JP5630948B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子が透光性封止部材にて封止されてなる発光装置に関するものである。

発光素子を光源とする発光装置は、これまで種々提案されている。例えば、特許文献１では、発光素子の近傍をガラス材料にて被覆した発光装置が提案されている。

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ことから、形成過程の収縮によりクラックが生じていると考えられ、このようなガラス膜のガスバリア性は極めて低い。

また、厳しい環境下にて使用される発光装置の場合、樹脂の材料として耐熱性・耐候性に優れた樹脂材料を用いること多い。しかしながら、このような耐熱性・耐候性に優れた樹脂材料は、ガスバリア性が低い傾向にある。特に、車載用の発光装置において、発光素子の実装部が金属反射部材で構成されている場合、実装部が発光素子からの発熱と外部の高温高湿の影響により硫化黒変し、発光装置の出力が著しく低下してしまう。

そこで本発明は、上記問題を解消することを課題とし、厳しい使用環境下においても高出力を保持することが可能な発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、金属反射部材と、前記金属反射部材に固定された発光素子と、前記金属反射部材を覆いＳｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜と、前記ガラス膜を覆うシリコーン樹脂の透光性樹脂と、を有することを特徴とする。また、前記ガラス膜は、前記金属反射部材と前記透光性樹脂の双方に接するように配置されていることが好ましい。また、前記発光素子は、前記ガラス膜および前記透光性樹脂により順次覆われていることが好ましい。

さらに、前記ガラス膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を有していることが好ましく、厚みは、０．０５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。

また、前記金属反射部材は、銀を有する材料にて構成されていることが好ましい。

また、前記発光素子は、前記金属反射部材と金属材料により固定されていることが好ましい。また、前記発光装置は、表面に前記金属反射部材を保持する支持体を備えることが好ましい。

本発明の発光装置は、発光素子の発熱の影響を直接受ける部位に設けられた金属反射部材と透光性樹脂との間に、ガスバリア性の高いＳｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜を有していることから、厳しい環境下にて使用しても金属反射部材の光反射機能が劣化することなく、長期にわたり高出力に発光することが可能である。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、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、本発明の発光装置を以下に限定するものではない。

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。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、詳細な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。

以下に、本発明の発光装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の発光装置は、発光素子１１と、発光素子１１が電気的および機械的に固定されてなる金属反射部材１２と、を有し、これらはＳｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜１５および透光性樹脂１６により順次覆われている。

(発光素子１１)
発光素子１１は、表面に複数の電極（図示せず）が形成されており、各電極が一対の金属反射部材１４と導電性ワイヤ１４にて電気的に接続されている。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、蛍光物質を備えた発光装置とする場合、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−Ｙ}Ｎ、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。本実施の形態の発光素子１１は、金属反射部材１２の表面に接合部材（図示していない）を用いて固定されているが、これに限定されるものではなく、後述する支持体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固定してもよい。

本実施の形態のように、Ｓｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜が、発光素子１１との界面にまで形成されている場合、発光素子の水分および腐食性ガスによる劣化を防止することができる。より具体的には、発光素子の劣化には２種類ある。まずひとつは、水分により発光素子の構成元素が溶出し、出力が低下する場合がある。もうひとつは、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が悪化する問題がある。これらの問題は素子表面に上記ガラス膜が形成される事で回避することができる。これにより本実施の形態の発光装置は、発光素子１１として、外部からの水分により劣化しやすいＧａＡｓ系、ＧａＰ系の発光素子を用いた場合においても、透光性樹脂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。

（金属反射部材１２）
本発明に用いられる金属反射部材１２とは、搭載する発光素子１２からの光を７０％以上反射することが可能な材料にて構成されたものを言う。また、本実施の形態の金属反射部材１２は、電気極性を有しているが、これに限定されるものではなく、電気極性を有さず導電性部材から独立したものでもよい。また、金属反射部材１２は、別の部材の最表面にメッキなどで形成されたものでもよい。導電性部材の基体に金属反射膜１２が形成されている場合、発光素子との電気的に接続に用いる部材との接着性及び電気伝導性が良いことが求められる。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。具体的には、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あげられる。

本発明の金属反射部材１２は、発光素子１１の近傍に存在する。このため、金属反射部材の劣化は、発光装置の光出力、色に大きく影響を与える。このため、本実施の形態では、金属反射部材１２と後述する樹脂１６との界面にＳｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜を設け、これにより金属反射部材の変色に起因する発光装置の出力低下を防止し、光反射率の波長依存性を保持するとともに、発光色の変化を防止している。特に、少なくとも最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金属反射部材１２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、本発明に適用することにより、後述する樹脂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。

また、金属反射部材１２の最表面は、搭載される発光素子からの光を効率よく外部へ取り出すために、凹凸を有していることが好ましい。また、金属反射部材１２の最表面に凹凸を有している場合、後述するガラス膜との密着性が向上されるとともにガラス膜１５の形成時の収縮応力を緩和することができる。これにより、金属反射部材１２の表面にクラックがほとんど無い防食性に優れたガラス膜１５を形成することができる。さらに、金属反射部材１２の表面は、後述する絶縁性の支持体１３の表面より突出していることが好ましい。これにより、ガラス膜１５を金属反射部材１２の表面に形成する際、過剰なガラス膜形成材料を後述する絶縁性の支持体１３の表面に流入し、導電性部材１２の表面には適切な膜厚のガラス膜を形成することができる。これにより、金属反射部材１２の表面にクラックがほとんど無いガラス膜１５を容易に形成できる。本実施の形態では、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。

（支持体１３）
支持体１３は、表面に金属反射部材１２を保持することが可能であれば、どのような材料によって形成されていてもよい。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あることが好ましい。また、発光素子１１、１２等から生じた熱によりガラス膜１５が膨張したときでも密着性を維持できるように、ガラス膜１５との熱膨張係数の差が小さい材料から形成されることが好ましい。

（接合部材）
ここで、発光素子１１を金属反射部材１２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、発光素子からの光照射や発熱による接合部剤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。発光素子として、対向する面にそれぞれ正および負の電極を有する発光素子を用いる場合は、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にて金属反射部材と金属接合することが好ましい。

（導電性ワイヤ１４）
発光素子１１、１２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１４を用いる。導電性ワイヤ１４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。

（ガラス膜１５）
本発明の金属反射部材１２は、ガスバリア性が高いＳｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜１５にて覆われている。本実施の形態のガラス膜１５は、金属反射部材１２と透光性樹脂１６の双方に接するように配置されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも金属反射部材１２と透光性樹脂１６との間に存在していれば本発明の効果を発揮することができる。ここで、本明細書においてＳｉ−Ｎ結合を必須とするガラス材料とは、具体的にはパーヒドロポリシラザンの転化状態を不完全な状態とし、未反応基のＳｉ−Ｎ結合を存在させたものである。

このようなガラス膜１５は、以下の工程により得ることができる。まず、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濃度０.１〜１０％程度で希釈した材料を、スプレーにより金属反射部材１２および発光素子１１の表面に塗布する。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に膜厚が０．０５μｍ以上５μｍ以下となるよう適宜選択する必要がある。塗布後に常温にて５時間程度静置した溶剤を揮発させた後、２００℃の大気オーブンにて５時間加熱し、ガラス化反応を進行させる。ここで、本発明のガラス膜を得るための製造方法は、ガラス主材料を無水溶剤に希釈する第一の工程と、第一の工程で得られた溶液を塗布し２５℃以上９０℃以下の温度にて前記溶剤成分を揮発させる第二の工程と、１００℃以上３００℃以下の温度にて硬化させる第三の工程と、を有していることを特徴とする。これにより、ガラス膜は完全な無機膜とはならず、Ｓｉ−Ｎ結合を必須とする収縮応力の増大に対して柔軟性を備えた保護膜となる。
具体的には、前記第一の工程を有することにより、溶剤の分膜厚を減らすことができ、前記第二の工程を有することにより、膜厚が均一な膜を形成できる。これら第一の工程および第二の工程の後に第三の工程を施すことにより、Ｓｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜を得ることができる。

本発明のガラス膜１５は、さらにＳｉ−Ｈ結合を有していることが好ましく、これにより、さらに信頼性の高い発光装置を得ることができる。また、本発明のガラス膜１５の厚みは、０．０５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、これにより高いガスバリア性を有する共に発光素子からの光を外部へ効率よく取り出すことが可能なガラス膜とすることができる。０．０５μｍより薄い場合、発光素子や導電性部材の保護効果が不十分となり好ましくない。また５μｍより厚い場合、製造時や点灯時においてクラックが発生し、ガスバリア性を失ってしまう。ハイパワー系の発光装置を形成する場合、発光素子からの発熱量を考慮し、ガラス膜の厚みは０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。ここで、本明細書において、膜の厚みとは、平面方向における膜厚の平均値示す。

（透光性樹脂１６）
本発明の透光性樹脂１６は、ガラス膜１５を覆うように形成されている。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。たとえば、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、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、カーボンブラック等があげられる。更にまた、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。

透光性樹脂１６には、光拡散材や波長変換部材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。波長変換部材は、発光素子からの光を変換させるものであり、発光素子から封止部材の外部へ出射される光の波長を変換することができる。波長変換部材としては、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−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２等の無機蛍光物質等、種々好適に用いられる。本発明において、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−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２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、本発明では金属反射部材１２がガラス膜によって強固に保護されている為、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：Ｒｎ（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：Ｒｎ（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Ｍ_２ＬＳ_４（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Ｌｎ_２Ｏ_２Ｓ：Ｒｅ（ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｇｄから選ばれる１種以上）等がある。

本発明の発光装置は、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。

図１は、本発明の一実施の形態である発光装置の模式的断面図である。 図２は、本発明の一実施の形態である発光装置の模式的断面図である。

符号の説明

１０、２０・・・発光装置、
１１・・・発光素子
１２・・・導電性部材
１３・・・支持体、
１４・・・導電性ワイヤ、
１５・・・ガラス膜
１６・・・透光性樹脂

Claims (8)

1. 金属反射部材と、前記金属反射部材に固定された発光素子と、前記金属反射部材を覆いＳｉ−Ｎ結合を必須とするガラス膜と、前記ガラス膜を覆うシリコーン樹脂の透光性樹脂と、を有する発光装置。
2. 前記ガラス膜は、前記金属反射部材と前記透光性樹脂の双方に接するように配置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。
3. 前記発光素子は、前記ガラス膜および前記透光性樹脂により順次覆われてい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. 前記ガラス膜は、さらにＳｉ−Ｈ結合を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記ガラス膜は、厚みが０．０５μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記金属反射部材は、銀を有する材料にて構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記発光素子は、前記金属反射部材と金属材料により固定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記発光装置は、表面に前記金属反射部材を保持する支持体を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。

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