JP2018006693A

JP2018006693A - ガラスリッドおよびそれを利用したｄｕｖ−ｌｅｄ装置

Info

Publication number: JP2018006693A
Application number: JP2016135728A
Authority: JP
Inventors: 浩喜本田; Hiroki Honda; 山本　英文; Hidefumi Yamamoto; 英文山本; 憲太郎大井; Kentaro Oi; 寿仁宮脇; Hisakimi Miyawaki
Original assignee: NEC Schott Components Corp
Current assignee: NEC Schott Components Corp
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】ＤＵＶ（深紫外）−ＬＥＤ素子の水平方向の光を効率よく前方に集光させることができるガラスリッド、およびそのガラスリッドを利用したＬＥＤ装置を提供する。
【解決手段】内周壁面が、リフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するＤＵＶ光透過性ガラスの枠体１１と、この枠体の片方の開口を覆って枠体に気密封着したＤＵＶ光透過性ガラスのウインド１２とを備え、枠体は少なくともその傾斜壁面１１ａにＤＵＶ反射性被覆１３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明はＤＵＶ発光装置に用いられるガラスリッドおよびそれを利用したＤＵＶ−ＬＥＤ装置に関する。

近年、紫外（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＵＶ）光よりも、さらに短い波長（２００〜３００ｎｍ）の深紫外（ＤｅｅｐＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＤＵＶ）光を照射可能なＤＵＶ−ＬＥＤデバイスが注目されている。ＤＵＶ−ＬＥＤは、高密度光情報記録、高輝度・長寿命蛍光照明装置などの情報・電子分野、公害物質やアレルゲンなどの高速分解処理、殺菌、皮膚治療、レーザメス、細胞選別などの殺菌・医療等への応用が期待されている。従来のＤＵＶ−ＬＥＤデバイスは、窒化アルミニウムなど高熱伝導材料からなる断面が凹形状のベースにＤＵＶ−ＬＥＤ素子を取り付け、このベース内を窒素ガスなどの不活性ガスで満たし容器開口部をＤＵＶ透過性に優れる平板状の石英リッドで覆って、該石英リッドとベースとをＡｕ−Ｓｎ合金ロウ材で気密封止して形成されていた。ＤＵＶ−ＬＥＤ発光素子は、可視光ＬＥＤに比べて発光効率が極めて低く、加えてベースに利用される窒化アルミニウムは、反射率が極めて低い材料のため、ＤＵＶ−ＬＥＤパッケージには、銅やアルミニウムの金属板などの反射板を形成して反射率を向上させることが必要とされる。

しかしながら、従来の石英リッドは、ＵＶ領域の透過率が９０〜９３％でありＤＵＶ光の透過性に非常に優れた材料である反面、熱膨張係数αが０．６ｐｐｍ／Ｋで、ほとんど熱膨張しない材料である。このため、αが大きい銅やアルミニウムの反射板（リフレクタ）は、凹形状に形成した窒化アルミニウムのベースに設けられていた。３次元形状の窒化アルミニウムベースを形成する方法としては、射出成形法、プレス成形法、積層セラミックス法などがある。しかし、３次元形状のベースは、射出成形法によると焼結時の収縮が大きくなり寸法のばらつきが大きくなること、プレス成形法によると複数の個片から成るシートを製作すると金型が複雑になること、積層セラミックス法によると平板を貼り合せて構成するため熱伝導率が低下してしまうことなどの欠点がある。さらに、キャビティを有する３次元形状のベースは、焼結前にペースト等を用いて電極形成する場合は微細なパターン形成が難しく、焼結後に回路を形成する場合は反射板をもった凹形状ではなく、平板にしなければならないなどの制約もある。

従来のＤＵＶ−ＬＥＤデバイスは、容器内外に導通する電極を有する床部とこれを取り囲む周壁部からなる凹形状の窒化アルミニウムの容器にＤＵＶ−ＬＥＤ素子を実装し、開口端面を平板状の石英リッドで封口して形成していた。窒化アルミニウムの反射率は極めて低く発光効率が低下するので、窒化アルミニウムを焼結した後に大気雰囲気で再焼成して表面に反射率の高いアルミナの酸化層を形成させたり、アルミ反射板などの機構部品を別途追加したりする措置が必要とされていた。しかし、ＤＵＶ−ＬＥＤ素子の発光効率は、可視光−ＬＥＤ素子に比較して劣っており、特に製品の厚さが制限され反射板などの機構部品を追加する空間的余裕が少ない軽薄短小型のＤＵＶ−ＬＥＤ装置において大きな課題となっていた。また、上記構成のＤＵＶ−ＬＥＤデバイスは、高温再焼成や追加部品を要し経済的に必ずしも好ましい構成ではない。

一方、ＤＵＶ光の透過性のガラス材は、特許文献１に記載の高紫外線透過性ホウ珪酸ガラス材がある。この高紫外線透過性ホウ珪酸ガラスは、ＵＶ透過率が８０％以上と石英に近い値を有しており、熱膨張係数αが４ｐｐｍ／Ｋ前後のものがある。

特開２０１１−０３２１６２号公報

本発明の目的は、ＤＵＶ−ＬＥＤ素子の水平方向の光を効率よく前方に集光させることができるガラスリッドおよびそのガラスリッド利用したＬＥＤ装置を実現することにある。

本発明によれば、内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するＤＵＶ光透過性ガラスの枠体と、この枠体の片方の開口を覆って枠体に気密封着したＤＵＶ光透過性ガラスのウインドとを備え、該枠体は、少なくとも傾斜壁面にＤＵＶ反射性被覆を有することを特徴とするＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッドが提供される。枠体に設けるＤＵＶ反射性被覆は、さらに必要に応じてウインドとの封着面（枠体上端面）または／および枠体下端面に設けてもよい。本発明のウインドは、窓面の反射防止のためのコーティング膜を施してもよい。

本発明の別形態によれば、複数の配線電極を有する高熱伝導材からなるベースと、ベースに実装され配線電極と電気接続したＤＵＶ−ＬＥＤ素子と、該ＤＵＶ−ＬＥＤ素子の上部を覆って気密封止したＤＵＶ透過性のガラスリッドから形成されたＤＵＶ−ＬＥＤ装置であって、該リッドは、内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するＤＵＶ光透過性ガラスの枠体と、この枠体の片方の開口を覆って枠体に気密封着したＤＵＶ光透過性ガラスのウインドとを備え、該枠体は、少なくとも傾斜壁面にＤＵＶ反射性被覆を有したことを特徴とするＤＵＶ−ＬＥＤ装置が提供される。

本発明に係るＤＵＶ−ＬＥＤ装置のウインドは、窓面に反射防止の目的でコーティング膜を施してもよい。

本発明に係るＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッドおよび該ガラスリッドを利用したＤＵＶ−ＬＥＤ装置は、水平方向のＤＵＶ光をリッド枠体の傾斜壁面に設けたＤＵＶ反射性被覆で反射して垂直方向へ収束できる。金属反射板などの追加部品を必要としないので、小型薄型化が容易であり、ウェハレベルのパッケージングが可能である。また、窒化アルミニウムは高価であるので比較的安価な平板状のものが好ましいが、本発明のＤＵＶ−ＬＥＤ装置のベースは平板状であり経済的効果を有する。

本発明のＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッドは、ＤＵＶ反射性被覆をウインドとの封着面である枠体上端面に設けることにより、ＤＵＶ反射性被覆がダメージを受けないように、ＤＵＶ反射性被覆の融点以下の作業温度でウインドガラスとの陽極接合が可能となる。さらにＤＵＶ反射性被覆をＤＵＶ−ＬＥＤ装置のベースとの封止面である枠体下端面に設けることにより、ＤＵＶ反射性被覆がダメージを受けないように、ＤＵＶ反射性被覆の融点以下の作業温度でベースとのロウ接が可能となる。

本発明に係るガラスリッド１０を示し、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄに沿って切断した正面部分断面図を、（ｃ）は平面図を示す。本発明に係るＤＵＶ−ＬＥＤ装置２００を示し、（ａ）はウインド１２を取り除いて上より見た平面図を、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄに沿って切断した正面断面図を示す。なお、この図において配線電極およびボンディングワイヤー等の配線部材は図示しない。

本発明に係るガラスリッド１０は、図１に示すように、内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するＤＵＶ光透過性のホウ珪酸ガラスからなる枠体１１と、枠体１１の片方の開口を覆って枠体１１に気密封着したＤＵＶ光透過性のホウ珪酸ガラスからなるウインド１２とを備え、枠体１１は、少なくとも傾斜壁面１１ａにＤＵＶ反射性被覆１３を有することを特徴とする。傾斜壁面１１ａは、該傾斜壁面１１ａと枠体下端面１１ｃのなす角（傾斜角）βが４５〜８５°となるように設けると好ましい。ＤＵＶ反射性被覆１３は、必要に応じてウインド１２との封着面（枠体上端面）１１ｂまたは／および枠体下端面１１ｃに設けてもよい。ＤＵＶ反射性被覆１３の成膜法は、ＤＵＶ反射性の被覆が成膜できれば何れの成膜法に依ってもよい。例えば、めっき被膜、スパッタリング膜、蒸着膜の何れでもよい。ＤＵＶ反射性被覆１３は、高ＤＵＶ反射性の金属被覆であればどのような材料を用いてもよいが、特にアルミニウムまたはアルミニウムを主成分として含有する合金材が好ましい。そして、アルミニウムのＤＵＶ反射性被覆１３は、ウインド１２との封着面１１ｂに施してもよく、その場合は枠体１１とウインド１２との接合に陽極接合を用いる。陽極接合はＤＵＶ反射性被覆１３の融点以下の作業温度で接合するので、ＤＵＶ反射性被覆１３の反射性に影響しない。ウインド１２は、必要に応じて窓面の反射防止の目的でＨｆＯ_２またはＺｒＯ_２とＳｉＯ_２とを積層したＡＲコーティングを施してもよい。

本発明に係るＤＵＶ−ＬＥＤ装置２００は、上記ガラスリッド１０を蓋体に用いたＤＵＶ用のＬＥＤ装置であって、図２に示すように、複数の配線電極を有する窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの高熱伝導材からなるベース２０１と、ベース２０１に実装され配線電極と電気接続したＤＵＶ−ＬＥＤ素子２０２と、ＤＵＶ−ＬＥＤ素子２０２の上部を覆って気密封止したＤＵＶ透過性のガラスリッド１０から形成されたＤＵＶ−ＬＥＤ装置であって、ガラスリッド１０は、内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するＤＵＶ光透過性のホウ珪酸ガラスからなる枠体１１と、枠体１１の片方の開口を覆って枠体１１に気密封着したＤＵＶ光透過性のホウ珪酸ガラスからなるウインド１２とを備え、枠体１１は、少なくとも傾斜壁面１１ａにＤＵＶ反射性被覆１３を有する。傾斜壁面１１ａは傾斜角が４５〜８５°となるように設けると好ましい。ＤＵＶ反射性被覆１３は、必要に応じてウインド１２との封着面（枠体上端面）１１ｂまたは／および枠体下端面１１ｃに設けてもよい。ＤＵＶ反射性被覆１３の成膜法は、ＤＵＶ反射性の被覆が成膜できれば何れの成膜法に依ってもよい。例えば、めっき被膜、スパッタリング膜、蒸着膜の何れでもよい。またＤＵＶ反射性被覆１３は、高ＤＵＶ反射性の金属被覆であればどのような材料を用いてもよいが、特にアルミニウム、またはアルミニウムを主成分として含有する合金材が好ましい。アルミニウムのＤＵＶ反射性被覆１３は、ウインド１２との封着面１１ｂに施してもよく、その場合は枠体１１とウインド１２との接合に陽極接合を用いる。そして、ガラスリッド１０は、ＤＵＶ反射性被覆１３の反射性に影響しないようにＤＵＶ反射性被覆１３の融点以下の作業温度のロウ材２０３を用いてベース２０１に気密封止される。その際、ＤＵＶ−ＬＥＤ装置内の構成材料が劣化しないように、窒素ガス、Ｈｅガス、Ａｒガスなどの不活性ガスを充填して封止する。さらにガラスリッド１０のウインド１２は、窓面に反射防止の目的でＨｆＯ_２またはＺｒＯ_２とＳｉＯ_２とを積層したＡＲコーティングを施してもよい。

本発明に係るメタル−ガラスリッド１０の実施例１は、図１に示すように、内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するホウ珪酸ガラス（ＳＣＨＯＴＴ社製８３３７Ｂ、ＤＵＶ光透過率８８〜９２％、α＝４．１ｐｐｍ／Ｋ）からなる枠体１１と、枠体１１の片方の開口を覆って枠体１１に気密封着したホウ珪酸ガラス（ＳＣＨＯＴＴ社製８３３７Ｂ）からなるウインド１２とを備え、枠体１１は、傾斜壁面１１ａ、枠体上端面１１ｂおよび枠体下端面１１ｃにアルミニウムからなるＤＵＶ反射性被覆１３を有することを特徴とする。

本発明に係るＤＵＶ−ＬＥＤ装置２００は、図２に示すように、複数の配線電極を有する窒化アルミニウム（α＝４．５ｐｐｍ／Ｋ）製のベース２０１と、ベース２０１に実装され配線電極と電気接続したＤＵＶ−ＬＥＤ素子２０２と、ＤＵＶ−ＬＥＤ素子２０２の上部を覆って気密封止したＤＵＶ透過性のガラスリッド１０から形成されたＤＵＶ−ＬＥＤ装置であって、ガラスリッド１０は、内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するホウ珪酸ガラス（ＳＣＨＯＴＴ社製８３３７Ｂ、ＤＵＶ光透過率８８〜９２％、α＝４．１ｐｐｍ／Ｋ）の枠体１１と、枠体１１の片方の開口を覆って枠体１１に封着したホウ珪酸ガラス（ＳＣＨＯＴＴ社製８３３７Ｂ）のウインド１２とを備え、枠体１１は、傾斜壁面１１ａ、枠体上端面１１ｂおよび枠体下端面１１ｃにアルミニウムからなるＤＵＶ反射性被覆１３を有する。ＤＵＶ−ＬＥＤ装置２０のガラスリッド１０は、融点２１７℃の９０Ａｕ−Ｓｎロウ材２０３を用いてベースに気密封止される。その際、ＤＵＶ−ＬＥＤ装置の容器内には窒素ガスを充填する。

本発明は、特に高エネルギーの深紫外光に対して長期の耐久性が要求される高出力の深紫外光ＬＥＤ装置、例えば、高密度光情報記録装置、高輝度・長寿命蛍光照明装置、公害物質やアレルゲンなどの高速分解処理装置、殺菌灯、皮膚治療装置、レーザメス、細胞選別装置等のＤＵＶ-ＬＥＤデバイス用のリッドおよびＤＵＶ-ＬＥＤデバイスのパッケージに利用できる。

１０・・・ガラスリッド、
１１・・・枠体、
１１ａ・・・傾斜壁面、
１１ｂ・・・封着面（枠体上端面）、
１１ｃ・・・枠体下端面、
１２・・・ウインド、
１３・・・ＤＵＶ反射性被覆、
β・・・傾斜壁面と枠体下端面のなす角（傾斜角）、
２００・・・ＤＵＶ−ＬＥＤ装置、
２０１・・・ベース、
２０２・・・ＤＵＶ−ＬＥＤ素子、
２０３・・・ロウ材。

Claims

内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するＤＵＶ光透過性ガラスの枠体と、この枠体の片方の開口を覆って前記枠体に気密封着したＤＵＶ光透過性ガラスのウインドとを備え、前記枠体は、少なくともその傾斜壁面にＤＵＶ反射性被覆を有することを特徴とするＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッド。
前記枠体および前記ウインドは、ホウ珪酸ガラスである請求項１に記載のＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッド。
前記傾斜壁面は、傾斜角が４５〜８５°となるように設けた請求項１または請求項２に記載のＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッド。
前記ＤＵＶ反射性被覆は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分として含有する合金材からなる請求項１ないし請求項３の何れか一つに記載のＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッド。
前記枠体は、さらに前記ウインドとの封着面（枠体上端面）または／および枠体下端面に前記ＤＵＶ反射性被覆を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一つに記載のＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッド。
前記枠体は、前記封着面（枠体上端面）で前記ウインドと陽極接合されたことを特徴とする請求項５に記載のＤＵＶ−ＬＥＤ用ガラスリッド。
複数の配線電極を有する高熱伝導材からなるベースと、このベースに実装され配線電極と電気接続したＤＵＶ−ＬＥＤ素子と、このＤＵＶ−ＬＥＤ素子の上部を覆って気密封止したＤＵＶ透過性のガラスリッドから形成されたＤＵＶ−ＬＥＤ装置であって、該ガラスリッドは、内周壁面がリフレクタ基部を兼ねた傾斜壁を有するＤＵＶ光透過性の枠体と、この枠体の片方の開口を覆って該枠体に気密封着したＤＵＶ光透過性のウインドとを備え、前記枠体は、少なくとも傾斜壁面にＤＵＶ反射性被覆を有したことを特徴とするＤＵＶ−ＬＥＤ装置。
前記枠体および前記ウインドは、ホウ珪酸ガラスである請求項７に記載のＤＵＶ−ＬＥＤ装置。
前記傾斜壁面は、傾斜角が４５〜８５°となるように設けた請求項７または請求項８に記載のＤＵＶ−ＬＥＤ装置。
前記ＤＵＶ反射性被覆は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分として含有する合金材からなることを特徴とする請求項７ないし請求項９の何れか一つに記載のＤＵＶ−ＬＥＤ装置。
前記枠体は、さらに前記ウインドとの封着面（枠体上端面）または／および枠体下端面に前記ＤＵＶ反射性被覆を設けたことを特徴とする請求項７ないし請求項１０の何れか一つに記載のＤＵＶ−ＬＥＤ装置。
前記枠体は、前記封着面（枠体上端面）で前記ウインドと陽極接合されたことを特徴とする請求項１１に記載のＤＵＶ−ＬＥＤ装置。