以下、添付図面を参照して、本願の開示する発光素子搭載用パッケージおよび発光装置の実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
<発光素子搭載用パッケージの概要>
最初に、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1の概要について、図1Aおよび図1Bを用いて説明する。
図1Aに示すように、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1は、平板状の基板10と、第1台座11と、第2台座12とを備える。第1台座11と第2台座12とは、いずれも基板10のおもて面10aから上方に突出する。第1台座11の上面には搭載面11aが設けられ、かかる搭載面11aに発光素子30が搭載される。
第2台座12は、第1台座11に隣接して設けられるとともに、第1台座11および基板10のおもて面10aに対して傾斜する傾斜面12aを有する。傾斜面12aには光を反射する反射面13が設けられる。反射面13は、発光素子30の放射面30aからおもて面10aに沿い第2台座12に向かって放射される光を、おもて面10aが向かう方向(図では上方)に反射させるように傾斜している。
ここで、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1においては、傾斜面12aは第1台座11側が凹面とされている。ここで、第1台座11側が凹面とされているとは、図1Bに示すように、傾斜面12aの全体が凹面となる場合の他、第1台座11側の基点を中心にして部分的に凹面が形成されている場合も含まれる意である。
これにより、図1Bに示すように、発光素子30の放射面30aから所定の放射角α1で広がって放射される光L1を、内側に集まりながら上方に反射される光L2として、傾斜面12aに設けられる反射面13で反射させることができる。
すなわち、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1では、反射面13で反射する光L2を内側に集めることができる。したがって、反射光(光L2)の集光性が高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
また、図1Bに示すように、傾斜面12aは、発光素子30における所定の光軸X1と交わる箇所を基点に折れ曲がっているとよい。すなわち、光軸X1を基点に折れ曲がる傾斜面12a1と傾斜面12a2とを有するように傾斜面12aを形成するとよい。
これにより、光軸X1から両側に広がる光L1を、傾斜面12a1と傾斜面12a2とに設けられる反射面13で、均等に集まるように反射させることができる。したがって、反射光(光L2)の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
また、図1Bに示すように、傾斜面12a1と傾斜面12a2とは、光軸X1を軸に線対称に形成されるとよい。これにより、傾斜面12a1と傾斜面12a2とに設けられる反射面13から、それぞれ均等に集まるように光L2を反射させることができる。したがって、反射光(光L2)の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
さらに、図1Bに示した基板10のおもて面10aと平行な切断面の断面視において、光軸X1とは垂直な垂直軸X2と、傾斜面12a1(または傾斜面12a2)との角度である折れ角α2は、傾斜面12a1(または傾斜面12a2)の端部付近で、発光素子30の放射角α1と等しいとよい。ここで、「折れ角α2は放射角α1と等しい」とは、折れ角α2と放射角α1との角度差が2(°)以内の範囲まで含まれるという意味である。
このように、折れ角α2と放射角α1とを等しくすることにより、発光素子30から放射角α1でたとえば放射される光L1を、かかる光L1に対して略垂直に設けられる傾斜面12a1(または傾斜面12a2)で正反対の向きに反射させることができる。したがって、反射光(光L2)の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
なお、反射面13において一定以上の反射率を確保できる場合には、傾斜面12a1(または傾斜面12a2)の折れ角α2を、発光素子30の放射角α1より大きくしてもよい。これにより、反射面13で反射される光L2をすべて内側に反射させることができることから、反射光(光L2)の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
また、図1Aに示すように、基板10のおもて面10aを基準とした場合の第2台座12の高さは、第1台座11の高さより高くするとよい。これにより、発光素子30から上方に広がるように放射される光を、そのまま通過させることなく反射面13で反射させることができる。したがって、反射光の光量が大きい発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
なお、基板10のおもて面10aを基準とした場合の第1台座11の高さをh1とし、第2台座12の高さをh2とした場合、h2/h1の値は1.3以上にするとよい。これにより、反射光の光量をより大きくすることができる。また、h2/h1の値を2.5以下にすることにより、パッケージの低背化を図ることができる。
第2台座12の傾斜面12aに設けられる反射面13は、たとえば、金属粉末を焼結させたメタライズ膜と、かかるメタライズ膜の表面に形成されためっき膜とで構成すればよい。または、かかるメタライズ膜にミラーを実装して反射面13を構成してもよい。
このように、反射面13を構成するにあたり、第2台座12を構成するセラミックスの表面に高い強度で接着させることができるメタライズ膜をベースに構成することにより、信頼性の高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
なお、メタライズ膜の表面にめっき膜を形成して反射面13を構成する場合、たとえば、下層にNi膜を形成し、その表面側にハンダ膜またはAu−Snめっき膜を形成すればよい。
引き続き、図1A〜図1Dを参照しながら、発光素子搭載用パッケージA1のさらなる詳細な構成について説明する。
実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1は、基板10と第1台座11と第2台座12とがセラミックスで一体的に形成されている。すなわち、発光素子搭載用パッケージA1には、発光素子30が搭載される第1台座11と、外部に熱を放出する機能を有する基板10との間に、異種材料同士で構成され大きな熱抵抗を生じさせる界面が設けられていない。
これにより、基板10と第1台座11との間の熱抵抗を小さくすることができることから、第1台座11から基板10に効率よく熱を伝えることができる。したがって、放熱性の高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
さらに、発光素子搭載用パッケージA1は、基板10と第1台座11または第2台座12との間を接合する工程が不要となるとともに、ハンダなどの接合材も不要となる。したがって、製造コストの低い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
発光素子搭載用パッケージA1は、セラミックスにより形成されている。かかるセラミックスとしては、たとえば、アルミナ、シリカ、ムライト、コージエライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素またはガラスセラミックスなどが適している。また、発光素子搭載用パッケージA1は、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率が発光素子30に近いという点から、窒化アルミニウム(AlN)を主成分として含んでいることが好ましい。
ここで、「窒化アルミニウムを主成分として含んでいる」とは、発光素子搭載用パッケージA1が窒化アルミニウムを80質量%以上含んでいることをいう。発光素子搭載用パッケージA1に含まれる窒化アルミニウムが80質量%未満の場合、発光素子搭載用パッケージA1の熱伝導率が低下することから、放熱性に支障が生じる可能性がある。
さらに、発光素子搭載用パッケージA1は、窒化アルミニウムを90質量%以上含んでいることが好ましい。窒化アルミニウムの含有量を90質量%以上とすることにより、発光素子搭載用パッケージA1の熱伝導率を150W/mK以上にすることができることから、放熱性に優れた発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
図1Aに示すように、発光素子搭載用パッケージA1において、第1台座11の搭載面11aには素子用端子14aが設けられ、基板10のおもて面10aには第1台座11に隣接して別の素子用端子14bが設けられる。かかる素子用端子14a、14bは、基板10の表面および内部に延びる配線により、おもて面10aの所定の箇所に設けられ外部電源(不図示)に接続される電源用端子18a、18bにそれぞれ接続されている。
ここで、素子用端子14a、14bや電源用端子18a、18bは、金属粉末を焼結させたメタライズ膜で形成すればよい。メタライズ膜は、基板10や第1台座11を構成するセラミックスの表面に高い強度で接着させることができることから、信頼性の高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
また、かかるメタライズ膜の表面にNiなどのめっき膜を形成してもよい。さらに、かかるめっき膜の表面に、ハンダやAu−Snめっき膜を設けてもよい。
以降においては、図1Cおよび図1Dを参照しながら、素子用端子14a、14bと、電源用端子18a、18bとをそれぞれ接続する具体的な配線構成について説明する。
図1Cに示すように、発光素子搭載用パッケージA1において、素子用端子14aには、側面導体15と、平面導体16と、基板側ビア導体17aとがこの順に結線されている。そして、基板側ビア導体17aは、基板10の内部で、基板10の面方向に延びる配線導体19aの一端側に接続されている。
かかる配線導体19aは、シールリング状導体21の下方を通過して、他端側が電源用端子18aの下方に到達するように延びている。そして、配線導体19aの他端側と電源用端子18aとが、端子側ビア導体20aにより電気的に接続されている。
すなわち、電源用端子18aは、端子側ビア導体20a、配線導体19a、基板側ビア導体17a、平面導体16および側面導体15を経由して、素子用端子14aと電気的に接続されている。
また、図1Dに示すように、電源用端子18bは、別の端子側ビア導体20b、別の配線導体19bおよび別の基板側ビア導体17bを経由して、素子用端子14bと電気的に接続されている。
ここまで説明したように、第1台座11の側面に側面導体15を設け、基板10の内部に基板側ビア導体17aを設けるとよい。そして、かかる側面導体15と基板側ビア導体17aとを、発光素子搭載用パッケージA1の厚み方向に結線するとよい。
これにより、搭載面11aに搭載される発光素子30から発生する熱を、厚み方向に延びる側面導体15と基板側ビア導体17aとを経由させて、表面積が大きく放熱性が高い基板10の裏面10bに最短距離で逃がすことができる。したがって、発光素子搭載用パッケージA1の放熱性を向上させることができる。
この場合、側面導体15の面積は、かかる側面導体15が設けられている第1台座11の一つの側面の面積に対して、10%以上、特に50%以上であればよい。さらに、側面導体15の面積は、かかる側面の面積に近いほどよく、かかる側面の面積と同等でもよい。
なお、図1Cに示すように、側面導体15と基板側ビア導体17aとの間は、平面導体16を用いて接続されているが、平面導体16を用いず、側面導体15と基板側ビア導体17aとを直接接続してもよい。
さらに、実施形態では素子用端子14aと配線導体19aとの間を、第1台座11の側面に配置される側面導体15を経由して接続しているが、第1台座11の側面ではなく、第1台座11の内部を貫通するように設けられるビア導体を経由して、素子用端子14aと配線導体19aとの間を接続してもよい。
図1Cなどに示すように、発光素子搭載用パッケージA1において、電源用端子18a、18bは基板10のおもて面10aに設けられている。このように、電源用端子18a、18bを基板10の裏面10bではなくおもて面10aに設けることにより、基板10の裏面10b全体に接するように、ヒートシンクなどの放熱部材を設けることができる。したがって、パッケージの放熱性をさらに向上させることができる。
ここで、基板10の裏面10bに放熱性の高い金属製の放熱部材を設ける場合に、ハンダなどを用いて接合可能とするために、裏面10bには金属膜22を設けるとよい。このように、熱伝導率が比較的高いハンダなどを用いて放熱部材を接合することにより、熱伝導率の低い樹脂製の接着剤で接合する場合に比べて、接合部分での熱抵抗を低減することができる。したがって、パッケージの放熱性をさらに向上させることができる。
この場合、裏面10bにおける金属膜22の面積比率は50%以上、特に80%以上がよい。また、金属膜22の平面形状は、基板10の裏面10bの平面形状と相似形であるのがよい。さらに、金属膜22の面積が裏面10bの面積より小さい場合には、金属膜22は、第1台座11の真下に中央部がくるように配置されるのがよい。
図1Aに示すように、基板10のおもて面10aには、第1台座11、第2台座12および素子用端子14bを取り巻くようにシールリング状導体21が設けられている。シールリング状導体21は、基板10のおもて面10aを覆うようにキャップ40を設けるときに、かかるキャップ40が接合される部位である。
ここまで説明した発光素子搭載用パッケージA1上に、図1Aに示した発光素子30とキャップ40とが搭載されて、発光装置が構成される。
発光素子30は、たとえば、半導体レーザ(レーザダイオードともいう)などを用いることができる。発光素子30は、一端面に設けられる放射面30aが、発光素子搭載用パッケージA1における第2台座12の方向に向かうように配置される。
発光素子30は、第1台座11の搭載面11aにハンダなどの導電性接合材を用いて接合される。この際に、かかる導電性接合材により、発光素子30の下面に設けられる第1電極(不図示)と、搭載面11aに設けられる素子用端子14aとが電気的に接続される。
さらに、発光素子30の上面に設けられる第2電極(不図示)と、第1台座11に隣接する素子用端子14bとが、ボンディングワイヤ(不図示)などを用いて電気的に接続される。
キャップ40は、発光素子30などのシールリング状導体21で囲まれる領域を気密封止するための部材である。キャップ40は、金属材料やセラミックスなどから構成することができ、たとえば、耐熱性および放熱性が高いという点からコバール(Fe−Ni−Co合金)で構成すればよい。
キャップ40には、上面に窓41が設けられており、窓41には透明なガラスがはめ込まれている。キャップ40は、窓41が第2台座12の傾斜面12aに設けられる反射面13から反射される反射光(光L2)を上方に通過させるように配置される。そして、反射面13から反射される反射光(光L2)は、窓41を通過して上方に放射される。
ここで、発光素子搭載用パッケージA1では、上述のように反射光の集光性を高くすることができることから、窓41の大きさを小さくすることができる。したがって、キャップ40の大きさを小さくすることができるため、パッケージを小型化することができる。
なお、キャップ40とシールリング状導体21との接合には、ロウ材を用いるのがよい。接合材にロウ材を用いることにより、キャップ40で封止される領域の気密性を高めることができることから、発光装置の信頼性を向上させることができる。また、窓41にはめ込まれるガラスは、たとえば、ガラスペーストによりキャップ40に接合すればよい。
また、発光素子搭載用パッケージA1は、上述の配線導体19a、19bと、シールリング状導体21とが、基板10を構成する絶縁層を少なくとも1層ほど介して立体的に交差する構造である。これにより、配線導体19a、19bと立体的に交差するシールリング状導体21の表面に、配線導体19a、19bの厚みに起因して凹凸が形成されることを、絶縁層を介することにより低減することができる。
すなわち、シールリング状導体21の表面にキャップ40を接合する際に、接合面に生じる隙間を小さくすることができることから、キャップ40内部の気密性を高めることができる。したがって、発光装置の信頼性を向上させることができる。
さらに、図1Cおよび図1Dに示すように、配線導体19a、19bは、基板10のおもて面10aより、裏面10bに近い位置に設けられるとよい。裏面10bに近い位置に金属製の配線導体19a、19bを設けることにより、裏面10bに金属製の放熱部材を設けた場合に、放熱部材の熱膨張係数と、基板10の熱膨張係数との差を小さくすることができる。
これにより、放熱部材と裏面10bとの接合部分において、かかる接合部分に設けられる接合材が、発光装置の動作時に生じる熱サイクルにより劣化することを抑制することができる。したがって、信頼性の高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
また、上述の実施形態において、反射面13に隣接するように受光素子(図示せず)をさらに設けてもよい。ここで、かかる受光素子を用いて発光素子30から放射される光L1の光量を検出し、かかる検出の結果を発光素子30の制御部(図示せず)にフィードバックすることにより、発光素子30から放射される光L1の光量をフィードバック制御することができる。
<変形例>
次に、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージの各種変形例について、図2A〜図2Dを用いて説明する。
図2Aに示す変形例1にかかる発光素子搭載用パッケージA2は、第2台座12に形成される傾斜面12aが、実施形態に示したように光軸X1と交わる箇所で折れ曲がっているのではなく、両端付近で第1台座11側が凹面となるように鋭角に折れ曲がっている。すなわち、傾斜面12aは、平面視で光軸X1を基点に光軸X1と垂直な方向に平坦に延びる傾斜面12a3と、かかる傾斜面12a3の両端でそれぞれ鋭角に折れ曲がる傾斜面12a4、12a5とを有する。なお、傾斜面12a3〜12a5はいずれも、反射光が上方に向かうように傾斜している。
かかる発光素子搭載用パッケージA2において、発光素子30の放射面30aから放射される光L1は、傾斜面12a3上の反射面13で光L2として反射される。この段階では、図2Aに示すように、傾斜面12a3が平坦であることから、光L2は内側に集光されない。
そして、かかる光L2は、傾斜面12a3の両端でそれぞれ鋭角に折れ曲がる傾斜面12a4(または傾斜面12a5)上の反射面13で、光L3としてさらに反射される。ここで、傾斜面12a4(または傾斜面12a5)は傾斜面12a3から鋭角に折れ曲がっていることから、図2Aに示すように、光L3は内側に向かって反射される。
すなわち、実施形態と同様、変形例1にかかる発光素子搭載用パッケージA2においても、反射面13で反射する光L3を内側に集めることができる。したがって、反射光(光L3)の集光性が高い発光素子搭載用パッケージA2を実現することができる。
なお、傾斜面12a3と傾斜面12a4(または傾斜面12a5)との角度である折れ角α3は、発光素子30の放射角α1と等しいとよい。ここで、「折れ角α3は放射角α1と等しい」とは、折れ角α3と放射角α1との角度差が2(°)以内の範囲まで含まれるという意味である。
このように、折れ角α3と放射角α1とを等しくすることにより、放射角α1で放射された光L1が傾斜面12a3で反射した光L2を、かかる光L2に対して略垂直に設けられる傾斜面12a4(または傾斜面12a5)で正反対の向きに反射させることができる。したがって、反射光(光L3)の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA2を実現することができる。
なお、反射面13において一定以上の反射率を確保できる場合には、折れ角α3を、発光素子30の放射角α1より大きくしてもよい。これにより、実施形態と同様に、反射光(光L3)の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA2を実現することができる。
図2Bに示す変形例2にかかる発光素子搭載用パッケージA3は、第2台座12に形成される傾斜面12aが、光軸X1と交わる箇所で第1台座11側が凹面となるように折れ曲がるとともに、両端付近で第1台座11側が凹面となるように鋭角に折れ曲がっている。
すなわち、傾斜面12aは、光軸X1を基点に折れ曲がる傾斜面12a1、12a2と、かかる傾斜面12a1、12a2における外側の端部でそれぞれ鋭角に折れ曲がる傾斜面12a4、12a5とを有する。なお、傾斜面12a1、12a2、12a4、12a5はいずれも、反射光が上方に向かうように傾斜している。
かかる発光素子搭載用パッケージA3において、発光素子30の放射面30aから放射される光L1は、傾斜面12a1、12a2上の反射面13で反射される。ここで、傾斜面12a1、12a2は第1台座11側が凹面となるように折れ曲がっていることから、発光素子30から広がって放射される光L1は、内側に集まりながら反射する光L2として反射される。
さらに、かかる光L2は、傾斜面12a1(または傾斜面12a2)の外側の端部でそれぞれ鋭角に折れ曲がる傾斜面12a4(または傾斜面12a5)上の反射面13で、光L3としてさらに反射される。ここで、傾斜面12a4(または傾斜面12a5)は傾斜面12a1(または傾斜面12a2)から鋭角に折れ曲がっていることから、光L3はさらに内側に向かって反射される。
このように、変形例2にかかる発光素子搭載用パッケージA3では、傾斜面12a1(または傾斜面12a2)に設けられる反射面13と、傾斜面12a4(または傾斜面12a5)に設けられる反射面13とで、光L3を二段階で集光させることができる。
すなわち、傾斜面12a1(または傾斜面12a2)では内側に向けて反射されなかった光L2についても、傾斜面12a4(または傾斜面12a5)で漏れなく内側に向けて反射させることができる。したがって、反射光(光L3)の集光性がさらに高い発光素子搭載用パッケージA3を実現することができる。
図2Cに示す変形例3にかかる発光素子搭載用パッケージA4は、第2台座12に形成される傾斜面12a6が、第1台座11側が凹面となるように湾曲している。これにより、発光素子30から広がるように放射される光L1を、反射面13に形成される湾曲面の焦点に対応する所定の箇所に集まるような光L2として、連続的に反射させることができる。
すなわち、光L2を効率よく集光させることができることから、反射光(光L2)の集光性がさらに高い発光素子搭載用パッケージA4を実現することができる。
発光素子搭載用パッケージA4では、図2Cに示した基板10のおもて面10aと平行な切断面の断面視において、光軸X1とは垂直な垂直軸X2と、傾斜面12a6の中心(すなわち、傾斜面12aと光軸X1との交点)と傾斜面12a6の端部とを結ぶ直線X3との角度である湾曲角α4が、発光素子30の放射角α1より大きいとよい。
これにより、反射面13に形成される湾曲面の曲率半径が小さくなることから、反射光(光L2)の広がりをより抑えることができる。したがって、反射光(光L2)の集光性がさらに高い発光素子搭載用パッケージA4を実現することができる。
図2Dに示す変形例4にかかる発光素子搭載用パッケージA5は、第2台座12に形成される傾斜面12aが、水平方向(おもて面10aと平行な方向)のみならず、垂直方向(おもて面10aが向かう方向)にも、第1台座11側が凹面となるように湾曲している。
これにより、発光素子30から垂直方向に広がるように放射される光L1についても、反射面13に形成される湾曲面の焦点に対応する所定の箇所に集まるように反射させることができる。したがって、反射光の集光性がさらに高い発光素子搭載用パッケージA5を実現することができる。
なお、ここまで示した発光素子搭載用パッケージA1〜A5のサイズは、幅および長さが2〜5mm程度であればよく、高さが0.2〜1mm程度であればよい。ここで「幅」とは、水平方向かつ放射面30aからの光L1の放射方向とは略垂直な方向である一辺の寸法であり、「長さ」とは、水平方向かつ放射面30aからの光L1の放射方向とは略平行な方向である一辺の寸法である(なお、以下の記載も同様とする)。
<発光素子搭載用パッケージの製造方法>
次に、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1の製造方法について、図3〜図5を用いて説明する。発光素子搭載用パッケージA1は、2枚のグリーンシートにそれぞれ所定の加工を施した後、2枚のグリーンシートを積層して、最後に積層された成形体を焼成して形成される。
以下においては、2枚のグリーンシートのうち、上層のグリーンシート60の前半の各工程を平面視した図3に基づいて説明し、下層のグリーンシート70の前半の各工程を平面視(図4(c)のみ下面視)した図4に基づいて説明する。最後に、グリーンシート60、70の後半の各工程を断面視した図5に基づいて説明する。
図3(a)に示すように、あらかじめ所定の形状に加工したグリーンシート60を用意する。次に、グリーンシート60の所定の4カ所を平面視で円状に打ち抜いて、打ち抜いた4個の孔部をそれぞれビア導体61a、61b、61c、61dで埋める(図3(b))。
次に、グリーンシート60の上面に、ビア導体61aとつながるように導体パターン62aを印刷し、ビア導体61bとつながるように導体パターン62bを印刷する。また同時に、ビア導体61cとつながるように導体パターン62cを印刷し、ビア導体61dとつながるように導体パターン62dを印刷する。
さらに同時に、導体パターン62bに隣接するように矩形状の導体パターン62eを印刷し、導体パターン62a、62b、62eを取り巻くように、枠形状の導体パターン62fを印刷する(図3(c))。
また、図4(a)に示すように、あらかじめ所定の形状に加工したグリーンシート70を用意する。次に、グリーンシート70の上面に、導体パターン71a、71bを印刷する(図4(b))。なお、導体パターン71aは、グリーンシート60に設けられたビア導体61a、61cに対応する位置に形成され、導体パターン71bは、グリーンシート60に設けられたビア導体61b、61dに対応する位置に形成される。
次に、グリーンシート70の下面を覆うように、導体パターン72aを印刷する(図4(c))。
以後の工程を示す図5は、図3(c)に示すD−D線の矢視断面図である。図5(a)に示すように、所定の形状のプレス金型101を用いて、グリーンシート60の上方から下方に向けてプレス加工を行い、凸部63a、63bを形成する(図5(b))。
また同時に、導体パターン62a(図5(a)参照)を変形させて、凸部63aの上面に設けられる導体パターン62a1と、凸部63aの側面に設けられる導体パターン62a2と、凸部63aに隣接して設けられる導体パターン62a3とを形成する。
ここで、凸部63aは発光素子搭載用パッケージA1の第1台座11(図1C参照)に対応する部位であり、凸部63bは第2台座12(図1C参照)に対応する部位であり、導体パターン62a1、62a2、62a3はそれぞれ素子用端子14a(図1C参照)、側面導体15(図1C参照)、平面導体16(図1C参照)に対応する部位である。
また、ビア導体61a、61cはそれぞれ発光素子搭載用パッケージA1の基板側ビア導体17a(図1C参照)、端子側ビア導体20a(図1C参照)に対応する部位である。さらに、導体パターン62c、62e、62fはそれぞれ発光素子搭載用パッケージA1の電源用端子18a(図1C参照)、反射面13(図1C参照)におけるメタライズ膜、シールリング状導体21(図1C参照)に対応する部位である。
次に、図5(c)に示すように、プレス加工されたグリーンシート60の下側にグリーンシート70を配置して加熱加圧を行い、積層成形体80を形成する(図5(d))。
ここで、導体パターン71aは発光素子搭載用パッケージA1の配線導体19a(図1C参照)に対応する部位であり、導体パターン72aは金属膜22(図1C参照)に対応する部位である。
さらに、図5(d)には図示されていないが、積層成形体80において、ビア導体61b、61d(図3(b)参照)はそれぞれ発光素子搭載用パッケージA1の基板側ビア導体17b(図1D参照)、端子側ビア導体20b(図1D参照)に対応する部位である。
また、導体パターン62b、62d(図3(c)参照)はそれぞれ発光素子搭載用パッケージA1の素子用端子14b(図1D参照)、電源用端子18b(図1D参照)に対応する部位であり、導体パターン71b(図4(b)参照)は配線導体19b(図1D参照)に対応する部位である。
そして、製造工程の最後に、図5(d)のように形成された積層成形体80を高温(約1800℃)で焼成して、発光素子搭載用パッケージA1が完成する。
上述の製造工程に用いられるグリーンシート60、70は、たとえば、主原料である窒化アルミニウムの粉体に、イットリア(Y2O3)、カルシア(CaO)、エルビア(Er2O3)などからなる粉体を焼結助剤として混合した無機粉体を基本構成とする。そして、かかる無機粉体に有機バインダー、溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を用いることにより、グリーンシート60、70が形成される。
また、導体パターン62a、62b、62c、62d、62e、62f、71a、71b、72aや、ビア導体61a、61b、61c、61dは、たとえば、主原料であるタングステン(W)に、窒化アルミニウム、有機バインダー、溶剤などを共剤として混合したペーストで形成される。
以下、各実施形態および変形例に係る発光素子搭載用パッケージA1〜A4を具体的に作製し、次いで、かかる発光素子搭載用パッケージA1〜A4を適用した発光装置を作製した。
まず、グリーンシートを形成するための混合粉末として、窒化アルミニウム粉末94質量%に対して、イットリア粉末を5質量%、カルシア粉末を1質量%の割合で混合した混合粉末を調製した。
次に、この混合粉末(固形分)100質量部に対して、有機バインダーとしてアクリル系バインダーを20質量部、トルエンを50質量部添加してスラリーを調製し、次に、ドクターブレード法を用いて所定の厚みのグリーンシートを作製した。
また、導体パターンやビア導体などの導体の形成には、タングステン粉末100質量部に対して、窒化アルミニウム粉末を20質量部、アクリル系バインダーを8質量部、テルピネオールを適宜添加した導体ペーストを用いた。
そして、上述の成分を有するグリーンシートおよび導体を用いて、図3〜図5に示した製造方法で積層成形体80(図5(d)参照)を作製した。
次に、作製した積層成形体80を還元雰囲気中、最高温度が1800℃となる条件にて2時間の焼成を行って発光素子搭載用パッケージA1〜A4を作製した。なお、作製された発光素子搭載用パッケージA1〜A4のサイズは、焼成後の形状で幅2.5mm×長さ4.2mm×高さ0.6mmであり、搭載面11aのサイズは幅0.5mm×長さ0.5mmであった。
次に、発光素子搭載用パッケージA1〜A4に、Niめっき膜を約5μmの厚みで形成し、さらにAuめっき膜を約0.1μmの厚みで形成した。なお、この工程により、傾斜面12aに反射面13が形成された。
次に、発光素子搭載用パッケージA1〜A4の搭載面11aに発光素子30を実装した。ここで、搭載面11aへの発光素子30の接合にはAu−Snハンダ(融点:280℃)を用いた。発光素子30のサイズは、幅0.3mm×長さ1.2mm×高さ0.15mmであった。
なお、発光素子30の放射角α1を実装前に評価した。具体的には、発光素子30をプリント配線基板に実装し、光源から50mm離れた平面に放射された放射光に基づいて明るくなっている範囲の輪郭を求め、距離と輪郭の半径から放射角α1を求めた。その結果、発光素子30の放射角α1は15(°)であった。
次に、上面に窓41が付いたコバール製のキャップ40をシールリング状導体21に接合した。ここで、かかる接合にはAg−Snハンダ(融点:221℃)を用い、キャップ40の内部雰囲気はHeガスで置換した。また、キャップ40の窓41には、反射防止コートを施した所定のサイズのガラス板を、低融点ガラスペーストにより約430℃で接合した。
このようにして、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1〜A4を適用した発光装置を作製した。また、比較例として、従来の傾斜面が曲がらずまっすぐな(平坦な)発光素子搭載用パッケージを用いた発光装置も作製した。
次に、作製した各発光装置の発光効率をそれぞれ評価した。具体的には、比較例の発光素子搭載用パッケージの光量を1とした場合の各実施例の光量を相対的に評価した。各構造における発光効率の評価結果を表1に示す。
従来の傾斜面が曲がっていない試料8と、各実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1〜A4を適用した試料1〜7との比較より、本実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1〜A4は、反射光の集光性に優れていることがわかる。
また、折れ角α2が10(°)の試料1または試料3と、折れ角α2が20(°)の試料2または試料4との比較より、折れ角α2を放射角α1よりも大きくすることにより、反射光の集光性がさらに向上することがわかる。
さらに、湾曲角α4が10(°)の試料6と、湾曲角α4が20(°)の試料7との比較より、湾曲角α4を放射角α1よりも大きくすることにより、反射光の集光性がさらに向上することがわかる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、キャップ40を用いて発光素子30などを気密封止していたが、気密封止する部材はキャップ40に限られない。たとえば、枠形状のシールリングと、所定の位置に窓が設けられた板形状の蓋体とを組み合わせて、発光素子30などを気密封止してもよい。
また、上述の実施形態では、図1Cなどに示したように、基板10のおもて面10aと略面一にシールリング状導体21が設けられている。一方で、おもて面10aにおいて第1台座11および素子用端子14bを取り巻くように溝を形成し、かかる溝の底面にシールリング状導体21を設けて、シールリング状導体21にキャップ40を接合する際に、かかる溝に係合するようにキャップ40を設置してもよい。
これにより、キャップ40との接合部分をかかる溝の側面にも広げることができる。したがって、キャップ40により封止される領域の気密性をさらに高めることができることから、発光装置の信頼性をさらに向上させることができる。
さらに、上述の実施形態では、1つの発光素子搭載用パッケージに発光素子30を1つ設けた例について示したが、1つの発光素子搭載用パッケージに発光素子30を複数設けてもよい。たとえば、赤色光を発光する発光素子30と、緑色光を発光する発光素子30と、青色光を発光する発光素子30とを、3つ設けられる第1台座11にそれぞれ搭載し、それぞれの発光素子30から放射される赤色光と緑色光と青色光とを合成させながら、反射面13で上方に向かって反射させてもよい。
なお、その場合、赤色光と緑色光と青色光とを合成させてから上方に向かって反射させてもよいし、赤色光と緑色光と青色光とをそれぞれ上方に向かって反射させながら合成させてもよい。
さらに、上述の実施形態では、傾斜面12aが光軸X1を軸に線対称に形成された例について示したが、傾斜面12aは光軸X1において非対称に形成されてもよい。
以上のように、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1(A2〜A5)は、基板10と、第1台座11と、第2台座12とを備える。基板10は、平板状である。第1台座11は、基板10のおもて面10aから突出し、発光素子30が搭載される搭載面11aを有する。第2台座12は、おもて面10aから突出し、第1台座11に隣接して設けられ、第1台座11に対して傾斜し発光素子30が発光する光L1をおもて面10aが向かう方向に反射させる反射面13が設けられる傾斜面12aを有する。そして、傾斜面12aは第1台座11側が凹面とされている。これにより、反射光の集光性が高い発光素子搭載用パッケージA1(A2〜A5)を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1(A3)において、傾斜面12aは、発光素子30が搭載された状態における発光素子30の光軸X1を基点に折れ曲がっている。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA1(A3)を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1において、傾斜面12aは、おもて面10aと平行な切断面の断面視において、光軸X1とは垂直な垂直軸X2と傾斜面12aとの角度(折れ角α2)が、傾斜面12aの両端付近で、発光素子30が発光する光L1の放射角α1と等しい。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA1において、傾斜面12aは、おもて面10aと平行な切断面の断面視において、光軸X1とは垂直な垂直軸X2と傾斜面12aとの角度(折れ角α2)が、傾斜面12aの両端付近で、発光素子30が発光する光L1の放射角α1より大きい。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA1を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA2(A3)において、傾斜面12aは、両端付近で第1台座11側が凹面となるように折れ曲がっている。これにより、反射光の集光性が高い発光素子搭載用パッケージA2(A3)を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA2において、傾斜面12aは、おもて面10aと平行な切断面の断面視において、発光素子30の光軸X1とは垂直な垂直軸X2と傾斜面12aとの角度(折れ角α3)が、傾斜面12aの両端付近で、発光素子30が発光する光L1の放射角α1と等しい。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA2を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA3において、傾斜面12aは、発光素子30が搭載された状態における発光素子30の光軸X1を基点にさらに折れ曲がっている。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA3を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA4(A5)において、傾斜面12aは、第1台座11側が凹面となるように湾曲している。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA4(A5)を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA4(A5)において、傾斜面12aは、おもて面10aと平行な切断面の断面視において、発光素子30の光軸X1とは垂直な垂直軸X2と傾斜面12aの中心および端部を結ぶ直線X3との角度(湾曲角α4)が、発光素子30が発光する光L1の放射角α1より大きい。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA4(A5)を実現することができる。
また、実施形態に係る発光素子搭載用パッケージA5において、傾斜面12aは、おもて面10aが向かう方向において、第1台座11側が凹面となるように湾曲している。これにより、反射光の集光性がより高い発光素子搭載用パッケージA5を実現することができる。
また、実施形態に係る発光装置は、発光素子搭載用パッケージA1(A2〜A5)と、発光素子搭載用パッケージA1(A2〜A5)の搭載面11aに搭載される発光素子30と、発光素子搭載用パッケージA1(A2〜A5)の傾斜面12aに設けられる反射面13と、を備える。これにより、反射光の集光性が高い発光装置を実現することができる。
また、実施形態に係る発光装置は、反射面13に隣接する受光素子をさらに備える。これにより、発光素子30から放射される光L1の光量をフィードバック制御することができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。