JP4882439B2

JP4882439B2 - 発光装置およびその製造方法

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Publication number: JP4882439B2
Application number: JP2006079147A
Authority: JP
Inventors: 祐一郎反田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2007214524A; US7521863B2; US7851999B2; US20090180285A1; US20070164302A1

Description

本願発明は、携帯電話のバックライト用照明や、各種デ−タを表示可能なディスプレイ、ラインセンサ−など各種センサーの光源やインジケータなどに利用される発光装置に関するものである。

発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」ともいう）や半導体レーザ（Laser Diode、以下「ＬＤ」ともいう）等の発光素子は、各種の光源として利用されている。特に、１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に発光可能な発光ダイオードが開発されており、携帯電話の液晶バックライト用の照明やフルカラ−大型映像装置など屋内外で使用される文字表示板等に利用されつつあり、ＪＩＳ第２水準漢字のような複雑な文字を表示するためには、特に高精細な表示器が求められる。

また、上記のような発光素子は、発光時に熱を発散する。このため、高精細な表示器を得るために上記の発光素子が搭載された発光装置を単に回路基板等に高密度に実装すると、発光素子の発熱により発光装置の各部材の特性が劣化したり故障したりする。

そこで、放熱性に優れ高密度実装に適した発光装置として、放熱穴を有する絶縁性基板上に前記放熱穴を塞ぐ補助絶縁性シートを積層し、前記放熱穴の上方の前記補助絶縁性シート上に発光素子を載置してなる発光装置が開示されている。また、さらに放熱性を向上させる手法として、前記発光素子の下部の補助絶縁性シートに前記発光素子より小さい他の放熱穴を更に設け前記発光素子を直接空気に接触させたり、前記放熱穴に導電性部材を塗布もしくは充填したりすることが開示されている。

特許３４６９８９０号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案されている発光装置は、発光装置自体にて発光素子から発生した熱を放熱する構成であることから、放熱能力に限界があり、さらなる向上が求められている。

そこで本発明は、上記問題を解決し、信頼性および光取り出し効率の優れた発光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明の第１の発光装置は、貫通孔を有する絶縁性基板と、前記貫通孔に挿入された金属部材と、前記金属部材の上面に載置された発光素子と、前記絶縁性基板の上面に形成され前記発光素子と電気的に接続された導電性部材と、前記発光素子および前記絶縁性基板上面を被覆する透光性部材と、を有し、前記導電性部材は、絶縁性基板の上面から下面まで連続して形成されており、前記絶縁性基板の下面側において、前記金属部材の下面と前記導電性部材の下面は水平であって、前記金属部材の側面と前記貫通孔の内壁とは、前記金属部材の主成分が含有された接着部材にて部分的に接合されていることを特徴とする。

また、前記発光素子から前記透光性部材を介して取り出される光の半値角は、９０度より大きいことが好ましい。

また、前記金属部材の上面は、前記絶縁性基板の上面より突出しており、前記金属部材の上面に沿って延びる直線と前記封止部材の外周面との成す角度は、９０度以下であることが好ましい。

また、前記金属部材と前記接着部材の表面に、金属膜が被覆されていることが好ましい。また、前記金属部材の上面は、前記発光素子の下面と部分的に共晶接合されていることが好ましい。

また、前記発光素子は、前記金属部材の上面に複数個載置することも可能である。

また、本発明の発光装置の製造方法は、貫通孔を有する絶縁性基板と、前記貫通孔に挿入された金属部材と、前記金属部材の上面に載置された発光素子と、前記絶縁性基板に形成され前記発光素子と電気的に接続された導電性部材と、前記発光素子および前記絶縁性基板上面を被覆する透光性部材と、を有し、前記導電性部材は、絶縁性基板の上面から下面まで連続して形成されており、前記絶縁性基板の下面側において、前記金属部材の下面と前記導電性部材の下面はほぼ水平であることを特徴とする発光装置の製造方法であって、母材に複数の貫通孔を形成する第一の工程と、前記母材の上面から下面まで連続した導電性部材を形成する第二の工程と、前記複数の貫通孔に下方からそれぞれ金属部材を挿入し、各金属部材の下面が導電性部材の下面と水平となるように位置決めして、かつ前記各金属部材の側面とそれぞれの前記貫通孔の内壁とが、前記金属部材の主成分が含有された接着部材にて部分的に接合するように、これらを接合する第三の工程と、前記金属部材の上面に発光素子を載置し前記発光素子と前記導電性部材を電気的に接続する第四の工程と、前記各金属部材単位に透光性部材を形成する第五の工程と、前記各透光性部材の周囲にて個々に分離する第六の工程と、を有することを特徴とする。

本発明の発光装置によれば、外部へ効率よく熱引きすることが可能な高品質の発光装置が得られ、また、本発明の製造方法によれば、このような高品質の発光装置をコスト安く得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

＜実施の形態１＞
実施の形態１に係る発光装置は以下に示すような構造を有する。図１乃至図４は、実施の形態１に係る発光装置を示す概略図である。図１は、本実施の形態に係る発光装置の平面側から見た概略斜視図を示す。図２は、本実施の形態に係る発光装置の概略平面図を示す。図３は、本実施の形態に係る発光装置を図２の概略平面図におけるＡ−Ａ線にて切断して際に得られる概略断面図を示す。図４は、本実施の形態に係る発光装置の概略底面図を示す。以下、各図面を用いて説明する。

実施の形態１に係る発光装置１００は、発光素子１０と、上面に発光素子１０がダイボンド部材にて固定された金属部材３０と、発光素子１０が上面側に配置されるように金属部材３０が挿入された絶縁性基板４０と、発光素子１０を封止し発光素子１０からの光を透過することが可能な透光性部材５０とを有する。絶縁性基板４０は、略矩形形状をしており、ほぼ中央に金属部材３０を挿入することが可能な貫通孔を有し、一組の対向する側面に貫通溝４２を有している。また、絶縁性基板４０の表面には、発光素子１０と電気的に接続される導電性部材６０がパターン形成されている。特に絶縁性基板４０の下面側において、導電性部材６０の下面は金属部材３０の下面とほぼ水平である。以下、本形態の各構成について詳述する。

（絶縁性基板４０）
本実施の形態の発光装置１００において、絶縁性基板４０の平面が略正方形である薄型直方体であり、厚さ方向においてほぼ中央に貫通孔が形成されており、貫通孔の平面は略正方形で角部に丸みを帯びた形状をしている。また、絶縁性基板４０の平面に対して垂直方向に切断した断面において、貫通孔の断面は略凸形状をしている。また、絶縁性基板４０の対向する一対の側面には、平面形状が略矩形で内側角部に丸みを帯びた溝部４２が形成されている。絶縁性基板４０の貫通孔には、貫通孔を塞ぐように金属部材３０が挿入されており、金属部材３０の上面には発光素子１０が載置されている。また、絶縁性基板４０の上面には、貫通孔を囲むように複数の導電性部材６０が形成されており、前記絶縁性基板４０の対向する一対の側面の上面に形成された導電性部材６０は、絶縁性基板４０の溝部４２および絶縁性基板の下面に連続的に形成されている。ここで、本発明において、絶縁性基板４０、貫通孔、および溝部４２の形状や個数は、目的に合わせて種々選択することができる。

絶縁性基板４０の材料として、樹脂基板や、有機物に無機物が含有されてなるガラスエポキシ基板などのハイブリッド基板、セラミック基板などの無機物基板などを用いることができる。特に、高耐熱性、高耐候性が望まれる場合、ハイブリッド基板や無機物基板を用いることが好ましい。本発明の発光装置は、絶縁性基板４０に他の部材を複数組み立て加工し発光装置の集合体を形成した後、個々に分割することで、複数の発光装置をコスト安く得ることができる。また、高いコントラストが要求される発光装置を形成する場合は、絶縁性基板の母材自体にＣｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３などを含有させることにより、暗色系の絶縁性基板とすることが好ましい。

セラミック基板の主材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。これらの主材料に焼結助剤などが加え、焼結することでセラミック基板が得られる。例えば、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックスや原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸ガラス、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス等が挙げられる。

このようなセラミック基板は、焼成前のグリーンシート段階で種々の形状をとることができる。まず、焼成前の母材であるグリーンシートに所望とする貫通孔や溝部４２が得られるように加工を施し、場合によっては多層に張り合わせる。次に、スクリーン印刷などの方法により所望とする場所にタングステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダーに含有させたペースト状の材料を用いて、導電性部材６０を所望とする場所にパターン形成する。このように加工された母材を焼結することにより、貫通孔、溝部４２、および導電性部材６０が形成された絶縁性基板４０とすることができる。

（貫通孔）
本実施の形態の発光装置１００は、内面が階段状である貫通孔が形成されているが、絶縁性基板発光正面側から見て孔の大きさが異なる絶縁性基板を積層接合することで、形成することができる。本実施の形態の発光装置１００では、貫通孔の中間平面４１にて金属部材６０と位置決めされ接合されている。ここで、積層接合される絶縁性基板のうち、上方の絶縁性基板の貫通孔は上方に開口幅が大きくなるように形成し、下方の絶縁性基板の貫通孔は下方に開口幅が大きくなるように形成することで、金属部材６０との位置決めや接合面となる中間平面４１を保持しつつ、絶縁性基板の上面および下面に形成される導電性部材６０と金属部材６０の側面との距離を大きくすることができることから、さらに小型な発光装置を歩留まり良く得ることができる。ここで、一定の方向に開口幅が大きくなる貫通孔は、同様の形状に一定の方向に体積幅が大きくなった形状の刃を有する切削具を使用して切削加工により形成することできる。あるいは、通常の貫通孔を形成する際に使用する切削具の絶縁性基板表面に対する当接角度を変化させることにより形成することが可能である。さらには、それぞれに貫通孔が形成された複数の絶縁性基板を積層して階段状の内壁面を形成し、該階段状の内壁面に成型用金型を押し当て平滑面とすることにより、ある一定の方向に内径が大きくなる貫通孔を有する絶縁性基板をも可能である。

（溝部４２）
本実施の形態の発光装置１００は、絶縁性基板４０の対向する一対の側面に、上面から下面まで貫通し平面形状が略矩形で内側角部に丸みを帯びた溝部４２が２つずつ形成されている。各溝部４２の内壁には、絶縁性基板４０の上面に形成された導電性部材６０のうち、前記一対の側面側に形成されたカソード電極６１およびアノード電極６２が延在形成されている。このように構成された発光装置は、溝部４２の内壁にて外部と導通を取ることができ、発光装置の実装性を高めることができる。本実施の形態の発光装置１００では、溝部４２は絶縁性基板４０の上面から下面まで貫通しているが、必ずしも上面まで貫通している必要はなく、少なくとも絶縁性基板４０の下面側に形成されていればよい。

（導電性部材６０）
本発明の発光装置において、少なくとも絶縁性基板４０の一対の側面側に形成された導電性部材６０は、カソード電極６１とアノード電極６２とされ、絶縁性基板の上面から下面まで連続的に形成されている。この導電性部材６０の配線パターンは、発光素子１０の個数、種類、大きさなどにより、適宜変更することができる。導電性部材６０の材料は、導電性を有していれば特に限定されず、高い熱伝導性を有していることが好ましい。このような材料として、タングステン、クロム、チタン、コバルト、モリブデンやこれらの合金などが挙げられる。また、導電性部材６０の最表面は、搭載する発光素子１０からの光に対して高い反射率を有する部材にて被覆されていることが好ましい。絶縁性基板４０の上面に形成された導電性部材６０の大部分は、透光性部材５０にて被覆されていることが好ましく、これにより発光装置の劣化を抑制することができる。また、表面に露出している導電性部材には、酸化防止膜が形成されていることが好ましい。なお、前記絶縁性基板の一対の側面側の上面に形成された導電性部材６０の一方には、カソードマークを設けておくことが好ましい。

本実施の形態の発光装置１００において、絶縁性基板４０の上面から溝部４２へ連続的に形成されたカソード電極６１とアノード電極６２は、絶縁性基板４０の下面まで延在形成されている。絶縁性基板４０の下面に形成されたカソード電極６１とアノード電極６２は、絶縁性基板４０の側面に形成された溝部４２から絶縁性基板４０の角部側へ面積が広くなるように形成されている。これにより、発光装置１００を配線板９０にはんだ実装した際、はんだは金属部材３０側へ流動してショートすることを防き、信頼性高く実装することができる。また、本実施の形態の発光装置１００では、カソード電極６１およびアノード電極６２がそれぞれ２つずつ設けられているが、配線板の回路部形状にあわせて、カソード電極６１同士およびアノード電極６２電極同士を絶縁性基板の下面側にて連結させ、１つずつにすることも可能である。

（金属部材３０）
本発明の発光装置において、金属部材３０は、絶縁性基板４０に設けられた貫通孔に挿入固定されており、上面には発光素子が載置されている。特に、本発明の発光装置は、絶縁性基板４０の下面側において、金属部材３０の下面が絶縁性基板の下面に形成された導電性部材６０の下面とほぼ水平であることを特徴とする。これにより、発光装置に蓄積された熱を発光装置の表面にて空気中に放熱するのではなく、発光装置を実装する配線板に効率よく熱を引き放つことにより、発光装置の温度上昇を抑制することが可能となる。

ここで、発光装置が実装される配線板について説明する。本発明の発光装置のように、表面にて電気的に接合することが可能なＳＭＤ型発光装置が実装される配線板は、母材上に銅箔などの回路部が配線され、最表面には絶縁膜が積層されている。所望とする形状に回路線は、最表面の絶縁膜側からエッチングされて露出している。つまり、配線板の回路部は、最表面から窪んだところに配置されている。したがって、従来のような、絶縁性基板の下面と金属部材の下面とをほぼ水平で、外部接続用の導電性部材の下面が下方に配置されてなる発光装置を、単に配線板に実装すると、金属部材の下面と配線板の回路部と直接には接触できず、何か他の部材を介して固定しなければ金属部材３０に伝達された熱を配線板側へ放出することはできない。このように、他の部材を介して固定すると、熱引き効率は低下する。また、金属部材３０の表面を空気にさらすことにより、ある程度発光装置は熱を放熱することができるかもしれないが、限界があり、大電流を投下する発光装置としては不向きであった。そこで本発明では、金属部材３０の底面を導電性部材６０の外部接続面６０である下面とほぼ水平となるように配置することにより、発光装置にこもった熱を配線板へ効率良く外部へ熱引きすることが可能な発光装置を提供するものである。

本発明の発光装置を実装する配線板９０は、特に限定されないが、銅やアルミニウムなどのメタルをベースとした配線板や前記メタルを中心層に挿入したメタルコア配線板を用いることが好ましい。これにより、発光装置の温度上昇をさらに抑制することができる。また、本発明の発光装置と配線板の絶縁層として低弾性絶縁層を用いた配線板とを組み合わせることにより、発光装置と回路部とのはんだクラックを抑制することができ、車載用などに適した装置を得ることができる。また、メタルベース片面配線板を用いた場合、メタルベースをアルミブロックなど熱放散性の優れた部材に固定することで、さらに発光装置の熱引きを向上させることができる。

金属部材３０の上面は、絶縁性基板４０の上面から突出していることが好ましく、これにより発光素子１０からの光を効率よく外部へ取り出すことができる。しかしながら、このように絶縁性基板４０の上面から金属部材３０の上面を突出させ、金属部材３０の上面に発光素子１０を載置し、これらを透光性部材５０にて封止すると、製造時や発光時に透光性部材５０にかかる熱ストレスは、発光素子１０に集中する傾向にあり、発光素子と他部材との接合が破壊される恐れがある。したがって、金属部材３０の上面と透光性部材５０の外周面との成す角度は、９０度以下であることが好ましい。これにより、熱ストレスが周囲より突出して配置された発光素子１０に集中することを抑制することができる。また、このように形成された透光性部材４０から外部への光の半値角は、９０度より大きいことが好ましく、これにより、均一な光が広範囲にて得られるとともに、光の取り出し効率も高いことから、発光装置の温度上昇を抑制することができる。

金属部材３０は、絶縁性基板４０の貫通孔と部分的に接合されていることが好ましく、これにより各部材が熱ストレスにより一体性を損なうことを抑制することができる。金属部材３０の形状は、載置される発光素子１０の消費電力等に応じて十分な熱引き効果が得られる厚み及び大きさを有してれば特に限定されないが、上面より下面の面積が大きい金属部材３０が好ましく、これにより上面側にて発光素子から伝達された熱を効率よく下面へ伝導することができる。特に、金属部材３０の形状を上面に対して垂直に切断した際の断面形状が略凸形状とした場合、貫通孔の内壁の形状も略凸形状とし、金属部材３０の第二の上面と貫通孔内の平面とで接合を行うことが好ましく、これにより精度良く信頼性の高い発光装置を得ることができる。ここで本発明において金属部材３０に用いられる材料は、熱伝導性に優れた金属を主原料とする金属材であれば特に限定されず、銅やアルミニウム、マグネシウムなどを好適に用いることができる。

（接着部材８０）
金属部材３０と絶縁性基板４０の貫通孔の内壁との接合に用いられる材料８０は、固着可能であれば特に限定されないが、金属部材の主成分が含有された接着部材８０を用いること、固着強度を高めることができる。特にセラミック基板を用いる場合、耐熱性に優れていることから、高強度の接着が可能な硬ロウ接合や共晶接合にて金属部材３０を固着することができる。例えば、銀と銅の合金を主原料とする銀ロウや、銅と亜鉛の合金が主材料である真鍮ロウ、アルミニウムが主原料であるアルミニウムロウ、ニッケルロウなどを用いることができる。特に、金属部材３０と絶縁性基板４０の貫通孔の内壁との接合には、金属部材３０の主成分が含有された接着部材にて部分的に接合することが好ましく、これにより金属部材３０と絶縁性基板４０との熱膨張係数差による残留応力を緩和することができる。

（金属膜９０）
また、金属部材３０から接着部材８０の表面にかけて、連続する金属膜９０を有することが好ましく、これによりさらに信頼性を高めることができる。特に、発光側に形成される金属膜９０は、少なくとも最表面がクロムや銀などの高光反射性金属で構成されていることが好ましく、これにより、発光素子の下方から発光した光の取り出し効率を高めることができるという効果を奏することができる。また、金属膜９０の表面に、銀色又は白色の表面処理等によって鏡面状態に仕上げることでも同様の効果を得ることができる。また、実装側に形成される金属膜９０は、少なくとも最表面が金やステンレスなどの酸化防止性金属で構成されていることが好ましい。

（発光素子１０）
発光素子１０は、基板上にＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。

屋外などの使用を考慮する場合、高輝度な発光素子を形成可能な半導体材料として窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色ではガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましいが、用途によって種々利用することもできる。

窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯやＧａＮ単結晶等の材料が用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを量産性良く形成させるためにはサファイヤ基板を用いることが好ましい。窒化物系化合物半導体を用いた発光素子１０の例を示す。サファイヤ基板上にＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファー層を形成する。その上にＮ或いはＰ型のＧａＮである第１のコンタクト層、量子効果を有するＩｎＧａＮ薄膜である活性層、Ｐ或いはＮ型のＡｌＧａＮであるクラッド層、Ｐ或いはＮ型のＧａＮである第２のコンタクト層を順に形成した構成とすることができる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態でＮ型導電性を示す。なお、発光効率を向上させる等所望のＮ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。

一方、Ｐ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化ガリウム系半導体は、Ｐ型ドーパントをドープしただけではＰ型化しにくいためＰ型ドーパント導入後に、炉による加熱、低電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでＰ型化させる必要がある。こうして形成された半導体ウエハーを部分的にエッチングなどさせ正負の各電極を形成させる。その後半導体ウエハーを所望の大きさに切断することによって発光素子を形成させることができる。

こうした発光素子１０は、所望に応じて適宜複数個用いることができ、その色の組み合わせや配列状態によって様々な形態の発光装置を形成することができる。例えば、ドットマトリックスや直線状など種々選択させることもでき、これにより、実装密度が極めて高く熱引きに優れた発光装置が得られる。また、表示装置用のフルカラー発光装置として利用するためには、発光波長が６１０ｎｍから７００ｎｍである赤色系発光素子と、発光波長が４９５ｎｍから５６５ｎｍである緑色系発光素子と、発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍである青色系発光素子とを組み合わせることが好ましい。また、本発明の発光装置において、蛍光物質を用いて白色系などの混色光を発光させる場合は、蛍光物質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して、発光素子１０の発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。なお、比較的紫外線により劣化されにくい部材との組み合わせにより４００ｎｍより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とする発光素子１０を用いることもできる。

また、発光素子１０は、表面に導電性部材が配線された支持体やサブマウントと呼ばれる補助部材を介して金属部材３０の上面に固定することも可能である。

（ダイボンド部材（図示していない））
本発明においてダイボンド部材とは、発光素子１０と金属部材３０とを固定させるための部材であり、これらを接着可能な部材であれば特に限定されない。特に、熱引きを考慮すると、発光素子１０と金属部材３０との固定は、Ａｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペーストあるいは金属バンプ等を用いることが好ましい。特に、発熱量の多いパワー系発光装置の場合、融点が高いことから高温下にて組織的構造が変化することが少なく力学特性の低下が少ないＡｕ−Ｓｎ系の共晶はんだを用いることが好ましく、さらに、発光素子１０の下面と金属部材３０の上面が部分的に接合されていることが好ましい。これにより、上記ダイボンド部材により発光素子１０の下面から発光される光が全反射されることによる発光素子１０内部の光閉じこめを抑制することができる。この光閉じこめの抑制は、発光素子の光取り出し効率を向上させることができるだけでなく、発光装置の温度上昇をも抑制することができる。

（透光性部材５０）
本発明において透光性部材５０は、発光素子１０および絶縁性基板４０上面を被覆しており、外部環境からの外力や水分などから発光素子１０を保護するものである。また、発光素子１０からの光を効率よく外部に放出させるためのものである。このような、透光性部材５０を構成する具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミドなどの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。高密度に発光素子１０を配置させた場合は、熱衝撃による各部材間の接合破壊を抑制するために、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やそれらを組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。また、透光性部材５０中には、視野角をさらに増やすために拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。また、所望外の波長をカットする目的で有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させることができる。さらに、発光素子１０からの光の少なくとも一部を波長変換させる蛍光物質を含有させることもできる。

透光性部材５０中に蛍光物質を含有させる場合、透光性部材５０は耐熱性および耐光性に優れ、紫外線を含む短波長の高エネルギー光に曝されても着色劣化しにくいシリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂であることが好ましく、これにより色ズレや色ムラの発生が抑制される。本形態に利用することができる蛍光物質は、発光素子の光を変換させるものであり、発光素子からの光をより長波長に変換させるものの方が効率がよい。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体やＣａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８蛍光体が好適に用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によってＬＥＤチップからの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するため、白色系の混色光を発する高出力な発光ダイオードを、比較的簡単に形成することができる。

（その他）
本発明の発光装置は、さらに保護素子としてツェナーダイオード１１を設けることもできる。ツェナーダイオード１１は、発光素子１０と同じように導電性部材６０表面に載置したり、導電性部材６０表面に載置されたツェナーダイオード１１の上面に発光素子１０を載置したりする構成を採ることもできる。また、絶縁性基板の上面側に凹部を形成し、ツェナーダイオード１１を収納実装するスペースを別途設けることもできる。

（ワイヤ）
ワイヤ７０は、発光素子１０と導電性部材６０とを電気的に接続するものである。ワイヤ７０は、発光素子１０の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性が良いものが求められる。熱伝導率として０．０１ｃａｌ／（Ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（Ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上である。

以下、本発明に係る実施例を本発明の製造方法にそって詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

＜実施例１＞
実施例１として、図１乃至４に示す発光装置を製造する。
（第一の工程）
まず、絶縁性基板の母材に複数の貫通孔を形成する。本実施例では、絶縁性基板としてセラミック基板を用いる。セラミック基板の母材として、縦６．０ｍｍ、横８．０ｍｍ、厚み４００μｍの主材がアルミナからなるグリーンシートを２枚用いる。第一のグリーンシートには、２．１ｍｍ角で角部に丸みを帯びた略正方形である略四角柱の第一の貫通孔を数百個打ち抜き、第二のグリーンシートには、平面形状が１．３ｍｍ角で角部に丸みを帯びた略正方形の略四角柱の第二貫通孔を前記第一の貫通孔と重なるように同じ個数打ち抜く。

（第二の工程）
次に、前記母材の上面から下面まで連続した導電性部材を形成する。本実施例では、第一のグリーンシートの下面側および第二のグリーンシートの上面側に、外部との導通を取るための配線をタングステンペーストを用いて印刷にてパターン形成する。また、第二のグリーンシートの下面において、成形体において中間平面４１となる部分には、金属部材３０との接合強度を高めるために導電性部材を形成する。このように形成された第一のグリーンシート上に第二のグリーンシートを積層してなる積層体は、前記第一の貫通孔および第二の貫通孔が重なることにより、平面に対して垂直に切断した際の断面形状が略凸形状である貫通孔を複数有している。また、本実施例では、各発光装置の一対の側面にそれぞれ２つの溝部が得られるように、積層体において、平面形状が０．５ｍｍ×０．３ｍｍの矩形で角部に丸みを帯びた略長方形である略四角柱の第三の貫通孔を形成する。

（第三の工程）
次に、前記複数の貫通孔に、それぞれ下方から金属部材の下面が突出するように挿入し、接合する。本実施例では、金属部材として、上記貫通孔の形状と類似でかつ一回り小さいサイズである銅塊を用いる。また、銅塊の中間平面と接触する貫通孔の内壁には、上記第二の工程の際に予めタングステン膜が形成されていることが好ましく、これにより絶縁性基板４０と金属部材３０との接合強度を高めることができる。また、銅塊の中間平面には、予めは、銀ロウが塗布されており、接合した後、タングステン膜、銅塊、および銀ロウの表面に同時に銀メッキを施す。これにより、各部材の金属部材の腐食を抑制することができる。このように加工されたグリーンシートを、所定の温度で焼成し、絶縁性基板とする。所定の温度とは、８００度以上で数時間かけて焼成し、一段階で焼成するのではなく他段階で順次昇温しながら焼成することが好ましく、これにより絶縁性基板の収縮を抑制することができる。

（第四の工程）
次に、前記金属部材３０の上面に発光素子１０を載置し前記発光素子と前記導電性部材を電気的に接続する。

発光素子１０は、青色系に発光する窒化物系半導体からなり、上面に正および負の電極をそれぞれ２対有し平面形状が６００μｍ角の略正方形である直方体ダイスを用い、下面には予めＡｕ−Ｚｎからなる共晶材料が部分的に塗布されている。このように処理された発光素子１０を金属塊３０の銀メッキ上に共晶接合した後、発光素子１０の各電極と絶縁性基板４０の上面に形成された導電性部材６０とをワイヤ７０にて電気的に接合する。

（第五の工程）
次に、前記各金属部材単位に、前記各金属部材単位に透光性部材を形成する。本実施例では、透光性部材の材料として硬性シリコーン樹脂を用い、圧縮成型にて上面が下面より面積の小さく角部に丸みを帯びた略四角柱型の透光性部材を形成する。成型方法はこれに限定されず、ポッティングや型抜き等が上げられる。また、本実施例において、金属部材３０の上面と透光性部材５０の外周面との成す角度は約４５度であり、発光装置から発光される光の半値角は約１２０度である。

ここで、透光性部材５０は、母材の一面に形成することも可能であるが、後工程にて基板を個々に分割する際に透光性部材も切断することとなる。このように切断されてなる発光装置は、側面からの水分浸透による透光性部材の剥がれが生じたり、透光性部材の側面部の透光性が低下したりするため、好ましくない。

（第六の工程）
最後に、前記第一の工程乃至第四の工程にて加工された前記母材を個々の切断し、平面が３ｍｍ角からなる実施例１に係る発光装置を得る。

＜実施例２＞
導電性部材が、絶縁性基板の上面、絶縁性基板の厚さ方向内部、および絶縁性基板の側面下方の溝部に、連続して形成されている以外は、実施例１と同様にして発光装置を製造すると、図５に示すような発光装置を得ることができる。

＜実施例３＞
金属部材３０の上面に発光素子１０を４つ載置して直列に接続可能する以外は、実施例２と同様にして形成すると、図６に示すような発光装置を得ることができる。

＜実施例４＞
平面が略長方形からなる金属部材３０を２つ有し、各金属部材３０の上面に発光素子１０を２つ載置し、合計４つの発光素子１０を直列に接続する以外は、実施例２と同様にして発光装置を形成すると、図７に示すような発光装置を得ることができる。

＜実施例５＞
平面が略長方形からなる金属部材３０を１つ有し、４つの発光素子１０が直線的に直列接続されている以外は、実施例２と同様にして発光装置を形成すると、図８に示すような発光装置を得ることができる。

＜実施例６＞
前記第五の工程において、透光性部材として、シリコーン樹脂と（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ_0.03蛍光物質とを、重量比で１００：１５となるように混合撹拌されてなる混合物を用いる以外は、実施例１と同様にして形成すると、白色に発光することが可能な発光装置が得られる。

＜実施例７＞
図９に示すように、前記金属部材３０と前記発光素子１０との間に、ＣｕＷからなるサブマウント部材８０を介する以外は、実施例１と同様にして発光装置を形成すると、さらに厳しい熱サイクルの使用条件においても高い信頼性を維持することが可能な発光装置が得られる。本発明において、前記サブマウント部材８０の熱伝導率［Ｗ／ｍｋ］は、前記発光素子１０の実装面より大きく前記金属部材３０より小さいことを特徴としており、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＡＩＮ、ＳｉＮ、アルミナなど、従来からサブマウント部材の材料として用いられているセラミックや金属、樹脂材料から選択することができる。

また、前記金属部材３０と前記サブマウント部材８０とは、これらの熱膨張率［ｐｐｍ／Ｋ］差および熱伝導率差の双方を緩和することが可能な部材にて固定されていることが好ましく、Ａｇロウなどのロウ材料や共晶材料、樹脂材料などから選択することができる。

＜実施例８＞
図１０に示すように、絶縁性基板４０に挿入する部材を、前記金属部材３０と前記サブマウント部材８０との積層体とする以外は、実施例１と同様にして発光装置を形成すると、さらに厳しい熱サイクルの使用条件においても高い信頼性を維持することが可能な発光装置が得られる。具体的には、前記第一のグリーンシートの貫通孔の形状と類似でかつ一回り幅が小さい金属部材３０の上面に、前記第二のグリーンシートの貫通孔の形状と類似でかつ一回り幅が小さいサブマウント部材８０が積層されている。

＜実施例９＞
図１１に示すように、発光素子１０の周囲に前記発光素子からの光を正面方向へ反射することが可能な反射壁を有するパッケージを用い、前記発光素子１０を封止するように前記パッケージの反射壁の高さ約３／４まで透光性部材を充填する以外は、実施例１と同様にして発光装置を形成する。前記パッケージは、具体的には、第一のグリーンシートおよび第二のグリーンシートの積層体の上面に、さらに、反射壁として本実施例は、２．４ｍｍ角で角部に丸みを帯びた略正方形である略四角柱の第三の貫通孔が前記第一の貫通孔および第二貫通孔と重なるように同じ個数打ち抜かれてなる第三のグリーンシートを積層したものを焼成して得ることができる。

本実施例の発光装置は、発光素子の周囲に発光素子からの光を正面方向へ効率良く取り出すための反射壁を有していることから、前記反射壁にて指向性を制御することが可能である。また、本実施例のパッケージは、導電部材を絶縁性基板の上面、絶縁性基板の厚さ方向内部、および絶縁性基板の側面下方の溝部に、連続して形成していることから、反射壁と絶縁性基板の間から導電性部材が露出しておらず、リークの心配もない。

＜実施例１０＞
図１２に示すように、パッケージの反射壁と金属部材３０の上面との成す角度を鈍角とする以外は、実施例９と同様にして発光装置を形成する。前記パッケージは、具体的には、側壁部分となる前記三のグリーンシートの貫通孔を、上面方向が広くなるように形成することによって得られる。本実施例において、前記側壁の内面に発光素子４０からの光を効率よく反射する金属部材を形成してもよく、Ａｇ層やロジウム層を形成することが好ましい。

＜発光装置の実装方法＞
本発明の発光装置は、絶縁性基板の下面側において、金属部材の下面と導電性部材の下面がほぼ水平であることから、接着部材を介さず直接回路基板へ実装しても、容易に金属部材の下面および導電性部材の下面の双方を回路基板と接触させることができる。具体的には、ネジ穴を有する回路基板上に本発明の発光装置を直接載置し、前記ネジ穴に対応するネジ止め用貫通孔を有するホルダにて前記発光装置の端部を包囲し、前記ネジ穴側からネジを締めることにより、発光装置を回路基板上に固定することができる。また、発光装置自体の端部にネジ止め用貫通孔を設け、発光装置と回路基板とを直接ネジ止めすることも可能である。

本願発明は、携帯電話のバックライト用照明や、各種デ−タを表示可能なディスプレイ、ラインセンサ−など各種センサーの光源やインジケータなどに利用することができる。

図１は、本発明に係る発光装置の平面側から見た概略斜視図を示す。図２は、図１に記載された発光装置の概略平面図を示す。図３は、図１に記載された発光装置の概略断面図を示す。図３は、図１に記載された発光装置の概略底面図を示す。図５は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の平面側から見た概略斜視図を示す。図６は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図を示す。図７は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図を示す。図８は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略平面図を示す。図９は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図を示す。図１０は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図を示す。図１１は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図を示す。図１２は、本発明に係る他の実施の形態の発光装置の概略断面図を示す。

符号の説明

１０発光素子
２０接着部材
３０金属部材
４０絶縁性基板
４１中間平面
４２溝部
５０透光性部材
６０導電性部材
６１カソード電極
６２アノード電極
７０ワイヤ
８０サブマウント部材

Claims

貫通孔を有する絶縁性基板と、前記貫通孔に挿入された金属部材と、前記金属部材の上面に載置された発光素子と、前記絶縁性基板に形成され前記発光素子と電気的に接続された導電性部材と、前記発光素子および前記絶縁性基板上面を被覆する透光性部材と、を有し、
前記導電性部材は、絶縁性基板の上面から下面まで連続して形成されており、
前記絶縁性基板の下面側において、前記金属部材の下面と前記導電性部材の下面は水平であって、
前記金属部材の側面と前記貫通孔の内壁とは、前記金属部材の主成分が含有された接着部材にて部分的に接合されていることを特徴とする発光装置。
前記絶縁性基板の側面は、少なくとも下方に溝部を有し、前記溝部に前記導電性部材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。
前記発光素子から前記透光性部材を介して取り出される光の半値角は、９０度より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
前記金属部材の上面は、前記絶縁性基板の上面より突出しており、前記金属部材の上面と前記封止部材の外周面との成す角度は、９０度以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
前記金属部材と前記接着部材の表面に、金属膜が被膜されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
前記発光素子は、サブマウントを介して前記金属部材の上面に固定されてい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。
前記発光素子の下面は、前記金属部材の上面と部分的に接合されてい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。
前記発光素子は、前記金属部材の上面に複数個載置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光装置。
貫通孔を有する絶縁性基板と、前記貫通孔に挿入された金属部材と、前記金属部材の上面に載置された発光素子と、前記絶縁性基板に形成され前記発光素子と電気的に接続された導電性部材と、前記発光素子および前記絶縁性基板上面を被覆する透光性部材と、を有し、前記導電性部材は、絶縁性基板の上面から下面まで連続して形成されており、前記絶縁性基板の下面側において、前記金属部材の下面と前記導電性部材の下面は水平であることを特徴とする発光装置の製造方法であって、
母材に複数の貫通孔を形成する第一の工程と、
前記母材の上面から下面まで連続した導電性部材を形成する第二の工程と、
前記複数の貫通孔に下方からそれぞれ金属部材を挿入し、各金属部材の下面が導電性部材の下面と水平となるように位置決めして、かつ前記各金属部材の側面とそれぞれの前記貫通孔の内壁とが、前記金属部材の主成分が含有された接着部材にて部分的に接合するように、これらを接合する第三の工程と、
前記金属部材の上面に発光素子を載置し前記発光素子と前記導電性部材を電気的に接続する第四の工程と、
前記各金属部材単位に透光性部材を形成する第五の工程と、
前記各透光性部材の周囲にて個々に分離する第六の工程と、
を有することを特徴とする発光装置の製造方法。