JP6547661B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、封止ガラスによって発光素子が封止された発光装置に関する。特に、発光素子が実装される基板に特徴を有する。
青色ＬＥＤなどの発光素子をガラスで封止した発光装置が知られている（たとえば特許文献１〜３）。従来の樹脂封止に比べて、耐光性、耐熱性に優れ、ガスを透過しないなど、耐環境性に優れるという利点がある。
ガラス封止の発光装置では、発光素子を実装する基板として、セラミック基板が多く使用されている（特許文献１〜３）。また、ガラス粉末とセラミック粉末を混合して焼結したガラスセラミックを基板として用いることが特許文献２に記載され、ガラスからなる基板を用いることが特許文献２、３に記載されている。
しかし、セラミック基板を用いた場合、封止ガラスとセラミック基板の線膨張係数の違いにより、封止ガラスやセラミック基板にクラックが入ってしまうことがあり、信頼性に問題があった。また、特許文献２、３には、ガラス基板を用いる旨は記載されているものの、具体的にどのようなガラス材料を基板として用いるのかは不明である。
そこで本発明の目的は、ガラス封止の発光装置において、封止ガラスや基板にクラックが生じるのを抑制し、発光装置の信頼性を向上させることである。
本発明は、基板と、基板上に実装された発光素子と、基板上に設けられ発光素子を封止する封止ガラスと、によって構成された発光装置において、基板上に設けられ、発光素子と接続する回路フレームを有し、回路フレームの両端は、封止ガラスの端部から外部へと突出していて、基板および封止ガラスは細長い半円柱状であり、発光装置全体として細長い円柱状であり、発光素子は、基板の長方形状の平坦面上に回路フレームを介して実装されていて、基板はガラスからなり、基板の線膨張係数は、封止ガラスの線膨張係数の０．９倍以上１．１倍以下である、ことを特徴とする発光装置である。
発光素子と外部との電気的接続は、たとえば以下の構成とすることで行う。基板は平板状であり、基板の発光素子実装側の面に設けられ、発光素子と接続する配線パターンと、基板を貫通し、配線パターンと接続するビアと、基板の発光素子実装側とは反対側の面に設けられ、ビアを介して配線パターンと接続する裏面電極パターンと、をさらに有した構成である。この場合、基板の軟化点を封止ガラスの軟化点よりも高くすることで、精度よくガラス封止することができる。また、基板の軟化点を６００℃よりも高くし、封止ガラスの軟化点を２００〜５００℃とすれば、より容易にガラス封止することができる。
また、発光素子と外部との電気的接続は、以下の構成とすることもできる。基板上に設けられ、発光素子と接続する回路フレームを有し、回路フレームの両端は、封止ガラスの端部から外部へと突出している構成である。この場合、基板に配線パターンなどを形成しなくともよいため、基板の形状を種々の形状にすることができる。たとえば、基板および封止ガラスは半球状であり、発光装置全体として球体状であり、発光素子は、基板の円形の平坦面上に回路フレームを介して実装された構成とすることができる。また、基板および封止ガラスは細長い半円柱状であり、発光装置全体として細長い円柱状であり、発光素子は、基板の長方形状の平坦面上に回路フレームを介して実装された構成とすることができる。回路フレームを用いる場合、基板と封止ガラスを同一材料とすることで、さらに製造工程を簡略化できる。
本発明の発光装置によれば、発光素子を実装する基板としてガラスからなる基板を用い、基板の線膨張係数が封止ガラスの線膨張係数の０．９倍から１．１倍に設定されているため、封止ガラスやガラス基板にクラックが生じるのを抑制することができ、発光装置の信頼性を向上させることができる。また、基板と封止部材の双方がガラスであるため、熱や光などによる劣化がなく、信頼性が高い。また、全方位に光を放射する発光装置を実現することができる。
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図１は、実施例１の発光装置の構成を示した図であり、図１（ａ）は全体を上方から俯瞰した斜視図、図１（ｂ）は断面図である。実施例１の発光装置は、図１のように、基板１０と、基板１０上に実装されたＬＥＤ１１と、基板１０上に設けられＬＥＤ１１を封止する封止ガラス１２と、によって構成されており、全体として立方体状である。この実施例１の発光装置は、全方位に白色光を放射する発光装置である。
（基板１０の構成）
基板１０は、ガラスからなる正方形の平板である。基板１０の正方形の一辺の長さや厚さは任意でよいが、放熱性や物理的強度などを考えて一辺の長さを５００〜２０００μｍ、厚さ５０〜２００μｍとすることが好ましい。
基板１０は、ガラスからなる正方形の平板である。基板１０の正方形の一辺の長さや厚さは任意でよいが、放熱性や物理的強度などを考えて一辺の長さを５００〜２０００μｍ、厚さ５０〜２００μｍとすることが好ましい。
基板１０の表面（ＬＥＤ１１実装側の面）には、ＬＥＤ１１の電極と接続される配線パターン１３が設けられている。配線パターン１３は、たとえば、基板１０側から順に、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕが積層されたものである。配線パターン１３は、ＬＥＤ１１のｐ電極と接続するｐ側のパターンと、ＬＥＤ１１のｎ電極と接続するｎ側のパターンとで構成されている。基板１０表面の配線パターン１３が設けられていない領域に蛍光体を塗布してもよい。これにより、基板１０裏面側から取り出す光の発光色を制御できる。また、実施例１の発光装置は基板１０裏面からも光を取り出す構造であるが、上方にのみ光を取り出したい場合など、配光性を制御したい場合には、基板１０表面の配線パターン１３が設けられていない領域に、二酸化チタンなどの白色顔料を塗布して反射させてもよい。あるいは、Ａｌ、Ａｇなどの高反射金属をめっきなどにより形成して反射させてもよい。
基板１０の裏面（ＬＥＤ１１実装側とは反対側の面）には、裏面電極パターン１４が設けられている。裏面電極パターン１４は、配線パターン１３と同様の材料によって構成されるが、異なる導電性材料によって構成してもよい。基板１０裏面の裏面電極パターン１４が設けられていない領域に、蛍光体を塗布してもよい。また、実施例１の発光装置は基板１０裏面からも光を取り出す構造であるが、上方にのみ光を取り出したい場合など、配光性を制御したい場合には、基板１０表面の配線パターン１３が設けられていない領域に、二酸化チタンなどの白色顔料を塗布して反射させてもよい。あるいは、Ａｌ、Ａｇなどの高反射金属をめっきなどにより形成して反射させてもよい。
また、基板１０には円柱状のビア１５が設けられている。ビア１５は、基板１０を厚さ方向に貫通する貫通孔に導電性材料を埋め込んだ構造である。このビア１５によって、基板１０表面側の配線パターン１３と、裏面側の裏面電極パターン１４とが電気的に接続されている。
配線パターン１３、裏面電極パターン１４は、蒸着、スクリーン印刷、めっきなどの方法によって形成することができる。また、ビア１５の貫通孔は、レーザー加工などによって形成することができる。また、貫通孔を導電性材料で埋めてビア１５を形成する方法としては、めっきなどを用いることができる。
配線パターン１３の面積は、基板１０表面の面積の５０％以下とすることが望ましい。基板１０と封止ガラス１２とが接する面積を広く取り、基板１０と封止ガラス１２との密着性を高めるためである。また、配線パターン１３の面積が広いと、基板１０または封止ガラス１２と配線パターン１３との密着性などに問題が生じる可能性がある。より望ましくは基板１０表面の面積の４０％以下、さらに望ましくは３０％以下である。また、配線パターン１３の面積の下限は特になく、ＬＥＤ１１と基板１０裏面の裏面電極パターン１４との間の導通が十分に取れる範囲であればよい。
また、裏面電極パターン１４の面積は、基板１０裏面側からの光取り出しを向上させるために、基板１０裏面の面積の５０％以下とするのがよい。より望ましくは基板１０裏面の面積の３０％以下、さらに望ましくは２０％以下である。また、裏面電極パターン１４の面積の下限は特になく、裏面電極パターン１４と外部との間の導通が十分に取れる範囲であればよい。ただし、裏面電極パターン１４を介して放熱することを考慮すれば、裏面電極パターン１４の面積は、基板１０裏面の面積の１０％以上とすることが望ましい。また、基板１０裏面には、裏面電極パターン１４とは別に、放熱性を高めるための放熱板を設けてもよい。
基板１０に用いるガラス材料は、酸化亜鉛系ガラス、リン酸系ガラス、ホウ酸系ガラス、フッ素系ガラス、Ｂｉ2 Ｏ3 系ガラス、Ｎｂ2 Ｏ5 系ガラス、ＧｅＯ2 系ガラス、Ｇａ2 Ｏ3 系ガラス、Ｙ2 Ｏ3 系ガラス、Ｌａ2 Ｏ3 系ガラス、Ｇｄ2 Ｏ3 系ガラス、Ｔａ2 Ｏ5 系ガラスなどを用いることができる。高屈折率化のためにＮｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などを含んでいてもよく、低融点化のためにＮａ2 Ｏ、Ｌｉ2 Ｏなどを含んでいてもよい。
基板１０の線膨張係数は、封止ガラス１２の線膨張係数の０．９倍から１．１倍となるように設定されている。これにより、線膨張係数差に起因して基板１０あるいは封止ガラス１２にクラックが生じてしまうのを抑制することができる。より望ましくは、封止ガラス１２の線膨張係数の０．９３倍以上１．０７倍以下であり、さらに望ましくは０．９５倍以上１．０５倍以下である。基板１０の線膨張係数の調整は、母材となるガラス材料の適切に選定するか、あるいは、ガラスに熱膨張抑制剤を混合することで行うことができる。また、基板１０の線膨張係数の具体的な値については、ＬＥＤ１１の線膨張係数との関係から、４．５ｐｐｍ／℃以上５．５ｐｐｍ／℃以下が望ましく、４．６５ｐｐｍ／℃以上５．３５ｐｐｍ／℃以下がより望ましく、４．７５ｐｐｍ／℃以上５．２５ｐｐｍ／℃以下がさらに望ましい。
基板１０の軟化点は、封止ガラス１２の軟化点よりも高く設定されている。ここで軟化点は、ガラスが軟化して変形し始める温度であり、ＪＩＳ Ｒ ３１０３−１：２００１に規定される方法に基づき測定される値である。基板１０の軟化点を封止ガラス１２の軟化点よりも高くし、封止温度を基板１０の軟化点よりも低い温度とすることにより、封止ガラス１２によるＬＥＤ１１の封止時に、基板１０が軟化しないようにでき、基板１０の変形や配線パターン１３および裏面電極パターン１４の位置ずれ、歪みなどを防止することができ、精度よくＬＥＤ１１を封止ガラス１２によって封止することができる。封止ガラス１２と同一の母材を用い、混合物の混合量によって基板１０の軟化点を調整してもよい。
基板１０の軟化点は、封止ガラス１２の軟化点よりも１００℃以上高いことが望ましい。軟化点の差を大きくすることで封止温度をより高くすることができ、封止ガラス１２がより軟化した状態で封止することができるので、容易にガラス封止を行うことができる。さらに望ましくは１５０℃以上である。封止温度は、ＬＥＤ１１の熱による劣化を防止する点から６００℃以下であることが望ましいため、基板１０の軟化点は６００℃より高いことが望ましく、より望ましくは６５０℃以上、さらに望ましくは７００℃以上である。
基板１０には、封止ガラス１２と同一の黄色蛍光体が混合されている。これにより、ＬＥＤ１１から基板１０裏面側に放射される青色光の一部を基板１０において黄色光に変換し、青色光と黄色光の混色によって白色光を放射するようにしている。つまり、実施例１の発光装置では、基板１０裏面側からも白色光が放射される。これにより全方位に同一の発光色を放射する発光装置を実現している。なお、実施例１では黄色蛍光体を用いているが、ＬＥＤ１１の発光色、発光装置全体としての発光色、色温度などに応じて種々の蛍光体を基板１０に混合することができる。もちろん、基板１０に蛍光体を混合せずに透明のままとして、ＬＥＤ１１の光をそのまま取り出す構造としてもよい。また、基板１０は透明なままとし、基板１０の表面または裏面に塗布した蛍光体によって基板１０裏面側に放射される光の発光色を制御してもよい。
基板１０には、拡散剤、着色剤、熱膨張抑制剤、などを混合することができる。基板１０に拡散剤を混合することで発光装置の指向性を調整することができる。また、基板１０に着色剤を混合することで、発光装置の外観色を調整することができ、意匠性などを向上できる。基板１０に熱伝導率の高い材料からなる熱伝導性フィラーを混合してもよい。基板１０の熱伝導率を高めることで、放熱性を向上させることができ、発光装置の熱による劣化をより抑制することができる。また、これらの粒子を基板１０中に均一に分散させるための分散剤を混合してもよい。
（ＬＥＤ１１の構成）
ＬＥＤ１１は、III 族窒化物半導体からなるフリップチップ型の発光素子であり、平面視において正方形である。発光波長は４５０ｎｍの青色光であり、線膨張係数（ＬＥＤ１１全体としての平均）は、５ｐｐｍ／℃である。ＬＥＤ１１は、基板１０上にフリップチップ実装されており、図示しないパンプを介してＬＥＤ１１の電極と、基板１０上の配線パターン１３とが接続されている。ＬＥＤ１１の素子構造は、従来用いられている任意の構造を採用することができる。
ＬＥＤ１１は、III 族窒化物半導体からなるフリップチップ型の発光素子であり、平面視において正方形である。発光波長は４５０ｎｍの青色光であり、線膨張係数（ＬＥＤ１１全体としての平均）は、５ｐｐｍ／℃である。ＬＥＤ１１は、基板１０上にフリップチップ実装されており、図示しないパンプを介してＬＥＤ１１の電極と、基板１０上の配線パターン１３とが接続されている。ＬＥＤ１１の素子構造は、従来用いられている任意の構造を採用することができる。
なお、実施例１の発光装置は、１つのＬＥＤ１１を基板１０上に実装するものであるが、複数のＬＥＤ１１を実装するものであってもよい。
また、ＬＥＤ１１と基板１０との隙間を埋めるアンダーフィルを設け、封止ガラス１２による封止時に隙間が生じないようにしてもよい。ＬＥＤ１１と基板１０の接続が破断してしまうのを抑制することができ、熱による劣化を抑制することができる。アンダーフィルの材料にはゾルゲルガラスを用いることができる。アンダーフィルとして用いるゾルゲルガラスの線膨張係数は、封止ガラス１２の線膨張係数の０．９倍から１．１倍であるとよい。熱による劣化をより抑制することができる。
（封止ガラス１２の構成）
封止ガラス１２は、基板１０上に設けられ、ＬＥＤ１１を覆って封止している。封止ガラス１２の形状は直方体状であり、側面は基板１０と揃えられており、基板１０と封止ガラス１２とを合わせて立方体状となっている。
封止ガラス１２は、基板１０上に設けられ、ＬＥＤ１１を覆って封止している。封止ガラス１２の形状は直方体状であり、側面は基板１０と揃えられており、基板１０と封止ガラス１２とを合わせて立方体状となっている。
封止ガラス１２の材料は、ＺｎＯ系ガラス、リン酸系ガラス、フッ素系ガラス、Ｂｉ2 Ｏ3 系ガラス、Ｎｂ2 Ｏ5 系ガラス、ＧｅＯ2 系ガラス、Ｇａ2 Ｏ3 系ガラス、Ｙ2 Ｏ3 系ガラス、Ｌａ2 Ｏ3 系ガラス、Ｇｄ2 Ｏ3 系ガラス、Ｔａ2 Ｏ5 系ガラスなどを用いることができる。高屈折率化のためにＮｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などを含んでいてもよく、低融点化のためにＮａ2 Ｏ、Ｌｉ2 Ｏなどを含んでいてもよい。
封止ガラス１２の線膨張係数は、ＬＥＤ１１の線膨張係数になるべく近いことが望ましい。たとえば、封止ガラス１２の線膨張係数は、ＬＥＤ１１の線膨張係数の０．９倍以上１．１倍以下であることが望ましい。熱膨張率差に起因する封止ガラス１２のクラックなどの損傷が生じることが低減されるため、温度変化により強い発光装置を実現することができる。より望ましくは、ＬＥＤ１１の線膨張係数の０．９３倍以上１．０７倍以下であり、さらに望ましくは０．９５倍以上１．０５倍以下である。III 族窒化物半導体からなるＬＥＤ１１の線膨張係数は、およそ５ｐｐｍ／℃であるため、封止ガラス１２の線膨張係数は４．５ｐｐｍ／℃以上５．５ｐｐｍ／℃以下が望ましく、４．６５ｐｐｍ／℃以上５．３５ｐｐｍ／℃以下がより望ましく、４．７５ｐｐｍ／℃以上５．２５ｐｐｍ／℃以下がさらに望ましい。
封止ガラス１２の軟化点は、封止温度よりも低い温度に設定されている。また、封止ガラス１２の融点は、封止温度よりも高い温度に設定されている。封止ガラス１２の軟化点、および融点がこのように設定されていることにより、封止ガラス１２によってＬＥＤ１１を精度よく封止することができる。封止温度は、ＬＥＤ１１の熱による劣化を防止する点から６００℃以下であることが望ましいため、封止ガラス１２の軟化点は、２００〜５００℃とすることが望ましい。より望ましくは２５０〜４５０℃である。また、封止ガラス１２の融点は、５００℃以上とすることが望ましい。
封止ガラス１２には、黄色蛍光体が混合されている。これにより、ＬＥＤ１１から上方（基板１０側とは反対側の方向）に放射される青色光の一部を封止ガラス１２において黄色光に変換し、青色光と黄色光の混色によって白色光を放射するようにしている。実施例１の発光装置では、ＬＥＤ１１の上方、基板１０裏面側の双方から白色光が放射され、全方位に白色光が放射される。なお、実施例１では黄色蛍光体を用いているが、ＬＥＤ１１の発光色、発光装置全体としての発光色、色温度などに応じて種々の蛍光体を封止ガラス１２に混合することができる。もちろん、封止ガラス１２に蛍光体を混合せずに透明のままとして、ＬＥＤ１１の光をそのまま取り出す構造としてもよい。また、封止ガラス１２は透明なままとし、封止ガラス１２表面に塗布した蛍光体によって、ＬＥＤ上方に放射される光の発光色を制御してもよい。
封止ガラス１２には、基板１０と同様に、拡散剤、着色剤、熱膨張抑制剤、熱伝動性フィラー、分散剤などを混合することができる。これらの混合によって、封止ガラス１２と基板１０の特性（温度特性、物理的特性、化学的特性など）をおおよそ一致させることができ、耐環境性に優れた発光装置を実現することができる。全方位に同一の発光色の光（たとえば全方位に同一の色温度の白色光）を放射する発光装置を実現することができる。
（発光装置の製造工程）
次に、実施例１の発光装置の製造工程について、図２を参照に説明する。
次に、実施例１の発光装置の製造工程について、図２を参照に説明する。
まず、ガラス成分の粉末を加熱して溶融、撹拌し、その後冷却して固化した後、所定の厚さの板状にスライスすることで基板１０の材料であるガラス板を作製する。そして、そのガラス板の所定位置に、レーザー加工、ウェットエッチングなどによって孔を形成する。その孔をめっきなどの方法によって導電性材料で埋めてビア１５を形成する。次に、ガラス板の表面、裏面それぞれに、蒸着、スクリーン印刷、めっきなどの方法によって導電性材料を所定のパターンに形成し、配線パターン１３、裏面電極パターン１４を形成する。これにより、基板１０を作製する（図２（ａ））。
次に、基板１０上にＬＥＤ１１をフリップチップ実装する（図２（ｂ））。すなわち、ＬＥＤ１１の電極にバンプを形成し、ＬＥＤ１１の電極側を基板１０側に向けて基板１０の配線パターン１３の所定位置とＬＥＤ１１のバンプとの位置を合わせ、超音波による振動によってバンプを溶融させることで、ＬＥＤ１１の電極と基板１０上の配線パターン１３とを接続する。
次に、基板１０を加熱器によって予備加熱する。雰囲気は窒素などの不活性雰囲気、圧力は常圧である。温度は封止ガラス１２の軟化点よりも低い温度であればよいが、なるべく封止温度（封止時の封止ガラス１２の温度）に近いことが望ましく、封止温度と同一温度まで加熱するのがよい。基板１０を予備加熱することにより、後の封止ガラス１２との密着性を高めている。なお、封止ガラス１２との密着性を十分に確保できるのであれば、この予備加熱は省略してもよい。
また、封止ガラス１２を用意し、加熱器によって予備加熱する。また、雰囲気は窒素などの不活性雰囲気、圧力は常圧である。封止ガラス１２は、ガラス成分の粉末を加熱して溶融、撹拌し、その後冷却して固化した後、所定の厚さの板状にスライスすることで作製する。封止ガラス１２のＬＥＤ１１に対応する箇所にあらかじめ凹部を設けておき、ＬＥＤ１１の封止が容易となるようにしてもよい。
予備加熱によって封止ガラス１２を封止温度まで上昇させ、封止ガラス１２が軟化したら、基板１０と封止ガラス１２を張り合わせ、基板１０と封止ガラス１２を密着させる。これにより基板１０と封止ガラス１２とを接合するとともに、基板１０上のＬＥＤ１１を封止ガラス１２によって封止する（図２（ｃ））。なお、実施例１の発光装置では、封止ガラス１２の上面は平坦としているが、上記封止時にプレス型を用いることで、封止ガラス１２の上面をレンズ状などに成形することもできる。
封止温度は、封止ガラス１２の軟化点以上であればよいが、ＬＥＤ１１の熱による劣化の抑止の観点から６００℃以下とすることが望ましい。より望ましい封止温度は３００〜５５０℃であり、さらに望ましくは３５０〜５００℃である。
また、封止時の雰囲気の圧力は３８０ｔｏｒｒ以下とするのがよく、７６ｔｏｒｒ以下とするのが望ましい。ガラス中の気泡残留を防止するためである。また、封止時において封止ガラス１２の温度と基板１０の温度は異なっていてもよいが、同一温度とすることが望ましい。その後の冷却時に線膨張係数差に起因するクラックが生じるのを抑制するためである。
なお、不活性ガスに酸素を混合した雰囲気で封止を行ってもよい。封止ガラス１２が還元作用によって着色してしまうのを防止することができるからである。不活性ガス中の酸素の体積％は２０％以下が望ましく、５％以下がさらに望ましい。
その後、加熱器による加熱を停止し、常温まで自然冷却する。以上により、実施例１の発光装置が製造される。
（実施例１の発光装置の効果）
実施例１の発光装置によれば、以下のような効果が得られる。実施例１の発光装置は、ＬＥＤ１１を封止する封止ガラス１２、ＬＥＤ１１を実装する基板１０の双方がガラスで構成されているため、熱や光などによる劣化がなく、信頼性が高い。また、基板１０の線膨張係数が、封止ガラス１２の線膨張係数の０．９倍以上１．１倍以下となるように設定されているため、線膨張係数差に起因して封止ガラス１２や基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。また、基板１０の転移点を封止ガラス１２の転移点よりも高い温度としているため、封止時において基板１０は軟化しておらず、封止ガラス１２のみが軟化しており、ＬＥＤ１１の封止ガラス１２による封止を精度よく行うことができる。また、基板１０がガラスであるため、基板１０裏面側からも光を取り出すことができ、全方位に光を放射する発光装置を実現することができる。
実施例１の発光装置によれば、以下のような効果が得られる。実施例１の発光装置は、ＬＥＤ１１を封止する封止ガラス１２、ＬＥＤ１１を実装する基板１０の双方がガラスで構成されているため、熱や光などによる劣化がなく、信頼性が高い。また、基板１０の線膨張係数が、封止ガラス１２の線膨張係数の０．９倍以上１．１倍以下となるように設定されているため、線膨張係数差に起因して封止ガラス１２や基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。また、基板１０の転移点を封止ガラス１２の転移点よりも高い温度としているため、封止時において基板１０は軟化しておらず、封止ガラス１２のみが軟化しており、ＬＥＤ１１の封止ガラス１２による封止を精度よく行うことができる。また、基板１０がガラスであるため、基板１０裏面側からも光を取り出すことができ、全方位に光を放射する発光装置を実現することができる。
図３は、実施例２の発光装置の構成を示した図である。図３（ａ）は実施例２の発光装置を斜めから俯瞰した図であり、図３（ｂ）は実施例２の発光装置の平面図である。実施例２の発光装置は、図３のように、基板２０と、複数のＬＥＤ１１と、回路フレーム２３と、封止ガラス２２と、によって構成されており、全体として円盤状である。なお、図３（ｂ）において封止ガラス２２の図示を省略している。
基板２０は、基板１０を同一のガラス材料からなる円形の平板（円盤状）である。基板２０上には、回路フレーム２３が設けられている。回路フレーム２３は、複数のＬＥＤ１１を直列に接続する線状の金属板である。回路フレーム２３の両端２３ａ、ｂは、基板２０の端部から外部へとそれぞれ突き出している。封止ガラス２２は、基板２０と同一半径の円盤状である。封止ガラス２２は、側面を基板２０と揃えた状態で基板２０上に設けられ、複数のＬＥＤ１１と回路フレーム２３の一部を封止している。封止ガラス２２の材料は封止ガラス１２と同様である。
このように、実施例２の発光装置は、配線パターン１３や裏面電極パターン１４を形成した基板１０に替えて、回路フレーム２３を用いて回路パターンを構成している点に大きな差異がある。回路フレーム２３を用いることにより、基板２０の形状として種々のものを用いることができるようになる。また、基板２０に配線パターンなどを形成するための加工をする必要がないため、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、実施例２の発光装置は、実施例１の発光装置と同様の効果を得られる。すなわち、熱や光などによる劣化がなく、信頼性が高い。また、封止ガラス２２や基板２０にクラックが生じるのを防止することができる。また、ＬＥＤ１１の封止ガラス２２による封止を精度よく行うことができる。また、全方位に光を放射する発光装置を実現することができる。
次に、実施例２の発光装置の製造工程について説明する。まず、円盤状の基板２０を用意し、基板２０を予備加熱する。この予備加熱の条件は実施例１における基板１０の予備加熱と同様の条件で行う。実施例１と同様の理由により基板２０の予備加熱は省略してもよい。
なお、基板２０を軟化点よりも高い温度まで上昇させて軟化させ、回路フレーム２３を基板２０に押圧するなどして、基板２０上に回路フレーム２３を圧着、固定してもよい。基板２０上に回路フレーム２３が固定されるため、回路フレーム２３の位置ずれを防止することができ、より精度よくＬＥＤ１１の封止をすることができる。
また、円盤状の封止ガラス２２を用意し、加熱器によって予備加熱する。予備加熱の条件は実施例１における封止ガラス１２の予備加熱と同様の条件で行う。封止ガラス２２のＬＥＤ１１に対応する箇所にあらかじめ凹部を設けておき、ＬＥＤ１１の封止が容易となるようにしてもよい。
予備加熱によって封止ガラス２２を封止温度まで上昇させ、封止ガラス２２が軟化したら、基板２０上に複数のＬＥＤ１１が接続された回路フレーム２３を載置する。このとき、回路フレーム２３の両端２３ａ、ｂは基板２０からはみ出した状態とする。そして、基板２０と封止ガラス２２を側面が揃うように張り合わせ、基板２０と封止ガラス２２を密着させる。これにより基板２０と封止ガラス２２とを接合するとともに、基板２０上のＬＥＤ１１を封止ガラス２２によって封止する。封止時の温度、雰囲気、圧力などの条件は、実施例１における封止時の条件と同様である。
なお、回路フレーム２３の両端２３ａ、ｂが封止ガラス２２側面から外部へと突出する構造であるため、この側面において回路フレーム２３と封止ガラス２２および基板２０との間に隙間が生じないように十分に密着させる必要がある。そこで、上記の封止工程の後、あるいは上記封止工程とともに、回路フレーム２３をピンチシールにより封止してもよい。つまり、封止ガラス２２のうち、回路フレーム２３が外部へと突出する領域近傍を加熱して溶融させ、加圧して変形させることにより、回路フレーム２３と封止ガラス２２および基板２０とを端部において十分に密着させる。
その後、加熱器による加熱を停止し、常温まで自然冷却する。以上により、実施例２の発光装置が製造される。
図４は、実施例３の発光装置の構成を示した図である。図４（ａ）は実施例３の発光装置を斜めから俯瞰した図であり、図４（ｂ）は実施例２の発光装置の平面図である。実施例３の発光装置は、図４のように、基板３０と、１つのＬＥＤ１１と、回路フレーム３３と、封止ガラス３２と、によって構成されており、全体として球体状である。なお、図４（ｂ）において封止ガラス３２の図示を省略している。
基板３０は、図４のように半球状であり、基板１０と同一のガラス材料からなる。基板３０の円形の平坦面上には、回路フレーム３３が設けられている。回路フレーム３３は、１つのＬＥＤ１１に接続する線状の金属板である。回路フレーム３３の両端３３ａ、ｂは、基板３０の端部から外部へとそれぞれ突き出している。封止ガラス３２は、基板３０と同一形状の半球状である。封止ガラス３２は、その円形の平面を基板２０の円形の平面と一致させた状態に設けられ、ＬＥＤ１１と回路フレーム３３の一部を封止している。封止ガラス３２の材料は封止ガラス１２と同様である。
実施例３の発光装置では、基板３０とは別に回路フレーム３３を設けており、実施例１の基板１０のように配線パターン１３や裏面電極パターン１４を形成していない。そのため、基板３０の予備加熱あるいは封止時に、基板３０をプレス型などを用いて半球状に成形してもよい。その場合、基板３０の材料として、基板１０と同一の材料に替えて、軟化点が封止温度よりも低い材料を用いればよい。封止時に基板３０と封止ガラス３２の双方を成形することで、製造工程をより簡略化することができる。またこの場合、基板３０と封止ガラス３２を同一材料として、軟化点を同一としてもよく、より製造工程を簡略化できる。
この実施例３の発光装置は全体として球体であるため、レンズの効果で特定の方向に放射光を集中させることができる。また、実施例１の発光装置と同様の効果を得ることができる。
図５は、実施例４の発光装置の構成を示した図である。図４（ａ）は実施例３の発光装置を斜めから俯瞰した図であり、図４（ｂ）は実施例２の発光装置の平面図である。実施例４の発光装置は、図５のように、基板４０と、複数のＬＥＤ１１と、回路フレーム４３と、封止ガラス４２と、によって構成されており、全体として両端が半球状に丸まった細長い円柱状である。たとえば円柱の長さが円柱の直径の５倍以上である。
基板４０は、図４のように、両端が半球状に丸まった細長い円柱状の物体を中心軸に平行な面で半分にした半円柱状の形状である。基板４０は基板１０と同一の材料からなる。基板４０の長方形状の平坦面上には、回路フレーム４３が設けられている。回路フレーム４３は、複数のＬＥＤ２１を直列に接続する直線状の金属板であり、基板４０の長軸方向に沿って配置されている。回路フレーム４３の一端４３ａは、基板４０の一方の端部側から外部へと突出し、回路フレーム４３の他方の一端４３ｂは、基板４０の他方の端部側から外部へと突出している。封止ガラス４２は、基板４０と同一形状であり、封止ガラス１２と同一材料からなる。封止ガラス４２は、その平坦面が基板４０の平坦面と一致するように配置され、複数のＬＥＤ１１と回路フレーム４３の一部を封止している。
実施例４の発光装置では、実施例３の発光装置と同様に、基板４０の材料として、基板１０と同一の材料に替えて、軟化点が封止温度よりも低い材料を用いることで、基板４０の予備加熱あるいは封止時に、基板４０をプレス型などを用いて成形してもよい。製造工程をより簡略化することができる。またこの場合、基板４０と封止ガラス４２を同一材料として、軟化点を同一としてもよく、より製造工程を簡略化できる。
この実施例４の発光装置は、全体として細長い円柱状であり、全方位に光を放射させることができるので、照明装置におけるフィラメント状の光源として適している。また、実施例４の発光装置は、実施例１の発光装置と同様の効果を得ることができる。
（変形例）
実施例では発光素子としてIII 族窒化物半導体からなる青色発光の素子を用いているが、発光素子の材料はIII 族窒化物半導体に限るものではなく、発光色も青色に限るものではない。たとえば、III 族窒化物半導体からなる紫外発光の素子を用いてもよい。また、実施例では発光素子としてフリップチップ型を用い、基板１０にフリップチップ実装するものとしたが、フェイスアップ型や縦型の発光素子を用いることも可能である。
実施例では発光素子としてIII 族窒化物半導体からなる青色発光の素子を用いているが、発光素子の材料はIII 族窒化物半導体に限るものではなく、発光色も青色に限るものではない。たとえば、III 族窒化物半導体からなる紫外発光の素子を用いてもよい。また、実施例では発光素子としてフリップチップ型を用い、基板１０にフリップチップ実装するものとしたが、フェイスアップ型や縦型の発光素子を用いることも可能である。
基板や封止ガラスの形状、発光装置全体としての形状は実施例に示したものに限らず、任意の形状とすることが可能である。特に、実施例２〜４のように回路フレームを用いることで、容易に任意の形状の発光装置を実現することができる。たとえば、基板裏面や封止ガラス表面に所望の形状の凹凸を設け、意匠性を向上させたり、配光性を制御したりすることもできる。また、基板裏面や封止ガラス表面に周期的な凹凸を設けて光取り出し効率の向上を図ることもできる。
本発明の発光装置は、照明装置や表示装置などの光源として利用することができる。
１０、２０、３０、４０：基板
１１、２１、３１、４１：ＬＥＤ
１２、２２、３２、４２：封止ガラス
１３：配線パターン
１４：裏面電極パターン
２３、３３、４３：回路フレーム
１１、２１、３１、４１：ＬＥＤ
１２、２２、３２、４２：封止ガラス
１３：配線パターン
１４：裏面電極パターン
２３、３３、４３：回路フレーム
Claims (3)
- 基板と、基板上に実装された発光素子と、基板上に設けられ前記発光素子を封止する封止ガラスと、によって構成された発光装置において、
前記基板上に設けられ、前記発光素子と接続する回路フレームを有し、
前記回路フレームの両端は、前記封止ガラスの端部から外部へと突出していて、
前記基板および前記封止ガラスは細長い半円柱状であり、前記発光装置全体として細長い円柱状であり、前記発光素子は、前記基板の長方形状の平坦面上に前記回路フレームを介して実装されていて、
前記基板はガラスからなり、前記基板の線膨張係数は、前記封止ガラスの線膨張係数の０．９倍以上１．１倍以下である、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記基板の軟化点は、６００℃よりも高く、前記封止ガラスの軟化点は２００〜５００℃である、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記基板と前記封止ガラスは同一材料である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
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