発光装置
【課題】 製品寿命を良好に維持することが可能な発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光装置１であって、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む多孔質材料からなる枠体４と、枠体４の内周面４ａから上面を経て枠体４の外周面４ｂにかけて連続して設けられた透光性の封止層５と、枠体４の下面であって内周面４ａと外周面４ｂの間に設けられた接合部材６と、枠体４の内部には、封止層５と接合部材６で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部７とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】 発光装置１であって、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む多孔質材料からなる枠体４と、枠体４の内周面４ａから上面を経て枠体４の外周面４ｂにかけて連続して設けられた透光性の封止層５と、枠体４の下面であって内周面４ａと外周面４ｂの間に設けられた接合部材６と、枠体４の内部には、封止層５と接合部材６で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部７とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を含む発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。当該発光装置は、消費電力または製品寿命に関して注目されている。なお、発光装置として、発光素子から発せられる光を効率よく反射する多孔質の枠体を用いた技術が開示されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２７８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多孔質の枠体を用いた発光装置は、外部から多孔質な枠体を介して発光装置内に大気中の酸素や水分が進入し、製品寿命が短くなる虞がある。
【０００５】
本発明は、製品寿命を良好に維持することが可能な発光装置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】
【０００６】
本発明の実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む多孔質材料からなる枠体と、前記枠体の内周面から上面を経て前記枠体の外周面にかけて連続して設けられた透光性の封止層と、前記枠体の下面であって前記内周面と前記外周面の間に設けられた接合部材と、前記枠体の内部には、前記封止層と前記接合部材で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、製品寿命を良好に維持することが可能な発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の概観を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図３】図２に示す発光装置の一部Ａを拡大した拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る枠体の一部Ｂを拡大した断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る発光装置の透過平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図であって、発光装置の製造工程の一工程を示している。
【図７】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図であって、発光装置の製造工程の一工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る発光装置の一実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。
【００１０】
＜発光装置の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置１の概観斜視図であって、その一部を断面視している。図２は、図１に示す発光装置の断面図である。図３は、図２に示す発光装置の一部Ａを拡大した拡大断面図である。図４は、枠体４の一部Ｂを拡大した拡大断面図である。図５は、発光装置の透過平面図であって、波長変換部材、接着部材および封止部材を除いた状態を示している。
【００１１】
発光装置１は、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む多孔質材料からなる枠体４と、枠体４の内周面４ａから上面を経て枠体の外周面４ｂにかけて連続して設けられた透光性の封止層５と、枠体４の下面であって内周面４ａと外周面４ｂの間に設けられた接合部材６と、枠体４の内部には、封止層５と接合部材６で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部７とを備えている。
【００１２】
さらに、発光装置１は、基板２上であって枠体４で囲まれる領域には、発光素子３を覆う封止部材８と、枠体４上に支持されるとともに発光素子３と間を空けて設けられた波長変換部材９と、枠体４と波長変換部材９を接続する接着部材１１とを備えている。なお、発光素子３は、例えば、発光ダイオードであって、半導体を用いたｐｎ接合中の電子と正孔が再結合することによって、外部に向かって光を放出する。
【００１３】
基板２は、絶縁性の基板であって、例えば、アルミナまたはムライト等のセラミック材料、ガラスセラミック材料、あるいは樹脂材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。また、基板２は、基板２の熱膨張を調整することが可能な金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることができる。
【００１４】
基板２は、基板２の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。配線導体は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、基板２となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層して、焼成することにより得られる。なお、配線導体の表面には、酸化防止のために、例えば、ニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。また、基板２が樹脂材料からなる場合は、シート状に加工した有機基板に対して鍍金処理等を施したり、リードフレームを金型に配置してトランスファ成形プロセスでモールド樹脂を金型に流し込むとともに加熱加圧し硬化したりすることで作製することができる。
【００１５】
また、基板２の上面には、基板２上方に効率良く光を反射させるために、配線導体および鍍金層と間を空けて、例えば、アルミニウム、銀、金、銅またはプラチナ等の金属反射層を形成する。
【００１６】
発光素子３は、基板２上に実装される。発光素子３は、基板２上に形成される配線導体の表面に被着する鍍金層上に、例えば、ろう材または半田を介して電気的に接続されたり、ワイヤボンディングによって電気的に接続されたりする。
【００１７】
発光素子３は、透光性基体と、透光性基体上に形成される光半導体層とを有している。透光性基体は、有機金属気相成長法または分子線エピタキシャル成長法等の化学気相成長法を用いて、光半導体層を成長させることが可能なものであればよい。透光性基体に用いられる材料としては、例えば、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウム等を用いることができる。なお、透光性基体の厚みは、例えば５０μｍ以上１０００μｍ以下である
。
【００１８】
光半導体層は、透光性基体上に形成される第１半導体層と、第１半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成される第２半導体層とから構成されている。第１半導体層、発光層および第２半導体層は、例えば、III族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素等のIII−Ｖ族半導体、あるいは、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化インジウム等のIII族窒化物半導体などを用いることができる。なお、第１半導体層の厚みは、例えば１μｍ以上５μｍ以下であって、発光層の厚みは、例えば２５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって、第２半導体層の厚みは、例えば５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。また、このように構成された発光素子３では、例えば３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲の励起光を発する素子を用いることができる。
【００１９】
枠体４は、基板２上の発光素子３を取り囲むように設けられている。また、枠体４は、平面視して内周面４ａおよび外周面４ｂの形状が円形状であって、発光素子３が発光する光を上方向に反射させて外部に放出することができる。枠体４は平面視したときに、外径が例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であって、内径が例えば１ｍｍ以上２８ｍｍ以下に設定されている。
【００２０】
また、枠体４は、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料を所望の形状に形成して焼結された多孔質材料から構成されている。枠体４を多孔質材料から構成することで、枠体４は、発光素子３から発せられる光を多孔質材料の内部まで入射させず、多孔質材料の表面で反射させることができ、さらに、多孔質材料の内部に多数の空隙が形成されることによって枠体４の熱伝導率が低下するとともに熱吸収が抑制されることにより、熱エネルギーによる反射率の低下や、機械的な強度劣化が抑制される。さらに、発光素子３からの光が、セラミック材料からなる結晶粒の一部が焼結されて形成された多孔質材料から成る枠体４の表面で波長変換部材９の方向へ拡散して反射される。よって、発光素子３から発せられる光は、波長変換部材９の一部に集中することなく、波長変換部材９に入射される。その結果、波長変換部材９は、発光素子３からの光が波長変換される際に生じる熱が一部に集中しないことから、波長変換部材９の一部が温度上昇することによる波長変換効率の低下や、波長変換部材９の一部が温度上昇することによる透過率や機械的強度の劣化が抑制される。
【００２１】
また、枠体４で囲まれる領域は、下部から上部に向かって幅広に傾斜するとともに、枠体４の上端内側には段差４ｃが設けられている。なお、枠体４の傾斜する内壁面には、例えば、タングステン、モリブデン、銅または銀等から成る金属層と、金属層を被覆するニッケルまたは金等から成る鍍金金属層が形成されてもよい。この鍍金金属層は、発光素子３の発する光を反射させる機能を有する。なお、枠体４の内壁面の傾斜角度は、基板２の上面に対して例えば５５度以上７０度以下の角度に設定されている。
【００２２】
枠体４の段差４ｃは、波長変換部材９を支持する機能を有している。段差４ｃは、枠体４の上部の一部を内側に向けて切欠いたものであって、枠体４の内周面を一周するように連続して設けられており、波長変換部材９の端部を支持することができる。
【００２３】
枠体４を多孔質材料から構成されているので、図４に示すように、枠体４は枠体４の表面を含めて多数の気孔ｂが設けられているので、封止層５の一部が枠体４の表面から内部の気孔ｂに浸入して固定される。そして、封止層５の一部が枠体４の表面に固着することで、アンカー効果によって、封止層５と枠体４とが強固に接合される。
【００２４】
封止層５の一部が枠体４の内壁面から枠体４の内部に浸入している領域は、枠体４の表面にわたって連続して設けられている。封止層５の浸入している領域は、枠体４の内壁面
から枠体４の内部に向かって、断面視して例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。
【００２５】
枠体４の内周面４ａから枠体の外周面４ｂにかけて連続して封止層５が設けられている。封止層５は、発光素子３の発する光を透過する透光性の材料からなる。封止層５は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の透光性の絶縁樹脂、または透光性のガラスからなる。
【００２６】
封止層５は、枠体４の内周面４ａ、枠体４の外周面４ｂおよび枠体４の段差４ｃの表面に設けられている。また、封止層５は、枠体４の下面であって、内周面４ａと外周面４ｂの間には設けられていない。つまり、封止層５は、接合部材６が設けられる個所には設けられていない。
【００２７】
封止層５は、大気中の酸素や水分が、外部から発光装置１内に進入しようとするのを抑制したり、枠体４で囲まれる領域に充填される封止部材８が、多孔質材料からなる枠体４の内部に浸透するのを抑制したりするものである。封止層５は、枠体４を例えば１５０℃以上に熱した状態で、枠体４の表面に対して、封止層５を構成するシリコーン樹脂からなる未硬化の材料を吹き付けたり、塗布したりすることで形成することができる。なお、枠体４は、多孔質材料からなるため、単に常温で封止層５を構成する未硬化の材料を吹き付けたり、塗布したりすると、枠体４内に材料が浸み込んで、枠体４の表面に封止層５を形成することができない。
【００２８】
また、封止層５は、屈折率が封止部材８より小さい場合には、封止部材８と封止層５との界面で発光素子３からの光の一部は全反射するとともに、封止層５に入射して内周面４ａで反射される光は、封止部材８と封止層５との界面で全反射せずに封止部材８に入射されて波長変換部材９に入射することから、発光装置１の光出力が向上する。また、封止層５は、屈折率が封止部材８と同じ場合には、封止部材８と封止層５との屈折率差に起因した光損失を生じないことから、発光装置１の光出力の低下が抑制される。
【００２９】
枠体４の表面に封止層５を形成することで、封止層５で囲まれる領域に、気孔ｂからなる空隙部７を形成することができる。封止層５を枠体４の表面に設けることで、外部から発光装置１内に大気中の酸素や水分が進入するのを抑制することができる。また、枠体４の表面に封止層５を設けることで、封止層５で囲まれる領域に気孔ｂのままの個所を多く残すことができ、その個所を空隙部７とすることができる。即ち、枠体４の表面に封止層５を設けることで、枠体４で囲まれる領域に充填される封止部材８が空隙部７に充填されず、発光素子３からの光が封止部材８を介して枠体４内に入射することが抑制されることから、発光素子３からの光は封止部材８を介して枠体４内で吸収されることなく、内周面４ａで効率よく反射される。
【００３０】
空隙部７は、気孔率を１０％以上５０％以下にすることが好ましく、内周面４ａの反射率を高くすることができるとともに空隙部７に封止層５を含浸させ難くすることができる。気孔率を１０％以上にすることにより、内周面４ａから枠体４の内部や外部に透過する発光素子３からの光を低下させることができ、５０％以下にすることにより、空隙部７を介して封止層５が枠体４の内部に浸透することが抑制されるとともに、機械的な強度を維持することができる。また、空隙部７は、中央細孔径を０．１μｍ以上１μｍ以下にすることが好ましく、内周面４ａの反射率を高くすることができるとともに空隙部７に封止層５を含浸させ難くすることができる。中央細孔径を０．１μｍ以上にすることにより、内周面４ａから枠体４の内部や外部に透過する発光素子３からの光を低下させることができ、１μｍ以下にすることにより、空隙部７を介して封止層５が枠体４の内部に浸透することが抑制されるとともに、機械的な強度を維持することができる。なお、気孔率および中
央細孔径は、マイクロメリティクス社製ポアサイザー９３１０型を使用した水銀圧入法による細孔分布測定にて測定することができる。
【００３１】
枠体４で囲まれる領域に、光透過性の封止部材８が充填されている。封止部材８は、発光素子３を封止するとともに、発光素子３から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材８は、枠体４の内方に発光素子３を収容した状態で、枠体４で囲まれる領域であって、波長変換部材９が封止部材８によって枠体４に傾いて接合されないよう、段差４ｃの高さ位置よりも低い位置まで充填される。なお、封止部材８は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂が用いられる。なお、封止部材８の熱伝導率は、例えば、０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。
【００３２】
波長変換部材９は、発光素子３の発する光の波長を変換する機能を有している。波長変換部材９は、発光素子３から発せられる光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体１０が励起されて、光を発するものである。
【００３３】
波長変換部材９は、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスからなり、その絶縁樹脂、ガラス中に、例えば４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。波長変換部材９として透光性ガラスが用いられる場合には、発光装置１の気密性を向上させることができる。
【００３４】
また、蛍光体１０は、波長変換部材９中に均一に分散するようにしている。なお、波長変換部材９の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。波長変換部材９の熱膨張率は、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。波長変換部材９の屈折率は、例えば、１．３以上１．６以下に設定されている。例えば、波長変換部材９の材料の組成比を調整することで、波長変換部材９の屈折率を調整することができる。
【００３５】
波長変換部材９は、枠体４上に支持されるとともに、発光素子３と間を空けて設けられている。また、波長変換部材９の端部は、枠体４の段差４ｃが設けられている箇所と当接するようにして取り囲まれている。
【００３６】
また、波長変換部材９の全体の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されており、且つ厚みが一定に設定されている。ここで、厚みが一定とは、厚みの誤差が０．５μｍ以下のものを含む。波長変換部材９の厚みを一定にすることにより、波長変換部材９内で励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材９における輝度ムラを抑制することができる。
【００３７】
枠体４の段差４ｃ上に位置する封止層５の表面に、波長変換部材９の端部が接着部材１１を介して固定されている。接着部材１１は、波長変換部材９を枠体４に固着するものである。接着部材１１は、波長変換部材９の端部上から枠体４の段差４ｃ個所にかけて設けられている。また、接着部材１１は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスが用いられる。なお、接着部材１１の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。接着部材１１の熱膨張率は、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。
【００３８】
また、接着部材１１の熱伝導率は、波長変換部材９の熱伝導率よりも大きく設定した場合は、波長変換部材９から封止層５に伝わる熱を接着部材１１を介して伝達しやすくすることができる。波長変換部材９には、発光素子３が発する光を蛍光体１０によって波長変換する際の変換損失に起因した熱が発生し、この熱によって波長変換部材９の温度が上昇する。その熱を波長変換部材９から接着部材１１に吸収しやすくすることで、波長変換部材９が高温になるのを抑制することができ、波長変換部材９の熱膨張やそれに起因して生じる応力によって波長変換部材９が封止層５から剥離しようとすることや、熱によって波長変換部材５の透過率が低下するのを抑制することができる。また、波長変換部材９が高温になると、発光素子３の発する励起光によって励起される光の色温度が変化し、所望する色温度の光色になりにくくなるが、波長変換部材９の温度が高温になるのを抑制することで、所望する光色を取り出すことができる。そして、波長変換部材９を接続個所に対して良好に固着し続けることが可能な発光装置１を提供することができる。
【００３９】
また、接着部材１１の熱膨張率が、波長変換部材９の熱膨張率よりも小さく設定されている場合は、波長変換部材９が熱膨張を起こそうとするが、波長変換部材９の側面に熱膨張しにくい接着部材１１が形成されているため、接着部材１１が波長変換部材９の熱膨張を抑えるように応力を加えることができる。そして、波長変換部材９が必要以上に膨張するのを効果的に抑制することができるとともに、熱膨張に起因して生じる、接着部材１１から波長変換部材９に作用する力、即ち、接着部材１１から波長変換部材９に加わる応力が小さくなり、それらの応力に起因して生じる波長変換部材９の封止層５からの剥がれを抑制できる。
【００４０】
また、接着部材１１は、屈折率が波長変換部材９より大きくてもよい。この場合、波長変換部材９の側面の上端や側面から接着部材１１に無反射で光が入射されることにより、波長変換部材９に充填された蛍光体からの光が無反射で接着部材１１に入射されるとともに、広げられた接着部材１１の表面から外部に放射される光の割合が増加し、発光装置１の光出力を向上させることができる。また、接着部材１１の屈折率が波長変換部材９より小さい場合は、波長変換部材９から屈折率が１である大気までの屈折率を段階的に小さくすることができ、それぞれの接合界面における屈折率差に起因して生じる光吸収損失を小さくし、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００４１】
接着部材１１は、平面視して波長変換部材９の端部の外周に沿って連続して形成されている。そして、接着部材１１は、断面視して、波長変換部材９の側面の上部から枠体４の段差４ｃ上に位置する封止層５にかけて被着することで、接着部材１１が被着する面積を大きくし、接着部材１１を介して波長変換部材９と封止層５とを強固に接続することができる。その結果、波長変換部材９と封止層５の接続強度を向上させることができ、波長変換部材９の撓みが抑制される。そして、発光素子３と波長変換部材９との間の光学距離が変動するのを効果的に抑制することができる。
【００４２】
また、接着部材１１は、波長変換部材９の側面から波長変換部材９の上面にかけて設けられている。そして、接着部材１１は、波長変換部材９の側面の上端を被覆している。さらに、波長変換部材９の上面に被着している接着部材１１は、上方に突出して膨らむ樹脂だまりを設け、周囲よりも厚みを大きくすることで、波長変換部材９と接着部材１１との熱膨張差に起因にして生じる応力が接着部材１１による樹脂だまりで吸収、緩和されるとともに、波長変換部材９の上面に被着している接着部材１１による樹脂だまりによって接着部材１１の表面積が増加することにより、波長変換部材９から接着部材１１の表面を介して発光装置１の外部に取り出される光が増加し、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態に係る発光装置１は、枠体４の表面に封止層５を設けることで、外部から多
孔質な枠体を介して発光素子３や封止部材８に大気中の水分や酸素が進入するのを抑制することができる。仮に、枠体４の表面に封止層５が設けられていない場合は、大気中の酸素や水分が枠体４内の気孔ｂを通って、発光素子３や封止部材８にまで到達しやすい。そして、封止部材８の劣化具合によっては、発光素子３が大気中に晒され易く、また、封止部材８の透過率が劣化し発光素子３の輝度が低下する虞が大きい。一方、本実施形態に係る発光装置１は、枠体４の内周面４ａから外周面４ｂにかけて封止層５を形成することで、大気中の酸素や水分が枠体４内に進入しにくくすることができる。その結果、発光素子３や封止部材８が大気中にふれる機会を効果的に低減することができ、発光素子３の輝度を良好に維持することができ、発光装置１の製品寿命を長くすることができる。
【００４４】
また、封止層５によって多孔質の枠体４の表面を覆うことで、枠体４内に空隙部７を設けることができる。空隙部７は、断熱構造として機能し、発光素子３の発光時に発する熱を枠体４に伝わりにくくすることができる。その結果、発光素子３の発する熱は、封止層５を介して外部に伝わりやすくすることができ、枠体４の温度が上昇するのを抑制することができるとともに、枠体４全体に伝わる熱エネルギーを小さくできることにより、枠体４の熱による特性変化に起因した反射率の低下や機械的強度の劣化を抑制することができる。
【００４５】
また、封止層５によって多孔質の枠体４の表面を覆うことで、枠体４の内側に充填される封止部材８は枠体４の内部には含浸されず、発光素子３からの光が封止部材８を介して枠体４の内部まで到達しないことから、枠体４の内部で生じる光吸収損失が抑制される。結果、発光素子３からの光は、内周面４ａで効率よく反射されるとともに波長変換部材９に入射され、蛍光体によって波長変換される光が増加することにより、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００４６】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４７】
＜発光装置の製造方法＞
ここで、図１に示す発光装置１の製造方法を説明する。まず、基板２を準備する。基板２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、混合物から複数のグリーンシートを作製する。
【００４８】
また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、基板２となるセラミックグリーンシートに配線導体となるメタライズパターンおよび必要に応じて枠体４を接合するためのメタライズパターンをそれぞれ所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層した状態で焼成することで、基板２を準備することができる。
【００４９】
枠体４を準備する。枠体４は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等の多孔質のセラミック材料を準備する。そして、枠体４の型枠内に、セラミック材料の原料粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合した混合物を充填して乾燥させた後に、焼成することで多孔質の枠体４を準備することができる。
【００５０】
次に、枠体４の下面を下にして外部の作業基板上に置いた状態で、枠体４の温度を１００度以上に上昇させる。そして、枠体４の露出した表面に対して、例えばスプレー法を用いて、例えばシリコーン樹脂を吹き付けて、枠体４の露出していた表面に封止層５を形成
することができる。
【００５１】
そして、基板２の上面の所定個所に発光素子３を実装する。さらに、図６に示すように、枠体４の下面であって、枠体４の内周面４ａと外周面４ｂの間に、例えばシリコーン樹脂から成る接合部材６を浸み込ませる。そして、接合部材６が下面に浸み込んだ枠体４を、基板２の上面の所定個所に位置合わせして接続する。このとき、接合部材６は、枠体４に封止層５を設けていることで、枠体４内から枠体４の内周面４ａまたは外周面４ｂを介して外部に漏洩せずに、枠体４の下面に留まった状態で、基板２と枠体４とを接続することができる。
【００５２】
枠体４の表面に封止層５を設けていることで、接合部材６が基板２の上面や側面、下面に漏れ出さず、基板２の上面や側面や下面に形成されたメタライズパターンが接合部材６によって被覆されることによって生じる電気的な接続不良を抑制できる。また、接合部材６が基板２の上面や内周面４ａに被覆されることによって生じる接合部材６の光吸収を抑制することができる。
【００５３】
そして、基板２上の枠体４の内周面４ａに被着した封止層５によって囲まれた領域に、例えば封止部材８としてのシリコーン樹脂を充填する。このときは、封止層５で囲まれる枠体４内には、封止部材８が浸入していない。その後、例えば１５０℃以上の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させることで、発光素子３を封止部材８で封止することができる。
【００５４】
次に、波長変換部材９を準備する。波長変換部材９は、未硬化の樹脂に蛍光体を混合して、例えばドクターブレード法、ダイコーター法、押し出し法、スピンコート法またはディップ法等のシート成形技術を用いて作製することができる。また、波長変換部材９は、未硬化の波長変換部材９を型枠に充填し、硬化して取り出すことによっても得ることができる。
【００５５】
そして、準備した波長変換部材９を枠体４の段差４ｃ上に位置合わせして、接着部材１１としてのシリコーン樹脂を介して接着する。そして、例えば１５０℃以上であって封止部材８が破壊されない３６０℃以下の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させる。このようにして、発光装置１を製造することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 発光装置
２ 基板
３ 発光素子
４ 枠体
４ａ 内周面
４ｂ 外周面
４ｃ 段差
５ 封止層
６ 接合部材
７ 空隙部
８ 封止部材
９ 波長変換部材
１０ 蛍光体
１１ 接着部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を含む発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を有する発光装置の開発が進められている。当該発光装置は、消費電力または製品寿命に関して注目されている。なお、発光装置として、発光素子から発せられる光を効率よく反射する多孔質の枠体を用いた技術が開示されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２７８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多孔質の枠体を用いた発光装置は、外部から多孔質な枠体を介して発光装置内に大気中の酸素や水分が進入し、製品寿命が短くなる虞がある。
【０００５】
本発明は、製品寿命を良好に維持することが可能な発光装置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】
【０００６】
本発明の実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む多孔質材料からなる枠体と、前記枠体の内周面から上面を経て前記枠体の外周面にかけて連続して設けられた透光性の封止層と、前記枠体の下面であって前記内周面と前記外周面の間に設けられた接合部材と、前記枠体の内部には、前記封止層と前記接合部材で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、製品寿命を良好に維持することが可能な発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の概観を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図３】図２に示す発光装置の一部Ａを拡大した拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る枠体の一部Ｂを拡大した断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る発光装置の透過平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図であって、発光装置の製造工程の一工程を示している。
【図７】本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図であって、発光装置の製造工程の一工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る発光装置の一実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。
【００１０】
＜発光装置の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置１の概観斜視図であって、その一部を断面視している。図２は、図１に示す発光装置の断面図である。図３は、図２に示す発光装置の一部Ａを拡大した拡大断面図である。図４は、枠体４の一部Ｂを拡大した拡大断面図である。図５は、発光装置の透過平面図であって、波長変換部材、接着部材および封止部材を除いた状態を示している。
【００１１】
発光装置１は、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３と、基板２上に設けられた、発光素子３を取り囲む多孔質材料からなる枠体４と、枠体４の内周面４ａから上面を経て枠体の外周面４ｂにかけて連続して設けられた透光性の封止層５と、枠体４の下面であって内周面４ａと外周面４ｂの間に設けられた接合部材６と、枠体４の内部には、封止層５と接合部材６で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部７とを備えている。
【００１２】
さらに、発光装置１は、基板２上であって枠体４で囲まれる領域には、発光素子３を覆う封止部材８と、枠体４上に支持されるとともに発光素子３と間を空けて設けられた波長変換部材９と、枠体４と波長変換部材９を接続する接着部材１１とを備えている。なお、発光素子３は、例えば、発光ダイオードであって、半導体を用いたｐｎ接合中の電子と正孔が再結合することによって、外部に向かって光を放出する。
【００１３】
基板２は、絶縁性の基板であって、例えば、アルミナまたはムライト等のセラミック材料、ガラスセラミック材料、あるいは樹脂材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。また、基板２は、基板２の熱膨張を調整することが可能な金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることができる。
【００１４】
基板２は、基板２の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。配線導体は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、基板２となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層して、焼成することにより得られる。なお、配線導体の表面には、酸化防止のために、例えば、ニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。また、基板２が樹脂材料からなる場合は、シート状に加工した有機基板に対して鍍金処理等を施したり、リードフレームを金型に配置してトランスファ成形プロセスでモールド樹脂を金型に流し込むとともに加熱加圧し硬化したりすることで作製することができる。
【００１５】
また、基板２の上面には、基板２上方に効率良く光を反射させるために、配線導体および鍍金層と間を空けて、例えば、アルミニウム、銀、金、銅またはプラチナ等の金属反射層を形成する。
【００１６】
発光素子３は、基板２上に実装される。発光素子３は、基板２上に形成される配線導体の表面に被着する鍍金層上に、例えば、ろう材または半田を介して電気的に接続されたり、ワイヤボンディングによって電気的に接続されたりする。
【００１７】
発光素子３は、透光性基体と、透光性基体上に形成される光半導体層とを有している。透光性基体は、有機金属気相成長法または分子線エピタキシャル成長法等の化学気相成長法を用いて、光半導体層を成長させることが可能なものであればよい。透光性基体に用いられる材料としては、例えば、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウム等を用いることができる。なお、透光性基体の厚みは、例えば５０μｍ以上１０００μｍ以下である
。
【００１８】
光半導体層は、透光性基体上に形成される第１半導体層と、第１半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成される第２半導体層とから構成されている。第１半導体層、発光層および第２半導体層は、例えば、III族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素等のIII−Ｖ族半導体、あるいは、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化インジウム等のIII族窒化物半導体などを用いることができる。なお、第１半導体層の厚みは、例えば１μｍ以上５μｍ以下であって、発光層の厚みは、例えば２５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって、第２半導体層の厚みは、例えば５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。また、このように構成された発光素子３では、例えば３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲の励起光を発する素子を用いることができる。
【００１９】
枠体４は、基板２上の発光素子３を取り囲むように設けられている。また、枠体４は、平面視して内周面４ａおよび外周面４ｂの形状が円形状であって、発光素子３が発光する光を上方向に反射させて外部に放出することができる。枠体４は平面視したときに、外径が例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であって、内径が例えば１ｍｍ以上２８ｍｍ以下に設定されている。
【００２０】
また、枠体４は、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料を所望の形状に形成して焼結された多孔質材料から構成されている。枠体４を多孔質材料から構成することで、枠体４は、発光素子３から発せられる光を多孔質材料の内部まで入射させず、多孔質材料の表面で反射させることができ、さらに、多孔質材料の内部に多数の空隙が形成されることによって枠体４の熱伝導率が低下するとともに熱吸収が抑制されることにより、熱エネルギーによる反射率の低下や、機械的な強度劣化が抑制される。さらに、発光素子３からの光が、セラミック材料からなる結晶粒の一部が焼結されて形成された多孔質材料から成る枠体４の表面で波長変換部材９の方向へ拡散して反射される。よって、発光素子３から発せられる光は、波長変換部材９の一部に集中することなく、波長変換部材９に入射される。その結果、波長変換部材９は、発光素子３からの光が波長変換される際に生じる熱が一部に集中しないことから、波長変換部材９の一部が温度上昇することによる波長変換効率の低下や、波長変換部材９の一部が温度上昇することによる透過率や機械的強度の劣化が抑制される。
【００２１】
また、枠体４で囲まれる領域は、下部から上部に向かって幅広に傾斜するとともに、枠体４の上端内側には段差４ｃが設けられている。なお、枠体４の傾斜する内壁面には、例えば、タングステン、モリブデン、銅または銀等から成る金属層と、金属層を被覆するニッケルまたは金等から成る鍍金金属層が形成されてもよい。この鍍金金属層は、発光素子３の発する光を反射させる機能を有する。なお、枠体４の内壁面の傾斜角度は、基板２の上面に対して例えば５５度以上７０度以下の角度に設定されている。
【００２２】
枠体４の段差４ｃは、波長変換部材９を支持する機能を有している。段差４ｃは、枠体４の上部の一部を内側に向けて切欠いたものであって、枠体４の内周面を一周するように連続して設けられており、波長変換部材９の端部を支持することができる。
【００２３】
枠体４を多孔質材料から構成されているので、図４に示すように、枠体４は枠体４の表面を含めて多数の気孔ｂが設けられているので、封止層５の一部が枠体４の表面から内部の気孔ｂに浸入して固定される。そして、封止層５の一部が枠体４の表面に固着することで、アンカー効果によって、封止層５と枠体４とが強固に接合される。
【００２４】
封止層５の一部が枠体４の内壁面から枠体４の内部に浸入している領域は、枠体４の表面にわたって連続して設けられている。封止層５の浸入している領域は、枠体４の内壁面
から枠体４の内部に向かって、断面視して例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。
【００２５】
枠体４の内周面４ａから枠体の外周面４ｂにかけて連続して封止層５が設けられている。封止層５は、発光素子３の発する光を透過する透光性の材料からなる。封止層５は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の透光性の絶縁樹脂、または透光性のガラスからなる。
【００２６】
封止層５は、枠体４の内周面４ａ、枠体４の外周面４ｂおよび枠体４の段差４ｃの表面に設けられている。また、封止層５は、枠体４の下面であって、内周面４ａと外周面４ｂの間には設けられていない。つまり、封止層５は、接合部材６が設けられる個所には設けられていない。
【００２７】
封止層５は、大気中の酸素や水分が、外部から発光装置１内に進入しようとするのを抑制したり、枠体４で囲まれる領域に充填される封止部材８が、多孔質材料からなる枠体４の内部に浸透するのを抑制したりするものである。封止層５は、枠体４を例えば１５０℃以上に熱した状態で、枠体４の表面に対して、封止層５を構成するシリコーン樹脂からなる未硬化の材料を吹き付けたり、塗布したりすることで形成することができる。なお、枠体４は、多孔質材料からなるため、単に常温で封止層５を構成する未硬化の材料を吹き付けたり、塗布したりすると、枠体４内に材料が浸み込んで、枠体４の表面に封止層５を形成することができない。
【００２８】
また、封止層５は、屈折率が封止部材８より小さい場合には、封止部材８と封止層５との界面で発光素子３からの光の一部は全反射するとともに、封止層５に入射して内周面４ａで反射される光は、封止部材８と封止層５との界面で全反射せずに封止部材８に入射されて波長変換部材９に入射することから、発光装置１の光出力が向上する。また、封止層５は、屈折率が封止部材８と同じ場合には、封止部材８と封止層５との屈折率差に起因した光損失を生じないことから、発光装置１の光出力の低下が抑制される。
【００２９】
枠体４の表面に封止層５を形成することで、封止層５で囲まれる領域に、気孔ｂからなる空隙部７を形成することができる。封止層５を枠体４の表面に設けることで、外部から発光装置１内に大気中の酸素や水分が進入するのを抑制することができる。また、枠体４の表面に封止層５を設けることで、封止層５で囲まれる領域に気孔ｂのままの個所を多く残すことができ、その個所を空隙部７とすることができる。即ち、枠体４の表面に封止層５を設けることで、枠体４で囲まれる領域に充填される封止部材８が空隙部７に充填されず、発光素子３からの光が封止部材８を介して枠体４内に入射することが抑制されることから、発光素子３からの光は封止部材８を介して枠体４内で吸収されることなく、内周面４ａで効率よく反射される。
【００３０】
空隙部７は、気孔率を１０％以上５０％以下にすることが好ましく、内周面４ａの反射率を高くすることができるとともに空隙部７に封止層５を含浸させ難くすることができる。気孔率を１０％以上にすることにより、内周面４ａから枠体４の内部や外部に透過する発光素子３からの光を低下させることができ、５０％以下にすることにより、空隙部７を介して封止層５が枠体４の内部に浸透することが抑制されるとともに、機械的な強度を維持することができる。また、空隙部７は、中央細孔径を０．１μｍ以上１μｍ以下にすることが好ましく、内周面４ａの反射率を高くすることができるとともに空隙部７に封止層５を含浸させ難くすることができる。中央細孔径を０．１μｍ以上にすることにより、内周面４ａから枠体４の内部や外部に透過する発光素子３からの光を低下させることができ、１μｍ以下にすることにより、空隙部７を介して封止層５が枠体４の内部に浸透することが抑制されるとともに、機械的な強度を維持することができる。なお、気孔率および中
央細孔径は、マイクロメリティクス社製ポアサイザー９３１０型を使用した水銀圧入法による細孔分布測定にて測定することができる。
【００３１】
枠体４で囲まれる領域に、光透過性の封止部材８が充填されている。封止部材８は、発光素子３を封止するとともに、発光素子３から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材８は、枠体４の内方に発光素子３を収容した状態で、枠体４で囲まれる領域であって、波長変換部材９が封止部材８によって枠体４に傾いて接合されないよう、段差４ｃの高さ位置よりも低い位置まで充填される。なお、封止部材８は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂が用いられる。なお、封止部材８の熱伝導率は、例えば、０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。
【００３２】
波長変換部材９は、発光素子３の発する光の波長を変換する機能を有している。波長変換部材９は、発光素子３から発せられる光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体１０が励起されて、光を発するものである。
【００３３】
波長変換部材９は、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスからなり、その絶縁樹脂、ガラス中に、例えば４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。波長変換部材９として透光性ガラスが用いられる場合には、発光装置１の気密性を向上させることができる。
【００３４】
また、蛍光体１０は、波長変換部材９中に均一に分散するようにしている。なお、波長変換部材９の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。波長変換部材９の熱膨張率は、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。波長変換部材９の屈折率は、例えば、１．３以上１．６以下に設定されている。例えば、波長変換部材９の材料の組成比を調整することで、波長変換部材９の屈折率を調整することができる。
【００３５】
波長変換部材９は、枠体４上に支持されるとともに、発光素子３と間を空けて設けられている。また、波長変換部材９の端部は、枠体４の段差４ｃが設けられている箇所と当接するようにして取り囲まれている。
【００３６】
また、波長変換部材９の全体の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されており、且つ厚みが一定に設定されている。ここで、厚みが一定とは、厚みの誤差が０．５μｍ以下のものを含む。波長変換部材９の厚みを一定にすることにより、波長変換部材９内で励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材９における輝度ムラを抑制することができる。
【００３７】
枠体４の段差４ｃ上に位置する封止層５の表面に、波長変換部材９の端部が接着部材１１を介して固定されている。接着部材１１は、波長変換部材９を枠体４に固着するものである。接着部材１１は、波長変換部材９の端部上から枠体４の段差４ｃ個所にかけて設けられている。また、接着部材１１は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、透光性のガラスが用いられる。なお、接着部材１１の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。接着部材１１の熱膨張率は、例えば０．８×１０−５／Ｋ以上８×１０−５／Ｋ以下に設定されている。
【００３８】
また、接着部材１１の熱伝導率は、波長変換部材９の熱伝導率よりも大きく設定した場合は、波長変換部材９から封止層５に伝わる熱を接着部材１１を介して伝達しやすくすることができる。波長変換部材９には、発光素子３が発する光を蛍光体１０によって波長変換する際の変換損失に起因した熱が発生し、この熱によって波長変換部材９の温度が上昇する。その熱を波長変換部材９から接着部材１１に吸収しやすくすることで、波長変換部材９が高温になるのを抑制することができ、波長変換部材９の熱膨張やそれに起因して生じる応力によって波長変換部材９が封止層５から剥離しようとすることや、熱によって波長変換部材５の透過率が低下するのを抑制することができる。また、波長変換部材９が高温になると、発光素子３の発する励起光によって励起される光の色温度が変化し、所望する色温度の光色になりにくくなるが、波長変換部材９の温度が高温になるのを抑制することで、所望する光色を取り出すことができる。そして、波長変換部材９を接続個所に対して良好に固着し続けることが可能な発光装置１を提供することができる。
【００３９】
また、接着部材１１の熱膨張率が、波長変換部材９の熱膨張率よりも小さく設定されている場合は、波長変換部材９が熱膨張を起こそうとするが、波長変換部材９の側面に熱膨張しにくい接着部材１１が形成されているため、接着部材１１が波長変換部材９の熱膨張を抑えるように応力を加えることができる。そして、波長変換部材９が必要以上に膨張するのを効果的に抑制することができるとともに、熱膨張に起因して生じる、接着部材１１から波長変換部材９に作用する力、即ち、接着部材１１から波長変換部材９に加わる応力が小さくなり、それらの応力に起因して生じる波長変換部材９の封止層５からの剥がれを抑制できる。
【００４０】
また、接着部材１１は、屈折率が波長変換部材９より大きくてもよい。この場合、波長変換部材９の側面の上端や側面から接着部材１１に無反射で光が入射されることにより、波長変換部材９に充填された蛍光体からの光が無反射で接着部材１１に入射されるとともに、広げられた接着部材１１の表面から外部に放射される光の割合が増加し、発光装置１の光出力を向上させることができる。また、接着部材１１の屈折率が波長変換部材９より小さい場合は、波長変換部材９から屈折率が１である大気までの屈折率を段階的に小さくすることができ、それぞれの接合界面における屈折率差に起因して生じる光吸収損失を小さくし、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００４１】
接着部材１１は、平面視して波長変換部材９の端部の外周に沿って連続して形成されている。そして、接着部材１１は、断面視して、波長変換部材９の側面の上部から枠体４の段差４ｃ上に位置する封止層５にかけて被着することで、接着部材１１が被着する面積を大きくし、接着部材１１を介して波長変換部材９と封止層５とを強固に接続することができる。その結果、波長変換部材９と封止層５の接続強度を向上させることができ、波長変換部材９の撓みが抑制される。そして、発光素子３と波長変換部材９との間の光学距離が変動するのを効果的に抑制することができる。
【００４２】
また、接着部材１１は、波長変換部材９の側面から波長変換部材９の上面にかけて設けられている。そして、接着部材１１は、波長変換部材９の側面の上端を被覆している。さらに、波長変換部材９の上面に被着している接着部材１１は、上方に突出して膨らむ樹脂だまりを設け、周囲よりも厚みを大きくすることで、波長変換部材９と接着部材１１との熱膨張差に起因にして生じる応力が接着部材１１による樹脂だまりで吸収、緩和されるとともに、波長変換部材９の上面に被着している接着部材１１による樹脂だまりによって接着部材１１の表面積が増加することにより、波長変換部材９から接着部材１１の表面を介して発光装置１の外部に取り出される光が増加し、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態に係る発光装置１は、枠体４の表面に封止層５を設けることで、外部から多
孔質な枠体を介して発光素子３や封止部材８に大気中の水分や酸素が進入するのを抑制することができる。仮に、枠体４の表面に封止層５が設けられていない場合は、大気中の酸素や水分が枠体４内の気孔ｂを通って、発光素子３や封止部材８にまで到達しやすい。そして、封止部材８の劣化具合によっては、発光素子３が大気中に晒され易く、また、封止部材８の透過率が劣化し発光素子３の輝度が低下する虞が大きい。一方、本実施形態に係る発光装置１は、枠体４の内周面４ａから外周面４ｂにかけて封止層５を形成することで、大気中の酸素や水分が枠体４内に進入しにくくすることができる。その結果、発光素子３や封止部材８が大気中にふれる機会を効果的に低減することができ、発光素子３の輝度を良好に維持することができ、発光装置１の製品寿命を長くすることができる。
【００４４】
また、封止層５によって多孔質の枠体４の表面を覆うことで、枠体４内に空隙部７を設けることができる。空隙部７は、断熱構造として機能し、発光素子３の発光時に発する熱を枠体４に伝わりにくくすることができる。その結果、発光素子３の発する熱は、封止層５を介して外部に伝わりやすくすることができ、枠体４の温度が上昇するのを抑制することができるとともに、枠体４全体に伝わる熱エネルギーを小さくできることにより、枠体４の熱による特性変化に起因した反射率の低下や機械的強度の劣化を抑制することができる。
【００４５】
また、封止層５によって多孔質の枠体４の表面を覆うことで、枠体４の内側に充填される封止部材８は枠体４の内部には含浸されず、発光素子３からの光が封止部材８を介して枠体４の内部まで到達しないことから、枠体４の内部で生じる光吸収損失が抑制される。結果、発光素子３からの光は、内周面４ａで効率よく反射されるとともに波長変換部材９に入射され、蛍光体によって波長変換される光が増加することにより、発光装置１の光出力を向上させることができる。
【００４６】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４７】
＜発光装置の製造方法＞
ここで、図１に示す発光装置１の製造方法を説明する。まず、基板２を準備する。基板２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、混合物から複数のグリーンシートを作製する。
【００４８】
また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、基板２となるセラミックグリーンシートに配線導体となるメタライズパターンおよび必要に応じて枠体４を接合するためのメタライズパターンをそれぞれ所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層した状態で焼成することで、基板２を準備することができる。
【００４９】
枠体４を準備する。枠体４は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等の多孔質のセラミック材料を準備する。そして、枠体４の型枠内に、セラミック材料の原料粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合した混合物を充填して乾燥させた後に、焼成することで多孔質の枠体４を準備することができる。
【００５０】
次に、枠体４の下面を下にして外部の作業基板上に置いた状態で、枠体４の温度を１００度以上に上昇させる。そして、枠体４の露出した表面に対して、例えばスプレー法を用いて、例えばシリコーン樹脂を吹き付けて、枠体４の露出していた表面に封止層５を形成
することができる。
【００５１】
そして、基板２の上面の所定個所に発光素子３を実装する。さらに、図６に示すように、枠体４の下面であって、枠体４の内周面４ａと外周面４ｂの間に、例えばシリコーン樹脂から成る接合部材６を浸み込ませる。そして、接合部材６が下面に浸み込んだ枠体４を、基板２の上面の所定個所に位置合わせして接続する。このとき、接合部材６は、枠体４に封止層５を設けていることで、枠体４内から枠体４の内周面４ａまたは外周面４ｂを介して外部に漏洩せずに、枠体４の下面に留まった状態で、基板２と枠体４とを接続することができる。
【００５２】
枠体４の表面に封止層５を設けていることで、接合部材６が基板２の上面や側面、下面に漏れ出さず、基板２の上面や側面や下面に形成されたメタライズパターンが接合部材６によって被覆されることによって生じる電気的な接続不良を抑制できる。また、接合部材６が基板２の上面や内周面４ａに被覆されることによって生じる接合部材６の光吸収を抑制することができる。
【００５３】
そして、基板２上の枠体４の内周面４ａに被着した封止層５によって囲まれた領域に、例えば封止部材８としてのシリコーン樹脂を充填する。このときは、封止層５で囲まれる枠体４内には、封止部材８が浸入していない。その後、例えば１５０℃以上の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させることで、発光素子３を封止部材８で封止することができる。
【００５４】
次に、波長変換部材９を準備する。波長変換部材９は、未硬化の樹脂に蛍光体を混合して、例えばドクターブレード法、ダイコーター法、押し出し法、スピンコート法またはディップ法等のシート成形技術を用いて作製することができる。また、波長変換部材９は、未硬化の波長変換部材９を型枠に充填し、硬化して取り出すことによっても得ることができる。
【００５５】
そして、準備した波長変換部材９を枠体４の段差４ｃ上に位置合わせして、接着部材１１としてのシリコーン樹脂を介して接着する。そして、例えば１５０℃以上であって封止部材８が破壊されない３６０℃以下の温度にシリコーン樹脂を熱して、シリコーン樹脂を硬化させる。このようにして、発光装置１を製造することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 発光装置
２ 基板
３ 発光素子
４ 枠体
４ａ 内周面
４ｂ 外周面
４ｃ 段差
５ 封止層
６ 接合部材
７ 空隙部
８ 封止部材
９ 波長変換部材
１０ 蛍光体
１１ 接着部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む多孔質材料からなる枠体と、
前記枠体の内周面から上面を経て前記枠体の外周面にかけて連続して設けられた透光性の封止層と、
前記枠体の下面であって前記内周面と前記外周面の間に設けられた接合部材と、
前記枠体の内部には、前記封止層と前記接合部材で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であって、
前記接合部材は、前記枠体の内部の一部に浸透していることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光装置であって、
前記封止層の屈折率は、前記接合部材の屈折率よりも大きいことを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光装置であって、
前記基板上であって前記枠体で囲まれる領域には、前記発光素子を覆う封止部材が設けられており、前記封止部材の屈折率は前記封止層の屈折率よりも小さいことを特徴とする発光装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
前記基板上に設けられた、前記発光素子を取り囲む多孔質材料からなる枠体と、
前記枠体の内周面から上面を経て前記枠体の外周面にかけて連続して設けられた透光性の封止層と、
前記枠体の下面であって前記内周面と前記外周面の間に設けられた接合部材と、
前記枠体の内部には、前記封止層と前記接合部材で囲まれる領域に閉じ込められるように設けられた空隙部とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であって、
前記接合部材は、前記枠体の内部の一部に浸透していることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光装置であって、
前記封止層の屈折率は、前記接合部材の屈折率よりも大きいことを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光装置であって、
前記基板上であって前記枠体で囲まれる領域には、前記発光素子を覆う封止部材が設けられており、前記封止部材の屈折率は前記封止層の屈折率よりも小さいことを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０５８０１（Ｐ２０１３−１０５８０１Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７１２８（Ｐ２０１１−２４７１２８）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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