JP2013232443A - 発光装置、発光装置用パッケージ及び発光装置用パッケージの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを削減できる発光装置用パッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックスを主成分とし、発光素子２を収納するとともに発光素子２の出射光を所定方向に反射させる発光装置用パッケージ１０の製造方法において、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混合物を生成する混合工程と、該混合物を焼成してスペーサの燃焼により形成される気孔２２を有した焼結体を形成する焼成工程とを備えた。
【選択図】図２
【解決手段】セラミックスを主成分とし、発光素子２を収納するとともに発光素子２の出射光を所定方向に反射させる発光装置用パッケージ１０の製造方法において、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混合物を生成する混合工程と、該混合物を焼成してスペーサの燃焼により形成される気孔２２を有した焼結体を形成する焼成工程とを備えた。
【選択図】図２
Description
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及びその製造方法に関する。
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セラミックスやガラスセラミックス等の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。
パッケージは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部とを有している。反射部の内部には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、反射部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。
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。
パッケージは気孔を有するため、封止材が基体及び反射部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。
しかしながら、上記従来の発光装置によると、パッケージの気孔が成形時にセラミックス原料の粒子間に生じる隙間によって形成されるため、成形時や焼成時の圧力や温度等の加工条件によって気孔の含有率が変動する。このため、所望の含有率の気孔を有するパッケージを得るために成形時や焼成時の加工条件を高精度に制御する必要がある。従って、パッケージ及び発光装置の製造コストが大きくなる問題があった。
本発明は、製造コストを削減できる発光装置用パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。また本発明は、製造コストを削減できる発光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、セラミックスを主成分とし、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を所定方向に反射させる発光装置用パッケージの製造方法において、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混合物を生成する混合工程と、前記混合物を焼成して前記スペーサの燃焼により形成される気孔を有した焼結体を形成する焼成工程とを備えたことを特徴としている。
この構成によると、発光装置用パッケージは混合工程でセラミックス原料とスペーサとを混合して混合物が生成される。混合物は所定の形状に成形して焼成工程で焼成され、セラミックスを主成分とした焼結体が形成される。この時、樹脂から成るスペーサが焼成時の加熱によって燃焼して消滅し、セラミックスの粒子間にはスペーサの消滅による気孔が形成される。
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージの製造方法において、前記スペーサが球状または内角が鈍角の多角形による多面体に形成されることを特徴としている。この構成によると、星形等の尖鋭な形状の気孔の形成が防止される。
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージの製造方法において、前記スペーサの粒径が１９０ｎｍよりも大きいことを特徴としている。この構成によると、気孔の界面で可視光を反射させることができる。
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージの製造方法において、前記混合物が前記セラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材の原料を含み、前記焼結体の前記気孔の平均径をＤ１、体積含有率をＶ１とし、前記高屈折率材の平均径をＤ２、体積含有率をＶ２としたときに、Ｖ１／Ｄ１＞Ｖ２／Ｄ２の関係を有することを特徴としている。
この構成によると、混合工程で高屈折率材の原料、セラミックス原料及びスペーサを混合して混合物が生成され、焼成工程で焼成して焼結体が形成される。発光装置用パッケージに入射する光はセラミックスの粒子と気孔との界面で反射するとともに、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。これにより、発光効率を低下させずに発光装置用パッケージの気孔の含有率を低くして発光装置用パッケージの強度を向上することができる。この時、焼結体内の気孔の表面積が高屈折率材の表面積よりも大きいため、セラミックスと高屈折率材との屈折率の差が小さくても発光効率の低下を抑制することができる。
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージの製造方法において、前記セラミックスと前記気孔との屈折率の差が前記セラミックスと前記高屈折率材との屈折率の差よりも大きいことを特徴としている。この構成によると、セラミックスとの屈折率の差が小さい安価な高屈折率材を用いることができる。
また本発明は、上記構成の発光装置用パッケージの製造方法において、前記セラミックスがガラスを含むガラスセラミックスから成ることを特徴としている。
また本発明は、セラミックスを主成分とし、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を所定方向に反射させる発光装置用パッケージにおいて、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、前記スペーサの燃焼により形成された気孔を有することを特徴としている。
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、前記スペーサが球状または内角が鈍角の多角形による多面体に形成されることを特徴としている。
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、前記スペーサの粒径が１９０ｎｍよりも大きいことを特徴としている。
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、前記セラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材を含み、前記気孔の平均径をＤ１、体積含有率をＶ１とし、前記高屈折率材の平均径をＤ２、体積含有率をＶ２としたときに、Ｖ１／Ｄ１＞Ｖ２／Ｄ２の関係を有することを特徴としている。
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、前記セラミックスと前記気孔との屈折率の差が前記セラミックスと前記高屈折率材との屈折率の差よりも大きいことを特徴としている。
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、前記セラミックスがガラスを含むガラスセラミックスから成ることを特徴としている。
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内に発光素子を収納したことを特徴としている。
本発明によると、発光装置用パッケージ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を有するので、所望の含有率の気孔を有した発光装置用パッケージを容易に形成することができる。従って、発光装置用パッケージ及び発光装置の製造コストを削減することができる。
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２１（図３参照）を主成分とした焼結体のパッケージ１０を備えている。詳細を後述するように、セラミックス２１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１０の上面にはＬＥＤから成る発光素子２を収納する孔部１０ａが凹設される。発光素子２の発光は孔部１０ａの周壁及び底壁で反射して所定方向に導かれる。
孔部１０ａ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。
図２は発光装置１の正面断面図を示している。パッケージ１０は複数のセラミックシート１２を積層して形成される。パッケージ１０の上部のセラミックシート１２には孔部１０ａを形成する貫通孔が形成される。パッケージ１０の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。
発光素子２は接着等により伝熱部１４上に固着して孔部１０ａの底面に設置される。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。
図３はパッケージ１０の内部断面を示す概念図である。セラミックス２１を主成分とするパッケージ１０内には高屈折率材２３の粒子及び気孔２２が含有される。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。
高屈折率材２３はセラミックス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として、例えば、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、酸化バリウム、硫酸バリウム、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。
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１９０ｎｍよりも大きく形成される。
図４はパッケージ１０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ス２１の原料（セラミックス原料）、高屈折率材２３の原料、及び粒状の樹脂から成るスペーサとを混合して混合物を生成する。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。
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パッケージ１０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。
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、パッケージ１０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。
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１０ａ、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セラミックシート１２の素材上に端子１３、電極１７、伝熱部１４及び放熱部１６となる導体を形成する。
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、ハウジング１０の素材が形成される。焼成工程ではハウジング１０の素材が焼成炉により約９００℃で焼成され、ハウジング１０の焼結体が形成される。この時、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。
メッキ工程では端子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、ハウジング１０が得られる。
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１０ａの上面から出射される。また、封止材３を導光した光はハウジング１０の孔部１０ａの底壁及び周壁で反射して孔部１０ａの上面から出射される。これにより、発光装置１は孔部１０ａの大きさに応じた範囲に光を出射する。
この時、パッケージ１０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。このため、パッケージ１０に高屈折率材２３を含有することにより、反射光量を低下させずに気孔２２の含有量を減らしてパッケージ１０の強度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セラミックス２１及び高屈折率材２３が選定される。
気孔２２の屈折率は約１．０である。セラミックス２１の一例として例えば、ホウ珪酸亜鉛ガラスとアルミナとを主成分とするガラスセラミックスを用いると、ホウ珪酸亜鉛ガラスの屈折率は約１．４、アルミナの屈折率は約１．５である。また、高屈折率材２３の一例として酸化ジルコニウムの屈折率は約２．０である。この時、セラミックス２１と気孔２２との屈折率の差は０．４〜０．５であり、セラミックス２１と高屈折率材２３との屈折率の差は０．５〜０．６である。このため、気孔２２及び高屈折率材２３の界面で同程度の量の光が反射する。
高屈折率材２３はセラミックス２１との屈折率の差が大きい方が反射する光が増加するため望ましい。しかしながら、セラミックス２１との屈折率の差が大きい酸化ジルコニウム等の高屈折率材２３は非常に高価である。
このため、安価な高屈折率材２３を用いると、セラミックス２１との屈折率の差が小さくなる。例えば、高屈折率材２３として酸化マグネシウムを用いると、屈折率が約１．７であるためセラミックス２１との屈折率の差が０．２〜０．３となる。この時、セラミックス２１との屈折率の差が小さい高屈折率材２３が多く含まれるとパッケージ１０の反射光量が少なくなる。このため、気孔２２の総表面積が高屈折率材２３の総表面積よりも大きくなるようにパッケージ１０を形成するとより望ましい。
即ち、混合工程において、スペーサの平均径をＤ１、体積含有率をＶ１とし、高屈折率材２３の原料の平均径をＤ２、体積含有率をＶ２としたときに、Ｖ１／Ｄ１＞Ｖ２／Ｄ２の関係を有するように混合物を生成する。これにより、ハウジング１０の焼結体の気孔２２の平均径がＤ１、体積含有率がＶ１となり、高屈折率材２３の平均径がＤ２、体積含有率がＶ２となる。この時、ハウジング１０の焼結体はＶ１／Ｄ１＞Ｖ２／Ｄ２の関係を有し、気孔２２の総表面積を高屈折率材２３の総表面積よりも大きくすることができる。また、スペーサの平均径Ｄ１を小さくすることで、適正な気孔２２の体積含有率Ｖ１でハウジング１０の強度を維持して気孔２２の総表面積を増加させることができる。
尚、ガラスセラミックスは例えば、ホウ珪酸ガラス系に添加物を添加してガラスを作製した後粉砕して粉体に形成し、アルミナ等のセラミックスの粉体と混合して作製される。ホウ珪酸ガラス系の中で添加物として酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化チタン等を添加することによって屈折率を変更することができる。
これにより、ガラスセラミックスから成るセラミックス２１の平均の屈折率を例えば、１．５よりも大きくすることができる。その結果、セラミックス２１と気孔２２との屈折率の差を大きくすることができ、気孔２２の界面で反射する光を増加させることができる。この時、セラミックス２１と気孔２２との屈折率の差よりもセラミックス２１と高屈折率材２３との屈折率の差が小さくなるが、気孔２２の表面積を高屈折率材２３の表面積よりも大きくして発光効率を向上させることができる。
本実施形態によると、パッケージ１０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パッケージ１０を容易に形成することができる。従って、パッケージ１０及び発光装置１の製造コストを削減することができる。
また、スペーサが球状または内角が鈍角の多角形による多面体に形成されるので、星形等の尖鋭な形状の気孔２２の形成を防止し、パッケージ１０の強度を向上することができる。
また、スペーサの粒径が１９０ｎｍよりも大きいので、気孔２２が１９０ｎｍよりも大きい径に形成される。従って、パッケージ１０に入射した可視光を透過させずに気孔２２の界面で反射させることができる。
また、パッケージ１０が高屈折率材２３を含有するので、パッケージ１０の反射光量を低下させずに気孔２２の含有量を減らしてパッケージ１０の強度を維持することができる。この時、気孔２２の平均径をＤ１、体積含有率をＶ１とし、高屈折率材２３の平均径をＤ２、体積含有率をＶ２としたときに、Ｖ１／Ｄ１＞Ｖ２／Ｄ２の関係を有するので、セラミックス２１と高屈折率材２３との屈折率の差が小さくても発光効率の低下を抑制することができる。
また、セラミックス２１と気孔２２との屈折率の差がセラミックス２１と高屈折率材２３との屈折率の差よりも大きいので、セラミックス２１との屈折率の差が小さい安価な高屈折率材２３を用いることができる。
本実施形態において、パッケージ１０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。
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。
１ 発光装置
２ 発光素子
３ 封止材
４ ワイヤー
１０ パッケージ
１０ａ 孔部
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
２ 発光素子
３ 封止材
４ ワイヤー
１０ パッケージ
１０ａ 孔部
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
Claims (13)
- セラミックスを主成分とし、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を所定方向に反射させる発光装置用パッケージの製造方法において、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混合物を生成する混合工程と、前記混合物を焼成して前記スペーサの燃焼により形成される気孔を有した焼結体を形成する焼成工程とを備えたことを特徴とする発光装置用パッケージの製造方法。
- 前記スペーサは球状または内角が鈍角の多角形による多面体に形成され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の製造方法。
- 前記スペーサの粒径が１９０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置用パッケージの製造方法。
- 前記混合物が前記セラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材の原料を含み、前記焼結体の前記気孔の平均径をＤ１、体積含有率をＶ１とし、前記高屈折率材の平均径をＤ２、体積含有率をＶ２としたときに、Ｖ１／Ｄ１＞Ｖ２／Ｄ２の関係を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光装置用パッケージの製造方法。
- 前記セラミックスと前記気孔との屈折率の差が前記セラミックスと前記高屈折率材との屈折率の差よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の発光装置用パッケージの製造方法。
- 前記セラミックスがガラスを含むガラスセラミックスから成ることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発光装置用パッケージの製造方法。
- セラミックスを主成分とし、発光素子を収納するとともに前記発光素子の出射光を所定方向に反射させる発光装置用パッケージにおいて、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、前記スペーサの燃焼により形成された気孔を有することを特徴とする発光装置用パッケージ。
- 前記スペーサが球状または内角が鈍角の多角形による多面体に形成されることを特徴とする請求項７に記載の発光装置用パッケージ。
- 前記スペーサの粒径が１９０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の発光装置用パッケージ。
- 前記セラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材を含み、前記気孔の平均径をＤ１、体積含有率をＶ１とし、前記高屈折率材の平均径をＤ２、体積含有率をＶ２としたときに、Ｖ１／Ｄ１＞Ｖ２／Ｄ２の関係を有することを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかに記載の発光装置用パッケージ。
- 前記セラミックスと前記気孔との屈折率の差が前記セラミックスと前記高屈折率材との屈折率の差よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の発光装置用パッケージ。
- 前記セラミックスがガラスを含むガラスセラミックスから成ることを特徴とする請求項７〜請求項１１のいずれかに記載の発光装置用パッケージ。
- 請求項７〜請求項１２のいずれかに記載の発光装置用パッケージ内に発光素子を収納したことを特徴とする発光装置。
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| JP2010193809A JP2013232443A (ja) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 発光装置、発光装置用パッケージ及び発光装置用パッケージの製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010193809A JP2013232443A (ja) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 発光装置、発光装置用パッケージ及び発光装置用パッケージの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2013232443A true JP2013232443A (ja) | 2013-11-14 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015149417A (ja) * | 2014-02-07 | 2015-08-20 | 日本特殊陶業株式会社 | 発光素子搭載用セラミックパッケージ |
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| WO2012029684A1 (ja) | 2012-03-08 |
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