５６２６（Ｐ２０１１−９５６２６）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（３９７０１６７１４）三洋電波工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（３９７０１６７１４）三洋電波工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
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