JP6805081B2 - 発光装置用蓋体 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置用蓋体に関する。
従来、レーザダイオード等の発光素子を搭載した発光装置が知られている。このような発光装置において、気密性が必要となる場合、例えば、発光素子を搭載した筐体に、低融点ガラスを用いてガラス板を枠体に封着した発光装置用蓋体を接合する。
技術の進歩に伴い発光素子の発する熱量が大きくなったため、発光装置用蓋体において従来よりもガラス板と枠体とを強固に接合する必要が生じている。強固な接合のためには、ガラス板の外周面と枠体の内壁面との間に生じる隙間に低融点ガラスを充填し、ガラス板の外周面全体を低融点ガラスで濡らす必要がある。
例えば、枠体の内壁面とガラス板の外周面との間に生じる隙間にペースト状の低融点ガラスを塗布し、硬化させることで、隙間を低融点ガラスで充填する方法が採用されている。
特開2006−156528号公報
しかしながら、上記の低融点ガラスの充填方法では、ガラス板の外周面全体を低融点ガラスで濡らすためには、大量の低融点ガラスが必要になる。そのため、発光装置用蓋体が大型化し、結果として発光装置が大型化する問題があった。一方、小型化を促進するために、低融点ガラスの使用量を減らすと、ガラス板の外周面全体を低融点ガラスで濡らすことができず、ガラス板と枠体との封着の信頼性が低下する問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、小型化を促進しつつ、ガラス板と枠体との封着の信頼性を向上した発光装置用蓋体を提供すことを目的とする。
本発光装置用蓋体は、発光素子を搭載する発光装置に用いられる発光装置用蓋体であって、上面と、下面と、外周面とからなるガラス板と、前記ガラス板よりも小さな開口部を備えた金属製の枠体と、前記開口部を塞ぐように前記枠体に前記ガラス板を封着する、前記ガラス板よりも融点が低い低融点ガラスと、を有し、前記枠体の前記ガラス板が封着される側には環状の段差部が設けられ、前記段差部は、前記枠体の上面よりも一段下がった位置に設けられ、前記ガラス板の下面外周部と接して前記ガラス板を載置する載置面と、前記枠体の上面と前記載置面とを接続する壁面と、を備え、前記壁面は、前記段差部の各々の内辺の両端側に位置する第1の壁面と、前記第1の壁面の間に位置する第2の壁面と、を含み、前記第2の壁面は、前記第1の壁面よりも、前記載置面に対する傾斜角が緩やかな面を含み、前記第1の壁面と前記ガラス板の外周面とが形成する隙間、及び前記第2の壁面と前記ガラス板の外周面とが形成する隙間に、前記低融点ガラスが充填されていることを要件とする。
開示の技術によれば、小型化を促進しつつ、ガラス板と枠体との封着の信頼性を向上した発光装置用蓋体を提供できる。
第1の実施の形態に係る発光装置用蓋体を例示する図である。 第1の実施の形態に係る発光装置用蓋体のガラス板を例示する斜視図である。 第1の実施の形態に係る発光装置用蓋体の枠体を例示する斜視図である。 ガラス板を低融点ガラスにより枠体に封着する方法について説明する図(その1)である。 ガラス板を低融点ガラスにより枠体に封着する方法について説明する図(その2)である。 ガラス板を低融点ガラスにより枠体に封着する方法について説明する図(その3)である。 ガラス板を低融点ガラスにより枠体に封着する方法について説明する図(その4)である。 比較例に係る枠体を用いた封着方法について説明する図(その1)である。 比較例に係る枠体を用いた封着方法について説明する図(その2)である。 比較例に係る枠体を用いた封着方法について説明する図(その3)である。 第1の実施の形態の変形例1に係る発光装置用蓋体の枠体を例示する部分斜視図である。 第1の実施の形態の変形例1に係る発光装置用蓋体を例示する部分拡大断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の形態に係る発光装置用蓋体を例示する図であり、図1(a)は斜視図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿う部分拡大断面図、図1(c)は図1(a)のB−B線に沿う部分拡大断面図である。
図1を参照するに、発光装置用蓋体1は、ガラス板10と、枠体20と、低融点ガラス40とを有している。ガラス板10は、枠体20の開口部20x(図3参照)を塞ぐように、低融点ガラス40により枠体20に封着されている。発光装置用蓋体1は、レーザダイオードや発光ダイオード等の発光素子を搭載する発光装置の蓋として用いられ、発光素子を発光装置内に気密封止する部材である。
図2は、第1の実施の形態に係る発光装置用蓋体のガラス板を例示する斜視図である。図2に示すように、ガラス板10は矩形状に形成されており、上面10t、下面10b、及び外周面10sを有している。ガラス板10は、枠体20の仕様に合わせて形成され、大きさは特に限定されないが、例えば、縦20mm×横30mm×厚さ1mm程度とすることができる。
ガラス板10としては、例えば、硼珪酸ガラスを用いることができる。ガラス板10は、発光装置用蓋体1が発光素子が搭載されたパッケージの蓋として用いられたときに、発光素子の発する光を透過する窓となる。そのため、発光素子の波長に対する透過率が一定値以上(例えば、99%以上)となるように形成されている。ガラス板10の上面10t及び下面10bに反射防止膜を形成してもよい。
図3は、第1の実施の形態に係る発光装置用蓋体の枠体を例示する斜視図であり、図3(a)は全体図、図3(b)は図3(a)のC部の部分拡大図である。図3に示すように、枠体20は、ガラス板10よりも小さな開口部20xを備えた金属製の部材であり、例えば、額縁状に形成されている。枠体20を構成する金属としては、例えば、ニッケルと鉄の合金等を用いることができる。枠体20の表面に、めっき等の表面処理を施してもよい。
枠体20の開口部20x側には、環状の段差部30が設けられている。段差部30は、載置面31と、壁面32とを有している。載置面31は、枠体20の上面20tよりも一段下がった位置に、枠体20の上面20tと略平行に設けられ、ガラス板10の下面10bの外周部と接してガラス板10を載置する部分である。但し、載置面31は、枠体20の上面と略平行な平面を有していればよく、部分的に枠体20の上面と略平行でない面を含んでもよい。なお、枠体20の上面と略平行とは、ガラス板10の載置に支障がない程度に、枠体20の上面とおおよそ平行であることを意味している。
壁面32は、枠体20の上面20tと載置面31とを接続する部分である。壁面32は、段差部30の各々の内辺の両端側に位置する第1の壁面32aと、第1の壁面32aの間に位置する第2の壁面32bとを含んでいる。なお、段差部30の各々の内辺とは、枠体20を上面20tの法線方向から視たときに、開口部20xの外縁をなす4つの辺を意味している。
第1の壁面32aは、ガラス板10を位置決めするために、載置面31に対して垂直に設けられている。但し、ここでいう垂直は、ガラス板10の位置決めに支障がない程度に、載置面31に対しておおよそ垂直であることを意味しており、厳密に垂直であることは意味していない(以降、同様)。第1の壁面32aとガラス板10の外周面10s(側面)との間には、僅かな隙間(クリアランス)が形成される。第1の壁面32aとガラス板10の外周面10sとが形成する隙間は、例えば、100μm程度とすることができる。
第2の壁面32bは、第1の壁面32aよりも、載置面31に対する傾斜角θ(図1(c)参照)が緩やかに形成されている。第2の壁面32bは、枠体20の上面20t側に近づくに従ってガラス板10の外周面10sとの距離が長くなるように、載置面31に対して傾斜している。傾斜角θは、低融点ガラス40が溶融した際の滑落角以上とされている。傾斜角θは、例えば、30〜60度程度とすることができる。
第2の壁面32bは、例えば、段差部30の各々の内辺の中心(両端間の中心地点)から両端側に向かって均等に設けることが好ましい。又、段差部30の各々の内辺において、第1の壁面32aと第2の壁面32bの内辺方向の長さの比は、1:1〜1:9程度とすることが好ましい。何れも、ガラス板10を枠体20に確実に封着するためである。
図1に戻り、低融点ガラス40は、ガラス板10を枠体20に封着するための部材であり、ガラス板10よりも融点が低い材料により形成されている。低融点ガラス40としては、例えば、ビスマスを主成分とし鉛を含有していない低融点ガラスや、バナジウムを主成分とし鉛を含有していない低融点ガラス等を用いることができる。
第1の壁面32aとガラス板10の外周面10sとが形成する隙間、及び第2の壁面32bとガラス板10の外周面10sとが形成する隙間に、低融点ガラス40が充填されている。又、ガラス板10の上面10tは、枠体20の上面20tよりも突出しており、ガラス板10の外周面10sの枠体20の上面20tよりも突出している部分は、低融点ガラス40に被覆されている。すなわち、ガラス板10の外周面10sの全面が、低融点ガラス40と接している(低融点ガラス40により濡れている)。なお、ガラス板10の下面10bの外周部と載置面31との間に低融点ガラス40が入り込んでもよい。
次に、ガラス板10を低融点ガラス40により枠体20に封着する方法について説明する。図4〜図7は、ガラス板を低融点ガラスにより枠体に封着する方法について説明する図である。まず、図4(a)に示すように、開口部20x及び段差部30が設けられた枠体20を準備する。枠体20は、例えば、ニッケルと鉄の合金等の金属をプレス加工することで作製できる。プレス加工後、枠体20の表面に、めっき等の表面処理を施してもよい。
次に、図4(b)に示すように、例えば、硼珪酸ガラス等からなる大判のガラス板から切り出して、矩形状のガラス板10を作製する。そして、ガラス板10の下面10b(図2等参照)の外周部が載置面31と接するように、ガラス板10を枠体20の開口部20x内に載置する。なお、ガラス板10の上面10t及び下面10bに、反射防止膜を形成してもよい。
次に、例えば、図5の矢印上側に示すように、粉末状の低融点ガラス40aを額縁状に成形し、所定温度で焼結して図5の矢印下側に示す低融点ガラス40bを作製する。焼結した低融点ガラス40bは、粉末状の低融点ガラス40aよりも収縮すると共に、各内辺及び各外辺の中央付近が外側に膨らむ。なお、ここでは、説明の便宜上、粉末状の低融点ガラスを40a、焼結後の低融点ガラスを40b、封着後の低融点ガラスを40とする。
次に、図6に示すように、ガラス板10を載置した枠体20(図4(b)参照)上に低融点ガラス40bを載置する。なお、図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)のA−A線に沿う部分拡大断面図、図6(c)は図6(a)のB−B線に沿う部分拡大断面図である。低融点ガラス40bは、各内辺及び各外辺の中央付近が外側に膨らんでいるため、各内辺及び各外辺の中央付近において、ガラス板10の外周面10sとの隙間が大きくなる。
次に、図7に示すように、低融点ガラス40bを所定温度以上に溶融後硬化させて(硬化後を低融点ガラス40とする)、ガラス板10を枠体20に封着する。これにより、発光装置用蓋体1が完成する。なお、図7(a)は平面図、図7(b)は図7(a)のA−A線に沿う部分拡大断面図、図7(c)は図7(a)のB−B線に沿う部分拡大断面図である。
ここで、比較例を交え、発光装置用蓋体1が奏する特有の効果について説明する。図8〜図10は、比較例に係る枠体を用いた封着方法について説明する図である。
まず、図8(a)に示すように、開口部200x設けられた枠体200を準備する。枠体200の開口部200x側には、環状の段差部300が設けられている。段差部300は、載置面310と、壁面320とを有している。載置面310は、枠体200の上面200tよりも一段下がった位置に、枠体200の上面200tと略平行に設けられ、ガラス板10の下面10bの外周部と接してガラス板10を載置する部分である。壁面320は、枠体200の上面200tと載置面310とを接続する部分である。壁面320は、全体が載置面310に対して垂直に設けられており、枠体20の第2の壁面32bに相当する傾斜面は設けられていない。
次に、図8(b)に示すように、図4(b)と同様の矩形状のガラス板10を作製し、ガラス板10の下面10b(図2等参照)の外周部が載置面310と接するように、ガラス板10を枠体200の開口部200x内に載置する。
次に、図9(a)に示すように、図5と同様の低融点ガラス40bを作製し、ガラス板10を載置した枠体200(図8(b)参照)上に低融点ガラス40bを載置する。なお、図9(a)は平面図、図9(b)は図9(a)のA−A線に沿う部分拡大断面図、図9(c)は図9(a)のB−B線に沿う部分拡大断面図である。低融点ガラス40bは、各内辺及び各外辺の中央付近が外側に膨らんでいるため、各内辺及び各外辺の中央付近において、ガラス板10の外周面10sとの隙間が大きくなる。そのため、低融点ガラス40bの内辺の中央付近は、段差部300が設けられている位置まで達していない。
次に、図10に示すように、低融点ガラス40bを所定温度以上に溶融後硬化させて(硬化後を低融点ガラス40とする)、ガラス板10を枠体200に封着する。なお、図10(a)は平面図、図10(b)は図10(a)のA−A線に沿う部分拡大断面図、図10(c)は図10(a)のB−B線に沿う部分拡大断面図である。
図9に示したように、低融点ガラス40bの各内辺及び各外辺の中央付近は外側に膨らんでいるため、低融点ガラス40bの内辺の中央付近は段差部300が設けられている位置まで達していない。そのため、低融点ガラス40bの各内辺及び各外辺の中央付近では、低融点ガラス40bが溶融しても外周面10s側に流れ難い。その結果、低融点ガラス40bの各内辺及び各外辺の中央付近では、ガラス板10の外周面10sが低融点ガラス40により全く濡れないか(図10(c)の状態)、或いは外周面10sの一部のみが濡れた状態となり易く、ガラス板10の外周面10s全体を確実に封着することが困難となる。
これに対して、発光装置用蓋体1の枠体20には、低融点ガラス40bの膨らみに対応する位置に、低融点ガラス40bが溶融した際の滑落角以上の傾斜角を有する第2の壁面32bが設けられている。そのため、図7(c)に示すように、溶融して液体化した低融点ガラス40bは、第2の壁面32b上を流動してガラス板10の外周面10s側に流れ、最終的に外周面10sの全体と接した状態で硬化される。これにより、ガラス板10の外周面10s全体を低融点ガラス40で確実に封着することが可能となり、ガラス板10と枠体20との封着の信頼性を向上することができる。
例えば、ガラス板10の外周面10s全体が低融点ガラス40で封着されず、ガラス板10の外周面10sの一部と低融点ガラス40との間に隙間が存在すると、熱衝撃により、隙間が起点となって低融点ガラス40にクラックが入るおそれがある。ガラス板10の外周面10s全体を低融点ガラス40で確実に封着することで、熱衝撃により、低融点ガラス40にクラックが入ることを防止できる。なお、熱衝撃は、例えば、発光装置用蓋体1が、高温と低温とが頻繁に繰り返される環境に置かれた場合等に生じる。
鉛入りの低融点ガラスとは異なり、鉛フリーの低融点ガラスは濡れ性が悪いため、ガラス板10と枠体20との封着に鉛フリーの低融点ガラスを用いる場合に、傾斜面である第2の壁面32bを設ける効果が特に大きい。
又、発光装置用蓋体1では、ガラス板と枠体との封着に、大量の低融点ガラスを塗布する方法を用いていないため、発光装置用蓋体1の小型化を促進することができる。
なお、第1の壁面32aは載置面31に対して垂直に設けられているが、この部分では低融点ガラス40bの膨らみが全くないか極めて小さいため、ガラス板10の外周面10sとの隙間が小さい。そのため、この部分では、第2の壁面32bのような傾斜面を設けなくても、ガラス板10の外周面10s全体を確実に封着することができる。但し、第1の壁面32aを第2の壁面32bと同様の傾斜角θを有する傾斜面としてもよい。すなわち、壁面32の全体を、傾斜角θを有する傾斜面としてもよい。この場合、枠体20に対するガラス板10の位置決めが難しくなるが、例えば、位置決め用の専用冶具を作製することにより対応可能である。
なお、第1の壁面32aを載置面31に対して垂直に設ける場合には、枠体20に対するガラス板10の位置決めに有利であると共に、載置面31に対するガラス板10の傾きに対しても有利である。すなわち、ガラス板10の下面10bの外周部が、傾斜面である第2の壁面32bに乗り上げることを防止できる。
〈第1の実施の形態の変形例1〉
第1の実施の形態の変形例1では、第1の実施の形態とは段差部の形状が異なる発光装置用蓋体の例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図11は、第1の実施の形態の変形例1に係る発光装置用蓋体の枠体を例示する部分斜視図であり、図3(b)に対応する部分を図示している。図12は、第1の実施の形態の変形例1に係る発光装置用蓋体を例示する部分拡大断面図であり、図1(b)及び図1(c)に対応する断面を図示している。
図11及び図12に示すように、第1の実施の形態の変形例1に係る発光装置用蓋体1Aは、枠体20が枠体20Aに置換された点が発光装置用蓋体1(図1〜図3参照)と相違する。
枠体20Aは、枠体20と同様に、ガラス板10よりも小さな開口部20xを備えた金属製の部材であり、例えば、額縁状に形成されている。枠体20Aを構成する金属としては、例えば、ニッケルと鉄の合金等を用いることができる。枠体20Aの表面に、めっき等の表面処理を施してもよい。
枠体20Aの開口部20x側には、環状の段差部30Aが設けられている。段差部30Aは、載置面31と、壁面32Aとを有している。載置面31については、枠体20の場合と同様である。壁面32Aは、枠体20の上面20tと載置面31とを接続する部分である。壁面32Aは、段差部30Aの各々の内辺の両端側に位置する第1の壁面32aと、第1の壁面32aの間に位置する第2の壁面32cとを含んでいる。第2の壁面32cは、枠体20Aの上面20t側に設けられた第1の面321と、第1の面321と載置面31との間に設けられた第2の面322とを備えている。
第1の面321は、第1の壁面32aよりも、載置面31に対する傾斜角が緩やかに形成されている。第1の面321は、枠体20Aの上面20t側に近づくに従ってガラス板10の外周面10sとの距離が長くなるように、載置面31に対して傾斜している。傾斜角θは、低融点ガラス40が溶融した際の滑落角以上とされている。傾斜角θは、例えば、30〜60度程度とすることができる。
一方、第2の面322は、第1の面321よりも載置面31に対する傾斜角が急である。第2の面322は、例えば、載置面31に対して垂直に設けることができる。第2の面322とガラス板10の外周面10s(側面)との間には、僅かな隙間(クリアランス)が形成される。第2の面322とガラス板10の外周面10sとが形成する隙間は、例えば、100μm程度とすることができる。
発光装置用蓋体1Aの枠体20Aには、低融点ガラス40b(図5等参照)の膨らみに対応する位置に、低融点ガラス40bが溶融した際の滑落角以上の傾斜角を有する第2の壁面32cの第1の面321が設けられている。そのため、図12に示すように、溶融して液体化した低融点ガラス40bは、第1の面321上を流動してガラス板10の外周面10s側に流れ、最終的に外周面10sの全体と接した状態で硬化される。これにより、ガラス板10の外周面10s全体を確実に封着することができる。
又、第2の壁面32cにおいて、第1の面321の載置面31側に、第2の面322を例えば垂直に設けることで、枠体20Aの開口部20x内へのガラス板10の位置決めを、いっそう容易にすることが可能となる。
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、ガラス板の平面形状は矩形状でなくてもよく、例えば、六角形状等であってもよい。
1、1A 発光装置用蓋体
10 ガラス板
10t、20t 上面
10b 下面
10s 外周面
20、20A 枠体
20x 開口部
30、30A 段差部
31 載置面
32、32A 壁面
32a 第1の壁面
32b、32c 第2の壁面
40 低融点ガラス
321 第1の面
322 第2の面

Claims (8)

  1. 発光素子を搭載する発光装置に用いられる発光装置用蓋体であって、
    上面と、下面と、外周面とからなるガラス板と、
    前記ガラス板よりも小さな開口部を備えた金属製の枠体と、
    前記開口部を塞ぐように前記枠体に前記ガラス板を封着する、前記ガラス板よりも融点が低い低融点ガラスと、を有し、
    前記枠体の前記ガラス板が封着される側には環状の段差部が設けられ、
    前記段差部は、
    前記枠体の上面よりも一段下がった位置に設けられ、前記ガラス板の下面外周部と接して前記ガラス板を載置する載置面と、
    前記枠体の上面と前記載置面とを接続する壁面と、を備え、
    前記壁面は、前記段差部の各々の内辺の両端側に位置する第1の壁面と、前記第1の壁面の間に位置する第2の壁面と、を含み、
    前記第2の壁面は、前記第1の壁面よりも、前記載置面に対する傾斜角が緩やかな面を含み、
    前記第1の壁面と前記ガラス板の外周面とが形成する隙間、及び前記第2の壁面と前記ガラス板の外周面とが形成する隙間に、前記低融点ガラスが充填されている発光装置用蓋体。
  2. 前記載置面は、前記枠体の上面と略平行な平面を有している請求項1に記載の発光装置用蓋体。
  3. 前記第2の壁面は、前記段差部の各々の内辺の中心から前記両端側に向かって均等に設けられている請求項1又は2に記載の発光装置用蓋体。
  4. 前記第1の壁面は、前記載置面に対して垂直に設けられている請求項1乃至3の何れか一項に記載の発光装置用蓋体。
  5. 前記第2の壁面は、前記枠体の上面側に設けられた第1の面と、前記第1の面と前記載置面との間に設けられた第2の面と、を備え、
    前記第1の面は、前記第1の壁面よりも、前記載置面に対する傾斜角が緩やかな面であり、
    前記第2の面は、前記第1の面よりも前記載置面に対する傾斜角が急な面である請求項1乃至4の何れか一項に記載の発光装置用蓋体。
  6. 前記第2の壁面において、前記傾斜角が緩やかな面の前記載置面に対する傾斜角は、前記低融点ガラスが溶融した際の滑落角以上である請求項1乃至5の何れか一項に記載の発光装置用蓋体。
  7. 前記ガラス板の上面は、前記枠体の上面よりも突出しており、
    前記ガラス板の外周面の前記枠体の上面よりも突出している部分は、前記低融点ガラスに被覆されている請求項1乃至6の何れか一項に記載の発光装置用蓋体。
  8. 前記低融点ガラスは鉛を含有していない請求項1乃至7の何れか一項に記載の発光装置用蓋体。
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