JP2013251285A - 発光装置用パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】反射率を向上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】ガラスセラミックス２１を主成分としてガラスセラミックス２１よりも屈折率の高い高屈折率材２３を含有し、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、高屈折率材２３の粉体を顆粒化して顆粒体２４を形成する顆粒工程と、ガラスセラミックス２１の原料と顆粒体２４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焼結体を形成する焼成工程とを備えた。
【選択図】図２

Description

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ＬＥＤ等の発光素子を収納するパッケージを備えている。パッケージは例えば、ホウ珪酸ガラス及びアルミナから成るガラスセラミックスを主成分とする焼結体により形成される。焼結体にはガラスセラミックスよりも屈折率の高い酸化亜鉛等の高屈折率材が含有される。高屈折率材の粉体及びガラスセラミックス原料を混合し、所定形状に成形した後に焼成してパッケージの焼結体が形成される。
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。発光素子は反射部の内部に収納され、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。
パッケージは高屈折率材を有するため、ガラスセラミックスの粒子と高屈折率材の粒子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。
特開２００９−６４８４２号公報（第９頁−第２４頁、第２図）
しかしながら、上記従来の発光装置によると、パッケージの焼成時に高屈折率材が周囲のガラスセラミックスの成分と化学反応し、高屈折率材の表面から生成物が形成される。例えば、酸化亜鉛から成る高屈折率材の表面から生成物であるガーナイトが形成される。高屈折率材の原料は微細な粒子から成るため、高屈折率材の略全体が生成物に変質する。このため、高屈折率材の屈折率が低下し、パッケージの反射率が低下する問題があった。
本発明は、反射率を向上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。
上記目的を達成するために本発明は、ガラスセラミックスを主成分として前記ガラスセラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材を含有し、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、前記高屈折率材の粉体を顆粒化して顆粒体を形成する顆粒工程と、ガラスセラミックス原料と前記顆粒体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顆粒工程で高屈折率材の粉体を顆粒化して顆粒体が形成される。この時、顆粒体内には高屈折率材の粒子間に気孔が形成される。次に、混合工程でガラスセラミックス原料と高屈折率材の顆粒体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、ガラスセラミックスを主成分とし、高屈折率材を含有する焼結体が形成される。この時、高屈折率材はガラスセラミックスとの界面でガラスセラミックスの成分と化学反応するとともに、気孔との界面での化学反応が防止される。
また本発明は、ガラスセラミックスを主成分として前記ガラスセラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材を含有し、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、前記高屈折率材の粉体を顆粒化した顆粒体とガラスセラミックス原料とを混合して焼成され、前記顆粒体が分散した焼結体から成ることを特徴としている。
本発明によると、高屈折率材の粉体を顆粒化して顆粒体を形成し、ガラスセラミックス原料と高屈折率材の顆粒体とを混合して焼成する。これにより、気孔を含む顆粒体が焼結体の内部に均等に分散して含有される。このため、顆粒体内部に形成される気孔との界面での高屈折率材の化学反応が防止される。その結果、高屈折率材はガラスセラミックスとの化学反応による生成物の領域が減少し、生成物が形成されない屈折率の高い領域が増加する。従って、発光装置用パッケージ全体の反射率を向上することができる。
本発明の実施形態の発光装置を示す斜視図 本発明の実施形態の発光装置を示す正面断面図 本発明の実施形態の発光装置のパッケージの内部断面を示す概念図 本発明の実施形態の発光装置のパッケージの製造工程を示す工程図
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はガラスセラミックス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。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。その他の各種の蛍光体や発光素子を用いてもよい。
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。ガラスセラミックス２１を主成分とするパッケージ１０内には高屈折率材２３の粒子が含有される。高屈折率材２３の粒子は顆粒化して顆粒体２４を形成し、顆粒体２４内の高屈折率材２３の粒子間に気孔２２が形成される。
ガラスセラミックス２１として、例えば、ホウ珪酸亜鉛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等を用いることができる。ガラスセラミックス２１に含まれるガラスの含有量は３５〜６０ｗｔ％であり、セラミックスの含有量は４０〜６０ｗｔ％である。尚、ホウ珪酸亜鉛ガラスの亜鉛成分を酸化チタンや酸化タンタルにより置換してガラスセラミックス２１の屈折率を高くすることもできる。
高屈折率材２３はガラスセラミックス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。
図４はパッケージ１０の製造工程を示す工程図である。顆粒工程では高屈折率材２３の原料を顆粒化して顆粒体２４を形成する。高屈折率材２３の原料は所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。粉体の高屈折率材２３の原料は攪拌造粒、噴霧造粒、流動層造粒、押出し造粒等により顆粒化される。これにより、例えば、０．０５〜１μｍの粒径の高屈折率材２３の原料から気孔２２を含む０．５〜２０μｍ程度の粒径の顆粒体２４が形成される。
混合工程ではガラスセラミックス２１の原料（ガラスセラミックス原料）及び顆粒体２４を混合して混合物を生成する。ガラスセラミックス原料は例えば、所定の粒径に粉砕された粉体により形成される。
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。これにより、気孔２２を含む顆粒体２４が焼結体の内部に均等に分散して含有される。この時、高屈折率材２３はガラスセラミックス２１との界面でガラスセラミックス２１の成分と化学反応して生成物が形成される。また、高屈折率材２３は気孔２２との界面での化学反応が防止される。
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ガラスセラミックス２１の粒子と高屈折率材２３の粒子との界面で反射するとともに、ガラスセラミックス２１の粒子と気孔２２との界面で反射する。これにより、パッケージ１０の反射率を向上させることができる。
また、高屈折率材２３は気孔２２との界面での化学反応が防止されるため、ガラスセラミックス２１との化学反応による生成物の領域を減少させることができる。このため、高屈折率材２３は屈折率の高い領域が増加し、パッケージ１０の反射率をより向上させることができる。
本実施形態によると、高屈折率材２３の粉体を顆粒化して顆粒体２４を形成し、ガラスセラミックス原料と高屈折率材２３の顆粒体２４とを混合して焼成する。これにより、気孔２２を含む顆粒体２４が焼結体の内部に均等に分散して含有される。このため、顆粒体２４内部に形成される気孔２２との界面での高屈折率材２３の化学反応が防止される。その結果、高屈折率材２３はガラスセラミックス２１との化学反応による生成物の領域が減少し、生成物が形成されない屈折率の高い領域が増加する。従って、パッケージ１０全体の反射率を向上することができる。
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 ガラスセラミックス
２２ 気孔
２３ 高屈折率材
２４ 顆粒体

Claims (2)

  1. ガラスセラミックスを主成分として前記ガラスセラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材を含有し、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、前記高屈折率材の粉体を顆粒化して顆粒体を形成する顆粒工程と、ガラスセラミックス原料と前記顆粒体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。
  2. ガラスセラミックスを主成分として前記ガラスセラミックスよりも屈折率の高い高屈折率材を含有し、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、前記高屈折率材の粉体を顆粒化した顆粒体とガラスセラミックス原料とを混合して焼成され、前記顆粒体が分散した焼結体から成ることを特徴とする発光装置用パッケージ。
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