(57)【要約】【課題】ガラスの封止部が直方体状に形成された場合であっても、光の取り出し効率の低下を抑制する。【解決手段】ＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２を搭載する素子搭載基板３と、素子搭載基板３上にてＬＥＤ素子２を封止しＬＥＤ素子２から発せられた光を拡散させるジルコニア粒子７が分散されたガラスからなり直方体状に形成されたガラス封止部６と、を備え、ＬＥＤ素子２から出射した光のうちジルコニア粒子７へ入射するものについては、ガラス封止部６内で拡散されてからガラス封止部６の表面に入射するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子を搭載する搭載部と、
前記搭載部上にて前記発光素子を封止し、該発光素子から発せられた光を拡散させる拡散粒子が分散されたガラスからなり、直方体状に形成された封止部と、を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記封止部は、ホットプレス加工により前記搭載部と接合され、
前記拡散粒子は、融点が前記ホットプレス加工時の温度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記拡散粒子は、前記発光素子が発する光の波長に対して１〜９倍の粒径の粒子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記拡散粒子は、白色であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記拡散粒子は、ジルコニア粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記拡散粒子は、アルミナ粒子を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項７】
前記搭載部は、複数の前記発光素子が搭載されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記ガラスは、ボイドを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記ガラスは、前記発光素子から発せられた光により励起されると波長変換光を発する蛍光体を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記封止部は、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系（ＲはＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種）のガラスによって形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置から出射された光を所定方向へ集光する集光光学系と、を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項１２】
前記発光装置は、前記搭載部に放熱パターンが形成され、
前記放熱パターンと接続される放熱体を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の発光装置を製造するにあたり、
粉末状のガラスと粉末状の拡散粒子とを混合し、該拡散粒子が該ガラス内に分散された混合粉末を生成する混合工程と、
前記混合粉末を溶融した後に、該混合粉末を固化して板状の拡散粒子分散ガラスを生成するガラス生成工程と、
前記拡散粒子分散ガラスをホットプレス加工により複数の発光素子が搭載された搭載部に融着し、複数の発光素子が前記搭載部上で前記拡散粒子分散ガラスにより封止された中間体を作製するガラス封止工程と、
前記ガラス封止工程にて作製された中間体をダイサーを用いて分割する分割工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搭載部上の発光素子がガラスにより封止される発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子をエポキシ系、シリコーン系等の透光性樹脂材料やリン酸系等の透光性ガラス材料で封止した発光装置が知られている。ＬＥＤの封止に用いられる樹脂材料とガラス材料を比較すると、ガラス材料の屈折率は樹脂材料に比して高い傾向にあり、封止材の形状が同じであるならば、ガラス材料の方が発光素子からの光取り出し効率が高くなる。
【０００３】
ガラス封止材料を用いた発光装置としては、例えば、特許文献１に記載された発光装置が提案されている。特許文献１では、板ガラスをホットプレス加工により基板に接合し、基板とともにガラスをダイサー等により切断する加工方法が提案されている。この発光装置４０１の加工方法によれば、図１４に示すように、基板４０３上にて発光素子４０２を封止するガラス封止部４０６が、直方体状に形成されることとなる。
【特許文献１】国際公開第０４／０８２０３６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発光装置では、発光素子からの光取り出し効率が高く、かつ、量産性に優れるものの、ガラス封止部４０６が高屈折率かつ直方体状であるので、図１４に示すように、発光素子４０２から出射された光がガラス封止部４０６内に閉じ込められやすくなり、光の取り出し効率が低下するという課題がある。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガラスの封止部が直方体状に形成された場合であっても、光の取り出し効率の低下を抑制することのできる発光装置、光源装置及び発光装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、発光素子と、前記発光素子を搭載する搭載部と、前記搭載部上にて前記発光素子を封止し、該発光素子から発せられた光を拡散させる拡散粒子が分散されたガラスからなり、直方体状に形成された封止部と、を備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
【０００７】
この発光装置によれば、拡散粒子が分散されたガラスにより発光素子が封止されるので、発光素子から出射した光のうち拡散粒子へ入射するものについては、封止部内で拡散されてから封止部の表面に入射する。これにより、封止部が直方体状であっても、拡散粒子が存在しない場合に封止部内に閉じ込められていた光を、封止部から取り出すことができる。また、拡散粒子が封止部内に分散されているので、拡散物質により拡散層を形成している従来のもののように、拡散層の内側に光が閉じ込められてしまうこともない。
【０００８】
また、上記発光装置において、前記封止部は、ホットプレス加工により前記搭載部と接合され、前記拡散粒子は、融点が前記ホットプレス加工時の温度よりも高いことが好ましい。
【０００９】
また、上記発光装置において、前記拡散粒子は、前記発光素子が発する光の波長に対して１〜９倍の粒径の粒子を含むことが好ましい。
【００１０】
また、上記発光装置において、前記拡散粒子は、白色であることが好ましい。
【００１１】
また、上記発光装置において、前記拡散粒子は、ジルコニア粒子を含むことが好ましい。
【００１２】
また、上記発光装置において、前記拡散粒子は、アルミナ粒子を含むことが好ましい。
【００１３】
また、上記発光装置において、前記搭載部は、複数の前記発光素子が搭載されてもよい。
【００１４】
また、上記発光装置において、前記ガラスは、ボイドを有することが好ましい。
【００１５】
また、上記発光装置において、前記ガラスは、前記発光素子から発せられた光により励起されると波長変換光を発する蛍光体を含むことが好ましい。
【００１６】
また、上記発光装置において、前記封止部は、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系（ＲはＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種）のガラスによって形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記目的を達成するため、本発明では、上記発光装置と、前記発光装置から出射された光を所定方向へ集光する集光光学系と、を備えたことを特徴とする光源装置が提供される。
【００１８】
また、上記光源装置において、前記発光装置は、前記搭載部に放熱パターンが形成され、前記放熱パターンと接続される放熱体を備えたことが好ましい。
【００１９】
また、前記目的を達成するため、本発明では、上記発光装置を製造するにあたり、粉末状のガラスと粉末状の拡散粒子とを混合し、該拡散粒子が該ガラス内に分散された混合粉末を生成する混合工程と、前記混合粉末を溶融した後に、該混合粉末を固化して板状の拡散粒子分散ガラスを生成するガラス生成工程と、前記拡散粒子分散ガラスをホットプレス加工により複数の発光素子が搭載された搭載部に融着し、複数の発光素子が前記搭載部上で前記拡散粒子分散ガラスにより封止された中間体を作製するガラス封止工程と、前記ガラス封止工程にて作製された中間体をダイサーを用いて分割する分割工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ガラスの封止部が直方体状に形成された場合であっても、光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１から図６は本発明の第１の実施形態を示し、図１は発光装置の概略縦断面図であり、図２はＬＥＤ素子の模式縦断面図である。
【００２２】
図１に示すように、この発光装置１は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２を搭載する素子搭載基板３と、素子搭載基板３に形成されタングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）で構成される回路パターン４と、ＬＥＤ素子２を封止するとともに素子搭載基板３と接着されジルコニア粒子７を含有するガラス封止部６とを有する。また、ＬＥＤ素子２と素子搭載基板３との間には、ガラスがまわりこまない中空部５が形成されている。本実施形態においては、素子搭載基板３および回路パターン４が、ＬＥＤ素子２を搭載しＬＥＤ素子２へ電力を供給するための搭載部を構成している。
【００２３】
発光素子としてのＬＥＤ素子２は、図２に示すように、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる成長基板２０の表面に、III族窒化物系半導体をエピタキシャル成長させることにより、バッファ層２１と、ｎ型層２２と、ＭＱＷ層２３と、ｐ型層２４とがこの順で形成されている。このＬＥＤ素子２は、７００℃以上でエピタキシャル成長され、その耐熱温度は６００℃以上であり、後述する低融点の熱融着ガラスを用いた封止加工における加工温度に対して安定である。また、ＬＥＤ素子２は、ｐ型層２４の表面に設けられるｐ側電極２５と、ｐ側電極２５上に形成されるｐ側パッド電極２６と、を有するとともに、ｐ型層２４からｎ型層２２にわたって一部をエッチングすることにより露出したｎ型層２２に形成されるｎ側電極２７を有する。ｐ側パッド電極２６とｎ側電極２７には、それぞれＡｕバンプ２８が形成される。
【００２４】
ｐ側電極２５は、例えばロジウム（Ｒｈ）からなり、発光層としてのＭＱＷ層２３から発せられる光を成長基板２０の方向に反射する光反射層として機能する。尚、ｐ側電極２５の材質は適宜変更が可能である。本実施形態においては、ｐ側電極２５上には２点のｐ側パッド電極２６が形成され、各ｐ側パッド電極２６にＡｕバンプ２８が形成される。尚、ｐ側パッド電極２６は例えば３点であってもよく、ｐ側電極２５上に形成するｐ側パッド電極２６の個数は適宜変更が可能である。
【００２５】
ｎ側電極２７は、同一エリアにコンタクト層とパッド層とが形成されている。図２に示すように、ｎ側電極２７は、Ａｌ層２７ａと、このＡｌ層２７ａを覆う薄膜状のＮｉ層２７ｂと、Ｎｉ層２７ｂの表面を覆うＡｕ層２７ｃによって形成されている。尚、ｎ側電極２７の材質は適宜変更が可能である。本実施形態においては、平面視にて、ｎ側電極２７がＬＥＤ素子２の隅部に形成され、ｐ側電極２５がｎ側電極２７の形成領域を除いて、ほぼ全面的に形成されている。
【００２６】
ＬＥＤ素子２は、厚さ１００μｍで３４６μｍ角に形成されており、熱膨張率は７×１０−６／℃である。ここで、ＬＥＤ素子２のＧａＮ層の熱膨張率は５×１０−６／℃であるが、大部分を占めるサファイアからなる成長基板２０の熱膨張率が７×１０−６／℃であるため、ＬＥＤ素子２本体の熱膨張率は成長基板２０の熱膨張率と同等となっている。尚、各図においてはＬＥＤ素子２の各部の構成を明確にするために実寸と異なるサイズで各部を示している。
【００２７】
素子搭載基板３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、厚さ０．２５ｍｍで１．０ｍｍ角に形成されており、熱膨張率αが７×１０−６／℃である。図１に示すように、素子搭載基板３の回路パターン４は、基板表面に形成されてＬＥＤ素子２と電気的に接続される表面パターン４１と、基板裏面に形成されて外部端子と接続可能な裏面パターン４２と、を有している。表面パターン４１は、ＬＥＤ素子２の電極形状に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｕ層４ｃと、を含んでいる。裏面パターン４２は、後述する外部接続端子４４に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｕ層４ｃと、を含んでいる。表面パターン４１と裏面パターン４２は、素子搭載基板３を厚さ方向に貫通するビアホール３ａに設けられＷからなるビアパターン４３により電気的に接続されている。外部接続端子４４はアノード側とカソード側で１つずつ設けられる。各外部接続端子４４は、素子搭載基板３に平面視にて対角に配されている。
【００２８】
ガラス封止部６は、拡散粒子としてジルコニア粒子７が均一に分散されたＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスからなる。尚、ガラスの組成はこれに限定されるものではなく、例えば、熱融着ガラスは、Ｌｉ２Ｏを含有していなくてもよいし、任意成分としてＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を含んでいてもよい。図１に示すように、ガラス封止部６は、素子搭載基板３上に直方体状に形成され、厚さが０．５ｍｍとなっている。ガラス封止部６の側面６ａは、ホットプレス加工によって素子搭載基板３と接着された板ガラスが、素子搭載基板３とともにダイサー(dicer)でカットされることにより形成される。また、ガラス封止部６の上面６ｂは、ホットプレス加工によって素子搭載基板３と接着された板ガラスの一面である。この熱融着ガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４９０℃で、屈伏点（Ａｔ）が５２０℃であり、ＬＥＤ素子２のエピタキシャル成長層の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が十分に低くなっている。本実施形態においては、エピタキシャル成長層の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２００℃以上低くなっている。また、熱融着ガラスの１００℃〜３００℃における熱膨張率（α）は６×１０−６／℃である。熱膨張率（α）は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を超えるとこれより大きな数値となる。これにより、熱融着ガラスは約６００℃で素子搭載基板３と接着し、ホットプレス加工が可能となっている。また、ガラス封止部６の熱融着ガラスの屈折率は１．７である。
【００２９】
尚、熱融着ガラスの組成は、ガラス転移温度（Ｔｇ）がＬＥＤ素子２の耐熱温度よりも低く、熱膨張率（α）が素子搭載基板３と同等であれば任意である。ガラス転移温度が比較的低く、熱膨張率が比較的小さいガラスとしては、例えば、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ等のＩ族の元素から選ばれる少なくとも１種）のガラス、リン酸系のガラス及び鉛ガラスが挙げられる。これらのガラスでは、ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｒ２Ｏ系のガラスが、リン酸系のガラスに比して耐湿性が良好で、鉛ガラスのように環境的な問題が生じることがないので好適である。
【００３０】
ここで、熱融着ガラスとは加熱により溶融状態又は軟化状態として成形したガラスであり、ゾルゲル法により成形されるガラスと異なる。ゾルゲルガラスでは成形時の体積変化が大きいのでクラックが生じやすくガラスによる厚膜を形成することが困難であるところ、熱融着ガラスはこの問題点を回避することができる。また、ゾルゲルガラスでは細孔を生じるので気密性を損なうことがあるが、熱融着ガラスはこの問題点を生じることもなく、ＬＥＤ素子２の封止を的確に行うことができる。
【００３１】
また、熱融着ガラスは、一般に、樹脂において高粘度といわれるレベルより、桁違いに高い粘度で加工される。さらに、ガラスの場合には、屈伏点を数十℃超えても粘度が一般の樹脂封止レベルまで低くはならない。また、一般の樹脂成型時レベルの粘度にしようとすると、ＬＥＤ素子の結晶成長温度を超える温度を要するもの、あるいは金型に付着するものとなり、封止・成形加工が困難になる。このため、１０４ポアズ以上で加工することが好ましい。
【００３２】
ジルコニア粒子７は、白色を呈し、ＭＱＷ層２３から発せられる光を拡散する。ジルコニア粒子７は、融点が２７００℃でありガラス加工時の温度よりも高くなっている。具体的にジルコニア粒子７は、平均粒径が２μｍであり、ガラス封止部６内における濃度は２ｐｐｍとなっている。ジルコニア粒子７の平均粒径を０．２〜１０μｍとすると、重量比に対して散乱度合いを大きくでき、ガラスが脆くなるなどの物性影響を抑えて散乱による光取り出し効果を得ることができ好ましい。また、ジルコニア粒子７の平均粒径を、青色光の波長の１倍から数倍の範囲となる０．５〜４μｍとすることが、ミー散乱(波長のオーダーの粒子による散乱)を生じさせることができ、さらに好ましい。このミー散乱を生じさせる条件を、平均粒径及び粒度分布と独立して考えると、ジルコニア粒子７が青色光の波長の１倍から９倍の粒径の粒子を含んでいる必要がある。さらに、ジルコニア粒子７の平均粒径を０．５〜４μｍとして濃度を２０ｐｐｍ以下とすると、ガラスの物性影響を抑え、かつ、散乱度合いが大きすぎることによる光取り出しの低下が生じなくなる。尚、このオーダーの大きさの粒子であれば、ガラス中に含有される粒子が微量で測定困難なほどの濃度であっても、十分な散乱効果を得ることができる。
【００３３】
この発光装置１の製造方法について、図３の工程説明図を参照しながら、以下に説明する。
まず、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスを粉砕して、平均粒径が３０μｍのガラスの粉末体を生成する。これに、平均粒径が２μｍのジルコニア粒子７を混合し、ジルコニア粒子７がガラスの粉末内に均一に分散された混合粉末１０を生成する（混合工程）。このとき、熱融着ガラスの粉砕時にボールミルを用いるのであれば、ポットとボールの少なくとも一方にジルコニアを用い、ガラス粉砕時に自動的にジルコニア粒子７が混合されるようにして、ジルコニア粒子７を混合させる手間を省くことも可能である。また、混合粉末１０中にてジルコニア粒子７が過多となった場合、過多分を分級して除去することにより、ジルコニア粒子７の量を調整してもよい。
【００３４】
図４は分散ガラスの加工状態を示す説明図であり、（ａ）は混合粉末から拡散粒子分散ガラスを生成する加工装置を示し、（ｂ）は混合粉末から生成された拡散粒子分散ガラスを示し、（ｃ）は得られた拡散粒子分散ガラスをスライスした状態を示している。
【００３５】
混合工程にて生成された混合粉末１０を荷重を加えながら溶融した後に、この混合粉末１０を固化して拡散粒子分散ガラス１１を生成する（ガラス生成工程）。具体的には、図４（ａ）に示すように、下台８０の平坦な上面８０ａに、下台８０上の所定領域を包囲する筒状の側面枠８１を設けて、上方を開口した凹部８２を形成する。凹部８２は上下にわたって同じ断面であり、凹部８２の断面形状に対応して形成された荷重治具８３の下部８３ａが、凹部８２内で上下に移動可能となっている。この凹部８２に混合粉末１０を入れた後、凹部８２内を加圧する荷重治具８３をセットする。そして、雰囲気空気を、７．６Ｔｏｒｒに減圧するとともに６５０℃に加熱し、荷重治具８３を利用して２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力を混合粉末１０に加えて溶解する。ここで、ジルコニア粒子７は、融点が２７００℃であるのでガラス中に溶解し難い。
【００３６】
この後、溶解した混合粉末１０を冷却して固化することにより、図４（ｂ）に示すようなジルコニア粒子７が分散された拡散粒子分散ガラス１１を得ることができる。生成された拡散粒子分散ガラス１１は、図４（ｃ）に示すように、ガラス封止部６の厚さに対応するようスライスされて板状に加工される（板状加工工程）。本実施形態においては、ガラス封止部６の厚さは０．５ｍｍである。
【００３７】
一方、拡散粒子分散ガラス１１とは別個に、ビアホール３ａが形成された素子搭載基板３を用意し、素子搭載基板３の表面に回路パターンに応じてＷペーストをスクリーン印刷する。次いで、Ｗペーストを印刷された素子搭載基板３を１０００℃余で熱処理することによりＷを素子搭載基板３に焼き付け、さらに、Ｗ上にＮｉめっき、Ａｕめっきを施すことで回路パターン４を形成する（パターン形成工程）。
【００３８】
次に、素子搭載基板３の回路パターン４の表面パターン４１に複数のＬＥＤ素子２を各Ａｕバンプ２８によって電気的に接合する（素子実装工程）。本実施形態においては、ｐ側２点、ｎ側１点の合計３点のバンプ接合が施される。
【００３９】
そして、各ＬＥＤ素子２を実装した素子搭載基板３を下金型９１、板状の拡散粒子分散ガラス１１を上金型９２にセットする。下金型９１及び上金型９２にはそれぞれヒータが配置され、各金型９１，９２で独立して温度調整される。次いで、図５に示すように、略平坦な素子搭載基板３の実装面に拡散粒子分散ガラス１１を重ねて、下金型９１及び上金型９２を加圧し、窒素雰囲気中でホットプレス加工を行う。これにより、ＬＥＤ素子２が搭載された素子搭載基板３に拡散粒子分散ガラス１１が融着され、ＬＥＤ素子２は素子搭載基板３上で拡散粒子分散ガラス１１により封止される（ガラス封止工程）。ここで、図５は、ホットプレス加工の状態を示す模式説明図である。本実施形態においては、加圧圧力を２０〜４０ｋｇｆ／ｃｍ２程度として加工を行った。ここで、ホットプレス加工は、各部材に対して不活性な雰囲気中で行えばよく、窒素雰囲気の他に例えば真空中で行うようにしてもよい。
【００４０】
これにより、拡散粒子分散ガラス３０は素子搭載基板３とこれらに含まれる酸化物を介して接着される。ここで、ホットプレス加工での熱融着ガラスの粘度は１０５〜１０７ポアズとすることが好ましい。この粘度範囲とすることにより、粘度が低いことに起因するガラスの上金型９２へ接合、ガラスの外部流出等を抑制して歩留まりを良好にすることができるとともに、粘度が高いことに起因するガラスの素子搭載基板３への接合力低下、各Ａｕバンプ２８のつぶれ量の増大等を抑制することができる。
【００４１】
また、素子搭載基板３は多結晶アルミナで表面が粗面状に形成されており、ガラス封止部６側の接合部の界面が素子搭載基板３の表面に沿って粗面状に形成される。これは、例えば、ホットプレス加工時に圧力を加えるとともに、大気圧より低い減圧雰囲気で加工を行うことにより実現される。ここで、粗面化された多結晶アルミナの凹みにガラスが十分入り込む状態であれば、ホットプレス加工時の圧力条件や雰囲気の減圧条件は任意であり、例えば、ホットプレス時の加圧と雰囲気の減圧についていずれか一方だけ行って加工するようにしてもよいことは勿論である。この結果、ガラス封止部６と素子搭載基板３との間に隙間のない状態となり、ガラス封止部６と素子搭載基板３との接合強度を担保することができる。
【００４２】
ここで、ホットプレス加工のサイクルタイムを短縮するために、プレス前に予熱ステージを設けてガラス封止部６を予め加熱したり、プレス後に徐冷ステージを設けてガラス封止部６の冷却速度を制御するようにしてもよい。また、予熱ステージ及び徐冷ステージにおいてプレスすることも可能であり、ホットプレス加工時の工程は適宜に変更可能である。
【００４３】
以上の工程で、複数の発光装置１が横方向に連結された状態の図５に示すような中間体１２が作製される。この後、ガラス封止部６と一体化された素子搭載基板３をダイサー(dicer)にセットして、各ＬＥＤ素子２を分割するようダイシングして発光装置１が完成する（分割工程）。ガラス封止部６及び素子搭載基板３がともにダイサーによりカットされることで、素子搭載基板３及びガラス封止部６の側面が面一となる。
【００４４】
以上のように構成された発光装置１では、回路パターン４を通じてＬＥＤ素子２に電圧が印加されると、ＬＥＤ素子２から青色光が発せられる。図６は、ＬＥＤ素子から発せられる光の経路の一例を示す説明図である。この発光装置１によれば、ジルコニア粒子７が分散されたガラスによりＬＥＤ素子２が封止されるので、図６に示すように、ＬＥＤ素子２から出射した光のうちジルコニア粒子７へ入射するものについては、ガラス封止部６内で拡散されてからガラス封止部６の表面に入射する。これにより、ジルコニア粒子７が存在しない場合にガラス封止部６内に閉じ込められていた光を、ガラス封止部６から取り出すことができる。具体的に、ガラス封止部６が立方体形状でジルコニア粒子７が存在しない場合は７０％程度であった光取り出し効率が、ジルコニア粒子７により９０％程度にまで向上する。従って、ガラスを用いてＬＥＤ素子２の封止部の劣化を防止するとともに、ガラス封止部６が直方体状に形成された場合であっても、光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００４５】
また、ジルコニア粒子７の融点がホットプレス加工時の温度より低いので、ガラス封止部６の加工時にジルコニア粒子７がガラスに溶解することはなく、粒子の状態で安定的にガラス封止部６に残存させることができる。また、ジルコニア粒子７は白色であるので、ＬＥＤ素子２の光を吸収するようなこともない。
【００４６】
また、本実施形態においては、荷重を加えながら混合粉末１０を溶解するようにしたので、荷重を加えない場合よりも低い温度で粉末を溶解させることができる。また、屈伏点（Ａｔ）付近での加工が可能であるため、不安定なＺｎＯ系のガラスを用いても安定的に結晶化を生じさせないものとすることができる。尚、荷重を加えずにガラス溶解を行ってもジルコニア粒子７を均一に分散させることができるし、プレス機を用いて５０ｋｇｆ／ｃｍ２といった圧力を加えてガラスの溶解を行うようにしてもよい。尚、減圧雰囲気の程度、加圧の程度は、ガラスの特性に応じて適宜に設定することができる。また、雰囲気の減圧とガラスに対する加圧については必ずしも両方を行う必要はなく、減圧雰囲気と加圧のいずれか一方の条件下でガラスを溶解するようにしてもよいことは勿論である。
【００４７】
また、ガラス封止部６としてＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスを用いたので、ガラス封止部６の安定性及び耐候性を良好とすることができる。従って、発光装置１が過酷な環境下等で長期間にわたって使用される場合であっても、ガラス封止部６の劣化が抑制され、光取り出し効率の経時的な低下を効果的に抑制することができる。さらに、ガラス封止部６が高屈折率でかつ高透過率特性のため、高信頼性と高発光効率の両立を実現できる。
【００４８】
また、ガラス封止部６として屈伏点（Ａｔ）がＬＥＤ素子２の半導体層のエピタキシャル成長温度より低いガラスを用いたので、ホットプレス時にＬＥＤ素子２が熱的なダメージにより損なわれることがなく、半導体層の結晶成長温度に対して充分に低い加工が可能である。
【００４９】
また、素子搭載基板３とガラス封止部６とが酸化物を介した化学結合に基づいて接着するので、より強固な封着強度が得られる。そのため、接合面積が小さい小形パッケージであっても具現化できる。
【００５０】
さらに、素子搭載基板３とガラス封止部６の熱膨張率が同等であるので、高温で接着された後、常温あるいは低温状態としても剥離、クラック等の接着不良が生じにくい。さらに、一般にガラスはＴｇ点以上の温度において熱膨張率が増大する特性を有しており、Ｔｇ点以上の温度でガラス封止が行われる場合には、Ｔｇ点以下だけでなくＴｇ点以上の温度における熱膨張率も考慮することが安定したガラス封止を行うにあたり望ましい。すなわち、ガラス封止部６を構成するガラス材料は、上記したＴｇ点以上の温度における熱膨張率を含む熱膨張率と、素子搭載基板３の熱膨張率とを考慮した同等の熱膨張率とすることで、素子搭載基板３に反りを発生させる内部応力を小にでき、素子搭載基板３とガラス封止部６との接着性が得られているにもかかわらずガラスのせん断破壊が生じることを防ぐことができる。従って、素子搭載基板３やガラス封止部６のサイズを大きくとり、一括生産できる数量を大にすることができる。また、発明者の確認では、−４０℃←→１００℃の液相冷熱衝撃試験１０００サイクルでも剥離、クラックは生じていない。さらに、５ｍｍ×５ｍｍサイズのガラス片のセラミック基板への接合基礎確認として、ガラス、セラミック基板とも種々の熱膨張率の組み合わせで実験を行ったところ、熱膨張率が高い方の部材に対する低い方の部材の熱膨張率の比が０．８５以上ではクラックを生じることなく接合が行えることを確認した。部材の剛性やサイズ等にも依存するが、熱膨張率が同等というのは、この程度の範囲を示す。
【００５１】
ＬＥＤ素子２は、フリップ実装することによりワイヤを不要とできるので、高粘度状態での加工に対しても電極の不具合を生じない。封止加工時の熱融着ガラスの粘度は１０４から１０８ポアズと硬く、熱硬化処理前のエポキシ樹脂が５ポアズ程度の液状であることと比較して物性が大きく異なる。この結果、素子表面の電極とリード等の給電部材とをワイヤで電気的に接続するフェイスアップ型のＬＥＤ素子を封止する場合、ガラス封止加工時にワイヤの潰れや変形を生じることがあるが、これを防ぐことができる。また、素子表面の電極を金（Ａｕ）等のバンプを介してリード等の給電部材にフリップ実装するフリップチップ型のＬＥＤ素子を封止する場合、ガラスの粘度に基づいてＬＥＤ素子に給電部材方向への圧力が付加されバンプの潰れやバンプ間での短絡が生じることがあるが、これも防ぐことができる。
【００５２】
素子搭載基板３の表面パターン４１は、ビアパターン４３により裏面パターン４２に引き出されるので、ガラスが不必要な箇所へ入り込むことや、電気端子が覆われること等への特別な対策を要することなく、製造工程を簡略化できる。また、板状の拡散粒子分散ガラス１１を複数のＬＥＤ素子２に対して一括封止加工できるので、ダイサーカットにより複数の発光装置１を容易に量産することができる。なお、熱融着ガラスは高粘度状態で加工されるため、樹脂のように封止材料の流れ出しに対して充分な対策をとる必要はなく、ビアホールによらなくても外部端子が裏面に引き出されていれば充分に量産対応可能である。
【００５３】
また、ＬＥＤ素子２をフリップ実装とすることで、ガラス封止を具現化するにあたっての問題点を克服するとともに０．５ｍｍ角といった超小型の発光装置１を具現化できるという効果もある。これは、ワイヤのボンディングスペースが不要で、かつ、熱膨張率部材が同等のガラス封止部６と素子搭載基板３とが選択されるとともに、化学結合に基づく強固な接合によって、わずかなスペースでの接着でも界面剥離が生じないことによる。
【００５４】
さらに、ＬＥＤ素子２とガラス封止部６の熱膨張率が同等であるので、素子搭載基板３を含めた部材の熱膨張率が同等となり、ガラス封止における高温加工と常温との温度差においても内部応力は極めて小さく、クラックを生じることのない安定した加工性が得られる。また、内部応力を小にできるので、耐衝撃性が向上し、信頼性に優れるガラス封止型ＬＥＤとできる。
【００５５】
さらにまた、アルミナからなる素子搭載基板３を用いることで、部材コストの低減を図れるとともに入手が容易であることから、量産性および装置コストの低減を実現できる。また、Ａｌ２Ｏ３が熱伝導性に優れているので、大光量化、高出力化に対して余裕のある構成とできる。さらに素子搭載基板３は光吸収が小さいことにより、光学的に有利である。
【００５６】
尚、第１の実施形態では、ＬＥＤ素子２としてＧａＮ系半導体材料からなるものを用いた発光装置１を説明したが、ＬＥＤ素子はＧａＮ系のＬＥＤ素子２に限定されず、例えばＺｎＳｅ系やＳｉＣ系のように他の半導体材料からなる発光素子であってもよい。
【００５７】
また、ＬＥＤ素子２は、スクライブ加工に基づいて形成したものを使用することができる。この場合、スクライブ加工により形成されたＬＥＤ素子２は、切断部である側面に尖った凹凸を有することがあり、ＬＥＤ素子２の側面を素子コート材でコーティングすることが望ましい。この素子コート材として、例えば、光透過性を有するＳｉＯ２系コート材を用いることができる。素子コート材を用いることにより、オーバーモールドに際してのクラック発生を防止することができる。
【００５８】
また、前記実施形態のガラス封止部６は耐候性に優れているものの、装置の使用条件等によって結露が生じた場合には、ガラス封止部６が変質するおそれがある。これに対しては、結露が生じない装置構成とすることが望ましいが、ガラス封止部６の表面にシリコン樹脂コートなどを施すことで、高温状態での結露によるガラスの変質を防止することもできる。さらに、ガラス封止部６の表面に施すコーティング材としては、耐湿だけでなく、耐酸、耐アルカリ性を有するものとして、例えばＳｉＯ２系、Ａｌ２Ｏ３系等のような無機材料が好ましい。
【００５９】
また、ガラス封止部６に蛍光体８を含有させてもよい。図７は第１の実施形態の変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。図７に示す発光装置１０１は、蛍光体８を含有する点を除いては第１の実施形態と同様の構成となっている。蛍光体８は、ＭＱＷ層２３から発せられる青色光により励起されると、黄色領域にピーク波長を有する黄色光を発する黄色蛍光体である。本実施形態においては、蛍光体８としてＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体が用いられる。蛍光体８は、平均粒径は１０μｍであり、ガラス封止部６内に２．２重量％含有されている。尚、蛍光体８は、珪酸塩蛍光体や、ＹＡＧと珪酸塩蛍光体を所定の割合で混合したもの等であってもよい。
【００６０】
この発光装置１０１によれば、ＬＥＤ素子２から発せられた青色光の一部はガラス封止部６内の蛍光体８により黄色光に変換され、他部は蛍光体８により波長変換されることなくガラス封止部６から外部へ放出される。尚、蛍光体８は、粒径が小さすぎると光吸収効率が悪化するため、ＬＥＤ素子２が発する光の波長の１０倍以上の粒径とする必要がある。そして、蛍光体８の平均粒径は１０μｍ程度が好ましく、ジルコニア粒子７よりも粒径を大きくする必要がある。これにより、ガラス封止部６から放射される光は、黄色領域と青色領域とにピーク波長を有することとなり、この結果、装置外部へは白色光が放射される。ここで、ガラス封止部６内ではジルコニア粒子７により光が拡散されるので、蛍光体８による光の波長変換効率が向上する。また、ガラス封止部６内に均一に蛍光体８が分散されていることから、ＬＥＤ素子２から発せられる光を、放射される角度によらず均一に波長変換することができ、外部へ放射される光に色むらが生じることはない。
【００６１】
さらに、ガラス中にジルコニア粒子７を分散させない場合と比べると、ガラス封止部６における蛍光体８の含有量を低減させたとしても、ジルコニア粒子７による光の拡散作用により、同様の色度を実現することができる。従って、蛍光体８の含有量を低減して、コストの低減を図るとともに、蛍光体８に起因してガラスが脆くなることを抑制しつつ、発光装置１０１に青色と黄色の配光を備えさせることができる。
【００６２】
この発光装置１０１によっても、ジルコニア粒子７が存在しない場合にガラス封止部６内に閉じ込められていた光を、ガラス封止部６から取り出すことができる。従って、ガラスを用いてＬＥＤ素子２の封止部の劣化を防止するとともに、ガラス封止部６が直方体状に形成された場合であっても、光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００６３】
図８及び図９は本発明の第２の実施形態を示し、図８は発光装置の概略縦断面図、図９は素子搭載基板上の回路パターンの形成状態を示す発光装置の上面図である。尚、以下の説明においては、既述した要素と同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００６４】
図８に示すように、この発光装置２０１は、フリップチップ型の複数のＧａＮ系のＬＥＤ素子２と、複数のＬＥＤ素子２をマウントする多層構造の素子搭載基板２０３と、を有している。また、発光装置２０１は、素子搭載基板２０３の両面及び層内に、表面パターン２４１、裏面パターン２４２及びビアパターン２４３からなる回路パターン２０４を有している。また、各ＬＥＤ素子２と素子搭載基板２０３との間には、ガラスがまわりこまない中空部２０５が形成されている。表面パターン２４１及び裏面パターン２４２は、素子搭載基板２０３の表面に形成されるＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面にめっきを施すことにより形成されるＮｉ層４ｂ及びＡｕ層４ｃと、を含んでいる。また、素子搭載基板２０３の実装面と反対側の面には、各ＬＥＤ素子２にて生じた熱を外部へ放散する放熱パターン２４５が形成されている。放熱パターン２４５は、裏面パターン２４２と同工程にて形成され、Ｗ層４ａを含んでいる。また、発光装置２０１は、各ＬＥＤ素子２を封止するとともに素子搭載基板２０３と接着され蛍光体８を含有するガラス封止部２０６を有している。
【００６５】
図９に示すように、青色光を発する各ＬＥＤ素子２は縦横について３個×３個の配列で並べられ、合計９個のＬＥＤ素子２が１つの素子搭載基板２０３に実装されている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子２は、互いの縦横間の距離が６００μｍであり、ｐ側電極２５がＩＴＯ(Indium Tin Oxide)により構成されている。また、ＬＥＤ素子２は、厚さ１００μｍで３４０μｍ角に形成されており、熱膨張率は７×１０−６／℃である。
【００６６】
素子搭載基板２０３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、厚さが０．２５ｍｍで、熱膨張率αが７×１０−６／℃である。また、素子搭載基板２０３は、平面視にて１辺が２．５ｍｍの正方形状に形成されている。そして、各ＬＥＤ素子２は、回路パターン２０４により電気的に直列に接続されている。回路パターン２０４の裏面パターン２４２は、対角のＬＥＤ素子２の近傍の角部（図９において右上と左下）に配置された２つの外部接続端子２４４を有し、各外部接続端子２４４に電圧を印加することにより、９つのＬＥＤ素子２を発光させることができる。尚、回路パターン２０４の表面パターン２４１は、幅が０．１ｍｍの細線パターンとなっている。
【００６７】
ガラス封止部２０６は、ジルコニア粒子７及び蛍光体８が分散されたＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスからなる。このガラス封止部２０６も、第１の実施形態と同様に、拡散粒子及び蛍光体とガラスとの混合粉末から生成された板状の拡散粒子分散ガラスをホットプレス加工により素子搭載基板２０３に接合することで形成される。図８に示すように、ガラス封止部２０６は、素子搭載基板２０３上に直方体状に形成され、厚さが１．２ｍｍとなっている。ガラス封止部２０６の側面２０６ａは、ホットプレス加工によって素子搭載基板２０３と接着された板ガラスが、素子搭載基板２０３とともにダイサー(dicer)でカットされることにより形成される。また、ガラス封止部２０６の上面２０６ｂは、ホットプレス加工によって素子搭載基板２０３と接着された板ガラスの一面である。この熱融着ガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４９０℃で、屈伏点（Ａｔ）が５２０℃であり、ＬＥＤ素子２のエピタキシャル成長層の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が十分に低くなっている。本実施形態においては、エピタキシャル成長層の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２００℃以上低くなっている。また、熱融着ガラスの１００℃〜３００℃における熱膨張率（α）は６×１０−６／℃である。ここで、熱膨張率（α）は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を超えるとこれより大きな数値となる。これにより、約６００℃で素子搭載基板２０３と接着し、ホットプレス加工が可能となっている。また、ガラス封止部２０６の熱融着ガラスの屈折率は１．７である。
【００６８】
以上のように構成された発光装置２０１では、ＬＥＤ素子２を複数個用いているので、ＬＥＤ素子２を１個用いる場合よりも、ガラス封止部２０６の幅寸法が大きくなる。これにより、複数のＬＥＤ素子２を搭載する場合、ジルコニア粒子７が存在しないと、ガラス封止部２０６内に閉じ込められる光量が大きくなっていた。しかし、この発光装置２０１によれば、ガラス封止部２０６にジルコニア粒子７が分散されているので、各ＬＥＤ素子２から出射した光のうちジルコニア粒子７へ入射するものについては、ガラス封止部２０６内で拡散されてからガラス封止部２０６の表面に入射する。
【００６９】
この結果、この発光装置２０１によっても、ジルコニア粒子７が存在しない場合にガラス封止部６内に閉じ込められていた光を、ガラス封止部６から取り出すことができる。従って、ガラスを用いてＬＥＤ素子２の封止部の劣化を防止するとともに、ガラス封止部６が直方体状に形成され、幅寸法が大きくなる場合であっても、光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００７０】
また、ガラス封止部２０６の幅寸法が大きくなると、ガラス封止部２０６内における光の経路差が大きくなる。これにより、光の経路によって蛍光体８による波長変換効率の差が大きくなり、ガラス封止部２０６から取り出される光に色むらが生じやすくなる。しかし、この発光装置２０１では、ガラス封止部６内ではジルコニア粒子７により光が拡散されるので、光の経路差を小さくすることができ、ガラス封止部２０６から取り出される光の色むらを低減することができる。また、ガラス封止部２０６内に均一に蛍光体８が分散されていることから、ＬＥＤ素子２から発せられる光を、放射される角度によらず均一に波長変換することができ、これによっても外部へ放射される光の色むらが低減される。さらに、ジルコニア粒子７によりガラス封止部２０６内の光が拡散されるので、蛍光体８による光の波長変換効率が向上する。さらにまた、複数のＬＥＤ素子２を備え、各ＬＥＤ素子２から外部へ放出される光に輝度むらが生じやすいところ、ジルコニア粒子７の拡散作用により各ＬＥＤ素子２間の輝度むらの低減を図ることができる。
【００７１】
また、複数のＬＥＤ素子２を密集させて１つの素子搭載基板２０３に実装する構成であっても、ＬＥＤ素子２とガラス封止部２０６の熱膨張率が同等であるので、クラックを生じることなく信頼性に優れている。また、ガラス封止部２０６と素子搭載基板２０３についても同等の熱膨張率で形成されることにより、ガラス接着強度にも優れている。
【００７２】
また、Ａｌ２Ｏ３からなる素子搭載基板２０３を用いることにより、発熱量の大なるＧａＮ系のＬＥＤ素子２を密集させて実装する構成としても安定した放熱性が得られる。さらに、素子搭載基板２０３の裏面側に放熱パターン２４５を設けることで、密集して実装された９個のＬＥＤ素子２を発光させることに基づいて生じる熱を、放熱パターン２４５を通じてヒートシンク等へ速やかに熱伝導させることが可能になる。
【００７３】
尚、第２の実施形態においては、表層がＡｕ層４ｃである回路パターン２０４により各ＬＥＤ素子２を電気的に接続するものを示したが、例えば、図１０に示すように、回路パターン２０４により素子搭載基板２０３の搭載面の大部分を覆うようにしてもよい。この場合、回路パターン２０４の表層をＡｇとすることが好ましい。図１０では、素子搭載基板２０３の外縁部分と、回路パターン２０４における絶縁部分と、を除いて、回路パターン１０４により覆われている。図１０においては、素子搭載基板２０３の表面の９０％が回路パターン２０４により覆われている。このように、素子搭載基板２０３の搭載面の大部分が銀で覆われる構成とすると、ＬＥＤ素子２から放出された光を回路パターン２０４にて効率よく反射させることができる。ここで、銀の反射率は３７０ｎｍ以上の波長の光について９０％以上であるので、ＬＥＤ素子２を３７０〜４１０ｎｍの波長の光を発するものとしても、ＬＥＤ素子２から発せられる紫外光を有効に利用することができる。このとき、蛍光体８を青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体とすることが好ましい。
【００７４】
また、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系の熱融着ガラスのＺｎＯ組成の一部をＢｉ２Ｏ３とし、熱融着ガラスの屈折率をさらに高くしてもよい。熱融着ガラスの屈折率は、１．８であることが好ましい。そして、屈折率が１．８の熱融着ガラスを用いる場合、基板の屈折率（ｎｄ）が１．８以上である発光素子を用いることが、発光素子からの光の取り出し効率を向上させて発光効率の向上を図ることができ好ましい。基板の屈折率が１．８以上である発光素子としては、例えば、Ｇａ２Ｏ３基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板等の上にＧａＮ系半導体が形成された発光素子がある。
【００７５】
また、第１及び第２の実施形態では、拡散粒子としてジルコニア粒子７を用いたものを示したが、例えばアルミナ粒子、シリカ粒子等を用いても拡散作用を得ることができる。このように拡散粒子の材質は任意であるが、光の透過性の観点からは白色の材質が好ましく、ガラス加工時の安定性の観点からは融点が加工時の温度より高いことが好ましい。
【００７６】
また、拡散粒子に加えて、ガラス封止部６，２０６が内部に微細なボイドを有するようにして、ボイドによっても拡散作用を得るようにしてもよい。尚、ガラス封止部６，２０６内に拡散粒子を分散させず、ボイドのみによっても拡散作用を得ることができる。ガラス封止部６，２０６内のボイドは、直径を０．２μｍ〜１０μｍとすると、ガラスが脆くなるなどの物性影響を抑えて散乱による光取り出す効果を得ることができ好ましい。また、直径を、青色光の波長の１倍から数倍の範囲となる０．５〜４μｍとすることが、ミー散乱(波長のオーダーの粒子による散乱)を生じさせることができ、さらに好ましい。
【００７７】
また、第１から第２の実施形態においては、蛍光体とガラスの混合粉末から板状の蛍光体分散ガラスを生成し、このガラスがホットプレス加工により素子搭載基板と接合される発光装置を示したが、混合粉末を生成する混合工程の後に、混合粉末を減圧高温雰囲気にて素子搭載基板上で溶融固化して拡散粒子分散ガラスとし、素子搭載基板に融着された拡散粒子分散ガラスにより各ＬＥＤ素子を封止するようにしてもよい。この場合、前述のボイドをガラス内に形成しやすくなるという利点がある。
【００７８】
また、第１及び第２の実施形態においては、素子搭載基板がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなるものを示したが、アルミナ以外のセラミックから構成するようにしてもよい。アルミナより熱伝導性に優れる高熱伝導性材料からなるセラミック基板として、例えば、ＢｅＯ（熱膨張率α：７．６×１０−６／℃、熱伝導率：２５０Ｗ／（ｍ・ｋ））を用いても良い。このＢｅＯからなる基板においても拡散粒子分散ガラスにより良好な封止性を得ることができる。
【００７９】
さらに、他の高熱伝導性基板として、例えばＷ−Ｃｕ基板を用いても良い。Ｗ−Ｃｕ基板としては、Ｗ９０−Ｃｕ１０基板（熱膨張率α：６．５×１０−６／℃、熱伝導率：１８０Ｗ／（ｍ・ｋ））、Ｗ８５−Ｃｕ１５基板（熱膨張率α：７．２×１０−６／℃、熱伝導率：１９０Ｗ／（ｍ・ｋ））を用いることにより、ガラス封止部との良好な接合強度を確保しながら高い熱伝導性を付与することができ、ＬＥＤの大光量化、高出力化に余裕をもって対応することが可能になる。
【００８０】
また、第１及び第２の実施形態においては、発光素子としてＬＥＤ素子を用いた発光装置を説明したが、発光素子はＬＥＤ素子に限定されるものではないし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００８１】
図１１から図１３は、本発明の第３の実施形態を示し、図１１は光源装置の上面図、図１２は図１１のＡ−Ａ断面図、図１３は図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【００８２】
図１１に示すように、この光源装置３０１は、第２の実施形態の発光装置２０１と、発光装置２０１が搭載される放熱体３０３と、を有している。放熱体３０３には、発光装置２０１の放熱パターン２４５が直接接合される。放熱体３０３は、高熱伝導性の板材によって形成された複数の大型放熱板３３０と複数の小型放熱板３３５とをＡｕ−Ｓｎ接合により一体化して形成されている。すなわち、放熱体３０３は、互いに少なくとも一部分が離隔するよう連結された複数の熱伝導性材料の放熱板３３０，３３５を有している。
【００８３】
放熱体３０３は、厚さ１．２５ｍｍの銅からなる２つの大型放熱板３３０と、厚さ０．１ｍｍの銅からなる７つの小型放熱板３３５と、を有している。大型放熱板３３０は、板面が左右方向へ向き発光装置２０１が搭載される中央部３３０ａと、中央部３３０ａの前端及び後端から左右方向外側へ延びる延在部３３０ｂと、を有している。図１２に示すように、中央部３３０ａの下端は、延在部３３０ｂの下端よりも上方に位置している。２つの大型放熱板３３０は、中央部３３０ａの左右内側の面にて面接触しており、Ａｕ−Ｓｎ接合によって接続固定されている。
【００８４】
また、大型放熱板３３０の中央部３３０ａには、発光装置２０１及び反射鏡３３３が配置される孔部３３０ｃが形成されている。発光装置２０１は、孔部３３０ｃの上部の下面に設置され、下方へ向かって光を放射する。反射鏡３３３は、この光を上方へ反射させるように、発光装置２０１の下方に設置される。反射鏡３３３は、例えば、金属が表面に蒸着された樹脂あるいは金属板等からなり、上方を開口し発光装置２０１を焦点とする回転放物面形状に形成されている。反射鏡３３３は、発光装置２０１から出射された光を上方向へ集光する集光光学系をなしている。また、反射鏡３３３は、周縁に外側へ延びるフランジ部３３３ａを有している。図１１に示すように、このフランジ部３３３ａには大型放熱板３３０を受容する切欠３３３ｂが形成されており、反射鏡３３３が大型放熱板３３０に嵌め込まれている。
【００８５】
また、小型放熱板３３５は板面が前後方向へ向くよう並べられ、大型放熱板３３０の中央部３３０ａの下端に接続される。図１３に示すように、小型放熱板３３５の左右中央上端には、大型放熱板３３０を受容するための切欠３３５ａが形成されている。小型放熱板３３５と大型放熱板３３０とはＡｕ−Ｓｎ接合によって接続固定されている。
【００８６】
この光源装置３０１によれば、放熱パターン２４５が直接金属に接合されるので、放熱パターン２４５を通じて放熱体３０３へ熱を放散することができ、各ＬＥＤ素子２の温度上昇を抑制することができる。すなわち、複数のＬＥＤ素子２が搭載される発光装置２０１において、隣接するＬＥＤ素子２への伝熱を抑制することができる。
【００８７】
また、発光装置２０１は、シリコン樹脂封止のような外枠が不要な小型サイズとでき、さらに小型サイズとしても部材間の熱膨張率差は小さく、全て１０−６／℃オーダーの低熱膨張率部材であるため、実装時の熱や点灯時の自発熱によって部材剥離が生じないものとできる。このような小型サイズの高輝度光源は、光学制御の精度を高くすることができる。
【００８８】
また、複数のＬＥＤ素子２が搭載されている発光装置２０１を集光光学系とした場合、無限遠にて発光装置２０１の像が結像されるところ、発光装置２０１から放射される光に色むらがないことから、照射される範囲の光の色を均斉のとれたものとすることができる。
【００８９】
また、発光装置２０１が外側に露出しないので、外観がすっきりとし、発光装置２０１の保護を的確に図ることができる。また、反射鏡３３３を設けたことにより、発光装置２０１から放射される光を所期の配光状態としてから外部へ放出することができる。さらに、外郭部をなす大型放熱板３３０を比較的厚く形成することで装置の強度及び耐久性を担保し、内側に配される小型放熱板３３５を比較的薄く形成することで軽量化を図ることができる。
【００９０】
尚、第３の実施形態においては、複数個の発光素子が搭載される発光装置２０１を用いたものを示したが、１個の発光素子が搭載された発光装置を用いて集光光学系を構成したものであってもよい。
【００９１】
また、放熱体３０３の構成も任意であり、放熱パターンが金属と直接接合される構成とすれば発光素子の温度上昇が抑制されるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図２】ＬＥＤ素子の模式縦断面図である。
【図３】発光装置の製造方法の工程説明図である。
【図４】分散ガラスの加工状態を示す説明図であり、（ａ）は混合粉末から拡散粒子分散ガラスを生成する加工装置を示し、（ｂ）は混合粉末から生成された拡散粒子分散ガラスを示し、（ｃ）は得られた拡散粒子分散ガラスをスライスした状態を示している。
【図５】ホットプレス加工の状態を示す模式説明図である。
【図６】ＬＥＤ素子から発せられる光の経路の一例を示す説明図である。
【図７】第１の実施形態の変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図９】素子搭載基板上の回路パターンの形成状態を示す発光装置の上面図である。
【図１０】第２の実施形態の変形例を示し、素子搭載基板上の回路パターンの形成状態を示す発光装置の上面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す光源装置の上面図である。
【図１２】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【図１４】従来例を示すものであって、ＬＥＤ素子から発せられる光の経路の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
１    発光装置
２    ＬＥＤ素子
３    素子搭載基板
３ａ    ビアホール
４    回路パターン
４ａ    Ｗ層
４ｂ    Ｎｉ層
４ｃ    Ａｕ層
４ｄ    Ａｇ層
５    中空部
６    ガラス封止部
６ａ    側面
６ｂ    上面
７    ジルコニア粒子
８    蛍光体
１０    混合粉末
１１    拡散粒子分散ガラス
１２    中間体
２０    成長基板
２１    バッファ層
２２    ｎ型層
２３    ＭＱＷ層
２４    ｐ型層
２５    ｐ側電極
２６    ｐ側パッド電極
２７    ｎ側電極
２７ａ  Ａｌ層
２７ｂ  Ｎｉ層
２７ｃ  Ａｕ層
２８    Ａｕバンプ
４１    表面パターン
４２    裏面パターン
４３    ビアパターン
４４    外部接続端子
８０    下台
８０ａ  上面
８１    側面枠
８２    凹部
８３    荷重治具
８３ａ  下部
９１    下金型
９２    上金型
１０１  発光装置
２０１  発光装置
２０３  素子搭載基板
２０４  回路パターン
２０５  中空部
２０６  ガラス封止部
２４１  表面パターン
２４２  裏面パターン
２４３  ビアパターン
２４４  外部接続端子
２４５  放熱パターン
３０１  光源装置
３０２  ガラス封止ＬＥＤ
３０３  放熱体
３０６  ガラス封止部
３３０  大型放熱板
３３０ａ  中央部
３３０ｂ  延在部
３３０ｃ  孔部
３３３  反射鏡
３３３ａ  フランジ部
３３３ｂ  切欠
３３５  小型放熱板
３３５ａ  切欠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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