(57)【要約】【課題】  発光デバイスとしての信頼性を向上させ、かつ、コストを低減する。【解決手段】  発光デバイス１は、外部電極７を有する基体２と、この基体２に搭載され、外部電極７に接続される電極を有する発光素子３と、発光素子３を封止するキャップ４とを備えて構成される。基体２及びキャップ４はガラス材が用いられ、基体２は貫通孔５を有する。貫通孔５には、発光素子３に設けた電極と、基体２に設けた外部電極７とを接続するための貫通電極６が設けられる。【選択図】  図１
2009200084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電極を有する基体と、該基体に搭載され、前記外部電極に接続される電極を有する発光素子と、該発光素子を封止するキャップとを備えた発光デバイスにおいて、
前記キャップは、ガラス材により形成され、
前記基体は、貫通孔を有するガラス材により形成され、前記発光素子に有する電極と前記外部電極とを接続する貫通電極が前記貫通孔に設けられていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の発光デバイスにおいて、
前記貫通電極は、導電性ペーストにより形成されていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の発光デバイスにおいて、
前記貫通電極は、金属芯材及び該金属芯材の周囲を覆う導電性ペーストにより形成されていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の発光デバイスにおいて、
前記貫通電極は、貫通孔に挿入された鋲形状の金属材により形成され、前記鋲形状の頭部を前記外部電極として用いることを特徴とする発光デバイス。
【請求項５】
請求項２または３に記載の発光デバイスにおいて、
前記貫通孔は、テーパ状に形成されていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の発光デバイスにおいて、
前記基体またはキャップは、赤外線透過ガラスにより形成されていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の発光デバイスにおいて、
前記発光素子は、その表面に蛍光体がコーティングされていることを特徴とする発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を基体上に搭載した発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光デバイスは、照明装置や表示装置等の光源に用いられ、発光素子を基体上に搭載したものが知られている。図３に、従来の発光デバイスの構成を模式的に示す。発光デバイス３１は、外部電極３６，３７を有する基体３２と、図示しない２個の電極を有し、これらの電極が外部電極３６，３７に接続される発光素子３３と、発光素子３３を被覆して充填された透明樹脂３４とを備えて構成されている。
【０００３】
基体３２に設けた外部電極３６と発光素子３３に設けた一方の電極とは、ダイボンディングにより電気的に接続され、外部電極３７と発光素子３３に設けた他方の電極とは、ワイヤ３８を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続される。ここで、ダイボンディングは、エポキシ樹脂にＡｇ粒子を混合した導電接着剤等を用いて、両電極を直接接合する手法である。ワイヤボンディングは、熱、荷重及び超音波を用いて、または接着剤を用いて、Ａｕ線材等のワイヤを両電極に接合する手法である。また、透明樹脂３４には、蛍光体３５が分散されている。
【０００４】
基体３２は、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、プラスチック基板等の絶縁体材料が用いられ、例えばキャビティを用いた金型処理により形成される。基体３２に設けた外部電極３６，３７は、例えばメッキ処理により所定のパターンに形成される。
【０００５】
発光素子３３は、基体３２の上面に形成された凹部の底面に搭載されている。基体３２に設けた外部電極３６，３７は、基体３２の上面に形成された凹部の底面及び基体３２の下面において、互いに離間して配置されている。基体３２に設けた外部電極３６，３７及び発光素子３３に設けた図示しない電極は、例えば、Ｃｕ及びＡｕによるメッキパターンにより形成される。
【０００６】
透明樹脂３４は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透明材料が用いられ、発光素子３３を被覆するための封止材として、基体３２の上面に形成された凹部に充填される。透明樹脂３４の内部に分散された蛍光体３５は、発光素子３３との組み合わせにより、白色光を得るために用いられる。また、得られる白色光の特性のばらつきを低減するために、透明樹脂３４の内部の蛍光体３５は、均一に分散している。
【０００７】
このような従来の発光デバイスの例として、特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開２００７−３１７６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した従来の発光デバイス３１では、透明樹脂３４としてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等が用いられている。このため、発光素子３３からの光及び発熱によって、透明樹脂３４が劣化する場合があり、発光デバイスとしての信頼性が低下する可能性があった。
【０００９】
また、従来の発光デバイス３１では、基体３２に設けた外部電極３６，３７及び発光素子３３に設けた電極が、例えばＣｕ及びＡｕによるメッキパターンで形成され、ダイボンディング及びワイヤボンディングにより接続されている。このため、発光素子３３の発熱によって電気的接続が不安定になる場合があり、効果的な放熱を実現することが望まれていた。
【００１０】
また、従来の発光デバイス３１では、基体３２に設けた外部電極３６と発光素子３３に設けた電極とが、導電接着剤等を用いたダイボンディングにより接続されている。このため、不十分な接着強度が原因となって、電気的接続が不安定になる可能性があった。
【００１１】
また、従来の発光デバイス３１では、透明樹脂３４の内部に均一に分散された蛍光体３５と発光素子３３との組み合わせにより、白色光を出射する。特許文献１によれば、蛍光体３５を透明樹脂３４の内部に均一に分散させるためには、未硬化の透明樹脂３４に粉末の蛍光体３５を混合して混練し、基体３２の凹部に充填して硬化させる工程が必要となる。しかし、蛍光体３５は、このような複数の工程が必要であり、混練の程度によっては、必ずしも透明樹脂３４の内部に均一に分散するとは限らず、蛍光体３５の分散管理が困難になるという問題があった。
【００１２】
このように、透明樹脂３４の劣化、発光素子３３の発熱等に対応する観点から、発光デバイスとしての信頼性を一層向上させることが望まれていた。
【００１３】
さらに、従来の発光デバイス３１では、外部電極３６，３７を有する基体３２を形成するために、キャビティを形成する処理またはメッキパターンを形成する処理が必要である。このため、基体３２を形成するためのコストが高くなるという問題があった。また、セラミック基板からなる基体３２を用いた場合には、セラミックは他の材料に比べて高価であるから、さらにコストが高くなるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、発光デバイスとしての信頼性を向上させ、かつ、コストを低減することが可能な発光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を講じた。
【００１６】
（１）外部電極を有する基体と、該基体に搭載され、前記外部電極に接続される電極を有する発光素子と、該発光素子を封止するキャップとを備えた発光デバイスにおいて、  前記キャップは、ガラス材により形成し、前記基体は、貫通孔を有するガラス材により形成し、前記発光素子に有する電極と前記外部電極とを接続する貫通電極を前記貫通孔に設けるようにした。
【００１７】
（２）前記（１）の発光デバイスにおいて、前記貫通電極は、導電性ペーストにより形成するようにした。
【００１８】
（３）前記（１）の発光デバイスにおいて、前記貫通電極は、金属芯材及び該金属芯材の周囲を覆う導電性ペーストにより形成するようにした。
【００１９】
（４）前記（１）の発光デバイスにおいて、前記貫通電極は、貫通孔に挿入された鋲形状の金属材により形成し、前記鋲形状の頭部を前記外部電極として用いるようにした。
【００２０】
（５）前記（２）または（３）の発光デバイスにおいて、前記貫通孔は、テーパ状に形成するようにした。
【００２１】
（６）前記（１）から（５）までのいずれかの発光デバイスにおいて、前記基体またはキャップは、赤外線透過ガラスにより形成するようにした。
【００２２】
（７）前記（１）から（６）までのいずれかの発光デバイスにおいて、前記発光素子は、その表面に蛍光体をコーティングするようにした。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、基体及びキャップとしてガラス材を用い、基体に形成した貫通孔に貫通電極を設け、基体に設けた外部電極と発光素子に設けた電極とを、貫通電極を介して電気的に接続するようにした。ガラス材は、発光素子からの熱及び光に対して耐性を有し、その熱は貫通電極を介して外部に逃がすことができる。また、ガラス材は、基体の材料となり得るセラミック等に比べて安価である。これにより、発光デバイスとしての信頼性を向上させ、かつ、コストを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、発光デバイスを構成する基体及びキャップとして、放熱性を有し、かつ低コストのガラス材を用いると共に、発光素子の熱を基体に設けた貫通電極を介して外部へ逃がすことを特徴とする。具体的には、発光デバイスは、外部電極を有する基体と、この基体に搭載され、外部電極に接続される電極を有する発光素子と、発光素子を封止するキャップとを備え、キャップをガラス材により形成し、基体をガラス材により形成して貫通孔を設け、その貫通孔に、発光素子の電極と外部電極とを接続するための貫通電極を設けるようにした。以下、実施例を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１に、本発明の実施例による発光デバイスの構成を模式的に示す。図１において、発光デバイス１は、２個の外部電極７を有する基体２と、図示しない２個の電極を有する発光素子３と、基体２の上面に搭載された発光素子３を封止するためのキャップ４とを備えて構成されている。
【００２６】
基体２は、ガラス材が用いられ、２個の貫通孔５が形成されており、それぞれの貫通孔５には貫通電極６が設けられている。ガラス材としては、放熱性を考慮して、赤外線透光ガラスを用いることが望ましい。貫通電極６は、導電性の金属が用いられ、貫通孔５に埋め込まれている。例えば、Ａｇペースト、コバール、ニッケル鉄が用いられる。コバールは、基体２の材料として用いられるガラス材に近い熱膨張率を有し、ガラスとの親和性が高い。そこで、貫通電極６としては、コバールを用いるのが望ましい。
【００２７】
尚、本実施例では、基体２に形成された貫通孔５は、基体２の上面から下面まで垂直に延びているが、本発明は、貫通孔５の形状を限定するものではない。例えば、テーパ状に形成されていてもよいし、斜めに形成されていてもよい。
【００２８】
基体２に設けた外部電極７は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、コバールが用いられる。コバールは、前述したように、ガラスとの親和性が高いので、外部電極７としてコバールを用いるのが望ましい。外部電極７は、基体２の下面において離間して設けられ、外部電極７と基体２及び貫通電極６とは、スパッタ処理により接合され、スパッタ接合部１１が形成される。
【００２９】
尚、本実施例では、外部電極７と基体２及び貫通電極６との間にスパッタ接合部１１が形成されているが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、メッキ処理によりメッキ接合部を形成するようにしてもよい。
【００３０】
発光素子３は、基体２の上面に搭載され、その上面及び側面には、蛍光体８が均一にコーティングされている。発光素子３は、その表面から放出した光を、蛍光体８及びキャップ４を介して外部へ出射する。発光素子３の下面には、ｐ型の電極及びｎ型の電極が設けられている（図示せず）。発光素子３に設けた電極と、基体２に形成された貫通電極６とは、フリップチップボンディングにより接合され、バンプ接合部９が形成される。ここで、フリップチップボンディングは、発光素子３に設けた電極と基体２に形成された貫通電極６との間に突起形状のバンプを設け、熱、荷重及び超音波を加える等により、バンプを介して両電極を接合するものである。つまり、発光素子３は、発光素子３に設けた電極と貫通電極６とのバンプ接合により、基体２の上面に支持固定される。
【００３１】
発光素子３は、例えばＬＥＤ素子であり、その材料として、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料が用いられる。バンプ接合部９を形成するバンプは、例えばＡｕが用いられる。
【００３２】
したがって、基体２に設けた外部電極７と、発光素子３に設けた電極とは、スパッタ接合部１１、貫通電極６及びバンプ接合部９を介して、電気的に接続される。
【００３３】
キャップ４は、ガラス材が用いられ、蛍光体８が上面及び側面にコーティングされた発光素子３を密閉して封止するために、その下面に凹部が形成されている。ガラス材としては、放熱性を考慮して、赤外線透光ガラスを用いることが望ましい。キャップ４に形成された凹部の端面と、基体２の上面における周縁部の面とが、陽極接合処理により接合され、陽極接合部１０が形成される。
【００３４】
尚、本実施例では、キャップ４と基体２との間に陽極接合部１０が形成されているが、本発明は、これに限定するものではなく、他の接合処理により接合部を形成するようにしてもよい。
【００３５】
発光デバイス１は、キャップ４の上から見ると、全体として四角形状をしており、基体２、発光素子３及びキャップ４も四角形状をしている。尚、本発明は、これらの形状を四角形状に限定するものではなく、例えば丸形状であってもよい。
【００３６】
以上のように、本発明の実施例による発光デバイス１によれば、基体２及びキャップ４の材料としてガラス材を用いるようにした。特に、ガラス材として放熱性に優れた赤外線透過ガラスを用いることにより、発光素子３から発生する熱を、基体２及び発光素子３を介して外部に逃がすことができる。また、発光素子３に設けた電極を、基体２に形成された貫通電極６を介して外部電極７に接続するようにした。これにより、発光素子３から発生する熱を、貫通電極６を介して外部に逃がすことができる。したがって、基体２、発光素子３及び貫通電極６により、放熱性を確保することができるから、発光デバイスとしての信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明の実施例による発光デバイス１によれば、発光素子３を封止するための材料として、ガラス材からなるキャップ４を用いるようにした。ガラス材は、封止材として従来から用いられていた樹脂とは異なり、発光素子３３からの光によって劣化することがない。また、キャップ４と基体２とを陽極接合部１０により接合することにより、基体２上に搭載された発光素子３を密封するようにしたから、発光素子３及びその表面にコーティングされた蛍光体８を保護することができる。したがって、キャップ４により、発光デバイスとしての信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明の実施例による発光デバイス１によれば、基体２及びキャップ４の材料としてガラス材を用いるようにした。ガラス材はセラミック等の他の材料よりも安価であるから、発光デバイス１のコストを低減することができる。
【００３９】
また、本発明の実施例による発光デバイス１は、基体２、この基体２上に搭載され、蛍光体８が表面にコーティングされた発光素子３、及び、発光素子３を封止するキャップ４により構成するようにした。これにより、発光デバイス１全体として簡易な構成を実現することができる。また、キャップ４の上から見たときの発光デバイス１を、四角形状に形成することにより、すなわち、基体２、発光素子３及びキャップ４を四角形状に形成することにより、例えば丸形状に比べて製造工程を減らすことができ、かつ、発光素子３における発光面積を効率良く確保することができる。
【００４０】
また、本発明の実施例による発光デバイス１によれば、発光素子３を封止するために、ガラス材からなる基体２とガラス材からなるキャップ４とを、陽極接合処理により接合するようにした。基体２及びキャップ４は、同じ材質が用いられているから、異なる材質を用いる従来技術に比べ、容易に接合することができる。
【００４１】
また、本発明の実施例による発光デバイス１によれば、蛍光体８を、発光素子３の表面にコーティングするようにした。これにより、発光素子３から放出される光は、蛍光体８を一様に介することになるから、全体として均一な白色光が出射することになる。また、白色光を出射するために、発光素子３の表面に蛍光体８をコーティングするのみで済む。したがって、蛍光体を透明樹脂の内部に均一に分散させる従来の工程、すなわち、透明樹脂に蛍光体を混合して混練し硬化させる工程が不要になるから、蛍光体の分散管理が容易になる。
【００４２】
次に、図１に示した基体２における貫通孔５及び貫通電極６の具体例について説明する。図２（Ａ）に、金属芯材及び導電性ペーストにより形成された貫通電極６を示す。図２（Ｂ）に、導電性ペーストにより形成された貫通電極６を示す。図２（Ｃ）に、導電性の鋲状金属により形成された貫通電極６を示す。
【００４３】
図２（Ａ）において、貫通孔５は、基体２の上面から下面に向けてテーパ状に、かつその幅が狭くなるように形成されている。貫通電極６は、金属芯材２１及び導電性ペースト２２により形成されている。貫通孔５の中央部には、基体２の上面から下面に向けて金属芯材２１が挿入されており、その金属芯材２１の周りには、金属芯材２１の周囲を覆う導電性ペースト２２が設けられている。導電性ペースト２２は、金属粉末に溶剤、樹脂、ガラス粉末等を混合し、基体２の上面から貫通孔５に流し込み、焼結して固めたものである。導電性ペースト２２としては、例えばＡｇペーストが用いられる。
【００４４】
この貫通電極６によれば、貫通孔５の中央に金属芯材２１が挿入されているから、導電性の良い貫通電極６を構成することができる。
【００４５】
図２（Ｂ）において、貫通孔５は、基体２の上面から下面に向けて２段のテーパ状に、かつその幅が狭くなるように形成されている。貫通電極６は、導電性ペースト２２を貫通孔５に流し込み、焼結して固めることにより形成されている。
【００４６】
この貫通電極６によれば、貫通孔５に導電性ペースト２２を流し込み、焼結して固めればよいから、貫通電極６を容易に形成することができる。
【００４７】
尚、本実施例では、貫通孔５は、２段のテーパ状に形成されているが、本発明は、段数を２に限定するものではなく、例えば図２（Ａ）に示したように１段でもよいし、３段でもよい。
【００４８】
図２（Ｃ）において、貫通孔５は、基体２の上面から下面まで垂直に形成されている。貫通電極６は、導電性の鋲状金属である画鋲２３により形成されている。画鋲２３は、傘型の頭部と芯状の先端部とを有し、その先端部が貫通孔５の下面から挿入され、頭部の裏面と基体２の下面とが焼着により接合して、接合部２５が形成される。画鋲２３の頭部は、外部電極７として用いられる。
【００４９】
貫通電極６は、以下の工程により形成される。まず、治具２４の上面に凹部を形成し、その凹部に画鋲２３の頭部を嵌め込む。そして、画鋲２３の先端部を、基体２に形成された貫通孔５に挿入し、画鋲２３が嵌め込まれた治具２４を基体２に押し込む。これにより、図２（Ｃ）に示したような状態となる。そして、基体２の下面と画鋲２３の頭部の裏面とを、焼着して乾燥させ、酸化亜鉛膜を生成することにより接合し、接合部２５を形成する。
【００５０】
この貫通電極６によれば、画鋲２３の頭部を外部電極７として用いることができるので、基体２の下面に外部電極７を設ける必要がない。したがって、発光デバイス１の製造工程を短縮することができ、簡易な構成を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例による発光デバイスの構成を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は、金属芯材及び導電性ペーストにより形成された貫通電極の断面図である。（Ｂ）は、導電性ペーストにより形成された貫通電極の断面図である。（Ｃ）は、導電性の鋲状金属により形成された貫通電極の断面図である。
【図３】従来の発光デバイスの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，３１  発光デバイス
２，３２  基体
３，３３  発光素子
４  キャップ
５  貫通孔
６  貫通電極
７，３６，３７  外部電極
８  蛍光体
９  バンプ接合部
１０  陽極接合部
１１  スパッタ接合部
２１  金属芯材
２２  導電性ペースト
２３  画鋲
２４  治具
３４  透明樹脂
３５  蛍光体
３８  ワイヤ
【図１】
2009200084.tif 000003
【図２】
2009200084.tif 000004
【図３】
2009200084.tif 000005