CN101290964A - 发光装置、光源装置及发光装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即使是在玻璃密封部形成为长方体状的情况下，也能够抑制光输出效率下降的发光装置、光源装置及该发光装置的制造方法。该发光装置具有：LED元件(2)、搭载LED元件(2)的元件搭载基板(3)、以及玻璃密封部(6)，该玻璃密封部(6)在元件搭载基板(3)上密封LED元件(2)，并由分散有使LED元件(2)发出的光漫射的氧化锆粒子(7)的玻璃构成，形成为长方体状。从LED元件(2)射出的光中向氧化锆粒子(7)入射的光，在玻璃密封部(6)内被漫射后入射至玻璃密封部(6)的表面。

Description

发光装置、光源装置及发光装置的制造方法
技术领域
本发明涉及搭载部上的发光元件被玻璃密封的发光装置及其制造方法。
背景技术
以往以来，已知有用环氧系、硅酮系等透光性树脂材料、磷酸系等透光性玻璃材料密封发光二极管(Light Emitting Diode：LED)等发光元件的发光装置。将用于LED密封的树脂材料和玻璃材料进行比较，则玻璃材料的折射率与树脂材料相比有高的倾向，即使密封材料的形状相同，也是玻璃材料从发光元件输出光的效率高。
作为使用了玻璃密封材料的发光装置，提出了例如专利文献1中记载的发光装置。在专利文献1中，提出了通过热压加工将板玻璃接合于基板、并将玻璃与基板一起用切割机(dicer)等切断的加工方法。根据该发光装置401的加工方法，如图14所示，在基板403上密封发光元件402的玻璃密封部406形成为长方体状。
专利文献1国际公开第04/082036号小册子
发明内容
然而，专利文献1中记载的发光装置，虽然从发光元件输出光的效率高、且批量生产性优异，但是由于玻璃密封部406是高折射率且为长方体状，所以如图14所示，存在从发光元件402射出的光易被封入玻璃密封部406内而使输出光的效率下降的问题。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供即使玻璃密封部形成为长方体状的情况下，也能够抑制光输出效率下降的发光装置、光源装置及发光装置的制造方法。
为了达成上述目的，在本发明中，提供一种发光装置，其特征在于，具有发光元件、搭载部和密封部，所述搭载部搭载所述发光元件，所述密封部在所述搭载部上密封所述发光元件，由分散有使从该发光元件发出的光漫射的漫射粒子的玻璃构成，并形成为长方体状。
根据该发光装置，通过分散有漫射粒子的玻璃来密封发光元件，因此，从发光元件射出的光中向漫射粒子入射的光，在密封部内被漫射后入射至密封部的表面。由此，即使密封部是长方体状，也能够将不存在漫射粒子时会被封入密封部内的光从密封部输出。而且，由于漫射粒子分散于密封部内，所以也不存在像采用漫射物质形成漫射层的以往装置那样，光被封入漫射层内侧的情况。
在上述发光装置中，所述密封部通过热压加工与所述搭载部接合，优选所述漫射粒子的熔点高于所述热压加工时的温度。
在上述发光装置中，优选所述漫射粒子含有粒径是所述发光元件发出的光的波长的1～9倍的粒子。
在上述发光装置中，优选所述漫射粒子为白色。
在上述发光装置中，优选所述漫射粒子含有氧化锆粒子。
在上述发光装置中，优选所述漫射粒子含有氧化铝粒子。
在上述发光装置中，所述搭载部可以搭载有多个所述发光元件。
在上述发光装置中，优选所述玻璃具有空隙。
在上述发光装置中，优选所述玻璃含有荧光体，该荧光体被从所述发光元件发出的光激发则发出波长变换光。
在上述发光装置中，优选所述密封部由ZnO-SiO2-R2O系(R为选自I族元素中的至少1种)的玻璃形成。
为了达成上述目的，在本发明中，还提供一种光源装置，其特征在于，具有上述发光装置和集光光学系统，该集光光学系统将从所述发光装置射出的光向规定方向进行集光。
在上述光源装置中，优选所述发光装置在所述搭载部形成有散热图案，具有与所述散热图案相连接的散热体。
为了达成上述目的，在本发明中，还提供一种发光装置的制造方法，其特征在于，在制造上述发光装置时，包括混合工序、玻璃生成工序、玻璃密封工序和分割工序，所述混合工序将粉末状的玻璃与粉末状的漫射粒子混合，生成该漫射粒子在该玻璃内分散的混合粉末；所述玻璃生成工序在将所述混合粉末熔融后，将该混合粉末固化而生成板状的漫射粒子分散玻璃；所述玻璃密封工序将所述漫射粒子分散玻璃通过热压加工与搭载有多个发光元件的搭载部熔合，制成多个发光元件在所述搭载部上被所述漫射粒子分散玻璃密封的中间体；所述分割工序将所述玻璃密封工序中制成的中间体用切割机进行分割。
根据本发明，即使是在玻璃的密封部形成为长方体状的情况下，也能够抑制光输出效率的下降。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的发光装置的概略纵剖视图。
图2是LED元件的示意纵剖视图。
图3是发光装置的制造方法的工序说明图。
图4是表示分散玻璃的加工状态的说明图，(a)表示由混合粉末生成漫射粒子分散玻璃的加工装置，(b)表示由混合粉末所生成的漫射粒子分散玻璃，(c)表示将所得的漫射粒子分散玻璃切片后的状态。
图5是表示热压加工的状态的示意说明图。
图6是表示从LED元件发出的光路径的一例的说明图。
图7是表示第一实施方式的变形例的发光装置的概略纵剖视图。
图8是表示本发明的第二实施方式的发光装置的概略纵剖视图。
图9是表示元件搭载基板上的电路图案的形成状态的发光装置的俯视图。
图10是表示第二实施方式的变形例、表示元件搭载基板上的电路图案的形成状态的发光装置的俯视图。
图11是表示本发明的第三实施方式的光源装置的俯视图。
图12是图11的A-A剖视图。
图13是图11的B-B剖视图。
图14是表示以往例、表示从LED元件发出的光路径的一例的说明图。
符号说明
1发光装置
2LED元件
3元件搭载基板
3a通路孔
4电路图案
4aW层
4bNi层
4cAu层
4dAg层
5中空部
6玻璃密封部
6a侧面
6b上表面
7氧化锆粒子
8荧光体
10混合粉末
11漫射粒子分散玻璃
12中间体
20生长基板
21缓冲层
22n型层
23MQW层
24p型层
25p侧电极
26p侧焊盘电极
27n侧电极
27aAl层
27bNi层
27cAu层
28Au突起
41表面图案
42背面图案
43通路图案
44外部连接端子
80基台
80a上表面
81侧面框
82凹部
83载荷夹具
83a下部
91下模
92上模
101发光装置
201发光装置
203元件搭载基板
204电路图案
205中空部
206玻璃密封部
241表面图案
242背面图案
243通路图案
244外部连接端子
245散热图案
301光源装置
302玻璃密封LED
303散热体
306玻璃密封部
330大型散热板
330a中央部
330b延伸部
330c孔部
333反射镜
333a凸缘部
333b槽口
335小型散热板
335a槽口
401发光装置
402LED元件
403基板
406玻璃密封部
具体实施方式
图1至图6示出本发明的第一实施方式，图1是发光装置的概略纵剖视图，图2是LED元件的示意纵剖视图。
如图1所示，该发光装置1具有：倒装片(flip chip)型的由GaN系半导体材料构成的LED元件2；搭载LED元件2的元件搭载基板3；在元件搭载基板3上形成并由钨(W)-镍(Ni)-金(Au)构成的电路图案4；以及玻璃密封部6，该玻璃密封部6密封LED元件2，并与元件搭载基板3粘合，且含有氧化锆粒子7。此外，在LED元件2和元件搭载基板3之间，形成有玻璃未进入其中的中空部5。在本实施方式中，元件搭载基板3和电路图案4构成用于搭载LED元件2、并对LED元件2供电的搭载部。
作为发光元件的LED元件2，如图2所示，在由蓝宝石(Al2O3)构成的生长基板20的表面，使III族氮化物系半导体外延(epitaxial)生长，由此依次形成缓冲层21、n型层22、MQW层23、p型层24。该LED元件2在700℃以上进行外延生长，其耐热温度在600℃以上，在后述使用低熔点的热熔合玻璃的密封加工时的加工温度下是稳定的。此外，LED元件2具有：设置于p型层24表面的p侧电极25和在p侧电极25上形成的p侧焊盘电极26，并且具有n侧电极27，该n侧电极27形成于通过刻蚀p型层24至n型层22的各层的一部分而露出的n型层22上。在p侧焊盘电极26和n侧电极27中，分别形成有Au突起(bump)28。
p侧电极25是由例如铑(Rh)构成的，作为将从发光层MQW层23发出的光向生长基板20的方向反射的光反射层而发挥功能。此外，p侧电极25的材质可以适当变化。在本实施方式中，在p侧电极25上形成有2点p侧焊盘电极26，各个p侧焊盘电极26上形成有Au突起28。此外，p侧焊盘电极26可以是例如3点，p侧电极25上形成的p侧焊盘电极26的个数可以适当变化。
n侧电极27在同一区域形成有接触层和焊盘层。如图2所示，n侧电极27由Al层27a、覆盖该Al层27a的薄膜状的Ni层27b、以及覆盖Ni层27b表面的Au层27c而形成。此外，n侧电极27的材质可以适当变化。在本实施方式中，在俯视图中，n侧电极27形成于LED元件2的角部，而p侧电极25形成于除了n侧电极27的形成区域以外的几乎整个面。
LED元件2形成为厚100μm、346μm见方，热膨胀系数为7×10-6/℃。这里，LED元件2的GaN层的热膨胀系数为5×10-6/℃，但由于占大部分的由蓝宝石构成的生长基板20的热膨胀系数为7×10-6/℃，因此LED元件2主体的热膨胀系数与生长基板20的热膨胀系数是同等的。此外，在各图中，为了明确LED元件2的各部份的构成而以与实际尺寸不同的尺寸表示各部分。
元件搭载基板3由氧化铝(Al2O3)的多结晶烧结材料构成，形成为厚0.25mm、1.0mm见方，热膨胀系数α为7×10-6/℃。如图1所示，元件搭载基板3的电路图案4具有：在基板表面形成、且与LED元件2电连接的表面图案41以及在基板背面形成、且可与外部端子连接的背面图案42。表面图案41包括：根据LED元件2的电极形状而形成图案的W层4a、覆盖W层4a表面的薄膜状的Ni层4b和覆盖Ni层4b表面的薄膜状的Au层4c。背面图案42包括：根据后述的外部连接端子44而形成图案的W层4a、覆盖W层4a表面的薄膜状的Ni层4b和覆盖Ni层4b表面的薄膜状的Au层4c。表面图案41和背面图案42利用通路图案43电连接，该通路图案43设置于在厚度方向上贯穿元件搭载基板3的通路孔3a，并由W构成。外部连接端子44在阳极侧和阴极侧各设1个。在俯视图中，各个外部连接端子44对角配置于元件搭载基板3。
玻璃密封部6由均匀分散有二氧化锆粒子7作为漫射粒子的ZnO-B2O3-SiO2-Nb2O5-Na2O-Li2O系的热熔合玻璃构成。此外，玻璃的组成并不限于此，例如，热熔合玻璃也可以不含Li2O，可以含有ZrO2、TiO2等作为任意成分。如图1所示，玻璃密封部6在元件搭载基板3上形成为长方体状，厚度为0.5mm。玻璃密封部6的侧面6a是通过将利用热压加工而与元件搭载基板3粘合的板玻璃，与元件搭载基板3一起用切割机切割而形成的。此外，玻璃密封部6的上表面6b是利用热压加工与元件搭载基板3粘合的板玻璃的一面。该热熔合玻璃的玻璃转化温度(Tg)为490℃、屈伏点(At)为520℃，与LED元件2的外延生长层的形成温度相比，玻璃转化温度(Tg)足够低。在本实施方式中，玻璃转化温度(Tg)比外延生长层的形成温度低200℃以上。此外，热熔合玻璃在100℃～300℃的热膨胀系数(α)为6×10-6/℃。若超过玻璃转化温度(Tg)，则热膨胀系数(α)成为比这大的数值。由此，热熔合玻璃可以在约600℃与元件搭载基板3粘合，进行热压加工。此外，玻璃密封部6的热熔合玻璃的折射率为1.7。
此外，热熔合玻璃的组成，只要玻璃转化温度(Tg)比LED元件2的耐热温度低、且热膨胀系数(α)与元件搭载基板3同等，即可为任意。作为玻璃转化温度较低、且热膨胀系数较小的玻璃，可以列举例如ZnO-SiO2-R2O系(R为选自Li、Na、K等I族元素中的至少1种)的玻璃、磷酸系的玻璃和铅玻璃。这些玻璃中，ZnO-SiO2-R2O系的玻璃与磷酸系的玻璃相比，耐湿性良好，不会像铅玻璃那样产生环境问题，因而是优选的。
这里，所谓热熔合玻璃是指通过加热成以熔融状态或软化状态成型的玻璃，与利用溶胶凝胶法成型的玻璃不同。溶胶凝胶法在成型时体积变化大，因此易产生破裂而难以用玻璃形成厚膜，而热熔合玻璃则可以避免该问题。此外，溶胶凝胶法有时会产生细孔而损害气密性，而热熔合玻璃则不会产生该问题，可以可靠地进行LED元件2的密封。
此外，热熔合玻璃一般是以比树脂中被称为高粘度的水平高一个数量级的粘度进行加工的。而且，为玻璃时，即使超过屈伏点数十℃，粘度也无法低至一般的树脂密封水平。此外，要成为一般的树脂成型时水平的粘度，就必须超过LED元件的结晶生长温度的温度，或者变得粘附于模具，而使密封、成型加工变得困难。因此，优选在104泊以上进行加工。
氧化锆粒子7呈白色，将从MQW层23发出的光漫射。氧化锆粒子7熔点为2700℃，高于玻璃加工时的温度。具体而言，氧化锆粒子7的平均粒径为2μm，在玻璃密封部6内的浓度为2ppm。如果使氧化锆粒子7的平均粒径为0.2～10μm，则可以相对于重量比增大散射程度，可以抑制玻璃变脆等物性影响而获得由散射输出光的效果，因而是优选的。此外，使氧化锆粒子7的平均粒径成为蓝色光波长的1倍至数倍的范围的0.5～4μm，则可以发生米氏散射(由波长数量级的粒子引起的散射)，因而是更优选的。独立于平均粒径和粒度分布而考虑发生该米氏散射的条件，则氧化锆粒子7必须含有蓝色光波长的1倍至9倍粒径的粒子。进而，使氧化锆粒子7的平均粒径为0.5～4μm而浓度为20ppm以下，就可以抑制玻璃的物性影响，且不会发生由散射程度过大所致的光输出下降。此外，只要是该数量级大小的粒子，则即使玻璃中含有的粒子是微量而难以测定的浓度，也可以获得充分的散射效果。
以下，参照图3的工序说明图，对该发光装置1的制造方法进行说明。
首先，将ZnO-B2O3-SiO2-Nb2O5-Na2O-Li2O系的热熔合玻璃粉碎，生成平均粒径为30μm的玻璃粉末体。在其中混合平均粒径为2μm的氧化锆粒子7，生成氧化锆粒子7均匀分散于玻璃粉末内的混合粉末10(混合工序)。这时，如果粉碎热熔合玻璃时使用球磨机，则可以在槽和球中的至少一者中使用氧化锆，使玻璃粉碎时自动混合氧化锆粒子7，而省去混合氧化锆粒子7的麻烦。此外，混合粉末10中氧化锆粒子7过多时，可以将过多部分进行分粒而除去，从而调整氧化锆粒子7的量。
图4是表示分散玻璃的加工状态的说明图，(a)表示由混合粉末生成漫射粒子分散玻璃的加工装置，(b)表示由混合粉末所生成的漫射粒子分散玻璃，(c)表示将所得的漫射粒子分散玻璃切片后的状态。
将混合工序中生成的混合粉末10边施加载荷边熔融，然后将该混合粉末10固化，生成漫射粒子分散玻璃11(玻璃生成工序)。具体而言，如图(4a)所示，在基台80的平坦上表面80a上，设置包围基台80上的规定区域的筒状侧面框81，形成上方开口的凹部82。凹部82从上至下为相同截面，对应于凹部82的截面形状而形成的载荷夹具83的下部83a，可以在凹部82内上下移动。在该凹部82中装入混合粉末10后，安装对凹部82内加压的载荷夹具83。然后，将环境空气减压至7.6Torr并加热至650℃，利用载荷夹具83对混合粉末10施加20kg/cm2的压力将其溶解。这里，由于氧化锆粒子7熔点为2700℃，因此难溶于玻璃中。
此后，将溶解的混合粉末10冷却而固化，从而可以得到如图4(b)所示的分散有氧化锆粒子7的漫射粒子分散玻璃11。所生成的漫射粒子分散玻璃11如图4(c)所示，与玻璃密封部6的厚度相对应地被切片而加工成板状(板状加工工序)。在本实施方式中，玻璃密封部6的厚度为0.5mm。
另一方面，在漫射粒子分散玻璃11之外另行准备形成有通路孔3a的元件搭载基板3，在元件搭载基板3的表面根据电路图案丝网印刷W糊。然后，将印刷了W糊的元件搭载基板3在1000℃左右下进行热处理，从而将W烧接于元件搭载基板3，再在W上实施镀Ni、镀Au，从而形成电路图案4(图案形成工序)。
然后，在元件搭载基板3的电路图案4的表面图案41上，通过各个Au突起28电接合多个LED元件2(元件安装工序)。在本实施方式中，进行p侧两点、n侧一点合计三点的突起接合。
然后，将安装了各个LED元件2的元件搭载基板3固定于下模91，将板状的漫射粒子分散玻璃11安装于上模92。在下模91和上模92上分别配置有加热器，在各模具91、92独立地进行温度调整。然后，如图5所示，在大致平坦的元件搭载基板3的安装面上层叠漫射粒子分散玻璃11，对下模91和上模92加压，在氮气环境中进行热压加工。由此，漫射粒子分散玻璃11被熔合在搭载有LED元件2的元件搭载基板3上，LED元件2在元件搭载基板3上被漫射粒子分散玻璃11密封(玻璃密封工序)。这里，图5是表示热压加工状态的示意说明图。在本实施方式中，使加压压力为20～40kgf/cm2左右进行加工。这里，热压加工可以在对于各部件为惰性的环境中进行，除了氮气环境之外，也可以在例如真空中进行。
由此，漫射粒子分散玻璃11与元件搭载基板3介由它们中所包含的氧化物而被粘合。这里，优选热压加工时的热熔合玻璃的粘度为105～107泊。通过采用该粘度范围，可以抑制粘度低所引起的玻璃与上模92接合、玻璃向外部流出等，而使成品率良好，并且可以抑制粘度高所引起的玻璃与元件搭载基板3的接合力下降、各个Au突起28的坍垮量增大等。
此外，元件搭载基板3由多结晶氧化铝而形成表面为粗面状，玻璃密封部6侧的接合部的界面沿着元件搭载基板3的表面形成为粗面状。这是通过例如，在热压加工时施加压力、并且在比大气压低的减压环境下进行加工而实现的。这里，只要玻璃是充分进入粗面化了的多结晶氧化铝的凹部的状态，热压加工时的压力条件、环境的减压条件即可为任意，例如，当然也可以仅进行热压时的加压和环境的减压中的一者来进行加工。其结果是，成为玻璃密封部6与元件搭载基板3之间没有间隙的状态，可以确保玻璃密封部6和元件搭载基板3的接合强度。
这里，为了缩短热压加工的周期时间，可以在加压前设置预热阶段来预加热玻璃密封部6，或者在加压后设置缓冷阶段来控制玻璃密封部6的冷却速度。此外，在预热阶段和缓冷阶段也可以进行加压，热压加工时的工序可以适当变化。
通过以上的工序，可制成横方向上连结有多个发光装置1状态的如图5所示的中间体12。其后，将与玻璃密封部6一体化的元件搭载基板3安装于切割机，进行切割来分割各个LED元件2，从而完成发光装置1(分割工序)。通过将玻璃密封部6和元件搭载基板3一起利用切割机切断，元件搭载基板3和玻璃密封部6的侧面齐平。
在如上构成的发光装置1中，如果通过电路图案4对LED元件2施加电压，则从LED元件2发出蓝色光。图6是表示从LED元件发出的光路径的一例的说明图。根据该发光装置1，LED元件2被分散有氧化锆粒子7的玻璃密封，因此如图6所示，从LED元件2射出的光中向氧化锆粒子7入射的光，在玻璃密封部6内被漫射后入射至玻璃密封部6的表面。由此，可以将不存在氧化锆粒子7时会被封入玻璃密封部6内的光从玻璃密封部6输出。具体而言，玻璃密封部6为立方体状且不存在氧化锆粒子7时为70％左右的光输出效率，由于氧化锆粒子7而提高至90％左右。因此，使用玻璃防止LED元件2的密封部的劣化的同时，即使玻璃密封部6形成为长方体状时，也可以抑制光输出效率的下降。
此外，由于氧化锆粒子7的熔点比热压加工时的温度高，因此在加工玻璃密封部6时氧化锆粒子7不会溶解于玻璃，而能够以粒子状态稳定地存留于玻璃密封部6。此外，由于氧化锆粒子7为白色，因此也不会吸收LED元件2的光。
此外，在本实施方式中，由于边施加载荷边溶解混合粉末10，因此可以在比不施加载荷时低的温度下使粉末溶解。此外，由于可以在屈伏点(At)附近进行加工，因此即使使用不稳定的ZnO系玻璃也可以稳定地不使结晶化发生。此外，即使不施加载荷进行玻璃溶解也可以使氧化锆粒子7均匀分散，还可以使用加压机施加50kgf/cm2这样的压力进行玻璃溶解。此外，减压环境的程度、加压程度可以根据玻璃的特性适当设定。此外，环境的减压和对玻璃加压不必两者均进行，在减压环境和加压中任一者的条件下使玻璃溶解也当然是可以的。
此外，作为玻璃密封部6使用了ZnO-B2O3-SiO2-Nb2O5-Na2O-Li2O系的热熔合玻璃，因此可以使玻璃密封部6的稳定性和耐气候性良好。因此，即使是发光装置1长时间在严酷的环境下等使用的情况下，也可以抑制玻璃密封部6的劣化，可有效抑制光输出效率的经时性下降。进而，由于玻璃密封部6具有高折射率且高透射率特性，因此可以同时实现高可靠性和高发光效率。
此外，由于作为玻璃密封部6使用了屈伏点(At)比LED元件2的半导体层的外延生长温度低的玻璃，因此在热压时，LED元件2不会因热破坏而受损，可以进行比半导体层的结晶生长温度充分低的加工。
此外，由于元件搭载基板3和玻璃密封部6基于介由氧化物的化学键而粘合，因此可以得到更牢固的密封强度。因此，即使是接合面积小的小型封装体，也可以实现。
进而，由于元件搭载基板3和玻璃密封部6的热膨胀系数是同等的，因此在高温下粘合后，即使在常温或低温状态也不易产生剥离、破裂等粘合不良。进而，一般玻璃具有在Tg点以上的温度下热膨胀系数增大的特性，在Tg点以上的温度进行玻璃密封时，在进行稳定的玻璃密封时较理想的是，不仅考虑Tg点以下，还考虑Tg点以上温度时的热膨胀系数。即，通过使构成玻璃密封部6的玻璃材料制成如下的同等热膨胀系数，即该热膨胀系数考虑了包括上述Tg点以上温度时的热膨胀系数的热膨胀系数以及元件搭载基板3的热膨胀系数，从而可以减小元件搭载基板3中产生翘曲的内部应力，可以防止尽管获得了元件搭载基板3与玻璃密封部6粘合性，玻璃却剪切破坏这一情况。因此，可以扩大元件搭载基板3、玻璃密封部6的尺寸，可以增加能一并生产的数量。此外，经本发明人确认，即使进行-40℃←→100℃的液相冷热冲击试验1000循环，也不会产生剥离、破裂。进而，作为5mm×5mm尺寸的玻璃片与陶瓷基板的接合基础确认，玻璃、陶瓷基板均以各种热膨胀系数的组合进行了实验，结果确认，在热膨胀系数低的部件与高的部件的热膨胀系数之比为0.85以上时，可以不产生破裂地进行接合。虽然也依赖于部件的刚性、尺寸等，但所谓热膨胀系数同等即表示该程度的范围。
LED元件2通过倒装安装而不需电线，因此即使在高粘度状态下的加工时也不会发生电极故障。密封加工时的热熔合玻璃的粘度为104至108泊，较硬，与热固化处理前的环氧树脂为5泊左右的液状相比物性大不相同。其结果是，在对以电线而电连接元件表面电极和引脚等供电部件的面朝上(face up)型的LED元件进行密封时，在玻璃密封加工时有时会发生电线坍垮、变形，但是通过倒装片可以防止该情况的发生。此外，在对介由金(Au)等突起将元件表面的电极倒装于引脚等供电部件的倒装片型LED元件进行密封时，基于玻璃的粘度对LED元件施加向供电部件方向的压力，有时会发生突起的坍垮、突起间的短路，但这也是可以防止的。
元件搭载基板3的表面图案41通过通路图案43而被引导至背面图案42，因此，不需要应对玻璃进入不必要的部位、电端子被覆盖等的特别对策，可以简化制造工序。此外，由于可以将板状的漫射粒子分散玻璃11对多个LED元件2一并进行密封加工，因此通过切割机切断就可以容易地批量生产多个发光装置1。由于热熔合玻璃在高粘度状态下被加工，因此不必像树脂那样对于密封材料的流出采取充分的对策，即使不通过通路孔，只要外部端子被引导至背面，即可充分地应对批量生产。
此外，通过倒装安装LED元件2，可以克服在实现玻璃密封时的问题，并且还具有可以实现0.5mm见方这样的超小型的发光装置1的效果。这是由于下述所致：不需要电线的接合空间，并且，选择了热膨胀系数同等的玻璃密封部6和元件搭载基板3，以及基于化学键的牢固地接合，从而即使是微小空间内的粘合，也不会发生界面剥离。
进而，由于LED元件2和玻璃密封部6的热膨胀系数是同等的，因此包含元件搭载基板3的部件的热膨胀系数是同等的，即使在玻璃密封时的高温加工与常温的温度差下，内部应力也极小，可以获得不会产生破裂的稳定加工性。此外，由于可以减小内部应力，因此可以制成耐冲击性提高、可靠性优异的玻璃密封型LED。
进而，还通过使用由氧化铝构成的元件搭载基板3，可以实现降低部件成本且容易获得，因此可以实现批量生产性和装置成本的降低。此外，由于Al2O3热传导性优异，因此可以得到大光量化、高输出功率化充分的构成。而且由于元件搭载基板3的光吸收小，因此光学上有利。
此外，在第一实施方式中，对使用了由GaN系半导体材料构成的元件作为LED元件2的发光装置1进行了说明，但LED元件并不限于GaN系的LED元件2，可以是例如ZnSe系、SiC系之类的其它半导体材料构成的发光元件。
此外，LED元件2可以使用基于划线加工而形成的元件。这时，通过划线加工而形成的LED元件2在作为切断部的侧面上具有尖锐的凹凸，较理想的是，用元件涂布材料对LED元件2的侧面进行涂布。作为该元件涂布材料，可以使用例如具有光透射性的SiO2系涂布材料。通过使用元件涂布材料，可以防止二次模塑(overmold)时的破裂发生。
此外，上述实施方式的玻璃密封部6虽然耐气候性优异，但由于装置的使用条件等而发生结露时，玻璃密封部6可能会变质。对此，期望不会结露的装置构成，也可以通过对玻璃密封部6的表面实施硅树脂涂布等，防止高温状态下因结露导致的玻璃变质。进而，作为施加于玻璃密封部6的表面的涂布材料，优选使用不仅具有耐湿，且具有耐酸、耐碱性的材料，例如SiO2系、Al2O3系等之类的无机材料。
此外，玻璃密封部6中可以含有荧光体8。图7是表示第一实施方式的变形例的发光装置的概略纵剖视图。图7所示的发光装置101除了含有荧光体8这点以外，是与第一实施方式同样的构成。荧光体8是黄色荧光体，若被从MQW层23发出的蓝色光激发就会发出在黄色区域具有峰波长的黄色光。在本实施方式中，作为荧光体8使用YAG(Yttrium AluminumGarnet)荧光体。荧光体8平均粒径为10μm，在玻璃密封部6中含有2.2重量％。荧光体8还可以是硅酸盐荧光体或者YAG和硅酸盐荧光体按规定比例混合而成的荧光体等。
根据该发光装置101，从LED元件2发出的蓝色光的一部分被玻璃密封部6内的荧光体8变换为黄色光，其它部分则不会被荧光体8变换波长，而从玻璃密封部6向外部射出。而且，荧光体8如果粒径过小则光吸收效率恶化，因此必须为LED元件2发出的光的波长10倍以上的粒径。荧光体8的平均粒径优选10μm左右，必须使粒径比氧化锆粒子7大。由此，从玻璃密封部6放射出的光在黄色区域和蓝色区域具有峰波长，其结果是，向装置外部放射出白色光。这里，由于在玻璃密封部6内因氧化锆粒子7而使光漫射，所以荧光体8进行光波长变换的效率提高。此外，由于在玻璃密封部6内均匀地分散有荧光体8，因此无论放射角度如何，均可以将从LED元件2发出的光均匀地进行波长变换，向外部放射的光就不会产生色不均。
进而，与玻璃中不分散氧化锆粒子7的情况相比，即使减少玻璃密封部6中荧光体8的含量，通过氧化锆粒子7带来的光漫射作用，可以实现同样的色度。因此，可以减少荧光体8的含量而谋求降低成本，并且可以抑制荧光体8所引起的玻璃变脆，使发光装置101具有蓝色和黄色的配光。
根据该发光装置101，还可以将不存在氧化锆粒子7时会被封入玻璃密封部6内的光从玻璃密封部6输出。因此，使用玻璃防止LED元件2的密封部的劣化的同时，即使玻璃密封部6形成为长方体状，也可以抑制光输出效率的下降。
图8和图9表示本发明的第二实施方式，图8是发光装置的概略纵剖视图，图9是表示元件搭载基板上的电路图案的形成状态的发光装置的俯视图。此外，在以下说明中，对与已述的要素相同的要素标记相同的符号，并适当省略重复说明。
如图8所示，该发光装置201具有：倒装片型的多个GaN系的LED元件2；以及安装多个LED元件2的多层结构的元件搭载基板203。此外，发光装置201在元件搭载基板203的两面及层内具有由表面图案241、背面图案242和通路图案243构成的电路图案204。此外，在各个LED元件2和元件搭载基板203之间，形成有玻璃未进入其中的中空部205。表面图案241和背面图案242包括：在元件搭载基板203的表面形成的W层4a、通过对W层4a的表面实施镀敷形成的Ni层4b以及Au层4c。此外，在与元件搭载基板203的安装面相反侧的面上，形成有将各个LED元件2产生的热向外部散放的散热图案245。散热图案245以与背面图案242相同的工序形成，包括W层4a。发光装置201还具有玻璃密封部206，该玻璃密封部206密封各个LED元件2且与元件搭载基板203粘合，并含有荧光体8。
如图9所示，发出蓝色光的各个LED元件2按照纵横3个×3个的排列方式排列，合计9个LED元件2安装于一个元件搭载基板203。在本实施方式中，各个LED元件2纵横间相互的距离是600μm，p侧电极25由ITO(Indium Tin Oxide)构成。另外，LED元件2形成为厚度为100μm、340μm见方，热膨胀系数是7×10-6/℃。
元件搭载基板203由氧化铝(Al2O3)的多结晶烧结材料形成，厚度是0.25mm，热膨胀系数α是7×10-6/℃。另外，元件搭载基板203形成为在俯视图中边长为2.5mm的正方形状。而且，各个LED元件2通过电路图案204被串联地电连接。电路图案204的背面图案242具有两个外部连接端子244，这两个外部连接端子244配置于对角的LED元件2附近的角部(图9中右上和左下)，通过对各个外部连接端子244施加电压，可以使九个LED元件2发光。另外，电路图案204的表面图案241是宽0.1mm的细线图案。
玻璃密封部206由分散有氧化锆粒子7和荧光体8的ZnO-B2O3-SiO2-Nb2O5-Na2O-Li2O系热熔合玻璃构成。该玻璃密封部206与第一实施方式同样，也是通过热压加工将由漫射粒子和荧光体与玻璃的混合粉末所生成的板状漫射粒子分散玻璃接合于元件搭载基板203而形成的。如图8所示，玻璃密封部206在元件搭载基板203上形成为长方体状，厚度为1.2mm。玻璃密封部206的侧面206a，是通过将利用热压加工与元件搭载基板203粘合了的板玻璃和元件搭载基板203一起用切割机切断而形成的。另外，玻璃密封部206的上表面206b是利用热压加工与元件搭载基板203粘合的板玻璃的一面。该热熔合玻璃的玻璃转化温度(Tg)为490℃，屈伏点(At)为520℃，与LED元件2的外延生长层的形成温度相比，玻璃转化温度(Tg)足够低。在本实施方式中，玻璃转化温度(Tg)比外延生长层的形成温度低200℃以上。另外，热熔合玻璃在100℃～300℃下的热膨胀系数(α)为6×10-6/℃。这里，热膨胀系数(α)超过玻璃转化温度(Tg)时，将变成比这大的数值。由此，在约600℃下与元件搭载基板203粘合，可以进行热压加工。另外，玻璃密封部206的热熔合玻璃的折射率为1.7。
在如上构成的发光装置201中，由于使用多个LED元件2，因此与使用一个LED元件2时相比，玻璃密封部206的宽度尺寸增大。由此，搭载多个LED元件2时，如果不存在氧化锆粒子7，则被封入玻璃密封部206内的光量就增多。但是，根据该发光装置201，由于玻璃密封部206中分散有氧化锆粒子7，因此，从各个LED元件2射出的光中向氧化锆粒子7入射的光，在玻璃密封部206内被漫射后入射至玻璃密封部206的表面。
其结果是，通过该发光装置201，也可以将不存在氧化锆粒子7时被封入玻璃密封部206内的光从玻璃密封部206输出。因此，使用玻璃防止LED元件2的密封部的劣化的同时，即使是在玻璃密封部206形成为长方体状、且宽度尺寸增大的情况下，也可以抑制光输出效率的下降。
此外，玻璃密封部206的宽度尺寸增大，则玻璃密封部206内的光的路径差增大。由此，依据光的路径荧光体8进行波长变换的效率的差增大，从玻璃密封部206输出的光变得易产生色不均。但是，根据该发光装置201，由于在玻璃密封部6内因氧化锆粒子7而使光漫射，因此可以减小光的路径差，可以减少从玻璃密封部206输出的光的色不均。此外，由于在玻璃密封部206内均匀分散有荧光体8，因此无论放射角度如何，均可以将从LED元件2发出的光均匀地进行波长变换，由此也可以减少向外部放射的光的色不均。进而，由于通过氧化锆粒子7使玻璃密封部206内的光漫射，因此荧光体8进行波长变换的效率提高。进而，由于具有多个LED元件2，从各个LED元件2向外部放射的光易产生辉度不均，因而通过氧化锆粒子7的漫射作用可以实现减少各个LED元件2之间的辉度不均。
此外，虽然是将多个LED元件2密集安装于一个元件搭载基板203的构成，但由于LED元件2和玻璃密封部206的热膨胀系数是同等的，所以不会产生破裂，可靠性优异。另外，通过使玻璃密封部206与元件搭载基板203也具有同等的热膨胀系数而形成，从而玻璃粘合强度也优异。
此外，通过使用由Al2O3构成的元件搭载基板203，即使是密集安装发热量大的GaN系LED元件2的构成，也可以得到稳定的散热性。进而，通过在元件搭载基板203的背面侧设置散热图案245，可以使得因使密集安装的九个LED元件2发光而产生的热，通过散热图案245快速地向散热片等进行热传导。
在第二实施方式中，示出了通过表层是Au层4c的电路图案204而将各个LED元件2电连接的方式，但是例如图10所示，也可以用电路图案204覆盖元件搭载基板203的搭载面的大部分。这时，优选电路图案204的表层是Ag。在图10中，除了元件搭载基板203的外缘部分和电路图案204中的绝缘部分，都可被电路图案204覆盖。在图10中，元件搭载基板203表面的90％被电路图案204覆盖。像这样采用元件搭载基板203的搭载面的大部分被银覆盖的构成，可以利用电路图案204使从LED元件2放出的光有效反射。这里，银的反射率，对于370nm以上波长的光为90％以上，因此即使LED元件2是发出370～410nm波长的光的元件，也可以有效利用从LED元件2发出的紫外光。这时，荧光体8优选是蓝色荧光体、绿色荧光体和红色荧光体。
此外，可以使B2O3-SiO2-Li2O-Na2O-ZnO-Nb2O5系热熔合玻璃的ZnO组成的一部分为Bi2O3，从而进一步提高热熔合玻璃的折射率。热熔合玻璃的折射率优选是1.8。并且，使用折射率是1.8的热熔合玻璃时，使用基板的折射率(nd)为1.8以上的发光元件，可以提高从发光元件输出光的效率而谋求发光效率的提高，因而是优选的。作为基板的折射率为1.8以上的发光元件，例如有在Ga2O3基板、GaN基板、SiC基板等上形成有GaN系半导体的发光元件。
在第一和第二实施方式中，示出了使用氧化锆粒子7作为漫射粒子的方式，但使用例如氧化铝粒子、氧化硅粒子等，也可以获得漫射作用。这样漫射粒子的材质就是任意的，但从光透射性的观点出发，优选白色的材质，从玻璃加工时的稳定性的观点出发，优选熔点高于加工时的温度。
此外，除了加入漫射粒子外，还可以使玻璃密封部6、206内部具有微细空隙，从而通过空隙而获得漫射作用。此外，不在玻璃密封部6、206内分散漫射粒子，仅通过空隙也可以获得漫射作用。玻璃密封部6、206内的空隙若直径为0.2μm～10μm，则可以抑制玻璃变脆等物性影响并利用散射获得输出光的效果，因而是优选的。此外，使直径为蓝色光波长的1倍至数倍范围的0.5～4μm，可以发生米氏散射(波长数量级的粒子引起的散射)，因而是更优选的。
在第一至第二实施方式中，示出了由荧光体和玻璃的混合粉末生成板状的荧光体分散玻璃、且该玻璃通过热压加工与元件搭载基板接合的发光装置，但是也可以在生成混合粉末的混合工序后，在减压高温环境中，将混合粉末在元件搭载基板上熔融固化而制成漫射粒子分散玻璃，通过熔合于元件搭载基板的漫射粒子分散玻璃来密封各个LED元件。这时，具有易在玻璃内形成上述空隙的优点。
在第一和第二实施方式中，示出了元件搭载基板由氧化铝(Al2O3)构成的装置，但也可以由氧化铝以外的陶瓷构成。作为由比氧化铝热传导性优异的高热传导性材料构成的陶瓷基板，可以使用例如BeO(热膨胀系数α：7.6×10-6/℃，热传导率：250W/(m·k))。该由BeO构成的基板中也可以通过漫射粒子分散玻璃获得良好的密封性。
进而，作为其它的高热传导性基板，还可以使用例如W-Cu基板。作为W-Cu基板，通过使用W90-Cu10基板(热膨胀系数α：6.5×10-6/℃，热传导率：180W/(m·k))、W85-Cu15基板(热膨胀系数α：7.2×10-6/℃，热传导率：190W/(m·k))，可以确保与玻璃密封部的良好接合强度且赋予高热传导性，可以充分应对LED的大光量化、高输出功率化。
在第一和第二实施方式中，对使用LED元件作为发光元件的发光装置进行了说明，但发光元件并不限于LED元件，除此之外，当然也可以对具体的细节结构等进行适当的变化。
从图11至图13示出了本发明的第三实施方式，图11是光源装置的俯视图，图12是图11的A-A剖视图，图13是图11的B-B剖视图。
如图11所示，该光源装置301具有：第二实施方式的发光装置201、和搭载有发光装置201的散热体303。发光装置201的散热图案245直接接合于散热体303。散热体303是通过Au-Sn接合将由高热传导性的板材所形成的多个大型散热板330与多个小型散热板335一体化而形成的。即，散热体303具有至少一部分相互隔离而连接的多个热传导性材料的散热板330、335。
散热体303具有由厚1.25mm的铜构成的两个大型散热板330和由厚0.1mm的铜构成的七个小型散热板335。大型散热板330具有中央部330a和延伸部330b，该中央部330a板面朝向左右方向、且搭载有发光装置201，该延伸部330b从中央部330a的前端和后端向左右方向外侧延伸。如图12所示，中央部330a的下端位于比延伸部330b的下端的上方的位置。两个大型散热板330以中央部330a的左右内侧的面而面接触，通过Au-Sn接合而被连接固定。
此外，在大型散热板330的中央部330a中，形成配置有发光装置201和反射镜333的孔部330c。发光装置201设置于孔部330c的上部的下表面，向下方放射光。反射镜333设置于发光装置201的下方，以使该光向上方反射。反射镜333例如由表面蒸镀有金属的树脂或者金属板等构成，上方开口并形成为以发光装置201为焦点的旋转抛物面形状。反射镜333构成将从发光装置201射出的光向上方集光的集光光学系统。反射镜333还具有在周边向外侧延伸的凸缘部333a。如图11所示，该凸缘部333a中形成有容纳大型散热板330的槽口333b，反射镜333嵌入大型散热板330。
此外，小型散热板335以板面朝向前后方向的方式排列，连接于大型散热板330的中央部330a的下端。如图13所示，在小型散热板335的左右中央上端，形成有用于容纳大型散热板330的槽口335a，小型散热板335与大型散热板330通过Au-Sn接合而被连接固定。
根据该光源装置301，由于散热图案245直接与金属接合，因此可以通过散热图案245将热向散热体303散放，从而可以抑制各个LED元件2的温度上升。即，可以抑制在搭载有多个LED元件2的发光装置201中，向相邻的LED元件2传热。
发光装置201可以制成硅树脂密封这样的无需外框的小型尺寸，而且即使是小型尺寸，由于部件间的热膨胀系数的差也小，均为10-6/℃数量级的低热膨胀系数部件，因此，可以成为不会因安装时的热、开灯时的自发热而发生部件剥离的发光装置。这样的小型尺寸的高辉度光源可以提高光学控制的精度。
将搭载有多个LED元件2的发光装置201作为集光光学系统时，在无限远处成像发光装置201的像，因而从发光装置201放射的光没有色不均，因此可以成为能使所照射范围的光的颜色均匀的发光装置。
由于发光装置201不露出至外侧，因此外观规整，可以确保保护发光装置201。此外，通过设置反射镜333，可以使从发光装置201放射的光成为所期望的配光状态后向外部放出。进而，通过较厚地形成构成外廓部的大型散热板330，可以确保装置的强度和耐久性，通过较薄地形成配置于内侧的小型散热板335，可以谋求轻量化。
在第三实施方式中，示出了使用搭载有多个发光元件的发光装置201的光源装置，但也可以是使用搭载有一个发光元件的发光装置构成集光光学系统的光源装置。
此外，散热体303的构成也是任意的，只要采用散热图案直接与金属接合的构成，即可使发光元件的温度上升得到抑制，除此之外，当然也可以对具体的细节结构等进行适当的变化。

Claims (13)

1.一种发光装置，其特征在于，具有发光元件、搭载所述发光元件的搭载部以及密封部，
所述密封部在所述搭载部上密封所述发光元件，由分散有使从该发光元件发出的光漫射的漫射粒子的玻璃构成，并形成为长方体状。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述密封部通过热压加工与所述搭载部接合，所述漫射粒子的熔点比所述热压加工时的温度高。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述漫射粒子含有粒径为所述发光元件发出的光的波长的1～9倍的粒子。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述漫射粒子为白色。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述漫射粒子含有氧化锆粒子。
6.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述漫射粒子含有氧化铝粒子。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述搭载部搭载有多个所述发光元件。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述玻璃具有空隙。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述玻璃含有荧光体，所述荧光体若被从所述发光元件发出的光激发则发出波长变换光。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述密封部由ZnO-SiO2-R2O系的玻璃形成，所述R为选自I族元素中的至少1种。
11.一种光源装置，其特征在于，具有：权利要求1～10中任一项所述的发光装置，以及将从所述发光装置射出的光向规定方向进行集光的集光光学系统。
12.根据权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述发光装置在所述搭载部形成有散热图案，
具有与所述散热图案相连接的散热体。
13.一种发光装置的制造方法，其特征在于，在制造权利要求1～12中任一项所述的发光装置时，包括以下工序：
混合工序，将粉末状的玻璃与粉末状的漫射粒子混合，生成该漫射粒子分散于该玻璃内的混合粉末；
玻璃生成工序，在将所述混合粉末熔融后，将该混合粉末固化而生成板状的漫射粒子分散玻璃；
玻璃密封工序，通过热压加工将所述漫射粒子分散玻璃熔合于搭载有多个发光元件的搭载部，制成多个发光元件在所述搭载部上通过所述漫射粒子分散玻璃而被密封的中间体；
分割工序，将所述玻璃密封工序中制成的中间体用切割机进行分割。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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