(57)【要約】【課題】  機密性に優れた高信頼の発光デバイスを簡単かつ低コストで製造する。【解決手段】  ガラスパッケージ１とガラスレンズ９の間に設ける接着剤８に開口１１を設け、接着剤を硬化させた後に封口剤１２を用いて開口１１を塞ぐ。接着剤８の硬化時に開口１１があるので、加熱によりガラスパッケージ１とガラスレンズ９の間にある空気が膨張しても、接着剤８にクラックが発生することがない。【選択図】  図１
2012028436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凸部が形成されたパッケージと、
前記凸部に囲まれた窪みに実装された発光素子と、
前記凸部に接着剤により接着されたガラス部材と、
前記パッケージと前記ガラス部材の間の空間と外部を連通する開口と、
前記開口を塞ぐ封口剤と、を備えることを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記ガラス部材がガラスレンズまたはガラス板であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記開口が前記接着剤に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記ガラス部材はガラス板であって、前記開口は前記ガラス板に形成された穴であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記パッケージがガラス材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【請求項６】
表面に凸部が形成され、前記凸部に囲まれた窪みが設けられたパッケージを作製する第一工程と、
前記パッケージの窪みに発光素子を実装する第二工程と、
前記凸部の上面に接着剤を設け、前記凸部の上面にガラス部材を設置する第三工程と、
前記接着剤を硬化させて前記パッケージと前記ガラス部材を接着する第四工程を含むとともに、
前記第三工程において、前記パッケージと前記ガラス部材の間の空間と外部を連通する開口が形成されるとともに、
前記第四工程の後で、前記開口を封口剤で塞ぐ工程を備えることを特徴とする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、高耐久性の発光デバイス及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球や蛍光灯に代って、半導体発光チップを用いた発光デバイスが開発されている。半導体発光デバイスの一例としてはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の発光層を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）が挙げられ、赤色、青色、または白色で発光するＬＥＤが実用化されている。ＬＥＤを用いた発光デバイスは、白熱電球や蛍光灯に比べて小型、安価で消費電力が少なく、寿命が長い。
【０００３】
このような半導体発光デバイスでは、ＬＥＤは外気に触れないように封止されている。ＬＥＤが実装されたパッケージを封止部材で封止し、封止部材を整形してレンズ状にする構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ガラスのレンズをハーメチックシールによりパッケージに取り付けることで封止する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７５１９６号公報（第１図、第２図）
【特許文献２】特開２００９−２２４３９７号公報（第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、封止部材を整形してレンズを設ける場合、封止部材の電気的光学的信頼性がガラスレンズよりも劣るという問題があった。また、特許文献２のように、ガラスレンズをハーメチックシールにより取り付ける方法では、信頼性は十分でも構造が複雑になるため安価に製造できないという問題があった。また、発光素子が実装されたパッケージにガラスを直接的に接着して封止すると、接着剤を硬化する際に発光素子上の封止剤や空間の空気の膨張によって接着剤にクラック等による隙間ができ、密閉が不完全となる課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明の発光デバイスは、発光素子が実装されたパッケージの上部にガラスレンズまたはガラス板を接着剤で接着する際に、発光素子上の空間と外部をつなぐ開口を設けることとした。さらに、接着剤が硬化した後、開口を封口剤により塞ぐ。この開口を、接着剤に形成してもよいし、ガラス板の一部に形成してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の製造方法によれば、パッケージとガラス部材を接着する接着剤にクラック等を発生させることがなく、密閉性に優れた高信頼の発光デバイスを簡単に安価に作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例にかかる発光デバイスの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例にかかる発光デバイスの製造工程を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例にかかる発光デバイスの製造工程の一部を説明する上視図である。
【図４】本発明の実施例にかかる発光デバイスの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例にかかる発光デバイスの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の発光デバイスの構成を以下に説明する。本発明の発光デバイスは、発光素子が実装されたパッケージの上部にガラス部材が接着剤により接着された構成である。パッケージの表面には凸部が設けられており、凸部に囲まれた窪みが形成されている。この窪みに発光素子が実装されている。そして、凸部の上面に設けられた接着剤によりガラス部材とパッケージが接着されている。このとき、ガラス部材とパッケージとの間の空間が外部と連通するように開口が設けられている。この開口は接着剤に設けてもよいし、ガラス部材に設けてもよい。さらに、開口を塞ぐ封口剤が設けられている。
【００１０】
このような構成によれば、例えば接着剤を硬化させる際に加熱を行ったとき、パッケージとガラス部材の隙間（空間）にある空気が膨張しても開口から外部に逃げることができる。そのため、隙間の圧力が高くなって接着剤にクラックを発生させることがない。
【００１１】
また、ガラス部材として、単に窪みを覆うためのガラス板を用いてもよいし、発光デバイスのレンズとしての機能を持つガラスレンズを用いてもよい。発光デバイスの用途に応じて適宜選択すればよい。さらに、ガラス材料で形成されたパッケージを用いれば、ガラス材同士を接着することになるため、熱膨張係数の差がなく接続信頼性が高い。
【００１２】
上述した構成の発光デバイスは以下のような製造方法で特徴づけられる。すなわち、本発明の発光デバイスの製造方法は、表面に凸部が形成され、凸部に囲まれた窪みが設けられたパッケージを作製する第一工程と、パッケージの窪みに発光素子を実装する第二工程と、凸部の上面に接着剤を設け、凸部の上面にガラス部材を設置する第三工程と、接着剤を硬化させてパッケージとガラス部材を接着する第四工程を含むとともに、第三工程において、パッケージとガラス部材の間の空間と外部を連通する開口が形成されるとともに、第四工程の後で、開口を封口剤で塞ぐ工程を備えている。
【００１３】
このような製造方法によれば、例えば接着剤を硬化させる際に加熱を行ったとき、パッケージとガラス部材との隙間の空気が膨張しても開口から外部に逃げることができる。そのため、隙間の圧力が高まり接着剤にクラックを発生させることがない。
【００１４】
また、開口を複数設けてもよい。一般的に、発光素子を覆うように封止樹脂が設けられる。この封止樹脂を、パッケージとガラス部材を接着した後で供給できる。すなわち、一方の開口から封止樹脂を供給し、他方の開口に吸引作用が働くようにする。このように、２つの開口を用いて、パッケージとガラス部材の間に封止樹脂を充填することが容易に実現できる。複数の開口は、封止樹脂の硬化後に封口してもよいし、封止樹脂自体で封口することができる。このような場合には、接着剤に光硬化型接着剤を用いたとしても効果が得られる。
【００１５】
以下、本発明の発光デバイスのうち、ガラスパッケージを用いた実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例の発光デバイスを図１に模式的に示す。図１（ａ）は発光デバイスの断面図であり、図１（ｂ）は上視図である。図１（ａ）に示すように、ガラスパッケージ１は表面に凸部１０が形成されており、この凸部１０に囲まれて窪みが形成される。この窪みの表面に発光素子３が実装されている。凸部１０の上面にガラスレンズ９が設置されている。発光素子３はダイボンディング剤２によりガラスパッケージ１に固定される。発光素子３の直下には、ガラスパッケージ１を貫通するビア１３が設けられている。ビア１３はガラスパッケージ１の下面に設けられた電極１５と電気的に接続されている。発光素子３から発生した熱は、ダイボンディング剤２とビア１３を介して電極１５へ伝えられる。また、発光素子３の下面には下電極（図示しない）が設けられ、ダイボンディング剤２は、発光素子の下電極とビア１３を電気的に接続する機能も備えている。発光素子３の上面には上電極（図示しない）が設けられ、上電極は、金ワイヤ５、ワイヤボンド電極４及びビア１４を介してガラスパッケージ１の下面に設けられた電極１６と電気的に接続される。発光素子には電極１５と電極１６を用いて駆動電力が供給される。
【００１７】
ガラスパッケージ１の窪みに封止樹脂７が供給され、発光素子３は封止樹脂７で覆われる。ガラスパッケージ１の上部、すなわち、凸部１０の上面にはガラスレンズ９が接着剤８によって接着される。本実施例では、封止樹脂７とガラスレンズ９の間には空間１７が存在している。図１（ｂ）に示すように、接着剤８には開口１１が設けられており、接着剤８は閉ざされた環状の形状ではない。すなわち、接着剤８は開口１１を除いて凸部１０の上面に塗布される。このような構成によれば、空間１７は開口１１により外部に繋がることとなる。この開口１１は、接着剤８を硬化させた後で、封口剤１２により塞がれる。このように、開口１１がある状態でレンズ９とガラスパッケージ１が接着剤８により接着されることとなる。そのため、接着剤８を硬化させる際に封止樹脂７の上部にある空間１７の気体が膨張収縮しても、その膨張収縮による圧力変化を開口１１から逃がすことができ、接着剤８にクラック等の隙間が発生することを防ぐことが出来る。
【００１８】
次に、本実施例の発光デバイスの製造方法を図２に基づいて説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）は本実施例の発光デバイスの製造工程を示す模式図である。まず、ガラスパッケージに発光素子を実装する工程を図２（ａ）に示す。ガラスパッケージ１にはビア１３及びビア１４が設けられ、底面に電極１５、電極１６が形成されている。発光素子３はダイボンディング剤２によってガラスパッケージ１のビア１３上に固定される。ガラスパッケージ１のビア１４上にはワイヤボンド電極４が設けられ、発光素子３の上電極（図示しない）と金ワイヤ５により接続される。
【００１９】
ここで、ビア１３、ビア１４には、銀や銅のような電気伝導度、熱伝導度の良好な材料を用いることが望ましい。具体的には、銀ペーストや銅ペーストを充填して焼成することにより、または銀や銅のワイヤやブロックを埋め込むことにより形成できる。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、発光素子３上にディスペンサ６を用いて封止樹脂７を供給する。封止樹脂７には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂のような有機系樹脂やシランのゾルゲル法で作る無機ガラスを用いてもよい。また、封止樹脂７に蛍光体を混合させてもよい。
【００２１】
次に、図２（ｃ）に示すように、ガラスパッケージ１の凸部１０の上面に接着剤８をスクリーン印刷やディスペンサ供給等の方法で塗布する。そして、ガラスレンズ９をガラスパッケージ１の凸部１０上に載置する。この状態の上視図を図３に模式的に示す。図示するように、ガラスパッケージ１の凸部１０上面に設けられた接着剤８には、開口１１が設けられている。すなわち、接着剤８は開いた環状の形状で塗布される。したがって、ガラスパッケージ１とガラスレンズ９の間にたとえ空間があっても、この空間は開口１１を介して外界と繋がることとなる。そのため、接着剤８を加熱により硬化させる際に、加熱時の気体膨脹による圧力を外界に逃がすことが可能になり、接着剤８にクラック等の隙間が発生することを防げる。接着剤８の具体的な材料として、エポキシ系樹脂やシランからゾルゲル法で作る無機ガラス、比較的低温で融解するガラスフリット等が例示できる。このようにして、ガラスレンズ９とガラスパッケージ１を密着させることができる。
【００２２】
次に、ディスペンサ６を用いて開口１１に封口剤１２を供給する。図２（ｄ）にこの工程を模式的に示す。ここで、ガラスパッケージ１とガラスレンズ９の間の空間１７は開口１１を介して外界と繋がっている。最後に、封口剤１２によって開口１１が塞がれる。
【００２３】
このような製造方法によれば、発光デバイスの密閉性が向上でき、信頼性をあげることができる。また、接着という単純な手段を用いているため、発光デバイスを簡単かつ安価に製造することが可能となる。
【実施例２】
【００２４】
本実施例は、ガラスレンズのかわりにガラス板１８をガラスパッケージに接着している点で実施例１と異なっている。そこで、実施例１と重複する説明は適宜省略する。本実施例の発光デバイスの構成を図４に模式的に示す。図４（ａ）は断面図であり、図４（ｂ）は上視図である。図示するように、接着剤８を用いてガラス板１８がガラスパッケージ１に接着されている。接着剤８には、空間１７と連通する開口１１が設けられている。実施例１で説明したように、このような構成により非常に信頼性の高い発光デバイスが実現できる。
【００２５】
図５に、本実施例の別の形態の発光デバイスを模式的に示す。図５（ａ）は断面図であり、図５（ｂ）は上視図である。ここでは、接着剤８に開口１１を設けるかわりに、ガラス板１８に穴１９が開けられている。そして、接着剤８はガラスパッケージ１の凸部１０上に環状に塗布される。すなわち、ガラスパッケージ１とガラスレンズ９の間の空間１７は穴１１を介して外界と繋がっている。接着剤８を加熱して硬化する際に、空間１７の空気は穴１９から外部へと抜けることになる。接着剤８を硬化させた後に封止穴１９は、封口剤により塞がれる。
【００２６】
上述の各実施例では、ガラスパッケージを用いて例示したが、セラミックのような絶縁物のパッケージを用いてもよい。無機材料から形成されたパッケージが好ましい。また、ガラスレンズが載置される側のガラスパッケージの表面に誘電体ミラーや銀、アルミ等の金属薄膜を設けてミラーを形成してもよい。また、パッケージに白色ガラスを用いることにより、白色ガラス自体の反射効果を利用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
無機系の材料で周囲を囲った非常に信頼性の高い発光デバイスを簡単かつ安価に製造することができるので、交換の必要のない照明器具や高温多湿等の過酷な環境下で使用する照明器具が実現できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  ガラスパッケージ
２  ダイボンディング剤
３  発光素子
４  ワイヤボンド電極
５  金ワイヤ
６  ディスペンサ
７  封止樹脂
８  接着剤
９  ガラスレンズ
１０  凸部
１１  開口
１２  封口剤
１３  ビア
１４  ビア
１５  電極
１６  電極
１７  空間
１８  ガラス板
１９  穴
【図１】
2012028436.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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