JP2018085463A - 半導体発光装置及び半導体発光ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子における紫外光の発光の有無を容易か確実に行う。【解決手段】紫外光を発光する発光素子１０と、発光素子を収容し発光素子から照射される紫外光を外部に照射する開口部１１を有する筐体１２と、筐体の開口部を覆うように配置され、筐体内に収容された発光素子からの紫外光を透過させる透過窓１５と、紫外光を透過すると共に紫外光を可視光に変換する蛍光体を含み、開口部の縁部と透過窓の周縁部とを接合させる接合剤１８と、を備えた半導体発光装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子から紫外光を照射する半導体発光装置及び半導体発光ユニットに関する。

従来、筐体内に収容された半導体発光素子から発せられた紫外光を、透過窓を介して外部に照射する半導体発光装置が知られている。このような紫外光を照射する半導体発光装置は、例えば、殺菌用光源として用いられる。波長２１０ｎｍ〜３１０ｎｍの深紫外領域の紫外光は高エネルギーであり、人間の目や皮膚に悪影響を及ぼすため、半導体発光装置の発光の有無、照射範囲等を把握する必要がある。ところが、紫外光は人間の目では感知することができないため、紫外光を発する半導体発光装置において、半導体発光素子の発光の有無を目視で確認することができない。

そこで、例えば、特許文献１には、発光素子を収容するキャップ部の内部に、発光素子から照射された紫外光によって励起されて可視光を発光する紫外光励起蛍光体を設けた半導体発光装置が開示されている。特許文献１によれば、紫外光励起蛍光体を設けることで、発光素子から照射された紫外光のうち、一部の紫外光が可視光に変換されて外部へ照射されるので、半導体発光装置において紫外光が発光されているか否かを視認することができる。

特開２０１３−４２０７９号公報

しかしながら特許文献１に開示された半導体発光装置では、紫外光励起蛍光体がキャップ部の内部に設けられているため、発光素子から発せられた紫外光を吸収してしまい、装置から外部に出射される紫外光の光量が減少してしまう。また、特許文献１のキャップ部は上方の縁部が内側に延設されているため、紫外光励起蛍光体からの可視光が微弱である場合には、可視光が縁部に遮られてしまい、ユーザは半導体発光装置の上面を覗き込まないと発光の有無を確認することができない。ユーザが半導体発光装置の上面を覗き込むと、紫外光を直視してしまう虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、発光素子における紫外光の発光の有無を容易かつ確実に行うことを目的とする。

本発明の一態様は、紫外光を発光する発光素子と、該発光素子を収容し、該発光素子から照射される紫外光を外部に照射する開口部を有する筐体と、前記筐体の開口部を覆うように配置され、前記紫外光を透過させる透過窓と、前記紫外光を透過すると共に紫外光を可視光に変換する蛍光体を含み、前記筐体の縁部と前記透過窓の周縁部とを接合させる接合剤と、を備えた半導体発光装置を提供する。

また、本発明の他の態様は、上述のような半導体発光装置を２次元配列させてアレイ状に形成した半導体発光ユニットを提供する。

本発明によれば、発光素子における紫外光の発光の有無を容易かつ確実に行うことができる。

本発明の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光装置をアレイ状に配列した半導体発光ユニットの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例２に係る半導体発光装置の断面図である。 本発明の実施形態の変形例３に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は上面図を示す。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す図面において、理解の容易及び視認性向上のため、断面図であってもハッチングを適宜省略している。以下の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

（実施形態）
本発明の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。
本実施形態に係る半導体発光装置は、図１及び図２に示すように、紫外光を発光する発光素子１０と、発光素子１０を収容し、発光素子１０から照射される紫外光を外部に照射する開口部１１を有する筐体１２と、筐体１２の開口部１１を覆うように配置され、筐体１２内に収容された発光素子１０からの紫外光を透過させる透過窓１５と、紫外光を透過すると共に紫外光を可視光に変換する蛍光体を含み、筐体１２の縁部１２Ａと透過窓の周縁部１５Ａとを接合させる接合剤１８とを備えている。

より具体的には、図１は半導体発光装置１の断面図であり、図１に示すように、半導体発光装置は、発光素子１０と、発光素子１０を収容する凹部を有する筐体１２と、筐体１２の開口部１１に、開口部１１を覆うように配置された透過窓１５と、透過窓１５と筐体１２とを接合する接合剤１８とを備えている。

発光素子１０は、上面視で矩形状であり、上面に設けられた発光層から照射された紫外光、特に深紫外光（波長２１０ｎｍ〜３１０ｎｍ）を外部へ照射する。発光素子１０は、例えば、銀焼結剤などの接合剤１４によって、筐体１２の凹部の底面に固着させ、発光素子１０の裏面に設けられた裏面電極（図示せず）と筐体１２の凹部の底面に設けられた内部電極１３とを導通させる。また、発光素子１０の上面電極はボンディングワイヤ８を介して筐体１２の凹部の底面に設けられた内部電極１３に導通している。

筐体１２は、本実施形態において、セラミック材料で形成され、発光素子１０を収容する凹部を有している。筐体１２は、凹部の底面に内部電極１３が設けられると共に、上面に筐体１２の凹部に収容される発光素子１０からの紫外光を外部に照射するための開口部１１が設けられている。内部電極１３は、主に、発光素子１０の実装パターン及び発光素子１０への電源供給のための電流引き回しパターンとして、筐体１２の底面に形成されている。内部電極１３としては、Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｗ，Ｍｏ等の導電性材料を用いることができる。

透過窓１５は、例えば石英、サファイア、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、合成フューズドシリカなどからなり、筐体１２内に配置された発光素子１０からの紫外光を透過させて外部に照射するようになっている。透過窓１５は、その周縁部と筐体１２の開口部１１の縁部とが接合剤１８により接合され、筐体１２の開口部１１を覆うように固定されている。図１及び図２に示すように、接合剤１８は、透過窓１５の周縁部全周及び側面全周を覆うように設けられている。

接合剤１８は、バインダー、すなわち、主成分がガラスや樹脂等であり、発光素子１０からの紫外光を透過すると共に紫外光を可視光に変換する蛍光体を含んでいる。ガラスの場合、例えば、金属イオンがドープされて自ら発光するような蛍光ガラス（自発光タイプ）や、透光性ガラスをバインダーとし蛍光粒子を含有したもの（蛍光剤分散ガラス）であってもよい。また、本実施形態における蛍光体とは、光励起により異なる波長の光を発光する材料をいい、特に、紫外光を可視光に変換する材料を言う。また、一般に蛍光体と称される材料の他、自発光するガラス材やナノ蛍光体、量子ドットなども含む。

また、接合剤１８のバインダーとなるガラスや樹脂は、紫外光を透過する必要があるものの、紫外光透過率は必ずしも高い必要はない。バインダーとして、例えば、バナジウム系ガラスのように、低融点であるが透光性が低いものを適用することもできる。主成分が樹脂の場合、バインダーとして、フッ素系樹脂やシリコーン系樹脂等を用いることができる。
接合剤１８は、バインダーがガラスの場合、透過窓１５と筐体１２とを接合させる際の工程が容易となるよう、透過窓１５よりも低融点であることが好ましい。また、バインダーが樹脂の場合、未硬化の接合剤１８を塗布し、加熱により硬化させて透過窓１５と筐体１２とを接合させる。

本実施形態に係る半導体発光装置によれば、発光素子１０から照射された紫外光は、透過窓１に到達した後、透過窓１５を透過して外部に照射される。また、接合剤１８に紫外光を可視光に変換する蛍光体を含んでいるので、発光素子１０から照射された紫外光のうち、透過窓１５を伝搬して側面方向に漏れる紫外光が、透過窓１５と筐体１２とを接合する接合剤１８において可視光に変換されて半導体発光装置の外部へ照射される。

このように、発光素子１０からの紫外光のうち漏れ出てしまう光、すなわち、もともと無駄になってしまっていた紫外光を利用して可視光に変換することで発光素子１０の発光の有無を確認するので、半導体発光装置の発光効率が向上する。また、接合剤１８が透過窓１５と筐体１２の縁部との間に設けられていることから、微弱発光であっても視認性が向上し、発光素子１０の発光の有無を確認する際に、半導体発光装置上面を覗き込む必要がない。

図３に示すように、このように構成された半導体発光装置を実装基板１００上にアレイ状に２次元配列して半導体発光装置ユニットとすることができる。この場合、接合剤１８により、各半導体発光装置の側面方向へ漏れる紫外光を低減させることができるので、隣接する半導体発光装置への紫外光の干渉が生じにくく、各半導体発光装置の点灯状態を個々に確認することができる。

このように構成された半導体発光装置は以下のように製造される。
図４に示すように、筐体１２の内部底面に形成された内部電極１３の所定の位置に、接合剤１４としての銀焼結ペーストを塗布する（図４（Ａ））。銀焼結ペーストの上に発光素子１０を載置し、加熱炉において、銀焼結ペーストを焼結させて発光素子１０の裏面に形成された電極と筐体１２の内部電極１３とを導通させる（図４（Ｂ））。

続いて、発光素子１０の表面電極と、筐体１２の内部電極１３とをボンディングワイヤ８を介して接続し、両者を導通させる（図４（Ｃ））。筐体１２の開口部の縁部全周に接合剤１８としてのガラスペースト（蛍光体入り）を塗布する（図４（Ｄ））。ガラスペースト上に、透過窓１５を載置し、ガラスペーストをレーザ加熱により溶融させて透過窓１５と筐体１２とを接合させる（図４（Ｅ））。

このように、接合剤１８に紫外光を可視光に変換する蛍光体が含まれているので、透過窓１５と筐体１２とを接合すると同時に蛍光体を設けたこととなり、半導体発光装置の製造工程において別途蛍光体を設ける工程を省くことができ工程数を低減させることができる。接合剤１８は、筐体１２の縁部に設けるのみであることから、筐体１２の凹部内にはみ出ることがなく、紫外光の発光効率を低下させることがない。

（変形例１）
上述した実施形態では、接合剤１８を透過窓１５の周縁部全周及び側面全周を覆うように設け、接合剤１８により透過窓１５の周縁部と筐体１２の縁部とを接合する例について説明した。この他、図５に示すように、透過窓１５の側面と筐体１２の縁部とを接合させるようにすることもできる。本変形例１によれば、発光素子１０からの紫外光のうち漏れ出てしまう光、すなわち、もともと無駄になってしまっていた紫外光を利用して可視光に変換することで発光素子１０の発光の有無を確認するので、半導体発光装置の発光効率が向上する。また、透過窓１５の側面から漏れ出る紫外光も接合剤１８により可視光に変換するので、半導体発光装置をアレイ状に配列して半導体発光ユニットとした場合に隣接する半導体発光装置への干渉を低減することができる。

（変形例２）
上記した実施形態及び変形例１では、接合剤１８を透過窓１５の側面全周を覆うように設けた例について説明した。本変形例２では、図６に示すように、接合剤１８を透過窓の側面全周に設けずに、接合剤１８を透過窓１５の周縁部と筐体１２の縁部とを接合する。このようにすることで、透過窓１５と筐体１２とが強固に接合される。本変形例２によれば、接合剤１８により発光素子１０からの紫外光のうち漏れ出てしまう光、すなわち、もともと無駄になってしまっていた紫外光を利用して可視光に変換することで発光素子１０の発光の有無を確認するので、半導体発光装置の発光効率が向上する。

（変形例３）
図７に示すように、透過窓１５と筐体１２とを接合させる接合剤１８として紫外線透過率が低いものを適用した場合には、透過窓１５の側面全周を覆うように設けると共に、透過窓１５の側面の一部に蛍光体２０を接合して、透過窓１５と蛍光体２０とが隣接するように設けることができる。このようにすることで、透過窓１５の側面から漏れ出る紫外光を可視光に変換し、発光素子１０の発光の有無を確認することができる。

上述した実施形態及びその変形例に係る半導体発光装置及び半導体発光ユニットは、殺菌装置の光源に適用することができる。

１０・・・発光素子、１１・・・開口部、１２・・・筐体、１３・・・内部電極、１４・・・接合剤、１５・・・透過窓、１８・・・接合剤

Claims (5)

1. 紫外光を発光する発光素子と、
   該発光素子を収容し、該発光素子から照射される紫外光を外部に照射する開口部を有する筐体と、
   該筐体の開口部を覆うように配置され、前記筐体内に収容された前記発光素子からの
   前記紫外光を透過させる透過窓と、
   前記紫外光を透過すると共に紫外光を可視光に変換する蛍光体を含み、前記筐体の縁部と前記透過窓の周縁部とを接合させる接合剤と、を備えた半導体発光装置。
2. 前記接合剤が、前記透過窓よりも低融点のガラスからなる請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記接合剤が、樹脂からなる請求項１記載の半導体発光装置。
4. 前記接合剤が、前記透過窓の側面全周を覆うように設けられている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の半導体発光装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の半導体発光装置を２次元配列させてアレイ状に形成した半導体発光ユニット。

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