(57)【要約】【課題】反射ケース、該反射ケースの底面に配置されるＬＥＤチップ、該ＬＥＤチップを封止する封止部材及び前記反射ケースの開口部の周壁に固定されるレンズと備えてなる発光装置では、反射ケースの線膨張係数と封止部材の線膨張係数との違いにより、封止部材とレンズとの結合が不安定になる。【解決手段】反射ケースの側壁に貫通孔が形成されて該貫通孔を介して封止部材を反射ケースの外部へ表出させる。これにより、反射ケースと封止部材の線膨張係数が異なっていても、封止部材の変形が貫通孔を介して外部へ表出する部分に集中するので、封止部材とレンズとの間に不要な力がかからなくなり、両者の結合が安定する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射ケース、該反射ケースの底面に配置されるＬＥＤチップ、該ＬＥＤチップを封止する封止部材及び前記反射ケースの開口部の周壁に固定されるレンズを備えてなる発光装置であって、
前記反射ケースの側壁に貫通孔が形成されて該貫通孔を介して前記封止部材が前記反射ケースの外部へ表出している、ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記反射ケースの対向する一対の側壁に前記貫通孔が形成されている、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ＬＥＤチップは平面視長方形であり、その短辺に平行な前記反射ケースの側壁に貫通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射ケースは平面視長方形であり、その短辺側の側壁に前記貫通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射ケースはセラミック材料で形成され、前記封止部材はシリコーン樹脂で形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記レンズはガラス材料からなる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に従来の発光装置１の例を示す。
この発光装置１は反射ケース３の底面の基板にＬＥＤチップ５をマウントし、反射ケース３の開口部へシリコーン樹脂等の封止部材７を注入することによりＬＥＤチップ５を封止している。かかる構成のＬＥＤパッケージにおいて、集光性能を向上させるために、反射ケース３の開口部へ凸レンズ９を載置させる構成の発光装置１が知られている。
本発明に関連する文献として特許文献１及び特許文献２を参照されたい。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１８４４８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤチップを光源とした発光装置はその用途が拡大しており、より厳しい環境で使用される傾向にある。また一方で、より高い耐久性、信頼性が求められている。
かかる見地から従来の発光装置１を検討したところ、発光装置に熱履歴が加えられた場合にその信頼性に課題が生じることがわかった。反射ケースは一般的にアルミナ等のセラミック材料で形成され、他方封止部材は有機材料で形成されているため、両者の線膨張係数に大きな隔たりがあるからである。セラミック材料の線膨張係数は５〜８ｐｐｍ／℃であるのに対し、シリコーン樹脂からなる封止部材の線膨張係数は３００ｐｐｍ／℃である。また、レンズは光学制御などの観点から硬質部材（ガラス、アクリル樹脂等）が好適に用いられ、その膨張係数は５−２００ｐｐｍ／℃である。
【０００５】
反射ケースと封止部材との間に、更には、レンズと封止部材との間にこのような大きな線膨張係数の違いがあると、発光装置が冷却されたときには、図２（Ａ）に示すように、封止部材７が収縮してレンズ９との間に空間８が形成されるおそれがある。他方、発光装置が昇温されたときには、図２（Ｂ）に示すように、封止部材７が膨張してレンズ９を圧迫し、これを反射ケース３から分離してしまうおそれがある。
このようにレンズを設けた場合、レンズ−ケース間、レンズ−封止部材間の界面にストレスが生じ、不具合が起こりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の局面は次のように規定される。即ち、
反射ケース、該反射ケースの底面に配置されるＬＥＤチップ、該ＬＥＤチップを封止する封止部材及び前記反射ケースの開口部の周壁に固定されるレンズを備えてなる発光装置であって、
前記反射ケースの側壁に貫通孔が形成されて該貫通孔を介して前記封止部材が前記反射ケースの外部へ表出している、ことを特徴とする発光装置。
【０００７】
このように規定される第１の局面の発光装置１１によれば、図３及び図４に示す通り、反射ケース１３の側壁に矩形の貫通孔１４が形成され、これを介して封止部材１７が反射ケース１３から外部へ表出している。その結果、発光装置１が冷却された場合に封止部材１７は当該表出部分１８を優先的に凹ませるように収縮する。封止部材１７は反射ケース１３及びレンズ１９に接着しているので、当該表出部分１８が最も変形しやすく、収縮に伴う応力が当該変形しやすい部分に集中するからである。他方、発光装置１１が昇温された場合にも、封止部材１７の膨張による変形は貫通孔１４を介して表出した部分に集中するので、レンズ１９にかかる力が小さくなり、レンズ１９が反射ケース１３から外れることはない。
図４において参照番号１６はリードである。リード１６と貫通孔１４は別の側面に設けることが好ましい。リード１６と封止部材１７とは熱膨張係数が大きく異なり、また接着力が弱いため、ケース１３と封止部材１７間の接着力が過度に低下し、ケースから剥がれてしまうためである。
図３及び図４の例では、反射ケース１３において相対向する側壁に貫通孔１４を形成して当該貫通孔１４を介して封止部材１７を外部へ表出させている。貫通孔１４を形成側壁は任意に選択することができる。
貫通孔１４の形状、及び一つの側壁における形成数も任意に選択できる。
貫通孔１４は側壁の中央に、貫通孔の中心を側壁の中心に一致させて、形成されることが好ましい。
【０００８】
この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、
第１の局面の発光装置において、反射ケースの対向する一対の側壁に前記貫通孔が形成されている。
このように規定される第２の局面の発光装置によれば、対向する一対の側壁に貫通孔が形成され、この貫通孔を介して封止部材が外部へ表出するので、封止部材を対称に変形させられる。これにより、表出部分を変形させることによる封止部材の膨張若しくは収縮が円滑に行なわれ、封止部材とレンズとの間にかかる力をより軽減できる。
この場合、ＬＥＤチップが熱収縮の中心となるため、ＬＥＤチップにかかる熱応力は小さくなり、ワイヤ断線などの問題も抑止できる。
【０００９】
この発明の第３の局面は次のように規定される。即ち、
第１又は第２の局面の発光装置において、ＬＥＤチップは平面視長方形であり、その短辺に平行な反射ケースの側壁に前記貫通孔が形成されている。
平面視長方形のＬＥＤチップでは、その短辺に平行な方向とその長辺に平行な方向において配光特性に違いがある。この配光特性において、短辺に平行な方向では光量のピークは中央部分から両外側へ偏移しており、その中央部分に必ずしもピークがあるわけではないので、この光を反射する長辺に平行な反射ケースの側壁へ、特にその中央部分に貫通孔を設けることは好ましくない。他方、LEDチップの長辺に平行な方向では、光量のピークが中央付近にあり、横方向への光量が、短辺に平行な方向の光量と比べ弱いので、そこへ貫通孔を設けても反射効率に与える影響は、長辺に平行な反射ケースの側壁の場合に比べて、大きくない。そこで、ＬＥＤチップの短辺に平行な反射ケースの側壁に貫通孔を設けることにより（長辺側の側壁には貫通孔が設けられていない）、反射効率の低下を可及的に小さくしている。これにより、ＬＥＤチップから放射される光を効率的により多く反射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態につき図例を参照しながら説明をする。
図５に実施例の発光装置２１の斜視図を示す。
この発光装置２１は、アルミナ若しくは窒化アルミニウム等で形成されるセラミック製の反射ケース２３とアクリル樹脂等の透明な樹脂材料からなるレンズ２９を備えてなる。
反射ケース２３は平面視長方形であり、ＬＥＤチップの短辺に平行な側壁２３１の中央にそれぞれ矩形の貫通孔２４が形成されて（図８，９参照）、該貫通孔２４を介してシリコーン樹脂からなる透明な封止部材２７が表出している。図５において参照番号２８は封止部材の表出部を示す。長辺２３３側の側壁にはそれぞれリード部材２６が延設されている。
このリード部材２６は反射ケース２３の底面の配線基板へ電気的に接続されている。反射ケース２３の底面の配線基板にはIII族窒化物系化合物半導体発光素子からなるフェイスアップタイプのＬＥＤチップ２５（図８，図９参照）がマウントされている。
【００１１】
ここにＬＥＤチップ２５の電極や層構成などの種類は特に限定されるものではなく、任意の構成のもの（例えばフリップチップタイプ）を採用することができる。かかるＬＥＤチップはIII族窒化物系化合物半導体により形成できる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。ＬＥＤの素子機能部分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成することが好ましい。
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、窒化ガリウム、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましい。
ＬＥＤチップ２５の発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、青色、緑色等、所望の発光色に応じて選択される。白色光を放出する照明装置を構成する場合には、青色光を放射するＬＥＤチップ２５を好適に用いることができる。ＬＥＤチップ２５を複数個用いることもできる。その場合には、同種類のＬＥＤチップを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類のＬＥＤチップを複数組み合わせても良い。
【００１２】
ＬＥＤチップとして短波長光を出力する発光素子を採用した場合、これを封止する封止部材にシリコーン樹脂が好適に使用される。封止部材の黄変を防止するためである。
また、このシリコーン樹脂からなる封止部材にはＹＡＧ系の黄色系蛍光体が分散される。これにより、ＬＥＤチップ２５から放出された青色系光と、該光の一部を吸収して蛍光体が放出する黄色系光とが均一に混合され、白色光が形成される。
ここに、ＹＡＧ系の黄色系蛍光体は、一般式Ｙ３−ｘＧｄｘＡｌ５−ｙＧａｙＯ１２：Ｃｅ（０≦ｘ≦３、０≦ｙ≦５）で表されるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。かかる蛍光体は、青色系の光を黄色ないし黄緑色系の光に効率よく変換する。上記一般式において、イットリウム（Ｙ）の一部又は全部をＬｕ又はＬａに置換したものを用いることもでき、また、アルミニウム（Ａｌ）の一部又は全部をＩｎ又はＳｃに置換したものを用いることもできる。また、黄色系蛍光体として、（Ｃａ０．４９Ｍｇ０．５０）３（Ｓｃ０．７５Ｙ０．２５）２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、（Ｃａ０．９９）３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、（Ｃａ０．４９Ｍｇ０．５０）３（Ｓｃ０．５０Ｙ０．５０）２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、（Ｃａ０．４９Ｍｇ０．５０）３（Ｓｃ０．５０Ｌｕ０．５０）２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋（オルトケイ酸塩）等を用いることもできる。
【００１３】
この実施例では反射ケース２３の短辺２３１側の側壁に貫通孔を形成した。貫通孔が形成されるとその部分で側壁は光を反射させることができない。
図６は長方形の形状を有するＬＥＤチップにおける配光特性を示している。ＬＥＤチップ内で多重反射して外部へ光放出される際、短辺に平行な方向が、光路が短いため内部で光吸収されずに光放射できるため、光出力が大きくなり、光量のピークは中央にない。他方、長辺に平行な方向では中央部分で光量が最大となる。
かかる配光特性を考慮したところ、光量が比較的少なくなるＬＥＤチップの短辺に平行なケースの側壁（特にその中央部分）へ貫通孔を形成することが好ましい（図５参照）。
【００１４】
次に実施例の発光装置２１の製造方法を図７〜図９を参照して説明する。
図７は、反射ケース２３を形成するための基板５０を示す。この基板５０は、汎用の基板の凹部５１（反射ケースの開口部を構成する）を坑５３で連結したものである。
かかる構成の基板５０は、凹部５１と坑５３に該当する溝を形成した上側基板５５と下側基板５６とを積層することにより形成できる。ここに、図視左右方向に坑５３が基板５０を貫通しており、坑５３の両端には栓５８が挿入されている。
【００１５】
かかる基板５０において反射ケースの底面の中央部分に、ＬＥＤチップ２５を定法に従いマウントし、ボンディングワイヤを懸架する。その後、硬化前のシリコーン樹脂（蛍光体を混合している）を凹部５１及び坑５３へ充填し、硬化させて封止部材２７とする。
図９の工程では、エポキシ樹脂からなるレンズ２９を、その中心が開口部５１の中心と一致するように（即ち、ＬＥＤチップ２５の光軸とレンズの中心が一致するように）、反射ケース２３へ接着する。
その後、カッタ６１により坑５３と直交する方向に基板５０をカットして、反射ケース２３を切り分ける。これにより、杭５３が貫通孔２４となり、この貫通孔２４を介して封止部材２７が表出する。
このように、坑がつながった状態で封止を行なうことにより、充填量が均一化され、バラツキのない発光装置となる。これにより、レンズを接着する際に、封止部材との間に空気などが入り込むことが抑制される。
【００１６】
なお、ＰＬＣＣパッケージ等の発光装置用に個別に準備された反射ケースの側面に貫通孔を穿設し、当該貫通孔を外側からテープ等で塞いでおいて、パッケージの開口部へ封止部材を充填し、封止部材が硬化後にテープを剥がすことで、本発明の構成を得ることもできる。
【００１７】
このように構成された実施例の発光装置２１によれば、セラミック材料からなる反射ケース２３の線膨張係数（５〜９ｐｐｍ）とシリコーン樹脂からなる封止部材の線膨張係数（３００ｐｐｍ）との間に大きさ差違があり、発光装置２１の環境温度が変化したとき（即ち温度履歴がかかったとき）、線膨張係数の大きい封止部材が変形することとなるが、当該変形は専ら封止部材２７が貫通孔２４を介して外部へ表出する部分（表出部２８）において行なわれる。従って、図２で説明したような封止部材とレンズとの結合態様の変化を生じることはない。
【００１８】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は従来例の発光装置の要部構成を示す断面図である。
【図２】図２は同じく従来の発光装置の課題を示す断面図である。
【図３】図３はこの発明の発光装置の構成を示す断面図である。
【図４】図４は同じく斜視図である。
【図５】図５はこの発明の実施例の発光装置を示す斜視図である。
【図６】図６は平面視長方形のＬＥＤチップの配光特定を示す図である。
【図７】図７は実施例の発光装置の製造方法の第１の工程を示す。
【図８】図８は同じく第２の工程を示す。
【図９】図９は同じく第３の工程を示す。
【符号の説明】
【００２０】
１，１１，２１  発光装置
３，１３，２３  反射ケース
５，１５，２５  ＬＥＤチップ
７，１７，２７  封止部材
１８，２８  封止部材の表出部分
【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】
2009088053.tif 000008
【図７】
2009088053.tif 000009
【図８】
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【図９】
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