(57)【要約】【課題】発光素子との熱膨張率の差が小さく、ガラス転移点が低く抑えられたガラスによって被覆されたガラス被覆発光素子及びガラス被覆発光装置を提供する。【解決手段】ガラス被覆発光素子は、主表面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の主表面を被覆するＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスとを含み、ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｐ２Ｏ５    ２０〜４５％、ＺｎＯ    ２０〜５０％、ＳｎＯ    ２０〜４０％、から本質的になり、ガラス転移点が２９０℃以上４５０℃以下であり、かつ、熱膨張係数が１０５×１０−７／℃以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前記主表面を被覆するＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスとを含むことを特徴とするガラス被覆発光素子。
【請求項２】
前記Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスのガラス転移点は、４５０℃以下であることを特徴とする請求項１記載のガラス被覆発光素子。
【請求項３】
前記Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスは、
酸化物基準のモル％表示で、
Ｐ２Ｏ５    ２０〜４５％、
ＺｎＯ    ２０〜５０％、
ＳｎＯ    ２０〜４０％、
から本質的になり、ガラス転移点が２９０℃以上であり、かつ、熱膨張係数が１０５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項２記載のガラス被覆発光素子。
【請求項４】
前記ＳｎＯは、２０〜３５％であることを特徴とする請求項３記載のガラス被覆発光素子。
【請求項５】
前記Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスの耐水性試験における重量減少率は、５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のガラス被覆発光素子。
【請求項６】
主表面を有する基板と、
主表面と前記主表面と対向する裏表面とを有し、前記裏表面が前記基板の前記主表面と対向するように前記基板の前記主表面上に設けられる半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前記主表面を被覆するＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスとを含むことを特徴とするガラス被覆発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子、特に、低融点ガラスによって被覆されるガラス被覆光学素子（発光ダイオード）及びガラス被覆発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子を被覆する部材として、ＴｅＯ２を主組成物とするＴｅＯ２系ガラスが提案されている。しかし、被覆部材として用いられるＴｅＯ２系ガラスは、４００ｎｍ以下での透過率が悪く、短波長（３６５〜４０５ｎｍ）用ＬＥＤ（ＵＶ−ＬＥＤ）の封止材としては適していなかった。
【０００３】
なお、短波長用ＬＥＤの封止材として、Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ系のガラスを用いることを記載している文献がある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】国際公開番号  ＷＯ２００４／０８２０３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、ガラスの組成物の含有量が記載されておらず、実施できるほどの開示はない。また、特許文献１のガラスは、その熱膨張係数が１１．４×１０−６／℃であり、発光素子（典型的にはＧａＮ）の積層基板として主に用いられるサファイアの熱膨張係数（約８０×１０−７／℃）との差が大きく、封止材として実用的ではないという問題点がある。さらに、特許文献１のガラスは、組成物としてＳｎを本質的に含有していない。そのため、特許文献1のガラスのガラス転移点は、高くなるという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様のガラス被覆光学素子は、主表面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の主表面を被覆するＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスとを含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一態様のガラス被覆発光装置は、主表面を有する基板と、主表面と主表面と対向する裏表面とを有し裏表面が基板の主表面と対向するように基板の主表面上に設けられる半導体発光素子と、半導体発光素子の主表面を被覆するＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系のガラスとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光素子との熱膨張率の差が小さく、ガラス転移点が低く抑えられたガラスによって被覆されたガラス被覆発光素子及びガラス被覆発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態を、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。図では、対応する部分は、対応する参照符号で示している。下記の実施形態は、一例として示されたもので、本発明の精神から逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。
【００１０】
初めに、図面を用いて、ガラス被覆発光装置について説明する。
【００１１】
図１は、本発明のガラス被覆発光装置の断面図である。本発明のガラス被覆発光装置は、被接着部材である発光素子（例えば、発光ダイオード）１００と、発光素子１００を被覆する被覆部材であるガラス１１０と、発光素子１００が搭載される配線１３０が形成された基板１２０とを有する。
【００１２】
発光素子１００は、基板１０１と、ＬＥＤ１０２と、プラス電極１０３と、マイナス電極１０４とを有する。ＬＥＤ１０２は、波長が３６０〜４８０ｎｍの紫外光又は青色光を放出するＬＥＤであり、ＧａＮにＩｎを添加したＩｎＧａＮを発光層とする量子井戸構造のＬＥＤ（ＩｎＧａＮ系ＬＥＤ）である。基板１０１の熱膨張係数（α）は、７０×１０−７〜９０×１０−７／℃である。通常、基板１０１として熱膨張係数（α）が約８０×１０−７／℃であるサファイア基板が使用される。
【００１３】
次に、本発明の光学素子被覆用ガラスについて説明する。
【００１４】
本発明の光学素子被覆用ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は、好ましくは２９０℃以上、より好ましくは３００℃以上、特に好ましくは３２０℃以上である。なお、ガラス転移点（Ｔｇ）が２９０℃未満では、ＺｎＯの含有が少なくなり、及び／又はＰ２Ｏ５を多く含有することになり、耐水性が悪くなるおそれがある。好ましくは４００℃以下、より好ましくは３６０℃以下である。Ｔｇが高くなると封止温度も高くなる。
【００１５】
本発明の光学素子被覆用ガラスの熱膨張係数（α）は、１０５×１０−７／℃以下、より好ましくは９５×１０−７／℃以下、特に好ましくは９０×１０−７／℃以下である。なお、熱膨張係数（α）は、７０×１０−７／℃未満では、ガラス転移点を上昇させる。好ましくは、７５×１０−７／℃以上である。また、熱膨張係数（α）は、１０５×１０−７／℃超の場合、ガラスを軟化させて発光素子を封止し、室温まで冷却する過程又はそれ以降に、ガラスの発光素子に接する部分を起点とした割れが発生し、光の取り出し効率を低下させる又は発光素子が大気の湿分に晒されるおそれがある。
【００１６】
本発明の光学素子被覆用ガラスの耐水性試験における質量減少率は、好ましくは５０％以下、より好ましくは１％以下、特に好ましくは０％である。なお、光学素子被覆用ガラスの耐水性試験における質量減少率が５０％超では、化学的安定性が悪くなるおそれがある。
【００１７】
以下、本発明のガラス被覆光学素子及びガラス被覆発光装置で用いられるガラス組成をモル％を単に％と表記して説明する。
【００１８】
Ｐ２Ｏ５は、ガラスを安定化させる成分であり、必須である。２０％未満ではガラス化が困難になるおそれがある。好ましくは２０％以上、より好ましくは２５％以上、特に好ましくは２８％以上である。一方、４５％超では、装着部の耐水性が低下するおそれがある。好ましくは４５％以下、より好ましくは３７％以下、特に好ましくは３５％以下である。
【００１９】
ＺｎＯは、耐水性を向上させ、熱膨張係数を低下させる等、ガラスを安定化させる成分であり、必須である。２０％未満では熱膨張係数が大きなりすぎ、ガラス板の熱膨張係数との整合性が得られなくなり、割れやすくなるおそれがある。好ましくは、２０％以上、より好ましくは２５％以上、特に好ましくは３０％以上である。一方、５０％超では失透が析出しやすくなり、さらに軟化点が高くなりすぎる。好ましくは５０％以下、より好ましくは４５％以下、特に好ましくは４２％以下である。
【００２０】
ＳｎＯは、流動性を増す効果があり、２０％未満では軟化点が高くなりすぎ、流動性が悪くなるため、装着部の強度と気密性が低下するおそれがある。好ましくは２０％以上、より好ましくは２２％以上、特に好ましくは２５％以上である。一方、５０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは５０％以下、より好ましくは４０％以下、特に好ましくは３５％以下である。
【００２１】
本発明のガラス被覆光学素子及びガラス被覆発光装置で用いられるガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３，ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、ＴｅＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３等を添加しても良い。なお、本発明のガラスは、ＰｂＯを実質的に含有しないことが好ましい。
【００２２】
基板１２０は、例えば、純度９８．０％〜９９．５％、厚さ０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの矩形のアルミナ基板である。純度９９．０％〜９９．５％、厚さ０．７ｍｍ〜１．０ｍｍの正方形のアルミナ基板が好ましい。なお、基板１２０の表面に形成される配線１３０は、金ペーストにより製造された金配線である。
【実施例】
【００２３】
例１〜例９については、表中のモル％で示される組成となるように、正リン酸水溶液（８５％  Ｈ３ＰＯ４）とＺｎＯ及びＳｎＯ粉末原料を調合して、脱水後に正リン酸がＰ２Ｏ５になった状態で全成分の合計が１００ｇになる量を用意する。次に、前記の粉末原料と約１ｇのサッカロースを混合し、テフロン（登録商標）容器で約２００ｍｌのイオン交換水と混合し、スラリーを作成する。スラリーをテフロン（登録商標）製スターラーで攪拌しながら、正リン酸水溶液を混入する。その際に反応による発熱があるため、水分の突沸が起きないように、注意深くゆっくりと正リン酸水溶液を注ぐ必要がある。続いて、混合物をテフロン（登録商標）シートを引いたステンレス製バットに流しだした後に、換気しながら２００℃で３時間乾燥させ、クッキー状の固形物を得た。
【００２４】
前記固形物を石英製るつぼに入れ、石英製ふたを置き、１１００℃で４０分間溶解した。この際、石英棒で数回攪拌して溶融ガラスを均質化した。均質化した溶融ガラスは、カーボン型に流し出して板状に成形した。この板状のガラスは直ちに３８０℃の別の電気炉に入れその温度に１時間保持後１２時間かけて室温まで冷却した。
【００２５】
ここで、例１〜例８は実施例であり、例９は比較例である。
【００２６】
得られたガラスについて、ガラス転移点Ｔｇ（単位：℃）、熱膨張係数α（単位：１０−７／℃）を以下の測定法によって、測定した。
【００２７】
Ｔｇ：粉末状に加工したサンプル２５０ｍｇを白金パンに充填し、リガク社製Ｔｈｅｒｍｏ  Ｐｌｕｓ  ＴＧ８１１０（商品名）により測定した。
【００２８】
α：直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工したサンプルを、熱膨張計（ブルカーエイエックスエス社製水平示差検出式熱膨張計ＴＤ５０１０）を用いて、１０℃／分の昇温速度で測定した。２５〜２５０℃での膨張係数を２５℃刻みで求め、その平均値をαとした。
【００２９】
耐水性試験（％）：直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工したサンプルを８０℃の温水に３時間浸漬し、重量減少を測定した。
【００３０】
透過スペクトル：両面が鏡面研磨され、大きさが２ｃｍ×２ｃｍ、厚みが１ｍｍと５ｍｍの２枚の板状試料について、日立製作所社製分光光度計Ｕ−３５００（商品名）を用いて波長３００ｎｍから８００ｎｍの光に対する透過率を１ｎｍ刻みで測定する。測定によって得られた厚みが１ｍｍ、５ｍｍの板状試料の透過率をそれぞれＴ１、Ｔ５として、次式によりＴ＠１ｍｍ及びＴ＠１０ｍｍ（単位：％）を算出する。
Ｔ＠１ｍｍ＝１００×ｅｘｐ［（１／４）×ｌｎ（Ｔ５／Ｔ１）］
Ｔ＠１０ｍｍ＝１００×ｅｘｐ［１０×（１／４）×ｌｎ（Ｔ５／Ｔ１）］。
【００３１】
ＵＶ透過の判定：３６５ｎｍでのＴ＠１ｍｍが９０％以上を○とした。
【００３２】
結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2008300536.tif 000003
【００３４】
例３のガラスを厚みが１．５ｍｍ、大きさが３ｍｍ×３ｍｍであるガラス板に加工し、その後その両面を鏡面研磨した。
【００３５】
一方、金の配線パターンを形成したアルミナ基板（厚み：１ｍｍ、大きさ：１４ｍｍ×１４ｍｍ）と豊田合成社製ＬＥＤ（商品名：Ｅ１Ｃ６０−０Ｂ０１１−０３）に接続バンプを形成したものとを用意し、アルミナ基板にこのＬＥＤをフリップチップ実装した。そして、ガラスと基板との界面に発生する気泡を抑制するために、ＬＥＤを実装したアルミナ基板を
電気炉（ＩＲ加熱装置）に入れ、６２０℃で加熱処理をした。昇温速度は３００℃／分、６２０℃での保持時間は２分、降温速度は３００℃／分に設定した。なお、ガラスと基板との界面に発生する気泡は、ガラスを軟化させる場合、ガラスが基板表面に付着している有機汚染物質に反応して発生する。そして、この発生した気泡は、発光素子から発した光を屈折させるので、発光装置の輝度を低下させたり、発光装置の配光分布を変化させるおそれがある。そのため、ガラスでＬＥＤを被覆する前に、ＬＥＤを搭載した基板を加熱し、基板表面に付着している有機汚染物質を減少させ、気泡の発生を抑制している。数々の実験によれば、加熱温度は、６００℃前後が好ましい。また、加熱時間は、ＬＥＤに対する熱の影響を考慮すると、２分間前後が好ましい。
【００３６】
このフリップチップ実装したＬＥＤの上に蛍光体分散ガラス板を載置したものを電気炉に入れ、毎分１００℃の速度で４９０℃まで昇温しその温度に２分間保持し、ガラス板を軟化流動させてＬＥＤを被覆した。その後、毎分１００℃の速度で冷却を行った。
【００３７】
ＬＥＤを被覆しているガラスを目視観察したところその表面付近には泡は認められなかった。
【００３８】
このようにして得られたガラス被覆ＬＥＤ素子に直流電圧を印加したところ、青色の発光が確認できた。発光開始電圧は２．４〜２．６Ｖであり、ベアチップに対するものとほぼ同じであった。このことからＬＥＤ素子発光層に損傷がないことがわかる。
【００３９】
ここで、厚さの異なる２枚のガラスの透過率を測定し、反射補正値を算出して、透過率と厚さの関係を確定することにより、任意の厚さでの内部透過率を見積もった。その結果、波長３６５ｎｍの光に対する厚さ１ｍｍにおける例３のガラスの内部透過率は、９７％である。また、波長３６５ｎｍの光に対する厚さ１０ｎｍにおける例３のガラスの内部透過率は、７４％である。一方、波長３６５ｎｍの光に対する厚さ１ｍｍ及び波長３６５ｎｍの光に対する厚さ１０ｍｍにおける従来のＴｅＯ２系ガラスの内部透過率は７７％及び８％である。このように、本発明のＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系ガラスを用いたガラス被覆光学素子及びガラス被覆発光装置によれば、従来のＴｅＯ２系ガラスを用いたガラス被覆光学素子及びガラス被覆発光装置に比べ、短波長（３６５〜４０５ｎｍ）の光に対する内部透過率が大幅に改善される。よって、本発明のＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−ＳｎＯ系ガラスを用いたガラス被覆光学素子及びガラス被覆発光装置は、ＵＶ−ＬＥＤとして用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の光学素子被覆用ガラスは、液晶パネル用バックライト光源、一般照明や自動車用ヘッドライドなどに用いられるＬＥＤ素子の封止に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のガラス被覆発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００：発光素子
１１０：ガラス
１２０：基板
【図１】
2008300536.tif 000004