(57)【要約】【課題】発光効率及び放熱性を向上できる発光装置用パッケージ及びそれを用いた発光装置を提供する。【解決手段】発光素子２が設置される設置面３１ａを有する基体３１と、発光素子３１の周囲に配して発光素子２の出射光を反射する反射部（反射枠３２または多孔質層３３）とを備え、反射部（３２、３３）よりも基体３１の熱伝導率を高くし、基体３１よりも反射部（３２、３３）の反射率を高くした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が設置される設置面を有する基体と、前記発光素子の周囲に配して前記発光素子の出射光を反射する反射部とを備え、前記反射部よりも前記基体の熱伝導率が高く、前記基体よりも前記反射部の反射率が高いことを特徴とする発光装置用パッケージ。
【請求項２】
前記反射部は前記発光素子が配される開口部を有して前記設置面上に形成される薄膜から成り、ガラスセラミックスを主成分として気孔を含有する多孔質層を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光装置用パッケージ。
【請求項３】
前記反射部がガラスと、アルミナと、アルミナよりも屈折率の高い高屈折率材とを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光装置用パッケージ。
【請求項４】
前記反射部が前記発光素子の周囲を覆う環状の枠体から成り、ガラスセラミックスを主成分としてガラスと、アルミナと、アルミナよりも屈折率の高い高屈折率材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置用パッケージ。
【請求項５】
前記基体がガラスセラミックスを主成分とし、酸化マグネシウム及び酸化亜鉛を含有することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の発光装置用パッケージ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の前記設置面上に発光素子を配したことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ内に発光素子を収納した発光装置に関する。また本発明は、発光素子を収納する発光装置用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光装置は特許文献１に開示されている。この発光装置はアルミナから成るセラミックスを主成分とする焼結体により形成されたパッケージを備えている。パッケージはセラミックス原料を所定形状に成形した後に焼成され、セラミックス原料の粒子間に生じる隙間によって気孔を有した多孔質に形成される。
【０００３】
パッケージはメッキ等によって配線導体を形成した基体と基体上に接着固定される環状の反射枠とを有している。反射枠の内周側にはＬＥＤ等の発光素子が収納され、発光素子はワイヤーボンディング等により配線導体に接続される。そして、反射枠の内部に透明樹脂から成る封止材を充填して発光素子が封止される。
【０００４】
発光素子の発光は封止材を導光し、基体表面及び反射部の内壁で反射して上方に導かれる。これにより、発光装置の上面から所定の範囲に光が出射される。
【０００５】
パッケージは気孔を有するため、封止材が基体及び反射枠の表面の気孔内に浸透する。これにより、封止材とパッケージとの固着強度を向上させることができる。また、セラミックスの粒子と気孔との屈折率の差によって両者の界面での反射光量が増加する。これにより、パッケージの反射率が向上して発光装置の発光効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８７１３２号公報（第４頁−第９頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の発光装置によると、パッケージが気孔を含有すると強度が低下する。このため、パッケージの気孔率を大きくすることが困難となり、反射率を十分大きくできないため発光効率が低い問題があった。また、パッケージが気孔を含むため熱伝導率が低下し、発光素子の放熱性が低い問題もあった。
【０００８】
本発明は、発光効率及び放熱性を向上できる発光装置用パッケージ及びそれを用いた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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の発光装置用パッケージは、発光素子が設置される設置面を有する基体と、前記発光素子の周囲に配して前記発光素子の出射光を反射する反射部とを備え、前記反射部よりも前記基体の熱伝導率が高く、前記基体よりも前記反射部の反射率が高いことを特徴としている。
【００１０】
この構成によると、基体の設置面上に配した発光素子から光が出射されると、基体よりも反射率が高く発光素子の周囲に配された反射部で光が反射する。これにより、所定範囲の照明が行われる。発光素子の発熱は反射部よりも熱伝導率の高い基体を介して放熱する。
【００１１】
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージにおいて、前記反射部は前記発光素子が配される開口部を有して前記設置面上に形成される薄膜から成り、ガラスセラミックスを主成分として気孔を含有する多孔質層を形成することを特徴としている。
【００１２】
この構成によると、基体の設置面上に開口部を有した多孔質層が配され、開口部内に発光素子が配される。多孔質層は気孔を含有するためガラスセラミックスの粒子と気孔との界面で光が反射され、高い反射率を有する。発光素子から設置面側に出射された光は多孔質層から成る反射部で反射して設置面と反対側に進行する。
【００１３】
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージにおいて、前記反射部がガラスと、アルミナと、アルミナよりも屈折率の高い高屈折率材とを含むことを特徴としている。この構成によると、ガラスと高屈折率材との界面及びアルミナと高屈折率材との界面で光が反射する。
【００１４】
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージにおいて、前記反射部が前記発光素子の周囲を覆う環状の枠体から成り、ガラスセラミックスを主成分としてガラスと、アルミナと、アルミナよりも屈折率の高い高屈折率材とを含むことを特徴としている。この構成によると、設置面上に配される発光素子の出射光が発光素子の周囲を覆う反射部に入射する。反射部の入射光はガラスと高屈折率材との界面及びアルミナと高屈折率材との界面で反射して所定方向に導かれる。
【００１５】
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージにおいて、前記基体がガラスセラミックスを主成分とし、酸化マグネシウム及び酸化亜鉛を含有することを特徴としている。この構成によると、酸化マグネシウム及び酸化亜鉛を含有量に応じて基材の熱膨張係数が可変され、反射部と基材との熱膨張係数を一致させることができる。
【００１６】
また本発明の発光装置は、上記各構成の発光装置用パッケージの前記設置面上に発光素子を配したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、発光素子が設置される基体と発光素子の周囲に配される反射部とを有し、反射部よりも基体の熱伝導率が高く、基体よりも反射部の反射率が高いので、発光素子の発熱を十分放熱して放熱性を向上できるとともに発光装置の出射光量が増加して発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の発光装置を示す斜視図
【図２】本発明の実施形態の発光装置を示す正面断面図
【図３】本発明の実施形態の発光装置のパッケージを示す分解斜視図
【図４】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの内部断面を示す概念図
【図５】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの製造工程を示す工程図
【図６】本発明の実施形態の発光装置のパッケージの他の製造工程を示す工程図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の発光装置を示す斜視図ある。発光装置１はセラミックスを主成分とした焼結体のパッケージ３０を備えている。詳細を後述するように、セラミックスはガラス成分を含んでもよく、含まなくてもよい。パッケージ３０の上面にはＬＥＤから成る発光素子２を収納する孔部３０ａが凹設される。発光素子２の発光は孔部３０ａの周壁及び底壁で反射して所定方向に導かれる。
【００２０】
孔部３０ａには発光素子２を封止する封止材３が充填される。封止材３は光を波長変換する蛍光体の粒子を分散して含有した透明樹脂から成る。本実施形態では発光素子２は青色光を発光し、蛍光体は青色光を黄色光に波長変換する。
【００２１】
図２は発光装置１の正面断面図を示している。また、図３はパッケージ３０の分解斜視図を示している。パッケージ３０は基体３１、反射枠３２、多孔質層３３及び保護層３４から成っている。反射枠３２は基体３１の設置面３１ａ上に配される環状の枠体から成り、反射枠３２によって孔部３０ａが形成される。反射枠３２及び多孔質層３３は発光素子２の出射光を反射する反射部を構成する。
【００２２】
基体３１及び反射枠３２はセラミックスを主成分とし、複数のセラミックシート１２を積層して形成される。基体３１の主成分となるセラミックスとして、例えば、ホウ珪酸ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックス、ソーダ石灰ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックス、窒化アルミニウム、アルミナ等を用いることができる。基体３１をガラスセラミックスにより形成すると低温で焼成できるためより望ましい。
【００２３】
基体３１が低温焼成可能なガラスセラミックスを主成分とする場合には、酸化マグネシウム及び酸化亜鉛が添加される。酸化マグネシウムは上記のガラスセラミックスよりも熱膨張係数が高く、酸化亜鉛は上記のガラスセラミックスよりも熱膨張係数が低い。このため、酸化マグネシウム及び酸化亜鉛の添加量に応じて基体３１の熱膨張係数が可変され、気孔を含む多孔質層３３の熱膨張係数に一致させることができる。これにより、焼成時の多孔質層３３の剥離を防止することができる。
【００２４】
基体３１を形成する下部のセラミックシート１２には放熱ビア１８及び電極ビア１９が貫通する。放熱ビア１８及び電極ビア１９には導電性材料が充填される。放熱ビア１８の上面には伝熱部１４が形成され、下面には放熱部１６が形成される。
【００２５】
反射枠３２を形成する上部のセラミックシート１２には孔部３０ａを形成する貫通孔３２ａが形成される。反射枠３２の主成分となるセラミックスとして、例えば、ホウ珪酸ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックス、ソーダ石灰ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックス、窒化アルミニウム、アルミナ等を用いることができる。
【００２６】
反射枠３２には主成分のセラミックスに対して屈折率の高い高屈折率材が添加される。高屈折率材を含有することによってセラミックスと高屈折率材との界面で光が反射して反射枠３２の反射率を大きくすることができる。
【００２７】
高屈折率材として、例えば、ケイ酸塩化合物、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム等を用いることができる。ケイ酸塩化合物として、ケイ酸マンガン、ケイ酸カルシウム、ジルコン等を用いることができる。
【００２８】
反射枠３２をガラスセラミックスにより形成すると低温で焼成できるためより望ましい。この時、アルミナは安価であるためアルミナ及び高屈折率材を含むガラスセラミックスにすると安価に反射枠３２を形成することができる。上記の高屈折率材はガラス及びアルミナよりも屈折率が高いため、ガラスと高屈折率材との界面及びアルミナと高屈折率材との界面で光が反射する。尚、反射枠３２をガラスとガラスよりも屈折率の高い高屈折率材とを主成分とするガラスセラミックスにより形成してもよい。
【００２９】
多孔質層３３はセラミックスを主成分として気孔を含有した多孔質に形成され、基体３１の設置面３１ａ上にコーティング等によって形成される。図４は多孔質層３３の内部断面を示す概念図である。多孔質層３３は主成分のセラミックス２１と気孔２２とが含有された多孔質に形成される。このとき、高屈折率材２３の粒子を含有してもよい。多孔質層３３は気孔２２を含むため熱伝導率が低下し、多孔質層３３よりも基体３１の熱伝導率が高くなっている。
【００３０】
多孔質層３３をガラスセラミックスにより形成すると低温で焼成できるためより望ましい。この時、アルミナは安価であるためアルミナ及び気孔２２を含むガラスセラミックスにすると安価に多孔質層３３を形成することができる。また、該ガラスセラミックスに高屈折率材２３を含んでもよい。高屈折率材２３はガラス及びアルミナよりも屈折率が高く、ガラスと高屈折率材２３との界面及びアルミナと高屈折率材２３との界面で光が反射する。尚、多孔質層３３をガラスとガラスよりも屈折率の高い高屈折率材２３とを主成分とするガラスセラミックスにより形成してもよい。
【００３１】
気孔２２は後述するように焼成前に混合されるスペーサの燃焼によって形成される。気孔２２の径は可視光の下限波長の半波長である１９０ｎｍよりも大きく形成される。
【００３２】
セラミックス２１として、例えば、ホウ珪酸ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックス、ソーダ石灰ガラス及びアルミナを含むガラスセラミックス、窒化アルミニウム、アルミナ等を用いることができる。
【００３３】
高屈折率材２３は主成分のセラミックス２１よりも屈折率の高い材料により形成される。高屈折率材２３を含有することによってセラミックス２１と高屈折率材２３との界面で光が反射して多孔質層３３の反射率を大きくすることができる。
【００３４】
高屈折率材２３として、例えば、ケイ酸塩化合物、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム等を用いることができる。ケイ酸塩化合物として、ケイ酸マンガン、ケイ酸カルシウム、ジルコン等を用いることができる。
【００３５】
図２、図３において、保護層３４はホウ珪酸ガラス等の透明部材から成り、多孔質層３３上にコーティング等によって形成される。この時、多孔質層３３の周縁まで保護層３４によって覆われる。これにより、気孔２２の露出が防止される。
【００３６】
尚、多孔質層３３は気孔２２を含むため、基体３１に比して熱伝導率が低くなる。このため、多孔質層３３及び保護層３４には発光素子２が配される開口部３３ａ、３４ａがそれぞれ形成される。これにより、基体３１の設置面３１ａ上に発光素子２が設置される。また、多孔質層３３及び保護層３４には端子１３が配される開口部３３ｂ、３４ｂがそれぞれ形成される。
【００３７】
発光素子２は接着等により伝熱部１４上に固着して基体３１の設置面３１ａに設置される。発光素子２の発熱は伝熱部１４から放熱ビア１８を介して放熱部１６に伝えられて放熱する。電極ビア１９の上面には端子１３が形成され、下面には電極１７が形成される。電極ビア１９によって端子１３と電極１７とが導通する。発光素子２はワイヤー４をワイヤーボンディングして端子１３に接続される。
【００３８】
図５はパッケージ３０の製造工程を示す工程図である。混合工程ではセラミックシート１２を形成するセラミックス原料及び添加物の原料を混合して混合物を生成する。セラミックス原料及び添加物の原料は例えば、所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。
【００３９】
シート形成工程では混合工程で生成した混合物を加圧して例えば、厚さ０．１ｍｍのシート状に成形し、セラミックシート１２の素材を形成する。打ち抜き工程ではセラミックシート１２の素材を打ち抜き、孔部３０ａを形成する貫通孔１２ａや、放熱ビア１８及び電極ビア１９となる貫通孔を形成する。電極形成工程では印刷によって端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６となる導体を形成する。
【００４０】
多孔質層混合工程では多孔質層３３を形成するセラミックス原料、高屈折率材２３の原料、粒状の樹脂から成るスペーサ、及び有機溶剤を混合してペースト状の混合物の原料を生成する。セラミックス原料及び高屈折率材２３の原料は例えば、所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。
【００４１】
スペーサは樹脂から成るため後述する焼成工程で燃焼して気孔２２を形成し、焼成温度で燃焼可能なポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、アクリル等が用いられる。スペーサは所望の大きさや形状の気孔２２に応じた大きさや形状に形成される。この時、スペーサを星形等の尖鋭部分を有する形状に形成すると、気孔２２の含有率が多いときにワイヤーボンディング時の加熱等によって多孔質層３３に気孔２２からヒビが発生する場合がある。このため、スペーサは尖鋭部分を持たない球状や内角が鈍角の多角形による多面体等に形成される。
【００４２】
また、スペーサは可視光の下限波長の半波長である１９０ｎｍよりも大きい粒径に形成される。これにより、気孔２２を１９０ｎｍよりも大きい径に形成することができる。従って、多孔質層３３に可視光が入射した際に光が気孔２２を透過せず、気孔２２の界面で光を反射させることができる。  
【００４３】
多孔質層塗布工程では多孔質層混合工程で生成されたペースト状の原料が基体３１の上層のセラミックシート１２の所定位置に印刷等によって塗布される。保護層塗布工程ではガラスの原料に有機溶剤を含有したガラスペーストが多孔質層塗布工程の印刷面上に印刷等によって塗布される。この時、反射枠３２よりも内側となる設置面３１ａ上に多孔質層３３のペースト状の原料及び保護層３４のガラスペーストが塗布される。
【００４４】
積層工程では各セラミックシート１２の素材が低温加熱により仮圧着して積層される。これにより、パッケージ３０の素材が形成される。焼成工程ではパッケージ３０の素材が焼成炉により約９００℃で焼成される。これにより、基体３１上に多孔質層３３及び保護層３４がコーティングされたパッケージ３０の焼結体が形成される。この時、多孔質層３３のスペーサが樹脂から成るため燃焼して気孔２２が形成される。
【００４５】
メッキ工程ではパッケージ３０の焼結体をメッキ液に浸漬し、端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６にメッキが施される。これにより、パッケージ３０が得られる。この時、多孔質層３３が保護層３４によって覆われるため、メッキ液が気孔２２に浸透することによる多孔質層３３の汚れが防止される。
【００４６】
図６はパッケージ３０の他の製造工程を示す工程図である。前述の図５に示す製造工程に対して、基体積層工程及び基体焼成工程が追加されている。その他の部分は図５と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００４７】
基体積層工程では基体３１を形成する各セラミックシート１２の素材が低温加熱により仮圧着して積層される。これにより、基体３１の素材が形成される。基体焼成工程では基体３１の素材が焼成炉により焼成される。これにより、基体３１が得られる。
【００４８】
そして、多孔質層塗布工程及び保護層塗布工程で多孔質層３３及び保護層３４のペースト状の原料が基体３１上に塗布される。積層工程では反射枠３２を形成するセラミックシート１２が積層され、焼成工程で焼成される。これにより、基体３１上に多孔質層３３及び保護層３４がコーティングされたパッケージ３０の焼結体が形成される。
【００４９】
尚、図５、図６において電極形成工程を焼成工程の後に行ってもよい。
【００５０】
上記構成の発光装置１において、発光素子２により発光した青色光は封止材３を導光し、蛍光体に到達すると黄色光に波長変換される。そして、波長変換された黄色光と蛍光体に到達しない青色光とが混合して白色光が孔部３０ａの上面から出射される。また、封止材３を導光した光は発光素子２の周囲に配される多孔質層３３及び反射枠３２で反射して孔部３０ａの上面から出射される。これにより、発光装置１は孔部３０ａの大きさに応じた範囲に光を出射する。
【００５１】
この時、多孔質層３３に入射する光は屈折率の差によってセラミックス２１の粒子と気孔２２との界面で反射するとともに、セラミックス２１の粒子と高屈折率材２３の粒子との界面で反射する。また、反射枠３２に入射する光は屈折率の差によってセラミックスの粒子と高屈折率材の粒子との界面で反射する。
【００５２】
このため、多孔質層３３及び反射枠３２は基体３１よりも高い反射率を有し、パッケージ３０の反射率が向上して発光装置１の発光効率を向上させることができる。尚、媒質の屈折率は波長によって変動するため、使用される光の波長に応じて多孔質層３３及び反射枠３２のセラミックス及び高屈折率材が選定される。
【００５３】
本実施形態によると、発光素子２が設置される基体３１と発光素子２の周囲に配される反射部を構成する多孔質層３３とを有し、多孔質層３３よりも基体３１の熱伝導率が高く、基体３１よりも多孔質層３３の反射率が高いので、発光素子２の発熱を十分放熱して放熱性を向上できるとともに発光装置１の出射光量が増加して発光効率を向上させることができる。
【００５４】
また、多孔質層３３がガラスセラミックスを主成分として気孔２２を含有する薄膜により形成されるため、容易に反射率の高い反射部を実現することができる。また、気孔２２を含むため強度が低下する多孔質層３３が薄膜に形成されるため、パッケージ３０の強度低下を防止することができる。
【００５５】
また、多孔質層３３がガラスと、アルミナと、アルミナよりも屈折率の高い高屈折率材２３とを含むため、低温で焼成できるとともに安価なアルミナを用いてパッケージ３０のコストを削減できる。また、高屈折率材２３によって多孔質層３３の反射率をより高くすることができる。
【００５６】
また、環状の枠体から成る反射枠３２が発光素子２の出射光を反射する反射部を構成し、ガラスと、アルミナと、アルミナよりも屈折率の高い高屈折率材とを含むので、上記と同様に低温で焼成できるとともに安価なアルミナを用いてパッケージ３０のコストを削減できる。また、高屈折率材によって反射枠３２の反射率をより高くすることができる。
【００５７】
尚、反射枠３２はガラスセラミックスに高屈折率材を含有することによって熱伝導率が低下する。しかしながら、基体３１の熱伝導率を反射枠３２よりも高くすることによって発光素子２の発熱を十分放熱して放熱性を向上することができる。また、反射枠３２に気孔を含有して反射率をより高くしてもよい。この場合も反射枠３２の熱伝導率が低下するが、基体３１によって発光素子２の発熱を十分放熱することができる。
【００５８】
また、基体３１がガラスセラミックスを主成分とし、酸化マグネシウム及び酸化亜鉛を含有するので、気孔２２や高屈折率材２３を含有した多孔質層３３に熱膨張係数を一致させることができる。これにより、焼成時の多孔質層３３の剥離を防止することができる。基体３１の熱膨張係数を反射枠３２に一致させてもよい。
【００５９】
また、多孔質層３３がセラミックス原料と粒状の樹脂から成るスペーサとを混合して焼成し、スペーサの燃焼により形成された気孔２２を有するので、所望の含有率の気孔を有した多孔質層３３を容易に形成することができる。従って、パッケージ３０及び発光装置１の製造コストを削減することができる。
【００６０】
本実施形態において、多孔質層３３内に高屈折率材２３を含有しているが、高屈折率材２３を省いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によると、発光装置用パッケージ内に発光素子を収納した発光装置を搭載するエッジライト型バックライト、スキャナ用光源、ＬＥＤ照明等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１    発光装置
２    発光素子
３    封止材
４    ワイヤー
１２    セラミックシート
１３    端子
１４    伝熱部
１６    放熱部
１７    電極
１８    放熱ビア
１９    電極ビア
２１    セラミックス
２２    気孔
２３    高屈折率材
３０    パッケージ
３０ａ  孔部
３１    基体
３２    反射枠
３３    多孔質層
３３ａ、３４ａ  開口部
３４    保護層
【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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