(57)【要約】【課題】  金属部材とセラミック部材との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生を抑制でき、従って、熱伝導率の良い金属材料を用いることで、従来のものより高電力、高出力のデバイス特性を実現することができる発光デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】  金属部材５とセラミック部材１とを備え、金属部材５とセラミック部材１とが接着剤にて相互接着されており、この接着剤は、固化接着状態において柔軟性を示すように構成されたホットメルト６であり、セラミック部材１は、少なくとも所定の接着領域の表面部分に気孔ｈを有しているとともに、該気孔ｈにホットメルト６が含浸されている発光デバイス１０及びその製造方法。【選択図】  図３
2005123457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイスであって、
前記接着剤は、所定の温度より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示すように構成されたホットメルトであり、
前記セラミック部材は、少なくとも所定の接着領域の表面部分に気孔を有しているとともに、該気孔に前記ホットメルトが含浸されていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記金属部材又は前記セラミック部材に発光素子が設けられた発光ダイオードとして構成されている請求項１記載の発光デバイス。
【請求項３】
ガラスからなる光学部材をさらに備えており、前記セラミック部材と前記光学部材とが前記ホットメルトにて相互接着されている請求項２記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記ホットメルトは、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着している第１のホットメルトと、前記光学部材と前記セラミック部材とを接着している第２のホットメルトとを含んでおり、前記第１ホットメルトの溶融温度ａと前記第２ホットメルトの溶融温度ｂとの関係が、ａ＞ｂである請求項３記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記発光素子は、前記金属部材又は前記セラミック部材の周縁部頂部から０．５ｍｍ〜２ｍｍ浮かすように設けられている請求項２から４のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記発光素子は、該発光素子が配置される素子配置部材を介して前記金属部材又は前記セラミック部材に設けられている請求項２から５のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記素子配置部材は、前記発光素子の配置側に向かうに従って先細のテーパー状に形成されている請求項６記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記素子配置部材は、前記発光素子を配置したときに該発光素子の周縁部より周方向に沿って０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ大きい面を有しており、該面に前記発光素子が配置されている請求項６又は７記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記発光素子は、面積が１ｍｍ2〜９ｍｍ2の正方形状又は長方形状の発光面を有する立方体形状のものである請求項２から８のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記金属部材又は前記セラミック部材は、面積が８１ｍｍ2〜１４４ｍｍ2の面であって前記発光素子の前記発光面の形状を含むような正方形状又は長方形状の面を有しており、該面に前記発光素子が設けられている請求項９記載の発光デバイス。
【請求項１１】
金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイスの製造方法であって、
前記接着剤として、水又は水溶性有機溶剤に溶解し、所定の温度より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示す樹脂材料を前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解させてホットメルトを作成する接着剤作成工程と、
前記セラミック部材として、少なくとも所定の接着領域の表面部分に気孔を有しているものを採用し、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分に、前記接着剤作成工程にて作成された前記ホットメルトを塗布するとともに、所定真空状態にて前記セラミック部材の前記接着領域表面部分における気孔に該ホットメルトを含浸させる接着剤塗布含浸工程と、
前記接着剤塗布含浸工程にて前記ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記金属部材との間で該ホットメルトを前記溶融温度以上の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記金属部材とを相互に接着するセラミック−金属接着工程と
を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記金属部材又は前記セラミック部材に発光素子を設ける工程をさらに含み、発光ダイオードとして構成される発光デバイスを製造する請求項１１記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記発光ダイオードとして構成される前記発光デバイスは、ガラスからなる光学部材をさらに備えるものであり、前記接着剤塗布含浸工程にて前記ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記光学部材との間で該ホットメルトを前記溶融温度以上の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記光学部材とを相互に接着するセラミック−ガラス接着工程をさらに含む請求項１２記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記接着剤作成工程では、前記接着剤として、前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解し、前記所定温度より高い第１及び第２の溶融温度ａ，ｂ（ａ＞ｂ）で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示す第１及び第２の樹脂材料を前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解させて第１及び第２のホットメルトをそれぞれ作成し、
前記接着剤塗布含浸工程では、前記セラミック部材として、前記接着領域表面部分が第１及び第２の接着領域表面部分を含むものを採用し、前記セラミック部材の前記第１及び第２の接着領域表面部分に、前記接着剤作成工程にて作成された前記第１及び第２のホットメルトをそれぞれ塗布するとともに、所定真空状態にて前記セラミック部材の前記第１及び第２の接着領域表面部分における気孔に該第１及び第２のホットメルトをそれぞれ含浸させ、
前記セラミック−金属接着工程では、前記接着剤塗布含浸工程にて前記第１ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記金属部材との間で該第１ホットメルトを前記第１溶融温度ａ以上の第１の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記金属部材とを相互に接着し、
前記セラミック−ガラス接着工程では、前記セラミック−金属接着工程にて前記セラミック部材と前記金属部材とを接着した後、前記接着剤塗布含浸工程にて前記第２ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記光学部材との間で該第２ホットメルトを前記第２溶融温度ｂ以上前記第１溶融温度ａ未満の第２の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記光学部材とを相互に接着する請求項１３記載の発光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードやレーザーダイオード等の発光デバイス及びその製造方法、例えば、高電力、高出力の発光素子が設けられた発光ダイオードとして構成された、放熱性に優れる発光デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイスとしては、代表的に、発光ダイオードやレーザーダイオード等の電子デバイスを挙げることができる。このうち発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ともいう。）は、発光素子が設けられ、この発光素子に所定の電力が供給されることで、該発光素子から光が出射される。このとき、発光素子がその発光に伴って発熱し、これによりＬＥＤの温度が上昇する。
【０００３】
近年、ＬＥＤは、青色ＬＥＤや白色ＬＥＤの実用化により、電気製品のインジケータや携帯電話の液晶バックライトなどの表示用に利用されてきており、さらに、高い発光効率や輝度の向上により、室内照明、自動車用照明、信号機など照明用等に広く利用されることが期待されている。このように照明用等に利用される場合には、今後、さらに高出力のＬＥＤが求められており、この場合、発光素子に、より高い電力が供給されることになり、それだけＬＥＤの温度が上昇することになる。
【０００４】
このような高電力、高出力ＬＥＤ等の発光デバイスにおいては、前記したような温度上昇に耐え得るパッケージ用部材として、セラミックからなるパッケージ用セラミック部材が採用されることがある。
【０００５】
このパッケージ用セラミック部材を備えた発光デバイスでは、発光素子等の半導体素子の温度を所定の動作保証温度以下に抑えるように、例えば、パッケージ用セラミック部材に金属からなる放熱用金属部材を設け、半導体素子からの熱をセラミック部材から速やかに金属部材へ熱伝導により移動させるとともに該金属部材にて分散させ、効率よく金属部材表面から放熱部への放熱を行っている。
【０００６】
このような放熱用金属部材及びパッケージ用セラミック部材を備えた発光デバイスにおいては、通常、金属部材とセラミック部材とが接着剤にて相互に接着されている。かかる金属部材とセラミック部材との接着は、従来、かかる接着剤として一般的に用いられる銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）等のロー材にてロー付けを行うことでなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記したような、放熱用金属部材及びパッケージ用セラミック部材を備え、金属部材とセラミック部材とがロー付けにて相互接着された発光デバイスでは、金属部材とセラミック部材との線膨張係数に差があれば、それだけ金属部材及びセラミック部材に、温度上昇に伴う応力が生じ、そり・セラミック部材の破損（われ）等が発生し易い。この問題を回避するために、従来は、セラミック部材及び金属部材の接着にあたって、セラミック材料及び金属材料として、それぞれの線膨張係数が近似している材料を使用している。
【０００８】
前記のセラミック材料としては、一般的に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等が使用され、前記の金属材料としては、一般的に、銅−タングステン複合材料（ＣｕＷ）、銅−モリブデン複合材料（ＣｕＭｏ，ＣｕＭｏＣｕ）等が使用される。以下に、各材料の線膨張係数を示す。
セラミック材料  ＡｌＮ        ４．５×１０-6
Ａｌ2Ｏ3     ６．７×１０-6
金属材料        ＣｕＷ        ６．５×１０-6（Ｗ−１０：８９Ｗ，１１Ｃｕ）
ＣｕＭｏ      ７．０×１０-6（ＣＭ−１５：８５Ｍｏ，１５Ｃｕ）
ＣｕＭｏＣｕ  ８．９×１０-6（ＣＭＣ１１１）
なお、前記のＣｕＭｏＣｕ（ＣＭＣ１１１）は、Ｍｏ板を２枚のＣｕ板で挟持して圧着したものであって、３層比Ｃｕ：Ｍｏ：Ｃｕ＝１：１：１としたものである。
【０００９】
ところで、前記のＣｕＷ，ＣｕＭｏ，ＣｕＭｏＣｕ等の金属材料の熱伝導率は、比較的熱伝導率の良い金属材料の熱伝導率（代表的にはＣｕ（３９３Ｗ／ｍｋ））に対し、ＣｕＷ（１８０Ｗ／ｍｋ），ＣｕＭｏ（１６０Ｗ／ｍｋ），ＣｕＭｏＣｕ（２３２Ｗ／ｍｋ）等と劣る。従って、照明用等に利用されるような従来のものより高電力、高出力のＬＥＤ等の発光デバイスでは、放熱用金属部材として、Ｃｕのような比較的熱伝導率の良い金属材料を用いることが望まれているものの、Ｃｕ（線膨張係数１７．０×１０-6）のような金属材料は、セラミック材料に対して線膨張係数の差が大きく、前記したような、金属部材及びセラミック部材の温度上昇に伴う応力に起因する、そり・セラミック部材の破損（われ）等の問題が発生し易い。
【００１０】
一方、高電力、高出力のＬＥＤでは、次のことが要求される。すなわち、ＬＥＤにおいては、一般的に、発光素子側方から出射される光は利用され難く、それだけ効率よく光が出射され難い。例えば、パッケージ用部材としてセラミック部材を用いる場合には、発光素子側方から出射される光がセラミック部材に反射して外部に放出されるので、それだけ効率よく光を利用することができない。また、例えば、ＬＥＤを照明用等として利用する場合には、発光素子からの光をレンズ等で集光すると、発光素子側方からセラミック部材にて反射される反射光によって、集光ムラを招く。従来はＬＥＤを複数設け、複数の光源として、この集光ムラによる影響を少なくしている。しかし、従来のものより高電力、高出力のＬＥＤは、単一の光源として利用され得る。従って、従来のものより高電力、高出力のＬＥＤにおいては、特に、発光素子側方から出射される光を、効率よく、且つ、集光ムラ少なく、有効に利用することが要求される。
【００１１】
そこで、本発明は、金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイス及びその製造方法であって、前記金属部材及び前記セラミック部材の温度上昇に伴う応力に起因する、そり・前記セラミック部材の破損（われ）等の前記金属部材と前記セラミック部材との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生を抑制でき、従って、前記金属部材の材料として比較的熱伝導率の良い金属材料を用いることができ、従来のものより高電力、高出力のデバイス特性を実現することができる発光デバイス及びその製造方法を提供することを第１の課題とする。
【００１２】
また、本発明は、金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイスであって、例えば、発光素子が設けられた発光ダイオードとして構成される場合において、前記発光素子側方から出射される光を、効率よく、且つ、集光ムラ少なく、有効に利用することができる発光デバイスを提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は前記第１の課題を解決するため鋭意研究を重ねたところ、次のことを見出した。すなわち、金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイスにおいては、前記接着剤としてロー材を用い、前記金属部材と前記セラミック部材との接着をロー付けにて行う場合には、このロー材は、前記金属部材及び前記セラミック部材の温度上昇に伴う応力の緩衝性が悪く、これにより、そり・セラミック部材の破損（われ）等の前記金属部材と前記セラミック部材との線膨張係数の差による温度変化時の問題が発生し易い。そこで、前記接着剤として固化接着状態において柔軟性を示すように構成されたホットメルトを用い、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着すれば、このホットメルトにより、前記金属部材及び前記セラミック部材の温度上昇に伴う応力が緩和され、これにより、そり・セラミック部材の破損（われ）等の前記金属部材と前記セラミック部材との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生が抑制される。
【００１４】
また、本発明者は前記の研究過程においてさらに次の知見を得た。すなわち、セラミック材料のなかには、もろさ、加工性等の観点から、気孔を有しているものがある。この気孔を利用して、前記ホットメルトを前記セラミック部材表面の気孔に含浸させ、該ホットメルトを該気孔に結びつかせると、該セラミック部材と該ホットメルトとの接着力が向上し、これにより、接着状態での前記ホットメルトの厚みを比較的薄くしても接着性を良好に保つことができ、それだけ前記ホットメルトの熱伝導性が向上する。
【００１５】
本発明はかかる知見に基づくものであり、前記第１の課題を解決するため、次の発光デバイス及び発光デバイスの製造方法を提供する。
【００１６】
（１）発光デバイス
金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイスであって、
前記接着剤は、所定の温度より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示すように構成されたホットメルトであり、
前記セラミック部材は、少なくとも所定の接着領域の表面部分に気孔を有しているとともに、該気孔に前記ホットメルトが含浸されていることを特徴とする発光デバイス。
【００１７】
（２）発光デバイスの製造方法
金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイスの製造方法であって、
前記接着剤として、水又は水溶性有機溶剤に溶解し、所定の温度より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示す樹脂材料を前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解させてホットメルトを作成する接着剤作成工程と、
前記セラミック部材として、少なくとも所定の接着領域の表面部分に気孔を有しているものを採用し、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分に、前記接着剤作成工程にて作成された前記ホットメルトを塗布するとともに、所定真空状態にて前記セラミック部材の前記接着領域表面部分における気孔に該ホットメルトを含浸させる接着剤塗布含浸工程と、
前記接着剤塗布含浸工程にて前記ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記金属部材との間で該ホットメルトを前記溶融温度以上の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記金属部材とを相互に接着するセラミック−金属接着工程と
を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【００１８】
本発明に係る発光デバイスによると、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着する前記接着剤が、固化接着状態において柔軟性を示すように構成されたホットメルトであるので、該ホットメルトにより、前記金属部材及び前記セラミック部材の温度上昇に伴う応力を緩和でき、これにより、そり・前記セラミック部材の破損（われ）等の前記金属部材と前記セラミック部材との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生を抑制でき、従って、前記金属部材の材料として比較的熱伝導率の良い金属材料（代表的には銅（Ｃｕ））を用いることができ、従来のものより高電力、高出力のデバイス特性を実現することができる。また、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分における気孔に前記ホットメルトが含浸されるので、前記ホットメルトを前記気孔に結びつかせることができ、これにより、該セラミック部材と該ホットメルトとの接着力を向上させることができる。従って、固化接着状態での前記ホットメルトの厚みを比較的薄くしても接着性を良好に保つことができ、それだけ前記ホットメルトの熱伝導性を向上させることができる。
【００１９】
本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記接着剤として作成された前記ホットメルトが、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分に塗布され、前記所定真空状態にて前記セラミック部材の前記接着領域表面部分における気孔に含侵される。このホットメルトは、前記水又は前記水溶性有機溶剤に前記樹脂材料を溶解したものであるので、室温（例えば、２５℃）ではベタ付きが少なく、該気孔に均一に含侵することができる。この所定真空状態における真空雰囲気圧としては、１ｋＰａ程度以下を例示できる。その後、前記ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記金属部材との間で該ホットメルトが前記溶融温度以上の接着温度下で加熱溶融によって活性化され、前記セラミック部材と前記金属部材とが相互に接着される。このように、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分における気孔に前記ホットメルトを真空含侵させることにより、該ホットメルトと該気孔とを良好に結びつかせることができる。かくして、前記本発明に係る発光デバイスを製造することができる。
【００２０】
このように、本発明に係る発光デバイスの製造方法によると、前記本発明に係る発光デバイスを製造できるので、前記金属部材及び前記セラミック部材の温度上昇に伴う応力に起因する、そり・前記セラミック部材の破損（われ）等の前記金属部材と前記セラミック部材との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生を抑制でき、従って、前記金属部材の材料として比較的熱伝導率の良い金属材料を用いることができ、従来のものより高電力、高出力のデバイス特性を実現することができ、また、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分における気孔に前記ホットメルトが含浸されるので、前記ホットメルトを前記気孔に結びつかせることができ、これにより、該セラミック部材と該ホットメルトとの接着力を向上させることができ、従って、固化接着状態での前記ホットメルトの厚みを比較的薄くしても接着性を良好に保つことができ、それだけ前記ホットメルトの熱伝導性を向上させることができる発光デバイスを提供することができる。
【００２１】
前記金属部材の材料としては、比較的熱伝導率の良い金属材料、例えば、既述したＣｕの他、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等を挙げることができる。特に、Ｃｕは、熱伝導性に優れるとともに比較的安価であり、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＣｕＭｏＣｕ等のような複合材料に比べ、加工性がよいので、好適に用いることができる。
【００２２】
前記セラミック部材の材料としては、それには限定されないが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等を挙げることができる。前記セラミック部材は複数のセラミック部材からなっていてもよい。この場合、各セラミック部材が前記ホットメルトにて互いに接着されていてもよい。前記セラミック部材としては、もろさ、加工性等の観点から、気孔が表面部分を含むセラミック材料全体的に形成されているものを例示できる。前記セラミック部材における気孔の気孔率としては、５％〜２０％程度を例示できる。この気孔が５％程度より少ないと該気孔へのホットメルトの含浸が困難になり、２０％程度より多いと、熱伝導率が低下し易い。前記セラミック部材における気孔の孔径としては、それには限定されないが、０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度を例示できる。なお、本発明の発光デバイスの製造方法の前記接着剤塗布含浸工程において、前記樹脂材料は、前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解されているので、例えば、０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の微細な気孔にも均一に含浸され得る。
ここでいう気孔率とは、ＪＩＳ  Ｒ１６３４（ファインセラミックスの焼結体密度・開気孔率の測定方法、セラミックスの開気孔率の算出方法）による開気孔率として、
Ｐｂ＝（（Ｗ３−Ｗｌ）／（Ｗ３−Ｗ２））×１００
Ｐｂ：開気孔率（％）
［ここで、Ｗ１：乾燥質量（ｇ）（１１０±５℃の恒温器で乾燥した後、デシケータ中で放冷し、質量を測定した値）
Ｗ２：水中質量（ｇ）（飽水試料を針金で水中に懸垂したまま質量を測定し、治具の質量を補正した値）
Ｗ３：飽水質量（ｇ）（飽水試料を水中から取り出し、湿ったガーゼで表面の水滴を除去し質量を測定した値）とする。］
の計算式により算出される値であり、アルキメデス法という算出方法に基づくものである。
また、気孔の孔径は、試料中にある微細な気孔に水銀を圧入し、圧入圧力と圧入された水銀の体積から、気孔の容積を算出するという水銀圧入法により算出された値で、具体的には水銀ポロシメータ（例えば島津製作所製オートポア９２００型など）を用いて算出される。
【００２３】
本発明に係る発光デバイスの製造方法において、前記所定温度より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示す前記樹脂材料としては、それには限定されないが、例えば、熱可塑性エラストマーと、エチレン・酢酸ビニル及びアクリル酸又はメタクリル酸の共重合体とを含む樹脂組成物を挙げることができる。本発明に係る発光デバイスにおいて、前記所定温度より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示すように構成された前記ホットメルトとしては、弾性係数が０．２×１０8Ｐａ〜１３．０×１０8Ｐａ程度のホットメルトを例示でき、後述するように弾性係数に寄与する材料選定の観点からすると、さらに好ましくは０．２５×１０8Ｐａ〜５．０×１０8Ｐａ程度、最も好ましくは１．９×１０8Ｐａ〜３．３×１０8Ｐａ程度のホットメルトを例示できる。このようなホットメルトは、従来のロー材、例えば、
弾性係数Ｐａ
Ａｇ    ８２７．７×１０8
Ａｕ    ７８０．６×１０8
Ｃｕ  １２７４．９×１０8
Ｚｎ    ７６０．０×１０8
Ｃｄ    ４８９．４×１０8
に比べ、明らかに柔軟性に優れる。
【００２４】
前記熱可塑性エラストマーは、例えば、天然ゴム、合成ゴム等のように長大な分子鎖が複雑に絡み合った分子構造を持つ材料であり、前記金属部材及び前記セラミック部材の温度上昇に伴う応力の緩和剤としての役目を有する。前記熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系のもの、オレフィン系のもの、ポリエステル系のもの、塩化ビニル系のもの、ポリアミド系のもの等を例示できる。なかでも、スチレン系及びオレフィン系の熱可塑性エラストマーを用いると、ホットメルトの弾性係数が前述の「さらに好ましい範囲である０．２５×１０8Ｐａ〜５．０×１０8Ｐａ」にほぼ包含され得るので好ましい。
【００２５】
前記エチレン・酢酸ビニル及びアクリル酸又はメタクリル酸の共重合体は、前記金属部材及び前記セラミック部材の接着強度を向上させ得る役目を有する。
【００２６】
前記樹脂材料は、ポリエチレンを含んでいてもよい。このポリエチレンとしては、低密度・高密度ポリエチレンを使用することができ、前記ホットメルトのぬれ性を向上させ得る役目を有する。このように前記樹脂材料がポリエチレンを含んでいる方が、前記ホットメルトのぬれ性の点で好ましい。
【００２７】
前記の樹脂組成物が、熱可塑性エラストマーと、エチレン・酢酸ビニル及びアクリル酸又はメタクリル酸の共重合体と、ポリエチレンとのうち、少なくとも熱可塑性エラストマーと、エチレン・酢酸ビニル及びアクリル酸又はメタクリル酸の共重合体とを含む場合、各成分の割合としては、例えば、
熱可塑性エラストマー                      ：２０重量％〜８０重量％程度
エチレン・酢酸ビニル及びアクリル酸
又はメタクリル酸の共重合体  ：１０重量％〜６０重量％程度
ポリエチレン                              ：  ０重量％〜４０重量％程度
を挙げることができる。これらのうち、少なくとも熱可塑性エラストマーの成分割合を適宜調製することで、固化接着状態における前記ホットメルトの弾性係数を調整することができる。例えば、熱可塑性エラストマーを少なくすると弾性係数が大きくなり、熱可塑性エラストマーを多くすると弾性係数が小さくなる。
【００２８】
また、前記樹脂材料には、耐熱性に優れる熱硬化性樹脂、例えば、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、シリコーン等の熱硬化性樹脂を適宜配合することができる。この熱硬化性樹脂の配合割合としては、例えば、０．０１重量％〜１０重量％程度を挙げることができる。このような熱硬化性樹脂は、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分における気孔内に含浸され、たとえ前記所定温度程度になっても、前記金属部材及び前記セラミック部材の接着強度を維持し得る役目を有する。
【００２９】
前記樹脂材料が前記水溶性有機溶剤に溶解される場合、この水溶性有機溶剤としては、それには限定されないが、例えば、ジメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤などを挙げることができる。
【００３０】
本発明に係る発光デバイスの製造方法において、前記セラミック部材に塗布する前記ホットメルトの厚みとしては、２０μｍ〜２００μｍ程度を例示できる。本発明に係る発光デバイスにおいて、固化接着状態の前記ホットメルトの厚みとしては、０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍ程度を例示できる。この厚みが０．０１ｍｍ程度より小さいと前記ホットメルトの接着性が低下し易く、０．１０ｍｍ程度より大きいと前記ホットメルトの熱伝導性が低下し易い。また、本発明に係る発光デバイスの製造方法において、前記接着剤塗布含浸工程にて前記ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材を乾燥させる接着剤乾燥工程をさらに含んでいてもよい。
【００３１】
本発明に係る発光デバイスは、前記金属部材又は前記セラミック部材に発光素子が設けられた発光ダイオードとして構成されていてもよい。また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、前記金属部材又は前記セラミック部材に発光素子を設ける工程をさらに含み、発光ダイオードとして構成される発光デバイスを製造してもよい。このように発光ダイオードとして構成される発光デバイスは、例えば、前記金属部材の材料として、既述のＣｕのような比較的熱伝導率の良い金属材料を用いることで、従来のものより高電力、高出力の発光ダイオードとしてより高輝度な発光特性を実現することができる。
【００３２】
また、本発明に係る発光デバイス（例えば、発光ダイオードとして構成される発光デバイス）は、ガラス部材（例えば、ガラスからなる光学部材、さらに具体的にはガラスレンズ）をさらに備えていて、前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）とが前記ホットメルトにて相互接着されていてもよい。この場合、前記ホットメルトは、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着している第１のホットメルトと、前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）と前記セラミック部材とを接着している第２のホットメルトとを含んでいて、例えば、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着し、半導体素子（例えば、発光素子）等を設けたあとに、前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）と前記セラミック部材とを接着する場合を考慮して、前記第１ホットメルトの溶融温度ａと前記第２ホットメルトの溶融温度ｂとの関係をａ＞ｂとすることが好ましい。こうすることで、前記第１ホットメルトにより前記金属部材と前記セラミック部材とを接着したあとに前記第２ホットメルトにより前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）と前記セラミック部材とを接着しても、前記第２ホットメルトによる前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）と前記セラミック部材との接着の際に、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着している前記第１ホットメルトの溶融を防ぐことができる。
【００３３】
本発明に係る発光デバイスの製造方法において、発光デバイス（例えば、発光ダイオードとして構成される発光デバイス）が、ガラス部材（例えば、ガラスからなる光学部材、さらに具体的にはガラスレンズ）をさらに備えるものであり、前記接着剤塗布含浸工程にて前記ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）との間で該ホットメルトを前記溶融温度以上の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）とを相互に接着するセラミック−ガラス接着工程をさらに含んでいてもよい。
【００３４】
この場合、例えば、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着し、半導体素子（例えば、発光素子）等を設けたあとに、前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）と前記セラミック部材とを接着する場合を考慮して、前記接着剤作成工程では、前記接着剤として、前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解し、前記所定温度より高い第１及び第２の溶融温度ａ，ｂ（ａ＞ｂ）で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示す第１及び第２の樹脂材料を前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解させて第１及び第２のホットメルトをそれぞれ作成し、前記接着剤塗布含浸工程では、前記セラミック部材として、前記接着領域表面部分が第１及び第２の接着領域表面部分を含むものを採用し、前記セラミック部材の前記第１及び第２の接着領域表面部分に、前記接着剤作成工程にて作成された前記第１及び第２のホットメルトをそれぞれ塗布するとともに、所定真空状態にて前記セラミック部材の前記第１及び第２の接着領域表面部分における気孔に該第１及び第２のホットメルトをそれぞれ含浸させ、前記セラミック−金属接着工程では、前記接着剤塗布含浸工程にて前記第１ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記金属部材との間で該第１ホットメルトを前記第１溶融温度ａ以上の第１の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記金属部材とを相互に接着し、前記セラミック−ガラス接着工程では、前記セラミック−金属接着工程にて前記セラミック部材と前記金属部材とを接着した後、前記接着剤塗布含浸工程にて前記第２ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）との間で該第２ホットメルトを前記第２溶融温度ｂ以上前記第１溶融温度ａ未満の第２の接着温度下で溶着させて前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）とを相互に接着することが好ましい。こうすることで、前記第１ホットメルトにより前記金属部材と前記セラミック部材とを接着したあとに前記第２ホットメルトにより前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）と前記セラミック部材とを接着しても、前記第２ホットメルトによる前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）と前記セラミック部材との接着の際に、前記金属部材と前記セラミック部材とを接着している前記第１ホットメルトの溶融を防ぐことができる。
【００３５】
前記所定温度としては、発光デバイスに設けられる半導体素子（例えば、発光デバイスが発光ダイオードとして構成される場合、発光素子）の動作保証温度以下であることが望ましく、例えば、１００℃〜１５０℃程度を挙げることができ、この場合、前記溶融温度は、１００℃〜１５０℃程度より高い温度とすることができる。また、前記溶融温度以上の前記接着温度としては、例えば、１８０℃〜３００℃程度を例示できる。前記接着温度が３００℃程度を超えると、前記ホットメルトを構成する樹脂の特性劣化を招く恐れがある。なお、従来のロー材での接着では、一般的に、５００℃〜８００℃程度の加熱状態において接着がなされている。この点、本発明では、従来の５００℃〜８００℃程度といった温度より十分低い温度（例えば、１８０℃〜３００℃）で接着できるので、発光デバイスの生産効率が向上し、それだけ製造コストを低く抑えることができる。
【００３６】
本発明に係る発光デバイスの製造方法において、前記セラミック−金属接着工程では、前記セラミック部材と前記金属部材との間で前記ホットメルトを前記接着温度下、且つ、所定の圧力下で溶着させて前記セラミック部材と前記金属部材とを相互に接着してもよいし、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分が前記第１接着領域表面部分を含む場合、前記セラミック−金属接着工程では、前記セラミック部材と前記金属部材との間で該第１ホットメルトを前記第１接着温度下、且つ、前記所定圧力下で溶着させて前記セラミック部材と前記金属部材とを相互に接着してもよい。
【００３７】
また、前記セラミック−ガラス接着工程では、前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）との間で前記ホットメルトを前記接着温度下、且つ、前記所定圧力下で溶着させて前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）とを相互に接着してもよいし、前記セラミック部材の前記接着領域表面部分が前記第２接着領域表面部分を含む場合、前記セラミック−ガラス接着工程では、前記セラミック−金属接着工程にて前記セラミック部材と前記金属部材とを接着した後、前記接着剤塗布含浸工程にて前記第２ホットメルトが塗布含浸された前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）との間で該第２ホットメルトを前記第２接着温度下、且つ、前記所定圧力下で溶着させて前記セラミック部材と前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）とを相互に接着してもよい。
【００３８】
前記の所定圧力としては、それには限定されないが、９．８×１０4Ｐａ〜２９４．２×１０4Ｐａ（１ｋｇ／ｃｍ2〜３０ｋｇ／ｃｍ2）程度を例示できる。
【００３９】
ここで、接着剤として一般的に多用されている２液式や熱硬化型等の接着剤を用いてセラミック材料の気孔に真空含浸する場合について見てみると、真空含浸中において、該接着剤の硬化が始まるため、セラミック材料に該接着剤を介して接着物を付けた状態で真空含浸する必要があり、このようにセラミック材料に接着物を付けた状態では、セラミック材料の気孔から空気が抜ける際の接着剤層のムラが発生するなど、うまく真空含浸できず、接着性の低下を招き易い。
【００４０】
この点、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記ホットメルトは、前記セラミック部材に真空含浸した後に、さらに前記接着剤乾燥工程を含む場合には、前記セラミック部材に真空含浸後乾燥した後に、前記金属部材（さらに前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）を設ける場合には該ガラス部材（例えば、該光学部材））が設けられ、前記接着温度に加熱されることにより、前記セラミック部材と前記金属部材（さらに前記ガラス部材（例えば、前記光学部材）を設ける場合には該ガラス部材（例えば、該光学部材））とを接着することができる。
【００４１】
本発明に係る発光デバイスにおいて、例えば、発光素子が設けられた発光ダイオードとして構成される場合には、前記第２の課題を解決するために、前記発光素子が、前記金属部材又は前記セラミック部材の周縁部頂部から０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度浮かすように設けられていることが好ましい。こうすることで、前記発光素子側方から出射される光が直接的に外部に放出され易くなり、それだけ効率よく光を利用することができる。また、例えば、前記発光ダイオードを照明用等として利用する場合には、前記発光素子からの光をレンズ等で集光しても、前記発光素子側方から前記セラミック部材にて反射される反射光は十分抑制され、それだけ集光ムラの発生を低減できる。従って、前記発光素子側方から出射される光を、効率よく、且つ、集光ムラ少なく、有効に利用することができる。
【００４２】
前記発光素子は、該発光素子が配置される素子配置部材を介して前記金属部材又は前記セラミック部材に設けられていてもよい。この素子配置部材としては、代表的には、サブマウントと呼ばれる、回路パターン等が形成された小型回路を含むものを例示できる。このサブマウントは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の比較的熱伝導性が高いセラミック材料にて構成され得る。前記サブマウントがセラミック材料にて構成される場合、該サブマウントは前記セラミック部材の一部として構成され得る。
【００４３】
前記発光素子が、単に前記素子配置部材を介して前記金属部材又は前記セラミック部材に設けられるだけでは、熱伝導性の低下を招き、ひいては前記発光素子からの熱を放熱する放熱性が低下し易い。このため、前記素子配置部材の前記金属部材又は前記セラミック部材との相互接触面積を大きくすることが好ましい。一方、前記素子配置部材では、配置する前記発光素子の側方から該素子配置部材側に出射される光を該素子配置部材で遮らないようにすることが好ましい。これらのことを考慮すると、前記素子配置部材は、前記発光素子の配置側に向かうに従って先細のテーパー状に形成されていることが好ましい。この場合の前記素子配置部材の形状としては、側面視（側面から見て）台形状の立方体形状又はこのような台形状の立方体形状において斜面部分が階段状に形成されたものを例示できる。なお、前記素子配置部材のスラント角度は、例えば、１０°〜３０°程度が好ましい。ここでいうスラント角度とは、前記素子配置部材の頂面の各辺に沿って該頂面に対して垂直に延びる面と斜面とのなす角度をいう。
【００４４】
また、前記素子配置部材では、配置する前記発光素子の側方からの光を該素子配置部材で遮らないようにするため、前記発光素子を配置する面は極力前記発光素子のサイズに近似させることが好ましい。例えば、前記素子配置部材が前記発光素子を配置したときに該発光素子の周縁部より周方向に沿って０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度大きい面を有していて、該面に前記発光素子が配置される場合を挙げることができる。こうすることで、前記発光素子側方からの光（例えば、前記発光素子側方から５°程度前記素子配置部材側に出射される光）を利用することができる。
【００４５】
前記のように、前記素子配置部材が前記発光素子の配置側に向かうに従って先細のテーパー状に形成されているとともに、例えば、前記発光素子を配置したときに該発光素子の周縁部より周方向に沿って０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度大きい面を有していて、該面に前記発光素子が配置されるように構成された発光デバイスによると、前記発光素子の側方からの光の出射効率の低下を抑制しつつ前記発光素子からの熱を放熱する放熱性を向上させることができる。
【００４６】
前記発光素子としては、面積が１ｍｍ2〜９ｍｍ2程度の正方形状又は長方形状の発光面を有する立方体形状のものを例示できる。前記発光素子の大きさとしては、具体的には、一方の対の辺の長さをｃ’、他方の対の辺の長さをｄ’とすると、それには限定されないが、ｃ’＝１ｍｍのときｄ’＝１ｍｍ〜９ｍｍ、ｃ’＝２ｍｍのときｄ’＝１ｍｍ〜４ｍｍ、ｃ’＝３ｍｍのときｄ’＝１ｍｍ〜３ｍｍ等を例示できる。
【００４７】
ところで、前記発光素子及び前記素子配置部材からの熱を前記金属部材や前記セラミック部材を介して外部に放熱する放熱性は、前記発光素子が設けられる前記金属部材又は前記セラミック部材の面の大きさに対して飽和性を示す。さらに言えば、前記金属部材又は前記セラミック部材の面をあまり大きくしてもパッケージサイズが大きくなるだけで、放熱性には寄与し難い。そこで、必要最小限のパッケージサイズを規定することが望ましい。
【００４８】
例えば、本発明に係る発光デバイスが、既述したように、前記金属部材の材料として、Ｃｕのような比較的熱伝導率の良い金属材料を用いる高電力、高出力可能な発光ダイオードとして構成される場合であって、前記発光素子として、面積が１ｍｍ2〜９ｍｍ2程度の正方形状又は長方形状の発光面を有する立方体形状のものが採用される場合には、前記金属部材又は前記セラミック部材は、面積が８１ｍｍ2〜１４４ｍｍ2程度の面であって前記発光素子の前記発光面の形状を含むような正方形状又は長方形状の面を有していて、該面に前記発光素子が設けられている場合を例示できる。このように構成された発光デバイスによると、前記発光素子及び前記素子配置部材からの熱を前記金属部材や前記セラミック部材を介して外部に放熱する放熱性を維持しつつ、必要最小限のパッケージサイズを実現することができる。前記金属部材又は前記セラミック部材の大きさとしては、具体的には、一方の対の辺の長さをｃ、他方の対の辺の長さをｄとすると、それには限定されないが、ｃ＝９ｍｍ〜１２ｍｍのときｄ＝９ｍｍ〜１２ｍｍ等を例示できる。
【発明の効果】
【００４９】
以上説明したように本発明によると、金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイス及びその製造方法であって、前記金属部材及び前記セラミック部材の温度上昇に伴う応力に起因する、そり・前記セラミック部材の破損（われ）等の前記金属部材と前記セラミック部材との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生を抑制でき、従って、前記金属部材の材料として比較的熱伝導率の良い金属材料を用いることができ、従来のものより高電力、高出力のデバイス特性を実現することができる発光デバイス及びその製造方法を提供することができる。
【００５０】
また、本発明は、金属からなる放熱用金属部材とセラミックからなるパッケージ用セラミック部材とを備え、前記金属部材と前記セラミック部材とが接着剤にて相互接着された発光デバイスであって、例えば、発光素子が設けられた発光ダイオードとして構成される場合において、前記発光素子側方から出射される光を、効率よく、且つ、集光ムラ少なく、有効に利用することができる発光デバイス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】
【００５１】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る発光デバイスの一例である発光ダイオード１０の概略分解側面図であり、図２は図１に示す発光ダイオード１０の概略分解斜視図である。また、図３は図１及び図２に示す発光ダイオード１０の概略断面図である。
【００５２】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）１０は、図１から図３に示すように、パッケージ用セラミック部材１、発光素子２、ガラスからなる光学部材４、放熱用金属部材５及びホットメルト６を備えている。
【００５３】
セラミック部材１は、それぞれがセラミック（本例ではＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3等）からなる第１及び第２板状部材１ａ，１ｂを互いに重ね合わせたものと、サブマウント（素子配置部材の一例）１ｃとからなっている。第１板状部材１ａは、所定サイズ（本例では、一方の辺（図２中ｅ＝）９ｍｍ〜１２ｍｍ程度、他方の辺（図２中ｆ＝）９ｍｍ〜１２ｍｍ程度）の正方形状又は長方形状の板状部材であり、サブマウント１ｃの底面１ｃ”のサイズより若干大きい矩形状の第１開口部１ａ’を有している。第２板状部材１ａは、対向する二辺のサイズが第１板状部材１ａの対応する二辺と同サイズであり、残りの二辺が第１板状部材１ａの対応する二辺より小さいサイズに形成されたものであり、第１板状部材１ａの第１開口部１ａ’のサイズより大きい第２開口部１ｂ’を有している。なお、第１及び第２板状部材１ａ，１ｂは、本例では、同じ材質のものである。
【００５４】
サブマウント１ｃは、本例では、発光素子２を実装するサブマウントと呼ばれる、回路パターン等が形成された小型回路を含むものであり、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3等の比較的熱伝導性が高いセラミック材料にて構成されたものである。このサブマウント１ｃは、発光素子２の実装側に向かうに従って先細のテーパー状に形成されており、具体的には、図１から図３に図示しているような側面視（側面から見て）台形状の立方体形状又はこのような台形状の立方体形状において斜面部分が階段状に形成されたものである。なお、サブマウント１ｃのセラミック材料及び前記の第１及び第２板状部材１ａ，１ｂは、本例では、いずれも気孔ｈが表面部分を含むセラミック材料全体的に形成された多孔性のものであり、気孔ｈの気孔率及び孔径が、本例では、それぞれ５％〜２０％程度及び０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度のものである。この範囲で熱伝導率をもっとも高くするには、気孔率を５％とすればよい。
【００５５】
また、サブマウント１ｃは、図３に示すように、本例では、実装する発光素子２の側方からの光Ｌ２をサブマウント１ｃで遮らないように、発光素子２を実装したときに発光面２ａの周縁部より周方向に沿って（図中距離ｉ＝）０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度大きい面１ｃ’を有しており、該面１ｃ’に発光素子２が実装されている。そしてサブマウント１ｃは、第１板状部材１ａの第１開口部１ａ’を貫通して金属部材５に設けられている。
【００５６】
発光素子２は、本例では、面積（図２中長さｃ’×ｄ’）が１ｍｍ2〜９ｍｍ2程度（例えば、ｃ’＝２ｍｍのときｄ’＝１ｍｍ〜４ｍｍ）の正方形状又は長方形状の発光面２ａを有する立方体形状のものであり、図３に示すように、該発光素子２が実装されるサブマウント１ｃを介して金属部材５に、セラミック部材１の周縁部頂部Ａ（さらに言えば第２板状部材１ｂの頂部）から（図中距離ｇ＝）０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度浮かすように離間して設けられている。この発光素子２に所定の電力が供給されることで、該発光素子２の発光面２ａ及び発光側面２ｂから光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ出射される。このとき、発光素子２がその発光に伴って発熱し、これによりＬＥＤ１０の温度が上昇する。
【００５７】
光学部材４は、図１から図３に示すように、本例では、中空の半球形状をしたドーム状ガラスレンズであり、該ドーム状レンズ４を球形状としたときの略中心部に光源を配置した場合、該光源からの光がドーム状レンズ４を介して略放射状に出射できるものである。このガラスレンズ４は周端部に接着部４ａを有している。
【００５８】
金属部材５は、本例では、比較的熱伝導率の良い金属材料であるＣｕからなり、面積（図２中ｃ×ｄ）が８１ｍｍ2〜１４４ｍｍ2程度（例えば、ｃ＝９ｍｍ〜１２ｍｍのときｄ＝９ｍｍ〜１２ｍｍ）の面であって発光素子２の発光面２ａの形状を含むような正方形状又は長方形状の面５ａを有しており、該面５ａに発光素子２がサブマウント１ｃを介して設けられている。なお、金属部材５は、本例では、セラミック部材１の第１板状部材１ａと同サイズである。
【００５９】
ホットメルト６は、所定の温度（本例では、１００℃〜１５０℃程度）より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において所定の柔軟性を示すように構成されたものであり、金属部材５の面５ａとセラミック部材１の一方の面（さらに言えば、第１板状部材１ａの一方の面及びサブマウント１ｃの底面１ｃ”）とを接着している第１ホットメルト６ａと、ガラスレンズ４の接着部４ａとセラミック部材１の他方の面（さらに言えば、第２板状部材１ｂの面）とを接着している第２ホットメルト６ｂとを含んでおり、第１ホットメルト６ａの溶融温度ａと第２ホットメルト６ｂの溶融温度ｂとの関係がａ＞ｂである。また、このホットメルト６は、本例では、弾性係数が０．２×１０8Ｐａ〜１３．０×１０8Ｐａ程度、厚みが０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍ程度のものである。この厚みが０．０１ｍｍ程度より小さいとホットメルト６の接着性が低下し易く、０．１０ｍｍ程度より大きいとホットメルト６の熱伝導性が低下し易い。
【００６０】
そして、セラミック部材１の一方の面の接着領域表面部分における気孔ｈに第１ホットメルト６ａが含浸されており、セラミック部材１の他方の面の接着領域表面部分における気孔ｈに第２ホットメルト６ｂが含浸されている。なお、第１板状部材１ａの他方の面には、外部電極と接続する図示を省略した給電部が設けられている。また、第１板状部材１ａ及び第２板状部材１ｂが第１ホットメルト６ａにて互いに接着されていて、該第１及び第２板状部材１ａ，１ｂの接着領域表面部分における気孔ｈに第１ホットメルト６ａが含浸されてもよい。
【００６１】
以上説明したＬＥＤ１０によると、金属部材５とセラミック部材１とを接着する接着剤が、固化接着状態において柔軟性を示すように構成されたホットメルト６であるので、該ホットメルト６により、金属部材５とセラミック部材１との温度上昇に伴う応力を緩和でき、これにより、そり・セラミック部材１の破損（われ）等の金属部材５とセラミック部材１との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生を抑制でき、従って、金属部材５の材料として比較的熱伝導率の良い金属材料（本例では銅（Ｃｕ））を用いることができ、従来のものより高電力、高出力の発光ダイオードとしてより高輝度な発光特性を実現することができる。また、セラミック部材１の接着領域表面部分における気孔ｈにホットメルト６が含浸されるので、ホットメルト６を気孔ｈに強く結びつかせることができ、これにより、セラミック部材１とホットメルト６との接着力を向上させることができる。従って、固化接着状態でのホットメルト６の厚みを比較的薄くしても接着性を良好に保つことができ、それだけホットメルト６の熱伝導性を向上させることができる。
【００６２】
また、第１ホットメルト６ａの溶融温度ａと第２ホットメルト６ｂの溶融温度ｂとの関係がａ＞ｂであるので、例えば、第１ホットメルト６ａにより金属部材５とセラミック部材１とを接着し、発光素子２を設けたあとに、第２ホットメルト６ｂによりガラスレンズ４とセラミック部材１とを接着しても、第２ホットメルト６ｂによるガラスレンズ４とセラミック部材１との接着の際に、金属部材５とセラミック部材１とを接着している第１ホットメルト６ａの溶融を防ぐことができる。
【００６３】
また、ＬＥＤ１０において、発光素子２が、セラミック部材１の周縁部頂部Ａから距離ｇ＝０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度浮かすように離間して設けられているので、発光素子２の発光側面２ｂから出射される光Ｌ２が直接的に外部に放出され易くなり、それだけ効率よく光を利用することができる。また、例えば、ＬＥＤ１０を照明用等として利用する場合には、発光素子２からの光Ｌ１，Ｌ２をレンズ４で集光しても、発光素子２の発光側面２ｂからセラミック部材１にて反射される反射光は十分抑制され、それだけ集光ムラの発生を低減できる。従って、発光素子２側方２ｂから出射される光Ｌ２を、効率よく、且つ、集光ムラ少なく、有効に利用することができる。
【００６４】
さらに、ＬＥＤ１０によると、サブマウント１ｃが発光素子２の実装側に向かうに従って先細のテーパー状に形成されているとともに、発光素子２を実装したときに発光面２ａの周縁部より周方向に沿ってｉ＝０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度大きい面１ｃ’を有していて、該面１ｃ’に発光素子２が実装されているので、例えば、発光素子２側方２ｂから５°程度サブマウント１ｃ側に出射される光Ｌ２を利用することができ、従って、発光素子２側方２ｂからの光Ｌ２の出射効率の低下を抑制しつつ発光素子２からの熱を放熱する放熱性を向上させることができる。
【００６５】
さらに、ＬＥＤ１０において、発光素子２は、面積が１ｍｍ2〜９ｍｍ2程度の正方形状又は長方形状の発光面を有する立方体形状のものであり、また、Ｃｕからなる金属部材５は、面積が８１ｍｍ2〜１４４ｍｍ2程度の面であって発光素子２の発光面２ａの形状を含むような正方形状又は長方形状の面５ａを有していて、該面５ａに発光素子２が設けられているので、発光素子２及びサブマウント１ｃからの熱を金属部材５やセラミック部材１を介して外部に放熱する放熱性を維持しつつ、必要最小限のパッケージサイズを実現することができる。
【００６６】
次に図１から図３に示すＬＥＤ１０の製造例を説明する。
【００６７】
このＬＥＤ１０を製造するにあたり、先ず、接着剤として、水又は水溶性有機溶剤（例えば、ジメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤）に溶解し、所定の温度（ここでは１５０℃）より高い溶融温度で加熱溶融するとともに固化接着状態において所定の柔軟性を示す樹脂材料を前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解させてホットメルト６を作成する。さらに説明すると、金属部材５とセラミック部材１とを接着し、発光素子２を設けたあとに、ガラスレンズ４とセラミック部材１とを接着する場合を考慮して、ここでは、熱可塑性エラストマーと、エチレン酢酸ビニル共重合体とエチレンアクリル酸共重合体と、ポリエチレンとを前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解させ、これに、熱硬化性樹脂であるポリイミドを加え、均一に攪拌混合し、こうして１５０℃より高い第１溶融温度ａ（＝２５０℃）で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示す第１樹脂組成物が前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解された第１ホットメルト６ａを作成する。さらに、熱可塑性エラストマーと、エチレン酢酸ビニル共重合体とエチレンアクリル酸共重合体と、ポリエチレンとを前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解させ、これに、熱硬化性樹脂であるポリイミドを加え、均一に攪拌混合し、こうして１５０℃より高い、且つ、第１溶融温度ａ（＝２５０℃）より低い第２溶融温度ｂ（＝１８０℃）（ａ＞ｂ）で加熱溶融するとともに固化接着状態において柔軟性を示す第２樹脂組成物が前記水又は前記水溶性有機溶剤に溶解された第２ホットメルト６ｂを作成する。
【００６８】
前記の第１樹脂組成物の各成分の割合は、ここでは、
熱可塑性エラストマー          ：約２４．９重量％（極限粘度：１．２ｄｌ／ｇ）
エチレン酢酸ビニル共重合体    ：約２４．９重量％
エチレンアクリル酸共重合体    ：約２４．９重量％
ポリエチレン                  ：約２４．９重量％
ポリイミド                    ：約０．３重量％
である。
前記の第２樹脂組成物の各成分の割合は、ここでは、
熱可塑性エラストマー          ：約２４．９重量％（極限粘度：０．６ｄｌ／ｇ）
エチレン酢酸ビニル共重合体    ：約２４．９重量％
エチレンアクリル酸共重合体    ：約２４．９重量％
ポリエチレン                  ：約２４．９重量％
ポリイミド                    ：約０．３重量％
である。
【００６９】
本例では、熱可塑性エラストマーとして、スチレン系熱可塑性エラストマーを用いており、さらに具体的には、「スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー」であって、第１樹脂組成物として極限粘度（η）１．２ｄｌ／ｇのものを、第２樹脂組成物として極限粘度（η）０．６ｄｌ／ｇのものを用いている。ここで、第１樹脂組成物と第２樹脂組成物とで「溶融温度が異なる」のは、熱可塑性エラストマーの極限粘度（η）によって決定している。さらに言えば、「極限粘度（η）の小さい−大きい」の関係が、「溶融温度の低い−高い」を実現している。このように本例では、「溶融温度の低い−高い」は、第１樹脂組成物と第２樹脂組成物とで（同種類の材料の熱可塑性エラストマーで）極限粘度（η）を変えることで実現しており、極限粘度（η）を変えた構成となっているが、第１樹脂組成物と第２樹脂組成物とで熱可塑性エラストマーの材料の種類を変えることでも実現することができる。すなわち、「溶融温度の低い−高い」は、第１樹脂組成物と第２樹脂組成物とで、異なる材料の熱可塑性エラストマーを用いても、或いは（同種類の材料の熱可塑性エラストマーで）異なる極限粘度（η）の熱可塑性エラストマーを用いても、いずれにしても実現することができる。なお、前記の「極限粘度（η）」は、ＪＩＳ  Ｋ７３６７−３によって決まる値であり、このＪＩＳ  Ｋ７３６７−３によると、「ある有機溶剤の１３５℃のときの粘度」であり、ウベローデ型粘度計によって求めることができるものである。
【００７０】
次に、セラミック部材１の接着領域表面部分に、ホットメルト６を塗布するとともに、所定真空状態にてセラミック部材１の前記接着領域表面部分における気孔ｈに該ホットメルト６を含浸させる。さらに説明すると、図示しない真空槽を用意し、該真空槽において、第１板状部材１ａの一方の面及びサブマウント１ｃの底面１ｃ”の第１接着領域表面部分に、第１ホットメルト６ａを塗布するとともに、第２板状部材１ｂの面の第２接着領域表面部分に、第２ホットメルト６ｂを塗布し、該真空槽内を減圧して、１ｋＰａ以下の真空雰囲気圧とすることで所定真空状態にする。そして、前記所定真空状態にてセラミック部材１（１ａ，１ｂ，１ｃ）の前記第１及び第２接着領域表面部分における気孔ｈに第１及び第２ホットメルト６ａ，６ｂをそれぞれ含浸させる。その後、ホットメルト６（６ａ，６ｂ）が塗布含浸されたセラミック部材１を乾燥させる。
【００７１】
第１ホットメルト６ａが塗布含浸され、該第１ホットメルト６ａが乾燥した第１板状部材１ａの一方の面及びサブマウント１ｃの底面１ｃ”と金属部材５との間で該第１ホットメルト６ａを前記第１溶融温度ａ（＝２５０℃）以上の第１接着温度下（ここでは２５０℃で）、且つ、前所定圧力下で溶着させてセラミック部材１と金属部材５とを相互に接着し、さらにセラミック部材１と金属部材５とを接着した後、第２ホットメルト６ｂが塗布含浸され、該第２ホットメルト６ｂが乾燥した第２板状部材１ｂの面とガラスレンズ４との間で該第２ホットメルト６ｂを前記第２溶融温度ｂ（＝１８０℃）以上前記第１溶融温度ａ（＝２５０℃）未満の第２接着温度下（ここでは１８０℃で）、且つ、前記所定圧力下で溶着させてセラミック部材１とガラスレンズ４とを相互に接着する。このとき、セラミック部材１に塗布する第１及び第２ホットメルト６ａ，６ｂの厚みは、２０μｍ〜２００μｍとし、前記所定圧力は、９．８×１０4Ｐａ〜２９４．２×１０4Ｐａとする。
【００７２】
以上説明したように、この製造例では、接着剤として作成されたホットメルト６が、セラミック部材１の前記接着領域表面部分に塗布され、前記所定真空状態にてセラミック部材１の前記接着領域表面部分における気孔ｈに含侵される。このホットメルト６は、前記水又は前記水溶性有機溶剤に前記樹脂組成物を溶解したものであるので、室温（例えば、２５℃）ではベタ付きが少なく、該気孔ｈに均一に含侵することができる。その後、ホットメルト６が塗布含浸されたセラミック部材１と金属部材５との間で該ホットメルト６が前記溶融温度以上の接着温度下で加熱溶融によって活性化され、セラミック部材１と金属部材５とが相互に接着される。このように、セラミック部材１の前記接着領域表面部分における気孔ｈにホットメルト６を真空含侵させることにより、該ホットメルト６と該気孔ｈとを良好に結びつかせることができる。かくして、図１から図３に示すＬＥＤ１０が製造される。
【００７３】
前記の製造例によると、図１から図３に示すＬＥＤ１０が製造されるので、金属部材５とセラミック部材１との温度上昇に伴う応力を緩和でき、これにより、そり・セラミック部材１の破損（われ）等の金属部材５とセラミック部材１との線膨張係数の差による温度変化時の問題の発生を抑制でき、従って、金属部材５の材料として比較的熱伝導率の良い金属材料（本例では銅（Ｃｕ））を用いることができ、従来のものより高電力、高出力の発光ダイオードとしてより高輝度な発光特性を実現することができ、また、セラミック部材１の接着領域表面部分における気孔ｈにホットメルト６が含浸されるので、ホットメルト６を気孔ｈに強く結びつかせることができ、これにより、セラミック部材１とホットメルト６との接着力を向上させることができ、従って、固化接着状態でのホットメルト６の厚みを比較的薄くしても接着性を良好に保つことができ、それだけホットメルト６の熱伝導性を向上させることができる発光デバイス１０を提供することができる。
【００７４】
また、前記の製造例では、第１ホットメルト６ａを前記第１溶融温度ａ以上の前記第１接着温度下（ここでは２５０℃）で溶着させてセラミック部材１と金属部材５とを相互に接着し、セラミック部材１と金属部材５とを接着した後、第２ホットメルト６ｂを前記第２溶融温度ｂ以上前記第１溶融温度ａ未満（ａ＞ｂ）の前記第２接着温度下（ここでは１８０℃）で溶着させてセラミック部材１とガラスレンズ４とを相互に接着するので、金属部材５とセラミック部材１とを接着したあとにガラスレンズ４とセラミック部材１とを接着しても、第２ホットメルト６ｂによるガラスレンズ４とセラミック部材１との接着の際に、金属部材５とセラミック部材１とを接着している第１ホットメルト６ａの溶融を防ぐことができる。
【００７５】
さらに、前記の製造例では、従来の５００℃〜８００℃程度といった温度より十分低い温度（ここでは１８０℃や２５０℃）で接着できるので、発光デバイス１０の生産効率が向上し、それだけ製造コストを低く抑えることができる。
【００７６】
さらに、接着剤として一般的に多用されている２液式や熱硬化型等の接着剤を用いてセラミック材料の気孔に真空含浸する場合には、真空含浸中において、該接着剤の硬化が始まるため、セラミック材料に該接着剤を介して接着物を付けた状態で真空含浸する必要があり、このようにセラミック材料に接着物を付けた状態では、セラミック材料の気孔から空気が抜ける際の接着剤層のムラが発生するなど、うまく真空含浸できず、接着性の低下を招き易いが、前記の製造例では、ホットメルト６は、セラミック部材１に真空含浸後乾燥した後に、金属部材５やガラスレンズ４が設けられ、前記接着温度に加熱されることにより、セラミック部材１と金属部材５やガラスレンズ４とを接着することができる。
【００７７】
（実施例１）
次に、図１から図３に示すＬＥＤ１０を用い、該ＬＥＤ１０におけるサブマウント１ｃについて、スラント角度に対するＬＥＤ１０の温度上昇及びサブマウント１ｃの底面１ｃ”とＣｕ部材５の面５ａとの接触面積の関係を調べたので、以下に説明する。なお、サブマウント１ｃのスラント角度は、図４（Ａ）に示すように、サブマウント１ｃの頂面１ｃ’の各辺に沿って該頂面１ｃ’に対して垂直に延びる面Ｒと斜面Ｓとのなす角度（図中θ）である。
【００７８】
ここで、セラミック部材１の材料はＡｌＮ、サイズｅ×ｆは９ｍｍ×１２ｍｍとし、発光素子２のサイズｃ’×ｄ’は１ｍｍ×２ｍｍ、高さｒ’は１００μｍとし、サブマウント１ｃの頂面１ｃ’のサイズは発光素子２の周縁部より周方向に沿ってｉ＝０．２ｍｍ大きくし、また、サブマウント１ｃとＣｕ部材５とを接着するホットメルト６ａの厚みは１５μｍとした。さらに、Ｃｕ部材５のサイズｃ×ｄは９ｍｍ×１２ｍｍ、高さｒは２ｍｍとし、サブマウント１ｃのスラント角度θを変化させた。このとき、発光素子２に２．５Ｗ投入した。
【００７９】
サブマウント１ｃのスラント角度θと温度上昇値及びＣｕ部材５とサブマウント１ｃとの接触面積の特性を図５に示す。図５に示すように、スラント角度θが大きくなるに従って、放熱性が良くなるものの、サブマウント１ｃの底面１ｃ”とＣｕ部材５の面５ａとの接触面積が大きくなっている。ところで、サブマウント１ｃの前記接触面積（換言すればサブマウント１ｃの大きさ）はコスト等の観点から小さいことが好ましい。この放熱性及び接触面積を考慮すると、スラント角度θは、１０°〜３０°程度が好ましいことがわかる。
【００８０】
（実施例２）
次に、図１から図３に示すＬＥＤ１０を用い、該ＬＥＤ１０におけるＣｕ部材５のサイズｃ×ｄ（換言すればパッケージ面積）に対するＬＥＤ１０の発光素子２とＣｕ部材５との温度差[（発光素子２の温度Ｔj）−（Ｃｕ部材５の温度ＴCu-Plate）]の関係を調べたので、以下に説明する。
【００８１】
ここで、発光素子２、サブマウント１ｃのスラント角度θ並びにＣｕ部材５及びセラミック部材１のサイズ以外は実施例１と同様とした。発光素子２を、図４（Ｂ）に示すように、サイズｃ”×ｄ”＝１ｍｍ×１ｍｍ、高さｒ’＝１００μｍの発光チップ（Ｄｉｃｅ）を縦横の２個×４個並べたものとし、サブマウント１ｃのスラント角度θを２０°とし、パッケージ面積として、Ｃｕ部材５のサイズｃ×ｄ及びセラミック部材１のサイズｅ×ｆを５ｍｍ×５ｍｍ（□５ｍｍ）＝２５ｍｍ2、７ｍｍ×７ｍｍ（□７ｍｍ）＝４９ｍｍ2、９ｍｍ×９ｍｍ（□９ｍｍ）＝８１ｍｍ2、１２ｍｍ×１２ｍｍ（□１２ｍｍ）＝１４４ｍｍ2、１５ｍｍ×１５ｍｍ（□１５ｍｍ）＝２２５ｍｍ2と変化させた。このとき、発光素子２に１０Ｗ投入した。
【００８２】
パッケージ面積−温度特性を図６に示す。図６に示すように、パッケージ面積ｃ×ｄが大きくなるに従って、放熱性が良くなるが、パッケージ面積ｃ×ｄが□９ｍｍ＝８１ｍｍ2〜□１２ｍｍ＝１４４ｍｍ2程度より大きくなっても、あまり放熱性が変化していない。従って、パッケージ面積ｃ×ｄは、８１ｍｍ2〜１４４ｍｍ2程度が好ましいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る発光デバイスの一例である発光ダイオードの概略分解側面図である。
【図２】図１に示す発光ダイオードの概略分解斜視図である。
【図３】図１及び図２に示す発光ダイオードの概略断面図である。
【図４】図（Ａ）はサブマウントのスラント角度を説明するための図であり、図（Ｂ）は実施例２に用いた発光素子を説明するための図である。
【図５】サブマウントのスラント角度と温度上昇値及びＣｕ部材とサブマウントとの接触面積の特性を示すグラフである。
【図６】パッケージ面積−温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１…パッケージ用セラミック部材  ２…発光素子  ２ａ…発光素子の発光面
１ｃ…素子配置部材の一例のサブマウント  １ｃ’…サブマウント１ｃの頂面
４…光学部材  ５…放熱用金属部材  ５ａ…金属部材５の面  ６…ホットメルト
１０…発光デバイスの一例の発光ダイオード  Ａ…セラミック部材１の周縁部頂部
ｈ…気孔
【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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