JP2005072397A

JP2005072397A - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置

Info

Publication number: JP2005072397A
Application number: JP2003302198A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Chitose; 敏幸千歳; Yosuke Moriyama; 陽介森山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】発光素子の発光する光を効率良く放射することができるとともに、視認性の高いものとすることができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供すること。
【解決手段】発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するように接合されて成るものにおいて、枠体２は、貫通孔２ａの下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。

従来、発光ダイオード等の発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）としてセラミック製のパッケージが用いられている。従来のセラミック製のパッケージは、図５に示すように、上面の中央部に発光素子１３を搭載するための導体層から成る搭載部１１ａを有し、搭載部１１ａおよびその周辺から下面に導出される一対の配線層１４ａ，１４ｂを有する直方体状のセラミック製の基体１１と、基体１１の上面に接合され、中央部に発光素子１3を収容するための貫通孔１２ａを有する四角枠状のセラミック製の枠体１２とから構成されている。また、枠体１２の貫通孔１２ａの内周面は、光を外部に良好に放射するために、基体１１の上面に対して、外側に広がるように形成されている。

そして、基体１１の上面に導出された一方の配線層１４ａに接続された搭載部１１ａに発光素子１３を導電性接合材等を介して固着するとともに、発光素子１３の電極と他方の配線層１４ｂとをボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続し、しかる後、枠体１２の貫通孔１２ａ内に透明樹脂を充填して発光素子１３を封止することによって発光装置となる（例えば、下記の特許文献１参照）。

なお、このようなセラミック製のパッケージでは、内部に収容する発光素子１３が発光する光を貫通孔１２ａの内周面で反射させて発光装置の発光効率を良好とするために、貫通孔１２ａの内周面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成るめっき金属層１６ｂを表面に有するメタライズ金属層１６ａを被着している。

また、このパッケージは、セラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作されており、具体的には以下のように製作される。基体１１用のグリーンシートと枠体１２用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線層１４ａ，１４ｂを導出させるための貫通孔や発光素子１３を収容するための貫通孔を上方向から下方向に外側に広がるように打ち抜く。

次に、基体１１用のグリーンシートの上面から下面にかけて、配線層１４ａ，１４ｂ形成用のＷ，Ｍｏなどの高融点金属粉末から成る導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等で塗布し、枠体１２用のグリーンシートの貫通孔の内周面にメタライズ金属層１６ａ形成用の上記導体ペーストをスクリーン印刷法等で塗布する。基体１１用のグリーンシートと枠体１２用のグリーンシートとを、枠体１２の貫通孔１２ａの内周面が基体１１の上面に対して外側に広がるように上下に積層し、これを高温で焼成して焼結体と成す。その後、配線層１４ａ，１４ｂおよびメタライズ金属層１６ａの露出表面に、ＮｉやＡｕ等の金属から成るめっき金属層１６ｂを無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより製作される。
特開２００２−１３２０１７号公報

しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、枠体１２の貫通孔１２ａの上面の開口より、発光素子１３が発光する光を広範囲に亘って光が放射されるようにするために、枠体１２の貫通孔１２ａの内周面を基体１１の上面に対して、外側に広がるように形成している。これにより、発光装置の光を外部の広範囲から視認でき、視野角が広いものとすることができるものの、正面方向への指向性が低くなってしまう。そのため、正面方向の輝度が低くなるとともに、枠体１２の貫通孔１２ａの開口付近の輪郭がぼやけてしまい、正面方向からの視認性が低下してしまうという問題点を有していた。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、発光素子の発光する光を効率良く放射することができるとともに、視認性の高いものとすることができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。

本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する基体の上面に、発光素子を収容するための貫通孔を有する枠体が前記搭載部を囲繞するように接合されている発光素子収納用パッケージにおいて、前記枠体は、前記貫通孔の下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜していることを特徴とする。

本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする。

本発明の発光素子収納用パッケージによれば、枠体は、貫通孔の下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜していることから、貫通孔の上側の開口より光は正面方向に放射されやすくなるので、外部に放射される光の指向性を高めることができる。また、枠体の貫通孔内で光の乱反射を発生させて貫通孔内に光をある程度閉じ込めることで光の余計な漏れを抑えることができ、より高輝度で指向性の高いものとなる。従って、外部から発光装置を見た際に、貫通孔の上側の開口の輪郭が明るく鮮明になって、視認性の高いものとすることができる。

本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子の光を効率良く正面方向に放射するとともに、明瞭なものとすることができる。従って、表示装置等に好適なものとなる。

本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は、本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は枠体であり、主としてこれらで発光素子３を収容するためのパッケージが構成されている。

本発明の発光素子収納用パッケージは、上面に発光素子３を搭載するための搭載部１ａを有する基体１の上面に、発光素子３を収容するための貫通孔２ａを有する枠体２が搭載部１ａを囲繞するように接合されているものにおいて、枠体２は、貫通孔２ａの下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜している。

本発明における基体１は、セラミックスや樹脂から成り、セラミックスから成る場合、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成る直方体状の箱体であり、発光素子３を支持する支持体であり、その上面に発光素子３を搭載するための導体層から成る搭載部１ａを有している。

この基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。

また、基体１は、上面の搭載部１ａから下面にかけて導出される配線層４ａおよび搭載部１ａの周辺から下面にかけて導出される配線層４ｂが被着形成されている。搭載部１ａおよび配線層４ａ，４ｂはＷ，Ｍｏ，マンガン（Ｍｎ）等の金属粉末のメタライズから成り、配線層４ａ，４ｂはパッケージ内部に収容する発光素子３を外部に電気的に接続する導電路である。そして、搭載部１ａには発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子３が金−シリコン合金や銀−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、配線層４ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続される。

なお、この配線層４ａ，４ｂおよび搭載部１ａは、例えばＷ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た導体ペーストを、基体１となるグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の所定位置に被着形成される。

なお、配線層４ａ，４ｂおよび搭載部１ａの露出する表面にＮｉ、ＡｕやＡｇ等の耐蝕性に優れかつロウ材の濡れ性に優れる金属を１〜2０μｍ程度の厚みに被着させておくのがよく、配線層４ａ，４ｂおよび搭載部１ａが酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部１ａと発光素子３との接合および配線層４ｂとボンディングワイヤ５との接続を強固にすることができる。従って、配線層４ａ，４ｂおよび搭載部１ａの露出表面に、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ０.１〜３μｍ程度のＡｕめっき層またはＡｇめっき層とを、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着するのがより好ましい。

本発明の枠体２は、セラミックスや樹脂や金属等から成る。例えば枠体２が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、グリーンシートに、枠体２の中央部に発光素子３を収容するための横断面形状が円形状や四角形状の貫通孔２ａを形成するための打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層し、高温（１６００℃）で焼成することによって製作される。

枠体２の貫通孔２ａの内周面には、発光素子３の発光する光を良好に反射するための反射層となる金属層６が被着されているのが好ましい。例えば、金属層６がメタライズ金属層６ａとその表面のめっき金属層６ｂとから成る場合、枠体２となるグリーンシートの貫通孔２ａの内周面に、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た導体ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法により、所定パターンに印刷塗布しておくことによって、貫通孔２ａの内周面の略全面または所定位置にメタライズ金属層６ａが被着形成される。

このメタライズ金属層６ａは、枠体２が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、Ｗ１００重量部に対してＭｏが１〜５重量部含有されているのが好ましい。１重量部未満の場合、酸化アルミニウム質焼結体（熱膨張係数：約７.８×１０^−６／℃）から成る枠体２と、Ｗ（熱膨張係数：約４.６×１０^−６／℃）およびＭｏ（熱膨張係数：約５.７×１０^−６／℃）からなる金属層６ａとの熱膨張係数差による熱応力が大きくなる傾向にある。５重量部を超えると、メタライズ金属層６ａの枠体２に対する被着強度が弱くなる傾向にある。即ち、メタライズ金属層６ａは、熱膨張係数が４.６×１０^−６／℃程度のＷに、熱膨張係数が５.７×１０^−６／℃程度とＷに比べてアルミナ質焼結体に熱膨張係数が近いＭｏを少量含有させることにより、熱膨張係数がアルミナ質焼結体に近似したものとなる。その結果、メタライズ金属層６ａの枠体２に対する被着の信頼性が大幅に向上する。

また、メタライズ金属層６ａ上に、Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ等のめっき金属層６ｂが被着されており、これにより、貫通孔２ａ内に収容された発光素子３が発光する光をめっき金属層６ｂにより良好に反射し、外部に放射することができる。このめっき金属層６ｂは、貫通孔２ａに収容された発光素子３が発する光に対する反射率が８０％以上であることが好ましい。８０％未満であると、貫通孔２ａに収容された発光素子３が発する光を良好に反射することが困難となる。

また、基体１と枠体２とが異なるセラミックスであったり、基体１がセラミックスで枠体２が樹脂であるなど、基体１と枠体２は異なる材質のものであっても構わない。

また、金属層６は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ等の高反射率の金属を貫通孔２ａの内周面に蒸着法等により被着したり、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ等の高反射率の金属板や金属箔を貫通孔２ａの内周面に被着したものであっても良い。また、枠体２が高反射率の金属から成る場合には、特に金属層６を被着形成していなくても構わない。

本発明においては、枠体２は、貫通孔２ａの下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜している。これにより、パッケージの外部に放射される光は、貫通孔２ａの上側の開口より、パッケージの正面方向により放射されやすくなるので、光の指向性を高めることができる。また、貫通孔２ａ内で光の乱反射を発生させて貫通孔２ａ内に光をある程度閉じ込めることで光の余計な漏れを抑えることができ、正面方向の光を高輝度で指向性の高いものとすることができる。従って、正面方向の光を高輝度で指向性の高いものすることから、外部から発光装置を見た際に、貫通孔２ａの開口の輪郭が明るく鮮明になって、視認性の高いものとすることができる。

また、貫通孔２ａの内周面が基体１の上面となす角度θは、９５〜１３５度が好ましい。θが９５度未満では、発光素子３が発光する光が貫通孔２ａの上側の開口より広範囲に放射されやすくなるので、正面方向の指向性が低下してしまう。また、θが１３５度を超えると、光を外部に放射しにくくなるとともに、パッケージが大型化してしまう。

このような枠体２は、打ち抜き金型等を用いた打ち抜き法により形成することができる。このとき、枠体２用のグリーンシートに形成される貫通孔の内周面をグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて５〜４５度の角度θで広がるように形成する。このように貫通孔２ａの内周面がグリーンシートの一方の主面から他方の主面に向けて５〜４５度の角度θで広がるように形成することにより、枠体２用のグリーンシーとを反転させて積層することで、枠体２の貫通孔２ａ内周面が基体１の上面に対して９５〜１３５度の角度θで上側に向かうに伴って内側に狭くなるように形成される。

また、貫通孔２ａの内周面の表面または金属層６が被着されている場合の金属層６の表面の算術平均粗さＲａは３μｍ以上であることが好ましい。３μｍ以上であると、貫通孔２ａ内に収容された発光素子３が発光する光を散乱させやすくなる。

また、基体１上面の露出する部位や、枠体２の貫通孔２ａの内周面において反射層が形成されていない部位に、蛍光剤等を含有する樹脂を被着していても良く、光を貫通孔２ａ内で良好に反射させることができるようになる。

また、枠体２として黒色や褐色等の暗色のものを使用したり、図２に断面図に示すように、暗色系のペースト７等を被着させたりして枠体２の上面を暗色にすることで、正面方向から見た際に、貫通孔２ａの上側の開口と枠体２の上面の部位との明暗の区別を明確にし、正面から見た際の発光装置の視認性を高めることができる。

また、枠体２の貫通孔２ａの内周面は、凹んだ曲面状とされていてもよく、この場合貫通孔２ａ内に光をある程度閉じ込めることで光の余計な漏れを抑えるという効果がより高まることとなる。

さらに、貫通孔２ａの内周面の上端部を基体１の上面に垂直になるように形成するか、またはその上端部を外側に若干広がるように傾斜させてもよい。この場合、正面から見た際の貫通孔２ａの上側の開口がより明るくなり、視認性を高めることができる。

本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、搭載部１ａに搭載された発光素子３と、発光素子３を覆うシリコーン樹脂，エポキシ樹脂等の透明樹脂とを具備している。これにより、発光素子３の光を効率良く正面方向に放射するとともに、明瞭なものとすることができる。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３およびその周囲を覆っていてもよく、貫通孔２ａに充填されて発光素子３を覆っていてもよい。

また、図３に断面図で示すように、本発明の発光素子収納用パッケージおよび発光装置をドットマトリックス状に配列させたものとすることで、表示装置として好適なものとして使用することもできる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、図４のパッケージの断面図に示すように、搭載部１ａを導体層として形成せずに、発光素子３を基体１の上面に直接搭載し、その周囲に発光素子３の電極と電気的に接続されるメタライズ配線導体４ａ，４ｂを形成してもよい。この場合、発光素子３が搭載部１ａに搭載されるとともに、発光素子３の電極とメタライズ配線導体４ａ，４ｂとをボンディングワイヤ５ａ，５ｂ等を介して電気的に接続することとなる。また、複数の発光素子３が搭載されるものであったり、複数の配線層が形成されるものであっても構わない。

本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：搭載部
２：枠体
２ａ：貫通孔
３：発光素子
４ａ，４ｂ：配線層
６ａ：メタライズ金属層
６ｂ：めっき金属層

Claims

上面に発光素子を搭載するための搭載部を有する基体の上面に、発光素子を収容するための貫通孔を有する枠体が前記搭載部を囲繞するように接合されている発光素子収納用パッケージにおいて、前記枠体は、前記貫通孔の下側の開口よりも上側の開口が小さくなるように内周面が傾斜していることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
請求項１記載の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする発光装置。