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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-207956(P2019-207956A)
(43)【公開日】2019年12月5日
(54)【発明の名称】発光装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 33/58 20100101AFI20191108BHJP
【FI】
   H01L33/58
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2018-102838(P2018-102838)
(22)【出願日】2018年5月29日
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002527
【氏名又は名称】特許業務法人北斗特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高野 隆好
【テーマコード(参考)】
5F142
【Fターム(参考)】
5F142AA67
5F142AA76
5F142BA32
5F142CA11
5F142CB03
5F142CD02
5F142CD18
5F142CD44
5F142CD47
5F142CE03
5F142CE14
5F142DB03
5F142DB12
5F142GA31
(57)【要約】
【課題】紫外線の配光をレンズにより制御できかつ信頼性の向上を図ることが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置1は、実装基板2と、発光素子3と、スペーサ4と、カバー5と、レンズ10と、を備える。発光素子3は、実装基板2上に配置されている。スペーサ4は、枠状であり、実装基板2上に配置され発光素子3を囲んでいる。カバー5は、発光素子3を覆うようにスペーサ4上に配置されている。カバー5は、発光素子3から放射される紫外線を透過する。レンズ10は、発光素子3とカバー5との間に配置されている。実装基板2の厚さ方向D1においてレンズ10が空間S1のみを介して発光素子3と対向している。スペーサ4は、厚さ方向D1及び厚さ方向D1に直交する平面内におけるレンズ10の位置決めを行う位置決め構造11を有する。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
実装基板と、
前記実装基板上に配置されており、紫外線を放射する発光素子と、
前記実装基板上に配置され前記発光素子を囲んでいる枠状のスペーサと、
前記発光素子を覆うように前記スペーサ上に配置されており、前記発光素子から放射される紫外線を透過するカバーと、
前記発光素子と前記カバーとの間に配置されているレンズと、を備え、
前記実装基板の厚さ方向において前記レンズが空間のみを介して前記発光素子と対向しており、
前記スペーサは、前記厚さ方向及び前記厚さ方向に直交する平面内における前記レンズの位置決めを行う位置決め構造を有する、
発光装置。
【請求項2】
前記スペーサは、
前記厚さ方向において前記カバーに対向する第1面と、
前記厚さ方向において前記実装基板に対向する第2面と、
前記第1面の内周と前記第2面の内周とをつないでいる内周面と、
前記第1面の外周と前記第2面の外周とをつないでいる外周面と、を有し、
前記内周面は、前記第2面とのなす内角が鋭角である傾斜面を含み、
前記傾斜面が、前記位置決め構造を兼ねている、
請求項1に記載の発光装置。
【請求項3】
前記スペーサは、
前記実装基板上に配置されている枠状の第1部材と、
前記第1部材上に配置されている枠状の第2部材と、を含み、
前記第1部材と前記第2部材とで前記位置決め構造を構成しており、
前記レンズは、前記スペーサのみで保持されている、
請求項1に記載の発光装置。
【請求項4】
前記第1部材は、
前記実装基板上に配置されており、前記厚さ方向からの平面視で一部が前記レンズに重なる第1部分と、
前記厚さ方向において前記第1部分よりも前記実装基板から離れており、前記厚さ方向からの平面視で前記レンズに重ならない第2部分と、を有し、
前記第2部材は、前記厚さ方向からの平面視で一部が前記レンズに重なっており、
前記位置決め構造は、前記第1部材の第1部分と前記第2部材とで前記レンズを位置決めしている、
請求項3に記載の発光装置。
【請求項5】
前記カバーは、前記厚さ方向において前記レンズから離れている、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項6】
前記発光素子は、UV−C又はUV−Bの波長域の紫外線を放射する紫外線LEDチップである、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項7】
前記カバーは、硼珪酸ガラスであり、
前記スペーサは、シリコンである、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に発光装置に関し、より詳細には、紫外線を放射する発光素子を備える発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、実装基板と、紫外線発光素子と、スペーサと、カバーと、を備える発光装置が提案されている(特許文献1)。紫外線発光素子は、実装基板に実装されている。スペーサは、実装基板上に配置されている。スペーサは、紫外線発光素子を露出させる貫通孔が形成されている。カバーは、スペーサの貫通孔を塞ぐようにスペーサ上に配置されている。
【0003】
発光装置は、実装基板とスペーサとカバーとで、紫外線発光素子を収納するパッケージを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2016−127249号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
紫外線発光素子を備える発光装置において、紫外線発光素子から放射される紫外線の配光をパッケージ内に配置したレンズにより制御することが望まれる場合がある。しかしながら、紫外線発光素子を備える発光装置では、レンズが他の部材に接着剤により固定されている場合、レンズと他の部材とを接着している接着部が、紫外線発光素子から放射される紫外線により経時劣化して信頼性が低下してしまう懸念がある。
【0006】
本発明の目的は、紫外線の配光をレンズにより制御できかつ信頼性の向上を図ることが可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係る発光装置は、実装基板と、発光素子と、スペーサと、カバーと、レンズと、を備える。前記発光素子は、前記実装基板上に配置されている。前記スペーサは、枠状であり、前記実装基板上に配置され前記発光素子を囲んでいる。前記カバーは、前記発光素子を覆うように前記スペーサ上に配置されている。前記カバーは、前記発光素子から放射される紫外線を透過する。前記レンズは、前記発光素子と前記カバーとの間に配置されている。前記実装基板の厚さ方向において前記レンズが空間のみを介して前記発光素子と対向している。前記スペーサは、前記厚さ方向及び前記厚さ方向に直交する平面内における前記レンズの位置決めを行う位置決め構造を有する。
【発明の効果】
【0008】
本発明の発光装置では、発光素子から放射される紫外線の配光をレンズにより制御できかつ信頼性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1図1は、本発明の実施形態1に係る発光装置の一部破断した平面図である。
図2図2は、同上の発光装置を示し、図1のX−X線断面図である。
図3図3は、同上の発光装置における発光素子の断面図である。
図4図4は、同上の発光装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
図5図5は、本発明の実施形態2に係る発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
下記の実施形態等において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
【0011】
(実施形態1)
(1)発光装置の全体構成
以下、実施形態1に係る発光装置1について、図面を参照して説明する。
【0012】
実施形態1に係る発光装置1は、図1及び2に示すように、実装基板2と、発光素子3と、スペーサ4と、カバー5と、レンズ10と、を備える。発光素子3は、実装基板2上に配置されている。スペーサ4は、枠状であり、実装基板2上に配置され発光素子3を囲んでいる。カバー5は、発光素子3を覆うようにスペーサ4上に配置されている。カバー5は、発光素子3から放射される紫外線を透過する。レンズ10は、発光素子3とカバー5との間に配置されている。
【0013】
発光装置1では、スペーサ4とカバー5とでパッケージ用カバー部材6を構成している。パッケージ用カバー部材6では、スペーサ4とカバー5とが接合されている。発光装置1は、実装基板2とパッケージ用カバー部材6とを含むパッケージ7を備えている。発光装置1は、実装基板2とスペーサ4とカバー5とで囲まれた空間8を不活性ガス雰囲気としてある。不活性ガス雰囲気は、例えば、N2ガス雰囲気である。
【0014】
実装基板2は、発光素子3を実装する実装基板であり、第1導体部21及び第2導体部22を有する。また、実装基板2は、パッケージ用カバー部材6と接合するための第1接合用金属層23を有する。発光素子3は、第1導体部21に電気的に接続された第1電極31と第2導体部22に電気的に接続された第2電極32と、を有する。発光素子3は、実装基板2にフリップチップ実装されている。
【0015】
発光装置1では、第1電極31と第1導体部21とが、第1接合部61により接合され、第2電極32と第2導体部22とが、第2接合部62により接合されている。また、発光装置1では、スペーサ4に設けられた第2接合用金属層46と実装基板2の第1接合用金属層23とが、第3接合部63により接合されている。発光装置1では、スペーサ4が全周に亘って第3接合部63を介して実装基板2と接合されている。発光装置1では、第1接合部61、第2接合部62及び第3接合部63の各々がAuSnにより形成されている。
【0016】
発光装置1は、例えば、配線基板に実装して用いることができる。配線基板は、マザー基板である。配線基板は、例えば、金属ベースプリント配線板により形成することができる。
【0017】
(2)発光装置の各構成要素
次に、発光装置1の各構成要素について、図面を参照して説明する。
【0018】
(2.1)実装基板
実装基板2は、発光素子3を実装する基板である。発光装置1では、実装基板2に1つの発光素子3が実装されている。実装基板2は、平面視において発光素子3よりも大きい。
【0019】
実装基板2は、支持体20と、支持体20に支持された第1導体部21、第2導体部22及び第1接合用金属層23と、を含んでいる。
【0020】
支持体20は、平板状であり、厚さ方向において互いに反対側にある表面201及び裏面202を有する。支持体20の外周形状は、正方形状である。実装基板2は、セラミック基板であり、支持体20は、AlNセラミックにより形成されている。支持体20は、第1導体部21、第2導体部22及び第1接合用金属層23を支持する機能を有する。
【0021】
第1導体部21、第2導体部22及び第1接合用金属層23は、支持体20の表面201上に形成されている。
【0022】
第1導体部21は、発光素子3の第1電極31と電気的に接続される導電層である。第2導体部22は、発光素子3の第2電極32と電気的に接続される導電層である。
【0023】
第1接合用金属層23は、平面視において第1導体部21及び第2導体部22を囲んでいる。第1接合用金属層23は、支持体20の外周に沿って形成されている。第1接合用金属層23の平面視形状は、矩形枠状である。
【0024】
第1導体部21、第2導体部22及び第1接合用金属層23の各々は、例えば、支持体20の表面201上のTi膜と、このTi膜上のPt膜と、このPt膜上のAu膜と、の積層膜により構成されている。
【0025】
実装基板2は、第1外部接続電極24及び第2外部接続電極25と、支持体20の厚さ方向に貫通して形成された第1貫通配線26及び第2貫通配線27と、を更に含んでいる。第1外部接続電極24及び第2外部接続電極25は、支持体20の裏面202に形成されている。第1外部接続電極24は、第1貫通配線26を介して第1導体部21と電気的に接続されている。第2外部接続電極25は、第2貫通配線27を介して第2導体部22と電気的に接続されている。第1外部接続電極24及び第2外部接続電極25の各々は、例えば、支持体20の裏面202上のTi膜と、このTi膜上のPt膜と、このPt膜上のAu膜と、の積層膜により構成することができる。第1貫通配線26及び第2貫通配線27の各々の材料は、例えば、W、Cu等である。
【0026】
(2.2)発光素子
発光素子3は、UV−Cの波長域の紫外線を放射する紫外線LEDチップである。紫外線LEDチップの発光ピーク波長は、例えば、275nmである。紫外線LEDチップのチップサイズは、例えば、1mm□(1mm×1mm)である。紫外線LEDチップの厚さは、例えば、100μmである。
【0027】
発光素子3は、図3に示すように、基板30と、半導体多層膜39と、第1電極31と、第2電極32と、を備える。
【0028】
基板30は、その厚さ方向において互いに反対側にある第1面301及び第2面302を有する。基板30の外周形状は、正方形状である。基板30は、半導体多層膜39を支持している。
【0029】
半導体多層膜39は、基板30の第1面301上に形成されている。半導体多層膜39は、第1導電型半導体層33と、発光層34と、第2導電型半導体層35と、を含んでいる。半導体多層膜39では、基板30側から第1導電型半導体層33、発光層34及び第2導電型半導体層35が、この順に並んでいる。第1導電型半導体層33の外周形は、基板30の外周形と大きさが同じである。発光層34及び第2導電型半導体層35それぞれの外周形は、第1導電型半導体層33の外周形よりも小さい。
【0030】
発光素子3では、第1電極31が第1導電型半導体層33と電気的に接続され、第2電極32が第2導電型半導体層35と電気的に接続されている。第1電極31は、第1オーミック電極層31Aと、第1パッド電極層31Bと、を含む。
【0031】
第1オーミック電極層31Aは、第1導電型半導体層33とオーミック接触を得るために、第1導電型半導体層33の表面331上に形成されている。第1パッド電極層31Bは、例えばAuSnからなる第1接合部61を介して実装基板2と接合するために、第1オーミック電極層31Aを覆うように形成されている。
【0032】
第2電極32は、第2オーミック電極層32Aと、第2パッド電極層32Bと、を含む。第2オーミック電極層32Aは、第2導電型半導体層35とオーミック接触を得るために、第2導電型半導体層35の表面351上に形成されている。第2パッド電極層32Bは、例えばAuSnからなる第2接合部62を介して実装基板2と接合するために、第2オーミック電極層32Aを覆うように形成されている。
【0033】
発光素子3では、基板30は、例えば、サファイア基板である。第1導電型半導体層33は、例えば、n型Al0.60Ga0.40N層である。発光層34は、例えば、基板30の厚さ方向において、複数(例えば、4つ)の障壁層と複数(例えば、4つ)の井戸層とが交互に並んでいる多重量子井戸構造を有する。複数の井戸層の各々は、例えば、Al0.45Ga0.55N層である。複数の障壁層の各々は、例えば、Al0.60Ga0.40N層である。第2導電型半導体層35は、例えば、p型Al0.80Ga0.20N層と、p型GaN層と、を含む。半導体多層膜39は、基板30と第1導電型半導体層33との間に介在するバッファ層(例えば、AlN層)を含んでいる。発光素子3の光取り出し面は、基板30の第2面302を含む。
【0034】
(2.3)パッケージ用カバー部材
パッケージ用カバー部材6は、上述のように、スペーサ4と、カバー5と、を含む。
【0035】
スペーサ4は、カバー5に対向する第1面41と、カバー5とは反対側の第2面42と、を含む。発光装置1においては、スペーサ4は、実装基板2とカバー5との間に介在する部材である。したがって、スペーサ4の第2面42は、実装基板2に対向する。発光装置1では、スペーサ4の内側に発光素子3が配置されている。実装基板2の厚さ方向D1におけるスペーサ4の厚さ(高さ)は、発光素子3の厚さとレンズ10の厚さとの合計厚さよりも大きい。
【0036】
スペーサ4は、枠状である。スペーサ4の平面視での外周形状(実装基板2の厚さ方向から見たスペーサ4の外周形状)は、正方形状である。スペーサ4は、平面視において実装基板2よりも小さい。より詳細には、スペーサ4の平面視における外周形は、実装基板2の平面視における外周形よりも小さい。言い換えれば、スペーサ4の平面視における外周線は、実装基板2の平面視における外周線よりも内側にある。
【0037】
スペーサ4は、第1面41と、第2面42と、内周面43と、外周面44と、を有する。第1面41は、厚さ方向D1においてカバー5に対向する。第2面42は、厚さ方向D1において実装基板2に対向する。内周面43は、第1面41の内周と第2面42の内周とつないでいる。外周面44は、第1面41の外周と第2面42の外周とをつないでいる。内周面43は、第2面42とのなす内角が鋭角である傾斜面430を含む。内周面43は、傾斜面430を4つ含んでいる。4つの傾斜面430は、スペーサ4の第2面42の内周に沿って並んでいる。これにより、スペーサ4は、実装基板2の厚さ方向D1において第2面42から離れて第1面41に近づくにつれて開口面積が漸次増加している。スペーサ4は、実装基板2の厚さ方向D1において実装基板2から離れるにつれて開口面積が漸次増加している。発光装置1では、スペーサ4が、シリコンにより形成されており、スペーサ4の内周面43が、発光素子3から放射された紫外線をカバー5側へ反射する反射面の機能を有する。
【0038】
スペーサ4の4つの傾斜面430は、シリコン基板に対して、シリコン基板のエッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成されている。スペーサ4の第1面41が(100)面であり、4つの傾斜面430は、{111}面である。ここにおいて異方性エッチングを行うときのエッチング液は、例えば、所定温度(例えば、85℃)に加熱したTMAH溶液である。エッチング液は、TMAH溶液に限らず、他のアルカリ系溶液(例えば、KOH溶液など)を用いてもよい。
【0039】
発光装置1は、スペーサ4の第2面42と第2接合用金属層46との間に介在するシリコン酸化膜45を含んでいる。第2接合用金属層46は、例えば、Al膜461とAu膜462との積層膜により構成されている。
【0040】
カバー5は、平板状である。カバー5の平面視での外周形状(カバー5の厚さ方向から見たカバー5の外周形状)は、正方形状である。カバー5は、平面視において実装基板2よりも小さい。より詳細には、カバー5の平面視における外周形は、スペーサ4の平面視における外周形よりも小さい。言い換えれば、カバー5の平面視における外周線は、スペーサ4の平面視における外周線よりも内側にある。
【0041】
カバー5は、ガラスにより形成されている。より詳細には、カバー5は、発光素子3である紫外線LEDチップから放射される紫外線を透過するガラスにより形成されている。
【0042】
カバー5を形成するガラスは、アルカリ成分を含んでいる。アルカリ成分は、例えば、Na、K、Na2O、K2O等である。ここにおいて、カバー5を形成するガラスは、硼珪酸ガラスである。
【0043】
パッケージ用カバー部材6では、スペーサ4とカバー5とが直接接合されている。「直接接合されている」とは、接合材等を用いることなく接合されていることを意味する。スペーサ4とカバー5とは、陽極接合によって直接接合されている。スペーサ4とカバー5とが陽極接合によって直接接合されていることは、例えば、断面TEM像(Cross-Sectional Transmission Electron Microscope Image)の観察結果、EDX法(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)による組成分析の結果、SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)によって測定した元素の深さプロファイル等によって確認することができる。
【0044】
(2.4)レンズ
レンズ10は、実装基板2の厚さ方向D1において発光素子3とカバー5との間に配置されている。レンズ10は、発光素子3から放射される紫外線の配光を制御する。レンズ10の材料は、無機材料である。より詳細には、レンズ10は、例えば、合成石英により形成されている。レンズ10は、発光素子3から放射される紫外線に対して透光性を有する。ここにおいて、「透光性を有する」とは、発光素子3から放射される紫外線に対する透過率が50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上であることを意味する。
【0045】
レンズ10の外周形状は、略円形状である。レンズ10は、実装基板2の厚さ方向D1からの平面視で、発光素子3よりも大きい。また、レンズ10は、実装基板2の厚さ方向D1からの平面視で、スペーサ4の第2面42の内周形状よりも大きい。レンズ10は、発光素子3側の第1面101と、カバー5側の第2面102と、を有する。レンズ10は、集光レンズである。より詳細には、レンズ10は、平凸型の非球面レンズである。したがって、レンズ10では、第1面101が平面、第2面102が凸曲面(非球面)である。レンズ10は、第1面101の外周と第2面102の外周とをつなぐ外周面103を更に有している。レンズ10は、外周面103の一部がスペーサ4の内周面43に沿った形状である。図1に示すように、レンズ10の外周105は、略円形状であるが、4つの直線1051を含んでおり、隣り合う直線1051の間が円弧1052である。
【0046】
発光装置1では、実装基板2の厚さ方向D1においてレンズ10が、空間S1のみを介して発光素子3と対向している。空間S1は、実装基板2とスペーサ4とカバー5とで囲まれた空間8の一部である。したがって、空間S1の雰囲気は、不活性ガス雰囲気(例えば、N2ガス雰囲気)である。
【0047】
(2.5)レンズの位置決め構造
スペーサ4は、実装基板2の厚さ方向D1及び厚さ方向D1に直交する平面内におけるレンズ10の位置決めを行う位置決め構造11を有する。
【0048】
スペーサ4では、4つの傾斜面430が、位置決め構造11を兼ねている。ここにおいて、レンズ10は、外周105の4つの直線1051が4つの傾斜面430に一対一に対応している。要するに、スペーサ4は、レンズ10の外周105の一部(各直線1051)がスペーサ4の内周面43に接することで実装基板2の厚さ方向D1及び厚さ方向D1に直交する平面内におけるレンズ10の位置決めを行っている。ここにおいて、発光装置1では、レンズ10がスペーサ4の第1面41の開口から挿入され、スペーサ4に保持されるようにスペーサ4に押し込まれている。
【0049】
また、発光装置1では、カバー5とレンズ10とが接しており、レンズ10が実装基板2から離れる向きへ移動するのをより確実に抑制することができる。
【0050】
(3)発光装置の製造方法
以下では、発光装置1の製造方法について図4に基づいて簡単に説明する。
【0051】
発光装置1の製造方法では、レンズ10をスペーサ4に保持されるようにスペーサ4に押し込む。その後、スペーサ4とカバー5とを接合することでパッケージ用カバー部材6を形成する。そして、パッケージ用カバー部材6と、実装基板2と、を接合する前に、図4に示すように、予め、スペーサ4の第2面42にシリコン酸化膜45と第2接合用金属層46との積層構造を設ける一方で、実装基板2の第1導体部21、第2導体部22及び第1接合用金属層23上に第1接合部61、第2接合部62及び第3接合部63それぞれの元になる第1AuSn層71、第2AuSn層72及び第3AuSn層73を設ける。ここにおいて、第1導体部21、第2導体部22及び第1接合用金属層23と第1AuSn層71、第2AuSn層72及び第3AuSn層73との間に、第1バリア層81、第2バリア層82及び第3バリア層83を設ける。第1バリア層81、第2バリア層82及び第3バリア層83の材料は、例えば、Ptである。また、第1AuSn層71、第2AuSn層72及び第3AuSn層73上に、第1Au層91、第2Au層92及び第3Au層93をそれぞれ設ける。第1Au層91、第2Au層92及び第3Au層93は、第1AuSn層71、第2AuSn層72及び第3AuSn層73のSnの酸化を抑制するために設ける層である。第1Au層91、第2Au層92及び第3Au層93の厚さは、第1AuSn層71、第2AuSn層72及び第3AuSn層73が溶融したときに、第1AuSn層71、第2AuSn層72及び第3AuSn層73へAuが熱拡散され、第1導体部21、第2導体部22及び第1接合用金属層23と第1電極31、第2電極32及び第2接合用金属層46との接合が行われるように決められている。以下では、第1バリア層81と第1AuSn層71と第1Au層91との積層膜を第1接合用層131と称し、第2バリア層82と第2AuSn層72と第2Au層92との積層膜を第2接合用層132と称する。また、以下では、第3バリア層83と第3AuSn層73と第3Au層93との積層膜を第3接合用層133と称する。第1接合用層131は、少なくとも第1AuSn層71を備えていればよく、積層膜に限らず、単層膜でもよい。第2接合用層132は、少なくとも第2AuSn層72を備えていればよく、積層膜に限らず、単層膜でもよい。第3接合用層133は、少なくとも第3AuSn層73を備えていればよく、積層膜に限らず、単層膜でもよい。
【0052】
また、発光装置1の製造方法では、パッケージ用カバー部材6と実装基板2とを接合する前に発光素子3を実装基板2に実装し、引き続き、パッケージ用カバー部材6と実装基板2とを接合する。
【0053】
発光素子3を実装基板2に実装する際には、発光素子3の第1電極31、第2電極32と実装基板2上の第1接合用層131、第2接合用層132とが接触するように重ね合わせた状態で、適宜の加熱及び加圧を行いながら第1AuSn層71及び第2AuSn層72を溶融させてから、冷却凝固させることで第1接合部61及び第2接合部62を形成する。ここにおいて、第1AuSn層71が溶融すると、溶融したAuSnに、第1Au層91からAuが拡散し、溶融したAuSnにおけるAuの組成比が増加する。また、第2AuSn層72が溶融すると、溶融したAuSnに、第2Au層92からAuが拡散し、溶融したAuSnにおけるAuの組成比が増加する。
【0054】
パッケージ用カバー部材6と実装基板2とを接合する際には、パッケージ用カバー部材6に設けた第2接合用金属層46と実装基板2上の第3接合用層133とが接触するように重ね合わせた状態で、適宜の加熱及び加圧を行いながら第3AuSn層73を溶融させてから、冷却凝固させることで第3接合部63を形成する。第3AuSn層73が溶融すると、溶融したAuSnに、第3Au層93からAuが拡散し、溶融したAuSnにおけるAuの組成比が増加する。
【0055】
(4)効果
実施形態1に係る発光装置1は、実装基板2と、発光素子3と、スペーサ4と、カバー5と、レンズ10と、を備える。発光素子3は、実装基板2上に配置されている。スペーサ4は、枠状であり、実装基板2上に配置され発光素子3を囲んでいる。カバー5は、発光素子3を覆うようにスペーサ4上に配置されている。カバー5は、発光素子3から放射される紫外線を透過する。レンズ10は、発光素子3とカバー5との間に配置されている。実装基板2の厚さ方向D1においてレンズ10が空間S1のみを介して発光素子3と対向している。スペーサ4は、厚さ方向D1及び厚さ方向D1に直交する平面内におけるレンズ10の位置決めを行う位置決め構造11を有する。
【0056】
実施形態1に係る発光装置1では、紫外線の配光をレンズ10により制御できかつ信頼性の向上を図ることが可能となる。ここにおいて、発光装置1は、レンズ10を備えているので、発光素子3から放射される紫外線の配光をレンズ10により制御できる。また、発光装置1では、実装基板2の厚さ方向D1においてレンズ10が空間S1のみを介して発光素子3と対向し、かつ、位置決め構造11を有しているので、発光素子3とレンズ10との間に接着剤等のように紫外線によって経時劣化する部分がない。これにより、発光装置1は、信頼性を向上させることが可能となる。また、発光装置1は、発光素子3とレンズ10とが互いに離れているので、発光素子3及びレンズ10それぞれに傷が付きにくく、光出力の低下を抑制できるとともに、信頼性の向上を図れる。
【0057】
(実施形態2)
以下、実施形態2に係る発光装置1aについて、図5を参照して説明する。実施形態2に係る発光装置1aに関し、実施形態1に係る発光装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0058】
実施形態2に係る発光装置1aは、レンズ10a及びスペーサ4aの形状が、実施形態1に係る発光装置1のレンズ10及びスペーサ4それぞれの形状と相違する。
【0059】
実施形態2に係る発光装置1aのレンズ10aは、第1面101の外周と第2面102の外周とが同じである点で、実施形態1に係る発光装置1のレンズ10と相違する。つまり、レンズ10aは、レンズ10の外周面103を含んでいない。また、レンズ10aは、実装基板2の厚さ方向D1からの平面視形状が円形状である。
【0060】
実施形態2に係る発光装置1aのスペーサ4aは、第1部材401と、第2部材402と、を含む。第1部材401は、枠状であり、実装基板2上に配置されている。第2部材402は、枠状であり、第1部材401上に配置されている。スペーサ4aでは、第1部材401の外周形状と第2部材402の外周形状とが同じである。第1部材401の材料は、シリコンである。第1部材401は、実施形態1に係る発光装置1のスペーサ4と同様、シリコン基板を用いて形成されている。第2部材402の材料は、ガラスである。第2部材402は、成形品でもよいし、ガラス基板を加工することにより形成されていてもよい。第1部材401と第2部材402とは例えば陽極接合により接合されている。第2部材402の材料は、ガラスに限らず、シリコンであってもよい。
【0061】
スペーサ4は、第1部材401と第2部材402とで位置決め構造11aを構成している。実施形態2に係る発光装置1aでは、レンズ10aは、スペーサ4aとカバー5とを含むパッケージ用カバー部材6aのうちスペーサ4aのみで保持されている。つまり、発光装置1aは、パッケージ用カバー部材6aと実装基板2とを含むパッケージ7aにおいてスペーサ4aのみで保持されている。レンズ10aは、スペーサ4aのみで保持されている。ここにおいて、「スペーサ4aのみで保持されている」とは、接着剤等を用いることなくスペーサ4aのみに保持されていることを意味する。
【0062】
第1部材401は、第1部分411と、第2部分412と、を有する。第1部分411は、実装基板2上に配置されており、厚さ方向D1からの平面視で一部がレンズ10aに重なる部分である。第2部分412は、厚さ方向D1において第1部分411よりも実装基板2から離れており、厚さ方向D1からの平面視でレンズ10aに重ならない部分である。第2部材402は、厚さ方向D1からの平面視で一部がレンズ10aに重なっている。スペーサ4aでは、第2部分412の内周形状は、第1部分411の内周形状よりも大きい。位置決め構造11aは、第1部材401の第1部分411と第2部材402とでレンズ10aを位置決めしている。より詳細には、位置決め構造11aでは、第1部材401の第1部分411と第2部材402との間にレンズ10aの周部を挟んでいる。
【0063】
第1部材401の第1部分411は、枠状であり、実装基板2の厚さ方向において実装基板2から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっている。ここにおいて、第1部分411の内周面4113は、4つの傾斜面4131を含んでいる。第1部材401は、シリコン基板から形成されており、第1部分411の4つの傾斜面4131は、{111}面である。第1部分411は、第1面41と第2面42とを有するスペーサ4aの第2面42とは反対側に平面状の部位47を含んでいる。
【0064】
第1部材401の第2部分412は、枠状であり、実装基板2の厚さ方向において実装基板2から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっている。ここにおいて、第2部分412の内周面4123は、4つの傾斜面4132を含んでいる。第1部材401は、シリコン基板から形成されており、第2部分412の4つの傾斜面4132は、{111}面である。
【0065】
実施形態2に係る発光装置1aは、実装基板2と、発光素子3と、スペーサ4aと、カバー5と、レンズ10aと、を備える。発光素子3は、実装基板2上に配置されている。スペーサ4aは、枠状であり、実装基板2上に配置され発光素子3を囲んでいる。カバー5は、発光素子3を覆うようにスペーサ4a上に配置されている。カバー5は、発光素子3から放射される紫外線を透過する。レンズ10aは、発光素子3とカバー5との間に配置されている。実装基板2の厚さ方向D1においてレンズ10aが空間S1のみを介して発光素子3と対向している。スペーサ4aは、厚さ方向D1及び厚さ方向D1に直交する平面内におけるレンズ10aの位置決めを行う位置決め構造11aを有する。
【0066】
また、実施形態2に係る発光装置1aでは、カバー5は、実装基板2の厚さ方向D1においてレンズ10aから離れている。これにより、発光装置1aでは、レンズ10aとカバー5とを接触させる必要がないので、レンズ10aに傷が付くのを抑制することができ、信頼性の更なる向上を図ることが可能となる。
【0067】
(6)変形例
上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【0068】
例えば、パッケージ用カバー部材6では、カバー5がアルカリ成分を含むガラスに限らず、例えば、石英ガラス等によって形成されていてもよい。この場合、スペーサ4とカバー5とが、例えば、低融点ガラスにより形成された接合部により接合されていてもよい。低融点ガラスは、軟化点が600℃以下のガラスであり、軟化点が500℃以下のガラスが好ましく、軟化点が400℃以下のガラスが更に好ましい。低融点ガラスは、例えば、主成分として酸化鉛(PbO)と無水ほう酸(B23)とを含むガラスである。
【0069】
また、ガラスは、硼珪酸ガラス、石英ガラスに限らず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等であってもよい。
【0070】
また、発光素子3は、UV−Cの波長域の紫外線を放射する紫外線LEDチップに限らず、例えば、UV−Bの波長域の紫外線を放射する紫外線LEDチップであってもよい。
【0071】
また、実装基板2上においてスペーサ4の内側に配置される発光素子3の数は、1つに限らず、複数であってもよい。また、発光装置1、1aでは、スペーサ4、4aの内側に配置される複数の発光素子3を備えている場合、複数の発光素子3が同じ種類の発光素子でもよいし、複数の発光素子3のうちの少なくとも1つの発光素子3が残りの発光素子3と異なる種類の素子であってもよい。例えば、発光装置1、1aは、4つの発光素子3として、UV−Cの波長域の紫外線を放射する1つの第1紫外線LEDチップと、UV−Bの波長域の紫外線を放射する3つの第2紫外線LEDチップとを備えていてもよい。
【0072】
また、発光装置1、1aに関し、発光素子3は、実装基板2に対して導電性バンプによって接合されていてもよい。
【0073】
また、スペーサ4とカバー5との接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、表面活性化接合法によって直接接合されていてもよい。また、スペーサ4とカバー5とは、例えば、共晶接合法によって接合されていてもよい。
【0074】
また、スペーサ4の材料は、シリコンに限らず、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等であってもよい。
【0075】
また、レンズ10、10aは、平凸型のレンズに限らず、例えば、フレネルレンズであってもよい。また、レンズ10、10aは、非球面レンズに限らず、例えば、球面レンズであってもよい。また、レンズ10、10aは、平凸型のレンズに限らず、例えば、両凸型のレンズ、平凹型のレンズ等であってもよい。
【0076】
また、レンズ10、10aは、合成石英に限らず、例えば、石英ガラス、硼珪酸ガラス等であってもよい。
【0077】
また、実施形態1に係る発光装置1のレンズ10の代わりに、例えば、実施形態2に係る発光装置1aのレンズ10aを採用してもよい。
【0078】
(まとめ)
以上説明した実施形態等から以下の態様が開示されている。
【0079】
第1の態様に係る発光装置(1;1a)は、実装基板(2)と、発光素子(3)と、スペーサ(4;4a)と、カバー(5)と、レンズ(10;10a)と、を備える。発光素子(3)は、実装基板(2)上に配置されている。スペーサ(4;4a)は、枠状であり、実装基板(2)上に配置され発光素子(3)を囲んでいる。カバー(5)は、発光素子(3)を覆うようにスペーサ(4;4a)上に配置されている。カバー(5)は、発光素子(3)から放射される紫外線を透過する。レンズ(10;10a)は、発光素子(3)とカバー(5)との間に配置されている。実装基板(2)の厚さ方向(D1)においてレンズ(10;10a)が空間(S1)のみを介して発光素子(3)と対向している。スペーサ(4;4a)は、厚さ方向(D1)及び厚さ方向(D1)に直交する平面内におけるレンズ(10;10a)の位置決めを行う位置決め構造(11;11a)を有する。
【0080】
第1の態様に係る発光装置(1;1a)では、紫外線の配光をレンズ(10;10a)により制御できかつ信頼性の向上を図ることが可能となる。
【0081】
第2の態様に係る発光装置(1)は、第1の態様において、スペーサ(4)は、第1面(41)と、第2面(42)と、内周面(43)と、外周面(44)と、を有する。第1面(41)は、厚さ方向(D1)においてカバー(5)に対向する。第2面(42)は、厚さ方向(D1)において実装基板(2)に対向する。内周面(43)は、第1面(41)の内周と第2面(42)の内周とをつないでいる。外周面(44)は、第1面(41)の外周と第2面(42)の外周とをつないでいる。内周面(43)は、第2面(42)とのなす内角が鋭角である傾斜面(430)を含む。傾斜面(430)が、位置決め構造(11)を兼ねている。
【0082】
第2の態様に係る発光装置(1)では、スペーサ4の内周面(43)の傾斜面(430)とは別に位置決め構造(11)を設ける場合と比べて、位置決め構造(11)を簡単な構造とすることができる。
【0083】
第3の態様に係る発光装置(1a)は、第1の態様において、スペーサ(4a)は、第1部材(401)と、第2部材(402)と、を含む。第1部材(401)は、枠状であり、実装基板(2)上に配置されている。第2部材(402)は、枠状であり、第1部材(401)上に配置されている。スペーサ(4)は、第1部材(401)と第2部材(402)とで位置決め構造(11a)を構成している。レンズ(10a)は、スペーサ(4a)のみで保持されている。
【0084】
第3の態様に係る発光装置(1a)では、レンズ(10a)をより確実に位置決めすることが可能となる。
【0085】
第4の態様に係る発光装置(1a)は、第3の態様において、第1部材(401)は、第1部分(411)と、第2部分(412)と、を有する。第1部分(411)は、実装基板(2)上に配置されており、厚さ方向(D1)からの平面視で一部がレンズ(10a)に重なる部分である。第2部分(412)は、厚さ方向(D1)において第1部分(411)よりも実装基板(2)から離れており、厚さ方向(D1)からの平面視でレンズ(10a)に重ならない部分である。第2部材(402)は、厚さ方向(D1)からの平面視で一部がレンズ(10a)に重なっている。位置決め構造(11a)は、第1部材(401)の第1部分(411)と第2部材(402)とでレンズ(10a)を位置決めしている。
【0086】
第4の態様に係る発光装置(1a)では、実装基板(2)の厚さ方向(D1)へレンズ(10a)が移動するのを抑制することが可能となる。
【0087】
第5の態様に係る発光装置(1;1a)は、第1〜4の態様のいずれか一つにおいて、カバー(5)は、厚さ方向(D1)においてレンズ(10;10a)から離れている。
【0088】
第5の態様に係る発光装置(1;1a)では、レンズ(10a)に傷が付きにくく、信頼性の更なる向上を図る可能となる。
【0089】
第6の態様に係る発光装置(1;1a)では、第1〜5の態様のいずれか一つにおいて、発光素子(3)は、UV−C又はUV−Bの波長域の紫外線を放射する紫外線LEDチップである。
【0090】
第6の態様に係る発光装置(1;1a)では、発光素子(3)としてUV−C又はUV−Bの波長域の紫外線を放射する紫外線LEDチップを備えた構成において、紫外線の配光をレンズ(10;10a)により制御できかつ信頼性の向上を図ることが可能となる。第6の態様に係る発光装置(1;1a)は、例えば、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で、利用することができる。
【0091】
第7の態様に係る発光装置(1;1a)では、第1〜6の態様のいずれか一つにおいて、カバー(5)は、硼珪酸ガラスであり、スペーサ(4)は、シリコンである。
【0092】
第7の態様に係る発光装置(1;1a)では、カバー(5)とスペーサ(4)との線膨張係数差を小さくすることができる。
【符号の説明】
【0093】
1、1a 発光装置
2 実装基板
3 発光素子
4、4a スペーサ
41 第1面
42 第2面
43 内周面
44 外周面
401 第1部材
411 第1部分
412 第2部分
402 第2部材
5 カバー
10、10a レンズ
11、11a 位置決め構造
S1 空間
図1
図2
図3
図4
図5