JP4962270B2

JP4962270B2 - 発光装置及びこれの製造方法

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Publication number: JP4962270B2
Application number: JP2007283410A
Authority: JP
Inventors: 泰典清水
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP2009111245A

Description

本発明は、発光素子から発せられる出射光を反射可能な反射層が、透光性封止部材にて封止されてなる発光装置及びこれの製造方法に関するものである。

発光素子を光源とする発光装置は、これまでも種々提案されている。例えば、光源からの光を反射することが可能な金属反射部材上に発光素子を固定し、さらに透光性樹脂でもって、この金属反射部材及び発光素子の露出表面を被覆した発光装置が知られている。このような発光装置は、光源からの光が金属反射部材でもって光取り出し方向へと反射されることから、高い光取り出し効率を有している。しかしながら、所定の環境下において使用すると、外部のガスが金属反射部材へと透過されて、この結果、金属反射部材が変色劣化し、発光装置の外観品質と発光強度が次第に低下するという問題があった。

ところで、特許文献１では、発光素子の近傍を、予め変色劣化の生じ難いガラス材料にて被覆した後、樹脂材料でもって封止してなる発光装置が提案されている。このような発光装置は、樹脂と発光素子との界面に、近紫外線の光によって黄変・着色が生じ難いガラス材料からなる被覆体が介在することから、樹脂の変色劣化を防止することができる。この技術を採用すれば、介在されるガラス材料でもって金属反射部材への密封度が高まるため、金属反射部材での変色を低減できる。
特開２０００−２９９５０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたゾルーゲル法の加水分解重合により形成されてなるガラス封止体は、発光素子の厚みよりもはるかに厚く形成されている。通常、このような厚みのあるガラス封止体であれば、発光装置の形成過程あるいは使用時において、部材の収縮によりガラス封止体にクラックが生じていると考えられるため、ガスバリア性が著しく低減される。加えて、厳しい環境下での使用を考慮し、発光素子の樹脂の材料として、耐熱性・耐候性の優れた樹脂材料を用いること多いが、概してこのような樹脂材料はガスバリア性が低い傾向にある。従って、特許文献１に記載された発光装置では樹脂を透過したガスをガラス封止体でもって遮断することができず、この結果、外部から金属反射部材まで透過したガスや水分に起因して、金属反射部材およびその付近の部材が劣化し、これにより発光装置自体の出力が低下してしまう。

上記の問題点を受け、クラックが生じない程度にガラス封止体の厚みを薄くしようとすれば、ガラス封止体の厚みが被覆面上において均一とならず、部位により厚薄差が生じる虞があった。これにより、ガラス封止体のガスバリア性を有効に活用できない。具体的には、パッケージの凹部内に、ガラス封止体の前駆体である溶液を充填した際、パッケージの底面における周壁近傍では、溶液が周壁に這い上がってしまい、底面の中央部と比較して溶液量が減少することに起因する。この結果、周壁近傍ではガラス封止体の膜厚が所望以上に薄くなってしまう。薄膜領域では密封性を十分に維持できないため、樹脂または金属反射部材の変色が誘発されてしまう問題があった。

この問題を解決するために、ガラス封止体の被覆面全域にわたって、ガスや水分の遮断が可能なガスバリア性を維持できるほどの厚みを備え、かつクラックが生じない程度の薄さとなるようガラス封止体の厚みを調節することは難しい。なぜなら、厚膜によるクラックを避けるため、ガラス材料を薄く均等に形成しようとすれば、上述のパッケージの周壁近傍における薄膜化がより進行してしまい、気密性を満足しないためである。一方、この周壁への這い上がり分を予め考慮し、薄膜部分においても十分な気密性を維持可能な程度の膜厚でもって形成しようとすれば、所望以上の厚膜部が形成され、クラックが発生してしまう。つまり、ガラス封止体が厚すぎても薄すぎてもガスバリア性が低減してしまう上、双方を満足する膜厚条件でもってガラス封止体を均等に形成させることが極めて厳しい。言い換えると、ガラス封止体の厚みに関して、クラックの防止と気密性の向上の実現は板挟み状態にあって、ガラス封止体の被覆面全域にわたって、双方の条件を満たす膜厚に調節することは困難であった。

本発明は、従来のこのような問題点を解消するためになされたものである。本発明の主な目的は、厳しい使用環境下においても高出力を保持することができる発光装置、すなわち気密性が高くライフ特性に優れた発光装置及びこれの製造方法を提供することにある。

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、光を反射可能な反射層と、記反射層に固定された発光素子１１と、反射層および発光素子を覆う透光性樹脂とを有する発光装置であって、反射層と透光性樹脂との間にはガラス体が介在している。また、ガラス体１５は、前記透光性樹脂側の疎な上部層と前記反射層側の密な下部層とを有していることを特徴とする。

また、本発明の第２の発光装置は、前記上部層の空隙内に、前記透光性樹脂が侵入していることを特徴とする。

また、本発明の第３の発光装置は、下部層の厚みは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の第４の発光装置は、ガラス体１５の下部層の厚みは総厚の１％以上１０％以下であることを特徴とする。

また、本発明の第５の発光装置は、反射層１４として、少なくとも銀を含有する金属で構成できる。

また、本発明の第６の発光装置は、透光性樹脂１６がシリコーンからなることを特徴とする。

また、本発明の第７の発光装置は、発光素子１１の表面がケイ素を含有する絶縁膜によって被覆されていることを特徴とする。

また、本発明の第８の発光装置は、透光性樹脂１６に波長変換部材１７が混入されていることを特徴とする。

また、本発明の第９の発光装置の製造方法は、反射層１４上に固定された発光素子１１と、反射層１４および発光素子１１の少なくとも露出面に被覆されて、反射層１４および発光素子１１を気密状態に封止するガラス体１５とを有する発光装置の製造方法であって、無機ポリマーを無水溶剤に希釈する第１の工程と、第１の工程で得られた溶液を、反射層１４及び発光素子１１に塗布する第２の工程と、溶液を静置して粒子状ガラスを析出させ、溶剤成分を揮発させた後ガラス転化を進行させる第３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、ガラス体でもって反射層を気密状態に封止できるため、外部のガスや水分が反射層側へと透過するのを抑止できる。すなわち、ガス及び湿気に起因する反射層の劣化を有効に防止できる。これは、本発明のガラス体において、その少なくとも表面側が密な下部層と疎な上部層から形成されていることで得られる効果であり、すなわち、ガス及び水分が透過できない程度の厚みや表面積を稼ぎつつ、同時に空隙でもって外部からの応力を緩和させて、ガラス体におけるクラックの発生を防止できる。

また、本発明の発光装置の製造方法であれば、溶液を静置して粒子状ガラスが析出した後に溶剤を揮発させるため、溶剤の存在下で底面側へと沈降する粒子状ガラスは、溶剤の表面形状に依存しない。すなわち、粒子状ガラスの沈殿物からなるガラス体を略均一な膜厚とできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、発光素子及びこれを備える発光装置を例示するものであって、本発明は、発光素子及びこれを備える発光装置を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施例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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。また、本明細書において、層上などでいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。

（実施の形態１）
図１および図２は、実施の形態に係る発光装置１０、２０の模式断面図である。図１と図２に示す各発光装置１０、２０は、発光素子１１の実装方法のみが相違しており、他の構造は実質的に同一である。すなわち図１の例では、電極形成面側を主光取出し面とするフェイスアップ実装にて、また図２の例では電極形成面と対向する成長基板側を主光取出し面とするフリップチップ実装にて、各々搭載されている。

双方の発光装置１０、２０とも、発光素子１１と、この発光素子１１を載置する支持体１３と、発光素子１１及び支持体１３とを被覆する透光性樹脂１６とを備える。また、図１、図２の例において、支持体１３の表面には正負の導電性部材１２が形成されており、さらに、この導電性部材１２の表面には、光を反射可能な反射層１４が構成されている。発光素子１１は、この反射層１４上に固定されて、その上方を透光性樹脂１６にて被覆されている。また、透光性樹脂１６と、反射層１４及び発光素子１１との間にはガラス体１５が介在している。さらに、このガラス体１５は反射層１４及び発光素子１１の露出面を覆い、反射層１４と発光素子１１とを気密状態に封止している。

また、導電性部材１２と発光素子１１とは、導電性の接合部材１８を介して電気的に接続される。この導電性の接合部材１８として、図１の例では導電性ワイヤが使用され、また図２の例ではバンプが採用されている。

さらに、図１、図２の発光装置１０、２０において、透光性樹脂１６内には波長変換部材１７を混入できる。この波長変換部材１７でもって、発光素子１１より放出される光の波長を変換し、この結果、発光素子１１からの出射光と、波長変換部材１７でもって波長変換された光との加色混合により、所望の光を発光可能な発光装置とできる。

（発光素子１１）
また、実施の形態１に係る発光素子１１では、窒化物半導体素子の一例であるＬＥＤチップを採用している。その他、発光素子１１は公知のものを適宜利用できるが、蛍光物質を備えた発光装置とするとき、その蛍光物質を励起する光を発光可能な半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子として、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適にあげられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。本実施の形態で用いられている発光素子１１は、同一面側に正および負の電極が形成されているが、対応する面に正および負の電極がそれぞれ形成されているものであってもよい。また、正および負の電極は、必ずしも１つずつ形成されていなくてもよく、それぞれ２つ以上形成されていてもよい。

また、図１、図２に示すように、発光装置１０、２０は、反射層１４及び発光素子１１、ガラス体１５、透光性樹脂１６がこの順に積層されている。これにより、発光装置外部の水分や腐食性ガスが、透光性樹脂１６を透過した場合であっても、ガスバリア性の高いガラス体１５でもって水分や腐食性ガスが、反射層１４及び発光素子１１側へと透過されるのを遮断できる。この結果、水分や腐食性ガスに起因する反射層１４及び発光素子１１の劣化を防止することができる。具体的に、反射層１４が金属材料である際、例えば常温付近では水分による腐食や、高温においては酸化などのガスによる腐食を抑止できる。さらに具体的に、金属材料が銀の場合、酸素の存在下で硫化水素と、水の存在下でオゾンや二酸化硫黄と反応して黒変劣化が発生するのを抑制できる。また、発光素子においては、水分により発光素子の構成元素が溶出し、出力が低下するのを抑止できる。加えて、高湿条件や窒素酸化物、硫黄酸化物等の腐食性ガスによって発光素子の電極部に腐食が発生し、Ｖｆが悪化する現象を回避できる。

すなわち、実施の形態１の発光装置であれば、ガラス体１５でもって反射層１４及び発光素子１１の気密性を有効に保持できるため、発光素子１１及び透光性樹脂１６の構成元素の選択肢が広がる。つまり、外部からの水分により劣化しやすいＧａＡｓ系、ＧａＰ系などの発光素子を利用できる他、透光性樹脂の材料や使用環境にかかわらず、反射層１４及び発光素子１１の劣化を防止できる。この結果、長期にわたって光取り出し効率の高い発光装置を実現することができる。

また、実施の形態１では、発光素子を単独で導電性部材に固定した発光装置について説明するが、発光素子を単独で配置させる形態に限定されることなく、受光素子、静電保護素子（ツェナーダイオード、コンデンサ等）、あるいはそれらを少なくとも二種以上組み合わせたものを搭載した半導体装置とすることができる。なお、静電保護素子は、発光素子との極性を考慮して、発光素子と同一の導電性部材あるいは異なる導電性部材のいずれに配置してもよい。

（保護膜９）
また、発光素子１１において、接合部材１８との接続領域を除く略全面に、絶縁性の保護膜９を形成できる保護膜９にはＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ポリイミド等が利用できる。特に保護膜として、ＳｉＯ₂を採用することが好ましい。なぜなら、後述するガラス体１５及び透光性樹脂１６と同様のケイ素材質を有する保護膜は、各部材の界面での屈折率差を近接させて、各界面での光の全反射または乱反射を抑制できるからである。この結果、発光装置における光取り出し効率が向上し、好適である。

（支持体１３）
図１、図２に示す発光装置１０、２０において、支持体１３は、その上方に発光素子１１を固定可能であって、かつ表面に導電性部材１２及び反射層１４を保持することが可能であれば、材質は特に限定されない。なかでも、セラミック、乳白色の樹脂等、絶縁性および遮光性を有する材料でもって構成されることが好ましい。一方で、支持体１３は熱源となりうる発光素子１１の近傍に位置するため、熱伝導性に優れた材質であって、外部に放熱可能な構造とすることもできる。この場合の材質としては例えば、銅、銅合金、アルミニウム等が挙げられる。さらに、支持体１３を導電性部材１２と同部材とすることもできる。これにより一の支持体１３でもって、発光素子１１を固定可能な基台と、外部電極と電気的に接続可能な導電性部材１２との双方の役割を担うことができ、工程を簡略化して歩留まりの向上につながる。

（導電性部材１２）
支持体１３の表面に形成される導電性部材１２は、導電性であれば特に限定されず、発光素子１１との電気的な接続に用いる部材との接着性及び電気伝導性が良好なものとする。導電性部材１２の具体的な電気抵抗としては、３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩ−ｃｍ以下である。材質としては、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。

（反射層１４）
また、導電性部材１２の最表面には、メッキ等の加工により反射層１４が形成される。これにより発光素子１１からの出射光を、反射層１４でもって、光取り出し方向へと効率よく反射させて、発光装置の集光能力を高められる。図１及び図２に示すように、反射層１４は、発光素子１１の近傍に位置するため、反射層１４による光の反射は、発光装置の光出力、発光色に大きく影響を与える。したがって、反射層１４は反射特性の高い材質から構成されることが好ましく、例えば光反射率の高い銀を含有する金属で構成されることが好ましい。

また、反射層１４は、その表面に凹凸を有していることが好ましく、これにより発光素子１１からの光をより一層効率よく外部へ取り出すことができる。さらに、図１、図２に示すように、支持体１３の表面の一部には、導電性部材１２の非形成領域を有することが好ましい。言い換えると、この導電性部材１２の非形成領域が、導電性部材１２の開口部１９を構成しており、この領域では支持体１３が露出されている。また、導電性部材１２上に形成される反射層１４においても、導電性部材１２の開口部１９と同位置に開口部１９が構成されている。この構造により、ガラス体１５を反射層１４の表面に形成する際に、過剰なガラス形成材料は、低域の開口部１９へと流入し、この結果、反射層１４の表面には適切な量のガラス形成材料が残る。すなわち、導電性部材１２及び反射層１４の開口部１９を、過剰なガラス形成材料の退避域とすることで、発光素子１１又は反射層１４上に沈殿する粒子状ガラスの積層量を好適なものとし、ひいてはガラス体１５の厚みを適切に制御できる。この結果、高いガスバリア性を維持するに足りる程度の厚みを備えつつも、クラックが発生しないガラス体１５を、反射層１４の表面に容易に形成できる。

（接合部材）
また、図１及び図２の例では、導電性部材１２の表面に形成された反射層１４上に、接合部材（図示していない）を用いて発光素子１１が載置されている。図１の例では、発光素子１１が載置される部材は反射層１４に限定されず、例えば、導電性部材１２や支持体１３の表面に直接固定されていてもよいし、これらの固定場所との間にヒートシンクを介してもよい。この際、発光視認側からの平面視において、発光素子１１の被固定部材の露出面における、反射層１４の形成領域を大きくすることが好ましい。

また、発光素子１１を反射層１４に固定するための接合部材は、金属材料を用いることが好ましい。これにより、発光素子１１からの光照射や発熱による接合部材の劣化変色および劣化変色に伴う光吸収を防止することができる。具体的には、Ａｕ−Ｓｎ合金、ＳｎＡｇＣｕ合金、ＳｎＰｂ合金、ＩｎＳｎ合金、Ａｇ、ＳｎＡｇを用いることができる。図１に示すように、同一面側に正および負の電極を有する発光素子１１を用い、電極が形成されていない側の面を導電性部材と固定する場合、発光素子１１の電極が形成されていない面に予め金属膜をスパッタ、蒸着、メッキ等により成膜したものを用いて導電性部材と固定することが好ましい。これにより、放熱性に優れた発光装置とすることができる。具体的には、金属材料とフラックスが混合されたペーストを導電性部材上にディスペンス、ピン転写、印刷等により塗布する。そのペースト上に予め金属膜が形成された発光素子を設置し、リフローにて金属材料を加熱溶融することで接合することができる。また、図２に示すように、発光素子１１の電極を導電性部材１２と接合する場合は、電極の表面にＮｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜を施し、前記と同様の方法にて、金属材料を介して導電性部材と金属接合することが好ましい。

また、図１のように、発光素子１１の電極面と導電性部材とを対向させずに電気的に接続する場合、導電性ワイヤ１８を用いる。導電性ワイヤ１８は、発光素子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よいものが求められる。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤがあげられる。

（ガラス体１５）
本発明の実施の形態に係る発光装置は、上述の通り、発光素子１１および反射層１４は、ガラス体１５によって被覆されており、言い換えると、透光性樹脂１６と、発光素子１１及び反射層１４との界面にはガラス体１５が介在されている。このガラス体１５は、透光性樹脂１６側の疎な上部層１５ａと、反射層１４側の密な下部層１５ｂとを有している。このようなガラス体１５は、各部材との熱膨張差により発生する熱応力の影響を受けることなく、厳しい使用環境下においても長期にわたって高いガスバリア性を保持することができる。このようなガラス体１５を反射層１４と透光性樹脂１６との間に介在させることにより、各構成部材の劣化が防止され、高い出力を保持することが可能な発光装置を得ることができる。また、ガラス体１５は、上部層１５ａの空隙中に透光性樹脂１６を有していることが好ましく、これによりガラス体にかかる熱応力を緩和することができる。

すなわち本実施の形態では、反射層１４の材料を、水分や腐食性ガスの影響により、硫化、酸化、腐食が発生しやすい金属材料にて構成する際に、この表面をガラス体１５でもって密封することで、反射層１４の劣化に起因する発光装置の出力低下を防止できる。ひいては反射率の波長依存性を保持するとともに、発光色の変化を抑制することができる。特に、少なくとも発光視認側の表面が、銀、または銀を必須とする合金により構成されてなる反射層１４は、ガスによる劣化が著しいことから、従来高温高湿下で使用される発光装置には不向きであったが、ガラス体１５でもって気密性を高めることにより、透光性樹脂１６の材料や使用環境にかかわらず、光取り出し効率の高い発光装置を実現することができる。

本実施の形態に係るガラス体１５の形成方法は、特に限定されないが、無機ポリマーを主材料とするポリシラザン法により生成することが好ましく、これにより、容易にガラス粒子が凝集した疎な上部層１５ａと、ガラス膜状の密な下部層１５ｂを有するガラス体を得ることができる。例えば、揮発性溶剤に溶解しているパーヒドロポリシラザンを使用し、大気中の酸素および水分と反応させ、溶剤揮発が発生する前に粒子状のシリカとして溶剤中に析出させる。その後、溶剤揮発を進行させることで、膜状ガラスの密な下部層１５ｂの上に粒子状ガラスが凝集した疎な上部層１５ａを積層することができる。上部層１５ａの粒子状ガラスは、溶剤中で反応析出したシリカの核が核成長することで得られ、白色粒子状であり、粒子形状は不定形である。一方、下部層１５ｂの膜状ガラスは、反射層１４近傍で反応析出したシリカ核が反射層１４上で核成長することで膜状態となったものである。このような上部層１５ａと下部層１５ｂとを有するガラス体にて発光素子および反射層を覆うことで、これらのガスバリア性を保持することができる。

また、図３は、図１のガラス体１５の模式的断面拡大図を示す。図３に示すように、ガラス体１５は、微細な粒子状ガラスが凝集した疎な上部層１５ａと、膜状の下部層１５ｂからなる。この上部層１５ａは、粒子が疎に積層されており、この結果、ガラス体１５が多孔質状に構成されている。すなわち、ガラス体１５の積層方向における上面側、少なくともその表面側は多孔質状に形成されている。下部層１５ｂの厚みは、０．０５μｍ以上０．２μｍであることが好ましく、この下部層１５ｂの厚みは、ガラス体１５の総厚の１％以上１０％以下に値することが好ましい。この範囲であれば、ガスバリア性の維持と、クラックの抑制との双方を満たすガラス体１５とできる。すなわち、ガス及び水分が透過できない程度の十分な厚みや表面積を備えつつ、細孔でもって外部からの応力を緩和させることができるため、ガラス体１５のクラックの発生を防止できる。また、ガラス体１５の膜厚が上記の範囲未満の場合、発光素子１１や反射層１４の保護効果が不十分となり好ましくない。またガラス体１５の厚みが上記の範囲より大きい場合、製造時や点灯時においてガラス部での剥離が発生し、これによりガスバリア性が低減されて不適である。

本実施の形態に係るガラス体１５は、無機ポリマーであるガラス主材料を無水溶剤に希釈する第１の工程と、第一の工程で得られた溶液を反射層１４及び発光素子１１上に塗布する第２の工程と、この溶液を静置して粒子状ガラスを析出させ、前記溶剤成分を揮発させた後ガラス転化を進行させる第３の工程と、を有してガラス体１５が生成される。

実施の形態１において、具体的なガラス体１５の製造方法の一例を以下に説明する。まず、ガラス主材料であるパーヒドロポリシラザンを、キシレン等の水分を含まない溶剤に希釈して、その濃度を０．２〜１０％程度とする。この希釈した溶液を、スプレー等により発光素子のキャビティー内もしくは発光素子１１及び反射層１４周辺に塗布する。塗布厚は、パーヒドロポリシラザンの濃度および膜形成面の構造により硬化処理後、適宜選択することができる。塗布後に常温にて５時間程度静置し、粒子状ガラスの析出・沈殿、溶剤揮発をさせる。その後、得られたガラスを好ましくは６０℃以上１２０℃以下の温度かつ８０％以上の湿度雰囲気下、さらに好ましくは温度約１２０℃湿度約９０％の条件下の恒温恒湿オーブンにて２時間以上加熱・硬化させガラス化反応を進行させる。これにより、ガラスの転化が進行し、多孔質の高純度無機膜となり、また適宜膜厚を調整することでガスバリア性の高い保護膜機能を備えるガラス体１５とできる。

特に、実施の形態１に係るガラス体１５の製造方法であれば、得られたガラス体１５を、ほぼ均一な膜とできる。すなわち、ガラス主材料の溶液を静置させ、溶剤の揮発前、すなわち溶剤の存在下でもって析出した粒子状のガラスを、下方へと略均等に降り積もらせることで、積層された粒子の集合体を均一な厚みとできる。一方、ゾルーゲル法など、主材料の溶液から得られたゲルを収縮固化させてガラスを得る方法であれば、パッケージ等の充填容器内の壁面近傍において、底面に充填された主材料溶液が壁面へと這い上がる。これにより、壁面近傍の底面では、溶液が壁面へと吸い取られて溶液量が減少してしまい、中央部よりも膜厚が薄くなる。この結果、相対的なガラスの膜厚が不均等となる。他方、実施の形態１のガラス体であれば、溶剤の存在下で析出した粒子は、自重により下方へと沈降して積層されるため、その後に溶剤を揮発させた際に残存する粒子の集合体は略均一な膜厚を維持できる。すなわち、パッケージに溶液が充填されて、壁面への這い上がりが生じたとしても、溶液中に析出された粒子は下方へと沈殿されて均一な膜厚を形成できる。すなわちガラス体１５の膜厚は、溶剤の表面状態に依存せず、均一なガラス体とできる。

また、析出された粒子状ガラスは、ガラス主材料であるパーヒドロポリシラザンが水分と反応しシリカへと転化されたものであり、したがって、シリカの集合体であるガラス体１５を得ることができる。

ガラス体１５の主材料を無機ポリマーとすることで、最終生成物であるガラス体１５を無機物とできる。これにより耐熱性が増す他、光強度の大きい光がガラス体１５へと進行した場合であっても変色を抑止でき、耐候性に富むガラス体１５とできる。具体的に実施の形態１において、ガラス体１５の主成分を、無機ポリマーを転化したＳｉＯ₂とできるため、酸や有機溶媒などに侵食され難く、また酸化物であるため高温でも安定である。したがって長期使用上、寸法安定性や信頼性が高い。

（透光性樹脂）
本実施の形態の透光性樹脂１６は、ガラス体１５上を被覆しており、かつガラス体１５の上部層１５ａの空隙に充填されている。透光性樹脂１６は、搭載する発光素子の光に対して透光性であればどのような樹脂材料によって形成されていてもよい。例えば、シリコーン樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂等があげられる。これらの材料には、着色剤として、種々の染料または顔料等を混合して用いてもよい。たとえば、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、カーボンブラック等があげられる。さらにまた、封止樹脂の光出射面側は、所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができる。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた形状にすることができる。なお、本明細書において透光性とは、発光素子から出射された光を７０％程度以上透過させる性質を意味する。

実施の形態１では透光性樹脂１６としてシリコーンを採用した。これにより、発光装置の耐熱性及び耐光性を高められる。すなわち、紫外光のように光源の光強度が大きい場合であっても、透光性樹脂が変色し難く、したがって長期にわたって安定した発光波長を外部へと放出できる。また、透光性樹脂１６と反射層１４との屈折率を略同一とできるため、双方の界面における乱反射或いは全反射を抑止でき、発光装置の集光能力が高まる。加えて、単一の際には白色であるガラス体１５を、屈折率が僅差であるシリコーン樹脂にて被覆することにより、双方の部材を光に対して略透明とできるため、光の透過率が向上して好適である。また、図２のように、発光素子１１の電極を導電性部材１２と接合する場合において、発光素子１１はサファイア基板上に半導体層および電極を有するものを用いることが好ましい。これにより、半導体層、サファイア基板、ガラス体、シリコーン樹脂と、順に光の屈折率を低くすることができ、光の取り出し効率を高めることができる。

また、透光性樹脂１６には、光拡散材や波長変換部材１７を含有させてもよい。光拡散材は、光を拡散させるものであり、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。また、波長変換部材１７は、発光素子１１からの光を変換できる。これにより、発光素子からの出射光である一次光と、一次光の少なくとも一部が波長変換部材でもって波長変換された二次光とを混色でき、この結果、所望の波長を発光可能な発光装置とできる。波長変換部材１７としては、例えば、蛍光物質があげられる。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、有機蛍光物質であるペリレン系誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｅｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂等の無機蛍光物質等、種々好適に用いられる。

本実施の形態において、白色光を得る場合、特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光物質を利用すると、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能となり白色系が比較的簡単に信頼性良く形成できる。同様に、Ｅｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂蛍光物質を利用した場合は、その含有量によって青色発光素子からの光と、その光を一部吸収して補色となる赤色系が発光可能であり白色系が比較的簡単に信頼性よく形成できる。これらの蛍光物質の他に、たとえば、特開２００５−１９６４６号公報、特開２００５−８８４４号公報等に記載の公知の蛍光物質のいずれをも用いることができる。また、本実施の形態では導電性部材がガラスによって保護されている為、安価な硫化物蛍光体を使用する事もできる。硫化物蛍光体としてはアルカリ土類系、チオガレート系、チオシリケート系、硫化亜鉛系、酸硫化物系があり、アルカリ土類系蛍光体としてはＭＳ：Ｒｅ（Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上であり、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等があり、チオガレート系蛍光体としてはＭＮ₂Ｓ₄：Ｒｅ（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上、Ｎは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙから選ばれる１種以上、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等があり、チオシリケート系蛍光体としてはＭ₂ＬＳ₄：Ｒｅ（Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上、ＬはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎから選ばれる１種以上、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等があり、硫化亜鉛系蛍光体としてはＺｎＳ：Ｋ（ＫはＡｇ、Ｃｕ、Ａｌから選ばれる１種以上）等があり、酸硫化物系蛍光体としてはＬｎ₂Ｏ₂Ｓ：Ｒｅ（ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｇｄから選ばれる１種以上、ＲｅはＥｕ、Ｃｅから選ばれる１種以上）等が挙げられる。実施の形態１で得られた発光装置において、２種の耐候試験を実施し、その結果を実施例１及び実施例２にそれぞれ示す。

実施例１では、ガラス体１５の有無の点で構造的に相違するそれぞれの発光装置について、硫化物系ガス雰囲気下における劣化状態を調査するため、ガスの付与前後における発光特性を評価した。具体的に、発光装置Ａはガラス体を有しておらず、一方、発光装置Ｂはガラス体を備える。試験前における発光装置Ａの出力値を１００としてこれを基準とし、他の条件における出力値を相対化して算出した。結果を以下の表１及び図４に示す。

表１及び図４より、ガラス体を有しない発光装置Ａでは実験前後で、相対出力値が３５．８％減少した。一方、ガラス体を備える発光装置Ｂでは実験前後での出力減が７．９％となり、これは発光装置Ａと比較して、出力値の減少率が４分の１以下に抑制された。

さらに、実施例２では、実施例１と同様の発光装置Ａ及び発光装置Ｂにおいて、高温高湿条件下での劣化状態を調査した。実験は、双方の発光装置Ａ、Ｂを温度８５℃及び湿度８５％の環境下で５００時間通電させ、試験を開始した時点を０時間（以後、０Ｈと表記する）とし、終了時を５００時間（以後、５００Ｈ表記する）として、０Ｈと５００Ｈ時点での出力値をそれぞれ測定した。また、発光装置Ａ及び発光装置Ｂの双方とも、０Ｈにおけるそれぞれの出力値を１００としてこれを基準とし、５００Ｈにおける出力値を相対値として算出した。結果を以下の表２及び図５に示す。

表２及び図５より、ガラス体を有しない発光装置Ａでは、試験終了時（５００Ｈ）での出力が、開始時（０Ｈ）と比較して１２．６％の減少となった。一方、ガラス体を装着する発光装置Ｂでは、３．７％の出力減にとどまり、これは、発光装置Ａと比較して出力値の減少率が３分の１以下に抑制されたことを示す。

上記の結果より、本実施の形態のガラス体を有する発光装置は、発光素子の気密性が高く、厳しい使用環境下においてもライフ特性及び発光特性に優れた発光装置と言える。

本発明の発光装置及びこれの製造方法は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレター等、種々の光源に使用することができる。

実施の形態１に係る発光装置の概略断面図である。実施の形態１に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。実施の形態１に係るガラス体の概略断面図である。実施例１に係る硫化試験結果を示すグラフである。実施例２に係る高温高湿条件下での通電試験結果を示すグラフである。

符号の説明

９…保護膜
１０、２０…発光装置
１１…発光素子
１２…導電性部材
１３…支持体
１４…反射層（反射メッキ）
１５…ガラス体
１５ａ…上部層
１５ｂ…下部層
１６…透光性樹脂
１７…波長変換部材
１８…接合部材
１９…開口部

Claims

光を反射可能な反射層と、
前記反射層に固定された発光素子と、
前記反射層および前記発光素子を覆う透光性樹脂と、
を有する発光装置であって、
前記反射層と前記透光性樹脂との間にガラス体が介在しており、
前記ガラス体は、前記透光性樹脂側の疎な上部層と前記反射層側の密な下部層とを有していることを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置であって、
前記上部層の空隙内に、前記透光性樹脂が侵入していることを特徴とする発光装置。
請求項１又は２に記載の発光装置において、
前記下部層の厚みは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし３のいずれか一に記載する発光装置において、
前記下部層の厚みは、前記ガラス体の総厚の１％以上１０％以下であることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし４のいずれか一に記載の発光装置において、
前記反射層として、少なくとも銀を含有する金属で構成されていることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし５のいずれか一に記載の発光装置において、
前記透光性樹脂が、シリコーンからなることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし６のいずれか一に記載の発光装置において、
前記発光素子の表面は、ケイ素を含有する絶縁膜によって被覆されていることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし７のいずれか一に記載の発光装置において、
前記透光性樹脂に波長変換部材が混入されていることを特徴とする発光装置。
反射層上に固定された発光素子と、
前記反射層および前記発光素子の少なくとも露出面に被覆されて、前記反射層および前記発光素子を封止するガラス体と、
を有する発光装置の製造方法であって、
無機ポリマーを無水溶剤に希釈する第１の工程と、
前記第１の工程で得られた溶液を、前記反射層及び前記発光素子の表面に塗布する第２の工程と、
前記溶液を静置して粒子状ガラスを析出させ、溶剤成分を揮発させた後ガラス転化を進行させる第３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。