JP2004140185A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光装置に用いられる樹脂の劣化を抑制するとともに、発光チップの放熱効率を向上することができ、実使用に適した合理的な構成の発光装置を提供する。
【解決手段】凹部２ａにチップ２６の側面を覆うように光線反射層２７を形成する。これにより、蛍光体層３２において反射された紫外線などの励起光は再び光線反射層２７によって反射されるので、樹脂層２１まで到達せず、樹脂の劣化を抑制することができるとともに、光線反射層２７がチップ２６の側面を覆っているので、チップ２６が発する熱を樹脂層２１を介して金属基板２０まで効率よく伝導することができ、チップ２６の放熱効率を向上することができる。
【選択図】　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置やディスプレイなどの光源として用いられる発光装置に関し、特に、その装置に用いられる樹脂の劣化を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、照明装置の分野においては、光源としてＬＥＤが注目されている。これは、研究開発により、今後、発光エネルギーを一層高めることが可能であり、多数実装することにより、高輝度な面光源を得ることができるからである。
ＬＥＤを用いた面光源の一例としては、複数の砲弾型白色ＬＥＤを基板上の配列したものがある（非特許文献１参照）。ここにいう砲弾型白色ＬＥＤは、青色〜紫外線などの比較的高エネルギーの光（以下、「励起光」という。）を発するＬＥＤチップを、その励起光によって赤、緑、青に励起発光する蛍光体粒子を混合した樹脂（エポキシやシリコン等）でモールドしたものである（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、樹脂は、一般に光線が持つエネルギーによりその分子結合が切断されて劣化される。特に励起光においては、その光線の持つエネルギーが高いため樹脂の劣化が顕著に表れる。
そのため、砲弾型白色ＬＥＤは、樹脂によってモールドされている関係上、樹脂が励起光により劣化しやすいものであるところから、黄変が生じ、発光色が変化したり、樹脂がひび割れて、水分が浸入し、蛍光体粒子がその水分によって失活したり、ＬＥＤチップ表面に水分が付着するとリーク電流増加を招いたりするおそれがある。また、砲弾型白色ＬＥＤは、個別に白色光を発光する、いわゆるディスクリート部品であるので、実装密度を高めるのに限界があり、また高価となるという問題もある。
【０００４】
そこで、砲弾型白色ＬＥＤを用いることなく、高輝度な面光源を構成することが望まれる。
このような要請を満たすものとして、必要数のＬＥＤチップを基板上に高密度で実装し、その上に１枚の蛍光膜を配置して、実装された全てのＬＥＤチップから発する励起光を前記蛍光膜で可視光に変換するというハイブリッド構成が考えられる。この構成であると、ＬＥＤチップの実装密度が高められる上、既存のチップ実装技術を利用することができるので、実施が容易で、かつコスト的にも有利であるといえる。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｏｈｍ　ＭＯＯＫ「光シリーズ」Ｎｏ．２　光ディスプレイ　株式会社オーム社　２００２年２月２５日発行　　ｐ４６〜５２
【０００６】
【特許文献１】
特表２０００−５０９９１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反面、全てのＬＥＤチップから発した高エネルギーな励起光の全てが蛍光膜で可視光に変換されることは無く、一部が反射して、絶縁用に基板に被覆された樹脂を曝露し、劣化させるという問題が予想される。このような問題を解消するには、セラミック基板を用いることにより解決するが、セラミック基板が高価であることから無数のチップを並べるため大面積を必要とする用途にはあまり適していない。他方、蛍光膜からの励起光の反射を少なくしたり、基板を耐光性処理、特に耐紫外線処理したりする改良方法も考えられる。しかし、励起光の反射を抑えるにも限度がある一方、基板の耐光性処理として樹脂層を厚くすることによりその劣化に時間がかかるようにした基板を用いる場合には、ＬＥＤチップの発する熱が蓄積されることとなり、放熱特性が劣るといった新たな課題が生じる。以上の課題は、多数のＬＥＤチップを配列したディスプレイにおいても共通している（本明細書においては、照明装置とディスプレイとを含めて発光装置という。）。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて、実使用に適した合理的な構成の発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、放熱用の金属基板上に絶縁性の樹脂薄膜が被覆され、当該樹脂薄膜上にピーク波長が２５０〜４８０ｎｍの光線を放出する発光チップへ給電するための金属薄膜配線が形成され、当該金属薄膜配線上に発光チップが配され、かつ樹脂薄膜における発光チップの光線放出面を除く領域を被覆する金属酸化物粒子からなる光線反射層を有する基板部を備えることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、樹脂薄膜における光線放出面を除く領域、すなわち樹脂薄膜における露出する面に樹脂を劣化する光線を反射する光線反射層が形成されているため、樹脂薄膜の劣化を抑制することができる。加えて、この光線反射層が発光チップの側面を覆うように被膜されるため、発光チップが発する熱をその側面から樹脂薄膜側に放熱することでき、複数の発光チップを用いる面発光源においても、放熱性を確保することができ、実使用に適した合理的な構成の発光装置となる。
【００１１】
ここで、光線反射層を構成する金属酸化物粒子が、平均粒径が０．５０μｍ以下であるようにすれば、光線反射層において励起光をほぼ反射することができる。
通常、発光チップから放射される励起光（紫外線）の波長は、０．３５〜０．４０μｍ程度であることが多いが、上記のように金属酸化物粒子の平均粒径が０．５０μｍ以下となれば、金属酸化物粒子間の隙間の距離が励起光の半波長である０．１８〜０．２０μｍ以下となりやすいと考えられる。このように、その隙間の距離が透過しようとする光線の半波長以下となれば、その光線がその隙間を通過できなくなるため、励起光は光線反射層においてほとんどが反射されるようになるためである。
【００１２】
具体的な金属酸化物粒子としては、Ａｌ２Ｏ３またはＺｎＯからなるものを用いることができる。
また、励起光を発光する発光チップが、共振発光ダイオードチップまたは垂直共振面発光半導体レーザチップであれば、その発光チップの光線放出面から垂直方向に放出される光線の広がりが少なく、その光線が蛍光体層に直接照射され、かつその蛍光体層からの発光量も増加するので、発光装置における発光効率を向上することができる。
【００１３】
なお、基板部は、平面視したときにカバー部の被覆される領域を除く領域において、発光装置を被装着箇所に固定するためのねじ孔が穿設されるとともに、基板部が熱膨張したときの歪を吸収する溝が形成されているようにすれば、発光装置をねじ止めによって固定したとしても、熱膨張によって基板部がたわみ、これによりチップがはがれ落ちることもなくなる。
【００１４】
ここで、具体的に発光装置とするには、基板部における発光チップを覆うように基板部に固定されるカバー部を備え、カバー部がガラス基板と、ガラス基板における発光チップ側の主面に配され、発光チップから発光される光線によって励起発光する蛍光体層とを備える構成とすればよい。
さらに、基板部における発光チップが、カバー部における蛍光体層と当接するように近接させれば、発光装置の厚みを薄くすることができ、よりコンパクトな構成とすることができる。
【００１５】
照明装置として用いる場合には、蛍光体層に、発光チップから発光される光線によって励起されて白色を発する物質を用いたり、発光チップから発光される光線と、その光線によって励起発光される光線との合成光が白色となる物質を用いたりして、発光色が白色となるものを用いることが好ましい。
また、カバー部の基板部への固定は、接着剤による固定のほか、カバー部におけるガラス基板を金属枠体に嵌合し、当該金属枠体を基板部に溶接して固定することもでき、これによればその固定に樹脂を用いないので、劣化も生じない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る発光装置を照明装置に適用した場合の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
〔第１の実施の形態〕
（１）照明装置の全体構成
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の概略斜視図を示し、図１（ｂ）は照明装置を展開した斜視図を示す。
【００１７】
両図に示すように、照明装置１は、基板部２と、カバー部３と、給電部４とからなり、中央に平面視四角形の凹部２ａが設けられ、その凹部２ａの底面に複数のチップ２６が格子状に列設された平板状の基板部２と、平板状のカバー部３とが、基板部２における凹部２ａを覆うように固定されてチップ２６が密閉空間内に封止された状態となっているとともに、基板部２における上面には外部からチップ２６に給電するための給電部４が配されている。
【００１８】
図２は、図１（ａ）に示す照明装置１のＡ−Ａ´面における断面図である。
同図に示すように、基板部２は、凹部２ａと対応する中央部分に平面視正方形の凹み２０ａが形成された金属基板２０と、その金属基板２０上全体に被覆された樹脂層２１と、その樹脂層２１上において、凹部２ａと対応する位置に配線された第１金属層２２ａならびに凹部２ａを除く領域に配された第２金属層２２ｂと、凹部２ａを除く領域に樹脂層２３、金属層２４、樹脂層２５とが順に積層されているとともに、凹部２ａにおける第１金属層２２ａ上に電気的に接続されて固定され、給電されたときに紫外線などの励起光を発光する複数のチップ２６と、凹部２ａにおいて各チップ２６間を埋めるように各チップ２６の発光面を除く領域に被膜され、チップ２６から放出される励起光を間接的に反射する、すなわちカバー部３によって反射されたものを再び反射する光線反射層２７とからなる。
【００１９】
金属基板２０は、チップ２６が給電されたときに発する熱を樹脂層２１などを介して外部に放出するためのものであり、熱伝導性に優れる金属からなる基板が用いられ、例えば長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミ基板に、凹部２ａを形成するため、中央部分に深さ１００μｍ凹んだ凹み部２０ａが形成されている。
【００２０】
樹脂層２１は、熱伝導性に優れかつ絶縁性を有する樹脂からなる層であり、その上に配される第１金属層２２ａを絶縁するとともに、第２金属層２２ｂを樹脂層２３とラミネートすることによってこれを絶縁している。その組成としては、例えば、臭化エポキシ樹脂が用いられる。さらに、この樹脂の熱伝導性を向上するために、粒状アルミナ微粒子（例えば平均粒径が１００ｎｍ程度のもの。）を９０重量％程度混合するようにすれば、これが熱伝導性フィラーとして機能し、チップ２６から発する熱を金属基板２０に伝熱しやすくなるので、さらに照明装置の放熱性を向上することができる。熱伝導性フィラーとしては、窒化アルミ、窒化ホウ素、ダイヤモンドなどの微粒子も用いることができる。
【００２１】
第１金属層２２ａは、金属基板２０における凹み部２０ａの上方、すなわち樹脂層２１における凹部２０ａに臨む方向の主面にプリント配線されたものであり、第２金属層２２ｂと図示しない部分において電気的に接合され、第２金属層２２ｂから給電される電力をこの上に固定されるチップ２６に供給する。
図３は、第１金属層２２ａの配線パターンを示す概略平面図である。
【００２２】
同図に示すように、第１金属層２２ａは、チップ２６を固定する素子固定部２２ｃと、チップ２６の頂部に固定される金属線２２ｅを固定する金属線固定部２２ｄとが互いに導通する対となってこれが複数対形成されたものからなり、素子固定部２２ｃにチップ２６が固定されたときには、チップ２６と隣接する他の金属線固定部２２ｄとが金属線２２ｅによっていわゆる４直１６並列の状態となるように配線されている。なお、直並列の素子数はこの限りではない。また、これらの配線パターンと接触しない領域に金属層を配置すれば、金属層の良好な熱伝導性により、発光装置の放熱性を向上することができる。
【００２３】
図２に戻り、第２金属層２２ｂは、銅箔などの導電性金属から形成され、第１金属層２２ａに給電するため、図示しない部分において給電部４（図１）および金属層２２ａと電気的に接合されており、外部から給電される電力を金属層２２ａに給電する。
樹脂層２３は、銅箔からなる第２金属層２２ｂを金属層２４と絶縁するために被覆されており、樹脂層２１と同様の臭化エポキシ樹脂などの組成から構成される。
【００２４】
金属層２４は、金属基板２０と同様のアルミ基板からなり、第２金属層２２ｂおよび樹脂層２３を介して伝熱される熱を外部に放出する働きを有する。なお、その凹部２ａ側端面においては、カバー部３を挿入固定するための段差部２４ａが形成されている。
この金属層２４の上には、当該金属層を保護するために樹脂層２５が被覆されている。
【００２５】
チップ２６は、頂部の光線発光面から励起光（ここではピーク波長が３５０ｎｍの光線）を放出する垂直共振面発光半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ素子）が複数積載されたＶＣＳＥＬチップであり、第１金属層２２ａにおける素子固定部２２ｃにそれぞれ固定される。ここで、チップ２６としては、放出される励起光のピーク波長が２５０〜４８０ｎｍのものを用いことができ、特に蛍光体の励起を考慮すると、好ましくは、２５０〜４１０ｎｍ、より好ましくは３４０〜４１０ｎｍの範囲のものが望ましい。各チップ２６におけるＶＣＳＥＬ素子から放出される励起光は、カバー部３に向けて照射されるが、一部はカバー部３において反射され再び戻ってくる。そのため、当該チップ２６の周囲には、チップ２６の側面を覆うとともに凹部２ａの底面全体、すなわち樹脂層２１の表面におけるチップ２６を除く領域全体を覆うようにアルミナ粒子（Ａｌ２Ｏ３）からなる光線反射層２７が充填されている。ここで、光線反射層２７においては、アルミナ粒子以外にも、ＺｎＯ，Ｙ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，ＳｉＯ２，ＳｎＯ２，Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，ＢａＳＯ４，ＺｎＳあるいはＶ２Ｏ５からなる粒子、もしくはこれらの粒子を混合したものも用いることができる。さらに、光線反射層２７の材料としては、カバー部３における蛍光体層３２と同じ材料を用いることもできる。この場合、光線反射層２７は、光線を反射するという機能に加え、発光機能も有する。この発光機能を発揮するためには、その材料に使用する粒子の平均粒径は、０．１０〜０．５０μｍの範囲となるようにすることが好ましい。さらに反射効率および放熱効率の面から平均粒径が１０〜１００ｎｍ、特に５０ｎｍ近傍とすることが好ましい。
【００２６】
カバー部３は、ガラス基板３０と、光線反射層３１と、蛍光体層３２とが順に積層された構成を有し、蛍光体層３２を基板部２に向け、基板部２における段差部２４ａの樹脂層２５と当接した状態を保持しながら紫外線硬化樹脂などの紫外線硬化樹脂３３によって周囲が固定されている。なお、カバー部３が固定されるときには、基板部２との間における凹部２ａの空間は、窒素などの不活性ガスによって置換されている。
【００２７】
ガラス基板３０は、ホウ珪酸ガラスからなる平板状のガラス板である
光線反射層３１は、アルミナ粒子を充填した層（厚み３００ｎｍ）であり、蛍光体層３２を透過してきた励起光を反射する機能を有する。これにより、透過励起光を再び蛍光体層３２に向けて反射し、白色光への変換効率を向上することができるとともに、外部に励起光が放出されることを抑制している。なお、この光線反射層３１の厚みは非常に薄いので、蛍光体層３２から発光される白色光の反射にはほとんど影響がない。また、光線反射層２７と同様のアルミナ粒子以外の材料も用いることができる。
【００２８】
蛍光体層３２は、発光時に白色を発光するように、励起光（紫外線）によって励起発光する赤（Ｌａ２Ｏ３Ｓ：Ｅｕ３＋など）、緑（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋など）、青（（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋など）の三原色を発光する蛍光体粒子を適度な比率によって混合するとともに、酸化リンや酸化ボロンなどの結着剤と、エチルセルロースなどの増粘剤がターピネオールなどの溶媒に混合された蛍光体ペーストを塗布して焼成したものである。
【００２９】
給電部４（図１）は、導電性の金属からなる正極端子および負極端子が対となった給電端子であり、図示しない領域において第２金属層と電気的に接合されている。
このような構成によって、照明装置の駆動時には、チップ２６から発光される励起光がカバー部３の蛍光体層３２に照射されて白色光を発光し、その光がガラス基板３０を通して外部に照射される。
【００３０】
（２）チップ２６について
次に、チップ２６への配線やその構成などについて説明する。
図４は、図２におけるチップ２６近傍の拡大図であり、図５は、カバー部３を取り除いたチップ２６近傍の概略平面図である。
両図に示すように、チップ２６は、素子固定部２２ｃの上に電気的に接続された状態で固定され、金属線２２ｅは、チップ２６の頂部において一端が接合されるとともに、他端が隣接する他の金属線固定部２２ｄと接合されている。
【００３１】
図６は、チップ２６の拡大平面図である。
同図に示すように、チップ２６の上面には、金属線２２ｅが接合されるアノード電極２６１と、この電極から枝分かれした配線部２６２と、配線部２６２の枝先端に電気的に並列接続された状態で形成される３２個のＶＣＳＥＬ素子２６３とからなる。なお、チップ２６のＶＣＳＥＬ素子２６３は、後述するエッチング法によって同一の基板上に複数形成されている。なお、一チップに形成されるＶＣＳＥＬ素子２６３の数はこの限りではない。
【００３２】
ここで、ＶＣＳＥＬ素子２６３の構成について説明する。
図７は、チップ２６のＶＣＳＥＬ素子２６３における断面図である。
同図に示すように、チップ２６のＶＣＳＥＬ素子２６３は、円筒が多段に積層された形状を有し、カソード電極２６３０、ｎ−ＡｌＧａＮ基板２６３１が順に積層され、その上に平面視円形のＡｌＧａＮ（Ａｌ＞３０％）／ＧａＮを６０層積層した半導体ＤＢＲ層２６３２およびｎ−ＡｌＧａＮ（Ａｌ＜１０％）からなるｎ−クラッド層２６３３が積層され、さらにその上にそれよりも径の小さいＡｌＧａＮ（Ａｌ＝１５％）／ＡｌＧａＮ（Ａｌ＝３％）を５層積層したＭＱＷ層２６３４、ｐ−ＡｌＧａＮ（Ａｌ＜１０％）からなるｐ−クラッド層２６３５、ｐ−ＧａＮコンタクト層（不図示）、ＩＴＯ層２６３６、Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２を２０層積層した誘電体ＤＢＲ層２６３７が順に積層されている。半導体ＤＢＲ層２６３２およびｎ−クラッド層２６３３の側面およびｎ−ＡｌＧａＮ基板２６３１には、ｎ−ＡｌＧａＮ基板２６３１からｎ−クラッド層２６３３へ電流が流れやすくするためにＡｌブリッジ線２６３８が施されている。また、ＭＱＷ層２６３４、ｐ−クラッド層２６３５、ｐ−ＧａＮコンタクト層（不図示）、ＩＴＯ層２６３６、誘電体ＤＢＲ層２６３７の側面、およびＡｌブリッジ配線には、ＶＣＳＥＬ素子２６３を保護するためのＳｉＮパッシベーション膜２６３９が被覆されている。そして、ＳｉＮパッシベーション膜２６３９および誘電体ＤＢＲ層２６３７の一部には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着によって被覆したアノード電極２６４０が形成されている。
【００３３】
ＶＣＳＥＬ素子２６３の駆動時においては、アノード電極２６４０に囲まれる誘電体ＤＢＲ層２６３７の発光面から励起光が垂直方向に向けて放出される。
このチップ２６におけるＶＣＳＥＬ素子２６３は、通常のＬＥＤ素子よりも放出点からの光の広がりが少なく、直進性に優れている。
一般的なＬＥＤ素子の場合、発光光は、屈折率の高いＬＥＤ素子から屈折率の小さな空気中に放出しようとするときに、臨界角の関係から大半の光が再びＬＥＤ素子に反射される。そのため、ＬＥＤ素子から光を取り出すことが困難となるので、通常、空気よりも屈折率の高い樹脂をＬＥＤ素子にモールドすることによって、反射光の発生を軽減させている。
【００３４】
しかしながら、本実施の形態においては、通常のＬＥＤ素子よりも発光光の直進性が優れるＶＣＳＥＬ素子２６３を用いているため、臨界角の問題も生じにくく、その素子を樹脂でモールドする必要がなくなる。したがって、従来のように、素子から発光される励起光による樹脂の劣化の問題を軽減することができる。また、このＶＣＳＥＬ素子２６３よりも発光光の直進性は劣るが、通常のＬＥＤ素子に比べてその直進性が優れる共振発光ダイオード（ＲＣ−ＬＥＤ、以下、「共振ＬＥＤ」という。）素子からなるＲＣ−ＬＥＤチップをチップ２６として用いてもよい。また、これらに比べて発光装置の輝度は低下するかもしれないが、通常のＬＥＤ素子からなるチップも用いることができる。
【００３５】
このＶＣＳＥＬ素子２６３を備えるチップ２６から発光された励起光は、図４に示すようにカバー部３における蛍光体層３２に照射される。これによって励起された蛍光体層３２は、白色光を発光する。この白色光は、光線反射層３１およびガラス基板３０を透過し、外部に照射される。
ところが、蛍光体層３２に照射された励起光は、すべてが蛍光体層３２において白色光に変換されるものではなく、一部は蛍光体層３２を透過し、一部は蛍光体層３２において反射される。蛍光体層３２を透過した励起光は、その進行方向に配される光線反射層３１によって反射されるので、ふたたび蛍光体層３２に照射され、白色光に変換される。他方、蛍光体層３２によって反射された励起光は、チップ２６が配される樹脂層２１側に向けて照射される。
【００３６】
しかし、樹脂層２１の上部には、光線反射層２７が被覆されているので、この部分において励起光がふたたび蛍光体層３２に向けて反射される。これにより、樹脂層２１には励起光が到達しにくくなるので、樹脂の劣化を抑制することができる。ここで、光線反射層２７の金属酸化物粒子の平均粒径は、０．５０μｍ以下とすることが好ましい。チップ２６は、その励起光のピーク波長が０．２５〜０．４８μｍ（２５０〜４８０ｎｍ）のものが用いられ、その場合に光線反射層２７における金属酸化物粒子の平均粒径を０．５０μｍ以下とすることにより、その粒子同士の間隔は０．１８μｍ以下となりやすくなるからである。なお、光線反射層２７における金属酸化物粒子の平均粒径は、光を反射しやすくなるとともに、充填率が向上して熱伝導性が向上して放熱特性が向上するため、小さいほど好ましく、特に５０ｎｍ程度が好ましい。このように、金属酸化物粒子同士の間隔が励起光の波長以下となれば、光の特性により励起光はその間隙を通過することができなくなり、光線反射層２７は、確実に励起光を反射することができるようになる。
【００３７】
さらに、光線反射層２７は、チップ２６の側面を被覆しているため、チップ２６が発する熱をすばやく樹脂層２１側に放熱することができ、チップ２６の放熱効率を向上させることができる。
また、カバー部３におけるガラス基板３０がガラスであるため、励起光による劣化を生じることもない。
【００３８】
（３）照明装置の製造方法
〈基板部２の製造方法〉
まず、長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミ基板の中央部分に、深さ１００μｍの凹み部２０ａを型押しして金属基板２０を形成する（図２参照）。そして、この凹み部２０ａが形成された金属基板２０の表面に、樹脂層２１を形成するための厚み１００μｍの臭化エポキシからなる樹脂シート、第１金属層２２ａおよび第２金属層２２ｂを形成するための厚み２５μｍの銅箔パターンを形成した転写シートを順に積層し、熱圧着によりその銅箔パターンを樹脂シートに転写する。さらに、凹み部２０ａを除く領域に対し、樹脂層２３を形成するための厚み１００μｍの臭化エポキシからなる樹脂シート、金属層２４を形成するための型抜きした厚み１ｍｍのアルミ基板、樹脂層２５を形成するための厚み１００μｍの臭化エポキシからなる樹脂シートを順に積層し、これらを熱圧着する。
【００３９】
次に、チップ２６に用いられるＶＣＳＥＬ素子２６３を上記第１金属層２２ａに接合する。
このＶＣＳＥＬ素子２６３の製造方法について説明する。
図８（ａ）〜（ｃ），図９（ａ）〜（ｃ）は、ＶＣＳＥＬ素子２６３の各製造工程における断面図である。
【００４０】
図８（ａ）に示すように、まず、ｎ型ＡｌＧａＮ基板２６３１の上にＡｌＧａＮ（Ａｌ＞３０％）／ＧａＮの層を６０層形成した半導体ＤＢＲ層２６３２をＭＯＣＶＤを用いて積層する。
次に、ｎ−ＡｌＧａＮ（Ａｌ＜１０％）クラッド層２６３３、ＡｌＧａＮ（Ａｌ＝１５％）／ＡｌＧａＮ（Ａｌ＝１３％）を５層積層したＭＱＷ層２６３４を積層する。
【００４１】
ついで、ｐ−ＡｌＧａＮ（Ａｌ＜１０％）クラッド層２６３５、ｐ−ＧａＮコンタクト層（不図示）を順に積層する。
そして、積層スパッタ装置を用い、ＩＴＯ層２６３６、Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２層を２０層積層し、誘電体ＤＢＲ層２６３７を積層する。
次に、図８（ｂ）に示すように、ＶＣＳＥＬセルに相当する直径２０μｍをマスクＭ１によりマスキングしてエッチングを行い、それ以外の部分を除去する。これにより、ｎ−ＡｌＧａＮ（Ａｌ＜１０％）クラッド層２６３３よりも上の層が除去される。
【００４２】
そして、さらに上記マスクＭ１よりも大きな直径の部分をマスクＭ２によりマスキングし、ｎ型ＡｌＧａＮ基板２６３１までエッチングを行う。
これにより、図８（ｃ）のように段差が形成され、この段差の部分にｎ型ＡｌＧａＮ基板２６３１からｎ−クラッド層２６３３へ電流が流れやすくするために、両者の間にＡｌブリッジ線２６３８を配する。
【００４３】
そして、いったんマスクＭ２を取り除いた後、再度、図９（ａ）に示すように誘電体ＤＢＲ層２６３７の一部をマスクＭ３によりマスキングし、ＶＣＳＥＬセル表面を保護するために、ＳｉＮパッシベーション膜２６３９を被覆する。
そして、図９（ｂ）に示すように、誘電体ＤＢＲ層２６３７上部にあるＳｉＮパッシベーション膜２６３９を除去し、アノード電極を形成するためにマスクＭ４によりマスキングを行い、蒸着法を用いてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるアノード電極２６４０を被覆する。
【００４４】
最後に、マスクＭ３，Ｍ４を除去した後、ｎ型ＡｌＧａＮ基板２６３１の裏側に、蒸着法を用いてＮｉ／Ａｕを被覆し、カソード電極２６３０を形成した後、ひとつずつのＶＣＳＥＬチップに分離する。これにより、ＶＣＳＥＬ素子２６３が３２個積載されたＶＣＳＥＬチップ（３５０μｍ角）が形成される。
このようにして形成されたチップ２６を、図２に示すような金属基板２０の凹み部２０ａ上方に配される、第１金属層２２ａにおける素子固定部２２ｃ（図３参照）に固定する。この固定方法は、素子固定部２２ｃそれぞれに対し４個の金バンプを形成し、当該金バンプにチップ２６を押し当てることによって行われる。これにより、金バンプは、チップ２６の下面全体に広がるため、駆動時にチップ２６において発生した熱を金属基板２０にすばやく放熱することができる。そして、固定されたチップ２６の頂部と、金属線固定部２２ｄとを金やアルミなどの金属線２２ｅを介して接合する。この接合方法としては、金共晶ハンダ接合や、銀ペースト接合などの方法も用いることができる。
【００４５】
次に、このようにしてチップ２６が配線された凹部２ａに、アルミナスラリーをポッティングする。このスラリーに含まれる溶剤を蒸発することにより、チップ２６の側面を覆うように平均粒径５０ｎｍのアルミナ粒子からなる光線反射層２７が形成される。ここで、スラリー中に含まれる溶剤の表面張力によってチップ２６の側面を覆うアルミナスラリーは、図４に示すように断面視したときにチップ２６の頂部からなだらかに下るように充填される。そのため、チップ２６における側面と樹脂層２１との間を効率よく熱伝導することができる。なお、アルミナスラリーの溶媒に水系のものを使用する場合には、アルミナスラリーを充填する前に凹部２ａ内部をプラズマイオンボンバードすれば、当該表面がプラス電荷を帯びて親水性が向上する。そのため、アルミナスラリーの濡れ性が向上し、凹部２ａ内部およびチップ２６側面に均等にアルミナスラリーが充填されるので、チップ２６からの放熱性を向上することができる。また、アルミナスラリーの濡れ性を向上する技術としては、界面活性剤により凹部２ａ内部をアルカリ処理する方法も有効である。
【００４６】
〈カバー部３の製造方法〉
次に、カバー部３の製造方法について説明する。
まず、１６ｍｍ角、厚み０．３ｍｍのガラス基板３０を用意する。
そして、図１０（ａ）に示すように、ガラス基板３０の形状と対応する凹部３００ａの形成されたガラス基板ホルダ３００に対し、その凹部３００ａにガラス基板３０をはめ込む。
【００４７】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ガラス基板ホルダ３００にはめ込まれた各ガラス基板３０よりも小さな開口部３０１ａを有し、ガラス基板３０の周縁部をマスクする厚み５０μｍのステンレス板からなるマスク板３０１をガラス基板ホルダ３００上に積層し、ノズル３０２から平均粒径５０ｎｍ程度のアルミナ粒子を含むアルミナスラリー３０２ａを噴霧し、これを乾燥する。
【００４８】
そして、図１０（ｃ）に示すように、スキージ３０３を用いて蛍光体ペースト３０３ａを塗布する。その後、マスク板３０１を取り外して、蛍光体ペースト３０３ａを乾燥させた後、炉を用いて５５０℃程度の大気雰囲気中において蛍光体を固着させる。
これにより、図１０（ｄ）に示すような、ガラス基板３０に、光線反射層３１、蛍光体層３２が積層されたカバー部３が複数形成される。
【００４９】
このようにして形成されたカバー部３を、図１（ｂ）に示すように、その蛍光体層３２が形成された側を基板部２における凹部２ａにはめ込み、図２に示すように紫外線硬化樹脂３３を用いてその周囲を固定する。この作業は、乾燥された不活性ガス、例えば窒素雰囲気下において行うことが望ましく、これにより密閉される凹部２ａは、窒素パージされた状態となる。
【００５０】
（４）照明装置の装着
図１１（ａ）〜（ｃ）は、上述したようにして作成された照明装置１をホルダ１００に固定した照明器具の断面図である。
同図に示すように、照明器具は、照明装置１と、これをホールドするホルダ１００とからなる。
【００５１】
ホルダ１００は、照明装置１の一端を固定するための掛止部１０１と、他端を掛止自在に保持するための回動可能な掛止部１０２とを備え、掛止部１０１と掛止部１０２との間には、照明装置１を挿嵌可能な凹部１０３が形成されている。掛止部１０１には、照明装置１の給電部４と当接する部分においてこれに給電する給電端子が形成されている（不図示）。
【００５２】
照明装置１をホルダ１００に固定するには、まず、図１１（ａ）に示すように、照明装置を凹部１０３に挿入する。
次に、図１１（ｂ）に示すように、照明装置１における給電部４が形成された側を掛止部１０１側に挿入し、固定する。
次に、照明装置１の他端に掛止部１０２を回動させることによって照明装置１の他端と当接させてこれを保持、固定する。
【００５３】
このような構成によって、照明装置１には、給電部４を介して電力が供給されるので、その駆動時には、図１１（ｃ）に矢印で示すように白色光が照明装置１から照射され、照明器具として機能するようになる。
（５）変形例
上記実施の形態においては、照明装置を掛止構造を用いてホルダに固定するようにしていたが、照明装置はねじ止めによっても固定することもできる。
【００５４】
図１２（ａ）は、照明装置５の斜視図であり、図１２（ｂ）は、照明装置５の裏面図である。
両図に示すように、照明装置５の基板部５２には、四隅にその厚み方向に貫通するねじ止め穴５２ａが穿設されている。また、基板部５２のカバー部５３側の主面には、給電部５４が、ねじ止め穴５２ａ同士の間にひとつずつ対向するように配されている。これにより、照明装置５を、ねじ止め穴５２ａに図示しないねじを用いて固定することができる。
【００５５】
さらに、基板部５２における裏面には、図１２（ｂ）に示すように、これを平面視したときにカバー部５３の存在する領域を除く領域に、２本のＶ字型の溝５２ｂ、５２ｃが互いに直交した井形状に形設されている。一般に、光源であるチップが発熱した場合には、基板部は熱膨張によって長さ方向、幅方向に延伸する。ここで、本変形例のように、照明装置５がねじ止めされていれば、基板部５２が伸張し、その応力が基板部５２におけるチップの配された中央の領域に集中して基板部５２がたわむ可能性がある。このように、基板部５２がたわめば、チップが基板部５２から剥がれ落ちる可能性がある。しかし、本変形例の場合、Ｖ字溝５２ｂ，５２ｃが形成されているため、その部分に応力を集中させてひずみを吸収することができる。また、Ｖ字溝５２ｂ，５２ｃが形成されている箇所が基板部５２を平面視したときにカバー部５３を除く領域に形成されているため、カバー部５３、すなわちチップの配された領域には、応力が集中せず、チップのはがれを防止することができる。
【００５６】
〔第２の実施の形態〕
本第２の実施の形態にかかる照明装置は、上記第１の実施の形態において説明した照明装置とカバー部の取り付け方法が主に異なるのみであり、同じ構成については説明を省略する。
図１３（ａ）は、本第２の実施の形態にかかる照明装置６の斜視図であり、図１３（ｂ）は、カバー部６３を取り外した状態の照明装置６の斜視図である。
【００５７】
両図に示すように、照明装置６は、基板部６２と、カバー部６３と、給電部６４とからなり、上記第１の実施の形態と同様、基板部６２の一方の主面に凹部６２ａが設けられ、その凹部６２ａにはチップ６２６が配され、当該チップ６２６をカバーするように凹部６２ａの開口部にカバー部６３が封止固定されている。図１４は、照明装置６の図１３（ａ）に示すＡ−Ａ´平面における断面図である。
【００５８】
上記第１の実施の形態と同様、基板部６２は、金属基板６２０、樹脂層６２１、第１金属層６２２ａ、第２金属層６２２ｂ、樹脂層６２３、金属層６２４、チップ６２６を備える。なお、金属基板６２０には、凹み部が形成されておらず、金属層６２４の上には樹脂層が形成されていない点が第１の実施の形態と異なる。
【００５９】
カバー部６３は、第１の実施の形態と同様、ガラス基板６３０、光線反射層６３１、蛍光体層６３２とを備える。カバー部６３は、基板部６２における凹部６２ａをカバーするように積載され、枠状になった金属キャップ６３４によって、ガラス基板６３０の周縁部が保持され、金属キャップ６３４とガラス基板６３０との間の隙間には密閉性を確保するために低融点ガラス６３３が充填される。凹部６２ａ内部は、上記第１の実施の形態と同様、窒素パージされている。
【００６０】
ガラス基板６３０は、コバールガラス（ホウ珪酸ガラス）からなり、金属キャップ６３４は、コバール金属（鉄、ニッケル、コバルトの合金）からなり、双方の熱膨張係数はほぼ同じである。
また、基板部６２における金属層６２４もコバール金属からなり、金属キャップ６３４と同じ熱膨張係数からなる。
【００６１】
ここで、金属層６２４と金属キャップ６３４は、気密性が求められる半導体レーザ素子などのキャップの封止に用いられる電気溶接法を用い、凹部６２ａの開口部周縁において固定されている。ここで、両者の熱膨張係数がほぼ同じであるため、チップ６２６の発熱によってこれらが熱膨張したとしても、同じだけ膨張するのでこれらの間における気密性は確保される。また、金属キャップ６３４とガラス基板６３０の間には、低融点ガラス６３３によって充填されており、金属キャップ６３４とガラス基板６３０との熱膨張係数もほぼ同じであるので、同様の理由によって凹部６２ａの気密性が保持される。
【００６２】
このような構成によれば、カバー部６３を基板部６２に固定する際に励起光によって劣化する可能性のある樹脂を使用する必要がないため、カバー部３の気密性を安定的に保持することができる。そのため、外部から侵入してくる水分を抑えることができ、蛍光体層の劣化を抑制することができるとともに、ＬＥＤ素子のリーク電流の増大を防ぐことができる。また、第１の実施の形態と同様、チップ６２６は、光線反射層６２７によってその周囲を囲まれているので、その発熱を効率よく金属基板６２０側に放熱することができる。
【００６３】
なお、上記各実施の形態においては、本発明に係る発光装置を照明装置に適用した場合について説明したが、本発明に係る発光装置は、赤、緑、青色を発光する蛍光体層をそれぞれ設けた発光装置を一セルユニットとして、これをマトリックス状に配列し、各色の発光時間等を制御することによって、ディスプレイ装置として利用することもできる。
【００６４】
また、上記各実施の形態の発光装置においては、基板部とカバー部の間に空間が形成されていたが、必ずしも空間を設ける必要はなく、その空間を蛍光体層を形成する蛍光体粒子で充填する、すなわち蛍光体層とチップが当接するような構造としてもよい。このようにすれば、蛍光体層とチップとの距離がなくなるので、さらに発光装置を薄くすることができる。
【００６５】
また、チップに青色発光チップを用い、蛍光体層に当該青色光によって黄色に励起発光するものを用い、チップの発光する色の光線と蛍光体層が励起発光する色とを合成することによって白色を発光させるようにしてもよい。さらに、チップに緑色発光チップを用い、蛍光体層に当該緑色光によって赤色に励起発光するものを用い、チップの発光する色の光線と蛍光体層が励起発光する色とを合成することによって白色を発光させるようにしてもよい。このように、チップの発光色と蛍光体の励起発光色とを合成して白色を発光させる場合においても上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。この場合には、合成した色が白色となるように、チップの発光色と蛍光体層の組成を選択する必要がある。
【００６６】
さらに、蛍光体層３２，６３２および光線反射層３１，６３１を設けず、カバー部をガラス基板のみとし、チップからの発光光を直接光源として使用することもできる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る発光装置によれば、放熱用の金属基板上に絶縁性の樹脂層が被覆され、その上方に発光素子が配され、樹脂層における発光素子を除く表面に金属酸化物粒子からなる光線反射層が被覆されているので、発光素子から放出される紫外線や青色光線などの励起光がカバー部に反射されて再び樹脂層に向けて照射されたり、直接樹脂層に向けて照射されたりしたとしても、樹脂層の劣化を引き起こすその励起光を光線反射層が反射することができる。ここで、光線反射層は、金属酸化物粒子が発光素子の発光面を除く領域、すなわち発光素子の側面をも覆うように充填されて形成されているので、発光素子が発する熱をその側面から金属基板側に放出することを促進することが可能となり、発光装置の放熱効率が向上する働きも有している。そのため、発光装置においては、実使用に適した合理的な構成となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の斜視図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は展開斜視図である。
【図２】上記図１（ａ）における照明装置のＡ−Ａ´断面図である。
【図３】第１金属層の配線パターンを示す図である。
【図４】図２におけるチップ近傍の一部拡大図である。
【図５】図３におけるチップ近傍の一部拡大図である。
【図６】チップの平面図である。
【図７】素子の断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、各製造工程における素子の断面図を示す。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、各製造工程における素子の断面図を示す。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、カバー部製造工程を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、照明装置の装着状態を示すための照明装置の側面図を示す。
【図１２】変形例に係る照明装置の斜視図と裏面図である。
【図１３】第２の実施の形態にかかる照明装置の斜視図とその展開図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る照明装置の断面図である。
【符号の説明】
１　　照明装置
２　　基板部
２ａ　凹部
３　　カバー部
４　　給電部
２０　　金属基板
２０ａ　凹部
２１　　樹脂層
２２ａ　第１金属層
２２ｂ　第２金属層
２２ｃ　素子固定部
２２ｄ　金属線固定部
２２ｅ　金属線
２３　　樹脂層
２４　　金属層
２５　　樹脂層
２６　　チップ
２７，３１　　光線反射層
３０　　ガラス基板
３２　　蛍光体層
３３　　紫外線硬化樹脂

Claims (9)

  1. 放熱用の金属基板上に絶縁性の樹脂薄膜が被覆され、当該樹脂薄膜上にピーク波長が２５０〜４８０ｎｍの光線を放出する発光チップへ給電するための金属薄膜配線が形成され、当該金属薄膜配線上に前記発光チップが配され、かつ前記樹脂薄膜における前記発光チップの光線放出面を除く領域を被覆する金属酸化物粒子からなる光線反射層を有する基板部を備える
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記光線反射層を構成する金属酸化物粒子は、平均粒径が０．５０μｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３またはＺｎＯからなる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記発光チップは、共振発光ダイオードチップまたは垂直共振面発光半導体レーザチップである
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
  5. 前記基板部は、平面視したときに前記カバー部の被覆される領域を除く領域において、発光装置を被装着箇所に固定するためのねじ孔が穿設されるとともに、基板部が熱膨張したときの歪を吸収する溝が形成されている
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
  6. 前記発光装置は、さらに、前記基板部における発光チップを覆うように前記基板部に固定されるカバー部を備え、
    前記カバー部は、
    ガラス基板と、
    前記ガラス基板における前記発光チップ側の主面に配され、前記発光チップから発光される光線によって励起発光する蛍光体層とを備える
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
  7. 前記基板部における発光チップは、前記カバー部における蛍光体層と当接していることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
  8. 前記蛍光体層は、前記発光チップから発光される光線によって励起されて白色を発する組成、もしくは前記発光チップから発光される光線と、当該光線によって励起発光される光線との合成光が白色となる組成から構成されている
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の発光装置。
  9. 前記カバー部は、そのガラス基板が金属枠体に嵌合され、当該金属枠体が前記基板部に溶接されて固定されている
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の発光装置。
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