JP6926215B2 - 発光素子収納用部材、アレイ部材および発光装置 - Google Patents

Description

本開示は、発光素子収納用部材、アレイ部材および発光装置に関する。

近年、例えば、画像を投影するのに用いられるプロジェクタまたはヘッドマウントディスプレイに、半導体レーザを発光源とする発光装置が用いられるようになってきている。半導体レーザは、発光強度が高くかつ集光性が良いという特性を有する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６−１６７４９２号公報

本開示の発光素子収納用部材は、第１面に発光素子を搭載するための搭載部を有する底部基材と、前記第１面上に立設する側壁により構成され、前記搭載部を囲むように配置されている枠部材とを備えており、前記枠部材は、前記側壁を貫通している開口部を有しており、該開口部は、前記第１面に沿い、前記底部基材に近い位置に配置された第１辺と、前記第１面に沿い、前記第１辺よりも前記底部基材から遠い位置に配置された第２辺とを内縁として有し、前記第２辺は前記第１辺よりも長い。

本開示のアレイ部材は、上記の発光素子収納用部材が複数個連結されている。

本開示の発光装置は、上記の発光素子収納用部材の搭載部上に発光素子を備えている。

発光装置の一実施形態を模式的に示す分解斜視図である。 図１におけるｉｉ−ｉｉ線断面図である。 発光装置の他の態様を示す分解斜視図である。 図３におけるｉｖ−ｉｖ線断面図である。 発光装置の他の態様を示す断面模式図である。 発光装置の他の態様を示す分解斜視図である。 発光装置の他の態様を示す分解斜視図である。 図７におけるｖｉｉｉ−ｖｉｉｉ線断面図である。 発光装置の他の態様を示す断面模式図である。 アレイ部材の一実施形態を模式的に示す平面図である。 発光素子収納用部材用の積層成形体を作製するための工程図である。 発光装置の発光強度比を求めるための評価装置を示す概念図である。

図１は、発光装置の一実施形態を模式的に示す分解斜視図である。図２は、図１におけるｉｉ−ｉｉ線断面図である。図３は、発光装置の他の態様を示す分解斜視図である。図４は、図３におけるｉｖ−ｉｖ線断面図である。

発光装置Ａは、発光素子収納用部材１と、発光素子３と、蓋体５を有する。発光装置Ａでは、発光素子３は発光素子収納用部材１の内部に収納されている。蓋体５は、発光素子収納用部材１に蓋をするように配置されている。発光素子収納用部材１は、底部基材７と枠部材９とを有する。底部基材７は、上側に向く面が第１面７ａとなり、その第１面７ａの反対側の面が第２面となる。底部基材７は、第１面７ａに台座１１を有する。台座１１の表面は発光素子３を搭載するための搭載部１２となる。底部基材７では、第１面７ａの反対側の面が第２面となる。

蓋体５、底部基材７および枠部材９によって囲まれた空間を、以下、便宜上、空間部１３と表記する。底部基材７上の枠部材９の後方には、外部電源との接続に用いる２つの電源用端子１４ａ、１４ｂが設けられている。

枠部材９は底部基材７の第１面７ａに設けられている。枠部材９は搭載部１２を囲むように配置されている。枠体部９は、第１面７ａに立設する側壁９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄにより構成されている。枠体部９は４つの側壁９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのうちの１つの側壁（この場合、９ａ）に開口部１５を有する。開口部１５は側壁９ａを貫通している。

開口部１５は、第１面７ａに沿い、底部基材７に近い方に配置された第１辺１５ａと、第１面７ａに沿い、底部基材７から遠い方に配置された第２辺１５ｃとを内縁１５Ａとして有している。この場合、内縁１５Ａの中で第２辺１５ｃは第１辺１５ａよりも長くなっている。

図１に従って説明すると、発光素子収納用部材１では、開口部１５を構成する第２辺１５ｃの長さＬ２が第１辺１５ａの長さＬ１よりも長い。言い換えると、開口部１５は、内辺１５ｃの幅（長さＬ２）が内辺１５ａの幅（長さＬ１）よりも広い。開口部１５の形状は上底が下底より長い形である。

図２に付した線分Ｌｓは、発光素子３を厚み方向に分けるために便宜上示したものである。発光素子３の線分Ｌｓより上側を上側部分３ａとする。発光素子３の線分Ｌｓより下側を下側部分３ｂとする。線分Ｌｓは、発光装置Ａの空間部１３についても上側領域１３ａと下側領域１３ｂとを分ける。上側部分３ａおよび上側領域１３ａは、線分Ｌｓを境にして、白抜矢印が上を向いている領域である。下側部分３ｂおよび下側領域１３ｂは、線分Ｌｓを境にして、白抜矢印が下を向いている領域である。

発光素子収納用部材１では、搭載部１２は、発光素子３の厚み方向の中央が開口部１５の高さ方向の中央部となる高さに配置されるのが良い。

レーザ素子など高い発光強度を有する発光素子３が発光すると、発光素子３自体が高温の状態となる。これに伴って、発光素子３の置かれた周囲も温度が高くなる。このような場合に、発光素子３が置かれている空間部１３内は、図２に示した線分Ｌｓによって分けられた上側領域１３ａと下側領域１３ｂとの間で温度差が生じる。図２では、例えば、温度の上がった空間部１３内の雰囲気ガスが上方に昇ることで、上側領域１３ａの温度が下側領域１３ｂの温度よりも高くなる。

発光素子３は、周囲の温度の影響を受けやすく、温度の高い部分は温度の低い部分との間で発光出力の差が生じる。発光素子３の厚み方向の上側部分３ａの温度が下側部分３ｂの温度よりも高い場合、発光素子３の厚み方向の上側部分３ａは、下側部分３ｂに比べて発光出力が小さくなり、発光強度が低くなる。

発光素子収納用部材１は、発光素子３の厚み方向の上側部分３ａと下側部分３ｂとの間における発光強度の差を小さくすることができる。発光素子３の厚み方向の上側部分３ａの発光出力が下側部分３ｂに比べて低くなっても、発光素子収納用部材１の開口部１５の上側を広くすることで、発光素子３の厚み方向の上側部分３ａと下側部分３ｂとの間における、開口部１５から放出される光の発光強度差を小さくすることができる。

ここで、発光装置Ａと、図３および図４に示した他の態様の発光装置Ｂと比較する。図３および図４に示した発光装置Ｂの各部位の符号は、２１：発光素子収納用部材、２３：発光素子、２５：蓋体、２７：底部基材、２７ａ：第１面、２９：枠部材、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ：側壁、３１：台座、３２：搭載部、３３：空間部、３５：開口部、３５ａ：第１辺、３５ｃ：第２辺、Ｌ１：第１辺の長さ（幅）、Ｌ２：第２辺の長さ（幅）、である。

図３、図４に示した発光素子収納用部材２１の開口部３５は、その形状が長方形である。開口部３５の第１辺３５ａの長さＬ１１と第２辺３５ｂの幅Ｌ１２は長さが同じである。

開口部３５の形状が長方形である場合には、発光素子２３の厚み方向の上側部分２３ａが下側部分２３ｂに比べて発光出力が低くなり、発光素子２３の厚み方向の上側部分２３ａの発光出力が下側部分２３ｂに比べて低い状態のまま、開口部３５から光が放出される。このため空間部３３の上側領域３３ａと下側領域３３ｂとの間で開口部１５から放出される光の発光強度に大きな差が生じてしまう。

これに対し、上述した発光素子収納用部材１では、開口部１５の第２辺１５ａの長さ（幅）Ｌ２を第１辺１５ｃの長さＬ１よりも大きくしている。この場合、Ｌ２／Ｌ１比は１．０５〜１．２０としてもよい。Ｌ２／Ｌ１比が１．２０以下であると、発光素子３から出力される光の指向性を維持できる。

発光素子収納用部材１は、セラミックスにより形成されているのが良い。詳しくは、発光素子収納用部材１を構成する底部基材７、枠部材９および台座１１は、ともにセラミックスにより形成されているのが良い。

さらに底部基材７、枠部材９および台座１１は一体的に焼結しているのが良い。かかるセラミックスとしては、例えば、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、発光素子収納用部材１は、熱伝導率が高く、かつ熱膨張率が発光素子３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のが良い。

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、発光素子収納用部材１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。さらに、発光素子収納用部材１は、窒化アルミニウムを９０質量％以上含んでいるのが良い。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、発光素子収納用部材１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収納用部材１を実現することができる。

発光素子収納用部材１を構成する枠部材９の上面には、図示していないが、蓋体５を接合するために接合層が設けられる。この接合層および上述の電源用端子１４ａ、１４ｂ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、発光素子収納用部材１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。これにより、信頼性の高い発光素子収納用部材１を実現することができる。接合層がメタライズ膜である場合には、空間部１３の気密性を高くすることができる。

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。

蓋体５は、金属材料やセラミックスなどから形成することができる。例えば、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）がよい。

また、図１に示す発光装置Ａを構成する発光素子搭載用部材１では、開口部１５は、内縁１５Ａとして、第１面７ａに対して垂直な方向に向き、第１辺１５ａおよび第２辺１５ｃとの間で四辺形を形成する第３辺１５ｂおよび第４辺１５ｄを有する形状である。

発光素子搭載用部材１では、開口部１５は、底部基板７の第１面７ａに対して垂直な方向の長さＬ３が第２辺１５ｃの長さＬ２よりも長い方が良い。長さＬ３とは、第１辺１５ａと第２辺１５ｃとの間で、底部基板７の第１面７ａに対して垂直な方向の長さの中で最大となる長さのことである。開口部１５は、縦長（Ｌ３＞Ｌ２）であるのが良い。Ｌ３／Ｌ２比は１．０５〜１．２０であるのがよい。

通常、発光素子３が発する光の断面形状はおおよそ縦長の楕円形状である。開口部１５の形状が縦長（Ｌ３＞Ｌ２）の形状であると、開口部１５の形状と発光素子３が発する光の断面形状が近い形状となるため、発光素子３から発生する光が枠部材９の側壁９ａに反射する割合を少なくすることが可能になる。それにより、開口部１５を通過する光量をより増やすことができる。

図５は、発光装置の他の態様を示す断面模式図である。図５に示した発光装置Ｃを構成する各符号は、４１：発光素子搭載用部材、４３：発光素子、４５：蓋体、４７：底部基材、４７ａ：第１面、４９：枠部材、４９ａ、４９ｃ：側壁、５１：台座、５２：搭載部、５３：空間部、５５：開口部、５５Ａ：内縁、５５ａ：第１辺、５５ｃ：第２辺、である。

図５に示した発光素子収納用部材４１では、開口部５５の内縁５５Ａを構成している辺のうち、底部基材４７の表面である第１面４７ａに近い方の第１辺５５ａが底部基材４７の表面である第１面４７ａと同じ高さの位置にあるのがよい。具体的には、底部基材４７の第１面４７ａが開口部５５の辺のうち第１辺５５ａに対応する部分となっている。

例えば、底部基材４７の第１面４７ａに近い方の第１辺５５ａが底部基材４７の第１面４７ａと同じ高さの位置にあると、開口部５５の間口（面積）を大きくすることができる。発光素子４３が、図５に示すように、台座５１の上面の搭載部５２上に置かれた場合に、空間部５３の下側領域５３ｂから開口部５５を通過する光の量を増やすことができる。この場合も、台座５１の搭載部５２は、発光素子４３の厚み方向の中央が開口部５５の高さ方向の中央部となる高さに配置されるのが良い。

図６は、発光装置の他の態様を示す分解斜視図である。図６に示した発光装置Ｄの各部位の符号は、６１：発光素子収納用部材、６３：発光素子、６５：蓋体、６７：底部基材、６７ａ：底部基材の表面、６９：枠部材、６９ａ、６９ｂ、６９ｃ、６９ｄ：側壁、７１：台座、７２：搭載部、７３：空間部、７５：開口部、７５ａ：第１辺、７５ｂ：第３辺、７５ｃ：第２辺、７５ｄ：第４辺、である。

図６に示す発光素子収納用部材６１は、図１に示した発光素子収納用部材１とは、開口部７５の形状が異なる。発光素子収納用部材６１に形成された開口部７５は、底部基材６７の第１面６７ａ側から枠部材６９の上部側に向けて、第３辺７５ｂと第４辺７５ｄとの間の幅Ｗが湾曲して広がっている。言い換えると、開口部７５は、底部基材６７側から枠部材６９の上部側に向けて裾広がり状である。つまり、開口部７５の内縁７５Ａを構成している第３辺７５ｂと第４辺７５ｄとの間の間隔（符号Ｗ）が、第１辺７５ａから第２辺７５ｃにかけて徐々に長くなり、その長さが拡大する割合も大きくなる。

また、この開口部７５の内縁７５Ａは、第３辺７５ｂおよび第４辺７５ｄが内側に向けて凸状に湾曲した形状を有している。第３辺７５ｂおよび第４辺７５ｄが内側に向けて凸状に湾曲した形状であると、第３辺７５ｂおよび第４辺７５ｄが直線的な形状である場合に比較して、空間部７３の温度が高くなっても開口部７５が変形し難くなる。このため発光素子収納用部材６１は安定した発光強度を維持できる。開口部７５の内辺７５ｂ、７５ｄが内側に向けて凸状に湾曲した形状であるため、発光強度の高い中央部分の光の集光指向性を高めることができる。

図７は、発光装置の他の態様を示す分解斜視図である。図８は、図７におけるｖｉｉｉ−ｖｉｉｉ線断面図である。図７に示した発光装置Ｅは、図１に示した発光装置Ａを基にしている。発光装置Ｅの各部位の符号は、８１：発光素子収納用部材、８３：発光素子、８５：蓋体、８７：底部基材、８７ａ：底部基材の表面、８９：枠部材、８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、８９ｄ：側壁、８９ａａ：側壁８９ａの外表面、８９ａｂ：未配置部、９１：台座、９２：搭載部、９３：空間部、９５：開口部、９５Ａ：内縁、９５ａ：第１辺、９５ｂ：第３辺、９５ｃ：第２辺、９５ｄ：第４辺、９７：透明部材、９９：接合材である。

この発光装置Ｅは透明部材９７を有する。透明部材９７は、発光素子収納用部材８１を構成する枠部材８９の外側の外表面８９ａａ上に設けられている。透明部材９７は、接合材９９を介して、開口部９５を塞ぐ構造になっている。また、透明部材９７は、枠部材８９の側壁８９ａの外表面８９ａａ上に設置されている。この場合、透明部材９７は、接合材９９を介して、枠部材８９の側壁８９ａの外表面８９ａａに接合されている。

側壁８９ａの外表面８９ａａの開口部９５の周囲には、接合材９９が塗られていない部位が残っている。接合材９９が塗られていない部位のことを未配置部８９ａｂとする。言い換えると、側壁８９ａの外表面８９ａａの開口部９５の周囲には、接合材９９の配置されていない未配置部８９ａｂがある。未配置部８９ａｂは、枠部材８９の側壁８９ａの外表面８９ａａの一部である。接合材９９は開口部９５の内縁９５Ａに近接していない。接合材９９は、第１辺９５ａ、第２辺９５ｃ、第３辺９５ｂおよび第４辺９５ｄのそれぞれから所定の幅Ｗｓの分だけ離れた位置に塗布されている。

これにより開口部９５を通過する光が接合材９９に吸収される可能性を低くすることができる。つまり、発光素子８３から発生した光の減衰を小さくすることができる。その結果、開口部９５を通過する光の量が多くなり、発光強度が高くなる。未配置部８９ａｂの幅Ｗｓは、発光素子収納用部材８１のサイズにも因るが、０．１〜１００μｍであるのが良い。

透明部材９７は、その一部が接合材９９中に埋まるかたちで設けられているのが良い。透明部材９７の一部が接合材９９中に埋まるかたちで設けられている状態は、接合材９９が透明部材９７の主面９７ａのみならず端面９７ｂにも接着している状態である。透明部材９７と接合材９９との間の接着面積を大きくすることができる。これにより開口部９５における気密性を高めることができる。

透明部材９７は、枠部材８９の側壁８９ａの外表面８９ａａに設けた接合材９９の上に載った状態である。透明部材９７は枠部材８９の側壁８９ａの外表面８９ａａに接触しておらず、外表面８９ａａから離れている。透明部材９７が枠部材８９に接していないため、枠部材８９の温度および熱膨張の影響を受け難い。透明部材９７は枠部材８９に影響され難くなる。透明部材９７が曲がり難くなり、また、歪み難くなる。これにより透明部材９７を通過する光が大きく屈折または反射し難くなる。

また、透明部材９７が枠部材８９から離れているため、枠部材８９の上面に蓋体８５を接合するためのシームウェルドを行った場合でも、透明部材９７と枠部材８９との間に発生する熱応力を小さくすることができる。これにより枠部材８９および透明部材９７の少なくとも一方にクラックが発生したり、割れたりするのを抑制することができる。

発光素子収納用部材１、４１、６１、８１は、底部基材７、４７、６７、８７上に第１面７ａ、４７ａ、６７ａ、８７ａから突出した台座１１、３１、６１、７１、９１を有するのが良い。以下、台座についての説明には、便宜上、図１、２に示した各部材およびその符号を用いることにする。ここに示す各部位は、図１に示した発光素子収納用部材１に限らず、図５〜８にそれぞれ示した発光素子収納用部材４１、６１、８１にも同様に適用できるのは言うまでもない。

発光素子収納用部材１では、台座１１は、枠部材９から離れた位置に配置されている。台座１１の周囲は、底部基材７の第１面７ａと同一高さである。言い換えると、台座１１は、底部基材７の第１面７ａから島状に突出した構造である。台座１１の表面である搭載部１２は底部基材７の表面７ａよりも高い位置にある。台座１１の表面が搭載部１２である。

底部基材７上に台座１１を設け、その台座１１の表面を発光素子３の搭載部１２とすると、発光素子３は底部基材７の表面７ａから高い位置に置かれることになる。発光素子３から放射された光が底部基材７の表面７ａに反射したり、底部基材７の表面７ａに吸収されたりするのを抑えることが可能になる。発光素子３から放射される光の量の低下、発光強度の低下を小さくすることが可能になる。この場合、図５に示したように、開口部１５は、底部基材７の第１面７ａに近い方の第１辺１５ａが底部基材７の第１面７ａと同じ高さの位置にあるのが良い。底部基材７上に台座１１を設けた上で、開口部１５を下側に広げると、発光素子３の下側部分３ｂから発生する光の量の減衰を抑えることが可能になる。

図９は、発光素子搭載用部材の他の態様を示す断面模式図である。この場合も、台座１１を除いて、図１および図２に示した各部材の符号とその符号を用いることにする。図９に示す発光素子搭載用部材１は、台座１１Ａの搭載部１２の面（台座１１Ａの表面）が第１面７ａに対して傾斜している構造を示すものである。図９に示す発光素子収納用部材１では、台座１１Ａは、搭載部１２の面が第１面７ａに対して傾斜している。以下、搭載部１２の面のことを搭載面１２ａという場合がある。図９において、発光素子３の厚み方向の上側部分３ａと下側部分３ｂとの間を分けている線分（二点鎖線）には符号Ｌｓ１を付してある。図９にも、図２にて示した線分Ｌｓ（一点鎖線）を比較として示しているが、線分Ｌｓ１は搭載面１２ａに沿う方向に向いているため、開口部１５に対しては斜めの方向に向いている。

具体的には、搭載面１２ａは、開口部１５側から空間部１３を見たときに、仰角を成すように傾斜している。搭載面１２ａが開口部１５側から仰角を成す構造であると、搭載面１２ａに発光素子３を搭載し、発光させたときに、発光光の中心軸（線分Ｌｓ１）を延長した位置が開口部１５において、その開口部１５の中心の位置よりも下側になる。つまり、発光光の中心の位置が開口部１５の上側に位置する第３辺１５ｃ側よりも開口部１５の下側に位置する第１辺１５ａ側になる。発光光の中心の位置が開口部１５の上側に位置する第３辺１５ｃ側よりも開口部１５の下側に位置する第１辺１５ａ側になると、空間部１５の上側部分３ａに広がる発光光の割合が少なくなる。これにより空間部１５の上側領域１３ａの温度の上昇が抑えられる。その結果、発光素子３の厚み方向の上側部分３ａと下側部分３ｂとの間における開口部１５から放出される光の発光強度の差を小さくすることができる。

台座１１Ａの搭載面１２ａの第１面７ａに対する角度は０．５°以上５°以下とするのが良い。台座１１Ａの搭載面１２ａの第１面７ａに対する角度が０．５°以上５°以下であると、空間部１５の上側部分３ａに広がる発光光の割合が少なくできる。また、空間部１５の上側領域１３ａの温度の上昇を抑えることができる。さらには、発光光の方向のずれを小さくすることができる。

なお、台座１１Ａの搭載部１２の面（台座１１Ａの表面）が第１面７ａに対して傾斜している構造は、上記した図１に示した発光素子収納用部材１に限らず、図５〜８にそれぞれ示した発光素子収納用部材４１、６１、８１にも同様に適用できるのは言うまでもない。

図１０は、アレイ部材の一実施形態を模式的に示す平面図である。図１０に示すアレイ部材１００は、発光素子収納用部材１０１Ａが複数個連結したものである。発光素子収納用部材１０１Ａには、上記した発光素子収納用部材のうち、例えば、図１、２に示した発光素子収納用部材１が適用される。なお、アレイ部材１００を構成する発光素子収納用部材１０１Ａとしては、図１、２に示した発光素子収納用部材１に限らず、図５〜８にそれぞれ示した発光素子収納用部材４１、６１、８１も同様に適用できるのは言うまでもない。

発光装置は、アレイ部材１００を構成するそれぞれの発光素子収納用部材１０１Ａの搭載部に発光素子が搭載され、発光素子収納用部材１０１Ａを構成する枠部材の上面に蓋体が設けられた構成となる。

発光素子収納用部材１０１Ａは、これらが連結された構造となっても発光素子収納用部材１０１Ａの形状およびサイズを維持したままでマルチチップ化が可能である。これにより複数の発光素子を集積させた小型の発光装置を得ることができる。この場合、連結されている発光素子収納用部材１０１Ａは焼結されて一体化した状態であるのが良い。発光素子収納用部材１０１Ａ同士が接続部材などの発光素子収納用部材１０１Ａを構成する材料以外の材料によって連結されたものに比べて発光素子収納用部材１０１Ａ同士の面内での熱伝導性が高くなり、高放熱性かつ高強度のアレイ型の発光装置を得ることができる。

また、それぞれの発光素子収納用部材１０１Ａは、開口部の上側を下側よりも広くした構造であるため、発光素子の厚み方向の上側部分と下側部分との間の発光強度差を小さくすることができる。

次に、上記した発光素子収納用部材１および発光装置Ａを作製する方法について説明する。図１１は、発光素子収納用部材用の積層成形体を作製するための工程図である。

まず、図１１の（ａ−１）に示すように、モールド成形用の生の素地成形体１１１を準備する。生の素地成形体１１１はセラミック粉末と有機バインダとを含み、成形時に可塑変形する性質を有している。

次に、（ａ−２）に示すように、素地成形体１１１を、モールド用金型１１３を用いて加圧する。これにより発光素子収納用部材１の下側部分となる成形体本体１１５を作製することができる。この場合、電源用端子などの導体を同時に形成するために、素地成形体１１１の表面に金属膜パターンを形成しておいても良い。

一方、（ｂ−１）に示すように、シート状成形体１１７を準備する。次に、（ｂ−２）に示すように、シート状成形体１１７を凸状金型１１９によって加圧し、シート状成形体１１７の中央部分を中抜きにすることによりフレーム状成形体１２１を作製する。

次に、図１１の（ｃ）に示すように、ａ−２の工程において作製した成形体本体１１５の上側に、（ｂ−２）の工程において作製したフレーム状成形体１２１を重ねて一体化し、発光素子収納用部材用の積層成形体１２３を作製する。フレーム状成形体１２１は、成形体本体１１５に重ねることによって、その一部が、積層成形体１２３に形成される開口部の架橋部１２１ａとなる。この後、積層成形体１２３を焼成することにより発光素子収納用部材１を得ることができる。

上記のように、図１１に、一例として、図１および図２に示した発光素子収納用部材１を作製する方法を示したが、上記した製法はこれに限らず、モールド用金型の形状を変更することにより、例えば、図５および図６に示した発光素子収納用部材４１、６１を作製することもできる。

アレイ部材１００となる連結タイプの成形体を作製する場合には、まず、それぞれサイズを調整した素地成形体１１１およびシート状成形体１１７を準備し、一方、モールド用金型１１３を複数個連結させた連結型のモールド用金型および凸状金型１１９を複数個連結させた連結型の凸状金型を用意する。

次に、それぞれサイズを調整した素地成形体１１１およびシート状成形体１１７に対して、連結型のモールド用金型および連結型の凸状金型を用いて加圧成形および積層を行うことによってアレイ部材１００となる連結タイプの積層成形体を作製することができる。

以下、開口部の形状が、図１、図３、図６および図９に示した態様の発光素子収納用部材を具体的に作製し、これらの発光素子収納用基板を適用した発光装置を作製し、発光強度比を評価した。

まず、窒化アルミニウム粉末９４質量％に対して、Ｙ₂Ｏ₃粉末を５質量％、ＣａＯ粉末を１質量％の割合で混合した混合粉末にアクリル系バインダーを混合して作製した素地成形体およびシート状成形体を準備した。

次に、素地成形体の一方の表面に、発光素子に電力を供給するための素子用端子となる金属膜パターンおよび電源用端子となる金属膜パターンを形成した。また、積層成形体の枠部材となる部分の表面には、蓋体を接着させるためのリング状の接合層となる金属膜パターンを形成した。さらに、素子用端子および電源用端子となる金属膜パターンを形成した表面とは反対側の表面（裏面）には、素子用端子と電源用端子とを結線するための配線となる金属膜パターンを形成した。金属膜パターンはタングステン粉末を含む導体ペーストを用いてスクリーン印刷法により形成した。

次に、図１１に示した方法により素地成形体から成形体本体を作製した。また、シート状成形体からフレーム状成形体を作製した。

次に、フレーム状成形体と成形体本体とを重ねて一体化させ、発光素子収納用部材となる積層成形体を作製した。

次に、作製した積層成形体を還元雰囲気中、最高温度が１８００℃となる条件にて２時間の焼成を行った。作製した発光素子収納用部材のサイズは、焼成後の形状が幅２．５ｍｍ×長さ４．２ｍｍ×厚さ１．０８ｍｍであった。作製した発光素子収納用部材の開口部は、いずれも縦長の形状であった。ここで縦長の形状とは、底部基板の表面に対して垂直な方向の最大長さが表面に沿う方向の最大長さよりも長いという意味である。また、開口部は、底部基材の前記表面に近い方の内縁の辺が底部基板の表面と同じ高さの位置であった。

次に、焼成後の発光素子収納用部材の表面に形成した導体上にＮｉめっき膜を約５μｍの厚みで形成した。

次に、発光素子収納用部材の枠部材に形成した開口部は、試料Ｎｏ．１、２および４は、Ｌ１が０．５５ｍｍ、Ｌ２が０．６０ｍｍ、Ｌ３が０．７ｍｍであった。試料Ｎｏ．３は、Ｌ１、Ｌ２はともに０．５５ｍｍであった。Ｌ３は０．７ｍｍであった。試料Ｎｏ．４の発光素子収納用部材は、試料Ｎｏ．１に対して、台座の搭載部の面を第１面に対して１°傾斜させたものである。この場合、試料Ｎｏ．４と試料Ｎｏ．１とは、発光素子の長手方向の中央であり、かつ厚み方向の中央の位置の高さが同じであった。

この開口部の周囲に低融点ガラスペーストを塗布してガラス板を接着させて開口部を塞いだ。ガラス板には反射防止コート層を有するものを用いた。開口部からの距離が０．１ｍｍ以内の領域には低融点ガラスペーストが塗布されないようにした。この場合、開口部からの距離が０．１ｍｍ以内の領域が低融点ガラスペーストの塗布されない未配置部となる。また、ガラス板は低融点ガラスペーストを介して発光素子収納用部材の枠部材に接しないようにした。この場合、ガラス板は開口部側の一部が接合材中に埋まっている状態であった。

次に、得られた発光素子収納用部材の搭載部にＡｕ−Ｓｎはんだを用いて発光素子を接着し、次いで、リング導体にシームウェルド法を用いて、コバール製の蓋体を接合して発光装置を作製した。発光素子には発振波長４６２ｎｍの半導体レーザ素子（幅０．３ｍｍ×長さ１．２ｍｍ×高さ０．１５ｍｍ）を用いた。搭載部への発光素子の接合にはＡｕ−Ｓｎはんだを用いた。

次に、図１１１２に示した評価装置を用いて、発光素子収納用部材に発光素子を実装した発光装置について上下方向の発光強度比を評価した。具体的には、発光装置１３１をプリント配線基板１３３に実装した。評価に用いたプリント配線基板１３３は幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ×高さ３ｍｍの大きさで、発光素子収納用部材を実装する実装面の平坦度は５μｍ以下であった。

具体的には、平面板１３５の発光光１３７の当たる部分を図１１１２に示すように上側領域１３５ａおよび下側領域１３５ｂに分けて、それぞれの領域の中央部にフォトダイオード１３９を設置し、それぞれの領域における発光強度を検知するようにした。次いで、上側領域１３５ａの発光強度Ｉｕｐと下側領域１３５ｂの発光強度Ｉｕｎとの比（Ｉｕｐ／Ｉｕｎ）を求めた。試料数は各構造に対してｎ＝３とし、平均値を求めた。各構造における発光強度比を表１に示した。

表１の結果から明らかなように、図１の構造の発光素子収納用部材を備えた試料Ｎｏ．１、図６の構造の発光素子収納用部材を備えた試料Ｎｏ．２および図９の構造の発光素子収納用部材を備えた試料Ｎｏ．４は、図３の構造の発光素子収納用部材を備えた試料Ｎｏ．３に比較して発光強度比が１に近かった。試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．２および試料Ｎｏ．４は、発光素子から発生する光のうち上側領域の光の強度の低下が小さかった。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、１３１ 発光装置
１、２１、４１、６１、８１、１０１Ａ 発光素子収納用部材
３、２３、４３、６３、８３ 発光素子
５、２５、４５、６５、８５ 蓋体
７、２７、４７、６７、８７ 底部基材
７ａ、２７ａ、４７ａ、６７ａ、８７ａ 第１面
９、２９、４９、６９、８９ 枠部材
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、４９ａ、４９ｃ、６９ａ、６９ｂ、６９ｃ、６９ｄ、８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、８９ｄ 側壁
１１、１１Ａ、３１、５１、７１、９１ 台座
１２、３２、５２、７２、９２ 搭載部
１２ａ 搭載面
１３、３３、５３、７３、９３ 空間部
１５、３５、５５、７５、９５ 開口部
１５Ａ、３５Ａ、５５Ａ、７５Ａ、９５Ａ 内縁
１５ａ、３５ａ、５５ａ、７５ａ、９５ａ 第１辺
１５ｂ、３５ｂ、７５ｄ、９５ｄ 第２辺
１５ｃ、３５ｃ、５５ｃ、７５ｃ、９５ｃ 第３辺
１５ｄ、３５ｄ、７５ｄ、９５ｄ 第４辺
８９ａ 外表面
９７ 透明部材
９７ａ 透明部材の主面
９７ｂ 透明部材の端面
９９ 接合材
１００ アレイ部材
１１１ 素地成形体
１１３ モールド用金型
１１５ 成形体本体
１１７ シート状成形体
１１９ 凸状金型
１２１ フレーム状成形体
１２３ 積層成形体
１３３ プリント配線基板
１３５ 平面板
１３５ａ 発光光の当たる上側領域部分
１３５ｂ 発光光の当たる下側領域部分
１３７ 発光光
１３９ フォトダイオード
Ｌ１ 第１辺の長さ
Ｌ２ 第２辺の長さ
Ｌ３ 第３辺および第４辺のうち最大の長さ

Claims (15)

1. 発光素子を搭載するための搭載部を、第１面に有する底部基材と、
   前記第１面上に立設する側壁により構成され、前記搭載部を囲むように配置されている枠部材とを備えており、
   前記枠部材は、前記側壁を貫通している開口部を有しており、
   該開口部は、前記第１面に沿い、前記底部基材に近い位置に配置された第１辺と、前記第１面に沿い、前記第１辺よりも前記底部基材から遠い位置に配置された第２辺とを内縁として有し、
   前記第２辺は前記第１辺よりも長く、
   前記開口部は、発光光が通る部分であり、前記側壁の厚み方向が前記発光光の通る方向である、
   発光素子収納用部材。
2. 前記開口部の前記第１面に対して垂直な方向の長さは、前記第２辺よりも長い、請求項１に記載の発光素子収納用部材。
3. 前記開口部は、前記第１辺が前記第１面と同じ高さの位置にある、請求項１または２に記載の発光素子収納用部材。
4. 前記開口部は、前記内縁が前記開口部における前記底部基材側から上部側に向けて裾広がり状の形状である、請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発光素子収納用部材。
5. 前記側壁の外表面に、前記開口部を塞ぐように、接合材を介して透明部材が配置されており、
   前記外表面の前記開口部の周囲には、前記接合材の配置されていない未配置部がある、請求項１乃至４のうちいずれかに記載の発光素子収納用部材。
6. 前記透明部材は、該透明部材における前記開口部側の一部が前記接合材中に埋まっている、請求項５に記載の発光素子収納用部材。
7. 前記透明部材は、前記側壁に接触していない、請求項５または６に記載の発光素子収納用部材。
8. 前記底部基材は、該底部基材上に前記第１面から突出した台座を有し、前記搭載部は前記台座上に配置されている、請求項１乃至７のうちいずれかに記載の発光素子収納用部材。
9. 前記台座は、前記搭載部が前記第１面に対して傾斜している、請求項８に記載の発光素子収納用部材。
10. 発光素子を搭載するための搭載部を、第１面に有する底部基材と、
    前記第１面上に立設する側壁により構成され、前記搭載部を囲むように配置されている枠部材とを備えており、
    前記枠部材は、前記側壁を貫通している開口部を有しており、
    該開口部は、前記第１面に沿い、前記底部基材に近い位置に配置された第１辺と、前記第１面に沿い、前記第１辺よりも前記底部基材から遠い位置に配置された第２辺とを内縁として有し、
    前記第２辺は前記第１辺よりも長く、
    前記底部基材は、該底部基材上に前記第１面から突出した台座を有し、前記搭載部は前記台座上に配置されており、
    前記台座は、前記搭載部が前記第１面に対して傾斜している、
    発光素子収納用部材。
11. 請求項１乃至１０のうちのいずれかに記載の発光素子収納用部材が複数個連結されている、アレイ部材。
12. 前記発光素子収納用部材同士が一体焼結したものである、請求項１１に記載のアレイ部材。
13. 発光素子を搭載するための搭載部を、第１面に有する底部基材と、
    前記第１面上に立設する側壁により構成され、前記搭載部を囲むように配置されている枠部材とを備えており、
    前記枠部材は、前記側壁を貫通している開口部を有しており、
    該開口部は、前記第１面に沿い、前記底部基材に近い位置に配置された第１辺と、前記第１面に沿い、前記第１辺よりも前記底部基材から遠い位置に配置された第２辺とを内縁として有し、
    前記第２辺は前記第１辺よりも長く、
    発光素子収納用部材が複数個一体焼結して連結されている、
    アレイ部材。
14. 請求項１乃至１０のうちのいずれかに記載の発光素子収納用部材の搭載部上に発光素子を備えている、発光装置。
15. 請求項１１乃至１３のうちのいずれかに記載のアレイ部材と、前記アレイ部材を構成する前記発光素子収納用部材の前記搭載部上に発光素子を備えている、発光装置。

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